[논문]배관 검사 로봇 시스템 개발

백상훈; 류성무; 노세곤; 최혁렬

doi:10.22634/ksme-a.2001.25.12.2030

[국내논문] 배관 검사 로봇 시스템 개발
Development of Inpipe Inspection Robot System 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.25 no.12 = no.195, 2001년, pp.2030 - 2039

백상훈 (성균관대학교 대학원 기계설계학과) , 류성무 (성균관대학교 대학원 기계설계학과) , 노세곤 (성균관대학교 대학원 메카트로닉스협동과정) , 최혁렬

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, various inpipe inspection robots are developed and its effective values are increased in industrial use. However, it is so difficult to make a inpipe inspection robot system which has flexible mobility and accuracy of inspection in pipelines. Especially, it is very important to know the exact crack position. In this paper, we are to present a lately developed inpipe inspection robot system which can resolve the above Problems. The robot is configured as an articulated structure like a snake. Two active driving vehicles are located in front and rear of the inspection robot respectively and passive modules such as a nondestructive testing module and a control module are chained between the active vehicles. Special feature of the robot system is a ground interface, which is able to show informations of robot and pipelines. By using this, so called virtual map in this paper, user is able to know the pipelines'feature and crack position.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문의 저자들은 지난 수년간 배관 검사 로봇에 관하여 수행한 연구 결과를 통하여 이미 이동에 관련하여 고려해야 할 사항들을 소개한 바 있으며 요구조건을 충족하는 메커니즘을 개발하여 그 효용성을 입증하였다";
본 논문은 성균관대학교 산업설비안전성평가 연구센터의 지원으로 수행되어진 것으로 이에 관계자 여러분들께 감.사느립니다.

제안 방법

견인로놋으 검사장비를 견인하고 검사를 수행해야 하므로 강인한 견인력을 갖추고 복잡한 배관내무를 주행할 수 있을 만큼의 유연성을 갖추도록 설계, 제작되었다. 견인-統봇은 두 개의 독 祈석인 이동체가 이중 능동 유니버설 관설(Double Active Universal Joint) 이바고 하는 2자 유도 능동 조향 메커니즘으로 연결되어 있다.
구동의 기본 네커니즘은 분절형 벼면 압착식 메커니즘으로 미끄범 관절과 핸토그라프 메커니즘의 변형을 조합하여 고안뇐 다리 메커니즘, 웜 및 웜휠을 이용한 메커니즘으보 설계되었다. Fig.
4는 곡관 주행 시 관의 내경에 닿는 바퀴와 외경에 닿는 바퀴의 속도 차가 요구됨을 나타내고 있다. 자연스러운 속도 차이를 구현해 내기 위한 방안으로 Fig. 4처럼 구동 바퀴 중간에 구동 바퀴의 높이보다 낮게 자율 구동 바퀴를 부착하였다. 구동방식은 곡관 주행 시 관 내측의 구동 바퀴는 관벽에 닿지 않고 떨어진 상태로 회전하며 중앙의 자율 구동 바퀴가 관벽에 닿게 되고 외측은 구동 바퀴가 벽면에 닿아 회전하게 되므로 관의 내측과 외측의 속도 차이가 생기게 되며 자연스럽게 속도차이를 구현하며 주행할 수 있게 돈[다.
조향 메커니즘은 이중능동유니버설관절(Dou비e Active Universal Joint : DAUJ)이라고 불리우는 2자 유도 관절로 설계되었으며"') 선택적 조향을 할 수 있도록 자기 클러치 구조를 첨부하였다. 또한 전면부 링크 구조는 유선형을 모사한 구조로 곡관 이동의 유연성을 확보하였다.
또한 전면부 링크 구조는 유선형을 모사한 구조로 곡관 이동의 유연성을 확보하였다.
7은 제어 프로그램의 순서도중에서 timer interrupt에 의하여 수행되어지는 control loop의 구조를 나타낸 그림이다. 제어 명령은 구동모 티의 속도 명령과 조인트 모터의 조향 명 령으로 나千 어지며 제어를 위하여 간단한 PI 제어기를 사용하였다. PI제어기는 응답시간이 늦은 대신에 상대적 안정도를 개선하고 동시에 정상상태오차를 개선하는 효과가 있어서 직관이나 수직관에서 정속주행을 하는 속도 제어와 조향을 위한 위치 제어시의 떨림을 막기에 적합하다.
중력을 이용하여 배관 검사 로봇의 자세를 측정하기 위하여 Fig. 9에서 나타낸 것과 같이 구동 로봇에 3축 방향으로 수직하게 포텐쇼미터를 설치하여 추를 이용한 로봇의 자세를 측정하도록 하였다. Fig.
아크릴 테스트 베드에서 주행 중 그리게 되는 가상지도의 동작실험을 하였다. 아크릴 테스트베드의 전경은 Fig.

대상 데이터

이끌려 움직이게 뉜다. 시스템에 사용되는 컨트롤러는 PC₁₀4라는 팬티엄급 산업용 PC이다. 제어모듈에는 주 컨트롤러 외에 광 통신을 하기 위한 OE/EO 컨버터 및 자체 제작한 모터 드라이비 회로, 조명 이 나 클러 치 등은 ON/OFF하기 위한 릴레이 회로 등이 탑재되어 있나.
사용자는 소이 스틱 및 마우스를 통하여 외부에서 조사을하게 뇌며 사용자 환경은 로봇 제어 및 배관에 관한 성보를 한눈에 알아볼 수 있다. 사용자 인티페이스의 좌측 상단은 로봇을 조작할 수 있는 조작환경이며 중앙 상단부는 로봇의 각종 센서로부터 얻注 성 보를 보여주는 결과 창, 우측 상단은 비파괴 검사장비로부터 얻은 데이터를 기준 배관 두께와 비M하여 백분율의 막대 그래프로 나다 내는 검사창, 좌측 흐}.

성능/효과

자벌레 형 은 최혁 렬 능의 version O(Mock-up)을 들 수 있으며, 小 배관 벽면에 압착력이 좋아 탁월한 견인력을 갖고 있으나 검사대상인 도시가스 배관 대부분이 수평 관으로 되어 있는데 비해 수평놘에서 속도가 떨어지는 단전이 있어 효용성이 떨어지는 것으로 판명되었다.
또한 배관에 관한 검사가 단지 CCD 카메라를 통한 육안 검사에 국한되어, 결함 발견 시 그 위치를 대략적인 추정에 의하여 판단하기 때문에 검사를 마치고도 검사물 채취를 위한 부대 작업에 상당한 오류가 뒤따랐다. 본 논문에서 개발한 배관검사로봇 시스템은 직관뿐만 아니라 수직관, 곡관, 분 지관 등 다양한 관 형상에 적응하여 이동할 수 있는 유연성과 자중 외에 비파괴 검사 모듈 같은 검사장비를 탑재하여 이동할 수 있을 만큼의 강인성을 갖추었다. 또한 광케이블을 통한 데이터 송수신을 통하여 기존의 tether cable을 이용한 통신 거리보다 확장된 장거리 검사가 가능하여 1km 마다 지상으로 분기 관이 생성되어 있는 국내 노시가스 배관의 검사에 유용하게 활용될 수 있다.

후속연구

그러나 현재까지의 많은 연구자들에 의하여 개발된 다앙한 종류의 로봇들은 앞서 언급한 유연한 운동성과 검사의 성확성, 기능성 등을 동시에 갖추지 못하고 있는 실정이다. 따라서 장거리 주행이 가능하벼 나양한 배관의 형상에 대응하여 주행할 수 있는 운동성을 갖추고, 배관 검사 중 가상지도를 통한 배관 결함 부위 및 로봇의 현재 위치를 사용자에게 알려줄 수 있는 로봇의 개발이 설실하며 그러한 로봇의 실용화는 보다 경제적이고 성확한 배관 검사를 수행할 수 있도록 할 것이다. 본 工 문에서는 2장에서 지금까지의 기존 연구를 살펴보고 3장에서는 개발된 배관 검사 로봇 시스템에 관련하여 주요 메커니즘과 구동 방식에 관하여 설명하며, 4장에서 가상지도를 통한 원격진단 기술을 소개한 후 5장의 실험을 통한 결론을 마지막 장에서 맺고자 한다.
우선 대상 환경을 살펴본다면, 원통형으로 이루어진 배관이 수평관 만으로 이루어진 경우에는 일반 차량처럼 바퀴를 가진 간단한 이동로봇으로 충분할 것이다. 그러나 대상으로 하는 배관은 수평관 뿐만 아니라 수직관, 곡관, 분 기관, 축소관, 밸브 등으로 이루어진 복합 구조물이다.
본 논문에서 개발한 배관검사로봇 시스템은 직관뿐만 아니라 수직관, 곡관, 분 지관 등 다양한 관 형상에 적응하여 이동할 수 있는 유연성과 자중 외에 비파괴 검사 모듈 같은 검사장비를 탑재하여 이동할 수 있을 만큼의 강인성을 갖추었다. 또한 광케이블을 통한 데이터 송수신을 통하여 기존의 tether cable을 이용한 통신 거리보다 확장된 장거리 검사가 가능하여 1km 마다 지상으로 분기 관이 생성되어 있는 국내 노시가스 배관의 검사에 유용하게 활용될 수 있다. 더욱이 본 는문을 통하여 제안한 가상지도를 통하여 지상에서 로봇을 조작하는 사용자는 매설되어 있는 배관 형상에 관한 성 보와 배관 결함의 위치 등을 정확하게 알 수 있으므로 위치 추정 오류에 따壬 부대 작업을 줄일 수 있어서 통합직인 배관의 유지 및 놘리, 검사가 가능할 것으로 기대된다.
또한 광케이블을 통한 데이터 송수신을 통하여 기존의 tether cable을 이용한 통신 거리보다 확장된 장거리 검사가 가능하여 1km 마다 지상으로 분기 관이 생성되어 있는 국내 노시가스 배관의 검사에 유용하게 활용될 수 있다. 더욱이 본 는문을 통하여 제안한 가상지도를 통하여 지상에서 로봇을 조작하는 사용자는 매설되어 있는 배관 형상에 관한 성 보와 배관 결함의 위치 등을 정확하게 알 수 있으므로 위치 추정 오류에 따壬 부대 작업을 줄일 수 있어서 통합직인 배관의 유지 및 놘리, 검사가 가능할 것으로 기대된다. 실제로 외국에 비하여 상대적으로 영세한 국내의 도시가스 공급사들은 배관의 유지보수와 관리를 위하여 GIS나 그 밖의 장비로 오래전 매설한 배관의 지도를 만드는데 많은 비용을 소비하고 있으며 본 논문에서 제안한 가상지도는 이러한 부대비용의 절감에 큰 효과를 가셔올 것으로 기대한다.
더욱이 본 는문을 통하여 제안한 가상지도를 통하여 지상에서 로봇을 조작하는 사용자는 매설되어 있는 배관 형상에 관한 성 보와 배관 결함의 위치 등을 정확하게 알 수 있으므로 위치 추정 오류에 따壬 부대 작업을 줄일 수 있어서 통합직인 배관의 유지 및 놘리, 검사가 가능할 것으로 기대된다. 실제로 외국에 비하여 상대적으로 영세한 국내의 도시가스 공급사들은 배관의 유지보수와 관리를 위하여 GIS나 그 밖의 장비로 오래전 매설한 배관의 지도를 만드는데 많은 비용을 소비하고 있으며 본 논문에서 제안한 가상지도는 이러한 부대비용의 절감에 큰 효과를 가셔올 것으로 기대한다.

참고문헌 (11)

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Neubauer, W., 1994, 'A Spider-like Robot that Climbs Vertically in Ducts or Pipes,' Int. Proc. of IEEE/RSJ International Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp. 1178-1185
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최혁렬, 송성진, 신현재, 전재욱, 류성무, 김학준, 1999, '소형로봇을 이용한 배관 비파괴검사 자동화 기술,' 제1회 배관안전진단 Workshop, pp. 35-47
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상세보기
Moraleda, J., Ollero, A. and Orte, M., 1999, 'A Robotic System for Internal Inspection of Water Pipelines,' IEEE Robotics and Automation Magazine, Sep. 1999

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최혁렬, 류성무, '지하매설 가스관 검사로봇 개발,' 1998, 한국정밀공학회 추계학술대회, pp. 290-294
최혁렬, 류성무, 백상훈, 조성휘, 송성진, 신현재, 전재욱, 2000, '지하매설 가스배관 내부검사용 로봇시스템 개발,' 한국정밀공학회지, 제 17권 제2호, pp. 121-129

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Sungmoo Ryew, Sangmoo Lee and Hyoukryeol Choi, 1999, 'Design of Anthropomorphic Joint Mechanism,' The 3rd International Workshop on Advanced Mechatronics, pp. 197-201

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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