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KR101386011B1 - 수동 변신 바퀴 및 그 바퀴를 갖는 로봇 - Google Patents

수동 변신 바퀴 및 그 바퀴를 갖는 로봇 Download PDF

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Publication number
KR101386011B1
KR101386011B1 KR1020120141875A KR20120141875A KR101386011B1 KR 101386011 B1 KR101386011 B1 KR 101386011B1 KR 1020120141875 A KR1020120141875 A KR 1020120141875A KR 20120141875 A KR20120141875 A KR 20120141875A KR 101386011 B1 KR101386011 B1 KR 101386011B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
leg
trigger
wheel
slide
driven
Prior art date
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Active
Application number
KR1020120141875A
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English (en)
Inventor
김유석
김한
주종남
정광필
조규진
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
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Priority to US14/173,641 priority patent/US9073587B2/en
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D57/028—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members having wheels and mechanical legs
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    • B60B33/04—Castors in general; Anti-clogging castors adjustable, e.g. in height; linearly shifting castors
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Abstract

수동 변신 바퀴 및 그 바퀴를 갖는 로봇이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수동 변신 바퀴는, 중심에 위치한 전달부회전축과 외곽에 위치한 하나 이상의 레그회전축을 갖는 휠 베이스; 상기 전달부회전축의 끝단에 회전 가능하게 결합되어 있고, 트리거 슬라이드 및 하나 이상의 조인트가 이격 배치되어 있는 힘 전달부; 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 트리거 슬라이드와 체결하기 위한 트리거 조인트를 갖는 트리거 레그; 상기 트리거 레그에 간섭되지 않도록 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 힘 전달부의 조인트와 체결하기 위한 슬라이드를 갖는 하나 이상의 피동 레그를 포함할 수 있다.

Description

수동 변신 바퀴 및 그 바퀴를 갖는 로봇{PASSIVE TRANSFORMABLE WHEEL AND ROBOT HAVING THE WHEEL}
본 발명은 평지에서는 원형의 바퀴 형상(wheel)을 유지하고, 장애물을 만나면 액추에이터(actuator) 없이 장애물과의 접촉만으로 다리 달린 바퀴 형상(legged-wheel)으로 변하는 수동 변신 바퀴 및 그 바퀴를 갖는 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 소형 로봇은 원형바퀴를 사용하여 작은 틈새를 통과할 수 있도록 주행함으로써, 무너진 건물과 같은 곳에서 조난자를 수색하거나, 군사 작전시 적의 기지탐사에 효율적일 수 있다.
그러나, 소형 로봇이 원형바퀴를 사용할 경우, 원형바퀴의 반지름 이상의 높이를 갖는 장애물은 넘어갈 수 없는 단점이 있다. 이에 대안으로 다리 달린 바퀴가 제안 되었지만, 평지 주행시 무게중심의 수직이동 때문에 주행능력이 원형바퀴보다 떨어진다.
이에 따라서 주행시에는 원형이고, 장애물을 넘어갈 때는 다리 달린 바퀴로 변신할 수 있는 변신 바퀴를 갖는 로봇이 제안된 바 있다.
발명의 배경이 되는 기술로서 하기의 특허문헌1에는 몸통부를 지지함과 아울러 보행하기 위한 다수의 구동관절들을 포함하는 종아리부와 허벅지부로 이루어진 다수의 다리부 및 다리부의 관절들을 작동 및 제어하기 위한 제어부를 포함하는 탐사용 보행로봇이 개시되어 있다. 여기서, 다수의 다리부의 종아리부 일측 종단에는 보행을 위한 발이 각각 구비되고, 발이 구비된 종아리부의 일측에는 바퀴 구동을 위한 볼 캐스터가 구비되며, 종아리부의 중심 일측에는 발 및 볼 캐스터를 선택적으로 구동시키는 회전관절수단이 구비되어 있다.
그러나, 특허문헌1의 탐사용 보행로봇은 로봇의 보행 환경에 따라 발에 의한 구름 동작, 혹은 볼 캐스터에 의한 미끄러짐 동작을 자유롭게 변경하여 이동 효율을 향상시킬 수 있을 뿐, 이동 수단으로 사용된 바퀴 구동용 볼 캐스트가 다리부의 종아리부에 존재한다는 점에서, 휠과 같은 역할을 하는 볼 캐스트 자체가 지형에 따라 수동적으로 변형되지 못하고, 그 장치 구성이 매우 복잡하므로, 소형 로봇 용도로 사용되기 어렵다.
또한, 발명의 배경이 되는 다른 기술로서 하기의 특허문헌2에는 평지 및 계단 주행이 가능한 변형 바퀴가 개시되어 있다. 종래의 평지 및 계단 주행이 가능한 변형 바퀴는 휠; 휠의 가장자리 내측에 설치되며, 회동에 의해 자유단부가 휠 외측으로 돌출되도록 일측부가 상기 휠에 축결합되는 스포크; 및 기어박스를 포함하고 있다. 여기서, 기어박스는 모터의 동력을 휠에 전달하는 휠 기어부와 스포크의 일측부에 전달하는 스포크 기어부; 및 모터와 휠 기어부 및 스포크 기어부 사이에서 휠 기어부 및 스포크 기어부에 선택적으로 연결되는 이동 기어부를 갖고 있다.
그러나, 특허문헌2는 3개의 다리에 해당하는 스포크를 휠의 바깥쪽으로 펼치기 위한 모터에 의해 동작되는 스포크 기어부와 같은 복잡한 기어 박스를 각 휠마다 장착하고 있으므로, 기어 박스를 구동시키기 위해 별도의 동력을 더 사용하여야 하고, 지형 지물에 대응하게 자동적으로 스포크를 펼칠 수 없는 단점이 있다.
즉, 특허문헌2는 휠의 구동 및 스포크의 펼침을 위해서 이동 액추에이터 및 회전 액추에이터와 같이 상대적으로 많은 부품을 사용하여 복잡한 구조를 가지고 있고, 이동 액추에이터 및 회전 액추에이터를 구동시키기 위해 큰 용량의 배터리가 필요하므로, 소형로봇에는 적합하지 않는 단점이 있다.
공개특허 제10-2010-0020664호 공개특허 제10-2010-0020664호
본 발명의 실시예는 액추에이터에 의해 변신이 이루어지지 않고, 지형 지물 또는 노면과의 마찰에 의한 수동적인 변신이 이루어지는 수동 변신 바퀴를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 수동 변신 바퀴를 장착하여 주행시에는 원형의 바퀴 형상을 가지고 있다가, 장애물을 넘어가려고 할 때 마찰에 의해 트리거 레그 및 다수의 피동 레그가 펼쳐진 다리 달린 바퀴 형상으로 변신될 수 있는 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 중심에 위치한 전달부회전축과 외곽에 위치한 트리거 레그회전축 및 하나 이상의 피동 레그회전축을 갖는 휠 베이스; 상기 전달부회전축의 끝단에 회전 가능하게 결합되어 있고, 트리거 슬라이드 및 하나 이상의 조인트가 이격 배치되어 있는 힘 전달부; 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 트리거 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 트리거 슬라이드와 체결하기 위한 트리거 조인트를 갖는 트리거 레그; 및 상기 트리거 레그에 간섭되지 않도록 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 피동 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 힘 전달부의 조인트와 체결하기 위한 슬라이드를 갖는 하나 이상의 피동 레그를 포함하는 수동 변신 바퀴가 제공될 수 있다.
또한, 상기 트리거 레그가 노면과의 마찰력에 의해 회전하면서 펼쳐질 때, 상기 트리거 조인트가 상기 힘 전달부의 슬라이드를 통해 상기 힘 전달부를 회전시키고, 상기 힘 전달부의 회전에 따라, 상기 힘 전달부의 조인트가 상기 피동 레그의 슬라이드를 통해 상기 피동 레그를 모두 회전시켜 펼쳐질 수 있다.
또한, 상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그는, 노면쪽의 레그 외측 또는 내측에 결합된 그립부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 피동 레그는, 상기 트리거 레그에 간섭되지 않도록 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 휠 베이스의 제 1 피동 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되어 있고, 상기 힘 전달부의 제 1 조인트와 체결하기 위한 제 1 슬라이드가 마련된 제 1 피동 레그; 및 상기 제 1 피동 레그 및 상기 트리거 레그의 사이로 제 2 피동 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 힘 전달부의 제 2 조인트와 체결하기 위한 제 2 슬라이드가 마련된 제 2 피동 레그를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트리거 슬라이드 및 상기 슬라이드는, 상기 트리거 조인트 또는 상기 힘 전달부의 조인트의 이동경로에 대응한 호(arc)의 절반 부분으로 상기 트리거 슬라이드 및 상기 슬라이드 각각의 일측부를 형성하고, 상기 호의 나머지 절반 부분으로 상기 트리거 슬라이드 및 상기 슬라이드 각각의 타측부를 형성하고 있을 수 있다.
또한, 상기 슬라이드의 일측부 및 타측부는, 상기 조인트의 이동경로에 해당하는 상기 호의 곡률과 일치하는 곡률을 가질 수 있다.
또한, 상기 트리거 레그회전축 및 상기 피동 레그가 결합된 피동 레그회전축 중 하나 이상에는, 다리 달린 바퀴 형상과 같이 펼친 상태의 상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그를 원래의 바퀴 형상으로 복원시키는 탄성부재가 결합되어 있을 수 있다.
또한, 상기 트리거 레그는, 상기 트리거 조인트가 상기 트리거 슬라이드에 체결되도록 상기 트리거 슬라이드를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부; 상기 링크부에 일체형으로 형성되어 있고 상기 휠 베이스의 트리거 레그회전축과 결합되는 꺾임부; 및 상기 꺾임부에서 상기 수동 변신 바퀴의 외곽선에 대응하게 연장되어 있는 지지부를 포함하고, 상기 트리거 조인트는 상기 트리거 레그의 상기 링크부의 측면에 돌출되어 있을 수 있다.
또한, 상기 피동 레그는, 상기 피동 레그의 슬라이드가 상기 힘 전달부의 조인트에 체결되도록 상기 조인트의 저부를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부; 상기 링크부와 일체형으로 형성되어 있고 상기 휠 베이스의 피동 레그회전축과 결합되는 꺾임부; 및 상기 꺾임부에서 상기 수동 변신 바퀴의 외곽선에 대응하게 연장된 지지부를 포함하고, 상기 피동 레그의 슬라이드는 상기 피동 레그의 상기 링크부의 측면에서 홈 또는 구멍 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그는, 상기 트리거 레그의 끝단, 상기 트리거 레그의 지지부의 외측, 및 피동 레그의 지지부의 외측에 마련된 평활부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 조인트와 다수의 슬라이드를 트리거 레그와 다수의 피동 레그 및 힘 전달부에 비대칭적으로 설치한 수동 변신 바퀴에 있어서, 상기 조인트 중 어느 하나의 조인트가 상기 트리거 레그에 마련되고, 상기 조인트 중 나머지 조인트가 상기 힘 전달부에 마련되고, 상기 슬라이드 중 어느 하나의 슬라이드가 상기 힘 전달부에 마련되고, 상기 슬라이드 중 나머지 슬라이드가 각각 상기 피동 레그에 마련되고, 상기 트리거 레그가 노면과의 마찰력에 의해 회전하면서 펼쳐질 때, 상기 하나의 조인트가 상기 힘 전달부의 슬라이드를 통해 상기 힘 전달부를 회전시키고, 상기 힘 전달부의 회전에 따라, 상기 힘 전달부의 나머지 조인트가 상기 피동 레그의 슬라이드를 통해 상기 피동 레그를 각각 회전시켜 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴가 제공될 수 있다.
또한, 본 실시예의 또 다른 측면에 다르면, 상기 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇에 있어서, 상기 로봇은, 상기 로봇을 제어하기 위한 회로부가 설치된 몸체부; 상기 몸체부의 전방에 위치하고, 상기 하나 이상의 수동 변신 바퀴를 구동시키는 모터부가 설치되어 있는 프레임부; 및 상기 몸체부와 프레임부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇이 제공될 수 있다.
또한, 상기 로봇은, 상기 수동 변신 바퀴로부터 몸체부 쪽으로 전달되는 충격을 완충시키는 완충부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 완충부는, 상기 프레임부의 지지판에 결합된 완충샤프트; 및 상기 완충샤프트를 따라 수직 이동 가능한 모터마운트의 날개부를 탄성 지지하도록, 상기 완충샤프트에 결합된 탄성부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결부는, 상기 프레임부의 지지판에 설치된 힌지 브래킷; 상기 몸체부의 플레이트에 설치된 힌지 돌기; 상기 힌지 브래킷 및 힌지 돌기를 서로 회전 가능하게 연결한 조인트축; 및 상기 지지판 및 상기 플레이트가 제한된 각도 범위 내에서 회동을 될 수 있게 상기 플레이트를 지지하는 정지턱을 포함할 수 있다.
본 실시예의 수동 변신 바퀴는 마찰에 의해 트리거 레그 및 다수의 피동 레그가 펼쳐지는 간단한 구조를 가지고 있음에 따라, 부품 개수를 상대적으로 줄일 수 있고, 제조단가를 낮추면서 제조공정이 단순하여 대량생산이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 여러 대가 동시에 탐사할 경우 그 효율을 비약적으로 증가시킬 수 있으므로, 대량생산을 통해 로봇의 군집활동을 가능하게 할 수 있는 파생효과를 가지고 있다.
또한, 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 평지에서는 바퀴 형상에 의해 신속하게 주행이 가능하고, 턱, 계단 등과 같이 평지보다 돌출된 지형을 갖는 곳에서는 마찰에 의해 자발적으로 트리거 레그 및 다수의 피동 레그가 펼쳐져서 다리 달린 바퀴 형상으로 변신됨에 따라, 무너진 건물의 틈새를 통과하여 무너진 건물 내부의 조난자를 수색하거나, 군사 작전시 적의 기지탐사에 효율적으로 사용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 각 모터부가 수동 변신 바퀴를 구동시키도록 구성되어 있고, 수동 변신 바퀴의 트리거 레그 및 피동 레그가 마찰에 의해 펼쳐지도록 되어 있으므로, 구동 및 펼침을 위해 별도의 액추에이터를 사용하는 로봇에 비해 동력 소모가 작은 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수동 변신 바퀴의 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수동 변신 바퀴의 배면도이다.
도 4는 조인트가 슬라이드를 회전시키는 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 슬라이드가 조인트를 회전시키는 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 트리거 레그와 피동 레그의 조인트 및 슬라이드 배치 구조를 보인 투시 정면도이다.
도 7은 조인트가 슬라이드를 돌리는데 필요한 힘과, 슬라이드가 조인트를 돌리는데 필요한 힘을 보인 그래프이다.
도 8은 조인트의 이동경로와 이와 같은 곡률을 가지는 슬라이드의 형상에 관한 도면이다.
도 9는 수동 변신 바퀴가 장애물을 올라가는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 스텝1과 스텝2의 상태와, 수동 변신 바퀴의 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 1에 도시된 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇의 평면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 완충부를 보인 도면이다.
도 13은 도 11에 도시된 연결부를 보인 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 특히, 본 실시예는 배경 기술로 언급된 프리폼 검사장치에도 적용 가능할 수 있고, 이에 따라 배경 기술로 인해 이해될 수 있거나, 구성상 유사한 구성에 대해서는 본 실시예의 설명에 포함되지 않을 수 있다.
본 실시예에 대한 설명에서 각종 슬라이드는 파여 있는 구멍 형상 또는 홈 형상으로 형성되어 있을 수 있다. 또한, 각종 조인트는 슬라이드에 끼워지는 핀이거나, 핀 형상을 갖는 돌출 부재를 지칭할 수 있다.
또한, 본 실시예에 대한 설명에서 수동 변신 바퀴의 수동이란 의미는 사람이 인위적으로 동작시키는 것을 의미하지 않고, 트리거 레그로 인해 유발된 돌림힘에 의해 피동적(passive)으로 동작이 수반된다는 것을 의미하거나, 또는 레그의 펼침, 접힘이 별도의 모터, 액추에이터를 사용하지 않고 마찰력에 의해 유발될 수 있는 것을 의미할 수 있다.
또한, 본 실시예에 대한 설명에서 노면이란 로봇의 주행이 이루어지는 모든 표면, 주행면 또는 마찰면 등을 의미하거나, 또는 수동 변신 바퀴가 접촉하는 표면 또는 장애물 주변의 바닥면 및 측면을 통칭하는 의미일 수 있다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 로봇을 제어하기 위한 회로부(110)가 설치된 몸체부(100)와, 하나 이상의 수동 변신 바퀴(210)가 설치된 프레임부(200)와, 몸체부(100) 및 프레임부(200)를 연결하는 연결부(300)(도 13 참조)를 포함할 수 있다.
몸체부(100)는 회로부(110), 플레이트(120), 지지단부(130)를 포함할 수 있다.
회로부(110)는 로봇의 전반적인 작동(예: 주행, 통신, 트랙킹 등)을 제어하는 전자회로소자로 이루어져 있을 수 있다.
예컨대, 회로부(110)는 전원부(250)(예: 리튬이온 배터리)의 전원으로 동작되는 것으로서, 수동 변신 바퀴(210)에 구동력을 제공하는 모터부(260)의 출력샤프트의 회전을 제어할 수 있다.
모터부(260)는 수동 변신 바퀴(210)별로 마련될 수 있다. 즉, 각 모터부(260)의 출력샤프트는 수동 변신 바퀴(210)를 구동시키는 역할을 담당할 수 있다.
모터부(260)는 일종의 기어드모터 일 수 있다. 예컨대, 모터부(260)는 회로부(110)에 전선으로 접속된 모터(261)(예: DC 모터)와, 모터 회전수를 감속 기어비에 대응하게 조절하여 출력샤프트를 회전시키도록 모터(261)에 결합된 기어박스(262)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터부(260)의 출력샤프트는 기어박스(262)의 출력측 회전샤프트로서, 수동 변신 바퀴(210)의 Y자 형상의 휠 베이스(214)(wheel base)에 회전력을 전달할 수 있도록, 휠 베이스(214)의 측면 중심에 연결되어 있을 수 있다.
플레이트(120)는 회로부(110)가 장착되어 있는 판 형상 구조물을 지칭할 수 있다.
지지단부(130)는 플레이트(120)의 후방쪽 단부에 결합되는 것으로서, 결합된 쪽의 반대쪽의 지지단부(130) 끝부위가 노면에 접촉되어 몸체부(100)를 지지하는 역할을 담당할 수 있다. 여기서, 지지단부(130)는 볼 캐스터, 별도의 트레일링 휠 등으로 대체 설계될 수 있다. 또한, 지지단부(130)는 플레이트(120)의 후방쪽 단부와 회전 가능하게 서로 체결될 수 있고, 정지턱(미 도시)을 구비하여 수평 상태에서 체결 부위를 중심으로 아래쪽으로 접힐 수 있으나, 위쪽으로는 접히지 않도록 되어 있을 수 있다.
프레임부(200)는 평지를 바퀴 형상으로 주행하다가 평지보다 돌출된 지형과의 마찰에 의해 트리거 레그(211) 및 피동 레그(212, 213)를 펼쳐서 다리 달린 바퀴 형상으로 변신하는 수동 변신 바퀴(210)와, 수동 변신 바퀴(210)를 회전시키는 모터부(260)를 장착시키기 위한 모터마운트(270)와, 모터마운트(270)의 저부에 위치한 지지판(280)과, 지지판(280)을 기반으로 모터마운트(270)를 탄성 지지하도록 현가 장치 구성을 갖는 완충부(290)(도 12 참조)를 포함할 수 있다.
지지판(280)의 상면 전방측에는 모터부(260)가 위치될 수 있고, 지지판(280)의 상면 후방측에는 전원부(250)가 위치될 수 있다.
아울러, 트리거 레그(211) 및 피동 레그(212, 213)는 노면쪽 레그 외측 또는 내측에 결합된 그립부(G)를 더 포함할 수 있다. 그립부(G)는 트리거 레그(211) 및 피동 레그(212, 213)의 다른 부재보다 마찰력이 큰 재질로 이루어질 수 있고, 예컨대 고무로 형성될 수 있고, 노면과의 마찰이 잘 전달될 수 있게 하는 역할을 담당할 수 있다. 또한, 그립부(G) 중에서 트리거 레그(211) 및 피동 레그(212, 213)의 내측에 결합된 그립부는 트리거 레그(211) 및 피동 레그(212, 213)의 끝단에서 안쪽으로 꺾인 부위(g4)를 의미할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 수동 변신 바퀴의 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수동 변신 바퀴의 배면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 수동 변신 바퀴(210)는 크게, 휠 베이스(214), 힘 전달부(215)(force transmitter), 1개의 트리거 레그(211), 하나 이상의 피동 레그(212, 213)를 포함할 수 있다.
수동 변신 바퀴(210)는 모터부의 부하가 허용하는 범위 내에서 트리거 레그(211)와 피동 레그(미 도시) 1개로 이루어질 수 있고, 이를 확장 설계할 경우, 피동 레그(212, 213)는 2개 이상으로도 구성 가능하나, 이하의 설명에서는 트리거 레그(211)와 2개의 피동 레그(212, 213)를 기준으로 설명하고자 한다.
수동 변신 바퀴(210)는 휠(wheel) 역할과 다리(leg) 역할을 담당하도록, 총 하나 이상(예: 총 3개)의 레그(211, 212, 213)들, 더욱 상세하게 트리거 레그(211), 제 1, 제 2 피동 레그(212, 213)를 가질 수 있다. 여기서, 레그(211, 212, 213)들은 힘 전달부(215)를 통해 서로 이어져 있어서, 수동 변신 바퀴(210) 전체의 자유도는 1이며, 연결 부위는 조인트(211a, 215b, 215c)와 슬라이드(212a, 213a, 215a)를 이용한 링크 시스템(linkage system)으로 구성될 수 있다.
이하, 수동 변신 바퀴(210)에 대하여 더욱 상세히 설명하고자 한다.
휠 베이스(214)는 Y자 형상을 갖는 부재로서, 도 1에 도시된 모터부(260)의 출력샤프트(263)의 끝단에 연결되어 있을 수 있다.
즉, 휠 베이스(214)는 다른 부품을 정 위치에 위치시키는 역할과 수동 변신 바퀴(210)를 모터부(260)의 출력샤프트(263)에 연결시키는 역할을 하고 있다.
여기서, 모터부(260)의 출력샤프트(263)의 끝단은 휠 베이스(214)의 일측면 중심부에 연결되어 있을 수 있다. 모터부(260)의 출력샤프트(263)의 끝단과 휠 베이스(214)의 일측면 중심부간 연결 방식으로는, 예컨대, 출력샤프트(263)의 끝단에는 볼트구멍을 갖는 플랜지(미 도시)가 있고, 휠 베이스(214)의 일측면 중심부에는 출력샤프트(263)의 끝단의 플랜지의 볼트구멍에 일치되는 체결구멍(미 도시)이 마련되어 있을 경우, 출력샤프트(263)와 휠 베이스(214)가 볼트 및 플랜지에 의해 서로 연결될 수 있거나, 또는 다른 방식으로서, 일반적인 회전축의 나사 결합과 같이 출력샤프트(263)의 끝단 나사부(미 도시)와 그 끝단 나사부에 나사 결합된 휠 베이스(214)의 나사 구멍(미 도시)간 나사 결합되는 방식 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되지 않을 수 있다.
또한, 휠 베이스(214)의 타측면 중심에는 힘 전달부(215)의 중심구멍과 결합되어, 힘 전달부(215)를 회전 가능하게 지지하는 전달부회전축(214a)이 돌출되어 있을 수 있다. 전달부회전축(214a)의 끝단과 힘 전달부(215)의 중심구멍은 베어링, 멈춤링 및 링체결홈 등과 일반적인 회전체 체결수단(미 도시)를 이용하여 서로 회전 가능하게 결합되어 있을 수 있다.
또한, 휠 베이스(214)의 타측면 외곽(예: Y자 형상에서 각각의 끝단부)에는 상기 전달부회전축(214a)과 동일한 돌출방향을 따라서 다수의 레그회전축(214b, 214c, 214d)이 돌출되게 형성되어 있을 수 있다.
여기서, 다수의 레그회전축(214b, 214c, 214d)은 트리거 레그회전축(214b)로서 지칭되거나, 제 1, 제 2 피동 레그회전축(214c, 214d)로서 지칭될 수 있다.
각 레그회전축(214b, 214c, 214d)은 트리거 레그(211) 및 2개의 피동 레그(212, 213)별 레그 꺾임부(L2, L5)의 회전구멍에 끼워질 수 있다. 즉, 트리거 레그(211) 및 2개의 피동 레그(212, 213)는 각각 레그회전축(214b, 214c, 214d)을 기준으로 회전 가능하게 결합되어 있다.
힘 전달부(215)는 원반형 플레이트 부재로서, 휠 베이스(214)의 전달부회전축(214a)의 끝단에 회전 가능하게 결합되어 있다.
여기서, 힘 전달부(215)와 휠 베이스(214)의 사이에는 전달부회전축(214a)의 축길이에 대응한 레그 배치 공간이 형성되어 있을 수 있다.
이러한 힘 전달부(215)와 휠 베이스(214)의 사이의 레그 배치 공간에는 트리거 레그(211) 및 피동 레그(212, 213)가 차례로 원주방향을 따라 상호 간섭되지 않도록 위치될 수 있다.
힘 전달부(215)의 중심에는 휠 베이스(214)의 전달부회전축(214a)의 끝단과 결합될 수 있는 중심구멍이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 힘 전달부(215)에는 트리거 슬라이드(215a), 제 1 조인트(215b) 및 제 2 조인트(215c)가 이격 배치되어 있을 수 있다. 즉, 트리거 슬라이드(215a), 제 1 조인트(215b) 및 제 2 조인트(215c)는 힘 전달부(215)의 중심구멍을 기준으로 미리 정한 각도(예: 원호각도 120°) 간격을 이루도록 이격 배치되어 있을 수 있다.
또한, 트리거 슬라이드(215a)는 힘 전달부(215)의 중심구멍과 힘 전달부(215)의 원주면 사이에서 힘 전달부(215)의 반지름 방향을 따라 연장된 원호형의 장공을 의미할 수 있다.
또한, 제 1 조인트(215b) 및 제 2 조인트(215c)는 제 1, 2 슬라이드(212a, 213a)를 통해서 힘 전달부(215)의 돌림힘을 각 피동 레그(212, 213)에 동시에 전달하는 역할을 담당할 수 있다.
트리거 레그(211)는 휠 베이스(214) 및 힘 전달부(215) 사이로 휠 베이스(214)의 트리거 레그회전축(214b)에서 회전 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 이런 트리거 레그(211)는 힘 전달부(215)의 트리거 슬라이드(215a)와 체결하기 위한 트리거 조인트(211a)를 가질 수 있다.
여기서, 트리거 레그(211)는 트리거 조인트(211a)가 트리거 슬라이드(215a)에 체결되도록 트리거 슬라이드(215a)를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부(L1)와, 링크부(L1)에 일체형으로 형성되어 있고 트리거 레그회전축(214b)과 결합되는 꺾임부(L2)와, 꺾임부(L2)에서 수동 변신 바퀴(210)의 외곽선(예: 수동 변신 바퀴가 원형의 바퀴 형상으로 변신되어 있을 때의 외곽선)에 대응하게 연장되어 있는 지지부(L3)를 포함한다. 여기서, 트리거 조인트(211a)는 트리거 레그(211)의 링크부(L1)의 측면에 돌출되어 있을 수 있다.
트리거 레그(211)의 트리거 조인트(211a)와 힘 전달부(215)의 트리거 슬라이드(215a) 사이에는 유격이 있을 수 있고, 이로 인해 트리거 레그(211)의 끝단(211b)이 수동 변신 바퀴(210)의 외곽선(예: 제 1 피동 레그의 외주면의 원주 연장선 또는 부분적으로 직선을 포함하나 전체적으로 원형에 가까운 수동 변신 바퀴 레이아웃 선)의 바깥쪽으로 일부 돌출될 수도 있다.
즉, 수동 변신 바퀴(210)의 주행, 즉 회전 도중에서, 트리거 레그(211)의 외표면이 장애물의 측면에 접촉하거나, 또는 트리거 레그(211)의 끝단이 장애물에 걸릴 때 마찰력이 발생될 수 있다. 이러한 마찰력은 트리거 레그(211)와 휠 베이스(214)간 연결점인 트리거 레그회전축(214b)을 기준으로 트리거 레그(211)를 회전시키고, 이러한 트리거 레그(211)의 회전과 함께 힘 전달부(215)도 회전시키고, 이와 동시에 제 1, 제 2 피동 레그(212, 213)도 제 1, 제 2 피동 레그회전축(214c, 214d)를 기준으로 회전시킨다.
즉, 트리거 레그(211)의 트리거 조인트(211a)가 트리거 슬라이드(215a)를 통해 트리거 레그(211)의 회전에 대응한 돌림힘을 힘 전달부(215)에 전달한다. 이때, 트리거 슬라이드(215a)가 휠 베이스(214)의 전달부회전축(214a)로부터 편심되게 위치되어 있으므로, 그 결과, 힘 전달부(215)는 휠 베이스(214)의 전달부회전축(214a)를 기준으로 회전될 수 있다.
이렇게 회전되는 힘 전달부(215)의 제 1 조인트(215b) 및 제 2 조인트(215c)도 역시 휠 베이스(214)의 전달부회전축(214a)로부터 편심되게 위치되어 있으므로, 휠 베이스(214)의 전달부회전축(214a)를 기준으로 선회될 수 있다.
이와 동시에, 제 1 조인트(215b) 및 제 2 조인트(215c)는 힘 전달부(215)의 돌림힘에 의해 선회하면서, 제 1, 2 슬라이드(212a, 213a)를 통해 각 피동 레그(212, 213)에 상기 힘 전달부(215)의 돌림힘을 전달하고, 결국 각 피동 레그(212, 213)가 펼쳐질 수 있다.
특히, 2개의 피동 레그(212, 213) 중에서 제 1 피동 레그(212)는 수동 변신 바퀴(210)의 원주 방향을 따라 트리거 레그(211)의 다음 위치에 위치할 수 있다.
이러한 제 1 피동 레그(212)는 트리거 레그(211)에 간섭되지 않도록 휠 베이스(214) 및 힘 전달부(215) 사이로 휠 베이스(214)의 제 1 피동 레그회전축(214c)에서 회전 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 여기서, 제 1 피동 레그(212)는 제 1 조인트(215b)와 체결하기 위한 제 1 슬라이드(212a)를 가질 수 있다.
또한, 제 1 피동 레그(212)는 제 1 슬라이드(212a)가 제 1 조인트(215b)에 체결되도록 제 1 조인트(215b)의 저부를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부(L4)와, 링크부(L4)와 일체형으로 형성되어 있고 제 1 피동 레그회전축(214c)과 결합되는 꺾임부(L5)와, 꺾임부(L5)에서 수동 변신 바퀴(210)의 외곽선에 대응하게 연장된 지지부(L6)를 포함한다. 여기서, 제 1 슬라이드(212a)는 제 1 피동 레그(212)의 링크부(L4)의 측면에 형성되어 있을 수 있다.
2개의 피동 레그(212, 213) 중에서 제 2 피동 레그(213)는 제 1 피동 레그(212) 및 상기 트리거 레그(211)의 사이에 위치할 수 있다.
이러한 제 2 피동 레그(213)는 휠 베이스(214) 및 힘 전달부(215) 사이로 휠 베이스(214)의 제 2 피동 레그회전축(214d)에서 회전 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 여기서, 제 2 피동 레그(213)는 제 2 조인트(215c)와 체결하기 위한 제 2 슬라이드(213a)를 가질 수 있다.
아울러, 제 2 피동 레그(213)는 제 1 피동 레그(212)와 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 제 2 피동 레그(213)는 제 2 슬라이드(213a)가 제 2 조인트(215c)에 체결되도록 제 2 조인트(215c)의 저부를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부와, 링크부와 일체형으로 형성되어 있고 제 2 피동 레그회전축(214d)과 결합되는 꺾임부와, 꺾임부에서 수동 변신 바퀴(210)의 외각선에 대응하게 형성된 지지부를 포함한다. 여기서, 제 2 슬라이드(213a)는 제 2 피동 레그(213)의 링크부의 측면에 형성되어 있을 수 있다.
앞서 언급한 트리거 레그(211) 및 제 1, 제 2 피동 레그(212, 213) 각각의 지지부(L3, L6)는, 수동 변신 바퀴(210)가 바퀴 형상일 때 노면 또는 장애물 주변의 바닥면에 접촉하는 구름 표면을 제공하는 역할을 담당하거나, 수동 변신 바퀴(210)가 다리 달린 바퀴 형상일 때 노면 또는 바닥면 또는 장애물의 상면을 따라 보행하는 역할을 담당할 수 있다.
또한, 트리거 레그회전축(214b)에는 다리 달린 바퀴 형상과 같이 펼친 상태의 트리거 레그(211)를 원래의 바퀴 형상의 위치(예: 접힘 상태)로 복귀시키는 탄성부재(N)(예: 비틀림 스프링 등)이 결합되어 있을 수 있다.
즉, 트리거 레그(211) 및 제 1, 제 2 피동 레그(212, 213)는 장애물의 측면과의 마찰력에 의해 발생된 돌림힘으로 탄성부재(N)의 탄성력을 이겨 내면서 다리 달린 바퀴 형상과 같이 펼쳐지고, 장애물을 승월하여 평지 주행시, 돌림힘의 크기가 줄어들거나 제거됨에 따라, 탄성부재(N)의 탄성복원력에 의해 원래의 바퀴 형상으로 되돌아 와서 접힌 상태가 될 수 있다. 이러한 탄성부재(N)의 체결 구조는 통상적인 비틀림 스프링 설치 방법에 준하여 이루어질 수 있다. 즉, 탄성부재(N)는, 탄성부재(N)의 코일 형상의 부위가 트리거 레그회전축(214b)에 끼워져 있고, 탄성부재(N)의 일측 단부가 트리거 레그(211)에 연결되고, 탄성부재(N)의 타측 단부가 휠 베이스(214)에 연결되어 있을 수 있다.
이러한 탄성부재(N)는 장애물을 넘으면 자동으로 트리거 레그(211)를 원위치로 돌아가게 만들기 때문에, 힘 전달부(215) 및 제 1, 제 2 피동 레그(212, 213)도 모두 원위치될 수 있다.
도 4는 조인트가 슬라이드를 회전시키는 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 슬라이드가 조인트를 회전시키는 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도면부호 'e1'은 조인트 돌림힘의 작용 방향을 나타낼 수 있다. 제 1 화살표(F1)는 중심(예: 레그회전축)을 기준으로 조인트 돌림힘을 나타내고, 제 2 화살표(F2)는 슬라이드가 돌아가야 하는 방향을 나타낸다. 조인트가 슬라이드를 돌리기 시작할 때, 조인트와 슬라이드의 최초의 접촉점(C)은 슬라이드의 중간부분에 위치하고, 이 접촉점(C)에서 제 1 화살표(F1)과 제 2 화살표(F2) 사이의 각도(d1)는 90° 보다 작게 된다. 따라서 조인트의 돌림힘은 슬라이드가 돌아가야하는 방향에 영향을 미칠 수 있어서 조인트는 슬라이드를 돌릴 수 있게 된다.
이에 비교하여, 도 5를 참조하면, 도면부호 'e2'는 슬라이드 돌림힘의 작용 방향을 나타낼 수 있다. 제 3 화살표(F3)는 조인트가 돌아가야 하는 방향이고, 제 4 화살표(F4)는 슬라이드의 돌림힘이다. 슬라이드가 조인트를 돌리기 시작할 때, 제 3 화살표(F3)와 제 4 화살표(F4) 사이의 각도(d2)는 90도°일 수 있으므로 슬라이드의 돌림힘은 조인트가 돌아가야하는 방향에 영향을 미칠 수 없어서 슬라이드는 조인트를 돌리지 못하거나, 조인트가 슬라이드를 돌리는 힘에 비해 매우 큰 힘이 요구되거나 링크 시스템을 파손시킬 수 있다.
또한, 제 3 화살표(F3)와 제 4 화살표(F4)가 회전운동의 처음과 끝부분에서 이루는 각도가 90도가 될 때, 수동 변신 바퀴의 변형률은 최대가 되므로, 슬라이드가 조인트를 돌리는 구조는 본 실시예의 수동 변신 바퀴의 설계에 적합하지 않음을 알 수 있다.
도 6은 트리거 레그와 피동 레그의 조인트 및 슬라이드 배치 구조를 보인 투시 정면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예는 3개의 조인트(211a, 215b, 215c)와 3개의 슬라이드(212a, 213a, 215a)를 3개의 레그(211, 212, 213)와 힘 전달부(215)에 비대칭적으로 설치함을 특징으로 할 수 있다.
즉 조인트(211a, 215b, 215c) 3개 중 하나의 조인트, 즉 트리거 조인트(211a)는 트리거 레그(211)에 설치하고 나머지 2개의 조인트, 즉 제 1, 제 2 조인트(215b, 215c)는 힘 전달부(215)에 설치하고, 슬라이드(212a, 213a, 215a) 3개 중 하나의 슬라이드, 트리거 슬라이드(215a)는 힘 전달부(215a)에 설치하고 나머지 2개의 슬라이드, 즉 제 1, 제 2 슬라이드(212a, 213a)는 각각 피동 레그(212, 213)에 설치함으로써, 조인트(211a, 215b, 215c)와 슬라이드(212a, 213a, 215a)간 총 3개의 연결지점에서 각 조인트(211a, 215b, 215c)가 각 슬라이드(211a, 215b, 215c)를 돌리도록 되어 있다.
도 7은 조인트가 슬라이드를 돌리는데 필요한 힘과, 슬라이드가 조인트를 돌리는데 필요한 힘을 보인 그래프이다.
도 7의 그래프는 조인트가 슬라이드를 돌리는 구조와 슬라이드가 조인트를 돌리는 구조에서 필요한 돌림힘들을 분석한 가상 시뮬레이션에 의해 얻은 것으로서, 위에서 언급한 바와 같이 조인트가 슬라이드를 돌리는 것이 슬라이드가 조인트를 돌리는 것보다 수동 변신 바퀴의 설계에 적합하다는 내용과 동일한 결과를 나타내고 있다.
즉, 도 7에서 (a)는 전자(조인트가 슬라이드를 돌림)에서 필요한 돌림힘을, (b)는 후자(슬라이드가 조인트를 돌림)에서 필요한 돌림힘을 나타낸다.
예컨대, (a)에서 최대 돌림힘은 20 Nmm이고 (b)에서 최대 돌림힘은 100 ~ 120 Nmm이다.
또한, 각종 실험을 통해 알아본 바, 일자형의 슬라이드는 조인트의 이동방향에 대하여 일자형 슬라이드가 간섭을 일으키기 때문에 수동 변신 바퀴의 부품들의 회전운동에 적합하지 않음을 알 수 있다.
따라서 본 실시예에서는 도 2, 도 3 및 도 6의 슬라이드(212a, 213a, 215a)는 호(arc)를 가지고 있고, 수동 변신 바퀴가 변신하는데 필요한 돌림힘이 최소가 되도록 하였다.
도 8은 조인트의 이동경로와 이와 같은 곡률을 가지는 슬라이드의 형상에 관한 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 8의 (a)에서 제 1 호(K1)는 조인트[예: 트리거 조인트(211a), 제 1, 제 2 조인트]의 이동경로를, 제 2 호(K2)는 슬라이드[예: 트리거 슬라이드(215a), 제 1, 제 2 슬라이드]의 이동경로를 나타낸다. 도 8의 (b)에서 제 1 호(K1)는 기준선(RL)을 기준으로 슬라이드의 일측부에 해당하는 제 3 호(K3)와, 슬라이드의 타측부에 해당하는 제 4 호(K4)로 나뉘어질 수 있다. 이때, 제 3 호(K3) 및 제 4 호(K4)는 각각 조인트의 이동경로인 제 1 호(K1)의 절반 부분에 해당할 수 있다.
즉, 슬라이드는 조인트의 이동경로에 대응한 호[예: 제 1 호(K1)]의 절반 부분으로 슬라이드의 일측부를 형성하고, 호의 나머지 절반 부분으로 상기 슬라이드의 타측부를 형성하고 있고, 슬라이드의 일측부 및 타측부의 곡률은 조인트의 이동경로인 제 1 호(K1)의 곡률과 일치한다.
따라서 조인트가 회전시 우선 슬라이드 안쪽으로 간섭없이 미끄러져 들어가게 이동된 후 슬라이드와 접촉이 일어나서 슬라이드가 형성되어 있는 힘 전달부 및 피동 레그를 돌릴 수 있게 된다.
도 9는 수동 변신 바퀴가 장애물을 올라가는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 도 9의 스텝1과 스텝2의 상태와, 수동 변신 바퀴의 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9 또는 도 10을 참조하면, 본 실시예는 계단과 같이 옆면이 바닥면과 수직을 이루고 있는 장애물(T)을 넘는데 최적화 되어 있을 수 있다.
본 실시예에서는 레그(211, 212, 213)를 전개, 즉 펼치기 위한 위한 별도의 액추에이터가 사용되지 않고, 수동 변신 바퀴와 장애물간 마찰력만으로, 수동 변신 바퀴가 원형의 바퀴 형상에서 다리 달린 바퀴 형상으로 변신되거나, 탄성부재(N)에 의해 다리 달린 바퀴 형상에서 원형의 바퀴 형상으로 변신될 수 있다.
도 9의 스텝1에서 점선으로 표시한 수동 변신 바퀴가 구동, 즉 회전(M)하여 장애물(T)을 올라가는 모습을 참조하면, 제 1 장애물 접촉포인트(P1)는 제 1 피동 레그(212)와 바닥면과의 접촉점을, 제 2 장애물 접촉포인트(P2)는 트리거 레그(211)와 장애물(T)의 옆면과의 접촉점을, 제 3 장애물 접촉포인트(P3)는 트리거 레그(211)의 끝단(211b)과 바닥면과의 접촉점을 가리키고 있다.
수동 변신 바퀴의 직경보다 높은 높이의 장애물(T)을 넘기 위해서, 수동 변신 바퀴는 장애물(T)의 옆면과 접촉할 때 트리거 레그(211) 및 2개의 피동 레그(212, 213)가 모두 펴져야 하는 조건을 만족시킬 수 있다.
스텝1은 수동 변신 바퀴가 장애물(T)에 최초 접촉한 상태로서, 제 1, 2 장애물 접촉포인트(P1, P2)에서 레그(211, 212, 213)를 펴기 시작하는 상태를 나타내고 있다.
스텝2에서는 트리거 레그(211)의 끝단(211b)이 바닥면의 제 3 장애물 접촉포인트(P3)에서 미끄러지지 않고 지지되어 3개의 레그(211, 212, 213)가 모두 펴지는 다리 달린 바퀴 형상의 상태를 나타내고 있다.
스텝3와 스텝4는 각각 장애물(T)을 넘는 것과, 장애물(T)을 넘은 후 다시 탄성부재(N)에 의해 원형의 바퀴 형상으로 변신하는 것을 나타낸다.
도 10에서 (a)는 도 9의 스텝1의 상태를, 도 10의 (b)는 도 9의 스텝2의 상태를 개략적으로 나타낸 것이고, (c)는 수동 변신 바퀴의 변형예를 나타낸 것이다.
일반적으로 마찰력(Q2, Q4, Q6)은 접촉점에서의 수직항력(Q1, Q3, Q5)으로 인하여 생기는데, 제 2 장애물 접촉포인트(P2)에서 수직항력(Q1)은 제 1 장애물 접촉포인트(P1)에서의 마찰력(Q4)의 반력으로 인하여 생긴다. 그리고 제 3 장애물 접촉포인트(P3)에서의 마찰력(Q6)은 모터부의 돌림힘과 수동 변신 바퀴의 무게에 의해 생긴다.
만약 수동 변신 바퀴의 외곽선이 원형일 경우, 3차원적으로 보면 노면과 장애물과의 접촉 형태는 선분으로 불안정한 접촉이다.
이러한 불안정한 접촉을 방지하기 위하여, 도 10의 (c)의 수동 변신 바퀴의 변형예를 참조하면, 트리거 레그(211) 및 제 1 피동 레그(212)는 트리거 레그(211)의 끝단(2121b)과, 트리거 레그(211)의 지지부(L3)(도 2 참조)의 외측(211c)과, 제 1 피동 레그(212)의 지지부(L6)의 외측(212b)에 마련된 평활부(g1, g2, g3)(도 1 참조)를 더 포함할 수 있다.
즉, 평활부(g1, g2, g3)는 마찰력 증대와 안정적인 접지를 위해 트리거 레그(211) 또는 제 1 피동 레그(212)에 의도적으로 만들어진 평평한 면 형상 또는 평평한 면에 타이어 홈 형상이 형성된 형상을 가질 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇의 평면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 완충부를 보인 도면이고, 도 13은 도 11에 도시된 연결부를 보인 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 회로부(110)가 설치된 몸체부(100)와, 몸체부(100)의 전방에 위치하고 하나 이상의 수동 변신 바퀴(210)가 설치된 프레임부(200)와, 몸체부(100) 및 프레임부(200)를 연결하는 연결부(300)를 포함할 수 있다.
수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 수동 변신 바퀴(210)로부터 몸체부(100) 쪽으로 전달되는 충격을 완충시키는 완충부(290)를 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 완충부(290)는 프레임부(200)의 지지판(280)에 결합된 완충샤프트(291)와, 완충샤프트(291)를 따라 수직 이동 가능한 모터마운트(270)의 날개부(271)를 탄성 지지하도록, 완충샤프트(291)에 결합된 충격완충부재(292)를 포함할 수 있다. 여기서, 충격완충부재(292)는 스프링, 쇼버, 댐퍼 등을 지칭할 수 있다.
도 13을 참조하면, 연결부(300)는 프레임부(200)의 지지판(280)에 설치된 힌지 브래킷(310)과, 몸체부(100)의 플레이트(120)에 설치된 힌지 돌기(320)와, 힌지 브래킷(310) 및 힌지 돌기(320)를 서로 회전 가능하게 연결한 연결축(330)과, 지지판(280) 및 플레이트(120)가 제한된 각도 범위 내에서 회동(S)될 수 있게 상기 플레이트(120)를 지지하는 정지턱(340)을 포함할 수 있다.
여기서, 힌지 돌기(320)는 힌지 브래킷(310)에 겹쳐지도록 결합될 수 있다. 그리고, 힌지 돌기(320)와 힌지 브래킷(310)이 겹쳐진 곳의 체결구멍에 연결축(330)이 삽입될 수 있다. 또한, 정지턱(340)은 힌지 브래킷(310)의 위쪽에서 돌출되어 힌지 돌기(320)가 위쪽으로 회전되는 것을 정지시킬 수 있다.
이러한 연결부(300)는 프레임부(200)의 지지판(280)과 몸체부(100)의 플레이트(120)가 아래쪽으로 접힐 수 있는 반면 정지턱(340)에 의해 위쪽으로 접혀지지 않게 할 수 있어서, 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇이 장애물을 승월하는 것을 돕고, 평상시 주행시에 프레임부(200) 및 몸체부(100)가 수평 상태를 유지할 수 있게 해줄 수 있다.
이러한 본 실시예의 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇은 평지 또는 노면에서 원형 또는 원형에 가까운 바퀴 형상으로서 신속하게 주행이 가능하고, 턱, 계단 등과 같이 평지보다 돌출된 지형 또는 장애물에서 마찰에 의해 트리거 레그 및 다수의 피동 레그가 펼쳐져서 다리 달린 바퀴 형상으로 변신되어 승월할 수 있음에 따라, 다양한 지형에서의 주행이 가능하고, 간단한 구조로서 대량 생산이 가능할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
100 : 몸체부 110 : 회로부
200 : 프레임부 210 : 수동 변신 바퀴
211 : 트리거 레그 212, 213 : 피동 레그
214 : 휠 베이스 215 : 힘 전달부
250 : 전원부 260 : 모터부
270 : 모터마운트 280 : 지지판
290 : 완충부 300 : 연결부

Claims (16)

  1. 중심에 위치한 전달부회전축과 외곽에 위치한 트리거 레그회전축 및 하나 이상의 피동 레그회전축을 갖는 휠 베이스;
    상기 전달부회전축의 끝단에 회전 가능하게 결합되어 있고, 트리거 슬라이드 및 하나 이상의 조인트가 이격 배치되어 있는 힘 전달부;
    상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 트리거 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 트리거 슬라이드와 체결하기 위한 트리거 조인트를 갖는 트리거 레그; 및
    상기 트리거 레그에 간섭되지 않도록 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 피동 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 힘 전달부의 조인트와 체결하기 위한 슬라이드를 갖는 하나 이상의 피동 레그를 포함하는 수동 변신 바퀴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 레그가 노면과의 마찰력에 의해 회전하면서 펼쳐질 때, 상기 트리거 조인트가 상기 힘 전달부의 슬라이드를 통해 상기 힘 전달부를 회전시키고, 상기 힘 전달부의 회전에 따라, 상기 힘 전달부의 조인트가 상기 피동 레그의 슬라이드를 통해 상기 피동 레그를 모두 회전시켜 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그는,
    노면쪽의 레그 외측 또는 내측에 결합된 그립부를 더 포함하는 수동 변신 바퀴.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피동 레그는,
    상기 트리거 레그에 간섭되지 않도록 상기 휠 베이스 및 상기 힘 전달부 사이로 상기 휠 베이스의 제 1 피동 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되어 있고, 상기 힘 전달부의 제 1 조인트와 체결하기 위한 제 1 슬라이드가 마련된 제 1 피동 레그; 및
    상기 제 1 피동 레그 및 상기 트리거 레그의 사이로 제 2 피동 레그회전축에서 회전 가능하게 결합되고, 상기 힘 전달부의 제 2 조인트와 체결하기 위한 제 2 슬라이드가 마련된 제 2 피동 레그를 포함하는 수동 변신 바퀴.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 슬라이드 및 상기 슬라이드는,
    상기 트리거 조인트 또는 상기 힘 전달부의 조인트의 이동경로에 대응한 호(arc)의 절반 부분으로 상기 트리거 슬라이드 및 상기 슬라이드 각각의 일측부를 형성하고, 상기 호의 나머지 절반 부분으로 상기 트리거 슬라이드 및 상기 슬라이드 각각의 타측부를 형성하고 있는 수동 변신 바퀴.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬라이드의 일측부 및 타측부는,
    상기 조인트의 이동경로에 해당하는 상기 호의 곡률과 일치하는 곡률을 갖는 수동 변신 바퀴.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 레그회전축 및 피동 레그회전축 중 하나 이상에는,
    다리 달린 바퀴 형상과 같이 펼친 상태의 상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그를 원래의 바퀴 형상으로 복원시키는 탄성부재가 결합되어 있는 수동 변신 바퀴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 레그는,
    상기 트리거 조인트가 상기 트리거 슬라이드에 체결되도록 상기 트리거 슬라이드를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부;
    상기 링크부에 일체형으로 형성되어 있고 상기 휠 베이스의 트리거 레그회전축과 결합되는 꺾임부; 및
    상기 꺾임부에서 상기 수동 변신 바퀴의 외곽선에 대응하게 연장되어 있는 지지부를 포함하고,
    상기 트리거 조인트는 상기 트리거 레그의 상기 링크부의 측면에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피동 레그는,
    상기 피동 레그의 슬라이드가 상기 힘 전달부의 조인트에 체결되도록 상기 조인트의 저부를 향하여 직선 방향으로 연장된 링크부;
    상기 링크부와 일체형으로 형성되어 있고 상기 휠 베이스의 피동 레그회전축과 결합되는 꺾임부; 및
    상기 꺾임부에서 상기 수동 변신 바퀴의 외곽선에 대응하게 연장된 지지부를 포함하고,
    상기 피동 레그의 슬라이드는 상기 피동 레그의 상기 링크부의 측면에서 홈 또는 구멍 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그는,
    상기 트리거 레그의 끝단, 상기 트리거 레그의 지지부의 외측, 및 피동 레그의 지지부의 외측에 마련된 평활부를 더 포함하는 수동 변신 바퀴.
  11. 다수의 조인트와 다수의 슬라이드를 트리거 레그와 다수의 피동 레그 및 힘 전달부에 비대칭적으로 설치한 수동 변신 바퀴에 있어서,
    상기 조인트 중 어느 하나의 조인트가 상기 트리거 레그에 마련되고,
    상기 조인트 중 나머지 조인트가 상기 힘 전달부에 마련되고,
    상기 슬라이드 중 어느 하나의 슬라이드가 상기 힘 전달부에 마련되고,
    상기 슬라이드 중 나머지 슬라이드가 각각 상기 피동 레그에 마련되고,
    상기 트리거 레그가 노면과의 마찰력에 의해 회전하면서 펼쳐질 때, 상기 하나의 조인트가 상기 힘 전달부의 슬라이드를 통해 상기 힘 전달부를 회전시키고, 상기 힘 전달부의 회전에 따라, 상기 힘 전달부의 나머지 조인트가 상기 피동 레그의 슬라이드를 통해 상기 피동 레그를 각각 회전시켜 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 트리거 레그가 결합된 트리거 레그회전축 및 상기 피동 레그가 결합된 피동 레그회전축 중 하나 이상에는,
    다리 달린 바퀴 형상과 같이 펼친 상태의 상기 트리거 레그 및 상기 피동 레그를 원래의 바퀴 형상으로 복원시키는 탄성부재가 결합되어 있는 수동 변신 바퀴.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇에 있어서,
    상기 로봇은,
    상기 로봇을 제어하기 위한 회로부가 설치된 몸체부;
    상기 몸체부의 전방에 위치하고, 상기 하나 이상의 수동 변신 바퀴를 구동시키는 모터부가 설치되어 있는 프레임부; 및
    상기 몸체부와 프레임부를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 로봇은,
    상기 수동 변신 바퀴로부터 몸체부 쪽으로 전달되는 충격을 완충시키는 완충부를 더 포함하는 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 완충부는,
    상기 프레임부의 지지판에 결합된 완충샤프트; 및
    상기 완충샤프트를 따라 수직 이동 가능한 모터마운트의 날개부를 탄성 지지하도록, 상기 완충샤프트에 결합된 충격완충부재를 포함하는 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 프레임부의 지지판에 설치된 힌지 브래킷;
    상기 몸체부의 플레이트에 설치된 힌지 돌기;
    상기 힌지 브래킷 및 힌지 돌기를 서로 회전 가능하게 연결한 조인트축; 및
    상기 지지판 및 상기 플레이트가 제한된 각도 범위 내에서 회동을 될 수 있게 상기 플레이트를 지지하는 정지턱을 포함하는 수동 변신 바퀴를 갖는 로봇.
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