KR102368212B1 - 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법 - Google Patents

가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유해기체 탐지를 위한 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 바닥을 이동할 수 있는 구동부가 마련된 본체, 탐지 센서가 마련된 탐지부, 상기 탐지부를 바닥으로부터 지지하게 마련되고, 상기 탐지부에 이동력을 제공하는 탐지 구동부 및 상기 본체와 상기 탐지부를 연결하고, 길이 조절이 가능한 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법{GAS DETECTION ROBOT AND METHOD FOR HARMFUL GAS DETECTION USING THE SAME}
본 발명은 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 유해기체 탐지를 위한 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 로봇은 인간을 대신하여 위험한 작업환경에서의 작업, 단순 반복작업, 혹은 큰 힘이 필요한 작업을 수행하도록 고안된 것으로, 산업현장은 물론 최근에는 의료, 군사, 우주, 농업 또는 해저탐사 등의 분야에까지 적용되고 있으며, 향후에는 보다 높은 판단력을 가지는 고도의 지능적인 로봇이 등장하여 산업 발전의 중요한 기술적 이슈가 될 것이다.
대부분의 로봇은 자신과 외부의 상태를 센싱(Perception)하는 기능과, 이를 바탕으로 판단을 하는 지능(Cognition) 기능과, 이러한 지능이 결정하는 운동기능(Manipulation) 등이 주된 필수 요소라 할 것이며, 이러한 기능들을 보다 정밀하게 개선하고 새로운 기능 및 장치 등을 부가시킴으로써, 반복적인 작업을 수행하는 단순 로봇과는 달리 가까운 미래에는 고도의 지능형 로봇이 도래할 것이다.
최근에는, 로봇이 위험 지역에 투입되고 원격지에서 원격 조종 장치에 의해 컨트롤됨으로써 인간을 대신하여 위험 작업을 수행하고 있다.
한편, 전쟁, 테러, 사고 등에 의해 방사선 또는 복합 가스가 누출되는 지역은 위험에 직접 노출되어 인간이 안전을 보장받을 수 없기 때문에, 위험 작업을 수행하는 로봇이 인간을 대신하여 투입되어 위험원에 대한 측정을 인간대신 수행할 필요가 있으나, 이에 대한 기술은 아직 미미한 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1242443호에는 종래의 로봇을 이용한 가스 누출 감지 시스템에 대해 기재하고 있다.
종래의 기술은 가스 탐지 시스템과 방법에 관한 내용이 기재되어 있다.
하지만 유해가스 탐지 임무 수행을 위해 공기보다 무거운 가스와 가벼운 가스 모두를 탐지할 수 있어야 하는데 종래의 기술에 의하면 높은 곳의 기체를 탐지하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 구체적인 로봇 플랫폼은 제안되지 않았다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 화재, 유해가스 누출, 붕괴 및 폭발 위험 등 사람이 접근하기 어려운 재난현장에서 인명 피해를 최소화하면서 천장에서 바닥까지 다양한 위치에 분포 및 확산되는 유해가스를 탐지하고 가스의 종류 및 농도 등의 정보를 전송할 수 있는 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇은 바닥을 이동할 수 있는 구동부가 마련된 본체, 탐지 센서가 마련된 탐지부, 상기 탐지부를 바닥으로부터 지지하게 마련되고, 상기 탐지부에 이동력을 제공하는 탐지 구동부 및 상기 본체와 상기 탐지부를 연결하고, 길이 조절이 가능한 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본체는 거리를 측정할 수 있는 거리 측정부를 포함할 수 있다.
상기 탐지 센서는 기체를 탐지하는 센서일 수 있다.
상기 탐지 구동부는 상기 탐지부의 양측에 설치된 구동 트랙(track)이고, 상기 구동 트랙은 일측으로 경사진 틸팅(tilting) 형상일 수 있다.
상기 연결부는 일단을 상기 본체에 선회 가능하게 연결하고, 타단을 상기 탐지부에 선회 가능하게 연결할 수 있다.
상기 연결부는 길이 조절을 할 수 있다.
상기 본체는 내부에 상기 구동부, 상기 탐지 구동부, 상기 탐지 센서 및 상기 연결부를 조종할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 원거리에 있는 통신 모듈로부터 전기 신호를 수신 받고, 원거리에 있는 통신 모듈에 전기 신호를 전송할 수 있다.
상기 탐지부는 영상을 촬영할 수 있는 카메라부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 이용한 유해 기체 탐지 방법은 거리 측정부를 사용하여 벽면 및 장애물과의 거리 및 경사도를 측정하는 탐색 단계, 상기 거리 측정부에서 측정한 전기 신호를 받은 제어부가 장애물 없는 수직의 벽면을 확인하면 본체의 구동부를 작동하여 본체를 상기 수직의 벽면에 근접시키고 탐지부의 탐지 구동부를 작동하여 상기 탐지부를 상기 수직의 벽면에 올라타게 하는 탐지부 구동 단계, 상기 제어부는 상기 탐지 구동부를 작동하여 상기 탐지부를 상기 수직의 벽면을 따라 올라가게 하고, 상기 거리 측정부가 상기 탐지부의 위치를 측정한 전기 신호를 상기 제어부로 전송하면 상기 제어부는 상기 본체의 위치 및 연결부의 길이를 조종하는 연결부 길이 조종 단계, 상기 거리 측정부가 전송한 전기 신호에 따라 상기 제어부는 상기 수직의 벽면의 천장으로부터 거리를 판별하여 상기 천장으로부터 29cm ~ 31cm 이격된 지점에 상기 탐지부를 멈춰 탐지 센서가 기체를 탐지하게 하는 유해 기체 탐지 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 다중시설(공공시설)에서 유해가스의 신속한 탐지를 위한 모바일 로봇 시스템을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 밀도에 따라 천장 및 바닥 등에 분포하는 다양한 유해가스를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전문요원이 접근하기 전 사전 정찰 기능과 유해기체의 탐지, 분석 및 현장 진입에 필요한 각종 정보를 수집함에 따라 긴급 대응을 가능하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 유해가스의 농도를 검출하여 발원지로의 신속한 접근 및 수색 활동으로 초동진압에 효과적인 로봇 시스템을 확보하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇의 탐지 센서를 사용하여 유해기체를 검침하기 위한 적정 위치를 개략적으로 도시한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇이 벽면 및 장애물을 탐지하는 것을 개략적으로 도시한 구상도이다.
도 4는 도 3에서 탐지부가 벽면을 오르는 것을 개략적으로 도시한 구상도이다.
도 5는 도 4에서 벽면과 탐지부의 거리를 측정하여 본체의 위치를 조정하는 것을 개략적으로 도시한 구상도이다.
도 6은 도 5에서 탐지부를 벽면의 천장 위치까지 이동시킨 것을 개략적으로 도시한 구상도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 이용한 유해 가스 탐지 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇은 바닥을 이동할 수 있는 구동부(110)가 마련된 본체(100), 탐지 센서(210)가 마련된 탐지부(200), 상기 탐지부(200)를 바닥으로부터 지지하게 마련되고, 상기 탐지부(200)에 이동력을 제공하는 탐지 구동부(230) 및 상기 본체(100)와 상기 탐지부(200)를 연결하고, 길이 조절이 가능한 연결부(300)를 포함한다.
본체(100)는 양측부에 구동부(110)를 설치할 수 있다.
구동부(110)는 구동 트랙으로 구동 트랙(track)은 본체(100)의 내부에 전기 모터를 설치하고 본체(100)의 양측부에 전기 모터와 기어로 연결된 바퀴를 형성하고 복수 개의 바퀴가 벨트 또는 무한궤도 등에 의해 서로 연결된 트랙일 수 있다.
본 발명은 화재, 유해가스 누출, 붕괴 및 폭발 위험 등 사람이 접근하기 어려운 재난현장에서 유해기체를 탐지하기 위한 것으로서 구동부(110)가 구동 트랙으로 형성되어 바닥이 울퉁불퉁하거나 장애물이 많은 지역에서도 이동하기 쉽게 할 수 있다.
본체(100)는 거리를 측정할 수 있는 거리 측정부(120)를 포함할 수 있다.
거리 측정부(120)는 본체(100)의 상부에 형성된 전(前)방의 장애물 및 벽면 구조를 스캔할 수 있는 거리측정센서(라이다, 라인레이저 스캐너 등)일 수 있고, 본체(100)의 전(前)방을 넓은 각도 범위로 측정하여 장애물과 벽면의 경사도를 측정할 수 있다.
즉, 거리 측정부(120)는 본체(100)로부터 전(前)방의 벽면 등의 하부에서 상부 천장까지의 거리를 측정할 수 있도록 거리 측정부(120)의 센서 측정 각도 범위를 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇의 탐지 센서를 사용하여 유해기체를 검침하기 위한 적정 위치를 개략적으로 도시한 설명도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탐지 센서(210)를 사용하여 유해기체를 측정하면 공기보다 무거운 가스의 경우 바닥면으로부터 검지부 상단까지의 높이가 30cm 이내인 범위에서 가능한 바닥에 가까운 곳을 적정 측정 높이로 할 수 있다. 그리고 공기보다 가벼운 가스의 경우 천정으로부터 검지부 하단까지의 거리가 30cm 이하의 위치에서 측정하는 것을 적정 측정 높이로 할 수 있다.
탐지 센서(210)는 유해기체를 탐지할 수 있는 센서이고 탐지부(200)의 전(前)방에 설치될 수 있다.
탐지부(200)는 영상을 촬영할 수 있는 카메라부(250)를 포함할 수 있다.
카메라부(250)는 탐지부(200)의 진행 방향에서 영상을 촬영할 수 있도록 탐지부(200)의 전(前)방에 설치될 수 있고, 탐지 센서(210)와 이웃하게 설치되어 탐지 센서(210)가 탐지하는 지역을 영상 촬영할 수 있다.
탐지 구동부(230)는 탐지부(200)의 양측에 설치된 구동 트랙(track)이고, 구동 트랙은 일측으로 경사진 틸팅(tilting) 형상일 수 있다.
탐지 구동부(230)는 탐지부(200)의 내부에 전기 모터를 설치하고 탐지부(200)의 양측부에 전기 모터와 기어로 연결된 바퀴를 형성하고 복수 개의 바퀴가 벨트 또는 무한궤도 등에 의해 서로 연결된 트랙일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇이 벽면을 탐지하는 것을 개략적으로 도시한 구상도이고, 도 4는 도 3에서 탐지부가 벽면을 오르는 것을 개략적으로 도시한 구상도이고, 도 5는 도 4에서 벽면과 탐지부의 거리를 측정하여 본체의 위치를 조정하는 것을 개략적으로 도시한 구상도이고, 도 6은 도 5에서 탐지부를 벽면의 천장 위치까지 이동시킨 것을 개략적으로 도시한 구상도이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 탐지 구동부(230)는 본체(100)의 반대방향인 전(前)방으로 경사지게 틸팅 될 수 있는데, 틸팅 형성됨에 따라 전측부의 크기가 후측부의 크기보다 작게 형성되어 탐지 구동부(230)가 벽면(M) 등을 쉽게 올라가게 할 수 있다.
즉, 탐지 구동부(230)는 전측부의 경사진 틸팅부를 이용하여 수직으로 기립된 벽면(M) 등을 올라갈 수 있다.
다만, 탐지부(200)는 본체(100)와 연결부(300)에 의해 연결되어 본체(100)는 바닥에 지지된 상태에서 탐지부(200)가 벽면(M) 등을 올라갈 때 본체(100)가 탐지부(200)를 바닥에서 지지할 수 있다. 여기서 본체(100)는 바닥에서 탐지부(200)를 지지하기 위해 탐지부(200)보다 무게를 무겁게 형성할 수 있다.
연결부(300)는 본체(100)와 탐지부(200)에 각각 힌지 연결될 수 있다.
즉, 연결부(300)는 일단을 본체(100)에 선회 가능하게 연결하고, 타단을 탐지부(200)에 선회 가능하게 연결할 수 있다.
연결부(300)는 복수 개로 형성되어 본체(100)와 탐지부(200)를 견고하게 연결할 수 있다.
연결부(300)는 텔레스코픽(telescopic) 등과 같은 방식의 실린더와 같이 길이 조절을 할 수 있는 구조일 수 있다.
본체(100)는 내부에 구동부(110), 탐지 구동부(230), 연결부(300), 탐지 센서(210), 카메라부(250) 및 거리 측정부(120)를 조종할 수 있는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
제어부는 원거리에 있는 통신 모듈로부터 무선통신을 통해 전기 신호를 수신 받고, 원거리에 있는 통신 모듈에 무선통신으로 전기 신호를 전송할 수 있다.
따라서 제어부는 사용자가 원격으로 본 발명의 가스 탐지용 로봇을 조종하게 할 수 있다.
본체(100)는 내부에 구동부(110), 탐지 구동부(230), 연결부(300), 탐지 센서(210), 카메라부(250), 거리 측정부(120) 및 제어부로 전원을 공급할 수 있는 전원부(미도시)를 포함할 수 있다.
다른 실시예로 본체(100)는 내부에 구동부(110), 연결부(300), 거리 측정부(120) 및 제어부로 전원을 공급할 수 있는 제1 전원부(미도시)를 포함할 수 있다.
그리고 탐지부(200)는 내부에 탐지 구동부(230), 탐지 센서(210), 카메라부(250)로 전원을 공급할 수 있는 제2 전원부(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명은 화재, 유해가스 누출, 붕괴 및 폭발 위험 등 사람이 접근하기 어려운 재난현장에서 원격 제어 로봇을 활용하여 인명 피해를 최소화할 수 있는 원격 탐지 시스템을 확보할 수 있다.
본 발명은 다양한 현장의 유해기체를 탐지하여 본 발명의 가스 탐지용 로봇을 조작하는 조작자에게 가스의 종류 및 농도 등의 정보를 전송하여 조작자가 원격으로 현장을 모니터링 하고 상황대응 및 후속조치를 수행하게 할 수 있다.
본 발명은 모바일 로봇에 트랙방식의 구동부(110)를 사용함에 따라 바닥이 울퉁불퉁하거나 장애물이 많은 지형에서도 원하는 위치로 이동하게 할 수 있다.
본 발명은 가스 탐지용 로봇을 본체(100)와 탐지부(200)로 형성된 2개의 모듈로 구성함에 따라 탐지 센서(210)와 카메라부(250)를 포함한 탐지부(200)가 벽면(M) 등의 높은 위치까지 올라갈 수 있게 하여 천장에서 바닥까지 다양한 위치에 분포 및 확산되는 유해가스를 탐지할 수 있다.
본 발명은 유해가스 탐지 시 조작자에게 무선전송으로 가스의 정보를 송출하고, 주변상황을 카메라부(250)를 통해 원거리의 조작자에게 전송함에 따라 원거리에 있는 조작자가 신속히 후속조치를 취하게 할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 이용한 유해 기체 탐지 방법에 대해 자세히 후술한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 이용한 유해 가스 탐지 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 탐지용 로봇을 이용한 유해 기체 탐지 방법은 탐색 단계(S1), 탐지부 구동 단계(S2), 연결부 길이 조종 단계(S3) 및 유해 기체 탐지 단계(S4)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 탐색 단계(S1)는 라이다 등과 같은 거리 측정부(120)를 사용하여 벽면(M) 및 장애물과 거리 및 경사도를 측정하여 제어부로 전송하는 단계(S1)일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 탐지부 구동 단계(S2)는 거리 측정부(120)에서 측정한 전기 신호를 받은 제어부가 장애물이 없는 수직의 벽면(M)을 확인하면, 본체(100)의 구동부(110)를 작동하여 본체(100)를 수직의 벽면(M)에 근접시키고 탐지부(200)의 탐지 구동부(230)를 작동하여 탐지부(200)를 수직의 벽면(M)에 올라타도록 하는 단계일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 연결부 길이 조종 단계(S3)는 제어부가 탐지 구동부(230)를 작동하여 탐지부(200)를 수직의 벽면(M)을 따라 도 5의 화살표 방향으로 올라가게 하고, 거리 측정부(120)가 탐지부(200)의 위치를 측정한 전기 신호를 제어부에 전송하면 제어부는 본체(100)의 위치 및 연결부(300)의 길이를 조종하는 단계일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유해 기체 탐지 단계(S4)는 거리 측정부(120)가 전송한 전기 신호에 따라 제어부는 수직의 벽면(M)의 천장으로부터의 거리를 판별하여 천장으로부터 29cm ~ 31cm 이격된 지점에 탐지부(200)를 멈춰 탐지 센서(210)가 기체를 탐지하게 하는 단계일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다중시설(공공시설)에서 유해가스의 신속한 탐지를 위한 모바일 로봇 시스템을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 밀도에 따라 천장 및 바닥 등에 분포하는 다양한 유해가스를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전문요원이 접근하기 전 사전 정찰 기능과 유해기체의 탐지, 분석 및 현장 진입에 필요한 각종 정보를 수집함에 따라 긴급 대응을 가능하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 유해가스의 농도를 검출하여 발원지로의 신속한 접근 및 수색 활동으로 초동진압에 효과적인 로봇 시스템을 확보하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 가스 탐지용 로봇 및 그를 이용한 유해 기체 탐지 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
100: 본체
110: 구동부
120: 거리 측정부
200: 탐지부
210: 탐지 센서
230: 탐지 구동부
250: 카메라부
300: 연결부

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  10. 거리 측정부를 사용하여 벽면 및 장애물과의 거리 및 경사도를 측정하는 탐색 단계;
    상기 거리 측정부에서 측정한 전기 신호를 받은 제어부가 장애물 없는 수직의 벽면을 확인하면 본체의 구동부를 작동하여 본체를 상기 수직의 벽면에 근접시키고 탐지부의 탐지 구동부를 작동하여 상기 탐지부를 상기 수직의 벽면에 올라타게 하는 탐지부 구동 단계;
    상기 제어부는 상기 탐지 구동부를 작동하여 상기 탐지부를 상기 수직의 벽면을 따라 올라가게 하고, 상기 거리 측정부가 상기 탐지부의 위치를 측정한 전기 신호를 상기 제어부로 전송하면 상기 제어부는 상기 본체의 위치 및 연결부의 길이를 조종하는 연결부 길이 조종 단계;
    상기 거리 측정부가 전송한 전기 신호에 따라 상기 제어부는 상기 수직의 벽면의 천장으로부터 거리를 판별하여 상기 천장으로부터 29cm ~ 31cm 이격된 지점에 상기 탐지부를 멈춰 탐지 센서가 기체를 탐지하게 하는 유해 기체 탐지 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 탐지용 로봇을 이용한 유해 기체 탐지 방법.
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KR100563151B1 (ko) * 2004-06-10 2006-03-21 주식회사 한울로보틱스 무한궤도와 바퀴를 이용한 주행시스템
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