[发明专利]轮车爬梯系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制装有一个或多个轮子或其它地面接触部件的专用车的形位和运动的方法。

背景技术

专用车(例如那些由残疾人使用的车)在前后或左右平面中的一个或多个平面中的动态稳定是有益的。美国专利No.5701965(该文献在这里被引用作为参考，并且被称作“965专利”)描述了一种平衡车的操作。不论这些车是否是自推进的，还是这些车是否由该车的乘坐者或由助手来引导，还是这些车以一种平衡的模式来操作，专用车最好是要稳定。通过采用那些补充到现有技术中所描述的那些模式的控制模式，这种车可以更有效且更安全地进行操作。专用车在本说明书中可以被互换地被称为“运输车”。

发明概述

根据本发明的优选实施方案，在车的轮子和轮组的控制规则上都有所改进，从而显著地降低了驾驶者依靠重心位置来控制该车的困难。因此大多数驾驶者无需助手的帮助就能够上下楼梯。有关前后角的改进使得驾驶者用相对较小的力就能使车在前后角之间倾斜，因为倾角增益可以被设定为较小的值，同时前后角可以采用较大的增益以在攀登楼梯时使轮组保持快速转动。前后角在整个攀登楼梯过程中是不断改变的，从而使得驾驶者非常容易改变车的重心的位置。

根据本发明的实施方案，轮子和轮组的控制规则中都增加了前角和后角。轮子控制规则与轮组控制规则稍微不同，以便确保在攀登楼梯期间轮子只能沿着向后的方向移动。另外，在轮子控制规则中包括阻尼项，该阻尼项根据轮子的方向而改变，其作用在于把轮子加速进登板同时使轮子沿着向前的方向减速。这个变化改变了车在顶部或底部台阶处的行为，并且在攀登楼梯的开始和结束时提供了更安全的过渡。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种制动倾角控制算法。这是一项安全特征，它在攀登楼梯期间监测着轮组和轮子电机温度。如果轮组或轮子电机过热并且在攀登楼梯过程中出现故障，车就可能会滑落。如果温度超过预定值，则制动倾角控制器关掉电机放大器并且通过调整轮组制动器来控制运动。控制器使车处于这样一种形位中，其中所有四个轮子都在楼梯上因此使该车处于一种重力静态稳定的状态并且防止驾驶者在楼梯模式中继续操作。该算法继续监测电机温度，如果电机被充分冷却则恢复楼梯模式以让驾驶者能够从楼梯中出来。

附图说明

通过参照以下说明书并结合附图将可以更容易地理解本发明，附图中：

图1为现有技术的专用车的侧视图，本发明的实施例可以在这种车上运用并带来益处；

图2a-2d所示为上/下楼梯循环的各阶段；

图3是本发明的子模式的示意框图；

图4所示为本发明的前后角之间的关系；

图5a-5h所示为在一次楼梯攀登循环过程中的前后角；

图6是根据本发明的实施方案用于确定前后角的函数曲线图；

图7显示出刹车倾角控制器的示意框图；

实施方案说明

根据本发明的优选实施方案，为提高可操纵性和安全性而设计的专用车包括一个或多个轮组，并且该轮组和每个轮组中的轮子都能够相互独立地由电机驱动。

参照图1，该侧视图显示出一种诸如美国专利No.5701965中描述的平衡车，该车整体由数字10来表示。本发明的优选实施方案最好与平衡车10结合在一起实施，图1不代表能够以在这里所描述的并在附属的权利要求中所声明的模式进行操作的现有技术装置。

车10具有底座12，该底座将驾驶者14支撑在车上。底座12安装在地面接触模块16上。地面接触模块16包括电源、驱动放大器、驱动电机以及用来驱动轮子18的轮组36的控制器。轮组36包括在图1中所示为轮子的地面接触元件18。轮子18安装在轮组臂40上并且每个轮子18能够由控制器8驱动。轮组臂40绕着轮组轴22转动，轮组臂的转动由控制器控制。控制器8包括与存储装置相联的处理器。该处理器执行存储在存储装置中的控制程序。该处理器与多个能够检测车的状态并能接收来自驾驶者14的指令的传感器相联系。该处理器还与驱动放大器相联系，并且将指令传送给驱动放大器。驱动放大器为驱动电机提供电流。

如上所述，控制器8能够独立地控制轮组臂40和轮子18。另外，地面接触模块36上的传感器38能够检测车10的倾角、滚动和侧滑以及轮子18和轮组臂40的角度位置和/或转速这些变量。来自传感器的信号被传送给控制器，并且被控制器用来驱动轮子和轮组电机。这些轮组和轮子的单独控制使得该车能够以几种模式进行操作，从而使得驾驶者或控制者能够根据当地地形在不同模式之间切换。