WO2021175355A1 - Beförderungsmittel für die fortbewegung oder den transport von personen oder waren, insbesondere als rollstuhl - Google Patents

Beförderungsmittel für die fortbewegung oder den transport von personen oder waren, insbesondere als rollstuhl Download PDF

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WO2021175355A1
WO2021175355A1 PCT/DE2021/000039 DE2021000039W WO2021175355A1 WO 2021175355 A1 WO2021175355 A1 WO 2021175355A1 DE 2021000039 W DE2021000039 W DE 2021000039W WO 2021175355 A1 WO2021175355 A1 WO 2021175355A1
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legs
transport
transport according
movement
leg
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Application number
PCT/DE2021/000039
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Inventor
Karlheinz Gerster
Felix BIEMÜLLER
Johannes Geisler
Original Assignee
Freemotion Systems GmbH
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    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/06—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs with obstacle mounting facilities, e.g. for climbing stairs, kerbs or steps
    • A61G5/068—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs with obstacle mounting facilities, e.g. for climbing stairs, kerbs or steps with extensible supports pushing upwards, e.g. telescopic legs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61G2203/32—General characteristics of devices characterised by sensor means for force

Definitions

  • the invention relates to a means of transport, in particular for the locomotion or transport of people or goods, also as a device for transporting people in the form of a wheelchair provided with a seat, backrest, footrest and input module, with a base frame on which at least four, preferably eight, legs set up for linear advancement are connected, which are connected to the base frame so as to be pivotable by means of a joint and / or to be linearly displaceable in the direction of movement by means of a linear bearing and are movable by drive elements.
  • a wheelchair is known from WO 2018010551 A1 which is provided with several longitudinally adjustable legs on which chain-like drive feet are provided at the bottom.
  • the propulsion takes place here not by walking, as in the present invention, but by the motorized caterpillars at the leg ends.
  • the footrests are not integrated into the movement autonomously and to avoid tilting the seat and backrest when climbing stairs, the height of the rear part including the four rear legs can be adjusted relative to the front part via a vertical linear unit.
  • the document CN 103434581 A describes a foot element for a robot with a spring-loaded, horizontally operating compensation element. However, this is movable in all directions and not primarily orthogonal or oblique to the direction of movement.
  • the document US 2019/0298594 Al names a means of transport for moving people that uses environment sensors to detect the environment, uncouple the seat and then autonomously roll, for example, over a ramp into the trunk of a motor vehicle. Legs and force sensors in these as well as the inclination of the seat are not provided. It is not possible to negotiate stairs with it.
  • the invention is therefore based on the object of designing a means of transport of the type mentioned in such a way that, with a structurally comparatively simple structure, a device is created which enables reliable and safe operation even under the most varied and difficult conditions of the ground to be walked on.
  • sensors are provided to record movement parameters and, if necessary, other control variables, and the forces acting on the legs (2) are determined by one or more force sensor (s), in particular by a combination of Hall sensor (s) and magnet (s), taking into account the characteristic curve of the resilient element (s) (6), are measured in a serial elastic actuator (SEA) in the stroke axis or preferably by one or more piezoresistive force sensor (s) such as strain gauges and by means of a or several control unit (s) an adjustment of the seat or transport surface (11) and possibly the footrest (s) and possibly the backrest as well as the control of the drive elements of the legs are carried out autonomously or partially autonomously.
  • SEA serial elastic actuator
  • the advantage achieved by the invention is essentially that, with comparatively little technical effort, a means of transport is created that offers largely unrestricted mobility, not only free mobility in the plane, but also overcoming bumps, stairs and the like enables.
  • the input unit makes it possible to specifically influence the various possibilities of movement of the means of transport.
  • the user inputs are mainly limited to the choice of the direction of travel and the speed.
  • the preferred human / technology interface for this is a joystick or a comparable input device.
  • the control unit determines the correct sequence of steps.
  • the basis for this are the user or mission entries that are recorded Movement and environmental parameters as well as possibly other control variables, so that the control of the drive elements of the legs, the seat or transport surface, possibly the footrest and possibly the backrest can take place autonomously or partially autonomously.
  • the seat or transport surface arranged on the base frame and, if applicable, the backrest in its position and inclination, taking into account the running or climbing movements, by means of one or more drives controlled by the control unit / en, is / are autonomously adjustable in their position relative to the base body. This prevents the goods being transported or the person being transported from sliding down.
  • the footrest (s) provided to support the legs of a person is movably attached and to adapt to running or climbing movements or to avoid collisions with obstacles how stairs are autonomously adjustable in their position relative to the base body by a drive controlled by the control unit.
  • some or all of the legs have an additional mechanical element that enables at least one further degree of freedom, which primarily enables a deflection orthogonally or obliquely to the direction of movement due to structural restrictions and preferably either in the foot area or in the joint or linear bearing of the leg is arranged, but optionally can also be provided arbitrarily in the longitudinal region of the leg and is preferably designed without active drive means.
  • the mechanical element is formed by one or more elastic deformation elements and / or hinges which are movable or deformable at least in the horizontal plane relative to the leg and / or enable the leg or parts thereof to be tilted .
  • the mechanical element can each be formed by a foot module which is arranged on the end of one or more legs facing away from the base frame.
  • the foot modules each consist of an upper foot element firmly attached to the leg and a lower foot element set up to rest on the ground and the lower foot element with the upper foot element via guide means in particular is connected in the form of sliding guides and / or via elastic deformation elements and is arranged in a predominantly horizontal plane relative to this movable and possibly lockable. It can also be advantageous here if the lower foot element is exchangeable for maintenance purposes and the like. Furthermore, it can be advantageous if the legs are preferably arranged in pairs opposite one another with respect to the direction of movement.
  • the mechanical element is moved in one or more, selectable, by opposing or uneven movements of one, several or all legs of the left and / or right side. and fixable preferred directions is linearly displaceable or bendable, or the legs incline accordingly from the vertical.
  • legs are designed as telescopic legs, preferably consisting of three telescopic elements, which have a lifting drive which, depending on the design, allows either sequential or synchronous adjustment, i.e. simultaneous retraction and extension of the individual
  • legs are formed by individual elements that are primarily pivotably connected to one another by joints.
  • SEA serial elastic actuator
  • the invention further provides that absolute encoders for detecting the pivot position and / or the linear movement stroke of the legs and for detecting the general spatial alignment of the base frame and / or the acceleration sensors, preferably one or more inertial measuring units (IMU) can be used.
  • IMU inertial measuring units
  • environmental sensors preferably in the form of 3D cameras or LIDAR, are provided for the spatial detection and evaluation of the environmental parameters to control and / or monitor the sequence of movements and that this is created on the basis of this data virtual model of the environment is brought together and / or corrected by comparison with the data from other sensors such as the absolute encoders and force sensors of the legs.
  • legs can be pivoted via linear units with crank mechanisms.
  • one or more rolling drive be / are provided in addition to the legs.
  • the roll drive can be used with or without additional leg support.
  • An essential aspect in the design of the control unit is that the legs are controlled in such a way that if there are more than four legs, at least four of the legs are always in contact with the ground, so that even then one a safe stand is guaranteed if all motors are switched off or de-energized.
  • the mechanical element enabling the degree of freedom can have an activated locking mechanism for the additional degree of freedom of the leg, for example in the embodiment with a locking mechanism actuated or released by an electromagnet.
  • a lifting magnet can be installed in the foot module, the spring element of which presses a locking bolt into the lower foot element in the de-energized state.
  • the degree of freedom is blocked in the de-energized state, so that no unwanted rotary movements are possible.
  • the electromagnet is energized, then the magnetic locking bolt is pulled from the lower foot element into the lifting magnet, so that the degree of freedom is released again. It is advantageous to carry out the energization and thus the release of the degree of freedom only if rotary movements are actually to be generated by non-uniform or counter-rotating movements of the legs.
  • Fig. 1 the object according to the invention in a perspective view, when overcoming stairs, from the front,
  • FIG. 2 shows the object of the invention according to FIG. 1 from behind
  • SEA serial elastic actuator
  • Fig. 5 a + b + c + d a representation of the means of transport or the mechanical element before or after uneven movement of right and / or left legs looking from the left side (a + b) or from below ( c + d) with details,
  • FIG. 6 shows a section through an alternative embodiment in which the base frame primarily follows the incline of the stairs and the seat and, if necessary, the footrest of the occupant are automatically adapted as part of the sequence of movements,
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment in which the legs are not pivoted about an axis, but are shifted linearly in the horizontal direction.
  • FIG. 8 a + b show a sectional view of a possible embodiment of the mechanical element with a locking mechanism before (part a.) and after implementation (part b.) of a non-uniform or opposite movement of the legs on the right and left side of the device.
  • the means of transport shown in the drawings are used to move or transport people or goods, especially over stairs. It can preferably be used as a device for transporting people in the manner of a wheelchair.
  • it initially has a base frame 1 to which at least four, but preferably eight legs 2 are connected, which are set up for linear progression.
  • these legs 2 are each primarily arranged at the front and rear on an at least imaginary axis 16 and either pivotable by means of a joint 3 (e.g. FIG. 1) and / or linearly movable in the direction of movement on the base frame 1 by means of a linear bearing 4 connected (Fig. 7).
  • Drive elements 5 are also provided, by means of which the legs 2 can be moved.
  • some or all of the legs 2 according to FIG. 3 have an additional mechanical element 6, which enables at least one further degree of freedom.
  • This mechanical element 6 limits the direction (s) of movement of the degree of freedom through design restrictions primarily for a deflection orthogonal or oblique to the direction of movement.
  • This mechanical element 6, shown in more detail in FIGS. 4 a, 4 b, is preferably arranged either in the foot area or in the joint 3 or linear bearing 4 of the leg 2. If necessary, however, it can also be provided arbitrarily in the longitudinal region of the leg 2.
  • the decisive factor here is that the mechanical element 6 is designed without active drive means, that is to say is only moved indirectly via the drive elements 5 of the legs 2.
  • the mechanical element 6 can be formed by a foot module 7, which is arranged on the end of one or more legs 2 facing away from the base frame 1.
  • the foot modules 7 each consist of an upper foot element 7.1 firmly attached to the leg 2 and a lower foot element 7.2 set up to rest on the ground.
  • the lower foot element 7.2 is connected to the upper foot element 7.1 via guide means, in particular in the form of sliding guides or via elastic deformation elements 8. These are designed or arranged in such a way that they can be moved and, if necessary, locked in a predominantly horizontal plane.
  • FIGS. 5 a + b + c + d show how the sequence of movements occurs when there is a deviation from linear movement. This results in a slight rotational movement about the vertical axis in the center of the means of transport, just as this is caused by opposite movements of the left and right caterpillars of a caterpillar vehicle.
  • the mechanical element 6 can also be formed by one or more elastic deformation elements 8; additionally or alternatively, however, it can also have axes or hinges. What is important here is a design such that they can be moved or deformed at least in the horizontal plane with respect to the leg 2.
  • the mechanical element 6 and / or the elastic deformation element 8 as such can also be linearly displaceable or bendable in one or more preferred directions by opposing or uneven movements of one, more or all of the legs 2 on the left and / or right side, these directions can be selected and determined. However, the same can also be achieved in that the legs 2 can be tilted accordingly from the vertical. In this way only a small rotation can be effected, as FIG. 5d shows.
  • the means of transport is now able to revolve around its own axis by constantly changing the processes through this mechanical element 6 and this procedure. This can be helpful in confined spaces, but the standard application is to be able to follow a staircase that is not straight or to make course corrections by a few irregular movements of the leg sides in a sequence of movements.
  • the legs 2 are advantageously designed as telescopic legs and preferably consist of three telescopic elements.
  • the telescopic legs have a lifting drive, not shown in detail, which, depending on the design, enables either sequential or synchronous adjustment, that is, simultaneous retraction and extension of the individual telescopic elements.
  • the legs 2 can also be formed by individual elements that are pivotably connected to one another primarily by joints 3.
  • an absolute encoder is used to detect the pivot position and / or the linear movement stroke of the legs 2, while sensors, preferably one or more inertial measuring unit (s) (IMU), are provided to detect the general spatial alignment of the base frame 1 and / or the acceleration.
  • IMU inertial measuring unit
  • environmental sensors are used to control and / or monitor the movement sequence, which are preferably provided in the form of 3D cameras or LIDAR for spatial detection and evaluation of the environmental parameters.
  • the virtual model of the environment created in this way on the basis of this data is then merged and / or corrected by comparison with the data from the other sensors, such as the absolute encoders and force sensors of the legs 2.
  • the legs 2 can be pivotable via linear units 9 with crank mechanisms 16 in the means of transport.
  • two or more rolling drives 10 possibly motorized wheels, are provided. This means that rolling propulsion is also possible if required.
  • two motorized wheels are provided, the regulation of which ensures a desired target position and orientation. If necessary, support wheels can also be used.
  • a seat 11, a backrest 12 and one or two footrest (s) 13 are attached to the base frame 1, which in their position and inclination, taking into account the running or climbing movements, by means of one of the Control unit controlled drive, is autonomously adjustable in its position relative to the base body. It can thus be ensured that the person being transported is always in a suitable posture and in a suitable center of gravity with respect to the means of transport, even if the base frame 1 is not held in a horizontal position, but rather follows the incline of the stairs, for example. This procedure according to the invention is advantageous since the maximum necessary stroke of the legs 2 is thereby reduced and the center of gravity is lowered.
  • the footrest (s) 13 can also be autonomous
  • Needs can be adjusted, e.g. adjusted in their position in relation to the base body in order to avoid the edges of stairs or other obstacles.
  • all of the legs 2 arranged in the front or rear area of the base frame 1 are predominantly arranged next to one another on a common, at least imaginary, axis 16. This makes possible an advantageous, structural simplification and increased stability when moving over obstacles.
  • FIG. 5 shows, it is also possible to position the legs 2 on one side in a line parallel to the axis of movement.
  • FIG. 8 a + b show a sectional illustration of a possible embodiment of the mechanical element 6 with locking mechanism 18, before (part a.) And after implementation (part b.) Of a non-uniform or opposite movement of the legs on the right and left side of the device.
  • the locking mechanism 18 for the additional degree of freedom of the leg is activated and can thus be activated as desired. Electric motors, hydraulics, pneumatics or other approaches can be used as drives.
  • the solution shown in the drawing is the design as an electronically actuated lifting magnet.
  • a lifting bolt 19 is pressed down into the lower foot element 7.2 by a mechanical spring 20. As a result, the degree of freedom is blocked so that no unwanted (rotary) movements are possible (FIG. 8a). If the stator 21 is energized, the magnetic lifting bolt 19 is pulled back from the lower foot element 7.2 into the stator 21, so that the degree of freedom is released again and movements of the upper 7.1 and lower foot element 7.2 against each other are made possible again.
  • the means of transport has a control unit, not shown in the drawing, by means of which the drive elements 5 of the legs 2 are controlled and their adjustments are made.
  • This control is dependent on a motion sequence to be executed that is specified by the user, e.g. using a joystick, and also on the motion parameters recorded and, if applicable, other control variables.
  • the control unit controls the legs 2 in such a way that if there are more than four legs 2, at least four of the legs 2 are always in contact with the ground. So is ensures that a safe stand is guaranteed at all times, even if all motors are switched off or de-energized.

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Abstract

Beförderungsmittel, insbesondere für die Fortbewegung oder den Transport von Personen oder Waren, auch als Vorrichtung zur Personenbeförderung in der Art eines mit Sitzfläche, Rückenlehne, Fußstütze und Eingabemodul versehenen Rollstuhls, mit einem Basisrahmen (1), an welchem wenigstens vier, bevorzugt acht, für ein lineares Voranschreiten eingerichtete Beine (2) angeschlossen sind, die mittels eines Gelenks (3) schwenkbar und/oder mittels eines Linearlagers (4) in Bewegungsrichtung linear verfahrbar am Basisrahmen (1) angeschlossen und durch Antriebselemente (5) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Bewegungsparametern und ggf. weiteren Steuergrößen Sensoren vorgesehen sind und die auf die Beine (2) einwirkenden Kräfte durch einen oder mehrere Kraftsensor(en), insbesondere durch eine Kombination aus Hallsensor(en) und Magnet (en) unter Berücksichtigung der Kennlinie des oder der federnden Elemente (6) in einem seriell elastischen Aktor (SEA) in der Hubachse oder vorzugsweise durch einen oder mehrere piezoresistive (n) Kraftsensor(en) wie z.B. Dehnungsmessstreifen gemessen werden und mittels einer oder mehrerer Steuereinheit (en) eine darauf basierende Verstellung der Sitz- bzw. Transportfläche (11) und ggf. der Fußstütze(n) (13) und ggf. der Rückenlehne (12) sowie die Ansteuerung der Antriebselemente (5) der Beine (2) autonom bzw. teilautonom erfolgt. Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass bei einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand ein Beförderungsmittel geschaffen wird, das eine weitgehend uneingeschränkte Bewegungsmöglichkeit bietet, die nicht nur eine freie Beweglichkeit in der Ebene, sondern auch die sichere Überwindung von Unebenheiten, Treppen und dergleichen ermöglicht.

Description

Beförderungsmittel für die Fortbewegung oder den Transport von Personen oder Waren, insbesondere als Rollstuhl
Die Erfindung betrifft ein Beförderungsmittel, insbesondere für die Fortbewegung oder den Transport von Personen oder Waren, auch als Vorrichtung zur Personenbeförderung in der Art eines mit Sitzfläche, Rückenlehne, Fußstütze und Eingabemodul versehenen Rollstuhls, mit einem Basisrahmen, an welchem wenigstens vier, bevorzugt acht, für ein lineares Voranschreiten eingerichtete Beine angeschlossen sind, die mittels eines Gelenks schwenkbar und/oder mittels eines Linearlagers in Bewegungsrichtung linear verfahrbar am Basisrahmen angeschlossen und durch Antriebselemente bewegbar sind.
Derartige Beförderungsmittel sind in der Literatur vorbeschrieben. So ist aus der WO 2018010551 Al ein Rollstuhl bekannt, der mit mehreren längs verstellbaren Beinen versehen ist, an welchen unten kettenartig ausgebildete Antriebsfüße vorgesehen sind. Der Vortrieb erfolgt hier nicht durch Schreiten, wie bei der vorliegenden Erfindung, sondern durch die motorisierten Raupen an den Beinenden. Die Fußstützen sind nicht autonom in die Bewegung eingebunden und zur Vermeidung des Neigens von Sitz und Rückenlehne beim Treppensteigen ist der hintere Teil mitsamt den vier hinteren Beinen über eine senkrechte Lineareinheit in der Höhe relativ zum vorderen Teil verstellbar .
Ein weiterer rollstuhlartiger Roboter ist aus der CN 105711677 bekannt geworden, der zur Lenkung über seitlich ausschwenkbare Beine verfügt. Hierfür sind jedoch, im Gegensatz zur hier vorliegenden Erfindung, zusätzliche Motoren erforderlich, wodurch die Gesamtanordnung technisch aufwendig und teuer wird. Auf die Herausforderungen des Personentransports wird nicht weiter eingegangen.
Bestätigungskopie Eine weitere derartige Anordnung ist aus der US 20180104982 Al bekannt. Diese benennt im Text zwar die Möglichkeit elastischer Elemente am Fußende, zeigt jedoch nicht auf, wie unerwünschte Bewegungen dieser elastischen Elemente in den Bewegungsabläufen verhindert werden können. Ein einfaches elastisches Element wird sich jedoch nicht nur beim Richtungswechsel biegen, sondern auch bei der linearen Geradeausbewegung. Durch diese Elastizitäten kommt es in der Folge zu unerwünschten Bewegungen, so dass die Komplexität der Regelung zunimmt, um die Kontrollierbarkeit und Sicherheit der Vorrichtung sicherzustellen. Auf die Herausforderungen des Personentransports wird nicht weiter eingegangen .
Aus US 2015/0196439A1 ist ein Beförderungsmittel für die Fortbewegung von Waren oder Personen bekannt welches durch sich drehende Radsterne Treppen überwinden kann. Es werden Fühler zum Detektieren von Stufen eingesetzt, die bei Kollision mit einer Stufe ein elektrisches Signal geben, eine Kraftsensorik zur Messung der auf die Beine einwirkenden Kräfte ist jedoch nicht vorgesehen.
Aus dem Projekt „Walking Chair “ (URL https://phys.org/pdf226574937.pdf [abgerufen am 06.02.2021]) ist ein Beförderungsmittel für die Fortbewegung von Personen bekannt, welches sich auf zwölf Beinen in der flachen Ebene bewegen kann. Der Sitz ist nicht neigbar und es ist keine Kraftsensorik in den Fußstücken vorgesehen.
Die Schrift CN 103434581 A beschreibt ein Fußelement für einen Roboter mit federgelagertem, horizontal arbeitendem Ausgleichselement. Allerdings ist dieses in alle Richtungen beweglich und nicht primär orthogonal oder schräg zur Bewegungsrichtung.
Die Schrift US 2019 / 0298594 Al benennt ein Beförderungsmittel für die Fortbewegung von Personen das Umfeldsensoren zur Erfassung der Umgebung verwendet, den Sitz abkoppeln und danach autonom z.B. über eine Rampe in den Kofferraum eines Kraftfahrzeugs rollen kann. Beine und Kraftsensoren in diesen sowie das Neigen des Sitzes sind nicht vorgesehen. Die Überwindung von Treppen ist damit nicht möglich. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Beförderungsmittel der eingangs genannten Art so auszubilden, dass bei konstruktiv vergleichsweise einfachem Aufbau eine Vorrichtung geschaffen wird, die auch bei unterschiedlichsten und schwierigen Bedingungen des zu begehenden Untergrundes eine zuverlässige und sichere Betriebsweise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass zur Erfassung von Bewegungsparametern und ggf. weiteren Steuergrößen Sensoren vorgesehen sind und die auf die Beine (2) einwirkenden Kräfte durch einen oder mehrere Kraftsensor(en), insbesondere durch eine Kombination aus Hallsensor(en) und Magnet(en) unter Berücksichtigung der Kennlinie des oder der federnden Elemente (6) in einem seriell elastischen Aktor (SEA) in der Hubachse oder vorzugsweise durch einen oder mehrere piezoresistive(n) Kraftsensor (en) wie z.B. Dehnungsmessstreifen gemessen werden und mittels einer oder mehrerer Steuereinheit(en) eine darauf basierende Verstellung der Sitz- bzw. Transportfläche (11) und ggf. Fußstütze(n) und ggf. der Rückenlehne sowie die Ansteuerung der Antriebselemente der Beine autonom bzw. teilautonom erfolgt.
Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im Wesentlich en darin, dass bei vergleichsweise geringem technischen Aufwand ein Beförderungsmittel geschaffen wird, das eine weitgehend uneingeschränkte Bewegungsmöglichkeit bietet, die nicht nur eine freie Beweglichkeit in der Ebene, sondern auch die Überwindung von Unebenheiten, Treppen und dergleichen ermöglicht.
Die Eingabeeinheit ermöglicht es, die vielfältigen Bewegungsmöglichkeiten des Beförderungsmittels gezielt beeinflussen zu können. Die Nutzereingaben beschränken sich vornehmlich auf die Wahl der Fahrtrichtung und der Geschwindigkeit. Bevorzugte Mensch-/Technik-Schnittstelle hierfür ist ein Joystick oder ein vergleichbares Eingabegerät.
Die richtige Schrittfolge legt die Steuereinheit fest. Basis dafür sind die Nutzer- bzw. Missionseingaben, die erfassten Bewegungs- und Umgebungsparameter sowie ggf. weitere Steuergrößen, so dass die Ansteuerung der Antriebselemente der Beine, der Sitz- bzw. Transportfläche, ggf. der Fußstütze und ggf. der Rückenlehne autonom bzw. teilautonom erfolgen kann.
Bei der Beförderung von Personen oder Waren ist es nämlich notwendig, dass die am Basisrahmen angeordnete Sitz- oder Transportfläche und ggf. die Rückenlehne in ihrer Lage und Neigung unter Berücksichtigung der Lauf- bzw. Steigbewegungen, mittels eines oder mehrerer von der Steuereinheit gesteuerten Antriebs/en, autonom in ihrer Position relativ zum Grundkörper verstellbar ist/sind. Dadurch wird das Herunterrutschen des Tranportguts , bzw. der beförderten Person vermieden.
Bei der Benutzung des Beförderungsmittels für den Transport von Personen ist es weiterhin zweckmäßig, dass die zur Abstützung der Beine einer Person vorgesehene(n) Fußstütze(n) beweglich angebracht und zur Anpassung an Lauf- bzw. Steigbewegungen bzw. zur Überwindung von Kollisionsvermeidung mit Hindernissen wie Treppenstufen, durch einen von der Steuereinheit gesteuerten Antrieb, autonom in ihrer Position relativ zum Grundkörper verstellbar ist/sind.
In vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung weisen einzelne oder sämtliche der Beine ein zusätzliches, mindestens einen weiteren Freiheitsgrad ermöglichendes mechanisches Element auf, welches durch konstruktive Einschränkungen primär eine Auslenkung orthogonal oder schräg zur Bewegungsrichtung ermög licht und bevorzugt entweder im Fußbereich oder aber im Gelenk oder Linearlager des Beins angeordnet ist, gegebenenfalls aber auch beliebig im Längsbereich des Beins vorgesehen sein kann und vorzugsweise ohne aktive Antriebsmittel ausgebildet ist.
Dadurch wird unter anderem erreicht, dass die auf eine lineare Fortbewegung eingerichteten Antriebselemente durch geeignete Steuerung der Beine über die mechanischen Elemente eine zur Linearbewegung schräge Bewegungskomponente hervorrufen, wodurch eine Drehbewegung eingeleitet wird. Beim Geradeauslaufen, was durch gleichgerichtete und gleichförmige Bewegungen der Beine erzielt wird, werden dagegen keine zusätzlichen Bewegungen bewirkt. Diese kommen durch die konstruktiven Einschränkungen der Bewegungsrichtungen nur bei ungleichförmigen oder gegenläufigen Bewegungen der Beine zum Tragen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mechanische Element von einem oder mehreren elastischen Verformungselementen und/oder Scharnieren gebildet ist, die zumindest in horizontaler Ebene gegenüber dem Bein beweglich bzw. verformbar sind und/oder das Schrägstellen des Beins oder Teilen davon ermöglichen.
Stattdessen kann jedoch in einer bevorzugten Ausgestaltung das mechanische Element durch jeweils ein Fußmodul gebildet sein, das am dem Basisrahmen abgewandten Ende eines oder mehrerer Beine angeordnet ist.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft und daher im Rahmen der Erfindung als bevorzugt erwiesen, wenn die Fußmodule jeweils aus einem am Bein fest angeschlossenen oberen Fußelement und einem zur Auflage auf dem Untergrund eingerichteten unteren Fußelement bestehen und das untere Fußelement mit dem oberen Fußelement über Führungsmittel insbesondere in Form von Gleitführungen und/oder über elastische Verformungselemente verbunden ist und in vorwiegend horizontaler Ebene diesem gegenüber beweglich sowie ggf. feststellbar angeordnet ist. Hierbei kann es weiter vorteilhaft sein, wenn das untere Fußelement zu Wartungszwecken und dergl. austauschbar ist. Ferner kann es günstig sein, wenn die Beine bezüglich der Bewegungsrichtung vorzugsweise paarweise gegenüber angeordnet sind. Um eine möglichst flexible Umsetzung der seitlichen Bewegungskomponenten zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das mechanische Element durch entgegengesetzte bzw. ungleichmäßige Bewegungen von einem, mehreren oder allen Beinen der linken und/oder der rechten Seite in einer oder mehreren, wähl- und feststellbaren Vorzugsrichtungen linear verschieb- bzw. biegbar ist, bzw. sich die Beine entsprechend aus der Vertikalen neigen.
Eine für den vorgesehenen Anwendungsbereich bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass die Beine als Teleskopbeine, vorzugsweise bestehend aus drei Teleskopelementen, ausgebildet sind, die einen Hubantrieb aufweisen, der bauartbedingt entweder ein sequentielles oder synchrones Verstellen, also gleichzeitiges Ein- bzw. Ausfahren der einzelnen
Teleskopelemente ermöglicht. Hierdurch lassen sich unter anderem sehr einfach Bodenunebenheiten ausgleichen.
Es besteht jedoch ebenso die Möglichkeit, dass die Beine von einzelnen, primär durch Gelenke verschwenkbar miteinander verbundenen Elementen gebildet sind.
Um eine optimale Ansteuerung der Beine zu erreichen, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die auf die Beine einwirkenden Kräfte durch einen Kraftsensor, insbesondere durch eine Kombination aus Hallsensor und Magnet unter Berücksichtigung der Kennlinie der federnden Elemente in einem seriell elastischen Aktor (SEA) in der Hubachse oder vorzugsweise durch
Dehnungsmessstreifen gemessen werden.
Um darüber hinaus die Position bzw. Ausrichtung der Beine überwachen zu können, sieht die Erfindung weiter vor, dass zur Erfassung der Schwenklage und/oder des linearen Bewegungshubs der Beine Absolutencoder sowie zur Erfassung der allgemeinen räumlichen Ausrichtung des Basisrahmens und/oder der Beschleunigung Sensoren, vorzugsweise eine oder mehrere inertiale Messeinheit (IMU) verwendet werden.
Um eine bedarfsweise autonome Bewegung des Beförderungsmittels zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass zur Steuerung und/oder Überwachung des Bewegungsablaufs Umfeldsensoren, vorzugsweise in Form von 3D-Kameras oder LIDAR zur räumlichen Erfassung und Bewertung der Umgebungsparameter vorgesehen sind und dass das auf Basis dieser Daten erstellte virtuelle Modell der Umgebung durch Abgleich mit den Daten der weiteren Sensoren wie z.B. den Absolutencodern und Kraftsensoren der Beine zusammengeführt und/oder korrigiert wird.
Eine weitere Möglichkeit, die Fortbewegung mittels der Beine zu bewerkstelligen, besteht darin, dass die Beine über Lineareinheiten mit Kurbeltrieben verschwenkbar sind.
Um auch einen konventionellen Betrieb des Beförderungsmittels, wie er mit Rädern gegeben ist, zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass zusätzlich zu den Beinen ein oder mehrere Rollantrieb (e) vorgesehen ist/sind. Der Rollantrieb kann dabei sowohl ohne als auch mit zusätzlicher Unterstützung der Beine Anwendung finden.
Aus konstruktiven Gesichtspunkten hat es sich als eine vorteilhafte Ausgestaltung erwiesen, wenn jeweils alle der im vorderen bzw. hinteren Bereich des Basisrahmens angeordneten Beine vorwiegend auf jeweils einer gemeinsamen, zumindest gedachten, Achse nebeneinander angeordnet sind.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auslegung der Steuereinheit ist dabei, dass die Ansteuerung der Beine derart erfolgt, dass bei mehr als vier Beinen immer mindestens vier der Beine Bodenkontakt haben, so dass zu jeder Zeit selbst dann ein sicherer Stand gewährleistet ist, wenn alle Motoren abgeschaltet bzw. stromlos geschaltet werden.
Unaktuierte Freiheitsgrade in Bewegungsvorrichtungen bzw. Teilen davon sind in der Regelung robotischer Systeme eine Herausforderung. Deshalb kann das den Freiheitsgrad ermöglichende mechanische Element einen aktuierten Sperrmechanismus für den zusätzlichen Freiheitsgrad des Beins aufweisen, beispielsweise in der Ausgestaltung mit einem per Elektromagnet betätigten bzw. freigegebenen Sperrmechanismus. Dazu kann ein Hubmagnet im Fußmodul verbaut werden, dessen Federelement im stromlosen Zustand einen Verriegelungsbolzen in das untere Fußelement drückt. Dadurch wird der Freiheitsgrad im stromlosen Zustand gesperrt, so dass keine ungewollten Drehbewegungen möglich sind. Wird der Elektromagnet bestromt, dann wird der magnetische Verriegelungsbolzen aus dem unteren Fußelement in den Hubmagnet eingezogen, so dass der Freiheitsgrad wieder freigegeben wird. Vorteilhaft ist es die Bestromung und damit die Freigabe des Freiheitsgrads nur dann vorzunehmen, wenn tatsächlich Drehbewegungen durch nicht gleichförmige oder gegenläufige Bewegungen der Beine erzeugt werden sollen.
Im Folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 den Gegenstand nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung, bei der Überwindung von Treppen, von vorne,
Fig. 2 den Gegenstand der Erfindung nach Fig. 1 von hinten,
Fig. 3 in den Teilfiguren a bis c eine Detaildarstellung eines der Beine mit seriell elastischem Aktor (SEA) und einem mechanischen Element im Fußbereich zur Ermöglichung mindestens eines weiteren Freiheitsgrads,
Fig. 4 a + b eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform des mechanischen Elements vor (Teilfigur a.) und nach Durchführung (Teilfigur b.) einer ungleichförmigen bzw. gegengerichteten Bewegung der Beine rechter und linker Seite der Vorrichtung,
Fig. 5 a + b + c + d eine Darstellung des Beförderungsmittels, bzw. des mechanischen Elements vor, bzw. nach ungleichförmiger Bewegung von rechten und/oder linken Beinen mit Blickrichtung von der linken Seite (a + b) bzw. von unten (c + d) mit Details,
Fig. 6 ein Schnitt durch eine alternative Ausführungsform, bei der der Basisrahmen der Steigung der Treppe primär folgt und der Sitz und ggf. auch die Fußstütze des Insassen automatisch als Teil des Bewegungsablaufs angepasst werden,
Fig. 7 eine alternative Ausführungsform, bei der die Beine nicht über eine Achse verschwenkt, sondern linear in horizontaler Richtung verschoben werden.
Fig. 8 a + b eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform des mechanischen Elements mit Sperrmechanismus vor (Teilfigur a.) und nach Durchführung (Teilfigur b.) einer ungleichförmigen bzw. gegengerichteten Bewegung der Beine rechter und linker Seite der Vorrichtung.
Das in den Zeichnungen dargestellte Beförderungsmittel dient der Fortbewegung oder dem Transport von Personen oder Waren, insbesondere über Treppen. Bevorzugt kann es eingesetzt werden als Vorrichtung zur Personenbeförderung in der Art eines Rollstuhls. Dazu weist es zunächst gemäß Figur 1 und 2 einen Basisrahmen 1 auf, an welchem wenigstens vier, bevorzugt aber acht Beine 2 angeschlossen sind, die für ein lineares Voranschreiten eingerichtet sind.
In einer bevorzugten Ausführung sind diese Beine 2 vorne und hinten jeweils primär auf einer, zumindest gedachten, Achse 16 angeordnet und entweder mittels eines Gelenks 3 schwenkbar (z.B. Fig. 1) und/oder aber mittels eines Linearlagers 4 in Bewegungsrichtung linear verfahrbar am Basisrahmen 1 angeschlossen (Fig. 7). Weiter sind Antriebselemente 5 vorgesehen, mittels derer die Beine 2 bewegbar sind.
Um das Lenken zu den Seiten zu ermöglichen, weisen einzelne oder sämtliche der Beine 2 gemäß Figur 3 ein zusätzliches mechanisches Element 6 auf, welches mindestens einen weiteren Freiheitsgrad ermöglicht. Dieses mechanische Element 6 begrenzt die Bewegungsrichtung(en) des Freiheitsgrads durch konstruktive Einschränkungen primär für eine Auslenkung orthogonal oder schräg zur Bewegungsrichtung. Dieses in den Figuren 4a, 4b näher dargestellte mechanische Element 6 ist dazu bevorzugt entweder im Fußbereich oder aber im Gelenk 3 oder Linearlager 4 des Beins 2 angeordnet. Gegebenenfalls kann es aber auch beliebig im Längsbereich des Beins 2 vorgesehen sein. Entscheidend ist hierbei, dass das mechanische Element 6 ohne aktive Antriebsmittel ausgebildet ist, also ausschließlich mittelbar über die Antriebselemente 5 der Beine 2 bewegt wird. Dabei kann das mechanische Element 6 durch jeweils ein Fußmodul 7 gebildet sein, das am dem Basisrahmen 1 abgewandten Ende eines oder mehrerer Beine 2 angeordnet ist. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Fußmodule 7 jeweils aus einem am Bein 2 fest angeschlossenen oberen Fußelement 7.1 und einem zur Auflage auf dem Untergrund eingerichteten unteren Fußelement 7.2 bestehen. Das untere Fußelement 7.2 ist dabei mit dem oberen Fußelement 7.1 über Führungsmittel insbesondere in Form von Gleitführungen oder über elastische Verformungselemente 8 verbunden. Diese sind so ausgeführt bzw. angeordnet, dass sie in vorwiegend horizontaler Ebene beweglich sowie ggf. feststellbar sind.
Dazu ist in den Figuren 5 a + b + c + d dargestellt, wie der Bewegungsablauf bei Abweichung von linearer Fortbewegung erfolgt. Es resultiert daraus eine geringfügige Drehbewegung um die vertikale Achse im Zentrum des Beförderungsmittels, genauso wie dies gegenläufige Bewegungen der linken und rechten Raupen eines Raupenfahrzeugs bewirken.
Das mechanische Element 6 kann dabei auch von einem oder mehreren elastischen Verformungselementen 8 gebildet sein; zusätzlich oder alternativ kann es jedoch auch Achsen oder Scharniere aufweisen. Wichtig ist hierbei eine Ausbildung derart, dass sie zumindest in horizontaler Ebene gegenüber dem Bein 2 beweglich bzw. verformbar sind. Das mechanische Element 6 und/oder das elastische Verformungselement 8 als solches kann auch durch entgegengesetzte bzw. ungleichmäßige Bewegungen von einem, mehreren oder allen Beinen 2 der linken und/oder der rechten Seite in einer oder mehreren Vorzugsrichtungen linear verschieb- bzw. biegbar sein, wobei diese Richtungen wähl- und feststellbar sein können. Gleiches lässt sich jedoch auch dadurch erreichen, dass sich die Beine 2 entsprechend aus der Vertikalen neigen lassen. Auf diese Art und Weise ist nur eine kleine Drehung bewirkbar, wie Fig. 5d zeigt. Bei dieser Bauart, wie auch bei den anderen Bauarten mit Fußmodul 7 am unteren Beinende, wird deshalb folgendes Vorgehen bzw. Verfahren aufgezeigt, um größere Drehbewegungen zu bewirken. Wenn nach der ersten gegenläufigen Bewegung die nicht auf dem Boden aufgestellten Beine 2 aufsetzen (siehe Fig. 5a + 5b) und die Beine 2 mit den gerade ausgelenkten Freiheitsgraden angehoben werden, dann führen die elastischen Elemente 8 in der Vorrichtung für den zusätzlichen Freiheitsgrad dieser Beine 2 das untere Fußelement 7.2 wieder in die mittige Ausgangslage zurück, bzw. entspannt sich das verformte elastische Element 8, das beispielsweise aus Gummi oder einer einzelnen geführten Feder bestehen kann und geht in die Ausgangslage zurück. Die Drehbewegung kann jetzt auf gleiche Art und Weise mit den nun den Boden berührenden Beinen 2 über das Drehzentrum Z erfolgen. Werden nun noch die jeweils gerade angehobenen Beine 2 motorisiert über die Schwenkachse wieder komplett in die Vertikale zurückgeführt, ist es dem Beförderungsmittel durch stetigen Wechsel der Abläufe durch dieses mechanische Element 6 und diese Vorgehensweise nun möglich, um die eigene Achse zu kreisen. Das kann in beengten Umgebungen hilfreich sein, die standardmäßige Anwendung ist jedoch, durch wenige ungleichförmige Bewegungen der Beinseiten in einem Bewegungsablauf z.B. einer nicht gerade verlaufenden Treppe folgen zu können oder Kurskorrekturen durchzuführen.
Ein herausragendes Merkmal der hier vorgestellten Erfindung liegt also darin, auch gewendelte Treppen überschreiten zu können, so wie dies beim Stand der Technik zumeist nicht oder nur mit erheblich höherem Aufwand möglich ist.
Wie sich aus der Zeichnung ersehen lässt, sind die Beine 2 in vorteilhafter Gestaltung als Teleskopbeine ausgebildet und bestehen bevorzugt aus drei Teleskopelementen. Die Teleskopbeine weisen einen nicht näher dargestellten Hubantrieb auf, der bauartbedingt entweder ein sequentielles oder synchrones Verstellen, also gleichzeitiges Ein- bzw. Ausfahren der einzelnen Teleskopelemente ermöglicht.
Grundsätzlich können dabei die Beine 2 auch von einzelnen primär durch Gelenke 3 verschwenkbar miteinander verbundenen Elementen gebildet sein.
Für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des Beförderungsmittels ist es notwendig, die auf die Beine 2 einwirkenden Kräfte durch einen Kraftsensor zu ermitteln. Dies kann insbesondere durch eine Kombination aus Hallsensor und Magnet unter Berücksichtigung der Kennlinie der federnden Elemente 15 in einem seriell elastischen Aktor 14 (SEA) erfolgen (Fig. 3) und in der Hubachse oder vorzugsweise durch Dehnungsmessstreifen gemessen werden.
Zusätzlich zu diesen Kraftmessungen ist es erforderlich, die aktuelle geometrische Ausrichtung des Beförderungsmittels selbst als auch des umgebenden Raums zu bestimmen. Dazu dient zur Erfassung der Schwenklage und/oder des linearen Bewegungshubs der Beine 2 ein Absolutencoder, während zur Erfassung der allgemeinen räumlichen Ausrichtung des Basisrahmens 1 und/oder der Beschleunigung Sensoren, vorzugsweise eine oder mehrere inertiale Messeinheit(en) (IMU) vorgesehen sind.
Des Weiteren kommen zur Steuerung und/oder Überwachung des Bewegungsablaufs Umfeldsensoren zum Einsatz, die vorzugsweise in Form von 3D-Kameras oder LIDAR zur räumlichen Erfassung und Bewertung der Umgebungsparameter vorgesehen sind. Das so auf Basis dieser Daten erstellte virtuelle Modell der Umgebung wird dann durch Abgleich mit den Daten der weiteren Sensoren wie z.B. den Absolutencodern und Kraftsensoren der Beine 2 zusammengeführt und/oder korrigiert. Wie sich weiter aus der Zeichnung in Fig. 6 ergibt, können bei de Beförderungsmittel die Beine 2 über Lineareinheiten 9 mit Kurbeltrieben 16 verschwenkbar sein.
Weiter ist aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, dass zusätzlich zu den Beinen 2 zwei oder mehr Rollantriebe 10, ggf. motorisierte Räder vorgesehen sind. Damit ist bedarfsweise auch ein rollender Vortrieb möglich. In einer favorisierten Ausführung sind zwei motorisierte Räder vorgesehen, deren Regelung eine gewünschte Sollposition und -Orientierung sicherstellt. Ggf. können zusätzlich Stützräder eingesetzt werden.
Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Beförderungsmittel sind am Basisrahmen 1 eine Sitzfläche 11, eine Rückenlehne 12 und eine oder zwei Fußstütze(n) 13 angebracht, die in ihrer Lage und Neigung unter Berücksichtigung der Lauf- bzw. Steigbewegungen, mittels eines von der Steuereinheit gesteuerten Antriebs, autonom in ihrer Position relativ zum Grundkörper verstellbar ist. So lässt sich sicherstellen, dass die beförderte Person sich stets in geeigneter Körperhaltung und bezüglich des Beförderungsmittels in geeigneter Schwerpunktslage befindet, auch wenn der Basisrahmen 1 nicht in horizontaler Lage gehalten wird, sondern z.B. der Steigung der Treppe folgt. Dieses erfindungsgemäße Vorgehen ist vorteilhaft, da der maximal notwendige Hub der Beine 2 dadurch reduziert und der Schwerpunkt gesenkt wird. Die Fußstütze(n) 13 können ebenfalls autonom den
Bedürfnissen angepasst werden, z.B. in ihrer Position zum Grundkörper verstellt werden, um Treppenkanten oder anderen Hindernissen auszuweichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweils alle der im vorderen bzw. hinteren Bereich des Basisrahmens 1 angeordneten Beine 2 vorwiegend auf jeweils einer gemeinsamen, zumindest gedachten, Achse 16 nebeneinander angeordnet. Dies ermöglicht eine vorteilhafte, konstruktive Vereinfachung und erhöhte Stabilität in der Fortbewegung über Hindernisse. Es ist jedoch auch möglich, wie Fig. 5 zeigt, die Beine 2 einer Seite in einer Linie parallel zur Fortbewegungsachse zu positionieren.
Fig. 8 a + b zeigen eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform des mechanischen Elements 6 mit Sperrmechanismus 18, vor (Teilfigur a.) und nach Durchführung (Teilfigur b.) einer ungleichförmigen bzw. gegengerichteten Bewegung der Beine rechter und linker Seite der Vorrichtung. Der Sperrmechanismus 18 für den zusätzlichen Freiheitsgrad des Beins ist aktuiert und kann so beliebig aktiviert werden. Als Antrieb kommen z.B. Elektromotor, Hydraulik, Pneumatik oder andere Ansätze in Frage. Die in der Zeichnung dargestellte Lösung ist die Ausgestaltung als elektronisch aktuierter Hubmagnet. Im Stator 21 wird ein Hubbolzen 19 durch eine mechanische Feder 20 nach unten in das untere Fußelement 7.2 gedrückt. Dadurch wird der Freiheitsgrad gesperrt, so dass keine ungewollten (Dreh-)bewegungen möglich sind (Fig. 8a). Wird der Stator 21 bestromt, so wird der magnetische Hubbolzen 19 aus dem unteren Fußelement 7.2 zurück in den Stator 21 eingezogen, so dass der Freiheitsgrad wieder freigegeben wird und Bewegungen von oberem 7.1 und unterem Fußelement 7.2 gegeneinander wieder ermöglicht werden.
Schließlich weist das Beförderungsmittel eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuereinheit auf, durch die die Ansteuerung der Antriebselemente 5 der Beine 2 sowie deren Verstellungen vorgenommen werden. Diese Ansteuerung ist abhängig von einem - vom Nutzer z.B. per Joystick - vorgegebenen, auszuführenden Bewegungsablauf, ferner von den erfassten Bewegungsparametern und ggf. weiteren Steuergrößen.
Dabei erfolgt die Ansteuerung der Beine 2 durch die Steuereinheit derart, dass bei mehr als vier Beinen 2 immer mindestens vier der Beine 2 Bodenkontakt haben. So ist sichergestellt, dass zu jeder Zeit selbst dann ein sicherer Stand gewährleistet ist, wenn alle Motoren abgeschaltet bzw. stromlos geschaltet sind.
Bezeichnungen :
1 - Basisrahmen
2 - Beine
3 - Gelenk
4 - Linearlager
5 - Antriebselement
6 - mechanisches Element
7 - Fußmodul
7.1 - oberes Fußelement
7.2 - unteres Fußelement
8 - elastisches Element
9 - Lineareinheit
10 - Rollantrieb
11 - Sitz- bzw. Transportflache
12 - Rückenlehne
13 - Fußstütze
14 - seriell elastischer Aktor (SEA)
15 - Federelement
16 - zumindest gedachte Achse
16.1 - zumindest gedachte Achse vorne
16.2 - zumindest gedachte Achse hinten
17 - Kurbeltrieb
18 - Sperrmechanismus
19 - Hubbolzen
20 - mechanische Feder
21 Stator

Claims

Patentansprüche
1. Beförderungsmittel, insbesondere für die Fortbewegung oder den Transport von Personen oder Waren, auch als Vorrichtung zur Personenbeförderung in der Art eines mit Sitzfläche, Rückenlehne, Fußstütze und Eingabemodul versehenen Rollstuhls, mit einem Basisrahmen (1), an welchem wenigstens vier, bevorzugt acht, für ein lineares Voranschreiten eingerichtete Beine (2) angeschlossen sind, die mittels eines Gelenks (3) schwenkbar und/oder mittels eines Linearlagers (4) in Bewegungsrichtung linear verfahrbar am Basisrahmen (1) angeschlossen und durch Antriebselemente (5) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Bewegungsparametern und ggf. weiteren Steuergrößen Sensoren vorgesehen sind und die auf die Beine (2) einwirkenden Kräfte durch einen oder mehrere Kraftsensor(en), insbesondere durch eine Kombination aus Hallsensor(en) und Magnet(en) unter Berücksichtigung der Kennlinie des oder der federnden Elemente (6) in einem seriell elastischen Aktor (SEA) in der Hubachse oder vorzugsweise durch einen oder mehrere piezoresistive(n) Kraftsensor(en) wie z.B. Dehnungsmessstreifen gemessen werden und mittels einer oder mehrerer Steuereinheit(en) eine darauf basierende Verstellung der Sitz- bzw. Transportfläche (11) und ggf. der Fußstütze(n) (13) und ggf. der Rückenlehne (12) sowie die Ansteuerung der Antriebselemente (5) der Beine (2) autonom bzw. teilautonom erfolgt.
2. Beförderungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Abstützung der Beine einer Person vorgesehene Fußstütze(n) (13) beweglich angebracht und zur Anpassung an Lauf- bzw. Steigbewegungen bzw. zur Kollisionsvermeidung mit Hindernissen wie Treppenstufen, durch einen oder mehrere von der Steuereinheit gesteuerte(n) Antrieb(e) autonom in ihrer Position relativ zum Grundkörper verstellbar ist/sind.
3. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die am Basisrahmen (1) angeordnete Sitz- bzw. Transportfläche (11) und/oder Rückenlehne (12) in ihrer Lage und Neigung unter Berücksichtigung der Lauf- bzw. Steigbewegungen, mittels eines oder mehrerer von der Steuereinheit gesteuerten Antriebs/Antrieben, autonom in ihrer Position relativ zum Grundkörper verstellbar ist/sind.
4. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder sämtliche der Beine (2) ein zusätzliches, mindestens einen weiteren Freiheitsgrad ermöglichendes mechanisches Element (6) aufweisen, welches durch konstruktive Einschränkungen primär eine Auslenkung orthogonal oder schräg zur Bewegungsrichtung ermöglicht und bevorzugt entweder im Fußbereich oder aber im Gelenk (3) oder Linearlager (4) des Beins (2) angeordnet ist, gegebenenfalls aber auch beliebig im Längsbereich des Beins (2) vorgesehen sein kann und ohne aktive Antriebsmittel ausgebildet ist.
5. Beförderungsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Element (6) von einem oder mehreren elastischen Verformungselementen (8) und/oder Scharnieren gebildet ist, die zumindest in horizontaler Ebene gegenüber dem Bein (2) beweglich bzw. verformbar sind und/oder das Schrägstellen des Beins (2) oder Teilen davon ermöglichen.
6. Beförderungsmittel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Element (6) durch jeweils ein Fußmodul (7) gebildet ist, das am dem Basisrahmen (1) abgewandten Ende eines oder mehrerer Beine (2) angeordnet ist.
7. Beförderungsmittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußmodule (7) jeweils aus einem am Bein (2) fest angeschlossenen oberen Fußelement (7.1) und einem zur Auflage auf dem Untergrund eingerichteten unteren Fußelement (7.2) bestehen und das untere Fußelement (7.2) mit dem oberen Fußelement (7.1) über Führungsmittel insbesondere in Form von Gleitführungen oder über elastische Verformungselemente (8) verbunden ist und in vorwiegend horizontaler Ebene diesem gegenüber beweglich sowie ggf. feststellbar angeordnet und in einer bevorzugten Ausführung das untere Fußelement (7.2) zu Wartungszwecken und dergleichen austauschbar ist.
8. Beförderungsmittel nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Element (6) durch entgegengesetzte bzw. ungleichmäßige Bewegungen von einem, mehreren oder allen Beinen (2) der linken und/oder der rechten Seite in einer oder mehreren, wähl- und feststellbaren Vorzugsrichtungen linear verschieb- bzw. biegbar ist, bzw. sich die Beine (2) entsprechend aus der Vertikalen neigen.
9. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine (2) von einzelnen primär durch Gelenke (3) verschwenkbar miteinander verbundenen Elementen gebildet sind.
10. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Schwenklage und/oder des linearen Bewegungshubs der Beine (2) Absolutencoder sowie zur Erfassung der allgemeinen räumlichen Ausrichtung des Basisrahmens (1) und/oder der Beschleunigung Sensoren, vorzugsweise eine oder mehrere inertiale Messeinheit(en) (IMU) vorgesehen ist/sind.
11. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung und/oder Überwachung des Bewegungsablaufs Umfeldsensoren, vorzugsweise in Form von 3D-Kameras oder LI DAR zur räumlichen Erfassung und Bewertung der Umgebungsparameter vorgesehen sind und dass das auf Basis dieser Daten erstellte virtuelle Modell der Umgebung durch Abgleich mit den Daten der weiteren Sensoren wie z.B. den Absolutencodern und Kraftsensoren der Beine (2) zusammengeführt und/oder korrigiert wird.
12. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beine (2) über Lineareinheiten (9) mit Kurbeltrieben (17) verschwenkbar sind, wobei diese primär senkrecht neben dem jeweiligen Bein (2) angeordnet sein können.
13. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Beinen (2) ein oder mehrere Rollantrieb(e) (10) vorgesehen ist/sind.
14. Beförderungsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Beine (2) durch eine Steuereinheit derart erfolgt, dass bei mehr als vier Beinen (2) immer mindestens vier der Beine (2) Bodenkontakt haben, so dass zu jeder Zeit selbst dann ein sicherer Stand gewährleistet ist, wenn alle Motoren abgeschaltet bzw. stromlos geschaltet sind.
15. Beförderungsmitel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einen weiteren Freiheitsgrad ermöglichende mechanische Element (6) einen aktuierten Sperrmechanismus (18) für den zusätzlichen Freiheitsgrad des Beins aufweist, beispielsweise in der Ausgestaltung mit einem per Elektromagnet betätigtem bzw. freigegebenem Sperrmechanismus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115214819A (zh) * 2022-08-19 2022-10-21 浙江工业大学 一种高稳定性的全自动爬楼装置
CN117643538A (zh) * 2024-01-29 2024-03-05 山东中泰医疗器械有限公司 一种防摔式康复训练护理架

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111343956B (zh) * 2017-11-10 2022-05-27 欧彼立孚特私人有限公司 跨越障碍物的运输工具

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1298041A2 (de) * 1995-02-03 2003-04-02 Deka Products Limited Partnership Balancierende Kraftfahrzeuge für eine Einzelperson
CN103434581A (zh) 2013-08-08 2013-12-11 大连理工大学 一种机器人的脚掌机构
US20150196439A1 (en) 2011-09-13 2015-07-16 Sergey Surenovich Osipov Transportation device for transporting goods and people on stairs and flat surfaces
CN105711677A (zh) 2016-03-16 2016-06-29 平湖西技双臂智能机器人有限公司 一种越障机器人
WO2018010551A1 (zh) 2016-07-15 2018-01-18 嘉兴川页奇精密自动化机电有限公司 越障轮椅
US20180104982A1 (en) 2015-04-09 2018-04-19 Tam Minh Do Moving apparatus based on bearing points created by end of lever arms with changable length
US20190298594A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Modular wheelchair system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1298041A2 (de) * 1995-02-03 2003-04-02 Deka Products Limited Partnership Balancierende Kraftfahrzeuge für eine Einzelperson
US20150196439A1 (en) 2011-09-13 2015-07-16 Sergey Surenovich Osipov Transportation device for transporting goods and people on stairs and flat surfaces
CN103434581A (zh) 2013-08-08 2013-12-11 大连理工大学 一种机器人的脚掌机构
US20180104982A1 (en) 2015-04-09 2018-04-19 Tam Minh Do Moving apparatus based on bearing points created by end of lever arms with changable length
CN105711677A (zh) 2016-03-16 2016-06-29 平湖西技双臂智能机器人有限公司 一种越障机器人
WO2018010551A1 (zh) 2016-07-15 2018-01-18 嘉兴川页奇精密自动化机电有限公司 越障轮椅
US20190298594A1 (en) 2018-03-27 2019-10-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Modular wheelchair system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WALKING CHAIR, 6 February 2021 (2021-02-06), Retrieved from the Internet <URL:https://phys.org/pdf226574937.pdf>

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115214819A (zh) * 2022-08-19 2022-10-21 浙江工业大学 一种高稳定性的全自动爬楼装置
CN115214819B (zh) * 2022-08-19 2024-01-30 浙江工业大学 一种高稳定性的全自动爬楼装置
CN117643538A (zh) * 2024-01-29 2024-03-05 山东中泰医疗器械有限公司 一种防摔式康复训练护理架

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