KR20130127149A - 탐색 로봇 및 탐색 방법 - Google Patents

탐색 로봇 및 탐색 방법 Download PDF

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KR20130127149A
KR20130127149A KR1020120050863A KR20120050863A KR20130127149A KR 20130127149 A KR20130127149 A KR 20130127149A KR 1020120050863 A KR1020120050863 A KR 1020120050863A KR 20120050863 A KR20120050863 A KR 20120050863A KR 20130127149 A KR20130127149 A KR 20130127149A
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KR1020120050863A
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이재환
이창희
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명은 탐색 로봇에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 탐색 로봇은 양 측면에 캐터필러가 제공되는 몸체; 상기 몸체의 전방에 결합되고, 양 측에 전방바퀴를 갖는 전방유닛; 상기 몸체의 후방에 결합되고, 양 측에 후방바퀴를 갖는 후방유닛을 포함하한다.

Description

탐색 로봇 및 탐색 방법{Inspection robot and inspection method}
본 발명은 탐색 로봇 및 탐색 방법에 관한 것이다.
탐색 로봇은 사람이 접근하기 어려운 장소의 탐색에 사용된다. 탐색 로봇은 건물붕괴현장, 폭발사고현장, 동굴, 하수관 등과 같이 지면이 평탄하지 않은 곳을 주행한다. 탐색 로봇은 평탄하지 않은 지면을 용이하게 주행하고, 주행 중 전복되지 않아야 한다.
탐색 로봇에는 구동 장치로 캐터필러가 사용된다. 대한민국 등록실용신안공보 20-0387316호는 탐사로봇을 개시하고 있다.
위 공보에 개시된 탐사로봇은 몸체의 양측에 캐터필러가 제공된다. 몸체의 양측에는 제공되는 복수개의 구동바퀴가 제공된다. 구동바퀴의 외주면에는 벨트가 위치되어, 구동바퀴의 회전에 따라 회전되면서 몸체를 이동시킨다.
그러나, 구동 장치로 제공되는 캐터필러는 지면과 접촉 면적이 크게 형성된다. 따라서, 캐터필러를 갖는 탐색 로봇은 고속으로 주행이 어렵다.
실용신안문헌1: 대한민국 등록실용신안공보 20-0387316호
본 발명은 고속 주행이 가능한 탐색 로봇을 제공하기 위한 것이다.
또한, 고속 주행 시 소비되는 에너지가 감소되는 탐색 로봇을 제공하기 위한 것이다.
또한, 탐색 면적이 큰 탐색 로봇을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양 측면에 캐터필러가 제공되는 몸체; 상기 몸체의 전방에 결합되고, 양 측에 전방바퀴를 갖는 전방유닛; 상기 몸체의 후방에 결합되고, 양 측에 후방바퀴를 갖는 후방유닛을 포함하는 탐색 로봇이 제공될 수 있다.
또한, 상기 전방바퀴는, 상기 캐터필러의 저면 보다 하부에 위치되는 제 1 위치와, 상기 캐터필러의 저면 보다 상부에 위치되는 제 2 위치 사이를 이동하고, 상기 후방바퀴는, 상기 캐터필러의 저면 보다 하부에 위치되는 제 3 위치와, 상기 캐터필러의 저면 보다 상부에 위치되는 제 4 위치 사이를 이동하도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 탐색 로봇은, 상기 전방유닛을 상하로 이동시키는 전방구동기; 및 상기 후방유닛을 상하로 이동시키는 후방구동기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전방바퀴의 이동은, 상기 몸체에 대해 상기 전방유닛을 회전시켜서 이루어지고, 상기 후방바퀴의 이동은, 상기 몸체에 대해 상기 후방유닛을 회전시켜서 이루어질 수 있다.
또한, 상기 캐터필러는, 상기 전방바퀴와 상기 후방바퀴의 사이에 위치될 수 있다.
또한, 상기 전방유닛에는, 촬영을 위한 카메라와, 상기 카메라의 촬영을 위한 빛을 제공하는 조명이 제공될 수 있다.
또한, 상기 탐색 로봇은, 상기 몸체의 상부에 위치되는 헤드; 및 일단은 상기 몸체에 축 결합되고, 타단은 상기 헤드에 축 결합되어 상기 헤드의 높이를 조절하는 승강부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 헤드에는, 촬영을 위한 카메라와, 상기 카메라의 촬영을 위한 빛을 제공하는 조명이 제공될 수 있다.
또한, 상기 헤드는, 상기 승강부재에 대해 상하로 회전되는 제 1 프레임; 및
상기 제 1 프레임에 대해 지면에 수직한 축을 중심으로 회전되는 제 2 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 상기 승강부재는, 상기 몸체에 축 결합되는 제 1 링크; 및 일단이 상기 제 1 링크에 축 결합 되고, 타단은 상기 헤드에 축 결합되는 제 2 링크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몸체 및 상기 캐터필러는, 그 측면 형상이 아래로 볼록하게 유선형으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 탐색 로봇은 고속 주행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 고속 주행 시 소비되는 에너지가 저감될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 탐색 로봇의 탐색 범위가 넓다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탐색 로봇의 전면 사시도이다.
도 2는 도 1의 탐색 로봇의 후면 사시도이다.
도 3은 도 1의 탐색 로봇의 블록도이다.
도 4는 도 1의 탐색 로봇에서 헤드, 전방유닛 및 후방유닛의 위치가 변경된 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 탐색 로봇이 전복된 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탐색 로봇의 전면 사시도이고, 도 2 는 도 1의 탐색 로봇의 후면 사시도이고, 도 3 은 도 1의 탐색 로봇의 블록도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 탐색 로봇(10)은 몸체(100), 승강부재(200), 헤드(300), 전방유닛(400) 및 후방유닛(500)을 포함한다.
이하, 몸체(100)의 길이 방향을 제 1 방향(1), 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(1)에 수직한 방향을 제 2 방향(2), 제 1 방향(1) 및 제 2 방향(2)에 수직한 방향을 제 3 방향(3)이라 한다. 또한, 제 1 방향(1)에서 전방유닛(400)이 위치되는 쪽을 전방, 후방유닛(500)이 위치되는 쪽을 후방이라 한다.
몸체(100)는 그 길이 방향이 제 1 방향(1)으로 제공된다. 몸체(100)의 형상은 그 길이 방향을 따라 아래로 볼록한 유선형으로 제공된다. 몸체(100)의 전단 및 몸체(100)의 후단은 몸체(100)의 중앙보다 높게 형성된다. 몸체(100)에는 제어부(110), 통신부(120), 스피커(130) 및 마이크(140)가 제공된다. 제어부(110)는 통신부(120)를 통해 탐색 로봇(10)의 정보를 사용자에게 송신하고, 사용자의 조작신호를 수신한다. 제어부(110)는 전방유닛(400), 후방유닛(500), 승강부재(200) 및 헤드(300)와 각각 연결된다. 마이크(140)는 탐색 로봇(10) 주위의 소리를 수집한다. 사용자는 마이크(140) 및 스피커(130)를 통해서 탐색 로봇(10) 주위의 사람과 대화할 수 있다.
몸체(100)의 제 2 방향(2) 양 측면에는 캐터필러(150)가 제공된다. 캐터필러(150)는 복수개의 제 1 바퀴(151), 복수개의 제 2 바퀴(152) 및 체인(153)을 포함한다. 복수개의 제 1 바퀴(151)는 제 1 방향(1)을 따라 몸체(100)의 측면 형상에 대응하여 유선형으로 배치된다. 전단에 위치되는 제 1 바퀴(151) 및 후단에 위치되는 제 1 바퀴(151)는 그 축이 몸체(100)의 측면에 위치된다. 전단에 위치되는 제 1 바퀴(151) 및 후단에 위치되는 제 1 바퀴(151) 사이의 제 1 바퀴(151)는 회전축이 몸체(100)의 하면에 설치된다. 따라서, 전단에 위치되는 제 1 바퀴(151) 및 후단에 위치되는 제 1 바퀴(151)는 그 사이에 위치되는 제 1 바퀴(151)보다 높게 위치된다. 전단의 제 1 바퀴(151) 및 후단의 제 1 바퀴(151) 사이에는 복수의 제 2 바퀴(152)가 제 1 방향(1)을 따라서 제공된다. 제 2 바퀴(152)는 몸체(100)의 하면에서 제 3 방향(3)으로 이격 되어 제공된다. 제 2 바퀴(152)는 제 1 바퀴(151)보다 완만한 유선형으로 배치된다. 체인(153)은 제 1 바퀴(151) 및 제 2 바퀴(152)의 외측에 감긴다. 탐색 로봇(10)은 제 1 바퀴(151) 및 제 2 바퀴(152)의 회전에 따라 체인(153)이 회전되면 이동된다. 제 2 바퀴(152)의 상부에는 복수의 보조바퀴(156)가 제공된다. 체인(153)은 제 2 바퀴(152) 및 보조바퀴(156) 사이에 맞물리도록 제공된다. 따라서, 제 2 바퀴(152)가 유선형으로 배치되어도, 체인(153)은 제 2 바퀴(152)에 밀착되어 회전된다. 보조바퀴(156)의 상부에는 차폐부(101)가 제공된다. 차폐부(101)는 몸체(100)의 상면이 제 2 방향(2)으로 돌출되어 제공된다. 차폐부(101)는 탐색 로봇(10)의 주행 중에 이물질이 보조바퀴(156)와 체인(153) 사이로 떨어지는 것을 방지한다.
승강부재(200)는 몸체(100)의 상면에 제공된다. 승강부재(200)는 제 1 링크(210) 및 제 2 링크(220)를 포함한다. 제 1 링크(210)는 일단이 제 2 방향(2)에 평행한 제 1 회전축(231)을 중심으로 회전 가능하게 몸체(100)의 상면에 설치된다. 제 1 링크(210)는 몸체(100)의 상면의 형상에 대응하게 유선형으로 제공될 수 있다. 따라서, 제 1 링크(210)는 몸체(100)의 상부로 세워 지거나 몸체(100)에 밀착될 수 있다. 제 2 링크(220)는 제 1 링크(210)의 타단에 설치된다. 제 2 링크(220)는 제 2 방향(2)에 평행한 제 2 회전축(232)을 중심으로 제 1 링크(210)에 대해 회전된다. 제 2 링크(220)는 제 1 링크(210)의 형상에 대응하게 유선형으로 제공될 수 있다. 따라서, 제 2 링크(220)는 제 1 링크(210)의 상부로 세워 지거나 제 1 링크(210)에 밀착될 수 있다.
헤드(300)는 제 2 링크(220)의 타단에 제공된다. 헤드(300)는 제 1 프레임(310) 및 제 2 프레임(320)을 포함한다. 제 1 프레임(310)은 제 2 링크(220)의 타단에 제공된다. 제 1 프레임(310)은 제 2 방향(2)에 평행한 제 3 회전축(333)을 중심으로 제 2 링크(220)에 대해 회전된다. 제 2 프레임(320)은 제 3 방향(3)으로 평행한 제 4 회전축(334)을 중심으로 제 1 프레임(310)에 대해 회전 가능하게 제공된다. 제 2 프레임(320)에는 제 1 카메라(331) 및 제 1 조명(332)이 제공된다. 제 1 조명(332)은 제 1 카메라(331)의 촬영을 위한 빛을 제공한다. 제어부(110)는 제 1 카메라(331) 및 제 1 조명(332)의 작동여부를 제어한다. 제어부(110)는 제 1 카메라(331)에서 수신된 영상을 통신부(120)를 통해 사용자에게 송신한다. 제 1 카메라(331) 및 제 1 조명(332)은 제 1 회전축(231) 또는 제 2 회전축(232)을 통해 그 높이가 조절될 수 있다. 그리고, 제 1 카메라(331) 및 제 1 조명(332)은 제 3 회전축(333) 또는 제 4 회전축(334)을 통해 그 방향이 조절될 수 있다.
전방유닛(400)은 몸체(100)의 전단에 제 2 방향(2)에 평행한 전방회전축(412)을 중심으로 회전 가능하게 제공된다. 전방유닛(400)은 전방프레임(410) 및 전방바퀴(420)를 포함한다. 전방유닛(400)이 회전하면, 전방바퀴(420)는 캐터필러(150)의 저면 보다 하부에 위치되는 제 1 위치와 캐터필러(150)의 저면 보다 상부에 위치되는 제 2 위치 사이를 이동한다. 전방프레임(410)은 그 길이 방향이 제 2 방향(2)으로 제공된다. 전방프레임(410)의 길이는 몸체(100)의 폭에 대응하게 제공된다. 전방프레임(410)에는 몸체(100)와 인접한 쪽에 돌출부(411)가 형성된다. 돌출부(411)는 몸체(100)의 회전홈에 축결합된다. 전방회전축(412)은 구동장치(미도시)에 연결되어 회전된다. 전방바퀴(420)는 전방프레임(410)의 제 2 방향(2) 양측에는 제공된다. 전방프레임(410)의 중앙에는 회전체(430)가 제공된다. 회전체(430)는 제 2 방향(2)에 평행한 축을 중심으로 전방유닛(400)에 대해 회전한다. 회전체(430)에는 제 2 카메라(431) 및 제 2 조명(432)이 설치된다. 제 2 조명(432)은 제 2 카메라(431)의 촬영을 위한 빛을 제공한다. 제어부(110)는 제 2 카메라(431) 및 제 2 조명(432)의 작동여부를 제어한다. 제어부(110)는 제 2 카메라(431)에서 수신된 영상을 통신부(120)를 통해 사용자에게 송신한다.
후방유닛(500)은 몸체(100)의 후단에 제 2 방향(2)에 평행한 후방회전축을 중심으로 회전 가능하게 제공된다. 후방유닛(500)은 후방프레임(510) 및 후방바퀴(520)를 포함한다. 후방유닛(500)이 회전하면, 후방바퀴(520)는 캐터필러(150)의 저면 보다 하부에 위치되는 제 3 위치와 캐터필러(150)의 저면 보다 상부에 위치되는 제 4 위치사이를 이동한다. 제어부(110)는 후방회전축의 구동장치 및 후방바퀴(520)를 제어한다.
또 다른 실시 예에 의하면, 전방유닛(400) 및 후방유닛(500)이 각각 몸체에 대해 제 3 방향(3)으로 이동 가능하게 제공된다. 전방유닛(400) 및 후방유닛(500)은 각각 몸체(100)에 대해 상하로 슬라이딩 가능하게 결합된다. 전방유닛(400)은 몸체(100) 또는 전방유닛(400)에 제공되는 전방구동기(미도시)에 의해 상하로 이동된다. 후방유닛(500)은 몸체(100) 또는 후방유닛(500)에 제공되는 후방구동기(미도시)에 의해 상하로 이동된다.
도 4는 도 1의 탐색 로봇에서 헤드, 전방유닛 및 후방유닛의 위치가 변경된 모습을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 탐색 로봇(10)은 2가지 모드로 주행할 수 있다. 제 1 모드는, 탐색 로봇(10)이 전방바퀴(420) 및 후방바퀴(520)만으로 주행한다. 제어부(110)는 전방회전축(412)의 구동장치 및 후방회전축(501)의 구동장치를 제어하여, 전방바퀴(420) 및 후방바퀴(520)가 지면에 닿고, 캐터필러(150)는 지면에서 이격 되게 한다. 탐색 로봇(10)이 주행하는 통안 캐터필러(150)는 구동하지 않고 전방바퀴(420) 및 후방바퀴(520)만 구동한다. 제 1 카메라(331) 또는 제 2 카메라(431)에서 관측된 지면이 평탄한 경우 적용가능 하다. 탐색 로봇(10)은 지면과 접촉면이 감소되어 고속주행이 가능하다. 또한, 캐터필러(150)가 구동되지 않아 에너지가 절감된다. 탐색 로봇(10)은 지면이 평단한 제 1 상태일 때 제 1 모드로 주행 할 수 있다.
제 2 모드는, 탐색 로봇(10)이 캐터필러(150)만으로 주행한다. 전방유닛(400) 및 후방유닛(500)은 위로 회전되어, 전방바퀴(420) 및 후방바퀴(520)는 지면에서 떨어진다. 캐터필러(150)는 아래로 볼록한 유선형으로 제공된다. 따라서, 탐색 로봇(10)은 전방에 있는 장애물을 용이하게 넘으면서 주행 가능하다. 탐색 로봇(10)은 지면이 제 1 상태보다 굴곡지고 장애물이 있는 제 2 상태일 때 제 2 모드로 주행할 수 있다.
탐색 로봇(10)은 탐색의 효율성이 크다. 제 2 카메라(431)는 탐색 로봇(10)의 전방을 탐색한다. 제 2 카메라(431)는 지면을 촬영하여, 탐색 로봇(10)의 주행을 보조와 탐색을 함께 수행한다. 제어부(110)는 제 1 회전축(231) 내지 제 4 회전축(334)을 각각 제어하여 제 1 카메라(331)의 높이와 방향이 조절한다. 제 1 카메라(331)는 몸체(100)를 중심으로 사방을 모두 탐색한다. 제 1 카메라(331)는 전방을 탐색하는 경우 제 2 카메라(431)와 연동되어 입체적 탐색을 수행한다.
도 5는 탐색 로봇이 전복된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 승강부재(200) 및 헤드(300)는 탐색 로봇(10)의 위치 회복에 사용된다. 탐색 로봇(10)은 주행 중 전복될 수 있다. 탐색 로봇(10)은 헤드(300) 및 승강부재(200)를 이용하여 원위치로 회복된다. 제어부(110)는 제 1 회전축(231) 내지 제 4 회전축(334)을 제어하여, 헤드(300)가 지면을 밀도록 한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 몸체 150: 캐터필러
200: 승강부재 210: 제 1 링크
220: 제 2 링크 300: 헤드
400: 전방유닛 500: 후방유닛

Claims (11)

  1. 양 측면에 캐터필러가 제공되는 몸체;
    상기 몸체의 전방에 결합되고, 양 측에 전방바퀴를 갖는 전방유닛;
    상기 몸체의 후방에 결합되고, 양 측에 후방바퀴를 갖는 후방유닛을 포함하는 탐색 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방바퀴는,
    상기 캐터필러의 저면 보다 하부에 위치되는 제 1 위치와, 상기 캐터필러의 저면 보다 상부에 위치되는 제 2 위치 사이를 이동하고,
    상기 후방바퀴는,
    상기 캐터필러의 저면 보다 하부에 위치되는 제 3 위치와, 상기 캐터필러의 저면 보다 상부에 위치되는 제 4 위치 사이를 이동하도록 제공되는 탐색 로봇.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탐색 로봇은,
    상기 전방유닛을 상하로 이동시키는 전방구동기; 및
    상기 후방유닛을 상하로 이동시키는 후방구동기를 더 포함하는 탐색 로봇.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 전방바퀴의 이동은,
    상기 몸체에 대해 상기 전방유닛을 회전시켜서 이루어지고,
    상기 후방바퀴의 이동은,
    상기 몸체에 대해 상기 후방유닛을 회전시켜서 이루어지는 탐색 로봇.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐터필러는,
    상기 전방바퀴와 상기 후방바퀴의 사이에 위치되는 탐색 로봇.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방유닛에는,
    촬영을 위한 카메라와, 상기 카메라의 촬영을 위한 빛을 제공하는 조명이 제공되는 탐색로봇.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐색 로봇은,
    상기 몸체의 상부에 위치되는 헤드; 및
    일단은 상기 몸체에 축 결합되고, 타단은 상기 헤드에 축 결합되어 상기 헤드의 높이를 조절하는 승강부재를 더 포함하는 탐색로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 헤드에는,
    촬영을 위한 카메라와, 상기 카메라의 촬영을 위한 빛을 제공하는 조명이 제공되는 탐색로봇.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 헤드는,
    상기 승강부재에 대해 상하로 회전되는 제 1 프레임; 및
    상기 제 1 프레임에 대해 지면에 수직한 축을 중심으로 회전되는 제 2 프레임을 포함하는 탐색로봇.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 승강부재는,
    상기 몸체에 축 결합되는 제 1 링크; 및
    일단이 상기 제 1 링크에 축 결합 되고, 타단은 상기 헤드에 축 결합되는 제 2 링크를 포함하는 탐색로봇.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체 및 상기 캐터필러는,
    그 측면 형상이 아래로 볼록하게 유선형으로 제공되는 탐색로봇.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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