KR101188862B1 - 계단을 오르는 전동 운반체 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 계단을 오르는 전동 운반체(electrical powered vehicle)에 있어서, 몸체, 그리고 몸체를 지지하며 계단을 통해 이동시키는 제1 다리 및 제2 다리로서, 각각이 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단에 접촉 가능한 두 접촉단을 가지며, 제1 다리 및 제2 다리는 제1 다리의 두 접촉단이 몸체를 지지하는 상태에서 제2 다리의 두 접촉단이 상기 상대적으로 아래쪽 계단 보다 위쪽에 위치하는 두 개의 계단에 접촉하도록 된 전동 링크(linkage)를 가지는 제1 다리 및 제2 다리를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체에 관한 것이다.

Description

계단을 오르는 전동 운반체{ELECTRICALLY-POWERED STAIR-CLIMBING VEHICLE}
본 개시는 전체적으로 계단을 오르는 전동 운반체에 관한 것으로, 특히 계단을 잘 오르며 승차감이 향상된 계단을 오르는 전동 운반체에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
단차진 거리, 계단, 문 등은 휠체어로 이동하는 데에 큰 불편을 준다. 그런데, 우리나라는 경사로가 설치되지 않은 경우가 많고, 건물들의 조밀한 공간배치로 나중에라도 경사로를 설치하기 어려운 경우가 많다. 또한, 차에서 내린 휠체어가 단차로 인해 보도로 올라갈 수 없어서 도로로 주행하다가 사고를 당하는 경우가 흔히 발생한다. 또한, 지하철역 휠체어 리프트는 수동식 휠체어를 기준으로 설계되어 무거운 전동 휠체어를 사용하기에는 위험하고, 사용을 위해 지하철역 직원을 불러야 하므로 장애인들이 가장 사용하고 싶지 않은 시설 중의 하나로 알려져 있다.
이러한 불편을 해결하기 위해 계단을 오르는 전동 휠체어에 관하여 연구되어 왔다. 그 중 일 예로 미국특허 6,484,829호에는 여러 개의 스파이더 휠(spider wheel)을 갖는 계단을 오르는 휠체어가 개시되어 있고, 이와 유사한 예로, 도 1의 사진에는 여러 개의 바퀴 및 링크메커니즘을 사용한 계단을 오르는 휠체어가 나타나 있다.
또 다른 예로, 도 2에는 한국공개공보 20100043395호에서 개시된 무한궤도(endless track)를 사용하여 계단을 올라가는 휠체어가 나타나 있다. 그러나 상기 방식들은 승차감이 좋지 않고 가파른 계단을 올라갈 수 없으며, 휠체어가 크고, 바퀴나 무한궤도가 계단모서리를 손상시키는 등의 문제점들이 있었다.
또 다른 예로, 도면 3에는 미국 Independence Technology company에 의해서 개발된 아이봇(ibot)이 나타나 있다. 그러나 아이봇은 사용자가 계단 난간을 손으로 잡고 팔로 당기는 동작을 해야 하거나, 다른 사람의 도움 없이는 계단을 올라갈 수 없었고, 승차감이 좋지 않은 문제점이 있었다.
따라서 승차감이 좋고 가파른 계단도 오를 수 있으며, 계단의 모서리도 파손시키지 않고, 크기도 작은 전동 휠체어 또는 전동 운반체의 개발이 요구된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure) 계단을 오르는 전동 운반체(electrical powered vehicle)에 있어서, 몸체, 그리고 몸체를 지지하며 계단을 통해 이동시키는 제1 다리 및 제2 다리로서, 각각이 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단에 접촉 가능한 두 접촉단을 가지며, 제1 다리 및 제2 다리는 제1 다리의 두 접촉단이 몸체를 지지하는 상태에서 제2 다리의 두 접촉단이 상기 상대적으로 아래쪽 계단 보다 위쪽에 위치하는 두 개의 계단에 접촉하도록 된 전동 링크(linkage)를 가지는 제1 다리 및 제2 다리를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 여러 개의 바퀴 및 링크메커니즘을 사용한 계단을 오르는 휠체어를 나타내는 사진,
도 2는 한국공개공보 20100043395호에서 개시된 무한궤도(endless track)를 사용하여 계단을 올라가는 휠체어를 나타내는 도면,
도 3은 미국 Independence Technology company에 의해서 개발된 아이봇(ibot)을 나타내는 사진,
도 4는 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체의 일 예를 나타내는 개념도,
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체의 일 예의 개념도들,
도 7은 도 5 및 6에 나타난 계단을 오르는 전동 휠체어의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 도 7에 나타난 계단을 오르는 전동 휠체어가 계단을 오르는 일 예를 나타낸 도면,
도 9는 도 7에 도시된 계단을 오르는 전동 운반체를 뒤집은 상태의 일부를 나타내는 도면,
도 10은 도 7 및 도 8에 도시된 구동바퀴의 일 예를 나타내는 도면,
도 11 및 도 12는 도 7 및 도 8에 도시된 앞바퀴의 일 예를 나타내는 도면들,
도 13 및 도 14는 도 7에 도시된 계단을 오르는 전동 운반체가 다리 주행시의 다리의 상태의 일 예를 나타내는 도면들,
도 15는 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체가 계단을 오르는 방식의 일 예를 나타내는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체가 계단을 오르는 방식의 다른 예를 나타내는 도면,
도 17은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체가 계단을 오르는 방식의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 18은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체의 다른 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 4는 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체의 일 예를 나타내는 개념도이다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)는 사람이나 물건을 계단을 통해 이동하는 데에 사용될 수 있다. 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 몸체(101), 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)를 포함한다.
몸체(101)는 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 목적, 예를 들어, 장애인이나 환자를 위한 이동 수단 또는 화물 이송 수단 등의 목적에 따라 다양한 형태로 변경될 수 있다. 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)는 몸체(101)를 지지하며, 계단을 통해 몸체(101)를 이동시킨다.
제1 다리(230) 및 제2 다리(250) 각각이 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단에 접촉 가능한 두 접촉단(232, 234, 252, 254)을 갖는다. 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)는 제1 다리(230)의 두 접촉단(232, 234)이 몸체(101)를 지지하는 상태에서 제2 다리(250)의 두 접촉단(252, 254)이 상기 상대적으로 아래쪽 계단 보다 위쪽에 위치하는 두 개의 계단에 접촉하도록 된 전동 링크(linkage)(201, 205)를 갖는다.
제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 두 접촉단(232, 234, 252, 254)을 가지기 때문에 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 무게중심이 안정되게 위치할 수 있는 영역이 넓어져서 계단을 오르는 전동 운반체(100)가 보다 안정적으로 계단을 오를 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체의 일 예의 개념도들이다. 도 7은 도 5 및 6에 나타난 계단을 오르는 전동 휠체어의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7에 나타난 계단을 오르는 전동 휠체어가 계단을 오르는 일 예를 나타낸 도면이다. 도 9는 도 7에 도시된 계단을 오르는 전동 운반체를 뒤집은 상태의 일부를 나타내는 도면이다.
몸체(101)는 체어 프레임(chair frame)(10), 구동바퀴(55) 및 앞바퀴(65)를 포함할 수 있다.
체어 프레임(10)은 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 각 구성요소를 지지하는 하나 또는 복수의 프레임의 결합체일 수 있다. 체어 프레임(10)은 시트(seat)(20)가 안착되는 지지부(11)와 팔걸이(13)를 가질 수 있다. 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 전원에 의해 구동되며, 전원 공급을 위해 배터리(도시되지 않음)가 체어 프레임(10)에 설치될 수 있다.
구동바퀴(55) 및 앞바퀴(65)는 체어 프레임(10)의 양측에 각각 결합되며, 구동바퀴(55)는 배터리로부터 전원을 공급받는 제1 액츄에이터(41)에 의해 구동될 수 있다. 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)는 양측의 구동바퀴(55) 사이에서 체어 프레임(10)에 결합될 수 있다. 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)는, 도 7에 도시된 것과 같이, 바퀴주행시에는 접혀 있다.
제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 상기한 것과 같이 구동바퀴(55)의 사이에서 콤팩트하게 설치되므로 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 부피가 불필요하게 커지는 것이 방지된다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)는 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 동작을 제어하는 제어부(73)를 포함할 수 있다. 제어부(73)는, 도 9에 도시된 것과 같이, 체어 프레임(10)에 설치될 수 있다. 팔걸이(13)에는 제어부(73)와 연결된 조작패널(71)이 사용자가 조작할 수 있게 설치될 수 있다. 조이스틱(75)을 조작하여 구동바퀴(55)의 방향을 제어할 수 있다.
전동 링크(201, 205)는 복수의 링크들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전동 링크(201, 205)는 체어 프레임(10)에 조인트된(jointed) 제1 링크(link)(231, 251)와, 제1 링크(231, 251)에 조인트된 제2 링크(233, 253)와, 제2 링크(233, 253)에 조인트된 제3 링크(235, 255)를 포함한다. 제1 내지 제3 링크(231, 251, 233, 253, 235, 255)는 제2 액츄에이터(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 각각의 제2 액츄에이터가 서로 연동하여 동작함으로써 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 걷는 동작을 실행한다.
제3 링크(235, 255)에는 전술된 두 접촉단(232, 234, 252, 254)이 연결되어 있다. 두 접촉단(232, 234, 252, 254) 중 상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하는 접촉단(232, 252)을 제1 접촉단(232, 252)으로, 상대적으로 위쪽 계단에 접촉하는 접촉단(234, 254)을 제2 접촉단(234, 254)으로 명명한다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)의 부피가 커지지 않도록 하기 위해 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 길이가 짧은 것이 더 적합할 수 있으며, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 길이가 짧아도 계단을 오르는 전동 운반체(100)가 용이하게 계단을 오르거나 내려오도록 하기 위해 제1 접촉단(232, 252)은 제2 접촉단(234, 254)보다 긴 것이 바람직하다. 제1 접촉단(232, 252)은 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 전방 아래쪽으로 굽어지게 형성될 수 있다. 제2 접촉단(234, 254)은 후방 아래쪽으로 굽어지게 형성될 수 있다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)는, 도 9에 도시된 것과 같이, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)를 좌우측으로 조향하는 제3 액츄에이터(45)를 포함할 수 있다. 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)를 좌우측으로 조향하는 방식은 후술된다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)는, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 레이저 센서와 같은 광학 센서(81, 83, 85, 87)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서(81, 83, 85, 87)는 팔걸이(13)의 앞뒤로 설치되어 지면과 일정 거리 떨어져 있다. 광학 센서(81, 83, 85, 87)는 지면이나 계단에 레이저를 쏘아 지면이나 계단의 형상에 관한 정보를 제어부(73)에 제공할 수 있다.
미설명 번호 236, 238, 256, 258은 후술된다.
도 10은 도 7 및 도 8에 도시된 구동바퀴의 일 예를 나타내는 도면이다.
계단을 오르는 경우에 구동바퀴(55)가 계단에 부딪히는 것을 방지하기 위해 보조 액츄에이터(59)가 구동바퀴(55)에 연결될 수 있다. 다리주행시에 보조 액츄에이터(59)는 필요에 따라, 예를 들어, 구동바퀴(55)의 구동축에 연결된 링크를 움직여서 구동바퀴(55)를 체어 프레임(10)측으로 이동시켜 계단과의 충돌을 방지한다.
도 11 및 도 12는 도 7 및 도 8에 도시된 앞바퀴의 일 예를 나타내는 도면들이다. 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 앞바퀴 홀더(67) 및 지지대(81)를 포함할 수 있다. 앞바퀴 홀더(67)는 평지에서 주행할 때 앞바퀴(65)가 지면에서 구르도록 잡아준다. 앞바퀴 홀더(67)에는 상측으로 돌출된 가이드바(69)가 설치되어 있고, 가이드바(69) 상단 측면에는 롤러(68)가 설치되어 있다. 지지대(81)는 앞바퀴 홀더(67)와 체어 프레임(10)을 결합한다. 지지대(81)의 하단에는, 앞바퀴 홀더(67)의 가이드바(69)가 삽입되는 홀(83)이 형성되어 있다. 홀(83)의 상단에는 경사면(85)이 형성되어 있다.
바퀴주행시에는, 도 11에 도시된 것과 같이, 앞바퀴 홀더(67)의 가이드바(69)가 지지대(81)의 홀(83)의 상측으로 돌출되어 있다.
다리주행시에는 앞바퀴가 지면에서 떨어지는 데, 앞바퀴(65)의 방향이 랜덤하게 변경될 수 있다. 이로 인해 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 동작이 앞바퀴(65)에 의해 방해 받을 수 있다. 다리주행시에 앞바퀴(65)는 중력에 의해 하강한다. 이때, 롤러(68)는 홀(83)의 상단에 형성된 경사면(85)을 따라 미끄러지며 가이드바(69)가 하강한다. 그 결과, 앞바퀴(65)는, 도 12에 도시된 것과 같이, 지정된 위치로 정렬된다. 따라서 계단을 오를 때 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)와 앞바퀴(65)의 간섭이 방지된다.
도 13 및 도 14는 도 7에 도시된 계단을 오르는 전동 운반체가 다리 주행시의 다리의 상태의 일 예를 나타내는 도면들이다. 도 13에는 제1 다리(230)의 외측이 나타나 있고, 도 14에는 제1 다리(230)의 내측이 나타나 있다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)가 바퀴주행 중에 계단을 만나면 사용자가 조작패널(71)를 조작하여 다리주행모드로 전환하면 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 펴지고 계단을 오르도록 작동된다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)는 도 9 및 도 14에 도시된 것과 같은, 수평 지지부(236, 238, 256, 258)를 포함하는 것이 바람직하다. 수평 지지부(236, 238, 256, 258)는 막대 형상을 가질 수 있고, 제1 접촉단(232) 및 제2 접촉단(234)으로부터 연장될 수 있다. 수평 지지부(236, 238, 256, 258)는 계단에 접촉하여 좌우측 방향으로 모멘트를 받을 수 있다.
제1 접촉단(232, 252)이 상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하고, 제2 접촉단(234, 254)이 상대적으로 위쪽 계단에 접촉한 때에 제1 접촉단(232, 252)에 연결된 수평 지지부(236, 256) 및 제2 접촉단(234, 254)에 연결된 수평 지지부(238, 258)도 계단에 접촉할 수 있다. 따라서 제1 다리(230)가 몸체(101)를 지지하고 제2 다리(250)가 계단으로부터 떨어져 있어도 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232), 제2 접촉단(234), 두 개의 수평 지지부(236, 238)에 의해 계단과 4개의 접촉점이 있을 수 있다. 따라서 계단을 오르는 전동 운반체(100)가 좌우로 흔들리지 않고 걷는 동작을 할 수 있다.
그러므로 걷는 동작시에 중심을 잡기 위해 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 중심측으로 움직이는 자유도를 부여하는 별도의 액츄에이터나 기구를 설치하지 않아도 된다. 그 결과, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 구성이 너무 복잡하게 되는 것을 피할 수 있고 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 제작비용을 절감할 수 있다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)는, 도 13에 도시된 것과 같이, 근거리 감지 수단(272, 274)를 포함할 수 있다. 근거리 감지 수단(272, 274)은 지면에 접촉하는 측정바퀴와 측정바퀴의 회전 또는 병진 동작을 감지하는 근거리 감지 센서를 포함할 수 있다. 센서는, 예를 들어, 포텐시오미터(potentiometer)일 수 있다. 근거리 감지 수단(272, 274)은 제1 접촉단(232, 252) 및 제2 접촉단(234, 254)에 설치될 수 있으며, 측정바퀴가 지면과 접촉하면 포텐시오미터는 지면으로부터 거리를 읽는다.
광학 센서(81, 83, 85, 87)는 근거리 감지 수단(272, 274)에 비하여 장거리를 감지하고, 상대적으로 저분해능을 가질 수 있고 형상인식을 할 수 있다. 반면, 근거리 감지 수단(272, 274)은 상대적으로 단거리를 감지하고, 상대적으로 고분해능을 가질 수 있고, 거리를 감지할 수 있다. 따라서 근거리 감지 수단(272, 274)은 광학 센서(81, 83, 85, 87)가 감지한 지면에 관한 정보를 보정할 수 있다. 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 광학 센서(81, 83, 85, 87)와 근거리 감지 수단(272, 274) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
계단으로부터의 거리를 감지하는 방법은 이외에도, 제1 접촉단(232, 252) 및 제2 접촉단(234, 254)이 계단과의 접촉시 제어부(73)가 제1 내지 제3 링크(231, 251, 233, 253, 235, 255)에 설치된 제2 액츄에이터의 모터전류의 변화를 읽어서 판별하는 방법이 사용될 수도 있다.
제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 전술된 전동 링크(201, 205)를 가지기 때문에 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 경사가 급한 계단도 오를 수 있다. 또한, 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 제어부(73)에 의해 탑승자의 경로를 결정하고 이에 따라서 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 궤적을 만들 수 있어서 계단을 오르거나 내려오는 동작이 부드럽게 진행될 수 있다. 따라서 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 승차감이 향상된다.
또한, 계단을 오를 때 제1 접촉단(232, 252)이 상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하고 제2 접촉단(234, 254)이 상대적으로 위쪽의 계단에 접촉한다. 이때 제1 접촉단(232, 252) 및 제2 접촉단(234, 254)이 연결된 제3 링크(235, 255)는 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단의 사이의 모서리로부터 떨어져 있다. 따라서, 무한궤도 방식의 전동 휠체에가 계단 모서리를 손상시키는 것에 비하여 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 계단의 모서리를 손상하지 않는 장점이 있다.
도 15는 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체가 계단을 오르는 방식의 일 예를 나타내는 도면이다.
계단을 오르는 방식은 계단의 형태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 15(a)에 도시된 것과 같이, 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232)이 상대적으로 아래쪽의 계단에 접촉하고 제1 다리(230)의 제2 접촉단(234)이 상대적으로 위쪽의 계단에 접촉한다. 이렇게 제1 다리(230)에 의해 몸체(101)가 지지된 상태에서 제2 다리(250)는, 도 15(a) 및 도 15(b)에 도시된 것과 같이, 계단으로부터 떨어지며 보다 위쪽의 계단으로 이동한다.
이때, 제어부(73)은 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 무게중심이 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232)과 제2 접촉단(234)의 사이에 위치하도록 제어할 수 있다. 제어부(73)는 제2 다리(250)가 보다 위쪽의 계단까지 이동하는 동안 몸체(101)를 지지하는 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232)과 제2 접촉단(234) 사이 내에서 몸체(101)를 위쪽으로 이동시키거나, 제2 다리(250)가 보다 위쪽의 계단에 접촉할 때까지 몸체(101)를 정지시킬 수도 있다.
이후, 제2 다리(250)의 제1 접촉단(252) 및 제2 접촉단(254)이, 도 15(c)에 도시된 것과 같이, 상기 상대적으로 아래쪽의 계단보다 위쪽의 2개의 계단에 각각 접촉하면, 도 15(d)에 도시된 것과 같이, 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 무게중심이 제2 다리(250)의 제1 접촉단(252)과 제2 접촉단(254)의 사이로 이동되도록 제1 링크(231, 251), 제2 링크(233, 253) 및 제3 링크(235, 255)가 동작할 수 있다.
계속해서, 제1 다리(230)와 제2 다리(250)가 역할을 바꾸어서 도 15(e) 내지 도 15(h)에 도시된 것과 같이, 제2 다리(250)가 몸체(101)를 지지하는 상태에서 제1 다리(230)가 보다 위쪽의 계단으로 이동한다.
계단을 오르는 전동 운반체(100)의 진행의 좌우측 조향을 위해 도 9에서 전술된 제3 액츄에이터(45)를 사용한다. 예를 들어, 제3 액츄에이터(45)는 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 제1 접촉단(232, 252) 사이 간격을 좁히고 제2 접촉단(234, 254) 사이 간격을 넓히거나, 그 반대로 제1 접촉단(232, 252) 사이 간격을 넓히고 제2 접촉단(234, 254) 사이 간격을 좁히도록 작동시킬 수 있다. 따라서 제1 다리(230)가 몸체(101)를 지지하고 제2 다리(250)가 계단과 떨어진 경우, 제3 액츄에이터(45)의 작동으로 계단을 오르는 전동 운반체(100)의 좌우측 조향이 가능하다.
상기한 방법에 의해 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 계단을 오를 수 있다. 유사한 방식으로 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 계단을 내려올 수 있다. 예를 들어, 제1 다리(230)가 몸체(101)를 지지한 상태에서 제2 다리(250)가 보다 아래쪽 계단으로 이동하여 제2 다리(250)의 제1 접촉단(252) 및 제2 접촉단(254)이 2개의 계단에 접촉될 수 있다. 이후, 제2 다리(250)에 의해 몸체(101)가 지지된 상태에서 제1 다리(230)가 보다 아래쪽의 계단으로 이동하여 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232) 및 제2 접촉단(234)이 2개의 계단에 접촉할 수 있다.
전술된 것과 같이 계단을 오르거나 내려올 때, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 전동 링크(201, 205)를 제어하여 탑승자의 궤적(3)을 적절하게 만들 수 있다. 예를 들어, 도 15(a)에 도시된 것과 같이 탑승자의 궤적(3)을 직선에 가깝도록 전동 링크(201, 205)를 제어할 수 있기 때문에 계단을 오르는 전동 운반체(100)가 덜컹거리지 않고 승차감이 향상된다.
도 16은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체가 계단을 오르는 방식의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 16에는 도 15에서 설명된 계단을 오르는 방식과 다른 방식이 나타나 있다. 계단의 폭이 도 15에 도시된 계단의 폭보다 더 넓은 경우, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)가 도 15에서 설명된 것과 다르게 한 계단씩만 올라갈 수도 있다.
예를 들어, 도 16(a)에 도시된 것과 같이, 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232)이 상대적으로 아래쪽의 계단에 접촉하고 제1 다리(230)의 제2 접촉단(234)이 상대적으로 위쪽의 계단에 접촉한다. 이렇게 제1 다리(230)에 의해 몸체(101)가 지지된 상태에서 제2 다리(250)는, 도 16(b)에 도시된 것과 같이, 계단으로부터 떨어지며 보다 위쪽의 계단으로 이동한다.
제1 다리(230)보다 아래에 있던 제2 다리(250)는, 도 16(c)에 도시된 것과 같이, 제1 다리(230)와 동일한 계단에 위치할 수 있다. 즉 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232)이 접촉된 상대적으로 아래쪽 계단에 제2 다리(250)의 제1 접촉단(252)이 접하고, 제1 다리(230)의 제2 접촉단(234)이 접촉된 상대적으로 위쪽의 계단에 제2 다리(250)의 제2 접촉단(254)이 접촉될 수 있다. 이후, 제2 다리(250)가 몸체(101)를 지지한 상태에서 제1 다리(230)가 계단으로부터의 떨어져서 위로 이동된다.
상기한 방법에 의해 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 계단을 오를 수 있다. 유사한 방식으로 계단을 오르는 전동 운반체(100)는 계단을 내려올 수 있다.
도 17은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체가 계단을 오르는 방식의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
계단의 폭이 도 16에 도시된 계단의 폭보다 더 넓은 경우, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)의 제1 접촉단(232, 252) 및 제2 접촉단(234, 254)이 모두 동일한 계단에 접할 수 있다.
예를 들어, 도 17(a)에 도시된 것과 같이, 제1 다리(230)의 제1 접촉단(232)이 상대적으로 아래쪽의 계단에 접촉하고 제1 다리(230)의 제2 접촉단(234)이 상대적으로 위쪽의 계단에 접촉한 상태에서, 제2 다리(250)의 제1 접촉단(252) 및 제2 접촉단(254)이 움직여, 도 17(b)에 도시된 것과 같이, 상기 상대적으로 위쪽의 계단에 접촉된다. 이후, 제1 다리(230)는, 도 17(c)에 도시된 것과 같이, 제2 다리(250)가 위치한 계단에 접촉하고, 제1 다리(230) 및 제2 다리(250)는, 도 17(d) 및 도 17(e)에 도시된 것과 같이, 동일한 계단에서 몇 번 걸을 수 있다.
도 18은 본 개시에 따른 계단을 오르는 전동 운반체의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 18에 도시된 계단을 오르는 전동 운반체(500)는 제1 다리(630)와 대향하며 제1 다리(630)와 함께 움직이는 제3 다리(690)를 더 포함하고, 제2 다리(650)가 제1 다리(630)와 제3 다리(690)의 사이에 위치하는 것과, 계단을 올라가는 방식이 다른 것을 제외하고는 도 5 내지 도 17에서 설명된 계단을 오르는 전동 운반체(100)와 실질적으로 동일하다. 따라서 대응하는 요소에 대해서는 대응하는 번호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
제3 다리(690)는 제1 다리(630)와 동일하게 제1 링크, 제2 링크 및 제3 링크를 가질 수 있다. 제1 다리(630) 및 제3 다리(690)는 동일한 방식으로 움직여 두 개의 계단에 접촉하며, 제2 다리(650)는 제1 다리(630) 및 제3 다리와 교대로 계단을 오른다. 예를 들어, 제1 다리(630) 및 제3 다리(690)의 제1 접촉단(632, 692)이 상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하고, 제2 접촉단(634, 694)이 상대적으로 위쪽 계단에 접촉한 상태에서 제2 다리(650)가 위쪽으로 움직여 상기 상대적으로 아래쪽 계단보다 위쪽의 두 개의 계단에 제2 다리(650)의 제1 접촉단(652) 및 제2 접촉단(654)이 접촉된다. 이후, 제2 다리(650)가 몸체(501)를 지지한 상태에서 제1 다리(630) 및 제3 다리(690)가 계단을 오른다.
좌우측 방향(옆방향)으로 기울어짐을 방지하기 위해 제2 다리(650)의 수평 지지대는 제2 다리(650)의 제1 접촉단(652) 및 제2 접촉단(654)으로부터 좌우측으로 각각 연장되는 것이 바람직하다.
전술된 것과 같이 제1 내지 제3 다리(630, 650, 690)로 계단을 오르면, 제1 내지 제3 다리(630, 650, 690) 각각에 가해지는 좌우측 방향 모멘트가 매우 감소되므로 제1 내지 제3 다리(630, 650, 690)의 변형에 의한 흔들림이 방지된다.
이하, 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 전동 링크는 몸체에 조인트된(jointed) 제1 링크(link); 제1 링크에 조인트된 제2 링크; 그리고 제2 링크에 조인트되며, 두 접촉단이 연결되어 있는 제3 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
제1 다리 및 제2 다리의 전동 링크의 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어 링크들에 피스톤이 설치되거나 링크의 개수가 4개 이상일 수도 있다.
(2) 상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하는 접촉단은 상대적으로 위쪽 계단에 접촉하는 접촉단보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
계단을 오르는 전동 운반체는 전술된 것과 같이 후방으로 계단을 오르거나, 이와 다르게 전방으로 계단을 오를 수 있지만, 어느 경우든 상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하는 접촉단의 길이가 상대적으로 위쪽 계단에 접촉하는 접촉단의 길이보다 긴 것이 바람직하다.
(3) 제1 다리 및 제2 다리는 서로 대향하게 위치하며, 각각이 두 개의 접촉단으로부터 연장된 수평 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
(4) 제1 다리가 몸체를 지지할 때 계단을 오르는 전동 운반체의 무게 중심을 제1 다리의 두 접촉단 사이에 위치하게 하고, 제2 다리의 두 접촉단이 상대적으로 아래쪽 계단 보다 위쪽에 위치하는 두 개의 계단에 접촉된 상태에서 계단을 오르는 전동 운반체의 무게중심을 제2 다리의 두 접촉단 사이에 위치하게 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
(5) 계단의 형상을 감지하여 제어부에 전달하는 광학센서; 그리고 두 접촉단에 설치되어 지면과 접촉에 의해 지면과의 거리를 감지하는 근거리 감지 수단; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
계단이나 지면을 감지하는 장치는 카메라 등으로 다양하게 변경될 수 있다.
(6) 제1 다리 및 제2 다리의 좌측 및 우측 조향을 하는 제1 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
(7) 제1 다리와 대향하게 위치하며 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단에 접촉 가능한 두 접촉단을 가지는 제3 다리;를 포함하며, 제2 다리는 제1 다리와 제3 다리의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
(8) 제1 다리 및 제3 다리가 몸체를 지지할 때 제2 다리는 계단을 오르고, 제2 다리가 몸체를 지지할 때 제1 다리 및 제3 다리가 계단을 오르도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
이와 다르게, 제1 다리, 제2 다리 및 제3 다리가 각기 다르게 움직일 수 있고, 각기 다른 계단에 위치하도록 동작될 수도 있다.
(9) 제1 다리 및 제3 다리의 좌측 및 우측 조향을 하는 제2 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
(10) 몸체는 제1 다리 및 제2 다리의 제1 링크가 조인트되는 운반체 프레임(frame); 그리고 바퀴주행시 운반체 프레임을 지지하는 구동바퀴;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
운반체 프레임은 계단을 오르는 전동 운반체의 목적에 따라 의자 형상이거나 플레이트 형상 등으로 변경될 수 있다.
(11) 제1 다리 및 제2 다리로 계단을 오를 때, 구동바퀴를 운반체 프레임측으로 이동시켜 구동바퀴가 계단에 부딪치는 것을 방지하는 제3 엑츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
(12) 구동바퀴보다 계단을 오르는 전동 운반체의 전방에 위치하는 앞바퀴; 바퀴주행시 앞바퀴가 지면에서 구르도록 잡아주며, 가이드바가 설치된 앞바퀴 홀더; 그리고 앞바퀴 홀더와 운반체 프레임을 결합시키며, 가이드바가 삽입되는 홀이 형성된 지지대;로서, 홀의 상단에는 경사면이 형성되어 있어서 계단을 오를 때 중력에 의해 가이드바가 경사면을 따라 미끄러지며 앞바퀴가 정해진 방향으로 정렬되게 하는 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
본 개시에 따른 하나의 계단을 오르는 전동 운반체에 의하면, 전동 링크를 갖는 다리로 인해 승차감이 좋고 가파른 계단도 잘 오를 수 있으며, 계단을 오르는 전동 운반체는 제1 접촉단 및 제2 접촉단을 갖기 때문에 계단의 모서리를 파손시키지 않으며, 구동바퀴 사이에 제1 다리 및 제2 다리가 위치하고 콤팩트한 구조를 가지므로 크기도 작은 계단을 오르는 전동 운반체를 제공할 수 있다.
10 : 체어 프레임 13 : 팔걸이
20 : 시트 41 : 액츄에이터
73 : 제어부 81, 83, 85, 87 : 광학 센서
55 : 구동바퀴 65 : 앞바퀴
100 : 계단을 오르는 전동 운반체
101 : 몸체 201, 205 : 전동 링크
230 : 제1 다리 250 : 제2 다리
231, 251 : 제1 링크 233, 253 : 제2 링크
235, 255 : 제3 링크 236, 238, 256, 258 : 수평 지지부
232, 252 : 제1 접촉단 234, 254 : 제2 접촉단
272, 274 : 근거리 감지 수단
590 : 제3 다리

Claims (13)

  1. 계단을 오르는 전동 운반체(electrical powered vehicle)에 있어서,
    몸체; 그리고
    몸체를 지지하며 계단을 통해 이동시키는 제1 다리 및 제2 다리;를 포함하며,
    상기 제1 다리 및 제2 다리 각각은 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단에 접촉 가능한 두 접촉단을 가지며, 상기 제1 다리 및 제2 다리는 계단을 오르는 동작시 상기 제1 다리의 두 접촉단이 몸체를 지지하는 상태에서 상기 제2 다리의 두 접촉단이 상기 상대적으로 아래쪽 계단보다 위쪽에 위치하는 두 개의 계단에 접촉하도록 된 전동 링크(linkage)를 가지는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전동 링크는
    몸체에 조인트된(jointed) 제1 링크(link);
    제1 링크에 조인트된 제2 링크; 그리고
    제2 링크에 조인트되며, 두 접촉단이 연결되어 있는 제3 링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상대적으로 아래쪽 계단에 접촉하는 접촉단은 상대적으로 위쪽 계단에 접촉하는 접촉단보다 길이가 긴 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  4. 청구항 2에 있어서,
    제1 다리 및 제2 다리는 서로 대향하게 위치하며, 각각이 두 개의 접촉단으로부터 연장된 수평 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  5. 청구항 2에 있어서,
    제1 다리가 몸체를 지지할 때 계단을 오르는 전동 운반체의 무게 중심을 제1 다리의 두 접촉단 사이에 위치하게 하고, 제2 다리의 두 접촉단이 상대적으로 아래쪽 계단 보다 위쪽에 위치하는 두 개의 계단에 접촉된 상태에서 계단을 오르는 전동 운반체의 무게중심을 제2 다리의 두 접촉단 사이에 위치하게 하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    계단의 형상을 감지하여 제어부에 전달하는 광학센서; 그리고
    두 접촉단에 설치되어 지면과 접촉에 의해 지면과의 거리를 감지하는 근거리 감지 수단; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  7. 청구항 2에 있어서,
    제1 다리 및 제2 다리의 좌측 및 우측 조향을 하는 제1 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  8. 청구항 2에 있어서,
    제1 다리와 대향하게 위치하며 상대적으로 아래쪽 계단과 상대적으로 위쪽 계단에 접촉 가능한 두 접촉단을 가지는 제3 다리;를 포함하며, 제2 다리는 제1 다리와 제3 다리의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    제1 다리 및 제3 다리가 몸체를 지지할 때 제2 다리는 계단을 오르고, 제2 다리가 몸체를 지지할 때 제1 다리 및 제3 다리가 계단을 오르도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1 다리 및 제3 다리의 좌측 및 우측 조향을 하는 제2 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  11. 청구항 2에 있어서,
    몸체는
    제1 다리 및 제2 다리의 제1 링크가 조인트되는 운반체 프레임(frame); 그리고
    바퀴주행시 운반체 프레임을 지지하는 구동바퀴;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  12. 청구항 11에 있어서,
    제1 다리 및 제2 다리로 계단을 오를 때, 구동바퀴를 운반체 프레임측으로 이동시켜 구동바퀴가 계단에 부딪치는 것을 방지하는 제3 엑츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.
  13. 청구항 11에 있어서,
    구동바퀴보다 계단을 오르는 전동 운반체의 전방에 위치하는 앞바퀴;
    바퀴주행시 앞바퀴가 지면에서 구르도록 잡아주며, 가이드바가 설치된 앞바퀴 홀더; 그리고
    앞바퀴 홀더와 운반체 프레임을 결합시키며, 가이드바가 삽입되는 홀이 형성된 지지대;로서, 홀의 상단에는 경사면이 형성되어 있어서 계단을 오를 때 중력에 의해 가이드바가 경사면을 따라 미끄러지며 앞바퀴가 정해진 방향으로 정렬되게 하는 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계단을 오르는 전동 운반체.

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