CN105899265A - 包括在任何所需方向上在地面滚动的球的用于驾驶者运动的运载工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驾驶者(2)运动的运载工具(1)，其中所述运载工具(1)包括在地面(8)上滚动的元件；由该滚动元件不固定地支承的载体元件(3)；由载体元件(3)支承的驱动装置(5)，其中所述驱动装置(5)驱动所述滚动元件；以及控制单元(6)，通过该控制单元按照所述载体元件(3)的倾斜和所述载体元件(3)的倾斜方向在所需行进方向上操纵所述驱动装置(5)。具有所述载体元件(3)的所述运载工具(1)被配置为使得在所述运载工具(1)运行期间，所述驾驶者(2)在所述载体元件(3)上自由站立并保持平衡。为了提供特别简单的运载工具，根据本发明在地面(8)上滚动的元件是球(4)，并且通过所述驱动装置(5)，所述运载工具可以在任何所需方向上运动，并且所述驾驶者与运载工具(1)的接触仅仅通过其脚，并且视情况而定另外通过其腿下部。

Description

包括在任何所需方向上在地面滚动的球的用于驾驶者运动 的运载工具

技术领域

本发明涉及一种用于驾驶者运动的运载工具，包括在地面上滚动的元件，被不固定地支承在该滚动元件上的载体元件，由所述载体元件支承并驱动所述滚动元件的驱动装置，以及控制单元，通过该控制单元按照所述载体元件的倾斜和所述载体元件的倾斜方向在所需行进方向上操纵(steer)所述驱动装置，其中具有所述载体元件的所述运载工具被配置为使得所述驾驶者在该运载工具运行期间在所述载体元件上可以自由站立并保持平衡。

背景技术

欧洲专利文件EP 1 181 187 B1已公开一种载人运输装置，其可用作移动工作平台、娱乐运载工具、高尔夫车或递送运载工具。该运输装置基本上由驾驶者站立其上的平台和被设置在平台中心上的控制杆状柄组成。用于该运输装置的操作元件可以设置在该柄上。所述平台可以通过一个或多个轮在地面上移动，并且相对于所述(多个)轮被不固定地安装。在这种情况下，所述多个轮被设置在驾驶者腿部的之间、下面或旁边。所述多个轮通过多个电机驱动，其中所述电机与控制单元协同，一方面使平台相对于轮平衡，另一方面通过驾驶者将平台的倾斜运动转变为用于在相应倾斜方向上驱动所述多个轮的命令。倾斜运动程度也可以作为加速度的度量被评估。在一种实施方式中，取代了使用一个或多个轮，用一个球实现在x和y方向上的行进运动。如其中图11至13所示，在包括单个轮的另一个实施方案中，除去了需控制杆状柄并且驾驶者在滑板状平台上自由站立并保持平衡。在这种情况下，从所述轮的滚动方向来看，驾驶者的脚位于轮旁边的右边和左边，或轮的前面和后面。当驾驶者的脚放在所述轮的前面和后面时，在一个实施例中，脚的前部指向滚动方向，在另一实施例中，所述脚向前的部分指向滚动方向的横断方向。

此外，荷兰的公开文件NL 103 36 76公开了一种用于站立着的驾驶者的运动的球滚子。该球滚子也基本由起轮的作用的球，用于驾驶者的平台和控制杆状柄组成。该球通过六个全向轮(omni-wheel)驱动。

此外，瑞士的公开文件CH 511 034 A公开了一种包括弹性球的训练或娱乐装置，其中用作使用者站立表面的圆周环被连接到该弹性球上。另外，球的区域设有两个相对的带子，使用者可以在所述带子下面滑动他的脚。这样的训练或娱乐装置被设置为能够使使用者以跳跃的方式随其运动。在英国的公开文件GB 2 4007 780 A中，公开了一种冲浪板或平衡板，其中心包括在地面上滚动的球。当使用该板时，为了支承驾驶者，在前端和后端设置更多的滚子。当静止时，相同的板也可以被用作所谓平衡板。从而，该板的下侧具有与设置在地面上的载体环接合的半球。该板不能被驱动。美国的公开文件US 3 604 726 A也公开了一种可以与上面描述的板相当的训练或娱乐装置，其中所述站立表面在这里被设计为圆盘。日本和国际公开文件JP 2001-163 277 A和WO 98/31 583A1涉及球的驱动。美国专利US 8 418 705 B2涉及手杖，其中轮连接于所述手杖的下端，该手杖的驱动与该手杖的倾斜有关。美国专利US 7 467681 B2阐释了另一种被驱动的板。然而，在这种情况下被设置在中心的滚子被用于驱动的目的。德国专利DE 26 57 187 B2描述了一种陀螺仪系统，其包括回转质量(gyrating mass)，所述回转质量可用于例如在转弯时补偿机动车的枢轴运动，并用作起重机的配重。美国公开文件US2005/0 134 106 A1涉及一种全向轮。

发明内容

从这一点出发，本发明的目的是提供一种特别简易的用于驾驶者运动的包括在地面滚动的元件的运载工具。

这一目的通过用于驾驶者运动的包括在地面滚动的元件的运载工具来实现，所述运载工具包括权利要求1的特征。权利要求2至17中描述了本发明的有利实施方式。

根据本发明，通过以球为在地面上滚动的元件的事实提供了一种特别简单的用于驾驶者运动的运载工具，其包括在地面上滚动的元件，被不固定地支承在该滚动元件的载体元件，由所述载体元件支承并驱动所述滚动元件的驱动装置，以及控制单元，通过该控制单元按照所述载体元件的倾斜和所述载体元件的倾斜方向在所需行进方向上操纵所述驱动装置；通过该驱动装置，该运载工具可以在任何所需方向上运动，并且驾驶者仅仅通过其脚与运载工具接触，以及视情况而定，另外通过其腿下部与运载工具接触。结合本发明，术语脚和腿下部被理解为膝盖以下到脚底的区域或者包括踝关节的脚的前部的区域。优选地，除了与脚接触，还存在与一个或两个小腿(calves)的接触。所述运载工具的特征尤其在于具有简单的结构。此外，依靠由平衡的驾驶者部分所做的重心转移能简单地操纵所述运载工具，其中，由此驾驶者改变载体元件的倾斜程度以及从载体元件平衡的优选水平的位置出发的倾斜方向。一旦作为转移重心结果，该驾驶者使之倾斜，该运载工具就在该方向上运动。因此，驾驶者通过转移他的重心操纵运载工具。此外，使用球的优势在于运载工具可以结合整个系统(人-车)的平衡在地面上在所有所需方向上运动。这种运载工具特别适合作为运动装置、娱乐装置或在其上玩乐的装置。在这一点上，短语“可以在任何所需行进方向上运动”可以理解为，运载工具的行进方向可以与驾驶者的视觉方向不相关，即在特定的视觉方向的情况下，驾驶者可以相对于该视觉方向在所有行进方向上运动。此外，因为驾驶者在载体元件上保持平衡地自由站立，根据本发明的运载工具以滑板的方式操作。该驾驶者不具有任何供其使用的辅助机构，例如用于支承目的或作为平衡辅助的把手、支承物或座椅。优选地，驾驶者仅仅站立在站立表面区域中的运载工具上。为了更容易地从驾驶者向载体元件传递倾斜力，并且为了改善驾驶者在载体元件上的站立位置，可以用带子、突起部、凹部或类似的机构横向引导驾驶者的脚。也可以将这些引导元件向上延伸到腿下部优选小腿的区域中。驾驶者可以借助于额外地与小腿侧部和/或后侧部接触,灵敏地操纵运载工具。所有这些辅助机构优选在一个方向上打开，从而在需要时驾驶者可以容易地脱离它们。

以特别有利的方式规定运载工具不具有供驾驶者使用的握柄。因此，驾驶者可以不经过他的手支承在支承物或把手上或坐在设置于载体元件上的车座或座椅上，就能在运载工具的载体元件上自由地保持平衡。在这一点上，握柄可以理解为意思是行进期间，在载体元件上保持平衡的驾驶者可以通过一只或两只手被支承在载体元件上。因此，用于运输该运载工具的载体元件上的载体柄不是握柄，因为它不能被站立着的驾驶者够到。

以一种有利的方式，在载体元件中设置开口并且将载体元件设计为环形盘。载体元件的环形结构使得登上和登下运载工具变得更容易，因为当所述盘被水平定向以及地面为水平时，在每个倾斜方向中离地面的距离是一样的。

以特别方便的方式，凭借球突出伸入载体元件中的开口的事实，实现载体元件在球上的不固定悬浮或支承。

凭借将载体元件的环形盘设置在球的水平赤道的高度的事实，获得与难度有关的运载工具的平衡能力的平均水平。

在可替换的实施方式中，从运载工具的向前行进方向来看，载体元件是梯形板的形状。因此载体元件的环形形状被减小到脚的站立表面，从而变得更紧凑及可更易携带。通过站立表面的减少，所述站立表面将通过在球上方延伸的腹板(web)相连接。

此外，规定将驾驶者的站立表面设置在载体元件上，并且站立表面相对于球被相对设置。由于球位于自由站立的驾驶者两腿之间，从而该运载工具能够获得良好水平的平衡能力。

在结构方面，特别有利的是，驱动装置被连接到载体元件并且驱动装置包括具有用于传递驱动力到球的转动轴的至少两个全向轮。在这种情况下，转动轴平行于载体元件被定向。

如果将三个全向轮设置在载体元件上并绕球均匀分布，则可以特别好地将所述驱动力引导至球中。

载体元件能够相对于球被固定，并且凭借所述驱动装置包括至少一个具有转动轴的全向轮的事实可以使载体元件相对于球转动，其中当载体元件被水平定向时该全向轮的转动轴与球的竖直轴平行，并且该至少一个全向轮在水平赤道高度上作用于球。

在一种优选的实施方式中，规定当载体元件被水平定向时，所述驱动装置包括分别具有平行于球的竖直轴的转动轴的第四全向轮和第五全向轮，该全向轮相对于球在载体元件上相对设置。

一种可替换的实施方式中，规定转动轴中的至少一个从球的方向上的竖直位置倾斜。因此，有利地，可以免除使载体元件绕z轴运动的全向轮。

以一种特别有利的方式，规定当运载工具在向前行进方向上运动时，第四全向轮和第五全向轮在滚动轴的区域中作用于球。

为了确定载体元件在空间中的位置，所述载体元件具有设置在其上的陀螺仪，通过所述陀螺仪，载体元件的倾斜的程度和倾斜方向可以被测量，并且将该测量到的倾斜和倾斜方向传递至控制单元。

以一种有利的方式，规定控制单元包括平衡控制模块，其在空间水平位置中辅助驾驶者在载体元件上保持平衡。该载体元件在平衡定向中的平衡受第一、第二和第三全向轮相对应的驱动影响。辅助程度可以被改变并且可以调节为使得驾驶者相对容易地在载体元件上保持平衡的水平。另一方面，所述辅助不会大到以至于妨碍驾驶者转移其重心，所述的重心移动是以加速踏板的方式，通过重心转移产生在倾斜方向上的运载工具的加速度来完成的。

附图说明

下文参考附图中说明的示例性的实施方式，对本发明进行更详细的描述。

图1示出了根据本发明用于驾驶者运动的运载工具的第一实施方式的示意性透视图；

图2示出了根据图1的无驾驶者的运载工具的俯视图；

图3示出了根据图2的自下观察的运载工具的视图；

图4示出了所述运载工具的控制单元的简化电路图；

图5示出了根据本发明用于驾驶者运动的运载工具的第二实施方式的示意性透视图；

图6示出了根据图5的无驾驶者的运载工具的俯视图；

图7示出了根据图6的自下观察的运载工具的视图；

图8示出了所述运载工具的控制单元的简化电路图；

图9示出了根据本发明用于驾驶者运动的运载工具的第三实施方式的示意性透视图；

图10示出了根据图9的无驾驶者的运载工具的俯视图；

图11示出了根据本发明用于驾驶者运动的运载工具的第四实施方式的示意性透视图；

图12示出了根据图11的无驾驶者的运载工具的俯视图；

图13示出了根据本发明用于驾驶者运动的运载工具的第五实施方式的示意性透视图；

图14示出了根据图13的无驾驶者的运载工具的俯视图；

附图标记列表

1 运载工具

2 驾驶者

2a 脚

3 载体元件

3a 盘

3b 开口

3c 外边缘

3d内边缘

3e 上侧

3f 横向构件

3g 第一侧腹板

3h 第二侧腹板

3i 第一边柱

3j 第二边柱

4 球

4a 赤道

4b 表面

5 驱动装置

6 缝隙

7 站立表面

7a 固定带

8 地面

9a 第一全向轮

9b 第二全向轮

9c 第三全向轮

9d 第一转动轴

9e 第二转动轴

9f 第三转动轴

10a 第四全向轮

10b 第五全向轮

10c 第四转动轴

10d 第五转动轴

11a 第一发动机

11b 第二发动机

11c 第三发动机

11d 第四发动机

11e 第五发动机

12a 第一传动装置

12b 第二传动装置

12c 第三传动装置

13 控制单元

14 电池

15a 俯仰陀螺仪

15b 滚动陀螺仪

15c 横摆陀螺仪

16 估算控制单元

17a 第一调节器

17b 第二调节器

17c 第三调节器

17d 第四调节器

18 开关元件

19 接收器

H 向后行进方向

L 向左行进方向

R 向右行进方向

V 向前行进方向

x 纵轴

y 横轴

z 竖直轴

具体实施方式

图1示出了根据本发明用于驾驶者2运动的运载工具1的第一实施方式的示意性透视图。运载工具1基本上由载体元件3，以球4的形式在地面8滚动的元件，以及驱动装置5组成。驱动装置5的三个全向轮9a，9b和9c仅示意性地示出。第四全向轮10被球4遮蔽并且在图2中示出。所述载体元件3被设计为具有中心圆形开口3b和圆形外边缘3c的环形盘3a。此外，该载体元件3被设计为板或金属片，以使水平定向的载体元件3的高度等于该球4的高度的一部分。从根本上说，载体元件3不仅可以具有圆形的边缘3c，也可以具有椭圆的、矩形的或多边形的边缘3c或其组合。此情况也同样适用于开口3b。然而，总体来说，载体元件3的圆形的优点在于，在行程结束时驾驶者2可以将载体元件3倾斜和停放在载体元件3的边缘3c上任何所需位置。相反地，此情况也同样适用于登上该载体元件3并随后开走。球4从下面被插入开口3b或载体元件3随其开口3b被支承在球4上。在这种情况下，载体元件3则依靠驱动装置5被支承在球4上。所述驱动装置5以这样的方式配置，在盘3a内的开口3b的内边缘3d(见图2)和球4之间保留缝隙6(见图2)，从外部限定开口3b。缝隙6保证了球4相对于载体元件3的自由的空间移动性。依靠驱动装置5，球4可以相对于载体元件3被移动从而在地面8上滚动。所述驱动装置5尤其是球4的运动方向，依靠由驾驶者2部分做出的重心转移以及因此的载体元件3的倾斜而在所需的行进方向上被激活。相应地，驾驶者2因此可以借助于运载工具1在地面8上在所有所需方向上运动。

图1还示出了当随运载工具1运动时，驾驶者2站在不带有控制杆状柄的载体元件3上，如人们所知的例如在滑板上的情况。在载体元件3上，也没有设置跪板(kneeboard)或座椅。然而，在载体元件3上可以设置柄或者在载体元件3内可以设置柄开口，从而能够以方便的方式带动运载工具1。对于驾驶者2，运载工具1在载体元件3上为驾驶者2的脚2a设置两个站立表面7。这些站立表面7可以仅仅是对应于载体元件3上的任意区域的脚2a的大小的标记，或者可以包括固定带(holding strap)7a，或者可以是以鞋或拖鞋的形状形成，且带有或不带有固定带7a或以类似方式起作用的以便为驾驶者2提供行进期间在载体元件3上更安全的立足之处的机构。已被证明尤其有利的是，在所述站立表面7的区域中，设置不带有固定带的滑雪板固定器式的引导件(guide)，其中引导件在顶部及在向前的行进方向V中是开放的。因此，驾驶者2可以在任何时间通过向前迈一大步从该运载工具上下来，并且在行进期间使用其靠在该引导件的小腿引导该运载工具。另外，小腿和脚通过这个开放的引导件壳部被侧向引导，并且小腿也在后面被引导。该引导件以弹性方式形成，以使驾驶者2能够从运载工具上向前迈下来，但是可以在初始状态中使进入开口变窄，因此在登上运载工具时，该引导件必须在弹性区域中被向外移动以加大该进入开口。无论任何情况，该引导件在顶部及向前的行进方向V中保持开放。该引导件类型在自由站立在运载工具上和同时对载体元件3传递引导力之间提供了有益的折衷。

所述站立表面还间接决定所述载体元件3的大小或宽度，因为驾驶者必须舒适和安全地站立在载体元件3上以便能够通过重心转移操纵运载工具。关于站立表面7，已经表明的是，相对于球4所述站立表面被相对地设置在运载工具3上。以运载工具1的向前的行进方向V来看，所述站立表面7被设置在挨着球4的右边和左边。在这种情况下，向前的行进方向V与驾驶者2有关，从而驾驶者以直的观察方向向前运动，即以其胸部向前的方向向前运动。

此外，从图1可以看到，载体元件3被设置在其水平定向的位置，优选地在相对于球4的竖直轴z的赤道4a的高度。将载体3为高级驾驶者在较高位置设置或者为初学者在较低位置设置也是可行的。因此，允许载体元件3的相对于球4的更大或更小的倾斜角度，其使平衡、登上和登下或控制该运载工具1变得更难或更容易。由于只依靠全向轮9a、9b和9c，载体元件3被不固定地悬浮或支承在球4上，不论载体元件3相对于球4的赤道4a的位置如何，当载体元件3被水平定向时，所述全向轮9a、9b和9c被支承在球4的赤道4a之上。

图2示出了无驾驶者的运载工具1的俯视图。这个视图特别清楚地显示了驱动装置5的结构。所述驱动装置5基本由第一全向轮9a、第二全向轮9b和第三全向轮9c以及第四全向轮10组成，其中安装所述第一全向轮9a、第二全向轮9b和第三全向轮9c的每个以使其能够绕第一转动轴9a、第二转动轴9b和第三转动轴9c旋转，安装第四全向轮10以使其能够绕第四转动轴10a旋转。所使用的全向轮9a、9b、9c和10已经被众所周知的，并且也被定义为全方位车轮。在全向轮9a、9b、9c和10的情况下，所述全向轮9a、9b、9c和10的运行表面由大量的滚子组成，所述滚子沿圆周设置，并且其转动轴与对应的全向轮9a、9b、9c和10的转动轴9d,9e,9f和10a呈直角，并且相对于全向轮9a、9b、9c和10的圆周正切。使用全向轮9a、9b、9c和10使得球4不仅在各自的全向轮9a、9b、9c和10的驱动方向而且在所有其他方向中，能够以低摩擦力转动。

为了在下文能够更详细地解释运载工具1的运行方向和操作模式，将笛卡尔坐标系统(Cartesian coordinate system)的零点被设置在球4的中心点。这个坐标系的纵轴x因而指定了向前的行进方向V和向后的行进方向H；横轴y指定了向右的行进方向R和向左的行进方向L并且竖直轴z指定了垂直行进方向。在这种情况下，纵轴X和横轴y平行延伸，并且所述竖直轴z相对于水平定向的地面8呈直角延伸。

依靠全向轮9a、9b和9c，运载工具1可以在所有的方向V、H、R和L以及它们的中间方向上被移动。在这种情况下，转动轴9d、9e、9f以平行于所述载体元件3的上侧3e以及相对于球4的表面4b相切的方式间隔隔开设置。因此，在水平地面9和载体元件3的上侧3e平行的情况下，转动轴9d、9e、9f被定向平行于地面8。此外，第一、第二和第三全向轮9a、9b、9c绕球4的圆周均匀分布设置。相对于坐标系的零点和x-y平面来看，全向轮9a、9b和9c呈120度角彼此间隔隔开。第二全向轮9b通过其相对于纵轴x呈直角被定向并且其与纵轴x对齐。运载工具1在向前的行进方向V或向后的行进方向H上的运动通过例如下面的事实来实现：第二全向轮9b在一个方向上被驱动，其他两个全向轮9a、9c在相反的方向上被驱动。对应于全向轮9a、9b和9c的均匀分布，第一和第三全向轮9a、9c被设置在纵轴x和横轴y之间并相对于横轴y与第二全向轮9b相对。因此第一和第三全向轮9a、9c的转动轴9d、9f相对于纵轴x也相对于横轴y被倾斜定向。全向轮9a、9b、9c不仅必须为各自相对的全向轮9c、9b、9a提供驱动轮的功能，而且必须总是同时提供支承轮的功能。从而全向轮9a、9b、9c的协同运转产生运载工具1在向前的行进方向V和向右的行进方向R或向后的行进方向H和向左的行进方向L或每个所需的中间的方向上的运动。

依靠第四全向轮10，可以将运载工具1相对于载体元件3绕球4或竖直轴z的轴的转动固定。这可能是例如运载工具1在向前的行进方向V和向后的行进方向H上的运动所需要的。所述第四全向轮10也可以用于相对于球4旋转载体元件3，其目的是确保驾驶者2保持其胸部定向于相应的行进方向。将第四全向轮10安装在载体元件3上从而可绕其转动轴10a旋转，并在球4的赤道4a的高度上与球4的表面4b接合。在这种情况下，如果载体元件3被水平定向，转动轴10a平行于竖直轴z定向。由于本示例性实施方式的载体元件3被设置在球4的赤道4a的高度，第四全向轮10嵌入载体元件3中。如果载体元件3被设置为相对于赤道4a更高或更低，则相应地使第四全向轮10的位置相适应，以使其继续与球4在赤道4a区域中接合。

也可以从图2看出，三个全向轮9a、9b、9c分别由具有连接于上游的传动装置12a、12b和12c的电动发动机11a、11b和11c驱动。发动机11a、11b和11c被连接到载体元件3并由控制单元13驱动。相应的驱动也为第四全向轮10设置了，但其没有在图2中示出。24V的直流电动机被用作发动机11a、11b和11c，并且具有350瓦特至800瓦特范围内的输出。

作为三个全向轮9a、9b和9c的替换方案，也可以使用四个全向轮，其中至少两个被驱动。其余的和对面的全向轮则承担支承轮的功能。以有利的方式，四个全向轮绕球4均匀分布并且相邻的全向轮分别相对于彼此呈90度设置。在其中省略了相对于z轴的第四全向轮10的驱动变体也是可行的。

还可以在图2中看出，圆周缝隙6保持在球4的表面4b和载体元件3的内边缘3d之间，并使球4能够相对于载体元件3自由地转动。用于运载工具1的悬架还可以被设置在全向轮9a、9b、9c的连接区域或者依靠有弹性的球被设置。载体元件3仅仅由全向轮9a、9b、9c、10支承在球上。不需要进一步的支承或连接元件。球4由硬质塑料的合成材料制成。例如，保龄球是合适的。

图3示出了根据图2的自下观察的运载工具视图。可以看出，多个充电电池14从下面被连接到载体元件3。电池14为了不妨碍载体元件3的倾斜运动并促进载体元件3的平衡尽可能靠近球4设置。对于促进平衡，多个电池14还沿载体元件3和球4分布设置。实质上，还可以在载体元件3的上面设置多个电池14或只用一个电池14。

图4示出了所述运载工具1的控制单元13的基本电路图。控制单元13被设置在载体元件3上。多种组件被结合于控制单元13，从而从载体元件3的平衡位置开始，对由驾驶者2部分做出的重心转移以及因此对载体元件3的倾斜进行检测。倾斜程度和倾斜方向由俯仰陀螺仪(pitch gyroscope)15a、滚动陀螺仪(roll gyroscope)15b和横摆陀螺仪(yaw gyroscope)15c检测到。陀螺仪15a、15b和15c提供加速度和角度数据。俯仰陀螺仪15a检测绕横轴y的枢转运动，滚动陀螺仪15b检测绕纵轴x的枢转运动，而横摆陀螺仪15c检测绕竖直轴z的枢转运动。根据被检测的倾斜和倾斜方向的程度，在估算控制单元16中，特别是均借助于调节器，要被驱动的发动机11a、11b、11c和11d的一个或多个在所需的转动方向和以所需的转动速度被驱动，以便产生所需的行进运动。同时，借助于估算控制单元16内的平衡控制模块，载体元件3的优选为水平的平衡位置通过发动机11a、11b和11c的相应的驱动将被并行实现。估算控制单元16被设计为可编程微型计算机。预先由驾驶者2通过第一次重心转移产生行进运动，只要驾驶者保持载体元件3的倾斜则该行进活动被保持，并且当驾驶者2在相反方向上转移其重心时则该行进活动被取消。第四全向轮10使载体元件3相对于球4固定，在直线行进运动的情况下这是有帮助的。不希望的控制状态，例如绕球4的载体元件3的转动，也可以得到解决。与估算控制单元16内的操纵控制模块相连接，载体元件3相对于球4的转动可以以针对性的方式产生，以使驾驶者2总是保持其胸部定向在行进方向上的或者在操纵运动结束时其胸部定向在行进方向上。

此外，从图4的基本电路图中可以看到，控制元件18以手动遥控的形式设置，通过该形式可以开启和关断运载工具1。所述控制元件18还设置有驾驶失知制动开关(dead-man switch)，使得只有驾驶者2按压控制元件18上相应的按钮时，才开启运载工具1。为了能够选择不同的行进程序，还可以进一步地设置多个按钮。可以根据不同的考虑应用这些行进程序。可以对于发动机11a、11b、11c和11d设置初学者和有经验的用户之间的不同难度水平以及不同体重级别，包括不同的加速度、最大速度和陀螺仪灵敏度等级或者由上面各项确定的驱动信号。还可以用其他方式驱动第四发动机12d，其中载体元件3绕球4的运动由该第四发动机12d控制。经由横摆陀螺仪15c的测试信号，第四发动机12d的驱动基本上导致载体元件3的稳定性并且防止不希望的载体元件3绕竖直轴z的转动。从骑行类运动(cycling)可知，为了能够成功通过转弯，可以将依靠控制元件18和存在于其中的操纵杆(joystick)叠加的第四发动机12d的驱动存储在估算控制单元16中，使得载体元件3绕球4或所述球4的竖直轴z转动，使得驾驶者2保持其胸部向前持续行进。实际上，在所有的行进方向V、H、R和L上的行进运动也是彼此之间独立的并且可以没有载体3的转动。更自然的行驶感觉依靠控制元件18通过与经由竖直轴z的旋转运动的叠加赋予。也可以提供慢速行进程序和快速行进程序。

上述俯仰陀螺仪15a、滚动陀螺仪15b和横摆陀螺仪15c可以被理解为能用于确定相对于纵轴x、横轴y和竖直轴z的角位置和角方向的任何类型的测试装置。通常，它们是用压电传感器操作的电子电路。由于俯仰陀螺仪15a、滚动陀螺仪15b和横摆陀螺仪15c各自相对于彼此呈直角设置，由此可以确定载体元件3在空间中的位置。

本发明的第二实施方式将参考图5至8在下文进行说明，并且基本上对应于第一实施方式，从而可参考关于图1至4的前述说明。在下面将仅对不同之处进行描述。

图5示出了根据本发明的运载工具的第二实施方式的示意性透视图。可以在驾驶者2的脚2a以及其脚2a和球2之间的区域中看到第四全向轮10a和第五全向轮10b。第四全向轮10a和第五全向轮10b以平面方式被设置在载体元件3中，并且各自被安装使其可以绕转动轴10c、10d转动，其中所述转动轴10c、10d未示出。当载体元件3被水平定向时，第四和第五转动轴10c、10d被垂直定向。也很明显的是，相对于球4，第四全向轮10a和第五全向轮10b被设置成相对于彼此180度偏移并且彼此相对。相对于向前的行进方向V，第四全向轮10a和第五全向轮10b以轴向对称的方式设置。因此，在运载工具1的向前行进方向V上，第四全向轮10a和第五全向轮10b在滚动轴区域中作用于球4。借助第四和第五电动发动机11d和11e，所述第四全向轮10a和第五全向轮10b也以与其它三个全向轮9a、9b和9c完全相同的方式，其中由于在图六中所述第四和第五电动发动机11d和11e被载体元件3遮盖，所述第四和第五电动发动机11d和11e只在图8中示意性示出。从而第四和第五电动发动机11d和11e与上游连接的传动装置一起被设置在载体元件3的下侧。将第四和第五电动发动机11d和11e与上游连接的传动装置一起设置在载体元件3的上侧也是可以的，然而其中优选下侧。

对比图3，电池14不能在图7中看到的，因为它们现在设置在载体元件的上侧(见图6)。选择现在单电池14的位置使得所述载体元件3相对于设置在其上的其他组件是平衡的。

图8示出运载工具1的控制单元的基本电路图，示出了第四和第五全向车轮10a、10b的两个电动发动机11d和11e。

图9示出了根据本发明用于驾驶者2运动的运载工具1的第三实施方式的示意性透视图。该实施例基本上对应于先前描述的实施方式，以便在相对于共同方面可以参考前面的描述。相似的附图标记也被用于表示类似的部件。在这种情况下，全向轮9a、9b、9c、10a和10b的设置与包括三个全向轮9a、9b、9c以及另外两个全向轮10a、10b的第二实施方式相对应，其中所述三个全向轮9a、9b、9c相对于彼此以120度的角度间隔设置，并且被用作驱动轮和支承轮，所述两个全向轮10a、10b作用于赤道并控制围绕竖直轴z的运动。在前两个实施方式中被设计成环的所述载体元件3，在第三实施方式中被替代为从向前行进方向V上看，以横截面看为类似于梯形屋顶轮廓的载体元件3。从而从顶部开始，所述载体元件3由水平平坦的横向构件3f组成，该横向构件3f通过向下延伸的侧腹板3g、3h在其右边和左边的边缘均邻接。因此横向构件3f位于球4上并且两个侧腹板3g、3h从横向构件3f中开始垂直延伸或者向外倾斜向下扩展到近似球4的赤道4a的高度。所述侧腹板3g、3h的下端被水平及向外指向的边柱3i、3j邻接，该边柱3i、3j具有足够的宽度和长度以适应右和左站立表面7，所述站立表面位于球4的相对侧赤道4a的高度上。右和左边柱3i、3j可设计为向上折叠以使运载工具甚至更加紧凑和更加易于运输。有关站立表面7相对于赤道4a的位置的高度，参考前面的描述。H形形式的载体元件3可以在其俯视图中看到。凭借由站在两个站立表面7上的驾驶者产生的重力，设置在边柱3i、3j(见图10)下方的全向轮10a和10b压靠球4，以使它们具有对球4的足够的牵引力。上述情况同样也适用于安装在横向构件3f上的三个上面的全向轮9a，9b和9c。与前述第一和第二实施例相比，该第三实施例中的优点在于，该运载工具1的外部尺寸明显小，因此在本地城市运输方面，特别是地下铁路，市郊铁路和自动扶梯上，可以更方便地运送该运载工具1。在所有的其他实施例的情况下，驾驶者2和站立表面7之间的接触仅限于驾驶者的脚，以及视情况而定驾驶者的小腿。如本文所描述的所有实施方式，通过在所需运动方向上转移重心从而实现控制。

图10是根据没有驾驶者的图9中的运载工具的俯视图，并示出了在中心的载体元件3，所述载体元件3支承驱动装置5的三个发动机11a、11b和11c以及因此驱动的全向轮9a、9b和9c，其中所述分别包括其传动装置12a、12b和12c。在这种情况下，全向轮9a、9b和9c用于驱动目的并用于作为载体元件3和球4之间的支承连接。将站立表面7彼此相对地安装到球4的侧面近似赤道4a的高度。配置横向构件3f与具有站立表面7的边柱3i、3j之间经由侧腹板3g、3h的连接，使得具有站立表面7的边柱3i、3j可在球4的方向上弹性地移动它们，除此之外在另一方面边柱3i、3j足够稳固，从而能够安全带动驾驶者2。全向车轮10a和10b位于具有站立表面7的边柱3i、3j的下方并因此由示意图中的虚线示出。控制单元13和电池14被安装在载体元件3的上方。

图11示出了根据本发明用于驾驶者2运动的运载工具1的第四实施方式的示意性透视图。该实施例基本上对应于先前描述的实施例，以便在有关共同方面可以参考前面的描述。相似的附图标记也被用于表示类似的部件。全向轮9a、9b和9c的设置不同于之前所描述的实施方式，其中，如运载工具1的俯视图中所看到的，两个全向轮9a和9c被设置为其基本上水平的转动轴9d和9f相对彼此呈90度角，其中从向前行进方向V上看，两个全向轮9a和9c的定位与驾驶者2的胸部一致并且位于前面。与第一和第三全向轮9a和9c对比，第二全向轮9b随其转动轴9e被定向，该转动轴9e被纵轴x平分，并从垂直线向前倾斜20至40度的范围，优选30度。因此，第二全向轮9b可以用于影响绕竖直轴z的运动。在第三实施方式中，载体元件3被设计成梯形角板(angle sheet)的形式。此外，通过使用第二全向轮9b对绕竖直轴z的运载工具1进行操纵，包括第四和第五驱动发动机11d、11f和相连的传动装置的第四和第五全向轮10a、10b被省略。在第四实施方式中，三倍自由度的球4的运动通过最小数量的发动机11a、11b、11c和全向轮9a、9b、9c被驱动。

图12示出了根据图11的没有驾驶者的运载工具的俯视图，基本对应于根据图9的第三实施方式。明显的是，与第三实施方式相对比，第二全向轮9b随其转动轴9e被定向，从而该转动轴9e被纵轴x平分，并从垂直线向前倾斜20至40度的范围，优选30度。因此，当定向第二全向轮9b时，其也可以影响绕竖直轴z的运动。

图13示出了根据本发明用于驾驶者2运动的运载工具1的第五实施方式的示意性透视图。该实施例基本上对应于先前描述的实施例，以便在相对于共同方面可以参考前面的描述。相似的附图标记也被用于表示类似的部件。第一、第二和第三全向轮9a、9b和9c的设置与先前描述的实施方式不同，其中三个全向轮9a、9b和9c可以分别绕转动轴9d、9e和9f转动，其中，从竖直线开始，转动轴9d、9e和9f被定为在球的方向向里倾斜20至40度的范围，优选30度。转动轴9d、9e和9f相交于球4上方以及从水平地面8开始的球4的中心的一个共同点，且载体元件3处于水平。从运载工具1的俯视图可以看出，第一、第二和第三全向轮9a、9b和9c相对于彼此均偏移120度在球4上环绕设置。

图14示出了根据图12的无驾驶者的运载工具的俯视图。所有三个全向轮9a、9b和9c在球4周围均匀设置并且驱动所述球4。由于先前描述的转动轴9d、9e和9f的定向，三个全向轮9a、9b和9c一方面可以影响球4在所有方向的行进运动，还可以影响球4绕竖直轴z的转动，从而在有利的方式中可以无需更多的全向轮执行该功能。

在所有的先前描述的示例性实施方式中，全向轮9a、9b和9c被支承在球4的上半部分。当把球4与地球仪比较时，全向轮9a、9b和9c与球4接触的位置可以被描述为在北纬20至40度的范围内，优选30度。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种包括在地面(8)上滚动的元件的用于驾驶者(2)运动的运载工具(1)，包括被不固定地支承在该滚动元件上的载体元件(3)，由所述载体元件(3)支承并驱动所述滚动元件的驱动装置(5)，以及控制单元(6)，通过该控制单元按照所述载体元件(3)的倾斜和所述载体元件(3)的倾斜方向在所需行进方向上操纵所述驱动装置(5)，其中包括载体元件(3)的运载工具(1)设计为使得在运载工具(1)运转期间，驾驶者(2)在载体元件(3)上自由站立并保持平衡，其特征在于，在地面(8)上滚动的元件是球(4)，通过该驱动装置(5)，该运载工具可以在任何所需方向上运动，并且驾驶者(2)与运载工具(1)的接触仅仅通过其脚，并且视情况而定另外通过其腿下部；其中在所述载体元件(3)中设置开口(3b)，并且所述球(4)突出伸入到载体元件(3)中的所述开口(3b)中。

2.如权利要求1所述的运载工具(1)，其特征在于，该运载工具(1)没有供所述驾驶者(2)使用的握柄。

3.如权利要求1或2所示的运载工具(1)，其特征在于，将所述载体元件(3)设计为环形盘(3a)，并且所述载体元件(3)具有圆形、椭圆形或矩形的边缘或它们的组合。

4.如权利要求3所述的运载工具(1)，其特征在于将所述载体元件(3)的环形盘(3a)设置在球(4)的水平赤道(4a)高度的区域中。

5.如权利要求1至2任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，从运载工具(1)的向前行进方向来看，所述载体元件(3)是梯形板的形状。

6.如权利要求1至5所述任一项的运载工具(1)，其特征在于，将所述驾驶者(2)的多个站立表面(7)设置在载体元件(3)上，并且所述多个站立表面(7)相对于球(4)被相对设置。

7.如权利要求6所述的运载工具(1)，其特征在于，将驾驶员(2)的站立表面(7)设置在球(4)的水平赤道(4a)高度的区域中。

8.如权利要求1至7所述任一项的运载工具(1)，其特征在于，所述驱动装置(5)被连接到载体元件(3)并且所述驱动装置(5)包括具有转动轴(9d,9e,9f)的至少两个全向轮(9a,9b,9c)，其中所述转动轴(9d,9e,9f)用于向球(4)传递驱动力。

9.如权利要求8所述的运载工具(1)，其特征在于，将三个全向轮(9a,9b,9c)设置在所述载体元件(3)上并绕所述球(4)均匀分布。

10.如权利要求8所述的运载工具(1)，其特征在于，所述转动轴(9d,9e,9f)平行于所述载体元件(3)定向。

11.如权利要求1至10所述的运载工具(1)，其特征在于，所述驱动装置(5)包括具有转动轴(10c,10d)的至少一个全向轮(10a,10b)，当所述载体元件(3)平行定向时其中的转动轴(10c,10d)与球(4)的垂直轴(z)平行，并且该至少一个全向轮(10a,10b)在水平赤道(4a)的高度作用于所述球(4)。

12.如权利要求11所述的运载工具(1)，其特征在于，所述驱动装置(5)包括相对于球(4)被相对设置在载体元件(3)上的第四全向轮(10a)和第五全向轮(10b)。

13.如权利要求12所述的运载工具(1)，其特征在于，所述运载工具(1)在向前行进方向(V)上运动的期间，所述第四全向轮(10a)和第五全向轮(10b)在滚动轴区域中作用于球(4)。

14.如权利要求8或9所述的运载工具(1)，其特征在于，至少一个转动轴(9d,9e,9f)从球(4)的方向上的竖直位置倾斜。

15.如权利要求7至14任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，通过传动装置(12a,12b,12c)和电动发动机(11a,11b,11c,11d)驱动每个全向轮(9a,9b,9c,10),并且将每个电动发动机(11a,11b,11c,11d)连接到所述载体元件(3)。

16.如权利要求1至15任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，将陀螺仪(15a,15b,15c)设置在所述载体元件(3)上并测量所述载体元件(3)的倾斜和倾斜方向，并将该测量到的倾斜和倾斜方向传递到所述控制单元(16)。

17.如权利要求1至16任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，控制单元(16)包括在空间水平位置中辅助所述驾驶者(2)平衡于所述载体元件(3)的平衡控制模块。

Claims (17)

1.一种包括在地面(8)上滚动的元件的用于驾驶者(2)运动的运载工具(1)，包括被不固定地支承在该滚动元件上的载体元件(3)，由所述载体元件(3)支承并驱动所述滚动元件的驱动装置(5)，以及控制单元(6)，通过该控制单元按照所述载体元件(3)的倾斜和所述载体元件(3)的倾斜方向在所需行进方向上操纵所述驱动装置(5)，其中包括载体元件(3)的运载工具(1)设计为使得在运载工具(1)运转期间，驾驶者(2)在载体元件(3)上自由站立并保持平衡，其特征在于，在地面(8)上滚动的元件是球(4)，通过该驱动装置(5)，该运载工具可以在任何所需方向上运动，并且驾驶者(2)与运载工具(1)的接触仅仅通过其脚，并且视情况而定另外通过其腿下部。

2.如权利要求1所述的运载工具(1)，其特征在于，该运载工具(1)没有供所述驾驶者(2)使用的握柄。

3.如权利要求1或2所示的运载工具(1)，其特征在于，在所述载体元件(3)中设置开口(3b)并且将所述载体元件(3)设计为环形盘(3a)。

4.如权利要求3所述的运载工具(1)，其特征在于，所述球(4)突出伸入所述运载工具(4)的所述开口(3b)中。

5.如权利要求4所述的运载工具(1)，其特征在于，将所述载体元件(3)的环形盘(3a)设置在球(4)的水平赤道(4a)的高度。

6.如权利要求1至2任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，从运载工具(1)的向前行进方向来看，所述载体元件(3)是梯形板的形状。

7.如权利要求1至6所述任一项的运载工具(1)，其特征在于，将所述驾驶者(2)的多个站立表面(7)设置在载体元件(3)上，并且所述多个站立表面(7)相对于球(4)被相对设置。

8.如权利要求1至7所述任一项的运载工具(1)，其特征在于，所述驱动装置(5)被连接到载体元件(3)并且所述驱动装置(5)包括具有转动轴(9d,9e,9f)的至少两个全向轮(9a,9b,9c)，其中所述转动轴(9d,9e,9f)用于向球(4)传递驱动力。

9.如权利要求8所述的运载工具(1)，其特征在于，将三个全向轮(9a,9b,9c)设置在所述载体元件(3)上并绕所述球(4)均匀分布。

10.如权利要求8所述的运载工具(1)，其特征在于，所述转动轴(9d,9e,9f)平行于所述载体元件(3)定向。

11.如权利要求1至10所述的运载工具(1)，其特征在于，所述驱动装置(5)包括具有转动轴(10c,10d)的至少一个全向轮(10a,10b)，当所述载体元件(3)平行定向时其中的转动轴(10c,10d)与球(4)的竖直轴(z)平行，并且该至少一个全向轮(10a,10b)在水平赤道(4a)的高度作用于所述球(4)。

12.如权利要求11所述的运载工具(1)，其特征在于，所述驱动装置(5)包括相对于球(4)被相对设置在载体元件(3)上的第四全向轮(10a)和第五全向轮(10b)。

13.如权利要求12所述的运载工具(1)，其特征在于，所述运载工具(1)在向前行进方向(V)上运动的期间，所述第四全向轮(10a)和第五全向轮(10b)在滚动轴区域中作用于球(4)。

14.如权利要求8或9所述的运载工具(1)，其特征在于，至少一个转动轴(9d,9e,9f)从球(4)的方向上的竖直位置倾斜。

15.如权利要求7至14任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，通过传动装置(12a,12b,12c)和电动发动机(11a,11b,11c,11d)驱动每个全向轮(9a,9b,9c,10),并且将每个电动发动机(11a,11b,11c,11d)连接到所述载体元件(3)。

16.如权利要求1至15任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，将陀螺仪(15a,15b,15c)设置在所述载体元件(3)上并测量所述载体元件(3)的倾斜和倾斜方向，并将该测量到的倾斜和倾斜方向传递到所述控制单元(16)。

17.如权利要求1至16任一项所述的运载工具(1)，其特征在于，控制单元(16)包括在空间水平位置中辅助所述驾驶者(2)平衡于所述载体元件(3)的平衡控制模块。