DE102011084236A1

DE102011084236A1 - Gehhilfe und Verfahren zur Steuerung einer Gehhilfe

Info

Publication number: DE102011084236A1
Application number: DE102011084236A
Authority: DE
Inventors: Marco Dudziak; Max Weeber; Basak Gencer; Lachlan Harpley; Timothy Broomhead; Kristina Shea; Torsten Metzler; Birgit Vogel-Heuser; Martin Merz
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-11

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Gehhilfe (1) sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Gehhilfe (1). Die Gehhilfe (1) umfasst ein längliches Verbindungselement (3) mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, mindestens einen Griff (5), der am oberen Ende und/oder in der Nähe des oberen Endes des Verbindungselementes (3) angeordnet ist, mindestens einen Antrieb (7), der mindestens ein Rad (9) antreibt, das rotierbar um eine Achse (L) am unteren Ende und/oder in der Nähe des unteren Endes des Verbindungselementes (3) angeordnet ist, und mindestens eine Steuereinheit (15), wobei die Steuereinheit (15) den Antrieb (7) derart steuert, dass die Gehhilfe (1) in Balance gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gehhilfe sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Gehhilfe. Als Gehhilfe wird allgemein beispielsweise ein Rollator oder ein Gehstock bezeichnet, der einen Benutzer bei seiner eigenen Fortbewegung zumindest teilweise unterstützt.
Die DE 103 18 929 B3 offenbart eine mobile Gehhilfe-Vorrichtung zur Unterstützung gehbehinderter Personen, die aus einem Fahrgestell mit Rädern und einer motorisierten Antriebseinrichtung für die Räder besteht. Diese Gehhilfe weist prinzipiell den Aufbau eines Rollators mit mehreren auf verschiedenen Achsen angeordneten Rädern auf. Die drei Räder des Rollators spannen somit eine Ebene auf und geben dadurch der Gehhilfe-Vorrichtung und somit dem Benutzer Halt. Nachteilig an einer solchen Gehhilfe-Vorrichtung ist, dass sie generell größere Ausmaße annimmt und daher in ihrem Einsatz eingeschränkt ist. Beispielsweise lassen sich mit einem solchen Rollator Treppen nicht überwinden. Ferner weisen solche Rollatoren generell einen erhöhten Platzbedarf auf. Zum Transport des Rollators bedarf es daher eines Kraftfahrzeuges mit einem entsprechend großen Kofferraum.
Ferner ist aus der DE 10 2009 031 128 A1 eine Gehhilfe in Form eines Gehstocks bekannt, der neben der Stützfunktion zusätzliche Warn- und Analysefunktionalitäten aufweist. Nachteilig an einer solchen Gehhilfe ist beispielsweise die geringe Stützfunktion eines Gehstocks beim Sturz bzw. beim drohenden Sturz eines Benutzers.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere eine verbesserte und/oder alternative und/oder zusätzliche Gehhilfe bereitzustellen.
Es ist beispielsweise eine bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gehhilfe mit erhöhter Stabilität und/oder erhöhter Sicherheit bereitzustellen. Es ist eine weitere bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Fortbewegung eines Benutzers zu erleichtern und die Mobilität zu erhöhen, insbesondere von Benutzern mit leichten Beeinträchtigungen, beispielsweise ältere Menschen, Menschen mit Sehbehinderungen, Gleichgewichtsstörungen und/oder Orientierungsschwächen. Eine weitere bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gehhilfe mit einem geringen Bewegungswiderstand bereitzustellen, die eine kraftärmere bzw. eine kraftlose Bedienung ermöglicht. Eine weitere bevorzugte Aufgabe besteht darin, eine Gehhilfe bereitzustellen, die eine höhere Flexibilität und Mobilität im Vergleich zu einem Rollator aufweist. Eine weitere bevorzugte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gehhilfe mit hohem Bedienungskomfort, die sich beispielsweise durch eine einfache und intuitive Bedienung auszeichnet, bereitzustellen, die bevorzugt überdies leicht und unauffällig gestaltet ist.
Diese Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der vorliegenden Ansprüche sowie die nachfolgend diskutierten bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gehhilfe umfasst ein längliches Stütz- bzw. Verbindungselement mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, mindestens einen Griff, mindestens einen Antrieb und mindestens eine Steuereinheit. Das Verbindungselement verbindet einen Griff, der bevorzugt am oberen Ende des Verbindungselementes bzw. in dessen Nähe angeordnet ist, mit einem Antrieb, der vorzugsweise an einem unteren Ende bzw. in dessen Nähe angeordnet ist. Zweckmäßig treibt der mindestens eine Antrieb mindestens ein Rad, vorzugsweise zwei Räder, an, das/die rotierbar um eine Achse L angeordnet ist/sind, die am unteren Ende des Verbindungselementes bzw. in dessen Nähe angeordnet ist. Die Steuereinheit steuert bzw. regelt den Antrieb derart, dass die Gehhilfe in Balance gehalten wird.
Eine Gehhilfe ist dabei eine Vorrichtung, die die natürliche Fortbewegung eines Benutzers zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise unterstützt. Als Gehhilfe wird in diesem Zusammenhang kein Fortbewegungsmittel verstanden, welches eine Person bzw. einen Gegenstand (selbständig) befördert. Insbesondere umfasst der Begriff Gehhilfe der vorliegenden Erfindung kein selbstbalancierendes Fahrzeug zum Transport einer Person. Vielmehr umfasst der Begriff der Gehhilfe in der vorliegenden Erfindung beispielsweise einen kognitiven Gehstock.
Als Verbindungselement kann beispielsweise jeder geeignete längliche Träger bzw. jedes Traggestell bzw. Rohrelement verstanden werden. Vorzugsweise ist das Verbindungselement leicht und steif ausgeführt. Bevorzugt weist das Verbindungselement eine generelle Form auf, die der Form eines Gehstocks entspricht. Bevorzugt kann die Gehhilfe und/oder das Verbindungselement eine Breite quer zur Fahrtrichtung aufweisen, die der Breite eines Rollators im Wesentlichen entspricht, besonders bevorzugt weist das Verbindungselement eine Breite eines Gehstocks auf. Der Griff ist bevorzugt am oberen Ende des länglichen Verbindungselementes ausgebildet oder mit diesem verbunden bzw. verbindbar. Bevorzugt weist die Gehhilfe mindestens einen Haltegriff auf.
Als Antrieb kann die Gehhilfe jeden Antrieb aufweisen, der geeignet ist, die Gehhilfe anzutreiben. Bevorzugt umfasst die Gehhilfe zwei elektrische Gleichstrommotoren. Alternativ ist auch der Einsatz von mindestens einem Motor, beispielsweise einem Servomotor, denkbar. Der Antrieb sowie sämtliche weitere elektrisch betriebene Bauelemente und Baueinheiten können von einer Energieversorgung, beispielsweise einer Batterie, mit Energie versorgt werden.
Die Gehhilfe umfasst mindestens ein Rad, welches rotierbar um einer quer zur Fortbewegungsrichtung der Gehhilfe verlaufenden Achse L ist. Beispielsweise kann das mindestens eine Rad aus einem Rad mit einer ausreichenden Breite zur Stabilisierung der Gehhilfe quer zur Fortbewegungsrichtung ausgebildet sein. Alternativ und/oder zusätzlich können Mittel zur Stabilisierung der Gehhilfe quer zur Fortbewegungsrichtung vorgesehen sein. Die Gehhilfe kann ferner Mittel zur zweidimensionalen Bewegung von zumindest Teilen der Gehhilfe, beispielsweise in Fortbewegungsrichtung und senkrecht dazu, aufweisen. Bevorzugt umfasst die Gehhilfe mindestens zwei Räder, die auf einer gemeinsamen Achse quer zur Fortbewegungsrichtung der Gehhilfe angeordnet sind. Eine Steuerung bzw. Regelung zum aktiven Ausweichen von Hindernissen bzw. eine „Object Avoidance” kann dadurch realisierbar oder besser realisierbar sein. Ferner bevorzugt sind die mindestens zwei Räder seitlich an der Gehhilfe angeordnet. Bevorzugt lässt sich dadurch die Stabilität und/oder das Auslenken effizienter gestalten.
Bevorzugt weist die Gehhilfe mindestens einen Neigungssensor und/oder mindestens einen Beschleunigungssensor auf. Der Neigungssensor ermittelt vorzugsweise die Neigung der Gehhilfe zur Vertikalen. Der Beschleunigungssensor der Gehhilfe erfasst vorzugsweise die Beschleunigung der Gehhilfe. Die Steuerung bzw. Regelung des Antriebs der Gehhilfe kann bevorzugt auf der gemessenen bzw. ermittelten Neigung und/oder der Beschleunigung basieren.
Als Neigungssensor kommt prinzipiell jeder Sensor in Betracht, der geeignet ist, unmittelbar oder mittelbar die Neigung der Gehhilfe zu erfassen. Bevorzugt erfasst der Neigungssensor die Neigung des Verbindungselementes zur Vertikalen. Vorteilhaft kann der Neigungssensor als Gyroskop, Drehratensensor oder ähnlichen Sensoren ausgebildet sein. Ein Gyroskop misst beispielsweise die Winkelbeschleunigung, aus der die Neigung berechnet werden kann, beispielsweise durch Integration. Beispielsweise kann der Neigungssensor zumindest die Neigung W_XZ in Fahrtrichtung der Gehhilfe bezogen auf die Vertikale ermitteln. Die Erfassung der Neigung W_XZ in Fahrtrichtung der Gehhilfe kann für die Steuerung bzw. Regelung einer Gehhilfe ausreichen, die in Fahrtrichtung agiert bzw. verfahren wird. Bevorzugt kann der Neigungssensor eine mehrdimensionale Abweichung zur Vertikalen erfassen, beispielsweise die Abweichung von der Vertikalen (bzw. Z-Achse) zur Fahrtrichtung der Gehhilfe und des Benutzers (bzw. X-Achse) und zur Achse senkrecht zur Fahrtrichtung und parallel zur rädertragenden Achse (bzw. Y-Achse).
Die Erfassung und/oder Verwendung einer mehrdimensionalen Neigung bzw. Abweichung ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Stützen nicht nur in Fahrtrichtung, also nach vorne, erfolgen soll, sondern beispielsweise auch ein Halt in die Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung, also zur Seite, erfolgen soll. Ferner vorteilhaft kann ein Abheben eines Rades im Falle einer mehrradigen Ausführung erkannt werden und entsprechende Notfallabläufe angestoßen und/oder Warnsignale ausgegeben werden.
Als Beschleunigungssensor kann jeder Sensor eingesetzt werden, der geeignet ist, eine Beschleunigung zu erfassen. Bevorzugt verwendet die Steuerung zumindest das Signal des Beschleunigungssensors und des Neigungssensors. Ferner bevorzugt kann mindestens die Beschleunigung und/oder Rotation um die Vertikale (bzw. Z-Achse) und um die räderaufweisende Achse senkrecht zur Fahrtrichtung (bzw. Y-Achse) verwendet werden. Ferner bevorzugt erfasst die Gehhilfe die Rotation um die Achse in Fahrtrichtung (bzw. X-Achse). Dadurch kann die Sturzerkennung verbessert werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden alle translatorischen und rotatorischen Bewegungen erfasst.
Die Steuereinheit der vorliegenden Erfindung ist eine Steuer- und/oder Regeleinheit, bevorzugt mindestens eine Regeleinheit. Die Steuereinheit ist bevorzugt geeignet, den Antrieb derart zu steuern und/oder zu regeln, dass die Gehhilfe in Balance gehalten wird. Die Begriffe Steuerung und Steuereinheit umfassen im Rahmen der vorliegenden Erfindung Systeme mit und/oder ohne Signalrückführung. Besonders bevorzugt kommt mindestens eine PD-, PI-, und/oder PID-Reglereinheit zum Einsatz. Die Steuereinheit kann neben dein Ausbalancieren weitere, bevorzugt alle, Steuerungs- Regelungs- und/oder Auswertefunktion der Gehhilfe übernehmen. Es können auch mehrere Steuereinheiten für verschiedene Funktionen, beispielsweise in verschiedenen Einheiten, vorgesehen sein.
Die Gehhilfe wird mittels der Steuereinheit derart ausgesteuert, dass sie selbstbalancierend ist. Mit anderen Worten, die Gehhilfe fällt im aktivierten Zustand nicht um bzw. kippt nicht um. Die Gehhilfe besitzt bevorzugt einen resultierenden Schwerpunkt, der in den meisten Fällen oberhalb der räderaufweisenden Achse L angeordnet ist. Bevorzugt kann die Gehhilfe um die räderaufweisende Achse rotieren. Die Gehhilfe besitzt in einer bevorzugten Ausgestaltung eine instabile Ruhelage.
Der resultierende Schwerpunkt ist der Schwerpunkt, der sich für die gesamte Anordnung ergibt. Er umfasst also den (eigenen) Schwerpunkt der Gehhilfe und gegebenenfalls weitere zusätzliche Schwerpunkte von externen zusätzlichen Objekten wie beispielsweise den Schwerpunkt des auf die Gehhilfe einwirkenden Benutzers und/oder den Schwerpunkt von mindestens einem zusätzlichen Gewicht, beispielsweise einer Handtasche oder Einkaufstasche des Benutzers.
Die Gehhilfe, insbesondere die Steuereinheit umfasst eine Schwerpunktlageregelung. Die Schwerpunktlageregelung führt den Antrieb bzw. das untere Ende der Gehhilfe derart, dass sich der Antrieb bzw. das untere Ende immer unterhalb des resultierenden Schwerpunktes der Gehhilfe befindet. Bevorzugt berücksichtigt die Steuereinheit bei der Ermittlung des resultierenden Schwerpunktes der Gehhilfe weitere äußere Einwirkungen, wie beispielsweise Gewichtskräfte von zusätzlichen Gewichten, die an der Gehhilfe befestigt sind und/oder Einwirkungen durch den jeweiligen Benutzer der Gehhilfe.
Die zugrundeliegende Regelung basiert im Wesentlichen auf einer Regelung für ein inverses Pendel. Ähnliche Regelungen kommen beispielsweise in einachsigen Elektrorollern oder einachsigen Skateboards zum Einsatz. Beispielsweise offenbart Dokument WO 2010/053740 A1 eine solche Regelung für ein einachsiges selbstbalancierendes Fahrzeug. Auch die EP 1980479 A1 zeigt einen ähnlich angesteuerten einachsigen Rollstuhl.
Bevorzugt kann die Gehhilfe im Modus „Selbstbalancieren”, d. h. im nicht benutzten aber aktivierten Zustand (auch „Stand-Alone-Balance-Funktion” genannt), derart gesteuert sein, dass die Gehhilfe ausbalanciert bzw. selbstbalancierend bzw. selbststehend ist. Die radaufweisende Achse der Gehhilfe kann sich dann unter dem Schwerpunkt der Gehhilfe befinden. Die Gehhilfe bzw. das Verbindungselement können dann aufrecht, bzw. im Wesentlichen aufrecht, bevorzugt vertikal, ausgerichtet sein. Ein Umkippen der Gehhilfe kann durch die Regelung trotz instabilen Ruhepunkt vermieden werden. Der Benutzer der Gehhilfe muss sich folglich nicht bücken, um die Gehhilfe aufzuheben. Wirkt während der Stand-Alone-Balance-Funktion eine externe Kraft auf die Gehhilfe ein (z. B. durch Windeinfluss, durch einen externen Impuls wie Anrempeln) und versetzt die Gehhilfe, dann fährt die Gehhilfe danach bevorzugt zu ihrer Ursprungsposition zurück.
Bevorzugt ist die Steuerung nicht auf einen fixen Schwerpunkt angewiesen. Eine Bestimmung eines solchen resultierenden Schwerpunktes kann ein Resultat aus einer vorbekannten Inversen-Pendel-Regelung sein. Vorzugsweise kompensiert bzw. korrigiert die Gehhilfe zumindest teilweise das vom Benutzer übertragende Drehmoment aktiv. Die Gehhilfe kehrt bevorzugt in ihre angestrebte Ruhelage bzw. in den senkrechten Stand zurück. Mit anderen Worten: wenn der Benutzer die Gehhilfe nach vorne, also in Fahrtrichtung auslenkt, erkennt die Gehhilfe, dass der Benutzer losgehen will, oder losgeht. Das mindestens eine angetriebene Rad fährt dann aus der Auslenkung dem Benutzer bzw. dem ausgelenkten Teil der Gehhilfe hinterher mit dem Ziel, in die senkrechte Position zurückzukommen. Bevorzugt ergibt sich also eine nahezu kraftlose Bedienung der Gehhilfe. In diesem „Benutzerverfolgungsmodus” bzw. „User Tracking” erkennt also die Gehhilfe anhand einer Benutzererfassungsfunktion und der Einwirkung des Benutzers auf die Gehhilfe, beispielsweise durch Auslesen des Beschleunigungssensors und/oder des Neigungssensors, in welche Richtung sich der Benutzer fortbewegen will und passt dementsprechend die Position der Gehhilfe so an, dass die Gehhilfe bei der Fortbewegung des Benutzers stets aufrecht die Fortbewegung des Benutzers unterstützt. Die Gehhilfe ist vorzugsweise derart gesteuert, dass die untere Basis der Gehhilfe den oberen Teil der Gehhilfe (und somit den Benutzer) verfolgt. Dadurch kann der Benutzer vorteilhaft sich an der Gehhilfe abstützen, ohne dass er das Gleichgewicht verliert.
Bevorzugt erkennt die Gehhilfe das Losgehen eines Benutzers nur, wenn der Benutzer die Gehhilfe anfasst, beispielsweise am Griff. Somit kann die Gehhilfe bevorzugt zwischen ein Beladen der Gehhilfe mit zusätzlichen Gewichten, beispielsweise Einkaufstaschen, und einem Losgehen eines Benutzers unterscheiden. Nach einem Beladen ohne Erfassung eines Benutzers mittels geeigneter Sensoren bleibt die Gehhilfe an ihrer Position aufrecht bzw. im Wesentlichen aufrecht stehen.
Die Gehhilfe kann bevorzugt eine Benutzererfassungseinrichtung umfassen, die ermittelt, ob elf Benutzer die Gehhilfe kontaktiert. Die Benutzererfassungseinrichtung kann beispielsweise als Sensorelement ausgebildet sein, beispielsweise als Drucksensor, Widerstandssensor, Infrarotsensor, optischer Abstandsmesser, Hebel etc. Zweckmäßig kann die Benutzererfassungseinrichtung erkennen, ob die Gehhilfe, bevorzugt der Griff umgriffen ist. Bevorzugt dient die Benutzererfassungseinrichtung als Starter bzw. zur Aktivierung der Gehhilfe. Ferner bevorzugt ermittelt die Steuereinheit und/oder die Benutzererfassung im Aktivmodus und/oder Standbymodus kontinuierlich oder in regelmäßigen Intervallen, ob der Benutzer die Gehhilfe kontaktiert. Ferner bevorzugt ermittelt die Gehhilfe aufgrund der Rückmeldung der Benutzererfassungseinrichtung, ob ein Benutzer die Gehhilfe festhält und wechselt bevorzugt in den Gehmodus. Die Benutzererfassungseinrichtung kann in den Griff integriert sein.
Die Gehhilfe kann ferner mit einer Objekterfassungseinrichtung zur Erfassung von Objekten im Umfeld der Gehhilfe und/oder des Benutzers ausgestattet sein. Die Objekterfassungseinrichtung kann beispielsweise aus mindestens einem optischen und/oder einem akustischen Sensor, beispielsweise einem Infrarotsensor, Radar oder Hallsensor bestehen. Basierend auf den Signalen der Objekterfassungseinrichtung erfasst die Gehhilfe etwaige Gegenstände bzw. Hindernisse wie Wände, Geländer, Mauern oder dynamische Objekte wie Menschen, Tiere, die Nichtbenutzer sind. Falls erwünscht oder notwendig, kann die Gehhilfe einen alternativen Weg, in dem sich beispielsweise kein Hindernis befindet, ermitteln und leitet bevorzugt ein entsprechendes Ausweichmanöver ein.
Die Gehhilfe umfasst bevorzugt ferner mindestens eine Wegstreckenerfassungseinrichtung zur Erfassung einer von der Gehhilfe zurückgelegten Wegstrecke. Die Wegstreckenerfassungseinrichtung kann beispielsweise als Längenmesseinrichtung zur direkten Messung der zurückgelegten Wegstrecke und/oder als Winkelmessgerät bzw. Drehgeber zur Bestimmung des Drehwinkels des Antriebs bzw. des mindestens einen Rads ausgebildet sein. Bevorzugt umfasst die Wegstreckenerfassungseinrichtung zwei Drehgeber, die bevorzugt den Drehwinkel von zwei Rädern erfassen. Ferner bevorzugt ist die Steuereinheit dazu geeignet, das bzw. die Signal(e) auszuwerten. Bevorzugt finden diese(s) Signal(e) Eingang in die Schwerpunktlageregelung.
Vorteilhaft umfasst die Gehhilfe ferner mindestens ein Sensorelement zur Erfassung von mindestens einem weiteren durch den Benutzer beeinflussten Parameter. Die durch den Benutzer beeinflussten Parameter können beispielsweise physiologische Benutzerparameter oder Betriebsparameter sein. Physiologische Benutzerparameter des Benutzers können beispielsweise folgende Parameter sein: Körpertemperatur, Blutdruck, Herzfrequenz, etc. (Betriebs-)Parameter sind beispielsweise Parameter, die bevorzugt über die Benutzung der Gehhilfe durch den Benutzer Aufschluss geben. (Betriebs-)Parameter können beispielsweise sein: Maximalwerte, Minimalwerte, und/oder Durchschnittswerte der Größen: Geschwindigkeit, Strecke, Neigungswinkel, Haltedruck, Stromaufnahme des Motors, etc. oder deren zeitliche Ableitungen. Weitere (Betriebs-)Parameter sind beispielsweise: angesteuerte Ziele, durchschnittliche Distanz, die zurückgelegt wird, Nutzungsfrequenz, Batterieverbrauch, etc. Bevorzugt kann das mindestens eine Sensorelement zumindest den zeitlichen Verlauf des Neigungswinkels erfassen und speichern. Die Auswertung des Neigungswinkels erlaubt bevorzugt die Unterscheidung zwischen Sturz und normalem Gebrauch der Gehhilfe.
Als Sensorelement kann dabei jeder geeignete Sensor eingesetzt werden, der einen oder mehrere vom Benutzer beeinflusste Parameter erfassen kann.
Die Gehhilfe kann ferner mindestens einen Speicher zum Speichern von Daten aufweisen, beispielsweise durch den Benutzer beeinflusste Parameter und/oder Betriebsparameter. Die gespeicherten Daten dienen bevorzugt zur weiteren Signalverarbeitung bzw. zur weiteren Auswertung, die ferner bevorzugt in der Gehhilfe zumindest teilweise implementiert ist. Beispielsweise können aktuelle Signale und Daten mit bereits vorhandenen (gelernten) Daten des Benutzers verglichen werden. Bevorzugt umfasst eine Signalverarbeitung eine oder mehrere der folgenden Funktionen:

– „Notfallbenachrichtigung” bzw. „Notfallmodus” bzw. „Emergency Shutdown”: falls eine gefährliche Situation, beispielsweise ein Sturz und/oder ein Hindernis, erkannt wird, kann die Gehhilfe eine Benachrichtigung, beispielsweise ein Warnsignal, ausgeben. Bevorzugt erhält die Benachrichtigung über eine geeignete Kommunikationseinrichtung eine dritte Person, beispielsweise ein Arzt. Ferner kann die Gehhilfe Notfallroutinen umfassen, die geeignet sind, um in einer solchen Situation geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Beispielsweise kann der Motor und/oder die Gehhilfe bei einem unvermeidbaren Sturz oder bei Überlast abgeschaltet werden.
– Überlastwarnung: bei befürchteter Überlastung der Gehhilfe und/oder des Benutzers kann die Gehhilfe eine entsprechende Warnung an den Benutzer, und/oder mittels einer Kommunikationseinrichtung einem Dritten, zukommen lassen. Überlast bzw. Fehlfunktion können somit vermieden werden. Beispielsweise kann eine Überlast der Gehhilfe anhand der Motorenbetriebsparameter und/oder der Wegstreckenerfassungseinrichtung erkannt werden.
– Benutzererkennung: anhand der physiologischen Benutzerparameter und/oder der (Betriebs-)Parameter kann die Gehhilfe den jeweiligen Benutzer erkennen. Bevorzugt werden dann die Benutzerdaten geladen und zur weiteren Signalverarbeitung zugrunde gelegt.
– Auswertung des Gesundheitszustandes: bevorzugt ist die Gehhilfe in der Lage, langfristig den Gesundheitszustand des Benutzers auszuwerten, bzw. die entsprechenden Rohdaten zur weiteren Auswertung einem behandelnden Arzt zur Verfügung zu stellen.

Die Gehhilfe kann ferner eine Kommunikationseinrichtung umfassen, die beliebige externe Daten, wie beispielsweise tagesaktuelle Informationen, Wettervorhersagen, Geoinformationen, Verkehrswarnungen etc. übermitteln kann. Die externen Daten kann die Gehhilfe zumindest teilweise zur Bestimmung von Routen und/oder von Warnsignalen heranziehen. Ferner kann die Gehhilfe derart ausgelegt sein, dass erfasste Daten der Gehhilfe bzw. des Benutzers mittels der Kommunikationseinrichtung an einen geeigneten Empfänger übertragen werden.
Ferner bevorzugt umfasst die Gehhilfe eine Positionsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Position der Gehhilfe. Als Positionsbestimmungseinrichtung ist jede Einrichtung geeignet, die die aktuelle Positionen der Gehhilfe in Bezug auf eine Referenzposition und/oder die Umgebung bestimmen kann. Die Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise als eine GPS-Einrichtung ausgeführt sein. Bevorzugt umfasst die Gehhilfe eine Navigationseinrichtung zum Navigieren zu vorbestimmten Zielen. Bevorzugt ermöglicht die Positionsbestimmungseinrichtung die genaue Bestimmung einer Position einer Gehhilfe, bevorzugt im aktivierten Zustand und/oder im Standby-Modus. Die Position kann ferner bevorzugt beispielsweise über eine Kommunikationseinrichtung an eine weitere Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt werden, die geeignet ist, die genaue Position einer Person anzuzeigen. Dies erleichtert beispielsweise das Auffinden einer verloren gegangenen Gehhilfe und evtl. eines verloren gegangenen Benutzers.
Die vorliegende Erfindung erfasst ferner ein Verfahren zur Steuerung der zuvor beschriebenen Gehhilfe mit einer Schwerpunkt-Lageregelung. Die Schwerpunkt-Lageregelung umfasst bevorzugt zumindest einen der folgenden Schritte:

– Ermitteln einer Ist-Lage des resultierenden Schwerpunktes, und/oder
– Antreiben des mindestens einen Rades bis sich die Radachse unterhalb des resultierenden Schwerpunktes befindet Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner:
– Ermitteln der Neigung der Gehhilfe zur Vertikalen, und/oder Erfassen der Beschleunigung der Gehhilfe.

Bevorzugt umfasst die Ermittlung der Ist-Lage des resultierenden Schwerpunktes das Bestimmen der Ist-Lage des Schwerpunktes der Gehhilfe sowie das Bestimmen der Ist-Lage von mindestens einem weiteren Schwerpunkt eines externen Objektes und Berechnen des resultierenden Schwerpunktes.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner:

– das Erfassen eines drohenden oder stattfindenden Sturzes eines Benutzers mittels einer Sturzerfassung,
– das Berechnen einer Ausgleichswegstrecke, die das mindestens eine Rad zurücklegen muss, damit die Gehhilfe dem Benutzer Halt gibt,
– das Zurücklegen der Ausgleichswegstrecke, und/oder
– das Halten des mindestens einen Rades, um dem Benutzer Halt zu geben.

Eine Sturzerfassung umfasst dabei jedes geeignete Verfahren, um einen drohenden oder stattfindenden Sturz eines Benutzers zu ermitteln. Die Sturzerfassung kann beispielsweise auf die Erfassung einer Veränderungsrate eines Neigungswinkels, auf der Überschreitung eines Grenzneigungswinkels und/oder auf der Erfassung der Haltekraft mit der ein Benutzer den Griff umgreift, beruhen.
Die Rotationsbewegung der Gehhilfe im aktiven Modus ist bevorzugt grundsätzlich passiv, da die Radachse von der Gehstockachse entkoppelt ist. Die Gehstockachse umfasst dabei zumindest die Achse des Verbindungselements. „Passive Rotationsbewegung” bedeutet dabei, dass das mindestens eine Rad angesteuert wird, also der untere Teil der Gehhilfe und nicht der obere Teil. Wenn die Gehhilfe ausgeschaltet ist, fällt sie um, ohne dass die Radstellung davon beeinträchtigt wird. Es befinden sich Lager zwischen den Achsen und den Rädern. Die Gehhilfe kann einen drohenden oder stattfindenden Sturz anhand einer Sturzerfassung erkennen. Bevorzugt erfasst die Sturzerfassung den Neigungswinkel zur Vertikalen und vergleicht den Neigungswinkel mit mindestens einem Grenzwinkel der Neigung, ab dem ein drohender Sturz oder ein stattfindender Sturz eines Benutzers angenommen wird. Der mindestens eine Grenzwinkel kann bevorzugt ein benutzerspezifischer Wert sein. Auch ist denkbar, dass das Überschreiten eines zulässigen Grenzwertes für mindestens einen der Werte Neigungswinkel, Neigungswinkelgeschwindigkeit und/oder Neigungswinkel-beschleunigung zur Sturzerfassung herangezogen wird. Die Sturzerfassung kann bevorzugt ermitteln, in welchem Winkelbereich des Neigungswinkels normales Gehen erfolgt und ab welchem Winkel ein Sturz eines Benutzers beginnt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sturzerkennung auch über andere Systeme realisiert werden. Beispielsweise kann die Sturzerkennung mindestens einen Sensor am Körper des Benutzers verwenden und/oder eine aktive Ermittlung des Körperschwerpunktes umfassen. Erkennt die Sturzerfassung einen drohenden oder stattfindenden Sturz, so wechselt die Gehhilfe in einen Modus, in dem die Gehhilfe nicht mehr versucht, die Gehhilfe aufrecht auszurichten, sondern in dem die Gehhilfe versucht, den Sturz des Benutzers abzufangen. Dieser Modus wird nachstehend als „Auffangmodus” oder als „Catch-Fall-Funktion” bezeichnet.
Wenn ein Benutzer mit einer Gehhilfe aus dem Gleichgewicht gerät, so finden generell instinktiv zwei Reaktionen statt:

1. der Benutzer erhöht den Haltedruck, mit dem er die Gehhilfe bzw. den Griff der Gehhilfe umgreift.
2. der Benutzer bewegt die Arme automatisch in die Richtung, in die er zu fallen droht, um den Aufprall mit den Armen abfedern zu können oder um einen den Fall vermeidenden Halt zu finden.

Die zweite Reaktion verursacht zusammen mit der Verlagerung des Schwerpunktes des Benutzers eine Beschleunigung der Gehhilfe, insbesondere des Griffs, in Fallrichtung. Wenn ein Benutzer zu fallen beginnt, erfasst die Gehhilfe die Veränderungsrate der Neigung, beispielsweise des Winkels W_XZ oder der Winkel W_XZ und W_XY, wobei der Winkel W_XZ der Neigungswinkel in Fortbewegungsrichtung und der Winkel W_YZ der Neigungswinkel quer zur Fortbewegungsrichtung ist. Die Gehhilfe, insbesondere die Steuereinheit, berechnet die Ausgleichswegstrecke, die notwendig ist, um die Gehhilfe derart zu verfahren bzw. anzuordnen, dass sie dem Benutzer Halt gibt. Vorzugsweise berechnet die Gehhilfe aus dem Neigungswinkel und der Kraft, mit der der Benutzer auf die Gehhilfe einwirkt, die Auffangposition für die Gehhilfe.
Das mindestens eine Rad wird vorzugsweise durch den mindestens einen Antrieb in Fallrichtung beschleunigt. Die Gehhilfe nimmt dadurch einen Neigungswinkel an, der zur Abstützung eines Benutzers geeignet ist. Bevorzugt verfährt der Antrieb das untere Ende des Verbindungselementes mit hoher, bevorzugt maximaler, Geschwindigkeit. Ferner bevorzugt wird das mindestens eine Rad in der zum Halten bzw. Abfangen des Benutzers geeigneten Position gehalten, bevorzugt blockiert, besonders bevorzugt durch eine Bremse. Das Halten und/oder Blockieren kann alternativ oder zusätzlich zur mechanischen Bremse durch eine entsprechende Verschaltung des Motors, beispielsweise durch Umpolung und/oder durch Gleichstrom, erfolgen. In diesem „Auffangmodus” fährt die Gehhilfe in eine zumindest annähernd optimale Stützposition vor dem Benutzer und behält diese Position bei, beispielsweise durch Aufbringen eines Gegenmomentes des Rades bzw. der Räder, bevorzugt durch eine mechanische Bremse und/oder eine Bremsung durch entsprechende Verschaltung des Motors.
Die Rotation der Gehhilfe geschieht in diesem Auffangmodus bevorzugt dadurch, dass der Benutzer sich während des Sturzes am Stock festhält und die Gehhilfe nach vorne schnellt. Somit ergibt sich eine aktive Rotation, um die radaufweisende Achse quer zur Fortbewegungsrichtung. Bevorzugt vorteilhaft kann die Gehhilfe dabei auch die Haltekraft berücksichtigen, mit der der Benutzer auf die Gehhilfe bzw. auf den Griff einwirkt. Zweckmäßig wird die Haltekraft mit der Benutzererfassungseinrichtung ermittelt.
Durch das zusätzliche Einbeziehen der Haltekraft F kann bevorzugt eine qualitativ bessere Sturzerkennung bzw. Sturzprävention bzw. Auffangfunktion implementiert werden. Die Gehhilfe kann eine Bewegung von zumindest Teilen der Gehhilfe in einer Dimension, beispielsweise der Fortbewegungsrichtung der Gehhilfe bzw. des Benutzers, umfassen. Bevorzugt kommt es dabei meistens zu einer ausgleichenden Translationsbewegung zumindest des unteren Endes der Gehhilfe in Richtung einer mit der Fortbewegungsrichtung gleichgerichteten X-Achse, wobei die Gehhilfe zumindest teilweise um die L-Achse, bzw. Y-Achse rotiert. Vorzugsweise kann die beschriebene Gehhilfe eine zweidimensionale Bewegung von zumindest Teilen der Gehhilfe umfassen, bei der sich die Gehhilfe bzw. Teile der Gehhilfe translatorisch in die X-Richtung und die Y-Richtung bewegt. Eine solche zweidimensionale Bewegung kann beispielsweise durch eine Rotation der Gehhilfe bezogen auf die Vertikale (bzw. Z-Achse) und eine dann folgende translatorische Bewegung der Gehhilfe realisiert sein. Aber auch andere geeignete Mittel zum Zurücklegen einer Wegstrecke in einer XY-Ebene sind denkbar. Beispielsweise könnte das mindestens eine angetriebene Rad als Kugel ausgebildet sein, die sich in X-Richtung und in Y-Richtung antreiben lässt. Eine solche zweidimensional agierende Gehhilfe kann bevorzugt mindestens einen Beschleunigungssensor und einen Neigungssensor aufweisen, die jeweils Veränderungen in mindestens zwei Dimensionen erfassen.
Die Gehhilfe kann bevorzugt die Neigung W_XZ und W_YZ und/oder die Beschleunigung bzgl. der X-Achse und der Y-Achse erkennen, aus der die Gehhilfe eine Halteposition bzw. eine haltgebende Ausgleichswegstrecke berechnet. Die Gehhilfe legt dann die Ausgleichswegstrecke in der XY-Ebene zurück.
Auch bei der zweidimensionalen Auffangfunktion kommt es zu einer Rotationsbewegung der Gehhilfe um die L-Achse.
Bevorzugt umfasst die Gehhilfe eine Gelenkkoppelung, die eine Relativbewegung zwischen dem unteren Bereich der Gehhilfe und dem oberen Bereich der Gehhilfe ermöglicht, bevorzugt zwischen Teilen im Bereich der am unteren Ende des Verbindungselementes angeordneten Basis und dem oberen Ende des Verbindungselementes. Die Kopplung kann bevorzugt aktiv gesteuert ausgeführt sein. Ferner bevorzugt befindet sich die Kopplung in der Nähe der Basis bzw. des mindestens einen Rades.
Bevorzugt ermittelt die Gehhilfe im aktiven Zustand, ob der Benutzer die Gehhilfe kontaktiert. Ferner vorteilhaft legt die Gehhilfe im aktiven Zustand die Position, an der der Benutzer die Gehhilfe loslässt, als Referenzposition fest. Die Gehhilfe kann ferner die Position des Benutzers selbst als Referenzposition festlegen. Vorteilhaft navigiert die Gehhilfe zu einer vorbestimmten Position, insbesondere zu der Referenzposition, zumindest teilweise automatisch. Eine vorbestimmte Position kann dabei jede Position sein, die zuvor vom Benutzer und/oder von der Gehhilfe bestimmt wurde.
Lässt der Benutzer die Gehhilfe beispielsweise los und wird die Gehhilfe dann durch eine externe Kraft verschoben, beispielsweise ausgeübt durch einen vorbeigehenden Passanten oder ein Tier, so navigiert die Gehhilfe automatisch zurück zur festgelegten Referenz. Als Referenzposition hat die Gehhilfe beispielsweise die Stelle abgespeichert, an der der Benutzer die Gehhilfe losgelassen hat. Dadurch wird nicht nur die Gehhilfe aufrecht gehalten, sondern ferner ist sichergestellt, dass die Gehhilfe zu dem Ursprungsort, an dem der Benutzer die Gehhilfe losgelassen hat, zurücknavigiert. Hierzu kann beispielsweise das Signal der Drehgeber ausgewertet werden. Die Gehhilfe verändert vorteilhaft diese Referenzposition nur, wenn die Gehhilfe eine Benutzung durch den Benutzer erkennt. Dieses automatische Zurücknavigieren zur Referenzposition oder „Position Tracking” ist während des zuvor erläuterten Auffangvorgangs bevorzugt ausgeschaltet. Nach einem Auffangvorgang kann in einer zweckmäßigen Ausgestaltung das Zurücknavigieren zur Referenzposition fortgesetzt werden.
In einem anderen Anwendungsfall möchte der Benutzer ohne die Gehhilfe laufen und initiiert daher einen Modus, in dem die Gehhilfe den Benutzer selbst als Referenzposition auffasst und dieser Referenzposition folgt. Mit anderen Worten läuft die Gehhilfe dem Benutzer hinterher. Die Gehhilfe kann für diesen Anwendungsfall jedes geeignete Verfahren und jede geeignete Einrichtung, wie beispielsweise IR-Sensoren, Kameras, Ultraschallsensoren, Transponder, etc. verwenden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung navigiert die Gehhilfe zu einer dem Benutzer bekannten Referenzposition zurück, beispielsweise die Position einer Ladestation. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Situationen, in denen sich der Benutzer nicht mehr an die aktuelle Position der Gehhilfe erinnern kann. Auch kann diese Funktion nützlich sein, falls der Benutzer die Gehhilfe nicht mehr verwenden möchte und er die Gehhilfe dazu veranlassen möchte, selbst den Weg zurück zur Ladestation zu finden. Ferner ist denkbar, dass sich die Gehhilfe nach einem festgelegten Zeitraum automatisch in die Ladestation begibt, um die Batterie aufzuladen oder etwaige Daten der Gehhilfe auslesen zu lassen.
Vorteilhaft kann ein Benutzer eine Navigation zu einer vorbestimmten Position initiieren, wie beispielsweise zum Hausarzt, zur Betreuung, zur Wohnung, etc. Die Gehhilfe und/oder die Navigationseinrichtung kann beispielsweise über eine Mensch-Maschine-Kommunikationsschnittstelle, z. B. ein Touchdisplay, verfügen, in der beliebige Informationen, beispielsweise über die Routenführung, die Entfernung, Treppen, alternative Routen, etc. angezeigt sind.
Ferner vorteilhaft ist die Gehhilfe in der Lage, einen die Fortbewegung des Benutzers störenden Gegenstand mit Hilfe der Objekterfassungseinrichtung zu ermitteln. Zweckmäßig navigiert die Gehhilfe den Benutzer entlang einer ermittelten Ausweichroute. Alternativ kann die Gehhilfe auch anhalten, beispielsweise falls keine geeignete Ausweichroute ermittelt werden kann. Die Gehhilfe, insbesondere die Positionssteuerungseinrichtung, ermittelt zweckmäßig eine Ausweichroute anhand mindestens eines der Signale der Objekterfassungseinrichtung, der Positionsbestimmungseinrichtung und/oder der vorbestimmten Position. Die Ausweichreaktion der Gehhilfe hängt zweckmäßig zumindest ab von der relativen Geschwindigkeit, mit der sich ein Gegenstand der Gehhilfe nähert, von dem Abstand zwischen dem Gegenstand und der Gehhilfe, sowie von der relativen Position bzw. dem Winkel des Gegenstandes zur Gehhilfe bzw. zum Benutzer. Die Ausweichfunktion bzw. dieser „Ausweichmodus”, auch „Obstacle Avoidance” genannt, ist bevorzugt nur aktiviert, wenn der Benutzer die Gehhilfe kontaktiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Gehhilfe ein Warnsignal ausgeben, das dem Benutzer signalisiert, dass sich ein Gegenstand im Weg befindet, und/oder dass der Benutzer anhalten soll. Ferner kann die Gehhilfe bevorzugt die Geschwindigkeit reduzieren. Vorzugsweise berücksichtigt die Gehhilfe bei der Regelung ferner die Rückmeldung der mindestens einen Wegstreckenerfassungseinrichtung, insbesondere zumindest in einem der Modi: Ausweichmodus, automatisches Zurücknavigieren, Benutzerverfolgungsmodus, Auffangmodus und/oder Selbstbalancieren.
Bevorzugt erkennt die Gehhilfe ihre Benutzung. Zweckmäßig kann die Gehhilfe den Benutzer identifizieren, bevorzugt automatisch. Bevorzugt kann die Gehhilfe anhand der Daten, die mittels der Benutzererfassungseinrichtung und/oder durch ein Sensorelement erfasst wurden, den Benutzer der Gehhilfe identifizieren. Alternativ oder zusätzlich sind auch eine oder mehrere andere geeignete Identifizierungseinrichtungen, wie beispielsweise ein Schlüssel, ein RFID-Chip, eine Texteingabe, etc., vorstellbar. Eine solche Identifikation kann beispielsweise vor Verwechslung der Gehhilfe und/oder vor Diebstahl schützen.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner einen Kalibrierschritt, in dem die Gehhilfe zu dem jeweiligen Benutzer kalibriert wird. Das Initialisieren bzw. Kalibrieren, auch „Initialisierungsmodus” genannt, umfasst das Einstellen von mindestens einem Betriebsparameter der Gehhilfe auf einen Benutzer, bevorzugt anhand von gespeicherten Daten des Benutzers. Zweckmäßig kann die Gehhilfe dazu für verschiedene Benutzer verschiedene Einstellungen, beispielsweise verschiedene Betriebsparameter, speichern. Bevorzugt umfasst das Initialisieren ferner einen Lernmodus. Zweckmäßig kann die Gehhilfe im Lernmodus die Betriebsparameter lernen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Benutzer die Parameter über die Menschen-Maschine-Kommunikationsschnittstelle eingeben.
Die Gehhilfe ermittelt beispielsweise die durchschnittliche Fortbewegungsgeschwindigkeit und die durchschnittliche Beschleunigung für einen Geradeauslauf oder eine Kurvenfahrt. Ferner wird während der Initialisierung der Grenzwinkel bzw. der maximale Winkel der Neigung bestimmt, der während einer gewöhnlichen Benutzung auftritt. Bei dem Grenzwinkel handelt es sich also um einen Fallparameter, der den maximal erreichbaren Neigungswinkel der Gehhilfe angibt, bei dem noch kein Sturz auftritt. Dieser Winkel wird bevorzugt als maximal erreichbarer Neigungswinkel festgelegt. Ein Betriebsparameter, der während des Initialisierens berücksichtigt werden kann, ist neben dem Grenzwinkel der Neigung auch seine Winkelbeschleunigung. Bevorzugt schaltet die Gehhilfe nach einer vorgegebenen Zeit automatisch in den Modus „User Tracking” um. Während des Initialisierens kann bevorzugt der Auffangmodus deaktiviert sein. Bevorzugt entspricht das Initialisieren dem „User Tracking”.
Nachfolgend werden die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen schematischen Aufbau einer Gehhilfe 1 in der Seitenansicht,
2 eine Gehhilfe 1 mit einem Schwerpunkt S1 (2a) sowie eine Gehhilfe 1 mit einem resultierenden Schwerpunkt S (2b),
3 eine unbeladene Gehhilfe (3a), eine Gehilfe samt Benutzer (3b), sowie eine Gehhilfe samt Benutzer und zusätzlicher Last (3c),
4 eine Gehhilfe während eines Auffangvorgangs, wobei in 4a zunächst der obere Teil ausgelenkt ist und in 4b der untere Teil der Gehhilfe sich in der Abstützposition befindet,
5 eine schematische Darstellung der Steuerungsmodi,
6 den prinzipiellen Aufbau der Schwerpunktlageregelung, und
7 eine Objekterfassungseinrichtung.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Gehhilfe 1. Die Gehhilfe umfasst ein als Stange ausgeführtes Verbindungselement 3, an dessen oberen Ende ein Griff 5 befestigt ist. Im Griff 5 integriert sind das Sensorelement 23 sowie die Benutzererfassungseinrichtung 17. An der Stange 3 ist ferner ein Befestigungselement 29 in Form eines Hakens vorgesehen, an dem zusätzliche Objekte, wie beispielsweise Handtaschen oder Einkaufstaschen angebracht werden können. Am unteren Ende der Stange 3 sind seitlich zwei Räder 9 auf einer gemeinsamen Achse L angeordnet, die senkrecht zur Fahrtrichtung X in Y-Richtung verläuft. Die Räder stehen in Wirkverbindung mit zwei als Gleichstrommotoren ausgeführten Antrieben 7. Die Gleichstrommotoren 7 werden von einer Batterie 27 mit Energie versorgt, die ebenfalls im unteren Bereich der Gehhilfe 1 angeordnet ist. Ferner umfasst die Gehhilfe 1 eine ein GPS umfassende Positionsbestimmungseinrichtung 25, eine drei IR-Sensoren umfassende Objekterfassungseinrichtung 19, ein als Beschleunigungssensor dienendes Gyroskop 13, sowie einen Neigungssensor 11. Ferner sind im Antriebstrakt zwei Drehgeber 21 vorgesehen, die die zurückgelegte Strecke der Räder 9 der Gehhilfe 1 erfassen. Ferner umfasst die Gehhilfe 1 eine als PID-Reglereinheit ausgeführte Steuereinheit 15. Der Winkel W_XZ zwischen der Mittellinie der Stange 3 und der Vertikalen bezeichnet den Neigungswinkel, um den die Gehhilfe 1 von der Vertikalen in X-Richtung abweicht.
2a zeigt eine Gehhilfe 1 im selbstbalancierten Zustand. Der Schwerpunkt S1 der Gehhilfe 1 befindet sich auf der Achse des Verbindungselements 3, hier bevorzugt oberhalb der Achse L der Gehhilfe 1. 2b zeigt eine Gehhilfe 1, die mit einem zusätzlichen externen Gewicht, hier eine Einkaufstasche, beladen ist. Zusammen mit dem Schwerpunkt S₁ der Gehhilfe ergibt sich mit dem Schwerpunkt S_G der Einkaufstasche der resultierende Schwerpunkt S. Der resultierende Schwerpunkt S liegt im ausbalancierten Zustand der Gehhilfe 1 auf einer in der Figur strichpunktiert dargestellten Vertikalen, die die beiden Räder verbindende Achse L mit dem resultierenden Schwerpunkt S verbindet. Ein Umkippen der Gehhilfe wird im aktiven Zustand somit vermieden.
3 zeigt eine Gehhilfe 1 ohne Benutzer (3a), eine Gehhilfe mit einem Benutzer A (3b), sowie eine mit einer Einkaufstasche beladene Gehhilfe 1 mit einem Benutzer A (3c). Die Gehhilfe 1 ist auch in dem Zustand, in dem der Benutzer A sich an der Gehhilfe 1 festhält, in der Lage, die Balance zu halten. Ähnlich wie bei 2b ergibt sich dabei in dem in 3c abgebildeten Anwendungsfall ein Neigungswinkel W_XZ.
4a zeigt einen stürzenden Benutzer A. Der Benutzer A übt auf den Griff 5 eine gesteigerte Kraft F aus und schiebt die Gehhilfe 1 in Fahrtrichtung X. Nachdem der Neigungswinkel W_XZ den Grenzwinkel W_G überschritten hat, geht die Gehhilfe 1 in den Auffangmodus über und berechnet eine Ausgleichswegstrecke X_F, die die Räder 9 der Gehhilfe 1 zurücklegen müssen, um den Benutzer A sicher abzufangen. Mit der Berechnung der Ausgleichswegstrecke X_F einher geht die Berechnung einer Position und Lage der Gehhilfe 1, die geeignet ist, um den Benutzer A abzufangen. In der 4a ist diese geeignete Auffangposition gestrichelt dargestellt.
4b zeigt die Gehhilfe in der ermittelten Auffangposition am Ende des Auffangvorgangs. Der untere Teil der Gehhilfe 1 hat die Ausgleichswegstrecke X_F zurückgelegt und die Räder 9 verweilen in dieser Position. Der Benutzer A kann sich somit auf die Gehhilfe 1 stützen und wirksam den Sturz abfangen.
5 zeigt eine schematische Übersicht über die verschiedenen Modi der Gehhilfe 1. Während der Initialisierung wird die Gehhilfe auf den jeweiligen Benutzer eingestellt. Diese Einstellungen können für den weiteren Betrieb der Gehhilfe verwendet werden, beispielsweise für die Auffangfunktion. Nachdem die Betriebsparameter der Gehhilfe bestimmt sind, kann die Gehhilfe in dem Modus Benutzerverfolgung und/oder im Ausweichmodus betrieben werden.
Die Benutzerverfolgung und/oder der Ausweichmodus kann beispielsweise durch eine Benutzererfassungsfunktion, die beispielsweise durch einen IR-Sensor oder einen Laserentfernungsmesser in der Nähe des Griffs oder durch einen Drucksensor im Griff realisiert ist, aktiviert oder deaktiviert werden. Erkennt beispielsweise die Gehhilfe, dass ein Benutzer die Gehhilfe nicht umgreift, so wechselt sie aus dem Modus Benutzerverfolgung und/oder dem Ausweichmodus in den Modus Selbstbalancieren und/oder automatisches Zurücknavigieren. Umgreift der Benutzer wieder den Griff der Gehhilfe so detektiert die Gehhilfe erneut den Benutzer und wechselt wiederum in den Modus Benutzerverfolgung und/oder den Ausweichmodus.
Durch die Funktion automatisches Zurücknavigieren der Gehhilfe, die vorteilhaft in die Funktion Selbstbalancieren mit integriert ist, kann die Gehhilfe zur Referenzposition zurückfahren, an der der Benutzer die Gehhilfe losgelassen hat. Alternativ kann die Gehhilfe auch zu einer anderen vorbestimmten Position zurückfahren. Es kann also die Referenzposition beispielsweise mittels eines Computers verändert werden. Die Gehhilfe fährt dann im selbstbalancierten Zustand zu dieser neuen Referenzposition. Beispielsweise kann die Gehhilfe ohne einen Benutzer alleine zu einer Ladestation fahren.
Der Ausweichmodus ist hier eine Funktion, die mittels strategisch angeordneter Infrarotdistanzsensoren oder mittels akustischen Sensoren ein Auftreten eines Hindernisses detektiert. Das Hindernis wird dann der Positionssteuereinheit mitgeteilt, die daraufhin aus der passiven Benutzerverfolgung in eine aktive Ausweichnavigation übergeht und den Benutzer A um das Hindernis herum navigiert. Die Gehhilfe 1 führt den Benutzer A also rechts oder links um das Hindernis herum, sofern dies möglich ist. Anderenfalls hält die Gehhilfe 1 an, um eine Kollision mit dem Hindernis zu vermeiden. Diese Funktion ist vorteilhaft nur aktiviert, sofern die Benutzererfassung die Benutzung durch einen Benutzer A ermittelt hat. Mit anderen Worten ist vorzugsweise die Ausweichfunktion oder der Ausweichmodus während des Selbstbalancierens ausgeschaltet, so dass der Benutzer A sich der Gehhilfe nähern kann, ohne dass die Gehhilfe 1 den Benutzer A als Hindernis wahrnimmt.
Der Notfallmodus oder „Emergency shutdown” ist eine Funktion, die beispielsweise das Signal der Drehgeber verwendet, um festzustellen, ob die Gehhilfe 1 eine Fehlfunktion aufweist. Aber auch andere Signale, wie beispielsweise die Motorspannung können ausgewertet werden, um eine Überlast der Gehhilfe festzustellen. Die Gehhilfe geht in den Notfallmodus über, falls ein stabiler Betrieb zumindest zeitweise nicht mehr möglich ist. Die Gehhilfe 1 führt dann vorbestimmte Notfallroutinen durch. Beispielsweise schaltet die Gehhilfe den Motor ab. Nach einer festgelegten Ruheperiode oder nach einem manuellen Reset kann die Gehhilfe weiter betrieben werden. Vorzugsweise kann hierzu erneut eine Initialisierung durchgeführt werden.
Wie aus 5 ersichtlich, aktiviert die Gehhilfe 1 den Auffangmodus nachdem der Neigungswinkel W ein Neigungsgrenzwinkel W_G überschritten hat. Vorteilhaft wechselt die Gehhilfe 1 nur in den Auffangmodus, wenn der Benutzer A die Gehhilfe 1 kontaktiert. Wird die Gehhilfe im Auffangmodus betrieben, so ist die Funktion automatisches Zurücknavigieren vorzugsweise deaktiviert, bis der Sturz des Benutzers A verhindert ist und der Benutzer A sich selbst und die Gehhilfe 1 wieder in die aufrechte Position gebracht hat. An diesem Punkt findet zweckmäßig erneut eine Initialisierung statt und die Gehhilfe 1 wechselt danach beispielsweise in den Modus Benutzerverfolgung und/oder in den Ausweichmodus.
In 6 ist exemplarisch die Regelung des Selbstbalancierens näher dargestellt. Der Modus Selbstbalancieren verwendet bevorzugt zwei Regelsysteme. Ein erstes System, das sicherstellt, dass die Gehhilfe 1 die translatorische und rotatorische Position einhält, und ein zweites System, das eine Rotation um die vertikale Z-Achse vermeidet.
In dieser Ausgestaltung wird mittels eines Gyroskops die Beschleunigung der Gehhilfe 1 relativ zur Achse L der Gehhilfe 1 ermittelt. Durch Integration des Signals vom Gyroskop wird unter Verwendung geeigneter Filter der Neigungswinkel W erhalten, der mit einem Referenzwinkel W_R verglichen wird. Die Gehhilfe 1 verwendet ferner das Signal der Drehgeber zur Ermittlung der aktuellen Position sowie der aktuellen Beschleunigung der Gehhilfe 1.
Es kommen dabei zwei PD-Regler für die Regelung des Neigungswinkels W und der translatorischen Dislokation zum Einsatz. Die aktuelle Position der Gehhilfe 1 wird mit einer Referenzposition X_R verglichen. Aus den somit ermittelten Signalen lässt sich gemäß der nachfolgend beschriebenen Formel eine Spannung berechnen Spannung = K_xp(X – X_R) + K_xd(X') + K_ap(W – W_R) + K_ad(W') (1) wobei
K_xp, K_xd, K_ap, K_ad Verstärkungsfaktoren,
X die aktuelle Position der Gehhilfe 1,
X' die zeitliche Veränderung der aktuellen Position,
X_R die Referenzposition der Gehhilfe 1,
W den Neigungswinkel der Gehhilfe 1 zur Vertikalen,
W' die zeitliche Veränderung des Neigungswinkels und
W_R den Referenzneigungswinkel darstellt.
Mit der Spannung lässt sich unter Verwendung eines Batteriespannungskompensators und eines weiteren Kompensators zur Berücksichtigung der Motorenreibung die notwendige Motorenspannung bestimmen.
Die Gehhilfe 1 ist im Modus Benutzerverfolgung derart gesteuert, dass die untere Basis der Gehhilfe 1 den oberen Teil der Gehhilfe 1 (und somit den Benutzer) ausbalancierend verfolgt. Dadurch kann sich der Benutzer vorzugsweise an der Gehhilfe abstützen, ohne dass er das Gleichgewicht verliert. Übt der Benutzer A zu einem Zeitpunkt auf die Gehhilfe 1 eine Kraft aus, zu dem sich die Gehhilfe 1 nicht in der aufrechten Position befindet, dann muss die Basis der Gehhilfe verfahren werden, um ein Wegrutschen der Gehhilfe zu vermeiden. Die Steuerung der Gehhilfe 1 ist dabei im Wesentlichen vergleichbar mit der Steuerung im Modus Selbstbalancieren, wobei jedoch K_xp, K_xd, K_ad den Wert 0 annehmen und das Signal des Neigungswinkels integriert und mit einem Faktor K_ai multipliziert wird. Die Spannung des resultierenden PI-Reglers wird demnach gemäß der folgenden Formel bestimmt Spannung = K_ap(W – W_R) + K_ai(∫W) (2) wobei
K_ap, K_ai Verstärkungsfaktoren,
W den Neigungswinkel der Gehhilfe 1 zur Vertikalen und
W_R den Referenzneigungswinkel darstellt.
Aus der so erhaltenen Spannung wird wiederum unter Verwendung geeigneter Kompensatoren die Motorenspannung ermittelt.
Wechselt die Gehhilfe in den Auffangmodus, so verfolgt der Regelalgorithmus nicht mehr das Ziel, die Gehhilfe 1 in die aufrechte Position zu bringen bzw. einen Neigungswinkel W gleich 0 zu realisieren. Die Regelung versucht stattdessen, die Gehhilfe 1 so schnell wie möglich in eine zuvor berechnete und zum Abfangen des Benutzers A geeignete Position X_{catch_fall} zu bringen. Diese geeignete Position resultiert aus der Information, wie schnell sich der Benutzer fortbewegt hat, als die Gehhilfe in den Auffangmodus übergegangen ist. Als Regler kommt dabei wieder ein PD-Regler zum Einsatz, wobei jedoch nicht mehr der Neigungswinkel W sondern lediglich die Wegstrecke X berücksichtigt wird. Aus der Formel Spannung = K_xp(X – X_{catch_fall}) + K_xd(X') (3) ergibt sich eine Spannung, aus der wiederum durch geeignete Kompensatoren die Motorspannung ermittelt wird.
7 zeigt exemplarisch eine Ausgestaltung der Objekterfassungseinrichtung 19. Die Objekterfassungseinrichtung 19 besteht aus drei Infrarotsensoren 19-1, 19-2, 19-3, die nebeneinander auf der gesamten Breite der Gehhilfe 1 angeordnet sind. Aus den unterschiedlichen Rückmeldungen der drei Sensoren lassen sich der mittlere Abstand des Objekts und der relative Winkel des Objekts zur Gehhilfe bestimmen. Basierend auf dieser Rückmeldung bestimmt die Gehhilfe dann gegebenenfalls eine Ausweichroute.
Die Erfindung umfasst ebenfalls die genauen oder exakten Ausdrücke, Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche usw., wenn vorstehend oder nachfolgend diese Ausdrücke, Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche im Zusammenhang mit Ausdrücken wie z. B. „etwa, ca., um, im Wesentlichen, im Allgemeinen, zumindest, mindestens” usw. genannt wurden (also „etwa 3” soll ebenfalls „3” oder „im Wesentlichen radial” soll auch „radial” umfassen). Der Ausdruck „bzw.” bedeutet überdies „und/oder”. Jedes der vorstehend dargestellten und weitere Merkmale und Elemente können separat oder in Kombination mit anderen Merkmalen und Elementen verwendet werden. Die ausführliche Beschreibung soll lediglich dazu dienen, Fachleuten weitere Details zum Realisieren bevorzugter Aspekte der vorliegenden Erfindung aufzeigen, und soll den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken, der ausschließlich durch die Patentansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10318929 B3 [0002]
DE 102009031128 A1 [0003]
WO 2010/053740 A1 [0020]
EP 1980479 A1 [0020]

Claims

Gehhilfe (1), umfassend: – ein längliches Verbindungselement (3) mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, – mindestens einen Griff (5), der am oberen Ende und/oder in der Nähe des oberen Endes des Verbindungselementes (3) angeordnet ist, – mindestens einen Antrieb (7), der mindestens ein Rad (9) antreibt, das rotierbar um eine Achse (L) am unteren Ende und/oder in der Nähe des unteren Endes des Verbindungselementes (3) angeordnet ist, und – mindestens eine Steuereinheit (15), – wobei die Steuereinheit (15) den Antrieb (7) derart steuert, dass die Gehhilfe (1) in Balance gehalten wird.
Gehhilfe (1) nach Anspruch 1, mit – mindestens einem Neigungssensor (11), der die Neigung (W) der Gehhilfe (1) zur Vertikalen ermittelt, und/oder – mindestens einem Beschleunigungssensor (13), der die Beschleunigung (B) der Gehhilfe (1) erfasst, wobei die Steuerung des Antriebs (7) auf der gemessenen Neigung (W) und/oder der Beschleunigung (B) basiert.
Gehhilfe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einer Benutzererfassungseinrichtung (17), die ermittelt, ob ein Benutzer (A) die Gehhilfe (1) kontaktiert.
Gehhilfe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einer Objekterfassungseinrichtung (19) zur Erfassung von Objekten im Umfeld der Gehhilfe (1) und/oder des Benutzers (A).
Gehhilfe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit mindestens einer Wegstreckenerfassungseinrichtung (21) zur Erfassung einer von der Gehhilfe (1) zurückgelegten Wegstrecke.
Gehhilfe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit mindestens einem Sensorelement (23) zur Erfassung von mindestens einem weiteren durch den Benutzer (A) beeinflussten Parameter.
Gehhilfe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einer Positionsbestimmungseinrichtung (25) zur Ermittlung der Position der Gehhilfe (1).
Verfahren zur Steuerung einer Gehhilfe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Schwerpunkt-Lageregelung, aufweisend die Schritte: – Ermitteln einer Ist-Lage eines resultierenden Schwerpunktes (S), und/oder, – falls sich die Achse (L) nicht unterhalb des Schwerpunktes (S) befindet: Antreiben des mindestens einen Rades (9) bis sich die Achse (L) unterhalb des resultierenden Schwerpunktes (S) befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: – Ermitteln der Neigung (W) der Gehhilfe (1) zur Vertikalen, und/oder – Erfassen der Beschleunigung (B) der Gehhilfe (1).
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Ermittlung der Ist-Lage des resultierenden Schwerpunktes (S) umfasst: – Bestimmen der Ist-Lage des Schwerpunktes (S₁) der Gehhilfe (1), – Bestimmen der Ist-Lage von mindestens einem weiteren Schwerpunkt (S_E) eines externen Objektes, und – Berechnen des resultierenden Schwerpunktes (S).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend: Erfassen eines drohenden oder stattfindenden Sturzes eines Benutzers (A) mittels einer Sturzerfassung, – Berechnen einer Ausgleichswegstrecke (X_F), die das mindestens eine Rad (9) zurücklegen muss, damit die Gehhilfe (1) dem Benutzer Halt gibt, – Zurücklegen der Ausgleichswegstrecke (X_F), – Halten des mindestens einen Rades, um dem Benutzer Halt zu geben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, – wobei die Gehhilfe (1) im aktivierten Zustand ermittelt, ob der Benutzer (A) die Gehhilfe (1) kontaktiert, – wobei die Gehhilfe (1) im aktiven Zustand die Position, an der der Benutzer (A) die Gehhilfe (1) loslässt, als Referenzposition (P) festlegt, – wobei die Gehhilfe (1) die Position des Benutzers (A) als Referenzposition (P) festlegt, und/oder – wobei die Gehhilfe (1) zu einer vorbestimmten Position, insbesondere zu der Referenzposition (P), zumindest teilweise automatisch navigiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, wobei die Gehhilfe (1) einen die Fortbewegung des Benutzers (A) störenden Gegenstand mit Hilfe der Objekterfassungseinrichtung (19) ermittelt und den Benutzer (A) entlang einer ermittelten Ausweichroute navigiert oder anhält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, ferner umfassend: – Erkennen einer Benutzung der Gehhilfe (1), – Identifizieren des Benutzers (A), – Kalibrieren der Gehhilfe (1) zu dem jeweiligen Benutzer (A), und/oder – Aktivieren der Gehhilfe (1), insbesondere der Schwerpunkt-Lageregelung und/oder der Navigation zu einer vorbestimmten Position.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Gehhilfe (1) eine Ausweichroute nur ermittelt, wenn der Benutzer (A) die Gehhilfe (1) kontaktiert.