DE60021709T2

DE60021709T2 - Steuerungssystem und -verfahren für rollstühle

Info

Publication number: DE60021709T2
Application number: DE60021709T
Authority: DE
Inventors: Dean L. Kamen; Robert R. Ambrogi; Burl Amsbury; Susan D. Dastous; Robert J. Duggan; John David Heinzmann; Richard Kurt Heinzmann; David W. Herr; John M. Kerwin; John B. Morrell; Jr. James Henry Steenson
Original assignee: Deka Products LP
Current assignee: Deka Products LP
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: CA2625275A1; CA2625275C; US20020121394A1; EP1161216A1; EP1161216B1; CA2367501C; MXPA01009342A; US6571892B2; DE60021709D1; AU3743000A; CA2367501A1; WO2000054719A1; JP2010094533A; ATE300932T1; JP2002538891A; MY125488A; TW425281B; WO2000054719A9; AU774742B2; JP4564175B2

Description

Hintergrund
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Steuerungsplanung und genauer den Bereich des glatten Übergangs zwischen verschiedenen Steuermodi.
Diskussion des Stands der Technik
Transportvorrichtungen für Menschen dienen dazu, eine Person über eine Oberfläche zu bewegen und können viele verschiedene Formen annehmen. Beispielsweise kann eine Transportvorrichtung für Menschen, so wie der Begriff hierin gebraucht wird, Rollstühle, motorisierte Wagen, Fahrräder, Motorräder, Autos, Luftkissenfahrzeuge und ähnliches umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Manche Arten von Transporteinrichtungen für Menschen können Stabilisierungsmechanismen beinhalten, um dabei zu helfen, sicherzustellen, dass die Vorrichtung nicht umkippt und den Benutzer der Transportvorrichtung verletzt.
Ein typischer vierrädriger Rollstuhl berührt den Boden mit allen vier Rädern. Wenn der Schwerpunkt der Kombination aus dem Rollstuhl und dem Benutzer über dem Bereich zwischen den Rädern bleibt, sollte der Rollstuhl nicht umkippen. Wenn der Schwerpunkt über und außerhalb der den Boden berührenden Bauteile der Transportvorrichtung liegt, dann kann die Transportvorrichtung instabil werden und umkippen.
Jetzt unter Bezugnahme auf 1A ist ein typischer Rollstuhl 100 gezeigt. Der Rollstuhl 100 und der Benutzer 102 definieren einen Rahmen. Der Rahmen hat einen Schwerpunkt 104, der sich an einer senkrecht über der Oberfläche 106 angeordneten Stelle befindet. Der Begriff „Oberfläche", wie er hierin benutzt wird, soll sich auf jede Oberfläche beziehen, auf der eine Transportvorrichtung für Menschen aufsitzen kann. Beispiele einer Oberfläche beinhalten ebenen Boden, eine geneigte Fläche wie eine Rampe, eine schotterbedeckte Straße, und können einen Randstein beinhalten, der zwei im wesentlichen parallele Oberflächen, die vertikal zueinander versetzt sind (z.B. ein Straßenrandstein), vertikal miteinander verbindet.
Die Oberfläche 106 kann gegenüber der horizontalen Achse 108 geneigt sein. Der Winkel, um den die Oberfläche 106 von der horizontalen Achse 108 versetzt ist, soll hierin als die Oberflächenneigung bezeichnet werden und wird durch einen mit θ_s bezeichneten Winkel dargestellt.
Das Vorderrad 112 und das Hinterrad 110 des Rollstuhls sind durch einen Abstand d voneinander getrennt. Der Abstand d zwischen den beiden Rädern kann als ein linearer (z.B. gerade Linie) Abstand gemessen werden. Wenn der Schwerpunkt 104 des Systems sich an einer Stelle über und zwischen den beiden Rädern 110 und 112 befindet, sollte der Rollstuhl 100 aufrecht und verhältnismäßig stabil bleiben. Die Räder 110 und 112 haben typischerweise gegenüberliegende Gegenstücke (nicht gezeigt) auf der anderen Seite des Rollstuhls. Die gegenüberliegenden Gegenstücke können jeweils eine Achse mit den Rädern 110 bzw. 112 gemeinsam haben. Der Bereich, der von dem Vieleck überdeckt wird, das die Punkte verbindet, an denen diese vier Räder den Boden berühren (oder die äußeren Anteile der den Boden berührenden Teile, falls das den Boden berührende Teil mehr als einen Punkt bedeckt) bildet eine Fläche, über der der Schwerpunkt 104 liegen kann, solange der Rollstuhl stabil bleibt. An verschiedenen Stellen in dieser nachstehenden Diskussion kann diese Fläche als der „Standfläche" bzw. die Standfläche der Vorrichtung bezeichnet werden. Die Standfläche einer Vorrichtung, wie der Begriff hierin verwendet wird, wird definiert durch die Projektion der Fläche zwischen den Rädern als Projektion auf die horizontale Ebene. Wenn der Schwerpunkt über diesem Ort liegt, sollte die Transportvorrichtung stabil bleiben.
Wenn der Schwerpunkt 104 vertikal über der Oberfläche 106 versetzt ist und außerhalb der Standfläche liegt (d.h. der Projektion der Fläche zwischen den Rädern 110 und 112 auf die horizontale Ebene), kann die Stabilität des Rollstuhls 100 abnehmen und der Rollstuhl 100 kann umkippen. Dies könnte beispielsweise passieren, wenn der Rollstuhl sich auf einer Oberfläche befindet, die eine steile Neigung aufweist. Auf einer steilen Neigung kann der Schwerpunkt 104 sich nach hinten verlagern und dazu führen, dass der Rollstuhl 100 sich rückwärts überschlägt. Dies wird in 1B gezeigt, wo der Schwerpunkt 104 sich an einer Stelle befindet, die außerhalb der Standfläche des Rollstuhls 100 ist. Der Schwerpunkt 104 wird einschließlich eines Erdbeschleunigungsvektors (g) gezeigt, der den Schwerpunkt 104 linear nach unten verschiebt. Der Rollstuhl 100 kann um eine Achse des Hinterrads 110 rotieren, bis der Rollstuhl 100 die Oberfläche berührt, die überquert wird.
Der Benutzer 102 kann dabei helfen, den Schwerpunkt 104 an eine Stelle zurück zu bringen, der sich über der Fläche zwischen den Rädern 110 und 112 befindet, indem er sich im Rollstuhl 100 nach vorne lehnt. Angesichts dieser begrenzten Kontrolle der Schwerpunktslage ist es offensichtlich, dass Transportvorrichtungen für Menschen, wie Rollstühle, beim Überqueren von unebenen Oberflächen wie einem Randstein oder Stufen auf große Schwierigkeiten stoßen können.
Andere Arten von Transportvorrichtungen für Menschen können Steuermechanismen beinhalten, die es der Transportvorrichtung erlauben, auf zwei Rädern zu balancieren. Die beiden Räder können mit einer einzelnen Achse verbunden sein, die durch die Mitte der Räder geht. Die Achse verbindet die Räder in einer solchen Weise, dass die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Vorrichtung senkrecht zu der Achse ist. Die Steuermechanismen können die Vorrichtung und den Benutzer in einer stabilen aufrechten Position halten, indem sie die Räder vorwärts und rückwärts antreiben, um den Schwerpunkt über der Radachse liegend zu halten. Solche Vorrichtungen können zusätzlich für Fortbewegung sorgen, indem zugelassen wird, dass der Schwerpunkt um eine Strecke vorwärts oder rückwärts von der Radachse verschoben wird und die Räder gedreht werden, um den Schwerpunkt an diesem Ort zu halten. Beispiele solcher Vorrichtungen sind in US-Patent Nr. 5 701 965 und 5 719 425 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird eine Transportvorrichtung für Menschen gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß der Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Steuern einer Transportvorrichtung für Menschen gemäß Anspruch 59 bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B veranschaulichen ein Beispiel eines Rollstuhls nach dem Stand der Technik.
2A–2F veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen einer Transportvorrichtung für Menschen.
3 veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer Transportvorrichtung für Menschen.
4 veranschaulicht eine vereinfachte Version der in 2A gezeigten Transportvorrichtung.
5A und 5B veranschaulichen die relative Ausrichtung einer Baugruppe einer Transportvorrichtung für Menschen, die in einem Treppenmodus betrieben wird.
6 veranschaulicht ein Blockdiagramm von möglichen Betriebsmodi einer Transportvorrichtung für Menschen.
7A–7B veranschaulichen eine vereinfachte Seitenansicht einer Transportvorrichtung.
8 veranschaulicht ein Beispiel eines Regelkreises, der gemäß Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann.
9 veranschaulicht eine graphische Darstellung von Bespielwerten, die genutzt werden können, um gemäß Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung die Modi umzuschalten.
10 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm einer Ausführungsform, durch welche ein Steuerschaltwert bestimmt werden kann.
11 veranschaulicht in der Form eines Flussdiagramms ein Verfahren um zu bestimmen, wann zwischen verschiedenen Untermodi einer Transportvorrichtung gewechselt werden soll.
12A veranschaulicht ein Beispiel einer Steuereinheit, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
12B veranschaulicht ein funktionales Blockdiagramm einer Ausführungsform der Steuereinheit aus 12A.
13 veranschaulicht einen Regelkreis, der gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann.
14 veranschaulicht ein Beispiel einer Verstärkungstabelle, die gemäß Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann.
15 veranschaulicht ein Beispiel eines Systems, das zum Glätten eines Steuersignals genutzt werden kann, bevor es an eine Steuervorrichtung angelegt wird.
16 veranschaulicht ein Blockdiagamm eines Verfahrens zum Glätten eines Steuersignals.
17A veranschaulicht ein Blockdiagamm eines Regelkreises, der dafür konfiguriert ist, Verstärkungsplanungsvorgänge gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
17B zeigt eine Ausführungsform eines Steuersystems, das glatt zwischen Modi überleitet.
18 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Steuerungsplanungsprozesses, der in einem Rückkopplungssteuersystem gemäß Gesichtspunkten der Erfindung implementiert werden kann.
19 veranschaulicht in gaphischer Form verschiedene Signale, die in 17A und 17B vorkommen können.
20 veranschaulicht ein Beispiel für einen Regelkreis, um die Position der Räder einer Transportvorrichtung zu steuern.
21 veranschaulicht ein Beispiel für einen Regelkreis, um die Position der Baugruppe einer Transportvorrichtung zu steuern.
22A veranschaulicht ein Beispiel eines Regelkreises, in dem eine Schwerpunktsabschätzung verwendet werden kann.
22B veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Systems, das auf der Grundlage einer Schätzung der Schwerpunktslage eine gewünschte Ausrichtung bewirkt.
23 veranschaulicht ein Beispiel eines Freikörperdiagramm einer Transportvorrichtung.
24 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens, um einen Datensatz zum Abschätzen der Schwerpunktslage einer Vorrichtung zu erzeugen.
25A–25C veranschaulichen graphisch Teile des Verfahrens aus 24.
26 veranschaulicht eine graphische Darstellung eines Datensatzes, der zur Abschätzung der Schwerpunktlage einer Transportvorrichtung verwendet werden kann.
Genaue Beschreibung
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf verschiedene Steuermodi zum Betrieb einer Transportvorrichtung für Menschen. Jeder der verschiedenen Modi ermöglicht unterschiedliche Steuerarten. In manchen Ausführungsformen sprechen manche der Modi sehr leicht auf die Eingabebefehle des Benutzers an, während andere die Eingabebefehle des Benutzers völlig ignorieren können, im Bestreben, die Transportvorrichtung und letztendlich den Benutzer in einer aufrechten und stabilen Position zu halten.
2A zeigt ein Beispiel einer Transportvorrichtung 200, in der Aspekte der vorliegenden Erfindung implementiert sein können. Man beachte, dass verschiedene Aspekte der Erfindung mit Bezug auf verschiedene Transportvorrichtungen beschrieben werden, die Lehren hierin sind jedoch nicht auf die Umsetzung nur in Transportvorrichtungen für Menschen beschränkt. Beispielsweise können verschiedene Steuermodi auf Transportvorrichtungen anwendbar sein, die der in 2A gezeigten Transportvorrichtung 200 nicht ähnlich sind. Darüber hinaus können die Systeme und Verfahren, die glatte Übergänge zwischen den verschiedenen Modi erlauben, auf andere Vorrichtungen anwendbar sein.
Die Transportvorrichtung 200 kann eine Plattform 202 beinhalten, die zum Tragen eines menschlichen Benutzers geeignet ist. Die Plattform 202 kann eine stuhlartige Plattform sein, auf der der Benutzer sitzt, wie die in 2A gezeigte. Wie untenstehend erörtert wird, muss die Plattform 202 jedoch keine stuhlartige Plattform sein, sondern kann jede Art von Plattform sein, die zum Tragen eines menschlichen Benutzers in der Lage ist. Beispielsweise könnte die Plattform eine Plattform sein, auf der ein Benutzer steht.
Die Transportvorrichtung 200 kann auch eine Armlehne 204 haben, ähnlich einer Armlehne eines Stuhls. Die Armlehne kann einen Platz bieten, wogegen der Benutzer sich lehnen kann oder um den Benutzer auf andere Weise abzustützen. Die Armlehne 204 kann eine Benutzerschnittstelle 206 wie einen Steuerhebel beinhalten, der Richtungsbefehlseingaben vom Benutzer empfangen kann. Andere Arten von Benutzerschnittstellen könnten einen Rollball, ein Berührungsfeld, einen atemempfindlichen Eingang, einen Lagemeldesensor, der am Benutzer oder an einem vom Benutzer getragenen Kleidungsstück befestigt ist, ein Spracherkennungssystem oder Druckknopfsteuerungen einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Benutzerschnittstelle 206 kann diese Eingabebefehle an eine Steuereinheit 240 der Transportvorrichtung 200 weiterleiten, um eine Bewegung in eine gewünschte Richtung der Transportvorrichtung 200 zu bewirken. Die Benutzerschnittstelle 206 kann auch die Bewegungsgeschwindigkeit beeinflussen.
Die Transportvorrichtung 200 kann auch bodenberührende Bauteile 208 und 210 beinhalten. Wie in 2A gezeigt sind die bodenberührenden Bauteile 208 und 210 Räder. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die bodenberührenden Bauteile 208 und 210 nicht auf Räder beschränkt sind. Beispielsweise könnten die bodenberührenden Bauteile eine Rolle, ein starres Bauteil (z.B. so wie die bogenförmigen Elemente, die in 22–24 des US-Patents No. 5791425 gezeigt sind), Trittstufen (treads) oder andere Mechanismen zur Fortbewegung sein. Transportvorrichtungen für Menschen, die diese und andere Arten von bodenberührenden Bauteilen aufweisen, werden nachstehend erörtert.
In der Ausführungsform einschließlich der Räder 208 und 210 berühren die Räder die Oberfläche und sorgen für Bewegung über die Oberfläche. Die Räder 208 und 210 können von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden. Außerdem kann jedes Rad, 208 und 210, an einer gegenüberliegenden Seite der Transportvorrichtung mit koaxialen Rädern (nicht gezeigt) wiedergespiegelt werden, um vier Räder bereitzustellen, die die zu überquerende Oberfläche berühren können.
Die Räder 208 und 210 können an einem beweglichen Arm 212 (oder einer Baugruppe) befestigt sein. Die Begriffe beweglicher Arm und Baugruppe, wie hierin verwendet, sollen sich auf eine Anordnung beziehen, an der bodenberührende Bauteile befestigt sein können. Zusätzlich kann sich die Baugruppe zeitweise auf die gesamte Anordnung beziehen, die die bodenberührenden Bauteile beinhaltet und miteinander verbindet, je nach Zusammenhang. Die Baugruppe 212 kann ein starres Bauteil sein oder ein Bauteil, das um verschiedene Achsen abgeknickt ist. Beispielsweise können, jetzt unter Bezug auf 2B, wo eine Baugruppe 214 gezeigt wird, die einen ersten Teil 216 und einen zweiten Teil 218 hat, der erste Teil 216 und der zweite Teil 218 drehbar an einem Drehpunkt 220 aneinander befestigt sein. Die Baugruppe 214 kann zwei Räder 222 und 224 beinhalten. Die zwei Räder, 222 und 224, können die Oberfläche an Berührungspunkten 226 bzw. 228 berühren. Der Abstand zwischen Berührungspunkt 226 und Berührungspunkt 228 bestimmt die Länge (1) der Standfläche der Transportvorrichtung in dieser Ausführungsform, da die Baugruppe sich auf einer horizontalen Ebene befindet. (Wenn natürlich die Baugruppe auf einer Schräge wäre, wäre die Länge der Standfläche gleich der Länge der Projektion von 1 auf die horizontale Ebene.) Die Länge (1) der Standfläche ist in dieser Ausführungsform aufgrund des Drehpunktes 220 zwischen dem ersten Teil 216 und dem zweiten Teil 218 der Baugruppe 214 veränderlich. Die Länge (1) der Standfläche ist am größten, wenn der Winkel θ_c zwischen dem ersten Teil 216 der Baugruppe 214 und dem zweiten Teil 218 der Baugruppe 214 etwa 180° ist.
In einer Ausführungsform kann die Länge der Standfläche der Baugruppe so verkürzt werden, dass der Winkel θ_c zwischen dem ersten Teil 216 und dem zweiten Teil 218 der Baugruppe 214 extrem klein wird. Ein Beispiel einer solchen Ausführungsform wird in 2C gezeigt. In dieser Ausführungsform kann sich der Umfang der Räder 222 und 224 überdecken. Natürlich können die Räder 222 und 224 in dieser Ausführungsform entlang der Z-Achse zueinander versetzt sein, so dass sich die Räder 222 und 224 nicht berühren und die Drehung der Räder nicht blockieren.
Wieder unter Bezugnahme auf 2A kann die Baugruppe 212 durch einen Plattformträger 230 an der Plattform 202 befestigt sein. Der Plattformträger 230 kann einen oberen Teil 232 und einen unteren Teil 234 beinhalten. (Der Plattformträger 230 könnte auch ein einheitliches Bauteil sein.)
In einer Ausführungsform kann der untere Teil 234 des Plattformträgers 230 drehbar an der Baugruppe 212 befestigt sein. Um die Höhe H zwischen der Baugruppe 214 und der Grundplatte der Plattform 202 einzustellen, kann der untere Teil 234 des Plattformträgers 230 um einen Baugruppenverbindungsdrehpunkt 236 in eine vertikalere Ausrichtung gedreht werden. Zusätzlich kann der obere Teil 232 auch um den Trägerdrehpunkt 238 gedreht werden, um eine noch größere Plattformhöhe zu erreichen, während der untere Teil 234 in vertikale Richtung gedreht wird.
Wenn die Plattform 202 abgesenkt werden soll, wird der untere Teil 234 näher an die Baugruppe 212 gebracht. Zusätzlich kann der obere Teil 232 näher sowohl an den unteren Teil 234 als auch an die Baugruppe 212 gebracht werden.
Die Transportvorrichtung 200 kann auch eine Steuereinheit 240 (oder Elektronikbox) beinhalten.
Im allgemeinen stellt die Steuereinheit 240 die Befehle an verschiedene Motoren bereit, die in der Transportvorrichtung 200 enthalten sein können, um die Transportvorrichtung 200 zu betreiben. Die Steuereinheit 240 kann verschiedene Sensoren beinhalten, wie zum Beispiel Neigungssensoren, Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Ortssensoren und ähnliche. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 200 die Position der Räder 208 und 210 und die Winkelausrichtung der Baugruppe 212 einstellen, oder beides, um die Transportvorrichtung 200 zu stabilisieren. Zusätzlich kann die Steuereinheit 240 eine Drehung der Baugruppe 214 und der Räder 208 und 210 bewirken, um auf von der Benutzerschnittstelle 206 empfangene Eingabebefehle zu reagieren. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 240 auf der Grundlage verschiedener Sensoreingaben den Winkel der Baugruppe 212 relativ zur Plattform 202 einstellen, so dass eine Achse 242, die durch die Baugruppe 212 geht, und die Achsen 244 und 246 der Räder 208 bzw. 210 im wesentlichen parallel zur überquerten Oberfläche sind, während die Plattform 202 in einer aufrechten Lage gehalten wird. Diese Art der Ausrichtung ist vorzuziehen, wenn die Transportvorrichtung in einem Standard- oder erweiterten Modus arbeitet. Verschiedene Modi, wie Standardmodus und erweiterter Modus, werden nachstehend genauer beschrieben.
2D zeigt eine alternative Ausführungsform einer Baugruppe 248 für eine Transportvorrichtung für Menschen 200. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Baugruppe 248 ein erstes Rad 250, das von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden kann. Die Befehle, die den Motor antreiben, können von der Steuereinheit 240 empfangen werden ( 2A). Die Baugruppe 248 kann auch ein zweites Rad 252 beinhalten, das nicht von einem Motor angetrieben wird. Beispielsweise kann das zweite Rad 252 ein rollenartiges Rad sein, dass starr an der Baugruppe 248 befestigt ist. Obwohl die vorherigen Figuren so beschrieben wurden, dass die Richtung der Vorwärtsbewegung von links nach rechts ist, sollte klar sein, dass die Baugruppe 248 in 2D in beide Richtungen ausgerichtet sein kann. Das heißt, das motorisierte Rad 250 kann das Vorderrad sein, oder das zweite Rad 252 kann das Vorderrad sein.
2E zeigt ein Beispiel einer Transportvorrichtung 200, die ein nicht-motorisiertes Rad 254 beinhaltet, welches starr an der Steuereinheit 240 der Transportvorrichtung 200 befestigt ist. In dieser Ausführungsform kann die Baugruppe 212 in einem Betriebsmodus so gedreht werden, dass das Hinterrad 208 in Berührung mit der Oberfläche bleibt und das Vorderrad 210 die Oberfläche nicht berührt. Unter der Annahme, dass keine Stabilisierung stattfindet, kann das durch die Rotation der Baugruppe 212 verursachte Drehmoment dazu führen, dass die Transportvorrichtung nach vorne kippt, bis das nicht-motorisierte Rad 254 die Oberfläche berührt. Dieser Betriebsmodus kann vorzuziehen sein, wenn die Transportvorrichtung 200 auf einer glatten, ebenen Oberfläche betrieben wird. Der Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass in dieser Ausrichtung nur das Hinterrad 212 von einem Motor angetrieben werden muss und damit die Energiemenge, die die Transportvorrichtung 200 verbraucht, verringert werden kann.
Wenn die Baugruppe 212 gedreht wird, so dass beide an der Baugruppe befestigten Räder, 208 und 210, die Oberfläche berühren, kann das nicht-motorisierte Rad 254 von der Oberfläche angehoben werden, und die Transportvorrichtung kann zu einer vierradgetriebenen Vorrichtung werden. Ein Beispiel einer Transportvorrichtung 200 in einer solchen Konfiguration ist in 2F gezeigt. In 2F berühren die Räder 210 und 208 die Oberfläche 270. Das nicht-motorisierte Rad 254 wird über die Oberfläche 270 angehoben. In dieser Ausführungsform sind die Baugruppe 212 und die Plattform 202 im wesentlichen parallel zur Oberfläche 270. Die vorhergehende Diskussion hat verschiedene Ausführungsformen einer Transportvorrichtung für Menschen genauer beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Räder 208 und 210 motorisierte Räder sein können, die jedes von einem einzelnen Motor angetrieben werden. Die Räder 208 und 210 können jedoch beide von einem einzigen Motor angetrieben werden. Zusätzlich kann nur ein Rad von einem Motor angetrieben sein. Des weiteren wurde die Transportvorrichtung 200 nur in Seitenansicht gezeigt. Es sollte ersichtlich sein, dass Elemente, die in der Seitenansicht gezeigt sind, auf der anderen Seite der Transportvorrichtung 200 widergespiegelt sein können. Beispielsweise kann die Transportvorrichtung auf jeder Seite der Transportvorrichtung 200 eine Baugruppe beinhalten. In einer Ausführungsform können die Baugruppen starr miteinander verbunden sein, so dass sie sich als einheitliches Bauteil bewegen. Es befindet sich jedoch innerhalb der Reichweite der vorliegenden Erfindung, dass die Baugruppe so gedreht oder anderweitig bewegt wird, dass jede Baugruppe unabhängig von der anderen arbeitet. Es sollte außerdem beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Umsetzung in den vorstehend beschriebenen Transportvorrichtungen beschränkt ist. Beispielsweise können Teile oder die Gesamtheit der hier enthaltenen Lehren in Transportvorrichtungen wie Helikoptern, Flugzeugen, Kraftfahrzeugen, geländegängigen Fahrzeugen, motorisierten Zweirädern, Motorrädern und ähnlichem umgesetzt werden. Eine weitere Art von Transportvorrichtung, in der die Lehren der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden können, wird in 3 gezeigt.
3 zeigt eine Transportvorrichtung für Menschen 300, auf der ein Benutzer stehen kann. Die Transportvorrichtung kann eine Plattform 302 beinhalten, die dafür geeignet ist, einen menschlichen Benutzer 304 in einer stehenden Haltung zu tragen. In einer Ausführungsform kann die Bewegung der Vorrichtung 300 dadurch gesteuert werden, dass der Mensch 302 sich auf der Plattform 302 in die gewünschte Bewegungsrichtung lehnt. In dieser Ausführungsform kann die Plattform 302 drehbar an einer Grundeinheit 306 befestigt sein. Die Grundeinheit 306 kann eine Steuereinheit 308 beinhalten, die die Bewegung und möglicherweise die Stabilisierung der Transportvorrichtung 300 steuern kann. Die Grundeinheit 306 kann auch eine Baugruppe 310 beinhalten, die bodenberührende Bauteile wie Räder 312 und 314 beinhaltet. Die Transportvorrichtung für Menschen kann auch eine zweite Benutzereingabevorrichtung, wie einen Steuerhebel 316, beinhalten, um gewünschte Bewegungsbefehle vom Benutzer entgegenzunehmen. Wie in 3 gezeigt, beinhaltet die Transportvorrichtung für Menschen 300 sowohl eine Stütz- bzw. Lehnplattform 302 als auch einen Steuerhebel 316.
Genauer stellt die Plattform 302 oder der Steuerhebel 316 Eingaben an die Steuereinheit 308 bereit, um dem Benutzer zu ermöglichen, die Bewegung der Transportvorrichtung 300 zu lenken. Als Reaktion auf die Benutzereingaben kann die Steuereinheit 308 eines oder beide Räder (312 und 314) dazu veranlassen, sich zu drehen. Zusätzlich kann die Steuereinheit 308, manchmal unabhängig von der Benutzereingabe, die Position der Baugruppe 310 und/oder die Position der Räder 312 und 314 einstellen, um den Schwerpunkt 318 senkrecht über der Standfläche der Transportvorrichtung 300 zu halten. Wie in 3 gezeigt, ist der Schwerpunkt 318 senkrecht über der Baugruppe 310 zwischen den Achsen der Räder 312 und 314 verlagert. In einer Ausführungsform hält die Steuereinheit 308 den Schwerpunkt 318 über einem Mittelpunkt 320 der Baugruppe 310. Wenn sich der Schwerpunkt 318 über dem Mittelpunkt 320 der Baugruppe 310 befindet, kann die Transportvorrichtung 300 sehr stabil sein.
Der Einfachheit halber wird in Teilen der nachstehenden Beschreibung die Schwerpunktslage als bekannt betrachtet. Die Lage kann jedoch in manchen Fällen auf einer Schätzung der Lage begründet sein. Systeme und Verfahren zum Abschätzen der Schwerpunktslage werden nachstehend erörtert. Des weiteren sollte beachtet werden, dass, auch wenn der Schwerpunkt hier als Bezugsgröße behandelt wird, die Lehren hierin nicht so begrenzt sind und möglicherweise nur andere Kenndaten der Transportvorrichtung berücksichtigt werden müssen, um die Transportvorrichtung wirksam zu stabilisieren. Beispielsweise könnte schon eine Berücksichtigung nur der Neigungsrate die Notwendigkeit ersetzen, auf eine Abschätzung der Schwerpunktslage angewiesen zu sein.
4 zeigt eine vereinfachte Ausführung der Transportvorrichtung 200, die in 2 gezeigt ist. In diesem Beispiel arbeitet die Transportvorrichtung in einem sogenannten „Gleichgewichtsmodus" (andere Ausführungsformen, wie die Beispiele der 2–3 können ebenfalls in einem Gleichgewichtsmodus betrieben werden). Im Gleichgewichtsmodus (wenn die Transportvorrichtung steht) versucht die Steuereinheit auf der Grundlage verschiedener Eingaben, den Schwerpunkt 400 über der Querachse 402 zu halten, die durch das bodenberührende Rad 404 geht. In diesem Modus wird im Wesentlichen die gesamte Stabilisierung dadurch bewirkt, dass das die Oberfläche berührende Rad 404 gedreht wird, um den Schwerpunkt 400 senkrecht versetzt über der Querachse 402 des bodenberührenden Rads 404 zu halten. Dazu kann die Baugruppe 408 in einer festen Position relativ zur Unterseite der Plattform gehalten werden. In der in 4 gezeigten Ausführungsform wird die Baugruppe 408 in einer im wesentlichen senkrechten Stellung gehalten. (Die Baugruppe könnte auch in anderen relativen Winkeln gehalten werden.)
Wiederum arbeitet die Transportvorrichtung 200 im Gleichgewichtsmodus durch das Steuern der Position der Plattform 202, so dass der Schwerpunkt 400 vertikal versetzt an irgendeiner Stelle über der Querachse 402 des bodenberührenden Rads 404 ist, auf dem die Transportvorrichtung 200 ruht. Um eine Bewegung zu ermöglichen, kann der Schwerpunkt 400 leicht vor oder hinter der Querachse 402 des bodenberührenden Rads 404 versetzt werden, so dass die Vorrichtung einen gesteuerten bzw. kontrollierten Fall in die Vorwärts-Rückwärts-(„FORE/AFT")-Richtung beginnt. Wenn der Schwerpunkt 400 relativ zur Querachse 402 verlagert wird, wird das bodenberührende Rad 404 im Wesentlichen dazu gebracht, den Schwerpunkt 400 an einer relativ nahen, aber dennoch versetzten Position gegenüber der Achse 402 zu halten. Auf diese Weise fällt die Vorrichtung nicht um. Der Gleichgewichtsmodus für eine Transportvorrichtung wie die in 4 gezeigte ist in US-Patent No. 5701965 offenbart. In dieser Ausführungsform des Gleichgewichtsmodus ist die Baugruppe 406 arretiert und kann nicht gedreht werden, um zu helfen, die Transportvorrichtung 400 zu stabilisieren. Daher kann der Gleichgewichtsmodus in dieser Ausführungsform allgemein als ein „nur-Räder"-Ansatz zum dynamischen Stabilisieren einer Transportvorrichtung für Menschen verstanden werden.
In manchen Fällen kann es erwünscht sein, dass eine Transportvorrichtung für Menschen mit wenig oder gar keiner Unterstützung vom Benutzer oder irgendeiner anderen Hilfe von außen Treppen hinauf- oder hinabsteigt. Daher haben manche Transportvorrichtungen für Menschen die Fähigkeit entwickelt, Treppen zu steigen und in einem sogenannten „Treppen"- oder „Lehn"-Modus zu arbeiten. Beispiele solcher Vorrichtungen sind in den US-Patenten No. 5701965 und 5791425 gezeigt. Ein Treppenmodus kann beinhalten, dass die Räder der Baugruppe untergeordnet („slaved") sind. Das heißt, die Räder können sich nur bewegen, um der Baugruppe eine Drehung zu ermöglichen, aber nicht als Mittel zur Fortbewegung.
5A und 5B zeigen zwei Beispiele der relativen Ausrichtung einer Baugruppe 500 einer Transportvorrichtung für Menschen, die im Treppenmodus arbeitet. Beim Betrieb im Treppenmodus kann die Baugruppe 500 gedreht werden, so dass sich der Schwerpunkt entweder über einer Hinterradachse oder einer Vorderradachse befindet, je nachdem, in welche Richtung die Treppen überquert werden (d.h. ob nach oben oder nach unten). Wenn das Rad 502 die Vorderkante 506 einer Stufe 508 berührt, wird das Rad gegen die Stufe gehalten. Während der Schwerpunkt in Richtung des Berührungspunkts 514 bewegt wird, kann die Baugruppe 500 anfangen, nach oben zu drehen, wie in 5B gezeigt. Wenn die Baugruppe 500 gedreht wird, kann das untergeordnete Rad 502 als Reaktion auf die Drehung der Baugruppe relativ zur Baugruppe 500 gedreht werden, so dass der gleiche Punkt auf dem Rad am Berührungspunkt 510 mit der Stufe in Berührung bleibt. Wenn man zulassen würde, dass das Rad 502 sich bewegt, kann die Drehung der Baugruppe dazu führen, dass das Rad 502 sich von der Stufe wegbewegt und dass die Transportvorrichtung umfällt.
Die Baugruppe 500 wird gedreht (in diesem Beispiel im Uhrzeigersinn), bis das zweite Rad 504 die Oberkante 512 der Stufe 508 am Berührungspunkt 514 berührt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die Transportvorrichtung das obere Ende der Treppe erreicht hat. In einer anderen Ausführungsform muss der oben beschriebene Vorgang womöglich nur einmal durchgeführt werden, wenn zum Beispiel die Transportvorrichtung einen hohen Randstein überqueren muss.
Die vorstehend beschriebenen Systeme verwenden entweder die Baugruppen oder die Räder, um das Gleichgewicht der Vorrichtung wirkungsvoll aufrecht zu erhalten. Es wurde jedoch herausgefunden, dass es in manchen Fällen erstrebenswerter ist, sowohl die Räder als auch die Baugruppen zu verwenden, um den Schwerpunkt in einer solchen Lage zu halten, dass der Benutzer nicht umfällt. Beispielsweise kann es beim Überqueren einer unebenen Oberfläche erstrebenswert sein, die Räder und die Baugruppe gleichzeitig zu drehen, um die Plattform in einer aufrechten Position zu halten.
Daher sind Aspekte mancher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einen neuen Modus der Transportsteuerung ausgerichtet. Dieser neue Modus soll hierin als erweiterter Modus bezeichnet werden. In einer Ausführungsform steuert der erweiterte Modus den Betrieb und die Stabilisierung einer Transportvorrichtung durch Steuern sowohl der Räder als auch der Baugruppen einer Transportvorrichtung derart, dass sich der Schwerpunkt an einem Ort über der Standfläche der Transportvorrichtung befindet oder sich sehr bald dort befinden wird (oder indem eine andere Maßnahme getroffen wird, so wie das Halten der Rahmenneigung (oder einer Funktion der Rahmenneigung) der Transporvorrichtung innerhalb eines Parameterbereichs).
6 ist ein Blockdiagramm, das mögliche Betriebsmodi einer Transportvorrichtung für Menschen aufzeigt. In einer Ausführungsform kann die Transportvorrichtung für Menschen einen Standardmodus 602, einen Gleichgewichtsmodus 604 und einen Treppenmodus 606 beinhalten. Gemäß Aspekten gewisser Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Transportvorrichtung auch einen erweiterten Modus 608 beinhalten. Diese verschiedenen Steuermodi werden von Software und Hardware genutzt, die in einer Steuereinheit enthalten sind, um der Vorrichtung Fortbewegung zu ermöglichen. Es sollte beachtet werden, dass Transportvorrichtungen für Menschen andere Betriebsmodi beinhalten können. Beispielsweise kann eine Transportvorrichtung für Menschen einen Modus zum Überwechseln zwischen Modi beinhalten und einen Modus zur Behandlung von Systemausfällen.
Die Steuermodi und die zugehörige Software und Hardware, die hierin erörtert werden, können in einer Steuereinheit enthalten sein, wie die vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Steuereinheit. Die verschiedenen Teile der Software und der Hardware können jedoch an anderen Stellen als in einer Steuereinheit angewendet werden. Beispielsweise könnten sich verschiedene Sensoren auf der Plattform befinden, an der Baugruppe, an den Rädern oder irgendeinem anderen Ort, wo sie erwünscht oder benötigt sein können, um den Betrieb einer Transportvorrichtung für Menschen erfolgreich zu steuern.
Der Gleichgewichtsmodus 604 und der Treppenmodus 606 wurden vorstehend besprochen, und für Zwecke der beispielhaften Ausführungsform in 6 kann angenommen werden, dass sie in Übereinstimmung mit den vorstehenden Beschreibungen arbeiten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Abweichungen vom Gleichgewichtsmodus 604 und vom Steuermodus 606 vorkommen können und vollauf in eine Transportvorrichtung eingebaut werden können, die gemäß den verschiedenen hierin erstellten Steuerszenarien arbeitet.
Der Standardmodus, wie der Begriff hier verwendet wird, soll sich auf einen Betriebsmodus beziehen, in dem keine dynamische Stabilisierung stattfindet. Im Standardmodus bleiben die Baugruppe und die Plattform in einer festen Beziehung zueinander. Wenn beispielsweise ein Benutzer eine Transportvorrichtung für Menschen, die eine stuhlartige Plattform hat (2) im Standardmodus betreibt, dann wird ein Motor, der den Winkel der Plattform relativ zur Baugruppe steuert, in einer konstanten Position gehalten. Wenn die Transportvorrichtung eine Steigung hochfährt, neigt sich die Plattform nach hinten. Wenn die Steigung jedoch zu steil wird, kann der Schwerpunkt des Systems an einem Ort liegen, der außerhalb der Standfläche der Transportvorrichtung ist und kann dazu führen, dass die Transportvorrichtung rückwärts umkippt.
Im Standardmodus kann der Benutzer die vollständige Kontrolle über die Bewegung der Transportvorrichtung besitzen. Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung hochempfindlich auf Benutzereingaben reagiert. In einer Ausführungsform kann das erreicht werden, indem ein hoher Verstärkungskoeffizient (nachstehend erörtert) auf von einer Benutzereingabe empfangene Eingaben angewandt wird. Zusätzlich kann die Transportvorrichtung eine lehnbare bzw. kippbare Plattform beinhalten, die als Benutzereingabe dient.
Gemäß gewissen Ausführungsformen kann der Standardmodus zwei Untermodi beinhalten. Ein erster Untermodus kann in einem System wie in 2E gezeigt implementiert werden. In diesem Untermodus können nicht-motorisierte Räder 254 starr an der Steuereinheit 240 der Transportvorrichtung 200 befestigt sein. Die Baugruppe 212 kann um einen Drehpunkt 213 gedreht werden, mindestens bis die Vorrichtung so nach vorne geneigt ist, dass die nicht-motorisierten Räder 254 die Oberfläche berühren. In diesem Modus wird ein Motor mit Energie versorgt, der das Hinterrad 208 antreibt, um Bewegung in Reaktion auf einen Benutzerbefehl bereitzustellen. Auf diese Weise kann Energie gespart werden, da jeder Motor, der an den vorderen Antriebsrädern (z.B. Rad 210) der Baugruppe 212 befestigt ist, abgeschaltet werden kann. Aus diesem Grund ist der Standardmodus im allgemeinen und dieser Untermodus im speziellen besonders attraktiv, wenn eine Transportvorrichtung 200 mit einer begrenzten Energieversorgung (d.h. einer aufladbaren Batterie) für längere Zeitspannen betrieben werden soll. Zusätzlich kann in diesem Modus jede Art von Stabilisierung, die von der Transportvorrichtung bereitgestellt werden kann, abgeschaltet werden, um Energie zu sparen. Auch kann, aufgrund der nichtmotorisierten Räder, die rollenartige Räder sein können und eine hohe Beweglichkeit aufweisen können, der Wenderadius in diesem Modus minimal sein. Zusätzlich kann jedes an gegenüberliegenden Seiten der Baugruppe 212 befestigte Rad seinen eigenen Radmotor umfassen. Durch Anwendung eines unterschiedlichen Signals auf jedes der gegenüberliegenden Räder kann die Transportvorrichtung 200 in der Lage sein, sich im Kreis zu drehen. Dies kann erreicht werden, indem ein positives Drehmoment auf ein Rad angewendet wird und ein negatives Drehmoment auf das andere.
Ein anderer Untermodus des Standardmodus beinhaltet einen Modus, in dem die Baugruppe gedreht wird, so dass alle vier Räder die Oberfläche berühren, während das nicht-motorisierte Rad 254 von der Oberfläche ferngehalten wird, wie in 2F gezeigt. In diesem Untermodus kann die Transportvorrichtung als eine vierradangetriebene Transportvorrichtung fungieren. Es wird jedoch vorgezogen, dass die Räder in diesem Modus nicht auf Benutzereingabebefehle reagieren, damit ein Benutzer diesen Untermodus des Standardmodus nicht mit dem nachstehend besprochenen erweiterten Modus verwechselt.
Wie vorstehend erörtert kann der Standardmodus die Plattform in einer im wesentlichen konstanten Winkelbeziehung zur Baugruppe halten. In diesem Fall kann der Motor, der die Baugruppe in Bezug auf die Plattform positioniert, während beider Untermodi des Standardmodus abgeschaltet werden.
Rückverweisend auf 6 kann der Benutzer von einem Modus in den anderen übergehen, indem er Optionen wählt, die dem Benutzer an einer Benutzerschnittstelle angeboten werden. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise an einer Armlehne 204, die auf der Plattform beinhaltet ist, angebracht sein. Alternativ können Modusübergänge automatisch gesteuert werden. Wenn beispielsweise die Energieversorgung niedrig ist, kann die Transportvorrichtung automatisch vom Gleichgewichtsmodus in den Standardmodus wechseln, um Energie zu sparen oder Sicherheit zu gewährleisten.
Die Transportvorrichtung kann von verschiedenen Modi in andere Modi übertreten. Beispielsweise kann die Transportvorrichtung vom Standardmodus 602 in den Gleichgewichtsmodus 604 und zurück übertreten, wie durch den Pfeil 620 dargestellt. Die Transportvorrichtung kann auch vom Gleichgewichtsmodus 604 in den Treppenmodus 606 und zurück übertreten, wie durch den Pfeil 621 dargestellt. Zusätzlich kann die Transportvorrichtung vom Standardmodus in den Treppenmodus 606 und zurück übertreten, wie durch den Pfeil 622 dargestellt. Die Transportvorrichtung kann vom Standardmodus 602, vom Gleichgewichtsmodus 604 oder vom Treppenmodus 606 in den erweiterten Modus 608 eintreten und ihn verlassen wie durch die Pfeile 623 dargestellt, wenn der Benutzer den Moduswechsel von einer Benutzereingabevorrichtung aus wählt. Der erweiterte Modus kann, wie nachstehend gezeigt wird, dynamisch stabiler sein als irgendwelche anderen Modi der Transportvorrichtung. Damit kann die Transportvorrichtung automatisch in den erweiterten Modus eintreten, wenn die Steuereinheit ermittelt, dass die Transportvorrichtung in ihrem momentanen Betriebsmodus instabil geworden ist.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann das automatische Eintreten in den erweiterten Modus verhindert werden, wenn die Baugruppe im wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Das Austreten aus dem erweiterten Modus kann zu fast jeder Zeit durchgeführt werden, wenn nicht irgendein Parameter der momentanen Ausrichtung der Transportvorrichtung so ist, dass die Transportvorrichtung instabil werden würde, wenn ein Moduswechsel erfolgt.
Wie auch nachstehend erörtert wird, kann der erweiterte Modus eine Vielzahl von Untermodi umfassen, von denen er automatisch umschaltet. Zusätzlich kann der erweiterte Modus zwischen den Untermodi aufgrund der Steuerschaltungs- und Verstärkungs-Planungssysteme und – Verfahren auf gleichmäßige und wirkungsvolle Weise schalten.
7A zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer Transportvorrichtung 700, die im erweiterten Modus arbeiten kann. Man beachte, dass die Transportvorrichtung 700 nur als Beispiel angegeben ist und in keiner Weise dazu dient, die Anwendung des Betriebs bzw. Vorgangs eines erweiterten Modus wie hierin beschrieben einzuschränken.
Die Transportvorrichtung 700 kann eine Plattform 702 beinhalten. Wie vorstehend erörtert wurde, kann diese Plattform 702 eine stuhlartige Plattform wie in 2A gezeigt sein oder wahlweise eine Plattform, auf welcher der Benutzer steht, wie in 3 gezeigt. Die Beschreibung der relativen Winkel der Transportvorrichtung im erweiterten Modus ist jedoch gleichermaßen auf beide Konfigurationen und auch auf andere Konfigurationen anwendbar. Zu Zwecken der folgenden Diskussion gilt, dass jegliche Winkel in 7A so gemessen werden, dass ein Winkel, der durch einen rechtsläufigen Pfeil dargestellt wird, einen positiven Wert erhält und jeder Winkel, der durch einen linksläufigen Pfeil dargestellt wird, einen negativen Wert erhält. Der Winkel, der als φ_c angezeigt wird (Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft), ist beispielsweise ein positiver Winkel, und der Winkel, der mit θ₃ bezeichnet wird ist ein negativer Winkel.
Der Schwerpunkt 704 stellt den Schwerpunkt des gesamten Systems dar. Das schließt die Transportvorrichtung 700, den Benutzer (nicht gezeigt) und jede Nutzlast ein, die der Benutzer möglicherweise trägt (ebenfalls nicht gezeigt). Wieder sollte beachtet werden, dass der Schwerpunkt nur als ein Beispiel eines Parameters der Transportvorrichtung angegeben ist, der abgeschätzt und/oder untersucht werden kann, um die Stabilität der Transportvorrichtung zu bestimmen.
Die Steuersignale, die von der Steuereinheit 706 bereitgestellt werden, versuchen den Schwerpunkt 704 über der Standfläche der Transporvorrichtung 700 zu halten. Wiederum kann die Standfläche der Vorrichtung so definiert werden, dass sie sich zwischen den Endpunkten der Baugruppe befindet und noch mehr bevorzugt zwischen den Querachsen 708 und 710 der Vorder- 712 und Hinterräder 714. Diese Räder können an der Baugruppe 716 befestigt sein und Teil derselben sein. In einer Ausführungsform bleibt der Schwerpunkt im erweiterten Modus über einem Mittelpunkt 718 der Baugruppe 716.
Die Plattform 702 kann von einem Plattformträger 720 gestützt werden. Die Plattformhöhe (H) wie hierin verwendet soll den Abstand zwischen dem Boden der Plattform 702 und dem Ort bezeichnen, an dem der Sitzträger 720 mit der Baugruppe 716 verbunden ist.
Durch Verändern des Winkels θ_h zwischen dem oberen Teil 722 und dem unteren Teil 720 des Plattformträgers kann die Sitzhöhe H eingestellt werden. Ein Motor kann am Drehpunkt 728 inbegriffen sein, wo der obere Teil 722 und der untere Teil 724 drehbar miteinander verbunden sind. Dieser Motor kann aufgrund der Sitzhöhebefehle eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Winkels θ_h zwischen dem oberen Teil 722 und dem unteren Teil 724 verursachen. Dies ist vorteilhaft, da es dem Benutzer gestattet, mit einem stehenden Menschen bis auf Augenhöhe aufzusteigen (oder näher daran zu sein). In einer Ausführungsform können die Plattform 726 und der obere Teil 722 auch einen Motor beinhalten, der einen Winkel θ_s so einstellt, dass der Boden der Plattform 702 im wesentlichen horizontal bleibt, unabhängig von der Ausrichtung des oberen Teils 722.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 9–11 und der zugehörigen Diskussion in US-Patent No. 5791425 offenbart, welches hiermit durch Bezugnahme enthalten ist, kann der Plattformhalter 720 einen Gelenkarm sein, der obere und untere Teile hat, die in Bezug aufeinander und auf die Plattform eingestellt werden können. Die Einstellungen können durch motorisierte Antriebe ausgeführt werden, die sich an den Berührungsdrehpunkten 726, 728 und 730 befinden (wobei der untere Teil 724 drehbar mit der Baugruppe 716 verbunden sein kann). Die motorisierten Antriebe können miteinander verbunden sein (zum Beispiel durch Riemen), so dass ein Positionswechsel in einem Motor, der am Drehpunkt 728 zwischen den oberen und unteren Teilen verbunden ist, eine entsprechende Änderung des Winkels θ_s zwischen der Plattform 702 und dem oberen Teil 722 verursacht, so dass der Boden der Plattform 702 im wesentlichen horizontal bleibt.
Der Grund dafür, dass die Sitzhöhe wichtig für den Betrieb der Transportvorrichtung für Menschen 700 ist, ist mindestens zweigeteilt. Erstens kann die Sitzhöhe H verwendet werden, um den Schwerpunkt 704 des gesamten Systems abzuschätzen. Zusätzlich kann die Sitzhöhe beeinflussen, wie schnell der Schwerpunkt sich in Bezug auf eine durch die Schwerkraft (g) festgelegte vertikale Achse bewegt. Wenn der Sitz höher ist, kann der Schwerpunkt sich als Reaktion auf eine Störung langsamer bewegen. Daher kann die Sitzhöhe eine Größe sein, die bei der Steuerung der dynamischen Stabilisierung der Transportvorrichtung berücksichtigt wird. Beispielsweise kann die Sitzhöhe eine Eingabe sein, die die Größe von bestimmten Verstärkungskoeffizienten (untenstehend erörtert) beeinflusst, welche verwendet werden, um die Transportvorrichtung zu steuern und andererseits zu stabilisieren.
Der Betrag, um den der Schwerpunkt 704 von einer vertikalen Achse, die durch die Baugruppe 716 geht, versetzt ist, soll hierin als „Rahmenneigung" bezeichnet werden und wird in 7A mit θ₁ gekennzeichnet. Diese Rahmenneigung kann eine „Dreh"neigung sein, die auf einem Winkelversatz beruht. Wie gezeigt geht die vertikale Achse durch einen Mittelpunkt 718 der Baugruppe 718. Es sollte jedoch beachtet werden, dass im erweiterten Modus die vertikale Achse durch jeden Teil der Baugruppe gehen kann, der zwischen den Querachsen liegt, die durch die Mitte von entweder dem Rad 714 oder dem Rad 712 gehen (z.B. die Standfläche). In diesem Fall, in dem es erwünscht ist, dass die Achse durch einen Teil der Baugruppe 716 geht, der nicht durch den Mittelpunkt 718 geht, können die nachstehend besprochenen Stabilisierungssteuerungsvorgänge verändert werden, um die Entfernung vom Mittelpunkt 718 der Baugruppe 716 zu berücksichtigen, in der die vertikale Achse durch die Baugruppe 716 geht.
Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass das Steuerziel, den Schwerpunkt über den Mittelpunkt 718 der Baugruppe 716 zu verlegen, möglicherweise nicht auf andere Betriebsmodi der Transportvorrichtung anwendbar ist. Beispielsweise kann im Gleichgewichtsmodus das Steuerziel sein, den Schwerpunkt 704 in einem geeigneten Verhältnis über einer Querachse zu halten, die durch eines der Räder der Baugruppe 716 geht.
Wie vorstehend erörtert, kann die Schwerpunktslage 704 auf einer Näherung beruhen, die sich auf die Sitzhöhe stützt. Die Schwerpunktslage 704 kann auch auf der Grundlage der Rate bestimmt werden, mit der sich die Plattform in Bezug auf die Schwerkraft bewegt. Diese Rate wird hierin als Neigungsrate bezeichnet. Beispielsweise können an der Transportvorrichtung 700 angebrachte Bewegungssensoren (nicht gezeigt) erfassen, dass das System sich mit einer hohen Geschwindigkeit nach vorne neigt. Diese Bewegung wird den Schwerpunkt 704 in manchen Fällen so verlagern, dass er außerhalb der Standfläche der Transportvorrichtung 700 liegt. Daher muß die Standfläche der Vorrichtung eventuell mit Bezug auf die Oberfläche in die Richtung der Neigungsrate bewegt werden, so dass die Standfläche unter dem Schwerpunkt 704 bleibt.
7A zeigt auch eine Steuereinheit 706. Der Betrieb der Steuereinheit 706 wird nachstehend erörtert. Die Steuereinheit 706 kann verschiedene Bewegungssensoren umfassen, die beispielsweise die Neigungsrate des Systems ermitteln. Die Sensoren sind nicht auf einen bestimmten Sensortyp beschränkt und könnten zum Beispiel ein Beschleunigungsmesser, ein Ortssensor, ein „Niveau"-Sensor und ähnliches sein. Wie man leicht erkennt, kann die Neigungsrate empirisch durch Differenzieren der gemessenen oder geschätzten Rahmenneigung θ₁ nach der Zeit bestimmt werden. Die Steuereinheit 706 kann auch verschiedene Hardware und Software umfassen, die die an den Rädern 712 und 714 befestigten Motoren sowie einen an der Baugruppe 716 befestigten Motor steuert. Zusätzlich kann die Steuereinheit 706 auch verschiedene unten besprochene Regelkreise enthalten, die zur Stabilisierung der Transportvorrichtung 700 dienen können.
In einer Ausführungsform kann die Baugruppe 716 an der Steuereinheit 706 drehbar befestigt sein. Daher bewirkt eine Veränderung der Winkelausrichtung der Baugruppe 716 in Bezug auf die Vertikale möglicherweise nicht dieselbe Änderung der Ausrichtung der Steuereinheit 706. Die Differenz zwischen dem Winkel, um den die Spitze der Steuereinheit 706 von der Horizontalen versetzt ist (als Kontrollerwinkel θ_e bezeichnet) und dem Winkel, um den die Baugruppe 716 von der Vertikalen versetzt ist (φ_c, was die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft darstellt) soll hierein als die relative Baugruppenposition bezeichnet werden und ist als Winkel θ_c gekennzeichnet. Der Winkel θ_c stellt die Winkelausrichtung der Oberseite der Steuereinheit 706 in Bezug auf den Schwerpunkt 704 dar.
Wiederum ist der allgemeine Zweck des erweiterten Modus, zu versuchen, den Schwerpunkt 704 an eine Stelle zu bringen, die relativ innerhalb der Standfläche der Transportvorrichtung 700 liegt. In manchen Ausführungsformen kann der erweitere Modus versuchen, den Schwerpunkt 704 über den Mittelpunkt 718 der Baugruppe 716 zu bringen. Diese Ausführungsform kann allgemein als Stabilisierung betrachtet werden, die versucht, alle vier Räder der Transportvorrichtung 700 auf den Boden zu bringen, wobei sich der Schwerpunkt senkrecht über dem Mittelpunkt 718 der Baugruppe 716 befindet. Wenn diese Bedingung erfüllt wird, befindet sich die Transportvorrichtung 700 in einer im wesentlichen stabilisierten Position. Zusätzlich kann es vorgezogen werden, den Boden der Plattform 702 im wesentlichen parallel zur Horizontalen zu halten. Wenn der Boden der Plattform 702 im wesentlichen parallel zur Horizontalen ist, kann der Benutzer sich stabiler und daher wohler fühlen.
Eine Längsachse 740 der Baugruppe 716 wird gezeigt, die um einen Winkel von der Horizontalen versetzt ist. Der Boden der Plattform 702 bleibt jedoch im wesentlichen parallel zur Horizontalen. Dieser Zustand kann zum Beispiel auftreten, wenn die Transportvorrichtung eine geneigte Ebene überquert. Um den Schwerpunkt 704 innerhalb der Standfläche der Transportvorrichtung 700 zu halten, muss der Winkel zwischen der Baugruppe 716 und dem unteren Teil 724 verkleinert werden. Diese Verkleinerung kann durch einen Motor erreicht werden, der mit dem Drehpunkt 730 verbunden ist, der die Baugruppe 716 gegen den Uhrzeigersinn dreht und den unteren Teil 724 nach vorne zwingt.
Wie vorstehend erörtert kann unter gewissen Umständen das alleinige Bereitstellen von Baugruppenstabilisierungsprozeduren die Transportvorrichtung nicht wirksam im Gleichgewicht halten, wenn der Baugruppenversatz von der Vertikalen (d.h. φ_c = 0) zu klein wird. In manchen Ausführungsformen ist es auch möglich, das Gleichgewicht zu halten, indem man die Rotation der Räder nutzt, um dabei zu helfen, den Schwerpunkt über (oder in einem angemessenen Verhältnis zu) der Standfläche der Vorrichtung zu halten. Zusätzlich wurde festgestellt, dass das balancieren auf zwei Rädern die Verwendbarkeit der Transportvorrichtung verringern kann. Beispielsweise kann es beim Balancieren auf nur zwei Rädern schwer sein, unebene Oberflächen zu überwinden. Um zum Beispiel einen Randstein mit einer solchen Zweiradvorrichtung aufzusteigen und zu überqueren, kann das Drehmoment, das auf die Räder angebracht werden muss, um die Transportvorrichtung im wesentlichen direkt nach oben zu heben, übermäßig groß sein. Wenn das gesamte Drehmoment darauf verwendet wird, die Räder eine senkrechte Oberfläche hinauf anzuheben, kann die Steuerung, die benötigt wird, um die Transportvorrichtung ein einer im wesentlichen vertikalen Lage zu halten, ernsthaft eingeschränkt sein.
Der erweitere Modus kann sich gemäß manchen Ausführungsformen diesen Problemen widmen. Der erweiterte Modus nutzt Teile beider Radgleichgewichts-Techniken sowie Baugruppen-Gleichgewichtstechniken, um den Schwerpunkt senkrecht über dem Bereich zu halten, der die Standfläche der Transportvorrichtung festlegt. Die Verwendung von sowohl Baugruppen- als auch Radgleichgewichtsalgorithmen bietet eine schon in sich stabilere Transportvorrichtung als der Stand der Technik, wenn die Transportvorrichtung ungleichmäßige Oberflächen überquert.
In einer Ausführungsform kann dieser neue erweiterte Modus mehrere Untermodi umfassen. Beispielsweise kann ein erweiterter Modus einen Rad-PD (proportional derivative, Proportionale Ableitung)-Modus umfassen, einen Rad-POC-Modus (Pendulum on a cart, Pendel am Wagen) und einen Rad-Gleichgewichts-Modus (die als Bezeichnungen verwendeten Namen sind nicht als beschränkend oder beschreibend gedacht.). Jeder dieser verschiedenen Untermodi ist unter unterschiedlichen Umständen anwendbar. In einer Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung zwischen diesen Untermodi wechseln, abhängig von den momentanen Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung.
Nach Vorgabe dieser Zielsetzungen und der Parameter (d.h. Winkel), die in Bezug auf 7A festgelegt sind, kann die Steuereinheit die Transportvorrichtung stabilisieren, während sie viele verschiedene Arten von Oberflächen überquert. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit einen oder mehrere Regelkreise beinhalten, die Verstärkungskoeffizienten umsetzen, um dabei zu helfen, die Transportvorrichtung zu stabilisieren. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit verschiedene Steuerarchitekturen für jeden Modus enthalten.
8 ist ein Beispiel eines Regelkreises 800, der in der vorliegenden Erfindung implementiert sein kann. Der Regelkreis 800 kann eine Anlage 802 beinhalten, die beispielsweise einen Motor und eine Vielzahl von Sensoren beinhalten kann, die verschiedene Parameter der Transportvorrichtung überwachen. Zumindest einer, und in manchen Fällen mehrere, Parameter können von der Anlage 802 in den Regelkreis 800 zurückgekoppelt werden. Beispielsweise können die Rahmenneigung 804 und die Neigungsrate 806 einer Transportvorrichtung für Menschen zurückgekoppelt werden. Jeder der Parameter kann mit einem Verstärkungskoeffizient multipliziert werden (z.B. Verstärkungskoeffizienten 808a und 808b), um ein Steuersignal (die Ausgabe des Addierers 810) zu erzeugen, das schlussendlich wieder in die Anlage eingebracht wird. Je höher der Wert des Koeffizienten ist, mit dem ein gegebener Parameter multipliziert wird, desto stärker beeinflusst der Parameter den Wert des Steuersignals. Weitere Beispiele von Regelkreisen, die auf eine Transportvorrichtung angewendet werden können, sind nachstehend genauer beschrieben (20 und 21).
Wieder unter Bezug auf sowohl 7A als auch 7B kann ein Weg, den Betrieb der Transportvorrichtung zu modellieren sein, das System als umgekehrtes Pendel zu modellieren, welches am Baugruppendrehpunkt 730 drehbar gelagert ist. Natürlich kann das System auf verschiedene andere Arten modellhaft dargestellt werden. Die Gesamtenergie (E) (potentielle und kinetische Energie eingeschlossen) des Systems kann ausgedrückt werden als: E = 1/2J(θ1')2 – mgL1(1 – cos θ1)wobei J die Trägheit des Rahmens (bestehend aus der Transportvorrichtung, dem Benutzer, und jeglicher Last) ist, θ₁ die Rahmenneigung, θ₁' die Neigungsrate (die Ableitung von θ₁ nach der Zeit), m ist die Masse des Systems, g ist die Schwerkraft, L₁ ist der Abstand vom Schwerpunkt 704 zum Baugruppendrehpunkt 730 (man beachte, dass L₁ von der Plattformhöhe H abhängt). Diese Formel kann durch Verwendung der Näherung für kleine Winkel für den Cosinus vereinfacht werden zu: E = 1/2J(θ1')2 – mgL1 θ1 2
Die Transportvorrichtung 700 ist am stabilsten, wenn die Gesamtenergie gleich Null ist. Dies kann in mindestens zwei Fällen auftreten. In einem ersten Fall sind die Rahmenneigung θ₁ und die Neigungsrate θ₁' gleich Null. In diesem Fall kann die Transportvorrichtung 700 völlig stillstehen. In einem weiteren Fall kann die Neigungsrate θ₁ negativ sein (7B) während sich der Schwerpunkt 704 vorwärts bewegt. Wenn der Schwerpunkt sich mit einer Neigungsrate θ₁' vorwärts bewegt, die ausreichend ist, um der Rahmenneigung θ₁ entgegenzuwirken, dann kann die Gesamtenergie wieder auf Null gebracht werden. Daher ist es wünschenswert, das Verhältnis zwischen der Rahmenneigung θ₁ und der Neigungsrate θ₁' so festzulegen, dass die obige Gleichung gleich Null ist. Wenn die vorstehende vereinfachte Energiegleichung Null gesetzt wird, kann die folgende Gleichung abgeleitet werden: θ1' + θ1(mgL1/J)1/2 = 0
Diese Gleichung kann in einem von zwei Fällen Null ergeben. Einer ist, wenn der Neigungsterm θ₁(mgL₁/J)^1/2 zu θ₁' addiert wird, und der andere ist, wenn der Neigungsterm von θ₁' abgezogen wird. Die positive Lösung zeigt an, dass die Transportvorrichtung sich zurück zur vertikalen bewegt, und die negative Lösung zeigt an, dass die Maschine weiter umfällt, auch wenn die Gesamtenergie gleich Null bleibt. Daher wird die positive Lösung ausgewählt, um einen Gleichgewichtsindikator q₀ zu bestimmen, der durch die folgende Gleichung definiert sein kann: Q0 = θ1'+ ωn θ1 wobei ω_n gleich der Eigenfrequenz eines umgekehrten Pendels, (mgL₁/J)^1/2, ist. Es ist aus dem vorhergehenden offensichtlich, dass das System ausgeglichen ist, wenn q₀ = 0. Abweichungen, entweder über oder unter null, deuten an, dass die Transportvorrichtung nicht vollständig im Gleichgewicht ist und dass verschiedene Korrekturen angewendet werden sollten. Der Wert von q₀ kann, wie nachstehend erörtert, als ein Wert verwendet werden, der bewirkt, dass die Transportvorrichtung zwischen verschiedenen Modi im erweiterten Modus wechselt. Natürlich könnten andere Werte als q₀ verwendet werden, abhängig davon, wie die Transportvorrichtung modellhaft dargestellt wird.
Der erweiterte Modus
Wieder ist ein Betriebsmodus einer Transportvorrichtung ein „erweiterter Modus". Der erweiterte Modus kann (muss aber nicht) angewendet werden, um die Fähigkeit zum Überqueren von ungleichmäßigem Gelände wie Rampen, Kies und Bordsteinen zu verbessern. Die Baugruppe und die Räder werden zusammen verwendet, um dynamische Stabilität zu bieten. Der erweiterte Modus kann auch als ein (oder anstelle von einem) Verfahren verwendet werden, um zu versuchen, dynamische Stabilität wiederzuerlangen, wenn der Gleichgewichtsmodus aus irgendeinem Grund nicht in der Lage ist, die Stabilität aufrechtzuerhalten (d.h. Verlust der Traktion, Unfähigkeit der Räder, sich zu drehen, etc.)
Abhängig von verschiedenen Bedingungen der Transportvorrichtung müssen möglicherweise verschiedene Untermodi innerhalb des erweiterten Modus implementiert werden. Diese Untermodi werden hierin wie folgt bezeichnet.
Der erste Untermodus wird als Rad-PD-Modus bezeichnet. Rad-PD ist ein Modus, der auf Benutzerbefehle zur Fortbewegung reagiert und der statisch stabil ist, und leichte Änderungen in der überquerten Oberfläche bewältigen kann. Im Rad-PD-Modus kann die Transportvorrichtungen Benutzerbefehlen genau folgen. In manchen Ausführungsformen kann dies den Benutzern gestatten, auf Rampen zu fahren, sich auf der Stelle zu drehen und über verschiedene Hindernisse, wie kleine Unebenheiten, zu fahren. Der Rad-PD-Controller kann dadurch typisiert werden, dass die Transportvorrichtung im Rad-PD-Modus sehr leicht auf Benutzereingaben reagiert. Das ermöglicht dem Benutzer eine hohe Kontrolle der Fortbewegung der Transportvorrichtung. In einer Ausführungsform kann dies erreicht werden, indem ein hoher Verstärkungswert auf Benutzereingabebefehle angewendet wird, die an die Räder übertragen werden. Der auf die Benutzerbefehle angewandte hohe Verstärkungsgrad kann ein maximales Drehmoment für die Räder bereitstellen. Aufgrund dieser inhärenten Steifigkeit der Radverstärkungen können jedoch plötzliche Veränderungen der Radbeschleunigung (d.h. ein schneller Start oder ein schneller Stopp) dazu führen, dass der Schwerpunkt sich nach vorne oder hinten neigt. Das kann zur Folge haben, dass die Baugruppe ein Räderpaar vom Boden abhebt, während sie versucht, ein korrigierendes Drehmoment auf das System anzuwenden, indem die Baugruppe sich dreht. Wenn ein solches Drehmoment aufgebracht wird, ist der Rad-PD-Modus vermutlich nicht zweckmäßig. Daher kann die Vorrichtung in einen zweiten Modus schalten, den Rad-POC-Modus.
Das Ziel des Rad-POC-Modus ist es, die Transportvorrichtung so zu stabilisieren, dass alle vier Räder auf dem Boden sind und sich der Schwerpunkt über der Baugruppe zwischen den beiden Endpunkten der Baugruppe befindet. In diesem Modus werden sowohl die Räder als auch die Baugruppen verwendet bei einem Versuch, den Schwerpunkt an eine Sollposition innerhalb der Standfläche zu bringen. In diesem Modus verwenden die Räder Neigungsinformationen, um den Schwerpunkt auf eine Position über der Standfläche zu bewegen. Das Anweisen der Räder derart, dass der Schwerpunkt über dem Baugruppengelenk mittig ausgerichtet wird, kann zeitweise unvereinbar mit den vom Benutzer gegebenen Befehlen sein. Um dies zu erreichen, verleiht die Verstärkung oder Architektur, die von der Steuereinheit genutzt wird, im Rad-POC-Untermodus den Neigungs- und Ratensignalen mehr Einfluss, während den Benutzerbefehlen weniger Einfluss verliehen wird. Im allgemeinen kann der Rad-POC-Untermodus nur ins Spiel kommen, wenn die Stabilität der Transportvorrichtung gefährdet ist. Eine gefährdete Stabilität kann beispielsweise auftreten, wenn man über große Hindernisse oder sehr unebene Oberflächen fährt.
Wie ein Fachmann leicht einsieht, kann die Drehung einer Baugruppe allein nur wirksam für die Stabilisierung der Transportvorrichtung sein, wenn der Schwerpunkt im wesentlichen zwischen den Endpunkten der Baugruppe zentriert ist. Sobald der Neigungsfehler (d.h. der Betrag, um den der Schwerpunkt von einem im wesentlichen in der Mitte der Baugruppe befindlichen Ort versetzt ist) groß genug ist, um den Schwerpunkt über einen Radsatz zu verlagern, ist die Baugruppe weniger wirkungsvoll, und die Räder müssen möglicherweise als Hauptmittel zur Stabilisierung verwendet werden. Daher beinhaltet der erweiterte Modus auch einen dritten Untermodus, der als Rad-Gleichgewichts-Untermodus bezeichnet wird. Das Ziel des Rad-Gleichgewichts-Untermodus ist einerseits, die Transportvorrichtung für den Fall von großen Neigungsstörungen zu stabilisieren und andererseits den Schwerpunkt und die Baugruppe zurück zu einer Ausrichtung zu bringen, in der entweder der Rad-PD- oder der Rad-POC-Unternodus wirksam sind. Wie oben besprochen, können Rad-PD- und Rad-POC-Modus wirkungsvoller sein, wenn die Baugruppe fast horizontal ist. Rad-Gleichgewicht kann ähnlich zum Gleichgewichtsmodus im Radbetrieb sein, beinhaltet aber auch die Fähigkeit zum Drehen der Baugruppe.
Jeder der oben aufgezeigten Modi kann in einem einzelnen, in der Steuereinheit enthaltenen Regelkreis implementiert sein. Abhängig davon, in welchem Untermodus des erweiterten Modus die Transportvorrichtung momentan arbeitet, werden verschiedene Verstärkungskoeffizienten auf den Regelkreis angewendet, um die oben festgelegten Auswirkungen zu erreichen. Die Verstärkungen für jeden Untermodus können zum Beispiel den Grad, mit dem der Benutzer die Transportvorrichtung steuern kann und den Grad, mit dem die Transportvorrichtung sich selbst dynamisch stabilisiert, verändern. Außerdem kann jeder Untermodus als getrennte Steuerarchitektur implementiert werden.
Wie oben erwähnt kann die Steuereinheit der Transportvorrichtung verschiedene Verstärkungen oder Steuerarchitekturen in einem Regelkreis implementieren, um die Transportvorrichtung im erweiterten Modus zu steuern und zu stabilisieren. Um zu wissen, wann zwischen den Untermodi des erweiterten Modus umgeschaltet werden soll (und damit, wann die Verstärkungen oder Steuerarchitekturen in geeigneten Ausführungsformen umgeschaltet werden sollen), sollten einige grundlegende Schaltkriterien festgelegt werden. In manchen Ausführungsformen kann die oben diskutierte Größe q₀ als Maß dafür verwendet werden, zu entscheiden, wann zwischen Modi umgeschaltet werden soll. Beispielsweise kann q₀ genutzt werden, um zwischen Rad-PD und Rad-POC zu schalten. Zusätzlich kann auch der Wert φ_c (Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft) verwendet werden, um von Rad-PD oder Rad-POC in den Rad-Gleichgewichtsmodus zu schalten. (Natürlich können zusätzlich oder anstatt dessen in anderen Ausführungsformen andere Parameter verwendet werden.) Das Schalten zwischen verschiedenen Modi im erweiterten Modus kann von der Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft, φ_c, abhängen. 9 zeigt eine graphische Darstellung 900 von verschiedenen Werten von φ_c. Wiederum stellt φ_c die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft dar und wird so gemessen, dass eine senkrechte Baugruppenposition ein φ_c gleich null ergibt, und eine horizontale Baugruppenposition ein φ_c von 90 Grad ergibt. In der graphischen Darstellung in 9 entspricht die vertikale Achse 902 φ_c gleich null Grad, und die horizontale Achse entspricht φ_c gleich 90 Grad. In dieser Ausführungsform kann die Transportvorrichtung entweder in Rad-POC oder Rad-PC bleiben, wenn der Winkel φ_c nahe an 90 Grad ist.
Wie in 9 gezeigt ist der Bereich, in dem die Transportvorrichtung entweder in Rad-POC oder Rad-PD bleibt, der Bereich, der zwischen der horizontalen Achse 904 und dem Strahl 908 liegt. Wenn der Baugruppenwinkel in Bezug auf die Schwerkraft φ_c unterhalb des Strahls 908 bleibt, kann die Transportvorrichtung entweder in Rad-POC oder Rad-PD bleiben. Wenn φ_c über einen Wert steigt, der durch Strahl 910 dargestellt wird, wechselt die Transportvorrichtung in den Radgleichgewichtsmodus bzw. bleibt darin. Das heißt, solange φ_c im Bereich 912 zwischen der vertikalen Achse 902 und dem Strahl 910 bleibt, wird die Transportvorrichtung im Radgleichgewichtsmodus bleiben. Es gibt jedoch einen Bereich 914 zwischen den Strahlen 910 und 908, wo der geeignete Betriebsmodus für diese Ausführungsform schwieriger auszuwählen ist. In diesem Bereich 914 können verschiedene andere Faktoren in Betracht gezogen werden, um zu bestimmen, ob die Transportvorrichtung im Radgleichgewichtsmodus oder in einem der anderen Modi sein sollte. Wenn der Schwerpunkt, wie durch Rahmenwinkel und Neigungsrate ermittelt werden kann, sich der Standfläche der Vorrichtung nähert oder darüber ist, sollte die Transportvorrichtung entweder in Rad-PD oder Rad-POC überwechseln. Wenn der Schwerpunkt jedoch im wesentlichen über einem der bodenberührenden Teile ist, sollte die Transportvorrichtung in den Radgleichgewichtsmodus überwechseln. Beispielhafte Winkelwerte für die Lage der Strahlen 910 bzw. 908 können 30° und 60° sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Übergang von Rad-PD in Rad-POC und zurück auf der Grundlage eines Steuerschaltwerts σ bestimmt werden. σ kann in Bezug auf q₀ so definiert werden, dass σ = |φc'| + A1|LPF(q0)|wobei A₁ eine Skalierungskonstante ist, und LPF(q₀) ist die Ausgabe eines Tiefpassfilters erster Ordnung, dem ein Eingangssignal q₀ bereitgestellt wird. φ_c' kann einen groben Hinweis auf die Ebenheit der überquerten Oberfläche geben. Beispielsweise wird der Betrag von φ_c' auf unebenen Oberflächen aufgrund von schnellen Änderungen der Baugruppenrichtung groß sein. Ebenso wird der Betrag von φ_c' auf ebenen Oberflächen kleiner sein. Es wurde empirisch ermittelt, dass ein Wert von A₁ gleich 1.66 ein wirkungsvoller Wert für manche Ausführungsformen ist.
Um ein „Springen" (chattering) zwischen Modi zu verhindern, kann eine hystereseartige Bestimmung beim Umschalten der Modi vorgenommen werden. Wenn beispielsweise σ größer oder gleich einem Eintrittswert (z.B. 1) ist, tritt die Transportvorrichtung in den Rad-POC-Modus ein. Die Transportvorrichtung wird im Rad-POC-Modus bleiben, bis der Wert von σ auf oder unter einen Austrittswert (z.B. 0.5) fällt, woraufhin die Transportvorrichtung in den Rad-PD-Modus wechselt. Selbstverständlich können die Eintritts- und Austrittswerte davon abweichen, je nach den Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung.
10 zeigt ein Datenflussdiagramm einer Ausführungsform, mittels dem der Wert von σ bestimmt werden kann. Die Eingaben von außen sind die im Datenblock 1002 enthaltene Neigungsrate (θ₁'), die im Datenblock 1004 enthaltene Rahmenneigung θ₁ und die in Datenblock 1006 enthaltene Baugruppengeschwindigkeit in Bezug auf die Schwerkraft, φ_c'. Die Rahmenneigung θ₁ wird mit der Eigenfrequenz eines umgekehrten Pendels, ω_n, in Block 1006 multipliziert. Die Ausgabe von Block 1006 wird zu der vom Datenblock 1002 erhaltenen Neigungsrate am Summationsblock 1008 addiert. Die Ausgabe des Summationsblocks ist q₀. Der Wert q₀ wird dann bei Block 1010 durch einen Tiefpassfilter q₀ geleitet. Der absolute Wert des tiefpassgefilterten Signals q₀ wird dann von Block 1012 bestimmt. Die Ausgabe von Block 1012 wird dann beim Addierer 1016 zur Baugruppengeschwindigkeit φ_c' aus Datenblock 1006 addiert, nachdem sie bei Block 1014 durch einen Tiefpassfilter geschickt wurde und der absolute Wert bestimmt wurde (Block 1020). Die Ausgabe des Addierers 1016 wird dann durch den Tiefpassfilter 1018 geschickt, und die Ausgabe des Tiefpassfilters 1018 ist der Wert von σ gemäß der vorstehend beschriebenen Gleichung.
11 zeigt eine Ausführungsform eines Flussdiagramms eines Verfahrens um zu bestimmen, wann zwischen Untermodi des erweiterten Modus gewechselt werden soll, auf der Grundlage (in dieser Ausführungsform) von φ_c und σ. Natürlich könnten andere Schaltkriterien verwendet werden, abhängig davon, wie die Transportvorrichtung modellhaft dargestellt wird. Der Vorgang beginnt bei Block 1102, wo die momentanen Werte von φ_c und σ empfangen werden. Bei Block 1104 wird bestimmt, ob φ_c kleiner ist als WB_on. Die Variable WB_on stellt den Winkelwert für φ_c dar, unterhalb dessen die Transportvorrichtung immer im Radgleichgewichtsmodus bleiben sollte. Dies wird in 9 als der Bereich 912 zwischen Strahl 910 und der vertikalen Achse 902 gezeigt.
Wenn φ_c kleiner ist als WB_on, dann wird bei Block 1106 ermittelt, ob die Transportvorrichtung gegenwärtig im Radgleichgewichtsmodus ist. Wenn die Transportvorrichtung gegenwärtig im Radgleichgewichtsmodus ist, dann ist keine weitere Bearbeitung erforderlich und der Vorgang geht zurück zu Block 1102. Wenn jedoch die Transportvorrichtung nicht im Radgleichgewichtsmodus ist, dann wird bei Block 1108 die Transportvorrichtung in den Radgleichgewichtsmodus versetzt und der Vorgang geht zurück zu Block 1102.
Wenn φ_c nicht kleiner ist als WB_on , dann wird bei Block 1110 ermittelt, ob φ_c größer ist als WB_off oder nicht. Der Wert von WB_off ist der Wert von θ_c, unterhalb dessen die Transportvorrichtung entweder im Rad-POC-Modus oder im Rad-PD-Modus sein sollte. WB_off wird in 9 als Strahl 908 dargestellt. Wenn φ_c größer ist als WB_off, dann wechselt die Bearbeitung zum RadPD/RadPOC-Hysterese-Verarbeitungsabschnitt 1112. Wenn φ_c nicht größer ist als WB_off, dann ist bekannt, dass der Wert von φ_c im Bereich zwischen den Strahlen 910 und 908 von 9 (z.B. Bereich 914) liegt. Wie vorstehend besprochen, sollte die Transportvorrichtung in diesem Bereich in den Rad-Gleichgewichtsmodus wechseln, wenn der Schwerpunkt nahe einer Achse von einem der Räder der Baugruppe ist. Daher wird bei Block 1114 ermittelt, ob der Schwerpunkt in der Nähe einer Radachse liegt. Wenn der Schwerpunkt in der Nähe einer der Radachsen liegt, dann wird die Transportvorrichtung bei Block 1116 in den Radgleichgewichtsmodus überführt und die Bearbeitung kehrt zu Block 1102 zurück. Wenn jedoch der Schwerpunkt nicht in der Nähe einer der Radachsen liegt, tritt die Bearbeitung in den RadPD/RadPOC-Hysterese-Bearbeitungsabschnitt 1112 ein. Die Schwerpunktslage ist, wie oben erörtert, eine zweckmäßige Größe, um in Betracht gezogen zu werden, um zu bestimmen, wann Modi geschaltet werden sollen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der Schwerpunkt tatsächlich ein nur geschätzter Ort sein kann, der auf Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung beruht. Beispielsweise kann der Schwerpunkt eine Darstellung von sowohl der Rahmenneigung als auch/oder der Neigungsrate der Transportvorrichtung sein. Diese Größen (wie auch andere) können von Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungssensoren abgeleitet werden, die in der Transportvorrichtung enthalten sein können.
Der Hystereseverarbeitungsblock 1112 führt die oben beschriebenen Funktionen in Bezug auf das Wechseln zwischen Rad-POC und Rad-PD auf der Grundlage des Werts von σ aus. Innerhalb von Block 1112 wird zunächst bei Block 1118 ermittelt, ob die Transportvorrichtung gegenwärtig im Rad-POC-Modus ist. Wenn die Transportvorrichtung im Rad-POC-Modus ist, dann wird bei Block 1120 bestimmt, ob σ größer als 0.5 ist. Da bereits ermittelt wurde, dass die Transportvorrichtung schon im Rad-POC-Modus ist, muss der Wert von σ unter 0.5 fallen, um in den Rad-PD-Modus überzutreten. Daher sollte die Transportvorrichtung im Rad-POC-Modus bleiben und die Verarbeitung kehrt zu Block 1102 zurück, falls bei Block 1120 ermittelt wird, dass σ größer als 0.5 ist. Wenn σ jedoch unter 0.5 gefallen ist, dann wird die Transportvorrichtung bei Block 1122 in den Rad-PD-Modus überführt, und die Verarbeitung kehrt dann zu Block 1102 zurück.
Wenn bei Block 1118 ermittelt wurde, dass die Transportvorrichtung gegenwärtig nicht im Rad-POC-Modus war, dann sollte die Transportvorrichtung, wenn bei Block 1124 ermittelt wurde, dass σ nicht über 1 gestiegen ist, im Rad-PD-Modus bleiben und die Verarbeitung kehrt zu Block 1102 zurück. Wenn jedoch σ über 1 gestiegen ist, dann wird die Transportvorrichtung bei Block 1126 in den Rad-POC-Modus überführt und die Verarbeitung kehrt zu Block 1102 zurück. Es sollte beachtet werde, dass die Umschaltwerte, die vorstehend angegeben wurden, nur Beispiele sind. Diese Werte können sich in Abhängigkeit von z.B. dem Gewicht des Benutzers, dem Gewicht der Transportvorrichtung, der Genauigkeit verschiedener Sensoren der Transportvorrichtung und ähnlichem ändern.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Umschaltvorgänge sowie verschiedene Stabilisierungssteuerungen innerhalb jedes Modus können bewirkt werden, indem sowohl die Räder als auch die Baugruppen der Transportvorrichtung angetrieben werden. Jedes Rad kann unabhängig durch einen separaten Motor angetrieben werden. Wahlweise ist es möglich, das manche Räder nicht von einem Motor angetrieben werden oder dass zwei Räder, die an einer gemeinsamen Achse befestigt sind, von einem einzigen Motor angetrieben werden. Zusätzlich kann die Baugruppe einen gesonderten Motor umfassen.
Unabhängig davon, wie die Transportvorrichtung konfiguriert ist, sind die Befehle, die die Räder und die Baugruppe steuern, als Spannungen V_w und V_c ausgedrückt, so dass die Transportvorrichtung in jedem der Modi des erweiterten Modus stabil bleibt: Vw = K1θ1 + K2θ1' + K3X + K4X' und Vc = K5θ1 + K6θ1' + K7φc + K8φc'
Die Spannungen stellen eine Spannung dar, die an den Antrieb eines elektrischen Motors angelegt wird, um ein Drehmoment als Ausgabe zu erzeugen. Natürlich muss der Antrieb nicht elektrisch sein, und in jedem Fall kann ein anderer Wert als die Spannung verwendet werden. Die Variable X stellt den horizontalen Positionsfehler der Transportvorrichtung dar und ist der Unterschied zwischen der horizontalen Position des Transports und der gewünschten horizontalen Position der Transportvorrichtung. Die '(Strich)-Notation kennzeichnet eine Ableitung nach der Zeit. Die Koeffizienten K₁–K₈ variieren abhängig davon, in welchem Untermodus des erweiterten Modus die Transportvorrichtung arbeitet.
Beispiele von relativen Werten für die Verstärkungskoeffizienten K₁–K₈, die von der Steuereinheit für jeden Modus verwendet werden können, sind unten in Tabelle A dargestellt. Abhängig von den genutzten Verstärkungen wird die Steuereinheit die Transportvorrichtung auf verschiedene Arten steuern, je nach dem zutreffenden Untermodus.
Tabelle A
Die relative Stärke und das Vorzeichen jedes Verstärkungswerts, die in Tabelle A aufgeführt sind, ist ausreichend, um jeden Untermodus zu unterscheiden. In Tabelle A ist ein Wert von ++ größer als ein Wert von +. Die Null-Werte sind nicht unbedingt exakt gleich null, sondern können eher einen sehr kleinen Wert darstellen.
12A zeigt ein Blockdiagramm einer Steuereinheit 1200, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Steuereinheit 1200 dieser Ausführungsform kann sowohl die Baugruppe als auch die an der Baugruppe befestigten Räder gemäß den für V_c und V_w vorstehend beschriebenen Gleichungen steuern. Die Hauptaufgabe der Baugruppe ist, ein Drehmoment auf Grundlage der Rahmendynamik in Bezug auf die Schwerkraft anzuwenden (d.h. die Baugruppe wird gedreht, um die Plattform in einem erwünschten Neigungswinkel in Bezug auf die Schwerkraft zu halten). Im erweiterten Modus sollten die Räder dem Benutzerbefehl folgen und dabei zwei Kriterien überwachen. Wenn sich die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft verändert (d.h. die Bodenneigung ändert sich), oder die Größe q₀ groß ist, dann können die Räder von der Steuerung des Benutzers darauf umschalten, der Baugruppe zu helfen, den Rahmen aufrecht zu halten, indem eine Gleichgewichtssteuerung anstelle einer Orts/Geschwindigkeitssteuerung verwendet wird. Wenn der Winkel der Baugruppe in Bezug auf die Schwerkraft kleiner wird (d.h. die Baugruppe sich an die Vertikale annähert), dann ist das Ziel, die Baugruppe dazu zu zwingen, in eine horizontalere Richtung zurückzufallen, während die zurückgelegte Entfernung minimiert wird. Dies hilft dabei, sicherzustellen, dass der Benutzer bequem auf der Transportvorrichtung gestützt bleibt.
Die Steuereinheit 1200 kann einen Radcontroller 1202 und einen Baugruppencontroller 1204 beinhalten. Der Radkontroller 1200 kann verschiedene Eingaben im Zusammenhang mit den momentanen Betriebseigenschaften der Transporvorrichtung ebenso wie richtungsbezogene Benutzereingaben empfangen (z.B. von einem Steuerhebel empfangen). Aus den Eingaben kann der Radkontroller 1202 eine Radsteuerspannung V_w erzeugen, die die Radmotoren steuert. Der Wert von V_w führt dazu, dass die Radmotoren ein Drehmoment auf verschiedene Räder der Transportvorrichtung anwenden, um zu ermöglichen, dass die Transportvorrichtung über eine Oberfläche gefahren werden kann. Wie vorstehend diskutiert, kann die Transportvorrichtung einen Motor für jedes Rad beinhalten, und für den Motor jedes Rads kann ein gesonderter Wert V_w erzeugt werden. Auf diese Weise kann eine Lenkung der Transportvorrichtung erreicht werden, indem unterschiedliche Radspannungen an die Räder angewandt werden.
Der Baugruppencontroller 1204 kann auch verschiedene die Lage betreffende Eingaben empfangen, die sich auf die Transportvorrichtung im allgemeinen ebenso wie auf baugruppenspezifische Informationen beziehen. Der Baugruppencontroller 1204 wandelt diese Informationen in eine Baugruppenmotor-Steuerspannung V_c um. Der Baugruppenmotor empfängt das Signal V_c und bewirkt, dass sich die Baugruppe um eine Achse dreht.
In einer Ausführungsform kann der Radkontroller 1202 eine Eingabe von Daten erhalten, die die Neigung des Rahmens (θ₁) von Datenblock 1206 darstellt. Es sollte beachtet werden, dass die Daten wie hierin beschrieben ausdrücklich als ein Wert angegeben wurden. Beispielsweise wurde die Rahmenneigung als ein Winkelwert dargestellt. Jedoch könnte jeder der Werte, die verwendet werden, um sowohl die Richtungssteuerung als auch die Stabilität der Transportvorrichtung zu steuern, als ein Fehlerterm ausgedrückt werden, der darstellt, wie weit der gegebene Parameter von einem gewünschten Ort entfernt ist, oder auf eine Anzahl von anderen Arten. Beispielsweise kann die Neigung des Rahmens als ein Wert dargestellt werden, um den die momentane Rahmenneigung von einer gewünschten Neigung abweicht. Das heißt, das Fehlersignal kann gleich dem Unterschied zwischen der momentanen Rahmenneigung und einer Rahmenneigung sein, die den Schwerpunkt direkt über dem Mittelpunkt der Baugruppe anordnet. Obwohl verschiedene Winkel hierin in Grad angegeben wurden, kann zusätzlich jeder Winkel in Radiant oder in „Zählern" (ganzzahlige Werte) angegeben werden, die so kalibriert sind, dass die Transportvorrichtung die erwünschte Reaktion auf den Empfang eines solchen Werts zeigt.
Der Radcontroller 1202 kann auch eine Rahmenrate-Angabe vom Datenblock 1208 empfangen. Die Rahmenrate gibt die Drehrate an, mit der sich der Rahmen bewegt und kann als die zeitliche Ableitung der Rahmenneigung aus Datenblock 1208 ausgedrückt werden. Zusätzlich kann die Rate, mit der sich der Rahmen bewegt, von der Höhe der Plattform relativ zur Baugruppe abhängig sein. Wenn der Sitz angehoben wird, können die auf die Rahmenrate angewandten Verstärkungen (nachstehend erörtert) modifiziert werden, um eine wünschenswertere Reaktion auf die Rahmenraten-Information zu erhalten, um die Transportvorrichtung und schlussendlich den Benutzer vor dem Umkippen zu bewahren.
Der Radcontroller 1202 kann vom Datenblock 1210 auch die momentane Geschwindigkeit erhalten, mit der sich jedes der Räder dreht. Diese Geschwindigkeit kann zum Beispiel in schrittweisen Einheiten ausgedrückt werden oder kann auf der Drehrate beruhen und als ω_Räder dargestellt werden.
Der Radcontroller 1202 kann auch verschiedene Eingaben von einer Benutzereingabe wie einem Steuerhebel empfangen. Typischerweise werden diese Eingaben als erwünschte Radgeschwindigkeiten, enthalten in Datenblock 1212, ausgedrückt. Die erwünschte Radposition könnte die gewünschte Fahrrichtung und die Fahrgeschwindigkeit beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Radcontroller 1202 kann auch eine Angabe der momentanen Radposition von Datenblock 1214 erhalten. Die erwünschte Radposition, wie in Block 1212 enthalten, kann mit der momentanen Radposition vom Radcontroller 1202 verglichen werden, um die Differentialgeschwindigkeit und die Richtung zu ermitteln, mit der die Räder angetrieben werden sollen, um auf Benutzereingabebefehle zu reagieren. Die richtungsbezogene differentielle Information kann bewirken, dass verschiedene Motoren, die an verschiedenen Rädern befestigt sind, verschiedene Radspannungen V_w erhalten, um die Transporvorrichtung zu wenden.
Der Baugruppencontroller 1204 kann auch die Rahmenneigung aus Block 1206 und die Rahmenrate von Block 1208, die vom Radcontroller 1202 empfangen wurde, empfangen. Der Baugruppencontroller 1204 kann auch eine Baugruppenposition vom Datenblock 1216 erhalten. Diese Baugruppenposition wurde oben mit φ_c beschrieben. Wiederum kann der Baugruppencontroller 1204 versuchen, die Baugruppe so zu drehen, dass der Schwerpunkt über der Standfläche der Transportvorrichtung gehalten wird.
Der Baugruppencontroller 1204 kann auch eine Baugruppengeschwindigkeit von Datenblock 1218 erhalten. Die Baugruppengeschwindigkeit kann als die Rate ausgedrückt werden, mit der die Baugruppe um eine Drehachse rotiert, die horizontal durch die Baugruppe geht. Diese Baugruppenrate kann die zeitliche Ableitung der von Datenblock 1218 empfangenen Baugruppenposition sein. Sowohl die Position als auch die Geschwindigkeit können durch geeignete Sensoren, die in der Transportvorrichtung beinhaltet sind, ermittelt werden. Geeignete Sensoren können Beschleunigungsmesser, Geschwindigkeitssensoren und Ortssensoren einschließen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Zusätzlich kann die Steuereinheit einen Moduscontroller 1220 beinhalten. Der Moduscontroller 1220 kann Übergänge von verschiedenen Modi zu anderen Modi steuern. Der Moduscontroller 1220 kann ein separater Controller sein oder kann in den Radcontroller 1202 oder den Baugruppencontroller 1204 oder in beide integriert sein.
Der Moduscontroller 1220 kann einen momentanen Modus 1222 ausgeben. Der momentane Modus kann auf einem vom Benutzer gewählten und vom Datenblock 1224 erhaltenen Modus beruhen. Der momentane Modus kann auch einen bestimmten Untermodus des erweiterten Modus angeben, in dem die Transportvorrichtung der Bestimmung des Modencontrollers nach sein sollte, aufgrund irgendwelcher oder aller Eingaben, die vom Radcontroller 1202 und Baugruppencontroller 1204 empfangen wurden. Zusätzlich kann der momentane Modus von der Steuereinheit 1200 genutzt werden, um die richtigen Verstärkungen zu ermitteln, die auf Regelkreise, welche sich innerhalb der Rad- und/oder Baugruppencontroller 1202 bzw. 1204 befinden können, angewendet werden sollen, oder welche Steuerungsarchitektur gewählt werden sollte.
In einer Ausführungsform werden die berechneten Spannungen V_w und V_c verwendet, um einen elektrischen Motor anzutreiben. Es können jedoch auch andere Arten von Antrieben verwendet werden, so wie hydraulische Antriebe, Verbrennungsmotoren und ähnliche. In solchen Ausführungsformen können andere Steuersignale als Spannungen berechnet und auf die Antriebe angewandt werden, in Übereinstimmung mit den vorstehenden Gleichungen oder ähnlichen Gleichungen, die verschiedene Betriebsparameter des Antriebs berücksichtigen können.
In einer Ausführungsform, in der V_w und V_c verwendet werden, um einen elektrischen Motor anzutreiben, können die Spannungen durch die Batteriespannung geteilt werden, um einen Arbeitszyklusbefehl an einen Verstärker zu erzeugen, der an jedem der Radmotoren und dem Baugruppenmotor angebracht ist.
12B ist ein funktionales Blockdiagramm einer Steuereinheit 1200. Die Steuereinheit 1200 kann einen Mikroprozessor 1250 umfassen. Der Mikroprozessor 1200 kann mit einem Rad-Regelkreis 1252 und einem Baugruppen-Regelkreis 1254 über den Bus 1256 verbunden sein und mit diesen kommunizieren. Der Mikroprozessor kann verschiedene Sensoreingaben von dem Rad-Regelkreis 1252 und dem Baugruppen-Regelkreis 1254 erhalten und aus diesen Eingaben jede der oben unter Bezug auf 7A und 7B beschriebenen Größen bestimmen. Beispielsweise kann der Mikroprozessor die Neigungsrate der Transportvorrichtung auf der Grudlage der von einem Geschwindigkeitssensor in einem von beiden oder beiden des Räder-Regelkreises und des Baugruppen-Regelkreises 1252 bzw. 1254 erhaltenen Daten ermitteln. Diese Bestimmungen können zum Beispiel von Software oder Hardware durchgeführt werden, die im Mikroprozessor 1250 enthalten sind. Zusätzlich kann der Mikroprozessor 1250 Berechnungen ausführen, die die Schwerpunktslage sowie die sich daraus ergebenden erwünschten Richtungen ermitteln, wie unten beschrieben.
Der Mikroprozessor 1250 kann Strom von einer Stromquelle 1258 erhalten (z.B. einer Batterie). In manchen Ausführungsformen kann der Mikroprozessor 1250 die Strommenge ermitteln, die die Räder- bzw. Baugruppenregelkreise 1252 bzw. 1254 erhalten können, abhängig von z.B. dem momentanen Betriebsmodus der Transportvorrichtung. Zusätzlich können Benutzereingaben von einem Benutzereingabeblock 1260 empfangen werden. Diese Benutzereingaben können, wie unten erörtert, unterschiedlich stark von der Steuereinheit 1200 berücksichtigt werden, abhängig von dem jeweiligen Betriebsmodus, in dem sich die Transportvorrichtung befindet.
13 ist ein Regelkreis 1300, der eine Steuereinheit 1302 umfasst. Die Steuereinheit 1302 kann der Steuereinheit der 12A und 12B ähnlich sein. In dieser Ausführungsform erhält die Steuereinheit 1302 verschiedene Eingaben und gibt die Rad- und Baugruppensteuerspannungen V_w bzw. V_c aus.
Die Steuereinheit 1302 kann Benutzereingaben vom Benutzereingabeblock 1304 erhalten. Wie oben beschrieben ist, können diese Benutzereingaben durch das Erfassen der Auslenkung eines Steuerhebels bereitgestellt werden, der als eine Benutzereingabevorrichtung dient. Zusätzlich kann die Benutzereingabe auch das Lehnen auf einer Lehnplattform wie vorstehend beschrieben darstellen. Die Steuereinheit 1302 kann auch Rückkopplungsinformationen von den Radmotoren 1306 und dem/den Baugruppenmotor(en) 1308 erhalten. Anhand des Betriebsmodus und der Werte der Benutzereingaben sowie der von den Radmotoren 1306 und den Baugruppenmotoren 1308 erhaltenen Informationen kann die Steuereinheit 1302 die Werte V_w und V_c bestimmen, welche wiederum die Radmotoren bzw. die Baugruppenmotoren dazu veranlassen, eine Änderung der relativen Positionen von Rädern und Baugruppe zu bewirken.
In manchen Modi ist es wünschenswert, den Benutzereingaben Vorrang gegenüber der Steuerung des Radmotorstroms einzuräumen. Ein Beispiel eines solchen Modus ist der vorstehend beschriebene Standardmodus. In einem solchen Modus bietet die Steuereinheit 1302 hohe Empfindlichkeit, wie aus der Verstärkungstabelle oder durch die spezifische Steuerarchitektur 1310 gewählt, auf die Benutzereingabebefehle. Auf diese Weise kann der Benutzer eine hohe Kontrolle über die Transportvorrichtung haben. In einem solchen Modus kann jedoch die Stabilität der Transportvorrichtung verringert sein. In anderen Modi kann es wünschenswert sein, die Stabilität der Transportvorrichtung zu erhöhen. In einem solchen Modus wird dem Benutzer eine niedrigere Empfindlichkeit und den Stabilisierungsroutinen höhere Empfindlichkeit gegeben. Auf diese Weise kann die Transportvorrichtung stabiler werden, beruhend auf den Steuerparametern, die in Software oder Hardware innerhalb der Steuereinheit 1310 enthalten sein können.
14 ist ein Beispiel einer Verstärkungstabelle 1400, die gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann. Die Verstärkungstabelle 1400 kann für eine Vorrichtung mit drei Modi sein, Modus 1 1402, Modus 2 1404, und Modus 3 1406. Jeder Modus in dieser Ausführungsform kann drei Verstärkungskoeffizienten C₁, C₂ und C₃ beinhalten. Es sollte beachtet werden, dass die Verstärkungstabelle in 14 nur als Beispiel angegeben ist und keine bevorzugten Verstärkungswerte wiedergibt. Das heißt, die in 14 gezeigten Werte und Moden geben nicht notwendigerweise bevorzugte Koeffizienten für jeden der verschiedenen hierin beschriebenen Modi wieder.
Die Koeffizienten werden von einer Steuereinheit verwendet, um, in manchen Ausführungsformen, die Auswirkungen gewisser Eingaben zu verringern oder zu erhöhen. Beispielsweise kann der Koeffizient C₁ mit einem Positionsfehlerterm einer Transportvorrichtung multipliziert werden, um die Auswirkung, die der Positionsfehlerterm auf den Betrieb der Transportvorrichtung hat, zu verändern.
In dem Beispiel aus 14 kann der Koeffizient C₁ einem Koeffizienten entsprechen, der auf die Baugruppenposition angewendet wird, wie sie aus einem vom Baugruppenmotor erhaltenen Wert ermittelt wurde. Der Wert C₂ kann einem Koeffizienten entsprechen, der auf den von den Radmotoren erhaltenen Wert der Radposition angewendet wird. Der Wert C₃ kann ein Koeffizient sein, der auf den durch eine Benutzereingabe erhaltenen Richtungsvektor angewendet wird. In der Verstärkungstabelle 1400 gilt, je höher der Wert, der einem bestimmten Koeffizienten zugewiesen wird, desto vorausgehender in dem Steuersystem kann die Eingabe, auf welche die Verstärkung angewandt wird, empfangen werden. Im Modus 1 wird beispielsweise dem Baugruppenkoeffizient C₁ ein Wert von 1 gegeben. Ein niedriger Wert so wie 1 kann bedeuten, dass die Baugruppenposition in Modus 1 nicht sehr viel verwendet wird, um die Transportvorrichtung zu stabilisieren. Der Koeffizient C₂ für Modus 1 erhält einen Wert von 3. Damit sind die Räder ein aktiverer Teil bei der Stabilisierung der Transportvorrichtung als die Baugruppe. Ebenso wird für C₃ von Modus 1 ein Wert von 7 gezeigt. Dieser hohe Wert für C₃ bedeutet, dass Modus 1 sehr stark auf die Benutzereingabe anspricht. Daher könnte Modus 1 ein Modus sein, der wenig Stabilisierung aufweist, und die vorhandene Stabilisierung kann von der Drehung der Räder kommen, während die Reaktion auf die Benutzereingabe sehr genau angeglichen wird. Modus 1 könnte daher ein Modus sein, der dem vorstehend beschriebenen Standardmodus ähnelt.
Auf dieselbe Weise hat Modus 2 eine Baugruppenverstärkung von Null, eine verhältnismäßig kleine Radverstärkung (C₂ = 5) und C₃ ist ein verhältnismäßig hoher Wert (C₃ = 6), so dass Benutzereingaben genau nachvollzogen werden. Dieser Modus kann auch einem Gleichgewichtsmodus ähnlich sein, bei dem die Räder in erster Linie für das Halten des Gleichgewichts der Transportvorrichtung zuständig sind, und die Baugruppe in einer starren Position bleibt. Die Reaktion der Benutzereingabe C₃ ist niedriger als im Standardmodus (d.h. zum Beispiel Modus 1), um zu ermöglichen, dass die Räder eine Transportvorrichtung ohne bedeutende Beeinträchtigung durch die Benutzereingabe stabilisieren. Die Benutzereingabe wird jedoch nicht auf null gesetzt, da es in einem Gleichgewichtsmodus wünschenswert sein kann, dem Benutzer zu ermöglichen, eine Oberfläche zu überqueren, während die Räder die Transportvorrichtung im Gleichgewicht halten und in einer im wesentlichen aufrechten Lage halten.
In Modus 3 sind die Baugruppen- und Rad-Verstärkungen auf einem solchen Niveau, dass Baugruppenposition und Radposition damit verknüpft sind und genutzt werden können, um die Stabilität der Transportvorrichtung automatisch zu steuern. Die Benutzereingabeverstärkung C3 wird auf ein sehr niedriges Niveau herabgesetzt, so dass der Benutzer immer noch eine gewisse Kontrolle über die Transportvorrichtung hat, aber die Stabilisation in erster Linie automatisch von den Baugruppen und den Rädern durchgeführt wird. Ein solcher Modus könnte beispielsweise der erweiterte Modus sein, wenn ermittelt wurde, dass die Transportvorrichtung relativ unstabil ist. In einem solchen Modus werden die Baugruppe und die Räder so gedreht, dass der Schwerpunkt der Transportvorrichtung zwischen den Endpunkten der Baugruppe gehalten wird.
Steuerungsplanung
Wie vorstehend erörtert kann der Controller des erweiterten Modus zwischen verschiedenen Modi umschalten. Einer der Gründe für das Schalten zwischen Modi ist der Versuch, die Transportvorrichtung für Menschen zu stabilisieren. Wenn zwischen Untermodi gewechselt wird, können die an die Regelkreise gelieferten Verstärkungen verändert werden, oder die Steuerarchitektur selbst kann verändert werden. Ein plötzliches Ändern der Verstärkungen oder der Architektur können jedoch den Betrieb der Transportvorrichtung plötzlich ändern. Dies wiederum kann eine rasche Beschleunigung des Schwerpunkts verursachen, die dazu führen wird, dass die Transportvorrichtung unbequem oder sogar instabil wird. Zusätzlich können plötzliche Steuerungsänderungen (entweder Verstärkungen oder Architekturen) den Verschleiß des Systems erhöhen. Daher muss es Verfahren geben, um glatt zwischen Modi zu wechseln. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren zum glatten Übergang zwischen Modi eines Systems gelten im Zusammenhang mit der Steuerung einer Transportvorrichtung für Menschen.
Der Durchschnittsfachmann wird sich im klaren darüber sein, dass die Lehren im Zusammenhang mit glatten Modusübergängen nicht auf die Anwendung auf Transportvorrichtungen für Menschen begrenzt sind und auf alle Systeme mit mehreren Modi, das zwischen Modi wechselt, angewendet werden können. Daher wird sich die folgende Beschreibung auf ein „System" anstatt auf eine Transportvorrichtung für Menschen beziehen. In manchen Ausführungsformen kann das System ein System sein, welches Rückkopplung von einer gesteuerten Vorrichtung beinhaltet, Rückkopplung ist jedoch für die hier besprochene Steuerung der Planung nicht notwendig.
Ein Ansatz, der in der Vergangenheit genutzt wurde, um in anderen Zusammenhängen glatt von einem Modus in einen anderen zu wechseln, war, die Verstärkungen von dem ursprünglichen Modus ansteigen (slew) zu lassen, bis die Verstärkungen gleich den Verstärkungen des neuen Modus sind. Zum Beispiel, angenommen, die Verstärkung K₁ hätte einen Wert von 4 im ersten Betriebsmodus. Der Verstärkungsfaktor K₁ für den zweiten Modus kann zum Beispiel 10 sein. Diesen neuen Verstärkungswert unmittelbar anzuwenden, kann eine plötzliche Störung des Systems beim Ändern des Modus verursachen. Eine plötzliche Störung kann den Betrieb des Systems beeinflussen und dazu führen, dass das System unstabil wird. Daher wurde der Verstärkungswert beim Stand der Technik langsam von 4 bis 10 gesteigert, indem der Wert des Verstärkungsfaktors (z.B. K₁) wiederholt erhöht wird. Beispielsweise kann zu einer Zeit T₀ der Verstärkungsfaktor 4 sein, zu einer Zeit T₁ kann der Verstärkungsfaktor 5 sein, zu einer Zeit T₂ kann der Verstärkungsfaktor 6 sein und so weiter, bis der Verstärkungsfaktor den Endwert von 10 erreicht.
Es stellte sich jedoch heraus, dass ein Betrieb auf diese Weise möglicherweise zu viel Zeit benötigt, bis der Verstärkungswert den richtigen Zustand erreicht, um den Betrieb des Systems zu stabilisieren und dabei noch in einer Weise zu reagieren, die mit dem gewünschten neuen Modus übereinstimmt. Außerdem kann das System noch einmal den Modus wechseln, bevor die Verstärkung auf den neuen Wert gesteigert wurde. In einem solchen Fall erreicht das System nie wirklich den neuen Betriebsmodus und bleibt in einem Quasi-Modus zwischen Modi, der unvorhersagbar sein kann. Unvorhersagbarkeit kann zu Systemfehlern führen, die die Wirksamkeit des Systems verringern können.
Zusätzlich kann es wünschenswert sein, die Steuerbefehle des Systems auch dann zu glätten, wenn das System keinen Modenwechsel erfährt. Beispielsweise kann ein großer Spannungssprung in einem von einem Motorcontroller empfangenen Steuersignal zu einer Beschädigung des Motorantriebsystems führen.
Daher wird in einer Ausführungsform der Steuerbefehl von einer Steuereinheit geglättet, bevor er auf die gesteuerte Vorrichtung angewandt wird. Das Glätten kann zum Beispiel von einer Glättungseinrichtung ausgeführt werden, die sich zwischen dem Ausgang einer Steuereinheit und einer von der Steuereinheit gesteuerten Vorrichtung befindet. Die Glättungseinrichtung kann zum Beispiel irgendeine Art von Filter sein, das die Geschwindigkeit begrenzt, mit der sich das Steuersignal ändern darf, oder ein Addierer, der einen Versatzwert zu dem Steuersignal addiert.
15 ist ein Beispiel eines Systems, das implementiert werden kann, um ein Steuersignal zu glätten, bevor es an eine gesteuerte Vorrichtung 1502 angewendet wird. Das System kann eine Steuereinheit 1504 beinhalten, die ein Steuersignal erzeugt. Das Steuersignal wird zur Steuerung des Betriebs der gesteuerten Vorrichtung verwendet. Das Steuersignal kann aus einer Reihe von Gründen plötzliche Werteänderungen erfahren. Eine plötzliche Änderung im Steuersignal könnte beispielsweise von einer Änderung des Betriebsmodus des Systems herrühren. Die Glättungseinrichtung 1506 kann die Rate begrenzen, mit der sich das Steuersignal ändern darf, das schlussendlich auf die gesteuerte Vorrichtung 1502 angewendet wird (d.h. die Ausgabe der Glättungseinrichtung 1506).
Die Glättungseinrichtung 1506 kann zum Beispiel ein Filter, ein Addierer, der einen Versatzwert (eventuell einen abklingenden Versatzwert) zum Steuersignal addiert, ein Hysterese-Steuerschaltkreis, und ähnliches sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
16 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Glätten eines Steuersignals. Der Vorgang beginnt bei Block 1600, wo der Wert des Steuersignals bestimmt wird. Das Steuersignal kann durch eine Benutzereingabe, eine Regelkreisausgabe, einen vorbestimmten Wert und ähnliches erzeugt werden. Der Wert des Steuersignals kann jede Art von Einheiten wie eine Spannung, ein Strom, eine digitale Darstellung eines Werts, ein analoges Signal und ähnliches sein.
Nachdem das Steuersignal bestimmt wurde, wird ein Übergang bei Block 1602 durchgeführt. Die Übergangsverarbeitung kann das Glätten des Steuersignals, Addieren eines Versatzes zum Steuersignal, Bestimmen der Änderungsrate des Steuersignals und Bestimmen, ob das System zwischen Modi gewechselt hat, einschließen, ist aber nicht darauf beschränkt. In manchen Fällen kann der Übergangsvorgang beinhalten, dass mit dem Steuersignal nichts getan wird.
Nachdem das Steuersignal verarbeitet wurde und alle notwendigen Abänderungen bei dem Steuersignal bei Block 1602 vorgenommen wurden, wird das abgeänderte Steuersignal auf das gesteuerte Vorrichtungssystem angewandt. Das System könnte eine einzelne gesteuerte Vorrichtung oder mehrere gesteuerte Vorrichtungen beinhalten.
In einer Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung Systeme und Verfahren umfassen, die zwischen Modi so wechseln, dass der Übergang glatt ist und so dass der Übergang zwischen Modi fast instantan ist. In einer Ausführungsform kann dies erreicht werden, indem sofort der neue Satz von Verstärkungskoeffizienten in das System eingebracht wird, während zugelassen wird, dass die Differenz zwischen dem letzten auf die gesteuerte Vorrichtung angewandten Steuersignal (d.h. das modifizierte Steuersignal) bei Verwendung der ersten Koeffizienten und dem unmodifizierten, unter Verwendung der neuen Koeffizienten erzeugten Steuersignal allmählich mit der Zeit abklingt. In einer anderen Ausführungsform kann das System Steuerarchitekturen ändern, wenn der Modus sich ändert, und zulassen, dass die Differenz zwischen den Steuersignalen abnimmt. Wie der Versatz (die Differenz) abgebaut wird und zum Steuersignal addiert werden kann, wird nachstehend genauer beschrieben.
17A zeigt ein Blockdiagramm eines Regelkreises 1700, der dazu eingerichtet ist, Verstärkungsplanungsvorgänge auszuführen, um glatt zwischen Modi zu wechseln. Der Regelkreis 1700 beinhaltet eine Steuereinheit 1702, die Teil einer Rückkopplungsschleife ist. Die Steuereinheit 1702 kann Benutzereingaben vom Datenblock 1710 empfangen. Die Steuereinheit muss jedoch keine Benutzerbefehle empfangen und könnte vollständig selbstregelnd sein. Die Steuereinheit kann auch momentane Betriebseigenschaften von dem Steuersignalempfänger 1712 empfangen. Der Steuersignalempfänger 1712 kann jede Vorrichtung sein, die auf ein Eingabesignal anspricht. Beispielsweise kann der Steuersignalempfänger 1712 ein elektrischer Motor sein, der sich abhängig von der Höhe einer Eingangssteuerspannung dreht. In diesem Fall wäre das Steuersignal eine Steuerspannung.
Die Steuereinheit 1700 kann Verstärkungskoeffizienten 1704 für einen ersten Betriebsmodus und Verstärkungskoeffizienten 1706 für einen zweiten Betriebsmodus beinhalten. Diese Koeffizienten können in einer einzigen Verstärkungstabelle oder in ihren eigenen individuellen Tabellen vorhanden sein. Die Koeffizienten können auf jedem computerlesbaren Medium gespeichert sein, wie einer Diskette, ROM, RAM und ähnliches.
Auf der Grundlage des momentanen Betriebsmodus, wie im Momentan-Modus-Datenblock 1714 dargestellt, kann eine Auswähleinrichtung 1708 wählen, ob die Koeffizienten für den ersten Modus 1704 oder die Koeffizienten für den zweiten Modus 1706 angewendet werden sollen. Die Auswähleinrichtung 1708 wählt die richtigen Koeffizienten und wendet sie als die Steuerkoeffizienten 1716 auf die Steuereinheit 1702 an. Die Steuerkoeffizienten können zum Beispiel den Verstärkungskoeffizient des momentanen Modus darstellen, der auf den Betrieb einer Transportvorrichtung für Menschen angewandt werden soll.
Genauer können die Steuerkoeffizienten auf verschiedene Eingabewerte angewandt werden, die von einem Benutzer oder vom Steuersignalempfänger 1712 empfangen wurden. Die Steuerkoeffizienten können von einem Steueruntersystem 1718 der Steuereinheit 1712 verwendet werden. Das Steueruntersystem 1718 kann verschiedene Regelkreise beinhalten, die die Steuerkoeffizienten 1716 auf die verschiedenen Eingaben anwenden, um ein Steuersignal zu erzeugen. Beispielsweise könnte das Steueruntersystem 1718 die vorstehend beschriebenen Baugruppen- und Radcontroller beinhalten.
Das System kann auch einen Versatzwert vom Versatz-Datenblock 1720 erhalten. Der Wert des Versatzes kann die Differenz aus dem Wert des letzten Steuerbefehls, der unmittelbar vor dem Moduswechsel des Systems auf den Steuersignalempfänger 1712 angewandt wurde (d.h. das letzte geglättete Steuersignal) und einem Steuersignal sein, das unmittelbar nach der Änderung der Steuerkoeffizienten erzeugt wurde. Der Versatzwert wird von einer Glättungseinrichtung 1722 empfangen, die wiederholt das momentane Steuersignal zu einer abklingenden Variante des vom Versatzdatenblock 1720 empfangenen Werts addiert wird. Wenn zum Beispiel das geglättete Steuersignal unmittelbar bevor das System den Modus wechselt einen Wert von 100 hat und unmittelbar nachdem das System den Modus gewechselt hat einen Steuersignalwert von 10, dann wird beim ersten Durchgang durch den Regelkreis 1700, nachdem das System den Modus gewechselt hat, ein Wert von 90 zum Steuersignal addiert. Dieser Wert wird dann um einen gewissen Betrag verringert und wiederum beim nächsten Durchgang durch den Regelkreis 1700 zu dem Steuersignal addiert. Dies kann wiederholt werden, bis der Versatzwert abgeklungen ist, so dass er relativ nah bei Null ist. Es sollte beachtet werden, dass der Versatzwert eine positive oder eine negative Zahl sein kann, abhängig von den Werten des geglätteten Steuersignals, das während des ersten Modus angewandt wird und des neuen Steuersignals, das zu Beginn des zweiten Modus erzeugt wird.
17B zeigt ein Blockdiagramm eines anderen Steuersystems, das glatt zwischen Modi wechseln kann. In dieser Ausführungsform hat ein erster Modus eine erste Steuerungsarchitektur 1750 und ein zweiter Modus hat eine zweite Steuerungsarchitektur 1752. Jede Steuerungsarchitektur kann unterschiedliche Steuersignale erzeugen, die das System auf unterschiedliche Weise steuern. Die Eingaben (1754) vom Steuersignalempfänger (nicht gezeigt) werden auf beide Steuerungsarchitekturen angewandt. Der Schalter 1756 wählt auf Grundlage des momentanen Modus entweder die erste oder zweite Steuerarchitektur, die das System steuern wird. Auf eine ähnliche Weise wie vorstehend beschrieben addiert die Glättungseinrichtung 1758 einen abklingenden Versatz, um dem Steuersignalempfänger (nicht gezeigt) ein glattes Steuersignal bereitzustellen.
Wie oben beschrieben erlauben die Steuerungsplanungsverfahren glatte Übergänge zwischen Steuermodi. Die vorstehende Beschreibung wurde mit verschiedenen Bezügen auf den Betrieb einer Transportvorrichtung gegeben. Wie man jedoch leicht feststellt, können die Lehren in Bezug auf Steuerungsplanung auf jedes Steuerungssystem angewendet werden. Beispielsweise kann diese Art von Steuerungsplanung verwendet werden, wenn die Übergänge zwischen Modi in einem Flugzeug, einem Hubschrauber, einem elektrischen Motor, einem hydraulischen Motor, einem Verbrennungsmotor oder einem Düsentriebwerk gesteuert werden.
18 ist ein Flussdiagramm eines Steuerungsplanungsvorgangs, der in einem Rückkopplungssystem zur Steuerung eines Systems implementiert sein kann. Der Vorgang beginnt beim Entscheidungsblock 1802, wo ermittelt wird, ob sich der Modus des Systems seit dem letzten Durchlauf des Vorgangs geändert hat. Wenn sich der Modus geändert hat, dann wird bei Block 1804 ein Versatzwert bestimmt. Wie vorstehend erörtert kann der Versatzwert gleich dem Wert des letzten Steuersignals, das durch den Steuersignalempfänger (17) ging minus dem ersten Steuersignal, das nach dem Umschalten der Modi erzeugt wurde, sein. Der Vorgang muss jedoch nicht unbedingt das erste im neuen Modus erzeugte Steuersignal verwenden und kann ein Steuersignal verwenden, das zu irgendeiner Zeit nahe am Modusübergang erzeugt wurde. Nachdem der Versatzwert bestimmt wurde, wird ein abklingender Versatzwert zum Steuersignal bei Block 1806 addiert. Verschiedene Verfahren zur Erzeugung eines abklingenden Versatzwerts werden nachstehend besprochen.
Bei Block 1808 wird der Wert des geglätteten Ausgabesteuersignals für spätere Verwendung gespeichert. Der Vorgang kehrt dann zu Block 1802 zurück.
Wenn bei Block 1802 ermittelt wird, dass der Modus nicht geändert wurde, dann wird beim Entscheidungsblock 1810 ermittelt, ob gegenwärtig ein Versatzwert abklingt. Wenn ein Versatzwert abklingt, dann ist es vorzuziehen, den abklingenden Versatz bei Block 1806 zum Steuersignal zu addieren. Wenn jedoch kein Versatz abklingt, dann fährt der Vorgang bei Block 1808 fort. Wie man leicht feststellt, muss es nicht nötig sein zu bestimmen, ob ein Versatz abklingt oder nicht. In diesem Fall kann der Entscheidungsblock 1810 ausgelassen werden, und wenn bei Block 1802 ermittelt wird, dass ein Modus nicht geändert wurde, dann geht der Vorgang direkt zu Block 1806.
Es kann mehrere verschiedene Wege geben, wie ein Abklingen eines Versatzwerts erreicht werden kann. Beispielsweise kann der Versatzwert mit einem Faktor multipliziert werden, der dafür sorgt, dass der Versatz abnimmt (d.h. ein Wert kleiner als 1). Dies erzeugt einen neuen Versatzwert, der kleiner ist als der vorherige Versatzwert. Dieser kleinere Versatzwert wird aktualisiert, um der momentane Versatzwert zu werden und durch die Glättungseinrichtung geschickt, um zum nächsten Steuersignal addiert zu werden. Wahlweise könnte ein Abklingen des Versatzes erreicht werden, indem wiederholt ein fester Wert von dem Versatz abgezogen wird.
19 zeigt verschiedene Signale, die an verschiedenen Orten in den 17A und 17B vorkommen können. Signal 1902 stellt ein mögliches, von einer Steuereinheit erzeugtes Signal dar. Zur Zeit t₀ ist das Steuersignal bei einem Wert y₁. Bei t₁ ändert das Steuersignal unvermittelt den Wert von y₁ auf y₂. Diese Änderung kann von einem Modusübergang im System hervorgerufen werden. Das Signal 1904 stellt den abklingenden Versatzwert dar, der zum Steuersignal 1902 addiert werden kann. Bei t₀ ist der Versatzwert im wesentlichen gleich Null. Zur Zeit t₁ steigt der Versatzwert auf eine Höhe gleich y₁–y₂. Das heisst natürlich, unter der Annahme, dass y₁ gleich dem Wert ist, der zur Zeit t₁ auf das System angewandt wurde. Der Versatzwert klingt mit der Zeit auf im Wesentlichen null zu einer Zeit t₀ ab.
Das Signal 1906 stellt den Wert des geglätteten Steuersignals dar, das auf das System angewendet wird (d.h. das geglättete Steuersignal). Der Wert des Signals 1906 ist gleich dem Wert des Signals 1902 plus dem Wert des Signals 1904. Das Signal 1906 fällt auf eine ähnliche Weise wie das Signal 1904 ab, bis zur Zeit t₂, wenn das Steuersignal anzusteigen beginnt. Aufgrund des Anstiegs des Steuersignals 1902 kann das Signal 1906 ebenfalls ansteigen. Zur Zeit t₃, wenn das Steuersignal 1902 abzuflachen beginnt, beginnt das glatte Ausgangssignal 1906 wieder, dem abklingenden Versatzsignal 1904 zu folgen, bis zur Zeit t₄, bei der das abklingende Versatzsignal 1904 im Wesentlichen auf Null abgeklungen ist. Zur Zeit t₄ sind das Steuersignal 1902 und das geglättete Ausgangsignal 1906 im wesentlichen gleich, wie durch Punkt 1908 gekennzeichnet.
Betrieb des Systems
20 und 21 zeigen beispielhafte Regelkreise zum Steuern der Position der Baugruppen und der Räder einer Transportvorrichtung. Diese beispielhaften Regelkreise können verwendet werden, um die Transportvorrichtung für Menschen zu stabilisieren. Wie man leicht feststellt, können die Regelkreise in einen einzigen Regelkreis integriert werden, der sowohl Baugruppen- als auch Radsteuerbefehle erzeugt. Zusätzlich können verschiedene Teile dieser Regelkreise ausgelassen werden, und andere Teile können hinzugefügt werden, abhängig von den Funktionsfähigkeiten der Transportvorrichtung. Des weiteren sieht der Durchschnittsfachmann leicht, dass die verschiedenen Steuerblöcke, die im Zusammenhang mit 20 und 21 besprochen wurden, in Hardware, Software oder einer Kombination aus beidem implementiert werden können.
Jetzt mit Bezug auf 20 beinhaltet der Radregelkreis 2000 einen Rahmen-Regelunterkreis 2002, einen Rad-Regelunterkreis 2004, einen Gierregelunterkreis 2006 und einen Regelunterkreis zur Überwachung der Baugruppengeschwindigkeit 2008. Der Regelkreis in 20 ist mit Bezug auf ein einzelnes Rad angegeben. Genau gesagt kann der Regelkreis ein rechtes Rad der Transportvorrichtung steuern. In manchen Ausführungsformen kann ein Controller für jedes Rad der Transportvorrichtung vorhanden sein. Es könnte jedoch ein einziger Regelkreis zum Steuern aller Räder verwendet werden.
Der Rahmen-Regelunterkreis erzeugt auf der Grundlage von rahmenbezogenen Referenzwerten und momentanen rahmenbezogenen Werten Signale, die versuchen, den Rahmen durch Steuerung der Drehung der Räder zu stabilisieren. Wenn zum Beispiel der Rahmen sich nach vorne neigt, weil die Transportvorrichtung einen Randstein hinunter gefallen ist, dann kann der Rahmen-Regelunterkreis 2002 bewirken, dass die Radmotoren die Räder mit einer höheren Geschwindigkeit nach vorne antreiben, um den Schwerpunkt über der Standfläche der Transportvorrichtung zu halten.
Der Rad-Regelunterkreis 2004 kann verwendet werden, um zu versuchen, das Verhalten des Transports auf erwünschte Benutzereingaben anzupassen. Das heißt, der Radsteueruntermodus 2004 kann bewirken, dass die Räder den Benutzereingaben genau folgen. Zusätzlich kann die Position der Räder im Radgleichgewichtsmodus und im Gleichgewichtsmodus wichtig sein, wo die hauptsächliche Stabilisierung von den Rädern kommt. Damit kann der Rad-Regelunterkreis von den Benutzereingaben 2010 abgetrennt werden, wenn das System im Radgleichgewichtsmodus ist.
Der Gierregelunterkreis 2006 kann implementiert werden, um sicher zu stellen, dass die Transportvorrichtung wenden kann. Auf der Grundlage von unterschiedlichen Radmotorgeschwindigkeiten und Benutzereingaben kann der Gierregelunterkreis 2006 ein Steuersignal erzeugen, das bewirkt, dass unterschiedliche Radsteuerspannungen an jeden der Radmotoren angelegt werden.
Der Regelkreis 2008 zur Überwachung der Baugruppengeschwindigkeit verwendet Informationen über den kinematischen Zustand der Baugruppe, um den Betrieb der Räder zu beeinflussen. Wenn ein Rad der Baugruppe beginnt, vom Boden abzuheben, dann ist L₂(cos φ_c) (Block 2078) mal einer tiefpassgefilterten Baugruppengeschwindigkeit (Block 2080) kleiner als Null. In diesem Beispiel wird der Regelkreis 2008 zur Überwachung der Baugruppengeschwindigkeit ein Signal erzeugen, das bewirkt, dass die Räder beschleunigt werden, um den Schwerpunkt über der Standfläche zu halten. L₂ ist die Entfernung von der Radachse zum Baugruppendrehpunkt.
Der Rad-Regelkreis 2000 kann weiter Benutzereingaben 2010 vom Benutzer der Transportvorrichtung empfangen. Die Benutzereingaben können zum Beispiel von einem Steuerhebel empfangen werden. Die Benutzereingaben 2010 können eine befohlene VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Geschwindigkeit 2012 und eine befohlene GIER-Geschwindigkeit 2014 beinhalten. Sowohl die befohlene VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Geschwindigkeit 2012 als auch die befohlene GIER-Geschwindigkeit 2014 können von Schaltern 2016 bzw. 2018 abgeschaltet werden, wenn die Transportvorrichtung die Neigung der Vorrichtung korrigiert oder sich im Radgleichgewichtsuntermodus befindet. Der Grund dafür, dass die Schalter 2016 und 2018 während der Neigungskorrektur und des Radgleichgewichtsmodus abgeschaltet werden können, ist, dass in beiden Fällen die Stabilisierung der Vorrichtung wichtiger wird als das Reagieren auf Benutzereingabebefehle.
Beispielsweise bietet das vereinfachte Modell einer Transportvorrichtung im erweiterten Modus, mit einem Satz Räder vom Boden abgehoben (siehe z.B. 7A), eine Beziehung für die Neigungsbeschleunigung als Funktion der Baugruppen- und Raddrehmomente τ_c bzw. τ_w, wobei: Jθ1'' = (1 – (L1 sin θ1)/(L2 cos φc))τc – ((L2 cos (θ1 – φc)/(rw cos φc) + (L2 sin θ1)/(L1 sin φc))τw wobei L₂ der Abstand von der Radachse zum Baugruppendrehpunkt ist und r_w der Radius der Räder. Der Koeffizient vor dem Baugruppendrehmoment τ_c bietet einen guten Anhaltspunkt dafür, wie gut die Baugruppe die Neigung beeinflussen kann. Je weiter der Transporter vom Gleichgewicht haltenden Rad weggeneigt ist, desto wirksamer wird die Baugruppe beim Begradigen der Neigung sein. Wenn dagegen der Schwerpunkt fast über dem Hinterrad ist, dann ist L₁ sin θ₁ ≈ L₂ cos φ_c, und das Baugruppendrehmoment geht gegen Null. Ein Kriterium für das Eintreten in den Radgleichgewichtscontroller ist die Größe des Baugruppendrehmomentkoeffizienten. Wenn dieser Koeffizient klein ist, sind Rad-PD und Rad-POC nicht so wirkungsvoll wie der Radgleichgewichts-Controller, der die Räder als hauptsächliches Mittel zur Beeinflussung der Neigung verwendet. Es gibt auch die zusätzliche Bedingung, dass der Baugruppenwinkel groß genug sein muss, damit die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass nur ein Satz von Rädern auf dem Boden ist. Demnach sind die Hauptmittel, um die Transportvorrichtung im Gleichgewicht zu halten, die Räder. Daher will der Regelkreis Benutzereingabebefehle nicht berücksichtigen, denn wenn er das täte, wäre die Transportvorrichtung möglicherweise nicht so effektiv beim Stabilisieren der Transportvorrichtung.
Sich wieder 20 zuwendend, wenn nicht im Radgleichgewichtsmodus die Neigung korrigiert wird, wird der VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Geschwindigkeitsbefehl 2016 durch einen Geschwindigkeits-Anstiegs-Begrenzer 2020 geführt, was den Betrag der Vorwärtsgeschwindigkeit begrenzen kann. Beispielsweise kann erwünscht sein, dass die Geschwindigkeit verringert wird, wenn die Plattform hoch ist.
Die Befehls- VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS -Geschwindigkeit 2012 kann beim Addierer 2022 zu der befohlenen GIER-Geschwindigkeit 2012 addiert werden, um eine erwünschte Geschwindigkeit für jedes Rad zu ermitteln. Diese erwünschte Radgeschwindigkeit wird vom Radsteueruntersystem 2004 verwendet, um den Radgeschwindigkeitsfehler, den Radpositionsfehler und eine Radgeschwindigkeits-Vorkopplungs (bzw. feed forward) -Eingabe zu ermitteln. Um den Radgeschwindigkeitsfehler zu ermitteln, wird die Ausgabe des Addierers 2022 mit der momentanen Radgeschwindigkeit beim Addierer 2024 addiert. Der Radgeschwindigkeitsfehler kann durch eine Fehlergrenzfunktion 2026 geführt werden, die dann von einem Filter 2028 tiefpassgefiltert wird. Die Ausgabe des tiefpassgefilterten Radgeschwindigkeitsfehlers wird dann mit einer Radgeschwindigkeitsfehlerverstärkungskonstante 2030 multipliziert, um einen Teil des Radbefehls zu erzeugen.
Um den Radpositionsfehler zu bestimmen wird die Ausgabe des Addierers 2024 von Integrierer 2032 integriert und durch einen Fehlerbegrenzer 2034 geschickt. Der Positionsfehler wird mit der Verstärkung 2036 multipliziert, um einen Teil des vollständigen Radbefehls zu bilden.
Der Radgeschwindigkeits-Vorkopplungs (feed forward)-Wert kann bestimmt werden, indem der erwünschte Geschwindigkeitswert (Ausgabe des Addierers 2022) durch ein Tiefpassfilter 2038 geschickt wird und mit dem Radgeschwindigkeits-Vorkopplungs (feed forward)-Verstärkungswert 2040 multipliziert wird. Das Vorkoppeln einer Radgeschwindigkeit ermöglicht es dem Steuersystem im wesentlichen, die für die befohlene Geschwindigkeit erforderliche Motorspannung vorherzusehen, ohne sich mit einer großen stationäre Geschwindigkeit oder Positionsfehlersignalen befassen zu müssen.
Jedes der im Radsteueruntenegelkreis 2004 erzeugten Fehlersignale kann dem Addierer 2042 bereitgestellt werden, um zu allen anderen Fehlerbestimmungen addiert zu werden, die wiederum zur Erstellung der Radspannung V_w verwendet werden.
Der Radregelkreis 200 kann auch den mit dem Rahmenneigungsparameter verbundenen Unterregelkreis 2002 beinhalten, der einen Rahmenneigungsfehler und einen Neigungsratenfehler hervorbringt. Der Rahmenneigungsfehler wird durch Vergleichen der momentanen Rahmenneigung mit einer erwünschten Rahmenneigung bei Addierer 2046 erstellt. Die gewünschte Rahmenneigung kann auf der Grundlage der Parameter der Transportvorrichtung abgeschätzt werden. In einer Ausführungsform ist die gewünschte Rahmenneigung 2044 die Rahmenneigung, die den Schwerpunkt unmittelbar über den Mittelpunkt der Baugruppe platzieren würde. Diese erwünschte Rahmenneigung kann auf der Schwerpunktslage beruhen, wie durch die nachstehende Beschreibung bestimmt. Die Differenz zwischen der erwünschten Rahmenneigung und der momentanen Rahmenneigung kann durch einen Tiefpassfilter 2048 gefiltert werden und mit der Rahmenneigungsverstärkung 2050 multipliziert werden, um einen weiteren Teil des Radbefehls festzulegen.
Der Neigungsratenfehler kann bestimmt werden, indem die momentane Neigungsrate mit einer erwünschten Neigungsrate bei Addierer 2054 verglichen wird. In einer Ausführungsform ist die Neigungsrate gleich 0, was damit anzeigt, dass die Transportvorrichtung vollständig stabilisiert ist. Der Unterschied zwischen der momentanen Rahmenneigung und der erwünschten Neigungsrate wird vom Tiefpassfilter 2056 gefiltert und mit der Neigungsratenverstärkung 2058 multipliziert, um einen weiteren Teil des Radbefehls zu erzeugen. Sowohl der Rahmenneigungsfehler als auch der Neigungsratenfehler werden dem Addierer 2042 bereitgestellt.
Die befohlene GIER-Geschwindigkeit 2018 kann dem GIER-Unterregelkreis 2006 bereitgestellt werden, um die Gierfehler-Signale für die Transportvorrichtung zu steuern. Im GIER-Geschwindigkeits-Regelunterkreis 2006 können ein GIER-Geschwindigkeitsfehler und ein GIER-Positionsfehler bestimmt werden. Das GIER-Geschwindigkeitssteuersignal wird bestimmt, indem die Differenz zwischen der befohlenen GIER-Geschwindigkeit 2018 und der momentanen GIER-Geschwindigkeit (wie von Addierer 2060 bestimmt) durch einen Begrenzer 2062 und ein Tiefpassfilter 2064 geschickt wird, und die Ausgabe des Tiefpassfilters 2064 mit einer GIER-Geschwindigkeitsverstärkung 2066 multipliziert wird. Ebenso kann die Differenz zwischen der befohlenen GIER-Geschwindigkeit 2018 und der momentanen GIER-Geschwindigkeit durch den Integrierer 2068 geschickt werden und vom Begrenzer 2070 begrenzt werden. Das begrenzte Signal kann mit einer GIER-Positionsverstärkung 2072 multipliziert werden, um den GIER- Positionsbefehl zu erzeigen. Sowohl der GIER-Geschwindigkeitsbefehl als auch der GIER-Positionsbefehl werden dem Addierer 2042 bereitgestellt.
Der Radcontroller 200 kann auch einen die Baugruppengeschwindigkeit überwachenden Unterregelkreis 2008 beinhalten, der durch den Schalter 2076 ausgeschaltet werden kann, wenn φ_c mal einer tiefpass-gefilterten Baugruppengeschwindigkeit (das Produkt der Blöcke 2078 und 2080 wie von Block 2082 bestimmt) kleiner als Null ist.
Alle Teile des Radbefehls werden bei Block 2042 addiert, um eine Radsteuerspannung V_w zu erzeugen. Wie vorstehend besprochen kann diese Spannung durch eine Glättungseinrichtung 2086 geglättet werden, um ein glattes Spannungssteuerungssignal V_ws zu erzeugen. Der abklingende Filterversatz 2088 wird durch ein Tiefpassfilter 2090 geleitet und in der Glättungseinrichtung 2086 zu V_w addiert, um V_ws wie oben beschrieben zu erzeugen. V_ws wird zur Anlage 2092 weitergeleitet. Die Anlage kann sowohl die Radmotoren wie auch die Baugruppenmotoren beinhalten und kann unter anderem die momentane Rahmenneigung, die momentane Neigungsrate, die rechte Radgeschwindigkeit, die linke Radgeschwindigkeit, die Baugruppenposition und die Baugruppengeschwindigkeit ausgeben.
21 ist ein Beispiel eines Baugruppenregelkreises 2100. Ähnlich dem Radregelkreis kann der Baugruppenregelkreis 2100 einen rahmenbezogenen Regelunterkreis 2102 beinhalten, der einen Rahmenneigungsfehler und einen Neigungsratenfehler erzeugt. Dieser rahmenbezogene Unterregelkreis 2102 kann der selbe Regelkreis wie oben beschrieben sein, oder es kann ein gesonderter Regelkreis sein, der im Baugruppenregelkreis 2100 vorgehalten wird.
Zusätzlich kann der Baugruppenregelkreis einen Baugruppen-Maximalposition-Unterkreis beinhalten. Dieser Unterkreis erhält einen Wert φ_{c·stop_angle}, was der maximale Baugruppenwinkel ist, der im erweiterten Modus zulässig ist. Wenn die Baugruppe bei einem größeren Winkel als φ_{c·stop_angle} ist, dann wird der Baugruppenpositionscontroller durch den Schalter 2106 abgeschaltet. Wenn der Schalter 2106 offen ist, dann wird die momentane Baugruppenposition beim Addierer 2108 von φ_{c·stop_angle} angle subtrahiert. Die Ausgabe von Addierer 2108 (Baugruppenpositionsfehler) kann dann mit der Baugruppenpositionsverstärkung 2110 multipliziert werden, um einen Teil des Baugruppenpositionsbefehls auszugeben.
Der Baugruppenregelkreis 2100 kann auch einen Baugruppengeschwindigkeits-Regelunterkreis 2112 beinhalten, der einen Baugruppengeschwindigkeitsfehler erzeugt. In dem Baugruppengeschwindigkeits-Regelunterkreis 2112 kann die momentane Baugruppengeschwindigkeit von der erwünschten Baugruppengeschwindigkeit durch Addierer 2116 subtrahiert werden. Die erwünschte Baugruppengeschwindigkeit kann, in einer Ausführungsform, auf Null gesetzt werden. Die Ausgabe des Addierers 2116 kann durch einen Tiefpassfilter 2118 geschickt werden und mit einer Baugruppengeschwindigkeitsverstärkung 2120 multipliziert werden und dem Addierer 2122 bereitgestellt werden. Die Ausgabe des Addierers 2112 kann dann wie oben beschrieben von einer Glättungseinrichtung 2122 geglättet werden, um ein Signal zu erzeugen, das der Anlage V_cs zugeführt wird.
Verwendungsbeispiele des Erweiterten Modus
In einer Ausführungsform kann der erweiterte Modus für die Verwendung auf unregelmäßigem Gelände entwickelt sein. In dieser Ausführungsform kann die Transportvorrichtung vier bodenberührende Räder verwenden, die alle motorisiert sein können, um die Traktion in der VORWÄRTS/RÜCKWÄRTS-Ebene zu erhöhen. Beispiele, wie eine Transportvorrichtung in einem beispielhaften Erweiterten Modus arbeiten, werden folgen.
Überqueren von Oberflächen
Da sowohl die Baugruppe als auch die Räder im erweiterten Modus zur Stabilisierung der Transportvorrichtung verwendet werden können, kann der erweiterte Modus gut auf rauen und unregelmäßigen Oberflächen funktionieren. In einer Ausführungsform können alle vier Räder von gesonderten Motoren angetrieben werden, und in einer solchen Ausführungsform kann die Transportvorrichtung auch in der Lage sein, mit rutschigen Oberflächen zurechtzukommen. Wenn zum Beispiel die Radgeschwindigkeit von einem der Räder stark ansteigt, kann die Steuereinheit die an dieses Rad angelegte Energiemenge verringern, bis die Geschwindigkeit des Rads der Geschwindigkeit der anderen Räder ähnlich wird.
Hindernisse
In manchen Ausführungsformen kann der erweiterte Modus zulassen, dass die Transportvorrichtung Hindernisse überquert, wie einen Bordstein oder einen Felsen. Zum Beispiel bei der Überquerung eines Bordsteins kann der Benutzer die Transportvorrichtung dahin lenken (über eine Benutzereingabe), den Bordstein zu berühren. Der Benutzer lenkt die Transportvorrichtung weiterhin vorwärts, auch wenn das Rad den Bordstein berührt, was wiederum dazu führt, dass der Radpositionsfehlerterm (siehe 20) größer wird. Wenn der Fehlerterm größer wird, kann das auf die Räder angewandte Drehmoment bewirken, dass die Vorderräder auf den Bordstein hochfahren. Wenn die Vorderräder den Bordstein hinaufsteigen, wird die Baugruppe gedreht, um die Rahmenneigung nahe Null zu halten. Abhängig davon, wie schnell der obige Vorgang durchgeführt wird, kann die Steuereinheit zwischen Rad-PD-Modus und Rad-POC-Modus umschalten (abhängig von der Rate, mit der die Baugruppe gedreht wird). Um die Hinterräder auf den Bordstein zu bekommen, fährt der Benutzer weiterhin nach vorne, und die Baugruppe wird in die entgegengesetzte Richtung gedreht.
In einer Ausführungsform kann das Hinaufsteigen auf einen (beispielsweise) sechs Zoll (ca. 15 cm) hohen Bordstein bewirken, dass die Transportvorrichtung in den Radgleichgewichtsmodus schaltet, wenn die Baugruppe gedreht wird. Wenn der Wechsel stattfindet, können die Räder wieder vom Bordstein weg gelenkt werden, um die Transporvorrichtung zu stabilisieren. Dies kann eine effektive Art und Weise sein, den Benutzer zu warnen, dass der zu überquerende Bordstein zu hoch sein könnte und umgangen werden sollte.
Um sich einen Bordstein hinunter zu bewegen, fährt der Benutzer einfach die Transportvorrichtung den Bordstein hinunter. Wenn dies langsam getan wird, dann kann die Transportvorrichtung im Rad-PD-Modus bleiben. Wenn der Benutzer den Bordstein mit einer höheren Geschwindigkeit hinunter fährt, kann die Baugruppendrehung groß genug sein, um dazu zu führen, dass die Transportvorrichtung in den Rad-PD-Modus übertritt, zumindest bis wieder alle vier Räder auf dem Boden sind. Ein schneller Sturz vom Bordstein kann eine Baugruppendrehung verursachen, die groß genug ist, um dazu zu führen, dass die Transportvorrichtung in den Radgleichgewichtsmodus eintritt. Die Transportvorrichtung übernimmt dann ihre eigene Steuerung (d.h. beachtet die Benutzereingaben nicht), um die Räder ausreichend voran zu treiben, so dass sich der Schwerpunkt über der Standfläche der Vorrichtung befindet.
Abschätzung des Schwerpunkts
Von Zeit zu Zeit wurde in der vorangehenden Beschreibung Bezug auf die Schwerpunktslage genommen. In manchen Ausführungsformen kann die Transportvorrichtung eine direkte Abschätzung der Schwerpunktslage sein. In anderen Ausführungsformen kann die Transportvorrichtung erwünschte Ausrichtungen der Bestandteile verwenden, die auf einer Abschätzung der Schwerpunktslage beruhen können. In 20 ist zum Beispiel die erwünschte Neigung (z.B. Block 2044) die mit der momentanen Rahmenneigung verglichen wurde (bei Block 2046) eine Rahmenneigung, die auf einer Abschätzung der Schwerpunktslage beruhen kann. Das heißt, die erwünschte Neigung kann eine Rahmenneigung sein, von der bekannt ist, dass sie den Schwerpunkt über der Standfläche der Transportvorrichtung platziert, wenn bestimmte Bestandteile der Transportvorrichtung eine bestimmte Ausrichtung haben.
Die folgende Beschreibung wird genauer ausführen, wie ein Schwerpunkt einer Vorrichtung abgeschätzt werden kann, um erwünschte Ausrichtungen von Bestandteilen einer Vorrichtung zu bestimmen. Obwohl der Schwerpunkt im Zusammenhang mit einer Transportvorrichtung für Menschen beschrieben werden kann, wird es leicht offensichtlich sein, dass die Lehren hierin in Bezug auf die Abschätzung einer Schwerpunktslage nicht darauf beschränkt sind, den Schwerpunkt für eine Transportvorrichtung abzuschätzen. Als solches wird sich die folgende Beschreibung zusätzlich zum Bezug auf Transportvorrichtungen für Menschen auf jede Vorrichtung beziehen, bei der Abschätzungen des Schwerpunkts erforderlich sein können. Solche Vorrichtungen werden in der nachstehenden Beschreibung als Systeme bezeichnet.
22A zeigt ein Beispiel eines Regelkreises, in dem eine Schwerpunktsabschätzung verwendet werden kann. Der Regelkreis 2200 beinhaltet einen Steuersignalgenerator 2202 und eine Vorrichtung 2204, die mehrere Bestandteile aufweist. Der Steuersignalgenerator 2202 erzeugt ein Steuersignal, das bewirken kann, dass in der Vorrichtung 2204 enthaltene Stellantriebe (nicht gezeigt) die Ausrichtung verschiedener Komponenten der Vorrichtung 2204 ändern. Der Steuersignalgenerator 2202 kann in einem der Komponenten der Vorrichtung 2204 inbegriffen sein. Der Steuersignalgenerator 2202 wird jedoch als getrennter Block gezeigt, um die Erklärung zu erleichtern und um deutlich aufzuzeigen, dass der Steuersignalgenerator 2202 mindestens einem Stellantrieb der Vorrichtung 2204 ein Steuersignal bereitstellt, um die Ausrichtung von einem der Bestandteile zu verändern. Der Steuersignalgenerator 2202 kann der Steuereinheit (Elektronikbox) der oben beschriebenen Transportvorrichtung ähneln.
Eine Eingabe an den Steuersignalgenerator (2202) ist eine Differenz (oder ein Versatz) zwischen einer momentanen Ausrichtung eines der Bestandteile und einer erwünschten Ausrichtung 2206. Der Versatz ist die Ausgabe des Addierers 2208, der die momentane Ausrichtung von der erwünschten Ausrichtung 2206 abziehen kann, um den Versatzwert zu erzeugen. Der Steuersignalgenerator 2202 empfängt den Versatzwert und erzeugt auf der Grundlage des Werts des Versatzes ein Steuersignal das bewirkt, dass die Vorrichtung die Ausrichtung eines Bestandteils ändert, um den Versatz zu verringern.
22B ist ein Blockdiagramm eines Systems, das einen Wert erzeugen kann, der die erwünschte Ausrichtung eines Bestandteils eines Systems darstellt. Die Bestimmungseinrichtung 2212 für die gewünschte Ausrichtung empfängt verschiedene Eingaben und erzeugt eine erwünschte Ausrichtung eines Bestandteils als Ausgabe. Die erwünschte Ausrichtung kann abhängig von dem Betriebsmodus (Datenblock 2213) des gesteuerten Systems variieren. In einer Ausführungsfonn kann die erwünschte Ausrichtung gleich einer Ausrichtung eines Bestandteils sein, von der bekannt (oder berechnet) ist, dass sie das System in einen ausgeglichenen Zustand versetzt. Dies Information kann im Datensatz 2214 enthalten sein. Der Datensatz kann frei als eine Abschätzung der Schwerpunktslage bezeichnet werden. Das heißt, wenn bestimmte Bestandteile der Vorrichtung bestimmte Ausrichtungen haben, kann angenommen werden, dass der Schwerpunkt der Vorrichtung an einem bestimmten Ort ist. Dies ist gleichwertig zu einer Abschätzung der Schwerpunktslage. Wie dieser Datensatz 2214 erzeugt werden kann, wird nachstehend erörtert.
Der Bestimmungseinrichtung 2212 für die gewünschte Ausrichtung empfängt auch den momentanen Modus 2213 des Systems. In manchen Systemen kann es unterschiedliche Betriebsmodi geben, die die Abschätzung des Schwerpunkts auf unterschiedliche Weise verwenden. Beispielsweise könnte die Vorrichtung ein Transportfahrzeug für Menschen sein, das sich selbst stabilisieren kann, um zu verhindern, dass ein Benutzer von der Transportvorrichtung fällt. In solchen Systemen kann eine Abschätzung der Schwerpunktslage verwendet werden bei der Steuerung der Transportvorrichtung so, dass die Transportvorrichtung im Gleichgewicht ist. Wieder mit Bezug auf 20 kann die Abschätzung der Schwerpunktlage verwendet werden, um die erwünschte Rahmenneigung aus Block 2046 zu bestimmen. Wie diese Abschätzung bestimmt und verwendet wird, wird nachstehend erörtert.
23 ist ein Beispiel einer Transporitvorrichtung, bei der der Schwerpunkt 2304 versetzt über einem Hinterrad 2302 ist. Die Schwerpunktslage 2304 kann eine abgeschätzte Größe sein, die die Schwerpunktslage für ein ganzes System darstellt, welches die Transportvorrichtung, den Benutzer, und jede andere Nutzlast umfasst, die vom Benutzer mitgeführt werden oder auf der Transportvorrichtung untergebracht werden kann. Der Schwerpunkt 2304 kann über die Koordinate θ₃ relativ zur Elektronikbox 2305 wie auch über die Länge Lt relativ zur Baugruppenachse 2306 lokalisiert werden. In manchen Ausführungsformen kann der Winkel θ₃ die einzige verwendete Variable sein. In anderen Ausführungsformen können sowohl θ₃ als auch L₁ zur Abschätzung der Schwerpunktslage verwendet werden.
Wie vorstehend erörtert kann die Elektronikbox 2305 (Steuereinheit) verschiedene Sensoren, wie Neigungssensoren, beinhalten, die die Ausrichtung der Baugruppe 2308 und der Elektronikbox 2305 messen können. Zusätzlich kann die Ausrichtung der Baugruppe 2308 ermittelt werden, indem eine Ausgabe eines Baugruppengeschwindigkeitssensor integriert wird, der sich auf der Baugruppe oder in der Elektronikbox 2305 befindet oder vom Baugruppenmotor gemeldet werden.
Die Transportvorrichtung kann ein bodenberührendes Bauteil 2302 (in dieser Ausführungsform ein Rad) beinhalten, das einen Mittelpunkt 2310 hat. Wenn sich der Schwerpunkt 2304 über dem Mittelpunkt 2310 (oder irgendeinem anderen Punkt am bodenberührenden Bauteil, der für Stabilität sorgt) befindet, dann ist die Transportvorrichtung im Gleichgewicht.
In 23 werden Winkel so gemessen, dass ein den Winkel darstellender Pfeil, der im Uhrzeigersinn zeigt, einen positiven Wert anzeigt. Beispielsweise kann der Baugruppenposition relativ zur Elektronikbox θ_c, ein positiver Wert zugewiesen werden.
Der Winkel θ₃ ist der Winkel zwischen L₁ und der Elektronikbox 2305. Die Elektronikbox 2305 kann Neigungssensoren beinhalten, die die Ausrichtung verschiedener Bestandteile der Transportvorrichtung ermitteln. Diese Neigungssensoren können den Winkel der Elektronikbox relativ zur Horizontalen, θ_e, direkt messen. Ein Controller (nicht gezeigt) kann den Winkel der Baugruppe in Bezug auf die Elektronikbox 2305 überwachen. Die Entfernung L₂ ist die Entfernung von der Mitte der Baugruppe 2308 zum Mittelpunkt 2310 des Rads 2302, das den Boden berührt. L₂ ist ein bekannter Parameter, der von der spezifischen verwendeten Transportvorrichtung abhängt. In einer Ausführungsform ändert sich L₂ während des Betriebs des Fahrzeugs nicht, doch L₂ kann sich in Abhängigkeit davon ändern, welche Art von Baugruppe die Transportvorrichtung verwendet.
Wenn der Schwerpunkt 2304 über dem Mittelpunkt 2310 des bodenberührenden Rads ist, dann ist eine Art, die Transportvorrichtung modellhaft darzustellen: L2 cos(θc + θe + π) = L1 cos(θ3 + θe)
Nach Ausmultiplizieren und Umformen von Termen wird die obige Gleichung zu: cos θe(L2 cos θc + L1 cos θ3) = sin θe(L2 sin θc + L1 sin θ3)
Diese Gleichung könnte zum Beispiel gelöst werden, um eine erwünschte Ausrichtung (θ_e) der Elektronikbox zu bestimmen. Da L₁ und θ₃ nichtlineare trigonometrische Funktionen sein können und die Verarbeitungsfähigkeit eines innerhalb der Elektronikbox 2305 befindlichen Mikroprozessors begrenzt sein kann, kann es effizienter sein, die direkte Berechnung von θ_e unter Verwendung trigonometrischer Funktionen zu vermeiden. In einem solchen Fall können eine Nachschlagetabelle und ein Kurvenanpassungsverfahren verwendet werden, um den richtigen Wert für θ_c zu bilden. Um eine Kurvenanpassung auf der Grundlage der ausmultiplizierten und umgeformten Gleichung vorzunehmen, kann die ausmultiplizierte Gleichung vereinfacht werden zu L2 cos(θc + θe) = – K1(h) cos θc + K2(h) sin θe und nach umformen, θe = atan[(L2 cos θc + K1(h))/(L2 sin θc + K2(h))]wobei K1(h) = L1(h) cos θ3(h) und K2(h) = L1(h) sin θ3(h)und h = die Plattformhöhe ist. Diese Gleichung kann für K₁(h) und K₂(h) gelöst werden, wenn zwei Werte von θ_c bekannt sind. Nachdem die Werte von K₁(h) und K₂(h) bekannt sind, können einfache trigonometrische Berechnungen verwendet werden, um Werte von sowohl L₁ als auch θ₃ zu ermitteln. Wie oben beschrieben ist die Schwerpunktslage bei gegebenem L₁ und θ₃ bekannt (natürlich ist die Lage relativ zu einer Referenzlage die, im Fall einer Transportvorrichtung, ein Mittelpunkt der Baugruppe sein kann). Die unten diskutierten Kurven bieten eine effektive Art und Weise, zwei Werte von θ_c zu bestimmen, die verwendet werden sollen, um K₁(h) und K₂(h) und damit L₁ und θ₃ zu bestimmen.
Wahlweise kann man den Winkel der Elektronikbox als Funktion des Baugruppenwinkels bezüglich der Schwerkraft, φ_c, ableiten, was die Gleichung ergibt: θe = θ3(h) + π/2 – sin–1(L2 sin(φc)/L1(h))
Wieder können zwei Werte von θ_e erforderlich sein, um nach L₁ und θ₃ aufzulösen, wenn die Transporteinrichtung auf der Grundlage von φ_c durch die obige Gleichung modellhaft dargestellt wird.
Abhängig davon, in welchem Betriebsmodus die Transporvorrichtung arbeitet, können entweder der Elektronikbox-Winkel oder der Baugruppenwinkel verwendet werden, um den Schwerpunkt abzuschätzen. Zum Beispiel bei Betrieb im Treppenmodus kann es vorzuziehen sein, die Abschätzung des erwünschten Elektronikbox-Winkels auf der Grundlage von φ_c zu verwenden.
24 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform, mit der ein Referenzdatensatz erzeugt werden kann, der verwendet werden kann, um eine Schwerpunktslage abzuschätzen. 24 wird mit Bezug auf 25A–25C beschrieben. Es gibt mindestens zwei Gründe dafür, einen solchen Referenzdatensatz zu erzeugen. Erstens gestattet der Datensatz, den für einen bestimmten Benutzer individuell einzurichten. Zweitens erlaubt der Datensatz eine effiziente Berechnung von erwünschten Ausrichtungen von Bestandteilen der Transportvorrichtung wie unten beschrieben.
Das Verfahren kann bei Schritt 2402 beginnen, wo Bestandteile der Vorrichtung (z.B. einer Transportvorrichtung) in einer bestimmten Anordnung angeordnet werden und die Ausrichtungen der verschiedenen Bestandteile aufgezeichnet werden. Beispielsweise kann die Baugruppe einer Transportvorrichtung eine erste Ausrichtung haben und dieser Wert wird aufgezeichnet. 25A zeigt eine mögliche erste Ausrichtung der Baugruppe 2502, die in diesem Beispiel als θ_c = 0 dargestellt werden kann, da die Elektronikbox 2504 und die Baugruppe parallel zueinander sind. Zusätzlich kann die Sitzhöhe als ein Anfangsparameter aufgezeichnet werden. In einer Ausführungsform kann die Höhe der Plattform so klein wie möglich sein.
Bei Schritt 2404 wird die Transportvorrichtung dann in eine erste Position bewegt. Die erste Position kann eine Position sein, die den Schwerpunkt über einem der Räder der Baugruppe platziert. An diesem Punkt ist der Schwerpunkt nicht bekannt oder abgeschätzt, es ist jedoch offensichtlich, dass der Schwerpunkt über einer Radachse ist, da die Transporteinrichtung das Gleichgewicht hält, so dass von einer Person, die die Transporteinrichtung bewegt, keine oder kaum Stabilisierung erforderlich ist.
Nachdem die Transportvorrichtung bei Schritt 2404 in die erste Position gebracht wurde, kann die Ausrichtung von mindestens einer der Bestandteile im Schritt 2406 aufgezeichnet werden. Die Bestandteile, deren Ausrichtung aufgezeichnet werden kann, können die Ausrichtung der Elektronikbox (θ₃), die Baugruppenposition bezüglich der Schwerkraft (φ_c) und die Sitzhöhe umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Verschiedene Ausrichtungswerte können entweder durch physikalisches Messen der Winkel oder wahlweise durch Zugreifen auf die Sensoren der Elektronikbox aufgezeichnet werden. Auf die Sensoren kann zugegriffen werden, indem Daten vom Mikroprozessor abgefragt werden, oder durch direktes Auslesen der Sensorausgabe.
25B zeigt eine Transportvorrichtung in einer ersten Position. In diesem Beispiel befindet sich der Schwerpunkt 2506 über dem Vorderrad 2508 einer Transportvorrichtung. Der Winkel der Elektronikbox θ_e ist ein positiver Wert, der aufgezeichnet werden kann.
Bei Schritt 2408 wird die Transportvorrichtung in eine zweite Position gebracht. Ähnlich der ersten Position kann die zweite Position eine Position sein, die den Schwerpunkt 2506 über dem Hinterrad 2510 einer Transportvorrichtung platziert, so dass die Transportvorrichtung im Gleichgewicht ist (siehe 25C). Bei Schritt 2410 werden die Ausrichtungen von Bestandteilen der Vorrichtung in der zweiten Position aufgezeichnet.
Der oben beschriebene Vorgang kann wiederholt werden, wobei zum Beispiel die anfängliche Baugruppenposition in eine andere Ausrichtung gebracht wird und alle oben beschriebenen Schritte 2402–2410 wiederholt werden. Zusätzlich kann auch jedes Mal, wenn der Vorgang durchgeführt wird, die Höhe der Plattform eingestellt werden.
26 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Durchführung von mehreren Wiederholungen des oben skizzierten Vorgangs. Die horizontale Achse stellt die relative Baugruppenausrichtung (θ_c) in Radiant dar, und die vertikale Achse stellt eine zugehörige Elektronikbox-Ausrichtung (θ_e) in Radiant dar, welche den Schwerpunkt über die Standfläche der Vorrichtung bringen (d.h. zwischen die beiden Räder). Natürlich könnte eine ähnliche graphische Darstellung erstellt werden, die θ_e mit φ_c in Zusammenhang bringt.
Die erste Spur 2602 stellt die Ergebnisse des Vorgangs dar mit der Plattformhöhe bei einer minimalen Höhe und die zweite Spur 2604 stellt die Ergebnisse des Vorgangs dar mit der Plattform bei einer maximaler Höhe. Wie oben erörtert folgen diese Spuren den vorstehenden Gleichungen recht genau. Damit können durch Implementierung dieser Spuren als Nachschlagetabelle, beruhend auf der Baugruppenausrichtung, zwei Werte für θ_c leicht bestimmt werden. Wie oben erörtert gestatten diese beiden Werte, dass L₁ und θ₃ schnell berechnet werden können. Des weiteren kann jede gewünschte Elektronikbox-Ausrichtung für jede Sitzhöhe bei jeder Baugruppenposition bestimmt werden, da Kurven sowohl für die maximale als auch die minimale Plattformhöhe erzeugt wurden. Es wurde festgestellt, dass L₁ und θ₃ zwischen diesen beiden Werten linear abgeschätzt werden können.
Wieder unter Bezug auf 26 gilt, dass die beiden aufgezeichneten Elektronikbox-Orte 2608 und 2610 sind, wenn die momentane Baugruppenposition 2606 ist. Dies wird graphisch durch Linien 2612 (momentane Baugruppenposition) und 2614 und 2616 (mögliche Elektronikbox-Ausrichtungen) angezeigt. Diese beiden Werte können verwendet werden, um L₁ und θ₃ linear zu interpolieren.
Die Werte von L₁ und θ₃ können auf verschiedene Weise verwendet werden, abhängig z.B. von dem Modus, in dem das System arbeitet. Wenn beispielsweise das System eine Transportvorrichtung ist, kann das System einen Gleichgewichtsmodus, einen Treppenmodus und einen erweiterten Modus beinhalten, wie oben erörtert. Die gewünschte Ausrichtung der Elektronikbox im erweiterten Modus kann mit thetaref_vierrad bezeichnet werden. Nach thetaref_vierrad kann allein auf der Grundlage des Werts von θ₃ aufgelöst werden. Unter Bezugnahme auf 23 ist eine Gleichung, die den Schwerpunkt über den Mittelpunkt 2310 der Baugruppe 2308 setzen würde: θe = 90° + θ3
Daher kann der gewünschte Elektronikboxwinkel nur durch Bestimmung von θ₃ leicht berechnet werden. Diese gewünschte Ausrichtung kann in manchen Ausführungsformen als der erwünschte Neigungswert von Block 2044 (20) verwendet werden.
Im Gleichgewichtsmodus kann die Abschätzung der Schwerpunktslage auf der Grundlage von L₁ und θ₃ verwendet werden, um eine Elektronikbox-Ausrichtung (theta_gleichgewicht) zu bestimmen, die den Schwerpunkt einer Achse über dem bodenberührenden Rad platziert. Eine Elektronikbox-Ausrichtung kann bestimmt werden durch Lösen der Gleichung θe = atan[(L2 cos θc + K1(h))/(L2 sin θc + K2(h))]mit gegebenem θ₃ und L₁.
Nachdem damit zumindest erläuternde Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, werden dem Fachmann verschiedene Modifikationen und Verbesserungen leicht in den Sinn kommen und sollen sich im Schutzumfang der Erfindung befinden. Entsprechend ist die vorstehende Beschreibung nur als Beispiel und nicht in beschränkender Weise beabsichtigt. Die Erfindung ist nur wie in den folgenden Ansprüchen festgelegt begrenzt.

Claims

Transportvorrichtung (200, 300, 700) für Menschen, die in der Lage ist, in mehreren Betriebsmodi betrieben zu werden, umfassend: – eine drehbare Baugruppe (cluster) (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502), wobei die Baugruppe mindestens zwei Bodenkontaktelemente (208, 210, 312, 314, 404, 502, 504, 712, 714, 2302, 2508, 2510) aufweist, wobei die mindestens zwei Bodenkontaktelemente eine Standfläche der Transportvorrichtung definieren; – mindestens einen Aktuator, um die Baugruppe und die Bodenkontaktelemente zu bewegen; und – eine Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305), die ausgelegt ist, um dem Aktuator ein Steuersignal bereitzustellen; dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinheit das Steuersignal so bereitstellt, dass der Aktuator bewirkt, dass sich sowohl die Baugruppe dreht als auch dass sich gleichzeitig die Bodenkontaktelemente bewegen, um die Transportvorrichtung auszubalancieren, wenn die Vorrichtung in einem Betriebsmodus betrieben wird, der den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) über der Standfläche der Transportvorrichtung hält oder dahin zurückführt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Bodenkontaktelemente (208, 210, 312, 314, 404, 502, 504, 712, 714, 2302, 2508, 2510) Räder sind, und weiter umfassend: – mindestens einen Radmotor (1306); und – eine Radsteuerung (1202), die ausgelegt ist, um dem mindestens einen Radmotor (1306) ein Steuersignal bereitzustellen, das eine Drehung der Räder bewirkt, so dass sich die Lage des Schwerpunkts (318, 400, 704, 2304) vertikal oberhalb der Endpunkte der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) befindet.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, wobei die Transportvorrichtung mindestens vier Räder umfasst, und wobei erste zwei der Räder auf gegenüberliegenden Seiten der Transportvorrichtung an der Baugruppe (716) angebracht sind und eine erste gemeinsame Achse (708) aufweisen, die durch den Mittelpunkt der ersten zwei der Räder verläuft, und wobei zweite zwei der Räder auf gegenüberliegenden Seiten der Transportvorrichtung an der Baugruppe angebracht sind und eine zweite gemeinsame Achse (710) aufweisen, die durch den Mittelpunkt der zweiten zwei der Räder verläuft.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 3, wobei die Radsteuerung (1202) und der mindestens eine Radmotor (1306) so ausgelegt sind, dass das dem mindestens einen Radmotor von der Radsteuerung bereitgestellte Steuersignal mindestens eines der Räder dazu bringt, sich zu drehen, um den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) in einer Lage zwischen und über der ersten gemeinsamen Achse (708) und der zweiten gemeinsamen Achse (710) zu halten.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 1, weiter eine Baugruppensteuerung (1204) umfassend, und wobei die Radsteuerung (1202) und die Baugruppensteuerung ausgelegt sind, um die Räder bzw. die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) gleichzeitig zu steuern, um die Vorrichtung auszubalancieren.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 5, wobei die Baugruppensteuerung (1204) angepasst ist, um die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) zu steuern, indem die Baugruppe um eine Mittelachse (718) der Baugruppe gedreht wird.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, um einen derzeitigen Betriebsmodus der Transportvorrichtung abhängig von Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung automatisch zu ändern.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 7, wobei die Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung eine Rahmenneigung (804) einschließen, die Rahmenneigung, um die ein Rahmen, der die Transportvorrichtung für Menschen und einen Benutzer einschließt, von einer gewünschten Position verschoben ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 8, wobei die gewünschte Lage eine Lage ist, bei welcher der Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) über der Standfläche der Transportvorrichtung für Menschen angeordnet ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 8, wobei die gewünschte Lage eine Lage ist, bei welcher der Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) über einem Mittelpunkt (718) der Baugruppe (716) der Transportvorrichtung für Menschen angeordnet ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 7, wobei die Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung eine Neigungsrate (806) einschließen, wobei die Neigungsrate eine Rate repräsentiert, mit der sich ein Rahmen, der die Transportvorrichtung für Menschen und einen Benutzer einschließt, in Bezug auf die Schwerkraft (gravity) bewegt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 11, wobei die Neigungsrate (806) mit einer gewünschten Neigungsrate (2052) verglichen wird, um ein Neigungsraten-Korrektursignal zu bestimmen, welches bewirkt, dass sich die Neigungsrate im Wesentlichen zu der gewünschten Neigungsrate ändert.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 12, wobei die gewünschte Neigungsrate (2052) im Wesentlichen gleich Null ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) so ausgelegt ist, dass sie abhängig von einem Wert eines Balance-Indikators zwischen mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus umschalten kann.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 14, wobei der Balance-Indikator sich auf einen Rahmenneigungswert bezieht, wobei der Rahmenneigungswert den Betrag repräsentiert, um den ein Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) eines Rahmens, der mindestens die Transportvorrichtung für Menschen und einen Benutzer einschließt, gegenüber einem gewünschten Rahmenneigungswert versetzt ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 15, wobei der gewünschte Rahmenneigungswert im Wesentlichen gleich Null ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, einen Übergang zwischen mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus basierend auf einer Position einer Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) der Transportvorrichtung in Bezug auf die Schwerkraft zu bewirken.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 17, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in den ersten Modus einzutreten, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, niedriger als ein unterer Schwellenwert ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, einen Übergang zwischen mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus basierend auf einer Geschwindigkeit einer Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) der Transportvorrichtung zu bewirken.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 17, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in den zweiten Modus einzutreten, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, über einem oberen Schwellenwert liegt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, einen Übergang zwischen mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus basierend auf einer Geschwindigkeit und Position zu bewirken.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 17, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in den ersten Modus einzutreten, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, niedriger als ein unterer Schwellenwert ist, und die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in den zweiten Modus einzutreten, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, über einem oberen Schwellenwert liegt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 22, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, um, wenn der Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert liegt, die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in den ersten Modus einzutreten, wenn eine Position des Schwerpunkts (318, 400, 704 2304) sich nahe einem Endpunkt der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) befindet.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 22, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, um, wenn der Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert liegt, die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in den zweiten Modus einzutreten, wenn eine Position des Schwerpunkts (318, 400, 704 2304) sich nahe einem Mittelpunkt der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) befindet.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 17, wobei der zweite Modus mindestens zwei Untermodi einschließt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 25, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, um die Transportvorrichtung dazu zu bringen, in einen ersten Untermodus des zweiten Modus einzutreten, wenn ein Steuerschaltwert größer als ein Eintrittswert ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 26, wobei die Transportvorrichtung in dem ersten Untermodus verbleibt, bis der Steuerschaltwert unter einen Austrittswert fällt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 27, wobei der Eintrittswert größer als der Austrittswert ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, weiter umfassend: – eine Benutzereingabevorrichtung, die angepasst ist, um Benutzereingaben zu empfangen und um der Radsteuerung (1202) ein Signal bereitzustellen; wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, um das Maß, mit dem die Radsteuerung (1202) auf Benutzereingaben reagiert, basierend auf Betriebseigenschaften der Vorrichtung zu variieren.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 29, wobei die Radsteuerung (1202) eine Rückkoppelschleife einschließt, die angepasst ist, um einen Radsteuerungsbefehl basierend auf den Benutzereingaben und den Betriebseigenschaften der Vorrichtung zu erzeugen.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 30, wobei die Rückkoppelschleife der Radsteuerung (1202) einen Verstärkungskoeffizienten auf die Benutzereingaben anwendet, die von der Radsteuerung empfangen werden.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 31, wobei der Wert des Verstärkungskoeffizienten niedriger ist, wenn die Vorrichtung instabil ist, als wenn die Vorrichtung stabil ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 29, wobei die Benutzereingabe ein Joystick (316) ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 29, wobei die Benutzereingabe eine Stützplattform (leanable platform) ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 29, wobei die Radsteuerung (1202) ausgelegt ist, um das Maß, mit dem die Benutzereingabe eine Drehung von mindestens zwei Rädern der Transportvorrichtung beeinflusst, basierend auf der derzeitigen Ausrichtung des mindestens einen Abschnitts der Transportvorrichtung zu verringern.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 35, wobei die Radsteuerung (1202) angepasst ist, um einen Verstärkungskoeffizienten auf die Benutzereingabe anzuwenden, um einen Radsteuerungsbefehl zu bestimmen, wobei ein Wert des Verstärkungskoeffizienten niedriger ist, wenn die Vorrichtung instabil ist, als wenn die Vorrichtung stabil ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 1, weiter umfassend: – eine Verstärkungstabelle (1400), die mindestens zwei Sätze von Verstärkungskoeffizienten enthält; wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) einen der mindestens zwei Sätze von Verstärkungskoeffizienten auf Eingaben in die Steuereinheit anwendet, um das Steuersignal zu erzeugen, das die Bewegung der Räder steuert, und wobei der Satz von Verstärkungen, der von der Steuereinheit angewendet wird, während dem Betrieb der Transportvorrichtung automatisch variieren kann.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 37, wobei der Satz von Verstärkungen, der von der Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) angewendet werden soll, basierend auf einer winkelbezogenen Ausrichtung der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) bestimmt wird.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, wobei die Radsteuerung (1202) angepasst ist, einen Steuerbefehl bereitzustellen, um Räder, die an der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) angebracht sind, in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen, wenn eine Achse, die durch den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) und den Mittelpunkt der Baugruppe verläuft, unter einem positiven Winkel gegenüber einer Achse verschoben ist, die im Wesentlichen vertikal durch einen Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe verläuft.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, wobei die Radsteuerung (1202) angepasst ist, um einen Steuerbefehl bereitzustellen, um Räder, die an der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) angebracht sind, in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, wenn eine Achse, die durch den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) und den Mittelpunkt der Baugruppe verläuft, unter einem negativen Winkel gegenüber einer Achse verschoben ist, die im Wesentlichen vertikal durch einen Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe verläuft.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, weiter umfassend eine Baugruppensteuerung (1204), die ausgelegt ist, um Steuerbefehle bereitzustellen, um die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) um eine Baugruppendrehachse zu drehen, um den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) der Transportvorrichtung im Wesentlichen über einem Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe angeordnet zu halten.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, weiter umfassend eine Baugruppensteuerung (1204), die ausgelegt ist, um Steuerbefehle bereitzustellen, um die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) um eine Baugruppendrehachse zu drehen, um jedes von mehreren Rädern, die mit der Baugruppe verbunden sind, in Kontakt mit einer Oberfläche (270, 406) zu halten, welche die Transportvorrichtung überquert.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 2, weiter umfassend: eine Baugruppensteuerung (1204), die ausgelegt ist, um einen Steuerbefehl bereitzustellen, um die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) zu drehen, wobei die Radsteuerung und die Baugruppensteuerung ausgelegt sind, um Räder, die an der Baugruppe angebracht sind, bzw. die Baugruppe zu steuern, so dass sich der Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) der Transportvorrichtung und ein Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe in einer im Wesentlichen vertikalen Beziehung zueinander befinden.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 43, wobei die Radsteuerung ausgelegt ist, um Steuerbefehle bereitzustellen, welche bewirken, dass sich die Räder, die an der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) angebracht sind, drehen, um den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) der Transportvorrichtung im Wesentlichen über dem Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe angeordnet zu halten.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 43, wobei die Radsteuerung ausgelegt ist, einen Steuerbefehl bereitzustellen, um die Räder, die an der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) angebracht sind, in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen, wenn eine Achse, die durch den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) und den Mittelpunkt der Baugruppe verläuft, unter einem positiven Winkel gegenüber einer Achse verschoben ist, die sich im Wesentlichen vertikal von einem Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe erstreckt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 43, wobei die Baugruppensteuerung ausgelegt ist, einen Steuerbefehl bereitzustellen, um die Räder, die an der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) angebracht sind, in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, wenn eine Achse, die durch den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) und den Mittelpunkt der Baugruppe verläuft, unter einem negativen Winkel gegenüber einer Achse verschoben ist, die sich im Wesentlichen vertikal von einem Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe erstreckt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 43, wobei die Baugruppensteuerung ausgelegt ist, Steuerbefehle bereitzustellen, um die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) um eine Baugruppendrehachse zu drehen, um den Schwerpunkt der Transportvorrichtung im Wesentlichen über dem Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe angeordnet zu halten.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 43, wobei die Baugruppensteuerung ausgelegt ist, Steuerbefehle bereitzustellen, um die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) um eine Baugruppendrehachse zu drehen, um jedes von mehreren Rädern, die mit der Baugruppe verbunden sind, in Kontakt mit einer Oberfläche (270, 406) zu halten, welche die Transportvorrichtung überquert.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) angepasst ist, um zu bestimmen, in welchem der mehreren Betriebsmodi die Transportvorrichtung für Menschen betrieben wird.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 49, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) zwischen den mehreren Betriebsmodi umschaltet, um den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) der Transportvorrichtung im Wesentlichen vertikal verschoben über einer Standfläche der Transportvorrichtung zu halten.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 49, wobei die mehreren Modi einen ersten Modus einschließen, der den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) der Transportvorrichtung im Wesentlichen vertikal verschoben über der Standfläche der Transportvorrichtung hält, indem bewirkt wird, dass sich die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) um eine zentrale Achse dreht, so dass eine longitudinale Achse der Baugruppe im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche (270, 406) ist, welche die Transportvorrichtung überquert.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 51, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, einen Steuerbefehl bereitzustellen, um eine longitudinale Achse der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) in einer Richtung im Uhrzeigersinn nach unten zu drehen, wenn eine Achse, die durch den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) und den Mittelpunkt der Baugruppe verläuft, unter einem positiven Winkel gegenüber einer Achse verschoben ist, die sich im Wesentlichen vertikal von dem Mittelpunkt der Baugruppe erstreckt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 51, wobei die Steuereinheit (240, 308, 706, 1200, 1302, 2305) ausgelegt ist, einen Steuerbefehl bereitzustellen, um eine longitudinale Achse der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn nach unten zu drehen, wenn eine Achse, die durch den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) und den Mittelpunkt der Baugruppe verläuft, unter einem negativen Winkel gegenüber einer Achse verschoben ist, die sich im Wesentlichen vertikal von dem Mittelpunkt der Baugruppe erstreckt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Modi einen zweiten Modus einschließen, der den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) der Transportvorrichtung zu einer Position zurückführt, die im Wesentlichen vertikal über die Standfläche der Transportvorrichtung verschoben ist, wenn bestimmt wird, dass der Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) in einem Bereich (regional) gelegen ist, der vertikal über einer Achse eines Rads gelegen ist, das mit der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) verbunden ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 54, wobei der zweite Modus den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) zurückführt, indem Räder, die an der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) angebracht sind, in einer Richtung gedreht werden, in der der Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) gegenüber einer vertikalen Linie versetzt ist, die durch den Mittelpunkt (320, 718, 2310) der Baugruppe verläuft.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 55, wobei der zweite Modus die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) in einer Richtung um eine zentrale Baugruppenachse dreht, um eine longitudinale Achse der Baugruppe im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche (270, 406) machen, auf der die Transportvorrichtung für Menschen angeordnet ist.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 49, weiter umfassend: – eine Verstärkungstabelle (1400); und wobei die mehreren Modi einen ersten und einen zweiten Modus einschließen, und wobei ein Übergang vom dem ersten Modus zu dem zweiten Modus Verstärkungskoeffizienten in der Verstärkungstabelle derart ändert, dass die Verstärkungstabelle Verstärkungskoeffizienten enthält, die mit dem zweiten Modus verknüpft sind, im Wesentlichen im gleichen Moment in dem der Übergang zwischen den Modi auftritt.
Transportvorrichtung (200, 300, 700) nach Anspruch 57, wobei weiter umfassend: – eine Steuerschleife; und wobei eine Differenz zwischen einem Steuersignal, das vor dem Übergang auf ein gesteuertes Element angewendet wird, und einem Signal, das von einer Steuerung für die gesteuerte Vorrichtung nach dem Übergang erzeugt wird, als eine Eingabe auf die Steuerschleife angewendet wird.
Verfahren zum Steuern einer Transportvorrichtung (200, 300, 700) für Menschen mit einem menschlichen Insassen, wobei die Transportvorrichtung in der Lage ist, in mehreren Betriebsmodi betrieben zu werden, mit einer Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) mit daran angebrachten Rädern, und mit einer Standfläche, deren Fläche größer als etwa Null ist, wobei das Verfahren durch den Schritt gekennzeichnet ist: – gleichzeitiges Steuern einer Position der Baugruppe und einer Position der Räder, wobei der Schritt ausgeführt wird, wenn sich die Transportvorrichtung in einem Betriebsmodus befindet, welcher den Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) über der Standfläche der Transportvorrichtung hält oder dahin zurückführt.
Verfahren nach Anspruch 59, weiter umfassend Schritte von: a) Bestimmen der derzeitigen Betriebseigenschaften der Transportvorrichtung (200, 300, 700); und b) automatisches Wechseln zwischen den mehreren Betriebsmodi, abhängig von den derzeitigen Betriebseigenschaften.
Verfahren nach Anspruch 60, wobei Schritt a) ein Bestimmen eines Wertes eines Balance-Indikators einschließt und Schritt b) ein Umschalten zwischen mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus basierend auf dem Wert des Balance-Indikators einschließt.
Verfahren nach Anspruch 61, wobei der Balance-Indikator sich auf einen Rahmenneigungswert bezieht, wobei der Rahmenneigungswert den Betrag repräsentiert, um den ein Schwerpunkt (318, 400, 704, 2304) eines Rahmens, der mindestens die Transportvorrichtung für Menschen und einen Benutzer einschließt, gegenüber einem gewünschten Rahmenneigungswert versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 60, wobei Schritt a) ein Bestimmen einer Position der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) der Transportvorrichtung (200, 300, 700) in Bezug auf die Schwerkraft einschließt und Schritt b) ein Umschalten zwischen mindestens einem ersten Modus und einem zweiten Modus basierend auf einer Position der Baugruppe der Transportvorrichtung in Bezug auf die Schwerkraft einschließt.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei Schritt b) einen Schritt einschließt von: – Eintreten in den ersten Modus, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei Schritt b) einen Schritt einschließt von: – Eintreten in den zweiten Modus, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, oberhalb eines Schwellenwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei Schritt b) Eintreten in den ersten Modus einschließt, wenn der Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, geringer als ein unterer Schwellenwert ist, und Eintreten in den zweiten Modus, wenn ein Wert, der die Baugruppenposition in Bezug auf die Schwerkraft repräsentiert, oberhalb eines Schwellenwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 61, wobei der zweite Modus mindestens zwei Untermodi einschließt.
Verfahren nach Anspruch 67, wobei Schritt b) ein Eintreten in einen ersten Untermodus des zweiten Modus einschließt, wenn ein Steuerschaltwert größer als ein Eintrittswert ist.
Verfahren nach Anspruch 68, wobei die Transportvorrichtung (200, 300, 700) in dem ersten Untermodus verbleibt, bis der Steuerschaltwert unter einen Austrittswerts fällt.
Verfahren nach Anspruch 69, wobei der Eintrittswert größer als der Austrittswert ist.
Verfahren nach Anspruch 59, weiter umfassend die Schritte: – Bestimmen eines Wertes eines Betriebsparameters der Transportvorrichtung (200, 300, 700); und – Variieren der Stärke der Reaktion der Transportvorrichtung auf Benutzereingaben, abhängig von dem Wert des Betriebsparameters.
Verfahren nach Anspruch 71, wobei der Betriebsparameter eine Position der Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) der Transportvorrichtung (200, 300, 700) ist.
Verfahren nach Anspruch 72, wobei die Transportvorrichtung (200, 300, 700) weniger stark auf Benutzereingaben reagiert, wenn die Baugruppe (212, 310, 408, 500, 716, 2308, 2502) vertikaler ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 71, wobei der Schritt des Variierens der Stärke der Reaktion einen Schritt einschließt: – Selektives Anwenden von verschiedenen Verstärkungskoeffizienten auf die Eingaben, basierend auf dem derzeitigen Wert des Betriebsparameters.
Verfahren nach Anspruch 74, wobei der Schritt des selektiven Anwendens einen Schritt des Auswählens eines Satzes von Verstärkungskoeffizienten aus einer Verstärkungstabelle (1400) einschließt, der dem derzeitigen Wert des Betriebsparameters entspricht.