电动偏重轮移动装置的制作方法

本发明涉及一种轮式移动装置，与机器宠物、生活机器人等领域相关。

背景技术：

随着物质文化的日益增长以及人口、需求的逐渐分化，越来越多的人出于陪伴或娱乐的目的而选择养狗，其中最普遍的是宠物狗。宠物狗可以默默地陪伴在主人身边，也可以和主人交流互动，还可以一起外出散步和运动，给生活增添了很多乐趣，有益于人们的身心健康，但在卫生、秩序等方面给家庭和社会增添了不少的麻烦，因此，替代或互补品类的开发是很有必要的。目前有的机器狗、智能音箱的智能化水平越来越高，在人机交流方面一定程度上可以替代宠物狗，但远远没有宠物狗那样灵活而且大范围自主移动的能力，本质上更接近于室内智能玩具。平衡车、自行车、三轮车、四轮车等轮式移动机械具有很好的移动能力，但也只是个交通工具，而且本身的结构也存在局限性，平衡车采用的是一种不稳定的倒立摆结构，控制系统较为复杂，需要加载人体的重量并且通过人体重心移动来与机器配合才能实现平衡移动，人机相互独立性较低，使用时还需要有较好的身体协调能力，只适合喜欢运动的年轻人，可靠性和安全性目前还广受质疑，三轮车和四轮车在车架的辅助下具有较好的重力自稳性，但体积和重量都比较大，缺乏通过智能化改造来成为宠物的基础条件。

技术实现要素：

本发明涉及一种由偏重装置驱动的轮式移动机械，不需要加载人体的重量和通过人体重心移动来配合，就能具有较好的稳定性和自主平衡移动的能力，通过交互装置可以与人进行动态相随、智能对话等方式的互动，一定程度上可以替代宠物的陪伴和娱乐作用，还可以作为一种可控的移动平台，通过搭载专门的装置或软件来进一步拓展用途，应用到巡视监控、移动售卖、移动组网、移动广告、队列表演、机动作战等领域。

本发明带有偏重块，其在电力装置的驱动下可以与轮子相对运动而使得整体装置的重心相对于轮子发生圆周移动；在重力平衡状态下整体装置的重心低于轮子的中心，重心的相对移动使轮子受力不平衡而在支承面上滚动；交互装置包括拉带、推拉杆、线控装置、遥控装置、通讯装置、自动驾驶系统或智能交流系统，可以用来实现的功能包括移动控制、人机动态相随或沟通交流。

本发明是单轮结构，偏重块设置在轮子的内部空间，轮子的直径在轴向渐变分布，中心大两端小，周面轮廓形状为弧形，内部带有配重装置来改变整体装置重心的轴向位置，从而使轮子的倾斜方向和倾斜度发生变化来控制运动姿态。

本发明是双轮结构，带有两个同轴转动连接的轮子，可以分别控制两个轮子的转速来改变整体装置的运动方向。

本发明的两个轮子之间有舱体或托架，与偏重块固定连接，可以增加对轮子的重力扭矩。

本发明的轮子是具有全向运动结构的球形轮，整体装置的重心可以在水平面360度的方向相对于轮子在垂直平面圆周移动，由此，轮子可以在水平支承面上全向滚动。

本发明的偏重块的技术类型包括滑行式、吊坠式、流动式或滚动式。

本发明具有自动断电功能，对部分组件的供电控制可以设置为离开遥控装置控制范围或在遥控装置失灵时自行断电的模式。

本发明通过使轮子与偏重块反方向相对运动来进行制动，或者，带有双向自锁的制动装置，可以采用在电力装置断电后自动生效的制动保障模式。本发明带有跳跃装置，可以使整体装置跳离地面。

本发明带有浮力装置或旋翼飞行装置，可以在水上或空中运动，或者，搭载有专门的装置或软件而具有专门的移动作业用途，其中包括但不限于巡视监控、清洁打扫、移动喷涂、移动售卖、移动组网、移动广告、队列表演、载人代步或机动作战。

附图说明

图1是单轮实施例的轴向视图；

图2是单轮实施例的径向视图；

图3是双轮实施例的结构视图；

图4是带有舱体的双轮结构实施例；

图5是球形轮实施例的结构视图；

图6是球形轮实施例的a向局部视图；

图7是吊坠式偏重块实施例；

图8是磁流体式偏重块实施例；

图9是双向机械自锁制动装置；

图10是弹射式跳跃装置；

图11是摆臂式跳跃装置。

具体实施方式

参照图1和图2的单轮结构实施例，轮子3是整体装置的主体结构，包括轮辋2和弹力层6，其重心与圆心重合；滑块4本身的重心偏置于轮子中心的一侧，同时还作为组件安装平台，重心偏向的一侧集中安装有马达、电池、控制电路板等组件，凡是不需要和轮子一起转动的组件都可以安装在上边，构成重量比滑块4更大的偏重块；动力轮7和辅助轮1定轴安装在滑块4上，有马达驱动动力轮7在轮辋2内侧滚动来使滑块4运动，辅助轮1起定位和导向作用，使滑块4在运动平面上只能作圆周运动，不能在轮子内部晃动，辅助轮1的作用也可以如图4实施例采用中轴定位的方式来代替；在重力平衡的状态下，偏重块的集体重心处在轮子3中心的正下方，当偏重块与于轮子3相对转动，且其对轮子3施加的重力扭矩大于轮子3的滚动阻力力矩时，轮子3可以在支承面上滚动。偏重块也可以是其它技术类型，包括但不限于吊坠式、流动式或滚动式。偏重块使整体装置的重心低于几何中心，同时，弹力层6的轴向宽度较大，重心的垂直投影落在弹力层6与支承面的接触区的轴向范围内，使整体装置在站立时的几何形态具有侧向稳定性，不容易侧翻；为了增加稳定性，还可以把轮子3的端面做成外凸的曲面，例如球面、锥面，使倾倒时的姿态具有不稳定性，较容易恢复到站立姿态，或者，设置有配重装置来轴向移动滑块4，从而实时改变整体重心轴向位置来防止侧翻；为了节省轴向空间，也可以把轮子做的较薄，通过采用包括陀螺仪、ecu等部件在内的自动控制装置来控制重心轴向位置来保持稳定。交互装置包括拉带、推拉杆、线控装置、遥控装置、通讯装置、自动驾驶系统或智能交流系统，用来实现人机交流互动；拉带和推拉杆用来直接向轮子施加拉力或推力，使其运动或者使其不能离开控制范围；线控装置和遥控装置包括开关、接触器、电阻器或变频器，用来控制电气组件的通电、断电以及电流、频率等参数，从而控制整体装置的运动方向、速度来保持人机动态相随；自动驾驶系统在由人来遥控的基础上增加传感器、定位系统和电控单元模块等组件，改成由系统自主完成对人的位置的感知并通过控制机载组件来自主移动，从而与人保持设定的距离，定位系统技术类型包括但不限于wifi定位、蓝牙定位、卫星定位；智能交流系统包括智能语音交流系统、智能书面交流系统或智能视觉交流系统，可以用来进行人机交流以实现装置本身的控制，或者实现娱乐、信息查询、学习等更广泛的互动。制动装置采用磁电式、机械式、液压式、气压式或它们的组合，为了简化结构，也可以通过电机反方向转动来进行制动。

图1和图2的实施例是单轮结构，滑块4设置在轮子3的内部空间，轮子3的弹力层6的外径在轴向渐变分布，中心大两端小，周面轮廓形状为弧形，当轮子3倾斜时与地面接触的表面各处直径不同，滚动中的轮子3朝着直径小的一侧转弯；丝杆5作为配重装置，其两端与轮子3端面内侧转动接触，中段与滑块4上的内螺纹孔配合，有马达驱动丝杆5转动来调节滑块4的轴向位置从而改变整体装置重心的轴向位置，使轮子3的倾斜方向和倾斜度发生变化来控制运动姿态；配重装置也可以是其它直线运动机构，类型包括但不限于齿轮、推拉杆、拉索、凸轮。

图3实施例为双轮结构，带有两个通过连接块11转动连接的轮子12，内部各自带有滑块10及配套的电机、电池、制动装置、电路板等组件，分别控制两个轮子12的转速可以改变轮子的运动方向。

图4实施例中，两个轮子20都转动安装有中轴21，滑块22与中轴21固定连接并以中轴来辅助定中，电机24带动动力轮23来驱动滑块22作圆周运动，舱体25或托架与中轴21固定连接，可以用来安装组件，装载物品甚至载人，其重心低于轮子20的中心，属于偏重块的组成部分，可以加大偏重块的重量。

前述实施例的轮子都是带有中轴线的传统转轮，轮子还可以是全向结构的球形轮，如图5和图6所示，轮子31的内、外表面均为圆球形，在环形轨道32的外周面定轴转动安装的多个滚轮33可以在轮子31的内表面滚动，滚轮33自身的轴线垂直于过环形轨道32轴线的平面，使环形轨道32可以在通过自身轴线的平面内绕球心转动，但在滚轮33与轮子31内表面的摩擦阻力作用下，不能绕着自己的轴线相对于轮子31转动；滑块34上转动连接有动力轮35和辅助轮30，可以在环形轨道32的内表面作圆周运动，环形轨道32的挡边使滑块34不能轴向移动；环形轨道32与滑块34的结合使得整体装置的重心可以在水平面360度的方向相对于轮子在垂直平面圆周移动，由此，轮子3可以在水平支承面上全向滚动。为了实施变向，滑块34的轴向两侧设置有变向轮39，其通过摇臂36与动力轮35转动连接，由动力轮35通过传动带37驱动，也可以由独立的电机来驱动；弹簧38两端分别与摇臂36和滑块34固定连接，在常态下变向轮39被收起而与轮子31分离；有拉线装置连接摇臂36与外界，需要变相的时候，通过拉线装控制置摇臂36下摆使变向轮39在轮子31内表面上滚动，反推力使环形轨道32转动进行变向。有锁定装置与环形轨道32连接，在不需要变向的时候把环形轨道32与轮子31锁定。

前述实施例中的偏重块的类型不局限于滑行式，也可以采用别的类型，包括但不限于吊坠式、流动式或滚动式。图7为吊坠式结构实施例，电机采用直驱结构，其转子41固定在轮子42的轮辋40内侧，定子45固定在吊臂43上，吊臂43通过中轴44与轮子42转动连接，不随轮子42一起转动的电池、刹车装置等其它组件也固定安装在吊臂43上形成偏重块，当定子45和转子41在磁电感应作用下相对转动，且偏重块的集体重力对吊臂43施加的扭矩大于轮子42的滚动阻力扭矩时，轮子42可以在支承面上滚动。图8为流动式结构实施例，轮子50的轮辋为环腔或环槽结构，里边部分空间集中填充有磁流体54作为偏重块；轮辋上固定有周向分布的多组线圈51，通电后可以产生径向磁场来磁化并吸引磁流体54；采用包括电阻器、接触器、变频器或ecu等部件在内的控制装置使其中一部分线圈51顺着周向依次通电、断电或者依次有电流波峰经过，由此产生磁行波，使磁流体54聚集在一起沿着圆周方向流动来打破重力平衡状态而推动轮子42滚动；线圈51可以采用把磁流体54包围在中心的螺线管代替，通电后产生周向磁场；磁流体54可以采用方形或圆形的固体磁块代替而成为滑行式或滚动式偏重块。

为了避免装置失控危及公共安全或损坏装置本身，交互装置中带有自动断电控制模块，对部分组件的供电控制可以设置为离开遥控装置控制范围或遥控装置失灵就自行断电的模式，采用该模式管控的组件至少包括驱动偏重块运动的电机或线圈。被管控的组件断电后不影响其它电气组件的正常工作，例如通讯模块、定位系统。

在图1的实施例中，不设置专门的刹车装置，而是通过使驱动动力轮7的电机反方向转动来进行刹车以简化结构。图9是双向机械自锁制动装置——滑块4上固定安装有滑轨65，线圈66固定安装在滑轨65的滑道中间，其两侧都有刹车片67可以顺着滑轨65移动，其内部嵌有磁性材料；刹车片67之间磁极相吸，初始状态下相互靠拢而与轮辋2分离，线圈66通电时产生反向磁场，叠加后的磁场可以使刹车片67往外移动与轮辋2接触进行刹车，或者，刹车片67之间磁极相斥，初始状态下相互分离而与轮辋2接触，线圈66通电时产生反向磁场，叠加后的磁场可以使刹车片67相互靠拢而与轮辋2分开；滑轨65的滑道与轮辋2内表面在摩擦接触点的切线的夹角选取在能使刹车片67与滑轨65产生自锁作用的范围内，使刹车片67与轮辋2接触时，不管是在正转还是反转方向，都有其中一个刹车片67在摩擦力的作用下只能朝着加大摩擦力的方向运动，因而不需要施加额外的制动压力。为了在电力耗尽后依然可以制动，刹车片67采用磁极相斥的模式，其制动作用在断电后自动生效。为了减少耗电，也可以采用机械式直线往复运动机构代替线圈66来驱动刹车片67，刹车片67之间的磁力作用也可以采用弹力作用方式来代替。

为了使整体装置可以在水平运动的同时腾空跳跃来越过障碍，采用图10所示的弹射式跳跃装置，套管60转动安装在图7实施例的中轴44上保持下垂的姿态，其底部固定安装有线圈62，磁块61可以在套管60内上下运动，在初始状态时，磁块61自由放置或被吸引在线圈62上，线圈62通电时产生磁性而与磁块61相斥，磁块61被向上弹起脱离线圈62后与套管60的顶部相撞，整个过程先后有两个环节可以对整体装置产生向上的作用力使其离开地面——磁块61对线圈62向下的反作用力传导到弹力层46使其发生弹性变形而向上反弹，另外，磁块61对套管60顶部的撞击力传导到中轴44也使整体装置往上运动。为了避免被撞碎，磁块61采用不易碎的磁性材料或带有防护层。图11所示的是摆臂式跳跃装置，有两个内部嵌有磁性材料的偏心臂64与某实施例的中轴63转动连接，初始状态为自然下垂，有电磁装置通过磁力来驱动它们在相反方向绕中轴63向上摆动，当它们摆动到最高点时转为往下转动，向上的运动惯性得不到平衡而给中轴63施加向上的推力使整体装置向上跳跃。跳跃装置的类型不局限于以上列举的弹射式和摆臂式，也可以是其它技术类型。

为了使装置能够在水上运动，图4实施例的舱体24做成水密结构而成为浮体，或者加大轮子20的内部空间来使整体装置的比重小于水。舱体24内部设置有可伸缩的旋翼飞行装置，可以带动整体装置在空中飞行。为了进一步拓展用途，整体装置作为一个可控制的移动平台，搭载有专门的装置或软件而具有专门的移动作业用途，其中包括但不限于巡视监控、清洁打扫、移动喷涂、移动售卖、移动组网、移动广告、队列表演、载人代步或机动作战。