KR20210098064A - 비정형 공간 감시용 로봇 시스템 - Google Patents

비정형 공간 감시용 로봇 시스템 Download PDF

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KR20210098064A
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Abstract

본 발명은 지상 로봇과 공중 로봇이 협업하여 비정형 공간을 감시할 수 있는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 지상에서 주행이 가능하며 지상 장애물을 극복하는 무한궤도 바퀴를 구비한 지상 로봇과, 공중에서 비행이 가능하며 프로펠러를 구비한 공중 로봇과, 지상 로봇과 공중 로봇이 도킹하기 위한 도킹장치를 포함하며, 공중 로봇에는 공중 장애물로부터 공중 로봇 몸체와 프로펠러를 보호하는 보호 커버가 연결된다.
본 발명에 의하면, 무한궤도 바퀴와 보호커버 및 도킹 장치를 통해 지상과 공중에 장애물이 많은 비정형 공간을 용이하게 감시하는 효과가 있다.

Description

비정형 공간 감시용 로봇 시스템{Monitoring robot system in the culvert or atypical space}
본 발명은 비정형 공간 감시용 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지상 로봇과 공중 로봇이 협업하여 비정형 공간을 감시할 수 있는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템에 관한 것이다.
대형 발전소, 제철소, 빌딩에는 지하에 건물 제어를 하기 위한 하수, 상수, 통신, 전기, 공조 장치 등 다양한 설비가 있는 곳이 있다. 이런 곳은 일반 사람들이 통행하는 정돈된 공간이 아니라 여러 설비가 혼재하는 곳이다. 사람이 이곳을 정기적으로 검사하는 것은 안전상에 문제가 있기 때문에 로봇 감시로 대체할 필요가 있다.
이런 비정형 공간에서는 지상 이동형 로봇만으로는 상부(천장) 감시가 어렵기 때문에 공중 이동형 로봇과 협업을 해야 할 필요가 있다. 종래 지상 이동형 로봇과 공중 이동형 로봇이 협업하는 시스템은 있지만, 한쪽이 보조하는 역할을 할 뿐이지 협업을 하지는 않는다. 예를 들면, 화재 진입의 신속함을 위해 드론이 지상 감시 로봇을 빠르게 배송한 후 드론은 복귀하거나, 지상 감시 로봇은 드론의 전력 공급을 위한 이동 충전 스테이션으로의 역할을 수행하는 것이었다.
종래 로봇 시스템에서 비정형 공간 감시를 위해 협업시에 한쪽이 주된 역할을 하는 경우로서, 지상 이동형 로봇이 주가 되어 감시를 하게 되면, 감시 카메라의 각도 한정으로 천장 배관 또는 전기 설비를 사각지대 없이 확인하기가 쉽지 않다. 또한, 공중 이동형 로봇이 주가 되어 감시를 하게 되면, 공간 한계는 없지만 구동시간 제약으로 장시간 넓은 영역을 감시하는 것이 쉽지 않게 된다.
한편, 종래 주행 로봇과 비행 로봇을 연결 및 분리되게 함으로써, 주행 로봇 또는 비행 로봇이 가지는 공간 이동의 제한성을 극복할 수 있게 하면서 개별로 탐사 업무를 수행할 수 있게 하는 탐사용 로봇이 한국등록특허 제10-1491076호가 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래 탐사용 로봇은 지상과 공중에 장애물이 많은 비정형 공간을 감시하기 위한 로봇으로 적절하지 않으므로 새로운 형태의 비정형 공간 감시용 로봇 시스템의 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-1491076호 (등록일: 2015.02.02.)
본 발명은 지상과 공중에 장애물이 많은 비정형 공간에서 지상 로봇과 공중 로봇이 도킹하거나 분리되어 이동하면서 협업하여 비정형 공간을 용이하게 감시할 수 있는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템은 지상에서 주행이 가능하며 지상 장애물을 극복하는 무한궤도 바퀴를 구비한 지상 로봇과, 공중에서 비행이 가능하며 프로펠러를 구비한 공중 로봇과, 지상 로봇과 공중 로봇이 도킹하기 위한 도킹장치를 포함하며, 공중 로봇에는 공중 장애물로부터 공중 로봇 몸체와 프로펠러를 보호하는 보호 커버가 연결된다.
도킹 장치는 지상 로봇의 몸체에 접힐 수 있게 힌지 결합되고 공중 로봇의 몸체를 집어 로킹하는 로킹부와, 로킹부에 결합되어 지상 로봇과 공중 로봇의 전력을 공유해서 공중 로봇을 충전할 수 있는 전원 관리부와, 로킹부를 구동하는 로킹 구동부를 포함한다.
보호 커버는 공중 로봇의 몸체의 상측에 세워진 포스트에 의해 지지되며, 원형의 테두리를 이루는 테두리 띠판과, 포스트에서 반경방향으로 연장되어 테두리 띠판에 이어지는 복수의 스포크 띠판을 포함한다.
지상 로봇의 무한궤도 바퀴는 전방 바퀴와 후방 바퀴를 포함한다.
지상 로봇의 몸체 상면에는 로킹부가 접혀져 수용되는 리세스부가 형성된다.
로킹부에는 내부에 트인 공간이 형성되고, 전원관리부는 로킹부에 힌지결합되어 트인 공간 속으로 접힐 수 있다.
본 발명에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템에 의하면, 무한궤도 바퀴와 보호 커버 및 도킹 장치를 통해 지상과 공중에 장애물이 많은 비정형 공간을 용이하게 감시하는 효과가 있다.
본 발명에 의하면 장시간 동안 넓은 비정형 공간을 탐사하는 것이 가능하고, 실내 상태를 데이터 베이스화하여 변경사항을 추적하기가 용이해지고 위험지역을 로봇이 대신 검사함으로써 인명 사고를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 협소한 지하 시설물의 상태를 감시해서 유지 보수 시기와 위치를 관리할 수 있게 되며, 누전, 합선을 일으킬 수 있는 피복 벗겨짐 감시, 배관 내 유체가 유출될 수 있는 배관의 상태 검사, 쓰레기와 먼지로 인한 하수 배출 수로 및 구멍 막힘 상태 감시 등을 통해 지하 시실의 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템을 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 공중 로봇을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1의 도킹 장치의 구성 및 작용상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템의 제어 블록도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1의 지상 로봇이 지상 장애물을 극복하는 상태를 나타내는 작용 상태도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 공중 로봇이 지상 로봇에 도킹하는 상태를 나타내는 작용 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템을 나타내는 전체 구성도이고, 도 2는 도 1의 공중 로봇을 나타내는 구성도이며, 도 3은 도 1의 도킹 장치의 구성 및 작용상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템의 제어 블록도이다.
도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 비정형 공간 감시용 로봇 시스템은 지상 로봇(100)과, 공중 로봇(200)과, 도킹장치(300)를 포함한다.
지상 로봇(100)는 지상에서 주행이 가능하며 지상 장애물을 극복하는 무한궤도 바퀴를 구비하는 로봇으로서, 지상로봇 몸체(110)와, 무한궤도 바퀴(120)와, 카메라(130)와, 라이다(LiDAR)(140)와, 제1제어부(150)와, 제1무선 통신부(160)와, 발광부(170)를 포함한다.
지상로봇 몸체(110)는 대체로 사각형태의 프레임으로 상면이 평탄하게 형성되어, 공중 로봇(200)이 안착하는 한편 도킹장치(300)가 설치할 수 있게 되어 있다. 지상로봇 몸체(110)의 중간 양측에는 도킹장치(300)의 후술하는 로킹부가 접혀져 수용되는 리세스부(111)가 형성된다.
무한궤도(캐터필러) 바퀴(120)는 지상로봇 몸체(110)의 앞축 양측에 회동가능하게 결합된 2개의 전방 바퀴와 뒤축 양측에 회동가능하게 결합된 2개의 후방 바퀴를 포함한다. 전방 바퀴 및 후방 바퀴는 축을 중심으로 회동가능하게 되어 있으므로, 지상 장애물을 용이하게 극복할 수 있게 한다(후술하는 도 5a 내지 도 5c 참조).
카메라(130)는 주변환경을 인식하기 위한 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 등으로 되어 있으며, 지상로봇 몸체(110)의 앞측에 전방을 향하여 설치된다.
라이다(LiDAR)(140)는 전방 물체 및 구조물에 대한 정확한 거리와 공간정보를 제공할 수 있는 센서로서, 지상로봇 몸체(110)의 앞측 상면에 설치된다. 라이다(140)는 빛을 이용해서 물체를 감지하고 거리를 측정하는 기술(light detection and ranging)에 의한 센서다.
제1제어부(150)는 지상 로봇(100)을 전반적으로 제어하는 부분으로서, 공중 로봇(200)과 협업하는 경우에는 공중 로봇(200)의 후술하는 제2제어부와 함께 로봇 시스템 전체를 제어한다.
제1무선 통신부(160)는 제1제어부(150)에서 공중 로봇(200)의 후술하는 제2제어부와 무선으로 신호교환을 하기 위한 통신부이며, 지상로봇 몸체(110)의 후방에 설치된 안테나를 포함한다.
발광부(170)는 지상로봇 몸체(110)의 상면 가장자리에 설치된 복수(본 실시예에서는 4곳에 설치)의 발광체로서, 공중 로봇(200)의 도킹시 착륙을 유도하여 착륙위치를 인식하게 하는 부분이다(후술하는 도 6a 참조)
공중 로봇(200)은 공중에서 비행이 가능하며 프로펠러를 구비하는 로봇으로서, 공중로봇 몸체(210)와, 프로펠러부(220)와, 포스트(230)와, 보호커버(240)와, 착륙 레그(250)와, 센서(260)와, 제2제어부(270)와, 제2무선 통신부(280)를 포함한다.
공중로봇 몸체(210)는 도킹장치(300)의 후술하는 로킹부에 의해 집히는 중앙부(211)와, 중앙부(211)에서 반경방향 외측으로 연장되어 후술하는 프로펠러부가 각각 설치되는 복수(본 실시예에서는 4개)의 아암(212)을 포함한다.
프로펠러부(220)는 각 아암(212)의 단부에 설치되어 날개(프로펠러)가 회전함으로써 공중 로봇(200)에 양력을 발생하게 하는 부분이며, 날개를 구동하는 날개 구동부를 포함한다.
포스트(230)는 공중로봇 몸체(210)의 중앙부(211)의 상측에 세워져 보호커버(240)를 지지하는 부분이다.
보호커버(240)는 공중로봇 몸체(210)의 상측에 세워진 포스트(230)에 의해 지지되며, 원형의 테두리를 이루는 테두리 띠판(241)과, 포스트(230)에서 반경방향으로 연장되어 테두리 띠판(241)에 이어지는 복수의 스포크 띠판(242)을 포함한다. 테두리 띠판(241)는 폭방향이 하측으로 구부려진 곡면을 이루며, 스포크 띠판(242)은 포스트(230)에서 테두리 띠판(241)으로 갈수록 폭이 넓어지는 띠판으로 되어 있다. 인접하는 스포크 띠판(242) 사이에는 트인 공간이 형성된다. 트인 공간에는 필요에 따라 보호망이 설치될 수 있다.
보호 커버(240)는 지하 시설물에서 낙하물, 요철, 전선과 같은 장애물로부터 프로펠러부(220)를 보호하며, 특히 와이어와 전선 등이 프로펠러부(220)의 날개에 말려들어가지 않게 보호한다.
착륙 레그(250)는 공중로봇 몸체(210)의 중앙부(211)에서 반경방향 외측으로 연장되는 한편 하측으로 구부려진 복수(본 실시예에서는 4개)의 다리로 되어 있다. 착륙 레그는 필요에 따라 접히게 할 수 있다.
센서(260)는 공중 로봇(200)이 비행할 때 주변 환경을 인식하기 위한 센서로서, 다양한 환경을 감지할 수 있는 복수의 센서가 될 수 있으며, 주로 공중로봇 몸체(210)에 설치되는 것이 바람직하다.
제2제어부(270)는 공중 로봇(200)을 전반적으로 제어하는 부분으로서, 지상 로봇(100)과 협업하는 경우에는 지상 로봇(200)의 제1제어부(150)와 함께 로봇 시스템 전체를 제어한다.
제2무선 통신부(280)는 제2제어부(270)에서 지상 로봇(100)의 제1제어부(150)와 무선으로 신호교환을 하기 위한 통신부이다.
도킹장치(300)는 지상 로봇(100)과 공중 로봇(200)이 도킹하기 위한 장치로서, 로킹부(310)와, 전원 관리부(320)와, 로킹 구동부(330)를 포함한다.
로킹부(310)는 지상로봇 몸체(110)에 접힐 수 있게 힌지 결합되고 공중로봇 몸체(210)의 중앙부(211)를 집어 로킹하는 부분이며, 지상로봇 몸체(110)의 중앙에서 폭방향(진행 좌우 방향) 양측에 힌지결합된 사다리꼴 형태의 로킹판(311, 312)으로 되어 있다. 로킹판(311, 312) 중의 하나의 내부에는 전원 관리부(320)가 접히어 수용되는 트인 공간(311a)이 형성된다.
전원 관리부(320)는 로킹부(310)에 결합되어 지상 로봇(100)과 공중 로봇(200)의 전력을 공유해서 공중 로봇(200)을 충전할 수 있는 부분이다. 전원 관리부(320)는 로킹부(310)에 힌지 결합되어 로킹판(311)의 트인 공간(311a) 속으로 접히어 수용될 수 있다. 전원 관리부(320)는 공중 로봇(200)을 충전할 때 접촉(또는 유선)하거나 비접촉(또는 무선)하여 충전될 수 있다. 전원 관리부(320)는 밧데리를 포함한다.
로킹 구동부(330)는 로킹부(310) 및 전원 관리부(320)를 접히고 펴게 하는 부분으로서, 도 3에 도시한 바와 같이 풀리(331, 332) 사이에 설치되는 타이밍 벨트(330) 등으로 구동된다. 로킹부(310)와 전원 관리부(320)는 시계방향 또는 반시계방향으로 회동하여 접히거나 펴질 수 있게 전동기구(기어)가 배치된다.
도 5a 내지 도 5c는 도 1의 지상 로봇이 지상 장애물을 극복하는 상태를 나타내는 작용 상태도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 지상 로봇(100)이 장애물(B)을 올라갈 때는 무한퀘도 바퀴의 전방 바퀴(120a)를 앞으로 회전시켜 장애물(B)에 올린 다음, 후방 바퀴(120b)를 세워 지상로못 몸체(110)의 높이를 장애물(B)과 맞춘 다음, 장애물(B)을 넘어서게 한다(도 5b 참조).
도 5c에 도시한 바와 같이, 수로(C)를 건너갈 경우에는 전방 바퀴(120a) 및 후방 바퀴(120b)를 모두 회전시켜 몸체 및 바퀴를 다리처럼 형성하여 수로(C)를 넘어가게 한다.
이와 같이 지상로봇 몸체(110)과 전방 바퀴(120a)및 후방 바퀴(120b)의 구성으로 지상 장애물(B) 또는 수로(C)을 용이하게 건너고 극복할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 공중 로봇이 지상 로봇에 도킹하는 상태를 나타내는 작용 상태도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 지상 로봇(100)의 발광부(170)에서 공중 로봇(200)의 착륙을 유도하여 착륙 위치를 인식하게 한다. 이때, 도킹장치(300)의 로킹판(311, 312)은 접혀져 지상로봇 몸체(110)의 리세스부(111, 도 1 참조)에 수용되고, 전원 관리부(320)는 접혀져 로킹판(311)의 트인 공간(311a, 도 1 참조)에 수용되어, 지상로봇 몸체(110)의 상면에서 돌출된 부분이 없게 하여 공중 로봇(200)의 착륙이 용이하게 한다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 공중 로봇(200)이 정위치에 착륙이 완료되면, 로킹 구동부(330, 도 3 참조)를 구동하여 로킹판(311, 312)를 회동시켜 세우는 한편, 전원관리부(320)를 회동시킨다. 이때, 로킹판(311,312)은 인접하는 착륙 레그(250) 사이 공간에서 회동한다.
도 6c는 로킹판(311, 312)이 공중로봇 몸체(210)의 양측면에 밀착하여 견고하게 잡고, 전원 관리부(320)가 수평으로 위치하여 공중로봇(200)의 충전(무선충전)이 용이하게 된 상태를 나타낸다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 지상 로봇 110: 지상로봇 몸체
120: 무한궤도 바퀴 130: 카메라
140: 라이다 150: 제1제어부
160: 제1무선 통신부(안테나 포함) 170: 발광부
200: 공중 로봇 210; 공중로봇 몸체
220: 프로펠러부 230: 포스트
240: 보호 커버 250: 착륙 레그
260: 센서 270: 제2제어부
280: 제2무선 통신부 300: 도킹 장치
310: 로킹부 311, 312: 로킹판
320: 전원 관리부(밧데리 포함) 330: 로킹 구동부

Claims (5)

  1. 지상에서 주행이 가능하며 지상 장애물을 극복하는 무한궤도 바퀴를 구비한 지상 로봇과,
    공중에서 비행이 가능하며 프로펠러를 구비한 공중 로봇과,
    상기 지상 로봇과 상기 공중 로봇이 도킹하기 위한 도킹장치를 포함하며,
    상기 공중 로봇에는 공중 장애물로부터 공중로봇 몸체와 상기 프로펠러를 보호하는 보호 커버가 연결되는 것을 특징으로 하는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도킹 장치는
    상기 지상 로봇의 몸체에 접힐 수 있게 힌지 결합되고 상기 공중 로봇의 몸체를 집어 로킹하는 로킹부와,
    상기 로킹부에 결합되어 상기 지상 로봇과 상기 공중 로봇의 전력을 공유해서 상기 공중 로봇을 충전할 수 있는 전원 관리부와,
    상기 로킹부를 구동하는 로킹 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 커버는 상기 공중 로봇의 몸체의 상측에 세워진 포스트에 의해 지지되며, 원형의 테두리를 이루는 테두리 띠판과, 상기 포스트에서 반경방향으로 연장되어 상기 테두리 띠판에 이어지는 복수의 스포크 띠판을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지상 로봇의 상기 무한궤도 바퀴는 전방 바퀴와 후방 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 지상 로봇의 몸체 상면에는 상기 로킹부가 접혀져 수용되는 리세스부가 형성되는 것을 특징으로 하는 비정형 공간 감시용 로봇 시스템.
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