САМОХОДНОЕ КРЕСЛО ДЛЯ ИНВАЛИДОВ Российский патент 1995 года по МПК A61G5/06 

Изобретение относится к области безрельсового транспорта, конкретно к самоходным креслам и креслам-коляскам для инвалидов.

Близкими аналогами устройства являются самоходные кресла для инвалидов, которые содержат раму с установленными на ней креслом и самоходным шасси с ошиненными ходовыми колесами, рычажный узел, установленный на раме с возможностью поворота вокруг оси, параллельной осям ходовых колес, и фиксации в двух различных положениях, гусеничные движители в качестве устройства для преодоления лестничных маршей и отдельных препятствий, смонтированные на подвижных концах рычажного блока, привод поворота рычажного узла и привод, обеспечивающий возможность изменения скорости и направления вращения левых и правых ведущих колес или (на выбор) ведущих звездочек гусеничных движителей (пат. США N 4654080, кл. В 62 D 55/04, публ. 1986, N 4687068, кл. В 62 D 55/04, публ. 1987).

Наличие дополнительных гусеничных движителей, тем более используемых эпизодически, существенно ухудшает массовые и габаритные показатели. Усложнена трансмиссия, обеспечивающая попеременную работу двух разнотипных движителей, особенно с подвижным друг относительно друга осями ведущих колес и звездочек. Продольные габариты гусеничных движителей, определяемые продольной опорной базой, необходимой для движения по лестничным маршам, постоянны и превышают продольную базу колесной ходовой части. Это уменьшает преимущества шасси с бортовыми способом поворота. Традиционная для гусеничных движителей вероятность сброса гусениц при повороте на неровной поверхности. На гусеничном ходу наблюдается повышенное сопротивление повороту и соответственно повышенные энергозатраты. Устройство недостаточно рационально с позиций ремотопригодности (широкая номенклатура составных частей и узкие возможности их взаимозаменяемости).

Наибольший интерес, в сравнении с заявляемым устройством, представляет инвалидное кресло-коляска, содержащее раму с установленными на ней креслом и передним колесным узлом в виде расположенных слева и справа от рамы крестовин с шарнирно смонтированными на концах каждой из них тремя ошиненными колесами, рычажный узел, прикрепленный к раме вертикально с возможностью подъема и опускания путем поворота вокруг оси, параллельной осям вращения крестовин, задний колесный узел, аналогичный переднему, но с роликами меньшего диаметра, установленный на рычажном узле, дополнительные два задних ошиненных колеса, аналогичных колесам переднего колесного узла и установленных также на концах рычажного узла с возможностью поворота налево и направо, ручной привод с червячным редуктором и цепной передачей, обеспечивающей возможность изменения скорости и направления вращения левых и правых крестовин в отдельности, ручной привод с цепной передачей, обеспечивающий возможность изменения скорости и направления вращения левых и правых колес в отдельности независимо от вращения крестовин, и ручной привод поворота рычажного узла, включающий в себя самотормозящую червячную передачу. Одно из трех колес (опорное) на каждой передней крестовине и дополнительные передние колеса на ровной поверхности расположены на одинаковом уровне. Задние крестовины с роликами вывешены и вступают в работу только при поднятом (повернутом назад) рычажном узле (а. с. СССР N 343893, кл. В 62 В 5/02, A 61 G 5/02, 1969).

К недостаткам данного аналога относятся: трудоемкость передвижения и управления, связанная с отсутствием электромеханических приводов; повышенные габаритно-массовые характеристики, связанные с наличием двух независимых приводов вращения крестовин и колес, наличием дополнительных колес и вывешенных (не используемых при эксплуатации на ровной местности) заднего колесного узла и четырех больших по диаметру передних колес; вращение четырех передних колес в указанном режиме вхолостую; невозможность использования заднего колесного узла при вертикальном положении рычажного узла и соответственно при минимальной колесной базе; недостаточно высокое сцепление колес со ступенями на лестничных маршах; необходимость перехода на режим шагания при небольших высотах препятствий, что вызывает неудобство и нервозность оператора при движении по пересеченной местности (раздолбанные тротуары, например); невозможность самостоятельного поворота с нулевым радиусом.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является самоходное кресло для инвалидов, содержащее раму с установленными на ней креслом и передним колесным узлом в виде расположенных слева и справа от рамы ступиц с упругими опорными элементами, шарнирно смонтированными на их периферии на одинаковом расстоянии друг от друга, рычажный узел с задним колесным узлом, аналогичным переднему, прикрепленный к раме с возможностью подъема и опускания путем поворота вокруг оси, параллельной осям ступиц, и фиксации в различных положениях, привод поворота рычажного узла и электромеханический привод с бортовыми цепными передачами, обеспечивающий возможность изменения скорости и направления вращениях левых и правых ступиц в отдельности (прототип).

Опорные упругие элементы выполнены в виде трех одинаковых колес с упругими сплошными шинами, оси которых расположены параллельно осям вращения ступиц и которые связаны механическими (зубчатыми) передачами с приводом вращения ступиц и со ступицами через механизмы блокировки рычажный узел может занимать множество фиксированных положений, при этом в крайнем своем опущенном положении наклонен к горизонтальной плоскости под углом α< 40^о. Ступицы каждого борта связаны с электромеханическим приводом цепными передачами, ведущие звездочки которых разнесены в пространстве и связаны каждая со своим червячным редуктором.

Однако такое самоходное кресло обладает недостаточно высокими технико-эксплуатационными характеристиками. Конструкция его ходовой части сложна в производстве, обслуживании и ремонте, имеет высокую стоимость, что не соответствует ограниченным возможностям большинства инвалидов. Конструкция колесных узлов и пологая ориентация рычажного узла в сочетании с его значительной длиной (что необходимо для движения по ступеням и повышения профильной проходимости в целом) обусловливает габаритно-массовые показатели самоходного кресла, плохо удовлетворяющие ограниченным среднестатическим условиям их эксплуатации: постоянно вынесенный за пределы рамы с креслом задний колесный узел препятствует маневрированию в малогабаритных квартирах, комнатах и кухнях коммунальных квартир, на узких лестничных маршах и лестничных площадках. Из-за повышенного сопротивления повороту бортовым способом, связанного с большими расстояниями между ступицами борта (продольной колесной базой) и между колесами в пределах каждой ступицы, а также наличием эластичных шин, недостаточно полно реализуются преимущества колесной ходовой части с бортовым способом поворота, сокращен энергоресурс без подзарядки аккумулятора. Холостое вращение вывешенных колес на периферии ступиц при эксплуатации в колесном режиме также снижает КПД и энергоресурс, снижает безопасность работы. Хорошо зарекомендовавшая себя на транспортных средствах-вездеходах при движении по слабым грунтам, по бездорожью, такая ходовая часть недостаточно эффективна при преодолении лестничных маршей с числом ступеней свыше трех в связи с относительно небольшим диапазоном изменения угла наклона рычажного узла, недостаточно высоким и надежным сцеплением ошиненных, традиционно ориентированных колес со ступенями, неустойчивостью движения, тряской и кренами при сходе колеса со ступени. Таким образом, в отличие от применения на мощных транспортных средствах высокой проходимости, известная ходовая часть порождает спектр существенных недостатков при его использовании на другом объекте в конструкции самоходного инвалидного кресла.

Цель изобретения улучшение технико-эксплуатационных характеристик самоходного кресла для инвалидов путем упрощения устройства, улучшения габаритно-массовых показателей, повышения проходимости, маневренности, экономичности, надежности и безопасности.

Указанная цель достигается тем, что в самоходном кресле для инвалидов опорные упругие элементы выполнены в виде множества роликов, оси вращения которых, независимого от вращения ступицы, расположены тангенциально под углом γ к плоскости вращения ступицы таким образом, что след в виде наклонных линий, оставляемых на дороге роликами заднего колесного узла, пересекает линии от роликов переднего колесного узла. Величина угла γ меньше арктангенса отношения поперечной колесной базы к продольной колесной базе в крайнем опущенном положении рычажного узла. Последний в указанном положении наклонен к горизонтальной плоскости под углом α= (90±15)^о. Обе ведущие звездочки цепной передачи к передней и задней ступицам установлены соосно рычажному узлу.

Цель достигается также введением независимых друг от друга дополнительных признаков устройства: угол γ наклона осей упругих роликов к плоскости вращения ступицы составляет 5-8^о. Привод поворота рычажного узла выполнен в виде самотормозящейся червячной передачи со звездочкой, направляющих роликов и цепи, охватывающей звездочку с направляющими роликами и соединенной своими концами с рычажным узлом с передней и задней сторон на удалении от оси его поворота. В приводе ступиц предусмотрены сцепные муфты, допускающие отключение ступиц по крайней мере от части привода.

На фиг. 1 изображено самоходное кресло для инвалидов, вид сбоку, в положении эксплуатации на ровной поверхности; на фиг. 2 то же, на лестничном марше; на фиг. 3 кинематическая схема шасси самоходного кресла с электромеханическим приводом; на фиг. 4 то же, другой вариант выполнения.

Самоходное кресло для инвалидов содержит раму 1 с креслом 2. Элементы рамы и кресла (его основа) могут быть объединены. Спереди на раме 1 на подшипниках установлен передний колесный узел, основу которого составляют соосно расположенные по бокам рамы 1 (слева и справа) ступицы 3 и 4. На периферии ступицы на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены полуцилиндрические выточки 5, оси которых расположены тангенциально под углом γ к плоскости вращения ступицы, ниже наружного диаметра ступицы. Выточки 5 (преимущественно по 12-16 штук на каждую ступицу) ступицы 4 ориентированы симметрично выточкам 5 ступицы 3. В каждой выточке 5 смонтирован ролик 6, установленный соосно выточке 5 с возможностью свободного вращения независимо от вpащения ступицы. Ролик 6 выполнен предпочтительно из упругого износостойкого материала, в частности резины. Сзади на раме 1 на подшипниках с поперечной горизонтальной осью 7 (т.е. параллельной осям ступиц 3 и 4) установлен рычажный узел 8 в виде Н-образной полурамы с возможностью подъема и опускания путем поворота вокруг оси 7 в диапазоне углов α_max α _min относительно горизонтальной плоскости и фиксации в указанных крайних положениях и при других или при всех промежуточных значениях α (дополнительные фиксированные положения рычажного узла 8). В данном примере возможность поворота и автоматической и/или дополнительной ручной фиксации рычажного узла 8 обеспечена наличием привода его поворота в виде самотормозящейся червячной передачи 9 с рукояткой 10, звездочкой 11, направляющих роликов 12 и 13 и цепи 14 (велосипедной или мотоциклетной), охватывающей звездочку 11 и ролики 12 и 13 и соединенной своими концами с передней 15 и задней 16 проушинами на удалении от оси 7. Ролики 12 и 13, проушины 15 и 16 и посадочные места передачи 9 с рукояткой 10 предусмотрены с обеих сторон рамы 1 и узла 8 (т.е. по обоим бортам самоходного кресла). Привод поворота узла 8 расположен с любой стороны рамы 1, в зависимости от физиологических возможностей или желании инвалида-оператора. В одном из крайних положений (нижнем) рычажный узел 8 наклонен к горизонтальной плоскости под углом α= (90±15)^о (см. фиг. 1). Рациональное значение максимального угла поворота узла 8 α_max (205±5)^о (фиг. 2). Устройство содержит упругие ограничители 17 и 18 поворота узла 8, дополнительные, нормально включенные фиксаторы 19 и 20, выключаемые вручную или дистанционно. На подвижных концах рычажного узла 8 на подшипниках установлен задний колесный узел, основу которого составляют соосно расположенные ступицы 21 и 22, диаметры которых равны диаметрам ступиц 3 и 4. На них смонтированы ролики 6 аналогично переднему колесному узлу. При этом расположение (ориентация) роликов 6 всех четырех колес самоходного кресла таково (фиг. 3, 4), что след в виде наклонных линий, оставляемых на дороге роликами 6 заднего колесного узла, пересекает линии от роликов 6 переднего колесного узла, а величина угла γ меньше арктангенса отношения поперечной колесной базы В_к к продольной колесной базе L_kmin (т.е. при α_min): γ < arctg (B_k/L_kmin).

Оптимальное эмпирическое значение γ= (5-8)^о. Оптимальный диаметр колес 0,35 м (в соответствии с высотой стандартных ступеней лестничных пролетов). При α_min уровень расположения ступиц 3, 21, 4, 22 одинаков. На раме 1 установлен источник электрической энергии 23 (один или несколько аккумуляторов, например типа 6-СТ-55) и электромеханический привод, обеспечивающий возможность изменения скорости и направления вращения левых (4,22) и правых (3,21) ступиц в отдельности.

В первом варианте конкретного выполнения электромеханического привода колесных узлов (фиг. 3) предусмотрено два двигателя постоянного тока (по одному на бортовую трансмиссию) 24 и 25. Каждый двигатель расположен поперечно и через зубчатый цилиндрический редуктор 26, клиноременный редуктор 27 связан с поперечным валом 28, установленным в раме 1 соосно шарниру крепления рычажного узла 8 (ось 7). На внешнем конце вала 28 последовательно жестко установлены одинаковые ведущие цепные звездочки 29 и 30, связанные посредством приводных цепей (велосипедных) по отдельности с одинаковыми ведомыми звездочками 31 и 32, жестко установленными с тыльных сторон осей ступиц 3 и 4. Элементы 29-32 в совокупности образуют бортовую цепную передачу.

Органы управления двигателями 24 и 25 выполнены в виде трехпозиционных тумблеров ("вперед" "стоп", "назад") 33 и 34, расположенных на передних концах подлокотников кресла (на ручках).

Во втором варианте конкретного выполнения электромеханического привода колесных узлов (фиг. 4) двигатель 35 расположен продольно и связан с валом 28 через малогабаритную двухступенчатую планетарную коробку передач 36 и червячный редуктор 37. Система управления приводом дополнительно (в сравнении с предыдущим вариантом) содержит орган управления 38 электромагнитной муфтой коробки передач 36.

Целесообразно введение в привод еще одного элемента сцепной муфты 39 (электромагнитной или механической со слезковым механизмом выключения и рычажным приводом), допускающей отключение ступиц 3, 4, 21, 22 по крайней мере от части привода. В данном примере (фиг. 3) муфта 39 предусмотрена на валу 28 между элементами 27 и 29.

Привод обеспечивает скорость движения самоходного шасси, предпочтительно 4-6 км/ч; при батарее аккумуляторов 23 с энергоемкостью 2 х 75 А ˙ч пробег без подзарядки 20 км. Большинство элементов и узлов приводов устройства представляет собой покупные изделия, выпускавшиеся и выпускаемые отечественной промышленностью.

Варианты конкретного конструктивного выполнения заявляемого устройства не исчерпывают многообразия возможных вариантов в рамках совокупности заявляемых существенных признаков.

Устройство работает следующим образом.

При стоянке или движении на ровной поверхности задний колесный узел установлен в положении α_min с упором в ограничители 17 и зафиксирован посредством передачи 9 и/или дополнительных фиксаторов 19 и 20. Продольная колесная база L_k при этом минимальна. Минимальна, соответственно, общая длина самоходного кресла. Посредством органов управления электромеханического привода (33, 34 и 38) измеряют режимы работы двигателей 24 и 25 и коробки передач 36. В соответствии с этим самоходное кресло перемещается вперед, назад и поворачивает с радиусом R≥0 бортовым способом. На твердой ровной поверхности, за счет многочисленности роликов 6, их упругости (деформируемости), неодинаковой ориентации на разных колесах и наклона γ обеспечивается достаточно высокая плавность хода самоходного кресла. Кроме того, свободно вращающиеся ролики 6 уменьшают сопротивление повороту, особенно повороту на месте. При движении по косогору наклон γ роликов 6 препятствует боковому уводу самоходного кресла под косорог вследствие качения роликов 6. На деформируемом грунте ролики работают как грунтозацепы, повышая проходимость самоходного кресла, а их наклон γ увеличивает эффективность и экономичность поворота.

Для преодоления отдельных препятствий рычажный узел 8 устанавливают на больший угол α в целях повышения устойчивости самоходного шасси в кресле. Таким же образом изменяют угол наклона кресла на ровной местности для улучшения комфортности отдыха оператора. Для этого выключают фиксаторы (19, 20 и др. ), вращением рукоятки 10 перемещают цепь 14, последняя поворачивает узел 8 за проушину 16 относительно оси 7. При достижении желаемого значения узел 8 фиксируется автоматически самотормозящейся червячной передачей 9, а в случае наличия других фиксаторов, допускающих фиксацию узла 8 при любом значении α их включают. Самоходное кресло преодолевает препятствие типа отдельной ступени или бордюрного камня, цепляясь за их ребро выдающимися частями роликов 6 сначала одним колесным узлом (или отдельным колесом), затем последующим колесным узлом (или отдельным колесом).

Движение вверх по лестничным маршам осуществляют задним ходом при α_max или близком α_max значении угла установки рычажного узла 8. Конкретный выбор α зависит от параметров лестничного марша (крутизны, соотношения высоты и ширины ступени) и связан с необходимостью сохранения исходного положения кресла в пространстве. При рекомендуемом соотношении геометрических параметров колесной ходовой части преодоление стандартного лестничного марша (высота ступени 0,15 м, ширина 0,3 м) с числом ступеней больше трех осуществляется при переменном значении α, при α_min < < α <_αmax забираются задним колесным узлом на третью ступень и в случае его неустойчивого положения при одновременном упоре переднего колесного узла в первую ступень увеличивают α до значения α _max. При начальной установке α α_max угол α оперативно уменьшают и затем вновь увеличивают посредством рукоятки 10 в зависимости от условий движения по лестничным маршам с промежуточными площадками и поворотами.

Движение по лестничным маршам вниз осуществляется аналогично, но передним ходом.

Перевод из режима эксплуатации "самоходное инвалидное кресло" в режим эксплуатации "инвалидная коляска" осуществляют выключением сцепной муфты 39. При отсутствии связи колесных узлов с большей частью их привода кресло перемещают в пассивном режиме. При этом сопротивление вращению колес незначительно.

Изобретение относится к области безрельсового транспорта. Самоходное кресло для инвалидов содержит раму с установленными на ней креслом и поворотным в продольной вертикальной плоскости рычажным узлом. В передней части рамы и на подвижных концах рычажного узла предусмотрены передний и задний колесные узлы в виде ступиц с равномерно распределенными по их периферии упругими роликами, оси свободного вращения которых расположены тангенциально под углом к плоскости вращения ступицы таким образом, что след в виде наклонных линий, оставляемых на дороге роликами заднего колесного узла, пересекает линии от роликов переднего колесного узла. Ступицы связаны с электромеханическим приводом, обеспечивающим возможность изменения скорости и направления их вращения независимо для левого и правого бортов. Привод включает в себя цепную передачу, обе ведущие звездочки которой установлены соосно рычажному узлу. Привод поворота рычажного узла выполнен в виде самотормозящейся червячной передачи со звездочкой, направляющих роликов и цепи, соединенной концами с рычажным узлом на удалении от поперечной горизонтальной оси. В электромеханическом приводе предусмотрены сцепные муфты, допускающие отключение ступиц по крайней мере от части привода. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. САМОХОДНОЕ КРЕСЛО ДЛЯ ИНВАЛИДОВ, содержащее раму с установленными на ней креслом и передним колесным узлом в виде расположенных слева и справа от рамы ступиц с упругими опорными элементами, шарнирно смонтированными на их периферии на одинаковом расстоянии друг от друга, рычажный узел с задним колесным узлом, аналогичным переднему, прикрепленный к раме с возможностью подъема и опускания путем поворота вокруг оси, параллельной осям ступиц, и фиксации в различных положениях, привод поворота рычажного узла и электромеханический привод с бортовыми цепными передачами для обеспечения возможности изменения скорости и направления вращения левых и правых ступиц в отдельности, отличающееся тем, что опорные упругие элементы выполнены в виде множества роликов, у которых оси вращения, независимого от вращения ступицы, расположены тангенциально под углом γ к плоскости вращения ступицы так, что след в виде наклонных линий, оставляемых на дороге роликами заднего колесного узла, пересекают линии от роликов переднего колесного узла, величина угла g меньше арктангенса отношения поперечной колесной базы к продольной колесной базе в крайнем опущенном положении рычажного узла, последний в указанном положении наклонен к горизонтальной плоскости под углом α = (90± 15)^° а обе ведущие звездочки цепной передачи к передней и задней ступицам установлены соосно с рычажным узлом. 2. Кресло по п.1, отличающееся тем, что угол γ наклона осей упругих роликов к плоскости вращения ступицы составляет 5 8^o. 3. Кресло по п.1, отличающееся тем, что привод поворота рычажного узла выполнен в виде самотормозящейся червячной передачи со звездочкой, направляющих роликов и цепи, охватывающей звездочку с направляющими роликами и соединенной своими концами с рычажным узлом с передней и задней сторон на удалении от оси его поворота. 4. Кресло по п.1, отличающееся тем, что в приводе ступиц предусмотрены сцепные муфты, допускающие отключение ступиц по крайней мере от части привода.