Передвигаться с полностью загруженными тележками может быть неудобно. В хозяйственном магазине, пытаясь повернуть за угол, вы можете выглядеть неловко, когда закон инерции тянет вас в другом направлении. Даже начало движения требует преодоления некоторого сопротивления. А как только тележка начинает двигаться, она не хочет, чтобы ее направляли в ту или иную сторону, не говоря уже о том, чтобы остановить. В других областях повседневной жизни и работы использование колесных транспортных средств или вспомогательных средств также может быть сложной задачей. Перевозка пациентов на громоздких носилках в приемном отделении, больничных койках или инвалидных креслах требует значительных навыков и усилий от медицинского и аварийно-спасательного персонала. А на дорогах, не предназначенных для людей с ограниченными возможностями передвижения, например, на дорогах с крутыми подъемами, использование инвалидного кресла, ходунков или детской коляски — сложная задача.
Новая техническая инновация, разработанная исследовательской группой профессора Маттиаса Ниенхауса в Саарландском университете, может облегчить людям, использующим инвалидные кресла, перемещение, вождение и транспортировку тяжелых грузов. «Наша система позволяет безопасно перемещать и маневрировать тяжелыми грузами всего двумя пальцами. Она основана на взаимодействии интеллектуальных колес и рукоятки, оснащенной датчиками», — объясняет Маттиас Ниенхаус.
Без использования дополнительных датчиков колеса, разработанные специалистом по силовым установкам и его командой, «знают», когда им нужно оказать помощь, например, на поворотах или подъемах, и какая тяга необходима. Они разгоняются или тормозят, вращаясь медленнее или быстрее по мере необходимости, и каждое колесо работает независимо или синхронно с другими. Электродвигатели в колесах выступают в качестве датчиков для этой цели. «Они предоставляют нам все необходимые данные измерений, что делает нашу систему особенно эффективной и экономичной», — объясняет Маттиас Ниенхаус.
В рамках нескольких исследовательских проектов ученые изучали, как извлечь максимальное количество данных из электромагнитных приводов: например, как распределяется электромагнитное поле в определенных точках двигателя и как оно изменяется при вращении колеса. Они собрали бесчисленное количество значений измерений, генерируемых электроприводами колес во время их вращения, и присвоили их определенным состояниям двигателя и положениям колес. Из этих данных инженеры могут увидеть несколько вещей. Столбцы данных показывают, как изменяется положение колес, какая сила передается от приводов, или же колеса нагружены сильнее с одной стороны, чем с другой. На основе собранных данных им удалось выявить закономерности сигналов, соответствующие типичным процессам.
На основе этих закономерностей и данных они могут использовать математические модели и интеллектуальные алгоритмы для точного отображения различных состояний двигателя, что позволяет им управлять приводами или контролировать их корректную работу. «Мы можем очень эффективно управлять колесами и контролировать их работу», — говорит Маттиас Ниенхаус. Он и его команда подали заявку на патент на процесс, который делает данные о двигателе еще более информативными и исключает любые помехи.
Команда разработала новую рукоятку с датчиками, которая служит интерфейсом для оператора, позволяя ему интуитивно указывать желаемое направление. «Главный» центр управления интегрирован в рукоятку с датчиками. Рукоятку с датчиками можно прикрепить к любой части устройства с моторизованными колесами, например, к инвалидной коляске или тележке для покупок.
Рукоятка измеряет силы, действующие во всех направлениях. «Мы исследовали, разработали и создали надежную и чувствительную емкостную измерительную систему», — объясняет Маттиас Ниенхаус. Благодаря этой системе рукоятка определяет силу и угол, под которым она тянется, нажимается, перемещается или вращается вбок вокруг своей оси. Это позволяет оператору естественным образом сообщать о необходимой помощи. Система также включает в себя функцию распознавания руки, то есть рукоятка знает, держит ли ее человек, и может соответствующим образом реагировать.
На основе информации о направлении, которую оператор интуитивно передает через датчик на рукоятке, электронная система рассчитывает, следует ли и как задействовать электродвигатели конкретных колес, а также мощность, которая должна быть подана на колесо для его вращения в требуемом направлении с необходимой скоростью. Поскольку колеса соединены через шину данных, они могут работать синхронно. «Это позволяет управлять любым количеством колес по отдельности или как единым целым, обеспечивая безопасное перемещение даже очень больших грузов», — объясняет Ниенхаус.
Рукоятка передает команды колесам, которые, в свою очередь, автоматически помогают толкателю, например, плавно перемещая полностью загруженную тележку для покупок за угол. Носилки и больничные койки также могут контролируемо доставляться к месту назначения, избегая случайных столкновений со стенами. «Все работает как обычно, за исключением того, что наша интеллектуальная система колес и интуитивно понятная рукоятка с датчиком значительно упрощают процесс», — говорит Маттиас Ниенхаус.
Исследование было профинансировано Федеральным министерством образования и науки Германии (BMBF) и Центральной инновационной программой для малых и средних предприятий (ZIM) в рамках нескольких совместных проектов…
