KR101711277B1 - 건물 및 토목시설 붕괴지역 탐사 대응 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 재난지역 탐사 대응 로봇은, 입력신호에 따라 정/역회전이 가능한 하나 이상의 구동모터(100); 상기 구동모터(100)와 연결되어 동력을 전달하는 기어모듈(110); 상기 기어모듈(110)과 결합되어 회전하는 2쌍이상의 구동 바퀴(120);를 포함하는 구동부(1000); 주행 방향과 일치하는 촬영 방향을 갖고 주행 방향의 영상을 획득하는 메인 카메라(200); 초음파를 이용하여 주변 장애물과의 거리 측정값 데이터를 생성하는 초음파센서(300); 외부로 데이터를 송신하거나, 제어신호를 수신하는 송수신장치(400); 상기 구동모터(100), 메인 카메라(200), 초음파센서(300) 및 송수신장치(400)와 연결되고, 송수신장치(400)에서 수신되는 제어신호에 따른 구동모터(100)의 제어 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 상기 송수신장치(400)로 전송하는 제어보드(500); 상기 제어보드(500)와 연결되어, 제어신호 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 저장하는 메인 메모리(600); 상기 각 구성요소와 연결되어 전력을 공급하는 배터리(700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건물 및 토목시설 붕괴지역 탐사 대응 로봇{EXPLORATION ROBOT FOR DANGEROUS SPOT SEARCH}

본 발명은 인간이 접근하기 힘든 건물 및 토목시설의 붕괴사고 재난지역에 신속하게 투입되어 재난지역의 형장상황 및 데이터를 파악하여 외부 관제소에 송출하는 건물 및 토목시설 붕괴지역 탐사 대응 로봇에 관한 것이다.

로봇은 산업과 가정 등 다양한 분야에서 인력을 대처하기 위한 수단으로서 활발한 연구 개발이 진행되고 있고, 제어기술의 발달로 다양한 형태의 로봇이 개발되어 여러 분야에서 활용되고 있다.

그 예로 가사 도우미 로봇, 공공장소용 서비스 로봇, 산업 현장에서의 생산성 향상을 위한 로봇, 작업자가 접근하기 곤란한 조건에 활용될 수 있는 작업자 지원 로봇 등이 있다.

최근 화재, 지진 등으로 인한 인명 피해가 증가하며, 특히, 재난지역이나 군사지역과 같이 인간이 접근하기 힘든 위험한 지역의 상황을 확인하기 위해서 무인 이동로봇이 사용되고 있다.

이러한 이동로봇은 사용자의 조작에 의해 이동하거나, 구비되는 센서를 이용하여 능동적으로 이동하여 투입된 지역의 주변 상황을 촬영하여 사용자에게 전송하는 등의 임무를 수행한다.

종래의 위험지역 탐색용 로봇으로는, 한국등록특허 제0770655호([0003] 화재 진압용 소방로봇), 한국공개특허 제2006-0061579호(화재 진압용 소방로봇), 한국등록특허 제0690658호(로봇청소기를 이용한 화재진화장치 및 방법), 일본등록특허 제4009130호(소화로봇) 등이 공지되어 있는 것으로 파악되고 있다.

그러나, 상기한 한국등록특허 제0770655호의 소방로봇의 경우는, 무한궤도를 사용하여 장애물에 방해를 받지 않고 고온의 화재현장에 투입할 수 있으면서, 원격 조정으로 화점을 탐색하여 진압하고, 자체 냉각수단을 갖추고 있어 뜨거운 화재현장에서도 효과적으로 화재를 진압할 수 있는 것으로 되어 있지만, 이는 탐색이 아닌 화재진압을 위한 대형장비일 뿐만 아니라 로봇주행의 수단으로 통상의 무한궤도방식이면서 구조가 매우 복잡하여 파손, 고장의 우려가 상당한 문제점이 있다.

또한, 한국공개특허 제2006-0061579호의 경우는, 화재진압 시 소방관이 접근하기 어려운 협소지역에 투입시켜 용이하게 화재를 진압할 수 있음과 동시에 호스를 자유 자재로 늘리고 줄일 수 있게 조정할 수 있는 것으로 되어 있으나, 위험지역의 주변상황의 각종 정보의 추출수단이 부재한 문제점이 있다.

또한, 상기 한국등록특허 제 0690658호 로봇 청소기를 이용한 화재진압장치의 경우는, 실내의 화재 발생을 감지하면, 화재 감지 및 화재 진행상황을 신속하게 소방서에 전송하고, 화재 발생장소에서 화재원을 추적하여 조기에 진화 가능하다는 것으로 되어 있으나, 이는 진공청소기 사용하는 중에 발생될 수 있는 화재 시 그 청소기를 활용한다는 목적과 기술적 사상에 국한된 것일 뿐 아니라 위험지역의 자유로운 이동성이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 상기 일본등록특허 제 4009130호, 소화로봇의 경우는, 소방대가 들어갈 수 없는 위험한 장소의 화재에도 신속히 대처할 수 있고, 소화용 물의 공급을 받는 일없이 어떤 장소라도 소화를 할 수가 있는 소화로봇에 관한 것으로 파악되나, 이 또한 화재시 탐색 기능이 아니라 소화를 목적으로 할 뿐 아니라 자유로운 고효율 주행성을 보장하지 못하고, 현장상황의 정보취득이 불가능한 문제점이 있다.

KR 공개특허공보10-2012-0001259 A KR 등록특허공보 10-0820167 B1 KR 등록특허공보 10-1289037 B1

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 재난지역에 신속하게 투입할 수 있는 소형의 재난지역 탐사 대응 로봇을 제공함에 있어서, 단순한 구조로 생산성을 높이며, 파손 및 고장의 위험을 낮추고, 재난지역의 현장상황 및 필요 데이터를 수집하기 위한 센서를 갖춘 고효율의 재난지역 탐사 대응 로봇을 제공할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 재난지역 탐사 대응 로봇은, 입력신호에 따라 정/역회전이 가능한 하나 이상의 구동모터(100); 상기 구동모터(100)와 연결되어 동력을 전달하는 기어모듈(110); 상기 기어모듈(110)과 결합되어 회전하는 2쌍이상의 구동 바퀴(120);를 포함하는 구동부(1000); 주행 방향과 일치하는 촬영 방향을 갖고 주행 방향의 영상을 획득하는 메인 카메라(200); 초음파를 이용하여 주변 장애물과의 거리 측정값 데이터를 생성하는 초음파센서(300); 외부로 데이터를 송신하거나, 제어신호를 수신하는 송수신장치(400); 상기 구동모터(100), 메인 카메라(200), 초음파센서(300) 및 송수신장치(400)와 연결되고, 송수신장치(400)에서 수신되는 제어신호에 따른 구동모터(100)의 제어 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 상기 송수신장치(400)로 전송하는 제어보드(500); 상기 제어보드(500)와 연결되어, 제어신호 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 저장하는 메인 메모리(600); 상기 각 구성요소와 연결되어 전력을 공급하는 배터리(700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 단순한 구조로 생산성을 높이며, 파손 및 고장의 위험을 낮추고, 재난지역의 현장상황 및 필요 데이터를 수집하기 위한 센서를 갖춘 고효율의 재난지역 탐사 대응 로봇을 제공할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재난지역 탐사 대응 로봇의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지 센서 및 라이팅 모듈이 설치된 재난지역 탐사 대응 로봇의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파센서를 이용한 주행경로계산을 나타낸 예시도이다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지 센서에 의한 고열원 회피기동을 나타낸 예시도이다;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자세회복 모듈의 작동 예시도이다;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 재난지역 탐사 대응 로봇은, 입력신호에 따라 정/역회전이 가능한 하나 이상의 구동모터(100); 상기 구동모터(100)와 연결되어 동력을 전달하는 기어모듈(110); 상기 기어모듈(110)과 결합되어 회전하는 2쌍이상의 구동 바퀴(120);를 포함하는 구동부(1000); 주행 방향과 일치하는 촬영 방향을 갖고 주행 방향의 영상을 획득하는 메인 카메라(200); 초음파를 이용하여 주변 장애물과의 거리 측정값 데이터를 생성하는 초음파센서(300); 외부로 데이터를 송신하거나, 제어신호를 수신하는 송수신장치(400); 상기 구동모터(100), 메인 카메라(200), 초음파센서(300) 및 송수신장치(400)와 연결되고, 송수신장치(400)에서 수신되는 제어신호에 따른 구동모터(100)의 제어 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 상기 송수신장치(400)로 전송하는 제어보드(500); 상기 제어보드(500)와 연결되어, 제어신호 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 저장하는 메인 메모리(600); 상기 각 구성요소와 연결되어 전력을 공급하는 배터리(700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제어보드(500)의 경우, 시중에 출시되는 다목적 콤팩트 싱글보드 PC인, 라즈베리파이(Raspberry Pi)를 사용하며, 이러한 라즈베리파이의 경우, USB, 이더넷, HDMI출력, 영상출력, 사운드출력과 같은 다양한 기능을 수행하는 소형 컴퓨터로서 본 발명의 제어보드(500)의 역할을 수행 한다.

따라서, 상기 제어보드(500)내부에 지정된 주행모드를 입력하여, 외부의 제어신호 없이 자율주행이 가능하도록 할 수 있으며, 상기 메인 카메라(200) 및 초음파센서(300)에서 획득된 데이터를 처리하기 용이하다.

또한, 상기 메인 카메라(200)의 경우, 상기 제어보드(500)로 사용되는 라즈베리파이와 호환이 용이하고, 비교적 단가가 저렴한, 라즈베리파이 카메라 모듈 (Camera for Raspberry Pi)을 사용하여, 제작 단가 및 호환성을 높이는 것이 바람직하며, 모듈형으로 쉽게 탈부착이 가능하므로, 수리 및 교체가 쉽다는 장점을 가진다.

이러한 상기 메인 카메라(200)는, 하부에 상기 메인 카메라(200)의 촬영방향을 상하좌우로 조절 가능하도록 결합되는 카메라 구동부(210)를 더 포함하게 되는데, 이는, 사용자의 제어에 의하여, 주행 방향 이외의 주변 상황을 파악하기 위하여, 촬영방향을 제어하기 위함이다.

즉, 2축 구조로써 상하 및 좌우 구동이 가능한 구동모듈로써 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 도2에서 보는 바와 같이, 재난지역의 특성상, 빛의 조사량이 적은 지역을 탐사하는 경우가 대부분이므로, 상기 메인 카메라(200)의 양측면에 촬영방향과 일치하는 빛을 조사하는 LED로 구성되는 라이팅모듈(220)을 더 포함하여, 촬영방향의 조도를 높이도록 하는 것이 바람직하며, 이러한 방법 외에도, 상기 메인 카메라(200)는, 빛의 조사량이 적은 지역에서는 적외선 촬영으로 변환하는 기능을 포함하여, 빛에 의한 촬영의 제한을 해소하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동 바퀴(120)의 경우, 일반적으로 바퀴 형상의 차륜형을 채택하여 생산성 및 고장 가능성을 낮추는 것이 바람직하나, 상기 구동 바퀴(120)들을 연결하는 궤도 체인(121)을 더 포함하는 궤도형 방식을 채택하여, 험지에서의 기동성을 높일 수도 있다.

다음으로, 초음파센서(300)의 경우, 도 3에서 보는 바와 같이, 주행방향의 전면으로 초음파를 발사하여, 되돌아오는 초음파를 이용한 주변 장애물과의 거리데이터를 생성하는 것으로써, 상기 제어보드(500)는 외부의 제어신호 수신이 어려운 경우, 이러한 데이터를 이용하여, 자율주행경로를 계산하고, 장애물을 피하여 자율주행하는 것이 가능하다.

즉, 철골구조나, 지하에 위치한 재난지역의 경우, 무선송수신이 불가할 수 있으므로, 상기 초음파센서(300)에 의한 장애물의 거리 및 위치를 파악하여, 최적의 이동경로를 계산하고, 이러한 경로대로 자율주행 함으로써, 탐사임무를 지속적으로 수행할 수 있다.

또한, 상기 제어보드(500)와 연결되어 제어보드(500)의 제어신호 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 저장하는 메인 메모리(600)는, 상기와 같이 무선송수신이 불가능한 곳에서의 주행정보를 데이터화 하여 기록함으로써, 추후 사용자가 회수 시, 자율주행동안의 주행경로 및 데이터를 제공 할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 주변의 온도를 감지하는 온도감지 센서(310)를 더 포함할 수 있는데, 이는, 재난지역의 특성상, 화재가 발생할 가능성이 높고, 이러한 주변의 온도를 데이터화 함으로써, 상기 제어보드(500)는 상기 온도감지 센서(310)에서 수신되는 주변 온도 데이터를 상기 송수신장치(400)로 송출하여, 사용자에게 제공하게 된다.

또한, 이러한 온도감지 센서(310)는, 도 4에서 보는 바와 같이, 재난지역 탐사 대응 로봇의 전후좌우의 온도를 감지하도록 다수의 온도감지 센서(310)가 각 방위마다 설치되고, 상기 제어보드(500)는 고열원을 감지하여, 감지 온도가 로봇이 손상될 수 있는 온도라고 판단될 시, 구동모터(100)를 제어하여 감지된 방위의 온도감지 센서(310)와 반대되는 방향으로 재난지역 탐사 대응 로봇을 긴급 회피시키는 회피기동을 수행하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 사용자에게 온도데이터를 제공함과 동시에, 로봇의 손상을 방지하기 위하여, 각 방위의 온도감지 센서(310)로 고열원을 감지하고, 고열원 방향으로 로봇이 접근 하는 것을 방지하도록 회피기동하여, 로봇의 손상을 막는 것이다.

다음으로, 재난 지역의 특성상, 주행 경로가 평탄하지 않은 경우가 대부분이다.

따라서, 재난지역 탐사 대응 로봇이 주행 중, 전복가능성이 상당히 높은데, 이러한 전복 시, 주행기능을 상실하는 것에 대비하여, 도 5에서 보는 바와 같이, 상기 재난지역 탐사 대응 로봇의 상부 일측에 상하로 구동 가능한 하나 이상의 바(bar)형상 자세회복 모듈(800)을 더 포함하여, 전복 시, 상기 자세회복 모듈이 도 5에서와 같이, 전개되어, 전복된 재난지역 탐사 대응 로봇의 자세를 복원시킴으로써 주행 기능을 정상화 한다.

즉, 축을 기점으로 전개되는 자세회복 모듈(800)에 의하여, 전복된 지형에 상관없이 자세회복이 가능하며, 자세회복 후에는, 다시 원상태로 회수되어 주행에 방해되지 않도록 한다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

100 : 구동모터
200 : 메인 카메라
300 : 초음파센서
400 : 송수신장치
500 : 제어보드
600 : 메인 메모리
700 : 배터리

Claims (7)

1. 입력신호에 따라 정/역회전이 가능한 하나 이상의 구동모터(100); 상기 구동모터(100)와 연결되어 동력을 전달하는 기어모듈(110); 상기 기어모듈(110)과 결합되어 회전하는 2쌍이상의 구동 바퀴(120);를 포함하는 구동부(1000);
   주행 방향과 일치하는 촬영 방향을 갖고 주행 방향의 영상을 획득하는 메인 카메라(200);
   초음파를 이용하여 주변 장애물과의 거리 측정값 데이터를 생성하는 초음파센서(300);
   외부로 데이터를 송신하거나, 제어신호를 수신하는 송수신장치(400);
   상기 구동모터(100), 메인 카메라(200), 초음파센서(300) 및 송수신장치(400)와 연결되고, 송수신장치(400)에서 수신되는 제어신호에 따른 구동모터(100)의 제어 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 상기 송수신장치(400)로 전송하는 제어보드(500);
   상기 제어보드(500)와 연결되어, 제어신호 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 저장하는 메인 메모리(600);
   상기 각 구성요소와 연결되어 전력을 공급하는 배터리(700);를 포함하고,
   상기 메인 카메라(200)는, 하부에 상기 메인 카메라(200)의 촬영방향을 상하좌우로 조절 가능하도록 결합되는 카메라 구동부(210) 및 양측면에 촬영방향과 일치하는 빛을 조사하는 라이팅모듈(220)을 더 포함하며, 빛의 조사량이 적은 지역에서는 적외선 촬영으로 변환하는 기능을 포함하고,
   주변의 온도를 감지하는 온도감지 센서(310)를 더 포함하고, 상기 제어보드(500)는 상기 온도감지 센서(310)에서 수신되는 주변 온도 데이터를 상기 송수신장치(400)로 송출하며,
   상기 온도감지 센서(310)는, 재난지역 탐사 대응 로봇의 전후좌우의 온도를 감지하도록 다수의 온도감지 센서(310)가 각 방위마다 설치되고, 상기 제어보드(500)는 감지되는 온도가 로봇이 손상될 수 있는 온도라고 판단될 시, 구동모터(100)를 제어하여 감지된 방위의 온도감지 센서(310)와 반대되는 방향으로 재난지역 탐사 대응 로봇을 긴급 회피시키고,
   재난지역의 지형에 의하여 재난지역 탐사 대응 로봇이 전복되어 주행기능을 상실할 경우, 전복상황을 극복하기 위하여, 재난지역 탐사 대응 로봇의 상부에 상하로 구동 가능한 하나 이상의 바(bar)형상 자세회복 모듈(800)을 더 포함하며,
   상기 제어보드(500)의 경우 다목적 콤팩트 싱글보드 PC인, 라즈베리파이(Raspberry Pi)를 사용하고,
   상기 제어보드(500)와 연결되어 제어보드(500)의 제어신호 및 메인 카메라(200), 초음파센서(300)에서 획득하는 데이터를 저장하는 메인 메모리(600)는, 무선송수신이 불가능한 곳에서의 주행정보를 데이터화 하여 기록하는 것을 특징으로 하는 재난지역 탐사 대응 로봇.
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