KR20240022355A

KR20240022355A - 휠 및 그 휠을 포함하는 모빌리티

Info

Publication number: KR20240022355A
Application number: KR1020220100931A
Authority: KR
Inventors: 임현섭; 윤주영; 김규정; 김범수; 김호준; 현동진; 이동현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-08-11
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2024-02-20
Also published as: US20240051627A1

Abstract

원호(arc) 형상을 갖는 복수의 둘레 영역을 포함하는 휠 프레임부; 상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 휠 프레임부가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부; 및 상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 복수의 둘레 영역 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부; 를 포함하고, 상기 휠 프레임부는, 일 측이 상기 보행 동력부에 결합되고 상기 일 측으로부터 상기 휠 프레임부의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역; 을 더 포함하고, 상기 둘레 영역은, 일 측이 상기 연장 영역에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1 둘레 영역; 및 일 측이 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2 둘레 영역; 을 포함하는 휠이 개시된다.

Description

휠 및 그 휠을 포함하는 모빌리티{WHEEL AND MOBILITY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 휠 및 그 휠을 포함하는 모빌리티에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 형태가 변형될 수 있는 휠 및 그 휠을 포함하는 모빌리티에 관한 것이다.

모바일 로봇은 크게 다리 형태의 구조체를 이용하여 보행 운동이 가능한 형태의 '족'형 로봇과 휠을 이용하여 주행 운동이 가능한 형태의 '휠'형 로봇이 있다. 족형 로봇의 경우 계단이나 험지 등의 환경을 용이하게 극복할 수 있다는 장점이 있는 반면, 평평한 지면에서 이동 속도가 느리고 에너지 사용 효율이 떨어진다는 문제가 있다. 반면, 휠형 로봇의 경우 평평한 지면에서 이동 속도가 빠르고 에너지 사용 효율이 높은 장점이 있는 반면, 계단이나 험지 등의 환경에서 주행 성능이 현저하게 떨어진다는 문제가 있다. 족형 로봇의 상기 단점과 휠형 로봇의 상기 단점을 보완하기 위해 상기 두 가지 형태의 로봇의 장점을 접목한 형태의 로봇에 대한 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어, 종래 기술에 따르면, i) 족형 로봇에 구비되는 다리 형태의 구조체에 휠을 붙이는 방식, 또는 ii) 휠형 로봇에 구비되는 휠의 형상이 일시적으로 변형됨으로써 계단 등의 장애물을 극복하는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.

그러나, 상기 i) 방식의 경우에는 다리 형태의 구조물에 부착되는 휠의 크기에 제약이 있을 뿐만 아니라, 휠로 인해 다리 형태의 구조물에 형성되는 조인트 영역에 하중이 가해지므로 로봇의 내구성 측면에서 좋지 않은 영향을 준다는 문제가 있다. 또한, 상기 ii) 방식의 경우에는 계단 등의 장애물의 형상에 대응하여 휠의 형상이 일시적으로 변형되는 방식이기 때문에 상대적으로 높게 형성되는 장애물은 통과할 수 없다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 족형 로봇과 휠형 로봇의 장점을 결합한 새로운 형태의 모빌리티에 사용될 수 있는 휠을 제공함으로써, 평평한 지면에서 빠른 주행이 가능하면서도 장애물을 통과하기 위한 보행 운동도 가능한 모빌리티를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 둘레 영역을 포함하는 휠 프레임부; 상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 휠 프레임부가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부; 및 상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 복수의 둘레 영역 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부; 를 포함하고, 상기 휠 프레임부는, 일 측이 상기 보행 동력부에 결합되고 상기 일 측으로부터 상기 휠 프레임부의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역; 을 더 포함하고, 상기 둘레 영역은, 일 측이 상기 연장 영역에 고정 결합되는 제1 둘레 영역; 및 일 측이 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 제2 둘레 영역; 을 포함하는 휠이 제공된다.

상기 제2 둘레 영역은, 상기 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 형성되는 회전축을 중심으로 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 대해 회전 가능하게 결합될 수 있다.

상기 연장 영역의 상기 일 측은 상기 중심축(A) 상에서 상기 보행 동력부에 결합되고, 상기 보행 동력부는, 상기 중심축(A)을 중심으로 상기 연장 영역을 회전시킬 수 있다.

상기 연장 영역은 서로 별개로 구비되는 제1 연장 영역 및 제2 연장 영역을 포함하고, 상기 제1 연장 영역의 일 측 및 상기 제2 연장 영역의 일 측은 각각 상기 중심축(A) 상에서 상기 보행 동력부에 결합되고, 상기 보행 동력부는, 상기 중심축(A)을 중심으로 상기 제1 연장 영역 및 상기 제2 연장 영역을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.

상기 제1 둘레 영역은, 상기 제1 연장 영역에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1-1 둘레 영역; 및 상기 제2 연장 영역에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1-2 둘레 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 제1 연장 영역 및 상기 제1-1 둘레 영역은 일체로 형성되고, 상기 제2 연장 영역 및 상기 제1-2 둘레 영역은 일체로 형성될 수 있다.

상기 제2 둘레 영역은, 상기 제1 연장 영역 또는 상기 제1-1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2-1 둘레 영역; 및 상기 제2 연장 영역 또는 상기 제2-1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2-2 둘레 영역; 을 포함할 수 있다.

상기 제2-1 둘레 영역에서 상기 제1 연장 영역 또는 상기 제1-1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역은 상기 제1 연장 영역의 둘레 방향(W) 폭 내에 형성되고, 상기 제2-2 둘레 영역에서 상기 제2 연장 영역 또는 상기 제1-2 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역은 상기 제2 연장 영역의 둘레 방향(W) 폭 내에 형성될 수 있다.

상기 둘레 영역은, 상기 제2-1 둘레 영역 및 상기 2-2 둘레 영역이 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제3 둘레 영역; 을 더 포함할 수 있다.

상기 제1-1 둘레 영역, 상기 제1-2 둘레 영역, 상기 제2-1 둘레 영역, 상기 제2-2 둘레 영역 및 상기 제3 둘레 영역의 조합은 소정의 원 형상에 대응될 수 있다.

상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때, 상기 제1 연장 영역 및 상기 제2 연장 영역은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때, 상기 제1-1 둘레 영역 및 상기 제1-2 둘레 영역은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때, 상기 제2-1 둘레 영역 및 상기 제2-2 둘레 영역은 서로 대응되는 형상을 가질 수 있다.

상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때, 상기 제2-1 둘레 영역이 상기 제3 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역과 상기 제2-2 둘레 영역이 상기 제3 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역은 서로 중첩될 수 있다.

상기 제1-1 둘레 영역의 원호의 중심각과 상기 제1-2 둘레 영역의 원호의 중심각의 합은 180도에 대응되고, 상기 제2-1 둘레 영역의 원호의 중심각, 상기 제2-2 둘레 영역의 원호의 중심각 및 상기 제3 둘레 영역의 원호의 중심각의 합은 180도에 대응될 수 있다.

상기 주행 동력부는, 상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 상기 휠 프레임부로부터 이격되고, 상기 휠 프레임부와 상기 주행 동력부 사이에 상기 보행 동력부가 구비될 수 있다.

상기 주행 동력부는, 상기 중심축(A)과 동축 상에 구비되고 자전 가능하게 구비되는 주행 중심축을 포함하고, 상기 보행 동력부는 상기 주행 중심축에 대해 상대적으로 고정 결합될 수 있다.

상기 보행 동력부는, 상기 중심축(A)과 동축 상에 구비되고 자전 가능하게 구비되고 상기 주행 중심축에 대해 상대적으로 고정 결합되는 보행 중심축; 및 상기 보행 중심축의 일 측과 결합되는 디퍼런셜 기어(differential gear); 를 포함하고, 상기 제1 연장 영역의 일 측은 상기 디퍼런셜 기어의 일 측에 결합되고, 상기 제2 연장 영역의 일 측은 상기 디퍼런셜 기어의 타 측에 결합될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 휠; 및 상기 휠이 탑재되는 몸체부; 를 포함하고, 상기 휠은, 복수의 둘레 영역을 포함하는 휠 프레임부; 상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 휠 프레임부가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부; 및 상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 복수의 둘레 영역 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부; 를 포함하고, 상기 휠 프레임부는, 일 측이 상기 보행 동력부에 결합되고 상기 일 측으로부터 상기 휠 프레임부의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역; 을 더 포함하고, 상기 둘레 영역은, 일 측이 상기 연장 영역에 고정 결합되는 제1 둘레 영역; 및 일 측이 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 제2 둘레 영역; 을 포함하는 모빌리티가 제공된다.

본 발명에 따르면, 족형 로봇과 휠형 로봇의 장점을 결합한 새로운 형태의 모빌리티에 사용될 수 있는 휠을 제공함으로써, 평평한 지면에서 빠른 주행이 가능하면서도 장애물을 통과하기 위한 보행 운동도 가능한 모빌리티를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 휠을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 휠의 자전 운동에 의해 이동 할 때의 휠 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 휠의 보행 운동에 의해 이동할 때의 휠 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 휠을 도시한 측면도이다.
도 5은 본 발명에 따른 휠을 도시한 수직 단면도이다.
도 6는 본 발명에 따른 휠의 주행 동력부 및 보행 동력부의 결합 구조를 확대 도시한 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모빌리티가 휠의 자전 운동에 의해 이동할 때의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 모빌리티가 휠의 보행 운동에 의해 이동할 때의 모습을 나타낸 사시도이다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 휠 및 모빌리티를 설명한다.

휠

도 1은 본 발명에 따른 휠을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 휠의 자전 운동에 의해 이동 할 때의 휠 형상을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명에 따른 휠의 보행 운동에 의해 이동할 때의 휠 형상을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 휠(10)은 다양한 모빌리티에 탑재될 수 있는 구성일 수 있다. 특히, 후술할 바와 같이, 본 발명에 따른 휠(10)은 평평한 지면을 이동할 때에는 중심축(A)에 대한 휠(10)의 자전 운동을 통해 원 형상을 갖는 일반적인 형태의 휠과 동일하게 주행할 수 있을 뿐만 아니라, 계단 등의 단차를 통과할 때에는 사람의 걸음과 유사한 보행 운동을 통해 이동할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 휠(10)은 형상의 변형이 가능한 구조를 가질 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휠(10)은 원호(arc) 형상을 갖는 복수의 둘레 영역(120)을 포함하는 휠 프레임부(100)를 포함할 수 있다. 복수의 둘레 영역(120)은 서로 조합되었을 때 소정의 원 형상에 대응될 수 있다. 이는, 종래 기술에 따른, 일반적인 형태의 휠과 유사한 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 한편, 휠 프레임부(100)는 중심축(A)을 중심으로 자전 운동 가능하게 구비될 수 있다.

이때, 휠(10)은 휠 프레임부(100)의 일 측에 구비되고 휠 프레임부(100)가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부(200)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 주행 동력부(200)는 주행 모터(200a) 및 모터에 결합되어 회전하도록 구비되는 주행 중심축(210)을 포함할 수 있다. 휠 프레임부(100)는 주행 동력부(200)로부터 동력을 제공받아 자전 운동을 할 수 있으므로, 평평한 지면 또는 비교적 완만한 굴곡을 갖는 지면에서 일반적인 형태의 휠과 같은 형태의 주행을 할 수 있다. 그러나, 휠 프레임부(100)가 주행 동력부(200)로부터 동력을 제공받아 자전 운동을 한다는 것이 휠 프레임부(100)가 주행 동력부(200)에 직결되는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려, 후술할 바와 같이, 휠 프레임부(100)는 다른 구성(즉, 보행 동력부)을 통해 주행 동력부(200)로부터 동력을 간접적으로 제공받아 자전 운동을 할 수 있다.

휠(10)은 휠 프레임부(100)의 일 측에 구비되고 복수의 둘레 영역(120) 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부(300)를 더 포함할 수 있다. 보행 동력부(300)는 복수의 둘레 영역(120) 간의 상대적인 위치를 변경하여 휠 프레임부(100)의 형상을 변경하는 데 필요한 동력을 제공하는 구성일 수 있다. 보다 상세하게, 휠(10)이 계단 등의 단차를 통과하고자 하는 경우에 보행 동력부(300)는 복수의 둘레 영역(120) 간의 상대적인 위치를 변경하여 휠 프레임부(100)가 사람의 걸음과 유사한 보행 운동을 하기 적합한 형상이 되도록 할 수도 있으며, 반대로 휠(10)이 평평한 지면 또는 비교적 완만한 굴곡을 갖는 지면에서 주행 운동을 하고자 하는 경우 보행 동력부(300)는 복수의 둘레 영역(120) 간의 상대적인 위치를 변경함으로써 휠 프레임부(100)가 일반적인 형태의 휠과 같은 형상을 갖도록 할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 휠 프레임부(100)의 반경 방향(R) 및 둘레 방향(W)은 휠 프레임부(100)가 일반적인 형태의 휠과 유사한 형상을 가진 상태를 기준으로 설명한다.

한편, 휠 프레임부(100)는 전술한 둘레 영역(120) 이외에도 일 측이 보행 동력부(300)에 결합되고 상기 일 측으로부터 휠 프레임부(100)의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역(110)을 더 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 연장 영역(110)의 상기 일 측은 휠 프레임부(100)의 중심축(A) 상에서 보행 동력부(300)에 결합될 수 있고, 보행 동력부(300)는 중심축(A)을 중심으로 연장 영역(110)을 회전시킬 수 있다. 한편, 본 명세서에서 휠 프레임부(100)의 중심축(A)은 실재하는 구성이 아닌 가상의 축으로 이해될 수 있다.

또한, 둘레 영역(120)은 연장 영역(110)에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1 둘레 영역(122) 및 일 측이 연장 영역(110) 또는 제1 둘레 영역(122)에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2 둘레 영역(124)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 보행 동력부(300)의 구동에 의해 연장 영역(110)이 중심축(A)을 중심으로 회전하면 연장 영역(110)에 고정 결합되는 제1 둘레 영역(122) 역시 중심축(A)을 중심으로 회전하게 된다. 반면, 제2 둘레 영역(124)은 연장 영역(110) 또는 제1 둘레 영역(122)에 결합되는 영역을 중심으로 회전 운동을 하게 되므로, 연장 영역(110)/제1 둘레 영역(122)과 제2 둘레 영역(124) 간에는 상대적인 운동을 하게 되고, 그에 따라 휠 프레임부(100)의 형상이 변형될 수 있다(도 2 및 도 3 참고).

보다 바람직하게, 제2 둘레 영역(124)은 휠 프레임부(100)의 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 형성되는 회전축을 중심으로 연장 영역(110) 또는 제1 둘레 영역(122)에 대해 회전 가능하게 결합될 수 있다. 일 예로, 중심축(A) 및 제2 둘레 영역(124)의 회전 중심축은 각각 지면과 나란하게 형성될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 연장 영역(110)은 제1 연장 영역(112) 및 제2 연장 영역(114)을 포함할 수 있다. 제1 연장 영역(112) 및 제2 연장 영역(114)은 각각 휠 프레임부(100)의 중심축(A) 상에서 보행 동력부(300)에 결합될 수 있고, 보행 동력부(300)는 중심축(A)을 중심으로 제1 연장 영역(112) 및 제2 연장 영역(114)을 서로 반대 방향으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 보행 동력부(300)를 구동하는 경우 제1 연장 영역(112)과 제2 연장 영역(114)이 서로 멀어지는 방향으로 회전 운동하거나 서로 가까워지는 방향으로 회전 운동을 할 수 있고, 그에 따라 휠 프레임부(100)의 형상이 변경될 수 있다. 한편, 바람직한 실시예에서, 제1 연장 영역(112)의 반경 방향(R) 길이와 제2 연장 영역(114)의 반경 방향(R) 길이는 서로 대응될 수 있다. 이는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 휠 프레임부(100)를 바라보았을 때, 제1 연장 영역(112) 및 제2 연장 영역(114)이 서로 대응되는 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다.

계속해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 둘레 영역(122)은 제1 연장 영역(112)에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1-1 둘레 영역(122-1) 및 제2 연장 영역(114)에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1-2 둘레 영역(122-2)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 제1-1 둘레 영역(122-1)은 제1 연장 영역(112)의 반경 방향(R) 끝부로부터 시계 방향으로 연장되는 원호 형상을 가질 수 있고, 제1-2 둘레 영역(122-2)은 제2 연장 영역(114)의 반경 방향(R) 끝부로부터 반시계 방향으로 연장되는 원호 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1-1 둘레 영역(122-1)의 원호의 중심각과 제1-2 둘레 영역(122-2)의 원호의 중심각은 서로 대응될 수 있고, 두 원호의 곡률 반경 역시 서로 대응될 수 있다. 이는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 휠 프레임부(100)를 바라보았을 때, 제1-1 둘레 영역(122-1) 및 제1-2 둘레 영역(122-2)은 서로 대응되는 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 일 예로, 제1 연장 영역(112) 및 제1-1 둘레 영역(122-1)은 일체로 형성될 수 있고, 제2 연장 영역(114) 및 제1-2 둘레 영역(122-2)은 일체로 형성될 수 있다. 이때, 두 구성이 일체로 형성된다는 것은 비가역적인 파괴가 일어나지 않는 이상 두 구성을 분리하는 것이 불가능할 정도로 두 구성이 불가분적으로 결합되어 있는 것을 의미할 수 있다.

계속해서 도 2 및 도 3을 참고하면, 제2 둘레 영역(124)은 제1 연장 영역(112) 또는 제1-1 둘레 영역(122-1)에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2-1 둘레 영역(124-1) 및 제2 연장 영역(114) 또는 제1-2 둘레 영역(122-2)에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2-2 둘레 영역(124-2)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 휠 프레임부(100)가 원 형상을 갖도록 둘레 영역(120)이 조합된 상태에서, 제2-1 둘레 영역(124-1)은 제1 연장 영역(112)과 제1-1 둘레 영역(122-1)이 연결되는 영역으로부터 반시계 방향으로 연장되는 원호 형상을 가질 수 있고, 제2-2 둘레 영역(124-2)은 제2 연장 영역(114)과 제1-2 둘레 영역(122-2)이 연결되는 영역으로부터 시계 방향으로 연장되는 원호 형상을 가질 수 있다. 또한, 제2-1 둘레 영역(124-1)의 원호의 중심각과 제2-2 둘레 영역(124-2)의 원호의 중심각은 서로 대응될 수 있고, 두 원호의 곡률 반경 역시 서로 대응될 수 있다. 이는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 휠 프레임부(100)를 바라보았을 때, 제2-1 둘레 영역(124-1) 및 제2-2 둘레 영역(124-2)은 서로 대응되는 형상을 갖는 것으로 이해될 수 있다.

한편, 일 예로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2-1 둘레 영역(124-1)에서 제1 연장 영역(112) 또는 제1-1 둘레 영역(122-1)에 회전 가능하게 결합되는 영역은 제1 연장 영역(112)의 둘레 방향(W) 폭 내에 형성될 수 있고, 제2-2 둘레 영역(124-2)에서 제2 연장 영역(114) 또는 제1-2 둘레 영역(122-2)에 회전 가능하게 결합되는 영역은 제2 연장 영역(114)의 둘레 방향(W) 폭 내에 형성될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 휠 프레임부(100)의 둘레 영역(120)은 제2-1 둘레 영역(124-1) 및 제2-2 둘레 영역(124-2)이 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제3 둘레 영역(126)을 더 포함할 수 있다. 제3 둘레 영역(126)은 휠(10)이 보행 운동을 하는 경우 지면과 맞닿는 구성으로서, 사람의 발에 대응되는 역할을 할 수 있다. 일 예로, 제3 둘레 영역(126)을 중심으로 휠 프레임부(100)는 반경 방향(R) 대칭 형상을 가질 수 있다.

전술한 내용을 토대로 살펴보면, 제1-1 둘레 영역(122-1), 제1-2 둘레 영역(122-2), 제2-1 둘레 영역(124-1), 제2-2 둘레 영역(124-2) 및 제3 둘레 영역(126)의 조합은 소정의 원 형상에 대응될 수 있다. 이는, 제1-1 둘레 영역(122-1)의 원호의 중심각, 제1-2 둘레 영역(122-2)의 원호의 중심각, 제2-1 둘레 영역(124-1)의 원호의 중심각, 제2-2 둘레 영역(124-2)의 원호의 중심각 및 제3 둘레 영역(126)의 원호의 중심각의 합은 360도에 대응되고, 제1-1 둘레 영역(122-1)의 원호의 곡률 반경, 제1-2 둘레 영역(122-2)의 원호의 곡률 반경, 제2-1 둘레 영역(124-1)의 원호의 곡률 반경, 제2-2 둘레 영역(124-2)의 원호의 곡률 반경 및 제3 둘레 영역(126)의 원호의 곡률 반경은 서로 대응되는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 휠 프레임부(100)를 바라보았을 때, 제2-1 둘레 영역(124-1)이 제3 둘레 영역(126)에 회전 가능하게 결합되는 영역과 제2-2 둘레 영역(124-2)이 제3 둘레 영역(126)에 회전 가능하게 결합되는 영역은 서로 중첩될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제2-1 둘레 영역(124-1)이 제3 둘레 영역(126)에 회전 가능하게 결합되는 영역과 제2-2 둘레 영역(124-2)이 제3 둘레 영역(126)에 회전 가능하게 결합되는 영역은 동축 상에 형성될 수 있다. 이는, 보행 동력부(300)에 의해 제1 연장 영역(112)과 제2 연장 영역(114)을 회전함으로써 휠 프레임부(100)의 형상을 변형할 때 제3 둘레 영역(126)을 기준으로 휠 프레임부(100)가 대칭 형상을 갖도록 하기 위함일 수 있다.

한편, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 휠 프레임부(100)가 원 형상을 갖도록 복수의 둘레 영역(120)이 조합되었을 때 제1 연장 영역(112)과 제2 연장 영역(114)이 이루는 각도는 대략 180도일 수 있다. 이는, 제1-1 둘레 영역(122-1)의 원호의 중심각과 제1-2 둘레 영역(122-2)의 원호의 중심각의 합은 180도에 대응될 수 있고, 제2-1 둘레 영역(124-1)의 원호의 중심각, 제2-2 둘레 영역(124-2)의 원호의 중심각 및 제3 둘레 영역(126)의 원호의 중심각의 합은 180도에 대응될 수 있다. 보다 상세하게, 제2-1 둘레 영역(124-1)의 원호의 중심각 및 제2-2 둘레 영역(124-2)의 원호의 중심각은 각각 제3 둘레 영역(126)의 원호의 중심각보다 클 수 있다. 이는, 휠(10)이 보행 운동이 가능하도록 휠 프레임부(100)가 도 3에 도시된 바와 같이 변형되었을 때, 휠 프레임부(100)의 길이를 극대화함으로써 높이가 높은 계단 또는 단차를 지날 수 있도록 하기 위함일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 휠을 도시한 측면도이고, 도 5은 본 발명에 따른 휠을 도시한 수직 단면도이다. 도 6는 본 발명에 따른 휠의 주행 동력부 및 보행 동력부의 결합 구조를 확대 도시한 수직 단면도이다.

한편, 주행 동력부(200)는 중심축(A)이 연장되는 방향으로 휠 프레임부(100)로부터 이격될 수 있고, 휠 프레임부(100)와 주행 동력부(200) 사이에 보행 동력부(300)가 구비될 수 있다.

보다 상세하게, 보행 동력부(300)는 주행 동력부(200)에 구비되되 중심축(A)과 동축 상에 구비되고 자전 가능하게 구비되는 주행 중심축(210)에 대해 상대적으로 고정 결합될 수 있다. 이때, 상대적으로 고정 결합된다는 것은 보행 동력부(300)가 주행 중심축(210)에 직결되는 경우만을 의미하는 것은 아니며, 다른 매개 구성을 통해 주행 중심축(210)에 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 주행 동력부(200)의 주행 중심축(210)이 회전하는 경우 보행 동력부(300)도 함께 회전하게 되고, 그에 따라 보행 동력부(300)에 결합되는 휠 프레임부(100)가 중심축(A)에 대해 자전 운동을 할 수 있다.

뿐만 아니라, 휠(10)이 계단 등의 단차를 통과하고자 휠 프레임부(100)가 도 3과 같은 형태로 변형된 상태에서, 주행 동력부(200)가 구동되면 휠 프레임부(100)가 중심축(A)을 중심으로 회전 운동을 하므로 사람의 걸음 동작에서 다리의 진자 운동과 유사한 움직임도 구현할 수 있다. 예를 들어, 휠(10)이 상방으로 돌출된 계단을 보행하고자 하는 경우에는 휠 프레임부(100)가 도 3에 도시된 바와 같이 변형된 상태에서, i) 주행 동력부(200)를 구동하여 휠 프레임부(100)가 전방을 향해 회전하도록 하여 휠 프레임부(100)의 제3 둘레 영역이 계단에 의해 지지되도록 후, ii) 주행 동력부(200)를 구동하여 휠 프레임부(100)가 후방으로 회전하도록 함으로써 계단을 오르는 보행 운동을 구현할 수 있다.

또한, 보행 동력부(300)는 중심축(A)과 동축 상에 구비되고 자전 가능하게 구비되며 주행 중심축(210)에 대해 상대적으로 고정 결합되는 보행 중심축(310), 보행 중심축(310)을 회전시키는 보행 모터(300a) 및 보행 중심축(310)의 일 측과 결합되는 디퍼런셜 기어(differential gear, 320)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 연장 영역(112)의 일 측은 디퍼런셜 기어(320)의 일 측에 결합될 수 있고, 제2 연장 영역(114)의 일 측은 디퍼런셜 기어(320)의 타 측에 결합될 수 있다. 따라서, 보행 동력부(300)에 의해 보행 중심축(310)이 회전함에 보행 중심축(310)의 회전력은 디퍼런셜 기어(320)를 거쳐 제1 연장 영역(112) 및 제2 연장 영역(114)에 전달되되, 디퍼런셜 기어(320)에서 동력을 전달받은 제1 연장 영역(112)의 회전 방향과 디퍼런셜 기어(320)에서 동력을 전달받은 제2 연장 영역(114)의 회전 방향은 서로 반대일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제1 연장 영역(112)과 제2 연장 영역(114)을 회전하는 동력원을 별도로 구비하지 않고도, 디퍼런셜 기어(320)를 통해 제1 연장 영역(112)과 제2 연장 영역(114)을 동시에 회전시킬 수 있다. 디퍼런셜 기어의 작동 원리 및 구조에 대한 내용은 종래에 개시된 내용들로 갈음한다.

계속해서 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 휠(10)은 휠 프레임부(100)의 반경 방향(R)의 외측에 부착되는 감쌈 부재(400)를 더 포함할 수 있다. 감쌈 부재(400)는 휠 프레임부(100)를 보호하기 위한 구성일 수 있다. 감쌈 부재(400)는 종래에 따른 휠의 타이어 부재에 대응되는 구성으로 볼 수도 있다. 감쌈 부재(400)는 제1-1 둘레 영역(122-1), 제1-2 둘레 영역(122-2), 제2-1 둘레 영역(124-1), 제2-2 둘레 영역(124-2) 및 제3 둘레 영역(126)의 반경 방향(R) 외측면에 고정 결합될 수 있다. 예를 들어, 감쌈 부재(400)는 가역적으로 형상 변형이 가능한 고무 재질을 포함할 수 있으나, 감쌈 부재(400)의 재질은 그에 제한되지 않는다.

모빌리티

도 7은 본 발명에 따른 모빌리티가 휠의 자전 운동에 의해 이동할 때의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 모빌리티가 휠의 보행 운동에 의해 이동할 때의 모습을 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 모빌리티(1)는 휠(10) 및 휠(10)이 탑재되는 몸체부(20)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 몸체부(20)의 전방과 후방에는 각각 2개의 휠(10)이 구비될 수 있다.

휠(10)은 원호(arc) 형상을 갖는 복수의 둘레 영역(120)을 포함하는 휠 프레임부(100), 휠 프레임부(100)의 일 측에 구비되고 휠 프레임부(100)가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부(200) 및 휠 프레임부(100)의 일 측에 구비되고 복수의 둘레 영역(120) 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부(300)를 포함할 수 있다.

또한, 휠 프레임부(100)는 일 측이 보행 동력부(300)에 결합되고 상기 일 측으로부터 휠 프레임부(100)의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역(110)을 더 포함할 수 있다.

또한, 둘레 영역(120)은 일 측이 연장 영역(110)에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1 둘레 영역(122) 및 일 측이 연장 영역(110) 또는 제1 둘레 영역(122)에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2 둘레 영역(124)을 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 휠에 대해 전술한 내용들은 본 발명에 따른 모빌리티에 구비되는 휠에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 모빌리티(1)가 평평한 지면 또는 비교적 완만한 굴곡을 갖는 지면을 주행하는 경우에는 휠(10)의 휠 프레임부(100)가 소정의 원 형상을 갖도록 함으로써 도 7에 도시된 상태로 지면을 주행할 수 있다.

반면, 본 발명에 따른 모빌리티(1)가 계단 등의 단차를 통과할 때에는 휠(10)의 휠 프레임부(100)가 사람의 다리와 유사한 형상을 갖도록 함으로써 도 8에 도시된 상태로 보행 운동을 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

1: 모빌리티
10 : 휠
20 : 몸체부
100 : 휠 프레임부
110 : 연장 영역
112 : 제1 연장 영역
114 : 제2 연장 영역
120 : 둘레 영역
122 : 제1 둘레 영역
122-1 : 제1-1 둘레 영역
122-2 : 제1-2 둘레 영역
124 : 제2 둘레 영역
124-1 : 제2-1 둘레 영역
124-2 : 제2-2 둘레 영역
126 : 제3 둘레 영역
200 : 주행 동력부
200a : 주행 모터
210 : 주행 중심축
300 : 보행 동력부
300a : 보행 모터
310 : 보행 중심축
320 : 디퍼런셜 기어
400 : 감쌈 부재
A : 중심축
R : 반경 방향
W : 둘레 방향

Claims

복수의 둘레 영역을 포함하는 휠 프레임부;
상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 휠 프레임부가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부; 및
상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 복수의 둘레 영역 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부; 를 포함하고,
상기 휠 프레임부는,
일 측이 상기 보행 동력부에 결합되고 상기 일 측으로부터 상기 휠 프레임부의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역; 을 더 포함하고,
상기 둘레 영역은,
일 측이 상기 연장 영역에 고정 결합되는 제1 둘레 영역; 및
일 측이 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 제2 둘레 영역; 을 포함하는 휠.
청구항 1에서,
상기 제2 둘레 영역은,
상기 반경 방향(R)과 교차하는 방향으로 형성되는 회전축을 중심으로 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 대해 회전 가능하게 결합되는 휠.
청구항 1에서,
상기 연장 영역의 상기 일 측은 상기 중심축(A) 상에서 상기 보행 동력부에 결합되고,
상기 보행 동력부는,
상기 중심축(A)을 중심으로 상기 연장 영역을 회전시키는 휠.
청구항 3에서,
상기 연장 영역은 서로 별개로 구비되는 제1 연장 영역 및 제2 연장 영역을 포함하고,
상기 제1 연장 영역의 일 측 및 상기 제2 연장 영역의 일 측은 각각 상기 중심축(A) 상에서 상기 보행 동력부에 결합되고,
상기 보행 동력부는,
상기 중심축(A)을 중심으로 상기 제1 연장 영역 및 상기 제2 연장 영역을 서로 반대 방향으로 회전시키는 휠.
청구항 4에서,
상기 제1 둘레 영역은,
상기 제1 연장 영역에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1-1 둘레 영역; 및
상기 제2 연장 영역에 고정 결합되고 원호 형상을 갖는 제1-2 둘레 영역; 을 포함하는 휠.
청구항 5에서,
상기 제1 연장 영역 및 상기 제1-1 둘레 영역은 일체로 형성되고,
상기 제2 연장 영역 및 상기 제1-2 둘레 영역은 일체로 형성되는 휠.
청구항 5에서,
상기 제2 둘레 영역은,
상기 제1 연장 영역 또는 상기 제1-1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2-1 둘레 영역; 및
상기 제2 연장 영역 또는 상기 제2-1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제2-2 둘레 영역; 을 포함하는 휠.
청구항 7에서,
상기 제2-1 둘레 영역에서 상기 제1 연장 영역 또는 상기 제1-1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역은 상기 제1 연장 영역의 둘레 방향(W) 폭 내에 형성되고,
상기 제2-2 둘레 영역에서 상기 제2 연장 영역 또는 상기 제1-2 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역은 상기 제2 연장 영역의 둘레 방향(W) 폭 내에 형성되는 휠.
청구항 7에서,
상기 둘레 영역은,
상기 제2-1 둘레 영역 및 상기 2-2 둘레 영역이 회전 가능하게 결합되고 원호 형상을 갖는 제3 둘레 영역; 을 더 포함하는 휠.
청구항 9에서,
상기 제1-1 둘레 영역, 상기 제1-2 둘레 영역, 상기 제2-1 둘레 영역, 상기 제2-2 둘레 영역 및 상기 제3 둘레 영역의 조합은 소정의 원 형상에 대응되는 휠.
청구항 4에서,
상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때,
상기 제1 연장 영역 및 상기 제2 연장 영역은 서로 대응되는 형상을 갖는 휠.
청구항 5에서,
상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때,
상기 제1-1 둘레 영역 및 상기 제1-2 둘레 영역은 서로 대응되는 형상을 갖는 휠.
청구항 7에서,
상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때,
상기 제2-1 둘레 영역 및 상기 제2-2 둘레 영역은 서로 대응되는 형상을 갖는 휠.
청구항 9에서,
상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 이격된 상태로 상기 휠 프레임부를 바라보았을 때,
상기 제2-1 둘레 영역이 상기 제3 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역과 상기 제2-2 둘레 영역이 상기 제3 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 영역은 서로 중첩되는 휠.
청구항 9에서,
상기 제1-1 둘레 영역의 원호의 중심각과 상기 제1-2 둘레 영역의 원호의 중심각의 합은 180도에 대응되고,
상기 제2-1 둘레 영역의 원호의 중심각, 상기 제2-2 둘레 영역의 원호의 중심각 및 상기 제3 둘레 영역의 원호의 중심각의 합은 180도에 대응되는 휠.
청구항 4에서,
상기 주행 동력부는,
상기 중심축(A)이 연장되는 방향으로 상기 휠 프레임부로부터 이격되고,
상기 휠 프레임부와 상기 주행 동력부 사이에 상기 보행 동력부가 구비되는 휠.
청구항 16에서,
상기 주행 동력부는,
상기 중심축(A)과 동축 상에 구비되고 자전 가능하게 구비되는 주행 중심축을 포함하고,
상기 보행 동력부는 상기 주행 중심축에 대해 상대적으로 고정 결합되는 휠.
청구항 17에서,
상기 보행 동력부는,
상기 중심축(A)과 동축 상에 구비되고 자전 가능하게 구비되고 상기 주행 중심축에 대해 상대적으로 고정 결합되는 보행 중심축; 및
상기 보행 중심축의 일 측과 결합되는 디퍼런셜 기어(differential gear); 를 포함하고,
상기 제1 연장 영역의 일 측은 상기 디퍼런셜 기어의 일 측에 결합되고,
상기 제2 연장 영역의 일 측은 상기 디퍼런셜 기어의 타 측에 결합되는 휠.
휠; 및
상기 휠이 탑재되는 몸체부; 를 포함하고,
상기 휠은,
복수의 둘레 영역을 포함하는 휠 프레임부;
상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 휠 프레임부가 중심축(A)을 중심으로 자전 운동하도록 회전력을 제공하는 주행 동력부; 및
상기 휠 프레임부의 일 측에 구비되고 상기 복수의 둘레 영역 간의 상대적인 위치가 변하도록 동력을 제공하는 보행 동력부; 를 포함하고,
상기 휠 프레임부는,
일 측이 상기 보행 동력부에 결합되고 상기 일 측으로부터 상기 휠 프레임부의 반경 방향(R)으로 연장되는 연장 영역; 을 더 포함하고,
상기 둘레 영역은,
일 측이 상기 연장 영역에 고정 결합되는 제1 둘레 영역; 및
일 측이 상기 연장 영역 또는 상기 제1 둘레 영역에 회전 가능하게 결합되는 제2 둘레 영역; 을 포함하는 모빌리티.