KR20240015357A - 유해 기체 탐지 로봇 및 그 로봇의 운용 방법 - Google Patents

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KR20240015357A
KR20240015357A KR1020220093117A KR20220093117A KR20240015357A KR 20240015357 A KR20240015357 A KR 20240015357A KR 1020220093117 A KR1020220093117 A KR 1020220093117A KR 20220093117 A KR20220093117 A KR 20220093117A KR 20240015357 A KR20240015357 A KR 20240015357A
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gas detection
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fan
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KR1020220093117A
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표주현
김무림
신주성
이명석
고대권
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한국로봇융합연구원
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Abstract

본 발명은 유해 기체 탐지 로봇 및 그 운용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 몸체, 기체 순환 모듈, 구동 모듈, 센싱 모듈, 제어 모듈을 포함한다. 센싱 모듈이 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도를 측정하면, 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도에 따라 기체 순환 모듈의 배기 덕트의 연결 각도, 팬의 회전 속도를 제어한다.
본 발명에 따르면 재해 현장 내의 공기를 강제 순환시켜 저층부 뿐 아니라 상층부의 공기의 성분을 분석할 수 있다.

Description

유해 기체 탐지 로봇 및 그 로봇의 운용 방법 {Hazardous gas detection robot and operation method of the robot}
본 발명은 유해 기체 탐지 로봇 및 그 로봇의 운용 방법에 관한 것으로, 몸체, 몸체의 상부에 장착되고, 내부로 기체가 유동되며, 기체 센서를 구비하는 기체 순환 모듈, 몸체의 양측에 장착되는 구동 모듈, 몸체 일측에 장착되는 센싱 모듈을 포함하는 유해 기체 탐지 로봇과 그 운용 방법에 관한 것이다.
화재 현장, 가스 누출 사고 현장 등 재해 현장은 인화성 가스에 의해 폭발의 위험이 높고 유해 가스로 인한 인명 피해의 위험 역시 높다. 따라서, 재해 현장에 구조 대원, 전문 요원을 바로 투입하는 것은 굉장히 위험하다. 재해 현장 내 인화성 가스가 입구를 개방하면서 폭발로 이어질 수도 있고, 유해 가스 흡입에 의해 인명 피해가 발생할 수 있기 때문이다.
이에 재해 현장 내 상황을 판단할 수 있는 다양한 장치 또는 로봇들이 개발되고 있다. 현장의 기체의 종류 및 농도를 분석하거나 현장 내 장애물의 위치를 파악하여 위험도를 판단하고 전문 요원의 투입, 대응 방향을 결정할 수 있다.
하지만, 여러 종류의 유해 가스는 그 무게에 따라 다른 높이에 분포하게 된다. 기존의 유해 가스 농도 분석 장치는 장치 높이의 한계로 낮은 위치에서의 유해 가스 발생 현황을 파악할 수 있거나, 높은 곳에 위치하더라도 장치 부근의 기체만을 포집할 수 있다는 한계가 있었다.
이에 재해 현장 전반의 유해 가스 발생 현황을 파악할 수 있는 장치의 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허 제2017-0029771호(2017.03.16)
본 발명은 재해 현장 내에서 공기보다 무거운 가스와 가벼운 가스 모두를 탐지할 수 있는 유해 기체 탐지 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 재해 현장 내의 상황을 정확히 파악할 수 있어 적절한 재난 대응을 할 수 있게 하는 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇은 몸체, 기체 순환 모듈, 구동 모듈, 센싱 모듈을 포함한다. 기체 순환 모듈은 몸체의 상부에 장착되고, 내부로 기체가 유동되며, 기체 센서를 구비할 수 있다. 구동 모듈은 몸체의 양측에 장착되어 유해 기체 탐지 로봇을 이동시킨다. 센싱 모듈은 몸체 일측에 장착되어, 필요한 정보를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 기체 순환 모듈은 배기 덕트, 팬, 흡기 덕트를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 구동 모듈은 바퀴 또는 무한궤도를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 센싱 모듈은 IMU, 풍속 센서, 초음파 센서 중 적어도 하나를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇은 제어 모듈을 더 포함하고, 센싱 모듈의 측정값에 따라 기체 순환 모듈의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 제어 모듈은 측정된 몸체의 이동 속도에 따라 배기 덕트의 연결 각도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 제어 모듈은 측정된 몸체의 이동 속도에 따라 팬의 회전 속도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트, 흡입 덕트, 팬을 포함하는 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도를 측정하는 단계, 측정된 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도값에 따라, 배기 덕트의 연결 각도, 팬의 회전 속도 중 적어도 하나를 조절하는 단계, 흡입 덕트로부터 유입된 기체의 성분을 분석하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법에서 배기 덕트의 각도(θ)는 다음 식,
, (여기서, v는 로봇의 이동 속도, vmax는 로봇의 최대 이동 속도)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법에서 상기 팬의 회전 속도()는 다음 식,
, (여기서, 은 팬의 최소 유량, 는 팬의 최대 유량, v는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도, vmax는 유해 기체 탐지 로봇의 최대 이동 속도)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 유해 기체 탐지 로봇은 공간 내에 분포하는 무거운 가스와 가벼운 가스 모두를 탐지할 수 있어 정확한 분석 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법은 재해 상황을 정확히 파악할 수 있어 적절한 재난 대응을 할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 계략적인 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 전체적 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 기체 순환 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 재해 현장에서 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에 의해 가스가 순환하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 기체 순환 모듈의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 배기 덕트의 각도에 따라 가스가 순환하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 상이한 재해 현장에서 유해 기체 탐지 로봇에 의해 가스가 순환하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 계략적인 구조를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 전체적 형상을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇(1000)은 몸체(1100), 기체 순환 모듈(1200), 구동 모듈(1300), 센싱 모듈(1400), 제어 모듈(1500)을 포함한다. 몸체(1100)에는 기체 순환 모듈(1200), 구동 모듈(1300), 센싱 모듈(1400), 제어 모듈(1500)이 장착된다.
기체 순환 모듈(1200)은 몸체(1100)의 상부에 장착된다. 기체 순환 모듈(1200)의 일부는 몸체(1100)의 상면 위로 돌출되어 있다. 기체 순환 모듈(1200)은 실내 공기를 강제 순환시키며, 공간 내의 기체 성분을 분석한다. 기체 순환 모듈(1200)은 공기를 흡입하여 그 내부로 기체가 유동되도록 한다. 기체 순환 모듈(1200)은 기체 센서를 구비하여, 유입된 기체의 성분을 분석한다. 유입된 기체는 다시 기체 순환 모듈(1200) 밖으로 배출된다. 유해 기체 탐지 로봇 (1000)은 기체 순환 모듈(1200)에 의해 분석이 필요한 현장의 상황 및 대기 상태를 분석하고, 현장 내 공기를 순환시켜 바닥부터 높은 곳의 기체를 모두 측정할 수 있다. 기체 순환 모듈(1200)의 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.
구동 모듈(1300)은 몸체(1100)의 양측 하부에 장착된다. 구동 모듈(1300)은 유해 기체 탐지 로봇(1000)을 이동시킨다. 구동 모듈(1300)은 복수의 바퀴로 구성되거나, 무한궤도를 구비할 수 있다.
센싱 모듈(1400)은 유해 기제 탐지 로봇(1000)의 속도, 재해 현장 상태 등을 센싱할 수 있다. 센싱 모듈(1400)은 IMU, 풍속 센서, 초음파 센서 중 적어도 하나 이상을 구비할 수 있다.
IMU는 이동 물체의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는 장치이다. IMU는 가속도계, 각속도계, 지자기계 및 고도계를 이용하여 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도를 감지한다. 감지된 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도에 따라 배기 덕트(1210)의 각도가 조절된다. 순환된 공기가 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 흡기 덕트(1230) 부근으로 유동하도록 하기 위함이다.
다른 실시예에서는 바퀴의 회전수를 측정하거나, SLAM 알고리즘을 통한 위치 추정 방법을 통해서도 로봇 속도의 측정이 가능하다.
풍속 센서는 재해 현장의 대기 상태가 안정적인지 와류가 발생하는지 등을 감지한다. 공기의 유동이 거의 없어 공기가 안정적인 상태라면 로봇의 이동속도 외에 소정의 가중치를 반영하여 계산된 값으로 배기 덕트의 각도 또는 배기 유량을 조절할 수 있다. 와류가 발생하여 현장의 대기가 불안정한 경우라면, 이에 따른 가중치를 부여하여 배기 덕트 각도 또는 배기 유량을 조절할 수 있다.
초음파 센서는 벽, 또는 천장까지의 거리를 측정할 수 있다. 초음파 센서는 공간의 높이를 감지하여, 이에 맞게 배기 덕트(1210)의 각도 또는 배기 유량을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 천장까지의 거리가 짧은 경우, 배기 덕트(1210)의 배기 유량 값이 작을 수 있다. 천장까지의 거리가 크면, 배기 덕트(1210)의 각도와 배기 유량 값이 커질 수 있다. 초음파 센서 외에 라이다 센서 등이 사용될 수도 있다.
제어 모듈(1500)은 센싱 모듈(1400)이 측정한 값에 따라 기체 순환 모듈(1200)의 동작을 제어한다. 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도에 따라 수평 방향에 대한 배기 덕트(1210)의 각도 값이나 배기 유량, 또는 배기 덕트(1210)의 각도 값, 배기 유량 모두를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 기체 순환 모듈을 나타내는 도면이고, 도 4는 재해 현장에서 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에 의해 가스가 순환하는 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 기체 순환 모듈의 동작을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇에서 배기 덕트의 각도에 따라 가스가 순환하는 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇(1000)은 분석이 필요한 현장의 대기 상태를 분석한다. 재해 현장에는 유해 가스가 존재할 수 있으며, 유해 가스의 종류에 따라 공기 중 분포하는 높이가 달라진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇 (1000)은 현장 내 공기를 순환시켜 바닥부터 높은 곳에 위치하는 기체를 모두 감지할 수 있다. 현장 내 공기를 강제 순환시키기 위하여, 본 발명은 기체 순환 모듈(1200)을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기체 순환 모듈(1200)은 배기 덕트(1210), 팬(1220), 흡기 덕트(1230), 기체 센서(1240)를 구비한다.
기체 순환 모듈(1200)로 유입된 공기는 배기 덕트(1210)를 통해 배출된다. 배기 덕트(1210)는 기체 순환 모듈(1200) 본체에 소정 각도로 회전 가능하게 연결되어 있다. 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도 및 분석이 필요한 현장의 대기 상태에 따라, 배기 덕트(1210)의 연결 각도가 조절될 수 있다. 배기 덕트(1210)는 수직 방향으로 회동하여, 배기 덕트(1210)의 개구 방향이 조절된다. 배기 덕트(1210)는 수평면을 기준으로, 10°에서 90°, 즉 수직 방향까지 회동할 수 있다.
배기 덕트(1210)와 기체 순환 모듈(1200) 본체의 연결부에는 스토퍼가 구비될 수 있다. 스토퍼는 소정 각도에서, 본 실시예에서는 10°에서 배기 덕트(1210)의 이동을 제한하여, 배기 덕트(1210)의 연결 각도가 10° 미만이 되는 것을 방지한다.
팬(1220)은 배기 덕트(1210)와 흡기 덕트(1230) 사이에 배치된다. 팬(1220)은 기체 순환 모듈(1200)에 유입된 공기를 배기 덕트(1210) 측으로 유동시킨다. 팬(1220)은 모터의 출력을 조절하여, 흡기 및 배기되는 공기의 유량을 조절할 수 있다.
흡기 덕트(1230)는 기체 순환 모듈(1200) 내로 공기를 흡입시킨다. 흡기 덕트(1230) 전단에 배치된 팬(1220)에 의해 공기가 흡기 덕트(1230) 내로 유입된다. 흡기 덕트(1230)는 공기의 유입이 원활하도록, 입구측의 직경이 더 큰 나팔 형상으로 형성될 수 있다.
흡기 덕트(1230)를 통해 유입된 공기의 일부는 기체 센서(1240)를 통과한다. 기체 센서(1240)는 흡기 덕트(1230)와 튜브로 연결되어, 흡기 덕트(1230)를 통해 유입된 공기의 일부가 튜브를 통해 기체 센서(1240)로 유입될 수 있다. 기체 센서(1240)는 유입된 기체를 분석하여, 유해 기체의 유무를 판단한다. 기체 센서(1240)로 광학식 분석기, PID(Photo Ionization Detector) 방식 분석기, NDIR 방식(비분산 적외선방식) 분석기 등이 이용될 수 있다. 유해 기체 유무 판단 후, 기체 센서(1240)로 유입된 기체는 배기 덕트(1210)를 통해 배출된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 재해 현장의 대기는 유해 기체 탐지 로봇(1000)에 의해 강제 순환된다.
팬(1220)이 동작하면 흡기 덕트(1230)를 통해 공기가 유입된다. 유입된 공기의 일부는 기체 센서(1240)에 의해 분석되고, 대부분의 공기는 팬(1220)에 의해 배기 덕트(1200)로 유동하여 배출된다. 팬(1220)의 출력에 따라 배기 덕트(1210)로 배출되는 공기의 유량이 달라진다. 배기 덕트(1210)로 배출되는 공기의 유량은 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도 및 대기의 상태에 따라 달라질 수 있다.
배기 덕트(1210)로부터 배출된 공기는 배기 덕트(1210)의 연장 방향으로 상승하다, 상방으로 가면서 선회하여 천장에 충돌한 후 하강한다. 공기는 일방향으로만 하강하는 것은 아니며, 각기 다른 방향으로 유동하며 하강한다. 하강하는 공기의 일부는 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 후방 측으로 유동한다. 즉, 배기 덕트(1210)로부터 배출된 공기는 배출압으로 인하여 큰 원을 그리며 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 상부 공간을 순환한다. 하방으로 유동된 공기는 흡기 덕트(1230)에 의해 기체 순환 모듈(1200)로 유입된다.
이 때, 배기 덕트(1210)가 수직 방향인 경우를 가정하면, 배기 덕트(1210)로부터 배출된 공기는 천장으로 바로 상승한다. 천장까지 도달한 공기는 천장과 충돌하며 수평 방향으로 유동하며 하강한다. 이 경우 공기가 유동하는 경로의 수평 거리는 크지 않다. 이 때, 만약 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 이동을 하게 되면, 흡입 덕트(1230)의 위치가 변경되어, 하강하는 공기를 흡입하기 어려워진다. 즉, 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 유무에 따라 배기 덕트(1210)의 연결 각도는 조절되어야 한다.
구체적으로, 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 정지된 상태에서는 수직 방향, 즉 90°로 공기를 배기하여 상층부의 기체가 강제 순환에 의해 흡기 덕트(1230)로 유입되도록 한다(도 5의 (a)). 하지만, 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 이동을 하는 경우, 수직 방향으로 배기된 기체가 하방으로 유동할 때 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 이미 이동을 완료하여, 순환된 기체는 흡기 덕트(1230)에 의해 흡기되기 어렵다. 이 경우, 기체 배기 방향을 전방 상부로 하여, 강제 순환에 의해 하방으로 유동된 상층부의 기체가 흡기 덕트(1230)에 의해 흡입될 수 있도록 한다(도 5의 (b)).
유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도가 빠를수록, 기체 순환 모듈(1200)의 배기 덕트(1210)의 연결 각도를 작게 하여, 강제 순환 후 기체가 흡기 덕트(1230)에 의해 흡입될 수 있도록 한다. 기체 순환 모듈(1200)의 연결 각도가 작으면, 공기는 더욱 전방을 향해 유동하고, 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 전방 측으로 이동해도, 흡기 덕트(1230)는 하방하는 공기를 흡입할 수 있다.
센싱 모듈(1400)이 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도를 측정하면, 제어 모듈(1500)이 이동 속도에 따라 기체 순환 모듈(1200)의 배기 덕트(1210) 연결 각도(θ)를 조절한다. 배기 덕트(1210)에 구비된 회전축을 중심으로 배기 덕트(1210)가 회전된다. 배기 덕트(1210) 연결 각도는 배기 덕트(1210)에 연결된 모터에 의해 제어될 수 있다.
배기 덕트(1210) 연결 각도(θ)는 다음 식에 의해 결정될 수 있다.
……………………………………… 식 1
(v는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도, vmax는 유해 기체 탐지 로봇의 최대 속도)
한편, 상층부의 기체를 흡입하기 위하여, 유해 기체 탐지 로봇(1000)는 배기 덕트(1210)의 연결 각도 외에 팬(1220)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 팬(1220)의 회전 속도를 조절함으로써, 기체 순환 모듈(1200)의 배기 유량을 조절할 수 있다.
유해 기체 탐지 로봇(1000)가 정지해 있는 경우, 공기의 강제 순환 기간 동안, 흡기 덕트(1230)의 이동이 없으므로, 배기 유량이 작게 설정된다. 이에 따라 팬(1220) 속도는 작게 설정된다.
반면, 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 이동을 한다면, 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 후면까지 강제 순환된 공기를 도달하게 하기 위하여 배기 유량이 커야 한다. 이에 따라 팬(1220)의 속도는 크게 설정된다.
구체적으로, 팬 속도()는 다음 식에 의해 결정될 수 있다.
………………… 식 2
(v는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도, vmax는 유해 기체 탐지 로봇의 최대 이동 속도, 는 팬의 최대 유량, 는 팬의 최소 유량)
유해 기체 탐지 로봇(1000)의 최대 속도(vmax)는 로봇 개발시 결정된 사양이다. 팬(1220)의 최대 유량()은 적용된 팬의 최대 출력이며, 팬(1220)의 최소 유량() 은 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 정지 상태에서 수직으로 기체를 배출하여 천장 높이에 도달 가능한 최소 유량이다. 따라서 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 최대 속도로 이동할 경우 배기 덕트(1210)의 각도는 45°, 팬(1220)의 속도는 최대 유량으로 설정된다.
배기 덕트(1210)의 연결 각도에 따른 공기의 순환 경로를 살펴 본다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배기 덕트(1210)의 연결 각도에 따라 공기의 순환 경로가 상이해진다. 배기 덕트(1210)가 수평 방향과 이루는 각도가 작을수록, 즉, 배기 덕트(1210)가 전방을 향할수록, 공기가 순환하는 영역은 커진다(도 6의 (a)). 즉, 이 경우 공기가 유동하는 경로의 수평 거리는 크다.
반면, 배기 덕트(1210)가 수평 방향과 이루는 각도가 크면, 천장에 도달하기까지 공기의 경로는 짧아지고, 천장에 충돌하여 경로가 변경된 공기의 수평 방향으로의 유동 폭이 작아진다(도 6의 (b)). 공기는 여러 방향으로 유동하며 하강하며, 기체 순환 모듈(1200)은 흡기 덕트(1230) 측으로 하강하는 공기를 흡입한다.
유해 기체 탐지 로봇(1000)이 이동할 때 배기 덕트(1210)를 전방을 향하게 하여 공기의 순환 영역을 크게 하고, 이에 따라 흡기 덕트(1230)는 상층부로부터 하강하는 기체를 흡입할 수 있다.
도 7은 상이한 재해 현장에서 유해 기체 탐지 로봇에 의해 가스가 순환하는 상태를 나타내는 도면이다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 재해 현장의 환경은 각각 상이할 수 있다. 예를 들어, 유해 기체 탐지 로봇(1000)과 천장과의 거리가 상이할 수 있다. 재해 현장에서, 천장까지의 높이가 낮은 경우 배기 유량을 작게 할 수 있다(도 7의 (a)).
만약, 천장까지의 높이가 높다면, 배기 유량을 크게 하여 천장에 있는 공기까지 충분히 순환되도록 할 수 있다(도 7의 (b)). 재해 현장의 상황을 고려하여 팬(1220)의 속도를 더 조정할 수 있다.
다른 실시예에서는 대기 상태, 예를 들어 현장의 풍속 등을 감지하여 배기 유량을 더 조절할 수 있다. 공기의 유동이 적은 상태인 경우, 공기 분포의 불균일이 심한 것으로 판단하여, 배기 덕트(1210)로 배출되는 공기의 유량을 많게 조절하여 상층부 공기까지 강제 순환시킬 수 있다. 반면, 공기의 유동이 많은 것으로 감지되면, 즉, 현장의 대기가 불안정한 경우, 공기 분포가 상대적으로 균일한 것으로 판단하여, 배기 유량보다는 배기 덕트(1210)의 연결 각도를 조절하여 공기가 더욱 더 잘 순환되도록 할 수 있다.
천장까지의 높이 또는 대기의 상태의 측정 값을 가중 인자로 하여, 배기 덕트(1210)의 연결 각도, 팬(1220)의 속도를 조절할 수 있다.
기체 센서(1240)는 낮은 위치에서 흡입된 기체를 분석하여 유해 기체의 유무를 판단할 수 있다. 높은 위치에 분포한 기체의 성분을 분석하기 위하여, 기체 센서(1240)는 기체 순환 모듈(1200)이 작동을 시작하고, 소정 시간 이후 흡입 기체를 감지할 수 있다. 공기의 유동 속도 등을 고려하여, 정확한 결과 나오도록 하기 위해서이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유해 기체를 탐지하기 위해, 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도를 측정한다(S1100). 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도는 IMU를 이용하거나, 바퀴의 회전수를 측정하거나, SLAM 알고리즘을 통한 위치 추정 방법을 이용할 수 있다.
측정된 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도 값에 따라, 배기 덕트(1210)의 연결 각도, 팬의 회전 속도 중 적어도 하나를 조절한다 (S1200).
센싱 모듈(1400)이 유해 기체 탐지 로봇(1000)의 이동 속도를 측정하면, 제어 모듈(1500)이 이동 속도에 따라 기체 순환 모듈(1200)의 배기 덕트(1210) 연결 각도(θ)를 조절한다.
배기 덕트(1210) 연결 각도(θ)는 다음 식에 의해 결정될 수 있다.
……………………………………… 식 1
(여기서, v는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도, vmax는 유해 기체 탐지 로봇의 최대 이동 속도)
한편, 상층부의 기체를 흡입하기 위하여, 유해 기체 탐지 로봇(1000)는 배기 덕트(1210)의 연결 각도 외에 팬(1220)의 회전 속도를 조절할 수 있다.
구체적으로, 팬 속도()는 다음 식에 의해 결정될 수 있다.
………………… 식 2
(여기서, 은 팬의 최소 유량, 는 팬의 최대 유량, v는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도, vmax는 유해 기체 탐지 로봇의 최대 이동 속도)
유해 기체 탐지 로봇(1000)의 최대 속도(vmax)는 로봇 개발시 결정된 사양이다. 팬(1220)의 최대 유량()은 적용된 팬의 최대 출력이며, 팬(1220)의 최소 유량() 은 유해 기체 탐지 로봇(1000)이 정지 상태에서 수직으로 기체를 배출하여 천장 높이에 도달 가능한 최소 유량이다.
유해 기체 탐지 로봇(1000)이 최대 속도로 이동할 경우 배기 덕트(1210)의 각도는 45°, 팬(1220)의 속도는 최대 유량으로 설정될 수 있다.
다음으로, 흡입 덕트로부터 유입된 기체의 성분을 분석한다(S1300). 흡기 덕트(1230)를 통해 유입된 공기의 일부는 기체 센서(1240)를 통과한다. 기체 센서(1240)는 흡기 덕트(1230)와 튜브로 연결되어, 흡기 덕트(1230)를 통해 유입된 공기의 일부가 튜브를 통해 기체 센서(1240)로 유입될 수 있다. 기체 센서(1240)는 유입된 기체를 분석하여, 유해 기체의 유무를 판단한다.
본 발명은 기체 순환 모듈(1200)에 의해, 공공 시설에서 유해가스의 신속한 탐지를 위한 모듈형 원격 제어 로봇 시스템을 확보할 수 있다. 또한, 밀도에 따라 다양한 높이에 분포하는 다양한 유해가스 측정이 가능하여, 전문 요원이 접근하기 전 사전 정찰 기능과 유해기체의 탐지 분석 및 현장 진입에 필요한 각종 정보를 수집하여 긴급 대응이 가능하도록 할 수 있다. 본 발명은 유해 가스의 농도를 검출하여 발원지로의 신속한 접근 및 수색 활동으로 초동 진압에 효과적이다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 유해 기체 탐지 로봇 1100 : 몸체
1200 : 기체 순환 모듈 210 : 배기 덕트
1220 : 팬 230 : 흡기 덕트
1240 : 기체 센서 300 : 구동 모듈
1400 : 센싱 모듈 500 : 제어 모듈

Claims (10)

  1. 몸체;
    상기 몸체의 상부에 장착되고, 내부로 기체가 유동되며, 기체 센서를 구비하는 기체 순환 모듈;
    상기 몸체의 양측에 장착되는 구동 모듈; 및
    상기 몸체 일측에 장착되는 센싱 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기체 순환 모듈은 배기 덕트, 팬, 흡기 덕트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 바퀴 또는 무한궤도를 구비하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센싱 모듈은 IMU, 풍속 센서, 초음파 센서 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 센싱 모듈의 측정값에 따라 상기 기체 순환 모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 측정된 상기 몸체의 이동 속도에 따라 상기 배기 덕트의 연결 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 모듈은 측정된 상기 몸체의 이동 속도에 따라 상기 팬의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇.
  8. 배기 덕트, 흡입 덕트, 팬을 포함하는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도를 측정하는 단계;
    측정된 상기 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도 값에 따라, 상기 배기 덕트의 연결 각도, 상기 팬의 회전 속도 중 적어도 하나를 조절하는 단계; 및
    상기 흡입 덕트로부터 유입된 기체의 성분을 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배기 덕트의 연결 각도(θ)는 다음 식,
    ,
    (여기서, v는 로봇의 이동 속도, vmax는 로봇의 최대 이동 속도)을 만족하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 팬의 회전 속도()는 다음 식,
    ,
    (여기서, 은 팬의 최소 유량, 는 팬의 최대 유량, v는 유해 기체 탐지 로봇의 이동 속도, vmax는 유해 기체 탐지 로봇의 최대 이동 속도)을 만족하는 것을 특징으로 하는 유해 기체 탐지 로봇의 운용 방법.
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