CN107823873A - 用于至少一个人的电动运输装置以及其控制方法 - Google Patents

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奥利弗·奈伊
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Abstract

本发明涉及一种用于运输至少一个人的电动运输装置，其具有：设计成容纳至少一个要运输的人的平台(10)；多个滚轮(12a、b；14a、b)，该多个滚轮(12a、b；14a、b)连接至在平台(10)下方的滚轮架(18)，该滚轮(12a、b；14a、b)中的至少两个滚轮(12a、b)被电动地驱动，由此通过与非驱动滚轮(14a、b)的相互作用可以使该运输装置向前运动、向后运动或转弯；优选地四个重量传感器(16a‑d)，其在平台(10)和滚轮架(18)之间彼此间隔开设置；以及电子控制装置，该电子控制装置根据重量测量值来以这样的方式致动滚轮(12a、b)的驱动器，即，使得行驶速度和行进方向可以通过移动至少一个要运输的人的重心来控制。

Description

用于至少一个人的电动运输装置以及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于至少一个人的电动运输装置，该运输装置尤其适用于特别紧凑的设计，并且因此在未使用状态下可以以节省空间的方式被运输，例如在机动车辆的行李箱中的备用轮胎的凹槽中。
背景技术
这样的运输装置通常可以用于以适中的速度行驶几公里的短距离，并且这尤其是旨在允许行驶从机动车辆的停车场到目的地的距离，反之亦然，同时由于适中的速度，也可以适当时根据法律框架，在人行道等上行驶。在这种情况下，运输装置优选地由单个人使用，然而，单个人可以另外在其身体上携带负载(例如，在肩背袋中)。然而，根据装置的尺寸，实际上也可以运输多个人。
对于可比较的应用规范，具有只是位于同一车轴上的两个车轮的电动单人运输车辆(称为Segway个人运输机；Segway是美国Segway有限公司的注册商标)是已知的。然而，这些尤其具有的缺点是，必须设置操纵装置，由于操纵装置适应于主体尺寸的最小尺寸而不能以特别节省空间的方式容纳在机动车辆中。
发明内容
本发明的目的是提供一种在开头段落中提到的类型的运输装置及其控制方法，该运输装置可以被直观且安全地操作，并且同时是紧凑的。
实现特定目的的手段是具有专利权利要求1的特征的运输装置和具有专利权利要求8的特征的控制方法。
本发明的有益改进是从属专利权利要求的主题。
根据本发明的一种用于运输至少一个人的电动运输装置具有：
-被设计为容纳至少一个要运输的人的平台，
-多个滚轮，该多个滚轮附接至在平台下方的滚轮架，该滚轮中的至少两个滚轮被电动地驱动，由此通过与非驱动滚轮的相互作用可以使运输装置向前运动、向后运动或转弯，
-至少三个重量传感器，该至少三个重量传感器在平台和滚轮架之间彼此间隔开设置，以及
-电子控制装置，该电子控制装置接收重量传感器的信号并且至少根据这些信号以这样的方式致动滚轮的驱动器，即，使得行驶速度和行进方向可以通过移动至少一个要运输的人的重心来控制。
该平台可以优选地呈现为圆形形状，并且具有在其圆周边缘处相对于行进方向处于大约-90°和大约+90°的被驱动滚轮，以及处于大约0°和处于大约180°的非驱动滚轮。
非驱动滚轮优选地呈现为全方向滚轮或全侧滚轮。在所述滚轮的情况下，车轮的行驶表面由滚轮组成，该滚轮的旋转轴相对于主轮的旋转轴线横向延伸，这允许沿轴向方向移动车轮的摩擦相对较低。
虽然本发明本质上也可以用三个重量传感器来实施，但是由于设计技术的原因，优选地设置四个重量传感器，这些重量传感器以大约90°的角度间隔对称地被附接，也就是说大致在虚拟正方形的顶点处，虚拟正方形被***到装置的平台和滚轮架之间的优选圆形轮廓内，其中平台和滚轮架优选地仅通过重量传感器彼此机械地相互连接。然而，这种连接不一定是刚性的，而是还可以有另外的悬架***。
此外，在一个优选实施例中，控制装置可以被设计成通过重量传感器的信号来计算至少一个要运输的人的当前重心，并且在检测到重心移动的情况下，确定驱动滚轮的设定点的转速并以这样的方式相应地致动驱动滚轮，即，使得重心的该移动通过运输装置的运动来抵消，结果是防止该至少一个人从平台掉落。
控制装置可以优选地被设计成在行驶发生之前教导至少一个要运输的人在静止时的重心，根据该在静止时的重心检测行驶期间重心的移动。
此外，控制装置可以具有PID(比例积分微分)控制单元，该PID控制单元使用重心的二维偏差来确定驱动滚轮的设定点转速。
一种用于控制用于运输至少一个人的电动运输装置的方法，该运输装置具有：
-被设计为容纳至少一个要运输的人的平台，
-多个滚轮，该多个滚轮附接至在平台下方的滚轮架，其中滚轮的至少两个滚轮被电动地驱动，
-至少三个重量传感器，该至少三个重量传感器在平台和滚轮架之间彼此间隔开设置，
在该方法的范围内，提供以下步骤：
a)在行驶开始之前，通过重量传感器的信号教导至少一个要运输的人静止时的重心，并且
b)至少根据重量传感器的信号来以这样的方式致动滚轮的驱动器，即，使得可以通过相对于静止时的重心移动至少一个要运输的人的重心来控制行驶速度和行进方向。
附图说明
以下将参考附图通过实施例来更详细地解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明的具有驱动和非驱动滚轮的输送装置的示意性仰视图；和
图2示出了具有重量传感器的平台的示意性仰视图。
具体实施方式
从图中显而易见，根据本发明的运输装置具有大致圆形形状，该大致圆形形状具有优选直径(例如70cm)，以便在平台10上存在要运输的人的站立空间。如下文进一步描述，由于该装置固有地确保要运输的人保持其平衡，并且该装置可以基本上不通过致动操作者控制元件而被驱动，进一步支承人，尤其是具有操作者控制元件的操纵装置不是必须的，因此该装置可以是紧凑和扁平的设计，并且可以因此被容纳在车辆中，例如备用轮胎的凹槽中，其中用于供应运输装置的电动马达的电池(未示出)如果适当，则可以使用在存储位置中自动对准的触点(未示出)由车辆电力***充电。
如图1所示，运输装置的一个优选实施例具有四个滚轮12a、b和14a、b，其中两个滚轮12a、b由电动马达彼此独立地驱动。具有变速器的所需驱动马达及其供电装置(蓄电池、动力电子设备、基于微处理器的控制器)未示出。通过滚子12a和12b的单独致动，该装置以相同的方向和相同的转速致动，可以被向前或向后(图中向上或向下)移动。给定相反方向的致动或以不同的转速进行致动时，可以绕曲线行驶或者该装置可绕其中心点像卡特皮勒履带车辆一样转动。非驱动滚轮14a、b支承该装置，并且被呈现为全方向滚轮，该全方向滚轮也允许相对于其取向横向移动。或者，例如也可以使用转向滚轮。
滚轮12a、b和14a、b安装在滚轮架18上，该滚轮架18在该实施例中也被示为圆形板，但也可以是托架结构或框架结构。根据图2，大约以90°角度间隔对称设置的总共四个重量传感器或测压元件16a-d位于滚轮架18和平台10之间，要运输的人优选地站立在该平台10上。
重量传感器16a-d是可以将重力转换成电信号(例如通过应变仪)的力拾取器。因为要运输的人的重量，所以总体上将负载应用于这些重量传感器——在滚轮架18和平台10之间原本不存在机械连接——传感器16a-d总体上测量要运输的人的重量(包括平台的重量)。对于以下车辆运动动力学控制来说，重要的是绝对测量值比相对比例小，因此传感器的校准相对要求不高。
取决于重心的车辆运动动力学控制根本上是基于四个重量传感器16a-d的测量值。对于由纵向动力学控制和横向动力学控制组成的车辆运动动力学控制，传感器16a-d的测量值必须由具有控制器的控制单元转换成两个电动马达的设定点转速。这些马达各自驱动滚轮12a或12b。
如图2所示，重量传感器16a-d的测量值被记录。例如，77kg的站在平台上人的总体重量在矢量(由传感器布局的中心点处的粗线表示)之间划分。因此，各自的重心，参见在该示例中的虚箭头18，可以由所有矢量的和确定，其中图2中的图示不按比例。
车辆运动动力学控制的概念是基于这样的事实：站在平台10上的人在所述人想要与车辆一起移动的方向上移动其重量。借助于车辆在该方向上的移动通过控制来补偿产生的驾驶人的不平衡。因此，控制器使该人返回至平衡的位置，并且防止其从平台10掉落。
技术实施方式使用重量传感器16a-d的测量值作为输入信号。如上所述，由所述测量值计算位于所述重量传感器16a-d上的人的重心。
测试测量值显示，站在平台上的人具有在静止位置或正常姿势时的个人的重心。因此，在行程开始时为了向控制***教导这种正常姿势而执行校正计算是非常有利的。否则，车辆将使位于其上的人移动为对于所述人人来说非本能的姿势，这种姿势将高度不利地影响驾驶舒适性。基于该校正的正常姿势进行控制。所述控制使用驾驶人员的重心的二维偏差，将其用作计算滚轮12a和12b的两个驱动马达的转速的PID(比例-积分-微分)控制器的输入。
静止时重心的初始教学过程每当人踏上平台10处于静止状态下时，优选被自动执行。这种学习阶段的结论以及因此的操作准备可以由声学信号向用户发出信号。
在操作期间，重量传感器的信号必须相应地过滤和平滑，以便由于动态效应(例如由于地面中的不均匀性)而消除非典型值。

Claims (8)

1.一种用于运输至少一个人的电动运输装置，具有：
-平台(10)，所述平台(10)被设计为容纳至少一个要运输的人，
-多个滚轮(12a、b；14a、b)，所述多个滚轮(12a、b；14a、b)附接至在所述平台(10)下方的滚轮架(18)，所述滚轮(12a、b；14a、b)中的至少两个滚轮(12a、b)被电动地驱动，由此通过与非驱动滚轮(14a、b)的相互作用可以使所述运输装置向前运动、向后运动或转弯，
-至少三个重量传感器(16a-d)，所述至少三个重量传感器(16a-d)在所述平台(10)和所述滚轮架(18)之间彼此间隔开设置，以及
-电子控制装置，所述电子控制装置接收所述重量传感器(16a-d)的信号并且至少根据这些信号以这样的方式致动所述滚轮(12a、b)的驱动器，即，使得行驶速度和行进方向可以通过移动所述至少一个要运输的人的重心来控制。
2.根据权利要求1所述的运输装置，
其特征在于，
所述平台呈现为圆形形状，并且具有在其圆周边缘处相对于所述行进方向处于大约-90°和大约+90°的被驱动滚轮(12a、b)，以及处于大约0°和处于大约180°的非驱动滚轮(14a、b)。
3.根据权利要求1或2所述的运输装置，
其特征在于，
所述非驱动滚轮(14a，b)被呈现为全方向滚轮。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的运输装置，
其特征在于，
所述运输装置具有四个重量传感器(16a-d)，所述四个重量传感器(16a-d)在所述平台(10)和所述滚轮架(18)之间以大约90°的角度间隔被附接，其中所述平台(10)和所述滚轮架(18)仅通过所述重量传感器(16a-d)机械地相互连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的运输装置，
其特征在于，
所述控制装置被设计为通过所述重量传感器(16a-d)的信号计算所述至少一个要运输的人的当前重心，并且在检测到所述重心移动的情况下，确定所述驱动滚轮(12a、b)的设定点转速并且相应地以这样的方式致动所述驱动滚轮(12a、b)，即，使得通过所述运输装置的所述运动抵消所述重心的所述移动，因此防止所述至少一个人从所述平台(10)掉落。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的运输装置，
其特征在于，
所述控制装置被设计为在行驶发生之前教导所述至少一个要运输的人在静止时的重心，根据所述静止时的重心来检测行驶期间所述重心的移动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的运输装置，
其特征在于，
所述控制装置具有PID控制单元，所述PID控制单元使用所述重心的二维偏差来确定所述驱动滚轮(12a、b)的设定点转速。
8.一种用于控制用于运输至少一个人的电动运输装置的方法，尤其是如前述权利要求中任一项所述的运输装置，其中所述运输装置具有：
-平台(10)，所述平台(10)被设计为容纳至少一个要运输的人，
-多个滚轮(12a、b；14a、b)，所述多个滚轮(12a、b；14a、b)附接至在所述平台(10)下方的滚轮架(18)，其中所述滚轮中的至少两个滚轮(12a、b)被电动地驱动，
-至少三个重量传感器(16a-d)，所述至少三个重量传感器(16a-d)在所述平台(10)和所述滚轮架(18)之间彼此间隔开设置，
其中所述方法包含以下步骤：
a)在行驶开始之前，通过所述重量传感器(16a-d)的信号教导至少一个要运输的人在静止时的重心，并且
b)至少根据所述重量传感器(16a-d)的信号来以这样的方式致动所述滚轮(12a、b)的驱动器，即，使得可以通过相对于所述在静止时的重心移动至少一个要运输的人的重心来控制行驶速度和行进方向。
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