CN107019900A - 具有主轮和远侧辅助轮的自平衡板 - Google Patents

Abstract

提供一种自平衡板，其包括主轮组合件、平台、至少一个传感器、控制器、第一辅助轮组合件，和第一制动元件。主轮组合件包括主轮和驱动主轮的马达。平台固定到主轮组合件并具有脚踏板。至少一个传感器检测平台的取向。控制器接收来自至少一个传感器的数据并响应于接收到的数据控制马达。第一辅助轮组合件在主轮组合件远侧固定到平台，且当脚踏板平行于平坦表面时，第一辅助轮组合件被升高而不接触主轮搁置于其上的平坦表面。第一制动元件相对于第一辅助轮组合件能够手动地移动以接合第一辅助轮组合件，以向第一辅助轮组合件的旋转提供阻力。

Description

具有主轮和远侧辅助轮的自平衡板

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年11月15日递交的PCT专利申请PCT/IB2015/058821号的优先权，其内容在此通过引用完整结合在本文中。

技术领域

本发明涉及用于个人的运载车辆，特别是自平衡板，诸如具有马达驱动主轮的称为独轮滑板的装置。

背景技术

用于运载个人的自平衡车辆在现有技术中是已知的。如US6302230B1和AT299826(卡门(Kamen))所述，这种车辆通常配备有两个同心的独立驱动的轮，这两个轮间隔开并具有在其间的平台，车辆的骑乘者可以站立在平台上，面向预期的向前运动方向。陀螺仪和加速度计传感器检测平台取向的改变并馈送信息到马达控制系统。马达系统编程为通过在任何方向上旋转轮来使平台取向在一定范围内保持水平，以使得在车辆具有恒定速度时车辆和骑乘者的重心对准。在一些类型上，存在连接到平台的直立把手，使得骑乘者能够通过侧向倾斜来进一步控制车辆，从而轮将以不同速度和/或方向旋转，使得车辆转向。

上述自平衡车辆的另一变型由US8738278B2(陈(Chen))教导，其中车辆具有两个间隔开的独立地提供动力的轮，且轮由马达控制系统控制，并具有在其间的平台，该平台横向地划分为两个半部。平台的每个半部关联于一个轮及其马达控制系统，并对应于车辆骑乘者的左脚和右脚的位置。两个半部可枢转地联接到彼此，从而骑乘者能够独立地使用脚来倾斜两个平台部段而控制两个轮的相对速度和旋转方向。这种类型的自平衡车辆的一个优点是不需要直立把手，使得该单元较小且不用手就可以操纵。

第三种类型的自平衡车辆由US2011220427A1(陈(Chen))公开，其具有单个大型轮子和在轮子两侧的脚搁板。从每个脚搁板向上延伸的摩擦衬垫设计用于通过向骑乘者的小腿内侧提供支撑而给骑乘者提供更高的稳定性和舒适性。

第四类型的自平衡车辆具有单个轮和成型为与滑板的平台类似的平台。骑乘者在中央定位的单个轮每侧放置一只脚，且预期的行进方向相对于骑乘者的取向位于侧边。US910817(多克森(Doerksen))描述了这样一种车辆。现有技术中还描述了朝向这种类型的车辆的安全方面的发展。虽然直流电动马达的本质是其也可以相反地用作制动器，从而将马达用作发电机并产生电能，可能需要更多制动能量。CN103191558A(朱(Chu))描述了一种类似的自平衡板，其具有单独的制动机构作用在单个中央轮上，从而增加制动能量。US7811217(奥迪安(Odien))公开了一种自平衡板，其具有两个中央定位的轮，每个轮均具有与其关联的制动器。US7424927B2(平松(Hiramatsu))也描述了一种自平衡板，其具有单个中央轮，并带有在前方和后方的辅助轮。辅助轮用于经由与表面的接触检测板角度，每个辅助轮具有传感器以确定板已处于特定最大倾斜角度的时间并馈送信息到马达控制器，以便启动马达的受控减速，以及因此启动中央轮的受控减速。

发明内容

根据一个方面，提供一种自平衡板，其包括主轮组合件，该主轮组合件包括主轮和驱动主轮的马达。该板还包括固定到主轮组合件并具有脚踏板的平台；检测平台取向的至少一个传感器；控制器，其接收来自至少一个传感器的数据并响应于接收到的数据控制马达；第一辅助轮组合件，其在主轮组合件远侧联接到平台，当脚踏板平行于平坦表面时，该第一辅助轮组合件被升高而不接触主轮搁置于其上的平坦表面；和第一制动元件，其相对于第一辅助轮组合件能够手动地移动以接合第一辅助轮组合件，以向第一辅助轮组合件的旋转提供阻力。

该自平衡板还可以包括第一制动踏板，该第一制动踏板被偏置到脱离接合位置并能够移动到接合位置，在该接合位置，第一制动元件接触第一辅助轮组合件。

第一制动踏板可以经由机械铰链联接到平台。

第一制动踏板可以经由活动铰链联接到平台。

第一制动元件可以包括第一制动衬垫，第一制动元件被线性地偏置离开第一辅助轮组合件，且其中第一制动元件可以手动地朝向第一辅助轮组合件移动，以使得第一制动衬垫与第一辅助轮组合件接触。

第一辅助轮组合件可以被偏置离开平台，且其中在第一辅助轮组合件推压第一辅助轮组合件使第一辅助轮组合件与第一制动元件接触时，压力在第一辅助轮组合件近侧施加到平台。

第一辅助轮组合件可以包括第一辅助轮和第一制动表面。

第一制动元件可以接合第一制动表面以向第一辅助轮组合件的旋转提供阻力。

该自平衡板还可以包括第二辅助轮组合件，其在主轮组合件远侧联接到平台，当脚踏板平行于平坦表面时，该第二辅助轮组合件被升高而不接触主轮搁置于其上的平坦表面，和第二制动元件，其相对于第二辅助轮组合件能够手动地移动以接合第二辅助轮组合件，以向第二辅助轮组合件的旋转提供阻力。

该自平衡板还可以包括第二制动踏板，该第二制动踏板被偏置到脱离接合位置并能够移动到接合位置，在接合位置，第二制动元件接触第二辅助轮组合件。

第二制动踏板可以经由机械铰链联接到平台。

第二制动踏板可以经由活动铰链联接到平台。

第二制动元件可以包括第二制动衬垫，该第二制动元件被线性地偏置离开第二辅助轮组合件，且其中第二制动元件可被朝向第二辅助轮组合件手动地推压，以使得第二制动衬垫与第二辅助轮组合件接触。

第二辅助轮组合件可以被偏置离开平台，且其中在第二辅助轮组合件推压第二辅助轮组合件以使第二辅助轮组合件与第二制动元件接触时，压力在第二辅助轮组合件近侧施加到平台。

该自平衡板还可以包括固定到平台的把手。

附图说明

现将通过仅作为示例的方式参考附图对实施例进行描述，在附图中：

图1是根据一个实施例的自平衡板的侧透视图；

图2是包含位于图1所示自平衡板上方的骑乘者的侧透视图；

图3a是图1所示自平衡板的俯视图；

图3b是图1所示自平衡板的侧视图；

图3c是图1所示自平衡板的仰视图；

图3d是图1所示自平衡板的后视图；

图4是图1所示自平衡板的分解图；

图5是图1所示自平衡板的轮组合件的分解图；

图6a是图1所示自平衡板的侧剖视图，其中制动器脱离接合；

图6b是图1所示自平衡板的侧剖视图，其中制动器接合；

图7a是图1所示自平衡板正常操作时的侧视图；

图7b是图1所示自平衡板在防摔模式中的侧视图；

图7c是图1所示自平衡板在制动模式中的侧视图；

图8是图1所示自平衡板的替代配置的侧透视图，其中把手替代了制动踏板；

图9是具有能够线性地移动的辅助轮组合件的根据另一实施例的自平衡板的侧剖视图；

图10是具有能够可枢转地移动的辅助轮组合件的根据又一实施例的自平衡板的侧视图；和

图11是具有能够线性地移动的制动衬垫的根据另一实施例的自平衡板的侧剖视图。

具体实施方式

图1、图2、图3a、图3b、图3c和图3d示出根据实施例的自平衡板100。自平衡板100具有平台1，该平台总体上细长并具有大致中央开口，主轮组合件2固定到该中央开口中。平台1具有上表面8，该上表面包括在主轮组合件2两侧的两个脚搁板9，骑乘者7站立于其上。总体上延伸通过脚搁板9的平面限定出脚踏板，在本实施例中该脚踏板正好与上表面8共面。

主轮组合件2包括主轮2a，该主轮从大致中央开口突出至平台1下方和上方。骑乘者7的脚和主轮组合件2之间的意外接触总体上由从平台1的上表面8延伸的挡板6a和6b和在主轮组合件2上方横跨挡板6a、6b的轮覆盖件5避免。主轮组合件2的轮的旋转轴线限定z轴线。x轴线正交于z轴线并平行于轮搁置于其上的平坦表面。应理解，自平衡板100由主轮组合件2沿着x轴线在任一方向上驱动。

第一辅助轮组合件3a旋转地联接到平台1的第一端部，且第一制动踏板4a经由机械铰链连接的平台1以制动第一辅助轮组合件3a。与第一辅助轮组合件3a相同的第二辅助轮组合件3b旋转地联接到平台1的第二端部，且第二制动踏板4b经由机械铰链连接到平台1以制动第二辅助轮组合件3b。

如图2所示，自平衡板100使得人能够站在其上，用他或她的脚跨过居中并对称地定位的轮。可以通过相对于另一只脚在一只脚上放置更多重量，从而倾斜自平衡板100来控制自平衡板100的加速和减速。自平衡板100中的传感器检测平台1的取向并根据需要控制马达驱动轮以进行加速或减速，以保持平台1总体上水平的取向。

图4更详细地示出自平衡板100的各种部件。轮覆盖件5固定到平台1的底侧并在开口10中向上延伸，之后主轮组合件2经由轮轴支架22固定在开口10内。挡板6a、6b为单独的元件并紧固到平台1。

控制器板11具有控制器，且取向传感器在由PCB托盘16提供的位置处位于平台1下方。电池托盘17提供用于电池组合件的位置，电池组合件包括电池下覆盖件18、电池19、电池PCB 20和电池上覆盖件21。电池19可以是一个或多个电池，联接在一起以向自平衡板100提供动力。电池PCB 20控制电池19的充电和由电池19提供的能量流。电池下覆盖件18和电池上覆盖件21保护并隔离电池19和电池PCB 20，以免受物理损坏和电干扰。一旦PCB托盘16、电池托盘17和主轮组合件2固定到平台1上，就将底部覆盖件23固定到平台1的底部。

辅助轮组合件3a和3b固定于平台1的端部。辅助轮组合件3a和辅助轮组合件3b中的每个包括细长辅助轮12、辅助轮轴承构件13、辅助轮轴14和轮螺母15。细长辅助轮12优选地由弹性材料制成，诸如由橡胶制成。辅助轮轴承构件13可以是衬套或轴承。在其中辅助轮轴承构件13衬套的实施例中，其优选地由适合用作衬套的不易变形材料制成，诸如特定选择类型的塑料。辅助轮轴14优选地由合适的金属构造而成。辅助轮组合件3a和3b的辅助轮轴14在两个端部经由轮螺母15固定到平台1。辅助轮12的轮廓使得当平台1向前或向后倾斜时，辅助轮12在平台1接触地面之前接触地面。也就是说，当脚踏板平行于平坦表面时，辅助轮组合件3a和3b被升高而不接触主轮2a搁置于其上的平坦表面。

制动踏板4a和4b相对于平台1枢转地联接并靠近辅助轮组合件3a和3b。每个制动踏板4a、4b经由铰链柱31机械地铰接到平台1。偏置构件32(例如，扭转弹簧)定位在铰链柱31上且在制动踏板4a、4b和平台1之间。

图5更详细地示出主轮组合件2的各种部件。主轮组合件2包括轮胎24，该轮胎由合适的橡胶制成。马达25位于轮胎24内侧并固定在两个轮毂部段26、27之间，轮毂部段尺寸适合于经由摩擦配合或通过任何其他适合的连接结构紧密配合在轮胎24内。马达25具有轴，该轴经由轮轴螺母28在每个端部固定至轮轴支架22。主轮组合件2然后经由轮轴支架22固定到平台1。动力可以通过中空轴从电池19传递到马达25，该中空轴将轮组合件2支撑在平台1上。马达25可以是轮毂马达，其包括作为定子的中央部分和作为转子并围绕定子旋转的径向外侧部分。

现参考图4和图5，控制器使用由取向传感器提供的平台1的取向数据并基于取向数据控制马达24。在骑乘者将其重量转移到平台1的一个端部，从而围绕z轴线倾斜平台1时，控制器控制马达24使自平衡板100在重量转移方向上加速。

图6a示出在自平衡板100的平台1的任一端部处的处于脱离接合位置的制动踏板4。制动踏板4带凸缘的部分29通过孔接收辅助轮轴14，使得制动踏板4的端部30能够围绕其枢转。制动踏板4在端部30面向辅助轮12的表面上具有制动衬垫31。在制动踏板4未被推压而向下枢转(即，处于脱离接合位置)时，弹簧32使制动踏板4的端部30和制动衬垫31被偏置离开辅助轮12。在通过在端部30的相对表面上手动施加力P而推压制动踏板4的端部30和制动衬垫31以朝向辅助轮12枢转到接合位置中时，制动衬垫31接合辅助轮12，且制动衬垫31和辅助轮12之间的摩擦力用于制动辅助轮12，如图6b所示。在力P结束时，制动踏板4的端部30被弹簧32推压回到如图6a所示的位置。

如图7a所示，在辅助轮12在平台1的任一端部接触自平衡板100所处平坦表面之前，自平衡板100具有围绕(主轮的)z轴线近似地±8度的运动自由度F。该角度被发现适合于板的直观使用，但可以取决于与板性能相关的其他因素而变化。

假定单个行进方向T以便于说明，可能有三种主要的使用者情景。自平衡板100可以处于平衡，如图7a所示，期间其为零或者非零的速度恒定。此外，辅助轮组合件3a使得能够在穿过不平坦地形(诸如限速隆起32)时进行平滑转换。

如图7b所示，重量可以由骑乘者向前转移，以朝向自平衡板100在其上行进的表面使平台1的前端部向下倾斜多至8度。当在该位置上控制器接收来自控制器板11上的取向传感器的取向数据时，控制器控制马达25在方向T上以全动力加速自平衡板100，且辅助轮组合件3a有助于自平衡板100的向前运动。制动踏板4b和制动衬垫31被弹簧32朝向脱离接合位置偏置离开辅助轮3b。

替代地，如图7c所示，重量可以由骑乘者向后转移，以朝向平衡板100在其上行进的表面使平台1的后端部向下倾斜8度。当在该位置上控制器接收来自在控制器板11上的取向传感器的取向数据时，控制器控制马达25，使用马达作为制动器使自平衡板100以全动力在和T相反的方向上制动，使得自平衡板100减速。

通过手动地用其脚按压制动踏板4b以将制动踏板4b和制动衬垫30推压至接合位置来接合辅助轮组合件3b，骑乘者可以进一步增加自平衡板100的减速。制动衬垫30和辅助轮组合件3b之间的制动力成比例于施加到制动踏板4b的手动力，且与仅仅依赖于马达25提供的马达制动相比，可以使得自平衡板100更加快速地停止。

应理解，自平衡板100的马达24可以顺时针或逆时针操作，以使得自平衡板100能够在与T相反的方向上行进。在该相反的方向上，相同的原理可由自平衡板100应用。平台1的前端部朝向行进表面的倾斜使得控制器控制马达24在该方向上加速。类似地，平台1的后端部朝向行进表面的倾斜使得控制器控制马达减速。通过手动地推压制动踏板4a和与其连接的制动衬垫30以接合辅助轮组合件3a，从而施加机械制动力到辅助轮组合件3a，骑乘者7可以进一步增加自平衡板100在与T相反的方向上的减速。

图8示出自平衡板100’的替代配置。自平衡板100’类似于自平衡板100，除了制动踏板4a已被移除并由把手支架35替换，把手34固定到该把手支架。制动踏板4b留在原位并可以由骑乘者操作用于制动自平衡板100’。在替代配置中，第一辅助轮组合件3a也可以被移除。

虽然在上述实施例中，经由机械铰链联接到平台的可移动制动踏板被用于接合辅助轮组合件来向辅助轮组合件的旋转提供阻力，但可以使用其他类型的制动元件来接合辅助轮组合件。例如，可以经由平台的活动铰链铰接部分来提供制动踏板，其中平台的相应部分适合地为挠性以允许在脱离接合位置和接合位置之间手动偏置制动踏板。

在图9所示的另一替代实施例中，制动元件是制动执行器200，其总体上线性地行进通过平台204中的孔并固定到制动衬垫208。制动执行器200经由偏置机构(诸如弹簧212等)被偏置到脱离接合位置，其中制动衬垫208不与辅助轮组合件216接触。制动执行器200可以手动地被偏置通过该孔以使得制动衬垫208接合辅助轮组合件216。本领域技术人员可以想到能够手动地移动以接合辅助轮组合件的其他类型的制动元件。

辅助轮组合件能够朝向平台移动，制动衬垫可以固定到该平台。例如，图10示出另一替代实施例，其中辅助轮组合件300安装到缸304上，该缸滑动地接收固定到平台312的柱308。缸304经由弹簧316或类似物被偏置离开平台312。制动衬垫320固定到平台312。通过在辅助轮组合件300与表面接触时手动地转移重量，弹簧316可以被压缩以使得辅助轮组合件300接合制动衬垫320。因此，在该情况下，相邻于辅助轮组合件300的平台312用作制动元件。

图11示出又一实施例，其中辅助轮组合件400连接到辅助轮支撑件404，该支撑件可枢转地联接到平台408以使得辅助轮组合件400可以围绕轴线412枢转。辅助轮支撑件404的取向被偏置以推压辅助轮组合件400离开固定到平台408的制动衬垫416。通过在辅助轮组合件400与表面接触时手动地转移重量，推压辅助轮组合件400和制动衬垫416离开彼此的偏置力可被克服，以使得辅助轮组合件400接合制动衬垫416。因此，在该情况下，相邻于辅助轮组合件400的平台408用作制动元件。

虽然主轮组合件如所示具有单个主轮，但应理解主轮组合件可以替代地具有在公共轴线上旋转的两个或更多个主轮。该两个或更多个主轮可以由单个马达驱动或由单独的马达分别驱动。

虽然辅助轮组合件如在上述实施例中所示具有单个细长的轮，但应理解辅助轮组合件可以包括彼此横向间隔开的两个或更多个辅助轮。此外，辅助轮组合件可以包括直径小于辅助轮的一个或多个圆柱形制动鼓，且可以抵靠该制动鼓推压制动衬垫以向辅助轮组合件的旋转提供阻力。

上述实施例预期作为本发明的示例，且本领域技术人员可以对其进行修改和变更，而不脱离完全由本申请权利要求限定的本发明的范围。

Claims (15)

1.一种自平衡板，其特征在于，包括：

主轮组合件，包括：

主轮；和

驱动主轮的马达；

平台，其固定到主轮组合件并具有脚踏板；

检测平台取向的至少一个传感器；

控制器，其接收来自至少一个传感器的数据并响应于接收到的数据控制马达；

第一辅助轮组合件，其在主轮组合件远侧联接到平台，当脚踏板平行于平坦表面时，该第一辅助轮组合件被升高而不接触主轮搁置于其上的平坦表面；和

第一制动元件，其相对于第一辅助轮组合件能够手动地移动以接合第一辅助轮组合件，以向第一辅助轮组合件的旋转提供阻力。

2.根据权利要求1所述的自平衡板，其特征在于，还包括：

第一制动踏板，其被偏置到脱离接合位置并能够移动到接合位置，在该接合位置，第一制动元件接触第一辅助轮组合件。

3.根据权利要求2所述的自平衡板，其特征在于，第一制动踏板经由机械铰链联接到平台。

4.根据权利要求2所述的自平衡板，其特征在于，第一制动踏板经由活动铰链联接到平台。

5.根据权利要求1所述的自平衡板，其特征在于，第一制动元件包括第一制动衬垫，第一制动元件被线性地偏置离开第一辅助轮组合件，且其中第一制动元件能够被朝向第一辅助轮组合件手动地推压，以使得第一制动衬垫与第一辅助轮组合件接触。

6.根据权利要求1所述的自平衡板，其特征在于，第一辅助轮组合件被偏置离开平台，且其中在第一辅助轮组合件推压第一辅助轮组合件使第一辅助轮组合件与第一制动元件接触时，压力在第一辅助轮组合件近侧施加到平台。

7.根据权利要求1所述的自平衡板，其特征在于，第一辅助轮组合件包括：

第一辅助轮；和

第一制动表面。

8.根据权利要求7所述的自平衡板，其特征在于，第一制动元件接合第一制动表面以向第一辅助轮组合件的旋转提供阻力。

9.根据权利要求1所述的自平衡板，其特征在于，还包括：

第二辅助轮组合件，其在主轮组合件远侧联接到平台，当脚踏板平行于平坦表面时，该第二辅助轮组合件被升高而不接触主轮搁置于其上的平坦表面；和

第二制动元件，其相对于第二辅助轮组合件能够手动地移动以接合第二辅助轮组合件，以向第二辅助轮组合件的旋转提供阻力。

10.根据权利要求9所述的自平衡板，其特征在于，还包括：

第二制动踏板，其被偏置到脱离接合位置并能够移动到接合位置，在接合位置，第二制动元件接触第二辅助轮组合件。

11.根据权利要求10所述的自平衡板，其特征在于，第二制动踏板经由机械铰链联接到平台。

12.根据权利要求10所述的自平衡板，其特征在于，第二制动踏板经由活动铰链联接到平台。

13.根据权利要求8所述的自平衡板，其特征在于，第二制动元件包括第二制动衬垫，该第二制动元件被线性地偏置离开第二辅助轮组合件，且其中第二制动元件能够被朝向第二辅助轮组合件手动地推压，以使得第二制动衬垫与第二辅助轮组合件接触。

14.根据权利要求8所述的自平衡板，其特征在于，第二辅助轮组合件被偏置离开平台，且其中在第二辅助轮组合件推压第二辅助轮组合件以使第二辅助轮组合件与第二制动元件接触时，压力在第二辅助轮组合件近侧施加到平台。

15.根据权利要求1所述的自平衡板，其特征在于，还包括固定到平台的把手。