专利名称：轮式车辆爬梯系统及方法

专 利 号：6，311，794

专利日期：2001年11月6日

发 明 者：（新罕布什尔州曼彻斯特）约翰·B.莫雷尔（John B. Morell）、（马萨诸塞州韦斯顿）约翰·M.科温（John M. Kerwin）、（新罕布什尔州贝德福德）迪安·L.卡门（Dean L. Kamen）、（新罕布什尔州曼彻斯特）罗伯特·R.安布罗吉（Robert R. Ambrogi）、（新罕布什尔州斯特拉福德）罗伯特·J.杜根（Robert J. Duggan）、（新罕布什尔州弗朗西斯敦）理查德·K.海因茨曼（Richard K. Heinzman）、（新罕布什尔州佩勒姆）布莱恩·R.基（Brian R. Key），由德卡产品有限合伙公司所有

这款复杂的轮椅具有复杂的平衡能力和动力，因此它可以去以前的轮椅去不了的地方，如走上走下的楼梯或人行道的边缘——几乎可以去任何人可以去的地方。通过操作简单的“操纵杆”，使用者能以正常的视线去看世界。

卡门的名字与他发明的并广为宣传的赛格威踏板车（the Segway scooter）有着千丝万缕的联系。这种产品可能没有他的支持者认为的那么容易上手，但卡门也会因许多重要的和人道的发明而被人们铭记。在发明赛格威之前，卡门全神贯注于改进医疗技术，并拥有一长串以自己的名字命名的荣誉和发明。在新罕布什尔州曼彻斯特成立DEKA（德克）研发公司后，卡门和工程师们一道开发了平衡轮椅（iBot），它采用了许多后来用于赛格威的相同的技术原理。

iBot是一种极其精密的机器。它有两对中等大小的轮子、一套复杂的由计算机控制的陀螺仪，可以不断地自我平衡。它为瘫痪的人提供了一种传统轮椅难以企及的替代品，让他们几乎像一个身体健全的人一样自由活动。它由一根操纵杆控制，可以爬上路缘、上下楼梯，还可以被升起来，让坐在椅子上的人与站着的人有平视的感觉。卡门通过强生公司的子公司独立技术（Independence Technology）宣传该产品。

与之前所有的轮椅创新相比，平衡轮椅的价格非常昂贵，每台售价约2.4万美元。2009年，iBot因其高昂的价格而停产，而这一价格并不在保险范围之内。2016年，丰田公司和德克公司合作，宣布他们将发布一款更新且性价比高的设备。

iBot采用与重心位置相关的车轮和集群控制法。计算机不断监测车辆行驶的角度。车轮的前角和后角会不断更新。比如，在爬楼梯时，乘坐者可以用很少的力改变车辆重心的位置。作为一项安全功能，在爬楼梯过程中，刹车间距控制装置会监控仪表盘和车轮马达的温度。如果温度超过预设值，制动变桨控制器将关闭电机放大器，并通过调节组合制动器来控制运动。控制器将车辆放置在四个轮子都在楼梯上的配置中，从而将车辆放置在相对于重力的静态稳定配置中，并防止乘坐者继续处于爬楼梯模式。如果电机足够冷却，iBot将恢复阶梯模式，以便让乘坐者完成上升或下降，如下图所示。

1．将乘坐者座椅（12）连接到接地接触模块（16），该模块包含电源、驱动放大器、驱动电机和控制器。

2．这些部件驱动轮组（36）中的车轮（18）。

3．车轮安装在集群臂（40）上，并且每个车轮能够由控制器（8）驱动。

4．集群臂在轴（22）上旋转，该臂的旋转由控制器控制。(www.daowen.com)

5．控制器包括与存储器存储装置通信的处理器，存储器存储装置执行许多控制程序。

6．传感器（38）检测车辆的精确状态，并从乘坐者的控制杆（44）接收命令。

7．这些传感器可以检测车辆（10）的俯仰、侧倾和偏航，以及车轮和组合臂的角度位置和（或）旋转速率等变量。

8．集群和车轮的独立控制允许车辆在多种模式下运行，从而允许控制器根据所在地形在模式之间切换。

“该装置具有多个可绕轴旋转的轮子，这些轮子固定在集群臂上，集群臂本身绕轴旋转，以便轮子停在连续的楼梯上。车轮和集群臂由控制器根据单独的控制律进行控制。设备是否上下楼梯取决于设备相对于指定前后角的倾斜度、移动装置和有效载荷组合的重心控制装置的运动方向。”

多产的发明家

卡门是一名发明家、工程师和物理学家，他对科学和技术充满激情，对它们能取得的成就寄予厚望。他于1951年生于长岛，就读于伍斯特理工学院（Worcester Polytechnic Institute）。还在学校的时候，卡门就在医学技术方面对社会做出了他的第一个重大贡献。他发明了一种可穿戴设备，它可以为患者提供少量精确的药物。他的创新使那些依赖持续或定期注射药物的患者能够自由活动，而不必被绑在机器上。这一想法改变了成千上万以前无法移动的人的生活。

凭借着这项发明的影响力，卡门后来成立了德克研发公司。这是一个实验室，孕育了更多与医学研究和技术相关的想法。该实验室最著名的发明之一是一种便携式透析机，可以让肾病患者在家接受透析。

卡门的创造力往往集中在如何让世界各地的人们生活得更容易。赛格威是一款两轮直立式车辆，配备电动马达，每小时可行驶19.3千米。卡门希望赛格威能成为产生更严重污染的交通工具的替代品，比如汽车。他设想在未来的世界里，城市里的人们将使用赛格威而不是汽车出行，从而降低污染和交通堵塞的程度——尽管到目前为止，他们在这方面进展缓慢。

卡门是一位有远见的人，对年轻人充满信心。

他在新罕布什尔州的曼彻斯特创建了一个名为Science Enrichment Encounters（科学丰富邂逅）的互动学习中心，并在TED（技术、娱乐、设计环球会议）上进行了演讲。为了鼓励年轻科学家，他还于1989年成立了非营利组织FIRST（For Inspiration and Recognition of Science and Technology）（对于科学和技术激发灵感和给予认可）。FIRST举办全国机器人设计竞赛，为崭露头角的科学家和工程师提供超过100万美元的奖学金。卡门坚信，技术可以用来解决世界上许多问题，如饥荒、污染、臭氧层破坏和环境污染。他目前正致力于净化饮用水的设备，这将有助于消除水传播疾病。他希望将最终产品分发给发展中国家的贫困家庭。凭借对孩子和环境的奉献，以及对科学的浓厚兴趣，卡门一直是众多奖项和荣誉的获得者。他继续梦想着旨在改善地球生活质量的发明。他拥有440多项美国和外国发明专利，其中许多发明用于创新医疗设备，并于2005年入选美国发明家名人堂。