WO2021153935A1 - 적응형 가변 바퀴 - Google Patents

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WO2021153935A1
WO2021153935A1 PCT/KR2021/000713 KR2021000713W WO2021153935A1 WO 2021153935 A1 WO2021153935 A1 WO 2021153935A1 KR 2021000713 W KR2021000713 W KR 2021000713W WO 2021153935 A1 WO2021153935 A1 WO 2021153935A1
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WO
WIPO (PCT)
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tire
link
clutch
wheel
spring
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/000713
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English (en)
French (fr)
Inventor
김윤성
손형민
이상탁
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
    • B60B19/04—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group expansible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B15/00—Wheels or wheel attachments designed for increasing traction
    • B60B15/02—Wheels with spade lugs
    • B60B15/10—Wheels with spade lugs with radially-adjustable spade lugs; Control mechanisms therefor
    • B60B15/12—Wheels with spade lugs with radially-adjustable spade lugs; Control mechanisms therefor involving cams or eccentric hoops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B15/00—Wheels or wheel attachments designed for increasing traction
    • B60B15/02—Wheels with spade lugs
    • B60B15/10—Wheels with spade lugs with radially-adjustable spade lugs; Control mechanisms therefor
    • B60B15/16—Wheels with spade lugs with radially-adjustable spade lugs; Control mechanisms therefor involving gearing, e.g. gear pinions acting upon threaded shafts on the spade lugs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/02—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/12—Gearings comprising primarily toothed or friction gearing, links or levers, and cams, or members of at least two of these types
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H53/00—Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/06—Cam-followers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2900/00—Purpose of invention
    • B60B2900/30—Increase in
    • B60B2900/311—Rigidity or stiffness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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 clutch may include a clutch motor installed on the wheel shaft; a clutch plate installed to be slidably movable with respect to the wheel shaft and selectively coupled to the hub plate; and a cam mechanism operated by the clutch motor to selectively couple the clutch plate to the hub plate.
  • each of the plurality of rigid transmission link members includes a guide long hole formed in the longitudinal direction of the slide link; a tee-type link connected to the guide long hole of the slide link and rotatably installed with respect to the slide link; a sub-connection link rotatably connecting the tip of the tee-type link and the slide link; a first support link rotatably connecting one end of the tee link and the hub plate; and a second support link rotatably connecting the other end of the tee-shaped link and the hub plate.
  • the plurality of tensioners may include a plurality of tensioner operation members for operating the plurality of tensioners according to the operation of the plurality of rigid transmission link members.
  • the tire may include a flexible airless tire.
  • the adaptive variable wheel according to an embodiment of the present disclosure having the above structure may be deformed by an external force applied while the tire is supported by the stiffness adjusting member, and thus may pass through various features.
  • the adaptive variable wheel according to the present disclosure has the advantage of high movement efficiency because it can be deformed according to the shape of the feature as needed while maintaining the original shape in flat terrain.
  • Fig. 2 is a cross-sectional perspective view of the adaptive variable wheel of Fig. 1;
  • Figure 6 is a rear partial perspective view showing the state of the clutch in the case of Figure 5;
  • FIG. 18 is a view illustrating a state in which an adaptive variable wheel climbs an obstacle according to an embodiment of the present disclosure
  • the clutch 40 is installed on the wheel shaft 20 , and the power of the driving motor 2 is used to rotate the variable wheel 1 or to adjust the rigidity of the variable wheel 1 . For example, when the clutch 40 is locked, the variable wheel 1 rotates, and when the clutch 40 is released, the variable wheel 1 does not rotate and the rigidity of the variable wheel 1 can be adjusted.
  • the support disk 110 may be installed at one end of the wheel shaft 20 . In the case of this embodiment, the support disk 110 is installed at both ends of the wheel shaft 20 .
  • a bearing 111 may be installed between the support disk 110 and the wheel shaft 20 .
  • a bearing hole in which the bearing 111 is installed may be provided at the center of the support disk 110 .
  • the bearing 111 may be fixed to the support disk 110 by the bearing cover 112 .
  • the bearing cover 112 is fixed to the support disk 110 by a plurality of bolts.
  • a driving gear 101 is installed at one end of the wheel shaft 20 .
  • the driving gear 101 is installed at one end of the wheel shaft 20 so as to rotate integrally with the wheel shaft 20 .
  • the driving gear 101 is installed at both ends of the wheel shaft 20 .
  • FIG. 8 is a partial perspective view illustrating a connection structure of a stiffness control member and a stiffness transmission link member of an adaptive variable wheel according to an embodiment of the present disclosure.
  • 9 is a partial plan view illustrating a rigid transmission link member of an adaptive variable wheel according to an embodiment of the present disclosure.
  • An LM guide may be used as the straight guide member 211 .
  • the LM guide may be installed on the support disc 110
  • the slide link 210 may be installed to move linearly by the LM guide.
  • the slide link 210 has a radius with respect to the support disk 110 . can move in a straight line.
  • the body 243 of the tee-shaped link 240 is within a predetermined angle with respect to the slide link 210. can rotate in
  • the plurality of rigid transmission link members 200 in the state of FIG. 10 support the inner surface of the tire 10 while accommodating the deformation of the tire 10 .
  • the tee-shaped link 240 is inclined at a predetermined angle to the right with respect to the center line of the slide link 210 .
  • the guide protrusion 242 of the tee-shaped link 240 is located at the upper end of the guide long hole 212 of the slide link 210 .
  • the first protrusion 36 of the hub arm 35 of the hub plate 30 is located close to the upper end of the first guide slot 263 of the first support link 261 , and is adjacent to the other adjacent of the hub plate 30 .
  • the second protrusion 37 of the hub arm 35 is located approximately at the center of the second guide slot 264 of the second support link 262 .
  • the fixing portion 362 extends vertically from the connecting portion 361 opposite to the three connecting protrusions 363 .
  • the fixing part 362 is fixed to the body 243 of the tee-shaped link 240 and moves integrally with the tee-shaped link 240 .
  • a slot 365 in which the locker 320 is installed may be provided in the connection part 361 as one side of the fixing part 362 .
  • the slot 365 is formed to vertically penetrate the connection part 361 .
  • the rocker 320 is rotatably installed in the slot 365 .
  • the rocker 320 is rotatably installed on the rocker shaft 325 fixed to the slot 365 .
  • the switch 330 is formed to selectively rotate the locker 320 .
  • the switch 330 may be rotatably installed to one side of the locker 320 on the tee-shaped link 240 of the rigid transmission link member 200 .
  • FIG. 15 illustrates a case in which the stiffness of the stiffness adjusting member 100 is reduced, and the tensioner operating member 310 receives an external force applied to the tire 10 . That is, FIG. 15 shows a state in which the tee-shaped link 240 of the rigid transmission link member 200 rises, that is, moves in a direction closer to the hub plate 30 to support the inner surface of the tire 10, and at the same time, the tee-shaped link The tensioner operating member 310 is operated by 240, so that the first and second tension pieces 301 and 302 are in a folded state.
  • the processor 401 controls the clutch motor 50 and the driving motor 2 to maintain the tire 10 in a circular state. do.
  • the processor 401 controls the clutch motor 50 to separate the clutch plate 41 from the hub plate 30, and then operates the driving motor 2 to of the stiffness adjusting member 100 to apply the maximum stiffness. Then, the tire 10 is maintained in a circular state by the plurality of stiffness adjusting members 100 , the plurality of stiffness transmission link members 200 , the plurality of tensioners 300 , and the plurality of tensioner operating members 310 .
  • the processor 401 controls only the drive motor 2 to rotate the adaptive variable wheel 1 .

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Abstract

적응형 가변 바퀴는 타이어와, 타이어의 중심에 설치되는 바퀴축과, 바퀴축에 설치되는 클러치와, 바퀴축의 둘레에 설치되며, 클러치와 선택적으로 연결되는 허브판과, 바퀴축의 양단에 설치되며, 타이어의 강성을 조절하는 강성조절부재, 및 허브판의 외주에 마련되어 강성조절부재와 타이어의 내주면을 연결하며, 강성조절부재의 강성으로 타이어를 지지하는 복수의 강성전달 링크부재;를 포함하며, 클러치가 허브판에 연결되면, 허브판과 복수의 강성전달 링크부재에 의해 타이어가 회전하고, 클러치가 허브판으로부터 분리되면, 강성조절부재의 강성을 조절한다.

Description

적응형 가변 바퀴
본 개시는 다양한 지형을 이동할 수 있는 적응형 가변 바퀴에 관한 것이다.
기존의 바퀴는 물건을 최소한의 힘을 들여 이동시킬 수 있다. 그러나 기존 바퀴는 편평하지 않은 지형에서 이동성이 매우 좋지 않다.
따라서 평지뿐만 아니라 비포장도로, 둔턱, 계단 등 다양한 지형 지대를 이동할 수 있도록 하기 위해 무한궤도, 2족 또는 4족 보행 형태의 이동수단이 개발되고 있다.
그러나, 무한궤도나 2족 또는 4족 보행 로봇의 경우 기존의 바퀴에 비해 다양한 지형 지대를 이동할 수는 있으나 기본적으로 기존 바퀴가 가지고 있는 빠른 이동 효율성을 따라가지 못한다.
무한궤도의 경우 계단을 오르기 위해서는 계단에 맞추어 형태를 변형하는 등의 준비과정에 많은 시간이 소요되고, 평지에서는 마찰면적이 높아 이동 효율성이 떨어진다.
2족 또는 4족 보행 로봇의 경우 인간이 갈 수 있는 대부분의 다양한 지형을 이동할 수 있지만, 상업화가 되기에는 기술적 수준이 높고 많은 수의 액추에이터가 사용되어야 하므로 제작 단가가 높다는 문제점이 있다.
본 개시는 다양한 지형지물을 통과할 수 있으면서 이동 효율성이 높은 적응형 가변 바퀴를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면에 따르는 적응형 가변 바퀴는, 타이어; 상기 타이어의 중심에 설치되는 바퀴축; 상기 바퀴축에 설치되는 클러치; 상기 바퀴축의 둘레에 설치되며, 상기 클러치와 선택적으로 연결되는 허브판; 상기 바퀴축의 양단에 설치되며, 상기 타이어의 강성을 조절하는 강성조절부재; 상기 허브판의 외주에 마련되어 상기 강성조절부재와 상기 타이어의 내주면을 연결하며, 상기 강성조절부재의 강성으로 상기 타이어를 지지하는 복수의 강성전달 링크부재;를 포함하며, 상기 클러치가 상기 허브판에 연결되면, 상기 허브판과 상기 복수의 강성전달 링크부재에 의해 타이어가 회전하고, 상기 클러치가 상기 허브판으로부터 분리되면, 상기 강성조절부재의 강성을 조절할 수 있다.
이때, 상기 클러치는, 상기 바퀴축에 설치되는 클러치 모터; 상기 바퀴축에 대해 슬라이드 이동 가능하도록 설치되며, 상기 허브판에 선택적으로 결합되는 클러치판; 및 상기 클러치 모터에 의해 작동하며, 상기 클러치판이 상기 허브판에 선택적으로 결합되도록 하는 캠기구;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 허브판은 중앙에 마련된 내치차를 포함하며, 상기 클러치판의 외주면에는 상기 허브판의 내치차에 치합되는 복수의 치가 마련될 수 있다.
또한, 상기 캠기구는, 상기 클러치 모터의 샤프트에 결합되는 캠; 및 상기 클러치판의 일측면에 마련되며, 상기 캠에 의해 이동하는 캠 팔로우;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 강성조절부재는 복수의 스프링의 탄성을 이용하여 상기 타이어의 강성을 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 강성조절부재는, 상기 바퀴축의 일단에 설치되는 지지원판; 상기 지지원판에 회전 가능하게 설치되며, 관통공을 포함하는 복수의 스프링 기어; 상기 복수의 스프링 기어의 관통공에 회전 가능하게 설치되는 복수의 스프링 축; 상기 복수의 스프링 기어와 상기 복수의 스프링 축 사이에 설치되며, 일단은 상기 복수의 스프링 기어에 고정되고, 타단은 상기 복수의 스프링 축에 고정되는 복수의 태엽 스프링; 및 상기 상기 바퀴축의 일단에 고정되며, 상기 복수의 스프링 기어와 치합되는 구동 기어;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 강성조절부재는 상기 바퀴축의 양단에 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수의 강성전달 링크부재는 각각, 상기 바퀴축의 일단에 설치되는 지지원판; 상기 지지원판의 일면에 상기 바퀴축을 중심으로 반지름 방향으로 직선 이동할 수 있도록 설치되며, 상기 타이어의 내면을 지지하는 슬라이드 링크; 일단이 상기 강성조절부재에 연결되며, 상기 강성조절부재와 일체로 회전하는 스프링 링크; 및 상기 스프링 링크의 타단과 상기 슬라이드 링크의 하단을 회전 가능하게 연결하는 연결 링크;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 강성전달 링크부재는 각각 상기 슬라이드 링크에 길이방향으로 형성된 안내 장공; 상기 슬라이드 링크의 안내 장공에 연결되며, 상기 슬라이드 링크에 대해 회동 가능하게 설치되는 티형 링크; 상기 티형 링크와 상기 슬라이드 링크의 선단을 회전 가능하게 연결하는 서브 연결 링크; 상기 티형 링크의 일단과 상기 허브판을 회전 가능하게 연결하는 제1지지 링크; 및 상기 티형 링크의 타단과 상기 허브판을 회전 가능하게 연결하는 제2지지 링크;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 허브판은 외주면을 따라 일정 간격으로 마련되며, 상기 허브판의 외주면에서 돌출되는 복수의 허브암을 포함하며, 상기 제1지지 링크의 타단과 상기 제2지지 링크의 타단은 상기 복수의 허브암 중 인접한 2개의 허브암에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1지지 링크는 타단에 인접하게 형성된 제1안내 슬롯을 포함하고, 상기 제1지지 링크에 대응하는 상기 복수의 허브암 중 하나의 선단에는 상기 제1안내 슬롯에 삽입되는 제1돌기가 마련되며, 상기 제2지지 링크는 타단에 인접하게 형성된 제2안내 슬롯을 포함하고, 상기 제2지지 링크에 대응하는 상기 복수의 허브암 중 하나의 선단에는 상기 제2안내 슬롯에 삽입되는 제2돌기가 마련될 수 있다.
또한, 상기 슬라이드 링크는 상기 지지원판에 설치된 엘엠 가이드에 의해 지지될 수 있다.
또한, 적응형 가변 바퀴는 상기 복수의 강성전달 링크부재의 일측에 설치되며, 상기 타이어가 상기 강성조절부재의 최대 강성으로 지지될 때, 상기 타이어의 내주면을 원주방향으로 지지하도록 형성되는 복수의 텐셔너;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 텐셔너는 상기 복수의 강성전달 링크부재의 동작에 따라 상기 복수의 텐셔너를 작동시키는 복수의 텐셔너 작동부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 텐셔너는 각각, 상기 타이어의 내주면에 설치되는 제1텐션편과 제2텐션편을 포함하며, 상기 제1텐션편의 일단과 상기 제2텐션편의 일단은 상기 타이어의 내주면에 설치된 텐션축에 대해 회전 가능하게 설치되고, 상기 제1텐션편의 일단에는 평탄부가 마련되며, 상기 제1텐션편의 타단은 상기 타이어의 내주면에 설치된 제1텐션축에 대해 회전 가능하게 설치되며, 상기 제2텐션편의 일단에는 평탄부가 마련되며, 상기 제2텐션편의 타단은 상기 타이어의 내주면에 설치된 제2텐션축에 대해 회전 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 텐셔너 작동부재는 각각, 상기 제1텐션편과 상기 제2텐션편의 평탄부를 선택적으로 누를 수 있도록 형성되며, 상기 강성전달 링크부재의 티형 링크에 회전 가능하게 설치되는 록커(locker); 상기 록커를 선택적으로 회전시킬 수 있도록 형성되며, 상기 강성전달 링크부재의 티형 링크에 회전 가능하게 설치되는 스위치; 상기 스위치를 선택적으로 회전시킬 수 있도록 형성되며, 상기 강성전달 링크부재의 티형 링크에 회전 가능하게 설치되는 작동 레버; 및 일단은 상기 작동 레버의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 허브판에 회전 가능하게 연결되는 작동 링크;를 포함하며, 상기 강성조절부재가 최대 강성일 때, 상기 강성전달 링크부재의 티형 링크에 의해 상기 작동 레버와 상기 스위치가 작동하여 상기 록커가 상기 제1텐션편과 상기 제2텐션편의 평탄부를 누를 수 있다.
또한, 상기 타이어는 플렉시블한 에어리스 타이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 타이어는, 중공의 원통 형상의 내피; 상기 내피의 외측에 설치되며, 중공의 원통 형상인 외피; 및 상기 내피와 상기 외피의 사이에 상기 내피 및 상기 외피와 접하도록 설치되며, 상기 내피의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치되는 복수의 중공 원통관;을 포함하며, 상기 내피, 상기 외피, 및 상기 복수의 중공 원통관은 탄성부재로 형성될 수 있다.
적응형 가변 바퀴는 상기 구동 기어에 연결되어 상기 구동 기어에 동력을 전달하는 구동 모터;를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르는 이동장치는, 베이스; 상기 베이스의 하부에 설치되는 적어도 3개의 상기 특징들 중 어느 하나의 특징을 포함하는 적응형 가변 바퀴; 및 상기 적어도 3개의 적응형 가변 바퀴를 구동하는 적어도 3개의 구동 모터;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴는 타이어가 강성조절부재에 지지되어 인가되는 외력에 의해 변형될 수 있으므로, 다양한 지형지물을 통과할 수 있다.
또한, 본 개시에 의한 적응형 가변 바퀴는 평탄한 지형에서는 원형을 유지하면서도 필요에 따라 지형지물의 형상에 따라 변형될 수 있으므로 이동 효율성이 높다는 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴를 나타내는 사시도;
도 2는 도 1의 적응형 가변 바퀴의 단면 사시도;
도 3은 도 1의 적응형 가변 바퀴에서 지지원판을 분리한 상태를 나타내는 사시도;
도 4는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 클러치를 나타내는 정면도;
도 5는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 클러치판이 허브판으로부터 분리된 상태는 나타내는 부분 사시도;
도 6은 도 5의 경우 클러치의 상태를 나타내는 후방 부분 사시도;
도 7은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성조절부재를 나타내는 부분 단면 사시도;
도 8은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성조절부재와 강성전달 링크부재의 연결구조를 나타내는 부분 사시도;
도 9는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성전달 링크부재를 나타내는 부분 평면도;
도 10 및 도 11은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성전달 링크부재의 동작을 설명하기 위한 도면;
도 12는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성전달 링크부재의 선단의 동작범위를 나타내는 도면;
도 13은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 텐셔너 작동부재를 나타내는 부분 사시도;
도 14 및 도 15는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 텐셔너 작동부재에 의한 텐셔너의 동작을 설명하기 위한 도면;
도 16은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴에 구동 모터가 장착된 상태를 나타내는 도면;
도 17은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴 시스템을 나타내는 블록도;
도 18은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴가 장애물을 올라가는 상태를 나타내는 도면;
도 19는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴를 포함하는 이동장치를 나타내는 도면이다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
또한, 본 개시에서 사용한 '선단', '후단', '상부', '하부', '상단', '하단' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이 용어에 의해 각 구성요소의 형상 및 위치가 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 의한 적응형 가변 바퀴의 실시예들에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 적응형 가변 바퀴의 단면 사시도이고, 도 3은 도 1의 적응형 가변 바퀴에서 지지원판을 분리한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)는 타이어(10), 바퀴축(20), 허브판(30), 클러치(40), 강성조절부재(100), 복수의 강성전달 링크부재(200)를 포함할 수 있다.
타이어(10)는 적응형 가변 바퀴(1)의 외주면을 형성하는 것으로서, 기존의 공압식 타이어와 달리 공기 주입 없이 완충 작용을 할 수 있다. 즉, 타이어(10)는 플렉시블한 에어리스 타이어(airless tire)로 형성될 수 있다.
이를 위해, 타이어(10)는 고무, 실리콘 등과 같은 탄성재료로 형성하여 다양한 형태로 변형될 수 있도록 형성된다. 또한, 타이어(10)는 원형 메시(circular mesh) 구조로 형성될 수 있다.
예를 들면, 타이어(10)는 내피(11), 외피(12), 및 복수의 중공 원통관(13)을 포함하도록 형성될 수 있다.
내피(11)는 중공의 원통 형상으로 형성되며, 외피(12)는 내피(11)의 외측에 설치되며, 중공의 원통 형상으로 형성된다. 외피(12)는 내피(11)와 동심상으로 설치된다. 외피(12)의 외주면에는 복수의 돌기(17)가 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우에는 복수의 돌기(17)는 외피의 폭 방향으로 평행한 직육면체로 형성되어 있으나, 복수의 돌기(17)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 복수의 돌기는 지면과의 마찰력을 증가시킬 수 있는 한 다양한 형태로 형성될 수 있다.
복수의 중공 원통관(13)은 내피(11)와 외피(12)의 사이에 내피(11) 및 외피(12)와 접하도록 형성된다. 복수의 중공 원통관(13)은 내피(11)의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치된다. 복수의 중공 원통관(13) 각각은 공기가 통과할 수 있도록 형성되며, 중공 원통관(13)의 길이가 타이어(10)의 폭에 해당한다.
내피(11), 외피(12), 및 복수의 중공 원통관(13)은 고무, 실리콘 등과 같은 탄성재료로 형성될 수 있다. 그러면, 외피(12)에 외력이 가해지는 경우 타이어(10)는 외력에 따라 변형될 수 있다.
다른 예로, 도 1에 도시된 바와 같이 타이어(10)는 내피(11)와 외피(12) 사이에 중간판(15)을 포함할 수 있다. 중간판(15)은 내피(11)의 외측이고, 외피(12)의 내측에 설치되며, 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있다. 중간판(15)은 외피(12) 및 내피(11)와 동심상으로 설치된다.
내피(11)와 중간판(15)의 내주면 사이에 복수의 중공 원통관(13)이 설치될 수 있다. 또한, 외피(12)와 중간판(15)의 외주면 사이에 복수의 외측 중공 원통관(16)이 설치될 수 있다. 외피(12)와 중간판(15) 사이에 설치되는 복수의 외측 중공 원통관(16)의 지름은 내피(11)와 중간판(15) 사이에 설치되는 복수의 중공 원통관(13)의 지름보다 크도록 형성될 수 있다. 복수의 외측 중공 원통관(16)과 복수의 중공 원통관(13)은 서로 엇갈리는 형태로 배치될 수 있다.
타이어(10)를 고무 또는 실리콘으로 사출하여 제작할 때, 실리콘 또는 고무 몰딩 액에 글래스 마이크로 벌룬(glass microballoon)을 첨가하여 타이어(10)의 강성을 증가시키고 경량화를 할 수 있다.
바퀴축(20)은 타이어(10)의 중심에 설치되며, 가변 바퀴(1)를 회전시키거나, 클러치(40)를 작동시켜 가변 바퀴(1)가 변형될 수 있도록 한다. 바퀴축(20)은 구동 모터(2, 도 13 참조)로부터 동력을 받아 회전할 수 있도록 형성된다.
허브판(30)은 바퀴축(20)의 둘레에 설치되며, 클러치(40)와 선택적으로 연결될 수 있도록 형성된다. 허브판(30)은 대략 환형의 판으로 형성되며, 중앙 구멍(31)은 클러치(40)의 클러치판(41)이 결합될 수 있도록 형성된다. 허브판(30)은 복수의 강성전달 링크부재(200)를 지지할 수 있도록 형성된다.
클러치(40)는 바퀴축(20)에 설치되며, 구동 모터(2)의 동력이 가변 바퀴(1)의 회전을 위해 사용되거나, 가변 바퀴(1)의 강성을 조절하기 위해 사용되도록 한다. 예를 들면, 클러치(40)가 잠기면 가변 바퀴(1)가 회전하고, 클러치(40)가 풀리면 가변 바퀴(1)는 회전하지 않고 가변 바퀴(1)의 강성이 조절될 수 있다.
강성조절부재(100)는 바퀴축(20)의 양단에 설치되며, 타이어(10)를 지지하는 강성을 조절할 수 있도록 형성된다. 강성조절부재(100)는 클러치(40)가 풀리는 경우, 구동 모터(2)에 의해 회전하는 바퀴축(20)에 의해 가변 바퀴(1)의 강성, 즉 타이어(10)를 지지하는 힘을 조절할 수 있도록 형성된다. 강성조절부재(100)의 강성이 최대일 때는 타이어(10)의 형상은 변하지 않는다. 다만, 타이어(10)의 외면이 외력에 의해 일부 변형될 수 있다. 예를 들면, 타이어(10)의 내피(11)는 원통 형상을 유지하고, 외피(12)와 복수의 중공 원통관(13,16)이 외력을 흡수할 수 있도록 변화할 수 있다. 강성조절부재(100)의 강성을 최대보다 작게 줄이면, 외력에 의해 타이어(10)의 형상이 변화할 수 있다. 예를 들면, 타이어(10)의 내피(11), 외피(12), 중간판(15) 및 복수의 중공 원통관(13,15)이 변형될 수 있다.
복수의 강성전달 링크부재(200)는 허브판(30)의 외주에 마련되어 강성조절부재(100)와 타이어(10)의 내주면, 즉 내피(11)를 연결하며, 강성조절부재(100)의 강성으로 타이어(10)를 지지할 수 있도록 형성된다. 따라서, 강성조절부재(100)의 강성이 최대일 때, 복수의 강성전달 링크부재(200)는 타이어(10)가 원형을 유지하도록 타이어(10)의 내면을 지지할 수 있다. 또한, 강성조절부재(100)의 강성이 최대보다 작으면, 복수의 강성전달 링크부재(200)는 외력에 의해 타이어(10)가 변형될 수 있도록 타이어(10)의 내면을 지지할 수 있다.
따라서, 클러치(40)가 허브판(30)에 연결되면, 즉 클러치(40)의 클러치판(41)이 허브판(30)과 연결되면, 허브판(30) 및 복수의 강성전달 링크부재(200)와 일체로 타이어(10)가 회전한다. 즉, 구동 모터(2)의 동력이 허브판(30)과 복수의 강성전달 링크부재(200)를 통해 타이어(10)로 전달되어, 가변 바퀴(1)가 회전한다.
클러치(40)가 허브판(30)으로부터 분리되면, 즉 클러치(40)의 클러치판(41)이 허브판(30)으로부터 분리되면, 강성조절부재(100)의 강성을 조절할 수 있다. 즉, 구동 모터(2)의 동력은 허브판(30)으로 전달되지 않고, 강성조절부재(100)로 전달되어 강성조절부재(100)의 강성을 조절할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)에 사용되는 클러치(40)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 클러치를 나타내는 부분 사시도이다. 도 5는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 클러치판이 허브판으로부터 분리된 상태는 나타내는 부분 사시도이다. 도 6은 도 5의 경우 클러치의 상태를 나타내는 후방 부분 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 클러치(40)는 클러치 모터(50), 클러치판(41), 캠기구(60)를 포함할 수 있다.
클러치 모터(50)는 바퀴축(20)에 설치된다. 클러치 모터(50)는 바퀴축(20)과 일체로 회전할 수 있도록 설치된다. 클러치 모터(50)는 스텝핑 모터 또는 서보 모터로 구현될 수 있다.
클러치 모터(50)를 설치할 수 있도록 바퀴축(20)은 2개로 분할될 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 바퀴축(20)은 제1바퀴축(21)과 제2바퀴축(22)을 포함할 수 있다.
제1바퀴축(21)은 클러치 모터(50)를 고정하는 모터 고정부(23)를 포함한다. 모터 고정부(23)의 상부에는 고정 돌기(24)가 마련된다. 고정 돌기(24)에는 수직한 방향으로 제1체결구멍(24a)이 형성된다. 모터 고정부(23)의 하부에는 클러치판(41)의 이동을 제한하며, 모터 고정부(23)를 제1바퀴축(21)에 대해 고정하는 고정판(27)이 마련된다. 따라서, 모터 고정부(23)는 제1바퀴축(21)과 일체로 회전할 수 있다.
제2바퀴축(22)의 일단에는 제1바퀴축(21)의 고정 돌기(24)가 삽입되는 고정 홈(25)이 마련된다. 제2바퀴축(22)의 외주면에는 고정 홈(25)을 수직방향으로 관통하며, 제1바퀴축(21)의 고정 돌기(24)의 제1체결구멍(24a)과 대응하는 위치에 제2체결구멍(25a)이 형성될 수 있다.
따라서, 제1바퀴축(21)의 고정 돌기(24)를 제2바퀴축(22)의 고정 홈(25)에 삽입하고, 볼트와 같은 체결요소를 제1체결구멍(24a)과 제2체결구멍(25a)에 삽입하면, 제1바퀴축(21)과 제2바퀴축(22)이 일체로 연결된다.
제2바퀴축(22)의 선단에는 구동 기어(101)가 설치된다. 구동 기어(101)는 평기어로 형성되며, 구동 모터(2)에 의해 회전한다. 따라서, 구동 모터(2)에 의해 구동 기어(101)가 회전하면, 바퀴축(20)이 일체로 회전하여 가변 바퀴(1)가 회전한다.
클러치판(41)은 바퀴축(20)과 일체로 회전하며, 바퀴축(20)에 대해 길이방향으로 슬라이드 이동 가능하도록 설치된다. 또한, 클러치판(41)은 허브판(30)에 선택적으로 결합될 수 있도록 형성된다. 구체적으로, 클러치판(41)은 제1바퀴축(21)에 대해 슬라이드 이동 가능하며, 일체로 회전할 수 있도록 설치될 수 있다.
클러치판(41)은 환형의 판 형상, 즉 도넛 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 클러치판(41)은 원판 형상이며, 중심에는 원형 구멍(42)이 형성될 수 있다. 클러치판(41)의 원형 구멍(42)은 제1바퀴축(21)에 삽입되어 제1바퀴축(21)을 따라 슬라이드 가능하도록 형성된다. 클러치판(41)은 원형 구멍(42)의 주위로 모터 고정부(23)와 고정판(25)을 연결하는 복수의 연결축(26)이 삽입되는 복수의 개구가 마련된다. 따라서, 클러치판(41)은 제1바퀴축(21)이 회전하면, 일체로 회전할 수 있다. 또한, 클러치판(41)은 제1바퀴축(21)과 복수의 연결축(26)을 따라 클러치 모터(50)와 고정판(27) 사이에서 슬라이드 이동할 수 있다. 또한, 클러치판(41)의 외주면에는 복수의 치(43)가 형성될 수 있다.
허브판(30)의 중앙 구멍(31)의 내면에는 클러치판(41)의 복수의 치(43)에 대응하는 복수의 내치가 형성될 수 있다. 즉, 허브판(30)의 중앙에는 내치차(32)가 형성된다. 따라서, 클러치판(41)이 바퀴축(20)을 따라 이동하면, 클러치판(41)의 복수의 치(43)가 허브판(30)의 내치차(32)의 복수의 내치와 맞물리거나 분리될 수 있다. 허브판(30)의 복수의 내치와 클러치판(41)의 복수의 치(32)가 맞물리면, 클러치판(41)이 회전하면, 허브판(30)이 클러치판(41)과 일체로 회전하게 된다. 허브판(30)이 회전하면, 허브판(30)에 설치된 복수의 강성전달 링크부재(200)와 타이어(10)가 일체로 회전한다. 즉, 클러치(40)의 클러치판(41)이 허브판(30)과 결합되면, 가변 바퀴(1)가 회전하게 된다.
캠기구(60)는 클러치 모터(50)에 의해 작동하며, 클러치판(41)이 허브판(30)에 선택적으로 결합되도록 클러치판(41)을 작동시킬 수 있도록 형성된다. 즉, 캠기구(60)는 클러치판(41)이 바퀴축(20)을 따라 일정한 행정으로 왕복 운동을 수행할 수 있도록 형성될 수 있다.
캠기구(60)는 캠(61)과 캠 팔로우(62)를 포함할 수 있다. 캠(61)은 클러치 모터(50)의 샤프트(51)에 결합되며, 클러치 모터(50)의 샤프트(51)와 일체로 회전한다. 캠 팔로우(62)는 클러치판(41)의 일측면에 마련되며, 캠(61)에 의해 이동하도록 형성된다. 따라서, 캠(61)이 클러치 모터(50)에 의해 회전하면, 캠 팔로우(62)가 설치된 클러치판(41)은 바퀴축(20)을 따라 왕복 운동을 한다.
예를 들면, 캠(61)은 클러치 모터(50)의 샤프트(51)에 편심이 되도록 설치되며, 고점부(61a)와 저점부(61b)를 포함한다. 캠 팔로우(62)는 내부가 빈 대략 직사각형의 프레임으로 형성되며, 캠 팔로우(62)의 내면은 캠(61)의 고점부와 서로 접촉하도록 형성된다. 따라서, 캠(61)이 클러치 모터(50)에 의해 회전하면, 캠 팔로우(62)가 캠(61)에 의해 이동하게 된다. 캠 팔로우(62)가 이동하면, 캠 팔로우(62)가 설치된 클러치판(41)이 캠 팔로우(62)와 일체로 이동하게 된다. 따라서, 클러치 모터(50)가 캠(61)을 회전시키면, 클러치판(41)이 바퀴축(20)을 따라 일정 거리 내에서 왕복 운동을 할 수 있다.
구체적으로, 캠 팔로우(62)는 클러치판(41)에 수직하게 설치되며, 클러치판(41)에 인접한 제1내면(62a)과 제1내면(62a)에서 바퀴축(20)의 길이방향으로 일정 거리 이격되는 제2내면(62b)을 포함한다. 도 4와 같이 캠(61)의 고점부(61a)가 캠 팔로우(62)의 제2내면(62b)과 접촉하면, 클러치판(41)이 허브판(30)과 결합된 상태가 된다. 클러치판(41)이 허브판(30)과 결합되면, 바퀴축(20)이 회전할 때, 허브판(30)이 바퀴축(20)과 일체로 회전할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 캠(61)의 고점부(61a)가 캠 팔로우(62)의 제1내면(62a)과 접촉하면 클러치판(41)이 허브판(30)에서 이격된 상태가 된다. 클러치판(41)이 허브판으로부터 이격되면, 바퀴축(20)이 회전하여도 허브판(30)은 회전하지 않는다.
강성조절부재(100)는 바퀴축(20)의 양단에 설치되며, 타이어(10)를 지지하는 강성을 조절할 수 있도록 형성된다. 강성조절부재(100)는 클러치(40)가 풀리는 경우, 구동 모터(2)에 의해 회전하는 바퀴축(20)에 의해 가변 바퀴(1)의 강성, 즉 복수의 강성전달 링크부재(200)가 타이어(10)를 지지하는 강성을 조절할 수 있도록 형성된다.
이하, 도 1 내지 도 3 및 도 7을 참조하여, 강성조절부재(100)에 대해 상세하게 설명한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성조절부재를 나타내는 부분 단면 사시도이다.
강성조절부재(100)는 복수의 스프링의 탄성을 이용하여 타이어의 강성을 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 강성조절부재(100)는 지지원판(110), 복수의 스프링 기어(120), 복수의 스프링 축(130), 복수의 태엽 스프링(140)을 포함할 수 있다.
지지원판(110)은 바퀴축(20)의 일단에 설치될 수 있다. 본 실시예의 경우에는 지지원판(110)은 바퀴축(20)의 양단에 설치되어 있다.
지지원판(110)과 바퀴축(20) 사이에는 베어링(111)이 설치될 수 있다. 예를 들면, 지지원판(110)의 중심에는 베어링(111)이 설치되는 베어링 구멍이 마련될 수 있다. 베어링(111)은 베어링 커버(112)에 의해 지지원판(110)에 고정될 수 있다. 베어링 커버(112)는 복수의 볼트에 의해 지지원판(110)에 고정된다.
베어링(111)은 바퀴축(20)의 일단을 지지할 수 있도록 마련된다. 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)는 바퀴축(20)의 양단에 지지원판(110)이 설치된다. 따라서, 바퀴축(20)의 양단은 2개의 베어링(111)에 의해 지지된다.
바퀴축(20)의 일단에는 구동 기어(101)가 설치된다. 구동 기어(101)는 바퀴축(20)과 일체로 회전할 수 있도록 바퀴축(20)의 일단에 설치된다. 본 실시예의 경우에는 바퀴축(20)의 양단에 구동 기어(101)가 설치된다.
복수의 스프링 기어(120)는 지지원판(110)에 회전 가능하게 설치된다. 복수의 스프링 기어(120)는 구동 기어(101)와 맞물리도록 설치된다. 구체적으로, 복수의 스프링 기어(120)는 원형으로 배치되며, 원의 중심에는 구동 기어(101)가 설치된다. 따라서, 구동 기어(101)가 회전하면, 복수의 스프링 기어(120)가 동시에 회전하게 된다. 본 실시예의 경우에는 지지원판(110)에 5개의 스프링 기어(120)가 설치되므로, 한 개의 구동 기어(101)에 의해 5개의 스프링 기어(120)가 회전하게 된다. 또한, 바퀴축(20)의 양단에 구동 기어(101)가 설치되어 있고 각 구동 기어(101)의 둘레에 5개의 스프링 기어(120)가 설치되어 있으므로, 바퀴축(20)이 회전하면, 2개의 구동 기어(101)가 회전하고, 이에 의해 10개의 스프링 기어(120)가 동시에 회전하게 된다.
복수의 스프링 기어(120) 각각은 중심을 관통하는 관통공(121)이 마련된다. 복수의 스프링 기어(120)의 관통공(121)에는 복수의 스프링 축(130)이 회전 가능하게 설치된다.
복수의 태엽 스프링(140)은 복수의 스프링 기어(120)와 복수의 스프링 축(130) 사이에 설치되며, 일단은 복수의 스프링 기어(120)에 고정되고, 타단은 복수의 스프링 축(130)에 고정된다. 따라서, 복수의 스프링 기어(120)가 회전하는 방향에 따라 복수의 태엽 스프링(140)은 복수의 스프링 축(130)에 감기거나 복수의 스프링 축(130)으로부터 풀리게 된다.
복수의 스프링 기어(120), 복수의 스프링 축(130), 및 복수의 태엽 스프링(140)은 동일한 형상으로 형성되므로 이하에서는 한 개의 스프링 기어(120), 스프링 축(130), 및 태엽 스프링(140)에 대해서 설명한다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 스프링 기어(120)는 지지원판(110)에 회전 가능하게 설치된다. 스프링 기어(120)는 외주면에 복수의 치가 형성된 기어부(122)와 기어부(122)의 일측면에서 연장되는 축부(123)를 포함할 수 있다. 기어부(122)는 태엽 스프링(140)이 수용될 수 있는 스프링 수용홈(124)을 포함한다. 스프링 수용홈(124)은 원형으로 형성되며, 바닥에는 스프링 축(130)이 삽입되는 관통공이 형성된다. 관통공의 지름은 스프링 수용홈(124)의 지름보다 작도록 형성된다. 스프링 수용홈(124)의 일측에는 태엽 스프링의 일단이 고정되는 제1고정홈(125)이 마련된다.
축부(123)는 기어부(122)의 일측면으로부터 수직하게 연장되는 중공의 원통 형상으로 형성되며, 지지원판(110)에 고정된 외측 베어링(126)에 삽입된다. 외측 베어링(126)은 외측 베어링 커버(127)에 의해 지지원판(110)에 고정된다. 따라서, 스프링 기어(120)는 외측 베어링(126)에 의해 지지되어 지지원판(110)에 대해 회전할 수 있다.
축부(123)의 중공의 내면에는 스프링 기어(120)의 관통공(121)에 설치되는 스프링 축(130)을 지지하는 내측 베어링(128)이 설치된다. 축부(123)의 내면에는 내측 베어링(128)을 지지하기 위한 지지돌기(129)가 마련된다. 스프링 축(130)은 내측 베어링(128)에 의해 지지되므로, 스프링 기어(120)에 대해 회전할 수 있다.
스프링 축(130)은 스프링 기어(120)의 관통공(121)에 설치되며, 일단에는 태엽 스프링(140)의 일단이 고정되고, 타단에는 강성전달 링크부재(200)가 연결된다. 스프링 축(130)의 일단에는 태엽 스프링(140)의 일단이 고정되는 제2고정홈(131)이 마련된다. 따라서, 태엽 스프링(140)은 스프링 축(130)의 일단에 감길 수 있다. 스프링 축(130)은 스프링 기어(120)의 축부(123)에 설치된 내측 베어링(128)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
태엽 스프링(140)은 스프링 기어(120)의 스프링 수용홈(124)에 설치된다. 태엽 스프링(140)의 일단은 스프링 수용홈(124)의 일측에 마련된 제1고정홈(125)에 삽입되어 고정되고, 태엽 스프링(140)의 타단은 스프링 축(130)에 마련된 제2고정홈(131)에 삽입되어 고정된다. 따라서, 스프링 축(130)이 고정된 상태에서 스프링 기어(120)가 회전하면, 스프링 기어(120)의 회전 방향에 따라 태엽 스프링(140)이 스프링 축(130)에 감기거나 스프링 축(130)에서 풀리게 된다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)에 사용되는 강성전달 링크부재(200)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성조절부재와 강성전달 링크부재의 연결구조를 나타내는 부분 사시도이다. 도 9는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성전달 링크부재를 나타내는 부분 평면도이다.
복수의 강성전달 링크부재(200)는 허브판(30)의 외주를 따라 일정 간격으로 마련되며, 강성조절부재(100)와 타이어(10)의 내주면을 연결할 수 있도록 형성된다. 복수의 강성전달 링크부재(200)는 복수의 강성조절부재(100)에 일대 일로 대응하도록 형성된다. 따라서, 한 개의 강성전달 링크부재(200)는 한 개의 강성조절부재(100)의 강성으로 타이어(10)를 지지한다.
본 실시예의 경우에는 서로 마주하도록 바퀴축(20)의 양단에 설치된 2개의 지지원판(110)에 각각 5개의 강성조절부재(100)가 설치되어 있으므로, 강성전달 링크부재(200)도 10개가 마련된다. 5개의 강성전달 링크부재(200)는 가변 바퀴(1)의 좌측에 설치된 지지원판(110)의 5개의 강성조절부재(100)의 강성을 타이어(10)로 전달하도록 설치되고, 나머지 5개의 강성전달 링크부재(200)는 가변 바퀴(1)의 우측에 설치된 지지원판(110)의 5개의 강성조절부재(100)의 강성을 타이어(10)로 전달하도록 설치된다. 복수의 강성전달 링크부재(200)는 동일한 구조로 형성되므로, 이하에서는 한 개의 강성전달 링크부재(200)를 기준으로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 강성전달 링크부재(200)는 슬라이드 링크(210), 스프링 링크(220), 연결 링크(230)를 포함할 수 있다.
슬라이드 링크(210)는 지지원판(110)의 일면에 바퀴축(20)을 중심으로 반지름 방향으로 직선 이동할 수 있도록 설치된다. 슬라이드 링크(210)는 지지원판(110)에 설치되는 직선안내부재(211)에 의해 직선 이동하도록 지지될 수 있다.
직선안내부재(211)로는 엘엠 가이드가 사용될 수 있다. 예를 들면, 지지원판(110)에 엘엠 가이드를 설치하고, 슬라이드 링크(210)가 엘엠 가이드에 의해 직선 이동하도록 설치할 수 있다. 구체적으로, 지지원판(110)에 방사상으로 엘엠 가이드를 고정하고, 엘엠 가이드에 대해 슬라이드 이동하는 엘엠 블록에 슬라이드 링크(210)를 고정하면, 슬라이드 링크(210)가 지지원판(110)에 대해 반지름 방향으로 직선 이동할 수 있다.
슬라이드 링크(210)는 안내 장공(212)을 포함할 수 있다. 안내 장공(212)은 슬라이드 링크(210)의 길이 방향으로 형성될 수 있다.
스프링 링크(220)는 일단이 강성조절부재(100)에 연결되어, 강성조절부재(100)와 일체로 회전하도록 설치된다. 예를 들면, 스프링 링크(220)의 일단은 강성조절부재(100)의 스프링 축(130)의 일단에 고정되도록 설치된다. 따라서, 스프링 축(130)이 회전하면, 스프링 링크(220)도 일체로 회전한다. 반대로 스프링 링크(220)가 회전하면, 스프링 축(130)이 일체로 회전한다.
연결 링크(230)는 스프링 링크(220)의 타단과 슬라이드 링크(210)의 하단을 회전 가능하게 연결하도록 형성된다. 구체적으로, 연결 링크(230)의 일단은 슬라이드 링크(210)의 일단에 회전 가능하게 설치되고, 연결 링크(230)의 타단은 스프링 링크(220)의 타단에 회전 가능하게 설치된다. 따라서, 연결 링크(230)는 스프링 링크(220)의 회전을 슬라이드 링크(210)로 전달하여 슬라이드 링크(210)가 상하로 이동할 수 있도록 한다. 반대로, 연결 링크(230)는 슬라이드 링크(210)의 이동을 스프링 링크(220)로 전달할 수 있다.
슬라이드 링크(210)는 티형 링크(240)를 더 포함할 수 있다. 티형 링크(240)는 T자 형상으로 형성되며, 머리(241)의 중심에는 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)에 삽입되는 안내 돌기(242)가 마련된다. 따라서, 티형 링크(240)의 안내 돌기(242)를 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)에 삽입하면, 티형 링크(240)는 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)의 길이만큼 슬라이드 링크(210)에 대해 이동할 수 있다.
티형 링크(240)는 서브 연결 링크(250)에 의해 슬라이드 링크(210)의 선단에 회전 가능하게 연결된다. 구체적으로, 서브 연결 링크(250)의 일단은 슬라이드 링크(210)의 선단에 회전 가능하게 연결되고, 서브 연결 링크(250)의 타단은 티형 링크(240)의 대략 중간에 회전 가능하게 연결된다. 여기서, 티형 링크(240)의 대략 중간은 티형 링크(240)의 몸체(243)의 길이의 대략 중간을 말한다. 티형 링크(240)는 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)과 서브 연결 링크(250)에 연결되어 있으므로, 티형 링크(240)의 몸체(243)는 슬라이드 링크(210)에 대해 일정 각도 내에서 회동할 수 있다.
티형 링크(240)의 몸체(243)의 선단은 타이어(10)의 내면에 연결된다. 따라서, 타이어(10)의 변형을 슬라이드 링크(210)에 대해 회동하도록 설치된 티형 링크(240)가 수용할 수 있다.
티형 링크(240)의 머리(241)의 양단은 한 쌍의 지지 링크(261,262), 즉 제1지지 링크(261)와 제2지지 링크(262)에 의해 지지될 수 있다. 예를 들면, 제1지지 링크(261)는 티형 링크(240)의 머리(241)의 일단과 허브판(30)을 회전 가능하게 연결하도록 형성될 수 있다. 제2지지 링크(262)는 티형 링크(240)의 머리(241)의 타단과 허브판(30)을 회전 가능하게 연결하도록 형성될 수 있다.
제1지지 링크(261)와 제2지지 링크(262)는 허브판(30)의 외주면을 따라 일정 간격으로 마련되는 복수의 허브암(35)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 복수의 허브암(35)은 허브판(30)의 외주면에서 방사상으로 돌출되도록 형성된다.
제1지지 링크(261)의 타단과 제2지지 링크(262)의 타단은 복수의 허브암(35) 중 인접한 2개의 허브암(35)에 회전 가능하게 연결된다. 따라서, 제1지지 링크(261)와 제2지지 링크(262)는 슬라이드 링크(210)에 대한 티형 링크(240)의 회동을 지지할 수 있다.
제1지지 링크(261)는 제1안내 슬롯(263)을 포함할 수 있다. 제1안내 슬롯(263)은 제1지지 링크(261)의 타단에 인접하여 형성된다. 제1지지 링크(261)의 타단이 연결되는 허브암(35)의 선단에는 제1안내 슬롯(263)에 삽입되는 제1돌기(36)가 마련된다. 따라서, 제1지지 링크(261)의 제1안내 슬롯(263)에 허브암(35)의 제1돌기(36)를 삽입하면, 제1지지 링크(261)는 허브암(35)에 대해 일정 길이 이동하면서 회전할 수 있다.
제2지지 링크(262)는 제2안내 슬롯(264)을 포함할 수 있다. 제2안내 슬롯(264)은 제2지지 링크(262)의 타단에 인접하여 형성된다. 제2지지 링크(262)의 타단이 연결되는 허브암(35)의 선단에는 제2안내 슬롯(264)에 삽입되는 제2돌기(37)가 마련된다. 따라서, 제2지지 링크(262)의 제2안내 슬롯(264)에 허브암(35)의 제2돌기(37)를 삽입하면, 제2지지 링크(262)는 허브암(35)에 대해 일정 길이 이동하면서 회전할 수 있다.
티형 링크(240)의 머리(241)의 양단이 제1 및 제2지지 링크(261,262)의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 제1 및 제2지지 링크(261,262)의 제1 및 제2안내 슬롯(263,264)은 허브암(35)의 제1 및 제2돌기(36,37)에 대해 슬라이드 및 회동 가능하게 연결되어 있으므로, 티형 링크(240)의 몸체(243)의 선단은 일정 범위 내에서 안정적으로 동작할 수 있다.
이하, 도 9, 도 10, 및 도 11을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)에 사용되는 강성전달 링크부재(200)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 10 및 도 11은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성전달 링크부재의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 강성조절부재가 최대 강성을 인가하는 경우를 나타낸다. 도 10은 강성조절부재가 중간 강성을 인가하는 경우를 나타낸다. 도 11은 강성조절부재가 최소 강성을 인가하는 경우를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 강성전달 링크부재(200)의 슬라이드 링크(210), 티형 링크(240), 및 서브 연결 링크(250)는 일직선 상으로 겹쳐진 상태가 된다. 이때, 티형 링크(240)의 안내 돌기(242)는 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)의 하단에 위치한다. 또한, 허브판(30)의 허브암(35)의 제1돌기(36)는 제1지지 링크(261)의 제1안내 슬롯(263)의 하단에 위치하며, 허브판(30)의 인접한 다른 허브암(35)의 제2돌기(37)는 제2지지 링크(262)의 제2안내 슬롯(264)의 하단에 위치한다. 슬라이드 링크(210)의 하단은 스프링 링크(220)와 연결 링크(230)로 연결된 강성조절부재(100), 즉 태엽 스프링(140)에 의해 지지된다. 이때, 태엽 스프링(140)은 슬라이드 링크(210)에 최대의 힘을 인가할 수 있다.
도 9의 상태에 있는 복수의 강성전달 링크부재(200)는 타이어(10)를 원형 상태로 지지하게 된다. 즉, 복수의 강성전달 링크부재(200)에 의해 타이어(10)는 도 1과 같은 상태를 유지하게 된다.
도 10을 참조하면, 티형 링크(240)는 슬라이드 링크(210)의 중심선에 대해 좌측으로 일정 각도 경사진 상태가 된다. 이때, 티형 링크(240)의 안내 돌기(242)는 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)의 하단에서 떨어진 곳에 위치한다. 또한, 허브판(30)의 허브암(35)의 제1돌기(36)는 제1지지 링크(261)의 제1안내 슬롯(263)의 상단에 가까이 위치하고, 허브판(30)의 인접한 다른 허브암(35)의 제2돌기(37)는 제2지지 링크(262)의 제2안내 슬롯(264)의 상단에 가까이 위치한다. 슬라이드 링크(210)의 하단은 스프링 링크(220)와 연결 링크(230)로 연결된 강성조절부재(100), 즉 태엽 스프링(140)에 의해 지지된다. 이때, 태엽 스프링(140)은 슬라이드 링크(210)에 최대 힘보다 작은 힘을 인가할 수 있다.
도 10의 상태에 있는 복수의 강성전달 링크부재(200)는 타이어(10)의 변형을 수용하면서, 타이어(10)의 내면을 지지하게 된다.
도 11을 참조하면, 티형 링크(240)는 슬라이드 링크(210)의 중심선에 대해 우측으로 일정 각도 경사진 상태가 된다. 이때, 티형 링크(240)의 안내 돌기(242)는 슬라이드 링크(210)의 안내 장공(212)의 상단에 위치한다. 또한, 허브판(30)의 허브암(35)의 제1돌기(36)는 제1지지 링크(261)의 제1안내 슬롯(263)의 상단에 가까이 위치하고, 허브판(30)의 인접한 다른 허브암(35)의 제2돌기(37)는 제2지지 링크(262)의 제2안내 슬롯(264)의 대략 중앙에 위치한다. 슬라이드 링크(210)의 하단은 스프링 링크(220)와 연결 링크(230)로 연결된 강성조절부재(100), 즉 태엽 스프링(140)에 의해 지지된다. 이때, 태엽 스프링(140)은 슬라이드 링크(210)에 최소 힘을 인가할 수 있다.
도 11의 상태에 있는 복수의 강성전달 링크부재(200)는 타이어(10)의 변형을 수용하면서, 타이어(10)의 내면을 지지하게 된다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)의 강성전달 링크부재(200)의 선단은 도 12에 도시된 바와 같이 일정한 동작범위(R) 내에서 작동할 수 있다. 도 12는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 강성전달 링크부재의 선단의 동작범위를 나타내는 도면이다.
한편, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)는 타이어(10)의 내주면을 원주방향으로 평평하도록 지지하는 복수의 텐셔너(300)를 포함할 수 있다. 즉, 복수의 텐셔너(300)는 복수의 강성전달 링크부재(200)에 의해 지지되는 타이어(10)의 부분들 사이의 부분들, 즉 복수의 강성전달 링크부재(200)에 의해 지지되지 않는 타이어(10)의 부분들을 지지할 수 있도록 형성된다.
복수의 텐셔너(300)는 복수의 강성전달 링크부재(200)와 일대일로 대응하도록 설치되며, 복수의 강성전달 링크부재(200)에 의해 작동하도록 형성된다. 즉, 복수의 강성전달 링크부재(200)가 최대 강성으로 지지할 때, 복수의 텐셔너(300)가 타이어(10)를 원형으로 지지할 수 있도록 형성된다. 또한, 복수의 강성전달 링크부재(200)가 최대 강성이 아닌 경우에는 복수의 텐셔너(300)는 타이어(10)의 변형을 수용할 수 있도록 형성된다.
따라서, 복수의 텐셔너(300)는 복수의 강성전달 링크부재(200)의 일측에 설치되며, 타이어(10)가 강성조절부재(100)의 최대 강성으로 지지될 때, 타이어(10)의 내주면을 원주방향으로 지지하도록 형성된다. 복수의 텐셔너(300)는 타이어(10)의 내주면에 원주방향으로 일정 간격으로 설치된다. 이러한 복수의 텐셔너(300)는 복수의 강성전달 링크부재(200)에 대응하여 복수의 텐셔너(300)를 작동시키는 복수의 텐셔너 작동부재(310)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 경우에는 10개의 강성전달 링크부재(200)가 설치되므로, 텐셔너(300)와 텐셔너 작동부재(310)도 각각 10개가 설치된다.
복수의 텐셔너(300)와 복수의 텐셔너 작동부재(310)는 동일한 구조로 형성되므로 이하에서는 도 13을 참조하여, 한 개의 텐셔너(300)와 텐셔너 작동부재(310)에 대해서 설명한다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 텐셔너 작동부재를 나타내는 부분 사시도이다.
도 13을 참조하면, 텐셔너(300)는 타이어(10)의 내주면에 설치되는 제1텐션편(301)과 제2텐션편(302)을 포함한다.
제1텐션편(301)과 제2텐션편(302)은 서로에 대해 회전할 수 있도록 설치된다. 예를 들면, 제1텐션편(301)의 일단과 제2텐션편(302)의 일단은 타이어(10)의 내주면에 설치된 텐션축(303)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 제1텐션편(301)의 일단과 제2텐션편(302)의 일단에는 텐션축(303)이 삽입되어 회전할 수 있는 축구멍이 형성된다. 텐션축(303)은 타이어(10)의 내주면에 형성된 한 쌍의 축보스(304)에 의해 지지될 수 있다.
제1텐션편(301)의 타단은 타이어(10)의 내주면에 텐션축(303)으로부터 일정 거리 이격되어 설치된 제1텐션축(305)에 회전 가능하게 설치된다. 제1텐션편(301)의 타단에는 제1장공(301b)이 마련되며, 제1텐션축(305)은 제1장공(301b)에 삽입된다. 제2텐션편(302)의 타단은 타이어(10)의 내주면에 제1텐션축(305)과 반대쪽에 설치된 제2텐션축(306)에 회전 가능하게 설치된다. 제2텐션편(302)의 타단에는 제2장공(302b)이 마련되며, 제2텐션축(306)은 제2장공(302b)에 삽입된다. 제1텐션축(305)과 제2텐션축(306)은 각각 타이어(10)의 내주면에 형성된 한 쌍의 제1축보스(307)와 한 쌍의 제2축보스(308)에 의해 지지될 수 있다.
제1텐션편(301)은 폭에 비해 길이가 긴 평판으로 형성되며, 양단은 원호 형상으로 형성된다. 제1텐션편(301)의 길이는 대략 폭에 비해 3배 이상일 수 있다. 제1텐션편(301)의 외주면, 즉 타이어(10)의 내주면에 접하는 일면은 타이어(10)의 내주면과 동일한 곡률을 갖도록 형성된다. 제1텐션편(301)의 일단의 측면, 즉 바퀴축(20)을 마주하는 면에는 평탄부(301a)가 마련된다. 제1텐션편(301)의 평탄부(301a)는 텐션축(303)을 마주하는 위치에 마련된다. 예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1텐션편(301)의 평탄부(301a)는 텐션축(303)의 위에 위치한다.
제2텐션편(302)은 제1텐션편(301)과 동일한 구조로 형성되므로 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 제1텐션편(301)의 일단과 제2텐션편(302)의 일단을 텐션축(303)에 연결하면, 제1텐션편(301)의 평탄부(301a)와 제2텐션부(302)의 평탄부(302a)가 바퀴축(20)을 향하게 된다.
텐셔너 작동부재(310)는 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)에 의해 작동하도록 형성되며, 록커(locker)(320), 스위치(330), 작동 레버(340), 작동 링크(350)를 포함할 수 있다.
록커(320)는 제1텐션편(301)과 제2텐션편(302)의 평탄부(301a,302a)를 선택적으로 누를 수 있도록 형성된다. 록커(320)는 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)에 회전 가능하게 설치된다.
록커(320)는 대략 직사각형의 판으로 형성되며, 일단에는 제1 및 제2텐션편(301,302)의 평탄부(301a,302a)를 누르는 가압부(321)가 마련되고, 타단에는 스위치(330)에 의해 가압되는 피가압부(322)를 포함한다. 예를 들어, 도 14의 경우에는, 가압부(321)는 록커(320)의 하단에 형성되고, 피가압부(322)는 록커(320)의 상단에 형성된다. 록커(320)의 측면에는 록커 구멍(323)이 형성된다. 록커 구멍(323)은 가압부(321)의 중심에서 일측으로 편심된 위치에 형성된다. 록커 축(325)을 록커 구멍(323)에 삽입하여 티형 링크(240)에 고정하면, 록커(320)가 티형 링크(240)에 대해 일정 각도 회동할 수 있다.
도 13에 도시된 실시예와 같이 티형 링크(240)에 타이어(10)를 폭 방향으로 지지하는 타이어 지지부재(360)가 설치되어 있는 경우에는, 록커(320)는 타이어 지지부재(360)에 회전 가능하게 설치된다.
도 13을 참조하면, 타이어 지지부재(360)는 대략 T자 형상으로 형성되며, 텐션축(303)에 회전 가능하게 연결되는 연결부(361)와 연결부(361)에서 수직하게 연장되며, 티형 링크(240)의 몸체(243)에 고정되는 고정부(362)를 포함할 수 있다.
연결부(361)는 텐션축(303)에 연결되는 3개의 연결돌기(363)를 포함한다. 최외측에 위치한 2개의 연결돌기(363)는 타이어의 한 쌍의 축보스(304) 외측에 위치하도록 형성되며, 중간의 연결돌기(363)는 한 쌍의 축보스(304) 사이에 위치하도록 형성된다. 3개의 연결돌기(363) 각각에는 텐션축(303)이 삽입되는 축구멍이 마련된다. 따라서, 텐션축(303)을 한 쌍의 축보스(304)와 3개의 연결돌기(363)의 축구멍에 삽입하면, 타이어 지지부재(360)가 타이어(10)의 내주면에 대해 일정 각도 회동할 수 있다. 한 쌍의 축보스(304)의 좌측 및 우측에는 한 쌍의 서브 축보스(364)가 더 설치될 수 있다. 한 쌍의 서브 축보스(364)는 텐션축(303)의 양단을 고정 및 지지하도록 마련될 수 있다.
고정부(362)는 3개의 연결돌기(363)와 반대쪽으로 연결부(361)에서 수직하게 연장된다. 고정부(362)는 티형 링크(240)의 몸체(243)에 고정되어 티형 링크(240)와 일체로 움직인다.
고정부(362)의 일측으로 연결부(361)에는 록커(320)가 설치되는 슬롯(365)이 마련될 수 있다. 슬롯(365)은 연결부(361)를 상하로 관통하도록 형성된다. 록커(320)는 슬롯(365)에 회전 가능하게 설치된다. 구체적으로, 록커(320)는 슬롯(365)에 고정된 록커 축(325)에 회전 가능하게 설치된다.
스위치(330)는 록커(320)를 선택적으로 회전시킬 수 있도록 형성된다. 스위치(330)는 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)에 록커(320)의 일측으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
스위치(330)는 원판 형상으로 형성되며, 외주면에는 록커(320)를 작동시키기 위한 작동 돌기(331)가 마련되며, 작동 돌기(331)의 반대쪽에는 작동 레버(340)의 선단(342)이 삽입되는 작동 홈(332)이 마련된다. 작동 돌기(331)는 대략 직사각형 형상으로 형성되며, 작동 홈(332)은 대략 삼각형 형상으로 형성될 수 있다. 스위치(330)의 중앙에는 스위치 구멍(333)이 형성된다. 스위치 구멍(333)은 작동 돌기(331)의 중심선에 대해 일측으로 편심되는 위치에 형성된다. 스위치 구멍(332)에 스위치 축(335)을 삽입하여 티형 링크(240)에 고정하면, 스위치(330)가 티형 링크(240)에 대해 회전할 수 있다.
스위치(330)의 작동 돌기(331)는 록커(320)가 선택적으로 제1 및 제2텐션편(301,302)의 평탄부(301a,302a)를 가압할 수 있도록 형성된다. 예를 들면, 록커(320)의 가압부(321)가 제1 및 제2텐션편(301,302)의 평탄부(301a,302a)를 누를 때, 스위치(330)의 작동 돌기(331)의 상면이 전체적으로 록커(320)의 피가압부(322)와 접촉하도록 형성된다. 따라서, 스위치(330)의 작동 돌기(331)가 록커(320)의 피가압부(322)를 누르지 않으면, 록커(320)는 제1 및 제2텐션편(301,302)의 평탄부(301a,302a)를 가압하지 않는다.
도 13과 같이 티형 링크(240)에 타이어 지지부재(360)가 설치된 경우에는, 스위치(330)는 타이어 지지부재(360)의 슬롯(365)에 회전 가능하게 설치된다. 구체적으로, 스위치(330)는 슬롯(365)에 마련된 스위치 축(335)에 회전 가능하게 설치된다. 스위치(330)는 타이어 지지부재(360)의 슬롯(365)에 록커(320)에 인접하게 설치되어 있으므로, 스위치(330)가 회전하면 록커(320)가 일정 각도 회전할 수 있다.
작동 레버(340)는 스위치(330)를 선택적으로 회전시킬 수 있도록 형성된다. 작동 레버(340)는 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)에 회전 가능하게 설치될 수 있다.
작동 레버(340)는 일단은 티형 링크(240)에 회전 가능하게 연결되고, 타단은 작동 링크(350)에 회전 가능하게 연결된다. 티형 링크(240)에 연결된 작동 레버(340)의 일단은 돌출부(341)를 포함할 수 있다. 돌출부(341)는 작동 레버(340)에 대해 경사진 형태로 작동 레버(340)의 일단에서 연장될 수 있다.
돌출부(341)의 선단(342)은 스위치(330)의 작동 홈(332)에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 스위치(330)의 작동 홈(332)이 삼각형 형상이므로, 돌출부(341)의 선단(342)은 스위치(330)의 작동 홈(332)에 대응하는 삼각형 형상으로 형성될 수 있다.
강성조절부재(100)가 최대 강성일 때, 작동 레버(340)의 돌출부(341)의 선단(342)이 스위치(330)의 작동 홈(332)에 삽입되어, 작동 레버(340)의 돌출부(341)의 삼각형 선단(342)과 스위치(330)의 삼각형 형상의 작동 홈(332)이 서로 맞물리게 된다. 따라서, 강성조절부재(100)가 최대 강성일 때, 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)에 의해 작동 레버(340)와 스위치(330)가 작동하여 록커(320)가 제1텐션편(301)과 제2텐션편(302)의 평탄부(301a,302a)를 누르게 된다.
작동 링크(350)는 작동 레버(340)와 허브판(30)을 연결하여, 작동 레버(340)가 티형 링크(240)에 의해 작동할 때, 작동 레버(340)의 일단이 허브판(30)에 대해 지지될 수 있도록 한다. 작동 링크(350)의 일단은 작동 레버(340)의 일단에 회전 가능하게 연결되고, 타단은 허브판(30)에 회전 가능하게 연결된다. 본 실시예와 같이 허브판(30)에 서브 허브암(39)이 마련된 경우에는 작동 링크(350)의 일단은 서브 허브암(39)의 선단에 회전 가능하게 연결된다.
복수의 서브 허브암(39)이 허브판(30)의 외주면을 따라 일정 간격으로 마련된다. 복수의 서브 허브암(39)은 허브판(30)에서 돌출되도록 형성된다. 복수의 서브 허브암(39)은 허브판(30)의 둘레에 마련된 복수의 허브암(35)의 사이사이에 마련된다.
이하, 도 14 및 도 15를 참조하여, 상술한 텐셔너(300)와 텐셔너 작동부재(310)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
도 14 및 도 15는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴의 텐셔너 작동부재에 의한 텐셔너의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 강성조절부재(100)가 최대 강성을 인가하여 타이어(10)가 원형 상태를 유지하는 경우를 나타낸다. 즉, 도 14는 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)가 하강하여, 즉 허브판(30)에서 멀어지는 방향으로 이동하여 타이어(10)의 내면을 지지하는 상태이며, 동시에 티형 링크(240)에 의해 텐셔너 작동부재(310)가 작동하여 제1 및 제2텐션편(301,302)이 타이어(10)의 내면을 지지하는 상태이다.
도 14를 참조하면, 티형 링크(240)가 하강한 경우, 작동 레버(340)의 돌출부(341)의 삼각형의 선단(342)은 스위치(330)의 작동 홈(332)에 삽입되어 있다. 이때, 스위치(330)의 작동 돌기(331)의 상면은 록커(320)의 피가압부(322)와 접촉된 상태이고, 록커(320)의 가압부(321)는 제1 및 제2텐션편(301,302)의 평탄부(301a,302a)를 가압하는 상태이다. 따라서, 제1 및 제2텐션편(301,302)이 타이어(10)의 내주면과 접촉하여 타이어(10)가 원형 상태를 유지하도록 지지한다.
이 상태에서, 바퀴축(20)에 의해 강성조절부재(100)의 강성이 줄어들면, 타이어(10)에 인가되는 외력에 의해 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)가 상승하게 된다. 즉, 강성전달 링크부재(200)와 텐셔너 작동부재(310)가 외력을 수용하여 변형하게 된다.
도 15는 강성조절부재(100)의 강성이 줄어들어, 텐셔너 작동부재(310)가 타이어(10)에 인가되는 외력을 수용하는 경우를 나타낸다. 즉, 도 15는 강성전달 링크부재(200)의 티형 링크(240)가 상승하여, 즉 허브판(30)에 가까워지는 방향으로 이동하여 타이어(10)의 내면을 지지하는 상태이며, 동시에 티형 링크(240)에 의해 텐셔너 작동부재(310)가 작동하여 제1 및 제2텐션편(301,302)이 접혀진 상태이다.
도 15를 참조하면, 티형 링크(240)가 상승한 경우, 작동 레버(340)의 돌출부(341)의 선단(342)이 스위치(330)의 작동 홈(332)에서 빠지게 된다. 작동 레버(340)의 선단(342)이 스위치(330)의 작동 홈(332)에서 빠지면, 스위치(330)도 티형 링크(240)에 대해 일정 각도 회전하여, 스위치(330)의 작동 돌기(331)의 상면도 록커(320)의 피가압부(322)와의 접촉이 해제된다.
록커(320)의 피가압부(322)가 스위치(330)의 작동 돌기(331)에 의해 가압되지 않으면, 록커(320)는 티형 링크(240)에 대해 일정 각도 회전하게 된다. 록커(320)가 일정 각도 회전하면, 록커(320)의 가압부(321)는 제1 및 제2텐션편(301,302)의 평탄부(301a,302a)를 가압하지 않는 상태가 된다. 따라서, 타이어(10)의 내주면이 제1 및 제2텐션편(301,302)에 의해 원형 상태로 지지되지 않으므로, 외력에 의해 타이어(10)의 형상이 임의로 변형될 수 있다. 즉, 가변 바퀴(1)가 주행하는 지표면의 형상, 예를 들면, 비포장도로, 둔턱, 계단 등과 같은 다양한 지형 지대에 따라 타이어(10)가 변형될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)는 도 16에 도시된 바와 같이 바퀴축(20)의 구동 기어(202)에 구동 모터(2)를 연결하여, 가변 바퀴(1)를 회전시킬 수 있다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴에 구동 모터가 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 구동 모터(2)는 적응형 가변 바퀴(1)의 구동 기어(101)(도 1 참조)에 동력을 전달할 수 있도록 설치된다. 구동 모터(2)의 샤프트(2a)와 적응형 가변 바퀴(1)의 구동 기어(101)는 커플링(4)에 의해 연결될 수 있다. 커플링(4)의 일측은 구동 모터(2)의 샤프트(2a)에 연결되고, 커플링(4)의 타측은 적응형 가변 바퀴(1)의 바퀴축(20)의 일단에 설치된 구동 기어(101)에 연결된다.
구동 기어(101)는 복수의 연결 홈(102)(도 1 참조)을 포함하며, 커플링(4)은 구동 기어(101)의 복수의 연결 홈(102)에 삽입되는 복수의 연결 돌기(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서, 구동 모터(2)의 샤프트(2a)가 회전하면, 커플링(4)에 의해 구동 기어(101)가 회전하게 된다. 구동 기어(101)가 회전하면, 구동 기어(101)가 설치된 적응형 가변 바퀴(1)의 바퀴축(20)이 회전하게 된다.
구동 모터(2)에 의해 바퀴축(20)이 회전하면, 적응형 가변 바퀴(1)가 회전하게 된다. 이때, 적응형 가변 바퀴(1)는 클러치(40)의 상태에 따라 타이어(10)가 원형을 유지한 상태로 회전하거나, 타이어(10)가 지면의 형상에 따라 변형되면서 회전할 수 있다.
클러치(40)의 상태는 프로세서(401)에 의해 정해질 수 있다. 구체적으로, 프로세서(401)가 클러치 모터(50)를 제어하여 클러치(40)가 허브판(30)으로 구동 모터(2)의 동력을 전달하도록 하거나, 클러치(40)가 허브판(30)으로 동력을 전달하지 않고 복수의 강성조절부재(100)로 동력을 전달하도록 할 수 있다.
도 17는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 17을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴 시스템(400)은 클러치 모터(50), 구동 모터(2), 지면 검출기(403), 프로세서(401)를 포함할 수 있다.
클러치 모터(50)는 프로세서(401)와 전기적으로 연결되며, 프로세서(401)의 제어에 따라 클러치판(41)이 허브판(30)과 연결되거나 분리되도록 한다.
클러치 모터(50)는 적응형 가변 바퀴(1)의 바퀴축(20)에 고정되며, 바퀴축(20)과 일체로 회전하도록 설치된다. 클러치 모터(50)의 샤프트(51)에는 캠(61)이 설치되어 있다. 클러치 모터(50)에 설치된 캠(61)은 클러치판(41)에 설치된 캠 팔로우(62)를 작동시킨다. 캠(61)이 캠 팔로우(62)를 작동시키면, 클러치판(41)은 바퀴축(20)을 따라 일정 거리 왕복 이동을 할 수 있다.
따라서, 캠(61)과 캠 팔로우(62)에 의해 클러치판(41)이 허브판(30)과 치합되면, 구동 모터(2)의 동력은 구동 기어(101), 바퀴축(20), 및 클러치판(41)을 통해 허브판(30)으로 전달되어 가변 바퀴(1)가 회전하게 된다. 즉, 구동 모터(2)에 의해 타이어(10)가 회전하게 된다. (61)과 캠 팔로우(62)에 의해 클러치판(41)이 허브판(30)으로부터 이격되면, 구동 모터(2)의 동력은 허브판(30)으로 전달되지 않고, 구동 기어(101)를 통해 복수의 강성조절부재(100)로 전달된다. 그러면, 가변 퀴(1)가 회전하지 않는 상태, 즉 타이어(10)가 회전하지 않는 상태에서, 구동 모터(2)로 강성조절부재(100)의 태엽 스프링(140)의 강성을 조절할 수 있다.
구동 모터(2)는 프로세서(401)와 전기적으로 연결되며, 프로세서(401)의 제어에 따라 바퀴축(20)을 회전시킨다. 구동 모터(2)의 샤프트(2a)는 커플링(4)을 통해 적응형 가변 바퀴(1)의 바퀴축(20)에 고정된 구동 기어(101)에 연결되어 있다.
지면 검출기(403)는 프로세서(401)와 전기적으로 연결되며, 적응형 가변 바퀴(1)가 주행하는 지면의 상태를 검출하여 지면의 상태 정보를 프로세서(401)로 전달한다. 지면 검출기(403)는 비젼 센서를 사용할 수 있다.
프로세서(401)는 구동 모터(2)를 제어하여 적응형 가변 바퀴(1)를 회전시키거나 정지시킨다. 또한, 프로세서(401)는 지면 검출기(403)로부터 입력되는 지면 상태 정보에 따라 클러치(40)를 제어하도록 형성될 수 있다.
예를 들면, 지면 검출기(403)로부터 입력되는 지면 상태 정보가 평평한 도로인 경우에는 프로세서(401)는 클러치 모터(50)와 구동 모터(2)를 제어하여 타이어(10)가 원형 상태를 유지하도록 한다. 타이어(10)가 원형 상태가 아닌 경우, 프로세서(401)는 클러치 모터(50)를 제어하여 클러치판(41)이 허브판(30)으로부터 이격되도록 한 후, 구동 모터(2)를 작동시켜 복수의 강성조절부재(100)가 최대 강성을 인가할 수 있도록 한다. 그러면, 복수의 강성조절부재(100), 복수의 강성전달 링크부재(200), 복수의 텐셔너(300), 및 복수의 텐셔너 작동부재(310)에 의해 타이어(10)가 원형 상태를 유지하게 된다. 그러나, 타이어(10)가 원형 상태인 경우, 프로세서(401)는 구동 모터(2)만 제어하여 적응형 가변 바퀴(1)를 회전시킨다.
지면 검출기(403)로부터 입력되는 지면 상태 정보가 계단인 경우에는 프로세서(401)는 클러치 모터(50)와 구동 모터(2)를 제어하여 타이어(10)가 계단에 대응하여 변형될 수 있도록 한다. 즉, 프로세서(401)는 클러치 모터(50)를 제어하여 클러치판(41)이 허브판(30)으로부터 이격되도록 한 후, 구동 모터(2)를 작동시켜 복수의 강성조절부재(100)의 강성을 낮춘다. 그러면, 복수의 강성조절부재(100), 복수의 강성전달 링크부재(200), 및 복수의 텐셔너 작동부재(310)에 의해 타이어(10)가 계단의 형상에 따라 변형될 수 있다.
이 상태에서 프로세서(401)가 클러치 모터(50)를 제어하여 클러치판(41)이 허브판(30)에 결합되도록 한 후, 구동 모터(2)를 작동시키면, 가변 바퀴(1)가 회전하면서 계단을 올라갈 수 있다. 즉, 도 18에 도시된 바와 같이 가변 바퀴(1)의 타이어(10)가 계단(410)의 형상에 대응하도록 변형되므로, 가변 바퀴(1)는 계단(410)을 쉽게 올라갈 수 있다. 참고로, 도 18은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴가 장애물을 올라가는 상태를 나타내는 도면이다.
상술한 바와 같은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴(1)는 적어도 3개를 사용하여 이동장치(500)를 구성할 수 있다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴를 포함하는 이동장치를 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 이동장치(500)는 베이스(501)의 하면에 설치된 4개의 적응형 가변 바퀴(1)를 포함할 수 있다. 4개의 적응형 가변 바퀴(1)는 각각 구동 모터(2)에 의해 회전하도록 설치된다. 즉, 4개의 구동 모터(2)는 베이스(501)의 하면에 고정되고, 구동 모터(2)의 샤프트(2a)는 적응형 가변 바퀴(1)의 구동 기어(101)에 연결된다.
따라서, 프로세서(401)가 4개의 구동 모터(2)를 제어하면, 이동장치(500)를 이동시키거나 정지시킬 수 있다. 또한, 프로세서(401)가 4개의 적응형 가변 바퀴(1)의 클러치 모터(50)를 제어하면, 이동장치(500)가 지면의 상태에 따라 적응형 가변 바퀴(1)의 강성을 변화시킬 수 있다. 4개의 적응형 가변 바퀴(1)의 강성을 낮게 한 상태로 4개의 구동 모터(2)를 작동시키면, 이동장치(500)는 비포장도로, 둔턱, 계단 등과 같은 다양한 지형 지대를 쉽게 이동할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 일 실시예에 의한 적응형 가변 바퀴는 이동용 로봇, 개인용 모빌리티 플랫폼 등과 같이 다양한 이동장치에 적용될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위 상에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 타이어;
    상기 타이어의 중심에 설치되는 바퀴축;
    상기 바퀴축에 설치되는 클러치;
    상기 바퀴축의 둘레에 설치되며, 상기 클러치와 선택적으로 연결되는 허브판;
    상기 바퀴축의 양단에 설치되며, 상기 타이어의 강성을 조절하는 강성조절부재; 및
    상기 허브판의 외주에 마련되어 상기 강성조절부재와 상기 타이어의 내주면을 연결하며, 상기 강성조절부재의 강성으로 상기 타이어를 지지하는 복수의 강성전달 링크부재;를 포함하며,
    상기 클러치가 상기 허브판에 연결되면, 상기 허브판과 상기 복수의 강성전달 링크부재에 의해 타이어가 회전하고,
    상기 클러치가 상기 허브판으로부터 분리되면, 상기 강성조절부재의 강성을 조절할 수 있는, 적응형 가변 바퀴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러치는,
    상기 바퀴축에 설치되는 클러치 모터;
    상기 바퀴축에 대해 슬라이드 이동 가능하도록 설치되며, 상기 허브판에 선택적으로 결합되는 클러치판; 및
    상기 클러치 모터에 의해 작동하며, 상기 클러치판이 상기 허브판에 선택적으로 결합되도록 하는 캠기구;를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 허브판은 중앙에 마련된 내치차를 포함하며,
    상기 클러치판의 외주면에는 상기 허브판의 내치차에 치합되는 복수의 치가 마련되는, 적응형 가변 바퀴.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 캠기구는,
    상기 클러치 모터의 샤프트에 결합되는 캠; 및
    상기 클러치판의 일측면에 마련되며, 상기 캠에 의해 이동하는 캠 팔로우;를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성조절부재는,
    상기 바퀴축의 일단에 설치되는 지지원판;
    상기 지지원판에 회전 가능하게 설치되며, 관통공을 포함하는 복수의 스프링 기어;
    상기 복수의 스프링 기어의 관통공에 회전 가능하게 설치되는 복수의 스프링 축;
    상기 복수의 스프링 기어와 상기 복수의 스프링 축 사이에 설치되며, 일단은 상기 복수의 스프링 기어에 고정되고, 타단은 상기 복수의 스프링 축에 고정되는 복수의 태엽 스프링; 및
    상기 바퀴축의 일단에 고정되며, 상기 복수의 스프링 기어와 치합되는 구동 기어;를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 강성조절부재는 상기 바퀴축의 양단에 마련되는, 적응형 가변 바퀴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 강성전달 링크부재는 각각,
    상기 바퀴축의 일단에 설치되는 지지원판;
    상기 지지원판의 일면에 상기 바퀴축을 중심으로 반지름 방향으로 직선 이동할 수 있도록 설치되며, 상기 타이어의 내면을 지지하는 슬라이드 링크;
    일단이 상기 강성조절부재에 연결되며, 상기 강성조절부재와 일체로 회전하는 스프링 링크; 및
    상기 스프링 링크의 타단과 상기 슬라이드 링크의 하단을 회전 가능하게 연결하는 연결 링크;를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬라이드 링크에 길이방향으로 형성된 안내 장공;
    상기 슬라이드 링크의 안내 장공에 연결되며, 상기 슬라이드 링크에 대해 회동 가능하게 설치되는 티형 링크;
    상기 티형 링크와 상기 슬라이드 링크의 선단을 회전 가능하게 연결하는 서브 연결 링크;
    상기 티형 링크의 일단과 상기 허브판을 회전 가능하게 연결하는 제1지지 링크; 및
    상기 티형 링크의 타단과 상기 허브판을 회전 가능하게 연결하는 제2지지 링크;를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 허브판은 외주면을 따라 일정 간격으로 마련되며, 상기 허브판의 외주면에서 돌출되는 복수의 허브암을 포함하며,
    상기 제1지지 링크의 타단과 상기 제2지지 링크의 타단은 상기 복수의 허브암 중 인접한 2개의 허브암에 회전 가능하게 연결되는, 적응형 가변 바퀴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 강성전달 링크부재의 일측에 설치되며, 상기 타이어가 상기 강성조절부재의 최대 강성으로 지지될 때, 상기 타이어의 내주면을 원주방향으로 지지하도록 형성되는 복수의 텐셔너;를 더 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 텐셔너는 상기 복수의 강성전달 링크부재의 동작에 따라 상기 복수의 텐셔너를 작동시키는 복수의 텐셔너 작동부재를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 텐셔너는 각각,
    상기 타이어의 내주면에 설치되는 제1텐션편과 제2텐션편을 포함하며,
    상기 제1텐션편의 일단과 상기 제2텐션편의 일단은 상기 타이어의 내주면에 설치된 텐션축에 대해 회전 가능하게 설치되고,
    상기 제1텐션편의 일단에는 평탄부가 마련되며, 상기 제1텐션편의 타단은 상기 타이어의 내주면에 설치된 제1텐션축에 대해 회전 가능하게 설치되며,
    상기 제2텐션편의 일단에는 평탄부가 마련되며, 상기 제2텐션편의 타단은 상기 타이어의 내주면에 설치된 제2텐션축에 대해 회전 가능하게 설치되는, 적응형 가변 바퀴.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 타이어는 플렉시블한 에어리스 타이어를 포함하는, 적응형 가변 바퀴.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 타이어는,
    중공의 원통 형상의 내피;
    상기 내피의 외측에 설치되며, 중공의 원통 형상인 외피; 및
    상기 내피와 상기 외피의 사이에 상기 내피 및 상기 외피와 접하도록 설치되며, 상기 내피의 원주방향으로 일정 간격 이격되어 설치되는 복수의 중공 원통관;을 포함하며,
    상기 내피, 상기 외피, 및 상기 복수의 중공 원통관은 탄성부재로 형성되는, 적응형 가변 바퀴.
  15. 베이스;
    상기 베이스의 하부에 설치되는 적어도 3개의 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항의 적응형 가변 바퀴; 및
    상기 적어도 3개의 적응형 가변 바퀴를 구동하는 적어도 3개의 구동 모터;를 포함하는, 이동장치.
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