KR102628342B1 - 계단 횡단 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 계단 횡단 장치는 페이로드를 이동시키는 페이로드 바디, 스텝 프레임, 및 상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구로서 주기적인 경로를 따라 상기 페이로드 바디에 대해 상기 스텝 프레임을 이동시키는 기구를 포함한다. 상기 기구는 수축된 구성에서 연장된 구성으로 주기적 경로의 제 1 세그먼트를 따라 페이로드 바디와 스텝 프레임 중 하나의 운동을 구동하고, 페이로드 바디와 스텝 프레임 중 다른 하나의 운동을 주기적 경로의 두 번째 세그먼트를 따라 수축된 구성으로 되돌리는 운동을 구동한다. 페이로드 바디 및 스텝 프레임은 이 페이로드 바디 및 스텝 프레임 중 다른 하나가 이동될 때 계단상에서 고정된 상태로 유지되도록 구성된다. 이 메커니즘은 페이로드 바디와 계단 사이의 상대적인 방향을 유지하도록 구성된다.

Description

계단 횡단 장치

본 발명은 계단을 횡단할 수 있는 기계 장치에 관한 것으로, 특히 계단 스텝(step)의 윤곽에 맞게 부분적으로 성형된 스텝 프레임 어셈블리(step frame assembly)의 반복주기 운동을 이용하는 계단 횡단 장치에 관한 것이다.

산업 시설 및 일반 가정 모두에서 무거운 짐을 계단 위아래로 운반하는 것은 번거롭고, 잠재적인 안전상의 위험이 발생할 수 있다. 불행히도, 계단을 횡단하는 기존 솔루션에 심각한 결점이 있다.

핸드 트럭, 카드 및 인형과 같은 물자 취급 장치는 계단 위, 아래로 화물을 운반하는데 도움을 주기 위해 자주 사용된다. 그러나 이러한 장치는 무게 중심의 균형을 잡기 위해 페이로드(pay load)를 기울여야 할 필요가 있고 인간의 운영자에 의해 안정화되어야 한다.

뿐만 아니라 휠체어와 전동 스쿠터 등의 노인, 장애인 또는 허약자를 위한 이동 장치는 일반적으로 수평면에서 동작하도록 설계되어 있다. 계단을 횡단하기 위해 이러한 장치는 일반적으로 램프(ramp) 또는 다른 사람의 도움을 필요로 한다.

계단은 이동 로봇에 있어 중요한 장벽이며, 특히 국내에서의 사용을 목적으로 하고 있다. 예를 들어, 청소 작업을 자동화하는 것을 목적으로 한 룸바 진동 청소기(Roomba vacuum cleaner)는 계단을 횡단하는 능력이 없고, 집의 한층에서 다른 층으로 수동으로 운반해야 한다. 다른 로봇은 페이로드의 기울어짐을 필요로 하는 탱크 모양의 트레드(tread)에 의존하거나 또는 매우 복잡하고 값 비싼 솔루션을 필요로 하는 인간형 다리를 사용한다.

현재, 층 유지 능력을 갖는 계단 횡단 장치의 다양한 디자인이 기존 기술에 나와있다. 일부는 협조 보행 요소 또는 일련의 관절 운동 휠 세트의 형태로 구현되는 한편, 다른 것들은 피드백 제어되는 로봇의 형태로 구현된다.

미국 특허 공개 2014/0326521 호 공보는 화물 운반체, 적어도 하나의 중앙 보행 요소, 제 1 측방 보행 요소 및 제 2 측방 보행 요소를 포함하는 운송 장치와 관련한 하나의 솔루션을 개시한다. 적어도 하나의 중앙 보행 요소가 두 가지 측면 보행 요소 사이에 배치된다. 보행 요소는 화물 운반체에 상하 이동 가능하도록 화물 운반체에 배치되며, 측방 보행 요소는 수직 액츄에이터에 의해 중앙 보행 요소에서 독립적으로 상하로 이동될 수 있다. 또한 보행 요소는 화물 운반체에 대해 수평 방향으로 전후 이동 가능하게 화물 운반체에 배치되며, 보행 요소는 중앙 도보 요소와는 독립적으로 수평 액츄에이터에 의해 전, 후로 이동할 수 있다.

미국 특허 제7,677,345호 공보는 이동형의 바퀴 로봇 형태의 다른 해결책을 개시하고 있다. 특히 위 제7,677,345 특허는 평면에서 빠른 주행 성능을 가지는 좁은 풋프린트(footprint)의 이동 로봇 및 안티 텀블링(anti-tumbling) 기능을 개시한다. 로봇은 바퀴의 배치에 의해 레벨차가 있는 면상의 이동에 대처할 수 있다. 각기 도립 진자 제어 장치를 통해 제어되는 주 구동륜의 전, 후에는 그 끝이 상하로 승강 가능한 지지 다리들이 배치되고, 상기 지지 다리 끝은 반전된 2 륜 구동 주행 시 지지 다리들이 고정되거나 또는 낙하 방향에 있는 하나가 낙하하지 않도록 떨어지는 방향으로 밀린다. 또한 지지 다리들의 끝에 설치된 바닥면 거리 센서 및 측면 거리 센서의 감지 정보에 기초하여 로봇은 레벨차 및/또는 경사면의 존재를 감지하여 상기 지지 다리들을 상기 레벨차 및/또는 상기 경사면에서 빠져나가도록 하고, 지지 다리들 중 다른 하나를 통해 안정적으로 무게 중심의 위치를 지상에 착지시키고, 이로 인해 레벨차 및 경사면에 걸쳐 이동하는 것이 가능하게 된다.

또 다른 계단 승강 장치가 미국 특허 제8,776,917호 공보에 개시되어 있다. 이 특허는 적재 플랫폼의 하방으로 연장되는 일련의 관절식 휠 세트를 갖는 계단 승강 장치를 개시하고 있다. 모든 휠 세트는 계단 및 유사한 고도의 변경을 결정하기 위해 수직 방향으로 조정 가능하다. 선행 휠 세트는 플랫폼에 길이 방향으로 고정되는 한편, 후속 휠 세트는 세로 방향으로 조정 가능하여 다른 계단의 피치 또는 경사를 조정할 수 있다. 이 장치는 기계식 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 등의 센서를 사용하여 계단 라이저의 존재와 높이를 감지하고 어셈블리의 제어는 기계의 보드상의 제어 회로에 의해 달성된다. 휠 세트는 플랫폼과 휠 세트 사이에서 연장되는 팬터그래프 기구에 의해 서로 독립적으로 승강된다. 수평으로 조절가능한 휠 세트는 플랫폼 상에 수직으로 배치된 랙에 의해 위치된다.

상술한 바와 같은 선행 기술에 개시된 장치는 복수의 액츄에이터에 의해 구동되는 복수의 가동 구성 요소 중 하나에 의존할 수 있다. 또한, 종래 기술의 장치는 층을 유지하면서 계단을 횡단하도록 복잡한 제어 논리를 포함하는 활성 제어를 필요로 할 수 있다. 이러한 특징은 일반적으로 동기 제어 하에서 동작하는 복수의 가동 요소를 필요로 하는 크고 복잡한 전기 기계 장치로 귀결된다. 일반적으로 복잡성이 증가하면 오류나 결함의 가능성이 높아져, 일반적으로 제조 비용 및 유지 관리 비용이 높아진다. 따라서 능동적인 전자 제어를 필요로 하지 않고, 안정된 수준을 유지하는 더 작고, 더 간단하고, 순수한 기계적인 계단 횡단 장치가 필요하다.

이전에 알려진 장치의 상기 단점을 적어도 부분적으로 극복하기 위해, 본 발명은 실시예에서 계단을 횡단할 때 하나 이상의 액츄에이터에 의해 용이해지는 독자적인 형상의 스텝 프레임의 주기적인 운동에 의존하는 안정된 공칭 레벨의 방향으로 화물을 운반할 수 있는 페이로드 바디를 포함함으로써 능동적인 제어를 필요로 하지 않고 안정된 레벨의 방향을 유지하는 장치를 제공한다.

특히 계단 횡단 장치는 공칭 수평면 위를 이동하는 능력을 갖는 페이로드 바디(payload body)를 구비한다. 이러한 기능은 휠, 트랙, 발이 있는 다리, 또는 다른 적절한 이동 수단에 의해 제공된다. 페이로드 바디는 액츄에이터, 제어 로직, 전원 등을 포함할 수 있는 메인 바디를 포함한다. 액츄에이터는 전동식 또는 수동식일 수 있다. 페이로드 바디는 또한 화물이 공칭 레벨로 적재될 수 있는 화물 운반면을 구비한다.

계단 횡단 장치는 단일 몸체로 이루어질 수 있는 스텝 프레임, 및 구조물에 의해 연결된 복수의 바디 또는 협동하여 움직이는 분리된 복수의 바디를 더 포함한다. 스텝 프레임은 적어도 하나의 실시예에서 계단 스텝의 외형에 일치하도록 근본적으로 직각을 형성하는 메인 바디 부분 및 돌출부에 특징이 있다. 돌출부는 계단을 향하는 측면에서 프레임의 메인 바디부로부터 연장되고, 적어도 다음의 하나 또는 복수의 계단 스텝을 청소할 수 있는 높이에 있다.

스텝 프레임은 페이로드 바디에 대해 어떠한 회전 운동도 방지하면서 수평축 및 수직축 중 하나 또는 모두에서 스텝 프레임의 직선 이동을 허용하는 비 회전 연결부를 포함한 기구를 통해 페이로드 바디에 장착된다. 이 기구는 또한 스텝 프레임에 연결되어 프레임을 페이로드 바디에 대해 주기적인 경로를 따라 이동시키는 주기적 운동 기구를 포함한다. 비 회전 연결부는 주기적인 경로를 횡단하는 동안 프레임이 회전하는 것을 방지한다. 비 회전 연결부 및 주기적 운동 기구는 기구의 개별 특징일 수 있고, 또는 동일한 특징에 결합될 수 있다. 이 닫힌 경로를 따르는 프레임의 병진 운동은 각 계단의 스텝마다 주기적으로 반복된다. 주기적 운동기구는 전동 액츄에이터 또는 수동 조작 액츄에이터 형태의 하나 이상의 작동 입력에 의해 구동될 수 있다. 주기적인 경로의 횡단은 계단의 횡단 방향이 오름에서 하강으로 변경될 때 역전된다.

계단 횡단법

계단을 횡단하도록 주기적인 운동을 수행하기 위해 계단 횡단 장치는 그 무게가 페이로드 바디에 의해 완전히 지지되는 동안 제 1 단계에 접근하고 접촉한다.

이어서, 첫 번째 수축 구성에서 프레임의 바닥이 지면에 접촉하도록 스텝 프레임이 하강할 때 주기적인 운동이 시작되고, 스텝 프레임의 다른 부분, 바람직하게는 돌출부가 클리어(clear) 될 의도한 단계와 접촉하게 된다.

페이로드 바디가 클리어 될 단계의 레벨보다 적어도 높은 높이로 상승할 때 장치의 무게가 페이로드 바디에서 스텝 프레임으로 옮겨진다.

그 후, 페이로드 바디는 페이로드 바디 전체가 클리어 될 단계의 트레드(tread) 위에 있을 때까지 주로 수평 방향으로 전진한다. 이어서 페이로드 바디는 바닥이 스텝의 트레드와 접촉할 때까지 하강한다. 장치는 완전히 확장된 구성에 있다.

웨이트는 스텝 프레임에서 페이로드 바디로 되돌아가며, 페이로드 바디는 클리어될 스탭의 정상에 배치된다.

스텝 프레임은 이후 리프팅(lifting)되어 페이로드 바디가 놓이는 하나 또는 그 이상의 스텝을 클리어한다. 1개 또는 그 이상의 스텝의 높이를 클리어한 후에, 스텝 프레임은 장치가 수축구성으로 되돌아갈 때까지 다시 수평으로 주로 이동하고, 이에 따라 주기적인 동작을 완료한다. 이후의 스텝을 위해 모든 프로세스가 반복된다.

상술한 주기적인 동작 중에, 페이로드의 유무에 관계없이 장치는 오름 시퀀스 전체에서 정적으로 안정적으로 유지됨을 주목해야 한다. 특히, 장치의 무게가 스텝 프레임에 의해 지지 될 때, 장치는 무게 중심의 수평 이동 전체에 걸쳐 프레임의 스텝 접촉에 의해 안정적으로 유지된다. 무게가 다음 스텝의 상단에 놓인 페이로드 바디로 다시 전달 될 때, 무게 중심은 페이로드 바디의 지지 베이스 내에서 완전히 다시 위치하도록 이동한다. 바람직하게는, 프레임은 페이로드 바디에 비해 상대적으로 경량이므로, 수평 위치의 변화는 전체 시스템에 있어서의 무게 중심의 위치에 비교적 작은 영향을 미친다.

계단 아래로 횡단하기 위해 위의 오름 시퀀스는 본질적으로 역순으로 실행된다. 특히 탑 스텝(top step)의 제 1 에지가 감지될 때 무게가 페이로드 바디에 실려 있는 동안 스텝 프레임은 스텝 프레임의 하단이 클리어 될 하나 이상의 스텝 길이보다 긴 충분한 거리를 이동할 때 까지 주로 수평으로 이동한다. 그런 다음 프레임이 스텝과 접촉할 때까지 스텝 프레임이 하강한다. 이후 무게는 페이로드 바디가 주로 수평으로 이동하면서 페이로드 바디에서 프레임으로 이동한다. 이후, 페이로드 바디는 계단 프레임이 놓여져 있는 스텝과 접촉할 때까지 하강한다. 장치의 무게는 페이로드 바디로 다시 전달되고, 스텝 프레임은 더 나아가 페이로드 바디에 대한 초기 위치로 되돌아간다.

페이로드 바디

따라서, 일실시예에서, 본 발명은 주기적인 운동 기구를 작동하는 구동축을 회전시키기 위한 기구를 갖는 페이로드 바디를 포함한다. 페이로드 바디는 공칭적으로 평탄한 면 위를 이동하는 이동 지지 기구를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 페이로드 바디는 센서, 제어 로직, 전원을 포함하는 이동 로봇일 수 있다.

또 다른 실시예에서, 페이로드 바디는 운영자에 의해 원격 조작될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 페이로드 바디는 인간 운영자에 의해 수동으로 조작되는 핸드 트럭일 수 있다.

다른 실시예에서, 페이로드 바디는 휠체어일 수 있다

기구

가이드 슬롯의 비 회전 커넥터

일실시예에서, 기구는 페이로드 바디의 측면에 고착된다. 비 회전 연결부는 캐리지의 직사각형 가이드 슬롯의 평행한 수평 측면과 슬라이딩 가능하게 맞물려 러그가 가이드 슬롯을 따라 이동할 때 회전하는 것을 방지하는 정사각 러그를 포함할 수 있다. 캐리지는 이후 기구의 메인 바디에서 평행한 수직 레일과 슬라이딩 식으로 맞물린다. 주기적인 운동 기구는 상기 체인 링크 중 하나에 회전 가능하게 부착된 러그와 함께 상기 스프로킷 중 하나를 구동하는 구동축과 연결된 체인 루프에 의해 연결된 4개의 스프로킷에 의해 구현될 수 있다. 주기적인 운동 기구가 작동되면, 비 회전 연결부는 체인 루프의 형상과 일치하는 직사각형의 주기적인 경로를 실행한다.

비 회전 캐리지 어셈블리

다른 실시예에서, 비 회전 접속부는 한 쌍의 롤러를 통해 기구의 메인 바디에 고정된 하나 또는 두개의 수직 레일에 슬라이딩 가능하게 맞물린 캐리지로 이루어질 수 있다. 동시에 다른 쌍의 롤러는 수평레일이 수평 레일 캐리지에 수평으로 슬라이딩 가능하게 허용한다. 수평 레일은 스텝 프레임이 고착되는 적어도 2개의 고착 지점을 포함할 수 있다.

체인 루프기구

기구의 다른 실시예에서, 비 회전 연결부는 비 회전 캐리지 어셈블리로 구현될 수 있는 한편, 주기적 운동 기구는 스프로킷 중 하나를 구동하는 구동축을 가진 체인 루프에 의해 연결된 4개의 스프로킷에 의해 구현될 수 있다.

다른 실시예에서, 주기적 운동 기구는 수직 운동 방향 및 수평 운동 방향 각각에 1개씩 2세트의 체인 및 스프로킷 루프 어셈블리에 의해 구현될 수 있다. 그러한 실시예에서는 체인 및 스프로킷 루프 어셈블리를 구동하기 위해 하나 또는 둘이상의 액츄에이터가 필요할 수 있다.

루프 랙 기구

다른 실시예에서, 주기적 운동 기구는 폐 평면 루프를 형성하는 톱니 랙을 횡단하도록 구성된 구동형 톱니 피니언을 포함할 수 있다. 그 피니언은 다양한 수단에 의해 톱니 랙에 구속될 수 있다. 스텝 프레임을 랙에 연결할 수 있다. 피니언이 톱니 랙 주위를 이동하면 스텝 프레임은 비 회전 캐리지 어셈블리 형태의 비 회전 연결에 의해 구속되어, 톱니 랙에 의해 형성된 루프의 형상과 일치하는 주기적인 경로로 프레임을 이동시킨다.

다른 실시예에서, 피니언은 베이스 플레이트 상의 복수의 핀을 포함하는 구속기구에 의해 톱니 랙에 구속될 수 있다. 핀의 적어도 하나는 톱니 면의 반대쪽인 톱니 랙의 내면과 접촉하고 있지만, 핀의 적어도 하나는 톱니 랙의 외면과 접촉하고 있기 때문에, 내측 핀 및 외측 핀은 함께 베이스 플레이트에 연결된 피니언을 톱니 랙에 구속한다.

로타리 크랭크 기구(Rotary Crank Mechanism)

다른 실시예에서, 주기적 운동 기구는 로타리 크랭크 암으로 구성되어 있다. 크랭크의 일단은 구동축에 의해 회전되고, 타단은 핀에 의해 스텝 프레임에 연결될 수 있다. 프레임은 비 회전 캐리지 어셈블리를 통해 회전하는 것이 제한될 수 있다. 결과적인 주기적 운동은 원형이다.

비 회전 허브 기구

다른 실시예에서, 주기적 운동 기구 및 비 회전 연결부를 로타리 크랭크 암 기구에 결합할 수 있다. 크랭크 암의 구동축과 동심의 제 1 허브는 페이로드 바디에 회전 불가능하게 고정되어 있다. 제 2 허브는 베어링과 짧은 축에 의해 크랭크 암의 단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제 2 허브는 스텝 프레임에 회전 불가능하게 고정되어 있다. 제 1 회전 장치 또는 제 1 스프로킷은 제 1 허브와 동심으로 고착되고, 제 2 회전 장치 또는 제 2 스프로킷은 제 2 허브 축과 동심으로 고착되어 있다. 체인 루프와 같은 연결 장치는 제 1 스프로킷과 제 2 스프로킷을 연결한다. 크랭크 암이 구동축에 의해 회전하면 제 2 허브는 원형 경로를 이동하지만, 제 1 허브에 대해 회전하는 것은 방지됨으로써 스텝 프레임에 대해 비 회전 연결을 제공한다.

다른 실시예에서, 상술한 스프로킷 및 체인 루프를 각각 풀리 및 벨트로 대체할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 스프로킷 및 체인 루프를 홀수의 맞물림 기어로 대체할 수 있다.

이중 크랭크 암 기구(Double Crank Arm Mechanism)

다른 실시예에서, 주기적 운동 기구는 이중 크랭크 암 기구를 사용하여 구현될 수 있다. 구동축은 제 1 크랭크 암을 회전시킨다. 제 1 크랭크 암의 구동축과 동심의 제 1 비 회전 장치 또는 풀리는 기구의 메인 바디에 회전 불가능하게 고정된다. 이차 회전 장치 또는 풀리는 연결 장치 또는 벨트를 통해 일차 풀리에 연결된다. 제 2 크랭크 암은 제 2 풀리에 연결되고, 스텝 프레임에 연결하는 데 사용된다. 풀리의 직경과 크랭크 암의 길이의 비는 생성되는 주기적인 경로가 하이포트로코이도 경로(hypotrochoid path)가 되도록 구성된다.

스텝 프레임

각기구는 단일 몸체, 강성 구조로 연결된 복수의 유사 몸체 또는 상호 연결 기구에 의해 일제히 움직이는 복수의 유사 몸체로 이루어진 스텝 프레임에 연결된다.

고정 형상

일 실시예에서, 고정 형상을 갖는 스텝 프레임은 단일 스텝의 높이보다 적어도 높은 높이에서 연장되는 돌출부를 갖는 메인 바디를 포함한다. 스텝 프레임의 돌출부 및 메인 바디부는 스텝의 형상에 일치하도록 실질적으로 직각으로 형성된다. 메인 바디부 및 돌출부는 각 단부와 부하지지 접촉하도록 지지 다리 또는 마찰 패드 등의 특징을 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 스텝 프레임의 메인 바디는 적어도 계단의 스텝의 높이보다 높은 높이에서 연장되는 돌출부를 갖는 본질적으로 "L"자형 일 수 있다.

가변 형상

스텝 프레임은 가변 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서 스텝 프레임은 스텝을 오르거나 또는 하강하기 전에 전개되는 접이식 돌출부를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 스텝 프레임은 하부가 수평으로 슬라이딩하는 것을 가능하게 하는 슬라이딩 레일에 의해 연결된 상부 및 하부를 가질 수 있고, 따라서 스텝 프레임을 방향을 바꿀 필요없이 "오름" 구성에서 "하강" 구성으로 변경시킨다.

레벨 감지

스텝 프레임은 레벨 감지 능력을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 레벨 감지 능력은 스텝 프레임이 2개의 수직 레일이 장착된 메인 바디로 이루어 지는 바와 같이 구현될 수 있다. 2개의 프레임 패널이 2개의 수직 레일에 슬라이드 가능하게 결합된다. 서로 마주 보고 있는 패널의 표면은 2개의 패널이 백 프레임에 고정된 톱니 피니언 기어로 연결될 수 있도록 톱니 랙을 각각 포함할 수 있다. 메인 바디가 하강하면 한 패널 또는 다른 패널이 상부 스텝 또는 하부 스텝 중 하나에 먼저 접촉한다. 그런 다음, 두 패널이 반대의 수직 방향으로 이동할 수 있어 패널 중 하나가 하강하고, 다른 패널은 2개의 패널이 두개의 스텝 들과 접촉할 때까지 들어 올려진다.

다른 실시예에서 레벨 감지 능력은 2개의 수평 막대가 양쪽에 다리를 지지하도록 회전 불가능하게 연결될 수 있는 4-바 기구에 의해 실현될 수 있다. 4-바 기구는 바람직하게는 수평 바의 중심 부근에서 페이로드 바디에 연결된 기구의 메인 바디에 연결될 수 있다. 수평 바는 메인 바디에 접속점을 중심으로 회전하여 앞 지지 다리를 다음 스텝에 닿을 때까지 상승 또는 하강시킬 수 있다.

다른 실시예에서, 레벨 감지 능력은 톱니 회전 피벗(toothed rotary pivot)을 사용하여 구현될 수 있다. 스텝 프레임이 스텝으로 하강함에 따라 회전 자유도에 의해 앞 다리 및 하부 다리를 다음의 레벨 면 및 현재의 레벨 면 각각에 동시에 접촉할 수 있게 한다. 메인 바디가 더욱 하강하면, 톱니 웨지(toothed wedge)는 피벗으로 클램핑되고, 그 이상의 회전은 저지된다.

다른 실시예에서, 레벨 감지 능력은 잠금 핀이 앞 다리의 톱니면과 맞물릴 때까지 수직 채널을 통해 메인 프레임 바디에 대해 수직으로 자유롭게 움직이는 앞 다리에 의해 달성된다. 잠금 핀은 피벗에 의해 하부 다리에 기계적으로 연결되어 있다. 메인 프레임 바디가 하강하면 앞 다리가 먼저 다음 레벨과 접촉하고, 결국 하부 다리가 현재의 레벨에 접촉하면 잠금 핀이 톱니면과 맞물려 접촉하고, 앞다리를 제자리에 잠근다.

상기 잠금 핀 구성의 다른 실시예는 모든 다리가 그것들 각각의 레벨에 접촉했을 때 잠금 핀을 트리거 하도록 전기-기계 스위치와 액츄에이터를 사용하여 구현될 수 있다.

여러 단계

다른 실시예에서, 스텝 프레임은 스텝 프레임의 메인 바디에서 연장되는 돌출부를 적어도 복수의 스텝 높이보다 높은 높이에 가짐으로써 한 주기적인 운동 중에 여러 계단을 횡단할 수 있다.

대체 실시예

스텝 프레임 및 기구에 대한 페이로드 바디의 구성은 다양할 수 있다. 일 실시예에서, 계단 횡단 장치는 페이로드 바디의 양쪽에 2개의 대칭인 바디로 이루어진 스텝 프레임을 사용한다.

다른 실시예에서, 계단 횡단 장치는 하나의 중앙 바디만으로 이루어진 스텝 프레임을 사용할 수 있음으로써, 페이로드 바디는 그 페이로드 바디의 2개의 수직 내면에 부착된 기구를 갖는 3면 프레임일 수 있다. 장치의 무게 및 모든 가능한 화물을 지지하는데 충분한 폭을 갖는 스텝 프레임이 양쪽에서 기구에 부착되어, 스텝 프레임은 페이로드 바디의 탑에 의해 방해 받지 않는다.

다른 실시예에서, 본 발명은 스텝 프레임의 평평한 표면 움직임 및 주기적인 움직임 중 하나 또는 모두로 동력이 공급되는 인간일 수 있다.

다른 실시예에서, 페이로드 바디의 이동 지지 기구는 스텝의 에지에 근접하여 감지하면 페이로드 바디의 에지로 향하는 추가적인 이동을 방지 또는 억제하는 제동 피쳐(breaking feature)를 포함할 수 있다. 이러한 제동 피쳐는 본질적으로 기계적 또는 전기-기계적일 수 있다.

다른 실시예에서, 페이로드 바디는 균형을 유지하기 위해 동일한 스텝 또는 다른 스텝의 형상에 반응하는 추가적인 보조 안정 암을 포함할 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시형태 및 장점은 첨부 도면과 함께 주어진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
장치부분
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 계단 횡단 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 계단 횡단 장치의 분해 사시도를 도시한다.
도 3a는 페이로드 바디의 일 실시예의 정면도, 측면도 및 사시도를 도시한다.
도 3b는 화물을 운반하는, 도 3a에 도시된 페이로드 바디의 사시도를 도시한다.
도 3c는 스텝 상에서 화물을 운반하는 페이로드 바디의 측면도를 도시한다.
도 3d는 스텝의 특징에 반응하는 보조 안정화 수단을 갖는 페이로드 바디의 측면도를 도시한다.
도 4는 스텝 프레임의 일 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 5a는 어느 범위의 화물 위치에 대해서 프레임 어셈블리에 작용하는 힘을 예시하는 도 4에 도시된 스텝 프레임의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 5b는 도 4에 도시된 스텝 프레임의 실시예의 측면도와, 프레임 어셈블리가 스텝에 대해 캔틸레버 지지를 받고 있는 동안 일정 범위의 화물 위치에 대해서 프레임 어셈블리에 작용하는 힘을 도시한다.
도 6a는 기구의 일 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 기구의 분해 사시도를 도시한다.
계단횡단 방법
도 7a는 주기적 운동 경로의 두 세그먼트를 수행하는 기구를 나타내는 도 6으로부터의 기구의 일련의 사시도를 도시한다.
도 7b는 페이로드 바디 및 스텝 프레임에 부착된 도 7a의 기구를 도시하는 부분 분해도이다.
도 7c는 주기적 운동 경로의 두 세그먼트를 받는 기구에 부착된 스텝 프레임의 일련의 사시도를 도시한다.
도 7d는 도 7a 및 도 7c에 도시된 주기적인 운동을 이용하여 스텝을 오르는 계단 횡단 장치의 측면도를 도시한다.
도 8a 내지 도 8j는 주기적인 오름 동작 중 페이로드 바디와 스텝 프레임의 연속적인 위치를 예시함으로써 스텝을 횡단하는 도 1에 도시된 계단 횡단 장치의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9e는 주기적인 오름 동작 중 계단 횡단 장치의 무게 중심 이동을 나타내는 도 1에 도시된 계단 횡단 장치의 실시예의 측면도를 도시한다.
기구 실시예
도 10a는 비 회전 캐리지 어셈블리로서의 비 회전 연결부의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
도 10b는 수직 및 수평 운동을 통해서 이동할 때의 도 10a의 비 회전 캐리지 어셈블리의 측면도를 도시한다.
도 11a는 체인 루프 및 4개의 스프로킷을 사용하는 기구의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
도 11b는 페이로드 바디 및 스텝 프레임에 대한 도 11a로부터의 기구의 분해도를 도시한다.
도 12a 내지 도 12d는 상기 기구를 사용하여 달성될 수 있는 주기적인 경로 운동을 나타내는 도 11에 도시된 기구를 구비한 계단 횡단 장치의 부분 투시 측면도를 도시한다.
도 13은 사다리꼴 주기적 운동 경로를 생성하는 4개의 스프로킷 및 체인을 사용하는 기구의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 14a는 루프 랙 앤 피니언 기구의 바람직한 실시예의 사시도 및 측면도와, 루프 랙과 맞물리는 피니언의 상세도를 도시한다.
도 15a 내지 도 15d는 주기적 운동을 사용하여 계단을 올라갈 때의 도 14에 도시된 루프 랙 앤드 피니언 기구를 포함한 계단 횡단 장치의 부분 투시 측면도를 도시한다.
도 16은 핀을 이용한 구속 기구를 갖춘 루프 랙 앤 피니언 기구의 대체 실시예의 사시도를 도시한다.
도 17은 도 14 및 도 16에 도시된 루프 랙의 다른 가능한 구성의 측면도를 도시한다.
도 18a는 크랭크 암을 사용하는 기구의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 18b는 페이로드 바디 및 스텝 프레임에 대한 도 18a로부터의 크랭크 암 기구를 도시하는 분해도를 도시한다.
도 19a 내지 도 19d는 기구를 통해 달성되는 주기적인 오름 동작을 나타내는 도 18에 도시된 기구를 구비한 계단 횡단 장치의 부분 투시 측면도를 도시한다.
도 20a는 이중 크랭크 암의 주기적인 경로 기구의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 20b는 도 20a에 도시된 이중 크랭크 암의 주기적인 경로 기구에 의해 달성되는 하이포트로코이도 주기적 경로의 측면도를 도시한다.
도 21a는 한 세트의 비 회전 허브를 기초로 한 결합기구의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
도 21b는 도 21a로부터의 기구의 분해 사시도를 도시한다.
도 21c는 원형 주기 운동의 실행시 도 21a에 도시된 결합기구에 의한 일련의 동작의 측면도를 도시한다.
도 22a는 페이로드 바디 및 스텝 프레임에 대한 도 21에 도시된 결합기구의 사시도를 도시한다.
도 22b 내지 도 22j는 도 22a에 도시된 기구를 사용하는 계단 횡단 장치에 의해 실행되는 주기적인 운동의 측면도를 도시한다.
도 23a는 체인 루프 대신 기어를 사용하는 비 회전 허브 기구의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 23b는 도 23a의 기구의 분해 사시도를 도시한다.
도 23c는 페이로드 바디 및 스텝 프레임에 대한 도 23a의 기구의 사시도를 도시한다.
도 24는 체인 루프에 의해 구동되는 4바 링키지(four-bar linkage)를 사용하는 원 운동 경로를 생성하는 기구의 다른 실시예를 도시한다.
도 25는 기구가 각각의 액츄에이터에 의해 구동되는 수직 및 수평 두 개의 별도의 단계로 분할되는 주기 운동의 4점에서의 계단 횡단 장치의 바람직한 실시예의 사시도를 도시한다.
스텝 프레임 실시예들
도 26a는 일제히 이동하는 복수의 고정 형상 바디(fixed geometry body)로 이루어진 스텝 프레임의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 26b는 경량 프레임으로 이루어진 고정 형상을 갖는 다체 스텝 프레임(multi-body step)의 다른 바람직한 실시예를 도시한다.
도 26c는 슬라이딩 돌출부가 해방 구성 및 저장 구성 모두로 도시된 경우 가변 형상을 가진 도 26b의 1 스텝 프레임 바디의 실시예를 도시한다.
도 26d는 스텝 프레임의 실시예가 구조물에 의해 연결된 복수의 바디로 어떻게 이루어질 수 있는 지를 도시한다.
도 26e는 스텝 프레임의 실시예가 어떻게 하나의 중심체로 이루어질 수 있는 지를 도시한다.
도 27은 오르거나 또는 하강하도록 구성될 수 있는, 레일의 상부에 슬라이딩 가능하게 맞물리는 하부를 갖는 스텝 프레임의 다른 가변 형태의 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 28a는 2개의 대향하는 슬라이딩 패널을 사용함으로써 레벨 감지 능력을 갖는 스텝 프레임의 일실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 28b는 도 28a의 레벨 감지 스텝 프레임이 하이 라이저(high riser)를 갖는 스텝으로 조정되는 것을 도시한다.
도 28c는 도 28a의 레벨 감지 스텝 프레임이 로우 라이저(low riser)를 갖는 스텝으로 조정되는 것을 도시한다.
도 29a는 4바 기구를 사용하여 레벨 감지 능력을 갖는 스텝 프레임의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 29b는 도 29a의 레벨 감지 스텝 프레임을 임의의 라이저 높이를 갖는 스텝으로 조정하는 것을 도시한다.
도 30a는 톱니 피벗을 사용하여 레벨 감지 능력을 갖는 스텝 프레임의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 30b는 도 30a의 레벨 감지 스텝 프레임을 임의의 라이저 높이를 갖는 스텝으로 조정하는 것을 도시한다.
도 31a는 잠글 수 있는 앞 다리를 사용하여 레벨 감지 능력을 갖는 스텝 프레임의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 31b는 도 31a의 레벨 감지 스텝 프레임을 선택 라이저 높이를 갖는 스텝으로 조정하는 것을 도시한다.
도 32a는 회전 및 잠금 돌출부를 사용하여 레벨 감지 능력을 갖는 스텝 프레임의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 32b는 도 32a의 레벨 감지 스텝 프레임을 임의의 라이저 높이를 갖는 스텝으로 조정하는 것을 도시한다.
도 33a는 가변 링케이지(variable linkage)로 이루어진 앞 다리를 사용하여 레벨 감지 능력을 갖는 스텝 프레임의 다른 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 33b는 도 33a의 레벨 감지 스텝 프레임이 임의의 라이저 높이를 갖는 스텝으로 조정되는 것을 도시한다.
도 34a는 여러 스텝을 횡단할 수 있는 계단 횡단 장치의 일실시예의 사시도를 도시한다.
도 34b는 2개의 계단 스텝을 횡단하는 주기 운동을 실행하는 도 34a에 도시된 계단 횡단 장치의 측면도를 도시한다.
페이로드 바디 실시예들
도 35a는 전동 로봇으로서의 페이로드 바디의 바람직한 실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 35b는 원격 조작 차량으로서의 페이로드 바디의 일실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 35c는 손으로 조종되는 핸드 카트로서의 페이로드 바디의 일실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 35d는 휠체어로의 페이로드 바디의 일실시예의 사시도 및 측면도를 도시한다.
도 36a는 비슷한 크기의 고정 휠 및 캐스터의 조합으로 이루어진 휠 구성을 도시하는, 도 35a로부터의 페이로드 바디의 측면도 및 사시도를 도시한다.
도 36b는 다른 크기의 고정 휠 및 캐스터의 조합으로 이루어진 휠 구성을 시하는, 도 35c의 페이로드 바디의 측면도 및 사시도를 도시한다.
도 36c는 또한 에지 감지 제동 시스템의 일부로서 사용될 수 있는 보조 안정 휠을 갖는 휠 구성을 도시한 페이로드 바디의 측면도 및 사시도를 도시한다.
도 36d는 바닥에 있을 때 뿐 아니라 스텝 상에 있을 때 도 36c로부터의 페이로드 바디의 측면도를 도시한다.
도 37a는 에지 감지 제동 피쳐의 사시도를 도시한다.
도 37b는 스텝 에지 감지시 도 37a에 도시된 제동 피쳐의 맞물림 해제 및 맞물림 형태 모두의 측면도를 도시한다.
도 37c는 도 35c에 도시된 제동 피쳐의 스텝 에지 감지시 맞물림 해제 및 맞물림 형태의 측면도를 도시한다.
장치의 바람직한 실시예 및 대체 실시예
도 38은 서비스 로봇 형태의 계단 횡단 장치의 바람직한 실시예의 사시도 및 분해 사시도를 도시한다.
도 39는 핸드 카트 형태의 수동 조종 계단 횡단 장치의 바람직한 실시예의 사시도 및 분해도를 도시한다.
도 40은 도 39에 도시된 핸드 카트의 수동 구동 버전의 사시도를 도시한다.
도 41은 단일 중앙 바디로 이루어진 오름 프레임 어셈블리(climbing frame assembly)를 사용하는 계단 횡당 장치의 일실시예에 대한 사시도 및 분해도를 도시한다.

이하의 설명에서 동일 부호는 동일 구성요소를 나타낸다.

장치의 부품

장치 전체

도 1에 도시된 바와 같이, 계단 횡단 장치(10)는 본 발명의 일 실시예에 따른 것이다. 계단 횡단 장치(10)는 본질적으로 수평 방향으로 화물을 운반할 수 있는 페이로드 바디(12)를 포함한다. 이 실시예에서 비슷한 함께 움직이는 바디(14a 및 14b)의 두 예로 이루어진 독특한 모양의 스텝 프레임(14)이 각각 기구 (16)를 통해 페이로드 바디(12)의 2개의 대향 측에 연결 되어있다.

도 2는 도 1에 도시된 계단 횡단 장치(10)의 실시예의 분해도를 도시한다. 기구(16)를 구동하는 액츄에이터(21)는 바람직하게는 페이로드 바디(12)내에 수용된다

페이로드 바디

도 3a는 페이로드 바디(12)의 일실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 페이로드 바디(12)는 휠 형태의 이동 지지부(20)를 갖는 강성 케이싱(18)을 포함한다. 다른 유형의 가능한 이동 지지부는 트랙, 트래드(tread), 다리, 발 또는 수평 이동을 용이하게 하는 다른 적절한 수단이다. 페이로드 바디(12)는 구동축(22)을 더 포함한다. 본 실시예에서는 구동축(22)은 케이싱(18)의 내부에 위치하는 전동 액츄에이터(21)에 의해 구동된다. 다른 실시예에서, 구동축(22)은 외부 크랭크를 통해 수동으로 구동될 수 있다. 다음에 상세히 설명된 바와 같이, 구동축(22)은 페이로드 바디(12)에 대한 스텝 프레임(14)의 움직임을 용이하게 함에 있어서 기구를 구동할 것이다. 필요한 제어 로직 회로 또는 전원은 케이싱(18) 내에 수용될 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 케이싱(18)은 화물 지지면(26)을 더 포함한다.

도 3c는 페이로드 바디(12) 상에서 이동 지지부(20)가 스텝(80) 또는 바닥 (90)중 하나에 공칭 레벨 방향으로 화물(28)을 운반할 수 있도록 어떻게 배치되어 있는 지를 보여준다.

도 3d는 화물(28)을 운반하는 페이로드 바디(12)가 동일한 스텝 또는 다른 스텝 각각에 대해서 반응하는 보조 지지 암(114, 116)과 이동 지지체(20)(휠로 도시됨)의 조합을 통해 어떻게 스텝(80)에서 수평으로 안정된 상태일 수 있는 지를 도시한다.

스텝 프레임

도 4를 참조하면, 스텝 프레임(14)의 실시예는 가상의 점선에 의해 분리된 메인 바디부(54) 및 돌출부(56)를 포함한다. 본질적으로 수평 돌출부(56)는 메인 바디(54)의 하단에서 위쪽으로 높이(58)에 있다. 높이(58)는 하나의 계단 스텝의 높이보다 높다. 상승된 돌출부(56)는 스텝 프레임을 계단 스텝 모양에 본질적으로 일치시킨 것이다. 메인 바디부(54)는 지지 피쳐(supporting feature)(66, 68)를 포함하는 하부면(64)을 갖는다. 이 실시예에서, 메인 바디부(54)도 실질적으로 수직면(65)를 가진다. 추가 지지 피쳐(70)가 면(60) 위에 배치된다. 면(60, 64, 65) 및 지지 피쳐(66, 68, 70)가 스텝의 승강 중에 계단 횡단 장치(10)가 정적 평형 상태로 유지되도록 보장하기 위해 스텝의 하나 또는 둘 이상의 면 또는 구조와 접촉하여 반응하도록 설계되어 있다.

도 5a 및 도 5b는 스텝 프레임(14)이 정적 평형을 유지하면서 수평 범위 (72)에 걸쳐 다양한 위치에서 주로 하향 수직 화물(28)을 어떻게 지지할 수 있는 지를 도시한다.

도 5a에서 지지 피쳐(66, 68 및 70)는 스텝(80)의 표면(81 및 82)에 대해서 각각 수직 반응 능력(74, 76 및 78)을 제공하여 화물(28)의 무게를 전체 운동 범위(72)를 통해 밸런싱(balancing)한다.

도 5b는 스텝 프레임(14)의 위쪽 부분이 스텝(80)을 통해 캔틸레버 지지되고[지지 피쳐(70)가 제거된 상태에서], 화물(28)은 표면(81)에 대한 수직 반력(74, 76), 트레드(84)의 노스(nose)에서의 면(65) 상의 수평 반응(86), 그리고 가장 앞쪽의 지지 피쳐(74)에서의 수평 마찰 요소(87)에 의해 밸런싱된다.

기구

도 6은 이 실시예에서 페이로드 바디(12)에 고착된 메인 바디부(1601)를 포함한 기구(16)의 일실시예를 도시한다. 다른 가능한 다른 실시예에서 메인 바디부(1601)는 스텝 프레임에 고착될 수 있다. 메인 바디부(1601)는 수직 레일(1610)을 갖는다. 캐리지(1620)는 수직레일(1610)과 슬라이딩 가능하게 맞물린다. 이 실시예에서, 비 회전 연결부는 캐리지(1620)가 레일(1610)을 따라 이동할 때 그리고 러그(1602)가 가이드 슬롯(1603)을 따라 이동할 때 러그(1602)가 회전하는 것을 방지하는 캐리지(1620) 내에 직사각형 가이드 슬롯(1603)의 평행한 측면에 슬라이딩 가능하게 맞물리는 사각 러그(1602)로 이루어진다. 주기적 운동기구는 체인 루프(162)에 의해 연결된 3개의 아이들 스프로킷(1164)과 1개의 구동 스프로킷(164)에 의해 구현된다. 액츄에이터(21)에 의해 구동되는 오름 구동축(22)은 스프로킷(164)과 맞물려 체인 루프를 이동시킨다. 러그(1602)는 체인 루프와 함께 이동하도록 핀(166)에 의해 체인 루프(162)의 하나의 링크에 회전 가능하게 부착된다. 러그는 스텝 프레임(14)의 해당 피쳐(1700)에 부착된다.

계단 횡단법

도 7은 기구가 스텝 프레임(14)에 장착될 때, 기구(16)에 의해 생성된 주기적인 운동이 어떻게 계단 횡단 운동을 이끌어 내는지를 도시한다.

도 7a는 일련의 상태의 기구(16)을 도시한다. 첫째, 비 회전 연결부(1602)는 초기 위치에 있다. 다음으로, 액츄에이터(21)가 작동하면 구동축(22)은 방향(23)으로 턴되고, 도 6B에 도시된 체인 루프(162)의 형상에 대응하는 직사각 형의 주기적인 경로(48)의 제 1 세그먼트(481)를 따라 연결부(1602)를 이동시킨다. 마지막으로, 연결부(1602)는 주기적인 경로의 제 2 세그먼트(482)를 따라 이동하여 초기 위치로 돌아 간다.

도시된 바와 같이, 반 시계 방향(23)으로 실행되는 경우, 제 1 경로 세그먼트(481)는 아래쪽 수직 스트로크 및 뒤 방향 수평 스트로크로 이루어지고, 제 2 경로 세그먼트(482)는 상향 수직 스트로크 및 전방 수평 스트로크로 구성된다. 이러한 순서는 방향(23)을 반 시계 방향에서 시계 방향으로 변화시킴으로써 되돌릴 수 있다.

도 7b는 페이로드 바디(12) 및 스텝 프레임(14)에 장착된 기구(16)를 도시하는 부분 분해도이다. 스텝 프레임(14)은 해당 피쳐(1700)에 의해 비 회전 연결부(1602)에 부착된다. 따라서 스텝 프레임(14)은 비 회전 연결부(1602)과 함께 이동한다.

도 7c는 완전히 조립된 계단 횡단 장치(10)를 갖춘 도 5a에 도시된 것과 같은 순서를 도시한다. 기구(16)는 주기적 경로(48)를 따라 페이로드 바디(12)에 대해 스텝 프레임(14)을 이동시킨다. 주기적인 경로(48)의 제 1 세그먼트(481)를 따라 페이로드 바디(12)에 대해 수축구성으로부터 확장 구성으로 이동한 다음 제 2 세그먼트(482)를 따라 확장 구성에서 수축 구성으로 되돌아온다.

도 7d는 계단 횡단 장치(10)가 스텝(80)의 제 1 레벨(81)에 배치된 도 5e와 같은 순서를 도시한다. 수축 구성에서는 페이로드 바디(12)와 스텝 프레임(14) 모두가 제 1 레벨(81)에 있다. 프레임이 주기적 경로(481)의 제 1 세그먼트를 따라 구동 될 때, 장치(10)는 페이로드 바디(12)와 프레임(14)이 각각 다른 레벨(81과 82)인 확장 구성에 있다. 마지막으로, 프레임은 주기적 경로(482)의 제 2 세그먼트를 따라 구동되고, 페이로드 바디(12)와 프레임(14)이 동일한 레벨 (82)에 있는 상태에서 장치(10)를 수축 구성으로 되돌린다.

도 7에 도시된 시퀀스는 상승 운동에 대응한다. 방향(23)을 반전시킴으로써, 등가인 하강 운동을 달성할 수 있다.

도 8은 도 1에 도시된 계단 횡단 장치(10)의 실시예가 도 7에 도시된 바와 같이 계단을 오르기 위해 스텝 프레임(14)의 주기적인 움직임을 어떻게 사용하는 지를 보다 상세하게 도시한다.

도 8a는 계단 횡단 장치(10)가 스텝(80)에 접근하는 것을 도시한다. 장치 및 페이로드의 무게는 페이로드 바디의 이동 피쳐(20)에 의해 완전히 지지된다.

도 8b에서 계단 횡단 장치(10)는 제 1 스텝(80)에서 처음으로 수축된 구성에 있다. 페이로드 바디와 스텝 프레임(14) 모두 레벨(81)에 있다.

도 8c에서, 주기적 운동이 시작되었다. 장치(10)의 무게는 페이로드 바디 (숨겨진 상태)에서 스텝 프레임(14)으로 전해졌다. 바람직하게는, 지지 피쳐(66, 68)가 하부 레벨(81)과의 접촉을 만들고, 지지 피쳐(70)가 스텝 표면(82)과의 접촉을 만든다. 기구(16)[페이로드 바디(12)가 숨겨짐)가 올라가고 있다.

도 8d에서 주기적 운동기구의 하향 수직 스트로크는 페이로드 바디(12) (숨겨짐)가 스텝(82)의 레벨을 클리어하는 높이까지 상승하는 것을 허용한다.

도 8e에서 주기적 운동기구의 후방 수평 스트로크는 페이로드 바디(숨겨김) 및 기구(16)를 수평 방향으로 전진시킨다.

도 8f에서 주기적인 경로(481)의 제 1 세그먼트는 완료된다. 장치(10)는 레벨(81) 상의 스텝 프레임과 레벨(82) 상의 페이로드 바디를 갖는 확장 구성에 있다.

도 8g에서 무게는 스텝 프레임(14)에서 페이로드 바디의 이동 피쳐(20)로 되돌려져 장치(10)가 면(82)상에 지지된다. 스텝 프레임(14)이 리프팅되면, 순환 운동은 계속된다.

도 8h에서는 상향 수직 스트로크의 정점에서 스텝 프레임(14)은 제 1 스텝(82)을 클리어하는데 충분한 높이에 있다.

도 8i에서 주기적인 경로의 전방 수평 스트로크는 페이로드 바디(12)에 대해 스텝 프레임(14)을 원래 상태를 향해 움직인다.

마지막으로, 도 8j에서 주기적인 경로(482)의 제 2 세그먼트가 이제 완료되고, 계단 횡단 장치(10)는 면(82) 상의 수축 구성으로 되돌아온다.

도 9는 상기한 주기적 운동 중에 계단 횡단 장치(10) 및 페이로드 (숨겨짐)의 중심(92)의 이동을 도시한다. 페이로드의 유무에 관계없이 장치(10)는 계단 횡단 시퀀스에 걸쳐 정적으로 안정된 상태인 것을 주목해야 한다.

도 9a에서 무게 중심(92)은 바닥 상의 페이로드 바디에 있으며, 위치(94)의 전체 범위에 걸쳐 양호하게 지지되어 있다.

도 9b 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 화물의 유무에 관계없이 페이로드 바디가 상승하여 제 1 스텝(82)의 높이를 클리어 시키면 무게 중심(92)의 지지가 스텝 프레임(14)으로 이동한다. 지지 피쳐(66, 68 및 70)는 화물의 유무에 관계없이 페이로드 바디(12)가 위치(94)의 전체 범위에 걸쳐 완벽하게 지지되도록 면(81 및 82)과 접촉한다.

도 9d 및 도 9e에서 장치(10)의 무게가 페이로드 바디(12)로 리턴되면, 무게 중심(92)은 페이로드 바디(12) 내에 완전히 존재하도록 이동한다. 스텝 프레임(14)은 페이로드 바디(12)에 비해 경량이기 때문에, 그 수평 위치의 변화는 위치(94)의 범위에 걸쳐서 질량 중심(92)의 위치에 상대적으로 작은 영향을 미친다.

기구의 실시예

비 회전 캐리지 어셈블리

도 10은 비 회전 캐리지 어셈블리(31)의 형태를 취하는 기구(16)내에서의 비 회전 연결부의 바람직한 실시예를 도시한다.

도 10a에서 비 회전 캐리지 어셈블리(31)는 페이로드 바디(12)의 양측에 고착되어 일체적으로 이동하는 백 패널(1190)을 포함한다. 2개의 수직 레일(1194)이 그 외부의 2개의 수직 가장자리 근처에서 백 패널(1190)에 장착된다. 캐리지(1191)는 제 1 면에서 수직 레일(1194)의 표면 상을 자유롭게 롤링할 수 있는 2세트의 수직 롤러(1193)를 포함한다. 제 1 면과는 반대측의 제 2 면에는 2 세트의 수평 롤러(1192)가 수평 레일(1195)의 표면상에서 자유롭게 롤링하도록 배치된다. 도시된 바와 같이, 프레임 어셈블리(14)(미도시됨)에 부착하기 위해 수평 레일(1195)의 먼 끝과 가까운 끝 모두 근처에 2개의 부착 지점(44)이 위치한다. 이에 따라 수평 레일이 스텝 프레임과 일체적으로 이동한다. 다른 실시예에서는 수평 레일이 스텝 프레임과 일체로 형성될 수 있다.

도 10b는 비 회전 캐리지 어셈블리(31)가 수평 방향(1197) 및 수직 방향(1198) 모두에서 수평 레일(1195)의 병진 운동을 어떻게 수행할 수 있는지를 보여준다. 부착점(44)에 의해 스텝 프레임(14)(미도시됨)에 연결될 때, 동일한 2 차원 이동 자유도가 기구(16)에 대해 스텝 프레임(14)으로 이동하고, 따라서 페이로드 바디(12)(미도시)로 이동된다. 동시에, 비 회전 캐리지 어셈블리는 프레임(14)이 페이로드 바디(12)에 대해 회전하는 것을 방지한다.

체인 루프기구

체인 루프를 이용하여 선형 주기적인 경로를 실행하는 기구(160)의 바람직한 실시예를 도 11에 도시한다.

본 실시예에서, 기구(160)는 도 4a에 도시된 것과 유사한 비 회전 캐리지 어셈블리(31) 형태의 비 회전 연결부를 포함한다. 주기적 운동기구는 페이로드 바디(12)에서 유래되는 구동축(22)에 의해 작동되는 체인 루프(162)로 구체화된다. 상술 한 바와 같이, 구동축(22)은 전동식 또는 인력식 이어도 좋다. 구동축(22)은 4개의 스프로킷(164) 중 하나를 회전시켜 체인 루프(162)를 도시된 바와 같이 모든 4개의 스프로킷(164) 둘레에서 전진시킨다. 스텝 프레임(14)이 부착 지점(44)에 의해 기구(160)에 부착된다. 체인 루프(162)의 특수 링크(미도시됨)에 부착된 연결 핀(166)은 스텝 프레임(14)의 해당 구멍(170)에 부착된다. 상기의 실시예에서는 스프로킷(164) 및 체인 루프(162)가 타이밍 벨트, 벨트 루프, 랙 앤 피니언, 리드 스크류 및 풀리와 유사한 또는 균등 수단으로 대체되어 동등한 결과를 얻을 수 있는 것은 당 업자에게는 자명할 것이다.

상기 실시예에 있어서 대응하는 계단 횡단 순서를 도 12a 내지 도 12d에 도시한다. 구동축(22)이 스프로킷(164) 중 하나를 턴시키면, 체인 루프(162)는 다른 스프로킷 주위를 회전한다. 이어서 연결 핀(166)은 스텝 프레임(14)을 체인 루프(162)을 따라 직선적인 원형 경로에서 이동시킨다. 이에 따라 스텝 프레임이 상술한 것과 같은 주기적인 오름 동작을 수행할 수 있게 한다.

당업자라면 알 수 있듯이, 도 11에 도시된 위의 실시예는 하나의 액츄에이터에 의해 구동되는 체인 루프(162)를 도시한다.

도 13은 체인 루프(162)가 사다리꼴로 배치된 체인 루프기구(1600)의 대체 실시예를 도시한다. 적절하게 성형된 스텝 프레임과 결합하여, 사다리꼴 체인 루프(162)는 사이클 시간을 최소화하기 위해 스텝을 지나서 주로 대각선으로 이러한 스텝 프레임을 이동시킨다.

루프 랙 기구

다른 바람직한 실시예에서, 기구(16)는 평탄한 직선적인 주기적인 경로를 형성하는 톱니 랙 기어를 횡단하도록 구성된 구동형 톱니 피니언 기어를 포함하는 주기적 운동 기구를 포함할 수 있다.

도 14a에 도시된 바와 같이, 이 기구의 실시예는 비 회전 캐리지 어셈블리 (31) 형태의 비 회전 연결부와 내부 트랙(50) 및 외부 트랙(52)으로 이루어진 주기적인 운동기구(53)를 포함한다. 내부 트랙(50)은 외부 트랙(52)의 중공의 중심에 맞는다. 조립했을 때, 내부 트랙(50)와 외부 트랙(52)은 트랙 사이의 간격이 고정된 상태로 유지되도록 강성 구조를 형성한다. 내부 트랙(50)의 외주에는 톱니 랙 기어(49)가 늘어서 있고, 닫힌 직선형 루프를 형성하고 있다.

톱니 랙 기어(49)에 대응하는 톱니 피니언 기어(24)는 구동축(22)에 고정되어 페이로드 바디(12) 내의 액츄에이터에 의해 구동된다. 액츄에이터는 전동 또는 인력식일 수 있다. 당업자라면 알 수 있듯이, 본 실시예는 구동축(22)을 구동하기 위해 1개의 액츄에이터 만을 필요로 한다.

자세히 나와있는 바와 같이, 톱니 피니언 기어(24)는 루프 전체에 걸쳐 톱니 랙 기어(49)에 종동하여 맞물린 채로 구속되어 있다. 본 실시예에서는 외부 트랙(52)에 의해 제약이 주어져서 톱니 피니언 기어(24)가 항상 트랙(50)과 트랙(52) 사이의 간격에 남아 있다. 피니언 기어(24)의 중심은 트랙(50)과 트랙(52) 사이의 중심선(48)에 의해 규정되는 궤적을 추적한다.

내부 트랙(50), 톱니 랙 기어(49), 외부 트랙(52) 및 톱니 피니언 기어 (24)를 포함하는 어셈블리는 주기적인 운동기구(53)를 형성한다.

피니언 기어(24)를 회전시키면 주기적 운동 기구(53)는 중심선(48)에 대응하는 경로 형상을 갖는 기구(16)에 대해 직선적으로 이동한다. 피니언 기어 (24)의 회전을 반전시키면 동일한 중심선(48)에 따른 주기적인 운동 기구(53)를 반전시킨다.

도 14b에 분해도로 도시된 바와 같이, 주기적 운동기구(53)는 부착 지점(153)에 의해 프레임 어셈블리(14)에 고착된다. 프레임 어셈블리(14)도 또한 비회전 캐리지 어셈블리(31) 상의 장착 지점(44)에 고착되어 있기 때문에, 프레임 어셈블리(14)와 주기적 운동기구(53) 모두가 페이로드 바디(12)에 대해 회전되는 것이 방지되고, 피니언 기어(24)에 의해 전진하기 때문에 주기적 운동기구(53)의 직선 운동에 의해 병진운동만이 허락된다. 결과적인 주기적인 경로의 모양은 중심선(48)의 형상에 대응한다.

상기 실시 형태에 있어서 대응하는 오름 또는 하강 시퀀스가 도 15a 내지 도 15d에 도시된다. 주기적 운동기구(53)는 피니언 기어(24)가 회전하면 기구(16)에 대해 직선적인 주기적인 경로를 수행한다. 그러면 스텝 프레임은 상술한 것과 같은 주기적인 오름 동작을 수행할 수 있다.

도 16에는 주기적 운동기구(530)의 대체 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 피니언 기어(24)를 톱니 랙 기어(49)에 구속하는 데 사용되는 대체 기구를 도시한다.

특히, 도 16에 나타낸 바와 같이, 피니언 기어(24)는 구속기구(531)에 의해 톱니 랙(49)에 구속된다. 구속기구는 랙 프레임(533) 안쪽에 위치하는 제 1 핀(534)을 갖는 베이스 플레이트(532)를 포함한다. 2개의 추가적인 핀(536, 538)이 제 1 핀에서 랙 프레임(533)의 다른 측면에 배치되어 있기 때문에, 베이스 플레이트(532)의 상대 중심부에 위치한 피니언 기어(24)는 랙 프레임(533)의 외주상의 톱니 랙 기어(49)에 대해 바이어싱(biasing) 된다. 구동축(22)은 베이스 플레이트(532)를 통해 피니언 기어(24)에 연결되어 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이 유사한 또는 동등한 구속기구를 사용할 수 있다.

루프 랙은 직선형일 필요는 없고 모든 적절한 형태로 구성될 수 있다는 것은 주목해야 한다. 3개 또는 4개 이상의 특징적인 측면이 있는 스타디움 형상 및 다각형 형태를 포함하는, 가능한 루프 랙 형상의 일부가 아닌 포괄적인 예가 도 17에 도시되어 있다.

로타리 크랭크 기구

도 18a는 크랭크 암(362)을 이용하는 원형 주기적 운동을 생성하는 기구 (360)의 다른 실시예를 도시한다.

본 실시예에서, 기구(360)는 도 10에 도시 것과 유사한 비회전 캐리지 어셈블리(31)와, 페이로드 바디(12)에서 유래되는 구동축(22)에 의해 작동되는 크랭크 암(362)을 포함한다. 구동축(22)은 전동식 또는 인력식 이어도 좋다. 구동축(22)은 기구(360)의 메인 바디(365)의 개구부(363)를 통해서 연장된다. 또한 개구(363)를 통해 연장되는 구동축(22)의 길이는 적어도 비회전 캐리지 어셈블리(31)의 수직 레일(42)의 폭보다 길기 때문에 크랭크 암(362)이 수직 레일 (42)에 의해 방해되지 않고 회전할 수 있다는 것을 주목해야 한다.

도 18b의 분해도에 도시된 바와 같이, 스텝 프레임(14)이 부착 지점(44)에 의해 기구(360)에 부착된다. 회전하는 크랭크 암(362)의 단부의 핀(364)은 스텝 프레임(14)의 해당 구멍(366)에 끼워진다.

도 19a 내지 도 19d에 도시 된 시퀀스에 도시된 바와 같이, 크랭크 암기구에 의해 생성된 주기적인 경로(368)는 원형이다.

이중 크랭크 암 기구

도 20a는 크랭크 암 주기적 기구의 다른 실시예를 도시한다. 특히, 이중 크랭크 암 기구(460)는 1차 암(462) 및 2차 암(464)으로 이루어진다. 프레임 어셈블리(14)(미도시됨)에 연결된 핀(466)은 2차 암(464)의 단부에 부착된다. 이 단부는 1차 암(462) 및 2차 암(464)이 회전 가능하게 연결되는 단부에 대향한다.

본 실시예에서, 1차 암(462)은 비 회전 1차 장치 또는 풀리(463)를 통해 전동식 또는 인력식의 구동축(22)에 의해 작동된다. 1차 풀리(463)는 페이로드 바디(12)와 관련해 회전하지 못한다. 2차 암(464)은 1차 크랭크 암(462)의 타단에 2차 장치 또는 풀리(468)에 의해 연결된다. 두 풀리는 연결 장치 또는 벨트(470)에 의해 연결되어 있다. 당업자라면 벨트(470)가 체인 또는 일련의 기어와 같은 등가 수단에 의해 구현될 수 있다. 등가 수단은 동일한 기능을 달성하기 위해 2개의 풀리들로 대응하는 변경을 갖는다. 1차 암(462)이 구동축(22)에 의해 회전되면 2차 암(464)은 1차 암(462)에 대해 회전한다.

도 20b에 도시된 시퀀스에 나타난 바와 같이, 상기 이중 크랭크 암 기구 (460)에 의해 생성된 주기적인 경로(472)는 일반적으로 사이클로이드이다. 도시된 특정 실시예에서는, 핀(466)에 둥근 모서리를 가진 정사각형을 닮은 하이포트로코이도 경로를 실행시키도록 기어비와 팔 길이가 선택된다

비 회전 허브기구

기구내의 비 회전 연결부 및 주기적 운동기구는 반드시 별도의 특징일 필요가 없다는 점을 주목해야 한다. 이러한 두 가지 특징을 하나의 메커니즘에 결합할 수 있다.

도 21a(사시도) 및 도 21b(분해도)는 로타리 크랭크 암(564)의 단부에 제 1 비 회전 허브(562)를 포함하는 결합기구(560)의 실시예를 도시한다. 비 회전 허브 (562)는 스텝 프레임(14)(미도시됨)에 견고하게 연결되어 있다. 제 1 비 회전 허브 (562)는 축(563)을 통해 제 1 장치 또는 스프로킷(565)에 견고하게 연결되어 있다. 크랭크 암(564)의 타단은 페이로드 바디(12)(미도시됨)에서 구동축(22)에 연결되어 있다. 구동축(22)은 페이로드 바디(12)(미도시됨)에 견고하게 연결된 제 2 비 회전 허브(566)를 관통하고있다. 구동축(22)은 또한 베어링(569)에 의해 제 2 장치 또는 스프로킷(567)을 통과하여 크랭크 암(564)을 턴시킨다. 스프로킷(567)은 비 회전 허브(566)에 고착된다. 2개의 스프로킷(565, 567)은 동일 직경을 가지며, 연결 장치 또는 체인 루프(570)에 의해 연결된다. 크랭크 암(564)이 회전하면 제 1 스프로킷(565)은 같은 각속도로 역방향 회전하여, 제 1 비 회전 허브(562)가 비 회전 허브(566) 및 페이로드 바디(12)에 대해 넷-제로 회전(net-zero rotation)을 경험한다. 따라서, 이런 타입의 기구는 비주기적 및 주기적 운동 특징을 단일기구로 통합하고 있다.

도 21c에서 원형의 주기적인 경로(574)는 도 21a 및 도 21b에 도시된 결합기구(560)와 함께 형성된다.

도 22a에 도시된 바와 같이, 제 1 비 회전 허브(562)는 프레임 어셈블리 (14)의 대응 연결 피쳐(feature)(568)에 연결하고, 제 2 비 회전 허브(566)는 페이로드 바디(12)의 메인 구조물에 고정된다.

도 22b 내지 도 22j는 도 22에 도시된 크랭크 암 기구(560)를 이용하여 원형의 주기적인 운동을 수행하는 방법을 보여준다. 구체적으로는, 도 23a 내지 도 23i는 페이로드 바디(12)와 스텝 프레임(14)의 상대 위치를 도 21a에 도시된 바와 같은 결합기구(560)의 1번의 완전한 회전 시 계단과 관련하여 도시한다. 다시 계단을 내려오는 데 반대 움직임이 실행될 수 있다.

도 22b - 계단 횡단 장치는 제 1 계단 레벨에서 축소된 구성에 있다.

도 22c - 페이로드 바디(12)가 들어 올려지면, 장치의 중량이 스텝 프레임 (14)에서 시프트된다.

도 22d 및 도 22e - 페이로드 바디(12)가 원형으로 회전하고 있는 모습을 보여주고 있다.

도 22f - 장치는 페이로드 바디(12)가 다음 계단 레벨과 접촉하는 확장 구성에 있다.

도 22g - 스텝 프레임(14)이 제 1 레벨에서 상승하면, 장치의 무게가 페이로드 바디(12)로 다시 시프트된다.

도 22h 및 도 22i - 스텝 프레임(14)이 원형으로 회전된 것을 도시한다.

도 22j - 원형의 주기적인 경로가 완료되고, 장치가 제 2 레벨의 수축 구성으로 리턴된다.

대체 비 회전 허브기구

도 23a 내지 도 23c는 스프로킷 및 체인 루프인 제 1 및 제 2 회전 장치와 연결 장치는 일련의 기어로 교체된 것을 제외하고 도 21의 실시예(560)에 상당하는 결합기구(590)의 실시예를 도시한다.

기구(590)는 회전하는 크랭크 암(564)의 단부에 제 1 비 회전 허브(562)를 통합한다. 비 회전 허브(562)는 프레임 어셈블리(14)(미도시됨)에 견고하게 연결되어 있다. 제 1 비 회전 허브(562)는 축(563)을 통해 제 1 메인 기어(585)에 견고하게 연결되어 있다. 크랭크 암(564)의 타단은 페이로드 바디(12)(미도시됨)에서 구동축(22)에 연결되어 있다. 구동축(22)은 페이로드 바디(12)(미도시됨)에 견고하게 연결된 제 2 비 회전 허브(566)를 관통하고 있다. 또한 구동축(22)은 베어링(569)에 의해 제 2 메인 기어(587)를 관통하여 크랭크 암(564)을 턴시킨다. 기어(587)는 비 회전 허브(566)에 견고하게 고정되어 있다. 2개의 메인 기어(585, 587)는 동일한 직경을 가지며, 동일한 직경을 갖는 기어(580)의 체인으로 연결되어 있다. 크랭크 암(564)이 회전하면 제 1 기어(585)는 동일한 각속도로 역 회전하여 제 1 비 회전 허브(562)는 비 회전 허브(566) 및 페이로드 바디(12)에 관련하여 넷-제로 회전을 경험한다.

또한, 당업자라면, 스프로킷과 체인을 동일한 결과가 있게 될 타이밍 벨트 및 풀리로 대체될 수 있음을 이해할 것이다.

도 24은 4바 링케이지(four-bar linkage)를 통합 한 복합 장치(690)의 다른 실시예를 도시한다. 구동축(22)은 메인 바디(680)의 제 1 베어링(미도시됨)을 관통하고 제 1 스프로킷(665)에 견고하게 고정되어 있다. 제 2 스프로킷(667)은 축(661)에 의해 메인 바디(680)의 제 2 베어링(미도시됨)에 연결되어 있다. 제 1 크랭크 암(664)은 제 1 스프로킷(665)에 견고하게 연결되고, 암(664)과 길이가 동일한 제 2 크랭크 암(674)은 제 2 스프로킷(667)에 견고하게 연결되어 조화되고 평행을 이룬다. 링크(675)는 핀(676)에 의해 암(664)에 연결되고, 핀(677)에 의해 암(674)에 연결된다. 핀(676, 667)의 중심은 스프로킷(665, 667)와 같은 거리만큼 떨어져 있다. 링크(675)는 스텝 프레임(미도시됨)에 견고하게 연결된다. 축(22)이 회전하면 링크(665)(및 이에 따라 부착된 스텝 프레임)는 전체 같은 방향을 유지하면서 원형의 주기적인 경로를 실행한다.

2개의 액츄에이터 기구

도 25는 2개의 액츄에이터를 사용하여 주기적인 운동을 달성하는 계단 횡단 장치(3000)의 대체 바람직한 실시예를 도시한다. 장치(3000)는 페이로드 바디(12), 스텝 프레임(14), 및 여기에서 볼 스크류 타입의 액츄에이터로 표시된 수직 운동 액츄에이터(3200)와, 여기에서 랙 앤 피니언 타입 엑츄에이터로 표시된 수평 운동 액츄에이터(3300)을 포함하는 2-액츄에이터 기구(3100)를 포함한다. 도 25는 직선형의 주기적인 경로의 4스텝으로 기구(3100)를 도시한다. 2개의 액츄에이터 (3200, 3300)가 전자 제어 시스템에 의해 동기화된 운동을 가질 수 있기 때문에, 기구(3100)가 임의의 형태의 주기적인 경로를 실행하는 것이 가능하다. 액츄에이터는 별개이기 때문에, 그 각각의 전력 출력을 독립적으로 확장할 수 있어 무거운 리프트를 달성하기 위해 수평 액츄에이터(3200)가 더 높은 출력을 가질 수 있다. 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 액츄에이터(3200 및 3300)는 동일한 결과를 달성하기 위해 체인 루프, 벨트 또는 다른 장치를 사용하는 다른 기구로 대체될 수 있다.

스텝 프레임의 실시예

도 26a 및 도 26b(및 도 4)에 도시된 바와 같이, 일반적으로 스텝 프레임(14)은 스텝 사이의 서로 다른 높이에 맞게 성형되어, 하나 또는 둘이상의 스텝과 정적으로 안정하게 접촉된 레벨을 제공할 수 있다. 스텝 프레임 어셈블리는 일반적으로 메인 바디부(54)와, 적어도 하나의 계단 스텝 높이보다 높은 높이(58)로 메인 바디에 장착된 돌출부(56)를 갖는다.

도 26a 및 도 26b에 도시 된 바와 같이, 스텝 프레임(14)은 바람직하게는 구조물(도 26d) 또는 단일 바디(도 26e)에 의해 연결된 조화, 또는 대체적으로 움직이는 개별적인 복수의 바디로 이루어질 수 있다.

고정 형상

일반적으로 스텝 프레임(14)은 고정 형상 또는 가변 형상을 가질 수 있다. 도 4 및 도 26a, 26b, 26d, 26e는 고정형 실시예를 도시한다. 스텝 프레임은 솔리드 바디(도 26a) 또는 경량 구조물(도 26b)로 구성할 수 있다.

가변 형상

도 26c는 편의상 또는 저장을 위해 수축될 수 있고 스텝을 오르고 하강하기 직전에 배치될 수 있는 슬라이드-어웨이 돌출부(slide-away overhanging portion)(642)를 가진 프레임 어셈블리(640)의 다른 실시예를 도시한다.

도 27은 하부(742)를 상부(741)의 하단 가장자리를 따라 견고하게 부착된 슬라이드(744) 상에서 앞이나 뒤로 재구성하여 가변 형상 프레임 어셈블리(740)가 운동(750) 방향에 대해 페이로드 바디(12)(미도시됨)를 재구성함이 없이 오름 구조(746) 또는 하강 구조(748)를 가정하게 하는 가변형 프레임 어셈블리(740)를 도시한다. 다른 스텝 프레임 설계와 유사하게, 어셈블리(740)는 보어(749)를 통해 기기(미도시됨)에 부착된다.

레벨 감지

계단 횡단 장치(10), 특히 스텝 프레임(14)은 레벨 감지 능력을 가질 수 있다.

도 28a는 메인 바디부(141)가 2개의 슬라이드(142, 143)를 포함하는 레벨 감지형 가변 형상 스텝 프레임(140)의 일실시예를 도시한다. 제 1 프레임 패널 (144) 및 제 2 프레임 패널(145)은 각각 슬라이드(142, 143)를 각기 자유롭게 슬라이딩 한다. 프레임 패널(144, 145) 각각은 서로 대향하는 2개의 패널의 측면에 톱니 랙(146, 147)을 갖는다. 또한, 제 1 프레임 패널(144)과 제 2 프레임 패널 (145)은 톱니 랙(146, 147)에 상응하여 맞물리는 피니언 기어(148)에 의해 연결되어서, 연결된 경우 두 부분이 반대의 수직 방향으로 이동한다.

메인 바디부(141)가 하강하면 하나 또는 다른 패널(144 또는 145)이 상단 또는 하단 중 하나에 먼저 접촉한다. 그런 다음 두 패널이 두 스텝과 접촉할 때까지 하나의 패널이 하강하고 다른 패널은 상승할 수 있도록 2개의 패널이 반대의 수직 방향으로 이동할 수 있다.

예컨대, 도 28b는 스텝 프레임(140)이 상대적으로 높은 스텝(801)으로 하강하는 것을 도시한다. 메인 바디부(141)가 제 1 단계를 향해 하강 할 때, 후면 패널(144)은 먼저 아래쪽 레벨(81)에 접촉한다. 랙 앤드 피니언(146, 148)은 두 패널(144, 145)이 각각의 레벨에 닿을 때까지 패널을 반대 방향으로 이동시킨다. 이 구성에서, 스텝 프레임(130)은 정적 평형상태에 있다.

도 28c는 스텝 프레임(140)이 상대적으로 낮은 스텝으로 하강하는 것을 보여주고 있다. 이 도면에서 패널(144, 145)의 최종 구성이 스텝(801)과 스텝(802) 사이의 높이 차이로 인해 도 28b의 것과는 다르다는 것에 주목해야 한다.

도 29a는 레벨 감지 능력을 갖는 프레임 어셈블리의 다른 실시예, 특히 4바 기구(242)에 근거한 레벨 감지 프레임 어셈블리(240)를 도시한다. 메인 바디부 (241)는 기구(미도시됨)에 부착된다.

도 29b에서 레벨 감지 프레임 어셈블리(240)는 한 쌍의 스텝으로 하강한다. 먼저, 후방 지지 다리(247, 248)는 하부 레벨(81)과 접촉한다. 메인 바디부(241)는 전방지지 다리(246)가 상부 레벨(82)에 닿을 때까지 수직 하강을 계속한다. 모든 지지 다리(246, 247, 248)가 각각의 레벨과 접촉하면 스텝 프레임(240)은 정적 평형 상태에 있다.

도 30a는 지지 바디부(341), 장착 메인 바디부(342) 및 메인 바디부와 돌출부를 규정하는 회전 바디부(344)로 이루어진 레벨 감지 프레임 어셈블리 (340)의 다른 실시예를 도시한다. 메인 바디부(341)는 기구(미도시됨)에 부착되고, 슬롯 피쳐(343)에 의해 장착 바디부(342)에 대해 수직으로 슬라이딩 한다. 회전 바디부(344)는 피벗 피쳐(345)에 의해 마운트 바디부(342)에 장착된다. 회전 바디부(344)는 또한 메인 바디부(341)와 맞물릴 때 회전 바디부(344)가 회전하는 것을 방지하는 클램핑 면(347)을 갖는다. 회전 바디부는 여기에서 휠로 표시된, 전방 지지부(346)와 후방 지지부(348)를 갖는다.

도 30b에서 레벨 감지 프레임 어셈블리(340)는 한 세트의 스텝으로 하강한다. 메인 바디부(341)가 계속 수직으로 하강하고, 회전 바디부(344)는 앞 지지 다리(346)가 상부 레벨(82)에 닿을 때까지 회전한다. 두 지지부(346, 348)가 각각의 레벨에 접촉하면, 메인 바디부(341)가 슬라이딩하여 회전 바디부(344)에 올라가 더 이상 회전하지 않도록 한다. 스텝 프레임(340)은 여기에서 정적 평형 상태에 있다.

도 31a는 앞 다리(446)가 잠금 볼트(444)가 앞으로 슬라이딩하여 앞 다리 스템(442)과 맞물릴 때까지 주요부(441)에 수직 방향으로 자유롭게 움직이는 레벨 감지 프레임 어셈블리(440)의 다른 실시예를 도시한다. 잠금 볼트(444)는 핀-인-슬롯 피쳐(pin-in-slot feature)(449)에 의해 메인 바디부(441)에 수직으로 자유롭게 움직일 하부 이동 다리(447)에 기계적으로 연결된다. 부하가 걸리지 않은 경우, 이동 다리(447)는 스프링(445)에 의해 연장된 상태이다. 하단 이동 다리 (447)가 상향으로 슬라이딩 될 때, 핀-인-슬롯(449)은 잠금 볼트(444)를 앞 다리 스템(442)과 맞물릴 때까지 앞으로 슬라이딩 시켜, 앞 다리(446)가 더 이상 이동하지 않도록 한다.

도 31b에서 레벨 감지 프레임 어셈블리(440)는 한 세트의 스텝으로 하강한다. 메인 바디부(441)가 하강하면, 앞 다리(446)는 먼저 레벨(82)에 접촉한다. 하부 랙(447)은 결국 레벨(81)과 접촉하면 잠금 볼트(444)가 앞 다리(446)와 맞물려 제자리에 잠근다. 스텝 프레임(440)은 여기에서 정적 평형 상태에 있다.

도 32a는 메인 바디부(541)와 이 메인 바디부(541)에 피벗 피쳐(543)에 의해 회전하는 회전 돌출부(542)로 이루어진 레벨 감지 프레임 어셈블리(540)의 다른 실시예를 도시한다. 회전 돌출부(542)는 잠금 볼트(544)가 상향으로 슬라이딩하여 오름면(552)과 맞물릴 때까지 자유롭게 회전한다. 하부 이동 랙(547)은 메인 바디부(541)에 수직으로 자유롭게 움직일 수 있다. 부하가 걸리지 않은 때 이동 랙(547)은 스프링(545)에 의해 연장된 상태이다. 하부 이동 랙(547)은 단부 스톱(554)을 관통하는 스템(553)에 의해 잠금 볼트(544)에 견고하게 연결되어 있다. 하부 이동 랙(547) 및 회전 돌출부(542)의 하단 위치는 단부 스톱(554)에 의해 제한된다.

도 32b에서 레벨 감지 프레임 어셈블리(540)는 일련의 스텝으로 하강한다. 메인 바디부(541)가 하강하면 회전 돌출부(542)가 먼저 레벨(82)과 접촉한다. 하부 랙(547)이 결국 레벨(81)과 접촉하면 잠금 볼트(544)가 맞물려 회전 돌출부(542)를 제 위치로 잠근다. 스텝 프레임(540)은 여기에서 정적 평형 상태에 있다.

도 33a는 메인 바디부(941)와 2-바디 링케이지(two-body linkage)로 이루어진 관절식 전방 랙(942)으로 이루어진 레벨 감지 프레임 어셈블리(940)의 다른 실시예를 도시한다. 관절식 전방 랙(942)의 전방 링크는 제 1 핀(955)에 의해 메인 바디부(941)에 장착되고, 후방 링크는 메인 바디부(941)에 대해 수평으로 슬라이딩가능한 잠금 바(944)에 부착된다. 관절식 전방 랙(942)은 스템(953)의 탑 포인트(954)가 잠금 바(942)의 클램핑 면(952)에 결합할 때까지 자유롭게 이동한다. 스템(953)은 메인 바디부(941)에 수직으로 자유롭게 움직이는 하단 이동 랙(947)에 견고하게 부착된다. 부하가 없을 때, 이동 랙(947)은 스프링(945)에 의해 연장된 상태이다.

도 33b에서 레벨 감지 프레임 어셈블리(940)은 한세트의 스텝으로 하강한다. 메인 바디부(941)가 하강하면, 관절식 전방 랙(942)이 먼저 레벨(82)과 접촉한다. 하부 랙(947)이 결국 레벨(81)과 접촉하면, 스템(953)이 잠금 볼트(944)와 맞물려 관절식 전방 랙(942)를 제 위치에 잠근다. 스텝 프레임(940)은 여기에서 정적 평형 상태에 있다.

위의 레벨 감지 실시예는 기계적 링케이지임을 인식해야 한다. 프레임이 스텝 레벨과 접촉했을 때 잠금 장치를 트리거하기 위해 전기 기계 스위치와 액츄에이터를 사용하여 동일한 개념을 구현할 수 있다.

여러 스텝

스텝 프레임 설계는 한 번에 한 스텝 씩 승강하는 것에 한정되지 않는다. 도 34a에 도시된 실시예에서, 도 34b에 도시 된 바와 같은, 하나의 사이클에서 여러 스텝을 횡단하도록 구성될 수 있는 프레임 어셈블리(840)의 실시예가 도시된다. 특히 메인 바디부(842)는 적어도 두 계단 스텝 또는 세 계단 스텝의 높이보다 높은 높이로 연장되는 돌출 암(844)을 가진다.

페이로드 바디의 실시예

페이로드 바디 구성

페이로드 바디(12)의 실시예에 추가하여, 도 35a 내지 도 35d는 페이로드 바디(12)의 다른 대체 실시예를 도시한다.

도 35a는 페이로드 바디(12)가 전동 액츄에이터, 및 휠(20)의 움직임을 제어하는 제어 로직을 포함하는 반 자율 이동 로봇을 도시한다.

도 35b는 트랙 형태의 운동 지지 체(20)의 움직임이 운영자에 의해 원격 제어되는 텔레-오퍼레티드 트래드 차량(tele-operated treaded vehicle)을 도시한다.

도 35c는 핸드 크랭크에 의해 구동되는 전동 기구 또는 수동 조작 기구 중 하나에 부착될 수 있는 수동 조타 핸드 카트를 도시한다.

도 35d는 휠체어를 도시한다.

휠 구성

도 36a 내지 도 36d는 페이로드 바디(12)의 다양한 실시예에 대한 대체 이동 지지 구성(20)을 도시한다.

도 36a는 한 쌍의 고정 방향 휠(2010) 및 스위블 캐스터(swivel caster)(2020)로 구성된 휠 구성(20)을 나타내며, 각 쌍은 동일한 직경을 가진다.

도 36b에 도시된 휠 구성은 한 쌍의 무 지향성 롤러 캐스터(2030), 한 쌍의 큰 휠(2040), 및 에지-감지 시스템(아래에 설명됨)의 구성요소인 한 쌍의 작은 파일럿 휠(2050)을 포함하는 다른 직경의 한 쌍의 휠을 포함한다.

도 36c는 메인 지지 휠과 캐스터(caster) 외에, 캐스터가 안쪽으로 향한 경우 페이로드 바디(12)가 전방으로 피칭(pitching)하는 것을 방지하는 한 쌍의 보조 안정화 휠(2060) 및 한 쌍의 아우트리거 휠(outrigger wheel)(2070)을 포함하는 구성을 도시한다.

도 36d는 페이로드 바디(12)가 바닥(90)을 횡단할 때 아우트리거 휠(2070)이 새로운 안정성을 어떻게 제공하고, 스텝(80) 중에 에지 감지 브레이크 시스템에서 파일럿 휠의 역할을 할 수 있는 지를 도시한다(후술함).

에지 감지 브레이크

본 발명은 특히 휠이 스텝의 에지 근처에 있을 때, 바람직하지 않은 휠의 움직임을 방지하는 제동 피쳐(braking feature)를 포함할 수 있다.

도 37a는 하나의 리딩 휠(leading wheel)(101)에 부착된 제동 어셈블리(100)의 바람직한 실시예를 도시한다. 본 실시예에서 제동 어셈블리 바디(102)는 페이로드 바디(12)에 견고하게 부착되고, 휠 축(103)를 위한 부착 지점을 제공한다. 제 1 브레이크 패드(104)는 휠(101)이 일반적으로 회전하는 것을 방지하기 위해, 수동 또는 전기 기계적으로 작동된다. 제 2 브레이크 패드(105)는 휠(101)이 스텝(80)의 에지(84)에 접근할 때 작동하도록 구성된다. 제 2 브레이크 패드(105)는 핀(107)을 중심으로 피벗 운동하는 피벗 암(106)의 일단에 부착된다. 파일럿 휠(108)은 피벗 암(106)의 타단부에 부착된다. 스프링(숨겨 짐)은 피벗 암을 시계방향으로 회전시키도록 바이어싱(biasing)하여, 파일럿 휠을 페이로드 바디(12)가 놓여있는 면(82)에 대해 가압한다.

도 37b는 에지(84)에 접근하는 제동 어셈블리(100)가 구비된 페이로드 바디 (12)를 도시한다. 제 1 브레이크 패드(104)는 맞물려 있지 않은 상태이며, 페이로드 바디(12)가 면(82)에서 자유롭게 롤링하는 것을 허용한다. 리딩 휠 (101)이 에지(84)로부터 충분히 멀리 떨어져 있으면, 제 2 브레이크 패드(105)는 맞물리지 않은 상태가 된다. 그러나 리딩 휠(101)이 파일럿 휠(108)이 에지(84)를 넘어 움직일 수 있을 만큼 충분히 가까워지면 제 2 브레이크 패드(105)는 휠(101)과 맞물려 페이로드 바디(12)의 추가 이동을 방지한다.

도 37c는 에지 감지 브레이크의 대체 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 제 2 브레이크 패드(105)는 피벗 암에 포함되어 있으며, 파일럿 휠(108)은 리딩 휠 (101)과 사이즈에 있어서 필적한다. 파일럿 휠(108)이 스텝 에지를 넘어 움직이면, 브레이크 패드(105)는 트래드 또는 축과 같은 다른 피쳐에 대해 휠(101)과 맞물려 더 이상의 움직임을 방지한다.

에지 프로브 암(102)이 마찰 패드를 스텝 표면과 맞물리게 하는 실시예와 같은 제동 피쳐(100)의 다른 실시예도 가능하다. 다른 가능한 실시예는 동일한 효력을 위해 에지 감지 센서, 액츄에이터 및 제어 로직의 조합을 사용하는 전기 기계적 버전을 포함한다.

장치의 바람직한 실시예 및 대체 실시예

당업자라면 알 수 있듯이, 구성 서브 어셈블리 및 속성의 다양한 대체 실시예를 결합하여 본 발명의 범위와 일치하는 계단 횡단 장치를 조립할 수 있다. 특히 다른 페이로드 바디(예를 들어, 로봇, 차량, 핸드 트럭, 휠 체어)는 다른 스텝 프레임 어셈블리(예를 들어, 단일 바디 대 멀티 바디, 고정 형상, 가변 형상, 접이식 등) 및 다른 기구(예를 들어, 크랭크 암, 비 회전 허브, 체인 루프, 랙 앤 피니언 등)와 결합될 수 있다.

도 38는 도 35a에 도시된 바와 같은 페이로드 바디(12), 도 26a에 도시된 것과 유사한 스텝 프레임(14), 및 도 14에 도시된 것과 유사한 기구(16)를 포함한다.

도 39는 도 35c에 도시 된 것과 유사한 페이로드 바디(12), 도 26b에 도시 된 것과 유사한 스텝 프레임(14), 및 도 21에 도시된 것과 유사한 비 회전 허브 형 기구(14)를 포함하는 손으로 조종되는 핸드 카트 형태의 계단 횡단 장치(10)의 다른 바람직한 실시예를 도시한다. 이 실시예는 인간의 조작에 의해 소정의 위치로 이동된다.

도 40에서는, 기구(16)를 구동하는 축(502)을 턴시키는 모터 보다는 오히려 수동으로 구동되는 크랭크(504)를 사용하는 도 39에 도시된 것과 유사한 계단 횡단 장치의 핸드 카 버전의 다른 실시예(500)가 도시된다.

대체 실시예에서는 스텝 프레임 및 기구에 대한 페이로드 바디의 구성은 가변 될 수 있다. 상기한 설계로 도시된 실시예에서, 계단 횡단 장치는 페이로드 바디의 양쪽에 2개의 대칭체로 이루어진 스텝 프레임을 사용한다.

그러나, 도 41에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 위에 개시된 2개의 대칭체를 갖는 디자인 대신 하나의 중심체로 이루어진 스텝 프레임을 사용하여 구현될 수 있다. 계단 횡단 장치(300)는 중공의 중심을 갖는 3변의 사각 프레임인 페이로드 바디(302)를 포함한다. 기구(14)는 페이로드 바디(302)의 2개의 수직 측면(304 및 306)의 내면에 견고하게 연결된다. 단일 중앙 바디(308)로 구성된 프레임 어셈블리가 양측에서 2개의 기구(14)에 양측의 2개의 구멍(310)을 통해 부착된다. 단일 중앙 바디(308)는 돌출부(312) 및 프레임 어셈블리의 하단에 부착된 복수의 지지 다리(309)에 의해 폭이 증가될 수 있다. 또한, 단일 중앙 바디(308)의 높이 는 페이로드 바디(302)의 내부 높이보다 낮아야 하며, 그 결과 단일 중앙 바디 (308)가 주기적인 운동[페이로드 바디(302)의 최고점과 점촉하지 않음] 중 최고점까지 상승한다.

계단을 오르는 방법

본 명세서에서 설명된 계단 횡단 장치를 사용하여 계단을 횡단하는 방법으로서, 페이로드, 스텝 프레임, 및 스텝 프레임과 페이로드 바디 사이의 기구를 운반하는 페이로드 바디를 포함하는 방법도 개시된다. 이 방법은 페이로드 바디와 스텝 프레임 중 하나를 페이로드 바디와 스텝 프레임이 모두 계단의 제 1 레벨 상에 있는 수축 구성으로부터 페이로드 바디 및 스텝 프레임이 계단의 두 가지 레벨에 있는 확장 구성까지 주기적인 경로를 따라 페이로드 바디와 스텝 프레임 중 다른 한쪽에 대하여 이동시키는 기구를 이용하는 스텝을 포함한다.

이 방법은 페이로드 바디와 스텝 프레임 모두 계단의 제 2 레벨에 있는 수축 구성에서 주기적인 경로를 따라 페이로드 바디 및 스텝 프레임 중 다른 쪽을 다시 이동시키는 스텝을 더 포함한다.

이 방법은 오름 또는 내림 동작 중에 페이로드 바디와 계단 사이의 상대적인 방향을 동시에 유지하는 스텝을 포함한다. 따라서 페이로드는 계단을 통해 페이로드 바디에서 안정적으로 유지된다. 이 스텝은 비 회전 캐리지 어셈블리, 비 회전 허브 어셈블리 또는 비 회전 연결 어셈블리를 사용하여 수행될 수 있다.

여러 스텝 치수에 적응하기 위해, 방법은 가변 형상의 스텝 프레임을 사용하여 상기 스텝 치수에 맞게 스텝 프레임을 조정하는 스텝을 포함할 수 있다.

이 방법은 페이로드 바디 및 기구에 피벗 가능하게 장착된 구동축과 맞물리는 스텝을 더 포함할 수 있다. 상술 한 바와 같이, 구동축은 전기 모터 등의 전동 액츄에이터와 맞물릴 수 있다. 구동축은 전용기구를 통해 인간의 동력과 맞물릴 수 있다.

상황에 따라서는, 페이로드 바디가 사고를 피하기 위해 계단에 인접해 있을 때, 파괴 어셈블리를 사용하여 뒤로 이동하는 것을 배제할 필요가 있을 수 있다. 파괴 어셈블리의 실시예는 위에 설명되어 있다.

본 발명의 범위는 실시예에 기재된 바람직한 실시예에 한정될 것이 아니라 상세한 설명 전체와 일치하는 가장 넓은 해석이 주어져야 한다.

Claims (47)

1. 페이로드를 전송하도록 구성된 페이로드 바디;
   스텝 프레임; 및
   상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구를 포함하는 계단 횡단 장치로서:
   상기 기구는,
   상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 모두 제 1 레벨에 있는 수축 구성으로부터 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 2개의 다른 레벨에 있는 확장 구성으로 주기적인 경로의 제 1 세그먼트를 따라 이동시킴과 아울러,
   상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나의 이동을 상기 주기적인 경로의 제 2 세그먼트를 따라 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 둘 다 제 2 레벨 상에 있는 수축 구성으로 복귀시킴으로써,
   상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해 주기적인 경로를 따라 이동시키도록 구성되고;
   상기 페이로드 바디가 상기 제 1 레벨과 상기 제 2 레벨 사이에서 이동 될 때 상기 스텝 프레임은 상기 제 1 레벨 또는 제 2 레벨 상에 유지되도록 구성되며;
   상기 기구는 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 사이의 상대적인 방향을 유지하도록 구성되며,
   상기 기구는 각 암이 상기 페이로드 바디의 구동축에 작동 가능하게 연결된 제 1 단부와 상기 스텝 프레임에 회전 가능하게 장착된 제 2 단부를 가지며, 상기 암이 그 주위에서 회전하기 위한 구동축으로부터 반경방향으로 연장된 상기 페이로드 바디의 양측에 배치된 2개의 암을 포함하며;
   상기 주기적인 경로의 제 1 세그먼트는 주어진 방향으로의 상기 구동축 주위의 상기 암의 부분적인 턴에 의해 규정되고,
   상기 주기적인 경로의 상기 제 2 세그먼트는 주어진 방향으로의 상기 구동축 주위의 상기 암의 다른 부분적인 턴에 의해 규정되며,
   상기 주기적 경로의 상기 제 1 세그먼트와 상기 주기적 경로의 상기 제 2 세그먼트는 상기 구동축 주위의 상기 암의 전체 턴을 규정하는 계단 횡단 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임은 모두 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나가 상기 제 1 레벨과 상기 제 2 레벨 사이를 이동할 때, 상기 제 1 레벨 또는 제 2 레벨 상의 위치에 유지되도록 구성되는 계단 횡단 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기구는 비 회전 캐리지 어셈블리를 더 포함하고,
   상기 스텝 프레임의 형상은 상기 계단의 스텝 형상에 일치하는 계단 횡단 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 비 회전 캐리지 어셈블리는 상기 기구 바디와 일체적으로 이동하는 수직 레일, 상기 스텝 프레임과 일체적으로 이동하는 수평 레일, 및 상기 수직 레일과 상기 수평 레일 사이에 배치된 캐리지를 포함하며;
   상기 캐리지는 상기 수직 레일 및 수평 레일과 슬라이딩 가능하게 맞물림으로써, 상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해서 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시킬 수 있게 하는 계단 횡단 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 캐리지는 상기 수직 레일과 맞물리는 수직 롤러와 상기 수평 레일과 맞물리는 수평 롤러를 피벗 가능하게 수용하는 계단 횡단 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 기구는 비 회전 허브 어셈블리를 더 포함하고,
   상기 스텝 프레임의 형상은 상기 계단의 스텝 형상에 일치하는 계단 횡단 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 비 회전 허브 어셈블리는 상기 페이로드 바디에 견고하게 연결됨과 아울러 각 암의 제 1 단부에 피벗 가능하게 수용된 제 1 회전 장치, 상기 스텝 프레임에 견고하게 연결된 제 2 회전 장치, 및 상기 제 1 회전 장치 및 제 2 회전 장치와 맞물리는 연결 장치를 포함하며;
   상기 연결 장치는 상기 제 1 회전 장치와 상기 제 2 회전 장치 사이의 연결을 제공하는 계단 횡단 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 회전 장치 및 제 2 회전 장치는 풀리이며,
   상기 연결 장치는 상기 풀리 주위에 배치된 벨트인 계단 횡단 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 장치 및 제 2 회전 장치는 스프로킷이며,
    상기 연결 장치는 상기 스프로킷 주위에 배치되고 상기 스프로킷 톱니에 맞 물리는 체인인 계단 횡단 장치.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 회전 장치 및 제 2 회전 장치는 기어이며,
    상기 연결 장치는 상기 기어 사이에 배치된 홀수의 맞물림 기어인 계단 횡단 장치.
12. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스텝 프레임은 각 암의 상기 제 2 단부에 배치된 핀을 피벗 가능하게 수용하는 구멍을 규정하고,
    상기 핀은 상기 구동축에 평행한 계단 횡단 장치.
13. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 암의 상기 제 1 단부는 상기 페이로드 바디에 견고하게 연결된 비 회전 장치를 수용하고,
    각 암의 상기 제 2 단부는 회전 장치를 피벗 가능하게 수용하며,
    상기 회전 장치 및 비 회전 장치는 연결장치와 연결되며,
    상기 기구는 상기 구동축에 평행한 축을 중심으로 회전하기 위한 암의 제 2 단부에 피벗가능하게 수용된 제 2 암을 더 포함하며,
    상기 제 2 암은 상기 스텝 프레임 내에 규정된 구멍 내에 피벗 가능하게 수용된 제 2 암의 자유 단에 배치된 핀을 규정하며,
    상기 핀은 상기 구동축에 평행하며,
    상기 제 2 암은 상기 회전 장치와 일체적으로 회전하는 계단 횡단 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전 장치 및 상기 비 회전 장치는 풀리이며,
    상기 연결 장치는 상기 풀리 주위에 배치된 벨트인 계단 횡단 장치
15. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동축은 상기 페이로드 바디에 배치된 전기 모터와 맞물리는 계단 횡단 장치.
16. 페이로드를 전송하도록 구성된 페이로드 바디;
    스텝 프레임; 및
    상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구를 포함하는 계단 횡단 장치로서:
    상기 기구는,
    상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 모두 제 1 레벨에 있는 수축 구성으로부터 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 2개의 다른 레벨에 있는 확장 구성으로 주기적인 경로의 제 1 세그먼트를 따라 이동시킴과 아울러,
    상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나의 이동을 상기 주기적인 경로의 제 2 세그먼트를 따라 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 둘 다 제 2 레벨 상에 있는 수축 구성으로 복귀시킴으로써,
    상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해 주기적인 경로를 따라 이동시키도록 구성되고;
    상기 페이로드 바디가 상기 제 1 레벨과 상기 제 2 레벨 사이에서 이동 될 때 상기 스텝 프레임은 상기 제 1 레벨 또는 제 2 레벨 상에 유지되도록 구성되며;
    상기 기구는 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 사이의 상대적인 방향을 유지하도록 구성되며,
    상기 기구는,
    상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 하나에 작동 가능하게 연결된 맞물림부, 및
    상기 맞물림부와 맞물리며, 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 작동 가능하게 연결되는 수용부를 포함하며;
    상기 기구는 상기 맞물림부가 제 1 중간 위치를 통과함으로써 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동하는 상기 주기적인 경로의 상기 제 1 세그먼트를 따라 상기 수용부에 대해 상기 맞물림부를 이동시키며,
    상기 기구는 상기 맞물림부가 제 2 중간 위치를 통과함으로써 상기 제 2 위치에서 상기 제 1 위치로 되돌아오는 상기 주기적인 경로의 상기 제 2 세그먼트를 따라 상기 수용부에 대해 상기 맞물림부를 이동시키며,
    상기 제 1 중간 위치는 상기 제 2 중간 위치로부터 오프셋되는 계단 횡단 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기구는 비 회전 캐리지 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 스텝 프레임의 형상은 상기 계단의 스텝 형상에 일치하는 계단 횡단 장치.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 비 회전 캐리지 어셈블리는 상기 페이로드 바디와 일체적으로 이동하는 수직 레일, 상기 스텝 프레임과 일체적으로 이동하는 수평 레일, 및 상기 수직 레일과 상기 수평 레일 사이에 배치된 캐리지를 포함하며,
    상기 캐리지는 상기 수직 레일 및 수평 레일과 슬라이딩 가능하게 맞물림으로써, 상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해 수직 방향 및 수평 방향으로 이동시키는 계단 횡단 장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 캐리지는 상기 수직 레일과 맞물리는 수직 롤러, 및 상기 수평 레일과 맞물리는 수평 롤러를 피봇 가능하게 수용하는 계단 횡단 장치.
20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기구는 상기 페이로드 바디와 함께 이동하는 체인 루프를 포함하고,
    각 체인 루프는 상기 기구에 피벗 가능하게 장착된 복수의 스프로킷 주위에 장착되고,
    상기 복수의 스프로킷 중 하나는 상기 페이로드 바디로부터 돌출하는 구동축과 구동 가능하게 맞물리며,
    상기 맞물림부는 상기 체인 루프에 견고하게 연결되어 그 주위를 이동함으로써 상기 주기적인 경로를 규정하는 핀이며,
    상기 수용부는 상기 핀을 수용하는 스텝 프레임에 규정된 구멍인 계단 횡단 장치.
21. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞물림부는 상기 페이로드 바디에서 돌출되는 구동축에 견고하게 장착된 톱니 피니언 기어이며,
    상기 수용부는 상기 주기적인 경로를 규정하는 톱니 랙 기어이며,
    상기 톱니 랙 기어는 상기 스텝 프레임과 일체적으로 이동함과 아울러, 상기 톱니 피니언 기어에 맞물려 있는 계단 횡단 장치.
22. 제 20 항에 있어서,
    상기 구동축은 상기 페이로드 바디에 배치된 전기 모터와 맞물리는 계단 횡단 장치.
23. 제 16 항에 있어서
    상기 기구는 비 회전 연결 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 스텝 프레임의 형상은 상기 계단의 스텝 형상에 일치하는 계단 횡단 장치.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 비 회전 연결 어셈블리는 상기 페이로드 바디와 일체적으로 이동하는 레일에 슬라이딩 가능하게 수용된 캐리지를 포함하고,
    상기 캐리지는 각기 상기 레일에 수직인 방향을 따라 연장되는 가이드 슬롯을 규정하고,
    상기 가이드 슬롯 각각은 그 가이드 슬롯의 형상에 일치하는 형상을 갖는 러그를 슬라이딩 가능하게 수용하여 이동을 허용함과 아울러 회전을 저지하고,
    상기 러그와 스텝 프레임은 일체적으로 이동하는 계단 횡단 장치.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 기구는 상기 페이로드 바디와 함께 이동하는 체인 루프를 포함하고,
    상기 체인 루프 각각은 상기 기구에 피벗 가능하게 장착된 복수의 스프로킷 주위에 장작되고,
    상기 복수의 스프로킷 중 하나는 상기 페이로드 바디로부터 돌출되는 구동축과 구동 가능하게 맞물리며,
    상기 맞물림부는 그 주위를 이동하는 체인 루프에 견고하게 연결되어 주기적인 경로를 규정하는 핀이며,
    상기 수용부는 상기 핀을 피벗 가능하게 수용하기 위해 상기 러그에 규정된 개구이며,
    상기 핀은 상기 구동축에 평행한 축을 중심으로 상기 러그에 대해 회전하는 계단 횡단 장치.
26. 제 25 항에 있어서,
    스텝 프레임 맞물림부는 상기 러그에 견고하게 연결되는 계단 횡단 장치.
27. 제 26 항에 있어서,
    스텝 프레임 맞물림 러그는 사각 러그이며,
    상기 스텝 프레임은 각기 회전을 저지하기 위해 사각 러그의 형상과 매칭되는 형상을 갖는 사각 구멍을 규정하는 계단 횡단 장치.
28. 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동축은 상기 페이로드 바디에 배치된 전기 모터와 맞물리는 계단 횡단 장치.
29. 페이로드를 전송하도록 구성된 페이로드 바디;
    스텝 프레임; 및
    상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구를 포함하는 계단 횡단 장치로서:
    상기 기구는,
    상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 모두 제 1 레벨에 있는 수축 구성으로부터 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 2개의 다른 레벨에 있는 확장 구성으로 주기적인 경로의 제 1 세그먼트를 따라 이동시킴과 아울러,
    상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나의 이동을 상기 주기적인 경로의 제 2 세그먼트를 따라 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 둘 다 제 2 레벨 상에 있는 수축 구성으로 복귀시킴으로써,
    상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해 주기적인 경로를 따라 이동시키도록 구성되고;
    상기 페이로드 바디가 상기 제 1 레벨과 상기 제 2 레벨 사이에서 이동 될 때 상기 스텝 프레임은 상기 제 1 레벨 또는 제 2 레벨 상에 유지되도록 구성되며;
    상기 기구는 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 사이의 상대적인 방향을 유지하도록 구성되며,
    상기 기구는,
    제 1 방향을 따라 상기 페이로드 바디 및 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 이동시키는 제 1 액츄에이터, 및
    상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라 상기 페이로드 바디 및 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 이동시키는 제 2 액츄에이터를 포함하며;
    상기 제 1 액츄에이터에 대응하는 주기적인 경로의 제 1 세그먼트는 상기 제 1 방향을 따라 상기 장치를 확장하고, 이어서 상기 제 2 액츄에이터는 상기 제 2 방향을 따라 상기 장치를 확장하며;
    상기 제 1 액츄에이터에 대응하는 주기적인 경로의 상기 제 2 세그먼트는 상기 제 1 방향을 따라 상기 장치를 수축시키고, 이어서 상기 제 2 액츄에이터가 상기 제 2 방향을 따라 상기 장치를 수축시키는 계단 횡단 장치.
30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 액츄에이터는 볼 나사 액츄에이터며이며,
    상기 제 2 액츄에이터는 랙 앤 피니언 타입 액츄에이터인 계단 횡단 장치.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 볼 나사 액츄에이터와 상기 랙 앤 피니언 타입 액츄에이터는 각각 전기 모터에 의해 구동되는 계단 횡단 장치.
32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 액츄에이터는 상기 페이로드 바디에 대해 상기 스텝 프레임을 수직 방향을 따라 이동시키고,
    상기 제 2 액츄에이터는 상기 스텝 프레임을 수평 방향을 따라 이동시키는 계단 횡단 장치.
33. 삭제
34. 페이로드를 전송하도록 구성된 페이로드 바디;
    스텝 프레임; 및
    상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구를 포함하는 계단 횡단 장치로서:
    상기 기구는,
    상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 모두 제 1 레벨에 있는 수축 구성으로부터 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 2개의 다른 레벨에 있는 확장 구성으로 주기적인 경로의 제 1 세그먼트를 따라 이동시킴과 아울러,
    상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나의 이동을 상기 주기적인 경로의 제 2 세그먼트를 따라 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 둘 다 제 2 레벨 상에 있는 수축 구성으로 복귀시킴으로써,
    상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해 주기적인 경로를 따라 이동시키도록 구성되고;
    상기 페이로드 바디가 상기 제 1 레벨과 상기 제 2 레벨 사이에서 이동 될 때 상기 스텝 프레임은 상기 제 1 레벨 또는 제 2 레벨 상에 유지되도록 구성되며;
    상기 기구는 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 사이의 상대적인 방향을 유지하도록 구성되며,
    상기 스텝 프레임은 메인 바디부와 돌출부를 구비하고,
    상기 메인 바디부 및 상기 돌출부는 L 자 형상을 이루며,
    상기 돌출부는 상기 메인 바디부에 대해 수평 방향으로 슬라이딩 가능한 계단 횡단 장치.
35. 페이로드를 전송하도록 구성된 페이로드 바디;
    스텝 프레임; 및
    상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구를 포함하는 계단 횡단 장치로서:
    상기 기구는,
    상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 모두 제 1 레벨에 있는 수축 구성으로부터 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 2개의 다른 레벨에 있는 확장 구성으로 주기적인 경로의 제 1 세그먼트를 따라 이동시킴과 아울러,
    상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나의 이동을 상기 주기적인 경로의 제 2 세그먼트를 따라 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 둘 다 제 2 레벨 상에 있는 수축 구성으로 복귀시킴으로써,
    상기 스텝 프레임을 상기 페이로드 바디에 대해 주기적인 경로를 따라 이동시키도록 구성되고;
    상기 페이로드 바디가 상기 제 1 레벨과 상기 제 2 레벨 사이에서 이동 될 때 상기 스텝 프레임은 상기 제 1 레벨 또는 제 2 레벨 상에 유지되도록 구성되며;
    상기 기구는 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 사이의 상대적인 방향을 유지하도록 구성되며,
    상기 스텝 프레임은 메인 바디부와 돌출부를 구비하고,
    상기 메인 바디부 및 상기 돌출부는 L 자 형상을 이루며,
    상기 스텝 프레임은 레벨 감지 기구를 포함하는 계단 횡단 장치.
36. 제 35 항에 있어서,
    상기 레벨 감지 기구는 각기 상기 메인 바디부에 대해 반대 방향으로 수직 슬라이딩 가능한 2개의 프레임 패널을 포함하는 계단 횡단 장치.
37. 제 36 항에 있어서,
    각각의 프레임 패널은 서로 마주하는 톱니형 랙을 포함하고,
    상기 레벨 감지 기구는 상기 메인 바디부에 피벗 가능하게 장착되어 상기 톱니형 랙과 맞물리는 기어를 포함하는 계단 횡단 장치.
38. 제 35 항에 있어서,
    상기 레벨 감지 기구는 상기 메인 바디부의 제 1 수직 가장자리에 피벗 가능하게 장착된 바를 포함하고,
    상기 바는 상기 메인 바디부의 상기 제 1 수직 가장자리에서 상기 메인 바디부의 제 2 대향하는 수직 가장자리까지 수평 방향으로 연장되며, 상기 돌출부를 규정하기 위해 상기 메인 바디부의 제 1 수직 가장가지를 넘어 연장되는 계단 횡단 장치.
39. 제 35 항에 있어서,
    상기 레벨 감지 기구는 상기 기구에 장착된 지지 바디부와, 상기 스텝 프레임을 피벗 가능하게 수용하는 장착 바디부를 포함하고,
    상기 지지 바디부는 상기 장착 바디부의 핀들을 수용하는 슬롯을 규정하여 그것들 사이의 수직 이동을 허용하는 계단 횡단 장치.
40. 제 39 항에 있어서,
    상기 스텝 프레임은 상기 지지 바디부와 맞물리는 클램핑 면을 포함하는 계단 횡단 장치.
41. 제 35 항에 있어서,
    상기 레벨 감지 기구는 상기 메인 바디부 및/또는 상기 돌출부에 슬라이딩 가능하게 수용되는 조정 가능한 다리를 포함하는 계단 횡단 장치.
42. 계단 횡단 장치를 사용하는 계단 횡단 방법으로서:
    상기 계단 횡단 장치는,
    페이로드를 전송하도록 구성된 페이로드 바디,
    스텝 프레임, 및
    상기 스텝 프레임과 상기 페이로드 바디 사이의 기구를 포함하며;
    상기 계단 횡단 방법은, 상기 기구에 의해,
    a) 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 하나를 상기 페이로드 바디와 상기 스텝 프레임 중 다른 하나에 대해 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 모두 상기 계단의 제 1 레벨에 있는 수축 구성으로부터 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 계단의 두개의 다른 레벨에 있는 확장 구성으로 주기적인 경로를 따라 이동시키는 단계,
    b) 상기 페이로드 바디 및 상기 스텝 프레임 중 다른 하나를 상기 주기적인 경로를 따라 상기 스텝 프레임 및 상기 페이로드 바디가 둘 다 계단의 제 2 레벨 상에 있는 수축 구성으로 복귀시키는 단계, 및
    c) 단계 a) 및 b) 동안에 상기 페이로드 바디와 계단 사이의 상대적인 방향을 유지하는 단계를 포함하며,
    가변 형상의 스텝 프레임을 사용하여 상기 스텝 프레임을 상기 계단의 스텝 치수로 조정하는 단계를 더 포함하는 계단 횡단 방법.
43. 제 42 항에 있어서,
    상기 페이로드 바디 및 상기 기구에 피벗 가능하게 장착된 구동축과 맞물리는 단계를 더 포함하는 계단 횡단 방법.
44. 삭제
45. 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서,
    상기 페이로드 바디가 계단의 스텝 가장자리에 인접할 때 브레이크 어셈블리를 사용하여 상기 페이로드 바디가 뒤로 구르는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는 계단 횡단 방법.
46. 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서,
    상기 스텝 프레임이 상기 계단의 스텝에 인접할 때까지 상기 페이로드 바디를 지면에 대해 평행하게 이동시키는 단계를 더 포함하는 계단 횡단 방법.
47. 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서,
    상기 페이로드 바디를 이동하기 전에 상기 스텝 프레임을 계단이나 지면에 닿을 때까지 상기 주기적인 경로의 일부를 따라 이동시키는 단계를 더 포함하는 계단 횡단 방법.