WO2020122587A1 - 변형 바퀴 및 이를 구비한 로봇 - Google Patents

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WO2020122587A1
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lobe
hinge
pulley
pivotally connected
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김종원
김영수
김기중
김화수
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Industry Academic Cooperation Foundation of Kyonggi University
Seoul National University R&DB Foundation
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    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2900/00—Purpose of invention
    • B60B2900/50—Improvement of
    • B60B2900/551—Handling of obstacles or difficult terrains

Definitions

  • the present invention relates to a two-degree-of-freedom modified wheel, and more specifically, when driving in the form of a circular wheel on a flat surface and encountering an obstacle, the optimal shape capable of minimizing the shaking of the body against the obstacle is of two degrees of freedom. It relates to a deformable wheel that allows the body to smoothly and stably overcome obstacles through deformation.
  • the various units attached to the driving platform of the service robot are forced to travel efficiently within the human life radius and have a short width and length for efficient interaction with humans.
  • the service platform of the service robot keeps the shaking small when overcoming obstacles, and the ability to drive smoothly and stably is essential.
  • the structure of the prior art aims only to overcome a high obstacle, and there is a limitation that a vertical surface must exist for deformation and friction with the vertical surface is required.
  • a vertical surface must exist for deformation and friction with the vertical surface is required.
  • the slope of the trajectory is discontinuously changed when the obstacle is overcome, so that the body shake is large. That is, the prior art for overcoming stairs is difficult to overcome various obstacles, including vertical surfaces, to apply to the service platform of the service robot, inefficient or noisy due to complicated structure and control even if the center of gravity is large or the small shaking is small. And it is not suitable for driving in an indoor environment for reasons such as vibration. Therefore, there is a need to invent a wheel structure that overcomes the problems of the prior art.
  • the present invention provides a deformation shape when overcoming obstacles of various heights where a vertical surface does not exist while having a wheel shape for maintaining efficient and stable driving performance on a flat surface. It is an object of the present invention to provide a deforming wheel.
  • a modified wheel according to the present invention includes a plurality of lobes; Wheels connected to each of the plurality of lobes; And a hinge that pivotally connects the spokes with respect to the lobe, the spokes are capable of two-degree-of-freedom movement, and the plurality of lobes form a circular shape by the two-degrees-of-freedom movement of the spokes. , It is characterized in that it is divided with each other to form a deformed shape.
  • the modified wheel of the present invention is characterized in that the wheel radius (r) and the lobe angle ( ⁇ ) of the spokes are respectively controlled by the two-degree-of-freedom motion.
  • the spokes of the wheel are fixed members having a plurality of end portions; A front pulley and a rear pulley disposed at the center of the fixing member and at each end thereof; A rotating pulley disposed at each of the front pulleys disposed at the distal end; A hinge pulley interlocked with the rotation pulley by a rotating belt and fixedly connected to the lobe; And a pulley member having one end fixedly connected to the rear pulley disposed at the distal end and a hinge pulley disposed at the other end, the front pulley interlocking with each other by a front belt, and the rear pulley interlocking with each other by a rear belt. It is characterized by.
  • the spokes are fixed members; A rotary member having a plurality of distal ends and rotatable about an axis of the deforming wheel; A link member having one end pivotably connected to the distal end of the rotary member, and the other end pivotably connected to the first hinge of the lobe; A pulley disposed at the center of the fixing member and at each end thereof; And a pulley member disposed at the distal end and one end fixedly connected and the other end pivotably connected at the second hinge of the lobe, wherein the pulleys interlock with each other by a belt.
  • the spokes have a plurality of distal ends, the first rotary member and the second rotary member rotatable about the axis of the modified wheel; A first link member, one end of which is pivotally connected to the distal end of the first rotary member; A slide member pivotally connected to the other end of the first link member and pivotably connected at a first hinge of the lobe; And a second link member, one end of which is pivotally connected to the distal end of the second rotary member, and the other end of which is pivotally connected at the second hinge of the lobe.
  • the spokes may include a first pinion and a second pinion rotatable about an axis of the modified wheel; A first rack engaged with the first pinion; A second rack engaged with the second pinion; One end is pivotally connected to the first rack and the other end is pivotally connected to the first hinge of the lobe and includes a hinge member, wherein the second rack is pivotally connected to the second hinge of the lobe. Is done.
  • the spokes have a plurality of distal ends, the first rotary member and the second rotary member rotatable about the axis of the modified wheel;
  • a first link member one end of which is pivotally connected to the distal end of the first rotary member;
  • a first slide member pivotally connected to the other end of the first link member;
  • a second link member one end of which is pivotally connected to the distal end of the second rotary member;
  • a second slide member pivotally connected to the other end of the second link member and pivotably connected at a second hinge of the lobe;
  • a hinge member one end of which is pivotally connected to the first slide member and the other end of which is pivotally connected at the first hinge of the lobe.
  • the spokes are fixed disks; A link disk capable of moving along the axial direction of the deforming wheel; A piston disposed on the fixed disk to reciprocate in a radial direction and pivotably connected to the lobe; And a pair of link members constituting a four-section link between the lobe and the link disk.
  • the spokes may include a first disk and a second disk movable along the axial direction of the modified wheel; A first link member having one end pivotally connected to the first disk; A first slide member pivotally connected to the other end of the first link member; A second link member having one end pivotally connected to the second disk; A second slide member pivotally connected to the other end of the second link member and pivotably connected at a second hinge of the lobe; And a hinge member, one end of which is pivotally connected to the first slide member and the other end of which is pivotally connected at the first hinge of the lobe.
  • the driving robot according to the present invention includes a modified wheel of the present invention; And it characterized in that it comprises a drive for driving the deformed wheel.
  • the present invention is intended to overcome the limitations of the prior art, and has a wheel shape for maintaining efficient and stable driving performance on a flat surface, and it is possible to overcome obstacles while maintaining only contact with the ground through deformation of the wheel. , Even obstacles of various heights that do not have vertical surfaces can be overcome smoothly and stably through relatively small friction.
  • the obstacles of various sizes can be stably and smoothly overcome through transformation into an optimal shape.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a circular shape of a modified wheel according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a deformation shape of the deformation wheel shown in FIG. 1.
  • FIG 3 is a schematic view showing a circular shape of a deformed wheel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 4A and 4B are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a circular shape of a deformed wheel according to another embodiment of the present invention.
  • 6A to 6C are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a circular shape of a modified wheel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A to 8C are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a circular shape of a modified wheel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A to 10C are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel illustrated in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a circular shape of a modified wheel according to another embodiment of the present invention.
  • 12A to 12C are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a schematic view showing a circular shape of a modified wheel according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A to 14C are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel shown in FIG. 13.
  • 15 is a schematic view showing a circular shape of a modified wheel according to another embodiment of the present invention.
  • 16A to 16C are schematic views showing examples of deformation shapes of the deformation wheel shown in FIG. 15.
  • FIG. 17 shows a perspective view of a traveling robot with a modified wheel of the present invention.
  • FIG. 18 is a perspective view showing that the traveling robot with the modified wheel of the present invention overcomes the stairs.
  • the present invention was made by the support of an individual basic research project by the Korea Research Foundation under the Ministry of Education of the Republic of Korea under the auspices of the Industry-University Cooperation Foundation of Gyeonggi University. , Research period is 2017.11.01 ⁇ 2018.08.31.
  • the deformable wheel 1 includes a plurality of lobes 2, wheels 3 connected to each of the plurality of lobes 2, and a hinge 4 that pivotally connects the wheels 3 to the lobe 2 Doing.
  • the plurality of lobes 2 is composed of three lobes 2, but the number of lobes 2 is not limited thereto. However, hereinafter, it is described as three lobes 2 for convenience of explanation.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a deformation shape of the deformation wheel 1 shown in FIG. 1.
  • the length from the center of the wheel to the point where the spokes (3) and the lobe (2) are connected is defined as the wheel radius (r), and at the point where the spokes (3) are connected, the lobe (2)
  • the angle formed by the imaginary line extending from the center of curvature and the spokes 3 is defined as a lobe angle ⁇ .
  • the spokes 3 of the modified wheel 1 according to the present invention are capable of two-degrees of freedom. By the two-degree-of-freedom motion, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ are respectively controlled, so that the deformed wheel 1 forms a circular shape shown in FIG. 1 or is divided from each other and shown in FIG. 2. Form a deformed shape.
  • FIG. 3 to 14 show a number of embodiments of the spokes 3 of the modified wheel 1 according to the invention.
  • the above embodiments are structures capable of two-degree-of-freedom movement, and the present invention is not limited by the above embodiments.
  • 3 and 4 are one embodiment of a deforming wheel 1 having a pair of belt-pulley structures.
  • the front pulley 11 and the rear pulley 15 are respectively installed at the center and three distal ends of the fixing member 10.
  • a rotating pulley 12 is installed on the front pulleys 11b, 11c, and 11d installed at the distal end of the fixing member 10, and a hinge pulley 13 is fixedly installed on the lobe 2.
  • the rotating pulley 12 is interlocked with the hinge pulley 13 by the rotating belt 14.
  • One end of the pulley member 16 is fixedly connected to the rear pulleys 15b, 15c, and 15d installed at the distal end of the fixing member 10, and a hinge pulley 13 is installed at the other end of the pulley member 16. have.
  • the front pulley 11a and the rear pulley 15a are installed at the center of the fixing member 10, and the four front pulleys 11a, 11b, 11c, and 11d are formed by one front belt 17.
  • the four rear pulleys (15a, 15b, 15c, 15d) are configured to interlock with each other by one rear belt 18, driving the front pulley and rear pulley (11a, 15a) installed in the center By the front pulley (11b, 11c, 11d) and the rear pulleys (15b, 15c, 15d) are all driven.
  • FIG. 4 an exemplary form for a deformed shape of the deformed wheel 1 is shown.
  • 4A shows the case where the rear pulley 15 is driven, and the pulley member 16 is pivoted around the distal end of the fixing member 10 by the driving of the rear pulley 15. That is, the pivoting motion of the pulley member 16 mainly controls the wheel radius r, and the lobe angle ⁇ is also changed because it is not pivoting at the center of the wheel.
  • 4B shows the case where the front pulley 11 is driven in FIG. 4A, and the rotation pulley 12 is driven together by the driving of the front pulley 11.
  • the hinge pulley 13 is driven to adjust the lobe angle ⁇ . Accordingly, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ may be controlled by driving the front pulley 11 and the rear pulley 15, respectively.
  • 5 and 6 show another embodiment of the deforming wheel 1 having a pulley-link structure.
  • a rotary member 20 and a fixing member 22 in the form of a ternary link are installed at the center of the wheel 1, respectively.
  • the link member 21 is pivotably connected to the rotary member 20, and the link member 21 is pivotally connected at the first hinge 26a of the lobe 2.
  • Pulleys 23 are respectively provided at the center and three distal ends of the fixing member 22.
  • the pulley members 24 are fixedly connected to the pulleys 23b, 23c, and 23d provided at the distal ends, and the pulley members 24 are pivotally connected at the second hinge 26b of the lobe 2.
  • FIG. 6 there is shown an example form for a deformed shape of the deformed wheel 1.
  • 6A shows a case where the rotary member 20 and the link member 21 are driven, and the movement of the link member 21 by driving the rotary member 20 mainly adjusts the lobe angle ⁇ .
  • 6B shows a case where the pulley 23 and the pulley member 24 are driven, and the movement of the pulley member 24 by driving the pulley 23 mainly shows the lobe angle ⁇ in FIG. 6A.
  • 6C shows a case where both the rotary member 20 and the link member 21 and the pulley 23 and pulley member 24 are driven, and the wheel radius r is mainly adjusted. Accordingly, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ may be controlled by driving the rotary member 20 and the pulley 23, respectively.
  • FIG. 7 and 8 show another embodiment of the deforming wheel 1 having a slide-link structure.
  • a pair of rotary members 31a and 31b in the form of a ternary link is installed at the center of the wheel 1, and link members 32a and 32b are provided in each of the rotary members 31a and 31b. It is connected.
  • the first link member 32a is connected to the slide member 33, and the slide member 33 and the second link member 32b are respectively the first hinge 34a and the second hinge 34b of the lobe 2 ) Is pivotally connected.
  • FIG. 8A shows a case where the first rotary member 31a and the slide member 33 are mainly driven, and the movement of the slide member 33 by driving the first rotary member 30a is mainly a lobe angle ⁇ ).
  • 8B shows a case where the second rotary member 31b and the second link member 32b are driven, and the movement of the second link member 32b by driving the second rotary member 31b is mainly a lobe.
  • the angle ⁇ is adjusted opposite to the case shown in FIG. 12A.
  • FIG. 10C shows a case where both the first rotary member 31a and the slide member 33 and the second rotary member 31b and the second link member 32b are driven, and the wheel radius r is mainly adjusted. do. Accordingly, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ may be controlled by driving each of the first rotary member 31a and the second rotary member 31b.
  • 9 and 10 show another embodiment of the deforming wheel 1 having a pair of rack-pinion structures.
  • a pair of pinions 41a and 41b is installed at the center of the wheel 1, and racks 42a and 42b connected to each lobe 2 are provided at each pinion 41a and 41b.
  • racks 42a and 42b connected to each lobe 2 are provided at each pinion 41a and 41b.
  • This interlocks In the drawing, three first racks 42a meshed with the first pinion 41a and three second racks 42b meshed with the second pinion 41b are connected on the three lobes 2, but one Only the structures connected to the lobes 2 are denoted by reference numerals, and each lobe 2 and the rack-pinion structure are identical to each other.
  • first hinge 44a is connected to the first rack 42a
  • second hinge 44b is the second It is connected to the rack 42b.
  • first hinge 44a and the first rack 42a are connected through a hinge member 43
  • the hinge member 43 is a connection portion between the first hinge 44a and the first rack 42a. In each, they are pivotally connected.
  • the second hinge 44b and the second rack 42b are pivotally connected.
  • FIG. 10A shows a case in which the first rack 42a and the first pinion 41a are driven, and the movement of the first rack 42a by driving the first pinion 41a is mainly a lobe angle ⁇ .
  • FIG. 10B shows a case in which the second rack 42b and the second pinion 41b are driven, and the movement of the second rack 42b by driving the second pinion 41b is mainly a lobe angle ⁇ . Is adjusted in contrast to the case shown in FIG. 10A.
  • 10C shows a case where both the first rack 42a and the first pinion 41a and the second rack 42b and the second pinion 41b are driven, and the wheel radius r is mainly adjusted. Accordingly, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ may be controlled by driving each of the first rack 42a and the second rack 42b.
  • FIG. 11 and 12 show another embodiment of the deforming wheel 1 having a pair of slide-crank structures. This embodiment is similar to the driving mechanism of the embodiments of Figs. 9 and 10.
  • a pair of rotary members 50a and 50b in the form of a ternary link is installed at the center of the wheel 1, and link members 51a and 51b are provided in each of the rotary members 50a and 50b. It is connected.
  • the link members 51a, 51b are pivotally connected to the slide members 52a, 52b, respectively, and the slide members 52a, 52b are pivotally connected to the lobes 2, respectively.
  • first hinge 54a is connected to the first slide member 52a
  • second hinge 54b is made of 2
  • the slide member 52b is pivotably connected.
  • first hinge 54a and the first slide member 52a are connected through the hinge member 53
  • the hinge member 53 is connected to the first hinge 54a and the first slide member 52a.
  • Each part is pivotably connected.
  • FIG. 12A shows a case where the first rotary member 50a and the first slide member 52a are driven, and the movement of the first slide member 52a by driving the first rotary member 50a is mainly a lobe. Adjust the angle ⁇ .
  • 12B shows a case where the second rotary member 50b and the second slide member 52b are driven, and the movement of the second slide member 52b by driving the second rotary member 50b is mainly a lobe.
  • the angle ⁇ is adjusted opposite to the case shown in FIG. 12A.
  • FIG. 10C shows a case where both the first rotary member 50a and the first slide member 52a and the second rotary member 50b and the second slide member 52b are driven, and mainly the wheel radius r This is regulated. Accordingly, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ may be controlled by driving each of the first rotary member 50a and the second rotary member 50b.
  • FIG. 13 and 14 show another embodiment of a modified wheel 1 having a four-link-piston structure.
  • a fixed disk 60 is installed on the shaft of the wheel 1, and a piston 61 connected to the lobe 2 and reciprocating in a radial direction is installed on the fixed disk 60.
  • a link disk 62 that can move along the axial direction of the wheel 1 is installed, and the link disk 62 and the lobe 2 are connected by a pair of link members 63.
  • the link disk 62, the lobe 2, and the pair of link members 63 constitute and drive a four-section link.
  • a four-section link formed by a piston 61 and a pair of link members 63 is connected on three lobes 2, but only the structures connected to one lobe 2 are indicated by reference numerals.
  • the structure of each lobe 2 and section 4 link-piston is the same.
  • FIG. 14 an exemplary form for a deformed shape of the deformed wheel 1 is shown.
  • 14A shows the case where the piston 61 is driven, and as the piston 61 expands, the link disk 62 moves along the axis 60 in a direction proximal to the piston 61. That is, the wheel radius r increases due to the expansion of the piston 61, and the wheel radius r decreases due to the contraction of the piston 61, so that the wheel radius r is adjusted.
  • 14B and 14C show a case in which only the four-section link is driven, and the lobe angle ⁇ is adjusted by driving the pair of link members 63. Therefore, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ can be controlled by driving each of the piston 61 and the four-section link, respectively.
  • 15 and 16 show another embodiment of a modified wheel 1 having a four-section link-slide structure.
  • first and second disks 71a and 71b that are movable along the axial direction of the wheel 1 are installed, and each of the first and second disks 71a and 72b has a link member ( 72a, 72b) are connected.
  • the link members 72a and 72b are pivotally connected to the slide members 73a and 73b, respectively.
  • first hinge 75a is connected to the first slide member 73a
  • second hinge 75b is made of 2
  • the slide member 73b is pivotably connected.
  • first hinge 75a and the first slide member 73a are connected through the hinge member 74
  • the hinge member 74 is connected to the first hinge 75a and the first slide member 73a.
  • Each part is pivotably connected. Therefore, the slide members 73a and 73b are pivotally connected to the lobes 2, respectively.
  • FIG. 16A and 16B show a case where only one of the first and second disks 71a and 71b is driven.
  • the first disk 71a is not driven, and the second slide member 73b is driven as the second disk 71b moves in the axial direction of the wheel and approaches the deformed wheel 1, thereby driving the lobe angle. Adjust ( ⁇ ).
  • the second disk 71b is not driven, and the first slide member 73a is driven as the first disk 71a moves in the axial direction of the wheel and approaches the wheel 1, thereby driving the lobe angle ( ⁇ ).
  • 16C shows a case in which both the first disk 71a and the second disk 71b are driven, and accordingly, the wheel radius r is adjusted. Accordingly, the wheel radius r and the lobe angle ⁇ may be controlled by driving each of the first disk 71a and the second disk 71b.
  • the driving robot 100 includes a driving unit (not shown) for driving the deforming wheel 1, and during normal driving, the deforming wheel 1 is driven in a circular shape, and when an obstacle is encountered, deforming according to the obstacle The wheel 1 is converted into a deformed shape.
  • the traveling robot 100 with the deformed wheel 1 of the present invention overcomes the obstacle.
  • the traveling robot 100 can stably overcome the stairs.

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Abstract

본 발명에 따른 변형 바퀴는 복수의 로브; 상기 복수의 로브 각각에 연결된 바퀴살; 및 상기 바퀴살을 상기 로브에 대해 선회 가능하게 연결하는 힌지를 포함하고, 상기 바퀴살은 2-자유도 운동이 가능하고, 상기 복수의 로브는 상기 바퀴살의 2-자유도 운동에 의해 원형 형상을 형성하거나, 서로 분할되어 변형 형상을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

변형 바퀴 및 이를 구비한 로봇
본 발명은 2-자유도 변형 바퀴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평지에서는 원형 바퀴의 형태로 주행하다가 장애물을 마주하게 되었을 때 장애물에 대한 본체의 흔들림을 최소화할 수 있는 최적의 형상으로 2자유도의 변형을 하여, 이를 통해 본체가 부드럽고 안정적으로 장애물을 극복할 수 있도록 하는 변형 바퀴에 관한 것이다.
서비스 로봇의 주행 플랫폼에 부착되는 다양한 유닛은 인간의 생활반경 내에서 효율적으로 주행하고 인간과의 효율적인 상호 작용을 위해서 그 폭과 길이가 짧을 수밖에 없다. 그 결과 서비스 로봇의 전체 무게 중심은 상대적으로 높을 수밖에 없기 때문에 작은 흔들림에도 큰 영향을 받게 되며 경우에 따라 전복될 가능성도 크게 증가한다. 따라서 서비스 로봇의 주행 플랫폼은 장애물 극복 시 흔들림을 작게 유지하며 부드럽고 안정적으로 주행할 수 있는 능력이 필수적이다.
현재 상용화 되고 있는 대부분의 서비스 로봇의 주행 플랫폼들은 바퀴 주행 방식으로서, 계단을 극복하기 어려울 뿐만 아니라, 바닥에 존재하는 작은 턱조차도 극복하기 어려운 구조로 되어 있어 평지라는 제한된 환경에서만 사용할 수밖에 없는 문제점이 있다. 이러한 바퀴 구조의 장애물 극복 성능의 한계를 극복하기 위하여, 바퀴를 변형하여 장애물 극복 능력을 향상시키기 위한 변형 바퀴에 대한 종래의 기술이 특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 제10-2016-0105212호)에 공지되어 있다.
다만, 종래 기술의 구조는 단순히 높은 장애물을 극복하는 것만을 목표로 하고 있으며, 변형을 위해서 수직면이 반드시 존재해야 하며 수직면과의 마찰이 필요하다는 한계점이 있다. 또한 장애물 극복 시 궤적의 기울기가 불연속적으로 변화하여 본체의 흔들림이 크다는 문제점 또한 존재한다. 즉, 계단 극복을 위한 종래 기술은 서비스 로봇의 주행 플랫폼에 적용하기에는 수직면을 포함한 다양한 장애물을 극복하기 어렵거나, 무게 중심의 흔들림이 크거나, 흔들림이 작더라도 구조 및 제어가 복잡하여 비효율적이거나, 소음 및 진동 등의 이유로 실내 환경 주행에 적합하지 않다는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 종래 기술의 문제점을 극복한 바퀴 구조를 발명할 필요성이 있다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 평지에서 효율적이고 안정적인 주행 성능을 유지하기 위한 바퀴 형상을 가지면서, 수직면이 존재하지 않는 다양한 높이의 장애물들을 극복하는 경우에는 변형 형상을 제공하는 것을 목적으로 하는 변형 바퀴를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 변형 바퀴는 복수의 로브; 상기 복수의 로브 각각에 연결된 바퀴살; 및 상기 바퀴살을 상기 로브에 대해 선회 가능하게 연결하는 힌지를 포함하고, 상기 바퀴살은 2-자유도 운동이 가능하고, 상기 복수의 로브는 상기 바퀴살의 2-자유도 운동에 의해 원형 형상을 형성하거나, 서로 분할되어 변형 형상을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 변형 바퀴는 상기 2-자유도 운동에 의해, 상기 바퀴살의 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 일 실시예에 따르면, 바퀴살은 복수의 말단부를 가지는 고정 부재; 상기 고정 부재의 중심 및 각각의 말단부에 배치된 전면 풀리 및 후면 풀리; 상기 말단부에 배치된 전면 풀리 각각에 배치된 회전 풀리; 회전 벨트에 의해 상기 회전 풀리와 연동되고, 상기 로브와 고정식으로 연결된 힌지 풀리; 및 상기 말단부에 배치된 후면 풀리와 일단부가 고정식으로 연결되고 타단부 상에는 힌지 풀리가 배치된 풀리 부재를 포함하고, 상기 전면 풀리는 전면 벨트에 의해 서로 연동하고, 상기 후면 풀리는 후면 벨트에 의해 서로 연동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 다른 실시예에 따르면, 바퀴살은 고정 부재; 복수의 말단부를 가지고, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 로터리 부재; 일단부가 상기 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결되고, 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 링크 부재; 상기 고정 부재의 중심 및 각각의 말단부에 배치된 풀리; 및 상기 말단부에 배치된 풀리와 일단부가 고정식으로 연결되고 타단부가 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 풀리 부재를 포함하고, 상기 풀리는 벨트에 의해 서로 연동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 바퀴살은 복수의 말단부를 가지고, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 제1 로터리 부재 및 제2 로터리 부재; 일단부가 상기 제1 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결된 제1 링크 부재; 상기 제1 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결되고 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 슬라이드 부재; 및 일단부가 상기 제2 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 제2 링크 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 바퀴살은 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 제1 피니언 및 제2 피니언; 상기 제1 피니언에 맞물리는 제1 랙; 상기 제2 피니언에 맞물리는 제2 랙; 일단부가 상기 제1 랙에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 힌지 부재를 포함하고, 상기 제2 랙은 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 바퀴살은 복수의 말단부를 가지고, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 제1 로터리 부재 및 제2 로터리 부재; 일단부가 상기 제1 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결된 제1 링크 부재; 상기 제1 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결된 제1 슬라이드 부재; 일단부가 상기 제2 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결된 제2 링크 부재; 상기 제2 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결되고 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 제2 슬라이드 부재; 및 일단부가 상기 제1 슬라이드 부재에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 힌지 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 바퀴살은 고정 디스크; 상기 변형 바퀴의 축 방향을 따라 이동할 수 있는 링크 디스크; 상기 고정 디스크 상에 배치되어 방사상 방향으로 왕복 운동하고 상기 로브에 선회 가능하게 연결된 피스톤; 및 상기 로브 및 상기 링크 디스크 사이에서 4 절 링크를 구성하는 한 쌍의 링크 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형 바퀴의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 바퀴살은 상기 변형 바퀴의 축 방향을 따라 이동 가능한 제1 디스크 및 제2 디스크; 일단부가 상기 제1 디스크에 선회 가능하게 연결된 제1 링크 부재; 상기 제1 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결된 제1 슬라이드 부재; 일단부가 상기 제2 디스크에 선회 가능하게 연결된 제2 링크 부재; 상기 제2 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결되고 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 제2 슬라이드 부재; 및 일단부가 상기 제1 슬라이드 부재에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 힌지 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 주행 로봇은 본 발명의 변형 바퀴; 및 상기 변형 바퀴를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술의 한계점을 극복하기 위한 것으로서, 평지에서의 효율적이고 안정적인 주행 성능을 유지하기 위한 바퀴 형상을 가지면서도, 바퀴의 변형을 통해 지면과의 접촉만을 유지하며 장애물의 극복이 가능하기 때문에, 수직면이 존재하지 않는 다양한 높이의 장애물들도 비교적 작은 마찰력을 통해 부드럽고 안정적으로 극복할 수 있다.
또한, 다양한 크기의 장애물들에 대해 최적의 형상으로의 변형을 통해, 장애물들을 안정적이고 부드럽게 극복할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 6a 내지 6c는 도 5에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 8a 내지 8c는 도 7에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 10a 내지 10c는 도 9에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 12a 내지 12c는 도 11에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 14a 내지 14c는 도 13에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형 바퀴의 원형 형상을 도시한 개략도이다.
도 16a 내지 16c는 도 15에 도시된 변형 바퀴의 변형 형상의 예시들을 도시한 개략도이다.
도 17는 본 발명의 변형 바퀴를 구비한 주행 로봇의 사시도를 도시한다.
도 18은 본 발명의 변형 바퀴를 구비한 주행 로봇이 계단을 극복하는 것을 도시한 사시도이다.
본 발명은 경기대학교 산학협력단의 주관 하에 대한민국 교육부 산하 한국연구재단의 개인기초연구 사업의 지원에 의하여 이루어진 것으로, 연구과제명은 「적응형 바퀴 기반의 신개념 주행 플랫폼 개발(과제고유번호: 1345270163)」이고, 연구기간은 2017.11.01~2018.08.31이다.
이하, 본 발명에 따른 변형 바퀴에 대한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 변형 바퀴(1)의 개략도가 도시되어 있다. 변형 바퀴(1)는 복수의 로브(2), 복수의 로브(2) 각각에 연결된 바퀴살(3), 및 바퀴살(3)을 로브(2)에 대해 선회 가능하게 연결하는 힌지(4)를 포함하고 있다. 본 발명의 도면에 도시된 실시형태에서 복수의 로브(2)는 3 개의 로브(2)로 구성되어 있으나, 로브(2)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이하에서는 설명의 편의상 3 개의 로브(2)로 기술한다.
도 2는 도 1에 도시된 변형 바퀴(1)의 변형 형상을 도시한 개략도이다. 변형 바퀴(1)에서, 바퀴의 중심으로부터 바퀴살(3)과 로브(2)가 연결되는 지점까지의 길이를 바퀴 반경(r)이라 정의하고, 바퀴살(3)이 연결된 지점에서 로브(2)의 곡률 중심으로 연장된 가상의 선과 바퀴살(3)이 이루는 각도를 로브 각도(θ)라고 정의한다. 본 발명에 따른 변형 바퀴(1)의 바퀴살(3)은 2-자유도 운동이 가능하다. 상기 2-자유도 운동에 의하여, 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어되어, 변형 바퀴(1)는 도 1에 도시된 원형 형상을 형성하거나, 서로 분할되어 도 2에 도시된 변형 형상을 형성한다.
도 3 내지 14는 본 발명에 따른 변형 바퀴(1)의 바퀴살(3)에 대한 다수의 실시예들을 도시한다. 상기 실시예들은 2-자유도의 운동이 가능한 구조로서, 본 발명은 상기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
도 3 및 4는 한 쌍의 벨트-풀리 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 일 실시예이다.
도 3을 참조하면, 3 개의 말단부를 가지는 고정 부재(10)에서, 고정 부재(10)의 중심 및 3 개의 말단부에는 전면 풀리(11) 및 후면 풀리(15)가 각각 설치되어 있다. 고정 부재(10)의 말단부에 설치된 전면 풀리(11b, 11c, 11d)에는 회전 풀리(12)가 설치되어 있으며, 로브(2)에는 힌지 풀리(13)가 고정식으로 설치되어 있다. 회전 풀리(12)는 회전 벨트(14)에 의하여 힌지 풀리(13)와 연동된다. 고정 부재(10)의 말단부에 설치된 후면 풀리(15b, 15c, 15d)에는 풀리 부재(16)의 일단부가 고정식으로 연결되어 있으며, 풀리 부재(16)의 타단부에는 힌지 풀리(13)가 설치되어 있다. 또한, 고정 부재(10)의 중심에는 전면 풀리(11a) 및 후면 풀리(15a)가 설치되어 있으며, 상기 4 개의 전면 풀리(11a, 11b, 11c, 11d)는 하나의 전면 벨트(17)에 의해 서로 연동하고, 상기 4 개의 후면 풀리(15a, 15b, 15c, 15d)는 하나의 후면 벨트(18)에 의해 서로 연동하도록 구성되어 있으므로, 중심에 설치된 전면 풀리 및 후면 풀리(11a, 15a)의 구동에 의해 말단부에 설치된 전면 풀리(11b, 11c, 11d)들 및 후면 풀리(15b, 15c, 15d)들 모두 구동된다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에 전면 풀리(11)에 의해 구동되는 3 개의 회전 풀리(12)와 힌지 풀리(13) 및 후면 풀리(15)에 구동되는 3 개의 풀리 부재(16)가 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 벨트-풀리 구조는 서로 동일하다.
도 4를 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 4a는 후면 풀리(15)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 후면 풀리(15)의 구동에 의하여 풀리 부재(16)는 고정 부재(10)의 말단부를 중심으로 선회한다. 즉, 풀리 부재(16)의 선회 운동은 주로 바퀴 반경(r)을 조절하며, 바퀴의 중심에서 선회하는 것이 아니므로 로브 각도(θ) 또한 변한다. 도 4b는 도 4a에서 전면 풀리(11)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 전면 풀리(11)의 구동에 의하여 회전 풀리(12)가 함께 구동된다. 즉, 회전 풀리(12)는 회전 벨트(14)에 의하여 힌지 풀리(13)와 연동되어 있으므로, 힌지 풀리(13)가 구동되어 로브 각도(θ)가 조절된다. 따라서, 전면 풀리(11) 및 후면 풀리(15) 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 5 및 6은 풀리-링크 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 다른 실시예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 바퀴(1)의 중심에는 각각 터너리(ternary) 링크 형상의 로터리 부재(20) 및 고정 부재(22)가 설치되어 있다. 로터리 부재(20)에는 링크 부재(21)가 선회 가능하게 연결되어 있으며, 링크 부재(21)는 로브(2)의 제1 힌지(26a)에서 선회 가능하게 연결되어 있다. 고정 부재(22)의 중심 및 3 개의 말단부에는 풀리(23)가 각각 설치되어 있다. 말단부에 설치된 풀리(23b, 23c, 23d)에는 풀리 부재(24)가 고정식으로 연결되어 있으며, 풀리 부재(24)는 로브(2)의 제2 힌지(26b)에서 선회 가능하게 연결되어 있다. 상기 4 개의 풀리(23)는 하나의 벨트(25)에 의해 서로 연동하도록 구성되어 있으므로, 중심에 설치된 풀리(23a)의 구동에 의해 말단부 풀리(23b, 23c, 23d)들 모두 구동된다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에 로터리 부재(20)에 의해 구동되는 3 개의 링크 부재(21) 및 풀리(23)에 구동되는 3 개의 풀리 부재(24)가 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 풀리-링크 구조는 서로 동일하다.
도 6을 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 6a는 로터리 부재(20) 및 링크 부재(21)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 로터리 부재(20)의 구동에 의한 링크 부재(21)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 조절한다. 도 6b는 풀리(23) 및 풀리 부재(24)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 풀리(23)의 구동에 의한 풀리 부재(24)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 도 6a에 도시된 경우와 반대로 조절한다. 도 6c는 로터리 부재(20) 및 링크 부재(21)와 풀리(23) 및 풀리 부재(24)가 모두 구동한 경우를 도시하고 있으며, 주로 바퀴 반경(r)이 조절된다. 따라서, 로터리 부재(20) 및 풀리(23) 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 7 및 8은 슬라이드-링크 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7을 참조하면, 바퀴(1)의 중심에는 터너리 링크 형상의 한 쌍의 로터리 부재(31a, 31b)가 설치되어 있으며, 로터리 부재(31a, 31b) 각각에는 링크 부재(32a, 32b)가 연결되어 있다. 제1 링크 부재(32a)는 슬라이드 부재(33)에 연결되어 있으며, 슬라이드 부재(33) 및 제2 링크 부재(32b)는 각각 로브(2)의 제1 힌지(34a) 및 제2 힌지(34b)에서 선회 가능하게 연결된다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에 제1 로터리 부재(31a)에 의해 구동되는 3 개의 슬라이드 부재(33) 및 제2 로터리 부재(31b)에 구동되는 3 개의 제2 링크 부재(32b)가 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 슬라이드-링크 구조는 서로 동일하다.
도 8을 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 8a는 제1 로터리 부재(31a) 및 슬라이드 부재(33)가 주로 구동한 경우를 도시하고 있으며, 제1 로터리 부재(30a)의 구동에 의한 슬라이드 부재(33)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 조절한다. 도 8b는 제2 로터리 부재(31b) 및 제2 링크 부재(32b)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 제2 로터리 부재(31b)의 구동에 의한 제2 링크 부재(32b)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 도 12a에 도시된 경우와 반대로 조절한다. 도 10c는 제1 로터리 부재(31a) 및 슬라이드 부재(33)와 제2 로터리 부재(31b) 및 제2 링크 부재(32b)가 모두 구동한 경우를 도시하고 있으며, 주로 바퀴 반경(r)이 조절된다. 따라서, 제1 로터리 부재(31a) 및 제2 로터리 부재(31b) 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 9 및 10은 한 쌍의 랙-피니언 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 9를 참조하면, 바퀴(1)의 중심에는 한 쌍의 피니언(41a, 41b)이 설치되어 있으며, 각각의 피니언(41a, 41b)에는 각각의 로브(2)에 연결된 랙(42a, 42b)이 맞물린다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에 제1 피니언(41a)에 맞물린 3 개의 제1 랙(42a) 및 제2 피니언(41b)에 맞물린 3 개의 제2 랙(42b)이 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 랙-피니언 구조는 서로 동일하다.
또한, 하나의 로브(2) 상에 2 개의 힌지(44a, 44b)가 형성되어 있으며, 제1 힌지(44a)는 제1 랙(42a)과 연결되어 있으며, 제2 힌지(44b)는 제2 랙(42b)과 연결되어 있다. 이때, 제1 힌지(44a)와 제1 랙(42a)은 힌지 부재(43)를 통하여 연결되어 있으며, 힌지 부재(43)는 제1 힌지(44a) 및 제1 랙(42a)과의 연결 부위에서 각각 선회 가능하게 연결되어 있다. 제2 힌지(44b)와 제2 랙(42b)은 선회 가능하게 연결되어 있다.
도 10을 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 10a는 제1 랙(42a) 및 제1 피니언(41a)이 구동한 경우를 도시하고 있으며, 제1 피니언(41a)의 구동에 의한 제1 랙(42a)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 조절한다. 도 10b는 제2 랙(42b) 및 제2 피니언(41b)이 구동한 경우를 도시하고 있으며, 제2 피니언(41b)의 구동에 의한 제2 랙(42b)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 도 10a에 도시된 경우와 반대로 조절한다. 도 10c는 제1 랙(42a) 및 제1 피니언(41a)과 제2 랙(42b) 및 제2 피니언(41b)이 모두 구동한 경우를 도시하고 있으며, 주로 바퀴 반경(r)이 조절된다. 따라서, 제1 랙(42a) 및 제2 랙(42b) 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 11 및 12는 한 쌍의 슬라이드-크랭크 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 9 및 10의 실시예의 구동 메커니즘과 유사하다.
도 11을 참조하면, 바퀴(1)의 중심에는 터너리 링크 형상의 한 쌍의 로터리 부재(50a, 50b)가 설치되어 있으며, 로터리 부재(50a, 50b)각각에는 링크 부재(51a, 51b)가 연결되어 있다. 링크 부재(51a, 51b)는 각각 슬라이드 부재(52a, 52b)에 선회 가능하게 연결되고 슬라이드 부재(52a, 52b)는 각각 로브(2)에 선회 가능하게 연결된다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에 제1 로터리 부재(50a)에 의해 구동되는 3 개의 제1 슬라이드 부재(52a) 및 제2 로터리 부재(50b)에 구동되는 3 개의 제2 슬라이드 부재(52b)가 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 슬라이드-크랭크 구조는 서로 동일하다.
또한, 하나의 로브(2) 상에 2 개의 힌지(54a, 54b)가 형성되어 있으며, 제1 힌지(54a)는 제1 슬라이드 부재(52a)와 연결되어 있으며, 제2 힌지(54b)는 제2 슬라이드 부재(52b)와 선회 가능하게 연결되어 있다. 이때, 제1 힌지(54a)와 제1 슬라이드 부재(52a)는 힌지 부재(53)를 통하여 연결되어 있으며, 힌지 부재(53)는 제1 힌지(54a) 및 제1 슬라이드 부재(52a)와의 연결 부위에서 각각 선회 가능하게 연결되어 있다.
도 12를 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 12a는 제1 로터리 부재(50a) 및 제1 슬라이드 부재(52a)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 제1 로터리 부재(50a)의 구동에 의한 제1 슬라이드 부재(52a)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 조절한다. 도 12b는 제2 로터리 부재(50b) 및 제2 슬라이드 부재(52b)가 구동한 경우를 도시하고 있으며, 제2 로터리 부재(50b)의 구동에 의한 제2 슬라이드 부재(52b)의 운동은 주로 로브 각도(θ)를 도 12a에 도시된 경우와 반대로 조절한다. 도 10c는 제1 로터리 부재(50a) 및 제1 슬라이드 부재(52a)와 제2 로터리 부재(50b) 및 제2 슬라이드 부재(52b)가 모두 구동한 경우를 도시하고 있으며, 주로 바퀴 반경(r)이 조절된다. 따라서, 제1 로터리 부재(50a) 및 제2 로터리 부재(50b) 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 13 및 14는 4 절 링크-피스톤 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 13을 참조하면, 바퀴(1)의 축에는 고정 디스크(60)가 설치되어 있으며, 로브(2)와 연결되어 방사상 방향으로 왕복 운동하는 피스톤(61)이 고정 디스크(60) 상에 설치되어 있다. 또한, 바퀴(1)의 축 방향을 따라 이동할 수 있는 링크 디스크(62)가 설치되어 있으며, 링크 디스크(62)와 로브(2)는 한 쌍의 링크 부재(63)에 의하여 연결되어 있다. 이때, 링크 디스크(62), 로브(2) 및 한 쌍의 링크 부재(63)는 4 절 링크를 구성하여 구동한다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에 피스톤(61) 및 한 쌍의 링크 부재(63)에 의하여 형성되는 4 절 링크가 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 4 절 링크-피스톤의 구조는 서로 동일하다.
도 14를 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 14a는 피스톤(61)이 구동한 경우를 도시하고 있으며, 피스톤(61)이 팽창함에 따라서, 링크 디스크(62)는 축(60)을 따라 피스톤(61)에 근접하는 방향으로 이동한다. 즉, 피스톤(61)의 팽창에 의해 바퀴 반경(r)이 증가하고, 피스톤(61)의 수축에 의해 바퀴 반경(r)이 감소하므로, 바퀴 반경(r)이 조절된다. 도 14b 및 14c는 4절 링크만이 구동한 경우를 도시하고 있으며, 한 쌍의 링크 부재(63)의 구동에 의하여 로브 각도(θ)가 조절된다. 따라서, 피스톤(61) 및 4 절 링크 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 15 및 16은 4 절 링크-슬라이드 구조를 가지는 변형 바퀴(1)의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 15를 참조하면, 바퀴(1)의 축 방향을 따라 이동할 수 있는 제1 및 제2 디스크(71a, 71b)가 설치되어 있으며, 제1 및 제2 디스크(71a, 72b) 각각에는 링크 부재(72a, 72b)가 연결되어 있다. 링크 부재(72a, 72b)는 각각 슬라이드 부재(73a, 73b)에 선회 가능하게 연결된다. 도면에는 3 개의 로브(2) 상에, 제1 디스크(71a)와 제1 링크 부재(72a)에 의해 구동되는 3 개의 제1 슬라이드 부재(73a) 및 제2 디스크(72b)와 제2 링크 부재(72b)에 의해 구동되는 3 개의 제2 슬라이드 부재(73b)가 연결되어 있으나, 1 개의 로브(2)에 연결된 구조에 대해서만 도면 부호가 표시되어 있으며, 각각의 로브(2) 및 4 절 링크-슬라이드 구조는 서로 동일하다.
또한, 하나의 로브(2) 상에 2 개의 힌지(75a, 75b)가 형성되어 있으며, 제1 힌지(75a)는 제1 슬라이드 부재(73a)와 연결되어 있으며, 제2 힌지(75b)는 제2 슬라이드 부재(73b)와 선회 가능하게 연결되어 있다. 이때, 제1 힌지(75a)와 제1 슬라이드 부재(73a)는 힌지 부재(74)를 통하여 연결되어 있으며, 힌지 부재(74)는 제1 힌지(75a) 및 제1 슬라이드 부재(73a)와의 연결 부위에서 각각 선회 가능하게 연결되어 있다. 따라서, 슬라이드 부재(73a, 73b)는 각각 로브(2)에 선회 가능하게 연결된다.
도 16을 참조하면, 변형 바퀴(1)의 변형 형상에 대한 예시 형태가 도시되어 있다. 도 16a 및 16b는 제1 및 제2 디스크(71a, 71b) 중 어느 하나만이 구동한 경우를 도시하고 있다. 도 16a에서, 제1 디스크(71a)는 구동하지 않으며, 제2 디스크(71b)가 바퀴의 축 방향으로 이동하여 변형 바퀴(1)에 근접함에 따라 제2 슬라이드 부재(73b)가 구동하여 로브 각도(θ)를 조절한다. 도 16b에서, 제2 디스크(71b)가 구동하지 않으며, 제1 디스크(71a)가 바퀴의 축 방향으로 이동하여 바퀴(1)에 근접함에 따라 제1 슬라이드 부재(73a)가 구동하여 로브 각도(θ)를 조절한다. 도 16c는 제1 디스크(71a) 및 제2 디스크(71b)가 모두 구동한 경우를 도시하고 있으며, 이에 따라 바퀴 반경(r)이 조절된다. 따라서, 제1 디스크(71a) 및 제2 디스크(71b) 각각의 구동에 의하여 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어될 수 있다.
도 17는 본 발명의 변형 바퀴(1)를 구비한 주행 로봇(100)을 도시하고 있다. 주행 로봇(100)은 변형 바퀴(1)를 구동하기 위한 구동부(미도시)를 포함하고 있으며, 일반적인 주행 시에는 변형 바퀴(1)를 원형 형상으로 주행하고, 장애물을 직면하게 되면 장애물에 따라 변형 바퀴(1)를 변형 형상으로 전환시킨다.
도 18은 장애물이 계단일 경우에, 본 발명의 변형 바퀴(1)를 구비한 주행 로봇(100)이 장애물을 극복하는 것을 도시한다. 변형 바퀴(1)의 로브(2)의 각도(θ) 및 바퀴살(3)의 반경(r)가 조절됨으로써, 주행 로봇(100)은 계단을 안정적으로 극복할 수 있다.
이상으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 복수의 로브;
    상기 복수의 로브 각각에 연결된 바퀴살; 및
    상기 바퀴살을 상기 로브에 대해 선회 가능하게 연결하는 힌지를 포함하고,
    상기 바퀴살은 2-자유도 운동이 가능하고,
    상기 복수의 로브는 상기 바퀴살의 2-자유도 운동에 의해 원형 형상을 형성하거나, 서로 분할되어 변형 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2-자유도 운동에 의해, 상기 바퀴살의 바퀴 반경(r) 및 로브 각도(θ)가 각각 제어되는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 복수의 말단부를 가지는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 중심 및 각각의 말단부에 배치된 전면 풀리 및 후면 풀리;
    상기 말단부에 배치된 전면 풀리 각각에 배치된 회전 풀리;
    회전 벨트에 의해 상기 회전 풀리와 연동되고, 상기 로브와 고정식으로 연결된 힌지 풀리; 및
    상기 말단부에 배치된 후면 풀리와 일단부가 고정식으로 연결되고 타단부 상에는 힌지 풀리가 배치된 풀리 부재를 포함하고,
    상기 전면 풀리는 전면 벨트에 의해 서로 연동하고, 상기 후면 풀리는 후면 벨트에 의해 서로 연동하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 고정 부재;
    복수의 말단부를 가지고, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 로터리 부재;
    일단부가 상기 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결되고, 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 링크 부재;
    상기 고정 부재의 중심 및 각각의 말단부에 배치된 풀리; 및
    상기 말단부에 배치된 풀리와 일단부가 고정식으로 연결되고 타단부가 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 풀리 부재를 포함하고,
    상기 풀리는 벨트에 의해 서로 연동하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 복수의 말단부를 가지고, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 제1 로터리 부재 및 제2 로터리 부재;
    일단부가 상기 제1 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결된 제1 링크 부재;
    상기 제1 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결되고 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 슬라이드 부재; 및
    일단부가 상기 제2 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 제2 링크 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 제1 피니언 및 제2 피니언;
    상기 제1 피니언에 맞물리는 제1 랙;
    상기 제2 피니언에 맞물리는 제2 랙;
    일단부가 상기 제1 랙에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 힌지 부재를 포함하고,
    상기 제2 랙은 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 복수의 말단부를 가지고, 상기 변형 바퀴의 축에 대해 회전 가능한 제1 로터리 부재 및 제2 로터리 부재;
    일단부가 상기 제1 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결된 제1 링크 부재;
    상기 제1 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결된 제1 슬라이드 부재;
    일단부가 상기 제2 로터리 부재의 말단부에 선회 가능하게 연결된 제2 링크 부재;
    상기 제2 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결되고 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 제2 슬라이드 부재; 및
    일단부가 상기 제1 슬라이드 부재에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 힌지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 고정 디스크;
    상기 변형 바퀴의 축 방향을 따라 이동 가능한 링크 디스크;
    상기 고정 디스크 상에 배치되어 방사상 방향으로 왕복 운동하고 상기 로브에 선회 가능하게 연결된 피스톤; 및
    상기 로브 및 상기 링크 디스크 사이에서 4 절 링크를 구성하는 한 쌍의 링크 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바퀴살은, 상기 변형 바퀴의 축 방향을 따라 이동 가능한 제1 디스크 및 제2 디스크;
    일단부가 상기 제1 디스크에 선회 가능하게 연결된 제1 링크 부재;
    상기 제1 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결된 제1 슬라이드 부재;
    일단부가 상기 제2 디스크에 선회 가능하게 연결된 제2 링크 부재;
    상기 제2 링크 부재의 타단부가 선회 가능하게 연결되고 상기 로브의 제2 힌지에서 선회 가능하게 연결된 제2 슬라이드 부재; 및
    일단부가 상기 제1 슬라이드 부재에 선회 가능하게 연결되고 타단부가 상기 로브의 제1 힌지에서 선회 가능하게 연결된 힌지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형 바퀴.
  10. 주행 로봇으로서,
    제 1 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 변형 바퀴; 및
    상기 변형 바퀴를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행 로봇.
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