TW201736191A - 自我平衡之移動載具 - Google Patents
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Abstract
不同於習知的兩輪移動載具(Segway)必須依靠駕駛者的體感操作才能夠移動行駛，本發明所提出的一種自我平衡之移動載具係特別搭載由一操控單元與一作動單元所組成的一移動控制模組；如此設計，駕駛者便可以透過該操控單元控制該作動單元進行作動，進而使得設置於該作動單元之上的陀螺儀向前傾斜或向後傾斜，達到輕易控制該自我平衡之移動載具向前或向後行駛之效果。除此之外，不同於習知的兩輪移動載具必須搭載至少三個陀螺儀，本發明之自我平衡之移動載具僅搭載由一陀螺儀與一加速計所組成的一平衡狀態偵測模組便能夠實現相同於習知的兩輪移動載具的基礎功能；顯然，相較於習知的兩輪移動載具，本發明之自我平衡之移動載具因為構件成本低廉而具有價格上的優勢。
Description
本發明係關於個人載具之技術領域，尤指一種自我平衡之移動載具。
隨著環保與節能減碳的意識高漲，電動車輛的研製已成為當今交通技術開發的重要指標。目前，一般民眾的交通運輸工具使用仍舊是以汽機車為主；然而，汽機車因燃燒燃料所排放的一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物等污染氣體對環境與空氣品質造成相當程度的危害。因此，就台灣的交通運輸現況來看，是相當適合推展環保型交通運輸工具，例如電動車、太陽能車等無汙染且低噪音的新式移動載具。
請參閱圖1，係顯示係習用的一種兩輪移動載具之立體圖。圖1所示的兩輪移動載具1’為眾人熟知的賽格威(Segway)，其係主要包括:一輔助平衡桿11’、一載台12’、一輪組13’、與一動力系統。請同時參閱圖2，係顯示該動力系統的系統方塊圖。其中，該動力系統14’係大部分設置於該載台12’內部，並至少包括：一控制模組141’、一使用者介面142’、至少三個陀螺儀143’、一左馬達驅動模組144’、一右馬達驅動模組145’、至少一加速計146’ 、與一電源模組147’。
繼續地參閱圖1與圖2，並請同時參閱圖3A與圖3B，係顯示該兩輪移動載具的操作示意圖。如圖所示，當一駕駛者乘上該兩輪移動載具1’之時，位於載台12’內的三個陀螺儀143’會偵測該載台12’的傾斜角度，並輸出一傾斜角度訊號至該控制模組141’；同時，該至少一加速計146’會偵測該載台12’的角速度，並輸出一角速度訊號至該控制模組141’。進一步地，該控制模組141’會根據該傾斜角度訊號與該角速度訊號而輸出一控制訊號至該左馬達驅動模組144’與該右馬達驅動模組145’，以透過左馬達驅動模組144’與右馬達驅動模組145’驅動該輪組13’，進而藉由該輪組13’的作動而輸出一平衡力矩至該載台12’，藉此方式維持載台12’的平衡。
如圖3A所示，駕駛者可以透過將其身體前傾的方式而控制該兩輪移動載具1’向前行駛；其中，當駕駛者身體前傾時，載台12’之前端亦同步地向下傾斜，此時該控制模組141’會根據載台12’的傾斜角度的變化量以及角速度的變化量而驅動該輪組13’，使得該兩輪移動載具1’向前行駛。相反地，如圖3B所示，當駕駛者身體後傾時，載台12’之前端亦同步地向上傾斜，此時該控制模組141’會根據載台12’的傾斜角度的變化量以及角速度的變化量而驅動該輪組13’，使得該兩輪移動載具1’向後行駛。
雖然該兩輪移動載具1’(Segway)目前被廣泛地應用於機場、大型賣場、遊樂園之警衛巡邏用途，該兩輪移動載具1’(Segway)係於實務操作中顯示出以下缺陷: (1)對於體感能力較差的人而言，想要乘上該兩輪移動載具1’並同時維持在一平衡狀態是非常困難的，更遑論利用將其身體前傾/後傾的方式來控制該兩輪移動載具1’的行駛； (2)由於該兩輪移動載具1’必須搭載至少三個陀螺儀143’才能夠有效的偵測該載台12’的平衡狀態，導致該兩輪移動載具1’因為構件成本過高而售價高昂。
因此，有鑑於習知的兩輪移動載具(Segway)仍具有諸多之缺陷，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種自我平衡之移動載具。
本發明之主要目的，在於提供一種自我平衡之移動載具。不同於習知的兩輪移動載具(Segway)必須依靠駕駛者的體感操作才能夠移動行駛，本發明所提出的自我平衡之移動載具係特別搭載由一操控單元與一作動單元所組成的一移動控制模組；如此設計，駕駛者便可以透過該操控單元控制該作動單元進行作動，進而使得設置於該作動單元之上的陀螺儀向前傾斜或向後傾斜，達到輕易控制該自我平衡之移動載具向前或向後行駛之效果。除此之外，不同於習知的兩輪移動載具必須搭載至少三個陀螺儀，本發明之自我平衡之移動載具僅搭載由一陀螺儀與一加速計所組成的一平衡狀態偵測模組便能夠實現相同於習知的兩輪移動載具的基礎功能；顯然，相較於習知的兩輪移動載具，本發明之自我平衡之移動載具因為構件成本低廉而具有價格上的優勢。
為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供一種自我平衡之移動載具，係包括： 一載台； 一輪組，係連接於該載台之兩側； 一平衡狀態偵測模組，係設置於該載台之上，用以偵測該載台的一傾斜角與一角速度，進而輸出一傾斜角訊號與一角速度訊號； 一主控模組，係設置於該載台內部，並電性連接該平衡狀態偵測模組以接收該傾斜角訊號與該角速度訊號； 一輪組驅動模組，係設置於該載台內並電性連接該主控模組； 一移動控制模組，係連接至該平衡狀態偵測模組；以及 一電源模組，係設於該載台之中，用以供應所需電力； 其中，該主控模組可根據該傾斜角訊號與該角速度訊號而控制該輪組驅動模組，以透過該輪組驅動模組驅動該輪組運轉，藉以維持該載台之平衡； 其中，該移動控制模組可令該平衡狀態偵測模組輸出一特定傾斜角訊號與一特定角速度訊號，使得該主控模組根據該特定傾斜角訊號與該特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組，以透過該輪組驅動模組驅動該輪組運轉，進而驅使該載台移動行駛。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種自我平衡之移動載具，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
第一實施例
請參閱圖4，係顯示本發明之一種自我平衡之移動載具的第一實施例的立體圖。如圖4所示，本發明之自我平衡之移動載具1係包括：一載台11、一輪組12、一平衡狀態偵測模組13、一主控模組14、一輪組驅動模組(未圖示)、一移動控制模組16、以及一電源模組(未圖示)；其中，該輪組12係安裝連接於該載台11之兩側。
繼續地參閱圖4，並請同時參閱圖5，係顯示平衡狀態偵測模組、主控模組、與輪組驅動模組的電性連接方塊圖。如圖所示，該電源模組17係設於該載台11之中，用以供應所需電力。並且，該平衡狀態偵測模組13係設置於該載台11之上，並由一陀螺儀131(gyroscope)與一加速計132(accelerometer)所組成。於本發明之中，平衡狀態偵測模組13係用以偵測該載台11的一傾斜角與一角速度，進而輸出一傾斜角訊號與一角速度訊號。
該主控模組14係設置於該載台11內部，並電性連接該平衡狀態偵測模組，用以接收該傾斜角訊號與該角速度訊號。如此，主控模組14便可以根據所接收到的傾斜角訊號與角速度訊號而控制該輪組驅動模組15，以透過該輪組驅動模組15驅動該輪組12運轉，藉以維持該載台11之平衡。如圖所示，電性連接該主控模組14的輪組驅動模組15係設置於該載台11內，並包括一左輪驅動單元151與一右輪驅動單元152。於本發明中，主控模組14係透過該左輪驅動單元151與該右輪驅動單元152分別以不同的動力驅動該輪組12之左輪與右輪，藉由左輪與右輪之間的轉速差異來形成一平衡力矩，達到平衡該載台11之效果。
值得強調的是，本發明係特別設計連接至該平衡狀態偵測模組13的一移動控制模組16；如此設計，駕駛者便可以透過該移動控制模組16而向前或向後傾斜該平衡狀態偵測模組13，使得該平衡狀態偵測模組13輸出一特定傾斜角訊號與一特定角速度訊號；接著，主控模組14便會根據該特定傾斜角訊號與該特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組15，以透過該輪組驅動模組15驅動該輪組12運轉，藉以驅使該載台11向前或向後移動。
請繼續同時參閱圖6，係顯示該自我平衡之移動載具與該移動控制模組的架構圖。本發明係以一操控單元161及一作動單元162組成所述之移動控制模組16。於第一實施例中，該操控單元161為一操控桿，且一使用者操控介面18係設置於該操控桿之上，便利於駕駛者啟動/關閉自我平衡之移動載具1之電源。此外，駕駛者亦可透過該使用者操控介面18設定自我平衡之移動載具1之行駛速度與操控模式。另外，該作動單元162的最簡單形式係為4個壓縮彈簧。如圖6所示，該4個壓縮彈簧的一端係支撐該平衡狀態偵測模組13，另一端則連接至該載台11。
請再同時參閱圖7A與圖7B，其中圖7A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖，並且圖7B係顯示該作動單元的作動圖。如圖7A與圖7B所示，駕駛者可以透過該操控單元161可控制該作動單元162，以使得該平衡狀態偵測模組13向前傾斜，進而令該平衡狀態偵測模組13輸出特定的傾斜角訊號與特定的角速度訊號；此時，該主控模組14便會根據所接收到的特定傾斜角訊號與特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組15，以透過該輪組驅動模組15驅動該輪組12運轉，進而驅使該載台11向前移動行駛。
請再同時參閱圖8A與圖8B，其中圖8A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖，並且圖8B係顯示該作動單元的作動圖。如圖8A與圖8B所示，駕駛者者也可以透過該操控單元161可控制該作動單元162，以使得該平衡狀態偵測模組13向後傾斜，進而令該平衡狀態偵測模組13輸出特定的傾斜角訊號與特定的角速度訊號；此時，該主控模組14便會根據所接收到的特定傾斜角訊號與特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組15，以透過該輪組驅動模組15驅動該輪組12運轉，進而驅使該載台11向後移動行駛。
請再同時參閱圖9A與圖9B，其中圖9A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖，並且圖9B係顯示該作動單元的作動圖。如圖9A與圖9B所示，駕駛者也可以透過該操控單元161可控制該作動單元162，以使得該平衡狀態偵測模組13向右傾斜，進而令該平衡狀態偵測模組13輸出特定的傾斜角訊號與特定的角速度訊號；此時，該主控模組14便會根據所接收到的特定傾斜角訊號與特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組15，以透過該輪組驅動模組15驅動該輪組12運轉，進而驅使該載台11向右移動行駛。
請再同時參閱圖10A與圖10B，其中圖10A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖，並且圖10B係顯示該作動單元的作動圖。如圖10A與圖10B所示，駕駛者者也可以透過該操控單元161可控制該作動單元162，以使得該平衡狀態偵測模組13向左傾斜，進而令該平衡狀態偵測模組13輸出特定的傾斜角訊號與特定的角速度訊號；此時，該主控模組14便會根據所接收到的特定傾斜角訊號與特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組15，以透過該輪組驅動模組15驅動該輪組12運轉，進而驅使該載台11向左移動行駛。
第二實施例
雖然圖6係顯示用以傾斜平衡狀態偵測模組13的該移動控制模組16係由一操控桿(操控單元161)與4個壓縮彈簧(作動單元162)所組成，但並非用以限制所述移動控制模組16的實施態樣。請參閱圖11，係顯示本發明之自我平衡之移動載具的第二實施例的架構圖。不同於前述第一實施例(圖6)的是，第二實施例係以一搖桿式操控器做為該移動控制模組16的操控單元161，並同時以一電子式雲台(electronic cradle head device)作為該移動控制模組16的作動單元162。值得說明的是，於第二實施例中，操控桿160係僅供駕駛者握持及搭載該搖桿式操控器(操控單元161)；必須強調的是，操控桿160係採固定式，並不能用來控制作動單元162之作動。
於第二實施例中，駕駛者係可以其手指撥動該搖桿式操控器(操控單元161)之上的搖桿，藉以控制該電子式雲台(作動單元162)進行作動，以令該平衡狀態偵測模組13向前、向後、向右、或向左傾斜，達到輕易控制該自我平衡之移動載具向前、向後、向右、或向左行駛之效果。然而，必須補充說明的是，第二實施例之中的搖桿式操控器也可以操控桿、按鍵式操控器、滾輪式操控器等類似功能的操控單元161。
第三實施例
雖然圖11係顯示用以傾斜平衡狀態偵測模組13的該移動控制模組16係由一搖桿式操控器(操控單元161)與一電子式雲台(作動單元162)所組成，但並非用以限制所述移動控制模組16的實施態樣。請參閱圖12，係顯示本發明之自我平衡之移動載具的第三實施例的架構圖。不同於前述第二實施例(圖11)的是，第三實施例係以一無線傳輸式操控器作為該移動控制模組16的操控單元161，其中，無線傳輸式操控器可以是無線搖桿(Joystick)、智慧型電子裝置、或遙控器。
以一智慧型手機作為第三實施例的設計範例，其中，駕駛者可以事先將用以控制該電子式雲台(作動單元162)進行作動的一應用程式(APP)安裝至其智慧型手機內；接著，駕駛者便可以透過智慧型手機的應用程式控制該電子式雲台(作動單元162)進行作動，進而使該平衡狀態偵測模組13向前、向後、向右、或向左傾斜，達到輕易控制該自我平衡之移動載具向前、向後、向右、或向左行駛之效果。除此之外，如圖12所示，於第三實施例之中，該自我平衡之移動載具1更包括有一座椅模組19，係設置於該載台11之上，用以供駕駛者乘坐。
第四實施例
請參閱圖13，係顯示本發明之自我平衡之移動載具的第四實施例的立體圖。如圖13所示，本發明之自我平衡之移動載具1係包括：一載台11、一輪組12、一平衡狀態偵測模組13、一主控模組14、一輪組驅動模組(未圖示)、一移動控制模組16、以及一電源模組(未圖示)。顯然地，於第四實施例中，所述自我平衡之移動載具1係作為一載運平台，用以載送物品或裝置。
繼續地參閱圖13，並請同時參閱圖14，係顯示平衡狀態偵測模組、主控模組、輪組驅動模組、與輔助平衡模組的電性連接方塊圖。相同於前述第三實施例(圖12)，第四實施例同樣係以一無線傳輸式操控器作為該移動控制模組16的操控單元161，例如：無線傳輸式操控器可以是無線搖桿(Joystick)、智慧型電子裝置、或遙控器。以一無線搖桿作為設計範例，其中，使用者可以透過該無線搖桿該電子式雲台(作動單元162)進行作動，進而使該平衡狀態偵測模組13向前、向後、向右、或向左傾斜，達到輕易控制該自我平衡之移動載具向前、向後、向右、或向左行駛之效果。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之自我平衡之移動載具1，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列之優點：
(1)不同於習知的兩輪移動載具1’(如圖3A與圖3B所示)必須依靠駕駛者體感操作才能夠移動行駛，本發明所提出的自我平衡之移動載具1係特別搭載由一操控單元161與一作動單元162所組成的一移動控制模組16；如此設計，駕駛者便可以透過該操控單元161控制該作動單元162進行作動，進而使得設置於該作動單元162之上的陀螺儀向前傾斜或向後傾斜，達到輕易控制該自我平衡之移動載具1向前或向後行駛之效果。
(2)並且，不同於習知的兩輪移動載具1’(如圖1與圖2所示)必須搭載至少三個陀螺儀143’，本發明之自我平衡之移動載具1僅搭載由一陀螺儀131與一加速計132所組成的一平衡狀態偵測模組13便能夠實現相同於習知的兩輪移動載具的基礎功能；顯然，相較於習知的兩輪移動載具1’，本發明之自我平衡之移動載具1因構件成本低廉而具有價格上的優勢。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
＜本發明＞
1‧‧‧自我平衡之移動載具
11‧‧‧載台
12‧‧‧輪組
13‧‧‧平衡狀態偵測模組
14‧‧‧主控模組
15‧‧‧輪組驅動模組
16‧‧‧移動控制模組
17‧‧‧電源模組
131‧‧‧陀螺儀
132‧‧‧加速計
151‧‧‧左輪驅動單元
152‧‧‧右輪驅動單元
161‧‧‧操控單元
162‧‧‧作動單元
18‧‧‧使用者操控介面
19‧‧‧座椅模組
160‧‧‧操控桿
1‧‧‧自我平衡之移動載具
11‧‧‧載台
12‧‧‧輪組
13‧‧‧平衡狀態偵測模組
14‧‧‧主控模組
15‧‧‧輪組驅動模組
16‧‧‧移動控制模組
17‧‧‧電源模組
131‧‧‧陀螺儀
132‧‧‧加速計
151‧‧‧左輪驅動單元
152‧‧‧右輪驅動單元
161‧‧‧操控單元
162‧‧‧作動單元
18‧‧‧使用者操控介面
19‧‧‧座椅模組
160‧‧‧操控桿
＜習知＞
1’‧‧‧兩輪移動載具
11’‧‧‧輔助平衡桿
12’‧‧‧載台
13’‧‧‧輪組
14’‧‧‧動力系統
141’‧‧‧控制模組
142’‧‧‧使用者介面
143’‧‧‧陀螺儀
144’‧‧‧左馬達驅動模組
145’‧‧‧右馬達驅動模組
146’‧‧‧加速計
147’‧‧‧電源模組
1’‧‧‧兩輪移動載具
11’‧‧‧輔助平衡桿
12’‧‧‧載台
13’‧‧‧輪組
14’‧‧‧動力系統
141’‧‧‧控制模組
142’‧‧‧使用者介面
143’‧‧‧陀螺儀
144’‧‧‧左馬達驅動模組
145’‧‧‧右馬達驅動模組
146’‧‧‧加速計
147’‧‧‧電源模組
圖1係顯示習用的一種兩輪移動載具之立體圖； 圖2係顯示該動力系統的系統方塊圖； 圖3A與圖3B係顯示兩輪移動載具的操作示意圖； 圖4係顯示本發明之一種自我平衡之移動載具的第一實施例的立體圖； 圖5係顯示平衡狀態偵測模組、主控模組、與輪組驅動模組的電性連接方塊圖； 圖6係顯示該自我平衡之移動載具與該移動控制模組的架構圖； 圖7A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖； 圖7B係顯示該作動單元的作動圖； 圖8A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖； 圖8B係顯示該作動單元的作動圖； 圖9A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖； 圖9B係顯示該作動單元的作動圖； 圖10A係顯示該自我平衡之移動載具的操作示意圖； 圖10B係顯示該作動單元的作動圖； 圖11係顯示本發明之自我平衡之移動載具的第二實施例的架構圖； 圖12係顯示本發明之自我平衡之移動載具的第三實施例的架構圖； 圖13係顯示本發明之自我平衡之移動載具的第四實施例的立體圖； 圖14係顯示平衡狀態偵測模組、主控模組、輪組驅動模組、與輔助平衡模組的電性連接方塊圖。
1‧‧‧自我平衡之移動載具
11‧‧‧載台
12‧‧‧輪組
13‧‧‧平衡狀態偵測模組
14‧‧‧主控模組
16‧‧‧移動控制模組
18‧‧‧使用者操控介面
Claims (9)
- 一種自我平衡之移動載具，係包括: 一載台； 一輪組，係連接於該載台之兩側； 一平衡狀態偵測模組，係設置於該載台之上，用以偵測該載台的一傾斜角與一角速度，進而輸出一傾斜角訊號與一角速度訊號； 一主控模組，係設置於該載台內部，並電性連接該平衡狀態偵測模組以接收該傾斜角訊號與該角速度訊號； 一輪組驅動模組，係設置於該載台內並電性連接該主控模組； 一移動控制模組，係連接至該平衡狀態偵測模組；以及 一電源模組，係設於該載台之中，用以供應所需電力； 其中，該主控模組可根據該傾斜角訊號與該角速度訊號而控制該輪組驅動模組，以透過該輪組驅動模組驅動該輪組運轉，藉以維持該載台之平衡； 其中，該移動控制模組可令該平衡狀態偵測模組輸出一特定傾斜角訊號與一特定角速度訊號，使得該主控模組根據該特定傾斜角訊號與該特定角速度訊號而控制該輪組驅動模組，以透過該輪組驅動模組驅動該輪組運轉，進而驅使該載台移動行駛。
- 如申請專利範圍第1項所述之自我平衡之移動載具，更包括一使用者操控介面，係電性連接至該電源模組與該主控模組；其中，透過該使用者操控介面可啟動該自我平衡之移動載具之電源，亦可設定該自我平衡之移動載具之基礎參數。
- 如申請專利範圍第1項所述之自我平衡之移動載具，更包括一座椅模組，係設置於該載台之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之自我平衡之移動載具，其中，該平衡狀態偵測模組係由一陀螺儀(gyroscope)與一加速計(accelerometer)。
- 如申請專利範圍第2項所述之自我平衡之移動載具，其中，該移動控制模組係包括： 一操控單元；以及 一作動單元； 其中，透過該操控單元可控制該作動單元傾斜該平衡狀態偵測模組，使得該平衡狀態偵測模組輸出該特定傾斜角訊號與該特定角速度訊號。
- 如申請專利範圍第5項所述之自我平衡之移動載具，其中，該操控單元可為下列任一者：操控桿、滾輪式操控器、搖桿式操控器、按鍵式操控器、搖桿(Joystick)、智慧型電子裝置、或無線傳輸式操控器。
- 如申請專利範圍第5項所述之自我平衡之移動載具，其中，該操控單元與該使用者操控介面可以相互整合。
- 如申請專利範圍第5項所述之自我平衡之移動載具，其中，該作動單元為一雲台，且該平衡狀態偵測模組係設置於該雲台之上。
- 如申請專利範圍第5項所述之自我平衡之移動載具，其中，該作動單元係至少包括：複數個壓縮彈簧；並且，該複數個壓縮彈簧的一端係支撐該平衡狀態偵測模組，另一端則連接至該載台。
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