TWI605324B - 智慧型平衡衝浪裝置 - Google Patents

Description

智慧型平衡衝浪裝置

本發明係有關一種智慧型平衡衝浪裝置，尤指一種兼具自動保持衝浪板平衡、可產生推動衝浪板衝浪的推力、落水自動斷電的安全設計與具有搖控功能的智慧型平衡衝浪裝置。

傳統衝浪板僅供使用者踩踏於其上，供使用者在衝浪區域內進行衝浪運動。 傳統衝浪板產生以下問題： 　　[1] 無法產生平衡推力。傳統衝浪板僅供使用者以本身的技巧與平衡感，在衝浪行進間保持平衡而不落入水中，這點對專業衝浪運動員來講，可能是很簡單的事，但對於甫入門的新手來講，並不容易，造成剛接觸衝浪的新手無法在短時間內享受衝浪的樂趣。 　　[2] 無衝浪推力。熟悉衝浪領域者均知，“選浪”是衝浪過程很重要的要件之一，若浪不夠大、不夠漂亮，即使是技術優異的衝浪選手，也無法進行衝浪，主因是海浪推力不足，加上傳統衝浪板並無衝浪推力裝置，以致無法順利完成衝浪。 　　有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種智慧型平衡衝浪裝置，其兼具自動保持衝浪板平衡、可產生推動衝浪板衝浪的推力、落水自動斷電的安全設計與具有搖控功能之優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於傳統衝浪板無法產生平衡推力與無衝浪推力等問題。 解決上述問題之技術手段係提供一種智慧型平衡衝浪裝置，其包括： 一衝浪板，係具有一板頭、一板尾及一虛擬中心線，該虛擬中心線係位於該板頭及該板尾之間； 一動力部，係設於該衝浪板下方，用以推動該衝浪板於一衝浪環境中衝浪行進； 一衝浪轉向控制部，係設於該衝浪板下方近該板尾的位置，用以控制該衝浪板於左轉與右轉間變換； 一衝浪傾角控制部，係設於該衝浪板下方近該板頭的位置，用以控制該衝浪板於下傾與上仰間變換； 一智慧型平衡部，係大體沿該虛擬中心線的設於該衝浪板下方，其設有： 　一感應裝置，係用以感測該衝浪板於衝浪行進時的傾斜角度，並發出一傾斜角度訊號； 　一平衡動力裝置，係當該傾斜角度訊號超過一預定值，用以產生推動該衝浪板復位之平衡推力，可供一使用者於該衝浪板上保持平衡，而可持續於該衝浪環境中衝浪行進； 一控制部，係設有： 　一中央處理器，係用以控制該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部及該平衡動力裝置動作； 　一控制模組，係供該使用者操作，而可透過該中央處理器控制該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部及該平衡動力裝置動作； 　一電源，係用以供應該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部、該平衡動力裝置及該控制部動作所需的動力。 本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。 茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

參閱第1、第2、第3、第4及第5圖，本發明係為一種智慧型平衡衝浪裝置，其包括： 一衝浪板10，係具有一板頭11、一板尾12及一虛擬中心線13，該虛擬中心線13係位於該板頭11及該板尾12之間。 一動力部20，係設於該衝浪板10下方，用以推動該衝浪板10於一衝浪環境91中衝浪行進。 一衝浪轉向控制部30，係設於該衝浪板10下方近該板尾12的位置，用以控制該衝浪板10於左(參閱第6A圖)轉與右(參閱第6B圖)轉間變換。 一衝浪傾角控制部40，係設於該衝浪板10下方近該板頭11的位置，用以控制該衝浪板10於下傾(參閱第7A圖)與上仰(參閱第7B圖)間變換。 一智慧型平衡部50，係大體沿該虛擬中心線13的設於該衝浪板10下方，其設有： 一感應裝置51，係用以感測該衝浪板10於衝浪行進時的傾斜角度，並發出一傾斜角度訊號51A(參閱第10圖)。 一平衡動力裝置52，係當該傾斜角度訊號51A超過一預定值，用以產生推動該衝浪板10復位之平衡推力，可供一使用者92於該衝浪板10上保持平衡，而可持續於該衝浪環境91中衝浪行進； 一控制部60，係設有： 一中央處理器61，係用以控制該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40及該平衡動力裝置52動作。 一控制模組62，係供該使用者92操作，而可透過該中央處理器61控制該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40及該平衡動力裝置52動作。 一電源63，係用以供應該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40、該平衡動力裝置52及該控制部60動作所需的動力。 實務上，參閱第10圖，該動力部20係包括：一馬達控制電路21、一動力馬達22及一動力葉片23；該馬達控制電路21係受該控制部60控制，而驅動該動力馬達22，該動力馬達22係轉動該動力葉片23，用以推動該衝浪板10於該衝浪環境91中衝浪行進。 該衝浪轉向控制部30係包括一轉向驅動器31、一轉向伺服馬達32、一轉向舵板33及一轉向極限開關34；該轉向驅動器31係受該控制部60控制，而驅動該轉向伺服馬達32，該轉向伺服馬達32係轉動該轉向舵板33(參閱第6A及第6B圖，至少可於一左轉角度θ11與一右轉角度θ12之間轉動)，以控制該衝浪板10於左(參閱第6A圖)轉與右(參閱第6B圖)轉間變換；該轉向極限開關34用以限制該轉向舵板33的轉向極限角度，可防止轉向舵板33轉向過度。 該衝浪傾角控制部40係包括一傾角驅動器41、一傾角伺服馬達42、一傾角舵板43及一傾角極限開關44；該傾角驅動器41係受該控制部60控制，而驅動該傾角伺服馬達42，該傾角伺服馬達42係轉動該傾角舵板43(參閱第3圖，至少可於一下傾角度θ21與一上仰角度θ22之間轉動)，以控制該衝浪板10於下傾(參閱第7A圖)與上仰(參閱第7B圖)間變換；該傾角極限開關44用以限制該傾角舵板43的傾角極限角度，可防止傾角舵板43傾角過度。 該感應裝置51係包括一平衡桿511、一平衡桿編碼器512及一類比/數位轉換器513(參閱第4及第8B圖)；該平衡桿511用以隨衝浪行進中的衝浪板10傾斜(參閱第8B及第9B圖，例如於一右擺角θA與一左擺角θB之間變換)；該平衡桿編碼器512用以感測並發出該平衡桿511之傾斜角度訊號51A(參閱第8A及第9A圖，對應該右擺角θA與該左擺角θB，而於一過度右傾角θ31與一過度左傾角θ32之間變換)；該類比/數位轉換器513用以將該傾斜角度訊號51A從類比訊號轉換為數位訊號。 該平衡動力裝置52係包括一平衡驅動器521、一平衡伺服馬達522及一平衡葉片523；該平衡驅動器521係受該控制部60控制，當該傾斜角度訊號51A達到(或是超過)預定值(該右擺角θA與該左擺角θB的其中之一)，啟動該平衡伺服馬達522，該平衡伺服馬達522驅動該平衡葉片523轉動(當為右擺角θA時正轉，當為左擺角θB時反轉。)，用以產生推動該衝浪板10復位之平衡推力，使該使用者92於該衝浪板10上保持平衡，而可持續於該衝浪環境91中衝浪行進。 更詳細的講，關於該傾斜角度訊號51A是否達到該右擺角θA或是該左擺角θB的判別過程，係可於該中央處理器61內建模糊控制器或是PID控制器(比例-積分-微分控制器，由比例單元P、積分單元I 和微分單元D 組成。通過Kp，Ki和Kd三個參數的設定，可適用於基本線性和動態特性不隨時間變化的系統。)，而模糊控制系器與PID控制器皆為公知技術，市面上亦有相關之應用裝置，恕不贅述。 該控制模組62係包括一加速鍵621、一減速鍵622、一停止鍵623、一左轉鍵624、一右轉鍵625、一下傾鍵626及一上仰鍵627。分別供該使用者92按壓操作，而可透過該中央處理器61控制該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40及該平衡動力裝置52動作。 本發明又包括： 一無線控制裝置70A，係包括一無線控制模組71、一無線發射器72及一無線接收器73；該無線控制模組71設有一無線加速鍵711、一無線減速鍵712、一無線停止鍵713、一無線左轉鍵714、一無線右轉鍵715、一無線下傾鍵716及一無線上仰鍵717；各鍵分別供該使用者92按壓，並透過該無線發射器72發出一無線控制訊號71A；該無線接收器73係連結該中央處理器61，用以接收該無線控制模組71發出之無線控制訊號71A，以供該中央處理器61控制該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40及該平衡動力裝置52動作。 一安全斷電控制模組70B，係設一固定開關件721及一磁吸拉動件722，當該磁吸拉動件722吸附於該固定開關件721上，該固定開關件721概呈通路狀態(該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40及該平衡動力裝置52皆保持啟動)，當該磁吸拉動件722被該使用者92拉離(可能因落水而拉扯該磁吸拉動件722)該固定開關件721，該固定開關件721概呈斷路狀態(該動力部20、該衝浪轉向控制部30、該衝浪傾角控制部40及該平衡動力裝置52皆被關閉)，如此可防止使用者92在落水後被該衝浪板10上之任何啟動中之結構碰傷。 參閱第11圖，本發明據以保持衝浪板平衡之動作過程，於開始後可包括下列步驟： 步驟A1(81A)：控制系統初始化。 步驟A2(81B)：偵測控制信號及控制運動模組設定，當設定為0，代表為「模糊控制」，當設定為1，代表「PID控制」(不論是控制部60自動設定或是人工設定，都是電路上相當普遍的公知技術，必可達成，恕不贅述)。 步驟A3(81C)：判別偵測是否正常？若判別結果為“否”，則回到步驟A1(81A)重新動作，若判別結果為“是”，則進行下一步驟。 步驟A4(81D)：接收平衡桿編碼器發出之傾斜角度訊號。 步驟A5(81E)：進行平衡桿之傾斜角及角速度量測運算。 步驟A6(81F)：進行判別設定是否為0？當判別結果為“否”，進行步驟A71(811G)：執行PID控制演算。當判別結果為“是”，進行步驟A72(812G)：模糊化傾斜角及角速度參數，之後進行下一步驟。 步驟A8(81H)：進行模糊控制演算(可與模糊化規則資料庫相互擷取或輸入相關資料)。 步驟A9(81I)：輸出平衡推力值。(前述步驟A71(811G)：執行PID控制演算。結束後，亦跳到此步驟執行。) 步驟A10(81J)：平衡伺服馬達帶動平衡葉片轉動，產生平衡推力，然後結束。 參閱第12圖，本發明之控制模組之動作過程，於開始後可包括下列步驟： 步驟B1(82A)：接收控制模組指令。 步驟B2(82B)：執行系統動作控制(包括加速、減速、左轉、右轉、上仰、下傾、停止等動作)。 步驟B3(82C)：判別是否停止？若判別結果為“否”，則回到步驟B1(82A)重新動作，若判別結果為“是”，則結束動作。 參閱第13圖，本發明之無線控制裝置之動作過程，於開始後可包括下列步驟： 步驟C1(83A)：接收無線控制訊號。 步驟C2(83B)：執行系統動作控制(包括加速、減速、左轉、右轉、上仰、下傾、停止等動作)。 步驟C3(83C)：判別是否停止？若判別結果為“否”，則回到步驟C1(83A)重新動作，若判別結果為“是”，則結束動作。 參閱第14圖，本發明之安全斷電控制模組之動作過程，於開始後可包括下列步驟： 步驟D1(84A)：接收安全斷電控制模組指令。 步驟D2(84B)：執行停止推進，然後結束。 亦即，本發明之衝浪板10係可於衝浪環境91中進行以下動作： [a] 加減速與停止：當使用者92按壓該加速鍵621、該減速鍵622或該停止鍵623，係可控制該動力部20加速、減速或停止。 [b] 左右轉：參閱第6A 及第6B圖，當使用者92按壓該左轉鍵624或該右轉鍵625，係可控制該轉向舵板33分別作左擺(例如左轉角度θ11)或右擺動作(例如右轉角度θ12)，而可控制該衝浪板10左轉或右轉。 [c] 下傾上仰：參閱第7A 及第7B圖，當使用者92按壓該下傾鍵626或該上仰鍵627，係可控制該傾角舵板43分別作出下傾角θ21或是上仰角度θ22(參閱第3圖)的擺動，而可控制該衝浪板10下傾或是上仰。 [d] 左右平衡：參閱第8A及第9A圖，當該感應裝置51之傾斜角度訊號51A隨該衝浪板10於該衝浪環境91中傾斜達到右擺角θA或是左擺角θB(分別代表該衝浪板10傾斜達到該過度右傾角θ31或是過度左傾角θ32)，該控制部60自動啟動該平衡動力裝置52正轉(對應右擺角θA)或是反轉(對應左擺角θB)，產生平衡推力，而可推動該衝浪板10回到大體平衡的位置。 本發明之優點及功效可歸納如下： [1] 自動保持衝浪板平衡。本發明於衝浪板下方設置感應裝置，當感應裝置之傾斜角度訊號隨衝浪板於衝浪環境中傾斜，而達到或是超過預定角度值(例如右擺角或是左擺角)時，控制部自動依衝浪板的傾斜角度，啟動平衡動力裝置(正轉或是反轉依傾斜角度自動改變)產生平衡推力(轉速隨傾斜角度而變，原則上傾斜角度愈大，轉速愈快而產生較大的平衡推力。)，而可將衝浪板推回到大體平衡的位置。故，可自動保持衝浪板平衡。 [2] 可產生推動衝浪板衝浪的推力。本發明設有動力部，即使海上的浪花衝力不足以進行衝浪動作，仍可以動力部產生衝浪動力，並配合衝浪轉向及控制部與衝浪傾角控制部，於衝浪動作中作出左轉、右轉、下傾與上仰等動作。 [3] 落水自動斷電的安全設計。本發明設有安全斷電控制模組，其一端連結於使用者身上，一旦使用者落水而拉扯到安全斷電控制模組，則安全斷電控制模組立即斷電。 [4] 具有搖控功能。本發明設有無線控制裝置，可以直接手部按壓(控制模組是便於腳部踩踏操縱)，即可於衝浪過程中遙控作出左轉、右轉、下傾與上仰等動作。 以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10‧‧‧衝浪板
11‧‧‧板頭
12‧‧‧板尾
13‧‧‧虛擬中心線
20‧‧‧動力部
21‧‧‧馬達控制電路
22‧‧‧動力馬達
23‧‧‧動力葉片
30‧‧‧衝浪轉向控制部
31‧‧‧轉向驅動器
32‧‧‧轉向伺服馬達
33‧‧‧轉向舵板
34‧‧‧轉向極限開關
40‧‧‧衝浪傾角控制部
41‧‧‧傾角驅動器
42‧‧‧傾角伺服馬達
43‧‧‧傾角舵板
44‧‧‧傾角極限開關
50‧‧‧智慧型平衡部
51‧‧‧感應裝置
511‧‧‧平衡桿
512‧‧‧平衡桿編碼器
513‧‧‧類比/數位轉換器
51A‧‧‧傾斜角度訊號
52‧‧‧平衡動力裝置
521‧‧‧平衡驅動器
522‧‧‧平衡伺服馬達
523‧‧‧平衡葉片
60‧‧‧控制部
61‧‧‧中央處理器
62‧‧‧控制模組
621‧‧‧加速鍵
622‧‧‧減速鍵
623‧‧‧停止鍵
624‧‧‧左轉鍵
625‧‧‧右轉鍵
626‧‧‧下傾鍵
627‧‧‧上仰鍵
63‧‧‧電源
70A‧‧‧無線控制裝置
70B‧‧‧安全斷電控制模組
71‧‧‧無線控制模組
711‧‧‧無線加速鍵
712‧‧‧無線減速鍵
713‧‧‧無線停止鍵
714‧‧‧無線左轉鍵
715‧‧‧無線右轉鍵
716‧‧‧無線下傾鍵
717‧‧‧無線上仰鍵
71A‧‧‧無線控制訊號
72‧‧‧無線發射器
721‧‧‧固定開關件
722‧‧‧磁吸拉動件
73‧‧‧無線接收器
81A‧‧‧步驟A1
81B‧‧‧步驟A2
81C‧‧‧步驟A3
81D‧‧‧步驟A4
81E‧‧‧步驟A5
81F‧‧‧步驟A6
811G‧‧‧步驟A71
812G‧‧‧步驟A72
81H‧‧‧步驟A8
81I‧‧‧步驟A9
81J‧‧‧步驟A10
82A‧‧‧步驟B1
82B‧‧‧步驟B2
82C‧‧‧步驟B3
83A‧‧‧步驟C1
83B‧‧‧步驟C2
83C‧‧‧步驟C3
84A‧‧‧步驟D1
84B‧‧‧步驟D2
91‧‧‧衝浪環境
92‧‧‧使用者
θ11‧‧‧左轉角度
θ12‧‧‧右轉角度
θ21‧‧‧下傾角度
θ22‧‧‧上仰角度
θ31‧‧‧過度右傾角
θ32‧‧‧過度左傾角
θA‧‧‧右擺角
θB‧‧‧左擺角

第1圖係本發明之示意圖 第2圖係第一圖之平面圖 第3圖係本發明之衝浪傾角控制部之示意圖 第4圖係本發明之感應裝置之示意圖 第5圖係本發明之衝浪之示意圖 第6A及第6B圖係分別為本發明之衝浪轉向控制部控制衝浪板左轉與右轉之示意圖 第7A及第7B圖係分別為本發明之衝浪傾角控制部控制衝浪板下傾與上仰之示意圖 第8A及第8B圖係分別為本發明之衝浪板呈過度右傾角與感應裝置對應呈右擺角後平衡動力裝置產生平衡推力之示意圖 第9A及第9B圖係分別為本發明之衝浪板呈過度左傾角與感應裝置對應呈左擺角後平衡動力裝置產生平衡推力之示意圖 第10圖係本發明之系統方塊圖 第11圖係本發明之保持衝浪板平衡之流程圖 第12圖係本發明之控制模組之動作流程圖 第13圖係本發明之無線控制裝置之動作流程圖 第14圖係本發明之安全斷電控制模組之動作流程圖

10‧‧‧衝浪板

11‧‧‧板頭

12‧‧‧板尾

13‧‧‧虛擬中心線

22‧‧‧動力馬達

23‧‧‧動力葉片

30‧‧‧衝浪轉向控制部

32‧‧‧轉向伺服馬達

33‧‧‧轉向舵板

40‧‧‧衝浪傾角控制部

43‧‧‧傾角舵板

51‧‧‧感應裝置

52‧‧‧平衡動力裝置

522‧‧‧平衡伺服馬達

523‧‧‧平衡葉片

60‧‧‧控制部

61‧‧‧中央處理器

622‧‧‧減速鍵

623‧‧‧停止鍵

624‧‧‧左轉鍵

626‧‧‧下傾鍵

627‧‧‧上仰鍵

63‧‧‧電源

70B‧‧‧安全斷電控制模組

721‧‧‧固定開關件

722‧‧‧磁吸拉動件

73‧‧‧無線接收器

Claims (3)

1. 一種智慧型平衡衝浪裝置，係包括：一衝浪板，係具有一板頭、一板尾及一虛擬中心線，該虛擬中心線係位於該板頭及該板尾之間；一動力部，係設於該衝浪板下方，用以推動該衝浪板於一衝浪環境中衝浪行進；一衝浪轉向控制部，係設於該衝浪板下方近該板尾的位置，用以控制該衝浪板於左轉與右轉間變換；一衝浪傾角控制部，係設於該衝浪板下方近該板頭的位置，用以控制該衝浪板於下傾與上仰間變換；一智慧型平衡部，係大體沿該虛擬中心線的設於該衝浪板下方，其設有：一感應裝置，係用以感測該衝浪板於衝浪行進時的傾斜角度，並發出一傾斜角度訊號；一平衡動力裝置，係當該傾斜角度訊號超過一預定值，用以產生推動該衝浪板復位之平衡推力，可供一使用者於該衝浪板上保持平衡，而可持續於該衝浪環境中衝浪行進；一控制部，係設有：一中央處理器，係用以控制該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部及該平衡動力裝置動作；一控制模組，係供該使用者操作，而可透過該中央處理器控制該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部及該平衡動力裝置動作；一電源，係用以供應該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部、該平衡動力裝置及該控制部動作所需的動力； 其中，該衝浪傾角控制部係包括：一傾角驅動器、一傾角伺服馬達、一傾角舵板及一傾角極限開關；該傾角驅動器係受該控制部控制，而驅動該傾角伺服馬達，該傾角伺服馬達係轉動該傾角舵板，以控制該衝浪板於下傾與上仰間變換；該傾角極限開關用以限制該傾角舵板的傾角極限角度，可防止傾角舵板傾角過度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型平衡衝浪裝置，其中，該控制模組包括：一加速鍵、一減速鍵、一停止鍵、一左轉鍵、一右轉鍵、一下傾鍵、一上仰鍵；分別供該使用者按壓操作，而可透過該中央處理器控制該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部及該平衡動力裝置動作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型平衡衝浪裝置，其又包括：一無線控制裝置，係包括一無線控制模組、一無線發射器及一無線接收器；該無線控制模組設有一無線加速鍵、一無線減速鍵、一無線停止鍵、一無線左轉鍵、一無線右轉鍵、一無線下傾鍵及一無線上仰鍵；各鍵分別供該使用者按壓，並透過該無線發射器發出一無線控制訊號；該無線接收器係連結該中央處理器，用以接收該無線控制模組發出之無線控制訊號，以供該中央處理器控制該動力部、該衝浪轉向控制部、該衝浪傾角控制部及該平衡動力裝置動作。