KR102389013B1 - 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 지하 공동구의 내벽, 바닥 또는 천정을 따라 설치된 레일에 결합되어 이동하면서 각 구역 별로 선로나 배관을 포함한 시설물의 촬영 영상과 주변 환경을 계측한 환경 센싱 정보를 수집하여 관제 서버로 전송하는 상시 탐지 로봇과, 상기 상시 탐지 로봇으로부터 수신한 영상 및 환경 센싱 정보를 기반으로 지하 공동구 내 위험이 예상되는 타겟 구역을 판별하여 타겟 구역에 대한 정밀 탐지 명령을 전송하는 관제 서버, 및 상기 레일 상에 결합되어 이동 가능하고 상기 정밀 탐지 명령 수신 시 상기 타겟 구역으로 이동 후 다관절 로봇의 암부를 타겟 구역 내 시설물에 직접 접근시켜 상기 암부에 장착된 복합 센서 모듈을 통해 정밀 스캔하고 스캔 결과를 상기 관제 서버로 전송하며 스캔 결과를 기반으로 작업 툴을 선택 장착하여 시설물의 유지 보수를 수행하는 정밀 탐지 로봇을 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 지하 공동구 내 상시 탐지 로봇에 의해 수집된 구역 별 탐지 결과 기반으로 위험이 예상되는 타겟 구역을 선별 후 정밀 탐지 로봇을 해당 구역에 접근시켜 타겟 구역 상의 시설물에 대한 정밀 탐지는 물론 교체형 작업 툴을 사용하여 시설물의 유지 보수가 가능한 장점을 가진다.

Description

지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템{Maintenance robot system of underground utility tunnel}

본 발명은 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지하 공동구에 설치된 각종 배관을 비롯한 전력선 및 통신선을 모니터링하고 유지 보수할 수 있는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템에 관한 것이다.

종래에 따른 지하 전력구 감시 시스템은 다관절 로봇이 레일을 타고 이동하면서 완충 어셈블리 기술로 전원을 공급받고 카메라 영상을 전송하는 방식으로 운용된다.

그런데 이와 같은 종래 시스템의 경우 지하 전력구의 길이가 수 키로미터 내외로 길어지면 한 대의 로봇으로 정밀한 탐사가 어려우며 많은 작업 시간을 필요로 하는 단점이 존재한다.

또한, 작업 목적이 대부분 지하 전력구의 모니터링에 집중되어 있어서 지하 공동구에 설치된 상수도관을 비롯한 가스관, 전력선, 통신선 등과 같은 지하 시설물들을 복합적으로 모니터링하거나 유지 보수하는 작업을 전혀 수행할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-2030545(2019.10.10 공고)에 개시되어 있다.

본 발명은 지하 공동구 내 상시 탐지 로봇에 의해 수집된 구역 별 탐지 결과 기반으로 위험이 예상되는 타겟 구역을 선별 후 정밀 탐지 로봇을 해당 구역에 접근시켜 타겟 구역 상의 시설물에 대한 정밀 탐지는 물론 유지 보수를 가능하게 하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 지하 공동구의 내벽, 바닥 또는 천정을 따라 설치된 레일에 결합되어 이동하면서 각 구역 별로 선로나 배관을 포함한 시설물의 촬영 영상과 주변 환경을 계측한 환경 센싱 정보를 수집하여 관제 서버로 전송하는 상시 탐지 로봇과, 상기 상시 탐지 로봇으로부터 수신한 영상 및 환경 센싱 정보를 기반으로 지하 공동구 내 위험이 예상되는 타겟 구역을 판별하여 타겟 구역에 대한 정밀 탐지 명령을 전송하는 관제 서버, 및 상기 레일 상에 결합되어 이동 가능하고 상기 정밀 탐지 명령 수신 시 상기 타겟 구역으로 이동 후 다관절 로봇의 암부를 타겟 구역 내 시설물에 직접 접근시켜 상기 암부에 장착된 복합 센서 모듈을 통해 정밀 스캔하고 스캔 결과를 상기 관제 서버로 전송하며 스캔 결과를 기반으로 작업 툴을 선택 장착하여 시설물의 유지 보수를 수행하는 정밀 탐지 로봇을 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템을 제공한다.

또한, 상기 상시 탐지 로봇은, 상기 레일을 따라 이동하기 위한 이송 롤러가 장착된 이동 플랫폼과, 상기 이동 플랫폼 상에 설치되고 상기 영상 및 환경 센싱 정보를 수집하는 영상 센서와 복수의 환경 센서를 내장한 계측 모듈, 및 상기 관제 서버와 통신하고 각종 정보를 송수신하는 통신 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 환경 센서는, 적외선, 온도, 습도, 가스, 불꽃감지 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정밀 탐지 로봇은, 상기 암부의 말단에 장착 가능한 용접 툴, 연마 또는 절단 툴, 청소 툴, 그리퍼 툴 중 적어도 하나의 작업 툴을 구비하며, 상기 유지 보수 작업은, 시설물의 용접, 연마, 절단, 청소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정밀 탐지 로봇은, 상기 레일을 따라 이동하는 이송 롤러가 장착된 이동 플랫폼과, 상기 이동 플랫폼에 설치되어 다관절 구조로 연장된 다관절 로봇과, 상기 암부에 장착되고, 영상, 적외선, 온도, 가스, 불꽃 감지 센서 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 센서를 구비한 복합 센서 모듈, 및 상기 관제 서버와 통신하고 각종 정보를 송수신하는 통신 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 정밀 탐지 로봇은, 상기 이동 플랫에 연결되고 복수의 안착부를 형성한 보조 플레이트, 및 상기 복수의 안착부에 개별 안착되고, 상기 다관절 로봇의 암부 말단에 장착 가능한 용접 툴, 연마 또는 절단 툴, 청소 툴, 그리퍼 툴 중 선택된 복수의 작업 툴을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 시설물은, 상수도관, 가스관, 전력선, 통신선, 송유관 중 복수의 시설물을 포함하고, 상기 정밀 탐지 로봇은, 상수도관 누수, 가스관 누출, 전력선 및 통신선 과열, 피복 누출, 송유관 누유, 배관 진동, 배관 크랙 중 적어도 하나를 각각 탐지할 수 있다.

또한, 상기 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템은, 상기 레일의 외측을 따라 설정 간격으로 설치되어 상기 상시 탐지 로봇의 접근 시에 상시 탐지 로봇 내 배터리의 충전 또는 교환을 지원하는 배터리 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 배터리 제어 유닛은, 상기 상시 탐지 로봇과 통신하여 상기 상시 탐지 로봇이 설정 위치에 정지한 경우 상시 탐지 로봇의 배터리 커버를 개방시켜 배터리를 유무선 충전하거나 배터리를 회수 후 기 충전된 배터리를 삽입시켜 배터리를 교체할 수 있다.

또한, 상기 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템은, 상기 레일의 길이방향 양측 단부에 각각 대기 위치하고 상기 관제 서버로부터 명령 수신 시에 상기 레일을 따라 상기 타겟 구역으로 이동하여 소화 작업을 진행하는 한 쌍의 화재 진압 로봇을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 관제 서버는, 상기 한 쌍의 화재 진압 로봇 중에서 상기 타겟 구역으로부터 보다 인접한 위치에서 대기 중인 화재 진압 로봇으로 상기 소화 작업을 명령할 수 있다.

또한, 상기 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템은, 상기 레일의 길이방향 양측 단부에 각각 설치되어, 상기 화재 진압 로봇 또는 상기 정밀 탐지 로봇을 유무선 충전하는 충전 스테이션을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 지하 공동구를 따라 설치된 한 쌍의 상기 레일은 내측 홈과 외측 홈을 가지는 H 빔 구조로 각각 형성되며, 상기 상시 탐지 로봇은 상기 내측 홈에 결합된 상태로 이동하고, 상기 정밀 탐지 로봇은 상기 외측 홈에 결합된 상태로 이동할 수 있다.

본 발명에 따르면, 지하 공동구 내 상시 탐지 로봇에 의해 수집된 구역 별 탐지 결과 기반으로 위험이 예상되는 타겟 구역을 선별 후 정밀 탐지 로봇을 해당 구역에 접근시켜 타겟 구역 상의 시설물에 대한 정밀 탐지는 물론 정밀 탐지 로봇에 장착 가능한 교체형 작업 툴을 사용하여 시설물의 유지 보수를 무인으로 가능하게 하는 이점을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 정밀 탐지 로봇 및 상시 탐지 로봇의 설치 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 정밀 탐지 로봇을 이용한 정밀 탐지 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 시스템의 전체 설치 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 이용하여 배관의 누수/누유를 정밀 탐지하는 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 이용하여 발화 지점을 초동 화재 진압하는 실시예를 설명한 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템으로서, 지하 공동구를 따라 설치된 상수도관, 가스관, 송유관, 전력선, 통신선 등과 같은 지하 시설물에 대한 상태 모니터링 및 유지 보수 관리를 위한 로봇 시스템을 제안한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 정밀 탐지 로봇 및 상시 탐지 로봇의 설치 예시를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템은 관제 서버(100), 상시 탐지 로봇(200), 정밀 탐지 로봇(300)을 포함한다.

관제 서버(100)는 지하 공동구의 내벽, 바닥 또는 천정에 설치된 레일(R) 상에 이동 가능하게 장착된 상시 탐지 로봇(200) 및 정밀 탐지 로봇(300)과 네트워크 연결되어 상호 통신하고 데이터를 송수신할 수 있다. 여기서 네트워크란 유선 네트워크, 무선 네트워크, 혹은 유선과 무선이 결합된 네트워크에 해당할 수 있으며, 주로 무선 네트워크를 예시한다.

상시 탐지 로봇(200)은 지하 공동구(10) 내에 적어도 하나 설치될 수 있으며, 지하 공동구(10)에 설치된 레일(R)에 결합되어 슬라이딩 이동하면서 각 구역 별로 선로나 배관을 포함한 시설물의 촬영 영상과 주변 환경을 계측한 환경 센싱 정보를 수집하여 관제 서버(100)로 전송한다.

도 2와 같이 상시 탐지 로봇(200)은 이동 플랫폼(210), 계측 모듈(220), 그리고 통신 모듈(미도시)를 포함하여 구성된다. 이동 플랫폼(210)은 레일(R) 상을 직접 이동하는 부분으로 이동을 위한 이송 롤러(211)를 장착하고 있다. 이러한 이동 플랫폼(210)의 상부에는 계측 모듈(220)이 장착되어진다.

계측 모듈(220)은 이동 플랫폼(210) 상에 설치되어 주변 영상 및 환경 센싱 정보를 수집한다. 이러한 계측 모듈(220)은 영상 센서(예: 카메라), 환경 센서(예: 적외선, 온도, 습도, 가스, 불꽃감지 센서 중 적어도 하나 이상) 등을 내장한 다기능 카메라/센서 모듈에 해당할 수 있다. 여기서 물론, 환경 센서의 예가 반드시 상술한 바로 한정되지 않으며, 명시된 센서 이외에 환경 센싱이 가능한 다양한 종류의 센서가 포함될 수 있다. 여기서 계측 모듈(220)은 줌(zoom) 및 회전 제어가 가능한 카메라를 내장하여 해당 구역에서 다양한 방향과 각도에서 촬영된 영상을 수집할 수 있다.

통신 모듈(미도시)는 관제 서버(100)와 통신하며 관제 서버(100)와 각종 정보를 송수신한다. 이때 주로 무선 방식을 사용하며, 관제 서버(100)와의 통신 효율을 위하여 지하 공동구 내측을 따라 설정 간격으로 복수의 액세스 포인트(700)가 설치될 수 있다.

이러한 상시 탐지 로봇(200)은 기존의 육안 감시 벙법과 유사하게 지하 공동구(10)를 돌아다니면서 영상 획득 및 환경 센싱에 기반한 상시 탐지를 수행하고 탐지 정보를 관제 서버(100)로 전송한다.

관제 서버(100)는 상시 탐지 로봇(200)으로부터 수신한 영상 및 환경 센싱 정보를 기반으로 지하 공동구(10) 내 위험이 예상되는 타겟 구역을 판별하여 타겟 구역에 대한 정밀 탐지 명령을 생성하고 이를 정밀 탐지 로봇(300)으로 전송한다.

관제 서버(100)는 각 지점 별 영상과 환경 센싱 정보를 분석하여 지점 별로 위험 정도나 위험 상태(예: 화재, 누수, 누유 등)를 확인하거나 예측할 수 있다.

물론, 수집된 영상에서 추출한 특징과 각 센서의 센싱 값 등을 인공지능을 기반으로 딥러닝 분석하여 위험 정도나 위험 상태 등을 예측하는 것도 가능하다.

관제 서버(100)는 각 센서의 센싱 값을 기준값과 비교하거나 센서별 센싱 값의 조합을 이용하여 해당 구역의 위험 상태(예: 화재, 누수, 누유 등)를 예측할 수 있고, 영상 내 추출한 특징을 분석하여 해당 구역의 위험 상태을 예측할 수 있다. 영상 분석 시에는 딥러닝 알고리즘을 통해 영상으로부터 각종 특징(색상, 밝기, 콘트라스트, 윤곽선, 패턴, 형상 등)를 추출하고 이로부터 각종 객체(시설물)는 물론 그 주변의 불꽃이나 누수/누유 등의 위험 인자 등을 판별하거나 검출할 수 있다.

이와 같이 관제 서버(100)는 상시 탐지 로봇(200)으로부터 수신한 영상 및 환경 센싱 정보 중 적어도 하나를 기반으로 위험 지점을 예측할 수 있다

정밀 탐지 로봇(300)은 레일(R) 상에 결합되어 슬라이딩 이동 가능하며, 지하 공동구(10) 내에 적어도 하나 설치될 수 있다. 정밀 탐지 로봇(300)은 관제 서버(100)로부터 명령(호출) 수신 시 해당하는 타겟 구역으로 이동 후 다관절 로봇(320)의 암부를 타겟 구역 내 상수도관 등의 시설물에 직접 접근시켜 암부에 장착된 복합 센서 모듈(330)을 통해 해당 시설물과 주변부를 정밀 스캔한다.

이러한 정밀 탐지 로봇(300)은 상수도관 누수, 가스관 누출, 전력선 및 통신선 과열, 피복 누출, 송유관 누유, 배관 진동, 배관 크랙 중 적어도 하나를 탐지할 수 있다.

정밀 탐지 로봇(300)은 다관절 로봇(320)의 각 관절을 제어하여 위험 구역 상의 시설물에 밀착되게 3차원으로 접근하여 정밀한 관측 및 다각도 스캔이 가능하며, 배관의 크랙, 누유/누수/누출 부위, 전력선/통신선의 과열 및 피복 누출, 배관의 진동 상황 등을 보다 효과적으로 탐지할 수 있다. 특히, 상시 탐지 로봇(200)을 통해서는 식별이 어려운 거리나 각도 혹은 사각지대에 위치한 시설물과 그 주변 부분에 대한 정밀 스캔이 가능하다.

정밀 탐지 로봇(300)은 정밀 스캔 결과를 기반으로 해당 시설물에 필요한 유지 보수 작업(예: 배관 교체 작업, 청소 작업 등)을 판별하고, 복수의 보유 중인 작업 툴(350) 중에서 필요로 하는 작업 툴을 선택 장착하여 시설물에 대한 유지 보수 작업을 수행할 수 있다. 물론 필요한 경우에 관제 서버(400)로 인력 지원을 요청할 수도 있다.

정밀 탐지 로봇(300)은 도 2와 같이 다관절 로봇(320)의 암부 말단에 선택적으로 장착 가능한 교체형 작업 툴(350)을 적어도 하나 포함한다. 예를 들어, 작업 툴은 용접 툴(350-1), 연마 또는 절단 툴(350-4)(이하, 연마/절단 툴), 청소 툴(350-2), 그리퍼 툴(350-3)을 포함할 수 있다.

이때, 유지 보수 작업은 용접, 연마, 절단, 청소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 시설물의 용접, 연마, 그리고 절단은 배관의 교체 작업, 배관의 누수/누유 보수 작업 등과 관련될 수 있으며, 시설물의 청소는 배관, 전력선 등에 붙은 먼지, 부산물 등을 청소하는 작업과 관련될 수 있다.

정밀 탐지 로봇(300)은 다관절 로봇(320)을 통해 해당 시설물 및 그 주변에 접근하여 획득한 정밀 스캔 결과를 관제 서버(100)로 전송할 수 있다. 또한 관제 서버(100)는 정밀 스캔 결과를 분석하고 분석 결과를 기반으로 해당 시설물에 요구되는 유지 보수 작업에 대한 지령을 정밀 탐지 로봇(300)에 전달할 수도 있다.

관제 서버(100)는 탐지 로봇(200,300)을 통해 수집된 상시 탐지 정보 및 정밀 탐지 정보와 그에 대한 이력을 수집 및 저장하며, 관리자 단말 또는 관제 센터의 디스플레이 장치로 관련 정보 및 알람을 제공하고 이를 통해 지하 공동구의 실시간 모니터링은 물론 빠른 대응이 가능하게 한다.

도 2와 같이, 정밀 탐지 로봇(300)은 이동 플랫폼(310), 다관절 로봇(320), 복합 센서 모듈(330), 그리고 통신 모듈(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 이동 플랫폼(310)은 레일(R) 상을 직접 이동하는 부분으로 이동을 위한 이송 롤러(311)를 장착하고 있다. 이러한 이동 플랫폼(310)의 상부에는 다관절 로봇(320)이 장착되어진다.

다관절 로봇(320)은 그 일단부가 이동 플랫폼(310)에 설치되고 타단부가 다관절 구조로 연장된다. 이때 다관절 로봇(320)의 일단부는 이동 플랫폼(310)에 대해 회동 가능하게 결합 가능하다.

복합 센서 모듈(330)은 다관절 로봇(320)의 암부에 장착되고, 카메라와 같은 영상 센서, 적외선, 온도, 가스, 불꽃 감지 센서 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 센서를 구비한다. 바람직하게는 영상 센서를 필수로 포함할 수 있고 나머지 환경 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 추가로 포함할 수 있다.

통신 모듈(미도시)은 관제 서버와 통신하고 각종 정보를 송수신한다. 물론 정밀 탐지 로봇(300)의 통신 모듈 역시 주로 무선 방식을 사용하며, 지하 공동구(10)를 따라 설치된 액세스 포인트(700)를 매개로 관제 서버(100)와 통신할 수 있다.

여기서, 정밀 탐지 로봇(300)은 보조 플레이트(340) 및 복수의 작업 툴(350)을 추가로 포함할 수 있다.

여기서, 보조 플레이트(340)는 이동 플랫폼(310)에 연결되며 복수의 작업 툴이 놓여지는 복수의 안착부(341)를 형성한다. 복수의 작업 툴(350)은 복수의 안착부(341)에 개별 안착되며, 다관절 로봇(320)의 암부 말단에 선택 장착될 수 있다. 이러한 복수의 작업 툴(350)은 용접 툴, 연마/절단 툴, 청소 툴, 그리퍼 툴 등을 포함할 수 있다.

정밀 탐지 로봇(300)은 암부 말단 부분을 작업 툴(350)에 접근시켜 작업 툴(350)을 자동 장착 또는 홀딩할 수 있고 장착 이후에 안착부(341)의 링 부분이 자동 개방되게 구현할 수도 있다. 물론 본 발명의 실시예의 경우 각각의 작업 툴(350)이 링 형상의 안착부(341)에 걸려 있는 것을 예시하고 있으나, 이는 단지 하나의 실시예에 불과하며 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 도 2와 같이 이동 플랫폼(310)을 기준으로 보조 플레이트(340)가 수직 방향으로 승하강 가능하게 결합 설치될 수 있고 보조 플레이트(340)를 기준으로 다관절 로봇(320)이 수평 방향으로 이동 가능하게 결합 설치됨으로써 해당 공간에서의 다관절 로봇(320)의 이동 반경과 접근 가능 반경을 최대화할 수 있다.

도 3은 도 2의 정밀 탐지 로봇을 이용한 정밀 탐지 예시를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3의 (a)는 상시 탐지 로봇(200)에 구비된 계측 모듈(220)을 이용하여 누수나 누유가 탐지된 상황으로, 이 경우 정밀 탐지 로봇(300)은 해당 구역으로 이동한 후에 다관절 로봇(320)의 암부 끝에 위치한 복합 센서 모듈(330)을 배관(20) 쪽으로 위치시키고 관절각 제어를 통해 해당 배관(20)을 다각도로 정밀 스캔함으로써 누수나 누유 상황은 물론 이를 유발한 균열(크랙) 지점을 정밀 탐지할 수 있다.

도 3의 (b)는 상시 탐지 로봇(200)의 계측 모듈(220)을 이용하여 전력선(30)의 과열이 탐지된 상황으로, 이 경우 정밀 탐지 로봇(300)은 해당 지점으로 이동 후 다관절 로봇(320)의 암부 끝에 위치한 복합 센서 모듈(330)을 상측의 전력선(30) 쪽을 향해 구동한 다음 관절각 제어 등을 통해 스캔 위치를 가변하면서 해당 전력선(30) 주변을 세밀하게 스캔한다. 이러한 도 3의 (b)는 정밀 스캔 과정에서 과열 상태의 전력선(30-1) 뿐만 아니라 피복이 노출된 전력선(30-2) 까지 부가적으로 탐지한 것을 나타낸다.

한편, 본 발명의 실시예에서 지하 공동구(10)를 따라 설치된 한 쌍의 레일(R)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 내측 홈과 외측 홈을 가지는 H 빔 구조로 각각 형성될 수 있다.

이때, 상시 탐지 로봇(200)은 내측 홈에 결합된 상태로 이동하고 정밀 탐지 로봇(300)은 외측 홈에 결합된 상태로 이동하도록 구현된다. 물론, 정밀 탐지 로봇(300)은 이동 중에 상시 탐지 로봇(200)과 간섭 또는 충돌이 발생하지 않도록 상시 탐지 로봇(200)의 상부에 이격된 상태로 이동할 수 있다. 즉, 정밀 탐지 로봇(300)은 이동 플랫폼(310)의 하면 높이가 상시 탐지 로봇(200)의 최상단 부분과 충돌하지 않도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 4는 도 1에 도시된 시스템의 전체 설치 예시를 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템은 화재 진압 로봇(400), 충전 스테이션(500) 및 배터리 제어 유닛(600)을 더 포함할 수 있다.

배터리 제어 유닛(600)은 레일(R)의 외측을 따라 설정 간격으로 설치되어 상시 탐지 로봇의 접근 시에 탐지 로봇 내 배터리의 충전 및 교환 중 적어도 하나를 지원한다.

배터리 제어 유닛(600)은 상시 탐지 로봇(200)과 통신하여 상시 탐지 로봇(200)이 설정 위치에 정지한 경우 이를 탐지하여 상시 탐지 로봇(200)의 배터리 커버를 개방시켜서 배터리(610)를 유무선 충전하거나 기존 배터리를 회수 후 기 충전된 배터리를 삽입시켜 배터리를 교체할 수 있다. 이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 상시 탐지 로봇(200)이 배터리 제어 유닛(600)으로 접근하여 약속된 위치에 정지한다. 그리고 배터리 제어 유닛(600)과 통신하여 상시 탐지 로봇(200)의 배터리 교환부(검은색 위치)가 자동으로 개방되면, 배터리 제어 유닛(600)에서는 배터리(600)를 파지 또는 홀딩할 수 있는 수직 이동 메커니즘을 이용하여 소모된 배터리를 회수하거나 충전된 배터리를 삽입할 수 있다. 배터리는 서로 번갈아 가면서 교체 가능하며, 정밀 탐지 로봇(300)의 급전(무선 충전)을 위하여 때로는 2개가 동시에 삽입될 수도 있다.

화재 진압 로봇(400)은 레일(R)의 길이방향 양측 단부에 각각 한 쌍으로 대기 배치되어 있으며, 관제 서버(100)로부터 명령 수신 시에 레일(R)을 따라 타겟 구역으로 이동하여 소화 작업을 실시한다. 이때, 관제 서버(100)는 보다 신속한 화재 진압이 가능하도록, 한 쌍의 화재 진압 로봇(400) 중에서 타겟 구역으로부터 보다 인접한 위치에서 대기 중인 화재 진압 로봇으로 소화 작업을 명령한다.

화재 진압 로봇(400)은 상시 탐지 로봇(200)과 같이 레일(R)의 내측 홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하다. 화재 진압 로봇(400) 역시 도 4와 같이 이송 롤러가 구비된 이동 플랫폼(410)과, 이동 플랫폼(410) 상에 장착되며 소화액 탱크(421)와 분사 노즐(422)을 구비한 소화 장치(420), 그리고 관제 서버(100) 등과 통신하는 통신 모듈(미도시)를 포함하여 구성된다.

충전 스테이션(500)은 레일(R)의 길이방향 양측 단부에 각각 한 쌍으로 설치되어, 화재 진압 로봇(400) 또는 정밀 탐지 로봇(300)을 유무선의 방법으로 충전한다. 이러한 충전 스테이션(500)은 단자 간 접속에 기반한 유선 충전은 물론, 설정 거리 범위 내에서의 무선 충전을 지원한다.

도 4에 도시된 상시 탐지 로봇(200)의 경우 이동 플랫폼(210)을 2단으로 구성하고 상단 플랫폼에는 계측 모듈(220)을 장착하고 하단 플랫폼에는 주변 환경을 인지하는 환경 인지 센서(211)를 전방에 장착한 것을 예시하고 있다. 환경 인지 센서(211)는 계측 모듈(220)과 동일한 환경 인자들을 센싱할 수도 있고, 장애물 감지가 가능하고 타 로봇과의 충돌 방지를 위한 근접 센서를 포함할 수 있다. 이러한 환경 인지 센서와 동일한 구성은 화재 진압 로봇(400)의 전방에도 설치된 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 이용하여 배관의 누수/누유를 정밀 탐지하는 실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 이용하여 발화 지점을 초동 화재 진압하는 실시예를 설명한 도면이다.

도 5 및 도 6은 지하 공동구 내에 두 대의 상시 탐지 로봇 #1, #2(200-1,200-2)과 두 대의 정밀 탐지 로봇 #1, #2(300-1,300-2), 두 대의 화재 진압 로봇 #1, #2(400-1,400-2)이 각각 존재하는 상황을 가정한다. 여기서, 상시 탐지 로봇(200), 정밀 탐지 로봇(300) 및 화재 진압 로봇(400)은 인접한 액세스 포인트(700)와 통신하여 이를 매개로 관제 서버(100)와 데이터를 송수신할 수 있다.

도 5의 경우, 상시 탐지 로봇 #2(200-2)에 의해 누수/누유 의심 지점이 탐지된 상황으로, 관제 서버(100)는 두 대의 정밀 탐지 로봇 중(300-1,300-2)에서 누수 의심 지점과 더욱 가까운 정밀 탐지 로봇 #1(300-1)를 호출하여 누수/누유 상황과 누수 부위를 정밀 탐지하는 모습을 나타낸다.

도 6의 경우, 상시 탐지 로봇 #2(200-2)에 발화 의심 지점이 탐지된 상황으로, 관제 서버(10))는 지하 공동구(10)의 양측 단부에 각각 대기 중인 두 대의 화재 진압 로봇 #1, #2(400-1,400-2) 중 발화 의심 지점과 더욱 가까운 위치에서 대기 중인 화재 진압 로봇 #2(400-2)를 호출하여 해당 지점의 초동 화재를 진압하는 모습을 나타낸다.

이와 같이, 본 발명의 경우, 지하 공동구에 설치된 각종 배관을 비롯한 전력선 및 통신선을 모니터링하고 유지 보수할 수 있으며 초기 화재 발생 시에 초동 진압이 가능한 장점이 있다.

이상과 같은 본 발명의 시스템에 의하면, 지하 공동구 내 상시 탐지 로봇에 의해 수집된 구역 별 탐지 결과 기반으로 위험이 예상되는 타겟 구역을 선별 후 정밀 탐지 로봇을 해당 구역에 접근시켜 타겟 구역 상의 시설물에 대한 정밀 탐지는 물론 정밀 탐지 로봇에 장착 가능한 교체형 작업 툴을 사용하여 시설물의 유지 보수를 원격에서 무인으로 가능하게 하는 이점을 제공한다.

물론, 이러한 구성에 따르면, 지하 공동구에 위치한 상수도관, 가스관, 송유관을 비롯한 전력선 및 통신선을 원격에서 무인 검사 및 진단함으로써 인력을 통한 육안 검사 대신 현장의 상시 점검을 통한 생산성/안전성 향상, 비용 절감 효과까지 기대할 수 있다.

또한, 지하 공동구의 사고와 관련한 유해/위험 환경으로부터 작업자를 격리시키고 관제 시스템에서 원격으로 상태 정보 등을 모니터링 및 예측이 가능함으로써 안전하고 효율적인 지하 공동구 유지관리가 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 관제 서버 200: 상시 탐지 로봇
210: 이동 플랫폼 211: 이송 롤러
212: 환경 인지 센서 220: 계측 모듈
300: 정밀 탐지 로봇 310: 이동 플랫폼
311: 이송 롤러 320: 다관절 로봇
330: 복합 센서 모듈 340: 보조 플레이트
341: 안착부 350: 작업 툴
400: 화재 진압 로봇 410: 이동 플랫폼
420: 소화 장치 421: 소화액 탱크
422: 분사 노즐 500: 충전 스테이션
600: 배터리 제어 유닛 700: 액세스 포인트

Claims (13)

1. 지하 공동구의 내벽, 바닥 또는 천정을 따라 설치된 레일에 결합되어 이동하면서 각 구역 별로 선로나 배관을 포함한 시설물의 촬영 영상과 주변 환경을 계측한 환경 센싱 정보를 수집하여 관제 서버로 전송하는 상시 탐지 로봇;
   상기 상시 탐지 로봇으로부터 수신한 영상 및 환경 센싱 정보를 기반으로 지하 공동구 내 위험이 예상되는 타겟 구역을 판별하여 타겟 구역에 대한 정밀 탐지 명령을 전송하는 관제 서버;
   상기 레일 상에 결합되어 이동 가능하고 상기 정밀 탐지 명령 수신 시 상기 타겟 구역으로 이동 후 다관절 로봇의 암부를 타겟 구역 내 시설물에 직접 접근시켜 상기 암부에 장착된 복합 센서 모듈을 통해 정밀 스캔하고 스캔 결과를 상기 관제 서버로 전송하며 스캔 결과를 기반으로 작업 툴을 선택 장착하여 시설물의 유지 보수를 수행하는 정밀 탐지 로봇;
   상기 레일의 외측을 따라 설정 간격으로 설치되어 상기 상시 탐지 로봇의 접근 시에 상시 탐지 로봇 내 배터리의 충전 또는 교환을 지원하되, 상기 상시 탐지 로봇과 통신하여 상기 상시 탐지 로봇이 설정 위치에 정지한 경우 상시 탐지 로봇의 배터리 커버를 개방시켜 배터리를 유무선 충전하거나 배터리를 회수 후 기 충전된 배터리를 삽입시켜 배터리를 교체하는 배터리 제어 유닛; 및
   상기 레일의 길이방향 양측 단부에 각각 대기 위치하고 상기 관제 서버로부터 명령 수신 시에 상기 레일을 따라 상기 타겟 구역으로 이동하여 소화 작업을 진행하는 한 쌍의 화재 진압 로봇을 포함하며,
   상기 관제 서버는,
   상기 한 쌍의 화재 진압 로봇 중에서 상기 타겟 구역으로부터 보다 인접한 위치에서 대기 중인 화재 진압 로봇으로 상기 소화 작업을 명령하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 상시 탐지 로봇은,
   상기 레일을 따라 이동하기 위한 이송 롤러가 장착된 이동 플랫폼;
   상기 이동 플랫폼 상에 설치되고 상기 영상 및 환경 센싱 정보를 수집하는 영상 센서와 환경 센서를 내장한 계측 모듈; 및
   상기 관제 서버와 통신하고 각종 정보를 송수신하는 통신 모듈을 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 환경 센서는,
   적외선, 온도, 습도, 가스, 불꽃감지 센서 중 적어도 하나 이상의 센서를 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 정밀 탐지 로봇은,
   상기 암부의 말단에 장착 가능한 용접 툴, 연마 또는 절단 툴, 청소 툴, 그리퍼 툴 중 적어도 하나의 작업 툴을 구비하며,
   상기 유지 보수 작업은,
   시설물의 용접, 연마, 절단, 청소 중 적어도 하나를 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 정밀 탐지 로봇은,
   상기 레일을 따라 이동하는 이송 롤러가 장착된 이동 플랫폼;
   상기 이동 플랫폼에 설치되어 다관절 구조로 연장된 다관절 로봇;
   상기 암부에 장착되고, 영상, 적외선, 온도, 가스, 불꽃 감지 센서 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 센서를 구비한 복합 센서 모듈; 및
   상기 관제 서버와 통신하고 각종 정보를 송수신하는 통신 모듈을 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 정밀 탐지 로봇은,
   상기 이동 플랫에 연결되고 복수의 안착부를 형성한 보조 플레이트; 및
   상기 복수의 안착부에 개별 안착되고, 상기 다관절 로봇의 암부 말단에 장착 가능한 용접 툴, 연마 또는 절단 툴, 청소 툴, 그리퍼 툴 중 선택된 복수의 작업 툴을 더 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 시설물은,
   상수도관, 가스관, 전력선, 통신선, 송유관 중 복수의 시설물을 포함하고,
   상기 정밀 탐지 로봇은,
   상수도관 누수, 가스관 누출, 전력선 및 통신선 과열, 피복 누출, 송유관 누유, 배관 진동, 배관 크랙 중 적어도 하나를 각각 탐지하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 레일의 길이방향 양측 단부에 각각 설치되어, 상기 화재 진압 로봇 또는 상기 정밀 탐지 로봇을 유무선 충전하는 충전 스테이션을 더 포함하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 지하 공동구를 따라 설치된 한 쌍의 상기 레일은 내측 홈과 외측 홈을 가지는 H 빔 구조로 각각 형성되며,
    상기 상시 탐지 로봇은 상기 내측 홈에 결합된 상태로 이동하고, 상기 정밀 탐지 로봇은 상기 외측 홈에 결합된 상태로 이동하는 지하 공동구 유지 관리 로봇 시스템.

Images