KR20200085231A

KR20200085231A - 차량 횡단장치 및 이를 포함하는 차량

Info

Publication number: KR20200085231A
Application number: KR1020200000908A
Authority: KR
Inventors: 서 존; 민영빈; 파커 그레이; 나타라잔 프라산나; 라콜라 조시아; 바이론 데이비드; 세비지 리사
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2020-07-14
Also published as: US20200216127A1; US11603149B2

Abstract

차량이 험난한 지형을 횡단할 수 있도록 하는 신규한 모빌리티 장치가 제공된다. 특정 양태에서, 이동성을 용이하게 하기 위해 고유한 자유도를 이용하는 차량 다리 장치가 제공된다. 다른 양태에서, 이러한 장치를 포함하는 차량이 제공된다.

Description

차량 횡단장치 및 이를 포함하는 차량{VEHICLE TRANSVERSE COMPONENTS AND VEHICLES COMPRISING THE SAME}

본 발명은 차량이 다양한 지형을 횡단할 수 있도록 하고, 이동성을 용이하게 하며, 운전 모드와 보행 모드 사이를 전환할 수 있도록 하는 차량 횡단장치 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.

일반적인 차량으로 험난한 지형을 횡단할 수 있는 차량을 개발하기 위한 노력이 계속되고 있다. 특히, 소위 ATHLETE(All-Terrain Hex-Limbed Extra-Terrestrial Explorer)으로 불리는 All-Terrain Hex-Limbed Extra-Terrestrial Explorer를 개발하기 위한 노력들이 보고되고 있다. ATHLETE는 6개의 다리를 지닌 로봇식 월면 작업차 시스템(robotic lunar rover system) 으로, 개인적인 용도로는 적합하지 않다. 미국 특허 8,030,873 참조.

험난한 지형을 해결하기 위한 다른 시도에는 계단을 횡단할 수 있는 전동 휠체어 TopChair와 같은 퍼스널 모빌리티 차량(Personal Mobility Vehicles, PMV)들을 포함한다. 그러나 이러한 개인용 장치는 제한된 범위와 용량을 포함하여 분명한 제한이 존재한다. 따라서 험난한 지형 위에서 이동을 가능 또는 용이하게 할 수 있는 신규한 차량과 시스템을 갖추는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 측면은 험난한 지형을 횡단할 수 있는 장치들을 포함하는 차량 횡단장치 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 다수의 자유도를 갖는 휠 유닛; 및(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함하고, 상기 다리 유닛은 확장 가능한 차량 횡단장치 제공될 수 있다.

상기 다리 유닛은 대안적으로 수축된 배치에서 안착되고, 활성화된 배치에서 확장될 수 있다.

상기 횡단장치는 고관절 외전, 고관절 확장, 무릎 확장, 발목 확장, 휠 스티어링, 휠 회전의 자유도를 포함할 수 있다.

상기 고관절 확장, 상기 무릎 확장, 및 상기 휠 로테이션은 Z 회전축을 갖고, 상기 고관절 외전은 Y 회전축을 가지며, 상기 무릎 확장은 Z 회전축 및 Y 회전축을 가질 수 있다.

상기 횡단장치는 제1 다리 유닛, 제2 다리 유닛, 및 휠 유닛을 포함할 수 있다.

상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛의 하나 또는 모두는 만곡될(curved) 수 있다.

상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛들은 각각 반대 방향으로 만곡될(curved) 수 있다.

상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛들은 수축된 배치로 함께 안착될 수 있다.

상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛들은 수축된 배치에서 적어도 부분적으로 휠 유닛을 둘러쌀 수 있다.

상기 차량 횡단장치는 무릎 관절 유닛을 포함하고, 상기 무릎 관절 유닛은 상기 횡단장치가 수축된 배치에 있는 경우, 상기 휠 유닛보다 높은 곳에 위치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수개의 차량 횡단장치를 포함하고, 상기 각 횡단장치는,(a) 다수의 자유도를 갖는 휠 유닛; 및(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함하고, 상기 다리 유닛은 확장 가능한 차량이 제공될 수 있다.

상기 차량은 적어도 4개의 상기 횡단장치들을 포함할 수 있다.

상기 다리 유닛은 상기 차량의 운전 상태에서 수축된 배치로 안착될 수 있다.

상기 다리 유닛은 상기 차량의 보행 상태에서 활성화된 배치로 수직적으로 확장할 수 있다.

상기 다리 유닛의 각 자유도는 DC 모터(direct current motor)에 의해 구동될 수 있다.

상기 차량은 휠 유닛의 내부 표면에 설치되는 허브 모터를 더 포함할 수 있다.

상기 다리 유닛은, 고관절 하우징; 적어도 2개의 다리부; 및 휠 회전 및 스티어링 하우징을 포함할 수 있다.

상기 차량의 높이는 차량이 운전하고 있는 지형의 높이로 조정 가능할 수 있다.

상기 차량은 상기 휠 회전 및 스티어링 하우징 내에 장착되는 리시버; 상기 차량의 섀시에 연결되는 수동형 서스펜션과 체결되기 위해 상기 리시버와 연결되는 래치를 더 포함할 수 있다.

상기 횡단장치의 자유도는 고관절 외전, 고관절 확장, 무릎 확장, 발목 확장, 휠 스티어링, 휠 회전의 자유도를 포함할 수 있다.

무릎 확장 모터가 적어도 2개의 다리부들 중 하나와 연결될 때, 상기 차량의 높이는 지형 높이로 조정될 수 있다.

상기 다리 유닛은, 상기 다리 유닛의 제1 다리부와 제2 다리부를 연결하는 무릎 관절; 상기 다리 유닛이 차량 섀시에 연결되도록하는 고관절부; 및 상기 휠 유닛과 연결되는 무릎 관절 유닛을 포함할 수 있다.

상기 휠 유닛은 휠; 휠 구동 유닛; 및 휠 샤프트를 포함하고, 상기 휠 샤프트의 제1 단부는 상기 구동 유닛과 결합하고, 상기 휠 샤프트의 제2 단부는 상기 다리 유닛의 제2 다리부와 결합할 수 있다.

서스펜션 유닛은 운전 상태에서 상기 차량과 연결되고, 상기 서스펜션 유닛은 보행 상태에서 상기 차량과 분리될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수개의 차량 횡단장치들을 포함하고, 각 횡단장치는,(a) 휠 유닛; 및(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함하고, 상기 다리 유닛은 확장 가능하고, 상기 차량의 높이는 다리 유닛의 확장에 기초하여 조정 가능한 차량이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량 횡단장치 및 차량은 다양한 지형(예: 바위 언덕, 계단 등)을 횡단할 때, 각각의 횡단장치가 서로 독립적으로 확장되어 작동하는 보행 모드로 전환하고, 고유한 자유도를 이용한 차량 다리 장치를 이용하여 험난한 지형을 용이하게 횡단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량 횡단장치 및 차량은 구름과 보행 운동 사이에서 대안적으로 작동할 수 있고, 일반 승용차량이 운전하는 고속도로, 샛길 등과 같은 환경에서 운전하는 방식과 같은 방식으로 운전할 수 있다.

도 1은 수축된 또는 적재된 배치에서 바람직한 차량 횡단장치의 측면도를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 수축된 또는 적재된 배치에서 바람직한 차량 횡단장치를 나타낸다.
도 4는 적재된 배치에서 바람직한 차량 횡단장치를 나타낸다.
도 5는 활성화된 배치에서 바람직한 차량 횡단장치의 측면을 나타낸다.
도 6 및 도 7은 활성화된 배치에서 바람직한 차량 횡단장치를 위에서 본 모습을 나타낸다.
도 8은 횡단장치의 자유도를 위한 축들을 나타낸다.
도 9는 클러치 구성요소와 함께 다리부들 사이의 접점(interface)의 단면도를 나타낸다.
도 10은 수축된 또는 운전 배치들에서 횡단장치를 포함하는 차량을 나타낸다.
도 11은 활성화된 또는 보행 배치들에서 횡단장치를 포함하는 차량을 나타낸다.

본 발명의 실시 예는 험난한 지형을 횡단할 수 있는 장치들을 포함하는 신규한 차량 장치 및 차량을 제공하고자 한다.

특히, 다리 구조를 포함하고, 차량을 구름, 운전 상태 또는 대안적으로 걸음, 보행 상태로 작동할 수 있도록 하는 차량 횡단장치가 제공된다.

특정 양태들에서, 차량 횡단장치는(a) 다수의 자유도를 갖는 휠 유닛 및(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 적합하게 포함할 수 있다. 이러한 확장된 움직임은 본 발명의 차량이 구름 또는 보행 방식으로 횡단하는 기능을 용이하게 한다.

바람직한 다리 유닛들은 적어도 4 자유도를 가진 것들을 포함한다. 본 발명의 일 시스템에서, 다리 유닛은 고관절 하우징; 적어도 2 개의 다리 링크들; 그리고 휠 회전과 스티어링 하우징을 적합하게 포함한다. 특정 바람직한 시스템에서, 다리 유닛의 자유도는 고관절 외전운동, 고관절 확장, 무릎 확장, 그리고 발목 확장을 포함한다. 휠 유닛의 자유도는 휠 스티어링 및 휠 회전을 적합하게 포함한다.

바람직한 다리 유닛들은 제1 다리 유닛 및 제2 다리 유닛을 포함한다. 소정 구성에서, 제1 다리 유닛 및 제2 다리 유닛 중 하나 또는 둘 모두가 만곡된다. 특정 양태에서, 제1 및 제2 다리 유닛은 각각 반대 방향으로 만곡된다.

소정의 바람직한 차량 횡단장치에서, 제1 및 제2 다리 유닛은 수축된 배치로 함께 안착된다. 또한, 수축된 배치에서, 제1 및 제2 다리 유닛은 휠 유닛을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.

특히 바람직한 양태에서, 다리 유닛은 각각 제1단부와 제2 단부를 갖는 2개의 연장된 다리부들을 적합하게 포함한다. 제1 다리부와 제2다리부 각각의 제1 단부들은 결합되거나 연결되어 힌지 운동하거나 1 단부들 연결부 주위로 회전하는 무릎부를 형성하고, 수축된 상태(예를 들어, 거기에서, 제1 및 제2 다리부들은 적재된 배치에서 수평축을 따라 서로 접히거나 높여져 있다)에서 제1 및 제2 다리부와 활성화된 상태에서 제1 및 제2다리부의 범위를 제공하고, 다리부들은 각각 수직축 방향을 따라 길이방향으로 확장됨으로써 다리 유닛들을 포함하는 차량을 들어올린다.

제1 다리부의 제2 단부는 차량 횡단장치의 고관절 유닛과 결합할 수 있다. 제1 다리부의 제2단부는 적합하게 회전할 수 있고, 고관절부과 힌지 연결되어 또다른 자유도를 제공할 수 있다. 수축된 상태일 때, 제1 및 제2 다리부들은 고관절부 내에 또는 고관절부의 주위에 안착될 수 있다. 활성화된 상태에서, 제1 다리부는 고관절부로부터 수직으로 확장될 수 있다.

제2 다리부의 제2 단부는 휠 유닛과 적합하게 결합할 수 있다. 제2 다리부와 휠 장치의 결합은 힌지 결합되거나 회전가능한 발목 유닛을 형성할 수 있다. 휠 유닛은 휠을 포함하고, 적합하게 스티어링 하우징을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 휠은 추가의 자유도를 위해 측면으로 회전할 수 있다.

차량은 복수개의 차량 횡단장치들을 특히 4, 6, 8 또는 그 이상의 휠 장치를 적합하게 포함할 수 있다. 의미있게도, 본 발명의 바람직한 차량들은 일반 승용차량이 운전하는 고속도로, 샛길 등과 같은 환경에서 운전하는 방식과 같은 방식으로 운전할 수 있는 기능을 갖는다.

사용 중에, 차량은 구름(운전)과 보행 운동(상태) 사이에서 대안적으로 작동할 수 있고, 보다 바람직한 시스템에서 차량 횡단장치는 차량의 구동 상태에서 수축된 배치로 안착된다. 이러한 횡단장치들은 활성화된 배치에서 보행 운동(상태)를 용이하게 하기 위해 확장될 수 있다.

특정 바람직한 시스템에서, 차량 횡단장치의 하나 또는 그 이상의 자유도는 DC 모터에 의해 구동된다. 특정 바람직한 시스템에서, 휠 허브 모터가 활용될 수 있고, 예를 들어, 휠 허브 모터는 횡단장치의 휠 유닛의 내부 표면에 설치될 수 있다.

바람직한 차량들은 가령, 차량이 운전하고 있는 지형의 높이에 맞추기 위해 또는 높은 위치 또는 장소에 접근하기 위해 차량의 높이가 조정 가능한 것들을 포함한다. 예를 들어, 무릎 확장 모터가 적어도 두 개의 링크들 중 하나와 체결될 때, 차량의 높이는 적합하게 조정된다(상승된다).

차량의 하나 또는 그 이상의 다리 유닛들은 차량의 높이를 상승시켜 계단의 꼭대기와 같은 상승된 위치들에서 차량 승객들의 준비 상태를 제공하기 위해 활성화될 수 있다. 이러한 접근은 가령, 응급 상황에서 또는 부상자, 장애인, 고령으로 인한 장애인과 같이 이동이 제한되어 있는 사람들에게 특히 유익할 수 있다.

보다 바람직한 차량들은 리시버가 활용될 수 있고, 휠 회전과 스티어링 하우징 내에 적합하게 장착될 수 있다. 바람직하게는 래치와 함께 장착될 수 있는데, 래치는 리시버와 연결되고, 리시버는 차량의 섀시와 연결되는 수동형 서스펜션과 연결된다.

본 발명의 다른 양태들은 아래에서 논의된다.

전술한 바와 같이, 신규한 차량 횡단장치 및 복수개의 이러한 구성요소를 포함하는 차량이 제공된다. 바람직한 양태에서, 차량 횡단장치는(a) 다중 자유도를 갖는 휠 유닛; 과(b) 다중 자유도를 갖는 다리 유닛을 적합하게 포함할 수 있다.

발명의 일 양태에서, 복수의 차량 횡단장치를 포함하는 차량이 제공되고, 차량은 운전 상태와 보행 상태 사이에서의 전환을 위해 수직으로 상승 또는 하강한다. 예를 들어, 차량의 수직면(예를 들어, 섀시 라인을 따라)은 운전 상태(확장되지 않은 다리부들과 함께 적합하게 휠이 회전함)에서 보행 상태(하나 이상의 수직으로 확장된 다리부들이 이동함)로의 전환을 위해 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0 미터 이상으로 상승할 수 있다. 유사하게, 차량의 수직면(예를 들어, 섀시 라인을 따라)은 보행 상태(하나 이상의 수직으로 확장된 다리부들이 고관절부 및/또는 무릎 관절부 주위로 움직임)에서 운전 상태(회전 휠들이 적합하게 다리부와 함께 확장되지 않은 상태 또는 다리부와 고관절부 및/또는 무릎 관절부 주위로 움직이지 않는 상태)로의 전환을 위해 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0 미터 이상으로 하강할 수 있다.

바람직한 양태에서, 차량은 복수개의 차량 횡단장치를 포함하도록 제공되고, 그 차량의 높이는 휠 장치의 다리 유닛의 확장에 기초하여 조정 가능하다. 횡단장치는 다중 자유도를 갖는 것이 바람직하고, 횡단장치는(a) 다중 자유도를 갖는 휠 유닛 및(b) 다중 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함할 수 있다.

특정 바람직한 차량에서, 차량은 폭이 0.5, 1, 1.5 또는 2 미터 이상인 간격을 횡단할 수 있거나(예를 들어, 계단오르기), 높이가 0.5, 1, 1.5 또는 2 미터 이상인 벽 또는 계단을 올라갈 수 있다.

본 발명에 사용된 용어 "차량" 또는 "차량을 위한" 또는 다른 유사한 용어는 스포츠 유틸리티 차량(SUV), 버스, 트럭, 다양한 상업용 차량, 다양한 보트 및 선박을 포함하는 배, 항공기 등을 포함하는 일반적으로 승용차(passenger automobiles)와 같은 동력이 달린 차(motor vehicles)들을 포함하고, 하이브리드 차량, 전기 차량, 연소, 플러그-인 하이브리드 전기 차량, 수소 동력 차량 및 다른 대체 연료 차량(예를 들어, 석유 이외의 자원으로부터 유래된 연료)을 포함한다.

예시적인 실시 예는 예시적인 프로세스를 수행하기 위해 복수개의 유닛들을 사용하는 것으로 설명되지만, 예시적인 프로세스는 또한 하나 또는 복수개의 모듈들에 의해 수행될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 컨트롤러/컨트롤 유닛이라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭하는 것으로 이해된다. 메모리는 모듈들을 저장하도록 형성되고, 프로세서는 구체적으로 아래에서 더 설명되는 하나 이상의 프로세스를 수행하기 위해 상기 모듈들을 실행하도록 형성된다.

문맥에서 구체적으로 언급되거나 명백하지 않으면, 본원에 사용된 용어 "약"은 당해 기술분야의 정상 허용 오차 범위 내, 예를 들어, 평균의 2 표준 편차 내로 이해된다. "약"은 명시된 값의 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0.5 %, 0.1 %, 0.05 % 또는 0.01 % 내로 이해될 수 있다. 문맥으로부터 명확하지 않으면, 본원에 제공된 모든 수치 값들은 용어 "약"에 의해 변경된다.

따라서, 본 개시의 예시적인 실시 예는 다양하게 변형될 수 있고 대안적인 형태들을 취할 수 있지만, 그 예시적인 실시 예는 도면에 예로서 도시되어 있고 본원에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 개시된 특정 예시적인 실시 예로 본 발명을 제한하려는 의도가 없음이 이해되어야 한다. 반대로, 예시적인 실시 예는 본 개시의 범위 내에 속하는 모든 변형, 균등 물 및 대안들을 포함하는 것이다.

비록 "제1", "제2" 등의 용어가 본 명세서에서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이 구성요소들은 이의 용어에 의해 제한되지 않아야 한다고 이해될 것이다. 이러한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시 예들의 범위를 벗어나지 않는다면, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게, 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

구성요소가 다른 구성요소에 "연결된(connected)" 또는 "결합된(coupled)" 또는 "결합된(joined)" 것으로 언급될 때, 그것은 다른 구성요소에 직접 연결되거나 다른 구성요소에 의해 결합되거나, 그 사이에 오는 구성요소들이 존재할 수 있다. 대조적으로, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 결합되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 단어들은 이와 같은 방식으로 해석되어야 한다(예를 들어, "사이에" 대 "사이에 직접", "인접한" 대 "인접하여 직접" 등).

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용된 것처럼, 단수 형태인 “a”, “an”, 그리고 “the” 의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 용어 " comprises ", " comprising ", " includes " 및 / 또는 " including "들은, 본원에서 사용될 때, 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재를 명시하고, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는 것으로 이해될 것이다.

이하, 본 발명의 예시적인 실시 예를 상세히 참조할 것이며, 그 예는 첨부된 도면에 도시되어있다. 가능하다면, 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용될 것이다. 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 더 완전하게 설명되며, 오직 일부 예시적인 실시 예만이 도시된다. 본 명세서에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부 사항은 단지, 예시적인 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 대표된다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 제시하는 예시적인 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 차량 횡단장치(10)가 다리 유닛(12) 및 휠 유닛(14)과 함께 도시되어 있다. 다리 유닛(12)은 무릎 관절 유닛(18) 및 자유도를 제공하기 위해 결합되거나 그렇지 않으면 연결되는(예를 들어, 힌지 또는 다른 체결 메커니즘) 각각의 제1 단부(16A' 및 16B')를 갖는 다리부(16A 및 16B)를 포함한다. 제1 다리부(16A)의 제2 단부(16A'')는 고관절 유닛 및 추가 자유도를 포함하는 고관절부(20)와 결합되거나 그렇지 않으면 연결된다. 다리부(16A 및 16B)의 치수는 적절하게 폭넓게 변할 수 있고 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 다리부(16A)의 길이(제1 및 제2 단부들(16A' 및 16A'') 사이에서 연장됨) 및 다리부(16B)의 길이(제1 및 제2 단부들(16B' 및 16B'') 사이에서 연장됨)는 각각 독립적으로 적합하게 적어도 0.2, 0.5, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, or 5.0 미터 이상일 수 있다. 다리부(16B)의 길이(제1 및 제2 단부들(16B'및 16B'')로 연장됨)는 동일한 값 중 임의의 것일 수 있다.

고관절부(20)는 고관절 확장부(20A)를 포함하고 결합 유닛(20B)을 포함하는 고관절 외전부(11)를 통해 차량 섀시에 결합될 수 있다.

휠 유닛(14)은 휠 구동 유닛(24)과 결합된 휠(22)과 휠 구동 유닛(24)과 결합하는 제1 단부(26A)를 갖는 휠 샤프트(26)와 발목 관절 유닛(28)을 형성하고, 자유도를 제공하기 위해 제2 다리부 제2 단부(16B'')와 결합하는 샤프트 말단 또는 제2 단부(26B)를 포함한다. 휠 구동 유닛(24) 및 휠 샤프트(26)는 휠 스티어링 및 회전 하우징을 형성할 수 있다. 서스펜션 유닛(30)은 부품(10)이 구동 동작을 위해 도 1 내지 도 3에 일반적으로 도시된 바와 같이, 수축 또는 적재된 위치에 있는 동안 이용되며 차량 섀시에 직접 연결된다. 특히, 횡단장치는 적어도 2 자유도를 가질 수 있고 일부 예에서 적어도 4 자유도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 횡단장치는 6 자유도를 갖는다.

도 1 내지 도 3에 일반적으로 도시된 바와 같은 특정 바람직한 시스템에서, 운전 작동을 용이하게 하는 수축된 배치에서 횡단장치의 경우, 다리부들은 중첩된 배열로 함께 안착될 수 있다. 예를 들어, 수축된 배치에서, 다리부(16B)는 다리부(16A)의 옆에 위치하거나 또는 다리부(16A) 내에 안착되어 더욱 컴팩트한 배열을 제공할 수 있다.

수축된 상태에서, 적절하게 안착된 다리부들은 도 1에 일반적으로 도시된 바와 같이, 휠 유닛(22)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 따라서, 도 1 및 도 3에 의해 예시된 바와 같이, 무릎 관절부(18)로부터 고관절 유닛(20)을 통해 확장되는 횡단장치는 휠(22) 둘레의 적어도 10, 15, 20, 25, 30, 40 또는 50 %를 적절하게 둘러싼다.

또한, 도 1 내지 도 3에 일반적으로 도시된 바와 같은 소정의 바람직한 시스템에서, 운전 작동을 용이하게하는 수축된 배치에서, 다양한 관절 유닛들은 발목 관절 유닛과 같은 관절 중 하나의 주변 또는 옆에 위치될 수 있다. 따라서, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 발목 관절 유닛(28)은 발목 관절 유닛(28)의 양측에 위치된 고관절 유닛(20) 및 무릎 관절 유닛(18)과 함께 수축된 횡단장치(10)에서 중앙에 위치된다.

소정의 바람직한 시스템에서, 서스펜션(예를 들어, 수동형 서스펜션)은 횡단 또는 휠 유닛이(운전 상태를 용이하게하는) 수축된 배치일 때, 횡단 또는 휠 유닛에 결합되거나 연결될 것이다. 특정 바람직한 시스템에서, 서스펜션(예를 들어 수동형 서스펜션)은, 일반적으로 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 횡단 또는 휠 유닛이 보행 상태를 용이하게하는 확장된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛으로 분리될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 서스펜션 장치(30)는 운전 상태를 위한 수축된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛(10)과 결합되고, 반면 도 5 내지 도 8에서, 서스펜션 장치(30)는 보행 상태를 위한 확장된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛(10)과 분리된다.

도 4는 휠(22)의 회전축, 휠과 다리 사이의 제1 힌지 관절(22a) 및 다리와 차량 섀시 사이의 제2 힌지 관절(20a)들 사이의 공간적 배치를 도시한다. 특히, 참조 번호(18a)는 무릎 관절 유닛(18)의 중심점(18a)을 도시한다.

도 4에 더 도시된 바와 같이, 수축된 배치에서 횡단장치의 경우, 적합하게, 휠 중심점(22a)은 무릎 및 고관절 유닛들(18, 20) 사이의 선(19)보다 낮다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 수축된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛(10)의 경우, 고관절 유닛 중심점(20a)는 휠 중심점(22a)과 동일한 높이에 있을 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 선(19'')는 지상과 평행하거나 대략 평행하거나(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8도 이내로 평행) 또는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 수축된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛(10)의 경우, 고관절 유닛(20a)은 휠 중심점(22a)보다 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20 센티미터 이상의 높이에 있을 수 있다.

전술한 바와 같이, 적합하게, 안착된 다리 부분들(16A, 16B)은 도 4에 도시된 바와 같이, 횡단 유닛이 수축된 상태에 있을 때 휠 유닛(22)을 적어도 부분적으로 둘러싼다.

바람직한 시스템에서, 일반적으로 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 운전 상태를 위한 수축된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛의 경우, 무릎 관절 유닛(18), 고관절 유닛(20), 휠 관절 유닛(24), 및 발목 관절 유닛(28)과 같은 다양한 관절 유닛은 Z 회전축에서의 이동을 방지하기 위해 잠금될(바람직하게는, 해제가능하도록 잠금될) 것이다.

도 5 내지 도 7은 보행 동작 상태를 위한 활성화된 또는 확장된 배치의 횡단장치(10)를 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 다리부(16A 및 16B)는 바람직하게 도 5에 확장된 배치에서 가장 긴 치수 또는 길이를 따라 만곡되거나 비선형(non-linear) 형상을 가진다. 적합하게는, 다리부(16A 및/또는 16B)의 전체 곡률은 둔각(즉, 90도와 180도 사이)일 것이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 특정 바람직한 시스템에서, 다양한 관절 유닛들(예를 들어, 발목 관절 유닛, 무릎 관절 유닛 및 고관절 유닛)은 동일한 종방향(수직) 평면에 정렬되지 않으며, 오히려 하나 이상의 관절 유닛들이 하나 이상의 다른 관절 유닛들보다 앞서 진행된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 발목 유닛(28)은 무릎 유닛(18)과 고관절 유닛(20)의 전방으로 돌출된다. 그로써, 발목 유닛(28)은 무릎 관절(18) 및 고관절 유닛(20)에 대해 휠 전방 가장자리(22')에 의해 한정된 수직 평면에 더 가까워진다.

바람직한 시스템에서, 횡단 또는 휠 유닛(10)은 일반적으로 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 보행 상태를 위한 확장된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛의 경우, 휠 관절 유닛(24)은 Z축 회전을 방지하고 차량의 보행을 용이하게 하기 위해 잠금(바람직하게는, 해제 가능하도록 잠금) 상태에 있을 수 있다. 일반적으로 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 보행 상태를 위한 확장된 배치에서 횡단 또는 휠 유닛의 경우, 무릎 관절 유닛(18), 고관절 유닛(20), 및 발목 관절 유닛(28)과 같은 하나 이상의 다른 관절 유닛들은 Z 회전축에서의 이동을 가능하게 하기 위해 잠금 해제 될 수 있고, 그렇게 함으로써, 차량의 보행을 용이하게 할 수 있다.

바람직한 시스템에서, 무릎 관절 유닛(18), 고관절 유닛(20) 및 휠 관절 유닛(24)은 Z 회전축을 가지고; 고관절 외전 관절부(29)는 Y 회전축을 가지며; 발목 관절 유닛(28)은 바람직하게는 Y 회전축과 Z 회전축을 모두 갖는다.

전술한 바와 같이, 바람직한 시스템에서, 다리부(16A 및 16B) 중 하나 또는 둘 모두가 만곡된다. 특히 바람직한 시스템에서, 도 5 내지 도 8에 일반적으로 도시된 바와 같이, 확장된 배치에 있을 때, 횡단 또는 휠 장치(10)는 두 다리부가 만곡되도록 구성될 것이다. 다리부들은 각각 반대방향들로 바깥쪽으로 곡선을 이룬다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 다리부(16A)는 휠 전방 모서리(22')를 향해 구부러지고, 다리부(16B)는 휠 뒤쪽 가장자리(22'')를 향해 반대 방향으로 구부러진다.

도 8은 바람직한 횡단장치(10)의 자유도 축을 도시한다. 따라서, 전술한 바와 같이, 고관절부(20)는 고관절 확장부(20A)을 포함하고, 결합 유닛(20B)을 포함하는 고관절 외전부(11)를 통해 차량 섀시에 결합될 수있다. 무릎 관절(18)은 도 8에서 무릎 확장으로 도시된 회전을 제공할 수 있다. 발목 관절 유닛(28)은 도 8에 도시된 바와 같이 발목 확장을 제공할 수 있고, 휠 유닛(14)은 도 8에 도시된 바와 같이 휠 회전 및 휠 스티어링을 제공할 수 있다.

전술한 바와 같이, 횡단장치(10)는 운전 모드와 보행 모드 사이를 전환할 수 있다. 운전 모드에서, 각 횡단장치(10)는 다리 유닛 및 휠 유닛이 접히는 적재된 또는 웅크린 위치에 존재할 수 있다. 차량이 매우 다양한 지형(예: 바위 언덕, 계단 등)을 횡단하는 것이 필요한 때에, 차량은 각각의 횡단장치가 바람직하게는 서로 독립적으로 확장되어 작동하는 보행 모드로 전환할 수 있다.

상대적으로 컴팩트한 운전 상태(예를 들어, 도 1에 도시)에서 횡단장치의 높이에 대한 보행 상태(예를 들어, 도 5에 도시)에서 횡단장치(10)의 높이는 적절히 광범위하게 변할 수 있다. 예를 들어, 횡단장치(10)의 높이(높이는, 도 1 및 5에 도시된 바와 같이, 고관절부 상단 가장자리(20B')로부터 휠 하단 가장자리(22''')와 접촉하는 지면까지 연장되는 최단 차량 라인으로서 정의될 수 있다)는 확장된 배치에서 도 1에 예시된 바와 같이 적어도 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.4, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 5.0, 6.0, 7. 0, 8.0, 9.0, 또는 10.0 미터 높이(또한, 높이는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 고관절부 상단 가장자리(20B')로부터 휠 하단 가장자리(22'')와 접촉하는 지면까지 연장되는 최단 차량 라인으로 정의될 수 있다)일 수 있다.

횡단장치(10)의 작동을 위해, 하나 이상의 적합한 전력 유닛들, 예를 들어 각각의 자유도를 구동하는 연속 모션 직류(DC) 모터가 활용될 수 있으며, 그 중 하나는 적합하게 차량 섀시에 직접 장착된다. 차량 섀시에 직접 최적으로 장착되는 코일이 덮힌 수동형 서스펜션(passive coil-over suspension, 30)이 또한 활용될 수 있다. 리시버가 포함될 수 있고, 래치가 결합 및 해제되는 휠 회전 및 스티어링 하우징(24 및 26)에 위치될 수 있다. 래치는 수동형 서스펜션과 하우징의 결합 및 분리를 가능하게 하도록 사용될 수 있다.

클러치는 바람직하게는 무릎 관절(18)에 존재한다. 전력이 클러치에 공급될 때, 전기자는 자석과 결합하고, 그 때, 무릎 관절(18)에서 모터의 결합을 생성한다. 이 배치는 이하에서 더 설명될 것이다.

바람직한 시스템에서, 클러치로부터 전력을 제거할 때, 판 스프링은 클러치 로터/전기자를 자석으로부터 멀어지게 하고, 에어 갭을 생성하여, 다리부들과의 무릎 관절에서 모터의 분리를 야기한다. 특히 바람직한 시스템에서, 클러치는, 제1 및 제2 다리 부가 서로 분리될 때, 제1 및 제2 다리부가 무릎 관절에 중심이 같도록 유지하는 베어링 표면을 포함한다.

바람직한 시스템에서, 휠(22)은 휠 허브(24) 내에 위치된 모터의 로터가 휠의 내부 표면에 설치될 수 있도록 배치될 수 있다. 적합하게는, 휠 허브 모터의 고정자는 발목 관절 유닛(28)에 부착된다.

바람직한 시스템에서, 무릎 확장에서 모터를 제외하고, 모터 고정자들은 휠로부터 가장 먼 인접 구조물에 부착되고, 반면 모터 회전자들은 휠(또는 휠 자체)에 가장 가까운 인접 구조물에 부착된다.

도 9는 다리부(16A 및 16B), 클러치 허브(17), 자석(19) 및 전기자(21)를 갖는 바람직한 시스템을 도시한다. 전기자(21)는 결합 및 분리를 위해 수직 점선에 수직인 클러치 허브(17)를 향하여 또는 멀어지며 움직인다. 다시 말하면, 운전 모드 또는 상태와 보행 모드 또는 상태 사이에서 전환하기 위해, 클러치는 전기자와 자석을 통해 다리 부들과 분리된다. 모드들 사이의 전환은 이하에서 더 설명될 것이다.

도 10은 각각의 횡단장치(10)가 적재 또는 웅크린 배치로 다리부를 갖는 주행 상태의 차량(40)을 도시한다. 즉, 운전 상태의 다리부들은 차체에 대해 안착되어 전체적으로 컴팩트한 배치를 제공한다. 도 11에서, 무릎 확장 모터가 다리부 중 적어도 하나와 결합되는 동안, 차량(40)은 다리부들(16A 및 16B)이 수직으로 확장된 활성화된 상태에서 횡단장치(10)가 보행 상태에 있는 것이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 횡단장치(10)는 서로 독립적으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 전방 횡단장치들 각각은 높이가 높거나 고르지 않은 지형 위로 계단오르기(stepping)를 수용하기 위해 각각 다른 길이로 확장될 수 있다. 높은 지형의 예로는 차량이 계단을 오르거나 바위 또는 다른 유사한 물체 위로 걸어야 할 때를 포함할 수 있다. 횡단장치들의 다리 유닛들의 확장이 변경에 따라, 특정 위치를 유지하기 위해 각 자유도에 높은 기어비가 사용될 수 있다.

바람직한 일 구성에서, 운전 모드에서 보행 모드로 이동하기 위해, 각각의 횡단장치(10)와 함께 다음이 발생할 수 있다. 수동형 서스펜션은 래치의 작동을 통해 예를 들어, 그의 수신기로부터 분리된다. 클러치 유닛은 다리부와 함께 무릎 확장 또는 관절 유닛에서 모터와 결합된다. 하나 이상의 관절 유닛(예: 고관절, 발목)에서의 모터들은, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 보행 모드에 적합하도록 다리부들이 확장되고, 연결된 위치에 위치하도록 활성화한다.

보행 모드에서 운전 모드로 변경하기 위해, 다음이 각 횡단장치(10)에서 발생할 수 있다. 각 관절의 모터들이 활성화하여 다리를 원하는 운전 위치로 이동시킨다. 래치는 수동형 서스펜션을 리시버와 결합한다. 클러치는 무릎 관절 유닛에서 모터와 분리한다.

분리 가능한 수동형 서스펜션 외에, 차량은 느린 주행 모드에서 섀시의 액티브 서스펜션을 수행할 수 있다. 이러한 서스펜션을 위한 하나의 적절한 구성에서, 섀시의 구성을 출력하도록 구성된 센서 및 각각의 다리 유닛들은 이에 따라 반응하여, 섀시 높이를 유지하기 위해 고관절 외전 모터로부터 휠의 거리를 조정하고 고정된 높이에서 차량은 물체 위로 구른다(roll over). 거리의 조정은 고관절 및 무릎 단위들의 자유도의 변경을 통해 달성된다.

적재된 위치(도 1 내지 도 3에 일반적으로 도시된 바와 같이 위치된 다리부들과 함께)에 배치된 횡단장치는 지면과 휠 스티어링 축의 약간의 각도를 유지할 수 있다. 적재된 배치에서 다리부들의 이러한 안착은 현재 이용 가능한 승용차와 비슷한 크기의 섀시 내에 패키징할 수 있도록 허용한다. 지면에 대한 휠 스티어링 축의 각도는 또한, 포지티브 캐스터 각도(positive caster angle)를 생성하여, 차량이 회전하는 동안 운전의 안정성과 조종성을 향상시킨다.

특정의 바람직한 양태에서, 도 1 내지 도 3에 예시된 바와 같이, 적재된 위치로 배치된 횡단장치는 제2 다리부로부터 무릎 유닛 모터 고정자를 분리할 수 있고, 운전 모드 중에, 기어박스 대신 수동형 서스펜션으로 하중을 흡수하는 것을 허용한다.

추가의 바람직한 양태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 다리부와 결합된 무릎 유닛 모터를 갖는 적재된(운전 상태) 또는 활성화된(보행 상태) 배치에서 횡단장치는, 예를 들어, 지형의 높이 또는 원하는 상승된 위치로 조정하는 능동형 서스펜션을 제공할 수 있다.

10: 차량 횡단장치 11: 고관절 외전부
12: 다리 유닛 14: 휠 유닛,
16A, 16B: 다리부 16A', 18B': 제1 단부
16A'', 18B'': 제2 단부 17: 클러치 허브
18: 무릎 관절 유닛 18a: 중심점
19: 자석 20: 고관절부
20a: 제2 힌지 관절 21: 전기자
22: 휠 24: 휠 구동 유닛
26: 휠 샤프트 26A: 제1 단부
26B: 제2 단부 28: 발목 관절 유닛
30: 서스펜션 유닛 40: 차량

Claims

(a) 다수의 자유도를 갖는 휠 유닛; 및
(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함하고,
상기 다리 유닛은 확장 가능한 차량 횡단장치.
제1항에 있어서,
상기 다리 유닛은 대안적으로 수축된 배치에서 안착되고, 활성화된 배치에서 확장되는 차량 횡단장치.
제1항에 있어서,
상기 횡단장치는 고관절 외전, 고관절 확장, 무릎 확장, 발목 확장, 휠 스티어링, 휠 회전의 자유도를 포함하는 차량 횡단장치.
제1항에 있어서,
상기 고관절 확장, 상기 무릎 확장, 및 상기 휠 로테이션은 Z 회전축을 갖고, 상기 고관절 외전은 Y 회전축을 가지며, 상기 무릎 확장은 Z 회전축 및 Y 회전축을 갖는 차량 횡단장치.
제1항에 있어서,
상기 횡단장치는 제1 다리 유닛, 제2 다리 유닛, 및 휠 유닛을 포함하는 차량 횡단장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛의 하나 또는 모두는 만곡된(curved) 차량 횡단장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛들은 각각 반대 방향으로 만곡된(curved) 차량 횡단장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛들은 수축된 배치로 함께 안착되는 차량 횡단장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 다리 유닛 및 상기 제2 다리 유닛들은 수축된 배치에서 적어도 부분적으로 휠 유닛을 둘러싸는 차량 횡단장치.
제1항에 있어서,
상기 차량 횡단장치는 무릎 관절 유닛을 포함하고, 상기 무릎 관절 유닛은 상기 횡단장치가 수축된 배치에 있는 경우, 상기 휠 유닛보다 높은 곳에 위치되는 차량 횡단장치.
복수개의 차량 횡단장치를 포함하고,
상기 각 횡단장치는,
(a) 다수의 자유도를 갖는 휠 유닛; 및
(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함하고, 상기 다리 유닛은 확장 가능한 차량.
제11항에 있어서,
적어도 4개의 상기 횡단장치들을 포함하는 차량.
제11항에 있어서,
상기 다리 유닛은 상기 차량의 운전 상태에서 수축된 배치로 안착되는 차량.
제11항에 있어서,
상기 다리 유닛은 상기 차량의 보행 상태에서 활성화된 배치로 수직적으로 확장하는 차량.
제11항에 있어서,
상기 다리 유닛의 각 자유도는 DC 모터(direct current motor)에 의해 구동되는 차량.
제11항에 있어서,
상기 휠 유닛의 내부 표면에 설치되는 허브 모터를 더 포함하는 차량.
제11항에 있어서,
상기 다리 유닛은,
고관절 하우징;
적어도 2개의 다리부; 및
휠 회전 및 스티어링 하우징을 포함하는 차량.
제17항에 있어서,
상기 차량의 높이는 차량이 운전하고 있는 지형의 높이로 조정 가능한 차량.
제17항에 있어서,
상기 휠 회전 및 스티어링 하우징 내에 장착되는 리시버;
상기 차량의 섀시에 연결되는 수동형 서스펜션과 체결되기 위해 상기 리시버와 연결되는 래치를 더 포함하는 차량.
제19항에 있어서,
상기 횡단장치의 자유도는 고관절 외전, 고관절 확장, 무릎 확장, 발목 확장, 휠 스티어링, 휠 회전의 자유도를 포함하는 차량.
제20항에 있어서,
무릎 확장 모터가 적어도 2개의 다리부들 중 하나와 연결될 때, 상기 차량의 높이는 지형 높이로 조정되는 차량.
제11항에 있어서,
상기 다리 유닛은,
상기 다리 유닛의 제1 다리부와 제2 다리부를 연결하는 무릎 관절;
상기 다리 유닛이 차량 섀시에 연결되도록하는 고관절부; 및
상기 휠 유닛과 연결되는 무릎 관절 유닛을 포함하는 차량.
제22항에 있어서,
상기 휠 유닛은,
휠;
휠 구동 유닛; 및
휠 샤프트를 포함하고,
상기 휠 샤프트의 제1 단부는 상기 구동 유닛과 결합하고, 상기 휠 샤프트의 제2 단부는 상기 다리 유닛의 제2 다리부와 결합하는 차량.
제11항에 있어서,
서스펜션 유닛은 운전 상태에서 상기 차량과 연결되고, 상기 서스펜션 유닛은 보행 상태에서 상기 차량과 분리되는 차량.
복수개의 차량 횡단장치들을 포함하고,
각 횡단장치는,
(a) 휠 유닛; 및
(b) 다수의 자유도를 갖는 다리 유닛을 포함하고,
상기 다리 유닛은 확장 가능하고,
상기 차량의 높이는 다리 유닛의 확장에 기초하여 조정 가능한 차량.