NL1040717A - Zelfbalancerende rolstoel - Google Patents

Description

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een zelfbalancerende rolstoel. Daarmee wordt een aangedreven rolstoel bedoeld van het type dat een stel wielen en een frame omvat, waarbij de wielen het frame zodanig ondersteunen dat het frame bij gebruik kantelbaar is, waarbij de rolstoel is ingericht om het frame actief in evenwicht te houden, waarbij op het frame een zitting is gemonteerd, waarbij de rolstoel bedienbaar is om te worden aangedreven door het al zittend op de zitting uit evenwicht brengen van het frame.

Bekende zelfbalancerende rolstoelen zijn doorgaans gebaseerd op techniek die is ontwikkeld voor een zelfbalancerende voertuig dat is ingericht om een persoon staand te vervoeren. Dit tweewielige voertuig, ook wel bekend onder de merknaam "Segway", is algemeen bekend. De bediening van dit voertuig is ook bekend: leunt een gebruiker die op een frame van het voertuig staat naar voren of naar achteren, zodat een door het voertuig actief aangehouden evenwicht van het frame wordt verstoord en een kanteling van het frame wordt bewerkstelligd, dan wordt een aandrijving van het voertuig aangestuurd om de wielen aan te drijven. Afhankelijk van de leunrichting rijdt het voertuig dan naar voren of naar achteren. Wanneer het voertuig stilstaat, kan de gebruiker door een bepaalde neutrale positie aan te houden het frame in een ongekantelde toestand houden om aldus het voertuig op zijn plaats te houden. EP 2 606 867 A1 toont een zelfbalancerende rolstoel waarbij de zitting vast met het frame is verbonden. Het uit evenwicht brengen van het frame gebeurt bij deze rolstoel net als bij een "Segway" door het naar voren of naar achteren leunen van de gebruiker.

Het is gebleken dat het al leunend uit evenwicht brengen van het frame van een zelfbalancerende rolstoel relatief vermoeiend is. Dit vormt met name een probleem voor mensen met een bepaalde spierziekte, die maakt dat men efficiënt met zijn krachten moet omgaan.

Het is een doel van de uitvinding om een oplossing voor bovengenoemd probleem te verschaffen. In het bijzonder is het een doel van de uitvinding om een rolstoel van het zelfbalancerende type te verschaffen, die met relatief weinig moeite bedienbaar is.

Bovengenoemd doel is bereikt met een rolstoel van het zelfbalancerende type, met het kenmerk, dat de zitting en het frame onderling beweegbaar zijn verbonden, waarbij de zitting ten opzichte van het frame verplaatsbaar is langs een in hoofdzaak horizontaal gerichte baan, waarbij tussen de zitting en het frame een veer is voorzien voor het tegenwerken van een verplaatsing van de zitting langs genoemde baan en voor het vanuit een verplaatste positie terug naar een uitgangspositie verplaatsen van de zitting.

Dat de zitting verplaatsbaar is langs een in hoofdzaak horizontaal gerichte baan, maakt het mogelijk om het frame van de rolstoel uit balans te brengen door het lichaam met zitting en al te verschuiven ten opzichte van het frame. Een gebruiker van de rolstoel kan zich daartoe bijvoorbeeld optrekken aan een stuurstang, of zich daartegen afzetten. Het terugverplaatsen van de zitting kan eenvoudig plaatsvinden door toe te geven aan een kracht die tijdens een heenverplaatsing vanuit een bepaalde uitgangspositie is opgebouwd in de veer. Het is gebleken dat de bewegingen die aldus benodigd zijn voor het bedienen van de rolstoel voor veel gebruikers minder moeite kosten dan het leunen zoals dat is benodigd bij een rolstoel waarbij de zitting vast is verbonden met het frame. Aldus is een rolstoel volgens de uitvinding relatief gemakkelijk bedienbaar.

De tegenwerkende kracht van de veer kan instelbaar zijn. Voor verschillende gebruikers kan er dan een andere kracht worden ingesteld die is benodigd voor het bedienen van de rolstoel.

De rolstoel kan een steunconstructie omvatten die de zitting ondersteunt op het frame, waarbij de steunconstructie ten minste één staander omvat die scharnier-baar is verbonden met elk van de zitting en het frame. Het verplaatsen van de zitting wordt dan mogelijk gemaakt door het scharnieren van de staander ten opzichte van de zitting en het frame.

De steunconstructie kan ook twee op afstand van elkaar geplaatste staanders omvatten, die elk scharnierbaar zijn verbonden met elk van de zitting en het frame. Aldus kan de zitting tijdens het verplaatsen ten opzichte van het frame een vlakke oriëntatie aanhouden.

De zitting kan ten behoeve van het comfort van een gebruiker via ten minste één staander geveerd en/of gedempt zijn ondersteund op het frame.

Ten minste één van de staanders kan zelf zijn uitgevoerd als een veer of een schokdemper.

De veer kan een staander verbinden met de zitting of het frame, om een veerkracht op te wekken bij het scharnieren van die staander ten opzichte van de zitting, respectievelijk het frame.

Een met een staander verbonden uiteinde van de veer kan ten opzichte van die staander verschuifbaar zijn ten behoeve van het instellen van de veerkracht van de veer.

De uitgangspositie van de zitting ten opzichte van het frame kan instelbaar zijn. Aldus kan voor verschillende gebruikers een andere uitgangspositie worden ingesteld.

Bij voorkeur is een besturingseenheid voor het aansturen van een aandrijving van de wielen zodanig ingericht, en is de uitgangspositie van de zitting zodanig ingesteld of instelbaar, dat de wielen stil kunnen worden gehouden wanneer de zitting zich in de uitgangspositie bevindt. Aldus kan de rolstoel in actieve toestand ook zonder gebruiker op een bepaalde plaats stil staan. Verder kan een gebruiker dan relatief eenvoudig een juiste zitpositie aannemen door zijn gewicht zo centraal mogelijk boven de kantelas van het frame te positioneren.

Verdere voordelige uitvoeringsvormen van een rolstoel volgens de uitvinding zijn uitgewerkt in de afhankelijke conclusies.

De uitvinding wordt in meer detail beschreven onder verwijzing naar de tekeningen, waarin schematisch verschillende uitvoeringsvormen van een rolstoel volgens de uitvinding zijn getoond, waarbij:

Figuur 1 een relatief simpele eerste uitvoeringsvorm toont, waarbij de zitting tegen een bepaalde veerkracht in verplaatsbaar is ten opzichte van het frame, waarbij de veerkracht instelbaar is, waarbij de zitting, ten behoeve van het comfort, ook verticaal verend wordt ondersteund;

Figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm toont, die is aangepast ten opzichte van de eerste uitvoeringsvorm, zodanig dat een uitgangspositie van de zitting ten opzichte van het frame instelbaar is.

Figuur 1 toont een rolstoel 100, omvattende twee wielen 110 en een frame 120. Vanwege het gekozen aanzicht is in Figuur 1 slechts één van de twee wielen 110 zichtbaar. Figuur 1 toont verder een ondergrond 400.

De twee wielen 110 zijn opgesteld aan tegenovergestelde zijden van het frame 120, langs een gemeenschappelijke rotatieas 111. Het frame 120, dat via de wielen 110 steunt op de ondergrond 400, is aldus in beginsel kantelbaar om de gemeenschappelijke rotatieas 111. Die rotatieas 111 vormt daarmee ook een kantelas 121 voor het frame 120.

Figuur 1 toont de rolstoel 100 in een geparkeerde toestand, waarbij uitklapbare standaarden 140a, 140b, die respectievelijk aan een voorste gedeelte 122 en aan een achterste gedeelte 123 van het frame 120 zijn voorzien, in een uitgeklapte stand staan. De standaarden 140a, 140b steunen in die stand aan weerszijden van de kantelas 121 op de ondergrond 400, en houden aldus het frame 120 in evenwicht.

Op het frame 120 is een zitting 130 gemonteerd, die is voorzien op een steunconstructie 150 die een verplaatsing van de zitting 130 ten opzichte van het frame 120 mogelijk maakt. De steunconstructie 150 is zodanig ingericht, dat de zitting 130 zich bij een verplaatsing ten opzichte van het frame 120 beweegt langs een in hoofdzaak horizontaal gerichte baan 190, meer in het bijzonder een baan 190 die ligt in een vlak dat loodrecht staat op de kantelas 121. In Figuur 1 is genoemde baan 190 weergegeven als een gestippelde lijn.

In het getoonde voorbeeld omvat de steunconstructie 150 een voorste staander 160 die de zitting 130 aan de voorzijde ondersteunt, en een achterste staander 170 die de zitting 130 aan de achterzijde ondersteunt. De twee staanders 160,170 zijn daartoe op afstand van elkaar opgesteld aan weerszijden van de kantelas 121. Bovenste uiteinden 161,171 van de staanders 160,170 zijn daarbij elk scharnierbaar verbonden met de zitting 130, en onderste uiteinden 162, 172 van de staanders 160,170 zijn elk scharnierbaar verbonden met het frame 120. De verschillende scharnierpunten laten elk een rotatie toe om een as die parallel ligt aan de kantelas 121, waardoor de steunconstructie 150 als geheel zo kan scharnieren, dat de zitting 130 een verplaatsingsvrijheidsgraad heeft in de voor- en achterwaartse richting ten opzichte van het frame 120.

Tussen de zitting 130 en het frame 120 is een veer 180 voorzien, die is ingericht om een kracht te leveren die een verplaatsing van de zitting 130 ten opzichte van het frame 120 tegenwerkt. De veer 180 heeft een eerste uiteinde 181 dat scharnierbaar is vastgemaakt aan de voorste staander 160 op enige afstand van het onderste uiteinde 162 daarvan, en een tweede uiteinde 182 dat scharnierbaar is verbonden met het frame 120. Aldus heeft de veer 180 de mogelijkheid om bij het scharnieren van de steunconstructie 150 mee te bewegen, en om tijdens het scharnieren een kracht uit te oefenen op de eerste staander 160, welke kracht afhankelijk is van de hoekverdraaiing van die staander 160 ten opzichte van het frame 120.

De afstand tussen het eerste uiteinde 181 van de veer 180 en het onderste uiteinde 162 van de van de eerste staander 160 is instelbaar. Daartoe is in de eerste staander een sleuf 163 voorzien, waarlangs het eerste uiteinde 181 van de veer 180 verschuifbaar is, waarbij het eerste uiteinde 181 op verschillende posities kan worden vastgemaakt. Aldus kan een arm worden ingesteld waaronder een door de veer 180 uitgeoefende kracht op de eerste staander 160 werkt, om aldus een bedieningskracht te variëren die een gebruiker van de rolstoel 100 moet uitoefenen om de zitting 130 te verplaatsen ten opzichte van het frame 120.

De achterste staander 170 is uitgevoerd als een schokbreker, om een gebruiker van de rolstoel 100 een bepaald comfort te bieden.

De rolstoel 100 is ingericht om het frame 120 actief in een bepaald evenwicht te houden, waarbij een aandrijving van de rolstoel 100 bedienbaar door het uit evenwicht brengen van het frame 120. Dergelijke gecombineerde balancerings- en aandrijftechniek is bekend van bestaande zelfbalancerende rolstoelen, alsmede van andere zelfbalancerende voertuigen, en behoeft daarom niet in detail te worden uitgelegd.

In wezen is voor de hier beschreven rolstoel 100 alleen het effect van de bekende techniek van belang: (i) de rolstoel 100 kan het frame 120 zelf in evenwicht houden, bijvoorbeeld door met een aandrijving (niet getoond) een bepaald moment op het frame 120 uit te oefenen, om een bepaalde oriëntatie van dat frame 120 te bereiken of aan te houden, waarbij de oriëntatie van het frame 120 eventueel varieert in afhankelijkheid van de aangehouden snelheid, en (ii) de rolstoel 100 kan een door een gebruiker veroorzaakte onbalans ten opzichte van een bepaald referentie-evenwicht detecteren, bijvoorbeeld door het meten van een afwijking van een oriëntatie van het frame 120 ten opzichte van een bepaalde referentie-oriëntatie, en kan in afhankelijkheid van een gedetecteerde onbalans de aandrijving aansturen om de rolstoel 100 een bepaalde snelheid mee te geven of aan te laten houden. Het resultaat is bekend: door een verplaatsing van het gewicht van de gebruiker naar voren kan de rolstoel 100 worden bediend om naar voren te rijden, en door een verplaatsing van het gewicht van de gebruiker naar achter kan de rolstoel 100 worden bediend om naar achteren te rijden.

De werking van de rolstoel 100 van Figuur 1 is daarmee als volgt.

Een gebruiker neemt plaats op de zitting 130, en stelt de rolstoel 100 indien nodig in werking, zodat het frame 120 automatisch wordt gebalanceerd. Vervolgens worden al dan niet automatisch de standaarden 140a, 140b ingeklapt, zodat het frame 120 vrij is om te worden gekanteld. Wanneer in deze situatie een positie van de zitting 130 zodanig is ingesteld, dat het frame 120 ondanks de aanwezigheid van de gebruiker op de zitting 130 in een balans is, die overeenkomt met een door een besturingseenheid van de rolstoel 100 gedefinieerde balans die is geassocieerd met stilstand, worden de wielen 110 niet aangedreven, en blijft de rolstoel 100 op zijn plaats.

Een gebruiker zet de rolstoel 100 in beweging door zich af te zetten tegen het frame 120, zodanig dat de zitting 130 ten opzichte van het frame 120 verplaatst. Het zwaartepunt van het samenstel van zitting 130 en gebruiker verschuift hierdoor voor-of achterwaarts, afhankelijk van de richting waarin de gebruiker zich afzet. Als gevolg daarvan wordt er op een bepaald moment een onbalans met een bijbehorende kanteling van het frame 120 verkregen, die voldoende is om de rolstoel 100 in beweging te zetten. De rolstoel 100 gaat dan rijden in de gewenste richting.

Tijdens het rijden kan de gebruiker de mate waarin hij zich afzet variëren, om daarmee zijn lichaam met zitting 130 en al in een andere positie ten opzichte van het frame 120 te brengen, en aldus, wederom door middel van een verschuiving van eerdergenoemd zwaartepunt, een andere mate van onbalans te creëren en een andere mate van kanteling van het frame 120 te verkrijgen. Afhankelijk van hoe eerdergenoemde besturingseenheid precies is ingericht, kan aldus de snelheid van de rolstoel 100 worden gevarieerd, of kan de rolstoel 100 weer tot stilstand worden gebracht.

Om zich af te zetten tegen het frame 120 kan een gebruiker bijvoorbeeld aangrijpen op een stuurstang 125 die kan zijn voorzien aan de voorzijde van de rolstoel 100, zoals getoond in Figuur 1.

Het wordt opgemerkt, dat een rolstoel 100 zoals weergegeven in Figuur 1 op relatief eenvoudige wijze kan worden gemaakt, door op een frame van een basisvoertuig dat van zichzelf al zelfbalancerend is, een zitting 130 en een steun-constructie 150 aan te brengen. In een dergelijk geval kan het van belang zijn dat de zitting 130 en de steunconstructie 150 zodanig worden gemonteerd, dat althans in de uitgangspositie van de zitting 130 ten opzichte van het frame 120 een gezamenlijk zwaartepunt van zitting 130 en steunconstructie 150 boven de kantelas van het frame van het basisvoertuig ligt. Zo kan worden voorkomen dat reeds zonder dat de zitting is vanuit een de uitgangspositie is verplaatst, er een onbalans is die de besturingseenheid van het basisvoertuig met een rijdende situatie associeert. De rolstoel 100 zou dan bij het activeren immers meteen kunnen gaan rijden.

Een probleem dat verband houdt met het hierboven beschreven probleem, betreft het feit dat een rolstoel die is ingesteld om te worden gebruikt door de ene persoon, niet per se ook door een andere persoon kan worden gebruikt. Verschillen in lichaamsbouw tussen verschillende personen kunnen er immers voor zorgen, dat het gecombineerde zwaartepunt van gebruiker en zitting bij verschillende personen op een andere plaats ligt. Hierdoor kan, wanneer de zitting zich in een bepaalde uitgangspositie ten opzichte van het frame bevindt, het frame voor de ene persoon in balans zijn, en voor de andere persoon in onbalans. Ook dit kan ervoor zorgen dat de rolstoel gaat rijden zonder dat de zitting uit de uitgangspositie is gebracht.

Om bovengenoemd probleem op te lossen, kan een steunconstructie 150 die de zitting 130 ondersteunt op het frame 120 instelbaar zijn om verschillende uitgangsposities voor de zitting 130 ten opzichte van het frame 120 te kunnen instellen. In het getoonde voorbeeld kunnen bepaalde scharnierpunten van de steunconstructie 150 daartoe verplaatsbaar zijn om een uitgangspositie van de zitting 130 in voor- of achterwaartse richting ten opzichte van het frame 120 te verschuiven. Een verplaatsbaar scharnierpunt kan bijvoorbeeld het scharnierpunt van genoemd tweede uiteinde 172 van de tweede staander 170 zijn, welk scharnierpunt bij voorkeur in combinatie verplaatsbaar is met genoemde tweede uiteinde 182 van de veer 180.

Zoals weergegeven bij de rolstoel 200 in de uitvoeringsvorm getoond in Figuur 2, kan een rolstoel volgens de uitvinding ook een draaiwiel 210 omvatten voor het instellen van de uitgangspositie van de zitting 130.

Het draaiwiel 210 kan, zoals weergegeven, zijn gemonteerd aan het frame 200, waarbij het draaiwiel 210 roteerbaar is om een as die parallel ligt aan de kantel-as 121 van het frame 120. Eerdergenoemde tweede uiteinden 172, 182 van de tweede staander 170 en de veer 180 kunnen elk scharnierbaar aan het draaiwiel zijn gemonteerd, waarbij het draaiwiel 210 aandrijfbaar is door een actuator, bijvoorbeeld een verlengbare actuator 220 waarvan een eerste uiteinde 221 scharnierbaar is verbonden met het frame 200, en een tweede uiteinde 222 scharnierbaar is verbonden met het draaiwiel 210.

Wordt de actuator 220 voor het in beweging zetten van het draaiwiel 210 bediend, dan worden genoemde verbonden tweede uiteinden 172,182 verplaatst, als gevolg waarvan de tweede staander 170 en de veer 180 van positie veranderen. Genoemde tweede uiteinden 172,182 van de tweede staander 170 en de veer 180 kunnen hierbij zodanig zijn gepositioneerd, dat een beweging van het draaiwiel 210, of van een ander verplaatsbaar element waarmee genoemde uiteinden 172,182 zijn verbonden, de uitgangspositie van de zitting 130 kantelt ten opzichte van het frame 120.

Bij voorkeur is het draaiwiel 210 bedienbaar in afhankelijkheid van een oriëntatieverandering van het frame 120, om aldus te kunnen corrigeren voor een automatische kanteling van het frame 120, zoals die bij bepaalde snelheden soms optreedt bij bestaande zelfbalancerende voertuigen, die als basisvoertuig voor een zelfbalancerende rolstoel zouden kunnen worden gebruikt. Een dergelijke functionaliteit kan worden bereikt met een koppeling tussen de actuator 220 die is ingericht om het draaiwiel 210 in beweging te zetten, en de besturingseenheid van de rolstoel 200.

Volgens een verder aspect van de uitvinding, dat niet nader is uitgewerkt in Figuur 2, kan ten behoeve van het aanpassen van de rolstoel 200 aan verschillende gebruikers een hoogte van de zitting 130 ten opzichte van het frame 120 instelbaar zijn. Volgens nog een verder aspect, kan voor een verbeterd comfort niet alleen aan de achterzijde van de zitting 130 een schokdemper 170 zijn voorzien, maar ook aan de voorzijde. Volgens weer een ander aspect is tussen de zitting 130 en het frame 120 niet alleen een veer 180 voorzien, maar ook een demper, voor het dempen van een horizontale beweging van de zitting 130 ten opzichte van het frame 120. In een voordelige uitvoeringsvorm zijn genoemde veer 180 en demper geïntegreerd in een enkele schokdemper.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de in het voorgaande besproken uitvoeringsvoorbeelden, maar dat diverse varianten en modificaties mogelijk zijn binnen de beschermingsomvang van de uitvinding zoals gedefinieerd in de aangehechte conclusies.

Claims (15)

1. Aangedreven rolstoel (100, 200) omvattende een stel wielen (110) en een frame (120), waarbij de wielen (110) het frame (120) zodanig ondersteunen dat het frame (120) bij gebruik kantelbaar is, waarbij de rolstoel (100, 200) is ingericht om het frame (120) actief in evenwicht te houden, waarbij op het frame (120) een zitting (130) is gemonteerd, waarbij de rolstoel (100, 200) bedienbaar is om te worden aangedreven door het al zittend op de zitting (130) uit evenwicht brengen van het frame (120), met het kenmerk, dat de zitting (130) en het frame (120) onderling beweegbaar zijn verbonden, waarbij de zitting (130) ten opzichte van het frame (120) verplaatsbaar is langs een in hoofdzaak horizontaal gerichte baan (190), waarbij tussen de zitting (130) en het frame (120) een veer (180) is voorzien voor het tegenwerken van een verplaatsing van de zitting (130) langs genoemde baan (190) en voor het vanuit een verplaatste positie terug naar een uitgangspositie verplaatsen van de zitting (130).

2. Rolstoel (100, 200) volgens conclusie 1, waarbij de tegenwerkende kracht van de veer (180) instelbaar is.

3. Rolstoel (100, 200) volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende een steunconstructie (150) die de zitting (130) ondersteunt op het frame (120), waarbij de steunconstructie ten minste één staander (160,170) omvat die scharnierbaar is verbonden met elk van de zitting (130) en het frame (120).

4. Rolstoel (100, 200) volgens conclusie 3, omvattende twee op afstand van elkaar geplaatste staanders (160, 170), die elk scharnierbaar zijn verbonden met elk van de zitting (130) en het frame (120).

5. Rolstoel (100, 200) volgens conclusie 3 of 4, waarbij de zitting (130) via ten minste één staander (160, 170) geveerd en/of gedempt is ondersteund op het frame (120).

6. Rolstoel (100, 200) volgens conclusie 5, waarbij ten minste één staander (170) zelf is uitgevoerd als een veer of schokdemper.

7. Rolstoel (100, 200) volgens één der conclusies 3 tot en met 5, waarbij de veer (180) een staander (160, 170) verbindt met de zitting (130) of het frame (120), om een veerkracht op te wekken bij het scharnieren van die staander ten opzichte van de zitting (130), respectievelijk het frame (120).

8. Rolstoel (100, 200) volgens één der conclusies 3 tot en met 6, waarbij een met een staander (160) verbonden uiteinde (181) van de veer (180) ten opzichte van die staander (160) verschuifbaar is ten behoeve van het instellen van de veerkracht van de veer (180).

9. Rolstoel (100, 200) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de uitgangspositie van de zitting (130) ten opzichte van het frame (120) instelbaar is.

10. Rolstoel (100, 200) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een besturingseenheid voor het aansturen van een aandrijving van de wielen (120) zodanig is ingericht, en de uitgangspositie van de zitting (130) zodanig ingesteld of instelbaar is, dat de wielen (120) stil kunnen worden gehouden wanneer de zitting (130) zich in de uitgangspositie bevindt.

11. Rolstoel (100, 200) volgens één der conclusies 9 tot en met 10, waarbij een steunconstructie (150) die de zitting (130) ondersteunt op het frame (120), een voor-of achterwaartse verschuiving van de uitgangpositie mogelijk maakt.

12. Rolstoel (100, 200) volgens één der conclusies 9 tot en met 11, waarbij een steunconstructie (150) die de zitting (130) ondersteunt op het frame (120), een voor-of achterwaartse kanteling van de uitgangpositie mogelijk maakt.

13. Rolstoel (100, 200) volgens conclusie 12, waarbij een besturingseenheid voor het aansturen van een aandrijving van de wielen zodanig ingericht, dat bij een automatische correctie van de oriëntatie van het frame (120) bij een bepaalde aangehouden snelheid van de rolstoel (100, 200), de uitgangspositie van de zitting (130) automatisch wordt gekanteld om te compenseren voor de automatische correctie.

14. Rolstoel (100, 200) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een hoogte van de zitting (130) ten opzichte van het frame (120) instelbaar is.

15. Rolstoel (100, 200) volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de rolstoel (100, 200) is ingericht om een beweging van de zitting (130) ten opzichte van het frame (120) langs de horizontale baan (190) te dempen.