KR20220101958A - 다분절 블록을 포함하는 장애물 극복용 바퀴유닛 - Google Patents

Abstract

다분절 블록을 포함하는 장애물 극복용 바퀴유닛은 허브부, 복수의 단위블록들 및 지지체를 포함한다. 상기 허브부는 회전 구동력을 제공받아 회전한다. 상기 단위블록들은 상기 허브부로부터 소정 간격 이격되며 바퀴유닛의 외형을 형성한다. 상기 지지체는 상기 허브부와 상기 단위블록들 사이를 연결하거나, 상기 허브부와 상기 단위블록들 사이에 충진된다. 이 경우, 상기 단위블록은, 상기 바퀴유닛이 지면을 이동함에 따라 인접하는 단위블록과의 접촉상태가 가변되며 탈착 또는 밀착된다.

Description

다분절 블록을 포함하는 장애물 극복용 바퀴유닛{WHEEL UNIT HAVING A PLURALITY OF DIVIDABLE BLOCKS}

본 발명은 장애물 극복용 바퀴유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물방울이 가지는 표면장력 메커니즘을 이용한 변형 구조가 적용됨과 동시에, 다분절 블록을 포함하여 평지 주행은 물론 계단 등의 장애물을 용이하게 극복할 수 있는 다분절 블록을 포함하는 장애물 극복용 바퀴유닛에 관한 것이다.

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

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

특히, 후자의 가변 형상 구조와 관련하여는, 대한민국 공개특허 제10-2017-0083854호에서와 같이, 장애물과의 접촉시 바퀴를 구성하는 일부 구조의 형상이 변형되거나 또는 압축되는 등의 형태 변형을 통해 장애물을 극복하는 것을 개시하고 있다.

나아가, 대한민국 공개특허 제10-2014-0125166호에서와 같이, 지면을 통과하는 경우 지면으로부터 받는 반력에 따라 일부분이 압축되는 형태 변형을 통해 지면을 통과하는 구조도 개발되고 있다.

그러나, 종래의 이러한 가변 형상 구조의 장애물 극복용 바퀴는, 가변 형상을 구현하기 위한 바퀴 의 구조가 매우 복잡하게 설계되는 문제가 있으며, 실제 다양한 장애물을 효과적으로 극복하지 못하거나, 극복과정에서 바퀴 구조의 변형 및 복귀에 상당한 시간이 소요되는 등의 다양한 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0083854호 대한민국 공개특허 제10-2014-0125166호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 물방울이 표면장력을 통해 물방울의 형상을 유지하는 원리를 이용하여 지면의 주행시에는 바퀴 형상의 변화가 최소화되어 유지되고, 바퀴 측면에 장애물이 충돌하는 경우 구조 변경을 통해 해당 장애물의 용이한 극복을 수행하며, 특히, 장애물 극복의 경우, 다분절 블록들의 용이한 분절을 통해 장애물 극복이 가능하며 장애물의 극복 후 즉각적인 복원이 가능한 다분절 블록을 포함하는 장애물 극복용 바퀴유닛에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 바퀴유닛은 허브부, 복수의 단위블록들 및 지지체를 포함한다. 상기 허브부는 회전 구동력을 제공받아 회전한다. 상기 단위블록들은 상기 허브부로부터 소정 간격 이격되며 바퀴유닛의 외형을 형성한다. 상기 지지체는 상기 허브부와 상기 단위블록들 사이를 연결하거나, 상기 허브부와 상기 단위블록들 사이에 충진된다. 이 경우, 상기 단위블록은, 상기 바퀴유닛이 지면을 이동함에 따라 인접하는 단위블록과의 접촉상태가 가변되며 탈착 또는 밀착된다.

일 실시예에서, 상기 바퀴유닛이 평지인 지면을 통과하는 경우, 상기 단위블록들은 서로 밀착되고, 상기 지지체는 상기 단위블록들에 상기 허브부 방향으로의 장력을 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 단위블록들 사이의 밀착력과, 상기 지지체가 인가하는 장력을 통해, 물방울의 표면장력이 모사될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 경우, 상기 장애물에 접촉함에 따라, 상기 서로 밀착된 인접한 단위블록들은 밀착 상태가 해제될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 단위블록들은, 상기 장애물에 접촉되는 접촉부에서는 접촉을 유지하고, 상기 접촉부로부터 멀어짐에 따라 밀착이 해제되어 서로 분절될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 단위블록들 각각은, 돌출된 전면부와 상기 전면부와 결합되도록 함입된 후면부를 포함하는 몸체부, 상기 몸체부의 상부에서 연장되는 고정부, 및 상기 몸체부의 하부에 돌출되는 지지부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 지지부는, 상기 몸체부에 평행한 방향으로 연장되는 지지프레임, 및 상기 지지프레임에 수직인 방향으로 돌출되는 지지돌기를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 경우, 상기 지지프레임과 상기 지지돌기는 상기 장애물의 모서리에 고정되고, 서로 인접한 단위블록들은 상기 지지프레임과 상기 지지돌기를 중심으로 회전하여 상기 고정부의 간격이 멀어질 수 있다.

일 실시예에서, 서로 인접한 단위블록들에서, 상기 지지돌기는, 상기 지지프레임의 중앙으로부터 돌출되는 제1 지지돌기와, 상기 제1 지지돌기가 삽입되도록 중앙에 삽입공간을 형성하며 상기 삽입공간의 양측에 형성되는 제2 지지돌기가 교번적으로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고정부에는, 인접한 단위블록의 몸체부의 상면을 따라 슬라이딩되는 접촉면, 및 상기 고정부의 끝단에 끝단부가 형성되고, 상기 몸체부의 상면과 상기 고정부는 단차를 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 인접하는 단위블록들의 지지부들의 간격이 멀어지는 경우, 상기 고정부의 끝단부는 인접한 단위블록의 상기 단차에 의해 이동이 제한될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 단위블록들 각각은, 상기 몸체부의 전면부에 소정 길이로 형성되는 홈부, 및 상기 몸체부의 후면부로부터 돌출되는 돌출부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 인접하는 단위블록들의 지지부들의 간격이 멀어지는 경우, 상기 돌출부는 인접한 단위블록의 상기 홈부에 의해 이동이 제한될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 지지체가 인가하는 장력을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 바퀴유닛이 상대적으로 굴곡이 일정한 지면을 통과하는 경우, 상기 지지체가 인가하는 장력의 크기를 증가시키고, 상기 바퀴유닛이 상대적으로 굴곡이 큰 지면을 통과하는 경우, 상기 지지체가 인가하는 장력의 크기를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 물방울이 표면장력을 통해 외형을 유지하는 원리를 바탕으로, 지지체가 인가하는 장력 및 단위블록들 사이의 밀착력을 통해 물방울의 표면장력과 유사한 힘을 모사하여, 바퀴유닛이 전체적으로 형상을 유지하며 지면을 효과적으로 통과할 수 있다.

한편, 물방울에 변형 임계각을 초과하는 힘이 작용하는 경우 외형이 붕괴되는 원리를 적용하여, 단위블록이 장애물과 접촉하는 경우, 접촉부에서는 단위블록들 사이의 접촉 상태가 유지되지만, 접촉부의 내측에서는 단위블록들 사이의 밀착이 해제되어 서로 분절됨으로써, 장애물의 효과적인 극복이 가능하게 된다.

이 경우, 붕괴된 부분은, 장애물의 통과 후 상기 장력 및 상기 단위블록들의 구조를 통해 쉽게 복원될 수 있어 바퀴의 원형을 다시 유지할 수 있으며, 이를 통해 장애물의 극복 및 지면 주행을 원활하게 수행할 수 있다.

한편, 상기 단위블록들에 인가하는 장력을 제어함으로써, 바퀴유닛의 전체적인 변형 정도를 제어할 수 있고, 이를 통해, 상대적으로 일정한 지면 또는 상대적으로 불규칙한 지면에 따라 바퀴유닛의 변형정도를 제어하여 효과적인 지면 주행이 가능하게 된다.

특히, 상기 단위블록들 각각은, 지지부를 포함하여, 장애물의 모서리에 단위블록이 지지된 상태를 유지할 수 있어 단위블록들의 내부에서의 분절을 효과적으로 유도할 수 있으며, 서로 인접한 지지부들이 장애물의 극복과정에서 서로 중첩되는 것을 방지하도록 제1 지지돌기와 제2 지지돌기가 교번적으로 형성되어 구조를 유지하면서 안정적인 장애물 극복이 가능하게 된다.

또한, 장애물과 접촉하는 접촉부와 인접한 인접부에서는 인접한 단위블록들의 지지부들이 서로 멀어지도록 인장변형이 발생하는데, 이 경우, 고정부가 고정부와 몸체부 사이의 단차에 의해 이동이 제한되며, 몸체부에 형성된 홈부가 소정 거리만큼만 연장되고, 돌출부가 상기 홈부 상에서 이동되므로, 상기 돌출부 역시 홈부에 의해 이동이 제한된다. 그리하여, 인장변형이 발생하는 경우, 상기 단위블록들 사이에서, 소정 거리 이상의 간격이 발생하지 않으면서 안정적인 상대적인 위치관계를 유지할 수 있어, 장애물의 극복시에도 상기 인접부에서는 바퀴유닛의 구조를 유지하게 된다.

즉, 장애물을 극복하는 접촉부에서는 인접하는 단위블록들은 내측에서 자유롭게 분절되고, 상기 접촉부와 인접한 인접부에서는 소정의 인장 변형이 발생하더라도 상기 고정부 및 상기 돌출부에 의해 상기 단위블록들의 내측의 상대적인 위치가 제한되므로, 전체적으로 자연스러운 단위블록들 사이의 상대위치가 형성되며 상기 바퀴유닛의 안정적인 변형을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 극복용 바퀴유닛을 도시한 정면도이다.
도 2a는 물방울의 표면장력의 인가상태를 도시한 모식도이고, 도 2b는 표면장력의 크기에 따른 물방울의 접촉각의 변화 상태를 예시한 모식도이다.
도 3a는 도 1의 바퀴유닛이 지면을 통과하는 상태를 도시한 정면도이고, 도 3b는 도 3a의 지면을 통과하는 상태를 물방울의 상태와 비교한 모식도이다.
도 4a는 도 1의 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 상태를 도시한 정면도이고, 도 4b는 도 4a의 장애물을 극복하는 상태를 물방울의 상태와 비교한 모식도이다.
도 5a는 종래기술에 의한 바퀴유닛을 통해 장애물을 극복하는 상태에서의 힘의 전달 상태를 도시한 모식도이며, 도 5b는 도 1의 바퀴유닛을 통해 장애물을 극복하는 상태에서의 힘의 전달 상태를 도시한 모식도이다.
도 6a는 및 도 6b는 도 1의 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 상태에서의 접촉부(A)에서의 단위블록들의 변형 상태를 도시한 정면도들이다.
도 7a는 도 1의 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 상태에서의 인접부(B)에서의 단위블록의 변형 상태를 도시한 정면도이고, 도 7b는 도 7a의 단위블록을 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 바퀴유닛을 도시한 정면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 1 또는 도 8의 바퀴유닛이 실제 평지를 통과하는 상태를 예시한 이미지이고, 도 9b는 장애물을 통과하는 상태를 예시한 이미지이다.

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

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

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

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

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 장애물 극복용 바퀴유닛을 도시한 정면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 장애물 극복용 바퀴유닛(10, 이하 바퀴유닛이라 함)은 복수의 단위블록들(100), 지지체(200), 허브부(300), 및 제어부(400)를 포함한다.

상기 허브부(300)는 상기 바퀴유닛(10)의 중앙에 위치하는 것으로, 도시하지는 않았으나, 외부로부터 회전 구동력을 제공받아 중심점을 중심으로 회전한다.

이 경우, 상기 허브부(300)는 도시된 바와 같이, 원통형 형상과 같이 단면이 원형인 형상을 가질 수 있다.

상기 단위블록들(100)은 하나의 개별 단위블록(100)이 복수개가 도시된 바와 같이, 서로 밀착되며 배열되고, 전체적으로, 상기 바퀴유닛(10)의 외형을 형성한다.

상기 단위블록들(100)은 후술되는 바와 같이, 서로 밀착성이 유지될 수 있도록 설계되며, 이에 따라 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바퀴유닛(10)의 외형을 형성하며 서로 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

상기 단위블록들(100) 각각은 상기 허브부(300)의 중심점을 기준으로 반경방향을 따라 배열되며, 상기 단위블록들(100) 각각은 소정의 두께(T)를 가지도록 형성될 수 있고, 도 1의 깊이방향으로는 소정의 너비를 가지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 단위블록들(100) 각각의 두께와 너비는 다양하게 변형 설계될 수 있음은 자명하다.

다만, 상기 단위블록들(100) 각각의 두께(T)는 상기 바퀴유닛(10)의 외형을 후술되는 물분자의 표면장력 메커니즘을 통해 유지할 수 있을 정도의 최소의 두께를 가지면 충분하다.

또한, 상기 단위블록들(100) 각각은 모두 동일한 형상을 가지는 것으로, 구체적인 형상에 대하여는 후술되는 도면을 통해 상세히 설명한다.

이 경우, 상기 밀착된 단위블록들(100)은, 후술되는 설명에서와 같이, 장애물 등과의 접촉에 따라 도 1에 도시된 밀착 상태가 해제, 즉 탈착될 수 있으며, 이러한 단위블록들(100) 사이의 밀착과 탈착을 통해 장애물의 극복이 수행된다.

상기 지지체(200)는 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이를 연결하는 것으로, 도시된 바와 같이, 소정의 장력을 갖는 와이어(wire)일 수 있다. 다만, 상기 지지체(200)는 와이어로 제한되지는 않으며, 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이를 연결하며 장력을 인가할 수 있는 것이면 충분하다.

상기 지지체(200)는, 복수개가 일 단은 상기 허브부(300)의 원주면을 따라 고정되며, 타 단은 상기 단위블록들(100)에 고정된다.

이 경우, 상기 지지체(200)는 상기 단위블록들(100) 각각에 하나씩 연결될 수 있으며, 이를 통해 상기 단위블록들(100) 각각에 소정의 장력을 인가할 수 있다.

이와 달리, 도시하지는 않았으나, 상기 단위블록들(100)이 서로 밀착되는 상태임을 고려할 때, 상기 지지체(200)는 상기 단위블록들(100) 각각에 하나의 스포크가 연결되지 않을 수 있으며, 일정간격으로 이격되는 단위블록들(100)에만 연결될 수도 있다.

상기 지지체(200)는 소정의 장력을 가지는 것으로, 이에 따라, 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이에서 당기는 힘인 장력을 인가하여, 상기 단위블록들(100)의 위치를 유지시키며 상기 단위블록들(100)이 외측으로 이탈되는 것을 방지한다.

또한, 본 실시예의 경우, 상기 지지체(200)는 후술되는 상기 바퀴유닛(10)이 장애물을 통과하는 경우를 제외하면, 상기 단위블록들(100) 모두에 전체적으로 일정한 장력을 인가하게 되며, 이는 결과적으로 물방울이 외형을 유지하는 경우, 물방울의 내부에서의 물분자들 사이의 인력을 모사하여, 상기 바퀴유닛(10)의 내부에서의 인력을 형성하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 상기 지지체(200)가 제공하는 장력과 상기 단위블록들(100) 사이의 밀착력을 통해, 물방울이 외형을 유지하는 경우의 표면장력을 효과적으로 모사할 수 있다.

도 2a는 물방울의 표면장력의 인가상태를 도시한 모식도이고, 도 2b는 표면장력의 크기에 따른 물방울의 접촉각의 변화 상태를 예시한 모식도이다.

앞서 설명한 본 실시예에서의 상기 바퀴유닛(10)이 물방울의 표면장력을 어떻게 모사하는지를 설명하기에 앞서, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 물방울의 표면장력의 인가상태 및 접촉각에 따른 변화 상태를 설명한다.

물방울이 표면과 접촉하면서, 표면장력으로 구형의 상태를 유지하는 경우, 물방울의 내부에서는 물분자들은 주위의 분자들로부터 동일한 힘을 받지만, 표면의 물분자들은 도시된 바와 같이 특정 방향으로만 힘을 받게 된다.

이러한 물분자들의 내부 및 표면에서의 힘의 균형 상태는 도 2a에 도시된 바와 같으며, 특히, 물분자들 사이의 인력이 증가하는 경우, 내측으로 당기는 힘은 증가하게 되며, 이러한 표면장력의 증가에 따라 더 안정적인 구형의 물분자 형태를 유지하게 된다.

즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 물분자들 사이의 인력이 감소함에 따라, 표면과의 표면장력은 감소하게 되며, 이에 따라 물방울의 접촉각(θ)은 감소하게 된다.

이는 다시 말하면, 물방울의 물분자들 사이의 인력을 증가시킴에 따라 표면장력을 증가시키며 이를 통해 물방울의 접촉각이 증가하고, 보다 구형으로 물방울을 형성하게 되는 것을 의미한다.

즉, 본 실시예에서의 상기 바퀴유닛(10)의 경우, 이러한 물분자들 사이의 인력의 인가에 따른 표면장력의 발생을 모사한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 지지체(200)가 제공하는 장력과 상기 단위블록들(100) 사이의 밀착력을 통해, 물방울이 외형을 유지하는 경우의 표면장력을 효과적으로 모사할 수 있다.

결국, 상기 바퀴유닛(10)은, 물방울의 외면이 비압축 또는 일정이상 압축이 어려운 분자들을 위치시킴으로써 표면장력 메커니즘이 적용되어 물분자의 외형이 유지되는 것을 모사하여, 상기 단위블록들(100) 및 상기 지지체(200)의 앞서 설명한 연결관계 및 연결구조를 통해, 이러한 표면장력 메커니즘이 적용될 수 있게 된다.

한편, 도 1을 다시 참조하면, 상기 바퀴유닛(10)은 상기 제어부(400)를 포함하는데, 상기 제어부(400)는 상기 지지체(200)가 제공하는 장력을 제어한다.

즉, 상기 제어부(400)를 통해 상기 지지체(200)가 제공하는 장력을 증가시키게 되면, 결국 물방울의 물분자들 사이의 인력이 증가하는 것이 모사되며, 이에 따라 상기 바퀴유닛(10)은 지면과 접촉하는 접촉각이 증가하고, 보다 구형 또는 원형을 유지하는 상태가 형성된다.

이와 달리, 상기 제어부(400)를 통해 상기 지지체(200)가 제공하는 장력을 감소시키게 되면, 결국 물방울의 물분자들 사이의 인력이 감소하는 것이 모사되며, 이에 따라 상기 바퀴유닛(10)은 지면과 접촉하는 접촉각이 감소하고, 지면과의 접촉부의 면적이 증가하는 상태가 형성된다.

이와 같이, 상기 제어부(400)를 통해 상기 지지체(200)가 제공하는 장력의 제어가 가능하며, 상기 바퀴유닛(10)이 주행하는 지면의 형태에 따라 상기 지지체(200)의 장력 제어를 수행할 수 있다.

예를 들어, 상기 바퀴유닛(10)이 상대적으로 일정한, 즉 평평한 지면을 통과하는 경우라면, 상기 바퀴유닛(10)으로 인가되는 반력이 일정하게 되므로 상기 바퀴유닛(10)의 상대적인 변형이 최소화되어도 안정적인 통과가 가능하므로, 상기 제어부(400)가 상기 지지체(200)가 제공하는 장력의 크기를 상대적으로 증가시킬 수 있다.

이와 달리, 상기 바퀴유닛(10)이 상대적으로 불규칙한 지면을 통과하는 경우라면, 상기 바퀴유닛(10)으로 인가되는 반력이 불규칙하게 되므로 상기 바퀴유닛(10)의 다소 변형되면서 충격을 효과적으로 흡수하며 통과하는 것이 유리하므로, 상기 제어부(400)가 상기 지지체(200)가 제공하는 장력의 크기를 상대적으로 감소시킬 수 있다.

이상과 같이, 상기 제어부(400)를 통해, 다양한 주행 환경을 고려하여, 상기 지지체(200)의 인가 장력을 제어할 수 있다.

한편, 도 2a 및 도 2b에서의 물방울의 표면장력에 따른 형상 유지 상태가 본 실시예의 바퀴유닛(10)에 어떻게 적용되는지 설명하면 하기와 같다.

도 3a는 도 1의 바퀴유닛이 지면을 통과하는 상태를 도시한 정면도이고, 도 3b는 도 3a의 지면을 통과하는 상태를 물방울의 상태와 비교한 모식도이다.

도 3a를 참조하면, 상기 바퀴유닛(10)이 지면(1)을 통과하는 경우, 상기 단위블록들(100)은 후술되는 구조에 의해 서로 밀착되며, 이와 동시에, 상기 지지체(200)는 상기 단위블록들(100)에 상기 허브부(300) 방향으로의 장력을 인가함은 앞서 설명한 바와 같다.

이러한 상태에서, 상기 바퀴유닛(10)이 지면을 통과하게 되면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 지면(1)에 접촉하는 상기 바퀴유닛(10)의 하부 측은 다소 압축되는 형태로 변형될 수는 있으나, 전체적으로 상기 바퀴유닛(10)이 가지는 외형이 유지될 수 있다.

즉, 상기 바퀴유닛(10)의 회전에 따라, 하부에 위치하게 되는 하부 측만 다소 압축되는 것을 제외하고 전체적인 상기 바퀴유닛(10)의 외형은 유지되게 되며, 이 경우, 상기 압축되는 정도는, 상기 제어부(400)에 의해 상기 지지체(200)로 인가되는 장력의 크기에 따라 제어될 수 있다.

이러한 상기 바퀴유닛(10)의 지면(1) 통과 상태는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 물방울이 지면에 접촉하는 경우로 모사될 수 있는데, 이 경우, 상기 바퀴유닛(10) 전체를 물방울로 모사한다면, 상기 바퀴유닛(10)은 표면(1)과 소정의 접촉각(θ)을 가지면서 접촉상태를 유지하며 지면을 통과하는 것이라 해석될 수 있다.

이 경우, 상기 접촉각(θ)은 둔각을 유지하여야 하며, 상기 접촉각이 증가할수록 보다 원형 또는 구형에 가까운 형상을 갖게 된다.

이와 달리, 도 2a 및 도 2b에서의 물방울의 표면장력이 붕괴되어 물방울이 그 형상을 잃어버리는 상태가 본 실시예의 바퀴유닛(10)에 적용되는 것에 대하여 설명하면 하기와 같다.

도 4a는 도 1의 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 상태를 도시한 정면도이고, 도 4b는 도 4a의 장애물을 극복하는 상태를 물방울의 상태와 비교한 모식도이다.

도 4a를 참조하면, 상기 바퀴유닛(10)이 지면(1)에 위치하는 계단 등과 같은 장애물(6)에, 상기 바퀴유닛(10)의 하부의 일 측이 충돌하는 경우, 상기 바퀴유닛(10)은 상기 충돌 위치에서 변형되기 시작한다.

즉, 이러한 충돌 상황을 도 4b에서와 같이 물방울의 충돌 상태로 모사한 것을 참조하면, 상기 바퀴유닛(10)이 상기 장애물(6)에 충돌하는 경우, 상기 장애물(6)과의 접촉부(A)에서 상기 바퀴유닛(10)의 외형의 접촉각(θ)은, 소위 변형 임계각(예를 들어, 180도)을 급격하게 초과하게 된다.

이와 같이, 변형 임계각을 초과하는 순간, 물방울이 급격하게 대변형이 발생하여 물방울의 형태가 붕괴되는 것과 유사하게, 상기 바퀴유닛(10)도 상기 접촉부(A)에서 그 형태가 붕괴되면서 장애물(6)의 형태를 반영하면서 상기 단위블록들(100)은 내측에서 변형된다.

다만, 이 경우, 상기 바퀴유닛(10)은 상기 허브부(300)가 연속적으로 회전하기 때문에, 상기 접촉부(A)가 붕괴된 상태가 되더라도, 상기 접촉부(A)를 중심으로 상기 허브부(300)가 회전하면서, 상기 바퀴유닛(10)은 상기 장애물(6)을 극복하게 된다.

이상과 같이, 본 실시예에서의 상기 바퀴유닛(10)은, 단순히 평평한 지면(1)을 통과하는 경우라면 물방울이 표면장력을 통해 물방울의 형상을 유지하는 것과 동일하게 전체적으로 원형 또는 구형의 형상을 유지하면서 지면(1)을 통과하지만, 장애물(6)과 충돌하는 경우, 해당 충돌 위치를 중심으로 단위블록들(100)의 밀착상태가 붕괴되며 장애물(6)의 외형이 반영되어 해당 국소부위의 바퀴유닛(10)의 형태가 변형되고, 이를 통해 장애물(6)을 극복하게 된다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 단위블록들(100)이 상기 접촉부(A)에서 밀착상태가 해제되더라도, 상기 단위블록들(100)의 외주면은 서로 밀착되도록 설계되어 소정의 밀착력을 제공할 수 있으므로, 이를 통해 상기 단위블록들(100)의 밀착상태는 다시 복원될 수 있다.

도 5a는 종래기술에 의한 바퀴유닛을 통해 장애물을 극복하는 상태에서의 힘의 전달 상태를 도시한 모식도이며, 도 5b는 도 1의 바퀴유닛을 통해 장애물을 극복하는 상태에서의 힘의 전달 상태를 도시한 모식도이다.

본 실시예에 의한 상기 바퀴유닛(10)이 계단 등의 장애물을 극복하는 경우의 세부적인 구조 변형에 대하여 설명하기에 앞서, 상기 바퀴유닛(10)이 계단을 극복하는 경우의 힘 전달 상태에 대하여 설명한다.

이 경우, 본 실시예에서의 상기 바퀴유닛(10)이 가지는 장점을 설명하기 위해, 종래유닛에서의 바퀴유닛(11)은 외곽을 형성하는 단위블록(101)이 서로 밀착되어 고정되는 것으로 서로 탈착되지 않은 구조를 가지는 것을 가정한다.

즉, 도 5a에서와 같이, 종래기술에서의 바퀴유닛(10)에서는, 단위블록(101)의 외측면은 물론 내측면도 별도의 분절 구조가 형성되지 않고 연속적으로 연장되는 곡면 구조로 형성되었다.

이상과 같은 구조의 바퀴유닛이 계단과 접촉하며 계단을 극복하는 과정에서는, 상기 계단으로부터 외력(External Force)이 상기 단위블록(101)의 외측면으로 인가되면, 상기 외측면 중 상기 계단과 접촉되는 부분에서는 압축력(Compression)이 발생하며, 이에 따라 상기 외측면에 마주하는 내측면에서는 인장력(Tension)이 발생하게 된다.

그런데, 상기 단위블록(101)의 경우, 상기 외측면은 물론 내측면도 서로 결합이 해제되지 않는 즉, 분절되지 않은 연속으로 연장되는 곡면구조이기 때문에, 상기 압축력과 상기 인장력은 서로 유사한 수준으로 유지되며 이에 따라 상기 단위블록(101) 상에서 중립면(neutral surface)은 상기 단위블록(101)의 중앙을 따라 형성된다.

나아가, 상기 단위블록(101)의 내측면의 경우 분절되지 않고 연속적으로 연장되는 면이므로, 상기 내측면의 재질 등에 따라 일정 범위 이내의 인장변형률(Tensile strain)만 구현될 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 인장 변형률에 대하여는 상기 단위블록(101)에서 구현될 수 없게 된다.

따라서, 도 5a에서와 같은 종래기술에서의 바퀴유닛을 통해서는, 상기 계단 등과 같은 장애물을 통과하는 경우, 상기 인장 변형률의 범위를 벗어나는 경우라면 상기 바퀴유닛은 상기 계단에 부딪혀 튕겨져 나오는 것과 같이 상기 계단을 극복하지 못하는 문제가 발생하게 된다.

반면, 도 5b에 도시된 본 실시예에 의한 상기 바퀴유닛(10)에서와 같이, 상기 단위블록(100)이 서로 탈착이 가능하여, 상기 단위블록들(100)의 내측면이 서로 분절이 가능한 분절 구조를 포함하게 되면, 상기 계단으로부터 외력(External Force)이 인가되는 경우, 상기 내측면은 분절에 의해 인장 변형률이 제한되지 않으므로, 즉, 상기 인장 변형률이 무한이 증가(Max. Tensile strain 가능)될 수 있다.

이와 같이, 상기 내측면에 인가되는 인장변형률이 특정 범위로 제한되지 않으므로, 상기 단위블록(100) 상에서 중립면(neutral surface)은 상기 외측면에 근접하도록 형성되며, 이와 동시에 상기 내측면의 인장 변형률은 크게 구현이 가능해짐에 따라, 상기 바퀴유닛(10)은 상기 계단을 매우 용이하게 극복할 수 있다.

즉, 상기 바퀴유닛(10)이 상기 계단에 접촉되는 경우, 상기 계단에 접촉되는 상기 단위블록(100)의 외측면을 중심으로, 상기 단위블록(100)은 상기 내측면을 포함하여 자유롭게 변형될 수 있으므로, 상기 바퀴유닛(10)의 회전 구동력에 의해, 상기 바퀴유닛(10)은 상기 계단에 접촉되는 상기 단위블록(100)의 외측면을 중심으로 회전되며 상기 계단의 외형 형상과 일치하게 변형 가능하며, 따라서 상기 계단을 용이하게 극복할 수 있다.

이상과 같이, 계단 등과 같은 장애물에 접촉되는 경우, 상기 단위블록(100)은 분절을 통해 자유로운 변형이 가능하게 되며, 인장변형률에 대한 제한이 발생하지 않으므로 용이한 장애물 극복이 가능하게 된다.

도 6a는 및 도 6b는 도 1의 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 상태에서의 접촉부(A)에서의 단위블록들의 변형 상태를 도시한 정면도들이다.

우선, 상기 접촉부(A)에서의 단위블록들의 변형 상태를 설명하기 전에, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 상기 단위블록들(100) 각각의 세부 구조 및 인접한 단위블록들 사이의 연결 및 해제 상태에 대하여 설명한다.

상기 단위 블록들(100) 각각은, 몸체부(110), 홈부(120), 돌출부(130), 고정부(140) 및 지지부(150)를 포함한다.

상기 몸체부(110)는 상기 단위 블록(100)의 중앙 몸체를 형성하는 것으로, 도 6a 및 도 6b의 도면에 대한 수직 방향으로 소정의 너비를 가질 수 있으며, 상기 몸체부(110)가 가지는 너비는 다양하게 설계될 수 있다.

상기 몸체부(110)는 상측의 면을 형성하는 상면(111) 및 하측의 면을 형성하는 하면(112)을 포함한다.

이 경우, 상기 하면(112)은 일 방향으로 평면 형상으로 연장되지만, 상기 상면(111)은 상기 하면(112)과 동일한 방향으로 연장된 후 전단에서는 하부를 향하여 휘어진 곡면으로 연장된다.

상기 몸체부(110)는, 상기 상면(111)에 연장되며 상기 몸체부(110)의 전방을 형성하는 전면부(115), 및 상기 전면부(115)의 후측에서 상기 몸체부(110)의 후방을 형성하는 후면부(116)를 더 포함한다.

상기 전면부(115)는 상기 상면(111)으로부터 연장되며 돌출되도록 형성되며, 상기 후면부(116)는 상기 전면부(115)와 다르게 오목하게 함입되도록 형성된다.

이 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 단위블록들에서, 후단에 위치한 단위블록의 전면부(115)는 전단에 위치한 단위블록의 후면부(116)에 밀착되며 삽입되도록 위치할 수 있다. 즉, 상기 전면부(115)는 인접하는 단위블록의 후면부(116)에 의해 형성되는 후면 함입부(117)에 위치하며, 상기 후면부(116)와 밀착 가능하게 된다.

이에 따라, 상기 전면부(115)의 돌출되는 형상은 상기 후면부(116)의 함입되는 부분에 밀착하며 삽입될 수 있도록, 상기 전면부(115)와 상기 후면부(116)는 서로 같은 곡률을 가지도록 연장되는 면으로 그 형상이 설계되어야 한다.

한편, 상기 몸체부(110)는 상기 하면(112)의 전단으로부터 연장되는 전면 함입부(113) 및 상기 하면(112)의 후단으로부터 연장되는 후면 돌기(118)를 더 포함한다.

상기 전면 함입부(113)는, 상기 하면(112)의 전단으로부터 상기 전면부(115)까지 연장되는 연장면에서, 오목하게 라운드된 형상으로 함입되면서 연장된다. 즉, 상기 하면(112)의 전단으로부터 상기 전면부(115)는 전체적으로 돌출되는 곡면을 형성하지만, 상기 전면 함입부(113)의 경우 함입되도록 연장되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 후면 돌기(118)는, 상기 하면(112)의 후단으로부터 상기 후면부(116)까지 연장되는 연장면에서, 볼록하게 라운드 된 형상으로 돌출되면서 연장된다. 즉, 상기 하면(112)의 후단으로부터 상기 후면부(116)까지는 전체적으로 오목하게 함입되는 곡면을 형성하지만, 상기 후면돌기(118)의 경우 돌출되도록 연장되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 전면 함입부(113)의 오목하게 함입되는 형상은 상기 후면돌기(118)의 볼록하게 돌출되는 형상과 서로 밀착 가능하도록 동일한 곡률로 형성될 수 있다.

즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 상기 단위블록들(100)이 서로 밀착하는 경우, 전단에 위치한 단위블록의 상기 후면 돌기(118)는 후단에 위치한 단위블록의 상기 전면 함입부(113)와 밀착하게 된다.

한편, 상기 홈부(120)는 상기 전면부(115)에서 상기 전면 함입부(113) 사이에 소정 길이 형성되는 것으로, 도면에 수직인 방향으로 소정거리 만큼 함입되는 홈으로 형성되어, 상기 전면부(115)를 형성하는 측면과 소정의 단차를 형성한다.

또한, 상기 돌출부(130)는 상기 후면(114)으로부터 소정길이 돌출되도록 형성되며, 인접하는 단위블록의 상기 홈부(120) 상에 위치한다.

즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 단위블록들이 서로 밀착하는 경우, 전단에 위치한 단위블록의 상기 돌출부(130)는 후단에 위치한 단위블록의 상기 홈부(120) 상에 위치하며, 상기 돌출부(130)는 소정 길이 연장되는 상기 홈부(120) 상에서 위치 이동이 가능하게 된다. 즉, 상기 돌출부(130)는 상기 홈부(120) 상에서 슬라이딩되며 이동이 가능할 수 있다.

다만, 도 6a에서와 같이, 인접하는 단위블록들이 서로 밀착한 상태에서는, 상기 돌출부(130)는 상기 홈부(120)의 하단에 위치하게 되며, 도시하지는 않았으나, 상기 단위블록들의 상대 위치가 서로 변경됨에 따라, 상기 돌출부(130)도 상기 홈부(120) 상에서 그 위치가 변경될 수 있다.

이상과 같이, 상기 돌출부(130)가 상기 홈부(120) 상에 위치하도록 형성됨에 따라, 단위블록들이 서로 밀착한 상태에서의 밀착력이 향상될 수 있으며, 상기 단위블록들의 상대 위치가 변경되는 경우라도, 일정한 범위 이내에서는 상기 돌출부(130)가 상기 홈부(120) 상에 위치할 수 있어 서로의 밀착성이 유지되거나 상대적인 위치 이동을 제한할 수 있다.

상기 고정부(140)는 상기 몸체부(110)의 상측으로부터 연장되는 것으로, 고정돌기(141), 접촉면(142) 및 끝단부(143)를 포함한다.

상기 고정돌기(141)는 상기 몸체부(110)의 상면(111)의 후측과 상기 후면부(116)로부터 연장되며, 상기 상면(111)의 연장면에 대하여 소정의 단차(119)를 형성하도록 상기 몸체부(110)의 후단 상측 방향으로 연장된다.

이 경우, 상기 접촉면(142)은 상기 고정부(140)의 하면을 형성하는 것으로, 상기 후면부(116)로부터 연속적으로 연장되는 면에 해당된다.

또한, 상기 끝단부(143)는 상기 접촉면(142)의 최 후단에 형성되는 것으로 상기 고정부(140)의 후미 끝단을 형성하며 돌출되도록 형성된다.

상기 고정부(140)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 단위블록들이 밀착되는 경우, 전단에 위치하는 단위블록의 상기 접촉면(142)이 후단에 위치하는 단위블록의 상기 상면(111) 상에 밀착되도록 위치한다.

따라서, 상기 접촉면(142)이 형성하는 상기 곡면의 곡률은 상기 상면(111)이 형성하는 곡률과 동일할 수 있다.

한편, 전단에 위치하는 단위블록의 상기 끝단부(143)는 후단에 위치하는 단위블록에서, 상기 상면(111)과 상기 고정부(140)의 연결부에 형성되는 단차(119)에 위치할 수 있다. 그리하여, 상기 끝단부(143)가 상기 단차(119)에 위치하여, 서로 인접하는 단위블록들의 상대적인 위치 변화를 제한할 수 있으며, 이에 대하여는 후술한다.

상기 지지부(150)는 상기 하면(112)에 결합되는 것으로, 지지프레임(151)과 제1 지지돌기(152) 또는 제2 지지돌기(153)를 포함한다.

이 경우, 상기 단위블록들에 대하여, 상기 제1 지지돌기(152)와 상기 제2 지지돌기(153)는 서로 교번적으로 형성된다. 즉, 전단에 위치한 단위블록이 제1 지지돌기(152)를 포함한다면, 후단에 위치한 단위블록은 제2 지지돌기(153)를 포함하게 된다.

구체적으로, 상기 지지프레임(151)은 상기 하면(112) 상에 고정되는 것으로, 상기 하면(112)이 평면으로 연장되므로, 상기 지지프레임(151)도 상기 하면(112)과 같이 평면으로 연장된다.

상기 제1 지지돌기(152) 또는 상기 제2 지지돌기(153)는 상기 지지프레임(151)의 하면으로부터, 상기 지지프레임(151)의 연장방향에 수직인 방향으로 소정길이 연장된다.

그리하여, 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(151)과 상기 제1 지지돌기(152), 또는 상기 지지프레임(151)과 상기 제2 지지돌기(153)는, 측면에서 관찰하였을 때, 전체적으로 'ㄱ'자 형상을 가질 수 있다.

이상과 같이, 상기 지지부(150)가 측면에서 관찰하였을 때, 'ㄱ'자 형상을 가지므로, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 수직한 단면을 가지는 계단과 같은 장애물(6)을 통과하는 경우, 상기 장애물(6)과의 보다 효과적인 지지 또는 고정이 가능하여, 보다 용이한 장애물 극복을 수행할 수 있다.

한편, 후술되는 도 7b를 참조하면, 예를 들어 전단에 위치하는 단위블록의 지지부(150)가 제2 지지돌기(153)를 포함하고, 후단에 위치하는 단위블록의 지지부(150)가 제1 지지돌기(152)를 포함하는 경우라면, 상기 제2 지지돌기(153)는 중앙에 삽입공간(154)을 형성하도록 서로 이격되는 한 쌍의 돌기들을 포함하며, 상기 제1 지지돌기(152)는 상기 삽입공간(154)이 형성되는 위치인 중앙에 하나의 돌기를 포함할 수 있다.

그리하여, 도 6b에서와 같이, 서로 인접하는 단위블록들이 장애물(6)을 극복함에 따라, 서로 인접하는 지지부들(150)이 서로 중첩되는 경우, 상기 제1 지지돌기(152)가 상기 삽입공간(154)으로 위치할 수 있어, 서로 인접하는 지지부들(150)의 중첩에 의해, 상기 서로 인접하는 단위블록들의 상대적인 위치가 제한되는 문제를 방지할 수 있다.

즉, 상기 서로 인접하는 단위블록들 사이의 위치가 상기 지지부들(150)에 의해 제한되지 않으므로, 다양한 형태의 장애물(6)을 극복하는 경우, 상기 지지부들(150)의 위치 중첩과 무관하게, 효과적인 장애물(6)의 극복이 가능하게 된다.

이하에서는, 도 6a 및 도 6b를 다시 참조하여, 상기 바퀴유닛(10)이 장애물을 통과하는 경우, 서로 인접하는 단위블록들 사이의 위치변화에 대하여 설명한다.

우선, 도 6a를 참조하면, 상기 바퀴유닛(10)이 상기 장애물(6)에 접촉하는 경우, 상기 단위블록들 중, 임의의 단위블록의 지지돌기(152, 153)가 장애물(6)의 상면 상에 우선 접촉하게 된다.

다만, 상기 접촉되기까지는, 상기 단위블록들은 도 6a에서와 같이 서로 밀착된 상태를 유지한다. 이러한 단위블록들의 밀착된 상태에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 후면돌기(118)는 상기 전면 함입부(113) 상에 위치하며, 상기 돌출부(130)는 상기 홈부(120) 상에 위치하고, 상기 후면부(116)에 형성되는 상기 후면 함입부(117)에 전면부(115)가 밀착된 상태가 유지된다.

또한, 상기 고정부(140)의 접촉면(142)은, 상면(111) 상에 밀착된 상태를 유지한다. 이 경우, 상기 고정부(140)의 끝단부(143)는 상기 단차(119)와는 소정 거리 이격된 상태이다.

도 6a에서와 같이 장애물(6)의 상면 상에 접촉한 지지돌기(152, 153)를 지지점으로 하여 바퀴유닛(10)이 회전하게 되면, 상기 지지돌기(152, 153)가 결합된 해당 단위블록에 회전 토크가 발생하게 된다.

이에 따라 인접한 단위 블록에 대해 상대적으로 회전 변형이 발생하게 되고, 이렇게 발생하는 회전 변형은 위에서 언급한 표면장력을 붕괴하도록 유도하는 역할을 수행한다.

한편, 일반적으로 바퀴유닛의 허브부 방향으로 외력이 인가되는 경우, 그 힘이 표면장력을 붕괴시킬 수 있는 임계점을 넘어가는 경우 바퀴유닛이 장애물의 형상대로 변형될 수 있는데, 상기 임계점을 넘을 수 있는 외력의 크기를 상기 바퀴유닛에 인가하기 어렵다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예의 경우, 상기 지지돌기(152, 153)를 이용해 단위 블록에 토크를 인가하는 방법을 사용하여, 허브부(300)를 향하는 방향의 외력 크기에 비해 적은 힘으로도 표면장력 붕괴를 구현할 수 있도록 한 것이다. 그리하여, 이러한 과정으로 표면장력이 붕괴되게 되면 도 6b와 같이 장애물(6)의 표면 형상과 일치하도록 상기 바퀴유닛(10)의 형상이 변형될 수 있다.

즉, 상기 바퀴유닛(10)의 회전에 따라, 상기 장애물(6)에 접촉한 단위블록은 상기 지지부(150)의 'ㄱ'자 형상이 상기 장애물(6)의 모서리에 고정되도록 위치가 변경되며, 상기 접촉한 단위블록의 전단에 위치한 단위블록은 상기 바퀴유닛(10)의 회전에 따라 전방으로 위치가 이동하게 된다.

그리하여, 전단의 상기 단위블록과 후단의 상기 단위블록은 상기 지지부들(150) 사이의 간격은 서로 좁혀지고, 상기 고정부들(140) 사이의 간격은 서로 증가하게 된다. 즉, 상기 서로 인접한 고정부들(140), 즉 상기 장애물(6)의 모서리를 중심으로 서로 인접한 단위블록들은 회전하게 된다.

이는, 앞선 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이, 단위블록들이 내측면이 서로 분절 가능한 구조를 포함하게 되면, 외측면에 압축력이 인가되고 내측면에 인장력이 인가되는 경우, 상기 인장변형률은 상기 분절 구조에 의해 제한되지 않아 무한한 증가가 가능한 상태가 적용되는 것과 같다.

즉, 상기 서로 인접하는 단위블록들의 경우, 외측면에 해당되는 상기 지지부들(150)에는 압축력이 인가되어, 서로 인접한 지지부들(150)의 간격이 좁아지지만, 내측면에 해당되는 상기 고정부들(140)은 분절이 가능하여 인장변형률이 제한되지 않고, 이에 따라 도 6b에서와 같은 단위블록들의 분절 상태가 유도되고 이에 장애물(6)의 외형 형상과 일치할 정도로 큰 변형이 구현될 수 있다.

이에 따라, 서로 인접한 단위블록들에서, 상기 고정부(140)는 인접하는 단위블록의 상기 상면(111)으로부터 이격되고, 마찬가지로, 상기 후면부(116)도 인접하는 단위블록의 상기 전면부(115)로부터 이격되며, 상기 돌출부(130)도 인접하는 단위블록의 상기 홈부(120)로부터 이격된다.

이 경우, 상기 이격되는 정도는, 상기 지지부(150)로부터 멀어질수록 커지는 것으로, 상기 고정부(140)의 상기 상면(111)으로부터의 이격정도가 가장 크게 된다.

이상과 같이, 상기 접촉부(A)에서는, 상기 바퀴유닛(10)의 내측면이 서로 분절 가능한 구조를 포함하므로, 이러한 분절에 의해 인장변형률이 제한되지 않아 소위, 표면장력이 붕괴되는 효과를 유도할 수 있다.

이 경우, 이러한 표면장력이 상기 접촉부(A)에서 붕괴된 상태에서 전체적으로 상기 바퀴유닛(10)은 회전하며 전진하게 되므로, 상기 바퀴유닛(10)은 효과적으로 상기 장애물(6)에 대한 극복이 가능하게 된다.

특히, 본 실시예에서는, 상기 지지부(150)의 형상에 의해 장애물(6)의 모서리에 대한 지지력이 높게 유지되므로, 상기 장애물(6)과의 접촉부(A)에서의 지지력이 향상되어, 상기 접촉부(A)를 중심으로 상기 바퀴유닛(10)이 회전하며 전진할 수 있으므로, 상기 장애물(6)에 대한 보다 효과적인 극복이 가능하게 된다.

한편, 이상과 같이, 상기 접촉부(A)에서 표면장력이 붕괴되며, 서로 인접한 단위블록들이 분절되는 구조로 위치가 변경되더라도, 상기 접촉부(A)와 인접한 상기 인접부(B)에서는 서로 인접한 단위블록들 사이에서 서로의 밀착성을 유지하여야 하며, 이를 통해 전체적으로 상기 바퀴유닛(10)의 외형 형상이 변형되지 않고 효과적인 장애물(6)의 극복이 가능할 수 있다.

즉, 상기 접촉부(A)에서의 서로 밀착하던 단위블록들(100)의 이탈 외에, 상기 접촉부(A)를 기준으로, 소정 거리 전방으로 이격된 전방의 인접부(B)에 위치하는 단위블록들(100)에서 내측부들, 즉, 상기 허브부(300)를 향하는 면들은 서로 압축되며 변형된다.

마찬가지로, 상기 접촉부(A)를 기준으로, 소정 거리 후방으로 이격된 후방의 인접부(B)에 위치하는 단위블록들(100)도 내측부들은 서로 압축되며 변형된다.

즉, 상기 접촉부(A)에서는 서로 인접한 한 쌍의 단위블록들(100)이 밀착상태가 해제되지만, 상기 접촉부(A)의 전단 및 후단의 인접부들(B)에서는, 서로 인접한 단위블록들(100)의 내측부들은 서로 압축되며 변형된다.

이 경우, 상기 인접부들(B)에서 상기 단위블록들(100)의 내측부들이 압축되는 경우, 상기 단위블록들(100)의 형상이나 구조적 특징으로 인해, 상기 단위블록들(100)의 이탈이나 불규칙한 위치 변경이 최소화될 수 있다.

이하에서는, 이러한 상기 인접부(B)에서의 단위블록들의 변형 상태를 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.

즉, 도 7a는 도 1의 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 상태에서의 인접부(B)에서의 단위블록의 변형 상태를 도시한 정면도이고, 도 7b는 도 7a의 단위블록을 다른 방향에서 도시한 사시도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 인접부(B)에서는, 상대적으로 서로 인접한 단위블록들은, 외측에 위치하는 상기 지지부들(150)은 인장력으로 인해 거리가 멀어지도록 변형되며, 반면 내측에 위치하는 상기 고정부(140)들은 압축력으로 인해 서로 거리가 근접하도록 변형된다.

그러나, 본 실시예의 경우, 상기 고정부(140)는 상기 상면(111)으로부터 소정의 단차(119)를 형성하며 연장되고, 이에 따라 전단에 위치한 단위블록의 고정부(140)의 상기 끝단부(143)가 후단에 위치한 단위블록의 상기 단차(119)에 위치하며, 이에 의해 상기 끝단부(143)의 추가적인 이동이 제한된다.

그리하여, 서로 인접하는 단위블록들이 상기 인접부(B)에서 내측부가 서로 압축력에 의해 서로 밀착되는 경우라도, 상기 끝단부(143)가 상기 단차(119)에 의해 이동이 제한되므로, 일정 수준 이상으로 서로 밀착되지 않으며, 상기 인가되는 압축력을 흡수할 수 있게 된다.

특히, 상기 끝단부(143)와 상기 단차(119)는 평소에는 도 6a에 도시된 바와 같이 소정 거리 이격된 상태를 유지하므로, 상기 인접부(B)에서의 압축력에 의해 압축될 수 있는 소정의 이동 거리를 확보할 수 있으며, 상기 이동 거리 이상의 압축력이 인가되더라도, 상기 끝단부(143)의 볼록한 형상이 상기 단차부(119)의 오목한 형상에 밀착된 상태를 유지할 수 있어 일정 부분 압축력을 효과적으로 흡수할 수 있다.

따라서, 상기 단위블록들은 그 위치가 이탈되거나 상대적인 위치가 불규칙하게 변경되지 않으며, 전체적으로 상기 바퀴유닛(10)의 형상을 일정하게 유지할 수 있다.

이상과 같이, 상기 단위블록들(100)은 서로 밀착되거나 자유롭게 분절되고, 나아가 상대적인 위치 변경을 제한하는 구조로 설계됨으로써, 전체적으로 바퀴유닛(10)의 형상이 붕괴되지 않으면서도 계단과 같은 장애물(6)을 매우 효과적으로 극복할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 바퀴유닛을 도시한 정면도이다.

본 실시예에 의한 상기 바퀴유닛(20)은 지지체(201)를 제외하고는 도 1 내지 도 7b를 참조하여 설명한 상기 바퀴유닛(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 바퀴유닛(20)에서는, 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100)에 상기 지지체(201)가 충진되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 지지체(201)는 소정의 탄성을 가지는 재질로 형성되어, 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이에 충진될 수 있으며, 상기 지지체(201)의 탄성은 상기 제어부(400)에 의해 제어될 수도 있다. 또한, 상기 지지체(201)의 재질은 제한되지는 않는다.

상기 지지체(201)가 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이를 연결하며 장력을 인가하는 것은, 앞서 설명한 상기 지지체(200)와 동일하며, 본 실시예의 경우, 상기 지지체(201)가 와이어의 형상이 아닌, 충진재로 충진되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 도시하지는 않았으나, 실시예에 따라, 상기 지지체(201)가 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이에 충진됨과 동시에, 앞서 설명한 상기 지지체(200)로서 와이어가, 상기 허브부(300)와 상기 단위블록들(100) 사이에 추가로 연결될 수도 있다.

도 9a 및 도 9b는 도 1 또는 도 8의 바퀴유닛이 실제 평지를 통과하는 상태를 예시한 이미지이고, 도 9b는 장애물을 통과하는 상태를 예시한 이미지이다.

도 9a를 참조하면, 도 1 또는 도 8에서 설명한 상기 바퀴유닛(10, 20)이 평지인 지면(1)을 통과하는 경우, 상기 지면(1)과 접촉하는 부분에서는, 상기 단위블록들(100)은 보다 더 밀착한 상태를 유지할 수 있으며, 상기 단위블록들(100)과 상기 허브부(300) 사이를 연결하는 상기 지지체(200, 201)는 느슨하게 연결된 상태를 유지할 수 있다.

한편, 도 9b를 참조하면, 도 1 또는 도 8에서 설명한 상기 바퀴유닛(10, 20)이 계단과 같은 장애물(6)을 통과하는 경우, 상기 장애물(6)과의 접촉부(A)에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 단위블록들은 외측부는 서로 밀착되지만 내측부는 서로 분절되어 물방울의 표면장력이 붕괴되는 현상이 모사된다. 또한, 상기 접촉부(A)에 인접한 전방 또는 후방의 인접부(B)에서는 단위블록들은 내측부에 압축력이 인가됨에 따라 서로 밀착하게 되는데 단위블록들이 이러한 압축력을 효과적으로 흡수함으로써, 전체적으로 상기 바퀴유닛(10)의 형상을 유지하면서, 상기 접촉부(A)를 중심으로 회전되어 효과적인 장애물 극복이 가능하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 물방울이 표면장력을 통해 외형을 유지하는 원리를 바탕으로, 지지체가 인가하는 장력 및 단위블록들 사이의 밀착력을 통해 물방울의 표면장력과 유사한 힘을 모사하여, 바퀴유닛이 전체적으로 형상을 유지하며 지면을 효과적으로 통과할 수 있다.

한편, 물방울에 변형 임계각을 초과하는 힘이 작용하는 경우 외형이 붕괴되는 원리를 적용하여, 단위블록이 장애물과 접촉하는 경우, 접촉부에서는 단위블록들 사이의 접촉 상태가 유지되지만, 접촉부의 내측에서는 단위블록들 사이의 밀착이 해제되어 서로 분절됨으로써, 장애물의 효과적인 극복이 가능하게 된다.

이 경우, 붕괴된 부분은, 장애물의 통과 후 상기 장력 및 상기 단위블록들의 구조를 통해 쉽게 복원될 수 있어 바퀴의 원형을 다시 유지할 수 있으며, 이를 통해 장애물의 극복 및 지면 주행을 원활하게 수행할 수 있다.

한편, 상기 단위블록들에 인가하는 장력을 제어함으로써, 바퀴유닛의 전체적인 변형 정도를 제어할 수 있고, 이를 통해, 상대적으로 일정한 지면 또는 상대적으로 불규칙한 지면에 따라 바퀴유닛의 변형정도를 제어하여 효과적인 지면 주행이 가능하게 된다.

특히, 상기 단위블록들 각각은, 지지부를 포함하여, 장애물의 모서리에 단위블록이 지지된 상태를 유지할 수 있어 단위블록들의 내부에서의 분절을 효과적으로 유도할 수 있으며, 서로 인접한 지지부들이 장애물의 극복과정에서 서로 중첩되는 것을 방지하도록 제1 지지돌기와 제2 지지돌기가 교번적으로 형성되어 구조를 유지하면서 안정적인 장애물 극복이 가능하게 된다.

또한, 장애물과 접촉하는 접촉부와 인접한 인접부에서는 인접한 단위블록들의 지지부들이 서로 멀어지도록 인장변형이 발생하는데, 이 경우, 고정부가 고정부와 몸체부 사이의 단차에 의해 이동이 제한되며, 몸체부에 형성된 홈부가 소정 거리만큼만 연장되고, 돌출부가 상기 홈부 상에서 이동되므로, 상기 돌출부 역시 홈부에 의해 이동이 제한된다. 그리하여, 인장변형이 발생하는 경우, 상기 단위블록들 사이에서, 소정 거리 이상의 간격이 발생하지 않으면서 안정적인 상대적인 위치관계를 유지할 수 있어, 장애물의 극복시에도 상기 인접부에서는 바퀴유닛의 구조를 유지하게 된다.

즉, 장애물을 극복하는 접촉부에서는 인접하는 단위블록들은 내측에서 자유롭게 분절되고, 상기 접촉부와 인접한 인접부에서는 소정의 인장 변형이 발생하더라도 상기 고정부 및 상기 돌출부에 의해 상기 단위블록들의 내측의 상대적인 위치가 제한되므로, 전체적으로 자연스러운 단위블록들 사이의 상대위치가 형성되며 상기 바퀴유닛의 안정적인 변형을 구현할 수 있다.

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

10, 20 : 바퀴유닛 100 : 단위 블록
110 : 몸체부 120 : 홈부
130 : 돌출부 140 : 고정부
150 : 지지부 200 : 지지체
300 : 허브부 400 : 제어부
500 : 공간부 A : 접촉부
B : 인접부

Claims (15)

1. 회전 구동력을 제공받아 회전하는 허브부;
   상기 허브부로부터 소정 간격 이격되며 바퀴유닛의 외형을 형성하는 복수의 단위블록들; 및
   상기 허브부와 상기 단위블록들 사이를 연결하거나, 상기 허브부와 상기 단위블록들 사이에 충진되는 지지체를 포함하고,
   상기 단위블록은, 상기 바퀴유닛이 지면을 이동함에 따라 인접하는 단위블록과의 접촉상태가 가변되며 탈착 또는 밀착되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 바퀴유닛이 평지인 지면을 통과하는 경우,
   상기 단위블록들은 서로 밀착되고, 상기 지지체는 상기 단위블록들에 상기 허브부 방향으로의 장력을 인가하는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
3. 제2항에 있어서,
   상기 단위블록들 사이의 밀착력과, 상기 지지체가 인가하는 장력을 통해, 물방울의 표면장력이 모사되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 경우,
   상기 장애물에 접촉함에 따라, 상기 서로 밀착된 인접한 단위블록들은 밀착 상태가 해제되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
5. 제4항에 있어서, 상기 단위블록들은,
   상기 장애물에 접촉되는 접촉부에서는 접촉을 유지하고,
   상기 접촉부로부터 멀어짐에 따라 밀착이 해제되어 서로 분절되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
6. 제1항에 있어서, 상기 단위블록들 각각은,
   돌출된 전면부와 상기 전면부와 결합되도록 함입된 후면부를 포함하는 몸체부;
   상기 몸체부의 상부에서 연장되는 고정부; 및
   상기 몸체부의 하부에 돌출되는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
7. 제6항에 있어서, 상기 지지부는,
   상기 몸체부에 평행한 방향으로 연장되는 지지프레임; 및
   상기 지지프레임에 수직인 방향으로 돌출되는 지지돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
8. 제7항에 있어서, 상기 바퀴유닛이 장애물을 극복하는 경우,
   상기 지지프레임과 상기 지지돌기는 상기 장애물의 모서리에 고정되고,
   서로 인접한 단위블록들은 상기 지지프레임과 상기 지지돌기를 중심으로 회전하여 상기 고정부의 간격이 멀어지는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
9. 제7항에 있어서,
   서로 인접한 단위블록들에서, 상기 지지돌기는,
   상기 지지프레임의 중앙으로부터 돌출되는 제1 지지돌기와, 상기 제1 지지돌기가 삽입되도록 중앙에 삽입공간을 형성하며 상기 삽입공간의 양측에 형성되는 제2 지지돌기가 교번적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
10. 제6항에 있어서,
    상기 고정부에는, 인접한 단위블록의 몸체부의 상면을 따라 슬라이딩되는 접촉면, 및 상기 고정부의 끝단에 끝단부가 형성되고,
    상기 몸체부의 상면과 상기 고정부는 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
11. 제10항에 있어서, 인접하는 단위블록들의 지지부들의 간격이 멀어지는 경우,
    상기 고정부의 끝단부는 인접한 단위블록의 상기 단차에 의해 이동이 제한되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
12. 제6항에 있어서, 상기 단위블록들 각각은,
    상기 몸체부의 전면부에 소정 길이로 형성되는 홈부; 및
    상기 몸체부의 후면부로부터 돌출되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
13. 제12항에 있어서, 인접하는 단위블록들의 지지부들의 간격이 멀어지는 경우,
    상기 돌출부는 인접한 단위블록의 상기 홈부에 의해 이동이 제한되는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체가 인가하는 장력을 제어하는 제어부를 더 포함하는 바퀴유닛.
15. 제14항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 바퀴유닛이 상대적으로 굴곡이 일정한 지면을 통과하는 경우, 상기 지지체가 인가하는 장력의 크기를 증가시키고,
    상기 바퀴유닛이 상대적으로 굴곡이 큰 지면을 통과하는 경우, 상기 지지체가 인가하는 장력의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 바퀴유닛.

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