센서모듈

 

센서모듈은 화재지역에서 인명, 장애물, 지리정보, 온도정보 등의 상황정보 획득을 위하여 6가지 센서로 구성하였으며 고온의 열로부터 보호하기 위하여 밀폐된 case로 제작하였다.

 

센서모듈에 탑재된 센서의 구성은 표 2과 같으며 위치 및 구조는 그림 2와 같다.

센서모듈은 로봇의 전면부의 50cm높이에 장착되어 있으며 센서모듈의 장착 높이는 지형정보 전달에 많은 영향을 미친다.

 

지하화재의 경우 화재발생 초기에 농연이 화재지역에 잔류하다가 진압작업이 시작되면서 지상으로 연결되는 통로를 통하여 급격하게 분출되고 그로 인하여 소방관이 진입하는데 방해가 된다.

 

또한 진입하게 되더라도 농연과 암흑으로 인하여 화점 및 요구조자를 찾기가 어려운 상황에 직면하게 된다.

그러나, 농연이 급격하게 분출되는 시점에서의 농연량은 공기 중의 약 70~80% 정도가 되며 농연의 특성상 공간의 상층부로 이동되어지기 때문에 바닥에서 지상으로의 공간 20~30% 정도는 적외선 및 LRF를 이용하여 탐지가 가능하여 진다.

 

따라서 개발된 로봇은 측정 및 탐색이 용이한 50cm 이하의 높이에 센서를 장착하여 지리정보, 장애물, 인명탐색 작업이 가능하도록 하였다.

 

 

 

 

 

GUI(Graphic User Interface)

 

로봇의 정확한 조종을 위해서는 모니터를 통하여 로봇의 상태정보 및 화재지역의 상황정보가 정확하게 사용자에게 전달이 되어야 한다.

 

즉 일반 사용자가 더 쉽게 로봇을 제어할 수 있고 주위의 정보를 더 쉽게 인식할 수 있게 구성되어야 한다.

 

따라서 독자적인 GUI를 개발하였으며 그 기능은 다음과 같다.

 

·화재지역 Mapping 기능, 실시간 장애물 탐색 기능, 각종 상황에 대한 Comment, 소방포의 움직임을 화면상에 표시
·화점탐색 및 인명탐색 기능, 소방로봇 내부/외부 온도 표시 및 모니터링 기능

 

GUI에는 영상확대기능(320×240 640×480)을 구현하였으며 영상(CCD 및 열영상) 및 도식화된 정보를 한눈에 볼 수 있도록 개발하였다. 그밖에 로봇의 외/내부온도, 기울기, 속도 등이 실시간 모니터링 되도록 구현하였다.

 

 

 

 

 

 

모바일 플랫폼

 

모바일 플랫폼은 소방로봇의 기본주행 시스템이며 플랫폼 자체만으로도 주행능력을 가지고 있다.

 

모바일 플랫폼은 소방, 군용, 사회안전 등의 다양한 작업수행을 위하여 개발하였으며 작업의 목적에 맞는 어플리케이션을 장착 할 수 있게 고안하였다.

모바일 플랫폼은 구동부, 현가장치, 전원부로 나눌 수 있으며 구동부는 DC모터와 웜감속기로 구성하였다.

구동부는 웜감속기의 사용으로 경사지에서의 역전을 방지하고 험지주행시에 지면으로부터의 충격에 충분한 강성을 유지하게 하였다.

 

그리고 일반적인 DC 3kw 분권모터를 사용하였으며 좌우 트랙은 개별적인 구동이 가능하므로 협소공간에서 방향전환 및 자회전에 유리하도록 개발하였다.

모바일 플랫폼은 다각적인 적용분야가 있으므로 다양한 지형조건에서의 주행을 고려하여야 한다.

 

따라서 험지주행성능이 뛰어난 무한궤도 형태의 주행장치가 선정되었다.

 

그리고 험지주행시에 센서 및 제어기를 보호하고 효과적인 장애물 통과를 위하여 현가장치를 구성하였다.

 

모바일 플랫폼의 현가장치는 소방 어플리케이션을 고려하여 가스식, 유압식을 배제하고 일반적인 압축스프링을 이용하여 제작하였으며 로봇의 협소공간에 설치할 수 있도록 캠펄로우와 압축스프링을 적용하여 간단한 구조로 모듈화 하였다. 그림 3은 현가장치의 사시도이다.

그림 4에서 볼 수 있듯이 현가장치는 롤러, 삼각발, 힌지, 스프링가이드, 압축스프링, 캠펄로우 등으로 간단하게 구성하였으며 수직장애물 돌파 시에 힌지에 의한 롤러의 회전력을 캠펄로우와 스프링가이드를 이용하여 면접촉 및 수직운동으로 전환하는 원리이며 1~4번 롤러 모두 개별적인 스프링과 캠펄로우를 가지고 있다.

 

 

 

 

 

냉각시스템

 

화재현장에서 로봇이 정상적인 작동을 하기 위해서는 고온에서 제어시스템 및 센서류를 보호 할 수 있는 냉각시스템이 필수적이다.

 

따라서 소방로봇의 제어기, 센서류, 모바일 플랫폼과 같은 모듈들은 각각 밀봉된 CASE를 가지며 내화 및 단열을 위하여 외장은 내열도장 처리하였다.

 

냉각시스템의 기본원리는 그림 4에서 볼 수 있다. 압력용기의 압축냉매는 제어밸브에 의하여 각 모듈에 연결되며 각 모듈 내부의 온도센서는 내부 온도를 측정하게 된다.

만약 내부온도가 50C° 이상 상승하는 모듈이 발생할 경우 제어기는 제어밸브를 개방하고 프레온가스를 이용하여 모듈내부의 온도를 50C° 이하로 냉각시키게 된다.

 

 

 

 

 

 

 

소화포

 

화재현장에서 로봇의 임무는 화재진압이라고 할 수 있으며 화재진압을 위해서 소화포의 역할은 가장 중요한 사항이다.

 

기존에 제작된 전동식 소화시스템과 전동노즐의 경우 외부에 모터가 노출되어있기 때문에 고온의 환경에서 사용하기가 어렵다.

 

여기에 적용 되어진 시스템은 앞의 문제점을 해결하기 위하여 그림 5, 6에서 보듯이 로봇커버 내부에 모터가 장착되어지도록 설계되어있어 고온의 환경에서도 무리 없이 동작할 수가 있으며 소방포의 지향방향에 열영상 카메라를 장착하여 화점 및 인명탐색이 가능하도록 하였다.

지금까지 동일파텍(주)의 실내화재진압로봇의 개발내용에 대하여 간략하게 소개하였다.

 

현재까지 개발된 로봇은 각 기능을 테스트를 마친 상태이며 실제 화재현장과 유사한 내열테스트 및 통신시스템의 테스트가 완료되어 진다면 머지않은 미래에 실내화재진압로봇의 활약이 기대된다.