변형바퀴{TRANSFORMABLE WHEEL}
본원은 변형 바퀴에 관한 것이다.
바퀴의 발명으로 인하여 물품의 운송이 용이해짐으로써, 바퀴는 고대 문명 사회의 발전을 이끈 동력이 되었다. 또한, 바퀴는 현대 사회에서도 일상 생활에서 없어서는 안될 부품으로써 널리 이용되고 있다. 예시적으로, 바퀴는 자동차에서부터 휠체어, 유모차 또는 카트에 이용되어 생활의 편의를 제공한다. 일반적인 원형의 바퀴는 평지를 주행하는 데에는 매우 효율적이지만, 계단과 같은 장애물을 통과하는 데에 있어서는 효율적이지 못하다. 특히 휠체어, 유모차 또는 카트를 이용하는 경우 계단과 같은 장애물을 통과하는데 매우 힘이 들기 때문에 이러한 경우에 이용자의 편의를 제공하고자 하는 노력이 있어 왔다. 한편, 이와 관련하여 한국등록특허공보 제10-0546952호 (발명의 명칭: 전동 휠체어)는 계단에 대한 반등 능력을 향상시키기 위하여 휠체어의 앞바퀴와 뒷바퀴의 높이를 각각 조절할 수 있도록 하고 바퀴 외에 별도의 레버가 모터에 의하여 구동하여 계단을 등반하는 구성이 개시되어 있다. 이와 같은 구성은 모터 두 개를 이용하여 앞바퀴 측과 뒷바퀴 측의 높낮이 및 움직임을 제어하는 것을 특징으로 한다. 그러나 이러한 종래기술은 가격이 고가일 뿐만 아니라 레버에 의하여 계단을 등반하는 과정에서 일시적으로 큰 힘이 필요하게 되어 도리어 안전성을 해할 수 있는 원인이 된다. 또한, 등록실용신안공보 제20-0307551호 (발명의 명칭: 다축바퀴)는 통상의 바퀴를 결합하여 형성한 것으로, 필요에 따라서는 통상의 회전 반경보다 큰 회전 반경으로 회전함으로써 보다 큰 힘을 얻을 수 있도록 하는 구조를 개시하고 있다. 이와 같은 구조는 가격도 저렴하게 제조할 수 있으며 계단 등반 능력을 제고한 구조로 볼 수 있으나 이러한 구조에 의하면 평지를 주행할 때에는 두 개의 바퀴가 지면과 닿아서 마찰이 크게 일어나므로 도리어 한 개의 바퀴를 이용하는 경우보다 더 많은 피로감을 느끼게 된다. 따라서, 계단 등 장애물이나 경사면을 통과하는 경우 적은 힘으로도 통과할 수 있으면서도 평지에서의 주행 능력을 저하시키지 않는 기술의 개발의 필요성이 대두된다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 계단, 구조물, 자연지형 등의 장애물을 극복할 수 있는 변형바퀴을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 변형바퀴는 외주연에 위치하고, 중심축을 기준으로 소정의 각도만큼 형성된 복수의 접촉부 및 상기 접촉부의 사이에 각각 위치하고, 외주연으로부터 내측방향으로 함몰 형성된 함몰부를 포함하는 바퀴프레임; 일측이 상기 각각의 함몰부에 회전 가능하도록 결합되고, 외측면이 바퀴프레임으로써 기능하는 운동부; 상기 바퀴프레임의 중심축으로부터 방사형으로 상기 각각의 운동부에 대응되도록 위치하는 복수의 운동고정부를 포함하고, 상기 바퀴프레임의 일측면에 위치하는 회전부; 및 상기 바퀴프레임의 중심축을 중심으로 상기 회전부를 소정의 각도만큼 회전시키는 가동부를 포함하되, 상기 가동부가 상기 회전부를 회전시켜, 상기 운동고정부가 상기 운동부의 내측면으로부터 이탈되도록 하고, 상기 운동부가 상기 바퀴프레임의 내측방향으로 회전하여, 상기 바퀴프레임의 외주연을 따라 복수의 홈이 형성된다. 또한, 본원의 다른 실시예에 따른 변형바퀴는 외주연에 위치하고, 중심축을 기준으로 소정의 각도만큼 형성된 복수의 접촉부 및 상기 접촉부의 사이에 위치하고, 외주연으로부터 내측방향으로 함몰 형성된 복수의 함몰부를 포함하는 바퀴프레임; 일측이 상기 각각의 함몰부에 회전 가능하도록 결합되고, 외측면이 바퀴프레임으로써 기능하는 운동부; 외주연을 따라 연장되도록 형성된 톱니부 및 상기 톱니부에 상기 바퀴프레임의 중심축으로부터 방사형으로 상기 각각의 운동부에 대응되도록 위치하는 복수의 운동고정부를 포함하고, 상기 바퀴프레임의 일측면에 위치하는 회전부; 및 상기 접촉부의 외주면을 따라 내측방향으로 이동가능하도록 위치하는 복수의 압박부를 포함하는 가동부를 포함하되, 상기 가동부가 상기 회전부를 회전시켜, 상기 운동고정부가 상기 운동부의 내측면으로부터 이탈되도록 하고, 상기 운동부가 상기 바퀴프레임의 내측방향으로 회전하여, 상기 바퀴프레임의 외주연을 따라 복수의 홈이 형성된다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 평지에서는 원형형상의 바퀴가 되고, 장애물 주행 시 홈이 있는 바퀴 형상이 되어, 평지에서의 가동효율을 유지하면서 장애물도 극복할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형바퀴의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형바퀴의 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형바퀴의 개략도이다.
도 4는 본 별명의 제2 실시예에 따른 바퀴프레임의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형바퀴의 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴의 작동방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8의 (a)는 도 6의 A 확대도이고, 도 8의 (b)는 도 7의 B 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다. 도 1은 본원의 제1 실시예에 따른 변형바퀴의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형바퀴의 작동방법을 설명하기 위한 개략도이며, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형바퀴의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바퀴프레임의 개략도이며, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형바퀴의 작동방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴의 개략도이며, 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴의 작동방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 8a는 도 6의 A 확대도이고, 도 8b는 도 8의 B 확대도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 본원의 변형바퀴(100)에 대해서 개략적으로 설명한다. 본원의 변형바퀴(100)는 바퀴프레임(110), 운동부(120), 회전부(130), 및 가동부(140)를 포함한다. 바퀴프레임(110)은 원판형으로 형성되고, 바퀴프레임(110)의 중심축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 바퀴프레임(110)은 외주연에 위치하고, 중심축을 기준으로 소정의 각도만큼 형성된 복수의 접촉부(113)가 형성되며, 접촉부(113)의 사이에 각각 위치하고, 외주연으로부터 내측방향으로 함몰 형성된 함몰부(111)를 포함할 수 있다. 운동부(120)는 일측이 각각의 함몰부(111)에 회전 가능하도록 결합되고, 외주면이 바퀴프레임(110)으로써 기능을 한다. 다시 말해, 본원의 변형바퀴(100)는, 평지 주행 시, 운동부(120)의 외측면이 바퀴프레임(110)의 외주연과 일치되어, 원형 형상의 변형바퀴(100)가 되어 가동효율을 향상시킬 수 있다. 회전부(130)는 바퀴프레임(110)의 중심축으로부터 방사형으로 각각의 운동부(120)에 대응되도록 위치하는 복수의 운동고정부(131)를 포함할 수 있다. 또한, 회전부(130)는 바퀴프레임(110)의 일측면에 위치할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 운동고정부(131)는 운동부(120)의 내주면에 접촉되어 외력에 의해 운동부(120)가 내측방향으로 회전되지 않도록 고정하는 역할을 한다. 가동부(140)는 바퀴프레임(110)의 중심축을 중심으로 소정의 각도만큼 회전부(130)를 소정의 각도만큼 회전시킬 수 있다. 이때, 가동부(140)는 수동 또는 자동으로 회전부(130)를 회전시킬 수 있다. 따라서, 본 변형바퀴(100)는, 평지 주행 시, 운동고정부(131)에 의해 운동부(120)가 고정되어 외주연이 원형 형상으로 될 수 있다. 또한, 본 변형바퀴(100)는, 장애물 주행 시, 가동부(140)에 의해 운동고정부(131)가 회전함에 따라 운동부(120)가 잠금 해제상태로 되어, 홈이 있는 바퀴형상으로 변형될 수 있다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본원의 제1 실시예에 따른 변형바퀴(100)에 대해 설명한다. 본 변형바퀴(100)는 바퀴프레임(110), 운동부(120), 회전부(130), 및 가동부(140)를 포함한다. 바퀴프레임(110)은, 상술한 바와 같이, 외주연에 위치하고, 중심축을 기준으로 소정의 각도만큼 형성된 복수의 접촉부(113) 및 접촉부(113)의 사이에 각각 위치하고, 외주연으로부터 내측방향으로 함몰 형성된 함몰부(111)를 포함할 수 있다. 운동부(120)는 각각의 함몰부(111)에 결합되고, 접지부(121), 힌지부(122), 및 접지지지부(123)를 포함할 수 있다. 접지부(121)는, 평지 주행 시, 바퀴프레임(110)으로써 기능을 할 수 있으며, 접촉부(113)와 동일한 곡률을 가져, 변형바퀴(100)의 외주연이 원형형상을 갖도록 한다. 힌지부(122)는 접지부(121)의 일측에 위치하고, 접촉부 (113)의 일측단부에 힌지결합될 수 있다. 다시 말해, 운동부(120)는 힌지부(122)를 중심으로 회전될 수 있다. 접지지지부(123)는 접지부(121)의 내측면으로부터, 바퀴프레임(110)의 중심축방향으로 돌출 형성될 수 있다. 또한, 접지지지부(123)는 일측이 접지부(121)의 내측면에 고정되고, 타측이 탄성구조물(미도시)에 의해서 탄성 지지될 수 있다. 이에 따라, 도 2를 참조하면, 운동부(120)는, 운동고정부(131)가 접지부(121)의 내측면으로부터 이탈될 경우, 힌지부(122)를 중심으로 바퀴프레임(110)의 내측방향으로 회전 이동될 수 있다. 회전부(130)는 바퀴프레임(110)의 일측면에 위치하고, 바퀴프레임(110)의 중심축으로부터 방사형으로 각각의 운동부(120)에 대응되도록 위치하는 복수의 운동고정부(131)를 포함하며, 운동부(120)가 바퀴프레임(110)의 내측방향으로 회전 이동되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 운동고정부(131)는 힌지부(122)가 위치하는 방향으로 회전되어 운동부(120)를 잠금 또는 잠금 해제할 수 있다. 상술한 잠금은 운동고정부(131)가 운동부(120)의 내측면에 위치한 상태를 뜻하며, 잠금 해제는 운동고정부(131)가 운동부(120)의 내측면으로부터 이탈된 상태를 뜻할 수 있다. 다시 말해, 본 변형바퀴(100)는 평지 주행 시 운동고정부(131)에 의해서 운동부(120)가 잠금 상태로 되어 외주연이 원형인 바퀴가 되고, 장애물 주행 시 운동부(120)가 잠금 해제상태로 되어 외주연에 홈이 형성된 바퀴가 될 수 있다. 가동부(140)는 바퀴프레임(110)의 중심축을 중심으로 회전부(130)를 소정의 각도만큼 회전시킬 수 있으며, 예시적으로 가동부(140)는 스테핑모터일 수 있다. 상술한 스테핑모터는 입력 펄스 수에 대응하여 일정 각도씩 움직이는 모터이며, 이는 통상의 기술자에게 자명한바 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형바퀴(102)에 대해 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형바퀴(102)는 바퀴프레임(110)에 걸림홈(112)이 형성되고, 걸림홈(112)을 따라 이동되는 이동고정부(142)에 의해서 회전부(130)가 회전되는 것을 특징으로 한다. 도 4를 참조하면, 걸림홈(112)은 중심축을 기준으로 소정의 각도를 가지고 형성된 이동슬릿(112a), 이동슬릿(112a)의 일측에 형성된 제1 삽입슬릿(112b), 및 이동슬릿(112a)의 타측에 형성된 제2 삽입슬림(112c)을 포함할 수 있다. 또한, 가동부(140)는 제1 삽입슬릿(112b) 또는 제2 삽입슬릿(112c)에 고정되는 이동고정부(142) 및 이동고정부(142)를 탄성 지지하는 탄성체(143)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 이동고정부(142)가 제1 삽입슬릿(112b)에 위치할 경우, 이동고정부(142)를 바퀴프레임(110)의 중심축 방향으로 가압하여, 제1 삽입슬릿(112b)으로부터 이탈시키고, 이동슬릿(112a)을 따라 이동시켜, 제2 삽입슬릿(112c)으로 이동시킬 수 있다. 이때, 회전부(130)는 제1 삽입슬릿(112b)에서 제2 삽입슬립(112c) 방향으로 회전되고, 운동고정부(131)는 접지부(121)의 내측면으로부터 이탈되어, 바퀴프레임(110)의 외주연을 따라 형성된 함몰부(111)가 외부로 노출될 수 있다. 또한, 이동고정부(142)가 제2 삽입슬릿(112c)에 위치할 경우, 이동고정부(142)를 바퀴프레임(110)의 중심축 방향으로 가압하여, 제2 삽입슬릿(112c)으로부터 이탈시키고, 이동슬릿(112a)을 따라 이동시켜, 제1 삽입슬릿(112b)으로 이동시킬 수 있다. 이때, 회전부(130)는 제2 삽입슬릿(112c)에서 제1 삽입슬릿(112b) 방향으로 회전되고, 운동고정부(131)는 접지부(121)의 내측면으로 이동되어, 운동부(120)가 내측방향으로 회전되지 않도록 고정할 수 있다. 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴(103)에 대해 설명한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴(103)는 접촉부(113)의 외주면을 따라 위치하는 적어도 하나 이상의 압박부(144)가 가압됨에 따라 회전부(130)가 회전되는 것을 특징으로 한다. 도 6을 참조하면, 가동부(140)는 접촉부(113)의 외주면을 따라 내측방향으로 이동 가능하도록 위치하는 복수의 압박부(144)를 포함할 수 있다. 회전부(130)는 외주연을 따라 연장되도록 형성된 톱니부(132) 및 톱니부(132)에 바퀴프레임(110)의 중심축으로부터 방사형으로 각각의 운동부(120)에 대응되도록 위치하는 복수의 운동고정부(131)를 포함할 수 있다. 또한, 회전부(130)는 바퀴프레임(110)의 일측면에 위치할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 압박부(144)는 일측이 접촉부(113)의 외주연으로 돌출되고, 타측이 회전부(130)의 톱니부(132)에 접촉되도록, 접촉부(113)의 외주연을 따라 복수가 위치할 수 있다. 탄성부(145)는, 평지 주행 시, 압박부(144)가 회전부(130)에 가해지는 힘에 대해서 회전부(130)가 회전되지 않도록 탄성 지지할 수 있다. 또한, 회전부(130)는 탄성부(145)의 탄성력보다 압박부(144)에 의해 톱니부(132)에 가해지는 힘이 더 클 경우 소정의 각도로 회전될 수 있다. 예시적으로, 도 7을 참조하면, 탄성부(145)는 회전부(130)를 시계방향으로 탄성 지지할 수 있고, 압박부(144)가 회전부(130)의 톱니부(132)를 가압함에 따라 회전부(130)가 반시계방향으로 회전될 수 있다. 이때, 회전부(130)가 반시계방향으로 회전됨에 따라, 운동고정부(131)는 접지부(121)의 내측면으로부터 이탈되고, 운동부(120)가 내측방향으로 회전되어, 바퀴프레임(110)의 외주연을 따라 복수의 함몰부(111)가 외부로 노출될 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴(103)의 작동방법에 대해서 설명한다. 도 8의 (a)를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴(103)는, 평지 주행 시, 탄성부(145)의 탄성력이 압박부(144)에 의해 톱니부(132)에 가해지는 힘보다 크며, 운동고정부(131)가 접지부(121)의 내측면에 위치하여 운동부(120)가 잠금 상태로 될 수 있다. 또한, 도 8의 (b)를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형바퀴(103)는, 장애물과 접촉 시, 톱니부(132)에 가해지는 힘이 탄성부(145)의 탄성력보다 크며, 운동고정부(131)가 접지부(121)의 내측면으로부터 이탈되어 운동부(120)가 잠금 해제상태로 될 수 있다. 다시 말해, 본 변형바퀴(103)는, 장애물과 접촉 시, 수직항력 및 장애물에 의한 압력에 의해서 압박부(144)가 톱니부(132)에 가해지는 힘이 증가하게 되며, 이에 따라 회전부(130)가 회전하고, 운동고정부(131)가 접지부(121)의 내측면으로부터 이탈되어 운동부(120)가 내측방향으로 회전하여 함몰부(111)가 외부로 노출될 수 있다. 전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 변형바퀴
110 : 바퀴프레임 111 : 함몰부
112 : 걸림홈 113 : 접촉부
120 : 운동부 121 : 접지부
122 : 힌지부 123 : 접지지지부
130 : 회전부 131 : 운동고정부
132 : 톱니부
140 : 가동부 141 : 스테핑모터
142 : 이동고정부 143 : 탄성체
144 : 압박부 145 : 탄성부 |
