自走式車両用の磁気的に結合される球形タイヤ

本発明は、移動体に関し、より詳細には、地面または他の表面を走行する間車両を支持する組立体に関する。

一般的なデバイスは、球形ハウジングと、球形ハウジングの内側表面に係合された1つまたは2つ以上の車輪に結合された1つまたは2つ以上のモータを含む内部駆動システムとを含む場合がある。内部駆動システムに、ばねと接触端部とを含むバイアス機構が結合され、各車輪と接触端部との間に径方向に互いに逆方向の力を加えてモータへの電力を球形ハウジングの内側表面に伝達するのを可能にし、自走式デバイスを接触面に沿って転動させる場合がある。自走式デバイスは、モータへの電力とは無関係な自走式デバイスの質量中心の移動と、内側表面に対するバイアス機構の力との組合せに基づいて回転してもよい。バイアス機構には磁器結合構成要素が備えられてもよい。磁器結合構成要素は、鉄系金属またはネオジミウム磁石などの永久磁石を有し、球形ハウジングを通して磁場を生成して外部のデバイスと付属装置の少なくとも一方と磁気的に相互作用してもよい。

本発明による車両用の支持組立体は、路面を走行し、路面および車両に対して回転する少なくとも2つの球形タイヤと、駆動システム自体のいかなる部分も各タイヤまたは路面に接触しないように、駆動システム自体に対する各タイヤの回転を磁気的に駆動する駆動システムとを含む。

組立体の別の態様によれば、駆動システムは、車両を各タイヤから第1の所定の距離だけ磁気的に浮上させる。

組立体のさらに別の態様によれば、駆動システムはそれ自体を各タイヤの内側表面から第2の所定の距離だけ磁気的に浮上させる。

組立体のさらに別の態様によれば、各タイヤは、外部環境から完全に分離された内部空間を有する閉じた球体である。

組立体のさらに別の態様によれば、駆動システムは、磁気的に受動的な第1の部分と磁気的に能動的な第2の部分とを有する。

組立体のさらに別の態様によれば、第1の部分は、一定磁場のみを生成する。

組立体のさらに別の態様によれば、第2の部分は、一定磁場および可変磁場を生成する。

組立体のさらに別の態様によれば、駆動システムは、車両を駆動システムに対して実質的に一定の向きに維持する。

組立体のさらに別の態様によれば、各タイヤは、複数の層を含む。

組立体のさらに別の態様によれば、複数の層のうちの1つは、車両によって決まる荷重の一部を磁気的に支持する。

組立体のさらに別の態様によれば、複数の層のうちの1つは、各タイヤと路面との間にトラクションを生成するためのトレッドを有する。

組立体のさらに別の態様によれば、複数の層のうちの1つは、各タイヤが路面上を走行することによって生じる振動を減衰させるエラストマ層を有する。

本開示について、限定ではなく一例として添付の図面において説明する。図面において、同じ参照番号は同様の要素を指す。

本発明による組立体を概略的に示す図である。

自走式デバイスの動作を制御する従来のシステムを示す例示的なブロック図である。

コントローラによって制御される従来の自走式デバイスの概略図である。

従来の自走式デバイスの一例を概略的に示す図である。

従来の自走式デバイスの別の例を示す図である。

コンピュータシステムならびに図4および図5の自走式デバイスの例示的なブロック図である。

米国特許第9090214号明細書および米国特許第9211920号明細書に記載されたような例示的な従来のデバイスは、球形ハウジングと、球形ハウジングの内側表面に係合された1つまたは2つ以上の車輪に結合された1つまたは2つ以上のモータを含む内部駆動システムとを含んでもよい。内部駆動システムに、ばねと接触端部とを含むバイアス機構が結合され、各車輪と接触端部との間に径方向に互いに逆方向の力を加えてモータへの電力を球形ハウジングの内側表面に伝達するのを可能にし、自走式デバイスを接触面に沿って転動させてもよい。自走式デバイスは、モータへの電力とは無関係な自走式デバイスの質量中心の移動と、内側表面に対するバイアス機構の力との組合せに基づいて回転してもよい。バイアス機構には磁器結合構成要素が備えられてもよい。磁器結合構成要素は、鉄系金属またはネオジミウム磁石などの永久磁石を有し、球形ハウジングを通して磁場を生成して外部のデバイスと付属装置の少なくとも一方と磁気的に相互作用してもよい。

自走式デバイス用の例示的な外部付属装置の例には、バイアス機構の磁器結合構成要素(たとえば、接触端部)と磁気的に結合する磁器結合構成要素を含めてもよい。したがって、自走式デバイスの球形ハウジングが転動させられたとき、外部付属装置は、球形ハウジングを通じた磁気相互作用を介してバイアス機構の接触端部に安定的に結合されたままであることができる。

自走式デバイスまたは外部付属装置またはその両方は、磁気相互作用を生じさせる磁場を生成する磁石(たとえば、ネオジミウム磁石)を含んでもよい。そのような相互作用は、外部付属装置と球形ハウジングの外側表面との間に接触が生じる磁気吸引を伴ってもよい。そのような例では、球形ハウジングの外側表面と外部付属装置の接触面の少なくとも一方に実質的に摩擦を生じさせない材料をコーティングすることによって摩擦を低減させてもよい。追加または代替として、磁気相互作用は、外部付属装置と球形ハウジングとの間に安定した磁気浮上を生じさせる安定機構(たとえば、1つまたは2つ以上のさらなる磁石)を含む斥力を伴ってもよい。

「実質的に」が本明細書において使用されるときは、自走式デバイスが動作制御を受けているときのバイアス機構の角回転についての文脈では0度以上90度未満を意味する。したがって、「実質的に」安定、「実質的に」一定の角度、またはバイアス機構(またはばね構成要素)と自走式デバイスが転動する外部表面との間の「実質的な」直角度は、自走式デバイスが非加速状態である間、その表面に対して90度未満を意味し、通常は45度未満を意味する。さらに、本明細書において、球形ハウジングの外側表面と外部付属デバイスの接触面との間の摩擦についての文脈において「実質的に」が使用されたときは、2つの典型的な平滑な表面(たとえば、研磨された金属または木材表面)間の、標準よりも低い摩擦関係を意味する。したがって、「実質的に」摩擦を生じさせない材料は、摩擦を低減させるように設計または製造された材料を意味する。

本明細書において説明する従来の1つまたは2つ以上の例では、コンピューティングデバイスによって実行される方法、技術、および処置が、プログラムに従って実行されてもあるいはコンピュータによって実施される方法として実行されてもよいものとする。「プログラムに従って」が本明細書において使用されるときは、コードまたはコンピュータ実行可能命令を使用することを意味する。これらの命令は、コンピューティングデバイスの1つまたは2つ以上のメモリリソースに記憶されてもよい。プログラムに従って実行されるステップは、自動的に実行されてもあるいは自動的に実行されなくてもよい。

本明細書において説明する1つまたは2つ以上の従来の例は、システムのプログラムモジュールまたは構成要素を使用して実施されてもよい。プログラムモジュールまたは構成要素には、上述の1つまたは2つ以上のタスクまたは機能を実行することができるプログラムとサブルーチンとプログラムの一部とソフトウェア構成要素とハードウェア構成要素のうちの少なくとも1つを含めてもよい。本明細書において使用されるモジュールまたは構成要素は、他のモジュールまたは構成要素とは無関係にハードウェア構成要素上に存在してもよい。代替として、モジュールまたは構成要素は、他のモジュールと共有される要素またはプロセスと、プログラムと、機械のうちの少なくとも1つであってもよい。

本明細書において説明するいくつかの例では概して、処理リソースとメモリリソースとを含むコンピューティングデバイスを使用する必要がある。たとえば、本明細書において説明する1つまたは2つ以上の例は、その全体または一部を、デジタルカメラとデジタルカムコーダとデスクトップコンピュータと携帯電話/スマートフォンと、携帯情報端末(PDA)と、ラップトップコンピュータと、プリンタと、デジタルピクチャフレームと、タブレットデバイスのうちの少なくとも1つなどのコンピューティングデバイス上で実施されてもよい。メモリリソース、処理リソース、およびネットワークリソースはすべて、本明細書において説明する例の確立と使用と実行(任意の方法の実行と任意のシステムの実装の少なくとも一方を含む)のうちの少なくとも1つに関連して使用されてもよい。

さらに、本明細書において説明する1つまたは2つ以上の例は、1つまたは2つ以上のプロセッサによって実行可能な命令を使用することによって実施されてもよい。これらの命令は、コンピュータ読取可能媒体上に保持されてもよい。以下の図に示されるかまたは以下の図において説明する各機械は、処理リソースおよび各例を実施するための命令の保持と実行の少なくとも一方が行われる場合があるコンピュータ読取可能媒体の例を実現する。特に、各例によって示される多数の機械には、プロセッサと、データおよび命令を保持する様々な形態のメモリとを含めてもよい。コンピュータ読取可能媒体の例には、パーソナルコンピュータまたはサーバ上のハードドライブなどの永久メモリ記憶デバイスを含めてもよい。コンピュータ記憶媒体の他の例には、CDユニットやDVDユニットのようなポータブル記憶装置、(スマートフォンと多機能デバイスとタブレットのうちの少なくとも1つ上に保持されるような)フラッシュメモリ、および磁気メモリを含めてもよい。コンピュータ、端末、ネットワーク対応デバイス(たとえば、携帯電話などのモバイルデバイス)はすべて、プロセッサと、メモリと、コンピュータ読取可能媒体上に記憶された命令のうちの少なくとも1つを利用してもよい。さらに、各例は、コンピュータプログラム、またはそのようなプログラムを保持することができる非一時的コンピュータ使用可能キャリア媒体において実施されてもよい。

次に図2を参照すると、例示的な自走式デバイス100の概略図が示されている。自走式デバイス100は、ユーザによって操作されるコンピューティングデバイスなどの別のデバイスによる制御を受けて動いてもよい。自走式デバイス100は、自走式デバイス100が動きを開始した後初期座標系に対する向きと位置の少なくとも一方の自己認識を維持することと、様々な制御入力に対するプログラム固有の多様な応答を可能にするようにプログラムに従って制御入力を処理することと、別のデバイスが自走式デバイス上のプログラミング論理と通信するソフトウェアまたはプログラミング論理を使用して自走式デバイスの動きを制御するのを可能にすることと、自走式デバイスの動きに関する出力応答を生成し、制御デバイスによって解釈可能なソフトウェアであることを示すことのうちの少なくとも1つを可能にするリソースを含むように構成されてもよい。

自走式デバイス100は、相互接続されたいくつかのサブシステムおよびモジュールを含んでもよい。プロセッサ114は、プログラムメモリ104からのプログラム命令を実行してもよい。プログラムメモリ104に記憶された命令は、たとえば、機能を追加することと、欠陥を補正することと、デバイス挙動を修正することの少なくとも1つを行うように変更されてもよい。プログラムメモリ104は、リンクされたコントローラデバイス上のソフトウェアと通信するかまたは他の方法によって協働するプログラミング命令を記憶してもよい。プロセッサ114は、自走式デバイス100がリンクされたコントローラからの制御入力を解釈するかまたは場合によっては制御入力に応答する方法を変更するようにプログラミング命令の様々な組を実行してもよい。

ワイヤレス通信ポート110は、通信トランスジューサ102とともに、プロセッサ114と他の外部デバイスとの間でデータを交換してもよい。データ交換によって、たとえば、プログラムメモリ104に関する通信と、制御と、論理命令と、状態情報と、更新のうちの少なくとも1つが実現されてもよい。プロセッサ114は、ワイヤレス通信ポート110を介してリンクされたコントローラに伝達される状態情報と位置情報の少なくとも一方に対応する出力を生成してもよい。自走式デバイス100の可動性は、ハード配線接続を制限する場合がある。したがって、「接続」という用語は、自走式デバイス100との物理的接続なしに確立されるワイヤレスリンクなどの論理接続を意味するように理解されてもよい。

ワイヤレス通信ポート110は、通信プロトコルを実施してもよく、トランジューサ102は、無線信号を送受信するのに適したアンテナであってもよい。代替実装形態では他のワイヤレス通信媒体およびプロトコルが使用されてもよい。各センサ112は、周囲の環境および状態に関する情報をプロセッサ114に送信してもよい。各センサ112は、3軸ジャイロスコープ、3軸加速度計と3軸磁気系のうちの少なくとも1つを含む慣性測定デバイスを含んでもよい。各センサ112は、プロセッサ114が、自走式デバイス100が動きを開始した後初期座標系に対する自走式デバイス100の向きと位置の少なくとも一方の認識を維持するのを可能にする入力をプロセッサ114に供給してもよい。さらに、各センサ112は、光の検出と、温度の検出と、湿度の検出と、化学物質濃度または放射能の測定のうちの少なくとも1つを行うための計器を含んでもよい。

状態/変数メモリ106は、たとえば、各軸についての位置と、向きと、回転率と、並進のうちの1つを含む、システムの現在の状態に関する情報を記憶してもよい。状態/変数メモリ106は、自走式デバイス100の使用が開始されるとき(たとえば、自走式デバイス100がオンに切り替えられるとき)の自走式デバイス100の初期座標系に対応する情報と、自走式デバイス100の使用が開始された後の位置および向き情報とを記憶してもよい。したがって、自走式デバイス100は、自走式デバイス100が動きを開始した後の自走式デバイス100の位置および向き情報を維持するために状態/変数メモリ106の情報を利用してもよい。

クロック108は、変更の間隔および率を測定するための時間ベースを実施することによってプロセッサ114にタイミング情報を供給してもよい。クロック108は、日付データ供給機能と年データ供給機能と時刻データ供給機能とアラーム機能のうちの少なくとも1つを実行してもよい。クロック108は、自走式デバイス100が事前に設定された時間にアラームまたは警告音を鳴らすのを可能にしてもよい。

拡張ポート120は、付属装置またはデバイスを追加するための接続を可能にしてもよい。拡張ポート120は、将来の拡張を可能にし、オプションまたは拡張機能を追加するのを容易にしてもよい。たとえば、拡張ポート120は、周辺機器、センサ、処理ハードウェア、ストレージ、ディスプレイ、またはアクチュエータを基本的な自走式デバイス100に追加するのに使用されてもよい。

変形実施形態では、拡張ポート120は、アナログ信号またはデジタル信号を使用して、適切に構成された構成要素と通信することができるインターフェースを実現してもよい。したがって、拡張ポート120は、標準的であるかまたは公知である電気的インターフェースおよびプロトコルを実現してもよい。さらに、拡張ポート120は、光学インターフェースを実装してもよい。拡張ポート120に適切な例示的なインターフェースには、ユニバーサルシリアルバス(USB)と、集積回路間バス(I2C)と、シリアル周辺インターフェース(SPI)と、イーサネット(登録商標)のうちの少なくとも1つを含んでもよい。

外部デバイスまたはユーザに情報を提示するディスプレイ118が含まれてもよい。ディスプレイ118は、情報を様々な形態において提示してもよい。変形実施形態では、ディスプレイ118は、様々な色およびパターンの光と、音と、振動と、音楽と、感覚的な刺激の組合せのうちの少なくとも1つを生成してもよい。ディスプレイ118は、自走式デバイス100の物理的な動きによる情報を伝達するようにアクチュエータ126と協働してもよい。たとえば、自走式デバイス100は、人間の頭と、うなずきと、首振りのうちの少なくとも1つをエミュレートして「はい」または「いいえ」を伝達するように構成されてもよい。

変形実施形態では、ディスプレイ118は、可視範囲または不可視範囲のいずれかにおける光の発光体であってもよい。赤外線範囲または紫外線範囲における不可視光は、たとえば、人間の感覚では見えないが特殊な検出器には利用可能である情報を送信するのに有用である場合がある。いくつかの例では、ディスプレイ118は、様々な光周波数を放出し、相対強度が可変になり、放出される光が、混色を形成するように混合されるように配置された発光ダイオード(LED)のアレイを含んでもよい。

ディスプレイ118は、各々が可視原色を放出するいくつかのLEDを有するLEDアレイを含んでもよい。プロセッサ114は、広範囲の色を生成するようにLEDの各々の相対強度を変化させてもよい。光の原色は、明確な色の広い光域を形成するように少数の色が様々な量混合される場合がある原色である。たとえば、赤/緑/青、赤/緑/青/白、および赤/緑/青/琥珀色を含む、原色の多数の組が既知である。たとえば、赤色LED、緑色LED、および青色LEDはともに、ディスプレイ118を構成する3つの利用可能な原色デバイスの使用可能な組を形成してもよい。他の例では、原色および白色LEDの他の組が使用されてもよい。ディスプレイ118は、位置合わせのために自走式デバイス100上に基準点を示すのに使用されるLEDをさらに含んでもよい。

電池124は、自走式デバイス100の電子機器および電気機械構成要素を動作させるエネルギーを貯留してもよい。電池124は、充電式バッテリであってもよい。さらに、誘導充電ポート128は、配線電気接続なしに電池124を再充電できるようにしてもよい。変形実施形態では、誘導充電ポート128は、磁気エネルギーを受け付けて、電池124を再充電するための電気エネルギーに変換してもよい。充電ポート128は、外部充電デバイスとのワイヤレス通信インターフェースを実現してもよい。

自走式デバイス100を電子デバイスの大部分がバッテリ電力をまったく使用しない超低電力モードまたは「ディープスリープ」モードにするディープスリープセンサ122が含められてもよい。これは、長期貯留または出荷に有用である。変形実施形態では、ディープスリープセンサ122は、配線接続なしに自走式デバイス100のハウジングを通して検知するという点で非接触センサである。ディープスリープセンサ122は、外部磁石がディープスリープモードをアクティブ化するように自走式デバイス100上の所定の位置に取り付けられ得るように実装されたホール効果センサであってもよい。

様々な用途のために電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する駆動アクチュエータ126が含められてもよい。駆動アクチュエータ126の主要な用途は、自走式デバイス100を推進し操舵することであってもよい。移動・操舵アクチュエータは、駆動システムまたはトラクションシステムと呼ばれることもある。駆動システムは、自走式デバイス100をプロセッサ114の制御の下で回転移動および並進移動させてもよい。駆動アクチュエータ126の例には、制限なしに、車輪、モータ、ソレノイド、プロペラ、外輪と、振り子のうちの少なくとも1つを含めてもよい。駆動アクチュエータ126は、各々が、減速システムを通して独立可変速度モータに連結された車軸に取り付けられた、2つの平行な車輪を含んでもよい。したがって、2つの駆動モータの速度がプロセッサ114によって調節されてもよい。

駆動アクチュエータ126は、自走式デバイス100を単に回転させ並進させることに加えて様々な動きを生じさせてもよい。したがって、いくつかの変形実施形態では、駆動アクチュエータ126は、自走式デバイス100に対して、人間のジェスチャー、たとえば、うなずきと、首を振ることと、首を小刻みに振ることと、首を回すことと、頭を素早く動かすことの少なくとも1つのエミュレーションを含む、意思を伝達する動きまたは感情を示す動きを実行するのを可能にしてもよい。いくつかの変形実施形態では、プロセッサ114は、駆動アクチュエータ126をディスプレイ118と調和させてもよい。たとえば、プロセッサ114は、自走式デバイス100を回転または振動させ、同時に着色光のパターンを放出させるための信号を駆動アクチュエータ126およびディスプレイ118に供給してもよい。したがって、自走式デバイス100は、動きと同期させられた光と音の少なくとも一方のパターンを放出してもよい。

さらなる変形実施形態では、自走式デバイス100は、他のネットワーク接続されたデバイス用のコントローラとして使用されてもよい。自走式デバイス100は、センサおよびワイヤレス通信機能を含んでもよく、したがって、他のデバイスのコントローラとしての役割を果たすことができる。たとえば、自走式デバイス100は、手持ちであってもよく、ジェスチャー、動き、回転、組合せ入力などを検知するのに使用されてもよい。

図3は、スマートフォンまたはタブレットコンピューティングデバイスなどのコントローラデバイス208の制御を受ける自走式デバイス214の例示的な従来の概略図である。より詳細には、自走式デバイス214は、論理とコントローラデバイス208によって実行することができる制御の少なくとも一方をプログラミングすることによって動きを制御されてもよい。自走式デバイス214は、ユーザ202によって動作させることのできるコンピューティングデバイス208の制御を受けて動いてもよい。コンピューティングデバイス208は、標準的なワイヤレス通信プロトコルまたは独自のワイヤレス通信プロトコルを使用して無線によって自走式デバイス214に制御データ204を伝達してもよい。変形実施形態では、自走式デバイス214は、少なくとも部分的に自己制御式であり、センサおよび内部プログラミング論理を利用して自走式デバイス214の動きのパラメータ(たとえば、速度、方向など)を調節してもよい。さらに、自走式デバイス214は、コンピューティングデバイス208上でコンテンツを生成するかまたは入れ替えることを目的として自走式デバイス214の位置パラメータと動きパラメータの少なくとも一方に関するデータを伝達してもよい。自走式デバイス214は、その動きと内部プログラミング論理の少なくとも一方によってコンピューティングデバイス208の各局面を制御してもよい。自走式デバイス214は、自走式デバイス214がコンピューティングデバイス208によって制御される動作モードと、自走式デバイス214が別のデバイス(たとえば、別の自走式デバイスまたはコンピューティングデバイス208)のコントローラとなる動作モードと、自走式デバイス214が部分的または完全に自律する動作モードの少なくとも1つを含む、複数の動作モードを有してもよい。

自走式デバイス214とコンピューティングデバイス208は、ユーザ202がコンピューティングデバイス208を動作させ、単純な方向入力と、コマンド入力と、ジェスチャー入力と、動き入力と、他の感覚入力、音声入力、またはそれらの組合せのうちの少なくとも1つを含む複数種類の入力を生成するのを可能にすることと、自走式デバイス214がコンピューティングデバイス208から受信された入力をコマンドまたはコマンドの組として解釈するのを可能にすることと、自走式デバイス214が、コンピューティングデバイス208上である状態(たとえば、コントローラ−ユーザインターフェースに対応するコンテンツなどの表示状態)を実現するために自走式デバイスの位置と動きと状態のうちの少なくとも1つに関するデータを伝達するのを可能にすることのうちの少なくとも1つを可能にするためにプログラミング論理が共有されるコンピューティングプラットフォームを共有してもよい。自走式デバイス214は、自走式デバイス214を使用するための追加のプログラミング論理と命令の少なくとも一方を容易にするプログラムインターフェースを含んでもよい。コンピューティングデバイス208は、自走式デバイス214上のプログラミング論理と通信するプログラミングを実行してもよい。

いくつかの例によれば、自走式デバイス214は、動きまたは特定の方向への移動を生じさせるアクチュエータまたは駆動機構を含む。自走式デバイス214は、被制御デバイス、ロボット、ロボットデバイス、リモートデバイス、自律デバイス、および遠隔制御デバイスを含む、いくつかの関連する用語および語句によって表されることがある。自走式デバイス214は、移動し、様々な媒体において制御されるように構成されてもよい。たとえば、自走式デバイス214は、平坦な表面と、砂だらけの表面と、岩だらけの表面のうちの少なくとも1つなどの媒体を移動してもよい。

図4に示されているように、自走式デバイス214は、転動と回転などの他の動きの少なくとも一方を行うことができる球形の物体に相当してもよい。自走式デバイス214は、自走式デバイス214の球形ハウジングを通した磁気結合を介して自走式デバイス214に磁気的に結合された外部付属装置216を含んでもよい。自走式デバイス214は、航空機と、ヘリコプターと、ホバークラフトと、気球のうちの少なくとも1つなどの無線制御航空機に相当してもよい。自走式デバイス214は、ボートまたは潜水艦などの無線制御船舶に相当してもよい。自走式デバイス214がロボットである変形実施形態などの、他の多数の変形実施形態が実施されてもよい。

自走式デバイス214は、実質的に球形であり、エンベロープの内部のアクチュエータの作用によって特定の方向に移動することができる、密閉された中空のエンベロープを含んでもよい。自走式デバイス214は、ネットワーク通信リンク210,212を使用してコンピューティングデバイス208と通信してもよい。一方のリンク210は、データをコンピューティングデバイス208から自走式デバイス214に転送してもよい。他方のリンク212は、データを自走式デバイス214からコンピューティングデバイス208に転送してもよい。リンク210,212は、別個の一方向リンクであっても、あるいは双方向に通信する単一の双方向通信リンクであってもよい。リンク210,212は、種類と、帯域幅と、機能のうちの少なくとも1つが同一でなくてもよい。たとえば、コンピューティングデバイス208から自走式デバイス214へのリンク210は、リンク212と比較してより高い通信速度および帯域幅を実現することが可能であってもよい。場合によっては、1つのリンク210または212のみが確立されてもよい。その場合、通信は一方向であってもよい。

コンピューティングデバイス208は、少なくとも、プロセッサと、少なくとも自走式デバイス214との一方向通信を確立するのに適した通信機能とを有する任意のデバイスに相当してもよい。そのようなデバイスの例には、制限なしに、モバイルコンピューティングデバイス(たとえば、スマートフォンなどの多機能メッセージング/音声通信デバイス)と、タブレットコンピュータと、ポータブル通信デバイスと、パーソナルコンピュータのうちの少なくとも1つを含んでもよい。

ユーザ202は、自走式デバイス214を制御することと、自走式デバイス214からのフィードバックまたは対話をコンピューティングデバイス208上で受信することの少なくとも一方を行うために、コンピューティングデバイス208を介して自走式デバイス214と対話してもよい。したがって、ユーザ202は、コンピューティングデバイス208の様々な機構を通して入力204を指定してもよい。そのような入力の例には、テキスト入力、音声コマンド、検出面またはスクリーンに触れること、物理的な操作、ジェスチャー、タップ、シェイク、およびそれらの組合せを含めてもよい。

ユーザ202は、フィードバック206を受信するためにコンピューティングデバイス208と対話してもよい。フィードバック206は、ユーザ入力に応答してコンピューティングデバイス208によって生成されてもよい。フィードバック206は、自走式デバイス214からコンピューティングデバイス208に伝達される、たとえば、自走式デバイスの位置または状態に関する、データに基づくものであってもよい。フィードバック206の例には、テキスト表示と、グラフィック表示と、音声と、音楽と、音パターンと、光の色または強度の変調と、触覚フィードバックと、振動と、触覚に関する刺激のうちの少なくとも1つを含めてもよい。フィードバック206は、コンピューティングデバイス208上で生成される入力と組み合わされてもよい。それによって、コンピューティングデバイス208は、自走式デバイス214から伝達された位置情報または状態情報を反映するように修正されたコンテンツを出力してもよい。

したがって、コンピューティングデバイス208と自走式デバイス214の少なくとも一方は、ユーザ入力204およびフィードバック206が、感覚と、思考と、知覚と、動きと、他の能力のうちの少なくとも1つが制限される場合があるユーザ202のための使いやすさおよびアクセス可能性を最大にするように構成されてもよい。これによって、障害のあるユーザ202または特殊な要件を有するユーザ202がシステム200を動作させることができる。

図4は、自走式デバイス300の別の従来の例を概略的に示す。自走式デバイス300は、人間の成人が手によって容易に掴むことと、持ち上げることと、持ち運ぶことの少なくとも1つを可能にするサイズおよび重量を有してもよい。自走式デバイス300は、自走式デバイス300が転動するときに外部表面と接触する外側表面を有する球形ハウジング302を含んでもよい。球形ハウジング302は、内側表面304と、球形ハウジングの内側表面によって囲まれたいくつかの機械的構成要素および電子構成要素とを含む。

球形ハウジング302は、ワイヤレス通信に使用される信号を送信するが、水分およびごみを透過させない材料によって構成されてもよい。球形ハウジング302は、耐久性と、洗浄性と、耐破砕性のうちの少なくとも1つをさらに有してもよい。球形ハウジング302は、光の透過を可能にするように構成され、光を拡散させるようにテクスチャ加工されてもよい。球形ハウジング302は、密封されたポリカーボネートプラスチックであってもよい。球形ハウジング302は、球形ハウジングを開放して内部の電子構成要素および機械的構成要素に手を届かせることができるように、関連する取付け機構を有する2つの半球シェルを有してもよい。

いくつかの電子構成要素および機械的構成要素は、処理と、ワイヤレス通信と、推進と、他の機能(集合的に「内部機構」と呼ばれる)のうちの少なくとも1つが可能になるように球形ハウジング302の内部に配置されてもよい。各例は、上記の構成要素のうちで、自走式デバイス300がそれ自体を推進するのを可能にする駆動システム301を含んでもよい。駆動システム301は、処理リソースおよび他の制御機構に結合されてもよい。キャリア314は、駆動システム301の各構成要素用の取付け点および支持体として働く。駆動システム301の各構成要素は、球形ハウジング302にしっかりと取り付けられなくてもよい。その代わり、駆動システム301は、球形ハウジング302の内側表面304に摩擦接触する一対のローラ318,320を含んでもよい。

キャリア314は、エネルギー貯留構成要素316との機械的接触と電気的接触の少なくとも一方が実現されてもよい。エネルギー貯留構成要素316は、自走式デバイス300およびそれに関連する電子構成要素に電力を供給するエネルギーの貯留層を構成してもよい。エネルギー貯留構成要素316は、誘導充電ポート326を通して補充されてもよい。エネルギー貯留構成要素316は充電式バッテリであってもよい。そのようなバッテリはリチウムポリマー電池を有してもよい。他の適切な充電式バッテリ要素/機構が使用されてもよい。キャリア314は、電子アセンブリ用のプリント回路板、センサアレイ、アンテナ、およびコネクタを含む内部構成要素の大部分用の取付け位置を構成するとともに、内部構成要素用の機械的取付け点を構成してもよい。

駆動システム301は、モータ322,324と車輪318,320とを含んでもよい。モータ322,324は、それぞれ、各々が関連する軸、車軸、および歯車駆動装置(不図示)を通して、車輪318,320に接続されてもよい。車輪318,320の周囲は、基本的に2つの点において内側表面304と機械的に接触してもよい。これらの点は、球形ハウジング302またはボールの駆動機構を構成してもよく、車輪318,320と内側表面304との間の摩擦を増大させ滑りを低減させるようにある材料が被覆されてもよい。たとえば、車輪318,320はシリコーンゴムタイヤを含んでもよい。

バイアス機構315は、車輪318,320を能動的に内側表面304に押し付けてもよい。ばね312とばね端部310がバイアス機構315を構成してもよい。より詳細には、ばね312およびばね端部310は、半径方向において車輪318,320と反対側の点において内側表面304に接触するように位置付けられてもよい。ばね312およびばね端部310は、特に、内部機構が車輪が底部に位置するように位置付けられない状況および重力では車輪318,320が滑るのを防止するのに十分な力が加わらない状況において、車輪318,320の滑りを低減させる追加的な接触力を発生させる場合がある。ばね312は、車輪318,320およびばね端部310を内側表面304に押し付ける力を発生させる場合がある。

ばね端部310は、内側表面304とのほぼ摩擦を生じさせない接触を実現する場合がある。ばね端部310は、内側表面304とのすべての接触点において同様な低摩擦接触領域を形成するように構成された丸い表面であってもよい。丸い表面は、ばね端部310が内側表面304に沿って移動する接触点において摩擦をさらに低減させるように1つまたは2つ以上の軸受を含んでもよい。ばね312およびばね端部310は、感度の高い磁気センサに対する干渉を回避するように非磁性材料によって作られてもよい。しかし、ばね端部310は、外部付属デバイス330に磁気的に結合する1つまたは2つ以上の磁性構成要素を含んでもよい。

ばね312は、車輪318,320およびばね端部310が常に球形ハウジング302の内側表面304に係合され得るようなばね定数を有してもよい。したがって、モータ322,324からの電力の多くは、内部構成要素(たとえば、バイアス機構315および内部駆動システム301)を傾斜または上下動させるのではなく、直接球形ハウジング302を回転させるように伝達されてもよい。したがって、自走式デバイス300の動きは、少なくとも部分的に、内部構成要素を上下動させる(したがって、自走式デバイス300の質量中心を上下動させ)ことによって生じさせられる場合があるが、動きは、(バイアス機構315を介した)球形ハウジング302の内側表面304に対する車輪318,320の能動的な力およびモータ322,324から車輪318,320への電力の直接的な伝達によって直接生じさせられてもよい。バイアス機構315の上下動は、実質的に低減させられ、実質的に一定のままであってもよい(たとえば、自走式デバイス300が移動する外部表面に対して実質的に垂直なままであってもよい)。バイアス機構315の上下動は、加速または減速の期間には増大する(たとえば、45度を超える)場合がある。さらに、通常の動作条件の下では、バイアス機構315の上下動が安定したままであるかまたはわずかに変動する(たとえば、10度〜15度以内)場合がある。

ばね端部310は、磁石に取り付けられた磁性金属によって形成されてもよい。そのような金属は、鉄と、ニッケルと、コバルトと、ガドリニウムと、ネオジミウムと、サマリウムと、これらの金属を各割合だけ含む他の金属合金のうちの少なくとも1つを含んでもよい。代替として、ばね端部310は、球形ハウジング302の内側表面304と接触する実質的に摩擦を生じさせない接触部と、上記の金属または金属合金を含む、内側表面304と接触するかまたは接触しない、磁気的に相互作用する部分とを含んでもよい。実質的に摩擦を生じない接触部は、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化ポリマーなどの誘起ポリマーによって構成することができる。

代替として、ばね端部310は、研磨されたニオジミウム永久磁石などの磁石であってもよい。ばね端部310は、球形ハウジング302の外側表面を越えて延び外部付属デバイス330と磁気的に結合する磁場を発生させてもよい。さらに、ばね端部310は、実質的に摩擦を生じさせない接触部によって構成されてもよく、磁石が含まれてもよい。

自走式デバイス300の磁性構成要素は、ばね312またはキャリア314などの任意の内部構成要素、あるいはバイアス機構315またはキャリアに結合された追加の構成要素上に含められてもよい。外部付属デバイス330は、バイアス機構315(たとえば、ばね端部310)に磁気的に結合する磁性構成要素332を含んでもよい。磁性構成要素332は、ネオジミウム磁石などの永久磁石を有してもよい。磁性構成要素332は、ばね端部310に磁気的に結合してもよい。したがって、磁性構成要素332によって生成された磁場は、球形ハウジング302内を延びて、ばね端部310と磁気的に接触したままになる場合がある。外部付属デバイス330の磁性構成要素332は、ばね端部310を構成する磁石に取り付けられた磁性金属を有してもよい。

ばね端部310および磁性構成要素のうちの1つまたは2つ以上は、任意の数の電磁石と永久磁石の少なくとも一方によって構成されてもよい。そのような磁石は、自走式デバイス300が動くときに追加的な磁気安定性をもたらすように形状が不規則であってもよい。外部付属デバイス330の磁性構成要素332は、ばね端部310上の対応する形状を有する単一または複数の磁石に結合する1つまたは2つ以上の分岐ストリップを含む単一の磁気ストリップまたは複数の磁気ストリップであってもよい。追加的な安定性を実現するように、外部付属デバイス330およびばね端部310内に複数の磁石を分散させてもよい。

ばね端部310および外部付属デバイス330は、自走式デバイス300が動くときに安定した磁気的反発状態であってもよい。磁性構成要素332またはばね端部310のいずれかは、磁気的な斥力の動的不安定性を実質的に解消し、球形ハウジング302が外部付属デバイス330とばね端部310との間を滑る間、外部付属デバイス330をばね端部310に対して安定して磁気的に浮上させるのを可能にする超伝導体材料をさらに含んでもよい。安定した磁気浮上を可能にするように自走式デバイス300と、ばね端部310と、外部付属デバイス330のうちの1つまたは2つ以上に反磁性材料が含まれてもよい。したがって、自走式デバイス300は、ガイドレールまたは磁気トラックを使用せずに、外部付属デバイス330が自走式デバイスの垂直軸に沿って実質的に一定の位置に留まった状態で任意の方向に走行してもよい。

外部付属デバイス330は、任意の形状を有してもよく、任意の適切な材料を有してもよい。外部付属デバイス330の接触面334または(磁気的相互作用の間)球形ハウジング302に外側表面に最も近い表面が、球形ハウジング304の外側表面に相当してもよい。自走式デバイス300の球形ハウジング302と外部付属デバイス330、すなわち、接触面334の両方が、実質的に同等の曲率半径を有してもよい。この半径は、10cm〜30cm程度であってもよい。しかし、この半径は1mから人間の運搬車両のサイズ以上であってもよい。したがって、自走式デバイス300内に配置された強力な電磁石を使用して、動作を実行すること、有効荷重を保持すること、新規のデザインを含むこと、文字または図を表わすことなどを行う場合がある外部付属デバイス330と結合することによって、磁気的な結合または相互作用が実現されてもよい。

外部付属デバイス330の接触面334は、合成化合物または適切なポリマーなどの、実質的に摩擦を生じさせない材料によって形成されるかあるいは実質的に摩擦を生じさせない材料を被覆されてもよい。他の適切な化合物には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)と、ポリオキシメチレン(POM)と、超撥水面と、液体が注入された滑りやすい多孔質表面(SLIPS)などの液体含浸面および材料のうちの少なくとも1つを含んでもよい。実質的に摩擦を生じさせない表面またはコーティングの他の例には、金属合金とセラミック化合物を組み合わせることによって作製される場合がある「セラミック合金」や「サーメット」を含めてもよい。ホウ素、アルミニウム、およびマグネシウムによって構成された金属/セラミック合金(AlMgB₁₄)を二ホウ化チタン(TiB₂)のサーメット化合物と組み合わせて、外部付属デバイス330の接触面334用のほぼ摩擦を生じさせないコーティングを生成してもよい。

球形ハウジング302の外側表面は、外部付属デバイス330の接触面334に関して説明した上記の実質的に摩擦を生じさせないコーティングまたは化合物のいずれかによって構成されてもよい。実質的に摩擦を生じさせないコーティングまたは化合物同士のいずれかの組合せを球形ハウジング302の外側表面および外部付属デバイス330の接触面334に対して取り込んでもよい。

球形ハウジング302は、たとえば、ゴム化合物またはシリコーンなどの他の適切な合成化合物を使用してより摩擦の強化の助けになる内側表面304を含むように形成されてもよい。球形ハウジング302には、上述のようなコーティングまたは化合物を使用してほぼ摩擦を生じさせない特性を有する外側表面を含めてもよい。

自走式デバイス300が動くときに、外部付属デバイス330は、自走式デバイス300上の実質的に一定の位置においてばね端部310に磁気的に結合されたままであってもよい。したがって、自走式デバイス300が操縦される間、バイアス機構315は、最小値に近い角度のままであるが、たいていの場合、比較的極端な加速または減速の期間を除いて、通常45度以下である、動きの平面に対する可変傾斜角を有してもよい。しかし、自走式デバイス300を連続的にかつ安定して操縦する間、バイアス機構315の傾斜はより0度に近い値になり、すなわち、10度以内になる場合がある。操縦の間、方位角は、モータ322,344から車輪318,320に転送される独立した電力に応じて任意の角度に変化する場合がある。

図5は、球形自走式デバイス400を動かす例示的な従来の技術を示している。自走式デバイス400は、センサプラットフォーム404と、回転中心402と、質量中心406と、平面412とを有してもよい。自走式デバイス400用の駆動機構は、自走式デバイス400の球形ハウジングの内側表面に接触する独立に制御される2つの車輪付きアクチュエータ408を有してもよい。

連続的な動きを一定の速度で実現するには、車輪付きアクチュエータ408の動作によって回転中心402に対する質量中心406の変位を維持してもよい。回転中心402に対する質量中心406の変位は測定するのが困難である場合がある。したがって、一定の速度を維持するために閉ループコントローラに関するフィードバックを得ることが困難になる場合がある。しかし、この変位は、センサプラットフォーム404と平面412との間の傾斜角410に比例する場合がある。この傾斜角410は、様々なセンサ入力から検知または推定されてもよい。したがって、傾斜角410を使用して車輪付きアクチュエータ408の速度を調節し平面412に沿って一定の速度を維持する自走式デバイス400用の速度コントローラが実装されてもよい。速度コントローラは、所望の速度を生じさせる所望の角度410を求めてもよく、所望の角度設定値は、駆動機構を調節する閉ループコントローラへの入力であってもよい。この速度制御技術は、検知された適切な角度および角速度をフィードバックすることによって球形自走式デバイス400の旋回および回転を制御するように拡張されてもよい。

図6は、上記の各例が実施されてもよいコンピュータシステムを概略的に示している。図2のシステム100に関して説明した1つまたは2つ以上の構成要素が図6のシステム500によって実施されてもよい。システム100は、複数のコンピュータシステムの組合せを使用して実装されてもよい。コンピュータシステム500は、処理リソース510と、メインメモリ520と、読取り専用メモリ(ROM)530と、記憶デバイス540と、通信インターフェース550とを含んでもよい。コンピュータシステム500は、少なくとも1つのプロセッサ510と、プロセッサ510によって実行すべき命令522を有するランダムアクセスメモリ(RAM)または他の動的記憶デバイスなどのメインメモリ520とを含んでもよい。メインメモリ520は、プロセッサ510によって実行される命令の実行時にテンポラリ変数または他の中間情報を記憶してもよい。コンピュータシステム500は、プロセッサ510に関する静的情報および命令を記憶する読取り専用メモリ(ROM)530または他の静的記憶デバイスを含んでもよい。磁気ディスクまたは光学ディスクなどの記憶デバイス540は、情報および命令を記憶してもよい。たとえば、記憶デバイス540は、自走式デバイス100,200,300,400を操縦するための論理をトリガするコンピュータ読取可能媒体に相当してもよい。

通信インターフェース550は、コンピュータシステム500が確立されたネットワークリンク552(ワイヤレスとハード配線の少なくとも一方)を介してコントローラデバイス580と通信するのを可能にしてもよい。コンピュータシステム500は、ネットワークリンク552を使用して、自走式デバイス100,200,300,400を操縦するためのコマンド命令を受信してもよい。

コンピュータシステム500は、本明細書において説明する技術を実施してもよい。これらの技術は、プロセッサ510が、メインメモリ520に含まれる1つまたは2つ以上の命令の1つまたは2つ以上のシーケンスを実行することに応答して、コンピュータシステム500によって実行されてもよい。このような命令は、記憶デバイス540などの別の機械読取可能媒体からメインメモリ520に読み込まれてもよい。メインメモリ520に含まれる命令を実行することによって、プロセッサ510に本明細書において説明する各プロセスステップを実行させてもよい。ソフトウェア命令の代わりにあるいはソフトウェア命令と組み合わせてハード配線された回路を使用して、本明細書において説明する各例を実施してもよい。したがって、上述の例は、ハードウェア回路とソフトウェアの任意の特定の組合せに限定されない。

この概念の球形状は、自律車両または任意の車両が動く方法を変える場合がある。この球形状は、自律的な任意の可動性の要求に整合する安全性、操縦性、および快適さに確実に寄与する場合がある。この多方向タイヤは、全方向に動き、乗員の安全性および快適さに寄与し、任意の空間制限に対処する場合がある。能動的な滑り防止技術は、タイヤが必要に応じて黒氷または突然出現した障害物などの潜在的な危険による滑りを低減させるように動くのを可能にする場合がある。

この球形状は、乗員の快適さに対処する円滑な乗り心地を実現する場合がある。この球形状は、滑らかな横方向の動きを生じさせ、 自動車がその走行方向を変化させずに障害物を越えるのを助ける場合がある。さらに、この球形状によって360度の旋回が可能になるので、球形タイヤを備えた自動車を駐車場に止めるのに必要な空間が狭くなることによって、駐車に関する予想される制約が解消される場合がある。公共駐車場が将来も同じ役割を果たすと仮定すると、これによって、公共駐車場の全体的なサイズを大きくせずに駐車場の容量を著しく増大させることができる。

本発明による球形タイヤ/駆動装置は、磁気浮上を利用して車両の荷重を保持する場合がある。そのような球形タイヤは、磁気浮上電車と同様に磁場によって車両から懸垂されてもよく、それによって、ユーザの快適さが増し、ユーザに対する雑音が低減する。そのような装置は、球形タイヤの本体と車両の本体の少なくとも一方に可動部品を完全に組み込むのを可能にする場合がある(たとえば、環境にさらされる可動部品または重要表面がなくなる)。さらに、磁気誘導による再充電システムは、外部環境から完全に分離されてもよい。

この装置は、製造および組立てを単純化するとともに、リム、操舵システム、車軸、ショックアブソーバ、ばねなどのいくつかの構成要素を完全になくし、それによって重量およびコストも削減する場合がある。磁気浮上および制御は、車両と道路との間のすべての直接的な接触をなくし、それによって、振動、騒音、および直接的な接触による他の望ましくない影響を軽減する場合がある。

球形タイヤは、従来のタイヤトレッドの機能を模倣してもあるいはしなくてもよいいくつかの球形トレッド層を有してもよい。球形トレッドの内部構造は、車両の荷重を受けるのに十分な強度を有するが、トレッドを変形させ、道路との適切な接触部を形成するのに十分な可撓性を有する肥大性発泡材料または通常の発泡材料であってもよい。

球形トレッド構造の内部に、各タイヤと車両との間の浮上および制御を実現する磁性材料層と反磁性層の少なくとも一方が配置されてもよい。車両は、球形タイヤから永久的に浮上させられてもあるいは他の浮上を受けてもよく、それによって、車両が停止しており使用されていないときに車両/タイヤがエネルギーを消耗することはなくなる。反磁性材料は、反磁性材料自体がアクティブ磁場内に移送された場合にのみ磁場を発生させてもよい。

各磁場のエネルギーの一部のみまたはすべてが、球形タイヤの内部のバッテリまたは車両内のバッテリから得られてもよい。球形タイヤ内のバッテリは、車両内のバッテリからの誘導伝達によって充電され再充電されてもよい。

球形タイヤの内部の電気モータは、上記において説明したのと同様なタイヤおよび車両の可動性を実現してもよい。代替として、磁気パルスがタイヤおよび車両をエモート(emote)させてもよい。球形タイヤの荷重支持部は、カーボンファイバの1つまたは2つ以上のグラフェン層によって構成されてもよい。

図1に示されているように、本発明による車両901用の支持組立体1000は、少なくとも2つの球形タイヤ1010と、車両901が路面に沿って走行され得るようにタイヤ1010をエモートさせる駆動システム1100とを含んでもよい。車両901は、自動車、ゴルフカート、オートバイ、軍事輸送車などであってもよい。駆動システム110は、車両901をタイヤ1010から第1の所定の距離だけ磁気的に浮上させ、駆動システム110を路面に対して一定の向きに磁気的に維持する。駆動システム1100の第1の部分1110は、それ自体をタイヤ1010の内側表面1020から第2の所定の距離だけ磁気的に浮上させてもよく、それによって、部分1110は、各タイヤ1010の内部空間1025内に完全に密閉される。駆動システム1100の別の部分1120は、車両901をタイヤ1010から第1の所定の距離だけ磁気的に浮上させてもよい。駆動システム1100のいずれかの部分1110または1120は、磁場の変動に応答する磁気的に受動的な構成要素であってもよい。駆動システム1100の対応する他の部分1120または1110は、磁場の変動を発生させる磁気的に能動的な構成要素であってもよい。いずれかの構成要素1110,1120自体が一定磁場を発生させてもよい。

球形タイヤ1010はいくつかの球形層1030を含んでもよい。層1030のいくつかは、トレッド、ベルト、オーバレイ、カーカスなどの、従来の空気入りタイヤの各層と同様に機能してもよい。層1035の少なくとも1つは、タイヤ1010の各々が車両901、駆動システム1100、および路面に対して各タイヤの球中心1011の周りを制御可能に回転し得るように磁場の変動に応答する材料を含んでもよい。

本明細書において説明する例を本明細書において説明する個々の要素および概念に、他の概念、考え、またはシステムとは無関係に拡張するとともに、各例に本出願の任意の箇所に記載された各要素の組合せを含めることが考えられる。各例について本明細書では添付の図面を参照して詳しく説明したが、本開示がこれらの例に厳密に限定されるわけではないことを理解されたい。したがって、当業者には多数の修正実施形態および変形実施形態が明らかであろう。

したがって、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるものである。さらに、個別に説明するかまたは例の一部として説明した特定の特徴を個別に説明した他の特徴または他の例の一部と、他の特徴および例がこの特定の特徴に言及していない場合でも組み合わせてもよいと考えられる。したがって、組合せの説明がなくても、そのような組合せの権利が除外されることはない。

上記においていくつかの例について説明したが、前述の例が一例に過ぎないことが理解されよう。したがって、本開示は前述の例に基づいて限定されるべきではない。むしろ、本開示の範囲は、特許請求の範囲を上記の説明および添付の図面を考慮して読むときにこの特許請求の範囲のみを考慮して制限されるべきである。