KR101936383B1 - 무선제어형 관로 탐사 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선제어형 관로 탐사 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관로, 특히 사람이 들어갈 수 없는 하수관로의 이상 상태를 카메라를 탑재한 자주식 구동로봇을 사용하여 촬영하고, 모든 조작은 지상에서 이루어지도록 구성되며 탐사로봇의 촬영 영상은 지상에서 모니터를 통하여 확인하면서 제어가 가능하며, 관로 상태의 녹화까지 가능한 무선제어형 관로 탐사 로봇에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇은 제1모터에 의하여 작동되는 이동수단을 구비한 차체; 상기 이동수단을 위한 제1모터를 제어하는 모터구동부; 상기 차체에 탑재되고 광원을 구비한 카메라; 상기 카메라를 제어하는 카메라구동부; 관로 상태를 탐지하는 프로브를 포함하고, 상기 차체에 배열된 센서부; 상기 차체에 내장되어 동력을 공급하는 전원부; 영상신호와 제어신호를 무선 송수신하는 송수신부; 및 상기 모터구동부, 카메라구동부, 센서부 및 전원부를 컨트롤하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

Description

무선제어형 관로 탐사 로봇{WIRELESS CONTROL EXPLORATION ROBOT FOR CONDUIT}

본 발명은 무선제어형 관로 탐사 로봇에 관한 것으로,

보다 상세하게는 관로, 특히 사람이 들어갈 수 없는 하수관로의 이상 상태를 카메라를 탑재한 자주식 구동로봇을 사용하여 촬영하고, 모든 조작은 지상에서 이루어지도록 구성되며 탐사로봇의 촬영 영상은 지상에서 모니터를 통하여 확인하면서 제어가 가능하며, 관로 상태의 녹화까지 가능한 무선제어형 관로 탐사 로봇에 관한 것이다.

현대사회, 특히 현대 도시사회는 대도시화 및 인구과밀화로 인하여 발생하는 교통, 주거, 수리시설의 문제가 심각하다.

이 중 지하에 매설되어 있는 관로, 특히 하수관로의 경우 관로의 내부를 사람이 관찰하면서 관리할 수가 없다는 문제를 갖는다.

또한 대형 하수관의 경우에는 관로 내부에 침전물이나 음식물, 낙엽, 각종 이물질이 오랜 세월을 거치면서 유독성 가스가 발생하므로 관로를 정비하기 위해서 맨홀을 열고 직접 사람이 진입을 시도하다가 유독성 가스에 질식하여 작업을 위해 진입하던 인부들이 사망하는 사고가 흔히 발생된다.

이런 문제들을 해결하지 위하여 각종 센서를 내장한 관로 탐사로봇의 개발은 유독성 가스로 인해 귀중한 생명을 잃는 재해는 예방할 수 있다.

그러나 종래 관로 탐사로봇은 영상정보를 유선 케이블로 전달하도록 되어 있어서 케이블의 길이 만큼만 탐사가 가능하다는 치명적인 문제점을 갖고 있다. 또한 사용빈도가 증가할수록 케이블의 내구성이 저하되며 케이블이 길어질수록 영상의 질이 저하된다.

나아가 하수관로의 상태를 감지할 수 있는 각종 센서가 내장되어 있지 않아서 관로의 상태를 단지 영상만을 이용한 비디오 판독만로 확인하므로 작업자가 직접 관로에 들어가는 작업이 필요하는 경우 위험요소를 미리 위험요소를 파악할 수 없다.

이런 이유들로 인해 관로 내부를 관찰하거나 진입을 시도할 관로 내부의 오염도 등을 측정하고 무선으로 카메라의 영상을 전송할 수 있는 무선 영상 전송 관로 탐사로봇의 개발이 절실하다.

현재 국내에서 개발된 제품의 단점을 열거하면 다음과 같다.

- 아날로그 전송방식의 영상을 획득하는 경우에는 해상도의 한계가 있다.

- 케이블에 의한 신호의 전달을 하므로 케이블의 길이에 따라 탐사 범위가 제한된다.

- 탐사장비의 부피가 커서 장비를 손쉽게 사용하기가 힘들다. (차량 탑재의 어려움 등)

- 장비를 구동하는 구동체의 한계로 내부의 장애물이 발생 할 경우 계속 전진하기가 힘들다는 단점이 있다.

또 국외에도 관로탐사에 관련된 기술이 특별히 발전한나라는 없다. 다만 일본 산요에서건설현장에 투입될 수 있는 마루 밑 탐사로봇이라는 제품이 있을 뿐이다. 이 제품은 단지 영상으로만 탐사를 하는 장비일 뿐이다. 본 발명에 따른 제품 개발시에는 영상의 탐사뿐만 아니라 관로내부의 위험물질(인화성가스, 질식성가스)을 탐지할 수 있는 기능이 있어 비슷한 분야에 적용된다면 수입대체 효과 및 수출을 주도할 수 있는 기술이 되리라 판단된다.

탐사로봇은 NASA를 기준점으로 하여 우주 탐사에 사용되는 로봇이나 전장 위험을 제거하는 목적으로 활발하게 개발이 진행 되고 있다. 하지만 관로 탐사 전용으로 가스나 위험물질을 감지할 수 있는 제품이 현재는 없는 걸로 알고 있으며 또한 있더라도 아주고가의 장비로서 관로를 탐사하기 위해 보급하기에는 상당한 무리가 뒤따른다.

이에 본 발명은 관로 탐사로봇에 장착된 카메라의 영상 데이터와 센서 정보를 무선(RF)을 사용하여 목적에 따라 수배미터 이상의 거리를 특정 소출력 주파수대(2.4GHz대 10mW 이하)를 이용하여 관로의 선명한 화상과 센서 데이터 전송이 가능하고 관로탐사 로봇을 제어할 수 있도록 할 수 있는 무선제어형 관로 탐사 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 사람이 들어갈 수 없는 하수관로 내의 이상 상태를 카메라를 탑재한 자주식 구동로봇을 사용하여 촬영하고, 모든 조작은 지상에서 이루어지며 장비차량의 모니터를 통하여 제어 및 녹화가 가능한 무선제어형 관로 탐사 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 탐사로봇으로부터 무선으로 전송받은 영상을 분석하고 탐사 작업(거리, 노선번호, 맨홀번호, 관종 및 작업을 포함한 관로 이상상태의 전문문자들이 표기)의 결과를 보고하기 위한 전용 프로그램을 통하여 관로의 이상유무의 결과를 전용 보고서(비디오 TAPE 및 CD포함)까지 가능한 무선제어형 관로 탐사 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇은

제1모터에 의하여 작동되는 이동수단을 구비한 차체;

상기 이동수단을 위한 제1모터를 제어하는 모터구동부;

상기 차체에 탑재되고 광원을 구비한 카메라;

상기 카메라를 제어하는 카메라구동부;

관로 상태를 탐지하는 프로브를 포함하고, 상기 차체에 배열된 센서부;

상기 차체에 내장되어 동력을 공급하는 전원부;

영상신호와 제어신호를 무선 송수신하는 송수신부; 및

상기 모터구동부, 카메라구동부, 센서부 및 전원부를 컨트롤하는 제어부;

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서

상기 카메라는 촬영각도 조절을 위한 제2모터를 갖고, 상기 모터구동부는 상기 제2모터를 제어하고,

상기 모터구동부는 자이로센서를 포함하고, 상기 이동수단은 차체의 자세 제어를 위한 액추에이터를 더 포함하며,

상기 센서부는 가연성가스센서, 일산화탄소센서, 이산화탄소센서의 일부 또는 모두를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇은 로봇에 장착된 카메라의 영상 데이터와 센서 정보를 무선(RF)을 사용하여 목적에 따라 수배미터 이상의 거리를 특정 소출력 주파수대(2.4GHz대 10mW 이하)를 이용하여 관로의 선명한 화상과 센서 데이터 전송이 가능하고 관로탐사 로봇을 제어할 수 있고, 또 사람이 들어갈 수 없는 하수관로 내의 이상 상태를 카메라를 탑재한 자주식 구동로봇을 사용하여 촬영하고, 모든 조작은 지상에서 이루어지며 장비차량의 모니터를 통하여 제어 및 녹화가 가능하다는 장점을 갖고, 나아가 탐사로봇으로부터 무선으로 전송받은 영상을 분석하고 탐사 작업(거리, 노선번호, 맨홀번호, 관종 및 작업을 포함한 관로 이상상태의 전문문자들이 표기)의 결과를 보고하기 위한 전용 프로그램을 통하여 관로의 이상유무의 결과를 전용 보고서(비디오 TAPE 및 CD포함)까지 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇의 개략적인 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 카메라 구동부의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 모터구동부의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 센서부의 개략적인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 전원부의 개략적인 구성도.
도 6, 도 7, 도 8은 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 송수신부의 개략적인 구성도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇은 카메라(20C)를 갖는 차체(10), 차체의 이동수단(통상적으로 바퀴)(11)를 움직이는 제1모터(15)(도 3 참조)를 제어하는 모터구동부(30), 카메라(20C)의 영상 제어 등의 역할을 하는 카메라구동부(20), 관로의 다양한 수치를 측정하고 차체에 탑재된 센서부(40), 무선 이동을 위한 배터리, 특히 충전 배터리(51)(도 5 참조)를 포함하는 전원부(50), 원격 영상신호 전송 및 제어신호 송수신을 위한 송수신부(60), 그리고 제어부(70)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇의 연구 및 양산 과정을 통하여 무선 통신망 사용기술, 다중 로봇 제어 기술, 다중 로봇 응용 기술, 센서 및 프로세서 기술, 소프트웨어 기술, 작업 기반 언어(Language) 기술, 인식 기술 등의 분야에 대한 세부적인 연구개발 및 구현을 통하여 각각의 기술 분야의 개별적인 기술력을 증진시킬 뿐만 아니라 부분적인 합연구를 통하여 학제간 기술의 접목을 초래하는 파급효과가 있게 된다.

또한 산업현장에서 쓰이는 로봇은 대부분 단순한 반복운동에 국한되어 왔고, 다소 복잡하거나 부피가 크고 무거운 물체를 다룰 때에는 하나의 로봇으로 구현이 어려운 경우가 많기 때문에 대부분 아직도 수작업에 의존하고 있는 실정이며, 다중 로봇 시스템의 개발을 위해서는 힘센서 및 다양한 센서기술의 발전이 요구되므로, 역시 본 발명의 연구 및 양산 과정을 통하여 상기 각 분야의 연구개발을 촉진하는 산업적 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다. 또한 네트워크를 통한 메카트로닉스 분야의 성능향상 및 생산력 향상에 이바지할 수 있다.

본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇의 경제·산업적 측면의 효과를 보면, 지하 매설물의 관리의 최적 환경를 제공하는 관로탐사의 로봇의 부재는 2차적인 경제적 피해를 유발한다.이러한 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 센서 네트워크 관로탐사 로봇의 개발은 시설물에 대한 지속적인 관리 예방 및 유지보수에 효율적으로 사용되어질 수 있다.

국내에서는 앞으로 우수한 인적자원 확보와 더불어 정부의 Geeen IT 정책수립 및 발전계획과 응용확대에 따라 필연적으로 기술과 장비수요가 확대될 것으로 전망되는 로봇 개발에 대한 대응전략이 필요한데, 이 분야의 경쟁력강화를 위해 정부와 산업계의 연구개발과 설비확충을 위한 투자확대가 필요한 시점이다.

본 발명은 바로 IT 및 기계 융합기술 개발로서, 정부의 ‘IT융합기술 집중육성’의 시책에 부합하며 인간 친화적인 환경을 구현하는 Eco-City를 위한 필수 기술에 해당한다.

본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇의 개발 및 양산화 과정에서 획득된 기술 및 결과물의 활용 분야는 관로 탐사 및 유지 보수 분야일 수 있다.

이 분야는 하수관 개량공사 또는 준설 후(준공용), 신도시, 신공단 조성시 하수관로 이상 유무 조사.(공공 시설물 인계, 인수시), 구도시의 기존관로 실태파악, 특히 수계별 하수관거 정비를 위한 기본설계시, 처리장에 하수관로를 통하여 필요없이 들어오는 과다한 불명 침입수 탐사시, 공단 등에서 폐수가 무단 방류되고 있는 하수관로에 TV-CAMERA투입 및 현황파악, 시가지 침수 축대붕괴, 도로함몰 등의 원인조사, 하수관로 보수 또는 교체 등 적합여부를 결정하기 위한 조사, 그 밖에 불명 노선 찾기, 없어진 맨홀 위치 찾기, 입주전후의 아파트단지내 우, 오수 오접상태, 오물불통 상태 등을 조사, 상수원 유역 간이오수 처리장 유입관로 조사 등이다.

또 본 발명은 무선 영상감시 시스템 분야에 활용도리 수 있다. 이 분야로는 댐 감시경보, 하수처리장관리, 보호구역 감시 및 위험지역 감시용, 산불감시, 교통감시, 고소득 작물 보호 감시용, 원자력발전소, 군부대 출입통제지역 및 보호구역감시용, 백화점의 매장, 금융기관의 객장감시 및 방범용, 공공건물, 주요시설의 외곽경비 및 감시용, 종교기관, 박물관등의 귀중품보호 감시용,

지하주차장, 빌딩, 공원등의 방법 및 감시보호용, 각종업소, 호텔, 병원, 여관등의 내방객 파악 및 감시용, 주택, 고급빌라, 아파트의 무인경비 및 경비용 등이다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇의 구성에는 아래 사항들이 필요하다.

본 발명에서 카메라(20C)는 어두운 곳에서도 촬영할 수 있도록, 광원(21), 특히 적외선 LED 광원을 갖는데, 이 LED 전류제어 알고리즘(펌웨어/하드웨어)이 구비되어야 한다.

또 각 전력 계통에서 부품의 특성으로 인해 회로설계시 예상의 범위를 벗어나는 제품이 발생 불량으로 이어지는 현상이 빈번히 발생하여 마이크로 프로세서를 이용한 전류 검출 알고리즘이 구비되는 것이 바람직하다. 이를 통하여 본 발명의 제품 불량률 및 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.

또 카메라(20C)의 화질보정 알고리즘(하드웨어 /펌웨어)이 필요하다.

기존의 카메라가 가지고 있는 문제점은 카메라 자체의 영상으로 내부의 DSP를 이용 영상을 분석하여 A/E, W/B 등을 제어하게 설계되어 있다는 것이다. 하지만 모든 상황을 충족할 수는 없으므로 강한 빛이나 여러 가지 환경요인에 의해 칼라를 정확하게 재현할 수 없는 현상이 발생하는데, 이를 해결하기 위해 빛의 강약을 판단 할 수 있는 센서를 적용 이를 마이크로프로세서로 분석하여 최적의 칼라조건을 만들 수 있어 외부에서 카메라 내부에 DSP를 직접 조절하는 알고리즘을 개발하는 것이필요하다.

나아가 카메라 구동부(20)와 관련하여 카메라 조절 메카니즘 제어 알고리즘(기구/하드웨어/펌웨어)이 필요하다.

현재 CCTV(Closed Circuit Television)에서 사용하고 있는 VARIFOCAL 랜즈의 조정은 카메라의 외부에 조정노브가 돌출되어 사용자가 수동으로 조절 하지만 마이크로 프로세서 이용 및 새로운 메카니즘을 개발하여 원격지에서 RS485 네트워크를 이용하여 설치 후 또는 운용 중에 필요에 따라 화각 포커스를 마음대로 사용자가 조절할 수 있는 편의성을 부여하는 메카니즘 및 알고리즘이 본 발명에는 적용된다.

나아가 본 발명에서 카메라(20C) 및 카메라 구동부(20)와 관련하여 장거리 적외선카메라( 기구/ 하드웨어 / 펌웨어 )를 적용하는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 1을 참조하여 이를 구체적으로 살펴본다.

무월광의 야간에 장거리의 피사체를 선명하게 판단할 수 있는 고휘도의 적외선 LED(21)를 적용하고, 상업적으로 구입 가능한(제조사-히타치/삼성/하니웰 등) 줌카메라 모듈(23)(도 2 참조)을 적용하고 카메라컨트롤러(20A)를 통한 제어를 통하여 장거리의 피사체를 줌인/아웃하여 식별할 수 있게 하는 것이 필요하다. 또한 카메라 내부에 센서(특히 자이로센서(27S))를 적용하여 최적의 동작 상태가 될 수 있게 제어하며 이런 모든 내용들을 간편하게 제어할 수 있는 사용자 UI를 개발하여 원격지에서나 근거리에서 RS485 네트워크(20a)를 통한 제어를 가능하게 구현한다.

상기 카메라는 메가 픽셀 카메라를 채용하며, 카메라의 줌과 포커스를 제어 및 조정할 수 있도록 카메라 구동부(20)는 줌카메라모듈(23)을 구비하고 있다. 또 카메라 내부에 자이로 센서(27S)를 내장하여 카메라가 보고 있는 영상을 이동시 구동부의 기울어짐에 의해 탐지영역이 틀어지는 현상을 방지하도록 할 수 있다. 한편 구동부와의 통신을 통하여 카메라의 자세를 항상 동일하게 유지하는 자세보정을 할 수 있는 자이로 시스템을 적용한다.

상기 카메라 광원(21)은 고출력 적외선 조명( 펌웨어/ 기구 /하드웨어 )으로 구성하는 것이 바람직하다. 고출력의 적외선 LED를 적용하여 일반 카메라의 보조조명 역할을 할 수 있는 제품을 구현하고, 또한 RS485 네트워크나 센서네트워크를 이용하여 광원의 점멸 및 밝기 조절 등을 제어할 수 있는 기능을 추가하는 것이 바람직하다. LED전류 제어 알고리즘을 적용하여 제품의 신뢰성을 극대화할 필요가 있다.

필요에 따라 저조도의 관로 내부 탐사 적합성을 고려하여, 저전력 고효율 화이트 LED 조명을 채용할 수 있다.

구체적 구현예로서, 카메라구동부(20)에서 줌카메라모듈(23)은 카메라 콘트롤 보드(20A)에서 UART로 제어(줌, 포커스, 화질조정)하며, 광원(21)은 저전력 고휘도 LED를 적용하여 제어보드에서 PWM 방식 ON, OFF 전류 제어하며, 자이로 센서(27S)는 자이로 센서의 드리프트를 보정하기 위하여 3축 각속도 센서 적용하고, 카메라 콘트롤러(20A)는 UART를 이용한 줌카메라 제어 방식이며, 통신회로(20a)는 RS485 콘트롤로 RS485 네트 워크를 이용하여 카메라 제어 프로토콜 수신및 자이로 센서에서 감지된 카메라의 기울기 정보를 모터 구동부에전달카메라의 기울기를 보정한다.

본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 카메라(20C)에 의하여 획득된 영상은 도 1, 도 2, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 영상처리부(29)에서 처리되어 외부 통제장치의 모니터에서 확인할 수 있는데, 기본적으로 영상 압축복원기술( MPEG4, H.264 )이 탑재된 IP CAMERA를 이용하는 것이 바람직하다. 탑재된 카메라구동부(20)의 영상처리부(29)의 영상압축부(29B)에 의하여 처리된 후, 영상전송부(29A)를 통하여 외부로 전송된다.

상기 영상압축부에서는 영상의 전송은 오토포커스줌 카메라에서 획득되는 영상이 대용량이므로 MPEG4, MJPEG, H.264 압축 기술을 이용하여 압축 전송하게 되며,

상기 무선 영상전송부에서는 카메라의 영상을 무선으로 효과적으로 전송할 수 있는 Wi-Fi 무선 영상 전송 시스템을 이용할 수 있다. 또 안테나를 포함하는 무선송수신부(60)를 구성하는 영상신호송수신부(61) 및 제어신호송수신부(63)의 전송패킷 사이에 외부 무선 제어기, 특히 도 6의 리모트컨트롤러(80)(관로탐사 제어 프로그램 탑재된 칩(80A) 구비)의 대응 영상 및 제어 신호 송수신부(81)(83)에서 전송하는 신호나, 센서부(40)에서 탐지하여 전송하는 관로 정보 관련 센싱데이터를 전송하는 관로제어 프로토콜을 개발하여 채용한다.

구체적으로 상기 영상처리부(29)의 영상압축부(29B)에서 영상의 전송은 메가 픽셀카메라에서 획득되는 영상이 대용량이므로 MPEG4, MJPEG, H.264 압축기술을 이용하여 압축 전송하는 압축 보드를 개발한다. MPEG4수준의 동영상 압축기가 갖는 사양은 다음과 같다.

- ISO/IEC MPEG-4 simple profile / ITU-T H.263 base-line

- Performance: VGA 30fps @ 80MHz system clock

- Search range for motion estimation : -16~+15.5 search

- Support UMV(Unrestricted Motion Vector)

- Inter/Intra Mode Decision

또 상기 무선 송수신부(60)는 관로내부가 직선이 아닌 곡선인 경우를 대비해서 도 7과 같이, 영상 데이터를 중계 및 패스할 수 있는 무선 중계 시스템이어야 한다. 이를 통하여 관로 탐사 로봇에 장착된 카메라의 영상 데이터와 센서 정보를 무선(RF)을 사용하여 목적에 따라 수백미터 이상의 거리를 특정 소출력 주파수대(2.4GHz대 10mW 이하)를 이용하여 관로의 선명한 화상과 센서 데이터 전송이 가능하게 된다.

이러한 무선 영상 송수신부 설계 사양의 일례는 다음 표와 같다.

추가적으로 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 무선 영상 전송 RF 송수신부와의 별도로 관로탐사 로봇을 제어할 수 있는 제어 채널을 확보하기 위한 RF 송수신부(제어신호 RF 송수신부(63))를 개발 한다.

관로제어 프로코콜 개발 : 탐사로봇 구동부 제어신호, 센서 데이터를 전송 및 관로제어 프로토콜을 개발한다.

또 이러한 무선 제어 RF 송수신부 설계 사양은 다음 표와 같다.

IP 카메라는 기존의 인터넷 네트워크 망을 이용하므로 장거리 원격지에서 감시할 수 있는 장점이 있다. 또한 디지털로 압축전송 또는 복원하므로 유선 케이블을 사용하는 경우처럼 선로상에서 발생하는 요인에 의한 화질의 열화가 없다.

또 도 2에서, 상기 카메라구동부(20)는 통상의 OSD 문자 생성부(25)를 구비하고 있어 다양한 정보를 획득한 영상에 실어 보낼 수 있다. 이 문자 생성부에서 문자화되는 정보는 예를 들어 센서부(40)에서 획득된 정보 일 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 무선제어형 관로 탐사 로봇에서 모터제어기술 ( 외장형 SPEED DOME CAMERA )의 개발을 통하여 강력한 모터 제어 특성을 확보하고, 이를 이용한 산악, 항만, 국경선 등의 열악한 환경을 견딜 수 있는 외장형 고속 스피드돔 카메라를 제품화하여 일반카메라 주류의 현재 시장을 탈피하여 틈새시장을 공략할 수 있도록 하고, 수출증대효과도 꾀할 수 있다.

이를 위하여 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 차체(10)에 이동수단(11)(바퀴 또는 이동 다리 등), 특히 바퀴(중장비 등에 많이 사용되는 무한궤도 타입으로 구성될 수 있다)를 구비하고, 바퀴마다 관로 바닥 굴곡에도 차체(또는 카메라)는 수평(또는 차체 전복 방지 기능)을 유지할 수 있도록 자이로센서(31)를 도입하고, 자이로센서 신호를 제어부(70)에서 판단하여 이동수단(11) 마다 구비된 액추에이터(13)의 높낮이를 각각 제어하여 이동수단인 바퀴 축의 높낮이를 조절하여 차체의 자세를 제어함으로써, 탐사 관로 내부의 침전물이나 장애물을 효과적으로 회피 할 수 있는 구동 메커니즘을 도입하였다.

나아가 상기 카메라(20c)에도 촬영각도(특히, X축, Y축, Z축의 일부 또는 모두) 조절을 위한 제2모터(27)(복수의 모터 채용 가능)를 갖고, 카메라 내부에 구비된 자이로센서(27S)의 센싱에 따라 상기 카메라구동부(20)는 상기 제2모터를 제어하도록 구성하여 획득 영상 품질을 높일 수 있다.

나아가 상기 카메라 구동부는 무선장비의 한계인 전원부, 즉 주전원부(50)의 주축전지 방전시 또는 고장시 효과적으로 장비(즉, 관로 탐사 로봇)를 회수할 수 있는 회수부(미도시됨)(별도의 제2카메라 및 신호 발생부, 별도의 전원으로 보조축전지를 도입하고, 이 보조축전지는 카메라 이상시(주전원부(50)의 주축전지 방전 및 일정 시간 이동 중단 등의 경우) 사용되도록 구성할 수 있다. 이러한 회수부의 영상 탐지장치를 구성하는 제2카메라 역시 별도의 모터를 통하여 회전이나 상하 이동이 가능하도록 구성할 수 있다.

다음으로 도 1 및 도 4에서, 상기 센서부(20)는 가연성가스센서(41a), 일산화탄소센서(41b), 이산화탄소센서(41c)의 일부 또는 모두를 포함할 수 있으며, 전자나침반(43)을 더 포함할 수 있다.

상기 전자 나침반은 거리측정과 관련하여 무선에서 측정하지만 방향은 알 수 없으므로 채용된 것이며, 지자기 센서(나침반)를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 가연성 가스센서는 예를 들어, 18종의 가연성 가스를 측정(메탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 메탄올, 에탄올, 프로페놀아세톤, 톨루엔, 에틸아세테이트, 수소, 암모니아, 시클로헥산, 아세틸렌, 에틸렌)을 측정하며, 상기 일산화탄소 센서는 탐사범위 내부의 일산화 탄소 농도를 측정하고, 상기 이산화 탄소센서는 탐사 범위 내부의 이산화탄소 농도를 측정한다.

이들 센서부의 각 센서 제어 컨트롤러(40A)는 MCU를 이용하며, 통신회로(40a)는 RS485통신을 이용하여 측정된 데이터를 카메라 OSD(제어부(70)로 디스플레이 하거나 외부 메인 컴퓨터로 전송할 수 있다.

이어서 상기 전원부(50)는 전원제어 및 충전 컨트롤러(50A)를 구비하고 있고, 이를 통하여 효율적으로 모터의 전원을 제어 할수 있는 Power Management 알고리즘 개발하고 배터리(51)(축전지)의 충전회로를 채용하며, 통신회로(50a)인 RS485 제어를 통하여 배터리의 충전상태 및 배터리 잔량을 측정하여 카메라 OSD(제어부(70))나 외부 관제 센터로 데이터를 전송한다. 상기 배터리는 예를 들어 고용량 ( 5A/h 이상)의 용량을 병렬로 연결한 배터리셀(리튬폴리머)인 것이 바람직하다.

이상의 설명에서 차체 구동 모터, 영상신호 처리 및 송수신, 자이로센서 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구성을 갖는 관로 탐사 로봇를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 차체 11: 이동수단
13: 액추에이터 15: 제1모터
20: 카메라구동부 20C: 카메라
21: 광원 23: 줌카메라모듈
25: 문자생성부 27: 제2모터
30: 모터구동부 31: 자이로센서
40: 센서부 43: 전자나침반
50: 전원부 60: 송수신부
70: 제어부 80: 리모트콘트롤러

Claims (4)

1. 제1모터에 의하여 작동되는 이동수단을 구비한 차체;
   상기 이동수단을 위한 제1모터를 제어하는 모터구동부;
   상기 차체에 탑재되고 광원을 구비한 카메라;
   상기 카메라를 제어하는 카메라구동부;
   관로 상태를 탐지하는 프로브를 포함하고, 상기 차체에 배열된 센서부;
   상기 차체에 내장되어 동력을 공급하는 전원부;
   영상신호와 제어신호를 무선 송수신하는 송수신부; 및
   상기 모터구동부, 카메라구동부, 센서부 및 전원부를 컨트롤하는 제어부;
   를 포함하여 이루어지고,
   
   상기 모터구동부는 자이로센서를 포함하고, 상기 이동수단은 차체의 자세 제어를 위한 액추에이터를 더 포함하며,
   상기 센서부는 가연성가스센서, 일산화탄소센서, 이산화탄소센서의 일부 또는 모두를 포함하고,
   
   상기 카메라는 촬영각도 조절을 위한 제2모터를 갖고, 상기 카메라구동부는 상기 제2모터를 제어하고,
   상기 카메라는 줌카메라 모듈을 구비하고, 상기 카메라구동부는 카메라컨트롤러를 통하여 줌카메라 모듈을 제어하여 장거리의 피사체를 줌인/아웃하여 식별하며, 카메라는 내부에 자이로센서를 구비하고 이 자이로센서의 센싱에 따라 상기 카메라구동부는 상기 제2모터를 제어하며,
   상기 카메라구동부는 문자 생성부를 구비하고 있어 획득한 정보를 전송하고,
   상기 카메라 구동부는 전원부의 주축전지 방전시 또는 고장시 관로 탐사 로봇을 회수하도록 회수부를 구비하고, 이 회수부는 별도의 전원으로 보조축전지를 포함하고, 이 보조축전지는 주축전지 방전시 또는 고장시 사용되며,
   상기 송수신부는 무선 영상 전송 RF 송수신부 및 관로탐사 로봇을 제어하는 제어 채널용 제어신호 RF 송수신부를 포함하고,
   상기 전원부는 전원제어 및 충전 컨트롤러를 구비하고, 통신회로 제어를 통하여 배터리의 충전상태 및 배터리 잔량을 측정하여 제어부나 외부 관제 센터로 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선제어형 관로 탐사 로봇.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서부는 전자나침반을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선제어형 관로 탐사 로봇.
3. 삭제
4. 삭제

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