KR101362231B1

KR101362231B1 - 지뢰탐지로봇

Info

Publication number: KR101362231B1
Application number: KR1020120031303A
Authority: KR
Inventors: 김대제; 김석환; 유동수; 이정엽
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR20130109526A

Abstract

본 발명은 지뢰탐지로봇에 관한 것으로서, 본체와, 금속탐지센서어레이와, GPR어레이와, 중성자 센서와, 회전유닛을 포함한다. 본체는 트랙 또는 바퀴에 의해 구동된다. 금속탐지센서어레이는 지중(地中)의 지뢰의 금속성분을 감지하는 다수의 금속탐지센서를 구비하며, 본체 전방에 배치된다. GPR어레이는 레이더를 이용하여 지뢰를 감지하는 다수의 지중탐사레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)를 구비하며, 금속탐지센서어레이와 본체 사이에 배치된다. 중성자 센서는 지중으로 중성자를 조사하여 지뢰를 감지하며, 본체에 설치된다. 회전유닛은 중성자 센서가 본체의 후방 또는 전방에 선택적으로 위치하도록 본체를 중심으로 중성자 센서를 회전시킨다.

Description

지뢰탐지로봇{Robot for detecting landmine}

본 발명은 지뢰탐지로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속탐지센서, 지중탐지레이더 및 중성자 센서를 이용하여 땅속에 매설된 지뢰를 탐지하는 지뢰탐지로봇에 관한 것이다.

지뢰는 전시 또는 우리나라와 같이 남북이 대치하고 있는 특수한 상황에서 주요 군사시설이나 진지 또는 적의 침입으로부터 취약하거나 그 침입이 예상되는 지역 등에 방어 목적으로 매설해 놓는 일종의 살상 무기이다.

그러나 실제 지뢰로 인한 피해는 군인들보다는 민간인들에게 많은 피해를 주고 있다. 지뢰를 매설한 후 오랜 시간이 지나면 사실상 관리의 소홀로 인하여 방치될 수밖에 없으므로 차후 민간인들이 그 지뢰로부터 피해를 입게 되는 것이다. 또한 홍수와 같은 자연 재해에 의해 강이나 하천으로 유실되면 그 하류의 주민이나 관광객들이 지뢰에 의해 피해를 입게 되는 경우도 있다. 특히 오래된 지뢰는 풍화작용에 의해 조금의 충격에 의해서도 폭발하기 때문에 매우 위험하며, 이를 제거할 때에도 매우 위험하다.

따라서 설치된 지뢰를 안전하고 신뢰성 있게 제거하는 것이 필요한데, 종래에는 이러한 지뢰를 제거하기 위해 훈련된 작업자가 탐침봉을 이용하여 직접 지면을 찔러 지뢰를 탐지하거나, 불도저와 같은 장비로 지면을 갈아 엎거나, 금속탐지기를 이용하여 탐지하는 방법들이 있었다.

도 1은 종래의 지뢰탐지로봇의 일례를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 지뢰탐지로봇(10)은 바퀴로 구동되는 본체(11)와, 지뢰(1)의 금속성분을 감지하는 금속탐지센서(12)와, 레이더를 이용하여 지뢰(1)를 감지하는 지중탐사레이더(13)와, 지중으로 중성자를 조사하여 지뢰(1)를 감지하는 중성자 센서(14)를 포함한다. 종래에는 지뢰탐지로봇(10)은 금속탐지센서(12)와 지중탐사레이더(13)를 통해 지뢰(1)로 의심되는 물체를 인지한 후, 지뢰(1)의 존재 여부 및 위치를 정확하게 감지하기 위하여 중성자 센서(14)를 이용하여 지뢰를 감지하였다.

그러나, 종래의 지뢰탐지로봇(10)은 중성자 센서(14)가 탑재된 트레일러(15)가 본체(11)의 후방에 장착된 상태에서 구동되었다. 따라서, 금속탐지센서(12)와 지중탐사레이더(13)를 통해 지뢰(1)로 의심되는 물체를 인지한 후, 의심되는 위치의 지면(2) 위에 중성자 센서(14)를 배치하기 위해서는 본체(11)가 의심되는 위치를 통과해야 하는 과정을 거치게 된다. 이때, 지뢰탐지로봇(10)의 진행 경로가 잘못 설정되어 지뢰(1)를 건드리게 되면 지뢰(1)의 폭발로 인해 본체(11)가 파손되는 문제가 있다. 또한, 지뢰탐지로봇(10)에 사람이 탑승하는 경우, 인명 피해도 발생하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본체에 설치되는 중성자 센서를 본체의 후방 또는 전방에 선택적으로 위치시킴으로써, 중성자 센서와 지뢰를 감지하는 다른 센싱유닛을 효율적으로 배치하고, 지뢰 매설이 의심되는 지역을 본체가 통과하기 전 중성자 센서로 확인하여 전체 시스템의 파손을 방지할 수 있는 지뢰탐지로봇을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 지뢰탐지로봇은, 트랙 또는 바퀴에 의해 구동되는 본체; 지중(地中)의 지뢰의 금속성분을 감지하는 다수의 금속탐지센서를 구비하며, 상기 본체 전방에 배치되는 금속탐지센서어레이; 레이더를 이용하여 상기 지뢰를 감지하는 다수의 지중탐사레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)를 구비하며, 상기 금속탐지센서어레이와 상기 본체 사이에 배치되는 GPR어레이; 지중으로 중성자를 조사하여 상기 지뢰를 감지하며, 상기 본체에 설치되는 중성자 센서; 상기 중성자 센서가 상기 본체의 후방 또는 전방에 선택적으로 위치하도록 상기 본체를 중심으로 상기 중성자 센서를 회전시키는 회전유닛;을 포함하여, 상기 본체가 구동될 때는 중성자 센서를 본체의 후방에 위치시키고, 본체가 정지되고 중성자 센서가 가동될 때는 회전유닛을 이용하여 중성자 센서를 본체의 전방에 위치시키는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 따른 지뢰탐지로봇에 있어서, 바람직하게는, 상기 본체가 구동될 때는 상기 회전유닛의 작동을 제한하며, 상기 본체가 정지되고 상기 중성자 센서가 가동될 때는 상기 회전유닛의 작동 제한을 해제하는 로킹(locking)유닛;을 더 포함한다.

본 발명에 따른 지뢰탐지로봇에 있어서, 바람직하게는, 상기 회전유닛은, 회전구동력을 공급하는 회전모터와, 일단부는 상기 회전모터에 연결되고 타단부에는 상기 중성자 센서가 결합되며 신축 가능하게 형성된 지지부재를 포함하고, 상기 지지부재는, 상기 지뢰를 감지하기 위하여 상기 중성자 센서를 가동할 때는 신장되고, 상기 지뢰 감지가 종료된 때는 축소된다.

본 발명에 따른 지뢰탐지로봇에 있어서, 바람직하게는, 상기 중성자 센서는, 열중성자를 생성시키는 중성자 생성부와, 상기 중성자 생성기로부터 생성된 열중성자를 지중으로 조사하는 중성자 조사부와, 지중의 지뢰로부터 방출된 감마선을 감지하는 감마선 감지부를 포함한다.

본 발명의 지뢰탐지로봇에 따르면, 지뢰를 감지하는 다수의 센싱유닛을 시스템 내에 효율적으로 배치할 수 있고, 지뢰 매설이 의심되는 영역을 통과하기 전에 지뢰를 감지하여 전체 로봇시스템을 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 지뢰탐지로봇에 따르면, 본체 구동 시 중성자 센서의 위치를 확실히 고정시켜 전체 로봇시스템의 균형 유지를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 지뢰탐지로봇에 따르면, 전체 로봇시스템의 균형 유지 능력을 향상시키고, 본체 구동시 소요되는 동력 손실을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 지뢰탐지로봇의 일례를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지뢰탐지로봇을 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 지뢰탐지로봇의 중성자 센서가 본체 전방에 위치한 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지뢰탐지로봇을 도시한 도면이고,
도 5는 도 4의 지뢰탐지로봇의 지지부재가 신장된 상태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 지뢰탐지로봇의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지뢰탐지로봇을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 지뢰탐지로봇의 중성자 센서가 본체 전방에 위치한 상태를 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 지뢰탐지로봇(100)은, 금속탐지센서, 지중탐지레이더 및 중성자 센서를 이용하여 땅속에 매설된 지뢰를 탐지하는 것으로서, 본체(110)와, 금속탐지센서어레이(120)와, 지중탐사레이더어레이(이하, 'GPR어레이'라고 함)(130)와, 중성자 센서(140)와, 회전유닛(150)과, 로킹유닛(미도시)을 포함한다.

상기 본체(110)는 트랙 또는 바퀴에 의해 구동된다. 본체(110)에는 후술할 금속탐지어레이(120), GPR어레이(130), 중성자 센서(140) 등에서 감지된 신호가 입력되고 입력된 신호를 분석하는 제어부(미도시)가 탑재될 수 있다. 또한, 본체(110)에는 트랙 또는 바퀴를 구동하는 엔진 또는 모터와 같은 구동유닛, 구동유닛의 구동력을 트랙 또는 바퀴로 전달하는 동력전달유닛이 함께 탑재될 수 있다.

상기 금속탐지센서어레이(120)는, 지중(地中)의 지뢰(1)의 금속성분을 감지하는 다수의 금속탐지센서를 구비하며, 지뢰탐지로봇의 진행 방향(A)을 기준으로 본체(110) 전방에 배치된다.

각각의 금속탐지센서는 한 쌍의 탐지 코일과 제어를 위한 전자회로로 구성되어 있다. 코일에 교류 전류를 흘려주면 코일에 주기적으로 변하는 자기장이 발생한다. 코일 아래 지중에 지뢰(1)와 같은 금속성분이 있을 경우 변하는 자기장에 의해 와전류가 유도되며, 유도된 와전류에 의해 지뢰(1)가 자기장을 발생시킨다. 금속탐지센서는 이 자기장의 변화를 감지하여 지뢰(1)의 존재 여부를 감지한다.

금속탐지센서어레이(120)는 지뢰탐지로봇의 진행 방향(A)을 기준으로 본체(110) 전방에서 GPR어레이(130)보다 앞에 배치되어, 지뢰 매설이 의심되는 영역을 1차적으로 필터링한다.

상기 GPR어레이(130)는, 레이더를 이용하여 지뢰(1)를 감지하는 다수의 지중탐사레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)를 구비하며, 금속탐지센서어레이(120)와 본체(110) 사이에 배치된다.

지중탐사레이더는 마이크로파를 생성시키는 생성부와, 생성된 마이크로파를 지중 내부로 송신하는 송신 안테나와, 지중의 지뢰(1)에 의해 반사된 마이크로파를 다시 수신하는 수신 안테나로 구성된다. 수신 안테나를 통해 수신된 마이크로파의 파형 분석을 통해 지중에 매설된 지뢰(1)의 존재 여부 및 위치 등을 파악할 수 있다.

GPR어레이(130)는 지뢰탐지로봇의 진행 방향(A)을 기준으로 본체(110) 전방에서 금속탐지센서어레이(120)와 본체(110) 사이에 배치되어, 지뢰 매설이 의심되는 영역을 2차적으로 필터링한다. 금속탐지센서어레이(120)를 통해 1차적으로 필터링된 의심 영역을 필터링하며, GPR어레이(130)를 통해서는 지뢰(1)의 존재 여부 및 깊이 등을 파악할 수 있다.

상기 중성자 센서(140)는, 지중으로 중성자를 조사하여 지뢰(1)를 감지하며, 본체(110)에 설치된다. 중성자 센서(140)는 열중성자를 생성시키는 중성자 생성부와, 중성자 생성기로부터 생성된 열중성자를 지중으로 조사하는 중성자 조사부와, 지중의 지뢰(1)로부터 방출된 감마선을 감지하는 감마선 감지부를 포함한다.

본 실시예에서 중성자 센서(140)를 이용한 중성자 분석법은 열중성자분석법(TNA)을 이용한다. 중성자 생성부에서 생성된 열중성자는 전하를 띠지 않으며, 낮은 에너지를 가지더라도 땅 속 깊이 파고들어간다. 열중성자는 지중의 지뢰(1)의 특정 원소에 흡수되며, 열중성자에 의해 원자는 불안정한 상태가 되어 감마선을 방출하게 된다. 이와 같이, 지뢰 탐지에 사용되는 중성자 분석법은 물질과의 상호작용에서 방출되는 특정 감마선을 측정해 땅 속에 어떤 물질이 존재하는지 파악하는 것이다.

중성자와 반응해 방출되는 특정 감마선은 대부분의 원소들에 대해 이미 알려져 있으며, 이러한 중성자 분석법은 모든 지뢰(1) 또는 폭탄이 질소로 만들어진다는 것을 이용한다. 질소는 열중성자를 흡수해 10.8 MeV의 감마선을 방출하며, 이는 자연상태에서 발생하는 감마선 중에서 가장 높은 감마선이므로 지뢰(1)를 확인하는 좋은 방법이 된다. 열중성자분석법(TNA)은 중성자 발생을 위해 방사성 물질인 '캘리포늄-252'를 사용한다.

상기 회전유닛(150)은, 중성자 센서(140)가 본체(110)의 후방 또는 전방에 선택적으로 위치하도록 본체(110)를 중심으로 중성자 센서(140)를 회전시킨다. 회전유닛(150)은 회전구동력을 공급하는 회전모터(미도시)와, 일단부(152a)는 회전모터에 연결되고 타단부(152b)에는 중성자 센서(140)가 결합되는 지지부재(152)를 포함한다.

일반적으로 중성자 센서(140)는 오탐지율은 낮지만 고가의 유지 비용과 긴 탐지 시간으로 인해 금속탐지센서어레이(120)와 GPR어레이(130)를 통해 필터링되어 지뢰(1)가 매설되었다고 강하게 의심되는 한정된 영역을 탐지한다. 따라서, 지뢰탐지로봇의 진행 방향(A)을 기준으로 금속탐지센서어레이(120)와 GPR어레이(130)의 후방에 배치되는 것이 바람직하다.

그러나, 금속탐지센서어레이(120), GPR어레이(130) 및 중성자 센서(140)의 바람직한 배치 구조를 고려하여 3종류의 센싱유닛을 모두 본체(110)의 전방에 배치한다면, 전체 로봇시스템의 무게중심이 본체(110) 전방에 집중되어 본체(110) 구동시 본체(110)가 전방으로 쏠리게 되는 등 전체 로봇시스템의 균형을 유지하는 것이 곤란하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 지뢰탐지로봇의 진행 방향(A)을 기준으로 금속탐지센서어레이(120), GPR어레이(130)가 본체(110) 전방에 배치되는 점을 고려하여, 본체(110)가 구동될 때는 중성자 센서(140)를 본체(110)의 후방에 위치시키고, 본체(110)가 정지되고 중성자 센서(140)가 가동될 때는 회전유닛(150)을 이용하여 중성자 센서(140)를 본체(110)의 전방에 위치시킨다. 본체(110)가 정지된 상태에서는 중성자 센서(140)를 본체(110)의 전방에 배치하더라도 전체 로봇시스템의 균형을 유지하는 일에 큰 어려움이 없다.

또한, 중성자 센서(140)를 본체(110) 전방에 배치하여 지뢰(1)를 감지함으로써, 본체(110)가 지뢰 매설이 의심되는 영역을 통과하기 전에 지뢰(1)를 탐지할 수 있다. 중성자 센서(140)가 본체(110) 후방에 배치되어 있으면, 금속탐지센서어레이(120), GPR어레이(130)의 오탐지로 인해 잘못된 영역을 감지할 때 본체(110)가 지뢰 매설 영역을 통과하면서 파손될 위험이 있다. 따라서, 본 실시예에서는 중성자 센서(140)를 본체(110) 전방에 위치시켜 본체(110)가 통과하기 전에 미리 지뢰(1)의 정확한 위치를 감지하여 전체 로봇시스템을 보호할 수 있다.

상기 로킹(locking)유닛(미도시)은, 본체(110)가 구동될 때는 회전유닛(150)의 작동을 제한하며, 본체(110)가 정지되고 중성자 센서(140)가 가동될 때는 회전유닛(150)의 작동 제한을 해제한다.

회전유닛(150)을 구성하는 회전모터에 함께 설치되는 브레이크(미도시)가 본 실시예의 로킹유닛이 될 수 있다. 브레이크는 전기가 공급되기 전에는 회전모터가 회전되는 것을 제한하고 전기가 공급된 이후에는 회전모터가 회전될 수 있도록 한다.

한편, 브레이크와 별도로 로킹유닛이 마련될 수도 있다. 회전모터, 지지부재(152), 중성자 센서(140)의 관성이 커서 브레이크 자체로는 회전모터의 회전을 제한하는 것이 곤란한 경우도 있다. 따라서, 자물쇠 형태의 기구적 구성을 본체(110)에 설치하여, 본체(110)가 구동될 때는 지지부재(152)를 고정시키고 본체(110)가 정지되고 중성자 센서(140)가 가동될 때는 고정 부분을 해제시켜 회전유닛(150)에 의해 중성자 센서(140)가 회전될 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 지뢰탐지로봇은, 본체에 설치되는 중성자 센서를 본체의 후방 또는 전방에 선택적으로 위치시킴으로써, 지뢰를 감지하는 다수의 센싱유닛을 시스템 내에 효율적으로 배치할 수 있고, 지뢰 매설이 의심되는 영역을 통과하기 전에 지뢰를 감지하여 전체 로봇시스템을 보호할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 지뢰탐지로봇은, 본체가 구동될 때는 회전유닛의 작동을 제한하는 로킹유닛을 구비함으로써, 본체 구동 시 중성자 센서의 위치를 확실히 고정시켜 전체 로봇시스템의 균형 유지를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지뢰탐지로봇을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 지뢰탐지로봇의 지지부재가 신장된 상태를 도시한 도면이다. 도 4 및 도 5에 있어서, 도 2 및 도 4에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 지뢰탐지로봇(200)은 신축 가능하게 형성된 지지부재(152)에 중성자 센서(140)가 결합된 것을 특징으로 한다.

본 실시예의 회전유닛(250)은, 회전구동력을 공급하는 회전모터(미도시)와, 일단부(252a)는 회전모터에 연결되고 타단부(252b)에는 중성자 센서(140)가 결합되며 신축 가능하게 형성된 지지부재(252)를 포함한다.

본체(110)가 구동될 때는 지지부재(252)가 최대한 축소된 상태를 유지하여 전체 로봇시스템의 균형 유지에 도움이 되고, 동력 손실을 방지할 수 있다. 또한, 본체(110)가 정지되고 중성자 센서(140)가 가동될 때는 회전유닛(250)에 의해 중성자 센서(140)는 본체(110) 전방에 위치되고, 지지부재(252)가 신장되면서 지뢰 매설이 의심되는 영역의 지면(2) 상측에 중성자 센서(140)가 배치된다. 이후, 지뢰 감지가 종료되면 다시 지지부재(252)는 축소되고, 회전유닛(250)에 의해 중성자 센서(140)는 본체(110) 후방에 위치된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 지뢰탐지로봇은, 지뢰를 감지 또는 대기하는 상황에 따라 중성자 센서를 지지하는 지지부재가 신축됨으로써, 전체 로봇시스템의 균형 유지 능력을 향상시키고, 본체 구동시 소요되는 동력 손실을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 지뢰탐지로봇
110 : 본체
120 : 금속탐지센서어레이
130 : GPR어레이
140 : 중성자 센서
150 : 회전유닛

Claims

트랙 또는 바퀴에 의해 구동되는 본체;
지중(地中)의 지뢰의 금속성분을 감지하는 다수의 금속탐지센서를 구비하며, 상기 본체 전방에 배치되는 금속탐지센서어레이;
레이더를 이용하여 상기 지뢰를 감지하는 다수의 지중탐사레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)를 구비하며, 상기 금속탐지센서어레이와 상기 본체 사이에 배치되는 GPR어레이;
지중으로 중성자를 조사하여 상기 지뢰를 감지하며, 상기 본체에 설치되는 중성자 센서;
상기 중성자 센서가 상기 본체의 후방 또는 전방에 선택적으로 위치하도록 상기 본체를 중심으로 상기 중성자 센서를 회전시키는 회전유닛;을 포함하여,
상기 본체가 구동될 때는 중성자 센서를 본체의 후방에 위치시키고, 본체가 정지되고 중성자 센서가 가동될 때는 회전유닛을 이용하여 중성자 센서를 본체의 전방에 위치시키는 것을 특징으로 하는 지뢰탐지로봇.
삭제
제1항에 있어서,
상기 본체가 구동될 때는 상기 회전유닛의 작동을 제한하며, 상기 본체가 정지되고 상기 중성자 센서가 가동될 때는 상기 회전유닛의 작동 제한을 해제하는 로킹(locking)유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지뢰탐지로봇.
제1항에 있어서,
상기 회전유닛은, 회전구동력을 공급하는 회전모터와, 일단부는 상기 회전모터에 연결되고 타단부에는 상기 중성자 센서가 결합되며 신축 가능하게 형성된 지지부재를 포함하고,
상기 지지부재는, 상기 지뢰를 감지하기 위하여 상기 중성자 센서를 가동할 때는 신장되고, 상기 지뢰 감지가 종료된 때는 축소되는 것을 특징으로 하는 지뢰탐지로봇.
제1항에 있어서,
상기 중성자 센서는,
열중성자를 생성시키는 중성자 생성부와, 상기 중성자 생성기로부터 생성된 열중성자를 지중으로 조사하는 중성자 조사부와, 지중의 지뢰로부터 방출된 감마선을 감지하는 감마선 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지뢰탐지로봇.