출품자 : 신수민,손수빈,이주리
지도교수 :
학교명 : 경성대
- 발명의 목적
본 발명은 배관 내부를 검사할 수 있는 주행체에 관한 것으로, 다양한 직경의 배관 내부를 주행하며 검사할 수 있는 주행체에 관한 것과 주행체의 위치를 추종하여 배관 내부 결함의 위치를 정확히 파악하여 유지보수할 수 있도록 하는 것이다.
-발명의 핵심내용
본 발명에서 제안하는 주행체는 주행축의 각도를 가변시켜 하나의 주행체로 다양한 직경의 배관 내부를 주행할 수 있으며, 가속도센서와 자이로센서가 결합된 관성항법장치를 이용해 주행체의 자기 위치를 추종할 수 있다. 구체적으로 하나의 주행체로 다양한 직경의 배관 내부를 주행하는 방법을 설명하면, 주행체를 중심으로 길이 방향 일측에 배치된 제1주행축과 길이 방향 타측에 배치된 제2주행축이 이루는 각도가 달라져 여러 직경에서의 배관 내부 주행을 가능하게 한다. 배관의 직경이 좁을 경우 제1주행축과 제2주행축 사이의 각도는 넓어지고, 직경이 넓을 경우에는 각도가 좁아진다(대표도면1 참조). 배관의 직경에 따라 주행축의 각도를 자동 조절 방법은 주행체와 주행축을 인장스프링(혹은 비틀림스프링, 이하 스프링)으로 연결하여 인장스프링의 인장력에 의해 주행축의 말단에 장착된 주행휠이 배관의 내벽면에 자동으로 밀착되도록 한다. 이 방법은 배관의 직경에 따라 주행휠과 배관 내벽면과의 마찰력의 차이가 발생하여 주행체가 정상 주행되지 않을 수 있다. 주행체와 주행축을 연결하는 스프링에 텐션 조절장치를 추가하는 방법을 통해 이 문제를 해결한다(대표도면2 참조). 주행체의 길이 방향 양측에 텐션 조절 장치의 이송을 위한 레일을 구비하여 텐션 조절 장치의 위치에 따라 스프링에 발생하는 인장력을 제어한다. 텐션 조절장치의 내부에는 압축 스프링을 두어 텐션 조절장치의 돌기가 몸체에 있는 텐션 조절장치 고정 홀에 위치되면 자동으로 팝업되어 고정되는 구조를 가진다. 상기 주행체를 보다 다양한 직경의 배관에 적용하기 위해 본 발명에서는 주행축 자체 길이를 조절하는 방법을 제안한다(대표도면3 참조). 주행축을 상단부와 하단부로 나누어 각각 길이조절 홀을 만들고, 배관의 직경이 넓어 주행체가 정상적인 주행이 되지 않을 때 상단부와 하단부의 중첩을 줄여 볼트와 너트로 고정시키는 방법을 통해 주행이 가능하게 한다. 또한 주행체의 수직 방향에 부착된 지지축을 통해 주행체가 자체 하중으로 배관 중앙을 주행하지 못하고 바닥으로 쳐질 수 있는 문제를 해결한다(대표도면4 참조). 또한 주행체가 수직으로 매설된 배관의 위쪽 방향으로 주행하는 과정에서 모터에 전원이 인가되지 않았을 때, 주행체 자체 하중에 의해 낙하하는 문제는 무전원 상태에서 자동으로 브레이크가 걸리는 스태핑모터를 사용해 해결할 수 있다. 본 발명에서는 주행체가 유무선 네트워킹이 가능한 경우는 실시간 데이터를 전송하여 활용하며, 유무선 네트워킹이 불가능한 환경에서는 검사한 데이터를 자체 저장장치에 저장하고 주행체를 회수하여 저장장치에 저장된 데이터를 분석하여 활용하는 방법(대표도면5 참조)을 제안한다. 본 발명에서는 주행체의 자기 위치 추종하기 위한 방법으로 관성항법시스템이 장착된 배관 내부 주행용 주행체를 제안한다. 주행체 내부에서 설치된 관성항법장치를 통해 주행체가 이동할 때 발생하는 가속도와 각속도를 측정해 제어부로 전송한다. 이 때, 각속도는 주행체의 회전을 감지하여 주행체의 운동방향을 계산할 수 있으며, 일정 시간 동안의 가속도를 적분해 평균속도를 계산할 수 있다. 일정시간의 평균속도를 적분하면 일정 시간 동안 주행체가 이동한 거리를 계산할 수 있다. 주행체에 설치된 카메라로 촬영된 영상과 위치 정보를 동기화하여 결함이 있는 위치를 정확히 파악하여 유지보수 할 수 있도록 지원한다(대표도면6 참조). 본 발명에서는 주행체를 검사할 배관의 직경보다 직경이 작은 파이프 모양의 격납 용기에 보관하는 방법도 제안한다. 주행체에 전원이 인가되면 주행축에 장착된 주행휠이 회전하면서 전진하게 되고, 격납 용기를 벗어나는 순간 다리가 전개되면서 자체 추진력으로 전진하여 배관 내부로 이송될 수 있다. 격납 용기는 주행체의 보관을 용이하게 하고, 배관 내부로 신속하게 투입할 수 있도록 지원해 활용성을 높일 수 있다.