KR20230167582A - 계단 승하강이 가능한 휠체어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레임; 상기 프레임의 일측에 일단이 회전 가능하게 결합된 제1크롤러, 및 상기 제1크롤러의 타단에 연결되어 있으며 상기 제1크롤러의 주행면을 기준으로 상기 제1크롤러에서 상측 방향으로 주행면이 이격되게 배치된 제2크롤러를 포함하고, 상기 제1크롤러와 제2크롤러가 주행방향의 전후방향으로 배치된 크롤러부; 및 상기 프레임에 일측이 결합되고 타측은 상기 크롤러부에 연결되어, 작동에 따라 상기 크롤러부의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 구동부; 를 포함하여 이루어져, 휠체어에 장착된 크롤러 기구를 사용해 계단을 승강할 때, 보조바퀴가 없이도 안정적인 착지가 가능하여 계단 승하강이 가능한 휠체어의 구조 및 제어가 간단해져 제작이 용이하고 제조비용을 줄일 수 있는 계단 승하강이 가능한 휠체어에 관한 것이다.

Description

계단 승하강이 가능한 휠체어 {Wheel chair for climbing and descending stairs}
본 발명은 계단을 오르내릴 수 있는 휠체어에 관한 것이다.
최근 로봇기술의 발전과 더불어 의료 분야에서도 로봇을 활용한 재활 및 장애인 복지에 대한 다양한 시도가 진행되고 있다.
일반적으로 휠체어를 이용하는 환자(및 장애인)의 경우 계단의 승강 및 하강이 어려워 먼 거리를 돌아서 이동하거나 엘리베이터 등을 이용하고 있어 많은 불편함이 있다.
이를 개선하고자 계단을 오르내릴 수 있는 다양한 장치 및 이를 탑재한 휠체어가 개발되고 있으나, 이전에 구현된 대부분의 계단 승하강이 가능한 휠체어의 경우 캐터필러 등의 구조로 이루어진 크롤러 형태의 계단 승하강 기구를 이용하였다.
그런데 일반적으로 사용되는 크롤러는 직선 형태이기 때문에 계단의 승강 완료시에 안정적인 착지를 위해 반드시 보조바퀴를 필요로 한다. 또한 보조바퀴는 휠체어 탑승자의 시야에 보이지 않기 때문에 탑승자가 수동으로 조작하기는 곤란하므로, 센서에 의한 계단의 형상 검출 신호를 바탕으로 보조바퀴의 굴신(접히고 펴짐)이 자동으로 제어되어야 한다.
따라서 종래의 계단 승하강이 가능한 휠체어는 장치가 복잡해지고 제조가 어려우며 제조비용이 상승하는 단점이 있다.
KR 10-2366931 B1 (2022.02.21.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평지의 이동시에는 원형 휠을 사용하고, 계단이나 요철 등의 장애물의 이동시에는 크롤러 기구를 사용하여 이동하되, 계단의 승강 시 보조바퀴 없이 안정적인 착지가 가능한 계단 승하강이 가능한 휠체어를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 계단 승하강이 가능한 휠체어는, 프레임; 상기 프레임의 일측에 일단이 회전 가능하게 결합된 제1크롤러, 및 상기 제1크롤러의 타단에 연결되어 있으며 상기 제1크롤러의 주행면을 기준으로 상기 제1크롤러에서 상측 방향으로 주행면이 이격되게 배치된 제2크롤러를 포함하고, 상기 제1크롤러와 제2크롤러가 주행방향의 전후방향으로 배치된 크롤러부; 및 상기 프레임에 일측이 결합되고 타측은 상기 크롤러부에 연결되어, 작동에 따라 상기 크롤러부의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 구동부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 크롤러부는 제1크롤러와 제2크롤러가 단차진 형태로 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1크롤러 및 제2크롤러는 각각 프레임의 일측 상방을 향하는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1크롤러와 제2크롤러는 주행면이 서로 평행일 수 있다.
또한, 상기 제1크롤러의 주행면의 경사각은 제2크롤러의 주행면의 경사각 보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 틸팅 구동부는 리니어 모터일 수 있다.
또한, 상기 프레임에 회전 가능하게 결합된 주휠; 상기 주휠에서 주행방향으로 이격되어 배치되고 상기 프레임에 회전 가능하게 결합되며, 주행방향의 회전이 가능한 캐스터; 및 상기 주휠에 연결되어 주휠을 구동시키는 주휠 구동부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1크롤러 및 제2크롤러는 상기 주휠에 연동되어 구동될 수 있다.
또한, 상기 프레임의 상측에 결합되며 탑승자가 앉을 수 있는 시트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 크롤러부는 각각 별개로 형성된 제1크롤러와 제2크롤러가 연결 링크로 연결되어 결합될 수 있다.
또한, 상기 연결 링크는 한 쌍이 구비되며, 한 쌍의 연결 링크는 길이가 같고 서로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명은 휠체어에 장착된 크롤러 기구를 사용해 계단을 승강할 때, 보조바퀴가 없이도 안정적인 착지가 가능하므로, 계단 승하강이 가능한 휠체어의 구조 및 제어가 간단해져 제작이 용이하고 제조비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어를 나타낸 측면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어의 크롤러부 및 틸팅 구동부를 나타낸 사시도 및 측면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어를 이용해 계단을 오르는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어의 크롤러부를 나타낸 측면도이다.
이하, 본 발명의 계단 승하강이 가능한 휠체어를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어를 나타낸 측면도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어의 크롤러부 및 틸팅 구동부를 나타낸 사시도 및 측면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어는 크게 프레임(100), 크롤러부, 틸팅 구동부(300)를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어는 주휠(400), 캐스터(410), 주휠 구동부, 시트(500)를 더 포함할 수 있다.
프레임(100)은 기본적인 뼈대가 되는 구조물이며 다양한 구조로 형성될 수 있다.
크롤러부는 계단을 승강 및 하강할 때 사용하는 부분이며, 크롤러부는 제1크롤러(210) 및 제2크롤러(220)를 포함할 수 있다. 그리고 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)는 휠체어의 주행방향인 전후방향으로 배치될 수 있으며, 일례로 후방측에 제1크롤러(210)가 배치되고 전방측에 제2크롤러(220)가 배치될 수 있다. 제1크롤러(210)는 휠체어의 주행방향과 교차되는 좌우방향으로 이격되어 한 쌍이 구비될 수 있다. 제1크롤러(210)는 프레임(100)의 일측(후방측)에 일단이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 제2크롤러(220)는 좌우방향으로 이격되어 한 쌍이 구비될 수 있으며, 제2크롤러(220)는 제1크롤러(210)의 타단에 연결되어 있을 수 있다. 여기에서 제1크롤러(210)의 주행면을 기준으로 제1크롤러(210)에서 상측 방향으로 제2크롤러(220)의 주행면이 상측 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 보다 상세하게 크롤러부는 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)가 단차진 형태로 일체로 형성될 수 있다. 그리고 제1크롤러(210) 및 제2크롤러(220)가 바닥면에서 이격되어 있는 상태에서, 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)는 모두 후방측 상방을 향하는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 다시 말하면, 크롤러부가 사용되지 않을 때에는 크롤러부가 최대한 올려져있는 상태에서, 크롤러부는 후방측에서 전방측으로 가면서 제1크롤러(210)가 일단에서 타단쪽으로 가면서 아래로 기울어져 있고 제1크롤러(210)의 타단에서 연결부(230)가 위쪽으로 기울어지게 연장되어 있으며 다시 제2크롤러(220)가 일단에서 타단쪽으로 가면서 아래로 기울어져 있는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제1크롤러(210) 및 제2크롤러(220)는 각각 무한궤도 형태로 형성될 수 있다. 또한, 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)는 주행면이 서로 평행일 수 있다. 또는 도시된 바와 같이 제1크롤러(210)의 주행면의 경사각이 제2크롤러(220)의 주행면이 경사각 보다 특정한 각도만큼 예각(약 10도)으로 기울어져 있는 형태로 형성되어, 계단 등반 초기에 제1크롤러(210)가 계단을 타고 올라가기 용이하며 제2크롤러(220)가 계단에 보다 안정적으로 받쳐질 수 있다.
틸팅 구동부(300)는 프레임(100)에 일측이 결합되고 타측은 크롤러부에 연결될 수 있으며, 틸팅 구동부(300)의 작동에 따라 크롤러부의 틸팅 각도가 조절될 수 있다. 틸팅 구동부(300)는 일례로 직선으로 길이의 신축이 가능한 리니어 모터일 수 있으며, 틸팅 구동부(300)는 크롤러부가 프레임에(100)에 회전 가능하게 결합된 축(피봇 축)으로부터 이격된 지점에 크롤러부와 결합될 수 있다. 일례로 한 쌍의 제1크롤러(210)의 타단측을 연결하는 회전축에 틸팅 구동부(300)의 아래쪽 끝단이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 그리고 틸팅 구동부(300)의 위쪽 끝단은 프레임(100)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 그리하여 틸팅 구동부(300)의 길이가 최소로 짧아졌을 때에는 크롤러부가 지면에서 이격된 상태가 될 수 있고, 틸팅 구동부(300)의 길이가 길어지면 크롤러부가 지면에 닿을 수 있다.
주휠(400)은 휠체어가 일반적인 평지를 주행할 때 사용하는 부분이다. 주휠(400)의 프레임(100)에 회전 가능하게 결합되고, 주휠(400)은 구동모터(430)에 직접 또는 간접적으로 연결되어 구동될 수 있다. 그리고 주휠(400)은 좌우 한 쌍이 구비되고 전후방향으로 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)의 사이 부근에 배치될 수 있다. 또한, 주휠(400)은 원형의 바퀴로 형성될 수 있다.
캐스터(410)는 좌우 한 쌍이 구비되고 휠체어의 주행방향으로 전방측에 배치될 수 있으며, 캐스터(410)는 프레임(100)에 결합될 수 있다. 그리고 캐스터(410)는 구동력은 없고 회전만 되며, 휠체어의 진행방향에 따라 방향전환이 이루어지는 원형의 바퀴일수 있다.
주휠 구동부는 주휠(400)을 구동시키는 역할을 하며, 주휠 구동부는 구동모터(430) 및 배터리(440)를 포함할 수 있다. 구동모터(430)는 한 쌍이 구비되고, 주휠(400) 마다 각각 구동모터(430)가 하나씩 연결될 수 있다. 본 발명에서는 구동모터(430)가 제1크롤러(210)에 직접 연결되어 제1크롤러(210)를 구동시키고, 제1크롤러(210)에 제2크롤러(220) 및 주휠(400)이 모두 연결되어, 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)와 주휠(400)이 모두 함께 구동될 수 있다. 일례로 구동모터(430)는 제1크롤러(210)의 일측에 연결되고, 제1크롤러(210)의 타측과 제2크롤러(220)의 일측이 체인 및 스프라켓으로 연결될 수 있으며, 제1크롤러(210)의 일측에 주휠(400)이 체인 및 스프라켓으로 연결될 수 있다. 이외에도 구동모터(430), 제1크롤러(210), 제2크롤러(220), 주휠(400)의 구동을 위한 연결은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 배터리(440)는 구동모터(430)와 틸팅 구동부(300)에 연결되어 전력을 공급할 수 있다. 또한, 주휠(400)은 크롤러부와 별개로 구동될 수도 있다.
시트(500)는 사용자가 앉을 수 있도록 좌판, 등받이 및 팔걸이 등이 있는 의자 형태일 수 있으며, 시트(500)는 프레임(100)의 상측에 결합될 수 있다. 그리고 시트(500)의 팔걸이 끝단에는 휠체어를 제어할 수 있는 제어부가 배치될 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어를 이용해 계단을 오르는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 우선 계단을 등반하기 위해서는 첫 번째 계단에 인접 또는 접촉한 상태에서, 틸팅 구동부(300)를 작동시켜 크롤러부가 회전되면 크롤러부가 지면에 닿아 크롤러부에 의해 휠체어가 주행할 수 있는 상태가 된다. 이 상태에서 계단을 향해 전진하면 제1크롤러(210)가 계단을 타고 올라가기 시작할 수 있다. 도 7을 참조하면, 틸팅 구동부(300)를 작동시켜 크롤러부를 더 회전시켜서 제1크롤러(210)는 두 번째 계단에 받쳐지고 제2크롤러(220)는 첫 번째 계단을 타고 올라가는 상태가 될 수 있다. 이때, 틸팅 구동부(300)의 제어에 의해 시트(500)가 수평인 상태를 유지하면서 휠체어가 계단을 올라갈 수 있다. 그리고 도 7과 같은 과정을 반복하면서 휠체어가 계단을 계속 올라갈 수 있다. 도 8을 참조하면, 계단 승강 마지막 구간에서 제1크롤러(210)는 계단의 최상단에 받쳐지고 제2크롤러(220)는 최상단의 계단 및 그 직전 계단에 받쳐져 타고 올라가는 상태가 될 수 있다. 도 9를 참조하면, 최종적으로 제1크롤러(210) 및 제2크롤러(220)가 모두 계단의 최상단면에 접촉되어 주행하는 상태가 될 수 있다. 이때 틸팅 구동부(300)를 작동시켜 길이를 줄이기 시작할 수 있다. 이후 캐스터(410)까지 마지막 계단을 올라온 상태가 되면, 이때 틸팅 구동부(300)를 작동시켜 길이를 줄임으로써 주휠(400)과 캐스터(410)가 바닥에 닿아있고 크롤러부는 지면에서 떨어진 상태로 올려진 상태가 될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 계단 승하강이 가능한 휠체어는 제1크롤러와 제2크롤러가 전후방향으로 배치되되 단차지게 형성된 구조를 통해, 계단 등반의 마지막 구간에서 별도의 보조 바퀴가 없이도 안정적인 계단의 주행이 가능하다. 따라서 본 발명은 계단 승하강이 가능한 휠체어의 구조 및 제어가 간단해져 제작이 용이하며 제조비용을 절감할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어의 크롤러부를 나타낸 측면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 계단 승하강이 가능한 휠체어는 제1실시예와 크롤러부를 제외한 다른 구성은 동일할 수 있으며, 크롤러부의 구성이 다를 수 있다. 크롤러부는 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)가 연결되어 일체로 형성될 수 있으며, 제1크롤러(210)와 제2크롤러(220)가 연결 링크(240)로 연결되어 결합될 수 있다. 그리하여 계단 하나의 높이나 길이에 따라 크롤러부의 형태를 변형시켜 보다 안정적인 등반이 가능할 수 있다. 또한, 연결 링크(240)는 한 쌍이 구비될 수 있으며, 한 쌍의 연결 링크(240)는 서로 이격되게 배치될 수 있다. 그리고 한 쌍의 연결 링크(240)는 서로 길이가 같게 형성될 수 있다. 그리하여 제2크롤러(220)의 기울어진 정도는 그대로 유지되면서 제1크롤러(210)의 주행면과 제2크롤러(220)의 주행면 간의 높이차가 조절될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 프레임
210 : 제1크롤러 220 : 제2크롤러
230 : 연결부 240 : 연결 링크
300 : 틸팅 구동부
400 : 주휠 410 : 캐스터
430 : 구동모터 440 : 배터리
500 : 시트

Claims (11)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 일측에 일단이 회전 가능하게 결합된 제1크롤러, 및 상기 제1크롤러의 타단에 연결되어 있으며 상기 제1크롤러의 주행면을 기준으로 상기 제1크롤러에서 상측 방향으로 주행면이 이격되게 배치된 제2크롤러를 포함하고, 상기 제1크롤러와 제2크롤러가 주행방향의 전후방향으로 배치된 크롤러부; 및
    상기 프레임에 일측이 결합되고 타측은 상기 크롤러부에 연결되어, 작동에 따라 상기 크롤러부의 틸팅 각도를 조절하는 틸팅 구동부;
    를 포함하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 크롤러부는 제1크롤러와 제2크롤러가 단차진 형태로 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1크롤러 및 제2크롤러는 각각 프레임의 일측 상방을 향하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1크롤러와 제2크롤러는 주행면이 서로 평행인 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1크롤러의 주행면의 경사각은 제2크롤러의 주행면의 경사각 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 틸팅 구동부는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프레임에 회전 가능하게 결합된 주휠;
    상기 주휠에서 주행방향으로 이격되어 배치되고 상기 프레임에 회전 가능하게 결합되며, 주행방향의 회전이 가능한 캐스터; 및
    상기 주휠에 연결되어 주휠을 구동시키는 주휠 구동부;
    를 더 포함하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1크롤러 및 제2크롤러는 상기 주휠에 연동되어 구동되는 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 상측에 결합되며 탑승자가 앉을 수 있는 시트를 더 포함하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 크롤러부는 각각 별개로 형성된 제1크롤러와 제2크롤러가 연결 링크로 연결되어 결합된 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결 링크는 한 쌍이 구비되며, 한 쌍의 연결 링크는 길이가 같고 서로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 계단 승하강이 가능한 휠체어.
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