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TWI673045B - 電動輪椅控制系統及其控制方法 - Google Patents

電動輪椅控制系統及其控制方法 Download PDF

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TWI673045B
TWI673045B TW107136594A TW107136594A TWI673045B TW I673045 B TWI673045 B TW I673045B TW 107136594 A TW107136594 A TW 107136594A TW 107136594 A TW107136594 A TW 107136594A TW I673045 B TWI673045 B TW I673045B
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Inventor
林懿伶
Yi-Ling Lin
Original Assignee
財團法人工業技術研究院
Industrial Technology Research Institute
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Abstract

一種電動輪椅控制系統，用於控制輪椅且包括感測組件、慣性感測器、控制器、馬達驅動器以及三相交流馬達。感測組件用於偵測施加於輪椅的外力以產生第一感測訊號，慣性感測器用於偵測輪椅的傾斜度以產生第二感測訊號，控制器分別電性連接於感測組件、慣性感測器及馬達驅動器，而馬達驅動器電性連接於三相交流馬達。控制器依據第一感測訊號以及第二感測訊號選擇性地輸出脈衝寬度調變制動訊號至馬達驅動器，脈衝寬度調變制動訊號包含上臂制動訊號及下臂制動訊號，其中上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比，且當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準。

Description

電動輪椅控制系統及其控制方法
本發明有關於一種馬達控制系統，尤指一種適用於輪椅的馬達控制系統及其控制方法。
輪椅為老年人或身障者的重要助行工具，當輪椅行進於坡道時，施予輪椅的下滑力將使得輪椅產生加速度運動，導致乘坐者難以自行操控輪椅而必須由照顧者協助推動輪椅。
目前裝設於輪椅的煞車系統有多個種類，其中一種煞車系統具有坡度感測器，可透過坡度感測器得知路面的傾斜情形，當偵測出路面為坡面時，可啟動油壓煞車器或電子制動器以抑制輪椅的移動。然而，油壓煞車器與電子制動器具有一定的體積，所以不利於小型化的發展。另一種煞車系統是透過控制器對三相馬達其中一個相的線圈施予不變方向的電壓，藉此使三相馬達立即處於鎖死狀態以達到抑制輪椅的移動，雖然不需使用油壓煞車器或電子制動器，但立即使馬達處於鎖死狀態的煞車方法會讓乘坐者感到很大的頓挫感。
有鑑於此，目前的確有需要一種改良的電動輪椅控制系統及其控制方法，至少可改善以上缺點。
依據本發明的一實施例所提供的電動輪椅控制系統及電動輪椅控制方法，透過輸出脈衝寬度調變制動訊號以逐漸地降低馬達轉子的轉速，讓乘坐者不會在煞車時感到不舒適。另一方面不需加裝額外的煞車器，有利於小型化設計。
依據本發明的一實施例所提供的電動輪椅控制系統，用於控制輪椅。輪椅包含椅體以及車輪組件，而車輪組件用於接觸地面。電動輪椅控制系統包括感測組件以及動力裝置，而感測組件用於組接於車輪組件且用以偵測施加於車輪組件的外力的大小與方向以產生第一感測訊號。動力裝置電性連接感測組件，動力裝置用於結合於椅體與車輪組件之間，且動力裝置包含慣性感測器、三相交流馬達、馬達驅動器以及控制器。慣性感測器用於偵測椅體相對於水平面的傾斜度以產生第二感測訊號。三相交流馬達具有轉子及定子，轉子用於結合車輪組件，定子用於結合該椅體。馬達驅動器電性連接於三相交流馬達，控制器分別電性連接於慣性感測器、感測組件以及馬達驅動器，控制器依據第一感測訊號以及第二感測訊號選擇性地輸出脈衝寬度調變制動訊號至馬達驅動器，馬達驅動器依據脈衝寬度調變制動訊號抑制轉子轉動，脈衝寬度調變制動訊號包含上臂制動訊號及下臂制動訊號，其中上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比，當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準，且接收上臂制動訊號的上臂驅動器與接收下臂制動訊號的下臂驅動器係為同相。
依據本發明的一實施例所提供的電動輪椅控制方法，用於控制輪椅且藉由電動輪椅控制系統來執行，輪椅包含椅體以及車輪組件，車輪組件用於接觸地面，電動輪椅控制方法包括：以感測組件偵測施加於車輪組件的外力的大小與方向，以產生第一感測訊號； 以慣性感測器偵測該椅體相對於水平面的傾斜度，以產生第二感測訊號；以控制器依據第一感測訊號判斷外力是否為零；當外力不為零時，以控制器判斷外力的方向朝向椅體的後端或朝向椅體的前端； 以控制器依據第二感測訊號判斷地面是否具有坡度；當外力的方向朝向椅體的後端且地面具有坡度時，以控制器輸出脈衝寬度調變制動訊號至馬達驅動器，馬達驅動器依據脈衝寬度調變制動訊號抑制轉子轉動，脈衝寬度調變制動訊號包含上臂制動訊號及下臂制動訊號，其中上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比，當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準，且接收上臂制動訊號的上臂驅動器與接收下臂制動訊號的下臂驅動器係為同相。
所述之電動輪椅控制方法，更包括當外力朝向椅體的前端且地面具有坡度時，以控制器輸出脈衝寬度調變驅動訊號至馬達控制器，馬達控制器依據脈衝寬度調變致動訊號驅使轉子轉動。
所述之電動輪椅控制方法，其中脈衝寬度調變驅動訊號的振幅正比於第一感測訊號的大小。
當輪椅行進於坡道且使用者施予車輪組件的外力朝向椅體的前端時，控制器可自動地輸出脈衝寬度調變驅動訊號至馬達驅動器，以驅使三相交流馬達作轉動。當三相交流馬達轉動時，可帶動車輪組件一起轉動。如此一來，即使使用者沒有自行施力去推動車輪組件，輪椅依然會沿著坡道往前移動。反之，當輪椅行進於坡道且使用者施予車輪組件的外力朝向椅體的後端時，控制器可自動地輸出脈衝寬度調變制動訊號至馬達驅動器以抑制三相交流馬達的轉動。如此一來，即使使用者不自行施力推動車輪組件，輪椅也不會沿著坡道下滑。另一方面，由於脈衝寬度調變制動訊號的上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比，且當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準。如此一來，上臂驅動器與下臂驅動器不會同時處於導通狀態，所以電流不會同時流經上臂驅動器以及下臂驅動器，只會於上臂驅動器所形成的迴路或下臂驅動器所形成的迴路逐漸地消耗，使得三相交流馬達的轉速逐漸地降低，而非立即轉變為鎖死狀態。因此即使電動輪椅控制系統在坡道上進行煞車時，使用者也不會感到不舒適。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
圖1為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制系統組裝於輪椅的示意圖。如圖1所示，電動輪椅控制系統100用於控制輪椅200，電動輪椅控制系統100可包含有兩個感測組件10以及兩個動力裝置20，而輪椅200包含一椅體201以及一對車輪組件202。兩個感測組件10分別組接於兩個車輪組件202，每一動力裝置20用於結合於椅體201與車輪組件202之間。
圖2為圖1的感測組件組接於車輪組件的示意圖。如圖2所示，感測組件10包含有手輪感測器101以及路輪感測器102，手輪感測器101與路輪感測器102可為薄膜式位移感測器且間隔地貼設於動力裝置20的外殼的表面。車輪組件202包含共軸設置的手輪203以及路輪204，且手輪203的直徑小於路輪204。手輪203的輪框以及路輪204的輪框分別設有按壓組件205、206，按壓組件205、206可為鋼珠與彈簧的組合。動力裝置20連接於手輪203與路輪204的軸心處，藉此可同時驅動手輪203以及路輪204轉動。兩個按壓組件205、206分別按壓於手輪感測器101以及路輪感測器102，當手輪203與路輪204進行轉動時，兩個按壓組件205、206於手輪感測器101以及路輪感測器102的按壓位置隨著手輪203及路輪204一起位移，而兩個按壓組件205、206分別於手輪感測器101與路輪感測器102的位移量的差的絕對值大小正比於使用者施於手輪203的外力大小。當按壓組件205於手輪感測器101上的位移量大於按壓組件206於路輪感測器102上的位移量時，表示使用者施加於手輪203的外力的方向朝向椅體201的前端。反之，當按壓組件205於手輪感測器101上的位移量小於按壓組件206於路輪感測器102上的位移量時，表示使用者施加於手輪203的外力的方向朝向椅體201的後端。
圖3為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制系統的功能方塊圖。如圖3所示，動力裝置20可包含有慣性感測器21、控制器22、馬達驅動器23、三相交流馬達24以及電池裝置25。慣性感測器21與感測組件10分別電性連接於控制器22，控制器22更電性連接於馬達驅動器23，馬達驅動器23更電性連接於三相交流馬達24，電池裝置25分別電性連接於感測組件10、慣性感測器21、控制器22、馬達驅動器23以及三相交流馬達24。
共同參閱圖2與圖3，三相交流馬達24可包含有定子241及轉子242，定子241用於結合於椅體201(請一併參閱圖1)，而轉子242用於結合車輪組件202。在一實施例中，慣性感測器21、控制器22、馬達控制器23、三相交流馬達24以及電池裝置25封裝於一殼體內，如此使用者可方便地相對於輪椅200的椅體201組接或拆卸動力裝置20。
感測組件10電性連接於動力裝置20，依據兩個按壓組件205、206分別於手輪感測器101與路輪感測器102的位移量的差以計算出使用者施予手輪203的外力的大小與方向以產生第一感測訊號S1，其中感測組件10的感測頻率至少為100次/秒。慣性感測器21可為加速度計、陀螺儀以及磁力儀的組合，慣性感測器21用於偵測椅體201相對於水平面的傾斜度以產生第二感測訊號S2。
控制器22可包含煞車判斷電路221以及助力判斷電路222，煞車判斷電路221電性連接於感測組件10以及該慣性感測器21而可接收第一感測訊號S1以及第二感測訊號S2。煞車判斷電路221依據第一感測訊號S1以及第二感測訊號S2選擇性地輸出脈衝寬度調變制動訊號S3至馬達驅動器23。助力判斷電路222電性連接於感測組件10以及該慣性感測器21而可接收第一感測訊號S1以及第二感測訊號S2。助力判斷電路222依據第一感測訊號S1以及第二感測訊號S2選擇性地輸出脈衝寬度調變驅動訊號S4至馬達驅動器23。
電池裝置25分別電性連接於感測組件10、慣性感測器21、控制器22、馬達驅動器23以及三相交流馬達24，以提供感測組件10、慣性感測器21、控制器22、馬達驅動器23以及三相交流馬達24運作時所需的電力。當電池裝置25內的電力不足時，還可與外部電源電性連接以進行充電。
圖4為依據本發明一實施例所繪示的馬達驅動器的電路架構圖。馬達驅動器23包含有第一相(即U相)上臂驅動器231、第一相下臂驅動器232、第二相(即V相)上臂驅動器233、第二相下臂驅動器234、第三相(即W相)上臂驅動器235以及第三相下臂驅動器236。第一相上臂驅動器231與第一相下臂驅動器232串聯，第二相上臂驅動器233與第二相下臂驅動器234串聯，第三相上臂驅動器235與第三相下臂驅動器236串聯。在本實施例中，第一相上臂驅動器231、第一相下臂驅動器232、第二相上臂驅動器233、第二相下臂驅動器234、第三相上臂驅動器235、以及第三相下臂驅動器236分別具有BJT電晶體，而各BJT電晶體的閘極作為驅動訊號或制動訊號的輸入端。煞車判斷電路221分別電性連接於第一相上臂驅動器231的輸入端、第一相下臂驅動器232的輸入端、第二相上臂驅動器233的輸入端、第二相下臂驅動器234的輸入端、第三相上臂驅動器235的輸入端以及第三相下臂驅動器236的輸入端。助力判斷電路222分別電性連接於第一相上臂驅動器231的輸入端、第一相下臂驅動器232的輸入端、第二相上臂驅動器233的輸入端、第二相下臂驅動器234的輸入端、第三相上臂驅動器235的輸入端以及第三相下臂驅動器236的輸入端。
圖5A至圖5F為依據本發明一實施例所繪示的脈衝寬度調變制動訊號的波形圖。如圖5A至圖5F所示，脈衝寬度調變制動訊號S3包含有第一相上臂制動訊號S31、第一相下臂制動訊號S32、第二相上臂制動訊號S33、第二相下臂制動訊號S34、第三相上臂制動訊號S35以及第三相下臂制動訊號S36。第一相上臂制動訊號S31、第二相上臂制動訊號S33以及第三相上臂制動訊號S35分別輸入第一相上臂驅動器231、第二相上臂驅動器233、以及第三相上臂驅動器235，而第一相下臂制動訊號S32、第二相下臂制動訊號S34以及第三相下臂制動訊號S36分別輸入第一相下臂驅動器232、第二相下臂驅動器234、以及第三相下臂驅動器236。第一相上臂制動訊號S31、第一相下臂制動訊號S32、第二相上臂制動訊號S33、第二相下臂制動訊號S34、第三相上臂制動訊號S35以及第三相下臂制動訊號S36具有相同的佔空比，而佔空比的範圍大於0且小於等於50%，且當第一相上臂制動訊號S31、第二相上臂制動訊號S33以及第三相上臂制動訊號S35處於高位準時，第一相下臂制動訊號S32、第二相下臂制動訊號S34以及第三相下臂制動訊號S36均處於低位準。佔空比可依據使用上的需求作調整，而較佳的佔空比為50%以保護每一驅動器的工作壽命。
脈衝寬度調變制動訊號S3用於抑制三相交流馬達24的轉子242轉動，而當馬達驅動器23接收到脈衝寬度調變制動訊號S3後，第一相上臂驅動器231、第一相下臂驅動器232、第二相上臂驅動器233、第二相下臂驅動器234、第三相上臂驅動器235以及第三相下臂驅動器236的導通順序如下：首先，第一相上臂制動訊號S31、第二相上臂制動訊號S33以及第三相上臂制動訊號S35分別使第一相上臂驅動器231、第二相上臂驅動器233以及第三相上臂驅動器235導通。接著，第一相下臂制動訊號S32、第二相下臂制動訊號S34以及第三相下臂制動訊號S36分別使第一相下臂驅動器232、第二相下臂驅動器234以及第三相下臂驅動器236導通。因此，電流不會流入不同相的上臂驅動器與下臂驅動器而只會於上臂驅動器所形成的迴路或下臂驅動器所形成的迴路逐漸地消耗，使得三相交流馬達24的轉子242的轉速逐漸地變慢。
圖6A至圖6F為依據本發明一實施例所繪示的脈衝寬度調變驅動訊號的波形圖。如圖6A至圖6F所示，脈衝寬度調變驅動訊號S4包含有第一相上臂驅動訊號S41、第一相下臂驅動訊號S42、第二相上臂驅動訊號S43、第二相下臂驅動訊號S44、第三相上臂驅動訊號S45以及第三相下臂驅動訊號S46，第一相上臂驅動訊號S41、第二相上臂驅動訊號S43以及第三相上臂驅動訊號S45分別輸入第一相上臂驅動器231的輸入端、第二相上臂驅動器233的輸入端、以及第三相上臂驅動器235的輸入端，而第一相下臂驅動訊號S42、第二相下臂驅動訊號S44以及第三相下臂驅動訊號S46分別輸入第一相下臂驅動器232的輸入端、第二相下臂驅動器234的輸入端、以及第三相下臂驅動器236的輸入端。
脈衝寬度調變驅動訊號S4用於驅使三相交流馬達24的轉子242轉動，而當馬達驅動器23接收到脈衝寬度調變驅動訊號S4後，第一相上臂驅動器231、第一相下臂驅動器232、第二相上臂驅動器233、第二相下臂驅動器234、第三相上臂驅動器235以及第三相下臂驅動器236的導通順序如下：第一階段為第一相下臂驅動訊號S42與第三相上臂驅動訊號S45分別使第一相下臂驅動器232以及第三相上臂驅動器235導通。第二階段為第二相下臂驅動訊號S44與第三相上臂驅動訊號S45分別使第二相下臂驅動器234以及第三相上臂驅動器235導通。第三階段為第一相上臂驅動訊號S41與第二相下臂驅動訊號S44分別使第一相上臂驅動器231以及第二相下臂驅動器234導通。第四階段為第一相上臂驅動訊號S41與第三相下臂驅動訊號S46分別使第一相上臂驅動器231以及第三相下臂驅動器236導通。第五階段為第二相上臂驅動訊號S43與第三相下臂驅動訊號S46分別使第二相上臂驅動器233以及第三相下臂驅動器236導通。第六階段為第二相上臂驅動訊號S43與第一相下臂驅動訊號S42分別使第二相上臂驅動器233以及第一相下臂驅動器232導通，而每一階段分別使得三相交流馬達24的轉子242轉動60度。
另一方面，當第一感測訊號S1的電壓位準的絕對值越大時，表示使用者施予輪椅200的外力越大，可輕易推知使用者需要電動輪椅控制系統100提供的助力越大。因此，助力判斷電路222所輸入的第一相上臂驅動訊號S41、第一相下臂驅動訊號S42、第二相上臂驅動訊號S43、第二相下臂驅動訊號S44、第三相上臂驅動訊號S45以及第三相下臂驅動訊號S46的振幅正比於第一感測訊號S1的電壓位準的絕對值。當脈衝寬度調變驅動訊號S4的振幅提高時，使得三相交流馬達24的輸出扭力也會提高，藉此提供使用者適當的助力。
圖7為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法的流程圖。圖8為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第一使用狀態下的輪椅的示意圖。圖9為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第二使用狀態下的輪椅的示意圖。圖10為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第三使用狀態下的輪椅的示意圖。圖11為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第四使用狀態下的輪椅的示意圖。共同參閱圖1與圖7，電動輪椅控制方法用於控制輪椅200且藉由電動輪椅控制系統100來執行，在步驟S701中，以感測組件10偵測使用者施加於輪椅200的手輪203的外力的大小與方向，以產生第一感測訊號S1。在本實施例中，當使用者施加於手輪203的外力越大時，第一感測訊號S1的電壓位準(或電流位準)的絕對值越高。在一實施例中，當第一感測訊號S1的電壓位準為正值時，表示使用者所施加的外力的方向朝向椅體201的前端。當第一感測訊號S1的電壓位準為負值時，表示使用者所施加的外力的方向朝向椅體201的後端。當第一感測訊號S1的電壓位準為零時，表示使用者未施加外力於輪椅200的手輪203。
在步驟S702中，以慣性感測器21偵測椅體201相對於水平面的傾斜度，以產生第二感測訊號S2。在一實施例中，當第一感測訊號S2的電壓位準為零時，表示輪椅200所處的地面為平地。反之，當第二感測訊號S2的電壓位準不為零時，表示輪椅200所處的地面為坡面。在步驟S703中，以控制器22的助力判斷電路222依據第一感測訊號S1判斷外力是否為零。當外力不為零時，執行步驟S704。當外力為零時，執行步驟S705。
在步驟S704中，以控制器22的助力判斷電路222依據第一感測訊號S1判斷外力的方向朝向椅體201的後端或朝向椅體201的前端。若外力的方向朝向椅體201的後端，則執行步驟S706；若外力的方向朝向椅體201的前端，則執行步驟S707。
共同參閱圖7與圖8，圖8顯示使用者未施予外力於輪椅200，在此狀況下，電動輪椅控制系統100執行步驟S705。在步驟S705中，以控制器22的煞車判斷電路221輸出脈衝寬度調變制動訊號S3至馬達驅動器23，以馬達驅動器23依據脈衝寬度調變制動訊號S3去抑制動力裝置20的轉子242的轉動，而脈衝寬度調變制動訊號S3的上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比且當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準，電流不會流入不同相的上臂驅動器與下臂驅動器，而只會於上臂驅動器所形成的迴路或下臂驅動器所形成的迴路逐漸地消耗，藉此達到煞車的目的。
在步驟S706中，以控制器22依據第二感測訊號S2判斷地面是否具有坡度，若地面有坡度，則執行步驟S708。若地面沒有坡度，則執行步驟S709。
共同參閱圖7、圖9與圖10，圖9顯示輪椅200處於坡道且使用者施予輪椅200的手輪203的外力F朝向椅體201的前端，而圖10顯示輪椅200處於平面且使用者施予輪椅200的手輪203的外力F朝向椅體201的前端。不論地面是否有坡度，只要使用者施予手輪203的外力朝向椅體201的前端，電動輪椅控制系統100均執行步驟S707。在步驟S707中，以助力判斷電路222輸出脈衝寬度調變驅動訊號S4至馬達驅動器23，以馬達驅動器23依據脈衝寬度調變驅動訊號S4驅使轉子242作轉動。另一方面，脈衝寬度調變驅動訊號S4的振幅正比於第一感測訊號S1的電壓位準的絕對值。當脈衝寬度調變驅動訊號S4的振幅越大，可使得三相交流馬達24的輸出扭力越大。
共同參閱圖7與圖11，圖11顯示輪椅200處於坡道且使用者施予輪椅200的手輪203的外力F朝向椅體201的後端。在此狀況下，電動輪椅控制系統100執行步驟S708。在步驟S708中，以控制器22的煞車判斷電路221輸出脈衝寬度調變制動訊號S3至馬達驅動器23，以馬達驅動器23依據脈衝寬度調變制動訊號S3抑制三相交流馬達24的轉子242的轉動，而脈衝寬度調變制動訊號S3的上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比且當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準，藉此達到煞車的目的。
在步驟S709中，以助力判斷電路222輸出脈衝寬度調變驅動訊號S4至馬達驅動器23，以馬達驅動器23依據脈衝寬度調變驅動訊號S4驅使三相交流馬達24的轉子242作轉動，而脈衝寬度調變驅動訊號S4的振幅正比於第一感測訊號S1的電壓位準的絕對值。
當輪椅行進於坡道且使用者施予車輪組件的手輪的外力朝向椅體的前端時，控制器可自動地輸出脈衝寬度調變驅動訊號至馬達驅動器以驅使三相交流馬達作轉動。當三相交流馬達轉動時，可帶動路輪轉動，如此一來，即使使用者沒有向前推動手輪，輪椅依然會沿著坡道往前移動，達到省力的效果。反之，當輪椅行進於坡道且使用者施予手輪的外力朝向椅體的後端時，控制器可自動地輸出脈衝寬度調變制動訊號至馬達驅動器以抑制三相交流馬達的轉動。如此一來，即使使用者不向後推動手輪，輪椅也不會沿坡道下滑。另一方面，由於脈衝寬度調變制動訊號的上臂制動訊號及下臂制動訊號具有相同的佔空比且當上臂制動訊號處於高位準時，下臂制動訊號處於低位準，所以電流不會同時流經上臂驅動器以及下臂驅動器，只會於上臂驅動器所形成的迴路或下臂驅動器所形成的迴路逐漸地消耗，使得三相交流馬達的轉速逐漸地降低，並非立即轉變為鎖死狀態。如此一來，即使電動輪椅控制系統在坡道上進行煞車時，使用者也不會感到不舒適。又一方面，電動輪椅控制系統沒有裝設任何額外的油壓煞車器或電子制動器，有利於小型化的發展。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100‧‧‧電動輪椅控制系統
10‧‧‧感測組件
101‧‧‧手輪感測器
102‧‧‧路輪感測器
20‧‧‧動力裝置
21‧‧‧慣性感測器
22‧‧‧控制器
221‧‧‧煞車判斷電路
222‧‧‧助力判斷電路
23‧‧‧馬達驅動器
231‧‧‧第一相上臂驅動器
232‧‧‧第一相下臂驅動器
233‧‧‧第二相上臂驅動器
234‧‧‧第二相下臂驅動器
235‧‧‧第三相上臂驅動器
236‧‧‧第三相下臂驅動器
24‧‧‧三相交流馬達
241‧‧‧定子
242‧‧‧轉子
25‧‧‧電池裝置
200‧‧‧輪椅
201‧‧‧椅體
202‧‧‧車輪組件
203‧‧‧手輪
204‧‧‧路輪
205、206‧‧‧按壓組件
S1‧‧‧第一感測訊號
S2‧‧‧第二感測訊號
S3‧‧‧脈衝寬度調變制動訊號
S31‧‧‧第一相上臂制動訊號
S32‧‧‧第一相下臂制動訊號
S33‧‧‧第二相上臂制動訊號
S34‧‧‧第二相下臂制動訊號
S35‧‧‧第三相上臂制動訊號
S36‧‧‧第三相下臂制動訊號
S4‧‧‧脈衝寬度調變驅動訊號
S41‧‧‧第一相上臂驅動訊號
S42‧‧‧第一相下臂驅動訊號
S43‧‧‧第二相上臂驅動訊號
S44‧‧‧第二相下臂驅動訊號
S45‧‧‧第三相上臂驅動訊號
S46‧‧‧第三相下臂驅動訊號
圖1為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制系統組裝於輪椅的示意圖。 圖2為圖1的感測組件用於組接於車輪組件的示意圖。 圖3為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制系統的功能方塊圖。 圖4為依據本發明一實施例所繪示的馬達驅動器的電路架構圖。 圖5A至圖5F為依據本發明一實施例所繪示的脈衝寬度調變制動訊號的波形圖。 圖6A至圖6F為依據本發明一實施例所繪示的脈衝寬度調變驅動訊號的波形圖。 圖7為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法的流程圖。 圖8為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第一使用狀態下的輪椅的示意圖。 圖9為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第二使用狀態下的輪椅的示意圖。 圖10為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第三使用狀態下的輪椅的示意圖。 圖11為依據本發明一實施例所繪示的電動輪椅控制方法應用於第四使用狀態下的輪椅的示意圖。

Claims (11)

  1. 一種電動輪椅控制系統，用於控制一輪椅，該輪椅包含一椅體以及一車輪組件，該電動輪椅控制系統包括：一感測組件，用於組接於該車輪組件，藉以偵測施加於該車輪組件的一外力的大小與方向，藉以產生一第一感測訊號；以及一動力裝置，電性連接該感測組件，該動力裝置用於結合於該椅體與該車輪組件之間，且該動力裝置更包含有：一慣性感測器，用於偵測該椅體相對於一水平面的一傾斜度以產生一第二感測訊號；一三相交流馬達，具有一轉子及一定子，該轉子用於結合該車輪組件，該定子用於結合該椅體；一馬達驅動器，電性連接於該三相交流馬達；及一控制器，分別電性連接於該慣性感測器、該感測組件以及該馬達驅動器，該控制器依據該第一感測訊號以及該第二感測訊號選擇性地輸出一脈衝寬度調變制動訊號至該馬達驅動器，該馬達驅動器依據該脈衝寬度調變制動訊號抑制該轉子轉動，該脈衝寬度調變制動訊號包含一上臂制動訊號及一下臂制動訊號，其中該上臂制動訊號及該下臂制動訊號具有相同的佔空比，當該上臂制動訊號處於高位準時，該下臂制動訊號處於低位準，且接收該上臂制動訊號的上臂驅動器與接收該下臂制動訊號的下臂驅動器係為同相。
  2. 如請求項1所述之電動輪椅控制系統，其中該控制器包含一助力判斷電路，該助力判斷電路依據該第一感測訊號以及該第二感測訊號選擇性地輸出一脈衝寬度調變驅動訊號至該馬達驅動器，該馬達驅動器依據該脈衝寬度調變驅動訊號驅使該轉子轉動。
  3. 如請求項2所述之電動輪椅控制系統，其中該脈衝寬度調變驅動訊號的振幅正比於該第一感測訊號的大小。
  4. 如請求項1所述之電動輪椅控制系統，其中該控制器包含一煞車判斷電路，該煞車判斷電路依據該第一感測訊號以及該第二感測訊號選擇地輸出該脈衝寬度調變制動訊號。
  5. 如請求項1所述之電動輪椅控制系統，其中該慣性感測器與該感測組件的感測頻率至少為100次/秒。
  6. 一種電動輪椅控制方法，用於控制一輪椅且藉由一電動輪椅控制系統來執行，該輪椅包含一椅體以及一車輪組件，該電動輪椅控制系統包含一感測組件、一慣性感測器、一三相交流馬達、一馬達驅動器以及一控制器，該電動輪椅控制方法包括： 藉由該感測組件偵測施加於該車輪組件的一外力的大小與方向，以產生一第一感測訊號； 藉由該慣性感測器偵測該椅體相對於一水平面的一傾斜度，以產生一第二感測訊號； 藉由該控制器依據該第一感測訊號判斷該外力是否為零； 當該外力不為零時，藉由該控制器依據該第一感測訊號判斷該外力的方向朝向該椅體的後端或朝向該椅體的前端； 藉由該控制器依據該第二感測訊號判斷該地面是否具有坡度；以及 當該外力的方向朝向該椅體的後端且該地面具有坡度時，該控制器輸出一脈衝寬度調變制動訊號至該馬達驅動器，該馬達驅動器依據該脈衝寬度調變制動訊號抑制該轉子轉動，該脈衝寬度調變制動訊號包含一上臂制動訊號以及一下臂制動訊號，其中該上臂制動訊號以及該下臂制動訊號具有相同的佔空比，當該上臂制動訊號處於高位準時，該下臂制動訊號處於低位準，且接收該上臂制動訊號的上臂驅動器與接收該下臂制動訊號的下臂驅動器為同相。
  7. 如請求項6所述之電動輪椅控制方法，更包括當該外力朝向該椅體的前端且該地面具有坡度時，以該控制器輸出一脈衝寬度調變驅動訊號至該馬達控制器，該馬達控制器依據該脈衝寬度調變致動訊號驅使該轉子轉動。
  8. 如請求項7所述之電動輪椅控制方法，其中該脈衝寬度調變驅動訊號的振幅正比於該第一感測訊號的大小。
  9. 如請求項6所述之電動輪椅控制方法，更包括當該外力朝向該椅體的前端且該地面不具有坡度時，以該控制器輸出一脈衝寬度調變驅動訊號至該馬達控制器，該馬達控制器依據該脈衝寬度調變驅動訊號驅使該轉子轉動。
  10. 如請求項9所述之電動輪椅控制方法，其中該脈衝寬度調變驅動訊號的振幅正比於該第一感測訊號的大小。
  11. 如請求項6所述之電動輪椅控制方法，更包括當該外力為零時，以該控制器輸出該脈衝寬度調變制動訊號至該馬達控制器。
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