DE102017111127A1 - Rollstuhl mit wenigstens einem elektrischen Hilfsantrieb - Google Patents
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Abstract
Ein Rollstuhl mit einem Rahmen und wenigstens zwei Antriebsrädern die sowohl manuell durch auf sie in nacheinander abfolgenden Anschubphasen eingeleitete Kräfte als auch mittels wenigstens eines elektrischen Hilfsantriebes antreibbar sind, zeichnet sich dadurch aus, das zur Steuerung des Hilfsantriebes eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Zeitabstände zwischen zwei Anschubphasen und der Geschwindigkeitsverlauf des Rollstuhls als Funktion der Zeit ausgewertet werden.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Rollstuhl mit einem Rahmen und wenigstens zwei Antriebsrädern, die sowohl manuell durch auf sie in nacheinander abfolgenden Anschubphasen eingeleitete Kräfte als auch mittels eines elektrischen Hilfsantriebes antreibbar sind.
- Ein solcher Rollstuhl ist beispielsweise aus der
WO 2013/006818 - Aus der
DE 10 2014 103 907 A1 ist ein Rollstuhl mit Hilfsantrieb bekannt, bei dem im Sitz Sensoren integriert sind, über die Bewegungen der den Rollstuhl fahrenden Person erkannt werden. Neben den Positions- und Orientierungsdaten des Fahrers werden auch Positions- und Orientierungsdaten des Rollstuhls erfasst. Das Soll-Drehmoment des Antriebsrades wird durch die eingeprägten Kräfte am Greifring erkannt. Aufgrund der Sensorinformationen an den Drehmoment-Sensoren zwischen Greifring und Rad bzw. der Mensch-Maschine-Schnittstelle und der zeitgleich erfassten Bewegung der Arme und/oder des Oberkörpers werden erkennt die Sensorik den Handlungswunsch des Fahrers und es wird die Muskelimpedanz geschätzt. Durch entsprechende Ansteuerung des Hilfsantriebes wird der Fahrer bei der Ausübung seiner Handlung unterstützt, ohne jedoch seine Handlungswirkung zu ersetzen oder zu überstimmen. - Die
DE 10 2005 048 374 A1 offenbart einen Rollstuhl mit einem Hilfsantrieb, der zur Konstanthaltung der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen ist. Hierzu ist eine Einschaltvorrichtung für den Hilfsantrieb vorgesehen. - Die
EP 2 740 455 B1 beschreibt einen Rollstuhl mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung der vom Benutzer manuell eingeleiteten Antriebskraft. In Abhängigkeit der Antriebskraft wird das Antriebverhalten des Antriebmotors nach Erreichen einer Grenzdrehzahl, die einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit des Rollstuhls entspricht, gehalten. - In der
DE 10 2012 103 136 B4 wird ein Rollstuhl mit einem Hilfsantrieb beschrieben, bei dem das von den Antriebseinrichtungen aufgebrachte Drehmoment nicht nur in Abhängigkeit von der in die Greifringe der Antriebsräder eingeleiteten Muskelkraft des Benutzers, sondern auch von der detektierten Neigung des Rollstuhls in Fahrtrichtung und damit von der Steigung des Geländes gewählt wird. Durch diese Ausgestaltung lassen sich Bergfahrten durch den Rollstuhl fahrbar ohne erhöhten Muskeleinsatz bewältigen. Die Unterstützung durch die Antriebseinrichtungen bewirkt, dass der Rollstuhl eine ausreichende Wegstrecke zurücklegt, um dem Rollstuhlfahrer ein Umgreifen an den Greifringen zu ermöglichen, bevor der Rollstuhl zum Stillstand kommt oder gar zurückrollt. Auch bei Bergabfahrten kann die Muskelkraft des Rollstuhlfahrers ausreichend unterstützt werden, um den Rollstuhl nicht zu schnell werden zulassen. Über die Steuereinrichtung kann die Antriebseinrichtung bis zum Erreichen einer Höchstgeschwindigkeit des Rollstuhls abgebremst werden, wobei die Höchstgeschwindigkeit einstellbar sein kann. - Den vorgenannten Rollstühlen gemeinsam ist, dass der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, wenn eine Grenzgeschwindigkeit unterschritten oder ein in die Antriebsräder eingeleitetes Grenzmoment überschritten wird. Damit wird erkannt, dass der Fahrer Unterstützung benötigt. Je nachdem wie die Grenzwerte festgelegt sind, ist für die Umwelt des Rollstuhlfahrers dessen Überforderung mehr oder weniger deutlich erkennbar, was nicht unbedingt vom Rollstuhlfahrer gewünscht ist.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Hilfsantriebes so zu verbessern, dass schon ein geringer Leistungsabfall beim manuellen Antreiben der Antriebsräder über die Greifringe durch den Benutzer dazu führt, dass der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, um den Rollstuhlfahrer zu unterstützen, so lange er beim Antrieb des Rollstuhls Unterstützung benötigt.
- Zur Problemlösung zeichnet sich der gattungsgemäße Rollstuhl dadurch aus, dass zur Steuerung des Hilfsantriebes eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Zeitabstände zwischen zwei Anschubphasen und der Geschwindigkeitsverlauf des Rollstuhls als Funktion der Zeit ausgewertet werden.
- Durch diese Ausgestaltung wird es dann möglich, dass während der Anschubphasen die Beschleunigung des Rollstuhls ermittelt wird und der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, wenn die Zeitabständen einen vorgegebenen Wert unterschreiten und gleichzeitig die Beschleunigung einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Der Grenzwert der Zeitabstände kann beispielsweise 1,5 s und der Grenzwert der Beschleunigung beispielsweise 2,5 ms-2 sein. Die Vorgaben sind im Grunde genommen beliebig und hängen in erster Linie von der Konstitution des Fahrers bzw. dessen Wunsch nach Antriebsunterstützung ab.
- Vorzugsweise werden in einem Auswerteintervall mindestens zwei Zeitabstände ausgewertet. Insbesondere vorzugsweise drei, wobei die Geschwindigkeit, mit der der Hilfsantrieb zugeschaltet wird, frei konfigurierbar ist und insbesondere die zuletzt gemessene Geschwindigkeit verwendet werden soll. Dabei ist aufgrund des starken Anstiegs des Verhältnisses von Geschwindigkeitsänderung zu Zeitintervall die zuletzt gemessene Geschwindigkeit nicht sofort erreichbar. Die manuell aufzubringende Kraft durch den Benutzer ist jedoch deutlich geringer, woraus schwache Schwankungen bei längeren Rollphasen resultieren.
- Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit, die maximal während einer Anschubphase im Auswerteintervall gemessen (erreicht) wurde, bei der Zuschaltung des Hilfsantriebes nicht überschritten.
- Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit des Rollstuhls mittels der Steuerung der Geschwindigkeit des Hilfsantriebes konstant gehalten.
- An Gefälle- und Steigungsstrecken kann vom Hilfsantrieb die Funktion einer Haltebremse übernommen werden, wenn der Geschwindigkeitsverlauf jedes der Antriebsräder detektiert wird, und dann, wenn alle Antriebsräder eine vorgegebene Geschwindigkeit bis zum Stillstand unterschreiten, der Hilfsantrieb so zugeschaltet wird, dass der Rollstuhl im Stillstand für ein vorgegebenes Zeitintervall verharrt. Dieses Zeitintervall kann wenige Sekunden lang sein oder auch so lange dauern, bis diese Bremsfunktion abgeschaltet wird. Die Geschwindigkeit kann beispielsweise vmin = 1 km/h sein. Stillstand des Rollstuhls kann bereits dann detektiert werden, wenn die Geschwindigkeit (noch) nicht exakt 0 km/h ist, sondern im Bereich von Messungenauigkeiten und/oder Toleranzen davon abweicht.
- Zur Erkennung von Steigungs- bzw. Gefällstrecken ist vorzugsweise ein Neigungssensor vorgesehen.
- Der Hilfsantrieb besteht vorzugsweise aus zwei je eine Ausgangswelle aufweisende, zu einer Einheit zusammengefasste Elektromotoren und jede Ausgangswelle ist an ihrem freien Ende mit einer Antriebsachse bzw. einer Radnabe je eines Antriebsrades verbunden.
- Vorzugsweise wird die Beschleunigung des Rollstuhls ermittelt, in dem die Drehzahl mindestens eines der permanent mit den Antriebsachsen bzw. den Radnaben verbundenen Elektromotoren gemessen.
- Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden:
- Es zeigen
-
1 - die perspektivische Darstellung eines Rollstuhls; -
2 - die Anordnung eines ersten Hilfsantriebes zwischen den Antriebsrädern in perspektivischer Explosionsdarstellung; -
3 - eine perspektivische Explosionsdarstellung des Hilfsantriebes; -
4 - eine perspektivische Darstellung eines in den Rollstuhlrahmen eingesetzten Hilfsantriebes; -
5 ein erstes Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm; -
6 - ein zweites Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm. - Der Rollstuhl besteht im Wesentlichen aus dem Rahmen
3 , an dem der Sitz5 , die Fußstütze6 und die Antriebsräder1 ,2 sowie die Lenkräder7 ,8 angebracht sind. Zwischen den Antriebsrädern1 ,2 ist der Hilfsantrieb4 angeordnet, der aus mindestens einem Elektromotor10 ,20 besteht. Die Akkumulatoren zur Energieversorgung des bzw. der Elektromotoren10 ,20 sind an geeigneter Stelle im Rahmen3 vorgesehen. Außen ist jedes der Antriebsräder1 ,2 mit einem Greifring1.1 bzw.2.1 versehen, über den der Rollstuhlfahrer die Antriebskräfte auf die Antriebsräder1 ,2 einleitet. Für jedes Antriebsrad1 ,2 ist ein eigener Elektromotor10 ,20 vorgesehen. Die Steuerung für die Motoren10 ,20 und die dafür benötigte Sensorik kann in dem Motorengehäuse integriert sein. - Bei der in den
1 und2 gezeigten Antriebseinheit sind die Elektromotoren10 ,20 in das Achsrohr4.1 integriert und von außen nicht sichtbar. Dies hat den Vorteil, dass der Hilfsantrieb4 für Dritte nicht sofort sichtbar ist und somit auch nicht ohne weiteres erkennbar ist, dass der Hilfsantrieb4 zur Unterstützung zugeschaltet ist. - Darüber hinaus hat diese Ausgestaltung auch den Vorteil, dass besonders kleine Elektromotoren Verwendung finden, was zur Gewichtsreduzierung führt.
Die Abtriebswellen10.1 ,20.1 sind mit einer Außenverzahnung10.2 ,20.2 versehen, die in eine Innenverzahnung9.1 der Radnabe9 eingreift. Dadurch sind die Antriebsmotoren10 ,20 permanent mit den Antriebsrädern1 ,2 verbunden und laufen auch dann mit, wenn der Hilfsantrieb4 nicht zugeschaltet ist. Über nicht dargestellte Sensoren kann eine ebenfalls nicht dargestellte Steuerung die Drehzahl der Elektromotoren10 ,20 jederzeit ermitteln, was notwendig ist, um den Hilfsantrag4 zur geeigneten Zeit zuzuschalten, was noch zu erläutern ist. - Der in
4 dargestellte Hilfsantrieb4 mit den beiden Elektromotoren10 ,20 weist einen Handgriff30 auf und kann bei Bedarf in den Rollstuhlrahmen3 eingesetzt werden. Die Steuerung der Motoren10 ,20 kann in deren Gehäuse integriert sein. Um das Einsetzen des Hilfsantriebes4 zu erleichtern sind am Rahmen3 nach oben offene Gabeln3.1 vorgesehen. Das an den Achsrohren4.1 vorgesehene Kopplungsmittel4.2 zur Verbindung mit dem Rahmen3 ist als teilweise umlaufender Vorsprung ausgebildet, der zwei seitliche Anlageflächen aufweist, die mit Anlageflächen3.2 der Gabeln3.1 zusammenwirken. Über die Ausgangswellen10.1 ,20.1 wird der Hilfsantrieb4 mit der Antriebsachse1a bzw. den Radnaben9 jedes Antriebsrades1.2 verbunden. Dieser Hilfsantrieb4 ist in derdeutschen Patentanmeldung 10 2016 118 032 ausführlich beschrieben. - Anhand der
5 und6 soll nachfolgend erläutert werden, wie das Zuschalten des Hilfsantriebes4 erfolgt. Die5 ,6 zeigen ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm, in dem die Geschwindigkeitv des Rollstuhls in km/h über der Zeit (t ) in Sekunden aufgetragen ist. Der wellenförmige Kurvenverlauf resultiert aus den aufeinanderfolgenden AnschubphasenSi , Si+i, ... in denen der Rollstuhlfahrer manuell auf die Greifringe1.1 ,2.1 einwirkt und den Rollstuhl schubweise antreibt. Zur Ermittlung der Geschwindigkeit v des Rollstuhls wird die Geschwindigkeit der permanent mit den Antriebsrädern1 ,2 verbundenen Elektromotoren10 ,20 bzw. deren Abtriebswellen10.1 ,20.1 ermittelt. Die Beschleunigung des Rollstuhles5 und6 ist erkennbar, dass der erste Zeitabstand Ti zwischen der ersten Anschubphase S1 und der zweiten Anschubphase S2 größer ist als der Zeitabstand T2 zwischen der zweiten Anschubphase S2 und der dritten Anschubphase S3. T1 beträgt etwa 1,35 s und T2 etwa 1,0 s. Wenn die Zeitabstände Ti einen vorgegebenen Wert x unterschreiten, beispielsweise kleiner als 1 s werden und die Beschleunigung des Rollstuhls4 zugeschaltet. Dies ist in den Diagrammen daran zu erkennen, dass die Kurve abflacht. Dadurch dass die Beschleunigung des Rollstuhles4 unabhängig von der Geschwindigkeit v des Rollstuhls. Die maximale Geschwindigkeit vmax, mit der der Hilfsantrieb4 zugeschaltet wird, entspricht der maximalen Geschwindigkeitv , die während einer Anschubphase Si ermittelt wurde. Die Auswerteintervalle betragen mindestens zwei Anschubphasen Si, Si+1. Es können auch drei oder mehr Anschubphasen ausgewertet werden. Aus dem Kurvenverlauf im Diagramm gemäß5 ist ersichtlich, dass der Hilfsantrieb4 nur unterstützend eingreift, der Rollstuhlfahrer also weiterhin über die Greifringe1.1 ,2.1 Antriebskraft aufbringt. Der flache Kurvenverlauf im Diagramm nach6 nach der Zeit t = 5 s lässt erkennen, dass keine manuellen Antriebskräfte mehr eingeleitet werden, sondern der Hilfsantrieb4 allein den Rollstuhl antreibt, wobei die Geschwindigkeit vmax von circa 5 km/h der Geschwindigkeit v3 entspricht, die der Rollstuhl am Ende der dritten Anschwungphase S3 erreicht hat. Es ist auch möglich, dass der Rollstuhlfahrer den Hilfsantrieb4 manuell zuschaltet. In diesem Fall entspricht die Geschwindigkeit v2 des Hilfsantriebs4 dann der zuletzt gemessenen Geschwindigkeit v des Rollstuhls (der Antriebsräder1 ,2 ). - Der Hilfsantrieb
4 kann auch die Funktion einer Haltebremse übernehmen. Hierzu ist am Rollstuhl ein Neigungssensor15 angeordnet, der mit der Steuerung des Hilfsantriebes4 verbunden ist und über den erkannt wird, ob der Rollstuhl eine Steigung oder ein Gefälle bewältigt oder sich auf ebener Strecke befindet. Auch der Neigungssensor15 könnte in die Gehäuse der Motoren10 ,20 integriert sein. Der Geschwindigkeitsverlauf jedes der Antriebsräder1 ,2 wird über die Drehzahl der Motoren10 ,20 ermittelt. In5 ,6 ist ersichtlich, dass zwei Kurven überlagert werden. Da der Rollstuhl in Geradeausfahrt ist, liegen diese Kurven ganz dicht beieinander. Die Geschwindigkeit der Antriebsmotoren10 ,20 entspricht der Geschwindigkeit der beiden Antriebsräder1 ,2 . Wenn beide Antriebsräder1 ,2 eine vorgegebene Geschwindigkeit (beispielsweise vmin = 1 km/h oder vmin = 0,75 km/h) bis zum Stilstand unterschreiten, wird der Hilfsantrieb4 so zugeschaltet, dass der Rollstuhl für ein vorgegebenes Zeitintervall Z im Stillstand verharrt oder so lange, bis der Hilfsantrieb4 manuell ausgeschaltet wird. Das Zeitintervall Z kann solange andauern, bis der Rollstuhlfahrer wieder Antriebskräfte in die Greifringe1.1 ,2.1 einleitet. Über den Neigungssensor15 erkennt die Steuerung ob der Rollstuhl bergan oder bergab fährt und damit wird die Drehrichtung der Antriebsmotoren10 ,20 entsprechend gesteuert. Bei Steigungsfahrt und Stillstand des Rollstuhls werden die Antriebsmotoren10 ,20 in Fahrtrichtung angetrieben, bei Bergabfahrt entgegen der Fahrtrichtung. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebsrad
- 1.1
- Greifring
- 1a
- Antriebsachse
- 2
- Antriebsrad
- 2.1
- Greifring
- 3
- Rahmen
- 3.1
- Gabel
- 3.2
- Anlauffläche
- 4
- Hilfsantrieb
- 4.1
- Achsrohr
- 5
- Sitz
- 6
- Fußstütze
- 7
- Lenkrad
- 8
- Lenkrad
- 9
- Radnabe
- 9.1
- Innenverzahnung
- 10
- Antriebsmotor
- 10.1
- Ausgangswelle
- 10.2
- Außenverzahnung
- 15
- Neigungssensor
- 20
- Antriebsmotor
- 20.1
- Ausgangswelle
- 20.2
- Außenverzahnung
- 30
- Handgriff
- t
- Zeit
- Ti
- Zeitabstand
- S1
- Anschubphase
- S2
- Anschubphase
- Si
- Anschubphase
- Si+1
- Anschubphase
- v
- Geschwindigkeit
- v2
- Geschwindigkeit
- vmax
- Geschwindigkeit
- vmin
- Geschwindigkeit
- Z
- Zeitintervall
- Beschleunigung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2013/006818 [0002]
- DE 102014103907 A1 [0003]
- DE 102005048374 A1 [0004]
- EP 2740455 B1 [0005]
- DE 102012103136 B4 [0006]
- DE 102016118032 [0023]
Claims (10)
- Rollstuhl mit einem Rahmen (3) und wenigstens zwei Antriebsrädern (1, 2), die sowohl manuell durch auf sie in nacheinander abfolgenden Anschubphasen (S) eingeleitete Kräfte als auch mittels wenigstens eines elektrischen Hilfsantriebes (4) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Hilfsantriebes (4) eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Zeitabstände (Ti) zwischen zwei Anschubphasen (Si, Si+1) und der Geschwindigkeitsverlauf des Rollstuhls als Funktion der Zeit ausgewertet werden.
- Rollstuhl nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während der Anschubphasen (Si, Si+1) die Beschleunigung - Rollstuhl nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Auswerteintervall mindestens zwei, vorzugsweise drei aufeinanderfolgende Zeitabstände (Ti) zwischen zwei Anschubphasen ausgewertet werden. - Rollstuhl nach
Anspruch 2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit (v2) mit der der Hilfsantrieb (4) zugeschaltet wird, frei konfigurierbar ist. - Rollstuhl nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v2), mit der der Hilfsantrieb (4) zugeschaltet wird, die im Auswerteintervall maximal erreichten Geschwindigkeit (vmax) nicht überschreitet. - Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (vconst) des Rollstuhls mittels der Steuerung der Geschwindigkeit (v2) des Hilfsantriebs (4) konstant gehalten wird.
- Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Gelände-Steigungs-/Gefällstrecken vom Hilfsantrieb (4) die Funktion einer Haltebremse übernehmbar ist, in dem der Geschwindigkeitsverlauf jedes der Antriebsräder (1, 2) detektiert wird und dann, wenn alle Antriebsräder (1, 2) eine vorgegebene Geschwindigkeit (vmin) bis zum Stillstand unterschreiten, der Hilfsantrieb (4) so zugeschaltet wird, dass der Rollstuhl im Stillstand für ein Zeitintervall z verharrt.
- Rollstuhl nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung von Steigungs- oder Gefällstrecken ein Neigungssensor (5) vorgesehen ist. - Rollstuhl nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsantrieb (4) aus zwei je eine Ausgangswelle (11, 21) aufweisende, zu einer Einheit zusammengefasste Elektromotoren (10, 20) besteht und jede Ausgangswelle (10.1, 20.1) an ihrem freien Ende mit einer Antriebsachse (1a) bzw. der Radnabe (9) je eines Antriebsrades (1, 2) verbunden ist.
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- 2018-03-15 WO PCT/EP2018/056591 patent/WO2018215110A1/de active Application Filing
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