CN114762644A - 行动辅助装置以及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行动辅助装置以及其驱动方法。行动辅助装置包括至少一个支架以及驱动支架的驱动装置。驱动装置包括无刷直流电机、转子角度传感器以及感测驱动器。转子角度传感器感测所述无刷直流电机的角度。感测驱动器对应所述无刷直流电机的角速度切换以使用对应的算法来估算一对应角度。所述对应角度作为所述无刷直流电机的角度。所述感测驱动器依据所述对应角度用以驱动所述无刷直流电机，以使所述无刷直流电机提供支持力至所述至少一支架。藉此，可节省行动辅助装置的建置成本、降低功耗且提高可靠性。

Description

行动辅助装置以及其驱动方法

技术领域

本发明是有关于一种行动辅助设备的驱动技术，且特别是有关于一种行动辅助装置以及其驱动方法。

背景技术

因全球人口老化，许多老年人在不希望亲友照护及自行行走方面的需求日益增加，因而正在研发性价较佳的行动辅助设备(或称为，外骨骼辅具/外骨骼机器人等产品)。

行动辅助设备(外骨骼辅具/外骨骼机器人)可被穿戴于使用者身上，藉由行动辅助设备中各种电机所提供的辅助力来进行运动，增加使用者肢体(常为下肢)的运动能力，例如用于辅助腿部肌肉的出力。然则，行动辅助设备的售价仍然高居不下。因此，为了在降低行动辅助设备成本的情况下仍使行动辅助设备维持应有的功能，便需要对于行动辅助设备最重要的部分：电机装置上思考如何节省成本且维持其功能。

行动辅助设备与其他具备电机装置的设备在电机装置的控制需求上有所不同。其他具备电机装置的设备如风扇等，希望电机装置常态性地维持在固定转速，以达到预期功效。然则，因为行走动作与双脚支撑的因素，配备在行动辅助设备的电机装置将会一直变动其转速，也就是，电机装置将会一直在低程度转速与中程度转速之间往复调整，并且对于电机装置在中低转速的调整上尤其重要。并且，若无经过特殊设计，若直接控制电机装置在低程度转速与中程度转速之间往复调整的话，将经常发生电机抖动现象，从而让行动辅助设备的使用者感到不适。

发明内容

本发明提供一种行动辅助装置以及其驱动方法，通过对应无刷直流电机的角速度切换以使用对应的算法，从而获得更为精确的转子角度以续行驱动无刷直流电机，节省行动辅助装置的建置成本、降低功耗且提高可靠性。

本发明实施例的行动辅助装置包括至少一个支架以及驱动装置。驱动装置驱动此至少一个支架。驱动装置包括无刷直流电机、转子角度传感器以及感测驱动器。转子角度传感器感测无刷直流电机的角度。感测驱动器耦接转子角度传感器。感测驱动器对应所述无刷直流电机的角速度切换以使用对应的算法来估算对应角度。其中所述对应角度作为所述无刷直流电机的角度。感测驱动器依据所述对应角度用以驱动所述无刷直流电机，以使所述无刷直流电机提供支持力至所述至少一支架。

本发明实施例提供一种行动辅助装置的驱动方法。行动辅助装置包括至少一个支架以及驱动至少一个支架的驱动装置。驱动装置包括无刷直流电机。所述驱动方法包括下列步骤：感测所述无刷直流电机的角度以判断无刷直流电机的角速度切换是否发生；以及，对应所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，使用对应的算法估算一对应角度，其中所述对应角度作为所述无刷直流电机的角度。依据所述对应角度驱动所述无刷直流电机，以使所述无刷直流电机提供支持力至所述至少一支架。

基于上述，本发明实施例的行动辅助装置以及其驱动方法通过对应无刷直流电机的角速度切换以使用对应的算法，例如，混合使用针对于无刷直流电机的无传感器角度补偿算法(又称，无传感器控制)以及霍尔传感器角度补偿算法。在无刷直流电机的转速/角速度较低、或是无刷直流电机进行从高转速到低转速的角速度切换时，采用霍尔传感器角度补偿算法来计算此时的无刷直流电机的角度；而在无刷直流电机具备一定转速时，也就是无刷直流电机进行从低转速到高转速的角速度切换时，通过无传感器控制技术(也就是，无传感器角度补偿算法)且利用无刷直流电机的反电动势来计算此时的无刷直流电机的角度。并且，还将无传感器角度补偿算法计算出的角度与霍尔传感器角度补偿算法计算出的角度相减而获得两者的角度误差值，并利用预设的敏感度数值判断这两个角度的误差值是否相差太远(如，两者的角度误差值大于预设的敏感度数值)而需调整为以霍尔传感器角度补偿算法计算出的角度为准。藉此，本发明实施例的无刷直流电机不装设精确度最高(但也最昂贵)的步进编码器，而是改为装设精确度较低但较为便宜的霍尔传感器。并且，在电机的转速较高(进行从低转速到高转速的角速度切换)时，转子角度的计算则从霍尔传感器角度补偿算法改为更为精确的无传感器角度补偿算法。藉此，可节省行动辅助装置的建置成本、降低功耗且提高可靠性。并且，本发明实施例藉由精准知悉电机的转子角度而可更为精准地提供驱动电路，从而降低电机的抖动情形，降低在使用行动辅助装置时感到的不舒适感。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的一种行动辅助设备的示意图。

图2是使用者在行走时使用者、第一支架(大腿支架)以及第二支架(小腿支架)的示意图。

图3与图4A至图4B说明无刷直流电机的转子与定子之间的角度与扭力与转速的关系。

图5是采用霍尔传感器控制时确切转子角度与误差角度的示意图。

图6是依照本发明一实施例的行动辅助设备中电机装置的示意图。

图7是依照本发明一实施例的行动辅助设备的驱动方法的流程图。

图8是图7中步骤S720的详细流程图。

图9是图8中步骤S840的详细流程图。

附图符号说明：

100:行动辅助设备；

110:第一支架；

112:第一侧档板；

114、116:第一绑带；

120:第二支架；

122:第二侧档板；

124、126:第二绑带；

130:驱动装置；

210、220、230:使用者的右腿姿势；

310:直线；

320:曲线；

410:转子；

420-1～420-3:定子；

510、520:线段；

610：无刷直流电机；

620:感测驱动器；

630:功率级电路；

640:电子特性感测电路；

650:微处理器；

VF:垂直施力方向；

HF:水平施力方向；

θ:角度；

F420-1、F420-2、F420-21:施力；

EA:误差角度；

S710～S730、S810～S850、S910～S960:步骤。

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的一种行动辅助设备100的示意图。使用者可将行动辅助设备100穿戴于其上，其主要具备至少一个支架以及用以驱动这些支架的驱动装置130。本实施例的驱动装置130是以架设在支架之间并提供两者支持力的电机装置作为举例。本实施例的驱动装置130可设置于用户的小腿位置。本发明实施例的行动辅助设备100的驱动装置130主要采用无刷直流电机(BLDC motor)作为动力，以对使用者的腿部产生辅助力。详细而言，无刷直流电机具备扭矩大、转矩脉动小、寿命长…等特点。此外，基于无刷直流电机本身的节能性、耐热性、易维护等特点，使其得以受到广泛应用。

详细来说，行动辅助设备100的支架包括第一支架110(如，应用于使用者大腿处的大腿支架)与第二支架120(如，应用于使用者小腿处的小腿支架)。第一支架110与第二支架120皆耦接驱动装置130。本实施例驱动装置130中的感测驱动器依据感测到的对应角度来驱动驱动装置130中无刷直流电机，以使驱动装置130中的无刷直流电机分别提供支持力至第一支架110与第二支架120。行动辅助设备100还包括第一侧档板112(以大腿侧档板为例)、至少一个第一绑带(如，第一绑带114与116)(以大腿绑带为例)、第二侧档板122(以小腿侧档板为例)以及至少一个第二绑带(如，第二绑带124与126)(以小腿绑带为例)。第一侧档板112固设于第一支架110。第一绑带114与116连接至第一支架110或第一侧档板112。第一侧档板112与第一绑带114、116用于将行动辅助设备100固定在使用者的大腿，以利于在驱动装置130提供支持力给第一支架110时，可带动使用者的大腿。

第二侧档板122固设于第二支架120。第二绑带124与126连接至第二支架120或第一侧档板122。第二侧档板122与第二绑带124、126用于将行动辅助设备100固定在使用者的小腿，以利于在驱动装置130提供支持力给第二支架120时，可带动使用者的小腿。

当使用者在穿着行动辅助设备100且进行行走时，使用者的两腿动作会在站立与摆动之间来回切换。图2是使用者在行走时使用者、第一支架110以及第二支架120的示意图。在此以图2、使用者右腿的第一支架110、第二支架120以及位于提供右腿支撑力的右边电机作为举例。使用者在向前行走时，会先以站姿站立(如，图2中使用者的右腿姿势210)，此时的右边电机不需要提供大腿支架与小腿支架之间的支撑力。然后，从图2中使用者的右腿姿势210到使用者的右腿姿势220之间，左腿为支撑点且右腿需要大幅度摆动，因此右边电机在此时需提高电机的扭力以提供大腿支架与小腿支架之间很大的支撑力F1。然后，在图2中使用者的右腿姿势220到使用者的右腿姿势230之间，又需要降低右边电机的扭力，从而降低其支撑力以使腿部抵达预定的地面支撑位置，并如此往复。也就是说，行动辅助设备100所采用的电机经常需要在短时间内、同时在高扭力与低转速的情况下进行正转与反转操作。

然而，目前常用的无刷电机皆为驱动后只会维持同一个方向的固定转速，而不会一直往复地调整其转速。因此，由于无刷直流电机的应用层面不同，在无刷直流电机的扭力与转速的检测技术上将会有本质上的差异。

无刷电机的主要构造可区分为转子与定子。本实施例中的转子以永久磁铁来实现，本实施例的定子则以线圈实现。无刷直流电机是通过改变定子上的磁场来推动转子，从而使电机整体进行转动。无刷直流电机的扭力与转速的检测技术主要是检测转子与定子之间的角度，因为此角度将会直接影响到电机的扭力与转速。若是无法准确地检测或判断转子与定子之间的角度的话，行动辅助设备100在对驱动装置130供电时将会发生误判而提供略大或略小的电流，使得驱动装置130的扭力与转速不如预期，导致驱动装置130经常性地发生电机抖动、造成噪音，以及造成驱动装置130的能源转换效率低落，还会让使用者感到强烈的不舒适感。

用于检测无刷直流电机的转子与定子之间的角度有许多类型，例如采用霍尔传感器、步进编码器、无传感器控制所使用的算法等。图3与图4A至图4B说明无刷直流电机的转子与定子之间的角度与扭力与转速的关系。

无刷直流电机的扭力(torque)、转速(speed)与输出功率(output power)可由图3呈现。图3的X轴呈现无刷直流电机的转速，并以每分钟旋转速度(RPM)作为单位；图3左方的Y轴呈现无刷直流电机的扭力，并以牛顿-米(N.m)作为单位；图3右方的Y轴呈现无刷直流电机的输出功率，并以瓦特(W)作为单位。由图3的直线310可知，当电机的转速越低时，电机输出的扭力则越大；电机输出的扭力愈小甚至无扭力输出时，可获得电机的最高转速，如图3的曲线320所述。

在无刷直流电机的控制技术中，线圈(亦即，“定子”)上的磁场会因为转子的位置变化而产生不同的扭力。图4A与图4B用以说明转子的位置变化以及转子与定子之间的角度如何影响电机的扭力的示意图。图4A中左半边[A]部分则绘示无刷直流电机的转子410(即，永久磁铁)与定子420-1～420-3(即，线圈)，且转子410的磁场与定子420-1～420-3所产生的磁场之间为45度相交。图4A中右半边[B]部分则绘示无刷直流电机的转子410的磁场与定子420-1～420-3所产生的磁场之间为90度相交。图4A中[A]部分与[B]部分的定子420-1～420-3旋转方向皆为逆时钟旋转。

图4B绘示以呈现无刷直流电机的转子410与定子420-1～420-3的施力方向。垂直施力方向标记为VF，水平施力方向标记为HF。若定子420-1～420-3所产生的磁场将带给转子410为垂直的施力F420-1的话，则会使此施力完全作用于使转子410转动，因此施力F420-1将不会有无谓的消耗。相对地，若定子420-1～420-3所产生的磁场将带给转子410的力方向为垂直的施力F420-2的话，则会使施力F420-2分为与垂直方向相同的施力F420-21以及与水平方向相同的另一个施力。只有垂直方向相同的施力F420-21才会使转子410转动，因此与水平方向相同的另一个施力便会做虚功而产生无谓的消耗。因此，在能够精确得知转子410角度(或称，得知准确地“转子位置”)的情况下，对角度θ设置垂直方向的磁场才能达到优化的电机控制。

本实施例考虑三种用于检测无刷直流电机的转子410角度的控制技术，分别是编码器(encoder)控制、霍尔传感器控制以及无传感器控制。以下分别概略描述。

“编码器控制”是以理想的状况下以编码器做为无刷直流电机的转子角度传感器为最佳选择。但是，编码器的成本高昂，而且编码器设计在无刷直流电机当中时会有机械结构复杂等问题。

“霍尔传感器控制”则是在无刷直流电机以每隔120度的位置架设三个霍尔传感器，藉此来获得转子的位置。当前的转子角度可以用上一个取样时间通过霍尔传感器感测到的角度加上取样时间及当前角速度来估测。因为霍尔传感器的每个状态都代表60度的区间，所以每当霍尔传感器的状态变换时，便表示已经经过60度的转动。然而，当电机在愈高转速时，霍尔传感器的转速估测误差将变得愈大。图5是采用霍尔传感器控制时确切转子角度(如，图5的线段510)与误差角度EA(如，图5的线段520)的示意图。可由图5得知，高转速时的霍尔传感器角度补偿算法也会有较大的误差。当误差变大时，提供给电机的电流将具有较大起伏，从而使电机中的转子转动不顺畅，除了耗费能量外也会产生抖动及噪音。

“无传感器控制”则是因为无刷直流电机在旋转时会因为转子(永久磁铁)对定子(线圈绕组)产生磁感。并且，由楞次定律可以知道，当导体有磁感产生时，此导体会产生对应的反电动势。因此，可利用提供给无刷直流电机的输入电压、输入电流，以及电机中的各项参数(如，电机的等效电阻、等效电感等)，便可通过反电动势来反推角度信息。也就是说，无传感器角度补偿算法必须要确定电机中的各项参数以及对电机的供电情形(如，提供给电机的电压、电流等)，才能进行反电动势的估测。“无传感器控制”虽然拥有较高的转子角度精确度，但电机必须要有反电动势的产生才能够进行转子角度的估算。因此，当电机是静止时，将无法估测转子角度。

因此，本发明实施例可对应无刷直流电机在转速上变化的角速度切换以使用对应的算法估算无刷直流电机的角度，从而利用这些估算的角度驱动无刷直流电机。详细来说，在无刷直流电机的转速较低时采用霍尔传感器角度补偿算法来计算此时的无刷直流电机的角度；而在无刷直流电机具备一定转速时，通过无传感器控制技术(也就是，无传感器角度补偿算法)且利用无刷直流电机的反电动势来计算此时的无刷直流电机的角度。藉由此种方式来混合使用无刷直流电机的无传感器角度补偿算法(又称，无传感器控制)以及霍尔传感器角度补偿算法，便可获得电机中准确的转子角度，进而可准确地控制提供给电机的驱动电流，降低电机的抖动情形以及降低使用行动辅助装置时感到的不舒适感。

表1是符合本发明实施例的电机转速、利用霍尔传感器角度补偿算法(在本实施例中简称，霍尔算法)计算出的角度、利用无传感器角度补偿算法(在本实施例中简称，无传感器算法)计算出的角度以及本发明实施例整合前述两种算法的电机控制算法的输出角度的举例说明。

表1：

本实施例中，由表1可看出，在电机于低转速时，例如，电机转速低于预定转速(在此以500RPM作为举例)，霍尔算法对于电机的转子角度的检测较为稳定及准确，且不会有算法失效的问题。另一方面，在电机于低转速时(如，电机转速低于500RPM)，无传感器演算会有算法失效的问题。在电机于高转速时(如，电机转速高于500RPM)，霍尔算法对于电机的转子角度的检测可能发生较大的误差。另一方面，在电机于高转速时(如，电机转速高于500RPM)，无传感器演算对于电机的转子角度的检测较为稳定与准确。因此，本实施例在电机于低转速切换为高转速时，对于电机转子角度的估算算法将从霍尔算法切换到无传感器算法。应用本实施例者可依其需求调整预定转速的数值，例如以实验数据来确定预定转速为何。换句话说，当电机的运转角速度到达霍尔算法无法正常运作(即，与实际的转子角速度差距过大)，即切换为无传感器算法，切换后以无传感器算法所估测的角度输出为电机转子的运算角度。在本实施例中，则是设计一个切换的角速度(如，前述判断转速的基准500RPM)来确保电机的转速够高，使电机不会进入停止状况。

并且，在电机启动以从低转速切换到高转速时，因转子角速度为零，无反电动势产生出电压及电流，因此无法进行无传感器算法的运算，因此必须以霍尔传感器配合霍尔算法来进行电机起动与转子角度的估算。

本实施例所称“无刷直流电机的角度速切换”是指无刷直流电机在角速度上两种情况的切换，也就是说，前述情况之一是，无刷直流电机从高转速/高角速度(亦可称为，第一转速区间)切换到低转速/低角速度(亦可称为，第二转速区间)；前述情况之另一是，无刷直流电机从低转速/低角速度(第二转速区间)切换到高转速/高角速度(第一转速区间)。前述“高转速/高角速度”(第一转速区间)与“低转速/低角速度”(第二转速区间)可通过前述预定转速进行判断。第一转速区间表示由转子角度传感器(霍尔传感器)检测无刷直流电机的转子角度并产生检测结果中，无刷直流电机的角度为大于前述预定转速的状态。第二转速区间表示由转子角度传感器(霍尔传感器)检测无刷直流电机的转子角度并产生检测结果中，无刷直流电机的角度为小于等于前述预定转速的状态。

然而，单独以电机的转速无法准确地确认无传感器算法是否为正常运作。为了避免无传感器角度补偿算法可能会发生没有正常运作的情况，本实施例还将无传感器角度补偿算法计算出的角度与霍尔传感器角度补偿算法计算出的角度相减而获得两者的角度误差值作为最大误差参照，并利用预设的敏感度数值判断这两个角度的误差值是否相差太远(如，两者的角度误差值大于预设的敏感度数值)而需调整为以霍尔传感器角度补偿算法计算出的角度为准。也就是说，当角度误差值小于等于预设的敏感度数值时，表示无传感器角度补偿算法与霍尔传感器角度补偿算法所计算出的两个角度值相近，本实施例便以无传感器角度补偿算法所计算出的角度值作为电机中的转子角度。相对地，当角度误差值大于预设的敏感度数值时，表示无传感器角度补偿算法可能没有正常运作，因此改由以霍尔传感器角度补偿算法所计算出的角度值作为电机中的转子角度。

另一方面，在电机于高转速切换为低转速时，对于电机转子角度的估算算法将从无传感器算法切换到霍尔算法。本实施例设计一个切换的角速度(如，前述判断转速的基准500RPM)作为电机于低转速的标准，用来避免当本实施例处于无传感器算法时，电机因外力或煞车动作突然停下来，使得驱动器驱动异常。本实施例并且会同时判别霍尔传感器与相应的霍尔算法是否运作正常，以确保无传感器算法正常运作。

图6是依照本发明一实施例的行动辅助设备100中驱动装置130的示意图。驱动装置130主要包括无刷直流电机610、转子角度传感器(本实施例以3个霍尔传感器作为举例)以及感测驱动器620。感测驱动器620耦接转子角度传感器。转子角度传感器(霍尔传感器)用以检测无刷直流电机610中的转子角度并产生一检测结果。驱动装置130还可包括功率级电路630、电子特性感测电路640以及微处理器650。功率级电路630通过电流镜及功率电路将电源供应至无刷直流电机610、转子角度传感器(霍尔传感器)、电子特性感测电路640以及微处理器650。电子特性感测电路640将转子角度传感器(霍尔传感器)的感测结果转换为模拟电流信号Ia、Ib与Ic。微处理器650将模拟电流信号Ia、Ib与Ic转换为感测驱动器620可获得的数字信号。

图7是依照本发明一实施例的行动辅助设备的驱动方法的流程图。图7的驱动方法可适用于图1的行动辅助设备100以及图6所述的驱动装置130。请同时参照图6与图7，于步骤S710中，感测驱动器620感测无刷直流电机610的角度以判断无刷直流电机610的角速度切换是否发生。详细来说，霍尔传感器检测无刷直流电机610的角度并产生检测结果，例如，经由功率级电路630、电子特性感测电路640以及微处理器650而提供给感测驱动器620的数字信号作为前述感测结果。感测驱动器620依据检测结果判断无刷直流电机610的当前转速是否超过预定转速，从而判断无刷直流电机610的角速度切换是否发生。于步骤S720中，感测驱动器620对应无刷直流电机610的切换是否发生，使用对应的算法估算一对应角度，其中此对应角度作为无刷直流电机610的角度，用以驱动无刷直流电机610。

图8是图7中步骤S720的详细流程图。于步骤S810中，感测驱动器620可从功率级电路630或是微处理器650获得提供给无刷直流电机610的输入电流。

于步骤S820中，感测驱动器620使用第一角度补偿算法(也就是，霍尔传感器角度补偿算法)估算第一角度。第一角度补偿算法(霍尔传感器角度补偿算法)主要依据转子角度传感器的检测结果估算第一角度。于步骤S830中，感测驱动器620使用第二角度补偿算法(也就是，无传感器角度补偿算法)估算第二角度。第二角度补偿算法(无传感器角度补偿算法)主要依据无刷直流电机610的输入电流以及无刷直流电机610的多个参数(如，等效电阻、等效电感等)计算无刷直流电机610的反电动势，从而估算第二角度。步骤S720与S730可提时进行也可先后进行。

于步骤S840中，感测驱动器620决定使用第一角度或第二角度作为无刷直流电机610的角度。本实施例的感测驱动器620主要判断无刷直流电机610的当前转速是否超过预定转速(如，500RPM)来决定使用第一角度或第二角度作为无刷直流电机610的角度。此外，本实施例的感测驱动器620还可计算第一角度与第二角度之间的当前角度误差，判断当前角度误差是否大于一预定敏感度，从而决定使用第一角度或第二角度作为无刷直流电机620中的角度。于步骤S850中，感测驱动器620便依据无刷直流电机610中的角度来判断所需提供的输入电流，从而续行驱动无刷直流电机610。例如，可利用电机的向量控制算法，将定子的三向电流转为转子坐标向量；通过电流控制器以将输入电流及控制电流转为电压命令；将转子的电压向量转为定子的三向电压；并且，通过功率级电路630去设定由逆变器算法产生的开关切换状态。

图9是图8中步骤S840的详细流程图。请同时参照图6与图9，于步骤S910中，感测驱动器620判断目前使用的角度补偿算法是否是第一角度补偿算法(也就是，霍尔传感器角度补偿算法)。若步骤S910为是，则进入步骤S920，感测驱动器620判断前述第一角度与第二角度之间的当前角度误差是否不大于预定敏度，且无刷直流电机610的当前转速是否超过预定转速(如，500RPM)。当步骤S920中皆为是，则进入步骤S925以将目前使用的角度补偿算法改为第二角度补偿算法(无传感器角度补偿算法)。当步骤S920中的其中之一为否(如，前述第一角度与第二角度之间的当前角度误差小于预定敏感度，或无刷直流电机610的当前转速没有超过预定转速)，则进入步骤S940且不调整目前使用的角度补偿算法。

若步骤S910为否，则进入步骤S930，感测驱动器620判断前述第一角度与第二角度之间的当前角度误差是否大于预定敏度，或是无刷直流电机610的当前转速是否不超过预定转速(如，500RPM)。当步骤S930中的其中之一(前述第一角度与第二角度之间的当前角度误差大于预定敏感度，或无刷直流电机610的当前转速不超过预定转速)为是，则进入步骤S935以将目前使用的角度补偿算法改为第一角度补偿算法(霍尔传感器角度补偿算法)。当步骤S930中皆为否(如，前述第一角度与第二角度之间的当前角度误差小于预定敏度且无刷直流电机610的当前转速超过预定转速)，则进入步骤S940且不调整目前使用的角度补偿算法。

于步骤S940中，感测驱动器620判断当前角度补偿算法是否是第一角度补偿算法(霍尔传感器角度补偿算法)。若步骤S940为是，感测驱动器620使用第一角度作为无刷直流电机610中的角度。若步骤S940为否，感测驱动器620使用第二角度作为无刷直流电机610中的角度。当步骤S950或步骤S9860结束时，则可回到步骤S910续行此流程。

综上所述，本发明实施例的行动辅助装置以及其驱动方法通过混合使用针对于无刷直流电机的无传感器角度补偿算法(又称，无传感器控制)以及霍尔传感器角度补偿算法。也就是说，在无刷直流电机的转速较低时采用霍尔传感器角度补偿算法来计算此时的无刷直流电机的角度；而在无刷直流电机具备一定转速时，通过无传感器控制技术(也就是，无传感器角度补偿算法)且利用无刷直流电机的反电动势来计算此时的无刷直流电机的角度。并且，还将无传感器角度补偿算法计算出的角度与霍尔传感器角度补偿算法计算出的角度相减而获得两者的角度误差值，并利用预设的敏感度数值判断这两个角度的误差值是否相差太远(如，两者的角度误差值大于预设的敏感度数值)而需调整为以霍尔传感器角度补偿算法计算出的角度为准。藉此，本发明实施例的无刷直流电机不装设精确度最高(但也最昂贵)的步进编码器，而是改为装设精确度较低但较为便宜的霍尔传感器。并且，在电机的转速较高时，转子角度的计算则从霍尔传感器角度补偿算法改为更为精确的无传感器角度补偿算法。藉此，可节省行动辅助装置的建置成本、降低功耗且提高可靠性。并且，本发明实施例藉由精准知悉电机的转子角度而可更为精准地提供驱动电路，从而降低电机的抖动情形，降低在使用行动辅助装置时感到的不舒适感。

Claims (17)

1.一种行动辅助装置，其特征在于，包括：

至少一支架；以及

驱动装置，耦接所述至少一支架，

其中所述驱动装置包括：

一无刷直流电机；

一转子角度传感器，所述转子角度传感器感测所述无刷直流电机的角度；以及

一感测驱动器，所述感测驱动器耦接所述转子角度传感器，所述感测驱动器对应所述无刷直流电机的角速度切换以使用对应的算法来估算一对应角度，其中所述对应角度作为所述无刷直流电机的角度，所述感测驱动器依据所述对应角度用以驱动所述无刷直流电机，以使所述无刷直流电机提供支持力至所述至少一支架。

2.根据权利要求1所述的行动辅助装置，其特征在于，所述转子角度传感器检测所述无刷直流电机的角度并产生一检测结果，所述感测驱动器依据所述检测结果来判断无刷直流电机的当前转速是否超过一预定转速，从而判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，

其中，判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生的情况是：

所述感测驱动器判断所述无刷直流电机的角度从一第一转速区间进入一第二转速区间的情况，

或是，所述感测驱动器判断所述无刷直流电机的角度从所述第二转速区间进入所述第二转速区间的情况，

其中所述第一转速区间表示所述检测结果中所述无刷直流电机的角度为大于所述预定转速的状态，且所述第二转速区间表示所述检测结果中所述无刷直流电机的角度为小于等于所述预定转速的状态。

3.根据权利要求2所述的行动辅助装置，其特征在于，所述对应的算法包括一第一角度补偿算法以及一第二角度补偿算法，所述第一角度补偿算法依据所述转子角度传感器的所述检测结果估算一第一角度，所述第二角度补偿算法依据所述无刷直流电机的多个参数与一供电情形估算一第二角度，

所述感测驱动器判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，以决定使用所述第一角度补偿算法的所述第一角度或所述第二角度补偿算法的所述第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度，且依据所述无刷直流电机的所述角度来驱动所述无刷直流电机。

4.根据权利要求3所述的行动辅助装置，其特征在于，所述感测驱动器还计算所述第一角度与所述第二角度之间的当前角度误差，判断所述当前角度误差是否大于一预定敏感度，以决定使用所述第一角度或所述第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度。

5.根据权利要求4所述的行动辅助装置，其特征在于，当所述当前角度误差大于所述预定敏感度或是所述无刷直流电机的所述当前转速不超过所述预定转速时，所述感测驱动器使用所述第一角度补偿算法的所述第一角度作为所述无刷直流电机的所述角度，

当所述当前角度误差不大于所述预定敏感度且所述无刷直流电机的当前转速超过所述预定转速时，所述感测驱动器使用所述第二角度补偿算法的所述第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度。

6.根据权利要求1所述的行动辅助装置，其特征在于，所述转子角度传感器是霍尔传感器。

7.根据权利要求3所述的行动辅助装置，其特征在于，所述第一角度补偿算法是霍尔传感器角度补偿算法，所述第二角度补偿算法是无传感器角度补偿算法。

8.根据权利要求7所述的行动辅助装置，其特征在于，所述无传感器角度补偿算法依据所述无刷直流电机的输入电流以及所述无刷直流电机的多个参数计算所述无刷直流电机的反电动势，从而估算所述第二角度，

其中所述无传感器角度补偿算法不依据所述转子角度传感器的所述检测结果估算所述第二角度。

9.根据权利要求1所述的行动辅助装置，其特征在于，所述至少一支架包括：

一第一支架，耦接所述驱动装置；以及

一第二支架，耦接所述驱动装置，

其中所述感测驱动器依据所述对应角度用以驱动所述无刷直流电机，以使所述无刷直流电机分别提供支持力至所述第一支架与所述第二支架。

10.根据权利要求9所述的行动辅助装置，其特征在于，还包括：

一第一侧档板，固设于所述第一支架；

至少一第一绑带，连接至所述第一支架或所述第一侧档板；

一第二侧档板，固设于所述第二支架；以及

至少一第二绑带，连接至所述第一支架或所述第二侧档板，

其中所述第一侧档板、所述至少一第一绑带、所述第二侧档板与所述至少一第二绑带用于固定所述行动辅助装置于一用户。

11.一种行动辅助装置的驱动方法，其特征在于，所述行动辅助装置包括至少一支架以及耦接所述至少一支架的一驱动装置，所述驱动装置包括一无刷直流电机，其中所述驱动方法包括：

感测所述无刷直流电机的角度以判断无刷直流电机的角速度切换是否发生；

对应所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，使用对应的算法估算一对应角度，其中所述对应角度作为所述无刷直流电机的角度；以及

依据所述对应角度驱动所述无刷直流电机，以使所述无刷直流电机提供支持力至所述至少一支架。

12.根据权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生的步骤包括：

检测所述无刷直流电机的角度并产生一检测结果；以及

依据所述检测结果判断无刷直流电机的当前转速是否超过一预定转速，从而判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，

其中，判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生的情况是：

判断所述无刷直流电机的角度从一第一转速区间进入一第二转速区间的情况，

或是，判断所述无刷直流电机的角度从所述第二转速区间进入所述第二转速区间的情况，

其中所述第一转速区间表示所述检测结果中所述无刷直流电机的角度为大于所述预定转速的状态，且所述第二转速区间表示所述检测结果中所述无刷直流电机的角度为小于等于所述预定转速的状态。

13.根据权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，所述对应的算法包括一第一角度补偿算法以及一第二角度补偿算法，所述第一角度补偿算法依据所述无刷直流电机的转子角度传感器的所述检测结果估算一第一角度，

其中，对应所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，使用对应的算法估算所述对应角度的步骤包括：

判断所述无刷直流电机的角速度切换是否发生，以决定使用所述第一角度补偿算法的所述第一角度或所述第二角度补偿算法的一第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度。

14.根据权利要求13所述的驱动方法，其特征在于，还包括：

计算所述第一角度与所述第二角度之间的当前角度误差；以及

判断所述当前角度误差是否大于一预定敏感度，以决定使用所述第一角度或所述第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度。

15.根据权利要求14所述的驱动方法，其特征在于，判断所述当前角度误差是否大于一预定敏感度，以决定使用所述第一角度或所述第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度的步骤包括：

所述当前角度误差大于所述预定敏感度或是所述无刷直流电机的所述当前转速不超过所述预定转速时，使用所述第一角度补偿算法的所述第一角度作为所述无刷直流电机的所述角度；以及

当所述当前角度误差不大于所述预定敏感度且所述无刷直流电机的当前转速超过所述预定转速时，使用所述第二角度补偿算法的所述第二角度作为所述无刷直流电机的所述角度。

16.根据权利要求13所述的驱动方法，其特征在于，所述第一角度补偿算法是霍尔传感器角度补偿算法，所述第二角度补偿算法是无传感器角度补偿算法。

17.根据权利要求16所述的驱动方法，其特征在于，所述无传感器角度补偿算法依据所述无刷直流电机的输入电流以及所述无刷直流电机多个参数计算所述无刷直流电机的反电动势，从而估算所述第二角度，

其中所述无传感器角度补偿算法不依据所述转子角度传感器的所述检测结果估算所述第二角度。

Images