상수도 배관용 진공흡입식 청소로봇 시스템에 관한 연구

Abstract

Pipe systems in operation on industrial sites include water supply pipes, waste pipes, oil pipelines, gas pipelines, and shipping pipelines; due to their different intended uses, their direct and indirect influence in our lives is very diverse. As a key part of social infrastructure, water pipes are directly related to our daily lives. To supply high quality water, aging has to be prevented and an optimal situation has to be maintained.

Many countries in the world are facing the problem of water pipe aging, and much effort is being invested to develop technology that can more effectively maintain water pipes. In Korea as well, on the government’s side, ‘Local development of pipe cleaning robots’was selected as an industry core technology development enterprise and is being actively supported.

This research puts forward the novel concept of a vacuum-suction-type pipe cleaning robot that can simultaneously clean pipes and discharge sludge outside, so that the cleaning and flushing processes of the water pipe are simplified and performed in a single process.

The use of vacuum suction and discharge techniques in pipe-cleaning robots has not been adequately investigated to date. Hence, in-depth studies on this method are needed to enable efficient maintenance at actual water supply sites. Such studies would result in improvements in driving, cleaning, and discharge performance with maximum 45°elbow.

This study developed a GUI-based system to control and monitor the operation and cleaning status of pipe-cleaning robots and supporting equipments in an integrated manner, which can be extended to other robotic systems in the future.

A computer simulation was performed prior to manufacturing a prototype in order to determine any interference between the major components of the pipe-cleaning robots, as well as to identify their ability to operate in water pipes with maximum 45°elbows. The results of the computer simulation were then incorporated into the prototype design. The manufactured prototype met the initial research goals, per the results of the primary performance tests described herein that were conducted on a test bench under the same conditions as buried water pipes.

- Travelling performance inside the water pipe

- Cleaning performance

- Performance in discharging sludge

- Performance of an integrated control & monitoring system

Through the vacuum-suction-type discharge technology proposed in this research, it was possible to confirm that pipe cleaning was effective and that the water pipe rehabilitation process was shortened. In the future, research on vacuum-suction-type technologies that can be applied to cleaning robots use in water pipes larger than 2000A, is required.|산업현장에 적용되고 있는 배관시스템으로는 상수도관, 하수도관, 송유관, 가스관, 선박의 배관 등이 있으며, 각각의 사용 목적에 따라 직간접적으로 매우 다양하게 우리 생활에 영향을 미치고 있다. 이 중에 상수도관은 우리 실생활에 직접적으로 관계하는 주요 사회기반시설로 양질의 수돗물을 공급하기 위해서는 노후화를 예방하고 최적의 상태로 보수 유지하여야 한다.

전 세계 수많은 국가에서 상수도 배관의 노화화란 문제에 직면하고 있어서 보다 효율적으로 상수도 배관을 유지보수하기 위한 청소로봇기술 개발에 상당한 노력을 기울이고 있으며, 우리나라도 정부 차원에서‘배관 청소로봇에 대한 국산화 개발’을 산업핵심기술개발사업으로 선정하여 적극 지원하고 있는 실정이다.

본 연구에서는 상수도 배관내부의 청소공정과 세척공정을 단일화하고, 배관을 정량적으로 깨끗하게 청소할 수 있도록 배관청소와 동시에 슬러지를 외부로 배출할 수 있는 신개념의 진공흡입식 배관 청소로봇에 대하여 연구하였다.

진공흡입 및 배출기술은 기존의 다른 배관청소 로봇 연구에서는 제시되지 않은 새로운 방식이며, 본 진공흡입 및 배출기술에 대한 보다 지속적이고 심도 있는 연구를 진행하여 최대 45° 곡관에서의 주행성능, 세척성능 및 배출성능에 대한 성능개량이 이루어 질 경우 실제 상수도 유지보수 현장에서 능률적인 갱생작업이 가능할 것으로 기대한다.

본 연구를 통하여 개발한 배관 청소로봇 및 관련 지원 장치들의 작동 및 청소작업 상태 등을 통합적으로 제어 및 감시할 수 있으며, 향후 다른 로봇시스템으로도 확장 적용이 가능한‘GUI 기반의 통합 제어 및 모니터링시스템’을 개발하였다.

최대 45°곡관이 있는 상수도관내에서 배관 청소로봇의 주요 부품 상호간의 간섭도 및 작동 상태 확인하기 위하여 시제품 제작 전에 컴퓨터 시뮬레이션을 수행한 결과를 설계에 반영하였다. 또한 실제 시제품을 제작하여 매설 상수도관과 같은 조건의 테스트벤치에서 아래 주요 성능실험을 수행한 결과, 초기 연구 목표를 만족함을 확인하였다.

- 상수도 배관 내 주행 성능

- 청소 성능

- 슬러지 배출 성능

- 통합 제어 및 감시시스템 성능

본 연구의 진공흡입 배출기술을 통하여 상수도관 갱생작업 공정 단축 및 효율적인 배관 청소작업이 가능할 것으로 확인하였으며, 향후 진공흡입기술에 대한 보다 많은 연구를 수행할 경우 2000A 이상의 대형배관 청소로봇 등 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대한다.