KR101123759B1 - 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇의 냉각시스템에 있어서 상기 냉각시스템은 상기 냉각시스템은 하부구동플랫폼의 상판에 설치되어 항상 소방수가 잔류해 있고 측면으로 잔류해 있는 소방수가 분출될 수 있는 구조로 상기 모바일 플랫폼의 내부와 상기 무한궤도 구동장치를 냉각시켜주는 내부수냉블럭 시스템과; 화재 진압시 로봇 외부를 냉각시키기 위해 소방수를 분사하여 수막을 형성시키는 자위분사 시스템과; 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 소방수에 의한 열차단과 소방수의 기화에 의한 냉각효과를 부과하기 위한 외부수냉블럭 시스템으로 구성된다.

상기 내부수냉블럭 시스템은 상기 소방수가 잔류되고 분출되어 상기 무한궤도 구동장치와 센서유니트 및 통합제어기와 같은 하부플랫폼의 내부를 냉각시켜주는 다수개의 수냉블럭탱크와, 상기 소방수에서 분기하여 소방수가 공급되는 소방수 공급라인으로 구성되고, 상기 수냉블럭탱크는 팬 형상으로 물이 고일 수 있게 외벽이 형성된 타입이며, 좌우외벽에는 상기 소방수가 흘러내릴 수 있는 분출구가 다수개 형성된다.

상기 자위분사 시스템은 소방수를 분사하는 자위분사노즐과 소방수 연결 커넥터로 구성되며, 상기 자위분사노즐은 상기 소방수를 분사하고 형태를 이루는 노즐프레임과, 상기 소방수가 상부로 뻗어나가는 것을 제한하는 상부캡과, 고온에서

로봇 외부표면에 최대한 분사가 되게 하기 위하여 소방수의 분사압력에 따라 분사각도를 조절하는 반사판으로 구성되고, 상기 반사판은 상기 상부캡에 설치되어 소방수의 분사압력에 따라 상하로 오르내릴 수 있는 유동형 구조이다.

상기 외부수냉블럭 시스템은 로봇바디 및 상기 소방포장치의 표면에 설치되어 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 상기 자위분사노즐로부터 분사된 소방수의 일부를 고이게 하는 로봇수냉케이싱과, 상기 자위분사노즐로부터 분사된 소방수가 상기 소방포장치의 외부벽으로 유입되게 하는 냉각자켓으로 구성되고, 상기 로봇수냉케이싱은 상기 소방수가 고일 수 있는 일정 크기의 다수개의 외부수냉블럭으로 구획되고, 상기 내부수냉블럭과 상기 로봇수냉케이싱의 표면에는 내열페인트가 도색된 구조인 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템이다.

본 발명에 따르면 극 고온하에서 로봇 및 모바일 시스템의 내부제어시스템 및 기타 전자장치를 최대 80°C(군 스펙)이하로 유지시켜 올바른 동작이 가능하게 하며, 자체 냉각을 위한 소방수의 소모량을 최대한 줄일 수 있고 냉각하고자 하는 목적물에 대한 냉각효과를 극대화할 수 있다.

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Description

고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템{Cooling System of Robot under High Temperature Surroundings}

본 발명은 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화재 현장 같은 고온 환경에서 작업하는 소방용 로봇의 냉각시스템에 관한 것으로 냉매냉각과 자위노즐분사와 수냉블럭을 이용하여 로봇의 내부 온도를 80°C 이하로 낮추는 방법에 관한 것이다.

극 고온하에서 로봇 및 모바일 시스템이 작업하기 위해서는 내부제어시스템 및 기타 전자장치를 최대 80°C (군 스펙)이하로 유지시켜야 올바른 동작이 가능하다.

냉각시스템의 종류는 냉매를 이용한 방식과 수냉을 이용한 방식을 들 수가 있는데 냉매의 경우 자주 교환 및 리필을 해야하는 문제점을 가지고 있으며, 수냉방식 또한 소방차와 같이 소방차 좌,우측에 180도로 퍼지는 노즐을 가지고 있으나 실제 고온의 화재환경하에서 효과가 떨어져 차량이 전소되는 것과 같은 문제점을 가지고 있고 냉각을 시키기 위해 대랑의 용수를 공급해야하는 문제점을 가지고 있 다.

본 발명자가 발명한 등록특허 10-0770655 화재 진압용 소방로봇으로 기 게시하였으나 고온하에서의 작업시 실험결과 모바일 플랫폼은 50°C 이하로 냉각이 가능하나 상술한 것과 같이 내부 냉매장치의 잦은 충,방전 및 냉매보충의 문제점을 안고 있으며, 상부에 노출된 소방포장치 및 유선릴 시스템의 경우 150°C 를 유지하였으며 결과 분석에 의하면 로봇의 상층으로 갈수록 대류열의 효과로 인하여 소방포장치의 경우 500°C 의 환경하에 외부표면온도가 300°C를 유지하고 내부온도는 150°C 를 유지하여 문제가 되므로 냉각기능의 보완이 요구되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 일반적인 소방로봇에 따른 문제점을 해결하기 위하여 기존의 냉매냉각시스템을 제거하고 자위분사시스템을 보완하고 내?외부수냉블럭 시스템을 새롭게 도입하여 극 고온하에서 로봇 및 모바일 시스템이 작업하기 위해 내부제어시스템 및 기타 전자장치를 최대 80°C이하로 유지시켜 뜨거운 화염으로부터 기기를 보호하여 효과적으로 작동할 수 있게 하는 고온 환경하에서의 작업이 가능한 로봇의 냉각시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 로봇의 기기를 지지하고서 자체 이동시키는 주행 장비가 설치된 모바일 플랫폼과; 상기 모바일 플랫폼의 양쪽 가장자리에 설치되어 부드러운 주행을 하게 함과 더불어 장애물을 쉽게 통과할 수 있게 하는 무한궤도 구동장치와; 상기 모바일 플랫폼의 상단에 설치된 본체에 장착되어 화재가 난 지점에 소방수를 분사하는 소방포장치와; 화점을 탐색하고 시야를 확보하는 센서 유니트, 로봇의 전체 작동부를 제어하는 통합제어기로 구성된 로봇의 냉각 시스템에 관한 것이다.

상기 냉각시스템은 하부구동플랫폼의 상판에 설치되어 항상 소방수가 잔류해 있고 측면으로 잔류해 있는 소방수가 분출될 수 있는 구조로 상기 모바일 플랫폼의 내부와 상기 무한궤도 구동장치를 냉각시켜주는 내부수냉블럭 시스템과;; 화재 진압시 로봇 외부를 냉각시키기 위해 소방수를 분사하여 수막을 형성시키는 자위분사 시스템과; 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 소방수에 의한 열차단과 소방수의 기화에 의한 냉각효과를 부과하기 위한 외부수냉블럭 시스템으로 구성된다.

상기 내부수냉블럭 시스템은 상기 소방수가 잔류되고 분출되어 상기 무한궤도 구동장치와 센서유니트 및 통합제어기와 같은 하부플랫폼의 내부를 냉각시켜주는 다수개의 수냉블럭탱크와, 상기 소방수에서 분기하여 소방수가 공급되는 소방수 공급라인으로 구성되고, 상기 수냉블럭탱크는 팬 형상으로 물이 고일 수 있게 외벽이 형성된 타입이며, 좌우외벽에는 상기 소방수가 흘러내릴 수 있는 분출구가 다수개 형성된다.

상기 자위분사 시스템은 소방수를 분사하는 자위분사노즐과 소방수 연결 커넥터로 구성되고, 상기 자위분사노즐은 상기 소방수를 분사하고 형태를 이루는 노즐프레임과, 상기 소방수가 상부로 뻗어나가는 것을 제한하는 상부캡과, 고온에서 로봇 외부표면에 최대한 분사가 되게 하기 위하여 소방수의 분사압력에 따라 분사각도를 조절하는 반사판으로 구성되며, 상기 반사판은 상기 상부캡에 설치되어 소방수의 분사압력에 따라 상하로 오르내릴 수 있는 유동형 구조이다.

상기 수냉블럭 시스템은 로봇바디 및 상기 소방포장치의 표면에 설치되어 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 상기 자위분사 노즐로부터 분사된 소방수의 일부를 고이게 하는 로봇수냉케이싱과, 상기 자위분사노즐로부터 분사된 소방수가 상기 소방포장치의 외부벽으로 유입되게 하는 냉각자켓으로 구성되고, 상기 로봇수냉케이싱은 상기 소방수가 고일 수 있는 일정 크기의 다수개의 수냉블럭으로 구획되며, 상기 로봇수냉케이싱의 표면에는 내열페인트를 도색된 구조인 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템으로 본 과제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따르면 극 고온하에서 로봇 및 모바일 시스템의 내부제어시스템 및 기타 전자장치를 최대 80도(군 스펙)이하로 유지시켜 올바른 동작이 가능하게 하며, 자체 냉각을 위한 소방수의 소모량을 최대한 줄일 수 있고 냉각하고자 하는 목적물에 대한 냉각효과를 극대화할 수 있다.

탄 발명은 로봇의 기기를 지지하고서 자체 이동시키는 주행 장비가 설치된 모바일 플랫폼(A)과; 상기 모바일 플랫폼(A)의 양쪽 가장자리에 설치되어 부드러운 주행을 하게 함과 더불어 장애물을 쉽게 통과할 수 있게 하는 무한궤도 구동장치(B)와; 상기 모바일 플랫폼(A)의 상단에 설치된 본체(C)에 장착되어 화재가 난 지점에 소방수를 분사하는 소방포장치(D)와; 화점을 탐색하고 시야를 확보하는 센서 유니트(E), 로봇의 전체 작동부를 제어하는 통합제어기(F)로 구성된 로봇의 냉각 시스템에 관한 것이다.

상기 냉각시스템은 화재지점의 온도가 소정치 이상으로 상승하였을 시 조종자가 노즐을 오픈하여 소방수를 공급하며, 하부구동플랫폼의 상판(A1)에 설치되어 항상 소방수가 잔류해 있고 측면으로 잔류해 있는 소방수가 분출될 수 있는 구조로 상기 모바일 플랫폼(A)의 내부와 상기 무한궤도 구동장치를 냉각시켜주는 내부수냉블럭 시스템(1)과;; 화재 진압시 로봇 외부를 냉각시키기 위해 소방수를 분사하여 수막을 형성시키는 자위분사 시스템(2)과; 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 소방수에 의한 열차단과 소방수의 기화에 의한 냉각효과를 부과하기 위한 외부수냉블럭 시스템(3)으로 구성된다.

상기 내부수냉블럭 시스템(1)은 상기 소방수가 고이고 흘러내려 상기 무한궤도 구동장치(B)와 센서유니트(E) 및 통합제어기(F)와 같은 하부플랫폼의 내부를 냉각시켜주는 다수개의 수냉블럭탱크(11)와, 상기 소방수에서 분기하여 소방수가 공급되는 소방수 공급라인(12)으로 구성되고, 상기 수냉블럭탱크(11)은 팬 형상으로 물이 고일 수 있게 외벽(111)이 형성된 타입이며, 좌우외벽(111a)에는 상기 소방수가 흘러내릴 수 있는 분출구(112)가 다수개 형성된다.

상기 자위분사 시스템(2)은 소방수를 분사하는 자위분사노즐(21)과 소방수 연결 커넥터(22)로 구성되며, 상기 자위분사노즐(21)은 상기 소방수를 분사하고 형태를 이루는 노즐프레임(211)과, 상기 소방수가 상부로 뻗어나가는 것을 제한하는 상부캡(212)과, 고온에서 로봇 외부표면에 최대한 분사가 되게 하기 위하여 소방수의 분사압력에 따라 분사각도를 조절하는 반사판(213)으로 구성되고, 상기 반사판(213)은 상기 상부캡(212)에 설치되어 소방수의 분사압력에 따라 상하로 오르내릴 수 있는 유동형 구조이다.

상기 외부수냉블럭 시스템(3)은 로봇바디 및 상기 소방포장치(D)의 표면에 설치되어 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 상기 자위분사 노즐(21)로부터 분사된 소방수의 일부를 고이게 하는 로봇수냉케이싱(31)과, 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수가 상기 소방포장치(D)의 외부벽으로 유입되게 하는 냉각자켓(32)으로 구성되고, 상기 로봇수냉케이싱(31)은 상기 소방수가 고일 수 있는 일정 크기의 다수개의 외부수냉블럭(311)으로 구획되며, 상기 로봇수냉케이싱(31)의 표면에는 내열페인트를 도색된 구조이며, 각각의 상기 외부수냉블럭(311)의 수평부분에는 부직포(3111)가 부착되어 냉각수를 흡수할 수 있는 구조이고, 상기 외부수냉블럭(311)은 4각 형태이고 높이가 5mm~15mm로 상기 수냉블럭(311) 내에 상기 소방수가 고일 수 있는 구조인 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 기존의 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 사시도 및 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 외부수냉블럭 시스템에 대한 로봇수냉케이싱 등 냉각시스템을 적용한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내부수냉블럭 시스템 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내부수냉블럭 시스템 수냉 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내부수냉블럭 시스템 냉각 효과 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 자위분사노즐의 상세도이고, 도 7은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 개선 전후 자위분사노즐의 비교도이 며, 도 8은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 로봇수냉케이싱 및 외부수냉블럭 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각자켓 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 고온하에서의 내열시험 방법도이며, 도 11은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 로봇수냉블럭 설치 후의 내열실험 결과치 챠트이고, 도 12은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내열시험 전후 상태 비교 사진이다.

도 1에 도시되어 있는 것 같이 도 1-1은 냉각시스템을 개선하기 전의 사시도로서 냉각시스템는 냉매냉각시스템(G1)과 자위분사 시스템(2)만 있는 것을 보여주고 있으며, 본 발명에서는 냉매냉각시스템(G1)을 내부 냉매장치의 잦은 충,방전 및 냉매보충의 문제점으로 제외시키고 내부수냉블럭 시스템과 외부수냉블럭 시스템을 추가하였다.

도 1-2에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 로봇은 기존의 로봇에서 냉각시스템만 변경시킨 것이므로 로봇의 구성요소는 동일하므로, 본 발명의 로봇은 로봇의 기기를 지지하고서 자체 이동시키는 주행 장비가 설치된 모바일 플랫폼(A)과; 상기 모바일 플랫폼(A)의 양쪽 가장자리에 설치되어 부드러운 주행을 하게 함과 더불어 장애물을 쉽게 통과할 수 있게 하는 무한궤도 구동장치(B)와; 상기 모바일 플랫폼(A)의 상단에 설치된 본체(C)에 장착되어 화재가 난 지점에 소방수를 분사하는 소방포장치(D)와; 화점을 탐색하고 시야를 확보하는 센서 유니트(E), 로봇의 전체 작동부를 제어하는 통합제어기(F)로 구성되며, 등록특허 10-0770655로 게시된 것과 동일하나 화재시와 같이 고온 환경하에서 작업시 냉매냉각시스템과 자주분사시스템 의 냉각시스템으로는 로봇의 외부 표면온도가 350°C를 유지하고 내부온도가 150°C까지 올라가는 문제점과 하부 냉매에 대한 잦은 충방전의 유지보수작업들이 발생하여 고온 환경하에서 오래 작업을 할 수 없는 문제가 발생하였다.

도 2에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 로봇의 냉각시스템 중 자위분사 시스템(2)와 외부수냉블럭 시스템(3)과 을 보여주며 로봇수냉케이싱(31)으로 둘러 싸여서 화기가 직접 닿지 않는 구조로 외피가 입혀져 있다.

상기 냉각시스템(G)은 화재지점의 온도가 소정치 이상으로 상승하였을 시 조종자가 노즐을 오픈하여 소방수를 공급한다.

상기 외부수냉블럭 시스템(3)은 로봇바디 및 상기 소방포장치(D)의 표면에 설치되어 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 상기 자위분사 노즐(21)로부터 분사된 소방수의 일부를 고이게 하는 로봇수냉케이싱(31)과, 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수가 상기 소방포장치(D)의 외부벽으로 유입되게 하는 냉각자켓(32)으로 구성되고, 상기 로봇수냉케이싱(31)은 상기 소방수가 고일 수 있는 일정 크기의 다수개의 외부수냉블럭(311)으로 구획되며, 상기 로봇수냉케이싱(31)의 표면에는 내열페인트를 도색된 구조이다.

상기 내열페인트는 500°이상에서 견딜 수 있는 특수도료를 사용하고 표면처리 즉 샌드브라스팅 또는 쇼트브라스팅 처리를 하여 표면의 녹, 흑피, 기타 이물질을 완전히 제거한 후 도장하여야 하며 도포 후 4시간 이상 건조해야 한다.

도 3 및 도 4에 도시되어 있는 것 같이 상기 내부수냉블럭 시스템(1)은 하부구동플랫폼의 상판(A1)에 설치되어 로봇 내부에 소방수가 잔류해 있을 수 있는 공 간이 형성되고 상기 공간의 측면으로 잔류해 있던 소방수가 흘러내리게 하는 방법으로 상기 모바일 플랫폼(A)의 내부와 상기 무한궤도 구동장치를 냉각시켜준다.

이와 같이 상기 내부수냉블럭 시스템(1)은 기존의 냉매냉각 시스템이 담당하던 상기 모바일 플랫폼(A)의 내부의 냉각을 대체하여 냉매냉각 시스템을 채택하지 않아도 되므로 내부 냉매장치의 잦은 충,방전 및 냉매보충의 문제점을 해결할 수 있다.

상기 내부수냉블럭 시스템(1)은 상기 소방수가 잔류되고 분출되어 상기 무한궤도 구동장치(B)와 센서유니트(E) 및 통합제어기(F)와 같은 하부플랫폼의 내부를 냉각시켜주는 다수개의 수냉블럭탱크(11)와, 상기 소방수에서 분기하여 소방수가 공급되는 소방수 공급라인(12)으로 구성된다.

상기 소방수 공급라인(12)에는 도면에는 표기되지 않았지만 소방수의 공급을 ON/OFF할 수 있는 솔레노이드 밸브가 설치되어 화재 지점의 온도가 소정치 이상으로 상승할 시 조종자가 상기 솔레노이드 밸브를 오픈하여 소방수를 공급할 수 있게 하고 소방수 공급이 필요하지 않을 때는 상기 솔레노이드 밸브를 닫아 소방수 공급을 중단하는 것이 바람직하다.

상기 수냉블럭탱크(11)는 팬 형상으로 물이 고일 수 있게 외벽(111)이 형성된 타입이며, 좌우외벽(111a)에는 상기 소방수가 흘러내릴 수 있는 분출구(112)가 다수개 형성되며, 상기 분출구(112)의 직경은 많은 실험을 거쳐 적정한 크기로 결정하는 것이 바람직하다.

상기 수냉블럭탱크(11)는 상기 소방수 공급라인(12)으로 공급된 소방수가 차례로 공급될 수 있도록 직렬로 연결되거나 각 수냉블럭탱크(11)에 별도로 소방수 공급분기라인을 분기하여 각각 소방수를 공급할 수도 있으며, 소방수 공급분기라인을 별도로 해주면 수량의 안정성이 있어 직렬보다는 유리한 점이 있으나 소방로봇의 부피가 커지는 문제 등으로 단순화하여 직렬로 연결해도 무방하다.

상기 수냉블럭탱크(11)와 수냉블럭탱크(11)와의 수냉블럭탱크 연결라인(122)의 설치 높이는 바닥면에서 2cm ~ 5cm 위에 설치되어 2cm ~ 5cm의 부분은 소방수는 항상 차 있는 구조로 제작한다.

상기 분출구(112)로 배출되는 소방수보다 공급되는 소방수의 양이 많아 상기 수냉블럭탱크(11)에는 항상 소방수가 차여 있는 구조여야 한다.

상기 수냉블럭탱크(11)는 구조 보강기능을 하며 상기 수냉블럭탱크(11)의 자

체 무게를 줄이고 수냉효과를 극대화하기 위하여 내부가 구획되어 작은 블록으로 구성된 구조인 것이 바람직하다.

즉 내부수냉블럭 시스템(1)은 하부 플랫폼의 통합제어기(F) 및 센서유니트(E)와 무한궤도 구동장치(B)를 냉각시켜 고온의 환경하에서 로봇의 지속적인 동작이 가능할 뿐만 아니라 상기 수냉블랙탱크(11)의 분출구(112)를 통하여 소방수가 고무트랙(B1)에 분사됨으로서 상기 고무트랙(B1)의 냉각을 도울 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 수냉블럭탱크(11)의 표면에는 내열페인트를 도색된 구조이며, 상기 내열페인트는 500°이상에서 견딜 수 있는 특수도료를 사용하고 표면처리 즉 샌드브라스팅 또는 쇼트브라스팅 처리를 하여 표면의 녹, 흑피, 기타 이물질을 완전히 제 거한 후 도장하여야 하며 도포 후 4시간 이상 건조해야 한다.

도 5는 내부수냉블럭 시스템(1)의 냉각 효과를 시각화 한 것으로 상기 분출구(112)에서 분출되는 소방수가 상기 무한궤도 구동장치(B)의 고무트랙(B1)의 냉각효과를 주는 것을 나타내고 있으며, 상기 무한궤도 구동장치(B)의 고무트랙(B1)의 냉각에는 분출수가 큰 효과를 나타내는 것을 보여준다.

상기 내부수냉블럭 시스템(1)은 소방수의 공급 및 전환을 통하여 내부에서 발생하는 열과 하부플랫폼의 상하, 좌우측면에서 유입되는 전달열을 냉각판에서 흡수하는 방식과 소방수를 분사하여 로봇에서 기화열을 뺏어 로봇의 온도를 내려가게 하는 방식이다.

도 2, 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 것 같이 상기 자위분사 시스템(2)은 소방수를 분사하는 자위분사노즐(21)과 소방수 연결 커넥터(22)로 구성되며, 상기 자위분사노즐(21)은 상기 소방수를 분사하고 형태를 이루는 노즐프레임(211)과, 상기 소방수가 상부로 뻗어나가는 것을 제한하는 상부캡(212)과, 고온에서 로봇 외부표면에 최대한 분사가 되게 하기 위하여 소방수의 분사압력에 따라 분사각도를 조절하는 반사판(213)으로 구성되고, 상기 반사판(213)은 상기 상부캡(212)에 설치되어 소방수의 분사압력에 따라 상하로 오르내릴 수 있는 유동형 구조이다.

도 7에 도시되어 있는 것 같이 기존의 자위분사노즐(21)은 스프링클러 노즐과 같은 것을 사용하여 빌딩펌프에서 일정한 압력으로 화재 상황시에 분사가 되게 되어 있어서 펌프의 압력이 세어짐에 따라 분사범위 또한 늘어나게 되어 있어 소방로봇에 적용할 경우 압력이 작을 때는 소방로봇의 바디에 냉각을 시키게 되나 압력 이 높아질 때는 로봇바디 외부에 냉각수가 떨어지게 되어 로봇을 냉각시키는데 문제점이 발생되었다.

본 발명의 자위분사노즐(21)은 스프링클러 노즐과 같이 고정형 반사판(디플렉터)을 사용하지 않고 도 6와 도 7에 도시한 것 같이 수압에 따라 물의 분사범위가 로봇에 일정하게 집중될 수 있도록 상기 반사판(213)이 상하로 이동하는 구조(유동형 구조)로 제작하여 자위분사노즐의 효과를 극대화 시켰다.

즉 분사압력이 높아지면 상기 반사판(213)이 올라가서 분사반경을 제한하여 반사각이 작아지므로 분사각도가 작아져서 로봇 바디에 소방수가 떨어지게 제작되었다.

도 8 및 도 9에 도시되어 있는 것이 상기 외부수냉블럭 시스템(3)은 로봇바디 및 상기 소방포장치(D)의 표면에 설치되어 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수의 일부를 고이게 하는 로봇수냉케이싱(31)과, 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수가 상기 소방포장치(D)의 외부벽으로 유입되게 하는 냉각자켓(32)으로 구성되고, 상기 로봇수냉케이싱(31)은 상기 소방수가 고일 수 있는 일정 크기의 다수개의 외부수냉블럭(311)으로 구획되며, 상기 로봇수냉케이싱(31)의 표면에는 내열페인트를 도색된 구조이다.

상기 로봇수냉케이싱(31)은 로봇바디 및 소방포장치의 수평부분 표면에 설치되어 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사되는 소방수 즉 냉각수를 담을 수 있는 우물정자 구조(4각구조)의 굴곡 디자인으로 상기 소방포장치(D) 및 모바일 플렛폼(A) 상부의 냉각효과를 극대화 할 수 있다.

상기 로봇수냉케이싱(31)은 전면 로봇수냉케이싱(31A)과 후면 로봇수냉케이싱(31B)과 소방포측 수냉케이싱(31C)로 나누어서 제작하는 것이 조립에 편리하므로 바람직하다.

또한 각각의 상기 외부수냉블럭(311)의 수평부분 즉 구획이 된 내부 각각에는 물을 머금을 수 있는 부직포(3111)가 부착되어 냉각수를 흡수할 수 있는 구조인 것이 바람직하다.

상기 외부수냉블럭(311)은 4각 형태이고 높이가 5mm~15mm로 상기 외부수냉블럭(311) 내에 상기 소방수가 고일 수 있게 제작되어 로봇이 주행하면서 정확한 수평을 이루지 못하더라도 냉각수가 상기 수냉블럭(311)에 계속 남아 있으므로 열기 차단에 효과적이다.

도 9에 도시되어 있는 것 같이 도 9-1은 상기 냉각자켓은(32)은 소방포장치(D)의 외벽에 설치된 것을 보여주며, 도 9-2는 상기 소방포측 수냉케이싱(31C)의 외벽에 수직으로 상기 냉각자켓(32)가 설치된 것을 보여주고, 도 9-3은 상기 냉각자켓(32)에 소방수가 채워지는 과정을 보여준다.

부연해서 설명하면 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수가 상기 소방포측 수냉케이싱(31C)의 외부벽에 형성된 냉각자켓(32)으로 유입되어 상기 냉각자켓(32)에 항상 소방수가 채워져 있기 때문에 단열 효과 및 물의 기화에 의해서 온도가 떨어지며 물이 계속 흘려 내리고 보충되므로 냉각효과가 상승한다.

도 10은 로봇의 내열시험 순서 및 방법을 보여주며 순서는 다음과 같다.

소방로봇시험체를 운송한 후 소방로봇시험체에 TCK(Test Clock) 장착위치 결정하고 장착하고, 소방로봇시험체를 내열시험로에 장착한다.

다음으로 TCK온도계 및 소방용수 공급관을 연결하고 내열로를 밀폐한다.

다음으로 화염형성을 하고 실시간 온도데이터 측정한다.

도 11에 도시되어 있는 것 같이 상부에 있는 로봇의 사시도는 TCK온도계의 부착 위치를 나타내는 것이며 아래 챠트는 실시간 각부분의 온도를 나타내는 그래프로서 약 23분간 시험을 한 자료이다.

실시간 온도데이터를 측정한 결과 M 계열의 상기 모바일 플랫폼(A)의 경우 50°C 이하를 유지하고, 상기 소방포장치(D)의 경우에는 60°C 이하를 유지하며 그 외의 계열은 100°C 이하를 유지했으나 상기 소방수 연결커넥터(22)는 150°C 를 유지하여 상기 소방수 연결커넥터(22) 부분은 고온에서 견딜 수 있는 단열재로 보강이 필요하다.

내열시험 결과치와 같이 전체적으로 수냉 효과가 극대화되었을 시 모든 온도가 극감하는 것을 볼 수 있으며, 본 발명의 구성요소를 정확하게 시행하면 500°C의 고온 환경에서도 1시간 이상 충분히 사용할 수 있으며 각 부분의 내부 온도가 80°C에 육박하면 냉매냉각 시스템이 가동하여 부분적으로 온도를 내릴 수 있기 때문에 고온에서의 작업에 크게 무리가 없을 것으로 판단된다.

도 12에 도시되어 있는 것 같이 도 12-1은 내열시험 전의 상태 사진이고 도 12-2는 1차 내열시험 후의 상태 사진이며, 도 12-3은 2차 내열시험 후의 상태 사진다다.

본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내열시험 전후 상태 사진을 비교해 본 결과 고온 환경하에서의 시험을 끝나고도 큰 문제점은 발생하지 않은 것을 볼 수 있으므로 본 발명에 따른 냉각시스템을 갖추면 고온 환경하에서의 작업에 문제가 없음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 극 고온하에서 로봇 및 모바일 시스템의 내부제어시스템 및 기타 전자장치를 최대 80도(군 스펙)이하로 유지시켜 올바른 동작이 가능하게 하며, 자체 냉각을 위한 소방수의 소모량을 최대한 줄일 수 있고 냉각하고자 하는 목적물에 대한 냉각효과를 극대화할 수 있다.

도 1은 기존의 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 사시도 및 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 사시도

도 2는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 외부수냉블럭 시스템에 대한 로봇수냉케이싱 등 냉각시스템을 적용한 사시도

도 3은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내부수냉블럭 시스템 사시도

도 4는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내부수냉블럭 시스템 수냉 개념도

도 5는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내부수냉블럭 시스템 냉각 효과 예시도

도 6은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 자위분사노즐의 상세도

도 7은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 개선 전후 자위분사노즐의 비교도

도 8은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 로봇수냉케이싱 및 외부수냉블럭 사시도

도 9는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각자켓 사시도

도 10은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 고온하에서의 내열시험 방법도

도 11은 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 로봇수냉블럭 설치 후의 내열실험 결과치 챠트

도 12는 본 발명에 따른 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 내열시험 전후 상태 비교 사진

<도면의 주요부분 부호설명>

A : 모바일 플랫폼 A1 : 하부구동플랫폰의 상판

B : 무한궤도 구동장치 B1 : 고무트랙

C : 본체 D : 소방포장치

E : 센서 유니트 F : 통합제어기

G1 : 냉매냉각 시스템

1 : 내부수냉블럭 시스템 11 : 수냉블럭탱크

12 : 소방수 공급라인 121 : 소방수 공급분기라인

122 : 수냉블럭크 연결라인 111 : 외벽

111a : 좌우외벽 112 : 분출구

2 : 자위분사 시스템 21 : 자위분사노즐

211 : 노즐프레임 212 : 상부캡

213 : 반사판 214 : 분사방향

22 : 소방수 연결 커넥터 23 : 소방수라인

3 : 외부수냉블럭 시스템 31 : 로봇수냉케이싱

31A : 전면 로봇수냉케이싱 31B : 후면 로봇수냉케이싱

31C : 소방포측 수냉케이싱 311 : 외부수냉블럭

3111 : 부직포 32 : 냉각자켓

Claims (6)

1. 로봇의 기기를 지지하고서 자체 이동시키는 주행 장비가 설치된 모바일 플랫폼(A)과;

   상기 모바일 플랫폼(A)의 양쪽 가장자리에 설치되어 부드러운 주행을 하게 함과 더불어 장애물을 쉽게 통과할 수 있게 하는 무한궤도 구동장치(B)와;

   상기 모바일 플랫폼(A)의 상단에 설치된 본체(C)에 장착되어 화재가 난 지점에 소방수를 분사하는 소방포장치(D)와;

   화점을 탐색하고 시야를 확보하는 센서 유니트(E)와;

   로봇의 전체 작동부를 제어하는 통합제어기(F)로 구성된 로봇의 냉각 시스템에 있어서,

   상기 냉각시스템은 하부구동플랫폼의 상판(A1)에 설치되어 항상 소방수가 잔류해 있고 측면으로 잔류해 있는 소방수가 분출될 수 있는 구조로 상기 모바일 플랫폼(A)의 내부와 상기 무한궤도 구동장치를 냉각시켜주는 내부수냉블럭 시스템(1)과;

   화재 진압시 로봇 외부를 냉각시키기 위해 소방수를 분사하여 수막을 형성시키는 자위분사 시스템(2)과;

   화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 소방수에 의한 열차단과 소방수의 기화에 의한 냉각효과를 부과하기 위한 외부수냉블럭 시스템(3)으로 구성되며,

   상기 내부수냉블럭 시스템(1)은 상기 소방수가 잔류되고 분출되어 상기 무한궤도 구동장치(B)와 센서유니트(E) 및 통합제어기(F)와 같은 하부플랫폼의 내부를 냉각시켜주는 다수개의 수냉블럭탱크(11)와, 상기 소방수에서 분기하여 소방수가 공급되는 소방수 공급라인(12)으로 구성되고,

   상기 수냉블럭탱크(11)은 팬 형상으로 물이 고일 수 있게 외벽(111)이 형성된 타입이며, 좌우외벽(111a)에는 상기 소방수가 흘러내릴 수 있는 분출구(112)가 다수개 형성되고,

   상기 자위분사 시스템(2)은 소방수를 분사하는 자위분사노즐(21)과 소방수 연결 커넥터(22)로 구성되며,

   상기 자위분사노즐(21)은 상기 소방수를 분사하고 형태를 이루는 노즐프레임(211)과, 상기 소방수가 상부로 뻗어나가는 것을 제한하는 상부캡(212)과, 고온에서 로봇 외부표면에 최대한 분사가 되게 하기 위하여 소방수의 분사압력에 따라 분사각도를 조절하는 반사판(213)으로 구성되고,

   상기 반사판(213)은 상기 상부캡(212)에 설치되어 소방수의 분사압력에 따라 상하로 오르내릴 수 있는 유동형 구조이며,

   상기 외부수냉블럭 시스템(3)은 로봇바디 및 상기 소방포장치(D)의 표면에 설치되어 화재 진압시 고온환경하에서 로봇 외부가 화기에 직접 노출되는 것을 방지하고 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수의 일부를 고이게 하는 로봇수냉케이싱(31)과, 상기 자위분사노즐(21)로부터 분사된 소방수가 상기 소방포장치(D)의 외부벽으로 유입되게 하는 냉각자켓(32)으로 구성되고,

   상기 로봇수냉케이싱(31)은 상기 소방수가 고일 수 있는 일정 크기의 다수개의 외부수냉블럭(311)으로 구획되고,

   상기 수냉블럭탱크(11)와 상기 로봇수냉케이싱(31)의 표면에는 내열페인트가 도색된 구조인 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   각각의 상기 외부수냉블럭(311)의 수평부분에는 부직포(3111)가 부착되어 냉각수를 흡수할 수 있는 구조로 된 것을 특징으로 하는 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 외부수냉블럭(311)은 4각 형태이고 높이가 5mm~15mm로 상기 외부수냉블럭(311) 내에 상기 소방수가 고일 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 수냉블럭탱크(11)는 상기 소방수 공급라인(12)으로 공급된 소방수가 차례로 공급될 수 있도록 직렬로 연결되거나 각 수냉블럭탱크(11)에 별도로 소방수 공급분기라인(121)이 형성된 구조이고, 상기 분출구(112)로 배출되는 소방수보다 공급되는 소방수의 양이 많아 상기 수냉블럭탱크(11)에는 항상 소방수가 차여 있는 구조인 것을 특징으로 하는 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 수냉블럭탱크(11)는 구조 보강기능을 하며 상기 수냉블럭탱크(11)의 자체 무게를 줄이고 수냉효과를 극대화하기 위하여 내부가 구획되어 작은 블록으로 구성된 구조인 것을 특징으로 하는 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 소방수 공급라인(12)에는 소방수의 공급을 ON/OFF할 수 있는 솔레노이드 밸브가 설치되는 구조인 것을 특징으로 하는 고온 환경하에서의 작업용 로봇의 냉각시스템.

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