DE102024113158B3 - Vehicle for a driver with a ball rolling on a floor - Google Patents
Vehicle for a driver with a ball rolling on a floorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) für die Fortbewegung eines Fahrers (2) mit einer auf einem Boden (3) abrollenden Kugel (4) und mindestens einer auf dem Boden (3) abrollenden Rolle (7a, 7b), mit einem sich auf der Kugel (4) und auf der mindestens einen Rolle (7a, 7b) abstützenden Tragelement (5), auf dem der Fahrer (2) im Betrieb des Fahrzeuges (1) steht, mit einer sich an dem Tragelement (5) abstützenden Antriebsanordnung (6), die die Kugel (4) antreibt. Um ein verbessertes Fahrzeug zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug (1) aus einem Vorderteil (5a) mit der Kugel (4) und aus einem Hinterteil (5b) mit der mindestens einen Rolle (7a, 7b) besteht und das Vorderteil (5a) in einer Vorwärtsfahrtrichtung (V) gesehen um eine Drehachse (d) relativ zu dem Hinterteil (5b) nach vorne und hinten kippbar ist. The invention relates to a vehicle (1) for the locomotion of a driver (2), comprising a ball (4) rolling on a ground (3) and at least one roller (7a, 7b) rolling on the ground (3), a support element (5) supported on the ball (4) and on the at least one roller (7a, 7b), on which the driver (2) stands during operation of the vehicle (1), and a drive arrangement (6) supported on the support element (5) and driving the ball (4). In order to create an improved vehicle, it is proposed that the vehicle (1) consist of a front part (5a) with the ball (4) and a rear part (5b) with the at least one roller (7a, 7b), and that the front part (5a) be tiltable forwards and backwards about a rotation axis (d) relative to the rear part (5b) in a forward direction of travel (V).
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel und mindestens einer auf dem Boden abrollenden Rolle, mit einem sich auf der Kugel und auf der mindestens einen Rolle abstützenden Tragelement, auf dem der Fahrer im Betrieb des Fahrzeuges steht, mit einer sich an dem Tragelement abstützenden Antriebsanordnung, die die Kugel antreibt.The invention relates to a vehicle for the locomotion of a driver with a ball rolling on a ground and at least one roller rolling on the ground, with a support element supported on the ball and on the at least one roller, on which the driver stands during operation of the vehicle, with a drive arrangement supported on the support element, which drives the ball.
Aus der europäischen Patentschrift
Des Weiteren ist aus der britischen Offenlegungsschrift
Ferner ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes kompaktes Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel zu schaffen.Based on this, the present invention is based on the object of creating an improved compact vehicle for the locomotion of a driver with a ball rolling on a floor.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 16 angegeben.This object is achieved by a vehicle for the locomotion of a driver with a ball rolling on a ground having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 16.
Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Fahrzeug für die Fortbewegung eines Fahrers mit einer auf einem Boden abrollenden Kugel und mindestens einer auf dem Boden abrollenden Rolle, mit einem sich auf der Kugel und auf der mindestens einen Rolle abstützenden Tragelement, auf dem der Fahrer im Betrieb des Fahrzeuges steht, mit einer sich an dem Tragelement abstützenden Antriebsanordnung, die die Kugel antreibt, dadurch geschaffen, dass das Fahrzeug aus einem Vorderteil mit der Kugel,aus einem Hinterteil mit der mindestens einen Rolle und einem Kopplungsteil, das das Vorderteil mit dem Hinterteil koppelt besteht, die Antriebsanordnung die Kugel über Allseitenräder antreibt und das Vorderteil in einer Vorwärtsfahrtrichtung gesehen um eine Drehachse der Kugel relativ zu dem Hinterteil nach vorne und hinten kippbar ist. Diese zur Verfügung gestellte Kippbarkeit kann von dem Fahrer zum Gas geben und zum Bremsen des vorzugsweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Vorderteil eine vordere Aufstandsfläche für einen vorderen Fuß des Fahrers aufweist und in der vorderen Aufstandsfläche ein Bügel angeordnet ist, auf dem Bügel während eines Betriebs des Fahrzeugs der vordere Fuß ruht und der Bügel relativ zu dem nach vorne und hinten kippbaren Vorderteil feststehend ist. Dadurch dass ein zentraler Teil des Fußes des Fahrers auf dem Bügel ruht und dieser nicht kippbar sowie fest mit dem Hinterteil vorzugsweise über ein Kopplungsteil verbunden ist, wird dem Fahrer einen sicheren Stand gegeben und der Fahrer kann feinfühlig mit den Zehen und der Ferse, die nicht auf dem Bügel ruhen, das Vorderteil nach vorne zum Gas geben und nach hinten zum Bremsen kippen. Eine Fernbedienung oder ein Lenker mit entsprechenden Schaltelementen sind für das Gas geben und Bremsen somit nicht notwendig.According to the invention, an improved vehicle for the locomotion of a driver is created, comprising a ball rolling on a ground and at least one roller rolling on the ground, a support element supported on the ball and on the at least one roller, on which the driver stands during operation of the vehicle, and a drive arrangement supported on the support element, which drives the ball. The vehicle consists of a front part with the ball, a rear part with the at least one roller, and a coupling part that couples the front part to the rear part. The drive arrangement drives the ball via omnidirectional wheels, and the front part can be tilted forwards and backwards relative to the rear part about a rotational axis of the ball, as seen in a forward direction of travel. This tiltability can be used by the driver to accelerate and brake the preferably electrically powered vehicle. It is particularly advantageous that the front section has a front contact surface for the driver's front foot and that a bar is arranged in the front contact surface, on which bar the front foot rests when the vehicle is in operation and the bar is fixed relative to the front section which can be tilted forwards and backwards. Because a central part of the driver's foot rests on the bar and this is not tiltable and is firmly connected to the rear section, preferably via a coupling part, the driver is given a secure footing and the driver can sensitively tilt the front section forwards to accelerate and backwards to brake using their toes and heel, which are not resting on the bar. A remote control or a handlebar with corresponding switching elements is therefore not necessary for accelerating and braking.
In konstruktiv vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bügel sich an dem Hinterteil abstützt.In a structurally advantageous embodiment, the bracket is supported on the rear part.
In Bezug auf die Kippbarkeit des Vorderteils ist eine Begrenzung vorgesehen, so dass das Vorderteil in einer Vorwärtsfahrtrichtung gesehen um eine Drehachse relativ zu dem Hinterteil um +/- 10 Grad, vorzugsweise +/- 5 Grad, nach vorne und hinten kippbar ist. Hierdurch wird das Fahrverhalten des Fahrzeugs stabilisiert.Regarding the tiltability of the front section, a limit is provided so that the front section can be tilted forward and backward about a rotation axis relative to the rear section by +/- 10 degrees, preferably +/- 5 degrees, in a forward direction of travel. This stabilizes the vehicle's handling.
Die Kippbarkeit des Vorderteils wird in konstruktiver Hinsicht über ein rechtes Drehlager und ein linkes Drehlager geschaffen, die zwischen dem Hinterteil und dem Vorderteil angeordnet sind.The tiltability of the front part is achieved from a structural point of view by means of a right pivot bearing and a left pivot bearing, which are arranged between the rear part and the front part.
Um die Kippbarkeit des Vorderteils für Signale zum Gas geben und Bremsen verwenden zu können und somit intuitiv das Vorderteil in Vorwärtsfahrtrichtung gesehen nach vorne und hinten kippen zu können, ist die Drehachse der Drehlager parallel zu einer Querachse des Fahrzeugs ausgerichtet.In order to be able to use the tiltability of the front part for signals to accelerate and brake and thus to be able to intuitively tilt the front part forwards and backwards as seen in the forward direction of travel, the axis of rotation of the pivot bearings is aligned parallel to a transverse axis of the vehicle.
In vorteilhafter konstruktiver Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einer Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen das Vorderteil, das Kopplungsteil und das Hinterteil hintereinander angeordnet sind und das Kopplungsteil das Vorderteil und das Hinterteil miteinander verbindet sowie dass die Kugel an dem Vorderteil und die mindestens zwei Rollen an dem Hinterteil gelagert sind.In an advantageous structural embodiment, it is provided that, viewed in a forward direction of travel of the vehicle, the front part, the coupling part and the rear part are arranged one behind the other and the coupling part connects the front part and the rear part to one another, and that the ball is mounted on the front part and the at least two rollers are mounted on the rear part.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das Hinterteil eine hintere Aufstandsfläche für einen hinteren Fuß des Fahrers aufweist.Advantageously, the rear part is provided with a rear contact surface for a rear foot of the driver.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die vordere Aufstandsfläche oberhalb der Kugel angeordnet ist und die hintere Aufstandsfläche oberhalb der Rollen angeordnet ist. In Zusammenhang mit diesem Merkmal bedeutet oberhalb, dass in einer Draufsicht auf das Fahrzeug gesehen die vordere Aufstandsfläche zumindest teilweise oberhalb der Kugel angeordnet ist. Vorzugsweise ist in der Draufsicht auf das Fahrzeug gesehen, die vordere Aufstandsfläche vollständig innerhalb der Kontur der Kugel - nur in Bezug auf die Längsachse des Fahrzeugs - angeordnet und insbesondere zentral oberhalb der Kugel. Analoges gilt für die Rollen und die hintere Aufstandsfläche.Preferably, the front contact surface is arranged above the ball, and the rear contact surface is arranged above the rollers. In the context of this feature, "above" means that, viewed from above the vehicle, the front contact surface is arranged at least partially above the ball. Preferably, viewed from above the vehicle, the front contact surface is arranged entirely within the contour of the ball—only in relation to the vehicle's longitudinal axis—and in particular centrally above the ball. The same applies to the rollers and the rear contact surface.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Fahrzeug über eine von dem Fahrer hervorgerufene seitliche Neigung des Fahrzeugs lenkbar ist, indem eine Steuerung dem die Neigung auswertet und die Antriebsanordnung die Kugel in einer gewünschten Fahrtrichtung antreibt. Das Fahrzeug wird ausschließlich über die Füße des auf dem Tragelement frei balancierenden Fahrers gelenkt. Durch eine Gewichtsverlagerung initiiert der Fahrer die Lenkung des Fahrzeuges. Ein Neigen nach links bedeutet ein Lenken nach links. Analoges gilt für rechts. Dabei reagiert die Steuerung auf die Änderung eines seitlichen Neigungswinkels des Tragelements und treibt die Kugel über die Antriebsanordnung an, in die gewünschte seitliche Richtung abzurollen. Hierbei liegt der seitliche Neigungswinkel im Bereich von 0 Grad bis +/- 10 Grad beziehungsweise vorzugsweise bis +/- 5 Grad. Dann gleicht die Steuerung die gemessene Neigung des Tragelements aus, sodass es sich wieder in einer vorzugsweise horizontalen Ausrichtung befindet. Vorzugsweise steht der Fahrer einfach im Bereich der Aufstandsflächen auf dem Tragelement, die mit Anti-Rutsch-Auflagen für einen festen und sicheren Stand des Fahrers sowie eine bessere Koordination der Gewichtsverlagerung versehen sind. Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Steuerung ein Balance-Steuerungsmodul umfasst, das einen Fahrer bei der Ausbalancierung des Tragelements in einer horizontalen Lage im Raum unterstützt. Diese Ausbalancierung des Tragelementes in eine ausbalancierte Ausrichtung erfolgt über eine entsprechende Ansteuerung des ersten und zweiten Allseitenrads. Der Grad der Unterstützung kann variiert werden und so groß eingestellt werden, dass es für den Fahrer relativ einfach ist auf dem Tragelement zu balancieren. Andererseits ist die Unterstützung nicht so groß, dass der Fahrer daran gehindert wird, durch ein Verlagern seines Gewichts eine Lenkung des Fahrzeugs in die Neigungsrichtung auf Grund der Gewichtsverlagerung hervor zu rufen.It is particularly advantageous that the vehicle is steerable via a lateral inclination of the vehicle caused by the driver, in that a control system evaluates the inclination and the drive arrangement drives the ball in a desired direction of travel. The vehicle is steered exclusively via the feet of the driver, who is freely balanced on the support element. The driver initiates the steering of the vehicle by shifting his or her weight. Tilting to the left means steering to the left. The same applies to the right. The control system reacts to the change in the lateral inclination angle of the support element and drives the ball via the drive arrangement to roll in the desired lateral direction. The lateral inclination angle is in the range from 0 degrees to +/- 10 degrees or preferably to +/- 5 degrees. The control system then compensates for the measured inclination of the support element so that it is again in a preferably horizontal orientation. Preferably, the driver simply stands in the area of the contact surfaces on the support element, which are Anti-slip pads ensure a firm and secure stance for the driver and improve coordination of weight shifting. Advantageously, the control system includes a balance control module that assists a driver in balancing the support element in a horizontal position in space. This balancing of the support element into a balanced orientation is achieved via appropriate control of the first and second omnidirectional wheels. The degree of assistance can be varied and set so that it is relatively easy for the driver to balance on the support element. On the other hand, the assistance is not so great that the driver is prevented from shifting their weight, causing the vehicle to steer in the direction of inclination due to the weight shift.
Auch ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Fahrzeug über ein von dem Fahrer hervorgerufenes Kippen des Vorderteils nach vorne und hinten beschleunig- und bremsbar ist, indem eine Steuerung das Kippen auswertet und die Antriebsanordnung die Kugel in Vorwärtsfahrtrichtung antreibt oder bremst.It is also advantageously provided that the vehicle can be accelerated and braked by tilting the front part forwards and backwards caused by the driver, in that a control system evaluates the tilting and the drive arrangement drives or brakes the ball in the forward direction of travel.
Insgesamt ist somit vorgesehen, dass die Kugel angetrieben und die Rollen antriebslos beziehungsweise nicht angetrieben sind, wie bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb. Die Rollen werden im Betrieb also von der Kugel geschleppt. Insgesamt ist das Fahrzeug mit einem Dreirad ohne Sitz vergleichbar, das eine angetriebene und über den Antrieb lenkbare Vorderkugel und geschleppte Hinterrollen aufweist. Während eines normalen Betriebs des Fahrzeugs sind somit Kugel und Rollen in Kontakt mit dem Boden.Overall, the design is such that the ball is driven and the rollers are non-driven, like a front-wheel drive vehicle. The rollers are therefore towed by the ball during operation. Overall, the vehicle is comparable to a seatless tricycle, with a driven and steerable front ball and towed rear rollers. During normal vehicle operation, the ball and rollers are in contact with the ground.
In einer Variante ist vorgesehen, dass die Rollen derart angeordnet sind, dass in der Vorwärtsfahrtrichtung gesehen das Fahrzeug nach rechts und links nach Art eines Dreirads stabilisiert ist.In one variant, the rollers are arranged in such a way that, viewed in the forward direction of travel, the vehicle is stabilized to the right and left in the manner of a tricycle.
Besonders vorteilhaft und einfach ist, dass das Fahrzeug nur genau eine einzige Kugel und/oder nur genau ein einziges Paar Rollen aufweist.What is particularly advantageous and simple is that the vehicle has only exactly one ball and/or only exactly one pair of rollers.
Ein wirksamer Antrieb der Kugel wird dadurch erreicht, dass die Kugel über zwei Allseitenräder direkt und ohne eine Zwischenschaltung eines Getriebes über je einen Elektromotor angetrieben ist und jeder Elektromotor an dem Tragelement befestigt ist.An effective drive of the ball is achieved by the fact that the ball is driven directly by two omnidirectional wheels and by an electric motor each without the need for an intermediate gear, and each electric motor is attached to the support element.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Elektromotoren über mindestens eine wiederaufladbare Batterie mit Energie versorgt sind.It is particularly advantageous that the electric motors are supplied with energy via at least one rechargeable battery.
Vorteilhafter Weise ist das Fahrzeug haltegrifflos und wird von einem frei auf dem Tragelement balancierend stehenden Fahrer gelenkt, ohne Einsatz einer Haltestange. Der Fahrer kann somit auf dem Tragelement des Fahrzeugs skateboardartig frei balancieren ohne sich mit den Händen an einer Stütze oder an einer Lenkstange abzustützen oder auf einem auf dem Tragelement angeordneten Sattel oder Sitz zu sitzen.Advantageously, the vehicle is handleless and is steered by a rider balancing freely on the support element, without the use of a handlebar. The rider can thus balance freely on the support element of the vehicle, skateboard-like, without having to support themselves with their hands on a support or handlebar, or sit on a saddle or seat mounted on the support element.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Prinzip-Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs für die Fortbewegung eines Fahrers, -
2 eine perspektivische Ansicht eines das Fahrzeug tragenden Fahrers, -
3 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß1 in einer Betriebsstellung und ohne Fahrer, -
4 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß3 in einer Tragestellung, -
5 eine Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß3 im Schnitt und in Betriebsstellung, -
6 eine Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß5 in einer Zwischenstellung -
7 eine Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß5 in einer Tragestellung, -
8 eine weitere perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß1 , -
9 eine perspektivische Ansicht des Fahrzeugs gemäß8 unter einem anderen Betrachtungswinkel und -
10 ein Prinzip-Schaltbild der Steuerung des Fahrzeugs.
-
1 a perspective principle view of a vehicle according to the invention for the movement of a driver, -
2 a perspective view of a driver carrying the vehicle, -
3 a perspective view of the vehicle according to1 in an operating position and without a driver, -
4 a perspective view of the vehicle according to3 in a carrying position, -
5 a side view of the vehicle according to3 in section and in operating position, -
6 a side view of the vehicle according to5 in an intermediate position -
7 a side view of the vehicle according to5 in a carrying position, -
8 another perspective view of the vehicle according to1 , -
9 a perspective view of the vehicle according to8 from a different perspective and -
10 a schematic diagram of the vehicle's control system.
In der
Das Tragelement 5 ist aufgeteilt in ein Vorderteil 5a, ein Hinterteil 5b und ein Kopplungsteil 5c. Das Vorderteil 5a und das Hinterteil 5b sind jeweils halbkugelförmig, wobei jeweils eine Schnittfläche der Halbkugel als vordere Aufstandsfläche 10a für einen vorderen Fuß 2a des Fahrers 2 und eine hintere Aufstandsfläche 10b für einen hinteren Fuß 2b des Fahrers 2 nach oben ragen. Die vordere Aufstandsfläche 10a ist leicht konvex nach außen gewölbt und die hintere Aufstandsfläche 10b entgegengesetzt zur vorderen Aufstandsfläche 10a aber im gleichen Maß leicht konkav nach innen gewölbt. Die Halbkugeln des Vorderteils 5a und des Hinterteils 5b haben nahezu die gleiche Form und den gleichen Durchmesser im Bereich von 70 mm bis 300 mm, vorzugsweise im Bereich von 100 mm bis 175 mm, besonders vorzugsweise von 125 mm. Das Vorderteil 5a und das Hinterteil 5b sind über das Kopplungsteil 5c zu dem Tragelement 5 miteinander verbunden. Das Kopplungsteil 5c ist stangenartig und verläuft im Wesentlichen in Richtung der Längsachse x des Fahrzeugs 1. Insgesamt erinnert der Aufbau somit an ein Snakeboard oder eine Waveboard, wobei hier die erfindungsgemäße Kombination von Kugel 4 und Rollen 7a, 7b anstatt bekannter Rollen verwendet wird. Das Kopplungsteil 5c hat im Wesentlichen hat zwei Funktionen. Beim Fahren des Fahrzeugs 1 befindet sich das Kopplungsteil 5c und somit auch das Vorder- und das Hinterteil 5a, 5b in einer Betriebsstellung. In der Betriebsstellung verbindet das Kupplungsteil 5c nahezu starr das Vorderteil 5a mit dem Hinterteil 5b, die in Vorwärtsfahrtrichtung V hintereinander angeordnet sind. In diesem Zusammenhang ist nahezu starr so zu verstehen, dass das Kupplungsteil 5c aus mehreren Bauteilen bestehend im Bereich der Verbindungen dieser Bauteile jeweils ein konstruktionsbedingtes Spiel aufweist. Hieraus ergibt sich, dass das Vorderteil 5a seitlich um etwa +/-10 Grad, vorzugsweise +/-5 Grad, relativ zu dem Hinterteil 5b kippen kann. Dieses begrenzte Kippmöglichkeit wird steuerungstechnisch genutzt, um das Fahrzeug 1 über seine Antriebsanordnung 6 zu lenken, was später beschrieben wird. In Bezug auf die Längsachse x des Fahrzeugs ist das Kopplungsteil 5c starr und das Vorderteil 5a kann somit das Hinterteil 5b sicher schleppen.The support element 5 is divided into a front part 5a, a rear part 5b, and a coupling part 5c. The front part 5a and the rear part 5b are each hemispherical, with a sectional surface of the hemisphere protruding upwards as a front contact surface 10a for a front foot 2a of the rider 2 and a rear contact surface 10b for a rear foot 2b of the rider 2. The front contact surface 10a is slightly convexly curved outwards, and the rear contact surface 10b is slightly concavely curved inwards, opposite to the front contact surface 10a but to the same extent. The hemispheres of the front part 5a and the rear part 5b have almost the same shape and the same diameter in the range of 70 mm to 300 mm, preferably in the range of 100 mm to 175 mm, particularly preferably 125 mm. The front part 5a and the rear part 5b are connected to each other via the coupling part 5c to form the support element 5. The coupling part 5c is rod-like and runs essentially in the direction of the longitudinal axis x of the vehicle 1. Overall, the structure is reminiscent of a snakeboard or a waveboard, whereby the inventive combination of ball 4 and rollers 7a, 7b is used here instead of conventional rollers. The coupling part 5c essentially has two functions. When the vehicle 1 is driving, the coupling part 5c and thus also the front and rear parts 5a, 5b are in an operating position. In the operating position, the coupling part 5c almost rigidly connects the front part 5a to the rear part 5b, which are arranged one behind the other in the forward direction of travel V. In this context, almost rigid is to be understood as meaning that the coupling part 5c consists of several components and has a design-related play in the area of the connections between these components. This results in the front part 5a being able to tilt laterally by approximately +/-10 degrees, preferably +/-5 degrees, relative to the rear part 5b. This limited tilting range is used for steering purposes to steer the vehicle 1 via its drive assembly 6, which will be described later. With respect to the vehicle's longitudinal axis x, the coupling part 5c is rigid, allowing the front part 5a to safely tow the rear part 5b.
Auch weist das Tragelement 5 insgesamt eine Länge im Bereich von 500 mm bis 1000 mm, bevorzugt 500 mm bis 800 mm, besonders bevorzugt 600 mm, auf. Ein Vorderbereich der Kugel 4 weist einen Abstand von 10 mm bis 30 mm von einem vorderen Ende des Tragelements 5 beziehungsweise des Vorderteils 5a auf. Die beiden Rollen 7a, 7b sind in Richtung der Längsachse x gesehen zentral unter dem Hinterteil 5b angeordnet. Ein Radstand bezogen auf eine Rollenachse der beiden Rollen 7a, 7b und einer virtuellen Drehachse der Kugel 4 bei Vorwärtsfahrt liegt mindestens bei 300 mm und im Bereich von 300 mm bis 700 mm, um ein stabiles Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 zu erreichen. Die beiden Rollen 7a, 7b sind jeweils bezogen auf eine in Richtung der Querachse y gesehene Mitte ihrer Lauffläche im Bereich von 50 mm bis 300 mm, vorzugsweise 100 mm bis 250 mm, besonders vorzugsweise 100 mm bis 150 mm, voneinander beabstandet sowie jeweils mit gleichem Abstand zur Längsachse x angeordnet.The support element 5 also has a total length in the range of 500 mm to 1000 mm, preferably 500 mm to 800 mm, particularly preferably 600 mm. A front region of the ball 4 has a distance of 10 mm to 30 mm from a front end of the support element 5 or the front part 5a. The two rollers 7a, 7b are arranged centrally below the rear part 5b, as seen in the direction of the longitudinal axis x. A wheelbase relative to a roller axis of the two rollers 7a, 7b and a virtual axis of rotation of the ball 4 during forward travel is at least 300 mm and in the range of 300 mm to 700 mm in order to achieve stable driving behavior of the vehicle 1. The two rollers 7a, 7b are each spaced apart from one another in the range of 50 mm to 300 mm, preferably 100 mm to 250 mm, particularly preferably 100 mm to 150 mm, relative to a center of their running surface seen in the direction of the transverse axis y and are each arranged at the same distance from the longitudinal axis x.
Das Fahrzeug 1 steht über die einzige Kugel 4 und das einzige Paar Rollen 7a, 7b mit einer Dreipunktauflage stabil auf dem Boden 3, obwohl der Fahrer 2 oberhalb der Kugel 4 und der Rollen 7a, 7b auf den Aufstandsflächen 10a, 10b des Vorder- und Hinterteils 5a, 5b steht. Ein Kippen des Fahrzeugs 1 seitlich nach rechts und links um die Längsachse x findet nur im Rahmen der begrenzten Beweglichkeit des Kopplungsteils 5c in Torsionsrichtung statt und ist somit für den Fahrer 2 mit Unterstützung der Steuerung 20 leicht beherrschbar. Der Fahrer 2 braucht somit in Bezug auf die Längsachse x auf dem Fahrzeug 1 während der Fahrt so gut wie nicht zu balancieren. Zusätzlich wird der Fahrer 1 von der Steuerung 20 hierbei unterstützt, die unter anderem Balance-Steuerungsmodule mit entsprechenden elektronischen Stabilitätsprogrammen umfasst, das dem Fahrer 2 bei der Ausbalancierung des Tragelements 5 um die Längsachse x in einer horizontalen Lage hilft. Außerdem ragen die Kugel 4 und die beiden Rollen 7 aus dem Vorderteil 5a beziehungsweise dem Hinterteil 5b teilweise nach unten heraus.The vehicle 1 stands stably on the ground 3 via the single ball 4 and the single pair of rollers 7a, 7b with a three-point support, although the driver 2 stands above the ball 4 and the rollers 7a, 7b on the contact surfaces 10a, 10b of the front and rear sections 5a, 5b. Tilting of the vehicle 1 laterally to the right and left about the longitudinal axis x only occurs within the limited mobility of the coupling part 5c in the torsional direction and is thus easily controllable by the driver 2 with the assistance of the control system 20. The driver 2 therefore hardly needs to balance on the vehicle 1 with respect to the longitudinal axis x while driving. In addition, the driver 1 This is supported by the control system 20, which includes, among other things, balance control modules with corresponding electronic stability programs that assist the driver 2 in balancing the support element 5 around the longitudinal axis x in a horizontal position. Furthermore, the ball 4 and the two rollers 7 partially protrude downward from the front part 5a and the rear part 5b, respectively.
Die Verwendung der angetriebenen Kugel 4 als Radersatz hat den Vorteil, dass das Fahrzeug 1 auf dem Boden 3 grundsätzlich in alle beliebigen Richtungen angetrieben werden kann und somit auch mittels der Kugel 4 gelenkt werden kann. Im vorliegenden Fall ist ein Antrieb des Fahrzeugs 1 über die Kugel 4 in eine Linksfahrtrichtung L, eine Rechtsfahrtrichtung R und eine Vorwärtsfahrtrichtung V vorgesehen (siehe
Das Fahrzeug 1 kann auch als Sportgerät, Freizeitgerät oder Fungerät bezeichnet werden, auf dem der Fahrer 2 während der Benutzung wie bei einem Skateboard frei balancierend auf dem Tragelement 5 steht und bei dem der Fahrer 2 das Fahrzeug 1 über Gewichtsverlagerung lenkt. Ein Bremsen, Beschleunigen und Fahren des Fahrzeugs 1 kann auch über eine Gewichtsverlagerung des Fahrers 2 über nicht dargestellte Sensoren in den Aufstandsflächen 10a, 10b des Tragelements 5 oder eine vom Fahrer 2 zu bedienende Fernsteuerung erfolgen. Im vorliegenden Fall erfolgt Gasgeben und Bremsen über eine Gewichtsverlagerung des Fahrers 2 ohne Sensoren in den Aufstandsflächen 10a, 10b. Ein Neigen des Vorderteils 5a durch den Fahrer 2 mit seinem vorderen Fuß 2a nach vorne oder hinten wird von der Steuerung 20 erfasst und in Bremsbeziehungsweise Gasgeb-Signal für die Antriebsanordnung 6 umgesetzt. Um die hierfür erforderliche leichte Kippbarkeit des Vorderteils 5a zu erhalten, ist das Vorderteil 5a kardanisch beziehungsweise gelenkig in Bezug auf das Kopplungsteil 5c befestigt. Eine Gewichtsverlagerung des Fahrers 2 und somit im Wesentlichen ein Kippen des vorderen Fußes 2a nach vorne und hinten ist ausreichend, um Steuerungsimpulse zu generieren. Außerdem ist das Fahrzeug 1 in Bezug auf den Fahrer 2 haltegrifflos. Somit stehen dem Fahrer 2 keine Hilfsmittel wie eine Lenkstange, eine Stütze zum Abstützen oder einen Sitz zum Sitzen beziehungsweise als Hilfe beim Balancieren zur Verfügung. Der Fahrer 2 muss somit frei auf dem Tragelement 5 des Fahrzeugs 1 balancieren ohne sich mit den Händen an einer Stütze oder an einer Lenkstange beziehungsweise mit den Schienbeinen an einem Kniebrett abzustützen oder auf einem auf dem Tragelement 5 angeordneten Sattel oder Sitz zu sitzen.The vehicle 1 can also be referred to as a sports device, leisure device, or fun device, on which the rider 2 stands freely balancing on the support element 5 during use, like a skateboard, and on which the rider 2 steers the vehicle 1 by shifting his weight. Braking, accelerating, and driving of the vehicle 1 can also be achieved by shifting the weight of the rider 2 via sensors (not shown) in the contact surfaces 10a, 10b of the support element 5 or a remote control operated by the rider 2. In the present case, accelerating and braking are achieved by shifting the weight of the rider 2 without sensors in the contact surfaces 10a, 10b. Tilting of the front part 5a by the rider 2 with his front foot 2a forwards or backwards is detected by the controller 20 and converted into a braking or accelerating signal for the drive arrangement 6. In order to achieve the required easy tiltability of the front part 5a, the front part 5a is attached to the coupling part 5c in a gimbal or articulated manner. A weight shift of the rider 2 and thus essentially a tilting of the front foot 2a forwards and backwards is sufficient to generate steering impulses. Furthermore, the vehicle 1 has no handlebars with respect to the rider 2. Thus, the rider 2 has no aids such as a handlebar, a support for support, or a seat for sitting or as an aid for balancing. The rider 2 must therefore balance freely on the support element 5 of the vehicle 1 without supporting himself with his hands on a support or handlebar, or with his shins on a kneeboard, or sitting on a saddle or seat arranged on the support element 5.
In einer Vorwärtsfahrtrichtung V des Fahrzeuges 1 gesehen sind die vordere Aufstandsfläche 10a auf dem Vorderteil 5a und somit oberhalb der Kugel 4 und die hintere Aufstandsfläche 10b oberhalb der beiden Rollen 7a, 7b angeordnet. Die Vorwärtsfahrtrichtung V ist hierbei auf eine Fahrrichtung des Fahrzeugs 1 in Richtung seiner Längsachse x bezogen, wobei sich die Kugel 4 vor den beiden Rollen 7a, 7b befindet. Der Fahrer 2 bewegt sich in Vorwärtsfahrtrichtung V durch seine seitliche Stellung auf dem Fahrzeug 1 seitwärts.Viewed in a forward travel direction V of the vehicle 1, the front contact surface 10a is arranged on the front part 5a and thus above the ball 4, and the rear contact surface 10b is arranged above the two rollers 7a, 7b. The forward travel direction V refers to a travel direction of the vehicle 1 in the direction of its longitudinal axis x, with the ball 4 located in front of the two rollers 7a, 7b. The driver 2 moves sideways in the forward travel direction V due to his lateral position on the vehicle 1.
Die
Um die zusammengeklappte Tragezustand zu erreichen, sind in dem Kopplungsteil 5c ein erstes Gelenk 5ca und ein zweites Gelenk 5cb eingebaut. In der Tragestellung ist mittels der Gelenke 5ca, 5cb das Hinterteil 5b auf das Vorderteil 5a geklappt. Das Fahrzeug 2 in der Tragestellung erhält somit eine kompakte Kugelform, die gut zu tragen ist. Ein Teil des Kopplungsteils 5c übernimmt die Funktion eines Griffs 14 für eine Hand 2c des Fahrers 2.To achieve the folded carrying position, a first joint 5ca and a second joint 5cb are incorporated into the coupling part 5c. In the carrying position, the rear part 5b is folded onto the front part 5a by means of the joints 5ca and 5cb. The vehicle 2 in the carrying position thus takes on a compact spherical shape that is easy to carry. Part of the coupling part 5c functions as a handle 14 for a hand 2c of the driver 2.
Die
Das Vorderteil 5a ist von außen gesehen eine halbkugelförmige aber auch tragende Verkleidung für die Kugel 4, eine vordere Tragstruktur 5ac, eine Antriebsanordnung 6 hierfür sowie eine Steuerung 20 hierfür. Diese Verkleidung besteht im Wesentlichen aus einem vorderen und oberen Deckelteil 5aa, das ein vorderes und oben offenes Halbkugelteil 5ab im Bereich seiner Schnittfläche abschließt. Dieses vordere Halbkugelteil 5ab hat unten eine zentrale Öffnung 5ad, aus der ein Teil der Kugel 4 nach unten herausragt. Dieser Teil beträgt bezogen auf einen Durchmesser der Kugel 4 etwa 10 bis 30 % der Kugel 4. Auch ist aus der
Außerdem ist aus der
Das Hinterteil 5b sieht von außen gesehen ähnlich wie das Vorderteil 5a aus. Auch das Hinterteil 5b hat eine halbkugelförmige aber auch tragende Verkleidung für einen hinteren Einbauraum 8b, eine hintere Tragstruktur 5bc, die erste und zweite Rolle 7a, 7b sowie eine nicht dargestellte Batterie für die Antriebsanordnung 6 und die Steuerung 20. Auch diese Verkleidung besteht im Wesentlichen aus einem hinteren und oberen Deckelteil 5ba, das ein hinteres und oben offenes Halbkugelteil 5bb im Bereich seiner Schnittfläche abschließt. Dieses hintere Halbkugelteil 5bb hat unten zwei Öffnungen 5ad, aus der ein Teil der ersten und zweiten Rollen 7a, 7b nach unten herausragt. Dieser Teil beträgt bezogen auf einen Durchmesser der Rollen 7a, 7b etwa 10 bis 30 % der Rollen 7a, 7b. Auch ist aus der
Die Aufstandsflächen 10a, 10b für den rechten und den linken Fuß 2a, 2b des Fahrers 2 können bloße Markierungen in der Größe eines Teils der Füße 2a, 2b oder mit einem rutschhemmenden Belag ausgelegte oder antirutschbeschichtete Bereiche auf den Deckelteilen 5aa, 5ba sein. Die Größe der Aufstandsflächen 10a, 10b ist so gewählt, dass zumindest ein Mittelteil der Füße 2a, 2b und die volle Breite der Füße 2a, 2b unterstützt wird.The contact surfaces 10a, 10b for the right and left feet 2a, 2b of the driver 2 can be mere markings the size of a portion of the feet 2a, 2b or areas on the cover parts 5aa, 5ba that are covered or coated with an anti-slip surface. The size of the contact surfaces 10a, 10b is selected such that at least a central portion of the feet 2a, 2b and the full width of the feet 2a, 2b are supported.
Dass das Vorderteil 5a mit dem Hinterteil 5b verbindende Kopplungsteil 5c besteht im Wesentlichen aus einem vorderen Anschlußteil 5cc und einem hinteren Anschlußteil 5cd, die über ein Mittelteil 5ce miteinander verbunden sind. Hierbei ist das Mittelteil 5ce über ein erstes Gelenk 5ca und ein zweites Gelenk 5cb mit dem vorderen Anschlußteil 5cc beziehungsweise dem hinteren Anschlußteil 5cd verbunden. Das erste Gelenk 5ca und das zweite Gelenk 5cb sind als Scharniergelenke ausgebildet deren Achse parallel zur Querachse y des Fahrzeugs 1 ausgerichtet ist. In der Betriebsstellung des Fahrzeugs 2 ist die Beweglichkeit des ersten Gelenks 5ca und des zweiten Gelenks 5cb blockiert, so dass das vordere Anschlußteil 5cc, das Mittelteil 5ce und das hintere Anschlußteil 5cd in Richtung der Längsachse x des Fahrzeugs 2 gesehen eine starre Stange bilden. Um die Blockierung des ersten Gelenks 5ca und des zweites Gelenks 5cb zu lösen, ist ein Riegelteil 5cl vorgesehen, das zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung bewegt werden kann. In der
Für einen Transport des Fahrzeugs 1 ist dieses zusammenklappbar. Nachdem der Fahrer 2 das Kopplungsteil 5c im Bereich seines Mittelteils 5ce durch Hineindrücken des Riegelteils 5cl entriegelt hat, sind die Gelenke 5ca und 5cb freigegeben und das Mittelteil 5ce kann um das erste Gelenk 5ca in Richtung des vorderes Anschlußteil 5cc sowie das hintere Anschlußteil 5cd um das zweite Gelenk 5cb in Richtung des Mittelteils 5ce bewegt werden. Somit kann das Hinterteil 5b auf einer Bogenbahn auf das Vorderteil 5a geklappt werden. Die Längen des vorderes Anschlußteils 5cc, des hinteres Anschlußteils 5cd und des Mittelteils 5ce sind hierbei so bemessen, dass am Ende in der Tragestellung das hintere Deckelteil 5ba bündig auf dem vorderen Deckelteil 5aa zur Auflage kommt.For transport, the vehicle 1 can be folded. After the driver 2 has unlocked the coupling part 5c in the area of its middle section 5ce by pushing in the locking part 5cl, the joints 5ca and 5cb are released and the middle section 5ce can be moved around the first joint 5ca toward the front connecting part 5cc, and the rear connecting part 5cd can be moved around the second joint 5cb toward the middle section 5ce. This allows the rear section 5b to be folded onto the front section 5a in a curved path. The lengths of the front connecting part 5cc, the rear connecting part 5cd, and the middle section 5ce are dimensioned such that, in the final carrying position, the rear cover part 5ba rests flush on the front cover part 5aa.
In der
Die
In der
Auch zeigt die
Wie zuvor zu der
Die
Außerdem ist die Bewegung der Mittelwelle 5cf relativ zu der Mittelstange 5cg zwischen der Betriebsstellung und der Tragestellung um insgesamt 90 Grad jeweils über nicht dargestellte Anschläge begrenztIn addition, the movement of the center shaft 5cf relative to the center rod 5cg between the operating position and the carrying position is limited by a total of 90 degrees via stops not shown.
In der
In der
Die Antriebsanordnung 6 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Allseitenrad 11a, einem zweiten Allseitenrad 11b, einem dritten Allseitenrad 11c (siehe
Innerhalb des Hinterteils 5b und unterhalb des hinteren Deckelteils 5ba sind nicht dargestellte Batterien für die Motoren 12a, 12b und die Steuerung 20 angeordnet. Ein koordinierter Antrieb der beiden Allseitenräder 11a, 11b führt somit zu einer Bewegung des Fahrzeugs 1 in Vorwärtsfahrtrichtung V, in Rechtsfahrtrichtung R oder in Linksfahrtrichtung L oder in jeder beliebigen Zwischenrichtung hiervon. Eine Bewegung des Fahrzeugs 1 in Vorwärtsfahrtrichtung V wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das erste und das zweite Allseitenrad 11a und 11b gegenläufig angetrieben werden.Batteries (not shown) for the motors 12a, 12b and the controller 20 are arranged within the rear part 5b and below the rear cover part 5ba. A coordinated drive of the two omnidirectional wheels 11a, 11b thus results in a movement of the vehicle 1 in the forward direction V, in the right-hand direction R, or in the left-hand direction L, or in any direction intermediate therebetween. Movement of the vehicle 1 in the forward direction V is achieved, for example, by driving the first and second omnidirectional wheels 11a and 11b in opposite directions.
Die Motoren 12a, 12b sind an dem nicht dargestellten vorderen Halbkugelteil 5ab befestigt und werden über eine Steuerung 20 (siehe
Wie zuvor beschrieben sind alle Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d und die Motoren 12a, 12b und somit die gesamte Antriebsanordnung an dem nicht dargestellten vorderen Halbkugelteil 5ab beziehungsweise dem nicht dargestellten vorderen Deckelteil 5aa gelagert beziehungsweise befestigt. Damit die für die zuvor Brems- und Gasgebfunktion im Zusammenhang mit dem feststehenden Bügel 13 möglich wird, ist das vorderen Halbkugelteil 5ab rechts und links neben der Kugel 4 in Richtung der Längsachse x gesehen über ein rechts und ein linkes Drehlager 21a, 21b, insbesondere Wälzlager, an der vorderen Tragstruktur 5ac gelagert. Die Drehachse d der rechten und linken Drehlager 21a, 21b schneiden jeweils den Mittelpunkt der Kugel 4 und verlaufen parallel zur Querachse y des Fahrzeugs. Diese bewegliche Aufhängung des vorderen Halbkugelteils 5ab und des vorderen Deckelteil 5aa an der vorderen Tragstruktur 5ac ermöglicht in Bezug auf den Bügel 13 eine begrenzte Winkelbeweglichkeit um etwa +- 5 bis 15 Grad, vorzugsweise +- 7,5 bis 12,5 Grad, nach vorne und hinten in Richtung der Längsachse x des Fahrzeugs 1 gesehen.As previously described, all omnidirectional wheels 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d and the motors 12a, 12b, and thus the entire drive assembly, are mounted or attached to the front hemisphere part 5ab (not shown) or the front cover part 5aa (not shown). To enable the previously described braking and accelerator function in conjunction with the fixed bracket 13, the front hemisphere part 5ab is mounted to the right and left of the ball 4, viewed in the direction of the longitudinal axis x, via a right and a left pivot bearing 21a, 21b, in particular roller bearings, on the front support structure 5ac. The rotational axes d of the right and left pivot bearings 21a, 21b intersect each center of the sphere 4 and run parallel to the transverse axis y of the vehicle. This movable suspension of the front hemisphere part 5ab and the front cover part 5aa on the front support structure 5ac allows a limited angular mobility of approximately +- 5 to 15 degrees, preferably +- 7.5 to 12.5 degrees, forwards and backwards in the direction of the longitudinal axis x of the vehicle 1, with respect to the bracket 13.
Für einen Antrieb der Kugel 4 sind mindestens zwei angetriebene Allseitenräder 11a, 11b nötig, die vorzugsweise in 90 Grad-Winkel zueinander auf dem Äquator 4c die Kugel 4 antreiben. Ein Antrieb mit drei, vier oder mehr Allseitenrädern 11a, 11b, 11c, 11d ist theoretisch auch möglich. Nur wenn die Kugel 4 über oder unter dem Äquator 4c angetrieben wird, werden Allseitenräder benötigt. Sonst ist der Einsatz von Rädern oder Rollen als Antriebsräder in Ersatz der Allseitenrädern 11a, 11b, 11c, 11d möglich.To drive the ball 4, at least two driven omnidirectional gears 11a, 11b are required, which preferably drive the ball 4 at a 90-degree angle to each other on the equator 4c. A drive with three, four, or more omnidirectional gears 11a, 11b, 11c, 11d is also theoretically possible. Omnidirectional gears are only required if the ball 4 is driven above or below the equator 4c. Otherwise, the use of wheels or rollers as drive gears is possible, replacing the omnidirectional gears 11a, 11b, 11c, 11d.
Es ist selbstverständlich, dass zwischen der Oberfläche 4b der Kugel 4 und der Innenseite des vorderen Halbkugelteils 5ab ein umlaufender Spalt verbleibt, der eine freie Drehbarkeit der Kugel 4 relativ zu dem vorderen Halbkugelteil 5ab erlaubt. Auch kann eine Federung des Fahrzeugs 1 im Bereich der Anlenkung der Allseitenräder 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d oder über eine elastische Kugel vorgesehen werden. Die Kugel 4 ist vorzugsweise aus Hartplastik hergestellt. Beispielsweise sind Bowlingkugeln geeignet. Üblicher Weise ist die Kugel 4 mit Gummi oder Polyurethan umgossen. Außerdem ist ersichtlich, dass die Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11d im Bereich des Äquators 4c angreifen.It goes without saying that a circumferential gap remains between the surface 4b of the ball 4 and the inside of the front hemisphere part 5ab, which allows free rotation of the ball 4 relative to the front hemisphere part 5ab. Suspension of the vehicle 1 can also be provided in the area of the articulation of the omnidirectional wheels 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d or via an elastic ball. The ball 4 is preferably made of hard plastic. Bowling balls, for example, are suitable. Typically, the ball 4 is encapsulated in rubber or polyurethane. It can also be seen that the omnidirectional wheels 11a, 11b, 11c, 11d engage in the area of the equator 4c.
Die verwendeten Allseitenräder 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d sind allgemein bekannt und werden auch als omnidirektionale Räder bezeichnet. Bei den Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d besteht die Lauffläche aus einer Vielzahl entlang des Umfanges angeordneten Rollen, deren Drehachsen im Wesentlichen orthogonal zu der Drehachse des jeweiligen Allseitenrades 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d und tangential zu einem Umfang beziehungsweise einer Lauffläche des Allseitenrades 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d liegen. Die Verwendung von Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d erlaubt, dass sich die Kugel 4 reibungsarm neben der Antriebsrichtung des jeweiligen Allseitenrades 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d in alle anderen Richtungen zu dem jeweiligen Allseitenrad 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d drehen kann.The omnidirectional wheels 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d used are generally known and are also referred to as omnidirectional wheels. The running surface of the omnidirectional wheels 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d consists of a plurality of rollers arranged along the circumference, whose axes of rotation are essentially orthogonal to the axis of rotation of the respective omnidirectional wheel 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d and tangential to a circumference or running surface of the omnidirectional wheel 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d. The use of omnidirectional gears 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d allows the ball 4 to rotate with low friction in all other directions to the respective omnidirectional gear 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d in addition to the drive direction of the respective omnidirectional gear 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d.
Das Vorderteil 5a schützt in seiner Zusatzfunktion als Gehäuse die Antriebsanordnung 6 vor Verschmutzung und die Füße 2a, 2b des Fahrers vor einem möglichen Kontakt mit den rotierenden Allseitenrädern 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d und den Motoren 12a, 12b.The front part 5a, in its additional function as a housing, protects the drive arrangement 6 from dirt and the driver's feet 2a, 2b from possible contact with the rotating omnidirectional wheels 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d and the motors 12a, 12b.
Auch zeigt die
Insgesamt ist zu dem Fahrzeug 1 zu sagen, dass wie bei einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb hier vorne die Kugel 4 angetrieben und hinten die beiden Rollen 7a, 7b antriebslos sind. Die Rollen 7a, 7b werden im Betrieb des Fahrzeugs 1 also von der Kugel 4 geschleppt. Insgesamt ist das Fahrzeug 1 mit einem sitz- und lenkerlosen Dreirad-Skateboard vergleichbar. Während eines normalen Betriebs des Fahrzeugs 1 in Betriebsstellung sind somit die Kugel 4 und die beiden Rollen 7a, 7b alle in Kontakt mit dem Boden 3.Overall, vehicle 1 is characterized by the fact that, as with a front-wheel drive vehicle, the ball 4 is driven at the front, while the two rollers 7a, 7b at the rear are undriven. The rollers 7a, 7b are thus towed by the ball 4 during vehicle 1's operation. Overall, vehicle 1 is comparable to a three-wheeled skateboard without a seat or handlebars. During normal operation of vehicle 1 in the operating position, the ball 4 and the two rollers 7a, 7b are all in contact with the ground 3.
In der
Die
In der
Das vordere Gyroskop 16a ist an dem Vorderteil 5a angeordnet, das um die Drehachse d relativ zu dem Rest des Fahrzeugs 1, insbesondere zu dem Bügel 13, dem Kopplungsteil 5c und dem Hinterteil 5b, nach vorne und hinten kippbar ist. Bevorzugt ist das vordere Gyroskop 16a unterhalb des vorderen Deckelteils 5aa und vor dem ersten Allseitenrad 9a der Stützanordnung 9 angeordnet. Durch den somit weit weg von der Drehachse d gewählten Anbringungsort kann der Kippwinkel und auch der Neigungswinkel des Vorderteils 5a gut ermittelt werden. Das hintere Gyroskop 16b ist an dem Rest des Fahrzeugs 1 außerhalb des Vorderteils 5a, insbesondere zu dem Bügel 13, dem Kopplungsteil 5c und dem Hinterteil 5b, angeordnet. Bevorzugt ist das hintere Gyroskop 16b in dem Mittelteil 5ce des Kopplungsteils 5c und dort an der Mittelstange 5cg des Kopplungsteils 5c angeordnet. Die Mittelstange 5cg des Kopplungsteils 5c ist feststehend wie das Hinterteil 5b und nicht wie zuvor beschrieben tordierbar.The front gyroscope 16a is arranged on the front part 5a, which can be tilted forward and backward about the rotation axis d relative to the rest of the vehicle 1, in particular to the bracket 13, the coupling part 5c, and the rear part 5b. The front gyroscope 16a is preferably arranged below the front cover part 5aa and in front of the first omnidirectional wheel 9a of the support assembly 9. Due to the mounting location thus chosen far away from the rotation axis d, the tilt angle and also the inclination angle of the front part 5a can be easily determined. The rear gyroscope 16b is arranged on the rest of the vehicle 1 outside the front part 5a, in particular relative to the bracket 13, the coupling part 5c, and the rear part 5b. Preferably, the rear gyroscope 16b is arranged in the central part 5ce of the coupling part 5c and there on the central rod 5cg of the coupling part 5c. The central rod 5cg of the coupling part 5c is stationary like the rear part 5b and cannot be twisted as previously described.
Die Gyroskope 16a, 16b liefern jeweils Beschleunigungs- und Winkeldaten und erfassen die Neigungsbewegungen um die Längsachse x und die Kippbewegungen um die Querachse y. In entsprechender Weise sind die Gyroskope 16a, 16b zu der Längsachse x und der Querachse y ausgerichtet, um den Kippwinkel sowie den Neigungswinkel zu ermitteln. Hierbei liegt der seitliche Neigungswinkel und auch der Kippwinkel nach vorne und hinten jeweils im Bereich von bis +/- 10 Grad beziehungsweise vorzugsweise +/- 5 Grad.The gyroscopes 16a, 16b each provide acceleration and angle data and record the tilting movements around the longitudinal axis x and the tipping movements around the transverse axis y. The gyroscopes 16a, 16b are aligned accordingly with the longitudinal axis x and the transverse axis y to determine the tilt angle and the inclination angle. The lateral tilt angle and the forward and backward tilt angle are each in the range of up to +/- 10 degrees and preferably +/- 5 degrees, respectively.
Der Antrieb des Fahrzeugs 1 erfolgt über die beiden Motoren 12a, 12b, die jeweils über einen zugeordneten ersten Regler 19a und zweiten Regler 19b angesteuert werden. Der erste und der zweite Regler 19a, 19b erhalten ihre Steuersignale von einem Mischer 18. Der Mischer 18 sorgt dafür, dass die Kugel 4 in zwei Richtungen (Längsachse x und Querachse y) angetrieben wird: Die Querachse y betrifft rechts/links zum Lenken und die Längsachse x vorwärts/rückwärts zum Fahren, wobei im vorliegenden Fall rückwärts als Bremsen zu verstehen ist. In dem Fahrzeug 1 sind wie zuvor beschreiben zwei Gyroskope 16a, 16b verbaut, die jeweils einen Kippwinkel X1, X2 und einen Neigungswinkel Y1, Y2 angeben, um die ihre Ebene jeweils zu einer Horizontalebene verkippt ist. Hierbei ist zu beachten, dass das hintere Gyroskop 16b durch seine Position fest und vorzugsweise in der Mitte des Fahrzeugs 1, die Ausrichtung des Bodens 3 auf dem das Fahrzeug ruht, ermittelt. Der Boden 3 kann ansteigend und/oder abfallend in Richtung der Längsachse x und/oder der Querachse y und jegliche Kombinationen hiervon sein. Im Gegensatz hierzu ermittelt das vordere Gyroskop 16a die Lage des Vorderteils 5a zu der Horizontalebene. In dieser Lage ist einerseits die Ausrichtung des Bodens 3 und andererseits das Kippen und Neigen des Vorderteils 5a relativ zu dem Rest des Fahrzeugs 1 enthalten. Um nur die Winkel des Kippens und Neigens des Vorderteils 5a zu erhalten, werden die von den beiden Gyroskopen 16a, 16b ermittelten Winkel X1 und Y1 sowie X2 und Y2 jeweils voneinander abgezogen, wodurch der resultierende X-Winkel die Differenz von X2 minus X1 und Y-Winkel die Differenz von Y2 minus Y1 ist. The vehicle 1 is driven by two motors 12a, 12b, each controlled by an associated first controller 19a and second controller 19b. The first and second controllers 19a, 19b receive their control signals from a mixer 18. The mixer 18 ensures that the ball 4 is driven in two directions (longitudinal axis x and transverse axis y): the transverse axis y refers to right/left for steering, and the longitudinal axis x refers to forward/backward for driving, where, in this case, backward is understood as braking. As previously described, two gyroscopes 16a, 16b are installed in the vehicle 1, each of which indicates a tilt angle X1, X2 and an inclination angle Y1, Y2, by which their plane is tilted relative to a horizontal plane. It should be noted that the rear gyroscope 16b, through its fixed position and preferably in the center of the vehicle 1, determines the orientation of the ground 3 on which the vehicle rests. The ground 3 can be rising and/or falling in the direction of the longitudinal axis x and/or the transverse axis y and any combination thereof. In contrast, the front gyroscope 16a determines the position of the front part 5a relative to the horizontal plane. This position includes, on the one hand, the orientation of the ground 3 and, on the other hand, the tilting and inclination of the front part 5a relative to the rest of the vehicle 1. To obtain only the tilting and inclination angles of the front part 5a, the angles X1 and Y1 as well as X2 and Y2 determined by the two gyroscopes 16a, 16b are each subtracted from each other, whereby the resulting X angle is the difference between X2 minus X1 and the Y angle is the difference between Y2 minus Y1.
Der Mischer 18 errechnet dann die Ansteuerung der Motoren 12a, 12b aufgrund der beiden Differenzen. Mittels dieser zweistufigen Schaltlogik mit den zwei Gyroskopen 16a, 16b ist es möglich, bergauf und bergab sowie bei seitlichem Gefälle oder seitlichen Anstieg und jeglichen Kombinationen hiervon zu fahren und gleichzeitig die Bewegungen des Fahrers 2 zum Gasgeben und Bremsen sowie Lenken zu erkennen.The mixer 18 then calculates the control of the motors 12a, 12b based on the two differences. Using this two-stage switching logic with the two gyroscopes 16a, 16b, it is possible to drive uphill and downhill, as well as on side slopes or side slopes, and any combination thereof, while simultaneously detecting the movements of the driver 2 for accelerating, braking, and steering.
In dem Mischer 18 kann auch ein Balance-Steuerungsmodul enthalten sein, das den Fahrer 2 unterstützt, die seitliche Balance-Lage des Vorderteils 5a des Tragelements 5, das vorzugsweise horizontal ausgerichtet sind, durch entsprechende Ansteuerung der Motoren 12a, 12b wieder zu erreichen oder ein Rückstellen der Kippbewegung. Die Balance-Steuerungsmodule und der Mischer 18 sind als programmierbare Mikrocomputer ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass die zuvor von dem Fahrer 2 über die erste Gewichtsverlagerung hervorgerufene Fahrbewegung bleibt erhalten, solange der Fahrer 2 die Neigung des Tragelements 5 aufrechterhält, und wird aufgehoben, wenn der Fahrer 2 sein Gewicht in die Gegenrichtung verlagert.The mixer 18 can also contain a balance control module that supports the driver 2 in regaining the lateral balance position of the front part 5a of the support element 5, which is preferably oriented horizontally, by appropriately controlling the motors 12a, 12b or resetting the tilting movement. The balance control modules and the mixer 18 are designed as programmable microcomputers. It can be provided that the travel movement previously initiated by the driver 2 via the first weight shift is maintained as long as the driver 2 maintains the inclination of the support element 5, and is canceled when the driver 2 shifts his weight in the opposite direction.
Unter dem vorgenannten vorderen und hinteren Gyroskop 16a, 16b ist jegliche Art von Messgerät zu verstehen, mit den die Winkellagen und Winkelrichtungen im Raum und in Bezug auf eine Horizontalebene bestimmt werden kann. Üblicher Weise handelt sich um elektronische Schaltungen, die mit Piezo-Sensoren arbeiten.The aforementioned front and rear gyroscopes 16a, 16b are any type of measuring device capable of determining angular positions and directions in space and relative to a horizontal plane. Typically, these are electronic circuits that operate with piezo sensors.
In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind erste und zweite Allseitenräder 9a, 9b der Stützanordnung 9 und erste bis vierte Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11d für den Antrieb und die Führung der Kugel 4 beschrieben worden. Diese Allseitenräder 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d zeichnen sich durch eine hohe Standfestigkeit aus. Im Rahmen der Erfindung ist es durchaus möglich, die ersten und zweiten Allseitenräder 9a, 9b der Stützanordnung 9 durch in Teflon gelagerte Kugeln zu ersetzen, sowie die ersten bis vierten Allseitenräder 11a, 11b, 11c, 11d durch normale Rollen, die dann aber im Äquator 4c der Kugel 4 angreifen müssen.In the previously described embodiments, first and second omnidirectional gears 9a, 9b of the support assembly 9 and first to fourth omnidirectional gears 11a, 11b, 11c, 11d for driving and guiding the ball 4 have been described. These omnidirectional gears 9a, 9b, 11a, 11b, 11c, 11d are characterized by high stability. Within the scope of the invention, it is entirely possible to replace the first and second omnidirectional gears 9a, 9b of the support assembly 9 with Teflon-mounted balls, as well as the first to fourth omnidirectional gears 11a, 11b, 11c, 11d with normal rollers, which then, however, must engage the equator 4c of the ball 4.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Fahrerdriver
- 2a2a
- vorderer Fußfront foot
- 2b2b
- hinterer Fußback foot
- 2c2c
- Handhand
- 33
- BodenFloor
- 44
- KugelBullet
- 4a4a
- oberer Teilupper part
- 4b4b
- Oberflächesurface
- 4c4c
- Äquatorequator
- 55
- Tragelementsupporting element
- 5a5a
- Vorderteilfront part
- 5aa5aa
- vorderes Deckelteilfront cover part
- 5ab5ab
- vorderes Halbkugelteilfront hemisphere part
- 5ac5ac
- vordere Tragstrukturfront supporting structure
- 5ad5ad
- Öffnungopening
- 5ae5ae
- erste Wölbungfirst bulge
- 5af5af
- zweite Wölbungsecond curvature
- 5b5b
- Hinterteilrear end
- 5ba5ba
- hinteres Deckelteilrear cover part
- 5bb5bb
- hinteres Halbkugelteilrear hemisphere part
- 5bc5bc
- hintere Tragstrukturrear supporting structure
- 5c5c
- Kopplungsteilcoupling part
- 5ca5ca
- erstes Gelenkfirst joint
- 5cb5cb
- zweites Gelenksecond joint
- 5cc5cc
- vorderes Anschlußteilfront connection part
- 5cd5cd
- hinteres Anschlußteilrear connection part
- 5ce5ce
- MittelteilMiddle part
- 5cf5cf
- MittelwelleMedium wave
- 5cg5cg
- Mittelstangecenter bar
- 5ch5ch
- erstes Mittelzahnradfirst center gear
- 5ci5ci
- zweites Mittelzahnradsecond center gear
- 5cj5cj
- Vorderzahnradfront gear
- 5ck5ck
- Hinterzahnradrear gear
- 5cl5cl
- RiegelteilLocking part
- 5cm5cm
- erste Gelenksachsefirst joint axis
- 5cn5cn
- zweite Gelenksachsesecond joint axis
- 66
- AntriebsanordnungDrive arrangement
- 7a7a
- erste Rollefirst role
- 7b7b
- zweite Rollesecond role
- 8a8a
- vorderer Einbauraumfront installation space
- 8b8b
- hinterer Einbauraumrear installation space
- 99
- StützanordnungSupport arrangement
- 9a9a
- erstes drehbares Allseitenradfirst rotating omnidirectional wheel
- 9b9b
- zweites drehbares Allseitenradsecond rotating all-round wheel
- 10a10a
- vordere Aufstandsflächefront contact area
- 10b10b
- hintere Aufstandsflächerear contact area
- 11a11a
- erstes Allseitenradfirst all-rounder
- 11b11b
- zweites Allseitenradsecond omnidirectional wheel
- 11c11c
- drittes Allseitenradthird omnidirectional wheel
- 11d11d
- viertes Allseitenradfourth omnidirectional wheel
- 12a12a
- erster Motorfirst engine
- 12b12b
- zweiter Motorsecond engine
- 1313
- Bügelbracket
- 13a13a
- Schenkelteilleg part
- 13b13b
- StegteilBridge part
- 1414
- GriffHandle
- 16a16a
- vorderes Gyroskopfront gyroscope
- 16b16b
- hinteres Gyroskoprear gyroscope
- 17a17a
- DifferenzmodulDifferential module
- 17b17b
- DifferenzmodulDifferential module
- 1818
- Mischermixer
- 19a19a
- erster Reglerfirst controller
- 19b19b
- zweiter Reglersecond controller
- 2020
- Steuerungsteering
- 21a21a
- rechtes Drehlagerright pivot bearing
- 21b21b
- linkes Drehlagerleft pivot bearing
- LL
- LinksfahrtrichtungLeft-hand direction
- RR
- RechtsfahrtrichtungRight-hand direction
- VV
- VorwärtsfahrtrichtungForward direction
- X, X1, X2X, X1, X2
- KippwinkelTilt angle
- Y, Y1, Y2Y, Y1, Y2
- NeigungswinkelAngle of inclination
- dd
- Drehachseaxis of rotation
- xx
- LängsachseLongitudinal axis
- yy
- Querachsetransverse axis
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024113158.6A DE102024113158B3 (en) | 2024-05-10 | 2024-05-10 | Vehicle for a driver with a ball rolling on a floor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024113158.6A DE102024113158B3 (en) | 2024-05-10 | 2024-05-10 | Vehicle for a driver with a ball rolling on a floor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102024113158B3 true DE102024113158B3 (en) | 2025-10-02 |
Family
ID=97027051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102024113158.6A Active DE102024113158B3 (en) | 2024-05-10 | 2024-05-10 | Vehicle for a driver with a ball rolling on a floor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102024113158B3 (en) |
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-
2024
- 2024-05-10 DE DE102024113158.6A patent/DE102024113158B3/en active Active
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