CN105916478A

CN105916478A - 站立式轮椅

Info

Publication number: CN105916478A
Application number: CN201380080459.0A
Authority: CN
Inventors: 阿密特·戈弗
Original assignee: Upnride Robotics Ltd
Current assignee: Upnride Robotics Ltd
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2016-08-31
Also published as: RU2016109484A; KR20160065101A; US10172752B2; EP3038583B1; BR112016004254B1; JP2016530013A; WO2015029005A1; JP6317447B2; AU2013399469B2; CA2922012A1; US9173792B2; EP3038583A1; EP3038583A4; US20160045382A1; US20150060162A1; AU2013399469A1; RU2647777C2; CA2922012C

Abstract

站立式轮椅设备包括带轮基座，该带轮基座用于使所述设备能够在支持表面上移动。安全带组件包括多个支架，所述多个支架用于附着至所述设备的用户的躯体部位，至少一些相邻的支架由接头连接。安装在基座上的举升单元支撑所述安全带组件的髋接头，并且被配置成举升或降低所述髋接头。当用户系上所述安全带组件并且处于坐姿时，将所述髋接头举升一定高度会使用户呈现站姿。当用户系上所述安全带组件并且处于站姿时，降低所述髋接头会使用户呈现坐姿或斜倚姿态。

Description

站立式轮椅

技术领域

本发明涉及站立式轮椅。

背景技术

全世界至少有600万人由于下肢残疾而需要被长期或永久束缚在轮椅上。下肢残疾可能由于这些情况而造成：如，脊髓损伤（SCI）、颅脑损伤（TBI）、中风、脑瘫（CP）、脊柱裂、多发性硬化症（MS），和其它原因。长期以坐姿束缚在轮椅上可能引起或促成生理或心理恶化。这种恶化可能会导致健康状况不佳、生活质量差、自卑，和高额的医疗费用。此外，坐在轮椅上可能会产生不利影响或抑制与其它站立的人的社交。

已描述有能够使轮椅用户站立的轮椅。各种配置的这样描述的轮椅用于各种目的。一些轮椅能够让轮椅用户在受限的轮椅运动过程中站立。但是，所描述的这些轮椅是针对用户就座时的运动而优化的。当轮椅用户站立时，轮椅的稳定运动可能限制成，例如，在水平面上相对缓慢的运动。

发明内容

因此，根据本发明的一些实施例，提供站立式轮椅设备，其包括：带轮基座，该带轮基座用于使该设备能够在支撑表面上移动；安全带组件，其包括多个支架，该多个支架用于附着至该设备的用户的躯体的部位，该支架中的至少一些相邻支架可以通过接头来连接；和举升单元，该举升单元安装在基座上，支撑安全带组件的髋接头，并被配置成举升或降低髋接头，使得当用户系上该安全带组件并处于坐姿时，将髋接头举升一定高度，会使用户呈现站姿，并且当用户系上该安全组件并处于站姿时，降低髋接头会使用户呈现坐姿或斜倚姿态。

此外，根据本发明的一些实施例，该带轮基座包括驱动轮，该驱动轮可由用户操作以使该设备在支撑表面上移动。

此外，根据本发明的一些实施例，该带轮基座包括旋转轮或转向轮。

此外，根据本发明的一些实施例，该髋接头为活动接头。

此外，根据本发明的一些实施例，安全带组件的膝接头为活动接头。

此外，根据本发明的一些实施例，该举升单元包括可调节高度的至少一条杆。

此外，根据本发明的一些实施例，该杆定位成使得当用户系上安全带组件并处于站姿时，用户大致定向在该带轮基座的中心的上方。

此外，根据本发明的一些实施例，该杆包括用于调节所述杆的高度的机构，该机构选自：直流电机、滚珠螺杆齿轮、液压活塞、气动活塞、波顿拉索，和滑轮。

此外，根据本发明的一些实施例，该带轮基座包括平台，该平台可相对于该带轮基座的车轮所连接的底盘倾斜，该安全带组件可与所述平台一起倾斜。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括传感器以检测平台的倾斜度。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括控制器，该控制器被配置成使平台相对于水平线保持预定的倾斜度。

此外，根据本发明的一些实施例，该控制器包括PID控制器。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括可操作的电机以调节该平台的倾斜度。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括用于控制设备的操作的用户可操作控件。

此外，根据本发明的一些实施例，该控件包括选自下列的用户可操作控件：操纵杆、倾斜传感器、力传感器，和麦克风。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括至少一条支撑臂，该至少一条支撑臂可延伸以预防该设备倾覆。

此外，根据本发明的一些实施例，所述至少一条支撑臂的支撑臂可从所述设备的每一侧边延伸。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括控制器，该控制器被配置成当指示该设备倾覆时使所述至少一条支撑臂自动延伸。

此外，根据本发明的一些实施例，该设备包括传感器以产生指示该设备倾覆的信号。

此外，根据本发明的一些实施例，该传感器选自下列的传感器：倾斜传感器、加速度计、陀螺仪、力传感器，和接近传感器。

附图说明

为了更好地理解本发明并领会其实际应用，提供下面的附图和描述。应该注意，附图仅作为实施例并且不限制本发明的范围。相同部件用相同附图标记表示。

图1A展示了根据本发明的实施例，处于直立移动形态的站立式轮椅。

图1B展示了从另一角度看的图1A所示的站立式轮椅。

图2展示了根据本发明的实施例，处于坐式形态的图1A所示的站立式轮椅的侧视图。

图3示意性展示了根据本发明的实施例的站立式轮椅的操作系统。

图4A示意性展示了根据本发明的实施例的站立式轮椅的横向平衡机构的操作。

图4B示意性展示了根据本发明的实施例的站立式轮椅的前-后平衡机构的操作。

图5示意性展示了根据本发明的实施例的站立式轮椅的平衡机构的控制。

图6示意性展示了根据本发明的实施例的站立式轮椅的倾覆预防机构的操作。

具体实施方式

在以下的详细说明中，阐述了数个特定的细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的技术人员明白，本发明可在没有特定细节的情况下实施。在其它的情况中，没有详细描述周知的方法、过程、部件、模块、单元和/或电路，从而不会使本发明含糊。

根据本发明的实施例，轮椅被配置成使轮椅用户能够站立或呈现站姿。该轮椅进一步被配置成在用户保持站立的同时，使所述轮椅能够以稳定的方式在各种宽阔的表面上自我推进。在用户站立时，该轮椅可以以与在用户坐着时轮椅行进和操纵的方式相同的方式行进和操纵。被配置成在用户站立时行进的轮椅在此指的是站立式轮椅。（如在此所述，当用户的肢体以站立者的方式放置、定位或朝向时，该用户是站立的或处于站姿，站立或处于站姿的用户典型地由站立式轮椅支撑）。

根据本发明的实施例，站立式轮椅包括带轮基座，该带轮基座被配置成使站立式轮椅能够在表面上行进。该站立式轮椅可以推动或拉动以使所述站立式轮椅在表面上行进。该站立式轮椅可以是机动式的或以其他方式配置成使站立式轮椅能够在表面上自我推进。例如，该带轮基座可以包括电源以提供电力或其它动力，从而推进所述站立式轮椅（并驱动站立式轮椅的其它功能）。该带轮基座的车轮可以被配置成便于该站立式轮椅在各种表面上行进。站立式轮椅的带轮基座的形态可以适于特定的表面组（该站立式轮椅预期在该表面组上行进）。

根据本发明的一些实施例，站立式轮椅包括安全带组件，该安全带组件被配置成当用户站立或坐落在该站立式轮椅上时牢固地保持用户。该安全带组件包括适当成形的支架、条带、夹子、柱体，或可以利用以将用户牢固地保持在该站立式轮椅上的其它组件。每个支架被配置成附着至用户躯体的部位。至少若干对相邻的支架通过能够使支架相对于彼此弯曲的接头来连接。一些或所有的接头可以是活动接头，包括可操作以向该接头施加弯曲力或延伸力的执行器。该安全带组件包括髋接头，该髋接头可以被配置成定位在用户的髋附近。例如，该髋接头可以将被配置成附着至用户的下躯干（腹部）的支架连接至被配置成附着至用户的大腿的支架。被配置成在处于坐姿或斜倚姿态时支撑用户的臀部的支架也可以附着至该髋接头。臀部支撑件可以是柔性的（例如，主要由柔性布、橡胶或塑料，或其它柔性材料制成）。

该站立式轮椅包括举升单元，该举升单元安装在带轮基座上。所述举升单元被配置成举升或降低所述安全带组件的髋接头，从而分别增加或减小所述髋接头和所述带轮基座之间的距离。该举升单元可以包括一个或多个竖直线性执行器。每个竖直执行器可以包括可变长度的大概竖直的柱体或杆，和用于改变该长度的机构。例如，每条杆可以连接安全组件髋接头和带轮基座。该执行器可以操作以在坐式（或斜倚）形态和站立形态之间来回改变所述站立式轮椅的形态。例如，该杆可以延长以增加髋接头和基座之间的距离，导致接头伸展，并使用户站立。该杆可以缩短以减小所述髋接头和所述基座之间的距离，导致接头弯曲并使用户处于坐（或斜倚）姿。

当该站立式轮椅处于坐式形态时，用户可以由安全带保持坐姿。（除非另有说明，在此描述的坐式形态或姿态可应用于斜倚形态或姿态，并且应该理解为应用至坐式或斜倚形态和姿态）。当该站立式轮椅处于站立形态时，用户可以被牢固地保持站姿。当大致以站姿竖直站立时，用户定位成与基座的两侧大致等距。该安全带组件还可以被配置成使用户保持在站姿和坐姿之间的任何中间姿态。作为另一例子，该安全带组件可以被配置成使用户保持以前倾姿态或后倾姿态站立，或既不是坐下也不是站立的另一姿态，也不是坐下和站立之间的中间姿态。

当用户在各种姿态（站立、坐下、斜倚和其间的姿态）之间转换时，用户的重心(COG)大致保持在合适的位置（其位置大致保持不变）。

可以设置一个或多个用户可操作控件，以使用户能够控制该站立式轮椅的操作。例如，可以操作该控件以将所述站立式轮椅的形态从当前形态改变成另一形态（例如，坐式、站立，或另一形态）。可以操作该控件以控制带轮基座在支撑站立式轮椅的表面上的运动。

根据本发明的一些实施例，所述站立式轮椅的一个或多个特征可以使该站立式轮椅的用户（不管是站立还是坐下）能够安全移动，例如，安全带组件可以被配置成使得当用户由该站立式轮椅的安全带组件保持时，带轮基座总是设置成围绕该站立式轮椅的重心（COG）大致对称。例如，重心可以与带轮基座的每侧大致等距。在该情况下，重心至每侧的距离可以限定为沿着该侧的垂线从重心至该侧边的水平距离。不管安全带组件的形态如何，都可以使带轮基座围绕重心维持对称性（或等距）。例如，当改变形态时，该安全带组件可以使用户躯体的各部位移动，以便维持对称性。以这种方式，使所有形态的倾覆风险最小化。

该站立式轮椅可以设置自动平衡能力。当所述站立式轮椅在坡面上或各种斜坡表面上行进时，该自动平衡能力能够使用户保持直立。该自动平衡能力可以接收来自一个或多个传感器感测的站立式轮椅的当前倾斜度。该自动平衡能力可以被配置成操作所述带轮基座或安全带组件的一个或多个部件，以便确保用户保持水平状态（例如，相对于当地垂线或水平线）。例如，该带轮基座或安全带组件的一个或多个部件可以被配置成倾斜以便抵消由该站立式轮椅所行进的表面引起的任何倾斜。以这种方式使用户感觉舒适，并使处于任何形态和在任何表面上的倾覆风险最小化。

根据本发明的一些实施例，站立式轮椅可以设有附加的安全设备以防止该站立式轮椅意外倾覆。例如，该站立式轮椅可以设有附加的支撑轮、带轮臂，或可以快速延伸以在（例如通过倾斜传感器）感测到倾覆的危险时防止倾覆的柱体。

图1A展示了根据本发明的实施例的直立移动形态的站立式轮椅。图1B展示了从另一角度看的图1所示的站立式轮椅。图3示意性展示了根据本发明的实施例的站立式轮椅的操作系统。

站立式轮椅10包括带轮基座12和安全带组件14。如图所示，该安全带组件14处于直立移动形态。在安全带组件14的直立移动形态中，安全带组件14的部件被配置成支撑处于站姿的用户。

该带轮基座12包括可倾斜平台20，该可倾斜平台20由底盘40支撑。

该底盘40包括驱动轮18和旋转轮16。在所示形态中，驱动轮18位于带轮基座12的前段，而该旋转轮16位于带轮基座12的后段。（“前”和“后”以预期由安全带组件14保持时站立式轮椅10的用户面对的方向确定）。例如，该驱动轮18可以通过传动装置84连接至驱动电机82，该驱动电机82由底盘40支撑。电机82和传动装置84的操作可以通过控制器86受用户控件36的操作的控制。例如，该驱动轮18的每个车轮的转动速度可单独受控，以根据确定可操纵轮椅10的运动速度的车轮操纵该站立式轮椅10。该旋转轮16可以自由旋转以能够不受阻碍地操纵站立式轮椅10。

车轮的其它设置也是可行的。例如，驱动轮可以位于带轮基座的后段，而旋转轮位于前段。作为另一例子，可以设有转向轮89，其方向可以受转向机构88控制，而不是被配置成自由旋转。从而，便于辅助操纵该站立式轮椅。可以设有附加车轮。例如，一个或多个驱动轮可以位于该带轮基座的中段，而靠近前后的车轮自由旋转或是可操纵的。

带轮基座12可以容纳能够驱动所述驱动轮18，或以其它方式使站立式轮椅10能够自我推进的部件。该带轮基座12可以容纳用于向驱动轮18提供推进力的电机82。该电机82可以代表一个或多个电机（例如，电动的或以其它方式驱动的）。该带轮基座12还可以容纳传动装置84和电源80，该传动装置84使电机能够运动以使驱动轮18转动，该电源80用于提供动力以操作该电机。例如，用于电机的电源80可以包括一个或多个电池或蓄电池、用于将蓄电池连接至外部电源（例如，电力干线）的电缆或连接器、将以一种形式提供的电源转化成可被站立式轮椅10的另一部件使用的形式的变压器或电源转换器、当蓄电池未连接至外部电源时能够使蓄电池至少部分充电的光伏电池或其它部件，和其它部件。如果电机82是用燃料驱动的电机，那么该电源80可以包括用于容纳适当的燃料的容器、燃料泵或导管系统，或与向电机82提供燃料相关的其它系统。

带轮基座12可以包括、容纳，或支撑使站立式轮椅10能够安全可靠操作的附加部件。例如，该带轮基座12可以包括一个或多个前照灯38或能够在昏暗或没有环境照明的情况下察看站立式轮椅10所行进的表面的其它灯。该带轮基座12可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器测量该站立式轮椅10的运动或操作参数。这些传感器可以包括速度计、加速度计、方向传感器（罗盘和陀螺仪）、全球定位系统（GPS）接收器、倾斜仪，接近传感器或测距仪（例如，检测在高处的或在该站立式轮椅行进方向的潜在的障碍），或可以利用以感测可能影响该站立式轮椅10的操作的一个或多个状况的另外的传感器中的一个或多个。一些或所有传感器，或附加传感器可以坐落在安全带组件14上。

可倾斜平台20可相对于底盘40倾斜。可以操作平衡机构(BM)50以控制倾角（横向和前-后）。该安全带组件14相对于可倾斜平台20固定。因此，使可倾斜平台20相对于底盘40倾斜一定倾角会使该安全带组件14相对于底盘40倾斜相同的倾角。例如，该平衡机构50可以操作一个或多个可调节长度的支撑元件，以便使可倾斜平台20相对于底盘40倾斜。这些可调节元件可以包括一个或多个伸缩性的、可延伸的，或可滑动的元件，或长度可变的其它元件或线性执行器（例如，可充气的，或通过机械、化学、热力或电磁激活的）。该调节机构可以包括螺旋机构、液压机构、滑轮系统、可由直流(dc)电机操作的线性执行器，或另外的适当的机构。

因此，例如，当底盘40由坡面支撑时，可以操作该平衡机构50以使安全带组件14（和束缚在安全带组件40中的轮椅用户）相对于竖直线（例如，由铅垂线确定）保持直立。

该带轮基座12可以包括倾覆预防结构，该倾覆预防结构可以由倾覆预防机构(TPM) 70 (如图3和6示意性展示)操作。该倾覆预防结构可以包括多条支撑臂76，该支撑臂76可以经由开口30，或以其它方式（例如从可倾斜平台20下方或从底盘40）从带轮基座12延伸。该支撑臂76可以包括在其远端的车轮或脚轮，或可以包括能够使臂支撑该站立式轮椅10的其它结构。该支撑臂76可以独自地，或以两条或更多条为一组地，或所有一起延伸。典型地，至少一条支撑臂76设置成从带轮基座12的每侧延伸。支撑臂76从开口30延伸可以受被配置成自动操作的倾覆预防机构70的控制。支撑臂76可以，例如通过突然释放螺旋弹簧、通过烟火式触发机构、通过空气加压机构，或使用另外的机构或技术，延伸。

该可倾斜平台20可以包括凹部21，该凹部21被配置成适应安全带组件14的下段，比如足部支撑件32。例如，该凹部21可以为U形。

该安全带组件14被配置成，不管用户是站立、坐下、斜倚，在其它姿态之间的中间姿态，或安全带组件14配置的另外的姿态，都能将站立式轮椅10的用户牢固地保持合适位置。该安全带组件14被配置成移动用户躯体的部位以改变躯体姿态，例如，从站立至坐下，或从坐下至站立。

该安全带组件14包括用于附着至用户躯体的各部位，特别是躯体的下部，的支架组24。例如，各种支架24可以附着至用户的下躯干、背部或骨盆，用户的每条大腿、小腿、胫骨，或用户的小腿，或用户的躯体的其它部位。该安全带组件14包括足部支撑件32，该足部支撑件32用于放置在用户的足部下面并且支撑和保持用户的足部。一些或所有支架24可以设有条带28或可以扣紧并调节以将用户躯体部位固定至支架24的类似的支撑装置（例如，躯干系带）。

该安全带组件14可以为主要从侧边保持用户躯体的外骨骼(ES)形式或包括主要从侧边固定用户躯体的外骨骼(ES)。该ES可以支撑所有各种形态（站立、坐下、斜倚，或其它形态）的用户。例如，在坐下形态中，支架24（例如，由柔性布、塑料、橡胶、网，网格，或其它柔性材料、结构或构造制成）的柔性部件25（图2可见）可以支撑用户的臀部。

一些或所有成对的相邻支架24由可弯曲接头连接。例如，可弯曲接头可以包括一些或所有髋接头26、膝接头27，和踝接头29。在用户从一个姿态转换成另一姿态（例如，从站立转换成坐下或斜倚，或从坐下或斜倚转换成站立）期间，该可弯曲接头可以弯曲或伸展。一些可弯曲接头可以是活动的，以致由执行器直接施加至这些接头中的每个的力使该接头弯曲或伸展。可弯曲接头的其它可以是被动的，以致这些接头中的每个在响应施加至活动接头的力而引起的相邻支架的运动中弯曲或伸展。

根据本发明的一些实施例，髋接头26为活动接头，而膝接头27和踝接头29为被动的。活动和被动接头可以有其它设置和组合。

例如，每个活动接头可以设有较小的本地执行器电机（例如，以直流电运行）。作为另一例子，可以设有合适的传动机构以从远程电机（例如，位于带轮基座12或其它地方）传递力，从而使接头收缩或延伸。这样的传动机构可以包括，例如，棒、齿轮、电缆、波顿拉索、滑轮，或其它合适的传动机构。被动接头可包括铰链、轴、球窝或使接头能够被动屈曲或延展的其它机构。

举升单元33设置在带轮基座12上。该举升单元33支撑安全带组件14的髋接头26，并且被配置成举升或降低髋接头26。例如，举升单元33可以包括一个或多个可延伸杆34。可能有用于举升单元33的其它机构（例如，用于从在髋接头26上延伸的结构举升或降低髋接头26的滑轮装置，或另外的机构）。

该安全带组件14由可延伸杆34连接至带轮基座12。例如，可延伸杆34的上端可以连接至安全带组件14的髋接头26。可延伸杆34可以由加固柱体35加固以抵挡弯曲力。

每个可延伸杆34的长度是可调节的。例如，每个可延伸杆34可以包括两个或更多个可伸缩部件，比如杆套34a，内杆34b在该杆套34a内滑动。可以操作合适的延伸/收缩机构以调节可延伸杆34的长度。可以采用其它机构以调节可延伸杆34的长度。

例如，可延伸杆34可以包括线性电动执行器，该线性电动执行器包括dc电机，该dc电机操作滚珠螺杆齿轮机构，或改变可延伸杆34的长度的液压（气动）活塞。可以操作合适的泵（例如，位于带轮基座12中），以调节可延伸杆34的长度。作为另一例子，可以操作电动机械系统（例如，包括电机和合适的传动装置，例如包括齿轮、棒、波顿拉索、滑轮，或其它组件）以使该可延伸杆34延伸或收缩。

可以通过伸长或缩短可延伸杆34而改变安全带组件14的形态。例如，延伸可延伸杆34可以将站立式轮椅10的形态改变成图1A和1B所示的直立移动形态。在站立式轮椅10的直立移动形态中，束缚在安全带组件14中的用户大致站立在带轮基座12的（水平面中的）中心上（例如，用户重心大致在该中心上）。带轮基座12的（水平面中的）中心可以与带轮基座12的COG大致重合。所有支架24设置成大致竖直地一个堆叠在另一个上面。类似地，该足部支撑件32大致放置在用户躯体预期放置处的下方。

当站立式轮椅10最初在直立移动形态（如图1A和1B所示）时，可以缩短可延伸杆34以将该站立式轮椅10的形态改变成坐式形态。图2展示了根据本发明的实施例的、图1A所示的站立式轮椅处于坐式形态的侧视图。

在图2和3所示的站立式轮椅10的坐式形态中，缩短了可延伸杆34，使得髋接头26的高度与膝接头27的高度大致相同。该足部支撑件32向前滑动（在凹部21之外）。

该安全带组件14可以包括扶手22。扶手22可以被配置成根据需要举升或降低。例如，当该站立式轮椅10处于坐式形态时，扶手22可以向下折叠或推至侧边，以便使用户的躯干接近桌面（并且用户的脚位于桌子下面）。

站立式轮椅10的用户可以操作用户控件36，以使站立式轮椅10的各种功能起作用。例如，用户可以操作用户控件36以控制站立式轮椅10在表面上的自我推进运动。对该站立式轮椅10的运动的控制可以包括对电机的控制（例如，电机的运转功率或速度）、传动装置的操作（例如，选择传动比、前/后运动、用于操纵的右/左车轮转动）、操纵机构的操作（例如，确定转向轮的方向）、制动器的操作、电源（例如，主要或辅助电池或电源）的选择，或与站立式轮椅10的运动相关的其它操作。用户可操作用户控件36以改变站立式轮椅10的形态。

用户控件36包括一个或多个用户可操作设备。例如，用户控件36可以包括手动操作设备，比如，操纵杆、按钮、开关、旋钮或拨盘，触摸屏，或其它可手动操作的设备。用户控件36可以包括对力或取向敏感的传感器，比如压力敏感区或传感器，倾斜传感器。用户控件36可以包括对声音敏感的传感器，比如麦克风或变声器，以感测声音信号或语音指令。

用户控件36可以包括一个或多个输出设备，比如显示板或显示屏、警示灯、声音生成设备（扬声器、蜂鸣器、铃，或其它声音生成设备），以向站立式轮椅10的用户告知该站立式轮椅10的当前状态。例如，该状态可以包括电池充电状态、当前速度、当前行进方向、障碍物的存在、潜在不安全境况的警示（例如，过度倾斜或加速），或站立式轮椅10的一个或多个子系统或组件的状态。

例如，可以操作用户控件36的操纵杆以控制站立式轮椅10在表面上的运动。

作为另一例子，可以控制站立式轮椅10的运动以响应感测到的用户躯体的倾斜（例如，故意的或非故意的）。可以将一个或多个倾斜传感器放置在用户的躯体上（例如，在用户的臂、肩、胸，或上背上）。上身故意稍微前倾可以表示想要向前行进，而右倾和左倾可以分别指示想要往右或往左。类似地，后倾或弯曲可以表示想要停止，而继续后倾可以表示想要后退。用户躯体突然（例如，非故意的）震摇可以引起紧急制动，例如，指示骇人或意外境况。

作为另一例子，压力传感器或应变计可以位于安全带组件14内（例如，合并至条带28中）。检测到的施加在传感器上的应力解读为指示站立式轮椅10的预期运动。检测到的应力的方向（以及可能的大小）可以指示期望运动的方向（以及可能的速度）。

作为另一例子，口语或语音指令可以由合并至该站立式轮椅10中的处理器解读以指示该站立式轮椅10的期望运动（或其它操作。）

可以操作用户控件36的一个或多个控件（例如，开关或按钮）以改变站立式轮椅10的形态。

例如，站立式轮椅10从笔直移动（站立）形态变成坐式形态可以包括缩短可延伸杆34、髋接头26（主动）弯曲（和附着至用户大腿的支架24以及可能的附着至用户髋部或臀部的另一支架24的转动）、膝接头27（被动）弯曲，从而使足部支撑件32向前运动。从坐式形态进一步变成斜倚形态可以包括伸展髋接头26（以及主动伸展膝接头27），而不改变可延伸杆34的长度，直到实现期望的斜倚姿态。

站立式轮椅10从坐式形态变成直立移动（站立）形态可以包括伸长可延伸杆34、（主动）伸展髋接头26、（被动）伸展膝接头27，从而导致在用户躯体下方的足部支撑件32向后运动。

根据本发明的一些实施例，站立式轮椅10可以包括平衡机构(BM) 50（如图3和5示意性展示），以使站立式轮椅10的用户保持直立，或当站立式轮椅10在坡面上行进时，处于另一期望的倾斜姿态。该平衡机构被配置成使可倾斜平台20相对于底盘40倾斜，从而使可倾斜平台20维持水平的，或另一期望的（例如，用户在期望方向倾斜的）取向。例如，可以设有单独的平衡机构以控制可倾斜平台20在横向（右-左）和前-后（向前-向后）方向的倾斜。可替换地，单个平衡机构可以控制任意方向的倾斜。

所示的底盘40相对于水平线在横向方向倾斜。例如，当站立式轮椅10在横向的坡面上行进（例如，穿过斜车道，或在斜坡或起拱道路上行进）时，可以导致这样的倾斜。可倾斜平台20以及安全带组件14以横向倾角42 倾斜，使得可倾斜平台20保持水平（或以另一期望倾角倾斜）。

图4B所示的底盘40相对于水平线在前-后方向倾斜。例如，当站立式轮椅10在向前或向后倾斜的表面上（例如，在斜车道或轮椅入口坡道上）行进时会导致这样的倾斜。可倾斜平台20以及安全带组件14以前-后倾角44 倾斜，使得可倾斜平台20保持水平（或保持另一期望倾角）。

控制可倾斜平台20的倾斜的平衡机构可以由一个或多个控制器控制。

例如，该平衡机构50可以被配置成使可倾斜平台20维持在由横向基准角度0R_x 和前-后基准角度0_Ry限定的特定期望取向。可替换地或此外，可以限定另一组角度，比如期望倾斜的大小和取向（例如，方位）。该基准角度可以长久限定（例如，对于水平的可倾斜平台20，0R_X = 0R_y = 0，或另一值）。可替换地或此外，该基准角度可以由用户限定，或根据预定标准限定，以用于特定用户或境况。

可倾斜平台20（或附着至可倾斜平台20的部件，比如安全带组件14）可以设有一个或多个倾斜传感器。例如，该倾斜传感器可以包括横向倾斜传感器64a以测量横向倾角θ_χ，和前-后倾斜传感器64b以测量前-后倾角0_y。可替换地或此外，一个或多个传感器可以测量另一组值，比如倾斜度的大小，和倾斜的方向（例如，方位）。倾斜传感器可以包括加速度计、陀螺仪或其它类型的倾斜传感器。该传感器可以合并至集成电路或其它电子设备中。

该平衡机构50控制调节可倾斜平台20相对于底盘40的倾斜的一个或多个部件。例如，该部件可以包括由横向倾斜执行器60a和前-后倾斜执行器60b代表的一个或多个活动部件或执行器。横向倾斜执行器60a和前-后倾斜执行器60b可以包括线性电机或执行器（例如，长度可变的柱体），该线性电机或执行器确定在可倾斜平台20上和底盘40上的对应点之间的距离。可替换地或此外，可以使用电机或执行器的其它组合（例如，倾斜方位执行器）。该部件可以包括由横向复位弹簧62a和前-后复位弹簧62b代表的一个或多个被动操作的部件。例如，单个执行器，比如横向倾斜执行器60a可以在可倾斜平台20和底盘40的一个边缘附近操作，而被动操作部件，比如横向复位弹簧62a，可以放置在相反边缘附近。

横向倾斜执行器60a的操作由横向驱动器58a控制以响应由横向控制器52a产生的依赖时间(t)的横向控制信号u_x(t)。前-后倾斜执行器60b的操作由前-后驱动器58b控制以响应由前后控制器52b产生的前-后控制信号u_y(t)。

横向控制器52a和前-后控制器52b可以包括单个控制器或两个或更多个单独的控制器。每个控制器可以包括处理器或电路系统，该处理器或电路系统被配置成控制可倾斜平台20的倾斜度以实现特定基准角度。例如，横向控制器52a或前-后控制器52b可以被配置成比例积分微分(PID)控制器，或另一闭环或其它控制器。

横向控制器52a和前-后控制器52b可以分别被配置成在分别的输入基准角度0R_x和0_Ry和实时测定的可倾斜平台20的倾角0_X和0_y的基础上操作。可以计算时间t的函数e_x(t)或e_y(t)的差值或误差 (例如，)。可以应用PID控制器理论，或另一种控制算法，以产生控制信号u_x(t)和Uy(t)，控制信号u_x(t)和Uy(t)可施加至适当的横向驱动器58a和前-后驱动器58b，以控制对应的横向倾斜执行器60a和前-后倾斜执行器60b。例如，控制信号u_x(t)和u_y(t)可以被配置成以最佳方式实现可倾斜平台20根据规定倾斜基准角度0_Rx和0_Ry，或使误差函数e_x(t) 和e_y(t)最大限度地快速最小化（例如，Ie_x(t)l, le_y(t)l)→min，其中竖线表示绝对值）。

根据本发明的一些实施例，站立式轮椅设有倾覆预防机构。

倾覆预防机构70控制稳定臂76从带轮基座12延伸。

传感器71被配置成测量指示站立式轮椅的带轮基座12的稳定性或倾覆的量。例如，传感器71可以包括一个或多个倾斜传感器（例如，包括水平仪、陀螺仪，或加速度计），该一个或多个倾斜传感器测量可解读以指示站立式轮椅或带轮基座12的稳定性或不稳定性的状态的量。例如，可以测量站立式轮椅的倾角或倾斜变化率，或可以测量站立式轮椅的一个或多个部件的加速度。传感器71可以包括接近传感器（例如，光学的，声学的，电磁的或，机械的），该接近传感器可以检测带轮基座12和支撑该站立式轮椅的表面之间的距离的变化。传感器71可以包括应力或力传感器，该应力或力传感器测量由安全带组件施加在站立式轮椅的用户上的力。传感器71可以包括应力或力传感器，该应力或力传感器测量带轮基座12的车轮和车轮所放置的表面之间的力。传感器71可以测量随时间而变化的测定的量，或可以测量测定的量的变化率。

倾覆预防控制器72被配置成接收来自传感器71的信号并控制臂延伸机构74的操作。例如，倾覆预防控制器72可以包括处理器，该处理器被配置成根据存储在相关的存储器或数据存储单元上的程序化指令操作。作为另一例子，倾覆预防控制器72可以包括专用电路系统（例如，包括适当地配置的集成电路），该专用电路系统被配置成根据从传感器71接收的信号操作臂延伸机构74。

倾覆预防控制器72被配置成解读来自传感器71接收的信号，并且检测站立式轮椅倾覆，或倾覆危险，的指示。

例如，检测到的倾角可以与阈值角度进行比较。检测到的倾角超过阈值角度可能是倾覆指示。类似地，倾角的快速变化可能是倾覆指示。在每个方向（例如，右、左、前，或后）的倾角（或其变化速率或其绝对值）可以与特定方向（例如，由于站立式轮椅的形状或结构的不对称性而可能使彼此不同的方向）的角度阈值单独进行比较。可替换地或此外，倾角的大小或大小的变化（例如，不考虑方向）可以与阈值进行比较。一旦检测到这些指示的过度倾斜，倾覆预防控制器72可以操作臂延伸机构76以使一个或多个稳定臂延伸。

其它感测到的情况可以是倾斜指示。例如，带轮基座12和在带轮基座12下面的表面之间的距离的突然变化可以是接近或穿过路缘、楼梯、洼地（例如，洞、下水道、天沟、沟渠、渠道、槽帮），或可能促使倾覆的其它地形变化的指示。类似地，检测到在用户或安全带组件上的力增大可以指示可能促使倾覆的过度的横向力（例如，离心力）。带轮基座12的车轮上的地面作用力突然减少可以是倾覆或穿过可能促使倾覆的边缘的指示。当超过该指示的阈值时，任何这样的指示可以解读为需要操作臂延伸机构74以使一个或多个稳定臂76延伸。

可以操作臂延伸机构74以使一个或多个稳定臂76延伸。例如，稳定臂76可以仅在朝指示倾覆的一侧上（或指示沿对角线倾覆时在两侧上）延伸。稳定臂76可以沿对角线向下或向下延伸。可替换地或此外，当指示倾覆时（例如，以使臂延伸机构74能够简化），或指示在任一方向可能倾覆的情况下，所有的稳定臂76可以延伸。稳定臂76的远端可以包括脚轮或车轮。在稳定臂76延伸之后，该脚轮或车轮可以使该站立式轮椅至少能够进行有限的移动或行进。

臂延伸机构74可以被配置成快速地展开该稳定臂76。

例如，臂延伸机构74可以包括预压缩或螺旋弹簧，该预压缩或螺旋弹簧被配置成使稳定臂76延伸。止动器防止弹簧的恢复力在不需要时使稳定臂76延伸。接着，臂延伸机构74的操作释放该止动器，从而弹簧的恢复力能够使该稳定臂76快速延伸并展开。适当的抓持机构或止动机构可以将在其延伸状态的稳定臂放入孔中。作为另一例子，臂延伸机构74可以包括压缩气体供给（例如，在每个稳定臂76后面的罐中），该压缩气体供给可以释放以快速地使稳定臂76延伸并展开。可以设有其它机构（例如，磁的、电磁的、液压的、烟火式触发的，机械的或其它机构）以使稳定臂76快速展开。

取决于展开机构，一旦指示的倾覆境况结束，稳定臂76可以恢复至其预展开状态。例如，可以设有机构或控件以使该站立式轮椅的用户能够收缩该稳定臂76。可替换地或此外，可以要求未束缚在站立式轮椅的安全带组件中的人员辅助收缩稳定臂76。例如，该稳定臂76可以手动推入带轮基座12中至其未展开位置。在一些情况下（例如，具有机械弹簧或电磁展开机构），将稳定臂76推回带轮基座12中可以使稳定臂76为将来可能的展开做好准备。在其它情况下（例如，具有压缩气体或烟火式触发的展开机构），可能需要另外的动作（例如，压缩气体、更换气罐，或更换爆炸性装料）以使稳定臂76为将来的展开做好准备。

在稳定臂76展开之前、同时，或之后，可以（例如，通过倾覆预防控制器72使用适当的输出设备）产生一个或多个警示信号。例如，可由用户检测的信号可以警示用户迫近的倾覆指示，或可以通知用户展开该稳定臂76。可由外部人员（例如，用户的熟人、服务提供者，或过路人）检测的信号可以指示需要过来辅助用户。另外的警示信号可以指示倾覆预防机构70不可用（例如，在前次展开之后，或在自检指示需要维修之后）。当倾覆预防机构70不可用时，该站立式轮椅的驱动机构的操作可能受限。例如，在倾覆预防机构70不能全面操作时，可以降低该站立式轮椅自我推进的最大可用速度。

Claims

1.一种站立式轮椅设备，包括：

带轮基座，其用于使所述设备能够在支撑表面上移动；

安全带组件，其包括多个支架，所述多个支架用于附着至所述设备的用户的躯体部位，所述多个支架的至少一些相邻支架通过接头连接；以及

举升单元，其安装在基座上，支撑安全带组件的髋接头，并且被配置成举升或降低所述髋接头，使得当用户系上所述安全带组件并且处于坐姿时，将髋接头举升一定高度会使用户呈现站姿，并且当用户系上所述安全带组件并处于站姿时，降低所述髋接头会使用户呈现坐姿或斜倚姿态。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述带轮基座包括驱动轮，所述驱动轮可由用户操作以使所述设备在所述支撑表面上移动。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述带轮基座包括旋转轮或转向轮。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述髋接头为活动接头。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述安全带组件的膝接头为活动接头。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述举升单元包括可调节高度的至少一条杆。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述至少一条杆定位成当用户系上安全带组件并处于站姿时，用户大致定位在所述带轮基座的中心的上方。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述至少一条杆包括用于调节该杆的高度的机构，所述机构选自：直流电机、滚珠螺杆齿轮、液压活塞、气动活塞、波顿拉索和滑轮。

9.根据权利要求1至8所述的设备，其特征在于，所述带轮基座包括平台，所述平台可相对于所述带轮基座的车轮所连接的底盘倾斜，所述安全带组件可与所述平台一起倾斜。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，其包括传感器以检测所述平台的倾斜度。

11.根据权利要求9所述设备，其特征在于，其包括控制器，所述控制器被配置成使所述平台相对于水平线维持预定的倾斜度。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述控制器包括PID控制器。

13.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，其包括可操作的电机以调节所述平台的倾斜度。

14.根据权利要求1至13所述的设备，其特征在于，其包括用于控制所述设备的操作的用户可操作控件。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述控件包括选自下列的用户可操作设备：操纵杆、倾斜传感器、力传感器和麦克风。

16.根据权利要求1至15任一项所述的设备，其特征在于，其包括至少一条支撑臂，所述至少一条支撑臂可延伸以预防所述设备倾覆。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述至少一条支撑臂的支持臂可从所述设备的每侧延伸。

18.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，其包括控制器，所述控制器被配置成当指示设备倾覆时，使所述至少一条支撑臂自动延伸。

19.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，其包括传感器以产生指示设备倾覆的信号。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述传感器选自：倾斜传感器、加速度计、陀螺仪、力传感器和接近传感器。