транспортное средство (варианты) и способ компенсации недостаточной способности человека, страдающего нарушением равновесия, сохранять равновесие

Формула изобретения

1. Транспортное средство для транспортирования объекта, в том числе по неровной поверхности, например, в виде ступенек, содержащее 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 устойчивостью транспортного средства, связанное с приводом от двигателя, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные опорные элементы, соединенные с вращающимися элементами и расположенные только на части окружности поворота вокруг оси.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что оси всех вращающихся элементов расположены на одной прямой.

3. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что вращающиеся элементы выполнены в виде колес.

4. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что вращающиеся элементы выполнены в виде дугообразных элементов.

5. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что вращающиеся элементы 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.

6. Транспортное средство по п.5, отличающееся тем, что в каждой группе колес предусмотрено, по меньшей мере, два колеса в основном одинакового диаметра.

7. Транспортное средство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит колеса, установленные с возможностью их привода от двигателя независимо от любого движения дополнительного опорного элемента.

8. Транспортное средство по п.5, отличающееся тем, что расстояние от центральной оси до центра каждого колеса приблизительно одинаково для каждого из колес в группе.

9. Транспортное средство по п.5, отличающееся тем, что оно содержит устройство управления группами для управления угловой ориентацией каждой группы вокруг центральной оси.

10. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что указанные вращающиеся элементы расположены на каждой стороне вертикальной плоскости, определяемой линией движения транспортного средства.

11. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что указанное транспортное средство содержит устройство контроля наклона транспортного средства и управления привода от двигателя в зависимости от наклона транспортного средства.

12. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что указанное транспортное средство содержит устройство управления остойчивостью транспортного средства в рабочем положении при невключенном приводе от двигателя.

13. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что опора имеет основание, расположенное над поверхностью на высоте, которая меньше высоты шага человека.

14. Транспортное средство по п.3, отличающееся тем, что указанное транспортное средство снабжено устройством управления остойчивостью транспортного средства в продольной плоскости посредством управления колесами в независимости от управления положением любого дополнительного опорного элемента.

15. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что вращающиеся элементы выполнены в виде дугообразных элементов, установленных группами, при этом дугообразные элементы каждой группы расположены на опорном элементе группы, установленном с возможностью вращения вокруг центральной оси посредством привода от двигателя.

16. Транспортное средство по п.15, отличающееся тем, что наиболее удаленная по радиусу от центра протяженность каждого дугообразного элемента имеет в общем постоянный основной радиус кривизны, который в общем соответствует радиусу окружности, имеющей радиус, равный длине такой наиболее удаленной по радиусу от центра протяженности.

17. Транспортное средство по п.16, отличающееся тем, что каждый дугообразный элемент имеет 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 отличается от основного радиуса кривизны.

18. Транспортное средство по п.17, отличающееся тем, что каждый дугообразный элемент имеет переднюю часть и заднюю часть, и, по меньшей мере, одна часть имеет отклоняемый конец, присоединенный к отклоняющему устройству.

19. Транспортное средство по п.5, отличающееся тем, что транспортное средство содержит 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.

20. Транспортное средство по п.16, отличающееся тем, что транспортное средство содержит устройство переключения режимов для задания режима равновесия, в котором колеса каждой группы, находящиеся в контакте с опорной поверхностью, приводятся в движение с возможностью поддержания в равновесии транспортного средства в продольной плоскости.

21. Транспортное средство по п.19, отличающееся тем, что транспортное средство содержит 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.

22. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что транспортное средство содержит устройство контроля направлением транспортного средства.

23. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что транспортное средство содержит датчик фиксирования наклона объекта в заданном направлении, управления приводом от двигателя и перемещения транспортного средства в направлении наклона.

24. Транспортное средство по п.23, отличающееся тем, что датчик фиксирования наклона выполнен в виде нажимной плиты.

25. Транспортное средство по п.23, отличающееся тем, что датчик фиксирования наклона выполнен в виде бесконтактного датчика.

26. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что опора для объекта установлена с возможностью поворота из горизонтального положения в вертикальное положение.

27. Транспортное средство по любому из пп.1 - 26, отличающееся тем, что транспортное средство содержит средство определения пространственного положения опоры и средство регулирования пространственного положения опоры относительно вращающихся элементов.

28. Транспортное средство по п.27, отличающееся тем, что транспортное средство содержит средство кренения опоры в общем направлении поворота, связанное со средством регулирования пространственного положения.

29. Транспортное средство по любому из пп.1 - 28, отличающееся тем, что транспортное средство содержит средство регулирования высоты опоры.

30. Транспортное средство по любому из пп.1 - 29, отличающееся тем, что оно содержит рукоятку, закрепленную на опоре.

31. Транспортное средство по п.30, отличающееся тем, что устройство контроля направления движения транспортного средства установлено на рукоятке.

32. Транспортное средство по любому из пп.1 - 31, отличающееся тем, что устройство управления остойчивостью транспортного средства включает 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.

33. Транспортное средство по любому из пп.1 - 32, отличающееся тем, что транспортное средство содержит сенсорное устройство управления транспортным средством в зависимости от особенностей поверхности передвижения.

34. Транспортное средство по любому из пп.1 - 33, отличающееся тем, что транспортное средство содержит регулятор ограничения скорости транспортного средства до задаваемого порогового ее значения ниже максимальной скорости транспортного средства.

35. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что транспортное средство содержит устройство дифференциального привода вращающихся элементов и заданного поворота средства вокруг вертикальной оси средства.

36. Транспортное средство по п.35, отличающееся тем, что устройство дифференциального управления содержит интерфейс пользователя.

37. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что транспортное средство содержит датчик фиксирования опрокидывания средства и средство передачи дополнительной мощности на вращающиеся элементы для предотвращения падения объекта.

38. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что опора имеет площадь, в основном равную следу ступней пользователя, стоящего на опоре.

39. Транспортное средство по п.5, отличающееся тем, что транспортное средство содержит ровно две группы колес.

40. Транспортное средство по любому из пп.1 - 39, отличающееся тем, что транспортное средство содержит пользовательское устройство ввода для получения от пользователя указания направления задаваемого движения.

41. Транспортное средство по любому из пп.1 - 39, отличающееся тем, что транспортное средство содержит устройство ввода для получения от пользователя указания скорости, в том числе нулевой, заданного движения.

42. Транспортное средство для транспортирования объекта, способное двигаться с переменной скоростью и ориентацией, отличающееся тем, что оно имеет генератор звука, 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.

43. Транспортное средство для транспортирования объекта, способное двигаться с переменной скоростью и ориентацией, отличающееся тем, что оно 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.

44. 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, отличающийся тем, 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.

45. Способ по п.44, отличающийся тем, что остойчивость протеза поддерживают вводом данных от пользователя, посредством которых получают задание параметров направления и расположения в стационарном состоянии.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

Сущность изобретения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

В частном случае осуществления способа остойчивость протеза поддерживают вводом данных от пользователя, посредством которых получают задание параметров направления и расположения в стационарном состоянии.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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 ) 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.

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.

Подъем по лестнице с помощью ног.

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).

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 90^o). 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).

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Подъем по лестнице с использованием дугообразных элементов.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

Подробности выполнения групп.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Приведенные далее условные обозначения применяют при использовании этих переменных и тех, которые указаны ниже в табл. 2 применительно к последующему описанию.

1. Переменные, определенные в координатах пространства, именуются с использованием одного индекса у заглавных букв. Пространственные координаты представляют собой координаты, фиксированные относительно земли (инерционные).

2. Переменные, определенные в относительных координатах, именуются с использованием двойных индексов. Индексы указывают конечные точки переменной. Порядок индексов указывает знак переменной. Например, _PC 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.

3. Нижние индексы используют для указания других характеристик, например левый/правый и т.д.: r = правый; I = левый: ref = база: f = конец; s = начало.

4. Все углы положительны в направлении часовой стрелки в тех случаях, когда положительное перемещение происходит в положительном направлении X.

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.

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.

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 (линейная скорость левого колеса относительно пространственной системы координат) и (линейная скорость правого колеса) в дополнение к входу 3300 для сигналов направления, определяемого положением рукоятки управления вдоль осей X и Y базовой системы координат. Входные сигналы и сигналы ошибки (описанные ниже) с коэффициентом усиления соответственно K1, K2, KЗ и K4 становятся входными сигналами, идущими к сумматору 3319, который выдает команду в отношении основного уравновешивающего крутящего момента колес, в общем виде описанную выше применительно к фиг. 6. Выходной сигнал сумматора 3319 объединяют с выходным сигналом пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) контура регулирования 3316 (описанного ниже) в сумматоре 3320, затем делят в делителе 3322 и ограничивают по предельному значению в ограничителе 3324, чтобы обеспечить команду в отношении крутящего момента левого колеса. Подобным же образом выходной сигнал сумматора 3319 объединяют с выходным сигналом ПИД-контура 3316 в сумматоре 3321, затем делят в делителе 3323 и ограничивают по предельному значению в ограничителе 3325, чтобы обеспечить команду в отношении крутящего момента правого колеса.

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 в то время как разность этих выходных сигналов, получаемая посредством сумматора 3306, становится базовой скоростью Эти базовые скорости вычитают в сумматорах 3308 и 3307 из скомпенсированных входных сигналов линейной скорости левого и правого колес (см. приведенное ниже описание применительно к фиг.35 для этих величии), с тем чтобы получить сигналы ошибки скорости для левого и правого колес в пределах базовой системы координат. В свою очередь усредненная величина этих сигналов, определяемая сумматором 3317 и делителем 3318, создает сигнал ошибки линейной скорости. Сигнал ошибки x смещения получают посредством интегрирования в интеграторах 3310 и 3309, ограничения результатов по предельным значениям в ограничителях 3312 и 3311 и далее усреднения их выходных сигналов посредством сумматора 3313 и делителя 3315. Разность этих смещений, определяемая посредством сумматора 3314, обеспечивает получение сигнала ошибки отклонения.

Сигнал 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.

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.

При отсутствии входных сигналов 3400 направления предпочтительную ориентацию групп, обычно c _PCref = радиан, обеспечивают по линии 3413 фиг. 34 для каждого из сумматоров 3406 и 3405 совместно с сигналами, указывающими фактическую ориентацию _PCI и _PCr 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.

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 продольного наклона представляет собой реальный угол между центром массы транспортного средства и центром колеса, которое в данное время уравновешено. Угол _I, измеренный уклономером, представляет собой угол стойки по отношению к вертикали. Следовательно, реальный угол продольного наклона основан на _I, из которого корректирующий сигнал _Icorr вычитают сумматором 3518. Сигнал _Icorr вычисляют в сумматоре 3516 как _PC+-_C. Сигнал _PC определяют как среднее углов _PCI и _PCr 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 _C может быть получен из _PC с использованием формулы



Это вычисление производят на участке 3515 _Icorr дифференцируют посредством дифференциатора 3517, чтобы обеспечить корректировку сигнала скорости продольного наклона, который подают сумматором 3519, с получением откорректированного выходного сигнала

Подобным же образом линейные левую и правую скорости левого и правого колес получают при дифференцировании посредством дифференциаторов 3507 и 3508 полученных сигналов линейного левого и правого положения. Сигналы положения в свою очередь получают умножением на коэффициент r в множительных устройствах 3505 и 3504 для определенных абсолютных угловых положений _WI и _Wr левого и правого колес. Угловые положении _WI и _Wr определяют первым интегрированием сигналов кодирующих устройств левого и правого колес в интеграторах 3501 и 3502 для получения _PWI и _PWr. Затем эти сигналы подают к сумматорам 3503 и 3504, где их корректируют с учетом вращения групп путем добавления _C и величины 1/2(_PC-), получаемых от сумматора 3513 и делителя 3514.

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 продольного наклона и скорости продольного наклона посредством коэффициентов усиления соответственно K1 и K2.

Выходы кодирующих устройств левой и правой групп обеспечивают входные сигналы которые интегрируют посредством интеграторов соответственно 3603 и 3604, и ограничивают по предельным значениям в ограничителях соответственно 3605 и 3606, чтобы создать _PCI и _PCr. Эти величины, когда они осреднены сумматором 3608 и делителем 3610, приводят к угловому смещению _PC, которое получают посредством коэффициента усиления K3 в виде дополнительного входного сигнала к сумматору 3601. Скорость определяемая как среднее с помощью сумматора 3617 и делителя 3618, представляет собой дополнительный входной сигнал к сумматору 3601, на этот раз с коэффициентом усиления K4. Выходной сигнал сумматора 3601 обеспечивает единообразное приведение в движение двигателей левой и правой групп соответственно через сумматоры 3611 и 3612, делители 3613 и 3614, и ограничители 3615 и 3616 по предельному значению. Однако помимо этого сигнал разности углов поворота, идущий по ПИД-контуру регулирования 3609, обеспечивает дифференциальное управление двигателями левой и правой групп через сумматоры 3611 и 3612. Сигнал разности углов поворота определяется с помощью сумматора 3607, в котором сигналы _PCI и _PCr вычитаются друг из друга.

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 _PC, полученный в качестве сигнала на выходе делителя 3610, показанного на фиг. 36, умножается на постоянную величину - коэффициент подъема в усилительном звене 3701 с получением _PWref, 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 ( 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 _PWI и _PWr, полученные после прохождения сигналов кодирующих устройств левого и правого колес через интеграторы 3713 и 3712, также вычитаются сумматорами 3703 и 3702.

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 радиан, а колеса поддерживают равновесие и осуществляют желаемое передвижение.

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 (_PC-)mod(2/3) = 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 _PC = 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 = 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 и требование, чтобы эта величина при переходе через ноль была ниже определенного порога, обеспечивает даже более плавный пуск.

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 _Cref, 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 _PCref. Здесь входной сигнал _Cref пропускают через процессор 4302 для вычисления значения



Эту величину совместно с самим значением _Cref и выдают в виде входного сигнала сумматора 4303, который производит вычисление



и выдает эту величину _PCref в виде входного сигнала блока 4301 группы. Блок 4301 группы выполнен так, как показано на фиг. 34, за исключением того, что _PCref больше, но фиксируют при , 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 способом, который описан выше применительно к фиг. 35, причем таким образом откорректированные входные сигналы выдают к алгоритму 4304 уравновешивания колес. Входные сигналы блока уравновешивания тоже получают тем же самым способом, который описан выше применительно к фиг. 35.

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 2 радиан, на этой стадии добавляют 2/3 радиан к _PC и вычитают 2/3 радиан из _C. С этой стадией движение не связано.

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 _C не изменяется. Величина _PC должна быть изменена, чтобы отражать новое местоположение центра массы транспортного средства. Чтобы получить этот результат, входной сигнал _PCref 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 _PCref 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 _WI и _Wr, полученных путем прохождения информации об угловой скорости от кодирующих устройств левого и правого колес через интеграторы соответственно 448 и 449.

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 _C 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 _W к _C 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 _C или _PC 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 _C = 0 или _PC = . 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 блока 453 равновесия осуществляют так, как описано выше применительно к фиг. 43 и 35. Действительно, состав согласно фиг. 45 фактически подобен составу согласно фиг. 43 с единственным отличием, заключающемся в том, что _Cref больше не является независимой переменной, а представляет собой функцию _W, которую получают усреднением _WI и _Wr с помощью сумматора 454 и делителя 455. В соответствии с этим значение _W на линии 451 проходит через процессор 456, с тем чтобы определить величину



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 _C, а именно _Cst. Выходным сигналом сумматора 457 является _Cref.

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.

Ограничение скорости.

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.

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.

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.

Использование датчиков при подъеме по лестнице.

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.

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.

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.

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.

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).

В указанный выше момент алгоритм использует датчик А для определения расстояния до следующей ступеньки, которое фактически будет составлять 2/3 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.

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.

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.

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.

Переходы режимов.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Конфигурации, в которых используют волновые зубчатые передачи.

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.

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.

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.

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.

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.

Большое количество процессоров.

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.

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).

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.

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).