ИНВАЛИДНАЯ ШАГАЮЩАЯ КРЕСЛО-КОЛЯСКА
WALKING WHEELCHAIR

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к коляскам для инвалидов, и может быть использовано для передвижения как по ровной поверхности, так и по лестнице, и преодоления других профильных препятствий.
Лестницы являются наиболее распространенными препятствиями для инвалидных кресел. Разработке устройств, позволяющих преодолевать препятствия и лестницы, уделено значительное внимание и поэтому достаточно широко известны инвалидные коляски, снабженные различными устройствами перемещения по лестницам.
Так, известна инвалидная коляска, содержащая раму, сиденье, ведущие и ведомые колеса, а также приспособление для передвижения по лестничным маршам, выполненное в виде установленных на ведущих колесах радиальных, подпружиненных телескопических штырей с фиксатором исходного положения и двух прикрепленных к раме и имеющих возможность перемещаться относительно плоскости, проходящей через точки опоры колес, полозовидных опор (лыж) (SU 1586706, A61G 5/02).
Недостатком такой коляски при движении по лестнице является возможность соскакивания штырей на находящуюся ниже ступень в случае попадания наконечника штыря на край ступени, что нарушает плавность хода, сложная конструкция ведущих колес (телескопические штыри, радиальные направляющие, пружины, фиксаторы), необходимость времени на подготовку ведущих колес (выдвижение штырей, их фиксация) и невозможность сиденья автоматически сохранять горизонтальное положение.
Известна инвалидная коляска, в которой приспособление для перемещения по лестнице выполнено в виде П-образных опор, расположенных с боковых сторон каркаса, опоры и каркас снабжены вертикально перемещающимися фиксируемыми полозьями, имеющими на нижней поверхности ворс, закрепленный с возможностью изменения его наклона(SU 1581312, A61G 5/02).
Известна инвалидная коляска, в которой механизм перемещения по лестнице включает по меньшей мере две пары опорных реек с зацепами, установленных продольно по разные стороны от оси коляски (SU 15688870, A61G 5/06).
Известна инвалидная коляска для передвижения по лестницам, которая снабжена шаговым рабочим механизмом в виде двух пар опорных планок, которые одним концом закреплены на коленчатом валу, установленном на раме, а другим концом установлены с возможностью возвратно-поступательного движения в кулисах, жестко закрепленных также на раме, причем в планках установлены с возможностью вертикального перемещения подпружиненные стержни-зацепы (RU 2102957, A61G 5/06).
Известно также транспортное устройство, содержащее корпус, установленный на ведущих и ведомых поворотных колесах, и опорные элементы, связанные с корпусом посредством кривошипов с возможностью перемещения в продольных вертикальных плоскостях, снабженное расположенными в правой и левой частях корпуса механизмом взаимной блокировки опорных элементов и рекуператорами механической энергии, кинематически связанными с соответствующими кривошипами.
Механизм блокировки включает вал, установленный на оси пары кривошипов, расположенных на разных сторонах корпуса, на концах которого размещены подвижные вдоль него муфты, и ответные муфты, подвижно установленные на соответствующих валах кривошипов, при этом указанные подвижные муфты кинематически связаны с механизмом их включения.
На вертикальных осях поворотных колес установлены фиксаторы положения плоскости колес параллельно продольной плоскости транспортного устройства, представляющие собой диски с канавками для взаимодействия с ними подпружиненных шариков, установленных в гнездах вилок указанных колес, а рекуператор снабжен механизмом отключения (RU 2104200, B62B 9/04).
Недостатками таких колясок является сложность компоновки устройств в целом, содержащей большое количество вспомогательных деталей, отсюда недостаточная степень надежности работы механизмов шагания при движении по лестницам, трудность адаптации к различным профилям лестниц - шагу и высоте их ступеней.
Наиболее близким к описываемому является транспортное устройство, содержащее установленный на ведущих и ведомых колесах корпус, несущий сиденье и привод, и опорные элементы с зацепами, установленные по обе стороны от продольной оси устройства на его корпусе с возможностью перемещения в продольных вертикальных плоскостях, отличающееся тем, что опорные элементы выполнены плоскими, расположены параллельно боковым стенкам корпуса, каждый из опорных элементов связан с соответствующей стенкой корпуса по крайней мере тремя кривошипами, оси которых параллельны и не лежат в одной плоскости, а одна из них кинематически связана с приводом, при этом нижние части боковых стенок корпуса выполнены с опорными элементами, повторяющими по форме первые опорные элементы. Ведущие и ведомые колеса могут быть установлены с возможностью их подъема в продольных вертикальных плоскостях, опорные элементы стенок корпуса установлены на последних с возможностью перестановки относительно осей кривошипов, а задние части всех опорных элементов расположены выше их передних частей относительно опорной поверхности (патент RU 2034731, B62B 9/04, A61G 5/06).
Недостатками прототипа являются:
- стесненное положение ног инвалида, обусловленное расположением передних колес внутри панелей,
- обязательная принудительная фиксация полноповоротных колес, наличие механизма такой фиксации при их подъеме, обусловленное расположением полноповоротных колес сзади,
- необходимость достаточного пространства для разворота из-за повышенной базы между передними и задними колесами.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение надежности устройства, его эксплуатационных характеристик за счет повышения маневренности в квартире, снижения общей длины устройства, обеспечения плавности хода и снижения нагрузок на приводных рукоятках при движении на лестнице.
Поставленная задача решается тем, что у инвалидной шагающей кресла-коляски, содержащей корпус, состоящий из плоских правой и левой жестко связанных друг с другом, снабженных подлокотниками боковых панелей, установленное между панелями кресло со спинкой, образованное двумя жестко связанными друг с другом изогнутыми продольными силовыми элементами с регулируемыми по высоте посредством регулировочных штанг подножками, расположенные на задних и передних подвесках колеса, причем задние колеса размещены с внешней стороны боковых панелей, при этом последние связаны посредством по крайней мере трех кривошипов с плоскими подвижными опорными элементами, нижние опорные поверхности боковых панелей и опорных элементов выполнены в форме лыж, расположены под углом к плоскости опоры колес и снабжены зубчатыми эластичными протекторами, задний кривошип каждой из боковых панелей кинематически связан с приводными колесами, механизмы подъема и опускания колес, указанный задний кривошип каждой из панелей также связан с механическим рекуператором энергии посредством отключаемого механизма блокировки взаимного положения правого и левого подвижных элементов, кресло со спинкой имеет возможность поворота в вертикальной продольной плоскости относительно поперечной оси корпуса коляски, подвижные опорные элементы установлены с внутренней стороны боковых панелей, задние колеса имеют двойной независимый привод от расположенных в передней зоне и кинематически связанных приводным кривошипом соответствующей боковой панели, например, цепной передачей передних приводных правого и левого маховиков с рукоятками и от расположенных непосредственно на задних колесах кольцевых обручей, переднее полноповоротное колесо установлено с внутренней стороны боковых панелей и закреплено на силовых элементах кресла за подножкой, механизмы подъема и опускания задних колес включают соответственно задние подвески, выполненные в виде плоских секторов с внешними венцами под цевочное зацепление, центры делительных окружностей которых размещены на осях задних кривошипов, продольные силовые элементы кресла снабжены плоскими секторными элементами с внешними цевочными венцами с центром делительных окружностей на оси поворота кресла, при этом цевочные венцы подвесок задних приводных колес и цевочные венцы секторных элементов продольных силовых элементов кресла попарно связаны и закоординированы относительно друг друга посредством находящихся в зацеплении с указанными венцами цевочных барабанов, жестко закрепленных на двух соответствующих поперечных приводных осях с опорами на боковых панелях корпуса, а каждая приводная ось справа и слева корпуса коляски кинематически, например цепной передачей, связана с соответствующими осями приводных рукояток лебедок, закрепленных на боковых панелях и имеющих устройства стопорения, опорные поверхности боковых панелей и подвижных опорных элементов совпадают по своему контуру и имеют два выпуклых излома, в середине опорных поверхностей угол излома составляет 5-7°, а вблизи второго или третьего зубца от заднего конца опорных поверхностей угол излома составляет 15-45°, при этом зубчатый эластичный протектор опорных поверхностей боковых панелей образован эластичными вращающимися роликами, оси которых расположены в плоскости боковых панелей под углом, равным углу наклона нижней поверхности соответствующего зуба подвижного опорного элемента, а количество вращающихся роликов соответствует числу зубьев на опорной поверхности подвижного опорного элемента.
Предусмотрено, что у кресла-коляски правая и левая регулировочные штанги подножки в нижней своей части оснащены дополнительными опорно-страхующими роликами со своими элементами регулирования высоты расположения относительно подножки.
Предусмотрено, что в ступицах задних колес кресла-коляски встроены кулачковые муфты свободного хода, управляемые центральными толкателями, находящимися под действием соответствующих пружин в контакте с расположенными на внешней боковой поверхности панелей дуговыми копирами с углублением в своей нижней части и обусловливающие осевое перемещение толкателей под действием пружины и замыкание кинематической связи задних колес с передними приводными маховиками.
Предусмотрено, что передние приводные маховики кресла-коляски выполнены съемными.
Предусмотрено также, что угловые размеры цевочных венцов секторных элементов продольных силовых элементов кресла-коляски и плоских секторов задних колес имеют такие величины, при которых в крайнем верхнем положении опорные точки колес и расположены выше нижнего профиля протектора боковых панелей.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид сбоку, слева; на фиг.2 слева приведен вид А спереди, а на фиг.2 справа - вид Б сзади; на фиг.3 - сложное сечение Г-Г фиг.1; на фиг.4 - сложное сечение В-В фиг.1; на фиг.5 показано сечение Д-Д фиг.2,Б; на фиг.6-12 - этапы преодоления лестничного марша.
Инвалидная шагающая кресло-коляска содержит:
1 - корпус кресла-коляски,
2 - подлокотники,
3 - боковые панели,
4 - кресло,
5 - спинка кресла,
6 - продольные изогнутые силовые элементы.
7 - регулируемая подножка,
8 - задние колеса,
9 - переднее полноповоротное колесо,
10-13 - кривошипы,
14 - плоские подвижные элементы с опорной поверхностью в виде лыжи,
15 - эластичный зубчатый протектор,
16 - роликовый протектор,
17 - обручевый привод задних колес,
18 - передний приводной маховик с рукояткой,
19 - сектор задней подвески с цевочным зубом,
20 - секторный элемент передней подвески с цевочным зубом,
21, 22 - цевочные барабаны,
23, 24 - поперечные приводные оси,
25, 26 - цепные передачи,
27, 28 - левая и правая приводные рукоятки лебедок,
29 - ось поворота кресла,
30 - регулировочная штанга подножки,
31 - спорно-страхующий ролик с фиксатором положения,
32 - средний излом опорной поверхности лыж,
33 - задний излом опорной поверхности лыж,
34 - муфта свободного хода заднего колеса 8,
35 - толкатель управления муфтой 34 с пружиной 36,
37 - копир управления толкателем 35,
38 - механический рекуператор с валом блокировки подвижных лыж,
39 - маховик рекуператора 38,
40 - муфта включения рекуператора 38,
41 - рукоятка и механизм управления муфтой 40,
42 - цепная передача главного привода коляски,
43 - эластичный вращающийся ролик,
44 - ось вращения ролика.
Инвалидная кресло-коляска имеет два режима работы: движение на колесах - режим I; шагание на лыжах - режим II. По лестнице кресло-коляска поднимается и спускается передней частью вниз.
Шагающий механизм кресла-коляски образован боковыми панелями 3, связанными посредством кривошипов 10, 11, 12, 13 с плоскими подвижными опорными элементами 14, нижние поверхности тех и других выполнены в форме лыж, опорные поверхности которых имеют два выпуклых излома 32 и 33 в середине опорных поверхностей на угол 5-7°, а вблизи второго или третьего зубца от заднего конца опорных поверхностей, на 15-45°. В режиме движения на колесах опорные поверхности расположены под углом к плоскости опоры колес, при этом плоские подвижные элементы 14 снабжены зубчатым эластичным протектором 15, а боковые панели 3 - роликовым протектором 16. 3адний кривошип 12 кинематически связан через муфту свободного хода 34 с задними приводными колесами 8.
Внешний излом 32 в середине опорной поверхности каждой лыжи и роликовый протектор 16 на боковых панелях позволяет осуществлять корректировку положения кресла-коляски на ограниченном пространстве лестничного марша. Задний излом 33 обеспечивает захват лыжей второй ступеньки лестничного марша и плавный сход с его нижней ступени.
При режиме I движение инвалидной кресла-коляски вперед-назад и ее маневрирование в квартире или на лестничной площадке осуществляют соответствующим вращением задних колес 8 за обручевый привод 17. Изменение направления движения или поворот кресла-коляски производят путем изменения скорости или направления вращения одного, например правого - обручевого привода 17 относительно другого - левого. Противоположным направлением вращения обручевого привода 16 осуществляют задний ход. При преодолении большой дистанции на улице и маневрировании на ней привод колес 8 осуществляют аналогично, но с использованием передних приводных маховиков 18 с рукояткой, обеспечивающих увеличенную скорость движения.
Перевод инвалидной кресла-коляски в режим II, шагания на лыжах, осуществляют после того, как коляска задом подъедет к первой ступеньке лестницы или иному препятствию до касания ее задними колесами, фиг.6.
Затем с помощью приводных рукояток лебедок 27 и 28 поднимают соответственно переднее 9 и задние 8 колеса в верхнее положение, при этом задняя часть эластичного зубчатого протектора 15 и роликового протектора 16 «садится» на ступеньку, задние колеса 8 отключаются от привода муфтой свободного хода 34 и коляска полностью становится только на лыжи, фиг.7.
Угловые размеры секторных элементов передней подвески 20, продольных силовых элементов 6 кресла 4 и сектора задней подвески 19, подвесок задних колес 8 имеют такие величины, при которых в крайнем верхнем положении опорные точки колес 8 и 9 и опорно-страхующего ролика 31 расположены выше нижнего профиля зубчатого эластичного протектора 15 подвижных опорных элементов 14 и роликового протектора 16 опорных поверхностей боковых панелей 3.
После этого рукояткой 41 включают механический рекуператор 38 с валом блокировки подвижных лыж и дальнейшим вращением приводных маховиков 18 «на себя» осуществляют движение коляски вверх (при обратном направлении вращения приводных маховиков происходит движение вниз), фиг.8, 9.
Кресло-коляска шагает по лестнице на расстояние одного зуба профиля эластичного зубчатого протектора 15 и эластичного роликового протектора 16 подвижных лыж и за один оборот передних приводных маховиков 18, попеременно опираясь то на лыжи боковых панелей 3, то на лыжи плоских подвижных опорных элементов 14. При несовпадении шага ступенек лестницы и профиля эластичного протектора 15 (или 16) происходит мягкое соскальзывание со ступеньки на величину только одного зуба протектора 15 (или одного ролика протектора 16), что не доставляет дискомфорта.
Поднятые колеса 8, 9 при движении по лестнице и привод, выполненный на основе кривошипов 10-13, позволяют, при необходимости, надежно остановить и зафиксировать коляску в любом месте лестничного марша. Для этого нужно только прекратить вращение передних приводных маховиков 18.
Наличие маховой массы маховика 39 механического рекуператора 38 на кривошипе 12 задних приводных колес обеспечивает равномерность движения по лестнице и снижение пиковых нагрузок. Эффект от снижения пиковых нагрузок пропорционален скорости вращения передних приводных маховиков 18.
При достижении зоной среднего излома 32 опорной поверхности лыж коляски ступеньки лестничного марша вращением приводных рукояток лебедок 27 (28) задние приводные колеса 8 опускают до момента касания их поверхности верхней площадки, (см. фиг.10), что обеспечивает плавный сход кресла-коляски с лестничного марша на площадку без резкого перехода («кивка») с наклонного положения в горизонтальное.
Полностью на верхнюю площадку кресло-коляску выводят дальнейшим вращением передних маховиков 18 в режиме шагания.
На верхней площадке лестницы с помощью приводных рукояток лебедок 27 и 28 опускают переднее 9 колесо до касания его с поверхностью верхней площадки и переводят задние колеса 8 с помощью включающихся при этом муфт свободного хода в нижнее нормальное положение.
Спуск осуществляется в обратном порядке.
Кресло 4 со спинкой 5 имеет возможность поворота в вертикальной продольной плоскости относительно оси корпуса коляски 29, поэтому при движении по лестнице оно всегда занимает горизонтальное положение.
Техническим результатом изобретения является:
- большее пространство для размещения ног инвалида, полученное за счет расположения одного переднего полноповоротного колеса сзади подножки,
- обеспечена высокая устойчивость коляски на лестничном марше путем снижения расположения ее центра тяжести относительно опорных поверхностей шагающего механизма за счет возможности подъема колес,
- обеспечена возможность разворота коляски на ограниченном пространстве из-за сокращения базы между передними и задними колесами,
- обеспечено абсолютно самостоятельное передвижение человека с ограниченными возможностями как в помещении, так и на лестничных маршах и на улице, т.е. обеспечена универсальность использования одного транспортного средства.
На предприятии ООО НПП «Орт» изготовлен и испытан макетный образец коляски. Испытания подтвердили безопасность и удобство использования коляски как для передвижения по комнате, так и для спуска-подъема по лестнице. Устройство, изготовленное в соответствии с описываемым техническим решением, является компактным и легким в управлении.