CN103648597B - 可穿戴移动设备 - Google Patents

Abstract

一种可穿戴移动设备包括用于放置鞋的基座，该基座包括鞋跟支撑分段、电池组、尾部反射器和无线接收器。该设备包括具有嵌入其中的轮毂电机的第一轮子，该电机可旋转地连接到第一部分轴向轴，该第一部分轴向轴连接到基座。该设备包括具有嵌入其中的轮毂电机控制器的第二轮子，该电机控制器可旋转地连接到第二部分轴向轴，该第二部分轴向轴连接到基座并且操作来控制第一轮子和第二轮子的旋转速度。该设备也包括用于控制第一轮子和第二轮子的旋转速度的遥控器，该遥控器操作来将一个或多个控制信号发送到无线接收器，无线接收器电耦合到电机控制器。

Description

可穿戴移动设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月15日提交且题为“SpnKIX WearableMobility Device”的美国临时申请No.61/519,062的优先权，该文献通过引用全部合并于此。

技术领域

本公开大体上涉及个人移动设备，具体地但非排他性地，涉及一种用于提供简单方便的城市和郊区交通的可穿戴移动设备。

背景技术

各种不同形式的个人交通工具使用起来有趣，但是也是繁重的并且经常被禁止进入公共和私人区域。青少年使用小型摩托车、直排轮滑、滑板、自行车以及甚至汽车来加快他们的旅行。然而，除了汽车之外，这些个人交通工具选项中的每一个具有有限的用处，因为它们在不使用时必须携带。滑板并非真正被设计用于多地形环境。它们提供乐趣，但是甚至在基本的功能水平下使用也要求大量的技能，并且因此常常对于用户来说是危险的。另一方面，乘汽车旅行仍旧是个问题，因为由只需短途旅行的人驾驶的汽车的数量可能促使道路上的混乱增加，并且因而迫使汽油的成本上升，诸如合法性、不方便、安全性和重量之类的问题妨碍了诸如溜冰鞋、机动小型摩托车和电动踏板车（Segway）之类的其他产品有效地解决增长的个人交通问题。尽管存在一些令人关注的确实具有大油耗的机动小型摩托车，但是它们也有问题，因为它们根据法律被看作摩托车并且需要特别许可证、转向信号灯，并且要求用户将汽油和石油混合以使其运行。因此，机动小型摩托车倾向于维护和操作起来是昂贵的并且引起停车问题。而且，这些小型摩托车较沉重，难于乘坐且携带起来非常困难，18岁以下的人由于法律限制的原因而不允许驾驶它们。因此，甚至潜在的可替换方案对于个人交通目的而言也不是非常方便的。

公布的McKinzie的美国专利申请No.20090120705公开了一双具有可收缩机动轮的鞋。每一只鞋具有上部、鞋底以及安装在鞋底上的能够从收缩位置运动到伸展位置的第一和第二轮子。当这些轮子处于伸展位置时，一只鞋的一个轮子接合安装到这只鞋上的电池供电的DC电机。该电机通过手持式节流阀进行控制。锁紧机构接合以便将轮子固定到希望的位置。所述鞋可以在轮子处于伸展位置的情况下有动力帮助和无动力帮助地用于滑冰。所述鞋也可以在轮子处于收缩位置的情况下用于行走。然而，该申请中公开的这双鞋缺乏用于利用完全充电的电池替换耗尽的电池的附加电池组。

公布的Cho等人的美国专利申请No.20040239056公开了一种用于鞋的轮子组件。外壳附接到鞋的鞋跟部分并且被限定为具有开口。轮子分段以这样的方式安装到外壳，使得该轮子分段的轮子配对可以在其中它们在外壳的开口中被接纳以便部分地暴露到外壳的下表面之外的操作位置与其中它们从外壳的开口取出以便安置在鞋的后端部上的非操作位置之间运动。轮子分段包括轮子配对、用于支撑轮子配对的轴以及具有连接到轴的一端和通过铰链销连接到鞋的另一端的支撑托架。然而，所述轮子组件没有为设备提供充分安全的控制，并且因此存在穿戴者在其不是控制轮子方面的行家的情况下可能滑倒的风险。

颁发给Shih等人的美国专利No.6,572,121描述了一种鞋以及一种具有可拆卸地与突起-闩锁凹口接合装置固定在一起的一端的轮子设备。鞋尖构件和单独的鞋跟构件接合到鞋的前部和后部。闩锁附接到轮子设备以用于将鞋的鞋跟构件和后部锁紧和固定到轮子设备。快速释放锁定设备附接到轮子设备的中部并且可与鞋跟构件接合以用于将鞋跟构件和鞋的中部锁定到轮子设备。然而，这种鞋和轮子组合不能解决对于控制轮子的旋转速度的安全有效方式或者在下落或者其他突发事件的情况下快速停止设备的方式的需求。

因此，存在对于这样的个人移动设备的迫切需求，该个人移动设备方便、重量轻并且能够允许用户容易遵守适用的交通法律。也存在对于这样的个人移动设备的需求，该个人移动设备提供了用于利用完全充电的电池替换耗尽的电池从而延长设备的使用时间的附加电池组。此外，存在对于这样的移动设备的需求，该移动设备通过允许用户移除设备的部分并且将它们装载到诸如背包、带状物和电池组之类的附件中而向用户提供更好的方便性，同时也向他们提供用于控制设备的速度和方向的充分安全的控制。

附图说明

以下附图描述了非限制性且非穷举的实施例，在附图中，除非另有说明，贯穿不同的视图，相似的附图标记表示相似的部分。

图1为一个实施例中的可穿戴移动设备的透视图。

图2为一个实施例中的可穿戴移动设备的前视图。

图3为一个实施例中的可穿戴移动设备的背面透视图。

图4为一个实施例中的具有训练轮的可穿戴移动设备的左面透视图。

图5为一个实施例中的具有训练轮的可穿戴移动设备的后侧视图。

图6为可穿戴移动设备的一个实施例的分解图。

图7为图示出一个实施例中的可穿戴移动设备的操作电气部件的电气示意图。

图8图示出一个实施例中的可穿戴移动设备的轮毂电机。

图9为到一个实施例中的可穿戴移动设备的轮毂电机的电气连接的示意性表示。

图10为到一个实施例中的可穿戴移动设备的轮毂电机控制器的电气连接的示意性表示。

图11为一个实施例中的可穿戴移动设备的电池组上的发光二极管电池计量器和开关的透视图。

图12为用来控制一个实施例中的可穿戴移动设备的遥控器的侧面透视图。

图13A为图示出用于一个实施例中的可穿戴移动设备的遥控器的顶视图的示意性表示。

图13B为图示出用于一个实施例中的可穿戴移动设备的遥控器的侧面透视图的示意性表示。

图14图示出一个实施例中的可穿戴移动设备的使用。

具体实施方式

在以下描述中，将描述实施例的各个不同的方面并且将阐明特定的配置。然而，这些实施例可以被实施为具有仅仅一些方面或者所有方面，和/或没有这些特定细节中的一些细节。在其他实例中，省略或简化了公知的特征以便不使实施例的重要方面模糊不清。

图1和图2示出了可穿戴移动设备10的优选实施例。用于个人交通的移动设备10包括用于放置鞋14的基座12，其中该基座12包括电池组20、尾部反射器（未示出）和无线接收器（未示出）。移动设备10包括具有嵌入其中的轮毂电机（未示出）的第一轮子16，该轮毂电机（未示出）可旋转地连接到第一部分轴向轴（未示出），该第一部分轴向轴连接到基座12，第一轮子16具有等于至少5.5英寸的直径。第二轮子18具有嵌入其中的轮毂电机控制器（未示出），该轮毂电机控制器（未示出）可旋转地连接到第二部分轴向轴（未示出），该第二部分轴向轴连接到基座12。第二轮子18具有与第一轮子16的直径相等的直径。遥控器（未示出）被采用来控制移动设备10的速度和方向。该遥控器（未示出）将一个或多个控制信号发送到无线接收器（未示出），该遥控器（未示出）安装到移动设备10的用户（未示出）的手腕上。嵌入到移动设备10中的电机控制器（未示出）适合用于行人出行表面上，以及在无需移除鞋14的情况下散步、疾走、滚动和驾驶汽车。移动设备10的基座12和电池组（未示出）可以用作用于用户（未示出）脚后跟的减震器。从轮毂电机（未示出）传输到第一轮子16和第二轮子18的动力负责移动设备10的运动。移动设备10在不使用时可以被移除并且储存在背包附件（未示出）中。第一轮子16和第二轮子18使得移动设备10能够向前和向后运动。第一轮子16和第二轮子18包括暂停/拉紧器特征。第一轮子16和第二轮子18使用锁定设备（未示出）保持稳定。移动设备10包括，在一个实施例中，由橡胶材料制成的柄翼24。

图3示出了可穿戴移动设备10的背面透视图。基座12还包括托架30，该托架充当用于穿戴者的鞋的支架并且充当用于用户（未示出）的直立平台。在当前实施例中，基座12包括为用户的脚后跟（未示出）提供舒适性的鞋跟支撑部分46。移动设备10中的电池组20储存多个可再充电电池（未示出）。电池组20在移动设备不使用时是可移除且可再充电的。然而，电池组20可以在安装于移动设备10中或者从移动设备10移除时对其充电。电池组20包括使得设备10在夜间引人注目的尾部反射器22。在一个可替换的实施例中，电池组20可以安装到用户（未示出）的小腿。在一个实施例中，移动设备10中使用的电池（未示出）为锂聚合物电池，而在一个可替换的实施例中，设备10中使用的电池为纳米磷酸盐电池。在另一个实施例中，移动设备10中使用的电池为锂离子电池。电池组20包括多个窗口（未示出），其照亮以示出电池组20的电荷状态。在一个实施例中，电池组20包括可以从任何墙壁插座（未示出）对电池组20充电的电池充电端口（未示出）。该电池充电端口（未示出）将来自墙壁插座（未示出）的电力传递至电池组20中的所述多个电池（未示出）以便使得它们能够再充电。在一个可替换的实施例中，所述多个电池（未示出）可以适于从太阳能板（未示出）再充电。电池组20可以在通过电池充电端口（未示出）连接的可移除分段中集成到移动设备10。与移动设备10一起提供的柄翼24可以用作手柄并且用作用于用户（未示出）的脚后跟的减震器。无线接收器（未示出）包含在移动设备10的电池组下面的后腔26中以便与手载遥控器（未示出）通信。

图4和图5图示出具有第三轮子28的可穿戴移动设备10，该第三轮子用于训练的目的。在该实施例中，移动设备10包括第三轮子28以便促进未经训练的用户利用移动设备10。在一个可替换的实施例中，第三轮子可以由用户移除并且利用与溜冰鞋上使用的类型相似的挡块式制动器替换。移动设备10使得用户能够采取任何形式的公共交通。移动设备10可以拆卸并且其部分可以储存在衣袋中或者诸如背包、手提包或便携式载体之类的附件中。

图6为可穿戴移动设备10的优选实施例的分解图。移动设备10包括用于放置鞋（未示出）的基座12。基座12包括用于穿戴者的脚的托架30以及连接第一轮子16和第二轮子18的装置。铝加强支架54作为托架30上的支撑构件而被提供以便防止磨损并且使得第一轮子和第二轮子能够具有可以在其上安装它们的一致增强结构。导线盖32配对被提供来覆盖移动设备10的轮毂电机控制器（未示出）和轮毂电机（未示出）中的多根导线（未示出）。移动设备10包括用于训练目的的第三轮子28。柄翼24插入到托架30中并且充当减震器。柄翼24也用作配合设备，其符合用户的脚以提供更用户化的配合。电池组20包括用于插入和储存所述多个电池（未示出）的空间区域（未示出）。尾部反射器22被采用来使得移动设备10在夜间引人注目。电池组20包括开关110和发光二极管（LED）电池计量器102。开关110用来对移动设备10上电和断电，并且LED电池计量器用来示出所述多个电池（未示出）的电荷状态。电池组20包括将电池组20与基座12分开的释放机构56。多个孔61在柄翼24的内面上提供以便容纳固定跨穿戴者的脚的上部采用的梯带和棘轮带的螺栓。此外，第一孔58存在于托架30的内面上以便容纳附接到梯带（未示出）的螺栓，并且第二孔58存在于托架30相对的内面上以便容纳附接到棘轮带（未示出）的螺栓。固定到托架30的梯带和棘轮带用来将鞋14固定到移动设备10，并且跨鞋的覆盖穿戴者的脚的脚背的中下部而被采用。

图7为用于可穿戴移动设备10的电气示意图100。示图100图示出LED电池计量器102、电池管理系统（BMS）104、以串联/并联配置连接的所述多个电池106、电池充电端口108、开关110、轮毂电机控制器112、轮毂电机114和无线接收器116之间的电耦合连接。在该图示出的实施例中，无线接收器116电耦合到轮毂电机114和轮毂电机控制器112。在一个可替换的实施例中，无线接收器116电耦合到轮毂电机控制器112，控制信号被发送至该轮毂电机控制器以用于控制和操作轮毂电机114。LED电池计量器102和BMS104电耦合到所述多个电池106。所述多个电池106可以通过利用电池充电端口108而充电。轮毂电机控制器112在通过无线接收器接收到来自遥控器的一个或多个控制信号之后控制移动设备10的轮子的旋转速度和行进方向（即向前或向后）。

图8为可穿戴移动设备10中的轮毂电机114的图示。轮毂电机114可旋转地连接到第一部分轴向轴（未示出），该第一部分轴向轴连接到移动设备10的基座12。轮毂电机114为无刷直流电机，其包括多个线圈绕组148并且环绕所述部分轴向轴（未示出）放置。在一个实施例中，移动设备10利用八十瓦（80W）电机并且其速度由接收来自遥控器（未示出）的一个或多个控制信号的控制器控制。

图9为到可穿戴移动设备10中的轮毂电机114的电气连接的示意性表示。在一个实施例中，轮毂电机114为永磁体无刷DC（直流）电机。轮毂电机114包括三个终端，并且它们分别为电机A分段120、电机B分段122和电机C分段124。轮毂电机114可以在移动设备10中以各种不同的操作电压操作。在优选实施例中，轮毂电机114利用24伏DC的电压操作。轮毂电机114利用80W功率操作，并且具有650rpm（每分钟转数）的最大速度。该功率和速度可以依照电机中使用的电压变化。在优选实施例中，轮毂电机114使用三个霍尔效应传感器检测速度，所述传感器为电机霍尔信号A130、电机霍尔信号B132和电机霍尔信号C134。+5V DC电源线126和接地电源线128内部地连接到这三个传感器。

图10为到可穿戴移动设备10中的轮毂电机控制器112的电气连接的示意性表示。使用24V DC操作电压的三相电机控制器用在该优选实施例中。控制器欠电压值为二十一伏（21V）DC，并且控制器限流值为9安培。轮毂电机控制器112上的耦合到轮毂电机114的终端为电机A分段120、电机B分段122和电机C分段124。控制器功率使用两根控制线136和138进行调节。电机控制器112包括三个霍尔效应传感器130、132、134以便检测轮毂电机114的速度。+5VDC电源线126和接地电源线128内部地连接到所有三个传感器。除了向轮毂电机114提供电力之外，轮毂电机控制器112也向无线接收器26提供电力，该无线接收器从基座12电耦合到电机控制器112。在一个实施例中，轮毂电机控制器包括在其上提供+5V电压的无线接收器电源线140、接地电源线144、遥控器接收器信号线142以及传送回无线接收器116的控制器可逆控制线146。

图11为可穿戴移动设备10的电池组20上的LED电池计量器102和开关110的透视图。电池组20包括开关110和LED电池计量器102以便显示所述多个电池（未示出）中可用的电荷的当前状态。LED电池计量器102包括显示绿光、黄光和红光的多个窗口118。绿光指示所述多个电池106中的电荷量足够，黄光指示电池需要充电，并且红光指示低电池电荷。

图12示出了一个实施例中的遥控器34的侧面透视图。遥控器34用来将一个或多个控制信号发送至无线接收器，所述控制信号被发送至轮毂电机控制器以用于控制移动设备10的速度和方向（即向前或向后）的目的。在一个实施例中，遥控器34包括耦合到连续可变开关的球形突起40b，该开关用于移动设备10的激活和运动控制。当遥控器34在用户的手掌中握持时，连续地推压球形突起以维持运动。如果球形突起40b被释放或者在下落的情况下，球形突起将自动地移动到中心位置以便使移动设备10失活。遥控器34也可以包括将遥控器34保持在用户的手（未示出）上的带（未示出）以及在接通遥控器时上电的LED操作状态指示器（未示出）。

图13A示出了一个实施例中的遥控器34的内部部件的示意性表示。遥控器34包括电池36、中央处理单元（CPU）38、连续可变开关40a和接收器42。遥控器34可以将一个或多个控制信号发送至嵌入到移动设备10中的无线接收器136，并且可以在接收器42上接收来自移动设备10的应答信号。移动设备10的速度可以由控制器基于发送自遥控器34的一个或多个控制信号进行调节。

图13B示出了遥控器34的前侧外部视图。在图示出的实施例中，遥控器34的上外表面上的球形突起40b为可以向前或向后推压的圆形按钮，并且耦合到遥控器34内部的连续可变开关40a。遥控器包括用于安装到用户（未示出）的手腕上的保护带。

图14图示出使用中的可穿戴移动设备。在一个实施例中，可穿戴移动设备10采用两组不同的带固定到用户（未示出）的鞋14，这两组带包括梯带和棘轮带。在一个实施例中，每组带使用位于中心的锁扣60a、60b锁定。在一个可替换的实施例中，每组带使用位于侧面的锁扣（未示出）锁定。如这里所示出的，上梯带47a和棘轮带47b用来将穿戴者的脚的上部捆绑至托架30的后部和柄翼24。下梯带48a和棘轮带48b用来将连接和覆盖穿戴者的脚的脚背的穿戴者的鞋的中下部捆绑或限制到托架30。用户（未示出）使用遥控器34控制移动设备10的速度和制动作用。更特别地，用户可以推压或者拉拽遥控器34上的球形突起40b以控制移动设备10的向前和向后运动。移动设备10在使得用户（未示出）能够散步、滚动、疾走以及甚至驾驶汽车的同时为用户的鞋14提供优雅的外观。

尽管本文图示和描述了特定的实施例，但是本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种各样的可替换和/或等效实现方式代替本文示出和描述的特定实施例。例如，在一个可替换的实施例中，提供了设备10的无线版本，其中除了手动控制器之外的所有部分都容纳在鞋中。在一个附加的可替换实施例中，设备10无需手动控制并且设备10的功能使用重量分布检测软件和/或硬件或者其他装置由身体的其他部分控制，以便利用电机、齿轮和带状物提供更大范围的可调节性以根据穿戴者的特定需求定制设备10。在又一实施例中，设备10的有线版本包括将设备10固定到穿戴者的身体的带状物。在该实施例中，电池组和遥控器从带状物延伸，并且手持式遥控器电耦合到带状物并且来自远处的控制信号通过电气布线直接传输至嵌入到鞋中的电机控制器。本申请预期覆盖本文讨论的实施例的任何这样的适应性调节或变型。

Claims (28)

1.一种用于个人交通的可穿戴移动设备，该设备包括：

基座；

电池组，其耦合到基座；

第一轮子，其具有嵌入其中的轮毂电机，该轮毂电机耦合到第一轴，该第一轴耦合到基座；以及

第二轮子，其具有嵌入其中的轮毂电机控制器，该轮毂电机控制器被配置成依照一个或多个控制信号控制第一轮子中的轮毂电机。

2.权利要求1的可穿戴移动设备，其中电池组是可移除的。

3.权利要求1的可穿戴移动设备，其中电池组是可再充电的。

4.权利要求1的可穿戴移动设备，其中该设备包括安装在基座上的第三轮子并且该第三轮子是可移除的。

5.权利要求1的可穿戴移动设备，进一步包括安装到基座上的挡块式制动器。

6.权利要求1的可穿戴移动设备，进一步包括连接到基座的用于固定用户的脚的第一梯带和第一棘轮。

7.权利要求1的可穿戴移动设备，其中第一轮子或第二轮子中的至少一个包括暂停/拉紧器结构。

8.权利要求1的可穿戴移动设备，其中电池组包括以下电池中的至少一种：锂聚合物电池，纳米磷酸盐电池或者锂离子电池。

9.权利要求1的可穿戴移动设备，其中电池组包括示出电池组的电荷状态的指示器。

10.权利要求1的可穿戴移动设备，其中电池组包括开关和发光二极管(LED)电池计量器。

11.权利要求1的可穿戴移动设备，其中轮毂电机控制器可旋转地耦合到第二轴，该第二轴耦合到基座。

12.权利要求11的可穿戴移动设备，其中第一轴和第二轴为分别安装到基座上的独立部分轴。

13.权利要求1的可穿戴移动设备，进一步包括用于检测轮子的速度的一个或多个传感器。

14.权利要求13的可穿戴移动设备，其中所述一个或多个传感器包括一个或多个霍尔效应传感器。

15.权利要求1的可穿戴移动设备，其中轮毂电机包括无刷直流电机。

16.权利要求1的可穿戴移动设备，进一步包括用于接收所述一个或多个控制信号并且将所述一个或多个控制信号发送至轮毂电机控制器的无线接收器。

17.权利要求16的可穿戴移动设备，进一步包括遥控器，该遥控器包括用于可变地控制电机的旋转速度的连续可变开关。

18.一种可穿戴移动设备，包括：

基座；

轮子，其具有嵌入其中的电机，该轮子可旋转地耦合到基座；

电机控制器，其嵌入到轮子中以用于控制电机，其中具有电机控制器的轮子不同于具有电机的轮子；以及

可再充电电池组，其耦合到基座以用于向电机供电。

19.权利要求18的可穿戴移动设备，其中具有电机的轮子通过第一轴可旋转地耦合到基座。

20.权利要求19的可穿戴移动设备，其中具有电机控制器的轮子可旋转地耦合到第二轴，该第二轴耦合到基座。

21.权利要求20的可穿戴移动设备，其中第一轴和第二轴为分别连接到基座的独立部分轴。

22.权利要求18的可穿戴移动设备，其中可再充电电池组是可移除的。

23.权利要求18的可穿戴移动设备，进一步包括用于检测具有电机的轮子或者具有电机控制器的轮子的速度的传感器。

24.权利要求18的可穿戴移动设备，进一步包括可移除地耦合到基座的第三轮子。

25.一种可穿戴移动设备，包括：

基座；

第一轮子，其可旋转地安装到基座的一侧，该第一轮子具有嵌入其中的电机；

第二轮子，其可旋转地安装到基座的另一侧，该第二轮子具有嵌入其中的用于控制电机的电机控制器；以及

电池组，其耦合到基座以用于向电机和电机控制器供电。

26.权利要求25的可穿戴移动设备，其中电机控制器可旋转地耦合到第二轴，该第二轴耦合到基座。

27.权利要求25的可穿戴移动设备，其中电机控制器包括用于检测轮子的速度的传感器。

28.权利要求25的可穿戴移动设备，其中电池组是可移除的。