KR102402229B1 - 가변 강성 바퀴 및 이를 이용한 장애물 극복방법 - Google Patents

Abstract

가변 강성 바퀴 및 이를 이용한 장애물 극복방법에서, 상기 가변강성 바퀴는 휠 구조체와 상기 휠 구조체의 외주면에 고정되는 타이어부를 포함한다. 상기 타이어부는, 내부 공간을 서로 구획되는 제1 및 제2 공간들로 구획하는 한 쌍의 차단막들, 및 상기 제1 및 제2 공간들 각각에 소정 간격으로 위치하며, 상기 타이어부의 형상을 복원하는 복수의 유연지지부들을 포함한다.

Description

가변 강성 바퀴 및 이를 이용한 장애물 극복방법{VARIABLE STIFFNESS WHEEL AND METHOD FOR SUBJUGATING OBSTACLE USING THE SAME}

본 발명은 가변 강성 바퀴 및 이를 이용한 장애물 극복방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장애물이나 계단 등과 같은 지면 상황, 또는 운행 속도에 따라 적합한 강성을 갖도록 강성 가변이 가능한 가변 강성 바퀴 및 이를 이용한 장애물 극복방법에 관한 것이다.

최근 장애물이나 계단을 자유롭게 통과하며 구동될 수 있는 바퀴에 관한 기술이 다수 개발되고 있다.

이러한 장애물 극복형 바퀴의 경우, 장애물을 마주하는 경우 바퀴의 구조가 크게 가변되어 장애물을 극복하는 가변 형상 구조, 바퀴가 갖는 강성이 변화하여 장애물을 극복하는 가변 강성 구조 등이 대표적이다. 물론, 상기 가변 형상 구조와 가변 강성 구조는 서로 복합적으로 연관되어 설계될 수 있다.

전자의 가변 형상 구조와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2018-0089938호의 경우, 장애물과의 접촉시 바퀴 형상이 변형됨과 동시에 충격흡수가 가능한 구조를 개시하고 있다.

다만, 이러한 가변 형상 구조를 갖는 바퀴의 경우, 설계가 복잡하고, 실제 장애물과 접촉시 바퀴 형상이 변형되기 위해 상대적으로 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다.

후자의 가변 강성 구조와 관련하여, 미국등록특허 제4,782,875호에서는, 차랑용 접지-결합 휠에 관한 기술에서, 중앙의 허브와 휠의 원주 사이에 연결되는 복수의 스포크가 림과 판 스프링을 포함함으로써, 장애물과의 접촉시 림과 판 스프링의 변형에 의해 장애물의 극복이 가능한 구조를 개시하고 있다.

다만, 이러한 가변 강성 구조를 갖는 바퀴의 경우에도, 다양한 형상을 갖는 다양한 장애물들을 모두 용이하게 극복할 수 있도록 설계하는 것은 어려우며, 복잡한 설계의 스포크 구조로 일반 주행시에 주행 성능이 저하되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0089938호 미국등록특허 제4,782,875호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 지면 상황이나 운행 속도에 따라 강성의 변화가 가능하여, 장애물의 용이한 극복이 가능하며, 지면의 상태나 이동 속도에 따라 적합한 강성으로 강성의 제어가 가능하며, 밸브의 ON/OFF 만으로 제어가 가능하여 제어의 용이성이 향상된 가변강성 바퀴에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 가변강성 바퀴를 이용한 장애물 극복방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 가변강성 바퀴는 휠 구조체와 상기 휠 구조체의 외주면에 고정되는 타이어부를 포함한다. 상기 타이어부는, 내부 공간을 서로 구획되는 제1 및 제2 공간들로 구획하는 한 쌍의 차단막들, 및 상기 제1 및 제2 공간들 각각에 소정 간격으로 위치하며, 상기 타이어부의 형상을 복원하는 복수의 유연지지부들을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 유연지지부들 각각은, 개구부가 형성되어 상기 개구부를 통해 유체 또는 기체가 유동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 유연지지부 및 상기 차단막은 탄성 복원력을 가지는 재질을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 타이어부는, 상기 제1 공간을 외부로 개방 또는 폐쇄하는 제1 밸브, 및 상기 제1 공간과 상기 제2 공간 사이를 개방 또는 폐쇄하는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 밸브가 개방됨에 따라, 외부의 유체 또는 기체가 상기 제1 공간으로 인입되거나, 상기 제1 공간의 유체 또는 기체가 외부로 유출되고, 상기 제2 밸브가 개방됨에 따라, 상기 제1 공간의 유체 또는 기체가 상기 제2 공간으로 유동되거나, 상기 제2 공간의 유체 또는 기체가 상기 제1 공간으로 유동될 수 있다.

일 실시예에서, 장애물을 통과하는 경우, 상기 타이어부의 강성을 저하시킨 상태에서, 상기 제1 밸브는 폐쇄되고, 상기 제2 밸브는 개방될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 장애물을 통과하는 경우, 상기 타이어부가 상기 장애물에 접촉함에 따라, 상기 장애물에 접촉하는 영역이 함입되면서, 상기 휠 구조체의 회전 중심은 지면으로부터 상승할 수 있다.

일 실시예에서, 장애물을 통과한 이후, 상기 제2 공간의 압력이 회복될 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 개방하고, 상기 제2 공간의 압력이 회복된 후 상기 제2 공간이 지면에 접촉할 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 폐쇄하며, 상기 제2 공간이 지면에 접촉하면, 상기 제1 밸브만 개방하여 상기 제1 공간의 압력을 회복시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 밸브들의 개폐시간, 상기 휠 구조체의 회전 속도, 상기 휠 구조체 회전 중심의 지면으로부터의 높이, 및 상기 휠 구조체에 인가되는 충격 중 적어도 하나를 센싱하는 센서부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 센서부에서 센싱된 상기 개폐시간, 상기 회전 속도, 상기 높이 및 상기 충격 중 적어도 하나의 정보를 바탕으로, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 장애물 극복방법은 상기 가변강성 바퀴를 이용한 장애물 극복방법으로, 상기 제1 공간에 연결된 제1 밸브, 및 상기 제1 공간과 상기 제2 공간 사이를 연결하는 제2 밸브를 모두 개방하여 상기 타이어부의 강성을 저하시키는 단계, 장애물에 근접하는 경우, 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 단계, 및 상기 장애물을 통과한 이후, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방 또는 폐쇄하며 상기 타이어부의 강성을 회복시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 타이어부의 강성을 회복시키는 단계는, 상기 제2 공간의 압력이 회복될 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 개방하는 단계, 상기 제2 공간의 압력이 회복된 후 상기 제2 공간이 지면과 접촉할 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 폐쇄하는 단계, 상기 제2 공간이 지면에 접촉하면, 상기 제1 밸브만 개방하는 단계, 및 상기 제1 공간의 압력이 회복되면, 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 2개의 공간으로 구획된 내부공간과 상기 내부공간에 일정한 간격으로 고정되는 유연지지부들을 통해, 장애물이나 계단을 통과하는 것은 물론, 지면의 상태나 이동 속도에 따라 적합한 강성으로 강성의 제어가 가능하게 된다.

특히, 상기 2개의 공간들 사이의 유체 또는 기체의 유동, 및 상기 2개의 공간 중 어느 하나의 공간과 외부 사이의 유체 또는 기체의 유동이 가능한 개폐구조를 제어하는 것만으로, 상기 장애물, 지면 상태, 이동 속도 등에 따라 타이어부의 강성을 가변할 수 있어, 강성의 제어가 용이하며, 강성의 제어를 위한 바퀴의 설계를 상대적으로 간단하게 구현할 수 있다.

이 경우, 상기 유연지지부들, 및 공간 구획을 위한 차단막들은 탄성 복원력을 가지는 것으로, 스스로 탄성 복원되면서 외부 또는 다른 공간의 유체나 기체를 인입하도록 유도하므로, 외부에서 유체나 기체를 인위적으로 주입할 필요가 없으며, 이에 따라 유체나 기체 주입을 위한 펌프 등의 별도의 부품들을 생략할 수 있어, 바퀴의 제작이 용이하고 사용성이 향상된다.

즉, 상기 2개의 공간들 사이를 개폐하는 밸브, 및 1개의 공간과 외부 사이를 개폐하는 밸브를 On/Off 제어하는 것만으로, 다양한 상황이나 환경에서의 바퀴의 강성을 제어할 수 있으며 이를 통해, 다양한 상황이나 환경에서의 용이한 구동 및 극복이 가능하게 된다.

특히, 소정의 강성으로 유지된 상태에서 장애물을 극복하게 되므로, 즉 장애물의 극복과정에서 타이어부 내부의 압력이 변화하지 않도록 제어되므로, 장애물과의 접촉에 따라 특정 위치의 함몰이 발생하면서 전체적으로 바퀴의 회전 중심이 상승하고, 이에 따라 보다 높은 회전 중심으로 장애물의 용이한 극복이 수행될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변강성 바퀴를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 가변강성 바퀴의 내부를 도시한 내부 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1a의 가변강성 바퀴가 지면상에서 이동하는 경우 지면과의 접촉면에 따라 외부로 유체가 유출되는 상태를 도시한 모식도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1a의 가변강성 바퀴가 장애물에 접근한 상태와 실제 접촉한 상태에서의 위치 변화 및 이에 따른 장애물 극복 상태를 도시한 모식도들이다.
도 4는 도 1a의 가변강성 바퀴가 계단 형태의 장애물 극복 상태를 도시한 모식도이다.
도 5는 도 1a의 가변강성 바퀴를 이용한 장애물 극복방법을 도시한 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 장애물 극복방법에서, 상기 가변강성 바퀴의 내부의 유체가 유출되는 단계를 도시한 모식도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 5의 장애물 극복방법에서, 상기 가변강성 바퀴의 내부로 유체가 유입되는 단계를 도시한 모식도들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변강성 바퀴를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 가변강성 바퀴의 내부를 도시한 내부 사시도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예에 의한 가변강성 바퀴(10)는 휠 구조체(100), 타이어부(200), 센서부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

상기 휠 구조체(100)는 중앙에 회전 구동력을 제공받는 허브(110)가 위치하며, 상기 허브(110)를 중심으로 소정 반경을 가지는 휠 프레임(120), 및 상기 허브(110)와 상기 휠 프레임(120) 사이에 연결되는 스포크(130)를 포함한다.

상기 타이어부(200)는 상기 휠 프레임(120)의 외주면을 따라 고정되며, 상기 타이어부(200)의 폭을 고려하여 상기 휠 프레임(120)의 폭이 설계될 수 있고, 상기 휠 프레임(120)의 내경이나 상기 타이어부(200)의 외경 및 내경 등은 다양하게 설계될 수 있는 설계 변경사항이다.

한편, 본 실시예에서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 상기 휠 구조체(100)의 구조나 형상 역시 다양하게 변경되어 설계될 수 있으며, 다만, 상기 휠 구조체(100)는 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 변화하는 경우에도 기 제작된 형상이나 구조가 변형되지는 않는다.

상기 타이어부(200)는 상기 휠 프레임(120)의 외주면을 따라 고정되며, 내부 공간에 수납되는 유체 또는 기체에 따라 압력이 가변됨으로써, 전체적으로 상기 타이어부(200)의 강성이 변화하게 된다. 이 경우, 상기 타이어부(200)의 내부 공간에는 유체, 기체 나아가 소정의 고체가 위치하여 상기 타이어부(200)의 내부 공간의 압력을 유지할 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의상 상기 타이어부(200)의 내부 공간으로 외부 공기와 같은 기체가 충진되는 것을 예시하여 설명한다.

한편, 상기와 같이, 상기 타이어부(200)의 내부 공간으로 외부 공기와 같은 기체가 충진됨에 따라, 상기 기체의 충진을 위한 별도의 기체 제공부는 생략될 수 있다. 다만, 상기 타이어부(200)의 내부 공간으로 유체 또는 소정의 고체가 충진되는 경우라면, 후술되는 설명에서 상기 타이어부(200)의 내부로 유체 또는 소정의 고체를 제공하기 위한 별도의 유체 또는 고체 제공유닛(미도시)이 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 타이어부(200)는 내부 공간을 형성하는 내부면(210), 외부면(220) 및 측면(225)을 포함하며, 복수의 유연지지부들(230), 한 쌍의 차단막들(240, 250), 유출관(260), 제1 밸브(265), 연결관(270) 및 제2 밸브(275)를 포함한다.

우선, 상기 한 쌍의 차단막들(240, 250)은, 상기 내부 공간을 동일한 공간을 가지는 제1 및 제2 공간들(201, 202)로 구획하며, 이를 위해, 상기 한 쌍의 제1 및 제2 차단막들(240, 250)이 서로 마주하는 위치에 위치하게 된다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 차단막들(240, 250)은, 외주면이 각각 상기 내부면(210), 외부면(220) 및 측면(225)과 접하도록, 상기 타이어부(200)의 단면과 동일한 형상으로 형성되며, 이에 따라, 상기 제1 및 제2 차단막들(240, 250)에 의해 서로 구획되는 상기 제1 및 제2 공간들(201, 202)은 각각 밀폐되며 분리된다.

또한, 이상과 같이 상기 제1 및 제2 차단막들(240, 250)에 의해 서로 구획되며 분리된 상기 제1 및 제2 공간들(201, 202) 각각에는, 상기 복수의 유연지지부들(230)이 서로 일정한 간격으로 배치된다.

상기 유연지지부들(230)은 서로 일정한 간격으로 상기 제1 및 제2 공간들(201, 202) 각각의 내부에 위치하는 것으로, 상기 유연지지부들(230)의 개수나 간격은 다양하게 설계 변경될 수 있다.

이 경우, 상기 유연지지부들(230) 역시, 상기 제1 및 제2 차단막들(240, 250)과 같이, 상기 타이어부(200)의 단면과 동일한 형상으로 형성된다. 다만, 상기 유연지지부들(230) 각각에는 개구부(235)가 형성되며, 이에 따라, 상기 내부공간에 위치한 유체 또는 기체는 상기 유연지지부들(230)을 관통하며 이동될 수 있다.

상기 유연지지부들(230) 각각에 형성되는 상기 개구부(235)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 내부면(210)으로부터 상기 외부면(220)을 향하는 방향으로 반원 또는 반 타원형 형상으로 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 개구부(235)의 면적이나 형상은, 상기 유연지지부들(230)이 상기 타이어부(200)를 탄성 복원시킬 수 있는 탄성 복원력과 상기 내부공간에서의 유체 또는 기체의 자유로운 유동 상태 등을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 유연지지부들(230) 및 상기 차단막들(240, 250)은 탄성 복원력을 가지는 재질을 포함하는 것으로, 동일한 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 타이어부(200)가 외력에 의해 그 형상이 가변된 경우, 상기 유연지지부들(230) 및 상기 차단막들(240, 250)도 그 형상은 가변되지만, 상기 탄성 복원력을 가지므로, 바로 원래의 형상을 회복하게 되며, 이에 상기 타이어부(200)도 전체적으로 형상이 복원되게 된다.

즉, 상기 타이어부(200)가, 후술되는 장애물, 계단, 지면 등을 통과하는 경우, 상기 장애물, 계단, 지면 등과의 접촉에 의해 국부적으로 형상이 가변되는데, 이 후 상기 장애물, 계단, 지면 등을 통과하여 접촉이 해제되면, 상기 유연지지부들(230) 및 상기 차단막들(240, 250)이 탄성 복원력으로 원래의 형상으로 회복함에 따라, 상기 타이어부(200)의 형상 역시 복원된다.

상기 유출관(260)은 상기 제1 공간(201)과 외부를 연결하는 도관으로, 이를 위해, 상기 제1 공간(201)에 속하는 상기 타이어부(200)의 내부면(210) 상에는 제1 홀(211)이 형성된다.

이 때, 상기 제1 홀(211)은 상기 제2 차단막(250)에 인접하도록, 예를 들어, 상기 제2 차단막(250)과 이에 가장 인접하며 상기 제1 공간(201)에 위치하는 상기 유연지지부(230) 사이에 형성될 수 있다.

한편, 상기 유출관(260)의 외측단, 즉 외부에 연결되는 끝단에는 상기 제1 밸브(265)가 구비된다.

상기 제1 밸브(265)는, 후술되는 상기 제어부(400)에 의해 개방 또는 폐쇄가 제어되는, 예를 들어, 솔레노이드 밸브일 수 있다.

즉, 상기 제1 밸브(265)가 개방되는 경우, 상기 제1 공간(201)과 외부 사이는 개방되며, 이에 따라 상기 제1 공간(201)에 충진된 유체 또는 기체는 외부로 유출되거나, 이와 달리 외부의 유체 또는 기체가 상기 제1 공간(201)으로 인입될 수 있다.

이와 달리, 상기 제1 밸브(265)가 폐쇄되는 경우, 상기 제1 공간(201)과 외부 사이의 유체 또는 기체의 유출 또는 유입은 차단되며, 상기 제1 공간(201)은 외부에 대하여 밀폐상태가 된다.

한편, 도 1b에서는 상기 제1 밸브(265)가 상기 유출관(260)의 외부 끝단에 구비되는 것을 예시하였으나, 상기 유출관(260)과 상기 제1 밸브(265)는 일체로 하나의 솔레노이드 밸브를 구성할 수 있으며, 이에 솔레노이드 밸브인 상기 제1 밸브(265)가 직접 상기 제1 홀(211)에 연결되는 구조일 수 있다.

상기 연결관(270)은 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202)을 연결하는 도관으로, 이를 위해, 상기 제1 공간(201)에 속하는 상기 타이어부(200)의 내부면(210) 상에는 제2 홀(212)이 형성되고, 상기 제2 공간(202)에 속하는 상기 타이어부(200)의 내부면(210) 상에는 제3 홀(213)이 형성된다.

이 때, 상기 제2 홀(212)은 상기 제1 차단막(240)에 인접하도록, 예를 들어, 상기 제1 차단막(240)과 이에 가장 인접하며 상기 제1 공간(201)에 위치하는 상기 유연지지부(230) 사이에 형성될 수 있다.

또한, 상기 제3 홀(213)은 상기 제1 차단막(240)에 인접하도록, 예를 들어, 상기 제1 차단막(240)과 이에 가장 인접하며 상기 제2 공간(202)에 위치하는 상기 유연지지부(230) 사이에 형성될 수 있다.

한편, 상기 연결관(270) 상에는, 상기 제2 밸브(275)가 구비된다.

상기 연결관(270)은 상기 제2 홀(212)과 상기 제3 홀(213)을 상기 타이어부(200)의 외부를 통해 서로 연결시키는데, 이에 따라 상기 제2 밸브(275)는 상기 타이어부(200)의 외부에 구비된다.

상기 제2 밸브(275) 역시, 후술되는 상기 제어부(400)에 의해 개방 또는 폐쇄가 제어되는, 예를 들어, 솔레노이드 밸브일 수 있다.

즉, 상기 제2 밸브(275)가 개방되는 경우, 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202) 사이는 서로 개방되며, 이에 따라 상기 제1 공간(201)에 충진된 유체 또는 기체가 상기 제2 공간(202)으로 유출되거나, 이와 달리 상기 제2 공간(202)에 충진된 유체 또는 기체가 상기 제1 공간(201)으로 인입될 수 있다.

이와 달리, 상기 제2 밸브(275)가 폐쇄되는 경우, 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202) 사이는 서로 밀폐되는 것으로, 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202) 사이의 유체 도는 기체의 유출 또는 유입은 차단된다.

또한, 도 1b에서는 상기 제2 밸브(275)가 상기 연결관(270)의 중앙에 구비되는 것을 예시하였으나, 상기 연결관(270)과 상기 제2 밸브(275)가 일체로 하나의 솔레노이드 밸브를 구성할 수 있으며, 이에 솔레노이드 밸브인 상기 제2 밸브(275)의 양 끝단이 직접 상기 제2 홀(212) 및 상기 제3 홀(213)에 각각 연결되는 구조일 수 있다.

상기 센서부(300)는 상기 가변강성 바퀴(10)의 다양한 운행 상태를 모니터링하는 것으로, 예를 들어, 시간 센서, 속도 센서, 높이 센서, 충격 센서 등을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 센서부(300)는, 도면을 통해 도시하지는 않았으나, 상기 다양한 센서들이, 상기 가변강성 바퀴(10)의 소정의 위치, 예를 들어, 상기 휠 구조체(100) 또는 상기 타이어부(200) 상에 위치할 수 있으며, 상기 센서부(300)의 위치는 제한되지는 않는다.

보다 구체적으로, 상기 센서부(300)가 시간 센서를 포함하는 경우, 상기 시간 센서는 상기 제1 밸브(265) 및 상기 제2 밸브(275)가 개방된 시간 또는 폐쇄된 시간을 센싱하여, 해당 정보를 상기 제어부(400)로 제공할 수 있다.

이에, 상기 제어부(400)는, 기 설정된 상기 제1 밸브(265) 및 상기 제2 밸브(275)의 개방 또는 폐쇄 시간에 대한 정보를, 상기 센서부(300)에서 센싱된 상기 개방 또는 폐쇄 시간에 대한 정보와 비교하여, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275) 각각의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다.

그리하여, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)은 정해진 시간 간격으로 각각 개방 또는 폐쇄되며, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 제어될 수 있다.

또한, 상기 센서부(300)가 속도 센서를 포함하는 경우, 상기 속도 센서는 상기 가변강성 바퀴(10), 즉 상기 휠 구조체(100)의 회전 속도를 센싱하여 해당 정보를 상기 제어부(400)로 제공할 수 있다.

이에, 상기 제어부(400)는, 상기 센싱된 회전 속도를 바탕으로, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275) 각각의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다.

예를 들어, 현재의 상기 휠 구조체(100)의 회전 속도가, 현재의 강성을 기준으로 한 회전 속도보다 높아 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시킬 필요가 있다고 판단되면, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)을 모두 개방하여, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 감소되도록 제어할 수 있다.

이와 달리, 현재의 상기 휠 구조체(100)의 회전 속도가, 현재의 강성을 기준으로 한 회전 속도보다 낮아 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 증가시킬 필요가 있다고 판단되면, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)의 개폐에 대한 적절한 제어를 통해 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 증가되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 센서부(300)가 높이 센서를 포함하는 경우, 상기 속도 센서는 상기 가변강성 바퀴(10), 즉 상기 휠 구조체(100)의 회전 중심의 지면으로부터의 높이를 센싱하여 해당 정보를 상기 제어부(400)로 제공할 수 있다. 이 경우, 휠 구조체(100)의 회전 중심의 지면으로부터의 높이 외에, 기준이 되는 요소의 지면으로부터의 높이를 센싱할 수도 있다.

이에, 상기 제어부(400)는, 상기 센싱된 높이를 바탕으로, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275) 각각의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다.

일반적으로, 상기 가변강성 바퀴(10)가 장애물이나 둔턱 등을 통과하며 극복하기 위해서는, 상기 가변강성 바퀴(10)의 회전 중심이 상기 장애물이나 둔턱의 높이보다 높게 위치하는 것이 필요하다.

따라서, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 상대적으로 낮게 설정된 경우, 즉 상기 타이어부(200)의 내부에 충진된 유체나 기체가 상대적으로 압력이 낮게 유지된 경우라면, 상기 가변강성 바퀴(10)의 회전 중심이 상기 장애물이나 둔턱의 높이보다 낮게 위치할 수 있다.

이에, 상기 제어부(400)는, 상기 센싱된 높이를 바탕으로, 상기 장애물 또는 둔턱을 용이하게 극복하기 위한 상기 가변강성 바퀴(10)의 높이를 고려하여, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)의 개폐에 대한 적절한 제어를 수행할 수 있다.

또한, 상기 센서부(300)가 충격 센서를 포함하는 경우, 상기 충격 센서는 상기 가변강성 바퀴(10), 즉 상기 휠 구조체(100)에 인가되는 충격을 센싱하여 해당 정보를 상기 제어부(400)로 제공할 수 있다.

이에, 상기 제어부(400)는, 상기 센싱된 충격을 바탕으로, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275) 각각의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있다.

예를 들어, 지면의 굴곡이 상대적으로 크거나 지면에 다양한 종류의 장애물 등이 존재하는 경우, 상기 가변강성 바퀴(10)에 인가되는 충격은 상대적으로 증가하게 된다.

따라서, 현재의 상기 휠 구조체(100)에 인가되는 충격이, 현재의 강성을 고려할 때 상대적으로 높아 상기 가변강성 바퀴(10)의 손상이 예상된다면, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시킬 필요가 있으며, 이에 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)을 모두 개방하여, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 감소되도록 제어할 수 있다.

이와 달리, 현재의 상기 휠 구조체(100)에 인가되는 충격이, 현재의 강성을 고려할 때 상대적으로 낮아 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 증가시킬 필요가 있는 경우, 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)의 개폐에 대한 적절한 제어를 통해 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 증가되도록 제어할 수 있다.

이상과 같이, 상기 제어부(400)는, 상기 센서부(300)에서 센싱되는 다양한 정보를 바탕으로, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 증가 또는 감소되도록, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275) 각각을 개방 또는 폐쇄하도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부(400)는, 상기 센서부(300)와의 별도의 피드백이 없이, 사용자에 의해 또는 기 설정된 알고리즘에 의해, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275) 각각을 개방 또는 폐쇄하도록 제어할 수도 있다.

이하에서는, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 상기 가변강성 바퀴(10)가 구동되는 상황에 따라 강성의 변화가 제어되는 예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1a의 가변강성 바퀴가 지면상에서 이동하는 경우 지면과의 접촉면에 따라 외부로 유체가 유출되는 상태를 도시한 모식도들이다.

우선, 도 2a는, 상기 가변강성 바퀴(10)가 지면(1)을 따라 운행하는 과정에서, 상기 제2 공간(202)의 일부 영역(A)이 지면에 접한 상태에서, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시키는 상황을 예시한 모식도이다.

즉, 도 2a를 참조하면, 상기 제2 공간(202) 중, 상기 제1 차단막(240)에 인접한 영역(A)이 지면(1)에 접한 상태에서, 상기 영역(A)은 상기 지면(1)으로부터 소정의 외력을 받게 된다.

이에, 상기 제1 밸브(265) 및 상기 제2 밸브(275)를 모두 개방하면, 상기 지면(1)으로부터의 외력에 의해 상기 제2 공간(202)에 충진되었던 유체 또는 기체는 상기 연결관(270)을 통해 상기 제1 공간(201)으로 유동되며, 상기 제1 공간(201)으로 유동된 유체 또는 기체는 상기 유출관(260)을 통해 외부로 유출된다.

그리하여, 상기 타이어부(200)의 내부의 압력은 감소하게 되며, 이를 통해 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성은 감소하게 된다.

한편, 도 2b는, 상기 가변강성 바퀴(10)가 지면(1)을 따라 운행하는 과정에서, 상기 제2 공간(202)의 일부 영역(B)이 지면에 접한 상태에서, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시키는 상황을 예시한 모식도이다.

즉, 도 2b를 참조하면, 상기 제2 공간(202) 중, 중앙에 해당되는 영역(B)이 지면(1)에 접한 상태에서, 상기 영역(B)은 상기 지면(1)으로부터 소정의 외력을 받게 된다.

이에, 상기 제1 밸브(265) 및 상기 제2 밸브(275)를 모두 개방하면, 상기 지면(1)으로부터의 외력에 의해 상기 제2 공간(202)에 충진되었던 유체 또는 기체는 상기 연결관(270)을 통해 상기 제1 공간(201)으로 유동되며, 상기 제1 공간(201)으로 유동된 유체 또는 기체는 상기 유출관(260)을 통해 외부로 유출된다.

그리하여, 상기 타이어부(200)의 내부의 압력은 감소하게 되며, 이를 통해 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성은 감소하게 된다.

이와 달리, 도 2c는, 상기 가변강성 바퀴(10)가 지면(1)을 따라 운행하는 과정에서, 상기 제1 공간(201)의 일부 영역(C)이 지면에 접한 상태에서, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시키는 상황을 예시한 모식도이다.

즉, 도 2c를 참조하면, 상기 제1 공간(201) 중, 상기 제2 차단막(250)에 인접한 영역(C)이 지면(1)에 접한 상태에서, 상기 영역(C)은 상기 지면(1)으로부터 소정의 외력을 받게 된다.

이에, 상기 제1 밸브(265) 및 상기 제2 밸브(275)를 모두 개방하면, 상기 지면(1)으로부터의 외력에 의해 상기 제1 공간(201)에 충진되었던 유체 또는 기체는 상기 유출관(260)을 통해 바로 외부로 유출된다.

그리하여, 상기 타이어부(200)의 내부의 압력은 감소하게 되며, 이를 통해 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성은 감소하게 된다.

이는, 상기 제1 공간(201)의 중앙에 해당되는 영역이 지면(1)에 접한 상태도 동일하며, 이에 대한 설명은 생략한다.

이상과 같이, 상기 가변강성 바퀴(10)가 지면(1)을 따라 운행하는 과정에서, 상기 타이어부(200)의 제1 공간(201) 또는 제2 공간(202)의 어느 영역이 상기 지면(1)에 접촉하더라도, 상기 타이어부(200)의 압력은 감소하도록 제어할 수 있으며, 이를 통해 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시킬 수 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, 상기 도 2a 내지 도 2c에서와 같이, 상기 타이어부(200)의 압력을 소정량 감소시켜, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 기 설정된 수준으로 감소시킨 이후에는, 상기 제1 밸브(265)를 폐쇄시켜, 상기 제1 공간(201)으로부터 외부로 유체 또는 기체가 유출되지 않도록 제어한다.

이 경우, 상기 제2 밸브(275)는 개방상태를 유지하여, 상기 제1 공간(201) 및 상기 제2 공간(202) 사이에서의 유체 또는 기체의 유동은 가능하도록 제어하면, 상기 타이어부(200)의 압력은 전체적으로 일정하게 유지되게 되며, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성도 설정된 값으로 유지하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 도 1a의 가변강성 바퀴가 장애물에 접근한 상태와 실제 접촉한 상태에서의 위치 변화 및 이에 따른 장애물 극복 상태를 도시한 모식도들이다.

우선, 도 3a를 참조하면, 상기 가변강성 바퀴(10)를 이용하여 장애물(2)을 극복, 즉 상기 장애물(2)을 타고 넘기 위해서는, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성을 감소시킨 상태로 상기 장애물(2)에 접근하도록 한다. 이때, 감소한 강성으로 인해 바퀴는 원래 원형 상태에서 도 3a와 같이 바닥 접촉면이 함입되게 된다. 함입되는 면적은 도 3a에 도시된 바와 같으며(204) 이로 인해 바퀴의 높이는 다소 감소한다.

한편, 상기와 같이 가변강성 바퀴(10)가 감소된 강성을 가진 상태로 상기 장애물(2)에 접촉하는 경우, 상기 장애물(2)의 형상에 따라 상기 가변강성 바퀴(10)의 타이어부(200)가 합입될 수 있는 공간은 도 3a에 함입부(205)와 같이 예상될 수 있다. 해당 면적은 도 3a에서 도시된 바닥 접촉면의 함입된 공간 면적(204)과 같다. 즉 바퀴 강성의 감소로 인해 바퀴 높이가 다소 감소하지만, 바퀴 높이 감소 크기에 비해 장애물에 접해서 변형되는 깊이가 크기 때문에, 바퀴 높이 감소를 최소화 한 상태에서도 함입부(205) 깊이를 크게 구현할 수 있다.

이 후, 도 3b를 참조하면, 상기 가변강성 바퀴(10)의 타이어부(200)가 실제로 상기 장애물(2)에 접하는 경우, 상기 장애물(2)이 접촉함에 따라 상기 접촉부위에서 타이어부(200)는 함입하게 되며, 상기 타이어부(200) 내부의 공압을 일정하게 유지되어야 하므로, 지면(1)으로부터의 외력에 의해 지면(1)과 접촉하여 함입되었던 부분은 팽창하게 된다.

즉, 상기 지면(1)에 접촉하여 눌려졌던 상기 타이어부(200)는 상기 장애물(2)이 접촉하는 부분에서 함입부가 형성됨에 따라 상기 지면(1)과 접촉하던 부분이 팽창하게 되며, 전체적으로 상기 가변강성 바퀴(10)의 중심의 높이는 화살표로 도시된 바와 같이 상승하게 된다.

일반적으로, 상기 장애물(2)의 높이보다, 상기 가변강성 바퀴(10)의 회전의 중심의 높이가 높을수록, 상기 장애물(2)에 대한 극복이 용이해진다.

그리하여, 본 실시예에서와 같이, 상기 타이어부(200) 내부의 공압이 일정하게 유지되면서 상기 타이어부(200)의 내부에 탄성 복원력을 제공하는 유연지지부들(230) 및 차단막들(240, 250)이 구비되는 경우, 상기 가변강성 바퀴(10)는 상기 장애물(2)과 직접 접촉하는 경우 회전 중심의 높이가 상승하게 되므로, 보다 용이하게 상기 장애물(2)에 대한 극복이 가능하게 된다.

이러한 원리는 도 4에 도시된 계단(3) 극복에서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 4는 도 1a의 가변강성 바퀴가 계단 형태의 장애물 극복 상태를 도시한 모식도이다.

즉, 도 4를 참조하면, 상기 가변강성 바퀴(10)의 상기 타이어부(200)에 1개의 계단(3)이 접촉하여 함입부(205)를 형성하는 경우, 상기 가변강성 바퀴(10)의 회전에 따라 상기 계단(3)의 극복은 용이하게 된다.

한편, 상기 가변강성 바퀴(10)가 상기 1개의 계단(3)을 극복하며, 인접하는 계단(3)에 동시에 접하는 경우, 즉 상기 타이어부(200)가 제1 함입부(206)가 형성된 이후, 제2 함입부(207)가 추가로 발생하는 경우에도, 상기 가변강성 바퀴(10)의 회전에 따라 상기 계단(3)의 극복은 용이하게 된다.

즉, 본 실시예에서와 같이, 상기 타이어부(200)의 내부의 공압이 일정하게 유지되면서 상기 타이어부(200)의 내부에 탄성 복원력을 제공하는 유연지지부들(230) 및 차단막들(240, 250)이 구비되는 경우, 상기 타이어부(200)의 회전에 따라 새로운 제2 함입부(207)에 의해 상기 타이어부(200)의 전단의 함입이 시작되면, 상기 타이어부(200)의 내부의 공압이 일정하게 유지되어야 하므로 자연스럽게 종래의 제1 함입부(206)의 함입량은 감소하게 된다.

이와 같이, 상기 제1 함입부(206)의 함입량이 감소하게 되면서 상기 타이어부(200)의 후단에서의 반력, 즉 상기 타이어부(200)에 대하여 이동 방향으로 인가되는 힘이 증가하게 되며, 이에 따라 상기 타이어부(200)는 회전력 외에 반력을 추가로 제공받게 되므로, 상기 계단(3)에 대한 극복이 보다 용이하게 수행될 수 있다.

이하에서는, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 상기 가변강성 바퀴(10)를 이용한 장애물 극복방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 5는 도 1a의 가변강성 바퀴를 이용한 장애물 극복방법을 도시한 흐름도이다. 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 장애물 극복방법에서, 상기 가변강성 바퀴의 내부의 유체가 유출되는 단계를 도시한 모식도들이다. 도 7a 내지 도 7d는 도 5의 장애물 극복방법에서, 상기 가변강성 바퀴의 내부로 유체가 유입되는 단계를 도시한 모식도들이다.

우선, 도 5를 참조하면, 상기 장애물 극복방법은, 상기 타이어부(200)의 강성을 저하시킨 상태에서 상기 장애물(2)로 접근하는 단계(단계 S10), 상기 장애물(2)을 극복하며 통과하는 단계(단계 S20), 및 상기 타이어부(200)의 강성을 회복시키는 단계(단계 S30)를 포함한다.

보다 구체적으로, 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 장애물(2)로 접근하는 단계(단계 S10)에서는, 우선, 상기 제1 공간(201)에 연결된 제1 밸브(265), 및 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202) 사이를 연결하는 제2 밸브(275)를 모두 개방하여 상기 타이어부(200)의 강성을 저하시킨다(단계 S11).

이 경우, 상기 타이어부(200)의 제1 공간(201)이 지면(1)과 접하는 상태, 및 제2 공간(202)이 지면(1)과 접하는 상태, 모두에 대하여 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)을 모두 개방하면, 상기 타이어부(200)의 강성이 저하될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 앞서 설명한 바와 같다.

이상과 같이, 상기 타이어부(200)의 압력을 저하시켜, 기 설정된 강성으로 저하시킨 후, 상기 장애물(2)에 근접하는 경우, 상기 제1 밸브(265)를 폐쇄한다(단계 S12).

즉, 상기 제1 밸브(265)는 상기 장애물(2)이 상기 타이어부(200)의 외면에 직접 접촉하기 전에 폐쇄되어야 하며, 이를 통해, 상기 타이어부(200)의 내부의 압력은 일정하게 유지되어, 상기 타이어부(200)의 강성이 일정하게 유지될 수 있다.

이상과 같이, 상기 타이어부(200)의 강성이 저하되면, 상기 타이어부(200)가 상기 지면(1)과 접하는 영역(D)에서는 상기 타이어부(200)가 찌그러진 상태, 즉 함입 또는 함몰 상태를 유지하게 된다.

이 후, 상기 가변강성 바퀴(10)는 상기 장애물(2)을 극복하며 통과하게 된다(단계 S20).

이 때, 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성이 일정하게 유지된 상태에서, 상기 장애물(2)을 극복하는 것은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같으며, 상기 장애물(2)이 예를 들어 계단(3)과 같은 장애물인 경우의 극복에 대하여는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다.

즉, 상기 타이어부(200) 내부의 압력이 일정하게 유지된 상태이면, 상기 장애물(2, 3)과의 접촉에 의해 함입부가 형성됨에 따라 상기 타이어부(200)는 지면으로부터 상승하거나, 전단의 함입부의 형성에 따라 후단의 함입부가 감소하며 반력이 발생하게 되므로, 상기 장애물(2, 3)에 대한 용이한 극복이 가능하게 된다.

이상과 같이, 상기 장애물을 통과한 이후, 상기 타이어부(200)의 강성을 회복시키는 단계(단계 S30)는 하기와 같다.

우선, 도 5 및 도 7a를 참조하면, 상기 제2 공간(202)의 압력이 회복될 때까지, 상기 제1 밸브(265) 및 상기 제2 밸브(275)를 모두 개방한다(단계 S31).

상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)이 모두 개방된 상태에서, 상기 제2 공간(202)이 상기 지면(1)과 접하지 않도록 위치하게 되면, 상기 제1 공간(201)에 충진되던 유체 또는 기체는 상기 제1 공간(201)으로부터 상기 제2 밸브(275)를 통해 상기 제2 공간(202)으로 유동된다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 공간들(201, 202)은 모두 강성이 낮은 상태, 즉 압력이 낮은 상태이므로, 상기 유연지지부들(230) 및 상기 차단막들(240, 250)이 탄성 회복에 의해 원래의 형상으로 복원되게 되며, 이러한 복원 과정을 통해 특히, 지면(1)과 접촉하지 않는 상기 제2 공간(202)은 제1 공간(201)으로부터 자연스럽게 유체나 기체가 유입되게 된다.

마찬가지로, 상기 제1 공간(201)도 상기 유연지지부들(230) 및 상기 차단막들(240, 250)이 탄성 회복에 의해 원래의 형상으로 복원되게 되므로, 상기 지면(1)에 접하는 영역(E)이 일부 함몰 또는 함입되는 것(205)을 제외하고는 외부로부터의 유체 또는 기체의 유입이 유도되게 된다.

이상과 같이, 상기 제1 공간(201)의 유체 또는 기체는 상기 제2 공간(202)으로 유동되며, 이와 동시에 외부로부터 유체 또는 기체가 상기 제1 공간(201)으로 채워지면서. 상기 제2 공간(202)의 압력이 초기 상태로 회복되게 된다.

이 후, 도 5 및 도 7b를 참조하면, 상기 제2 공간(202)으로 유체 또는 기체가 모두 채워져, 상기 제2 공간(202)의 압력이 초기 상태로 모두 회복되면, 상기 제2 공간(202)이 지면(1)과 접촉할 때가지는, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)은 모두 폐쇄된다(단계 S32).

이상과 같이, 상기 제1 및 제2 밸브들(265, 275)이 모두 폐쇄됨에 따라, 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202) 사이에서는 유체 또는 기체의 유동이 차단되는 것은 물론, 외부로부터 상기 제1 공간(201)으로의 유체 또는 기체의 유입 역시 차단된다.

이러한 상태에서는, 상기 제1 공간(201)만 상기 지면(1)과의 접촉으로 상기 지면(1)과 접촉되는 영역(E)만 일부 함입 또는 함몰(205)된 상태를 유지하게 된다.

이 후, 도 5 및 도 7c를 참조하면, 상기 가변강성 바퀴(10)의 회전에 따라 상기 제2 공간(202)이 상기 지면(1)에 접촉하면, 상기 제1 밸브(265)만 개방하고, 상기 제2 밸브(275)는 폐쇄 상태를 유지한다(단계 S33).

이상과 같이, 상기 제1 밸브(265)만 개방상태가 되면, 상기 제1 공간(201)과 상기 제2 공간(202) 사이에는 유체 또는 기체의 유동이 차단되며, 상기 제1 공간(201)으로만 외부로부터 유체 또는 기체가 유입된다.

즉, 상기 제1 공간(201)의 경우, 상기 지면(1)에 의해 상기 함입 또는 함몰(205)된 상태, 즉 상기 제1 공간(201)의 강성이 상대적으로 낮은 상태이므로, 상기 유연지지부들(230) 및 상기 차단막들(240, 250)의 탄성 회복에 의해 상기 제1 공간(201)은 원래의 형상으로 복원되며, 이에 따라 외부로부터 상기 제1 공간(201)의 내부로 유체 또는 기체가 유입되게 된다.

그리하여, 상기 제1 공간(201) 역시, 초기의 제1 공간(201)의 형상으로 복원되며 내부의 압력이 회복된다.

한편, 상기 제2 공간(202)의 경우, 설사 상기 지면(1)과의 접촉에 의해 상기 지면(1)으로부터 소정의 압력을 제공받는다 하더라도, 상기 제2 밸브(275)가 폐쇄된 상태이므로, 상기 제2 공간(202)의 압력은 그대로 유지하게 되며, 이에 따라, 상기 제2 공간(202) 중 상기 지면(1)과 접촉되는 영역(F)의 형상은 변형되지 않고 그대로 유지하게 된다.

이 후, 도 5 및 도 7d를 참조하면, 상기 제1 공간(201)의 압력이 회복된 후, 상기 제1 밸브(265)를 폐쇄한다(단계 S34).

즉, 상기 제2 공간(202)은 물론, 상기 제1 공간(201)까지 모두 압력이 회복되어 원래의 상태로 복원된 상태에서 상기 제1 밸브(265)까지 폐쇄되면, 외부로부터 유체나 기체가 유입되거나 외부로 유체나 기체가 유출되는 것이 모두 차단되므로, 상기 제1 공간(201) 및 상기 제2 공간(202)의 압력은 최초의 상태로 복귀하게 되며, 이에 따라 상기 가변강성 바퀴(10)의 강성은 회복하게 된다.

이 후, 상기 가변강성 바퀴(10)가 다시 장애물을 만나는 경우, 상기의 단계를 반복하여 장애물을 극복하며 주행할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 개의 공간으로 구획된 내부공간과 상기 내부공간에 일정한 간격으로 고정되는 유연지지부들을 통해, 장애물이나 계단을 통과하는 것은 물론, 지면의 상태나 이동 속도에 따라 적합한 강성으로 강성의 제어가 가능하게 된다.

특히, 상기 2개의 공간들 사이의 유체 또는 기체의 유동, 및 상기 2개의 공간 중 어느 하나의 공간과 외부 사이의 유체 또는 기체의 유동이 가능한 개폐구조를 제어하는 것만으로, 상기 장애물, 지면 상태, 이동 속도 등에 따라 타이어부의 강성을 가변할 수 있어, 강성의 제어가 용이하며, 강성의 제어를 위한 바퀴의 설계를 상대적으로 간단하게 구현할 수 있다.

이 경우, 상기 유연지지부들, 및 공간 구획을 위한 차단막들은 탄성 복원력을 가지는 것으로, 스스로 탄성 복원되면서 외부 또는 다른 공간의 유체나 기체를 인입하도록 유도하므로, 외부에서 유체나 기체를 인위적으로 주입할 필요가 없으며, 이에 따라 유체나 기체 주입을 위한 펌프 등의 별도의 부품들을 생략할 수 있어, 바퀴의 제작이 용이하고 사용성이 향상된다.

즉, 상기 2개의 공간들 사이를 개폐하는 밸브, 및 1개의 공간과 외부 사이를 개폐하는 밸브를 On/Off 제어하는 것만으로, 다양한 상황이나 환경에서의 바퀴의 강성을 제어할 수 있으며 이를 통해, 다양한 상황이나 환경에서의 용이한 구동 및 극복이 가능하게 된다.

특히, 소정의 강성으로 유지된 상태에서 장애물을 극복하게 되므로, 즉 장애물의 극복과정에서 타이어부 내부의 압력이 변화하지 않도록 제어되므로, 장애물과의 접촉에 따라 특정 위치의 함몰이 발생하면서 전체적으로 바퀴의 회전 중심이 상승하고, 이에 따라 보다 높은 회전 중심으로 장애물의 용이한 극복이 수행될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 가변강성 바퀴 100 : 휠 구조체
200 : 타이어부 201 : 제1 공간
202 : 제2 공간 210 : 내부면
220 : 외부면 225 : 측면
211 : 제1 홀 212 : 제2 홀
213 : 제3 홀 230 : 유연지지부
235 : 개구부 240, 250 : 차단막
260 : 유출관 265 : 제1 밸브
270 : 연결관 275 : 제2 밸브
300 : 센서부 400 : 제어부

Claims (12)

1. 휠 구조체와 상기 휠 구조체의 외주면에 고정되는 타이어부를 포함하며,
   상기 타이어부는,
   서로 마주하도록 위치하여, 내부 공간을 서로 구획되는 제1 및 제2 공간들로 구획하는 한 쌍의 차단막들; 및
   상기 제1 및 제2 공간들 각각에 소정 간격으로 위치하며, 상기 타이어부의 형상을 복원하는 복수의 유연지지부들을 포함하고,
   유체 또는 기체는, 상기 제1 및 제2 공간들에서는 각각 밀폐되며 분리되지만, 각각의 공간에서는 상기 유연지지부들을 관통하며 이동되는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
2. 제1항에 있어서, 상기 유연지지부들 각각은,
   개구부가 형성되어 상기 개구부를 통해 유체 또는 기체가 유동되는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
3. 제2항에 있어서,
   상기 유연지지부 및 상기 차단막은 탄성 복원력을 가지는 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
4. 제1항에 있어서, 상기 타이어부는,
   상기 제1 공간을 외부로 개방 또는 폐쇄하는 제1 밸브; 및
   상기 제1 공간과 상기 제2 공간 사이를 개방 또는 폐쇄하는 제2 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 밸브가 개방됨에 따라, 외부의 유체 또는 기체가 상기 제1 공간으로 인입되거나, 상기 제1 공간의 유체 또는 기체가 외부로 유출되고,
   상기 제2 밸브가 개방됨에 따라, 상기 제1 공간의 유체 또는 기체가 상기 제2 공간으로 유동되거나, 상기 제2 공간의 유체 또는 기체가 상기 제1 공간으로 유동되는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
6. 제4항에 있어서, 장애물을 통과하는 경우,
   상기 타이어부의 강성을 저하시킨 상태에서, 상기 제1 밸브는 폐쇄되고, 상기 제2 밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
7. 제6항에 있어서, 상기 장애물을 통과하는 경우,
   상기 타이어부가 상기 장애물에 접촉함에 따라, 상기 장애물에 접촉하는 영역이 함입되면서, 상기 휠 구조체의 회전 중심은 지면으로부터 상승하는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
8. 제4항에 있어서, 장애물을 통과한 이후,
   상기 제2 공간의 압력이 회복될 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 개방하고,
   상기 제2 공간의 압력이 회복된 후 상기 제2 공간이 지면에 접촉할 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 폐쇄하며,
   상기 제2 공간이 지면에 접촉하면, 상기 제1 밸브만 개방하여 상기 제1 공간의 압력을 회복시키는 것을 특징으로 하는 가변강성 바퀴.
9. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 밸브들의 개폐시간, 상기 휠 구조체의 회전 속도, 상기 휠 구조체 회전 중심의 지면으로부터의 높이, 및 상기 휠 구조체에 인가되는 충격 중 적어도 하나를 센싱하는 센서부를 더 포함하는 가변강성 바퀴.
10. 제9항에 있어서,
    상기 센서부에서 센싱된 상기 개폐시간, 상기 회전 속도, 상기 높이 및 상기 충격 중 적어도 하나의 정보를 바탕으로, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하는 제어부를 더 포함하는 가변강성 바퀴.
11. 제1항의 가변강성 바퀴를 이용한 장애물 극복 방법에서,
    상기 제1 공간에 연결된 제1 밸브, 및 상기 제1 공간과 상기 제2 공간 사이를 연결하는 제2 밸브를 모두 개방하여 상기 타이어부의 강성을 저하시키는 단계;
    장애물에 근접하는 경우, 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 단계; 및
    상기 장애물을 통과한 이후, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방 또는 폐쇄하며 상기 타이어부의 강성을 회복시키는 단계를 포함하는 장애물 극복 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 타이어부의 강성을 회복시키는 단계는,
    상기 제2 공간의 압력이 회복될 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 개방하는 단계;
    상기 제2 공간의 압력이 회복된 후 상기 제2 공간이 지면과 접촉할 때까지, 상기 제1 및 제2 밸브들을 모두 폐쇄하는 단계;
    상기 제2 공간이 지면에 접촉하면, 상기 제1 밸브만 개방하는 단계; 및
    상기 제1 공간의 압력이 회복되면, 상기 제1 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 극복 방법.

Images