3조-노브레인

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 덕트 청소용 궤도 모듈 개발

영문 : Development of a Duct Cleaning Crawler Module

과제 팀명

노브레인

지도교수

윤민호 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20204300** 정**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20204300** 김**

서울시립대학교 기계정보공학과 20204300** 조**

서울시립대학교 기계정보공학과 20204300** 홍**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

국내 상수도 관로의 경우 노후됨에 따라 유지 보수 비용 증가 문제를 야기한다. 이때, 보수, 청소를 위해 직접 작업자 투입되는 것이 아닌 로봇을 사용하는데, 이로서 작업자의 사고를 사전에 예방하고자 한다. ㈜ 더브라이트에서 사용하는 로봇 Jettyrobot의 경우 궤도 모듈이 굉장히 고가이고 특수 제작된 부품들로 인해 모듈 자체의 정비성과 유지보수성이 떨어지게 된다. 때문에 본 프로젝트에서는 배관 청소용 로봇에 적용될 수 있는 궤도 모듈을 가격, 정비성, 유지보수적인 측면과 기능적인 측면에서 개선하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

1) 개발 배경 및 필요성

국내 상수도 관로는 40년 이상 된 구간이 많고, 그 구간이 약 11만 km에 달한다. 이러한 노후 배관은 내부에 기름, 녹, 슬러지 등이 쌓여 수질 저하 및 유지보수 비용 증가 문제를 야기한다. 기존 방식인 배관 교체는 사회간접자본 차원에서 막대한 비용이 소요되며, 작업 환경의 위험성 및 내부의 리벳·핀 등의 요철 구조로 인한 작업자의 안전 문제도 일으키는 상황이다. 따라서 효율적이고 안전하게 관로 내부를 청소·점검할 수 있는 로봇 기술의 필요성이 요구된다.

2) 기존 기술의 문제점

현재 국내에서는 관로 로봇 기술에 대한 관심이 부족하여 대부분 체코 등 해외 장비를 수입해 사용한다. 기존 장비인 JettyRobot은 다음과 같은 문제점이 존재한다.

궤도 모듈 1개당 가격이 약 1700만원으로 너무 비싼 단가를 가진다.
기존 로봇은 대형 덕트 청소용 로봇으로 크기가 너무 커서 (정확한 수치는 대외비이므로 공개 불가) 소형 배관 및 덕트에 적용할 수 없다.
내부 부품들이 특수 제작된 부품들로 정비성과 유지보수성이 매우 떨어진다.

3) 제안 기술의 우수성 및 독창성

이번 개발 과제에서는 다음과 같은 차별점을 갖는 로봇을 설계하고자 한다.

방수·방진 강화: IP 규격 기반 완전 방수 및 방진 성능 확보. 수중 담금 시험을 통한 완전 방수 검증.
열 관리 시스템 적용: 장기간 작업 활동에도 모터·보드 발열을 효과적으로 처리하기 위한 발열 처리 구조 구현.
고성능 궤도 설계: 100N 수준의 견인력을 가지는 궤도 시스템 설계. 평면 주행에서 미끄럼 없는 주행 안정성 확보 및 곡관/직각 관로 주행 가능. 내부의 장애물을 극복할 수 있는 궤도 모듈 구조 구현.

4) 기대 효과 본 과제가 성공적으로 완수될 경우 다음과 같은 효과가 기대된다.

사회적 효과: 노후 상수도 배관의 위생적 관리로 국민 생활 안전 보장, 수돗물 품질 향상.
경제적 효과: 관로 교체 대신 로봇 활용 청소·점검으로 사회간접자본 절감. 해외 수입 장비 대체를 통한 비용 절감 및 국산 기술 경쟁력 확보.
산업적 효과: 궤도 모듈 기술의 내재화 및 상용화로 새로운 산업 생태계 창출, 향후 상수도 외에도 가스·산업용 덕트 분야로 확장 가능.
기술적 효과: 방수/방진, 열관리, 고성능 궤도 설계 등 핵심 기술 확보를 통해 국내 궤도 모듈 기술 전반의 수준 향상.

개발 과제의 목표 및 내용

1) 개발 목표

본 과제의 궁극적인 목표는 상수도·덕트 등 관로 내부를 안전하고 효율적으로 청소·점검할 수 있는 로봇 시스템의 궤도 모듈을 개발하는 것이다. 사람이 직접 청소 방식이 가진 위험성과 비효율성을 극복하고, 해외 수입 장비에 의존하지 않는 국산 관로 로봇에 적용 가능한 궤도 모듈을 개발하는 것을 목표로 삼는다.

방수·방진 성능 확보: IP 등급 기준을 충족하는 완전 방수 및 방진 구조 설계. 수중 및 분진 환경에서 안정적으로 동작 가능하도록 함. (완전 방수 및 방진 시 약 1분 동안 연속 동작)
구동 성능 향상: 모듈 1개 당 100N 수준의 견인력을 가지며(평면 기준), 직선 및 90도 곡관에서 안정적으로 주행할 수 있는 궤도 메커니즘 확보. 관 내부에 존재하는 리벳, 핀 등의 구조에도 이동성을 확보할 수 있도록 약 2cm의 요철을 견딜 수 있는 궤도 메커니즘 구현
열 관리 시스템 구현: 장기간의 작업(약 30분간 연속 동작)에도 모터와 전자 보드의 발열을 효과적으로 처리하기 위한 수냉 또는 고전도 재질 기반 방열 구조 적용.
정비·유지보수 용이성 확보: 궤도 탈착 및 구동부 교체가 간단하도록 모듈화 설계, 기어·풀리 체결부의 안정성을 확보.
경제성 확보: 기존 개발 가격의 약 70프로의 가격의 예산 내에서 모듈을 제작함으로써 모듈에 대한 경제성 확보

2) 개발 단계 및 내용

1. 기초 설계 및 구조 검토

현존하는 다양한 궤도 구동 방식에 대한 구조 분석
궤도 시스템의 크기·재질·회전반경 설계
모터 Spec 선정 및 동력 전달 메커니즘 구상

2. 구동부 및 궤도 메커니즘 개발

모터·기어·풀리의 최적 배치와 러버 트랙 체결 방식 연구
장력 변화 시 기어 헛돎 방지 설계
궤도·모터 등 주요 부품 모듈화 설계로 손쉬운 교체 가능
프로토타입 제작 및 평면 100N 하중 조건 검증 테스트 진행

3. 열 관리 및 방열 구조 구현

구리선·모터 코일 손상 방지를 위한 발열 관리
수냉 방식 및 고열전도성 소재 적용 검토
Load 없는 상태에서 30 분 이상 연속 동작 가능한 성능 목표

4. 방수·방진 구현 및 검증

IP 등급을 충족하는 밀폐 구조 및 씰링 설계
수중 담금 시험(완전 침수 상태에서 1분 이상 작동)으로 방수 신뢰성 확보
먼지·슬러지 환경에서 장시간 동작 시 이물질 유입 방지 테스트

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

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특허 출원 내용

내용