САМОХОДНОЕ ИНВАЛИДНОЕ КРЕСЛО Российский патент 1998 года по МПК A61G5/06 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к самоходным креслам для инвалидов, и может быть использовано для движения по лестничным маршам. Возможно также его использование в других областях техники, например для роботов на колесных шасси, так как устройство является по существу интеллектуальным наземным транспортным средством.

Лестница (лестничные марши) является наиболее распространенным препятствием для инвалидных кресел-колясок и ручных грузовых тележек, а также некоторых роботов.

Недостаток большинства самоходных кресел-колясок - их плохая приспособленность к движению по лестницам, невозможность адаптации к различным профилям лестниц: шагу и высоте их ступеней, проблема стабилизации курса [1 и 2].

Некоторые самоходные инвалидные кресла перемещаются по лестничным маршам при оперативном изменении величины колесной базы, т.е. расстояния между осями передних и задних колес. Это обеспечивается как специальными силовыми механизмами, так и заданием неодинаковых скоростей перемещения осей колес.

Известно самоходное инвалидное кресло, содержащее попарно установленные передние и задние колеса и устройство бесступенчатого изменения колесной базы при преодолении лестничных маршей [3], в котором устройство бесступенчатого изменения колесной базы выполнено в виде механического ручного привода, включающего в себя червячную передачу и цепные приводы.

Однако известное устройство, не относящееся к интеллектуальным транспортным средствам, не позволяет передвигаться по лестничным маршам в автоматическом режиме, требует постоянного ручного управления со стороны водителя-инвалида, монотонной, утомительной физической и умственной его работы, поддержания стабильного прямолинейного курса. Это определяет и относительно низкую среднюю скорость перемещения.

Задачей изобретения является улучшение технико-эксплуатационных характеристик самоходного инвалидного кресла, включая повышение средних скоростей передвижения по лестничным маршам, приспособляемость (адаптацию) к их профилю, стабилизацию прямолинейного курса, информативность устройства как интеллектуального транспортного средства, а также облегчение условий эксплуатации, снижение утомляемости водителя-инвалида.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в самоходном инвалидном кресле, содержащем попарно установленные передние и задние колеса и устройство бесступенчатого изменения колесной базы при преодолении лестничных маршей, передние и задние колеса установлены на раме, а устройство бесступенчатого изменения колесной базы включает в себя электропривод, связанный с системой управления, в состав которой входят по крайней мере два датчика положения осей передних и задних колес относительно ступеней лестничного марша, при этом датчики выполнены с подвижными частями, установленными с возможностью контакта с ближайшей ступенью.

Решение поставленной задачи обеспечивается также рядом дополнительных отличительных признаков предлагаемого устройства:
система управления содержит датчики положения осей левого и правого одноименных колес, а датчик положения осей другой пары колес выполнен в виде датчика взаимного продольного положения частей рамы или содержит при этом второй датчик положения осей другой пары колес, установленный на соответствующей части рамы;
части рамы связаны телескопически, а один из датчиков положения осей левого и правого одноименных колес выполнен в виде датчика взаимного осевого поворота частей рамы;
датчики положения осей относительно ступеней лестницы установлены в нижних частях рамы и выполнены потенциометрическими, при этом последние могут быть установлены с возможностью подъема и фиксации в верхнем положении на уровне не ниже нижних частей рамы.

На фиг. 1 схематически изображено самоходное инвалидное кресло, вид сбоку при передвижении вверх по лестничному маршу, вариант с двумя дистанционными датчиками положения осей передних и задних колес; на фиг. 2 - то же, вариант с контактным датчиком взаимного продольного положения частей рамы и дистанционным датчиками положения осей левого и правого одноименных колес; на фиг. 3 - то же, вариант с телескопически связанными частями рамы и с контактными датчиками взаимного продольного положения и углового поворота частей рамы; на фиг. 4 - то же, вариант с дополнительным датчиком (дистанционным) положения осей колес; на фиг. 5 - то же, вариант с подъемными потенциометрическими датчиками, фрагмент вида сбоку; на фиг. 6 - принципиальная схема системы управления электроприводов колес и устройства изменения колесной базы.

Самоходное инвалидное кресло содержит раму, состоящую из двух частей - задней 1 и передней 2 -, которые связаны между собой с возможностью взаимного перемещения, преимущественно телескопически. На части 1 установлены задние колеса 3, на части 2 - передние колеса 4. Приводы вращения колес 3 и колес 4 в общем случае независимы. Предусмотрено устройство бесступенчатого изменения колесной базы (расстояния между осями передних и задних колес) при преодолении лестничных маршей, включающее в себя электропривод 5, связанный с системой управления. Электропривод 5 содержит, например, неподвижное звено, соединенное с частью 1, и выдвижной шток, шарнирно соединенный своим концом с частью 2 рамы (фиг. 1). Система управления включает в себя (фиг. 6) микропроцессорный контроллер 6, подключенный к четырем одинаковым приводам "силовой коммутатор 7 - тяговый электродвигатель 8 колеса - тахогенератор 9" с обратной связью на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, а также к электроприводу 5, и датчики положения осей передних 4 и задних 3 колес относительно ступеней лестничного марша (т.е. датчики взаимного положения неповоротной в горизонтальной плоскости оси колеса и поверхностью ступени, включая торец последней), также соединенные с АЦП 10, переключатель 11.

Наличие указанных датчиков является характерной (главной) особенностью данного устройства. Их количество и места установки неоднозначны (варианты). Однако в каждом варианте устройства их минимальное количество - два: датчик 12 положения осей пары задних колес 3, установленный на части 1 рамы, и датчик положения осей пары передних колес 4 относительно лестничного марша. Последний либо аналогичен датчику 12 и установлен на части 2 (датчик 13), либо выполнен в виде датчика взаимного продольного положения частей 1 и 2 рамы (датчик 14), т.е. "датчика базы L_к" с переменной базой l (фиг. 2 и 4) в контакте как функции изменяющей базы L_к. Целесообразно дублирование датчика 12 идентичным датчиком 15, при этом оба эти датчика должны быть установлены с симметричным смещением относительно продольной оси шасси, т.е. разнесены по колее B_к (фиг. 2). При обязательном условии телескопической взаимосвязи частей рам (телескопически связанные между собой части 1 и 2 с трубами) датчик 15 может быть заменен датчиком 16 взаимного осевого поворота частей 1 и 2 рамы, преимущественно контактным, который при этом встроен в полость труб (фиг. 3).

Целесообразен также вариант устройства одновременно со всеми четырьмя датчиками 12 - 15 (16).

В принципе, датчики могут быть любого типа (контактные или бесконтактные, т. е. дистанционные, например, ультразвуковые), обеспечивающие контролируемое изменение выходного сигнала при изменении расстояния между неподвижными частями датчиков и неподвижной системой координат (ступнями лестничного марша) и между частями 1 и 2 рамы. В данном же устройстве конкретизируется вариант с использованием наиболее дешевых и доступных - потенциометрических. Потенциометрические датчики контроля расстояния до ступеней лестницы должны быть установлены в нижних частях рамы с возможностью контакта с "текущей" близлежащей ступенью подвижными своими частями (фиг. 5). Потенциометрические датчики 12, 13 и 15 при необходимости могут быть установлены с возможностью подъема и фиксации в верхнем положении на уровне не ниже нижних частей рамы (фиг. 5).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Самоходное инвалидное кресло поднимается (спускается) по лестничному маршу за счет вращения колес 3 и 4 при оперативно изменяющейся базе L_к в автоматическом режиме. Водитель-инвалид лишь в начальный момент включает переключатель режимов 11 в режим "Автоматическое передвижение по лестничному маршу". Алгоритм передвижения реализуется за счет включения-выключения электропривода 5, развивающего усилие, определенное по условию сцепления колес со ступенями, и /или/ управления скоростями тяговых электродвигателей 8, которое осуществляется микропроцессорным контроллером 6 согласно программе с использованием информации, поступающей с опрашиваемых датчиков. Координаты положения осей пары задних колес 3 контролируются датчиком 12 (15), координаты положения пары передних колес 4 - датчиком 13 и /или/ 14. При этом датчик 14 контролирует взаимное продольное смещение частей 1 и 2 и тем самым косвенно, в сочетании с датчиком 12, контролирует положение пары колес 4 относительно ступеней лестничного марша. Наличие сразу трех датчиков 12, 13 и 14 расширяет технико-эксплуатационные возможности устройства, позволяя адаптироваться к лестничным маршам различных типоразмеров без изменения алгоритма управления. Установка разнесенных датчиков 12 и 15 еще в большей степени расширяет технико-эксплуатационные возможности: вероятный незапланированный разворот шасси влево или вправо (отклонение от прямолинейного курса) вызывает рассогласование сигналов датчиков 12 и 15, причем пропорциональное отклонению от курса. В варианте с датчиком 16 вместо датчика 15 (фиг. 3) отклонение от прямолинейного курса приводит к появлению сигнала от датчика 16, пропорциональному взаимному осевому повороту частей 1 и 2 (телескопических труб). Величина этих сигналов пропорциональна отклонению от курса. Соответственно, автоматически производится компенсация путем ускоренного вращения двигателей 8 отстающих колес 3 и 4. Взаимосвязь между положением подвижных частей потенциометрических датчиков (фиг. 5) и текущими координатами шасси производится путем предварительного тарирования датчиков. При выполнении датчиков с возможностью подъема их выводят из рабочего (опущенного) положения вне лестничных маршей, чтобы не ухудшать профильную проходимость и уменьшить вероятность их повреждения.

Описанный пример, подтверждающий возможность осуществления изобретения, не исключает других вариантов конкретного выполнения в рамках формулы изобретения.

Использование изобретения позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики самоходного инвалидного кресла (повысить, в частности, средние скорости передвижения по лестничным маршам, приспособляемость к профилю лестничного марша, стабильность прямолинейного курса и информативность устройства как интеллектуального транспортного средства), а также облегчить условия эксплуатации, снизить утомляемотсь водителя-инвалида.

Источники информации:
1. Патент США N 4645222, кл. B 62 B 9/06, 1987.

2. Патент США N 4790548, кл. B 62 B 9/06, 1988.

3. Патент РФ N 2033125, кл. A 61 G 5/06, 1995 - прототип.

Самоходное инвалидное кресло относится к медицинской технике и может быть использовано для движения по лестничным маршам. Возможно также его использование и в других областях техники, например для роботов на колесных шасси. Две рамы 1 и 2 связаны между собой с возможностью взаимного перемещения. Передние 4 и задние 3 колеса установлены попарно на рамах. Имеется также устройство бесступенчатого изменения колесной базы при преодолении лестничных маршей, которое включает в себя электропривод 5, связанный с системой управления. В состав системы управления входят по крайней мере два датчика 12 и 13 положения осей передних 4 и задних 3 колес относительно ступеней лестничного марша. Датчики 12 и 13 выполнены с подвижными частями, установленными с возможностью контакта с ближайшей ступенью, улучшая технико-эксплуатационные характеристики кресла, облегчая условия его эксплуатации и снижая утомляемость инвалида. 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Самоходное инвалидное кресло, содержащее попарно установленные передние и задние колеса и устройство бесступенчатого изменения колесной базы при преодолении лестничных маршей, отличающееся тем, что передние и задние колеса установлены на раме, а устройство бесступенчатого изменения колесной базы включает в себя электропривод, связанный с системой управления, в состав которой входят по крайней мере два датчика положения осей передних и задних колес относительно ступеней лестничного марша, при этом датчики выполнены с подвижными частями, установленными с возможностью контакта с ближайшей ступенью. 2. Кресло по п.1, отличающееся тем, что система управления содержит датчик положения осей левого и правого одноименных колес, а датчик положения осей другой пары колес выполнен в виде датчика взаимного продольного положения частей рамы. 3. Кресло по п.2, отличающееся тем, что части рамы связаны телескопически, а один из датчиков положения осей левого и правого одноименных колес выполнен в виде датчика взаимного осевого поворота частей рамы. 4. Кресло по п.2, отличающееся тем, что содержит второй датчик положения осей другой пары колес, установленный на соответствующей части рамы. 5. Кресло по п.1, отличающееся тем, что датчики положения осей относительно ступеней лестницы установлены в нижних частях рамы и выполнены потенциометрическими. 6. Кресло по п.5, отличающееся тем, что потенциометрические датчики установлены с возможностью подъема и фиксации в верхнем положении на уровне не ниже нижних частей рамы.