EP2301641A1 - Vehikel, insbesondere Spielzeug-Roboter mit Vibrationsantrieb - Google Patents

Vehikel, insbesondere Spielzeug-Roboter mit Vibrationsantrieb Download PDF

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EP2301641A1
EP2301641A1 EP10179701A EP10179701A EP2301641A1 EP 2301641 A1 EP2301641 A1 EP 2301641A1 EP 10179701 A EP10179701 A EP 10179701A EP 10179701 A EP10179701 A EP 10179701A EP 2301641 A1 EP2301641 A1 EP 2301641A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
legs
vehicle according
leg
vehikel
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EP10179701A
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French (fr)
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EP2301641B1 (de
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David Anthony Norman
Iii Robert H. Mimlitch
Douglas Michael Galletti
Joel Reagan Carter
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Innovation First Inc
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Innovation First Inc
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Publication date
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Priority to EP12163857.1A priority patent/EP2484418B1/de
Priority to EP13159350.1A priority patent/EP2612695A1/de
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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H17/00—Toy vehicles, e.g. with self-drive; ; Cranes, winches or the like; Accessories therefor
    • A63H17/25—Other wheeled vehicles with moving figures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H11/00—Self-movable toy figures
    • A63H11/02—Self-movable toy figures moved by vibrations produced by rotating eccentric weights
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H13/00—Toy figures with self-moving parts, with or without movement of the toy as a whole
    • A63H13/02—Toy figures with self-moving parts, with or without movement of the toy as a whole imitating natural actions, e.g. catching a mouse by a cat, the kicking of an animal
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H17/00—Toy vehicles, e.g. with self-drive; ; Cranes, winches or the like; Accessories therefor
    • A63H17/26—Details; Accessories
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H29/00—Drive mechanisms for toys in general
    • A63H29/22—Electric drives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H31/00—Gearing for toys

Definitions

  • the present invention relates to vibratory driven vehicles, more particularly to vibratory multi-legged toy robots, wherein the toy robots resemble living crawling animals.
  • Vibrobot A special form of "Vibrobot” is the so-called “Bristlebot”, which consists of a cut off toothbrush head, a battery and a vibration drive.
  • the “Bristlebot” is supported against the surface with the brushes of the toothbrush head; So the brushes correspond to the legs of a “Bristlebot”.
  • Both the battery and the vibration drive are located above the toothbrush head. The vibration causes the entire toothbrush head to vibrate, allowing the "Bristlebot" to move.
  • the present invention relates to a vehicle according to claim 1 and according to claim 2.
  • the dependent claims relate to advantageous embodiments of the present invention.
  • the vehicle of the present invention has multiple legs and a vibratory drive.
  • vehicle is meant in the present invention any movable robot, in particular toy robots in general and toy robots, which have the shape of a beetle or other animal, an insect or a reptile.
  • the legs of the vehicle may be bent and flexible.
  • the vibratory drive can generate a downward force (Fv) capable of deflecting at least the front legs so that the vehicle moves forward.
  • the legs of the vehicle are preferably inclined in a direction offset from the vertical.
  • the base of the legs are so arranged on the vehicle over the top of the legs further forward.
  • the front legs are adapted to flex as the vehicle vibrates due to the vibration drive.
  • the vibratory drive may also generate an upward force (Fv) suitable for causing the vehicle to hop or for the front legs to rise from the ground.
  • the geometry of the rear legs may be configured such that a different braking or towing effect is achieved.
  • the geometry of the trailing legs may be configured to counteract tendencies of rotation due to the vibration of the vibratory drive.
  • the rotating eccentric weight moves laterally during hopping of the front legs, with respect to the longitudinal axis of the vehicle, so that the vehicle would move along a curve without countermeasures.
  • Countermeasures can be achieved in several ways: It can more weight can be shifted to one front leg compared to the other front leg.
  • the length of one hind leg can be increased compared to the other hind leg.
  • the stiffness of the legs may be increased on one side compared to the legs on the other side.
  • One hind leg may be thicker compared to the other hind legs on the other side.
  • One of the hind legs may be located further forward than the other hind leg.
  • the vehicle may be constructed to rotate and self-erect by the action of the rotational torque of the vibratory drive. This can be achieved, for example, by positioning the body center of gravity or the center of gravity of the vehicle near or on the axis of rotation of the vibration drive.
  • the sides and top of the vehicle may be constructed to facilitate self-erection of the vehicle during vibration.
  • a high point may be provided on the top of the vehicle, so that the vehicle can not lie completely turned over on the back.
  • the legs may be arranged in two rows of legs, wherein between the body of the vehicle and the legs of the vehicle, a space, in particular a V-shaped recess is provided so that the legs can bend inwardly during a Aufrichtwindung , In this way, the erection movement of the vehicle is facilitated in case it should fall over.
  • the legs are arranged in two rows of legs and laterally and above the axis of rotation of the vibration drive.
  • the vehicle may have a resilient nose or spring so that the vehicle rebounds upon impact with an obstacle.
  • the resilient nose or the springy front part is preferably formed of rubber.
  • the resilient nose or the resilient front part is preferably formed tapered. In this way, the vehicle can more easily avoid an obstacle without the use of a sensor or other steering control.
  • the vibration drive may comprise a motor and an eccentric weight, the eccentric weight being arranged in front of the front legs.
  • the eccentric weight is arranged in front of the engine.
  • a battery is preferably arranged at the rear of the vehicle to increase the weight on the hind legs. Both the battery and the engine are preferably located between the legs.
  • the axis of rotation of the motor may run along the longitudinal axis of the vehicle.
  • the vehicle may be vibratory driven, and an organic life form, particularly a live bug or other animal, in terms of locomotion speed, stability of forward motion, a tendency to roam, ability to rear up, and / or imitate individuality.
  • Fig. 1a and 1b show a vehicle or a toy robot according to a first embodiment of the present invention.
  • a vibration driven vehicle 100 such as a miniature toy robot, may include a body having two or more legs 104 that are adapted to flex as the vehicle vibrates in a manner that results in a tendency for the vehicle to vibrate Vehicle is moving in a certain direction.
  • the legs may bend or tilt in a direction slightly offset from the vertical, and may be made of a bendable material.
  • the body of the vehicle may include an engine to generate vibrations and may have a relatively low center of gravity.
  • the shape of the top of the body may protrude to facilitate self-erection of the vehicle during vibration.
  • the geometry of the trailing (ie, rear) legs may be configured (eg, in terms of length or thickness of the legs) such that a different drag effect is achieved to counteract tendencies of rotation due to the vibration of the engine, or one To cause a tendency to turn in a certain direction.
  • some legs eg, those disposed between the front "drive” legs and the rear “tow” legs may be made slightly shorter to avoid further drag.
  • Fig. 2a to 2f show general forces that can generally act on a vehicle or a toy robot according to an embodiment of the present invention ( Fig. 2c shows the view from the front).
  • the motor rotates an eccentric weight that generates torque and force vectors, as in the Fig. 2a to 2d is shown.
  • the vertical force Fv is negative (ie, directed downwards)
  • the legs which may be bent, to be deflected and the body of the body to flex Vehicles except for the leg section that touches the surface, moved forward.
  • the vertical force Fv is positive (ie, upwardly directed)
  • this causes the vehicle to bounce so that the forelegs rise off the ground and allow the legs to return to their normal geometric shape (ie, without further Bending due to external force).
  • the oscillating eccentric weight can rotate several hundred times per second so that the vehicle vibrates and moves in a generally forward direction.
  • the rotation of the motor also causes a sideways, vertical force Fh (see Fig. 2b and 2c ) directed in one direction (either right or left) when the nose of the vehicle is lifted and directed in the other direction when the nose of the vehicle is pushed down.
  • the force Fh tends to cause the vehicle to continue turning when the nose of the vehicle is lifted.
  • This phenomenon can cause a rotational movement;
  • various movement characteristics can be manipulated, in particular the speed, the predominant direction of movement, a tilt and a self-righting.
  • the vehicle moves in a direction corresponding to the position of the leg base, which is located in front of the position of the leg tip.
  • the vertical force Fv is negative
  • the body of the vehicle is pushed down. Therefore, the body will tilt so that the leg base rotates around the leg tip and toward the surface, allowing the body to turn from the tip of the leg moved to the leg base.
  • the leg base is located vertically above the leg tip, then the vehicle will merely bounce and not move in a general (vertical) direction.
  • a curved configuration of the leg emphasizes the forward motion by increasing the bending of the leg compared to a straight leg.
  • the vehicle speed can be maximized in several ways.
  • the increase in vehicle speed is critical to improving the visual perception of the product, which is intended to represent a beetle, insect or reptile, in particular, so that it actually acts like a living being.
  • Factors that affect speed are vibration frequency and amplitude, leg material (e.g., lower hindlimb friction causes greater speed), leg length, leg flexing properties, leg geometry over another leg, and number of legs.
  • the vibration frequency i.e., the rotational speed of the motor
  • the vehicle speed are directly proportional. That is, as the engine's frequency of oscillation increases, with all other factors remaining constant, the vehicle will move faster.
  • the material of the legs has several properties that contribute to speed.
  • the friction characteristics of the legs determine the amount of braking or towing force that acts on the vehicle. In this case, since the material of the legs can increase the friction coefficient against a surface, the braking force of the vehicle is also increased, so that the vehicle becomes slower. Therefore, it is important to select a material with a low friction coefficient for the legs, especially for the hind legs. For example, polystyrene-butadiene-styrene with a durometer value of about 65 is suitable.
  • the properties of the leg material also contribute to stiffness, depending on the leg thickness and leg length, which ultimately determines how much hopping a vehicle will unfold. As the overall stiffness of the legs increases, the speed of the vehicle will also be higher. Longer and thinner legs, on the other hand, reduce the stiffness of the legs, so the speed of the vehicle will be lower.
  • the predominant direction of movement of the vehicle can be influenced in various ways. In particular, by the weight that rests on certain legs, the number of legs, the arrangement of the legs, the stiffness of the legs and the respective braking or Schleppkostoryen the direction of movement can be adjusted.
  • the natural lateral force Fh causes the vehicle to turn (see Fig. 2b . 2c and 2d ). So if the vehicle is to move straight ahead, then that power must be balanced. This can be achieved by the beeingometrie and by a suitable selection of the materials for the legs.
  • the vehicle according to the present invention preferably has the lowest possible center of gravity (ie center of gravity), see Fig. 2e ,
  • the legs - especially the right leg row and the left leg row - should be relatively far apart.
  • the legs or the rows of legs are arranged laterally from the vehicle, in particular laterally from the axis of rotation of the motor.
  • the legs or leg rows above the center of gravity are attached to the body of the vehicle (see Fig. 2c . 2e and 2f ), that is, the bases of the legs are respectively attached to the body of the vehicle above the center of gravity (see also Figs Fig. 1 ).
  • the legs With respect to the axis of rotation of the motor, the legs are mounted and suspended laterally and above this axis of rotation (see Fig. 2c and 2e ). This makes it possible to arrange both the engine and the battery (and possibly a switch) between the legs.
  • the center of gravity can be arranged in this way very close to the ground to prevent tipping over of the vehicle or to reduce the risk of tipping over.
  • various measures can be used so that the vehicle - if it is on its back or on one side - can automatically rear up. Because despite the measures to prevent tipping over, it can happen that a vehicle falls down on the back or on one side.
  • the rotational torque of the motor is used to rotate the vehicle and thus to rear again.
  • the outer shape of the vehicle may also be adjusted so that rotation about the body or motor rotation axis occurs only when the vehicle is on its back or in a lateral position.
  • a high point 120 for example, a fin, fin or fin 902 (see Fig. 7 ) - be placed on the top, ie on the back of the vehicle, so that the vehicle is not completely reversed - ie rotated by 180 ° - can lie.
  • projections - for example, fins, fins or fins 904a, 904b (see Fig. 7 ) - be arranged laterally on the vehicle so that the vehicle can easily turn from the side back to its normal upright position. This ensures that the usually horizontally acting force Fh and the usually vertical force Fv in the fallen state of the vehicle do not act parallel to the direction of gravity. Thus, the force Fh or Fv can cause a re-erection of the vehicle.
  • the distance between the legs and the rows of legs should be as wide as possible, so that falling over is prevented as far as possible.
  • the two rows of legs can their distance - as in Fig. 2c and 2e is shown - from top to bottom increase, ie the leg suspensions (or the base of the legs) of the two rows of legs have a smaller distance from each other than the leg ends (or leg tips).
  • a room 404 (see Figure 2e ) , so that the legs can bend from the side inwards.
  • This space 404 which is preferably present between the body of the vehicle and the legs, may be in the form of V-shaped recesses, ie the body of the vehicle is - as in FIG Fig. 2e shown - tapered from top to bottom. This space 404 allows the legs to flex inwardly during a righting rotation to achieve the smoothest possible transition from the lateral position to the stable upright normal position.
  • the vehicle of the present invention is intended to move in a manner that resembles as much as possible live animals, especially beetles, insects, reptiles or other animals.
  • the vehicle In order to achieve a lifelike appearance of the movement of the vehicle in the sense of a living animal, the vehicle should have a tendency to roam or wander in a serpentine-like pattern. Because a movement only along a single direction does not seem to be alive to the user or to a third person.
  • an arbitrariness or randomness of the movement can be achieved by changing the leg stiffness, the leg material and / or the inertia of the eccentric mass.
  • the leg stiffness is increased, the amount of hopping is reduced, thus reducing random movement.
  • the vehicle will move in more random directions when the leg stiffness, especially the front drive legs compared to the rear legs, is lower.
  • the material of the legs affects the stiffness of the legs, the choice of material has a different effect. Because the material of the legs can be selected to attract dirt on the leg tip, so that the vehicle by the changed static friction against the ground can rotate randomly or move in another direction.
  • the inertia of the eccentric mass also influences the randomness of the movement pattern. Because with greater inertia, the vehicle hops with greater amplitude, causing the vehicle to strike the ground in other relative positions.
  • an arbitrariness or randomness of the movement can be achieved by a resilient nose or front part 108 (see FIG Fig. 1 and 5 ) of the vehicle. Because when the vehicle collides with another object, a rebound in a random direction is achieved. The vehicle therefore does not constantly try to fight against the obstacle, but changes its direction of movement by springing backwards and can thus avoid the obstacle. No sensors are required; a seemingly intelligent behavior is instead achieved by purely mechanical means.
  • the nose or front portion 108 of the vehicle may have resilient properties and, in particular, be made of a soft, low coefficient of friction material.
  • a rubber with a durometer value of 65 (or less) can be used to obtain a flexible nose, which can be pressed relatively easily.
  • the nose or the front part 108 should be tapered, so that the nose can be pressed easily, and so promotes spring back, and so that the tip of the vehicle hits as later as possible in a new impact. The vehicle can thus be redirected by the shape of the nose in a different direction.
  • the characteristics of the legs during impact with an obstacle also play a role. Because when the legs are designed so that the vehicle rotates around a vertical axis during an impact more easily, an evasive movement is achieved faster.
  • the speed of the vehicle is also important for avoidance behavior when hitting an obstacle. Because at higher speeds, the rebound effect is greater and the likelihood of the vehicle subsequently hitting and dodging at a different angle is increased.
  • the legs are connected with struts.
  • the struts serve to increase the stiffness of the legs, while maintaining the appearance of a long leg.
  • the struts can be arranged arbitrarily along the height of a leg. A different attitude of struts, especially the right struts opposite The left-hand strut serves to alter the leg characteristics without having to change the leg length. In this way, an alternative possibility is created to correct the steering.
  • the representation in the right upper side of the Fig. 3a shows a general embodiment with multiple curved legs.
  • the middle legs ie all other legs except the two front legs and except the two hind legs, can be designed so that they do not touch the ground. In this way, the production of the legs is easier because the middle legs can be disregarded in the adjustment of the movement behavior. If necessary, only the weight of the middle legs can be used to adjust the movement behavior.
  • the lower (left and right) representations of the Fig. 3a show additional attachments or extensions, which should give the vehicle a lifelike appearance. These appendages or extensions vibrate together as the vehicle moves. An adjustment of the appendages or extensions can therefore also be used to produce a desired movement behavior or a desired resonance behavior, and to generate an increased arbitrariness in the movement behavior.
  • FIG. 3b Other leg configurations are in the Fig. 3b shown.
  • the upper (left and right) illustrations show that the connection of the legs to the body can be at different positions compared to the embodiments shown in FIG Fig. 3a are shown.
  • a higher connection of the legs to the body serves to make the legs longer without increasing the center of gravity (ie the center of gravity).
  • Longer legs in turn, have reduced stiffness, which, among other properties, can lead to increased hopping.
  • the lower illustration of the Fig. 3b shows an alternative embodiment of the hind legs, in which two legs are connected together.
  • FIG. 3c Other leg configurations are in the Fig. 3c shown.
  • the upper left illustration shows an embodiment with a minimum number of legs, namely with one hind leg and two front legs.
  • the positioning of the hind leg either to the left or to the right acts like a change of a rudder, thus serving to control the direction of the vehicle. If a rear leg with a low coefficient of friction is used then the speed of the vehicle is increased, as described above.
  • Fig. 3c shows a Au arrangementsform with three legs, wherein a single front leg and two hind legs are provided.
  • the control can be adjusted via the hind legs by placing one hind leg in front of the other hind leg.
  • Fig. 3c shows a vehicle with significantly altered hind legs, which look like a grasshopper.
  • the hind legs lie with their lower sides on the ground, so that the friction against the ground is reduced.
  • the vehicle is less affected by bumps or holes in the ground. The vehicle can thus more easily glide over bumps or holes in the ground.
  • Fig. 3c shows a vehicle in which the middle legs are raised relative to the front and hind legs. So the middle legs have mainly an aesthetic purpose. But they also serve to influence the rollover behavior. In addition, the hopping behavior of the vehicle can be adjusted by its weight.
  • the Fig. 4a and 4b show a vehicle or a toy robot according to another embodiment of the present invention, in which the hind legs are independently adjustable in height.
  • the hind legs may be made of a stiff and / or flexible wire or other suitable material, for example made of plastic.
  • the adjustable hind legs serve to allow the user to adjust the movement behavior of the vehicle can. In particular, the direction of movement can be adjusted, for example, from a left turn over a straight move towards a right turn.
  • Fig. 7 shows a vehicle or a toy robot according to another embodiment of the present invention, in which additional fins, fins 902, 904a, 904b are arranged.
  • the fins, fins may be positioned at the top 902 and at the sides 904a, 904b to affect the rollover behavior of the vehicle.
  • the fins, fins 902, 904a, 904b may be configured such that the outer points are close to or on a virtual cylinder. In this way, the vehicle can rotate like a cylinder when lying on its back or on one side. The vehicle can rebuild itself relatively quickly.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vehikel, insbesondere ein Spielzeugroboter mit mehreren Beinen und einen Vibrationsantrieb. Nach einem Aspekt der Erfindung können die Beine in zwei Beinreihen angeordnet sein, wobei zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen des Vehikels ein Raum, insbesondere eine V-förmige Aussparung vorgesehen ist, damit sich die Beine während einer Aufrichtdrehung nach innen hin verbiegen können. Auf diese Weise wird die Aufrichtbewegung des Vehikels erleichtert, falls es einmal Umfallen sollte. Vorzugsweise sind die Beine in zwei Beinreihen sowie seitlich und oberhalb von der Rotationsachse des Vibrationsantriebes angeordnet.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Vehikel mit Vibrationsantrieb, insbesondere Spielzeug-Roboter mit Vibrationsantrieb und mehreren Beinen, wobei die Spielzeug-Roboter lebendigen krabbelnden Tierchen bzw. Käferchen gleichen.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Im Stand der Technik sind Vehikel mit Vibrationsantrieb bekannt, die vom Fachmann allgemein als "Vibrobots" bezeichnet werden.
  • Eine besondere Form von "Vibrobot" ist der sogenannte "Bristlebot", der aus einem abgeschnittenen Zahnbürstenkopf, einer Batterie und einem Vibrationsantrieb besteht. Der "Bristlebot" stützt sich gegenüber dem Untergrund mit den Bürsten des Zahnbürstenkopfes ab; die Bürsten entsprechen also gewissermaßen den Beinchen eines "Bristlebots". Sowohl die Batterie als auch der Vibrationsantrieb sind oberhalb des Zahnbürstenkopfes angeordnet. Durch die Vibration wird der gesamte Zahnbürstenkopf in Schwingung versetzt, so dass sich der "Bristlebot" fortbewegen kann.
  • Die Art der Fortbewegung und die mechanischen Eigenschaften des "Bristlebots" sind jedoch in vielfacher Hinsicht recht unbefriedigend. Dies führt dazu, dass ein "Bristlebot" aus der Sicht eines Benutzers oder einer anderen Person nicht gerade wie ein lebendiges Käferchen wirkt, sondern eben nur wie ein vibrierender Zahnbürstenkopf.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vehikel gemäß Anspruch 1 bzw. gemäß Anspruch 2. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
  • Das Vehikel der vorliegenden Erfindung hat mehrere Beine und einen Vibrationsantrieb. Mit "Vehikel" ist in der vorliegenden Erfindung jeglicher beweglicher Roboter gemeint, insbesondere Spielzeug-Roboter im allgemeinen und Spielzeugroboter, welche die Form eines Käfers oder eines sonstigen Tieres, eines Insektes oder eines Reptils aufweisen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung können die Beine des Vehikels gebogen und flexibel sein. Der Vibrationsantrieb kann eine nach unten gerichtete Kraft (Fv) erzeugen, die geeignet ist, wenigstens die vorderen Beine auszulenken, so dass sich das Vehikel nach vorne bewegt. Die Beine des Vehikels sind vorzugsweise in eine Richtung geneigt, die von der Vertikalen versetzt ist. Die Basis der Beine sind also am Vehikel gegenüber der Spitze der Beine weiter vorne angeordnet. Insbesondere die vorderen Beine sind angepasst, sich zu biegen, wenn das Vehikel aufgrund des Vibrationsantriebes vibriert. Umgekehrt kann der Vibrationsantrieb auch eine nach oben gerichtete Kraft (Fv) erzeugen, die geeignet ist, dass das Vehikel zum Hüpfen gebracht wird, oder dass die vorderen Beine sich von der Grundfläche abheben.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Geometrie der hinteren Beine derart ausgestaltet sein, dass eine unterschiedliche Brems- bzw. Schleppwirkung erzielt wird. Anders ausgedrückt kann die Geometrie der nachlaufenden Beine derart ausgestaltet sein, dass Tendenzen einer Drehung aufgrund der Vibration des Vibrationsantriebes entgegengewirkt wird. Das rotierende exzentrische Gewicht bewegt sich - in Bezug auf die Längsachse des Vehikels - während des Hüpfens der Vorderbeine in seitlicher Richtung, so dass sich das Vehikel ohne Gegenmaßnahmen entlang einer Kurve bewegen würde. Gegenmaßnahmen können auf verschiedene Weisen erreicht werden: Es kann mehr Gewicht auf ein Vorderbein im Vergleich zu dem anderen Vorderbein verlagert werden. Die Länge eines Hinterbeines kann im Vergleich zu dem anderen Hinterbein erhöht sein. Die Steifigkeit der Beine kann auf einer Seite im Vergleich zu den Beinen auf der anderen Seite erhöht sein. Ein Hinterbein kann im Vergleich zu den anderen Hinterbeinen auf der anderen Seite dicker ausgebildet sein. Eines der Hinterbeine kann weiter vorne angeordnet sein als das andere Hinterbein.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Vehikel konstruiert sein, um durch die Wirkung des Rotationsdrehmoments des Vibrationsantriebes sich zu drehen und sich selbst aufzurichten. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem der Körperschwerpunkt bzw. das Schwerkraftzentrum des Vehikels nahe oder auf der Rotationsachse des Vibrationsantriebes positioniert ist. Zusätzlich können die Seiten und die Oberseite des Vehikels konstruiert sein, um die Selbstaufrichtung des Vehikels während des Vibrierens zu erleichtern. So kann auf der Oberseite des Vehikels ein hoher Punkt vorgesehen sein, so dass das Vehikel nicht vollständig umgedreht auf dem Rücken liegen kann. Es können aber auch Finnen, Lamellen oder Flossen an den Seiten und/oder auf dem Rücken des Vehikels angeordnet sein, deren äußeren Punkte vorzugsweise nahe oder auf einem virtuellen Zylinder liegen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung können die Beine in zwei Beinreihen angeordnet sein, wobei zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen des Vehikels ein Raum, insbesondere eine V-förmige Aussparung vorgesehen ist, damit sich die Beine während einer Aufrichtdrehung nach innen hin verbiegen können. Auf diese Weise wird die Aufrichtbewegung des Vehikels erleichtert, falls es einmal Umfallen sollte. Vorzugsweise sind die Beine in zwei Beinreihen sowie seitlich und oberhalb von der Rotationsachse des Vibrationsantriebes angeordnet.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Vehikel eine federnde Nase bzw. ein federndes Vorderteil haben, so dass das Vehikel bei Auftreffen auf ein Hindernis zurückprallt. Die federnde Nase bzw. das federnde Vorderteil ist vorzugsweise aus Gummi ausgebildet. Außerdem ist die federnde Nase bzw. das federnde Vorderteil vorzugsweise spitz zulaufend ausgebildet. Auf diese Weise kann das Vehikel leichter einem Hindernis ausweichen, ohne Verwendung eines Sensors oder einer sonstigen Steuerung einer Lenkbewegung.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Vibrationsantrieb einen Motor und ein exzentrisches Gewicht aufweisen, wobei das exzentrische Gewicht vor den Vorderbeinen angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine verstärkte Hüpfbewegung der Vorderbeine erreicht, wobei die Hinterbeine möglichst am Boden verbleiben (jedoch auch leicht hüpfen dürfen). Insbesondere ist das exzentrische Gewicht vor dem Motor angeordnet. Außerdem ist eine Batterie vorzugsweise am Hinterteil des Vehikels angeordnet, um das Gewicht auf den Hinterbeinen zu erhöhen. Sowohl die Batterie als auch der Motor sind vorzugsweise zwischen den Beinen angeordnet. Die Rotationsachse des Motors kann entlang der Längsachse des Vehikels verlaufen.
  • Nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung kann das Vehikel also mit Vibrationsantrieb ausgestaltet sein, und eine organische Lebensform, insbesondere ein lebendiges Käferchen oder sonstiges Tierchen, in Bezug auf Fortbewegungsgeschwindigkeit, Stabilität der Vorwärtsbewegung, eine Tendenz zum Umherstreifen, Fähigkeit, sich wieder aufzurichten, und/oder Individualität nachzuahmen.
  • Die vorliegende Erfindung kann eine Vorrichtung, insbesondere ein Vehikel oder ein Spielzeugroboter mit Vibrationsantrieb sein, welche eine oder mehrere der folgenden Ziele verfolgt:
    1. 1. Vehikel mit Vibrationsantrieb mit flexiblen Beinen in variierter Konfiguration;
    2. 2. Maximierung der Vehikelgeschwindigkeit;
    3. 3. Veränderung der vorwiegenden Bewegungsrichtung des Vehikels;
    4. 4. Verhinderung des Umkippens des Vehikels;
    5. 5. Erzeugen von Vehikeln, die sich selbst aufrichten können;
    6. 6. Generieren einer Bewegung, die lebendigen Tieren, insbesondere Käfern, Insekten, Reptilien oder sonstigen Tierchen gleicht;
    7. 7. Generieren vielfacher Bewegungsmodi, so dass die Vehikel sich sichtbar in ihrer Bewegung unterscheiden, um vielfache verschiedene Vehikeltypen bereitzustellen;
    8. 8. Generieren einer scheinbaren Intelligenz, wenn Hindernisse angetroffen werden.
  • Diese Aspekte, und wie sie erreicht werden, werden in der folgenden detailierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren im Einzelnen erläutert.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
    • Fig. 1a und 1b
    zeigen ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2a bis 2f
    zeigen allgemeine Kräfte, die im Allgemeinen auf ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einwirken können (Fig. 2c zeigt die Ansicht von vorne);
    Fig. 3a bis 3c
    zeigen Vehikel bzw. Spielzeugroboter gemäß verschiedenen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Konstruktion der Beine abgeändert wurde;
    Fig. 4a und 4b
    zeigen ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Hinterbeine verstellbar sind;
    Fig. 5
    zeigt ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer flexiblen Nase;
    Fig. 6a und 6b
    zeigen das Vehikel bzw. den Spielzeugroboter der ersten Ausführungsform,
    Fig. 7
    zeigt ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der zusätzliche Finnen, Lamellen bzw. Flossen angeordnet sind.
    Detailierte Beschreibung der Erfindung
  • Fig. 1a und 1b zeigen ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Vibrations-angetriebenes Vehikel 100, wie z.B. ein Miniatur-Spielzeugroboter, kann einen Körper mit zwei oder mehr Beinen 104 aufweisen, die angepasst sind, sich zu biegen, wenn das Vehikel auf eine Weise vibriert, die in einer Tendenz resultiert, dass sich das Vehikel in eine bestimmte Richtung bewegt. Zum Beispiel können sich die Beine biegen oder in eine Richtung neigen, die etwas von der Vertikalen versetzt ist, und kann aus einem biegbaren bzw. ablenkbaren Material gefertigt sein. Der Körper des Vehikels kann einen Motor beinhalten, um Vibrationen zu erzeugen, und kann einen relativ niedrigen Schwerpunkt haben. Die Form der Oberseite des Körpers kann hervorstehen, um so die Selbstaufrichtung des Vehikels während des Vibrierens zu erleichtern. Die Geometrie der nachlaufenden (d.h. hinteren) Beine kann derart ausgestaltet sein (z.B. in Bezug auf Länge oder Dicke der Beine), dass eine unterschiedliche Brems- bzw. Schleppwirkung erzielt wird, um Tendenzen einer Drehung aufgrund der Vibration des Motors entgegenzuwirken, oder um eine Tendenz einer Drehung in eine bestimmte Richtung zu verursachen. Wenn vielfache Beine verwendet werden, können einige Beine (z.B. diejenigen, die zwischen den vorderen "Antriebs"-Beinen und den hinteren "Schlepp "-Beinen angeordnet sind) etwas kürzer ausgebildet sein, um eine weitere Brems- bzw. Schleppwirkung zu vermeiden.
  • Fig. 2a bis 2f zeigen allgemeine Kräfte, die im Allgemeinen auf ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einwirken können (Fig. 2c zeigt die Ansicht von vorne).
  • Der Motor rotiert ein exzentrisches Gewicht, das ein Drehmoment und Kraftvektoren erzeugt, wie in den Fig. 2a bis 2d dargestellt ist. Wenn die vertikale Kraft Fv negativ (d.h. nach unten gerichtet) ist, verursacht dies, dass die Beine, die gebogen sein können, ausgelenkt werden, und dass sich der Körper des Vehikels bis auf den Beinabschnitt, der die Oberfläche berührt, nach vorne bewegt. Wenn die vertikale Kraft Fv positiv (d.h. nach oben gerichtet) ist, verursacht dies, dass das Vehikel zum Hüpfen gebracht wird, so dass die Vorderbeine sich von der Grundfläche abheben, und es den Beinen erlauben, zu ihrer normalen geometrischen Gestalt (d.h. ohne weitere Verbiegung durch äußere Krafteinwirkung) zurückzukehren. Während dieser Bewegung werden einige Beine, insbesondere die beiden Hinterbeine, nur hinterher geschliffen, und werden dabei nicht hüpfen. Das oszillierende exzentrische Gewicht kann sich mehrere hundert Mal pro Sekunde drehen, so dass das Vehikel vibriert und sich in einer im Allgemeinen vorwärts gerichteten Richtung bewegt.
  • Die Rotation des Motors verursacht außerdem eine seitwärts gerichtete, vertikale Kraft Fh (siehe Fig. 2b und 2c ), die in eine Richtung gerichtet ist (entweder nach rechts oder nach links), wenn die Nase des Vehikels abgehoben ist, und in die andere Richtung gerichtet ist, wenn die Nase des Vehikels nach unten gedrückt wird. Die Kraft Fh verursacht bzw. hat die Tendenz, dass sich das Vehikel weiter dreht, wenn die Nase des Vehikels abgehoben ist. Dieses Phänomen kann eine Drehbewegung verursachen; außerdem können verschiedene Bewegungscharakteristika manipuliert werden, insbesondere die Geschwindigkeit, die vorwiegende Bewegungsrichtung, ein Neigen und ein Selbstaufrichten.
  • Ein wichtiges Merkmal der Beingeometrie ist die relative Position der "Basis" eines Beines (d.h. dem Teil des Beines, der am Körper befestigt ist, also gewissermaßen das "Hüftgelenk") gegenüber der Beinspitze (d.h. das undere Ende des Beines, das die Oberfläche des Bodens berührt). Durch Variation der Konstruktion der flexiblen Beine kann das Bewegungsverhalten des Vehikels verändert werden.
  • Das Vehikel bewegt sich in eine Richtung entsprechend der Position der Beinbasis, die vor der Position der Beinspitze angeordnet ist. Wenn die vertikale Kraft Fv negativ ist, wird der Körper des Vehikels nach unten gedrückt. Daher wird der Körper sich neigen, so dass sich die Beinbasis um die Beinspitze und hin zur Oberfläche dreht, so dass sich der Körper wiederum von der Beinspitze hin zur Beinbasis bewegt. Wenn dagegen die Beinbasis vertikal über der Beinspitze angeordnet ist, dann wird das Vehikel lediglich hüpfen, und sich nicht in eine allgemeine (vertikale) Richtung bewegen.
  • Eine gebogene Ausgestaltung des Beines betont die Vorwärtsbewegung durch Erhöhung der Verbiegung des Beines im Vergleich zu einem geraden Bein.
  • Die Vehikelgeschwindigkeit kann auf verschiedene Weisen maximiert werden. Die Erhöhung der Vehikelgeschwindigkeit ist maßgeblich dafür, dass die visuelle Wahrnehmung des Produktes, das insbesondere einen Käfer, ein Insekt oder ein Reptil darstellen soll, derart verbessert ist, dass es tatsächlich wie ein Lebewesen wirkt. Faktoren, welche die Geschwindigkeit beeinflussen, sind die Vibrationsfrequenz und -amplitude, das Beinmaterial (z.B. bewirkt eine niedrigere Reibung der Hinterbeine eine höhere Geschwindigkeit), die Beinlänge, die Beinverbiegungseigenschaften, die Geometrie eines Beines gegenüber eines anderen Beines, und die Anzahl der Beine.
  • Die Vibrationfrequenz (d.h. die Rotationsgeschwindigkeit des Motors) und die Vehikelgeschwindigkeit sind direkt proportional. Das heißt, wenn die Oszillationsfrequenz des Motors erhöht wird und dabei alle anderen Faktoren konstant bleiben, wird sich das Vehikel schneller bewegen.
  • Das Material der Beine weist mehrere Eigenschaften auf, die zur Geschwindigkeit beitragen. Die Reibungseigenschaften der Beine bestimmen den Betrag der Brems- bzw. Schleppkraft, die auf das Vehikel wirkt. Da das Material der Beine den Reibungskoeffizienten gegenüber einer Oberfläche erhöhen kann, wird in diesem Fall auch die Brems- bzw. Schleppkraft des Vehikels erhöht, so dass das Vehikel langsamer wird. Daher ist es wichtig, ein Material mit geringem Reibungskoeffizienten fiir die Beine, insbesondere für die Hinterbeine auszuwählen. Beispielsweise ist Polystyren-Butadien-Styrol mit einem Durometer-Wert von etwa 65 geeignet. Die Eigenschaften des Materials für die Beine trägt außerdem - abhängig von der Beindicke und Beinlänge - zur Steifigkeit bei, was letztlich bestimmt, wie viel Hüpfwirkung ein Vehikel entfalten wird. Wenn die gesamte Steifigkeit der Beine ansteigt, wird auch die Geschwindigkeit des Vehikels höher sein. Längere und dünnere Beine reduzieren dagegen die Steifigkeit der Beine, so dass die Geschwindigkeit des Vehikels geringer sein wird.
  • Wenn man nun die Brems- bzw. Schleppkraft (bzw. den Brems-/Schleppkoeffizienten) der Hinterbeine - entsprechend den oben genannten Maßnahmen - insbesondere im Vergleich zu den Vorder- bzw. Antriebsbeinen reduziert, so wird die Geschwindigkeit erheblich ansteigen, da nur die Hinterbeine eine Brems- bzw. Schleppkraft entfalten.
  • Die vorwiegende Bewegungsrichtung des Vehikels kann auf verschiedene Weisen beeinflußt werden. Insbesondere kann durch das Gewicht, das auf bestimmten Beinen lastet, die Anzahl der Beine, die Anordnung der Beine, die Steifigkeit der Beine und den jeweiligen Brems- bzw. Schleppkoeffizienten die Bewegungsrichtung eingestellt werden.
  • Die natürliche seitlich wirkende Kraft Fh verursacht, dass das Vehikel sich dreht (siehe Fig. 2b , 2c und 2d ). Wenn sich das Vehikel also geradeaus bewegen soll, dann muss diese Kraft ausgeglichen werden. Dies kann durch die Beingeometrie und durch eine geeignete Auswahl der Materialien für die Beine erreicht werden.
  • Wie in den Fig. 2c und 2d dargestellt ist, erzeugt der Motor mit seinem exzentrischen rotierenden Gewicht einen (etwas schief gerichteten) Geschwindigkeitsvektor Vmotor, dessen seitliche Komponente durch die seitlich wirkende Kraft Fh induziert wird (Fig. 2c zeigt die Kraftwirkung aus der Vorderansicht des Vehikels). Wenn diese Bewegungsrichtung verändert werden soll, dann müssen eine oder mehrere der Reaktionskräfte F1 bis F4 (siehe Fig. 2d), die auf die Beine wirken, einen andersartigen Geschwindigkeitsvektor induzieren. Dies kann auf die folgenden Weisen (alleine oder in Kombination) erreicht werden:
    1. (1) Beeinflussung des Antriebsvektors F1 bzw. F2 der Antriebsbeine, um den Geschwindigkeitsvektor Vmotor auszugleichen: Es kann - im Falle der Situation, die in Fig. 2d dargestellt ist - mehr Gewicht auf das rechte Vorderbein verlagert werden, um den Geschwindigkeitsvektor F2 zu erhöhen, und so dem Geschwindigkeitsvektor Vmotor seitlich entgegenzuwirken. (Bei umgekehrter Rotationsrichtung des Motors, die zu einem schräg nach rechts zeigenden Geschwindigkeitsvektor führt, muss umgekehrt mehr Gewicht auf das linke Vorderbein verlagert werden.)
    2. (2) Beeinflussung des Brems- bzw. Schleppvektors F3 bzw. F4, um den Geschwindigkeitsvektor Vmotor auszugleichen: Dies wird erreicht, indem die Länge des rechten hinteren Beines erhöht wird, oder indem der Brems- bzw. Schleppkoeffizient des rechten hinteren Beines erhöht wird, um den in Fig. 2d dargestellten Geschwindigkeitsvektor F4 zu erhöhen. (Bei umgekehrter Rotationsrichtung des Motors, die zu einem schräg nach rechts zeigenden Geschwindigkeitsvektor führt, muss umgekehrt dementsprechend das linke hintere Bein abgeändert werden.)
    3. (3) Erhöhung der Steifigkeit der Beine auf der rechten Seite (z.B. durch Erhöhung der Dicke der Beine), um die in Fig. 2d dargestellten Geschwindigkeitsvektoren F2 und F4 zu erhöhen. (Bei umgekehrter Rotationsrichtung des Motors, die zu einem schräg nach rechts zeigenden Geschwindigkeitsvektor führt, muss umgekehrt dementsprechend die Steifigkeit der Beine auf der linken Seite erhöht werden.)
    4. (4) Veränderung der relativen Position der Hinterbeine, so dass der Brems- bzw. Schleppvektor in die selbe Richtung wie der Geschwindigkeitsvektor zeigt. Im Falle des in Fig. 2d dargestellten Geschwindigkeitsvektors Vmotor, muss das rechte Hinterbein weiter vorne als das linke Hinterbein angeordnet sein. (Bei umgekehrter Rotationsrichtung des Motors, die zu einem schräg nach rechts zeigenden Geschwindigkeitsvektor führt, muss umgekehrt das linke Hinterbein weiter vorne als das rechte Hinterbein angeordnet sein.)
  • Verschiedene Maßnahmen können verwendet werden, um ein Umkippen des Vehikels zu verhindern bzw. um die Gefahr des Umkippens (die gerade bei den "Vihrobots" nach dem Stand der Technik sehr groß ist) zu verringern:
  • Das Vehikel nach der vorliegenden Erfindung hat vorzugsweise einen möglichst niedrigen Körperschwerpunkt (d.h. Schwerkraftzentrum), siehe Fig. 2e . Außerdem sollten die Beine - insbesondere die rechte Beinreihe und die linke Beinreihe - relativ weit auseinander liegen. Erfindungsgemäß sind die Beine bzw. die Beinreihen seitlich vom Vehikel, insbesondere seitlich von der Rotationsachse des Motors angeordnet. Insbesondere sind die Beine bzw. die Beinreihen oberhalb des Schwerpunktes an dem Körper des Vehikels angebracht (siehe Fig. 2c , 2e und 2f ), d.h., die Basis bzw. die Aufliängungspunkte der Beine sind jeweils oberhalb des Schwerpunktes an dem Körper des Vehikels angebracht (siehe auch Fig. 1 ). In Bezug auf die Rotationsachse des Motors sind die Beine seitlich und oberhalb dieser Rotationsachse angebracht bzw. aufgehängt (siehe Fig. 2c und 2e ). Dies ermöglicht es also, sowohl den Motor als auch die Batterie (und ggf. einen Schalter) zwischen den Beinen anzuordnen. Der Körperschwerpunkt kann auf diese Weise sehr nahe am Untergrund angeornet werden, um ein Umkippen des Vehikels zu verhindern bzw. um die Gefahr des Umkippens zu verringern.
  • Weiter können verschiedene Maßnahmen verwendet werden, damit sich das Vehikel - sofern es auf dem Rücken oder auf einer Seite liegt - selbsttätig wieder aufrichten kann. Denn trotz der Maßnahmen zur Verhinderung eines Umkippens kann es passieren, dass ein Vehikel auf den Rücken oder auf eine Seite umfällt.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen werden, dass das Rotationsdrehmoment des Motors verwendet wird, um das Vehikel zu drehen und so wieder aufzurichten.
  • Dies kann erreicht werden, indem der Körperschwerpunkt (d.h. das Schwerkraftzentrum) nahe der oder auf der Rotationsachse positioniert wird (siehe Fig. 2f ). Dadurch hat das Vehikel eine Tendenz, den gesamten Körper um diese Achse zu drehen. Die Drehung des Körpers bzw. des Vehikels findet dabei entgegengesetzt zur Drehung des Motors statt.
  • Wenn durch diese konstruktiven Maßnahmen eine Tendenz zum Drehen erreicht wurde, kann auch die äußere Form des Vehikels angepasst werden, so dass eine Drehung um die Körper- bzw. Motorrotationsachse nur dann stattfindet, wenn das Vehikel sich auf dem Rücken oder in einer Seitenlage befindet.
  • Daher kann ein hoher Punkt 120 (siehe Fig. 1 ) - beispielsweise eine Finne, Lamelle oder Flosse 902 (siehe Fig. 7) - auf der Oberseite, d.h. auf dem Rücken des Vehikels angeordnet werden, so dass das Vehikel nicht vollständig umgedreht - d.h. um 180° gedreht - liegen kann. Außerdem können Vorsprünge - beispielsweise Finnen, Lamellen oder Flossen 904a, 904b (siehe Fig. 7 ) - seitlich am Vehikel angeordnet sein, so dass sich das Vehikel leichter von der Seite wieder in seine normale aufgerichtete Lage drehen kann. Dadurch wird erreicht, dass die üblicherweise horizontal wirkende Kraft Fh und die üblicherweise vertikal wirkende Kraft Fv im umgefallenen Zustand des Vehikels nicht parallel zur Richtung Schwerkraft wirken. Damit kann die Kraft Fh bzw. Fv ein Wiederaufrichten des Vehikels bewirken.
  • Wie bereits ausgeführt, sollte der Abstand der Beine bzw. der Beinreihen voneinander möglichst breit sein, damit ein Umfallen möglichst verhindert wird. Dabei können die zwei Beinreihen ihren Abstand - wie in Fig. 2c und 2e dargestellt ist - von oben nach unten erhöhen, d.h. die Beinaufhängungen (bzw. die Basis der Beine) der beiden Beinreihen haben einen geringeren Abstand voneinander als die Beinenden (bzw. die Beinspitzen). Umgekehrt sollte ein Raum 404 (siehe Fig.2e ) vorgesehen sein, damit sich die Beine von der Seite nach Innen hin biegen können. Dieser Raum 404, der vorzugsweise zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen vorhanden ist, kann die Form von V-förmigen Aussparungen haben, d.h. der Körper des Vehikels ist - wie in Fig. 2e gezeigt - von oben nach unten hin verjüngt. Dieser Raum 404 erlaubt es den Beinen, sich während einer Aufrichtdrehung nach Innen hin zu verbiegen, um einen möglichst sanften Übergang von der Seitenlage hin zur stabilen aufgerichteten Normallage zu erreichen.
  • Das Vehikel nach der vorliegenden Erfindung soll sich derart bewegen, dass es möglichst lebendigen Tieren, insbesondere Käfern, Insekten, Reptilien oder sonstigen Tierchen gleicht.
  • Um ein möglichst lebensnahes Erscheinungsbild der Bewegung des Vehikels im Sinne eines lebendigen Tierchens zu erreichen, soll das Vehikel eine Tendenz zum Umherstreifen aufweisen oder in einem serpentinenartigem Muster wandern. Denn eine Bewegung nur entlang einer einzigen Richtung erscheint für den Benutzer oder für eine dritte Person nicht gerade lebendig.
  • Eine Willkürlichkeit bzw. Zufälligkeit der Bewegung kann einerseits erreicht werden durch Veränderung der Beinsteifigkeit, des Beinmaterials und/oder der Trägheit der exzentrischen Masse. Wenn die Beinsteifigkeit erhöht wird, wird der Betrag des Hüpfens reduziert, so dass eine zufällige Bewegung verringert wird. Umgekehrt wird sich das Vehikel in zufälligeren Richtungen bewegen, wenn die Beinsteifigkeit - insbesondere der vorderen Antriebsbeine im Vergleich zu den hinteren Beinen - niedriger ist. Während das Material der Beine die Steifigkeit der Beine beeinflusst, hat die Auswahl des Materials noch einen anderen Effekt. Denn das Material der Beine kann ausgewählt sein, um Schmutz an der Beinspitze anzuziehen, so dass sich das Vehikel durch die veränderte Haftreibung gegenüber dem Untergrund zufällig drehen bzw. in eine andere Richtung bewegen kann. Auch die Trägheit der exzentrischen Masse beeinflusst die Zufälligkeit des Bewegungsmusters. Denn bei größerer Trägheit hüpft das Vehikel mit größerer Amplitude und verursacht so, dass das Vehikel in anderen relativen Positionen gegenüber dem Untergrund auftreffen kann.
  • Eine Willkürlichkeit bzw. Zufälligkeit der Bewegung kann andererseits erreicht werden durch eine federnde Nase bzw. Vorderteil 108 (siehe Fig. 1 und 5 ) des Vehikels. Denn wenn das Vehikel mit einem anderen Gegenstand kollidiert, wird ein Zurückprallen in eine zufällige Richtung erreicht. Das Vehikel versucht also nicht konstant gegen das Hindernis anzukämpfen, sondern ändert durch das Zurückfedern seine Bewegungsrichtung und kann so dem Hindernis ausweichen. Dabei sind keine Sensoren erforderlich; ein scheinbar intelligentes Verhalten wird stattdessen durch rein mechanische Maßnahmen erreicht.
  • Die Nase bzw. das Vorderteil 108 des Vehikels kann federnde Eigenschaften haben und insbesondere aus einem weichen Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten hergestellt sein. Ein Gummi mit einem Durometer-Wert von 65 (oder weniger) kann dabei verwendet werden, um eine flexible Nase zu erhalten, die relativ leicht eingedrückt werden kann. Außerdem sollte die Nase bzw. das Vorderteil 108 spitz zulaufend ausgebildet sein, damit die Nase leichter eingedrückt werden kann, und so das Zurückfedern fördert, und damit die Spitze des Vehikels bei einem erneuten Auftreffen möglichst seitlich auftrifft. Das Vehikel kann so durch die Form der Nase in eine andere Richtung umlenkt werden.
  • Zusätzlich spielen auch die Eigenschaften der Beine während des Auftreffens auf ein Hindernis eine Rolle. Denn wenn die Beine ausgestaltet sind, dass sich das Vehikel während eines Aufprallens leichter um eine vertikale Achse dreht, wird eine Ausweichbewegung schneller erreicht.
  • Schließlich ist auch die Geschwindigkeit des Vehikels für das Ausweichverhaltens bei Auftreffen auf ein Hindernis von Bedeutung. Denn bei höhrerer Geschwindigkeit ist der Rückpralleffekt größer, und die Wahrscheinlichkeit, dass das Vehikel anschließend in einem anderen Winkel auftrifft und ausweichen kann, ist damit erhöht.
  • Verschiedene Beinkonfigurationen sind in den Fig. 3a bis 3c dargestellt. Die Vorwärtsbewegung weist bei allen Figuren nach rechts.
  • In der linken oberen Darstellung der Fig. 3a sind die Beine mit Streben verbunden. Die Streben dienen dazu, die Steifigkeit der Beine zu erhöhen, während das Erscheinungsbild eines langen Beines erhalten bleibt. Die Streben können beliebig entlang der Höhe eines Beines angeordnet werden. Eine verschiedene Einstellung der Streben, insbesondere die rechten Streben gegenüber den linken Streben, dient dazu, die Beincharakteristika zu verändern ohne dabei die Beinlänge verändern zu müssen. Auf diese Weise wird eine alternative Möglichkeit geschaffen, die Lenkung zu korrigieren.
  • Die Darstellung in der rechten oberen Seite der Fig. 3a zeigt eine allgemeine Ausführungsform mit vielfachen gebogenen Beinen. Man beachte dabei, dass die mittleren Beine, d.h. alle anderen Beine außer den beiden Vorderbeinen und außer den beiden Hinterbeinen, so ausgestaltet sein können, dass diese nicht den Untergrund berühren. Auf diese Weise wird die Herstellung der Beine leichter, da die mittleren Beine bei der Einstellung des Bewegungsverhaltens außer Betracht bleiben können. Lediglich das Gewicht der mittleren Beine kann gegebenenfalls verwendet werden, um das Bewegungsverhalten einzustellen.
  • Die unteren (linken und rechten) Darstellungen der Fig. 3a zeigen zusätzliche Anhänge bzw. Fortsätze, welche dem Vehikel ein lebensnahes Erscheinungsbild verleihen sollen. Diese Anhänge bzw. Fortsätze vibrieren zusammen, wenn sich das Vehikel bewegt. Eine Einstellung der Anhänge bzw. Fortsätze kann also ebenfalls verwendet werden, um ein gewünschtes Bewegungsverhalten bzw. ein gewünschtes Resonanzverhalten zu erzeugen, und um eine erhöhte Willkürlichkeit im Bewegungsverhalten zu erzeugen.
  • Weitere Beinkonfigurationen sind in der Fig. 3b dargestellt. Die oberen (linken und rechten) Darstellungen zeigen, dass die Verbindung der Beine am Körper an verschiedenen Positionen sein kann im Vergleich zu den Ausführungsformen, die in in der Fig. 3a dargestellt sind. Neben den Unterschieden des äußeren Erscheinungsbildes dient eine höhere Verbindung der Beine am Körper dazu, die Beine länger auszugestalten, ohne dabei den Körperschwerpunkt (d.h. das Schwerkraftzentrum) zu erhöhen. Längere Beine wiederum haben eine reduzierte Steifigkeit, was neben anderen Eigenschaften zu einem erhöhten Hüpfen führen kann. Die untere Darstellung der Fig. 3b zeigt eine alternative Ausführungsform der Hinterbeine, bei welcher zwei Beine miteinander verbunden sind.
  • Weitere Beinkonfigurationen sind in der Fig. 3c dargestellt. Die obere linke Darstellung zeigt eine Auführungsform mit einer minimalen Anzahl an Beinen, nämlich mit einem Hinterbein und zwei Vorderbeinen. Die Positionierung des Hinterbeines entweder nach links oder nach rechts wirkt wie eine Veränderung eines Ruders, dient also zum Steuern der Richtung des Vehikels. Wenn ein Hinterbein mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten verwendet wird, dann wird die Geschwindigkeit des Vehikels erhöht, wie oben beschrieben wurde.
  • Die untere linke Darstellung der Fig. 3c zeigt eine Auführungsform mit drei Beinen, wobei ein einziges Vorderbein und zwei Hinterbeine vorgesehen sind. Die Steuerung kann über die Hinterbeine eingestellt werden, indem ein Hinterbein vor dem anderen Hinterbein angeordnet wird.
  • Die obere rechte Darstellung der Fig. 3c zeigt ein Vehikel mit erheblich veränderten Hinterbeinen, welche wie die eine Grashüpfers aussehen. Die Hinterbeine liegen mit ihren unteren Seiten am Untergrund auf, so dass auch die Reibung gegenüber dem Untergrund verringert wird. Außerdem wird das Vehikel so weniger durch Unebenheiten oder Löcher im Untergrund beeinflußt. Das Vehikel kann also leichter über Unebenheiten oder Löcher im Untergrund hinweggleiten.
  • Die untere rechte Darstellung der Fig. 3c zeigt ein Vehikel, bei dem die mittleren Beine gegenüber den Vorder- und Hinterbeinen angehoben sind. Die mittleren Beine haben also hauptsächlich einen ästhetischen Zweck. Sie dienen aber auch der Beeinflussung des Überrollverhaltens. Außerdem kann über ihr Gewicht das Hüpfverhalten des Vehikels eingestellt werden.
  • Die Fig. 4a und 4b zeigen ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Hinterbeine unabhängig voneinander höhenverstellbar sind. Die Hinterbeine können aus einem steifen und/oder flexiblen Draht oder einem anderen geeigneten Material beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein. Die einstellbaren Hinterbeine dienen dazu, dass der Benutzer das Bewegungsverhalten des Vehikels einstellen kann. Insbesondere kann die Bewegungsrichtung eingestellt werden, beispielsweise von einer Linkskurve über eine gerade Bewegung hin zu einer Rechtskurve.
  • Fig. 7 zeigt ein Vehikel bzw. einen Spielzeugroboter nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der zusätzliche Finnen, Lamellen bzw. Flossen 902, 904a, 904b angeordnet sind. Die Finnen, Lamellen bzw. Flossen können oben 902 und an der Seite 904a, 904b angeordnet sein, um das Überrollverhalten des Vehikels zu beeinflussen. Insbesondere können die Finnen, Lamellen bzw. Flossen 902, 904a, 904b derart ausgestaltet sein, dass die äußeren Punkte nahe oder auf einem virtuellen Zylinder liegen. Auf diese Weise kann sich das Vehikel ähnlich einem Zylinder drehen, wenn es auf dem Rücken oder auf einer Seite liegt. Das Vehikel kann sich so relativ schnell wieder selbst aufrichten.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:
    1. 1. Ein Vehikel, insbesondere ein Spielzeugroboter, umfassend:
      • mehrere Beine und einen Vibrationsantrieb,
      • dadurch gekennzeichnet, dass
      • die Beine in zwei Beinreihen angeordnet sind und dass
      • zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen des Vehikels ein Raum, insbesondere eine V-förmige Aussparung vorgesehen ist, damit sich die Beine während einer Aufrichtdrehung nach innen hin verbiegen können.
    2. 2. Ein Vehikel, insbesondere ein Spielzeugroboter, umfassend:
      • mehrere Beine und einen Vibrationsantrieb,
      • dadurch gekennzeichnet, dass
      • die Beine in zwei Beinreihen und seitlich von der Rotationsachse des Vibrationsantriebes angeordnet sind.
    3. 3. Vehikel nach Ausführungsform 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen des Vehikels ein Raum, insbesondere eine V-förmige Aussparung vorgesehen ist, damit sich die Beine während einer Aufrichtdrehung nach innen hin verbiegen können.
    4. 4. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine oberhalb des Schwerpunktes am Vehikel angebracht sind.
    5. 5. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine seitlich und oberhalb der Rotationsachse des Vibrationsantriebs angebracht sind.
    6. 6. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass pro Beinreihe zwei, drei, vier, fünf oder sechs Beine vorgesehen sind.
    7. 7. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb eine nach unten gerichtete Kraft (Fv) erzeugen kann, die geeignet ist, wenigstens die vorderen Beine auszulenken, so dass sich das Vehikel nach vorne bewegt.
    8. 8. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine des Vehikels gebogen und flexibel sind.
    9. 9. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine des Vehikels in eine Richtung geneigt sind, die von der Vertikalen versetzt ist.
    10. 10. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis der Beine am Vehikel gegenüber der Spitze der Beine weiter vorne angeordnet ist.
    11. 11. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Beine, insbesondere die vorderen Beine, angepasst sind, sich zu biegen, wenn das Vehikel aufgrund des Vibrationsantriebes vibriert.
    12. 12. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb eine nach oben gerichtete Kraft (Fv) erzeugen kann, die geeignet ist, dass das Vehikel zum Hüpfen gebracht wird, oder dass die vorderen Beine sich von der Grundfläche abheben.
    13. 13. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb eine seitlich gerichtete Kraft (Fh) erzeugen kann, welche eine Tendenz erzeugt, dass sich das Vehikel dreht, wenn die Nase des Vehikels angehoben ist.
    14. 14. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vehikel ausgestaltet ist, dass die hinteren Beine des Vehikels nur hinterhergeschliffen werden, jedoch nicht hüpfen.
    15. 15. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der hinteren Beine derart ausgestaltet sind, dass eine unterschiedliche Brems- bzw. Schleppwirkung erzielt wird.
    16. 16. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der nachlaufenden Beine derart ausgestaltet sind, dass Tendenzen einer Drehung aufgrund der Vibration des Vibrationsantriebes entgegengewirkt wird.
    17. 17. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass mehr Gewicht auf ein Vorderbein im Vergleich zu dem anderen Vorderbein verlagert ist.
    18. 18. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eine Hinterbeines im Vergleich zu dem anderen Hinterbein erhöht ist.
    19. 19. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Beine auf einer Seite im Vergleich zu den Beinen auf der anderen Seite erhöht ist.
    20. 20. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hinterbein im Vergleich zu dem anderen Hinterbein auf der anderen Seite dicker ausgebildet ist.
    21. 21. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Hinterbeine weiter vorne angeordnet ist als das andere Hinterbein.
    22. 22. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Beine mit Streben miteinander verbunden sind, um die Steifigkeit der Beine zu erhöhen.
    23. 23. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Hinterbeine vorgesehen sind, die unabhängig voneinander höhenverstellbar sind.
    24. 24. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der Vorderbeine im Vergleich zur Steifigkeit der Hinterbeine niedriger ist.
    25. 25. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brems- bzw. Schleppkraft der Hinterbeine im Vergleich zu den Vorder- bzw. Antriebsbeinen reduziert ist.
    26. 26. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vehikel sich selbst wieder aufrichten kann, wenn es auf dem Rücken oder auf einer Seite liegt.
    27. 27. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vehikel konstruiert ist, um sich durch die Wirkung des Rotationsdrehmoments des Vibrationsantriebs zu drehen und selbst aufzurichten.
    28. 28. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperschwerpunkt bzw. das Schwerkraftzentrum des Vehikels nahe oder auf der Rotationsachse des Vibrationsantriebs positioniert ist.
    29. 29. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Vehikels hervorsteht, um die Selbstaufrichtung des Vehikels während des Vibrierens zu erleichtern.
    30. 30. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite des Vehikels ein hoher Punkt vorgesehen ist, so dass das Vehikel nicht vollständig umgedreht auf dem Rücken liegen kann.
    31. 31. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rücken eine Finne, Lamelle oder Flosse angeordnet ist.
    32. 32. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass Finnen, Lamellen oder Flossen an den Seiten des Vehikels angeordnet sind.
    33. 33. Vehikel gemäß Ausführungsform 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Finnen, Lamellen oder Flossen derart ausgestaltet sind, dass ihre äußeren Punkte nahe oder auf einem virtuellen Zylinder liegen.
    34. 34. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vehikel eine federnde Nase bzw. ein federndes Vorderteil hat, so dass das Vehikel bei Auftreffen auf ein Hindernis zurückprallt.
    35. 35. Vehikel gemäß Ausführungsform 34, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Nase bzw. das federnde Vorderteil aus Gummi ist.
    36. 36. Vehikel gemäß Ausführungsform 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Nase bzw. das federnde Vorderteil spitz zulaufend ausgebildet ist.
    37. 37. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb einen Motor und ein exzentrisches Gewicht aufweist.
    38. 38. Vehikel gemäß Ausführungsform 37, dadurch gekennzeichnet, dass das exzentrische Gewicht vor dem Motor angeordnet ist.
    39. 39. Vehikel gemäß Ausführungsform 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass das exzentrische Gewicht vor den Vorderbeinen angeordnet ist.
    40. 40. Vehikel gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Motors entlang der Längsachse des Vehikels verläuft.
    41. 41. Vehikel gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie am Hinterteil des Vehikels angeordnet ist.
    42. 42. Vehikel gemäß Ausführungsform 41, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Batterie als auch der Motor zwischen den Beinen angeordnet ist.
    43. 43. Vehikel gemäß einer der Ausführungsformen 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Motor und der Batterie ein Schalter angeordnet ist.
    44. 44. Vehikel gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vehikel die Form eines Käfers, eines Insektes, eines Reptils oder eines sonstigen Tieres aufweist.

Claims (15)

  1. Ein Vehikel, insbesondere ein Spielzeugroboter, umfassend:
    mehrere Beine und einen Vibrationsantrieb,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beine in zwei Beinreihen angeordnet sind und dass zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen des Vehikels ein Raum, insbesondere eine V-förmige Aussparung vorgesehen ist, damit sich die Beine während einer Aufrichtdrehung nach innen hin verbiegen können.
  2. Ein Vehikel, insbesondere ein Spielzeugroboter, umfassend:
    mehrere Beine und einen Vibrationsantrieb,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beine in zwei Beinreihen und seitlich von der Rotationsachse des Vibrationsantriebes angeordnet sind.
  3. Vehikel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper des Vehikels und den Beinen des Vehikels ein Raum, insbesondere eine V-förmige Aussparung vorgesehen ist, damit sich die Beine während einer Aufrichtdrehung nach innen hin verbiegen können.
  4. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine oberhalb des Schwerpunktes am Vehikel angebracht sind.
  5. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine seitlich und oberhalb der Rotationsachse des Vibrationsantriebs angebracht sind.
  6. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Beinreihe zwei, drei, vier, fünf oder sechs Beine vorgesehen sind.
  7. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb eine nach unten gerichtete Kraft (Fv) erzeugen kann, die geeignet ist, wenigstens die vorderen Beine auszulenken, so dass sich das Vehikel nach vorne bewegt.
  8. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine des Vehikels gebogen und flexibel sind.
  9. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine des Vehikels in eine Richtung geneigt sind, die von der Vertikalen versetzt ist.
  10. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis der Beine am Vehikel gegenüber der Spitze der Beine weiter vorne angeordnet ist.
  11. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Beine, insbesondere die vorderen Beine, angepasst sind, sich zu biegen, wenn das Vehikel aufgrund des Vibrationsantriebes vibriert.
  12. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb eine nach oben gerichtete Kraft (Fv) erzeugen kann, die geeignet ist, dass das Vehikel zum Hüpfen gebracht wird, oder dass die vorderen Beine sich von der Grundfläche abheben.
  13. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsantrieb eine seitlich gerichtete Kraft (Fh) erzeugen kann, welche eine Tendenz erzeugt, dass sich das Vehikel dreht, wenn die Nase des Vehikels angehoben ist.
  14. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vehikel ausgestaltet ist, dass die hinteren Beine des Vehikels nur hinterhergeschliffen werden, jedoch nicht hüpfen.
  15. Vehikel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der hinteren Beine derart ausgestaltet sind, dass eine unterschiedliche Brems- bzw. Schleppwirkung erzielt wird.
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