텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템

텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템 {Wheelchair storage system for vehicles using telescopic type manipulator}

본 발명은 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 루프의 설치공간을 최소화하여 외관향상은 물론 공기저항을 감소시킬 수 있으며, 차량의 트렁크를 수납공간으로 활용하여 최적의 휠체어 수납을 이룰 수 있는 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템에 관한 것이다.

일반적으로 휠체어 이용자는 휠체어를 직접적인 이동수단으로 이용하게 되므로 원거리 이동 시에는 휠체어 이송문제가 항상 수반되며, 이에, 버스나 지하철, 택시 등으로 이동을 하는 경우에는 휠체어에 탑승한 채로 이동하거나 운전기사의 도움을 받아 해결하거나, 자가운전의 경우에는 동승자나 타인에 의존하여 휠체어 이송문제를 해결하고 있다.

그런데, 상기한 방법들은 타인의 도움을 필요로 하는 것으로서, 휠체어를 직접적인 이동수단으로 이용하는 휠체어 이용자에게는 원거리 이동 시 휠체어 이송문제가 항상 수반되며, 휠체어 이용자가 자립생활이 가능하기 위해서는 휠체어 이송문제가 최우선적으로 해결되어야 함에도 불구하고, 휠체어 이용자가 자가운전을 하는 경우에는 이러한 이송문제를 해결하기가 어려운 실정이다. 이는, 마이카시대가 열리면서 휠체어 이용자가 자가운전을 통한 사회활동의 폭이 넓어지고 있고, 고령화 사회가 도래함에 따라 노약자의 자가운전자 증가하는 추세에 비추어볼 때 이에 대한 효과적인 대안마련이 시급함을 말해주고 있다.

한편, 상기한 휠체어를 차량에 수납하는 휠체어 수납시스템으로, 크게 탑-루프 호이스트(Top-roof hoist)방식과, 매니퓰레이터 로딩 호이스트(Manipulator loading hoist)방식이 있다.

이 중 탑-루프 호이스트(Top-roof hoist)방식은 휠체어를 들어 올리고 내리는 장치와 휠체어가 차량의 루프(Roof)에 장착된 수납공간에 모두 수납하는 방식으로, 이러한 경우 차량 루프의 수납공간이 커지게 되어 차량의 외관이 부자연스러울 뿐만 아니라 차량운행 시 공기저항 증가로 인하여 에너지의 손실을 증가시키는 등의 문제점이 있다. 여기서, 상기한 탑-루프 호이스트방식에 대한 기술의 예로 (미국등록특허 US4,376,611호에 "Car top carrier for wheelchair") 국제공개공보 WO2006/006145호에 'Mechanism for insertion of a wheelchair into a car"가 개시된 바 있다.

반면, 매니퓰레이터 로딩 호이스트(Manipulator loading hoist)방식은 매니퓰레이터가 트렁크에 장착되어 휠체어를 트렁크에 직접 수납하는 것으로 가장 자연스럽고 깨끗해서 사용자가 가장 선화하는 방식이라 할 수 있으며, 이러한 기술의 예로 국제공개공보 WO2006/006145호에 'Mechanism for insertion of a wheelchair into a car" 및 미국등록특허 US4,376,611호에 "Car top carrier for wheelchair"가 개시된 바 있다.

하지만, 이러한 방식의 경우에는 트렁크에 휠체어를 비롯한 수납장치가 모두 수납되는 구조이기 때문에 트렁크 공간이 어느 정도 확보되어야 하여, 소형세단과 같은 경우에는 적용이 어려운 문제점이 있다. 특히, 대한민국의 경우 장애인을 대상으로 유류비 저감의 혜택을 주기 위하여 LPG차량을 이용할 수 있도록 하고 있는데, 이러한 LPG차량의 경우에는 LPG탱크가 트렁크에 내장되기 때문에 상기한 매니퓰레이터 로딩 호이스트방식을 적용하기는 거의 불가능한 문제점이 있다.

상기한 바와 같이, 종래의 차량용 휠체어 수납장치는, 차량 루프에서 차지하는 공간이 크기 때문에 외관상 좋지 않고 이에 따라 사용자로 하여금 이용호감도의 저하요인으로 작용할 뿐만 아니라, 공기저항으로 인한 연비저감 등의 문제가 있으며, 트렁크 공간 등을 고려하여 적용되는 차량이 제한적이라는 문제점이 있다.

본 발명은, 차량 루프의 수납공간을 최소화하여 외관을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 공기저항을 최소화하여 연비향상을 도모할 수 있음은 물론, 소형세단에서부터 SUV차량까지 적용차량 범위를 확대시킬 수 있는 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 차량 트렁크 내부로 휠체어를 수납 및 인출하는 트렁크 수납장치; 상기 차량의 루프에 구비되어, 상기 휠체어를 상기 트렁크 수납장치로 이동시키거나, 상기 트렁크 수납장치로부터 상기 휠체어를 이동시키는 매니퓰레이터; 및 상기 휠체어를 트렁크로 수납 및 인출하도록 상기 트렁크 수납장치를 제어하고, 상기 휠체어를 이동시키도록 상기 매니퓰레이터를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 매니퓰레이터는, 상기 차량의 루프에 결합되는 베이스부와, 일단부가 상기 베이스부와 회동가능하게 연결되고, 전후방향으로 신장 및 수축이 가능하도록 마련되는 복수개의 텔레스코픽암들을 포함하는 텔레스코픽부와, 상기 텔레스코픽부와 연결되어 상기 텔레스코픽암을 신장 및 수축되도록 슬라이딩 이동시키고 상기 제어부에 의하여 구동 제어되는 구동부와, 상기 텔레스코픽부의 말단에 위치하는 말단 텔레스코픽암에 결합하고, 상기 휠체어와 선택적으로 클램핑 또는 언클램핑하는 엔드이펙터(End-effector)를 포함하는 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템을 제공한다.

여기서, 상기 구동부는, 상기 텔레스코픽부 최선단의 1단 텔레스코픽암에 슬라이딩 가능하게 연결되는 2단 텔레스코픽암을 전후방향으로 이동시키는 2단 구동부와, 상기 2단 텔레스코픽암에 슬라이딩 가능하게 연결되는 3단 텔레스코픽암을 전후방향으로 이동시키는 3단 구동부를 포함하고, 상기 2단 구동부는, 상기 1단 텔레스코픽암에 구비되고 상기 제어부에 의하여 구동 제어되는 구동모터와, 상기 1단 텔레스코픽암의 내부에 구비되고 상기 구동모터와 연결되어 회전하는 구동 볼스크류와, 내주면으로 상기 구동 볼스크류에 나사 결합하고, 상기 2단 텔레스코픽과 결합하여, 상기 구동 볼스크류의 회전에 따라 상기 2단 텔레스코픽암을 전후방향으로 이동시키는 2단 이동부를 포함하고, 상기 3단 구동부는, 상기 1단 텔레스코픽암에 구비되고 상기 구동모터와 연결되어 회전하는 가이드 볼스크류와, 상기 2단 텔레스코픽암에 구비되는 3단 이송 볼스크류와, 상기 가이드 볼스크류의 외주에 결합하여 회전하는 제1기어와, 상기 3단 이송 볼스크류의 외주에 결합하고 상기 제1기어와 치합되어, 상기 가이드 볼스크류의 회전력를 상기 3단 이송 볼스크류로 전달하는 제2기어를 포함하는 기어부와, 내주면으로 상기 3단 이송 볼스크류에 나사 결합하고 상기 3단 텔레스코픽암과 결합하여, 상기 3단이송 볼스크류의 회전에 따라 상기 3단 텔레스코픽암을 전후방향으로 이동시키는 3단 이동부를 포함한다.

또한, 상기 3단 구동부는, 상기 1단 텔레스코픽암의 내측에 구비되는 1단 랙기어와, 상기 랙기어에 치합되고 상기 2단 텔레스코픽암에 구비되어, 상기 2단 텔레스코픽암의 이동에 의하여 회전하는 피니언부와, 상기 피니언부와 치합되게 상기 3단 텔레스코픽암에 구비되어 상기 피니언부의 회전에 의하여 상기 3단 텔레스코픽암을 이동시키는 3단 랙기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 3단 구동부는, 상기 2단 텔레스코픽암에 구비되는 3단이송 볼스크류와, 상기 구동 볼스크류에 축방향을 따라 형성된 슬롯을 따라 회전 및 이동하고 상기 구동 볼스크류의 회전력을 상기 3단 이송 볼스크류로 전달하는 스퍼기어부와, 내주면으로 상기 3단이송 볼스크류에 나사 결합하고 상기 3단 텔레스코픽암과 결합하여, 상기 3단이송 볼스크류의 회전에 따라 상기 3단 텔레스코픽암을 전후방향으로 이동시키는 3단 이동부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 엔드이펙터와 상기 말단 텔레스코픽암부 사이에 구비되어, 상기 엔드이펙터를 회전시켜 상기 텔레스코픽부에 접혀지도록 하는 폴딩부를 더 구비하고, 상기 폴딩부는, 상기 말단 텔레스코픽암부에 결합하는 프레임과, 상기 프레임에 결합하는 폴딩모터와, 상기 프레임에 구비되며, 상기 폴딩모터의 회전축과 축결합하는 웜과, 상기 웜과 치합되어 회전하고 상기 엔드이펙터의 단부와 축 결합하여 회전에 따라 상기 엔드이펙터를 회전시키는 웜기어를 포함하는 회전기어부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 내부에 상기 휠체어를 수용할 수 있는 휠체어수납공간이 마련되고, 일측에 다각형의 도킹홀이 형성되어 있으며, 상기 트렁크 수납장치에 안착되는 휠체어 캐비닛을 더 포함하고, 상기 엔드이펙터는, 상기 도킹홀과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 도킹홀에 삽입되는 러그플레이트와, 상기 러그플레이트와 연결되어 상기 러그플레이트를 회전시켜, 상기 러그플레이트가 상기 도킹홀에 삽입된 후 회전시켜 상기 러그플레이트가 상기 도킹홀로부터 빠지지 않도록 하는 회전부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 차량 루프의 수납공간을 최소화함으로써 외관을 향상시켜 외관상의 단점을 보완 시킬 수 있을 뿐만 아니라 공기저항을 최소화하여 연비저감을 최소화할 수 있다.

둘째, 휠체어 수납을 위한 트렁크 필요공간이 적기 때문에 소형세단에서부터 SUV차량까지 적용차량 범위를 확대시킬 수 있어 이용자의 차량선택의 폭을 넓힐 수 있다.

셋째, 휠체어를 운전석부근에서 트렁크 후미 위치까지 이송하고, 트렁크 내부로 용이하게 수납 및 인출할 수 있어 이용상의 편의를 최대한 제공할 수 있다.

넷째, 이용 상의 편의를 제공할 뿐만 아니라 안전사고 등도 예방할 수 있도록 되어 있어 이용자의 안전을 보장할 수 있다.

다섯째, 기존의 톱-루프 휠체어 이송매니퓰레이터 호이스트장치가 없이도 여성 또는 노약자가 쉽게 활용할 수 있어 독립적인 반자동 휠체어 수납시스템으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 매니퓰레이터에 의하여 휠체어를 이동시키는 작동을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 차량용 휠체어 수납시스템의 제어부의 제어흐름을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 1의 회전수단을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1의 엔드이펙터가 휠체어 캐비닛과 선택적으로 연결되기 위한 러그플레이트를 나타내는 정단면도이다.
도 6은 도 6의 엔드이펙터와 휠체어 캐비닛의 클램프 또는 언클램프되는 것을 나타내는 저면도이다.
도 7은 도 1의 엔드이펙터를 회동시켜 텔레스코픽부에 접혀지도록 하는 폴딩부를 나타내는 사시도이다.
도 8 및 도 9는 도 1의 매니퓰레이터를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 8의 매니퓰레이터의 정단면도이다.
도 11은 도 8의 매니퓰레이터를 수축시키고 엔드이펙터를 접은 상태를 나타내는 정면도이다.
도 12는 도 8의 매니퓰레이터의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12의 매니퓰레이터가 수축된 경우 내부구조를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 8의 매니퓰레이터의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 매니퓰레이터의 정단면도이다.
도 16은 도 14의 매니퓰레이터가 수축된 경우 내부구조를 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 텔레스코픽형 매니퓰레이터를 이용한 차량용 휠체어 수납시스템(700; 이하 '차량용 휠체어 수납시스템'이라 한다)은, 트렁크 수납장치(100)와, 매니퓰레이터(200)와, 제어부(300)를 포함하여, 휠체어(미도시)를 상기 매니퓰레이터(200)를 이용하여 상기 트렁크 수납장치(100)로 이송시키는 이송시스템이다.

우선, 상기 트렁크 수납장치(100)는, 차량 트렁크 내부로 휠체어를 수납 및 인출하는 역할을 하며, 수납방식으로는 차량 트렁크 내부의 입구측에서 내측으로 상기 휠체어를 슬라이딩 이동시켜 수납하는 슬라이딩 수납방식 또는, 차량 트렁크에 구비된 호이스트를 통하여 휠체어를 클램핑하여 트렁크 내측으로 수납하는 호이스트 방식 등을 적용할 수 있다.

여기서, 상기한 슬라이딩 수납방식은, 차량 트렁크 내부에 휠체어가 슬라이딩 수납할 수 있도록 가이드 프레임 등을 포함할 수 있으며, 상기 호이스트 방식은 차량 트렁크 내부에 휠체어를 클램핑 또는 언클램핑하여 이동시킬 수 있도록 다관절구조로 이루어진 호이스트를 포함하는 구성으로 할 수 있다.

하지만, 상기한 슬라이딩 수납방식과 호이스트 방식은 상기 트렁크 수납장치(100)의 바람직한 실시예로 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 실시예가 가능함은 물론이며, 또한 상기 슬라딩 수납방식과 호이스트방식 또한 상기한 구성 외 다양한 구성이 포함될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 차량용 휠체어 수납시스템(700)은, 내부에 상기 휠체어를 수용할 수 있는 휠체어수납공간(501)이 마련되고, 상기 트렁크 수납장치(100)에 안착되는 휠체어 캐비닛(500)을 구비할 수 있다.

상세하게, 상기 휠체어 캐비닛(500)은, 양측이 개구된 대략 박스형상으로 내부에 상기 휠체어를 수용할 수 있는 휠체어수납공간(501)이 마련되고, 상기 트렁크 수납장치(100)에 안착될 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 휠체어 캐비닛(500)은, 휠체어 크기 및 수납의 용이성을 고려하여 양측이 개구된 박스형상으로 되어 있으며, 후술되는 엔드이펙터(240)와 용이하게 클램핑 및 언클램핑 되는 구성으로 되어 있다.

나아가, 상기 트렁크 수납장치(100)는, 도시 하지 않았지만, 차량의 트렁크 내부에 구비되어, 상기 트렁크에 휠체어가 수납된 후 상기 휠체어를 클램핑하여 상기 휠체어의 위치를 고정시키는 위치고정부(310;도 3참조)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 트렁크 수납장치(100)는, 상기 트렁크에 상기 휠체어의 수납여부를 인식하는 감지부(330)와, 상기 휠체어가 트렁크에 수납되면 상기 감지부(330)로부터 신호를 받아 작동하여 수납된 상기 휠체어의 위치를 고정하는 안전장치부(320)를 포함한다.

여기서, 상기 감지부(330)는 상기 휠체어가 트렁크 내측까지 수납된 여부를 감지하는 것으로서, 공지의 위치감지센서나, 접촉센서 등 상기한 목적을 달성할 수 있는 다양한 구성을 이용할 수 있다.

그리고 상기 안전장치부(320)는, 휠체어가 수납되면 휠체어의 위치를 고정하여 휠체어의 위치를 유지함은 물론 차량 운행 시에도 흔들림 없이 휠체어를 안전하게 잡아주는 역할을 한다. 상세하게 상기한 안전장치부(320)는, 상기 감지부(330)로부터 수신된 신호에 따라 휠체어를 클램핑 또는 언클램핑하는 구조로 되어 있으며, 엑추에이터, 모터, 와이어 등 다양한 구성을 적용할 수 있다.

한편, 상기 안전장치부(320)는, 상기 휠체어를 클램핑하기 위한 구성으로 작동에 따라 상기 휠체어나 후술되는 휠체어 캐비닛(500)을 걸 수 있도록 하는 후크구성 또는, 집게형으로 작동에 따라 휠체어나 휠체어 캐비닛(500)을 클램핑 또는 언클램핑하는 구성 등 다양한 구성이 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 위치고정부(310)와, 상기 감지부(330) 및 상기 안전장치부(320)가 서로 독립적으로 구동하는 방식 또는 상기 제어부(300)와 연결되어 상기 제어부(300)가 상기 위치고정부(310)를 통합 제어하는 방식 등을 적용할 수 있다. 즉, 상기 감지부(330)는 상기 제어부(300)로 휠체어의 수납정보를 송신하고, 이에 상기 제어부(300)는 상기 감지부(330)의 신호를 토대로 상기 안전장치부(320)의 작동을 제어하는 방식으로 할 수 있다.

여기서, 상기 위치고정부(310)와 상기 안전장치부(320)는, 각각 신호에 따라 상기 휠체어나 후술되는 휠체어 캐비닛(500)을 클램핑 또는 언클램핑하는 것으로서, 이는 공지의 제어부(300)의 신호에 따라 작동하는 클램핑장치 등 다양한 구성을 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 실시예에서는 상기 위치고정부(310)와 상기 안전장치부(320)가 각각 별개의 구성으로 이루어져 각각이 구동 제어되는 것을 실시예로 나타내었지만, 경우에 따라 상기 위치고정부(310)와 상기 안전장치부(320)가 하나로 통합되어 하나의 구성으로 통합 형성될 수도 있다.

상기 매니퓰레이터(200)는, 상기 차량의 루프에 구비되어, 상기 휠체어를 상기 트렁크 수납장치(100)로 이동시키거나, 상기 트렁크 수납장치(100)로부터 상기 휠체어를 이동시키는 역할을 한다. 상세하게, 상기 매니퓰레이터(200)는, 베이스부(210)와, 텔레스코픽부(220)와, 구동부(230)와, 엔드이펙터(240)를 포함하여, 복수개의 텔레스코픽 암을 갖는 텔레스코픽 구조로 되어 있다.

먼저, 상기 베이스부(210)는, 상기 차량의 루프에 결합되어 있으며, 상측으로 상기 텔레스코픽부(220)가 회전가능하게 결합되어, 상기 텔레스코픽부(220)가 흔들리거나 쳐지지 않도록 지지하는 역할을 한다. 상기 텔레스코픽부(220)와, 상기 구동부(230)와, 상기 엔드이펙터(240)에 상세한 설명은 후술하기로 한다.

도 3을 참조하면, 상기 제어부(300)는, 상기 휠체어를 트렁크로 수납 및 인출하도록 상기 트렁크 수납장치(100)를 제어하고, 상기 휠체어를 상기 트렁크 수납장치(100)로 안착 및 상기 트렁크 수납장치(100)로부터 상기 휠체어를 이송시키도록 상기 매니퓰레이터(200)를 제어하는 역할을 한다.

또한, 상기 제어부(300)는 상기 매니퓰레이터(200)의 구동부(230)를 제어하여, 상기 휠체어를 이송시킬 수 있도록 확장 또는 축소되도록 한다. 또한, 상기 제어부(300)는 상기 위치고정부(310)를 구동제어하고, 상기 감지부(330)로부터 휠체어의 수납상태 신호를 감지하여 상기 안전장치부(320)를 구동 제어할 수 있다. 나아가, 상기 제어부(300)는, 차량의 ECU와 연계하여 차량의 통합제어가 가능하도록 할 수 있다.

나아가, 상기 차량용 휠체어 수납시스템(700)은, 상기 차량의 루프에 구비되고, 내부에 상기 매니퓰레이터(200)가 수납되는 수납공간이 형성되며 개폐가 가능하여, 상기 매니퓰레이터(200)를 사용할 시에는 개방되고 상기 매니퓰레이터(200)를 미 사용할 시에는 상기 수납공간으로 상기 매니퓰레이터(200)가 수납된 뒤 폐쇄되는 하우징(400)을 포함한다.

여기서, 상기 하우징(400)은 휠체어를 수납하지 않지 않고 상기 매니퓰레이터(200)만 수납하기 때문에 콤팩트한 구조를 이룰 수 있어 일반적으로 적용되는 레저용 차량 루프박스로도 적용이 가능할 뿐만 아니라, 외관상 사용자로 하여금 이용호감도를 상승시킬 수 있으며, 또한 공기저항을 감소시켜 연비상승을 방지할 수 있다.

한편, 상기 휠체어는 필요공간의 콤팩트함을 위하여 폴딩형(folding type) 휠체어가 바람직하다.

또한, 상기 차량용 휠체어수납시스템(700)은, 유니버설 디자인을 통하여 우천 시에도 행동능력이 떨어지는 사용자가 편리하게 이용할 수 있는 빗물받이시스템을 포함할 수 있다.

여기서, 빗물받이시스템은, 차량의 루프에 설치되는 수납박스를 지지하는 루프렉 하부공간을 활용하여 플레이드 형의 판이 액추에이터에 의해 휠체어 탑승자가 운전석 옆에 위치하는 상부에 돌출되도록 구성할 수 있다. 또는, 다른 실시예로 상기 빗물받이시스템은 플렉시블한 소재를 여러 겹으로 접어진 주름소재를 활용하여 수평방향 또는 부채처럼 회전방향으로 펼쳐질 수 있도록 구성할 수 있는 등 다양한 실시예가 가능하다.

상기 매니퓰레이터(200)는, 상기 텔레스코픽부(220)의 회전 이동을 위하여, 상기 베이스부(210)와 상기 텔레스코픽부(220) 사이에 구비되어 상기 텔레스코픽부(220)를 원주 방향을 따라 회전시키는 회전수단(600)을 포함한다.

도 4를 참조하면, 상기한 회전수단(600)은, 상기 베이스부(210)에 구비되어 각 구성을 지지하는 모터베이스(610)와, 상기 모터베이스(610)에 구비되는 공지의 회전모터(620)와, 기어부(630)와, 트러스트 베어링홀드(640)을 포함한다.

여기서, 상기 기어부(630)는, 상기 회전모터(620)의 회전축에 구비되는 웜과, 상기 웜과 치합되고 상기 선단 텔레스코픽암과 연결되어 상기 웜의 회전에 따라 회전하여 상기 선단 텔레스코픽암을 회동시키는 웜기어를 포함하고 있다.

또한, 상기 트러스트 베어링홀드(640)는, 상기 회전모터(620)의 회전축을 지지하는 역할을 하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 텔레스코픽부(220)는, 일단부가 상기 베이스부(210)와 회동가능하게 연결되고, 전후방향으로 신장 및 수축이 가능한 복수개의 텔레스코픽암(221,222,223)들을 포함하고 있다. 이때, 상기 텔레스코픽암(221,222,223)들은, 내구성 등의 향상을 위하여 각각 티타늄 재질로 형성되는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지는 않는다.

나아가, 상기 텔레스코픽부(220)는, 신장 및 수축되는 상기 텔레스코픽암(221,222,223)들 간의 마찰저항을 줄이기 위한 리니어 베어링부(233)를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 리니어 베어링부(233)는 리니어 베어링 샤프트와, 이와 연결된 리니어 베어링을 포함한다. 여기서, 상기 리니어 베어링 샤프트는 1단 텔레스코픽암(221)과, 2단 텔레스코픽암(222)의 내부에 구비된다.

상기 구동부(230)는, 상기 제어부(300)에 의하여 구동 제어되어 상기 텔레스코픽부(220)와 연결되어 상기 텔레스코픽암(221,222,223)을 신장 및 수축되도록 슬라이딩 이동시키는 역할을 한다. 이러한 구동부(230)는 다양한 실시예가 적용될 수 있는데 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 엔드이펙터(240)는, 상기 텔레스코픽부(220)의 말단에 위치하는 말단 텔레스코픽암에 결합하고, 상기 휠체어와 선택적으로 클램핑 또는 언클램핑할 수 있도록 되어 있다. 이때, 상기 엔드이펙터(240)가 상기 휠체어를 클램핑하는데 있어, 복잡한 구조의 휠체어를 클램핑하는 것 보다는, 보다 안정적으로 휠체어를 클램핑하기 위하여 휠체어를 상기 휠체어 캐비닛(500)에 수납하고, 이를 엔드이펙터(240)가 클램핑 또는 언클램핑하는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6을 참조하여 상기 엔드이펙터(240)와 상기 휠체어 캐비닛(500)의 클램핑구조를 살펴보면, 우선 상기 휠체어 캐비닛(500)의 상측에는 다각형의 도킹홀이 형성되어 있으며, 이에 상기 엔드이펙터(240)는 러그플레이트(241)와, 회전부(미도시)를 포함한다. 상기 러그플레이트는, 상기 엔드이펙터(240)의 하측에 회전가능하게 결합되어 있으며, 상기 도킹홀과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 도킹홀에 삽입된다.

상기 회전부는, 상기 러그플레이트(241)와 연결되어 상기 러그플레이트(241)를 회전시킨다. 이때 상기 회전부는 상기 러그플레이트(241)를 회전시키기 위한 수단으로 공지의 모터 또는 마스터실린더 또는 마그네틱스위치를 적용할 수 있으며, 이 외 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 구성이 적용될 수 있다.

한편, 상기한 구성에 의하여, 상기 엔드이펙터(240)는, 상기 러그플레이트(241)를 상기 도킹홀에 삽입하고, 이후 상기 회전부를 통하여 상기 러그플레이트를 회전시킨 뒤 상기 러그플레이트(241)가 상기 도킹홀에 걸려 이탈되지 않도록 하여 상기 휠체어 캐비닛(500)과의 클램핑을 이룬다. 그리고 이 상태에서 상기 휠체어 캐비닛(500)과의 언클램핑을 위해서는 상기 회전부를 통하여 상기 러그플레이트(241)를 다시 회전시켜 상기 도킹홀로부터 빠져나오도록 하면 된다.

나아가, 상기 엔드이펙터(240)에 상기 휠체어 캐비닛(500)을 클램핑 또는 언클램핑하기 위한 구성으로 상기 러그플레이트와 도킹홀이 아닌, 상기 엔드이펙터(240)의 단부에 전자석을 구비하여 상기 휠체어 캐비닛(500)을 선택적으로 탈부착하여 클램핑 또는 언클램핑되는 구조로 할 수도 있으며, 이외 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 실시예가 적용 가능함은 물론이다.

또한, 상기 엔드이펙터(250)는 상기한 바와 같이 휠체어 캐비닛(500)을 클램핑하는 구조와는 달리, 접어진 휠체어를 바로 그리핑하여 이송할 수 있는 그리퍼를 구비할 수 있으며, 이는 상기 트렁크 수납장치(100)와 도킹할 수 있는 도킹장치와도 병합하여 적용될 수 있다.

도 7은 엔드이펙터(240)의 회전 메커니즘을 나타내는 도면으로서, 도면을 참조하면, 상기 매니퓰레이터(200)는 상기 엔드이펙터(240)와 상기 말단 텔레스코픽암부 사이에 구비되어, 상기 엔드이펙터(240)를 회전시켜 상기 텔레스코픽부(220)에 접혀지도록 하는 폴딩부(250)를 구비한다.

상기 폴딩부(250)는, 상기 말단 텔레스코픽암부에 결합하는 프레임(251)과, 상기 프레임(251)에 결합하는 폴딩모터(252)와, 회전기어부(253)를 포함한다.

여기서, 상기 폴딩모터(252)는, 파워 윈도우 모터를 적용할 수 있지만 이에 한정하지는 않는다. 또한, 상기 회전기어부(253)는, 상기 프레임(251)에 구비되며, 상기 폴딩모터(252)의 회전축과 축결합하는 웜과, 상기 웜과 치합되어 회전하고 상기 엔드이펙터(240)의 단부와 축 결합하여 회전에 따라 상기 엔드이펙터(240)를 회전시키는 웜기어를 포함하고 있다.

한편, 상기 폴딩부(250b)는 상기와는 달리 도 8에 나타난 바와 같이, 상기 말단 텔레스코픽암의 단부에 경사진(45ㅀ) 방향으로 회전면이 형성되는 프레임(251b)과, 폴딩모터(252b)와, 베벨기어 등을 포함하는 회전기어부(253b)를 포함할 수 있다. 이러한 경우에는 상기 폴딩부(250b)에 의하여 상기 엔드이펙터(240)가 횡 방향(사이드로 회전)으로 회전하면서 상기 텔레스코픽부(220)에 접혀지게 된다. 이러면, 상기 엔드이펙터(240)는 기존의 상하 수직으로 접혀지는 엔드이펙터(240) 회전 메커니즘에 비하여 접힐 때 차지하는 공간을 보다 줄일 수 있어 수납성을 더욱 용이하게 할 수 있으며, 낮은 주차공간에서 유용한 장점이 있다.

이하에서는, 상기 텔레스코픽부(220)를 신장 및 수축시키는 상기 구동부(230)에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 구동부(230)는, 상기 텔레스코픽부(220) 최선단의 1단 텔레스코픽암(221)에 슬라이딩 가능하게 연결되어, 2단 텔레스코픽암(222)을 전후방향으로 이동시키는 2단 구동부(231)를 포함한다.

상기 2단 구동부(231)는, 구동모터(2311)와, 구동 볼스크류(2312)와, 2단 이동부(2313)를 포함한다. 상기 구동모터(2311)는, 상기 1단 텔레스코픽암(221)에 구비되고 상기 제어부(300)에 의하여 구동 제어된다. 이때, 상기 구동모터(2311)는, 공지의 모터를 적용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 구동 볼스크류(2312)는, 상기 1단 텔레스코픽암(221)의 내부에서 상기 1단 텔레스코픽암(221)의 길이방향을 따라 구비되고, 일단부는 상기 구동모터(2311)의 축과 연결되어 상기 구동모터(2311)의 회전에 대응하여 회전하도록 되어 있다.

상기 2단 이동부(2313)는, 내주면으로는 상기 구동 볼스크류(2312)에 나사 결합하고, 외주측면으로는 상기 2단 텔레스코픽암(222)과 결합하여, 상기 구동 볼스크류(2312)의 회전에 따라 전후방향으로 이동하고 상기 2단 텔레스코픽암(222)을 전후방향으로 이동시킨다. 여기서, 상기 2단 이동부(2313)는, 볼스크류에 나사 결합되어 볼스크류의 회전에 대응하여 전후방향으로 이동하는 볼너트와 유사한 구성으로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도시된 3단구동부(232a)에 대해서는 다양한 실시예로 할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 매니퓰레이터(200)는, 상기 휠체어를 이동 시에는 확장되지만, 휠체어 이송을 완료한 후에는 도 11에 나타난 바와 같이 상기 텔레스코픽부(220)는 수축 및 절첩되고 상기 엔드이펙터(240)는 상기 회전수단(600)에 의하여 상기 텔레스코픽부(220)에 접혀진다. 이러면, 상기 매니퓰레이터(200)는, 사용하지 않을 때는 전체적인 체적을 상당히 줄일 수 있어 상기 하우징(400)으로의 수납을 용이하게 할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이, 상기 매니퓰레이터(200)는 상기 텔레스코픽부(220)를 최선단의 1단 텔레스코픽암(221)과, 상기 2단 구동부(231)에 의하여 슬라이딩 이동하는 2단 텔레스코픽암(222)을 포함하는 구성으로 할 수 있지만, 텔레스코픽부(220)의 확장거리와 수납환경 등을 고려하여 이 보다 많은 텔레스코픽암을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 대하여 살펴보면, 상기 매니퓰레이터(200)는 1단 텔레스코픽암(221)과, 2단 텔레스코픽암(222)과, 상기 2단 텔레스코픽암(222)에 대하여 슬라이딩 이동하는 3단 텔레스코픽암(223)을 포함하고 있다. 이때 상기 2단 텔레스코픽암(222)을 신축 또는 확장시키는 구동부(230)는 상기 2단 구동부(231)의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 상기 3단 텔레스코픽암(223)을 신축 또는 확장시키는 3단 구동부(232)에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 3단 구동부(232a)는 제1실시예로, 가이드 볼스크류(2321a)와, 3단 이송 볼스크류(2322a)와, 기어부(2323a)와, 3단 이동부(2324a)를 포함한다.

여기서, 상기 가이드 볼스크류(2321a)는, 상기 1단 텔레스코픽암(221)에 구비되고 상기 구동모터(2311)와 연결되어 회전한다.

상기 3단 이송 볼스크류(2322a)는, 상기 2단 텔레스코픽암(222)의 내부에 길이방향을 따라 구비되며, 일단부는 상기 기어부(2323a)와 연결되고 상기 3단 이동부(2324a)와 연결되어 있다.

상기 기어부(2323a)는, 상기 가이드 볼스크류(2321a)의 회전력를 상기 3단 이송 볼스크류(2322a)로 전달하는 역할을 한다. 상세하게, 상기 기어부(2323a)는, 상기 가이드 볼스크류(2321a)의 외주에 결합하여 회전하는 제1기어와, 상기 3단 이송 볼스크류(2322a)의 외주에 결합하고 상기 제1기어와 치합되어, 상기 가이드 볼스크류(2321a)의 회전력를 상기 3단이송 볼스크류로 전달하는 제2기어를 포함한다.

여기서, 상기 제1기어와 상기 제2기어는 공지의 스퍼기어들의 조합으로 하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하는 것은 아니며 상기한 동력전달기능과 구조에 적합하다면 다양한 기어조합들로 이루어질 수 있음은 물론이다.

상기 3단 이동부(2324a)는, 내주면으로 상기 3단 이송 볼스크류(2322a)에 나사 결합하고 상기 3단 텔레스코픽암(223)과 결합하여, 상기 3단 이송 볼스크류(2322a)의 회전에 따라 상기 3단 텔레스코픽암(223)을 전후방향으로 이동시키는 역할을 한다.

상기한 제1실시예에 따르면, 상기 구동부(230)는 상기 1단 텔레스코픽암(221)에 장착되는 하나의 동력원인 구동모터(2311)에 의하여 동시에 2단 텔레스코픽암(222)과 3단 텔레스코픽암(223)이 신축 및 확장이 이루어질 수 있도록 메커니즘이 구성되어 있다.

또한, 상기 구동부(230)는 1단 텔레스코픽암(221)에 상기 2단 텔레스코픽암(222)의 이송을 위한 구동 볼스크류(2312)와 더불어 또 하나의 상기 가이드 볼스크류(2321a)를 포함하고 있으며, 상기 구동 볼스크류(2312)와 상기 가이드 볼스크류(2321a)를 따라 함께 이동하는 기어부(2323a;스퍼기어 메커니즘)에 의하여 상기 구동 볼스크류(2312)의 동력이 상기 3단 이송 볼스크류(2322a)에 전달되어 상기 2단 텔레스코픽암(222)과 3단 텔레스코픽암(223)이 동시에 신축 또는 확장되는 동작이 이루어진다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 제2 실시예로 상기 3단 구동부(232b)는, 도 9 및 도 10과는 달리 랙기어와 피니언-베벨기어을 포함하는 구조로서, 1단 랙기어(2321b)와, 피니언 베벨기어부(2322b)와, 3단 랙기어(2323b)를 포함한다.

여기서, 상기 1단 랙기어(2321b)는, 상기 1단 텔레스코픽암(221)의 내측에 고정되며, 상기 1단 텔레스코픽암(221)의 내부에서 상기 2단 텔레스코픽암(222)의 신축 또는 확장에 대응하도록 그 위치가 길이가 정해진다.

상기 피니언 베벨기어부(2322b)는, 상기 1단 랙기어(2321b)에 치합되고 상기 1단 랙기어(2321b)와 대면하는 상기 2단 텔레스코픽암(222)에 구비되어, 상기 2단 텔레스코픽암(222)의 이동에 의하여 회전한다.

여기서, 상기 피니언 베벨기어부(2322b)는, 도시된 바와 같이 선단에 위치하여 상기 1단 랙기어(2321b)의 이동에 따라 회전하는 제1피니언 베벨기어(23221)와, 상기 제1피니언 베벨기어(23221)와 치합되는 2단 베벨기어 축(23222)과, 2단 베벨기어 축(23222)과 치합되어 회전하고 상기 3단 랙기어(2323b)와 치합되어 회전에 따라 상기 3단 랙기어(2323b)를 이동시키는 제2피니언 베벨기어(23223)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 3단 구동부(232b)에서 축은 축방향(작동방향)으로 밀리지 않도록 스르스트 베어링과 조합되고, 고정된 1단 렉기어(2321b) 위를 구동 볼스크류(2312)에 의해 이동하는 제1피니언 베벨기어(23221)가 따라 이동하면서 회전하게 되는 구조로 되어 있어, 상기 1단 랙기어(2321b)를 이송시켜 상기 제1피니언 베벨기어(23221)와 제2피니언 베벨기어(23223)를 회전시키는 구조로 되어 있다.

상기 3단 랙기어(2323b)는, 상기 제2피니언 베벨기어(23223)와 치합되고 상기 3단 텔레스코픽암(223)에 구비되어 상기 제2피니언 베벨기어(23223)의 회전에 의하여 상기 3단 텔레스코픽암(223)을 이동시키는 역할을 한다.

상기한 바에 따르면, 상기 구동부(230)는 제1실시예와 같이 상기 1단 텔레스코픽암(221)에 장착되는 하나의 동력원인 구동모터(2311)에 의하여 2단 텔레스코픽암(222)과 3단 텔레스코픽암(223)이 신축 및 확장이 이루어질 수 있도록 메커니즘이 구성되어 있다.

또한, 상기 제2실시예에 따른 구동부(230)는 2단 텔레스코픽암(222)이 이동하면 상기 제1피니언 베벨기어가 상기 1단 랙기어(2321b)를 따라 회전하면서 상기 2단 베벨기어 축이 회전하여 회전동력을 2단 텔레스코픽암(222) 말단의 제2피니언 베벨기어에 전달한다. 그러면, 상기 제2피니언 베벨기어는 회전하면서 3단 텔레스코픽암(223)에 결합된 상기 3단 랙기어(2323b)를 밀면서 결과적으로 3단 텔레스코픽암(223)을 이동시킨다.

도 14 내지 도 16은 제 3실시예에 따른 구동부(230)를 나타낸 도면으로 도면을 참조하면, 상기 3단 구동부(232c)는, 3단 이송 볼스크류(2321c)와, 스퍼기어부(2322c)와, 3단 이동부(2323c)를 포함한다.

한편, 이에 앞서 상기 제3실시예에 따른 구동부(230)는, 상기 구동 볼스크류(2312b)에 길이방향을 따라 슬롯(23121)이 홈의 형태로 가공되어 있으며, 상기 슬롯(23121)을 가이드로 하여 상기 스퍼기어부(2322c)가 회전과 이송동작을 동시에 수행하도록 되어 있다.

상기 3단 이송 볼스크류(2321c)는, 상기 2단 텔레스코픽암(222)의 내부에 길이방향을 따라 구비되며, 일단부는 상기 스퍼기어부(2322c)와 연결되어 상기 3단 이동부(2323c)와 연결되어 있다.

상기 스퍼기어부(2322c)는, 상기 구동 볼스크류(2312)에 축방향을 따라 형성된 슬롯(23121)을 따라 회전 및 이동하며, 상기 3단 이송 볼스크류(2321c)의 외주에 결합하여, 상기 구동 볼스크류(2312)의 회전력을 상기 3단 이송 볼스크류(2321ca)로 전달하는 역할을 한다.

상기 3단 이동부(2323c)는, 내주면으로 상기 3단 이송 볼스크류(2321c)에 나사 결합하고 상기 3단 텔레스코픽암(223)과 결합하여, 상기 3단 이송 볼스크류(2321c)의 회전에 따라 상기 3단 텔레스코픽암(223)을 전후방향으로 이동시키는 역할을 한다.

상기한 바에 따르면, 상기 제3실시예에 따른 구동부(230)는 상기 제1 및 제2실시예와 같이 상기 1단 텔레스코픽암(221)에 장착되는 하나의 동력원인 구동모터(2311)에 의하여 2단 텔레스코픽암(222)과 3단 텔레스코픽암(223)을 동시에 신축 또는 확장이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 제3실시예에 따른 구동부(230)는 상기 구동 볼스크류(2312)에 길이방향으로 슬롯이 형성되어, 상기 슬롯을 가이드로 하여 상기 스퍼기어부(2322c)가 회전과 이송동작을 동시에 수행하도록 되어 있으며, 상기 스퍼기어부(2322c)의 회전동력은 3단 이송 볼스크류(2321c)에 고정된 스퍼기에 전달되도록 되어 있다.

상기한 바와 같이, 상기 차량용 휠체어 수납시스템(700)은, 차량 루프에는 매니퓰레이터(200)만을 장착하여, 루프의 수납공간을 최소화하여 공기저항 등을 저감하여 연비개선효과를 제공할 수 있으며, 휠체어는 트렁크에 수납되도록 함으로써 트렁크 공간을 최대로 활용할 수 있으며, 휠체어의 최적의 수납을 이룰 수 있다. 또한 상기 차량용 휠체어수납시스템(700)은, 운전석으로부터 상기 트렁크 수납장치(100)까지 휠체어를 자율적으로 이송이 이루어질 수 있어 보조자가 불필요하며, 휠체어 자가 이송이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 트렁크 수납장치 200,200b,200c... 매니퓰레이터
210... 베이스부 220... 텔레스코픽부
221... 1단 텔레스코픽암 222... 2단 텔레스코픽암
223... 3단 텔레스코픽암 230... 구동부
231... 2단 구동부 2311... 구동모터
2312... 구동 볼스크류 2314... 2단 이송 가이드
232a,232b,232c... 3단 구동부 2321a... 가이드 볼스크류
2321b... 1단 랙기어 2321c,2322a... 3단 이송 볼스크류
2322b... 피니언 베벨기어부 2322c... 스퍼기어부
23221... 제1 피니언 베벨기어 23222... 2단 베벨기어축
23223... 제2 피니언 베벨기어 2323a... 기어부
2323b... 3단 랙기어 2323c,2324a... 3단 이동부
233... 리니어 베어링부 240... 엔드이펙터
241... 러그플레이트 250,250b... 폴딩부
251,251b... 프레임 252,252b.. 폴딩모터
253,253b... 회전기어부 300... 제어부
310... 위치고정부 320... 안전장치부
330... 감지부 400... 하우징
500... 휠체어 캐비닛 600... 회전수단
610... 모터베이스 620... 회전모터
630... 기어부 640... 트러스트 베어링홀드
700... 차량용 휠체어 시스템