KR20220162945A - 험지 기동이 가능한 트랜스포밍 전지형용 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

보행을 통한 기동 모드와 바퀴를 이용한 기동 모드의 트랜스포밍이 가능하여 험지, 야지 등에서 기동 가능한 트랜스포밍 전지형용 차량 및 그 제어 방법이 제공된다. 상기 전지형용 차량은 프레임 상에 노출된 안장; 상기 프레임의 전방에 배치된 적어도 한 쌍의 전방 휠; 및 상기 프레임의 후방에 배치된 적어도 한 쌍의 레그 어셈블리로서, 적어도 한 쌍의 후방 휠을 포함하는 레그 어셈블리를 포함하는 전지형용 차량으로서, 제1 모드에서는 상기 전방 휠 및 후방 휠을 포함하는 휠들을 이용해 주행 가능하고, 제2 모드에서는 상기 한 쌍의 후방 휠만을 이용하여 이륜 평행 주행 가능하고, 제3 모드에서는 지면으로부터 상기 휠들이 모두 이격된 상태에서 상기 레그 어셈블리를 이용해 보행 가능하게 구성된다.

Description

험지 기동이 가능한 트랜스포밍 전지형용 차량 및 그 제어 방법{TRANSFORMING All-TERRAIN VEHICLE FOR MANEUVERING IN ROUGH TERRAIN AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 전지형용 차량(All-Terrain Vehicle, ATV) 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 보행을 통한 기동 모드와 바퀴를 이용한 하나 이상의 기동 모드의 트랜스포밍이 가능하여 험지, 야지 등에서 기동 가능한 트랜스포밍 전지형용 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

전세계적으로 군활용 목적의 다양한 로봇들이 개발되고 있다. 상기 로봇, 특히 지상 전투 로봇은 적군과 교전해야 하는 지상군의 생명을 보호하고 감소하는 병력자원 문제를 해결하고자 하는 무인 전투 체계용 로봇과 유무인 복합 체계에 활용하기 위한 로봇으로 대별될 수 있다. 지상 전투 로봇은 감시 정찰, 주요 시설 감시 경계, 지뢰 탐지, 물자 수송 등에 활용되며 전투 체계의 단위 요소로 활용될 수 있다.

그러나 현재까지 개발된 로봇들은 군대에서 요구하는 수준의 전투 수행 능력을 보여주지 못하고 있다. 그 이유는 다양하지만, 가장 큰 이유 중 하나는 실제 야전에서의 이동 성능과 운용 성능이 군사적 요구 사양을 만족하지 못하기 때문이다.

종래의 이동형 전투 로봇은 대부분 휠 또는 무한궤도휠을 이용해 이동한다. 그러나 한반도는 70% 이상이 산지로 이루어져 있고, 북위 40도 이상의 이북 지역은 해발 2,000m 이상의 고산이 존재한다. 이러한 산간 지역에는 도로가 없기 때문에 기존의 이동식 전투 차량이나 차륜 이동하는 지상 전투 로봇의 이동성을 확보하기 어려운 상황이다. 또한 유사 상황시 건물 등의 붕괴로 인한 잔해로 인해 도심 지역 또한 험지로 변화할 수 있다. 이 같은 이유로 지상 전투 로봇은 험지에서의 이동성 확보가 필수적이다.

지상 전투 로봇을 이동 방식을 기준으로 대별하면 차륜형 로봇, 또는 차량형 로봇과 보행형 로봇으로 구별할 수 있다. 복수의 휠을 이용해 이동하는 차륜형 로봇은 앞서 설명한 것과 같이 험지에서의 이동성 확보가 어렵기 때문에 다족(多足) 보행 로봇이 개발되고 있다. 다족 보행 로봇의 예로는 견마 로봇(dog horse robot)을 들 수 있다.

복수의 레그 어셈블리를 이용해 이동하는 보행 로봇의 경우 험지 환경에서의 이동이 상대적으로 용이하나, 이동 속도가 매우 낮으며, 보행 속도를 높이는데 한계가 있을 것으로 예상된다. 또한 이동 시 차륜형 이동에 비해 현저하게 높은 동력을 소모하기 때문에 장거리 이동에 적합하지 않다. 이러한 이유로 작전 지역으로 이동할 때, 예컨대 장거리 이동 내지는 도로가 확보된 상황에서는 보행 로봇을 수송 차량에 탑재하여 이동하고, 험준한 작전 지형에서는 로봇의 보행 기능을 이용해 군사 작전을 수행하는 방식을 구축하고 있는 실정이다.

그러나 이와 같은 경우 작전 지역에 도달한 후 수송 차량으로부터 전투 로봇이 하차해야 하는 등의 문제가 있어 순발력이 떨어지고 복수의 자원이 투입되는 한계가 있다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차륜을 이용한 평지에서의 고속 평지 주행과 레그 어셈블리를 이용한 험지에서의 보행이 가능한 트랜스포밍 전지형용 차량을 제공하는 것이다. 이를 통해 고속 기동과 작전 지역에서의 신속한 험지 이동성을 갖는 트랜스포밍 전지형용 차량 또는 지상 전투 로봇을 제공하는 것이다.

또, 모드의 변경 과정에서 소요되는 동력을 감소시키고, 나아가 모드의 변경에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 트랜스포밍 전지형용 차량을 제공하는 것이다. 아울러 모드 변경 과정에서 무게 중심 제어를 용이하게 수행할 수 있는 구조의 전지형용 차량을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 위와 같은 지상 전투 로봇에 사람이 탑승한 경우에 사람이 하차하지 않고도 트랜스포밍이 가능하도록 무게 중심을 제어하기 위한 트랜스포밍 전지형용 차량의 제어 방법 또는 지상 전투 로봇의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지형용 차량은 프레임 상에 노출된 안장; 상기 프레임의 전방에 배치된 적어도 하나의 전방 휠; 및 상기 프레임의 후방에 배치된 적어도 한 쌍의 레그 어셈블리로서, 적어도 한 쌍의 후방 휠을 포함하는 레그 어셈블리를 포함하는 전지형용 차량으로서, 제1 모드에서는 상기 전방 휠 및 후방 휠을 포함하는 휠들을 이용해 주행 가능하고, 제2 모드에서는 상기 한 쌍의 후방 휠만을 이용하여 이륜 평행 주행 가능하고, 제3 모드에서는 지면으로부터 상기 휠들이 모두 이격된 상태에서 상기 레그 어셈블리를 이용해 보행 가능하다.

상기 레그 어셈블리는 제1 관절 유닛을 통해 상기 프레임에 결합되되, 상기 제1 모드에서, 상기 제1 관절 유닛은 소정의 가동 범위 내에서 자유 회전 상태를 유지하여 서스펜션 기능을 가질 수 있다.

상기 레그 어셈블리는, 제1 관절 유닛 및 제2 관절 유닛을 포함하는 복수의 관절 유닛, 상기 제1 관절 유닛을 통해 프레임과 연결된 상주 유닛, 상기 제2 관절 유닛을 통해 상주 유닛과 연결되는 하주 유닛, 및 상기 제2 관절 유닛과 연결된 상기 후방 휠을 포함할 수 있다.

이 때 상기 제1 모드 또는 제3 모드에서, 상기 상주 유닛과 하주 유닛이 적어도 부분적으로 상기 제2 관절 유닛 보다 전방 측에 위치하도록 상기 제2 관절 유닛을 중심으로 상기 레그 어셈블리가 가동할 수 있다.

상기 상주 유닛은 상기 후방 휠과 기계적으로 연결된 적어도 하나의 액츄에이터를 포함할 수 있다.

상기 제1 모드 및 제3 모드에서, 상기 제2 관절 유닛은 상기 안장 보다 후방에 위치하고, 상기 제1 모드의 측면 시점에서, 상기 상주 유닛 및 하주 유닛은 상기 안장과 중력 방향으로 중첩할 수 있다.

상기 레그 어셈블리는, 지면을 딛는 스텝 유닛, 및 상기 스텝 유닛과 하주 유닛을 연결하는 제3 관절 유닛을 더 포함할 수 있다.

이 때 상기 제3 모드의 측면 시점에서, 상기 스텝 유닛 및 상기 제1 관절 유닛은 상기 안장과 중력 방향으로 중첩할 수 있다.

상기 제2 모드의 측면 시점에서, 상기 상주 유닛 및 제2 관절 유닛은 상기 안장과 중력 방향으로 중첩할 수 있다.

또, 전면 시점에서, 상기 한 쌍의 하주 유닛은 한 쌍의 상주 유닛에 비해 내측에 위치할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 프레임의 측방 상에 배치된 하나 이상의 중량물(weight element)을 더 포함하되, 상기 중량물은 모드를 변경하는 과정에서 상기 프레임과의 상대적 위치가 변화하며 무게 중심 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.

또, 측면 시점에서, 상기 중량물은 상기 전방 휠과 중력 방향으로 중첩할 수 있다.

상기 모드들을 변경하는 과정에서, 상기 전방 휠의 회전을 이용한 모멘텀을 유발하여 무게 중심 제어를 수행하도록 구성될 수 있다.

상기 상주 유닛의 길이와 상기 제1 모드에서의 축간 거리의 비율은 1:0.8 내지 1:1.2 범위에 있고, 상기 제1 모드에서, 상기 전방 휠의 회전축, 및 상기 프레임과 상주 유닛이 결합된 회전축을 연결한 가상의 제1 라인과, 상기 후방 휠의 회전축, 및 상기 프레임과 상주 유닛이 결합된 상기 회전축을 연결한 가상의 제2 라인의 교차각은 10도 내에 있을 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지형용 차량의 제어 방법은 프레임의 전방에 결합된 한 쌍의 전방 휠, 및 상기 프레임의 후방에 결합된 적어도 한 쌍의 레그 어셈블리로서 적어도 한 쌍의 후방 휠을 포함하는 레그 어셈블리를 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법으로서, 3개 이상의 휠들을 이용한 제1 모드, 2개의 휠만을 이용한 제2 모드, 및 레그 어셈블리를 이용하여 보행하는 제3 모드 중 적어도 일부 간의 트랜스포밍이 가능한 것으로, 상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 변화하는 단계, 및 상기 제2 모드에서 상기 제3 모드로 변화하는 단계를 포함한다.

상기 제1 모드 내지 상기 제3 모드 중 적어도 일부로 트랜스폼되는 과정에서, 상기 전방 휠의 공회전을 이용해 모멘텀을 유발하여 무게 중심 제어를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 레그 어셈블리는, 제1 관절 유닛 내지 제3 관절 유닛을 포함하는 복수의 관절 유닛, 상기 제1 관절 유닛을 통해 프레임과 연결된 상주 유닛, 상기 제2 관절 유닛을 통해 상주 유닛과 연결되는 하주 유닛, 상기 제3 관절 유닛을 통해 하주 유닛과 연결되고, 지면을 딛도록 구성된 스텝 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 모드에서 제2 모드로 변화하는 단계는, 상기 전방 휠과 후방 휠이 지면에 닿은 상태에서, 상기 스텝 유닛을 지면에 닿게 한 후 전방 휠을 지면으로부터 이격 시키는 단계를 포함할 수 있다.

또, 상기 제2 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계는, 상기 후방 휠이 지면에 닿은 상태에서, 상기 스텝 유닛을 지면에 닿게 한 후 후방 휠을 지면으로부터 이격 시키는 단계를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 상기 제2 모드를 거치지 않고 상기 제1 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 때 상기 제1 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계는, 상기 전방 휠과 후방 휠이 지면에 닿은 상태에서, 상기 스텝 유닛을 지면에 닿게 한 후 전방 휠 및 후방 휠을 지면으로부터 이격 시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제2 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계 또는 상기 제1 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계는, 전방 휠 및/또는 후방 휠의 회전과 함께 수행되어 프레임의 높이 변화에 따른 위치 에너지 증가를 적어도 일부의 관성력을 이용해 수행할 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 도로 등에서 고속 주행을 요할 경우 차륜형 로봇 내지는 전지형용 차량 모드로 트랜스포밍함으로써 4개의 바퀴를 이용하거나 2개의 바퀴로 주행 이동할 수 있다. 예를 들어, 안정적인 고속 주행이 요구될 경우 3개 이상의 휠을 이용해 주행할 수 있다. 다른 예를 들어, 신속한 방향 전환이 요구되는 등의 상황에서는 2개의 휠을 이용해 평행 이륜 주행할 수 있다.

반면 산악 지형 등 험지에서 이동을 요할 경우 보행 로봇 모드로 트랜스포밍함으로써 적어도 2개의 레그 어셈블리를 이용해 보행 이동할 수 있다.

또, 상기 2개의 모드 간에 상호 트랜스포밍함에 있어서, 탑승자가 내리지 않고도 모드 변경이 가능할 수 있다. 따라서 작전시 순발력과 신속성을 높일 수 있고 탑승자를 안전하게 보호할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포밍 전지형 차량의 제1 모드에서의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지형 차량의 제2 모드에서의 사시도이다.
도 3은 도 1의 전지형 차량의 제3 모드에서의 사시도이다.
도 4는 도 3의 전지형 차량의 레그 어셈블리의 분해사시도이다.
도 5는 도 1의 전지형 차량의 제1 모드에서의 평면도이다.
도 6 내지 도 8은 각각 전지형 차량의 제1 모드 내지 제3 모드에서의 정면도들이다.
도 9 내지 도 11은 각각 전지형 차량의 제1 모드 내지 제3 모드에서의 측면도들이다.
도 12 내지 도 16은 전지형 차량이 제1 모드에서 제2 모드로 트랜스포밍하는 과정을 나타낸 측면도들이다.
도 17 및 도 18은 전지형 차량이 제2 모드에서 제3 모드로 트랜스포밍하는 과정을 나타낸 측면도들이다.
도 19 및 도 20은 전지형 차량이 제1 모드에서 제3 모드로 트랜스포밍하는 과정을 나타낸 측면도들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.

본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포밍 전지형 차량의 제1 모드에서의 사시도이다. 도 2는 도 1의 전지형 차량의 제2 모드에서의 사시도이다. 도 3은 도 1의 전지형 차량의 제3 모드에서의 사시도이다. 도 4는 도 3의 전지형 차량의 레그 어셈블리의 분해사시도이다. 도 5는 도 1의 전지형 차량의 제1 모드에서의 평면도이다. 도 6 내지 도 8은 각각 전지형 차량의 제1 모드 내지 제3 모드에서의 정면도들이다. 도 9 내지 도 11은 각각 전지형 차량의 제1 모드 내지 제3 모드에서의 측면도들이다.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 프레임(100), 프레임(100)의 전방에 배치된 전방 휠(200), 프레임(100)의 후방에 배치된 레그 어셈블리(300)를 포함하고, 프레임(100)의 측방에 배치된 중량물(400)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 도로 등에서 고속 주행이 요구될 경우 도 1에 도시된 것과 같이 적어도 3개 또는 적어도 4개의 휠을 이용해 차륜 주행 기동할 수 있다. 이하, 도 1에 도시된 상태를 주행 모드(11), 차륜 모드, 휠 모드, 또는 제1 모드 등으로 지칭할 수 있다. 본 모드(11)에서 평지 주행시 약 40km/h 이상의 속도를 가질 수 있기 때문에 고속 주행이 가능할 수 있다. 따라서 작전 지역 이동시에 본 모드(11)를 이용해 고속 이동을 달성할 수 있다.

또, 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 필요에 따라 2개의 휠만을 이용해 이륜 평행 주행 기동할 수 있다. 이하, 도 2에 도시된 상태를 이륜 주행 모드(12), 이륜 평행 주행 모드, 세그웨이 모드, 또는 제2 모드 등으로 지칭할 수 있다. 본 모드(12)는 방향 전환이 제1 모드(11)에 비해 용이하며 자유롭고 신속한 기동을 달성할 수 있다.

또한 전지형 차량(10)이 험지에서 이동할 경우 도 3에 도시된 것과 같이 한 쌍 이상의 레그 어셈블리(300)를 이용하여 보행 기동할 수 있다. 이하, 도 3에 도시된 상태를 보행 모드(13), 또는 제3 모드 등으로 지칭할 수 있다. 본 모드(13)에서 레그 어셈블리(300)를 이용해 보행하며, 평지 보행시 약 3km/h 이상의 속도를 가질 수 있다. 따라서 산악 지형 등의 험지에서 본 모드(13)로 보행하며 전투 작전, 지상군 엄호, 경계 지원 등을 달성할 수 있다.

비제한적인 예시에서, 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)의 안장(110)에 탑승자가 탑승한 상태에서, 전지형 차량(10)이 전술한 주행 모드(11) 및 보행 모드(13) 상호 간에 트랜스폼되는 과정에서 탑승자가 하차하지 않고 안장(110)에 탑승한 상태를 유지하며 트랜스폼될 수 있다.

만일 트랜스폼 과정에서 안장(110)이 대략 수평을 유지하지 못하고 이에 따라 탑승자의 안전을 위해 트랜스폼 과정에서 하차해야한다면, 보행 모드(13)에서 주행 모드(11)로 변화하고자 하는 경우, 보행 모드(13)에서의 탑승자 위치가 높기 때문에 보행 모드(13) 상태에서 하차가 곤란할 수 있다. 반면, 주행 모드(11)에서 보행 모드(13)로 변화하고자 하는 경우, 보행 모드(13)로 변화한 전지형 차량(10)으로의 탑승이 곤란할 수 있다. 본 발명은 위와 같이 모드의 변화 과정에서 안장이 가급적 수평 상태를 유지할 수 있고, 그렇지 않다 하더라도 전지형 차량(10)이 안정적인 자세 제어를 수행하기 위한 구성요소를 제안한다.

다른 실시예에서, 도면에 도시된 것과 같이 제1 모드(11)에서는 탑승자가 탑승하여 전지형 차량(10)의 동작을 제어하되, 제2 모드(12) 및 제3 모드(13)는 무인 전투 체계와 같이 구축될 수도 있음은 물론이다.

이하, 전지형 차량(10)을 이루는 구성요소에 대해 설명한다.

프레임(100)은 전지형 차량(10)의 몸통을 이루는 부분일 수 있다. 본 명세서에서, 프레임(100)은 바디, 바디부, 몸체, 몸체부 등의 용어와 혼용될 수 있다. 프레임(100)은 본 발명에 따른 전지형 차량(10)의 구동을 위한 액츄에이터, 연료 탱크, 배터리, 동력 전달 구조체 등을 하우징할 수 있다. 또, 프레임(100)은 적군의 화기로부터 내구성을 유지할 수 있도록 소정 두께를 갖는 금속 재질로 이루어져 장갑된(amored) 상태일 수 있다.

프레임(100)의 상부, 구체적으로 상부 후방에는 안장(110)이 배치될 수 있다. 안장(110)은 밀폐되지 않고 외부에 노출된 상태일 수 있다. 안장(110)에는 탑승자가 탑승하여 전지형 차량(10)을 조작하도록 구성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 상태에서 탑승자는 전지형 차량(10)을 모터 바이크(motorbike)와 같은 ATV 형태로 조작할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 안장은 콕핏(cockpit), 조종부, 조종간, 조정석 등의 용어와 혼용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 안장(110)의 각도는 조절되도록 구성될 수 있다. 안장(110)의 각도 조절을 통해 탑승자의 승차와 하차 편의성을 도모할 수 있다.

프레임(100) 상부의 안장(110) 부근에는 조작 패널, 핸들 등이 구비될 수 있다. 또, 프레임(100)에는 전조등, 후방등, 자동화기나 통신장치 등의 임무 장비의 거치를 위한 부속물 등이 부착된 상태일 수 있다.

전방 휠(200)은 적어도 하나 구비될 수 있다. 도 1 등은 전방 휠(200)이 한쌍으로, 즉 2개 구비된 경우를 예시한다. 다른 실시예에서, 전방 휠(200)은 오직 하나 구비되고, 전지형 차량은 총 3개의 주행 휠을 가질 수도 있다.

전방 휠(200)은 주행 휠로 기능할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 '주행 휠'은 차량의 차륜 이동 시에 지면과 접촉하여 차량의 이동에 기여하는 휠을 의미한다. 전지형 차량(10)은 주행 휠 외에도 다양한 휠 형상의 물품을 포함하거나, 부착된 상태일 수 있으나 이들은 주행 휠로 해석되지 않는다. 도 1 등은 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)의 휠이 총 4개만으로 이루어진 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 5개 이상의 휠을 가질 수도 있다. 이 경우 전방 휠(200)은 복수의 휠들 중 최전방에 위치한 휠을 의미하는 용어로 사용된다.

전방 휠(200)은 프레임(100)의 상대적으로 전방 측에 직접 결합될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 전방 휠(200)이 결합된 프레임(100)의 내측에는 전방 휠(200)에 동력을 전달하고, 제어하기 위한 조향 장치, 동력 축, 브레이크, 서스펜션, 및/또는 변속기 등이 구비될 수 있다. 한 쌍의 전방 휠(200), 예컨대 좌측 전방 휠과 우측 전방 휠은 각각 개별적 및 독립적으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 좌측 전방 휠은 전방으로 회전하는 반면 우측 전방 휠은 후방으로 회전할 수도 있다.

본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 제1 모드 내지 제3 모드(11, 12, 13)의 트랜스폼 과정에서, 전방 휠(200)을 이용하여 무게 중심을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 모드(12)와 같이 2개의 후방 휠(390)만을 이용하여 무게 중심을 잡거나, 제3 모드(13)와 같이 2개의 레그 어셈블리(300)만을 이용하여 무게 중심을 잡는 과정에서, 한 쌍의 전방 휠(200)을 모두 전방 회전 또는 후방 회전시키거나, 또는 어느 전방 휠은 전방 회전, 다른 전방 휠은 후방 회전 하는 등의 방식으로 모멘텀(momentum)을 유발하고 이를 통해 트랜스폼 과정에서의 무게 중심 제어를 수행할 수 있다.

레그 어셈블리(300)는 적어도 한 쌍으로 구비될 수 있다. 도 3 등은 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)이 두개의 레그 어셈블리(300)를 이용해 보행하는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 3개 이상, 또는 두 쌍 이상의 레그 어셈블리를 가질 수도 있다.

각 레그 어셈블리(300)는 적어도 하나의 후방 휠(390)을 포함할 수 있다. 후방 휠(390)은 주행 휠로 기능할 수 있다. 구체적으로, 후방 휠(390)은 제1 모드(11) 및 제2 모드(12)에서 주행 휠로 기능할 수 있다. 비제한적인 예시로서, 전방 휠(200)은 제1 모드(11)에서 주행 휠로 기능하되, 제2 모드(12)에서는 주행 휠로 기능하지 않을 수 있다. 레그 어셈블리(300)의 구조에 대해서는 후술한다. 용어 후방 휠(390)은 복수의 휠들 중에서 반드시 최후방에 위치한 휠을 의미하는 것은 아니며, 전방 휠(200)에 비해 후방 측에 위치한 휠로 이해될 수 있다. 또는 후방 휠(390)은 제2 모드(12), 즉 평행 이륜 주행 모드에 있어서 주행에 사용되는 휠로 이해될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 프레임(100)의 내측에는 레그 어셈블리(300) 및 후방 휠(390)에 동력을 전달하고 제어하기 위한 축, 브레이크, 변속기 등이 구비될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 프레임(100)의 양측 측방 상에는 하나 이상의 중량물(400)이 배치될 수 있다. 중량물(400)은 좌측방에 배치된 제1 중량물(410) 및 오측방에 배치된 제2 중량물(420)을 포함할 수 있다.

한편, 전지형 차량(10)에 탑승자가 탑승한 상태에서 트랜스폼하기 위해서는 안장(110) 부분이 전후 방향으로 대략 수평 상태를 유지하며 안정적으로 트랜스폼되어야 한다. 이를 위해 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 적어도 하나, 또는 복수의 중량물(400)들을 이용해 전후 방향으로의 무게 중심을 맞추는 기술적 특징을 요구된다.

양측의 중량물(400)들은 각각 전후 방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 양측의 중량물(400)들은 서로 독립적으로 제어 가능하며, 프레임(100)과의 결합 구조에 의해 전후 방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 사용되는 용어 프레임(100)은 전지형 차량(10)의 몸통 및 그 외부에 부착된 부착물을 포함하는 의미로 사용될 수 있으나, 중량물(400)은 프레임(100)과의 결합 구조를 이용해 슬라이드 이동 가능하며, 이에 따라 프레임(100)과 중량물(400) 간의 상대적 위치, 구체적으로 전후 방향으로의 상대적 위치가 가변 가능하다는 점에서 다른 부착물과 구별될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 제1 모드(11) 내지 제3 모드(13) 중 일부의 트랜스폼 과정 단계에서, 앞서 설명한 것과 같이 전방 휠(200)의 구동에 의해 유발되는 모멘텀 및/또는 중량물(400)의 이동에 따른 무게 중심을 이용해 전지형 차량(10)의 전체적인 무게 중심 제어를 수행할 수 있다.

후술할 바와 같이 레그 어셈블리(300)는 보행 모드(13)에서의 무게 중심을 고려하여 설계되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 모드가 변경되는 과정에서 필연적으로 무게 중심이 이동하게 되며, 양측의 제1 중량물(410) 및 제2 중량물(420)은 무게 중심을 전방 및/또는 후방 측으로 이동하며 안장(110)이 대략 수평을 유지하고 전지형 차량(10)의 자세가 무너지지 않도록 보조하는 역할을 할 수 있다.

도 1 등은 제1 중량물(410)로 다연장 로켓(multiple rocket) 및 그 발사대를 이용하고, 제2 중량물(420)로 발칸포(Vulcan automatic cannon) 등의 화기(weapon)을 이용한 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 제1 중량물(410)과 제2 중량물(420)은 소정의 무게를 가지고 전후 방향으로의 무게 중심을 제어할 수 있는 정도의 중량을 갖는 구성 요소이면 특별히 제한되지 않는다. 비제한적인 예시로서, 제1 중량물(410) 및 제2 중량물(420)은 각각 50kg 이상일 수 있다. 중량물(400)들의 무게 상한은 특별히 제한되지 않으나, 기동 효율성, 기반 하중 및 모드 트랜스폼의 안정성 등을 고려할 때 각각 약 100kg 이하일 수 있다.

이 경우 제1 중량물(410), 예컨대 다연장 로켓은 그 자체가 프레임(100)과 슬라이드 결합되어 전후방으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 이를 위해 프레임(100)의 측면에는 제1 중량물(410)이 삽입되어 전후 방향으로 슬라이드되기 위해 전후 방향으로 연장된 가이드 홈이 구비될 수 있다.

반면 제2 중량물(420), 예컨대 발칸포는 실질적인 중량을 제공하는 발칸포의 포신이 삽입되어 프레임(100)에 고정하는 중량물 하우징이 고정된 상태에서, 중량물 하우징으로부터 발칸포가 더욱 돌출되거나, 또는 더욱 삽입되는 등의 방법으로 전후방으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 즉, 제2 중량물(420)은 하우징 및 그 안에 삽입된 전후 방향으로 연장된 형상의 구조물을 포함하되, 하우징의 전후 방향 위치는 고정된 상태에서 상기 구조물 만이 돌출되도록 구성될 수 있다.

중량물(400)들이 가장 앞으로 돌출된 상태(예컨대, 주행 모드(11))이거나, 또는 가장 뒤로 후퇴한 상태(예컨대, 보행 모드(13))에서, 측면에서 바라봤을 때, 중량물(400)은 전방 휠(200)과 적어도 부분적으로 동일한 라인 상에 위치할 수 있다. 상기 라인은 중력 방향으로 연장된 라인일 수 있다. 즉, 측면 시점에서 중량물(400)과 전방 휠(200)은 중력 방향으로 중첩할 수 있다. 또, 전면 시점 또는 후면 시점에서 중량물(400)과 전방 휠(200)은 중첩하거나 비중첩할 수 있다.

이를 통해 2족 보행 및 4개의 바퀴만을 이용한 주행을 달성할 수 있다. 만일 중량물(400)이 전방 휠(200)과 비중첩할 경우, 2개의 레그 어셈블리(300)외 추가의 레그 어셈블리가 필요할 수 있다.

각 레그 어셈블리(300)는 프레임(100)과 결합된 상주 유닛(310), 상주 유닛(310)의 하부에 배치된 하주 유닛(330) 및 하주 유닛(330)의 하부에 배치된 스텝 유닛(350)을 포함하고, 이들을 결합하는 관절 유닛들(305, 315, 335)을 더 포함할 수 있다.

상주 유닛(310)(또는 제1 레그 유닛, 또는 상부 레그 유닛)은 프레임(100)과 결합되어 하측으로 돌출될 수 있다. 상주 유닛(310)과 프레임(100)은 제1 관절 유닛(305)을 통해 결합되며, 상주 유닛(310)은 제1 관절 유닛(305)을 샤프트로 하여 전후 방향으로 회전할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상주 유닛(310)은 사람 다리의 대퇴부 등에 대응될 수 있다.

하주 유닛(330)(또는 제2 레그 유닛, 또는 하부 레그 유닛)은 상주 유닛(310)과 결합되어 하측으로 더욱 연장될 수 있다. 하주 유닛(330)과 상주 유닛(310)은 제2 관절 유닛(315)을 통해 결합되며, 하주 유닛(330)은 제2 관절 유닛(315)을 샤프트로 하여 전후 방향으로 회전할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 하주 유닛(330)은 사람 다리의 종아리 등에 대응될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상주 유닛(310)의 측 방향으로의 폭은 하주 유닛(330)의 측 방향으로의 폭 보다 클 수 있다.

후술할 바와 같이 원활한 트랜스폼을 위해서는 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)의 접어진 상태에서의 배치 수납 설계가 매우 중요할 수 있다. 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 한 쌍의 하주 유닛(330)이 한 쌍의 상주 유닛(310)에 비해 내측에 배치하여 트랜스폼을 보다 용이하게 할 수 있다.

스텝 유닛(350)(또는 제3 레그 유닛, 또는 풋 유닛)은 하주 유닛(330)과 결합되어 지면을 지지하도록 구성될 수 있다. 스텝 유닛(350)과 하주 유닛(330)은 제3 관절 유닛(335)을 통해 결합되며, 스텝 유닛(350)은 제3 관절 유닛(335)을 샤프트로 하여 전후 방향으로 회전할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 스텝 유닛(350)은 사람 다리의 발 등에 대응될 수 있다.

후방 휠(390)은 최후방 휠일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또, 한 쌍의 후방 휠(390) 간의 차륜 거리(spurweite)는 한 쌍의 전방 휠(200) 간의 차륜 거리 보다 클 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

후방 휠(390)은 제2 관절 유닛(315) 상에 배치되어 결합될 수 있다. 레그 어셈블리(300)가 한 쌍으로 구비된 경우, 후방 휠(390) 또한 한 쌍으로 구비될 수 있다. 후방 휠(390)은 전방 휠(200)에 비해 후방 측에 위치할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 후방 휠(390)은 제1 모드(11) 및 제2 모드(12)에서 지면에 닿아 주행에 기여할 수 있다. 특히 제2 모드(12)는 한 쌍의 후방 휠(390)만을 이용하여 주행할 수 있다.

후방 휠(390)은 인 휠 모터(in-wheel motor) 또는 유압 모터(hydraulic motor)를 이용해 구동될 수 있다.

도면으로 표현하지 않았으나, 후방 휠(390)이 결합된 상주 유닛(310)의 내측에는 후방 휠(390)에 동력을 전달하고, 제어하기 위한 조향 장치, 동력 축, 브레이크, 서스펜션, 및/또는 변속기 등이 구비될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상주 유닛(310) 내에는 후방 휠(390)과 기계적으로 연결되어 동력 전달 시스템을 구성하는 적어도 하나의 액츄에이터가 구비될 수 있다. 즉, 프레임(100) 내에 위치한 동력원, 예컨대 모터로부터 상주 유닛(310)을 거쳐 후방 휠(390)에 이르는 동력 전달 시스템 중 적어도 일부의 액츄에이터는 상주 유닛(310) 내에 위치할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 상주 유닛(310)의 길이와 주행 모드(11)에서의 축간 거리의 비율은 약 1:0.8 내지 1:1.2 범위 내에 있을 수 있다. 본 명세서에서, 축간 거리는 주행 모드(11)에서 전방 휠(200)과 후방 휠(390)의 회전축 간의 수평 이격 거리를 의미한다. 또, 상주 유닛(310)의 길이는 제1 관절 유닛(305)과 제2 관절 유닛(315) 사이의 거리를 의미한다.

만일 상주 유닛(310)의 길이가 지나치게 클 경우 트랜스폼 과정에서 무게 중심을 안정적으로 유지하기 어려운 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 중량물(400)의 이동 범위를 더 확장시키는 것을 고려할 수 있으나, 이 경우 중량물(400)이 전방 휠(200)과 비중첩하는 범위까지 이동하게 되고, 주행 모드(11)에서 트랜스폼되기 시작하는 시점에서 구동이 곤란할 수 있다. 반면 상주 유닛(310)의 길이가 지나치게 작을 경우 트랜스폼 과정에서 소요되는 동력은 감소할 수 있으나, 보행 모드(13)에서 보행 시, 레그 어셈블리(300)의 가동 범위에 따라 전방 휠(200)과 후방 휠(390)이 접촉하게 될 위험이 있다.

또, 상주 유닛(310)의 길이와 하주 유닛(330)의 길이의 비율은 약 1:0.8 내지 1:1.2 범위 내에 있을 수 있다. 본 명세서에서, 하주 유닛(330)의 길이는 제2 관절 유닛(315)과 제3 관절 유닛(335) 사이의 거리를 의미한다.

만일 하주 유닛(330)의 길이가 지나치게 클 경우 주행 모드(11)에 있어서 스텝 유닛(350)과 프레임(100) 간의 간섭이 발생할 수 있다. 반면 하주 유닛(330)의 길이가 지나치게 작을 경우 주행 모드(11)에서 트랜스폼을 시작하는 시점에서, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 한 토크의 전달이 어려울 수 있다.

한편, 축간 거리는 차륜 거리 보다 큰 것이 바람직할 수 있다. 만일 차륜 거리가 축간 거리 보다 클 경우, 전후 방향으로의 무게 중심 설계가 더욱 곤란해질 수 있다.

이하, 본 발명의 전지형 차량(10)의 각 모드에서의 기계 구조적 특징에 대하여 설명한다.

우선 제1 모드(11)에 대해 설명한다. 전술한 것과 같이 제1 모드(11)는 전방 휠(200) 및 후방 휠(390)을 이용하여 적어도 4개의 바퀴가 지면에 닿은 상태에서 주행하는 모드일 수 있다.

본 모드에서 제2 관절 유닛(315)은 후방 측으로 돌출된 상태일 수 있다. 즉, 상주 유닛(310) 및/또는 하주 유닛(330)은 제2 관절 유닛(315) 보다 전방 측에 위치할 수 있다. 본 모드에서, 측면 시점에서, 안장(110)은 상주 유닛(310) 및 하주 유닛(330)과 중력 방향으로 중첩할 수 있다.

전면 시점에서, 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)은 실질적으로 중력 방향으로 비중첩할 수 있다. 전술한 것과 같이 하주 유닛(330)은 상주 유닛(310) 보다 내측에 위치할 수 있다. 즉, 두개의 상주 유닛(310)은 두개의 하주 유닛(330)을 사이에 두고 이격된 상태일 수 있다.

측면 시점에서, 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)이 이루는 사이각(예각)은 약 20도 이하, 또는 약 15도 이하, 또는 약 10도 이하, 또는 약 5도 이하일 수 있다.

또, 몇몇 실시예에서, 제1 모드(11)의 전지형 차량(10)을 측면에서 바라봤을 때, 전방 휠(200)의 회전축과 제1 관절 유닛(305)을 연결하는 가상의 제1 라인과 제1 관절 유닛(305)과 후방 휠(390)의 회전축을 연결하는 가상의 제2 라인은 소정 범위 내에서 교차할 수 있다. 예를 들어, 제1 라인과 제2 라인의 교차각은 약 10도 내, 또는 약 5도 내이거나, 또는 실질적으로 평행할 수 있다. 본 명세서에서, 평행하지 않은 두개의 라인이 형성하는 교차각은 예각을 의미한다.

만일 제1 라인과 제2 라인의 교차각이 너무 커질 경우 충분한 지상고(road clearance)를 확보할 수 없는 등의 문제가 발생할 수 있다.

한편, 적어도 제1 모드(11)에서, 프레임(100)과 상주 유닛(310)을 연결하는 제1 관절 유닛(305)은 고정되지 않고 소정의 가동 범위 내에서 자유 회전 상태를 유지할 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 모드(11)에서는 제1 관절 유닛(305) 및 상주 유닛(310)을 통해 프레임(100)과 연결되는 후방 휠(390)이 주행에 기여할 수 있다. 따라서 제1 모드(11)에서 제1 관절 유닛(305)이 소정의 가동 범위 내에서 자유 회전 상태를 가짐에 따라, 레그 어셈블리(300)가 후방 휠(390)의 서스펜션 기능을 제공할 수 있다.

이어서 제2 모드(12)에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이 제2 모드(12)는 후방 휠(390)만을 이용하여 2개의 바퀴만이 지면에 닿은 상태에서 주행하는 모드일 수 있다.

본 모드에서 상주 유닛(310)은 실질적으로 중력 방향을 향할 수 있다. 즉, 지면에 대해 수직한 방향을 향할 수 있다. 이에 따라 측면 시점에서, 안장(110)과 제2 관절 유닛(315)은 중력 방향으로 중첩할 수 있다.

반면 하주 유닛(330)은 상주 유닛(310)에 비해 앞으로 돌출된 상태일 수 있다. 본 모드에서, 도 10에 도시된 것과 같이 하주 유닛(330)은 상향 경사진 상태를 가지며 스텝 유닛(350)이 지면으로부터 이격되도록 할 수 있다. 이 때 한 쌍의 전방 휠(200)은 스텝 유닛(350)을 사이에 두고 이격될 수 있다. 측면 시점에서, 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)이 이루는 사이각(예각)은 약 80도 이하, 또는 약 70도 이하, 또는 약 60도 이하, 또는 약 50도 이하, 또는 약 40도 이하, 또는 약 30도 이하일 수 있다.

다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 모드(12)에서 이동이 아니라 위치를 고정하거나, 또는 화기 등의 발사를 위해 하주 유닛(330)은 하향 경사지며, 스텝 유닛(350) 등이 지면에 맞닿을 수도 있다.

이어서 제3 모드(13)에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이 제3 모드(13)는 휠을 이용한 차륜 주행을 수행하지 않고, 레그 어셈블리(300), 구체적으로 스텝 유닛(350)을 이용해 보행 기동하는 모드일 수 있다.

본 모드에서 제3 관절 유닛(335)은 후방 측으로 돌출된 상태일 수 있다. 즉, 상주 유닛(310) 및/또는 하주 유닛(330)은 제2 관절 유닛(315) 보다 전방 측에 위치할 수 있다. 본 모드에서, 측면 시점에서, 안장(110)은 상주 유닛(310) 및 하주 유닛(330)과 중력 방향으로 중첩할 수 있다. 측면 시점에서, 레그 어셈블리(300)는 전방면이 오목하고, 후방면이 볼록하게 꺾인 형상일 수 있다. 무게 중심이 상대적으로 중요한 보행 모드(13)에 있어서, 측면에서 바라봤을 때, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)은 경사 방향으로 연장된 상태를 유지할 수 있다. 따라서 제2 관절 유닛(315)은 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)의 무게 중심을 설계함에 있어서 매우 중요한 요소이다. 특히, 보행 모드(13)에서 제2 관절 유닛(315)이 안장(110) 보다 후방 측에 위치하여 보행 모드(13)에서의 무게 중심 안정성을 제공함은 물론, 보행 모드(13) 및 주행 모드(11) 상호 간의 트랜스폼 과정에서 안장(110)을 실질적으로 수평을 유지하도록 구성할 수 있다.

전면 시점에서, 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)은 실질적으로 중력 방향으로 비중첩할 수 있다. 전술한 것과 같이 하주 유닛(330)은 상주 유닛(310) 보다 내측에 위치할 수 있다.

본 모드에서, 본 실시예에 따른 전지형 차량(10)은 한 쌍의 스텝 유닛(350)을 지면에 디딘 상태에서 보행 기동을 수행할 수 있다. 이를 위해 측면 시점에서, 제1 관절 유닛(305), 제3 관절 유닛(335) 및 스텝 유닛(350)은 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 나아가 측면 시점에서 안장(110) 또한 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 제2 관절 유닛(315)은 상기 수직선에서 후방 측으로 어긋나 있음은 전술한 바와 같다.

측면 시점에서, 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)이 이루는 사이각은 약 170도 이하, 또는 약 160도 이하, 또는 약 150도 이하, 또는 약 140도 이하, 또는 약 130도 이하, 또는 약 120도 이하일 수 있다. 또, 상기 사이각은 90도 보다 클 수 있다.

또, 예컨대 제3 모드(13)의 정면 시점에서, 전지형 차량(10)이 대략 역삼각형 꼴을 갖게 되어 신속한 기동 성능을 제공함과 동시에 무게 중심 제어를 보다 용이하게 할 수 있다. 즉, 지면에 딛는 스텝 유닛(350) 및 하주 유닛(330)이 차지하는 가동 범위가 작기 때문에 약간의 기구적 제어 만으로 무게 중심 제어를 달성할 수 있다.

비제한적인 일례에서, 본 발명에 따른 전지형 차량(10)은 주행 휠(200, 390)이 4개의 휠로 이루어지고, 보행 시에 사용되는 레그 어셈블리(300)가 한 쌍, 즉 2개만으로 이루어질 수 있다. 종래의 경우 2개의 레그 어셈블리만을 이용한 이족 보행 로봇의 경우 전후 방향으로의 무게 중심 등의 문제로 인해 상용화가 실질적으로 곤란한 상태였다. 그러나 앞서 설명한 것과 같은 설계 요소를 반영하여 종래에 비해 안정적인 트랜스폼이 가능하며, 나아가 탑승자가 탑승한 상태에서의 트랜스폼을 달성할 수 있다.

이하, 본 발명의 전지형 차량의 트랜스폼 과정 및 제어 방법에 대해 설명한다.

도 12 내지 도 16은 전지형 차량이 제1 모드에서 제2 모드로 트랜스포밍하는 과정을 나타낸 측면도들이다.

우선 도 12 및 도 13을 더 참조하면, 제1 모드(11)에서 한 쌍의 전방 휠(200) 및 한 쌍의 후방 휠(390)을 이용하여 차륜 주행하는 전지형 차량(10)은 제1 관절 유닛(305)을 이용해 레그 어셈블리(300)를 회전시킬 수 있다. 이에 따라 프레임(100)은 앞으로 기울어질 수 있다.

본 단계에서, 전지형 차량(10)을 측면에서 바라봤을 때, 전방 휠(200)의 회전축과 제1 관절 유닛(305)을 연결하는 가상의 제1 라인과 제1 관절 유닛(305)과 후방 휠(390)의 회전축을 연결하는 가상의 제2 라인의 교차각(예각)은 약 15도 이상, 또는 약 20도 이상, 또는 약 25도 이상, 또는 약 30도 이상일 수 있다. 이에 따라 전방 휠(200)과 후방 휠(390)의 이격 거리는 가까워질 수 있다. 본 단계에서, 전방 휠(200) 및 후방 휠(390)은 모두 지면에 닿은 상태일 수 있다. 반면 스텝 유닛(350)은 지면으로부터 이격된 상태일 수 있다.

또한 제2 관절 유닛(315)을 중심으로, 하주 유닛(330)은 회전하지 않으며 하주 유닛(330)은 접어진 상태를 그대로 유지할 수 있다.

이어서 도 14를 더 참조하면, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 회전시켜 펼 수 있다. 즉, 상주 유닛(310)과 하주 유닛(330)의 교차각이 커질 수 있다. 이에 따라 전방 휠(200) 및 후방 휠(390) 뿐 아니라 스텝 유닛(350) 또한 지면에 닿을 수 있다.

이어서 도 15를 더 참조하면, 스텝 유닛(350)과 후방 휠(390)이 지면에 닿은 상태를 유지하며, 제1 관절 유닛(305)을 중심으로 상주 유닛(310)을 더욱 펴고, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 더욱 펼 수 있다. 예를 들어, 본 단계에서 프레임(100)은 수평을 유지하고, 상주 유닛(310)은 지면에 대해 대략 수직한 방향을 향할 수 있다.

본 단계에서 후방 휠(390) 뿐 아니라 스텝 유닛(350)을 이용해 지면을 디딘 상태에서 트랜스폼을 수행하여 제1 관절 유닛(305)과 제2 관절 유닛(315)의 회전에 소요되는 동력을 감소시키고 트랜스폼을 보다 신속하게 수행할 수 있다.

이어서 도 16을 더 참조하면, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 더욱 회전시켜 스텝 유닛(350)을 지면으로부터 이격시킬 수 있다.

전술한 과정을 통해 제1 모드(11)에서 제2 모드(12)로 트랜스폼될 수 있다.

또한 도면으로 표현하지 않았으나, 제1 모드(11)에서 제2 모드(12)로 트랜스폼 되는 과정에서 전방 휠(200)의 공회전을 이용한 모멘텀 및/또는 중량물(400)의 이동으로부터 자세 제어를 수행할 수 있음은 전술한 바와 같다.

도 17 및 도 18은 전지형 차량이 제2 모드(12)에서 제3 모드(13)로 트랜스포밍하는 과정을 나타낸 측면도들이다.

우선 도 16 및 도 17을 참조하면, 제2 모드(12)에서 한 쌍의 후방 휠(390)만을 이용하여 평행 이륜 주행하는 전지형 차량(10)은 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 회전시켜 스텝 유닛(350)을 지면에 디딜 수 있다.

이어서 도 18을 더 참조하면, 스텝 유닛(350)이 지면에 닿은 상태를 유지하며, 제1 관절 유닛(305)을 중심으로 상주 유닛(310)을 회전시키고, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 본 단계에서 프레임(100)은 수평을 유지할 수 있다.

전술한 과정을 통해 제2 모드(12)에서 제3 모드(13)로 트랜스폼될 수 있다.

본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제2 모드(12)에서 제3 모드(13)로 변화하는 과정은 후방 휠(390)을 이용하여 평행 이륜 주행하는 상태를 유지하며 이루어질 수 있다. 즉, 제2 모드(12)에서 제3 모드(13)로 변화하는 과정에서, 후방 휠(390)은 회전 상태를 계속해서 유지할 수 있다.

전지형 차량(10)이 나아가는 힘을 이용하되 스텝 유닛(350)을 지면에 디디며 제3 모드(13), 즉 보행 모드로 변화할 경우 관성력을 이용해 전지형 차량(10)의 무게 중심 레벨을 높이는데 필요한 위치 에너지로 변화할 수 있다. 이에 따라 소요되는 동력을 감소시키고 트랜스폼을 보다 신속하게 수행할 수 있다.

또한 도면으로 표현하지 않았으나, 제2 모드(12)에서 제3 모드(13)로 트랜스폼 되는 과정에서 전방 휠(200)의 공회전을 이용한 모멘텀 및/또는 중량물(400)의 이동으로부터 자세 제어를 수행할 수 있음은 전술한 바와 같다.

도 19 및 도 20은 전지형 차량이 제1 모드에서 제3 모드로 트랜스포밍하는 과정을 나타낸 측면도들이다.

우선 도 12 및 도 19를 더 참조하면, 제1 모드(11)에서 한 쌍의 전방 휠(200) 및 한 쌍의 후방 휠(390)을 이용하여 차륜 주행하는 전지형 차량(10)은 제1 관절 유닛(305)을 중심으로 상주 유닛(310)을 펴거나, 및/또는 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 펼 수 있다. 이에 따라 전방 휠(200) 및 후방 휠(390) 뿐 아니라 스텝 유닛(350) 또한 지면에 닿을 수 있다.

이어서 도 20을 더 참조하면, 스텝 유닛(350)이 지면에 닿은 상태에서 제1 관절 유닛(305)을 중심으로 상주 유닛(310)을 회전시키고, 제2 관절 유닛(315)을 중심으로 하주 유닛(330)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 본 단계에서 프레임(100)은 수평을 유지할 수 있다. 본 단계에서, 스텝 유닛(350), 제3 관절 유닛(335) 및 제1 관절 유닛(305)은 중력 방향으로 중첩하는 상태를 유지할 수 있다.

전술한 과정을 통해 제2 모드(12)를 거치지 않고, 제1 모드(11)에서 곧바로 제3 모드(13)로 트랜스폼될 수 있다.

본 발명이 이에 제한되는 것은 아니나, 제1 모드(11)에서 제3 모드(13)로 변화하는 과정은 전방 휠(200) 및 후방 휠(390)을 이용하여 차륜 주행하는 상태를 유지하며 이루어질 수 있다. 즉, 제1 모드(11)에서 제3 모드(13)로 변화하는 과정에서, 전방 휠(200)과 후방 휠(390)은 회전 상태를 유지할 수 있다.

전지형 차량(10)이 나아가는 힘을 이용하되 스텝 유닛(350)을 지면에 디디며 제3 모드(13), 즉 보행 모드로 변화할 경우 관성력을 이용해 전지형 차량(10)의 무게 중심 레벨을 높이는데 필요한 위치 에너지로 변화할 수 있다. 이에 따라 소요되는 동력을 감소시키고 트랜스폼을 보다 신속하게 수행할 수 있다.

또한 도면으로 표현하지 않았으나, 제1 모드(11)에서 제3 모드(13)로 트랜스폼 되는 과정에서 전방 휠(200)의 공회전을 이용한 모멘텀 및/또는 중량물(400)의 이동으로부터 자세 제어를 수행할 수 있음은 전술한 바와 같다.

이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 전지형 차량
11: 제1 모드
12: 제2 모드
13: 제3 모드
100: 프레임
200: 전방 휠
300: 레그 어셈블리
400: 중량물

Claims (19)

1. 프레임 상에 노출된 안장;
   상기 프레임의 전방에 배치된 적어도 하나의 전방 휠; 및
   상기 프레임의 후방에 배치된 적어도 한 쌍의 레그 어셈블리로서, 적어도 한 쌍의 후방 휠을 포함하는 레그 어셈블리를 포함하는 전지형용 차량으로서,
   제1 모드에서는 상기 전방 휠 및 후방 휠을 포함하는 휠들을 이용해 주행 가능하고, 제2 모드에서는 상기 한 쌍의 후방 휠만을 이용하여 이륜 평행 주행 가능하고, 제3 모드에서는 지면으로부터 상기 휠들이 모두 이격된 상태에서 상기 레그 어셈블리를 이용해 보행 가능한 전지형용 차량.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레그 어셈블리는 제1 관절 유닛을 통해 상기 프레임에 결합되되,
   상기 제1 모드에서, 상기 제1 관절 유닛은 소정의 가동 범위 내에서 자유 회전 상태를 유지하여 서스펜션 기능을 갖는 전지형용 차량.
3. 제1항에 있어서,
   상기 레그 어셈블리는,
   제1 관절 유닛 및 제2 관절 유닛을 포함하는 복수의 관절 유닛,
   상기 제1 관절 유닛을 통해 프레임과 연결된 상주 유닛,
   상기 제2 관절 유닛을 통해 상주 유닛과 연결되는 하주 유닛, 및
   상기 제2 관절 유닛과 연결된 상기 후방 휠을 포함하되,
   상기 제1 모드 또는 제3 모드에서, 상기 상주 유닛과 하주 유닛이 적어도 부분적으로 상기 제2 관절 유닛 보다 전방 측에 위치하도록 상기 제2 관절 유닛을 중심으로 상기 레그 어셈블리가 가동하는 전지형용 차량.
4. 제3항에 있어서,
   상기 상주 유닛은 상기 후방 휠과 기계적으로 연결된 적어도 하나의 액츄에이터를 포함하는 전지형용 차량.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 모드 및 제3 모드에서, 상기 제2 관절 유닛은 상기 안장 보다 후방에 위치하고,
   상기 제1 모드의 측면 시점에서, 상기 상주 유닛 및 하주 유닛은 상기 안장과 중력 방향으로 중첩하는 전지형용 차량.
6. 제3항에 있어서,
   상기 레그 어셈블리는, 지면을 딛는 풋 유닛, 및 상기 풋 유닛과 하주 유닛을 연결하는 제3 관절 유닛을 더 포함하되,
   상기 제3 모드의 측면 시점에서, 상기 풋 유닛 및 상기 제1 관절 유닛은 상기 안장과 중력 방향으로 중첩하는 전지형용 차량.
7. 제3항에 있어서,
   상기 제2 모드의 측면 시점에서, 상기 상주 유닛 및 제2 관절 유닛은 상기 안장과 중력 방향으로 중첩하는 전지형용 차량.
8. 제3항에 있어서,
   전면 시점에서, 상기 한 쌍의 하주 유닛은 한 쌍의 상주 유닛에 비해 내측에 위치하는 전지형용 차량.
9. 제1항에 있어서,
   상기 프레임의 측방 상에 배치된 하나 이상의 중량물(weight element)을 더 포함하되, 상기 중량물은 모드를 변경하는 과정에서 상기 프레임과의 상대적 위치가 변화하며 무게 중심 제어를 수행하도록 구성된 전지형용 차량.
10. 제9항에 있어서,
    측면 시점에서, 상기 중량물은 상기 전방 휠과 중력 방향으로 중첩하는 전지형용 차량.
11. 제1항에 있어서,
    상기 모드들을 변경하는 과정에서, 상기 전방 휠의 회전을 이용한 모멘텀을 유발하여 무게 중심 제어를 수행하도록 구성된 전지형용 차량.
12. 제1항에 있어서,
    상기 상주 유닛의 길이와 상기 제1 모드에서의 축간 거리의 비율은 1:0.8 내지 1:1.2 범위에 있고, 상기 제1 모드에서,
    상기 전방 휠의 회전축, 및 상기 프레임과 상주 유닛이 결합된 회전축을 연결한 가상의 제1 라인과, 상기 후방 휠의 회전축, 및 상기 프레임과 상주 유닛이 결합된 상기 회전축을 연결한 가상의 제2 라인의 교차각은 10도 내에 있는 전지형용 차량.
13. 프레임의 전방에 결합된 한 쌍의 전방 휠, 및 상기 프레임의 후방에 결합된 적어도 한 쌍의 레그 어셈블리로서 적어도 한 쌍의 후방 휠을 포함하는 레그 어셈블리를 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법으로서,
    3개 이상의 휠들을 이용한 제1 모드, 2개의 휠만을 이용한 제2 모드, 및 레그 어셈블리를 이용하여 보행하는 제3 모드 중 적어도 일부 간의 트랜스포밍이 가능한 것으로,
    상기 제1 모드에서 상기 제2 모드로 변화하는 단계, 및
    상기 제2 모드에서 상기 제3 모드로 변화하는 단계를 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 모드 내지 상기 제3 모드 중 적어도 일부로 트랜스폼되는 과정에서, 상기 전방 휠의 공회전을 이용해 모멘텀을 유발하여 무게 중심 제어를 수행하는 단계를 더 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 레그 어셈블리는,
    제1 관절 유닛 내지 제3 관절 유닛을 포함하는 복수의 관절 유닛,
    상기 제1 관절 유닛을 통해 프레임과 연결된 상주 유닛,
    상기 제2 관절 유닛을 통해 상주 유닛과 연결되는 하주 유닛,
    상기 제3 관절 유닛을 통해 하주 유닛과 연결되고, 지면을 딛도록 구성된 풋 유닛을 더 포함하고,
    상기 제1 모드에서 제2 모드로 변화하는 단계는,
    상기 전방 휠과 후방 휠이 지면에 닿은 상태에서, 상기 풋 유닛을 지면에 닿게 한 후 전방 휠을 지면으로부터 이격 시키는 단계를 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법.
16. 제13항에 있어서,
    상기 레그 어셈블리는,
    제1 관절 유닛 내지 제3 관절 유닛을 포함하는 복수의 관절 유닛,
    상기 제1 관절 유닛을 통해 프레임과 연결된 상주 유닛,
    상기 제2 관절 유닛을 통해 상주 유닛과 연결되는 하주 유닛,
    상기 제3 관절 유닛을 통해 하주 유닛과 연결되고, 지면을 딛도록 구성된 풋 유닛을 더 포함하고,
    상기 제2 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계는,
    상기 후방 휠이 지면에 닿은 상태에서, 상기 풋 유닛을 지면에 닿게 한 후 후방 휠을 지면으로부터 이격 시키는 단계를 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법.
17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 모드를 거치지 않고 상기 제1 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계를 더 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법.
18. 제17항에 있어서,
    상기 레그 어셈블리는,
    제1 관절 유닛 내지 제3 관절 유닛을 포함하는 복수의 관절 유닛,
    상기 제1 관절 유닛을 통해 프레임과 연결된 상주 유닛,
    상기 제2 관절 유닛을 통해 상주 유닛과 연결되는 하주 유닛,
    상기 제3 관절 유닛을 통해 하주 유닛과 연결되고, 지면을 딛도록 구성된 풋 유닛을 더 포함하고,
    상기 제1 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계는,
    상기 전방 휠과 후방 휠이 지면에 닿은 상태에서, 상기 풋 유닛을 지면에 닿게 한 후 전방 휠 및 후방 휠을 지면으로부터 이격 시키는 단계를 포함하는 전지형용 차량의 제어 방법.
19. 제16항 또는 제18항에 있어서,
    상기 제2 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계 또는 상기 제1 모드에서 제3 모드로 변화하는 단계는, 전방 휠 및/또는 후방 휠의 회전과 함께 수행되어 프레임의 높이 변화에 따른 위치 에너지 증가를 적어도 일부의 관성력을 이용해 수행하는 전지형용 차량의 제어 방법.

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