KR102647444B1 - 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사람이 대형 선박 또는 해양플랜 등의 높은 구조물을 오르내리는 도중 추락 사고가 발생할 때 추락자의 자세와 상관없이 추락에 따른 급속한 공기 흐름에 의해 추락 사고를 자동으로 감지하여 에어백에 급속히 공기를 주입하여 순간적으로 팽창시킴으로써 강한 충격으로부터 신체를 안전하게 보호할 수 있는 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치는, 사용자의 신체에 착용되는 서포트프레임; 상기 서포트프레임에 장착되어 가스가 주입되면 팽창하여 사용자를 보호하는 에어백; 상기 에어백에 가스를 공급하는 봄베; 상기 서포트프레임에 설치되는 짐벌모듈; 상기 짐벌모듈에 설치되어 짐벌모듈에 의해 서포트프레임에 대해 일정한 방향을 유지하며, 사용자가 추락하는 도중에 발생하는 공기 압력에 의해 변형되면서 전기에너지를 발생시키는 압전소자; 및, 상기 압전소자와 전기적으로 연결되어 압전소자로부터 전기에너지를 받아 상기 봄베의 밸브를 개방시키는 제어부;를 포함한다.

Description

추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치{Fall accident detection instantaneous inflation airbag device}

본 발명은 순간 팽창형 에어백 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사람이 대형 선박 또는 해양플랜 등의 높은 구조물을 오르내리는 도중 추락 사고가 발생할 때 추락에 따른 급속한 공기 흐름에 의해 추락 사고를 감지함과 동시에 에어백에 급속히 공기를 주입하여 순간적으로 팽창시킴으로써 강한 충격으로부터 신체를 안전하게 보호할 수 있는 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치에 관한 것이다.

도선사나 세관원 등 사람이 대형 선박에 승하선할 때 사다리를 이용하여 승하선하게 되는데, 이 때 강한 비나 바람 등의 다양한 원인으로 인해 추락하여 사망 또는 부상에 이르는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.

이에 선박이나 높은 구조물을 오르내리는 사람에게 완충 기능을 갖는 에어백이나 쿠션 장치를 장착하여 추락 사고에 대비하는 방안이 제안되고 있으나, 이러한 에어백이나 쿠션 장치는 부피가 커서 사용자의 신체 활동을 방해하여 오히려 추락 사고를 유발하는 원인이 될 수 있다.

따라서, 평소에는 에어백이 수축된 상태로 있다가 추락 사고가 발생하면 이를 감지하여 자동으로 에어백을 순간 팽창시켜 추락 시 발생하는 강한 충격을 흡수할 수 있는 착용형 에어백 장치가 요구된다.

대한민국 등록특허 제10-1207012호에는 고소 작업현장에서 작업자의 추락 시에 신체의 위해를 극소화할 수 있고, 관리자에게 추락사고발생을 즉각적으로 고지하고 그 위치를 알려주게 됨으로써 후속적인 조치를 가능하게 하여 추락안전사고의 위험을 최소화할 수 있도록 한 '추락사고대비용 안전베스트'가 개시되어 있다.

상기 등록특허의 추락사고대비용 안전베스트는, 신체 주요부를 보호할 수 있는 형상의 에어백인 인플레이터백과, 상기 인플레이터백을 팽창시키는 가스 발생수단인 인플레이터팽창기 및 상기 인플레이터팽창기를 유체적으로 개,폐구동하는 스위치인 인플레이터구동스위치부와, 상기 인플레이터구동스위치부를 구동하는 전기적인 신호를 발하는 제어부로서 회로기판에 구성되어 케이스에 수납되는 메인제어부를 각각 수납하여 가지며, 상기 메인제어부로부터의 추락감응신호에 따라서 상기 GPS 위치전송부로부터의 신호를 전송받아 추락위치값표시와 작업현장지도상에 추락위치의 표시, 경광등 또는 모니터 상의 알람표시로서의 알람기능을 수행하는 이격된 관제부와 협동하도록 한 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기한 추락사고대비용 안전베스트를 비롯한 종래의 급속 팽창형 에어백 장치들은 추락을 감지하는 센서가 비싸고, 센서의 민감도가 높을 경우 사용자가 에어백 장치를 착용한 상태에서 단순히 넘어지거나 빠르게 움직이는 동작에서도 팽창될 가능성이 높다.

또한 센서의 민감도가 낮을 경우에는 추락자의 자세에 따라 추락을 감지하지 못하고 에어백이 팽창하지 않거나, 센서가 오작동 또는 고장이 날 경우에도 에어백이 팽창하지 않을 가능성이 존재하여 추락에 따른 완충 기능을 발휘하지 못하여 안전사고를 방지할 수 없을 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-1207012호 미국 등록특허 US 9,585,425

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 사람이 대형 선박 또는 해양플랜 등의 높은 구조물을 오르내리는 도중 추락 사고가 발생할 때 추락자의 자세와 상관없이 추락에 따른 급속한 공기 흐름에 의해 추락 사고를 자동으로 감지하여 에어백에 급속히 공기를 주입하여 순간적으로 팽창시킴으로써 강한 충격으로부터 신체를 안전하게 보호할 수 있는 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치는, 사용자의 신체에 착용되는 서포트프레임; 상기 서포트프레임에 장착되어 가스가 주입되면 팽창하여 사용자를 보호하는 에어백; 상기 에어백에 가스를 공급하는 봄베; 상기 서포트프레임에 설치되는 짐벌모듈; 상기 짐벌모듈에 설치되어 짐벌모듈에 의해 서포트프레임에 대해 일정한 방향을 유지하며, 사용자가 추락하는 도중에 발생하는 공기 압력에 의해 변형되면서 전기에너지를 발생시키는 압전소자; 및, 상기 압전소자와 전기적으로 연결되어 압전소자로부터 전기에너지를 받아 상기 봄베의 밸브를 개방시키는 제어부;를 포함한다.

상기 서포트프레임은 측면 하부와 바닥면이 개방되게 형성되어 서포트프레임의 자세와 상관없이 압전소자로 공기가 유입될 수 있다.

상기 짐벌모듈은, 서포트프레임에 요축(Yaw)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 요축프레임, 상기 요축에 직교하는 직교하는 롤축(Roll)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 롤축프레임, 상기 롤축과 직교하는 피치축(Pitch)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 피치축프레임의 3축 짐벌 구조를 가지며, 상기 피치축프레임에 압전소자의 가장자리 부분이 고정되고, 상기 요축프레임과 롤축프레임 및 피치축프레임은 각각 요축모터와 롤축모터 및 피치축모터에 의해 회전할 수 있다.

상기 피치축프레임에 압전소자로 공기를 유도하는 에어가이드가 하측으로 연장되게 설치될 수 있다.

상기 서포트프레임에 사용자의 의류, 또는 헬멧, 또는 신체에 착용되는 착탈수단이 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자가 선박이나 공사장 등의 높은 구조물에서 추락할 때 어떠한 자세에서도 압전소자가 짐벌모듈의 작용에 의해 지면에 대해 수평한 상태를 유지할 수 있으므로 압전소자가 공기의 저항에 의해 확실히 변형될 수 있고, 압전소자에서 발생한 전기 에너지에 의해 봄베가 개방되어 에어백이 급속하게 팽창할 수 있다. 따라서 사용자의 신체를 추락 사고로부터 안전하게 보호할 수 있다.

또한 압전소자의 변형은 사용자의 추락에 의해 발생하는 고속의 공기 흐름에 의해 발생하게 되므로, 사용자가 보행 중에 단순히 넘어지거나 자세가 급격하게 변하는 상황에서는 압전소자가 거의 변형되지 않아 봄베가 작동하지 않으며, 추락 사고에 의해서만 봄베가 개방되어 에어백이 팽창할 수 있으므로 불필요한 에어백 팽창을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치의 작동례를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치를 구성하는 압전소자를 고정하기 위한 프레임의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치는, 사용자의 신체에 착용되는 서포트프레임(10), 상기 서포트프레임(10)에 장착되는 에어백(20)과 봄베(30), 짐벌모듈(40), 압전소자(50), 제어부(60)를 포함한다.

서포트프레임(10)은 사용자의 의류나 벨트, 헬멧 등의 신체에 착용될 수 있는 착탈수단(미도시)을 구비할 수 있다. 상기 착탈수단은 버클이나 벨크로테이프, 벨트, 스트립 등일 수 있다. 서포트프레임(10)은 직육면체 등의 다면체 형태, 또는 구 형태 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 에어백(20)과 봄베(30), 짐벌모듈(40), 압전소자(50), 제어부(60)를 지지하는 지지체의 기능을 한다. 또한 서포트프레임(10)은 적어도 측면 하부와 바닥면이 개방되게 형성되어 착용한 사용자가 추락할 때 서포트프레임(10)의 자세와 상관없이 압전소자(50) 쪽으로 공기가 원활하게 유입될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 사용자가 추락하여 수면 위나 바닥에 떨어질 때 서포트프레임(10)으로 인한 충격을 최소화하고 사용자가 서포트프레임(10)에 의해 손상을 입지 않도록 서포트프레임(10)은 어느 정도의 탄성력은 갖지만 상기 에어백(20)과 봄베(30), 짐벌모듈(40), 압전소자(50), 제어부(60)를 지지할 수 있는 지지강도를 갖는 고무 또는 실리콘 등의 수지 재질로 이루어질 수 있다.

상기 에어백(20)은 평상시에 서포트프레임(10)의 일면 또는 복수의 면에 수축된 상태로 접혀져 장착되어 있다가 추락 사고가 발생할 경우 봄베(30)로부터 급속히 가스가 주입되면서 신속하게 팽창하여 충격으로부터 사용자를 보호하는 작용을 한다. 에어백(20)은 신축 및 팽창이 자유롭고, 착용자의 신체의 주요 부위를 보호할 수 있는 형상으로 재단된 고밀도플라스틱 등으로 이루어질 수 있다.

봄베(30)는 서포트프레임(10)의 일측(이 실시예에서 상측)에 설치될 수 있으며, 제어부(60)로부터 전기적 신호가 인가되면 봄베(30)의 밸브(31)가 개방되면서 압축된 가스가 에어백(20)으로 급속히 공급되어 에어백(20)을 팽창시키는 작용을 한다. 봄베(30) 내에 충전되는 가스는 이산화탄소, 또는 고압질소일 수 있다. 봄베(30)의 밸브(31)는 솔레노이드밸브를 적용하여 구성할 수 있다.

압전소자(50)는 서포트프레임(10)에 짐벌모듈(40)을 매개로 설치되어, 압전소자(50)의 면이 항상 지면을 향하도록 하여 사용자가 추락할 경우 발생하게 되는 공기의 압력에 의해 변형되면서 전기에너지를 발생시켜 제어부(60)로 전송한다. 압전소자(50)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 압전 직접효과(piezoelectric direct effect)를 갖는 기능성 세라믹스로, 압전소자(50)는 가장자리 부분이 짐벌모듈(40)에 고정되어 공기 압력에 의해 변형되는 경우 전기 에너지를 발생시키게 된다.

짐벌모듈(40)은 사용자가 추락할 때 압전소자(50)의 방향을 일정하게 유지하는 작용을 한다. 즉, 사용자가 추락할 때 사용자는 머리 부분이 아래쪽으로 향하면서 추락할 수도 있지만, 머리 부분이 뒤쪽으로 대략 수평한 상태로 추락할 수도 있다. 만약 압전소자(50)가 서포트프레임(10)에 고정되어 있다면 사용자의 추락 자세에 따라 압전소자(50)의 방향도 달라지게 되고, 압전소자(50)가 공기의 저항을 받지 못하여 변형되지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이에 서포트프레임(10)과 압전소자(50) 사이에 서포트프레임(10)의 자세 변화가 발생하더라다 압전소자(50)의 면이 항상 지면을 향하도록 하는 짐벌모듈(40)을 구성한다.

상기 짐벌모듈(40)은 공지의 짐벌 기구를 적용하여 구성할 수 있다. 예를 들어, 짐벌모듈(40)은 서포트프레임(10)에 요축(Yaw Axis)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 요축프레임(41), 상기 요축에 직교하는 직교하는 롤축(Roll Axis)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 롤축프레임(42), 상기 롤축과 직교하는 피치축(Pitch Axis)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 피치축프레임(43)의 3축 짐벌 구조를 가질 수 있다. 상기 피치축프레임(43)에는 압전소자(50)의 가장자리 부분이 고정될 수 있다.

상기 요축프레임(41)과 롤축프레임(42) 및 피치축프레임(43)은 각각 요축모터(44)와 롤축모터(45) 및 피치축모터(46)에 의해 회전할 수 있으며, 요축모터(44)와 롤축모터(45) 및 피치축모터(46)는 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 제어부(60)에서 인가되는 전기적 신호에 의해 작동한다.

또한 제어부(60)에는 서포트프레임(10)의 자세 변화를 감지하는 자이로센서(61)와 가속도센서(62)가 장착되어, 자이로센서(61) 및 가속도센서(62)의 측정값에 따라 상기 요축모터(44)와 롤축모터(45) 및 피치축모터(46)의 작동을 제어함으로써 피치축프레임(43)에 고정된 압전소자(50)의 면이 항상 지면을 향하도록 한다.

상기 제어부(60)는 요축모터(44), 롤축모터(45), 피치축모터(46), 자이로센서(61) 및 가속도센서(62)에 전원을 공급하기 위한 배터리를 포함할 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치는 다음과 같이 작동할 수 있다.

사용자가 에어백 장치의 서포트프레임(10)을 착탈수단을 이용하여 사용자의 작업복 상의, 또는 허리 벨트, 머리 등의 주요 부위에 착용한다.

이 상태에서 사용자가 선박이나 공사장 등의 높은 구조물에서 추락하게 되면, 사용자의 자세가 변하게 된다. 이 때, 제어부(60)에 마련된 자이로센서(61) 및 가속도센서(62)가 사용자의 자세 및 움직임을 감지하여 짐벌모듈(40)의 요축모터(44), 롤축모터(45), 및 피치축모터(46) 중 적어도 어느 하나에 제어신호를 인가하여 피치축프레임(43)에 고정된 압전소자(50)가 지면에 대해 수평한 상태를 유지하도록 한다.

사용자가 추락함에 따라 서포트프레임(10)의 하부와 측면의 개방된 부분을 통해 공기가 유입되는데, 이 때 압전소자(50)는 짐벌모듈(40)에 의해 그 면이 지면에 대해 수평한 상태를 유지하므로 공기의 저항을 많이 받게 되어 상측으로 휘어지는 변형이 가해진다. 압전소자(50)의 변형에 의해 발생한 전기에너지는 제어부(60)로 전송되고, 제어부(60)는 봄베(30)의 밸브(31)에 전기 신호를 인가하여 밸브(31)를 개방한다.

봄베(30)의 밸브(31)가 개방되면, 봄베(30) 내에 압축된 가스가 에어백(20)을 공급되고, 에어백(20)은 급속히 팽창하게 된다.

따라서, 추락 사고가 발생하여 사용자가 바다 위나 운반선, 또는 지면에 떨어지더라도 에어백(20)이 완충 작용을 하여 부상의 위험을 크게 경감시킬 수 있다.

전술한 것과 같이 본 발명의 순간 팽창 에어백 장치는, 사용자가 높은 구조물에서 추락할 때 어떠한 자세에서도 압전소자(50)가 짐벌모듈(40)의 작용에 의해 지면에 대해 수평한 상태를 유지할 수 있으므로 압전소자(50)가 공기의 저항에 의해 확실히 변형될 수 있고, 압전소자(50)에서 발생한 전기 에너지에 의해 봄베(30)가 개방되어 에어백(20)이 급속하게 팽창할 수 있다.

이러한 압전소자(50)의 변형은 사용자의 추락에 의해 발생하는 고속의 공기 흐름에 의해 발생하게 되므로 사용자가 보행 중에 단순히 넘어지거나 자세가 급격하게 변하는 상황에서는 압전소자(50)가 거의 변형되지 않아 봄베(30)가 작동하지 않고, 추락 사고에 의해서만 봄베(30)가 개방되어 에어백(20)이 팽창할 수 있다.

한편, 도 4에 도시한 것과 같이 압전소자(50)가 고정되는 짐벌모듈(40)의 피치축프레임(43)에 콘 형태의 에어가이드(47)를 하측으로 연장되게 설치하여 추락 사고가 발생할 경우 에어가이드(47)를 통해 압전소자(50) 쪽으로 공기를 유도하여 압전소자(50)가 더욱 원활하게 변형되게 할 수 있을 것이다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 서포트프레임 20 : 에어백
30 : 봄베 31 : 밸브
40 : 짐벌모듈 41 : 요축프레임
42 : 롤축프레임 43 : 피치축프레임
44 : 요축모터 45 : 롤축모터
46 : 피치축모터 47 : 에어가이드
50 : 압전소자 60 : 제어부
61 : 자이로센서 62 : 가속도센서

Claims (5)

1. 사용자의 신체에 착용되는 서포트프레임;
   상기 서포트프레임에 장착되어 가스가 주입되면 팽창하여 사용자를 보호하는 에어백;
   상기 에어백에 가스를 공급하는 봄베;
   상기 서포트프레임에 설치되는 짐벌모듈;
   상기 짐벌모듈에 설치되어 짐벌모듈에 의해 서포트프레임에 대해 일정한 방향을 유지하며, 사용자가 추락하는 도중에 발생하는 공기 압력에 의해 변형되면서 전기에너지를 발생시키는 압전소자; 및,
   상기 압전소자와 전기적으로 연결되어 압전소자로부터 전기에너지를 받아 상기 봄베의 밸브를 개방시키는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 짐벌모듈은, 서포트프레임에 요축(Yaw)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 요축프레임, 상기 요축에 직교하는 직교하는 롤축(Roll)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 롤축프레임, 상기 롤축과 직교하는 피치축(Pitch)을 중심으로 회전 가능하게 결합된 피치축프레임의 3축 짐벌 구조를 가지며, 상기 피치축프레임에 압전소자의 가장자리 부분이 고정되고, 상기 요축프레임과 롤축프레임 및 피치축프레임은 각각 요축모터와 롤축모터 및 피치축모터에 의해 회전하는 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 서포트프레임은 측면 하부와 바닥면이 개방되게 형성되어 서포트프레임의 자세와 상관없이 압전소자로 공기가 유입될 수 있도록 된 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 피치축프레임에 압전소자로 공기를 유도하는 에어가이드가 하측으로 연장되게 설치된 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 서포트프레임에 사용자의 의류, 또는 헬멧, 또는 신체에 착용되는 착탈수단이 구비된 추락 사고 감지형 순간 팽창 에어백 장치.
   

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