KR102277252B1 - 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업현장에서 사용하는 차량, 이동로봇, 휠체어 및 모터사이클 등에 적용되는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠에 관한 것으로, 노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시킬 수 있도록 함과 아울러 감속상태의 동력을 제공할 수 있도록 한 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 고정판과 직각으로 휠결합판을 형성한 브래킷과; 상기 휠결합판에 설치되는 구동모터와; 구동모터의 반대쪽으로 돌출 형성되며, 구동모터에서 인출되는 모터축을 제1베어링으로 지지하도록 휠결합판에 돌출되게 형성한 축지부와; 외주연에 복수의 패시브롤러를 설치한 허브와; 축지부에 제1베어링으로 지지된 상태에서 모터축의 동력을 감속상태로 허브로 전달하도록 허브 내부에 설치한 유성기어 타입의 감속기를 포함하도록 구성한 것이다.

Description

자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠{Mecanum wheel with self-deceleration function}

본 발명은 산업현장에서 사용하는 차량, 이동로봇, 휠체어 및 모터사이클 등에 적용되는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시킬 수 있도록 함과 아울러 감속상태의 동력을 제공할 수 있도록 한 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠을 제공코자 하는 것이다.

일반적으로 지면을 지지하며 회전하는 바퀴를 통해 이동하는 차량, 휠체어 및 모터사이클 등의 운송장치는, 하나의 회전축 단부에 복수 개의 바퀴가 같은 방향으로 회전하기 때문에, 전후방향이동 또는 선회운동은 가능하지만, 가로방향이동이나 무게중심에 일치하는 회전중심에서 선회반경없는 회전운동은 허용되지 아니하고 사선 이동도 거의 불가능하다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 메카넘 휠이 제공되고 있으며, 메카넘 휠이 운송장치에 장착되어 일정한 위치에서 전방향으로 이동이 가능하며 선회반경없이 제자리에서의 회전이 가능하다.

메카넘 휠의 선행기술로는 대한민국 등록특허공보(B1)10-1133996호(2012.04.05.)의 메카넘 휠이 제안되고 있으며, 그 구성은 서로 독립된 복수 개의 구동모터가 구비된 운송장치의 각 구동모터에 개별적으로 장착되어 상기 운송장치를 전(全)방향으로 이동시키는 메카넘 휠에 있어서, 복수 개의 둘레면을 갖는 다각기둥(Polyprism) 형태로 형성되고 중앙에는 상기 구동모터의 구동축이 삽입되며 고정되기 위한 구동축체결공이 형성된 휠허브와, 상기 휠허브의 각 둘레면마다 외측으로 연장된 형태로 일정간격 이격되어 배치되는 두 개의 지지대로 이루어지며, 상기 지지대의 단부에는 상기 구동축체결공의 중심축선과 일정각도로 기울어진 중심축선을 갖는 롤러축체결공이 각각 형성된 복수 개의 휠스포크로 이루어진 휠베이스;를 포함하되, 상기 휠베이스는, 상기 휠허브와 휠스포크가 하나의 덩어리로 이루어진 일체형으로 형성되고, 상기 두 개의 지지대에 양측부가 각각 지지되도록 각 롤러축체결공에 삽입되어 체결되는 롤러축;을 더 포함하되, 상기 롤러축의 양측에는 두 개의 지지대에 각각 삽입되어 지지되는 지지대체결부가 형성되고, 상기 롤러축상에서 각 지지대체결부의 내측 위치에는 상기 롤러축의 둘레를 따라 일정 두께로 돌출되어 상기 롤러축이 롤러축체결공에 삽입된 상태에서 각 지지대의 내측면에 각각 지지되는 고리 형태의 지지환부가 배치되고, 상기 롤러축상에서 상기 지지환부가 배치된 위치에는 롤러축의 둘레를 따라 나사산부이 형성되고, 상기 지지환부는, 중앙에 상기 롤러축에 삽입되기 위한 롤러축삽입공이 형성되며, 상기 롤러축삽입공의 내경에는 상기 나사산부와 치합되는 나사산이 형성되어, 상기 나사산부에 회전결합되면서 상기 각 지지대의 내측면에 지지되는 것이다.

다른 예로는 대한민국 등록특허공보(B1)10-1467081호(2014.12.01.)의 메카넘 휠이 제안되고 있으며, 그 구성은 중앙에 위치되는 허브; 상기 허브의 회전축에 대해 기울어져 상기 허브의 외주부에 방사상으로 연결되는 복수 개의 지지대; 및 상기 복수 개의 지지대에 각각 장착되어 지지되며, 상기 허브의 이동방향에 따라 회전하는 패시브 롤러;를 포함하고, 상기 지지대에는 완충 부재가 마련되어 상기 패시브 롤러가 노면과 접촉 시 진동을 저감시킬 수 있고, 상기 지지대는, 일단이 상기 허브에 연결되어 연장하는 제1 부재; 상기 제1 부재의 타단에 연결되며 상기 제1 부재의 길이방향에 대해 기울어져 연장하는 제2 부재; 및 'ㄷ'의 형상으로 마련되며, 상기 형상의 폐쇄된 일측에 상기 제2 부재가 연결되고 상기 형상의 개방된 타측에 상기 패시브 롤러가 장착되는 제3 부재;를 포함하고, 상기 완충 부재는 상기 제3 부재와 제1 부재 또는 제2 부재를 연결하고, 상기 완충 부재의 일단은 상기 제1 부재와 제2 부재의 연결 부분에 마련되고, 상기 완충 부재의 타단은 상기 지지대의 제3 부재의 폐쇄된 일측에서, 제2 부재와 제3 부재가 연결되는 부분의 반대측 단부로부터 제3 부재 전체 길이의 1/4 내지 1/2 위치에 마련되고, 상기 지지대의 제2 부재 및 제3 부재가 연결되는 부분에는 리볼루트 조인트가 형성되어 상기 제3 부재가 상기 제2 부재에 대해 한 방향으로 움직일 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 종래 메카넘 휠의 경우 대부분 패시블 롤러의 결합구성 등에 주안점을 두고 구성한 것이며, 허브에 모터축을 결합하여 구동이 이루어질 수 있도록 하고 있으며, 모터축에서 제공되는 구동력을 감속 제공하기 위해서는 별도의 감속기가 구비되어야 하므로, 그로 인해 메카넘 휠에 부속되는 모터 및 감속기가 외부에 함께 장착되는 경우 외형이 커지는 등의 문제점이 있었다.

KR 101133996 B1 2012.04.05. KR 101467081 B1 2014.12.01.

이에 본 발명자는 상기한 종래 노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시킬 수 있도록 한 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠에 구동력을 제공함과 아울러 감속기를 내장 구성하여 속도제어가 가능하도록 한 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠을 연구 개발한 것이다.

즉, 본 발명에서는 외주연에 패시브롤러가 복수개 설치되어 있는 허브의 내측으로 입력되는 구동력을 고비율로 감속할 수 있는 감속기를 내장 설치하고, 허브에 자유회전 상태로 결합된 브래킷에 구동모터를 설치하여 감속기에 구동력을 입력할 수 있도록 함으로써 노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시키는 기본 기능과 함께 내장되어 있는 감속기를 통해서 다양한 속도의 동작 구현이 가능하도록 한 자체 구동 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠을 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결 수단으로 본 발명에서는,

첫째 고정판과 직각으로 휠결합판을 형성한 브래킷과; 상기 휠결합판에 설치되는 구동모터와; 구동모터의 반대쪽으로 돌출 형성되며, 구동모터에서 인출되는 모터축을 제1베어링으로 지지하도록 휠결합판에 돌출되게 형성한 축지부와; 외주연에 복수의 패시브롤러를 설치한 허브와; 축지부에 제1베어링으로 지지된 상태에서 모터축의 동력을 감속상태로 허브로 전달하도록 허브 내부에 설치한 유성기어 타입의 감속기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

둘째 상기 유성기어 타입의 감속기는, 축지부에 제2베어링으로 결합되도록 허브에 결합한 제1링기어와; 모터축의 동력이 제공되는 제1태양기어와, 제1링기어와 제1태양기어 사이에 위치하는 복수의 제1유성기어로 구성하여 제1감속군으로 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

셋째 상기 유성기어 타입의 감속기는, 축지부에 제2베어링으로 결합되도록 허브에 결합한 제1링기어와, 구동력이 제공되는 제1태양기어와, 제1링기어와 제1태양기어 사이에 위치하는 복수의 제1유성기어로 이루어진 제1감속군과; 상기 제1링기어에 제3베어링으로 지지되도록 축지부에 고정 설치한 제2링기어와, 상기 모터축에 형성한 제2태양기어와, 제2링기어와 제2태양기어 사이에 위치하는 복수의 제2유성기어로 이루어진 제2감속군을 포함하되; 상기 제1태양기어는 제2유성기어가 결합된 유성기어고정체와 일체로 형성한 것을 특징으로 한다.

넷째 상기 패시브롤러를 설치하는 허브는 좌측부재와 우측부재로 분할되며; 상기 좌측부재와 우측부재는 감속기를 구성하고 있는 제1링기어의 외부 양단이 끼워진 상태에서 제1링기어와 고정볼트에 의해 상호 고정되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠을 사용하는 경우 하기와 같은 효과가 있다.

-노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시킬 수 있다.

-각종 운반장치에 적용하는 경우 자체 구동력이 제공되므로 별도 구동수단을 설치하는 번거로움을 해소할 수 있다.

-각종 운반장치에 적용하여 제어기를 통해 제어할 때 속도 조절이 용이하며, 이웃하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 회전력을 달리하여 조향을 부드럽게 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 바람직한 일 실시례를 보인 사시도
도 2는 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 분해 사시도
도 3은 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 정단면도

이하 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 바람직한 실시례를 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 바람직한 일 실시례를 보인 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 분해 사시도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠의 정단면도를 각각 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠(1)은 산업현장에서 사용하는 산업현장에서 사용하는 차량, 이동로봇, 휠체어 및 모터사이클 등에 적용될 수 있으며, 노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시키고, 감속상태의 동력을 제공할 수 있도록 구성하고 있다.

본 발명은 브래킷(2)과, 패시브롤러(31)를 설치한 허브(3), 허브(3) 내부에 설치한 유성기어 타입의 감속기(4) 및 감속기(4)에 구동력을 제공하는 구동모터(5)로 대분된다.

상기 브래킷(2)은 각종 이동로봇 등에 설치할 수 있는 고정판(21)이 상측에 마련되며, 고정판(21)의 하측으로는 직각으로 휠결합판(22)을 형성하고 있으며, 휠결합판(22)은 강성을 높일 목적으로 고정판(21)과 사이에 리브(23)를 더 설치할 수 있다.

상기 휠결합판(22)에는 일측으로 축지부(24)가 돌출되어 있으며, 축지부(24)의 중심에는 축공(25)을 관통한다.

상기 축지부(24)의 반대쪽으로는 구동모터(5)를 배치하여 휠결합판(22)에 고정설치하며, 구동모터(5)의 모터축(51)은 축지부(24)의 바깥쪽으로 인출되도록 축공(25) 내에 설치된 제1베어링(26)에 지지되게 한다.

축지부(24)의 바깥쪽에는 제2베어링(27)이 설치되며, 제2베어링(27)에는 제1링기어(41)가 결합된다. 이때 제1링기어(41)는 패시브롤러(31)를 설치한 허브(3)에 결합되어 허브(3)와 함께 회전하게 된다.

상기 제1링기어(41)의 중심에는 제1태양기어(42)가 배치되며, 제1링기어(41)와 제1태양기어(42) 사이에는 복수의 제1유성기어(43)가 결합되어 제1태양기어(42)에서 입력되는 구동력을 감속 상태로 제1링기어(41)로 제공하는 제1감속군(4-1)을 구비하여 허브(3)를 구동한다.

이때 제1태양기어(42)는 구동모터(5)의 모터축(51)이 될 수 있으며, 후술할 제2감속군(4-2)의 유성기어고정체(47)에 일체가 될 수도 있다.

즉, 상기 제1감속군(4-1)으로 구동모터(5)의 구동력을 감속 제공할 수 있으나, 필요에 따라 더욱 감속된 상태의 구동력을 전달코자 할 시에는 후술한 것과 같은 제2감속군(4-2)을 허브(3) 내부에 더 설치토록 한다.

상기 제2감속군(4-2)은 축지부(24)의 측면에 제2링기어(44)가 배치되어 축지부(24)에 고정되며, 제2링기어(44)의 내측 중심에는 모터축(51)의 선단에 형성한 제2태양기어(45)가 배치되며, 제2링기어(44)와 제2태양기어(45)의 사이에는 복수의 제2유성기어(46)가 기어 결합되어 제2태양기어(45)에서 입력되는 구동력을 제2유성기어(46)로 감속되도록 한다. 이때 제2유성기어(46)들은 유성기어고정체(47)에 결합되며, 유성기어고정체(47)에는 제1태양기어(42)를 형성한다.

상기와 같이 구성되는 제2감속군(4-2)은 제1링기어(41)가 고정상태이므로, 구동모터(5)에서 제공되는 구동력이 제2링기어(44)를 따라 회전하는 제2유성기어(46)를 통해 감속된 상태에서 유성기어고정체(47)를 통해 출력되는 구성이다.

상기와 같이 제2감속군(4-2)가 부가 구성되는 경우 제1링기어(41)의 내측과 제2링기어(44)의 외측에는 제3베어링(28)이 결합되어 제1링기어(41)을 지지할 수 있도록 한다.

한편 본 발명에서 제공하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠(1)의 허브(3)는 좌측부재(32)와 우측부재(33)로 분할되며, 이들 좌측부재(32)와 우측부재(33)에는 각각 패시브롤러(31)를 조립하기 위한 롤러용 베어링(34)이 구비되며, 이 롤러용 베어링(34)에 패시브롤러(31)의 양측 축부를 끼워 패시브롤러(31)가 자유회전 상태로 허브(3)에 조립되도록 한다.

또한 상기 좌측부재(32)와 우측부재(33)는 감속기(4)를 구성하고 있는 제1링기어(41)의 외부 양단이 끼워진 상태에서 제1링기어(41)와 고정볼트(6)에 의해 상호 고정되는 구성을 갖는다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠(1)은 허브(3) 외주연에 복수의 패시브롤러(31)가 설치되어 있는 구성으로 노면과의 접촉시 수직방향으로 발생하는 진동을 저감시킬 수 있으며, 구동모터(5)가 함께 제공되므로 자체구동력을 제공할 수 있고, 특히 내장되어 있는 제1,2감속군(4-1)(4-2)로 구성된 감속기(4)를 통해서 다양한 속도의 출력이 가능하므로 산업현장에서 사용하는 각종 이동로봇이나 이동장비의 바퀴로 사용할 경우 운반물을 보다 안전하게 운반할 수 있고, 다양한 속도 조절을 통해서 이동 효율성을 높일 수 있는 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시례에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시례에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠 2:브래킷
21:고정판 22:휠결합판
23:리브 24:축지부
25:축공 26:제1베어링
27:제2베어링 28:제3베어링
3:허브 31:패시브롤러
32:좌측부재 33:우측부재
34:롤러용 베어링 4:감속기
4-1:제1감속군 4-2:제2감속군
41:제1링기어 42:제1태양기어
43:제1유성기어 44:제2링기어
45:제2태양기어 46:제2유성기어
47:유성기어고정체 5:구동모터
51:모터축 6:고정볼트

Claims (4)

1. 고정판(21)과 직각으로 휠결합판(22)을 형성한 브래킷(2)과;
   상기 휠결합판(22)에 설치되는 구동모터(5)와;
   구동모터(5)의 반대쪽으로 돌출 형성되며, 구동모터(5)에서 인출되는 모터축(51)을 제1베어링(26)으로 지지하도록 휠결합판(22)에 돌출되게 형성한 축지부(24)와;
   외주연에 복수의 패시브롤러(31)를 설치한 허브(3)와;
   축지부(24)에 제1베어링(26)으로 지지된 상태에서 모터축(51)의 동력을 감속상태로 허브(3)로 전달하도록 허브(3) 내부에 설치한 유성기어 타입의 감속기(4)로 구성하되;
   상기 유성기어 타입의 감속기(4)는, 축지부(24)에 제2베어링(27)으로 결합되도록 허브(3)에 결합한 제1링기어(41)와, 구동력이 제공되는 제1태양기어(42)와, 제1링기어(41)와 제1태양기어(42) 사이에 위치하는 복수의 제1유성기어(43)로 이루어진 제1감속군(4-1)과;
   상기 제1링기어(41)에 제3베어링(28)으로 지지되도록 축지부(24)에 고정 설치한 제2링기어(44)와, 상기 모터축(51)에 형성한 제2태양기어(45)와, 제2링기어(44)와 제2태양기어(45) 사이에 위치하는 복수의 제2유성기어(46)로 이루어진 제2감속군(4-2)을 포함하되;
   상기 제1태양기어(42)는 제2유성기어(46)가 결합된 유성기어고정체(47)와 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서;
   상기 패시브롤러(31)를 설치하는 허브(3)는 좌측부재(32)와 우측부재(33)로 분할되며;
   상기 좌측부재(32)와 우측부재(33)는 감속기(4)를 구성하고 있는 제1링기어(41)의 외부 양단이 끼워진 상태에서 제1링기어(41)와 고정볼트(6)에 의해 상호 고정되도록 한 것을 특징으로 하는 자체감속 기능을 갖는 메카넘 휠.

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