CN106275204B - 可穿戴个人交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可穿戴个人交通工具，包括：用于穿戴在操作者的脚部的托架，安设于托架的底部并带动托架运动的主动轮，为主动轮传输动力的动力传动轴，为主动轮提供动力的穿戴在操作者的躯干部的动力装置，其中，由于动力装置位于操作者的躯干部，操作者步行时操作者的脚部受力状况因此得到了改善，托架也满足步行的需求，而且动力装置因不再受到托架的限制也易于扩展，从而提高行驶速度和行驶里程，满足更高性能需求的使用场合。

Description

可穿戴个人交通工具

技术领域

本发明涉及可穿戴技术，尤其涉及一种可穿戴个人交通工具。

背景技术

交通工具是人类代步的装置，是现代人生活中不可缺少的一部分，随着时代的变化和科学技术的进步，交通工具也得到了前所未有的发展，现在的可穿戴交通工具已经成为了研究的重点。

现有的可穿戴个人交通工具包括：安设在在鞋托架上或者鞋子底部的轮子，安设在鞋托架或者鞋子上的电池包，安设在轮子中的轮毂电机或者在安设在轮子附近的轮边电机组成，在行驶的过程中，由电池包为电机供电以使电机驱动轮子转动，从而驱动操作者滑行。

但采用现有技术中的可穿戴个人交通工具，操作者的行驶速度较低且行驶里程较短。

发明内容

本发明实施例提供一种可穿戴个人交通工具，以克服现有技术中由于结构尺寸的限制无法采用较大功率的驱动电机和容量较大的电池包，导致操作者驶速度较低且行驶里程较短的问题。

本发明第一方面提供一种可穿戴个人交通工具，包括：托架、主动轮、动力装置和动力传动轴，

所述托架，穿戴在操作者的脚部；

所述主动轮安设于所述托架的底部，以带动所述托架运动；

所述动力传动轴的空间形状可变，其一端与所述动力装置连接，另一端与所述主动轮连接，以将所述动力装置输出的动力传输至所述主动轮；

所述动力装置，穿戴在所述操作者的躯干部。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述动力装置包括：蓄电装置和电驱动装置，

所述蓄电装置与所述电驱动装置的一端连接，用于为所述电驱动装置供电；

所述电驱动装置的另一端与所述动力传动轴的一端连接，用于驱动所述主动轮滚动。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述动力装置还包括：减速装置，

所述减速装置的一端与所述主动轮连接，所述减速装置的另一端与所述动力传动轴连接，用于所述电驱动装置与所述主动轮之间的转速匹配和动力传输。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，还包括：运动控制装置，

所述运动控制装置与所述动力装置连接，用于根据所述操作者的运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小，以控制所述主动轮滚动的速度。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述运动控制装置包括：第一惯性测量单元，

所述第一惯性测量用于测量所述操作者的人体重心运动学参数，将所述人体重心运动学参数输出至运动控制装置，以使所述运动控制装置根据所述人体重心运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述运动控制装置还包括：第二惯性测量单元，

所述第二惯性测量单元用于测量所述操作者的脚部运动学参数，将所述脚部运动学参数输出至运动控制装置，以使所述运动控制装置根据所述脚部运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，

所述第一惯性测量单元与所述第二惯性测量单元，均包括：3轴陀螺仪、3轴加速度传感器和3轴磁场传感器。

结合第一方面、第一方面的第一至第六种任一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，还包括：至少两个从动轮；

所述从动轮安设在所述托架底部背离所述动力传动轴端的两侧，所述主动轮安设在所述托架靠近所述动力传动轴端的底部。

结合第一方面、第一方面的第一至第六种任一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述主动轮的轮胎为充气轮胎；

所述从动轮的轮胎为充气轮胎。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述电驱动装置包括至少一个驱动电机；

所述蓄电装置包括至少一个电池包。

本发明提供的可穿戴个人交通工具，包括：用于穿戴在操作者的脚部的托架，安设于托架的底部并带动托架运动的主动轮，为主动轮传输动力的动力传动轴，为主动轮提供动力的穿戴在操作者的躯干部的动力装置，其中，由于动力装置位于操作者的躯干部，操作者步行时操作者的脚部受力状况因此得到了改善，托架也满足步行的需求，而且动力装置因不再受到托架的限制也易于扩展，从而提高行驶速度和行驶里程，满足更高性能需求的使用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的可穿戴个人交通工具的结构示意图；

图2所示为图1所示的可穿戴个人交通工具中的动力装置的结构示意图；

图3所述为本发明提供的另一可穿戴个人交通工具的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的可穿戴个人交通工具包括安设在在鞋托架上或者鞋子底部的轮子，由安设在鞋托架或者鞋子上的电池包供电，安设在轮子中的轮毂电机或者在安设在轮子附近的轮边电机驱动轮子转动，从而驱动操作者滑行，而且在步行或者开车时并不需要将可穿戴交通工具脱下。

但是，现有技术的可穿戴个人交通工具在使用过程中，特别是在上下楼梯等需要步行的场合，安设在鞋托架或者鞋子上的动力装置不可避免地对行走造成了不利的影响，例如，由于动力装置较重，操作者上楼梯时脚步沉重，而且由于鞋拖架或者鞋子的结构尺寸限制也难以采用功率较大的驱动电机和容量较大的电池包，使得操作者的行驶速度较低且行驶里程较短，难以满足更高性能需求的场合。

为了增加操作者的行驶速度以及行驶里程可以采用大功率的驱动电机和大容量的电池包，但鞋托架没有足够的空间可以安装这些设备，因此，发明人发现，可以将驱动电机和电池包从鞋托架上分离出来，佩戴在操作者的躯干部位，从而就可以采用大功率的驱动电机和大容量的电池包，而不会增加操者脚部的重量。

本发明实施例中的托架可以为两个，即左脚和右脚各穿一个，也可以为一个，即只穿戴于一只脚上，本发明实施例中以两个为例进行说明。

图1为本发明提供的可穿戴个人交通工具的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的可穿戴个人交通工具可以包括：托架101、主动轮102、动力传动轴103和动力装置104，

托架101，用于穿戴在操作者的脚部；

主动轮102安设于托架101的底部，以带动托架101运动；

动力传动轴103的空间形状可变，其一端与动力装置104连接，另一端与主动轮102连接，以将动力装置104输出的动力传输至主动轮102；

动力装置104，用于穿戴在操作者的躯干部。

具体的，用于穿戴在操作者脚部的托架101在一种实施例中可以为鞋托架101，即操作者可以在穿好自己鞋后直接踩在托架101上，在另一种实施例中托架101可以为操作者所穿鞋的一部分，即操作者穿鞋子时就是在穿戴托架101。

其中，动力装置104用于穿戴在操作者的躯干部，是指不包含头部、颈部和四肢的身躯部位。因为动力装置104会有一定的重量，如果佩戴在头部和颈部，会使头部或者颈部承重，从而给操作者带来不适的感觉，也会影响操作者灵活观察周边环境的能力，而在运动的过程中，操作者的四肢则会有各种各样的动作，因此动力装置104应该穿戴在不包括这些部位的身躯部位上，以避免所带来的各种不舒适和不便。

由于动力装置104和托架101分别穿戴在操作者的躯干部和脚部，而两者之间的空间相对位置会因操作者的动作发生较大的变化，因此采用空间形状可变的动力传动轴103来连接两者并进行空间动力传递。

本发明实施例提供的可穿戴个人交通工具，包括：用于穿戴在操作者的脚部的托架，安设于托架的底部并带动托架运动的主动轮，为主动轮传输动力的动力传动轴，为主动轮提供动力的穿戴在操作者的躯干部的动力装置，其中，由于动力装置位于操作者的躯干部，操作者步行时操作者的脚部受力状况因此得到了改善，托架也满足步行的需求，而且动力装置因不再受到托架的限制也易于扩展，从而提高行驶速度和行驶里程，满足更高性能需求的使用场合。

可选的，动力传动轴103为传动软轴，具体的，传动软轴包括轴芯、软管、软轴接头和软管接头组成，其中，轴芯由几层紧密缠在一起的弹簧钢丝层构成，相邻钢丝层的缠绕方向相反，传递转矩时相邻两层钢丝中一层趋于拧紧而另一层趋于拧松，各层钢丝间趋于压紧从而传递动力。动力传动轴103也可以由数根传动硬轴通过万向节连接而成，其沿着操作者的腿部设置，各万向节对应腿部各关节设置，以传递动力并进行空间变形以适应操作者的姿态。其他类型的空间形状可变的动力传动轴103也是可以的，并不以此为限制。

进一步地，上述可穿戴个人交通工具的动力装置104可如图1所示通过腰带系在操作者的腰间。当动力装置104系在操作者的腰间时，而无需像现有技术将动力装置104置于托架101上，从而减轻了操作者的脚部负荷，使得操作者运动时更灵活，在路上遇到紧急情况时，也容易控制其腿部动作，或停或避让等动作均可轻松完成。

可选的，在实际的应用中，动力装置104可以位于操作者的腰部，也可以位于操作者的腹部，还可以位于操作者的侧腰，其他合适的可以快速穿脱的安设方式也是可以的，本发明不对动力装置104穿戴的位置以及穿戴的方式加以限制。

如前，托架101可分两种情况，动力传动轴103与主动轮102之间的连接也有两种方式：对于第一种情况，也即操作者可以在穿好自己鞋后直接踩在托架101的方式中，当操作者到达到目的地后，操作者只需把动力装置104和托架101脱掉即可，无须断开动力传动轴103和主动轮102之间的连接，因此两者之间可以采用非快速拆卸的连接方式；第二种情况，也即操作者穿鞋子时就是在穿戴托架101，当操作者到达到目的地后，首先脱掉动力装置104，托架101由于是鞋的一部分而无法脱掉，因此动力传动轴103和主动轮102之间采用可快速拆卸连接方式，以保证可穿戴个人交通工具的动力装置104对于操作者是易于穿戴和解脱的，不会对其正常活动造成不便。本发明不对动力传动轴103和主动轮102之间可快速拆卸的连接方式加以限制，只要可以快速拆卸的方式均可。

此外，这也意味着在动力装置104出现故障时，可以拆开动力传动轴103与主动轮102连接的一端，从而断开主动轮102与动力装置104之间的连接，操作者可以像穿着常规轮滑鞋那样滑行前进。而对于现有的轮子内安装有轮毂电机的可穿戴个人交通工具，出于保护电机或者电池的目的，通常只能从脚上脱下来，由操作者手提而行，显然容易引起操作者的不便和不满。

进一步的，图2所示为图1所示的可穿戴个人交通工具中的动力装置的结构示意图，如图2所示，该动力装置104包括：蓄电装置1041和电驱动装置1042，

蓄电装置1041与电驱动装置1042的一端连接，用于为电驱动装置1042供电；

电驱动装置1042的另一端与动力传动轴103的一端连接，用于驱动主动轮102滚动。

具体的，蓄电装置1041为电驱动装置1042供电，电驱动装置1042通过动力传动轴103驱动主动轮102。动力装置104可以采用电驱动方式来实现，也即采用驱动电机进行驱动，也可以采用其他类型的动力装置104，只要该动力装置104在使用时不会产生高温高压气体等会危害到附近的行人和操作者本人的物质，或者不具有高温部件等会无意中伤害到操作者的部件即可，并不以此为限。

进一步的，可以采用一台驱动电机通过机械分流装置后提供两个输出端，给左右脚上的主动轮102提供动力，也可以采用两台驱动电机分别给两脚上的主动轮102提供动力。此外，如果每个托架101上设有多个主动轮102，也可以采用多台驱动电机通过多条传动软轴分别驱动每个主动轮102，并不以此为限。

当蓄电装置1041为电池包，电驱动装置1042为驱动电机时，并且电池包通过系带系于操作者的身上，从而可以在电池包的壳体上设置正负极接口，从而可以通过外部并联一个电池包来增大行驶里程。驱动电机设计成可以在低电压和高电压下均能正常工作，只是最高转速范围有差别，在高电压下的最高转速更高，而电池包被设计成具有一个外部串联接口，从而可以通过串联一个电池包来获得高一倍的电压，由此提高个人交通工具的行驶速度，同时也增大行驶里程。

进一步地，如图2所示，上述可穿戴个人交通工具的动力装置104，还包括：减速装置1043；

减速装置1043的一端与主动轮102连接，减速装置1043的另一端与动力传动轴103连接，用于电驱动装置1042和主动轮102之间的转速匹配和动力传递。

具体的，动力装置104的输出经过减速增矩后输出到主动轮102上，驱动托架101移动。减速增矩可以在动力装置104的输出端进行，也可以在主动轮102的输入端进行，前者可以进一步减小托架101的重量，而后者可以减小传动软轴的直径，可根据实际需要进行选择，并不以此为限制。

减速装置1043可以采用圆柱齿轮减速器或者行星齿轮减速器，也可以将减速装置1043设置在主动轮102的轮边，包括一小锥齿轮和大锥齿轮，从脚上方下来的传动软轴驱动小锥齿轮后带动与主动轮102同轴配置的大锥齿轮转动，从而驱动主动轮102，但并不以此为限制。

进一步地，图3所述为本发明提供的另一可穿戴个人交通工具的结构示意图，上述可穿戴个人交通工具还包括：运动控制装置105，运动控制装置105与动力装置104连接，用于根据操作者的运动学参数控制动力装置104输出至主动轮102的动力的大小，以控制主动轮102滚动的速度。

具体的，根据操作者的姿态(运动学参数)进行运动控制，可以简化操纵装置，也使得可穿戴交通工具融合成为操作者身体的一部分。例如，操作者的身体前倾，则控制动力装置104增大驱动力进行加速；操作者的身体后倾，则控制动力装置104提供再生制动力进行减速。

进一步地，上述可穿戴个人交通工具的运动控制装置105，还包括：第一惯性测量单元1051，所述第一惯性测量单元1051用于测量所述操作者的人体重心运动学参数，将所述人体重心运动学输出至运动控制装置105，以使所述运动控制装置根据所述人体重心运动学参数控制所述动力装置104输出至所述主动轮102的动力的大小。

第一惯性测量单元1051可以安设在运动控制装置105上，通过有线的方式将获得的人体重心运动学参数输出至运动控制装置105。

为了实现根据操作者的姿态进行运动控制，需要测量操作者的姿态，为此设置了第一惯性测量单元1051，用于测量六分量运动学参数，即三轴角速度和线性加速度。

进一步的，可以将动力装置104和运动控制装置105安设在一个箱包内，此箱包可以通过腰带系在操作者的腰部，也可以系在操作者的腹部。

当此箱包通过腰带系在操作者的腰部时，第一惯性测量单元1051测得人体重心运动学参数，由于此时第一惯性测量单元1051与运动控制装置105的距离较近，可以采用有线的方式将人体重心运动学参数输出至运动控制装置105，或者将两者集成在一块电路板上，从而使得运动控制装置105能够更好地进行运动控制。

进一步地，上述可穿戴个人交通工具的运动控制装置，还包括：第二惯性测量单元1052，所述第二惯性测量单元1052用于测量所述操作者的脚部运动学参数，将所述脚部运动学参数输出至运动控制装置，以使所述运动控制装置根据所述脚部运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小。

因此，第二惯性测量单元1052可以安设于托架101上，用以测量操作者的脚部运动学参数，由于操作者有两只脚，而且在滑行时两只脚未必就并排而行，可能是一前一后，操作者也可能在行进中跳跃起来，因此对于操作者的脚部运动学参数进行测量可以更好地掌握其姿态，从而通过控制动力装置104的输出可以使其具有更好的平衡性。

例如，当操作者的两脚一前一后时，其身体前倾到某一角度时未必就会跌到，因此也不一定需要动力装置104驱动主动轮102带动托架101前移以保持操作者的平衡；在操作者跳跃到空中，特别是落地一瞬间，合适方向和大小的动力装置104输出有助于保证操作者平衡，因此，在托架101上设置第二惯性测量单元1052有利于保证操作者进行高机动性动作时的稳定性。

进一步地，上述可穿戴个人交通工具的运动控制装置，第一惯性测量单元1051包括3轴陀螺仪、3轴加速度传感器和3轴磁场传感器；第二惯性测量单元1052，包括：3轴陀螺仪、3轴加速度传感器和3轴磁场传感器。

一般陀螺仪只能测量相对角度，而陀螺仪和磁场传感器的组合，可以算出绝对角度。当人体重心处和两脚处的绝对角度计算出后，人体的姿态动作就可以完全确定，从而使得运动控制装置105能够更好地进行运动控制。

在本发明实施例的可穿戴个人交通工具中，由于体积和质量均受到了严格限制，可以采用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，简称为：MEMS)技术制造的惯性测量单元，其体积小、质量轻、测量精度高且成本低，易于实现系统集成，但并不以此为限。

此外，由于第二惯性测量单元1052设置在托架101上距离运动控制装置较远，因此，在第二惯性测量单元1052里还可以集成蓝牙通讯模块或其他类型的短距离无线通讯模块，将测得的脚部运动学参数发送到运动控制装置105，在实际应用中根据需求也可以采用有线的方式，本发明不对其加以限制。

进一步地，如图3所示，该可穿戴个人交通工具还包括：两个从动轮106；

从动轮106安设在托架101底部背离动力传动轴103端的两侧，主动轮102安设在托架101靠近动力传动轴103端的底部。

在托架101上安设三个轮子，使得托架101成为静平衡平台，可以降低学习难度，缩短学习过程，使得即使不是具有较高运动天赋的操作者，也能尽快掌握上述可穿戴交通工具的使用方法。前两轮后一轮的布置方式的稳定性，要高于前一轮后两轮的稳定性，而且前两轮布置在托架101的左右两侧，脚或者鞋置于其间，在降低操作者的重心的同时也使得可以采用较大直径的从动轮106。

对于前两轮后一轮的布置方式，还可以具有多种不对称的具体布置方式，例如，从侧面看，一个从动轮106可以布置在另一个从动轮106和主动轮102之间。显然，采用两个轮子，即一个从动轮106和主动轮102同轴设置或者一前一后设置，甚至一个轮子，即只有一个主动轮102也是可以的，而且在具有第一惯性测量单元1051和第二惯性测量单元1052的运动控制装置的帮助下，托架101成为动平衡平台，操作者也无须具有较高的平衡和操作技巧，就可以享受到更灵活的机动性，但并不以此为限。

进一步地，上述可穿戴个人交通工具，主动轮102的轮胎为充气轮胎，从动轮106的轮胎为充气轮胎。

现有的可穿戴个人交通工具，由于在轮子中设有轮毂电机，或者轮子设置在托架101或鞋子底部，因此轮子结构尺寸受到了严格限制，难以采用充气轮胎，只能采用实心聚氨酯(简称为：PU)轮或者橡胶轮。而采用实心PU轮或者橡胶轮，由于减震效果较差，因此即使在水泥铺设路面上滑行时，操作者难免感受到较大的颠簸。此外，轮子越小，通过性也越差。

采用直径较大的充气轮胎，则可以提供良好的减震效果和较高的通过性。而且在操作者行进中转向时，也可以通过身体的侧倾，增大内侧从动轮105的负荷同时减小外侧从动轮105的负荷，从而使得内外侧从动轮105的滚动半径一减一增，形成一定的差速效果。

此外，现有技术中的轮滑鞋、溜冰鞋或者暴走鞋等均可以通过增加穿戴在操作者身上的动力装置104，以及用于将动力装置104的输出传递到鞋的轮子上的动力传动轴103变成不同场合和用途的可穿戴个人交通工具，而这些可穿戴个人交通工具也均包含在本发明中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种可穿戴个人交通工具，其特征在于，包括：托架、主动轮、动力装置和动力传动轴，

所述托架，穿戴在操作者的脚部；

所述主动轮安设于所述托架的底部，以带动所述托架运动；

所述动力传动轴的空间形状可变，其一端与所述动力装置连接，另一端与所述主动轮连接，以将所述动力装置输出的动力传输至所述主动轮；

所述动力装置，穿戴在所述操作者的躯干部；

还包括：运动控制装置，

所述运动控制装置与所述动力装置连接，用于根据所述操作者的运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小，以控制所述主动轮滚动的速度；

所述运动控制装置包括：第一惯性测量单元，所述第一惯性测量单元穿戴在操作者的躯干部；

所述第一惯性测量单元用于测量所述操作者的人体重心运动学参数，将所述人体重心运动学参数输出至运动控制装置，以使所述运动控制装置根据所述人体重心运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小；

所述运动控制装置还包括：第二惯性测量单元，

所述第二惯性测量单元用于测量所述操作者的脚部运动学参数，将所述脚部运动学参数输出至运动控制装置，以使所述运动控制装置根据所述脚部运动学参数控制所述动力装置输出至所述主动轮的动力的大小。

2.根据权利要求1所述的可穿戴个人交通工具，其特征在于，所述动力装置包括：蓄电装置和电驱动装置，

所述蓄电装置与所述电驱动装置的一端连接，用于为所述电驱动装置供电；

所述电驱动装置的另一端与所述动力传动轴的一端连接，用于驱动所述主动轮滚动。

3.根据权利要求2所述的可穿戴个人交通工具，其特征在于，所述动力装置还包括：减速装置，

所述减速装置的一端与所述主动轮连接，所述减速装置的另一端与所述动力传动轴连接，用于所述电驱动装置与所述主动轮之间的转速匹配和动力传输。

4.根据权利要求1所述的可穿戴个人交通工具，其特征在于，

所述第一惯性测量单元与所述第二惯性测量单元，均包括：3轴陀螺仪、3轴加速度传感器和3轴磁场传感器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可穿戴个人交通工具，其特征在于，还包括：至少两个从动轮；

所述从动轮安设在所述托架底部背离所述动力传动轴端的两侧，所述主动轮安设在所述托架靠近所述动力传动轴端的底部。

6.根据权利要求5所述的可穿戴个人交通工具，其特征在于，

所述主动轮的轮胎为充气轮胎；

所述从动轮的轮胎为充气轮胎。

7.根据权利要求2所述的可穿戴个人交通工具，其特征在于，

所述电驱动装置包括至少一个驱动电机；

所述蓄电装置包括至少一个电池包。