TWI833644B - 電動輔具 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種電動輔具。電動輔具包括動力輪模組、上位控制模組以及動力控制模組。上位控制模組用以提供動態特性參數。動力控制模組耦接動力輪模組以及上位控制模組。響應於電動輔具操作在助行器模式，動力控制模組根據動態特性參數以及施力估測參數順應性地產生第一車速參數。動力控制模組根據第一車速參數產生電壓控制信號。動力控制模組根據電壓控制信號驅動動力輪模組。

Description

電動輔具

本發明是有關於一種動力設備，且特別是有關於一種具有順應性驅動特性的電動輔具。

目前現有的輔助動力設備多為單純接收外部輸入的馬達轉速命令，以直接控制馬達的轉速。然而，在使用者同時施加推力或拉力至輔助動力設備的情況下，由於傳統的輔助動力設備無法得知使用者的施力大小，因此無法直覺地針對使用者的施力大小變化來即時地主動對應作動，而導致操作發生危險或無法提供相關保護效果。

本發明提供一種電動輔具，可實現順應性驅動功能。

本發明的電動輔具包括動力輪模組、上位控制模組以及動力控制模組。上位控制模組用以提供動態特性參數。動力控制模組耦接動力輪模組以及上位控制模組。響應於電動輔具操作在助行器模式，動力控制模組根據動態特性參數以及施力估測參數 順應性地產生第一車速參數。動力控制模組根據第一車速參數產生電壓控制信號。動力控制模組根據電壓控制信號驅動動力輪模組。

本發明的電動輔具包括動力輪模組、上位控制模組以及動力控制模組。上位控制模組用以提供動態特性參數。動力控制模組耦接動力輪模組以及上位控制模組。響應於電動輔具操作在助行器模式，動力控制模組根據動態特性參數以及施力估測參數順應性地產生第一車速參數。動力控制模組根據第一車速參數產生電壓控制信號。動力控制模組根據電壓控制信號驅動動力輪模組。 動力控制模組根據以下公式來決定施力估測參數：

D_rS_r+F_f+F_s-F_wc。符號F_uc代表施力估測參數。符號M_r代表電動輔具的等效慣量參數。符號S_r代表電動輔具的當前車速參數。符號D_r代表電動輔具的等效阻尼。符號F_f代表庫倫摩擦力參數。符號F_s代表斜坡等效力參數。符號F_wc代表電動輔具的等效受力參數。

基於上述，本發明的電動輔具可根據使用者設定或預設的特定的動態特性參數以及對應於電動輔具的當前施力結果的施力估測參數來計算對應的車速參數，以作為控制指令來順應性地驅動電動輔具，以使電動輔具可實現良好的順應性驅動功能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200:電動輔具

110、210:上位控制模組

120、220:動力控制模組

121、221:順應性控制單元

122、222:施力估測單元

123、223:車速至轉速轉換單元

124、224:轉速控制單元

125、225:電壓驅動控制單元

130、230:動力輪模組

211:助行器模式控制器

212:乘載器模式控制器

226:轉速至車速轉換單元

227:運動參數提供單元

228:電流感測單元

231、232:馬達

233、234:轉速感測裝置

235、236:減速裝置

237、238:單向輪

240:感知裝置

250:慣性量測裝置

260:手動輸入裝置

301~304:曲線

400:使用者

501:基座

502、503:輪子

504、505:握把

D1~D3:方向

x、y、z:軸

、

、s _r :車速參數

M_g:目標慣量

D_g:目標阻尼

、ω_m:馬達轉速參數

:車速參數

F_uc:施力估測參數

i_m:電流感測參數

θ_s:坡度參數

K_t:馬達轉矩對電流常數

K_n:減速裝置減速比

R_w:單向輪半徑參數

M_r:等效慣量

D_r:等效阻尼

m:重量

μ_k:等效庫侖摩擦係數

F_u1y、F_u2y:使用者對於握把的施力

h、d:距離

α、β:夾角

圖1是本發明的一實施例的電動輔具的示意圖。

圖2是本發明的另一實施例的電動輔具的示意圖。

圖3A是本發明的一實施例的慣量與車速的關係曲線圖。

圖3B是本發明的一實施例的阻尼與車速的關係曲線圖。

圖4A是本發明的一實施例的電動輔具操作在平地的示意圖。

圖4B是本發明的一實施例的電動輔具操作在上坡的示意圖。

圖4C是本發明的一實施例的電動輔具操作在下坡的示意圖。

圖5是本發明的一實施例的電動輔具的俯視示意圖。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的裝置與方法的範例。

圖1是本發明的一實施例的電動輔具的示意圖。請參考圖1，電動輔具100包括上位控制模組110、動力控制模組120以及動力輪模組130。動力控制模組120耦接(電性連接)上位控制模組110以及動力輪模組130。動力控制模組120包括順應性控制單元121、施力估測單元122、車速至轉速轉換單元123、轉速控制單元124以及電壓驅動控制單元125。

在本實施例中，上位控制模組110可包括上位控制器電路。上位控制模組110以及動力控制模組(Powertrain Control Module，PCM)120可分別由中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、微處理器(Microprocessor Control Unit，MCU)或現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等諸如此類的處理電路或具有資料運算功能的晶片或電路來實現，但本發明並不以此為限。

在本實施例中，動力控制模組120可例如包括由對應的軟體(程式)以及硬體電路來實現。舉例而言，順應性控制單元121、施力估測單元122以及車速至轉速轉換單元123可例如由軟體(程式)實現，並儲存在電動輔具100的記憶體(Memory)中，以供電動輔具100的處理器或用於實現動力控制模組的運算電路讀取並執行之。轉速控制單元124以及電壓驅動控制單元125可為馬達控制電路，並且包括執行相關演算法來實現之。另外，上述記憶體可例如是唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、可抹除可編程唯讀記憶體(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)等非揮發記憶體、隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)等揮發記憶體、及硬碟驅動器(hard disc drive)、半導體記憶體等儲存裝置，並且可用於儲存本發明所提到的各種參數、指令及程式等資料。

在本實施例中，上位控制模組110可提供動態特性參數至順應性控制單元121，其中動態特性參數可例如經由使用者設定、 系統預設定或經運算後所產生，並且用於響應上位控制模組110的動態特性。施力估測單元122可透過運算對應於電動輔具100的多個物理特性參數來產生施力估測參數，並且可提供施力估測參數至順應性控制單元121。如此一來，順應性控制單元121可根據動態特性參數以及施力估測參數產生第一車速參數。

在一實施例中，動態特性參數可包括目標慣量以及目標阻尼的至少其中之一。施力估測單元122可根據以下公式(1)來決定(運算)第一車速參數。在公式(1)中，符號

代表第一車速參數。符號M_g代表目標慣量。符號s代表拉氏轉換因子。符號D_g代表目標阻尼。符號F_uc代表(等效)施力估測參數。

在本實施例中，響應於電動輔具100操作在助行器模式，順應性控制單元121可根據上述的動態特性參數以及施力估測參數順應性地產生第一車速參數，並且提供具有第一車速參數的控制指令至轉換單元123。並且，響應於電動輔具100操作在助行器模式，車速至轉速轉換單元123可將具有第一車速參數的控制指令轉換為馬達轉速參數。接著，轉速控制單元124可根據馬達轉速參數產生電壓控制信號。因此，電壓驅動控制單元125可根據電壓控制信號驅動動力輪模組130。

在一實施例中，電動輔具100還可操作在乘載器模式。上位控制模組110可根據使用者的操作或設定，以直接控制電動輔具100的速度。對此，響應於電動輔具100操作在乘載器模式， 上位控制模組110可根據使用者的操作或設定來產生另一第一車速參數，並提供具有另一第一車速參數的控制指令至車速至轉速轉換單元123。因此，響應於電動輔具100操作在乘載器模式，車速至轉速轉換單元123可將具有另一第一車速參數的控制指令轉換為馬達轉速參數，進而直接驅動動力輪模組130。從另一角度而言，電動輔具100可實現雙模式動力控制功能。

圖2是本發明的另一實施例的電動輔具的示意圖。圖2的電動輔具200可為圖1的電動輔具100的一種具體實施方式。請參考圖2，電動輔具200可包括上位控制模組210、動力控制模組220、動力輪模組230、感知裝置240、慣性量測裝置250以及手動輸入裝置260。動力控制模組220耦接上位控制模組210以及動力輪模組230。上位控制模組210還耦接感知裝置240、慣性量測裝置250以及手動輸入裝置260。在本實施例中，電動輔具200可例如是電動輪椅、電動助行器、電動滑板或等相關助行設備。在本實施例中，電動輔具200可具有雙模式動力控制功能，其中電動輔具200可操作在助行器模式或乘載器模式。

在本實施例中，上位控制模組210包括助行器模式控制器211以及乘載器模式控制器212。動力控制模組220包括順應性控制單元221、施力估測單元222、車速至轉速轉換單元223、轉速控制單元224、電壓驅動控制單元225、轉速至車速轉換單元226、運動參數提供單元227以及電流感測單元228。動力輪模組230包括第一馬達231、第二馬達232、第一轉速感測裝置233、第二轉 速感測裝置234、第一減速裝置235、第二減速裝置236、第一單向輪237以及第二單向輪238。在一實施例中，動力輪模組230也可僅包括一個馬達、一個轉速感測裝置、一個減速裝置以及一個單向輪。

在本實施例中，助行器模式控制器211耦接感知裝置240以及慣性量測裝置250。乘載器模式控制器212耦接慣性量測裝置250以及手動輸入裝置260。在本實施例中，順應性控制單元211耦接施力估測單元222、助行器模式控制器211以及車速至轉速轉換單元223。施力估測單元222還耦接轉速至車速轉換單元226、運動參數提供單元227以及電流感測單元228。車速至轉速轉換單元223還耦接轉速控制單元224以及乘載器模式控制器212。轉速控制單元224還耦接電壓驅動控制單元225。電壓驅動控制單元225還耦接第一馬達231以及第二馬達232。在本實施例中，第一馬達231耦接第一轉速感測裝置233以及第一減速裝置235。第一單向輪237耦接第一減速裝置235。第二馬達232耦接第二轉速感測裝置234以及第二減速裝置236。第二單向輪238耦接第二減速裝置236。

在本實施例中，助行器模式控制器211以及乘載器模式控制器212分別為一種控制電路。順應性控制單元221、施力估測單元222、車速至轉速轉換單元223、轉速至車速轉換單元226以及運動參數提供單元227可例如由軟體(程式)實現，並儲存在電動輔具200的記憶體(Memory)中，以供電動輔具200的處理器或用 於實現動力控制模組的運算電路讀取並執行之。運動參數提供單元227亦可例如是以資料庫的形式實現，以預儲存相關參數。轉速控制單元224以及電壓驅動控制單元225可為馬達控制電路，並且包括執行相關演算法來實現之。第一轉速感測裝置233以及第二轉速感測裝置224分別為一種馬達感測器，可例如是霍爾效應感測器(Hall-effect sensor)。第一減速裝置235以及第二減速裝置236可分別為一種動力傳達裝置，例如具有齒輪箱可連結馬達與單向輪。感知裝置240可例如包括一個或多個推拉力計(Push-pull force gauge)。慣性量測裝置250可例如是重力感測器(G-sensor)或加速度感測器(Accelerometer)。手動輸入裝置260可例如包括按鍵、搖桿、觸控螢幕或相關人機介面(Human machine interface，HMI)。

在本實施例中，當電動輔具200操作在助行器模式時，施力估測單元222可根據以下公式(2)來決定(運算)施力估測參數F_uc。並且，順應性控制單元221可根據上述公式(1)來決定第一車速參數

。在公式(2)中，符號F_uc代表施力估測參數。符號M_r代表電動輔具200的等效慣量參數。符號S_r代表電動輔具200的第二車速參數。符號D_r代表電動輔具200的等效阻尼。符號F_f代表庫倫摩擦力參數。符號F_s代表斜坡等效力參數。符號F_wc代表電動輔具200的等效受力參數。並且，以下各實施例將進一步詳細解釋取得各參數的方式。

在本實施例中，感知裝置240可提供電動輔具200的推拉力感知資訊至助行器模式控制器211，其中推拉力感知資訊可例如是電動輔具200當前受到使用者的推力或拉力大小。慣性量測裝置250可提供電動輔具200的物理狀態資訊至助行器模式控制器211，其中物理狀態資訊可例如是電動輔具200的當前加速度、角速度以及行進速度等。助行器模式控制器211可根據推拉力感知資訊以及物理狀態資訊產生動態特性參數。在本實施例中，動態特性參數可包括目標慣量M_g以及目標阻尼D_g。

助行器模式控制器211還可進一步接收由轉速至車速轉換單元226所產生的電動輔具200的第二車速參數S_r(即電動輔具200的當前車速)以及由施力估測單元222所產生的使用者施力估測參數

。對此，助行器模式控制器211可例如根據上述的推拉力感知資訊、物理狀態資訊、第二車速參數S_r以及使用者施力估測參數

的至少其中之一判斷電動輔具200的當前操作環境是否為平地、上坡或下坡狀態，或者判斷使用者是否異常操作電動輔具200(例如加速異常或使用者跌倒)，並且設定相對應的目標慣量M_g以及目標阻尼D_g。或者，在一實施例中，目標慣量M_g以及目標阻尼D_g也可由使用者手動設定之。助行器模式控制器211可提供具有目標慣量M_g以及目標阻尼D_g的控制命令至順應性控制單元221。

參考圖3A，圖3A是本發明的一實施例的慣量與車速的關係曲線圖。當目標慣量M_g較高時，對應的電動輔具200的車速隨時間變化的調控效果如曲線301的變化。當目標慣量M_g較低時， 對應的電動輔具200的車速隨時間變化的調控效果如曲線302的變化。對此，若設定的目標慣量M_g較高，則電動輔具200的車速加速程度較為平緩。反之，若設定的目標慣量M_g較低，則電動輔具200的車速的加速程度較為急促。

參考圖3B，圖3B是本發明的一實施例的阻尼與車速的關係曲線圖。當目標阻尼D_g較高時，對應的電動輔具200的車速隨時間變化的調控效果如曲線303的變化。當目標阻尼D_g較低時，對應的電動輔具200的車速隨時間變化的調控效果如曲線304的變化。對此，若設定的目標阻尼D_g較高，則電動輔具200的車速到達穩態的時間越長，且車速終值也較低。反之，若設定的目標阻尼D_g較低，則電動輔具200的車速到達穩態的時間越短，且車速終值也較高。

關於電動輔具200的當前操作環境為平地、上坡或下坡狀態對於電動輔具200的施力影響，以下以圖4A至圖4C來舉例說明知。

參考圖4A，圖4A是本發明的一實施例的電動輔具操作在平地的示意圖。圖4A為使用者400操作電動輔具200在平地上的情境的側視示意圖。如圖4A所示，方向D1、方向D2以及方向D3可彼此垂直。沿著方向D1(即對應於以下運算過程中所定義的y軸)以及方向D2(即對應於以下運算過程中所定義的x軸)所延伸形成的平面可為水平面。方向D3(即對應於以下運算過程中所定義的z軸)可為垂直方向。如圖3A所示，電動輔具200可具有當前 等效慣量M_r以及當前等效阻尼D_r。電動輔具200可朝向方向D1前進而具有第二車速參數S_r(即電動輔具200的當前車速)。並且，電動輔具200的第一單向輪237以及第二單向輪238等效於電動輔具200的中心點(例如是電動輔具200的整體重量中心(質心))的等效受力(即受力參數F_wc)可同樣朝向方向D1。電動輔具200在地面上行進所產生的摩擦力(即庫倫摩擦力參數F_f)可朝向相反於方向D1的方向。使用者400對電動輔具200的施力(即施力估測參數F_uc)可同樣朝向方向D1。

參考圖4B，圖4B是本發明的一實施例的電動輔具操作在上坡的示意圖。如圖4B所示，電動輔具200可具有當前等效慣量M_r以及當前等效阻尼D_r。電動輔具200可朝平行於斜坡面且向上延伸的方向前進而具有第二車速參數S_r(即電動輔具200的當前車速)。並且，電動輔具200的第一單向輪237以及第二單向輪238等效於電動輔具200的中心點的等效受力(即受力參數F_wc)可同樣朝向電動輔具200的前進(上坡)方向。電動輔具200在地面上行進所產生的摩擦力(即庫倫摩擦力參數F_f)可朝向相反於電動輔具200的前進(上坡)方向的方向。使用者400對電動輔具200的施力(即施力估測參數F_uc)可同樣朝向電動輔具200的前進(上坡)方向。並且，電動輔具200在斜坡上所產生的斜坡等效力(斜坡等效力參數F_s)可朝向相反於電動輔具200的前進(上坡)方向的方向。

參考圖4C，圖4C是本發明的一實施例的電動輔具操作在下坡的示意圖。如圖4C所示，電動輔具200可具有當前等效慣 量M_r以及當前等效阻尼D_r。電動輔具200可朝平行於斜坡面且向下延伸的方向前進而具有第二車速參數S_r(即電動輔具200的當前車速)。並且，電動輔具200的第一單向輪237以及第二單向輪238等效於電動輔具200的中心點的等效受力(即受力參數F_wc)可同樣朝向電動輔具200的前進(下坡)方向。電動輔具200在地面上行進所產生的摩擦力(即庫倫摩擦力參數F_f)可朝向相反於電動輔具200的前進(下坡)方向的方向。使用者400對電動輔具200的施力(即施力估測參數F_uc)可同樣朝向電動輔具200的前進(下坡)方向。並且，電動輔具200在斜坡上所產生的斜坡等效力(斜坡等效力參數F_s)可朝向相反於電動輔具200的前進(下坡)方向的方向。

在本實施例中，運動參數提供單元227可提供內建參數以及推算參數至施力估測單元222。上述內建參數可包括電動輔具200的重量參數m、單向輪半徑參數R_w、馬達轉矩對電流常數K_t以及減速裝置減速比K_n，或上述多個參數的至少其中之一。上述推算參數可包括電動輔具200的等效阻尼D_r、等效慣量M_r以及等效庫侖摩擦係數μ_k，或上述多個參數的至少其中之一。在本實施例中，施力估測單元222可根據上述的多個內建參數以及上述的多個推算參數產生施力估測參數F_uc。

在本實施例中，基於上述圖4A至圖4C的多種情境變化以及上述公式(2)，施力估測單元222可根據等效於電動輔具200中心點的各項合力來推估出施力估測參數F_uc。

圖5是本發明的一實施例的電動輔具的俯視示意圖。請 同時參考圖2及圖5，電動輔具200還可進一步包括基座501、輪子502、503(可自由轉動)以及握把504、505。基座501的前方兩側設置有第一單向輪237以及第二單向輪238。第一馬達231用以驅動第一單向輪237。第二馬達232用以驅動第一單向輪238。基座501的後方兩側設置有輪子502、503，並且基座501後方兩側還可設置有握把504、505，以供使用者雙手握持而操作電動輔具200。感知裝置240例如包括兩個推拉力計，並且分別設置在握把504以及握把505，以分別感測使用者對於握把504以及握把505的施力結果。

在本實施例中，電動輔具200的等效阻尼D_r可根據以下公式(3)來決定，並內建在運動參數提供單元227中。在公式(3)中，符號D_ry代表電動輔具200在y軸上的等效阻尼。符號D_rz代表電動輔具200在z軸上的等效阻尼。

在本實施例中，電動輔具200的等效慣量M_r可根據以下公式(4)來決定，並內建在運動參數提供單元227中。在公式(4)中，符號M_ry代表電動輔具200在y軸上的等效慣量。符號I_rz代表電動輔具200在z軸上的等效慣量。

在本實施例中，電動輔具200的等效庫侖摩擦係數μ_k可根據以下公式(5)來決定，並內建在運動參數提供單元227中。在 公式(5)中，符號μ_ky代表電動輔具200在y軸上的等效庫侖摩擦係數。符號μ_kz代表電動輔具200在z軸上的等效庫侖摩擦係數。

在本實施例中，電動輔具200還可包括坡度感測器(圖未示)，坡度感測器可耦接施力估測單元222，並且用以提供坡度參數θ_s至施力估測單元222。或者，坡度參數θ_s亦可由使用者手動輸入。在一實施例中，施力估測單元222可根據上述內建參數、上述推算參數、第二車速參數S_r以及坡度參數θ_s估測施力估測參數F_uc

在本實施例中，施力估測單元222可根據以下公式(6)來運算斜坡等效力參數F_s。在公式(6)中，符號F_sy代表電動輔具200在y軸上所受到的斜坡等效力。符號N_sz代表電動輔具200在z軸上所受到的斜坡等效力。符號m代表電動輔具200的重量。符號g代表重力加速度。符號θ_p代表斜坡表面斜行角度。

在本實施例中，施力估測單元222可根據以下公式(7)來運算庫倫摩擦力參數F_f。在公式(7)中，符號F_fy代表電動輔具200在y軸上所受到的等效庫倫摩擦力。符號N_fz代表電動輔具200在z軸上所受到的等效庫倫摩擦力。

在本實施例中，第一轉速感測裝置223可提供第一馬達轉速參數ω_m1至轉速至車速轉換單元226。第二轉速感測裝置224 可提供另一第一馬達轉速參數ω_m2至轉速至車速轉換單元226。轉速至車速轉換單元226可根據以下公式(8)以及公式(9)將第一馬達轉速參數ω_m1以及另一第一馬達轉速參數ω_m2轉換為第二車速參數S_r。第一馬達轉速參數ω_m1以及另一第一馬達轉速參數ω_m2可合併為一個矩陣形式的馬達轉速參數ω_m。首先，轉速至車速轉換單元226可先根據公式(9)來運算轉速至車速轉換矩陣M_wr。在公式(9)中，符號d為第一單向輪237以及第二單向輪238與電動輔具200的中心點之間的距離。符號α為第一單向輪237以及第二單向輪238與電動輔具200的中心點之間的連線與y軸之間的夾角。接著，轉速至車速轉換單元226可根據公式(8)的運算結果來取得第二車速參數S_r。

在本實施例中，電流感測單元228可感測第一馬達231以及第二馬達232，以產生第一電流感測參數I_m1以及第二電流感測參數I_m2。第一電流感測參數I_m1以及第二電流感測參數I_m2可合併為一個矩陣形式的電流感測參數i_m。電流感測單元228可提供第一電流感測參數I_m1以及第二電流感測參數I_m2至施力估測單元222。施力估測單元222可根據以下公式(10)以及公式(11)來運算電動輔具200的等效受力參數F_wc。首先，施力估測單元222可先根據公式(11)來運算矩陣M_wf，其中矩陣M_wf為第一單向輪237以及第二單 向輪238施力至電動輔具200的中心點的受力轉換矩陣。接著，施力估測單元222可根據公式(10)的運算結果來取得第一馬達231以及第二馬達232對於第一單向輪237以及第二單向輪238施力所產生的電動輔具200的等效受力參數F_wc。在公式(10)中，符號K_t1為第一馬達231的馬達轉矩對電流常數。符號K_t2為第二馬達232的馬達轉矩對電流常數。

因此，施力估測單元222可根據上述公式(3)~公式(11)的來即時且動態地估測出施力估測參數F_uc。

另外，施力估測單元222還可根據以下公式(12)以及公式 (13)來運算使用者施力估測參數

。首先，施力估測單元222可先 根據公式(13)來運算矩陣

，其中矩陣

為使用者施力至電動 輔具200的中心點的受力的反轉換矩陣。在公式(13)中，符號h為第一單向輪237以及第二單向輪238與電動輔具200的中心點之間的距離。符號β為第一單向輪237以及第二單向輪238與電動輔具200的中心點之間的連線與x軸之間的夾角。接著，施力估測單元222可根據公式(12)的運算結果來取得使用者施力估測參數

。在公式(12)中，符號F_u1y為使用者對於握把504的施力。符號 F_u1y為使用者對於握把505的施力。符號F_ucy為使用者對於電動輔具200的中心點在y軸方向上的等效施力。符號N_ucz為使用者對於電動輔具200的中心點在z軸方向上的等效施力。

在本實施例中，手動輸入裝置260可提供手動輸入資訊。慣性量測裝置250可提供電動輔具200的物理狀態資訊，其中物理狀態資訊可例如是電動輔具200的當前加速度、角速度以及行進速度等。乘載器模式控制器212可根據手動輸入資訊以及物理 狀態資訊直接產生另一第一車速參數

。

在本實施例中，響應於電動輔具200操作在助行器模式， 車速至轉速轉換單元223可將第一車速參數

轉換為第二馬達轉 速參數

。或者，響應於電動輔具200操作在乘載器模式，車速 至轉速轉換單元223可將另一第一車速參數

轉換為第二馬達轉 速參數

。

在本實施例中，車速至轉速轉換單元223可根據以下公式(14)以及公式(15)來運算預期第一馬達231以及第二馬達232分別實現的馬達轉速參數

以及馬達轉速參數

。首先，施力估測單元222可先根據公式(15)來運算車速至轉速轉換矩陣M_rw。接著，施力估測單元222可運算公式(14)，以取得馬達轉速參數

以及馬達轉速參數

。在公式(14)中，符號

為車速參數，並且可替代為第一車速參數

或另一第一車速參數

。

在本實施例中，轉速控制單元224可根據馬達轉速參數

以及馬達轉速參數

產生對應的第一電壓控制信號以及第二電壓控制信號。電壓驅動控制單元225可根據第一電壓控制信號以及第二電壓控制信號來驅動動力輪模組230的第一馬達231以及第二馬達232，以使第一馬達231以及第二馬達232可分別根據第一驅動電壓以及第二電壓控制信號透過第一減速裝置235以及第二減速裝置236來帶動第一單向輪237以及第二單向輪238。因此，本實施例的電動輔具200可提供雙模式的動力控制功能。特別是，當電動輔具200操作在助行器模式時，電動輔具200可根據電動輔具200當前受到的各種等效施力結果來順應性地調整第一馬達231以及第二馬達232的驅動程度，進而提供有效的助行功能及/或可實現保護使用者的行走安全。因此，動力控制模組220可直接或順應性地驅動動力輪模組230。

綜上所述，本發明的電動輔具可提供雙模式的動力控制功能。特別是，當電動輔具操作在助行器模式時，電動輔具可考量當前受到的各種等效施力的合力結果來順應性地調整馬達的驅動程度，進而使電動輔具可提供有效的助行功能及/或可實現保護使用者的行走安全。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視 後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:電動輔具

110:上位控制模組

120:動力控制模組

121:順應性控制單元

122:施力估測單元

123:車速至轉速轉換單元

124:轉速控制單元

125:電壓驅動控制單元

130:動力輪模組

Claims (19)

1. 一種電動輔具，包括：一動力輪模組；一上位控制模組，用以提供一動態特性參數；以及一動力控制模組，耦接該動力輪模組以及該上位控制模組，其中響應於該電動輔具操作在一助行器模式，該動力控制模組根據一動態特性參數以及一施力估測參數順應性地產生一第一車速參數，並且該動力控制模組根據該第一車速參數產生一電壓控制信號，其中該動力控制模組根據該電壓控制信號驅動該動力輪模組，其中該動力控制模組包括：一施力估測單元；以及一運動參數提供單元，耦接該施力估測單元，並且用以提供一內建參數以及一推算參數至該施力估測單元，其中該施力估測單元根據該內建參數以及該推算參數估測該施力估測參數。
2. 如請求項1所述的電動輔具，其中該動態特性參數包括一目標慣量以及一目標阻尼的至少其中之一。
3. 如請求項2所述的電動輔具，其中該動力控制模組根據以下公式(1)來決定該第一車速參數：

   

   其中符號

   

   代表該第一車速參數，符號M_g代表該目標慣量， 符號s代表一拉氏轉換因子，符號D_g代表該目標阻尼，並且符號F_uc代表該施力估測參數。
4. 如請求項1所述的電動輔具，其中該動力控制模組還包括：一順應性控制單元，耦接該上位控制模組以及該施力估測單元，並且用以根據該動態特性參數以及該施力估測參數產生該第一車速參數。
5. 如請求項4所述的電動輔具，其中該上位控制模組包括：一助行器模式控制器，耦接該順應性控制單元，其中該電動輔具還包括：一感知裝置，耦接該助行器模式控制器，並且用以提供該電動輔具的一推拉力感知資訊；以及一慣性量測裝置，耦接該助行器模式控制器，並且用以提供該電動輔具的一物理狀態資訊，其中該助行器模式控制器根據該推拉力感知資訊以及該物理狀態資訊產生該動態特性參數。
6. 如請求項1所述的電動輔具，其中該內建參數包括該電動輔具的一重量參數、一單向輪半徑參數、一馬達轉矩對電流常數以及一減速裝置減速比的至少其中之一。
7. 如請求項1所述的電動輔具，其中該推算參數包括該電動輔具的一等效阻尼、一等效慣量以及一等效庫侖摩擦係數的至少其中之一。
8. 如請求項1所述的電動輔具，其中該動力控制模組還包括：一轉速至車速轉換單元，耦接該施力估測單元，其中該動力輪模組包括：一第一馬達；以及一第一轉速感測裝置，耦接該第一馬達以及該轉速至車速轉換單元，並且用以提供一第一馬達轉速參數至該轉速至車速轉換單元，該轉速至車速轉換單元將該第一馬達轉速參數轉換為一第二車速參數，其中該施力估測單元根據該內建參數、該推算參數以及該第二車速參數估測該施力估測參數。
9. 如請求項8所述的電動輔具，其中該動力控制模組還包括：一電流感測單元，耦接該馬達，並且用以感測該第一馬達，以產生一電流感測參數，其中該施力估測單元根據該內建參數、該推算參數、該第二車速參數以及該電流感測參數估測該施力估測參數。
10. 如請求項8所述的電動輔具，其中該動力輪模組還包括： 一第二馬達；以及一第二轉速感測裝置，耦接該第二馬達以及該轉速至車速轉換單元，並且用以提供另一第一馬達轉速參數至該轉速至車速轉換單元，該轉速至車速轉換單元將該第一馬達轉速參數以及該另一第一馬達轉速參數轉換為該第二車速參數，其中該施力估測單元根據該內建參數、該推算參數以及該第二車速參數估測該施力估測參數。
11. 如請求項10所述的電動輔具，其中該動力控制模組還包括：一電流感測單元，耦接該第一馬達，並且用以感測該第一馬達以及該第二馬達，以產生一第一電流感測參數以及一第二電流感測參數，其中該施力估測單元根據該內建參數、該推算參數、該第二車速參數、該第一電流感測參數以及該第二電流感測參數估測該施力估測參數。
12. 如請求項8所述的電動輔具，還包括：一坡度感測器，耦接該施力估測單元，並且用以提供一坡度參數至該施力估測單元，其中該施力估測單元根據該內建參數、該推算參數、該第二車速參數以及該坡度參數估測該施力估測參數。
13. 如請求項4所述的電動輔具，其中該動力控制模組還包括： 一車速至轉速轉換單元，耦接該順應性控制單元；一轉速控制單元，耦接該車速至轉速轉換單元；以及一電壓驅動控制單元，耦接該轉速控制單元，其中響應於該電動輔具操作在該助行器模式，該車速至轉速轉換單元將該第一車速參數轉換為一第二馬達轉速參數，並且該轉速控制單元根據該第二馬達轉速參數產生一電壓控制信號，其中該電壓驅動控制單元根據該電壓控制信號驅動該動力輪模組。
14. 如請求項13所述的電動輔具，其中該上位控制模組包括：一乘載器模式控制器，耦接該車速至轉速轉換單元，其中該電動輔具還包括：一手動輸入裝置，耦接該乘載器模式控制器，並且用以提供一手動輸入資訊；以及一慣性量測裝置，耦接該乘載器模式控制器，並且用以提供該電動輔具的一物理狀態資訊，其中該乘載器模式控制器根據該手動輸入資訊以及該物理狀態資訊產生一另一第一車速參數，其中響應於該電動輔具操作在一乘載器模式，該車速至轉速轉換單元將該另一第一車速參數轉換為該第二馬達轉速參數。
15. 如請求項1所述的電動輔具，其中該動力輪模組包括： 一第一馬達，耦接該動力控制模組；一第一減速裝置，耦接該第一馬達；以及一第一單向輪，耦接該第一減速裝置，其中該動力控制模組根據該電壓控制信號產生一第一驅動電壓，並且該第一馬達根據該第一驅動電壓透過該第一減速裝置來帶動該第一單向輪。
16. 如請求項15所述的電動輔具，其中該動力輪模組還包括：一第二馬達，耦接該動力控制模組；一第二減速裝置，耦接該第二馬達；以及一第二單向輪，耦接該第二減速裝置，其中該動力控制模組根據該電壓控制信號產生一第二驅動電壓，並且該第二馬達根據該第二驅動電壓透過該第二減速裝置來帶動該第二單向輪。
17. 一種電動輔具，包括：一動力輪模組；一上位控制模組，用以提供一動態特性參數；以及一動力控制模組，耦接該動力輪模組以及該上位控制模組，其中響應於該電動輔具操作在一助行器模式，該動力控制模組根據該動態特性參數以及一施力估測參數順應性地產生一第一車速參數，並且該動力控制模組根據該第一車速參數產生一電壓控制信號，其中該動力控制模組根據該電壓控制信號驅動該動力 輪模組，其中該動力控制模組根據以下公式(2)來決定該施力估測參數：

    

    其中符號F_uc代表該施力估測參數，符號M_r代表該電動輔具的一等效慣量參數，符號S_r代表該電動輔具的一第二車速參數，符號D_r代表該電動輔具的一等效阻尼，符號F_f代表一庫倫摩擦力參數，符號F_s代表一斜坡等效力參數，並且符號F_wc代表該電動輔具的一等效受力參數。
18. 如請求項17所述的電動輔具，其中該動態特性參數包括一目標慣量以及一目標阻尼的至少其中之一。
19. 如請求項18所述的電動輔具，其中該動力控制模組根據以下公式(1)來決定該第一車速參數：

    

    其中符號

    

    代表該第一車速參數，符號M_g代表該目標慣量， 符號s代表一拉式轉換因子，符號D_g代表該目標阻尼，並且符號F_uc代表該施力估測參數。

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