RU2153868C2 - Vehicle (versions) and method of compensation for insufficient capability of man suffering from disturbance to keep balance - Google Patents
Vehicle (versions) and method of compensation for insufficient capability of man suffering from disturbance to keep balance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2153868C2 RU2153868C2 RU97114751A RU97114751A RU2153868C2 RU 2153868 C2 RU2153868 C2 RU 2153868C2 RU 97114751 A RU97114751 A RU 97114751A RU 97114751 A RU97114751 A RU 97114751A RU 2153868 C2 RU2153868 C2 RU 2153868C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vehicle
- vehicle according
- wheels
- group
- support
- Prior art date
Links
- 0 C=*1CC(*2)C2C1 Chemical compound C=*1CC(*2)C2C1 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y02T10/7005—
-
- Y02T10/7275—
Landscapes
- Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к транспортным средствам и способам транспортирования объектов, а точнее к транспортным средствам и способам транспортирования объектов по местности, поверхность которой может быть неровной. The invention relates to vehicles and methods of transporting objects, and more specifically to vehicles and methods of transporting objects over terrain, the surface of which may be uneven.
Известен широкий диапазон транспортных средств и способов транспортирования, предназначенных для транспортирования людей. Одно из таких транспортных средств раскрыто в патенте США N 3374845. Конструкции таких транспортных средств обычно являются результатом компромисса, при котором остойчивости отдается предпочтение перед маневренностью. Например, трудно создать самодвижущееся и направляемое пользователем транспортное средство, предназначенное для транспортирования человека по местности с поверхностью, которая может быть неровной, и в то же время обеспечивающее возможность удобного передвижения по местности с относительно плоской поверхностью. Транспортные средства, которые обеспечивают передвижение по неровным поверхностям, сложны, тяжелы и с затруднениями выполняют обычное передвижение. A wide range of vehicles and transportation methods are known for transporting people. One such vehicle is disclosed in US Pat. No. 3,374,845. The design of such vehicles is usually the result of a compromise in which stability is preferred over maneuverability. For example, it is difficult to create a self-propelled and user-guided vehicle designed to transport a person over a terrain with a surface that may be uneven, while at the same time providing convenient mobility over terrain with a relatively flat surface. Vehicles that provide movement on uneven surfaces are complex, heavy, and difficult to perform normal movement.
Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION
Одним объектом изобретения является транспортное средство для транспортирования объекта в нескольких независимых вариантах. В одном таком варианте транспортное средство способно двигаться по неровной поверхности, например в виде ступенек. Это транспортное средство содержит опору для объекта, вращающиеся элементы, установленные с каждой стороны опоры с возможностью полного поворота вокруг оси и образования любой точкой на каждом вращающемся элементе окружности поворота и выполненные с опорой в едином узле, привод от двигателя, установленный на вышеупомянутом узле и соединенный с вращающимися элементами, и устройство управления остойчивостью транспортного средства, связанное с приводом от двигателя. Отличием данного варианта транспортного средства является то, что оно содержит дополнительные опорные элементы, соединенные с вращающимися элементами и расположенные только на части окружности поворота вокруг оси. В частных случаях выполнения такого транспортного средства оси всех вращающихся элементов могут быть расположены на одной прямой, вращающиеся элементы могут быть выполнены в виде колес или дугообразных элементов. One object of the invention is a vehicle for transporting an object in several independent embodiments. In one such embodiment, the vehicle is capable of moving on an uneven surface, for example in the form of steps. This vehicle contains a support for the object, rotating elements mounted on each side of the support with the possibility of complete rotation around the axis and the formation of any point on each rotating element of the circle of rotation and made with support in a single node, the drive from the engine mounted on the aforementioned node and connected with rotating elements, and a vehicle stability control device associated with a motor drive. The difference between this version of the vehicle is that it contains additional supporting elements connected to the rotating elements and located only on the part of the circle of rotation around the axis. In particular cases of the implementation of such a vehicle, the axes of all rotating elements can be located on one straight line, rotating elements can be made in the form of wheels or arcuate elements.
Далее вращающиеся элементы могут быть выполнены в виде колес, соединенных с каждым дополнительным опорным элементом с образованием группы колес на каждой из левой и правой сторон транспортного средства, причем каждый дополнительный опорный элемент установлен с возможностью поворота вокруг центральной оси. В таком случае в каждой группе колес может быть предусмотрено по меньшей мере два колеса в основном одинакового диаметра. Колеса могут приводиться от двигателя независимо от любого движения дополнительного опорного элемента. Расстояние от центральной оси до центра каждого колеса может быть приблизительно одинаково для каждого из колес в группе. Транспортное средство может содержать устройство управления группами для управления угловой ориентацией каждой группы вокруг центральной оси. Вращающиеся элементы могут быть расположены на каждой стороне вертикальной плоскости, определяемой линией движения транспортного средства. Транспортное средство может содержать ровно две группы колес. Further, the rotating elements can be made in the form of wheels connected to each additional supporting element with the formation of a group of wheels on each of the left and right sides of the vehicle, and each additional supporting element is mounted to rotate around a central axis. In such a case, at least two wheels of substantially the same diameter may be provided in each wheel group. The wheels can be driven by the engine regardless of any movement of the additional support element. The distance from the central axis to the center of each wheel can be approximately the same for each of the wheels in the group. The vehicle may comprise a group control device for controlling the angular orientation of each group around a central axis. Rotating elements can be located on each side of the vertical plane defined by the line of movement of the vehicle. A vehicle may contain exactly two groups of wheels.
В частном случае исполнения транспортное средство может управляться наклоном, в этом случае оно содержит устройство контроля наклона транспортного средства и управления привода от двигателя в зависимости от наклона транспортного средства. Транспортное средство может содержать устройство управления остойчивостью транспортного средства в рабочем положении при невключенном приводе от двигателя. Опора транспортного средства может иметь основание, расположенное над поверхностью на высоте, которая меньше высоты шага человека. In the particular case of execution, the vehicle can be controlled by tilting, in this case it contains a device for controlling the tilt of the vehicle and controlling the drive from the engine depending on the tilt of the vehicle. The vehicle may comprise a device for controlling the stability of the vehicle in the operating position with the engine drive not switched on. The support of the vehicle may have a base located above the surface at a height that is less than the height of the stride of a person.
Когда вращающиеся элементы выполнены в виде колес, транспортное средство может быть снабжено устройством управления остойчивостью в продольной плоскости посредством управления колесами вне зависимости от управления положением любого дополнительного опорного элемента. When the rotating elements are made in the form of wheels, the vehicle can be equipped with a device for controlling stability in the longitudinal plane by controlling the wheels regardless of the position control of any additional supporting element.
Когда вращающиеся элементы выполнены в виде дугообразных элементов, эти дугообразные элементы могут быть установлены группами, при этом дугообразные элементы каждой группы могут быть расположены на опорном элементе группы, установленном с возможностью вращения вокруг центральной оси посредством привода от двигателя. В этом случае наиболее удаленная по радиусу от центра протяженность каждого дугообразного элемента может иметь в общем постоянный основной радиус кривизны, который в общем соответствует радиусу окружности, имеющей радиус, равный длине такой наиболее удаленной по радиусу от центра протяженности. Каждый дугообразный элемент может иметь переднюю часть и заднюю часть, определяемые относительно движения узла вперед, при этом каждая часть имеет конец, а радиус кривизны каждого дугообразного элемента в зоне по меньшей мере одного из его концов может отличаться от основного радиуса кривизны. По меньшей мере одна из передней и задней частей дугообразного элемента может иметь отклоняемый конец, присоединенный к отклоняющему устройству. When the rotating elements are made in the form of arcuate elements, these arcuate elements can be installed in groups, while the arcuate elements of each group can be located on the supporting element of the group, mounted with the possibility of rotation around the Central axis by means of a motor drive. In this case, the length of each arcuate element that is farthest in radius from the center may have a generally constant main radius of curvature, which generally corresponds to a radius of a circle having a radius equal to the length of such a radius farthest from the center of extension. Each arcuate element may have a front part and a rear part, defined with respect to the forward movement of the assembly, each part having an end, and the radius of curvature of each arcuate element in the region of at least one of its ends may differ from the main radius of curvature. At least one of the front and rear parts of the arcuate element may have a deflectable end attached to the deflector.
В других частных случаях выполнения транспортное средство может содержать устройство переключения режимов для задания подчиненного режима, при котором колеса приводятся в движение в зависимости от поворота групп, и режима наклона, в котором группы приводятся в движение для сохранения равновесия транспортного средства в продольной плоскости, при этом колеса находятся в подчиненном режиме. Транспортное средство может содержать устройство переключения режимов для задания режима равновесия, в котором колеса каждой группы, находящиеся в контакте с опорной поверхностью, приводятся в движение таким образом, чтобы поддерживать равновесие транспортного средства в продольной плоскости, устройство управления в переходном режиме для управления переходом от подчиненного режима к режиму равновесия с предотвращением входа в режим равновесия до поступления сигнала о переходе групп через ноль и устройство контроля направлением транспортного средства. In other particular cases of execution, the vehicle may comprise a mode switching device for defining a slave mode in which the wheels are driven depending on the rotation of the groups, and a tilt mode in which the groups are driven to maintain equilibrium of the vehicle in the longitudinal plane, wheels are in slave mode. The vehicle may include a mode switching device for setting an equilibrium mode in which the wheels of each group in contact with the supporting surface are driven in such a way as to maintain the vehicle in equilibrium in the longitudinal plane, a control device in transition mode to control the transition from the slave mode to the equilibrium mode with preventing entry into the equilibrium mode until a signal is received about the transition of groups through zero and the control device nsportnogo means.
Далее транспортное средство может содержать датчик фиксирования наклона объекта в заданном направлении, управления приводом от двигателя и перемещения транспортного средства в направлении наклона. Такой датчик может быть выполнен в виде нажимной плиты или бесконтактного датчика. Опора для объекта может быть установлена с возможностью поворота из горизонтального положения в вертикальное положение. Further, the vehicle may include a sensor for detecting the inclination of the object in a given direction, controlling the drive from the engine and moving the vehicle in the direction of inclination. Such a sensor can be made in the form of a pressure plate or proximity sensor. The support for the object can be installed with the possibility of rotation from a horizontal position to a vertical position.
Транспортное средство может иметь средство определения пространственного положения опоры и средство регулирования пространственного положения опоры относительно вращающихся элементов. В этом исполнении транспортное средство может содержать средство кренения опоры в общем направлении поворота, связанное со средством регулирования пространственного положения. The vehicle may have means for determining the spatial position of the support and means for adjusting the spatial position of the support relative to the rotating elements. In this embodiment, the vehicle may comprise means for tilting the support in the general direction of rotation associated with the means for adjusting the spatial position.
Транспортное средство также может содержать средство регулирования высоты опоры, рукоятку, закрепленную на опоре, при этом устройство контроля направления движения транспортного средства может быть установлено на рукоятке. The vehicle may also contain means for adjusting the height of the support, a handle fixed to the support, while the device for controlling the direction of movement of the vehicle can be mounted on the handle.
Устройство управления остойчивостью транспортного средства может включать в себя циклическое устройство считывания входных сигналов, поступающих от объекта, считывания входных сигналов переменных состояния, изменения программных данных на основе переменных состояния и управления приводом от двигателя на основе входных сигналов, поступающих от объекта, и входных сигналов переменных состояния. The vehicle stability control device may include a cyclic device for reading input signals from an object, reading input signals of state variables, changing program data based on state variables and controlling a motor drive based on input signals coming from an object and input signals of variables condition.
Транспортное средство может содержать сенсорное устройство управления транспортным средством в зависимости от особенностей поверхности передвижения, регулятор ограничения скорости транспортного средства до задаваемого порогового ее значения ниже максимальной скорости транспортного средства и устройство дифференциального привода вращающихся элементов и заданного поворота средства вокруг вертикальной оси средства. В последнем случае устройство дифференциального управления может содержать интерфейс пользователя. The vehicle may contain a vehicle control sensor depending on the features of the movement surface, a vehicle speed limitation controller to a predetermined threshold value thereof below the maximum vehicle speed, and a differential drive for rotating elements and a predetermined rotation of the vehicle around the vehicle’s vertical axis. In the latter case, the differential control device may comprise a user interface.
Транспортное средство также может содержать датчик фиксирования опрокидывания средства и средство передачи дополнительной мощности на вращающиеся элементы для предотвращения падения объекта. Опора транспортного средств может имеет площадь, в основном равную следу ступней пользователя, стоящего на опоре. Транспортное средство может содержать устройство ввода для получения от пользователя указания направления задаваемого движения и/или устройство ввода для получения от пользователя указания скорости, в том числе нулевой, заданного движения. The vehicle may also include a tilt lock sensor and means for transmitting additional power to the rotating elements to prevent the object from falling. The vehicle support may have an area substantially equal to the footprint of the user standing on the support. The vehicle may include an input device for receiving from the user an indication of the direction of the desired movement and / or an input device for receiving from the user an indication of speed, including zero, the specified movement.
В двух других независимых вариантах предложенное транспортное средство для транспортирования объекта способно двигаться с переменной скоростью и ориентацией. Отличием одного из этих вариантов является то, что транспортное средство имеет генератор звуков, который создает звуковой сигнал, имеющий последовательность импульсов, высоту тона и частоту повторения, и модулятор для модулирования одного параметра из высоты тона и частоты повторения в соответствии со скоростью транспортного средства, а другого параметра - в соответствии с ориентацией транспортного средства. Отличием второго из этих вариантов является то, что транспортное средство имеет генератор тактильной вибрации и модулятор для модулирования уровня и частоты повторения тактильной вибрации, один параметр - в соответствии со скоростью транспортного средства, а другой параметр - в соответствии с ориентацией транспортного средства. In two other independent embodiments, the proposed vehicle for transporting an object is capable of moving with variable speed and orientation. The difference between one of these options is that the vehicle has a sound generator that generates an audio signal having a pulse sequence, pitch and repetition rate, and a modulator for modulating one parameter from the pitch and repetition rate in accordance with the speed of the vehicle, and another parameter - in accordance with the orientation of the vehicle. The difference between the second of these options is that the vehicle has a tactile vibration generator and a modulator for modulating the level and frequency of the tactile vibration, one parameter is in accordance with the speed of the vehicle, and the other parameter is in accordance with the orientation of the vehicle.
Еще одним объектом изобретения является способ компенсации недостаточной способности человека, страдающего нарушением равновесия, сохранять равновесие посредством создания самодвижущегося протеза, снабженного опорой для человека, установленной на опорный элемент, приводом от двигателя и устройством управления остойчивостью протеза, связанным с приводом от двигателя. Отличием этого способа является то, что остойчивость протеза поддерживают посредством привода от двигателя за счет полезного момента, воспринимаемого протезом от контакта с поверхностью передвижения, с учетом моментов, создаваемых силой тяжести, а также всеми другими внешними силами и приводом от двигателя. Another object of the invention is a method of compensating for the insufficient ability of a person suffering from an imbalance to maintain balance by creating a self-propelled prosthesis equipped with a support for a person mounted on a support element, driven by an engine and a device for controlling the stability of the prosthesis associated with the drive from the engine. The difference of this method is that the stability of the prosthesis is maintained by the drive from the engine due to the useful moment perceived by the prosthesis from contact with the movement surface, taking into account the moments created by gravity, as well as all other external forces and the drive from the engine.
В частном случае осуществления способа остойчивость протеза поддерживают вводом данных от пользователя, посредством которых получают задание параметров направления и расположения в стационарном состоянии. In the particular case of the method, the stability of the prosthesis is supported by inputting data from the user, by means of which the direction and location parameters are set in a stationary state.
Изобретение поясняется далее с помощью описания чертежей, на которых:
на фиг. 1 представлен вид в перспективе упрощенного варианта осуществления конструкции настоящего изобретения, на котором показан стоящий на этой конструкции человек;
на фиг. 2 представлен другой вид в перспективе варианта конструкции согласно фиг. 1, на котором показаны другие детали этого варианта конструкции;
на фиг. 3 представлен схематический вид варианта конструкции согласно фиг. 1, на котором показано шарнирное устройство этого варианта конструкции;
на фиг. 4 представлен боковой вид варианта конструкции согласно фиг. 1, который используют для подъема по лестнице;
на фиг. 5 представлена блок-схема, в целом показывающая характер силовых приводов и управления в варианте конструкции согласно фиг. 1;
на фиг. 6 представлена схема управления применительно к упрощенному варианту согласно фиг. 1 для обеспечения равновесия при использовании крутящего момента колес;
на фиг. 7 схематически представлена работа управления с помощью рукоятки колесами варианта конструкции согласно фиг. 1;
на фиг. 8 представлены процессы, используемые в варианте конструкции согласно фиг. 1 для подъема и опускания по лестнице;
на фиг. 9-21 представлены варианты конструкции согласно изобретению с использованием пары колесных групп в качестве вращающихся элементов, соприкасающихся с землей;
на фиг. 9-10 представлено использование конструкции двухколесных групп в разных положениях;
на фиг. 11-21 представлено использование конструкции трехколесных групп в разных положениях и с разными конфигурациями;
на фиг. 22-24 представлен вариант конструкции, в котором каждый элемент, соприкасающийся с землей, выполнен в виде большого количества смежных в осевом направлении и установленных с возможностью вращения групп дугообразных элементов;
на фиг. 25-26 представлены механические детали конструкции трехколесной группы, предназначенной для использования в варианте согласно фиг. 18-20;
на фиг. 27 представлена блок-схема, показывающая связь между блоками управления, используемыми в варианте конструкции согласно фиг. 18-20;
на фиг. 28 представлена блок-схема, показывающая конструкцию характерного блока управления такого типа, который используют в варианте конструкции согласно фиг. 27;
на фиг. 29 представлена блок-схема, на которой показаны детали блока 273 интерфейса оператора согласно фиг. 27;
на фиг. 30 представлена логическая маршрутная схема, отслеживаемая на панели 272 центрального микроконтроллера согласно фиг. 27 в ходе одного цикла управления;
на фиг. 31 представлены переменные величины, определяющие размеры конструкций групп согласно фиг. 11-26, а также предположительная лестница, применительно к которой может быть использована конструкция группы для подъема и спуска;
на фиг. 32 представлены переменные значения углов, касающиеся определения ориентации группы по отношению к транспортному средству и окружающему пространству;
на фиг. 33 схематически представлено управление двигателями колес во время уравновешивания и нормального передвижения;
на фиг. 34 схематически представлено устройство управления группами во время уравновешивания и нормального передвижения;
на фиг. 35 представлена схема, относящаяся к фиг. 33, показывающая устройство, посредством которого определяются переменные состояния, указывающие положение колес, с тем чтобы компенсировать влияние вращения групп;
на фиг. 36-38 представлено устройство управления для подъема по лестнице и преодоления препятствий, выполняемых посредством конструкции групп, показанной на фиг. 11-26 в соответствии с первым вариантом конструкции, обеспечивающим возможность подъема;
на фиг. 36 представлена схема устройства управления двигателями групп в первом варианте конструкции, обеспечивающем возможность подъема, при этом здесь используется режим наклона;
на фиг. 37 представлена схема устройства управления двигателями колес в первом варианте конструкции, обеспечивающем подъем;
на фиг. 38 представлена блок-схема состояния транспортного средства, использующая первый вариант осуществления конструкции, обеспечивающий подъем, и предназначенная для перехода между режимами простоя, наклона и равновесия;
на фиг. 39А-В, 40А-В, 41А-В и 42А-С представлен подъем по лестнице, выполняемый конструкцией групп, показанной на фиг. 11-26 согласно второму варианту конструкции, обеспечивающему подъем;
на фиг. 39A и 39B представлена последовательная ориентация группы с начала подъема по лестнице согласно второму варианту конструкции для осуществления такого подъема;
на фиг. 40A и 40B представлена ориентация группы по ходу переустановки угла, имеющей место в этом варианте конструкции;
на фиг. 41A и 41B представлена ориентация группы по ходу перемещения веса, происходящего в этом варианте;
на фиг. 42A, 42B и 42C представлена ориентация группы по ходу подъема, выполняемого в этом варианте;
на фиг. 43 представлена схема устройства управления двигателями колес и групп в течение начальной последовательности согласно фиг. 39A и 39B;
на фиг. 44 представлена схема устройства управления двигателями колес в течение последовательного перемещения веса согласно фиг. 41A и 41B;
на фиг. 45 представлена схема управляющего устройства для подъема в последовательности согласно фиг. 42A, 42B и 42C;
на фиг. 46 и 47 схематически представлено транспортное средство согласно варианту конструкции настоящего изобретения, оборудованное датчиками подъема и спуска по лестнице и другими подобными устройствами;
на фиг. 48 представлено вертикальное сечение варианта конструкции согласно изобретению с конфигурацией, подобно показанной на фиг. 9-12, и с использованием волновых зубчатых передач;
на фиг. 49 показаны детали групповой части транспортного средства согласно фиг. 48;
на фиг. 50 подробно показано приводное устройство группы транспортного средства согласно фиг. 48;
на фиг. 51 представлен торцевой вид группы транспортного средства согласно фиг. 48;
на фиг. 52 представлены механические детали тазобедренного и коленного соединений в транспортном средстве согласно фиг. 48;
на фиг. 53 представлен вариант конструкции изобретения, обеспечивающий невидимые выходные сигналы, полезные человеку при управлении транспортным средством.The invention is further explained using the description of the drawings, in which:
in FIG. 1 is a perspective view of a simplified embodiment of a structure of the present invention, showing a person standing on this structure;
in FIG. 2 is another perspective view of the embodiment of FIG. 1, which shows other details of this embodiment;
in FIG. 3 is a schematic view of the embodiment of FIG. 1, which shows the hinge device of this embodiment;
in FIG. 4 is a side view of the embodiment of FIG. 1, which is used for climbing stairs;
in FIG. 5 is a block diagram generally showing the nature of the power drives and controls in the embodiment of FIG. 1;
in FIG. 6 is a control diagram for the simplified embodiment of FIG. 1 to maintain balance when using wheel torque;
in FIG. 7 schematically illustrates the operation of the handle operation of the wheels of the embodiment of the embodiment of FIG. 1;
in FIG. 8 shows the processes used in the embodiment of FIG. 1 for raising and lowering the stairs;
in FIG. Figures 9-21 show design variants according to the invention using a pair of wheel groups as rotating elements in contact with the ground;
in FIG. 9-10 show the use of the design of two-wheeled groups in different positions;
in FIG. 11-21 show the use of the design of tricycle groups in different positions and with different configurations;
in FIG. 22-24 show a design variant in which each element in contact with the ground is made in the form of a large number of axially adjacent and arranged to rotate groups of arched elements;
in FIG. 25-26 are mechanical details of a tricycle group structure for use in the embodiment of FIG. 18-20;
in FIG. 27 is a block diagram showing the relationship between the control units used in the embodiment of FIG. 18-20;
in FIG. 28 is a block diagram showing a structure of a representative control unit of the type used in the embodiment of FIG. 27;
in FIG. 29 is a block diagram showing details of an
in FIG. 30 is a flow chart that is monitored on a panel 272 of the central microcontroller of FIG. 27 during one control cycle;
in FIG. 31 presents variables that determine the sizes of the structures of the groups according to FIG. 11-26, as well as an alleged staircase, in relation to which the design of the group can be used for climbing and lowering;
in FIG. 32 shows variable angles regarding the determination of the orientation of the group with respect to the vehicle and the surrounding area;
in FIG. 33 is a schematic representation of wheel engine control during balancing and normal movement;
in FIG. 34 is a schematic illustration of a group control device during balancing and normal movement;
in FIG. 35 is a diagram relating to FIG. 33 showing a device by which state variables indicating the position of the wheels are determined so as to compensate for the effect of rotation of the groups;
in FIG. 36-38 show a control device for climbing stairs and overcoming obstacles carried out by the group structure shown in FIG. 11-26 in accordance with the first embodiment, providing the possibility of lifting;
in FIG. 36 is a diagram of a group engine control device in a first embodiment providing lift capability, wherein a tilt mode is used;
in FIG. 37 is a diagram of a wheel motor control device in a first embodiment providing lift;
in FIG. 38 is a block diagram of a vehicle state using the first embodiment of the structure, providing lift, and intended to transition between idle, tilt and balance modes;
in FIG. 39A-B, 40A-B, 41A-B, and 42A-C show stairs climbing performed by the group structure shown in FIG. 11-26 according to the second embodiment, providing a lift;
in FIG. 39A and 39B show a sequential orientation of a group from the start of a stair climb according to a second embodiment for such a climb;
in FIG. 40A and 40B show the orientation of the group in the course of the angle re-installation taking place in this embodiment;
in FIG. 41A and 41B show the group orientation in the direction of the weight movement occurring in this embodiment;
in FIG. 42A, 42B, and 42C show the orientation of the group along the climb performed in this embodiment;
in FIG. 43 is a diagram of an engine control device for wheels and groups during the initial sequence of FIG. 39A and 39B;
in FIG. 44 is a diagram of a wheel motor control device for sequentially moving a weight according to FIG. 41A and 41B;
in FIG. 45 is a diagram of a control device for lifting in the sequence of FIG. 42A, 42B and 42C;
in FIG. 46 and 47 schematically illustrate a vehicle according to an embodiment of the present invention, equipped with sensors for ascending and descending stairs and other similar devices;
in FIG. 48 is a vertical sectional view of an embodiment of the invention in a configuration similar to that shown in FIG. 9-12, and using wave gears;
in FIG. 49 shows details of a group part of a vehicle according to FIG. 48;
in FIG. 50 shows in detail the drive unit of the vehicle group according to FIG. 48;
in FIG. 51 is an end view of a vehicle group of FIG. 48;
in FIG. 52 shows the mechanical details of the hip and knee joints in the vehicle of FIG. 48;
in FIG. 53 illustrates an embodiment of the invention that provides invisible output signals useful to humans in driving a vehicle.
Изобретение может быть выполнено в широком диапазоне вариантов его осуществления. Отличительным признаком многих из этих вариантов конструкции является использование пары расположенных в поперечном направлении элементов, соприкасающихся с землей, с тем чтобы разместить над поверхностью человека, в отношении которого осуществляют транспортирование. Элементы, соприкасающиеся с землей, приводят в движение двигателями. Во многих вариантах конструкции для размещения человека над поверхностью во время передвижения, недостает надлежащей остойчивости по меньшей мере в той части периода, который относится к вертикали в продольной плоскости, но при этом она относительно остойчива по отношению к вертикали в поперечной плоскости. Продольная остойчивость достигается за счет создания управляющего контура, в который включен двигатель для работы этого двигателя совместно с элементами, соприкасающимися с землей. Как описано ниже, пара элементов, соприкасающихся с землей, может, например, представлять собой пару колесных групп. В случае колесных групп каждая группа может включать в себя большое количество колес. Однако вместо этого каждый элемент, соприкасающийся с землей, может представлять собой большое количество (обычно пару) смежных в осевом направлении, удерживаемых в радиальном направлении и устанавливаемых с возможностью вращения дугообразных элементов. В этих вариантах осуществления конструкции элементы, соприкасающиеся с землей, приводят в движение приводом от двигателя в управляющем контуре таким образом, чтобы сохранить центр массы транспортного средства над точкой контакта элементов с землей независимо от возмущений и сил, действующих на транспортное средство. The invention can be carried out in a wide range of variants of its implementation. A distinctive feature of many of these design options is the use of a pair of transversely arranged elements that are in contact with the ground so as to be placed above the surface of the person in respect of whom they are being transported. Elements in contact with the ground are driven by engines. In many embodiments, the design for placing a person above the surface during movement lacks adequate stability at least in that part of the period that refers to the vertical in the longitudinal plane, but it is relatively stable relative to the vertical in the transverse plane. Longitudinal stability is achieved by creating a control circuit in which the engine is included for the operation of this engine together with elements in contact with the ground. As described below, a pair of elements in contact with the ground may, for example, be a pair of wheel groups. In the case of wheel groups, each group may include a large number of wheels. However, instead, each element in contact with the ground can be a large number (usually a pair) of axially adjacent, held in the radial direction and mounted with the possibility of rotation of the arcuate elements. In these embodiments of the construction, the elements in contact with the earth are driven by the engine drive in the control circuit so as to maintain the center of mass of the vehicle above the point of contact of the elements with the earth, regardless of the disturbances and forces acting on the vehicle.
На фиг. 1 представлен упрощенный вариант осуществления изобретения, в котором основные элементы, соприкасающиеся с землей, представляют собой пару колес, и в котором дополнительные элементы, соприкасающиеся с землей, используют при подъеме по лестнице и спуске с нее. (Как будет показано ниже, подъем и спуск по лестнице и движение по плоской поверхности можно выполнять посредством одной группы элементов, соприкасающихся с землей, когда такие элементы представляют собой колесные группы или упомянутые выше дугообразные элементы). In FIG. 1 shows a simplified embodiment of the invention in which the main elements in contact with the ground are a pair of wheels, and in which additional elements in contact with the ground are used when climbing stairs and descending from them. (As will be shown below, the ascent and descent of stairs and movement on a flat surface can be performed by means of one group of elements in contact with the ground when such elements are wheel groups or the arcuate elements mentioned above).
Вариант осуществления конструкции, показанный на фиг. 1, включает в себя опорное устройство 12, в данном случае сконструированное в виде кресла, на котором может сидеть человек 13. Транспортное средство снабжено парой колес 11, расположенных в поперечном направлении друг к другу. Колеса помогают определить порядок расположения осей, включая вертикальную ось Z-Z, поперечную ось Y-Y, параллельную оси колеса, и продольную ось X-X, перпендикулярную оси колес. Плоскость, определяемую вертикальной осью Z-Z и поперечной осью Y-Y, иногда называют "поперечной плоскостью", а плоскость, определяемую продольной осью X-X и вертикальной осью Z-Z, иногда называют "продольной плоскостью". Направления, параллельные осям X-X и Y-Y, называют соответственно продольными и поперечными направлениями. Можно видеть, что транспортному средству, когда оно опирается на пару колес 11 для соприкосновения с землей, свойственна неустойчивость по отношению к вертикали в продольном направлении, однако оно относительно остойчиво по отношению к вертикали в поперечном направлении. The embodiment shown in FIG. 1 includes a
Из фиг. 2 можно видеть, что в дополнение к колесам 11 транспортное средство снабжено парой поперечно расположенных опор 21, способных выдвигаться в вертикальном направлении на контролируемую величину, а также упорами 22 для ступней. В данном случае упоры снабжены датчиками для определения высоты объектов, таких как ступеньки, над которыми они могут быть расположены. Опоры 21 расположены на паре соответствующих выдвигаемых ног 23. В предпочтительном варианте осуществления конструкции транспортное средство остойчиво в продольном направлении, а также в поперечном направлении, когда обе опоры находятся в соприкосновении с землей, однако поперечной остойчивостью приходится жертвовать, когда в соприкосновении с землей находится одна опора. From FIG. 2, it can be seen that, in addition to the
На фиг. 3 представлена схема варианта осуществления конструкции согласно фиг. 1 и 2, обеспечивающая возможность поворота кресла 12 по отношению к подвесной системе, включающей в себя опоры 21 и взаимосвязанные с ними ноги 23. Поворот осуществляют в плоскости, которая приблизительно горизонтальна. Поворотное устройство в сочетании с возможностью выдвигать и убирать каждую ногу позволяет выполнять движение транспортного средства вверх и вниз по ступенькам способом, аналогичным движению человека по лестнице. Каждая нога 23, когда она служит в качестве ноги, удерживающей вес, обеспечивает возможность вращения остальной части транспортного средства вокруг вертикальной оси ноги в ходе выполнения поворота. Для выполнения поворота кресло поворачивают вокруг вертикальной оси, расположенной по центру между ногами 23, чтобы сохранить переднее направление кресла. Кроме того, не удерживающая вес нога 23 в течение поворота вращается вокруг своей вертикальной оси для сохранения переднего направления взаимосвязанной с ней опоры 21. In FIG. 3 is a diagram of an embodiment of the structure of FIG. 1 and 2, providing the possibility of rotation of the
Можно видеть, что в варианте осуществления конструкции, описанном на фиг. 1-3, для обеспечения относительной подвижности приходится жертвовать свойственной ему продольной остойчивостью. Для постепенных в целом изменений поверхности режим равновесия предполагает обеспечение продольной остойчивости системы, которая в ином случае будет неустойчивой. В случае более неровных поверхностей, например лестницы, этот вариант имеет отдельный "ступенчатый режим", используемый для подъема и опускания по лестнице. Устойчивость может быть вновь обеспечена при подъеме и опускании по ступенькам посредством использования руки для захвата обычных перил 41, как показано на фиг. 4, либо даже посредством соприкосновения со стенкой, находящейся вблизи лестницы. It can be seen that in the embodiment described in FIG. 1-3, to ensure relative mobility, it is necessary to sacrifice the longitudinal stability inherent in it. For gradually gradual changes in the surface, the equilibrium regime assumes the provision of longitudinal stability of the system, which otherwise would be unstable. In the case of more uneven surfaces, such as stairs, this option has a separate “stepped mode” used to raise and lower the stairs. Stability can be re-ensured by raising and lowering the stairs by using the hand to grab the
Кроме того, для уменьшения опасности получения травмы из-за падения могут быть использованы различные способы. По одному из них в том случае, когда должно произойти падение, транспортное средство может войти в режим оседания, в котором оно быстро и контролируемым образом опускает центр массы сочетания транспортного средства и человека. Опускание центра массы может быть осуществлено, например, посредством поворота или отделения подвесной системы таким образом, чтобы обеспечить уменьшение высоты кресла относительно поверхности. Режим оседания также может дать выгодный эффект в отношении рассеивания энергии до воздействия ее на человека с размещением человека в таком положении, чтобы уменьшить его уязвимость, и помещением человека в нижнее положение, с тем чтобы уменьшить энергию, передаваемую ему в случае удара. In addition, various methods can be used to reduce the risk of injury due to a fall. According to one of them, in the event that a fall should occur, the vehicle can enter a subsidence mode in which it quickly and in a controlled manner lowers the center of mass of the combination of the vehicle and the person. Lowering the center of mass can be carried out, for example, by turning or separating the suspension system in such a way as to reduce the height of the chair relative to the surface. The settling mode can also have a beneficial effect on the dissipation of energy before it is exposed to the person, placing the person in such a position as to reduce his vulnerability, and placing the person in a low position so as to reduce the energy transmitted to him in the event of an impact.
На блок-схеме согласно фиг. 5 можно видеть, что систему управления 51 используют для управления приводами от двигателей и исполнительными механизмами варианта конструкции согласно фиг. 1-4, чтобы обеспечить движение и равновесие. Они включают в себя приводы 531 и 532 от двигателей соответственно для левого и правого колес, исполнительные механизмы 541 и 542 соответственно для левой и правой ног и обеспеченный двигателем привод 55 поворота. Система управления имеет вводы данных, включая данные интерфейса 561 пользователя, датчика 562 продольного наклона, датчиков 563 вращения колес, датчика 564 высоты исполнительного механизма, датчика 565 поворота и датчика 566 размера ступеньки. In the block diagram of FIG. 5 it can be seen that the
Упрощенный алгоритм управления для обеспечения равновесия в варианте осуществления изобретения согласно фиг. 1, когда колеса задействованы для выполнения движения, представлен на блок-схеме согласно фиг. 6. Объект 61 эквивалентен уравнениям движения системы с модулем, соприкасающимся с землей и приводимым в движение одним двигателем, перед тем как применяется управляющий контур. Т обозначает крутящий момент колеса. Буква θ обозначает продольный наклон (угловое смещение транспортного средства по отношению к силе тяжести, то есть к вертикали), X обозначает продольное смещение вдоль поверхности относительно базовой точки, а точка над буквой обозначает переменную, дифференцируемую по времени. Остальная часть фиг. 6 представляет собой средство управления, используемое для обеспечения равновесия. Прямоугольники 62 и 63 обозначают дифференцирование. Для выполнения динамического контроля, чтобы обеспечить остойчивость системы и удерживать систему вблизи от базовой точки на поверхности, крутящий момент Т колеса в этом варианте осуществления конструкции устанавливают таким, чтобы он удовлетворял следующему уравнению:
Коэффициенты K1 K2, K3 и К4 зависят от физических параметров системы и иных воздействий, например силы тяжести. Упрощенный алгоритм управления согласно фиг. 6 позволяет сохранять равновесие, а также близость к базовой точке на поверхности при наличии возмущений, например таких, которые изменяют центр массы системы относительно базовой точки на поверхности вследствие движения человека или его контакта с другими лицами или объектами.A simplified control algorithm for balancing the embodiment of FIG. 1, when the wheels are involved in driving, is shown in the block diagram of FIG. 6.
The coefficients K 1 K 2 , K 3 and K 4 depend on the physical parameters of the system and other influences, such as gravity. The simplified control algorithm of FIG. 6 allows you to maintain equilibrium, as well as proximity to the base point on the surface in the presence of disturbances, for example, those that change the center of mass of the system relative to the base point on the surface due to the movement of a person or his contact with other persons or objects.
Для того чтобы разместить два колеса вместо одноколесной системы, представленной на фиг. 6, крутящий момент, желательный на левом двигателе, и крутящий момент, желательный на правом двигателе, могут быть рассчитаны по отдельности обычным способом, описанным ниже применительно к фиг. 33. Кроме того, отслеживание движения как левого, так и правого колеса позволяет выполнить регулировки для предотвращения нежелательного поворота транспортного средства и провести расчет характеристик между двумя приводными двигателями. In order to accommodate two wheels instead of the one-wheel system shown in FIG. 6, the torque desired on the left engine and the torque desired on the right engine can be calculated individually in the conventional manner described below with reference to FIG. 33. In addition, tracking the movement of both the left and right wheels allows you to make adjustments to prevent unwanted turning of the vehicle and to calculate the characteristics between the two drive motors.
Для регулирования крутящего момента каждого двигателя может быть использован ручной интерфейс, например ручка управления. Ручка управления имеет оси, указанные на фиг. 7. При работе этого варианта осуществления конструкции движение ручки управления вперед используют, чтобы обеспечить движение транспортного средства вперед, а обратное движение ручки управления вызывает движение транспортного средства назад. Подобным же образом левый поворот выполняют движением ручки управления влево. Для поворота вправо ручку управления перемещают вправо. Используемая здесь конфигурация обеспечивает возможность поворота транспортного средства на месте при перемещении ручки управления влево или вправо. Что касается переднего или обратного движения, то как вариант ручку управления просто наклоняют вперед или назад, поскольку датчик продольного наклона (измеряющий θ) будет определять изменение продольного наклона, которое система будет пытаться скомпенсировать, что приведет к переднему или обратному движению в зависимости от направления наклона. Как вариант могут быть осуществлены способы управления, основанные на нечеткой логике. A manual interface, such as a control knob, can be used to control the torque of each engine. The control handle has the axes shown in FIG. 7. During operation of this embodiment, the forward movement of the control handle is used to allow the vehicle to move forward, and the reverse movement of the control handle causes the vehicle to move backward. Similarly, a left turn is performed by moving the control knob to the left. To turn right, the control knob is moved to the right. The configuration used here enables the vehicle to rotate in place when moving the control knob left or right. As for the forward or reverse movement, as an option, the control knob is simply tilted forward or backward, since the longitudinal inclination sensor (measuring θ) will detect the change in longitudinal inclination that the system will try to compensate, which will lead to forward or reverse movement depending on the direction of inclination . Alternatively, control methods based on fuzzy logic can be implemented.
Можно видеть, что предложение регулирования крутящих моментов двигателей в режиме равновесия обеспечивает возможность получения продольной остойчивости без необходимости использования дополнительных стабилизирующих колес или подпорок (хотя может быть обеспечено и такое содействие остойчивости). Иными словами, остойчивость достигается динамически посредством движения компонентов транспортного средства (в этом случае образующих все транспортное средство) относительно земли. It can be seen that the proposal for controlling the engine torque in equilibrium provides the possibility of obtaining longitudinal stability without the need for additional stabilizing wheels or supports (although such stability assistance can be provided). In other words, stability is achieved dynamically by the movement of the vehicle components (in this case forming the entire vehicle) relative to the ground.
Подъем по лестнице с помощью ног. Climbing stairs with legs.
На фиг. 8 представлен один способ подъема и опускания по лестнице в случае варианта осуществления конструкции согласно фиг. 1. При нахождении напротив ступеньки обе ноги вначале отведены (показано в блоке 71), после чего измеряется высота первой ступеньки (блок 72). Определяется, что должно произойти - подъем или спуск (73). (В этот момент полезно обеспечить устойчивость человека посредством его удерживания за имеющиеся перила). In FIG. 8 illustrates one method of raising and lowering stairs in the case of the embodiment of the structure of FIG. 1. When opposite the step, both legs are first set aside (shown in block 71), after which the height of the first step is measured (block 72). It is determined what should happen - ascent or descent (73). (At this point, it is useful to ensure the stability of a person by holding him by the existing railing).
После этого на первой стадии подъема по лестнице (показано в блоке 74) выдвигается первая нога, пока вторая нога не пройдет ступеньку (75). Затем транспортное средство поворачивается, пока вторая нога не окажется поверх ступеньки, которую она только что прошла (78). (При осуществлении этой стадии можно использовать датчик для определения того, насколько поворачиваться исходя из глубины ступеньки. Как вариант поворот может быть выполнен на определенный угол, например на 90o). Затем производят контроль показаний датчика для измерения высоты следующей ступеньки (72). Если определяется наличие ступеньки (73), а последующая ступенька была нечетной (76), процесс продолжают выдвижением второй ноги и убиранием первой ноги, пока первая нога не пройдет следующую ступеньку (79). Затем транспортное средство совершает поворот, пока первая нога находится над пройденной ступенькой (80). После этого производят контроль показаний датчика для измерения высоты следующей ступеньки (72). Если определяют наличие ступеньки (73), а предыдущая ступенька была четной (76), то процесс продолжают посредством выдвижения первой ноги и убирания второй ноги, пока вторая нога не минует следующую ступеньку (78). Процесс повторяют начиная с блока 72. Если ступенька не обнаружена и если предыдущая ступенька была нечетной, то процесс завершают незначительным выдвижением второй ноги, полным отводом первой ноги, поворотом до тех пор, пока обе ноги не будут обращены вперед, а после этого отводом второй ноги, с тем чтобы обеспечить удержание на обеих опорах. Если ступенька не обнаружена и если предыдущая ступенька была четной, то процесс завершают незначительным выдвижением первой ноги, полным отводом второй ноги, поворотом до тех пор, пока обе ноги не будут обращены вперед, а после этого отводом первой ноги, чтобы обеспечить удержание на обеих опорах (88).After that, at the first stage of climbing the stairs (shown in block 74), the first leg extends until the second leg passes the step (75). Then the vehicle turns until the second leg is on top of the step that it has just passed (78). (In the implementation of this stage, you can use the sensor to determine how much to rotate based on the depth of the step. Alternatively, the rotation can be performed at a certain angle, for example 90 o ). Then, the sensor readings are monitored to measure the height of the next step (72). If the presence of a step is determined (73), and the next step was odd (76), the process is continued by extending the second leg and removing the first leg until the first leg passes the next step (79). Then the vehicle makes a turn while the first leg is above the rung (80). After that, the sensor readings are monitored to measure the height of the next step (72). If the presence of a step (73) is determined, and the previous step was even (76), then the process is continued by extending the first leg and removing the second leg until the second leg passes the next step (78). The process is repeated starting from
Аналогичный процесс происходит при опускании по лестнице. На первой стадии опускания по лестнице (показана на блоке 81) первую ногу слегка выдвигают, с тем чтобы миновать вторую ногу (блок 82). После этого транспортное средство поворачивается до тех пор, пока вторая нога не окажется над ступенькой, к которой она должна подойти для опускания (84), первую ногу отводят, а вторую ногу выдвигают, пока она не окажется на ступеньке (85). Затем производят контроль показаний датчика для замера высоты следующей ступеньки (72). Если определяется наличие ступеньки (73), а предыдущая ступенька была нечетной, то процесс продолжают посредством поворота до тех пор, пока первая нога не окажется над ступенькой, к которой она должна выдвинуться (86). После этого отводят вторую ступеньку, а первую ногу выдвигают до тех пор, пока она не окажется на ступеньке (87). Затем производят контроль показаний датчика для замера высоты следующей ступеньки (72). Если определено наличие ступеньки (73), а предыдущая ступенька была четной, то процесс продолжают (84), а затем повторяют начиная с блока 72. Если ступенька не обнаружена, опускание завершают поворотом до тех пор, пока обе ноги не будут обращены вперед, а затем отводят обе ноги, чтобы обеспечить удерживание на обеих опорах (88). A similar process occurs when lowering the stairs. In the first step of lowering the stairs (shown at block 81), the first leg is slightly extended so as to bypass the second leg (block 82). After that, the vehicle turns until the second leg is above the step, to which it must be approached to lower (84), the first leg is retracted, and the second leg is extended until it is on the step (85). Then, the sensor readings are checked to measure the height of the next step (72). If the presence of a step is determined (73), and the previous step was odd, the process is continued by turning until the first leg is above the step to which it should extend (86). After that, the second step is retracted, and the first leg is extended until it is on the step (87). Then, the sensor readings are checked to measure the height of the next step (72). If the presence of a step (73) is determined, and the previous step was even, then the process continues (84), and then repeat from
Вместо обсужденного выше поворотного устройства еще в одном варианте осуществления конструкции относительное движение ног может быть обеспечено за счет крепления каждой ноги таким образом, чтобы имелась возможность ее скольжения в приблизительно горизонтальной плоскости в продольном направлении. Как вариант в ногах могут быть использованы соединения, аналогичные коленным и бедренным суставам человека. Instead of the rotary device discussed above, in yet another embodiment, the relative movement of the legs can be achieved by attaching each leg so that it can slide in an approximately horizontal plane in the longitudinal direction. Alternatively, joints similar to a person’s knee and thigh joints can be used in the legs.
Подъем по лестнице посредством групп
В то время как в варианте осуществления. конструкции согласно фиг. 1 необходимы разные соприкасающиеся с землей элементы для подъема по лестнице и для передвижения по ровной поверхности, в вариантах конструкции изобретения, показанных на фиг. 9-21, успешно используют одну и ту же группу элементов, соприкасающихся с землей, как для подъема по лестнице, так и для передвижения по ровной поверхности. На фиг. 9-18 представлены варианты осуществления конструкции согласно изобретению, в которых используют пару колесных групп в качестве элементов, соприкасающихся с землей, вместо пары колес, используемых в варианте конструкции согласно фиг. 1.Climbing stairs through groups
While in the embodiment. the structure of FIG. 1, various elements in contact with the ground are required for climbing stairs and for moving on a flat surface, in the embodiments of the invention shown in FIG. 9-21, successfully use the same group of elements in contact with the ground, both for climbing stairs and for moving on a flat surface. In FIG. 9-18, embodiments of the structure according to the invention are shown in which a pair of wheel groups are used as elements in contact with the ground, instead of the pair of wheels used in the embodiment of the structure of FIG. 1.
На фиг. 9 представлен боковой вид варианта изобретения, в котором используется конструкция двухколесной группы. Человек 962 показан удерживаемым на сиденье 95 этого варианта конструкции. Видна правосторонняя группа 91 с парой колес 931 и 932, находящихся в радиально симметричных местах относительно оси 92 вращения группы. Также применена подобная ей левосторонняя группа. Каждая группа имеет свой собственный отдельно управляемый двигатель для движения вокруг ее оси вращения 92. Каждую пару колес (здесь 931 и 932) также приводят во вращение отдельно управляемым двигателем вокруг своей собственной оси вращения, однако колеса пары соединены для их синхронного вращения. In FIG. 9 is a side view of an embodiment of the invention in which a two-wheeled group structure is used.
На фиг. 9 можно видеть, что группа 91 расположена таким образом, что соприкасаться с землей могут оба колеса 931 и 932. Когда группа 91 (совместно с левосторонней группой) находится в таком положении, транспортное средство согласно этому варианту конструкции относительно остойчиво в продольной плоскости, за счет чего для человека 961 (показанного стоящим) обеспечивается возможность быстро принять удобное сидячее положение 962 на транспортном средстве либо, например, переместить из другого кресла человека, имеющего инвалидность. In FIG. 9 it can be seen that the
Однако группа 91 может быть повернута вокруг своей оси 92 до тех пор, пока только колесо 932 каждой группы будет находиться в соприкосновении с землей, как показано на фиг. 10. Когда группа 91 (совместно с левосторонней группой) находится в этом положении, транспортное средство имеет такую же продольную неустойчивость, которая обсуждена выше применительно к варианту конструкции согласно фиг. 1. Для приведения колес в движение, чтобы динамически обеспечить продольную остойчивость, могут быть использованы те же самые уравнения, которые обсуждались выше и по которым осуществляется управление системой. Кроме того, как показано на фиг. 9 и 10, кресло 95 может быть связано с элементами, соприкасающимися с землей, через шарнирное плечо, имеющее звенья 941 и 942, которые могут регулироваться по углу относительно друг друга и сиденья 95. Регулировки выполняют приводами от двигателей, расположенными у ступиц 945 и 946. (Такие приводы могут, например, представлять собой волновые зубчатые передачи). В результате этих регулировок (в дополнение к вращательному действию групп), между прочим, может быть изменена высота сиденья 95; можно видеть, что человек 101 может, сидя на транспортном средстве, достигать высоты, сравнимой (или даже большей) с ростом стоящего человека 961. Это желательно, поскольку люди, сидящие в кресле на колесах, обычно оказываются гораздо ниже стоящих людей. Как более подробно будет обсуждено ниже, вышеупомянутые регулировки также обеспечивают возможность регулирования продольного наклона сиденья. However, the
На фиг. 11-18 представлено использование конструкции трехколесной группы в различных режимах и в различных конфигурациях. Фиг. 11 (показывает устойчивое положение покоя) и фиг. 12 (показывает уравновешенное положение перемещения) с трехколесными группами соответствуют фиг. 9 и 10 с двухколесными группами. Каждую трехколесную группу (здесь показана правосторонняя группа 111) устанавливают с возможностью вращения и приводят в действие двигателями вокруг оси 112 с использованием раздельно управляемых двигателей. Как и в случае конструкции двухколесной группы, приведение в движение и управление колесами каждой группы выполняют раздельно, но в каждой группе они движутся синхронно. In FIG. 11-18 show the use of the tricycle design in various modes and in various configurations. FIG. 11 (shows a stable resting position) and FIG. 12 (shows a balanced position of movement) with tricycle groups correspond to FIG. 9 and 10 with two-wheeled groups. Each tricycle group (right-
Следует заметить, что хотя во многих из описанных здесь вариантов осуществления конструкции используют отдельные двигатели с индивидуальным управлением, для определенного количества функций может быть использован общий двигатель, при этом отдельное управление может быть обеспечено соответствующим сцеплением или иным силовым трансмиссионным устройством, например дифференциальным приводом. Термин "привод от двигателя", который используется в этом описании и в приведенной далее формуле изобретения, означает любое транспортное средство, которое обеспечивает механическую энергию независимо от средств создания энергии, и поэтому включает в себя двигатель, который может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим или термодинамическим (последний включает в себя двигатель внутреннего или внешнего сгорания) совместно с любым приемлемым устройством для передачи такой механической энергии, либо устройство, создающее реактивную тягу, например турбореактивный двигатель или приводимый двигателем воздушный винт. It should be noted that although many of the embodiments described here use separate motors with individual control, a common engine can be used for a certain number of functions, while separate control can be provided by an appropriate clutch or other power transmission device, for example a differential drive. The term "motor drive", which is used in this description and in the following claims, means any vehicle that provides mechanical energy regardless of the means of generating energy, and therefore includes an engine, which may be electric, hydraulic, pneumatic or thermodynamic (the latter includes an internal or external combustion engine) in conjunction with any suitable device for transferring such mechanical energy, or a device that creates tive cravings, e.g. turbojet or a motor-driven propeller.
Фиг. 13 подобна фиг. 12, однако здесь показано кресло 95, имеющее спинку 131 и сиденье 132. Угол спинки 131 относительно сиденья 132 и угол сиденья 132 относительно горизонтали могут регулироваться, поэтому, если спинка 131 имеет в общем вертикальную ориентацию, сиденье 132 может быть наклонено к вертикали, с тем чтобы обеспечить возможность для пользователя занять почти стоящее положение. FIG. 13 is similar to FIG. 12, however, a
На фиг. 14 представлен вариант осуществления конструкции, предназначенный для подъема по лестнице. Звенья 941 и 942 шарнирного плеча здесь находятся в вытянутом положении для обеспечения максимальной высоты, с тем чтобы ступни человека 101 могли миновать ступеньки 141. Подъем по лестнице выполняют посредством вращения как правой группы 111, так и левой группы (не показана) вокруг центральной оси 112 и согласующегося вращения колес. Реальные режимы и управляющие устройства для подъема по лестнице описаны ниже применительно к фиг. 27 и последующим фигурам. In FIG. 14 shows an embodiment of a structure for climbing stairs. The links of the articulated
На фиг. 15-17 представлены виды варианта осуществления конструкции, подобного варианту, показанному на фиг. 11 и 12, но в котором одно из звеньев 161 и 171 шарнирного плеча, в данном случае звено 171, фактически несет на себе сиденье 151 опорного сочетания для тела человека, которое содержит сиденье 151 и ограждение 152. Здесь ограждение 152 снабжено подголовником 155. Когда звено 171 ориентировано в почти вертикальном положении, сиденье 151 перемещается в сторону, обеспечивая возможность для человека 153 занять положение стоя с удерживанием сиденьем 151, ограждением 152 и опорой 154 для ступней. In FIG. 15-17 are views of an embodiment of a structure similar to the embodiment shown in FIG. 11 and 12, but in which one of the
На фиг. 18-20 представлен вариант осуществления конструкции, подобный варианту, показанному на фиг. 11-14, и в котором положение человека 101 по высоте может регулироваться телескопическим элементом 181, протяженность которого регулируют отдельно управляемым двигателем. Кроме того, угол поперечного наклона человека относительно оси R-R на фиг. 19 регулируют так, как показано на фиг. 18, посредством отдельно управляемого двигательного узла 191 согласно фиг. 19. Помимо этого продольный наклон кресла 181, показанного в двух разных положениях на фиг. 19 и 20, регулируют посредством отдельно управляемого двигательного узла 192. Хотя регулировки поперечного и продольного наклона здесь осуществляют посредством шарнира и привода от двигателя, каждая из этих регулировок также может быть выполнена, например, посредством четырехстержневого или иного рычажного устройства, подсоединенного к приводу от двигателя. In FIG. 18-20 show an embodiment of a structure similar to that shown in FIG. 11-14, and in which the position of the
Из фиг.21 можно видеть, что транспортное средство может быть выполнено в соответствии с настоящим изобретением без обеспечения его креслом. Пользователь стоит на платформе 211 и удерживает захват 212 на рукоятке 213, прикрепленной к платформе 211, так что транспортное средство согласно этому варианту осуществления конструкции может действовать способом, аналогичным способу действия самоката. Захват 212 обычным способом может быть оснащен действующей посредством большого пальца ручкой управления, предназначенной для управления направлением, хотя также могут быть использованы и другие способы управления. Например, вполне можно обойтись без рукоятки 213 и захвата 212, при этом платформа 211 может быть снабжена датчиком для обнаружения наклона пользователя. Действительно, как описано применительно к фиг. 5 и далее описано ниже, продольный наклон транспортного средства определяется и компенсируется в контуре управления, поэтому, если человек наклоняется вперед, транспортное средство будет перемещаться вперед, с тем чтобы сохранить остойчивость по вертикали. Соответственно передний наклон приведет к движению вперед, задний наклон приведет к движению назад. Могут быть созданы соответствующие преобразователи силы для восприятия левостороннего и правостороннего наклона, и может обеспечиваться связанное с этим управление, чтобы в результате воспринятого наклона выполнить поворот влево или вправо. Наклон также можно регистрировать посредством использования бесконтактных датчиков. Подобным же образом транспортное средство согласно этому варианту осуществления конструкции может быть оборудовано приводимым в действие ступней (или усилием) переключателем для приведения транспортного средства в действие, при этом переключатель замыкают для автоматического приведения транспортного средства в действие, когда человек стоит на платформе 211. Хотя этот вариант осуществления конструкции показан с левой и правой колесными группами 214, действующими подобно колесным группам, показанным на фиг. 13-20, транспортное средство как вариант может быть снабжено другими элементами, соприкасающимися с землей, например поперечно расположенной одинарной парой колес, действующих так, как показано на фиг. 1 (но без ног), либо левой и правой парами смежных в осевом направлении и установленных с возможностью вращения дугообразных элементов, действующих способом, подобным показанному на фиг. 22-24 и описанных ниже. From Fig.21 it can be seen that the vehicle can be made in accordance with the present invention without providing it with a seat. The user stands on the
Подъем по лестнице с использованием дугообразных элементов. Climbing stairs using arched elements.
На фиг. 22-24 представлен вариант осуществления конструкции, в котором каждый элемент, соприкасающийся с землей, реализован в виде большого количества (в данном случае пары) смежных в осевом направлении и установленных с возможностью вращения групп дугообразных элементов. Например, на фиг.22, которая в общем соответствует варианту осуществления конструкции согласно фиг. 15 с приводимыми в движение группами, правосторонний элемент, соприкасающийся с землей, реализован в виде дугообразной пары 221 и 222. Дугообразные элементы (позиции 221a-221b и 222a-222b) каждой пары 221 и 222 расположены поперечно и на противоположных концах опорной связи (позиции соответственно 221с и 222c), которая с возможностью вращения закреплена в ее средней точке. Каждую из опорных связей 221c и 222c приводят в движение двигателем, а управление ею может быть выполнено независимо от другой связи. При работе в течение обычного передвижения дугообразные элементы каждой пары действуют приблизительно как колесо. Когда, например, в течение такого передвижения дугообразный элемент 221a находится в состоянии потери соприкосновения с землей, элемент 222a поворачивается, с тем чтобы прийти в показанное положение для продолжения непрерывного качения, обеспечиваемого формой дугообразных элементов. В случае такого способа происходит фактически непрерывное движение качения транспортного средства вдоль дугообразных элементов. При этом движение каждого из дугообразных элементов вокруг оси его вращения в общем не происходит с постоянной угловой скоростью. Обычно каждая пара дугообразных элементов перемещается с большей угловой скоростью, если ни один из элементов пары не находится в соприкосновении с землей. Однако, когда один элемент пары находится в соприкосновении с землей, угловую скорость пары (а следовательно, элемента, соприкасающегося с землей) регулируют так, чтобы она согласовывалась с желаемой скоростью передвижения транспортного средства по земле, так что при желании может быть обеспечена постоянная скорость перемещения транспортного средства по земле. In FIG. 22-24, an embodiment of a construction is presented in which each element in contact with the ground is implemented in the form of a large number (in this case, a pair) of axially adjacent and rotationally arranged groups of arched elements. For example, in FIG. 22, which generally corresponds to an embodiment of the structure of FIG. 15 with driven groups, the right-hand element in contact with the ground is implemented as an
Эффект, получающийся в результате изменений угловой скорости дугообразных элементов для получения постоянной скорости движения транспортного средства по земле, заключается в наличии реактивного крутящего момента на раме, который создает тенденцию к появлению нежелательных ускорений транспортного средства. Одно из решений заключается в таком проектировании транспортного средства, чтобы реактивный крутящий момент привода от двигателя был равен и противоположен реакции дугообразных элементов, которые приводятся им в движение, что может быть выражено следующим образом:
где I - момент инерции, нижний индекс L обозначает систему дугообразных элементов, а нижний индекс R обозначает роторную систему. Это уравнение может быть переписано так:
Вместо отношения угловых ускорений может быть подставлено передаточное отношение Ng
При решении этого уравнения для Ng, что может быть выполнено посредством надлежащих сил инерции и передаточного отношения, реактивный крутящий момент будет находиться в равновесии, и транспортное средство далее будет действовать плавно.The effect resulting from changes in the angular velocity of the arcuate elements to obtain a constant vehicle speed on the ground is the presence of reactive torque on the frame, which creates a tendency for the appearance of undesirable vehicle accelerations. One solution is to design the vehicle so that the reactive torque of the drive from the engine is equal and opposite to the reaction of the arcuate elements that are driven by it, which can be expressed as follows:
where I is the moment of inertia, the subscript L denotes a system of arcuate elements, and the subscript R denotes a rotor system. This equation can be rewritten as follows:
Instead of the angular acceleration ratio, the gear ratio Ng
When solving this equation for Ng, which can be accomplished by proper inertia and gear ratios, the reactive torque will be in equilibrium, and the vehicle will continue to operate smoothly.
Предпочтительно, чтобы самая большая протяженность каждого дугообразного элемента в радиальном направлении имела в общем постоянный основной радиус кривизны, которая в общем согласуется с кривизной круга, имеющего радиус, длина которого равна величине этой протяженности. Каждый дугообразный элемент имеет переднюю часть, которая при движении транспортного средства вперед первой приближается
к земле, и заднюю часть, которая при движении транспортного средства вперед последней отходит от земли. Например, передняя часть дугообразного элемента 221a обозначена позицией 223, а задняя часть дугообразного элемента 221a обозначена позицией 224. Для обеспечения возможности последовательных дугообразных элементов плавно соприкасаться с землей по ходу движения вперед предпочтительно, чтобы радиус кривизны каждого дугообразного элемента вблизи от вершины его передней части был несколько меньше, чем основной радиус кривизны такого элемента. Подобным образом, чтобы обеспечить плавное соприкосновение последовательно идущих дугообразных элементов с землей по ходу движения назад, предпочтительно, чтобы радиус кривизны каждого дугообразного элемента вблизи от вершины задней части был несколько меньше основного радиуса кривизны такого элемента. Как вариант либо в дополнение к указанному радиус кривизны вблизи от вершины передней и задней части может быть реализован иными путями, чтобы облегчить передачу нагрузки от одного дугообразного элемента группы к последующему элементу. Может оказаться желательным, например, в некоторых вариантах осуществления конструкции, обеспечить получение радиуса кривизны у вершины, большего основного радиуса кривизны. В других вариантах осуществления конструкции вершина может быть закреплена с возможностью ее отклонения и подсоединена к отклоняющему устройству, так чтобы при приведении в действие мог быть изменен локальный радиус кривизны.Preferably, the largest length of each arcuate element in the radial direction has a generally constant main radius of curvature, which is generally consistent with the curvature of a circle having a radius whose length is equal to the magnitude of this length. Each arcuate element has a front part, which, when the vehicle moves forward, first approaches
to the ground, and the back, which, when the vehicle moves forward, the latter departs from the ground. For example, the front of the arcuate element 221a is indicated by 223, and the rear of the arcuate element 221a is indicated by 224. To allow successive arcuate elements to smoothly touch the ground along the forward direction, it is preferable that the radius of curvature of each arcuate element near the top of its front end be slightly less than the main radius of curvature of such an element. Similarly, in order to ensure smooth contact of successive arcuate elements with the ground in the direction of travel backward, it is preferable that the radius of curvature of each arcuate element near the top of the rear is slightly less than the main radius of curvature of such an element. Alternatively, or in addition to the specified radius of curvature near the top of the front and rear can be implemented in other ways to facilitate the transfer of load from one arcuate element of the group to the next element. It may be desirable, for example, in some embodiments of the construction, to provide a radius of curvature at the vertex greater than the main radius of curvature. In other embodiments of the construction, the apex can be fixed with the possibility of its deviation and connected to the deflecting device, so that when actuating, the local radius of curvature can be changed.
Следует заметить, что при желании транспортное средство согласно этому варианту осуществления конструкции может быть переведено в положение покоя посредством пересечения связей 221c и 222c под таким углом (приближающемся к π радиан), что передняя часть одного дугообразного элемента находится в соприкосновении с землей, задняя часть другого дугообразного элемента находится в соприкосновении с землей, а точки соприкосновения отстоят друг от друга. Такое положение также уменьшает общую высоту транспортного средства и обеспечивает возможность компактного хранения и компактной перевозки транспортного средства. It should be noted that, if desired, the vehicle according to this embodiment of the construction can be put into a resting position by crossing the
На фиг. 23, которая в общем соответствует варианту конструкции согласно фиг. 17 с приводимыми в движение группами, транспортное средство согласно фиг. 22 показано с человеком, стоящим на платформе 154, при этом сиденье 151 ориентировано по вертикали. In FIG. 23, which generally corresponds to the embodiment of FIG. 17 with driven groups, the vehicle of FIG. 22 shows a person standing on the
На фиг. 24 вариант конструкции согласно фиг. 22 показан применительно к подъему по лестнице. Связи перемещаются таким образом, что последовательные дугообразные элементы попадают на последовательные ступеньки лестницы. In FIG. 24, the embodiment of FIG. 22 is shown for climbing stairs. Connections are moved in such a way that successive arched elements fall on successive steps of the stairs.
Подробности выполнения групп. Details of the execution of groups.
На фиг. 25-26 приведены детали конструкции трехколесной группы применительно к вариантам согласно фиг. 18-20. Каждая группа 251a и 251b имеет свой собственный приводной двигатель 252a и 252b, которые приводят группы в движение через зубчатую передачу. Колеса каждой группы приводят в действие раздельно двигателем 253a для группы 251a и двигателем 253b для группы 251b. In FIG. 25-26 are structural details of the tricycle group as applied to the variants of FIG. 18-20. Each
Колеса внутри данной группы 251a или 251b приводятся в движение синхронно посредством двигателей 253a или 253b групп, возможно, через радиально расположенное шестеренное устройство. На боковом виде группы 251a на фиг. 26 показаны колеса 261a, 261b и 261c с взаимосвязанными с ними приводными шестернями 262a, 262b и 262c, приводимыми в движение соответствующими промежуточными шестернями 262a, 263b и 263c, которые в свою очередь приводятся ведущим зубчатым колесом 264, вращаемым валом двигателя 253a. The wheels within this
На фиг. 27 представлена блок-схема, показывающая связь между управляющими узлами, используемыми в транспортном средстве согласно варианту конструкции, представленному на фиг. 18-20. Подобная группа узлов может быть использована для любых других вариантов конструкции, которые здесь описаны. Транспортное средство приводят в действие пакетом батарей 271. Шина 279 обеспечивает связь (здесь осуществляют последовательно) между различными узлами и приведение их в действие. Систему управления транспортным средством в целом обеспечивают центральным пультом 272 с микроконтроллером. Входные сигналы от таких источников, как ручка управления и уклономер, поступающие к центральному пульту 272 с микроконтроллером, который составляет основу системы управления, обеспечивают блоком 273 интерфейса оператора, описанным ниже применительно к фиг. 29. Продольный наклон, подъем и поперечный наклон кресла 182 согласно фиг. 18 регулируют соответственно узлом 274 управления двигателем регулирования продольного наклона, узлом 275 управления двигателем регулирования высоты подъема и узлом 276 управления двигателем регулирования поперечного наклона. Управление вращением правой и левой групп осуществляют соответственно узлом 278а управления правой группы и узлом 278b управления левой группы. Управление вращением колес правой и левой групп осуществляют узлом 277а управления правыми колесами и узлом 277b управления левыми колесами. In FIG. 27 is a block diagram showing the relationship between control units used in a vehicle according to the embodiment of FIG. 18-20. A similar group of nodes can be used for any other design options that are described here. The vehicle is driven by a
Общая конструкция каждого из управляющих узлов, приведенных на фиг. 27 и используемых для установки кресла, колес и групп в определенное положение, показана на фиг. 28. Двигатель 281 получает 3-фазный ток от преобразователя энергии 282. Выход от датчика 2812, действующего на основе эффекта Холла, обеспечивает подачу информационного сигнала к преобразователю энергии 282 для управления фазами тока, подводимого к двигателю. Информационные сигналы, относящиеся к вращению вала двигателя или к положению механических систем, приводимых в действие двигателем, могут обеспечиваться одним или более из следующих устройств: потенциометром 284, тахометром 2811 или дискретным кодирующим устройством 2813. (Как вариант может быть использован сам датчик 2812, действующий на основе эффекта Холла). Эти сигналы подают к периферийной панели 283 с микроконтроллером. Кроме того, температурные выводы, взаимосвязанные с преобразователем энергии 282 и двигателем 281, создают входные сигналы для периферийной панели 283 с микроконтроллером. В свою очередь периферийная панель 283 с микроконтроллером связана с центральной панелью 272 с микроконтроллером посредством шины 279. The general construction of each of the control units shown in FIG. 27 and used to set the chair, wheels and groups to a specific position, is shown in FIG. 28. The motor 281 receives a 3-phase current from the
На фиг. 29 приведена блок-схема, дающая подробное представление о показанном на фиг. 27 блоке интерфейса 273 пользователя. Периферийная панель 291 с микроконтроллером получает сигнал от ручки управления 292, а также от уклономера 293. Уклономер создает информационные сигналы, касающиеся продольного наклона и скорости продольного наклона. (Термин "уклономер", который используют в контексте этого описания и прилагаемой формулы изобретения, означает любое устройство, создающее выходной сигнал, означающий продольный наклон или скорость продольного наклона независимо от схемы, используемой для обеспечения выходного сигнала: если в качестве выходного сигнала выдается только одна из переменных - продольный наклон или скорость продольного наклона, то другая переменная может быть получена посредством соответствующего дифференцирования или интегрирования по времени). Когда транспортное средство движется с поворотом, для обеспечения управляемого поперечного наклона транспортного средства в сторону поворота (а следовательно, для повышения устойчивости при повороте) можно также использовать второй уклономер для получения информации, касающейся поперечного наклона или скорости поперечного наклона или как вариант результирующей веса системы и центробежной силы. Желательно также обеспечить другие входные сигналы 294, например входной сигнал к периферийной панели 291 с микроконтроллером. Эти иные входные сигналы могут включать в себя сигналы, вводимые переключателями (кнопками и рукоятками) для регулирования кресла и для установления режима работы (например, режима наклона или режима равновесия, описанных ниже). Периферийная панель 291 с микроконтроллером также имеет вводы для получения сигналов от батарейного пакета 271, касающихся напряжения, тока и температуры батареи. Периферийная панель 291 с микроконтроллером посредством шины 279 связана с центральной панелью 272, имеющей микроконтроллер. In FIG. 29 is a block diagram giving a detailed view of the one shown in FIG. 27 block of the
На фиг. 30 представлена логическая схема выполнения операций, которой следует панель 272 с микроконтроллером согласно фиг. 27 в ходе выполнения одного цикла управления. При диагностических целях цикл начинают на стадии 301 проверкой наличия какого-либо входного сигнала от специалиста по техническому обслуживанию (техника). На следующей стадии, обозначенной позицией 302, производят считывание входных сигналов от оператора, создаваемых ручкой управления, переключателями, кнопками и рукоятками. Далее на стадии 303 в качестве входных сигналов считываются переменные состояния транспортного средства. После этого на стадии 3011 производят обновление отображаемой информации, выдаваемой технику (в случае диагностического использования), и далее на стадии 304 режим программы изменяют на основе входных переменных, полученных на стадии 301-303. Затем выполняют тестирование, есть ли выход программы (стадия 3041), и если определено "да", то все усилители двигателей отключают (стадия 3042), и программа заканчивается. В ином случае выполняют проверку надежности (на стадии 3043) соответствующих переменных (таких как температура, напряжение батареи и т.д.), и если получают отрицательный результат, то усилители двигателей колес и групп отключают (стадия 3044), и после этого режим программы изменяют (стадия 3055). Однако надлежащим образом выполняется несколько уровней проверок, с тем чтобы усилители двигателей отключались только после получения условий на грани сигнала тревоги. Если проверка надежности на стадии 3043 положительна или после изменения режима программы на стадии 3055 проводят последовательные расчеты для обеспечения сигнала крутящего момента группы (стадия 305), сигнала крутящего момента колес (стадия 306), сигнала скорости продольного наклона (стадия 307), сигнала скорости поперечного наклона (стадия 308) и сигнала скорости изменения высоты подъема (309). Затем результаты этих вычислений выдают в виде выходных сигналов к соответствующим средствам на стадии 3010. На стадии 3091 программа ожидает следующего хронирующего сигнала, чтобы вновь начать цикл управления. В этом варианте осуществления конструкции частота циклов управления находится в диапазоне 200-400 Гц, который обеспечивает удовлетворительную чувствительность и устойчивость. In FIG. 30 is a flow chart that follows a panel 272 with a microcontroller according to FIG. 27 during a single control cycle. For diagnostic purposes, the cycle begins at
На фиг. 31 представлены переменные, определяющие размеры конструкции групп согласно фиг. 11-26 и предположительной лестницы, в отношении которой конструкция группы может быть использована для подъема и опускания. В табл. 1 указаны переменные, используемые для обозначения тех размеров, которые показаны на фиг. 31. Термин "номинальный размер" означает типичный размер таких переменных, с которыми выполнены и функционируют варианты осуществления конструкции согласно фиг. 18-20. In FIG. 31 presents variables defining the dimensions of the structure of the groups according to FIG. 11-26 and the presumable staircase, in respect of which the design of the group can be used for lifting and lowering. In the table. 1 shows the variables used to indicate the sizes shown in FIG. 31. The term "nominal size" means a typical size of such variables with which the embodiments of the structure of FIG. 18-20.
Приведенные далее условные обозначения применяют при использовании этих переменных и тех, которые указаны ниже в табл. 2 применительно к последующему описанию. The following conventions are used when using these variables and those indicated in the table below. 2 with reference to the following description.
1. Переменные, определенные в координатах пространства, именуются с использованием одного индекса у заглавных букв. Пространственные координаты представляют собой координаты, фиксированные относительно земли (инерционные). 1. Variables defined in space coordinates are named using a single capitalized index. Spatial coordinates are coordinates fixed relative to the earth (inertial).
2. Переменные, определенные в относительных координатах, именуются с использованием двойных индексов. Индексы указывают конечные точки переменной. Порядок индексов указывает знак переменной. Например, θPC представляет собой угол между стойкой и ногой группы, когда вращение по часовой стрелке от стойки группы положительное (см. пункт 4). "Нога" группы - это линейный отрезок от центра группы до центра колеса, которое уравновешено в данный момент, "cтойка" группы - это линейный отрезок от центра массы системы до центра группы.2. Variables defined in relative coordinates are named using double indices. Indexes indicate the endpoints of a variable. The order of the indices indicates the sign of the variable. For example, θ PC represents the angle between the rack and the leg of the group when the clockwise rotation from the rack of the group is positive (see paragraph 4). The "leg" of the group is a linear segment from the center of the group to the center of the wheel that is currently balanced, the "rack" of the group is a linear segment from the center of mass of the system to the center of the group.
3. Нижние индексы используют для указания других характеристик, например левый/правый и т.д.: r = правый; I = левый: ref = база: f = конец; s = начало. 3. Subscripts are used to indicate other characteristics, for example, left / right, etc.: r = right; I = left: ref = base: f = end; s = start.
4. Все углы положительны в направлении часовой стрелки в тех случаях, когда положительное перемещение происходит в положительном направлении X. 4. All angles are positive in the clockwise direction when positive movement occurs in the positive X direction.
5. Точка над переменной обозначает дифференцирование по времени, например 
На фиг. 32 представлены переменные, относящиеся к углу и служащие для определения ориентации группы относительно транспортного средства и пространства. Эти переменные характеризуются так, как указано в табл. 2.5. A dot over a variable indicates time differentiation, for example
In FIG. 32 presents variables related to the corner and used to determine the orientation of the group relative to the vehicle and space. These variables are characterized as indicated in the table. 2.
На фиг. 33-35 представлены блок-схемы, показывающие алгоритмы управления, приемлемые для использования совместно с узлами управления, показанными на фиг. 27, для обеспечения остойчивости транспортного средства согласно варианту осуществления конструкции, показанному на фиг. 11-21, при равновесии на паре колес как в течение движения, так и в фиксированном положении. In FIG. 33-35 are flowcharts showing control algorithms suitable for use with the control nodes shown in FIG. 27, to ensure the stability of the vehicle according to the embodiment shown in FIG. 11-21, in equilibrium on a pair of wheels, both during movement and in a fixed position.
На фиг. 33 представлено устройство управления двигателями правых и левых колес (которые соответствуют позициям 252a и 252b на фиг. 25). Устройство имеет входы для сигналов 
На фиг. 33 входной сигнал направления по оси X перемещает базовую систему координат по ее оси X относительно пространственной системы координат (которая характеризует поверхность для передвижения) со скоростью, пропорциональной смещению ручки управления. Входной сигнал направления по оси Y поворачивает базовую систему координат вокруг ее оси Z с угловой скоростью, пропорциональной смещению ручки управления. Можно оценить, что движение ручки управления в положительном направлении по X здесь интерпретируют как движение вперед; движение ручки управления в отрицательном направлении по X означает обратное движение. Подобным же образом движение ручки управления в положительном направлении по Y означает поворот влево, против часовой стрелки, если смотреть сверху; движение ручки управления в отрицательном направлении по Y означает поворот вправо, по часовой стрелке, если смотреть сверху. При этом посредством блоков соответственно 3301 и 3302 зоны нечувствительности обеспечивают зону нечувствительности входных сигналов Y и X направления, чтобы расширить нейтральное положение рукоятки управления, а затем их подвергают усилению с коэффициентами K11 и K10, после чего ограничивают по скорости ограничителями соответственно 3303 и 3304, которые ограничивают соответственно угловое и линейное ускорения базовой системы координат. Сумма этих выходных сигналов, получаемая посредством сумматора 3305, становится базовой скоростью 
Сигнал ψ ошибки отклонения проходит через стандартный ПИД-контур регулирования 3316, выходной сигнал которого объединяют с выходным сигналом от сумматора 3319 команды в отношении уравновешивающего крутящего момента, с тем чтобы обеспечить команды, касающиеся крутящих моментов отдельных колес, которые позволяют колесам сохранять остойчивость в продольном направлении, а также обеспечивают расположение транспортного средства по осям и следование от начала базовой системы координат при направлении входным сигналом 3300 направления. The deviation error signal ψ passes through a standard
На фиг. 34 представлена схема устройства управления группой. Управление ориентацией групп можно осуществлять входными сигналами 3400 направления. Если желательно, то та же самая ручка управления, которую используют для обеспечения входных сигналов 3300 направления, касающихся колес, посредством отдельного выключателя может быть переключена на отдельный режим работы, чтобы обеспечить входные сигналы 3400 направления, характеризующие ориентацию групп. Способом, в общем аналогичным прохождению сигнала через сумматоры 3306 и 3305 согласно фиг. 33, в данном случае добавляются сигналы ручки управления, получаемые при ее положительном смещении в направлении X, а сигналы, получаемые при положительном смещении в направлении Y, вычитают друг из друга в сумматорах 3402 и 3401, чтобы создать сигналы скорости вращения левой и правой групп, которые после интегрирования в интеграторах соответственно 3404 и 3403 обеспечивают информацию о желательной угловой ориентации группы для сумматоров соответственно 3406 и 3405 левой и правой групп. In FIG. 34 is a diagram of a group control device. Group orientation control can be done with
При отсутствии входных сигналов 3400 направления предпочтительную ориентацию групп, обычно c θPCref = π радиан, обеспечивают по линии 3413 фиг. 34 для каждого из сумматоров 3406 и 3405 совместно с сигналами, указывающими фактическую ориентацию θPCI и θPCr групп (получают посредством прохождения сигналов угловой скорости группы от кодирующих устройств левой и правой групп через интеграторы соответственно 3412 и 3411). Поэтому выходные сигналы сумматоров 3406 и 3405 представляют собой сигналы ошибки положения соответственно левой и правой групп. Эти сигналы подают через ПИД-контуры регулирования 3408 и 3407 и ограничители 3410 и 3409 по предельным значениям для приведения в действие двигателей левой и правой групп.In the absence of directional input signals 3400, a preferred group orientation, typically with θ PCref = π radians, is provided along
На фиг. 35 представлена схема, относящаяся к фиг. 33 и показывающая устройство, посредством которого определяют переменные состояния, указывающие положение колес, продольный наклон и скорость продольного наклона для компенсации влияния поворота групп. Как указано в табл. 2, угол θ продольного наклона представляет собой реальный угол между центром массы транспортного средства и центром колеса, которое в данное время уравновешено. Угол θI, измеренный уклономером, представляет собой угол стойки по отношению к вертикали. Следовательно, реальный угол θ продольного наклона основан на θI, из которого корректирующий сигнал θIcorr вычитают сумматором 3518. Сигнал θIcorr вычисляют в сумматоре 3516 как θPC+π-θC. Сигнал θPC определяют как среднее углов θPCI и θPCr от левой и правой стойки к группе получаемых от интегрирования в интеграторах 3509 и 3510 выходных сигналов кодирующих устройств левой и правой групп; среднее получают путем использования сумматора 3511 и делителя 3512. Если допустить, что транспортное средство уравновешено, то θC может быть получен из θPC с использованием формулы
Это вычисление производят на участке 3515 θIcorr дифференцируют посредством дифференциатора 3517, чтобы обеспечить корректировку сигнала 
Подобным же образом линейные левую и правую скорости 
This calculation is performed at a
Similarly linear left and right speeds
На фиг. 36 и 37 представлены блок-схемы, на которых приведены алгоритмы управления, приемлемые для использования совместно с узлами управления, показанными на фиг. 27, с тем чтобы обеспечить возможность для транспортного средства согласно вариантам конструкции, приведенным на фиг. 11-21, осуществлять подъем по лестнице и преодоление препятствия в соответствии с первым вариантом обеспечения движения на подъем. В этом варианте конструкции группы приведены в режим наклона, при котором они повернуты для попытки сохранить равновесие в общем тем же самым способом, который используют при обычном уравновешивании посредством вращения колес, как показано на фиг. 33. Используют те же самые основные уравнения. На фиг. 36 сумматор 3601 создает корректировочные сигналы для приведения в движение левой и правой групп, получаемые, между прочим, от уклономера 3602, который создает сигналы 
Выходы кодирующих устройств левой и правой групп обеспечивают входные сигналы 
Когда группы находятся в режиме наклона, колеса находятся в подчиненном режиме, в котором колеса приводятся во вращение в зависимости от поворота групп. Это показано на фиг. 37, где θPC, полученный в качестве сигнала на выходе делителя 3610, показанного на фиг. 36, умножается на постоянную величину - коэффициент подъема в усилительном звене 3701 с получением θPWref, cигнала, который направляется на сумматоры 3703 и 3702 для управления двигателями левого и правого колес посредством контуров 3705 и 3704 ПИД-регулирования и ограничителей 3707 и 3706 соответственно. Сопоставление фиг. 34 и 37 показывает, что управление колесами осуществляется в зависимости от работы групп согласно фиг. 37 таким же образом, каким управление группами подстраивается под входной сигнал вертикальной (π радиан) ориентации согласно фиг. 34. Каждый из представленных на фиг. 37 сумматоров 3703 и 3702 имеет по два других входа. Один вход служит для отслеживания результатов введения команд 3714 управления направлением движения посредством ручки управления, в результате чего формируются аналогично схеме обработки сигналов, показанной на фиг. 37, через сумматоры 3709 и 3708 и интеграторы 3711 и 3710 управляющие сигналы на двигатели левого и правого колес, поступающие в сумматоры 3703 и 3702 соответственно. Другой вход служит для отслеживания последствий вращения колес, поэтому сигналы θPWI и θPWr, полученные после прохождения сигналов кодирующих устройств левого и правого колес через интеграторы 3713 и 3712, также вычитаются сумматорами 3703 и 3702.When the groups are in tilt mode, the wheels are in a slave mode in which the wheels are driven in rotation depending on the rotation of the groups. This is shown in FIG. 37, where θ PC obtained as a signal at the output of the
Использование режима наклона позволяет получать мощный и устойчивый способ обеспечения подъема поверх препятствий. Коэффициент подъема определяют посредством множительного устройства, выбираемого для усиления 3701 на фиг. 37. Как только он определен (параметр, который может быть выбран вручную или автоматически, определяют после измерения препятствия с использованием соответствующих пространственных датчиков либо определяют эмпирически в целом или частично на основе самих переменных состояния), транспортное средство может преодолеть препятствие путем наклона пользователя или обеспечения наклона транспортного средства в желаемое положение. Группы вращаются для сохранения равновесия в то самое время, когда они с колесами поворачиваются поверх препятствий. Когда транспортное средство не сталкивается с препятствием, оно может желаемым образом быть приведено в действие в режиме равновесия согласно фиг. 33 и 34, при этом группы приводятся к π радиан, а колеса поддерживают равновесие и осуществляют желаемое передвижение. Using the tilt mode allows you to get a powerful and stable way to ensure lifting over obstacles. The lift coefficient is determined by a multiplier selected for gain 3701 in FIG. 37. Once it is determined (a parameter that can be manually or automatically selected, determined after measuring the obstacle using the appropriate spatial sensors or determined empirically in whole or in part based on the state variables themselves), the vehicle can overcome the obstacle by tilting the user or providing tilt the vehicle to the desired position. The groups rotate to maintain balance at the same time that they are turning with wheels over obstacles. When the vehicle does not collide with an obstacle, it can, as desired, be actuated in equilibrium according to FIG. 33 and 34, while the groups are reduced to π radians, and the wheels maintain equilibrium and carry out the desired movement.
Переход между режимом равновесия колес и режимом наклона групп представляет собой вопрос, требующий определенного внимания. На фиг. 38 представлена блок-схема состояния транспортного средства в применении к варианту осуществления конструкции согласно фиг. 33-37 в режимах простоя, наклона и равновесия. Изменение состояния в общем не будет происходить, пока не будет определено, что (θPC-π)mod(2π/3) = 0. Это момент, при котором центр массы находится приблизительно над парой, соприкасающейся с землей, причем такое состояние называют "переходом через ноль" как в этом описании, так и в приведенной далее формуле изобретения. При переходе через ноль группа находится, например, в таком положении, что она может быть приведена в положение θPC = π способом согласно фиг. 34. После начала в блоке 3801 начальным состоянием транспортного средства является "к состоянию простоя" 3802, из которого оно переходит в состояние 3803 "простоя" и остается в нем, пока переключатель Ход/Простой не будет перемещен в положение "ход". Как только он переключен в это положение, транспортное средство входит в состояние 3804 "из простоя". Поскольку ни на одной из групп нет абсолютной базы, мы полагаем, что транспортное средство в состоянии "из простоя" 3804 находится на плоской, ровной площадке, которая обеспечивает абсолютную базу. Все перемещения групп определяют устройствами кодирования приращения относительно этой базы. В этот момент или в какой-либо более поздний момент, если переключатель ход/простой перемещают обратно в положение "простой", то на пути 3812 происходит возврат в состояние 3802 "к простою". В ином случае имеет место состояние 3805 "ожидание", в котором транспортное средство остается, пока не будет определено, что θ = 0, после чего имеет место состояние 3806 "в наклон". Затем состояние "в наклон" переходит в состояние "наклон" 3807 и остается в нем, пока не будет передвинут переключатель. Если после этого переключатель состояния "наклон/равновесие" перемещен в положение "равновесие" и если группы находятся на переходе через ноль, то происходит последовательный переход в состояние 3808 "из наклона", состояние 3809 "в равновесие" и, наконец, в состояние 3810 "равновесие". Если переключатель "наклон/равновесие" переключен в положение "наклон", то происходит переход к состоянию 4811 "из равновесия" обратно в состояние 3806 "в наклон". Состояние "ожидание" обеспечивает возможность плавного пуска двигателей колес и групп. Без этого управляющий контур немедленно попытался бы скорректировать потенциально большой сигнал ошибки от уклономера. Посредством пуска при переходе через ноль этого можно избежать. Дополнительный способ контроля θ и требование, чтобы эта величина при переходе через ноль была ниже определенного порога, обеспечивает даже более плавный пуск.The transition between the wheel balance mode and the tilt mode of the groups is a matter requiring some attention. In FIG. 38 is a state block diagram of a vehicle as applied to the embodiment of the structure of FIG. 33-37 in idle, tilt and balance modes. In general, a state change will not occur until it is determined that (θ PC -π) mod (2π / 3) = 0. This is the moment at which the center of mass is located above a pair in contact with the ground, and this condition is called " transition through zero "both in this description and in the following claims. When crossing through zero, the group is, for example, in such a position that it can be brought into position θ PC = π by the method according to FIG. 34. After the start in
На фиг. 39A-B, 40A-B, 41A-B и 42A-C представлена последовательность схемы управления, обеспечивающая возможность для транспортного средства согласно вариантам конструкции, показанным на фиг. 11-21, выполнять подъем по лестнице в соответствии со вторым вариантом. В этом варианте предполагаются четыре основных цикла выполнения операции: пуск, начало переустановки угла, перенос веса, подъем. Этот вариант, между прочим, может быть надлежащим образом осуществлен в управляющем устройстве согласно фиг. 27. Блок-схемы, показывающие алгоритмы управления для обеспечения этих последовательных четырех циклов, представлены на фиг. 43 (пуск), 44 (перенос веса) и 45 (подъем). В цикле "начало переустановки угла" не предполагается какое-либо движение, поэтому для него алгоритм управления не показан. На фиг. 39A и 39B представлена ориентация группы в цикле "пуск". При этом цикле группа перемещается из своего обычного положения равновесия на двух колесах (фиг. 39A) в положение (фиг. 39B), в котором первая пара колес (по одному из каждой группы) находится на первом уровне, а вторая пара колес каждой группы находится на следующей ступеньке. Значения углов, используемые в этом описании применительно к фиг. с 39A по 42C, - это значения, получаемые при использовании номинальных размеров ступеньки и колес групп, приведенных в табл. 1. При цикле "пуск" и алгоритме, показанном на фиг. 43, обеспечивается подача входного сигнала в виде θCref, как функции времени к блоку 4301 групп; функция плавно изменяется от начального до конечного значения. Как вариант подобным же образом может быть создан входной сигнал в виде θPCref. Здесь входной сигнал θCref пропускают через процессор 4302 для вычисления значения
Эту величину совместно с самим значением θCref и π выдают в виде входного сигнала сумматора 4303, который производит вычисление
и выдает эту величину θPCref в виде входного сигнала блока 4301 группы. Блок 4301 группы выполнен так, как показано на фиг. 34, за исключением того, что θPCref больше, но фиксируют при π, а изменяют так, как только что было описано. Уравновешивающий блок 4304 выполнен так, как показано на фиг. 33, однако коэффициенты усиления K10 и K11 ручки управления настроены на 0. Сумматор 4305 обеспечивает корректировку продольного наклона, считываемого уклономером, таким же способом, который описан выше применительно к фиг. 35, при этом выходной сигнал сумматора 4305 дифференцируют дифференциатором 4306 для выполнения корректировки 
This value, together with the value of θ Cref and π, is given in the form of an input signal of the
and provides this value θ PCref as an input to the
На фиг. 40A и 40B представлена ориентация группы при цикле "начало переустановки угла". На этой стадии система с целью измерения переменных состояния изменяет обозначение "ноги" (упомянутой в пункте 2 условных обозначений, обсужденных после табл. 1) с той, которая связана с нижним колесом, на ту, которая связана с колесом на следующей ступеньке. В результате, поскольку в группе находится три колеса, а общее угловое расстояние вокруг центра группы составляет 2π радиан, на этой стадии добавляют 2π/3 радиан к θPC и вычитают 2π/3 радиан из θC. С этой стадией движение не связано.In FIG. 40A and 40B show the orientation of the group in a “start angle reset” cycle. At this stage, the system, for the purpose of measuring state variables, changes the designation of the “legs” (mentioned in
На фиг. 41A и 41B представлена ориентация группы в цикле "перенос веса". При этом цикле вес транспортного средства и пользователя переносят с колеса, находящегося на нижней ступеньке, на колесо, находящееся на верхней ступеньке. Здесь этот цикл выполняют как заранее программируемую операцию, основанную на известной геометрии лестницы и группы. В течение
этого цикла значение θC не изменяется. Величина θPC должна быть изменена, чтобы отражать новое местоположение центра массы транспортного средства. Чтобы получить этот результат, входной сигнал θPCref как функцию времени выдают по линии 3413 к блоку групп, показанному на фиг. 34, и к блоку колес, показанному на фиг. 44. Поскольку этот цикл программируется, блок подъема согласно фиг. 45 и блок равновесия колес согласно фиг. 33 не задействуют. На фиг. 44 входной сигнал θPCref проходит через делитель 441, после чего его выдают к сумматорам 443 и 442, которые выдают управляющие сигналы через ПИД-контуры регулирования 445 и 444 и ограничители 447 и 446 по предельному значению соответственно к двигателям левых и правых колес. Сумматоры 443 и 442 также производят вычитание значений θWI и θWr, полученных путем прохождения информации об угловой скорости от кодирующих устройств левого и правого колес через интеграторы соответственно 448 и 449.In FIG. 41A and 41B show the orientation of the group in a weight transfer cycle. In this cycle, the weight of the vehicle and the user is transferred from the wheel located on the lower step to the wheel located on the upper step. Here, this cycle is performed as a pre-programmed operation based on the known geometry of the stairs and the group. During
of this cycle, the value of θ C does not change. The value of θ PC must be changed to reflect the new location of the center of mass of the vehicle. To obtain this result, the input signal θ PCref as a function of time is output via
На фиг. 42A, 42B и 42C представлена ориентация группы в течение цикла "подъем". При этом цикле колесо транспортного средства поворачивается в переднем направлении к последующему подъему ступеньки лестницы с одновременным поворотом группы в положение последующего уравновешивания колеса на последующей ступеньке лестницы. Поворот θC группы пропорционален расстоянию, проходимому колесом на ступеньке лестницы. На этой стадии отсутствует базовый входной сигнал положения. Пользователь наклоняется или подтягивается по перилам, чтобы вызвать перемещение транспортного средства вперед. В результате обратной связи от θW к θC по пути 451 согласно фиг. 45 происходит автоматическое вращение группы. В начале цикла подъема x установлен на 0. В случае этого цикла алгоритм управления должен контролировать θC или θPC и переход к циклу "перенос веса", когда этот угол достигает своего конечного значения. На последней ступеньке вместо остановки на конечных углах, показанных на фиг. 42C, процесс должен быть остановлен при θC = 0 или θPC = π. После этого транспортное средство должно возвратиться к нормальному режиму равновесия. Блок 453 равновесия и блок 452 группы описаны выше применительно соответственно к фиг. 33 и 34. Получение входных сигналов 
которая обеспечивает надлежащую величину поворота группы по отношению к повороту колеса с учетом геометрии ступицы и выдается в виде входного сигнала к сумматору 457 совместно с начальным значением θC, а именно θCst. Выходным сигналом сумматора 457 является θCref.
Хотя на фиг. 33-45 показаны аналогичные алгоритмы управления, их выполняют в виде определенного количества вариантов с использованием микропроцессорного программируемого цифрового управления. Однако в объеме настоящего изобретения в целом используют прямое аналоговое управление, а также сочетание аналогового и цифрового управления. Аналоговое управление успешно осуществляют, например, в вариантах транспортного средства согласно фиг. 21 с использованием вместо групп пары поперечно расположенных колес.In FIG. 42A, 42B, and 42C show the orientation of the group during the climb cycle. In this cycle, the vehicle wheel rotates in the forward direction to the subsequent rise of the step of the ladder with the simultaneous rotation of the group in the position of the subsequent balancing of the wheel on the next step of the ladder. The rotation θ C of the group is proportional to the distance traveled by the wheel on the step of the ladder. At this stage, the basic position input signal is missing. The user tilts or pulls along the railing to cause the vehicle to move forward. As a result of feedback from θ W to θ C along
which provides the appropriate amount of rotation of the group relative to the rotation of the wheel, taking into account the geometry of the hub and is issued as an input signal to the
Although in FIG. 33-45 similar control algorithms are shown, they are performed in the form of a certain number of options using microprocessor-based programmable digital control. However, in the scope of the present invention, direct analog control is generally used, as well as a combination of analog and digital control. Analog control is successfully carried out, for example, in the vehicle variants of FIG. 21 using instead of groups a pair of transversely spaced wheels.
Ограничение скорости. Speed Limit.
Еще в одном варианте любой из представленных выше вариантов конструкции транспортного средства согласно настоящему изобретению может быть выполнен с ограничением скорости для сохранения равновесия и управления, которые могут быть потеряны, если колеса (или дугообразные элементы) могли бы достигнуть максимальной скорости, с которой они могли бы быть приведены в движение в данный момент. In yet another embodiment, any of the above vehicle designs of the present invention may be speed limited to maintain balance and control that could be lost if the wheels (or curved elements) could reach the maximum speed at which they could be set in motion at the moment.
Ограничение скорости осуществляют посредством обратного продольного наклона транспортного средства в направлении, противоположном текущему направлению перемещения, что вызывает замедление транспортного средства. В этом варианте обратный наклон транспортного средства выполняют добавлением изменения продольного наклона к величине продольного наклона на уклономере. Ограничение скорости происходит в любом случае, когда скорость транспортного средства превышает пороговое значение, которое определяет предел скорости транспортного средства. Изменение продольного наклона определяют из рассмотрения разности между скоростью транспортного средства и определенным пределом скорости, интегрируемой по времени. Цикл изменения продольного наклона сохраняют до тех пор, пока не произойдет замедление транспортного средства и падение скорости до желаемого значения (скорости, которая несколько ниже скоростного предела), после чего угол продольного наклона плавно возвращают к его первоначальной величине. The speed limit is carried out by reverse longitudinal inclination of the vehicle in a direction opposite to the current direction of movement, which causes the vehicle to slow down. In this embodiment, the vehicle is tilted backward by adding a change in the longitudinal tilt to the longitudinal tilt on the inclinometer. Speed limit occurs in any case when the vehicle speed exceeds a threshold value that defines the vehicle speed limit. The change in the longitudinal slope is determined from consideration of the difference between the speed of the vehicle and a certain limit of speed integrated over time. The cycle of changing the longitudinal inclination is maintained until the vehicle slows down and the speed drops to the desired value (speed, which is somewhat lower than the speed limit), after which the longitudinal inclination angle smoothly returns to its original value.
Одним из способов определения предела скорости транспортного средства является контроль напряжения батареи, который затем используют для оценки максимальной скорости, которую транспортное средство может сохранять в данный момент. Другой способ заключается в измерении напряжения батареи и двигателя и контроле их разности; разность обеспечивает возможность оценки величины граничной скорости, достигаемой транспортным средством в данный момент. One way to determine the vehicle’s speed limit is to monitor the battery voltage, which is then used to estimate the maximum speed that the vehicle can currently maintain. Another way is to measure the voltage of the battery and the motor and control their difference; the difference provides an opportunity to estimate the magnitude of the marginal speed achieved by the vehicle at the moment.
Использование датчиков при подъеме по лестнице. Use of sensors when climbing stairs.
Как описано выше применительно к фиг. 37, подъем по лестнице и преодоление других препятствий могут быть выполнены посредством использования режима наклона, при этом коэффициент подъема может быть выбран вручную или автоматически. В этом разделе описано, как еще в одном варианте могут быть использованы датчики для обеспечения автоматического регулирования коэффициента подъема. В режиме наклона группы являются "главными", а колеса "подчиненными". Коэффициент подъема выражает отношение между поворотом группы и поворотом колес. Например:
i) коэффициент подъема, равный нулю, означает, что колеса вообще не перемещаются при перемещении групп;
ii) коэффициент подъема, равный 0,25, означает, что за каждый оборот группы колесо совершает 1/4 оборота в том же направлении, что и направление группы;
iil) коэффициент подъема, равный -0,5, означает, что за каждый оборот группы колесо совершает 1/2 оборота в направлении, противоположном направлению группы.As described above with respect to FIG. 37, climbing stairs and overcoming other obstacles can be accomplished by using the tilt mode, and the climbing coefficient can be selected manually or automatically. This section describes how, in yet another embodiment, sensors can be used to provide automatic control of the lift factor. In the tilt mode, the groups are “main” and the wheels are “subordinate”. The lift coefficient expresses the relationship between the rotation of the group and the rotation of the wheels. For instance:
(i) A lifting factor of zero means that the wheels do not move at all when moving groups;
ii) a lifting factor of 0.25 means that for each revolution of the group, the wheel makes 1/4 revolution in the same direction as the direction of the group;
iil) a lift coefficient of -0.5 means that for each revolution of the group, the wheel makes 1/2 revolution in the direction opposite to the direction of the group.
Если теперь обратиться к фиг. 46 и 47, то на них показано, что транспортное средство имеет такое устройство, как кресло 461, служащее для удерживания человека. Кресло 461 взаимосвязано с модулем, соприкасающимся с землей, который выполнен в виде пары групп 462, каждую из которых приводят в движение двигателем и каждая из которых имеет большое количество (здесь три) колес 463. Набор колес каждой группы также приводят в движение двигателем. В этом случае группы 462 связаны трубой, в которую могут быть помещены двигатели групп. Группы 462 представляют собой часть агрегата, включающего в себя кресло 461, которое крепят к трубе групп посредством бедренного и икроножного соединений соответственно 466 и 464, приводимых в действие двигателем тазобедренного и коленного соединений соответственно 467 и 465. Приводы бедра, колена и группы действуют согласованно для обеспечения изменения высоты сиденья 461. Следует заметить, что в этом случае привод группы действует как голеностопный сустав, поскольку он поворачивает икроножную часть вокруг группы. Ориентацию группы сохраняют посредством алгоритма уравновешивания. Транспортное средство согласно этому варианту осуществления конструкции обеспечено датчиком А, направленным вперед по пути 468 и установленным как раз над трубой группы достаточно далеко над уровнем земли, с тем чтобы воспринимать подъемную часть ступеньки лестницы 460, по которой должен осуществляться подъем (следует заметить, что если пройден край, то подъемная часть восприниматься не будет). Датчик А используют только при подъеме по лестнице. Транспортное средство согласно этому варианту осуществления конструкции также оснащено датчиком B, направленным вниз по пути 469 и крепящимся к трубе групп. Он воспринимает расстояние от своей поверхности до находящейся внизу земли. Датчик помещен перед трубой достаточно высоко над уровнем земли для восприятия ширины ступеньки, которая должна быть пройдена. Датчики A и B могут представлять собой датчики любого типа, известного в этой отрасли для определения расстояния, включая ультразвуковые датчики. Referring now to FIG. 46 and 47, they show that the vehicle has a device such as a
Как показано на фиг. 47, когда транспортное средство опускается по лестнице, датчик В воспринимает конец ступеньки, на которой устройство находится в данный момент, посредством обнаружения изменения высоты. Датчик C крепят к ножной опоре кресла 461, при этом он направлен вниз по пути 471. Он воспринимает расстояние от своей поверхности до находящейся внизу земли. Этот датчик используют только при спуске. Он помещен достаточно высоко над землей и достаточно далеко перед трубой групп, с тем чтобы можно было видеть край опорной площадки при подготовке к спуску. As shown in FIG. 47, when the vehicle descends the stairs, the sensor B senses the end of the step on which the device is currently located by detecting a change in height. The sensor C is attached to the foot support of the
В этом варианте осуществления конструкции для подъема по лестнице оператор транспортного средства подает команду "подъем" посредством имеющегося у него интерфейса, при этом транспортное средство находится в режиме равновесия. После этого сиденье автоматически поднимается на всю высоту, посредством чего ступни оператора могут миновать находящиеся перед ним ступеньки. После этого транспортное средство подводят к лестнице. Когда датчик В обнаруживает ступеньку (как изменение расстояния от датчика до земли), транспортное средство входит в режим наклона, который вызывает его "падение" на первую ступеньку (два колеса на нижней опорной площадке, два на первой ступеньке). Как только транспортное средство вошло в режим наклона, центр тяжести автоматически смещается вперед. Это смещение облегчает наклон оператора вперед. Оператор наклоняется вперед, создавая рассогласование по углу продольного наклона. В результате алгоритм уравновешивания групп прилагает крутящий момент к двигателям групп. Этот крутящий момент поворачивает группы и вызывает подъем устройства по лестнице. In this embodiment of the structure for climbing stairs, the operator of the vehicle issues a “climb” command via his interface, while the vehicle is in equilibrium. After that, the seat automatically rises to its full height, whereby the operator's feet can pass the steps in front of him. After that, the vehicle is led to the stairs. When the sensor B detects a step (as a change in the distance from the sensor to the ground), the vehicle enters the tilt mode, which causes it to “fall” to the first step (two wheels on the lower supporting platform, two on the first step). As soon as the vehicle enters tilt mode, the center of gravity automatically shifts forward. This shift makes it easier to tilt the operator forward. The operator leans forward, creating a mismatch in the angle of longitudinal inclination. As a result, the group balancing algorithm applies torque to the group engines. This torque rotates the groups and causes the device to climb stairs.
Алгоритм используют для динамического регулирования коэффициента подъема в момент перехода с четырех колес на двух ступеньках на два колеса на одной ступеньке. Этот момент определяют не датчиком, а рассмотрением достоверности приведенной ниже информации:
i) было указано, что транспортное средство должно совершать подъем;
ii) произведено смещение;
ill) группы совершили 2/3 оборота после последней регулировки коэффициента подъема;
iv) положение группы находится в определенном окне;
v) команда в отношении крутящего момента групп предполагала величину, меньшую определенного порога, а производная команды была отрицательной (соответствует посадке колес на ступеньку):
vi) команда в отношении крутящего момента групп предполагает величину, большую определенного порога, а производная команды положительна (соответствует отрыву колес от ступеньки).The algorithm is used to dynamically control the lift coefficient at the moment of transition from four wheels on two steps to two wheels on one step. This moment is determined not by the sensor, but by considering the reliability of the information below:
(i) It was indicated that the vehicle must be hoisting;
ii) an offset has been made;
ill) the groups made 2/3 turns after the last adjustment of the lift coefficient;
iv) the position of the group is in a specific window;
v) the team in relation to the torque of the groups assumed a value less than a certain threshold, and the derivative of the team was negative (corresponds to the landing of the wheels on the step):
vi) the team regarding the torque of the groups implies a value greater than a certain threshold, and the derivative of the team is positive (corresponds to the separation of the wheels from the step).
В указанный выше момент алгоритм использует датчик А для определения расстояния до следующей ступеньки, которое фактически будет составлять 2π/3 оборота группы, чтобы добраться до следующей ступеньки, и радиус колеса, чтобы вычислить коэффициент подъема. Если датчик А считывает нахождение вне диапазона (отсутствует подъем ступеньки, обеспечивающий шаг на опорную площадку) либо расстояние находится за определенной пороговой величиной (слишком далеко до подъема ступеньки, так что вначале необходимо войти в режим равновесия), то выясняется, что это последняя ступенька; после этого управление осуществляют с целью обработки данных, относящихся к последней ступеньке. Этот процесс повторяют для каждой последовательно идущей ступеньки и вплоть до последней ступеньки. At the above moment, the algorithm uses sensor A to determine the distance to the next step, which will actually be 2π / 3 of the group’s turn to get to the next step, and the radius of the wheel to calculate the lift coefficient. If the sensor A reads out of range (there is no step rise that provides a step to the support platform) or the distance is beyond a certain threshold value (too far to step rise, so you must first enter the equilibrium mode), then it turns out that this is the last step; after that, control is carried out in order to process data related to the last step. This process is repeated for each successive step and up to the last step.
На последней ступеньке сила тяжести смещается обратно к центру и высота понижается. Хотя при этом труднее выполнить опирание на последнюю ступеньку, транспортное средство, как только оно обопрется о поверхность, станет более остойчивым. Выбирают большой коэффициент подъема, чтобы надлежащим образом подтолкнуть транспортное средство для приземления и перехода в режим равновесия. Оператор вновь наклоняется вперед. Когда обнаруживается, что имеет место переход через ноль (определен выше применительно к фиг. 38), транспортное средство переключают на режим равновесия. Теперь оно уравновешено на верхней опорной площадке посредством использования своих колес. At the last step, gravity shifts back to the center and the height decreases. Although it is more difficult to lean on the last rung, the vehicle will become more stable as soon as it rests on the surface. High lift ratios are selected to properly propel the vehicle to land and enter equilibrium. The operator leans forward again. When it is detected that there is a transition through zero (defined above with reference to FIG. 38), the vehicle is switched to the equilibrium mode. Now it is balanced on the upper supporting platform by using its wheels.
Опускание выполняют способом, аналогичным способу подъема. Находясь в режиме равновесия, оператор посредством интерфейса дает команду "спуск". Сиденье автоматически спускают на минимальную высоту (если оно уже не находится здесь). Это главным образом делается для того, чтобы повысить у оператора чувство безопасности. Датчик C находится довольно далеко от передней части колес, поэтому нет необходимости в расположении транспортного средства весьма близко к краю лестницы, когда оно находится в режиме равновесия. Поскольку транспортное средство будет находиться далеко от края, когда происходит ввод в режим наклона, коэффициент подъема настраивают на довольно большую величину. Этим обеспечивают возможность достижения транспортным средством края ступеньки, как только осуществлен ввод в режим наклона. Когда датчик C обнаруживает ступеньку (как изменение расстояния до земли), транспортное средство входит в режим наклона. Как только установлен режим наклона, центр тяжести смещается назад. Это смещение облегчает возможность наклона оператора назад для управления спуском. Для спуска оператор вначале наклоняется вперед, чтобы создать рассогласование по углу продольного наклона, заставляющее транспортное средство опускаться по лестнице. Приблизительно на половине пути по ходу поворота оператор должен слегка отклониться назад, чтобы замедлить спуск на следующую ступеньку. Коэффициент подъема регулируют посредством обращенного вниз датчика B, с тем чтобы воспринимать конец ступеньки, на которой колесо находится в данный момент. Если край не обнаружен (положительный сигнал команды для группы, коэффициент подъема отрицательный или номинальный и показания датчика В находятся ниже определенной пороговой величины) коэффициент подъема настраивают до значительной положительной величины. Большой положительный коэффициент подъема вызывает относительно быстрое вращение колес, так что транспортное средство быстро достигает края данной ступеньки. Однако такое действие, обеспечивающее большой положительный коэффициент подъема, будет откорректировано, если заставляет транспортное средство слишком быстро подойти к краю:
i) коэффициент подъема настраивают на номинальное положительное значение, когда датчик B обнаруживает край (расстояние больше определенной пороговой величины и коэффициент подъема положителен). Как только установлена эта величина, она достаточна для того, чтобы транспортное средство заняло надлежащее положение;
ii) коэффициент подъема настраивают на небольшую отрицательную величину, если определено, что транспортное средство находится весьма близко к краю (сигнал групп положителен, коэффициент подъема имеет отрицательную или номинальную величину, а показания датчика B находятся выше определенной пороговой величины). Отрицательный коэффициент подъема приводит к обратному повороту колес при вращении групп, что позволяет с обеспечением безопасности удерживать транспортное средство на данной ступеньке.Lowering is performed in a manner analogous to the lifting method. Being in equilibrium, the operator through the interface gives the command "descent". The seat is automatically lowered to the minimum height (if it is not already here). This is mainly done in order to increase the operator’s sense of security. Sensor C is quite far from the front of the wheels, so there is no need to locate the vehicle very close to the edge of the stairs when it is in equilibrium. Since the vehicle will be far from the edge when entering the tilt mode, the lift coefficient is adjusted to a rather large amount. This makes it possible for the vehicle to reach the edge of the staircase as soon as the tilting mode is entered. When sensor C detects a step (as a change in distance to the ground), the vehicle enters tilt mode. Once the tilt mode is set, the center of gravity shifts back. This shift makes it easier to tilt the operator back to control the descent. For descent, the operator first leans forward to create a mismatch in the longitudinal angle, forcing the vehicle to descend the stairs. Approximately halfway along the turn, the operator should lean back slightly to slow down to the next step. The lift coefficient is controlled by the downward-facing sensor B in order to sense the end of the step on which the wheel is currently located. If the edge is not detected (a positive command signal for the group, the rise coefficient is negative or nominal, and the sensor B readings are below a certain threshold value), the rise coefficient is adjusted to a significant positive value. A large positive lift coefficient causes the wheels to rotate relatively quickly, so that the vehicle quickly reaches the edge of the step. However, this action, which provides a large positive lift coefficient, will be corrected if it makes the vehicle approach the edge too quickly:
i) the lift coefficient is adjusted to the nominal positive value when the sensor B detects an edge (the distance is greater than a certain threshold value and the lift coefficient is positive). Once this value is set, it is sufficient to ensure that the vehicle is in the proper position;
ii) the lift coefficient is adjusted to a small negative value if it is determined that the vehicle is very close to the edge (the signal of the groups is positive, the lift coefficient is negative or nominal, and the sensor B readings are above a certain threshold value). A negative lift coefficient leads to a reverse rotation of the wheels during rotation of the groups, which allows to keep the vehicle at this step with safety.
Характер спуска повторяется для каждой ступеньки. Как только транспортное средство достигает опорной поверхности на нижней части лестницы, оба датчика B и C больше не обнаруживают ступеньки (данные, считываемые датчиком, ниже определенных пороговых значений). Когда это происходит, транспортное средство переходит в режим равновесия. The nature of the descent is repeated for each step. As soon as the vehicle reaches the abutment surface at the bottom of the stairs, both sensors B and C no longer detect steps (the data read by the sensor is below certain thresholds). When this happens, the vehicle enters equilibrium mode.
Переходы режимов. Transitions of modes.
Хотя переходы между режимом наклона и режимом равновесия транспортного средства согласно фиг. 46 и 47 могут выполняться так, как описано применительно к фиг. 38, еще в одном варианте осуществления конструкции транспортного средства согласно настоящему изобретению переход между режимами может быть выполнен на более активной и непрерывной основе. В этом варианте конструкции используют соединения 465 и 467 для управления высотой сиденья 461 и, в частности, соединение 467 для управления наклоном сиденья 461. В режиме наклона транспортное средство имеет четыре колеса на земле (по два на земле от каждой группы), так что оно может взбираться по лестнице и перемещаться через препятствия. Выход двигателя группы регулируют в соответствии с продольным наклоном по данным уклономера и скоростью продольного наклона, а также скоростью кодирующего устройства группы. Переход к режиму равновесия происходит тогда, когда нажат переключатель наклон/равновесие. Although the transitions between the tilt mode and the equilibrium mode of the vehicle according to FIG. 46 and 47 may be performed as described with reference to FIG. 38, in yet another embodiment of a vehicle structure according to the present invention, the transition between modes can be made on a more active and continuous basis. In this embodiment,
При переходе к режиму равновесия центр тяжести смещается по соприкасающемуся с землей переднему колесу каждой группы. Чтобы выполнить это, посредством постепенного увеличения отклонения, добавляемого к данным уклономера, создают искусственное рассогласование по продольному наклону. Такое искусственное рассогласование по продольному наклону приводит к тому, что алгоритм равновесия групп обеспечивает приложение крутящего момента к двигателям групп, вызывая их вращение. Этот крутящий момент подает сиденье вперед, перемещая его над передними колесами пропорционально искусственному рассогласованию по продольному наклону. (Одновременно то же самое отклонение может быть использовано новым желаемым положением наклона сиденья, определяемым соединением 467 согласно фиг. 46, при этом удерживая сиденье на определенном уровне). Upon transition to the equilibrium mode, the center of gravity shifts along the front wheel of each group in contact with the ground. To accomplish this, by gradually increasing the deviation added to the inclinometer data, an artificial longitudinal mismatch is created. Such an artificial mismatch along the longitudinal slope leads to the fact that the group equilibrium algorithm provides the application of torque to the engines of the groups, causing their rotation. This torque feeds the seat forward, moving it above the front wheels in proportion to the artificial longitudinal mismatch. (At the same time, the same deviation can be used by the new desired seat tilt position defined by
Когда группа находится в положении, превышающем заданный угол перехода группы (который может основываться на величине смещения центра тяжести), скорость перехода группы приводится к скорости, с которой группа перемещается в данное время, и обеспечивается вход в режим равновесия. When the group is in a position that exceeds a predetermined angle of transition of the group (which can be based on the magnitude of the displacement of the center of gravity), the transition speed of the group is reduced to the speed with which the group moves at a given time and the equilibrium mode is entered.
В то время, когда происходит вход в режим равновесия, группы поворачиваются лишь частично, при этом задняя пара колес обычно находится примерно на высоте 25 см над землей. При входе в режим равновесия каждая группа должна быть повернута из ее текущего положения, пока ее "нога" (определение которой дано в пункте 2 после табл. 1) и "стойка" (также определена в пункте 2) не будут вертикальными, как на фиг. 46. Это выполняют вращением группы с заданной скоростью, постепенно получая ее регулированием от начальной скорости перехода. При этом вращение группы плавно продолжается при входе в режим равновесия, пока группа не достигнет заданного положения. В течение этого вращения группы искусственное рассогласование по продольному наклону уменьшается для удерживания центра тяжести поверх соприкасающихся с землей элементов, пока оно не будет полностью удалено из данных уклономера. Если бы это не было сделано, устройство совершило бы переход (в режим равновесия) из-за искусственного рассогласования по продольному наклону. At the time when entering the equilibrium mode, the groups rotate only partially, while the rear pair of wheels is usually located approximately 25 cm above the ground. Upon entering the equilibrium mode, each group should be rotated from its current position until its “leg” (the definition of which is given in
Положение группы может быть использовано для управления наклоном сиденья для удерживания сиденья на определенном уровне, когда его стойка перемещается назад. Как только нога и стойка группы занимают вертикальное положение (группы прекращают вращение), а сиденье находится на определенном уровне, переход из режима наклона в режим равновесия завершается. The position of the group can be used to control the tilt of the seat to keep the seat at a certain level when its stance moves back. As soon as the leg and the stand of the group occupy a vertical position (the groups stop rotating), and the seat is at a certain level, the transition from the tilt mode to the equilibrium mode is completed.
Если переключатель наклон/равновесие нажат, когда транспортное средство находится в режиме равновесия, происходит ввод в режим наклона. Желаемое положение групп постепенно изменяется из начального положения (в котором нога и стойка групп вертикальны) в конечное положение (в котором пара колес находится на заданном расстоянии над землей). Одновременно вводят искусственное рассогласование по продольному наклону, чтобы удерживать центр тяжести над уравновешенными колесами. Вновь положение групп может быть использовано для управления наклоном сиденья с целью удерживания сиденья на определенном уровне, когда стойка сиденья перемещается назад. If the tilt / balance switch is pressed while the vehicle is in equilibrium mode, tilt mode is entered. The desired position of the groups gradually changes from the initial position (in which the leg and the rack of the groups are vertical) to the final position (in which the pair of wheels is at a given distance above the ground). At the same time, an artificial misalignment is introduced along the longitudinal inclination in order to keep the center of gravity above the balanced wheels. Again, the position of the groups can be used to control the tilt of the seat to keep the seat at a certain level when the seat post moves back.
Как только группа повернута в положение, в котором вторая пара колес находится в пределах заданного расстояния над землей, происходит ввод в режим наклона, что приводит к опусканию устройства на четыре колеса. Как только транспортное средство вошло в режим наклона, искусственное рассогласование по продольному наклону, которое удерживалo стойку группы отведенной назад, а сиденье наклоненным вперед, быстро, но плавно, исключают. В результате прилагаемый крутящий момент группы заставляет стойку группы повернуться вперед в ее вертикальное положение. Одновременно крутящий момент может быть приложен с целью наклона сиденья для его удерживания на определенном уровне. Как только стойка группы занимает вертикальное положение, а сиденье - горизонтальное положение, переход из режима равновесия в режим наклона завершен. As soon as the group is turned into a position in which the second pair of wheels is within a predetermined distance above the ground, it enters the tilt mode, which leads to lowering the device to four wheels. As soon as the vehicle enters the tilt mode, the artificial mismatch along the longitudinal tilt, which kept the group stand retracted and the seat tilted forward, is quickly but smoothly eliminated. As a result, the applied group torque causes the group stand to rotate forward to its vertical position. At the same time, torque can be applied to tilt the seat to hold it at a certain level. As soon as the stand of the group is in a vertical position and the seat is in a horizontal position, the transition from the equilibrium mode to the tilt mode is completed.
Конфигурации, в которых используют волновые зубчатые передачи. Configurations using wave gears.
Еще в одном варианте осуществления изобретения вариант конструкции согласно фиг. 46 и 47 механически реализован для конфигурации, подобно показанной на фиг. 9-12, при использовании волновых зубчатых передач. Такая конфигурация показана на фиг. 48-52. In yet another embodiment, the embodiment of FIG. 46 and 47 are mechanically implemented for a configuration similar to that shown in FIG. 9-12 when using wave gears. Such a configuration is shown in FIG. 48-52.
На фиг. 48 представлен вид спереди вертикального сечения с частичным вырезом, показывающий общую механическую компоновку транспортного средства в этом варианте конструкции. На этом виде, между прочим, видны рама 481 сиденья, тазобедренный узел 482, бедренное соединение 483, коленный узел 484, икроножное соединение 486 и колеса 485. In FIG. 48 is a front view of a partial sectional vertical sectional view showing the general mechanical arrangement of a vehicle in this embodiment. In this view, by the way, the
На фиг. 49 представлен расширенный вид части фиг. 48, показывающий механические детали групповой части транспортного средства. Левосторонний и правосторонний двигатели 4913 приводят в движение колеса 485, находящиеся соответственно с левой и правой стороны; на каждой стороне колеса приводятся в движение синхронно. Колеса приводят в движение с двухступенчатым понижением передаточного отношения. На первой ступени двигатель 4913 поворачивает приводной шкив 496 колес для приведения в движение ремня 495, обеспечивающего синхронизацию. На второй ступени используются группы 4911 из трех шевронных шестерен, по одной для каждого колеса, чтобы привести в движение приводной вал 4912 колес. Боковая сторона каждого из двигателей 4913, которая не соединена с приводным шкивом колес, связана с валом кодирующего устройства 4914. В этом варианте конструкции обе группы приводят в движение одним двигателем 4924 с трехступенчатым понижением передаточного отношения. На первой ступени двигатель 4924 вращает приводной шкив 4921 группы. Шкив 4921 вызывает движение синхронизирующего ремня. Синхронизирующий ремень наилучшим образом виден на фиг. 50, на которой он обозначен позицией 501 и на которой представлены детали устройства для привода группы. На второй ступени синхронизирующий ремень 501 приводит в движение спиральные шестерни, включающие в себя первую шестерню 502 и вторую шестерню 4922. Вторая шестерня 4922 приводит в движение пару промежуточных валов 493, которые приводят в движение конечную группу 494 спиральных шестерен в каждой группе. Боковая сторона двигателя 4924 групп, которая не соединена с приводным шкивом 4921 группы, связана с кодирующим устройством 4925 вала. Дальняя сторона вала, поворачивающего шкив 4921 привода группы, соединена с тормозным узлом 4926 группы, который может быть использован для остановки группы в определенном положении, когда транспортное средство припарковано или находится в режиме равновесия. Кожухи двух двигателей 4913 колес и двигателя 4924 групп соединяют друг с другом болтами для образования трубы, которая обеспечивает конструкцию, соединяющую узлы групп. К этой конструкции жестко крепят икроножное соединение 486. In FIG. 49 is an expanded view of a portion of FIG. 48 showing the mechanical details of a group portion of a vehicle. Left-hand and right-
На фиг. 51 представлен торцевой вид группы. Одинарный синхронизирующий ремень 495 согласно фиг.49 показан приводимым в движение приводным шкивом 496 в центре группы. Синхронизирующий ремень 495 приводит в движение большой шкив 511 на каждой из трех ног. Этот большой шкив 511 приводит в движение зубчатую передачу, включающую в себя шестерню 512 и выходную шестерню 513, которая приводит в движение колесо 485. Четыре промежуточных шкива 514 удерживают ремень 49 от столкновения с корпусом 515 группы, а также обеспечивают максимальный угол охвата вокруг приводного шкива. In FIG. 51 is an end view of a group. The
На фиг. 52 представлены механические детали тазобедренного и коленного соединений. Оба соединения механически идентичны. Магнитный ротор 5211 двигателя, действующий на статор 5212, вращает вал 5213, установленный в подшипниках 522 и 5272. Вал 5213 вращает волновой генератор 5271, который представляет собой часть, имеющую приблизительно эллиптическую форму, вращающуюся внутри подшипника 5272. Волновой генератор 5271 побуждает чашку 5262 волновой передачи своими зубьями с нарастанием входить в зацепление со шлицами 5261 волновой передачи и выходить из него. Этот процесс вынуждает бедро 483 перемещаться относительно икроножной части 486 или рамы 481 сиденья с весьма высоким передаточным отношением. На волновой генератор 5271 может действовать электромагнитный тормоз, имеющий электромагнит 5281 и тормозную колодку 5282, с тем чтобы предотвратить вращение соединения. Этим обеспечивают отключение двигателя, когда соединение не задействовано. Потенциометр 524 через зубчатую передачу 5241 входит в зацепление с чашкой 5262 волновой передачи, чтобы обеспечить обратную связь абсолютному положению, когда кодирующее устройство (не показано) жестко прикреплено к валу двигателя в месте, обозначенном позицией 523, с тем чтобы обеспечить информацию о положениях приращения. In FIG. 52 shows the mechanical parts of the hip and knee joints. Both compounds are mechanically identical. A
Большое количество процессоров. A large number of processors.
Хотя в варианте осуществления конструкции согласно фиг. 27 показано использование панели 272 с одним микроконтроллером, нами установлено, что в некоторых вариантах конструкции предпочтительно использовать определенное количество параллельно работающих микропроцессоров. Еще в одном варианте конструкции, например примененном к механической конструкции, обсужденной в отношении фиг. 48-52, используют четыре равных микропроцессора, действующих параллельно, каждый из которых выдает сообщение к связующим шинам, что позволяет микропроцессорам контролировать друг друга. Здесь также имеется интерфейс оператора, который позволяет специалисту изменять коэффициенты усиления, перепрограммировать процесс и т.д. Четыре равных процессора управляют равными компонентами системы следующим образом: микропроцессор 1 управляет кнопкой коленного и бедренного соединений и ручкой управления (по осям X и Y); микропроцессор 2 управляет измерением расстояния, проверкой наличия (пользователя), контролем батарей и интерфейсом пользователя (тем самым управляя режимами транспортного средства); микропроцессор 3 управляет алгоритмом уравновешивания групп; микропроцессор 4 управляет алгоритмом уравновешивания колес. По желанию в зависимости от сложности измерения расстояния и других проблем могут быть применены и другие процессоры. При этом нет необходимости в ограничении количества процессоров. Although in the embodiment of the construction of FIG. Figure 27 shows the use of a panel 272 with a single microcontroller; we have found that in some designs it is preferable to use a certain number of parallel microprocessors. In yet another embodiment, for example applied to the mechanical structure discussed in relation to FIG. 48-52, use four equal microprocessors operating in parallel, each of which gives a message to the connecting buses, which allows the microprocessors to control each other. There is also an operator interface, which allows the specialist to change the gain, reprogram the process, etc. Four equal processors control the equal components of the system as follows:
Преимущества параллельной обработки, реализуемой этим вариантом, таковы: безопасность (каждый микропроцессор действует независимо, так что нарушение работы одного микропроцессора не означает нарушения всех функций); возможность более легкой разработки резервных систем; пониженные энергетические требования (значительно менее мощные микропроцессоры, которые совместно обладают такой же энергоемкостью, как и персональный компьютер); одновременная работа (большое количество более медленных микропроцессоров может действовать с той же самой скоростью обработки, что и скорость персонального компьютера). The advantages of parallel processing implemented by this option are: safety (each microprocessor acts independently, so that a malfunction of one microprocessor does not mean a violation of all functions); the possibility of easier development of backup systems; reduced energy requirements (significantly less powerful microprocessors, which together have the same energy intensity as a personal computer); simultaneous operation (a large number of slower microprocessors can operate at the same processing speed as the speed of a personal computer).
Дополнительные варианты осуществления изобретения
Настоящее изобретение также может быть осуществлено посредством определенного количества дополнительных вариантов конструкции. Нами установлено, что транспортное средство согласно изобретению может надлежащим образом действовать в качестве протезирующего устройства для лиц, которые имеют нарушения здоровья, вызванные заболеванием (например, болезнь Паркинсона или нарушение слуха), или дефекты, с тем чтобы они могли сохранять равновесие или выполнять передвижение. Протезирующее устройство, обеспечиваемое транспортным средством, функционирует как продолжение собственных систем равновесия и движения человека, поскольку транспортное средство имеет контур обратной связи, который учитывает изменения положения центра тяжести транспортного средства, получаемые при движении пользователя относительно него. Обеспечивая такого инвалида транспортным средством, тем самым создают способ крепления протеза, позволяющий осуществлять управление движением и равновесием, которое в ином случае было бы безуспешным. Мы наблюдали волнующее восстановление возможности управления равновесием и передвижением у лиц, страдающих болезнью Паркинсона, которые использовали транспортное средство согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.Additional embodiments of the invention
The present invention may also be practiced by a certain number of additional design options. We have found that the vehicle of the invention can appropriately act as a prosthetic device for persons who have a health problem caused by a disease (e.g., Parkinson's disease or hearing impairment) or defects so that they can maintain balance or move. The prosthetic device provided by the vehicle functions as a continuation of its own systems of balance and movement of the person, since the vehicle has a feedback loop that takes into account changes in the position of the center of gravity of the vehicle obtained when the user moves relative to it. Providing such a disabled person with a vehicle, thereby creating a method of fastening the prosthesis, allowing to control movement and balance, which otherwise would be unsuccessful. We have seen an exciting restoration of the ability to control balance and movement in individuals with Parkinson's disease who have used a vehicle in accordance with embodiments of the present invention.
Если принять во внимание комплексное содействие оператора при использовании различных вариантов осуществления транспортного средства для обеспечения передвижения при изменяющихся условиях, то не удивительно, что вообще и при использовании этих вариантов обычно весьма важна визуальная ориентация и информация о перемещении. Тем не менее могут иметь место обстоятельства, когда визуальная информация ослаблена (из-за темноты или невозможности ее получения) или недостаточна. Еще в одном варианте осуществления конструкции согласно изобретению транспортное средство обеспечивают одним или более невидимыми выходными сигналами для указания ориентации или направления и скорости. Такие выходные сигналы могут быть осязаемыми (тактильными) или акустическими (звуковыми); выходные сигналы модулируют посредством модулятора для отображения скорости и ориентации транспортного средства. На фиг. 53, например, показан случай акустического выходного сигнала, создаваемого генератором 531 и модулируемого модулятором 532, имеющим вводы 533 и 534 соответственно для скорости и ориентации. В этом случае может быть применен повторяемый тональный сигнал: частота повторяемого тонального сигнала может быть использована для указания скорости, высота тона может быть использована для указания направления движения и ориентации (например, вперед с более высоким тоном; назад с пониженным тоном; вверх со средним тоном), а степень изменения тона указывает на степень наклона, то есть угла продольного наклона транспортного средства (в этом случае высота звука равна продольному наклону транспортного средства). If we take into account the comprehensive assistance of the operator when using various embodiments of the vehicle to provide movement under changing conditions, it is not surprising that in general and when using these options, visual orientation and information about movement are usually very important. Nevertheless, there may be circumstances where visual information is weakened (due to darkness or the impossibility of obtaining it) or insufficient. In yet another embodiment of the structure of the invention, the vehicle is provided with one or more invisible output signals to indicate orientation or direction and speed. Such output signals can be tangible (tactile) or acoustic (sound); the output signals are modulated by a modulator to display the speed and orientation of the vehicle. In FIG. 53, for example, shows a case of an acoustic output generated by a
Claims (45)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97114751A RU2153868C2 (en) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Vehicle (versions) and method of compensation for insufficient capability of man suffering from disturbance to keep balance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97114751A RU2153868C2 (en) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Vehicle (versions) and method of compensation for insufficient capability of man suffering from disturbance to keep balance |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000114547A Division RU2205766C2 (en) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Vehicle (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97114751A RU97114751A (en) | 1999-08-20 |
| RU2153868C2 true RU2153868C2 (en) | 2000-08-10 |
Family
ID=20196837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97114751A RU2153868C2 (en) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | Vehicle (versions) and method of compensation for insufficient capability of man suffering from disturbance to keep balance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2153868C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506068C1 (en) * | 2012-06-15 | 2014-02-10 | Алексей Петрович Смирнов | Vehicle for persons with disabilities |
| RU2804148C1 (en) * | 2023-05-30 | 2023-09-26 | Николай Петрович Дядченко | Wheelchair chassis |
-
1995
- 1995-02-03 RU RU97114751A patent/RU2153868C2/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506068C1 (en) * | 2012-06-15 | 2014-02-10 | Алексей Петрович Смирнов | Vehicle for persons with disabilities |
| RU2810342C1 (en) * | 2023-05-23 | 2023-12-27 | Гурашкин Александр Иванович | Hand adaptive support |
| RU2804148C1 (en) * | 2023-05-30 | 2023-09-26 | Николай Петрович Дядченко | Wheelchair chassis |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3722493B2 (en) | Transportation vehicles and methods | |
| US5791425A (en) | Control loop for transportation vehicles | |
| US5971091A (en) | Transportation vehicles and methods | |
| JP2006211899A (en) | Transportation vehicle and method | |
| JP2009214878A (en) | Transport vehicle and method | |
| RU2153868C2 (en) | Vehicle (versions) and method of compensation for insufficient capability of man suffering from disturbance to keep balance | |
| JP4291732B2 (en) | Transportation vehicles and methods | |
| JP4291593B2 (en) | Transportation vehicles and methods | |
| JP2008024305A (en) | Transportation vehicle and method of transportation | |
| AU738013B2 (en) | Personal mobility vehicle with differential controller | |
| AU728453B2 (en) | Indication system for a vehicle | |
| AU705704C (en) | Transportation vehicules and methods | |
| JP2012126395A (en) | Transportation vehicle and method | |
| NZ330431A (en) | Audible indication system for a vehicle comprising sound generating means and pitch and repetition rate modulator |