KR200493063Y1 - 일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR200493063Y1 KR2020190005082U KR20190005082U KR200493063Y1 KR 200493063 Y1 KR200493063 Y1 KR 200493063Y1 KR 2020190005082 U KR2020190005082 U KR 2020190005082U KR 20190005082 U KR20190005082 U KR 20190005082U KR 200493063 Y1 KR200493063 Y1 KR 200493063Y1
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Abstract

본 발명은, 일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치는, 일륜 수레의 적재함의 하면부에 설치되며, 수레의 일륜 바퀴가 고정되는 바디 프레임부와; 바디 프레임부에 설치되며, 일륜 수레의 좌우 균형을 유지하기 위한 정회전 또는 역회전의 구동력을 제공하는 구동 모터와; 구동 모터의 축에 설치되며, 모터의 정,역회전에 따라 정,역회전력을 전달하는 평기어와; 호(arc) 형태의 면부에는 기어 이(齒)가 형성되어 상기 평기어와 맞물림 결합되고, 평기어로부터 정,역회전력을 전달받아 소정 각도 범위 내에서 정,역 방향(좌,우 방향)으로 원호 이동함으로써 바디 프레임부의 좌,우 기울기를 조정하여 일륜 수레의 좌우 균형이 유지되도록 하는 인터널 기어와; 구동 모터의 하우징 내부에 설치되며, 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 기울기 감지부와; 인터널 기어가 평기어와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 인터널 기어의 설정 범위 내에서의 이동을 감지하는 기어이탈 감지부; 및 기울기 감지부로부터의 감지 신호에 상응하는 제어신호와, 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호에 상응하는 제어신호를 구동 모터로 전송하는 제어부를 포함한다.

Description

일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR KEEPING BALANCE OF WHEELBARROW AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수레의 폭에 따라 좌/우 기울기의 범위를 자유롭게 조절하여 수레의 좌/우 균형을 유지할 수 있고, 맞물림 기어 간의 이탈을 사전에 방지하여 작업상의 안전성을 한층 높일 수 있는 일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
농작업은 밭고랑, 급경사로, 좁은 이동통로, 장애물 등 환경적 요인에 의해 운반도구 사용 시 많은 제한이 따른다. 이에 바퀴가 한 개만 설치된 일륜 수레는 농작업 환경에 적합하여 운반도구로 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 일륜 수레는 많은 동작과 힘이 요구되는 도구로 고령 및 여성 농작업자의 경우, 신체적 한계에 따른 육체적 부하 및 수레의 쓰러짐 등으로 인해 안전사고의 발생 가능성이 높다. 특히, 수확물이나 물품을 일륜 수레에 적재한 채 이동할 때, 이동로의 지면이 고르지 못할 경우 또는 경사로 등에서 균형 유지가 어렵고, 무거운 수확물이나 유동성이 있는 물체를 적재하였을 경우에는 수레의 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐 전복사고 등 안전사고의 발생 확률이 더욱 높아진다.
최근 농업노동 인력의 고령화, 여성 농업인의 증가에 따른 신체조건에 적합한 맞춤형 편의장비의 개발은 농가의 생산성 향상 및 안전한 농작업 환경 조성에 중요한 요소이다. 이에 따라 최근에는 일륜 수레의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 전동식 일륜 수레의 개발, 센서기술을 적용하여 좌·우 기울기를 감지하여 균형을 유지하는 전동 일륜 수레 등 다양한 제품에 대해 연구 및 개발이 진행되었다. 그러나 전동식 일륜 수레의 경우, 수레를 밀고 가는데 요구되는 육체적 부하를 경감하는 효과가 있기는 하나, 여전히 균형 유지의 문제점이 있다. 또한, 센서기술을 적용한 전동 일륜 수레의 경우에는 균형유지 기능을 제공하고 있지만, 균형유지 장치 및 제어 방법에 있어서 구동모터 축의 평기어와 맞물리는 적재함 또는 바디 프레임에 설치된 직선 형태의 랙(rack)기어 장치는 수레의 폭이 좁을 경우 제어범위의 한계가 있고, 평기어와 랙(rack)기어 사이의 이탈현상에 대한 방지대책이 마련되어 있지 않아 안전사고 발생의 위험성이 내포되어 있다.
한편, 한국 공개특허공보 제10-2017-0123469호(특허문헌 1)에는 "전동 외발 손수레"가 개시되어 있는 바, 이에 따른 전동 외발 손수레는 적재함으로 구성되는 적재부; 적재부를 지지하며 조종기와 디스플레이가 장착된 바디프레임으로 구성되는 바디프레임부; 바디프레임의 저면에 장착되는 외바퀴를 구비하는 외바퀴부; 상기 외바퀴에 구동력을 제공하도록 외바퀴의 축과 연결되는 구동부; 및 상기 바디프레임의 전후의 기울기를 검출하여 전후 기울기에 따라 구동부를 제어하여 주행을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 특허문헌 1의 경우, 외발 손수레의 주행 시 전후 방향의 균형을 잡을 수 있고, 작업자의 작업 동작에 따라 자동 운전되어 작업자의 손수레 이동 작업을 편리하게 하며, 작업의 안전성과 능률을 향상시킬 수 있는 장점이 있기는 하나, 균형 유지의 메커니즘이 외발 손수레의 주행 시 "전후 방향"의 균형을 잡아주도록 설계되어 있어 "좌우 방향"의 균형을 잡을 수 없는 문제점이 있다.
한국공개(등록)특허 제10-2017-0123469호
본 발명은 상기와 같은 사항을 종합적으로 감안하여 창출된 것으로서, 구동 모터축의 평기어와 맞물리는, 적재함 또는 바디 프레임에 장착되는 기어를 내측에 이가 있는 호(arc)형의 인터널(internal) 기어로 구성함으로써 수레의 폭에 따라 좌/우 기울기의 범위를 자유롭게 조절하여 수레의 좌/우 균형을 유지할 수 있고, 기어 간의 이탈현상을 방지하기 위한 기어이탈 감지부를 구비함으로써 기어이탈을 사전에 방지하여 작업상의 안전성을 한층 높일 수 있는 일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치는,
일륜 수레의 적재함의 하면부에 설치되며, 수레의 일륜 바퀴가 고정되는 바디 프레임부와;
상기 바디 프레임부에 설치되며, 일륜 수레의 좌우 균형을 유지하기 위한 정회전 또는 역회전의 구동력을 제공하는 구동 모터와;
상기 구동 모터의 축에 설치되며, 모터의 정,역회전에 따라 정,역회전력을 전달하는 평기어와;
상기 바디 프레임부에 설치되며, 바디 프레임부와 접촉되지 않는 반대측면은소정 곡률의 호(arc) 형태로 형성되되, 호 형태의 면부에는 기어 이(齒)가 형성되어 상기 평기어와 맞물림 결합되고, 상기 평기어로부터 정,역회전력을 전달받아 소정 각도 범위 내에서 정,역 방향(좌,우 방향)으로 원호 이동함으로써 상기 바디 프레임부의 좌,우 기울기를 조정하여 일륜 수레의 좌우 균형이 유지되도록 하는 인터널(internal) 기어와;
상기 구동 모터의 하우징 내부에 설치되며, 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 기울기 감지부와;
상기 바디 프레임부 또는 상기 구동 모터의 하우징 외부에 설치되며, 상기 인터널 기어가 상기 평기어와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 인터널 기어의 설정 범위 내에서의 이동을 감지하는 기어이탈 감지부; 및
상기 구동 모터의 하우징 내부에 설치되며, 상기 기울기 감지부, 기어이탈 감지부 및 구동 모터의 상태를 체크 및 동작을 제어하며, 상기 기울기 감지부로부터의 감지 신호에 따라 수레의 기울기를 판단하여 상응하는 제어신호를 상기 구동 모터로 전송하고, 상기 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 구동 모터로 전송하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 바람직하게는 상기 구동 모터의 하우징 내부에는 상기 인터널 기어의 호의 곡률에 따라 상기 평기어가 상기 인터널 기어에 밀착 결합될 수 있도록 상/하 방향으로 완충 역할을 하는 모터축 상/하 완충부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 모터축 상/하 완충부로는 압축 스프링이 사용될 수 있다.
또한, 상기 기울기 감지부는 가속도 센서 또는 자이로(gyro) 센서로 구성될 수 있다.
또한, 상기 기어이탈 감지부는 홀(hall) 센서 또는 자기(magnetic) 센서로 구성될 수 있다.
또한, 상기 구동 모터의 하우징 내부 또는 외부에는 일륜 수레의 균형유지 장치의 제어를 위한 제어 시스템부가 더 구비될 수 있다.
이때, 상기 제어 시스템부는,
수레의 좌,우 기울기를 감지하는 기울기 감지부와;
상기 인터널 기어가 상기 평기어와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 인터널 기어의 설정 범위 내에서의 이동을 감지하는 기어이탈 감지부와;
제어부로부터의 제어신호를 수신하여 구동 모터를 정,역회전 구동 또는 정지시키는 모터 구동부와;
상기 기울기 감지부, 기어이탈 감지부 및 모터 구동부의 상태를 체크 및 동작을 제어하며, 상기 기울기 감지부로부터의 감지 신호에 따라 수레의 기울기를 판단하여 상응하는 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하고, 상기 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하는 제어부; 및
상기 기울기 감지부, 기어이탈 감지부, 모터 구동부, 제어부의 동작을 위한 동작 전원과, 상기 구동 모터의 구동을 위한 구동 전원을 각각 공급하는 전원 공급부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 바람직하게는 상기 제어 시스템부는 일륜 수레가 쓰러지거나 전복되었을 경우, 비상 상황을 알리기 위한 특정 경보음을 발생하거나 경보 표시등을 점멸하는 알람 발생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 제어 시스템부는 일륜 수레의 균형유지 장치의 상태 체크 정보 또는 동작 제어 관련 데이터를 외부의 이동 기기로 실시간으로 또는 일정 주기로 무선 전송하기 위한 무선통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 제어방법은, 바디 프레임부, 구동 모터, 평기어, 인터널 기어, 기울기 감지부, 기어이탈 감지부, 모터 구동부 및 제어부를 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치를 기반으로 한 일륜 수레의 균형유지 제어방법으로서,
a) 상기 기울기 감지부에 의해 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 단계와;
b) 상기 제어부에 의해 상기 기울기 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여 수레의 기울기를 판단하고 상응하는 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하는 단계와;
c) 상기 모터 구동부에 의해 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 구동 모터를 정회전 또는 역회전 구동시키는 단계와;
d) 상기 구동 모터의 구동에 따라 상기 평기어의 회전작동 시, 평기어와 맞물림 결합되어 있는 상기 인터널 기어의 위치를 상기 기어이탈 감지부에 의해 감지하는 단계와;
e) 상기 제어부에 의해 상기 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하는 단계; 및
f) 상기 모터 구동부에 의해 상기 제어부로부터의 기어이탈 방지를 위한 제어신호에 따라 상기 인터널 기어가 설정된 이동 범위 내에 위치하도록 구동 모터를 정회전 또는 역회전 구동시키는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단계 a)∼f)의 과정 중에 일륜 수레가 쓰러지거나 전복되었을 경우, 알람 발생부에 의해 비상 상황을 알리기 위한 특정 경보음을 발생하거나 경보 표시등을 점멸하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 a)∼f)의 과정 중에 상기 제어부에 의해 일륜 수레의 균형유지 장치의 상태 체크 정보 또는 동작 제어 관련 데이터를 외부의 이동 기기로 실시간으로 또는 일정 주기로 무선 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 구동 모터축의 평기어와 맞물리는, 적재함 또는 바디 프레임에 장착되는 기어를 내측에 이가 있는 호(arc)형의 인터널 (internal) 기어로 구성함으로써 수레의 폭에 따라 좌/우 기울기의 범위를 자유롭게 조절하여 수레의 좌/우 균형을 유지할 수 있고, 기어 간의 이탈현상을 방지하기 위한 기어이탈 감지부를 구비함으로써 기어이탈을 사전에 방지하여 작업상의 안전성을 한층 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 일륜 수레의 균형유지 장치의 인터널 기어와 평기어의 상호 맞물림 결합관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 평기어가 인터널 기어에 밀착 결합될 수 있도록 하는 모터축 상/하 완충부가 구동 모터의 상부에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치가 일륜 수레에 적용된 예를 나타낸 도면 대용 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치의 제어를 위한 제어 시스템부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 제어방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치를 나타낸 것으로서, 도 1은 일륜 수레의 균형유지 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 바디 프레임부에 설치된 인터널 기어와 구동 모터 축에 설치된 평기어의 상호 맞물림 결합관계를 나타낸 도면이며, 도 3은 평기어가 인터널 기어에 밀착 결합될 수 있도록 하는 모터축 상/하 완충부가 구동 모터의 상부에 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 일륜 수레의 균형유지 장치가 일륜 수레에 적용된 예를 나타낸 도면 대용 사진이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치 (100)는 바디 프레임부(110), 구동 모터(120), 평기어(130), 인터널(internal) 기어(140), 기울기 감지부(510)(도 5 참조), 기어이탈 감지부(150) 및 제어부(540) (도 5 참조)를 포함하여 구성된다.
바디 프레임부(110)는 일륜 수레의 적재함(400)(도 4 참조)의 하면부에 설치되며, 수레의 일륜 바퀴(105)가 지지부재를 통해 바디 프레임부(110)에 고정된다.
구동 모터(120)는 상기 바디 프레임부(110)에 설치되며, 일륜 수레의 좌우 균형을 유지하기 위한 정회전 또는 역회전의 구동력을 제공한다.
평기어(130)는 상기 구동 모터(120)의 축에 설치되며, 모터의 정,역회전에 따라 정,역회전력을 맞물림 결합되어 있는 인터널 기어(140)에 전달한다.
인터널 기어(140)는 상기 바디 프레임부(110)에 설치되며, 바디 프레임부(110)와 접촉되지 않는 반대측면은 소정 곡률의 호(arc) 형태로 형성되되, 호 형태의 면부에는 기어 이(齒)가 형성되어 상기 평기어(130)와 맞물림 결합된다. 또한, 상기 평기어(130)로부터 정,역회전력을 전달받아 소정 각도 범위 내에서 정,역 방향(즉, 좌,우 방향)으로 원호 이동함으로써 상기 바디 프레임부(110)의 좌,우 기울기를 조정하여 일륜 수레의 좌우 균형이 유지되도록 한다.
기울기 감지부(510)는 상기 구동 모터(120)의 하우징(120h) 내부에 설치되며, 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 역할을 한다. 여기서, 이와 같은 기울기 감지부(510)는 가속도 센서 또는 자이로(gyro) 센서로 구성될 수 있다. 그러나 자이로(gyro) 센서로 구성되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 수레의 좌,우 기울기를 감지할 수 있는 수단이라면 다른 감지 수단으로 구성될 수도 있다.
기어이탈 감지부(150)는 상기 바디 프레임부(110) 또는 상기 구동 모터(120)의 하우징(120h) 외부에 설치되며, 상기 인터널 기어(140)가 상기 평기어(130)와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 인터널 기어(140)의 설정 범위(예컨대, 미리 설정된 원호의 각도 범위) 내에서의 이동을 감지한다. 이와 같은 기어이탈 감지부(150)는 홀(hall) 센서 또는 자기(magnetic) 센서로 구성될 수 있다. 여기서도 마찬가지로 기어이탈 감지부(150)가 홀 센서 또는 자기 센서로 구성되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 다른 감지 수단(예를 들면, 리미트 센서 등)으로 구성될 수도 있다.
제어부(540)는 상기 구동 모터의 하우징(120h) 내부에 설치되며, 상기 기울기 감지부(510), 기어이탈 감지부(150) 및 구동 모터(120)의 상태를 체크 및 동작을 제어하며, 상기 기울기 감지부(510)로부터의 감지 신호에 따라 수레의 기울기를 판단하여 상응하는 제어신호를 상기 구동 모터(120)로 전송한다. 또한, 상기 기어이탈 감지부(150)로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 구동 모터(120)로 전송한다. 이와 같은 제어부(540)로는 MCU(micro controller unit)가 사용될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 일륜 수레의 균형유지 장치(100)에 있어서, 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동 모터의 하우징(120h) 내부에는 상기 인터널 기어(140)의 호의 곡률에 따라 상기 평기어(130)가 인터널 기어(140)에 밀착 결합될 수 있도록 상/하 방향으로 완충 역할을 하는 모터축 상/하 완충부(160)를 더 포함할 수 있다. 이때, 이와 같은 모터축 상/하 완충부(160)로는 압축 스프링이 사용될 수 있다.
또한, 상기 구동 모터의 하우징(120h) 내부 또는 외부에는 일륜 수레의 균형유지 장치의 제어를 위한 제어 시스템부(500)가 더 구비될 수 있다. 이와 같은 제어 시스템부(500)에 대해 도 5를 참조하여 조금 더 자세히 설명해 보기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치의 제어를 위한 제어 시스템부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제어 시스템부(500)는, 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 기울기 감지부(510)와; 상기 인터널 기어(140)가 상기 평기어(130)와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 인터널 기어(140)의 설정 범위 내에서의 이동을 감지하는 기어이탈 감지부(150)와; 제어부(540)로부터의 제어신호를 수신하여 구동 모터(120)를 정,역회전 구동 또는 정지시키는 모터 구동부(530)와; 상기 기울기 감지부(510), 기어이탈 감지부(150) 및 모터 구동부(530)의 상태를 체크 및 동작을 제어하며, 상기 기울기 감지부(510)로부터의 감지 신호에 따라 수레의 기울기를 판단하여 상응하는 제어신호를 상기 모터 구동부(530)로 전송하고, 상기 기어이탈 감지부(150)로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 모터 구동부(530)로 전송하는 제어부(540); 및 상기 기울기 감지부(510), 기어이탈 감지부(150), 모터 구동부(530), 제어부(540)의 동작을 위한 동작 전원과, 상기 구동 모터(120)의 구동을 위한 구동 전원을 각각 공급하는 전원 공급부(550)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 이와 같은 전원 공급부(550)로는 충전식 배터리가 사용될 수 있다.
여기서, 또한 바람직하게는 상기 제어 시스템부(500)는 일륜 수레가 쓰러지거나 전복되었을 경우, 비상 상황을 알리기 위한 특정 경보음을 발생하거나 경보 표시등을 점멸하는 알람 발생부(560)를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 제어 시스템부(500)는 일륜 수레의 균형유지 장치의 상태 체크 정보 또는 동작 제어 관련 데이터를 외부의 이동 기기(예를 들면, 스마트폰, 노트북 PC, 태블릿 PC 등)로 실시간으로 또는 일정 주기로 무선 전송하기 위한 무선통신 모듈(570)을 더 포함할 수 있다. 도 5에서 실선은 신호 전송 라인, 점선은 전원 공급 라인을 각각 나타낸다.
그러면, 이하에서는 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치에 기반한 일륜 수레의 균형유지 제어방법에 대하여 간략히 설명해 보기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일륜 수레의 균형유지 제어방법의 실행 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 제어방법은, 전술한 바와 같은 바디 프레임부(110), 구동 모터(120), 평기어(130), 인터널 기어(140), 기울기 감지부(510), 기어이탈 감지부(150), 모터 구동부(530) 및 제어부(540)를 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치를 기반으로 한 일륜 수레의 균형유지 제어방법으로서, 먼저 기울기 감지부(510)에 의해 수레의 좌,우 기울기를 감지한다(단계 S601).
그러면, 제어부(540)는 상기 기울기 감지부(510)로부터의 감지 신호를 수신하여 수레의 기울기를 판단하고 상응하는 제어신호를 상기 모터 구동부(530)로 전송한다(단계 S602).
이에 따라 모터 구동부(530)는 상기 제어부(540)로부터의 제어신호에 따라 구동 모터(120)를 정회전 또는 역회전 구동시킨다(단계 S603). 이와 같이 구동 모터(120)를 정회전 또는 역회전 구동시킴으로써 모터 축에 설치되어 있는 평기어(130)도 동시에 정회전 또는 역회전하게 되고, 그에 따라 평기어(130)와 맞물림 결합되어 있는 인터널 기어(140)도 마찬가지로 연쇄적으로 정회전 또는 역회전하며(즉, 좌측으로 또는 우측으로 원호 이동하게 되며), 이에 따라 인터널 기어(140)가 고정, 결합되어 있는 바디 프레임부(110)가 좌측 또는 우측으로 기울기를 변경하게 된다. 그 결과 일륜 수레가 어느 일측(예를 들면, 우측)으로 기울어진 상태였다면, 그 상태를 좌측으로 기울도록 기울기를 변경하여 결국 일륜 수레의 좌우 기울기의 균형을 유지할 수 있게 된다.
한편, 이상과 같이 구동 모터(120)의 구동에 따라 상기 평기어(130)의 회전작동 시, 평기어(130)와 맞물림 결합되어 있는 상기 인터널 기어(140)의 위치를 상기 기어이탈 감지부(150)에 의해 감지한다(단계 S604).
그러면, 제어부(540)는 상기 기어이탈 감지부(150)로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 모터 구동부(530)로 전송한다(단계 S605).
이에 따라 상기 모터 구동부(530)에 의해 상기 제어부(540)로부터의 기어이탈 방지를 위한 제어신호에 따라 상기 인터널 기어(140)가 설정된 이동 범위(즉, 미리 설정된 원호의 각도 범위) 내에 위치하도록 구동 모터(120)를 정회전 또는 역회전 구동시킨다(단계 S606).
여기서, 상기 단계 S601∼S606의 과정 중에 일륜 수레가 쓰러지거나 전복되었을 경우, 알람 발생부(560)에 의해 비상 상황을 알리기 위한 특정 경보음을 발생하거나 경보 표시등을 점멸하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 S601∼S606의 과정 중에 상기 제어부(540)에 의해 일륜 수레의 균형유지 장치의 상태 체크 정보 또는 동작 제어 관련 데이터를 외부의 이동 기기로 실시간으로 또는 일정 주기로 무선 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 일륜 수레의 균형유지 장치 및 그 제어방법은 구동 모터축의 평기어와 맞물리는, 적재함 또는 바디 프레임에 장착되는 기어를 내측에 이가 있는 호(arc)형의 인터널(internal) 기어로 구성함으로써 수레의 폭에 따라 좌/우 기울기의 범위를 자유롭게 조절하여 수레의 좌/우 균형을 잘 유지할 수 있고, 기어 간의 이탈현상을 방지하기 위한 기어이탈 감지부를 구비함으로써 기어이탈을 사전에 방지하여 작업상의 안전성을 한층 높일 수 있는 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100:(본 발명)일륜 수레의 균형유지 장치 105: 일륜 바퀴
110: 바디 프레임부 120: 구동 모터
120h: 구동 모터 하우징 130: 평기어
140: 인터널(internal) 기어 150: 기어이탈 감지부
160: 모터축 상/하 완충부 400: 적재함
500: 제어 시스템부 510: 기울기 감지부
530: 모터 구동부 540: 제어부
550: 전원 공급부 560: 알람 발생부
570: 무선통신 모듈

Claims (12)

  1. 일륜 수레의 적재함의 하면부에 설치되며, 수레의 일륜 바퀴가 고정되는 바디 프레임부와;
    상기 바디 프레임부에 설치되며, 일륜 수레의 좌우 균형을 유지하기 위한 정회전 또는 역회전의 구동력을 제공하는 구동 모터와;
    상기 구동 모터의 축에 설치되며, 모터의 정,역회전에 따라 정,역회전력을 전달하는 평기어와;
    상기 바디 프레임부에 설치되며, 바디 프레임부와 접촉되지 않는 반대측면은소정 곡률의 호(arc) 형태로 형성되되, 호 형태의 면부에는 기어 이(齒)가 형성되어 상기 평기어와 맞물림 결합되고, 상기 평기어로부터 정,역회전력을 전달받아 소정 각도 범위 내에서 정,역 방향(좌,우 방향)으로 원호 이동함으로써 상기 바디 프레임부의 좌,우 기울기를 조정하여 일륜 수레의 좌우 균형이 유지되도록 하는 인터널(internal) 기어와;
    상기 구동 모터의 하우징 내부에 설치되며, 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 기울기 감지부와;
    상기 바디 프레임부 또는 상기 구동 모터의 하우징 외부에 설치되며, 상기 인터널 기어가 상기 평기어와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 인터널 기어의 설정 범위 내에서의 이동을 감지하는 기어이탈 감지부; 및
    상기 구동 모터의 하우징 내부에 설치되며, 상기 기울기 감지부, 기어이탈 감지부 및 구동 모터의 상태를 체크 및 동작을 제어하며, 상기 기울기 감지부로부터의 감지 신호에 따라 수레의 기울기를 판단하여 상응하는 제어신호를 상기 구동 모터로 전송하고, 상기 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 구동 모터로 전송하는 제어부를 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모터의 하우징 내부에는 상기 인터널 기어의 호의 곡률에 따라 상기 평기어가 상기 인터널 기어에 밀착 결합될 수 있도록 상/하 방향으로 완충 역할을 하는 모터축 상/하 완충부를 더 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터축 상/하 완충부는 압축 스프링으로 구성된 일륜 수레의 균형유지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기울기 감지부는 가속도 센서 또는 자이로(gyro) 센서로 구성된 일륜 수레의 균형유지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기어이탈 감지부는 홀(hall) 센서 또는 자기(magnetic) 센서로 구성된 일륜 수레의 균형유지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모터의 하우징 내부 또는 외부에는 일륜 수레의 균형유지 장치의 제어를 위한 제어 시스템부가 더 구비된 일륜 수레의 균형유지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 시스템부는,
    수레의 좌,우 기울기를 감지하는 기울기 감지부와;
    상기 인터널 기어가 상기 평기어와의 맞물림 결합으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 인터널 기어의 설정 범위 내에서의 이동을 감지하는 기어이탈 감지부와;
    제어부로부터의 제어신호를 수신하여 구동 모터를 정,역회전 구동 또는 정지시키는 모터 구동부와;
    상기 기울기 감지부, 기어이탈 감지부 및 모터 구동부의 상태를 체크 및 동작을 제어하며, 상기 기울기 감지부로부터의 감지 신호에 따라 수레의 기울기를 판단하여 상응하는 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하고, 상기 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여 기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하는 제어부; 및
    상기 기울기 감지부, 기어이탈 감지부, 모터 구동부, 제어부의 동작을 위한 동작 전원과, 상기 구동 모터의 구동을 위한 구동 전원을 각각 공급하는 전원 공급부를 포함하여 구성된 일륜 수레의 균형유지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 시스템부는 일륜 수레가 쓰러지거나 전복되었을 경우, 비상 상황을 알리기 위한 특정 경보음을 발생하거나 경보 표시등을 점멸하는 알람 발생부를 더 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어 시스템부는 일륜 수레의 균형유지 장치의 상태 체크 정보 또는 동작 제어 관련 데이터를 외부의 이동 기기로 실시간으로 또는 일정 주기로 무선 전송하기 위한 무선통신 모듈을 더 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치.
  10. 바디 프레임부, 구동 모터, 평기어, 인터널 기어, 기울기 감지부, 기어이탈 감지부, 모터 구동부 및 제어부를 포함하는 일륜 수레의 균형유지 장치를 기반으로 한 일륜 수레의 균형유지 제어방법으로서,
    a) 상기 기울기 감지부에 의해 수레의 좌,우 기울기를 감지하는 단계와;
    b) 상기 제어부에 의해 상기 기울기 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여 수레의 기울기를 판단하고 상응하는 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하는 단계와;
    c) 상기 모터 구동부에 의해 상기 제어부로부터의 제어신호에 따라 구동 모터를 정회전 또는 역회전 구동시키는 단계와;
    d) 상기 구동 모터의 구동에 따라 상기 평기어의 회전작동 시, 평기어와 맞물림 결합되어 있는 상기 인터널 기어의 위치를 상기 기어이탈 감지부에 의해 감지하는 단계와;
    e) 상기 제어부에 의해 상기 기어이탈 감지부로부터의 감지 신호를 수신하여기어이탈 방지를 위한 제어신호를 상기 모터 구동부로 전송하는 단계; 및
    f) 상기 모터 구동부에 의해 상기 제어부로부터의 기어이탈 방지를 위한 제어신호에 따라 상기 인터널 기어가 설정된 이동 범위 내에 위치하도록 구동 모터를 정회전 또는 역회전 구동시키는 단계를 포함하는 일륜 수레의 균형유지 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계 a)∼f)의 과정 중에 일륜 수레가 쓰러지거나 전복되었을 경우, 알람 발생부에 의해 비상 상황을 알리기 위한 특정 경보음을 발생하거나 경보 표시등을 점멸하는 단계를 더 포함하는 일륜 수레의 균형유지 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단계 a)∼f)의 과정 중에 상기 제어부에 의해 일륜 수레의 균형유지 장치의 상태 체크 정보 또는 동작 제어 관련 데이터를 외부의 이동 기기로 실시간으로 또는 일정 주기로 무선 전송하는 단계를 더 포함하는 일륜 수레의 균형유지 제어방법.
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