KR20170104407A - 재난 탐사용 로봇 - Google Patents

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KR20170104407A
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robot module
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KR1020170028989A
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남권우
김광호
정재호
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주식회사 케이티
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Abstract

본 발명은 탐사용 로봇에 관한 것으로, 본 발명에 따른 재난 탐사용 로봇은 재난 지역의 환경 정보를 수집하는 센서 로봇 모듈; 3차원 이동 가능한 다면 무한궤도를 포함하여 제어신호에 따라 장애물을 극복하고 이동방향으로 재난 탐사용 로봇을 이동시키는 복수 개의 구동 로봇 모듈;을 포함하고 상기 복수 개의 구동 로봇 모듈은 자유도 관절로 연결되어 경사면 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

재난 탐사용 로봇{Robot for Explore Disaster}
본 발명은 탐사용 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 재난 지역의 상황을 센싱하여 구조대원에게 재난 상황을 제공하고 재난자의 위치를 예측하는 재난 탐사용 로봇에 관한 것이다.
산업화 사회 이후로, 빌딩 붕괴, 공장 화재 등과 같은 재난 상황이 빈번하게 발생한다. 이러한 재난이 발생한 지역에 사람이 위치한 경우, 구조대원들이 파견되어 구조활동을 펼친다.
그런데 지진, 화재, 건물 구조물의 결합 등으로 인하여 사람이 고립된 경우 구조대원들은 재난을 당한 사람의 위치를 확인하기 어려울 뿐만 아니라, 파괴된 콘트리트, 물건 등을 제거해 인명을 구조하는데도 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
이렇게 재난을 당한 사람에 대한 구조가 늦어지는 경우 사람의 생명이 위독해지거나 부상이 더욱 심해지는 결과가 초래될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0104953호 "모드 변경 로봇 및 그 제어방법"
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 지진, 화재, 폭설 등으로 반파된 건물, 교량 등에 사람이 고립되는 경우 붕괴위험으로 인해 구조자가 직접 재난자를 찾기 어려운 경우에도 신속하고 빠르게 재난자의 위치를 확인할 수 있어 인명구조 시간을 줄일 수 있는 재난 탐사용 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 실시예에 의해 구현된다.
일 측면에 따른 재난 탐사용 로봇은, 재난 탐사용 로봇에 있어서, 재난 지역의 환경 정보를 수집하는 센서 로봇 모듈; 3차원 이동 가능한 다면 무한궤도를 포함하여 제어신호에 따라 장애물을 극복하고 이동방향으로 재난 탐사용 로봇을 이동시키는 복수 개의 구동 로봇 모듈;을 포함하고 상기 복수 개의 구동 로봇 모듈은 자유도 관절로 연결되어 경사면 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 센서 로봇 모듈은, 재난 지역의 3차원 이미지 영상을 획득하는 카메라부; 레이저광을 대기중에 발사해 대기현상을 측정하는 라이더부; 상기 카메라 또는 라이더를 회전시켜 상기 카메라부 또는 라이더부가 3차원 정보를 획득하도록 하는 스캐닝 모터부; 근거리 무선통신을 수행하는 센서 통신부; 및 원격제어장치로부터 수신받은 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇을 제어하는 제어부;를 포함하고 것을 특징으로 한다.
상기 센서 로봇 모듈은, 재난 지역의 사운드를 획득하는 마이크부;더 포함하고 상기 제어부는 상기 카메라부가 획득한 3차원 이미지 영상 및 상기 마이크부가 획득한 사운드를 종합하여 재난자의 위치를 예측하는 알고리즘을 포함하고 상기 알고리즘에 따라 예측된 위치로 이동하도록 제어신호를 생성하여 상기 복수 개의 구동 로봇 모듈로 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기 재난 탐사용 로봇은, 원격제어장치와 무선통신을 수행하는 원거리 무선통신 로봇 모듈; 및 상기 센서 로봇 모듈과 상기 원거리 무선통신 로봇 모듈 간의 근거리 무선통신을 중계하는 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈;을 더 포함하고 상기 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들이 분리 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 원거리 무선통신 로봇 모듈 및 상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈이 이동 거리 또는 전파 상황에 따라 독립적으로 분리되는 것을 특징으로 한다.
상기 원거리 무선통신 로봇 모듈은, 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들에 전원을 제공하는 전원 케이블;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 원거리 무선통신 로봇 모듈은, 기설정된 제한거리를 초과하면 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇에서 분리되고 분리된 위치에서 상기 근거리 통신부를 경유해서 상기 센서 로봇 모듈과 원격제어장치 간의 무선통신을 중계하는 것을 특징으로 한다.
상기 원거리 무선통신 로봇 모듈이 재난 탐사용 로봇에서 분리되면 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들은 보조 베터리로 전원을 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈은, 상기 원거리 무선통신 로봇 모듈과의 전파 상황에 따라 재난 탐사용 로봇으로부터 선택적으로 분리되고 분리된 위치에서 중계기 역할을 수행하는 적어도 하나의 근거리 무선통신 로봇 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈은, 상기 원거리 무선통신 로봇 모듈과의 전파 신호 세기를 분석하여 전파 상황이 기설정된 수준보다 나빠지면 재난 탐사용 로봇으로부터 선택적으로 분리되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈이 직렬 연결된 경우 가장 뒤에 연결되어 있는 근거리 무선통신 로봇 모듈로부터 차례대로 분리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은, 3차원 스캐닝 영상 또는 음성 등을 종합적으로 분석하여 구조를 기다리는 사람의 위치를 정확하게 파악하여 구조원 또는 원격제어장치(상황실)에 전송함으로써 신속하게 인명을 구조할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은, 구조자가 재난자의 위치 탐색을 위해 붕괴위험 지역을 직접 진입하지 않아도 되어 구조자의 위험도를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은, 3차원 이동 및 경사면 이동이 가능하여 고립된 지역에서 각종 장애물 틈 사이를 이동할 수 있고 3차원 영상을 스캐닝하여 스캐닝한 3차원 영상, 음성 및 가스 정보 등을 원격제어장치(상황실)로 전송하여 구조대원들이 들어갈 수 없는 고립 구역의 상황을 구조대원들에게 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명은, 유선 케이블 연결로 지속적인 전원을 공급하면서도 유선 케이블 연장 거리가 초과하거나 유선 케이블에 연결된 재난 탐사용 로봇이 장애물로 인하여 더이상 이동 불가능한 경우에는 원거리 통신부를 분절하고 재난 탐사용 로봇은 보조 베터리로 전원을 전환함으로써 이동성도 확보 가능한 효과를 갖는다.
본 발명은, 전파 상황에 따라 일정한 이동 간격으로 근거리 통신부를 분절하여 애드 혹 메쉬(ad-hoc mesh) 네트워크를 구성함으로써 원격제어장치(상황실)로 영상, 음성 등 각종 센싱 정보를 끊임없이 전송하여 재난 지역에서의 통신 가능 거리를 확보하는 효과를 갖는다.
도 1은 일 실시예에 따른 재난 탐사용 로봇의 전체 구조를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1의 재난 탐사용 로봇이 수직이동 하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 센서 로봇 모듈의 확대도이다.
도 4는 도 1의 구동 로봇 모듈의 확대도이다.
도 5는 도 1의 근거리 무선통신 로봇 모듈의 확대도이다.
도 6은 도 1의 원거리 무선통신 로봇 모듈의 확대도이다.
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. 또한, 본 발명의 도면과 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
그러면 도면을 참고하여 본 발명의 재난 탐사용 로봇에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 재난 탐사용 로봇의 전체 구조를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 재난 탐사용 로봇은 지진, 화재, 폭설 등으로 인하여 구조물이 붕괴 되거나 파괴된 지역(이하, 재난 지역) 또는 구조대원들이 들어가기 불가능한 고립 지역 또는 밀폐지역으로 이동하여 상기 지역의 상황 정보를 확보할 수 있다.
또한, 재난 탐사용 로봇은 원거리 위치한 원격제어장치의 제어로 이동 상태가 제어될 수 있으며, 이동하는 과정에서 획득한 3차원 스캐닝 영상 및 각종 센싱 데이터를 원격제어장치로 실시간으로 전송할 수 있다.
한편, 원격제어장치(미도시)는 재난 탐사용 로봇으로부터 3차원 스캐닝 영상 및 각종 센싱 데이터를 수신받아 재난 지역의 상황을 파악하고 재난 탐사용 로봇의 이동루트를 제어할 수 있다. 예를 들어, 원격제어장치(미도시)는 재난 탐사용 로봇으로부터 수신받은 3차원 스캐닝 영상 및 각종 센싱 데이터를 분석하여 재난 지역 내에서 구조를 기다리는 사람(이하, '재난자'로 지칭함)의 위치를 파악할 수 있고, 재난자가 위치할 가능성 높은 지역으로 재난 탐사용 로봇이 이동하도록 하는 제어신호를 재난 탐사용 로봇으로 전송할 수 있다.
원격제어장치(미도시)는 상황실에 설치되거나 인근의 구조대원이 소지할 수도 있으며 가상현실(VR: Virtual Reality) 기반의 인터페이스를 구조대원에게 제공할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 재난 탐사용 로봇은 원격제어장치와 무선통신이 두절되는 경우 또는 원격제어장치로부터 독자적으로 동작하도록 하는 제어신호를 수신받는 경우, 획득한 3차원 스캐닝 영상 및 각종 센싱 데이터를 분석하여 재난자의 위치를 스스로 파악하고 독립적으로 이동할 수 있다.
도 2는 도 1의 재난 탐사용 로봇이 수직이동 하는 모습을 보여주는 도면이고, 도 3은 도 1의 센서 로봇 모듈의 확대도이며, 도 4는 도 1의 구동 로봇 모듈의 확대도이며, 도 5는 도 1의 근거리 무선통신 로봇 모듈의 확대도이며, 도 6은 도 1의 원거리 무선통신 로봇 모듈의 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 재난 탐사용 로봇은, 센서 로봇 모듈(10), 구동 로봇 모듈(20), 근거리 무선통신 로봇 모듈(30), 그리고 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 포함한다. 일 실시예에 따라, 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들이 분리 가능하도록 연결될 수 있다.
도 3을 참고하면, 센서 로봇 모듈(10)은 재난 지역의 영상 데이터 및 센싱 데이터를 획득하여 재난 지역의 환경 정보를 수집할 수 있다. 일 실시예에 따라, 센서 로봇 모듈(10)은 재난 탐사용 로봇의 맨 앞머리에 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 각종 재난 정보를 센싱할 수 있는 위치에 배치될 수 있다.
상기 센서 로봇 모듈(10)은 카메라부(11), 라이더부(12), 스캐닝 모터부(13), 센서 통신부(14), 마이크부(15), 가스센서부(16), LED 라이터부(17), 제어부(18), 그리고 센서 베터리(19)를 포함할 수 있다.
카메라부(11)는 재난 지역의 3차원 이미지 영상을 획득할 수 있다. 일 실시예에 따라, 카메라부(11)는 180도 카메라로 구현될 수 있으며 180도 카메라는 화각이 확대된 카메라로서 주변의 영상을 180도 촬영할 수 있다.
라이더부(12)는 레이저광을 대기중에 발사해 대기현상을 측정할 수 있다. 일 실시예에 따라, 라이더부(12, laser infrared radar: LIDAR)는 펄스 레이저광을 대기중에 발사해 반사체 또는 산란체의 거리 및 대기현상을 측정할 수 있다. 특히, 라이더부(12)는 화재, 연기 등으로 인하여 시야가 흐린 상태에서 전방의 물체 또는 재난자를 식별하는데 이용될 수 있다. 또한, 라이더부(12)는 레이저광의 반사되는 정도에 근거하여 전방의 이미지(ex, 장애물, 재난자)를 생성할 수 있다.
카메라부(11) 및 라이더부(12)를 통해 획득된 영상은 제어부(18)에 의해 하나의 영상으로 합성되거나 두 개의 영상으로 분리되어 실시간 원격제어장치로 제공될 수 있다.
스캐닝 모터부(13)는 카메라부(11)를 회전시키거나 라이더부(12)를 회전시켜 카메라부(11) 또는 라이더부(12)가 3차원 정보를 획득하도록 할 수 있다. 즉, 스캐닝 모터부(13)는 제어부(18)의 제어로 카메라부(11) 또는 라이더부(12)의 영상을 3차원으로 구현하도록 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 스캐닝 모터부(13)는 3D 스캐닝 모터를 포함할 수 있다.
센서 통신부(14)는 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)과 근거리 무선통신을 수행하여 획득한 정보를 송신하고 제어신호를 수신할 수 있다. 즉, 센서 통신부(14)는 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 경유하여 원격제어장치와 무선통신을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따라, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되는 경우, 센서 통신부(14)는 하나 이상의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 경유하여 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)과 근거리 무선 세션을 형성하고, 상기 근거리 무선 세션이 형성된 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 이용하여 원격제어장치와 원거리 무선통신을 수행할 수 있다.
마이크부(15)는 재난 지역의 사운드를 획득하고 획득한 사운드를 센서 통신부(14)를 통해 원격제어장치로 전송할 수 있다. 일 실시예에 따라, 마이크부(15)는 센서 로봇 모듈(10)에 복수 개로 설치될 수 있다. 이 경우 제어부(18)는 알고리즘에 따라 각각의 마이크부(15)로부터 수신되는 사람 음성의 크기와 획득 시각을 기초로 재난자의 위치를 추정할 수 있다. 제어부(18)는 사운드 분석을 통해 주변에 재난자가 존재하는 것으로 판별되면 이 재난자의 추정 위치를 원격제어장치로 전송할 수 있다.
가스센서부(16)는 이동 루트 주변에 존재하는 가스를 센싱하고 센싱된 가스정보를 센서 통신부(14)를 통해 원격제어장치로 전송할 수 있다. 원격제어장치는 전송받은 가스 정보를 기초로 해당 지역의 폭발 여부, 유해가스 여부 등을 분석하여 재난 지역의 구조 계획시 기초 자료로 할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 제어부(18)는 가스센서부(16) 센싱한 가스정보를 기초로 해당 지역의 폭발 여부, 유해가스 여부 등을 직접 분석할 수 있다. 가스가 탐지된 것으로 확인되는 경우, 제어부(18)는 센서 통신부(14)을 통하여 원격제어장치로 가스 탐지 알림 정보를 송신할 수 있다.
LED 라이터부(17)는 LED 라이트를 조사하여 주변의 밝기를 상승시킬 수 있다. 즉, LED 라이터부(17)는 제어부(18)의 제어로 턴-온 또는 턴-오프를 수행하여 진행방향으로 빛을 조사하여 재난 지역의 영상촬영이 용이하도록 보조할 수 있다.
제어부(18)는 원격제어장치로부터 수신받은 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇을 전반적으로 제어할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제어부(18)는 원격제어장치와 무선통신이 두절되거나, 원격제어장치로부터 독자적으로 동작하도록 하는 제어신호를 수신받는 경우에는 스스로 재난 탐사용 로봇을 전반적으로 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제어부(18)는 원격제어장치로부터 수신한 제어신호에 기초하여 구동 로봇 모듈(20)의 구동 상태를 제어하거나 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 분절하거나, 또는 맨 뒤에 위치한 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)부터 차례대로 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 분절할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 제어부(18)는 센싱된 신호를 기초로 재난자의 위치를 예측하는 알고리즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(18)는 알고리즘에 따라 카메라부(11) 및 라이더부(12)를 통해서 스캐닝된 영상을 분석하여 재난자가 주변에 위치하고 있는지 여부를 직접 확인할 수 있다. 이때, 제어부(18)는 사람의 영상을 가지는 오브젝트가 확인되거나 움직임이 존재하는 오브젝트가 감지되면 재난자가 주변에 존재하는 것으로 판별할 수 있다. 제어부(18)는 영상 분석을 통해 주변에 재난자가 존재하는 것으로 판별되면 이 재난자의 추정 위치를 원격제어장치로 전송할 수 있다.
또한, 제어부(18)는 알고리즘에 따라 마이크부(15)로부터 수집된 사운드를 분석하여 재난자가 주변에 위치하고 있는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 제어부(18)는 마이크부(15)로부터 수신한 사운드 중에서 사람 음성이 감지되는지 확인함으로써 재난자가 주변에 존재하는지를 확인할 수 있다.
또한, 제어부(18)는 알고리즘에 따라 카메라부(11)가 획득한 3차원 이미지 영상 및 마이크부(15)가 획득한 사운드를 종합하여 재난자의 위치를 예측하고 알고리즘에 따라 예측된 위치로 이동하도록 제어신호를 생성하여 구동 로봇 모듈(20)로 전달할 수 있다. 이때, 이동 제어신호를 수신받은 구동 로봇 모듈(20)은 수신받은 방향으로 구동하여 재난 탐사용 로봇을 이동시킬 수 있다.
센서 베터리(19)는 센서 로봇 모듈(10)의 각 구성요소로 전원을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따라, 센서 베터리(19)는 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리로 구현될 수 있다. 리튬 폴리머 배터리는 충방전이 가능한 2차 전지로서, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되지 않고 결합된 상태에서는 전원 케이블(42)을 통해서 제공받은 전원을 이용하여 충전을 진행한다. 센서 베터리(19)는 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되면 센서 로봇 모듈(10)의 각 구성요소로 전원을 제공하는 보조 베터리로 기능을 수행한다.
도 4를 참고하면, 구동 로봇 모듈(20)은 제어신호에 따라 장애물을 극복하고 이동방향으로 재난 탐사용 로봇을 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 2를 참고하면, 구동 로봇 모듈(20)은 복수 개로 구현될 수 있으며, 복수의 구동 로봇 모듈(21, 22,…, 2n) 중 최전방에 배치되는 구동 로봇 모듈(21)은 센서 로봇 모듈(10)과 결합되며, 최후방에 배치되는 구동 로봇 모듈(2n)은 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)과 결합되고, 나머지 센서 로봇 모듈(10)은 타 센서 로봇 모듈(10)과 결합될 수 있다. 또한, 복수 개의 구동 로봇 모듈(20)은 동일한 구조로 구현될 수 있고, 이하 설명할 구성요소를 동일하게 포함할 수 있다.
상기 구동 로봇 모듈(20)은 다면 무한궤도(21), 자유도 관절(22), 그리고 구동 베터리(23)을 포함할 수 있다.
다면 무한궤도(21)는 구동 로봇 모듈(20)의 외관 면에 구동체인이 형성되어 재난 탐사용 로봇을 3차원 방향으로 이동 가능하게 한다. 제어부(18)는 원격제어장치의 제어에 근거하여 구동 로봇 모듈(20)의 다면 무한궤도(21)를 가동시켜 재난 탐사용 로봇이 지정된 방향으로 이동되게 할 수 있다.
예를 들어, 구동체인은 회전되는 체인으로 실현될 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 4를 참고하면, 다면 무한궤도(21)는 4면 무한궤도를 포함할 수 있다. 4면 무한궤도는 구동 로봇 모듈(20)이 4개 측면을 갖는 사각뿔 형태로 구현되는 경우 상기 사각뿔의 4개 측면에 구동체인이 각각 형성될 수 있다. 상기 4면 무한궤도는 무한궤도가 상면, 하면, 좌면, 하면 각각에 배치된 궤도형 구동체로서 재난 지역에서의 장애물 극복에 용이하다.
다른 실시예에 따라, 다면 무한궤도(21)는 3면 무한궤도를 포함할 수 있다. 3면 무한궤도는 구동 로봇 모듈(20)이 3개 측면을 갖는 삼각뿔 형상으로 구현되는 경우 삼각뿔의 3개 측면에 구동체인이 각각 형성될 수 있다.
자유도 관절(22)은 구동 로봇 모듈(20)을 다른 로봇 모듈과 결합시키는 구성으로, 복수 개의 구동 로봇 모듈(20)은 자유도 관절(22)로 결합되어 45도 이상의 경사면에서도 이동할 수 있다. 일 실시예에 따라, 자유도 관절(22)은 센서 로봇 모듈(10)과 구동 로봇 모듈(20), 그리고 구동 로봇 모듈(20)과 다른 구동 로봇 모듈(20) 사이에 결합되는 2 자유도 관절로 구성될 수 있다. 2 자유도 관절로 결합되는 구동 로봇 모듈(20)은 45도 이상 수직이동이 가능하여 재난 지역의 장애물을 용이하게 넘어갈 수 있도록 한다.
도 2를 참고하면, 구동 로봇 모듈(20)은 다면 무한궤도(21) 및 자유도 관절(22)을 제어하여 원격제어장치로부터 명령받은 방향으로 재난 탐사용 로봇을 이동시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 구동 로봇 모듈(20)은 자유도 관절(22)의 꺽임을 제어하여 나아가는 방향을 특정하고, 다면 무한궤도(21)를 동작시킴으로써 앞, 뒤, 좌 및 우측 방향으로 이동할 수 있다.
구동 베터리(23)는 전원을 구동 로봇 모듈(20)의 각 구성요소로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따라, 구동 베터리(23)는 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리로 구현될 수 있다. 리튬 폴리머 배터리는 충방전이 가능한 2차 전지로서, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되지 않고 결합된 상태에서는 전원 케이블(42)을 통해서 제공받은 전원을 이용하여 충전을 진행한다. 구동 베터리(23)는 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되면 구동 로봇 모듈(20)의 각 구성요소로 전원을 제공하는 보조 베터리로 기능을 수행한다.
도 5를 참고하면, 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 센서 로봇 모듈(10)과 원거리 무선통신 로봇 모듈(40) 간의 근거리 무선통신을 중계할 수 있다.
도 2를 참고하면, 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 복수 개로 구현될 수 있으며, 상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30) 중 최전방에 배치되는 근거리 무선통신 로봇 모듈(31)은 구동 로봇 모듈(20)과 결합되며, 최후방에 배치되는 근거리 무선통신 로봇 모듈(3n)은 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)과 결합될 수 있고, 그 외 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 타 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)과 결합 될 수 있다.
일 실시예에 따라, 재난 탐사용 로봇이 원격제어장치로부터 명령받은 방향으로 이동하다가 전파 유효 범위를 벗어나거나 전파 음영 지역으로 진입하는 경우, 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 전파 상황에 따라 선택적으로 분리되어 분리된 위치에서 중계기 역할을 수행함으로써 통신가능 거리를 확보할 수 있다.
즉, 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)과의 전파 신호 세기(RSSI: Received Signal Strength Indication)를 분석하여 전파 상황이 기설정된 수준보다 나빠지면 재난 탐사용 로봇으로부터 선택적으로 분리되고 분리된 위치에서 중계기 역할을 수행할 수 있다.
또한, 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)이 직렬 연결된 경우 가장 뒤에 연결되어 있는 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)로부터 차례대로 분리될 수 있다. 분절된 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 분절된 위치에서 중계기 역할을 수행하여 센서 로봇 모듈(10)과 원거리 무선통신 로봇 모듈(40) 간의 통신을 중계할 수 있다.
도 5를 참고하면, 상기 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 근거리 통신부(31) 그리고 근거리 베터리(32)를 포함할 수 있다. 복수 개의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 동일한 구조로 구현될 수 있고 이하 설명할 구성요소를 동일하게 포함할 수 있다.
근거리 통신부(31)는 센서 로봇 모듈(10)과 원거리 무선통신 로봇 모듈(40) 간의 근거리 무선통신을 중계할 수 있다. 일 실시예에 따라, 근거리 통신부(31)는 와이파이(WiFi) 기반의 무선통신을 수행할 수 있다.
또한, 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 각각 독립적으로 근거리 통신부(31)를 구비하고 있으므로, 분리된 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30) 상호간에 애드-혹 메쉬 네트워크를 구성할 수 있도록 필요한 정보를 등록시킬 수 있다.
근거리 베터리(32)는 전원을 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)의 각 구성요소로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따라, 근거리 베터리(32)는 리튬 폴리머(Li-Po) 배터리로 구현될 수 있다. 리튬 폴리머 배터리는 충방전이 가능한 2차 전지로서, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되지 않고 결합된 상태에서는 전원 케이블(42)을 통해서 제공받은 전원을 이용하여 충전을 진행한다. 근거리 베터리(32)는 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 분절되면 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)의 각 구성요소로 전원을 제공하는 보조 베터리로 기능을 수행한다.
도 6을 참고하면, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)은 원격제어장치와 원거리 무선통신을 수행할 수 있다. 또한, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)은 분절되기 전에는 센서 통신부(14)와 근거리 무선 세션을 직접 형성하고, 분절된 이후에는 하나 이상의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 경유하여 센서 통신부(14)와 근거리 무선 세션을 형성할 수 있다.
원거리 무선통신 로봇 모듈(40)은 최후방에 배치되는 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)과 결합되고, 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇에서 분절된다. 일 실시예에 따라 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)은 이동거리에 따라 독립적으로 분리될 수 있다.
도 6을 참고하면, 상기 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)은 원거리 통신모듈(41), 그리고 전원 케이블(42)을 포함할 수 있다.
원거리 통신모듈(41)은 LTE망, WCMAD망, 와이파이망과 같은 이동통신망을 통해서 원거리에 위치하는 원격제어장치와 통신할 수 있다. 또한, 원거리 통신모듈(41)은 인접하는 근거리 무선통신 로봇 모듈(30) 또는 센서 통신부(14)와 근거리 통신을 수행할 수 있다.
전원 케이블(42)은 콘덴서 등으로부터 전원을 공급받아 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들에 전원을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따라, 전원 케이블(42)은 기설정된 제한거리를 초과하면 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇에서 분리되고 분리된 위치에서 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 경유해서 센서 로봇 모듈(10)과 원격제어장치 간의 무선통신을 중계할 수 있다. 여기서, 전원 케이블(42)이 유선 케이블로 실현되는 경우, 상기 기설정된 제한거리는 유선 케이블 길이에 대응될 수 있다.
또한, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)이 재난 탐사용 로봇에서 분리되면 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들은 보조 베터리로 전원을 변경할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참고하여, 재난 탐사용 로봇의 동작 전반에 대해서 상세하게 설명한다.
재난 탐사용 로봇은 재난 지역에 위치하고, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)의 전원 케이블(42)은 콘덴서 등으로부터 공급받은 전원을 재난 탐사용 로봇으로 공급한다. 이때, 근거리 무선통신 로봇 모듈(30) 및 원거리 무선통신 로봇 모듈(40) 모두는 분절되지 하고 결합된 상태이다.
재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들이 분리되지 않고 결합된 상태에서 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)은 원격제어장치로부터 이동 제어신호를 수신하고, 센서 로봇 모듈(10)은 각 구동 로봇 모듈(20)의 다면 무한궤도(21)를 동작시켜 지정된 방향으로 재난 탐사용 로봇을 이동시킨다.
이때, 센서 로봇 모듈(10)은 가스센서부(16)를 통해 주변의 가스 누출 여부를 감지하고 감지 결과를 원격제어장치로 송신할 수 있다. 더불어 센서 로봇 모듈(10)이 카메라부(11), 라이더부(12) 및 스캐닝 모터부(13)를 이용하여 획득된 3차원 스캐닝 영상을 원격제어장치로 실시간 전송할 수 있다.
전원 케이블(42)이 더이상 연장되지 않아 앞으로 나아갈 수 없거나 전원 케이블(42)이 장애물에 걸림으로서 더이상 앞으로 나아갈 수 없어 원격제어장치로부터 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)의 분절을 지시받는 경우, 센서 로봇 모듈(10)은 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 재난 탐사용 로봇에서 분절한다.
이때, 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)는 분절된 위치에서 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 경유해서 센서 로봇 모듈(10)과 통신할 수 있다. 결과적으로 센서 로봇 모듈(10)은 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 경유하여 원격제어장치와 지속적으로 통신할 수 있다.
또한, 센서 로봇 모듈(10)은 구동 로봇 모듈(20)이 분절된 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)과 일정 거리 이상으로 이격 되면 맨 후방에 결합된 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 분절할 수 있다. 분절된 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 분절된 위치에서 센서 로봇 모듈(10)과 원거리 무선통신 로봇 모듈(40) 간의 통신을 중계하는 중계기로서의 기능을 수행한다. 또한, 재난 탐사용 로봇이 이동함에 따라 재난 탐사용 로봇이 마지막으로 분절된 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)과 일정거리 이상으로 이격 되면 맨 후방에 결합된 또 다른 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)을 분절한다.
이러한 과정에 따라 분절된 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)은 중계기로 역할을 수행하게 되고, 결과적으로 센서 로봇 모듈(10)은 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈(30)과 원거리 무선통신 로봇 모듈(40)을 경유하여 원격제어장치와 통신하게 된다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10: 센서 로봇 모듈 11: 카메라부
12: 라이더부 13: 스캐닝 모터부
14: 센서 통신부 15: 마이크부
16: 가스센서부 17: LED 라이터부
18: 제어부 19: 센서 베터리
20: 구동 로봇 모듈 21: 다면 무한궤도
22: 자유도 관절 23: 구동 베터리
30: 근거리 무선통신 로봇 모듈 31: 근거리 통신부
32: 근거리 베터리 40: 원거리 무선통신 로봇 모듈
41: 원거리 통신모듈 42: 전원 케이블

Claims (11)

  1. 재난 탐사용 로봇에 있어서,
    재난 지역의 환경 정보를 수집하는 센서 로봇 모듈;
    3차원 이동 가능한 다면 무한궤도를 포함하여 제어신호에 따라 장애물을 극복하고 이동방향으로 재난 탐사용 로봇을 이동시키는 복수 개의 구동 로봇 모듈;을 포함하고
    상기 복수 개의 구동 로봇 모듈은 자유도 관절로 연결되어 경사면 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서 로봇 모듈은
    재난 지역의 3차원 이미지 영상을 획득하는 카메라부;
    레이저광을 대기중에 발사해 대기현상을 측정하는 라이더부;
    상기 카메라 또는 라이더를 회전시켜 상기 카메라부 또는 라이더부가 3차원 정보를 획득하도록 하는 스캐닝 모터부;
    근거리 무선통신을 수행하는 센서 통신부; 및
    원격제어장치로부터 수신받은 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇을 제어하는 제어부;를 포함하고
    것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서 로봇 모듈은
    재난 지역의 사운드를 획득하는 마이크부;더 포함하고
    상기 제어부는 상기 카메라부가 획득한 3차원 이미지 영상 및 상기 마이크부가 획득한 사운드를 종합하여 재난자의 위치를 예측하는 알고리즘을 포함하고 상기 알고리즘에 따라 예측된 위치로 이동하도록 제어신호를 생성하여 상기 복수 개의 구동 로봇 모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    원격제어장치와 무선통신을 수행하는 원거리 무선통신 로봇 모듈; 및
    상기 센서 로봇 모듈과 상기 원거리 무선통신 로봇 모듈 간의 근거리 무선통신을 중계하는 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈;을 더 포함하고
    상기 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들이 분리 가능하도록 연결되는 재난 탐사용 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원거리 무선통신 로봇 모듈 및 상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈이 이동 거리 또는 전파 상황에 따라 독립적으로 분리되는 재난 탐사용 로봇.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 원거리 무선통신 로봇 모듈은
    재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들에 전원을 제공하는 전원 케이블;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 원거리 무선통신 로봇 모듈은
    기설정된 제한거리를 초과하면 제어신호에 따라 재난 탐사용 로봇에서 분리되고 분리된 위치에서 상기 근거리 통신부를 경유해서 상기 센서 로봇 모듈과 원격제어장치 간의 무선통신을 중계하는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원거리 무선통신 로봇 모듈이 재난 탐사용 로봇에서 분리되면 재난 탐사용 로봇을 구성하는 복수의 로봇 모듈들은 보조 베터리로 전원을 변경하는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈은
    상기 원거리 무선통신 로봇 모듈과의 전파 상황에 따라 재난 탐사용 로봇으로부터 선택적으로 분리되고 분리된 위치에서 중계기 역할을 수행하는 적어도 하나의 근거리 무선통신 로봇 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈은
    상기 원거리 무선통신 로봇 모듈과의 전파 신호 세기를 분석하여 전파 상황이 기설정된 수준보다 나빠지면 재난 탐사용 로봇으로부터 선택적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 근거리 무선통신 로봇 모듈이 직렬 연결된 경우 가장 뒤에 연결되어 있는 근거리 무선통신 로봇 모듈로부터 차례대로 분리되는 것을 특징으로 하는 재난 탐사용 로봇.
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