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中 칭화대, 마이크로 파이프라인 검사 로봇 개발전문 저널 '사이언스 로보틱스'에 연구 논문 게재
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승인 2022.06.02  14:09:22
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▲칭화대 연구진이 개발한 파이프라인 검사 로봇

중국에서 직경 1cm 미만의 매우 좁은 파이프라인 내부를 이동하면서 결함 여부 등을 검사할 수 있는 로봇 기술이 개발됐다.

30일 중국 언론 신식신보(信息新报,신시신바오)에 따르면 칭화대 기계과 현대구조학 및 로봇화 장비 실험실은 1cm 미만의 파이프라인 내부를 효율적으로 이동할 수 있는 파이프라인 검사 로봇을 개발했다.

항공기 엔진과 정유 공장 등 복잡한 시스템이나 시설들에선 물ㆍ가스ㆍ오일을 수송하는 파이프라인이 대량으로 쓰인다. 이러한 파이프라인은 다양한 직경과 곡률을 가지며 장거리를 커버한다. 이러한 파이프라인이 제대로 작동하는지 확인하려면 외부와 내부에서 정기적 검사가 필요하다.

최근 바퀴형, 다리형, 크롤러형 등 각종 파이프라인 검사 로봇이 개발돼 대구경 파이프라인 검측에 활용되고 있다. 하지만 직경 1cm 미만의 파이프라인에 투입할 수 있는 소형 로봇은 없었다.

이번에 개발된 로봇은 1cm 이하의 직경과 여러 곡률을 가진 복잡한 파이프라인에 사용될 수 있다. 스마트 재료로 만들어진 마이크로 파이프라인 검사 로봇이다. 무게 2.2g, 길이 47mm에 불과하며 직경이 10mm 미만이다. 고출력 밀도, 긴 수명의 유전체 탄성체 액추에이터를 인공근육으로 사용한다.

지능형 복합 미세 구조를 기반으로 해 고효율 앵커링(anchoring) 유닛을 전동 장치로 삼는다. 여기에 수치 조절이 가능한 마그네틱 유닛을 이용해 고속으로 로봇을 조립할 수 있으며, 다양한 파이프 형태에 대처할 수 있다. 연질 재료의 점탄성 및 동적 공진 등 특징을 고려해 로봇의 동태 특성을 분석하고, 그에 따라 구동 전압의 주파수와 위상을 조율해 로봇의 운동 속도를 최적화할 수 있다.

고주파 연동 운동 원리에 기반한 이 파이프라인 로봇은 외부 케이블에 의해 구동되며, cm 이하 크기의 파이프라인에서 빠른 수평 및 수직 운동을 할수 있다. 속도는 초당 자기 길이의 1.19배에 달한다. 이 로봇은 감속기, L형 파이프라인, S형 파이프라인 등 다양한 형상의 파이프라인, 그리고 공기와 오일 등 다양한 충전매체, 유리와 금속 및 탄소섬유 등 다양한 재료의 파이프라인에서 빠르게 이동할 수 있다.

연구팀은 파이프라인 검사 능력을 검증하기 위해 로봇 정면에 소형 카메라를 설치해 외부에서 로봇을 제어하고, 다양한 속도로 검사 작업을 성공적으로 완료했다. 이 기술은 향후 항공 엔진 파이프라인 유지보수 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

이번 연구 성과는 전문 저널인 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 '1cm 미만 관형 환경을 탐색하는 파이프라인 검사 로봇(A pipeline inspection robot for navigating tubular environments in the sub-centimeter scale)'이라는 제목으로 게재됐다. (제휴=중국로봇망)

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