KR101353529B1 - 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구 - Google Patents

어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구 Download PDF

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Abstract

이동 기구 주행시 구동바퀴가 문턱, 과속방지턱, 도로 인도의 경계석 등의 장애물을 만났을 때, 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 용이하게 승월할 수 있는 이동 기구가 제공된다. 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구는, 이동 기구 프레임의 전면 하부에 배치되며, 사용자의 조작에 따라 좌우로 회전하면서 이동 기구의 이동 방향을 제어하는 한 쌍의 조향바퀴; 이동 기구 프레임의 후면 하부에 배치되며, 구동축과 연결되어 구동축으로부터 전달되는 구동력을 전달받아 이동 기구를 전후 방향으로 이동시키는 한 쌍의 구동바퀴; 구동바퀴를 전후 방향으로 이동시키는 구동력을 생성하는 구동모터; 웜 기어 및 웜휠 기어로 이루어지고, 구동모터에 체결되어 구동력을 전달하는 감속기 어셈블리; 감속기 어셈블리 및 구동바퀴 사이에 연결되어, 감속기 어셈블리로부터 전달되는 구동력에 의해 구동바퀴를 회전시키는 구동축; 구동축에 체결되어 감속기 어셈블리로부터 전달되는 구동력에 의해 구동되며, 이동 기구의 주행 중에 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 어시스트-풋이 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시키는 어시스트-풋 어셈블리; 및 차동기어의 원리를 이용한 교차축 기어로서, 입력측 베벨기어 및 출력측 베벨기어가 아이들 베벨기어에 치합되어 구동축 및 어시스트 샤프트 사이의 운동을 전달하는 베벨기어 어셈블리를 포함한다.

Description

어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구 {Electromotive means capable of climbing obstacle using assist-foot}
본 발명은 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 이동 기구의 주행 중에 문턱, 과속 방지턱, 도로 인도의 경계석 등의 장애물을 만난 경우, 이러한 장애물을 승월(Climbing)할 수 있는 이동 기구에 관한 것이다.
일반적으로, 휠체어(Wheel Chair)란 이동이 자유롭지 못한 사람이 앉은 채로 이동할 수 있게 하는 이동 수단으로서, 파이프 형상의 프레임에 고정된 좌석부, 조향바퀴(전방 휠), 구동바퀴(구동 휠), 핸드림(수동 휠체어) 또는 조작장치(전동 휠체어) 등으로 구성되며, 사용자가 직접 손으로 휠(Wheel)을 회전시켜 이동하는 수동식 휠체어와 모터의 구동에 따른 바퀴의 회전 동작에 따라 이동되는 전동 휠체어로 구분된다.
이러한 휠체어는 모두 한 명의 사용자를 탑승시킨 상태로 구동바퀴의 구동에 의해 도로 또는 실내 등을 주행하게 된다. 이때, 구동바퀴는 통상적으로 그 직경이 조향바퀴보다 크게 형성되며, 조향바퀴는 주행 중에 조향성을 향상시키기 위해 대개 작은 직경으로 형성된다.
이러한 휠체어의 장애물 승월 방법으로서, 통상적으로 휠체어를 후방에서 도와주는 보호자 등이 휠체어 전체를 후방으로 경사지게 하여 조향바퀴를 장애물 높이까지 올리고, 그 상태로 휠체어를 전진시킴으로써 장애물을 승월하게 된다. 이러한 휠체어를 후방에서 도와주는 보호자는 통상적으로 조향바퀴를 단차 또는 둔턱 등의 장애물 높이까지 올리는 것은 쉽게 할 수 있으나, 그 상태에서 휠체어를 전진시켜 장애물을 승월하기까지 많은 힘이 소요된다. 또한, 단차 또는 둔턱 등의 장애물을 통과하는 과정 중에 휠체어가 후방으로 전복되어 사용자가 부상당할 위험이 있다는 문제점이 있다. 또한, 보호자가 힘이 없는 부녀자나 노인인 경우에는 휠체어 전체를 후방으로 경사지게 하는 것 자체가 위험하고 곤란할 뿐만 아니라, 보호자가 없는 경우 이러한 방법조차 실행할 수 없다는 문제점이 있다.
도 1은 일반적인 2륜구동 전동 휠체어를 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 2륜구동 전동 휠체어(10)는 조향바퀴(11), 구동바퀴(12), 프레임(13), 구동모터(14), 휠체어 의자(15), 팔걸이(16), 주행 조작부(17) 및 발받침판(18) 등을 포함한다.
전동 휠체어(10)는 지상으로부터 일정 높이에 위치되어 프레임(13)에 의하여 지지되며, 등받이를 포함하는 휠체어 의자(16)의 후방 아래쪽에 설치되어 구동모터(14) 및 구동축(도시되지 않음)이 형성된다.
한 쌍의 구동바퀴(12)는 휠체어 의자(15)를 지지하는 프레임(13)의 후면 양쪽에서 외측 지면과 접촉되도록 설치되고, 구동축과 연결되어 상기 구동축으로부터 전달되는 동력을 전달받아 전후 방향으로 회전하게 된다.
좌우 한 쌍의 조향바퀴(11)는 프레임(13)의 선단 양쪽에서 지면에 접촉되도록 설치되어 전후 및 좌우 회전되면서 전동 휠체어(10)의 이동방향을 제어하게 된다.
발받침판(18)은 조향바퀴(11)가 설치된 프레임(13)에 지지된 상태에서 휠체어 의자(15)의 전방 아래쪽으로 설치된다.
전술한 구조를 갖는 종래의 전동 휠체어(10)에 있어서, 주행 조작부(17)에 의해 구동모터(14)가 구동되면, 구동바퀴(12)와 연결된 구동축이 회전됨에 따라 휠체어의 전방 또는 후방 이동이 이루어지고, 구동바퀴(12)의 동작에 따라 전동 휠체어(10) 전면에 설치된 조향바퀴(11)가 수동적으로 좌우 방향으로 조향됨에 따라 전동 휠체어(10)의 이동 방향이 조절된다.
그러나 종래의 기술에 따른 전동 휠체어의 경우, 전방 또는 후방으로의 주행 이동은 가능하여 평탄한 노면에서는 이동에 별다른 문제가 없지만 계단을 오르내리거나 인도 상에 설치되는 경계턱 등을 통과할 수 없다는 문제점이 있다. 다시 말하면, 기존의 전동 휠체어는 구동바퀴의 크기가 고정되어 있으며, 별도의 장애물 승월 기능을 가지고 있지 않기 때문에, 구동바퀴가 장애물에 걸린 경우, 해당 장애물을 승월할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 2륜구동 전동 휠체어의 경우, 구동바퀴가 전방 또는 후방에 배치된 경우에 모두 발생할 수 있으며, 또한, 4륜 구동의 전동 휠체어 역시 동일한 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 선행기술로서, 대한민국 등록실용신안번호 제20-0234318호에는 "턱을 오를 수 있는 휠체어"라는 고안이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 턱을 오를 수 있는 휠체어를 예시하는 측면도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 턱을 오를 수 있는 휠체어는 전륜 케이스(21), 스프로킷(22), 벨트바퀴(23), 턱가압부재(24), 와이어(25), 롤러(26), 레버(27), 전륜지지대(28), 팔걸이부재(29), 스프로킷 끼움홀(31), 탄성부재(32) 및 레버고정턱(33) 등을 포함한다.
종래의 기술에 따른 턱을 오를 수 있는 휠체어에 탑승한 사용자가 휠체어를 타고 턱을 오르고자 할 때, 휠체어의 팔걸이부재(29)의 일측에 구비된 레버(27)를 잡아당기게 되면 레버(70)의 일측에 연결된 강철와이어(25)는 장력을 받게 되고, 강철와이어(25)에 연결된 턱가압부재(24)는 전륜케이스(21)의 중앙부를 힌지로 하여 회전하게 된다. 이때, 턱가압부재(40)는 턱의 일측을 가압하며 전륜케이스(21)가 지면에서 이격되며 상승하게 된다.
사용자가 휠체어를 움직이면서 레버(27)를 더 잡아당겨 팔걸이부재(29) 일측에 구비된 레버고정턱(33)의 레버고정홈에 고정시키면, 전륜케이스(21)는 더욱 상승되어 벨트바퀴(23)가 턱의 단부(Edge)에 접촉하게 된다.
이때, 사용자는 휠체어 핸들을 잡고 동력을 가하면, 벨트바퀴(23)의 돌기 사이로 턱의 단부가 끼워지며 벨트바퀴(23)가 회전하게 되므로 턱가압부재(24)에 의해 높아진 전륜케이스(21)는 벨트바퀴(23)의 회전만으로 전진할 수 있게 되어 턱을 오를 수 있게 된다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2010-0043394호에는 "휠체어"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
삭제
도 3은 종래의 기술에 따른 휠체어의 둔턱 답파 메커니즘 모듈을 예시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 휠체어의 둔턱 답파 메커니즘 모듈(40)은, 제1 액추에이터(41), 제1 실린더(42), 제1 링크(43), 제2 액추에이터(44), 제2 실린더(45), 제2 링크(46), 보조바퀴(47), 몸체부(48), 수평부(49), 수직부(50) 및 슬라이드바(51)를 포함한다.
수평운동을 행하도록 형성된 제1 액추에이터(41)와 상기 제1 액추에이터(41)의 일단에 연결되는 제1 링크(43)를 포함하여 구성되는 제1 액추에이터부; 수직운동을 행하도록 형성된 제2 액추에이터(44)와 상기 제2 액추에이터(44)의 일단에 연결되며, 제1 링크(43)에 연결되는 제2 링크(46)를 포함하여 구성되는 제2 액추에이터부; 및 제1 링크(43) 또는 제2 링크(46) 중 어느 하나의 일단에 마련되는 보조바퀴(47)를 포함한다.
종래의 기술에 따른 휠체어의 둔턱 답파 메커니즘 모듈(40)은 제1 액추에이터부의 수평운동과 제2 액추에이터부의 수직운동의 조합에 의해, 보조바퀴(47)를 일정 높이로 상하 이동할 수 있도록 함으로써 주행 중 발생하게 되는 둔턱 또는 단차 등의 장애물을 손쉽게 넘을 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따른 턱을 오를 수 있는 휠체어의 경우, 레버(27)를 동작시킴으로써 턱가압부재(40)가 턱의 일측을 가압하며 전륜케이스(21)가 지면에서 이격되며 상승하는 방식이므로 휠체어의 이동이 원활하지 못하다는 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록실용신안번호 제20-0234318호(출원일: 2001년 02월 28일), 고안의 명칭: "턱을 오를 수 있는 휠체어" 2) 대한민국 공개특허번호 제2005-0112017호(공개일: 2005년 11월 29일), 발명의 명칭: "전동 휠체어" 3) 대한민국 공개특허번호 제2009-0036063호(공개일: 2009년 04월 13일), 발명의 명칭: "무한궤도식 전동 휠체어" 4) 대한민국 공개특허번호 제2010-0043394호(공개일: 2010년 04월 29일), 발명의 명칭: "휠체어"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이동 기구의 주행 중에 문턱, 과속 방지턱, 도로 인도의 경계석 등의 장애물을 만난 경우, 어시스트-풋(Assist-Foot)을 이용하여 장애물을 용이하게 승월(Climbing)할 수 있는 이동 기구를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 이동 기구 주행시 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 이동 기구의 구동을 중단하지 않은 상태에서 구동모터로부터 제공되는 구동력을 전달받는 어시스트-풋을 이용하여 신속하게 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구를 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구는, 이동 기구 프레임의 전면 하부에 배치되며, 사용자의 조작에 따라 좌우로 회전하면서 이동 기구의 이동 방향을 제어하는 한 쌍의 조향바퀴; 상기 이동 기구 프레임의 후면 하부에 배치되며, 구동축과 연결되어 상기 구동축으로부터 전달되는 구동력을 전달받아 이동 기구를 전후 방향으로 이동시키는 한 쌍의 구동바퀴; 상기 구동바퀴를 전후 방향으로 이동시키는 구동력을 생성하는 구동모터; 웜 기어(Worm Gear) 및 웜휠 기어(Worm Wheel Gear)로 이루어지고, 상기 구동모터에 체결되어 구동력을 전달하는 감속기 어셈블리; 상기 감속기 어셈블리 및 상기 구동바퀴 사이에 연결되어, 상기 감속기 어셈블리로부터 전달되는 구동력에 의해 상기 구동바퀴를 회전시키는 구동축; 어시스트-풋, 어시스트 샤프트 및 스프링을 포함하며, 상기 구동축에 체결되어 상기 감속기 어셈블리로부터 전달되는 구동력에 의해 구동되며, 이동 기구의 주행 중에 상기 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 상기 어시스트-풋이 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시키는 어시스트-풋 어셈블리(Assist-Foot Assembly); 및 차동기어의 원리를 이용한 교차축 기어로서, 입력측 베벨기어, 아이들 베벨기어, 및 출력측 베벨기어를 포함하며, 상기 입력측 베벨기어 및 출력측 베벨기어가 상기 아이들 베벨기어에 치합되어 상기 구동축 및 상기 어시스트 샤프트 사이의 운동을 전달하는 베벨기어 어셈블리를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 어시스트-풋 어셈블리는, 상기 휠체어의 주행 중에 장애물을 만나 상기 구동바퀴가 정지될 경우, 상기 구동모터의 중단 없이 상기 구동모터의 구동력을 이용하여 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시킬 수 있다.
여기서, 상기 어시스트-풋 어셈블리는, 상기 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 지면에 접하여 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시키는 어시스트-풋(Assist-Foot); 일측이 상기 어시스트-풋에 연결되고, 타측이 상기 스프링에 연결되며, 상기 구동축과 직교하도록 체결되는 어시스트 샤프트(Assist Shaft); 및 상기 어시스트 샤프트에 연결되어 상기 어시스트-풋에 의해 장애물을 승월한 후 상기 어시스트 샤프트를 원래 상태로 복귀시키는 스프링을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 어시스트 샤프트는 상기 기어박스 하우징에 조립될 때 상기 어시스트 샤프트 자체가 회전하는 것을 방지하도록 한쪽 면이 면취된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동축은 그 중간이 분리된 입력측 구동축 및 출력측 구동축을 포함하며, 상기 입력측 구동축 및 상기 출력측 구동축이 상기 베벨기어 어셈블리와 체결되어 구동력을 상기 구동바퀴에 전달하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 베벨기어 어셈블리는, 상기 감속기 어셈블리의 웜휠 기어 및 상기 입력측 구동축과 일체형으로 형성되는 입력측 베벨기어; 상기 출력측 구동축과 일체형으로 형성되는 출력측 베벨기어; 및 상기 어시스트 샤프트에 체결되고, 상기 입력측 베벨기어의 회전력을 상기 출력측 베벨기어에 전달하는 아이들 베벨기어(Idle Bevel Gear)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 구동바퀴가 장애물을 만나 더 이상 회전할 수 없는 경우, 상기 구동모터가 계속 회전하면서 상기 웜 기어, 웜휠 기어, 입력측 베벨기어 및 입력측 구동축은 계속 회전하고, 상기 출력측 구동축 및 출력측 베벨기어에 체결된 상기 아이들 베벨기어는 상기 어시스트 샤프트를 기준으로 자전하며, 상기 입력측 구동축을 회전축으로 하여 공전하는 것을 특징으로 하며, 상기 아이들 베벨기어가 공전하면, 상기 어시스트 샤프트에 설치된 어시스트-풋이 장애물의 지면과 만나게 되어 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시킴으로써 장애물을 승월하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 감속기 어셈블리 및 상기 베벨기어 어셈블리가 외부로 노출되지 않도록 감싸는 기어박스 하우징(Gearbox Housing)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 기어박스 하우징은 기어박스 상부 케이스(Gearbox Upper Case) 및 기어박스 하부 케이스(Gearbox Lower Case)를 포함하며, 상기 어시스트-풋 어셈블리의 스프링 일측이 상기 기어박스 하부 케이스에 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이동 기구 주행시 구동바퀴가 문턱, 과속방지턱, 도로 인도의 경계석 등의 장애물을 만났을 때, 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 용이하게 승월함으로써, 사용자가 이동 기구를 보다 용이하게 이동시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 이동 기구 주행시 구동바퀴가 장애물을 만났을 때, 구동모터로부터 제공되는 구동력을 이용하여 휠체어의 구동을 중단하지 않은 상태에서 신속하게 장애물을 승월할 수 있다.
도 1은 일반적인 2륜구동 전동 휠체어를 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 턱을 오를 수 있는 휠체어를 예시하는 측면도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 휠체어의 둔턱 답파 메커니즘 모듈을 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어의 플랫폼 어셈블리를 예시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 A 부분의 확대 사시도로서, 구동모터, 기어박스 하우징 및 어시스트-풋 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어에서 기어박스 하우징을 제외한 구동모터, 감속기 어셈블리, 베벨기어 어셈블리 및 어시스트-풋 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5의 B-B' 라인을 절개선으로 하는 단면도로서, 감속기 어셈블리, 베벨기어 어셈블리 및 어시스트-풋 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어가 장애물을 승월하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 먼저 휠체어를 후방에서 도와주는 보호자 등이 조향바퀴를 단차 또는 문턱 등의 장애물 높이까지 올린 상태에서 구동바퀴가 장애물을 통과하는 과정 중에 승월할 수 없게 되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 이동 기구 주행시 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 이동 기구의 구동을 중단하지 않은 상태에서 구동모터로부터 제공되는 구동력을 전달받는 어시스트-풋을 이용하여 신속하게 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구를 제공한다.
본 발명은 장애물을 승월할 수 있는 이동기구이면 모두 적용가능하나, 이하에서는 전동 휠체어 위주로 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어의 플랫폼 어셈블리를 예시하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 A 부분의 확대 사시도로서, 구동모터, 기어박스 하우징 및 어시스트-풋 어셈블리를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어에서 기어박스 하우징을 제외한 구동모터, 감속기 어셈블리, 베벨기어 어셈블리 및 어시스트-풋 어셈블리를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어(100)는, 한 쌍의 조향바퀴(전방 휠)(110L, 110R), 한 쌍의 구동바퀴(구동 휠)(120L, 120R), 하부 프레임(130), 상부 프레임(140), 구동모터(150), 기어박스 하우징(160) 등을 포함한다.
하부 프레임(130) 및 상부 프레임(140)은 서로 연결되어 휠체어 플랫폼을 형성하며, 상부 프레임(140) 상에는 등받이를 구비한 휠체어 의자(도시되지 않음), 팔걸이 또는 주행 조작부 등이 탑재되며, 또한, 하부 프레임(130)의 전방에는 한 쌍의 조향바퀴(110L, 110R)가 체결되고, 하부 프레임(130)의 후방에는 구동축을 통해 한 쌍의 구동바퀴(120L, 120R)가 체결된다. 이러한 하부 프레임(130) 및 상부 프레임(140)은 단일 프레임으로 형성될 수 있다.
한 쌍의 조향바퀴(110L, 110R)는 전동 휠체어(100) 프레임의 전면 하부에 배치되며, 사용자의 조작에 따라 좌우로 회전하면서 전동 휠체어의 이동 방향을 제어하게 된다.
한 쌍의 구동바퀴(120L, 120R)는 상기 전동 휠체어(100) 프레임의 후면 하부에 배치되며, 구동축과 연결되어 상기 구동축으로부터 전달되는 구동력을 전달받아 전동 휠체어(100)를 전후 방향으로 이동시키게 된다.
구동모터(150)는 상기 한 쌍의 구동바퀴(120L, 120R)를 전후 방향으로 이동시키는 구동력을 사용자의 조작에 의해 생성하게 된다.
기어박스 하우징(160)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 기어박스 상부 케이스(160a) 및 기어박스 하부 케이스(160b)를 포함하며, 기어박스 하부 케이스(160b)에 상기 어시스트-풋 어셈블리(200)의 스프링(204)이 고정된다.
감속기 어셈블리(170)는 웜 기어(Worm Gear: 171) 및 웜휠 기어(Worm Wheel Gear: 172)로 이루어지고, 상기 구동모터(150)에 체결되어 구동력을 전달하게 된다. 이때, 웜 기어(171)는 구동모터(150)로부터 전달받은 동력을 웜휠 기어(172)로 전달한다. 통상적으로, 웜 기어(171)는 두 축이 서로 직각인 경우에 힘을 전달할 수 있으며, 한 줄 또는 여러 줄의 나사선을 갖는 나사 모양의 기어를 말한다. 또한, 웜휠 기어(172)는 상기 웜 기어(171)로부터 받은 동력을 구동축(190)을 통해 구동바퀴(120)에 전달한다. 통상적으로, 웜휠 기어(172)는 웜 기어(171)와 물리는 치면을 갖는 어긋난 축 사이에 물림에 사용되는 기어로서, 이때, 웜 기어(171)와 웜휠 기어(172)로 이어지는 축각은 대부분 직각을 이룬다.
구동축(190)은 상기 감속기 어셈블리(170) 및 상기 한 쌍의 구동바퀴(120L, 120R) 사이에 연결되어, 상기 구동모터(150)로부터 발생한 구동력을 상기 감속기 어셈블리(170)를 경유하여 상기 한 쌍의 구동바퀴(120L, 120R)를 회전시키게 된다. 이때, 상기 구동축(190)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 그 중간이 분리된 입력측 구동축(191) 및 출력측 구동축(192)을 포함하며, 상기 입력측 구동축(191) 및 상기 출력측 구동축(192)이 상기 베벨기어 어셈블리(180)와 체결되어 구동력을 상기 구동바퀴(120)에 전달하게 된다.
기어박스 하우징(Gearbox Housing: 160)은 상기 감속기 어셈블리(170) 및 상기 베벨기어 어셈블리(180)가 외부로 노출되지 않도록 감싸고, 기어박스 상부 케이스(160a) 및 기어박스 하부 케이스(160b)를 포함하며, 상기 어시스트-풋 어셈블리(200)의 스프링(204) 일측이 상기 기어박스 하부 케이스(160a)에 고정될 수 있다.
베벨기어 어셈블리(180)는 차동기어의 원리를 이용한 교차축 기어로서, 입력측 베벨기어(181), 아이들 베벨기어(183), 및 출력측 베벨기어(182)를 포함하며, 상기 입력측 베벨기어(181) 및 출력측 베벨기어(182)가 상기 아이들 베벨기어(183)에 치합되어, 예를 들면, 원뿔 모양으로 서로 직각 또는 둔각으로 만나 상기 구동축(190) 및 상기 어시스트 샤프트(202, 203) 사이의 운동을 전달한다.
어시스트-풋 어셈블리(Assist-Foot Assembly: 200)는 어시스트-풋(201), 어시스트 샤프트(202, 203) 및 스프링(204)을 포함하며, 상기 구동축(190)에 체결되어 상기 감속기 어셈블리(170)로부터 전달되는 구동력에 의해 구동되며, 전동 휠체어(100)의 주행 중에 상기 구동바퀴(120)가 장애물을 만난 경우, 상기 어시스트-풋(201)이 상기 구동바퀴(120)를 수직 방향으로 상승시킬 수 있다. 즉, 상기 어시스트-풋 어셈블리(200)는, 상기 휠체어(100)의 주행 중에 장애물을 만나 상기 구동바퀴(120)가 정지될 경우, 상기 구동모터(150)의 중단 없이 상기 구동모터(150)의 구동력을 이용하여 상기 구동바퀴(120)를 수직 방향으로 상승시킬 수 있고, 이에 따라 장애물을 용이하게 승월할 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋 어셈블리(200)는 어시스트-풋(Assist-Foot: 201), 어시스트 샤프트(Assist Shaft)(202, 203) 및 스프링(204)을 포함한다.
어시스트-풋(201)은 상기 구동바퀴(120)가 장애물을 만난 경우, 지면에 접하여 상기 구동바퀴(120)를 수직 방향으로 상승시키게 된다.
어시스트 샤프트(Assist Shaft)(202, 203)는 일측(202)이 상기 어시스트-풋(201)에 연결되고, 타측(203)이 상기 스프링(204)에 연결되며, 상기 구동축(190)과 직교하도록 체결된다. 이때, 상기 어시스트 샤프트(202, 203)는 상기 기어박스 하우징에 조립될 때 상기 어시스트 샤프트(202, 203) 자체가 회전하는 것을 방지하도록 한쪽 면이 면취된 것이 바람직하다.
스프링(204)은 상부 어시스트 샤프트(203)와 기어박스 하부 케이스(160b) 사이에 설치되는 인장 스프링으로서, 상기 어시스트-풋(201)에 의해 장애물을 승월한 후 상기 어시스트 샤프트(202, 203)를 원래 상태로 복귀시킨다.
도 6을 참조하면, 베벨기어 어셈블리(180)는 입력측 베벨기어(181), 출력측 베벨기어(182) 및 아이들 베벨기어(183)를 포함한다.
베벨기어(Bevel Gear)는 차동기어(Differential Gear)의 원리를 이용한 교차축 기어의 하나로서, 원뿔 모양으로 서로 직각 또는 둔각 등으로 만나 두 축 사이에 운동을 전달한다. 이러한 베벨기어의 종류로는 직선 베벨기어(straight bevel gear), 곡선 베벨기어(spiral bevel gear), 제롤 베벨기어(zerol bevel gear) 등이 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이, 직선 베벨기어는 톱니 줄기가 피치 원뿔면에 일치하는 기어로서, 서로 맞물릴 때 톱니의 위쪽에서 시작하여 톱니 뿌리 방향으로 물릴 수 있다.
입력측 베벨기어(181)는 상기 감속기 어셈블리(170)의 웜휠 기어(172) 및 상기 입력측 구동축(191)과 일체형으로 형성되고, 출력측 베벨기어(182)는 상기 출력측 구동축과 일체형으로 형성된다. 또한, 상기 아이들 베벨기어(183)는 상기 어시스트 샤프트(202, 203)에 체결되고, 상기 입력측 베벨기어(181)의 회전력을 상기 출력측 베벨기어(182)에 전달하게 된다. 즉, 베벨기어 어셈블리(180)는 상기 입력측 베벨기어(181) 및 출력측 베벨기어(182)가 상기 아이들 베벨기어(183)를 원뿔 모양으로 서로 직각 또는 둔각으로 만나 상기 구동축(190) 및 상기 어시스트 샤프트(202, 203) 사이의 운동을 전달한다.
본 발명에 따르면, 전동 휠체어에서 구동바퀴(120)가 문턱, 도로 인도의 경계석 등의 장애물을 만나 정지한 경우, 구동모터(150)는 정지하지 않고 계속 회전하여 차동 기어(Differential Gear) 형태의 베벨기어 어셈블리(180)가 회전하게 되고, 이러한 베벨기어 어셈블리(180)의 회전에 의해 어시스트-풋 어셈블리(200)의 어시스트 샤프트(202, 203)를 회전시켜 어시스트 샤프트 종단(202)에 설치된 어시스트-풋(201)이 움직이게 되는 기구 구조를 이용함으로써, 상기 전동 휠체어(100)가 장애물을 만난 경우, 자동으로 승월할 수 있다.
한편, 도 7은 도 5의 B-B' 라인을 절개선으로 하는 단면도로서, 감속기 어셈블리, 베벨기어 어셈블리 및 어시스트-풋 어셈블리를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어가 장애물을 승월하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 전동 휠체어(100)의 동작 순서는 다음과 같다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 웜휠 기어(172), 입력측 베벨기어(181) 및 입력측 구동축(191)은 제1 삽입 키(Key)(도시되지 않음)를 이용하여 일체로 조립될 수 있다.
또한, 출력측 베벨기어(182), 출력측 구동축(192) 및 구동바퀴(120)는 제2 삽입 키(도시되지 않음)를 이용하여 일체로 조립될 수 있다.
도 7을 참조하면, 구동축(190)은, 도면부호 C로 도시된 바와 같이, 일체형이 아니라 입력측 구동축(191) 및 출력측 구동축(192)으로 그 중간이 분리되어 있고, 상기 입력측 구동축(191) 및 출력측 구동축(192)은 각각 상기 아이들 베벨기어(183)에 체결된다.
또한, 어시스트 샤프트(202, 203)의 중앙부는 상기 아이들 베벨기어(183)와 축(Shaft)/보스(Boss) 결합으로 조립될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 핀(Pin)/부시(Bush) 결합으로 체결될 수도 있다.
상기 어시스트 샤프트(202, 203)의 일측(202), 즉 하부 어시스트 샤프트(202)에는 어시스트-풋(201)이 회전 관절(Revolute Joint) 형태로 연결되며, 그 타측(203), 즉 상부 어시스트 샤프트(203)에는 스프링(204)에 연결된다. 또한, 이러한 어시스트 샤프트(202, 203)는 기어박스 하우징(160)과 조립시 어시스트 샤프트(202, 203) 자체가 회전하는 것을 방지하도록 한쪽 면을 면취하는 것이 바람직하다.
이러한 구조에서 사용자의 조작에 의해 구동모터(150)가 회전하면, 그 회전력을 웜 기어(171)가 받아 웜휠 기어(172)에 전달한다.
이후, 웜휠 기어(172)가 회전하면, 상기 웜휠 기어(172)와 일체로 조립된 상기 입력측 베벨기어(181)와 입력측 구동축(191)이 회전하게 된다.
이때, 상기 회전하는 입력측 베벨기어(181)는 상기 아이들 베벨기어(183)에 회전력을 전달하는데, 상기 아이들 베벨기어(183)는 어시스트 샤프트(202, 203)에 의해 고정되어 구동축(190)을 회전축으로 회전하는 것이 아니라 상기 어시스트 샤프트(202, 203)를 기준으로 회전하면서 상기 회전력을 출력측 베벨기어(182)에 전달한다.
이와 같이 상기 출력측 베벨기어(182)가 회전함에 따라서 상기 출력측 베벨기어(182)에 일체로 조립되어 있는 출력측 구동축(192)이 회전하게 되고, 이러한 회전력으로 상기 구동바퀴(120)가 회전함으로써 전동 휠체어(100)는 전후방향으로 움직이게 된다.
만일 상기 구동바퀴(120)가 장애물을 만나 더 이상 회전할 수 없는 상황이 발생할 경우, 상기 구동모터(150)는 계속 회전하려 하기 때문에 상기 웜 기어(171), 웜휠 기어(172), 입력측 베벨기어(181) 및 입력측 구동축(191)은 계속 회전하게 된다. 하지만, 상기 출력측 구동축(192)이 상기 구동바퀴(120)와 체결되어 있기 때문에 상기 출력측 구동축(192) 및 출력측 베벨기어(182)는 전술한 바와 같이 회전하지 못하고, 이에 따라 상기 아이들 베벨기어(183)는 상기 어시스트 샤프트(202, 203)를 기준으로 자전하고, 또한 상기 입력측 구동축(191)을 회전축으로 하여 공전하게 된다.
이와 같이 상기 아이들 베벨기어(183)가 공전하면, 상기 하부 어시스트 샤프트(202)에 설치된 어시스트-풋(201)이 장애물의 지면과 만나게 되어 상기 구동바퀴(120)를 수직 방향으로 상승시키게 되며, 이에 따라 장애물을 용이하게 승월하게 된다.
또한, 상기 어시스트-풋(201)과 어시스트 샤프트(202, 203)는 상기 구동축(190)의 회전 중에 상기 회전 관절(Revolute Joint)이 구부러지는 각도를 제한함으로써 장애물을 용이하게 승월하고, 이후, 상기 스프링(204)의 탄성을 이용하여 원위치로 복귀하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 전동 휠체어에 따르면, 전동 휠체어 주행시 구동바퀴가 문턱, 과속방지턱, 도로 인도의 경계석 등의 장애물을 만났을 때, 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 용이하게 승월함으로써, 사용자가 전동 휠체어를 보다 용이하게 이동시킬 수 있다. 또한, 전동 휠체어 주행시 구동바퀴가 장애물을 만났을 때, 구동모터로부터 제공되는 구동력을 이용하여 휠체어의 구동을 중단하지 않은 상태에서 신속하게 장애물을 승월할 수 있다. 즉, 장애물을 만난 경우에만 자동으로 동작하게 되며, 전동 휠체어는 신속하게 주행을 계속할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 전동 휠체어 위주로 설명을 하였지만, 다른 이동 기구에도 동일한 방식으로 적용이 가능하고, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전동 휠체어
110: 조향바퀴(전방 휠)
120: 구동바퀴(구동 휠)
130: 하부 프레임
140: 상부 프레임
150: 구동모터
160: 기어박스 하우징(Gearbox Housing)
160a: 기어박스 상부 케이스(Gearbox Upper Case)
160b: 기어박스 하부 케이스(Gearbox Lower Case)
170: 감속기 어셈블리
171: 웜 기어(Worm Gear)
172: 웜휠 기어(Worm Wheel Gear)
180: 베벨기어 어셈블리(Bevel Gear Assembly)
181: 입력측 베벨기어(Input Bevel Gear)
182: 출력측 베벨기어(Output Bevel Gear)
183: 아이들 베벨기어(Idle Bevel Gear)
190: 구동축(Axle Shaft)
191: 입력측 구동축(Input Axle Shaft)
192: 출력측 구동축(Output Axle Shaft)
200: 어시스트-풋 어셈블리
201: 어시스트-풋(Assist-Foot)
202: 하부 어시스트 샤프트(Lower Assist Shaft)
203: 상부 어시스트 샤프트(Upper Assist Shaft)
204: 스프링(Spring)

Claims (10)

  1. 프레임의 전면 하부에 배치되는 한 쌍의 조향바퀴;
    상기 프레임의 후면 하부에 배치되며, 구동축과 연결되어 상기 구동축으로부터 전달되는 구동력을 전달받아 상기 프레임을 전후 방향으로 이동시키는 한 쌍의 구동바퀴;
    상기 구동바퀴를 전후 방향으로 이동시키는 구동력을 생성하는 구동모터;
    웜 기어(Worm Gear) 및 웜휠 기어(Worm Wheel Gear)로 이루어지고, 상기 구동모터에 체결되어 구동력을 전달하는 감속기 어셈블리;
    상기 감속기 어셈블리 및 상기 구동바퀴 사이에 연결되어, 상기 감속기 어셈블리로부터 전달되는 구동력에 의해 상기 구동바퀴를 회전시키고 그 중간이 분리된 입력측 구동축 및 출력측 구동축을 포함하는 구동축;
    상기 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 지면에 접하여 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시키는 회전 관절(Revolute Joint) 형태로 형성된 어시스트-풋(Assist-Foot)과, 일측이 상기 어시스트-풋에 연결되고, 타측이 스프링에 연결되고, 상기 연결된 스프링에 의해 상기 어시스트-풋에 의해 장애물을 승월한 후 원래 상태로 복귀시키며, 상기 구동축과 직교하도록 체결되는 어시스트 샤프트(Assist Shaft)을 포함하며, 상기 구동축에 체결되어 상기 감속기 어셈블리로부터 전달되는 구동력에 의해 구동되며, 주행 중에 상기 구동바퀴가 장애물을 만난 경우, 상기 어시스트-풋이 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시키는 어시스트-풋 어셈블리(Assist-Foot Assembly); 및
    차동기어의 원리를 이용한 교차축 기어로서, 상기 감속기 어셈블리의 웜휠 기어 및 상기 입력측 구동축과 일체형으로 형성되는 입력측 베벨기어와, 상기 출력측 구동축과 일체형으로 형성되는 출력측 베벨기어와, 상기 어시스트 샤프트에 체결되고, 상기 입력측 베벨기어의 회전력을 상기 출력측 베벨기어에 전달하는 아이들 베벨기어(Idle Bevel Gear)를 포함하고, 상기 입력측 베벨기어 및 출력측 베벨기어가 상기 아이들 베벨기어에 치합되어 상기 구동축 및 상기 어시스트 샤프트 사이의 운동을 전달하는 베벨기어 어셈블리
    를 포함하는 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어시스트-풋 어셈블리는, 주행 중에 장애물을 만나 상기 구동바퀴가 정지될 경우, 상기 구동모터의 중단 없이 상기 구동모터의 구동력을 이용하여 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동바퀴 장애물을 만나 더 이상 회전할 수 없는 경우, 상기 구동모터가 계속 회전하면서 상기 웜 기어, 웜휠 기어, 입력측 베벨기어 및 입력측 구동축은 계속 회전하고, 상기 출력측 구동축 및 출력측 베벨기어에 체결된 상기 아이들 베벨기어는 상기 어시스트 샤프트를 기준으로 자전하며, 상기 입력측 구동축을 회전축으로 하여 공전하는 것을 특징으로 하는 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아이들 베벨기어가 공전하면, 상기 어시스트 샤프트에 설치된 어시스트-풋이 장애물의 지면과 만나게 되어 상기 구동바퀴를 수직 방향으로 상승시킴으로써 장애물을 승월하는 것을 특징으로 하는 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 감속기 어셈블리 및 상기 베벨기어 어셈블리가 외부로 노출되지 않도록 감싸는 기어박스 하우징(Gearbox Housing)을 추가로 포함하는 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기어박스 하우징은 기어박스 상부 케이스(Gearbox Upper Case) 및 기어박스 하부 케이스(Gearbox Lower Case)를 포함하며, 상기 어시스트-풋 어셈블리의 스프링 일측이 상기 기어박스 하부 케이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 어시스트-풋을 이용하여 장애물을 승월할 수 있는 이동 기구.
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