KR100906575B1 - 가변 옴니휠 및 이를 이용한 운송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지지대로서 평행하게 배치된 한 쌍의 휠과, 상기 한 쌍의 휠에 연결되는 복수의 바를 포함하고, 상기 한 쌍의 휠과 복수의 바가 일체로 결합되어 기계를 움직이는데 적합한 바퀴로서 기능하고, 상기 한쌍의 휠과 연결된 복수의 바의 기울기가 조절되어 지면에 닿는 부분이 상기 한 쌍의 휠 또는 바가 되게 하는 가변 옴니휠 및 이를 이용한 운송장치를 제공한다.

종래의 옴니휠은 그 구성 자체로 옴니휠 특성만 있을 뿐, 일반휠의 특성을 가질 수 없었다. 그러나, 본 발명은 한 쌍의 휠 간격을 조절함으로써 옴니휠 모드와 일반휠 모드를 구현할 수 있게 한다.

옴니휠, 바(bar), 휠(wheel), 서보모터, 운송장치

Description

가변 옴니휠 및 이를 이용한 운송장치{variable omni-directional wheel and device using the same}

본 발명은 가변 옴니휠에 관한 것으로, 상세하게는 직진성을 갖는 일반휠 모드(mode) 또는 모든 방향으로 이동가능한 옴니휠 모드로 전환할 수 있는 가변 옴니휠 및 이를 이용한 운송장치에 관한 것이다.

옴니휠(omni-directional wheel)은 전(omni)방향 이동휠 이라고도 불리는데, 이는 모든 방향으로 이동 가능한 휠을 의미한다. 옴니휠은 그 구조상 일반적인 휠에서는 구현할 수 없는, 운송장치의 제자리 회전, 수평좌측이동, 수평우측이동 등의 특수한 이동을 가능하게 한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 일형태의 옴니휠을 나타낸 도면이고, 도 2a 내지도 2d는 종래의 다른 형태의 옴니휠을 나타낸 도면이다.

도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 종래의 일형태의 옴니휠은 중심부가 비어 있고 외주에 원형바를 구비한 형태로 중공의 옴니휠을 구성한다. 또한, 각 3개의 도면은 왼쪽에서부터 각각 종래 일형태 옴니휠의 측면도, 정면도, 사시도를 나타낸 것이다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 종래의 다른 형태의 옴니휠은 중심부에 원형의 제1휠을 형성하고 이를 동심원으로 둘러싸는 원형바를 구비한 제2휠을 형성한 구조이다. 또한, 각 3개의 도면은 상기 옴니휠의 외형을 왼쪽에서부터 도시한 것으로 각각 측면도, 정면도, 사시도를 나타낸 것이다.

도 1b 및 도 2b는 종래의 일형태의 옴니휠 및 다른 형태의 옴니휠을 구성하는 원형바(bar)의 기울기를 선으로 나타낸 도면이다. 기울어진 원형바를 통해서 옴니휠의 벡터힘이 전달된다.

도 1c 및 도 2c는 종래의 일형태의 옴니휠 및 다른 형태의 옴니휠의 고정폭을 선으로 나타낸 도면이다. 마찬가지로 도 1d 및 도 2d는 종래의 일형태의 옴니휠및 다른 형태의 옴니휠에서 원형바가 지면에 닿는 부분을 선으로 나타낸 도면이다.

종래의 일형태의 옴니휠 및 다른 형태의 옴니휠은, 상기 도면에서 도시된 바와 같이, 원형바의 기울기, 폭, 지면에 닿는 부분이 기구적으로 고정되어 있고 가변적이지 않다. 이에 따라, 종래의 옴니휠은 전술한 제자리 회전 등의 전방향 이동에는 유리하지만, 경사가 있는 오르막 길이나 턱과 같은 장애물을 넘어서 이동하는 경우와 같이 직진성을 요구하는 경우에는 불리한 단점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 한 쌍의 휠 간격을 조절할 수 있게 하여, 옴니휠 모드 또는 일반휠 모드로 손쉽게 전환할 수 있는 가변 옴니휠 및 이를 이용한 운송장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가변 옴니휠은, 지지대로서 평행하게 배치된 한 쌍의 휠과, 상기 한 쌍의 휠에 연결되는 복수의 바를 포함하고, 상기 한 쌍의 휠과 복수의 바가 일체로 결합되어 기계를 움직이는데 적합한 바퀴로서 기능하고, 상기 한쌍의 휠과 연결된 복수의 바의 기울기가 조절되어 지면에 닿는 부분이 상기 한 쌍의 휠 또는 바가 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 바는 중앙 부분의 지름이 양쪽 끝의 지름보다 큰 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 바는 상기 휠의 내측면의 원주를 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 바의 기울기 조절은 상기 한쌍의 휠을 밀어 휠 간격을 줄여 상기 한쌍의 휠이 지면에 닿게 하거나 상기 밀려진 한쌍의 휠을 당겨 상기 휠 간격을 원상태로 회복하여 상기 복수의 바가 지면에 닿게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 운송장치는, 전술한 가변 옴니휠과, 상기 복수의 바의 기울기의 조절은 상기 가변 옴니휠의 한 쌍의 휠 간격의 조절을 통해 구현하는 휠 구동부와, 상기 휠 구동부를 제어하여 지면에 닿는 부분이 상기 한쌍의 휠 또는 상기 복수의 바가 되게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 휠 구동부는 상기 한쌍의 휠을 밀어 휠 간격을 줄여 상기 한쌍의 휠이 지면에 닿게 하거나 상기 밀려진 한쌍의 휠을 당겨 상기 휠 간격을 원상태로 회복하여 상기 복수의 바가 지면에 닿게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 바는 중앙 부분의 지름이 양쪽 끝의 지름보다 큰 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 바는 상기 휠의 내측면의 원주를 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가변 옴니휠의 모드 상태 또는 상기 운송장치의 상태 정보를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부와 사용자와의 통신을 수행하는 통신부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 사용자의 필요에 따라 하나의 가변 옴니휠로써, 옴니휠 모드 또는 일반휠 모드를 구현할 수 있다. 따라서 사용자는 자유로운 이동이 필요한 상황 또는 직진 이동이 필요한 상황에 따라 휠 모드를 전환하여 편리하게 이동할 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 옴니휠을 나타낸 도면이다. 도 3a는 상기 가변 옴니휠의 사시도이고, 도 3b는 왼쪽으로부터 각각 상기 가변 옴니휠의 측면도, 정면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변 옴니휠은 지지대(frame)로서 한쌍의 휠(wheel)(220)과, 상기 한쌍의 휠에 연결되고 연결된 기울기가 조절되는 복수의 바(bar)(210)를 구비한다. 여기서, 상기 한쌍의 휠(220)과 복수의 바(210)가 일체로 결합되어 기계를 움직이는데 적합한 바퀴로서 기능하게 된다.

상기 가변 옴니휠은 바퀴로서 상기 복수의 바(201)가 한쌍의 휠과 이루는 기울기가 조절되어, 한쌍의 휠(220)이 지면에 닿아 회전하면서 이동할 수도 있고(일반휠 모드), 복수의 바(210)가 지면에 닿아 회전하면서 이동할 수 있다(옴니휠 모드). 통상적으로, 일반휠 모드일 경우에는 직진성이 좋고, 옴니휠 모드에서는 전방향으로 자유롭게 이동할 수 있는 전방향성이 좋다.

상기 바(210)는 중앙 부분의 지름이 양쪽 끝의 지름보다 큰 럭비공 형태의 고무튜브가 바람직하며, 상기 바의 형태에 대한 제한은 없으며 한쌍의 휠(220)에 연결되는 바의 개수에 대한 제한도 없다. 다만, 바(210) 형태는 회전에 유리한 형태 또는 재질이 좋고, 바(210)의 개수는 기울기의 조절에 따라 연결된 바(210)가 지면에 닿을 수 있을 정도의 충분한 개수의 바가 연결되어야 하고, 바(210)에 의한 힘의 벡터합이 균형을 이룰 수 있게 대칭적으로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 바(210)는 중공 형태로 상기 휠(220)의 내측면의 원주를 따라 배치될 수 있고, 중심부가 채워지고 채워진 중심부 상에서 상기 휠(220)의 내측면이 원주를 따라 배치될 수 있다. 또한, 상기 휠(220)은 원판 형태로 알루미늄 재질이 바람직하다.

이처럼 가변 옴니휠은 상기 럭비공 형태의 복수의 바(210)와 한쌍의 휠(220)이 결합되어 일체를 구성하는데, 일예로 상기 한쌍의 휠(220)의 간격을 조절하여 복수의 바(210)의 기울기를 조절할 수 있다.

상기 한쌍의 휠(220)의 간격을 조절하는 휠 구동부(230)를 구비하는데, 상기 휠 구동부(230)는 한쌍의 휠(220)을 밀어 휠 간격을 줄여 일반휠 모드를 구현하거나 밀려진 한쌍의 휠(220)을 당겨 상기 휠 간격을 원상태로 회복하여 옴니휠 모드를 구현할 수 있다. 통상적으로, 상기 휠 구동부(230)는 상기 한쌍의 휠(220)에 연결되는 연결축(미도시)과, 상기 연결축에 동력을 전달하는 서버 모터(미도시)로 구성될 수 있다.

상기 휠 구동부(230)를 제어하여, 상기 복수의 바(210)가 지면에 닿게 하거나 상기 한쌍의 휠(220)이 지면에 닿게 하는 휠 제어부(미도시)를 구비한다.

가령, 상기 휠 제어부는 상기 휠 구동부(230)를 통해 한쌍의 휠의 간격을 줄여 상기 복수의 바(210)의 기울기를 조절할 수 있고, 이에 따라 복수의 바(210)가 지면에 닿거나(옴니휠 모드), 그 반대로 한쌍의 휠(220)이 지면에 닿게 할 수 있다(일반휠 모드). 이에 대한 설명은 도 3c 및 도 3d를 참조하여 설명한다.

도 3c는 상기 한쌍의 휠(220)의 간격을 최대로 한 경우를 나타낸 도면이다. 도 3c의 상태에서는 럭비공 형태의 바 부분이 지면에 닿고, 이때 옴니휠 모드로 작동하게 된다. 상기 도 3c의 경우는 휠 간격이 최대인 경우이지만, 반드시 간격이 최대가 아니더라도 휠 간격을 조절하여 럭비공 형태의 바 부분이 지면에 닿을 수 있다면, 그러한 경우에도 옴니휠 모드로 작동하게 된다.

도 3d는 상기 한쌍의 휠(220)의 간격을 최소로 한 경우를 나타낸 도면이다. 도 3d의 상태에서는 상기 휠 부분이 지면에 닿고, 이때 일반휠 모드로 작동하게 된다. 상기 도 3d의 경우는 휠 간격이 최소인 경우이지만, 반드시 간격이 최소가 아니더라도 휠 간격을 조절하여 상기 휠 부분이 지면에 닿을 수 있다면, 그러한 경우에도 일반적인 휠 모드로 작동하게 된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 옴니휠의 폭 가변 정도의 일 예를 보여주는데, 도 4a는 휠의 폭(휠 간격)이 125mm로 옴니휠 모드를 구현한 예이며 전방향성이 좋다. 반면에 도 4b는 휠의 폭(휠 간격)이 112.72mm로 럭비공형의 바가 한쌍의 휠 내부로 움츠려 들어가 있는 상태로 일반휠 모드를 구현한 예이며, 노면의 굴곡에 영향을 덜 받고 직진성을 유지할 수 있다.

도 5a는 옴니휠 모드에서 상기 바(bar)가 지면에 닿는 것을 나타낸 도면이고, 도 5b는 바가 지면에 닿는 것을 확대해서 나타낸 도면이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 옴니휠 모드에서는 럭비공형 바가 지면에 닿고 이는 모든 방향으로 이동할 수 있는 옴니휠 상태인 것으로 볼 수 있다.

도 6a는 일반휠 모드에서 상기 휠(wheel)이 지면에 닿는 것을 나타낸 도면이 고, 도 6b는 휠이 지면에 닿는 것을 확대해서 나타낸 도면이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일반휠 모드에서는 휠이 지면에 닿고 이는 직진성이 있는 일반적인 휠 상태인 것으로 볼 수 있다.

이하, 상기 본 발명의 가변 옴니휠을 사용하는 이동 카트(cart)등을 포함하는 운송장치에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 가변 옴니휠을 사용하는 운송장치의 구성을 전체적으로 나타낸 기능 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 운송장치(60)는, 가변 옴니휠(250)과, 상기 가변 옴니휠과 연결되어 한쌍의 휠을 밀거나 원상태로 당겨 휠 간격을 조절하는 휠 구동부(230)와, 상기 휠 구동부(230)를 제어하여 일반휠 모드 또는 옴니휠 모드로 조절하는 제어부(260)를 구비한다.

상기 가변 옴니휠(250) 및 휠 구동부(230)에 대해서는 도 3 내지 도 6에서 상세히 설명하였으므로 이에 대한 자세한 설명을 생략한다.

상기 가변 옴니휠(250) 상에는 본체부가 구비될 수 있는데, 상기 본체부는 짐을 실을 수 있는 이동 카트(cart)를 포함하여, 지게차, 포크레인 등의 운송장치와, 휠체어, 유모차 등의 운송장치와 같이 운송과 관련된 장치의 본체가 포함될 수 있다.

통신부(270)는 유선 또는 무선 통신에 의해서, 사용자와 상기 제어부(260)와의 신호 송수신을 가능하게 한다. 이때, 가변 옴니휠의 모드변경(옴니휠 모드 또는 일반휠 모드) 여부, 운송장치의 구동 및 제어 여부 등과 관련된 신호를 송수신한 다.

제어부(260)는 상기 통신부(270)로부터 신호를 입력받고 상기 운송장치의 휠 구동부(230) 또는 운송장치 구동부(미도시)를 구동시키고, 이를 디스플레이부(280)에 표시하도록 한다.

상기 제어부(260)로부터 옴니휠의 모드 변경 신호를 휠 구동부(230)가 입력받으면 신호에 따라 서보 모터 등을 구동시킨다. 이때 모터와 연결된 축으로 회전력이 전달되어 가변 옴니휠(250)의 양 휠을 밀거나 원상태로 회복시켜 가변 옴니휠의 모드(250)를 변경할 수 있다. 가령, 양 휠을 밀어 휠 간격을 줄이면 일반휠 모드로 변경시킬 수 있고, 원상태로 회복시키면 옴니휠 모드로 구현할 수 있다.

운송장치 구동부는 모터구동 드라이버, 모터 등으로 구성된다. 상기 제어부(260)로부터 운송장치의 구동을 제어하는 신호를 입력받으면 신호에 따라 스텝모터 등을 구동시킨다. 이때 상기 모터에 의한 힘이 상기 가변 옴니휠(250)에 전달되어 운송장치를 구동 및 제어할 수 있다.

디스플레이부(280)는 제어부로부터 수신받은 가변 옴니휠의 현재 모드, 운송장치의 구동 및 제어상태, 통신상태, 장비상태 등을 표시한다. LCD 화면 등과 같은 디스플레이창에 가변 옴니휠 및 운송장치와 관련된 정보를 표시할 수 있다.

본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.

본 발명은 가변 옴니휠을 이용하여 전방향 및 직진성 이동 모두 용이하게 할 수 있다. 또한, 이를 이용하여 카트 등의 간이 운송장치에 적용할 수 있고, 이외에도 기계 산업이나 자동차 산업 또는 유통 산업 등의 분야에서 널리 사용될 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 일형태의 옴니휠을 나타낸 도면,

도 2a 내지 도 2d는 종래 다른 형태의 옴니휠을 나타낸 도면,

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 옴니휠을 나타낸 도면,

도 4a는 옴니휠 모드일 때의 휠 간격을 나타낸 도면이고, 도 4b는 일반휠 모드일 때의 휠 간격을 나타낸 도면,

도 5a는 옴니휠 모드에서 바(bar)가 지면에 닿는 것을 나타낸 도면이고, 도5b는 바가 지면에 닿는 것을 확대해서 나타낸 도면,

도 6a는 일반휠 모드에서 휠(wheel)이 지면에 닿는 것을 나타낸 도면이고, 도 6b는 휠이 지면에 닿는 것을 확대해서 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 가변 옴니휠을 이용한 운송장치의 구성을 전체적으로 나타낸 기능 블록도이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

210: 바(bar)

220: 휠(wheel)

230: 휠 구동부

Claims (10)

1. 지지대로서 평행하게 배치된 한 쌍의 휠과,

   상기 한 쌍의 휠에 연결되는 복수의 바를 포함하고,

   상기 한 쌍의 휠과 복수의 바가 일체로 결합되어 기계를 움직이는데 적합한 바퀴로서 기능하고, 상기 한쌍의 휠과 연결된 복수의 바의 기울기가 조절되어 지면에 닿는 부분이 상기 한 쌍의 휠 또는 바가 되는 것으로, 상기 복수의 바의 기울기 조절은 상기 한쌍의 휠을 밀어 휠 간격을 줄여 상기 한쌍의 휠이 지면에 닿게 하거나 상기 밀려진 한쌍의 휠을 당겨 상기 휠 간격을 원상태로 회복하여 상기 복수의 바가 지면에 닿게 하는 것을 특징으로 하는 가변 옴니휠.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 바는 중앙 부분의 지름이 양쪽 끝의 지름보다 큰 형태인 것을 특징으로 하는 가변 옴니휠.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 바는 상기 휠의 내측면의 원주를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 옴니휠.
4. 삭제
5. 제1항의 가변 옴니휠과,

   상기 복수의 바의 기울기의 조절은 상기 가변 옴니휠의 한 쌍의 휠 간격의 조절을 통해 구현하는 휠 구동부와,

   상기 휠 구동부를 제어하여 지면에 닿는 부분이 상기 한쌍의 휠 또는 상기 복수의 바가 되게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 운송장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 휠 구동부는 상기 한쌍의 휠을 밀어 휠 간격을 줄여 상기 한쌍의 휠이 지면에 닿게 하거나 상기 밀려진 한쌍의 휠을 당겨 상기 휠 간격을 원상태로 회복하여 상기 복수의 바가 지면에 닿게 하는 것을 특징으로 하는 운송장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 복수의 바는 중앙 부분의 지름이 양쪽 끝의 지름보다 큰 형태인 것을 특징으로 하는 운송장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 복수의 바는 상기 휠의 내측면의 원주를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 운송장치.
9. 제5항에 있어서,

   상기 가변 옴니휠의 모드 상태 또는 상기 운송장치의 상태 정보를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 운송장치.
10. 제5항에 있어서,

    상기 제어부와 사용자와의 통신을 수행하는 통신부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 운송장치.

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