Dank Winkelsensoren: Die neue Art des Rollstuhlfahrens

Am Strand, in der Stadt oder zuhause: Moderne Aktivrollstühle machen Menschen mit Handicap mobiler denn je. Wie ein »Sitz-Segway« lassen sie sich durch Verlagern des Körpergewichts steuern. Für eine solch intuitive Bedienung sind komplexe Regelungstechnik und hochpräzise Winkelsensoren unerlässlich.

Konventionelle Rollstühle – ob manuell oder elektrisch – folgen einem klaren Prinzip: Der Antrieb erfolgt entweder durch Muskelkraft über Greifringe oder durch einen elektrischen Antrieb, den der Fahrer über einen Joystick steuert. In beiden Fällen bleibt der Körper vom Fahrzeug getrennt: Eine Hand – oder ein Finger – gibt den Befehl, das Gerät führt ihn aus. Steuerung und Körperhaltung sind zwei voneinander unabhängige Vorgänge. Für viele Anwendungen ist das ausreichend – doch dieser Ansatz stößt an Grenzen, sobald Spontaneität, Geländetauglichkeit oder echte Bewegungsfreiheit gefragt sind.

Mit dem Aktivrollstuhl Omeo des neuseeländischen Herstellers Omeo Technology erschließen sich Menschen mit Handicap neue Mobilitätsgrade: Das System adaptiert Segway-Technologie und meistert anspruchsvolle Indoor- und Outdoor-Einsätze gleichermaßen. Damit sind Aktivitäten möglich, die früher unerreichbar schienen, was die Lebensqualität von Betroffenen erheblich steigert.

Der Rollstuhl kombiniert zwei Steuerungskonzepte: Im Freihand-Modus geschieht Beschleunigen, Bremsen und Lenken nur durch Gewichtsverlagerung. Der Omeo ergänzt diese intuitive Art der Steuerung durch eine konventionelle Joystick-Steuerung. Nutzer:innen können während der Fahrt jederzeit zwischen beiden Modi wechseln. Die freihändige Variante – vom Hersteller als »Active Seat Control« bezeichnet – fühlt sich natürlicher an und erfordert in der Regel auch nicht viel Übung oder Eingewöhnungszeit.

Fürs Segway-Gefühl: Sensorsignale in Echtzeit

Für dieses intuitive Gefühl beim Fahren sorgt anspruchsvolle Regelungs- und Steuerungstechnik. Damit der Omeo die Gewichtsverlagerung des Fahrers bzw. der Fahrerin relativ zu einem zentralen Drehpunkt zuverlässig erkennt, ist die Sitzeinheit mit modernen Winkelsensoren gekoppelt. Diese registrieren Bewegungen in alle Richtungen und wandeln diese in Steuersignale um. Dabei muss die Elektronik zahlreiche Sensorsignale in Echtzeit zueinander in Beziehung setzen.

Keine ungewollten Lenkbefehle

Besonders kritisch ist die Unterscheidung zwischen beabsichtigten Lenkvorgängen und unwillkürlichen Bewegungen auf unebenem Terrain. Die Elektronik löst dieses Problem mithilfe von Neigungssensoren: Diese erfassen die Stellung der Sitzplattform nach vorne und hinten. Gleichzeitig vergleicht das System die Werte mit dem Winkelsignal der Drehachse, das die Rechts-Links-Stellung angibt. Nur durch diesen Abgleich kann die Steuerungselektronik erkennen, ob eine Kurvenfahrt beabsichtigt ist oder ob der Fahrer sich in unebenem Gelände bewegt. Für die Joystick-basierte Steuerung gilt im Prinzip das Gleiche. Sicherheitshalber startet der Omeo ausschließlich im Joystick-Modus mit ausgefahrenen Stabilisierungsbeinen. Nach dem erfolgreichen Start fahren die Beine ein und geben den Wechsel Freihand-Modus frei.

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Redundanz erhöht Funktionssicherheit

Zwei potentiometrische Winkelsensoren der Serie SP-2800 von Novotechnik übernehmen die Winkelerfassung: einer am Joystick, einer an der Sitz-Drehachse. Beide Sensoren sind redundant ausgelegt – wichtig für die Sicherheit im unwahrscheinlichen Fall eines Ausfalls des Sensorschaltkreises. Fällt ein Signalkreis aus, übernimmt das zweite System sofort die Steuerung. Der Joystick-Sensor sendet seine Lenkbefehle an den Controller in der Rollstuhlbasis. Eine Federlagerung zieht den Joystick automatisch in die Neutralposition zurück.

Der zweite Winkelsensor, der an die Sitzeinheit gekoppelt ist, ermöglicht die Active Seat Control-Funktion, also die freihändige Fahrt durch Erkennen der Links-Rechts-Neigung. Auch hier stellt eine Federlagerung die Neutralposition wieder her. Eine hydraulische Dämpfung glättet die Sitzbewegungen, um eine gleichmäßige, präzise und ruckelfreie Lenkung auch auf unebenem Untergrund sicherzustellen.

Hohe Auflösung trifft auf Robustheit

Die Winkelsensoren liefern absolute, analoge und drehwinkel-proportionale Ausgangssignale. Die Steuerungselektronik verarbeitet diese direkt ohne zusätzliche Wandlungsstufen. Mit einer Auflösung von weniger als 0,01 Grad erfassen die Sensoren jede noch so kleine Lenkbewegung. Das Ergebnis: ein völlig ruckelfreies, sanftes Fahrverhalten ohne Unterbrechungen, die bei Sensoren mit geringer Auflösung auftreten würden. Die Wiederholgenauigkeit von 0,03 Grad stellt sicher, dass der Sensor an derselben Position stets den gleichen Wert liefert. Diese Reproduzierbarkeit ist für die Lenkung entscheidend: Nur so zeigt der Rollstuhl bei gleichen Sitzpositionen stets dasselbe Fahrverhalten. Die Linearität des Winkelsensors liegt bei ±0,3 Prozent. Mit nur 28 Millimetern Durchmesser haben die Sensoren eine sehr kompakte Bauform.

Die Sensoren überstehen mehr als 50 Millionen Bewegungszyklen – auch unter harten Outdoor-Bedingungen. Unabhängig federnde Mehrfingerschleifer aus Edelmetall sorgen für hohe Kontaktsicherheit auch bei starken Vibrationen. Der Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von minus 40 bis plus 100 Grad Celsius. Das Gehäuse und die integrierte Lagerung bestehen aus temperaturbeständigem Hochleistungskunststoff. Die Sensoren erfüllen Schutzart IP65: vollständig staubdicht und gegen Strahlwasser geschützt. Regenschauer beeinträchtigen die Funktion nicht. Die Stromaufnahme von 0,25 Milliampere bei 5 Volt Versorgungsspannung (für beide Kanäle zusammen) stellt keinen nennenswerten Energieverbrauch des batteriebetriebenen Omeo dar.

Jogger mit bis zu 20 km/h begleiten

Mit dem Aktivrollstuhl sind bis zu 50 Kilometer Reichweite pro Akkuladung bei Geschwindigkeiten bis 20 Kilometer pro Stunde möglich. Rollstuhlfahrer:innen können somit beispielsweise auch Jogger auf einer Tour begleiten. Null-Grad-Kurvenradien sorgen für Drehungen auf der Stelle – das qualifiziert den Omeo auch für das Manövrieren in engen Räumen. Auch unebenes Terrain stellt kein Hindernis dar: Das Antriebssystem ist für unterschiedliche Untergründe wie Sand, Kies, Gras oder glatte Böden ausgelegt und kann bei guter Traktion laut Hersteller Steigungen von bis zu 20-25° und 30° Gefälle bewältigen.

Schiebehilfe für Transport

Neben den beiden Hauptsteuerungsmodi verfügt der Omeo über zwei weitere Betriebsarten. Der Walker-Balance-Modus ermöglicht komfortables Schieben des Rollstuhls mit Unterstützung auf Rampen oder Gehwegen. Im Freilaufmodus drehen die Räder ohne Antriebsunterstützung.

Mit Abmessungen von 89 Zentimetern Länge, 65 Zentimetern Breite und 99 Zentimetern Höhe passt der Rollstuhl durch jede Standardtür. Das Offroad-Kit verbreitert das System auf 86 Zentimeter. Das Systemgewicht mit Batterien beträgt 78 Kilogramm, die maximale Zuladung liegt bei 113,5 Kilogramm. Die Bodenfreiheit von 8,6 Zentimetern kommt dem Einsatz in unebenem Terrain zugute. Über standardisierte Railblaza-Adapter lassen sich Ablagefächer, Getränkehalter oder sogar Angelrutenhalter montieren.

Fazit für Entwickler:innen

Die Integration von modernen Winkelsensoren im Omeo zeigt exemplarisch, wie elektronische Komponenten den Einsatzspielraum medizintechnischer Mobilitätshilfen erweitern und eine intuitive Bedienung wie die Freihandlenkung überhaupt erst in dieser Präzision ermöglichen. Eine kompakte Bauform, hohe Auflösungen, Umgebungsbeständigkeit und minimale Leistungsaufnahme sind die Kriterien, an denen sich Sensoren heute messen müssen – in Rollstühlen wie auch anderen Einsatzgebieten, bei denen es auf eine hochpräzise Steuerung ankommt. (uh)

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