专利名称：阶梯升除机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于沿弯曲路径运输一个物品的升降机，上述物品被保持在一个预定方位。特别是，本发明涉及一种阶梯升降机，如椅子阶梯升降机或轮椅阶梯升降机；而且以下将通过这样的实际例子而解释本发明。
以下术语“阶梯升降机”总体上用于表示运输设备，例如，因行走困难而不能使用阶梯的人也可以使用它而沿楼梯升高或降低。因此，阶梯升降机通常包含一个托架和移动装置，以使托架沿楼梯的台阶移动。在托架上可以安装一个椅子。一个坐在椅子上的人可以随着托架的上升或下降而沿楼梯升高或降低。在运行路径中，托架在空间中的方位将变化，然而可以理解，椅子必须在整个路径中保持直立，即椅子的支座部分必须保持基本水平。因此，上述类型的阶梯升降机中装有用于保持椅子相对于竖直方向的预定位置的装置，该装置在后面将称为“保持水平机构”。
对于本领域的技术人员来说可以理解，对于诸如轮椅阶梯升降机等来说也具有上述要求在轮椅阶梯升降机中，安放着轮椅的平台必须保持水平。
作为示例，请参考EP-0，436，103。该文献中描述了一种托架，其能够通过履带式轨道而攀登楼梯或不同类型斜坡的台阶。特别是在楼梯的开始和末尾，托架的倾角将改变。在该托架上安装着一个椅子。根据输入到存储器中的程序，椅子的倾角被控制，以通过托架的重心移动而防止托架倾倒。
本发明人的荷兰专利10．01327中公开了一种阶梯升降机，其包含一个可以沿着，例如，房屋中的现有楼梯安装的导轨。导轨的倾角沿着楼梯路径变化，并因此使托架在空间中的方位变化。安装在上述托架上的椅子可以保持直立。然而，该文献中没有提供有关保持水平机构的细节。
通常，在托架沿着一个导轨移动时保持椅子直立的问题是这样解决的，即沿着并平行于上述导轨装有一个被称作定向轨的第二轨道，而且托架包含一个连接着定向轨的杠杆，该杠杆以机械方式操纵该保持水平机构。定向轨的形状适合于导轨的形状，因而能够在任何位置沿着导轨，连接着定向轨的杠杆可以保持椅子的直立位置。然而，这种传统方法的一个缺点是需要第二轨道，它的形状需要根据每个单独的安装场合而调节。
为了克服这个缺点，国际专利申请WO 95／18763中描述了一种阶梯升降机，它的保持水平机构包含一个电动机操纵的倾斜机构和一个电机控制单元。控制单元包含一个存储器，其中储存了托架在导轨上的位置与椅子相对于托架的理想方位之间的关系。控制单元可以通过，例如，检测电动机的转动圈数而获得沿导轨的当前位置信息。根据这个位置信息并根据上述关系，控制单元可以设置椅子相对于托架的特定方位。
然而，这种设备也有一个缺点，即存储在存储器中的信息专门适用于一个单一的特定设备，而相关的存储器存储信息是在现场确定的，为此，该文献中描述了一个需要在安装操作之前进行的编程时间段。在这个方面，一个缺点是存储器中只有有限数量的地址可以用于确定沿导轨的有限数量的位置，而处于中间位置上的椅子的位置必须通过插值法而确定。
另一个缺点是，在每种情况下椅子的位置均被设置为相对于托架的预定方位。然而，并不能探测出椅子是否精确直立，其结果是，这种现有设备不是绝对安全的。
本发明的目的是提供一种没有上述缺点的升降机。
具体地讲，本发明的目的是提供这样一种阶梯升降机，其中至少椅子的调节不需要在安装现场读入一个电子存储器或一个机械式存储器中。
本发明的另一个目的是提供一种安全性提高了的阶梯升降机，不论托架的位置而且不论托架的方位，椅子相对于托架的方位在所有时间均能被控制，以使椅子在空间中直立。
为此，根据本发明的一个重要方面，阶梯升降机包含一个探测器，其用于探测托架的绝对位置的变化。
通过下面对根据本发明的阶梯升降机的一个优选实施例所作说明并参考附图可以使本发明的上述以及其它方面、特征和优点更加清楚。附图包括
图1是一个阶梯升降机结构的一部分的示意性侧视图；图2是装有阶梯升降机的楼梯的示意性侧视图；图3是根据本发明的阶梯升降机的某些细节的示意图；以及图4是一个保持水平机构的示意性框图。
图1中显示了根据本发明的一个阶梯升降机1，其总体上以参考代号1表示。阶梯升降机1包含一个轨道2，其沿着一个楼梯T(图2)安装，例如，靠在一面墙上。一个托架3可以沿着轨道2移动，为此，托架3包含一个带驱动电动机的传动机构，为了清楚起见该传动机构未单独示出。由于轨道2和托架3的特性和结构并不构成本发明的一个研究课题，而且对于技术人员来说即使不掌握有关它们的任何知识也可以适宜地理解本发明，此外，它们现有自身公知的结构可以使用，因此不再进一步解释。作为示例，轨道可以装有一个齿条，而电动机用于操纵一个啮合着上述齿条的齿轮，如WO 95／18763中所描述。然而，优选的是，齿条具有圆形横截面，而传动机构具有NL-10．01327中所描述的结构。
托架3上安装着一个椅子支座4，其用于承载一个椅子5。椅子支座4通过一个示意显示的旋转机构10连接着托架3，该旋转机构10确定出一个旋转轴线11，它的方位沿着大致水平方向，即在图1中垂直于图面。通过旋转机构10，椅子支座4可以绕着旋转轴线11而相对于托架3旋转。
对于本技术领域的技术人员来说可以理解，旋转机构10可以是任何适宜的机构，因此不再进一步解释。只要知道旋转机构10包含一个用于调节支座4的电动机12即可。出于安全原因，旋转机构10优选为自动制动的，这意味着在电动机12发生故障时椅子5不会倾倒；在一个可行实施例中，这个特征是这样实现的，即旋转机构10包含一个自身公知的蜗杆／涡轮变速器13／14(见图3)。
图2中显示了一个由若干台阶组成的楼梯T的简单情况。楼梯T可以是一个简单的直楼梯，在这种情况下，图2可以作为它的侧视图，然而楼梯T也可以具有一个水平转弯(绕着一个竖直轴线)，在这种情况下，图2可以作为它在一个竖直曲面上的水平投影图。图2中清楚地显示出轨道2沿其长度方向的倾角变化情况在端部21和22处轨道2是水平的，在中央部分23处轨道2具有一个恒定的倾角，而在过渡部位24和25处轨道2沿竖直方向弯曲，即轨道2具有绕着水平轴线的转弯，以使轨道的倾角连续改变。在图1中简略示出了托架3对应于轨道2的倾角的方位。换言之当托架3沿轨道2移动时，其方位将变化。旋转机构10用于设置椅子支座4相对于托架3的旋转角度θ，以使椅子5总是保持在空间中直立，即不论轨道2的倾角如何，椅子5的底座6在所有情况下均保持水平。
如前面介绍中所述，现有系统需要一个相对于固定世界的参照以设置椅子支座4的旋转角度，该参照可以是，例如，有关沿轨道2的瞬时位置信息。
现在，将通过图3和4讨论根据本发明的一个保持水平机构100的优选实施例。为了清楚起见，图3中以大于图1中的比例显示了托架3和椅子支座4的一部分。在下面的讨论中，为了便于解释，椅子支座4的倾角被放大。椅子支座4的一条中心线以参考代号7表示；绝对竖直方向以V表示。中心线7与竖直方向V之间的夹角以ψ表示。在理想状态，当椅子5直立时，即当底座6水平，至少相对于竖直方向V对称时，ψ为0°。
参考代号8表示一条与托架3相关的参考线。当托架3水平定向时，即当托架3完全位于轨道2的水平部分21、22上时，该辅助线8竖直定向。而当托架3位于轨道2的倾斜部分23、24、25上时，托架3将倾斜一个特定角度，该角度确定为参考线8与竖直方向V之间的夹角φ。
椅子支座4相对于托架3的位置以托架3的参考线8与椅子支座4的中心线7之间的夹角θ表示。当椅子5直立而且托架3完全位于轨道2的水平部分21、22上时，该角度θ等于0°。
从图3中可以看到，在图示例子中，满足ψ=φ-θ。
保持水平机构100包含一个第一控制件101，其以这样的方式控制电动机12的激励电流I，即能够使椅子支座4相对于托架3的旋转角度θ保持一个恒定的特定值。为此，保持水平机构100包含一个角度传感器110，其连接在椅子支座4与托架3之间，以向第一控制件101提供一个信号S(θ)，该信号可以反映旋转角度θ的瞬时值。
第一控制件101可以是，例如，一个适宜的编程微处理器或控制器。在一个简单的实施例中，第一控制件101可以是一个差动放大器，其用于在其反相输入端接收信号S(θ)。
角度传感器110可以是任何自身公知的适宜传感器或变换器。在一个可行实施例中，该角度传感器110包含一个编码器，其连接在旋转机构10的一个传动轴上，该编码器可以是，例如，一个自身公知的分段圆盘。
保持水平机构100包含一个第二控制件102，其为，例如，一个适宜的编程微处理器或控制器，以向第一控制件101提供一个指令信号C。第一控制件101可以根据指令信号C而控制电动机12。指令信号C可以直接表现为一个所需的旋转角度θ；在这种情况下，第一控制件101控制电动机12，以使从角度传感器110接收到的测量信号S(θ)与指令信号C一致。或者，指令信号C可以表现为旋转角度的所需变化Δθ；在这种情况下，第一控制件101控制电动机12，以使指令信号C等于零。或者，指令信号C可以是一个三元信号，其可以表示指令“增大θ”，或指令“减小θ”，或“维持θ”；在这种情况下，第一控制件101将根据接收到的指令而控制电动机12。
根据本发明的一个重要特征，保持水平机构100包含一个与托架3相连的方位传感器130。该方位传感器130对托架3的位置变化，即在垂直于旋转轴线11的平面上所测量到的托架3的参考线8与竖直方向V之间的夹角φ的变化敏感。方位传感器130可以向第二控制件102提供一个信号S(φ)，该信号表示上述角度φ的瞬时值。信号S(φ)可以是φ值的绝对测量值，但并不需要如此在φ不变的情况下，只要S(φ)保持一个大致恒量就足够了。这意味着信号S(φ)表示的是上述角度φ中的除了一个恒量之外的瞬时值；然而，该“恒量”不需要绝对恒定，而是可以随着时间而缓慢变化(偏移)。上述方法适用于方位传感器130的绝对精度没有严格要求的情况下；然而，方位传感器130需要能够对上述角度φ的变化作出相对快速和精确的反应。
来自方位传感器130的信号S(φ)可以作为一个输入信号而提供给第二控制件102。第二控制件102根据接收到的输入信号S(φ)而向第一控制件发出指令信号C，通过这种方式，θ的变化将与φ的变化等值但反向。这样可以获得以下效果，即根据托架3的方位变化，椅子5在空间中的方位总是保持恒定。
由于方位传感器130的操作和结构并不构成本发明的一个研究课题，而且对于技术人员来说即使不掌握有关它们的任何知识也可以适宜地理解本发明，因此该传感器不再进一步解释。只要知道这种传感器是自身公知的，例如形式为陀螺仪，而且这种传感器可以便用就足够了。
根据本发明的另一个重要特征，保持水平机构100包含一个与椅子支座4相连的绝对方位传感器140。方位传感器140对在垂直于旋转轴线11的平面上所测量到的椅子支座4相对于旋转轴线11旋转位置敏感。绝对方位传感器140可以向第二控制件102提供一个信号S(ψ)，该信号表示上述角度ψ的瞬时绝对值，该值表示椅子5的瞬时旋转位置与所需位置(直立，即底座6水平)之间的差值。对于绝对方位传感器140，精确比速度更重要。
来自绝对方位传感器140的信号S(ψ)可以作为输入信号而提供给第二控制件102。第二控制件102将部分地根据接收到的输入信号S(ψ)而向第一控制件发出指令信号C，以改变θ而使ψ基本上等于零。这样可以获得以下效果，即椅子5在所有时间内均在空间中保持直立。
由于绝对方位传感器140的操作和结构并不构成本发明的一个研究课题，而且对于技术人员来说即使不掌握有关它们的任何知识也可以适宜地理解本发明，因此该传感器不再进一步解释。只要知道这种传感器是自身公知的，例如形式为重力方位传感器，而且这种传感器可以使用就足够了。
因此，本发明中提出的保持水平系统100能够以高可靠性在所有时间内保持椅子5直立，而不论托架3处于什么位置，同时又将速度和精度组合起来。在正常使用中，托架3的位置变化将基于信号S(φ)而被快速探测到，而椅子5相对于托架3的位置会被立即调节，以补偿托架3的位置变化。为了精确控制椅子5的绝对位置，采用了信号S(ψ)。通过这个信号，传感器130的偏移，如果有的话，也可以被补偿。
优选的是，第二控制件102包含两个警报输出端103和104，如果控制件102探测到预定的故障状态，则该控制件102将向这些警报输出端103和104输出警报信号S(警报1)和S(警报2)。作为示例，第二控制件102可以用于比较信号S(ψ)与一个用于表示第一临界角度的第一参考值，并在探测到ψ的绝对值超过第一临界角度时在第一警报输出端103产生第一警报信号S(警报1)。该第一临界角度可以是，例如，5°。第一警报信号S(警报1)被发送到托架3的传动装置中的一个控制电路，为清楚起见该电路未示出，从而在这种状态的持续中保持托架3静止。这种状态可能存在于，例如，系统不能跟上托架3的位置快速变化的步调；而通过在这种情况下保持托架静止，保持水平系统100即能够“赶上”这种快速变化。
第二控制件102可以用于比较信号S(ψ)与一个用于表示比第一临界角度小的第二临界角度的第二参考值，并在探测到ψ的绝对值回落到第二临界角度之内后撤消第一警报信号S(警报1)。第二临界角度可以是，例如，2°。
在正常状态，椅子5的错误角度通常小于5°。如果，出于任何原因，保持水平系统100的控制系统失效，这可能使椅子5处于倾斜位置而导致使用者从椅子上跌落下落。可以理解，这种状态必须避免。因此，系统100优选这样安置，即一旦错误角度超过了一个预定的低速临界角度，则所有的电激励均被关闭，即托架3和椅子5被固定住。第三临界角度可以是，例如，10°。为此，第二控制件102可以用于比较信号S(ψ)与一个用于表示第三临界角度的第三参考值，并在探测到ψ的绝对值超过第一临界角度时在第一警报输出端103产生第一警报信号S(警报1)，而在探测到ψ的绝对值超过第三临界角度时在第二警报输出端104产生第二警报信号S(警报2)。第二警报信号S(警报2)被发送到椅子电动机12的控制电路，从而在这种状态的持续中保持椅子5静止。作为选择，也可以随着第二警报信号S(警报2)产生一个用于求救的声音信号。
上述描述的保持水平机构100可以确保抵抗方位传感器130的故障，这是因为椅子5的绝对位置可以被绝对方位传感器140探测到以进行校正，因此错误的测量信号S(φ)不会导致椅子出现不可接受的错误位置。另一方面，来自绝对方位传感器140的错误测量信号S(ψ)不能被方位传感器130探测和／或校正。为了确保保持水平基本100也能够抵抗绝对方位传感器140的故障，椅子5优选装有一个第二对方位传感器150，它的操作可以和第一对方位传感器140相同。第二对方位传感器150提供的信号以S′(ψ)表示。
第二控制件102可以将两个测量信号S(ψ)和S′(ψ)相比较，并且在两个信号的差值超过预定极限值，例如2°时，在第一警报输出端103产生第一警报信号S(警报1)并在第二警报输出端104产生第二警报信号S(警报2)。由于不能根据所接收到的数据而判断哪一个信号是正确的哪一个是错误的，因此为了安全起见，整个系统应停止。
优选的是，第一传感器140和第二传感器150是相互不同类型的。这样会在一个传感器发生故障时减少另一个传感器发生同样故障的可能。
对于本技术领域的技术人员来说可以理解，在权利要求中所确定的本发明的保护范围并不局限于图示和讨论过的实施例，而是可以在本发明的思想框架范围内对根据本发明的阶梯升降机实施例进行替换或修改。例如，可以将两个控制件101和102合并成一个单一的控制件。
此外，还可以使方位传感器130提供一个信号S(φ／t)，其表示角度φ对时间的导数，而第二控制件102用于根据所接收到的输入信号S(φ／t)而向第一控制件发出一个指令信号C。
权利要求
1．一种升降机(1)，例如，诸如椅子阶梯升降机或轮椅阶梯升降机等阶梯升降机，其包含一个托架(3)，其可以沿着一个路径(2)移动，该路径在一个竖直平面上的投影含有至少一个转弯(24，25)；一个传动机构，其具有一个用于沿上述路径(2)移动托架(3)的驱动电动机；一个物品(5)，例如一个椅子或一个平台，其被上述托架(3)支撑着并安装在上述托架(3)上，以便能够绕着一条大致水平的旋转轴线(11)倾斜；一个保持水平机构(100)，其用于将物品(5)保持在一个相对于竖直方向的预定位置，上述保持水平机构包含-一个旋转机构(10)，其被一个电动机(12)驱动，用以导致上述物品(5)相对于上述托架(3)倾斜；-控制件(101，102)，它们用以控制上述电动机(12)；-一个角度传感器(110)，其连接着上述控制件(101，102)并提供一个用于表示物品(5)与托架(3)之间旋转角度(θ)的瞬时值的信号(S(θ))；-一个方位传感器(130)，其连接着控制件(101，102)并与托架(3)相关联，以提供一个用于表示托架(3)绕着旋转轴线(11)相对于竖直方向(V)的位置(ψ)的变化的信号(S(ψ)；S(φ／t))；-其中，控制件(101，102)的安置使之可以驱动电动机(12)，以使上述旋转角度(θ)的变化与方位传感器(130)探测到的托架(3)的位置(φ)变化等值但反向。
2．根据权利要求1所述的升降机，其特征在于，保持水平机构(100)包含一个绝对方位传感器(140)，其连接着控制件(101，102)并与物品(5)相关联，用以提供一个用于表示物品(5)绕着旋转轴线(11)相对于竖直方向(V)的位置(ψ)的瞬时值的信号(S(ψ))；而且，控制件(101，102)的安置使之可以根据所接收到的信号(S(φ)，S(ψ))而以这样的方式驱动电动机(12)，即能够保持物品(5)的上述位置(ψ)基本上等于一个理想位置。
3．根据权利要求1或2所述的升降机，其特征在于，如果所探测到的物品(5)的上述位置(ψ)超过一个第一临界角度，则控制件(101，102)的安置使之可以产生一个预定第一警报信号(S(警报1))。
4．根据权利要求3所述的升降机，其特征在于，如果所探测到的物品(5)的上述位置(ψ)回落到一个小于第一临界角度的预定第二临界角度之内，则控制件(101，102)的安置使之可以撤消第一警报信号(S(警报1))。
5．根据权利要求3或4所述的升降机，其特征在于，控制件(101，102)连接着托架(3)的上述传动机构，从而只要上述第一警报信号(S(警报1))产生就能阻止托架(3)的移动。
6．根据权利要求3-5任一所述的升降机，其特征在于，如果所探测到的物品(5)的上述位置(ψ)超过一个预定第三临界角度，则控制件(101，102)的安置使之可以固定托架(3)和物品(5)。
7．根据权利要求2-6任一所述的升降机，其特征在于，保持水平机构(100)包含一个第二绝对方位传感器(150)，其连接着控制件(101，102)并与物品(5)相关联，用以提供一个用于表示物品(5)绕着旋转轴线(11)相对于竖直方向(V)的位置(ψ)的瞬时值的第二信号(S′(ψ))；其中，控制件(101，102)的安置使之可以将两个信号(S(ψ)和S′(ψ))相比较，而且，如果探测到上述两个信号(S(ψ)和S′(ψ))的差值超过一个预定极限值，则控制件(101，102)的安置使之可以固定托架(3)和物品(5)。
8．根据权利要求7所述的升降机，其特征在于，两个绝对方位传感器(140，150)是相互不同类型的。
全文摘要
本发明公开了一种阶梯升降机(1),其包含:一个托架(3)可以沿着一个弯曲路径移动,而且一个椅子(5)被上述托架(3)支撑着并安装在上述托架(3)上,以便能够绕着一条水平旋转轴线(11)倾斜;一个用于将椅子(5)保持直立的保持水平机构(100)包含:一个角度传感器(110)提供一个用于表示椅子(5)与托架 (3)之间旋转角度(θ)的瞬时值的信号(S(θ));一个方位传感器(130)与托架(3)相关联并提供一个用于表示托架(3)的位置(Φ)的变化的信号;以及一个绝对方位传感器(140)与椅子(5)相关联并提供一个用于表示椅子(5)的位置(ψ)的瞬时值的信号( S(ψ))。控制件(101,102)根据所接收到的信号( S(Φ),S(ψ))而控制上述旋转角度(θ)。
文档编号B66B9/06GK1281415SQ98812066
公开日2001年1月24日 申请日期1998年12月10日 优先权日1997年12月11日
发明者保卢斯·卡斯贝格恩, 威廉·海涅, 爱德华·约瑟夫·马里·德因斯特 申请人:帝森·德雷乌斯公司