способ передвижения самоходного инвалидного кресла по лестничным маршам

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ САМОХОДНОГО ИНВАЛИДНОГО КРЕСЛА ПО ЛЕСТНИЧНЫМ МАРШАМ путем вращения передних и задних колес в отдельности с возможностью изменения скорости и направления вращения и изменения расстояния между ними для обеспечения устойчивого положения на ступенях, отличающийся тем, что колеса выполняют с грунтозацепами, например роликами, а расстояние L изменяют в зависимости от преодолеваемого препятствия по косинусоидальному закону



где L_о постоянная составляющая величины L, соответствующая устойчивому положению по крайней мере одной пары колес;

A амплитуда косинусоиды;

l длина ступени лестницы;

сдвиг фазы косинусоиды;

s путь перемещения кресла в проекции на горизонтальную плоскость, где в пределах каждой ступени 0 s l.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что постоянную составляющую L_о определяют по формуле

L_o 0,5 (L₁ + L₂),

где





r радиус ступицы колеса;

R r + b радиус колеса;

b высота грунтозацепа;

n количество грунтозацепов на колесе;

h высота ступени лестницы;

a толщина грунтозацепа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что амплитуду косинусоиды определяют по формуле

A 0,5 (L₁ L₂).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние L изменяют при следующих значениях величин:

L_o L₂ + (0,05 0,01)м, A 0,07 м, a b 0,02 м, = (-3 0,2) рад.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к безрельсовому транспорту, конкретно к способам передвижения самоходных кресел для инвалидов по лестничным маршам.

Лестничные марши являются наиболее распространенными препятствиями для инвалидных кресел и кресел-колясок, а также детских колясок и ручных грузовых тележек.

Известны самоходные инвалидные кресла с переменной (управляемой) продольной колесной базой, в которых можно оперативно изменять расстояние между передними и задними колесами посредством приводов в зависимости от условий (режимов) эксплуатации.

Известно также применение на транспортных средствах встроенных в колеса электромеханических приводов, обеспечивающих независимое вращение передних и задних колес.

Наиболее близким к заявленному техническим решением является способ передвижения самоходного инвалидного кресла по лестничным маршам, путем вращения передних и задних колес в отдельности с возможностью изменения скорости и направления вращения и изменения расстояния L между ними для обеспечения устойчивого положения на ступенях.

Однако изменение величины базы L при этом осуществляется неопределенно, непосредственно оператором-инвалидом путем наблюдения за положением передних и задних колес на ступенях и "отслеживания", корректировки положения до необходимого устойчивого. Это весьма неудобно, трудоемко, опасно, требует высокой квалификации оператора-инвалида или оператора-сопровождающего, обуславливает низкую среднюю скорость движения по лестничным маршам. Диапазон текущих изменений колесной базы часто оказывается завышенным по причине неизвестности оптимального алгоритма управления (изменения L), что не только усугубляет последний недостаток, но и определяет ошибки в конструировании самоходного кресла: завышение продольного габарита и требований к взаимосвязи полурам. Кроме того, затруднены возможности автоматизации управления шасси (перспективное направление усовершенствования инвалидно-реабилитационной техники).

Предложенный способ обеспечивает относительно высокую среднюю скорость движения по лестничным маршам, плавное изменение относительной скорости вращения пар колес по математически простому, косинусоидальному закону, что облегчает управление, улучшает условия работы приводов, увеличивает срок службы устройства, расширяет возможности автоматизации управления движением, а центральное местонахождение косинусоид в зонах устойчивости обеспечивает запас устойчивости, смягчает требования к точности соблюдения алгоритма управления, повышает, следовательно, плавность и безопасность движения: способ обеспечивает также возможность оптимизации конструкции, минимизации габаритно-массовых показателей самоходного инвалидного кресла.

Это достигается тем, что в способе передвижения самоходного инвалидного кресла по лестничным маршам, путем вращения переходных и задних колес в отдельности с возможностью изменения скорости и направления вращения с изменением расстояния L между ними для обеспечения устойчивого положения на ступенях, колеса выполняют с грунтозацепами, например роликами, а расстояние L изменяют в зависимости от преодолеваемого препятствия по косинусоидальному закону

L L_o+Acos S + где L_o постоянная составляющая величины L, соответствующая устойчивому положению по крайней мере одной пары колес;

А амплитуда косинусоиды;

l длина ступени лестницы;

сдвиг фазы косинусоиды;

S путь перемещения кресла в проекции на горизонтальную плоскость, где в пределах каждой ступени 0 S l.

Это достигается также тем, что постоянную составляющую L_oопределяют по формуле: L_o 0,5 (l₁ + L₂), где

L₁= ;

L₂= ;

r радиус ступени колеса;

R r + b радиус колеса;

b высота грунтозацепа;

n количество грунтозацепов на колесе;

h высота ступени лестницы;

a толщина грунтозацепа, тем, что амплитуду косинусоиды определяют по формуле: A 0,5 (L₁ L₂), и тем, что расстояние L изменяют при следующих значениях величин: L_o L₂ + (0,05 0,01) м, А 0,07 м, a b 0,02 м, (-3 0,2) рад.

На фиг. 1 схематически показан вариант выполнения самоходного инвалидного кресла (с телескопической рамой), вид в плане; на фиг. 2 вариант, аналогичный первому (с балансирной подвеской), вид сбоку; на фиг. 3 изображена схема передвижения самоходного инвалидного кресла по лестничному маршу с указанием допустимого, по условиям устойчивости, диапазона положения колес, расположенных спереди по ходу, при подъеме другой пары колес на ступень; на фиг. 4 то же, с указанием допустимого диапазона положений вторых по ходу колес при подъеме первых; на фиг. 5 8 представлены рекомендуемые зависимости изменения продольной колесной базы ( L) от пути, при различных конструктивных параметрах с указанием зон устойчивости; на фиг. 9-12 частный, оптимальный вариант алгоритма изменения L, с указанием тех же зон устойчивости устройства.

Самоходное инвалидное кресло по первому варианту (см. фиг. 1) содержит корпус 1, полурамы 2, 3 и смонтированные на них попарно передние и задние колеса с радиусом R, при этом полурамы 2 и 3 взаимосвязаны телескопически с возможностью оперативного, бесступенчатого изменения продольной колесном базы L (т. е. расстояния между колесами) по крайней мере в диапазоне L_2(min) до L_1(max), а колеса снабжены приводом их независимого друг от друга вращения (электромотор-колеса) и равномерно распределенными по периферии ступиц 4, 5 колес грунтозацепами (преимущественно, поперечно ориентированными резиновыми роликами) 6 толщиной a и высотой b, в количестве n на каждом колесе. Расстояние от центра колеса (ступицы) до начала консольной части грунтозацепа (т. е. радиус ступицы колеса) равен r.

Значения величин L₁ и L₂ соответствуют положениям колес по фиг. 1 и 2 соответственно и определяются по формулам:

L₁= ;

L₂= ; где h высота ступени лестницы (для стандартной ступени h 0,15 м).

Самоходное инвалидное кресло по второму варианту (см. фиг. 2) отличается от описанного шарнирным соединением полурам 7, 8 (шарнир 9).

Оба варианта могут предусматривать наличие устройства (не показано) в виде органа управления или копира при органе управления у оператора, бортового микропроцессора или иного, аналогичного устройства, обеспечивающего принудительное изменение (управление) величины L по определенному закону (алгоритму).

Способ передвижения самоходного инвалидного кресла по лестничным маршам осуществляют следующим образом (на примере передвижения устройства по первому варианту вверх задним ходом).

Дифференцированным (неодинаковым) вращением ступиц 4, 5 передних и задних колес при незафиксированных от взаимного перемещения полурамах 2 и 3 изменяют расстояние L между осями колес по косинусоидальному закону:

L L_o+A cos S + где L_o постоянная составляющая величины L, соответствующая устойчивому положению по крайней мере одной пары колес;

A амплитуда косинусоиды;

l длина ступени лестницы;

сдвиг фазы косинусоиды;

S путь перемещения кресла в проекции на горизонтальную плоскость, где в пределах каждой ступени 0 S l.

Численные значения величин L_o, A, зависят от численных значений перечисленных конструктивных параметров ходовой части и лежат в пределах зоны устойчивых положений на стандартной лестнице (высота и длины ступени h 0,15 м и l 0,3 м соответственно).

Зона устойчивых положений по крайней мере одной пары колес (в дальнейшем "зона устойчивости") ограничена двумя периодичными кривыми 1, 2 на фиг. 5 12 и заштрихована. Обе граничные кривые получены графоаналитически в процессе теоретического исследования и оптимизации способа движения шасси по лестничным маршам. Кривая 1 соответствует минимально допустимому значению базы L на лестничных маршах, при котором расположенное спереди (выше) по ходу колесо (заднее колесо со ступицей 5) находится в крайнем устойчивом положении, опираясь на два грунтозацепа 6 на краю ступени, причем крайний грунтозацеп с половинным (а/2) зависанием (см. фиг. 1). Кривая 2 соответствует максимально допустимому значению базы на лестничных маршах, при котором расположенное сзади (ниже) по ходу колесо (переднее колесо со ступицей 14) находится в описанном крайнем положении с зависанием а/2 (см. фиг. 2). Особый интерес представляют верхний экстремум кривой 1 и нижний экстремум кривой 2, соответствующие значениям L₁ и L₂ и определяющие минимально необходимый диапазон изменения L при движении по лестничным маршам. Вне зоны устойчивости в любой момент времени передние и задние колеса будут одновременно находиться в неустойчивом положении или в положении, недопустимо близком к неустойчивому, что приведет к срывам со ступеней. В общем случае зоны устойчивости различны при различных значениях основных параметров лестницы и шасси (l, h, r, a, b, n).

Для иллюстрации способа достаточно рассмотреть несколько рациональных сочетаний параметров ходовой части: a b0,02 м, n 12, 16, 20, 24.

В принципе, устойчивость обеспечивается при любом графике изменения базы в пределах зоны устойчивости, однако семейство косинусоид (синусоид), вписывающихся в эту зону, выражает плавный, математический простой закон изменения расстояния L (алгоритм управления).

При движении находящихся сзади колес (т. е. передних колес со ступицами 4) до первой ступени подъем другой пары колес (т. е. задних колес со ступицами 5) осуществляют любым способом вплоть до въезда задних колес (5) на третью ступень с достижением их устойчивого положения (центр ступицы 5 над ступенью с запасом устойчивости, определяемым опорой на два грунтозацепа 6 с зависанием a/2 одного из них на краю ступени). Только в этом случае нижние колеса (4) начинают подъем на первую ступень (см. фиг. 1). При подъеме нижних колес на вторую ступень верхние колеса продолжают движение по третьей ступени, но не далее чем до упора в четвертую ступень. На четвертую ступень они начинают подъем только при достижении устойчивого положения нижних колес на второй ступени (см. фиг. 2). Далее процесс продолжается аналогично, с периодом T l 0,3 м (для стандартной лестницы).

Симметрия косинусоиды относительно упомянутых экстремумов L₁ и L₂(равноудаление от них) обеспечивается при выборе постоянной составляющей L_o 0,5 (L₁ + L₂) (см. фиг. 5 8).

Если, одновременно, задают амплитуду косинусоиды А 0,5 (L₁ L₂), экстремумы графика изменения L совпадут с указанными экстремумами граничных кривых 1, 2 и диапазон изменения L по косинусоиде 3 (см. фиг. 5 8) при движении по лестнице минимален: А А_min.

При больших значениях амплитуды (A > A_min) увеличивается запас устойчивости.

Значения А и в обеспечение запаса устойчивости при рациональных параметрах (a b 0,02 м, n 12 24) приведены в таблице. Соответствующие кривые косинусоиды, 4 показаны на фиг. 5 8.

Из указанных выше четырех наборов параметров наибольший интерес представляет вариант с n 16.

Однако, чтобы не сужать возможности способа, можно подобрать общий для них косинусоидальный закон изменения базы. Этот "средний" вариант, являющийся частным вариантом (случаем) по отношению к общему выражению L L₂+L+Acos S + и обобщающим вариантом для четырех частных, рациональных соотношений, получается при следующих значениях величин: L_o L_o L₂ (0,05 0,01) м, А 0,07 м, a b 0,02 м, (-3 0,2) рад.

На фиг. 9 12 эта косинусоида (кривая 9) дана на фоне зон устойчивости, ограниченных парами кривых 1 2, 3 4, 5 6, 7 8, при n 12, 16, 20 и 24 соответственно.

Изменяя расстояние L при передвижении по стандартному лестничному маршу в соответствии с зависимостью

L L₂ + (0,05 0,01) + 0,07 (21 S 3 0,2), обеспечивают приемлемый запас устойчивости для всего ряда значений n 12 24.

В принципе, косинусоидальный закон может быть заменен синусоидальным (по известному правилу перевода cos в sin). Соответствующее выражение будет эквивалентно заявляемому.

Движение вниз по лестничному маршу осуществляется аналогично.

Таким образом, в предложенном способе передвижение осуществляют не при последовательном (с периодической остановкой одной из пар колес) вращения колес (4, 5), а при одновременном их вращении.

Описанные примеры, разъясняющие сущность изобретения и подтверждающие возможность его осуществления, не исключают возможности других вариантов в рамках совокупности существенных признаков.