KR20180082481A - 주륜 및 원위 보조 바퀴를 구비한 셀프 밸런싱 보드 - Google Patents

주륜 및 원위 보조 바퀴를 구비한 셀프 밸런싱 보드 Download PDF

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KR20180082481A
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Abstract

주륜 어셈블리, 플랫폼, 적어도 하나의 센서, 컨트롤러, 제 1 보조 바퀴 어셈블리 및 제 1 브레이크 엘리먼트를 포함하는 셀프 밸런싱 보드가 제공된다. 주륜 어셈블리는 주륜 및 주륜을 구동하는 모터를 포함한다. 플랫폼은 주륜 어셈블리에 고정되어 있으며 발 데크를 갖는다. 적어도 하나의 센서가 플랫폼의 방향을 감지한다. 제어기는 적어도 하나의 센서로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터에 응답하여 모터를 제어한다. 제 1 보조 바퀴 어셈블리는, 주륜 어셈블리에 대하여 원위인 플랫폼에 고정되고, 그리고 발 데크가 지면에 평행할 때 상기 지면 상에 주륜이 받쳐지게 되는 상기 지면과 접촉하는 것으로부터 상승된다. 제 1 브레이크 엘리먼트는 제 1 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 제 1 보조 바퀴 어셈블리에 대해 수동으로 이동 가능하다.

Description

주륜 및 원위 보조 바퀴를 구비한 셀프 밸런싱 보드
본 발명은 개인용 운송 운송수단에 관한 것으로, 특히 전동식 주륜을 포함하는 일륜 스케이트 보드(one-wheeled skateboard)로 알려진 셀프 밸런싱 보드(self-balancing board)에 관한 것이다.
개개인의 운송을 위한 자체 셀프 밸런싱 운송수단(vehicle)들은 당업계에서 공지되어 있다. US6302230B1 및 AT299826 (Kamen)에 기술되는 바와 같이, 이러한 운송수단들은 전형적으로 두개의 동축(coaxial), 독립적으로 구동되는 이격되는 바퀴들 및 그 사이에 존재하는 플랫폼(platform)이 구비되어 있으며, 운송수단의 라이더(rider)는 움직임의 의도한 전진 방향을 향하는 플랫폼 상에 서있을 수 있다. 자이로 스코픽(Gyroscopic) 및 가속도계 센서들은 플랫폼의 방향 변화들을 감지하고 모터 제어 시스템에 정보를 제공한다. 모터 시스템은 운송수단이 일정한 속도를 유지하는 동안 운송수단의 중심과 라이더의 중심을 정렬시키는 효과가 있는 바퀴들을 임의의 방향으로 회전시켜 특정 범위 내에서 플랫폼 방향을 수평으로 유지하도록 프로그래밍 된다. 일부 유형들에는 직립 핸들바(upright handlebar)가 플랫폼에 연결되어 있어 라이더가 옆으로 기울어짐으로써 운송수단을 더욱 제어할 수 있게 되어 바퀴들이 다른 속도 및/또는 방향으로 회전하여 운송수단이 돌아간다.
전술한 셀프 밸런싱 운송수단의 또 다른 변형은 US8738278B2 (Chen)에 의해 교시되고, 여기서 운송수단은 모터 제어 시스템에 의해 제어되는 두개의 이격되고 개별적으로 동력을 얻는 바퀴들을 가지며 그 사이의 플랫폼은 측 방향으로 두개의 절반부들(halves)로 분할된다. 플랫폼의 각 절반부들은 하나의 바퀴와 모터 제어 시스템과 연관되어 있으며 운송수단의 라이더의 왼쪽 및 오른쪽 발의 위치에 해당한다. 두개의 절반부들은 서로 피봇식으로 연결되며, 이로써 라이더는 발을 사용하여 두개의 플랫폼 섹션들을 기울여 두개의 바퀴들의 상대 속도 및 회전 방향을 독립적으로 제어할 수 있다. 이러한 유형의 셀프 밸런싱 운송수단의 한가지 이점은 직립 핸들바가 필요하지 않아 장치를 작게 만들 수 있고 손을 사용하지 않고 조종할 수 있게 한다.
US2011220427A1 (Chen)에 의해 개시되는 세번째 타입의 셀프 밸런싱 운송수단은 바퀴의 양측에 하나의 커다란 바퀴 및 바퀴의 어느 한쪽의 측면 상에 풋 레스트(footrest)를 구비한다. 마찰 패드들은 각 풋 레스트에서 위쪽으로 뻗어 있는 라이더의 장딴지들 내부를 지지하여 라이더에게 안정성과 편안함을 제공한다.
네번째 타입의 셀프 밸런싱 운송수단은 스케이드 보드와 같은 모양의 플랫폼 및 단일 바퀴를 갖는다. 라이더는 한 발씩 중앙에 위치한 단일 바퀴의 각 측에 올려 놓을 수 있고, 의도한 주행 방향은 라이더의 방향에 대해 옆을 향할 수 있다. US910817 (Doerksen)은 이러한 운송수단을 설명한다. 또한, 이러한 유형의 운송수단의 안전 측면에 대한 해당 기술 분야에서의 개발이 이루어지고 있다. 전기 직류 모터(electric DC motor)의 성질은 모터가 발전기로 사용되고 전기 에너지가 발생됨으로써 브레이크로서 역으로 사용될 수도 있지만, 보다 많은 제동력이 요구될 수 있다. CN103191558A(Chu)는 하나의 중앙 바퀴에 별도의 브레이크 메커니즘이 작용하여 제동력이 향상되는 유사한 셀프 밸런싱 보드를 기술한다. US7811217 (Odien)은 중앙에 위치되는 이중 바퀴들을 갖고, 각각은 그에 관련되는 브레이크를 갖는 셀프 밸런싱 보드를 기술한다. US7424927B2(Hiramatsu)는 앞과 뒤에 보조 바퀴들을 갖는 하나의 중앙 바퀴가 달린 셀프 밸런싱 보드에 대해서도 기술한다. 보조 바퀴들은 지표면과의 접촉을 통해 보드 각도를 감지하는데 사용되며, 각 보조 바퀴에는 보드가 일정한 최대 경사각으로 소비한 시간을 결정하고 모터 및 중앙 바퀴의 제어되는 감속을 개시하기 위해 모터 컨트롤러에 정보를 공급한다.
일 측면에 따르면, 주륜 및 주륜을 구동하는 모터를 포함하는 주륜 어셈블리(assembly)를 포함하는 셀프 밸런싱 보드가 제공된다. 보드는 주륜 어셈블리에 고정되고 발 데크(foot deck)를 갖는 플랫폼, 플랫폼의 방향을 감지하는 적어도 하나의 센서, 상기 적어도 하나의 센서로부터 데이터를 수신하고 상기 수신되는 데이터에 응답하여 상기 모터를 제어하는 제어기, 상기 주륜 어셈블리의 원위인 플랫폼 에 결합되는 제 1 보조 바퀴 어셈블리를 포함하는데, 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리는 발 데크가 지면(flat surface)에 평행할 때 상기 주륜이 받쳐지게 되는 지면에 접촉함으로써 상승되며, 상기 보드는 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리에 대해 수동으로 움직일 수 있는 제 1 브레이크 엘리먼트(element)를 포함한다.
셀프 밸런싱 보드는 제 1 브레이크 페달을 더 포함하는데, 상기 제 1 브레이크 페달은 풀림 위치로 편향되며 그리고 제 1 브레이크 엘리먼트가 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하는 맞물림 위치로 이동 가능하다.
제 1 브레이크 페달은 기계적 힌지를 통해 플랫폼에 결합될 수 있다.
제 1 브레이크 페달은 리빙 힌지(living hinge)를 통해 플랫폼에 결합될 수 있다.
제 1 브레이크 엘리먼트는 제 1 브레이크 패드를 포함할 수 있고, 제 1 브레이크 엘리먼트는 제 1 보조 바퀴 어셈블리로부터 선형으로 편향되어 있으며, 제 1 브레이크 엘리먼트는 수동으로 제 1 보조 바퀴 어셈블리 쪽으로 이동하여 제 1 브레이크 패드가 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하게 된다.
제 1 보조 바퀴 어셈블리는 플랫폼으로부터 멀리 편향될 수 있고, 제 1 보조 바퀴 어셈블리가 제 1 보조 바퀴 어셈블리를 제 1 브레이크 엘리먼트와 접촉하도록 압박할 때 압력이 제 1 보조 바퀴 어셈블리에 인접한 플랫폼에 가해진다.
제 1 보조 바퀴 어셈블리는 제 1 보조 바퀴와 제 1 브레이킹 면(braking surface)를 포함할 수 있다.
제 1 브레이크 엘리먼트는 제 1 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 제 1 브레이킹 면과 맞물릴 수 있다.
셀프 밸런싱 보드는 주륜 어셈블리에 대해 원위인 플랫폼에 결합되는 제 2 보조 바퀴 어셈블리 및 제 2 브레이크 엘리먼트를 더 포함할 수 있고, 제 2 보조 바퀴 어셈블리는 발 데크가 지면에 평행할 때 주륜이 받쳐지게 되는 지면과 접촉하는 것으로부터 상승되며, 상기 제 2 브레이크 엘리먼트는 제 2 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 제 2 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 제 2 보조 바퀴 어셈블리에 대해 수동으로 이동 가능하다.
셀프 밸런싱 보드는 풀림 위치로 편향되어 제 2 브레이크 엘리먼트가 제 2 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하는 맞물림 위치로 이동 가능한 제 2 브레이크 페달을 더 포함할 수 있다.
제 2 브레이크 페달은 기계적 힌지를 통해 플랫폼에 결합될 수 있다.
제 2 브레이크 페달은 리빙 힌지를 통해 플랫폼에 결합될 수 있다.
제 2 브레이크 엘리먼트는 제 2 브레이크 패드를 포함할 수 있으며, 제 2 브레이크 엘리먼트는 제 2 보조 바퀴 어셈블리로부터 멀어지도록 선형으로 편향되고 제 2 브레이크 엘리먼트는 제 2 보조 바퀴 어셈블리를 향해 수동으로 가압되어 제 2 브레이크 패드가 제 2 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하게 할 수 있다.
제 2 보조 바퀴 어셈블리는 플랫폼으로부터 멀리 편향될 수 있고, 제 2 보조 바퀴 어셈블리가 제 2 보조 바퀴 어셈블리가 제 2 브레이크 엘리먼트와 접촉하도록 가압할 때, 제 2 보조 바퀴 어셈블리에 인접한 플랫폼에 압력이 해진다.
셀프 밸런싱 보드는 플랫폼에 고정되는 핸들 바를 더 포함할 수 있다.
실시예들은 첨부되는 도면을 참조하여 오로지 예로서 설명한다:
도 1은 일 실시예에 따른 셀프 밸런싱 보드의 측면 사시도이다;
도 2는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 상부에 라이더가 위치되는 측면 사시도이다.
도 3a는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 평면도이다.
도 3b는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 측면도이다.
도 3c는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 저면도이다.
도 3d는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 배면도이다.
도 4는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 분해도이다.
도 5는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 바퀴 어셈블리의 분해도이다.
도 6a는 브레이크가 풀린 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 측 단면도이다.
도 6b는 브레이크가 맞물린 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 측 단면도이다.
도 7a는 정상 동작 시 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 측면도이다.
도 7b는 안티 폴 모드에서의 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 측면도이다.
도 7c는 브레이크 모드에서의 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 측면도이다.
도 8은 핸들 바가 브레이크 페달을 대체하는 도 1의 셀프 밸런싱 보드의 다른 구성의 측면 사시도이다.
도 9는 선형으로 움직일 수 있는 보조 바퀴 어셈블리를 갖는 다른 실시예에 따른 셀프 밸런싱 보드의 측 단면도이다.
도 10은 피봇 식으로 움직일 수 있는 보조 바퀴 어셈블리를 갖는 또 다른 실시예에 따른 셀프 밸런싱 보드의 측면도이다.
도 11은 선형으로 움직일 수 있는 브레이크 패드를 갖는 또 다른 실시예에 따른 셀프 밸런싱 보드의 측 단면도이다.
도 1, 2, 3a, 3b, 3c 및 3d는 일 실시예에 따른 셀프 밸런싱 보드(self-balancing board, 100)를 도시한다. 셀프 밸런싱 보드(100)는 일반적으로 가늘고 길며(elongated) 그리고 주륜 어셈블리(primary wheel, 2)가 고정되는 중앙 개구부를 갖는 플랫폼(platform, 1)을 갖는다. 플랫폼(1)은 라이더(7)가 서는 주륜 어셈블리(2)의 양측에 두 개의 풋 레스트들(foot rests, 9)을 포함하는 상부 표면(8)을 갖는다. 풋 레스트들(9)을 통해 일반적으로 연장되는 평면은 본 실시예에서 상부 표면(8)과 동일 평면 상에 있게 되는 발 데크(foot deck)를 형성한다.
주륜 어셈블리(2)는 플랫폼(1)의 아래 및 위의 대략 중앙 개구부 외부로 돌출하는 주륜(2a)을 포함한다. 라이더(7)의 발과 주륜 어셈블리(2)간의 우연한 접촉은 일반적으로 플랫폼(1)의 상부 표면(8)으로부터 연장한 펜더(fender)들(6a, 6b) 및 주륜 어셈블리(2) 위의 펜더들(6a, 6b)에 걸치는 바퀴 커버(5)에 의해 방지된다. 주륜 어셈블리(2)의 바퀴의 회전축은 Z축으로 정의한다. x축은 z축에 직각이며 바퀴가 놓여있는 평평한 지면과 평행한다. 인식될 바와 같이, 셀프 밸런싱 보드(100)는 주륜 어셈블리(2)에 의해 x축을 따라 양방향으로 구동된다.
제 1 보조 바퀴 어셈블리(3a)는 플랫폼(1)의 제 1 단부에 회전 가능하게 결합되고, 제 1 브레이크 페달(4a)은 플랫폼(1)에 기계적 힌지를 통해 연결되어 제 1 보조 바퀴 어셈블리(3a)를 제동한다. 제 1 보조 바퀴 어셈블리(3a)와 동일한 제 2 보조 바퀴 어셈블리(3b)는 플랫폼(1)의 제 2 단부에 회전 가능하게 결합되고, 제 2 브레이크 페달(4b)은 기계적 힌지를 통해 플랫폼(1)에 연결되어 제 2 보조 바퀴 어셈블리(3b)를 제동한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 셀프 밸런싱 보드(100)는 사람이 자신의 발로 중심적이고 대칭적으로 위치되는 바퀴에 다리를 벌리고 올라 그 위에 설 수 있게 한다. 셀프 밸런싱 보드(100)의 가속 및 감속은 한 발에 비해 다른 발에 체중을 더 위치시킴으로써 셀프 밸런싱 보드(100)를 기울여 제어될 수 있다. 셀프 밸런싱 보드(100) 내의 센서들은 플랫폼(1)의 방향을 검출하고 일반적으로 필요에 따라 수평 방향으로 플랫폼(1)을 유지하기 위해 바퀴를 가속 또는 감속 시키기 위해 구동하는 모터를 제어한다.
도 4는 셀프 밸런싱 보드(100)의 다양한 구성 요소를 보다 상세히 도시한다. 바퀴 커버(5)는 플랫폼(1)의 하부에 고정되고 개구(10) 내에서 위쪽으로 연장되고, 그 후 주륜 어셈블리(2)는 바퀴 샤프트 브라켓들(wheel shaft brackets, 22)을 통해 개구(10) 내에 고정된다. 펜더들(6a, 6b)은 플랫폼(1)에 고정되는 개별 엘리먼트들이다.
컨트롤러(controller) 및 방향 센서들을 갖는 컨트롤러 보드(controller board, 11)는 플랫폼(1) 아래에 PCB 트레이(PCB tray, 16)에 의해 제공되는 위치에 배치된다. 배터리 트레이(battery tray, 17)는 하부 배터리 커버(18), 배터리(19), 배터리 PCB(20) 및 상부 배터리 커버(21)를 포함하는 배터리 어셈블리를 위한 위치를 제공한다. 배터리(19)는 셀프 밸런싱 보드(100)에 전력을 공급하기 위해 함께 결합된 하나 이상의 배터리들일 수 있다. 배터리 PCB(20)는 배터리(19)에 의해 제공되는 충전 및 전력 흐름을 제어한다. 하부 및 상부 배터리 커버들(18 및 21)은 배터리(19) 및 배터리 PCB(20)를 물리적 손상 및 전기적 간섭으로부터 보호하고 격리시킨다. 일단 PCB 트레이(16), 배터리 트레이(17) 및 주륜 어셈블리(2)가 플랫폼(1)에 고정되면, 하부 커버(23)가 플랫폼(1)의 하부에 고정된다.
보조 바퀴 어셈블리들(3a 및 3b) 각각은 플랫폼(1)의 단부들에 고정된다. 보조 바퀴 어셈블리(3a) 및 보조 바퀴 어셈블리(3b) 각각은 길고 가는 보조 바퀴(12), 보조 바퀴 베어링 부재(13), 보조 바퀴 샤프트(14) 및 바퀴 너트들(15)을 포함한다. 길고 가는 보조 바퀴(12)는 바람직하게는 고무와 같은 탄성 재료로 제조된다. 보조 바퀴 베어링 부재(13)는 부싱(bushing) 또는 베어링(bearing)일 수 있다. 보조 바퀴 베어링 부재(13)가 부싱인 실시예에서, 보조 바퀴 베어링 부재(13)는 바람직하게는 소정의 선택된 유형의 플라스틱과 같은 부싱으로서 적합한 변형 방지 재료로 제조된다. 보조 바퀴 샤프트(14)는 바람직하게는 적절한 금속으로 구성된다. 보조 바퀴 어셈블리들(3a, 3b)의 보조 바퀴 샤프트들(14)은 양단의 바퀴 너트들(15)을 통해 플랫폼(1)에 고정된다. 보조 바퀴들(12)의 프로파일은 플랫폼(1)이 전방 또는 후방으로 기울이질 때 플랫폼(1)이 지면에 접촉하기 전에 보조 바퀴들(12)이 지면에 닿는 형태이다.
플랫폼(1)에 피봇팅 관계(pivoting relation)로 결합되고, 보조 바퀴 어셈블리(3a, 3b)에 근접하게 브레이크 페달들(4a, 4b)이 있다. 각각의 브레이크 페달(4a, 4b)은 힌지 포스트들(hinge posts, 309)을 통해 플랫폼(1)에 기계적으로 힌지 결합된다. 편향 부재들(32)(예를 들어, 비틀림 스프링들(torsion springs))는 힌지 포스트들(309) 상에 그리고 브레이크 페달들(4a, 4b) 및 플랫폼(1) 사이에 위치된다.
도 5는 주륜 어셈블리(2)의 다양한 구성 요소를 보다 상세히 도시한다. 주륜 어셈블리(2)는 적절한 고무로 만들어진 타이어(24)를 포함한다. 모터(25)는 타이어(24)의 내부에 배치되고, 마찰 결합(friction-fit) 또는 임의의 다른 적절한 연결 구조를 통해 타이어(24)의 내부에 단단히 고정되도록 치수가 정해진 두개의 바퀴 허브 섹션들(26, 27) 사이에 고정된다. 모터(25)는 각 단부에서 바퀴 샤프트 너트들(28)을 통해 바퀴 샤프트 브라켓들(22)에 고정되는 악셀(axel)을 갖는다. 주륜 어셈블리(2)는 바퀴 샤프트 브라켓들(22)을 통해 플랫폼(1)에 고정된다. 파워는 플랫폼(1) 상의 바퀴 어셈블리(2)를 지지하는 중공 샤프트(hollow shaft)를 통해 배터리(19)로부터 모터(25)로 전달될 수 있다. 모터(25)는 고정자(stator)인 중심부와 회전자(rotor)인 고정자를 중심으로 회전하는 반경 방향 외측부를 포함하는 허브 모터(hub motor)일 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 컨트롤러는 플랫폼(1)에 대한 방향 센서들에 의해 제공되는 방향 데이터를 사용하고 방향 데이터에 기초하여 모터(25)를 제어한다. 라이더가 체중을 플랫폼(1)의 일 단부로 이동시킴으로써, 플랫폼(1)을 z축 둘레로 기울일 때, 컨트롤러는 모터(25)를 제어하여 셀프 밸런싱 보드(100)를 체중이 이동된 방향으로 가속시킨다.
도 6a는 풀림 위치(disengaged position)에 있는 셀프 밸런싱 보드(100)의 플랫폼(1)의 양단부에서의 브레이크 페달(4)을 도시한다. 브레이크 페달(4)의 플랜지부들(flanged portions, 29)은 구멍을 통해 보조 바퀴 샤프트(14)를 수용하여 브레이크 페달(4)의 단부(30)가 그 주위로 피봇 가능하게 한다. 브레이크 페달(4)이 보조 바퀴(12)를 향하는 단부(30)의 표면 상에 브레이크 패드(31)를 갖는다. 브레이크 페달(4)이 하향으로(예를 들어, 풀림 위치에서) 피봇되지 않으면, 스프링들(32)은 브레이크 페달(4)의 단부(30) 및 브레이크 패드(31)를 보조 바퀴(12)로부터 멀어지게 한다. 단부(30)의 반대쪽 표면상의 힘(P)을 맞물림 위치로 수동으로 가압함으로써 브레이크 페달(4)의 브레이크 패드(31) 및 단부(30)가 보조 바퀴(12)를 향해 피봇하도록 가압될 때, 브레이크 패드(31)는 보조 바퀴(12)와 맞물리고, 브레이크 패드(31)와 보조 바퀴(12) 사이의 마찰력은 도 6b에 도시된 바와 같이 보조 바퀴(12)를 제동하도록 동작한다. 힘(P)의 종료 시에, 브레이크 페달(4)의 단부(30)는 스프링들(32)에 의해 도 6a에 도시된 위치로 다시 가압된다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 셀프 밸런싱 보드(100)는 플랫폼(1)의 어느 한 단부에서 보조 바퀴(12)가 셀프 밸런싱 보드(100)가 위에 놓여진 평평한 지면에 접촉하기 전에 (주륜의) z축을 중심으로 약 플러스 또는 마이너스 8도의 자유도(movement of F)를 갖는다. 상기 각도는 보드의 직관적인 사용에 적합한 것으로 판명될 수 있지만 보드 성능과 관련된 다른 요소들에 따라 달라질 수 있다.
설명을 위해 단일 이동 방향(T)을 가정하면, 3가지 주요 사용자 상황이 가능하다. 셀프 밸런싱 보드(100)는 0 또는 0이 아닌 속도를 유지하는 동안 도 7a에 도시된 바와 같이 균형을 이를 수 있다. 부가적으로, 보조 바퀴 어셈블리(3a)는 과속 방지턱(50)과 같은 고르지 않은 지면을 가로지를 때 부드러운 전이를 가능하게 한다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 체중은 셀프 밸런싱 보드(100)가 주행하는 지면을 향해 플랫폼(1)의 선단부를 최대 8도 아래로 기울이기 위해 라이더에 의해 전방으로 이동될 수 있다. 컨트롤러가 이 위치에서 컨트롤러 보드(11) 상의 방향 센서들로부터 방향 데이터를 수신하면, 컨트롤러는 모터(25)가 방향(T)으로 최대 파워로 셀프 밸런싱 보드(100)를 가속시키도록 하고, 보조 바퀴 어셈블리(3a)는 셀프 밸런싱 보드(100)의 전방 이동을 용이하게 한다. 브레이크 페달(4b) 및 브레이크 패드(31)는 스프링들(32)에 의해 보조 바퀴(12)로부터 멀어지게 풀림 위치로 가압된다.
대안적으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 셀프 밸런싱 보드(100)가 이동하는 지면 쪽으로 플랫폼(1)의 트레일링 단부(trailing end)를 8도만큼 아래로 기울이기 위해 라이더에 의해 체중은 후방으로 이동될 수 있다. 컨트롤러가 이 위치에서 컨트롤러 보드(11) 상의 방향 센서들로부터 방향 데이터를 수신하면, 컨트롤러는 브레이크로서 모터를 사용하여 셀프 밸런싱 보드(100)를 T의 반대 방향으로 최대 파워로 감속 시키도록 모터에게 지시한다.
라이더는 수동으로 브레이크 페달(4b)을 발로 밟음으로써 브레이크 페달(4b) 및 브레이크 패드(31)를 맞물림 위치로 가압하여 보조 바퀴 어셈블리(3b)에 맞물림으로써 셀프 밸런싱 보드(100)의 감속을 더 증가시킬 수 있다. 브레이크 패드(31)와 보조 바퀴 어셈블리(3b) 사이의 제동력은 브레이크 페달(4b)에 가해진 수동 힘에 비례하며, 모터(25)에 의해 제공되는 모터 브레이크에만 의존하는 경우보다 더 신속하게 정지시킬 수 있다.
셀프 밸런싱 보드(100)의 모터(25)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 동작할 수 있어서, 셀프 밸런싱 보드(100)는 T의 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이러한 역 방향에서, 셀프 밸런싱 보드(100)에 의해 동일한 원리들이 적용된다. 이동되는 지면을 향해 플랫폼(1)의 선단부가 기울어지면 제어기는 모터(25)가 그 방향으로 가속하도록 지시한다. 유사하게, 플랫폼(1)의 트레일링 단부가 이동하는 지면 쪽으로 기울어지면 제어기는 모터가 감속하도록 지시한다. 라이더(7)는 브레이크 페달(4a)과 그에 연결되는 브레이크 패드(31)를 보조 바퀴 어셈블리(3a)에 수동으로 가압하여 보조 바퀴 어셈블리(3a)에 기계적 제동력을 가함으로써 T의 반대 방향으로 셀프 밸런싱 보드(100)의 감속을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 8은 셀프 밸런싱 보드(100')의 다른 구성을 나타낸다. 셀프 밸런싱 보드(100')는 브레이크 페달(4a)이 제거되고 핸들 바(34)가 고정되는 핸들 바 브라켓(35)으로 대체된다는 것을 제외하고 셀프 밸런싱 보드(100)와 유사하다. 브레이크 페달(4b)은 제자리에 남겨지며 라이더에 의해 작동되어 셀프 밸런싱 보드(100')를 제동할 수 있다. 이러한 대안적 구성에서, 제 1 보조 바퀴 어셈블리(3a)는 또한 제거될 수 있다.
전술한 실시예에서, 기계적 힌지를 통해 플랫폼에 연결되는 가동식 브레이크 페달은 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리게 사용되어 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하지만, 다른 유형의 브레이크 엘리먼트가 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 브레이크 페달은 플랫폼의 리빙 힌지 부분을 통해 제공될 수 있으며, 플랫폼의 각 부분은 브레이크 풀림 위치와 맞물림 위치 사이에서 브레이크 페달의 수동 편향을 가능하게 하도록 적절하게 융통성이 있다.
도 9에 도시된 또 다른 실시예에서, 브레이크 엘리먼트는 플랫폼(204)의 보어(bore)를 통해 선형으로 주행하고 브레이크 패드(208)에 고정되는 브레이크 액츄에이터(brake actuator, 200)이다. 브레이크 액츄에이터(200)는 브레이크 패드(208)가 보조 바퀴 어셈블리(216)와 접촉하지 않는 스프링(212) 등과 같은 바이어싱 기구를 통해 풀림 위치로 가압된다. 브레이크 액츄에이터(200)는 보어를 통해 수동으로 편향될 수 있다. 보조 바퀴 어셈블리들과 맞물리기 위해 수동으로 움직일 수 있는 다른 유형의 브레이크 엘리먼트들은 당업자가 생각할 수 있다.
도 9에 도시된 또 다른 대안적인 실시예에서, 브레이크 엘리먼트는 플랫폼(204)의 보어를 통해 일반적으로 선형으로 이동하고 브레이크 패드(208)에 고정되는 브레이크 액츄에이터(200)이다. 브레이크 액츄에이터(200)는 브레이크 패드(208)가 보조 바퀴 어셈블리(216)와 접촉하지 않는 스프링(212) 등과 같은 바이어싱 기구를 통해 풀림 위치로 편향된다. 브레이크 액츄에이터(200)는 브레이크 패드(208)가 보조 바퀴 어셈블리(216)와 맞물리도록 보어를 통해 수동으로 편향될 수 있다. 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 수동으로 움직이는 다른 유형의 브레이크 요소들은 당업자가 생각할 수 있다.
보조 바퀴 어셈블리는 브레이크 패드가 고정될 수 있는 플랫폼을 향해 이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 10은 보조 바퀴 어셈블리(300)가 플랫폼(312)에 고정되는 포스트(308)를 미끄럼 이동 가능하게 수용하는 실린더(304) 상에 장착되는 또 다른 실시예를 도시한다. 실린더(304)는 스프링(316) 등을 통해 플랫폼(312)으로부터 멀리 편향된다. 보조 바퀴 어셈블리(300)가 지면과 접촉할 때 추를 수동으로 이동시킴으로써, 스프링(316)이 압축되어 보조 바퀴 어셈블리(300)가 브레이크 패드(320)와 맞물리게 된다. 따라서, 이 경우 보조 바퀴 어셈블리(300)에 인접한 플랫폼(312)은 브레이크 엘리먼트로서 기능한다.
도 11은 보조 바퀴 어셈블리(400)가 플랫폼(408)에 피봇식으로(pivotally) 결합되어 보조 바퀴 어셈블리(400)가 축(412)을 중심으로 선회할 수 있는 보조 바퀴 지지부(404)에 연결되는 또 다른 실시예를 도시한다. 보조 바퀴 지지부(404)의 방향은 보조 바퀴 어셈블리(400)를 플랫폼(408)에 고정되는 브레이크 패드(416)로부터 멀어지도록 가압하도록 편향된다. 보조 바퀴 어셈블리(400)가 지면과 접촉할 때 체중을 수동으로 이동시킴으로써, 보조 바퀴 어셈블리(400)가 브레이크 패드(416)와 맞물리도록 보조 바퀴 어셈블리(400) 및 브레이크 패드(416)를 서로 멀어지게 가압하는 편향력(biasing force)을 극복할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 보조 바퀴 어셈블리(400)에 인접한 플랫폼(408)은 브레이크 엘리먼트로서 작용한다.
주륜 어셈블리가 단일 주륜을 갖는 것으로 도시되어 있지만 주륜 어셈블리는 대안적으로 공통 축상에 회전하는 2개 이상의 주륜들을 가질 수 있음을 알 수 있다. 2 개 이상의 주륜들은 단일 모터 또는 개별 모터에 의해 구동될 수 있다.
보조 바퀴 어셈블리가 상기 실시예에서 단일의 길고 가는 바퀴를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 보조 바퀴 어셈블리는 서로 측 방향으로 이격된 2 개 이상의 보조 바퀴들을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 보조 바퀴 어셈블리는 보조 바퀴들 보다 작은 직경의 하나 이상의 원통형 제동 드럼을 포함할 수 있으며, 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 브레이크 패드가 가압될 수 있다.
전술한 실시예들은 본 발명의 예시로서 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 및 수정이 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 의해서만 권리 범위가 제한되는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 셀프 밸런싱 보드(self-balancing board)에 있어서,
    주뉼 및 상기 주륜을 구동시키는 모터를 포함하는 주륜 어셈블리(primary wheel assembly);
    상기 주륜 어셈블리에 고정되고 그리고 발 데크(foot deck)를 갖는 플랫폼(platform);
    상기 플랫폼의 방향(orientation)을 감지하는 적어도 하나의 센서;
    상기 적어도 하나의 센서로부터 데이터를 수신하고 상기 수신된 데이터에 응답하여 상기 모터를 제어하는 컨트롤러;
    상기 주륜 어셈블리에 대해 원위인 플랫폼에 결합되는 제 1 보조 바퀴 어셈블리 - 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리는 상기 발 데크가 지면에 평행할 때 주륜이 받쳐지게 되는 지면과 접촉하는 것으로부터 상승됨- ; 및
    상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리에 대해 수동으로 이동 가능한 제 1 브레이크 엘리먼트를 포함하는, 셀프 밸런싱 보드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    풀림 위치로 편향되고 그리고 상기 제 1 브레이크 엘리먼트가 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하는 맞물림 위치로 이동 가능한 제 1 브레이크 페달을 더 포함하는, 셀프 밸런싱 보드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크 페달은, 상기 플랫폼에 기계적 힌지를 통해 결합되는, 셀프 밸런싱 보드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크 페달은 리빙 힌지를 통해 상기 플랫폼에 결합되는, 셀프 밸런싱 보드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크 엘리먼트는, 제 1 브레이크 패드를 포함하고,
    상기 제 1 브레이크 엘리먼트는 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리로부터 선형으로 편향되어 있고,
    상기 제 1 브레이크 엘리먼트는, 상기 제 1 보조 바퀴를 향해 수동으로 가압될 수 있어 상기 제 1 브레이크 패드가 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하게 야기시키는, 셀프 밸런싱 보드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리는, 상기 플랫폼으로부터 편향되어 있고,
    상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리가 상기 제 1 브레이크 엘리먼트와 접촉하도록 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리를 가압할 때 압력이 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리에 인접하게 상기 플랫폼에 가해지는, 셀프 밸런싱 보드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리는:
    제 1 보조 바퀴; 및
    제 1 브레이킹 면(braking surface);를 포함하는, 셀프 밸런싱 보드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 브레이크 엘리먼트는, 상기 제 1 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 상기 제 1 브레이킹 면과 맞물리는, 셀프 밸런싱 보드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 주륜 어셈블리에 대해 원위인 플랫폼에 결합되는 제 2 보조 바퀴 어셈블리 - 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리는, 상기 발 데크가 상기 지면과 평행할 때 주륜이 받쳐지게 되는 지면과 접촉하는 것으로부터 상승됨 -; 및
    상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리의 회전에 대한 저항을 제공하기 위해 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리와 맞물리도록 제 2 보조 바퀴 어셈블리에 대해 수동으로 이동 가능한 제 2 브레이크 엘리먼트;를 더 포함하는, 셀프 밸런싱 보드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    풀림 위치로 편향되고 상기 제 2 브레이크 엘리먼트가 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하는 맞물림 위치로 이동 가능한 제 2 브레이크 페달;을 더 포함하는, 셀프 밸런싱 보드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 브레이크 페달은 기계적 힌지를 통해 상기 플랫폼에 결합되는, 셀프 밸런싱 보드.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 브레이크 페달은 리빙 힌지를 통해 상기 플랫폼에 결합되는, 셀프 밸런싱 보드.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상가 제 2 브레이크 엘리먼트는 제 2 브레이크 패드를 포함하고,
    상기 제 2 브레이크 엘리먼트는, 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리로부터 선형으로 편향되어 있고,
    상기 제 2 브레이크 엘리먼트는, 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리를 향해 수동으로 가압될 수 있어 상기 제 2 브레이크 패드가 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리와 접촉하도록 야기시키는, 셀프 밸런싱 보드.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리는, 상기 플랫폼으로부터 편향되어 있고,
    상기 보조 바퀴 어셈블리가 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리를 가압할 때 압력이 상기 제 2 보조 바퀴 어셈블리에 인접한 플랫폼에 가해지는, 셀프 밸런싱 보드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫폼에 고정된 핸들 바를 포함하는, 셀프 밸런싱 보드.
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