CN107592823A

CN107592823A - 具有脚轮的移动装置

Info

Publication number: CN107592823A
Application number: CN201680026133.3A
Authority: CN
Inventors: 蒂埃里·希尔特
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2036-04-04
Also published as: CA2981546A1; FR3034680A1; CN107592823B; US10272321B2; BR112017021539A2; WO2016162619A1; EP3280502B1; EP3280502A1; FR3034680B1; US20180093164A1

Abstract

具有脚轮的移动装置包括：机械地连接到踏板以沿着地面滚动的至少一个脚轮，该脚轮被安装为围绕平行于踏板平面的滚动轴线转动，并且还围绕垂直于踏板平面的转动轴线转动；能够向该脚轮施加制动力矩的可控机电制动装置，该制动力矩根据所接收到的制动命令而变化；能够测量表示转向角度的物理参数的惯性单元(50)；以及中央处理单元(52)，其被编程为根据惯性单元所测量的物理参数来创建制动命令，并将所创建的制动命令传输到制动装置，使得向该脚轮施加随转向角度变化的制动力矩。

Description

具有脚轮的移动装置

本发明涉及一种用于在地面上运动的具有脚轮的移动装置。

许多具有脚轮的运动装置是已知的，例如，轮滑鞋。然而，利用轮滑鞋或其他类似的运动装置(例如滑板或溜冰鞋)来进行制动需要非常熟练的技巧，并且在完全掌握之前需要大量的练习。事实上，为了达到这个目的，通常需要使脚轮贴着地面滑行。

已经想到了各种各样的改进以用于解决这一缺点。例如，申请US2002153205(在下文中表示为US205)描述了一种移动装置，特别是轮滑鞋。每个轮滑鞋包括：

-踏板，其主要地在称为“踏板平面”的平面上延伸，并且当所述移动装置被用户使用时，所述用户的至少一只脚将放置在该踏板上；

-至少一个脚轮，其机械地连接到所述踏板以在地面上滚动，该脚轮被安装成围绕平行于所述踏板的平面的滚动轴线转动，并且还围绕垂直于所述踏板的平面的转动轴线转动；以及

-制动装置，其适于在脚轮上施加制动力矩，该制动力矩的幅值根据转向角度而变化，所述转向角度为以下两者之间的角度：

●踏板的纵向轴线，该纵向轴线相对于所述踏板以零自由度固定，并包含在踏板的平面内；以及

●该踏板的瞬时运动方向在所述踏板平面上的正交投影。

US205中的装置具有很多优点，尤其包括：

1.能够制动而不必使所述脚轮打滑；以及

2.模仿溜冰鞋或滑雪板的特性，即通过相对于装置的瞬时运动方向枢转踏板来触发制动。

优点2是特别值得关注的，因为其极大促进了学习以制动移动装置。

更确切地说，在US205的装置中，脚轮是一种球体，并且制动力矩是通过垫片在该球体上进行摩擦而得到的。所述垫片被设置在穿过该球体中心的滚动轴线上。只有该球体在不与该滚动轴线共线的方向上滚动时，即转向角度不为零时，才会出现摩擦进而产生制动力矩。在US205的装置中，制动是通过垫片和球体之间的摩擦来实现的。目前，球体的一个特征在于其具有与地面很强的附着力。如同当前所公知的脚轮，所述球体通常由相对柔软的聚合物制成。在这些情况下，很难控制垫片和球体之间的小接触区域上的摩擦。

还可以从以下文献中获知现有技术：

-DE2906725A1；

-FR2544621A1；以及

-US3827706A。

因此，本发明的目的在于提供一种移动装置，该移动装置具有与US205中的装置相同的优点，同时能够更加精确地控制制动力矩。因此，提供了一种如权利要求1所述的移动装置。

所要求保护的移动装置具有与US205中的装置相同的优点。实际上，脚轮能够围绕转动轴线枢转，使得可以限制甚至防止脚轮在制动过程中出现打滑。此外，所施加的制动力矩为转向角度的幅值的函数，这也使得可以近似于溜冰鞋、滑雪板或滑雪橇的特性。

最后，在所要求保护的移动装置中，制动力矩的幅值主要取决于中央单元根据所测量的表示转向角度的物理参数而创建的制动控制。因此，可以更加容易地调节和调整制动力矩的幅值与转向角度之间的关系。

该移动装置的实施例能够具有从属权利要求的一个或多个特征。

此外，所述移动装置的这些实施例还具有以下优点：

-使用使脚轮转向的可控机电装置，可以使得该脚轮与踏板的瞬时运动方向保持对齐，即使该脚轮不再接触地面。这防止了在脚轮被抬起后再次接触地面时出现的剧烈震动和不可控的制动。因此，这方便了移动装置的使用。

-使用与制动装置和转向装置共用的电动致动器，简化了移动装置的制造。

-使用棘爪，例如槽轮，以根据轮子围绕其转动轴线的枢转来拉紧和松开制动拉索，使得机构的实现简单，该机构能够将该轮子的枢转转换成制动垫片的运动。

-脚轮的滚动轴线相对于其转动轴线偏移距离Δ，能够使该脚轮与地面之间的接触点向一位置靠近，该位置为：如果移动装置在制动时不占用该接触点，则脚轮围绕转动轴线将不能枢转。

-使用与齿轮啮合以使脚轮围绕其转动轴线枢转的导向螺杆，能够保持脚轮的枢转角度而不需消耗电能(或者消耗最少的电能)。

-利用控制由制动垫片施加到脚轮上的压力的致动器，能够获得不取决于制动垫片或脚轮的摩擦的制动力矩。

-对中央单元进行编程以使得制动力矩的幅值随着转向角度的增加而增加，这能够真实地再现溜冰鞋或滑雪板的制动行为。因此，这方便了移动装置的使用。

-对中央单元进行编程以使得制动力矩的幅值随着踏板相对于瞬时运动方向的枢转的增加而增加，这也能够更加精确地模拟溜冰鞋或滑雪板的制动行为。因此，这方便了用户控制移动装置的制动。

通过阅读仅由非限制性示例并参照附图给出的如下描述，将更容易理解本发明，其中，

-图1是移动装置的一部分的示意性侧视图；

-图2是图1中装置的踏板的示意性平面图；

-图3是图1中装置的脚轮的示意性透视图；

-图4是示出图1中装置的各个平面和各个轴线的图，用于定义转向角度α_B和倾斜角度α_I；

-图5是示出图3中脚轮的图，用于解释脚轮的滚动轴相对于其转动轴偏移的优点；

-图6是示出图1中装置的脚轮的转向装置的图；

-图7是图6中转向装置的一部分的示意性平面图；

-图8是示出图1中装置的制动装置的图；

-图9是图1中装置的操作方法的流程图；

-图10和图11是图1中装置的脚轮的制动装置的另一实施例的示意性平面图；

-图12是用于图10中制动装置中的棘爪的示意性透视图。

在这些图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。在该说明书的其他部分中，没有详细地描述本领域技术人员所公知的特征和功能。

图1示出了移动装置2的一部分。移动装置2能够通过在地面4上滚动来使一个人(以下称为用户)运动。此处，地面4的表面是平的并且在称为地平面的水平面上延伸。装置2足够轻使得用户可以直接用手携带。例如，装置2的重量小于25kg或者小于15kg并且优选小于10kg。其整体尺寸也是有限的。例如，其体积小于50cm³。在该实施例中，装置2不具有推进装置，也就是说，没有能够在地面4上推进装置2和其用户的热机或电机。

举例而言，在装置2由两只轮滑鞋组成的情况下描述装置2。每只轮滑鞋旨在穿在用户相应的脚上。为了简化图1和随后的附图，仅示出了右脚的轮滑鞋6。通过对称性，可以从右脚的轮滑鞋推出装置2的左脚的轮滑鞋。

轮滑鞋6包括大体在称为踏板平面的水平面S(如图2所示)中延伸的踏板8。在图1和图2中，该平面S平行于地面4。

在下文中，所有的图都相对于XYZ坐标轴的正交系统来定向，XYZ坐标轴以零自由度相对于踏板8固定。方向X和方向Y包含在平面S内。

参照图1和图2更详细地描述踏板8。踏板8由在用户的重量下变形非常小的刚性材料制成。例如，对于轮滑鞋的应用而言，踏板8在方向Z上的最大变形幅值，即在用户的重量施加在踏板8上和用户不在踏板8上这两种情况之间的最大变型幅值，严格地小于10cm并且一般小于1cm或5mm。踏板8具有上表面10(如图2所示)，当用户使用移动装置2时，其右脚放置在该上表面10上。

轮滑鞋6包括用于将用户的脚附接到踏板8的基座10的附接装置12，使得用户能够通过抬起他的脚来抬起轮滑鞋6。在所示的特定情况下，附接装置12为用户能够将其脚插入到其中的靴子。然而，任何其他的附接装置也可以是合适的，例如，能够将脚附接到踏板8的表面10的皮带或线圈。

踏板8还具有与表面10相对的下表面14(如图2所示)，脚轮固定于所述下表面14。

踏板8在平面S中的正交投影通常限定了一个比其宽度长的形状。踏板8的纵向轴线16被限定为穿过踏板8在平面S中的正交投影的中心的轴线，并且该轴线平行于完全包含该正交投影的最小区域的矩形的长边。此处，当物体的每个点被分配相同的重量时，物体的中心被限定为该物体的所有点的质心。此处，XYZ坐标轴系统中的方向X平行于轴线16。然后，踏板8的横向轴线包含在平面S中并且平行于方向Y。

在该实施例中，轮滑鞋6包括4个脚轮20-23。每个脚轮被安装为围绕通过其中心的相应的滚动轴线转动。滚动轴线始终平行于平面S。在图1和图2中，脚轮20-23被示出在特定位置中，下文称为“对齐位置”。在对齐位置处，脚轮20-23的滚动轴线均垂直于轴线16。此外，在该对齐位置处，施加在这些脚轮中的每个脚轮上的制动力矩最小并优选为零。在该实施例中，在对齐位置处，脚轮20-23沿着轴线16依次对齐。在方向X上，脚轮20和23分别是最前方和最后方的脚轮。

脚轮20和23中的每个脚轮也可以围绕平行于方向Z的相应的转动轴线转动。在图2中，脚轮20-23的这些转动轴线分别由附图标记26-29表示。

除了脚轮20-23在踏板8下方相对于彼此的位置不同之外，它们彼此间的结构是相同的。因此，参照图3，仅详细地描述了脚轮20。

在图3中，脚轮20的滚动轴线由标记34表示。脚轮20包括胎面36，当脚轮20在地面4上滚动时，胎面36用于直接与地面4进行接触。胎面36通常由聚合物制成，且优选由具有高摩擦系数的聚合材料制成。此处，胎面36在脚轮20的两侧上还具有不与地面4直接接触的垂直侧面38。

轴线34朝向转动轴线26的前方偏移。换句话说，轴线34和轴线26之间的最短距离Δ是非零的。该距离Δ通常大于1cm、2cm或3cm。此外，如图2所示，在轮滑鞋6的使用过程中，该轴线34在踏板8的运动方向上位于轴线26的前方。

距离Δ被选择为使得地面4与脚轮20之间的接触点尽可能的接近于通过使脚轮20保持锁定在对齐位置处而得到的接触点的位置。

脚轮20还包括安装为围绕轴线26转动的链轮齿40。更确切的说，该链轮齿40的回转轴线与轴线26重合。链轮齿40相对于轴线34以零自由度固定，因此其同时随着该轴线34围绕轴线26进行枢转。

图4用于限定踏板8的转向角度α_B和倾斜角度α_I。为了简化图4，仅利用圆圈来示意性地表示脚轮20。在该图中，平面S和轴线16、26和34与上述所限定的平面和轴线相对应。由矢量所表示的是踏板8的瞬时运动方向VD。角度α_B是轴线16和方向VD在平面S中的正交投影之间的夹角。角度α_I是平面S和方向VD之间的夹角。

脚轮20的滚动平面R是穿过脚轮20的中心并且垂直于其滚动轴线34的平面。如将在下文中所描述的，控制脚轮20围绕其轴线26的转动以保持平面R始终平行于方向VD，以当制动时防止脚轮20沿地面4滑行。

图4也示出了脚轮20的轴线26和轴线34之间的距离Δ。

图5示意性地示出了在方向VD是水平的且角度α_B等于90°的情况下，脚轮20和踏板8的一部分。在该图中，脚轮20的滚动平面平行于方向VD。当距离Δ为非零时，脚轮20的位置由实线表示。当距离Δ为零时，脚轮20的位置由虚线表示。脚轮40的位置由实线的椭圆形表示。除了脚轮40在对齐位置处被锁定以防其围绕轴线26转动之外，脚轮40与脚轮20是相同的。因此，当用户枢转轮滑鞋的踏板以沿着垂直于踏板的纵向轴线的方向VD滑行以实现快速制动时，脚轮40的位置与已知的轮滑鞋所观察到的相对应。

点P₁和点P₂分别对应于脚轮20与地面之间的、由虚线表示的位置和由实线表示的位置处的接触点的位置。点P₃对应于脚轮40与地面4之间的接触点的位置。为了简化，点P₃的位置大致与轴线26与地面4的交点重合。

在图5中可以看到，零距离Δ对应于在方向VD上点P₁与点P₃之间的距离。相反的，当距离Δ非零时，点P₂会在方向VD上朝向点P₃移位。如图5所示，甚至会存在距离Δ的值Δp使得在方向VD上点P₂与P₃之间的距离为零。最小化在方向VD上点P₂和P₃之间的距离是值得关注的，因为这使得轮滑鞋的使用更加直观，且更加类似于已知的轮滑鞋。使在方向VD上点P₂和点P₃之间的距离为零的值Δp通过如下方程给出：Δp＝D*sin(α_I)/sin(α_B)，其中，D为踏板8的下表面14与地面4沿轴线26之间的距离。该值Δp随角度α_I和角度α_B的值的变化而变化。然而，在该实施例中，距离Δ为常数。因此，在大多数情况下，为了最小化点P₂和P₃之间的距离，此处，距离Δ取值为等于D*sin(α_IC)/sin(α_BC)±20％或±10％或±5％，其中α_IC和α_BC分别等于20°和30°。值α_IC和α_BC对应于在已知的轮滑鞋滑行制动时所得到的平均值。

例如，此处距离D等于90mm，其使得距离Δ等于61.5mm。

图6示出了轮滑鞋6的各个元件，这些元件用于在制动时保持脚轮20-23中的每个脚轮的滚动平面平行于方向VD。为此，轮滑鞋6包括：

-惯性中心50，其能够测量表示角度α_B和α_I的物理参数，即，从所述物理参数中能够确定角度α_B和α_I的值；

-中央单元52，其根据惯性中心50的测量创建命令，以使脚轮20-23围绕其各自的转动轴线枢转；以及

-机电转向装置54，其能够使脚轮20-23同时围绕其各自的转动轴线枢转由中央单元52创建的枢转命令所施加的角度。

惯性中心50相对于踏板8以零自由度固定。惯性中心50通常包括三轴速率陀螺仪和三轴加速计58。速率陀螺仪56测量踏板8围绕有利的相互正交的3个非共线轴线的角转动速度。例如，速率陀螺仪56的测量轴线平行于方向X、方向Y和方向Z。类似地，加速计58的测量轴线优选平行于方向X、方向Y和方向Z。加速计58能够测量方向VD，并且对速率陀螺仪56的测量结果进行积分能够计算角度α_B和α_I。

中央单元52通常包括适于执行存储在信息存储介质中的指令的可编程电子计算机60。为此，中央单元52还包括存储器62，其包含用于执行图9中所示方法所需的指令。

装置54是一种可控的电子装置，其适于响应于中央单元52发送的枢转命令而使脚轮20-23同时枢转。为此，装置54包括平行于踏板8的轴线16延伸的导向螺杆70。该螺杆70位于踏板8的下方，并且直接且同时与脚轮20-23中的每个链轮齿啮合。在图6中，脚轮21-23中的链轮齿分别由附图标记72、73和74表示。在图7中详细地示出了链轮齿40与螺杆70的啮合。螺杆70围绕其纵向轴线自转，该纵向轴线平行于轴线16延伸。

圆锥形或者截头圆锥形齿轮76相对于螺杆70的近端以零自由度固定。该齿轮76的回转轴线与螺杆70的纵向轴线重合。

齿轮76与其他圆锥形或者截头圆锥形齿轮78直接啮合，该齿轮78的垂直的回转轴线平行于方向Z。

装置54还包括驱动齿轮78围绕其回转轴线转动的可控电动致动器79。致动器79由中央单元52控制。例如，致动器79是电动步进马达等。

如图8所示，轮滑鞋6还包括用于制动脚轮20-23中的每个脚轮的机电装置80。为了简化描述和图8，仅示出并详细描述了脚轮20的制动。其他脚轮21-23的制动可通过与所描述的脚轮20同样的方式得到。此外，拉动制动拉索的致动器通常共用于待制动的所有脚轮。

此处，装置80包括两个制动垫片82和84。这些垫片82和84中的每个可以在前进位置和缩回位置之间移动。图8中仅示出了缩回位置。在前进位置处，垫片82和84在脚轮20上施加压力来制动脚轮20。例如，垫片82和84在脚轮20的侧面38上摩擦来制动脚轮20。在缩回位置处，垫片82和84在脚轮20上未施加压力或者施加最小的压力，以使脚轮20不被制动。此时，在缩回位置处，垫片82和84不摩擦脚轮20。垫片82和84通常由聚合物制成以增加摩擦系数。此处，每个垫片82、84设置为朝向脚轮20的相应的侧面38。

举例而言，垫片82和84中的每个分别布置在钳子90的爪86和88的相应的一端。这些爪86、88被安装为围绕平行于方向Z的同一轴线92转动。在轴线92的另一边，每个爪86、88由相应的手柄94和96延伸。相应的手柄和爪形成单个刚性部件。每个手柄94和96的远端机械地附接到制动拉索100的相应的一端。在图8中，拉索100中的虚线仅表示拉索100没有被完全示出。拉索100从手柄94、96的远端延伸到轴线26，之后沿着轴线26在方向Z上抬起到踏板8，然后在踏板8的下方延伸到致动器104。致动器104能够拉动拉索100的近端，直到垫片82、84在侧面38上施加的压力等于压力设定值。压力设定值通常包含在中央单元52发送到致动器104的制动命令中。更确切地说，当致动器104拉动拉索100时，手柄94、96的远端朝向彼此移动，这使得垫片82、84从其缩回位置朝向其前进位置移动。致动器104是由中央单元52控制的电动致动器。

装置80还包括回复构件106，当拉索100被松开时，该回复构件106自动将垫片82和84从其前进位置回复到其缩回位置。块106通常始终朝向其缩回位置推动垫片82和84。例如，块106是夹在爪86和88之间的弹簧或者橡胶块，以在这些爪上持续施加使其远离彼此运动的回复力。

垫片82、84、钳子90和构件106固定到脚轮20，并随着脚轮20围绕其轴线26枢转而同时枢转。致动器104相对于踏板8以零自由度固定。

致动器80和104、中央单元52和惯性中心50被封装在同一壳体110(如图1所示)内，该壳体110以零自由度固定到踏板8。此处，该壳体110被固定到鞋子12的后面。此外，壳体110包括供电电源112(如图1所示)，该电源112为轮滑鞋6的所有需要该电力供应的元件供电。例如，电源112是可充电的或不可充电的电池或电池组。

现在，将参照图9中的方法来描述装置2的操作。

用户首先穿上每一只轮滑鞋，然后开始轮滑，并从而在地面4上滚动。

从这一刻开始，在步骤120期间，惯性中心50连续测量在方向X、Y和Z上的踏板8的角速度和加速度，然后将这些测量结果中的每个测量结果发送到中央单元52。

在步骤122期间，中央单元52获取这些测量结果以对其进行处理。特别地，中央单元52计算角度α_I和α_B的值。只要装置2在使用中，就会不断重复步骤120和122。

并行的，用户开始加速或以恒定速度运动的阶段124，在此期间他们不希望进行制动。例如，用户通过所谓的“轮滑步伐”运动。在进行轮滑步伐期间，轮滑鞋无论何时在地面4上滚动，轴线16和方向VD都是对齐的。因此，在该阶段124期间，至少当脚轮在地面4上滚动时，中央单元52使脚轮保持在其对齐位置。因此，在该阶段124期间，装置80没有在脚轮20-23上施加制动力矩。因此，垫片82和84保持在其缩回位置处。

当用户希望进行制动时，他们使其轮滑鞋急剧地转向，以使角度α_B以及可能地使角度α_I突然变化。此时，角度α_B或α_I之一的突然变化，被中央单元52解读为用户希望进行制动的信号。阶段124被立即中断，并且接下来进入制动阶段128。

在阶段128期间，更确切的说，在步骤132期间，中央单元52创建一个命令使脚轮20-23枢转，以保持其各自的滚动平面平行于方向VD，并在方向VD上将其各自的滚动轴线布置在其各自的转动轴线的前方。例如，为此，中央单元52创建了一个枢转命令，该命令使脚轮20-23中的每个脚轮围绕其转动轴线枢转与所计算的角度α_B相反的角度-α_B。该枢转设定值并入到枢转命令中，该枢转命令被发送到转向装置54，更确切的说，是被发送到其致动器79。

作为响应，在步骤134期间，致动器79使齿轮78转向一角度，该角度与所接收到的枢转命令中包含的设定值相对应。齿轮78的转动引起螺杆70经由齿轮76的相应的转动。螺杆70自身的转动同时驱动所有的链轮齿40和72-74转动。因此，这使得脚轮20-23同时围绕各自的转动轴线枢转，以保持这些脚轮中的每个脚轮的滚动平面平行于方向VD。在这种情况下，踏板8，更确切的说是踏板的轴线16不再平行于脚轮20-23滚动的方向。

此外，在与步骤132-134并行的步骤140期间，中央单元52创建一个命令以制动脚轮20-23，使得在脚轮20-23中的每个脚轮上施加制动力矩，该制动力矩的幅值随着在步骤130中计算得到的角度α_B和α_I的绝对值的增加而增加。例如，中央单元52计算了压力设定值，该压力设定值随着角度α_B和α_I的绝对值而增加。此处，中央单元52利用如下方程式来创建压力设定值Cp：Cp＝|α_B|*|α_I|*γ，其中，Y是预定的正常数。

然后，以这种方式确定的设定值Cp被并入到由单元52创建的制动命令中，并且之后被发送到制动装置80，更确切的说是发送到制动装置80的致动器104。

作为响应，在步骤142期间，致动器104拉动拉索100直到垫片82和84施加在脚轮的侧面38上的压力等于所接收到的制动命令中包含的压力设定值Cp。

当用户不再希望进行制动时，他们移动轮滑鞋6以使其纵向轴线与方向VD重新对齐，并保持踏板8平行于地面4。在这种情况下，角度α_B和α_I被抵消了。步骤134的执行立即使脚轮20-23回复到其对齐位置。类似的，步骤140的执行导致了零压力设定值。然后，在下一步骤142的执行中，致动器104松开拉索100直到垫片82和84不再对脚轮20施加任何压力。然后，块106自动将垫片82和84回复到其缩回位置。

然后，制动阶段结束，用户返回到运动阶段124。

需要注意的是，装置2能够使用户进行“雪犁”制动，即通过将轮滑鞋放置在相同的位置来进行制动，他们会使用该方法来雪犁制动滑雪板或轮滑鞋。

图10示出了轮滑鞋150，其与轮滑鞋6相同，除了制动装置80被取代为机电制动装置152。为了简化图10，仅示出并详细描述了轮滑鞋150中与轮滑鞋6不同的元件。其他元件与轮滑鞋6中的相同。特别地，轮滑鞋150用于使脚轮20-23转向的装置与轮滑鞋6的相同。在图10中仅示出了脚轮20的制动装置。其他脚轮21-23的制动装置与脚轮20的制动装置相同。

装置152包括垫片，当制动拉索100被拉动时，该垫片可以从缩回位置移动到前进位置。当拉索100被松开时，这些垫片自动回复到其缩回位置。例如，为此，装置152包括钳子90和垫片82、84。在图10中，钳子90和垫片82、84由长方形154示意性表示。

与装置80相比，拉索100不是通过专用的致动器、如致动器104，而是借助于在转向装置54中使用的相同的致动器79被交替的拉紧和松开。为此，装置152包括机构156，该机构156将脚轮20围绕其轴线26的枢转转化为拉索100中的拉力。此时，随着脚轮20围绕轴线26的枢转角度的绝对值增加，机构156将更加拉紧拉索100。因此，机构156将脚轮20的枢转转化为垫片82、84朝向其前进位置的运动。相反的，随着枢转角度减小，拉索100中的拉力减小。当脚轮处于其对齐位置时，垫片82和84处于其缩回位置。为此，举例而言，机构156包括锚定点158，拉索100的近端以零自由度附接到该锚定点158。锚定点158相对于踏板8以零自由度固定。拉索100的两个相对端以零自由度附接到手柄94和98的端部，如以上参照图8所描述的。机构156还包括两对相对的棘爪对160、162。棘爪对160以零自由度固定在踏板8的下方。棘爪对162被固定到脚轮20，并且同时随着脚轮20一起围绕轴线26枢转。棘爪对162优选地布置在转动轴线26的前方，即在轴线26的相对于钳子90和滚动轴线34所在的一侧的相对侧。棘爪对162和轴线26之间的最短距离通常大于5mm或1cm且一般小于10cm。

每一对160、162分别包括两个棘爪164、165和166、167。拉索100在两个棘爪164和165之间穿过，然后在两个棘爪166和167之间穿过。棘爪164和165相对于平行于方向X和方向Z且穿过轴线26的平面彼此对称。两个棘爪166和167相对于垂直于轴线34且穿过轴线26的平面彼此对称。在对齐位置处，棘爪对160和162相对于垂直于轴线16的平面对称。因此，现在仅参照图12详细地描述棘爪164。

此处，棘爪164相当于其外边缘上具有环形凹槽170的轮子的四分之一。该凹槽170的尺寸可充分地容纳拉索100，并且当该拉索抵靠在该凹槽上并且容纳在该凹槽中时，防止其在方向Z上的滑动。

如图11所示，当轮子20围绕轴线26枢转时，棘爪165和166开始抵靠在拉索100并使其弯曲。假定拉索100的近端以零自由度附接到锚定点158，拉索100的所述弯曲引起了对手柄94和96的远端的牵引力。该牵引力导致爪86和88闭合，并从而通过垫片82和84与脚轮20的摩擦来制动脚轮20。利用装置152，制动力矩的幅值随着脚轮20围绕其轴线26的枢转的幅值的增加(即随着角度α_B的绝对值的增加)而增加。另一方面，在该实施例中，制动力矩的幅值不依赖于角度α_I的值。

许多其他的实施例是可能的。例如，即使在轮滑鞋6的情况下，能够省略根据角度α_I来控制制动力矩。在这种情况下，能够简化轮滑鞋6。特别是能够省略对角度α_I的测量。

施加在脚轮上的制动力矩不必与角度α_B的绝对值成比例。例如，在另一实施例中，一旦角度α_B大于预定阈值，制动力矩的幅值就是非零的常数。制动力矩的幅值还能够随角度α_B的绝对值以非线性的方式增加，例如以指数方式增加。

能够以不同的方式来进行脚轮的制动。例如，也能够使用电磁力来进行制动。在后一种情况下，一个或多个永久性磁铁通常以零自由度固定到脚轮，并且制动装置包括线圈，该线圈适于产生制动永久性磁铁的运动的磁场。

在另一变体中，制动装置包括适于在同一个脚轮上摩擦的仅一个垫片或相反的多于两个的垫片。除了制动拉索是由致动器104拉动而不是由用户的向后运动拉动之外，制动装置还能够如申请US2013277924中所描述的那样来制造。

机构156能够以不同方式来制造。例如，棘爪的数量能够是不同的。此外，棘爪164的其他实施例是可能的。例如，如果棘爪的高度是足够的，则可以省略凹槽170。用于抵靠在拉索100上的棘爪的表面优选不具有会损坏或磨损该拉索100的粗糙凸起。然而，为此，该抵靠面没有必要是圆形的，能够是椭圆形的。

制动装置也能够适于仅制动有限数量的脚轮，而不是装置2的所有脚轮。例如，只有脚轮20和23被制动。其他脚轮21和22没有被制动。

转向装置的其他实施例是可能的。例如，链轮齿40能够由单个齿角扇形所取代。在另一实施例中，转向装置包括直接驱动每个脚轮使所述脚轮围绕其转动轴线转动的致动器。在这种情况下，省略了导向螺杆70和链轮齿40和72-74。

脚轮的许多其他实施例是可能的。例如，能够在每个脚轮和踏板之间布置阻尼器，以抑制地面的颠簸和震动。这种类型的阻尼器通常会引入脚轮相对于踏板在方向Z上移动的额外的自由度。

如以上所描述的示例中，脚轮也不一定总是完全位于踏板的下方。事实上，脚轮的至少一部分胎面位于踏板的下方就足够了。胎面的其他部分能够经由为此在踏板中所提供的外壳伸出到踏板的上方。

能够存在任意数量的脚轮。例如，移动装置的一个变体包括仅一个脚轮或者两个或多个脚轮。

除了其转向角度受转向装置控制的脚轮之外，移动装置还能够包括额外的自由脚轮。这些自由脚轮被安装为围绕其各自的转动轴线自由转动。这些自由脚轮的滚动轴线优选地也与其转动轴线偏移非零距离Δ，使得其在没有电动致动器的帮助下，与装置的瞬时运动方向自动对齐。例如，这些自由脚轮中的一个能够用于测量角度α_B。

在一个特定实施例中，移动装置仅包括自由脚轮。在这种情况下，省略了转向装置。

可替代地，移动装置包括用于调整距离Δ的机构。例如，该机构是一种即使移动装置在使用时也能够调整距离Δ的滑轨机构或轨道机构。在这种情况下，移动装置优选还包括可控的电动致动器，该致动器根据由中央单元52生成的调整距离Δ的命令来移动调整机构。在生成每个命令时，中央单元通常生成调整命令，该调整命令在制动期间保持距离Δ等于距离D*sin(α_I)/sin(α_B)。

在另一种变体中，距离Δ是常数和零。

中央单元52能够包括一个或多个电子计算机。当其包括多个电子计算机时，例如它们中的一个具体编程为用于控制转向装置，而这些电子计算机中的另一个具体编程为用于控制制动装置。

在以上描述的轮滑鞋的情况下和更一般的情况下，其中装置包括机械地相互独立的第一和第二踏板，每个踏板容纳用户的相应的一只脚，固定到第一踏板的第一中央单元和固定到第二踏板的第二中央单元分别包括第一和第二收发器。这些收发器能够在第一和第二中央单元之间进行数据交换。例如，第一中央单元将关于制动力矩和/或转向角度的数据传输到第二中央单元。作为响应，第二中央单元考虑所接收的数据，以确定施加到固定于第二踏板的脚轮的制动力矩和/或转向角度。例如，由于所传输的数据，施加到固定于这些踏板中的每个踏板的脚轮的制动力矩之间的差异是有限的。这些收发器通常为无线收发器，例如蓝牙收发器或WiFi无线收发器。

中央单元52能够被不同地编程。例如，作为一种替代方案，在阶段124期间，单元52命令装置54和80使脚轮20-23保持在对齐位置处。当单元52检测到用户希望进行制动时，作为相应，其会立即执行阶段128，在阶段128中，单元52使每个脚轮的滚动平面与方向VD保持一致，同时如上所描述的制动每个脚轮。例如，如果角度α_B突然改变，则中央单元52检测到用户希望进行制动。通过连续不断地将角度α_B关于时间的导数与预设的阈值SB进行比较，能够检测到角度α_B的突然改变。只要没有超过该阈值SB，单元52仍然处于脚轮被保持在对齐位置的阶段124。当超过该阈值SB时，单元52进入阶段128。

惯性中心50能够包括额外的传感器，例如，三轴磁力仪。这些额外的传感器测量传输到中央单元52的额外的信息。中央单元52能够使用关于踏板8的运动的该额外信息，来改进角度α_B和α_I的确定。中央单元还能够使用该额外信息来创建枢转或制动命令，这是其在地磁场中定位的另外附加功能。

可替代地，速率陀螺仪56被回转仪所取代，该回转仪直接测量围绕X轴、Y轴和Z轴的转动，而不是在这些方向上的角速度。

供电电源112能够包括能量回收系统，该系统能够发电以用于向制动装置和转向装置供电。例如，能量回收系统包括光伏板或发电机，其转子由脚轮围绕其各自的滚动轴线的转动驱动而转动。能量回收系统能够用于直接为制动装置或转向装置供电，或者简单地为电池充电。

能量回收系统还能够利用存在于使用移动装置的环境中的其他能源，例如，由于装置在其上运动的地面的不规则而引起的轮子的振动。

外壳110能够被布置在除鞋子12后方之外的其他地方。例如，外壳110能够被安置在踏板8的上方或下方。在这种情况下，致动器的机构传递运动适于在外壳的新位置处起作用。特别地，根据外壳的位置，截头圆锥形齿轮的使用可能变得不实用。

上文已描述的移动装置，在一种特定情况下，其是轮滑鞋。然而，上文所描述的所有可以应用于任何类型的具有脚轮的移动装置，这些装置被用户用于在地面上运动。特别地，上文所描述的内容应用于滑板、滑板车、具有脚轮的滑雪板或轮滑鞋。在滑板或滑板车的情况下，移动装置不包括任何用于将用户的脚附接到踏板的装置。

Claims

1.一种具有脚轮的移动装置，其用于在地面上运动，所述装置包括：

-踏板(8)，其主要地在称为“踏板平面”的平面上延伸，并且当所述装置被用户使用时，所述用户的至少一只脚将放置在该踏板上；

-至少一个脚轮(20-23)，其机械地连接到所述踏板以在地面上滚动，该脚轮被安装为围绕平行于所述踏板的平面的滚动轴线(34)转动，并且还围绕垂直于所述踏板的平面的转动轴线(26-29)转动；

-制动装置(80；152)，其适于在所述脚轮上施加制动力矩，该制动力矩的幅值随转向角度而变化，所述转向角度为以下两者之间的角度：

●所述踏板的纵向轴线，该纵向轴线相对于所述踏板以零自由度固定，

并包含在所述踏板的平面内，以及

●该踏板的瞬时运动方向在所述踏板平面上的正交投影；

其特征在于，

-所述制动装置(80；152)为适于在所述脚轮上施加制动力矩的可控机电装置，该制动力矩随所接收到的制动命令而变化，并且

-所述移动装置包括：

●惯性中心(50)，其适于测量表示转向角度的物理参数，和

●中央单元(52)，其被编程为根据所述惯性中心所测量的物理参数来创建制动命令，并且将所创建的制动命令传输到所述制动装置，以便在所述脚轮上施加随所述转向角度而变化的制动力矩。

2.根据权利要求1所述的装置，其中：

-所述装置还包括用于使所述脚轮转向的可控机电装置(54)，该装置适于使所述脚轮围绕其转动轴线(26)枢转根据所接收到的枢转命令确定的角度；以及

-所述中央单元(52)还被编程为在每个使所述脚轮枢转的命令的时间，根据在该时间所述惯性中心测量的物理参数来创建枢转命令，该枢转命令使所述脚轮的滚动轴线保持垂直于所述踏板的瞬时运动方向。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述制动装置(152)和所述转向装置(54)具有共同的可控电动致动器(79)，其适于响应于枢转命令而使所述脚轮围绕其转动轴线枢转预定角度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述制动装置(152)包括：

●至少一个垫片(82、84)，其能够在前进位置和缩回位置之间移动，其中，在所述前进位置时，其在所述脚轮上施加压力以制动该脚轮，并且在所述缩回位置时，其在所述脚轮上不施加压力或施加较小的压力；以及

●机构(156)，其适于将所述脚轮围绕其转动轴线在一个方向上的枢转转换成所述垫片从其缩回位置到其前进位置的运动，并且将所述脚轮围绕其转动轴线在相反方向上的枢转转换为所述垫片从其前进位置到其缩回位置的运动。

5.根据权利要求4所述的装置，其中：

-所述制动装置(152)包括回复构件(106)，其连续施加使所述垫片回复至其缩回位置的力，以及；

-适于将所述脚轮的枢转转换成所述垫片的运动的所述机构(156)包括：

●拉索(100)，其一端以零自由度附接到所述踏板上的固定的锚定点(158)，其另一端附接到所述垫片；以及

●至少一个棘爪(164、165、166、167)，其通过所述脚轮的转动能够在以下两个位置之间移动：

-偏心位置，在该位置处，所述棘爪拉紧所述拉索，这使得所述垫片抵抗所述回复构件的回复力从其缩回位置移动到其前进位置；

-对齐位置，在该位置处，所述拉索被松开，从而允许所述垫片通过所述回复构件的回复力从其前进位置移动到其缩回位置。

6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述脚轮的所述滚动轴线(34)和该同一脚轮的所述转动轴线(26)之间的最短距离Δ大于或等于1cm，并且所述中央单元(52)被编程以在每个命令的同时创建枢转命令，该枢转命令另外使在所述踏板的瞬时运动方向上，所述脚轮的所述滚动轴线保持在其转动轴线的前方。

7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述转向装置(54)包括：

-链轮齿(40)，其以零自由度固定到所述脚轮(20)，并且被安装以围绕该脚轮的所述转动轴线(26)转动；

-导向螺杆(70)，其与所述链轮齿啮合，并且平行于所述踏板的平面延伸；以及

-电动致动器(79)，其适于使所述导向螺杆转动特定的圈数以使所述脚轮围绕其转动轴线枢转相应的角度，该圈数根据所接收到的枢转命令确定。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述制动装置(80)包括：

-至少一个垫片(82、84)，其能够在前进位置和缩回位置之间移动，其中，在所述前进位置，其在所述脚轮上施加压力以制动该脚轮，在所述缩回位置，其在所述脚轮上不施加任何压力或施加较小的压力；以及

-可控电动致动器(104)，其机械地连接到所述垫片，该致动器适于在所述前进位置的方向上在所述垫片上施加压力，该压力等于所接收到的制动命令中包含的制动设定值。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述中央单元(52)被编程以使得所述制动装置施加到所述脚轮上的制动力矩随着所述转向角度的绝对值的增加而增加。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，

-所述中央单元(50)还适于测量表示所述踏板的倾斜角度的物理参数，所述倾斜角度为所述踏板的平面和该踏板的瞬时运动方向之间的夹角；

-所述中央单元(52)还被编程为根据所测量的表示所述倾斜角度的物理参数来创建所述制动命令，根据表示所述倾斜角度的物理参数所创建的所述制动命令与制动力矩相对应，该制动力矩随着所述倾斜角度的绝对值的增加而增加。

11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述移动装置能够由其用户直接用手携带。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置包括：

-彼此机械独立的两个踏板，当所述装置被用户使用时，该用户的每一只脚将分别放置在这些踏板中的每一个上；以及

-固定到每个踏板的至少一个脚轮的至少一个示例，所述制动装置的一个示例，所述惯性中心的一个示例，所述中央单元的一个示例和收发器，该收发器适于能够在固定到所述踏板中的每一个踏板的所述中央单元之间进行通信。