KR20220043409A - 배관 주행 장치 - Google Patents

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장치영
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Abstract

본 발명은 배관 주행 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치는, 배관의 내부에 배치되며, 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 주행 몸체; 주행 몸체의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 배치되며, 배관의 내부면에 밀착한 상태로 주행 몸체를 배관의 길이 방향을 따라 주행시키는 복수의 주행 구동부; 및 복수의 주행 구동부 각각에 연결되며, 복수의 주행 구동부 각각의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 복수의 주행 구동부는 각각, 배관의 내부면에 접촉한 상태로 배관의 내부면을 따라 주행하는 적어도 하나의 주행 휠; 적어도 하나의 주행 휠에 연결되며, 적어도 하나의 주행 휠에 회전 구동력을 제공하는 적어도 하나의 주행 휠 구동부; 적어도 하나의 주행 휠 각각을 회전 가능하게 지지하고, 적어도 하나의 주행 휠 구동부가 장착되는 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체; 일단이 주행 몸체의 일측에 연결되고, 타단이 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체 각각에 연결되며, 주행 몸체의 일측으로부터 배관의 내부면을 향하는 방향으로 적어도 하나의 주행 휠 각각의 위치를 조절하는 적어도 하나의 주행 휠 지지 암; 및 주행 몸체의 일측에 설치되며, 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 각각의 일측에 연결되어 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 각각의 각도를 조절하기 위한 구동력을 제공하는 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부를 포함하고, 제어부는, 주행 몸체가 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 적어도 하나의 주행 휠 각각과 배관의 내부면 사이에서 측정된 압력에 따라 적어도 하나의 주행 휠 구동부 및 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

배관 주행 장치{Driving apparatus for underwater pipeline}
본 발명은 배관 주행 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관 주행 장치가 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 배관 주행 장치의 주행을 보다 정확하고 안정적으로 구현할 수 있는 배관 주행 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스관, 송유관 등 다양한 제조 설비에 사용되는 배관(Pipeline)은 사용 기간이 증가함에 따라 내부에 균열이 발생하는 등 많은 문제를 야기할 수 있으므로 지속적인 유지 관리가 필수적이다.
따라서, 배관의 내부 또는 외부 상태를 수시로 검사 및 진단하거나, 필요한 경우 배관의 내부를 보수하는 등 다양한 작업을 수행하기 위해 배관의 내부를 직접 주행하며 배관 검사, 배관 진단, 배관 보수 작업 등을 수행하는 다양한 종류의 배관 주행 장치가 지속적으로 개발되고 있다.
이러한 배관 주행 장치는 대부분 모터에 의해 구동되는 주행 휠을 이용하여 배관의 내부를 주행하며, 내부면이 곡면을 이루는 배관을 안정적으로 주행할 수 있을 것이 요구되는데, 대부분의 배관 주행 장치는 주행 휠이 연결된 링크 구조를 이용하여 주행 휠이 배관의 내부면에 밀착되도록 하는 구조를 가지고 있다.
예를 들어, 국내 공개특허공보 제10-2016-0015974호(비파괴 검사용 배관 내부 무인 자동화 이송장치)(2016년 2월 15일 공개)(특허문헌 1)에는 배관의 곡률에 대응하기 위해 좌우 각각 개별적 전륜 구동방식으로 이루어지는 앞바퀴와 궤도 유지용 간극부를 가지는 뒷바퀴로 구성된 주행 장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 배관 주행 장치는 프레임(100)의 상하 위치가 일정하지 않아 방사선원 등 배관 검사부의 상하 위치가 검사 도중 계속 변화할 수 있다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 주행 몸체로부터 방사상으로 형성된 링크 구조와 주행 휠을 이용하여 배관의 내부면에 밀착한 상태로 주행하는 배관 주행 장치의 구조가 도입되었다.
일 예로, 국내 공개특허공보 제10-2016-0119384호(배관 주행 장치)(2016년 10월 13일 공개)(특허문헌 2)에는 몸체부의 둘레를 따라 설치되고 방사상으로 확장 구동할 때에 주행 휠을 배관의 내면에 밀착시키는 복수의 확장부재를 이용하는 구조가 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허문헌 2에 개시된 배관 주행 장치는 복수의 확장부재 및 확장 구동부의 구조가 매우 복잡할 뿐 아니라, 복수의 확장부재가 확장되는 범위가 제한적이라는 문제점이 있었다.
또 다른 예로, 국내 공개특허공보 제10-2018-0043621호(형상 및 크기 변형 배관용 이동로봇)(2018년 4월 30일 공개)(특허문헌 3)에는 주행 휠을 포함하는 구동 유닛과 탄성 유닛을 조립하여 다양한 형태의 크기의 배관에 적용 가능한 구조가 개시되어 있다. 그러나, 상기 특허문헌 3에 개시된 배관 주행 장치는 단순히 탄성 부재를 이용하여 주행 휠을 배관의 내부에 밀착한다는 점에서 한계가 있고, 배관의 크기에 따라 다수의 탄성 유닛 중 일부를 조립 또는 분해해야 한다는 점에서 번거롭다는 문제점이 있었다.
특히, 상기 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 개시된 배관 주행 장치는 배관 주행 장치가 배관의 내부를 주행하는 경우, 배관 주행 장치의 실제 주행 상태에 실시간으로 대응하지 못하고 배관 주행 장치의 위치를 일정하게 유지할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 배관 주행 장치가 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 배관 주행 장치의 주행을 보다 정확하고 안정적으로 구현할 수 있는 배관 주행 장치가 요구된다.
국내 공개특허공보 제10-2016-0015974호(비파괴 검사용 배관 내부 무인 자동화 이송장치)(2016년 2월 15일 공개) 국내 공개특허공보 제10-2016-0119384호(배관 주행 장치)(2016년 10월 13일 공개) 국내 공개특허공보 제10-2018-0043621호(형상 및 크기 변형 배관용 이동로봇)(2018년 4월 30일 공개)
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 주행 몸체가 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안 주행 휠과 배관의 내부면 사이에서 실시간으로 측정된 압력에 따라 주행 구동부의 동작을 제어함으로써, 배관 주행 장치의 주행 상태를 보다 정확하게 판단하고 배관 주행 장치의 주행을 보다 정확하고 안정적으로 구현할 수 있는 배관 주행 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치는, 배관의 내부에 배치되며, 상기 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 주행 몸체; 상기 주행 몸체의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 배치되며, 상기 배관의 내부면에 밀착한 상태로 상기 주행 몸체를 상기 배관의 길이 방향을 따라 주행시키는 복수의 주행 구동부; 및 상기 복수의 주행 구동부 각각에 연결되며, 상기 복수의 주행 구동부 각각의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 주행 구동부는 각각, 상기 배관의 내부면에 접촉한 상태로 상기 배관의 내부면을 따라 주행하는 적어도 하나의 주행 휠; 상기 적어도 하나의 주행 휠에 연결되며, 상기 적어도 하나의 주행 휠에 회전 구동력을 제공하는 적어도 하나의 주행 휠 구동부; 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각을 회전 가능하게 지지하고, 상기 적어도 하나의 주행 휠 구동부가 장착되는 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체; 일단이 상기 주행 몸체의 일측에 연결되고, 타단이 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체에 연결되며, 상기 주행 몸체의 일측으로부터 상기 배관의 내부면을 향하는 방향으로 상기 적어도 하나의 주행 휠의 위치를 조절하는 적어도 하나의 주행 휠 지지 암; 및 상기 주행 몸체의 일측에 설치되며, 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 각각의 일측에 연결되어 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암의 각도 또는 길이를 조절하기 위한 구동력을 제공하는 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 주행 몸체가 상기 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각과 상기 배관의 내부면 사이에서 측정된 압력에 따라 상기 적어도 하나의 주행 휠 구동부 및 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각은, 내부에 수용 공간이 형성되고, 외주면을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 수용 홈이 형성된 주행 휠 내부 몸체; 상기 주행 휠 내부 몸체의 외주면를 감싸도록 상기 주행 휠 내부 몸체에 결합되며, 상기 배관의 내부면에 접촉하는 주행 휠 외부 몸체; 및 상기 주행 휠 외부 몸체의 내주면에 접촉한 상태로 상기 복수의 수용 홈 각각에 배치되며, 상기 배관의 내부면으로부터 상기 주행 휠 외부 몸체에 가해지는 압력을 측정하는 복수의 압력 측정 센서를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 복수의 압력 측정 센서 각각으로부터 측정된 압력 측정 값과 미리 설정된 기준 값을 비교한 후, 상기 복수의 압력 측정 센서 각각으로부터 측정된 압력 측정 값이 미리 설정된 기준 값과 일치할 때까지 상기 적어도 하나의 주행 휠 구동부 및 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주행 휠 외부 몸체는 외주면을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 접촉 돌기가 형성되고, 상기 복수의 압력 측정 센서 각각은 상기 복수의 접촉 돌기 중 전체 또는 일부에 대응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각은, 상기 복수의 압력 측정 센서 각각으로부터 측정된 압력 값을 상기 제어부로 전송하기 위한 무선 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치에 따르면, 주행 몸체가 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안 주행 휠과 배관의 내부면 사이에서 실시간으로 측정된 압력에 따라 주행 구동부의 동작을 제어함으로써, 배관 주행 장치의 주행 상태를 보다 정확하게 판단하고 배관 주행 장치의 주행을 보다 정확하고 안정적으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치에 따르면, 주행 휠의 외주면에 복수의 접촉 돌기를 형성하고 복수의 접촉 돌기 각각에 대응하는 위치에 압력 측정 센서를 구비함으로써, 주행 휠의 실시간 압력 변화를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치에 따르면, 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 주행 몸체의 정위치를 유지하기 위해 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 주행 휠 지지 암 구동부를 개별적으로 구동하여 주행 휠의 위치를 조절할 수 있도록 구성함으로써, 다양한 크기의 배관에 용이하게 적용될 수 있고, 배관 주행 장치의 주행을 보다 안정적으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치에 따르면, 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 주행 휠 지지 암 구동부가 한 쌍의 주행 휠 지지 암을 동시에 구동할 수 있도록 구성함으로써, 배관 주행 장치의 구조를 보다 단순화할 수 있고, 배관 주행 장치의 주행을 보다 안정적으로 구현할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 구성하는 주행 구동부의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 구성하는 주행 구동부의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 구성하는 주행 구동부의 동작을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
또한, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의하여 배관 주행 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 구조를 나타내는 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치(1)는 주행 몸체(100), 복수의 주행 구동부(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 배관 주행 장치(1)는 배관(P)의 내부에 배치되며, 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 동안 배관(P)의 상태를 검사하는 등의 다양한 작업을 수행할 수 있다.
주행 몸체(100)는 배관(P)의 내부에 배치되며, 복수의 주행 구동부(200)에 의해 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행할 수 있다. 이러한 주행 몸체(100)는 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 본체로서, 내외부에 복수의 주행 구동부(200) 및 제어부(300)가 구비될 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 주행 몸체(100)는 복수의 주행 구동부(200) 및 제어부(300)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(도시되지 않음)가 구비될 수 있는데, 전원 공급부는 외부로부터 케이블 등을 통해 전원을 직접 공급 받을 수도 있고, 배터리 등을 사용할 수도 있다. 한편, 도 1 내지 도 3에서는 주행 몸체(100)가 배관(P)의 길이 방향을 따라 길게 형성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
복수의 주행 구동부(200)는 주행 몸체(100)의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 배치되며, 배관(P)의 내부면에 밀착한 상태로 주행 몸체(100)를 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행시킬 수 있다. 즉, 복수의 주행 구동부(200)는 주행 몸체(100)를 배관(P)의 길이 방향으로 이동시킬 뿐 아니라, 주행 몸체(100)가 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 동안 주행 몸체(100)의 정위치를 유지할 수 있도록 할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는 주행 몸체(100)가 원형 단면을 가지는 배관(P)의 내부를 주행하는 경우, 3 개의 주행 구동부(200)가 주행 몸체(100)를 중심으로 둘레 방향을 따라 120 도의 동일한 간격으로 배치된 예를 도시하고 있으나, 주행 구동부(200)의 개수 및 배치 형태는 배관(P)의 형상, 배관(P)의 크기 등의 조건에 따라 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다. 일 예로, 배관(P)의 단면이 사각 단면을 가지는 경우, 주행 구동부(200)는 주행 몸체(100)를 중심으로 상하 및 좌우에 4 개가 90 도 간격으로 배치될 수도 있다.
한편, 각각의 주행 구동부(200)는 적어도 하나의 주행 휠(210), 적어도 하나의 주행 휠 구동부(220), 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체(230), 적어도 하나의 주행 휠 지지 암(240) 및 주행 휠 지지 암 구동부(250)를 포함하여 구성될 수 있다. 주행 구동부(200)의 구체적인 구조 및 동작에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.
제어부(300)는 복수의 주행 구동부(200) 각각에 연결되며, 복수의 주행 구동부(200) 각각의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 주행 몸체(100)가 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 적어도 하나의 주행 휠(210) 각각과 배관(P)의 내부면 사이에서 측정된 압력에 따라 적어도 하나의 주행 휠 구동부(220) 및 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부(250) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치는 주행 몸체가 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안 주행 휠과 배관의 내부면 사이에서 실시간으로 측정된 압력에 따라 주행 구동부의 동작을 제어함으로써, 배관 주행 장치의 주행 상태를 보다 정확하게 판단하고 배관 주행 장치의 주행을 보다 정확하고 안정적으로 구현할 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치(1)를 구성하는 주행 구동부(200)의 구조 및 동작에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 구성하는 주행 구동부의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 구성하는 주행 구동부의 구조를 나타내는 측면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 주행 구동부(200)는 적어도 하나의 주행 휠(210), 적어도 하나의 주행 휠 구동부(220), 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체(230), 적어도 하나의 주행 휠 지지 암(240) 및 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.
주행 휠(210)은 배관(P)의 길이 방향을 따라 전방 및 후방 중 적어도 하나의 위치에 배치되며, 배관(P)의 내부면에 접촉한 상태로 배관(P)의 내부면을 따라 주행할 수 있다. 도 4 및 도 5에서는 주행 휠(210)이 배관(P)의 길이 방향을 따라 전방에 배치된 제1 주행 휠(210A)과 후방에 배치된 제2 주행 휠(210B)로 구성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 주행 휠(210)의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다. 주행 휠(210)의 구체적인 구조 및 동작에 대해서는 도 6 내지 도 9를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.
주행 휠 구동부(220)는 주행 휠(210)에 연결되며, 주행 휠(210)에 회전 구동력을 제공할 수 있다. 도 4 및 도 5에서는 2 개의 주행 휠(210A, 210B) 각각에 제1 주행 휠 구동부(220A)와 제2 주행 휠 구동부(220B)가 연결된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 주행 휠 구동부(220)의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
한편, 비록 자세히 도시되지 않았으나, 주행 윌 구동부(220)는 주행 휠(210)에 연결된 모터(Motor)를 사용할 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았으나, 주행 윌 구동부(220)는 모터(도시되지 않음)로부터 발생된 회전 구동력을 주행 휠(210)에 전달하는 동력 전달 부재(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
주행 휠 지지 몸체(230)는 주행 휠(210)을 회전 가능하게 지지하고, 주행 휠 구동부(220)가 장착될 수 있다. 즉, 주행 휠 지지 몸체(230)는 주행 휠(210)이 일부 노출된 상태로 회전할 수 있도록 주행 휠(210)을 감싸는 형태로 구성되며, 내부에 주행 휠 구동부(220)가 수용될 수 있다. 도 4 및 도 5에서는 제1 주행 휠(210A) 및 제1 주행 휠 구동부(220A)가 장착된 제1 주행 휠 지지 몸체(230A)와, 제2 주행 휠(210B) 및 제2 주행 휠 구동부(220B)가 장착된 제2 주행 휠 지지 몸체(230B)가 구비된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 주행 휠 지지 몸체(230)의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 배관(P)의 길이 방향을 따라 전방에 배치된 제1 주행 휠(210A), 제1 주행 휠 구동부(220A) 및 제1 주행 휠 지지 몸체(230A)와, 배관(P)의 길이 방향을 따라 후방에 배치된 제2 주행 휠(210B), 제2 주행 휠 구동부(220B) 및 제2 주행 휠 지지 몸체(230B)는 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
주행 휠 지지 암(240)은 일단이 주행 몸체(100)의 일측에 연결되고, 타단이 주행 휠 지지 몸체(230)에 연결되며, 주행 몸체(100)의 일측으로부터 배관(P)의 내부면을 향하는 방향으로 주행 휠(210)의 위치를 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 제1 주행 휠 지지 암(240A)이 배관(P)의 길이 방향을 따라 전방에 배치된 제1 주행 휠 지지 몸체(230A)에 연결되고, 제2 주행 휠 지지 암(240B)이 배관(P)의 길이 방향을 따라 전방에 배치된 제2 주행 휠 지지 몸체(230B)에 연결된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 주행 휠 지지 암(240)의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
마지막으로, 주행 휠 지지 암 구동부(250)는 주행 몸체(100)의 일측에 설치되며, 주행 휠 지지 암(240)의 일측에 연결되어 주행 휠 지지 암(240)의 각도 또는 길이를 조절하기 위한 구동력을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 주행 휠 지지 암 구동부(250)는 1 개의 구동 액츄에이터를 이용하여 제1 주행 휠 지지 암(240A) 및 제2 주행 휠 지지 암(240B) 각각의 각도를 동시에 조절할 수 있다.
즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 주행 휠 지지 암 구동부(250)는 구동력을 발생시키는 1 개의 구동 모터(251)와, 한 쌍의 주행 휠 지지 암(240A, 340B) 각각에 연결되어 구동력을 전달하는 한 쌍의 스크류 부재(252, 353), 한 쌍의 너트 부재(254, 355) 및 한 쌍의 동력 전달 암(256, 357)을 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 주행 휠 지지 암 구동부(250)는 스테핑 모터(Stepping motor) 등 구동 모터(251)가 회전 구동력을 발생시키고, 구동 모터(251)에 연결된 한 쌍의 볼 스크류(Ball screw) 부재를 이용하여 한 쌍의 주행 휠 지지 암(240A, 340B)을 구동시킬 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 스크류 부재(252)는 일단이 구동 모터(251)의 회전 축에 연결되고 외주면에 제1 나사산이 형성되며, 제2 스크류 부재(253)는 일단이 제1 스크류 부재(252)의 타단에 연결되고 외주면에 제1 나사산과 반대 방향을 가지는 제2 나사산이 형성될 수 있다.
또한, 제1 너트 부재(254)는 제1 스크류 부재(252)의 외주면에 나사 결합되어 제1 스크류 부재(252)의 회전에 따라 주행 몸체(100)의 길이 방향을 따라 왕복 이동하고, 제2 너트 부재(255)는 제2 스크류 부재(253)의 외주면에 나사 결합되어 제2 스크류 부재(253)의 회전에 따라 주행 몸체(100)의 길이 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
또한, 제1 동력 전달 암(256)은 일단이 제1 너트 부재(254)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 한 쌍의 주행 휠 지지 암(240) 중 전방에 위치하는 제1 주행 휠 지지 암(240A)에 연결되고, 제2 동력 전달 암(257)은 일단이 제2 너트 부재(255)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 한 쌍의 주행 휠 지지 암(240) 중 후방에 위치하는 제2 주행 휠 지지 암(240B)에 연결될 수 있다.
이 때, 제1 스크류 부재(252)와 제2 스크류 부재(253)는 서로 연결되므로 구동 모터(251)에 의해 동시에 회전되고, 제1 스크류 부재(252)와 제2 스크류 부재(253)에 각각 형성된 제1 나사산과 제2 나사산은 서로 반대 방향을 가지므로 제1 너트 부재(254)와 제2 너트 부재(255)는 각각 반대 방향으로 이동할 수 있다.
예를 들어, 구동 모터(251)가 제1 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전하는 경우, 제1 스크류 부재(252)와 제2 스크류 부재(253)에 각각 나사 결합된 제1 너트 부재(254)와 제2 너트 부재(255)는 서로 멀어지는 방향으로 이동하고, 이에 따라 제1 주행 휠 지지 암(240A)와 제2 주행 휠 지지 암(240B)은 주행 몸체(100)의 일측에 가까워지는 방향으로 각도가 조절될 수 있다(후술할 도 11의 (a) 참조).
이와 반대로, 구동 모터(251)가 제2 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전하는 경우, 제1 스크류 부재(252)와 제2 스크류 부재(253)에 각각 나사 결합된 제1 너트 부재(254)와 제2 너트 부재(255)는 서로 가까워지는 방향으로 이동하고, 이에 따라 제1 주행 휠 지지 암(240A)와 제2 주행 휠 지지 암(240B)은 주행 몸체(100)의 일측으로부터 멀어지는 방향으로 각도가 조절될 수 있다(후술할 도 11의 (b) 참조).
한편, 도 4 및 도 5에서는 1 개의 주행 휠 지지 암 구동부(250)가 한 쌍의 제1 주행 휠 지지 암(240A) 및 제2 주행 휠 지지 암(240B)에 연결되어 제1 주행 휠 지지 암(240A) 및 제2 주행 휠 지지 암(240B)의 각도를 동시에 조절하는 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 주행 휠 지지 암 구동부(250) 의 개수 및 배치 형태는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치는 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 주행 몸체의 정위치를 유지하기 위해 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 주행 휠 지지 암 구동부를 개별적으로 구동하여 주행 휠의 위치를 조절할 수 있도록 구성함으로써, 다양한 크기의 배관에 용이하게 적용될 수 있고, 배관 주행 장치의 주행을 보다 안정적으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치는 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 주행 휠 지지 암 구동부가 한 쌍의 주행 휠 지지 암을 동시에 구동할 수 있도록 구성함으로써, 배관 주행 장치의 구조를 보다 단순화할 수 있고, 배관 주행 장치의 주행을 보다 안정적으로 구현할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치(1)의 주행 구동부(200)를 구성하는 주행 휠(210)의 구조 및 동작에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 분해 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 정면도이고,
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 주행 휠(210)은 주행 휠 내부 몸체(211), 주행 휠 외부 몸체(212) 및 복수의 압력 측정 센서(213)를 포함하여 구성될 수 있다.
주행 휠 내부 몸체(211)는 내부에 수용 공간(211a)이 형성되고, 외주면을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 수용 홈(211b)이 형성될 수 있다. 이 때, 수용 공간(211a)은 후술할 무선 통신부(214) 및 전원 공급부(215)가 수용되고, 복수의 수용 홈(211b)은 내부에 복수의 압력 측정 센서(213)가 각각 배치될 수 있다.
도 7에서는 주행 휠 내부 몸체(211)가 내부에 수용 공간(211a)의 일부가 형성되고 주행 휠 지지 몸체(230)에 회전 가능하게 결합되기 위한 결합 샤프트가 형성된 몸체 하우징(211A)와, 내부에 수용 공간(211a)의 일부가 형성되고 몸체 하우징(211A)과 결합되는 몸체 커버(211B)로 구성된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 도 8에서는 주행 휠 내부 몸체(211)의 외주면을 따라 6 개의 수용 홈(211b)이 60 도의 동일한 간격으로 형성된 예를 도시하고 있으나, 수용 홈(211b)의 개수 및 배치 형태는 주행 휠(210)의 크기, 배관(P)의 크기, 종류 등의 조건에 따라 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
주행 휠 외부 몸체(212)는 주행 휠 내부 몸체(211)의 외주면를 감싸도록 주행 휠 내부 몸체(211)에 결합되며, 배관(P)의 내부면에 접촉하여 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주행 휠 외부 몸체(212)는 전체적으로 타이어와 같은 형상을 가지고, 배관(P)의 내부면에 탄성력을 제공할 수 있도록 고무, 실리콘 등의 탄성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 필요한 경우, 주행 휠 외부 몸체(212)는 주행 휠 내부 몸체(211)의 외주면에 설치되며, 주행 휠 내부 몸체(211)의 수용 홈(211b)에 배치된 압력 측정 센서(213)에 압력을 효과적으로 전달하기 위해 고무, 실리콘 등의 탄성 재질을 가지는 보조 탄성 링 부재(212b)를 더 포함할 수도 있다.
복수의 압력 측정 센서(213)는 주행 휠 외부 몸체(212)의 내주면에 접촉한 상태로 복수의 수용 홈(211b) 각각에 배치되며, 주행 휠 외부 몸체(212)가 배관(P)의 내부면에 접촉하여 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 동안 배관(P)의 내부면으로부터 주행 휠 외부 몸체(212)에 가해지는 압력을 측정할 수 있다.
바람직하게는, 도 8에 도시된 바와 같이, 주행 휠 외부 몸체(212)는 외주면을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 접촉 돌기(212a)가 형성되고, 복수의 압력 측정 센서(213) 각각은 복수의 접촉 돌기(212a) 중 전체 또는 일부에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치는 주행 휠의 외주면에 복수의 접촉 돌기를 형성하고 복수의 접촉 돌기 각각에 대응하는 위치에 압력 측정 센서를 구비함으로써, 주행 휠의 실시간 압력 변화를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 복수의 주행 구동부(200) 각각을 구성하는 적어도 하나의 주행 휠(210) 각각은 무선 통신부(214)를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 주행 구동부를 구성하는 주행 휠의 구조를 나타내는 종단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 무선 통신부(214)는 주행 휠 내부 몸체(211)에 형성된 수용 공간(211a)의 내부에 장착되며, 복수의 압력 측정 센서(213) 각각으로부터 측정된 압력 값을 제어부(300)로 전송할 수 있다.
바람직하게는, 무선 통신부(214)는 복수의 압력 측정 센서(213) 각각으로부터 측정된 압력 값을 근거리 무선 통신 방식을 이용하여 제어부(300)로 전송할 수 있다. 무선 통신부(214)와 제어부(300) 사이의 무선 통신 방법으로는, 블루투스(Bluetooth), IrDA(Infrared Data Association), 지그비(Zigbee), UWB(Ultra Wideband) 등과 같이 다양한 근거리 무선 통신 기술을 이용할 수 있다. 특히, 블루투스 기술의 경우, 근거리 라디오 기술에 기반을 둔 무선 통신 기술로서, 2.4 GHz대의 주파수 대역에서 동작하고 반경 10 m 정도의 거리에서 최대 1Mbps의 속도로 음성 및 데이터를 상호간 전송할 수 있으며, 블루투스 모듈은 소비 전력(약 100 ㎽ 정도)이 매우 적다는 장점이 있다. 상술한 근거리 무선 통신 기술에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 주행 휠(210)은 복수의 압력 측정 센서(213) 및 무선 통신부(214)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(215)를 더 포함할 수 있다. 이러한 전원 공급부(215)는 주행 휠 내부 몸체(211)에 형성된 수용 공간(211a)의 내부에 장착되며, 충전에 의해 사용 가능한 배터리를 사용할 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치(1)의 동작에 대해서 자세히 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치의 동작을 나타내는 순서도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 주행 장치를 구성하는 주행 구동부의 동작을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 복수의 주행 구동부(200)를 구동시켜 주행 몸체(100)를 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행시킬 수 있다(S110).
그리고, 제어부(300)는 주행 몸체(100)가 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 복수의 주행 구동부(200) 각각을 구성하는 주행 휠(210)에 구비된 복수의 압력 측정 센서(213)를 이용하여 주행 휠(210)과 배관(P)의 내부면 사이의 압력을 실시간으로 측정할 수 있다(S120).
그리고, 제어부(300)는 주행 몸체(100)가 배관(P)의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 복수의 압력 측정 센서(213) 각각으로부터 측정된 압력과 미리 설정된 기준 값을 비교할 수 있다(S130).
그리고, 제어부(300)는, 복수의 압력 측정 센서(213) 각각의 압력 측정 값이 미리 설정된 기준 값과 다른 경우(단계 S140에서의 아니오), 주행 휠 구동부(220) 및 주행 휠 지지 암 구동부(250) 중 적어도 하나의 동작을 제어(S150)하여 복수의 주행 구동부(200) 각각을 구성하는 각각의 주행 휠(210)이 배관(P)의 내부면에 적절한 압력으로 밀착되도록 할 수 있다.
즉, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 복수의 압력 측정 센서(213) 각각의 압력 측정 값이 미리 설정된 기준 값보다 큰 경우, 주행 휠(210)이 배관(P)의 내부면으로부터 멀어지는 방향(도 11의 (a)의 예에서, 하부 방향)으로 이동하도록 주행 휠 지지 암 구동부(250)의 구동을 제어할 수 있다.
이와 반대로, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어부(300)는 복수의 압력 측정 센서(213) 각각의 압력 측정 값이 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우, 주행 휠(210)이 배관(P)의 내부면을 향하는 방향(도 11의 (b)의 예에서, 상부 방향)으로 이동하도록 주행 휠 지지 암 구동부(250)의 구동을 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 배관 주행 장치
100: 주행 몸체 200: 주행 구동부
210: 주행 휠 211: 주행 휠 내부 몸체
212: 주행 휠 외부 몸체 213: 압력 측정 센서
214: 무선 통신부 215: 전원 공급부
220: 주행 휠 구동부 230: 주행 휠 지지 몸체
240: 주행 휠 지지 암 250: 주행 휠 지지 암 구동부
251: 구동 모터 252: 제1 스크류 부재
253: 제2 스크류 부재 254: 제1 너트 부재
255: 제2 너트 부재 256: 제1 동력 전달 암
257: 제2 동력 전달 암 300: 제어부

Claims (4)

  1. 배관의 내부에 배치되며, 상기 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 주행 몸체;
    상기 주행 몸체의 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 배치되며, 상기 배관의 내부면에 밀착한 상태로 상기 주행 몸체를 상기 배관의 길이 방향을 따라 주행시키는 복수의 주행 구동부; 및
    상기 복수의 주행 구동부 각각에 연결되며, 상기 복수의 주행 구동부 각각의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 복수의 주행 구동부는 각각,
    상기 배관의 내부면에 접촉한 상태로 상기 배관의 내부면을 따라 주행하는 적어도 하나의 주행 휠;
    상기 적어도 하나의 주행 휠에 연결되며, 상기 적어도 하나의 주행 휠에 회전 구동력을 제공하는 적어도 하나의 주행 휠 구동부;
    상기 적어도 하나의 주행 휠 각각을 회전 가능하게 지지하고, 상기 적어도 하나의 주행 휠 구동부가 장착되는 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체;
    일단이 상기 주행 몸체의 일측에 연결되고, 타단이 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 몸체에 연결되며, 상기 주행 몸체의 일측으로부터 상기 배관의 내부면을 향하는 방향으로 상기 적어도 하나의 주행 휠의 위치를 조절하는 적어도 하나의 주행 휠 지지 암; 및
    상기 주행 몸체의 일측에 설치되며, 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 각각의 일측에 연결되어 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암의 각도 또는 길이를 조절하기 위한 구동력을 제공하는 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 주행 몸체가 상기 배관의 길이 방향을 따라 주행하는 동안, 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각과 상기 배관의 내부면 사이에서 측정된 압력에 따라 상기 적어도 하나의 주행 휠 구동부 및 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 주행 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각은,
    내부에 수용 공간이 형성되고, 외주면을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 수용 홈이 형성된 주행 휠 내부 몸체;
    상기 주행 휠 내부 몸체의 외주면를 감싸도록 상기 주행 휠 내부 몸체에 결합되며, 상기 배관의 내부면에 접촉하는 주행 휠 외부 몸체; 및
    상기 주행 휠 외부 몸체의 내주면에 접촉한 상태로 상기 복수의 수용 홈 각각에 배치되며, 상기 배관의 내부면으로부터 상기 주행 휠 외부 몸체에 가해지는 압력을 측정하는 복수의 압력 측정 센서를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 압력 측정 센서 각각으로부터 측정된 압력 측정 값과 미리 설정된 기준 값을 비교한 후, 상기 복수의 압력 측정 센서 각각으로부터 측정된 압력 측정 값이 미리 설정된 기준 값과 일치할 때까지 상기 적어도 하나의 주행 휠 구동부 및 상기 적어도 하나의 주행 휠 지지 암 구동부 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 주행 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주행 휠 외부 몸체는 외주면을 따라 미리 정해진 간격으로 복수의 접촉 돌기가 형성되고,
    상기 복수의 압력 측정 센서 각각은 상기 복수의 접촉 돌기 중 전체 또는 일부에 대응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 주행 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 주행 구동부 각각을 구성하는 상기 적어도 하나의 주행 휠 각각은,
    상기 복수의 압력 측정 센서 각각으로부터 측정된 압력 값을 상기 제어부로 전송하기 위한 무선 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 주행 장치.
KR1020200126771A 2020-09-29 2020-09-29 배관 주행 장치 KR102451400B1 (ko)

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