고층 화재 초기 정찰을 위한 로프 결착형 로봇의 기초 거동 연구

• 영문명: Basic Behavior of Rope-Assisted Robot for Early Detection of High-Rise Fires
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 김현호 Muhammad Imran Haider 김영진
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회논문지』Vol.40 No.2, 74~80쪽, 전체 7쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2026.04.30

국문 초록

최근 고층 빌딩 밀집 지역의 화재 사고의 급증과 연돌 효과로 인한 피해 확산 등에 따라, 기존 소방 사다리차와 무인 항공기의 한계를 극복할 재난 대응 플랫폼의 필요성이 대두되고 있다. 무인 항공기는 강한 빌딩풍에 취약하고 배터리 제약으로 운용 시간이 짧다. 또한, 케이블 구동형 로봇은 설치 복잡성으로 인해 긴급 현장 투입에 제약이 따른다. 이 연구에서는 음압 기반의 흡착 메커니즘과 듀얼 윈치 시스템을 결합하여 고층 화재 발생 시 초기 화원 정찰 및 배연 통로 확보 임무를 수행하는 로프 결착형 로봇 플랫폼의 기초 거동 성능을 검증하였다. 제안된 플랫폼은 유선 급전 방식을 통해 장시간 안정적인 주행이 가능하며, 약 3.5 kg의 경량 섬유 강화 폴리머 본체를 가진다. 또한, 글래스 브레이커와 후면의 프로펠러 등 다목적 모듈 탑재가 가능한 구조를 적용하여, 향후 유리창 파쇄와 같은 임무를 수행할 수 있는 확장성을 가진다. 듀얼 윈치는 로봇의 하중을 효과적으로 분산하여 추락을 방지하고, UWB 기반 위치 추정 알고리즘을 통해 도심 협곡의 GPS 음영 문제를 극복하였다. 6 m 높이의 거친 콘크리트 외벽에서 필드 실험을 수행한 결과, 윈치 보조를 통해 순수 흡착 주행 대비 소비 전력을 약 47.4% 절감하여 시스템의 에너지 효율을 입증하였고, UWB 기반으로 10 cm 이내의 정밀한 경로 추종 오차를 달성하여 목표 창문 타격 및 정찰을 위한 위치 제어 성능을 확인하였다.

영문 초록

The recent surge in fire accidents in densely populated high-rise districts, exacerbated by the stack effect, underscores the critical need for a disaster response platform capable of overcoming the limitations of conventional aerial ladder trucks and unmanned aerial vehicles (UAVs). While UAVs are vulnerable to strong building winds and are constrained by short operational durations owing to battery limitations, cable-driven parallel robots face restrictions regarding their rapid deployment at emergency sites owing to complex installation requirements. To address these challenges, in this study, the fundamental mobility performance of a rope-assisted robot platform integrating a negative pressure adhesion mechanism and a dual-winch system, designed for early fire reconnaissance and securing smoke ventilation paths, was evaluated. The proposed platform ensures stable, long-duration wall climbing using a wired power supply and features a lightweight 3.5 kg carbon fiber reinforced polymer body. Furthermore, it incorporates an expandable structure capable of accommodating multipurpose modules, such as a glass breaker and a rear propeller, enabling it to perform such missions as window shattering. The dual-winch system distributes the payload of the robot to prevent falls, while a precise localization algorithm based on ultrawideband (UWB) technology is applied to mitigate the GPS shadow effect in urban canyons. Field experiments conducted on a 6 m rough concrete vertical wall confirmed that winch-assisted driving achieved a 47.4% reduction in power consumption compared with pure suction driving, demonstrating the energy efficiency of the system. Furthermore, the system achieved a precise path-following error of less than 10 cm based on UWB localization, confirming its position control performance for targeting windows and conducting reconnaissance missions.

목차

1. 서 론

2. 시스템 설계 및 운용 메커니즘

3. 실 험

4. 결과 및 고찰

5. 결 론

후 기

References

키워드

Robot Negative pressure adhesion Tethered robot system Dual-winch mechanism UWB localization

참고문헌

• Applied Sciences
• Sensors and Materials
• Fire Science and Engineering
• Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science
• Fire
• Drones
• Proceedings of the 6th National Conference for Postgraduate Research (NCON-PGR 2022)
• Drones
• Proceedings of the 2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
• Drones
• Automation in Construction
• Drones
• Machines
• Biomimetics
• Applied Sciences
• Robotica
• Journal of Electrical Systems and Information Technology