KR101173032B1 - 현수장치, 이를 구비하는 차륜형 차량 및 이동로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현수장치, 이를 구비하는 차륜형 차량 및 이동 로봇에 관한 것으로서,
상기 현수장치는, 차량의 일측에 부착되고, 로드휠이 고정 또는 지지되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 형성되며, 크랭크가 배치되는 크랭크실과, 서로 평행하게 배치되며, 상기 크랭크실과 연통되는 복수의 원통형 챔버와, 상기 복수의 원통형 챔버의 내부에 배치되며, 상기 원통형 챔버의 내벽을 따라 슬라이딩되며, 커넥팅로드에 의하여 상기 크랭크의 끝단과 연결되는 피스톤 및 상기 피스톤과 상기 원통형 챔버로 둘러 쌓여 형성되며, 상기 피스톤의 체적이 가변되며, 가스가 충전되어 있는 완충실을 포함한다.
이에 의하여 본 발명은 리딩암 상태에서의 로드암의 각도 조절기능을 수행할 수 있으며, 로드암이 트레일링암 상태나 리딩암 상태를 취하고 있는 경우에도 양방향으로 차량를 지지하면서, 스프링 및 댐핑기능을 수행할 수 있어 차륜형 차량 및 이동 로봇의 장애물 극복 능력을 획기적으로 향상시키는 현수장치를 제공한다.

Description

현수장치, 이를 구비하는 차륜형 차량 및 이동로봇{SUSPENSION APPARATUS, WHEEL TYPE VEHICLE AND MOBILE ROBOT HAVING THE SAME}

본 발명의 실시예들은 현수장치, 이를 구비하는 차륜형 차량 및 이동로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차륜형 차량 및 이동 로봇의 로드휠(road wheel)과 연동되는 현수장치에 관한 것이다.

종래의 군사용 차륜 차량은 타이어 반경보다 높은 장애물을 극복할 수 없어 이를 해결하기 위하여 무한궤도차량을 사용하였다.

무한궤도차량에는 다수의 로드휠과 로드휠을 차체에 연결시켜 주어, 차체의 하중을 지지하고, 진동 및 충격을 감소시키며 동력전달 및 접지력 유지의 기능을 수행하는 현수장치가 사용된다.

이러한 현수장치에는 고강도 토숀바 타입과 유기압식 현수장치가 사용되어 왔으며, 최근에는 승차감 향상과 차체 공간 확보를 위하여 현수장치중에서도, 주로 유기압식 현수장치를 사용하고 있다.

궤도차량은 낮은 장애물을 만난 경우에는 현수장치의 로드암이 회전하면서 로드휠이 상승, 하강함에 따라 장애물을 통과할 수 있다.

그러나, 무한궤도차량은 높은 장애물인 만난 경우에는 차체에 장착된 기동륜 또는 유동륜과 지면에 접촉(궤도를 통하여)한 로드휠 사이에 연결된 궤도를 이용하여 장애물을 걸쳐서 넘어갈 수 있다.

궤도차량의 현수장치는 항상 차량의 후방으로 기울어져(트레일링암 상태) 있더라도 높고 낮은 장애물을 극복할 수 있다.

하지만, 이러한 현수장치가 적용된 궤도차량은, 장애물이 많은 야지주행에는 유리한 반면, 구름저항과 조향저항이 커서 연료소비량이 많으며, 포장도로와 같이 평탄한 노면을 고속으로 주행할 수 없다는 단점이 있다.

이러한 문제로 인하여, 일반적으로 사용되는 유기압식 현수장치를 이동 로봇이나 차륜형 차량의 현수장치로서 바로 적용할 수 없다.

따라서 높은 장애물을 용이하게 통과할 수 있으며, 구름저항과 조향저항을 줄여서 차량의 운용시 경제성을 만족시키며, 포장도로를 고속으로 주행할 수 있는 기능을 수행할 수 있는 현수장치에 대한 연구가 필요하다.

본 발명의 실시예들은, 로드암이 트레일링암 상태나 리딩암 상태에 있더라도, 차체를 지지하면서 스프링 및 댐핑기능을 수행할 수 있는 현수장치를 제공하고자 한다.

또한, 로드휠을 지면으로부터 들어올림으로써 높은 장애물을 극복할 수 있는 현수장치를 제공하고자 한다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 현수장치는, 차량의 일측에 부착되고, 로드휠이 고정 또는 지지되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 형성되며, 크랭크가 배치되는 크랭크실과, 서로 평행하게 배치되며, 상기 크랭크실과 연통되는 복수의 원통형 챔버들과, 상기 복수의 원통형 챔버들에 각각 배치되며, 상기 복수의 원통형 챔버들의 내벽을 따라 슬라이딩되며, 커넥팅로드에 의하여 상기 크랭크의 양단과 각각 연결되는 피스톤들 및 상기 복수의 원통형 챔버들에 각각 형성되며, 상기 피스톤들에 의하여 일단의 경계가 형성되며, 상기 피스톤들의 슬라이딩에 의하여 체적이 가변되며, 가스가 충전되어 있는 복수의 완충실들을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 크랭크실 내의 크랭크는 크랭크의 중심부가 모터와 연결된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 하우징이 상기 크랭크의 중심부를 기준으로 상기 차체의 후방을 향하여 기울어진 트레일링암(Trailing arm) 상태에서, 지면으로부터 원거리의 제2 완충실은 압축되고, 근거리의 제1 완충실은 팽창된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 상기 하우징이 상기 크랭크의 중심부를 기준으로 상기 차체의 전방을 향하여 기울어진 리딩암(Leading arm) 상태에서, 지면으로부터 원거리의 제1 완충실은 압축되고, 근거리의 제2 완충실은 팽창된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 완충실의 압축 또는 팽창은 각각 상기 크랭크의 회전에 의하여 이루어진다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 완충실들의 일단에는 가스체적조절기들이 부착되어, 상기 완충실들에 충전되는 가스의 체적이 조절된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 하우징의 외부에는 부착면인 밑면이 대직경인 원추대 형상으로 되어 있으며, 중심축선을 따라 로드휠의 로드휠 스핀들이 열박음되어 지는 로드휠 스핀들 체결부가 부착된다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 커넥팅 로드는 한쪽끝에는 핀구멍이 개구되어 있으며, 다른 쪽 끝에는 구형의 헤드부가 형성되어 있고, 상기 핀구멍은 핀구멍에 끼워지는 핀에 의하여 크랭크와 연결되며, 상기 헤드부는 볼모양으로 이루어져 피스톤의 홀에 수용된다.

또한 상기한 과제를 형성하기 위하여 본 발명은 이동로봇을 개시한다.

상기 이동로봇은 자유이동가능하도록 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 측면에 부착되는 복수의 다리부들과, 상기 다리부의 단부에 구비되는 로드휠들 및 상기한 현수장치를 포함하여 형성되는 다리부를 구비하여 구성된다.

또한 상기한 과제를 형성하기 위하여 본 발명은 차륜형 차량을 개시한다.

상기 차륜형 차량은 자유이동가능하도록 동력발생장치 및 조향장치를 포함하여 형성되는 본체부와, 상기 조향장치에 각각 결합되는 복수의 다리부들과, 상기 다리부들의 단부에 구비되는 로드휠들 및 상기 다리부들은 상기한 현수장치들을 포함하여 형성되는 다리부를 구비하여 구성된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 기존의 단방향 현수장치로는 구현할 수 없었던 리딩암 상태에서의 로드암의 각도 조절기능을 수행할 수 있다.

또한 복수의 챔버를 구비함으로써, 로드암이 트레일링암 상태나 리딩암 상태를 취하고 있는 경우에도 양방향으로 차체를 지지하면서, 스프링 및 댐핑기능을 수행할 수 있어 차륜형 차량 또는 이동 로봇의 장애물 극복 능력을 획기적으로 향상시키는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 모터와 현수장치가 결합한 상태에서의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 차량진행방향에 대하여 트레일링암 상태에서의 현수장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 차량진행방향에 대하여 리딩암 상태에서의 현수장치의 단면도.
도 4는 도 2 및 도 3의 로드암의 하우징의 일단의 결합부분에 대한 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 현수장치가 장착된 이동 로봇의 개념도.

이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 현수장치, 이를 구비하는 차륜형 차량 및 이동 로봇에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 모터와 현수장치가 결합한 상태에서의 단면도이고, 도 2 내지 도 3은 각각 차량진행방향에 대하여 트레일링암 상태에서 현수장치의 단면도 및 차량진행방향에 대하여 리딩암 상태에서 현수장치의 단면도이다.

본 도면을 참조하면, 현수장치는 하우징(21), 크랭크(23), 크랭크실(22), 챔버(24a, 24b), 커넥팅로드(25a, 25b), 피스톤(26a, 26b) 및 완충실(27a, 27b)을 포함한다.

하우징(21)은 그 일단이 고정수단에 의하여 차량의 일측에 부착되고, 타단은 결합수단에 의하여 로드휠(30)이 고정 또는 지지되는 구조로 되어 있다.

또한 하우징(21)의 내부에는 왕복운동을 하는 피스톤 구조가 형성되어 있다.

또한 하우징(21)은 그 내부에 크랭크실(22)과 복수의 챔버(24a, 24b)를 구비하고 있으며, 크랭크실(22)과 챔버(24a, 24b)는 서로 연통되어 있다.

도 4를 참조하면, 하우징(21)이 로드휠(30)과 결합되는 부분은 부착면인 밑면이 대직경인 원추대 형상으로 이루어질 수 있으며, 중심축선을 따라 로드휠(30)의 로드휠 스핀들(31)이 열박음되어지는 로드휠 스핀들 체결부(32)가 부착될 수 있다.

크랭크실(22)은 하우징(21)의 내부 일단에 위치하고 있으며, 그 중앙에는 크랭크(23)가 배치된다.

또한, 크랭크실(22)의 중앙에 배치된 크랭크(23)는 모터와 연결되는데, 예를 들어 축(29)에 의하여 모터(10)의 구동부(11)와 연결될 수 있다.

또한, 모터(10)의 회전에 의하여 크랭크(23)를 임의의 각도로 조절할 수 있다.

모터의 회전에 의하여 현수장치는 하우징이 크랭크의 중심부를 기준으로 후방을 향하여 기울어진 트레일링암(Trailing arm)상태 및 하우징이 크랭크의 중심부를 기준으로 전방을 향하여 기울어진 리딩암(Leading arm)상태를 취할 수 있게 된다.

또한 크랭크(23)의 양단에는 피스톤(26a, 26b)이 커넥팅로드(25a, 25b)에 의하여 연결되어 있다.

커넥팅로드(25a, 25b)는 한쪽끝에는 핀구멍이 개구되어 있으며, 다른쪽 끝에는 구형의 헤드부가 형성되어 있고, 핀구멍은 핀구멍에 끼워지는 핀에 의하여 크랭크(23)와 연결되며, 헤드부는 볼모양으로 이루어져 피스톤(26a, 26b) 내부의 홀에 수용된다.

크랭크실(22)과 연통된 챔버(24a, 24b)내에는 피스톤(26a, 26b)이 미끄럼운동 가능하게 삽입되어 있고, 챔버(24a, 24b)와 피스톤(26a, 26b)으로 경계가 형성되는 완충실(27a, 27b)이 구비되어 있다.

완충실에는 가스가 충전되어 있으며, 충전되어 있는 가스 체적이 압축 또는 팽창함에 따라 스프링 또는 댐핑 작용을 한다.

완충실(27a, 27b)은 피스톤(26a, 26b)과 대향하는 위치에 가스체적 조절기를 포함하여 구성할 수 있으며, 가스체적 조절기를 조작하여 의하여 완충실(27a, 27b) 내의 가스의 체적 및 가스압이 증감시킬 수 있다.

가스체적 조절기에 의하여 완충실(27a, 27b) 내의 가스의 체적 및 가스압이 증감하면 이에 의하여 현수장치의 완충정도를 조절할 수 있게 된다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따르는 현수장치가 차륜형 차량 또는 이동 로봇에 장착된 경우의 완충작용을 살펴보기로 한다.

도 2는 차량의 전진방향의 반대방향으로 로드휠(30)이 배치되는 트레일링암 상태이며, 차륜형 차량 또는 이동 로봇이 평지나 완만한 경사를 이동할 때의 현수장치의 작동상태이다.

로드암(20)의 하부에는 로드휠(30)이 장착되어 있으며, 노면의 굴곡을 따라 상하로 운동한다.

로드휠(30)이 상승하면 로드암(20)은 반시계방향으로 회전하는데 이때 지면으로부터 원거리에 이격된 위치의 제2완충실(27a)에 충전되어 있는 가스는 더욱 압축되고, 지면으로부터 근거리에 이격된 위치의 제1완충실(27b)에 충전되어 있는 가스는 팽창하게 된다.

제2완충실(27a)의 가스는 압축으로 압력이 상승하고 제1완충실(27b)의 가스는 압력이 하강한다. 이러한 압력의 차이로 인하여, 시계방향으로의 모멘트가 상승하여 로드휠(30)을 원위치로 하강시키려는 복원력이 작용하게 된다.

복원력이 작용하여 원위치로 돌아가더라도, 완충실(27a, 27b)의 가스에 작용하는 압력이 힘의 평형상태를 이루지 못하는 경우, 예를 들면 로드휠(30)이 원위치보다 더 하강하는 경우에는 앞서 살펴본 바와는 반대로 제2완충실(27a)의 가스는 압축으로 인하여 압력이 하강하고 제1완충실(27b)의 가스는 압력이 상승하게 된다.

이 경우 압력차에 의한 복원력이 앞선 경우와는 달리 반대로 작용하게 된다.

상기한 바와 같이, 로드휠(30)에 가해지는 충격 및 진동으로 인하여 제1 및 제2 완충실(27a, 27b)내의 가스가 압축 및 팽창작용을 반복하면서, 차체의 충격흡수와 진동감소가 되는 것이다.

도 3은 차량의 전진방향과 같은 방향으로 로드휠(30)이 배치되는 리딩암 상태이며, 차륜형 차량 또는 이동 로봇이 급격한 경사를 이동할 때나 높은 장애물을 극복할 때의 현수장치의 작동상태이다.

로드휠(30)을 리딩암 상태로 변경하기 위하여 모터(10)를 사용하여 크랭크(23)를 회전시켜, 도시한 바와 같이 크랭크(23)의 각도를 변경하며, 장애물의 높이에 따라 크랭크(23)의 각도를 변경하여 로드암(20)을 지표면으로부터 더 들어올릴 수 있다.

차륜형 차량 또는 이동 로봇의 주행시 노면의 굴곡에 따라 로드휠(30)이 상승 또는 하강하지만, 로드휠(30)이 상승하면 트레일링암 상태일 때와는 반대로, 로드암(20)이 시계방향으로 회전한다.

이때 제1완충실(27b)에 충전되어 있는 가스는 더욱 압축되고, 제2완충실(27a)에 충전되어 있는 가스는 팽창하게 된다.

제1완충실(27b)의 가스는 압축으로 압력이 상승하고 제2완충실(27a)의 가스는 압력이 하강한다.

이러한 압력의 차이로 인하여, 시계방향으로의 모멘트가 상승하여 로드휠(30)을 원위치로 하강시키려는 복원력이 작용하게 된다.

이로 인하여 트레일링암 상태일 경우와 동일하게, 제1 및 제2 완충실(27a, 27b)내의 가스가 압축 및 팽창작용을 반복하면서, 차체의 충격흡수와 진동감소가 되는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르는 일실시예에 따르는 현수장치는, 로드암(20)의 하우징(21)내에 복수의 챔버(24a, 24b), 피스톤(26a, 26b), 완충실(27a, 27b) 등을 구비된다.

이로 인하여 현수장치가 크랭크의 중심부를 기준으로 차륜 차량 또는 이동 로봇의 전진방향의 반대방향으로 로드휠(30)이 배치되는 트레일링암상태 및 크랭크의 중심부를 기준으로 차량의 전진방향과 동일한 방향으로 로드휠(30)이 배치되는 리딩암상태를 취하더라도, 차체의 하중을 지지하고, 진동 및 충격을 감소시키며 동력전달 및 접지력 유지의 기능을 수행할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명과 관련한 현수장치의 다른 일 실시예를 나타내는 개념도로서, 이동 로봇(200)에 현수장치가 장착된 상태에서의 실시상태를 도시한 것이다. 본 실시예에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

본 도면을 참조하면, 이동 로봇(200)은 본체부(250), 복수의 다리부(220), 로드휠(210) 및 현수장치를 포함한다.

현수장치는 앞선 실시예들과 동일하게 모터(10)의 회전에 의하여 크랭크축의 각도를 변경하게 된다.

이로 인하여, 현수장치가 크랭크의 중심부를 기준으로 이동 로봇(200)의 전진방향의 반대방향으로 로드휠이 배치되는 트레일링암상태 및 크랭크의 중심부를 기준으로 이동로봇(200)의 전진방향과 동일한 방향으로 로드휠이 배치되는 리딩암상태를 취하더라도, 본체부(250)의 하중을 지지하고, 진동 및 충격을 감소시키며 동력전달의 기능을 수행할 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기한 현수장치는 차륜형 차량(미도시)에 적용될 수 있다.

상기한 차륜형 차량은 동력발생장치와 조향장치를 포함하는 본체부, 상기 조향장치에 각각 결합되는 복수의 다리부, 로드휠들 및 현수장치를 포함한다.

현수장치는 앞선 실시예들과 동일하게 동력발생장치 또는 별도로 구비되는 모터의 회전에 의하여 크랭크축의 각도를 변경하게 된다.

이로 인하여, 현수장치가 크랭크의 중심부를 기준으로 차륜형 차량의 전진방향의 반대방향으로 로드휠이 배치되는 트레일링암상태 및 크랭크의 중심부를 기준으로 차륜형 차량의 전진방향과 동일한 방향으로 로드휠이 배치되는 리딩암상태를 취하더라도, 본체부의 하중을 지지하고, 진동 및 충격을 감소시키며 동력전달의 기능을 수행할 수 있게 된다.

이와 같은 구성으로 인하여, 차륜형 차량은 무한궤도차량에 비하여, 상대적으로 중량이 작게 나가고, 간단한 구동장치를 구비하면서도, 장애물 극복능력이 뛰어난 이동수단을 제공할 수 있게 된다.

상기와 같은 현수장치, 이를 구비하는 차륜형 차량 및 이동 로봇은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

1. 자율이동가능하도록 형성되는 본체부;
   상기 본체부의 후방을 향하여 기울어진 트레일링암(Trailing arm) 상태와, 상기 본체부의 전방을 향하여 기울어진 리딩암(Leading arm) 상태를 구현할 수 있도록 상기 본체부의 측면에 형성되는 로드암; 및
   상기 로드암의 단부에 구비되는 로드휠을 포함하고,
   상기 로드암은,
   상기 로드암의 내부에 형성되며, 상기 본체부에 장착된 모터에 축결합되는 크랭크가 배치되는 크랭크실;
   서로 평행하게 배치되며, 상기 크랭크실과 연통되는 제1 챔버와 제2 챔버;
   상기 챔버들에 각각 배치되며, 커넥팅로드들에 의하여 상기 크랭크의 양단과 각각 연결되는 제1 피스톤과 제2 피스톤; 및
   상기 챔버들에 각각 형성되며, 상기 피스톤들에 의하여 일단의 경계가 형성되며, 상기 피스톤들의 슬라이딩에 의하여 체적이 가변되도록 형성되는 제1 완충실과 제2 완충실을 포함하고,
   상기 크랭크의 회전에 따라, 상기 트레일링암 상태 또는 상기 리딩암 상태가 되도록 상기 로드암이 회전하고, 상기 제1 완충실과 상기 제2 완충실의 체적이 상대적으로 가변되어,
   상기 로드암이 각 상태에서 상기 본체부에 가해지는 하중을 지지할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차륜형 차량.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 트레일링암(Trailing arm) 상태에서, 지면으로부터 원거리의 제2 완충실은 압축되고, 근거리의 제1 완충실은 팽창되는 것을 특징으로 하는 차륜형 차량.
4. 제1항에 있어서,
   상기 리딩암(Leading arm) 상태에서, 지면으로부터 원거리의 제1 완충실은 압축되고, 근거리의 제2 완충실은 팽창되는 것을 특징으로 하는 차륜형 차량.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 완충실의 일단에 가스체적조절기들이 부착되어, 상기 완충실들에 충전되는 가스의 체적이 조절되는 것을 특징으로 하는 차륜형 차량.
7. 제1항에 있어서,
   상기 로드암의 외부에 부착되며, 부착면인 밑면이 대직경인 원추대 형상으로 되어 있으며, 중심축선을 따라 로드휠의 로드휠 스핀들이 열박음되는 로드휠 스핀들 체결부가 부착되는 것을 특징으로 하는 차륜형 차량.
8. 제1항에 있어서,
   상기 커넥팅 로드의 한쪽 끝에는 핀구멍이 개구되어 있으며, 다른 쪽 끝에는 구형의 헤드부가 형성되어 있고, 상기 핀구멍은 핀구멍에 끼워지는 핀에 의하여 크랭크와 연결되며, 상기 헤드부가 피스톤의 홀에 수용되어 결합되는 것을 특징으로 하는 차륜형 차량.
   
9. 삭제
10. 삭제

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