화기 거치 장치 및 이를 구비한 경계 로봇

화기 거치 장치 및 이를 구비한 경계 로봇 {Apparatus for mounting firearm and sentry robot comprising the same}

본 발명은 화기를 장착하여 화기의 발사 방향을 제어할 수 있는 화기 거치 장치 및 이를 구비하는 경계 로봇에 관련된 것이다.

군사 지역의 감시 및 경계는 일반적으로 병사들에 의해서 이루어져 왔다. 그러나 최근에는 병사들의 안전과 경계 임무의 효율성을 제고하기 위하여 무인 경계 로봇의 도입이 활발히 이루어지고 있다.

이러한 무인 경계 로봇은 일반적으로 촬영 장치 및 화기를 구비하며, 원격지에 위치한 중앙 통제실에 의해서 제어된다. 즉 무인 경계 로봇은 경계 지역을 촬영한 영상을 중앙 통제실로 전송하며, 중앙 통제실에 근무자는 그 영상에 기초하여 무인 경계 로봇의 조준 방향을 변경시키거나 화기를 격발하는 등의 형태로 무인 경계 로봇을 제어할 수 있다.

이러한 무인 경계 로봇은 일반적으로, 촬영 장치가 바라보는 지점과 화기가 조준하는 지점이 일치되도록 촬영 장치의 주시선(line of sight)과 화기의 조준선(line of fire)이 평행하게 구성된다. 또한 촬영 장치의 주시선과 화기의 조준선은 서로 상대 고정된 채 함께 움직이도록 구성되는 경우가 많다.

한편, 이동하는 표적을 사격하는 경우에는 탄환의 이동 시간을 고려하여 표적의 이동 방향의 앞쪽으로 조준하는 이른바 리이드 보상을 수행하게 되는데, 촬영 장치의 주시선(line of sight)과 화기의 조준선(line of fire)이 서로 상대 고정되어 있으면 리이드 보상시에 촬영 장치가 표적을 계속적으로 주시할 수 없다는 문제가 있다.

상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 움직이는 표적을 사격하기 위하여 리이드 보상을 수행하는 경우에도 계속적으로 표적을 주시할 수 있는 화기 거치 장치 및 이를 구비하는 경계 로봇을 제공함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 화기 거치 장치는, 좌우 방향으로 회전이 가능하게 배치되는 프레임과, 상기 프레임에 주시 방향이 상하로 변경 가능하게 배치되는 촬영 장치와, 상기 프레임에 상하 방향으로 회전이 가능하게 배치되는 틸팅 베이스와, 상기 틸팅 베이스에 좌우 방향으로 회전 가능하게 배치되며, 화기가 장착될 수 있는 화기 마운트와, 상기 화기 마운트가 상기 틸팅 베이스에 대하여 상대 회전될 수 있도록 상기 화기 마운트를 구동시킬 수 있는 구동부를 구비한다.

또한 상기 구동부는, 상기 틸팅 베이스에 배치되는 모터와, 상기 모터에 의해서 회전되는 웜을 구비하며, 상기 화기 마운트는 상기 웜의 회전에 따라 상기 틸팅 베이스에 대하여 회전될 수 있도록 상기 웜에 기어 결합하는 웜 기어를 구비할 수 있다.

또한 상기 프레임은, 바닥부와, 상기 바닥부에서 상측으로 연장되게 배치되며 좌우 방향으로 서로 이격되게 배치되는 한 쌍의 컬럼부를 구비하며, 상기 촬영 장치는, 상기 바닥부의 상측 및 상기 한 쌍의 컬럼부의 사이에 배치될 수 있다.

또한 상기 틸팅 베이스는, 상기 촬영 장치의 상측 및 상기 컬럼부의 사이에 배치될 수 있다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 일 측면에 따른 경계 로봇은, 좌우 방향으로 회전이 가능하게 배치되는 프레임과, 상기 프레임에 주시 방향을 상하로 변경 가능하게 배치되는 촬영 장치와, 상기 프레임에 상하 방향으로 회전이 가능하게 배치되는 틸팅 베이스와, 상기 틸팅 베이스에 좌우 방향으로 회전 가능하게 배치되는 화기 마운트와, 상기 화기 마운트에 배치되는 화기와, 상기 화기 마운트가 상기 틸팅 베이스에 대하여 상대 회전될 수 있도록 상기 화기 마운트를 구동시킬 수 있는 구동부를 구비할 수 있다.

또한 상기 화기는 상기 화기 마운트에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따른 화기 거치 장치 및 이를 구비하는 경계 로봇에 의하면, 움직이는 표적을 사격하기 위하여 화기의 리이드 보상을 수행하는 경우에도 계속적으로 표적을 주시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경계 로봇의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 경계 로봇의 일부 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 경계 로봇의 일부 작동 상태를 개략적으로 도시한 개략적인 평면도이다.
도 5 는 도 1의 경계 로봇의 다른 일부의 작동 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6 내지 도 7은 도 1의 경계 로봇이 도 5의 작동 상태에서 화기의 조준 방향을 변경하는 것을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 도 1의 경계 로봇의 또 다른 일부의 작동 상태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 9 내지 도 10은 도 1의 경계 로봇이 도 8의 작동 상태에서 화기의 조준 방향을 변경하는 것을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 11은 도 1의 경계 로봇의 촬영 영상을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 경계 로봇에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경계 로봇의 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 경계 로봇의 일부 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)은 화기(3)와 화기 거치 장치(2)를 구비한다.

화기(3)는 탄환을 발사하기 위한 것으로, 화기 거치 장치(2)에 착탈 가능하게 장착될 수 있다. 화기(3)의 격발 제어는 원격지에 있는 중앙 통제실에 의해 이루어질 수 있다.

화기 거치 장치(2)는 그에 장착된 화기(3)의 조준 방향(D1)을 변경할 수 있도록 화기(3)를 상하 또는 좌우로 회전 이동시키는 역할을 하며, 그 동작은 중앙 통제실에서 원격으로 제어될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 화기 거치 장치(2)는 프레임(100), 촬영 장치(200), 틸팅 베이스(300), 화기 마운트(400) 및 구동부(500)를 구비한다.

프레임(100)은 경계 로봇(1)이 설치되는 장소, 예컨대 초소, 차량, 선박 또는 등에 고정된 고정 베이스(910)에 좌우 방향으로 회전 가능하게 결합된다. 즉 프레임(100)은 수직 방향의 회전 중심축선(A1)을 중심으로 선회가 가능하다. 본 실시예의 화기 거치 장치(2)는 프레임(100)을 구동시키기 위한 액추에이터를 구비할 수 있으며, 그 액추에이터의 동작은 중앙 통제실에서 원격으로 제어될 수 있다.

도 1을 참조하면, 프레임(100)은 고정 베이스(910)에 회전 가능하게 결합되는 바닥부(110)와, 그 바닥부에서 상측으로 연장되게 배치되는 한 쌍의 컬럼부(120)를 구비한다. 한 쌍의 컬럼부(120)는 서로 수평 방향으로 이격되게 배치되며, 그 각각은 후방으로 기울어진 형태를 가진다.

촬영 장치(200)는 경계 지역을 촬영하기 위한 것으로, 프레임(100)의 바닥부(110)의 상측 및 한 쌍의 컬럼부(120) 사이에 배치된다. 도 5 및 도 8은 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)의 내부를 보여주는 개략적인 측 단면도로서, 도 5 및 도 8을 참조하면 촬영 장치(200)는 프레임(100)에 상하 방향으로 회전 가능하게 결합된다. 즉 촬영 장치(200)는 그 주시 방향(D2)을 상하 방향으로 변경할 수 있다. 촬영 장치(200)는 모터(930)에 의해서 상하로 구동되며, 모터(930)의 작동은 중앙 통제실에서 원격 제어될 수 있다. 촬영 장치(200)는 가시광선을 촬영하기 위한 카메라를 구비할 수 있음은 물론, 적외선을 촬영하기 위한 적외선 카메라를 더 구비할 수도 있다. 또한 촬영 장치(200)는 표적과의 거리 정보를 취득하기 위하여 거리 측정 장치를 더 구비할 수도 있다. 이러한 거리 측정 장치로는 레이저 거리 측정기 혹은 레이더가 사용될 수도 있다.

틸팅 베이스(300)는 촬영 장치(200)의 상측 및 한 쌍의 컬럼부(120) 사이에 배치되며, 한 쌍의 컬럼부(120)의 상측 부분에 상하 방향으로 회전 가능하게 결합된다. 즉 틸팅 베이스(300)는 프레임(100)에 상대 고정된 수평 방향의 회전 중심축선(A3)을 중심으로 소정의 각도의 범위 내에서 회전될 수 있다. 틸팅 베이스(300)는 모터(920)에 의해서 구동되며, 그 모터(920)는 중앙 통제실에서 원격 제어될 수 있다.

화기 마운트(400)는 화기(3)가 장착되는 부분으로, 틸팅 베이스(300)에 좌우 방향으로 회전 가능하게 결합된다. 즉 화기 마운트(400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 방향의 회전 중심축선(A2)을 중심으로 선회가 가능하다. 한편, 도 3 및 도 4에는 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)의 평면도가 도시되어 있는데, 도 3 및 도 4를 참조하면 화기 마운트(400)에는 웜 기어(410)가 배치되어 있음을 알 수 있다.

구동부(500)는 화기 마운트(400)를 틸팅 베이스(300)에 대해서 상대 회전시키기 위한 것으로, 모터(510)와 웜(520)을 구비한다. 모터(510)의 동작은 중앙 통제실에서 원격 제어될 수 있다.

모터(510)는 웜(520)을 회전시키는 역할을 하며, 틸팅 베이스(300)에 고정적으로 설치된다. 틸팅 베이스(300)에는 모터 고정구(310)가 돌출되게 형성되어 있는데, 모터(510)는 여기에 고정되어 틸팅 베이스(300)와 일체로 움직인다. 모터(510)의 회전속도 및 토크 제어를 위해서 감속기가 사용될 수 있다.

웜(520)은 모터(510)에 의해서 구동되며, 화기 마운트(400)에 배치된 웜 기어(410)와 기어 결합된다. 즉 모터(510)가 웜(520)을 구동시키면 화기 마운트(400)는 틸팅 베이스(300)에 대해서 상대 회전하게 된다.

다음으로 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)의 작동 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 3 및 도 4는 화기(3)의 조준 방향(D1)을 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)에 대해서 상대 이동시키는 것을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 윔(520)을 회전시킴에 따라서 화기(3)의 조준 방향(D1)은 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)과 소정의 각도(H1,H2)의 범위 내에서 좌우로 이동이 가능하다.

도 5는 화기(3)의 조준 방향(D1)을 하측 방향으로 변경한 상태를 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 6 및 도 7은 도 5의 상태에서 화기(3)의 조준 방향(D1)을 좌우 방향으로 변경한 상태를 도시한 평면도이다.

도 5를 참조하면, 모터(920)의 동작을 제어함으로써 틸팅 베이스(300)의 앞 부분이 아래로 내려가도록 틸팅 베이스(300)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이 틸팅 베이스(300)가 상하 방향으로 회전되면 이와 함께 화기 마운트(400) 및 화기(3)도 함께 상하 방향으로 회전된다. 즉 화기(3)의 조준 방향(D1)은 수평 방향에 대하여 소정의 각도(V1)를 이루며 하측 방향을 향할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 화기(3)의 조준 방향(D1)을 아래를 향하도록 함과 동시에 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)도 아래를 향하도록 하면, 화기(3)의 조준 방향(D1)과 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)은 서로 평행을 이루도록 배치되어 동일한 지점을 향하게 된다.

한편, 촬영 장치(200)는 그 주시 방향(D2)이 화기(3)의 조준 방향(D1)과 평행하도록 틸팅 베이스(300)와 연동적으로 구동될 수도 있으며, 틸팅 베이스(300)와는 독립적으로 상하로 구동될 수도 있다. 촬영 장치(200)가 틸팅 베이스(300)와는 독립적으로 구동 가능한 경우, 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)과 화기(3)의 조준 방향(D1)은 상하 방향으로 소정의 각도를 이루며 교차되게 배치될 수도 있다.

화기(3)의 조준 방향(D1)이 아래로 위치된 상태에서 웜(520)을 회전시키면 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 화기(3)의 조준 방향(D1)을 소정의 각도(H1,H2)로 좌우로 변경시킬 수 있다. 즉 화기(3)의 조준 방향(D1)은 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)에 대해서 좌우 방향으로 상대적으로 변경될 수 있다.

도 8은 화기(3)의 조준 방향(D1)을 상측 방향으로 변경한 상태를 개략적으로 도시한 측면도이며, 도 9 및 도 10은 도 8의 상태에서 화기(3)의 조준 방향(D1)을 좌우 방향으로 변경한 상태를 후방에서 바라본 도면이다.

도 8을 참조하면, 모터(920)의 동작을 제어함으로써 틸팅 베이스(300)의 앞 부분이 위로 올라가도록 틸팅 베이스(300)를 회전시킬 수 있다. 즉 화기(3)의 조준 방향(D1)은 수평 방향에 대하여 소정의 각도(V2)를 이루며 상측 방향을 향할 수 있다. 또한 촬영 장치(200)는 틸팅 베이스(300)와는 독립적으로 구동될 수도 있으며, 이 경우에 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)은 화기(3)의 조준 방향(D1)과 상하 방향으로 소정의 각도를 이루도록 배치될 수도 있다.

화기(3)가 상측을 향하도록 위치된 상태에서 웜(520)을 회전시키면 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 화기(3)의 조준 방향(D1)을 좌우로 소정의 각도만큼 이동시킬 수 있다. 즉 화기(3)의 조준 방향(D1)은 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)에 대해서 좌우 방향으로 소정의 각도(H1,H2)만큼 회전하게 된다.

상술한 바와 같이 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)을 이용하면 화기(3)를 조준 방향(D1) 및 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)을 상하 좌우로 자유롭게 제어할 수 있을 뿐 아니라, 화기(3)의 조준 방향(D1)을 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)에 대해서 소정의 각도 범위 내에서 상대 회전시킬 수 있다.

도 11은 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)의 촬영 장치(200)로 표적(T)을 촬영한 영상(S)을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 촬영 장치(200)로 촬영한 표적(T)은 촬영 장치(200)의 촬영 영상(S)의 가운데에 위치하고 있다. 즉 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)은 표적을 향하고 있다.

표적(T)이 정지하고 있을 경우에는 화기(3)의 주시 방향(D2)을 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)과 평행하도록 배치하여 화기(3)의 조준 지점과 촬영 장치(200)의 주시 지점을 일치시킴으로써, 탄환을 격발하였을 때 탄환이 촬영 장치(200)의 주시 지점에 탄착시킬 수 있다.

한편, 표적(T)이 일정한 속도로 이동하고 있을 경우에는, 촬영 장치(200)의 주시 지점(P1)과 화기(3)의 조준 지점이 일치된 상태에서 격발을 개시하면 탄환은 표적(T)에 명중되지 못하고 표적(T)의 후방을 타격하게 된다. 이는 탄환이 날아가는 시간 동안 표적(T)이 전진하기 때문인데 이러한 오차는 표적(T)의 이동 속도가 빠를수록 또는 표적(T)이 멀리 위치할수록 더욱 커진다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 화기(3)의 조준 지점(P2)을 표적(T)의 전방에 두는 소위 리이드 보상을 수행할 수 있다. 정확한 리이드 보상을 위해서는 표적(T)과의 거리를 정확히 계측하는 것이 중요한데, 이를 위해서 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)은 레이저 거리 측정기 또는 레이더와 같은 거리 측정 장치를 구비할수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

본 실시예에 따른 경계 로봇(1)은 화기(3)의 조준 방향(D1)을 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)과 달리 할 수 있으므로, 화기(3)의 조준 지점(P2)을 촬영 장치(200)의 주시 지점(P1)과 분리하여 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서 촬영 장치(200)는 계속해서 표적(T)을 주시하면서도 화기(3)의 리이드 보상을 원활하게 수행할 수 있다. 즉 표적(T)이 이동하는 경우에는 도 11에 도시된 바와 같이, 화기(3)의 조준 지점(P2)을 표적(T)의 전방에 위치시킴으로써 표적(T)을 시야에 둔 채로 표적(T)을 명중시킬 수 있다.

또한 화기(3)의 조준 방향(D1)은 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)과 좌우 방향뿐만 아니라 상하 방향으로도 독립적으로 제어가 가능하다. 그러므로 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)은 리이드 보상 외에 탄도가 포물선을 그림에 따른 수직 방향의 오차도 미리 보상할 수 있다.

이외에도 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)은 풍향 또는 탄환의 회전에 따른 치우짐에 의한 오차도 미리 보상함으로써 표적(T)에 대한 명중률을 더욱 효과적으로 높일 수 있다.

한편 본 실시예의 화기(3)의 조준 방향(D1)과 촬영 장치(200)의 주시 방향(D2)은 프레임(100)의 선회에 따라 함께 회전되므로, 먼저 프레임(100)을 선회시켜 화기(3)와 촬영 장치(200)가 표적(T)을 향하도록 한 다음, 화기(3)의 조준 방향(D1)만을 제어하여 리이드 보상을 수행할 수도 있다. 일반적으로 리이드 보상을 위한 화기(3)의 제어 각은 프레임(100)의 선회 각에 비해서 매우 작기 때문에, 이와 같이 단계적으로 표적(T)을 조준할 경우에는 신속하고 정확하게 표적(T)을 조준할 수 있다.

또한 본 실시예에서 촬영 장치(200)는 프레임(100)의 컬럼부(120) 사이에 배치되고 화기(3)는 그 상측에 배치되므로, 촬영 장치(200)와 화기(3)와의 거리를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 촬영 장치(200)와 화기(3)와의 거리가 가까울수록 촬영 장치(200)의 주시 지점(P1)과 화기(3)의 조준 지점(P2) 사이의 오차도 감소될 수 있으므로, 본 실시예에 따른 경계 로봇(1)은 촬영 장치(200)의 주시 지점(P1)과 화기(3)의 조준 지점(P2) 사이의 오차를 효과적으로 감소시킬 수 있다.

또한 화기(3)와 촬영 장치(200)는 상하로 배치됨으로써, 프레임(100)의 회전 중심축선(A1)에 가깝게 배치될 수 있다. 따라서 회전 관성이 효과적으로 감소될 수 있으며 적은 구동력으로도 프레임(100)을 빠르게 구동시킬 수 있다.

또한 촬영 장치(200)는 화기(3)보다 프레임(100)의 바닥부(110)에 가깝게 배치되어 있으므로, 화기(3)의 격발에 따른 반동의 영향을 적게 받을 수 있다. 따라서 화기(3)의 격발에 따른 영상(S)의 흔들림을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

또한 촬영 장치(200)는 프레임(100)의 컬럼부(120) 사이에 배치되어 외부로 노출되는 면적이 작다. 따라서 촬영 장치(200)가 피탄될 확률 및 파편을 맞을 확률이 효과적으로 감소될 수 있다.

또한 본 실시예에서는 화기 마운트(400)를 틸팅 베이스(300)에 대해 상대 회전시키기 위해서 웜과 웜 기어(410)를 사용하므로, 화기(3)의 격발시의 반동에도 불구하고 화기 마운트(400)는 안정적으로 위치를 유지할 수 있다. 즉 화기(3)의 반동에 의해서 화기(3)의 조준 지점이 변동되는 것이 효과적으로 억제될 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 경계 로봇(1)에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.

예를 들어 상술한 실시예에서는 화기(3)와 화기 거치 장치(2)를 모두 구비한 경계 로봇(1)에 관하여 설명하였으나, 이와는 달리 화기 거치 장치(2)는 화기(3)와는 독립적으로 실시의 대상이 될 수도 있다. 즉 화기(3) 거치 장치만이 생산 또는 양도의 대상이 될 수도 있다.

또한 상술한 실시예서는 구동부(500)가 모터(510)와 웜(520)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 구동부(500)는 화기 마운트(400)를 틸팅 베이스(300)에 대해서 회전시킬 수 있는 것이면 어떤 것이든 가능하다. 예를 들어 구동부는 공압 액추에이터 또는 유압 액추에이터를 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한 상술한 실시예에서 촬영 장치(200)는 틸팅 베이스(300)와는 독립적으로 상하 방향의 회전이 가능한 것으로 설명하였으나, 촬영 장치(200)는 틸팅 베이스(300)의 하측에 고정되어 틸팅 베이스(300)와 일체로 상하 방향으로 회전될 수도 있다.

이외에도 본 발명은 다양한 형태로 구체화될 수 있음은 물론이다.

1 ... 경계 로봇 2 ... 화기 거지 장치
3 ... 화기 100 ... 프레임
200 ... 촬영 장치 300 ... 틸팅 베이스
400 .. 화기 마운트 500 ... 구동부
D1 ... 화기의 조준 방향 D2 ... 촬영 장치의 주시 방향