JP5300039B2 - 枢軸旋回可能な支持体を有する乗物安定化装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象とする人間を支持する支持体を備えてバランスをとる個人用乗物（車）（パーソナルビークル）であって、該対象を乗物の接地要素に対して望ましい角度で支持するために前記支持体が枢軸旋回可能である乗物に関する。

個人用乗物は自走であって、ユーザがガイドできるかもしれなく、そしてさらに、２個未満のホイールが同時に地面に接触していないとき、前後方向に延伸する平面と左右方向に延伸する平面のうちの１つの面又は両方の面において安定するかもしれない。この種の乗物は、加速(直線加速及び旋回加速の両方)を含む乗物の運動が乗物に乗る対象によって引き起こされる乗物の傾きによって部分的又は全体的に制御されるモードで運転されるかもしれない。そのようないくつかの乗物は米国特許第5,971,091号で説明されており、この米国特許は参照のためにここに取り入れられる。

そのようなバランス乗物は静的安定性を欠くかもしれない。例えば、番号18で示す従来技術の個入用搬送装置を示す図1Aを参照すると、対象10は支持プラットフォーム12上に立ち、プラットフォーム12に取り付けたハンドル16の上のグリップ14を握る。従って、この実施の形態の乗物18をスクータの運転に似た方法で運転することができる。対象が傾くことによってホイール20に車軸22回りのトルクを与えることができ、その結果、乗物に加速を生じさせることができるように制御ループが備えられている。しかしながら、乗物18は静的に不安定であり、動的安定性を維持する制御ループの操作なくして、対象10はもはや起立した位置に支持されず、プラットフォーム12から落下するだろう。番号24によって表示される従来技術の別のバランス乗物を図1Bに示す。個人用乗物24は、図1Aの乗物18の特性、すなわち、対象10を支持する支持プラットフォーム12、およびプラットフォーム12に付けたハンドル16上のグリップ14を共有し、従って、この実施の形態の乗物24もまたスクータの運転に似た方法で運転することができる。図1Bは、それぞれが複数のホイール28を持つ複数のクラスタ26を乗物24が有することができることと、乗物24が静的に不安定なままであり、ダイナミックな安定性を維持する制御ループの操作なくして、対象10がもはや起立位置に支持されずにプラットフォーム12から落下するかもしれないことを示す。

本発明の好ましい実施の形態によると、対象とする人間を表面上で輸送するための装置が提供される。装置は、対象とする人間を含むペイロードを支持する前後方向に延伸する平面を定めるプラットフォームを有する。装置は、また、プラットフォームに可動に連結された接地部材を含む接地モジュールを有する。プラットフォームと接地モジュールはアセンブリの構成要素であり、このアセンブリの重心位置は接地部材に関して定められる。装置はまた対象を支持する支持体を含み、該支持体は、重心位置の前後に延伸する平面の変化を可能にするようにプラットフォームに連結される。装置は、接地モジュールに連結され重心位置に応答して接地モジュールに動力を送る駆動装置をさらに有する。

本発明の代替実施形態によると、支持体は座席を含む。前後方向に延伸する平面を実質的に横切る軸回りに支持体の動きを許容するように位置するピボットを介して支持体をプラットフォームに連結することができる。装置をスクータの運転に似た方法で運転することができるように、対象のほぼウエストの高さに位置するグリップを備え、プラットフォームに取り付けられるハンドルを装置に備えるようにすることができる。接地モジュールは地面と接触する領域によって特徴付けられることができ、そして、支持体は、対象の重量の一部を支持するために付勢される関節式部材を持つことができ、かつ、支持体は接地モジュールの地面と接触する領域上方に実質的に局部安定領域を持つことができる。

発明のさらなる実施の形態によると、ユーザを運ぶための装置であって、プラットフォームと、ユーザが装置の通常の操作の間にプラットフォームに関して支持体の位置を変えることができるようにプラットフォームに連結されプラットフォームに関して位置が定められたユーザ支持体とを含んでなる装置が提供される。この装置はまた、少なくとも１つの接地部材を介して下に位置する表面上でプラットフォームを推進するモータ駆動装置と、該モータ駆動装置に連結されユーザ支持体の位置に応答してモータ駆動装置の操作を自動制御するとコントローラとを含んでなる。

発明のさらなる実施の形態によると、着座したユーザを運ぶ装置が提供される。この装置は、着座したユーザを含むペイロードを支持するためのプラットフォームと、プラットフォームに取り付けられ下に位置する表面に関してプラットフォームを推進する接地モジュールと、接地モジュールに連結されて、ユーザの傾きによってのみ制御されるように動力を接地モジュールに送る駆動装置とを含んでなる。

発明の実施形態

発明は添付の図面を参照してなされる以下の説明によってより容易に理解される。図1 Aに言及すると、従来技術のバランス（バランシング、即ち、バランスをとる）乗物18は、乗物を使用する対象10のための座席を持っていない。対象はプラットフォーム12上に立ち、プラットフォーム12に取り付けられたハンドル16上のグリップ14を保持する。従って、この実施の形態の乗物はスクータの運転に似た方法で運転されうる。乗物の傾斜度を検出して制御ループで補償することができ、従って、対象が前方に体を傾けると、乗物が前方へ動き、それと同様に、体を他の方向に傾けることによって乗物の対応する動きを引き起こすことができる。従って、前方へ体を傾けると前進運動を引き起こし、後方へ傾けると後方への運動を引き起こす。適切な力変換器を設けて左方向及び右方向の傾きを検出し、この検出に応じた左右の旋回を生じさせるように制御することができる。傾きはまた、近接センサーを用いて検出することもできる。同様に、この実施の形態の乗物は、対象がプラットフォーム12に立つと自動的に乗物に動力を与えるように閉じられるスイッチのような乗物を作動させる足(又は力)作動のスイッチを備えることとしてもよい。

ここで図2を参照すると、乗物の傾斜度が検出され、そして制御ループ(図示省略)と、ホイールアクチュエータ(図示省略)の操作によって1つ以上のホイール32(または、他の接地部材)にトルクを与えることによって補償されるタイプの個人用乗物30が示されており、対象10が前方に体を乗り出すならば乗物は前方へ動かされる。プラットフォーム12が必ずしも直接ホイール32に連結される必要はないことが理解される。乗物の通常の操作の間に乗物の傾きが必ず取り消されるというわけではないので、持続する運動及び持続する加速が達成されるかもしれない。本発明の実施の形態によると、座席34は、対象10の重量の一部を支持するように設けられる。対象10は自身の重心の位置と、乗物30と対象10を組み合わせたもの重心36の位置を変えることができ、一方、座席34は、それがプラットフォーム12に関して旋回できることにより、対象の重量の一部を支持し続ける。

ここにおいて説明されるように、かつ、添付の特許請求の範囲で請求されるように、ホイール32は単一の車軸回りに回転でき、あるいは、それに代えて、ユニボールのように位置（向き）を変えることができる軸回りに回転できることは本発明の範囲に含まれることが理解される。

多様な機構のいずれかによって座席34をプラットフォーム12に連結することができる。本発明の好ましい実施の形態によると、座席34は、プラットフォーム12に枢軸旋回可能に連結されかつひざ継手40において座席34に連結されたリンク38を介してプラットフォーム12に連結されている。対象の重量に対抗するために、座席34とリンク38を包含する関節式支持体をバネ機構(図示省略)又はその同等物によって付勢することとしてもよい。図3は、ひざ継手40においてリンク38に関して下方に押し下げられた座席34を示す。さらに、前後方向に延伸する平面を実質的に横ぎる軸に関してリンク38を前後方向の動きに抑制するようにリンク３８を支持プラットフォーム12に連結するピボット42が示されている。バネ機構（図示省略）は、対象の重量の一部を支持するために支持機構を付勢することが公知であるコイルスプリングやガススプリングのようなどんな手段も含むことができる。さらに、対象10の重量を接地部材32に関してシフトさせるために座席34を前後に移行させる従来技術の公知の機構は本発明の範囲に含まれる。

図3の実施の形態の関節式折り畳み座席の代替手段を図4Aに関して説明する。図示のバランスをとる個人用乗物44において、座席34は、番号46で示す座席支持機構によって支持プラットフォーム12に関して枢軸旋回される。座席支持体46は実質的に直線状の２つの部材48を有し、これらの部材は２つのピボット50（これらのピボットを介して直線部材48がプラットフォーム12に連結されている）回りに旋回する。直線部材48は、ピボット52において座席34に固定される。座席34に着座した対象は、座席34を前後方向に移動させることによって、自分の体重、引いては、乗物と対象の全体の重心を移行させることができる。図4Bは、図4Aの折り畳み座席の2つの位置を示す。番号54で示す位置は、ライダを含む乗物の重心を実質的に地面と接地部材20(図4Aに示す)の接触領域上に置く。また、座席34を番号56によって指定される位置でハンドル16の方へ折り畳むことができる。図4Aと4Bに示す実施の形態では、座席34は中央位置54において最も高く、最大位置エネルギーを持つ。

ここで図5Aに言及する。本発明の他の実施の形態に従い、着座したユーザの中央位置(実質的に車軸22の上方)を安定位置、すなわち、位置エネルギーの局部最小によって特徴付けられる位置にすることに、安定性が提供される。したがって、ライダが前方60又は後方62のどちらかに移動することによって座席34が動かされると、番号54で示す中央位置に関して、席34はさらにプラットフォーム12から離れるように移動され、地面からさらに高い位置となる。図5Aに示す実施の形態によると、座席34は実質的に三辺構成64のリンクによって支えられる。アーム66はプラットフォーム12に関して固定されたピボット点68回りに旋回し、リンク70はアーム66を座席34に固定する。リンク70に実質的に平行なリンク72は座席34をその中央位置54において実質的に水平な位置（向き）に支持する。三辺構成64の3番目の辺はリンク74によって形成される。図5Bにさらに詳細に示すリンク74は、図示のガススプリング76を含む剛性部材又はサスペンション部材とすることができ、このガススプリング76は、プラットフォーム12を介して道路表面から伝達される振動に対してクッション性を有する座席34を提供するものである。リンク74は、座席34の動きの中心において安定のためのウェル82を提供するカム面80上に乗ったカムフォロワ78に連結される。座席34が前方又は後方へ動くならば、カムフォロワ78はカム面80上で上方に移動され、その結果、プラットフォーム12に対する座席34の高さをカムフォロワ自身の中央安定位置に対して高くする。このことは、ライダが中心に置かれたボディー位置を維持するのに必要な努力を少なくさせることができ、その結果、ライダがよりリラックスした位置を維持することができ、瞬間的にハンドルバーから手を離すことができるという利点がある。

実質的に乗物が地面に接触する領域の上方に乗物とライダの重心が存在し、座席34がその中央位置54の前方又は後方のいずれかの方向に動いたときに位置が上昇するような座席34を与える他の機械的構成も、添付の特許請求の範囲に記載されるように、本発明の範囲内であることが理解される。

発明の説明された実施の形態は単に例示的なものであることを意図し、多数の変形及び変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。そのようなすべての変形と変更は、添付の特許請求の範囲に記載されるように、本発明の範囲内であることが意図される。

図1Aは動的にバランスをとる従来技術の乗物であって、本発明の実施の形態を有利に使用することができるタイプの乗物の側面図である。図1Bは、動的にバランスをとる従来技術の別の乗物であって、本発明の実施の形態を有利に使用することができるタイプの乗物の側面図である。 図2は、本発明の実施の形態に従った、関節式の枢軸旋回可能な支持体を有する動的バランスをとる乗物の側面図である。 図3は図2の動的バランスをとる乗物の側面図であり、関節式の枢軸旋回可能な支持体が部分的に折り畳まれた状態を示す図である。 図4Aは、動的バランスをとる乗物の側面図であり、本発明の別の実施形態の関節式の枢軸旋回可能な支持体を示すものである。図4Bは図4Aの実施形態の別の側面図であり、枢軸旋回可能な支持体の2つの位置を示すものである。 図5Aは本発明のさらなる実施の形態に従う中央平衡位置を持つ枢軸旋回可能な支持体の側面図である。図5Bは図5Aの実施の形態の別の側面図であり、カムフォロワ構成の詳細を示すものである。

Claims (8)

1. 対象とする人間を表面上で輸送する輸送装置であって、
   ａ.前後方向に延伸する平面を定めるプラットフォームであり、対象とする人間を含むペイロードを支持するプラットフォームと、
   ｂ.前記プラットフォームに対して可動に連結され地面と接触する領域によって特徴付けられる接地部材を含む接地モジュールであり、前記プラットフォームと前記接地モジュールは、前記接地部材に関して決定される位置に位置する重心を有するアセンブリの構成要素である接地モジュールと、
   ｃ.前記対象を支持する支持体であり、前記前後方向に延伸する平面内の前記重心位置の変化を前記プラットフォームに関する前記対象による前記支持体の動きによって可能にするように前記プラットフォームに連結された支持体と、
   ｄ.前記輸送装置の傾斜度を検出する検出手段と、
   ｅ．前記輸送装置の検出された傾斜度に応答するように前記接地モジュールに動力及びトルクを与えるアクチュエータと、
   ｆ．前記アクチュエータに関連し、前記輸送装置の検出された傾斜度に応答して前記輸送装置の検知された傾斜度を補償する制御ループとを備え、
   前記対象の重心位置と前記輸送装置及び対象の組み合わせの重心位置とが前記対象による支持体の動きによって変えられ、その結果として、輸送装置の傾斜度が変えられるように構成されると共に、
   前記輸送装置は前記アクチュエータが駆動されていないときに傾斜に対して不安定である輸送装置。
   
2. 前記支持体は座席を含む請求項１の装置。
   
3. 前記支持体は、前記前後方向に延伸する平面を実質的に横切る軸回りに前記支持体が動くことを許容するように位置されたピボットを介して前記プラットフォームに連結されている請求項１の装置。
   
4. 請求項１の装置であって、前記プラットフォームに取り付けられ前記対象のほぼウエストの高さ位置に存するグリップを有するハンドルをさらに含んでなり、スクータと同様な方法で装置を操作することができるように設けた装置。
   
5. 前記支持体は、前記対象の重量の一部を支持するために付勢された関節式部材を含む請求項１の装置。
   
6. 前記支持体は、前記接地モジュールの前記地面と接触する領域の上方に実質的に局部安定位置を持つ請求項１の装置。
   
7. ユーザを運ぶための装置であって、
   ａ.プラットフォームと、
   ｂ.前記プラットフォームに関して位置が決定されるシートを含むユーザ支持体であり、前記シートは、前記ユーザを運ぶための装置の通常の操作の際に前記プラットフォームに関する前記ユーザ支持体の位置を、ユーザが前記シートに着座したままで、前記ユーザの動きによって変えることができ、その結果として、輸送装置の傾斜度が変えられるように構成され、前記プラットフォームに連結されているユーザ支持体と、
   ｃ. 前記輸送装置の傾斜度を検出する検出手段と、
   ｄ．少なくとも１つの地面接地部材の運動を介して、下に位置する表面上で前記プラットフォームを推進させるモータ駆動装置と、
   ｅ. 前記モータ駆動装置に関連し、前記輸送装置の検出された傾斜度に応答して前記輸送装置の検知された傾斜度を補償する制御ループとを備え、
   前記ユーザを運ぶための装置は前記モータ駆動装置が駆動されていないときに傾斜に対して不安定である装置。
   
8. 請求項１の装置であって、前記プラットフォームに関する前記対象による前記支持体の動きは、前記地面と接触する領域の上方で垂直方向に延伸するいかなる直線の前及び後の両方で生じる装置。
   

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