本發(fā)明涉及一種用于使騎乘者移動(dòng)的車(chē)輛，所述車(chē)輛具有在地面上滾動(dòng)的球，具有不穩(wěn)定地支承在球上的騎乘者在車(chē)輛的運(yùn)行期間以平衡的方式站在其上的承載元件，具有支承在承載元件上并驅(qū)動(dòng)球的驅(qū)動(dòng)裝置以及具有控制器，借助于控制器能夠根據(jù)承載元件的傾斜度和承載元件的傾斜方向?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)裝置控制在期望的行進(jìn)方向上。

背景技術(shù)：

1、從歐洲專利ep3043877b1已知一種用于使騎乘者移動(dòng)的車(chē)輛，特別是滑板型球形腳輪。車(chē)輛主要由在地面上滾動(dòng)的球、支承在球上并具有兩個(gè)站立表面的承載元件、驅(qū)動(dòng)裝置和控制器組成，其中每一個(gè)站立表面用于騎乘者的一只腳。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)裝置基本上由總共四個(gè)全向輪構(gòu)成，其中三個(gè)全向輪組合成一組并在球的上半部滾動(dòng)，而其中第四個(gè)全向輪沿球的中維線滾動(dòng)。所有全向輪在每種情況下都在球的表面上沒(méi)有傾斜角地站立，使得當(dāng)承載元件水平定向時(shí)，該組的三個(gè)全向輪的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸線是水平的，并且第四全向輪的旋轉(zhuǎn)軸線是垂直定向的。承載元件主要經(jīng)由三個(gè)全向輪的組支承在球上。借助于第四個(gè)全向輪，承載元件能夠圍繞球的垂直軸線旋轉(zhuǎn)。因此，球能夠在位于球的中維線處的承載元件下方或承載元件中的地面上在所有方向上滾動(dòng)。除了支承功能之外，所有全向輪還承擔(dān)驅(qū)動(dòng)功能。為此，各個(gè)全向輪每一個(gè)經(jīng)由電動(dòng)馬達(dá)和安裝在承載元件上的前置變速器驅(qū)動(dòng)。為了使用也可以被稱為運(yùn)動(dòng)裝置、休閑裝置或娛樂(lè)裝置的車(chē)輛，騎乘者以自由平衡的方式站在承載元件上，并且通過(guò)轉(zhuǎn)移他的重量來(lái)控制、制動(dòng)和操縱車(chē)輛。其中，騎乘者由控制器輔助，該控制器尤其包括平衡控制模塊，該平衡控制模塊輔助騎乘者將承載元件平衡處于水平位置。車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)方向以及因此球的滾動(dòng)方向經(jīng)由承載元件的傾斜來(lái)控制，承載元件的傾斜由騎乘者的重量的轉(zhuǎn)移引起。在控制器中處理承載元件的測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)和角數(shù)據(jù)，基于此確定各個(gè)全向輪的哪個(gè)馬達(dá)將被驅(qū)動(dòng)，并且以所需的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度實(shí)現(xiàn)期望的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)和平衡位置。車(chē)輛配備有用于馬達(dá)和控制器的三個(gè)可再充電電池，這些電池圍繞球設(shè)置在承載元件的下側(cè)上。

2、另一歐洲專利ep3378540b1公開(kāi)了一種類似的車(chē)輛，其具有球、承載元件和一組三個(gè)從動(dòng)全向輪。這三個(gè)全向輪也在球的上半部上滾動(dòng)，并且它們的旋轉(zhuǎn)軸線定向在不同方向。此外，車(chē)輛在承載元件上包括居中放置的把手，騎乘者能夠握住該把手。此外，在把手的上端上布置有控制機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為操縱桿、操縱桿或搖臂開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制機(jī)構(gòu)能夠設(shè)定所謂的車(chē)輛前進(jìn)方向。利用控制機(jī)構(gòu)，車(chē)輛的前進(jìn)方向能夠以這樣的方式設(shè)定，即該方向?qū)?yīng)于期望的行進(jìn)方向，因此騎乘者在不轉(zhuǎn)頭的情況下沿行進(jìn)方向看。

3、從荷蘭專利nl?1033676c2中已知一種用于個(gè)人運(yùn)輸?shù)乃^動(dòng)態(tài)平衡球形踏板車(chē)，其借助于充滿壓縮空氣的球使騎乘者的移動(dòng)成為可能。這個(gè)球形踏板車(chē)還包括具有用于騎乘者的轉(zhuǎn)向把手的保持桿。騎乘者站在設(shè)置在球上的承載元件上。球由總共三對(duì)全向輪驅(qū)動(dòng)，每對(duì)全向輪以折疊角折疊抵靠球的表面。兩對(duì)在球的上半部滾動(dòng)，第三對(duì)以相反的方式在球的下半部滾動(dòng)。

4、韓國(guó)專利kr?10-1269628b1公開(kāi)了另一種用于個(gè)人運(yùn)輸?shù)谋銛y式球形踏板車(chē)，其具有支承在形成為板的承載元件上的球和具有轉(zhuǎn)向把手的保持桿。承載元件包括居中設(shè)置的開(kāi)口，球的上半部只有一小部分通過(guò)開(kāi)口向上突出。球經(jīng)由四個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)裝配有上游變速器和驅(qū)動(dòng)輥，所述驅(qū)動(dòng)輥各自支承在承載元件上。驅(qū)動(dòng)輥被設(shè)置成抵靠球的表面而沒(méi)有傾斜角，具有垂直滾動(dòng)方向并且在中維線處。如在球的圓周方向上所見(jiàn)，分別相鄰的驅(qū)動(dòng)輥彼此均勻地間隔開(kāi)。當(dāng)承載元件水平定向時(shí)，驅(qū)動(dòng)輥的旋轉(zhuǎn)軸線均水平定向。此外，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪配置有輔助球，該輔助球經(jīng)由相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輥從球向外偏移地布置，并且旨在防止球式踏板車(chē)傾翻。沒(méi)有描述承載元件借助于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)圍繞垂直軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的可能性。

5、從美國(guó)專利us8308604b2中已知全向輪關(guān)于行進(jìn)機(jī)器人的球的驅(qū)動(dòng)的類似裝置。四個(gè)全向輪在共同的高度處接合抵靠球的上半部，在每種情況下，沒(méi)有傾斜角并且具有水平旋轉(zhuǎn)軸線。如在球的圓周方向上所見(jiàn)，分別相鄰的全向輪彼此均勻地間隔開(kāi)。

6、此外，從國(guó)際公開(kāi)文獻(xiàn)wo2020110651a1中已知一種具有三個(gè)在地面上滾動(dòng)的球的驅(qū)動(dòng)裝置。三個(gè)球設(shè)置在一個(gè)假想三角形的角上，并由三個(gè)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，驅(qū)動(dòng)輪分別與兩個(gè)相鄰的球接合。

7、此外，美國(guó)專利us10189342b2已經(jīng)公開(kāi)了一種在單個(gè)球上平衡的機(jī)器人。球通過(guò)三個(gè)分布在球的圓周上的驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的是提供一種用于使騎乘者移動(dòng)的改進(jìn)的緊湊型車(chē)輛，車(chē)輛具有在地面上滾動(dòng)的球，用于在所有方向上不受限制的可移動(dòng)性。

2、這個(gè)目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的用于使騎乘者移動(dòng)的具有在地面上滾動(dòng)的球的車(chē)輛來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利實(shí)施例在權(quán)利要求2至21中給出。

3、根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于使騎乘者移動(dòng)的特別緊湊的車(chē)輛，其具有在地面上滾動(dòng)的球，具有不穩(wěn)定地支承在球上的騎乘者在車(chē)輛的運(yùn)行期間以平衡的方式站立在其上的承載元件，，具有支承在承載元件上并且驅(qū)動(dòng)球的驅(qū)動(dòng)裝置，并且具有控制器，經(jīng)由控制器，能夠根據(jù)承載元件的傾斜度和承載元件的傾斜方向?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)裝置控制在期望的行進(jìn)方向上，其中，驅(qū)動(dòng)裝置包括四個(gè)全向輪，所述四個(gè)全向輪中的至少兩個(gè)全向輪具有不等于零的傾斜角。結(jié)合本發(fā)明，傾斜角被理解為是指依靠地面切向地立著或躺著的全向輪關(guān)于球的假想滾動(dòng)方向向右或向左傾斜了傾斜角。因此，除了其在球的滾動(dòng)方向上的驅(qū)動(dòng)力之外，全向輪因此還可以將橫向驅(qū)動(dòng)分量施加至球，橫向驅(qū)動(dòng)分量可以用于承載元件圍繞球的垂直軸線在左和右方向上的旋轉(zhuǎn)并且可以用于圍繞垂直軸線在旋轉(zhuǎn)方向上的穩(wěn)定。為了這個(gè)目的，四個(gè)全向輪中的至少兩個(gè)以共同旋轉(zhuǎn)的方式傾斜，以便能夠?qū)崿F(xiàn)承載元件圍繞球的垂直軸線的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向，而與球的相應(yīng)滾動(dòng)方向無(wú)關(guān)。由此直接得出，以共同旋轉(zhuǎn)的方式，從當(dāng)承載元件是水平的時(shí)所看到的垂直的參考軸線開(kāi)始，等同于正或負(fù)的傾斜角。在每種情況下，在球的中心的方向上考慮單個(gè)全向輪。因此，傾斜角也可以稱為轉(zhuǎn)向角。根據(jù)本發(fā)明的四個(gè)全向輪與傾斜角一起因此使得車(chē)輛能夠經(jīng)由驅(qū)動(dòng)裝置由以自由平衡的方式站立在承載元件上的騎乘者使用或不使用轉(zhuǎn)向桿在任何行進(jìn)方向上移動(dòng)，而無(wú)需使用保持桿，并且能夠圍繞其自身的垂直軸線旋轉(zhuǎn)成為可能。在此上下文中，“能夠在任何行進(jìn)的方向上移動(dòng)”應(yīng)理解為是指行進(jìn)的方向，例如車(chē)輛的向前行進(jìn)方向，與騎乘者看著或面對(duì)的方向解耦，即，騎乘者還可以在相對(duì)于他面對(duì)的方向傾斜地在向前行進(jìn)方向上行進(jìn)。

4、車(chē)輛僅經(jīng)由在承載元件上自由平衡的騎乘者的腳來(lái)控制。通過(guò)轉(zhuǎn)移他的重量，騎乘者發(fā)起車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。因此，控制器對(duì)承載元件的傾斜角的變化作出反應(yīng)，并且經(jīng)由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)球在期望的方向上滾動(dòng)。因此，控制器補(bǔ)償承載元件的測(cè)量的傾斜度，使得承載元件位于優(yōu)選水平的定向。優(yōu)選地，騎乘者在設(shè)有防滑覆層的站立表面區(qū)域中簡(jiǎn)單地站立在承載元件上，使得騎乘者能夠穩(wěn)固且安全地站立，并且用于更好地協(xié)調(diào)重量的轉(zhuǎn)移。

5、在特別有利的方式中，規(guī)定：相對(duì)于球的垂直軸線的傾斜角在-45度和+45度之間(排除0度，優(yōu)選排除2至-2度)，并且優(yōu)選在-5度至-15度和+5度至+15度的范圍內(nèi)(排除0度，優(yōu)選排除2至-2度)。這樣，在實(shí)現(xiàn)了對(duì)于所有的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)都將驅(qū)動(dòng)力良好地施加到球的表面的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了球圍繞垂直軸線的良好的可旋轉(zhuǎn)性水平。根據(jù)共向性的特征，至少兩個(gè)全向輪的傾斜角也具有相同的符號(hào)。

6、在特別有利的方式中，規(guī)定：兩個(gè)相對(duì)全向輪的傾斜角是共同旋轉(zhuǎn)的。這樣，實(shí)現(xiàn)了用于圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力的良好傳輸。

7、當(dāng)所有全向輪傾斜了傾斜角并且相對(duì)的全向輪的傾斜角是共同旋轉(zhuǎn)的并且相鄰的全向輪的傾斜角是反向旋轉(zhuǎn)的時(shí)，實(shí)現(xiàn)了球圍繞垂直軸線的可靠可旋轉(zhuǎn)性。如在球的平面圖中所看到的，相對(duì)于經(jīng)由球的中心點(diǎn)延伸的線位于相對(duì)側(cè)的全向輪被認(rèn)為是相對(duì)的。

8、此外，或者規(guī)定，所有全向輪都傾斜了傾斜角，并且相鄰全向輪和相對(duì)全向輪的傾斜角是共同旋轉(zhuǎn)的。

9、在有利的方式中，車(chē)輛被設(shè)計(jì)成使得全向輪相對(duì)于球的縱向軸線折疊了折疊角，其中折疊角在-110度和+110度之間，優(yōu)選地在0度和45度之間。由此，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的特別緊湊結(jié)構(gòu)。

10、全向輪相對(duì)于球的垂直軸線的最佳布置通過(guò)全向輪之間的間隔角在80和110度之間、優(yōu)選地為90度來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，驅(qū)動(dòng)力能夠以特別令人滿意的方式引入到球中。在這種情況下，對(duì)于90度的間隔角，如果車(chē)輛在兩個(gè)全向輪之間的向前行進(jìn)方向是45度并且以常規(guī)方式切割球的中心，則是特別有利的。

11、此外，規(guī)定在從球的中心點(diǎn)延伸直至通過(guò)相應(yīng)全向輪的旋轉(zhuǎn)軸線的線與球的中維線之間的仰角在20和+65度之間，優(yōu)選地在0度與45度之間，特別優(yōu)選地為0度。仰角的調(diào)節(jié)影響車(chē)輛的行駛和傾斜行為。仰角越大，承載元件的傾斜角越大。在承載元件的更大傾斜角的情況下，更快地改變行進(jìn)方向和速度是可能的。

12、結(jié)合上述傾斜角、折疊角和仰角以及與其相關(guān)的指示范圍，參考這樣的事實(shí)：盡管關(guān)于傾斜角、折疊角和仰角，這些每個(gè)優(yōu)選地包括絕對(duì)相同的數(shù)值，但是它們也能夠彼此完全不同。

13、在特別有利的方式中規(guī)定，承載元件復(fù)制球的形狀，具有更大的直徑。承載元件的球形設(shè)計(jì)使得緊湊的結(jié)構(gòu)成為可能。

14、在有利的方式中，承載元件被設(shè)計(jì)成使得其包括蓋部、兩個(gè)站立部和環(huán)部，蓋部覆蓋球的上部，球的下部向下突出離開(kāi)環(huán)部。蓋部覆蓋球的上部，因此保護(hù)騎乘者在行進(jìn)期間不與旋轉(zhuǎn)球接觸。站立部為騎乘者提供了足夠的站立表面，站立表面具有略微抬起的邊緣，確保了安全站立。環(huán)部用于穩(wěn)定站立表面，并且還保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置的部件免受灰塵響，并且保護(hù)騎乘者的腳免受與旋轉(zhuǎn)的全向輪的可能接觸。

15、從結(jié)構(gòu)上講，特別有利的是，承載元件的站立部基本上設(shè)置在球的中維線處。這樣，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛關(guān)于困難的平均平衡能力。

16、為了通過(guò)球在騎乘者的腳之間的位置的車(chē)輛的良好平衡能力以及通過(guò)采用腳的預(yù)定位置的車(chē)輛的更快起動(dòng)，規(guī)定：將騎乘者的站立表面設(shè)置在站立部上以及將具有站立表面的站立部以關(guān)于球相對(duì)的方式設(shè)置。

17、在特別有利的方式中，規(guī)定：驅(qū)動(dòng)裝置附接至承載元件的環(huán)部并且四個(gè)全向輪每一個(gè)安裝在旋轉(zhuǎn)軸線上以將驅(qū)動(dòng)力傳輸至球。

18、對(duì)于車(chē)輛的重量來(lái)說(shuō)也有利的是，每個(gè)全向輪由電動(dòng)馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)而無(wú)需變速器的互連，并且每個(gè)電動(dòng)馬達(dá)附接到承載元件的環(huán)部。

19、在一種優(yōu)選的實(shí)施例中規(guī)定，電動(dòng)馬達(dá)經(jīng)由至少一個(gè)可再充電電池被供電并且電池圍繞球的圓周均勻分布地設(shè)置在承載元件的安裝空間中。由于均勻的重量心分布，電池圍繞球的圓周的布置不會(huì)損害車(chē)輛的行駛行為。

20、為了確定承載元件在空間中的位置，在承載元件上布置陀螺儀，利用陀螺儀能夠測(cè)量承載元件的傾斜程度和傾斜方向，并且將所測(cè)量的傾斜程度和傾斜方向傳輸?shù)皆u(píng)估控制器。

21、在有利的方式中規(guī)定，控制器包括平衡控制模塊，該平衡控制模塊輔助騎乘者將承載元件平衡處于在空間中的水平位置。承載元件處于平衡定向的這種平衡經(jīng)由第一至第四全向輪的相應(yīng)致動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。輔助程度能夠變化并且能夠設(shè)定在使得騎乘者相對(duì)容易在承載元件上平衡的高水平。另一方面，輔助水平不是很大，以至于防止了騎乘者由于以加速器踏板的方式轉(zhuǎn)移其重量而引起的重量轉(zhuǎn)移而使車(chē)輛在傾斜方向上加速。

22、從結(jié)構(gòu)上講，特別有利的是，四個(gè)傳感器設(shè)置在承載元件的站立表面上，這些傳感器記錄騎乘者的腳的腳趾或腳后跟的存在，并且將測(cè)量的重量變化傳輸?shù)皆u(píng)估控制器。騎乘者的腳趾和腳后跟的抬起和降低使得控制車(chē)輛繞垂直軸線的旋轉(zhuǎn)成為可能。

23、通過(guò)承載元件經(jīng)由支承裝置支承在球上，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的沒(méi)有突然或意外運(yùn)動(dòng)的最佳行進(jìn)行為，其中，支承裝置包括至少一個(gè)非從動(dòng)全向輪。

24、在優(yōu)選實(shí)施例中規(guī)定，車(chē)輛沒(méi)有關(guān)于騎乘者的把手。因此，騎乘者能夠以騎行滑板的方式在車(chē)輛的承載元件上自由平衡，而不用通過(guò)將他的手放在柱上或轉(zhuǎn)向桿上，或者坐在設(shè)置在承載元件上的車(chē)座或座位上來(lái)支撐他自己。