Vehículo personal

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente solicitud se refiere a un vehículo personal, eléctrico, de reducido tamaño para poder ser portado por el usuario cuando es necesario y de alta maniobrabilidad.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Se conoce en el estado de la técnica la existencia de vehículos de uso personal motorizados como patinetes, Segways (marca registrada), Hoverboards, etc.

Estos vehículos poseen al menos dos ruedas, y tienen una cierta limitación en cuanto a la maniobrabilidad. Por ejemplo, sólo pueden moverse en una dirección respecto de la base de apoyo o girar sobre sí mismos, pero no pueden hacer movimientos laterales.

También se considera relevante la presencia de ruedas omnidireccionales, como las divulgadas en US2020062031, US10675912 o US2010270850.

El solicitante no conoce ningún vehículo que permita resolver estos problemas.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un vehículo personal según la reivindicación primera. Sus diferentes variantes resuelven los problemas reseñados.

La ¡dea consiste en un sistema de transporte personal autobalanceado en dos ejes sobre una esfera o bola. Para ello cuenta con dos o más motores, al menos uno por cada eje, controlados por un microcontrolador. El controlador envía una consigna de velocidad a los motores en función de la entrada recibida por los sensores para mantener el equilibrio y al hacerlo el dispositivo avanza en la dirección donde se incline.

El vehículo personal está formado por una tabla de soporte de un usuario. Se puede definir una dirección X principal (la dirección natural de avance) y una dirección Y transversal, y un conjunto de sensores de estabilización del conjunto para hacerlo autobalanceado. La tabla posee una bola central motriz, en un soporte que permite su giro (generalmente una mordaza anular o semiesférica con cojinetes esféricos interpuestos) y en contacto con al menos dos ruedas omnidireccionales motorizadas dispuestas en dos ejes oblicuos. Preferiblemente los ejes oblicuos corresponden con los ejes X e Y.

Como solución más preferida, el vehículo comprende un motor de eje X y un motor de eje Y, cada uno conectado a al menos una rueda que avanza o retrocede según ese eje.

En ese caso, el motor de eje Y puede estar conectado a dos ruedas paralelas próximas, y el motor de eje X puede estar conectado a dos ruedas paralelas enfrentadas a ambos lados de la bola.

El microcontrolador está preferiblemente configurado para control borroso de las ruedas, y conectado a una serie de giroscopios y acelerómetros. Los giroscopios y acelerómetros pueden formar parte de un MEMS de 6 ejes (acelerómetro de 3 ejes y giroscopio de 3 ejes).

Con estas señales del MEMS, el microcontrolador calcula el ángulo de inclinación por un lado viendo la variación en un tiempo determinado del ángulo medido por los giroscopios y por otro mediante una función trigonométrica calcula el ángulo resultante con la aceleración medida por los acelerómetros. Estas dos medidas las fusiona con un filtro para evitar lo máximo posible los problemas inherentes a ambos tipos de sensor, los giroscopios tienen problemas de derivas en el tiempo y los acelerómetros son sensibles a las vibraciones. Una vez calculado el ángulo de inclinación en cada eje, se introduce como dato de entrada en el microcontrolador, en conjunto con la consigna dada en el anterior ciclo de ejecución. El microcontrolador realiza el control borroso para recalcular la consigna a enviar a cada uno de los variadores encargados de controlar cada uno de los motores.

El sistema realiza el ciclo anteriormente descrito en continuo después de haberse iniciado hasta que se pare por alguna de las protecciones programadas. Estas son por batería baja o por sobrepasar un ángulo limite en cualquiera de los dos ejes y en cualquiera de los dos casos se enviara la consigna de freno a los dos motores.

En el momento de dar marcha al dispositivo hará una secuencia de arranque consistente en calibrar los sensores para un ángulo prefijado (el que tendrá en reposo apoyado en un lateral), armar los variadores previamente configurados para tener marcha adelante, freno y marcha atrás. Una vez realizado estos pasos hará el ciclo descrito, sin embargo la consigna a los motores será de frenar hasta que no haya pasado por el punto de inclinación 0 (con un margen de 5 ^o ) a partir del cual el controlador intentara en todo momento mantener el equilibrio hasta que no se de alguno de los casos en los que deba parar.

La alimentación del sistema viene dada por una o más baterías colocadas adecuadamente para ayudar al equilibrio del sistema completo, las baterías están conectadas en paralelo y alimentan ambos motores. Además alimentan un regulador de tensión de 5V para alimentar los sensores y el microcontrolador.

Para la activación del sistema, el vehículo cuenta con un interruptor general y dos relés que se encargan de armar los variadores posteriormente a la calibración de los sensores.

Otras variantes se aprecian en el resto de la memoria. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras.

Figura 1 : Vista en perspectiva esquemática de un primer ejemplo de realización.

Figura 2: Vista esquemática de los elementos mecánicos de la realización anterior.

Figura 3: Ejemplo de esquema electrónico.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

A continuación se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta.

El vehículo 1 comprende una tabla (1) de soporte del usuario con una bola (2) central en un soporte que permite su giro en cualquier dirección.

La bola (2) está en contacto con ruedas (3) omnidireccionales, cuyos ejes están conectados a sendos motores (4,5), generalmente eléctricos. La conexión entre los ejes de las ruedas (3) y los motores (4,5) pueden tener transmisiones mecánicas mediante engranajes, correas... incluyendo multiplicadores o reductores (6), cajas de cambio y otros complementos similares. Incorporará un motor de eje X (4) y un motor de eje Y (5).

El vehículo cuenta con cuatro ruedas (3), dos paralelas en un mismo lado de la bola (2) y dos enfrentadas. Las dos ruedas (3) paralelas son perpendiculares a las dos ruedas (3) enfrentadas para poder mover la bola (2) en cualquier dirección. Se ha de considerar que el número de ruedas (3) y motores (4,5) en cada dirección es variable, siempre que puedan coordinarse adecuadamente para girar la bola (2). En este caso, las dos ruedas (3) enfrentadas corresponden a la dirección más habitual de la bola (2), que corresponde al eje X.

Una serie de sensores y una unidad de control, similares a los utilizados en el estado de la técnica, activan o desactivan los motores (4,5) según la posición del usuario.

En la figura 2 se aprecia un ejemplo de esquema electrónico de funcionamiento. Se aprecian unos giroscopios (7,8) y acelerómetros (9,10,11). La lectura de los acelerómetros (9,10,11) permite realizar un cálculo trigonométrico de posición (12) y, junto a los giroscopios (7,8) se calculan las posiciones en ambos ejes en una etapa de fusión sensorial (13). El microcontrolador (14), mediante control borroso, envía las consignas a los motores (4,5), a través de variadores de potencia (15).

Por ejemplo, para el eje X se utiliza el giroscopio del eje X (7), el acelerómetro del eje Y (10) y el acelerómetro del eje Z (11). Para el eje Y, se requieren las lecturas del giroscopio del eje Y (8), el acelerómetro del eje X (9) y de nuevo el acelerómetro del eje Z (11).