KR102545585B1

KR102545585B1 - 기체 탐지 로봇의 운용 방법

Info

Publication number: KR102545585B1
Application number: KR1020210099387A
Authority: KR
Inventors: 이명석; 김무림; 표주현; 신동관; 신주성; 서갑호
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-06-20
Also published as: KR20230017632A

Abstract

본 발명은 화재, 유해가스 누출, 붕괴 및 폭발 위험 등 사람이 접근하기 어려운 테러 및 재난현장에서 긴급 대응이 가능하고 인명 피해를 최소화할 수 있는 기체 탐지 로봇의 운용 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 기체 탐지 로봇을 사용하여 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 기체를 측정하고, 측정된 기체의 농도 값인 d^t와 상기 소정의 영역에서 상기 d^t 측정 이전에 상기 소정의 시간동안 측정된 기체 농도 값인 d^t-1을 서로 비교하는 전체적 탐색 단계 및 상기 전체적 탐색 단계에서 상기 d^t보다 상기 d^t-1의 값이 크면 상기 전체적 탐색 단계를 종료하는 종료 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기체 탐지 로봇의 운용 방법{OPERATION METHOD FOR GAS DETETCTION ROBOT}

본 발명은 기체 탐지 로봇의 운용 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 화재, 유해가스 누출, 붕괴 및 폭발 위험 등 사람이 접근하기 어려운 테러 및 재난현장에서 긴급 대응이 가능하고 인명 피해를 최소화할 수 있는 기체 탐지 로봇의 운용 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 있었다.

최근에는, 로봇이 위험 지역에 투입되고 원격지에서 원격 조종 장치에 의해 컨트롤됨으로써 인간을 대신하여 위험 작업을 수행하고 있었다.

대한민국등록특허공보 제10-1927265호에는 종래의 화재 인명구조 로봇에 대해 기재되어 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 있었다.

특히 전문요원이 접근하기 위험한 각종 재난, 범죄 및 테러 현장에서 긴급 투입되어 유해 기체의 유무 및 정도 파악을 비롯한 각종 정보를 수집하고 필요시 긴급대응 작업을 할 수 있는 원격 제어 로봇의 센서 운용에 관한 연구가 필요하였다.

또한, 유해가스 및 화학테러 물질의 발생으로 원격제어에 기본적으로 사용되는 카메라 및 라이더 등과 같은 시각화 센서와 함께 가스 발생원을 빠르게 찾을 수 있도록 임무 영역 전체를 지속적으로 모니터링 할 수 있는 원격 조종 보조 방법의 연구가 필요하였다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 화재, 유해가스 누출, 붕괴 및 폭발 위험 등 사람이 접근하기 어려운 테러 및 재난현장에서 유해 기체의 원인 지역을 빠르게 파악하는 기체 탐지 로봇의 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 기체 탐지 로봇을 사용하여 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 기체를 측정하고, 측정된 기체의 농도 값인 d^t와 상기 소정의 영역에서 상기 d^t 측정 이전에 상기 소정의 시간동안 측정된 기체 농도 값인 d^t-1을 서로 비교하는 전체적 탐색 단계 및 및 상기 전체적 탐색 단계에서 상기 d^t보다 상기 d^t-1의 값이 더 크면 상기 전체적 탐색 단계를 종료하는 종료 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전체적 탐색 단계는 상기 기체 탐지 로봇의 흡기부를 회전하면서 기체 탐지 로봇의 주변 기체를 실시간으로 측정하고 기체의 농도가 높은 방향을 탐색하는 국소적 탐색 단계를 포함할 수 있다.

상기 국소적 탐색 단계는 상기 기체의 농도가 높은 방향으로 상기 기체 탐지 로봇을 이동시키는 이동 단계를 포함할 수 있다.

상기 국소적 탐색 단계는 상기 기체 탐지 로봇의 시각화 센서를 통해 감지되는 정보에 의해 상기 기체 탐지 로봇의 주행 경로를 조정할 수 있다.

상기 전체적 탐색 단계는 상기 d^t가 상기 d^t-1보다 더 크면 3차원 라이더 지도상에서 상기 d^t 가 측정된 장소에 해당하는 좌표에 점을 표시하여 기체 농도 지도를 만들고 기체 정보를 업데이트하는 기체 정보 업데이트 단계를 포함할 수 있다.

상기 전체적 탐색 단계는 상기 기체 정보 업데이트 단계에서 상기 기체 농도 지도를 통해 기체 농도의 변화율이 높은 방향을 3차원 라이더 지도상에 표시하고 상기 기체 탐지 로봇이 3차원 라이더 지도상에 표시된 방향을 따라 주행하는 주행 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 가스 누출 및 위험지역을 빠르게 탐지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 가스 누출 근원의 위치를 모르더라도 근원의 방향으로 이동할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1을 평면에서 보아 흡기부가 회전하는 것을 도시한 사용 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 몸체부 내부 주요부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법의 전체적 탐색 단계에서 3차원 라이더 지도상으로 기체 탐지 로봇의 운전을 유도하는 것을 도시한 사용상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법의 전체적 탐색 단계에서 3차원 라이더 지도상에 기체 농도 지도를 표시한 것을 도시한 사용상태도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법의 전체적 탐색 단계에서 3차원 라이더 지도상에 주행로를 표시한 것을 도시한 사용상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 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 기체 탐지 로봇을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1을 평면에서 보아 흡기부가 회전하는 것을 도시한 사용 상태도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 몸체부 내부 주요부를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇은 몸체부(100), 흡기부(110), 흡기회전부(120), 흡기팬(130), 가스 탐지부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.

몸체부(100)는 외관을 형성할 수 있다.

몸체부(100)는 주행부(160)에 의해 바닥을 이동할 수 있다.

주행부(160)는 몸체부(100)의 양측부에 각각 설치된 무한궤도 형상의 바퀴로 형성될 수 있다.

주행부(160)는 몸체부(100)의 내부에 형성된 모터(motor) 등의 동력장치(미도시)의 동력에 의해 작동할 수 있다.

흡기부(110)는 몸체부(100)의 내부에서 외부로 연장되고, 몸체부(100)의 내부와 외부를 연통하게 형성될 수 있다.

흡기부(110)는 몸체부(100)의 일측(일 실시예로 도 1 내지 도 4에서 보아 몸체부의 상측)에 회전 가능하게 마련될 수 있다.

흡기부(110)는 단부를 일측으로 만곡되게 연장 형성할 수 있다.

도 4를 참고하여, 흡기회전부(120)는 흡기부(110)를 일측 및 타측으로 회전시킬 수 있다.

흡기회전부(120)는 몸체부(100)의 내부에 설치될 수 있다.

흡기회전부(120)는 기어조립체(121)와 전기모터(123)로 형성될 수 있다.

기어조립체(121)는 바벨 기어 등으로 형성될 수 있고, 복수 개의 기어를 기어 결합하고, 흡기부(110)와 결합될 수 있다.

전기모터(123)는 기어조립체(121)와 결합하고, 기어조립체(121)를 일측 및 타측으로 회전시킬 수 있다.

즉 흡기부(110)는 흡기회전부(120)의 기어조립체(121)와 결합하고, 흡기회전부(120)의 전기모터(123)의 동력에 의해 일측 및 타측으로 회전될 수 있다. 흡기부(110)는 흡기회전부(120)에 의해 몸체부(100)의 주행 방향 전(前)방 180도 각도를 회전할 수 있다.

흡기팬(130)은 흡기부(110)를 통해 외부의 기체를 흡입할 수 있다.

흡기팬(130)은 몸체부(100)의 내부에 마련되되 흡기부(110)를 향하게 형성될 수 있다.

가스 탐지부(140)는 흡기팬(130)에 의해 흡입된 기체를 측정할 수 있다.

가스 탐지부(140)는 몸체부(100)에 마련되고, 가스관(141)에 의해 흡기팬(130)과 연통할 수 있다. 그리고 흡기팬(130)을 통해 흡입된 기체를 내부로 유입하여 기체의 농도를 측정할 수 있다.

가스 탐지부(140)는 전원을 공급할 수 있는 충전식 배터리(미도시)를 포함하거나 주행부(160)의 동력장치로부터 전원을 공급받을 수 있다.

가스 탐지부(140)는 외부 통신 단말기(미도시)와 무선 통신을 할 수 있는 무선 통신모듈(미도시)을 포함할 수 있다.

제어부(150)는 흡기회전부(120)로부터 흡기부(110)의 회전 각도에 대한 정보와 가스 탐지부(140)로부터 측정된 기체에 대한 정보를 수집할 수 있다.

제어부(150)는 무선 통신모듈(미도시)를 포함할 수 있다.

제어부(150)는 흡기부(110)의 회전 각도에 대한 정보 및 측정된 기체에 대한 정보를 무선 통신모듈을 통해 외부 통신 단말기(미도시)로 전송할 수 있다.

외부 통신 단말기는 제어부(150)로부터 전송받은 흡기부(110)의 회전 각도에 대한 정보 및 측정된 기체에 대한 정보를 운전자가 인식할 수 있도록 출력할 수 있다.

운전자는 외부 통신 단말기와 전기적으로 연결된 원격 조정 장치(미도시)를 사용하여 원격에서 제어부(150)로 작동 명령을 전송하고, 제어부(150)는 작동 명령에 따라 주행부(160) 및 흡기회전부(120)를 조작할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇은 시각화 센서(170)를 포함할 수 있다.

시각화 센서(170)는 기체 탐지 로봇의 주변 지형 지물 등을 운전자가 시각적으로 인식할 수 있도록 카메라 이미지 및/또는 라이더 데이터를 운전자에게 전송하기 위한 것일 수 있다.

시각화 센서(170)가 몸체부의 일측에 회전 가능하게 마련될 수 있다.

시각화 센서(170)는 카메라(camera), 자이로(gyro) 및 라이더(Lidar) 등 중 어느 하나 이상일 수 있다.

이하 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 전체적 탐색 단계(S1) 및 종료 단계(S2)를 포함할 수 있다.

전체적 탐색 단계(S1)는 기체 탐지 로봇을 사용하여 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 기체를 측정하는 단계일 수 있다.

전체적 탐색 단계(S1)는 기체 탐지 로봇이 흡기부를 회전하면서 기체 탐지 로봇의 주변 기체를 실시간으로 측정하고 기체의 농도가 높은 방향을 탐색하는 국소적 탐색 단계를 포함할 수 있다.

국소적 탐색 단계는 주변 기체의 농도 차이를 계산하기 위해서 짧은 시간 동안 2개 이상의 복수의 위치에서 농도를 측정해야 한다. 따라서 외부의 기체를 흡입하는 흡기부를 회전하면서 흡기부의 회전 각도를 기록하여 포집된 기체의 방향을 기록하고, 흡기부의 회전 각도에 따라 순차적으로 기체 탐지 로봇 주변부 복수의 위치에서 기체를 고르게 흡입할 수 있다. 그리고 흡기부를 통해 흡입된 기체를 가스 탐지부가 실시간으로 측정하면서 기체 탐지 로봇 주변부 기체의 농도를 감지함에 따라 기체의 농도가 높은 방향을 탐색할 수 있다.

전체적 탐색 단계(S1)는 국소적 탐색 단계에서 기체의 농도가 높은 방향으로 기체 탐지 로봇을 이동시키는 이동 단계를 포함할 수 있다.

이하 도 6 내지 도 8에서 기체 탐지 로봇의 부호를 R로 표기한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법의 전체적 탐색 단계에서 3차원 라이더 지도상으로 기체 탐지 로봇의 운전을 유도하는 것을 도시한 사용상태도이다.

전체적 탐색 단계(S1)는 국소적 탐색 단계에서 도 6을 참고하여 기체 탐지 로봇(R)의 주변 중 탐색된 기체의 농도가 가장 높은 방향을 화살표 등으로 3차원 라이더 지도상에 표시하고 운전자가 3차원 라이더 지도를 확인하여 기체 탐지 로봇(R)을 주변에서 기체 농도가 가장 높은 방향으로 운전하도록 유도함에 따라 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 기체 탐지 로봇(R)의 이동 경로를 결정할 수 있다.

이때 국소적 탐색 단계는 기체 탐지 로봇의 시각화 센서를 통해 감지되는 기체 탐지 로봇의 주변 지형 지물 등에 대한 정보에 의해 기체 탐지 로봇의 주행 경로를 조정할 수 있다.

전체적 탐색 단계(S1)는 소정의 영역에서 기체 탐지 로봇이 소정의 시간 동안 측정한 측정된 기체의 농도 값인 d^t와 소정의 영역에서 d^t 측정 이전에 소정의 시간동안 측정된 기체 농도 값인 d^t-1을 비교하는 기체 농도 비교 단계를 포함할 수 있다. 여기서 소정의 영역과 소정의 시간은 기체 탐지 로봇의 이동 속도를 기설정하고, 기설정된 이동 속도에 따라 기체를 탐지하려는 장소에서 소정의 시간 동안 이동 가능한 소정의 영역을 설정할 수 있다.

전체적 탐색 단계(S1)는 기체 농도 비교 단계에서 측정된 기체의 농도 값인 d^t가 d^t-1보다 더 크면 데이터를 3차원 라이더 지도 상에 표시하고 기체 정보를 업데이트하는 기체 정보 업데이트 단계를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법의 전체적 탐색 단계에서 3차원 라이더 지도상에 기체 농도 지도를 표시한 것을 도시한 사용상태도이다.

도 7을 참고하여 기체 정보 업데이트 단계는 각기 다른 장소에서 측정한 복수 개의 d^t 중에서 d^t-1 보다 더 큰 d^t들을 3차원 라이더 지도상에 표시하기 위해서 d^t가 측정된 장소에 대응되는 3차원 라이더 지도상의 좌표에 점(P)으로 표시하고, 표시된 복수 개의 점(P)들로 기체 농도 지도를 만들 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법의 전체적 탐색 단계에서 3차원 라이더 지도상에 주행로를 표시한 것을 도시한 사용상태도이다.

도 8을 참고하여, 전체적 탐색 단계(S1)는 기체 농도의 변화율이 높은 방향을 3차원 라이더 지도 상에 표시하기 위해 3차원 라이더 지도 상에 만들어진 기체 농도 지도에서 점들의 밀도가 높은 방향을 향하도록 선, 색깔, 화살표 등으로 주행로(G)를 표시하고 기체 탐지 로봇을 3차원 라이더 지도상에 표시된 주행로(G)를 따라 주행하게 보조하는 주행 단계를 포함할 수 있다.

종료 단계(S2)는 전체적 탐색 단계(S1)의 기체 농도 비교 단계에서 d^t와 d^t-1을 비교하여 d^t보다 d^t-1의 값이 더 크면 가스가 누출되는 근원지 인근으로 판단하고 프로세스를 종료하는 단계일 수 있다.

운전자는 기체 농도와 주변 지형 지물 등에 대한 정보를 종합적으로 판단하여 기체 탐지 로봇을 운용할 수 있으며, 기체 탐지 로봇의 운용 프로세스가 종료되면 새로운 근원지를 찾아 전체적 탐색 단계(S1)와 종료 단계(S2)를 반복하여 기체 탐지 로봇을 운용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 가스 누출 및 위험지역을 빠르게 탐지할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 기체 탐지 로봇의 운용 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: 몸체부
110: 흡기부
120: 흡기회전부
121: 기어조립체
123: 전기모터
130: 흡기팬
140: 가스 탐지부
141: 가스관
150: 제어부
160: 주행부
170: 시각화 센서

Claims

기체 탐지 로봇을 사용하여 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 기체의 농도를 측정하고, 측정된 기체의 농도 값인 d^t와 상기 소정의 영역에서 상기 d^t 측정 이전에 상기 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 측정된 기체 농도 값인 d^t-1을 서로 비교하는 전체적 탐색 단계; 및
상기 전체적 탐색 단계에서 상기 d^t보다 상기 d^t-1의 값이 크면 상기 전체적 탐색 단계를 종료하는 종료 단계;
를 포함하고,
상기 전체적인 탐색 단계는,
상기 기체 탐지 로봇의 흡기부를 회전하면서 2개 이상의 복수의 위치에서 상기 기체 탐지 로봇의 주변 기체를 실시간으로 측정하고, 흡기부의 회전 각도를 기록하여 포집된 기체의 방향을 기록하며, 상기 기체의 농도가 높은 방향을 탐색하는 국소적 탐색 단계;
를 포함하며,
상기 전체적 탐색 단계는,
상기 d^t가 상기 d^t-1보다 더 크면 3차원 라이더 지도상에서 상기 d^t 가 측정된 장소에 해당하는 좌표에 점을 표시하며, 표시된 복수 개의 점들로 기체 농도 지도를 만들고, 기체 정보를 업데이트하는 기체 정보 업데이트 단계;
를 포함하고,
기체 탐지 로봇의 주변 중 탐색된 기체의 농도가 가장 높은 방향을 화살표로 3차원 라이더 지도상에 표시하여 기체 농도가 높은 방향으로 운전하도록 유도함에 따라 소정의 시간 동안 소정의 영역에서 기체 탐지 로봇의 이동 경로를 결정하는 것을 특징으로 하는 기체 탐지 로봇의 운용 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 국소적 탐색 단계는,
상기 기체의 농도가 높은 방향으로 상기 기체 탐지 로봇을 이동시키는 이동 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 탐지 로봇의 운용 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 국소적 탐색 단계는,
상기 기체 탐지 로봇의 주변 지형 지물을 시각적으로 인식할 수 있도록 카메라 이미지 및 라이더 데이터를 전송할 수 있는 시각화 센서를 통해 감지되는 주변 지형 지물에 대한 정보에 의해 상기 기체 탐지 로봇의 주행 경로를 조정하는 것을 특징으로 하는 기체 탐지 로봇의 운용 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 전체적 탐색 단계는,
상기 기체 정보 업데이트 단계에서, 상기 기체 농도 지도를 통해 기체 농도의 변화율이 높은 방향을 3차원 라이더 지도 상에 표시하되, 3차원 라이더 지도 상에 만들어진 기체 농도 지도에서 점들의 밀도가 높은 방향을 향하도록 선, 색깔 또는 화살표로 주행로를 표시하고, 상기 기체 탐지 로봇이 3차원 라이더 지도상에 표시된 주행로를 따라 주행하게 보조하는 주행 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 탐지 로봇의 운용 방법.