Transportmittel, insbesondere für körperbehinderte Menschen Means of transport, in particular for physically disabled people
Die Erfindung betrifft ein Transportmittel, insbesondere für körperbehinderte Menschen, für eine Fortbewegung im freien Terrain.The invention relates to a means of transport, in particular for physically disabled people, for locomotion in open terrain.
Gattungsgemäße Transportmittel werden auch als Rollstuhl bezeichnet. Der Rollstuhl ist ein Fahrzeug für Menschen, die auf Grund körperlicher Behinderung oder Beeinträchtigung in ihrer Fähigkeit zum Gehen eingeschränkt sind. Der Rollstuhl ermöglicht es diesen Menschen, dennoch mobil zu sein.Generic means of transport are also referred to as wheelchair. The wheelchair is a vehicle for people who are restricted in their ability to walk due to physical disability or impairment. The wheelchair enables these people to still be mobile.
Konventionelle Rollstühle bewegen sich auf Rädern. Das Rad als Grundelement einer solchen Bewegung benötigt eine nahezu ebene und befestigte Rollfläche. Die selbstständige Fortbewegung eines körperbehinderten Menschen im freien Terrain mit stets auftretenden Hindernissen bzw. auf weichem Untergrund ist mit einem konventionellen Rollstuhl fast unmöglich.Conventional wheelchairs move on wheels. The wheel as a basic element of such a movement requires a nearly flat and fixed rolling surface. The independent locomotion of a physically handicapped person in open terrain with always occurring obstacles or on soft ground is almost impossible with a conventional wheelchair.
Der im Rollstuhl sitzende körperbehinderte Mensch ist infolge seiner Beeinträchtigung gezwungen, sich ausschließlich auf ebenen und befestigten Flächen bzw. speziell für Rollstuhlfahrer vorgesehenen Wegen aufzuhalten. Dadurch leidet seine Bewegungsfreiheit und Lebensqualität.The person with disabilities sitting in the wheelchair is forced to rest exclusively on level and paved surfaces or paths designed specifically for wheelchair users. This suffers his freedom of movement and quality of life.
Die DE 102004019040 A1 offenbart einen Treppensteiger zum Selbststeigen, adaptierbar an Handrollstühlen mit einem Rahmen, einer Sitzfläche, einer Lehnenfläche und mit einer Sitzhinterkante, wo sich die Ebenen von Sitzfläche und Lehnen- fläche schneiden, sowie mit einer treppensteigenden Einheit, wie beispielsweise eine Raupe. Die sogenannte treppensteigende Einheit umfasst einen zweiten Rahmen oder ist fest in den Rahmen des Rollstuhles integriert. Der Rollstuhl umfasst mindestens einen Hebel, wobei dieser drehbar am Rahmen befestigt ist. Die Drehachse des Hebels verläuft etwa senkrecht zur Sitzhinterkante und ist maximal 15 cm von der Sitzhinterkante entfernt. Der genannte Hebel weist eine etwa senkrecht zurDE 102004019040 A1 discloses a stair climber for self-climbing, adaptable to hand wheelchairs with a frame, a seat surface, a backrest surface and with a seat trailing edge, where the planes of seat and backrest surface intersect, as well as with a stair-climbing unit, such as a caterpillar. The so-called stair-climbing unit comprises a second frame or is firmly integrated into the frame of the wheelchair. The wheelchair comprises at least one lever, which is rotatably mounted on the frame. The axis of rotation of the lever is approximately perpendicular to the rear edge of the seat and is not more than 15 cm from the rear edge of the seat. The said lever has an approximately perpendicular to
Drehachse orientierte Längsachse auf, wobei der drehachsenferne Teil jedes Hebels ein Rad als Rollmittel auf dem Untergrund aufweist. Der Hebel ist im Bezug zum Rahmen angetrieben und um mindestens 360 Grad drehbar.Rotary axis oriented longitudinal axis, wherein the rotary axis remote part of each lever has a wheel as a rolling means on the ground. The lever is driven relative to the frame and can be rotated by at least 360 degrees.
In der DE 202005004562 U1 ist eine Vorrichtung zur autodynamischen Überwindung von Stufen und Stufensystemen zum Anbau an einen Aktivrollstuhl mit einer Bedieneinheit offenbart, die dem Rollstuhlfahrer die Handhabung der Vorrichtung ermöglicht, mit einer Nivellierkonstruktion, die dazu ausgelegt ist, den Rollstuhl
während der Stufenüberwindung in einer konstanten Position von sieben Grad Neigung (nach hinten) zu halten. Ein am Rollstuhl angeordneter Treppensteiger, der mithilfe von zwei Laufrädern, die jeweils nächstgelegenen Treppenstufen befahren kann ermöglicht das Heraufheben und Absetzten der Vorrichtung auf den nächstge- legenen Treppenabsatz. Die Vorrichtung umfasst weiterhin zwei elektrische Antriebsmotore mit einer Steuereinrichtung und mit einer Sensoreinrichtung, die mindestens einen Neigungssensor aufweist, der dazu ausgelegt ist, die Neigung des Rollstuhls zu erfassen. Kennzeichnend für diese Erfindung ist die Auslegung der Steuereinrichtung zur Steuerung der Nivellierkonstruktion und des Treppensteigens in Abhängigkeit von der Neigung des Rollstuhles.DE 202005004562 U1 discloses a device for the autodynamic overcoming of steps and step systems for mounting on an active wheelchair with an operating unit, which enables the wheelchair user to handle the device, with a leveling construction designed for the wheelchair during the step overcoming to keep in a constant position of seven degrees inclination (backwards). A stairclimber placed on the wheelchair, which can be used to lift and set down the device on the nearest landing with the help of two wheels that can each move to the nearest staircase. The device further comprises two electric drive motors with a control device and with a sensor device which has at least one inclination sensor which is designed to detect the inclination of the wheelchair. Characteristic of this invention is the design of the control device for controlling the leveling and the stair climbing depending on the inclination of the wheelchair.
Besonders nachteilig bei den vorstehend beschriebenen Lösungen ist, dass die Räder zur Fortbewegung eine ebene und befestigte Rollfläche benötigen. Die Vorrichtungen zur Überwindung von Stufen sind Einzwecklösungen, die für Stufen mit einer bestimmten Größe ausgelegt sind. Zur Überwindung von Hindernissen im freien Terrain, beispielsweise unbefestigten Wegen mit Steinen, Wegspalten, Treppen u. ä., sind diese Lösungen ungeeignet.A particular disadvantage of the solutions described above is that the wheels need a flat and fixed rolling surface for locomotion. The step-over devices are single-purpose solutions designed for steps of a certain size. To overcome obstacles in open terrain, such as unpaved roads with stones, path columns, stairs u. Ä., These solutions are unsuitable.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Transportmittel so weiterzubilden, dass durch dieses Transportmittel den körperbehinderten, insbesondere gehbehinderten Menschen eine bessere Mobilität ermöglicht wird. Insbesondere soll das Transportmittel derart ausgebildet sein, dass sich körperbehinderte Menschen im freien Terrain mit im Weg liegenden Hindernissen, wie z. B. Steinen, zu überwindenden Stufen oder Treppen sowie aufweichen Untergründen, beispielsweise Waldböden, fortbewegen können.The object of the invention is to develop a means of transport so that by this means of transport the physically handicapped, in particular handicapped people better mobility is made possible. In particular, the means of transport should be designed so that physically disabled people in the open terrain with obstacles in the way, such. As stones, to be overcome steps or stairs and soften substrates, such as forest soil, can move.
Diese Aufgabe wird durch ein Transportmittel, insbesondere für körperbehinderte Menschen, gemäß dem 1. Patentanspruch gelöst. Die auf den 1. Patentanspruch rückbezogenen Patentansprüche 2 bis 15 beinhalten weitere vorteilhafte Erfin- dungsmerkmale und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Transportmittels.This object is achieved by a means of transport, in particular for physically disabled people, according to the first claim. The dependent on the first claim claims 2 to 15 include further advantageous features of the invention and embodiments of the transport according to the invention.
Ein erfindungsgemäßes Transportmittel weist eine Rahmenkonstruktion sowie eine an der Rahmenkonstruktion befestigte Sitzkonstruktion auf. Als Verbindungsglied zwischen der Rahmenkonstruktion und dem Bewegungsterrain ist eine Einrichtung zur Fortbewegung vorgesehen, welche zumindest sechs angetriebene und gesteuerte Laufelemente aufweist, die an der Rahmenkonstruktion voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Kopplung jedes Laufelementes zur Rahmenkonstruktion erfolgt unter Verwendung eines Gelenkes mit mindestens einem rotatorischen Frei-
heitsgrad um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse. Jedes Laufelement weist mindestens zwei weitere Gelenke mit mindestens jeweils einem rotatorischen Freiheitsgrad um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse auf und ist in mindestens zwei in Reihe hintereinander angeordnete Sektionen gegliedert, wobei die Sektionen mittels eines der Gelenke mit mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind alle Laufelemente baugleich ausgeführt.An inventive transport means has a frame construction and a seat structure attached to the frame construction. As a link between the frame construction and the Bewegungssterrain a means for locomotion is provided, which has at least six driven and controlled running elements, which are arranged spaced from each other on the frame structure. The coupling of each running element to the frame construction takes place by using a joint with at least one rotational free element. degree of inertia about a substantially vertical axis of rotation. Each running element has at least two further joints with at least one rotational degree of freedom about a substantially horizontal axis of rotation and is divided into at least two sections arranged in series one behind the other, wherein the sections by means of one of the joints with at least one rotational degree of freedom about a substantially horizontal axis of rotation connected to each other. Preferably, all running elements are designed identical.
Die Bewegung des Transportmittels wird mit einer Einrichtung zur Fortbewegung gewährleistet, die aus mindestens sechs Laufelementen besteht. Jedes Laufelement ist als beinartiges Gebilde gefertigt, das an der Rahmenkonstruktion drehbar gelagert ist. Die Laufelemente sind dabei im Hinblick auf den Schwerpunkt derart zueinander an der Rahmenkonstruktion angeordnet, dass das Transportmittel sowohl bei der Fortbewegung als auch beim Stehen stabil und sicher auf dem Terrain platziert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Laufelemente zur Rahmenkonstruktion an denjenigen Stellen drehbar gelagert sind, die vom Schwerpunktbereich des gesamten Transportmittels gleich beabstandet sind. Die Rotationsachsen der Gelenke mit einem rotatorischen Freiheitsgrad, die zwischen der Rahmenkonstruktion und den Laufelementen angeordnet sind, liegen parallel zueinander. Jedes Laufelement ist dabei in mindestens zwei in Reihe hintereinander angeordnete Sektionen gegliedert, wobei zusätzliche Gelenke mit einem rotatorischen Freiheitsgrad zwischen den einzelnen Sektionen angeordnet sind.The movement of the means of transport is ensured by a device for locomotion, which consists of at least six running elements. Each running element is made as a leg-like structure which is rotatably mounted on the frame structure. The running elements are arranged with respect to the center of gravity to each other on the frame structure that the means of transport is placed both in locomotion and when standing stable and secure on the ground. This is achieved in that the running elements are rotatably mounted to the frame construction at those points which are equally spaced from the center of gravity of the entire transport. The rotation axes of the joints with a rotational degree of freedom, which are arranged between the frame structure and the running elements, are parallel to each other. In this case, each running element is divided into at least two sections arranged one behind the other in series, wherein additional joints with a rotational degree of freedom are arranged between the individual sections.
Die an der Rahmenkonstruktion befestigte Sitzkonstruktion ist in konventioneller Weise als ergonomisch gestalteter Sitz für körperbehinderte Menschen ausgebildet, wobei der Sitz mit einer behindertengerechten Ausstattung versehen ist.The attached to the frame construction seat construction is formed in a conventional manner as an ergonomically designed seat for physically disabled people, the seat is provided with a handicapped accessible equipment.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Laufelemente an der Rahmenkonstruktion in zwei in Richtung der Laufbewegung orientierten Reihen angeordnet sind. Die Gelenkpunkte der Laufelemente sind üblicherweise in einer gemeinsamen horizontalen Ebene platziert. Die zwei Laufelemente-Reihen sind seitlich an der Rahmenkonstruktion angelenkt, so dass die sechs Laufelemente mit ihren mindestens drei Freiheitsgraden nicht durch die Rahmenkonstruktion in ihrer Bewegung gehindert sind.It has proved to be particularly advantageous if the running elements are arranged on the frame structure in two rows oriented in the direction of the running movement. The articulation points of the running elements are usually placed in a common horizontal plane. The two rows of tread elements are laterally hinged to the frame structure, so that the six tread elements with their at least three degrees of freedom are not hindered by the frame construction in their movement.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt das zwischen der Rahmenkonstrukion und der ersten Sektion eines Laufelementes angeordnete Gelenk zwei rotatorische Freiheitsgrade, wobei eine Rotationsachse dieses Gelen-
kes in vertikaler Richtung und die zweite Rotationsachse in horizontaler Richtung positioniert ist. Dadurch wird eine vorteilhafte Geometrie des Laufelementes für eine effiziente und schnelle Schrittbewegung erreicht.In a preferred embodiment of the invention, the joint arranged between the frame construction and the first section of a running element has two rotational degrees of freedom, one axis of rotation of this articulation kes in the vertical direction and the second axis of rotation is positioned in the horizontal direction. As a result, an advantageous geometry of the running element is achieved for an efficient and fast stepping movement.
Erfindungsgemäß sind die Rotationsachsen des zwischen den Sektionen eines Laufelementes angeordneten Gelenkes mit einem rotatorischen Freiheitsgrad in horizontaler Richtung positioniert.According to the invention, the axes of rotation of the joint arranged between the sections of a running element are positioned with a rotational degree of freedom in the horizontal direction.
Die Rotationsachse des Gelenkes mit einem rotatorischen Freiheitsgrad ist damit orthogonal zu der vertikalen Rotationsachse des Gelenkes mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden orientiert. Die Sektionen eines Laufelementes sind sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene frei bewegbar, so dass jedes Laufelement die für eine Schrittbewegung notwendige horizontale und vertikale Bewegungskomponente ausführen kann. Ein erfindungsgemäßes Transportmittel kann durch koordinierte Schritte der Laufelemente fortbewegt werden.The rotational axis of the joint with a rotational degree of freedom is thus oriented orthogonal to the vertical axis of rotation of the joint with two rotational degrees of freedom. The sections of a running element are freely movable both in the horizontal and in the vertical plane, so that each running element can execute the horizontal and vertical movement components necessary for a step movement. An inventive means of transport can be moved by coordinated steps of the running elements.
Aus der Natur sind zahlreiche biologische Systeme bekannt, deren Fortbewegung analog des erfindungsgemäßen Transportmittels ist. Der Bewegungsapparat einer Spinne oder eines Insekten der Gattung „Sechsbeiner" weist viele der erfindungs- gemäßen Einrichtung zur Fortbewegung ähnliche Merkmale auf. Es handelt sich dabei um eine sehr effiziente und energiesparende Bewegungsart, insbesondere im unebenen Terrain.From nature, numerous biological systems are known whose locomotion is analogous to the means of transport according to the invention. The musculoskeletal system of a six-legged spider or insect has many of the features of the invention for locomotion-like traits, and is a very efficient and energy-efficient form of movement, especially in uneven terrain.
Vorzugsweise weist zumindest eine Sektion jedes Laufelementes ein Gelenk mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad (Schubgelenk) zur Veränderung der Länge dieser Sektion auf. Jedes Laufelement weist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung aufgrund eines Gelenkes mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden, eines Gelenkes mit einem rotatorischen Freiheitsgrad sowie zumindest einer Sektion mit einem Gelenk mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad mindestens vier Freiheitsgrade auf.Preferably, at least one section of each running element has a joint with at least one translatory degree of freedom (sliding joint) for changing the length of this section. Each running element has in this embodiment of the invention due to a joint with two rotational degrees of freedom, a joint with a rotational degree of freedom and at least one section with a joint with at least one translational degree of freedom at least four degrees of freedom.
Vorzugsweise ist das Gelenk mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad in der Sektion des Laufelementes angeordnet, die auf dem Bewegungsterrain aufsteht. Diese Maßnahme erleichtert eine Bewegung in unebenem oder weichem Terrain, beispielsweise auf Wald- oder Feldboden sowie eine Überwindung von horizontalen Hindernissen, beispielsweise Treppenstufen, Steinen oder Einstiegskanten in öffentlichen Verkehrsmitteln, erheblich.
Um die im urbanen Raum am häufigsten auftretenden Hindernisse, nämlich Treppen, Randsteine oder Stufen, überwinden zu können, ist die Bewegungslänge des Gelenkes mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad so bemessen, dass eine Längenveränderung erreicht wird, die mindestens der Höhe einer üblichen Trep- penstufe, dass heißt ungefähr 15 bis 25 Zentimeter, entspricht.Preferably, the joint is arranged with at least one translational degree of freedom in the section of the running element, which rests on the Bewegungssterrain. This measure facilitates movement in uneven or soft terrain, for example on forest or field soil as well as overcoming horizontal obstacles, such as stairs, stones or entrance edges in public transport, considerably. In order to be able to overcome the obstacles which occur most frequently in urban areas, namely stairs, curbs or steps, the movement length of the joint is dimensioned with at least one translational degree of freedom such that a change in length is achieved which is at least as high as a conventional stair step. that means about 15 to 25 centimeters, corresponds.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Laufelement eine ringförmig geschlossene Gelenkkette mit vier Gelenken mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad auf, wobei die Drehachsen der vier Gelenke paral- IeI zueinander positioniert sind - Parallelogrammführung.In a further advantageous embodiment of the invention, the running element has an annularly closed articulated chain with four joints, each with at least one rotational degree of freedom, wherein the axes of rotation of the four joints are parallel to each other IeI positioned - parallelogram.
Das Laufelement weist bei einer solchen Ausgestaltung eine sehr hohe Steifigkeit auf, wodurch auf die einzelnen Gelenke mit einem rotatorischen Freiheitsgrad deutlich geringere Kräfte einwirken.The running element has in such an embodiment, a very high rigidity, which act on the individual joints with a rotational degree of freedom significantly lower forces.
Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung des Laufelementes mit einer ringförmig geschlossenen Gelenkkette mit vier Gelenken mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad kann vorteilhaft durch die Anordnung eines weiteren Gelenkes mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad in der Gelenkkette weitergebildet werden. Es ergibt sich eine Gelenkkette mit fünf Gelenken, wobei vier Gelenke jeweils mindestens einen rotatorischen Freiheitsgrad mit parallel zueinander positionierten Drehachsen aufweisen und ein Gelenk mindestens einen translatorischen Freiheitsgrad aufweist. Durch das Gelenk mit dem translatorischen Freiheitsgrad wird eine Sektion des Laufelementes in ihrer Länge veränderbar ausgeführt und so der Bewegungsumfang des Laufelementes erweitert.The above-described embodiment of the running element with a ring-closed joint chain with four joints, each with at least one rotational degree of freedom can advantageously be further developed by the arrangement of another joint with at least one translational degree of freedom in the joint chain. The result is a joint chain with five joints, wherein four joints each have at least one rotational degree of freedom with rotational axes parallel to each other and a joint has at least one translational degree of freedom. Due to the joint with the translational degree of freedom, a section of the running element is made variable in its length and thus expands the range of motion of the running element.
Vorteilhaft ist die Rahmenkonstruktion des Transportmittels in Leichtbauweise ausgeführt. Dies kann beispielsweise eine Rohrkonstruktion sein. Eine Rahmenkonstruktion aus Rohren ist besonders vorteilhaft auf Grund der hohen Festigkeit und des geringen Gewichtes, was bei einem mobilen Transportmittel von sehr großer Bedeutung ist.Advantageously, the frame construction of the transport is carried out in lightweight construction. This can be, for example, a pipe construction. A frame construction of tubes is particularly advantageous due to the high strength and low weight, which is very important in a mobile transport.
Vorzugsweise werden die Laufelemente in Gruppen zu je drei Laufelementen gesteuert. Mindestens drei auf dem Bewegungsterrain aufstehende Laufelemente gewährleisten einen ausreichend sicheren Stand des Transportmittels. Dabei befin- det sich der Schwerpunkt des Transportmittels ständig innerhalb eines Dreieckes, dessen Eckpunkte die Kontaktpunkte der jeweils auf dem Bewegungsterrain aufstehenden Laufelemente sind.
Die Laufelemente können durch Muskelkraft und/oder Joysticks und/oder intelligente Computersteuerung und/oder durch ein GPS-Modul gesteuert werden.Preferably, the running elements are controlled in groups of three running elements. At least three running elements standing up on the moving terrain ensure a sufficiently secure position of the means of transport. In this case, the center of gravity of the means of transport is constantly located within a triangle whose vertices are the points of contact of the respective running elements rising on the path of movement. The walking elements may be controlled by muscle power and / or joysticks and / or intelligent computer control and / or by a GPS module.
Vorzugsweise ist in der für das Aufstehen auf dem Bewegungsterrain ausgebildeten Sektion jedes Laufelementes ein Drucksensor angeordnet, der den Kontakt des Laufelementes mit dem Bewegungsterrain detektiert. Das Signal der Detektierung dient der Steuerung der Laufelemente für die Bewegung des Transportmittels. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Detektierung wird durch die Steuerung entweder ein neuer Schrittvorgang eingeleitet oder das Aufstehen der Laufelemente auf dem Bewegungsterrain gesteuert.Preferably, a pressure sensor is arranged in the trained for getting up on the moving terrain section of each running element, which detects the contact of the running element with the Bewegungssterrain. The signal of the detection serves to control the running elements for the movement of the means of transport. Depending on the result of the detection, the control either initiates a new step process or controls the rising of the running elements on the moving terrain.
Zum Betrieb des erfindungsgemäßen Transportmittels unter Verwendung der vorgenannten Vorrichtungsmerkmale kann wie folgt verfahren werden:The operation of the means of transport according to the invention using the aforementioned device features can be carried out as follows:
• Detektierung des Kontakts der Laufelemente mit dem Bewegungsterrain unter Verwendung der Drucksensoren,Detecting the contact of the running elements with the moving terrain using the pressure sensors,
• Anheben einer Gruppe von drei Laufelementen unter Verwendung eines oder beider Gelenke mit im Wesentlichen horizontaler Drehachse,Lifting a group of three running elements using one or both joints with a substantially horizontal axis of rotation,
• Drehen der Laufelemente dieser Gruppe unter Verwendung des Gelenkes mit im Wesentlichen vertikaler Drehachse undTurning the runners of this group using the hinge with a substantially vertical axis of rotation and
• Absetzen der Laufelemente dieser Gruppe auf der Fahrbahn unter Verwendung eines oder beider Gelenke mit im Wesentlichen horizontaler Drehachse.• depositing the runners of this group on the roadway using one or both joints with a substantially horizontal axis of rotation.
Da sich der Schwerpunkt des Transportmittels ständig über einem Dreieck befindet, dessen Eckpunkte die Kontaktpunkte der jeweils auf dem Bewegungsterrain aufstehenden Laufelemente sind, handelt es sich bei dem vorstehend beschriebenen Bewegungsablauf um ein sogenanntes statisches Gehen. Das Transportmittel kann ohne Einwirken einer äußeren Kraft nicht umfallen.Since the center of gravity of the means of transport is always located above a triangle whose vertices are the points of contact of the respective running elements rising on the path of movement, the sequence of movements described above is a so-called static walking. The means of transport can not fall over without the action of an external force.
Natürlich kann der Bewegungsablauf der Laufelemente auch so gesteuert werden, dass ein dynamisches Gehen erfolgt, bei dem sich der Schwerpunkt des Transportmittels auch außerhalb des Dreiecks befinden kann, dessen Eckpunkte die Kontaktpunkte der jeweils auf dem Bewegungsterrain aufstehenden Laufelemente sind, ohne dass es zu einem Umkippen des Transportmittels kommt. Die dafür notwendi- ge Steuerung ist jedoch deutlich aufwändiger.Of course, the movement of the running elements can also be controlled so that a dynamic walking takes place, in which the center of gravity of the means of transport can also be outside of the triangle whose vertices are the points of contact of each upstanding on the movement terrain running elements, without causing a tipping of the means of transport. However, the necessary control is much more complex.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Transportmittels sind Mittel zur Lagestabilisierung des Sitzes, beispielsweise ein Kreiselkompass, vorgesehen,
wobei die Lagestabilisierung des Sitzes durch die Steuerung der Laufelemente, d. h. der Gelenke mit in Wesentlichen horizontaler Drehachse und/oder der Gelenke mit einem translatorischen Freiheitsgrad erfolgt.In a further preferred refinement of the means of transport, means for stabilizing the position of the seat, for example a gyrocompass, are provided, wherein the position stabilization of the seat by the control of the running elements, that is, the joints with a substantially horizontal axis of rotation and / or the joints with a translatory degree of freedom.
Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:The significant advantages and features of the invention over the prior art are essentially:
• Universeller Einsatz des Transportmittels für körperbehinderte Menschen bzw. für eine Nutzlast, da eine Bewegung auf jedem Bewegungsterrain möglich ist. • Das Transportmittel ist - im Gegensatz zum klassischen Rollstuhl - für eine Vielzahl von Bewegungsarten geeignet, beispielsweise zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung, zum Seitengang, Kurvengang sowie Klettergang für die Überwindung von Höhendifferenzen.• Universal use of the means of transport for physically handicapped people or for a payload, since a movement is possible on every movement terrain. • The means of transport - unlike the classic wheelchair - are suitable for a variety of types of movement, for example, for forward and backward movement, to the side corridor, cornering and climbing gear for overcoming height differences.
• Das Transportmittel weist ein komfortables Gehverhalten für körperbehinderte Menschen auf.• The means of transport has a comfortable walking behavior for physically handicapped people.
• Das Transportmittel kann aufgrund seiner kompakten Bauweise gut transportiert werden; der Transport im Kofferraum eines PKWs ist ohne Demontage möglich.• The means of transport can be transported well due to its compact design; Transport in the trunk of a car is possible without disassembly.
• Die Möglichkeiten für körperbehinderte Menschen, mehr als bisher am gesamten gesellschaftlichen Leben teilzuhaben, werden aufgrund ihrer besseren Mobilität erweitert.• The opportunities for people with disabilities to participate more fully in society as a whole are being widened because of their better mobility.
Mit dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Erfindung weiter erläutert, ohne sie jedoch auf diese Ausführungsform einzuschränken.With the embodiment described below, the invention will be further explained, but without limiting it to this embodiment.
Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe accompanying drawings show in
Figur 1 : ein einzelnes Laufelement, inFigure 1: a single running element, in
Figur 2: eine weitere Ausgestaltung des Laufenlementes, bei dem das Laufele- ment als Gelenkkette mit vier Gelenken mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad ausgeführt ist, inFIG. 2 shows a further embodiment of the running element, in which the running element is designed as a joint chain with four joints, each with at least one rotational degree of freedom
Figur 3: eine weitere Ausgestaltung des Laufelementes, inFigure 3: a further embodiment of the running element, in
Figur 4: eine Gesamtansicht des Transportmittels, inFigure 4: an overall view of the transport, in
Figur 5: eine Veranschaulichung der Kontaktpunkte der auf dem Bewegungster- rain aufstehenden Laufelemente bei einem Schritt undFIG. 5 shows an illustration of the contact points of the running elements rising on the moving rainbow at a step and
Figur 6: ein Laufschema für die Steuerung des erfindungsgemäßen Transportmittels.
Figur 1 zeigt eine schematische Ausgestaltung eines Laufelementes 3.0. Das Laufelement 3.0 weist zwei hintereinander angeordnete durch ein Gelenk 3.7 mit einem rotatorischen Freiheitsgrad verbundene Sektionen 3.1 und 3.2 auf. Ein zwischen der ersten Sektion 3.1 und der Rahmenkonstruktion 1 angeordnetes Gelenk 3.4 umfasst zwei Teilgelenke 3.4.1 und 3.4.2 mit jeweils einem rotatorischen Freiheitsgrad. Die Drehachse 3.5 des Teilgelenkes 3.4.1 ist vertikal, die Drehachse 3.6 des zweiten Teilgelenkes 3.4.2 horizontal ausgerichtet. Die Bewegung der entsprechenden Gelenkelemente der Teilgelenke 3.4.1 und 3.4.2 des Gelenkes 3.4 um die Drehachsen 3.5 und 3.6 erfolgt durch nicht dargestellte, vorzugsweise elektrohy- draulische Antriebe. Das zwischen der ersten Sektion 3.1 und der zweiten Sektion 3.2 angeordnete Gelenk 3.7 mit einem rotatorischen Freiheitsgrad ist analog dem Teilgelenk 3.4.2 mit horizontal ausgerichteter Drehachse 3.6 des Gelenkes 3.4 ausgebildet. Seine Drehachse 3.6 ist ebenfalls horizontal ausgerichtet. In der zweiten Sektion 3.2 ist ein Gelenk 3.8 mit einem translatorischen Freiheitsgrad angeord- net. Dadurch ist die Länge dieser zweiten Sektion 3.2 veränderbar. Das Endstück der zweiten Sektion 3.2 ist für ein sicheres Aufstehen auf dem Bewegungsterrain als Fußstütze 3.9 ausgebildet.Figure 6: a flow diagram for the control of the transport means according to the invention. FIG. 1 shows a schematic embodiment of a running element 3.0. The running element 3.0 has two successive arranged by a joint 3.7 with a rotational degree of freedom sections 3.1 and 3.2. A joint 3.4 arranged between the first section 3.1 and the frame construction 1 comprises two partial joints 3.4.1 and 3.4.2, each with a rotational degree of freedom. The axis of rotation 3.5 of the partial joint 3.4.1 is vertical, the axis of rotation 3.6 of the second partial joint 3.4.2 aligned horizontally. The movement of the corresponding joint elements of the partial joints 3.4.1 and 3.4.2 of the joint 3.4 about the axes of rotation 3.5 and 3.6 is effected by not shown, preferably electro-hydraulic drives. The arranged between the first section 3.1 and the second section 3.2 joint 3.7 with a rotational degree of freedom is analogous to the partial joint 3.4.2 formed with horizontally oriented axis of rotation 3.6 of the joint 3.4. Its axis of rotation 3.6 is also aligned horizontally. In the second section 3.2, a joint 3.8 is arranged with a translational degree of freedom. As a result, the length of this second section 3.2 is variable. The tail of the second section 3.2 is designed for safe getting up on the moving terrain as a footrest 3.9.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Laufelementes 3.0, bei dem das Lauf- element 3.0 eine ringförmig geschlossene Gelenkkette mit vier Gelenken 3.4.2.1 , 3.4.2.1 , 3.7.1 und 3.7.2 mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad aufweist - Parallelogrammführung. Das Laufelement 3.0 weist drei Sektionen 3.1 , 3.2 und 3.3 auf, die durch Gelenke 3.7.1 und 3.7.2 mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad miteinander verbunden sind. Die Sektionen 3.1 und 3.3 stehen jeweils mit Teilgelenken 3.4.2.1 und 3.4.2.2 mit mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad in Verbindung, die Teil des an der Rahmenkonstruktion 1 angeordneten Gelenkes 3.4 sind, wodurch die Gelenkkette geschlossen wird. Die Drehachsen 3.6 aller vier Gelenke der Gelenkkette sind horizontal und parallel zueinander ausgerichtet. Der Gelenkkette mit vier Gelenken 3.4.2.1 , 3.4.2.1 , 3.7.1 und 3.7.2 mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad nachgeordnet ist an der Sektion 3.2 ein Gelenk 3.8 mit einem translatorischen Freiheitsgrad angeordnet. Das Endstück der Sektion 3.2 ist als Fußstütze 3.9 ausgebildet.FIG. 2 shows a further embodiment of the running element 3.0, in which the running element 3.0 has an annularly closed articulated chain with four joints 3.4.2.1, 3.4.2.1, 3.7.1 and 3.7.2, each with at least one rotational degree of freedom - parallelogram guidance. The running element 3.0 has three sections 3.1, 3.2 and 3.3, which are connected by joints 3.7.1 and 3.7.2, each with at least one rotational degree of freedom. The sections 3.1 and 3.3 are in each case connected with part joints 3.4.2.1 and 3.4.2.2 with at least one rotational degree of freedom, which are part of the arranged on the frame structure 1 joint 3.4, whereby the link chain is closed. The axes of rotation 3.6 of all four joints of the articulated chain are aligned horizontally and parallel to each other. The articulated chain with four joints 3.4.2.1, 3.4.2.1, 3.7.1 and 3.7.2, each with at least one rotational degree of freedom, is arranged at the section 3.2 a joint 3.8 with a translational degree of freedom. The end of Section 3.2 is designed as a footrest 3.9.
Der Figur 3 zeigt eine Weiterbildung der Ausgestaltung des Laufelementes 3.0, das eine ringförmig geschlossenen Gelenkkette mit vier Gelenken 3.4.2.1 , 3.4.2.1 , 3.7.1 und 3.7.2 mit jeweils mindestens einem rotatorischen Freiheitsgrad aufweist, wie sie in Figur 2 gezeigt ist. Die Weiterbildung weist in der Gelenkkette ein weiteres Gelenk 3.8 mit mindestens einem translatorischen Freiheitsgrad auf. Das Gelenk ist
bei der dargestellten Ausführung in der Sektion 3.3 angeordnet und ermöglicht eine Längenveränderung dieser Sektion 3.3. Dadurch wird der Bewegungsumfang des Laufelementes 3.0 erweitert, indem die Sektion 3.2 des Laufelementes 3.0 in einer vertikalen Ebene schwenkbar ist.3 shows a development of the embodiment of the running element 3.0, which has a ring-closed joint chain with four joints 3.4.2.1, 3.4.2.1, 3.7.1 and 3.7.2, each with at least one rotational degree of freedom, as shown in Figure 2 , The development has in the joint chain on another joint 3.8 with at least one translational degree of freedom. The joint is arranged in the illustrated embodiment in section 3.3 and allows a change in length of this section 3.3. Thereby, the range of motion of the running element 3.0 is extended by the section 3.2 of the running element 3.0 is pivotable in a vertical plane.
Figur 4 zeigt eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Transportmittels. Das Transportmittel umfasst eine Rahmenkonstruktion 1 , eine Sitzkonstruktion 2, eine Einrichtung zur Fortbewegung 3, umfassend sechs Laufelemente 3.0 und eine Steuerung. Die Rahmenkonstruktion 1 besteht aus einem aus mehreren Rohren gefertigten Rahmen, wobei die Rohre aus Aluminiumlegierung oder anderen Leichtmetallen hergestellt sind. Auf der Rahmenkonstruktion 1 ist eine Sitzkonstruktion 2 befestigt, die körperbehindertengerecht ausgebildet ist. Das heißt, die Sitzkonstruktion 2 ist dem Benutzer angepasst ergonomisch geformt und gepolstert beziehungsweise mit Gurten oder anderem Zubehör ausgestattet. An der Sitzkonstrukti- on ist ein Bedienelement angeordnet, durch das der Benutzer die Bewegung des Transportmittels steuern kann. Das Bedienelement ist vorzugsweise als Joystick ausgebildet. An der Rahmenkonstruktion 1 ist eine Energiequelle, bevorzugt ein elektrischer Akkumulator, für die Antriebe angeordnet. Die Einrichtung zur Fortbewegung 3 umfasst sechs beinartige Laufelemente 3.0, die seitlich an der Rahmenkon- struktion 1 in zwei Reihen zu je drei Laufelementen 3.0 angelenkt sind. Jedes Laufelement 3.0 weist zwei in Reihe hintereinander angeordnete und durch ein Gelenk 3.7 mit einem rotatorischen Freiheitsgrad miteinander verbundene Sektionen 3.1 und 3.2 auf. Ein zwischen der ersten Sektion 3.1 und der Rahmenkonstruktion 1 angeordnetes Gelenk 3.4 wird von zwei Teilgelenken mit jeweils einem rotatorischen Freiheitsgrad gebildet, wobei die Drehachse des unmittelbar mit der Rahmenkonstruktion 1 verbundenen Teilgelenkes vertikal ausgerichtet ist, wogegen die Drehachse des zweiten Teilgelenkes des Gelenkes 3.4 horizontal ausgerichtet ist. In der Sektion 3.2 jedes Laufelementes ist ein Gelenk 3.8 mit einem translatorischen Freiheitsgrad angeordnet, wodurch die Länge dieser zweiten Sektion 3.2 veränderbar ist. Das Endstück der zweiten Sektion 3.2 ist für ein sicheres Aufstehen auf dem Bewegungsterrain als Fußstütze 3.9 ausgebildet. Die untere, mit dem Bewegungsterrain in Berührung stehende Kontaktfläche der Fußstütze 3.9 kann zur Erreichung eines sicheren Kontaktes zu unterschiedlichen Terrainmaterialien und -ober- flächen auswechselbar ausgeführt sein. Im Ruhezustand betragen Breite und Länge des dargestellten erfindungsgemäßen Transportmittels 600 mm x 900 mm.
Figur 5 zeigt die Kontaktpunkte der auf dem Bewegungsterrain aufstehenden Laufelemente bei einem Schritt, das heißt dem Versetzen von drei Laufelementen 3.0. Der Schwerpunkt 5 des Transportmittels befindet sich ständig über einem Dreieck, dessen Eckpunkte die Kontaktpunkte der jeweils auf dem Bewegungsterrain aufste- henden Laufelemente 3.0 sind. Im dargestellten Fall beträgt die Länge 4 eines Schrittes 150 mm.FIG. 4 shows an overall view of the means of transport according to the invention. The means of transport comprises a frame construction 1, a seat construction 2, a means 3 for locomotion, comprising six running elements 3.0 and a control. The frame structure 1 consists of a frame made of several tubes, the tubes being made of aluminum alloy or other light metals. On the frame structure 1, a seat structure 2 is fixed, which is designed to be physically handicapped. That is, the seat structure 2 is adapted to the user ergonomically shaped and upholstered or equipped with straps or other accessories. At the Sitzkonstrukti- on a control element is arranged, through which the user can control the movement of the means of transport. The operating element is preferably designed as a joystick. On the frame construction 1 is an energy source, preferably an electric accumulator, arranged for the drives. The means 3 for locomotion comprises six leg-like running elements 3.0, which are articulated laterally to the frame construction 1 in two rows of three running elements 3.0 each. Each running element 3.0 has two sections 3.1 and 3.2 arranged in series one behind the other and connected by a joint 3.7 with a rotational degree of freedom. A joint 3.4 arranged between the first section 3.1 and the frame construction 1 is formed by two part hinges each having a rotational degree of freedom, the axis of rotation of the part joint directly connected to the frame structure 1 being vertically aligned, whereas the axis of rotation of the second part joint of the joint 3.4 is oriented horizontally is. In the section 3.2 of each running element, a joint 3.8 is arranged with a translational degree of freedom, whereby the length of this second section 3.2 is variable. The tail of the second section 3.2 is designed for safe getting up on the moving terrain as a footrest 3.9. The lower contact surface of the footrest 3.9, which is in contact with the movement soil, can be designed to be interchangeable in order to achieve reliable contact with different terrain materials and surfaces. At rest, the width and length of the transport means according to the invention shown are 600 mm x 900 mm. FIG. 5 shows the contact points of the running elements rising on the moving floor in one step, that is to say the displacement of three running elements 3.0. The center of gravity 5 of the means of transport is constantly located above a triangle whose vertices are the points of contact of the running elements 3.0 rising on the moving terrain. In the illustrated case, the length 4 of a step is 150 mm.
Die Figur 6 zeigt ein Laufschema zur Steuerung des erfindungsgemäßen Transportmittels bei der Vorwärtsbewegung. Ein Schritt weist die nachstehende Abfolge auf:FIG. 6 shows a flow diagram for controlling the transport means according to the invention during the forward movement. One step has the following sequence:
• Sicherstellen, dass durch den Hub des Gelenkes 3.8 mit einem translatorischen Freiheitsgrad die Laufelemente 3.01 links, 3 links und 2 rechts auf dem Bewegungsterrain fest aufstehen,• Make sure that the running elements 3.01 left, 3 left and 2 right on the moving terrain are firmly raised by the stroke of the joint 3.8 with a translatory degree of freedom
• Anheben der Laufelemente 3.02 links, 1 rechts und 3 rechts durch Bewegen der jeweiligen Gelenke 3.4.2 und/oder 3.7 mit im Wesentlichen horizontaler Drehach- se,Lifting the running elements 3.02 left, 1 right and 3 right by moving the respective joints 3.4.2 and / or 3.7 with a substantially horizontal axis of rotation,
• Drehen der Gelenke 3.4.1 mit im Wesentlichen vertikaler Drehachse der Laufelemente 3.02 links, 1 rechts und 3 rechts um ihre vertikale Drehachse um einen Drehwinkel, der eine solche Schrittlänge 4 ergibt, dass der Schwerpunkt 5 des Transportmittels oberhalb des Dreieckes verbleibt, dessen Eckpunkte die Kontaktpunkte der auf dem Bewegungsterrain aufstehenden Laufelemente 3.01 links, 3 links und 2 rechts sind = Vorwärtsbewegung der Rahmenkonstruktion 1 ,• Turning the joints 3.4.1 with a substantially vertical axis of rotation of the running elements 3.02 left, 1 right and 3 right around its vertical axis of rotation by a rotation angle that gives such a step length 4 that the center of gravity 5 of the means of transport remains above the triangle, whose vertices the contact points of the upstanding on the Bewegungssterrain running elements 3.01 left, 3 left and 2 right = forward movement of the frame structure 1,
• Absetzen der Laufelemente 3.02 links, 1 rechts und 3 rechts durch Bewegen der jeweiligen Gelenke 3.4.2 und/oder 3.7 mit im Wesentlichen horizontaler Drehachse, • Sicherstellung, dass durch den Hub des Gelenkes 3.8 mit einem translatorischen Freiheitsgrad die Laufelemente 3.02 links, 1 rechts und 3 rechts fest auf dem Bewegungsterrain aufstehen.Moving the running elements 3.02 left, 1 right and 3 right by moving the respective joints 3.4.2 and / or 3.7 with essentially horizontal axis of rotation, Ensuring that by the stroke of the joint 3.8 with a translational degree of freedom the running elements 3.02 left, 1 right and 3 right firmly on the ground of movement to get up.
Der nachfolgende Schritt erfolgt in gleicher Bewegungsabfolge, jedoch mit dem Unterschied, dass die Laufelemente 3.01 links, 3 links und 2 rechts bewegt werden und die Laufelemente 3.02 links, 1 rechts und 3 rechts fest auf dem Bewegungsterrain aufstehen.The following step is carried out in the same sequence of movements, but with the difference that the running elements 3.01 left, 3 left and 2 right are moved and the running elements 3.02 left, 1 right and 3 right stand firmly on the Bewegungssterrain.
Die beschriebene Abfolge entspricht einem Tripod-Gang, bei dem zu jedem Zeitpunkt drei Laufelemente 3.0 auf dem Bewegungsterrain, beispielsweise der Fahr- bahn, aufstehen.
Liste der verwendeten BezugszeichenThe sequence described corresponds to a tripod gear, in which at any one time three running elements 3.0 stand up on the moving terrain, for example the road. List of reference numbers used
1 - Rahmenkonstruktion1 - frame construction
2 - Sitzkonstruktion 3 - Einrichtung zur Fortbewegung2 - seat construction 3 - means of locomotion
3.0 - Laufelement3.0 - running element
3.1 - Sektion eines Laufelementes3.1 - Section of a running element
3.2 - Sektion eines Laufelementes3.2 - Section of a running element
3.3 - Sektion eines Laufelementes 3.4 - Gelenk mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden3.3 - Section of a running element 3.4 - Joint with two rotatory degrees of freedom
3.4.1 - Teilgelenk mit im Wesentlichen vertikalen Drehachse3.4.1 - Partial joint with a substantially vertical axis of rotation
3.4.2 - Teilgelenk mit im Wesentlichen horizontaler Drehachse3.4.2 - Partial joint with a substantially horizontal axis of rotation
3.5 - vertikale Drehachse3.5 - vertical axis of rotation
3.6 - horizontale Drehachse 3.7 - Gelenk mit einem rotatorischen Freiheitsgrad3.6 - horizontal axis of rotation 3.7 - Joint with a rotational degree of freedom
3.8 - Gelenk mit einem translatorischen Freiheitsgrad3.8 - Joint with a translatory degree of freedom
3.9 - Fußstütze3.9 - Footrest
4 - Schrittlänge4 - stride length
5 - Schwerpunkt des Transportmittels
5 - Center of gravity of the means of transport