CN211943614U

CN211943614U - 具有独立轮控的自平衡运输器具

Info

Publication number: CN211943614U
Application number: CN201890000806.2U
Authority: CN
Inventors: 陈星�
Original assignee: Individual
Current assignee: Yingfandi (beijing) Science And Technology Ltd
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2020-11-17
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: US10870359B2; US20180257512A1; EP3592636A4; WO2018164847A1; EP3592636B1; EP3592636A1

Abstract

一种具有独立轮控的自平衡运输器具，它有能独立驱动的第一轮子与第二轮子。它还包括有脚踏板、控制电路与传感器。器具是通过骑行者脚的位置或重量的分配来达到合意控制的。它的轮子可以是平行排列的，也可以是非平行地排列的。脚踏板可位于轮子外侧的内部。两个轮子可以彼此倾斜地配接，由此带来的众多好处中的一个，就是在施行转弯时，增加了器具的稳定性。还披露了各种不同的实施方案及其种种性能。

Description

具有独立轮控的自平衡运输器具

技术领域

本发明是关于自平衡的运输器具，特别是指脚踏板能独立移动的那些器具。

背景技术

前人的技术包括有各种不同的前后自平衡车。它们有Segway（如在U.S. Pat 6,302,230 等专利中所透露的），Gyrotrax（如在U.S. Pat 8,684,123等专利中所透露的），Hovertrax，通常也叫作hoverboard（如在U.S. Pat 8,738,278等专利中所透露的），以及Solowheel（如在U.S. Pat 8,807,250中所透露的）。这些器具都对前后自平衡车的技术做出了贡献，上述提及的专利将合并作为本文披露技术时的参考资料。在众多的实施方案中，U.S. Pat 8,684,123（以下简称ˋ123专利）披露了一种具有两个平行轮子的自平衡器具，两个轮子是可倾侧的，它们侧边对侧边地始终保持着平行排列的形态。（请参看ˋ123专利的图8-16）。所装置的陀螺仪罗盘传感器是用来检测前后转动的幅度以及侧边对侧边的倾斜程度。前后转动的幅度可以用来控制速度与方向（向前／朝后），而侧边对侧边的倾斜可用来控制转向（两个轮子以不同的速度被驱动）以及安全性（转弯时需减速）等等。这种结构提供了如下的好处：包括增加了两轮的稳定性（转弯时，脚踏板要保持接近地面等）；使骑行者有一种直觉的形象；脚部较低的潜在接触（取决于形态，例如：与Hovertrax相比）；较狭的轮子底座（与Hovertrax相比）；以及更加近似于溜冰等等。

在这个实施方案中（ˋ123专利图8-16），轮子与相连的脚踏板是通过一个平行四边形结构相配接的。由此来达到，当轮子侧边对侧边的倾斜时，始终保持平行的关系。然而，该平行四边形结构不允许脚踏板彼此相对的前后移动（即：转动）。因此，根据脚踏板的独立定位（即：前后转动或程度），不能独立地控制或驱动轮子。这种脚踏板的独立的定位限制了骑行者的控制能力：骑行者的发挥、安心的程度、反应的快慢、以及体验到的乐趣。还使得骑行者可能做出的动作受到限制，例如：独立的移动可允许做出的急转弯，以及做出原地“旋转”等等的动作。

因此，对于一台两轮自平衡车而言，需要对轮子提供独立的驱动或控制。也需要一种器具，不管它的轮子平行与否，都要能够倾斜，特别是在转弯的时候，当轮子倾斜时，或者需要另一种机构，在转弯时，较容易地使两个轮子都与地面接触，从而增加其稳定性能。

发明内容

本发明的一个目的是提出了一种克服前人技术缺点的自平衡运输器具。

该具有独立轮控的自平衡运输器具包含有：

一个第一轮子、一个相联于第一轮子的第一脚踏板、以及一个驱动第一轮子的第一驱动电机；

一个第二轮子、一个相联于第二轮子的第二脚踏板、以及一个驱动第二轮子的第二驱动电机；

至少一套控制电路；以及

一个将第一轮子与第二轮子相联接的配接结构；

其中的第一轮子与第二轮子能以彼此相反的方向被驱动；以及

其中的配接结构，在使用过程中，能在保持第一轮与第二轮同时接触水平表面的情况下使第一轮与第二轮子倾斜；以及

其中的配接结构能使第一与第二脚踏板彼此相对的前后转动；

还包含有一个第一传感器与第二传感器，它们被配置有控制电路，通过第一与第二驱动电机，提供独立驱动第一轮子与第二轮子。

其中的第一与第二传感器中，至少有一个是位置传感器。

其中的第一与第二传感器中，至少有一个是压力传感器。

其中的第一与第二传感器中，至少有一个是扭转传感器。

其中的第一传感器是一个相联于第一脚踏板的位置传感器，第二传感器是一个相联于第二脚踏板的位置传感器。

其中的配接结构包括有支撑组件，它们与每个轮子相配接，并且是可转动的配接。

其中的配接结构包括有支撑组件，它们具有足够的挠性来允许轮子倾斜。

其中的配接结构能使脚踏板彼此相对的前后转动。

其中的配接结构包括有支撑组件，它们具有足够的挠性，能使脚踏板彼此相对的前后转动。

其中的配接结构使脚踏板能做出其垂线角度小于和等于+/-10度的前后转动。

其中的第一与第二脚踏板分别位于第一与第二轮子的外侧。

通过如下对本发明连同图纸所做出的更详细的评述后，与业内已有的技术相比，本发明前述的有关优点与特性是显而易见的。

附图说明

图1是一个透视图，它是根据本发明所提出的两轮自平衡运输器具的一种实施方案。

图2-3是图1实施方案的透视图，它带有的脚踏板可以彼此相对移动。

图4 是图1器具上的一个局部剖视图，图示了驱动组合件的一种实施方案。

图5 是图1器具上控制用的元器件的方框图。

图6是一个透视图，它是根据本发明所提出的两轮自平衡输运器具的另一个实施方案。

图7-9都是透视图，是根据本发明所提出的两轮自平衡输运器具的其它实施方案。

图10是一个剖面正视图，是根据本发明所提出的自平衡运输器具的又一种实施方案。

具体实施方式

参阅图1，它是根据本发明所提出的一个实施方案的透视图。图示的一种两轮自平衡运输器具10，包括有第一轮子20与第二轮子30，它们分别有轮胎22及23。两个轮子可转动地装设在框架或支架24及34（支架34被轮子30遮掩掉了）上。每个轮子最好是包含有一条轮胎与一个轮毂。

脚踏板40、50分别与轮子20、30相连。外壳42、52可罩盖部分的轮子，并能容纳一台驱动电机、电池以及器具10的其它部件。位置传感器45、55最好是使用陀螺仪罗盘传感器，它们被装置在每个脚踏板上。位置传感器可以装设在相关的脚踏板上，或在相关的脚踏板的外面，最好是排列得能检测到脚踏板的前后转动幅度。在图1中，传感器是在外壳上较高的位置，它们也可位于外壳上较低的位置，在脚踏板上或靠近脚踏板的其它位置都可。这些传感器除了能检测到前后转动的幅度以外，在众多的测量数据中，最好也能检测到侧面对侧面的倾斜程度。虽然用一个陀螺仪罗盘传感器就能同时测量前后转动幅度及倾斜的程度，当然也可以分别使用独立的传感器来完成。

电子控制电路60（参阅图5）最好与位置传感器45、55以及驱动电机64、74相配接。该电路对电机产生控制信号，来驱动轮子20、30，根据相关传感器45、55的数据使得器具趋向达到自平衡（即：驱动该器具倾斜了的脚踏板趋向“自平衡”）。控制电路可以装设在器具10内部任何适当的位置。关于前后（即：转动）的自平衡及元器件等技术，已为业内所熟知。

两个轮子20、30彼此间有一个配接结构，在所提出的实施方案中，设置了一个配接结构70，它可以包括在框架24及34之间配接的三根连杆或轴杆71。连杆71可以用强固的、但要有挠性的材料制成，例如：适当的金属、或合金、或塑料、或类似的材料。这些连杆最好具有足够的挠性，使得骑行者可以将一个脚踏板相对于另一个脚踏板做前后转动。连杆（及/或它们与平板24、34的连接）也最好配置得使两个轮子可以侧面对侧面地倾斜，同时大致上保持平行的关系。这一性能是可以通过挠性材料的连杆、或可转动的连接、或上述两者结合的方式（单向挠性另加上可转动）、或其他方式来实现的。

参阅图2-4，图示了图1器具10的三个透视图。图2图示了在器具10的脚踏板40、50上，施加了不相等的重量，它们就会彼此相对转动。假如图2是一个后视图，此时骑行者在脚踏板40的前端41上，施加了较多的重量，脚踏板40就向前转动，因此驱动有关的轮子20向前。假如脚踏板50的位置居中（即：转动的角度为零），那末脚踏板40的朝前转动，将使器具基本上绕着轮子30的着地点转动。

当脚踏板40向前转动的同时，假如脚踏板50向后转动，由于两个轮子各向相反方向转动，器具10将会转向得更快。假如一个脚踏板向前摆动的总量与另一个脚踏板向后摆动的总量相等同的话，那末器具将会在原地打旋转。

图3是图2配置的俯视图。从图上可以看到，由于脚踏板彼此相对地前后转动，所以连杆71也发生了移动。图示了脚踏板40、50相对位置上的差别，还可见的是所选用的腿部导向板或腿部接触表面28、38的位置差别。

图4是一个局部剖视图，图示了一个驱动电机64以及一个摩擦驱动轮65。电机64可以装设在轮子20所用的脚踏板40的底下。对于轮子30，可装设相似的电机与驱动轮。摩擦驱动、轮毂电机、以及其它合适的电机/ 驱动机构已为业内所熟知。它们都可在此使用。

图5是一个方框图，标明了对轮子20、30进行控制与驱动用的元器件。它们包括有传感器 45与55、电子控制电路60、电池62、电机64与74、以及驱动轮65与75。也可以装置上骑行者的信号组件与/或通讯组件68。通讯组件68也可以包括设有通道或状态的指示灯67、与/或天线71，该天线是供使用者已佩用的或已携带的无线通讯器具（电话、手表、其它移动通讯工具等）通讯时使用。适当的自平衡所用的元器件及其处理技术，已为业内所熟知。

在使用中，每一个轮子可以有各自的控制元件，它们是各自独立地工作的。另一种选择是，可以只用一套电子控制60（如图5所示），它与两个传感器，以及与两个驱动电机相配接，它们适当地驱动了两个轮子。此外，也可以检测到轮子侧面对侧面的倾斜，它通常会形响器具的速度与转向。例如，在低速度时（例如，2-3英哩/小时以下），或在自旋时，独立脚控的运行良好。在较高速度时，（例如，2-3英哩/小时以上），它会工作得更好、更安全。特别是对那些缺少经验的骑行者而言，减少独立的脚控程度，则在高速时，不会出现由于突然的紧急转向，发生将骑行者抛扔出去的可能性。因此，可以使器具减速骑行与/或减少突然的急转弯骑行。

参阅图6，它是另一个实施方案的透视图，图示了根据本发明所提出的一台两轮自平衡运输器具110。器具110与器具10在许多方面相似，包括有轮子120及130、脚踏板140及150、位置传感器145及155、一套控制电路160与电池162、以及一个互连结构170。

两种方案的差别之一就是互连结构170，它是由纵向的与横向的支撑件组成一个类似于平行四边形的形态。这种布置允许轮子侧面对侧面地倾斜，且还要仍然保持它们的相对间距。

独立的脚踏板的移动可以用几种方法来实现。在一个实施方案中，互连结构在一个维度（前后）上是挠性的，因而脚踏板可在前后方向上彼此相对地转动。这些结构件在其它维度上有极强的刚性，从而在倾斜时，它们仍能保持平行的关系。

在另一个实施方案中，互连结构中单个结构件都是相当刚性的（即：不是挠性的），而且结构170是安装到平板166、176上的。平板166、176是分别与轮子120、130相配接，它们的连接方式是，当脚踏板前后转动时，支撑构件就会转动。

参阅图7，这是根据本发明所提出的另一个实施方案，图上所示的是一台两轮自平衡运输器具210。

器具210在某些方面是与上述讨论的实施方案相似。例如，器具210也有一个互连结构270，它允许两个轮子侧面对侧面地倾斜，而且两个轮子都要保持在地面上。互连结构中的连杆可以转动地连接到轮子的框架上，并可带有一个偏压机构，使它们能自动回到原始的的位置。或者采用本文将要讨论的另一种配置方式来实现。

器具210在每个脚踏板上装设了压力传感器281。在每个脚踏板上（前后）最好至少装有两个传感器，用来检测脚踏板上前-后重量的分配。另一个选择是，除此以外，再加装一个纵向的压力传感器282，用来检测沿脚踏板长度上（或沿纵向不同点上）的重量分布。这些压力传感器提供了前-后的信号输入，用于本文所讨论过的独立的轮子控制。

器具210也可包含一个红外传感器、距离传感器、或用光线检测脚的传感器。

参阅图8，图示了根据本发明所提出的一台自平衡运输器具310的透视图。器具310与本文所述的其它器具相似，也有脚踏板340、350，不过与装设在轮子的外侧相反，它们是装设在各自轮子的内侧。与前述相同，配接结构370包含有连杆，它们将两个轮子互相连接，并且允许它们倾斜，以及允许脚踏板作前-后的转动（或，允许所装的重量传感器或类似的传感器，用作独立的轮子驱动）。

参阅图9，图示了根据本发明所提出的一台自平衡运输器410的透视图。器具410与本文中的其它器具相似，所不同的是两个轮子420、430，配置成非平行的形态。配接结构470最佳的配置，本文将另作讨论。它允许轮子相对地倾斜，而彼此要保持一个设定的间距。由于脚踏板440、450的转动，或压力传感器等类似的传感器，使得配接结构470能够实现独立的轮控。

参阅图10,这是一个剖面正视图。图示了根据本发明所提出的另一种自平衡运输器具510。器具510与本文所述的其它器具相似，所不同的就是有一个不同的配接结构570。在器具510中，配接结构570将轮子520、530彼此连接。结构570包含有个框架575（或一整块部件，或类似的组件），它有足够的坚固性能，使两个轮子彼此保持大致平行的关系，还要有挠性，或有足够的可动性，特别是要脚踏板540、550在前后转动方面，能比较灵敏地运动（为了驱动轮子）。在框架575上可配接一个扭转传感器568，用来检测框架（因此也是脚踏板）的相对移动或位移。制备框架575用的材料，可以是橡胶、易弯曲的金属、能持久弯曲的塑料、上述这些材料的组合、或其它材料。

器具510的一个实施方案是仅仅只需要使用一个能检测前后转动的位置传感器，它可以安装在脚踏板上，或其它地方（例如：在配接结构570上、或外壳上、或其它地方）。位置传感器能发出一个基本速度与方向的信息，由于（被扭转传感器所测定的）两个脚踏板相对位置的差异，扭转传感器能对该基本驱动信息做出调整。

根据上文对众多器具中两个位置传感器的描述，应该认识到，必须要有一个位置传感器，再加上一个相对位置传感器，才能实现本器具的功能。相对位置传感器是用来检测一个脚踏板相对于另一个脚踏板的位置用的。

还应该指出的是，脚踏板前-后转动的总量，以其垂线角度而言，可能是+/-5度、或+/-10度、或+/-20度、或者诸如此类的数量，可以达到足够的相对移动了，足以独立地驱动两个轮子（并且使骑行者有一个“良好”的感觉）。为了使骑行者舒适，可以首选+/-5到+/-10度之间的数値。不过使用+/-20度或更大的转动角度，也没有偏离本发明的范围。

虽然以上叙述的各种实施方案包含了许多特定的细节，但是不应构成对实施方案包括范围的限制，而且也不应仅仅限于目前提出的这些特定方案的图示上。因此，这些实施方案的涵盖范围应该由所附的权利要求及其相应的文件所确定的，而不是由上述给出的实例所决定的。此外，还应该理解为本发明还能作进一步的改动。本专利旨在涵盖根据本发明的原理所进行的各种变化、用途或改良；也涵盖了与本发明所揭示的已知方案或实施方案有所偏离，但仍然从属于本发明技术及其应用原理的范围。

Claims

1.一种具有独立轮控的自平衡运输器具，包含有：

至少一套控制电路；以及

一个将第一轮子与第二轮子相联接的配接结构；

其特征在于还包含有一个第一传感器与第二传感器，它们被配置有控制电路，通过第一与第二驱动电机，提供独立驱动第一轮子与第二轮子。

2.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的第一与第二传感器中，至少有一个是位置传感器。

3.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的第一与第二传感器中，至少有一个是压力传感器。

4.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的第一与第二传感器中，至少有一个是扭转传感器。

5.根据权利要求2所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的第一传感器是一个相联于第一脚踏板的位置传感器，第二传感器是一个相联于第二脚踏板的位置传感器。

6.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的配接结构包括有支撑组件，它们与每个轮子相配接，并且是可转动的配接。

7.根根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的配接结构包括有支撑组件，它们具有足够的挠性来允许轮子倾斜。

8.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的配接结构能使脚踏板彼此相对的前后转动。

9.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的配接结构包括有支撑组件，它们具有足够的挠性，能使脚踏板彼此相对的前后转动。

10.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的配接结构使脚踏板能做出其垂线角度小于和等于+/-10度的前后转动。

11.根据权利要求1所述的具有独立轮控的自平衡运输器具，其中的第一与第二脚踏板分别位于第一与第二轮子的外侧。