Инвалидные коляски и пути их совершенствования

1.1. Обзор технических средств для передвижения инвалидов Среди изделий, выпускаемых для людей с ограниченными возможностями, в особый класс выделяют технические средства, которые компенсируют нарушения системы движения человека.
Цель выпуска этого класса изделий — удовлетворить потребность в передвижении, которую сами инвалиды формулируют так: «Я не могу, но хочу передвигаться самостоятельно, как здоровый человек, то есть, не завися от окружающих».
Технические средства для передвижения серийно выпускаются российской и зарубежной промышленностью, к ним относятся:
» трости;
» костыли;
» ходунки;
» протезы нижних конечностей;
» инвалидные коляски;
» скутеры-роллеры;
» автомобили. На стадии разработки и единичных образцов находятся средства для:
» езды на лыжах;
» плавания;
» установления спортивных рекордов;
» восхождения в горы;
» прыжков с парашюта;
» полетов на мотодельтапланах и самолетах;
» передвижения по пересеченной местности и др.
Анализ этих изделий и консультации со специалистами в области их создания позволяют выявить следующие противоречия:
» у каждого инвалида свое нарушение опорно-двигательного аппарата, а количество выпускаемых видов технических средств ограничено;
» инвалиды с одинаковыми нарушениями имеют разные физические возможности (мускульную силу), но им предлагается одинаковые средства;
» каждому инвалиду требуется несколько различных технических средств, (например, коляска для дома, для улицы, для спорта и т.д.), но ни он сам, ни социальные службы не могут обеспечить его этим;
» внешний вид технических средств, выделяет инвалида из окружающих, создает нежелательный психологический барьер, затрудняя реабилитацию.
В полной мере выявленные противоречия относятся к таким техническим средствам, как инвалидные коляски (ИК).1.2. Серийно выпускаемые инвалидные коляски и их важнейшие потребительские свойства. 

Чтобы наметить пути разрешения выявленных противоречий, необходимо понять как они проявляются в серийно выпускаемых колясках, в их частях и системах. Для этого проанализируем особенности различных типов колясок.
Рассматривать и сравнивать различные типы ИК между собой удобно с помощью таблицы 1.1, в которой указаны возможные типы приводов, назначение ИК и круг их пользователей.

Таблица 1.1. Тип привода


ручной
» за обручи
» за рычаги
» велосипедный
электрический
» привод на одно колесо
» привод через дифференциал;
» привод через обгонные муфты;
» раздельный привод на два колеса
Назначение ИК » работа за письменным столом и передвижение по квартире;
» для занятий спортом;
» для активного образа жизни;
» перемещения по прилежащей территории;
» прогулки по городу; поездки в магазин, на работу;
» выезды на природу, в парки, сельскую местность, длительные путешествия.
В настоящее время среди всех колясок наиболее распространенными являются ИК с ручным приводом. Например, ведущая в этой области фирма MEYRA, выпускает ручных колясок на порядок больше, чем с электроприводом [1].
Классические ручные коляски бывают двух типов: с приводом за обручи и с приводом за рычаги. Они используют для передвижения только энергию самого водителя (рис. 1.1). Это является основным достоинством, т.к. инвалид имеет возможность тренироваться, прикладывая физическую силу. Однако им присущ непреодолимый недостаток: «Возможности перемещения полностью зависят от состояния здоровья инвалида, а также от дорожных условий». При этом часто возникает ситуация, когда возможности инвалида перестают соответствовать дорожным условиям (езда в горку, по пересеченной местности, против ветра). Тогда он вынужден для дальнейшего движения либо работать через силу, что отрицательно сказывается на его здоровье, либо вообще прекратить дальнейшее передвижение.
Частично эта проблема решается применением регулируемого элемента -коробки скоростей, позволяющей менять передаточное отношение, согласуя усилия водителя с дорожными условиями. Например, коляска с велосипедным приводом и переключателем скоростей (рис.1.2). Однако конструктивные особенности классических колясок не позволяют использовать переключатели скоростей и передают усилия без всякого согласования.
Конечно, есть такие инвалиды, которые могут выделывать чудеса: совершать кругосветные путешествия, участвовать в спортивных состязаниях, свободно перемещаться по лестницам и прыгать через паребрики. Для них выпускаются облегченные активные коляски (не более 10-12 кг), сверхпрочные из полимерных композиционных материалов, титановых и алюминиевых сплавов (рис.1.3.).
Но все же основная масса инвалидов в силу ослабленного здоровья не может вести активный образ жизни. Более того, есть категория инвалидов-сердечников для которых любая перегрузка связана с риском для жизни.
а) с приводом за обручи
б) с приводом за рычаги
Рис.1.1. Классические инвалидные коляски а) с приводом за обручи, б) с приводом за рычаги
Рис. 1.2. Инвалидная коляска с велосипедным приводом и переключателем скоростей.
Рис.1.3. Инвалидная коляска активного типа из титанового сплава. Для такой категории предпочтительнее ИК с электроприводом (рис.1.4.), которые созданы для перемещения только за счет электрической энергии, накопленной, например, в аккумуляторной батарее. Преодолеваемое расстояние и уклоны, скорость коляски, движение против ветра — все эти потребительские свойства полностью зависят от совершенства технических решений, и не зависят от инвалида.
В отличии от электрических колясок (рис.1.4.) скутеры или роллеры обладают новой компоновкой и дизайном (рис.1.5.). Они предназначены в основном физически ослабленным людям и пенсионерам для поездок по городу, в магазин, на природу. Дизайн скутера не выделяет инвалида среди остальных, позволяет преодолеть психологический барьер, связанный с физическим недостатком водителя.
Наряду с достоинствами у электрических колясок есть и недостатки. Пользователь при передвижении не затрачивает никаких усилий, что способствует возникновению дефицита мускульных движений, а при продолжительном использовании коляски — гиподинамии, что так же отрицательно сказывается на его здоровье и продолжительности жизни.
Безусловно, есть категория людей для которой электрическая коляска незаменима, например, для инвалидов с особыми случаями травм. Для них коляски оснащаются специальными задатчиками команд. По положению глаз, подбородка, языка, ног инвалид задает направление и скорость передвижения коляски. Используются голосовые дешифраторы. Незаменима электрическая коляска для тяжело больных пациентов с противопоказанием физических нагрузок и детей.
Однако те, кто имеет здоровые руки или даже одну руку, или просто физически ослабленные без нарушений системы движения, вполне могли бы, если предоставлялась такая возможность, затрачивать для передвижения собственные мускульные усилия, чередуя их с усилиями электропривода.
Другой недостаток — разрядка аккумулятора в пути и невозможность передвижения, чего больше всего боятся инвалиды. Передвижение до пункта
Рис. 1.4. Электрическая инвалидная коляска.
Рис. 1.5. Инвалидная коляска новой компоновки и дизайна. зарядки становиться возможным только за счет другого человека, либо самостоятельно в аварийном ручном режиме, отключив специальной муфтой колеса от редуктора. При этом все равно такой легкости хода как у ручных колясок получить не удается. Ведь масса ручной коляски в составляет 12-15 кг, а электрической 60-70 кг, т.е. сила сопротивления движению при полезной нагрузке 80 кг в (1,65?1,83) раза больше.
В относительной мере свободна от этих недостатков коляска с комбинированным приводом (сочетающим ручной и электрический). Первые разработки и патенты относятся к середине 90-х годов, а серийное производство начато в 2000 году (см. рис.1.6.).
В этой конструкции вентильные двигатели встроены в ступицы колес. Электронный блок постоянно отслеживает усилия прилагаемые к обручам колес. Если оно невелико, то коляска ведет себя аналогично обычной классической модели. При возрастании усилия, электроника подключает двигатели, причем мощность двигателей увеличивается строго пропорционально увеличению усилия, прилагаемого к обручам. Следует заметить, что электропривод работает как на ускорение, так и на торможение. Благодаря столь оригинальному приводу на этой коляске можно совершать длительные прогулки, даже по пересеченной местности, избегая усталости рук. Кресло укомплектовано герметичным и компактным никель-металлгидридным аккумулятором весом всего 1,5 кг. Время заряда аккумулятора около 3-х часов. Шкала степени заряда встроена непосредственно в саму батарею. Вес кресла — 22 кг. Кресло комплектуется дополнительными стандартными легкими колесами, установив которые пользователь получает классическое активное кресло весом 14 кг. Процедура перестановки не требует никакого специального инструмента и занимает менее минуты [3].
Однако у такого решения также есть недостатки, рассмотрим их.
При длительных передвижениях (от 5 км) затраты энергии инвалидом при использовании привода за обручи будут значительно больше (в силу импульсного действия мышц), чем при непрерывном движении, например, как на велосипеде. В связи с этим сочетание обручи-электропривод нерационально с точки зрения общих затрат энергии.
Рис. 1.6. Инвалидная коляска с комбинированным тяговым.
Привод за обручи нецелесообразен для всесезонного использования коляски на улице, что ограничивает эксплуатацию коляски только благоприятным летним периодом.
Спорным моментом является применение передних самоустанавливающихся колес, которые приемлемы для передвижения в помещении, но снижают проходимость и увеличивают суммарные потери энергии при передвижении по улице.
Эти факты можно отнести к существенным недостаткам, делающих такое решение малоэффективным для заявленной области применения, но вполне пригодным для комнатного использования и передвижения по прилегающим территориям (на небольшие расстояния с небольшой скоростью).1.3. Требования к современным инвалидным коляскам и подходы к улучшению их потребительских свойств.
Проанализированные выше особенности различных типов колясок позволяют сформулировать требования, предъявляемые к ИК в целом, так и отдельным ее частям:
» тип привода должен соответствовать в первую очередь физическим возможностям и потребностям конкретного инвалида;
» способ задания направления движения и скорости должны соответствовать конкретному инвалиду;
» должна быть оснащена вспомогательным электроприводом для наилучшего использования физического потенциала инвалида и согласования мускульной силы водителя с изменяющимися дорожными условиями;
» коляска должна обеспечить комфортное передвижение инвалида в помещении и вне его с минимальными затратами энергии водителя и аккумуляторной батареи;
» должна быть оснащена специальным элементом регулирования электропривода для рационального его взаимодействия с мускульным;
» должна обеспечить передвижение после разрядки аккумулятора;
» не должна ограничивать использование только благоприятным летним периодом;
» должна иметь габариты, позволяющие передвигаться через дверные проемы и двери лифта;
» должна допускать быструю разборку и сборку для удобства хранения и транспортировки в багажнике автомобиля;
» должна иметь внешний вид, не выделяющий инвалида из окружающих;
» цена ИК должна быть ниже, чем у существующих электрических колясок.
Эти требования невозможно одновременно удовлетворить в ИК только с ручным или только с электрическим приводом. Поэтому необходимо искать новые подходы при разработке инвалидных колясок. Специалистами развиваются два таких подхода.
В основе первого лежит идея интеграции человека и технического средства с образованием биотехнической системы, которая в полной мере способна решить задачу согласования индивидуальных возможностей инвалида с оборудованием инвалидной коляской.
Второй подход заключается в повышении универсальности ИК за счет модульности конструкции, модульности системы электрооборудования и электроснабжения, программных блоков системы управления, а также унификации присоединительных размеров и стыковочных узлов механических и электрических частей. Это позволит инвалиду самостоятельно изменять и совершенствовать конструкцию своей коляски под свои новые потребности, приобретая лишь новый модуль, а не целиком новую коляску.

Литература

1. Петленко А.Б. Инвалидная коляска с раздельным электроприводом колес и комбинированной энергоустановкой: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук: 05.09.03. -М., 1997. -22 с.

2. Московское представительство фирмы «MEYRA» http://meyra.ru/s-matic.htm

Акимов Александр Петрович aits@yandex.ru
Васильев Николай Филиппович
Санкт-Петербург, 2002 г.