专利名称：移动的不倒翁型装置及其方法
技术领域：
本发明通常涉及一种具有一些传统“不倒翁”玩具特性的装置，该装置是一种传统的无源玩具，在绕其典型的圆形底座被击打、摇晃时，由于其底部大量加重却能保持直立，本发明尤其涉及一种移动和/或不完全无源的装置。
背景技术：
传统的不倒翁玩具(RPT)或者翻滚(tumbler)玩具是一种被动的步履不稳(toddler)的玩具，尽管明显地试图将其推倒，但是该玩具却可以保持直立。当被物理地干扰时，该RPT绕其典型的圆形底座摇晃，也可能偶尔从一个地方到另一个地方位移非常短的距离，但是不翻倒。不会翻倒的原因是由于该玩具底部分布有重的重量。当该玩具的状态受到干扰时，该玩具以一种有趣的方式摇晃，并最终由于缺少进一步的干扰而回到直立位置。
图1所示的是传统RPT的实施例5。传统RPT不具有自己移动的能力。
例如包括移动玩具车的传统RPT不同于各种其它类型的装置。典型地和传统地，移动玩具车具有船、飞机、步行或爬行装置的形状，或具有常规的具有轮子或者履带的多轴车的形状。移动玩具车可以遥控(例如，通过人工操作者无线遥控)或者通过板载导航逻辑自动控制。
人们已经做了一些努力以创作非典型设计的移动车，例如，存在能移动的车，其各个由单滚轮(例如，单个的球形轮子)单独支撑和驱动。图2A-2B示例性地显示了上述常规的称为“球车(Sphericle)”的单滚轮移动玩具车10的一个实施例。球车10是一个在其内部具有传统的四轮双轴汽车12的中空的球体。当轮式汽车12试图沿球车10的内壁向上(如箭头14所示)驱动时，轮式汽车12的重力使此球相对于地面滚动(如箭头16所示)，因此使球车10实现移动(如箭头18所示)。上述球车在Bicchi，Antonio，et al.，“Introducing the‘Spherical”an Experimental Testbed forResearch and Teaching in Nonholonomy”.Proceedings of the 1997 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation，Albuquerque，NewMexico，U.S.A.，April，199Bicchi、Antonio等，“‘球车’的介绍用于不完整(Nonholonomy)研究和教学的试验用的试验”，电气和电子工程师协会(IEEE)机器人学和自动化国际会议1997年学报，阿尔伯克基，美国新墨西哥州，1997年4月。在Koshiyama，A.and Yamafuji，K.，“Design and Control of anAll-Direction Steering Type Mobile Robot”，International Journal of RoboticsResearch，vol.12，no.5，pp.441-419，1993，hereinafter“Koshiyama et al.”Koshiyama，A和Yamafuji，K，“全方向操舵型可移动机器人的设计和控制”，机器人学研究国际刊物，卷12，号5，页码411-419，1993中描述了仅具有单个球形轮子的车的又一例子，在下文中被称为“Koshiyama等”。在Koshiyama等中，单轮式移动的机器人包括位于轮子上方的紧凑“弧形体”，该弧形体通过计算机直接的稳定性控制保持非常稳定，以使“放置在此机器人弧形体顶部的水杯可以被携带而没有任何溢出”(Koshiyama等，左栏，第418页)。Koshiyama等的机器人以其单轮和两各传感器臂接触地面，其中，传感器臂在球形轮子的轮轴端部从球形轮子的侧部伸出，并拖在地面上。
具有典型设计的又一种车是“平行双轮车”，如近来广为宣传的“Segway”车，该车在使用期间将其车身仅平衡在两个共用普通旋转轴的平行轮子上。在被驱动时，“Segway”车的车身本质上是不稳定的，由于有源的计算机控制的稳定性控制，所以车身才保持相对直立的状态。在此稳定性控制下，电子计算机接收位置传感器的反馈，并在此基础上，将快速和频繁的驱动力微脉冲(包括反转或者制动动力)提供给轮子以维持一种不稳定的平衡。此平衡是不稳定的以至于在此车没有动力之后不久，其车身将失去平衡并翻倒以为了直接的支撑而接触地面，例如，如果车身的撑脚架伸开，则以该撑脚架支撑。“Segway”车在美国第6,367,817号专利中有进一步的论述，(“Segway”是其拥有的商标)。
发明内容
尽管存在传统RPT和各种类型的移动装置，甚至是某些典型设计，然而仍然需要其它类型的装置，例如包括其它类型的玩具装置。例如，保留有传统RPT的特性并仍然可以是移动或者具有移动能力的玩具将可以提供一种新式娱乐玩具。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种移动玩具车包括单个接触地面的滚轮；配重，其与所述滚轮可旋转地连接，以允许所述滚轮相对于所述配重绕旋转轴滚动；以及在使用所述可移动玩具车时与所述配重固定连接的构件，其中，在使用期间，所述构件的上部设置高于所述单个接触地面的滚轮的最顶部，尽管在所述滚轮关于所述旋转轴滚动时，所述构件由于惯性力摇晃得引起使用者注意，但在使用期间，所述构件被所述配重平衡以提供足以防止所述构件翻倒的基于重力的回复力。
根据本发明一个实施方式，提供了一种用于提供娱乐运动的移动装置，所述装置包括一个或者多个接触地面的滚轮，其具有共同旋转轴并充分地承担所述移动装置的重量；配重和电动机驱动装置，所述配重与所述一个或者多个接触地面的滚轮中的至少一个可移动地连接，并由所述电动机驱动装置驱动以使所述一个或者多个接触地面的滚轮的至少一个关于旋转轴多次旋转，而无需所述配重关于旋转轴作任何完整旋转；以及构件，所述构件的一部分在上述移动装置移动时高于所述一个或者多个接触地面的滚轮的最顶部，所述构件与所述配重连接并被所述述配重平衡以足以防止所述构件翻倒和接触地面，其中，所述构件的状态由于惯性力被允许引起不经意的人们注意的摇晃。
根据本发明一个实施方式，提供了一种用于提供有趣运动的移动装置，该装置包括上部，所述上部的至少一部分被设置高于所述上部能够相对于其摇晃的位置；下部，其与所述上部连接，其中，所述下部包括设置低于所述位置的物质块；和用于移动所述移动装置的驱动系统，所述驱动系统与所述上部和下部连接，与位于在俯视正方形角位置上的四个滚动刚性轮子支撑的刚性车台相比，所述驱动系统在滚过平滑水平地面时为所述上部提供更少的倾斜和滚动的稳定性，所述轮子处于两相等平行固定轴的端部，所述两相等平行固定轴被所述移动装置的至少一半长度分隔开；其中，使所述上部相对于所述位置摇晃的运动还引起所述下部的位移，所述下部的位移由此产生与所述上部的摇晃方向相反的源自重力的回复力。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于制造具有不倒翁特性的移动装置的方法，所述方法包括提供至少一个滚轮，所述滚轮在使用所述可移动装置时与地面接触，并且在使用期间充分支撑所述移动装置的重量；将配重与所述至少一个滚轮可移动地连接以使所述至少一个滚轮滚动而无需使所述配重一致地滚动；将构件与所述配重连接，其中，在使用可移动装置时，所述构件的至少一部分高于所述至少一个滚轮的最顶部设置，所述构件将被所述配重平衡以防止所述构件翻倒和接触地面，所述构件的位置由于惯性力被允许引起不经意的人们注意的摇晃。
在本文的其余部分中，本发明的上述实施方式和其它实施方式对于相关领域的普通技术人员来说将更加显而易见。
附图的简要说明为了更充分地描述本发明的一些实施方式，将参照附图。这些附图不应认为是对本发明范围的限制，而仅仅用于说明。
图1所示的是传统RPT的一个实施例；图2A-2B示例性地显示传统单滚轮玩具“球车”的一个实施例；图3A-3E示例性地显示根据本发明实施方式的移动的车的实施方式，所述移动的车具有不倒翁特性(在下文中称为“移动不倒翁”或者“LRP”)并使用单个可调整的内部配重；图4A-4E示例性地显示了根据本发明实施方式的使用两个可调整内部配重的LRP的一个实施方式；图5A-5E示例性地显示了根据本发明实施方式的在平行双轮车结构中使用两个车轮的LRP的实施方式；图6示例性地显示了适于控制LRP的遥控装置；图7示例性地显示了适于控制和驱动LRP的板载接收器、控制器以及动力传动系统；图8A-8F示例性地显示了根据本发明的实施方式的LRP的实施方式；图9A-9B以放大的方式示例性地显示了轴承组件。
具体实施例方式
本文上面和下面的描述以及附图涉及本发明当前优选实施方式的实施例，而且还描述了一些示例性的任选特征和/或替换实施方式。应该理解，所涉及的实施方式的目的是为了说明，而不应认为将本发明具体限制在这些实施方式中。例如，优选特征通常不应解释为必要特征。相反，本发明用来没有限制地涵盖各种替换、变更、修改和等效变换以及包括在由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围内的一切。仅说明一个例子，尽管优选实施方式是不相关的移动装置，但其它实施方式也是有可能的，例如系绳(tethered)装置或有线控制装置等。在本文中的文件标题和节标题(如果有的话)是简洁的并且只是为了方便起见。
以下将更详细论述，根据本发明的一些实施方式，存在一种可以被称为具有不倒翁特性的移动车。在下文中，具有不倒翁特性的移动车称为“移动不倒翁”或“LRP”。例如，在移动时(例如，从一个位置移动到另一个位置)，LRP一些实施方式的上部优选地以一种使人想起传统(不移动)RPT摇晃的方式摇晃。对于一些实施方式，LRP以一个或多个接触地面的滚轮(例如，轮子)移动。
对于一些实施方式，一个LRP的所有接触地面的轮子具有共线的旋转轴，上述的一个LRP常被称为平行N循环(平行双轮车是平行N循环的具体例子，即，平行N循环中的N等于2)。对于一些实施方式，LRP体现为“并排N循环”的形式。并排N循环由此被解释为这样一种车，即，其在沿与平行于持续向前移动方向相比更接近于垂直持续向前移动方向的直线持续向前移动时，该车中的所有轮子都接触地面。例如，传统的平行N循环是并排N循环的一个特殊类型。又例如具有前轮和后轮的传统双轮车不是并排双轮车。对于一些实施方式，即使LRP是平行N循环或者是并排N循环，优选地不需要基于连续反馈的驱动强度电子-机械微调整装置(例如，由Segway平行双轮车采用的类型)来防止LRP在持续移动时翻倒。优选地，基于连续反馈的驱动强度电子-机械微调整装置不被使用，例如不被用来试图使上体维持在恒定不变的姿势。优选地，即使当LRP不进行移动时，基于连续反馈的驱动强度电子-机械微调整装置(例如，由Segway平行双轮车采用的类型)也不需要用来防止LRP翻倒。优选地，即使LRP没有功率，它也能保持不翻倒的姿态，而所有的重量仅由接触地面的滚轮支撑。
图3A-3D示例性地显示了根据本发明一些实施方式的LRP20。
图3A为LRP20的示意性的正视图，图3B为LRP20的示意性的侧视图。为了LRP20的娱乐价值，以及为了便于简化图3A-3B中的正视图和侧视图的辨认和区别，已经在LRP20上任意画出脸。参见图3A和3B，LRP20包括上体22和轮子24。优选地，轮子24是LRP20唯一接触地面的轮子。尽管LRP20包括尾部或传感器，其它拖在地面或接触于地面的部分是可能的，优选地，轮子24是LRP20唯一接触地面的部分。优选地，轮子24基本上为球形。上体22可以是LRP20最顶部的构件。在一些实施方式中，上体22具有宽度，并以一定高度位于轮子24上方，该高度大于轮子24直径的四分之一。在一些实施方式中，上体22增加轮子24上方的大于轮子24直径的四分之一或者三分之一的高度。在一些实施方式中，LRP20具有人的形状或者类似梨的形状，就像一些传统的不倒翁玩具。更进一步地说，当LRP20进行移动时，它的上体22至少部分地由于移动时产生的惯性力而以一种有趣的方式(例如，以不倒翁形式)摇晃和旋转。
LRP20可由人工操作者通过专用的手持控制器等和/或通讯网络进行遥控(例如，局域网或因特网)进行远程控制。或者作为一种替换方式，LRP20还可以由机器人控制器自发导航，例如，运行导航软件的微处理器。例如，LRP20可以具有可供用户选择的遥控模式和自发模式，如果简易和低成本最主要的目标时，上述遥控实施方式是优选的。LRP20优选地包括可视系统(没有示出)，例如，将其图像无线传送给一个或多个的人工操作者或用户的视频和/或照片相机。LRP20优选地还包括声音输入和/或输出系统(没有示出)。例如，可包括分别无线传送和接收的一个或者多个麦克风和扬声器，以使(例如)LRP20的一个或多个人工操作者或用户能够和与在物理上邻近LRP20的实体进行语音交流。这样的可选部件可以设置在上体22中和/或轮子44内部的任何适当的位置。
图3C和3D分别是图3A和3B的LRP20的示意性的正剖面图和侧剖面图。上体22与LRP20的具有配重的部分26连接。部分26还可以称为配重26。配重26移动地与轮子24连接以使轮子可以相对于地面进行多次旋转而无需使部分26和上体22与轮子24步伐一致地旋转。为了产生移动，这种连接是通过相对于部分26驱动轮子24的动力传动系统28实现的。如该实施方式中所示，动力传动系统28与轮子24相连以相对于轮子24驱动部分26和上体22。例如，动力传动系统28可以包括电动机和齿轮传动装置以使部分26和上体22共同相对于轮子24旋转，用于旋转驱动的电动机和齿轮传动装置在本领域中是公知的。作为对所示动力传动系统28的替换，一种动力传动系统可以与部分26连接或作为其一部分。定位或者组合定位，或者其它任何定位对于动力传动系统来说都是可以接受的。优选的是轮子24和部分26彼此相对地被驱动，以使轮子可以相对于地面多次旋转，而不会使部分26和上体22与轮子24步伐一致地旋转。在图3C中所示的区块29示意性地代表了其它组件。
在LRP20中，存在轮子24可绕其旋转的轴30。优选地，上体22通过轴30与部分26连接。优选地，动力传动系统相对于轴30驱动轮子24，以使轮子24绕轴30旋转。优选地，为简单起见，轴30固定连接于上体22。优选地，为简单起见，轴30固定连接在配重26上。优选地，为简单起见，轴30至少在LRP20移动过程中(在其中LRP20中的轮子24相对于地面多次旋转)被固定连接在上体22和配重26上。
如前所示和如上所述，优选的轴30优选为用于轮子24的轴。为了便于理解，轴30被描绘为仅在其旋转轴的一侧从轮子出现的轴。如图所示，轴30从轮子24的“右手”侧出现，即图3C的左侧。然而，为了特殊的强度和稳定性目的，也可以替代使用从LRP20的左手和右手两侧出现的两侧轮轴(未示出)，并在上述两侧轮轴的两个端点处与上体22连接。在本发明实施方式的精神和范围中，其它的一些结构也是可以的。
参考图3D解释LRP20的不倒翁特性。优选地，上体22和配重26连同LRP20的其它部件一起被配置(例如，配重分布)以使得上体22的平衡位置位于轮子24的上方，优选地是直立的。在图3D中，上体22显示为向后倾斜而不是直立的。由于上体22与配重26之间连接，当上体22如图所示向后倾斜时，配重26如图所示向前倾斜。如果LRP20不通过电源驱动，那么，通过配重26产生的上体22的平衡产生使上体22以不倒翁方式回复到平衡位置的回复力。因此，在这个实施方式中，上述平衡足以防止上体22翻倒，不使用(也不必要)基于连续反馈的驱动强度的电子-机械微调整装置来防止上体22翻倒。通过其单独的基本上是球形的轮子24，LRP20优选地不仅能够关于其与地面相接触的单一小片向前/向后方向倾斜和摇晃，而且还可以向侧面倾斜和摇晃。
参考图3D还可以解释LRP20的向前移动。动力传动系统28使轴30旋转以向前移动配重26(即，图3D中与箭头14a一致的顺时针方向)。由于上体22与配重26之间连接，上体22向后倾斜(即，图3D中的逆时针方向)。因为LRP20前后的质心已经处于轮子24和地面接触点的前方，所以重力使LRP20向前滚动。因为动力传动系统28继续驱动配重26并使其处于轮子24和地面接触点的前方位置，所以LRP20以图3D中箭头18a所示的方向继续向前滚动，因此获得持续不断的移动。向前移动的停止可以通过停止对动力传动系统28供电来实现，在此之后，配重26将向下悬挂而处于其平衡位置。接着，至少相对于地面和相对于轴30的摩擦将停止轮子24旋转。为了更快地阻止向前移动，以及为了反向的移动，动力传动系统28可以简单地反向驱动，以使配重26向后回转(即，图3D中的逆时针方向)。
优选地，动力传动系统28不会以充足和充分持续的转矩来提升配重26以使得配重26产生绕轴30的旋转轴进行完整旋转。优选地，动力传动系统28从垂直悬挂位置移动配重26至少5度，或至少10度，至少是在偶尔移动过程中。例如，配重26前后质心从轮子24的旋转轴向前位移至少5度或至少10度的角度。优选地，动力传动系统28被配置以使得电机(通过人或自发控制器选择出给定的齿轮装置和功率电平)没有足够的功率来从其平衡位置(例如，垂直悬挂位置)将配重26提升超过一个最大值。在这个优选实施方式中，动力传动系统28提升配重直到此配重不能再升高。例如，用于通过人或自发控制器允许的给定值，最大值可不超过15度，或不超过45度，或不超过少于90度的其它最大值。为简单起见，优选地，动力传动系统28故意弱点是位于配重26的位置上和在上体22相对垂直方向的运动上的自动稳定力，基于连续反馈的驱动强度的电子-机械微调整装置不被使用(也不必要)来防止上体22翻倒。
图3E是图3A-3D中的LRP20的一个实施方式LRP20a的正剖面图。LRP20a包括与图3A-3D中的LRP20类似的组件。例如，LRP20a包括与LRP20的配重26相类似的配重26a。LRP20a包括向左或者向右移动LRP20a的左右质心的机构，上述向左或者向右是以直立LRP20a的观察点作为参考。例如，如图3E所示，配重26a已经从LRP20的观察点(即，图3E中向左)向右移动。则在如前所述的向前移动的过程中，LRP20将趋向于向前而且从其观察点(即，在图3C中向左)向右滚动，LRP20a将形成圆形路线。
例如，上述机构可以是使配重26a围绕铰链32在左右方向上摇摆的步进电动机(未示出)。也可以使用其它的配重移动机构。例如，可以替代使用有电动机的滑行机构，该机构沿直线水平地驱动配重26a(在图3E中未示出)，而不是(如图3E中所示)沿弧线摇摆。
图4A-4E示例性地显示了根据本发明的实施方式的使用两个可调节内部配重的一个实施方式LRP20b的示意图。通常，连同图3A-3E中LRP20的上述描述也可以优选地应用于图4A-4E中，除非前后关系或者含意的要求不同。
图4A是LRP20b的示意性正视图，图4B是LRP20b的示意性侧视图。为了LRP20的娱乐价值以及为了便于简化图4A-4B中的正视图和侧视图的辨认和区别，在LRP20任意画有脸。如图4A和4B所示，LRP20b包括上体22b和轮子24b。
图4C和4D分别是图4A和4B中的LRP20b的正剖面图和侧剖面图。上体22b与具有配重的LRP20b的部分26b连接。部分26b也可以称为配重26b。部分26b可移动地与轮子24b连接，以使轮子即便是相对于地面进行多次旋转也不引起部分26b和上体22b与轮子24b一致地旋转。上述连接是通过相对于部分26b驱动轮子24b的动力驱动装置28b实现的。例如，动力驱动装置28b可以驱动与上体22b和配重26b(例如，固定地)连接的轴30b。在LRP20b中，存在具有配重的部件34，部件34也可以称为配重34。配重34与轮子24b可移动地连接，以使轮子可以相对于地面进行多次旋转而无需配重34与轮子24b一致地旋转。上述连接是通过相对于配重34驱动轮子24b的动力传动系统36实现的。例如，动力传动系统36可以驱动与配重34(例如，固定地)连接的轴38。与前述类似，动力传动系统28b和36的任何布置都是可以接受的。优选的是，为了移动和导航，动力传动系统28b和36可以准确设置配重26b和34的位置，这将在下面进一步描述。
为了向前或者向后直线移动，配重26b和34可以一致地操作。当配重26b和34一致地操作时，LRP20b向前和向后的移动与图3A-3D的LRP20向前和向后移动在概念上是相同的，因此已在上面进行了论述。
配重26b和34可以不一致地被驱动，当配重26b和34不一致地被驱动时，它们可以被驱动以引起转动和移动方向的改变，如下所述。例如，当一个配重在向前的方向上正在加速时，另一个配重也可以在向前的方向上驱动但具有较小的加速度(例如，以一个恒定速度)，接着，上述机器将转向低速旋转侧的方向。又例如，当一个配重在向前的方向上被保持，例如，其质心向垂直悬垂的后方移动大约10度，另一个配重在向后的方向上被保持，例如，其质心向垂直悬垂的后方移动大约10度，则上述机器将停止处于直立状态。
图4E是LRP20b的示意图，其中所示的是从LRP20b的左侧观察到的配重26b和34的相关位置。在图4E中，与在图4B和4D中一样，图的左方向是LRP20b的前方向。在图4E中，配重26b和34被保持在相对于轮子的旋转轴的相反方向上，并且上述机器停止处于直立状态。
为了更好理解，轴30b在图4C中绘制为仅在其一侧从轮子出现的轴。如图所示，轴30b从轮子24b的“右手”侧出现(即图4C的左侧)以连接到上体22b。然而，为了特别的强度和稳定性，上体22b可以由轮子以轮子旋转轴的两侧支撑。例如，如参照图3C中的描述，可以使用两侧轮轴(未示出)以代替一侧轮轴30b。例如，此两侧轮轴(未示出)可以从LRP20b的右手和左手两侧伸出，并在两侧轮轴的两端与上体22b连接。例如，轴38可以制成具有比轴30b更大的外径，并且具有带有滚柱轴承的内孔，轴30b通过该内孔以共轴方式独立于轴38旋转。在本发明实施方式的精神和范围内，其它结构仍然是可能的。
图5A-5B示意性地显示了根据本发明实施方式的以平行双轮车结构的方式使用双轮的LRP40。如图所示，LRP40包括上体22c以及右侧轮42和左侧轮44。LRP40存在内部部件46，其具有使上体22c平衡的重量以保持上体22c相对直立。内部部件46也可以称为配重46。在移动期间，至少部分是由于惯性力，内部部件46和上体22c至少在向前/向后方向来回移动。如果两轮子42和44能够独立旋转，那么LRP40就可以通过如拖拉机或者军用坦克那样的相同方法向左转或者向右转，即通过比另一个轮子更快地向前转动一个轮子，或者通过向前转动一个轮子而同时向后转动另一个轮子。
如果两轮子42和44之间的缝隙非常狭窄，并且两轮子42和44连接在一起从而一致地移动，那么，尽管或许不能从一侧到另一侧摇晃，两轮子仍然可以表现得与单个球形轮子类似。如果上述缝隙非常狭窄，则LRP40可以内在地与参照图3A-3E和4A-4E论述的LRP20、LRP20a或者LRP20b相似。例如，如果LRP40的两轮子42和44充当LRP20、LRP20a或LRP20b的单个轮子，那么两轮子42和44之间的缝隙将允许不同于轮轴30、轮轴30a或者轮轴30b的其它设置，配重26、26a或26b通过其可以与LRP20，LRP20a或LRP20b中的上体22或上体22b连接。
图5C-5D是示例性地显示5A-5B的LRP40a、LRP40的一个实施方式的正剖面图和侧剖面图。如图所示，LRP40a包括配重26a，其包括各自独立地驱动轮子42a和44a的两动力驱动系统48和50。支撑构件52支撑上体22d。
图5E示例性地显示了图5C-5D的LRP40a的一个变体LRP40b的示意正剖面图。不同之处在于LRP40b两轮子42b和44b的轮轴不共线，而是每一轮轴都具有向下的角度。因此，LRP40b在形式上不是平行双轮车，而是并排双轮车，该并排双轮车为N等于2的并排N循环，LRP40b的两轮子42b和44b由动力驱动系统48b和50c独立驱动。
图6示例性地显示了适于控制LRP的无线遥控器60的一个实施方式。无线遥控器60包括处理器62(例如，微处理器)和其存储器，例如，包括数据存储器64(例如，随机存取存储器(RAM))和程序存储器66(例如，只读存储器(ROM))。操纵杆68和调速杆70，或者任何其它的常规输入装置，例如，识别声音命令(例如，左、右、前、停等)的声音识别系统允许人工操作者输入左-右或前-后信号。模拟-数字转换器72将该信号转换成微处理器62使用的数字格式。微处理器将上述两信号转换成与LRP被编程后可以理解的任何合适的控制编码相对应的信号。例如，上述两信号可以转换成与上述操纵杆和调速杆的位置相关联和成比例的脉宽调制(PWM)信号，例如，具有占空因数从1％到100％。上述PWM信号将通过具有载波78的信号调制器76被组合以产生调制波，该调制波通过天线80发送给LRP。也可以配置任何其它的遥控器(例如，任何常规的遥控器)用于控制LRP。
图7示例性地显示了适合于以遥控模式控制和驱动LRP的板载接收器、控制器和动力驱动系统的一个实施方式。微型控制器和接收器安装在LRP中。接收器将以遥控模式(与自发模式相对)接收来自无线遥控器60的信号。信号解调器82接收来自天线84的入射信号并对此入射信号进行解码以获得原始PWM信号，例如，包括分别控制前-后移动和左-右旋转的信道-1PWM信号74a和信道-2PWM信号74b。于是，在特定LRP上的控制电路根据PWM信号74a和PWM信号74b适当地控制LRP的动力驱动系统，例如，对于在图3E中描述的LRP(即，具有可以通过一个电动机向前-向后移动并通过另外的电动机向侧面移动的单个配重)，此过程如图7所示。
在图7中，PWM信号74a和74b被电动机驱动器86和88(例如，H桥式驱动器)分别转换成两个电动机各自相应的驱动器电压，即电动机28c和90(例如，直流(DC)电动机)。电动机28c向前或者向后移动配重(在图7中未示出)。电动机28向侧面移动一个配重，以分别获得向前/向后的移动92和左/右转动94。
图8A-8F示例性地显示了根据本发明的一个实施方式的使用侧向调整的内部配重的LRP的实施方式，所示的此实施方式是上述图3E实施方式的详细补充。
图8A示例性地显示了具有上体102和轮子104的LRP100的侧视图。轮子104具有为内部电池盒提供通道的盖子105，为了娱乐和帮助显示图中LRP100的方向定位，任选的脸画在上体102上。
图8B-8D为LRP100的示意正视图。在图8B-8D中，轮子104以剖面图的方式绘制，但为了清楚起见，在轮子104内部仅仅示出了一些选择部件。特别地，存在包括主配重体106和侧向调整配重107的配重。侧向调整配重107被配置以使其从一侧可以移动到另一侧，以在图3E中已经论述的方式实现LRP100的旋转。图8B所示的是位于中间位置的侧向调整配重107用于向前/向后移动。图8C和8D所示的是位于图中LRP100从观察点的右侧或者左侧的配重，用于分别向右或者向左转动。
图8E是LRP100的分解示意图。两半轮108和109组成LRP100的轮子104(从图8A-8D)。主配重体106通过轴固定器112和114被固定于轴110。轴110在其两端分别与轴承组件116和118连接。轴承组件116和118允许该轴相对于球形轮子104旋转。轴承组件116和118可以是球轴承或者滚柱轴承组件。主配重体106被固定在轴110上，侧向调整配重107与主配重体106连接，并且可以相对于此固定配重106向侧面旋转。
齿轮装置包括齿轮120、122和124，这个齿轮装置连接有第一直流(DC)电动机以相对于球形轮子104驱动轴110，从而产生配重106和107向前/向后的摇晃，并因此使LRP100移动。在一个具体的实施方式中，该齿轮装置具有的传动比为1∶150。盖128固定在球形轮子104的内壁和电动机126上，控制器130包括控制元件。
侧驱动装置132被配置以在由主配重体106所形成的空腔中从一侧到另一例移动侧向调整配重107。侧驱动装置132包括容纳电动机装置138的外壳部件134和136。电动机装置138包括第二直流电动机140、齿轮装置142和摇晃臂144。摇晃臂144插在侧向调整配重107的垂直槽中。两个插销固定在主配重体106中并滑动地贯穿侧向调整配重107中的孔。侧向调整配重107能够在此两个插销上滑动。侧向调整配重107位于由主配重体106限定的空腔中。通常，侧向调整配重107将被控制以处于主配重体106的侧面中央位置。如果人工操作者(或者板载机器人控制器)要求LRP100向左(或者向右)方向移动，则控制器130将控制第二电动机装置138以使摇晃臂144向左(或者向右)移动侧向调整配重107。
上体102(图8A-8D的)包括二等分部分145和146。上体102固定在轴110上，并因此固定在配重106和107上。因此，包括上体102以及配重106和107的组件通过轴承组件116和118可旋转地悬挂在轮子104上，以使上体102在该组件的配重分配和上述装置的力矩的影响下自由摇晃。轴110设置成水平贯穿于该球的中心轴。通常，主配重体106和/或者侧向调整配重107由高密度材料制成(例如，铸铁、铅合金等等)。然而，用于移动和旋转的配重不必是惰性的。例如，起作用的部件如电池或者其它任何部件也可以用作配重的一部分，如果尽可能地靠近球形轮子104的内表面延伸，则配重是最有效的。盖147是主配重体106的侧壁，并且电池盒148固定为电动机供电的电池。
图8F是LRP100的侧剖面图，鉴于参照图8A-8E的上面描述，此图无需再作解释。
图9A-9B以更详细的方式表示的是轴承组件118(或者116)的示意图。如图所示，轴承组件118包括能够在球轴承上彼此相对地旋转的内层150和外层152。内层150固定在轴110上。端盖154固定在轴110上以提供更大的尺寸，用以更加牢固地与轮子104固定连接。
通过说明书和附图，参照具体的配置给出了示例的实施方式。但是本领域的普通技术人员应该意识到，本发明还可以包含其它的具体形式。本发明的范围并不只局限于以上描述的具体实施方式
，而是由所附的权利要求限定，在此权利要求范围等效含意和范围的所有变化将被认为包含在本权利要求的精神和范围内。
权利要求
1.一种移动玩具车，包括单个接触地面的滚轮；配重，其与所述滚轮可旋转地连接，以允许所述滚轮相对于所述配重绕旋转轴滚动；以及在使用所述移动玩具车时与所述配重固定连接的构件，其中，在使用期间，所述构件的上部设置高于所述单个接触地面的滚轮的最顶部，尽管在所述滚轮关于所述旋转轴滚动时，所述构件由于惯性力摇晃得引起使用者注意，但所述构件在使用期间被所述配重平衡以提供足以防止所述构件翻倒的基于重力的回复力。
2.如权利要求1所述的移动玩具车，其中，所述单个接触地面的滚轮的外部形状为球形而不是圆柱形。
3.如权利要求1所述的移动玩具车，其中，所述移动玩具车是能移动的移动玩具车，并且还包括电动机驱动装置，所述电动机驱动装置使所述配重相对于所述接触地面的滚轮旋转以获得移动。
4.如权利要求3所述的移动玩具车，其中，所述配重包括至少一个电动机，所述至少一个电动机是所述电动机驱动装置的一部分。
5.如权利要求1所述的移动玩具车，其中，所述移动玩具车没有通过将旋转力提供给所述滚轮并通过电路确定平衡调整装置每隔一秒钟多次调整所述旋转力从而对所述构件进行平衡的功率平衡控制系统。
6.一种用于提供娱乐运动的移动装置，包括一个或者多个接触地面的滚轮，其具有共同旋转轴并充分地承担所述移动装置的重量；配重和电动机驱动装置，所述配重与所述一个或者多个接触地面的滚轮中的至少一个可移动地连接，并由所述电动机驱动装置驱动以使所述一个或者多个接触地面的滚轮的至少一个关于旋转轴多次旋转，而无需所述配重关于旋转轴作任何完整旋转；以及构件，所述构件的一部分在上述移动装置移动时高于所述一个或者多个接触地面的滚轮的最顶部，所述构件与所述配重连接并被所述述配重平衡以足以防止所述构件翻倒和接触地面，其中，所述构件的状态由于惯性力被允许引起不经意的人们注意的摇晃。
7.如权利要求6所述的移动装置，其中，所述移动装置包括仅有一个接触地面的滚轮。
8.如权利要求6所述的移动装置，其中，所述构件在所述接触地面的滚轮最顶部的上方延伸出具有所述最高点的接触地面的滚轮的滚动半径的至少三分之一长度。
9.如权利要求8所述的移动装置，其中，在具有所述最高点的所述接触地面的滚轮的上方，所述构件的部分具有水平宽度，所述水平宽度是具有所述最高点的接触地面的滚轮的滚动半径的至少四分之一。
10.如权利要求6所述的移动装置，其中，所述构件具有人形或者雪人形状。
11.如权利要求6所述的移动装置，其中，所述可移动装置由人工操作者遥控。
12.如权利要求6所述的移动装置，其中，所述配重至少包括所述电动机驱动装置的一部分。
13.一种用于提供娱乐运动的移动装置，包括上部，所述上部的至少一部分被设置高于所述上部能够相对于其摇晃的位置；下部，其与所述上部连接，其中，所述下部包括设置低于所述位置的物质块；和用于移动所述移动装置的驱动系统，所述驱动系统与所述上部和下部连接，与位于在俯视正方形角位置上的四个滚动刚性轮子支撑的刚性车台相比，所述驱动系统在滚过平滑水平地面时为所述上部提供更少的倾斜和滚动的稳定性，所述轮子处于两相等平行固定轴的端部，所述两相等平行固定轴被所述移动装置的至少一半长度分隔开；其中，使所述上部相对于所述位置摇晃的运动还引起所述下部的位移，所述下部的位移由此产生与所述上部的摇晃方向相反的源自重力的回复力。
14.如权利要求13所述的移动装置，其中，所述驱动系统包括至少一个接触地面的滚轮和电动机驱动器，所述至少一个接触地面的滚轮相对于所述下部旋转，所述电动机驱动器使所述接触地面的滚轮相对于所述下部旋转。
15.如权利要求14所述的移动装置，其中，所述一个接触地面的滚轮相对于所述下部绕旋转轴旋转，所述上部的摇晃是绕所述旋转轴的旋转的。
16.如权利要求14所述的移动装置，其中，所述上部在所述移动装置移动运转时与所述下部固定连接。
17.一种用于制造具有不倒翁特征的移动装置的方法，所述方法包括提供至少一个滚轮，所述滚轮在使用所述移动装置时与地面接触，并且在使用期间充分支撑所述移动装置的重量；将配重与所述至少一个滚轮可移动地连接以使所述至少一个滚轮滚动而无需使所述配重一致地滚动；将构件与所述配重连接，其中，在使用可移动装置时，所述构件的至少一部分高于所述至少一个滚轮的最顶部设置，所述构件将被所述配重平衡以防止所述构件翻倒和接触地面，所述构件的位置由于惯性力被允许引起不经意的人们注意的摇晃。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述连接步骤包括将所述构件和所述配重固定连接。
19.如权利要求17所述的方法，还包括将电动机驱动器与至少所述配重连接以使所述至少一个滚轮无需使所述配重一致地滚动的情况下滚动从而产生移动。
全文摘要
本发明通常涉及一种具有一些传统“不倒翁”玩具特性的装置，该装置是一种传统的无源玩具，在绕其典型的圆形底座被击打、摇晃时，由于其底部大量加重却能保持直立，本发明尤其涉及一种移动和/或不完全无源的装置。例如，本发明的一些实施方式具有移动能力，例如，通过一个或者多个轮子或者其它类型的滚轮。
文档编号A63H15/06GK1723063SQ200480001919
公开日2006年1月18日 申请日期2004年1月5日 优先权日2003年1月6日
发明者徐扬生, 唐珩, 赵书善, 方荣生 申请人:香港中文大学