DE60024277T2

DE60024277T2 - Fahrzeugstabilisierugnssystem mit schwenkbarer lagerung

Info

Publication number: DE60024277T2
Application number: DE60024277T
Authority: DE
Inventors: L. Dean KAMEN; R. Robert AMBROGI; Robert Duggan; Douglas Field; Kurt Richard HEINZMANN
Original assignee: Deka Products LP
Current assignee: Deka Products LP
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2006-08-10
Also published as: CA2382360A1; NZ517412A; CN1377318A; DE60024277T8; ATE310664T1; KR100704799B1; AU8036200A; HK1046672B; US7690447B2; CA2623289C; CA2382360C; DE60024277D1; HK1046672A1; AU771532B2; MXPA02002217A; EP1208032A1; CA2623289A1; WO2001015962A1; JP5300039B2; KR20020067497A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein sich im Gleichgewicht haltendes Personenfahrzeug, das eine Stütze für eine menschliche Person aufweist, wobei die Stütze drehbar ist, um die Person in einem erwünschten Winkel mit Bezug auf das bodenberührende Element des Fahrzeugs abzustützen.
Hintergrund der Erfindung
Personenfahrzeuge können selbstfahrend und durch den Benutzer lenkbar sein und können außerdem eine Stabilisierung sowohl in der Vorder-Hinterebene als auch in der Links-Rechtsebene oder in beiden Ebenen aufweisen, sobald nicht mehr als jeweils zwei Räder zugleich Bodenberührung haben. Fahrzeuge dieser Art können so betrieben werden, dass die Bewegung des Fahrzeugs einschließlich der Beschleunigung, (sowohl geradlinig als auch beim Wenden) teilweise oder vollständig durch ein Neigen des Fahrzeugs gesteuert wird, das von einer das Fahrzeug benutzenden Person veranlasst wird. Einige derartige Fahrzeuge werden in der US-A-5 971 091 beschrieben.
Derartigen im Gleichgewicht zu haltenden Fahrzeugen kann die statische Stabilität fehlen. Es wird zum Beispiel auf 1A Bezug genommen, wo ein Personenfahrzeug des Standes der Technik gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 18 versehen ist und bei dem eine Person 10 auf einer Stützplattform 12 steht und einen Griff 14 an einer Griffstange 16 hält, die an der Stützplattform 12 befestigt ist, so dass das Fahrzeug 18 dieses Ausführungsbeispiels wie bei einem Roller gehandhabt werden kann. Dabei kann ein Steuerkreis vorgesehen sein derart, dass eine Neigung der Person zu der Einwirkung eines Drehmoments über die Achse 22 auf das Rad 20 führt und eine Beschleunigung des Fahrzeugs bewirkt. Das Fahrzeug 18 ist indessen statisch instabil und führt dann, wenn die Betätigung des Steuerkreises zur Aufrechterhaltung der dynamischen Stabilität fehlt, dazu, dass die Person 10 nicht länger in einer stehenden Stellung abgestützt wird und von der Plattform 12 herunterfällt. Ein anderes im Gleichgewicht zu haltendes vorbekanntes Fahrzeug ist in 1B gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 24 versehen. Das Personenfahrzeug 24 weist die Merkmale des Fahrzeugs 12 der 1A auf, nämlich eine Stützplattform 12 zur Abstützung einer Person 10 und einen Griff 14 an einer Griffstange 16, die an der Plattform befestigt ist, so dass das Fahrzeug 18 dieses Ausführungsbeispiels in einer Art gehandhabt werden kann, die analog zu der Handhabung eines Rollers ist. 2 zeigt, dass das Fahrzeug 24 mehrere Baugruppen 26 aufweisen kann, von denen jede eine Mehrzahl von Rädern 28 aufweist, wobei dieses Fahrzeug 24 statisch instabil bleibt und dann, wenn die Betätigung des Steuerkreises zur Aufrechterhaltung der dynamischen Stabilität fehlt, die Person 10 nicht länger in einer stehenden Stellung abgestützt wird und von der Stützplattform 12 herunterfallen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
In Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Transport einer menschlichen Person über eine Oberfläche vorgesehen, wie dies in Anspruch 1 angegeben ist. Die Vorrichtung weist eine Plattform auf, die eine Vorder-Hinterebene bestimmt, wobei die Plattform eine Zuladung einschließlich der menschlichen Person trägt. Die Vorrichtung hat auch ein bodenberührendes Modul, das ein bodenberührendes Bauteil einschließt, das beweglich mit der Plattform verbunden ist. Die Plattform und das bodenberührende Modul sind Bestandteile eines Aufbaus, wobei die Lage des Schwerpunktes des Aufbaus eine Lage hat, die in Bezug auf das bodenberührende Bauteil bestimmt ist. Die Vorrichtung weist auch eine Stütze zum Abstützen der Person auf, wobei die Stütze mit der Plattform derart verbunden ist, dass eine Änderung der Lage des Schwerpunktes in der Vorder-Hinterebene möglich ist.
Außerdem hat die Vorrichtung einen Antrieb, der mit dem bodenberührenden Modul verbunden ist und durch den Energie an das bodenberührende Modul in einer Weise lieferbar ist, die auf die Lage des Schwerpunktes reagiert. Die Stütze weist auch einen Sitz auf.
Die Stütze kann mit der Plattform an einem Drehpunkt verbunden sein, der für eine Bewegung der Stütze um eine Achse ausgerichtet ist, die im Wesentlichen quer zu der Vorder-Hinterebene liegt. Die Vorrichtung kann eine Griffstange aufweisen, die an der Plattform befestigt ist, wobei die Griffstange einen Handgriff ungefähr in Bauchhöhe der Person so besitzt, dass die Vorrichtung in einer Weise analog zu einem Roller bedient werden kann. Das bodenberührende Modul kann durch einen Kontaktbereich mit dem Grund gekennzeichnet sein, und die Stütze kann eine Gelenkeinrichtung aufweisen, die für das Tragen eines Teils des Gewichts der Person vorgespannt ist und die Stütze kann im Wesentlichen oberhalb des Bereichs des Bodenkontakts des bodenberührenden Moduls eine örtliche Stabilitätsstellung aufweisen.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Transportieren einer menschlichen Person vorgesehen, bei der die Vorrichtung eine Plattform und eine Stütze für den Benutzer aufweist, die eine Stellung hat, die mit Rücksicht auf die Plattform definiert ist und mit der Plattform derart verbunden ist, dass der Benutzer die Stellung der Stütze mit Rücksicht auf die Plattform im Verlauf des normalen Betriebs der Vorrichtung verändern kann. Die Vorrichtung hat auch einen motorisierten Antrieb, der die Plattform auf einer darunter liegenden Oberfläche durch Bewegung wenigstens eines den Boden berührenden Bauteils antreibt, sowie eine Kontrolleinrichtung, die mit dem motorisierten Antrieb zur Regelung des Betriebs des motorisierten Antriebs zumindest in Abhängigkeit von der Stellung der Benutzerstütze verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Transport eines sitzenden Benutzers vorgesehen. Diese Vorrichtung weist eine Plattform zur Abstützung einer Zuladung einschließlich eines sitzenden Benutzers auf, einen an der Plattform befestigten bodenberührenden Modul, der die Plattform mit Rücksicht auf eine darunter liegende Oberfläche antreibt und einen Antrieb, der mit dem bodenberührenden Modul verbunden ist, um Energie auf den bodenberührenden Modul in einer Weise zu übertragen, die alleine durch die Neigung des Benutzers gesteuert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird mit Bezug auf die folgende Beschreibung und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
In diesen zeigen:
1A eine Seitenansicht eines gemäß dem Stand der Technik dynamisch iml Gleichgewicht zu haltenden Fahrzeugs eines Typs, der bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorteilhaft eingesetzt wird;
1B eine Seitenansicht eines weiteren gemäß dem Stand der Technik dynamisch im Gleichgewicht zu haltenden Fahrzeugs eines Typs, der bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorteilhaft eingesetzt wird;
2 eine Seitenansicht eines dynamisch im Gleichgewicht zu haltenden Fahrzeugs mit einer gelenkig drehbaren Stütze gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine Seitenansicht eines dynamisch im Gleichgewicht zu haltenden Fahrzeugs der 2, wo die gelenkig drehbare Stütze in einer teilweise gefalteten Stellung gezeigt ist;
4A eine Seitenansicht eines dynamisch im Gleichgewicht zu haltenden Fahrzeugs mit einer gelenkig drehbaren Stütze bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4B eine weitere Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der 4A, bei der zwei Stellungen der drehbaren Stütze gezeigt sind;
5A eine Seitenansicht einer drehbaren Stütze mit einer zentralen Gleichgewichtsstellung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5B eine weitere Seitenansicht des Ausführungsbeispiels der 5A, die eine Einzelheit einer Anordnung mit einem Nockenstößel zeigt.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein im Gleichgewicht zu haltendes Fahrzeug 18 des Standes der Technik, bei dem kein Sitz für die das Fahrzeug benutzende Person 10 vorgesehen ist. Die Person steht auf einer Plattform 12 und hält sich an einem Griff 14, der an einer an der Plattform befestigten Griffstange vorgesehen ist, so dass das Fahrzeug dieses Ausführungsbeispiels in einer einem Roller analogen Weise betätigt werden kann. Die Neigung des Fahrzeugs kann in dem Steuerkreis abgetastet und ausgeglichen werden, so dass sich dann, wenn sich der Benutzer nach vorne neigt, das Fahrzeug vorwärts bewegt und ebenso, wenn er sich in andere Richtungen neigt, dies zu einer entsprechenden Bewegung des Fahrzeugs führt. Dementsprechend führt eine Neigung nach vorne zu einer Vorwärtsbewegung und eine Neigung nach hinten zu einer Rückwärtsbewegung. Es können entsprechende Kraftaufnehmer vorgesehen sein, die eine Neigung nach links und nach rechts abtasten, sowie entsprechende Steuerungen, die eine Links- und Rechtsdrehung als Ergebnis der abgetasteten Neigung bewirken. Die Neigung kann auch unter Verwendung von Näherungssensoren erfasst werden. Das Fahrzeug dieses Ausführungsbeispiels kann ebenso mit einem fuß- (oder kraft-) betätigten Schalter versehen sein, um das Fahrzeug zu aktivieren in der Weise, dass der Schalter für die automatische Versorgung des Fahrzeugs mit Strom geschlossen ist, wenn die Person auf der Plattform 12 steht.
In 2 ist nun ein Personenfahrzeug 30 eines Typs dargestellt, bei dem die Neigung des Fahrzeugs abgetastet und durch das Aufbringen von Drehmoment auf ein Rad oder mehrere Räder 32 (oder andere den Boden berührende Bauteile) ausgeglichen werden kann und zwar durch die Betätigung eines Steuerkreises (nicht gezeigt) und eines Betätigungsorgans für die Räder (nicht gezeigt), so dass dann, wenn sich die Person 10 nach vorne neigt, das Fahrzeug veranlasst wird, sich nach vorne zu bewegen. Es ist klar, dass die Plattform 12 nicht zwangsläufig direkt mit dem Rad 32 verbunden ist. Eine Neigung des Fahrzeugs wird während des normalen Betriebs des Fahrzeugs nicht zwangsläufig ausgeglichen, so dass eine fortwährende Bewegung und eine fortwährende Beschleunigung erreicht werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Sitz 34 zur Abstützung eines Teils des Gewichtes einer Person 10 vorgesehen. Die Person 10 kann auch die Stellung ihres Schwerpunktes und die Stellung des Schwerpunktes 36 verändern, die sich aus der Kombination des Fahrzeugs 30 und der Person 10 ergibt, während der Sitz 34 weiter einen Teil des Gewichts der Person wegen der Drehbarkeit des Sitzes 34 in Bezug auf die Plattform 12 abstützt.
Es ist klar, dass innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben und in irgendeinem der beigefügten Ansprüche beansprucht wird, das Rad um eine einzige Achse 32 drehbar sein kann, oder alternativ, um eine Achse, die ihre Orientierung nach Art einer Kugel verändert.
Der Sitz 34 kann mit der Plattform durch irgendwelche Arten von Mechanismen verbunden sein. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Sitz 34 mit der Plattform 12 über ein Verbindungsstück 38 verbunden, das selbst drehbar mit der Plattform 12 und mit dem Sitz 34 über ein Kniegelenk 40 verbunden ist. Der die gelenkige Stütze aufweisende Sitz 34 und das Verbindungsstück 38 können durch eine Federanordnung oder gleichwertige Bauteile (nicht gezeigt) vorgespannt sein, um dem Gewicht der Person entgegenzuwirken. 3 zeigt den mit Rücksicht auf das Verbindungsstück 38 an dem Kniegelenkt 40 nach unten gedrückten Sitz 34. Zusätzlich ist das mit dem Verbindungsstück 38 gekuppelte Drehgelenk 42 gezeigt, das die Plattform 12 in einer Weise abstützt, durch die das Verbindungsstück 38 zu einer Vor- und Zurückbewegung um eine Achse gezwungen ist, die im wesentlichen quer zu der Vorder-Hinterebene liegt. Die Federanordnung (nicht dargestellt) kann jedes beliebige Mittel einschließen, wie zum Beispiel eine Schraubenfeder oder eine Gasfeder, die bekannt sind, um einen Abstützmechanismus zur Abstützung eines Teilgewichts der Person vorzuspannen. Zusätzlich liegen Mechanismen, die im Stand der Technik bekannt sind, um den Sitz nach vorne oder zurück zu bewegen, um das Gewicht der Person 10 in Bezug auf das bodenberührende Bauteil 32 zu verlagern, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
Eine Alternative zu dem gelenkig faltbaren Sitz des Ausführungsbeispiels der 3 wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Es ist ein im Gleichgewicht zu haltendes Personenfahrzeug 44 dargestellt, bei dem der Sitz 34 in Bezug auf eine Stützplattform 12 mittels eines Sitzstützmechanismus abgestützt sein kann, der allgemein mit dem Bezugszeichen 46 versehen ist. Die Sitzstütze 46 weist zwei im wesentlichen gerade Bauteile 48 auf, die sich um Drehgelenke 50 drehen, über die die geraden Bauteile 48 mit der Plattform 12 verbunden sind. Die geraden Bauteile 48 sind über Drehgelenke 52 mit dem Sitz 34 verbunden. Eine auf dem Sitz 34 sitzende Person kann ihr Gewicht und dabei den Schwerpunkt, der sich aus dem Fahrzeug und der Person zusammensetzt, durch Bewegung des Sitzes 34 nach vorne und zurück verlagern. 4B zeigt das gelenkige Falten des Sitzes der 4A in zwei Stellungen: Bei der mit dem Bezugszeichen 54 versehenen Stellung liegt der Schwerpunkt des Fahrzeugs, einschließlich des Benutzers, im wesentlichen über dem Berührungsbereich des bodenberührenden Bauteils 20 (wie in 4A gezeigt) mit dem Boden. Der Sitz 34 kann auch nach oben in Richtung auf die Griffstange 16 in eine Stellung aufgefaltet werden, die mit dem Bezugszeichen 56 versehen ist. Bei dem in den 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sitz am höchsten und weist somit in seiner Mittelstellung 54 die größte potentielle Energie auf.
In 5A ist dargestellt, dass in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Stabilität dadurch vorgesehen ist, dass die Mittelstellung des sitzenden Benutzers, die sich im wesentlichen oberhalb der Achse 22 befindet, eine stabile Stellung ist, d.h. eine Stellung, die durch ein örtliches Minimum potentieller Energie gekennzeichnet ist. Somit wird der Sitz 34 mit Rücksicht auf die mit dem Bezugszeichen 54 versehene Mittelstellung weiter von der Plattform 12 und somit höher über der Horizontalebene verschoben, da der Sitz durch den Benutzer entweder in einer nach vorne gerichteten Richtung 60 oder in einer nach rückwärts gerichteten Richtung 62 bewegt wird. Entsprechend dem in 5A dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Sitz 34 von einer im wesentlichen dreiseitigen Anordnung 64 von Verbindungsstücken abgestützt. Der Arm 66 dreht sich um einen Drehpunkt 68, der mit Bezug auf die Plattform 12 ortsfest ist, während das Verbindungsstück 70 den Arm 66 mit dem Sitz 34 verbindet. Das Verbindungs-stück 72, das im wesentlichen parallel zu dem Verbindungsstück 70 verläuft, stützt den Sitz 34 in einer im wesentlichen horizontalen Richtung in seiner Mittelstellung 54 ab. Die dritte Seite der dreiseitigen Anordnung 64 wird von dem Verbindungsstück 74 gebildet. Das Verbindungsstück 74 kann, wie dies in 5B detaillierter gezeigt ist, aus einem starren Bauteil oder einer Aufhängung bestehen, die, wie gezeigt, eine Gasfeder 76 aufweist, die dazu dient, den Sitz 34 gegen Vibrationen zu dämpfen, die von der Straßenoberfläche durch die Plattform 12 übertragen werden. Das Verbindungsstück 74 ist mit einem Nockenstößel 78 verbunden, der auf der Oberfläche der Kurvenscheibe 80 in der Weise aufliegt, dass eine Stabilitätsmulde 82 im Mittelpunkt der Bewegung des Sitzes 34 vorhanden ist. Wenn der Sitz 34 nach vorne oder nach hinten bewegt wird, dann wird der Nockenstößel 78 durch die Kurvenscheibe nach oben bewegt und bewegt dabei den Sitz 34 relativ zu der Plattform 12 und relativ zu seiner Stabilitätsstellung im Mittelpunkt nach oben. Dies verringert die Anstrengung des Benutzers, um eine Körperstellung in der Mittelposition einzunehmen, was dem Benutzer vorteilhaflerweise erlaubt, eine entspanntere Stellung einzunehmen und vorübergehend seine/ihre Hände von den Handgriffen zu nehmen.
Es ist klar, dass andere mechanische Ausbildungen für das Anheben des Sitzes 34 vorgesehen sein können, um ihn von seiner Mittelstellung 54 aus entweder nach vorne oder nach hinten zu bewegen, wobei der Schwerpunkt des Fahrzeugs und des Benutzers im wesentlichen über dem Kontaktbereich des Fahrzeugs mit dem Boden liegt, und innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht wird.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen rein beispielhaft sein, wobei für den durchschnittlichen Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen offensichtlich sind. Alle derartigen Abwandlungen und Veränderungen sollen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, liegen.

Claims

Vorrichtung zum Transportieren einer menschlichen Person über eine Oberfläche, wobei zu der Vorrichtung gehören: a) eine Plattform (12), die eine Vorder-Hinterebene bestimmt, wobei die Plattform eine Zuladung einschließlich der menschlichen Person trägt; b) ein bodenberührendes Modul, das ein bodenberührendes Bauteil (32) einschließt, das beweglich mit der Plattform verbunden ist, wobei das bodenberührende Bauteil durch einen Bereich mit Bodenberührung gekennzeichnet ist, wobei die Plattform (12) und das bodenberührende Modul Bestandteile eines Aufbaus mit einem Schwerpunkt sind, wobei der Schwerpunkt eine Lage hat, die in Bezug auf das bodenberührende Bauteil bestimmt ist; c) eine Stütze (34, 38, 46, 64), zu der ein Sitz (34) zum Stützen der Person gehört, wobei die Stütze mit der Plattform derart verbunden ist, dass eine Änderung der Lage des Schwerpunkts in der Vorder-Hinterebene durch Bewegung der Stütze sowohl vor als auch hinter den Bereich mit Bodenberührung möglich ist; und d) ein Antrieb, der mit dem bodenberührenden Modul verbunden ist, durch den Energie an das bodenberührende Modul in einer Weise lieferbar ist, die auf die Lage des Schwerpunkts reagiert, wobei eine sitzende Person die Vorrichtung durch eine Bewegung des Sitzes in der Vorder-Hinterebene in Bezug auf die Plattform steuern kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stütze (34, 38, 46, 64) mit der Plattform an einem Drehpunkt (42) verbunden ist, der für eine Bewegung der Stütze (34, 38, 46, 64) um eine Achse ausgerichtet ist, die im Wesentlichen quer zu der Vorder-Hinterebene liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Griff (16) aufweist, der an der Plattform (12) befestigt ist, wobei der Griff einen Handgriff ungefähr in Bauchhöhe der Person so besitzt, dass die Vorrichtung in einer Weise analog zu einem Roller bedient werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zu der Stütze eine Gelenkeinrichtung gehört, die für das Tragen eines Teils des Gewichts der Person vorgespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stütze im Wesentlichen oberhalb des Bereichs des Bodenkontakts des bodenberührenden Moduls eine örtliche Stabilitätsstellung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: e) eine Kontrolleinrichtung, die mit dem motorisierten Antrieb zur Regelung des Betriebs des motorisierten Antriebs, zumindest abhängig von der Stellung der Benutzerstütze verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stellung der Stütze bezüglich der Plattform durch Neigen des Anwenders verändert werden kann.