KR20230125541A - 완충 기능을 갖는 메카넘 휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메카넘 휠로서, 롤러의 접지면을 늘려 주행 안정성을 향상시키고, 각각의 롤러가 주행 중 노면의 충격을 흡수할 수 있도록 하는 완충 기능을 갖는 메카넘 휠에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은; 원판 형태로 이루어진 휠 베이스(100)와; 상기 휠 베이스(100)의 외주에 하나 이상 등간격으로 끼움 결합되고, 바깥쪽 양측으로 핀형 볼(220)이 돌출 형성된 롤러 베이스(200)와; 상기 핀형 볼(220)에 끼워져 지지되는 볼형 홈(310)을 갖고, 상기 핀형 볼(220)을 중심으로 상하 회전 및 제자리 회전이 가능한 롤러(300);를 포함하여 구성된다.

Description

완충 기능을 갖는 메카넘 휠{Mecanum Wheel}

본 발명은 메카넘 휠로서, 롤러의 접지면을 늘려 주행 안정성을 향상시키고, 각각의 롤러가 주행 중 노면의 충격을 흡수할 수 있도록 하는 완충 기능을 갖는 메카넘 휠에 관한 것이다.

일반적으로 메카넘 휠은 타이어 휠을 대체하는 수단으로 모든 방향으로 자유롭게 움직일 수 있도록 특수하게 제작된 주행용 휠이며, 메카넘 휠은 주행 반경이 작아 기동성이 좋고, 좁은 공간에서 효율적인 주행이 가능하여 무인주행차, 완구, 로봇 등 다양한 분양에서 널리 사용되고 있다.

이러한 메카넘 휠은 휠 베이스가 있고, 휠 베이스에 여러 개의 롤러들이 45°각도로 기울어져 휠 베이스의 둘레에 장착된 구조로 이루어지며, 메카넘 휠은 대상의 섀시의 양측에 모두 4개의 휠이 각각 결합되어 각 휠의 중심에서 발생하는 힘 벡터들을 합한 방향으로 주행할 수 있다.

예를 들어, 한국공개특허공보 제10-2021-0126945호를 살펴보면, 메카넘 휠은 휠 유닛, 베이스 유닛, 바퀴유닛 및 고정유닛을 포함한다, 상기 휠 유닛은 몸체부, 연결부 및 복수의 결합유닛들을 포함한다. 상기 연결부는 상기 몸체부의 후면을 향해 연장되어 구동축과 연결된다. 상기 결합유닛들은 상기 몸체부의 모서리를 따라 서로 인접하도록 형성된다. 상기 베이스 유닛은 상기 결합유닛들 각각에 결합되며, 상부 방향으로 안착 공가늘 형성한다. 상기 바퀴유닛은 상기 안착 공간에 안착되며 고정되고, 지면을 따라 회전한다. 상기 고정유닛은 상기 바퀴유닛을 관통하며, 상기 바뮈유닛을 상기 베이스 유닛에 고정시키는 구조가 제시되어 있다.

그러나 종래에는 메카넘 휠에 장착된 롤러의 경우 접지면이 곡률를 갖고 노면에 비스듬하게 닿기 때문에 메카넘 휠의 접지 면적이 작아 주행 안정성이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 메카넘 휠의 롤러의 경우 중심축의 좌우로 지지된 상태에서 휠 베이스에 고정되는 구조를 갖기 때문에 메카넘 휠 자체적으로 노면의 충격을 흡수할 수 없어 진동 및 소음이 발생하며, 충격 흡수를 위한 완충 구조가 필요한 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제10-2021-0126945호(2021.10.21)

본 발명은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 롤러 베이스의 양측으로 한 쌍의 롤러가 축 결합되고, 축 결합된 지점을 중심으로 롤러의 기울기가 조절되게 구성함으로써, 주행 중 롤러가 지면에 대응하여 접지면이 가변되면서 맞닿을 수 있도록 하고 다수의 롤러를 지면에 동시에 접지되게 하면서 접지 면적을 대폭 넓히도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 롤러가 결합된 롤러 베이스가 휠 베이스에서 상하 이동하면서 각각의 휠 베이스 사이로 삽입된 스프링을 통해 충격을 흡수하도록 구성함으로써, 메카넘 휠 자체적으로 노면의 충격을 흡수하도록 하여 완충 구조를 제공하도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은;

원판 형태로 이루어진 휠 베이스와;

상기 휠 베이스의 외주에 하나 이상 등간격으로 끼움 결합되고, 바깥쪽 양측으로 핀형 볼이 돌출 형성된 롤러 베이스와;

상기 핀형 볼에 끼워져 지지되는 볼형 홈을 갖고, 상기 핀형 볼을 중심으로 상하 회전 및 제자리 회전이 가능한 롤러;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 완충 기능을 갖는 메카넘 휠을 제공한다.

이러한 본 발명에 따르면, 메카넘 휠의 주행 중 롤러가 지면에 대응하여 접지면이 가변되면서 맞닿을 수 있고, 다수의 롤러가 지면에 동시에 접지되어 접지 면적이 대폭 넓어지는 효과가 있다.

또한, 메카넘 휠 자체적으로 노면의 충격을 흡수할 수 있어 완충 구조를 간편하게 제공 가능한 효과가 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 완충 기능을 갖는 메카넘 휠의 전체 구성도.
도 3은 도 1의 메카넘 휠 중 휠 베이스의 구성도.
도 4는 도 1의 메카넘 휠 중 롤러 베이스의 구성도.
도 5는 도 1의 메카넘 휠 중 롤러의 구성도.
도 6은 도 1의 메카넘 휠의 작동 상태도이다.

본 발명에 따른 완충 기능을 갖는 메카넘 휠을 첨부된 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

한편, 실시 예를 설명함에 있어 본 발명이 속하거나 속하지 아니한 기술분야에서 광범위하게 널리 알려져 사용되고 있는 구성요소에 대해서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 하며, 이는 불필요한 설명을 생략함과 더불어 이에 따른 본 발명의 요지를 더욱 명확하게 전달하기 위함이다.

도 1은 메카넘 휠의 사시도, 도 2는 메카넘 휠의 측면도 및 요부단면도, 도 3은 휠 베이스의 사시도, 도 4는 롤러 베이스의 사시도, 도 5는 롤러의 사시도, 도 6의 (a) 및 (b)는 메카넘 휠의 작동 전후 도면이다.

이에 따른 완충 기능을 갖는 메카넘 휠(1)을 개략적으로 살펴보면, 원판으로 이루어진 휠 베이스(100); 휠 베이스(100)의 외주에 하나 이상 등간격으로 끼움 결합되는 롤러 베이스(200); 롤러 베이스(200)에 끼워져 상하 회전 및 제자리 회전이 가능한 롤러(300);를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 완충 기능을 갖는 메카넘 휠의 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 휠 베이스(100)는;

원판 형태로 이루어진 것으로, 휠 베이스(100)는 메카넘 휠(1)의 몸체로서 적용 대상에 축 결합되어 대상을 지지되게 하고, 메카넘 휠(1)이 적용된 대상의 주행을 위한 휠이다.

한편, 상기 휠 베이스(100)는 롤러 베이스(200)의 축부(210)가 끼움 결합되도록 원판의 외주에 등간격으로 하나 이상의 끼움홀(111)이 형성된 디스크(110);를 더 포함한다.

디스크(110)는 원판 형태로 제작되고, 디스크(110)의 외주에 하나 이상의 끼움홀(111)이 롤러 베이스(200)의 축부(210)가 관통되어 끼워지도록 축부(210)의 두께에 대응한 크기의 구멍으로 형성되고, 바람직하게 12개의 끼움홀(111)이 디스크(110)에 형성되어 있다.

또한, 상기 휠 베이스(100)는 롤러 베이스(200)의 축부(210)가 끼움 결합되는 내측으로 완충공간(112)이 형성되며, 상기 완충공간(112)을 통해 롤러 베이스(200)가 상하 이동하는 것을 더 포함한다.

완충공간(112)은 끼움홀(111)의 내측으로 형성되는 공간이며, 끼움홀(111)을 통해 끼워져 결합되는 롤러 베이스(200)의 축부(210)가 완충공간(112)에 위치될 수 있다.

이 경우 롤러 베이스(200)에 외력이 작용하면 완충공간(112)을 통해 롤러 베이스(200)가 상하 이동되며, 즉 롤러 베이스(200)에 롤러(300)가 결합된 상태에서 휠 베이스(100)가 주행을 위해 회전하는 중에 롤러(300)가 지면에 맞닿는 외력이 작용하여 롤러 베이스(200)가 완충공간(112)의 안쪽으로 이동하여 지면의 충격을 흡수하는 완충 기능을 수행되게 한다.

여기서 상기 완충공간(112)은 상기 롤러 베이스(200)를 탄성 지지하는 탄성체(120);를 더 포함한다.

탄성체(120)는 코일 스프링이며, 완충공간(112)의 안쪽으로 삽입되어 롤러 베이스(200)의 축부(210) 끝단에 탄성 지지되며, 탄성체(120)의 탄성력을 통해 완충 기능을 수행 중 보다 효율적으로 충격을 흡수하면서 롤러 베이스(200)에 외력이 작용하지 않으면 롤러 베이스(200)가 휠 베이스(100)의 바깥 측으로 확장된 형태로 유지되게 한다.

그리고, 상기 롤러 베이스(200)는;

상기 휠 베이스(100)의 외주에 하나 이상 등간격으로 끼움 결합되고, 바깥쪽 양측으로 핀형 볼(220)이 돌출 형성된 것으로, 롤러 베이스(200)는 다수의 롤러(300)를 휠 베이스(100)의 둘레에 특정 형태로 결합되게 하고, 롤러(300)의 회전을 지지되게 하는 것이다.

한편, 롤러 베이스(200)는 상기 휠 베이스(100)에 끼움 결합되는 축부(210); 및 상기 축부(210)의 바깥쪽 양측으로 돌출 형성된 핀형 볼(220);을 더 포함한다.

축부(210)는, 단면이 사각인 기둥 형태로 이루어지며, 휠 베이스(100)의 끼움홀(111)에 관통되어 끼워질 수 있는 두께를 갖고, 축부(210)의 끝단에는 완충공간(112)의 안쪽으로 걸리며 지지되게 축부(210)의 단면 보다 크게 돌출된 헤드(211)가 마련되고, 헤드(211)를 통해 롤러 베이스(200)가 휠 베이스(100)에 끼워져 결합된 상태에서 분리되지 않게 된다.

이때, 헤드(211)는 축부(210)의 끝단부에서 탈착시킬 수 있으며, 축부(210)를 끼움홀(111)에 끼워 결합한 후 헤드(211)를 축부(210) 끝단에 조립하는 방식으로 롤러 베이스(200)를 휠 베이스(100)에 지지되게 한다.

여기서 휠 베이스(100)의 끼움홀(111) 및 축부(210)는 디스크(110)의 회전방향에서 45°의 기울기로 롤러(300)가 배치되도록 이에 대응한 각도로 형성된다.

핀형 볼(220)은, 축부(210)가 끼움홀(111)에 끼워진 바깥쪽 부분의 끝단 양측에서 돌출 형성되는데, 축부(210)로부터 연장된 핀 끝단에 구 형태의 핀형 볼(220)이 돌출 형성되며, 구 형태의 핀형 볼(220)에 롤러(300)가 끼워져 조립되면 핀형 볼(220)의 구면을 따라 롤러(300)가 상하 및 제자리 회전이 가능하게 된다.

그리고, 상기 롤러(300)는;

상기 핀형 볼(220)에 끼워져 지지되는 볼형 홈(310)을 갖고, 상기 핀형 볼(220)을 중심으로 상하 회전 및 제자리 회전이 가능한 것으로, 롤러(300)는 휠 베이스(100)의 외주에 다수로 등간격 결합되면서 타이어를 대체하도록 하며, 지면에 롤러(300)가 직접 닿으면서 메카넘 휠(1)의 주행을 가능하게 한다.

한편, 롤러(300)는 원기둥 형태의 바퀴로 롤러(300)의 일측면에 롤러 베이스(200)의 핀형 볼(220)에 끼워져 지지되는 볼형 홈(310)이 핀형 볼(220)의 구 형태에 대응한 구 형태의 홈으로 내측에 형성되고, 볼형 홈(310) 및 핀형 볼(220)의 구 형상에 의해 이들은 억지 끼움 형태로 서로 끼워져 롤러(300)를 롤러 베이스(200)에 지지되게 하면서 이탈을 방지한다.

이때, 롤러(300)는 롤러 베이스(200)의 핀형 볼(220)의 구면을 따라 상하 회전이 가능하여 핀형 볼(220)의 결합 지점을 중심으로 상하로 기울어 질 수 있고, 핀형 볼(220)을 중심으로 롤러(300)가 제자리 회전을 수행할 수 있다.

한편, 롤러 베이스(200)는 핀형 볼(220)에 상향 90°방향으로 가이드홈(221)이 형성되며, 롤러(300)는 볼형 홈(310)의 내측에서 돌출 형성되면서 상기 가이드홈(221)에 끼워져 지지되는 가이드핀(311)을 더 포함한다.

가이드홈(221)은 핀형 볼(220)에 측방향으로 상향 90°방향으로 핀형 볼(220)의 구면을 따라 직선형으로 형성된 홈이며, 가이드핀(311)은 롤러(300)의 볼형 홈(310) 안쪽면에서 바깥쪽으로 핀 형태로 돌출되어 롤러(300)가 롤러 베이스(200)에 결합되면 가이드핀(311)이 가이드홈(221)에 끼워져 지지되게 한다.

이때, 가이드홈(221)에 가이드핀(311)이 지지되면서 롤러(300)는 축부(210)에 직각 방향으로 지지될 수 있어 롤러(300)의 쳐짐을 방지되게 하고, 롤러(300)가 지면에 맞닿는 등의 외력이 작용하면 롤러(300)를 상측으로 가이드홈(221)을 따라 회전되게 하면서 핀형 볼(220)을 지점으로 상향으로 기울어질 수 있도록 한다.

이 경우 가이드홈(221) 및 가이드핀(311)을 통해 구 형태의 끼움 구조를 갖는 롤러(300)에 대하여 움직임을 직각 상하 방향으로 제한할 수 있고, 롤러(300)의 의도치 않은 움직임을 억제 하면서 흔들림을 방지하도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 완충 기능을 갖는 메카넘 휠에 대한 작동 상태를 도 5를 참고로 설명한다.

전술한 구조로 이루어진 메카넘 휠(1)은, 대상의 섀시 측방향으로 대칭 방향으로 결합되어 대상의 섀시를 지지하여 주행을 가능하게 하는데, 도 6의 (a)는 메카넘 휠의 작동 전, (b)는 메카넘 휠의 작동 후 상태를 나타낸 것이다.

이때, 도 6 (b)와 같이 주행 중 휠 베이스(100)의 하부 측에 위치한 롤러(300)가 지면에 닿으면서 하중이 가해지면 휠 베이스(100)의 완충공간(112)을 통해 휠 베이스(100)의 축부(210)가 밀리면서 휠 베이스(100)가 완충공간(112)의 안쪽으로 상승하게 되고, 상승 중에 탄성체(120)의 탄성력이 작용하면서 충격을 흡수할 수 있는 완충 기능을 수행하게 된다.

이때, 롤러 베이스(200)가 완충공간(112)에서 상승한 만큼 상승된 양 옆의 롤러(300) 역시 하중을 받게 되어 롤러 베이스(200)의 구면을 따라 기울어질 수 있고, 도면과 같이 총 4개의 롤러가 지면에 일직선 상으로 접하면서 바퀴가 회전하는 동작을 반복하여 수행되게 된다.

예컨대 본 발명은 롤러 베이스(200)의 양측으로 한 쌍의 롤러(300)가 축 결합되고, 축 결합된 지점을 중심으로 구면을 따라 롤러(300)의 기울기가 조절되게 구성되어 주행 중 롤러(300)가 지면에 대응하여 접지면이 가변되면서 접촉될 수 있어 다수의 롤러(300)를 지면에 동시에 접지되게 하여 접지 면적을 대폭 넓히게 된다.

또한, 롤러(300)가 결합된 롤러 베이스(200)가 휠 베이스(100)의 완충공간(112)을 통해 상하 이동하면서 각각의 휠 베이스(100) 사이로 삽입된 탄성체(120)를 통해 충격이 흡수되어 메카넘 휠(1) 자체적으로 노면의 충격을 흡수하는 완충 구조를 제공하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 특정의 바람직한 실시 예를 예시한 설명과 도면으로 표현 하였으나, 여기서 사용하는 용어들은 본 발명을 용이하게 설명하기 위함으로 이 용어들에 대한 의미 한정이나, 특허청구범위에 기재된 범위를 제한하기 위함이 아니며,

본 발명은 상기한 실시 예에 따른 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 수준에서 발명을 용이하게 실시하기 위해 다양하게 변경 및 개조, 수정 등이 가능할 수 있음을 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

1; 메카넘 휠 100; 휠 베이스
110; 디스크 111; 끼움홀
112; 완충공간 120; 탄성체
200; 롤러 베이스 210; 축부
220; 핀형 볼 300; 롤러
310; 볼형 홈 311; 가이드핀

Claims (5)

1. 원판 형태로 이루어진 휠 베이스(100)와;
   상기 휠 베이스(100)의 외주에 하나 이상 등간격으로 끼움 결합되고, 바깥쪽 양측으로 핀형 볼(220)이 돌출 형성된 롤러 베이스(200)와;
   상기 핀형 볼(220)에 끼워져 지지되는 볼형 홈(310)을 갖고, 상기 핀형 볼(220)을 중심으로 상하 회전 및 제자리 회전이 가능한 롤러(300);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 완충 기능을 갖는 메카넘 휠.
2. 제1항에 있어서,
   상기 휠 베이스(100)는 롤러 베이스(200)의 축부(210)가 끼움 결합되도록 원판의 외주에 등간격으로 하나 이상의 끼움홀(111)이 형성된 디스크(110);를 더 포함한 완충 기능을 갖는 메카넘 휠.
3. 제1항에 있어서,
   상기 휠 베이스(100)는 롤러 베이스(200)의 축부(210)가 끼움 결합되는 내측으로 완충공간(112)이 형성되고, 상기 완충공간(112)을 통해 롤러 베이스(200)가 상하 이동되는 것을 더 포함한 완충 기능을 갖는 메카넘 휠.
4. 제3항에 있어서,
   상기 완충공간(112)은 상기 롤러 베이스(200)를 탄성 지지하는 탄성체(120);를 더 포함한 완충 기능을 갖는 메카넘 휠.
5. 제1항에 있어서,
   상기 롤러 베이스(200)는 상기 휠 베이스(100)에 끼움 결합되는 축부(210); 및 상기 축부(210)의 바깥쪽 양측으로 돌출 형성된 핀형 볼(220);을 더 포함한 완충 기능을 갖는 메카넘 휠.