Трансформируемое транспортное средство

 

Изобретение относится к высокоманевренным транспортным средствам и может быть применено для перемещения людей с ограниченной подвижностью по горизонтальным, наклонным и ступенчатым поверхностям. Трансформируемое транспортное средство имеет кресло, установленное на опорной рычажной конструкции, которая включает несущую раму и задний мост. Несущая рама представляет собой шарнирный четырехзвенный механизм, состоящий из двух опорных стоек, шарнирно соединенных поперечинами, снабженных приводом. К передней опорной стойке прикреплена колесная пара (кластер), привод которой обеспечивает возможность совместного вращения колес вокруг общей оси. В верхней части опорной стойки закреплена рулевая колонка, на головке которой имеются рукоятки и пульт управления транспортным средством с органами управления, контроля и индикации. Несущая рама посредством, как минимум одного, шарнирно установленного и снабженного приводом рычага, соединена с задним мостом. Задний мост имеет продольно ориентированный опорно-соединительный элемент, который может иметь форму продольной балки. К опорно-соединительному элементу присоединена поперечная балка, на которой, например, при помощи балансиров установлены колеса, снабженные приводами вращения. В результате решена задача по созданию высокоманевренного транспортного средства, обладающего повышенной устойчивостью и проходимостью при сравнительно несложной конструкции и системе управления. 4 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к высокоманевренным транспортным средствам и может быть применено для перемещения людей с ограниченной подвижностью по горизонтальным, наклонным и ступенчатым поверхностям.

Известна коляска для инвалидов [Патент РФ 2043097, МКИ A 61 G 5/04, опубл. 10.09.1995] . Коляска имеет сиденье и соединенные с рамой электроприводные колесные блоки, колесо каждого из которых оборудовано катками, установленными на продольно расположенных осях по периметру колеса. Каждое колесо оборудовано автономным приводом. Катки каждого колеса связаны кольцевым замкнутым гибким валом, связанным с соответствующим приводом. Колесные блоки закрыты кожухами и соединены поперечной поворотной осью, на которой с возможностью поворота в продольной вертикальной плоскости установлено сиденье. Под сиденьем закреплена аккумуляторная батарея. Коляска позволяет инвалиду перемещаться в прямом и обратном направлениях, разворачиваться на месте вокруг центра симметрии, перемещаться вправо или влево в направлении, перпендикулярном плоскости колес, а также перемещаться по лестничным маршам вверх и вниз. Однако постоянная колесная база позволяет перемещаться только по лестницам, параметры которых (высота и длина ступенек) соотносятся с параметрами колес и катков. Другим недостатком конструкции является то, что она позволяет осуществлять поворот только "бортовым" способом. Таким образом, средство обладает ограниченными возможностями перемещения.

Известно трехколесное транспортное средство для инвалидов [Патент РФ 2128035, МКИ A 61 G 5/04, опубл. 27.03.1999]. Устройство содержит кресло, раму с размещенными на оси крестообразными и круглыми колесами, закрепленными на пружинах. Круглые колеса подвешены на пружинах таким образом, что при наезде на грань ступенек уходят вверх вбок, предоставляя возможность шагать транспортному средству по ступеням за счет крестообразных колес. После того как транспортное средство взберется на горизонтальную площадку, конусы, установленные на осях, вводятся в муфты колес при помощи передвижного Y-образного устройства, соединенного тягой с управляемым рычагом, на рукоятке которого находится выключатель электродвигателя. Как и вышеописанный аналог, трехколесное транспортное средство обладает ограниченными возможностями перемещения, что является, в первую очередь, следствием фиксированной колесной базы.

Известны транспортные средства, в конструкции которых предусмотрены оригинальные механизмы, обеспечивающие перемещение по лестничным маршам, независимо от соотношения параметров ступеней лестницы. Так, известно транспортное средство [Патент РФ 2153868, МКИ A 61 G 5/04, опубл. 10.08.2000 г., вариант, иллюстрируемый Фиг.1-3 патента], которое имеет сиденье, установленное на конструкции, включающей две вертикальные опоры - "ноги", установленные поперечно продольной оси. Каждая из "ног" выполнена с обеспечением возможности изменения высоты. Перемещение по горизонтальным или наклонным поверхностям осуществляется при помощи колес, установленных на "ногах" устройства. Для перемещения по лестницам предусмотрены дополнительные опорные площадки, прикрепленные к "ногам" устройства снизу. Перемещение по лестницам осуществляется следующим образом. Кресло поворачивается в горизонтальной плоскости на 90^o по отношению к подвесной системе, включающей "ноги" с опорными площадками (колеса убираются вверх в нерабочее положение). Поворотное устройство в сочетании с возможностью выдвигать и убирать каждую "ногу" позволяет выполнять движение транспортного средства вверх и вниз по ступенькам способом, аналогичным движению человека по лестнице. Каждая "нога", когда она служит в качестве опоры, удерживающей вес, обеспечивает возможность вращения остальной части транспортного средства вокруг вертикальной оси "ноги" в ходе выполнения поворота. Переднее положение кресла при этом сохраняется. Устройство имеет сложную систему управления и контроля положения отдельных элементов, но при этом не обладает достаточной устойчивостью. При перемещении по лестнице устойчивость обеспечивается посредством использования руки сидящего человека для захвата перил или с помощью ассистента.

В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в вышеупомянутом патенте, второй вариант изобретения [Патент РФ 2153868, МКИ A 61 G 5/04, опубл. 10.08.2000 г. , вариант, иллюстрируемый Фиг.9-10 патента]. В этом устройстве кресло закреплено на опорной конструкции, установленной на колесном основании. Опорная конструкция представляет собой рычажный механизм, два рычага которого снабжены приводами, обеспечивающими изменение их угла наклона к горизонту, а, следовательно, изменение высоты положения кресла. Колесное основание представляет собой две двухколесные группы. Каждая группа имеет свой собственный отдельно управляемый двигатель для совместного вращения колес пары вокруг общей оси. При этом каждое колесо снабжено собственным двигателем, обеспечивающим вращение колеса вокруг собственной оси. При перемещении по горизонтальной или наклонной поверхности самое устойчивое положение обеспечивается в позиции, при которой рычаги опорной конструкции находятся в сложенном положении, и все четыре колеса касаются опорной поверхности. Изменение уровня расположения кресла достигается не только за счет изменения угла наклона рычагов к горизонту, но и за счет подъема по одному из колес каждой колесной пары в нерабочее положение. В этом случае транспортное средство опирается на две точки опоры - на одно из колес каждой колесной пары, что снижает его устойчивость. Устойчивость может быть обеспечена только за счет применения системы управления, при работе которой поддерживается динамическая устойчивость транспортного средства. Для перемещения по лестнице звенья рычагов находятся в вертикально вытянутом положении с целью обеспечения максимальной высоты. Подъем по лестнице выполняют посредством вращения обеих групп колес вокруг общей оси каждой группы и согласованного вращения колес. Прототип имеет более простую конструкцию, чем та, что описана выше. Однако и этому транспортному средству для поддержания динамической устойчивости необходима сложная система управления, а при перемещении по лестнице рекомендовано использовать перила или прибегать к помощи ассистента.

В основу изобретения поставлена задача - расширение арсенала индивидуальных транспортных средств для людей с ограниченной подвижностью, а именно создание высокоманевренного транспортного средства, обладающего повышенной устойчивостью и проходимостью при сравнительно несложной конструкции и системе управления.

Поставленная задача решается тем, что в трансформируемом персональном транспортном средстве, содержащем кресло, закрепленное на опорной рычажной конструкции, установленной на колесном основании, включающем колесную пару, снабженную приводом, обеспечивающим возможность совместного вращения колес вокруг общей оси, при этом средство снабжено приводными системами, обеспечивающими изменение взаимного расположения его элементов, а также системой автономного питания и системой управления и контроля, новым согласно изобретению является то, что опорная рычажная конструкция содержит несущую раму и задний мост, шарнирно соединенные по крайней мере одним рычагом, несущая рама включает переднюю опорную стойку, заднюю опорную стойку, шарнирно соединенные верхней и нижней поперечинами, на передней стойке закреплена упомянутая колесная пара с приводом, обеспечивающим возможность совместного вращения колес вокруг общей оси, а также дополнительно установленная рулевая колонка, предназначенная для поворота упомянутой колесной пары, несущая рама снабжена приводом, обеспечивающим изменения угла наклона к горизонту упомянутых поперечин, на верхней части задней опорной стойки закреплено кресло, задний мост имеет продольно ориентированный опорно-соединительный элемент и поперечную ось или поперечную балку с поперечной осью или с двумя полуосями, непосредственно на которых или при помощи балансиров закреплены два приводных колеса.

При этом задний мост может быть дополнительно снабжен двумя телескопическими упорами, установленными на упомянутой оси или полуосях в плоскостях, параллельных плоскостям колес, при этом рабочий конец каждого из упоров выступает за внешнюю окружность соответствующего колеса, телескопические упоры снабжены как минимум одним приводом, обеспечивающим их вращение и независимым от привода вращения колес, а оси вращения упоров могут совпадать с осями вращения колес. Продольно ориентированный опорно-соединительный элемент может представлять собой продольную балку или рамную конструкцию.

Кресло закреплено шарнирно, снабжено приводом, спинка и сиденье кресла также соединены между собой шарнирно с обеспечением возможности изменения угла наклона, включая положение, при котором они находятся в одной, общей для них плоскости, в том числе вертикальной.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлено: Фиг.1 - общий вид транспортного средства, Фиг.2 - конструкция несущей рамы, Фиг.3 - конструкция заднего моста, Фиг. 4 - средство в положении "стоя", Фиг.5 - средство в положении "стоя" при опоре только на задние колеса, Фиг.6 - средство при перемещении по лестнице вверх в положении "стоя", Фиг.7 - средство при перемещении по лестнице вверх в положении "сидя", Фиг.8 - средство при перемещении по лестнице вниз в положении "сидя", Фиг.9 - средство в положении "сидя" при опоре на четыре колеса.

Трансформируемое персональное транспортное средство имеет кресло 1, спинка 2 которого при помощи шарнира 3 соединена с сиденьем 4. Кресло установлено на опорной рычажной конструкции, которая включает несущую раму и задний мост. Несущая рама имеет переднюю опорную стойку 5, заднюю опорную стойку 6, шарнирно соединенные верхней и нижней поперечинами 7, 8. Для придания большей устойчивости каждая из поперечин 7 или 8 может быть выполнена в виде пары соединенных между собой рычагов, параллельных между собой и симметричных относительно продольной оси рамы. Таким образом, несущая рама представляет собой шарнирный четырехзвенный механизм. Одна из поперечин (пар поперечин), предпочтительно верхняя, снабжена приводом 9, установленным на задней опорной стойке 6 и обеспечивающим поворот поперечин в вертикальной плоскости, а следовательно, изменение их угла наклона к горизонту и изменение взаимного расположения (сближение и отдаление) передней и задней опорных стоек 5, 6. К передней опорной стойке 5, например на вилке, прикреплена колесная пара (кластер), привод 10 которой посредством бесконечной передачи 11 обеспечивает возможность совместного вращения колес 12, 13 колесной пары (передних колес) вокруг общей оси 14. Колеса 12, 13 колесной пары расположены в одной плоскости. Каждое из колес 12, 13 может иметь собственный привод вращения. Каждое из колес 12, 13 может иметь собственный тормоз. В верхней части опорной стойки 5 закреплена рулевая колонка 15, предназначенная для поворота колесной пары. На головке 16 рулевой колонки 15 имеются рукоятки и пульт управления транспортным средством с органами управления, контроля и индикации. Рулевая колонка 15 может быть выполнена телескопической с соответствующим приводом и установлена с обеспечением возможности изменения угла ее наклона. Транспортное средство снабжено подножками 17, которые целесообразно закрепить в нижней части задней опорной стойки 6. В верхней части задней опорной стойки 6 (на уровне расположения колена сидящего в коляске человека) имеется как минимум один привод 18, предназначенный для изменения угла наклона кресла 1.

Несущая рама посредством как минимум одного, шарнирно установленного и снабженного приводом 19, рычага 20 соединена с задним мостом. Задний мост имеет продольно ориентированный опорно-соединительный элемент, который может иметь форму продольной балки 21, как это представлено на чертежах, или форму V-образной рамы, или любую другую приемлемую форму. Узел соединения задних приводных колес 22, 23 может быть выполнен различными способами, один из которых представлен на чертежах. Так к опорно-соединительному элементу присоединена поперечная балка 24, на которой при помощи балансиров 25 установлены колеса 22, 23, снабженные приводами 26 вращения. Колеса 22, 23 могут быть установлены непосредственно на полуосях, закрепленных на поперечной балке. Балансиры могут быть оснащены приводами. Устройство может не иметь поперечной балки и балансиров, а колеса могут быть закреплены непосредственно на поперечной оси. Однако использование балансиров повышает маневренность и устойчивость транспортного средства.

С целью облегчения передвижения по ступеням устройство может быть дополнительно снабжено двумя телескопическими упорами 27. Упоры могут быть установлены на осях или полуосях вблизи колес в плоскостях, параллельных плоскостям колес (т.е. перпендикулярно оси). Упоры 27 могут иметь загнутый рабочий конец. Длина упоров выбирается таким образом, чтобы рабочий конец выступал за внешнюю окружность колеса, т.е. расстояние от места закрепления упора на оси до опорной точки упора превышает радиус колеса. Каждый из упоров снабжен приводом 28, обеспечивающим его вращение, независимое от вращения колеса. Возможно оба упора 27 снабдить общим приводом, обеспечивающим их вращение, независимое от вращения колес.

Кресло 2, точнее его сиденье 4, закреплено в верхней части задней опорной стойки и, как уже сказано выше, снабжено как минимум одним приводом 18, предназначенным для изменения угла наклона кресла 1 (сиденья). Кроме того, кресло может иметь отдельный привод 29, обеспечивающий изменение угла наклона спинки по отношению к сиденью. Оба привода 18 и 29 обеспечивают трансформацию кресла от положения "сидя" до положения "лежа" и "стоя". Аккумуляторные батареи 30 могут быть расположены под сиденьем кресла.

Средство снабжено системой управления, гироскопические элементы которой предназначены для обеспечения устойчивости конструкции при перемещении по неровным, наклонным поверхностям, при перемещении по лестничным маршам и при других положениях, в том числе при максимальном уменьшении опорной базы (при сближении передних и задних колес) и при положении "стоя", когда сиденье и спинка кресла находятся в положении, близком к вертикальному.

Персональное транспортное средство работает следующим образом.

При передвижении средства по горизонтальным поверхностям оно находится в положении, представленном на Фиг.1: одно из передних колес 13 колесной пары поднято в нерабочее верхнее положение, система рычагов опорной рычажной конструкции находится в положении, при котором передний конец продольной балки 21 заднего моста находится под сиденьем. Упоры 27 относительно неподвижны (не вращаются) и ориентированны таким образом, чтобы выступающий конец не препятствовал движению задних колес 22, 23. Сидящий в кресле человек при помощи рулевой колонки 15 и пульта, расположенного на ее рулевой головке 16, управляет перемещением средства. Поднятие или опускание кресла 1 на необходимую сидящему человеку высоту осуществляется регулировкой угла наклона поперечин 7, 8 (сближением или отдалением друг от друга передней 5 и задней 6 опорных стоек) и опусканием или подниманием одного из колес 12 или 13 передней колесной пары. В максимально низком состоянии оба колеса 12, 13 колесной пары находятся в контакте с опорной поверхностью (Фиг.9). В положении "стоя" (Фиг.5) конструкция устройства и система управления позволяют поддерживать устойчивое положение при отрыве обоих колес 12, 13 колесной пары от опорной поверхности и расположении спинки и сиденья кресла в одной плоскости при балансе, близком к вертикальному положению.

Для перемещения транспортного средства вверх по лестничным маршам (Фиг. 6, 7) изменяется расстояние между передними и задними колесами с целью установки необходимой колесной базы, соответствующей параметрам лестницы. Это достигается изменением положения поперечин 7, 8 и рычага 20 посредством соответствующих приводов. Подъем средства по ступенькам осуществляется при совместной ротации колес 12, 13 вокруг оси 14 под воздействием привода 10 и при одновременной работе приводных колес 22, 23. Таким образом преодолеваются невысокие ступеньки. Для подъема на высокие ступеньки используются телескопические упоры 27. Включается привод их вращения и при контакте рабочих концов упоров (выступающих за внешнюю окружность соответствующего колеса) с поверхностью ступеньки нагрузка переносится на упоры. После того как задние колеса 22, 23, опирающиеся на телескопические упоры 27, займут положение над очередной ступенькой, а сами упоры под воздействием приводов 28 примут вертикальное положение, под воздействием силы тяжести транспортного средства телескопические трубки упоров складываются (внутренняя трубка входит внутрь), и опора переходит на задние колеса, которые прокатываются по горизонтальной поверхности ступеньки. Одновременно поворачиваются упоры, телескопические трубки которых снова находятся в раздвинутом положении, при котором их рабочие концы выступают за внешнюю окружность колеса. При контакте упоров со следующей ступенькой процесс повторяется. Такое "комбинированное" движение, сочетающее качение и шагающее перемещение, позволяет без затруднений преодолевать лестничные марши, не зависимо от ширины ступенек и их высоты.

Также следует отметить, что заявляемое устройство при перемещении по лестницам всегда имеет опору не менее чем на три точки, не лежащие на одной прямой. Это обеспечивает повышенную устойчивость по сравнению с прототипом, при подъеме которого по лестнице периодически возникает положение с опорой на две точки. Таким образом, при перемещении заявляемого устройства не требуется помощь ассистента и не нужно прибегать к дополнительной опоре на перила.

Наличие балансиров позволяет заезжать на поребрики под углом, когда одно из колес начинает подъем раньше другого. Кроме того, балансиры позволяют устройству более плавно перемещаться по неровным поверхностям, когда колеса находятся на разных уровнях, и при этом преодолевать препятствия, сохраняя положение кресла как при перемещении по горизонтальным поверхностям.

Перемещение транспортного средства вниз по лестничным маршам (Фиг.8) осуществляется также при совместной ротации колес 12, 13 колесной пары. При этом упоры 27 могут находиться в нерабочем, относительно неподвижном положении.

Система управления позволяет сохранять горизонтальное расположение сиденья при перемещении по горизонтальной или наклонной опорной поверхности, гладкой или неровной, а также при подъеме/спуске по лестничным маршам независимо от крутизны наклона. Однако, при необходимости, можно менять наклон сиденья, а также высоту рулевой колонки.

Таким образом, индивидуальное транспортное средство для людей с ограниченной подвижностью обладает высокой маневренностью, повышенной устойчивостью и проходимостью при сравнительно несложной конструкции и системе управления. Транспортное средство позволяет перемещаться вверх и вниз по лестничным маршам, сохраняя устойчивость без опоры на перила.

Формула изобретения

1. Трансформируемое транспортное средство, содержащее кресло, закрепленное на опорной рычажной конструкции, установленной на колесном основании, включающем колесную пару, снабженную приводом, обеспечивающим возможность совместного вращения колес вокруг общей оси, при этом средство снабжено приводными системами, обеспечивающими изменение взаимного расположения его элементов, системой автономного питания и системой управления и контроля, отличающееся тем, что опорная рычажная конструкция содержит несущую раму и задний мост, шарнирно соединенные по крайней мере одним рычагом, несущая рама включает переднюю опорную стойку, заднюю опорную стойку, шарнирно соединенные верхней и нижней поперечинами, на передней стойке закреплена упомянутая колесная пара с приводом, обеспечивающим возможность совместного вращения колес вокруг общей оси, при этом дополнительно установленная рулевая колонка предназначена для поворота упомянутой колесной пары, несущая рама снабжена приводом, обеспечивающим изменения угла наклона к горизонту упомянутых поперечин, на верхней части задней опорной стойки закреплено кресло, задний мост имеет продольно ориентированный опорно-соединительный элемент и поперечную ось или поперечную балку с поперечной осью или с двумя полуосями, непосредственно на которых или при помощи балансиров закреплены два приводных колеса.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что задний мост дополнительно снабжен двумя телескопическими упорами, установленными на упомянутой оси или полуосях в плоскостях, параллельных плоскостям колес, при этом рабочий конец каждого из упоров выступает за внешнюю окружность соответствующего колеса, телескопические упоры снабжены как минимум одним приводом, обеспечивающим их вращение и независимым от привода вращения колес, а оси вращения упоров совпадают с осями вращения колес.

3. Транспортное средство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что продольно ориентированный опорно-соединительный элемент представляет собой продольную балку или рамную конструкцию.

4. Транспортное средство по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что кресло закреплено шарнирно, снабжено приводом, спинка и сиденье кресла также соединены между собой шарнирно с обеспечением возможности изменения угла наклона, включая положение, при котором они находятся в одной, общей для них плоскости, в том числе вертикальной.

5. Транспортное средство по пп.1 - 3 или 4, отличающееся тем, что каждая из упомянутых поперечин представляет собой пару параллельных друг другу рычагов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9