[发明专利]独轮运输装置

说明书

技术领域

本发明涉及独轮运输装置，特别是独轮车、独轮电动车和独轮机器人。

背景技术

独轮运输装置是指以一个圆形的车轮作为主要与支撑表面接触的部件，并使该车轮滚动来进行移动的装置，如独轮车、独轮电动车和独轮机器人等。独轮电动车以电力代替人力，并由电子、机械辅助人进行控制。独轮机器人与独轮车的不同在于载荷为物品而不是人，并由电子、机械代替人进行控制。

独轮运输装置比自行车、双轮车少了一个车轮，可以减少重量、体积和能源消耗，更便于携带和存放，并且有更好的道路适应能力。

自行车与地面有两个接触点，利用后轮与地面之间的摩擦力，前轮可以很方便地相对后轮和车架转动，实现转向，并调整左右平衡。两轮并排的双轮车则天然地可以左右平衡，利用两轮的转速差实现转向。

独轮车由于只有一个接触点，前后、左右平衡和转向都比两轮的自行车更加困难。传统的独轮车只有车轮、支架、脚蹬和车座，只能依靠人体的摆动来控制平衡和转向，需要很高的技巧，因此，与自行车的广泛用作交通工具不同，长期以来独轮车都只是停留在作为体育运动器材上。

在此基础上开发制作的自平衡独轮车(self-balancing unicycle)，通过传感器侦测车体的倾斜，控制车轮的转动方向和速度产生适当的向前和向后的加速度来控制前后平衡，但是左右平衡和转向还是只能依靠人体的摆动来控制，所以至今不能象双轮直立自平衡机器人和自平衡两轮电动车广泛地使用。

中国专利03826296.3公开了一种带有车把的独轮车，车架固定连接着车轴、鞍座、车把，车把可以与车架相对滑动，鞍座可以与鞍座安装杆相对滑动，车轮可以以车轴为中心转动。该独轮车也只能依靠人体的摆动来控制平衡和转向。

一些机器人(如“村田顽童”)则通过旋转带有重锤的金属圆盘保持左右平衡。

发明内容

本发明就是为了解决独轮运输装置的转向和左右平衡的控制问题，提供一种结构简单，操控容易的独轮运输装置。

以下叙述中方向和位置是指在设计的目的状态，即使用中的状态下的方向和位置。

本发明是通过设置转轴，使承载平台及其上面的人、物等主要载荷可以在与水平线夹角小于45度的水平方向附近，在车轮的上方与车轮作相对转动，通过控制他们的相对转动，改变车轮行进的方向，同时部分地把装置左右的倾斜转化为车轮前后方向的倾斜，通过控制车轮加、减速以纠正装置向车轮前、后方向的倾斜，在转向产生的离心力和加、减速产生的力矩作用下，装置的向右或向左倾斜可以很快得到纠正，根据人脑或传感器反馈的调整结果，反复逐次逼近达到正确的平衡。

装置由车轮、车轮轴、车轮叉、竖管、车架和转动机构等组成，与现有的自行车车架与前轮间的连接相近似：车轮叉的下部通过车轮轴与车轮相连，车轮叉上部固定连接着竖管，连接承载平台的车架在车轮的上方可旋转地连接在竖管上，竖管和车架间设置由人力、电力、液压、气压等控制旋转的机构。旋转机构的轴心与铅直方向的夹角小于45度，承载平台的位置为使车轮轴上的负载重心在车轮轴的铅直上方的位置。车架上可以设置能产生水平位移的调节装置，以适应比较大载荷变化。

为使装置能在左右平衡时稳定方向，上述车架与竖管间的旋转机构的轴心与铅直方向的夹角大于0度，小于45度，并向承载平台方向倾斜。这样，在左右平衡状态下，车架与竖管相对旋转时，会导致载荷重心上移，从而保持方向的稳定。

为保持非运行状态装置的稳定，在车轮的前方设置一个与车轮轴平行的横杆，横杆向两侧延伸为脚踏，以横杆为轴在主轮的的两侧分别设置一个辅助小轮。横杆以固定或可调节位置的方式连接到轮轴或车轮叉，或车架上。这样装置就可以稳定地停放和移动，在装置启动和停止时则可以自动抬起和放下。

以电力来驱动独轮运输装置，以人力控制承载平台即车架与竖管之间的旋转，根据传感器侦测车体在车轮前后方向的倾斜来控制车轮的转动方向和速度产生适当的向前和向后的加速度来控制前后平衡，就组成了自平衡电动独轮车。

上述的独轮运输装置利用载荷自身的重量来调节装置的平衡，不需要重锤，结构简单，体积小，重量轻，携带、存放方便，容易使用和维修，容易采用不同的材料和结构来实现，同时因为使用手来控制独轮车的左右平衡和转向，可以比摆动身体更容易，更准确，所需要的操作空间也比较小，基本上可保持自行车的操作习惯。