KR102312609B1 - 장애물 파괴가 가능한 소방용 드론 - Google Patents

Abstract

장애물 파괴가 가능한 소방용 드론을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 장애물 파괴수단을 탑재하여 재난 현장에 있는 장애물을 파괴할 수 있으면서도, 조종에의 어려움을 최소화한 소방용 드론을 제공한다.

Description

장애물 파괴가 가능한 소방용 드론{Firefighting Drone Capable of Destroying Obstacles}

본 발명은 재난 현장에 있는 장애물을 파괴할 수 있는 소방용 드론에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적으로, 화재가 발생하거나, 인재 또는 천재 등의 재난이 발생하는 경우, 소방수가 화재를 진압하거나 재난 현장에 출동하여 수습한다. 최근 외벽이 강화유리로 구현되며 유리창이 여닫지 못하도록 설계되는 빌딩이 증가하고 있다. 이러한 빌딩에서 화재가 발생할 경우, 빌딩 내 존재하는 사람들을 구조하기 위해서는 소방수들이 화재를 진압하고 일일이 사람들을 구조해야 하기에 상당한 시간이 경과할 수 있다. 또한, 재난 현장에서 피해를 받은 사람들이 특정 위치에 위치하는데, 해당 위치까지 수많은 장애물이 존재할 경우, 구조인원이 구조를 위해 직접 피해를 받은 사람의 위치까지 도달하는데 상당한 시간이 경과할 수 있다.

전술한 경우와 같이, 화재나 재난 현장에서 빌딩의 유리창이나 재난 현장에서 피해를 받은 사람 주변에 위치한 장애물 만이라도 파괴할 수 있다면, 사다리차, 헬기 등의 별도의 장비로 구조가 용이해질 수 있다.

이러한 필요성을 인지하고, 최근 드론을 활용하여 다양한 현장에서 장애물을 파괴하고자 하는 시도가 등장하고 있다. 그러나 드론이 상당한 무게를 갖는, 장애물 파괴를 위한 구성까지 장착하여 비행해야 하기에 비행효율이 현저히 떨어지는 문제가 존재하고, 장애물 파괴 동작의 반동으로 드론이 균형을 잃어 조종에 어려움이 존재한다.

본 발명의 일 실시예는, 장애물 파괴수단을 탑재하여 재난 현장에 있는 장애물을 파괴할 수 있으면서도, 조종에의 어려움을 최소화한 소방용 드론을 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 장애물 파괴가 가능한 소방용 드론에 있어서, 상기 소방용 드론 내 각 구성을 지지하는 프레임과 상기 소방용 드론 내 각 구성이 동작하는데 필요한 전원을 공급하는 배터리와 상기 프레임 내 구현되어 상기 배터리를 지지하는 프로파일과 장애물과 접촉하여 상기 장애물로 충격을 가하여 파괴하는 장애물 파괴부와 상기 소방용 드론의 이동방향으로의 전방에 장애물이 존재하는지 여부 및 존재하는 장애물까지의 거리를 감지하는 센서부와 외부로부터 상기 소방용 드론의 이동에 관한 제어신호 및 상기 장애물 파괴부의 동작에 관한 제어신호를 수신하며, 외부로 상기 센서부가 감지한 센싱값을 전송하는 통신부와 상기 소방용 드론 내 각 구성의 동작을 제어하는 프로세서와 상기 프로세서의 제어에 따라 회전하며 양력을 발생시켜 상기 소방용 드론을 전·후·좌·우로 이동시키거나 승·하강시키는 복수의 프로펠러와 상기 프로세서와 각 프로펠러를 전기적·기계적으로 연결하는 복수의 암(Arm) 및 상기 프로세서를 기준으로 상기 장애물 파괴부의 반대편에 위치하며, 상기 프로세서의 제어에 따라 상기 프로세서로부터 멀어지는 방향으로 공기를 분사하는 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 소방용 드론을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센서부는 장애물의 존부 및 거리를 감지하는 센서이거나, 자신의 전방을 촬영하는 카메라인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 프로세서는 상기 통신부가 수신한 소방용 드론의 이동에 관한 제어신호에 따라 상기 프로펠러의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 프로세서는 상기 통신부가 수신한 상기 장애물 파괴부의 동작에 관한 제어신호에 따라 상기 장애물 파괴부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 덕트는 상기 덕트 내부로 공기를 흡입하는 팬 및 상기 팬을 동작시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 프로세서는 상기 장애물 파괴부가 장애물로 충격을 가하는 순간에, 공기를 분사하도록 상기 덕트를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 장애물 파괴가 가능한 소방용 드론에 있어서, 상기 소방용 드론 내 각 구성이 동작하는데 필요한 전원을 공급하는 배터리와 상기 배터리를 지지하는 프로파일과 장애물과 접촉하여 상기 장애물로 충격을 가하여 파괴하는 장애물 파괴부와 상기 소방용 드론의 이동방향으로의 전방에 장애물이 존재하는지 여부 및 존재하는 장애물까지의 거리를 감지하는 센서부와 외부로부터 상기 소방용 드론의 이동에 관한 제어신호를 수신하는 통신부와 상기 소방용 드론 내 각 구성의 동작을 제어하는 프로세서와 상기 프로세서의 제어에 따라 회전하며 양력을 발생시켜 상기 소방용 드론을 전·후·좌·우로 이동시키거나 승·하강시키는 복수의 프로펠러 및 상기 프로세서와 각 프로펠러를 전기적·기계적으로 연결하는 복수의 암(Arm)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소방용 드론.을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 프로세서는 상기 센서부의 센싱값을 토대로 상기 프로펠러의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 프로세서는 상기 센서부의 센싱값을 토대로 상기 소방용 드론의 전방에 장애물이 위치하는 것으로 판단되는 경우, 장애물까지의 거리를 토대로 상기 장애물 파괴부가 장애물과 접촉할 수 있는 위치까지 이동하도록 상기 프로펠러를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 센서부는 장애물의 존부 및 거리를 감지하는 센서인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 장애물 파괴수단을 탑재하여 재난 현장에 있는 장애물을 파괴할 수 있으면서도, 조종에의 어려움을 최소화한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 장애물 파괴부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파괴 드릴의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장애물 파괴부의 구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 평면도이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소방용 드론(100, 이하에서 '드론'이라 약칭함)은 배터리(110), 암(120, 125, Arm), 프로펠러(130), 랜딩기어(140), 프레임(150), 프로파일(154), 덕트(160), 장애물 파괴부(170), 가드부(180), 프로세서(190), 통신부(미도시) 및 센서부(미도시)를 포함한다.

드론(100)은 외부(조종자가 보유한 조종기 등의 단말)로부터 제어신호를 받아, 이동하거나 장애물을 파괴한다. 드론(100)은 외부로부터 방향이나 이동에 대한 제어신호를 받아 제어에 따라 이동하고, 장애물의 접근이나 주변 환경을 센싱하여 외부로 전달한다. 센싱값을 받아 외부로부터 장애물 파괴의 제어신호를 수신할 경우, 제어신호에 따라 장애물 파괴 동작을 수행하여 인접한 장애물을 파괴한다. 이처럼, 드론(100)은 자신이 비행할 수 있는 범위 내에서는 어디든 이동하여 해당 위치에 있는 장애물을 파괴함으로써, 재난 현장에서 미쳐 빠져나오지 못한 사람들의 구조 및 생존율을 향상시킬 수 있다. 배경 기술에서 예시한 대로, 화재 현장에서 드론(100)이 빌딩의 유리창을 파괴함으로써, 비상용 사다리 등을 이용해 빌딩 외부로 대피할 수 있도록 한다. 또는, 드론(100)이 재난 현장에서 피해자가 위치한 장소에 있는 장애물을 파괴함으로써, 피해자의 생존율이나 구조율을 향상시킨다.

배터리(110)는 프로세서(190) 및 드론(100) 내 기타 구성이 동작하는데 필요한 전원을 공급한다. 배터리(110)는 프로세서(190) 및 기타 전원이 필요한 구성과 전기적으로 연결되어, 해당 구성들로 전원을 공급한다. 배터리(110)는 프로세서(190)의 하단에, 프로파일(154) 상에 배치된다. 덕트(160)와 장애물 파괴부(170)의 무게를 고려하여, 배터리(110)와 프로세서(190)는 덕트(160)와 장애물 파괴부(170)가 이루는 축(도 1에서 y축) 상의 무게 중심에 위치함으로써, 해당 축 상으로 드론(100)이 균형을 이룰 수 있도록 한다.

암(120)은 프로세서(190)와 프로펠러(130)를 기계적·전기적으로 연결한다.

프로펠러(130)는 배터리(110)로부터 전원을, 프로세서(190)로부터 제어신호를 수신하여 회전하며 양력(揚力)을 발생시킨다. 도 1 내지 3에는 암(120) 및 프로펠러(130)가 4개가 포함된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 암(120)과 프로펠러(130)의 개수는 출력량 또는 무게 등에 따라 달라질 수 있다. 프로펠러(130)는 복수 개 포함되며, 각 프로펠러의 회전 여부 및 회전 속도가 조절되어 드론(100)이 전·후·좌·우로 이동하거나 승·하강한다.

랜딩기어(140)는 프로세서(190)와 암(125)에 의해 연결되며, 드론(100)이 지상 또는 특정 착륙지점으로 착륙하고자 할 때, 드론(100)을 지지하여 드론(100)이 안전하게 착륙할 수 있도록 한다. 랜딩기어(140)는 일정 방향으로 긴 형상을 가져 지상 또는 착륙지점과 넓은 면적으로 접촉함으로써, 드론(100)이 착륙할 때 균형을 잃지 않고 착륙할 수 있도록 한다.

프레임(150)은 드론(100) 내 각 구성들을 지지한다. 프레임(150)은 예를 들어, 도 1과 같이 사각 형상 등으로 구현되어, 각 구성들을 지지한다. 프레임(150)은 프로파일(154), 덕트(160), 장애물 파괴부(170) 및 가드부(180)와 전기적·기계적으로 연결되어, 각 구성들을 지지한다.

프로파일(154)은 전술한 대로, 덕트(160)와 장애물 파괴부(170)가 이루는 축(도 1에서 y축) 상의 무게 중심에 형성되어, 배터리(110)를 지지한다. 프로파일(154)은 프레임(150) 내 전술한 위치(무게 중심)에 형성된다. 프로파일(154)은 자신의 면적과 동일하거나 자신의 면적보다 작은 구성을 지탱할 수 있는 구조를 가져, 자신의 상단에 배치되는 구성인 배터리(110)를 지지한다.

덕트(160)는 프로세서(190)를 기준으로 장애물 파괴부(170)의 반대편에 배치되어 드론(100)의 균형을 유지하고, 장애물 파괴부의 동작 시 발생하는 반동을 최소화한다.

덕트(160)는 프레임(150) 내 고정되며, 프로세서(190)를 기준으로 장애물 파괴부(170)의 반대편에 배치된다. 덕트(160)와 장애물 파괴부(170)가 상호 간에 반대편에 배치됨으로써, 드론(100)이 균형을 유지할 수 있다.

덕트(160)는 내부에 공기를 흡입하는 팬(미도시) 및 팬을 동작시키는 모터(미도시)를 포함하여, 덕트(160)를 기준으로 프로세서(190)로부터 멀어지는 방향(-y축 방향)으로 공기를 분사한다. 장애물 파괴부(170)는 장애물 파괴를 위해, 자신의 전방(+y축 방향, 프로세서를 기준으로 덕트로부터 멀어지는 방향)으로 충격을 전달한다. 해당 방향으로 충격을 전달할 경우, 충격의 반작용으로 인해 드론(100)으로는 후방(-y축 방향, 덕트를 기준으로 프로세서로부터 멀어지는 방향)으로 힘이 가해지게 된다. 이는 조종자가 원하지 않는 드론의 움직임인 점에서 이러한 드론의 움직임은 최소화되어야 한다. 이에, 덕트(160)는 프로세서(190)의 제어에 따라, 장애물 파괴부(170)가 장애물로 충격을 가하는 순간에, 드론(100)의 후방(덕트를 기준으로 프로세서로부터 멀어지는 방향)으로 공기를 분사한다. 덕트(160)의 동작으로 장애물을 파괴하며 발생하는 충격을 최대한 상쇄하며, 드론(100)이 균형을 잃지 않도록 하고 충격으로 인한 이동을 최소화할 수 있다.

장애물 파괴부(170)는 프로세서(190)의 제어에 따라, 장애물과 접촉하여 장애물로 충격을 가하며 장애물을 파괴한다. 장애물 파괴부(170)에 대한 구체적인 구조와 동작은 도 4 및 5를 참조하여 후술한다.

가드부(180)는 덕트(160)와 장애물 파괴부(170)가 이루는 축 상에서 (장애물 파괴부 방향으로의) 프레임(150)의 최전방에 형성되어, 프로펠러(130)와 외부 물체의 충돌을 방지한다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 가드부(180)는 (끝단을 제외한) 가드부(180)의 일 부분이 프레임(150)과 연결되며, 가드부(180)의 각 끝단은 프로세서(190)와 멀어지는 방향으로 돌출된 구조를 갖는다. 가드부(180)는 전술한 축 상에서 최전방으로 돌출될 수 있다. 이에, 드론(100)이 장애물 파괴를 위해 해당 축으로 이동하며 장애물과 접촉을 경우, 프로펠러(130)가 아닌 가드부(180)가 먼저 장애물과 접촉하며 프로펠러(130)의 파손을 방지한다. 가드부(180), 특히, 돌출된 구조를 갖는 각 끝단은 충격을 완화할 수 있는 소재로 구현되어 가드부(180)의 수명도 향상시킬 수 있다.

통신부(미도시)는 외부(조종자가 보유한 조종기 등의 단말)와 데이터를 송·수신한다. 통신부(미도시)는 프로세서(190) 내에 구현될 수 있으며, 프로세서(190)의 제어에 따라 데이터를 송신하거나 외부로부터 수신한 데이터를 프로세서(190)로 전달한다. 통신부(미도시)는 외부로부터 드론(100)의 이동에 관한 제어신호 또는 장애물 파괴부(170)의 동작에 관한 제어신호를 수신할 수 있으며, 센서부(미도시)의 센싱값을 외부로 전송할 수 있다.

센서부(미도시)는 자신의 전방에 위치한 물체를 감지한다. 센서부(미도시)는 드론(100)의 이동방향으로의 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지한다. 예를 들어, 화재 현장에서 유리를 파괴하기 위한 드론일 경우, 센서부(미도시)는 전방에 유리창이 존재하는지 여부를 감지한다. 센서부(미도시)는 장애물의 존부 및 거리를 감지하는 센서일 수도 있고, 자신의 전방을 촬영하는 카메라일 수도 있다.

프로세서(190)는 드론(100) 내 각 구성의 동작을 제어한다.

통신부(미도시)가 외부로부터 드론(100)의 이동에 관한 제어신호를 수신하는 경우, 프로세서(190)는 수신한 제어신호대로 드론(100)이 이동할 수 있도록 각 프로펠러(130)의 동작이나 회전 속도를 제어한다.

프로세서(190)는 센서부(미도시)가 자신의 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지한 센싱값을 외부로 전송하도록 통신부(미도시)를 제어한다. 외부에서 수신한 제어신호대로 드론(100)의 이동이 완료된 경우, 프로세서(190)는 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지하도록 센서부(미도시)를 제어한다. 센서부(미도시)가 센싱을 완료한 경우, 프로세서(190)는 센싱값을 외부로 전달하도록 통신부(미도시)를 제어한다.

통신부(미도시)가 장애물 파괴부(170)의 동작에 관한 제어신호를 수신하는 경우, 프로세서(190)는 장애물을 파괴하는 동작을 수행하도록 장애물 파괴부(170)를 제어한다. 외부에서 센서부(미도시)의 센싱값을 확인하여 장애물 파괴 동작을 지시한 경우, 프로세서(190)는 해당 동작을 수행하도록 장애물 파괴부(170)를 제어한다. 이와 동시에, 프로세서(190)는 장애물 파괴부의 동작 시 발생하는 반동을 최소화하도록 덕트(160)를 동작시킨다.

이와 같이 동작하며, 드론(100)은 외부로부터 제어 신호를 받아 장애물을 파괴할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 장애물 파괴부의 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 장애물 파괴부(170)는 서보모터(410), 서보 핀(420), 고정 핀(430), 파괴 드릴(440), 파괴드릴 고정부(450) 및 고정 핀 고정부(460)를 포함한다.

장애물 파괴부(170)는 전술한 구성을 가지며, 장애물의 파괴력을 향상시키기 위해, 드론(100) 내 장애물 파괴부(170)가 하나 이상 포함될 수 있다. 도 4에는 장애물 파괴부(170)가 4개가 포함된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 균형을 위해 장애물 파괴부(170)는 짝수 개 포함되는 것이 바람직하다.

서보모터(410)는 서보 핀(420)을 이동시킬 동력을 제공한다, 서보모터(410)는 배터리(110)로부터 전원을 공급받아, 서보 핀(420)이 회전할 수 있도록 동력을 제공한다.

서보 핀(420)은 서보모터(410)로부터 동력을 받아 회전한다. 서보 핀(420)은 기준점(425)을 기준으로 기준점의 반대편 끝단이 회전하도록 동작한다. 반대편 끝단은 고정 핀(430)과 물리적으로 연결되어 있어, 반대편 끝단의 회전에 따라 고정 핀(430)도 함께 회전한다. 서보 핀(420)은 최초(장애물 파괴부가 동작하기 이전 상태)에는 파괴 드릴(440)과 근접한 상태(-z축 방향으로 최대한 회전한 상태)로 배치되며, 서보모터(410)로부터 동력을 받아 파괴 드릴(440)과 멀어지는(상승하는) 방향으로 회전한다. 이와 같은 동작에 따라, 고정 핀(430)은 파괴 드릴(440)과 결합되어 있다가 고정 핀(430)이 상승하며 파괴드릴(440)이 이탈하게 된다.

고정 핀(430)은 서보 핀(420)과 물리적으로 연결되며, 서보 핀(420)의 동작에 따라 함께 이동하며 파괴 드릴(440)의 이동을 조정한다. 전술한 대로, 고정 핀(430)은 서보 핀(420)과 물리적으로 연결된다. 이에, 최초 고정 핀(420)은 서보 핀(420)의 위치에 따라 파괴 드릴(440)과 근접한 상태에 위치하여, 파괴 드릴(440), 보다 구체적으로는 도 5를 참조하여 후술할 고정핀 연결부와 결합되어 파괴 드릴(440)을 고정시킨다. 이후, 서보 핀(420)의 동작에 의해 고정 핀(430)이 상승할 경우, 고정 핀(430) 역시, 함께 상승하며 파괴 드릴(440)을 고정하던 위치에서 이탈시킨다. 파괴 드릴(440)은 최초 고정된 위치에서 이탈하며 충격을 발생시킨다.

파괴 드릴(440)은 자신의 전방(+y축 방향)으로 충격을 가한다. 파괴 드릴(440)이 충격을 가하기 위한 구조는 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파괴 드릴의 구성을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파괴 드릴(440)은 제1 타격부(510), 스프링(520), 제2 타격부(530) 및 고정링(540)을 포함한다.

제1 타격부(510)는 스프링(520)의 일 위치와 결합되어 스프링(520)의 신축을 유도하며, 동작에 따라 제2 타격부(530)를 타격하여 충격을 가한다. 제1 타격부(510)는 제2 타격부(530)와 먼 끝단에 고정핀 연결부(515)를 포함한다. 제1 타격부(510)는 고정핀 연결부(515)를 이용해 고정 핀(430)과 연결될 수 있다. 최초에는 제1 타격부(510)의 고정핀 연결부(515)가 고정핀(430)과 연결될 수 있는 위치까지 스프링(520)이 신장하여, 양자가 연결된다. 양자의 연결에 의해 제1 타격부(510)는 해당 위치에 고정되며, 스프링(520)도 신장된 상태를 유지한다. 이후, 서보 핀(420)의 동작에 따라 고정핀(430)과 고정핀 연결부(515)의 연결이 해제될 경우, 스프링(520)의 복원력에 의해 제1 타격부(510)는 제2 타격부(530)의 방향으로 이동하며 제2 타격부(530)를 타격하여 제2 타격부(530)로 충격을 가한다.

스프링(520)은 신축하며 제1 타격부(510)가 제2 타격부(530)를 타격할 수 있도록 한다. 스프링(520)의 일 끝단은 제1 타격부와 결합되며, 다른 일 끝단은 제2 타격부(530)와 결합된다. 이에 따라, 스프링(520)은 신축되더라도 자신의 위치를 이탈하지 않는다. 스프링(520)은 제1 타격부(510)에 의해 신장되며, 고정 핀(430)의 동작에 따라 복원력에 의해 제1 타격부(510)를 제2 타격부(530) 방향으로 이동시키며 타격할 수 있도록 한다.

제2 타격부(530)는 제1 타격부(510)에 의해 전달되는 충격을 외부로 전달한다. 제2 타격부(530)는 제1 타격부(510)와 먼 끝단에 첨단부(534)를 구비하여 제1 타격부(510)에 의해 전달되는 충격을 외부로 전달한다. 이때, 프로세서(190)의 제어에 따라 제2 타격부(530)의 첨단부는 파괴할 장애물과 접하게 되며, 제2 타격부(530)로 전달되는 충격은 첨단부(534)를 거치며 장애물로 전달된다. 이때, 장애물과 첨단부(534)의 접촉면적이 상당히 작기 때문에, 장애물로 전달되는 충격력은 현저히 상승하게 된다. 이를 이용해 제2 타격부(530)는 접한 장애물을 파괴할 수 있다.

제2 타격부(530)는 홈(538)을 포함하여 제2 타격부(530)가 제1 타격부(510)의 타격에 의해 이탈하지 않도록 한다. 전술한 대로, 제2 타격부(530)의 일 끝단(제1 타격부와 근접한 끝단)은 스프링(520)과 결합된다, 스프링(520)은 파괴드릴 연결공(455)의 직경보다 큰 직경을 갖기 때문에, 제2 타격부(530)의 스프링(520)에 의해 제1 타격부(510)와 멀어지는 방향으로 이탈은 방지된다. 한편, 제2 타격부(530)는 홈(538)을 포함하며, 홈(538)에는 고정링(540)이 안착된다. 고정링(540)은 파괴드릴 연결공(455)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 제2 타격부(530)의 홈(538)과 결합되어 제2 타격부(530)의 제1 타격부(510)와 가까워지는 방향으로 이탈을 방지한다. 최초, 제1 타격부(510)가 고정 핀(430)과 결합되며 스프링(520)이 신장하게 될 경우, 제2 타격부(530)로 제1 타격부(510)를 향하는 방향으로 복원력이 작용하게 된다. 이때, 전술한 대로, 홈(538)과 결합된 고정링(540)이 파괴드릴 연결공(455)과 접촉하며 제2 타격부(530)의 이탈을 방지한다. 이에 따라, 제2 타격부(530)는 제1 타격부(510)로부터 전달되는 충격을 외부로 전달하되, 충격으로 인한 이탈은 방지된다.

고정링(540)은 홈(538)과 결합되며, 제2 타격부(530)의 제1 타격부(510)를 향하는 방향으로의 이탈을 방지한다.

파괴 드릴(440)은 제2 타격부(530)가 위치를 이동하며 장애물에 충격을 가하는 것이 아니라 정위치에서 충격을 전달하는 방식으로 동작하기 때문에, 장애물 타격으로 인한 반동을 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.

다시 도 4를 참조하면, 파괴드릴 고정부(450)는 프레임 내 형성된 서포터(158)와 파괴 드릴(440)을 물리적으로 연결하여 파괴드릴(440)을 프레임(150) 내에 위치시킨다.

파괴드릴 고정부(450)는 파괴드릴 연결공(455)을 포함하여, 제2 타격부(530)를 고정하며 제2 타격부(530)의 첨단부(534)가 외부로 드러나 장애물로 충격을 전달할 수 있도록 한다. 전술한 대로, 파괴드릴 연결공(455)은 스프링(520) 및 고정링(540)보다 작은 직경을 갖기에, 제2 타격부(530)가 양자(455, 520)에 의해 이탈하지 않고 고정될 수 있도록 한다.

고정 핀 고정부(460)는 파괴드릴 고정부(450)와 물리적으로 연결되어 서보모터(410), 서보 핀(420) 및 고정 핀(430)을 고정시킨다. 고정 핀 고정부(460)는 고정핀 연결공(465)을 포함하여, 고정 핀(430)이 고정 핀 고정부(460)를 거쳐 파괴 드릴(440) 내 고정핀 연결부(515)와 연결될 수 있도록 한다. 또한, 고정 핀 고정부(460)는 고정 핀(430)이 고정핀 연결공(465)을 거쳐 고정핀 연결부(515)와 연결될 수 있도록 함으로써, 고정핀 연결부(515)를 거쳐 스프링(520)의 복원력이 고정 핀(430)으로 전달된다 하더라도 고정 핀(430)의 혹시 모를 이탈을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 측면도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론을 도시한 평면도이다.

도 6 내지 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 소방용 드론(600, 이하에서 '드론'이라 약칭함)은 배터리(610), 암(620, 625), 프로펠러(630), 랜딩기어(640), 프로파일(650), 서포터(654), 장애물 파괴부(660), 프로세서(670), 통신부(미도시) 및 센서부(미도시)를 포함한다.

소방용 드론(600)은 소방용 드론(100)과 같이 외부로부터 이동에 관한 제어신호를 수신하여 이동하는 점은 동일하나, 장애물을 스스로 감지하여 파괴를 하는 점에 있어 소방용 드론(100)과 상이하다. 소방용 드론(600) 내 배터리(610), 암(620, 625), 프로펠러(630), 랜딩기어(640) 및 프로파일(650)에 있어서는 소방용 드론(100)의 그것들과 각각 구성 및 동작이 동일하기에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

서포터(654)는 후술할 장애물 파괴부(660) 내 타격부 가이드(940) 간을 연결하여 드론(600)의 균형성을 향상시킨다.

장애물 파괴부(660)는 프로세서(670)의 제어에 따라, 장애물로 충격을 가하며 장애물을 파괴한다. 장애물 파괴부(660)에 대한 구체적인 구조와 동작은 도 9를 참조하여 후술한다. 한편, 도 6 내지 8에는 장애물 파괴부(660)가 2개가 포함된 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 균형상 드론(600) 내에 짝수 개가 포함되는 것이 바람직하다.

통신부(미도시)는 외부(조종자가 보유한 조종기 등의 단말)와 데이터를 수신한다. 통신부(미도시)는 프로세서(670) 내에 구현될 수 있으며, 외부로부터 드론(100)의 이동에 관한 제어신호를 수신하여 프로세서(190)로 전달한다.

센서부(미도시)는 자신의 전방에 위치한 물체를 감지한다. 센서부(미도시)는 드론(100)의 이동방향으로의 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지한다. 센서부(미도시)는 장애물의 존부 및 거리를 감지하는 센서로 구현되어, 장애물의 존부와 거리를 감지한다. 예를 들어, 화재 현장에서 유리를 파괴하기 위한 드론일 경우, 센서부(미도시)는 전방에 유리창이 존재하는지 여부 및 (자신과) 존재하는 유리창과의 거리를 감지한다.

프로세서(670)는 드론(600) 내 각 구성의 동작을 제어한다.

통신부(미도시)가 외부로부터 드론(600)의 이동에 관한 제어신호를 수신하는 경우, 프로세서(670)는 수신한 제어신호대로 드론(600)이 이동할 수 있도록 각 프로펠러(630)의 동작이나 회전 속도를 제어한다.

프로세서(670)는 센서부(미도시)가 자신의 전방에 장애물이 존재하는지 여부를 감지한 센싱값을 토대로, 프로펠러(630)의 동작을 제어한다. 센서부(미도시)의 센싱값을 토대로 전방에 장애물이 위치하는 것으로 판단되는 경우, 프로세서(670)는 장애물과의 거리를 토대로 장애물 파괴부(660) 내 타격부(도 9를 참조하여 후술)가 장애물에 접촉할 수 있는 위치까지 이동하도록 프로펠러(630)를 제어한다.

프로세서(670)는 장애물 파괴부(660)가 접촉한 장애물을 파괴하도록 제어한다. 프로세서(670)는 별도로 외부로부터 장애물 파괴와 관련된 제어신호의 수신 없이, 스스로 센서부(미도시)의 센싱값을 토대로 장애물에 접근하도록 제어하고, 장애물과 접촉한 경우 장애물 파괴부(660)가 동작하도록 제어한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장애물 파괴부의 구성을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 장애물 파괴부(660)는 서보모터(910), 제1 피니언 기어(920), 제2 피니언 기어(924), 제3 피니언 기어(928), 섹터 기어(930), 타격부 가이드(940), 타격부(950) 및 스프링(960)을 포함한다.

장애물 파괴부(660)는 타격부 가이드(940)와 프로파일(650)이 직접 연결되어 프로파일(650)과 결합되거나, 타격부 가이드(940)가 프로파일(650)의 추가적인 연결부(658)와 연결되어 프로파일(650)과 결합된다.

서보모터(910)는 제1 피니언 기어(920)를 회전시킬 동력을 제공한다, 서보모터(910)는 배터리(610)로부터 전원을 공급받아, 제1 피니언 기어(920)가 회전할 수 있도록 동력을 제공한다.

제1 피니언 기어(920)는 서보모터(910)로부터 동력을 받아 회전하며, 그에 인접하여 연결된 각 피니언 기어(924, 928)로 회전력을 전달한다. 제1 피니언 기어(920)의 회전에 의해, 최종적으로 제3 피니언 기어(928)도 회전한다.

섹터 기어(930)는 제3 피니언 기어(928)와 연결되어, 제3 피니언 기어(928)의 회전과 함께 회전한다. 섹터 기어(930)는 제3 피니언 기어(928)의 회전으로 함께 회전하는데, 타격부(950)가 프로파일(650)과 가까워질 수 있는 방향으로 회전한다. 도 9를 예로 들면, 제3 피니언 기어(928)에 의해 섹터 기어(930)는 시계방향으로 회전하며, 섹터 기어(930)의 시계방향으로의 회전과 그에 따른 랙 기어(958)의 이동에 의해 타격부(950)는 프로파일(650)과 가까워지는 방향(-y축 방향)으로 이동한다.

섹터 기어(930)는 타격부(950) 내 랙 기어(958)과 결합되는데, 부채꼴 모양으로 구현되어 제3 피니언 기어(928)의 회전에 따라 랙 기어(958)와 결합되거나 결합이 해제된다. 섹터 기어(930)는 동일한 방향으로 회전하게 되고, 그에 따라 섹터 기어(930)와 랙 기어(958)가 맞물리며 연결되는 기간이 존재하고, 지속적인 회전에 따라 결합이 해제되는 기간(상대적으로 긺)이 존재한다. 결합되는 기간 동안 타격부(950)는 전술한 방향으로 이동하며, 결합이 해제됨에 따라 스프링 고정부(948)의 복원력에 의해 타격부(950)가 프로파일(650)과 멀어지는 방향(+y축 방향)으로 이동하며 장애물에 충격을 가한다.

타격부 가이드(940)는 타격부(950)가 내부에 포함될 수 있는 관통공을 포함하여, 타격부(950)가 자신의 내부에서 고정된 경로로 이동할 수 있도록 한다.

타격부 가이드(940)는 관통홈(944) 및 스프링 고정부(948)를 포함한다. 스프링 고정부(948)는 스프링(960)의 일 끝단과 연결되어 스프링(960)을 고정시킨다. 이에, 스프링(960)이 타격부(950)가 프로파일과 가까워지는 방향으로 이동함에 있어 신장될 수 있다. 스프링(960)이 신장됨에 있어 타격부 가이드(940)에 영향을 받지 않도록, 타격부 가이드(940)는 충분한 면적의 관통홈(944)을 포함한다. 홈이 형성됨에 따라, 스프링(960)이 충분한 거리까지 신장될 수 있다.

타격부(950)는 섹터 기어(930) 및 스프링(960)과 연결되어, 섹터 기어(930)의 동작 및 스프링(960)의 복원력에 의해 자신과 접촉한 장애물을 타격하여 충격을 가한다.

타격부(950)는 프로파일(650)과 먼 끝단에 첨단부(954)를, 프로파일(650)과 가까운 끝단에 기 설정된 길이의 랙 기어(958)를 포함한다. 전술한 대로, 랙기어(958)와 섹터 기어(930)가 결합될 경우, 양자의 결합에 의해 타격부(950)가 프로파일(650)과 가까워지는 방향(-y축)으로 이동하게 된다. 이후, 양자의 결합이 해제될 경우, 자신에 연결된 스프링(960)의 복원력에 의해 반대 방향(+y축)으로 이동하며 접촉한 장애물을 타격하여 충격을 가한다. 타격부(950)는 첨단부(954)를 포함함으로써, 장애물로 상당한 충격력을 가할 수 있다.

타격부 가이드(940) 및 타격부(950)는 기 설정된 기준치 이상의 길이를 갖는다. 여기서, 기 설정된 기준치는 프로세서(670)로부터 (장애물 방향으로) 프로펠러(630)의 가장 먼 거리일 수 있다. 타격부 가이드(940) 및 타격부(950)가 기 설정된 기준치 이상의 길이를 가짐으로써, 타격부(950) 내 첨단부(954)가 장애물과 접촉하더라도 프로펠러(630)가 장애물과 충돌하여 파손되는 일을 방지할 수 있다. 또한, 양자가 기 설정된 기준치 이상의 길이를 가질 경우, 서보모터(910), 제1 내지 제3 피니언 기어(920, 924, 928) 및 섹터기어(930)가 프로파일(650) 부근에 위치할 수 있으며, 이에 따라 드론(600)은 드론(100)과 같이 덕트(160)를 구비하지 않아도 프로세서(670)와 첨단부(954) 방향으로의 축 상으로 균형을 유지할 수 있다.

스프링(960)은 타격부(950)로 복원력을 가함으로써 타격부(950)를 이동시킨다. 스프링(960)의 일 끝단은 스프링 고정부(948)와 연결되며, 다른 일 끝단(965)은 타격부(950)와 연결된다. 이에 따라, 스프링(960)은 타격부(950)의 이동으로 신장되며, 지속적으로 타격부(950)로 복원력을 가한다. 스프링(960)의 복원력에 의해, 섹터 기어(930)와 랙 기어(958)의 결합이 해제될 경우, 타격부(950)가 이동한다. 다만, 스프링(960)이 전술한 대로 연결되어 있기 때문에, 타격부(950)는 복원력에 이동하더라도 전방으로 이탈하지 않고 정위치를 유지할 수 있다.

이와 같이 동작함에 따라, 드론(600)은 별도로 외부로부터 장애물 타격에 대한 제어신호를 입력받을 필요없이 스스로 장애물을 인지하여 장애물로 타격을 가할 수 있다. 또한, 드론(100)과 같이 고정 핀 및 고정 핀 연결부로 연결되는 것이 아니라 기어를 이용해 연결되기 때문에, 장애물로 1회가 아닌 복수 회 타격을 가할 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, 600: 소방용 드론
110, 610: 배터리
120, 125, 620, 625: 암
130, 630: 프로펠러
140, 640: 랜딩기어
150: 프레임
154, 650: 프로파일
158, 654: 서포터
160: 덕트
170, 660: 장애물 파괴부
180: 가드부
190, 670: 프로세서
410, 910: 서보 모터
420: 서보 핀
430: 고정 핀
440: 파괴 드릴
450: 파괴드릴 고정부
455: 파괴드릴 연결공
460: 고정 핀 고정부
465: 고정 핀 연결공
510: 제1 타격부
515: 고정핀 연결부
520, 960: 스프링
530: 제2 타격부
534, 954: 첨단부
538: 홈
540: 고정링
920, 924, 928: 피니언 기어
930: 섹터기어
940: 타격부 가이드
944: 관통홈
948: 스프링 고정부
950: 타격부
958: 랙기어

Claims (10)

1. 장애물 파괴가 가능한 소방용 드론에 있어서,
   상기 소방용 드론 내 각 구성을 지지하는 프레임;
   상기 소방용 드론 내 각 구성이 동작하는데 필요한 전원을 공급하는 배터리;
   상기 프레임 내 구현되어 상기 배터리를 지지하는 프로파일;
   장애물과 접촉하여 상기 장애물로 충격을 가하여 파괴하는 장애물 파괴부;
   상기 소방용 드론의 이동방향으로의 전방에 장애물이 존재하는지 여부 및 존재하는 장애물까지의 거리를 감지하는 센서부;
   외부로부터 상기 소방용 드론의 이동에 관한 제어신호 및 상기 장애물 파괴부의 동작에 관한 제어신호를 수신하며, 외부로 상기 센서부가 감지한 센싱값을 전송하는 통신부;
   상기 소방용 드론 내 각 구성의 동작을 제어하는 프로세서;
   상기 프로세서의 제어에 따라 회전하며 양력을 발생시켜 상기 소방용 드론을 전·후·좌·우로 이동시키거나 승·하강시키는 복수의 프로펠러;
   상기 프로세서와 각 프로펠러를 전기적·기계적으로 연결하는 복수의 암(Arm); 및
   상기 프로세서를 기준으로 상기 장애물 파괴부의 반대편에 위치하며, 상기 프로세서의 제어에 따라 상기 프로세서로부터 멀어지는 방향으로 공기를 분사하는 덕트를 포함하며,
   상기 덕트는 상기 덕트 내부로 공기를 흡입하는 팬 및 상기 팬을 동작시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 소방용 드론.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는,
   장애물의 존부 및 거리를 감지하는 센서이거나, 자신의 전방을 촬영하는 카메라인 것을 특징으로 하는 소방용 드론.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 통신부가 수신한 소방용 드론의 이동에 관한 제어신호에 따라 상기 프로펠러의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 소방용 드론.
4. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 통신부가 수신한 상기 장애물 파괴부의 동작에 관한 제어신호에 따라 상기 장애물 파괴부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 소방용 드론.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 장애물 파괴부가 장애물로 충격을 가하는 순간에, 공기를 분사하도록 상기 덕트를 제어하는 것을 특징으로 하는 소방용 드론.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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