TWI552740B - 電動輪椅之移動控制模組 - Google Patents

Description

電動輪椅之移動控制模組

本發明係與電動輪椅有關，特別是關於一種電動輪椅之移動控制模組。

對某些罹患肌肉萎縮症的患者，能夠自由的行動應該是它們最奢侈的幻想，最簡單的方法就是倚賴輪椅行動。由於肢體的障礙，他們不見得能像常人般輕鬆地操作電動輪椅，只好麻煩照顧者推著手動輪椅陪伴一起行動。如果是短程距離可能還好，如果遇到斜坡、階梯或者長時間下來，對於照顧者的體力也是一種相當大的負擔。

目前市售的電動輪椅都以手腕來操控搖桿，進而控制輪椅前進後退與左右轉動。但若使用者無法以手腕或者手臂來操控搖桿，物理治療師會建議輔具設計者評估患者其他正常的部位，如腳控、頭控、下巴等來操作搖桿。為了簡化操控的困難度，甚至採用按壓式的開關或者吹氣控制來取代搖桿的動作，對於四肢癱瘓的患者，實為一大福音。隨著科技的進步，嵌入式微控制器的發展無論在記憶體的空間或者晶片的執行速度上都已經進步到與工業級電腦相匹配的地步。加入嵌入式微控制器將傳統的電動輪椅數位化無疑是未來輔具發展的必然方向。

本發明提供一種電動輪椅之移動控制模組，其主要目的係藉由三軸加速器與無線單元來建構一數位化電動輪椅，提供一套設於使用者手腕之手環，藉由該手環內之三軸加速器偵測使用者手腕的擺動角度控制該電動輪椅自動左右轉向以及前進、後退等動作。

為達前述目的，本發明提供一種電動輪椅之移動控制模組，係設置於一電動輪椅上，其中該電動輪椅具有一扶手、一座椅、一輪子以及一驅動單元電性連接該輪子，該移動控制模組包括：一本體，設置於該電動輪椅之扶手上；該本體具有一支撐部，其上設有一凹部；一接收單元，設置於該電動輪椅上，該接收單元具有一輪椅運算器，該輪椅運算器分別與一無線接收單元、一第一電源單元，以及該驅動單元連接；一手環，用於配戴於使用者腕部，該手環設置有一手環運算器，以及與該手環運算器電性連接之一第二電源單元、一三軸加速器與一無線發射單元；當該手環配戴於使用者腕部並放置於該本體之支撐部上，使該手環之至少一部份位於該凹部中；一偵測控制單元，設置於該支撐部並對應於該凹部，當該偵測控制單元偵測到該手環之一部分位於該凹部中後，該偵測控制單元被啟動，並傳送一啟動訊號給該輪椅運算器，使該無線接收單元開始接收來自於該無線發射單元之訊號。

藉此，當一使用者配戴該手環，將前臂放置於該扶手上，並使該手環之至少一部分位於該凹部中，使用者之前臂可沿一前後控制方向以及一左右控制方向轉動；該三軸加速器在計算沿該前後控制方向旋轉多少角度的向量值後透過該無線發射單元及該無線接收單元的無線傳輸模式，再透過該驅動單元控制該電動輪椅的輪子作前進、後退動作；該三軸加速器在計算沿該左右控制方向旋轉多少角度的向量值後透過該無線發射單元及該無線接收單元的無線傳輸模式，再透過該驅動單元控制該電動輪椅的輪子作左轉、右轉動作。

在一實施例中，該本體透過一樞轉部樞設於該扶手上，使該本體可沿該前後控制方向轉動，使用者之前臂沿該前後控制方向時，同時帶動該本體沿該前後控制方向轉動，而使用者之前臂沿該左右控制方向轉動時，不會帶動該本體轉動。

在一實施例中，該本體透過一萬向接頭樞設於該扶手上，使該本體可分別沿該前後控制方向以及該左右控制方向轉動，使用者之前臂沿該前後控制方向以及該左右控制方向轉動時，同時帶動該本體沿該前後控制方向以及該左右控制方向轉動。

在一實施例中，該本體上更設有一握持部供手部握持。

在一實施例中，該手環更具有一轉動部，其中設有該第二運算器、該三軸加速器該第二電源單元與該無線發射單元，該轉動部可容設於該支撐部之凹部中，用以啟動該偵測控制單元。

在一實施例中，更包含有一超音波偵測控制單元，設置於該電動輪椅上，用以偵測看護者與該電動輪椅之間的距離，該輪椅運算器根據該超音波偵測控制單元所偵測到的距離，控制該驅動單元，讓看護者與該電動輪椅之間保持在適當距離。

在一實施例中，更包含有一電子羅盤定位單元，設置於該電動輪椅上，偵測目前電動輪椅的行進方向，並與該手環所傳來之移動控制訊號比對，當比對結果不一致時，則控制該驅動單元，令該電動輪椅往與該移動控制訊號一致之方向移動。

在一實施例中，該扶手上設有一容置空間，供該本體裝設，該容置空間適當位置具有一槽孔，而該本體底部相對該槽孔位置設有一彈性部，藉該彈性部令該本體在容置空間內樞轉時得具有一彈力回復。

在一實施例中，該本體之支撐部具有二分離之凸部，該二凸部之間構成該凹部。

為使貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合圖式簡單說明詳述如後：

請參閱圖1~13所示，本發明實施例之電動輪椅之移動控制模組，包括：

一電動輪椅10，具有一扶手11、一座椅12、一輪子13及一第一顯示螢幕14，該扶手11凹設一容置空間110，該容置空間110適當位置具有一樞接孔1100及一槽孔1101；

一本體20，於該本體20上面設有一軟性材質之握持部200及支撐部21，該握持部200供手部握持，而該支撐部21則對應於人體之腕部。於該本體20之側邊及底部分別設有與該容置空間110之樞接孔1100及槽孔1101相對位置之一樞轉部22(本實施例為樞桿)及一彈性部23，且該支撐部21係由兩分離之凸部210且相鄰之間具有一凹部211構成，該本體20係容置於該扶手11之容置空間110內，並藉由該樞轉部22與該樞接孔1100相互樞設，令該本體20得於該容置空間110內樞轉，且該本體20裝設於扶手11之容置空間110後其高度與該扶手11表面切齊，僅令該支撐部21及該握持部200凸出於該扶手11表面；

一手環30，該手環30具有一轉動部31及一第二顯示螢幕32，該手環30配戴於使用者腕部70並可依據使用者腕部70進行鬆緊度的調整，令使用者在配戴時具有較佳之舒適感，且使用者腕部70放置於該本體20之支撐部21上，使該轉動部31係容置於於該支撐部21之凹部211內；

一設置於該座椅12下方之接收單元40，該接收單元40具有一輪椅運算器41，該輪椅運算器41分別與一無線接收單元42(本實施例為藍牙接收器)、一驅動單元43、一第一顯示單元44、一第一電源單元45、一超音波偵測控制單元46及一電子羅盤定位單元47連接導通，且該驅動單元43及該第一顯示單元44係分別電性連接該輪子13及該第一顯示顯示螢幕14；

該手環30之轉動部31內設置於有一控制單元50，該控制單元50具有一手環運算器51，該手環運算器元51分別與一三軸加速器52、一無線發射單元53(本實施例為藍牙發射器)、一第二顯示單元54、及一第二電源單元55連接導通，且該第二顯示單元54係電性連接該手環30之第二顯示螢幕32；

一由紅外線遮蔽開關構成之偵測控制單元60，該偵測控制單元60係設置於該支撐部21之凸部210上，且對應於該凹部211；該偵測控制單元60電性連接至該輪椅運算器41。當該轉動部31容置於於該支撐部21之凹部211內時，會啟動該偵測控制單元60，以傳送一啟動訊號給該輪椅運算器41，令該無線接收單元42開始接收來自於該手環30之藍牙發射單元53之移動控制訊號；

更進一步說明該接收單元40與該控制單元50間的連接關係，當該手環運算器元51在接收該三軸加速器52的向量位置訊號後係透過該無線發射單元53傳送至該接收單元40之無線接收單元42，該無線接收單元42再將向量位置訊號傳送至該輪椅運算器41，透過該輪椅運算器41的程式運算後送出移動訊號至該驅動單元43，該驅動單元43便驅動該電動輪椅10的輪子13移動；以及

該第一電源單元45及該第二電源單55元係分別提供足夠電源給該輪椅運算器41及該手環運算器51進行程式運算；

該第一顯示單元44及該第二顯示單元54係分別接收該輪椅運算器41及該手環運算器51經程式運算後的各種數據並顯示於該第一顯示螢幕13及該第二顯示螢幕32(例如：電源、轉向角度、移動距離等)；

據此，該本體20係設置於該電動輪椅10扶手11之容置空間110內，並藉由該樞轉部22設置於該容置空間110之樞接孔1100內，使該手環30，連同該本體20，沿X軸方向(與前臂垂直之水平方向)前後樞擺前臂，稱前後控制方向；以及該手環30之轉動部31係設置於該支撐部21之凹部211內，令該手環30得於該凹部211內沿Y軸方向(與前臂平行之方向)旋轉前臂，稱左右控制方向。其中，該前後控制方向與該左右控制方向概呈垂直。

在操作本發明之電動輪椅10方面，該手環30套設於使用者手腕70，並將手腕70擺放於該電動輪椅10之扶手11上的支撐部21，且該手環30之轉動部31係設置於該支撐部21之凹部211內；當使用者手握該握持部200帶動該本體20及該手環30於該容置空間110內沿X軸方向前後擺動前臂時，即沿前後控制方向轉動時，如圖8、9所示，該三軸加速器52在計算旋轉多少角度的X軸向量值後透過無線發射單元53及無線接收單元42的無線傳輸模式，利用該接收單元40之驅動單元43控制該電動輪椅10的輪子13作前進、後退動作；或者當使用者手腕70連帶該手環30於該凹部211內沿Y軸方向轉動前臂時，即沿左右控制方向轉動時，如圖10所示，同樣藉由該控制單元50內的三軸加速器52計算旋轉多少角度的Y軸向量值後，再透過無線發射單元53及無線接收單元42的無線傳輸模式，利用該接收單元40之驅動單元43控制該電動輪椅10的輪子13作左轉、右轉動作。

其中值得一提的是，藉由該本體20底部之彈性部23設置於該容置空間110之槽孔1101內，因此當使用者手腕70帶動該本體20及該手環30於該容置空間110內沿X軸方向前後轉動時，可藉由該彈性部23令該本體20具有一彈力回復效果，進而減輕使用者手腕70的負擔。

請參閱圖11所示，係本發明另一實施例之電動輪椅控制模組，其中該本體20之樞轉部22係為一萬向接頭設計，藉由將萬向接頭設計之樞轉部22樞接於該容置空間110之樞接孔1100內，使該本體20得於該容置空間110分別作左右向轉動及前後向轉動；

在本實施例中，對於操作本發明之電動輪椅10方面，請參閱圖12、13所示，使用者手握該握持部200帶動該本體20及該手環30 沿Z軸方向(與前臂垂直之垂直方向)左右轉動前臂，即左右控制方向，令該三軸加速器52在計算旋轉多少角度的Z軸向量值後透過無線發射單元53及無線接收單元42的無線傳輸模式，利用該接收單元40之驅動單元43控制該電動輪椅10的輪子13作左轉、右轉動作；或者當使用者手腕70連帶該本體20及該手環30於該容置空間110內沿X軸方向(與前臂垂直之水平方向)作前後擺動前臂時，即前後控制方向，同樣藉由該控制單元50內的三軸加速器52計算旋轉多少角度的X軸向量值後，再透過無線發射單元53及無線接收單元42的無線傳輸模式，利用該接收單元40之驅動單元43控制該電動輪椅10的輪子13作前進、後退動作。

再者，在上述兩種實施例中，本發明電動輪椅控制模組更有一貼心安全設計，即係於該支撐部21之凸部210設有由紅外線遮蔽開關構成之偵測控制單元60，因此使用者手腕70必需放置於該扶手11上，且該手環30之轉動部30確實定位該凹部211內的情況下，該偵測控制單元60才會被啟動，該接收單元40方會處理來自該手環30之訊號，驅動該電動輪椅10的輪子13作動；換言之，當使用者手腕70離開該扶手11時，代表該手環30已脫離該凹部211的定位，在這種情況下，該偵測控制單元60未被啟動，使該接收單元40不會處理來自該手環30之訊號，因此即便使用者手腕70在脫離該凹部211的定位下作任何角度的擺動，該電動輪椅10的輪子13即不會有任何作動情形產生。

而關於三軸加速器52如何計算出該本體20及該手環30轉動多少角度的向量值，乃為習知技術藝，故請容許本案發明人不再贅述。

除此，本發明電動輪椅控制模組除利用三軸加速器52，亦可藉由接收單元40中的超音波偵測控制單元46達到超音波自動追隨模式，其實施方式係於該接收單元40安裝三顆超音波，當使用者坐在電動輪椅10上，看護者只要走在電動輪椅10的前方，其中一顆的超音波偵測到前方看護者與電動輪椅10的距離為何?若相離太遠，則電動輪椅10加快速度以便跟上看護者；反之若電動輪椅10與看護者相離太近，則電動輪椅10減慢速度以便拉開與看護者的距離，藉此令看護者與電動輪10隨時保持一定距離；換言之當看護者向右或向左轉彎時，則由另外兩顆的超音波偵測信號，使電動輪椅10跟著向右或向左轉彎；

以及除上述超音波自動追隨模式外，可藉由接收單元40中的電子羅盤定位單元47達到電子羅盤自動定位模式，其實施方式係由電子羅盤定位單元47得知目前電動輪椅10的行進方向，並與該手環30所傳來之移動控制訊號比對，以判斷移動控制是否與到達目標吻合，倘若目前電動輪椅10行進方向與到達目標不吻合，該電動輪椅10將以旋轉方式調整行進角度，直到與電動輪椅10前進目標吻合。

由此可知，本發明係結合三軸加速器52利用無線模組(包括該無線發射單元53與無線接收單元42)來建構出電動輪椅控制模組，藉由該控制單元50內的三軸加速器52偵測使用者手腕70沿X軸、Y軸或Z軸方向轉動，相對控制該電動輪椅10的輪子13作左右轉向，以及前進、後退等動作，且使用者在操作的過程可分別藉由該電動輪椅10及該手環30上的第一顯示螢幕14及第二顯示螢幕32察看各種數據的顯示 (例如：電源、轉向角度、移動距離等)。

綜上所述，上述各實施例及圖式僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧電動輪椅
11‧‧‧扶手
110‧‧‧容置空間
1100‧‧‧樞接孔
1101‧‧‧槽孔
12‧‧‧座椅
13‧‧‧輪子
14‧‧‧第一顯示螢幕
20‧‧‧本體
200‧‧‧握持部
21‧‧‧支撐部
210‧‧‧凸部
211‧‧‧凹部
22‧‧‧樞轉部
23‧‧‧彈性部
30‧‧‧手環
31‧‧‧轉動部
32‧‧‧第二顯示螢幕
40‧‧‧接收單元
41‧‧‧輪椅運算器
42‧‧‧無線接收單元
43‧‧‧驅動單元
44‧‧‧第一顯示單元
45‧‧‧第一電源單元
46‧‧‧超音波偵測控制單元
47‧‧‧電子羅盤定位單元
50‧‧‧控制單元
51‧‧‧手環運算器
52‧‧‧三軸加速器
53‧‧‧無線發射單元
54‧‧‧第二顯示單元
55‧‧‧第二電源單元
60‧‧‧偵測控制單元
70‧‧‧使用者手腕

圖1為本發明電動輪椅與本體立體分解示意圖。 圖2為本發明手環立體示意圖。 圖3為本發明本體立體示意圖。 圖4為本發明電動輪椅與本體立體組合示意圖。 圖5為本發明接收單與控制單元電路方塊圖。 圖6為本發明本體結合於扶手容置空間剖視示意圖。 圖7為本發明使用者手腕套設手環示意圖。 圖8為本發明本體於扶手容置空間內作動示意圖(一)。 圖9為本發明本體於扶手容置空間內作動示意圖(二)。 圖10為本發明手環於凹部內作動示意圖。 圖11為本發明本體結合於扶手容置空間另一實施例剖視圖。 圖12為本發明本體於扶手容置空間內另一作動示意圖(一)。 圖13為本發明本體於扶手容置空間內另一作動示意圖(一)。

40‧‧‧接收單元

41‧‧‧輪椅運算器

42‧‧‧無線接收單元

43‧‧‧驅動單元

44‧‧‧第一顯示單元

45‧‧‧第一電源單元

46‧‧‧超音波偵測控制單元

47‧‧‧電子羅盤定位單元

50‧‧‧控制單元

51‧‧‧手環運算器

52‧‧‧三軸加速器

53‧‧‧無線發射單元

54‧‧‧第二顯示單元

55‧‧‧第二電源單元

60‧‧‧偵測控制單元

Claims (9)

1. 一種電動輪椅之移動控制模組，係設置於一電動輪椅上，其中該電動輪椅具有一扶手、一座椅、一輪子以及一驅動單元電性連接該輪子，該移動控制模組包括：一本體，設置於該電動輪椅之扶手上；該本體具有一支撐部，其上設有一凹部；一接收單元，設置於該電動輪椅上，該接收單元具有一輪椅運算器，該輪椅運算器分別與一無線接收單元、一第一電源單元，以及該驅動單元連接；一手環，用於配戴於使用者腕部，該手環設置有一手環運算器，以及與該手環運算器電性連接之一第二電源單元、一三軸加速器與一無線發射單元；當該手環配戴於使用者腕部並放置於該本體之支撐部上，使該手環之至少一部份位於該凹部中；一偵測控制單元，設置於該支撐部並對應於該凹部，當該偵測控制單元偵測到該手環之一部分位於該凹部中後，該偵測控制單元被啟動，並傳送一啟動訊號給該輪椅運算器，使該無線接收單元開始接收來自於該無線發射單元之訊號；藉此，當一使用者配戴該手環，將前臂放置於該扶手上，並使該手環之至少一部分位於該凹部中，使用者之前臂可沿一前後控制方向以及一左右控制方向轉動；該三軸加速器在計算沿該前後控制方向旋轉多少角度的向量值後透過該無線發射單元及該無線接收單元的無線傳輸模式，再透過該驅動單元控制該電動輪椅的輪子作前進、後退動作；該三軸加速器在計算沿該左右控制方向旋 轉多少角度的向量值後透過該無線發射單元及該無線接收單元的無線傳輸模式，再透過該驅動單元控制該電動輪椅的輪子作左轉、右轉動作。
2. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，其中該本體透過一樞轉部樞設於該扶手上，使該本體可沿該前後控制方向轉動，使用者之前臂沿該前後控制方向時，同時帶動該本體沿該前後控制方向轉動，而使用者之前臂沿該左右控制方向轉動時，不會帶動該本體轉動。
3. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，其中該本體透過一萬向接頭樞設於該扶手上，使該本體可分別沿該前後控制方向以及該左右控制方向轉動，使用者之前臂沿該前後控制方向以及該左右控制方向轉動時，同時帶動該本體沿該前後控制方向以及該左右控制方向轉動。
4. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，其中該本體上更設有一握持部供手部握持。
5. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，其中該手環更具有一轉動部，其中設有該第二運算器、該三軸加速器該第二電源單元與該無線發射單元，該轉動部可容設於該支撐部之凹部中，用以啟動該偵測控制單元。
6. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，更包含有一超音波偵測控制單元，設置於該電動輪椅上，用以偵測看護者與該電動輪椅之間的距離，該輪椅運算器根據該超音波偵測控制單元所偵測到的距離，控制該驅動單元，讓看護者與該電動輪椅之間保持在適當距離。
7. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，更包含有一電子羅盤定位單元，設置於該電動輪椅上，偵測目前電動輪椅的行進方向，並與該手環所傳來之移動控制訊號比對，當比對結果不一致時，則控制該驅動單元，令該電動輪椅往與該移動控制訊號一致之方向移動。
8. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，其中該扶手上設有一容置空間，供該本體裝設，該容置空間適當位置具有一槽孔，而該本體底部相對該槽孔位置設有一彈性部，藉該彈性部令該本體在容置空間內樞轉時得具有一彈力回復。
9. 如請求項1所述之電動輪椅之移動控制模組，其中該本體之支撐部具有二分離之凸部，該二凸部之間構成該凹部。