TWI733228B - 具機械手臂的福祉載具 - Google Patents
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Abstract
一種具機械手臂的福祉載具，一底盤機構、一座墊機構、一光達系統、一服務型機械手臂、一控制系統所構成：該底盤機構乃提供本發明行動、位移之設備，該座墊機構安裝在該底盤機構上，提供使用者乘坐，該光達系統用於偵測載具與鄰近的障礙物、目標物的距離達到安全行駛的目的；該服務型機械手臂提供搬運物品，並協助使用者抓取目標物件，該控制系統用於控制該底盤機構、服務型機械手臂；透過本發明讓使用者在運用時達到安全、便利之設備。
Description
發明關於福祉科技之載具設備，特別係指一種具機械手臂的福祉載具，除了可提供銀髮族或者身障者乘坐行動使用，其上更設置自動駕駛系統與服務型機械手臂，讓使用者在應用時達到安全、便利之設備。
常見的福祉載具如：輪椅、樓梯升降椅、汽車轉向椅、電動輪椅等多種提供銀髮族或身障者行動使用的設備；本案所針對主題為電動輪椅或者慢速電動輔具為主。
經過發明人以及相關研究團隊發現，電動輪椅對於有中、長程外出需求的使用者而言，特別方便；例如前往運動、購物等，不僅能達到交通運輸的功能外，電動輪椅更能達到運送一些貨物的功能。
雖然電動輪椅帶給使用者相當多的便利性，但是許多使用者對於交通規格概念薄弱，在報章雜誌就有提到：「駕駛電動輪椅車出行的老年人，有的行駛在便道上，有的行駛在自行車道上，也有的乾脆上了大馬路車道。此外，逆行、闖紅燈亂行駛也是常見問題」。
如何改善習用結構的缺點，乃相關研究人員、相關業界人士積極克服之課題。
本發明的主要目的即在於提供一種具機械手臂的福祉載具有下列的特點：
1.本發明所提供之福祉載具以多馬達驅動，亦可讓本發明結構體積小型化、智慧化，也提供充足的動力。
2.為了能有更多服務，在福祉載具上設有一服務型機械手臂，該服務型機械手臂更可安裝有視覺辨識模組，當使用者操控機械手臂對準一目標物後則由機械手臂內的控制程式操控機械手臂抓取目標物，降低控制困難度以提升使用上的便利性。
3.考量到目前電動輪椅使用亂象，福祉載具上設有一光達系統(LiDAR)與人工智慧開發系統(NVIDIA JETSON TX2)，初步開發智慧無人駕駛技術，以因應時代的需求。
4.在第3點所提到的光達系統可建構無人駕駛所需的3D環境資訊，在經過人工智慧開發系統所開發的智慧無人駕駛系統運用，提供載具運動所需的控制指令。
5.本案所採用的載具之底盤可採用目前的電動輪椅、無人車、陪伴機器人、行走型割草機、娛樂載具、智慧農業載具、智慧型灑農藥(肥料)機、智慧型吹落葉設備等。
6.本發明的採用多馬達驅動，利用馬達產生速差以達到轉向的目的，更可配合車身穩定系統以達到穩定車身、防止失控狀況發生。
請參閱第1至10圖，本發明之具機械手臂的福祉載具主要包含有：一底盤機構(1)、一座墊機構(2)、一光達系統(3)、一服務型機械手臂(4)、一控制系統(5)、一行李架(6)所構成。
如第1、2、3圖所示，該底盤機構(1)包含有一骨架(11)、多個避震裝置(12)、多個驅動馬達(13)、多個驅動軸(14)、多個傳動輪組(15)、一左車殼(16)及一右車殼(17)。
如第1、2、3圖所示，該骨架(11)在本發明的實施例中可選用目前的電動輪椅、無人車、陪伴機器人、行走型割草機、娛樂載具、智慧農業載具、智慧型灑農藥(肥料)機、智慧型吹落葉設備之底盤骨架，較佳的實施例中，該骨架(11)設有多個安裝凸起(111)，該些安裝凸起(111)可提供該座墊機構(2)、或者該光達系統(3)、或者該服務型機械手臂(4)、或者該控制系統(5)、或者該行李架(6)設置。
如第1、2、3圖所示，該左車殼(16)與該右車殼(17)係將該骨架(11)加以包覆，並將該些避震裝置(12)、該些驅動馬達(13)、該些驅動軸(14)加以隱藏；其中，該左車殼(16)與該右車殼(17)為對稱設計，可選用塑膠材質製造。
如第3圖所示，所述的避震裝置(12)安裝於該骨架(11)的下端，並且該些避震裝置(12)一端連接於該驅動軸(14)形成一三角形的支撐狀態，所述之避震裝置(12)的功能與原理與目前車輛所使用的避震系統相同，故不多加以贅述。
如第3圖所示，該些驅動馬達(13)、該些驅動軸(14)與該些傳動輪組(15)乃提供本發明位移，該些驅動馬達(13)與該控制系統(5)電性連接並受其控制，該些驅動馬達(13)與該驅動軸(14)軸接，由該驅動馬達(13)提供動力經由該驅動軸(14)傳遞至該傳動輪組(15)帶動整體結構移動；且利用該些驅動馬達(13)的速差達到轉向目的，或者反轉驅動馬達(13)轉向以達到倒車目的；舉例而言，當車體偏右須往左修正時，則控制系統(5)會下達指令使右側驅動馬達(13)加速或左側驅動馬達(13)減速因而修正軌跡，在大角度方面也能使左側、右側之驅動馬達(13)採反方向運作來達到隨即改變任何角度。在本發明的實施例中，至少由兩個驅動馬達(13)(即是左輪、右輪)，較佳的採用底盤機構(1)上設有四個驅動馬達(13)協同控制傳動輪組(15)，換言之即是多向輪設計。
在第1、2圖的實施例中，該底盤機構(1)的前端更設有一提供使用者放置腳部的腳踏板(18)。
請參閱第1、2、3、4、5圖，該座墊機構(2)係安裝於該底盤機構(1)的前端，該座墊機構(2)包含有一座椅(21)、多個扶手模組(22)，該座椅(21)係安裝於該骨架(11)上端，較佳的該座椅(21)更具有一可調整前、後位置的滑軌模組(211)，多個固定翼板(212)，該滑軌模組(211)係安裝於該骨架(11)，該些固定翼板(212)係安裝於該座椅(21)下端並透過數個結合元件連接在該滑軌模組(211)，據此，該座椅(21)透過該滑軌模組(211)可滑動位移的技術下，讓座椅(21)能調整位置達到乘坐舒適的目的。
請參閱第5圖，由於銀髮族或者身障者因為身體較為虛弱，該扶手模組(22)用於協助使用者上車或下車，如第4、5圖所示，該扶手模組(22)與該控制系統(5)連接，平常在使用時，該扶手模組(22)以平放的方式撐住使用者的手臂。當要下車時，使用者透過控制系統(5)點選下車，在此狀態下該扶手模組(22)上舉，讓使用者可側身下車；當使用者要上車時，使用者點選控制系統(5)後，該扶手模組(22)往下旋擺，使用者可握持住該扶手模組(22)後，該扶手模組(22)朝上旋動，提供使用者一上車的力道便於上車。
請參閱第1、2、3、6圖，該光達系統(3)設置於該底盤機構(1)上端，光達系統(3)以360度發射脈衝雷射，測量目標位置或者障礙物的距離，並計算出目標位置與本發明之間的相關資訊，並將測量的資訊加以計算，據此本發明在行駛的過程不斷修正位置，以達到安全行駛之目的；其中，該光達系統(3)與人工智慧開發系統(NVIDIA JETSON TX2)加以結合，初步開發智慧無人駕駛技術，由光達系統(3)建構無人駕駛所需的3D環境資訊，在經過人工智慧開發系統所開發的智慧無人駕駛系統運用，提供載具運動所需的控制指令。
請參閱第1、2、3、7、8圖，該服務型機械手臂(4)乃提供使用者搬運、取物時使用；該服務型機械手臂(4)安裝於該底盤機構(1)上並受到控制系統(5)操控，該服務型機械手臂(4)包含有多個轉動關節(41)、多個轉動單元(42)以及一夾爪(43)；該些轉動單元(42)安裝在該些轉動關節(41)上，由該些轉動關節(41)作為一轉動中心產生多軸向轉動；該夾爪(43)安裝於最末端的轉動關節(41)，用於夾持貨物、物品；如第5圖所示，透過該服務型機械手臂(4)其可移動至該座墊機構(2)一側，將夾持的物品例如水杯夾持到使用者面前；或者將購買物搬運到後方的行李架(6)放置；該行李架(6)同樣是安裝在該底盤機構(1)的骨架(11)上，防止貨物在運送時傾倒。
請參閱第7、8圖，在前述的實施例中，該服務型機械手臂(4)更包含有一視覺辨識模組(44)，該視覺辨識模組(44)與該控制系統(5)連接，當使用者透過控制系統(5)讓該服務型機械手臂(4)之視覺辨識模組(44)對焦於一目標物，並點選控制系統(5)進行取物，由該視覺辨識模組(44)計算該服務型機械手臂(4)與目標物之間的距離，進而展開該服務型機械手臂(4)之轉動關節(41)或者轉動單元(42)，並透過該夾爪(43)夾取物品，由於視覺辨識模組(44)可以偵測目標物體積並調整適當的夾持力，防止物品被破壞的情況，進一步的該視覺辨識模組(44)與該控制系統(5)連線，當欲夾取的物品距離超過該服務型機械手臂(4)的範圍時，透過該控制系統(5)下達移動相關命令到該驅動馬達(13)由傳動輪組(15)調整車體與目標物之間距離。
請參閱第1、9、10圖所示，該控制系統(5)用於控制該些驅動馬達(13)、該扶手模組(22)、該服務型機械手臂(4)動作、以及接收光達系統(3)的參考訊息以計算出較佳的移動路徑；進一步的該控制系統(5)包含有一驅動控制模組(51)、一自動駕駛控制模組(52)、一扶手控制模組(53)、一取物控制模組(54)、一無線傳輸控制模組(55)；所述的驅動控制模組(51)與自動駕駛控制模組(52)連線，基本上為了駕駛的安全性，行駛在路上都是由自動駕駛控制模組(52)駕駛上路；為了操作上的便利性可以利用一智慧型裝置當作控制介面，例如出發地點、目的地點，配合GPS、GOOGLE地圖等資訊，由智慧型裝置傳送路徑資訊，透過該無線傳輸控制模組(55)接收路徑資訊並傳遞給該自動駕駛控制模組(52)即可前往目的地；所述的扶手控制模組(53)與該扶手模組(22)連線，用於控制該扶手模組(22)升降協助使用者上車或者下車，該取物控制模組(54)則與該服務型機械手臂(4)連線，控制取物相關動作。
透過上述的各部位裝置，本發明實際運用上大致如下：
1.運輸狀態：使用者透過智慧型裝置設定目的地，由智慧型裝置產生路徑相關資訊傳遞到該自動駕駛控制模組(52)，由該自動駕駛控制模組(52)命令該驅動控制模組(51)位移；配合該光達系統(3)偵測路徑上的障礙物以及保持距離，進而達到自動駕駛等級3之目標。
2.協助上下車狀態：由控制系統(5)之扶手控制模組(53)控制座墊機構(2)的扶手模組(22)以便上車或者起身。
3.取物功能：使用者透過智慧型裝置進而由該取物控制模組(54)與該服務型機械手臂(4)連線下進行取物作業。
4.資料更新：該無線傳輸控制模組(55)除了用於控制底盤機構(1)、座墊機構(2)、光達系統(3)、服務型機械手臂(4)外，更可透過使用者的智慧型裝置更新相關數據，配合物聯網(IOT)、車聯網、人工智能與各類型雲端運算資訊，保持車體狀態。
從上述技術可以得知本發明可達到更高的品質的生活照護，且降低醫護人員或家人的負擔，使老人居家照護得以落實。
再者，本發明維修簡易、可靠性高、容易設定或變更程式、運算與通信能力強、抗雜訊模組化設計、擴充容易等等優點，且未來可持續發展。
綜上所述，本發明構成結構均未曾見於諸書刊或公開使用，誠符合發明專利申請要件，懇請 鈞局明鑑，早日准予專利，至為感禱。
需陳明者，以上所述乃是本發明之具體實施立即所運用之技術原理，若依本發明之構想所作之改變，其所產生之功能仍未超出說明書及圖式所涵蓋之精神時，均應在本發明之範圍內，合予陳明。
底盤機構(1)
骨架(11)
安裝凸起(111)
避震裝置(12)
驅動馬達(13)
驅動軸(14)
傳動輪組(15)
左車殼(16)
右車殼(17)
腳踏板(18)
座墊機構(2)
座椅(21)
滑軌模組(211)
固定翼板(212)
扶手模組(22)
光達系統(3)
服務型機械手臂(4)
轉動關節(41)
轉動單元(42)
夾爪(43)
視覺辨識模組(44)
控制系統(5)
驅動控制模組(51)
自動駕駛控制模組(52)
扶手控制模組(53)
取物控制模組(54)
無線傳輸控制模組(55)
行李架(6)
第1圖係本發明結構立體圖(1)。
第2圖係本發明結構立體圖(2)。
第3圖係本發明之結構分解立體圖。
第4圖係該座墊扶手使用狀態圖(1)。
第5圖係該座墊扶手使用狀態圖(2)。
第6圖係該光達系統運作方塊圖。
第7圖係該服務型機械手臂使用狀態圖(1)。
第8圖係該服務型機械手臂使用狀態圖(2)。
第9圖係該控制系統控制方塊圖(1)。
第10圖係該控制系統控制方塊圖(2)。
底盤機構(1)
骨架(11)
傳動輪組(15)
左車殼(16)
右車殼(17)
腳踏板(18)
座墊機構(2)
座椅(21)
扶手模組(22)
光達系統(3)
服務型機械手臂(4)
控制系統(5)
行李架(6)
Claims (9)
- 一種具機械手臂的福祉載具，主要包含有：一底盤機構(1)、一座墊機構(2)、一光達系統(3)、一服務型機械手臂(4)、一控制系統(5)；該底盤機構(1)包含有一骨架(11)、多個避震裝置(12)、多個驅動馬達(13)、多個驅動軸(14)、多個傳動輪組(15)、一左車殼(16)及一右車殼(17)；該骨架(11)設有多個安裝凸起(111)，該些安裝凸起(111)可提供該座墊機構(2)、或者該光達系統(3)、或者該服務型機械手臂(4)、或者該控制系統(5)設置；該左車殼(16)與該右車殼(17)係將該骨架(11)加以包覆，並將該些避震裝置(12)、該些驅動馬達(13)、該些驅動軸(14)加以隱藏；所述的避震裝置(12)安裝於該骨架(11)的下端，並且該些避震裝置(12)一端連接於該驅動軸(14)形成一三角形的支撐狀態；該些驅動馬達(13)與該控制系統(5)電性連接並受其控制，該些驅動馬達(13)與該驅動軸(14)軸接，由該驅動馬達(13)提供動力經由該驅動軸(14)傳遞至該傳動輪組(15)帶動整體結構移動；且利用該些驅動馬達(13)的速差達到轉向，或者反轉該驅動馬達(13)轉動方向達到倒車；該座墊機構(2)係安裝於該底盤機構(1)的前端，該座墊機構(2)包含有一座椅(21)、多個扶手模組(22)；該扶手模組(22)與該控制系統(5)連接透過該扶手模組(22)協助使用者上車或者下車；該光達系統(3)設置於該底盤機構(1)上端，光達系統(3)以360度發射脈衝雷射，測量目標位置或者障礙物的距離，並計算出目標位置與本發明之間的相關資訊，並將測量的資訊加以計算，據此本發明在行駛的過程不斷修正位置，以達到安全行駛之目的；該服務型機械手臂(4)乃提供使用者搬運、取物時使用；該服務型機械手臂(4)安裝於該底盤機構(1)上並受到控制系統(5)操控，該服務型機械手臂(4)包含有多個轉動關節(41)、多個轉動單元(42)以及一夾爪(43)；該些轉動單元(42)安裝在該些轉動關節(41)上，由該些轉動關節(41)作為一轉動中心產生多軸向轉動；該夾爪(43)安裝於最末端的轉動關節(41)，用於夾持貨物、物品； 該控制系統(5)用於控制該些驅動馬達(13)、該扶手模組(22)、該服務型機械手臂(4)動作、以及接收光達系統(3)的參考訊息以計算出較佳的移動路徑。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該底盤機構(1)的前端更設有一提供使用者放置腳部的腳踏板(18)。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該座椅(21)更具有一可調整前、後位置的滑軌模組(211)，多個固定翼板(212)，該滑軌模組(211)係安裝於該骨架(11)，該些固定翼板(212)係安裝於該座椅(21)下端並透過數個結合元件連接在該滑軌模組(211)，據此，該座椅(21)透過該滑軌模組(211)可滑動位移的技術下，讓座椅(21)能調整位置達到乘坐舒適。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該扶手模組(22)與該控制系統(5)連接，平常在使用時，該扶手模組(22)以平放的方式撐住使用者的手臂；當要下車時，使用者透過該控制系統(5)點選下車，在此狀態下該扶手模組(22)上舉，讓使用者下車，上車時，使用者點選控制系統(5)後，該扶手模組(22)往下旋擺，使用者可握持住該扶手模組(22)後，該扶手模組(22)朝上旋動，提供使用者一上車的力道便於上車。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該光達系統(3)與人工智慧開發系統(NVIDIA JETSON TX2)加以結合，初步開發智慧無人駕駛技術。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該服務型機械手臂(4)更包含有一視覺辨識模組(44)，該視覺辨識模組(44)與該控制系統(5)連接，當使用者透過控制系統(5)讓該服務型機械手臂(4)之視覺辨識模組(44)對焦於一目標物，並點選控制系統(5)進行取物，由該視覺辨識模組(44)計算該服務型機械手臂(4)與目標物之間的距離，進而展開該服務型機械手臂(4)之轉動關節(41)或者轉動單元(42)，並透過該夾爪(43)夾取物品，藉由該視覺辨識模組(44)可以偵測目標物體積並調整適當的夾持力，並且該視覺辨識模組(44)與該控制系統(5)連線，當欲夾取的物品距離超過該服務型機械手臂(4)的範圍時，透過該控制系統(5)下達移動相關命令到該驅動馬達(13)由傳動輪組(15)調整車體與目標物之間距離。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該控制系統(5)包含有一驅動控制模組(51)、一自動駕駛控制模組(52)、一扶手控制模組(53)、一取物控制模組(54)、一無線傳輸控制模組(55)；所述的驅動控制模組(51)與自動駕駛控制模組(52)連線，行駛在路上都是由自動駕駛控制模組(52)駕駛；利用一智慧型裝置當作控制介面，由該智慧型裝置傳送路徑資訊，透過該無線傳輸控制模組(55)接收路徑資訊並傳遞給該自動駕駛控制模組(52)即可前往目的地；所述的扶手控制模組(53)與該扶手模組(22)連線，用於控制該扶手模組(22)升降協助使用者上車或者下車，該取物控制模組(54)則與該服務型機械手臂(4)連線，控制取物相關動作。
- 依據申請專利範圍第7項所述具機械手臂的福祉載具，其中，該無線傳輸控制模組(55)透過一智慧型裝置更新相關數據。
- 依據申請專利範圍第1項所述具機械手臂的福祉載具，更包含有一行李架(6)，該行李架(6)安裝在該底盤機構(1)的骨架(11)上，防止貨物在運送時傾倒。
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| Publication Number | Publication Date |
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| TW202116587A TW202116587A (zh) | 2021-05-01 |
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-
2019
- 2019-10-25 TW TW108138680A patent/TWI733228B/zh active
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