SE535373C2

SE535373C2 - Steering equipment for wheeled walking aids

Info

Publication number: SE535373C2
Application number: SE1001008A
Authority: SE
Inventors: Thomas Hellstroem
Original assignee: Thomas Hellstroem
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-07-10
Also published as: SE1001008A1

Description

535 373 Problemlösning Föreliggande uppﬁnning gör att användningen av rollatorer blir både lättare och säkrare, genom att den har de i de efterföljande patentkraven angivna särdragen. Uppﬁnningen kan inkluderas i en existerande eller ny rollator och innehåller funktioner för automatisk detektering av bl.a. föremål, väggar och trottoarkanter. Uppﬁnningen innehåller vidare elektriskt kontrollerbara bromsar som aktiveras för att automatisk korrigera rollatoms körriktning i syfte att undvika kollisioner och olyckor. 535 373 Problem solving The present invention makes the use of walkers both easier and safer, in that it has the features specified in the following claims. The invention can be included in an existing or new walker and contains functions for automatic detection of e.g. objects, walls and curbs. The invention also contains electrically controllable brakes that are activated to automatically correct the direction of travel of the rollator in order to avoid collisions and accidents.

En grundläggande princip är att handhavandet är väldigt likt handhavandet av en vanlig rollator. Äldre personer med kognitiva problem har oﬁa väldigt svårt att lära sig nya rutiner, oavsett hur enkla dessa En annan grundläggande princip för uppfinningen är att den automatiserade korrigeringen av köriiktriingen är passiv såtillvida att ingen motor driver rollatom. Användaren skjuter på vanligt sätt rollatorn framåt med niuskelkraft, och automatiken modiñerar endast körriktriingen genom att aktivera en av bromsarna som är monterade på de bakre hjulen. Om vänster hjul bromsas svänger rollatorn åt vänster, om och när föraren rör sig framåt, och vice versa. Aktiveringen av bromsama gör dessutom användaren uppmärksam på situationen, eﬁersom aktiveringen både känns och hörs.A basic principle is that the handling is very similar to the handling of a regular walker. Older people with cognitive problems find it very difficult to learn new routines, no matter how simple they are. Another basic principle of the invention is that the automated correction of driving instruction is passive insofar as no motor drives the roller atom. The user normally pushes the walker forward with new force, and the automatic only modifies the driving direction by activating one of the brakes mounted on the rear wheels. If the left wheel is braked, the walker turns to the left, if and when the driver moves forward, and vice versa. The activation of the brakes also makes the user aware of the situation, as the activation is both felt and heard.

Uppﬁnningen agerar således på samma sätt som en mänsklig följeslagare som ibland påverkar körriktningen med både verbala och fysiska medel. Frekvensen av aktiveringar av bromsarna är, liksom längden av varje aktivering, begränsad med syfte att minska användarens känsla av att styras av automatiken. Om manuella bromsar redan finns monterade kan de användas på oförändrat sätt. Sammantaget bidrar utforrrmingen till en säker och enkel användning, och därigenom till en ökad acceptans av uppfinningen.The invention thus acts in the same way as a human companion who sometimes influences the direction of travel by both verbal and physical means. The frequency of activations of the brakes, like the length of each activation, is limited in order to reduce the user's feeling of being controlled by the automation. If manual brakes are already fitted, they can be used unchanged. Overall, the design contributes to a safe and easy use, and thereby to an increased acceptance of the invention.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Som framgår av patentkraven kan uppfinningen appliceras på ﬂera typer av gång- och transporthjälpmedel försedda med vridbara hjul, exempelvis rollatorer, sängar och transportvagnar. Nedan beskrivs, utan att begränsa uppfinningens allmänna applicerbarhet, ett specifikt utförande applicerat på en rollator.Detailed description of the invention As is apparent from the claims, the invention can be applied to your types of walking and transport aids provided with rotatable wheels, for example rollators, beds and transport trolleys. Below, without limiting the general applicability of the invention, a specific embodiment applied to a walker is described.

Ett antal sensorer L1-L5 samt R|-R5, bromsar BL, BR samt en kontrollenhet c är monterade på rollatom. I Figur 1 och 2 visas vänstra respektive högra sidan av ett exempeluttörande.A number of sensors L1-L5 and R | -R5, brakes BL, BR and a control unit c are mounted on the roller atom. Figures 1 and 2 show the left and right sides of an example version, respectively.

Pilarna anger rollatoms normala färdriktning. Placeringen av sensorer och bromsar är 535 373 symmetrisk för rollatorns båda sidor. Kontrollenheten är försedd med ett batteri, och elektronik som genererar styrsignaler till bromsarna, baserat på signalema från sensorema.The arrows indicate the normal direction of travel of the rollator. The position of sensors and brakes is 535 373 symmetrical for both sides of the walker. The control unit is equipped with a battery, and electronics that generate control signals to the brakes, based on the signals from the sensors.

Bromsama BL och BR är monterade på det vänstra respektive högra bakhjulet, på liknande sätt som de manuella bromsar som finns på de flesta rollatorer. l ett utförande är BL och BR solenoider som bromsar hjulen genom att en elektromagnet pressar en bromskloss mot gummidäcket. I ett annat utförande är BL och BR magnetbromsar som bromsar hjulen direkt med hjälp av magnetiska fält. I andra utföranden aktiverar BL och BR rollatoms befintliga bromsar genom exempelvis linjära ställdon eller elektriska motorer. För att guida rollatom åt vänster aktiveras BL på vänster sida. För att guida rollatom till höger aktiveras BR på höger sida. Som tidigare nämnts är framdriften, inklusive svängmanövrar, helt manuell och rollatom rör sig framåt eller bakåt genom att användaren applicerar kraft på ett eller ﬂera av handtagen hL och hR. Förutom att modifiera körriktningen gör bromsaktiveringen användaren uppmärksam på situationen. Ett hörbart ljud uppstår då bromsklossen snabbt pressas mot däcket, och detta ger även upphov till en vibration som fortplantar sig via rollatoms metallrörskonstruktion f till de två handtagen hL och hR.The BL and BR brakes are mounted on the left and right rear wheels, respectively, in a similar way to the manual brakes found on most rollators. In one embodiment, BL and BR are solenoids that brake the wheels by an electromagnet pressing a brake pad against the rubber tire. In another embodiment, BL and BR are magnetic brakes that brake the wheels directly using magnetic fields. In other embodiments, BL and BR activate the existing brakes of the rollator through, for example, linear actuators or electric motors. To guide the atomizer to the left, BL is activated on the left side. To guide the roller atom to the right, BR is activated on the right side. As previously mentioned, the propulsion, including turning maneuvers, is completely manual and the roller moves forwards or backwards by the user applying force to one or ﬂ era of the handles hL and hR. In addition to modifying the direction of travel, the brake activation draws the user's attention to the situation. An audible sound occurs when the brake pad is quickly pressed against the tire, and this also gives rise to a vibration that propagates via the roller tube's metal tube construction f to the two handles hL and hR.

Sensorema L|-L4 och R|-R4 är i ett utförande infraröda avståndsmätare som skickar ut smala ljusstrålar och uppskattar avståndet till närmast reﬂekterande föremål i ljusstrålens riktning. l andra utföranden är L1-L4 och R|-R4 ultraljudssensorer eller radarsensorer.The sensors L | -L4 and R | -R4 are in one embodiment infrared distance meters that emit narrow light beams and estimate the distance to the nearest reflecting object in the direction of the light beam. In other embodiments, L1-L4 and R1-R4 are ultrasonic sensors or radar sensors.

Sensorema är monterade så att de täcker in det område runt rollatom där föremål måste kurma detekteras för att stödja uppﬁnningens funktioner. Sensorema L1 och R; är monterade så att de uppskattar avståndet till underlaget framför rollatoms vänstra respektive högra del, om inga föremål är emellan. Sensorema L1-L3 och Rg-R; är monterade så att de uppskattar avståndet till underlaget på sidan om rollatoms vänstra respektive högra del, om inga föremål är emellan. Sensorema L4 och R4 är monterade så att de uppskattar avståndet till närmaste föremål rakt ut åt sidoma, i vänster respektive höger riktning. Sensorema L5 och R5 uppskattar hastigheten för det bromsförsedda vänstra respektive högra bakhjulet, och är i ett utförande av typen ”wheel encoder”, och i ett annat utförande elektriska generatorer som är monterade så att de roterar med respektive bakhjul.The sensors are mounted so that they cover the area around the roller where objects must be detected to support the functions of the heater. Sensors L1 and R; are mounted so that they estimate the distance to the ground in front of the left and right parts of the rollator, if there are no objects in between. Sensors L1-L3 and Rg-R; are mounted so that they estimate the distance to the ground on the side of the left and right parts of the rollator, respectively, if there are no objects in between. The sensors L4 and R4 are mounted so that they estimate the distance to the nearest object straight out to the sides, in the left and right direction, respectively. The sensors L5 and R5 estimate the speed of the braked left and right rear wheels, respectively, and are in one embodiment of the type "wheel encoder", and in another embodiment electric generators which are mounted so that they rotate with the respective rear wheels.

Nedan beskrivs uppfinningens ﬁniktioner med referenser till de sensorer som används. 535 373 Undvika kollision med föremål Rollatoranvändare med kognitiva brister kolliderar ibland med möbler och dörrposter, speciellt i trånga utrymmen. För att undvika denna typ av problem har uppﬁnningen en funktion som aktiverar bromsen på en sida av rollatom om den andra sidan av rollatom kommer för nära ett föremål. Föremål på höger sida detekteras med Rl-Ra och på vänster sida med Ll-L4. När ett föremål kommer in i en sensors känslighetsornråde minskar de avlästa sensorvärdena. Sensorgränsvärden för då en broms ska aktiveras bestäms med en kalibreringsprocedur. För L2-L4 ställs då rollatom med en vägg nära dess vänstra sida. För Rz-Ra ställs rollatom med en vägg nära dess högra sida. För L; och R; ställs rollatom med en vägg nära dess front. I samtliga fall avläses sensorvärdena och lagras som sensorgränsvärden i kontrollenheten.The illustrations of the invention are described below with reference to the sensors used. 535 373 Avoid collision with objects Walkers with cognitive deficits sometimes collide with furniture and doorposts, especially in confined spaces. To avoid this type of problem, the invention has a function that activates the brake on one side of the roller atom if the other side of the roller atom gets too close to an object. Objects on the right side are detected with Rl-Ra and on the left side with Ll-L4. When an object enters a sensor's sensitivity range, the sensor values read decrease. Sensor limit values for when a brake is to be activated are determined with a calibration procedure. For L2-L4, the roller atom is then placed with a wall near its left side. For Rz-Ra, the roll atom is placed with a wall near its right side. For L; and R; the roller atom is placed with a wall near its front. In all cases, the sensor values are read and stored as sensor limit values in the control unit.

Undvika trottoarkant Vid användning utomhus framförs ofta rollatom på en trottoar, och oplanerad köming över en trottoarkant är oña förbundet med en stor olyckrisk. För att undvika sådana situationer detekterar uppﬁnningen vertikala kanter i underlaget. Om en kant detekteras på ena sidan av rollatom, aktiveras bromsen på det motstående hjulet. Detta har tvâ värdefulla konsekvenser. Dels guidas rollatom till att svänga från kanten, dels blir användaren uppmärksammad på att något oväntat inträffat, eftersom aktiveringen av bromsarna både känns och hörs. Trottoarkanter på vänster sida detekteras av L1, L; och L3. Trottoarkanter på höger sida detekteras av Rl, R; och R3. På plan mark mäter dessa sensorer avståndet från sensor till mark framför och på sidan av rollatom. I närheten av trottoarkanter eller gropar ökar dessa avståndsvärden. Avståndsgränsvärden för aktivering av bromsarna bestäms med en kalibreringsprocedur då rollatom ställs på plan mark, med vare sig trottoarkanter eller störande föremål i sensoremas känslighetsorrrråde.Avoid curbs When used outdoors, the roll-over is often driven on a pavement, and unplanned driving over a curb is not associated with a high risk of accidents. To avoid such situations, the invention detects vertical edges in the substrate. If an edge is detected on one side of the roller atom, the brake on the opposite wheel is activated. This has two valuable consequences. On the one hand, the roller atom is guided to turn from the edge, and on the other hand, the user is alerted to the fact that something unexpected has happened, since the activation of the brakes is both felt and heard. Sidewalks on the left side are detected by L1, L; and L3. Sidewalks on the right are detected by R1, R; and R3. On level ground, these sensors measure the distance from sensor to ground in front of and on the side of the roller atom. In the vicinity of curbs or pits, these distance values increase. Distance limits for activating the brakes are determined by a calibration procedure when the roller is placed on level ground, with neither curbs nor disturbing objects in the sensitivity area of the sensors.

Sensorvärden avläses därefter och lagras som avståndsgränsvärden i kontrollenheten.Sensor values are then read and stored as distance limit values in the control unit.

Följa korridor När rollatom körs inomhus i korridorer tenderar ibland rollatom att driva mot en av väggarna. Detta kan exempelvis bero på att ena sidan av användarens kropp är svagare än den andra, med följd att mindre kraft appliceras på rollatoms handtag på den sidan. L4 och R4 uppskattar avstånd till föremål i sidled och används i denna funktion till att avgöra 535 373 5' om rollatom framförs längs en eller två väggar, samt om rollatom driver mot en av väggarna. Automatiken bromsar i sådana fall automatiskt hjulet pâ motstående sida av rollatom. För att detektera en vägg krävs mer än att bara momentant uppskatta avståndet till närmaste föremål i sidled. En serie avståndsvärden, mätta under ett glidande tidsfönster, används för att approximera en linje som, om den är statistiskt säkerställd, antas representera en vägg. Genom att ta bort extremvärden (”outliers”) blir approximationen av avståndet till väggen oberoende av mindre objekt såsom stolar och förbipasserande personer i korridoren. Drift mot vägg föreligger om det momentana avståndet till den approximerade väggen minskar snabbare än ett inställt gränsvärde.Following the corridor When the roll atom is run indoors in corridors, the roll atom sometimes tends to push against one of the walls. This may, for example, be due to one side of the user's body being weaker than the other, with the result that less force is applied to the handle of the roller on that side. L4 and R4 estimate distances to objects laterally and are used in this function to determine whether the roller atom is advanced along one or two walls, and whether the roller atom drives against one of the walls. In such cases, the automation automatically brakes the wheel on the opposite side of the roller atom. Detecting a wall requires more than just momentarily estimating the distance to the nearest object sideways. A series of distance values, measured during a sliding time window, are used to approximate a line which, if statistically certain, is assumed to represent a wall. By removing outliers, the approximation of the distance to the wall becomes independent of smaller objects such as chairs and passers-by in the corridor. Operation against wall exists if the instantaneous distance to the approximate wall decreases faster than a set limit value.

Köra rakt I vissa situationer, exempelvis vid köming utomhus på trottoarer, ﬁnns ett likartat behov av att försäkra sig om att rollatom framförs rakt. Funktionen utgår från antagandet att hastighetema för de bromsförsedda hjulen antingen är i stort sett lika stora (vid körning rakt fram) eller skiljer sig markant från varandra (vid körning i sväng). Vid korrekt användning framförs normalt inte en rollator med en konsekvent liten hastighetsskíllnad mellan hjulen. Om användaren har kognitiva eller fysiska brister kan detta dock inträffa, och leder till att rollatom långsamt rör sig åt sidan istället för rakt fram. Sådana situationer hanteras av uppfinningen genom att hjulens hastigheter, som mäts med sensorema L; och Rs, används för att beräkna sidledes drift. Detta görs genom att kontinuerligt beräkna vridningen av rollatom med hjälp av dess kinematiska ekvationer.Driving straight In certain situations, for example when driving outdoors on sidewalks, there is a similar need to ensure that the walker is driven straight. The function is based on the assumption that the speeds of the braked wheels are either roughly the same (when driving straight ahead) or differ markedly from each other (when driving in turns). When used correctly, a walker with a consistently small speed difference between the wheels is not normally driven. However, if the user has cognitive or physical deficiencies, this can occur, leading to the walker slowly moving to the side instead of straight ahead. Such situations are handled by the invention by measuring the speeds of the wheels, which are measured with the sensors L; and Rs, are used to calculate lateral operation. This is done by continuously calculating the rotation of the roller atom using its kinematic equations.

Om en sekvens av vridningar, mätta under exempelvis l-metersförﬂyttningar, under en tidsperiod, exempelvis 30 sekunder, samtliga är större än ett gränsvärde och mindre än ett annat gränsvärde, innebär detta att rollatom framförts med en drift åt ena hållet. Bromsen på den andra sidan aktiveras då under en kort tid så att rollatom vrids i syfte att motverka driﬁen i sidled. Bromstiden är antingen konstant eller beroende av storleken på den beräknade driften. Ett armat sätt att detektera och mäta driﬂ är att använda ett gyro eller att mäta styrvinkeln på de vridbara framhjulen.If a sequence of rotations, measured during, for example, 1-meter displacements, for a period of time, for example 30 seconds, are all greater than one limit value and less than another limit value, this means that the roller atom has been driven with one operation in one direction. The brake on the other side is then activated for a short time so that the roller is turned in order to counteract the drive laterally. The braking time is either constant or depends on the size of the calculated operation. Another way to detect and measure drive is to use a gyro or to measure the steering angle of the swivel front wheels.

Begränsning av aktivering De funktioner som beskrivs ovan resulterar i att någon av bromsama på rollatom aktiveras med syfte att ändra körriktningen. För att minska användarens upplevelse av att 535 373 styras av automatiken begränsas frekvensen och längden av dessa aktiveringar med ett antal funktioner: Längden av varje bromsaktivering är begränsad med både ett minimivärde och ett maximivärde, och tiden innan nästa aktivering av samma broms kan ske begränsas av ett annat rnininrivärde.Limitation of activation The functions described above result in one of the brakes on the roller atom being activated with the aim of changing the direction of travel. To reduce the user's experience of 535 373 being controlled by the automatic, the frequency and length of these activations are limited by a number of functions: The length of each brake activation is limited by both a minimum value and a maximum value, and the time before the next activation of the same brake can be limited by another rninin value.

Aktiveringen av bromsarna är vidare blockerad om någon av de bromsfórsedda hjulens rotationshastigheter underskrider ett inställd gränsvärde eller om någon av hjulen rör sig bakåt. Rotationshastigheterna uppskattas med hjälp av sensorema L5 och R5.The activation of the brakes is further blocked if any of the rotational speeds of the braked wheels falls below a set limit value or if any of the wheels moves backwards. The rotational speeds are estimated using the sensors L5 and R5.

Claims

535 373 PATENT REQUIREMENTS

1. l. Steering equipment for wheeled walking aids, characterized by - at least two electrically controllable brakes (BL and BR) which are each adapted to, in the activated state, complicate or stop rotation of a wheel, and which in the deactivated state allow rotation of the same wheels, - a sensor device adapted to sense distances to objects in the environment, and to provide sensor signals related to these distances, and - an electronic control unit (c) connected to the sensor device and adapted to individually activate and deactivate each of the electrically controllable brakes.

Device according to claim 1, characterized in that at least one sensor (L | -L4 and R1-Ra) is arranged to provide a signal to the control unit, which varies with the distance to objects in front of and on the side of the aid.

Device according to claim 1, characterized in that at least one sensor (Li-L; and R1-R3) is arranged to provide a signal to the control unit, which varies with the distance to the substrate in front of and on the side of the aid.

Device according to claim 1, characterized in that at least two sensors (L4 and R4) are arranged to provide signals to the control unit, which vary with the distance to walls on the left and right side of the aid, respectively.

Device according to claim 1, characterized in that the device is provided with at least two sensors (LS and R5) arranged to provide signals to the control unit, which vary with the speed of the braked wheels.

Device according to claim 1, characterized in that the electronic control unit is arranged so that the length of a continuous activation of a brake is always shorter than 535 373 a preset or calculated maximum value and always longer than a preset or calculated minimum value.

Device according to claim 1, characterized in that the electronic control unit is arranged so that the length of a continuous deactivation of a brake is always greater than a minimum set or calculated minimum value.

Device according to claim 5, characterized in that the electronic control unit is arranged so that activation of the brakes is blocked if the signals emitted by the sensors (L5 and RS) which vary with the speeds of the braked wheels are less than a torque-set or calculated minimum value.