KR20220069660A - 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇 및 이를 이용한 배관 검사 방법 - Google Patents

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KR20220069660A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배관 내부의 결함을 검사하는 배관 검사 로봇은, 제1 주행 바퀴와 상기 제1 주행 바퀴를 회전시키는 제1 주행 모터를 포함하는 제1 견인 모듈, 결함을 검사하는 센서부, 이동을 위한 검사 바퀴를 포함하며, 상기 제1 견인 모듈과 연결되어 이동하는 검사 모듈, 제2 주행 바퀴와 상기 제2 주행 바퀴를 회전시키는 제2 주행 모터를 포함하며, 상기 검사 모듈과 연결되어 상기 검사 모듈을 이동시키는 제2 견인 모듈을 포함하고, 상기 검사 바퀴는 상기 제1 주행 바퀴에 대하여 경사지게 설치될 수 있다.

Description

견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇 및 이를 이용한 배관 검사 방법{PIPE INSPECTION ROBOT HAVING TOW MODULE AND PIPE INSPECTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇 및 배관 검사 방법에 관한 것이다.
배관은 유체나 분체의 이동을 위한 밀폐된 통로를 제공하는 것이다. 이러한 배관은 지하에 매설되기도 하며 플랜트나 액상 및 분말 제품의 생산을 위한 공장 또는 건물 및 시설에 다양하게 설치된다.
플랜트, 공장, 건물 및 시설에 설치되는 배관의 문제는 외부에서 검사하여 대부분 해결할 수 있다. 그러나, 지하에 매설되는 배관은, 대부분 전력선, 가스나 석유 또는 식수 및 하수 통로이다. 이러한 배관은 구간 별로 센서가 설치되어 자동으로 관리 통제된다. 배관에 문제가 생기는 경우 지상과 연결된 구간 별 출입구를 통해 검사를 수행하여 문제를 해결한다.
지하 매설 배관 중에는 구간 별로 검사가 쉽지 않으며, 외부에서 탐상하여 문제 구역을 찾기 어려운 경우가 있다. 이러한 경우에는 배관의 구경에 따라 작업자가 진입 탐사하여 문제점을 찾아 해결하기도 한다. 그러나 작업자의 진입이 어려운 환경을 갖는 배관과 구간 별로 관리 통제가 이루어지지 않는 배관의 경우에는 배관 검사 로봇을 투입하여 검사를 수행하고, 문제를 해결할 적절한 수단을 찾아야 한다.
기존의 배관 검사 로봇은, 여러 가지 비파괴 검사 기술을 사용하여 배관을 점검하고 있다. 즉 배관 검사 로봇에는, 초음파 탐상, 방사선 탐상, 자기누설탐상 등 다양한 비파괴 검사기술이 적용된다.
수도관은 노후화로 인해 부식되어 두께가 얇아지거나 부식 지반의 변화로 인해 변형이 발생된다. 중구경 수도관은, 작업자의 투입이 어려우므로, 배관 검사 로봇에 의한 배관 검사가 작업성에서 편리하다.
상수도관 배관 검사는 무단수와 단수 방식으로 나뉜다. 무단수 방식의 경우 카메라를 물 속에서 이동시켜서 배관을 상태를 검사하는 방식이 주로 사용된다. 해당 방식의 경우에는 육안 식별 가능한 부식과 큰 구멍을 확인할 수 있지만, 수명 진단을 위한 균열, 결함을 측정하는 것이 쉽지 않다. 단수 방식의 경우에는 다양한 비파괴 검사 장비를 활용할 수 있기 때문에 무단수 방식보다 정밀하게 검사할 수 있으며, 배관의 수명을 예측할 수 있다.
그러나 종래의 비파괴 검사 로봇은 원통형상으로 이루어져서 관 내부를 검사하였다. 원통 형상으로 이루어진 로봇은 무게가 무겁고 관경 변화에 대응하기가 어려운 단점을 갖는다. 또한, 로봇을 원주 방향으로 이동시켜서 검사한 후에 다시 직선방향으로 이동시켜서 점진적으로 검사하는 경우에는 회전 운동과 직선 운동이 교대로 이루어져서 검사 속도가 느리고, 회전 운동을 위한 구동 수단과 직선 운동을 위한 구동 수단을 구비해야 하므로 무게와 부피가 증가하는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 효율적으로 배관 내부를 검사할 수 있는 배관 검사 로봇을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배관 내부의 결함을 검사하는 배관 검사 로봇은, 제1 주행 바퀴와 상기 제1 주행 바퀴를 회전시키는 제1 주행 모터를 포함하는 제1 견인 모듈, 결함을 검사하는 센서부, 이동을 위한 검사 바퀴를 포함하며, 상기 제1 견인 모듈과 연결되어 이동하는 검사 모듈, 제2 주행 바퀴와 상기 제2 주행 바퀴를 회전시키는 제2 주행 모터를 포함하며, 상기 검사 모듈과 연결되어 상기 검사 모듈을 이동시키는 제2 견인 모듈을 포함하고, 상기 검사 바퀴는 상기 제1 주행 바퀴에 대하여 경사지게 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 견인 모듈과 상기 제2 견인 모듈은 직선방향으로 주행하고, 상기 검사 모듈은 나선방향으로 주행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 견인 모듈과 상기 검사 모듈을 연결하는 연결 막대를 더 포함하고, 상기 연결 막대의 양단에는 유니버셜 조인트가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 견인 모듈은 제1 지지 프레임과 상기 제1 지지 프레임에 회전 가능하게 설치되며 상기 제1 주행 바퀴들을 지지하는 복수의 제1 링크와 상기 제1 링크를 회전시키는 제1 링크 구동부와 상기 제1 주행 바퀴를 지지하고 회전시키는 제1 주행 구동부를 포함하고, 상기 제1 링크 구동부는 상기 제1 지지 프레임의 길이방향으로 이어진 제1 리드 스크류와 상기 제1 리드 스크류의 회전에 따라 상기 제1 리드 스크류의 길이방향으로 이동하며 상기 제1 링크와 결합된 제1 구동 슬라이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 지지 프레임에는 전방을 촬영하는 촬영부가 설치되고, 상기 촬영부는 카메라와 상기 카메라를 구동시키는 카메라 구동부와 상기 카메라와 상기 카메라 구동부를 연결하는 카메라 프레임을 포함하고, 상기 카메라 구동부의 측면에는 배관과의 거리를 측정하는 초음파 거리 센서가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 검사 모듈은 자기력으로 배관 내부의 결함을 검사하는 복수의 센서와 상기 센서들을 지지하는 센서 프레임을 포함하고, 상기 센서 프레임의 길이방향은 상기 검사 모듈의 폭 방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 센서 프레임에는 외측으로 돌출된 복수의 볼 플런저가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 센서 프레임의 외면은 호형으로 만곡 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 견인 모듈은 제2 지지 프레임과 상기 제2 지지 프레임의 측방향으로 돌출된 복수의 주행 가이드부를 포함하고, 상기 주행 가이드부는 상기 제2 지지 프레임의 측면에서 측방향으로 돌출된 가이드 프레임과 상기 가이드 프레임에 회전 가능하게 설치된 가이드 휠을 포함하며, 상기 가이드 휠은 옴니 휠로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 주행 바퀴를 갖는 제1견인 모듈과, 결함을 검사하는 센서부와 검사 바퀴를 갖는 검사 모듈과, 제2 주행 바퀴를 갖는 제2 견인 모듈을 포함하는 배관 검사 로봇을 이용하여 배관의 내부를 검사하는 배관 검사 방법은, 상기 제1 견인 모듈과 상기 제2 견인 모듈은 직선방향으로 주행하고, 상기 검사 모듈은 나선방향으로 주행하면서 배관 내부의 결함을 검사할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 배관 검사 로봇은 2개의 견인 모듈과 검사 모듈을 포함하고, 검사 바퀴가 제1 주행 바퀴에 대하여 경사지게 설치되므로 견인 모듈이 직선 주행할 때, 검사 모듈이 나선 주행하여 배관 내부를 효율적이고 신속하게 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 로봇을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈을 잘라 본 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈의 링크 체계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 모듈을 잘라 본 절개 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 모듈의 링크 체계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배관 검사 로봇에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 로봇을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 로봇을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 배관 검사 로봇(10)은 제1 견인 모듈(100), 검사 모듈(200), 제2 견인 모듈(300), 연결 막대(410)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 배관 검사 로봇(10)은 상수도관 등의 배관(20)의 내부에 삽입되며 배관(20) 내부를 주행하면서 배관(20) 내부 상태를 검사한다.
제1 견인 모듈(100)과 검사 모듈(200)은 연결 막대(410)로 서로 연결되며, 검사 모듈과 제2 견인 모듈(300)도 연결 막대(410)를 매개로 서로 연결된다. 연결 막대(410)의 양단에는 유니버셜 조인트(420)가 설치될 수 있는데, 유니버셜 조인트(420)는 제1 견인 모듈(100), 검사 모듈(200), 제2 견인 모듈(300)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 제1 견인 모듈(100), 검사 모듈(200), 제2 견인 모듈(300)은 슬립 링을 매개로 유니버셜 조인트(420)와 연결될 수 있다. 이에 따라 검사 모듈(200)이 회전할 때, 케이블이 꼬이는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈을 잘라 본 절개 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈의 링크 체계를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 견인 모듈(100) 및 제2 견인 모듈(300)에 대해서 설명한다. 제2 견인 모듈(300)은 연결 막대(410)와 촬영부(170)의 설치 위치를 제외하고는 제1 견인 모듈(100)과 동일한 구조로 이루어지므로 제2 견인 모듈(300)에 대한 설명은 제1 견인 모듈(100)에 대한 설명으로 대체한다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 제1 견인 모듈(100)은 제1 지지 프레임(110), 제1 링크(121), 견인 바퀴(150), 제1 링크 구동부(130), 제1 주행 구동부(160), 촬영부(170)를 포함할 수 있다. 제1 견인 모듈(100)은 검사 모듈(200)을 견인하여 이동시키며 직선방향으로 주행할 수 있다.
제1 지지 프레임(110)은 길게 이어진 막대 형상으로 이루어지며, 견인 모듈(100)의 길이방향으로 이어져 형성될 수 있다. 제1 지지 프레임(110)의 전방에는 전방을 촬영하는 촬영부(170)가 설치되고, 촬영부(170)는 카메라(171)와 카메라(171)를 구동시키는 카메라 구동부(170)와 카메라(171)와 카메라 구동부(170)를 연결하는 카메라 프레임(174)을 포함할 수 있다. 카메라 프레임(174)은 카메라(171)와 카메라 구동부(170)를 연결하며, 카메라 프레임(174)에는 카메라(171)를 회전시키는 위치제어 모터(175)가 설치될 수 있다.
카메라 구동부(170)는 대략 직육면체의 상자 형상으로 이루어지고, 카메라 프레임(174)은 카메라 구동부(170)에 대하여 회전 가능하게 설치된다. 카메라 구동부(170)에는 복수의 LED 램프(173)가 설치될 수 있다. 또한, 카메라 구동부(170)의 4개의 측면에는 배관과의 거리를 측정하는 초음파 거리 센서(176)가 설치된다. 이에 따라 LED 램프(173)에 의하여 어두운 곳을 용이하게 촬영할 수 있을 뿐만 아니라 초음파 거리 센서(176)를 이용하여 로봇의 중심 위치를 측정할 수 있다.
제1 지지 프레임(110)의 내부에는 제1 링크(121)들을 펴거나 접는 제1 링크 구동부(130)가 설치된다. 제1 링크 구동부(130)는 제1 지지 프레임(110)의 길이방향으로 이어져 형성된 리드 스크류(131)와 리드 스크류(131)에 결합되어 리드 스크류(131)의 길이방향으로 이동하는 구동 슬라이드(134)와 제1 링크(121)에 의하여 이동하는 피동 슬라이드(135)와 리드 스크류(131)를 회전시키는 링크 구동 모터(133)를 포함할 수 있다. 제1 지지 프레임(110)에는 제1 링크(121)와 결합된 핀이 이동하는 슬릿이 형성될 수 있다.
리드 스크류(131)는 외주면에 나사산이 형성된 막대로 이루어지며, 회전 가능하게 설치된다. 링크 구동 모터(133)는 감속기를 매개로 리드 스크류(131)와 연결되어 리드 스크류(131)를 회전시킨다. 구동 슬라이드(134)는 리드 스크류(131)와 나사 결합되며, 리드 스크류(131)의 회전에 따라 리드 스크류(131)의 길이방향으로 이동한다. 이를 위해서 제1 지지 프레임(110)의 내부에는 구동 슬라이드(134)가 이동하는 통로가 형성될 수 있다. 또한, 제1 지지 프레임(110)에는 리드 스크류(131)와 결합되지 않으며 통로를 따라 이동하는 피동 슬라이드(135)가 설치될 수 있다. 피동 슬라이드(135)는 제1 링크(121)에 의하여 제1 지지 프레임(110)의 길이방향으로 이동할 수 있다.
구동 슬라이드(134)에는 제1 링크(121)들이 결합되며, 제1 링크(121)들은 V 형상으로 연결될 수 있다. V 형상의 제1 링크(121) 중 어느 하나는 상부로 이어지고, 다른 하나는 하부로 이어질 수 있다. 2개의 V 형상 제1 링크(121)는 리드 스크류(131)에 의하여 이동하는 구동 슬라이드(134)와 결합되며, 2개의 V 형상 제1 링크(121)는 피동 슬라이드(135)와 연결된다.
제1 링크(121)들 중 어느 하나는 길이가 신축되는 구조로 이루어질 수 있으며, 신축되는 제1 링크(121)에는 충격을 완화시키는 완충 스프링(123)이 설치될 수 있다. 신축되는 제1 링크(121)는 2개의 실린더가 끼움 결합되어 길이가 신축 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
제1 링크(121)들은 구동 슬라이드(134)에 의하여 이동하면서 접히거나 펴질 수 있다. 또한 제1 링크(121)는 피동 슬라이드(135)를 길이방향으로 이동시킬 수 있다. 제1 링크(121)가 접히거나 펴지면 배관(20) 내경의 변화에 따라 견인 바퀴(150)들이 배관(20) 내면에 밀착되어 배관 검사 로봇(10)이 안정적으로 주행할 수 있다.
제1 링크(121)에는 견인 바퀴(150)를 회전시키는 제1 주행 구동부(160)가 연결된다. 본 실시예에 따른 배관 검사 로봇(10)은 2개의 제1 주행 구동부(160)를 포함할 수 있다. 하나의 제1 주행 구동부(160)는 제2 지지 프레임(110)의 상부에 배치되고, 다른 제1 주행 구동부(160)는 제2 지지 프레임(110)의 하부에 배치된다.
제1 주행 구동부(160)는 제1 링크(121)들과 결합된 주행 프레임(161)과 주행 프레임(161)에 결합되어 견인 바퀴(150)를 회전시키는 주행 모터(162)를 포함할 수 있다. 주행 프레임(161)은 제1 링크(121)와 연결되어 제1 링크(121)에 의하여 제1 지지 프레임(110)에서 이격된다.
제1 지지 프레임(110)에는 2개의 주행 프레임(161)이 제1 링크(121)를 매개로 결합될 수 있다. 하나의 주행 프레임(161)에는 4개의 주행 모터(162)가 결합되며, 각각의 주행 모터(162)들은 주행 프레임(161)의 길이방향 및 폭방향으로 이격 배치된다. 주행 모터(162) 중 어느 하나에는 주행거리의 측정을 위한 오도미터 센서(180)가 설치될 수 있다.
주행 모터(162)는 완충 막대(163)와 회전 지지 막대(164)를 매개로 주행 프레임(161)에 결합될 수 있다. 완충 막대(163)와 회전 지지 막대(164)는 주행 모터(152) 및 주행 프레임(161)에 회전 가능하게 설치된다. 완충 막대(163)는 길이가 가변 가능한 구조로 이루어지며, 충격을 감소키는 스프링을 갖는다.
견인 바퀴(150)는 각각의 주행 모터(162)에 결합되어 회전하며, 견인 바퀴(150)는 내측과 외측이 서로 다른 외경을 갖도록 형성된다. 즉, 견인 바퀴(150)에서 주행 모터(152)와 인접한 안쪽의 외경은 바깥쪽의 외경보다 더 크게 형성될 수 있다.
이에 따라 배관 내부를 이동할 때, 견인 바퀴(150)가 배관(20)의 내벽에 밀착되어 힘을 전달할 수 있다. 또한, 주행 모터(152)에 완충 막대(163)와 회전 지지 막대(164)가 설치되므로 견인 바퀴(150)가 배관(20) 내부에 더욱 안정적으로 밀착될 수 있다. 또한, 4개의 견인 바퀴(150)는 제1 지지 프레임(110)의 상부측에 배치되고, 4개의 견인 바퀴(150)는 제1 지지 프레임(110)의 하부측에 배치될 수 있다.
견인 바퀴(150)는 제1 견인 모듈(100)의 길이방향과 평행하게 배치될 수 있다. 본 기재의 바퀴의 방향은 바퀴의 회전 중심축에 대하여 수직인 가상 평면의 방향을 의미하며 가상의 평면은 바퀴의 폭방향 중심을 지나는 평면이 된다. 따라서 견인 바퀴(150)의 폭방향 중심을 지나는 평면은 제1 견인 모듈(100)의 길이방향과 평행하게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 모듈을 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 모듈을 잘라 본 절개 사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 검사 모듈의 제2 링크 체계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 검사 모듈(200)은 제2 지지 프레임(210), 제2 링크(221), 검사 바퀴(250), 제2 링크 구동부(230), 제2 주행 구동부(260), 센싱부(240), 주행 가이드부(270)를 포함할 수 있다. 검사 모듈(200)은 제1 견인 모듈(100)과 제2 견인 모듈(300)에 의하여 이동하며, 센싱부(240)를 이용하여 배관(20) 내부의 결함을 검사한다.
제2 지지 프레임(210)은 길게 이어진 막대 형상으로 이루어지며, 검사 모듈(200)의 길이방향으로 이어져 형성될 수 있다. 제2 지지 프레임(210)의 내부에는 제2 링크(221)들을 펴거나 접는 제2 링크 구동부(230)가 설치된다. 제2 링크 구동부(230)는 제2 지지 프레임(210)의 길이방향으로 이어져 형성된 2개의 리드 스크류(231)와 리드 스크류(231)에 결합되어 리드 스크류(231)의 길이방향으로 이동하는 구동 슬라이드(234)와 리드 스크류(231)를 회전시키는 링크 구동 모터(233)를 포함할 수 있다.
리드 스크류(231)는 외주면에 나사산이 형성된 막대로 이루어지며, 회전 가능하게 설치된다. 2개의 리드 스크류(231)는 서로 다른 방향으로 회전하도록 링크 구동 모터(233)에 결합된다.
링크 구동 모터(233)는 감속기를 매개로 리드 스크류(231)들과 연결되어 2개의 리드 스크류(231)를 서로 반대 방향으로 회전시킨다. 2개의 구동 슬라이드(234)는 리드 스크류(231)와 나사 결합되며, 리드 스크류(231)의 회전에 따라 리드 스크류(231)의 길이방향으로 이동한다. 이를 위해서 제2 지지 프레임(210)의 내부에는 구동 슬라이드(234)가 이동하는 통로가 형성될 수 있다. 이에 따라 서로 다른 리드 스크류(231)에 결합된 구동 슬라이드(234)는 리드 스크류(231)의 회전에 따라 서로 반대방향으로 이동할 수 있다. 일 방향으로 링크 구동 모터(233)가 회전하면 구동 슬라이드(234)들 사이의 간격이 증하고, 다른 방향으로 링크 구동 모터(233)가 회전하면 구동 슬라이드(234)들 사이의 간격이 감소할 수 있다.
구동 슬라이드(234)에는 제2 링크(221)들이 결합되며, 제2 링크(221)들은 V 형상으로 연결될 수 있다. V 형상의 제2 링크(221) 중 어느 하나는 상부로 이어지고, 다른 하나는 하부로 이어질 수 있다. 제2 링크(221)들은 구동 슬라이드(234)에 의하여 이동하면서 접히거나 펴질 수 있다. 제2 링크(221)가 접히거나 펴지면 배관(20) 내경의 변화에 따라 검사 바퀴(250)들이 배관(20) 내면에 밀착되어 배관 검사 로봇(10)이 안정적으로 주행할 수 있다.
제2 링크(221)에는 검사 바퀴(250)를 회전시키는 제2 주행 구동부(260)가 연결된다. 본 실시예에 따른 검사 모듈(200)은 2개의 제2 주행 구동부(260)를 포함할 수 있다. 하나의 제2 주행 구동부(260)는 제2 지지 프레임(210)의 상부에 배치되고, 다른 제2 주행 구동부(260)는 제2 지지 프레임(210)의 하부에 배치된다.
제2 주행 구동부(260)는 제2 링크(221)들과 결합된 주행 프레임(261)과 주행 프레임(261)에 결합되어 검사 바퀴(250)를 회전시키는 주행 모터(262)를 포함할 수 있다. 주행 프레임(261)은 제2 링크(221)와 연결되어 제2 링크(221)에 의하여 제2 지지 프레임(210)에서 이격된다.
제2 지지 프레임(210)에는 2개의 주행 프레임(261)이 제2 링크(221)를 매개로 결합될 수 있다. 하나의 주행 프레임(261)에는 2개의 주행 모터(262)가 결합되며, 각각의 주행 모터(262)들은 주행 프레임(261)의 길이방향 및 폭방향으로 이격 배치된다.
주행 모터(262)는 2개의 댐퍼(263)를 매개로 주행 프레임(261)에 결합될 수 있다. 댐퍼(263)는 길이가 가변 가능한 구조로 이루어지며, 충격을 감소키는 스프링을 갖는다. 이에 따라 충격을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 검사 바퀴(250)가 댐퍼(263)에 의하여 배관(20) 내부로 가압되어 밀착될 수 있다.
제2 지지 프레임(210)의 상하에 배치된 검사 바퀴(250)는 서로 다른 방향으로 경사지게 배치된다. 또한, 검사 바퀴(250)는 견인 바퀴(150)에 대하여 경사지게 설치된다. 검사 바퀴(250)는 견인 바퀴(150)에 대하여 20도 내지 30도 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 견인 모듈(200)과 제2 견인 모듈(300)이 직선 운동할 때, 검사 모듈(200)은 나선 운동할 수 있다.
한편, 주행 프레임(261)에는 결함을 검사하는 센싱부(240)가 설치되는데, 센싱부(240)는 자기력으로 결함을 검출하는 센서(241)와 센서(241)들을 지지하는 센서 프레임(243)을 포함할 수 있다.
센서(241)는 홀 센서(hall sensor)로 이루어질 수 있염, 센싱부(240)는 넓은 면적을 한번에 검사할 수 있도록 복수의 센서(241)를 포함할 수 있다. 센서(241)의 양쪽 옆에는 영구자석이 설치될 수 있다. 센서 프레임(243)의 길이방향은 제2 지지 프레임(210)의 폭 방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있으며, 이에 따라 센서 프레임(243)은 검사 모듈(200)의 폭 방향에 대하여 경사지게 배치된다. 또한, 센서 프레임(243)의 길이방향은 제2 지지 프레임(210)의 폭 방향에 5도 내지 30도로 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라 배관 검사 로봇(10)이 나선형으로 주행할 때, 센서(241)들이 배관(20)의 길이방향과 평행하게 정렬되어 배관(20) 내부를 효율적으로 검사할 수 있다.
또한, 센서 프레임(243)은 길이방향으로 만곡된 곡면으로 이루어진 외면을 갖는다. 이에 따라 센싱부(240)이 배관(20)의 내면에 밀착되어 센서(241)가 배관(20)의 내면과 가깝게 배치되어 이동할 수 있다. 센싱부(240)은 센서 프레임(243)에 설치되어 외측으로 돌출된 볼 플런저(245)를 더 포함하며, 볼 플런저(245)는 센서(241)가 배관(20)의 내면과 맞닿는 것을 방지한다. 볼 플런저(245)는 센서 프레임(243)의 4개의 코너부에 설치될 수 있다. 볼 플런저(245)는 센서 프레임(243)에 나사 결합된 바디부에 바디부의 단부에 회전 가능하게 결합된 볼을 포함할 수 있다. 볼 플런저(245)가 회전하면 볼 플런저(245)의 높이가 조절되며, 이에 따라 볼 플런저(245)에 의하여 센서(241)와 배관(20) 내부 사이의 거리가 용이하게 조절될 수 있다. 센서 프레임(243)의 길이방향 단부에는 이동 거리의 측정을 위한 오도미터 센서(280)가 설치될 수 있다.
제2 지지 프레임(210)에는 주행 가이드부(270)가 설치되는데 주행 가이드부(270)는 제2 지지 프레임(210)의 측면에서 측방향으로 돌출된 가이드 프레임(271)과 가이드 프레임(271)에 회전 가능하게 설치된 가이드 휠(272)을 포함할 수 있다. 제2 지지 프레임(210)에는 4개의 가이드 프레임(271)이 설치될 수 있으며, 가이드 휠(272)은 옴니 휠로 이루어질 수 있다. 이에 따라 주행 가이드부(270)는 검사 모듈(200)이 나선 주행할 수 있도록 안정적으로 가이드할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 방법에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 배관 검사 방법은 제1 견인 모듈(100)과 제2 견인 모듈(300)은 직선 방향으로 전진하고, 검사 모듈(200)은 나선방향으로 전진 주행하면서 배관(20) 내부를 1차적으로 검사하고, 제1 견인 모듈(100)과 제2 견인 모듈(300)은 직선 방향으로 후진하고, 검사 모듈(200)은 나선 방향으로 후진 주행하면서 배관(20) 내부를 2차적으로 검사할 수 있다. 제1 견인 모듈(100)과 제2 견인 모듈(300)이 직선 주행하는 동안 검사 모듈(200)은 나선방향으로 주행하면서 제1 견인 모듈(100)에 대하여 회전한다.
본 실시예에 따른 배관 검사 방법은 1차 검사 단계에서 배관(20) 내부의 50~70%를 검사하고, 2차 검사 단계에서 나머지 부분을 검사하여 배관 전체를 검사할 수 있다.
또한 배관 검사 방법은 검사 모듈(200)의 리드 스크류(231)의 회전에 의하여 제2 링크(221)가 배관(20)의 내경에 맞게 펼쳐지는 링크 확장 단계와 이때 일측의 센싱부(240)은 제1 영역(DS1)을 검사하고, 타측의 센싱부(240)는 제2 영역(DS2)을 검사하는 검사 단계를 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 배관 검사 로봇 20: 배관
100: 제1 견인 모듈 110: 제1 지지 프레임
121: 제1 링크 123: 완충 스프링
130: 제1 링크 구동부 131, 231: 리드 스크류
133, 233: 링크 구동 모터 134, 234: 구동 슬라이드
135: 피동 슬라이드 150: 견인 바퀴
160: 제1 주행 구동부 161, 261: 주행 프레임
162, 262: 주행 모터 170: 촬영부
171: 카메라 173: LED 램프
174: 카메라 프레임 175: 위치제어 모터
176: 초음파 거리 센서 200: 검사 모듈
210: 제2 지지 프레임 221: 제2 링크
230: 제2 링크 구동부 240: 센싱부
241: 센서 243: 센서 프레임
245: 볼 플런저 250: 검사 바퀴
260: 제2 주행 구동부 263: 댐퍼
270: 주행 가이드부 271: 가이드 프레임
272: 가이드 휠 300: 제2 견인 모듈
410: 연결 막대 420: 유니버셜 조인트

Claims (10)

  1. 배관 내부의 결함을 검사하는 배관 검사 로봇에 있어서,
    제1 주행 바퀴와 상기 제1 주행 바퀴를 회전시키는 제1 주행 모터를 포함하는 제1 견인 모듈;
    결함을 검사하는 센서부, 이동을 위한 검사 바퀴를 포함하며, 상기 제1 견인 모듈과 연결되어 이동하는 검사 모듈;
    제2 주행 바퀴와 상기 제2 주행 바퀴를 회전시키는 제2 주행 모터를 포함하며, 상기 검사 모듈과 연결되어 상기 검사 모듈을 이동시키는 제2 견인 모듈;
    을 포함하고,
    상기 검사 바퀴는 상기 제1 주행 바퀴에 대하여 경사지게 설치된 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 견인 모듈과 상기 제2 견인 모듈은 직선방향으로 주행하고, 상기 검사 모듈은 나선방향으로 주행하는 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 견인 모듈과 상기 검사 모듈을 연결하는 연결 막대를 더 포함하고, 상기 연결 막대의 양단에는 유니버셜 조인트가 설치된 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 견인 모듈은 제1 지지 프레임과 상기 제1 지지 프레임에 회전 가능하게 설치되며 상기 제1 주행 바퀴들을 지지하는 복수의 제1 링크와 상기 제1 링크를 회전시키는 제1 링크 구동부와 상기 제1 주행 바퀴를 지지하고 회전시키는 제1 주행 구동부를 포함하고,
    상기 제1 링크 구동부는 상기 제1 지지 프레임의 길이방향으로 이어진 제1 리드 스크류와 상기 제1 리드 스크류의 회전에 따라 상기 제1 리드 스크류의 길이방향으로 이동하며 상기 제1 링크와 결합된 제1 구동 슬라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 지지 프레임에는 전방을 촬영하는 촬영부가 설치되고, 상기 촬영부는 카메라와 상기 카메라를 구동시키는 카메라 구동부와 상기 카메라와 상기 카메라 구동부를 연결하는 카메라 프레임을 포함하고,
    상기 카메라 구동부의 측면에는 배관과의 거리를 측정하는 초음파 거리 센서가 설치된 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 검사 모듈은 자기력으로 배관 내부의 결함을 검사하는 복수의 센서와 상기 센서들을 지지하는 센서 프레임을 포함하고,
    상기 센서 프레임의 길이방향은 상기 검사 모듈의 폭 방향에 대하여 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 센서 프레임의 외면은 호형으로 만곡 형성되고 상기 센서 프레임에는 외측으로 돌출된 복수의 볼 플런저가 설치된 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 검사 모듈은 제2 지지 프레임과 상기 제2 지지 프레임에 회전 가능하게 설치되며 상기 제2 주행 바퀴들을 지지하는 복수의 제2 링크와 상기 제2 링크를 회전시키는 제2 링크 구동부와 상기 제2 주행 바퀴를 지지하고 회전시키는 제2 주행 구동부를 포함하고,
    상기 제2 링크 구동부는 상기 제2 지지 프레임의 길이방향으로 이어진 2개의 제2 리드 스크류와 상기 제2 리드 스크류의 회전에 따라 상기 제2 리드 스크류의 길이방향으로 이동하며 상기 제2 링크와 결합된 제2 구동 슬라이드를 포함하고,
    2개의 상기 제2 리드 스크류들 서로 반대 방향으로 회전하도록 설치된 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 견인 모듈은 제2 지지 프레임과 상기 제2 지지 프레임의 측방향으로 돌출된 복수의 주행 가이드부를 포함하고,
    상기 주행 가이드부는 상기 제2 지지 프레임의 측면에서 측방향으로 돌출된 가이드 프레임과 상기 가이드 프레임에 회전 가능하게 설치된 가이드 휠을 포함하며, 상기 가이드 휠은 옴니 휠로 이루어진 것을 특징으로 하는 견인 모듈을 갖는 배관 검사 로봇.
  10. 제1 주행 바퀴를 갖는 제1견인 모듈과, 결함을 검사하는 센서부와 검사 바퀴를 갖는 검사 모듈과, 제2 주행 바퀴를 갖는 제2 견인 모듈을 포함하는 배관 검사 로봇을 이용하여 배관의 내부를 검사하는 배관 검사 방법에 있어서,
    상기 제1 견인 모듈과 상기 제2 견인 모듈은 직선방향으로 주행하고, 상기 검사 모듈은 나선방향으로 주행하면서 배관 내부의 결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 방법.
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