專利名稱：以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，尤指一種具有完全符合人性驅(qū)動功能的電動載具，可使該電動載具的速度受主動件(例如人)與受控物件速度差所產(chǎn)生相對位置的改變來控制，使得該電動載具的速度可隨主動件的速度改變而改變，以其電機(jī)助動使電動載具移動，而主動件與電動載具之間有彈簧，可將主動件所施加的力傳遞到電動載具，由于彈簧彈性系數(shù)的選擇，讓主動件可以適當(dāng)?shù)厥┝蚪z毫不費(fèi)力，而可達(dá)到具有廣泛性的產(chǎn)業(yè)上利用價(jià)值。
一般來說，現(xiàn)今以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，其控制驅(qū)動方式大致具有開路控制與閉路控制兩種；其中就開路控制來說，請配合

圖1的控制方塊流程圖所示，其僅是依賴一控制器來驅(qū)動電機(jī)，并藉該電機(jī)來直接帶動電動載具而已。雖然這種開路控制方式具有控制流程簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但其實(shí)際的實(shí)用范圍并不寬。舉例來說，倘若電動載具為行走在陸地上的車子，則當(dāng)該車子行走在平坦的道路上時，其控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速尚可以達(dá)到該車子行走的需求；但當(dāng)該車子一旦行走碰到斜坡時，則其控制器雖仍繼續(xù)驅(qū)動電機(jī)，但該車子因受限于斜坡地形而上坡不夠力，下坡又太快，以致該電機(jī)根本無法達(dá)到轉(zhuǎn)速要求。因此，這種開路控制只適合用于環(huán)境較不會變化的地方，或?qū)Y(jié)果較不講究的地方，所以，其產(chǎn)業(yè)上的利用性并不高。
至于就閉路控制來說，請配合圖2的控制方塊流程圖所示，其與前述開路控制的主要差異在于增設(shè)有一可檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)，并將該轉(zhuǎn)速計(jì)所檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)傳回給控制電機(jī)驅(qū)動的控制器，藉以來自動修正電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到穩(wěn)定性的電機(jī)轉(zhuǎn)速需求。雖然這種閉路控制方式可以保證電機(jī)的輸出點(diǎn)控制得很好，但其控制的對象為電機(jī)，并非實(shí)際的受控物件，以致，倘若該電動載具的剛性(例如齒輪間隙)或負(fù)載特性非如理論計(jì)算時，往往會導(dǎo)致產(chǎn)生更大的誤差量，所以，學(xué)術(shù)上不斷地提出電機(jī)控制與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論，以求得更高的精密度。但每用一個新方法，成本便往上跳一級，實(shí)非消費(fèi)型產(chǎn)品所能接受的，尚待改善之。
本發(fā)明的主要目的是提供一種以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，使其具有完全符合人性化的驅(qū)動功能，可使該電動載具的驅(qū)動速度與主動件同步，而可達(dá)到具有廣泛性的產(chǎn)業(yè)上利用價(jià)值。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，其特征在于包括有一主動件，可為人；一感測器，是受該主動件所控制，其具有一受主動件驅(qū)動同動的位置參考體及一利用位置參考體位移以產(chǎn)生信號輸出的感測體；其中，該位置參考體并連接有一彈簧，可隨主動件的驅(qū)動而受力變形，使該位置參考體具有自動復(fù)位及施力于下述電動載具達(dá)到助動的功能；一控制器，是接受該感測器上感測體所輸出的信號來驅(qū)動；一電機(jī)，是受該控制器上的信號來驅(qū)動，可使該電機(jī)具有加速或減速或正反轉(zhuǎn)的功能；以及一電動載具，是受該電機(jī)的驅(qū)動來帶動，與主動件之間具有連動功能，且該電動載具可利用主動件與電動載具之間的位移關(guān)系，使感測器可發(fā)出信號給控制器以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，致使主動件與該電動載具二者之間的速度可趨于同步；藉由上述裝置，可使該電動載具的驅(qū)動位移讓主動件適當(dāng)?shù)爻隽ι踔劣谕耆毁M(fèi)力而達(dá)到同步的功能，而可達(dá)到具有廣泛性的產(chǎn)業(yè)上利用價(jià)值。
該位置參考體可以是碳刷、磁鐵、光閘、或金屬。
該感測體可設(shè)為預(yù)先規(guī)劃好相關(guān)位置的印刷電路板、磁簧開關(guān)、光電開關(guān)或金屬感測器，可提供位置參考體位置，以產(chǎn)生不同信號的開關(guān)模組本發(fā)明的主要特征在于具有一主動件，可為人；一感測器，是受該主動件所控制；一控制器，是接受該主動件控制感測器所產(chǎn)生的信號來驅(qū)動；一電機(jī)，是受該控制器所控制；以及一電動載具，是受該電機(jī)驅(qū)動來帶動，當(dāng)電動載具與主動件之間相對位置改變(也即有速度差)時，感測器立即得知而將信號傳給控制器，以控制電動載具加速或減速，以便主動件與該電動載具二者的速度趨于同步；藉由這些設(shè)置，可使該電動載具的驅(qū)動隨時與主動件同步，而可具有廣泛性的產(chǎn)業(yè)上利用價(jià)值。
下面結(jié)合四個較佳的可行實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成和控制方法。
圖1是傳統(tǒng)的開路控制流程圖。
圖2是傳統(tǒng)的閉路控制流程圖。
圖3是本發(fā)明的控制流程圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例兩臺車子保持等速前進(jìn)的示意圖。
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例應(yīng)用于高爾夫球電動車的把手對車速控制的把手部分扭動時的立體圖。
圖6是圖5反方向推動后的示意圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例感測器第一例的靜態(tài)示意圖。
圖8是圖7中的動態(tài)變化及其I/O點(diǎn)對應(yīng)狀況圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例感測器第二例的靜態(tài)示意圖。
圖10是圖9中的動態(tài)變化及其I/O點(diǎn)對應(yīng)狀況圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例感測器第三例的靜態(tài)示意圖。
圖12是圖11中的動態(tài)變化及其I/O點(diǎn)對應(yīng)狀況圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例感測器第四例的靜態(tài)示意圖。
圖14是圖13中的動態(tài)變化及其I/O點(diǎn)對應(yīng)狀況圖。
圖15是本發(fā)明實(shí)施例感測器第五例的靜態(tài)示意圖。
圖16是圖15中的動態(tài)變化及其I/O點(diǎn)對應(yīng)狀況圖。
圖17是以圖7為感測器時第一組參數(shù)設(shè)定下速度對感測器位置的關(guān)系圖。
圖18是以圖7為感測器時第二組參數(shù)設(shè)定下速度對感測器位置的關(guān)系圖。
圖19是以圖9為感測器時速度對感測器位置的關(guān)系圖。
圖20是以圖11為感測器時速度對感測器位置的關(guān)系圖。
圖21是本發(fā)明第三實(shí)施例應(yīng)用于助動腳踏車上的速度控制結(jié)構(gòu)示意圖。
圖22是以圖13為感測器裝于助動腳踏車上的放大側(cè)視圖。
圖23是本發(fā)明第四實(shí)施例應(yīng)用于助動輪椅上的速度控制結(jié)構(gòu)示意圖。
圖24是圖23以磁簧開關(guān)為感測器時的正視圖。
圖25是圖23以磁簧開關(guān)為感測器時的側(cè)視圖。
圖26是圖24中的動態(tài)變化圖。
圖27是本發(fā)明實(shí)施例作直線運(yùn)動時感測器外加彈簧的立體示意圖。
圖28是本發(fā)明實(shí)施例作圓周運(yùn)動時感測器外加彈簧的正視示意圖。
圖29是本發(fā)明實(shí)施例作圓周運(yùn)動時感測器外加彈簧的側(cè)視示意圖。
首先，請參閱圖4所示，本發(fā)明第一實(shí)施例是可將主動件10設(shè)置為一臺車子，而電動載具20也設(shè)置為一臺車子，二者之間并設(shè)有一可受該主動件10控制的位置參考體40，一附在電動載具20上的感測體41，一接受該感測體41信號的控制器，以及受該控制器控制的電機(jī)，電機(jī)并搭載有電動載具20，感測器利用該電動載具20與主動件10之間的相對位移關(guān)系，將適當(dāng)?shù)拿顐鹘o控制器控制電機(jī)加減速；藉此，當(dāng)主動件10前進(jìn)位移時，可驅(qū)動感測器→控制器→電機(jī)，使該電動載具20被驅(qū)動而位移。換言之，該電動載具20可視為一從動件，當(dāng)從動件與主動件10之間相對位置改變時，感測器立即得知而將信號傳給控制器，以控制從動件加速或減速，以使主動件10與從動件二者的速度趨于同步，從動件雖對主動件10而言是負(fù)載，但此負(fù)載并不會造成主動件10的負(fù)擔(dān)，由此設(shè)計(jì)理念可推衍出以下多種具有實(shí)用價(jià)值的物品，例如上述文中所提及的感測器、控制器、電機(jī)等構(gòu)件，并在以下諸實(shí)際應(yīng)用實(shí)施例中會再加強(qiáng)予以說明。
請?jiān)賲㈤唸D5所示的本發(fā)明第二實(shí)施例應(yīng)用于高爾夫球電動車30的把手31對車速控制的把手部分立體圖，其控制方式請配合圖7至圖8所示其中，具有一可隨把手31拉動位移的位置參考體40(可為碳刷，磁鐵，光閘，金屬等)，一可提供該位置參考體40位移時，感測位置參考體40位置而輸出信號的感測體41(如印刷電路板，磁簧開關(guān)，光電開關(guān)或金屬感測器等)，以及一受該感測體41輸出信號控制的控制器42，該控制器42為可驅(qū)動高爾夫球電動車30上的電機(jī)，故該控制器42可視為一電機(jī)驅(qū)動器；藉由這些設(shè)置，圖7即可視為一整體的感測器。為利于說明，人們可將位置參考體40視為碳刷，而感測體41視為銅箔，碳刷并為一接地點(diǎn)(即圖示GND)，當(dāng)控制器42有三個I/O點(diǎn)(BIT2，BIT1，BIT0)用來感測碳刷位置時，倘若人們設(shè)計(jì)碳刷有碰到銅箔處，此I/O點(diǎn)電位為低LOW(0)，否則為高High(1)時，則以圖8為例，碳刷在不同位置，此三個I/O點(diǎn)便會有(011)、(001)、(101)、(100)及(110)等五種狀況，因此控制器42便會有五種加減速模式，當(dāng)然，該五種加減速模式是因感測體41與位置參考體40彼此間的相互配合方才能完成，所以，感測體41的形狀則可以有多種不同的設(shè)計(jì)變化，并非局限于單一種型態(tài)，而且，可設(shè)計(jì)出具有更多段超過五種加減速的控制模式，如圖9、圖11、圖15所示，也可如圖13那樣將感測體41的形狀改為弧狀，而仍具有五種加減速模式。也即在不同的模式之間，只要利用不同的參數(shù)設(shè)定，便會有不同的加減速模式，以達(dá)到操作的舒適感。假設(shè)以圖18來說，其橫軸為時間(T)，縱軸為速度(V)，當(dāng)使用者以手拉高爾夫球電動車30上的把手31時，若其五種加減速模式曲線如圖17所示，則驅(qū)動該高爾夫球電動車30的電機(jī)是慢慢地啟動狀態(tài)；反之，倘若其加速曲線中的時間(T)相對于速度(V)改變成如圖18那樣時，則驅(qū)動該高爾夫球電動車30的電機(jī)是快速啟動。
詳言之，利用參數(shù)的改變(這里所指的參數(shù)是加減速對時間關(guān)系的斜率)，則可使電機(jī)的驅(qū)動模式快慢、時間產(chǎn)生變化，以達(dá)到操作上的舒適感。
基本上，上述的I/O點(diǎn)輸出信號的控制可以藉由微處理機(jī)來完成，因此準(zhǔn)確性極高，同時，也可以執(zhí)行多種不同加速參數(shù)下的變化，例如從圖17、圖18兩圖比較可知，在不同加速參數(shù)下會有不同斜率的加速曲線產(chǎn)生，如電動載具需要慢慢啟動(SOFT START)，則可以用圖17的參數(shù)；如電動載具需較大的啟動力矩時，便適用圖18的參數(shù)。而且，也可利用I/O來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以圖9為例，此四個I/O點(diǎn)是共有(0111)、(0011)、(1011)、(1001)、(1101)、(1100)、(1000)、(1010)、(0010)、(0110)等十種狀態(tài)，若以最低位元(BIT0)電位為LOW(0)，以用來控制電機(jī)的雙向運(yùn)動，則其加速曲線可如圖19所示(圖中縱軸的“十”與“一”表示電機(jī)正方向與反方向拖力)；同理，在不同模式之間，利用不同的參數(shù)設(shè)定，便可達(dá)到具有不同的加減模式。
所以，當(dāng)控制器有五個I/O點(diǎn)用來感測碳刷位置如圖11或15時，則五個I/O點(diǎn)便會有(01111〕、(00111)、(10111)、(10011)、(11011)、(11001)、(11101)、(11100)、及(11110)等九種變化，藉由參數(shù)的設(shè)定，其也可搭配如圖20的加速曲線，而可達(dá)到控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的功能。
所以，由上述說明可知，倘若將主動件看成是人(請配合圖3所示)，而將電動載具的把手以本發(fā)明感測器表示，則便可藉手控電動載具的把手行進(jìn)，而該電動載具也將隨著人行走的速度而自動改變其電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到電動載具與人同步的功能。
另外，請?jiān)賲㈤唸D21、圖22所示，本發(fā)明實(shí)施例的速度控制方式也可采用圓周運(yùn)動控制，其搭配的感測器可如圖13或圖15所示，因此，只要對其參數(shù)改變，則可達(dá)到驅(qū)動功能。舉例來說，可將其圓周運(yùn)動控制的設(shè)計(jì)應(yīng)用到助動腳踏車60上，利用腳踏圓盤61與電機(jī)同動圓盤62之間的關(guān)系設(shè)計(jì)，使腳踏圓周運(yùn)動輸出信號，即可由圖14或圖16等多段加減速模式狀態(tài)以驅(qū)動電機(jī)，因腳踏車在騎乘時僅是需要前進(jìn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)時并不需考慮電機(jī)反轉(zhuǎn)，在此因電機(jī)的輔助，而達(dá)到助動的功能，實(shí)用性甚佳；而且，本發(fā)明也可利用在一助動輪椅7上，如圖23所示，助動輪椅7上具有助推輪70、滾動輪71、不動圓盤72、及差動圓盤73構(gòu)件，而其不動圓盤72與差動圓盤73之間的相關(guān)位置如圖24所示，倘若將圖11的五個I/O點(diǎn)的觀念改成五個開關(guān)(例如非接觸性的磁簧開關(guān))，因磁簧開關(guān)為一接近磁性元件(如磁鐵)便會導(dǎo)通的元件，所以可在該磁簧開關(guān)的特定位置設(shè)有磁性元件74(如圖24所示)，當(dāng)該磁簧開關(guān)共有五個I/O點(diǎn)時，則當(dāng)圖24中的差動圓盤73與其對應(yīng)的輪盤有偏差時，不同的磁性元件74便可使不同對應(yīng)的磁簧開關(guān)導(dǎo)通，因各開關(guān)角度配置的關(guān)系，使得有一、二個磁簧開關(guān)因接近磁性元件而動作，這時其動態(tài)變化及I/O輸出可如圖26所示，如此也可利用其參數(shù)的設(shè)定，以達(dá)到不同的速度控制功能。
經(jīng)由上述說明可知，圖5、圖21及圖23都是以主動件(即人)來實(shí)際下達(dá)速度命令，其控制流程如圖3所示，所以，操控性能的好壞可完全由人來感覺，然后再以實(shí)際狀況作參數(shù)設(shè)定。若將上述圖5、圖21、圖23等三例定位在“助動”的型式上，那么人(即主動件10)本身是應(yīng)該要出力，使從動件(即電動載具20，如高爾夫球電動車、輪椅的助推輪70等)運(yùn)動，要做到這一點(diǎn)，就是要在感測器上位置參考體40(例如碳刷)與主動件10同動，如圖27所示，而其感測體41(例如分段電路板)與從動件同動，即與電動載具20同動，且二者之間安裝有彈簧80，無論直線或圓周運(yùn)動都需安裝，如圖27、圖28、圖29所示，其用意一方面是使位置參考體40能自動歸位，不因受主動件10的拉力力量大小而有停滯不回的現(xiàn)象發(fā)生，以確?？刂频姆€(wěn)定性，另一方面是將人的拉力或推力經(jīng)由彈簧80傳到電動載具20上(即從動件上)，我們可藉此以數(shù)學(xué)上極限的觀念來解釋當(dāng)彈簧80的彈性系數(shù)無限大時，即位置參考體40停在歸零位置，也即位置參考體40不會動作，這時電機(jī)不會出力，電動載具20的前進(jìn)完全由主動件10來出力，形成傳統(tǒng)無動力車子；反之，當(dāng)該彈簧80的彈性系數(shù)無限小時，位置參考體40完全由主動件10來調(diào)整控制，而主動件10的力量無法傳到電動載具20上，故該電動載具20的位移完全由電機(jī)來出力，這就成了真正的電動車，因此適當(dāng)選擇彈簧80(改變彈簧彈性系數(shù)k值)，便可得到不同運(yùn)動程度的助動車。同理，圖29的輪椅，我們可將其助推輪70視為主動件10，而其滾動輪71視為從動件(即電動載具20)，也可達(dá)到相同的驅(qū)動效果，若在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，將彈簧設(shè)計(jì)成方便調(diào)整預(yù)壓量(如同調(diào)整彈性系數(shù))，如圖27所示，則可利用一前、后端分別具有右旋螺紋81A與左旋螺紋81B的螺桿81，且以其螺桿81的左、右旋螺紋81B、81A分別搭載一受彈簧80頂推的前、后擋片90、91，當(dāng)驅(qū)動螺桿81旋轉(zhuǎn)時，可使其擋片90、91分別向中間位移，以壓迫頂推其擋片90、91的彈簧80，以此設(shè)計(jì)，則使用者可視當(dāng)時的體力狀況自行調(diào)整電機(jī)的助動力，如此在實(shí)用上甚佳。
本發(fā)明的創(chuàng)作中心思想是以人為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，并以人的操控舒適性為設(shè)計(jì)目的，并非是傳統(tǒng)技術(shù)以非生命元件的電機(jī)為主；尤其，本發(fā)明欲驅(qū)動電動載具時，只需要主動件對抗當(dāng)時所搭配的彈簧彈力即可，如此也就是本發(fā)明前言所提及“助動”的功能，如此本發(fā)明的市場利用價(jià)值則極為廣泛(例如可搭載設(shè)于電動輪椅、高夫爾球電動車上等等)，極為實(shí)用，雖然本發(fā)明也依賴電機(jī)作為動力源，這一點(diǎn)是不可避免，但受控物件的位移驅(qū)動是完全由人來感受，完全符合人性化控制要求。而傳統(tǒng)技術(shù)欠缺人性化的設(shè)計(jì)，且傳統(tǒng)技術(shù)易產(chǎn)生控制誤差，整體相比較之下本發(fā)明具有顯著性功效上的增進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，其特征在于包括有一主動件，可為人；一感測器，是受該主動件所控制，其具有一受主動件驅(qū)動同動的位置參考體及一利用位置參考體位移以產(chǎn)生信號輸出的感測體；其中，該位置參考體并連接有一彈簧，可隨主動件的驅(qū)動而受力變形使該位置參考體具有自動復(fù)位及施力于下述電動載具達(dá)到助動的功能；一控制器，是接受該感測器上感測體所輸出的信號來驅(qū)動；一電機(jī)，是受該控制器上的信號來驅(qū)動，可使該電機(jī)具有加速或減速或正反轉(zhuǎn)的功能；以及一電動載具，是受該電機(jī)的驅(qū)動來帶動，與主動件之間具有連動功能，且該電動載具可利用主動件與電動載具之間的位移關(guān)系，使感測器可發(fā)出信號給控制器以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，致使主動件與該電動載具二者之間的速度可趨于同步。
2.如權(quán)利要求1所述的以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，其特征在于該位置參考體可以是碳刷、磁鐵、光閘、或金屬。
3.如權(quán)利要求1所述的以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具，其特征在于該感測體可設(shè)為預(yù)先規(guī)劃好相關(guān)位置的印刷電路板、磁簧開關(guān)、光電開關(guān)或金屬感測器，可提供位置參考體位置以產(chǎn)生不同信號的開關(guān)模組。
全文摘要
一種以相對位置控制搭載有電機(jī)的電動載具,有一主動件,可為人;一受主動件控制的感測器,一受主動件驅(qū)動而同動的位置參考體,和一當(dāng)位置參考體位移而產(chǎn)生信號輸出的感測體;位置參考體連接一彈簧,可隨主動件的驅(qū)動而受力變形,使位置參考體自動復(fù)位,且能將力傳到電動載具;一受感測器上感測體輸出信號驅(qū)動的控制器;一受控制器上信號驅(qū)動的電機(jī),及一受電機(jī)帶動的電動載具,當(dāng)主動件與電動載具相對位置改變,感測器將信號傳給控制器,改變電動載具速度,而與主動件同步。
文檔編號B60L15/18GK1342570SQ00124760
公開日2002年4月3日 申請日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月13日
發(fā)明者廖聰鏞 申請人:穩(wěn)正企業(yè)股份有限公司