KR20220055015A

KR20220055015A - 생존자 탐색장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220055015A
Application number: KR1020200139068A
Authority: KR
Inventors: 서진호; 김성재; 김영복
Original assignee: 부경대학교 산학협력단
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-05-03
Also published as: KR102436036B1

Abstract

생존자 탐색장치 및 이를 이용한 생존자 탐색방법을 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 재난현장에 투입되는 로봇(robot)에 장착될 수 있는 생존자 탐색장치에 있어서, 제1 인쇄회로기판(first printed circuit board); 상기 제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되어, 상기 로봇의 전방을 촬영하도록 구성된 복수의 제1 카메라(first camera); 상기 제1 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제2 인쇄회로기판(second printed circuit board); 상기 제2 인쇄회로기판 상에 상기 복수의 제1 카메라와 각각 기설정된 각도를 이루도록 배치되어, 상기 로봇의 측방을 촬영하도록 구성된 복수의 제2 카메라(second camera); 상기 제1 인쇄회로기판 또는 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되어, 상기 로봇 주변의 열화상 이미지를 촬영하도록 구성된 열화상 카메라(thermal imaging camera); 상기 제2 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제3 인쇄회로기판(third printed circuit board); 및 상기 제3 인쇄회로기판 상에 구비되어, 상기 제1 인쇄회로기판 및 상기 제2 인쇄회로기판에 전력을 일정하게 공급하도록 구성된 전력조정부(power regulator unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치를 제공한다.

Description

생존자 탐색장치 및 방법{Method And Apparatus for Searching Survivor}

본 개시는 생존자 탐색장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 재난현장에 투입되는 로봇(robot)에 장착될 수 있는 생존자 탐색장치 및 이를 이용한 생존자 탐색방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

의료용 로봇, 산업용 로봇, 군사용 로봇, 가정용 로봇 등 다양한 로봇에 대한 기술이 구현되어 현재 다양한 용도로 사용되고 있다. 로봇을 이용하는 경우 사람이 투입하기 어려운 환경에서도 검사, 정찰, 탐사 등의 임무 수행이 가능하다는 장점이 있다.

한편, 건물붕괴 등과 같은 재난상황 발생 시, 인명 구조작업의 신속성을 도모하기 위해서는 붕괴된 자재의 틈새를 통과하여 생존자 및 붕괴 상황을 파악할 수 있는 로봇이 필요하다. 이와 같은 재난상황에 대비하여 덩굴형(vine-type) 로봇을 개발한 기존의 사례가 있다. 그러나, 덩굴형 로봇은 전진만 가능하고 후진이 불가능하며, 1회 투입된 이후 재사용되기 어려워, 여러 곳에서 반복적인 투입을 요구하는 탐지, 구조 임무에 활용되기에 부적합하다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 뱀 형상(snake-type)의 로봇이 개발되었다.

다만, 뱀 형상의 로봇들과 관련된 기존의 선행기술들 역시, 로봇의 크기가 커서 협소한 공간에 투입되기 어렵고, 이동 및 정찰 기능에만 중점을 두고 개발되어, 다양한 재난환경에 대한 대처기능이 떨어진다는 문제가 있다.

이에, 본 개시는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 센서들의 배치를 효율적으로 구성하여 전체적인 크기를 소형화시키고, 여러 재난상황에서 생존자 구조를 위한 다양한 기능을 가지는 생존자 탐색장치 및 이를 이용한 생존자 탐색방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시예에 의하면, 재난현장에 투입되는 로봇(robot)에 장착될 수 있는 생존자 탐색장치에 있어서, 제1 인쇄회로기판(first printed circuit board); 상기 제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되어, 상기 로봇의 전방을 촬영하도록 구성된 복수의 제1 카메라(first camera); 상기 제1 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제2 인쇄회로기판(second printed circuit board); 상기 제2 인쇄회로기판 상에 상기 복수의 제1 카메라와 각각 기설정된 각도를 이루도록 배치되어, 상기 로봇의 측방을 촬영하도록 구성된 복수의 제2 카메라(second camera); 상기 제1 인쇄회로기판 또는 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되어, 상기 로봇 주변의 열화상 이미지를 촬영하도록 구성된 열화상 카메라(thermal imaging camera); 상기 제2 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제3 인쇄회로기판(third printed circuit board); 및 상기 제3 인쇄회로기판 상에 구비되어, 상기 제1 인쇄회로기판 및 상기 제2 인쇄회로기판에 전력을 일정하게 공급하도록 구성된 전력조정부(power regulator unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치를 제공한다.

또한, 재난현장에 투입되는 로봇에 장착될 수 있는 생존자 탐색장치를 이용한 생존자 탐색방법에 있어서, 제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되는 복수의 제1 카메라가 상기 로봇의 전방을 촬영하는 과정; 상기 제1 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제2 인쇄회로기판 상에, 상기 복수의 제1 카메라와 각각 기설정된 각도를 이루도록 배치된 복수의 제2 카메라가 상기 로봇의 측방을 촬영하는 과정; 상기 제1 인쇄회로기판 또는 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되는 열화상 카메라가 상기 로봇 주변의 열화상 이미지를 촬영하는 과정; 및 데이터 송신부가, 상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라가 촬영한 영상데이터를 외부장치에 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 센서들의 배치를 효율적으로 구성하여 전체적인 크기를 소형화시키고, 여러 재난상황에서 생존자 구조를 위한 다양한 기능을 가질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 정면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 측면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 평면도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 분해사시도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 로봇에 장착된 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 도시한 분해도이다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 사시도이다.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 정면도이다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 측면도이다.

도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 일부 구성요소를 결합한 평면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치는 제1 인쇄회로기판(first printed circuit board, 100), 복수의 제1 카메라(first camera, 105), 제2 인쇄회로기판(second printed circuit board, 110), 복수의 제2 카메라(second camera, 115), 열화상 카메라(thermal imaging camera, 140), 제3 인쇄회로기판(third printed circuit board, 120), 전력조정부(power regulator unit, 미도시), 프로젝터(projector, 150), 데이터 송신부(data transmission unit, 미도시), 관성 측정장치(inertia measurement unit, 미도시), 광원(light source, 160), 스피커(speaker, 170), 마이크(microphone, 180) 및 제1 연결부(first connection unit, 130)의 전부 또는 일부를 포함한다.

제1 인쇄회로기판(100)은 복수의 소자가 실장될(mounted) 수 있도록 구성된다. 도 1에서는 제1 인쇄회로기판(100)이 원(circle) 모양의 일부에 해당하는 빈 공간을 가지면서, 전체적으로는 반원(semicircle) 형상을 가지도록 구성되어 있으나, 반드시 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실장되는 소자의 종류 및 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 로봇(robot)에 장착되는 위치에 따라 그 형상이 변경될 수 있다. 또한, 제1 인쇄회로기판(100)은 유연한 소재(flexible material)를 이용하여 이루어질 수 있다.

복수의 제1 카메라(105)는 제1 인쇄회로기판(100) 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되어, 로봇의 전방을 촬영하도록 구성된다. 여기서 전방이란, 도 7에서 도시된 로봇(도 7의 700)의 머리부분이 향하고 있는 방향을 말한다. 이하에서, 전방은 로봇의 머리부분이 향하고 있는 방향을 말하며, 후방은 전방의 반대측을 향하는 방향을 말한다.

복수의 제1 카메라(105)는 스테레오 스코픽(stereoscopic) 방식으로 3차원 입체영상을 구현하기 위해, 예컨대 동일한 스테레오 카메라(stereo camera) 2대로 구성될 수 있다. 이 경우, 각 스테레오 카메라의 화각은 약 68°가 되도록 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

복수의 제1 카메라(105)가 동일한 스테레오 카메라 2대로 구성된 경우, 각 카메라가 촬영한 영상을 기초로 물체로부터의 거리, 카메라의 각도, 렌즈(lens)의 초점거리 등을 종합하여 3차원 입체영상을 얻을 수 있다. 이로써, 재난현장에서 생존자 탐색이 용이해짐은 물론, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 장착되는 로봇의 현 위치를 용이하게 파악할 수 있는 효과가 있다.

한편, 복수의 제1 카메라(105) 사이의 거리는 각 카메라의 렌즈 중심을 기준으로 약 34 mm 가 되도록 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 카메라의 특성, 로봇의 전체적인 크기 및 로봇이 투입되는 재난현장의 종류에 따라 변경될 수 있다.

제2 인쇄회로기판(110)은 제1 인쇄회로기판(100)의 후방에 배치된다. 여기서, 후방이란, 전술한 전방 방향과 반대측을 향하는 방향을 말한다. 제2 인쇄회로기판(110)은 별도의 고정수단을 이용하여 제1 인쇄회로기판(100)과 물리적으로 결합될 수 있다. 도 1에서는 제2 인쇄회로기판(110)이 전체적으로는 반원 형상을 가지면서, 일부 돌출된 부분을 가지고 있으나, 반드시 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실장되는 소자의 종류 및 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 로봇에 장착되는 위치에 따라 그 형상이 변경될 수 있다. 또한, 제2 인쇄회로기판(110)은 유연한 소재를 이용하여 이루어질 수 있다.

복수의 제2 카메라(115)는 제2 인쇄회로기판(110) 상에 복수의 제1 카메라(105)와 각각 기설정된 각도를 이루도록 배치되어, 로봇의 측방을 촬영하도록 구성된다. 이때, 복수의 제2 카메라(115)의 렌즈 중심 간의 수평거리는 약 59 mm 가 될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 카메라의 특성, 로봇의 전체적인 크기 및 로봇이 투입되는 재난현장의 종류에 따라 변경될 수 있다.

또한, 복수의 제2 카메라(115)는 광각카메라(wide angle camera)를 이용하여 2대로 구성될 수 있다. 이 경우, 광각카메라의 화각은 약 160°가 되도록 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

복수의 제2 카메라(115)는 복수의 제1 카메라(105)와 각각 기설정된 각도, 예컨대 60°를 이루도록 배치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 제2 카메라(115)가 복수의 제1 카메라(105)와 60°를 이루도록 배치하는 경우, 복수의 제1 카메라(105)의 영상 및 복수의 제2 카메라(115)를 이용하여 240°~ 280° 사이의 광시야각(wide field of view)을 얻을 수 있다.

열화상 카메라(140)는 제1 인쇄회로기판(100) 또는 제2 인쇄회로기판(110) 상에 배치되어, 로봇 주변의 열화상 이미지를 촬영하도록 구성된다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 열화상 카메라(140)는 제1 인쇄회로기판(100)의 빈 공간과 대응되는 크기로 구성되어, 제2 인쇄회로기판(110) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 인쇄회로기판(100)의 빈 공간이 없도록 구성되는 경우, 열화상 카메라(140)는 제1 인쇄회로기판(100) 상에 배치되는 것도 가능하다. 즉, 열화상 카메라(140)의 렌즈 전방을 가로막도록 구성되지 않는 한, 열화상 카메라(140)의 배치 위치는 용이하게 변경될 수 있다.

열화상 카메라(140)는 원적외선(far infrared)을 이용하여 객체를 촬영할 수 있다. 여기서, 원적외선은 일반적으로 파장이 8 ㎛ 이상인 적외선을 의미하고, 가시광선보다 파장이 크므로 눈에 보이지 않고 열 침투력이 강하다.

원적외선 대역, 예컨대 8 ㎛ ~ 15 ㎛ 대의 영역에서는 온도에 따라서 파장이 변하고, 열화상 카메라(140)는 파장별로 다른 색이 나타나도록 표시해줄 수 있다. 특히, 사람의 체온은 대략 10 ㎛의 파장을 나타내므로, 10 ㎛의 파장에 해당하는 색을 보여주는 열화상 카메라(140)를 이용하여 재난현장에서도 사람의 유무를 용이하게 파악할 수 있다.

제3 인쇄회로기판(120)은 제2 인쇄회로기판(110)의 후방에 배치된다. 제3 인쇄회로기판(120)은 별도의 고정수단을 이용하여 제2 인쇄회로기판(110)과 물리적으로 결합될 수 있다. 도 1에서는 제3 인쇄회로기판(120)의 형상이 제2 인쇄회로기판(110)의 형상과 동일한 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다. 즉, 실장되는 소자의 종류 및 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 로봇에 장착되는 위치에 따라 그 형상이 변경될 수 있다. 또한, 제3 인쇄회로기판(120)은 유연한 소재를 이용하여 이루어질 수 있다.

전력조정부는 제3 인쇄회로기판(120)에 구비되어, 제1 인쇄회로기판(100) 및 제2 인쇄회로기판(110)에 전력을 일정하게 공급하도록 구성된다. 예컨대, 전력조정부는 직류 25 V 의 입력전압에 대해서 제1 인쇄회로기판(100) 및 제2 인쇄회로기판(110)에 각각 직류 5 V 의 전압이 공급되도록 출력전압을 일정하게 조절할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치는 위와 같이, 다양한 센서(sensor)들을 복수의 인쇄회로기판에 효율적으로 배치함으로써, 전체적인 장치의 크기를 소형화시킬 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 장착된 로봇의 크기도 소형화될 수 있고, 협소한 재난현장에도 로봇이 투입되어 이동, 정찰 및 생존자 탐색임무를 수행할 수 있다.

프로젝터(150)는 복수의 제1 카메라(105) 사이에 배치되어 로봇의 주변을 향해 광패턴(optical pattern)을 투사하도록 구성된다. 예컨대, 프로젝터(150)의 중심이 복수의 제1 카메라(105)의 렌즈의 중심과 동일선상에 놓이도록 배치될 수 있다.

또한, 프로젝터(150)는 프로젝터(150)의 전방을 가로막도록 구성되지 않는 한, 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 또는 제3 인쇄회로기판(120) 중 어느 하나의 기판 상에 배치될 수도 있고, 도 1 내지 도 5에서 도시된 바와 같이, 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 및 제3 인쇄회로기판(120)을 통과하도록 배치될 수도 있다. 프로젝터(150)의 배치 위치는 인쇄회로기판에서 발생하는 발열 정도에 따라 정해질 수 있고, 이는 이하에서 설명되는 구성요소에 대해서도 마찬가지로 적용된다.

프로젝터(150)가 투사하는 광패턴은, 예컨대 체스보드(chess board) 형상의 패턴일 수 있고, 복수의 제1 카메라(105) 및 복수의 제2 카메라(115)는 프로젝터(150)에 의해 투사된 패턴을 촬영할 수 있다. 이와 같이, 프로젝터(150)가 로봇의 주변을 향해 광패턴을 투사함으로써, 입체감이 향상된 영상을 얻을 수 있고, 특히 주변이 어두운 경우에도 물체인식이 가능한 3차원 입체형상을 얻을 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 프로젝터(150)는 CRT(Cathode Ray Tube) 프로젝터, LCD(Liquid Crystal Display) 프로젝터 또는 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터 등을 이용하여 구성될 수 있다. 특히, DLP 프로젝터는, 빛이 DMD(Digital Micromirror Device) 칩에 반사되어 생성된 영상을 확대 투사하는 방식이므로, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치의 소형화에 유리할 수 있다.

데이터 송신부는 열화상 카메라(140), 복수의 제1 카메라(105) 및 복수의 제2 카메라(115)가 촬영한 영상데이터(image data)를 외부장치(external device, 미도시)에 송신한다. 데이터 송신부는 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 또는 제3 인쇄회로기판(120) 중 어느 하나의 기판 상에 구비될 수 있다.

데이터 송신부는 외부장치에 열화상 카메라(140), 복수의 제1 카메라(105) 및 복수의 제2 카메라(115)가 촬영한 영상데이터를 송신하고, 이를 수신한 외부장치는 별도의 영상생성 알고리즘(algorithm)을 포함할 수 있다. 영상생성 알고리즘을 이용하여 로봇 주변에 대한 영상데이터를 종합하여 3차원 입체영상을 얻을 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 장착되는 로봇은 재난현장에 여러 번 투입되어야 할 수 있으므로, 투입 시마다 로봇은 회수되는 것이 바람직하며, 긴급한 상황에 대비하여 영상데이터 송신은 빠른 속도로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 데이터 송신부가 외부장치에 영상데이터를 송신하는 방식은 유선통신(wired communication), 예컨대 이더넷(ethernet) 등을 이용하여 이루어질 수 있다.

관성 측정장치는 로봇의 움직임에 따른 관성데이터(inertia data)를 생성하도록 구성된다. 관성 측정장치는 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 또는 제3 인쇄회로기판(120) 중 어느 하나에 구비될 수 있다. 또한, 관성 측정장치는 자이로스코프(gyroscope), 가속도계, 각속도계, 지자계 센서 등을 포함할 수 있으며, 이로써, 관성 측정장치가 장착된 물체의 속도, 가속도, 기울기, 회전방향, 회전속도 등을 파악할 수 있다.

관성 측정장치가 생성한 로봇의 위치 및 움직임과 관련된 관성데이터는 데이터 송신부에 의해서 외부장치에 송신된다. 이때, 데이터 송신부는 이더넷을 이용하여 관성데이터를 송신할 수 있고, 관성데이터는 영상데이터가 송신되는 채널과는 다른 채널을 이용하여 송신될 수 있다.

광원(160)은 열화상 카메라(140), 복수의 제1 카메라(105) 및 복수의 제2 카메라(115)의 하부에서 빛을 방출하도록 구성된다. 이는 어두운 재난환경 속에서도 생존자 탐색 임무를 가능케 하기 위함이다.

광원(160)은 적어도 하나, 즉 1개 또는 복수 개로 구성될 수 있으며, 예컨대 LED(Light Emitting Diode) 또는 LD(Laser Diode) 등을 이용하여 구성될 수 있다. 한편, 광원(160)은, 광원(160)으로부터 방출된 빛으로 인해 카메라의 촬영이 방해되지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.

스피커(170)는 로봇의 주변에 소리를 출력시키도록 구성된다. 즉, 스피커(170)는 외부장치로부터 수신된 오디오 데이터(audio data) 또는 스피커(170) 내부에 기저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 도 1 내지 도 5에서는, 스피커(170)가 제1 인쇄회로기판(100) 상에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 인쇄회로기판(110) 또는 제3 인쇄회로기판(120)에 배치되는 것도 가능하다.

마이크(180)는 로봇 주변의 음성을 수집하도록 구성된다. 즉, 마이크(180)는 외부의 음향신호를 입력받아 전기적인 음성데이터(voice data)로 변환한다. 마이크(180)는 외부의 음향신호를 입력받는 과정에서 발생하는 잡음(noise)을 제거하기 위한 잡음제거(noise cancellation) 알고리즘을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치는 마이크(180)를 포함함으로써, 재난현장에 매몰되어 있는 생존자의 구조요청 음성을 들을 수 있다.

도 1 내지 도 5에서는, 마이크(180)가 제1 인쇄회로기판(100) 상에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 인쇄회로기판(110) 또는 제3 인쇄회로기판(120)에 배치되는 것도 가능하다.

마이크(180)로부터 수집된 음성데이터는 데이터 송신부에 의해서 외부장치에 송신된다. 이때, 데이터 송신부는 이더넷을 이용하여 음성데이터를 송신할 수 있고, 음성데이터는 관성데이터 및 영상데이터가 송신되는 채널과는 다른 채널을 이용하여 송신될 수 있다.

제1 연결부(130)는 제3 인쇄회로기판(120)의 후면에 부착되어, 로봇핸드(robot hand, 도 7의 720)가 연결될 수 있는 헤드부(head unit, 도 6의 640)와 결합되도록 구성된다. 여기서, 전면은 로봇의 전방을 향하는 면을 말하고, 후면은 로봇의 후방을 향하는 면을 말한다. 제1 연결부(130)는 제3 인쇄회로기판(120)의 형상과 대응되는 형상으로 구성되며, 제3 인쇄회로기판(120)의 위치를 고정하는 역할을 한다.

본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치는 위와 같은 구성을 포함하여, 생존자 탐색을 위한 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한, 위와 같은 구성요소를 모두 포함하는 경우에도, 구성요소들을 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 및 제3 인쇄회로기판(120)에 효율적으로 배치시킴으로써, 제1 인쇄회로기판(100) 및 제1 연결부(130) 사이의 수직거리는, 예컨대 20.35 mm 이하로 구성될 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 장착되는 로봇의 크기를 소형화시킬 수 있고, 협소한 공간의 재난현장에도 로봇이 투입될 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)의 분해사시도이다.

도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)는 보호캡(protective cap, 620), 헤드부(head unit, 640) 및 제2 연결부(second connection unit, 660)의 전부 또는 일부를 포함한다.

보호캡(620)은 제1 연결부(130)의 전방에 결합되어, 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 및 제3 인쇄회로기판(120)을 둘러싸도록 구성된다. 또한, 보호캡(620)에는 열화상 카메라(140), 복수의 제1 카메라(105) 및 복수의 제2 카메라(115)의 촬영 및 위치고정을 위한 복수의 관통홀(through hole, 625)이 구비될 수 있다. 따라서, 관통홀(625)의 위치 및 크기는 열화상 카메라(140), 복수의 제1 카메라(105) 및 복수의 제2 카메라(115) 각각의 위치 및 크기에 대응되도록 형성될 수 있다.

또한, 도 6에서 도시된 바와 같이, 제1 인쇄회로기판(100) 상에 광원(160), 스피커(170) 및 마이크(180)가 배치된 경우, 각 구성들의 위치 및 크기에 대응되도록 관통홀(625)이 형성될 수도 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)는 보호캡(620)을 포함함으로써, 인쇄회로기판 상에 배치된 복수의 센서 및 소자들을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 동시에, 보호캡(620)이 복수의 관통홀(625)을 포함함으로써, 제1 인쇄회로기판(100) 상에 배치되는 구성들의 성능을 보장할 수 있다.

헤드부(640)는 로봇핸드(도 7의 720)가 결합될 수 있고, 제1 연결부(130)의 후면과 결합되도록 구성된다. 헤드부(640) 내부에는 로봇 주변의 기체 농도(gas density)에 따른 기체데이터(gas data)를 생성하도록 구성된 가스 감지센서가 포함될 수 있다. 다만, 가스 감지센서가 반드시 헤드부(640) 내부에 포함되어야만 하는 것은 아니며, 제1 인쇄회로기판(100), 제2 인쇄회로기판(110) 또는 제3 인쇄회로기판(120) 중 어느 하나의 기판 상에 구비될 수도 있다.

가스 감지센서는 각종 가스, 예컨대 산소(O2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 메탄가스(CH4), LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 농도를 감지할 수 있도록 구성된다. 가스 감지센서는 각종 가스의 성분 및 농도를 측정한 후 그 결과에 따라 인체에 유해한 환경으로 판단된 경우, 경보 알람을 울리거나 위급 메시지를 송신할 수 있도록 구성된다.

가스 감지센서가 생성한 로봇 주변의 가스데이터 및 위급 메시지는 데이터 송신부에 의해서 외부장치에 송신된다. 이때, 데이터 송신부는 이더넷을 이용하여 가스데이터를 송신할 수 있고, 가스데이터는 음성데이터, 관성데이터 및 영상데이터가 송신되는 채널과는 다른 채널을 이용하여 송신될 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)가 가스 감지센서를 포함하는 경우, 사람이 직접 구조에 투입되기 어려운 농연환경에서도, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 장착된 로봇이 먼저 투입되어 현장상황을 파악할 수 있는 효과가 있다.

제2 연결부(660)는 헤드부(640)의 후방에 결합되어 헤드부(640)와 로봇의 몸체를 연결하는 역할을 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치는 위와 같은 구성을 포함하고 로봇에 장착됨으로써, 재난현장에 투입된 로봇이 이동 및 정찰기능을 가지는 것과 더불어, 다양한 재난현장에서의 주변 환경을 파악할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치가 장착된 로봇은 다양한 재난현장에서 생존자의 탐색을 위해 투입될 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치는 다수의 센서를 복수의 인쇄회로기판에 효율적으로 배치시킴으로써, 로봇의 크기를 소형화시킬 수 있으므로, 협소한 재난현장에도 투입될 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)가 로봇에 장착된 예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)는 뱀 형상의 로봇(robot, 700)의 머리 부분에 장착될 수 있다. 다만, 본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)가 뱀 형상(snake-type)의 로봇(700)에만 장착되어야 하는 것은 아니다.

한편, 도 7에서 도시된 바와 같이 로봇(700)은 예컨대, 3개의 로봇핸드(robot hand, 720)를 가질 수 있고, 로봇핸드(720)는 일정 지점을 기준으로 회전하여 뒤로 완전히 젖혀지거나 일정 각도로 꺾이는 것이 가능하다. 로봇(700)은 로봇핸드(720)를 이용하여 물체를 파지할 수도 있고, 로봇(700) 주변의 장애물을 제거할 수도 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 생존자 탐색장치(600)가 로봇(700)의 머리부분에 장착됨으로써, 건축물의 붕괴, 화재, 지진, 테러 등의 재난현장에 로봇(700)이 투입되어 인명구조 및 위험인지 등의 임무를 수행할 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 제1 인쇄회로기판 105: 제1 카메라
110: 제2 인쇄회로기판 115: 제2 카메라
120: 제3 인쇄회로기판 130: 제1 연결부
140: 열화상 카메라 150: 프로젝터
160: 광원 170: 스피커
180: 마이크 600: 생존자 탐색장치
620: 보호캡 625: 관통홀
640: 헤드부 660: 제2 연결부
700: 로봇 720: 로봇핸드

Claims

재난현장에 투입되는 로봇(robot)에 장착될 수 있는 생존자 탐색장치에 있어서,
제1 인쇄회로기판(first printed circuit board);
상기 제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되어, 상기 로봇의 전방을 촬영하도록 구성된 복수의 제1 카메라(first camera);
상기 제1 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제2 인쇄회로기판(second printed circuit board);
상기 제2 인쇄회로기판 상에 상기 복수의 제1 카메라와 각각 기설정된 각도를 이루도록 배치되어, 상기 로봇의 측방을 촬영하도록 구성된 복수의 제2 카메라(second camera);
상기 제1 인쇄회로기판 또는 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되어, 상기 로봇 주변의 열화상 이미지를 촬영하도록 구성된 열화상 카메라(thermal imaging camera);
상기 제2 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제3 인쇄회로기판(third printed circuit board); 및
상기 제3 인쇄회로기판 상에 구비되어, 상기 제1 인쇄회로기판 및 상기 제2 인쇄회로기판에 전력을 일정하게 공급하도록 구성된 전력조정부(power regulator unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 제1 카메라 사이에 배치되어 상기 로봇의 주변을 향해 광패턴(optical pattern)을 투사하도록 구성된 프로젝터(projector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 1항에 있어서,
상기 기설정된 각도는 60 ° 이고, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라를 이용하여 240°~ 280° 의 광시야각(wide field of view)을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라가 촬영하여 생성된 영상데이터(image data)를 외부장치(external device)에 송신하기 위한 데이터 송신부(data transmission unit)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 4항에 있어서,
상기 데이터 송신부는 유선통신(wired communication)을 이용하여 상기 영상데이터를 상기 외부장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 4항에 있어서,
상기 로봇의 움직임에 따른 관성데이터(inertia data)를 생성하도록 구성된 관성 측정장치(inertia measurement unit)를 더 포함하고,
상기 데이터 송신부는, 상기 관성데이터를 상기 외부장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 1항에 있어서,
상기 제3 인쇄회로기판의 후면에 부착되어, 로봇핸드(robot hand)가 연결될 수 있는 헤드부(head unit)와 결합되도록 구성된 제1 연결부(first connection unit); 및
상기 제1 연결부의 전방에 결합되어, 상기 제1 인쇄회로기판, 상기 제2 인쇄회로기판 및 상기 제3 인쇄회로기판을 둘러싸도록 구성되고, 상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라의 촬영 및 위치고정을 위한 복수의 관통홀(through hole)이 구비된 보호캡(protective cap)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 7항에 있어서,
상기 제1 인쇄회로기판 및 상기 제1 연결부 사이의 수직거리는 20.35 mm 이하인 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 4항에 있어서,
상기 로봇 주변의 기체 농도(gas density)에 따른 기체데이터(gas data)를 생성하도록 구성된 가스 감지센서(gas detection sensor)를 더 포함하고,
상기 데이터 송신부는, 상기 기체데이터를 상기 외부장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 1항에 있어서,
상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라의 렌즈(lens) 하부에서 빛을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광원(light source)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
제 1항에 있어서,
상기 로봇의 주변에 소리를 출력시키도록 구성된 스피커(speaker); 및
상기 로봇의 주변의 음성을 수집하도록 구성된 마이크(microphone)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색장치.
재난현장에 투입되는 로봇에 장착될 수 있는 생존자 탐색장치를 이용한 생존자 탐색방법에 있어서,
제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되는 복수의 제1 카메라가 상기 로봇의 전방을 촬영하는 과정;
상기 제1 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제2 인쇄회로기판 상에, 상기 복수의 제1 카메라와 각각 기설정된 각도를 이루도록 배치된 복수의 제2 카메라가 상기 로봇의 측방을 촬영하는 과정;
상기 제1 인쇄회로기판 또는 상기 제2 인쇄회로기판 상에 배치되는 열화상 카메라가 상기 로봇 주변의 열화상 이미지를 촬영하는 과정; 및
데이터 송신부가, 상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라가 촬영하여 생성된 영상데이터를 외부장치에 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법.
제 12항에 있어서,
상기 제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되는 복수의 제1 카메라가 상기 로봇의 전방을 촬영하는 과정 이전에,
상기 제2 인쇄회로기판의 후방에 배치되는 제3 인쇄회로기판 상에 구비된 전력조정부가 상기 제1 인쇄회로기판 및 상기 제2 인쇄회로기판에 전력을 일정하게 공급하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법.
제 12항에 있어서,
상기 제1 인쇄회로기판 상에 서로 기설정된 거리만큼 이격되도록 배치되는 복수의 제1 카메라가 상기 로봇의 전방을 촬영하는 과정은,
상기 복수의 제1 카메라 사이에 배치되는 프로젝터가 상기 로봇의 주변을 향해 광패턴을 투사하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법.
제 12항에 있어서,
상기 데이터 송신부는 유선통신을 이용하여 상기 영상데이터를 상기 외부장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법.
제 12항에 있어서,
상기 데이터 송신부가, 상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라가 촬영하여 생성된 영상데이터를 외부장치에 송신하는 과정은,
상기 데이터 송신부가, 상기 로봇의 움직임에 따른 관성데이터를 생성하도록 구성된 관성 측정장치가 생성한 관성데이터를 상기 외부장치에 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법.
제 12항에 있어서,
상기 데이터 송신부가 상기 열화상 카메라, 상기 복수의 제1 카메라 및 상기 복수의 제2 카메라가 촬영한 영상데이터를 외부장치에 송신하는 과정은,
상기 데이터 송신부가, 상기 로봇 주변의 기체 농도에 따른 기체데이터를 생성하도록 구성된 가스 감지센서가 생성한 기체데이터를 상기 외부장치에 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 생존자 탐색방법.