KR20230099885A - 배관 로봇 주행 시스템 - Google Patents

배관 로봇 주행 시스템 Download PDF

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KR20230099885A
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김대영
이홍철
정유정
이수현
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    • F16L55/26Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28Constructional aspects
    • F16L55/30Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
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Abstract

중앙에 배치되어 회전력을 인가하는 메인프레임부, 상기 메인프레임부의 둘레에서 상기 메인프레임부의 회전력에 따라 회전 가능하게 형성되며, 일측은 배관의 내부면과 설정된 각도로 틸트되면서 맞닿아서 상기 회전력에 따라 회전하며 이동력을 인가하는 휠부 및 상기 회전프레임의 회전력과 상기 롤러의 틸트 각도를 제어하는 제어부를 포함하는 배관 로봇 주행 시스템이 개시된다.

Description

배관 로봇 주행 시스템{DRIVING SYSTEM FOR ROBOT}
본 발명은 로봇을 주행하는 시스템에 관한 것이다.
특히 배관을 이동할 수 있는 로봇의 이동을 제어할 수 있는 배관 로봇 주행 시스템에 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 건물이나 시설에 다양하게 설치된다.
대부분의 배관은 구간별로 센서가 설치되어 자동으로 관리 통제된다. 그러나 일부 배관의 경우 센서로 문제 상황을 확인하기 어려워 작업자가 배관 내로 진입하여 배관 내 문제를 확인하고 있다. 그러나 배관 내 작업자의 진입하기 어려운 상황이 있으며, 배관 내로 작업자가 직접 들어가는 것은 작업자의 안전성을 담보하지 못하므로, 최근에는 배관 로봇을 이용하여 이를 대체하고 있다.
종래의 배관 로봇을 살펴보면, 등록번호 제10-2231281호가 있다.
종래의 배관 로봇은 이동 본체, 이동 본체의 양측에 회전 가능하게 결합되며, 외주면에 나선 형상의 스파이럴이 마련되는 한 쌍의 스크류 추진부, 이동 본체의 양쪽에 설치되되, 한 쌍의 스크류 추진부에 각각 암수 결합되며, 스크류 추진부의 회전을 허용하는 베어링부, 이동 본체에 설치되되, 한 쌍의 스크류추진부를 회전시키는 구동수단, 및 구동수단을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
이러한 종래의 배관 로봇은 검사와 정비를 수행할 수 있는 장치들을 탑재하거나 견인하면서 점성이 있는 액체나 분체가 많은 구역을 원활하게 통과할 수 있으나, 구동용 모터와 무한궤도를 활용하는바 최소 사이즈가 정해져 있어서 사이즈가 작은 배관에서는 활용되기 어려운 문제점이 있다.
등록번호 제10-2231281호
일 실시예에 의한 본 발명은 매우 작은 직경을 가지는 배관을 움직일 수 있는 배관 로봇 주행 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
일 실시예에 의한 본 발명은 작은 직경을 가지는 배관 내에서 주행 속도가 제어되고, 수평방향, 수직방향으로 배치된 배관을 모두 주행할 수 있는 배관 이동 로봇 주행 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템은 중앙에 배치되어 회전력을 인가하는 메인프레임부, 상기 메인프레임부의 둘레에서 상기 메인프레임부의 회전력에 따라 회전 가능하게 형성되며, 일측은 배관의 내부면과 설정된 각도로 틸트되면서 맞닿아서 상기 회전력에 따라 회전하며 이동력을 인가하는 휠부 및 상기 회전프레임의 회전력과 상기 롤러의 틸트 각도를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 휠부는 설정된 각도로 틸트될 수 있는 틸트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 휠부는 일측은 상기 메인프레임부에 회전 가능하게 연결되며 길이가 가변될 수 있는 탄성부와 상기 탄성부의 타측에 배치된 틸트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄성부의 일측은 자전 가능하게 연결되는 피니언기어를 포함하며, 메인프레임부 내에는 제어신호에 따라 동작되며 상기 피니언기어와 치합되어 상기 피니언기어를 회전시키는 틸트모터가 배치되어 있으며, 상기 제어부는 상기 틸트모터에 제어신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 배관의 직경에 상기 틸트롤러가 틸트된 각도를 이용하여 상기 회전프레임이 회전력을 인가하여 상기 휠부가 회전되면 이동되는 거리인 이동거리를 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 이동거리에 상기 회전프레임의 RPM을 나눠서 이동속도를 연산하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 의한 본 발명은 가운데 위치되어 회전력을 인가하는 메인프레임부와 메인프레임부의 둘레에 배치되어 배관의 내주면과 맞닿는 휠부로 구성되어 작은 크기의 배관 내에서도 이동 가능할 수 있다.
또한, 일 실시예에 의한 본 발명은 제어부가 메인프레임부의 회전력과 휠부의 틸트되는 각도를 제어하여 주행 속도가 제어되며 배관의 배치방향에 상관없이 배관을 이동할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 휠부의 분해도와 틸트부를 도시한 것이다.
도 3은 일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 제어부가 속도를 연산하는 과정을 블록도로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 사시도이다.
일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템은 메인프레임부(100), 휠부(200), 제어부를 포함한다.
메인프레임부(100)는 내부에 공간이 형성되어 각 구성을 배치할 수 있으며, 외부에는 다른 구성이 연결되어 배치될 수 있다. 메인프레임부(100)는 고정프레임(120)과 회전프레임(130)으로 구성될 수 있다. 도 1에서 도시된 바와 같이 고정프레임(120)의 좌측에 회전프레임(130)이 회전 가능하게 연결되어 있을 수 있다. 고정프레임(120)의 내부에는 회전모터(110)가 배치되어 있으며, 회전프레임(130)은 회전모터(110)에 미도시된 커플러를 통하여 회전모터(110)에 연결되고, 고정프레임(120)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
휠부(200)는 메인프레임부(100)의 둘레에 배치된다. 휠부(200)는 배관 내를 지지 가능한 개수로 형성됨이 바람직하다. 따라서 휠부(200)는 도 1에서 도시된 바와 같이 3개로 구성될 수 있으며, 3개 이상으로 구성될 수도 있다. 휠부(200)는 메인프레임부(100)의 둘레에서 방사방향으로 연장되어 형성된다. 보다 정확하게 휠부(200)는 회전프레임(130)에 연결될 수 있다. 따라서 휠부(200)는 메인프레임부(100)가 회전력을 인가하는 경우, 메인프레임부(100)와 함께 회전될 수 있다. 휠부(200)는 배관과 맞닿는 단부측이 틸트 가능하게 될 수 있다. 따라서 휠부(200)는 메인프레임부(100)의 회전에 따라 회전되되, 배관과 대각 방향으로 맞닿을 수 있다. 그러므로 휠부(200)는 메인프레임부(100)가 자전되며 회전 시 배관의 내주면을 나선 방향으로 맞닿아 회전될 수 있다.
따라서 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템은 배관 내를 전, 후 이동할 수 있다. 그리고 휠부(200)의 각도에 따라서 이동속도가 제어될 수 있다.
일례로 휠부(200)의 단부가 30도로 틸트된 경우와 휠부(200)의 단부가 50도로 틸트된 경우를 가정하고, 회전모터(110)의 샤프트의 RPM이 동일하다고 가정하면 휠부(200)의 단부가 50도로 틸트된 경우가 30도로 틸트된 경우보다 더 긴 거리를 이동할 수 있을 것이다.
이처럼 본 발명은 회전모터(110)의 RPM과 틸트모터(251)의 단부의 틸트각도의 변경으로 인하여 배관 내를 빠르게 이동할지, 느리게 이동할지 등이 결정될 수 있다.
제어부는 도 1에서 미도시 되어 있으며, 제어신호를 인가하여 회전모터(110)의 샤프트의 RPM을 제어하거나, 후술할 틸트모터(251)의 샤프트를 제어하여 휠부(200)의 틸트각도를 제어할 수 있다. 제어부는 배관의 배치방향, 배관 내 비드의 유무, 배관 내 오염물 유무 등에 따라 제어신호를 인가하여 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 이동속도를 제어할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 휠부의 분해도와 틸트부를 도시한 것이다.
본 발명인 배관 로봇 주행 시스템은 휠부(200)가 무엇보다도 중요하다. 휠부(200)의 존재로 인하여 본 발명은 배관에서 이탈되지 않으며, 이동할 수 있는 이동력이 발생될 수 있기 때문이다.
본 발명인 휠부(200)는 탄성부(210), 틸트롤러(220)로 구성될 수 있다. 탄성부(210)는 휠부(200)의 길이방향을 따라서 가변될 수 있으며, 탄성력이 인가될 수 있다. 따라서 탄성부(210)가 가압된 경우, 탄성부(210)의 원복력으로 인하여 휠부(200)는 방사방향으로 힘을 인가할 수 있으며 그럼으로 인하여 배관의 내주면에 보다 강하게 맞닿을 수 있다.
도 2를 기준으로 탄성부(210)의 상측에는 틸트롤러(220)가 배치될 수 있다. 틸트롤러(220)는 탄성부(210)의 움직임에 따라 움직임 가능하게 배치될 수 있다. 따라서 틸트롤러(220)는 탄성부(210)가 가압되는 경우 탄성부(210)가 가압되는 방향으로 가압될 수 있으며, 탄성부(210)가 회전되는 경우 함께 회전되어 틸트될 수 있다.
틸트롤러(220)는 도 2와 같이 연결프레임(221), 회전브라켓(222), 롤러부(223)로 구성될 수 있다. 연결프레임(221)은 바의 형태로 형성되어 탄성부(210)의 단부에 인입 가능하게 형성될 수 있다. 연결프레임(221)의 상측은 홀이 관통되게 형성될 수 있다.
회전브라켓(222)은 'ㄷ'의 형상으로 형성되며 일측에는 일방향으로 돌출되어 형성될 수 있다. 회전브라켓(222)의 돌출된 부분에는 홀이 형성될 수 있으며 연결프레임(221)의 상측으로 인입될 수 있다. 연결프레임(221)의 홀과 회전브라켓(222)의 홀에는 고정체가 인입될 수 있다. 따라서 회전브라켓(222)은 연결프레임(221)에 안정적으로 연결될 수 있다.
롤러부(223)는 회전브라켓(222)에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 롤러부(223)는 피동적으로 회전된다. 따라서 롤러부(223)는 배관의 내주면과 맞닿으며 배치되고, 전술한 회전모터(110)의 회전으로 회전프레임(130)이 회전 시 배관의 내주면을 따라 회전될 수 있다. 또한, 탄성부(210)가 회전되는 경우 그에 따라 회전되며 틸트될 수 있다.
도 2를 기준으로 탄성부(210)의 하측에는 틸트부(250)가 배치될 수 있다. 틸트부(250)는 제어부의 제어신호에 따라 설정된 각도로 회전되어 결국 틸트롤러(220)를 설정된 각도로 틸트시킬 수 있다.
틸트부(250)는 일례로 틸트모터(251), 링기어(252), 피니언기어(253)일 수 있다.
틸트모터(251)는 전술한 회전프레임(130)의 내부에 고정되어 배치될 수 있으며, 회전프레임(130)의 회전에 따라 함께 회전 가능하게 배치된다. 틸트모터(251)는 제어부의 제어신호에 따라 샤프트를 설정된 각도로 회전시킬 수 있다. 틸트모터(251)의 샤프트에는 링기어(252)가 회전 가능하게 연결되고, 링기어(252)에는 탄성부(210)의 하측에 연결된 피니언기어(253)와 치합되어 있을 수 있다. (도 2에서는 하나의 휠부(200)만을 도시하였으나 복수의 휠부(200)가 동일한 방식으로 연결될 수 있음은 당연할 것이다.)
따라서 링기어(252)의 회전으로 피니언기어(253)가 회전될 수 있으며, 틸트모터(251)의 샤프트의 회전은 탄성부(210)를 회전시켜, 최종적으로 탄성부(210)에 연결된 틸트롤러(220)를 틸트각도 변경이 될 수 있다.
또한, 탄성부(210)의 하측에는 고정브라켓(230)이 배치될 수 있다. 고정브라켓(230)은 탄성부(210)의 하측이 회전 가능하게 연결함과 동시에 회전프레임(130)과 함께 회전되도록 안정적으로 회전프레임(130)에 연결될 수 있다.
고정프레임(120)은 연결돌기(231)와 설치홀(232)을 포함할 수 있다. 도 1에서 확인되는 바와 같이 회전프레임(130)은 둘레를 따라서 함몰된 설치홀(232)이 형성될 수 있는데, 고정프레임(120)은 회전프레임(130)과 안정적으로 고정될 수 있도록 연결돌기(231)가 설치홈(131)에 배치된 채, 피스들이 결합되어 고정프레임(120)과 고정될 수 있다.
고정브라켓(230)의 설치홀(232)에는 탄성부(210)의 하측이 관통하며 배치되어 피니언기어(253)와 연결될 수 있다.
탄성부(210)의 둘레에는 설정된 간격을 따라서 복수의 고정홀이 형성되며, 탄성부(210)를 회전 가능하게 연결하는 보조연결부(211)가 배치될 수 있으며 고정브라켓(230)은 설치홀(232)을 기준으로 복수의 고정홀과 대응되는 수의 고정홀이 형성될 수 있다. 보조연결부(211)와 고정홀에는 미도시된 고정체가 배치되어 탄성부(210)는 회전 가능하게 고정브라켓(230)에 연결될 수 있다. 이처럼 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템은 휠부(200)가 틸트되어 이동력을 인가할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 본 발명인 배관 로봇 주행 시스템의 제어부가 속도를 연산하는 과정을 블록도로 도시한 것이다.
본 발명에서 제어부는 이동속도를 연산하여, 이동속도를 제어할 수 있다. 일례로 배관이 수직방향을 따라 배치된 경우 제어부는 느린속도로 이동되도록 제어할 수 있으며, 수평방향을 따라 배치된 경우 제어부는 빠른속도로 이동되도록 제어할 수 있다. 이를 위하여 본 발명인 제어부는 이동속도를 연산하여 회전모터(110), 틸트모터(251)에 제어신호를 인가할 수 있다.
제어부가 이동속도를 연산하는 과정은 다음과 같다.
제어부는 배관의 직경의 크기를 연산할 수 있다(π*D, D:배관의 지름) 그리고 제어부는 틸트롤러(220)의 틸트된 각도를 직경의 크기에 곱하는 연산을 한다. 일례로 도 3과 같이 틸트롤러(220)의 틸트각도가 α인 경우를 가정하면 다음과 같은 식이 연산될 수 있다.{π*D*tan(α*π/180)} 여기서 제어부는 틸트모터(251)를 제어하는바, 당연하게도 틸트롤러(220)의 틸트각도를 인식할 수 있다. 제어부는 이러한 연산식을 통하여 이동거리를 연산한다.
그후 제어부는 위와 같은 방식으로 구한 이동거리에 회전모터(110)의 샤프트의 RPM을 나눠서 이동속도를 최종적으로 연산한다. 이와 같은 방식으로 제어부는 이동속도를 실시간으로 연산하여, 이동속도를 실시간으로 제어할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 메인프레임
110 : 회전모터
120 : 고정프레임
130 : 회전프레임
131 : 설치홈
200 : 휠부
210 : 탄성부
211 : 보조연결부
220 : 틸트롤러
221 : 연결프레임
222 : 회전브라켓
223 : 롤러부
230 : 고정브라켓
231 : 연결돌기
232 : 설치홀
250 : 틸트부
251 : 틸트모터
252 : 링기어
253 : 피니언기어

Claims (6)

  1. 중앙에 배치되어 회전력을 인가하는 메인프레임부;
    상기 메인프레임부의 둘레에서 상기 메인프레임부의 회전력에 따라 회전 가능하게 형성되며, 일측은 배관의 내부면과 설정된 각도로 틸트되면서 맞닿아서 상기 회전력에 따라 회전하며 이동력을 인가하는 휠부; 및
    상기 회전프레임의 회전력과 상기 롤러의 틸트 각도를 제어하는 제어부
    를 포함하는 배관 로봇 주행 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휠부는
    설정된 각도로 틸트될 수 있는 틸트롤러를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 배관 로봇 주행 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 휠부는
    일측은 상기 메인프레임부에 회전 가능하게 연결되며 길이가 가변될 수 있는 탄성부와 상기 탄성부의 타측에 배치된 틸트롤러를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 배관 로봇 주행 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탄성부의 일측은 자전 가능하게 연결되는 피니언기어를 포함하며, 메인프레임부 내에는 제어신호에 따라 동작되며 상기 피니언기어와 치합되어 상기 피니언기어를 회전시키는 틸트모터가 배치되어 있으며,
    상기 제어부는 상기 틸트모터에 제어신호를 송신하는 것
    을 특징으로 하는 배관 로봇 주행 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 배관의 직경에 상기 틸트롤러가 틸트된 각도를 이용하여 상기 회전프레임이 회전력을 인가하여 상기 휠부가 회전되면 이동되는 거리인 이동거리를 연산하는 것
    을 특징으로 하는 배관 로봇 주행 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 이동거리에 상기 회전프레임의 RPM을 나눠서 이동속도를 연산하는 것
    을 특징으로 하는 배관 로봇 주행 시스템.
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KR102640890B1 (ko) * 2023-11-20 2024-02-27 (주)세명엔지니어링 배전선 및 소방설비를 탑재 보호하는 지중배관

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