KR101782580B1 - 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴 - Google Patents

Abstract

본 발명의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴는, 중앙에 회전중심축을 구비하고 회전이 가능한 중심체들; 중심체들과 회전중심축을 공유하고 함께 회전하도록 배치되는 내바퀴들; 내바퀴들의 크랭크축에 연결되어 중심체들 및 내바퀴들의 회전 방향에 따라 같이 회전되는 링크들; 링크들의 타단에 일단이 각각 연결되고 링크들의 회전에 따라 크랭크회전축을 중심으로 왕복운동을 하는 크랭크부와, 크랭크부들의 타단에 위치하며 크랭크부들의 이동방향에 따라 중심체들 및 내바퀴들의 외부로 펼쳐지거나 내부로 밀착되는 날개부를, 구비하는 외바퀴고정판들; 날개부들의 일측면에서 날개부들을 관통하여 타측면으로 돌출되는 크랭크회전축 삽입구를 포함하여 날개부들이 회동할 수 있도록 결합되는 덮개; 를 구비하고, 외바퀴고정판들의 외측에 에어리스 타이어를 더 구비하며, 중심체들 및 내바퀴들이 회전하면서 내바퀴들과 크랭크 연결된 날개부들이 외부로 펼쳐지도록 전달되는 가변력이 가변형 바퀴의 회전에 따른 수직항력 보다 작은 경우, 날개부들은 덮개와 내바퀴들의 외주면과 밀착하여 회전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가변형 바퀴는 평지의 노면 상태에서는 원형 바퀴와 비슷한 에너지 효율을 보여주고, 장애물을 만나 극복하는 경우에만 바퀴가 가변하므로, 험지극복 탐사로봇의 가변형 바퀴로서 현저한 효과를 가지며, 효율적인 에너지 관리가 가능하게 되고, 크랭크 구조로 작동하기 때문에 오작동의 영향이 적은 장점이 있다.

Description

에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴{TRANSFORMABLE WHEEL WITH AIRLESS TIRE}

본 발명은 가변형 바퀴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에어리스 타이어가 적용된 가변형 바퀴에 관한 것이다.

최근 들어 군사로봇, 탐사로봇, 산업로봇 등 사람이 대신하기 어려운 일들을 해주는 로봇의 발전이 이루어지고 있다. 로봇들의 다리형태는 사용하는 목적에 따라 다양하게 변화하는데 군사로봇은 무한궤도(Caterpillar)와 바퀴형태부터 동물다리형태까지 다양한데 무한궤도 형태가 주를 이룬다. AGV같은 산업로봇은 실내의 경우 장애물 극복보다는 정숙성과 정밀함을 요구하는 작업이 주를 이루므로 표면이 평평한 바퀴를 사용하게 된다. 실외에서 사용되는 산업로봇은 거대한 바퀴나 무한궤도 형태의 바퀴를 사용하게 되는데 이 또한 이동이 가능한 지역 내에서 사람이 조종하게 되므로 장애물을 넘기 위해 불필요한 에너지를 낭비할 필요가 없다.

그러나, 화성과 같은 행성 탐사 로봇이나 해저 탐사 로봇의 경우는 사람이 직접 조종하기 힘들고, 이동하기 적당한 길이 갖추어지지 않아서 어느 정도의 장애물은 스스로 극복 할 수 있는 기능을 갖추어야 한다. 그리고 지구와 다른 지표면을 가지고 있어 무한궤도의 한 부분이 구동하지 못하는 상황에서 남은 하나의 궤도로는 극복하기 어려운 상황이 발생할 수 있다. 그래서 기존의 탐사 로봇들은 다수의 원형 바퀴나 거미 다리 같은 구조의 여러 개의 바퀴나 다리를 가지는 형태를 이루고 있었다. 하지만 이러한 형태의 바퀴들과 다리들은 장애물 극복을 위해 바퀴에 연결된 서스펜션의 기능에 의존하거나 복잡한 구동부를 갖추어야 하는 단점을 가지고 있다.

따라서 이러한 문제점들을 극복하기 위해서 원형 바퀴형태의 장점인 에너지 효율성을 극대화하고 장애물을 극복해야 하는 순간에만 바퀴의 형태가 변하는 가변형 바퀴의 개발이 필요하다.

또한, 가변형 바퀴의 외주부에 타이어를 적용할 수 있다면, 탐사 로봇의 주행성능을 높일 수 있을 것으로 기대되나, 가변형 바퀴에 일반적인 차량용 타이어를 적용하는 것은 힘들 것이다.

대한민국 등록특허 제1512102호 (2015.04.08. 등록)

본 발명의 목적은, 장애물을 만나면 바퀴가 가변하는 구조를 이용해 평소엔 에너지의 소모를 최소화하는 형태로 주행하고 장애물을 만났을 때만 바퀴가 가변하여 에너지 효율을 극대화하는 가변형 바퀴 발명을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 가변형 바퀴의 외측에 접지력을 높일 수 있는 에어리스 타이어가 적용되어 있는 가변형 바퀴를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴는, 중앙에 회전중심축을 구비하고 회전이 가능한 중심체들; 중심체들과 회전중심축을 공유하고 함께 회전하도록 배치되는 내바퀴들; 내바퀴들의 크랭크축에 연결되어 중심체들 및 내바퀴들의 회전 방향에 따라 같이 회전되는 링크들; 링크들의 타단에 일단이 각각 연결되고 링크들의 회전에 따라 크랭크회전축을 중심으로 왕복운동을 하는 크랭크부와, 크랭크부들의 타단에 위치하며 크랭크부들의 이동방향에 따라 중심체들 및 내바퀴들의 외부로 펼쳐지거나 내부로 밀착되는 날개부를, 구비하는 외바퀴고정판들; 날개부들의 일측면에서 날개부들을 관통하여 타측면으로 돌출되는 크랭크회전축 삽입구를 포함하여 날개부들이 회동할 수 있도록 결합되는 덮개; 를 구비하고, 외바퀴고정판들의 외측에 에어리스 타이어를 더 구비하며, 중심체들 및 내바퀴들이 회전하면서 내바퀴들과 크랭크 연결된 날개부들이 외부로 펼쳐지도록 전달되는 가변력이 가변형 바퀴의 회전에 따른 수직항력 보다 작은 경우, 날개부들은 덮개와 내바퀴들의 외주면과 밀착하여 회전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가변형 바퀴에 고무 또는 합성수지 재질의 에어리스 타이어가 적용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 가변형 바퀴는 평지의 노면 상태에서는 원형 바퀴와 비슷한 에너지 효율을 보여주고, 장애물을 만나 극복하는 경우에만 바퀴가 가변하므로, 험지극복 탐사로봇의 가변형 바퀴로서 현저한 효과를 가지고 있다.

즉, 상기 가변형 바퀴는 장애물의 저항이 있는 경우에만 가변하며 높은 에너지를 사용하게 되지만, 장애물을 극복한 후에는 다시 원형의 바퀴로 가변하므로 효율적인 에너지 관리가 가능하게 되는 장점이 있다.

크랭크 구조를 포함하는 가변형 바퀴는 기어로 작동되는 구조와는 달리 크랭크 구조로 작동하기 때문에 행성의 모래나 이물질에 의한 오작동의 영향이 적은 장점이 있다.

또한, 크랭크 구조를 포함하는 가변형 바퀴에 에어리스 타이어를 적용함으로써, 접지력 및 주행능력을 향상시키는 동시에 완충작용이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)의 분해사시도이다.
도 2a는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)의 보통 상태를 나타낸 정면도이다.
도 2b는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 펴진 상태를 나타낸 정면도이다.
도 3a는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 보통 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 정면도이다.
도 3b는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 펴진 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 정면도이다.
도 4a는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 보통 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 사시도이다.
도 4b는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 펴진 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 체인 구동 방식 차동기어장치를 설명하면 다음과 같다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "구비" 또는 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부재", "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)의 분해사시도이다.

도 1을 참조하면, 상기 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)는 중심체들(10), 내바퀴들(20), 덮개들(25), 링크들(30), 정렬핀들(35), 외바퀴고정판들(40), 외바퀴고정판-소들(45), 외바퀴들(50)을 포함한다. 상기 중심체들(10)의 중앙에는 축이 삽입될 수 있는 구멍이 형성되며, 중심체들(10)의 일측과 타측에 내바퀴들(20)이 중심체들(10)과 회전중심이 일치하도록 결합된다. 상기 내바퀴들(20)에는 링크들(30)의 일단이 힌지결합되는 크랭크축(40b)이 고정되며, 바람직하게는 링크(30)와 크랭크축(40b)은 각각 3개가 조립된다. 링크들(30)은 각각 일단이 내바퀴들(20)과 힌지결합되어 있다. 또한, 링크들(30)의 타단은 외바퀴고정판들(40) 및 외바퀴고정판-소들(45)이 모여 이루어진 날개부들의 크랭크축(40b)과 힌지결합되어 가변형 바퀴(100)의 구조가 완성된다.

도 2a는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)의 보통 상태를 나타낸 정면도이며, 도 2b는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 펴진 상태를 나타낸 정면도이다.

상기 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)의 동작 메카니즘을 정확히 이해하기 위해서는, 내부 구조를 확인하며 설명하는 편이 나으므로 일측 덮개(25)가 제거된 상태를 도시한 도 3a와 도 3b를 참조하여 설명한다.

도 3a는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 보통 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 정면도이며, 도 3b는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 펴진 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 정면도이다.

중심체(10)는 원판 형태로서, 가변형 바퀴(100)의 회전중심이 되는 회전중심축이 삽입될 수 있도록 중앙에 회전축삽입공이 형성되고, 예정하는 가변형 바퀴(100)의 폭에 맞춰 복수개가 회전중심이 일치하도록 겹쳐진다.

내바퀴(20)는 원판 형태로서, 중심체들(10)과 회전중심이 일치하도록 배치되어 중심체(10)와 함께 회전하며, 겹쳐진 중심체(10)들의 일측면에 설치되고, 가변형 바퀴(100)의 일측 내바퀴(20) 상에는 3개의 링크축이 회전축삽입공을 기준으로 등각도로 배치된다.

3개의 링크축에는 3개 링크(30) 각각의 일단이 회전 가능하도록 결합되고, 3개 링크(30) 각각의 타단에는 크랭크축(40b)이 구비된다.

상기 3개 링크(3)의 크랭크축(40b)에는 각각 날개부의 크랭크부가 회전 가능하도록 힌지결합되며, 3개의 날개부 각각은 외바퀴고정판들(40) 및 외바퀴고정판-소들(45)을 적층하여 구성된다.

또한, 도 1에 날개부를 구성하기 위하여 적층되는 외바퀴고정판(40)은 안팎으로 각 3개, 외바퀴고정판-소(45)는 3개로 도시되어 있으나, 그 수량을 각 3으로 한정하기 위해 그렇게 도시된 것이 아니며, 필요한 가변형 바퀴(100)의 폭에 따라 겹쳐지는 외바퀴고정판(40)과 외바퀴고정판-소(45)의 수량이나 두께를 조절할 수 있음은 누구나 쉽게 알 것이다.

날개부가 조립된 후, 각 날개부는 각 링크(30)의 타단에 구비된 크랭크축(40b)에 힌지결합되고, 각 날개부에 크랭크회전축(40b)이 삽입된후 각 날개부의 크랭크회전축(40b)와 결합되는 덮개(25)가 씌워진다. 또한, 가변형 바퀴(100)의 타측에도 내바퀴(20)를 덮어 가변형 바퀴(100)가 조립된다.

상술한 바와 같이 조립된 가변형 바퀴(100)의 날개부 외측에 타이어를 부가하여 가변형 바퀴(100)의 접지력 및 주행능력을 향상시키는 동시에 완충작용을 하도록 할 수 있다. 이때 사용되는 타이어로는 에어리스 타이어가 바람직하다.

또한, 에어리스 타이어는, 그 재질로 고무 또는 합성수지를 적용할 수 있으며, 지면접촉부와 바퀴접촉부 사이에 격벽을 포함하도록 형성되는 것이 바람직하다. 격벽을 포함하도록 형성됨으로써, 압력이나 충격으로 인한 변형됨에 있어서의 변형 정도가 줄어들고, 압력이나 충격이 제거되었을 때 원래 형태로의 복원성이 우수해지며, 나아가 타이어의 수명 연장이 가능하다.

또한, 에어리스 타이어의 격벽 형태로는 본 발명의 실시예와 같이 사선형으로 구현할 수도 있으나, 실시 형태와 목적에 따라 사각 형태, 벌집 형태, 오제틱 형태 등 다양한 형태에서 더 적합한 것을 선택하여 적용할 수도 있다.

또한, 에어리스 타이어가 부가되는 날개부를 굴곡지게 형성함으로써, 타이어와 날개부 사이의 접촉면적을 넓혀 부착력을 향상시킬 수 있으며, 부착되는 에어리스 타이어의 지면접촉부와 바퀴접촉부 사이의 공간에 격벽을 더 형성할 수 있게 된다. 격벽을 형성함으로써, 에어리스 타이어의 완충력/복원력 향상과 수명 연장까지 기대할 수 있다.

또한, 본 발명의 모든 도면에, 외바퀴고정판(40)과 외바퀴고정판-소(45)에 사각형의 정렬핀(35)이 삽입되어 복수개 적층되어 있는 외바퀴고정판(40)과 외바퀴고정판-소(45)을 정렬시키는 것으로 도시되어 있으나, 이는 정렬핀(35)의 단면형태를 사각형으로 한정하기 위한 것은 아니며, 실시 형태와 목적에 따라 얼마든지 단면형상이 다른 정렬핀(35)을 사용하여도 무방하며, 실시 형태에 따라서는 정렬핀(35)을 생략할 수도 있다.

도 4a는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 보통 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 사시도이며, 도 4b는 도 1의 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴(100)가 펴진 상태일 때 일측 덮개를 제거하여 내부를 보인 상태의 사시도이다.

본 발명에 따른 크랭크 구조를 사용한 험지 극복 및 탐사용 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴는 높은 에너지 효율로 험지 이동이나 탐사 작업에 사용될 수 있다.

10 : 중앙부 20 : 내바퀴
25 : 덮개 30 : 크랭크
35 : 정렬핀 40 : 외바퀴고정판
40a : 크랭크회전축 40b : 크랭크축
40c : 크랭크부
45 : 외바퀴고정판-소 50 : 외바퀴
100 : 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴

Claims (2)

1. 중앙에 회전중심축을 구비하고 회전이 가능한 중심체들;
   상기 중심체들과 상기 회전중심축을 공유하고 함께 회전하도록 배치되는 내바퀴들;
   상기 내바퀴들의 크랭크축에 연결되어 상기 중심체들 및 내바퀴들의 회전 방향에 따라 같이 회전되는 링크들;
   상기 링크들의 타단에 일단이 각각 연결되고 상기 링크들의 회전에 따라 크랭크회전축을 중심으로 왕복운동을 하는 크랭크부와, 상기 크랭크부들의 타단에 위치하며 상기 크랭크부들의 이동방향에 따라 상기 중심체들 및 내바퀴들의 외부로 펼쳐지거나 내부로 밀착되는 날개부를, 구비하는 외바퀴고정판들;
   상기 날개부들의 일측면에서 상기 날개부들을 관통하여 타측면으로 돌출되는 상기 크랭크회전축의 삽입구를 포함하여 상기 날개부들이 회동할 수 있도록 결합되는 덮개; 를 구비하고,
   상기 외바퀴고정판들의 외측에 에어리스 타이어를 더 구비하며,
   상기 중심체들 및 내바퀴들이 회전하면서 상기 내바퀴들과 크랭크 연결된 상기 날개부들이 외부로 펼쳐지도록 전달되는 가변력이 가변형 바퀴의 회전에 따른 수직항력보다 작은 경우, 상기 날개부들은 상기 덮개와 상기 내바퀴들의 외주면과 밀착하여 회전하며,
   상기 크랭크부는,
   상기 크랭크축을 중심 방향으로 하는 부채꼴 형상이고,
   상기 날개부는,
   부채꼴 형상인 상기 크랭크부의 단부로부터 호를 그리며 돌출 형성되며,
   상기 에어리스 타이어는 합성수지 재질로 형성되며,
   상기 에어리스 타이어는,
   상기 크랭크축 및 상기 날개부에 안착되도록 다수번 만곡된 안착면을 포함하는, 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴.
2. 삭제

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