KR20220089519A - 바퀴 장치 및 이를 포함하는 이동 로봇 장치 - Google Patents

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Abstract

바퀴 장치가 개시된다. 본 바퀴 장치는 휠 부재, 휠 부재의 외측에 배치되며, 내피와 외피 사이에 배치되는 복수의 중공관을 포함하고, 내피의 내주면을 따라 그루브가 형성된 타이어, 원호의 형상을 갖는 복수의 지지 부재 및 휠 부재와 복수의 지지 부재 각각을 연결하고, 복수의 지지 부재를 그루브 내에 배치되는 제1 위치 또는 제1 위치보다 타이어의 중심축에 가까운 제2 위치로 이동시키는 복수의 스포크 부재를 포함한다.

Description

바퀴 장치 및 이를 포함하는 이동 로봇 장치{WHEEL APPARATUS AND MOVING ROBOT APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 개시는 바퀴 장치 및 이를 포함하는 이동 로봇 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 장애물 통과시 타이어가 충분히 변형되어 무게중심의 진동을 최소화하고, 평소에는 타이어의 변형을 제한하여 안정적인 주행이 가능한 바퀴 장치 및 이를 포함하는 이동 로봇 장치에 관한 것이다.
일반적인 바퀴를 사용하는 이동 로봇은 단차 있는 장애물을 통과할 때, 무게 중심이 상하로 크게 진동하는 문제점이 있었다. 또한, 캐터필러 트랙(Caterpillar Track)을 사용하는 이동 로봇은 장애물 통과할 때 무게 중심의 진동이 감소되나, 평지에서의 주행이 비효율적인 문제점이 있었다. 이에, 평지에서는 바퀴로 이동하고 장애물을 통과할 때에는 트랙으로 이동하도록 구조를 변형하는 연구가 활발히 이루어졌으나, 구조 변형 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
또한, 변형이 용이한 비공기압 타이어(NPT, Non-pneumatic Tire)를 사용하는 이동 로봇은, 장애물 통과 시 무게 중심의 진동이 감소될 수 있으나, 평지에서도 로봇의 자체 무게에 의해 타이어가 의도치 않게 변형되어 비효율적으로 주행하는 문제점이 있었다.
본 개시는 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 개시의 목적은 장애물 통과시 타이어가 충분히 변형되어 무게중심의 진동을 최소화하고, 평소에는 타이어의 변형을 제한하여 안정적인 주행이 가능한 바퀴 장치 및 이를 포함하는 이동 로봇 장치를 제공함에 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 바퀴 장치는, 휠 부재, 상기 휠 부재의 외측에 배치되며, 외피와 내피 사이에 배치되는 복수의 중공관을 포함하고, 상기 내피의 내주면을 따라 그루브가 형성된 타이어, 원호의 형상을 갖는 복수의 지지 부재 및 상기 휠 부재와 상기 복수의 지지 부재 각각을 연결하고, 상기 복수의 지지 부재를 상기 그루브 내에 배치되는 제1 위치 또는 상기 제1 위치보다 상기 타이어의 중심축에 가까운 제2 위치로 이동시키는 복수의 스포크 부재를 포함할 수 있다.
상기 휠 부재는, 상기 복수의 스포크 부재를 상기 타이어의 반경 방향을 따라 이동시키는 변형 장치를 포함할 수 있다.
상기 변형 장치는 상기 복수의 스포크 부재가 각각 삽입되는 복수의 가이드 레일을 포함하는 가이드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 스포크 부재는 일단을 관통하는 핀을 각각 포함하고, 상기 변형 장치는 상기 타이어의 중심축을 기준으로 회전 가능하고, 상기 복수의 스포크 부재의 상기 핀이 각각 삽입되며 나선의 형상을 갖는 복수의 슬릿이 형성되는 캠 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 캠 부재는, 상기 가이드 플레이트의 일 측에 배치되는 제1 캠 부재, 상기 가이드 플레이트의 타 측에 배치되는 제2 캠 부재 및 상기 가이드 플레이트를 관통하여 상기 제1 및 제2 캠 부재를 연결하는 연결 부재를 포함할 수 있다.
상기 변형 장치는, 상기 캠 부재에 연결되는 캠 샤프트 및 상기 핀이 상기 슬릿을 따라 이동하도록 상기 캠 샤프트를 회전시키는 제1 모터를 포함할 수 있다.
상기 지지 부재는 일단에 볼록하게 돌출된 돌기 영역 및 타단에 상기 돌기 영역과 맞물리는 형상을 갖는 오목 영역을 포함할 수 있다.
상기 휠 부재는, 상기 타이어의 내피를 지지하고, 상기 타이어와 일체로 회전하는 림 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 림 부재는, 상기 복수의 스포크 부재의 일측에 배치되는 제1 림 부재 및 상기 복수의 스포크 부재의 타측에 배치되는 제2 림 부재를 포함할 수 있다.
상기 휠 부재는, 상기 림 부재와 연결되는 휠 샤프트 및 상기 휠 샤프트를 회전시키는 제2 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 중공관은 상기 타이어의 반경 방향을 따라 지그재그 형태로 엇갈리게 배치될 수 있다.
상기 복수의 중공관은 직육면체의 형상을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치는 베이스 및 상기 베이스의 하부에 설치되는 적어도 3개의 바퀴 장치를 포함하고, 상기 바퀴 장치는 휠 부재, 상기 휠 부재의 외측에 배치되며, 내피와 외피 사이에 배치되는 복수의 중공관을 포함하고, 상기 내피의 내주면을 따라 그루브가 형성된 타이어, 원호의 형상을 갖는 복수의 지지 부재 및 상기 휠 부재와 상기 복수의 지지 부재 각각을 연결하고, 상기 복수의 지지 부재를 상기 그루브 내에 배치되는 제1 위치 또는 상기 제1 위치보다 상기 타이어의 중심축에 가까운 제2 위치로 이동시키는 복수의 스포크 부재를 각각 포함할 수 있다.
상기 휠 부재는 상기 복수의 스포크 부재를 상기 타이어의 반경 방향을 따라 이동시키는 변형 장치를 포함할 수 있다.
상기 이동 로봇 장치는 상기 이동 로봇 장치의 주위의 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서 및 상기 장애물 감지 센서에 의해 감지된 센싱값에 기초하여 상기 이동 로봇 장치의 주위에 장애물이 있는 것으로 판단되면, 상기 지지 부재가 상기 제2 위치로 이동하도록 상기 변형 장치를 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 바퀴 장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 각각 바퀴 장치 및 휠 부재의 분해사시도이다.
도 4 및 도 5는 각각 지지 부재가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 경우의 변형 장치의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 각각 지지 부재가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 경우의 바퀴 장치의 단면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 사시도이다.
도 9는 이동 로봇 장치의 제어 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 이동 로봇 장치가 장애물을 통과하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 지면과의 접촉 면적에 따른 타이어의 변형 정도를 설명하기 위한 도면들이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시 예들과 다르게, 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.
본 명세서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
그리고, 본 명세서에서는 본 개시의 각 실시 예의 설명에 필요한 구성요소를 설명한 것이므로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 일부 구성요소는 변경 또는 생략될 수도 있으며, 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 또한, 서로 다른 독립적인 장치에 분산되어 배치될 수도 있다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 바퀴 장치의 사시도이다. 도 2 및 도 3은 각각 바퀴 장치 및 휠 부재의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 바퀴 장치(1)는, 타이어(10), 휠 부재(20), 복수의 지지 부재(30) 및 복수의 스포크 부재(40)를 포함할 수 있다.
바퀴 장치(1)는 대략 원기둥의 형상을 가지며, 지면과 접한 상태로 회전하여 전진 또는 후진하는 장치일 수 있다.
타이어(10)는 바퀴 장치(1) 중 지면과 접하는 부분으로, 바퀴 장치(1) 전체의 하중을 지지할 수 있다. 또한, 바퀴 장치(1)의 구동 시, 타이어(10)는 원심력, 구심력, 지면에 의한 충격등을 견딜 수 있다.
타이어(10)는 바퀴 장치(1)의 외주면을 형성하는 것으로서, 기존의 공압식 타이어와 달리 공기 주입 없이 완충 작용을 할 수 있다. 즉, 타이어(10)는 플렉시블한 에어리스 타이어(Airless Tire) 또는 비공기압 타이어(NPT, Non-pneumatic Tire)로 형성될 수 있다.
타이어(10)는 고무, 실리콘 등과 같은 탄성 재료로 제조되어 다양한 형태로 변형될 수 있다.
타이어(10)는 휠 부재(20) 외측에 배치되며, 외피(11)와 내피(12) 사이에 배치되는 복수의 중공관(13)을 포함하고, 내피(12)의 내주면을 따라 그루브(14)가 형성될 수 있다.
외피(11)의 외주면에는 복수의 돌기가 형성될 수 있다. 복수의 돌기는 외피의 폭 방향으로 평행한 직육면체의 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 지면과의 마찰력을 증가시킬 수 있는 한 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그루브(14)는 내피(12)의 폭 방향을 기준으로 중간 영역에 형성될 수 있다. 내피(12)는 그루브(14)가 형성되지 않은 영역보다 그루브(14)가 형성된 영역에서 외피(11)와 더 가깝게 배치될 수 있다.
타이어(10)는 외피(11)와 내피(12) 사이의 간격과 동일한 두께를 가질 수 있다. 즉, 타이어(10)는 나머지 영역에 비하여 그루브(14)가 형성된 영역에서 작은 두께를 가질 수 있다.
휠 부재(20)는 타이어(10)의 내피(12)를 지지할 수 있다. 구체적으로, 휠 부재(20)는 내피(12)의 내주면 중 그루브(14)가 형성되지 않은 나머지 영역을 지지할 수 있다.
지지 부재(30)는 원호의 형상을 가질 수 있다. 복수의 지지 부재(30)는 각각의 외주면이 조합되어 원형의 형상을 가질 수 있다. 지지 부재(30)의 외주면은 타이어(10)의 내피(12)에 대응되는 곡률을 가질 수 있다.
복수의 스포크 부재(40)는 휠 부재(20)와 복수의 지지 부재(30) 각각을 연결할 수 있다. 구체적으로, 복수의 스포크 부재(40)는 가이드 플레이트(110)와 복수의 지지 부재(30)를 연결할 수 있다.
복수의 스포크 부재(40)는 복수의 지지 부재(30)를 그루브(14) 내에 배치되는 제1 위치 또는 제1 위치보다 타이어(10)의 중심축(A)에 가까운 제2 위치로 이동시킬 수 있다.
복수의 스포크 부재(40)는 직선 링크로 구현될 수 있으며, 후술할 변형 장치(100)에 의하여 타이어(10)의 반경 방향을 따라 직선적으로 이동할 수 있다.
복수의 지지 부재(30) 및 복수의 스포크 부재(40)는 일체로 형성될 수 있으며, 소정 값 이상의 강성을 갖는 강체로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 지지 부재(30) 및 복수의 스포크 부재(40)는 타이어(10)의 중심축(A)을 기준으로 일정한 간격으로 방사형으로 배치될 수 있다.
복수의 지지 부재(30) 및 복수의 스포크 부재(40)는 3개 내지 8개로 형성될 수 있으나, 그 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
휠 부재(20)는 변형 장치(100), 림 부재(200) 및 휠 샤프트(300)를 포함할 수 있다.
변형 장치(100)는 복수의 스포크 부재(40)를 타이어(10)의 반경 방향을 따라 이동시킬 수 있다. 즉, 변형 장치(100)는 복수의 스포크 부재(40)를 타이어(10)의 중심축(A)과 가깝게 또는 멀게 위치하도록 이동시킬 수 있다.
변형 장치(100)는 가이드 플레이트(110), 캠 부재(120), 캠 샤프트(130) 및 제1 모터(미도시)를 포함할 수 있다.
가이드 플레이트(110)는 바퀴 장치(1)의 축 방향을 기준으로 중간 영역에 배치되고, 원판의 형상을 가질 수 있다.
가이드 플레이트(110)는 복수의 스포크 부재(40)가 각각 삽입되는 복수의 가이드 레일(111)을 포함할 수 있다.
가이드 레일(111)은 복수의 스포크 부재(40)의 개수와 동일한 개수로 형성될 수 있으며, 대략 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 또한, 가이드 레일(111)은 타이어(10)의 중심축(A)을 기준으로 방사형으로 배치되며, 복수의 스포크 부재(40)가 각각 삽입되는 복수의 공간이 형성될 수 있다.
상술한 가이드 레일(111)의 내부 공간의 형상에 의하여, 복수의 스포크 부재(40)는 타이어(10)의 둘레 방향으로의 이동이 제한되며, 타이어(10)의 반경 방향으로만 이동할 수 있도록 가이드 레일(111)에 의하여 직선적인 이동 경로를 제공받을 수 있다.
복수의 스포크 부재(40는 일단을 관통하는 핀(41)을 각각 포함할 수 있다.
캠 부재(120)는 타이어(10)의 중심축(A)을 기준으로 회전 가능할 수 있다. 캠 부재(120)는 복수의 스포크 부재(40)의 핀(41)이 각각 삽입되며 나선의 형상을 갖는 복수의 슬릿(121)이 형성될 수 있다.
캠 부재(120)는 소정의 두께를 갖는 플레이트로 형성될 수 있으며, 원형의 형상을 가질 수 있다.
캠 부재(120)가 회전하면, 슬릿(121)에 삽입되어 있는 핀(41)은 캠 부재(120)에 의하여 밀릴 수 있다. 즉, 핀(41)은 슬릿(121)에 삽입된 상태로 슬릿(121)을 따라 이동할 수 있고, 동시에 스포크 부재(40)는 가이드 플레이트(110)의 가이드 레일(111)을 따라 이동할 수 있다. 이에 따라, 복수의 스포크 부재(40)는 타이어(10)의 반경 방향을 따라서 타이어(10)의 중심축(A)과 멀어지도록 혹은 가까워지도록 이동할 수 있다.
캠 부재(120)는 제1 캠 부재(120a), 제2 캠 부재(120b) 및 연결 부재(120c)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 캠 부재(120a, 120b)는 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 캠 부재(120a, 120b)와 연결 부재(120c)는 일체로 형성되어 타이어(10)의 중심축(A)을 기준으로 함께 회전할 수 있다.
제1 캠 부재(120a)는 가이드 플레이트(110)의 일 측에 배치될 수 있다. 또한, 제2 캠 부재(120b)는 가이드 플레이트(110)의 타 측에 배치될 수 있다. 즉, 가이드 플레이트(110)는 제1 및 제2 캠 부재(120a, 120b)의 사이에 배치될 수 있다.
연결 부재(120c)는 가이드 플레이트(110)를 관통하여 제1 및 제2 캠 부재(120a, 120b)를 연결할 수 있다. 구체적으로 연결 부재(120c)는 원통 형상을 가질 수 있고, 가이드 플레이트(110)의 중심에 형성되는 관통홀(112)을 관통할 수 있다.
스포크 부재(40)의 핀(41)은 일단 및 타단이 제1 캠 부재(120a)에 형성된 슬릿(121)과 제2 캠 부재(120b)에 형성된 슬릿(121)에 각각 삽입되므로, 스포크 부재(40)는 더욱 안정적으로 타이어(10)의 반경 방향을 따라 이동할 수 있다.
캠 샤프트(130)는 캠 부재에 연결될 수 있다. 캠 샤프트(130)는 타이어(10)의 중심축(A)을 따라 배치될 수 있다.
제1 모터는 핀(41)이 슬릿(121)을 따라 이동하도록 캠 샤프트(130)를 회전시킬 수 있다. 제1 모터가 캠 샤프트(130)를 회전시키는 방향에 따라, 핀(41) 및 스포크 부재(40)의 이동 방향이 결정될 수 있다.
림 부재(200)는 타이어(10)의 내피(12)를 지지하고, 타이어(10)와 일체로 회전할 수 있다. 림 부재(200)는 타이어(10)의 내피(12) 중 그루브(14)가 형성되지 않은 내주면과 접할 수 있다. 림 부재(200)의 외주면은 타이어(10)의 내피(12)와 본딩될 수 있다.
림 부재(200)는 중심 부분이 뚫려있는 원통의 형상을 가질 수 있고, 타이어(10)의 내피(12)에 대응되는 직경을 가질 수 있다.
림 부재(200)는 복수의 스포크 부재(40)의 일측에 배치되는 제1 림 부재(200a) 및 복수의 스포크 부재(40)의 타측에 배치되는 제2 림 부재(200b)를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 스포크 부재(40)는 제1 및 제2 림 부재(200a, 200b)사이에 배치될 수 있다.
휠 샤프트(300)는 림 부재(200)와 연결될 수 있다. 한편, 휠 부재(20)는 휠 샤프트(300)를 회전시키는 제2 모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 휠 샤프트(300)는 제2 림 부재(200b)와 일체로 형성되어 함께 회전할 수 있다.
즉, 제2 모터가 휠 샤프트(300)를 회전시키면, 타이어(10), 휠 부재(20), 지지 부재(30), 스포크 부재(40)가 모두 중심축(A)을 기준으로 회전하므로, 바퀴 장치(1) 전체가 전진 또는 후진할 수 있다.
한편, 캠 샤프트(130)는 휠 샤프트(300) 및 제2 림 부재(200b)를 관통하여 캠 부재(120)와 연결될 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 지지 부재가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 경우의 변형 장치의 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 지지 부재(30)는 그루브(14) 내에 배치되는 제1 위치 또는 제1 위치보다 타이어(10)의 중심축(A)에 가까운 제2 위치에 위치할 수 있다.
구체적으로, 제1 모터가 캠 샤프트(130)를 타이어(10)의 중심축(A)을 중심으로 R1 방향으로 회전시키면, 캠 샤프트(130)와 일체로 형성된 캠 부재(120)도 R1 방향으로 회전할 수 있다.
이에 따라, 캠 부재(120)의 나선 형상의 슬릿(121)에 삽입된 스포크 부재(40)의 핀(41)은 타이어(10)의 중심축(A)과 가까워지도록 이동할 수 있다. 동시에, 스포크 부재(40)는 타이어(10)의 반경 방향을 따라 배치된 가이드 레일(111)을 따라 타이어(10)의 중심축(A)과 가까워지도록 이동하므로, 지지 부재(30)는 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 수 있다.
반대로, 제1 모터가 캠 샤프트(130)를 타이어(10)의 중심축(A)을 중심으로 R2 방향으로 회전시키면, 지지 부재(30)는 제2 위치에서 제1 위치로 이동할 수 있다.
한편, 지지 부재(30)는 일단(30a)에 볼록하게 돌출된 돌기 영역(31) 및 타단(30b)에 돌기 영역(31)과 맞물리는 형상을 갖는 오목 영역(32)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 복수의 지지 부재(30)는 돌기 영역(31) 및 오목 영역(32)이 서로 맞물리는 형상을 가지므로 서로 간섭하지 않으면서 제1 위치 또는 제2 위치로 용이하게 이동할 수 있다.
또한, 복수의 지지 부재(30)가 제2 위치에서 제1 위치로 이동하여 전체 반경이 확장되어도, 복수의 지지 부재(30)는 서로 이격되는 길이가 짧아져서 최대한 연속적인 원형을 이룰 수 있다. 이에 따라, 복수의 지지 부재(30)는 타이어(10)의 내피(12)를 빈틈 없이 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.
도 6 및 도 7은 각각 지지 부재가 제1 위치 및 제2 위치에 있는 경우의 바퀴 장치의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 타이어(10)의 외피(11)와 지지 부재(30)의 외주면은 L1의 길이만큼 이격 배치될 수 있다. 한편, 지지 부재(30)의 제1 위치가 도면에 도시된 것에 한정되는 것은 아니고, 지지 부재(30)는 제1 위치에서 타이어(10)의 내피(12)에 접하게 배치될 수 있다.
지지 부재(30)가 제1 위치에 위치하고 있기 때문에, 타이어(10)의 외피(11)는 그루브(14) 내에 위치한 지지 부재(30)의 외주면이 위치한 곳까지만 변형될 수 있다. 즉, 타이어(10)의 외피(11)는 L1의 길이만큼만 변형될 수 있다.
이에 따라, 지지 부재(30)가 제1 위치에 있는 상태에서 바퀴 장치(1)가 평지를 주행하면, 타이어(10)와 지면과의 접촉 면적이 최소화되어 지면과의 마찰력을 최소화할 수 있다. 즉, 지지 부재(30)가 제1 위치에 있는 상태에서, 타이어(10)는 변형이 최소화된 상태에서 일반적인 공기압 타이어와 같이 용이하게 회전할 수 있다.
도 7을 참조하면, 타이어(10)의 외피(11)와 지지 부재(30)의 외주면은 L1의 길이보다 긴 L2의 길이만큼 이격 배치될 수 있다. 한편, 지지 부재(30)의 제2 위치가 도면에 도시된 것에 한정 되는 것은 아니고, 지지 부재(30)는 제2 위치에서 그루브(14) 내에 배치될 수도 있다.
지지 부재(30)가 제2 위치에 위치하고 있기 때문에, 타이어(10)의 외피(11)는 그루브(14)에 대응되는 영역은 L2의 길이만큼 변형될 수 있고, 나머지 영역은 L3의 길이만큼 변형될 수 있다. L3는 타이어(10)의 외피(11)와 림 부재(200)의 외주면 사이의 길이일 수 있으며, L1의 길이보다 길 수 있다.
이에 따라, 지지 부재(30)가 제2 위치에 있는 상태에서 바퀴 장치(1)가 단차 있는 장애물을 통과하면, 타이어(10)가 충분히 크게 변형되어 바퀴 장치(1)는 무게중심의 상하 진동이 최소화되므로, 흔들림 없이 안정적으로 장애물을 통과할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치의 사시도이다. 도 9는 이동 로봇 장치의 제어 과정을 설명하기 위한 블록도이다. 도 10은 이동 로봇 장치가 장애물을 통과하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 이동 로봇 장치(1000)는 바퀴 장치(1), 프로세서(400), 장애물 감지 센서(500) 및 베이스(600)를 포함할 수 있다.
바퀴 장치(1)는 적어도 3개로 구비되어, 베이스(600)의 하부에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 바퀴 장치(1)가 제2 모터에 의해 회전하면, 이동 로봇 장치(1000)는 전진, 후진 또는 선회 이동할 수 있다.
프로세서(400)는 이동 로봇 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(400)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(400)는 마이크로컨트롤러(Micro Control Unit, MCU)일 수 있다.
프로세서(400)는 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서(400)에 연결된 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(400)는 다른 구성요소들 중 적어도 하나로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 다양한 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
장애물 감지 센서(500)는 이동 로봇 장치(1000)의 주위의 장애물을 감지할 수 있다. 장애물 감지 센서(500)는 이동 로봇 장치(1000)의 주위 환경을 촬상하는 카메라일 수 있으나, 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(400)는 장애물 감지 센서(500)에 의해 감지된 센싱값에 기초하여 이동 로봇 장치(1000)의 전방에 장애물이 있는 것으로 판단되면, 지지 부재(30)가 제2 위치로 이동하도록 변형 장치(100)를 제어할 수 있다.
한편, 프로세서(400)는 장애물 감지 센서(500)에 의해 감지된 센싱값에 기초하여 이동 로봇 장치(1000)의 전방에 장애물이 없는 것으로 판단되면, 지지 부재(30)가 제1 위치로 이동하도록 변형 장치(100)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 바퀴 장치(1)의 지지 부재(30)는 평소에 제1 위치에 있다가, 장애물 앞에서 제2 위치로 이동하여 그 상태로 장애물을 통과하고, 장애물을 모두 통과한 이후에는 다시 제1 위치로 이동할 수 있다.
이에 따라, 이동 로봇 장치(1000)는 일반적인 평지를 주행하는 경우와 단차 있는 장애물을 통과하는 경우에 따라 지지 부재(30)를 제1 위치 또는 제2 위치로 이동시켜서 각 경우에 대응하는 변형량을 갖는 타이어(10)를 통하여 효율적인 주행을 할 수 있다.
도 11 및 도 12는 지면과의 접촉 면적에 따른 타이어의 변형 정도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 타이어(10)의 복수의 중공관(13)은 타이어(10)의 반경 방향을 따라 지그재그 형태로 엇갈리게 배치될 수 있다. 또한, 타이어(10)의 복수의 중공관(13)은 직육면체의 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 중공관(13)은 타이어(10)의 반경 방향을 따라 복수의 층을 형성할 수 있으며, 각 층에서 중공관(13)의 둘레를 형성하는 지지 기둥(13a)은 엇갈리게 지그재그로 배치될 수 있다.
중공관(13)이 상술한 형상을 가짐에 따라, 도 11과 같이 타이어(10)의 외피(11)의 작은 면적에 압력이 집중되는 경우, 타이어(10)는 충분히 크게 변형될 수 있다.
한편, 도 12와 같이 타이어(10)의 외피(11)의 큰 면적에 압력이 가해지는 경우, 압력이 여러 중공관(13)에 골고루 분산되므로, 타이어(10)는 충분히 작게 변형될 수 있다.
도 10을 참조하면, 타이어(10)는 제1 접지점(C1)에서 지면과 작은 면적으로 접할 수 있다. 또한, 타이어(10)는 제2 접지점(C2)에서 지면과 큰 면적으로 접할 수 있다.
즉, 타이어(10)는 장애물의 모서리 부분과 접하는 제1 접지점(C1)에서 충분히 크게 변형될 수 있으므로, 무게중심의 상하 진동을 최소화하면서 장애물을 통과할 수 있다.
또한, 타이어(10)는 평지와 접하는 제2 접지점(C2)에서 충분히 작게 변형되므로, 바퀴 장치(1) 전체의 높이가 장애물을 통과할 수 있을 만큼 충분히 크게 유지되며, 무게중심이 과도하게 하측으로 이동하지 않아서 단차 있는 장애물을 용이하게 장애물을 넘어갈 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 바퀴 장치 10: 타이어
20: 휠 부재 30: 지지 부재
40: 스포크 부재 100: 변형 장치
200: 림 부재 300: 휠 샤프트
400: 프로세서 500: 장애물 감지 센서
1000: 이동 로봇 장치

Claims (15)

  1. 바퀴 장치에 있어서,
    휠 부재;
    상기 휠 부재의 외측에 배치되며, 외피와 내피 사이에 배치되는 복수의 중공관을 포함하고, 상기 내피의 내주면을 따라 그루브가 형성된 타이어;
    원호의 형상을 갖는 복수의 지지 부재; 및
    상기 휠 부재와 상기 복수의 지지 부재 각각을 연결하고, 상기 복수의 지지 부재를 상기 그루브 내에 배치되는 제1 위치 또는 상기 제1 위치보다 상기 타이어의 중심축에 가까운 제2 위치로 이동시키는 복수의 스포크 부재;를 포함하는 바퀴 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휠 부재는,
    상기 복수의 스포크 부재를 상기 타이어의 반경 방향을 따라 이동시키는 변형 장치를 포함하는 바퀴 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변형 장치는,
    상기 복수의 스포크 부재가 각각 삽입되는 복수의 가이드 레일을 포함하는 가이드 플레이트를 더 포함하는 바퀴 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 스포크 부재는 일단을 관통하는 핀을 각각 포함하고,
    상기 변형 장치는,
    상기 타이어의 중심축을 기준으로 회전 가능하고, 상기 복수의 스포크 부재의 상기 핀이 각각 삽입되며 나선의 형상을 갖는 복수의 슬릿이 형성되는 캠 부재를 더 포함하는 바퀴 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 캠 부재는,
    상기 가이드 플레이트의 일 측에 배치되는 제1 캠 부재,
    상기 가이드 플레이트의 타 측에 배치되는 제2 캠 부재 및
    상기 가이드 플레이트를 관통하여 상기 제1 및 제2 캠 부재를 연결하는 연결 부재를 포함하는 바퀴 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 변형 장치는,
    상기 캠 부재에 연결되는 캠 샤프트 및
    상기 핀이 상기 슬릿을 따라 이동하도록 상기 캠 샤프트를 회전시키는 제1 모터를 포함하는 바퀴 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지 부재는 일단에 볼록하게 돌출된 돌기 영역 및 타단에 상기 돌기 영역과 맞물리는 형상을 갖는 오목 영역을 포함하는 바퀴 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 휠 부재는,
    상기 타이어의 내피를 지지하고, 상기 타이어와 일체로 회전하는 림 부재;를 더 포함하는 바퀴 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 림 부재는,
    상기 복수의 스포크 부재의 일측에 배치되는 제1 림 부재 및
    상기 복수의 스포크 부재의 타측에 배치되는 제2 림 부재를 포함하는 바퀴 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 휠 부재는,
    상기 림 부재와 연결되는 휠 샤프트 및
    상기 휠 샤프트를 회전시키는 제2 모터를 더 포함하는 바퀴 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 중공관은 상기 타이어의 반경 방향을 따라 지그재그 형태로 엇갈리게 배치되는 바퀴 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 중공관은 직육면체의 형상을 갖는 바퀴 장치.
  13. 이동 로봇 장치에 있어서,
    베이스; 및
    상기 베이스의 하부에 설치되는 적어도 3개의 바퀴 장치;를 포함하고,
    상기 바퀴 장치는,
    휠 부재,
    상기 휠 부재의 외측에 배치되며, 내피와 외피 사이에 배치되는 복수의 중공관을 포함하고, 상기 내피의 내주면을 따라 그루브가 형성된 타이어,
    원호의 형상을 갖는 복수의 지지 부재 및
    상기 휠 부재와 상기 복수의 지지 부재 각각을 연결하고, 상기 복수의 지지 부재를 상기 그루브 내에 배치되는 제1 위치 또는 상기 제1 위치보다 상기 타이어의 중심축에 가까운 제2 위치로 이동시키는 복수의 스포크 부재를 각각 포함하는 이동 로봇 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 휠 부재는,
    상기 복수의 스포크 부재를 상기 타이어의 반경 방향을 따라 이동시키는 변형 장치를 포함하는 이동 로봇 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이동 로봇 장치의 주위의 장애물을 감지하는 장애물 감지 센서; 및
    상기 장애물 감지 센서에 의해 감지된 센싱값에 기초하여 상기 이동 로봇 장치의 주위에 장애물이 있는 것으로 판단되면, 상기 지지 부재가 상기 제2 위치로 이동하도록 상기 변형 장치를 제어하는 프로세서;를 더 포함하는 이동 로봇 장치.
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