KR101299668B1 - 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체 - Google Patents

Abstract

노면 순응형 가변구동바퀴가 제공된다. 본 발명에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴는 회전가능하게 형성된 주구동부와, 상기 주구동부와 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제1 보조구동부와, 상기 주구동부와 이격되되, 복수의 제1 보조구동부와 각각 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제2 보조구동부와, 상기 복수의 제2 보조구동부와 각각 연결되어 상기 복수의 제2 보조구동부의 회전에 따라 접철가능하게 회동하며, 머리부와 상기 머리부로부터 연장되어 뻗어있는 날개부로 구성되는 복수의 가변구동부를 포함하되, 상기 복수의 가변구동부는 상기 날개부가 인접한 다른 가변구동부의 상기 머리부에 밀착되어 전체가 원형을 이루는 제1 모드 또는 상기 날개부가 상기 복수의 제2 보조구동부의 회전방향을 따라 외측으로 펼쳐지는 제2 모드로 가변된다.

Description

노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체{ROAD SURFACE ADAPTIVE ADJUSTABLE DRIVING WHEEL AND ADJUSTABLE DRIVING ASSEMBLY HAVING THE SAME}

본 발명은 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노면의 상태에 따라 바퀴의 형태가 가변될 수 있는 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체에 관한 것이다.

일반적으로 구동장치에 의해 구동하는 회전체는 빠른 구동 속도가 장점인 원형 바퀴를 많이 사용하고 있으나, 원형 바퀴의 회전체는 험로나 계단을 이동할 때 미끄러지는 어려움이 존재하기 때문에, 경사면이나 계단 등의 험로를 이동하는 구동 장치에 의해 구동하는 회전체로는 무한궤도(Caterpillar) 방식이 많이 사용되고 있다.

상기 무한궤도는 경사면이나 계단 등의 험로를 이동하는데에는 큰 어려움이 없지만 평지에서 회전할 때에는 원형 바퀴와 같은 회전체가 회전하는 방식보다 이동속도가 느리며 제작이 어렵다는 단점이 있기 때문에 정찰용 로봇과 같이 빠른 주행속도가 확보되어야 하는 구조체의 경우에는 이동속도가 느린 무한궤도 방식 보다는 형태가 가변될 수 있는 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체가 요구된다.

즉, 정찰 로봇 등과 같은 구조체는 평지에서는 일반적인 바퀴 형태의 회전체를 이용하여 주행하다가, 경사면 또는 장애물이 놓여진 험지를 주행하는 경우에는 구조체가 원활하게 험지를 극복하도록 하기 위해서 바퀴의 형태를 일정하게 변화시키는 가변구동조립체의 필요성이 증대되고 있다.

상기와 같이 가변구동조립체는 일체로 이루어진 원형으로 구성되어 구동바퀴의 모드를 변경하거나 회전체의 직경이 가변된다. 그러나 회전체의 표면이 일체형이어서 표면에는 변화가 생기지 않고 원형을 유지하면서 구동하게 된다. 따라서 평지를 진행할 때는 아무런 문제가 없지만, 계단과 같은 경사면을 진행할 때 회전체의 표면이 미끄러워서 앞으로 진행하는데 용이하지 않다.

또한, 기존의 가변구동조립체의 경우에는 인위적인 가변명령을 내려서 바퀴의 형태를 바꾸는 방식을 사용하기 때문에, 추가적으로 지면의 상태를 감지할 수 있는 센서와 상기 센서로부터 신호를 감지하여 가변동작을 지시하는 제어부와 같은 구성이 추가로 필요하였다. 그러나, 이와 같은 감응식에 의한 인위적인 조작명령에 의한 가변구동조립체는 오작동이 빈번하며, 효율이 떨어지게 된다.

뿐만 아니라, 회전축의 회전 방향을 반대로 변환하여 가변구동조립체의 날개부를 접철하는 방식이 제안된 바 있으나, 이는 회전축을 변환하므로 진행방향으로 원활하게 진행할 수 없는 경우도 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 점들에 근거해 착안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 노면상태감지센서 및 제어부와 같은 별도의 바퀴가변에 필요한 구성요소가 필요없이, 노면상태에 따라 자동적으로 감응하여 험지에 도달한 경우 바퀴의 날개부가 자동적으로 펼쳐지는 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 노면상태에 따라 자동적으로 감응하여 험지에 도달한 경우 바퀴의 날개부가 자동적으로 펼쳐진 후 다시 평지를 주행하는 경우 바퀴의 날개부가 다시 자동적으로 접혀질 수 있는 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 바퀴의 날개부가 펼쳐진 상태에서 자동적으로 접혀질 때 바퀴의 진행방향으로의 주행상태가 그대로 유지될 수 있는 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이를 해결하기 위해 본 발명에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴는 회전가능하게 형성된 주구동부와, 상기 주구동부와 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제1 보조구동부와, 상기 주구동부와 이격되되, 복수의 제1 보조구동부와 각각 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제2 보조구동부와, 상기 복수의 제2 보조구동부와 각각 연결되어 상기 복수의 제2 보조구동부의 회전에 따라 접철가능하게 회동하며, 머리부와 상기 머리부로부터 연장되어 뻗어있는 날개부로 구성되는 복수의 가변구동부를 포함하되, 상기 복수의 가변구동부는 상기 날개부가 인접한 다른 가변구동부의 상기 머리부에 밀착되어 전체가 원형을 이루는 제1 모드 또는 상기 날개부가 상기 복수의 제2 보조구동부의 회전방향을 따라 외측으로 펼쳐지는 제2 모드로 가변된다.

본 발명에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체의 보다 상세한 예는 도면을 참조하여 실시예 부분에서 후술한다.

본 발명에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴는 무한궤도 방식과 마찬가지로 노면상태에 순응하면서도 이동속도가 일반 원형 바퀴와 동일하며, 노면상태에 따라 자동적으로 감응하여, 험지에 도달한 경우 가변구동부가 자동적으로 펼쳐지기 때문에 노면의 상태와 무관하게 이에 순응하여 효과적으로 주행할 수 있다.

또한, 노면상태감지센서 및 제어부와 같은 별도의 바퀴가변에 필요한 구성요소가 불필요하기 때문에 생산비용이 절감될 수 있으며, 상기 센서 또는 제어부에 의한 오작동이 방지될 수 있다.

또한, 험지에 도착할 경우 기존 평지에서 회전하던 회전방향과 동일하게 회전하기 때문에 진행방향이 변경되지 않고 단시간 내에 원하는 목적지에 도달할 수 있게 된다.

또한, 험지를 통과한 후 가변구동부가 다시 접혀질 경우에도 가변구동조립체의 회전방향이 유지되므로, 주행을 지속할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동조립체를 구성하는 제1 모드 상태의 가변구동바퀴의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 가변구동바퀴의 사시도이다.
도 3은 도 1의 가변구동바퀴를 구성하는 제2 보조구동부와 가변구동부의 연결상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 가변구동바퀴에 가해지는 힘과 수직항력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 가변구동바퀴에 원형회전부가 추가된 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동조립체를 구성하는 제2 모드 상태의 가변구동바퀴의 개략적인 평면도이다.
도 7은 도 6의 가변구동바퀴에 가해지는 힘과 수직항력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 가변구동바퀴가 제2 모드에서 제1 모드로 가변되는 시점에 가변구동바퀴에 가해지는 힘과 수직항력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴의 험지 주행 시의 변화를 순차적으로 나타내는 개략적인 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴를 하나 이상 포함하는 가변구동조립체의 개략적인 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 하기 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드 상태의 노면 순응형 가변구동바퀴에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동조립체를 구성하는 제1 모드 상태의 가변구동바퀴의 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 가변구동바퀴의 사시도이고, 도 3은 도 1의 가변구동바퀴를 구성하는 제2 보조구동부와 가변구동부의 연결상태를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 1의 가변구동바퀴에 가해지는 힘과 수직항력의 관계를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2의 가변구동바퀴에 원형회전부가 추가된 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴는 회전가능하게 형성된 주구동부(10)와, 상기 주구동부(10)와 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제1 보조구동부(20)와, 상기 주구동부(10)와 이격되되, 복수의 제1 보조구동부(20)와 각각 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제2 보조구동부(30)와, 상기 복수의 제2 보조구동부(30)와 각각 연결되어 상기 복수의 제2 보조구동부(30)의 회전에 따라 접철가능하게 회동하며, 머리부(41)와 상기 머리부(41)로부터 연장되어 뻗어있는 날개부(42)로 구성되는 복수의 가변구동부(40)를 포함하되, 상기 복수의 가변구동부(40)는 상기 날개부(42)가 인접한 다른 가변구동부(40)의 상기 머리부(41)에 밀착되어 전체가 원형을 이루는 제1 모드 또는 상기 날개부(42)가 상기 복수의 제2 보조구동부(30)의 회전방향을 따라 외측으로 펼쳐지는 제2 모드로 가변된다.

본 명세서 전체에서 제1 모드 및 제2 모드는 복수의 가변구동부(40)의 위치 및 접철여부에 따라 결정되며, 복수의 가변구동부(40)의 상태를 서술하는 용어로 사용될 수 있으며, 동시에 가변구동바퀴 전체의 상태를 서술하는 용어로 사용될 수도 있다. 즉, 제1 모드는 가변구동부(40)의 날개부(42)가 접혀진 상태를 의미하는 동시에, 접혀진 가변구동부(40)를 가지는 가변구동바퀴의 상태를 의미할 수도 있다.

먼저 도 1을 참조하면, 주구동부(10)는 가변구동바퀴의 중앙에 위치한다. 주구동부(10)는 주구동부(10)와 연결된 동력부 예를 들어 모터(미도시)가 회전하게 되면, 모터에 의해 발생한 회전력이 주구동부(10)에 전달되어 주구동부(10)가 회전함으로써, 가변구동바퀴가 전방 또는 후방으로 이동하기 위한 동력을 제공한다.

주구동부(10)가 회전하게 되면, 주구동부(10)와 맞물려 회전 가능하게 구비된 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)도 함께 회전하게 된다. 즉, 주구동부(10)가 회전함으로써 발생한 회전력이 제1 보조구동부(20)에 전달되고, 다시 제1 보조구동부(20)로부터 제2 보조구동부(30)로 회전력이 전달될 수 있다.

본 실시예에서, 주구동부(10)를 중심으로, 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)가 순차적으로 구비되는 구성을 개시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 제3 보조구동부 및 그 이상의 보조구동부를 더 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제2 보조구동부(30)는 상기 주구동부(10)와 이격되도록 형성될 수 있다. 즉, 주구동부(10)에 의해 제1 보조구동부(20)가 회전하고, 제1 보조구동부(20)에 의해 제2 보조구동부(30)가 순차적으로 회전될 수 있다.

주구동부(10)와 제2 보조구동부(30) 사이에 구비된 제1 보조구동부(20)는 버퍼 역할을 수행하여, 가변구동바퀴의 회전이 원활하게 이루어지도록 할 수 있으며, 각각의 회전비를 조절하여 제2 보조구동부(30)의 가속 및 감속을 조절할 수 있다. 또한, 후술하는 가변구동부(40)의 접철이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 주 구동부(10)와 제2 보조구동부(30) 사이에 추가적인 보조구동부가 추가될 수 있다.

도 1에서, 주구동부(10)를 중심으로 제1 보조구동부(20)가 3개 구비되고, 복수의 제1 보조구동부(20) 각각과 맞물리는 3개의 제2 보조구동부(30)가 구비된 예를 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)의 개수는 적절히 변경될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)는 각각 4개 이상 구비될 수도 있다. 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)의 개수가 달라질 경우 그에 따라 배치 간격이 달라질 수 있으며, 제2 보조구동부(30)에 연결된 가변구동부(40)의 날개부(42)의 호의 길이도 달라질 수 있다.

도 1에 도시된 예에서 주구동부(10)와 제2 보조구동부(30)의 크기 및 회전직경이 동일하고, 제1 보조구동부(20)의 크기가 상대적으로 작은 예를 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 각 구동부(10, 20, 30)의 크기는 서로 동일할 수도 있고, 각 구동부(10, 20, 30)의 크기가 모두 다를 수도 있다. 또한, 회전비 또는 감속비(가속비)를 적절히 조절하기 위해, 각 구동부(10, 20, 30)의 상대적인 크기를 적절히 증감할 수 있다.

예를 들어, 제2 보조구동부(30)의 회전직경을 작게 하면 이와 연결된 가변구동부(40)의 변이는 신속하게 수행되되 가변구동바퀴의 이동속도는 감소하게 된다.

순차적으로 회전력을 전달하는 각 구동부(10, 20, 30)의 종류에는 제한이 없다. 예를 들어, 주구동부(10)와 제1 보조구동부(20)은 각각 외주면에 기어이빨이 형성된 평기어 한 쌍으로 구성될 수 있으며, 제1 보조구동부(20)와 제2 보조구동부(30)는 각각 외주면에 기어이빨이 형성된 평기어 한 쌍으로 구성될 수도 있다.

또는, 주구동부(10)가 선기어로 구성되고, 제1 보조구동부(20)는 상기 선기어와 맞물려 회전하는 소직경의 복수의 유성기어로 구성될 수도 있고, 제2 보조구동부(30)는 복수의 유성기어와 맞물려 회전하는 평기어로 구성될 수도 있다.

또는, 주구동부(10)와 제1 보조구동부(20) 및/또는 제2 보조구동부(30)는 마찰드럼 방식에 의해 서로 회전력이 전달되는 방식일 수도 있다. 예를 들어, 주구동부(10)와 제1 보조구동부(20)는 평기어 한 쌍으로 연결되며, 제1 보조구동부(20)와 제2 보조구동부(30)는 마찰드럼 방식으로 연결될 수 있다.

또한, 주구동부(10)와 제1 보조구동부(20) 및/또는 제2 보조구동부(30)는 서로를 폐루프로 연결하는 벨트에 의해서 회전력을 전달받는 방식일 수도 있다.

이와 같이 회전력을 전달하는 방식에 따라 주구동부(10)와 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)는 각각 외주면의 형상이나 직경 내지 단면형상이 상이할 수 있다.

가변구동부(40)는 복수로 구비되며, 복수의 제2 보조구동부(30)와 일대일로 대응되도록 복수의 제2 보조구동부(30)의 개수와 동일하게 구비될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서는 제2 보조구동부(30)와 가변구동부(40)가 각각 3개씩 구비된 경우를 상정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제2 보조구동부(30)와 가변구동부(40)의 개수가 서로 다를 수도 있다.

가변구동부(40)는 제2 보조구동부(30)와 연결되어 제2 보조구동부(30)의 회전에 따라 접철 가능하게 회동할 수 있다. 도 1은 가변구동부(40)의 외측면이 원형을 이루도록 접혀진 제1 모드를 도시한다.

도 2를 참조하면, 가변구동부(40)는 예를 들어 제2 보조구동부(30)의 회전축이 일측으로 연장되어 구성된 조인트부(31)에 삽입되어, 제2 보조구동부(30)의 회전방향에 따라 회전력을 전달받을 수 있다.

도 3을 참조하면, 가변구동부(40)는 제2 보조구동부(30)와 직접 연결된 머리부(41) 및 머리부(41)로부터 연장되어 뻗어있는 날개부(42)로 구성될 수 있으며, 머리부(41)와 날개부(42)는 일체(one body)로 구성될 수 있으며, 별도로 제작되어 결합 또는 부착된 형태일 수도 있다.

머리부(41)는 제2 보조구동부(30)의 회전축이 연장된 조인트부(31)에 삽입되어 제2 보조구동부(30)와 동심으로 원활히 회동될 수 있도록 대체로 원형 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 형상을 가질 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 날개부(42)는 가변구동바퀴의 내측으로 접혀진 상태인 제1 모드 시에, 날개부(42)의 외주면이 원형을 이룰 수 있도록 날개부(42)는 호 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 날개부(42)의 외측면이 호 형상을 이룰 수 있으며, 날개부(42)의 내측면은 다른 형상 예를 들어 직선 형태로 구비될 수도 있다.

날개부(42)의 원호형상의 길이는 가변구동부(40)의 개수에 따라 정해질 수 있다. 즉, 복수의 가변구동부(40)의 외주면이 일체로 원형의 바퀴를 형성하는 것이므로, 가변구동부(40)의 개수가 많을수록 날개부(42)의 길이는 짧아질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 가변구동바퀴가 평지를 주행할 때 날개부(42)의 외측면은 직접 지면에 맞닿아 추진력을 발생시키게 되므로, 날개부(42)와 지면 사이의 마찰력을 적절히 제어하기 위해 날개부(42)의 외측면에는 소정의 요철(43)이 형성될 수 있다.

또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 가변구동부(40)의 머리부(41)에는 인접한 다른 가변구동부(40)의 날개부(42)가 밀착될 수 있는 오목부(44)가 형성될 수 있다. 즉, 날개부(42)의 단부가 인접한 가변구동부(40)의 머리부(41)에 형성된 오목부(44)에 수용되어 전체적으로 앞선 도 1과 같이 외주면이 돌출없이 매끈한 원형의 회전체를 형성할 수 있다. 도시된 예에서 오목부(44)는 반원 형태로 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 날개부(42)의 말단부 형상에 대응되도록 다른 형태로 형성될 수도 있다.

도 4를 참조하여 가변구동부(40)의 구동원리 및 이에 따른 가변구동바퀴의 구동에 대해 설명한다. 먼저, 모터(미도시)에 의해 주구동부(10)가 도 1 상에서 반시계 방향으로 회전하게 되면, 순차적으로 주구동부(10)와 직접 맞물려 있는 제1 보조구동부(20)는 시계 방향으로 회전하게 되고, 제1 보조구동부(20)와 맞물려 회전하는 제2 보조구동부(30)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 제2 보조구동부(30)가 회전력을 받게 되면, 제2 보조구동부(30)와 연결된 가변구동부(40)가 동일하게 반시계 방향으로 힘을 받게 된다. 도 1 상으로 가변구동부(40)의 머리부(41)가 반시계 방향으로 힘을 받게 되면, 날개부(42)가 펼치지려는 힘이 작용하게 된다. 이때, 가변구동바퀴가 평지를 주행중인 경우에는 가변구동부(40)에 가해지는 힘(F)이 바퀴 자체의 무게에 의해 지면으로부터 받는 반작용 힘(수직항력) 보다 작기 때문에 날개부(42)가 펼쳐지지 못하며, 가변구동부(40)가 가하는 힘 성분(Fx, Fy) 중 수평성분(Fx)에 의해 수평성분(Fx)과 방향이 반대로 작용하는 마찰력(Fx')에 의해 가변구동바퀴 전체가 반시계 방향으로 회전하여 도 1 상으로 왼쪽으로 추진력을 받게 된다. 즉, 날개부(42)가 내측으로 모여 겹쳐진 상태인 원형의 회전체를 유지하면서 전체 가변구동조립체가 주행을 시작 및 유지하게 된다.

또한, 제2 보조구동부(30)에 의해 가변구동부(40)로 전달되는 힘이 가변구동부(40) 자체의 무게를 이겨내고 가변구동부(40)의 날개부(42)를 펼쳐지는 방향으로 회동시킬 만큼 충분하지 않은 경우, 즉 지면으로부터 받는 반작용 힘이 없는 경우에도 가변구동부(40)는 제1 모드를 유지할 수 있다. 예를 들어, 주구동부(10)와 연결된 모터에 의해 발생한 힘이 충분하지 않은 경우에는 가변구동부(40)가 지면으로부터 이격된 경우에도 날개부(42)가 펼쳐지지 않을 수 있다. 이와 같이 날개부(42)를 펼치는 방향으로 회동시키기에 충분하지 않은 힘이 전달되더라도 평지를 주행하는데는 무리가 없기 때문에, 모터의 회전수를 적절히 조절하여 최소의 전력소모를 바탕으로 최대의 주행거리를 확보할 수 있도록 설정될 수 있다.

수직항력에 의해 날개부(42)가 펼쳐지는 상태가 억제되는 것은 원형의 회전체를 형성하는 다수의 가변구동부(40) 중에서 일정한 시점에 지면과 맞닿아 있는 하나의 가변구동부(40) 뿐이지만, 복수의 가변구동부(40)는 모두 중심이 되는 주구동부(10)에 의해 동일한 회전방향 및 회전수로 회전하는 제2 보조구동부(30)에 의해 제어되어, 하나의 가변구동부(40)가 지면에 닿아있는 경우에도 모든 가변구동부(40)가 내측으로 접힌 상태를 유지할 수 있다.

뿐만 아니라, 앞서 설명한 바와 같이 머리부(41)의 단부에 형성된 오목부(44)를 더 구비함으로써 인접한 가변구동부(40)가 서로를 가압하여 제1 모드 상태를 보다 안정되게 유지하도록 하여 평지에서 날개부(42)가 펼쳐지는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 가변구동바퀴는 평지에서 여타의 일반적인 원형 바퀴와 동일하게 원형을 유지하면서 제1 모드 상태로 노면에 밀착되어 회전에 의해 발생하는 반작용 및 마찰력에 의해 원하는 방향으로 주행할 수 있다.

또한, 내구성을 높여서 제품 수명이 향상될 수 있도록, 필요에 따라 가변구동부(40)의 외면에 특수코팅처리를 할 수 있다. 예를 들어, 가변구동부(40)가 원형의 회전체를 형성하는 경우 지면과 맞닿는 외주면에 고무코팅 처리를 하여 마찰력을 높여 이동속도를 향상시킬 수 있다.

이어서, 도 5를 참조하면, 복수의 제2 보조구동부(30)의 회전축을 수용할 수 있는 복수의 홈이 형성되되, 주구동부(10)와 독립적으로 회전가능하게 형성된 원형회전부(50)를 더 포함할 수 있다.

원형회전부(50)는 제2 보조구동부(30)와 연결될 수 있으며, 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)와 동시에 연결될 수도 있다. 원형회전부(50)의 일면에는 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)의 회전축이 회전가능하게 수용할 수 있는 홈이 형성되는 반면, 주구동부(10)의 회전축이 관통하도록 회전축의 직경보다 큰 홀이 중앙에 구비될 수 있다.

따라서, 원형회전부(50)는 주구동부(10)의 회전에 직접 영향을 받지 않으나, 주구동부(10)에 의해 회전하는 제1 및/또는 제2 보조구동부(20, 30)에 의해 회전하여 힘을 발생시키는 가변구동부(40)의 영향으로 회전할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 원형회전부(50)는 주구동부(10), 복수의 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)를 내측에 수용하는 하우징 역할을 동시에 수행할 수 있다.

주구동부(10)과 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)가 원형회전부(50) 내에 수용되어 있기 때문에, 외부와 단절되며 외부로부터 이물질 등이 주구동부(10) 및/또는 각 보조구동부(20, 30)에 침투 또는 삽입되지 않는다.

본 실시예에 따른 가변구동바퀴 및 이를 포함하는 가변구동조립체는 평지뿐만 아니라 자갈, 모래 등의 장애물이 많은 험로 상을 주행할 수 있다. 이러한 경우, 주구동부(10)와 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)가 외부로 노출될 경우, 주행 중의 이물질 예를 들어, 모래, 암석 조각 등이 침투될 수 있다. 이물질이 바퀴에 삽입되면, 가변구동조립체의 구동이 원활하지 못하게 되며, 이물질의 크기가 클 경우 기어 이빨 사이에 맞물려서 주구동부(10)와 보조구동부(20, 30) 사이의 회전동력전달을 차단하여 오작동 내지 고장의 원인이 될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 가변구동바퀴는 원형회전부(50)를 구비하여, 가변구동부(40)의 접철 방향과 무관하게 진행방향으로 회전하여 추진력을 발생시키는 동시에, 실제 동력을 전달하는 주구동부(10)와 제1 및 제 2 보조구동부(20, 30)를 내부에 수용함으로써 외부의 이물질 등으로부터 보호할 수 있다. 원형회전부(50)와 가변구동부(40)의 회전관계에 대해서는 다른 도면을 참조하여 상세히 후술한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 원형회전부(50)와 제1 모드 시 복수의 가변구동부(40)의 외주면이 이루는 원형의 직경이 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 가변구동바퀴가 제1 모드로 회전할 때, 가변구동부(40)의 날개부(42) 외주면과 원형회전부(50)의 외주면이 동시에 지면에 닿아서 추진력을 발생시키기 때문에 보다 안정적인 주행이 가능할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 주구동부(10)와 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)는 원형회전부(50) 내부에 수용될 수 있는 반면, 가변구동부(40)는 원형회전부(50)의 외측에 구비될 수 있다. 따라서, 제2 보조구동부(30)에 전달된 동력을 실제 노면과 접하는 가변구동부(40)에 전달하기 위해, 앞서 설명한 바와 같이 제2 보조구동부(30)의 회전축 방향으로 연장되고 원형회전부(50)를 관통하여 원형회전부(50)의 외면에 장착된 복수의 가변구동부(40)의 머리부(41)와 회동가능하게 결합되는 조인트부(31)를 더 포함할 수 있음은 앞서 살펴본 바와 같다.

조인트부(31)의 종류 및 크기에는 제한이 없으며, 제2 보조구동부(30)의 회전력을 가변구동부(40)에 전달할 수 있는 구성이면 제한없이 본 실시예에 따른 가변구동조립체에 적용될 수 있다.

즉, 조인트부(31)는 회동가능하게 구비되며, 조인트부(31)의 일측 단부는 가변구동부(40)의 회전 중심축이 되는 머리부(41)와 결합되고, 조인트부(31)의 회전방향에 따라 상기 머리부(41)를 포함하는 가변구동부(40)의 회동이 제어된다.

이를 위해, 가변구동부(40)의 머리부(41)에는 조인트부(31)가 삽입될 수 있도록 조인트부(31)의 삽입단의 형상과 부합하는 홈이 형성될 수 있다. 따라서, 가변구동부(40)는 조인트부(31)에 결합되어, 조인트부(31)가 제2 보조구동부(30)에 의해 회전할 경우, 이와 맞물려 있는 가변구동부(40)에도 상기 회전력이 전달되어, 가변구동부(40)의 머리부(41)와 날개부(42)도 제2 보조구동부(30)의 회전축을 중심으로 함께 스윙하게 된다.

이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동조립체를 구성하는 제2 모드 상태의 가변구동바퀴에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동조립체를 구성하는 제2 모드 상태의 가변구동바퀴의 개략적인 평면도이고, 도 7은 도 6의 가변구동바퀴에 가해지는 힘과 수직항력의 관계를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7의 가변구동바퀴가 제2 모드에서 제1 모드로 가변되는 시점에 가변구동바퀴에 가해지는 힘과 수직항력의 관계를 나타내는 도면이다.

평지가 아닌 노면상태 즉 장애물이 많은 산길 또는 노면이 불규칙한 경우에는 도 1과 같은 제1 모드 상태인 원형의 바퀴가 진행하기 곤란하다. 특히 단차가 형성되어 있는 경우 예를 들어 차도와 인도 사이의 블록을 주행하는 경우에는 순간적으로 지면으로부터 원형의 회전체가 이격되어 주행을 위한 힘을 발휘할 수 없게 된다.

도 6과 같이, 이러한 경우 가변구동부(40)가 날개형의 회전체를 형성하도록 펼쳐지게 된다. 즉, 가변구동부(40)의 날개부(42)가 인접한 다른 가변구동부(40)의 머리부(41)와 멀어지는 방향으로 펼쳐지면서 세워져 날개형의 회전체를 형성할 수 있다. 날개형의 회전체는 원형의 회전체에 비해 바퀴의 직경이 크고 다수의 날개에 의해 장애물을 넘거나, 단차가 형성된 경로를 주행함에 있어서 안정적이다. 구체적으로 제2 모드 시 복수의 가변구동부(40)의 날개부(42)는 원형회전부(50)의 외주면보다 외측으로 펼쳐질 수 있다.

본 실시예에 따른 가변구동조립체는 노면의 상태에 따라 원형의 회전체 또는 날개형의 회전체를 형성하여 노면에 순응하여 가변되며, 이와 같은 가변 과정에 있어서 별도의 노면 상태를 감지하는 센서나 센서에 의해 포착된 노면의 상태를 분석하여 가변 과정을 전자적으로 제어하는 제어부에 해당하는 구성이 불필요하다. 즉, 노면의 상태에 따라 자동적으로 원형의 회전체인 제1 모드와 날개형의 회전체인 제2 모드로 가변될 수 있다.

도 7을 참조하여, 본 실시예에 따른 가변구동바퀴의 제1 모드에서 제2 모드로 가변되는 원리에 대해 설명한다.

제1 모드 상태에서 가변구동바퀴가 평지를 주행하다가 장애물을 만나거나 단차가 형성된 단턱 즉 험지를 만나게 되면, 주행속도가 순간적으로 감소하는 방향으로 부하를 받게 된다. 따라서, 험지를 벗어나기 위해 주구동부(10)에 더 큰 회전력이 가해질 수도 있다. 이와 같은 회전력 증가는 가변구동바퀴를 제어하는 사용자가 직접 모터의 회전수를 증가시켜서 달성될 수도 있으며, 가변구동바퀴 자체에 구비된 제어회로에 의해 더 큰 힘이 발생되도록 설정될 수도 있다. 또한, 발생된 부하에 의해 진행방향의 반대방향으로 반작용을 받아서 힘과 합쳐져서 더 큰 힘으로 작용할 수도 있다.

이로 인해 가변구동부(40)의 회전에 의한 힘(F)이 증가하게 되는데, 증가된 힘(F)의 수직방향성분(Fy)이 수직항력(N) 보다 크게 되면, 가변구동부(40)는 수직항력(N)을 극복하여 날개부(42)가 인접한 다른 가변구동부(40)의 머리부(41)와 멀어지는 방향으로 펼쳐지면서 세워져서 날개형의 회전체를 형성하게 된다.

따라서, 별도의 전자적인 제어 없이도 노면의 상태에 따라서 제1 모드(원형의 회전체) 상태에서 제2 모드(날개형의 회전체) 상태로 변이되어 험지를 극복하고 안정적인 주행을 계속 유지할 수 있다.

주구동부(10)에 더 큰 회전력이 가해지지 않더라도, 주행 중인 노면에 요철 등이 형성되어 가변구동바퀴가 지면에서 순간적으로 이격되는 경우에도, 날개부(42)가 펼쳐지지 않도록 가압하던 수직항력이 순간적으로 작용하지 않기 때문에 날개부(42) 펼쳐져서 제2 모드로 구동될 수 있다. 그러나 이때, 앞서 설명한 바와 같이, 주구동부(10)에 의해 발생한 회전력이 가변구동부(40) 자체의 하중을 견디고 날개부(42)를 펼쳐지는 방향으로 회동시킬 만큼 충분하지 않은 경우에는 가변구동바퀴가 지면에서 순간적으로 이격되더라도 날개부(42)가 펼쳐지지 않을 수도 있다.

날개부(42)가 제2 모드로 변경된 후에도, 제1 모드에서와 동일하게 날개부(42)가 지면을 내딛는 힘(F)의 수평성분(Fx)에 의한 반작용으로 도 7 상의 왼쪽 방향으로 주행을 지속할 수 있다. 따라서, 날개부(42)가 접혀진 상태에서 펼쳐진 상태로 변이되는 동안에도 주행방향을 따라 지속적인 주행이 가능하다.

복수의 가변구동부(40)는 제2 모드시 소정 각도 이상으로 날개부(42)가 펼쳐지지 않도록 걸림부(미도시)가 형성되어, 최대각 이상으로 젖혀지지 않도록 구성될 수 있다.

도 8을 참조하여, 험지를 극복한 후 다시 평지를 주행할 때 본 실시예에 따른 가변구동바퀴가 제2 모드에서 다시 제1 모드로 가변되는 원리에 대해 설명한다.

제2 모드로 주행 중이던 가변구동바퀴가 평지로 진입하면, 험지에 비해 높은 회전력이 필요하지 않기 때문에, 주구동부(10)의 회전력이 감소된다. 이와 같은 회전력 제어는 앞서 설명한 바와 같이, 사용자가 직접 제어할 수도 있으며, 가변구동바퀴 내부에 구비된 모터의 제어부에 의해 제어될 수도 있다.

주구동부(10)에 의한 회전력이 감소하게 되면, 이로 인해 제1 및 제2 보조구동부(20, 30)를 거쳐 최종적으로 가변구동부(40)에 전달된 회전력에 의해 발생하는 힘(F)이 감소하게 되고, 힘(F)의 수직성분 및 수평성분(Fy, Fx)이 감소한다.

가변구동바퀴에 가해지는 수직항력(N)은 일정한데, 힘(F)의 수직성분(Fy)이 감소하였기 때문에, 수직항력(N)에 의해 가변구동바퀴는 다시 접혀지는 방향으로 회동하게 된다.

이 과정에서, 주구동부(10)는 지속적으로 회전력을 발생시키기 때문에, 가변구동부(40)에서 발생하는 힘(F)의 수평성분(Fx)으로 인해 가변구동부(40)가 제2 모드로 변이되는 동안에도 전체 가변구동바퀴는 도 8의 왼쪽방향으로 주행을 지속할 수 있다.

이상의 원리에 의해 별도의 센서 및 제어장치 없이도 노면의 상태에 따라 바퀴의 상태가 자동적으로 가변되는 노면 순응형태로 구동되는 가변구동조립체가 제공되게 되며, 특히 노면 순응형 가변구동조립체의 상태변화에도 불구하도 동일한 주행방향을 유지할 수 있게 된다.

이어서, 도 9a 내지 도 9e를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴의 노면 주행 시의 변이를 순차적으로 설명한다. 도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴의 험지 주행 시의 변화를 순차적으로 나타내는 개략적인 도면이다.

도 9a를 참조하면, 가변구동바퀴가 평지를 주행하는 경우, 가변구동부(40)는 제1 모드 상태를 유지하게 된다. 제1 모드 상태는 가변구동부(40)에 의한 힘의 수직방향성분과 수직항력이 균형을 이루게 된다.

도 9b를 참조하면, 가변구동바퀴의 주행방향 전방에 형성된 험지에 진입하게 되면, 가변구동바퀴의 주구동부(10)에 큰 회전력이 발생하게 되며, 가변구동부(40)에 의한 힘의 수직방향성분이 수직항력보다 큰 경우 가변구동부(40)의 날개부가 외측으로 펼쳐지기 시작한다. 날개부가 펼쳐지는 동안에도 힘의 수평방향성분에 대한 반작용(마찰력)에 의해 진행방향으로의 주행을 지속하게 된다.

도 9c를 참조하면, 험지를 벗어날 때까지 가변구동부(40)가 펼쳐진 제2 모드 상태로 주행을 지속하게 된다. 이때, 가변구동부(40)의 펼쳐진 각도는 제2 모드시 소정 각도 이상으로 날개부(42)가 펼쳐지지 않도록 구비된 걸림부(미도시)에 의해 결정되는 소정의 최대각 이하일 수 있다. 가변구동부(40)의 날개부가 최대로 펼쳐진 상태에서도 날개부에 의해 발생한 힘의 수평방향성분에 대한 반작용(마찰력)에 의해 진행방향으로의 주행을 지속할 수 있다. 또한 가변구동부(40)의 날개부가 원형회전부(50)의 직경보다 크게 펼쳐지기 때문에, 원형 상태인 제1 모드에 비해 험지를 매우 용이하게 극복할 수 있다.

도 9d를 참조하면, 험지를 통과한 후 가변구동바퀴의 가변구동부(40)는 회전력이 감소되고, 이로 인해 힘의 수직방향성분이 수직항력보다 작아지게 되고 이로 인해 날개가 다시 접혀지는 방향으로 회동할 수 있다. 이 경우에도, 날개부에 의해 발생한 힘의 수평방향성분에 대한 반작용(마찰력)에 의해 진행방향으로의 주행을 지속할 수 있다.

도 9e를 참조하면, 험지를 완전히 통과하고 다시 평지를 주행하게 될 경우, 가변구동부(40)는 다시 제1 모드 상태로 회귀하게 되어, 원형 바퀴 형태를 가지고 주행을 지속할 수 있다.

이어서, 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변구동조립체에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴를 하나 이상 포함하는 가변구동조립체의 개략적인 사시도이다.

도 1 내지 도 9e를 참조하여 설명한 노면 순응형 가변구동바퀴를 하나 이상 포함하는 가변구동조립체는 각각의 가변구동바퀴가 노면 상태에 따라 이에 순응하여 자동적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 전환되므로, 별도의 노면 감지 장치 없이 험지를 용이하게 극복할 수 있다.

도 10에 도시된 예에서 4개의 가변구동바퀴를 구비한 가변구동조립체를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 가변구동조립체를 구성하는 가변구동바퀴의 개수는 달리질 수 있다.

본 실시예에 따른 가변구동조립체는 험지 극복이 용이하고, 오작동 확률이 적기 때문에, 탐지 모듈 예를 들어 카메라 장치와 송수신 모듈을 탑재하여 사람이 직접 탐사하기 어려운 오지 또는 험지를 탐색할 수 있다.

이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 내에서 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것인바, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정된 형태에 국한되는 것은 아니다.

10: 주구동부 20: 제1 보조구동부
30: 제2 보조구동부 31: 조인트부
40: 가변구동부 41: 머리부
42: 날개부 43: 요철
44: 오목부 50: 원형회전부

Claims (13)

1. 회전가능하게 형성된 주구동부;
   상기 주구동부와 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제1 보조구동부;
   상기 주구동부와 이격되되, 복수의 제1 보조구동부와 각각 맞물려 회전가능하게 형성된 복수의 제2 보조구동부; 및
   상기 복수의 제2 보조구동부와 각각 연결되어 상기 복수의 제2 보조구동부의 회전에 따라 접철가능하게 회동하며, 머리부와 상기 머리부로부터 연장되어 뻗어있는 날개부로 구성되는 복수의 가변구동부를 포함하되,
   상기 복수의 가변구동부는 상기 날개부가 인접한 다른 가변구동부의 상기 머리부에 밀착되어 전체가 원형을 이루는 제1 모드 또는 상기 날개부가 상기 복수의 제2 보조구동부의 회전방향을 따라 외측으로 펼쳐지는 제2 모드로 가변되되,
   상기 복수의 제2 보조구동부의 회전축을 수용할 수 있는 복수의 홈이 형성되되, 상기 주구동부와 독립적으로 회전가능하게 형성된 원형회전부를 더 포함하는, 노면 순응형 가변구동바퀴.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 원형회전부는 상기 복수의 제2 보조구동부에 의해 회전하는 노면 순응형 가변구동바퀴.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원형회전부와 상기 제1 모드 시 상기 복수의 가변구동부가 이루는 원형의 직경이 동일한 노면 순응형 가변구동바퀴.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 모드 시 상기 복수의 가변구동부의 상기 날개부는 상기 원형회전부의 외주면보다 외측으로 펼쳐지는 노면 순응형 가변구동바퀴.
6. 제1항에 있어서,
   상기 원형회전부는 상기 주구동부, 상기 복수의 제1 및 제2 보조구동부를 내측에 수용하는 노면 순응형 가변구동바퀴.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 가변구동부의 날개부는 호 형상을 가지는 노면 순응형 가변구동바퀴.
8. 제1항에 있어서,
   상기 주구동부와 상기 복수의 제1 보조구동부는 평기어, 선기어와 유성기어, 마찰드럼 및 벨트 중 하나에 의해 서로 연결되는 노면 순응형 가변구동바퀴.
9. 제8항에 있어서,
   상기 복수의 제1 보조구동부와 상기 복수의 제2 보조구동부는 평기어, 선기어와 유성기어, 마찰드럼 및 벨트 중 하나에 의해 서로 연결되는 노면 순응형 가변구동바퀴.
10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가변구동부의 날개부의 외측면에는 요철이 형성된 노면 순응형 가변구동바퀴.
11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가변구동부의 상기 머리부에는, 상기 인접한 다른 가변구동부의 상기 날개부가 밀착될 수 있는 오목부가 형성된 노면 순응형 가변구동바퀴.
12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가변구동부는 상기 제2 모드시 소정 각도 이상으로 상기 날개부가 펼쳐지지 않도록 걸림부가 형성된 노면 순응형 가변구동바퀴.
13. 제1항, 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 노면 순응형 가변구동바퀴를 하나 이상 포함하는 가변구동조립체.

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