옥내 배관 진단을 위한 초소형 로봇시스템 개발

Abstract

옥내 급수관은 가정용 수도꼭지로 공급되는 최종단계의 수도관으로 옥내의 벽체 안에 매설되어 있기에 진단, 유지 및 보수가 까다롭다. 특히 90년대 이전의 옥내급수관의 경우 아연도 강관이 많이 사용되었는데, 사용연수가 길어질수록 이종금속간의 부식현상이 촉진되어 최근에 아연도 강관의 부식 및 2차 오염에 관한 안전성 문제가 사회에 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 벽체의 손상 없이 노후된 옥내 급수관의 상태를 진단할 수 있는 배관 탐사 로봇의 개발이 요구되고 있다. 현재까지 개발된 배관 탐사로봇은 대부분 가스 및 송유관의 진단 및 보수를 위한 목적으로 개발되었다. 옥내배관을 위한 탐사로봇은 개발사례가 없으며, 대부분 대형 사이즈의 배관 탐사 로봇이 주종을 이루고 있다. 본 논문은 이러한 문제점의 해결을 위해 협소한 옥내 급수관의 효율적인 탐사를 위한 구동 메커니즘과 영상 처리 기술을 바탕으로 한 관내 정보의 취득 그리고 관망의 지도를 작성하기 위한 반자동 옥내 급수관 탐사 로봇을 개발하였다. 협소한 공간에서 자동화는 무리가 있기에 효율적인 구동 메커니즘인 와이어 견인 시스템을 제안한다. 또한 영상의 안전한 전송과 신호선의 곡관 통과를 위해 스프링 메커니즘을 제안한다. 유선형으로 디자인한 초소형 카메라와 MEMS 자이로 센서의 사용, 그리고 스프링 메커니즘으로 인해 곡관이 많은 급수관의 탐사가 가능하며, 영상처리 알고리즘을 통해 관내부의 직경이나 단면적 등의 정보를 알아낸다. 또 영상처리 알고리즘과 자이로 센서의 정보로부터 로봇의 자세를 알아내고 이와 더불어 엔코더의 정보를 취합해 로봇의 위치를 알아낸다. 이를 바탕으로 프로그래밍을 통해 옥내 급수관망의 지도를 작성할 수 있다.; Because the indoor pipeline is built in the wall of house, it is difficult to inspect and maintain. Specially, Galvanized Steel Pipes have been used popularly for indoor pipeline early 1990s; however, corrosion and second contamination of Galvanized Steel Pipes are very critical. Thus, it is necessary to develop the pipeline inspection robot for inspecting the state of worn indoor pipelines without any damage of wall. The pipeline inspection robots developed till now have been generally problems to inspect and maintain the gas and oil-supply pipelines. The inspection robot for indoor pipeline has never been developed and most of them are mainly for large-sized pipelines. In this study, a semi-automatic pipeline inspection robot is developed to obtain the internal information of the pipelines and build the map of pipeline using the driving mechanism and image processing technology for inspecting narrow indoor pipelines. Because the complete automation is difficult to realize due to narrow space, the wire-pulling system is proposed as efficient driving mechanism. And the spring mechanism is also proposed to transmit an image safely and pass the signal line through the curved pipeline. It can go through the water-supply pipeline with many curved pipelines. A super-compact type camera was designed as a streamline shape. The MEMS gyro sensor and the image obtained by the camera were used to detect the diameter and cross-section area inside the pipeline. Finally, the map of the indoor water-supply pipeline net was completed by integrating the information from the camera and the MEMS gyro sensor.