ES2260019T3 - Vehiculos de movilidad personal y procedimientos. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para transportar un usuario, comprendiendo el dispositivo: a) una plataforma (12) que soporta una carga que incluye al usuario, b) un módulo de contacto con el suelo montado a la plataforma, que incluye al menos un miembro (20, 44) de contacto con el suelo y que define un plano antero-posterior; c) una disposición (51, 531, 532, 541, 542) de accionamiento motorizado acoplada al módulo de contacto con el suelo; constituyendo la disposición de accionamiento, el módulo de contacto con el suelo y la carga un sistema que es inestable con respecto a la inclinación cuando el accionamiento motorizado no está activado; la disposición de accionamiento motorizado, cuando está activada, produce la operación equilibrada automáticamente del sistema en una posición de operación que es inestable con respecto a la inclinación en al menos un plano antero-posterior cuando la disposición de accionamiento motorizado no está activada; y d) un control de entrada de usuario que recibe una indicacióndel usuario de un cabeceo especificado del dispositivo bajo condiciones de movimiento a una velocidad uniforme.

Description

Vehículos de movilidad personal y procedimientos.

La presente invención se refiere a vehículos y procedimientos para transportar individuos, y más en particular, se refiere a vehículos de equilibrio y procedimientos para transportar individuos sobre un suelo que tiene una superficie que puede ser irregular.

Son conocidos un amplio rango de vehículos y procedimientos para transportar sujetos humanos. Típicamente, tales vehículos se basan en la estabilidad estática, diseñándose para que sean estables bajo todas las condiciones anticipadas de situación de los miembros de contacto con el suelo. De esta manera, por ejemplo, el vector de gravedad que actúa sobre el centro de gravedad de un automóvil pasa entre los puntos de contacto con el suelo de las ruedas del automóvil, manteniendo la suspensión todas las ruedas sobre el suelo en todo momento, y de esta manera el automóvil es estable. Otro ejemplo de un vehículo estable estáticamente es el vehículo para subir escaleras que se describe en la patente norteamericana número 4.790.548 (Decelles et al).

El documento JP 01-316810 describe una máquina portadora de forma alargada con ruedas en un extremo, accionada por movimientos de accionamiento controlados por un sensor de equilibrio.

De acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo para transportar un usuario, de acuerdo con la reivindicación 1, y un procedimiento para transportar un usuario, de acuerdo con la reivindicación 3.

Características ventajosas de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes 2 y 4.

Breve descripción de los dibujos

La invención se podrá comprender fácilmente con referencia a la descripción que sigue, tomada con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la figura 1 es una vista lateral de un vehículo personal que carece de una posición estática estable, de acuerdo con una realización preferente de la presente invención, para soportar o transportar a un sujeto que permanece en una posición de pie sobre el mismo;

la figura 2 es una vista en perspectiva de otro vehículo personal que carece de una posición estática estable, de acuerdo con una realización alternativa de la presente invención;

la figura 3 ilustra la estrategia de control para una versión simplificada de la figura 1, para alcanzar el equilibrio utilizando un par motor de rueda;

la figura 4 ilustra diagramaticalmente la operación del control por palanca de mando de las ruedas de la realización de la figura 1;

la figura 5 es un diagrama de bloques que muestra generalmente la naturaleza de los sensores, potencia y control de la realización de la figura 1;

la figura 6 es un diagrama de bloques que proporciona detalle de un conjunto de interfaz del conductor;

la figura 7 es una vista esquemática del control del motor de ruedas durante el equilibrio y durante la locomoción normal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 8 muestra un vehículo de equilibrio con una única rueda central para soportar la plataforma del vehículo y un manillar articulada, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 9 muestra un vehículo de equilibrio con una única rueda central para la plataforma del vehículo y un manillar, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 10 muestra un vehículo de equilibrio con dos ruedas coaxiales centrales para la plataforma de soporte del vehículo y un manillar articulada, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 11 muestra un vehículo de equilibrio con una única rueda central para soportar la plataforma del vehículo y sin manillar articulada, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 12 muestra una realización alternativa de un vehículo de equilibrio con una única rueda central para la plataforma de soporte del vehículo y sin manillar articulada, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 13 muestra un vehículo de equilibrio con una única rueda transversalmente montada para la plataforma de soporte del vehículo y sin manillar articulada, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 14 muestra un vehículo de equilibrio con una única rueda montada transversalmente centralmente a la plataforma de soporte del vehículo y un manillar, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 15 muestra un vehículo de equilibrio con una bola única montada central respecto a la plataforma de soporte del vehículo y un manillar, de acuerdo con una realización de la presente invención; y

la figura 16 muestra un diagrama ilustrativo de un vehículo de equilibrio idealizado con una rueda rígida en movimiento a velocidad constante a lo largo de una superficie plana.

Descripción detallada de realizaciones especificas

Una alternativa a la operación de un vehículo estable estáticamente es que se puede mantener la estabilidad dinámica por la acción del usuario, como en el caso de una bicicleta o motocicleta o patinete, o, de acuerdo con realizaciones de la presente invención, por un lazo de control, como en el caso del transportador de personas descrito en la patente norteamericana número 5.701.965. La invención se puede implantar en un amplio rango de realizaciones. Una característica de muchas de estas realizaciones es el uso de una pareja de miembros que entran en contacto con el suelo dispuestos lateralmente, para suspender al sujeto sobre la superficie con respecto a la cual está siendo transportado el sujeto. El suelo u otra superficie, tal como un pavimento, sobre el cual se utiliza un vehículo de acuerdo con la invención, se puede denominar generalmente como "suelo". Los miembros de contacto con el suelo típicamente son accionados por un motor. En muchas realizaciones, la configuración en la cual el sujeto está suspendido durante la locomoción carece de estabilidad inherente, al menos durante una porción de tiempo, con respecto a un plano vertical en el plano antero-posterior, pero es relativamente estable con respecto a una vertical en el plano lateral.

Algunas realizaciones de la invención invocan el concepto de ruedas primarias. El término "ruedas primarias", como se utiliza en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, se refiere a un conjunto mínimo de ruedas de un vehículo sobre las cuales el vehículo puede operar establemente. Más en general, el término "miembros primarios de contacto con el suelo" permite una clase más general de miembros, que incluye las ruedas aunque no este limitado a ellas. Por lo tanto, como se utiliza en esta descripción y en cualquier reivindicación adjunta, la expresión "miembros primarios de contacto con el suelo" se refiere a un conjunto mínimo de miembros de contacto con el suelo del vehículo sobre los cuales el vehículo puede operar establemente. Otros miembros de contacto con el suelo pueden incluir, sin limitación, secciones curvadas de una rueda, grupos de ruedas, bandas de rodadura, etc.

En varias realizaciones de la invención, la estabilidad antero-posterior se puede conseguir proporcionando un lazo de control, en el cual se incluyen uno o más motores, para la operación de un accionamiento motorizado en conexión con los miembros de contacto con el suelo. Como se describirá más adelante, una pareja de miembros de contacto con el suelo puede ser, por ejemplo, una pareja de ruedas o una pareja de grupos de ruedas. En el caso de los grupos de ruedas, cada grupo puede incluir una pluralidad de ruedas. Sin embargo, cada miembro de contacto con el suelo puede ser una pluralidad (típicamente una pareja) de elementos adyacentes curvados axialmente, soportados radialmente y montados rotativamente. En estas realizaciones, los miembros de contacto con el suelo están accionados por el accionamiento motorizado en el lazo de control, de tal manera que el centro de gravedad del vehículo se mantenga, cuando el vehículo no se encuentra en locomoción, encima de la región de contacto de los miembros de contacto con el suelo, con independencia de las perturbaciones y fuerzas que operen sobre el vehículo.

Un miembro de contacto con el suelo típicamente tiene un "punto" (en la realidad, una región) de contactos o de tangencia con la superficie sobre la cual se está desplazando o permanece el vehículo. Debido a la conformidad del miembro de contacto con el suelo el "punto" de contacto realmente es un área con lo que la región de contacto también se puede denominar como parche de contacto. El peso del vehículo se distribuye sobre la región de contacto, produciendo una distribución de presiones sobre la región, estando desplazado el centro de presión hacia delante durante el movimiento hacia delante. La distribución de presiones es una función de la composición así como de la estructura del vehículo, de la velocidad rotacional del vehículo, del par motor aplicado a la rueda y por lo tanto, de las fuerzas de fricción que actúan sobre la rueda.

Se requiere una fuerza en la dirección del movimiento para vencer la fricción de giro (y otras fuerzas de fricción, incluyendo la resistencia del aire). Se puede utilizar la gravedad, de acuerdo con realizaciones preferentes de la invención, para proporcionar un par motor alrededor del punto de contacto con la superficie en una dirección que tiene un componente en el sentido del movimiento deseado. Haciendo referencia a la figura 16 para ilustrar estos principios, se muestra un diagrama de las fuerzas que actúan sobre un vehículo que se mueve con velocidad constante v sobre una única rueda sobre una superficie plana. Los principios que se discuten ahora pueden ser fácilmente generalizados a operaciones en una superficie inclinada y para acomodar cualesquiera otras fuerzas externas que puedan encontrarse presentes. La rueda 160 de radio R_{w} gira con respecto al chasis 162 alrededor del eje 164 y entra en contacto con la superficie subyacente en un punto P. Con propósitos de ilustración solamente, se acepta que la rueda 160 entra en contacto con la superficie en un punto.

La rueda es accionada con respecto al vehículo por medio de un par motor T (por ejemplo, suministrado por un motor) lo cual a su vez crea un par de reacción-T sobre el vehículo. Puesto que el par motor actúa respecto del eje 164, el par de reacción se corresponde a una fuerza F_{b} que actúa en el centro de gravedad (CG) del sistema, incluyendo el vehículo y la carga, en el que F_{b}=T/R_{CG}, en donde R_{CG} es la distancia entre el eje y el CG del sistema. La línea 170 desde el CG al punto P se encuentra con un ángulo \theta_{S} en relación con la línea vertical 172.

La fricción de giro, f, que actúa sobre la rueda en un punto P, es proporcional a velocidad v del borde de la rueda, expresándose la proporcionalidad expresada como f = \muv. Para que se mantenga la velocidad constante, esta fuerza f debe compensarse exactamente. Como consecuencia, proporcionando la gravedad la fuerza, la condición que se debe satisfacer es:

(ecuación 1)f_{b} \ cos \ \theta_{S} = f

en donde f_{b} es el componente de la fuerza de reacción que actúa transversalmente al eje 174 entre el CG y el punto P. Con el fin de impedir que el vehículo caiga, también debe existir una condición de estabilidad, es decir, que ninguna fuerza neta actúe sobre el CG en una dirección transversal a la línea 170, es decir, que no exista un par motor neto respecto al punto de contacto P durante el movimiento a una velocidad constante (es decir, en un marco de referencia inercial en el que punto P está fijo). Esta condición se puede expresar como:

(ecuación 2)f_{g} \ sen \ \theta_{S} = f_{b}

en donde f_{g} sen \theta_{S} es el componente "basculante" de la gravedad, y f_{b} es el componente contrabasculante de la fuerza de reacción sobre el vehículo producida por la rotación de la rueda (f = F_{b} cos \gamma) y en la que \gamma es el ángulo que se muestra entre la línea 170 y la línea 174.

Las ecuaciones 1 y 2 se pueden combinar para obtener F_{g} sen \theta_{S} cos \theta_{S} = f = \muv, de esta manera, en el límite de los ángulos pequeños (en los que sen \theta = \theta),

(Ecuación 3)\theta_{S} = (\mu/ F_{g}) v

que muestra que una velocidad creciente requiere una inclinación incrementada para vencer los efectos de la fricción. Además, un lazo de control que impone estabilidad en el sistema responderá a una inclinación incrementada incrementando la velocidad del sistema. Aunque la discusión precedente asume velocidad constante, la inclinación adicional más allá de la requerida para vencer los efectos de la fricción producirá una aceleración puesto que una fuerza adicional dirigida hacia delante actuará sobre el CG. De manera consecuente, con el fin de alcanzar la aceleración (o desaceleración) del vehículo, se puede proporcionar una inclinación adicional (hacia delante o hacia atrás) de una manera que se discutirá con mayor detalle más adelante.

La figura 1 muestra una realización simplificada de la invención. Se muestra un transportador personal y se designa en general por el número 18. Un sujeto 10 se mantiene de pie sobre una plataforma de soporte 12 y agarra un agarre 14 sobre un manillar 16 unida a la plataforma 12, de manera que el vehículo 18 de esta realización pueda funcionar de una manera análoga a la de un patinete. Se puede proporcionar un lazo de control de manera que la inclinación del sujeto produzca la aplicación de un par a la rueda 20 respecto al eje 22, con lo cual se produce una aceleración del vehículo. Sin embargo, el vehículo 18 es inestable estáticamente, y en ausencia de la operación del lazo de control para mantener la estabilidad dinámica, el sujeto 10 ya no estará soportado en una posición erguida y caerá de la plataforma 12. Se pueden utilizar ventajosamente diferentes números de ruedas o de otros miembros de contacto con el suelo en varias realizaciones de la invención, como sea particularmente adecuado a las distintas aplicaciones. De esta manera, como se describirá con mayor detalle más adelante, el número de miembros de contacto con el suelo puede ser cualquier número igual, o mayor que 1. En muchas aplicaciones, las dimensiones de la plataforma 12 y ciertamente del módulo de contacto con el suelo completo, designado en general por el número 6, se comparan ventajosamente con las dimensiones de la pisada o de la anchura de hombros del usuario 10. De esta manera, el transportador 18 se puede utilizar ventajosamente como una plataforma de trabajo móvil o un vehículo de recreo, tal como un carrito de golf, o como un vehículo de suministro.

El transportador 18 puede ser operado en un modo de mantenimiento de estación, en el que se mantiene el equilibrio sustancialmente en una posición especifica. Además, el transportador 18 al que se le puede denominar en la presente memoria, sin limitación, como un "vehículo" también puede mantener una posición fija y una orientación cuando el usuario 10 no se encuentre sobre la plataforma 12. Este modo de operación, denominado como modo de "soporte", impide el descontrol del vehículo y proporciona la seguridad del usuario y de otras personas. Una placa de fuerza 8 u otro sensor, dispuesto sobre la plataforma 12, detecta la presencia de un usuario en el vehículo.

Otra realización de un vehículo de equilibrio de acuerdo con la presente invención se muestra en la figura 2 y se designa en general por el número 24. El vehículo personal 24 comparte las características del vehículo 18 de la figura 1, esto es, una plataforma de soporte 12 para soportar al sujeto 10 y un agarre 14 en el manillar 16 unida a la plataforma 12, de manera que el vehículo 18 de esta realización también pueda funcionar de una manera análoga a un patinete. La figura 2 muestra que aunque el vehículo 24 puede tener grupos 26, teniendo cada grupo una pluralidad de ruedas 28, el vehículo 24 permanece inestable estáticamente, y en ausencia de la operación de un lazo de control para mantener la estabilidad dinámica, el sujeto 10 ya no se encontrará soportado en una posición erguida y caerá de la plataforma 12. En la realización de la figura 2, como en la realización de la figura 1, los miembros primarios de contacto con el suelo son una pareja de ruedas. Se pueden utilizar miembros suplementarios de contacto con el suelo en la subida y bajada de escalera o al atravesar otros obstáculos. En un modo de operación, por ejemplo, es posible hacer girar los grupos 26 de manera que dos ruedas de cada uno de los grupos se encuentren en contacto simultáneamente con el suelo. Sin embargo, se pueden conseguir subida de escaleras y locomoción en terreno plano estando soportado el vehículo solamente sobre un único conjunto de miembros primarios de contacto con el suelo.

La operación del transportador de equilibrio se describirá con referencia al conjunto de ejes coordenados que se muestran en la figura 1. La gravedad define al eje vertical "z", mientras que el eje coincidente con el eje 22 de la rueda se puede utilizar para definir un eje lateral "y", y un eje antero-posterior x está definido por la dirección hacia delante del movimiento del vehículo. El plano definido por el eje vertical z y el eje lateral y algunas veces se denominará "plano lateral", y el plano definido por el eje antero-posterior "x" y el eje vertical "z" a veces se denominará plano "antero-posterior". Las direcciones paralelas a los ejes x e y se denominan direcciones antero-posterior y lateral, respectivamente. Se puede apreciar que el vehículo, cuando se apoya sobre la pareja de ruedas 20 para entrar en contacto con el suelo, es inherentemente inestable con respecto a la línea vertical en la dirección antero-posterior, pero es relativamente estable con respecto a la vertical en la dirección lateral. En otras realizaciones de la invención que se describen más adelante, el vehículo también puede ser inestable con respecto a la guiñada alrededor del eje x.

Los ejes también se pueden definir con respecto a la plataforma 12 en casos tales como cuando el miembro de contacto con el suelo es una bola única, como se describe más abajo con referencia a la figura 15.

Un algoritmo de control simplificado para conseguir equilibrio en la realización de la invención de acuerdo a la figura 1, cuando las ruedas son activas para la locomoción, se muestra el diagrama de bloques de la figura 3. La planta 61 es equivalente a las ecuaciones de movimiento de un sistema con un módulo de contacto con el suelo accionado por un único motor, antes de que se aplique el lazo de control. T identifica el par motor de la rueda. La porción restante de la figura es el control utilizado para alcanzar el equilibrio. Las cajas 62 y 63 indican diferenciación. Para conseguir un control dinámico que asegure la estabilidad del sistema y para mantener el sistema en la proximidad de un punto de referencia en la superficie, el par motor T de la rueda en esta realización está gobernado por la siguiente ecuación de control simplificada:

(ecuación 4)T = K_{1} (\theta + \theta_{0}) + K_{2}\theta + K_{3} (x + x_{0}) + K_{4}x

en la que:

-

T indica un par motor aplicado al elemento de contacto con el suelo respecto a su eje de rotación;

-

\theta es la cantidad correspondiente a la inclinación del sistema completo respecto al contacto del suelo, representando \theta_{0} la magnitud del desplazamiento de cabeceo del sistema, todo como se discutirá en detalle más adelante;

-

x identifica el desplazamiento antero-posterior a lo largo de la superficie relativa a un punto de referencia fiducial, representando x_{0} la magnitud de un desplazamiento de referencia fiducial especificado;

-

un punto sobre un carácter indica una variable diferenciada con respecto al tiempo; y

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una variable con subíndice indica un desplazamiento especificado que se puede introducir como entrada en el sistema, como se describe más abajo; y

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k_{1}, k_{2}, k_{3} y k_{4} son coeficientes de ganancia que se pueden configurar, ya sea en el diseño del sistema o en tiempo real, sobre la base del modo de operación actual y las condiciones de operación así como las preferencias de un usuario. Los coeficientes de ganancia pueden ser una magnitud positiva, negativa o cero, afectando de esta manera el modo de operación del vehículo, como se discute más adelante. Las ganancias k_{1}, k_{2}, k_{3} y k_{4} dependen de los parámetros físicos del sistema y de otros efectos, tales como la gravedad. El algoritmo de control simplificado de la figura 3 mantiene el equilibrio y también la proximidad al punto de referencia en la superficie en presencia de perturbaciones tales como cambios en el centro de gravedad del sistema con respecto al punto de referencia en la superficie producido por el movimiento del cuerpo del sujeto o al contacto con otras personas u objetos.

El efecto de \theta_{0} en la ecuación de control anterior (ecuación 4) es producir un desplazamiento especificado - \theta_{0} desde la posición sin cabeceo en donde \theta = 0. Los ajustes de \theta_{0} ajustarán el desplazamiento del vehículo desde una posición de no cabeceo. Como se discute en mayor detalle más adelante, en distintas realizaciones, el desplazamiento de cabeceo puede ser ajustado por el usuario, por ejemplo por medio de una rueda accionada por el pulgar 32, que se muestra en la figura 1. Un desplazamiento de cabeceo ajustable es útil en una variedad de circunstancias. Por ejemplo, cuando se opera el vehículo en un plano inclinado puede ser deseable que el operador se mantenga de pie erguido con respecto a la gravedad cuando el vehículo está estacionario o moviéndose a una velocidad uniforme. En un plano inclinado hacia arriba, se requiere un par motor hacia delante sobre las ruedas con el fin de mantener las ruedas en su posición. Esto requiere que el usuario empuje más el manillar hacia delante, lo cual requiere que el usuario asuma una posición dificultosa. De manera consecuente, en una inclinación hacia abajo el manillar se debe tirar hacia atrás con el fin de permanecer estacionario. Bajo estas circunstancias, \theta_{0} puede ser desplazado manualmente ventajosamente para permitir el control con respecto a un cabeceo estacionario que sea confortable al usuario.

El tamaño de K_{3} determinará la extensión en la cual el vehículo buscará la vuelta a una posición dada. Con un k_{3} que no sea cero, el efecto de x_{0} es producir una desviación especificada x_{0} desde la referencia fiducial por la cual se mide x. Cuando K_{3} es cero no se produce forzamiento sobre el vehículo para volver a una posición dada. La consecuencia de esto es que si se hace inclinar el vehículo en una dirección hacia delante, el vehículo se moverá en una dirección hacia delante, con lo cual mantendrá el equilibrio. Una configuración de este tipo se discute más adelante adicionalmente.

El término "inclinación" a menudo se utiliza con respecto a un sistema equilibrado sobre un único punto de un miembro perfectamente rígido. En ese caso, el punto (o línea) de contacto entre el miembro y la superficie subyacente tiene una anchura teórica cero. En ese caso, además, la inclinación se puede referir a una cantidad que expresa la orientación con respecto a la línea vertical (es decir, una línea imaginaria que pasa a través del centro de la tierra) de una línea respecto al centro de gravedad (CG) del sistema que pasa a través de la línea teórica de contacto con el suelo de la rueda. Aunque se reconoce, como se ha discutido más arriba, que el miembro de contacto con el suelo real no es perfectamente rígido, en la presente memoria descriptiva se utiliza el término "inclinación" con el significado común de un límite teórico de un miembro rígido de contacto con el suelo. El término "sistema" se refiere a todas las masas que se mueven debido al movimiento de los elementos de contacto con el suelo con respecto a la superficie sobre la cual se está moviendo el vehículo.

"Estabilidad", como se utiliza en esta descripción y en cualquier reivindicación adjunta, se refiere a la condición mecánica de una posición de operación con respecto a la cual el sistema volverá naturalmente si el sistema sufre una perturbación que lo separa de la posición de operación en cualquier aspecto.

Con el fin de acomodar dos ruedas en lugar del sistema de una rueda que se ilustra por simplicidad en la figura 3, se pueden proporcionar motores separados para las ruedas izquierda y derecha del vehículo, y el par motor deseado para el motor derecho se puede calcular por separado de la manera general que se describirá más adelante en referencia a la figura 7. Además, el seguimiento del movimiento de la rueda izquierda así como del movimiento de la rueda derecha permite que se realice el ajuste para impedir giros no deseados del vehículo y para tener en cuenta las variaciones de eficiencia entre los dos motores de accionamiento.

En los casos en los que la ganancia k_{3} sea cero, se puede utilizar una entrada de control del usuario, tal como una palanca de control, para ajustar el par motor de cada motor. La palanca de control tiene los ejes indicados en la figura 4. En la operación de esta realización, el movimiento hacia delante de la palanca de control se utiliza para producir el movimiento hacia delante del vehículo, y el movimiento hacia atrás de la palanca de control produce el movimiento hacia atrás del vehículo. Un giro a izquierda se consigue de manera similar por el movimiento hacia la izquierda de la palanca de control. Para un giro a la derecha, la palanca de control se mueve a la derecha. La configuración utilizada aquí permite que el vehículo gire en su posición cuando la palanca de control se mueve a la izquierda o a la derecha, produciendo la rotación de los motores izquierdo y derecho, y por lo tanto, de las ruedas izquierda y derecha, a velocidades iguales en sentidos opuestos de rotación. Con respecto al movimiento hacia delante e inverso, una alternativa a la palanca de control simplemente es inclinarse hacia delante o hacia atrás (en un caso en el que K_{3} sea cero) puesto que el sensor de cabeceo (que mide \theta) identificaría un cambio de cabeceo al que el sistema respondería inclinándose hacia delante o en movimiento inverso, dependiendo de la dirección de la inclinación. Alternativamente, se podrían implantar estrategias de control basadas en lógica difusa.

Se puede ver que la solución de ajustar los pares motores cuando el modo de equilibrio permite que se consiga la estabilidad antero-posterior sin la necesidad de ruedas estabilizadoras o apoyos adicionales (aunque también se pueden proporcionar tales ayudas para la estabilidad). En otras palabras, la estabilidad se consigue dinámicamente por el movimiento de los componentes del vehículo (que en este caso constituyen el vehículo completo) en relación con la tierra.

En el diagrama de bloques de la figura 5 se puede ver que se utiliza un sistema de control 51 para controlar los accionamientos de los motores y los actuadores de la realización de las figuras 1-3, para conseguir locomoción y equilibrio. Estos incluyen los accionamientos 531 y 532 de motor para las ruedas izquierda y derecha, respectivamente. Si hay presente grupos como en las realizaciones de la figura 2, los actuadores 541 y 542 para los grupos izquierdo y derecho respectivamente. El sistema de control tiene entradas de datos que incluyen la interfaz 561 de usuario, los sensores 562 de cabeceo para detectar el cabeceo hacia delante-hacia atrás, y los sensores 563 de rotación de las ruedas, y el sensor 564 de velocidad de cabeceo. La velocidad de cabeceo y el cabeceo se pueden derivar mediante el uso de giroscopios o inclinómetros, por ejemplo, solos o en combinación.

Un agarre 14 (mostrado en la figura 1) puede estar convenientemente provisto con una rueda accionada por el pulgar 32 (mostrada en la figura 1) o una palanca de control operada por la mano para el control direccional, aunque también se podrían utilizar otros procedimientos de control. La rueda accionada por el pulgar 32 puede servir múltiples propósitos de control, como se describirá a continuación.

De acuerdo con otras realizaciones de la invención, el manillar 16 y el agarre 14 pueden estar completamente ausentes, y la plataforma 12 puede estar equipada con sensores, por ejemplo tales como la placa de fuerza 8, para detectar la inclinación del sujeto. Ciertamente, como se ha descrito con referencia a la figura 5 y se describe adicionalmente más adelante, el cabeceo del vehículo es detectado y se puede utilizar para gobernar la operación del lazo de control, de manera que si el sujeto se inclina hacia delante, el vehículo se moverá hacia delante para mantener una velocidad deseada o para proporcionar la aceleración deseada. Como consecuencia, una inclinación hacia delante del sujeto hará que el vehículo se balancee hacia delante y produzca un movimiento hacia delante; una inclinación hacia atrás hará que el vehículo se balancee hacia atrás y produzca un movimiento hacia atrás. Pueden haber provistos unos transductores de fuerza apropiados para detectar la inclinación hacia la izquierda y hacia la derecha y controles relacionados proporcionados para producir el giro hacia la izquierda y hacia la derecha como resultado de la inclinación detectada.

La inclinación también se puede detectar utilizando sensores de proximidad. Adicionalmente, la operación del vehículo se puede gobernar en base a la orientación del usuario con respecto a la plataforma.

En una realización adicional, el vehículo puede estar equipado con un conmutador actuado por pie (o por fuerza) sensible a la presencia de un usuario en el vehículo. De esta manera, por ejemplo, el vehículo se puede activar automáticamente cuando un usuario sube sobre la plataforma. De manera consecuente, cuando el usuario se baja del vehículo, se puede interrumpir la potencia y el vehículo desconectarse. Alternativamente, el vehículo se puede programar para entrar en un modo de "soporte" en el cual el vehículo permanece equilibrado en su posición cuando el usuario lo abandona. De esta manera, el vehículo está listo para que el usuario continúe el recorrido al volver a subirse en el vehículo. Además, de esta manera el vehículo se encuentra aparcado con seguridad cuando no está operado activamente por un usuario a bordo del vehículo.

La figura 6 es un diagrama de bloques que proporciona detalles de un conjunto 273 de interfaz del accionador. Una tarjeta 291 del microordenador periférico recibe una entrada de una palanca de control 292 así como del inclinómetro 293 u otra disposición de determinación de inclinación. El inclinómetro proporciona señales de información respecto al cabeceo y a la velocidad de cabeceo. (El término "inclinómetro", como se utiliza en este contexto en esta descripción y en las reivindicaciones que se acompañan, significa cualquier dispositivo que proporcione una salida indicadora del cabeceo o de la velocidad de cabeceo, con independencia de la disposición utilizada para conseguir la salida; si solamente se proporciona una de las variables de cabeceo o de velocidad de cabeceo como salida, la otra variable se puede obtener por diferenciación o integración adecuadas con respecto al tiempo). Para permitir el desplazamiento controlado en giros del vehículo (con lo cual se incrementa la estabilidad cuando se gira) también es posible utilizar un segundo inclinómetro que proporcione información respecto al giro y a la velocidad de giro, o, alternativamente, el resultante del peso del sistema y de la fuerza centrífuga. También se pueden proporcionar, deseablemente, otras entradas 294 como entrada a la tarjeta 291 de microcontrolador periférico. Tales otras entradas pueden incluir señales generadas por conmutadores (pomos o botones) para el ajuste de la plataforma y para determinar el modo de operación. La tarjeta 291 de microcontrolador periférico también tiene entradas para recibir señales de la pila 271 de baterías, tales como el voltaje de la batería, la corriente de la batería y la temperatura de la batería. La tarjeta 291 de microcontrolador periférico se encuentra en comunicación por medio de un bus 279 con una tarjeta de microcontrolador central que se puede utilizar para controlar los motores de las ruedas como se describirá más adelante en conexión con la figura 7.

La figura 7 es un diagrama de bloques que muestra algoritmos de control, adecuados para el uso junto con los conjuntos de control de la figura 6, para proporcionar estabilidad a un vehículo de acuerdo con la realización de las figuras 1-2 y otras realizaciones en las cuales el vehículo y la carga están equilibrados sobre dos miembros de contacto con el suelo, ambos durante la locomoción y en una posición fija. Las convenciones que siguen se utilizan en conexión con la descripción indicada más abajo:

1.

Las variables definidas en coordenadas universales se denominan utilizando un único subíndice en letras mayúsculas. Las coordenadas universales son las coordenadas fijadas a la tierra (inerciales).

2.

Una r sin subíndice identifica el radio de la rueda.

3.

Los subíndices en letras minúsculas se utilizan para indicar otros atributos, por ejemplo, derecha/izquierda, etc.: r = derecha; l = izquierda; ref = referencia; f = final; s = inicio.

4.

Todos los ángulos son positivos en el sentido de las agujas del reloj cuando el desplazamiento positivo se encuentra en la dirección positiva de x.

5.

Un punto sobre una variable indica una diferenciación en tiempo, por ejemplo, \theta.

La figura 7 muestra la disposición de control para los motores de las ruedas derecha e izquierda. La disposición tiene entradas de \theta, \theta, r\theta_{wl} (velocidad lineal de la rueda izquierda relativa al sistema de coordenadas universales) y r\theta_{wr} (velocidad lineal de la rueda derecha), además de las citadas entradas direccionales 3300 determinadas por la posición de la palanca de control en los ejes X e Y de un sistema de coordenadas de referencia. Las entradas \theta, \theta, y las señales de error x y x (que se describen más abajo) sujetas a las ganancias K_{1}, K_{2}, K_{3} y K_{4} respectivamente, se convierten en entradas al sumador 3319 que produce la orden básica de par motor de equilibrio a las ruedas, de la manera general descrita con anterioridad en conexión con la figura 3 anterior. La salida del sumatorio 3319 se combina con la salida del lazo PID de guiñada 3316 (que se describe más adelante) en el sumatorio 3320, que a continuación es dividida en el divisor 3322 y limitada en el limitador de saturación 3324 para producir la orden de par motor de la rueda izquierda. De manera similar, la salida del sumador 3319 se combina con las salidas de los lazos PID 3316 en el sumador 3321, a continuación es dividida en el divisor 3323 y limitada en el limitador de saturación 3325 para producir la orden de par motor de la rueda derecha.

En la figura 7, una entrada direccional a lo largo del eje X mueve el sistema de coordenadas de referencia a lo largo de su eje X en relación al sistema de coordenadas universales (que representan la superficie recorrida) a una velocidad proporcional al desplazamiento de la palanca de control. Una entrada direccional a lo largo del eje Y hace girar al sistema de coordenadas de referencias respecto a su eje Z con una velocidad angular proporcional al desplazamiento de la palanca de control. Se apreciará que el movimiento de la palanca de control en la dirección X positiva aquí se interpreta para que signifique movimiento hacia delante; el movimiento de la palanca de control en la dirección X negativa significa movimiento inverso. De manera similar, el movimiento de la palanca de control en la dirección Y positiva significa giro hacia la izquierda, en el sentido contrario al de las agujas del reloj visto desde arriba, el movimiento de la palanca de control en la dirección Y negativa significa el giro hacia la derecha en el sentido de las agujas del reloj visto desde arriba. Por lo tanto, las entradas direccionales Y y X se proporcionan en banda muerta por medio de bloques 3301 y 3302 de banda muerta respectivamente, para ensanchar la posición neutral de la palanca de control, que entonces está sujeta a ganancias K_{11} y K_{10}, a continuación limitada en velocidad por los limitadores 3303 y 3304, respectivamente, que limitan las aceleraciones angular y lineal respectivamente del sistema de coordenadas de referencia. La suma de estas salidas conseguidas por medio del sumador 3305 se convierte en la velocidad de referencia x_{rref} mientras que la diferencia de estas salidas conseguida por medio del sumador 3306 se convierten en la velocidad de referencia x_{lref}. Estas velocidades de referencia se restan en los sumadores 3308 y 3307 de las señales de entrada de velocidad lineal compensada r\theta_{wl} y r\theta_{wr} para que las ruedas izquierda y derecha obtengan las señales de error de velocidad x_{l} y x_{r} para las ruedas izquierda y derecha en el sistema de coordenadas de referencia. A su vez, el promedio de estas señales, determinado por medio del sumador 3317 y el divisor 3318 produce una señal de error de velocidad lineal x. La señal de error de desplazamiento x se deriva integrando r\theta_{wl} y r\theta_{wr} en integradores 3310 y 3309, limitando los resultados en los limitadores de saturación 3312 y 331 y a continuación, promediando sus salidas por medio del sumador 3313 y el divisor 3315. La diferencia entre estos desplazamientos, determinados por medio del sumador 3314, produce la señal de error de guiñada \psi.

La señal de error de guiñada \psi pasa a través de un lazo de control 3316 estándar proporcional más integral más derivativo (PID) cuya salida se combina con la salida de la orden de par motor de equilibrio básico del sumador 3319, para producir las ordenes de par motor de ruedas individuales, que hacen que las ruedas mantengan la estabilidad antero-posterior y también hagan que el vehículo se alinee así mismo con los ejes y siga el origen del sistema de coordenadas de referencia como es dirigido por la entrada direccional 3300.

Considérese ahora como este control hace que se inicie el arranque del vehículo. La entrada direccional 3300 (que puede ser una palanca de control) proporcionará una x positiva para el movimiento hacia delante. La señal es dividida y sumada en los sumadores 3308 y 3307 y restada de la velocidad de la rueda derecha e izquierda x_{L} y x_{R}, proporcionado una corrección negativa; esta corrección conduce por ultimo a una contribución de par motor negativa en el sumador 3319, haciendo que las ruedas se muevan hacia atrás, para crear un par motor debido a la gravedad que hace que el vehículo se incline hacia delante. Esta inclinación hacia delante conduce a cambiar \theta y \theta, lo cual conducen a correcciones positivas en el sumador 3319, haciendo que el vehículo se mueva hacia delante. De esta manera, el movimiento de la palanca de control hacia delante o hacia atrás hará que el vehículo se incline hacia delante o hacia atrás, como pueda ser el caso, y que se mueva en la dirección de la inclinación. Esto es una propiedad del control de la figura 7. Un resultado equivalente se puede conseguir por inclinación, en donde K_{3} es cero.

Si se desea en cualquier momento la aceleración del vehículo, es necesario establecer una inclinación del sistema. Por ejemplo, para alcanzar la aceleración hacia delante del vehículo, debe haber una inclinación del sistema hacia delante; el centro de gravedad del vehículo (vehículo y carga) se debe colocar hacia delante respecto al centro de la distribución de presión de la región de contacto en la que las ruedas entran en contacto con el suelo. Cuanto mayor sea la inclinación, mayor será la aceleración. De esta manera, además, se puede ver que la inclinación, en conjunto con la gravedad y con la fricción, determina la aceleración (positiva o negativa) del sistema. De esta manera, si el vehículo se está moviendo hacia delante, el cabeceo de sistema hacia atrás conseguirá el frenado. Debido a que el vehículo debe vencer la fricción, debe haber algún sistema de inclinación en el que el vehículo se mueva con una velocidad constante en el nivel del suelo. En otras palabras, considerando el par motor del vehículo producido por la gravedad y el par motor producido por todas las otras fuerzas externas, el par motor aplicado por el accionamiento motorizado se ajusta de manera que el par motor neto de todas estas fuentes produzca la aceleración deseada.

En una realización adicional, cualquiera de las realizaciones anteriores de un vehículo de acuerdo con la presente invención puede estar provista de limitadores de velocidad para mantener el equilibrio y el control, que se podría perder de otras manera si a las ruedas (elementos curvados, u otros miembros de contacto con el suelo) se les permitiese alcanzar la velocidad máxima con la que pueden ser actualmente accionadas.

La limitación de velocidad se consigue cabeceando el vehículo hacia atrás en la dirección opuesta a la dirección actual de desplazamiento, lo cual hace que el vehículo vaya más lento. (Como se ha discutido más arriba, la extensión y la dirección del sistema determinan la aceleración del vehículo). En esta realización, el vehículo cabecea hacia atrás añadiendo una modificación de cabeceo al valor de cabeceo del inclinómetro. La limitación de velocidad se produce si la velocidad del vehículo excede un umbral que está determinado por el límite de velocidad del vehículo. La modificación de cabeceo se determina viendo la diferencia entre la velocidad del vehículo y el límite de velocidad determinado, integrado en el tiempo.

Alternativamente, se puede monitorizar el margen de maniobra entre una salida de potencia máxima especificada y la salida de potencia actual de los motores. Como respuesta a que el margen de maniobra disminuya por debajo de un límite especificado, se puede generar una alarma para que el usuario reduzca la velocidad del vehículo. La alarma puede ser sonora, visual, o alternativamente, la alarma puede ser táctil y puede estar provista por la modulación de los accionamientos de los motores, proporcionando un desplazamiento "agitado" que es fácilmente percibido por el usuario.

La secuencia de modificación de cabeceo automática, como respuesta a una velocidad detectada en un límite de velocidad especificado, se mantiene hasta que el vehículo se frena a la velocidad deseada (una velocidad ligeramente inferior al límite de velocidad) y a continuación, el ángulo de cabeceo vuelve suavemente a su valor original.

Un procedimiento para determinar el límite de velocidad del vehículo es monitorizar el voltaje de la batería, que a continuación se utiliza para estimar la velocidad máxima del vehículo que se puede mantener actualmente. Otro procedimiento es medir los voltajes de la batería y del motor y monitorizar la diferencia entre los dos; la diferencia proporciona una estimación de la cantidad de margen de velocidad (o "margen de maniobra") actualmente disponible al vehículo.

La inclinación del usuario puede estar limitada adicionalmente, de acuerdo con una realización adicional de la invención, por un límite físico tal como un miembro vertical acoplado a la plataforma, que de esta manera impide la inclinación, en cualquier dirección especificada, más allá del límite.

La desviación de cabeceo, que permite la modificación de \theta_{0} como se ha discutido más arriba en referencia a la ecuación 4, puede ser ajustada por el usuario por medio de una rueda accionada por el pulgar 32 (mostrada en la figura 1). Adicionalmente, puede haber provisto un control secundario 34 (mostrado en la figura 1) de acuerdo con realizaciones de la invención, para cambiar la arquitectura de control o la función de la rueda indicadora. De esta manera, la rueda indicadora 32 también se puede poner en un modo que opera para accionar ambas ruedas en la misma dirección. Esto permite que un vehículo de movilidad personal, tal como el vehículo 18, se utilice como un carro de mano accionado que el usuario sigue detrás de él o empuja delante de él. Esto es especialmente útil cuando un transportador personal tenga que subir escaleras debido a que los motores 531 y 534 (mostrados en la figura 5) se utilizan para elevar el vehículo al siguiente escalón, de manera que el usuario no tenga que utilizar mucha fuerza como se requeriría de otra forma. Este modo de operación del vehículo se denomina "modo de accionamiento". Adicionalmente, cuando es designada así por el selector secundario 34, la rueda indicadora 32 puede utilizarse por el usuario con propósitos de dirección de vehículo.

La presente invención también se puede implantar en un número de realizaciones adicionales. Se ha encontrado que un vehículo de acuerdo con la invención puede actuar adecuadamente como un dispositivo protésico para personas que tengan una limitación, producida por enfermedad (tal como la enfermedad de Parkinson o desordenes del oído) o defecto, en su capacidad para mantener el equilibrio o para conseguir locomoción.

Un lazo de control, como se utiliza de acuerdo con una realización de la presente invención, se puede utilizar ventajosamente para mejorar los síntomas de las enfermedades que afectan al equilibrio. Un acercamiento tradicional al tratamiento de la enfermedad de Parkinson es la administración de drogas tales como la levodopa para aliviar los síntomas de temblores progresivos, bradiquinesia y rigidez, sin embargo, para la mayor parte de los pacientes, la enfermedad no está controlada completamente. D. Calne, "Terapia de Medicamentos: Tratamiento de la Enfermedad de Parkinson" New England J. Medicine, vol. 329, pag. 1021-2 (1993). Además, el uso prolongado de medicamentos antiparkinson conduce progresivamente a reacciones adversas a los medicamentos. Id.

Una persona que sufre de la enfermedad de parkinson no es una carga pasiva ni cooperativa, sino que, por el contrario, puesto que la persona sufre de incapacidades que afectan a los movimientos voluntarios, la persona tiene dificultad controlando su propio equilibrio, ya sea en una plataforma o sobre el suelo. Los temblores de tal persona producen fuerzas adicionales en la plataforma o en el vehículo sobre el cual la persona está sentada o de pie, no necesariamente orientados en una dirección de restauración del equilibrio.

El dispositivo protésico conseguido por el vehículo funciona como una extensión del sistema de equilibrio propio de la persona y del sistema de locomoción, puesto que el vehículo tiene un lazo de realimentación que toma en consideración los cambios del centro de gravedad del vehículo que son atribuibles al movimiento de la persona en relación con el vehículo. Proporcionar un vehículo a una persona incapacitada es, por lo tanto, un procedimiento de ajuste de una prótesis que permite la locomoción y el control de equilibrio, que serían de otras manera inalcanzables. Se ha observado una restauración muy grande del equilibrio y del control de la locomoción en las personas que sufren de la enfermedad de Parkinson que utilizan un vehículo de acuerdo con realizaciones de la presente invención. De manera sorprendente, el efecto en un paciente de Parkinson que esta utilizando el vehículo es la de los temblores sustancialmente reducidos. Aparentemente, la inclusión del paciente de Parkinson en el lazo de realimentación del sistema combinado de vehículo-pasajero crea un ambiente que permite una atenuación de los síntomas experimentados por un paciente de Parkinson.

Además, de las realizaciones de las figuras 1-2, se pueden proporcionar muchas otras configuraciones de los vehículos de movilidad personal que son el objeto de la presente invención. El vehículo de movilidad personal alternativamente puede estar provisto de otras configuraciones de miembros de contacto con el suelo, algunas de las cuales se describirán a continuación.

La anchura de los miembros de contacto con el suelo se puede incrementar ventajosamente, de acuerdo con ciertas realizaciones alternativas de la invención, para desplazarse sobre hielo delgado u otro terreno en el cual la presión del vehículo ejercida sobre el suelo pueda ser un peligro.

Haciendo referencia a la figura 8, se muestra una realización alternativa de la invención en la cual el contacto con el suelo está proporcionado por una única rueda 44. Una característica común a muchas de las realizaciones de la presente invención es la plataforma 12, sobre la cual permanece de pie el sujeto 10 para operar el vehículo. Se proporciona un manillar 16 provista en ciertas realizaciones de la invención, como el agarre 18 en el manillar 16 para que los sujetos 12 la agarren. En una realización de la invención que se muestra en la figura 8, el manillar 16 está unida rígidamente a la plataforma 12, en este caso, sin limitaciones, por medio del carenado 40. En una realización alternativa de la invención que se muestra en la figura 9, el manillar 16 puede estar articulada en el pivote 44 con respecto a una base 48 fijada a la plataforma 12. La articulación del manillar 16 en el pivote 46 hace fácil que el sujeto 10 desplace su peso hacia delante o hacia atrás mientras mantiene una o ambas manos en el agarre 14. La plataforma 12 se mueve con respecto al suelo por el movimiento de al menos una rueda 20, u otro elemento de contacto con el suelo. Con respecto a realizaciones que se han descrito más arriba, se describen en las solicitudes anteriores que se incorporan a la presente memoria descriptiva a título de referencia otros elementos de contacto con el suelo, tales como miembros curvados y grupos de ruedas, y el término "rueda" se utiliza en la presente memoria descriptiva para indicar cualquier elemento de contacto con el suelo de este tipo, sin limitación.

La rueda única 44 de las realizaciones de monociclo de las figuras 8 y 9 se pueden suplir, como se muestra en la figura 10, por una rueda cercana que proporciona una pareja de ruedas 20 adyacentes y coaxiales. Se puede ver que el vehículo de la figura 10, como los vehículos de varias otras realizaciones que se han mostrado en esta memoria descriptiva, cuando se basa en ruedas 20 para entrar en contacto con el suelo, es inherentemente inestable en la dirección antero-posterior con respecto a la línea vertical z. Aunque el vehículo de la figura 10 es relativamente estable en la dirección lateral, los vehículos de algunas otras realizaciones son inestables en ambas direcciones, laterales y antero-posterior. El movimiento del vehículo 18 puede ser controlado por el sujeto 10 desplazando su peso, y por lo tanto el centro de gravedad (FG) del vehículo cargado, de acuerdo con las enseñanzas que se han descrito más arriba.

Además, como se ha descrito más arriba, además del efecto directo de la inclinación del sujeto en las variables que gobiernan el par aplicado a un motor para dirigir el vehículo, o como una estrategia de control alternativa, la entrada del usuario puede ser incorporada por separado en el lazo de control de una manera equivalente a la variación de una o más de las variables de entrada. De esta manera, por ejemplo, el usuario puede proporcionar una entrada, por medio de una interfaz de usuario de cualquier clase, siendo tratada la entrada por el sistema de control de manera equivalente a un cambio, por ejemplo, en la inclinación del vehículo. Una interfaz de este tipo puede incluir, por ejemplo, una rueda accionada por el pulgar o una palanca de control montada en el agarre 14.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 10, el guiado del vehículo 18 puede estar proporcionado por el usuario 10 que desplaza su peso lateralmente (en la dirección Y-Y) con respecto a las ruedas 20. El cambio en la posición del usuario 10 en relación con la plataforma 12 y/o el desplazamiento lateral consecuente del CG de la combinación de usuario 10 y vehículo 18 puede ser detectado utilizando cualquier estratagema. Un ejemplo es el uso de una o más placas de fuerza dispuestas en la superficie superior de la plataforma 14, para detectar la presión diferencial ejercida por una primera pierna 52 del usuario 10 con respecto a una segunda pierna 54 del usuario. Alternativamente, se puede proporcionar un asiento (no mostrado) sobre la plataforma 12 para soportar al usuario 10, y una o más placas de fuerza montadas en el asiento pueden detectar un desplazamiento en el peso del usuario y de esta manera, generar una señal para controlar el vector de velocidad del vehículo como respuesta a la inclinación del usuario. Como ejemplo alternativo, una inclinación de la plataforma 12 en relación con el eje (Y-Y) de rotación de la rueda 20 puede ser detectada utilizando un inclinómetro, o uno o más giroscopios. Se pueden aplicar correcciones a la inclinación medida de la presión diferencial para compensar las irregularidades en la superficie que está recorriendo el vehículo 18, como se determina por la inclinación medida, con respecto a un plano perpendicular a la gravedad, del eje de rotación Y-Y de la rueda 20. De acuerdo con todavía realizaciones alternativas adicionales de la invención, se puede proporcionar un sensor de fuerza dentro del manillar 16 o se puede proporcionar un sensor de rotación en el pivote 46, ambas estratagemas para detectar la inclinación del usuario y aplicar la inclinación detectada como una entrada de usuario en el lazo de control para gobernar la operación del vehículo.

De acuerdo con otras realizaciones de la presente invención, solamente se puede utilizar la inclinación por el usuario 12 para gobernar el movimiento antero-posterior del vehículo 10, o alternativamente, se puede utilizar la inclinación solamente para gobernar la dirección del vehículo, o para ambas funciones.

Una vista en perspectiva delantera de una realización alternativa de la invención se muestra en la figura 11, en la que el vehículo 10 tiene una rueda única 24 y el usuario 12 se mantiene de pie, durante la operación normal del vehículo, en la plataforma 14 más allá de la rueda 24. Se muestra una realización en la que el manillar 16 está unida rígidamente a la plataforma 14, en este caso, por medio del carenado 40.

La figura 11 muestra una realización de la invención en la cual un vehículo 50 está controlado por la inclinación, como se ha descrito más arriba con respecto a otras realizaciones, y no se proporciona un manillar, de manera que el soporte completo del usuario 10 se realiza permaneciendo de pie sobre la plataforma 12. En el alcance de la presente invención, como se describe en la presente memoria y se describe en cualquiera de las reivindicaciones adjuntas, el usuario 10 puede estar soportado sobre la plataforma 12 permaneciendo de pie con los pies situados a lo largo del eje de rotación 56 de la rueda 44, como se muestra en la figura 11, o, alternativamente, estando los pies situados detrás del eje de rotación 52 de la rueda 44, como se muestra en las figuras 12 y 13. También se puede proporcionar un manillar 16 en el caso de una configuración de la invención en la cual la rueda 44 se monta transversalmente a la dirección orientada por el usuario 10, estando acoplada el manillar 16 a la plataforma 12 por medio del carenado 40, como se muestra en la figura 14.

La figura 15 muestra una realización de un vehículo en el que el elemento de contacto con el suelo es una bola única 151. Una bola de este tipo puede estar accionada por separado en las direcciones X e Y y el vehículo estabilizado en una o en ambas de estas direcciones, de la manera que se ha descrito más arriba.

Además de los vehículos de movilidad personal descritos y reivindicados más arriba, de acuerdo con realizaciones alternativas de la invención, se pueden utilizar versiones a escala reducida de cualquiera de las realizaciones que se han descrito hasta este punto con propósitos recreativos o educativos, se transporten o no sujetos humanos sobre los mismos. Tales versiones de juguetes pueden desplazarse sobre varios terrenos al mismo tiempo que mantienen el equilibrio en el plano antero-posterior.

Las realizaciones descritas de la invención solamente pretenden ser ejemplares y serán evidentes numerosas variaciones y modificaciones a aquellos especialistas en la técnica. Todas estas variaciones y modificaciones pretenden encontrarse en el alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

1. Un dispositivo para transportar un usuario, comprendiendo el dispositivo:

a)

una plataforma (12) que soporta una carga que incluye al usuario,

b)

un módulo de contacto con el suelo montado a la plataforma, que incluye al menos un miembro (20, 44) de contacto con el suelo y que define un plano antero-posterior;

c)

una disposición (51, 531, 532, 541, 542) de accionamiento motorizado acoplada al módulo de contacto con el suelo; constituyendo la disposición de accionamiento, el módulo de contacto con el suelo y la carga un sistema que es inestable con respecto a la inclinación cuando el accionamiento motorizado no está activado; la disposición de accionamiento motorizado, cuando está activada, produce la operación equilibrada automáticamente del sistema en una posición de operación que es inestable con respecto a la inclinación en al menos un plano antero-posterior cuando la disposición de accionamiento motorizado no está activada; y

d)

un control de entrada de usuario que recibe una indicación del usuario de un cabeceo especificado del dispositivo bajo condiciones de movimiento a una velocidad uniforme.

2. Un dispositivo de acuerdo con reivindicación 1, que comprende, además, un manillar (14) acoplado a la plataforma, en el que el control de entrada del usuario incluye una rueda accionada por el pulgar (32) dispuesta sobre el manillar.

3. Un procedimiento para transportar a un usuario, comprendiendo el procedimiento:

a)

asumir una posición en una plataforma (12) que soporta una carga que incluye al usuario, estando acoplada la plataforma (12) a un módulo de contacto con el suelo, incluyendo el módulo al menos un miembro (20, 44) de contacto con el suelo y definiendo un plano antero-posterior;

b)

operar una disposición (51, 531, 532, 541, 542) de accionamiento motorizado, acoplada al módulo de contacto con el suelo constituyendo, la disposición de accionamiento, el módulo de contacto con el suelo y la carga un sistema que es inestable con respecto a la inclinación cuando el accionamiento motorizado no está activado, la disposición de accionamiento motorizado, cuando está activada, produce la operación equilibrada automáticamente del sistema en una posición de operación que es inestable con respecto a la inclinación en al menos un plano antero-posterior cuando la disposición de accionamiento motorizado no está activada; y

c)

proporcionar por medio de un control de entrada de usuario una indicación del usuario de un cabeceo especificado del sistema bajo condiciones de movimiento a velocidad uniforme.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el control de entrada del usuario incluye una rueda accionada por el pulgar (32) dispuesta sobre un manillar (14) acoplada a la plataforma (12).