WO2019107604A1 - 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇 - Google Patents

소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇 Download PDF

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WO2019107604A1
WO2019107604A1 PCT/KR2017/013878 KR2017013878W WO2019107604A1 WO 2019107604 A1 WO2019107604 A1 WO 2019107604A1 KR 2017013878 W KR2017013878 W KR 2017013878W WO 2019107604 A1 WO2019107604 A1 WO 2019107604A1
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WO
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unit
fire
control unit
space
motion
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/013878
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English (en)
French (fr)
Inventor
김형의
김형준
김형민
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코리아테스팅 주식회사
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Publication date
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    • A62C—FIRE-FIGHTING
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C31/00—Delivery of fire-extinguishing material
    • A62C31/02—Nozzles specially adapted for fire-extinguishing
    • A62C31/03—Nozzles specially adapted for fire-extinguishing adjustable, e.g. from spray to jet or vice versa
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
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    • A62C31/02—Nozzles specially adapted for fire-extinguishing
    • A62C31/24—Nozzles specially adapted for fire-extinguishing attached to ladders, poles, towers, or other structures with or without rotary heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
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    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/005—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on endless tracks or belts

Definitions

  • the present invention relates to a fire suppression robot having a fire extinguishing system automatic topping target designation, and more particularly, to a fire suppressing robot having a fire extinguishing function capable of suppressing a fire in a high- Robot.
  • a fire fighting robot for fire fighting has been developed, in which water is discharged to a fire site through a fire nozzle 32 after a fire hose is mounted and moved to a fire point.
  • the fire-fighting robot shown in FIG. 1 can access the fire scene instead of the fire-fighting robot, the problem that the fire-fighters are burned by the flame or is sucked by sucking the combustion gas can be solved.
  • the fire extinguishing method is used by discharging water to the fire site through fire extinguishing nozzles. Therefore, the distance that water can be discharged is limited, and fire extinguishing of high-rise buildings such as buildings is difficult. The problem with the device is still not resolved.
  • a fire suppression control system for a fire extinguisher automatic target placement type fire extinguishing system comprising: a fire unit (100) for emitting a fire extinguisher; And a steering angle control unit 200 for controlling the steering of the launch unit 100.
  • the steering angle control unit 200 includes a first steering angle control unit 210 for performing a rolling motion of the launch unit 100, And a second steer angle control unit (220) for executing yawing motion of the launch unit (100).
  • the fire extinguisher may be a fire extinguisher having a fire extinguishing material therein or a fire extinguisher having a dimple formed on an outer circumferential face thereof.
  • the position tracking unit 300 may further include a position tracking unit 300 for tracking a fire position.
  • the position tracking unit 300 includes at least one of an ultraviolet sensor 310 and an infrared sensor 320.
  • the position tracking unit 300 may further include a direction adjusting unit 301 for controlling a fire position tracking direction, and the direction adjusting unit 301 may include a direction detecting unit And a second direction adjusting unit 301-2 for performing yawing motion of the position tracking unit 300.
  • the first direction adjusting unit 301-1 includes a first direction adjusting unit 301-1 and a second direction adjusting unit 301-2.
  • the controller may further include a transfer unit 400 for transferring the launch unit 100 and the steering angle control unit 200.
  • the transfer unit 400 may further include a support unit 410 for limiting the displacement of the launch unit 100 that occurs in response to a force by which the launch unit 100 fires the fire extinguisher, And a plurality of reaction force supports 410A coupled to the edge of the transfer unit 400 are assembled together.
  • the reaction support bracket 410A includes a fixed support portion 410A-1 and a hinge connection portion 410A-2, one end of which is hinged to the fixed support portion 410A-1 and the other of which is hinged to the transfer portion 400. [ And an angle formed between the hinge connection part 410A-2 and the conveyance part 400. The angle of the hinge connection part 410A-1 and the hinge connection part 410A- And a portion 410A-3.
  • the posture estimating unit may further include an orientation estimating unit that estimates an orientation of the fire fighting robot based on an angle detected by the gyro sensor and an angle detected by the acceleration sensor, And the fire fighting robot is restored to a specified arbitrary posture.
  • the transfer unit 400 further includes a transfer unit body 401 connected to the steering angle control unit 200.
  • the transfer unit body 401 includes a sliding movement unit 400 for controlling the XY plane movement of the steering angle control unit 200
  • the sliding movement unit 401A includes a first sliding movement unit 401A-1 for adjusting the sliding movement of the steering angle control unit 200 in the Y-axis direction, a first sliding movement unit 401A- And a second sliding movement part 401A-2 for controlling the sliding movement of the first sliding part 401A-1 in the X-axis direction.
  • the launching unit 100 includes a launching platform 110 having a space 111 in which a fire suppression port is located and an actuator 120.
  • the actuator 120 has a space A cylinder tube 123 in which a motion space 122 of a piston rod 121 that fires a fire suppression port located at a predetermined position of the piston rod 121 and a piston motion timing control unit 124 that controls a motion timing of the piston rod 121, And a control unit.
  • piston motion time control unit 124 may press and fix the piston rod 121 in correspondence with the input hydraulic fluid.
  • a piston ring 121-1 is formed at the other end of the piston rod 121 and is inserted into the movement space 122 through an air inlet 123-1 formed on the other side of the cylinder tube 123 And is decelerated at an arbitrary position by an airbag portion 123-2 formed at one side of the cylinder tube 123.
  • the airbag portion 123-2 is disposed at a predetermined position.
  • the airbag section 123-2 is disposed at a position spaced apart from the movement space 122 by a distance A from the air inflow section 123-1 and by a distance B from the air inflow section 123-1
  • a first pressure equalizing passage 1 communicating with the motion space 122 of the air inlet portion 123-1 and a second pressure equalizing passage 2 communicating with the motion space 122
  • a second pressure equalizing passage (3) for communicating the motion space (122) at a position spaced apart by D from the air inlet (123-1).
  • a ⁇ B ⁇ C ⁇ D A ⁇ B ⁇ C ⁇ D
  • the fire-fighting robot of the present invention which is a target-specific fire-fighting robot, fire extinguishers such as fire extinguishers and crushers to suppress the fire, so that the fire suppressor There is an advantage that can suppress the fire.
  • the area in which fire can be suppressed is widened, so that a conventional fire suppression robot can suppress a fire that can not be suppressed. It is possible to minimize damage.
  • the location of the fire can be traced by using the ultraviolet sensor and the infrared sensor, it is possible to precisely designate the target point of the fire extinguisher even in an environment where visibility can not be secured due to smoke generated in the fire.
  • the fire suppression robot estimates the posture of the fire suppression robot and keeps the fire suppression robot in a predetermined posture based on the estimated posture of the fire suppression robot, thereby maximizing the fire accuracy of the fire suppression chamber.
  • the fire suppression unit is divided into a crushing unit for destroying the object and a fire extinguishing unit having the fire extinguishing material embedded therein, so that the fire suppressing unit can be selectively used according to the fire environment.
  • a steel wire is formed on the inner circumference of the launch part to solve the problem that the fire accuracy of the fire extinguisher is reduced due to disturbance such as wind and air resistance, and dimple is formed on the surface of the crusher to maximize the firing distance and speed of the crusher.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional fire fighting robot.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a launching part and a steering angle control part of a fire fighting robot of the fire fighting robot of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a fire suppression robot with a fire extinguisher automatic loading target designation equipped with a transfer unit according to the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual view showing a position tracking unit of a fire fighting robot with a fire target automatic fire extinguishing system according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a supporting portion formed on a fire fighting robot of a fire fighting automatic targeting target designation type fire fighting robot according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line A-A of the fire suppression robot designated by the automatic fire target of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an actuator of a fire fighting robot of the fire fighting robot of the present invention.
  • Figs. 8 to 15 are a cross-sectional view and a system view showing an actuator of a fire fighting robot of the fire fighting robot of the automatic fire extinguishing system of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a fire fighting robot 1000 with a fire extinguisher automatic loading target designation according to the present invention.
  • the fire fighting robot 1000 includes a fire unit 100 for emitting a fire suppression port and a steering angle control unit 200 for controlling the steering of the fire unit 100 .
  • the steering angle control unit 200 adjusts the direction of the launching unit 100 to a direction in which a fire suppression port can be fired toward a target point where a fire occurs, It is to fire the suppression ball and suppress the fire at the target point.
  • the steering angle control unit 200 may have various configurations as long as it can control the multi-axis of the launch unit 100.
  • the rolling motion of the launch unit 100 is executed based on the X- And a second steer angle control unit 220 for executing yawing motion of the launch unit 100 with respect to the Z axis.
  • the first steer angle control unit 210 has a minimum configuration, Is maximized.
  • the first steering angle control unit 210 includes a groove for receiving the launch unit 100.
  • the first steering angle control unit 210 includes a first steering angle control unit 210, And the lower portion of the first steering angle control unit 210 is tilted in the up and down direction according to the rotation of the first steering angle rotation shaft 211,
  • the second steering angle control unit 220 is coupled to the upper side of the second steering angle control unit 360 so as to be rotatable 360 degrees about the Z axis so that the launching unit 100 can have a wider firing area in biaxial motion.
  • the fire fighting robot 1000 may further include a transfer unit 400 for transferring the launch unit 100 and the steering angle control unit 200, and the upper side of the transfer unit 400
  • the transfer unit body 401 having the sliding movement unit 401A for controlling the movement of the steering angle control unit 200 on the XY plane is positioned and the transfer unit 400 and the steering angle control unit 200 are connected to each other through the transfer unit body 401 Can be connected.
  • the sliding movement unit 401A can move the steering angle control unit 200 freely on the XY plane, the sliding movement unit 401A may have various structures.
  • first sliding movement unit 401A-1 and the steering angle control unit 200 are slidably engaged to move the steering angle control unit 200 in the X-axis direction along the first sliding movement unit 401A-1
  • the first sliding moving part 401A-1 is slidably engaged with the second sliding moving part 401A-2 so that the first sliding moving part 401A-1 and the second sliding moving part 401A- In the Y-axis direction.
  • the steering angle control unit 200 can have more freedom of movement on the XY plane.
  • the fire extinguisher may be a fire extinguisher provided with a fire extinguishing material therein or a crusher having dimples formed on an outer circumferential face thereof.
  • the fire extinguisher containing the fire extinguishing material when the place where the fire occurs is a building, the fire extinguisher containing the fire extinguishing material must be infiltrated into the inside of the building where the fire occurred. Therefore, the fire extinguisher can be crushed by a glass window or flame, In the case where there is no path through which the fire extinguisher can move to the fire point, the fire extinguisher is fired and the fire extinguisher is destroyed by the fire extinguisher, So that a possible path can be formed.
  • the crusher since the crusher must have a speed higher than a certain level in order to crush an object positioned at a target point, it is recommended that a plurality of dimples are formed on the outer circumference to minimize a decrease in speed due to air resistance during the flight, ,
  • the crusher had a diameter of 14 cm and a thickness of 1.2 cm.
  • the crusher consisted of one type in which 126 dimples having a radius of 1.35 cm were placed on the surface of the crusher at an interval of 18 degrees, and a type having a diameter of 14 cm and a diameter of 1.15 cm A total of 126 dimples having a radius of 1.35 cm on the surface of the crushing ball and having a diameter of 14 cm and a thickness of 1.2 cm and having a radius of 1.2 cm on the surface of the crushing ball, There are three types of 78 dimples spaced 22.5 degrees apart and a radius of 1.35 cm on the surface of the crusher with a diameter of 14 cm and a thickness of 1.2 cm 48 dimples may be 4 types spaced 30 degrees apart, and each type of crusher weighs 4.5kg.
  • a steel wire is formed on the launch part 100, and the fire extinguisher is rotated by a certain amount or more when the fire extinguisher is fired, so that the fire extinguisher is blown, It is possible to prevent a deviation from the specified path due to a disturbance factor such as a resistance.
  • the fire fighting robot according to the present invention may further include a position-tracking unit 300 for tracking a fire position, and the position-tracking unit 300 may include an ultraviolet sensor (310) and an infrared ray sensor (320). By using the two sensors simultaneously, the fire position can be tracked more accurately.
  • the ultraviolet sensor 310 and the infrared sensor 320 have different wavelength ranges of the measurable light, it is possible to detect a position tracking error that may occur when only one sensor is used by using two different sensors in combination It can be corrected.
  • the infrared sensor may be a manual type which does not have a light emitter and reads only the change of infrared rays received from the outside world, but it may be an active type in which the infrared rays are copied by themselves to detect a change by blocking the light.
  • the position tracking unit 300 may include a direction adjusting unit 301 for controlling a fire position tracking direction, and the direction adjusting unit 301 may perform a rolling motion of the position tracking unit 300 And may include a first direction adjusting unit 301-1 and a second direction adjusting unit 301-2 that performs yawing motion of the position tracking unit 300.
  • the first direction controller 301-1 includes a first pulley 302 coupled to the position sensor unit 330 on which the ultraviolet sensor 310 and the infrared sensor 320 are mounted, A second pulley 304 connected to the first pulley 302 by a first belt 303 and a first motor 305 for controlling rotation of the second pulley 304,
  • the first pulley 302 adjusts the rotation of the tracking sensor 330 based on the X axis and the second direction adjuster 301-2 adjusts the rotation of the first pulley 302
  • a third pulley 307 connected to the first belt 303 and the direction adjusting body 306 to which the second pulley 304 and the first motor 305 are coupled,
  • the motor 309 rotates the third pulley 307 and the fourth pulley 308 connected by the second belt so that the second direction adjuster 301-2 is rotated by the direction adjusting body 306, As shown in FIG.
  • the infrared sensor 320 may be mounted on the tracking control unit 330 and may be coupled to the tracking control unit 330. In this case, It is possible to track the fire point separately from the built-in infrared ray sensor 320.
  • the position tracking unit 300 is coupled to the steering angle control unit 200.
  • the position tracking unit 300 may be coupled to the launch unit 100, The position-tracking unit 300 or the launching unit 100, which are combined using the first direction adjusting unit 301-1 and the second direction adjusting unit 301-2, Of course, exercise is possible.
  • the fire fighting robot 1000 may further include a transfer unit 400 for transferring the launch unit 100 and the steering angle control unit 200, And a support unit 410 for limiting the displacement of the launching unit 100, which occurs in response to a force by which the launching unit 100 fires the fire extinguisher.
  • the fire fighting robot 1000 fires a fire extinguisher at a fire point in the fire unit 100, so that when the fire extinguisher is fired at the fire extinguisher 100, A reaction force corresponding to the force for emitting the fire extinguisher may be generated and the fire suppression robot 1000 may be pushed back from the initial fire point by the generated reaction force.
  • the fire fighting robot 1000 restricts the occurrence of displacement when the fire-fighting unit 100 fires a fire suppression port using the support unit 410, so that the fire fighting robot 1000 can fire the fire-
  • the accuracy of the launched fire suppression sphere is lowered and the positional information on the tracked fire point becomes unusable information.
  • a new fire suppression sphere is launched, And solves the conventional problem of obtaining new information.
  • the support unit 410 may include a plurality of reaction force supports 410A coupled to the edge of the transfer unit 400.
  • Each of the reaction force supports 410A may include a fixed support unit 410A-1, A hinge connection part 410A-2 hinged to the stationary support part 410A-1 and hinged to the transfer part 400 on the other side and a hinge connection part 410A-2 hinge-connected to the stationary support part 410A-1 and the hinge connection parts 410A- And a driving motion adjusting unit 410A-3 for adjusting the angle formed by the hinge connection unit 410A-2 and the conveyance unit body 401.
  • the support part 410 disperses the reaction force for emitting the fire extinguisher in the launch part 100 by using the fixed support part 410A-1 in contact with the ground, and the fire extinguishing part 100,
  • the driving motion adjusting unit 410A-3 controls each of the reaction force supporting rods 410A, ) Can return to the initial position before fire extinguishing.
  • the fire fighting robot 1000 is configured such that the support portion 410 is fixed to the ground located on the edge of the endless track wheel 420 in a state where the endless track wheel 420 of the transfer portion 400 is in contact with the ground
  • the supporting unit 410 may have a second fire mode in which the fire suppression robot 1000 is supported while the caterpillar 420 is separated from the ground,
  • An attitude estimation unit for estimating the attitude of the suppressing robot can be provided to restore the posture of the fire suppression robot generated when the fire unit 100 fires the fire suppression unit in the second fire mode to the posture of the fire extinguisher.
  • the posture estimation unit built in the fire fighting robot compares the posture information before the fire suppression unit is fired by the fire unit 100 with the posture information after the fire suppression unit is fired by the fire unit 100,
  • the reaction force support 410A is restored to the posture of the fire suppression robot before the fire suppression robot 100 launches the fire suppression port.
  • the posture estimating unit estimates the posture based on the angle detected by the gyro sensor and the angle detected by the acceleration sensor, and the angle measurement of the gyro sensor is performed by the following equation 1,
  • the detection can be performed by the following equation (2), and a Kalman filter can be used for the posture estimation through the combination of the angles measured by the gyro sensor and the acceleration sensor.
  • the launching unit 100 includes a launching platform 110 having a space 111 in which a fire suppression port is located,
  • the actuator 120 includes a piston rod (not shown) for emitting a fire suppression port located in the space 111, as shown in FIG. 7,
  • a piston ring 121-1 is formed at the other side edge of the piston rod 121 so that air is introduced into the movement space 122 from the first control unit CU-
  • the pressure of the air located in the movement space 122 located on the other side of the piston ring 121-1 becomes higher and the piston rod 121 located in the movement space 122 moves from one side
  • the fire suppression port located in the space 111 is fired to the target position by pushing the fire suppression port located in the space 111 of the launching platform 110.
  • the motion time control unit 124 includes an ABS system that repeats an operation of pressing the piston rod 121 and an operation of separating the piston rod 121 from the piston rod 121, The speed of motion of the piston rod 121 can be controlled.
  • the driving energy of the exercise time control unit 124 may be fluid such as air or hydraulic oil input from the second control unit CU-2 and the second control unit CU- 1 to the motion timing control unit 124.
  • the air is supplied to the motion timing control unit 124 through the piston rod 121 so that the cross-sectional area of the motion timing control unit 124, which contacts the piston rod 121, It is possible to make the motion time control unit 124 more smoothly control the motion speed and the motion time point of the piston rod 121 by making the cross-sectional area of the first space 122-1 larger than the cross-
  • the launching platform 100 may include a fire extinguisher provided on both sides of a launching platform 110 having an internal space formed therein.
  • a space for the fire extinguisher is communicated with the space of the launching platform 110 to install the fire extinguisher in the space of the launching platform 110, So that it can be introduced into the space.
  • the piston rod 121 is connected to the moving space 122 through the air inlet 123-1 formed on the other side of the cylinder tube 123, And can be decelerated at an arbitrary position by the airbag section 123-2 formed on one side of the cylinder tube 123.
  • the airbag section 123-2 is formed on one side of the cylinder tube 123, and the piston rod 121 pushes the fire suppression port located in the space 111 It is possible to prevent an accident that occurs when the piston rod 121 is decelerated and the piston ring 121-1 collides with the cylinder tube 123 after firing.
  • the airbag section 123-2 includes the moving space 122 at a position spaced by A from the air inflow section 123-1, the air inflow section 123- And a first pressure equalizing passage (1) for communicating the motion space (122) at a position spaced by B from the first pressure equalizing passage (1), wherein the first pressure equalizing passage (1)
  • a first air discharge passage 2 communicating with the motion space 122 may be formed in the first space.
  • the piston rod 121 is accelerated until the other end of the piston ring 121-1 is positioned at L3, so that the fire suppression port can be pushed more strongly. Since the piston ring 121-1 has passed through L3 The pressure in the first space 122-1 and the pressure in the second space 122-2 are made equal to each other using the pressure equalization passage 1 and the pressure in the second space 122- 1 to the outside, thereby causing the piston rod 121 to decelerate after passing L3.
  • the airbag section 123-2 of the fire fighting robot includes the moving space 122 at a position spaced apart from the air inflow section 123-1 by C, And a second pressure equalizing passage (3) for communicating the motion space (122) at a position spaced apart by D from the inlet (123-1).
  • the volume of the second space 122-2 becomes narrower after the piston ring 121-1 passes the L4 position, and the air located on the second space 122-2 is continuously compressed ,
  • the second pressure equalizing passage 3 is formed after the first pressure equalizing passage 1, so that the pressure in the second space 122-2 is increased,
  • the pressure in the second space 122-2 is excessively increased as the first space 122-1 and the second space 122-2 are communicated with each other through the second pressure equalization passage 3 as shown in FIG. Thereby preventing the cylinder tube 123 from being damaged.
  • the fire fighting robot according to the present invention includes a second air discharge passage 4 (see FIG. 14) that communicates with the movement space 123 at a position spaced apart from the air inflow portion 123-1 by E And the second air discharge passage 4 is connected to the third control unit CU-3 capable of controlling the pressure on the second air discharge passage 4, 121 to the pre-acceleration position.
  • the second space 122- Since the pressure of the first space 122 is higher than that of the first space 122-1, the third control unit CU-3 is blocked until the piston rod 121 is stopped as shown in FIG. 15, And the air inlet 123-1 is communicated with the outside by using the first control unit CU-1 so that the piston rod 121 is connected to the fire extinguisher And return to the position before the launch.
  • the first pressure equalizing passage 1 and the second pressure equalizing passage 3 are controlled by the first check valve 5 and the second check valve 6 so that the cross sectional area of the flow passage is controlled,
  • the first check valve 5 and the second check valve 6 are connected to the first pressure equalizing passage 1 and the second pressure equalizing passage It is recommended to shut off the flow path of the first space 122-1 and keep the pressure of the second space 122-2 higher than the pressure of the first space 122-1.

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Abstract

본 발명은 화재 진압 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화재진압구를 발사하는 발사부와, 발사부의 조향을 제어하는 조향각 제어부와, 화재 감지 위치를 추적하는 위치 추적부와, 화재 진압 로봇의 이동을 제어하는 이송부와, 발사부의 변위를 제한하는 지지부와, 화재 진압 로봇의 자세를 추정하여 화재 진압 로봇이 수평 상태를 유지하게 하는 자세 추정부를 포함하며, 가변되는 상황에 대응하여 보다 효율적으로 화재를 진압 가능한 화재 진압 로봇에 관한 것이다.

Description

소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇
본 발명은 소화구 자동 탑제 타켓 지정형 화재 진압 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화재 진압이 어려운 고층 건물의 화재와, 사람이 접근하기 어려운 공간의 화재를 보다 효율적으로 진압할 수 있는, 화재진압 로봇에 관한 것이다.
종래에는 소화를 위한 물이 저장된 소방차를 화재 현장과 인접한 위치까지 이동시킨 후, 소방관이 소방호수를 이용하여 소방차에 저장된 물을 화재 현장으로 방출함으로써 화재를 진압하였다.
그러나, 이러한 직접 소화 방식은 소방관이 뜨거운 화염과 연소가스에 직접 노출되기 때문에 소방관이 화상을 입거나 연소가스에 중독되는 문제를 야기하였고, 화염에 의하여 주변계 온도가 높게 올라간 경우 소방관이 화재를 보다 효율적으로 진압할 수 있는 위치까지 접근하기 어려워, 화재 진압 효율성이 떨어지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 소방관이 소방 호수를 통하여 물을 방출할 수 있는 높이에 한계가 있어 일정 높이 이상의 고층 건물의 경우 화재 진압이 어려운 문제점 또한 있었다.
이후, 이러한 문제점을 해결하고자 도 1에 도시된 바와 같이 소방호스를 장착한 상태로 화재 지점까지 이동 후, 소방노즐(32)을 통해 화재 현장에 물을 방출하는 화재 진압용 소방로봇이 개발되었다.
그러나, 도 1에 도시된 소방로봇은 소방관을 대신하여 화재 현장으로 접근 가능하기 때문에 소방관이 화염에 의해 화상을 입거나 연소가스를 흡입하여 중독되는 문제점은 해결할 수 있었으나, 종래에 화재를 진압하기 위하여 사용되던 소방차와 마찬가지로, 소화 노즐을 통하여 화재 현장에 물을 방출함으로써 화재를 진압하는 방식을 사용하기 때문에, 물을 방출할 수 있는 거리가 제한되어 빌딩과 같은 고층 건물의 화재 진압이 어려웠던 종래의 소화장치가 가지는 문제점은 여전히 해결하지 못한 상태이다.
따라서, 종래의 소방로봇보다 화재 진압 가능 영역이 넓은 새로운 형태의 소방로봇의 필요성이 대두되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
등록특허 제10-1400770호(2014.05.22.)
본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래에 진압하기 어려웠던 화재를 진압할 수 있는 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇을 제공하는 것이다.
즉, 화재가 발생한 위치가 높아 소방호수에서 방출되는 물이 화재 지점에 닿지 않거나, 소방차가 화재 현장으로의 진입이 어려워 화재가 확대되는 것을 지켜봐야만 했던 종래의 문제점을 해결함으로서, 화재로 인한 인명 피해와 재산 피해를 최소화 하는 것이다.
또한, 소방관이 화재 현장으로 직접 진입 시 소방관이 화염으로 인해 화상을 입거나, 유독가스에 노출되어 유독가스 중독 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 소방로봇을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇은, 화재진압구를 발사하는 발사부(100); 및 상기 발사부(100)의 조향을 제어하는 조향각 제어부(200);를 포함하며, 상기 조향각 제어부(200)는 상기 발사부(100)의 롤링 모션을 실행하는 제1 조향각 제어부(210)와, 상기 발사부(100)의 요잉 모션을 실행하는 제2 조향각 제어부(220)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화재진압구는 내부에 소화물질이 구비된 소화구 또는 외주면에 딤플이 형성된 파쇄구인 것을 특징으로 한다.
또한, 화재 위치를 추적하는 위치 추적부(300)를 더 포함하며, 상기 위치 추적부(300)는 자외선 센서(310)와, 적외선 센서(320) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 위치 추적부(300)는 화재 위치 추적 방향을 제어하는 방향 조절부(301)를 더 포함하며, 상기 방향 조절부(301)는 상기 위치 추적부(300)의 롤링 모션을 실행하는 제1 방향 조절부(301-1)와, 상기 위치 추적부(300)의 요잉 모션을 실행하는 제2 방향 조절부(301-2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발사부(100)와 상기 조향각 제어부(200)를 이송하는 이송부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이송부(400)는 상기 발사부(100)가 상기 화재진압구를 발사하는 힘에 대응하여 발생하는 상기 발사부(100)의 변위를 제한하는 지지부(410)를 더 포함하며, 상기 지지부(410)는 상기 이송부(400)의 가장자리에 결합된 복수개의 반력지지대(410A)가 모여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반력지지대(410A)는 고정 지지부(410A-1)와, 일측이 상기 고정 지지부(410A-1)와 힌지 결합되고, 타측이 상기 이송부(400)에 힌지 결합되는 힌지 연결부(410A-2)와, 상기 고정 지지부(410A-1)와 상기 힌지 연결부(410A-2)가 형성하는 각도와, 상기 힌지 연결부(410A-2)와 상기 이송부(400)가 형성하는 각도를 조절하는 구동 모션 조절부(410A-3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 자이로 센서에 의해 검출된 각도와, 가속도 센서에 의해 검출된 각도를 기반으로 상기 화재 진압 로봇의 자세를 추정하는 자세 추정부를 더 포함하며, 상기 자세 추정부는 상기 반력지지대(410A)와 연동하여 상기 화재 진압 로봇을 지정된 임의의 자세로 복원시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이송부(400)는 상기 조향각 제어부(200)와 연결되는 이송부 몸체(401)를 더 포함하고, 상기 이송부 몸체(401)는 상기 조향각 제어부(200)의 XY 평면 이동을 조절하는 슬라이딩 이동부(401A)를 더 포함하며, 상기 슬라이딩 이동부(401A)는 상기 조향각 제어부(200)의 Y축 방향 슬라이딩 운동을 조절하는 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)와, 상기 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)의 X축 방향 슬라이딩 운동을 조절하는 제2 슬라이딩 이동부(401A-2)가 모여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발사부(100)는 내부에 화재진압구가 위치되는 구비공간(111)이 형성된 발사대(110)와, 액추에이터(120)를 포함하고, 상기 액추에이터(120)는 내부에 상기 구비공간(111)에 위치된 화재진압구를 발사하는 피스톤 로드(121)의 운동공간(122)이 형성된 실린더 튜브(123)와, 상기 피스톤 로드(121)의 운동 시점을 제어하는 피스톤 운동시점 제어부(124)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피스톤 운동시점 제어부(124)는 입력되는 유압유에 대응하여 상기 피스톤 로드(121)를 압박 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피스톤 로드(121)는 타측 가장자리에 피스톤 링(121-1)이 형성되어, 상기 실린더 튜브(123)의 타측에 형성된 공기유입부(123-1)를 통해 운동공간(122)으로 입력되는 공기에 대응하여 타측에서 일측으로 운동하되, 상기 실린더 튜브(123)의 일측에 형성된 에어백부(123-2)에 의해 임의의 위치에서 감속되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어백부(123-2)는 상기 공기유입부(123-1)에서 A만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)과, 상기 공기유입부(123-1)에서 B만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)을 연통하는 제1 압력 균일화 통로(1)와, 상기 에어백부(123-2)는 상기 공기유입부(123-1)에서 C만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)과, 상기 공기유입부(123-1)에서 D만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)을 연통하는 제2 압력 균일화 통로(3)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. (A<B<C<D)
또한, 상기 제1 압력 균일화 통로(1)가 형성된 제1 압력 균일화 구역(S1) 상에 위치되며, 상기 운동 공간(122)과 외부를 연통하는 제1 공기 방출 통로(2)와, 상기 공기유입부(123-1)에서 E만큼 이격된 위치에 위치되며, 상기 운동공간(123)과 외부를 연통하는 제2 공기 방출 통로(4)를 더 포함하고, 상기 제2 공기 방출 통로(4)는 상기 제2 공기 방출 통로(4)를 통해 상기 피스톤 링(121-1)의 일측에 위치된 상기 운동 공간(122)로 공기를 주입하여, 상기 피스톤 로드(121)를 화재진압구 발사 전의 위치로 복귀시키는 제3 제어부(CU-3)와 연결되는 것을 특징으로 한다. (A<B<C<E≤D)
본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇은 소화구나 파쇄구와 같은 화재진압구를 발사하여 화재를 진압하므로, 물을 방출하여 화재를 진압하는 종래의 화재 진압 장치로 진압할 수 없었던 고층 건물의 화재를 진압 가능한 장점이 있다.
즉, 단순히 물을 방출하여 화재를 진압하는 종래의 화재 진압 로봇과 비교하여 화재 진압 가능 영역이 넓어져, 종래의 화재 진압 로봇이 진압할 수 없었던 화재를 진압 가능하므로, 화재로 인한 인명 피해와 재산 피해를 최소화 가능한 것이다.
또한, 자외선 센서와 적외선 센서를 이용하여 화재 발생 위치를 추적 가능하므로, 화재에서 발생한 연기로 인하여 시야 확보가 어려운 환경에서도, 화재진압구의 발사 목표 지점을 정확히 지정 가능한 장점이 있다.
그리고, 화재 진압 로봇의 자세를 추정하고, 추정된 화재 진압 로봇의 자세를 기반으로 화재 진압 로봇이 일정한 자세를 유지하게 함으로써, 화재진압구의 발사 정확도를 극대화 가능한 장점이 있다.
아울러, 실린더에 피스톤 로드가 화재진압구를 발사 후 공기 압력차에 의해 자연스럽게 감속되는 에어백 시스템이 적용되어, 피스톤 로드와 실린더가 부딪히며 발생하는 소음, 파손 문제를 해결 가능한 장점이 있다.
또한, 화재 진압구가 대상물체를 파괴하는 파쇄구와, 소화물질이 내장된 소화구로 구분되어, 화재 환경에 맞춰 화재진압구를 선택 사용 가능하므로, 보다 다양한 화재 상황에 대응 가능한 장점이 있다.
또한, 발사부의 내주면에 강선을 형성하여 바람 및 공기저항 등 외란에 의해 화재진압구의 발사 정확도가 감소되는 문제점을 해결하였으며, 파쇄구의 표면에 딤플을 형성하여 파쇄구의 발사 거리와 속도를 극대화 하였다.
도 1은 종래의 화재 진압 로봇을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇의 발사부와 조향각 제어부를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇에 이송부가 구비된 것을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇의 위치 추적부를 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇에 지지부가 형성된 것을 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇의 A-A 단면도.
도 7은 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇의 액추에이터를 나타낸 사시도.
도 8내지 도 15는 본 발명인 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇의 액추에이터를 나타낸 단면도 및 시스템도.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇(1000)에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 소화구 자동 탑재 타겟 지정형 화재 진압 로봇(1000)을 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명인 화재 진압 로봇(1000)은 화재진압구를 발사하는 발사부(100)와, 상기 발사부(100)의 조향을 제어하는 조향각 제어부(200)를 포함하여 이루어진다.
상세히 설명하면, 상기 조향각 제어부(200)에서 상기 발사부(100)의 방향을 화재가 발생한 목표 지점을 향하여 화재진압구를 발사할 수 있는 방향으로 조절하고, 상기 발사부(100)에서 선택되는 화재진압구를 발사하여 목표 지점의 화재를 진압하는 것이다.
이때, 상기 조향각 제어부(200)는 상기 발사부(100)를 다축 제어 가능하면 충분하므로 다양한 구성을 가질 수 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이 X축을 기준으로 발사부(100)의 롤링 모션을 실행하는 제1 조향각 제어부(210)와, Z축을 기준으로 발사부(100)의 요잉 모션을 실행하는 제2 조향각 제어부(220)로 이루어져, 최소한의 구성으로 발사부(100)의 화재진압구 발사 영역을 극대화 하는 것을 권장한다.
다시한번 설명하면, 상기 제1 조향각 제어부(210)의 상측 단부에 상기 발사부(100)가 끼워지는 홈이 형성되고, X축 방향으로 연장 형성된 제1 조향각 제어부(210)의 제1 조향각 회전축(211)에 발사부(100)가 끼워져, 상기 제1 조향각 회전축(211)의 회전에 대응하여 상기 발사부(100)가 상하 방향으로 틸팅운동 하며, 상기 제1 조향각 제어부(210)의 하측이 상기 제2 조향각 제어부(220)의 상측에 Z축을 중심으로 360도 회전 가능하게 결합되어, 발사부(100)가 2축 운동으로 보다 넓은 발사 영역을 가질 수 있게 한 것이다.
또한, 도 3을 참조하면 본 발명인 화재 진압 로봇(1000)은 상기 발사부(100)와 상기 조향각 제어부(200)를 이송하는 이송부(400)를 더 포함할 수 있으며, 상기 이송부(400)의 상측에 조향각 제어부(200)의 XY평면 상의 이동을 조절하는 슬라이딩 이동부(401A)가 형성된 이송부 몸체(401)가 위치되어, 이송부(400)와 조향각 제어부(200)가 상기 이송부 몸체(401)를 통하여 연결될 수 있다.
이때, 상기 슬라이딩 이동부(401A)는 상기 조향각 제어부(200)를 XY 평면 상에서 자유롭에 이동시킬 수 있으면 충분하므로 다양한 구조가 될 수 있으며, 일 실시예로는 상기 조향각 제어부(200)의 X축 방향 슬라이딩 운동을 조절하는 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)와, 상기 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)의 Y축 방향 슬라이딩 운동을 조절하는 제2 슬라이딩 이동부(401A-2)를 포함하는 구조일 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)와 상기 조향각 제어부(200)를 슬라이딩 결합하여, 조향각 제어부(200)가 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)를 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 하고, 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)와 제2 슬라이딩 이동부(401A-2)를 슬라이딩 결합하여, 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)가 제2 슬라이딩 이동부(401A-2)를 따라 Y축 방향으로 이동 가능하게 한 것이다.
따라서, 상기 조향각 제어부(200)는 XY 평면 상에서 보다 자유로운 움직임을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 화재진압구는 내부에 소화물질이 구비된 소화구 또는 외주면에 딤플이 형성된 파쇄구일 수 있다.
상세히 설명하면, 화재가 발생한 장소가 건물일 경우 화재가 발생한 건물 내부로 소화물질이 들어있는 소화구를 침투 시켜야 하므로, 화재진압구를 건물의 유리창 또는 화염에 의해 강도가 약해진 벽을 파쇄 가능한 파쇄구와, 내부에 소화물질이 들어있는 소화구로 분류하여, 화재 발생 지점까지 소화구가 이동 가능한 경로 가 없는 경우, 파쇄구를 발사하여 소화구가 이동하여야 하는 경로에 있는 대상물을 파괴시킴으로써, 소화구가 이동 가능한 경로를 형성 가능하게 한 것이다.
이때, 상기 파쇄구는 목표 지점에 위치된 대상물을 파쇄하기 위하여 일정 이상의 속도를 가져야 하므로, 외주면에 복수개의 딤플이 형성하여 날아가는 과정에서 공기 저항에 의해 속도가 감소되는 것을 최소화 하는 것을 권장하며, 보다 효율적으로 공기 저항을 감소시키기 위하여 파쇄구는 14cm의 직경과 1.2cm의 두께를 가질 때 파쇄구의 표면에 1.35cm의 반지름을 가지는 126개의 딤플이 18도마다 이격 배치되는 1타입과, 14cm의 직경과 1.15cm의 두께를 가지며 파쇄구의 표면에 1.35cm의 반지름을 가지는 총 126개의 딤플이 18도마다 이격 배치되는 2타입과, 14cm의 직경과 1.2cm의 두께를 가지며 파쇄구의 표면에 1.2cm의 반지름을 가지는 총 78개의 딤플이 22.5도마다 이격 배치되는 3타입과, 14cm의 직경과 1.2cm의 두께를 가질 때 파쇄구의 표면에 1.35cm의 반지름을 가지는 48개의 딤플이 30도마다 이격 배치되는 4타입일 수 있으며, 각 타입의 파쇄구는 4.5kg의 무게를 가지는 것을 권장한다.
그리고, 본 발명인 화재 진압 로봇은 상기 발사부(100)에 강선이 형성되어 상기 화재진압구가 발사 시 일정 이상의 회전을 하게 함으로써, 화재진압구가 발사된 후 화재 지점까지 이동하는 과정에서 바람, 공기저항 등의 외란 요인에 의해 지정된 경로에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명인 화재 진압 로봇은 도 3에 도시된 바와 같이 화재 위치를 추적하는 위치 추적부(300)를 더 포함할 수 있으며, 상기 위치 추적부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 자외선 센서(310)와 적외선 센서(320)를 포함할 수 있으며, 두가지 센서를 동시에 사용함으로서 화재 위치를 보다 정확히 추적 가능하다.
상세히 설명하면, 자외선 센서(310)와 적외선 센서(320)의 경우 측정 가능한 빛의 파장대가 서로 다르므로, 서로 다른 두 가지 센서를 복합 사용하여 어느 하나의 센서만 사용할 경우 발생할 수 있는 위치 추적 오류를 보정 가능한 것이다.
이때, 상기 적외선 센서는 자체에는 발광기를 가지지 않고 외계로부터 받는 적외선의 변화만을 읽어내는 수동식일 수 있으나, 스스로 적외선을 복사하여 빛이 차단됨으로써 변화를 감지하는 능동식일 수 있다.
또한, 상기 위치 추적부(300)는 화재 위치 추적 방향을 제어하는 방향 조절부(301)를 포함할 수 있으며, 상기 방향 조절부(301)는 상기 위치 추적부(300)의 롤링 모션을 실행하는 제1 방향 조절부(301-1)와, 상기 위치 추적부(300)의 요잉 모션을 실행하는 제2 방향 조절부(301-2)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 제1 방향 조절부(301-1)는 상기 자외선 센서(310)와 상기 적외선 센서(320)가 장착되는 위치 추적 센서부(330)와 결합되는 제1 풀리(302)와, 상기 제1 풀리(302)와 제1 벨트(303)로 연결된 제2 풀리(304)와, 상기 제2 풀리(304)의 회전을 제어하는 제1 모터(305)로 이루어져, 상기 제1 모터(305)의 회전에 대응하여 상기 제1 풀리(302)가 X축을 기준으로 이루어지는 상기 추적 센서부(330)의 회전을 조절하고, 상기 제2 방향 조절부(301-2)는 상기 제1 풀리(302)와, 상기 제1 벨트(303)와, 상기 제2 풀리(304)와 상기 제1 모터(305)가 결합되는 방향조절부 몸체(306)와 제3 풀리(307)로 연결되되, 팬 모터(309)가 제3 풀리(307)와 제2 벨트로 연결된 제4 풀리(308)를 회전시켜, 제2 방향 조절부(301-2)가 Z축을 기준으로 이루어지는 방향조절부 몸체(306)의 회전을 조절하는 것이다.
이때, 상기 적외선 센서(320)는 상기 추적 센서부(330)에만 내장될 수 있으나, 이 외에도 도 4에 도시된 바와 같이 방향조절부 몸체(306) 상에 결합되어, 추적 센서부(330)에 내장된 적외선 센서(320)와 별도로 화재 지점을 추적하게 할 수 있다.
그리고, 도 3에서는 상기 위치 추적부(300)가 상기 조향각 제어부(200)에 결합된 것을 도시 하였으나, 이 외에도 상기 위치 추적부(300)는 상기 발사부(100)에 결합될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 방향 조절부(301-1)와 상기 제2 방향 조절부(301-2)를 이용하여 결합된 상기 위치 추적부(300) 또는 상기 발사부(100)와 별도의 운동이 가능함은 물론이다.
또한, 도 5를 참조하면 본 발명인 화재 진압 로봇(1000)는 상기 발사부(100)와 상기 조향각 제어부(200)를 이송하는 이송부(400)를 더 포함할 수 있으며, 상기 이송부(400)는 상기 발사부(100)가 상기 화재진압구를 발사하는 힘에 대응하여 발생하는 발사부(100)의 변위를 제한하는 지지부(410)를 더 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 본 발명인 화재 진압 로봇(1000)은 상기 발사부(100)에서 화재 지점에 화재진압구를 발사하여 화재를 진화하므로, 발사부(100)에서 목표 대상으로 화재진압구를 발사 시 화재진압구를 발사하는 힘에 대응하는 반력이 발생하며, 발생되는 반력에 의해 화재 진압 로봇(1000)이 초기 발사 지점에서 뒤로 밀리는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명인 화재 진압 로봇(1000)은 상기 지지부(410)를 이용하여 상기 발사부(100)가 화재진압구를 발사 시 변위가 발생하는 것을 제한함으로서, 화재 진압 로봇(1000)이 지정된 위치에서 움직일 경우 발사된 화재진압구의 정확도가 낮아지고, 추적된 화재 지점에 대한 위치 정보가 사용 불가능한 정보가 되어, 새로운 화재진압구를 발사할 때 마다 상기 위치 추적부(300)를 이용하여 화재 위치에 대한 새로운 정보를 얻어야 했던 종래의 문제점을 해결 한 것이다.
이때, 상기 지지부(410)는 상기 이송부(400)의 가장자리에 결합된 복수개의 반력지지대(410A)가 모여 이루어질 수 있고, 각각의 상기 반력지지대(410A)는 고정 지지부(410A-1)와, 일측이 상기 고정 지지부(410A-1)와 힌지 결합되고, 타측이 상기 이송부(400)에 힌지 결합되는 힌지 연결부(410A-2)와, 상기 고정 지지부(410A-1)와 상기 힌지 연결부(410A-2)가 형성하는 각도와, 상기 힌지 연결부(410A-2)와 상기 이송부 몸체(401)가 형성하는 각도를 조절하는 구동 모션 조절부(410A-3)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 지지부(410)는 상기 발사부(100)에서 화재진압구를 발사하는 반력을 지면과 접하는 고정 지지부(410A-1)를 이용하여 분산시키고, 발사부(100)가 화재진압구를 발사하는 힘에 대응하여 화재 진압 로봇(1000)이 지정된 임의의 위치에서 이탈 할 경우, 상기 구동 모션 조절부(410A-3)가 각각의 반력지지대(410A)를 제어하여, 화재 진압 로봇(1000)이 화재진압구 발사 전의 초기 위치로 복귀 가능한 것이다.
그리고, 본 발명인 화재 진압 로봇(1000)은 상기 이송부(400)의 무한궤도차륜(420)이 지면에 접한 상태에서 상기 지지부(410)가 무한궤도차륜(420)의 가장자리에 위치된 지면에 고정되는 제1 발사형태를 가질 수 있으나, 이 외에도 상기 무한궤도차륜(420)이 지면에서 이격된 상태에서 상기 지지부(410)가 화재 진압 로봇(1000)을 지지하는 제2 발사형태를 가질 수 있으며, 화재 진압 로봇의 자세를 추정하는 자세 추정부가 구비되어 제2 발사 형태에서 발사부(100)가 화재진압구를 발사 시 발생하는 화재 진압 로봇의 자세를 화재진압구 발사 전의 자세로 복원시킬 수 있다.
상세히 설명하면, 화재 진압 로봇에 내장된 자세 추정부가 발사부(100)에서 화재진압구를 발사하기 전의 자세 정보와, 발사부(100)에서 화재진압구를 발사 한 후의 자세 정보를 비교한 후 연동된 반력지지대(410A)를 제어하여, 화재 진압 로봇이 발사부(100)에서 화재진압구를 발사하기 전의 자세로 복원되는 것이다.
이때, 상기 자세 추정부는 자이로 센서에 의해 검출된 각도와, 가속도 센서에 의해 검출된 각도를 기반으로 자세를 추정하며, 상기 자이로 센서의 각도 측정은 하기 식 1에 의해 이루어지고, 가속도 센서에 의한 각도 검출은 하기 식 2에 의해 이루어질 수 있으며, 자이로 센서와 가속도 센서에서 측정된 각도의 결합을 통한 자세 추정은 칼만 필터를 이용할 수 있다.
식 1)
Figure PCTKR2017013878-appb-I000001
식 2)
Figure PCTKR2017013878-appb-I000002
또한, 도 6에 도시된 화재 진압 로봇의 A-A단면도를 참조하면, 상기 발사부(100)는 내부에 화재진압구가 위치되는 구비공간(111)이 형성된 발사대(110)와, 상기 구비공간(111)에 위치된 화재진압구를 발사 시키는 액추에이터(120)를 포함하며, 상기 액추에이터(120)는 도 7에 도시된 바와 같이 내부에 상기 구비공간(111)에 위치된 화재진압구를 발사하는 피스톤 로드(121)의 운동공간(122)이 형성된 실린더 튜브(123)와, 상기 피스톤 로드(121)의 운동 시점을 제어하는 피스톤 운동시점 제어부(124)를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 8에 도시된 B-B 참조하여 상세히 설명하면, 상기 피스톤 로드(121)의 타측 가장자리에 피스톤 링(121-1)이 형성되어, 제1 제어부(CU-1)에서 상기 운동공간(122)으로 공기를 보내면, 상기 피스톤 링(121-1)의 타측에 위치된 상기 운동공간(122)에 위치된 공기의 압력이 높아지게 되어, 상기 운동공간(122)에 위치된 피스톤 로드(121)가 타측에서 일측으로 이동하여 상기 발사대(110)의 구비공간(111)에 위치된 화재진압구를 밀어줌으로써, 구비공간(111)에 위치된 화재진압구가 목표 위치로 발사되는 것이다.
이때, 단순히 상기 제1 제어부(CU-1)에서 상기 운동부(122)로 주입하는 공기에 대응하여 상기 피스톤 로드(121)가 움직일 경우, 상기 피스톤 로드(121)가 상기 화재진압구를 밀어 화재 지점까지 발사할 충분한 힘을 얻을 수 없으므로, 상기 피스톤 운동시점 제어부(124)가 상기 피스톤 로드(121)의 가장자리를 압박 고정하고, 상기 제1 제어부(CU-1)에서 상기 피스톤 로드(121)의 타측에 위치된 제1 공간(122-1)으로 공기를 주입하여, 제1 공간(122-1) 상의 공기를 압축 시킨 후 상기 운동시점 제어부(124)가 일정 시점에 압박하는 피스톤 로드(121)를 놓아주게 함으로서, 상기 피스톤 로드(121)가 화재진압구를 밀어 지정된 위치로 발사할 수 있는 충분한 힘을 얻게 할 수 있다.
그리고, 상기 운동시점 제어부(124)는 상기 피스톤 로드(121)를 압박하는 동작과, 피스톤 로드(121)로부터 이격되는 동작을 반복하는 ABS 시스템이 내장되어, 피스톤 로드(121)를 압박하는 회수 제어를 통해 피스톤 로드(121)의 운동 속도를 제어할 수 있다.
또한, 운동시점 제어부(124)의 구동 에너지는 제2 제어부(CU-2)에서 입력되는 공기 또는 유압유 등의 유체일 수 있으며, 상기 제2 제어부(CU-2)는 상기 제1 제어부(CU-1)와 동일한 압력을 가지는 공기 또는 유압유를 상기 운동시점 제어부(124)에 공급하되, 상기 피스톤 로드(121)와 접하는 상기 운동시점 제어부(124)의 단면적을 피스톤 로드(121)를 밀어주는 공기가 위치되는 상기 제1 공간(122-1)의 단면적 보다 크게 하여, 운동시점 제어부(124)가 보다 원활하게 피스톤 로드(121)의 운동속도와 운동시점을 제어 가능하게 할 수 있다.
아울러, 도 5를 참조하면 상기 발사대(100)는 내부에 구비공간이 형성된 발사대(110)의 양쪽 측면에 화재진압구가 구비되는 구비대가 형성될 수 있고, 상기 구비대는 내부에 화재진압구를 비치 가능하며, 화재진압구가 구비되는 공간이 상기 발사대(110)의 구비공간과 연통되어 발사대(110)의 구비공간에 화재진압구를 장전해야 할 경우, 구비대에서 비치된 화재진압구가 연통된 상기 구비공간으로 유입되게 할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 9를 참조하여 설명하면 상기 피스톤 로드(121)는 상기 실린더 튜브(123)의 타측에 형성된 공기유입부(123-1)를 통해 운동공간(122)으로 입력되는 공기에 대응하여 타측에서 일측으로 운동하되, 상기 실린더 튜브(123)의 일측에 형성된 에어백부(123-2)에 의해 임의의 위치에서 감속 가능하다.
상세히 설명하면, 상기 피스톤 로드(121)는 피스톤 로드(121)의 가장자리를 압박하는 상기 운동시점 제어부(124)의 단부가 피스톤 로드(121)의 가장자리에서 떨어질 시, 상기 피스톤 링(121-1)의 타측에 위치되는 제1 공간(122-1)과 피스톤 링(121-1)의 일측에 위치되는 제2 공간(122-2)의 압력 차에 대응하여 타측에서 일측으로 운동하며, 상기 제1 공간(122-1)과 상기 제2 공간(122-2)의 압력 차가 높아 피스톤 로드(121)의 운동 속도가 빨라질 경우, 피스톤 링(121-1)이 실린더 튜브(123)에 부딪혀 소음이 발생할 뿐만 아니라 파손사고 또한 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명인 화재 진압 로봇은 상기 실린더 튜브(123)의 일측에 상기 에어백부(123-2)를 형성하여, 상기 피스톤 로드(121)가 상기 구비공간(111)에 위치된 화재진압구를 밀어 발사시킨 후, 피스톤 로드(121)가 감속되게 하여 피스톤 링(121-1)이 실린더 튜브(123)와 부딪힐 경우 발생하는 사고를 방지 가능한 것이다.
또한, 도 의 10을 참조하여 설명하면 상기 에어백부(123-2)는 상기 공기유입부(123-1)에서 A만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)과, 상기 공기유입부(123-1)에서 B만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)을 연통하는 제1 압력 균일화 통로(1)를 포함하며, 상기 제1 압력 균일화 통로(1)가 형성된 제1 압력 균일화 구역(S1) 상에 상기 운동 공간(122)과 외부를 연통하는 제1 공기 방출 통로(2)가 형성될 수 있다.
상세히 설명하면, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 링(121-1)의 후측 단부가 L1에서 L2에 위치될 때 까지 상기 공기유입부(123-1)로 공기가 유입되면 상기 피스톤 링(121-1)의 타측에 위치된 상기 제1 공간(122-1)의 공기 압력이, 피스톤 링(121-1)의 일측에 위치된 상기 제1 공간(122-2)의 공기 압력 보다 높아져, 상기 제1 공기 방출 통로(2)를 통해 공기가 빠져 나가게 되므로, 제2 공간(122-2)에 위치된 공기가 피스톤 로드(121)의 운동을 저해하는 것을 방지할 수 있고, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 링(121-1)의 후측 단부가 L2를 지나게 되면, 상기 제1 공간(122-1)과 상기 제2 공간(122-2)이 상기 제1 압력 균일화 통로(1)를 통해 서로 연통되어 제1 공간(122-1)과 제2 공간(122-2)의 압력이 동일하게 되고, 피스톤 링(121-1)의 후측 단부가 L3을 지나게 되면 제1 공기 방출 통로(2)를 통하여 공기가 외부로 배출되므로, 피스톤 링(121-1)이 L3을 지난 후 피스톤 로드(121)가 감속하게 되는 것이다.
즉, 피스톤 링(121-1)의 타측 단부가 L3에 위치되는 시점까지 피스톤 로드(121)가 가속되어 화재진압구를 보다 강하게 밀수 있게 하되, 피스톤 링(121-1)이 L3을 지난 이후 제1 압력 균일화 통로(1)를 이용하여 제1 공간(122-1)과 제2 공간(122-2)의 압력을 동일하게 하고, 제1 공기 방출 통로(2)를 통하여 제2 공간(122-1)의 공기를 외부로 방출함으로써, 피스톤 로드(121)가 L3를 지난 이후 감속되게 한 것이다.
또한, 도 14를 참조하여 설명하면 본 발명인 화재 진압 로봇의 상기 에어백부(123-2)는 상기 공기유입부(123-1)에서 C만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)과, 상기 공기유입부(123-1)에서 D만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)을 연통하는 제2 압력 균일화 통로(3)가 더 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 피스톤 링(121-1)이 상기 L4 위치를 지난 후 상기 제2 공간(122-2)의 부피가 좁아지며 제2 공간(122-2) 상에 위치되는 공기가 지속적으로 압축될 경우, 제2 공간(122-2)의 압력이 과도하게 높아지는 문제가 있으므로, 상기 제2 압력 균일화 통로(3)를 상기 제1 압력 균일화 통로(1) 이후에 형성하여, 도 15에 도시된 바와 같이 제2 압력 균일화 통로(3)를 통하여 제1 공간(122-1)과 제2 공간(122-2)을 연통하여 줌으로서, 제2 공간(122-2)의 압력이 과도하게 증가하여 실린더 튜브(123)가 파손되는 문제를 방지한 것이다.
또한, 도 14 및 도 16을 참조하면 본 발명인 화재 진압 로봇은 상기 공기유입부(123-1)에서 E만큼 이격된 위치에 상기 운동공간(123)과 외부를 연통하는 제2 공기 방출 통로(4)가 형성될 수 있고, 상기 제2 공기 방출 통로(4)는 제2 공기 방출 통로(4) 상의 압력을 조절 가능한 제3 제어부(CU-3)와 연결되어, 보다 효율적으로 정지된 피스톤 로드(121)를 가속 전 위치로 복귀 시킬 수 있다.
도 16를 참조하여 상세히 설명하면, 화재진압구 발사 후 상기 에어백부(123-2)에 의해 정지된 피스톤 로드(121)를 화재진압구 발사 전의 위치로 복귀 시키기 위하여, 상기 제2 공간(122-2)의 압력을 상기 제1 공간(122-1)보다 높여야 하므로, 도 15에 도시된 바와 같이 피스톤 로드(121)가 정지된 시점까지 제3 제어부(CU-3)에 의해 막혀있으며, 이후 제2 공간(122-2)에 공기를 입력하고, 상기 제1 제어부(CU-1)를 이용하여 공기유입부(123-1)가 외부와 연통하게 함으로서, 피스톤 로드(121)를 화재진압구를 발사하기 전의 위치로 복귀 시키는 것이다.
아울러, 상기 제1 압력 균일화 통로(1)와 상기 제2 압력 균일화 통로(3)는 각각 제1 체크밸브(5)와 제2 체크밸브(6)에 의해 유로 단면적이 제어되며, 상기 피스톤 로드(121)가 화재진압구를 발사하기 전의 위치로 복귀하는 시점에서, 상기 제1 체크벨브(5)와 상기 제2 체크밸브(6)가 제1 압력 균일화 통로(1)와 제2 압력 균일화 통로(3)의 유로를 차단하여, 제2 공간(122-2)의 압력이 제1 공간(122-1)의 압력보다 높은 상태로 유지되게 하는 것을 권장한다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 화재진압구를 발사하는 발사부(100); 및
    상기 발사부(100)의 조향을 제어하는 조향각 제어부(200);를 포함하며,
    상기 조향각 제어부(200)는 상기 발사부(100)의 롤링 모션을 실행하는 제1 조향각 제어부(210)와, 상기 발사부(100)의 요잉 모션을 실행하는 제2 조향각 제어부(220)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화재진압구는 내부에 소화물질이 구비된 소화구 또는 외주면에 딤플이 형성된 파쇄구인 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  3. 제 1항에 있어서,
    화재 위치를 추적하는 위치 추적부(300)를 더 포함하며, 상기 위치 추적부(300)는 자외선 센서(310)와, 적외선 센서(320) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 위치 추적부(300)는 화재 위치 추적 방향을 제어하는 방향 조절부(301)를 더 포함하며, 상기 방향 조절부(301)는 상기 위치 추적부(300)의 롤링 모션을 실행하는 제1 방향 조절부(301-1)와, 상기 위치 추적부(300)의 요잉 모션을 실행하는 제2 방향 조절부(301-2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발사부(100)와 상기 조향각 제어부(200)를 이송하는 이송부(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 이송부(400)는 상기 발사부(100)가 상기 화재진압구를 발사하는 힘에 대응하여 발생하는 상기 발사부(100)의 변위를 제한하는 지지부(410)를 더 포함하며, 상기 지지부(410)는 상기 이송부(400)의 가장자리에 결합된 복수개의 반력지지대(410A)가 모여 이루어진 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반력지지대(410A)는 고정 지지부(410A-1)와, 일측이 상기 고정 지지부(410A-1)와 힌지 결합되고, 타측이 상기 이송부(400)에 힌지 결합되는 힌지 연결부(410A-2)와, 상기 고정 지지부(410A-1)와 상기 힌지 연결부(410A-2)가 형성하는 각도와, 상기 힌지 연결부(410A-2)와 상기 이송부(400)가 형성하는 각도를 조절하는 구동 모션 조절부(410A-3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  8. 제 7항에 있어서,
    자이로 센서에 의해 검출된 각도와, 가속도 센서에 의해 검출된 각도를 기반으로 상기 화재 진압 로봇의 자세를 추정하는 자세 추정부를 더 포함하며, 상기 자세 추정부는 상기 반력지지대(410A)와 연동하여 상기 화재 진압 로봇을 지정된 임의의 자세로 복원시키는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 이송부(400)는 상기 조향각 제어부(200)와 연결되는 이송부 몸체(401)를 더 포함하고,
    상기 이송부 몸체(401)는 상기 조향각 제어부(200)의 XY 평면 이동을 조절하는 슬라이딩 이동부(401A)를 더 포함하며,
    상기 슬라이딩 이동부(401A)는 상기 조향각 제어부(200)의 Y축 방향 슬라이딩 운동을 조절하는 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)와, 상기 제1 슬라이딩 이동부(401A-1)의 X축 방향 슬라이딩 운동을 조절하는 제2 슬라이딩 이동부(401A-2)가 모여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 발사부(100)는 내부에 화재진압구가 위치되는 구비공간(111)이 형성된 발사대(110)와, 액추에이터(120)를 포함하고,
    상기 액추에이터(120)는 내부에 상기 구비공간(111)에 위치된 화재진압구를 발사하는 피스톤 로드(121)의 운동공간(122)이 형성된 실린더 튜브(123)와, 상기 피스톤 로드(121)의 운동 시점을 제어하는 피스톤 운동시점 제어부(124)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 피스톤 운동시점 제어부(124)는 입력되는 유압유에 대응하여 상기 피스톤 로드(121)를 압박 고정하는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 피스톤 로드(121)는 타측 가장자리에 피스톤 링(121-1)이 형성되어, 상기 실린더 튜브(123)의 타측에 형성된 공기유입부(123-1)를 통해 운동공간(122)으로 입력되는 공기에 대응하여 타측에서 일측으로 운동하되, 상기 실린더 튜브(123)의 일측에 형성된 에어백부(123-2)에 의해 임의의 위치에서 감속되는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 에어백부(123-2)는 상기 공기유입부(123-1)에서 A만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)과, 상기 공기유입부(123-1)에서 B만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)을 연통하는 제1 압력 균일화 통로(1)와, 상기 에어백부(123-2)는 상기 공기유입부(123-1)에서 C만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)과, 상기 공기유입부(123-1)에서 D만큼 이격된 위치의 상기 운동공간(122)을 연통하는 제2 압력 균일화 통로(3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.(A<B<C<D)
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 압력 균일화 통로(1)가 형성된 제1 압력 균일화 구역(S1) 상에 위치되며, 상기 운동 공간(122)과 외부를 연통하는 제1 공기 방출 통로(2)와, 상기 공기유입부(123-1)에서 E만큼 이격된 위치에 위치되며, 상기 운동공간(123)과 외부를 연통하는 제2 공기 방출 통로(4)를 더 포함하고, 상기 제2 공기 방출 통로(4)는 상기 제2 공기 방출 통로(4)를 통해 상기 피스톤 링(121-1)의 일측에 위치된 상기 운동 공간(122)로 공기를 주입하여, 상기 피스톤 로드(121)를 화재진압구 발사 전의 위치로 복귀시키는 제3 제어부(CU-3)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 화재 진압 로봇.(A<B<C<E≤D)
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