WO2024106675A1 - 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 컨테이너 상면에 부착된 상태로 주행하도록 구성되는 부착 주행 로봇; 및 상기 부착 주행 로봇과 인터페이스되며, 다자유도를 갖는 유연 로봇을 수용 및 신장시키며, 수하물에 대한 검사를 수행하는 유연 로봇 시스템을 포함하는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇이 제공된다.

Description

컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇

본 발명은 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 컨테이너 천장에 부착 및 이동이 가능하고, 수하물에 침투하여 시료를 채취할 수 있는 탐사 로봇에 관한 것이다.

대형 선박들 또는 선박들에 의해 수송되는 컨테이너 화물들은 무역 및 다른 목적으로 일반화되어 활용되고 있다. 항구들에 있는 컨테이너 터미널들은 컨테이너들의 선박 수송과 지상 수송 사이의 인터페이스를 제공하고, 항구에서의 입항 및 출항 컨테이너들을 효율적으로 핸들링 한다.

한편, 입항 컨테이너들에 대한 검사는 안전 및 보안의 목적, 상품들의 선적 시 정부 규제를 따르고 있는지를 검사하기 위한 목적에 있어서 중요한 프로세스이다.

크기가 큰 컨테이너들을 검사하기 위해서는, 컨테이너를 개봉하는 과정, 수하물에 대한 스캔 및 검사 과정, 수하물에 대한 시료 채취 과정이 필요한데, 기존에는 검사자가 직접 해당 과정을 수행한다.

구체적으로, 현재 채택하고 있는 검사방식인 전수 하역 검사는 탐색하고자 하는 관리 대상 화물에 도달하기 위해 지게차와 인력을 이용해 앞에 적재된 모든 화물을 하역하는 과정을 거쳐야 한다. 이 과정에서 발생하는 검사 인력과 검사 비용, 검사 시간으로 인해 제한된 시간에 한정된 개수의 컨테이너만을 검사할 수밖에 없다. 또한, 검사 과정에서 화물에 손상이 발생하는 사례도 존재하였다.

한편, 검사 시에 내부를 투시할 수 있는 스캐너를 활용하기도 한다. 그러나, 스캐너를 통해서 검사를 할 시에도, 스캔 대상 수하물을 특정하여야 하는 등 사람의 행위가 필수적으로 개입되었어야 했고, 스캐너의 성능에 따라 정확한 수하물 스캔이 이루어지지 않는 문제도 있었다.

따라서, 사람의 개입을 최소화하면서도 신속한 검사와 정확한 검사 및 저비용으로의 검사를 가능하게 하는 기술이 필요하다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 40피트 급 이상의 컨테이너에 적재되어 있는 비정형의 수하물을 하역하지 않거나 일부만 하역한 뒤 컨테이너 내부를 탐사 및 화물 검사를 할 수 있도록 하여, 검사 비용과 시간을 최소화 시키고 불법 화물의 유통을 방지하여 건전한 사회분위기 조성에 도움을 주도록 하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 컨테이너 상면에 부착된 상태로 주행하도록 구성되는 부착 주행 로봇; 및 상기 부착 주행 로봇과 인터페이스되며, 다자유도를 갖는 유연 로봇을 수용 및 신장시키며, 수하물에 대한 검사를 수행하는 유연 로봇 시스템을 포함하는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇이 제공된다.

상기 부착 주행 로봇은, 상기 컨테이너 상면에서의 주행을 가능하게 하는 무한궤도형 체인; 주행 중 장애물을 인식하기 위한 센서; 및 주행의 이동 자유도를 달성할 수 있도록 하는 슬라이딩 플레이트 구동부를 포함할 수 있다.

상기 무한궤도형 체인 내부에는, 상기 컨테이너 상면과의 부착 주행을 위한 영구자석이 포함될 수 있다.

상기 유연 로봇 시스템은, 상기 유연 로봇을 내장하기 위한 스풀; 및 상기 스풀 내부로부터 외부로 상기 유연 로봇을 공급해주도록 형성되는 롤러를 포함할 수 있다.

상기 유연 로봇의 말단에는, 수하물에 대한 외관 검사 및 시료 채취를 위한 검사 장치가 형성될 수 있다.

상기 검사 장치는, 외관 촬영 또는 스캔 방식을 통해 수하물의 외관을 검사하는 외관 검사부; 상기 수하물의 포장재에 천공을 수행하는 천공부; 및 상기 천공부에 의해 천공된 영역을 통해 수하물의 내부로 진입하여 시료를 채취하는 마이크로 로봇팔을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 40피트 급 이상의 컨테이너에 적재되어 있는 비정형의 수하물을 하역하지 않거나 일부만 하역한 뒤 컨테이너 내부를 탐사 및 화물 검사를 할 수 있게 되며, 이에 따라, 검사 비용과 시간을 최소화할 수 있고, 불법 화물의 유통을 방지하여 건전한 사회분위기 조성에 도움을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부착 주행 로봇의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연로봇 시스템의 공급 장치와 유연 로봇의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 로봇 시스템의 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사 로봇을 통해 컨테이너 적재 화물 세관 검사를 수행하는 과정을 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 탐사 로봇 시스템은, 부착 주행 로봇(100), 유연로봇 시스템(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

부착 주행 로봇(100)은 컨테이너의 내부 상면에 부착하여 주행이 가능하도록 구성된다.

도 2는 일 실시예에 따른 부착 주행 로봇(100)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 부착 주행 로봇(100)은 무한궤도형 체인(110), 카메라(120), 접근 센서(130), 슬라이딩 플레이트 구동부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 무한궤도형 체인(110), 카메라(120), 접근 센서(130), 슬라이딩 플레이트 구동부(140)는 부착 주행 로봇(100)의 일면에 함께 배치될 수도 있고, 적어도 일부는 부착 주행 로봇(100)의 일면에 배치되며, 나머지 일부는 타면에 배치될 수도 있다.

무한궤도형 체인(110)은 컨테이너 상면과 접촉하여 회전함으로써, 주행을 가능하게 한다. 또한, 무한궤도형 체인(110) 내에는 영구자석이 포함될 수 있는데, 이를 통해 컨테이너 상면과 부착된 상태로 주행할 수 있게 된다.

카메라(120) 및 접근 센서(130)는 주행 중 장애물을 인식하는 기능을 수행한다. 접근 센서(130)는 예를 들면, 레이저 센서 또는 라이다 센서로 구현될 수 있다. 장애물 인식 시에는 주행 방향을 전환하기 위한 제어 신호가 생성될 수 있다. 이러한 제어 신호는 부착 주행 로봇(100) 내부 또는 외부에 존재하는 제어부에 의해 생성될 수 있다. 슬라이딩 플레이트 구동부(140)는 주행에 있어서 이동 자유도, 예를 들면, 2 이동 자유도를 달성할 수 있도록 하고, 이하에서 설명하는 공급 장치와 유연 로봇 간의 인터페이스를 통합하는 기능을 수행한다.

한편, 다시 도 1을 참조하면, 유연로봇 시스템(200)은 공급 장치(210), 유연 로봇(220), 검사 장치(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연로봇 시스템(200)의 공급 장치(210)와 유연 로봇(220)의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 공급 장치(210)는 약 3m의 유연 로봇(220)을 내장하며, 롤러를 통해 유연 로봇(220)을 공급하는 기능을 한다. 이를 위해, 공급 장치(210)는 유연 로봇(220)을 내장하는 스풀(Spool, 211), 유연 로봇(220)을 스풀(211)의 내부에서 외부로 꼬임없이 안정적으로 공급해주기 위한 롤러(212)를 포함하여 구성될 수 있다.

유연 로봇(220)은 다자유도를 가지며, 스풀(211) 내부에 수용될 수 있다. 예를 들면, 유연 로봇(220)은 스풀(211) 내부에 나선형으로 수용될 수 있으며, 일정 형태로 수용될 수 있도록 스풀(211) 내부에는 유연 로봇(220) 공급 및 인입을 위한 가이드가 형성되어 있을 수 있다.

스풀(211)은 내부에 유연 로봇(220)을 수용할 수 있도록 속이 빈 형태의 원판형으로 형성될 수 있다. 스풀(211)의 설계에 필요한 변수는 유연 로봇(220)이 감기는 횟수와 전체 지름인데, 유연 로봇(220)의 총 길이에 따라 각 변수를 특정할 수 있다.

한편, 롤러(212)는 스풀(211)의 적어도 일부에 형성된 배출구의 양측에 배치될 수 있다. 롤러(212)는, 능동 회전을 통해 유연 로봇(220)과 롤러(212) 간의 마찰 병진력을 제공하는 드라이빙 롤러, 또는 수동 회전을 통해 유연 로봇(220)과 항상 맞닿은 상태로 유연 로봇(220)의 공급을 보조하는 핀칭 롤러로 구현될 수 있다.

유연 로봇(220)의 굴절각과 롤러(212)의 직경에 따라 롤러(212)의 구동에 필요한 모터의 요구 회전력이 계산될 수 있다.

한편, 유연 로봇(220)은 줄꼬임 구동기를 기반으로 한다. 컨테이너 천장에서 바닥까지 비정형 화물 틈 사이를 이동하기 위해 여러 줄꼬임 구동기 모듈을 내장하여 유연 로봇(220)을 여러 시그먼트로 나누어 제어함으로써 다자유도 구동과 강성 조절을 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 로봇 시스템(200)의 검사 장치(230)의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 검사 장치(230)는 유연 로봇(220)의 말단부에 형성되며, 수하물에 대한 외관 검사 및 시료 채취를 담당한다.

검사 장치(230)는 의심 화물의 외관을 검사하고 필요한 경우 천공 장치와 마이크로 로봇팔을 이용해 시료를 채취한다. 이를 위해, 검사 장치(230)는 외관 검사부(231), 천공부(232), 마이크로 로봇팔(233)을 포함하여 구성될 수 있다.

외관 검사부(231)는 병진 운동이 가능하여 유연 로봇(220)의 3축 운동과 함께 4축 제어 움직임으로 동작할 수 있다. 천공부(232)는 유연 로봇(220)의 말단으로부터 탈부착이 가능하도록 구성되며, 수하물의 포장지 재질에 따른 적절한 개봉방식으로 천공을 수행한다. 마이크로 로봇팔(233)은 시료 채취의 기능을 수행하며, 줄꼬임 구동기와 구름 관절로 구성되어 역기구학 해석을 통해 3자유도(1 병진운동, 2 회전운동) 제어로 구동될 수 있다. 마이크로 로봇팔(233) 말단에는 시료 채취용 스푼형 집게부가 형성되어 있을 수 있고, 이를 통해, 다양한 형태의 시료를 채취할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사 로봇을 통해 컨테이너 적재 화물 세관 검사를 수행하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 먼저, 탐사 로봇 시스템의 부착 주행 로봇(100)이 컨테이너 내부 상면에 부착되어 검사 대상 화물의 위치까지 주행한다(S501).

부착 주행 로봇(100) 이동을 마친 후에는 컨테이너 상면에 고정되어 있으며, 공급 장치(210)로부터 유연 로봇(220)이 인출되어 연직 이동함으로써, 검사 대상에 근접할 수 있다(502).

그 후에는, 외관 검사부(231)를 통해 스캔되는 정보를 통해 수하물의 외관 검사를 실시할 수 있고(503), 천공부(232)는 의심되는 수하물의 표면에 천공을 실시할 수 있다(504). 예를 들면, 검사 대상 화물을 담은 포장재에 적절한 천공 장치를 이용하여 직경 12mm 이상의 충분한 크기의 천공을 실시할 수 있다.

또한, 외관 검사부(231)는 카메라 등의 촬상 장치로 구현되는데, 수하물이 천공되었기 때문에, 수하물 내부에 대한 영상 촬영 및 검사가 가능해진다(505).

한편, 마이크로 로봇팔(233)은 천공된 공간을 통해 수하물의 내부로 진입하여 시료를 채취할 수도 있다(506). 이 때, 말단에 부착된 시료 채취용 스푼형 집게부를 활용할 수 있다.

검사 또는 시료 채취가 완료되면, 공급 장치(210)는 유연 로봇(220)을 스풀(211)로 복귀시키고(507), 부착 주행 로봇(100)의 고정을 해제한 뒤 컨테이너 외부로 돌아온다.

이상에서의 부착 주행 로봇(100) 및 유연 로봇 시스템(200)의 각 동작은 외부 단말기에서 생성되는 제어 신호에 의해 이루어질 수 있다(508). 또한, 외관 검사부(231)에 의해 스캔 또는 촬영되는 정보는 외부 단말기에 전송되어 관리자가 확인할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 40피트 급 이상의 컨테이너에 적재되어 있는 비정형의 수하물을 하역하지 않거나 일부만 하역한 뒤 컨테이너 내부를 탐사 및 화물 검사를 할 수 있게 되며, 이에 따라, 검사 비용과 시간을 최소화할 수 있고, 불법 화물의 유통을 방지하여 건전한 사회분위기 조성에 도움을 줄 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 부착 주행 로봇

110: 무한궤도형 체인

120: 카메라

130: 접근 센서

140: 슬라이딩 플레이트 구동부

200: 유연로봇 시스템

210: 공급 장치

211: 스풀

212: 롤러

220: 유연 로봇

230: 검사 장치

231: 외관 검사부

232: 천공부

233: 마이크로 로봇팔

Claims (6)

1. 컨테이너 상면에 부착된 상태로 주행하도록 구성되는 부착 주행 로봇; 및

   상기 부착 주행 로봇과 인터페이스되며, 다자유도를 갖는 유연 로봇을 수용 및 신장시키며, 수하물에 대한 검사를 수행하는 유연 로봇 시스템을 포함하는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇.
2. 제1항에 있어서,

   상기 부착 주행 로봇은,

   상기 컨테이너 상면에서의 주행을 가능하게 하는 무한궤도형 체인;

   주행 중 장애물을 인식하기 위한 센서; 및

   주행의 이동 자유도를 달성할 수 있도록 하는 슬라이딩 플레이트 구동부를 포함하는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇.
3. 제1항에 있어서,

   상기 무한궤도형 체인 내부에는,

   상기 컨테이너 상면과의 부착 주행을 위한 영구자석이 포함되는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇.
4. 제1항에 있어서,

   상기 유연 로봇 시스템은,

   상기 유연 로봇을 내장하기 위한 스풀; 및

   상기 스풀 내부로부터 외부로 상기 유연 로봇을 공급해주도록 형성되는 롤러를 포함하는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇.
5. 제1항에 있어서,

   상기 유연 로봇의 말단에는,

   수하물에 대한 외관 검사 및 시료 채취를 위한 검사 장치가 형성되는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇.
6. 제5항에 있어서,

   상기 검사 장치는,

   외관 촬영 또는 스캔 방식을 통해 수하물의 외관을 검사하는 외관 검사부;

   상기 수하물의 포장재에 천공을 수행하는 천공부; 및

   상기 천공부에 의해 천공된 영역을 통해 수하물의 내부로 진입하여 시료를 채취하는 마이크로 로봇팔을 포함하는, 컨테이너 적재 화물 세관 검사용 탐사 로봇.

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