In Entwicklung: Rollstühle, die Treppen steigen

Verschiedene Einrichtungen weltweit beschäftigen sich mit der Entwicklung von Rollstühlen, die in der Lage sind, Treppen zu befahren. Mit dabei: die Uni Pittsburgh und die TU München.

Wenn der Prophet nicht zum Berg kommt, muss der Berg eben zum Propheten kommen. Und so bitter das auch sein mag: Wenn zu bestimmten Orten keine Rampen oder Lifte führen und sie damit für Rollstühle nicht zugänglich sind, müssen die Rollstühle dazu in die Lage versetzt werden Treppen steigen zu können. Es gibt Menschen, die sich um Lösungsansätze bemühen.

Prototypen zu treppensteigenden Rollstühlen werden im Folgenden vorgestellt.

Bionischer Rollstuhl der TU München

Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben einen treppensteigenden Rollstuhl entwickelt, der sich selbst stabilisiert. Er ist Teil eines größeren Mobilitätskonzepts, mit dem sich Menschen mit Mobilitätseinschränkungen auf kurzen und mittleren Strecken selbstständig fortbewegen können.

Das Team um Prof. Bernhard Wolf vom Heinz Nixdorf-Lehrstuhl der TUM wollte einen Rollstuhl entwickeln, der Treppen steigen kann. Wendig und schmal sollte er außerdem sein. Daher beschränkten die Forscher das Fahrwerk auf eine Achse. Im Gegensatz zu zweiachsigen Rollstuhlfahrwerken können so zum Beispiel Bewegungen nach vorn, zurück und Drehungen um die eigene Achse fast zeitgleich ausgeführt werden. Der Rollstuhl hält sich nach dem Prinzip des inversen Pendels aufrecht. „Jede kleine Lageveränderung wird erkannt und vom Antrieb sofort kompensiert“, sagt Wolf.

Rollstuhl bewältigt auch enge Treppen

Doch wie soll der Rollstuhl nun die Treppen überwinden? Bisherige Konzepte verwendeten Raupen oder Gleitrollen. „Diese Rollstühle müssen aber geführt werden“, erklärt Wolf. Das heißt, eine weitere Person muss aufpassen, dass der Stuhl nicht umkippt. Auch haben die Rollstühle einen großen Wendekreis – schmale Treppenhäuser können sie nicht bewältigen. Die Wissenschaftler entschieden sich für ein bionisches Konzept. Zwei „Füße“, die sich ähnlich wie menschliche Beine aus Ober- und Unterschenkel zusammensetzen, sind am Rollstuhl angebracht. Erkennen die Ultraschallsensoren des Fahrwerks die Treppe, fährt der Rollstuhl rückwärts auf die Treppe zu, bis die beiden Räder die erste Stufe berühren. Anschließend fahren die „Füße“ aus, wobei sich der Rollstuhl anhebt. Mithilfe von Elektromotoren schieben die Beine den Rollstuhl auf die nächsthöhere Stufe. Das Kamerasystem stellt dabei sicher, dass sich der Rollstuhl auf der Stufe befindet und nicht etwa an der Kante. Mithilfe dieser Technik können auch sehr enge Treppen bewältigt werden – mit Ausnahme von Wendeltreppen. Dann fahren die Beine wieder ein und das Fahrwerk schaltet wieder in den Fahrmodus um. Der Rollstuhl kann so auch Treppen wieder hinabsteigen.

Umfassendes Mobilitäts-Konzept

Mithilfe eines Prototyps konnten die Ingenieure zeigen, dass ihr Prinzip funktioniert. Das Konzept geht allerdings über das Treppensteigen hinaus. „Wir wollen, dass die Menschen mit dem Rollstuhl einen echten Mobilitätsersatz haben“, sagt Wolf. So könnte er etwa als Autositz verwendet werden. So müsste er nicht immer zusammengeklappt und im Kofferraum verstaut werden. Auch wäre es nicht nötig, dass sich der Nutzer aus dem Autositz wieder auf den Rollstuhl heben muss. Da er einen Innenantrieb besitzt, ist er schmaler als ein Standardrollstuhl. Noch sind die möglichen Industriepartner jedoch zurückhaltend. „Ich denke, der Grund ist, dass das Prinzip einmal technisch ein bisschen komplex ist und dann gibt es natürlich bereits die standardisierten Rollstühle.“ Wolf ist überzeugt, dass die Nachfrage nach dem bionischen Rollstuhl sicher hoch wäre – denn er würde zwar mehr kosten als ein Standard-Rollstuhl, dafür bietet er seinen Nutzern aber auch die Möglichkeit, sich freier zu bewegen.

Dem Betrachter stellt sich allerdings die Frage, ob es nicht eher das zusätzliche Gewicht ist, das die Industrie hinsichtlich einer Umsetzung zögern lässt. Ob und wann das Projekt umgesetzt wird, ist derzeit (Dez. 2020) noch offen.

Den Rollstuhl in Aktion zeigt dieses Video:

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Der MEBot von HERL

Der MEBot (Mobility Enhancement Robotic Wheelchair) kann Bordsteine überwinden und funktioniert auf unwegsamem Terrain. Auch das Treppensteigen soll der Elektrorollstuhl meistern können …

Ingenieure Human Engineering Research Laboratories (HERL) der Universität Pittsburgh (USA) haben mit dem MEBot (Mobility Enhancement Robotic Wheelchair) einen Rollstuhl gebaut, der Bordsteine, Unebenheiten und sogar Treppenstufen automatisch überwinden kann.

Die Basis bildet ein Untersatz aus sechs Rädern, die paarweise angeordnet sind. Die mittlere, größere Radeinheit ist fürs Fahren bestimmt, die vordere und hintere dient als Steuerung. Alle drei Radpaare können sich voneinander losgelöst in horizontale und vertikale Richtung bewegen. Sobald der Roboter ein Hindernis erkennt, fährt das erste Radpaar aus und hebt das Fahrzeug an. Anschließend rückt die mittlere Einheit selbstständig nach und hievt den Rollstuhl über die Kante. Zuletzt wird das hintere Radpaar nachgezogen. „Mit diesem Mechanismus kann das System – ähnlich wie eine Raupe – Hindernisse stückweise erklimmen“, sagt Rory Cooper, Leiter des HERL.

Die Funktion soll aber auch helfen den MEBot besonders geländegängig zu machen und auf rutschigem Untergrund besonders sicher zu fahren. Herkömmliche E-Rollis bleiben in Schnee oder Matsch gerne mal stecken. Der MEBot nutzt seine Vorderräder, um sich auf rutschigen Flächen voranzutasten und zieht das hintere Radpaar nach. Das Stabilisationssystem hält den Fahrer jederzeit in einer sicheren aufrechten Position.

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An der Weiterentwicklung des ursprünglichen Systems bis hin zum Treppensteigen waren Wissenschaftler des Frauenhofer Institutes in Stuttgart beteiligt. Das Team um Bernhard Kleiner, Gruppenleiter Bewegungserfassung und Sensorfunktion, hat ein Radarmodul integriert, das Objekte hochgenau erkennt und die die Treppe oder den Bordstein geometrisch vermessen. Mit diesen Daten weiß die Steuerungseinheit genau, wie der Rollstuhl positioniert werden muss, um das Hindernis anzufahren. Steht das Fahrzeug parallel zum Objekt, setzt der Überwindungsautomatismus ein und die Stufe wird erklommen. „Wir haben uns für Radarmesstechnik entschieden, weil sie – im Gegensatz zu Laser oder Infrarot – resistent gegenüber Umwelteinflüssen ist. Regen, Kälte, Nebel oder Feuchtigkeit sind also kein Problem“, erklärt Kleiner. Mit  diesen Eigenschaften sind Radarsysteme für viele industrielle Anwendungen einsetzbar.

Im Oktober 2016 nahm das MEBot Team erfolgreich am Cybathlon in Zürich teil (siehe: Das war der Cybathlon 2016). Um seine Alltagstauglichkeit zu beweisen, musste der Rollstuhl einen Parcours mit sechs Hindernissen, u. a. schmale Türen, einen Slalom und Rampen, meistern.

Wann und ob der MEBot in Europa erhältlich sein wird und wieviel er kosten soll, ist (2021) noch offen.

Der Name des Rollstuhls

Wem der Name MEBot – und auch Funktion und Nutzen – bekannt vorkommen, denkt wahrscheinlich an den iBOT, der mithilfe zweier in sich rotierender Radpaare und dynamischer Selbststabilisierung Treppen und andere Hindernisse überwinden und sicher auf unebenen Untergrund fahren kann. Siehe: Das Comeback des treppensteigenden iBOT

Über HERL

Die Human Engineering Research Laboratories (HERL) sind ein Gemeinschaftsprojekt der Universität Pittsburgh und verschiedenen Einrichtungen des Gesundheitssystems und konzentrieren sich in ihrer Arbeit auf die Forschung und Entwicklung im Bereich Rollstühle und Mobilität für Gehbehinderte. Ziel ist es die Lebensumstände von Betroffenen zu verbessern, indem technische Lösungen in klinischen Studien und medizinischer Forschung integriert werden.

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Der Treppensteigende Rollstuhl aus Aachen

Die Initiative Autak aus Aachen hat einen Rollstuhlprototypen entwickelt, der Treppen steigen kann. Zumindest in der Theorie klappt das schon wunderbar – Rollstuhlfahrer Mark Brandt ist begeistert.

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„Wir erfinden das Rad neu“, so die Studenten Gernot Sümmermann und Manuel Wessely, die an der Entwicklung des treppensteigenden Rollstuhls beteiligt sind. „Mit unserem neuen Radkonzept ermöglichen wir es Menschen mit und ohne Einschränkungen jegliche Barrieren zu überwinden. Ob unsere Technologie im Rollstuhl, Kinderwagen oder Krankenbett eingesetzt wird, ist dabei offen.“ Und: „Integriert in einem modernen Rollstuhl können die Nutzer auf Augenhöhe kommunizieren, Treppen steigen und vieles mehr.“

Rückwärts überwindet der Prototyp eine Stufe oder Schwelle, etwa einen Bordstein, problemlos, doch ab der zweiten Stufe wird es schwieriger. Hier ist in der Entwicklung noch Luft nach oben, doch davon lässt sich das Team nicht entmutigen. Sie müssen es schaffen, die Zylinder, die die einzelnen Radabschnitte bewegen nicht einzeln, sondern nacheinander ausfahren. Um ihre Idee so weiterentwickeln zu können, dass sie für Rollstuhlfahrer einen wirklichen Nutzen haben kann, haben sie (2020) Fördergelder beantragt, die sie ihrem Ziel näherbringen sollen.

So soll es aussehen:

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Weitere Ideen

Seit Jahren geistert der (ausschließlich animierte) Entwurf eines treppenbefahrenden Rollstuhls durch einschlägige Foren. So schön die Bewegungen dieses Gefährts auch aussehen mögen, das Design schaffte es bisher nicht mal zum Prototypen. Dabei scheint die zugrundeliegende Technik einleuchtend. Aber Forschung und Entwicklung kosten Geld. Geld, das wie beim IBOT möglicherweise nicht wieder reinkommen wird.

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Für Modelle, die bereits im Handel verfügbar sind, siehe: Treppen steigen im Rollstuhl


Der-Querschnitt.de betreibt keine Forschung und entwickelt keine Produkte/Prototypen. Leser, die an der beschriebenen Methode oder den vorgestellten Prototypen Interesse haben, wenden sich bitte an die im Text genannten Einrichtungen.