TWI701533B - 控制方法以及電動助行器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種控制方法以及電動助行器。控制方法係用於電動助行器並包含有量測出複數個斜坡角度值；根據該複數個斜坡角度值決定出一校正參數值；以及根據該校正參數值與一原始驅動力量值產生一校正驅動力量值。

Description

控制方法以及電動助行器
本發明係關於一種控制方法以及電動助行器，尤指一種可避免外力影響且能提昇使用舒適性之控制方法以及電動助行器。
助行器是常見的行動輔具之一，助行器能在使用者站立或是步行時提供額外的支撐力，以保持平衡或穩定進而確保使用者的安全。進一步地，目前電動助行器(或稱電動助行車)通常配置有動力來源而可輔助進行移動，因此可讓使用者在不需耗費太大的力量情況下推拉電動助行器即可進行移動，尤其是適用於手臂或肩膀受傷或較無力的使用者。
電動行器可在上下坡時，給予使用者助力或阻力，所以非常需要準確地判別。一般來說，三軸加速計可用來量測斜坡角度，但是當有受外力突然推擠時往往瞬間會造成加速度變化過大，因而所估算出的斜坡角度將會受到影響。再者，因為斜坡角度是電動助行器給予助力或阻力的判斷條件，所以當斜坡角度判斷錯誤時將會使電動助行器突然提供錯誤的助力或阻力，進而造成使用者不適甚至發生危險。此外，也可透過陀螺儀的三軸資料來修正外力的影響，然而陀螺儀會有累積誤差的問題，隨時間推移而累積角度誤差的結果讓前述問題也是無法有效的解決。因此，習知技術實有改進之必要。
為了解決上述之問題，本發明提供一種可避免外力影響且能提昇使用舒適性之控制方法以及電動助行器，以解決上述問題。
本發明提供一種控制方法，用於一電動助行器，包含有：量測出複 數個斜坡角度值；根據該複數個斜坡角度值決定出一校正參數值；以及根據該校正參數值與一原始驅動力量值產生一校正驅動力量值。
本發明另提供一種電動助行器，包含有：一角度量測器，用來量測出複數個斜坡角度值；一第一計算電路，用來根據該複數個斜坡角度值決定出一校正參數值；以及一第二計算電路，用來根據該校正參數值與一原始驅動力量值產生一校正驅動力量值。
10:電動助行器
102:角度量測器
104:第一計算電路
106:第二計算電路
108:力量產生器
110:驅動組件
20:流程
402、404、406、408、502、504、506、508、602、604、606、608:數列
S200、S202、S204、S206、S208:步驟
第1圖為本發明實施例之一電動助行器之示意圖。
第2圖為本發明實施例之一流程之示意圖。
第3圖為本發明實施例之電動助行器應用於上坡情況之實施例示意圖。第4 圖至第6圖分別為本發明實施例之校正參數值之運算示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的「包含」或「包括」係為一開放式的用語，故應解釋成「包括但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一電動助行器10之示意圖。電動助行器10包含一角度量測器102、一第一計算電路104、一第二計算電路 106、一力量產生器108以及一驅動組件110。角度量測器102用來量測斜坡角度值。角度量測器102可為一三軸加速度計(accelerometer)，但不以此為限。第一計算電路104用來根據複數個斜坡角度值決定出一校正參數值。其中校正參數值可為一把握度參數。第二計算電路106用來根據第一計算電路104所計算出之校正參數值與原始驅動力量值產生一校正驅動力量值。力量產生器108用來根據第二計算電路106所計算出之校正驅動力量值產生相應力量，以驅動電動助行器10之驅動組件110。其中力量產生器108可為一馬達，但不以此為限。驅動組件110可為輪子或履帶，但不以此為限。
關於電動助行器10之運作方式，請參考第2圖，第2圖為本發明實施例之一流程20之示意圖。第2圖所示流程主要是對應於第1圖之電動助行器10的操作。流程20包含以下步驟：
步驟S200：開始。
步驟S202：量測斜坡角度值。
步驟S204：根據所量測到之斜坡角度值決定出校正參數值。
步驟S206：根據校正參數值與原始驅動力量值產生校正驅動力量值。
步驟S208：結束。
根據流程20，於步驟S202中，於電動助行器10運作時，角度量測器102用來量測斜坡角度值。角度量測器102隨時間依序量測到複數個斜坡角度值。例如，若角度量測器102為三軸加速度計，角度量測器102可依據所量測到在X軸、Y軸以及Z軸上分量值以及式(1)計算出斜坡角度值：
Figure 108141318-A0305-02-0005-12
其中θ表示斜坡角度值，Gx、Gy、Gz分別表示角度量測器102所量測到在X軸、Y軸以及Z軸上分量值。
於步驟S204中，第一計算電路104根據步驟S202所量測到之複數個斜坡角度值決定出一校正參數值。第一計算電路104可計算出複數個斜坡角度值之一第一四分位數Q1以及一第三四分位數Q3，並且計算出前述第一四分位數Q1與前述第三四分位數Q3之一平均值QA。其中第一四分位數Q1、第三四分位數Q3以及平均值QA可表示如下：
Figure 108141318-A0305-02-0006-13
接著，第一計算電路104根據複數個斜坡角度值中之最後量測到的斜坡角度值與前述平均值QA計算出一誤差比值Rθ。其中第一計算電路104可依據式(3)計算出誤差比值Rθ：
Figure 108141318-A0305-02-0006-15
其中Rθ表示誤差比值，θk表示最後量測到的斜坡角度值，QA表示第一四分位數Q1與第三四分位數Q3之平均值。
於步驟S204中，第一計算電路104根據誤差比值Rθ決定出校正參數值Kc。當誤差比值Rθ大於1時，第一計算電路104判斷出校正參數值為零。當誤差比值Rθ小於或等於1時，第一計算電路104計算1與誤差比值Rθ之差值，並決定將所計算出之差值做為校正參數值Kc。其中誤差比值Rθ與校正參數值Kc可表示如下：
Figure 108141318-A0305-02-0006-17
請參考第3圖以及第4圖，第3圖為本發明實施例之電動助行器10應用於上坡情況之一實施例示意圖。第4圖本發明實施例之校正參數值Kc之運算示意圖。如第3圖所示，電動助行器10使用於上坡方向。在一實施例中，假設角度量測器102量測出斜坡角度值θ1~θ20。依照量測到的時間，斜坡角度值θ1~θ20依序為2.1、2.2、2.2、2.6、2.2、2.4、1.5、1.9、1.7、1.1、2.9、1.9、1.8、1.5、1.3、 2.8、2.5、2.2、1.2、2.26。如第4圖所示，依照被量測到的時間先後，斜坡角度值θ1~θ20以一數列402表示。進一步地，第一計算電路104將數列402之數值由小至大進行排序後產生一數列404。接著，第一計算電路104再將數列404分成數列406以及數列408。在此情況下，當數列當中的數值個數為奇數時，中位數之數值不納入被分割的數列。當數列當中的數值個數為偶數時，則如第4圖所示，數列404分成兩個數列(數列406與數列408)。接著，第一計算電路104計算出數列406之中位數以得到第一四分位數Q1。在此情況下，當數列中之數值個數為奇數時，位於中間的數值即為數列之中位數。當數列中之數值個數為偶數時，位於中間兩數值的平均值即為數列之中位數。如第4圖所示，第一四分位數Q1為數值1.5與1.7的平均值(Q1=(1.5+1.7)/2=1.6)。第一計算電路104計算出數列408之中位數以得到第三四分位數Q3。如第4圖所示，第三四分位數Q3為數值2.26與2.4的平均值(Q3=(2.26+2.4)/2=2.33)。第一計算電路104依據第一四分位數Q1、第三四分位數Q3以及式(2)計算出平均值QA為1.965(QA=(1.6+2.33)/2=1.965)。第一計算電路104依據平均值QA、最後量測到的斜坡角度值(即θ20)以及式(3)計算出誤差比值Rθ為0.15(Rθ=(｜2.26-1.965｜/1.965=0.15)。第一計算電路104依據誤差比值Rθ以及式(4)計算出校正參數值Kc為0.85。換言之，本發明實施例利用先前量測到之斜坡角度值(例如θ 1~θ 19)以及目前量測到之斜坡角度值(例如θ 20)的分佈關係來計算出校正參數值Kc由於最後量測到的斜坡角度值(即θ20)與平均值QA有些微差異，此時所計算出的校正參數值Kc略小於1。
在另一實施例中，如第5圖所示，假設角度量測器102量測出斜坡角度值θ1~θ20。依照量測到的時間先後順序，斜坡角度值θ1~θ20以一數列502表示。第一計算電路104將數列502之數值由小至大進行排序後產生一數列504。第一計算電路104再將數列504分成數列506以及數列508。接著，第一計算電路104 計算出數列506之中位數以得到第一四分位數Q1(Q1=(2.3+2.3)/2=2.3)以及計算出數列508之中位數以得到第三四分位數Q3(Q3=(2.3+2.3)/2=2.3)。第一計算電路104依據第一四分位數Q1、第三四分位數Q3以及式(2)計算出平均值QA為2.3(QA=(2.3+2.3)/2=2.3)。第一計算電路104依據平均值QA、最後量測到的斜坡角度值(即θ20)以及式(3)計算出誤差比值Rθ為1.17(Rθ=(｜5-2.3｜/2.3=1.17)。第一計算電路104依據誤差比值Rθ以及式(4)計算出校正參數值Kc為0。由於外力突然施加在電動助行器10上，導致角度量測器102最後所量測出的斜坡角度值θ20與平均值QA有很大的差異，此時所計算出的校正參數值Kc為零。
在又一實施例中，如第6圖所示，假設角度量測器102量測出斜坡角度值θ1~θ20。依照量測到的時間先後順序，斜坡角度值θ1~θ20以一數列602表示。第一計算電路104將數列602之數值由小至大進行排序後產生一數列604。第一計算電路104再將數列604分成數列606以及數列608。接著，第一計算電路104計算出數列606之中位數以得到第一四分位數Q1(Q1=(2.1+2.1)/2=2.1)以及計算出數列608之中位數以得到第三四分位數Q3(Q3=(2.1+2.1)/2=2.1)。第一計算電路104依據第一四分位數Q1、第三四分位數Q3以及式(2)計算出平均值QA為2.1(QA=(2.1+2.1)/2=2.1)。第一計算電路104依據平均值QA、最後量測到的斜坡角度值(即θ20)以及式(3)計算出誤差比值Rθ為0(Rθ=(｜2.1-2.1｜/2.1=0)。第一計算電路104依據誤差比值Rθ以及式(4)計算出校正參數值Kc為1。由於角度量測器102所量測到的斜坡角度值都相同，此時所計算出的校正參數值Kc為1。
於步驟S206中，第二計算電路106根據校正參數值Kc與原始驅動力量值F(θ)產生一校正驅動力量值F’。其中，原始驅動力量值可事先設定。原始驅動力量值可為一推力值或一阻力值，但不以此為限。原始驅動力量值係有關 於斜坡角度值。因應不同使用情況，每一斜坡角度值有一相應原始驅動力量值。例如，當應用於一上坡路面時，每一斜坡角度值有一相應之用於上坡情況的原始驅動力量值。應用於一下坡路面時，每一斜坡角度值有一相應之用於下坡情況的原始驅動力量值。第二計算電路106根據所計算出之校正參數值Kc與複數個斜坡角度值中之最後量測到的斜坡角度值之原始驅動力量值F(θ)來產生一校正驅動力量值F’。例如，第二計算電路106計算校正參數值Kc與最後量測到的斜坡角度值的原始驅動力量值F(θ)的乘積，所計算出的乘積結果即為校正驅動力量值F’。其中校正驅動力量值F’、校正參數值Kc以及原始驅動力量值F(θ)可表示如下：F'=Kc×F(θ) (5)
接著，第二計算電路106將所計算出之校正驅動力量值F’提供至力量產生器108。力量產生器108可依據第二計算電路106所計算出之校正驅動力量值F’來產生相應之力量，以驅動驅動組件110。舉例來說，若力量產生器108為一電動馬達，驅動組件110為輪子。在此情況下，力量產生器108即可依據校正驅動力量值F’產生相應力量來提供至驅動組件110，藉以驅動驅動組件110，電動助行車10可進行移動、降低或提高移動速度。
請繼續參考第4圖，當發生瞬時突然的外力施加在電動助行器10上，導致角度量測器102所量測出的斜坡角度值發生變化，此時雖然相應角度的原始驅動力量值F(θ)會加大，但校正驅動力量值F’會被較小的校正參數值Kc拉低而維持與原始驅動力量值接近的值，以達到平滑穩定出力，如此一來，使用者不會因瞬間外力的影響感受到突然的推力/阻力。請繼續參考第5圖，當發生瞬時突然的外力施加在電動助行器10上，導致角度量測器102所量測出的斜坡角度值發生變化，由於角度量測器102最後所量測出的斜坡角度值θ20突然增加過多，此時所計算出的校正參數值Kc為零，因而能避免發生突然遽增的驅動力道導致 使用者有不舒適的使用感受。請繼續參考第6圖，由於角度量測器102此段時間中所量測出的斜坡角度值都大致相同，這表示沒有外力的影響，此時所計算出的校正參數值Kc為1，表示維持原始驅動力量的輸出。
值得注意的是，第1圖所示之電動助行器10係用以說明本發明之精神，本領域具通常知識者當可根據系統需求，適當調整各元件的實現或運作方式。舉例來說，斜坡角度量測器102、第一計算電路104、第二計算電路106、力量產生器108以及驅動組件110可設置於電動助行器10之一本體上。此外，第一計算電路104、第二計算電路106亦可設置於其他裝置上，斜坡角度量測器102所量測到的斜坡角度值可經由無線連結或是有線連結的方式被傳送至第一計算電路104與第二計算電路106。第二計算電路106所計算出之校正驅動力量值F’可經由無線連結或是有線連結的方式被傳送至力量產生器108。此外，前述的步驟及/或流程(包含建議步驟)可透過裝置實現，裝置可為硬體、軟體、韌體(為硬體裝置與電腦指令與資料的結合，且電腦指令與資料屬於硬體裝置上的唯讀軟體)、電子系統、或上述電動助行器的組合。上述流程及實施例可被編譯成程式代碼或指令並儲存於一儲存裝置。第一計算電路104、第二計算電路106可由儲存裝置讀取及執行程式代碼或指令來實現上述功能。
綜上所述，本發明實施例利用先前量測到之斜坡角度值以及目前量測到之斜坡角度值來計算出相應校正參數值，並且利用所計算出之校正參數值與對應於目前斜坡角度值之原始驅動力量值來計算出相應之校正驅動力量值。如此一來，將可確保不受突然施加的外力所影響而能讓電動助行器平順且穩定地被驅動，進而有效提昇使用者使用時的舒適性。同時，本發明實施例不需倚靠陀螺儀的角度測量，因此也沒有累積誤差的問題存在。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20:流程
S200、S202、S204、S206、S208:步驟

Claims (8)

  1. 一種控制方法，用於一電動助行器，包含有：隨時間依序量測出複數個斜坡角度值；根據該複數個斜坡角度值決定出一校正參數值，包含有：根據該複數個斜坡角度值，計算出該複數個斜坡角度值之一第一四分位數以及一第三四分位數，並計算出該第一四分位數以及該第三四分位數之一平均值；計算出該複數個斜坡角度值中之一最後量測到之斜坡角度值與該第一四分位數以及該第三四分位數之該平均值之一差值，並將該差值之絕對值除以該第一四分位數以及該第三四分位數之該平均值以產生一誤差比值；以及根據該誤差比值決定出該校正參數值；以及根據該校正參數值與一原始驅動力量值產生一校正驅動力量值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中根據該誤差比值決定出該校正參數值之步驟包含有：於該誤差比值大於1時，判斷該校正參數值為零；以及於該誤差比值小於或等於1時，判斷該校正參數值為1與該誤差比值之差值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中根據該校正參數值與該原始驅動力量值產生該校正驅動力量值之步驟包含有計算出該校正參數值與該原始驅動力量值之乘積以產生該校正驅動力量值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之控制方法，其中該原始驅動力量值有關於該複數個斜坡角度值中之一最後量測到之斜坡角度值。
  5. 一種電動助行器，包含有：一角度量測器，用來隨時間依序量測出複數個斜坡角度值； 一第一計算電路，用來根據該複數個斜坡角度值決定出一校正參數值；以及一第二計算電路，用來根據該校正參數值與一原始驅動力量值產生一校正驅動力量值；其中，該第一計算電路根據該複數個斜坡角度值計算出該複數個斜坡角度值之一第一四分位數以及一第三四分位數並計算出該第一四分位數以及該第三四分位數之一平均值，該第一計算電路計算出該複數個斜坡角度值中之一最後量測到之斜坡角度值與該第一四分位數以及該第三四分位數之該平均值之一差值並將該差值之絕對值除以該第一四分位數以及該第三四分位數之該平均值以產生一誤差比值以及該第一計算電路根據該誤差比值決定出該校正參數值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電動助行器，其中於該誤差比值大於1時該第一計算電路判斷出該校正參數值為零，以及於該誤差比值小於或等於1時該第一計算電路計算出1與該誤差比值之差值以做為該校正參數值。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電動助行器，其中該第二計算電路計算出該校正參數值與該原始驅動力量值之乘積以產生該校正驅動力量值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電動助行器，其中該原始驅動力量值有關於該複數個斜坡角度值中之一最後量測到之斜坡角度值。
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