转动计算系统以及转动计算方法与流程

本发明有关转动计算系统以及转动计算方法，特别有关根据光学机制来计算转动的转动计算系统以及转动计算方法。

背景技术：

现有技术中的自行车速度计算器会使用一感应磁铁来计算轮子的转动，以相对应的计算出自行车的速度。具体来说，自行车速度计算器的磁铁传感器会设置在自行车的前叉(fork)，而感应磁铁会设置在轮子的轮幅(spoke)。藉此，磁力传感器可感测感应磁铁的移动，而感应磁铁的移动对应轮子的转动。因此，可根据感应磁铁的移动来计算自行车速度。

然而，这一类自行车速度计算器具有某些缺点。举例来说，若感应磁铁具有较强的磁力，则磁力传感器可较轻易的感测磁力。然而，因为轮框、前叉和轮幅均由金属制成，磁力可能会影响轮子的转动。相反的，若感应磁铁具有较弱的磁力，则磁力传感器较难感测到磁力。此外，轮子大部分均不具有感应磁铁，因此无法被磁力传感器感测到，这样自行车速度无法实时的被感测到，且较不精确。

技术实现要素：

本发明一目的是公开一转动计算系统，其可根据光学机制来测量一自行车速度。

本发明另一目的是公开一转动计算方法，其可根据光学机制来测量一自行车速度。

本发明一实施例公开了一种转动计算系统，其特征在于，包含：第一光学特性获取装置，用以取得第一目标装置的特征的光学特性；以及计算单元，用以根据该第一目标装置的该特征的该光学特性来计算第一转动装置的转动。

本发明另一实施例公开了一种转动计算方法，其特征在于，包含：(a)取得第一目标装置的特征的光学特性；以及(b)根据该第一目标装置的该特征的该光学特性来计算第一转动装置的转动。

根据前述实施例，可通过光学机制计算自行车或车子的速度，因此可改善现有速度计算方法的不精确问题。

附图说明

图1是根据本发明实施例的快拆的示意图；

图2和图3是根据本发明实施例的快拆的细节示意图；

图4至图7是根据本发明实施例的如何取得光学特性的示意图；

图8和图9绘示了图2和图3中的快拆装设到轮子的示意图；

图10绘示了快拆被另一形态的轮轴取代的示意图；

图11绘示了根据本发明另一实施例的转动计算系统的另一态样的示意图；

图12绘示了根据本发明一实施例的转动计算方法的示意图；

图13绘示了根据本发明一实施例的防水防尘结构的示意图；

图14a和图14b是根据本发明一实施例的，一轮轴的防错元件的示意图；

图15和图16是根据本发明一实施例的，将转动计算方法使用在踏板的示意图；

图17绘示了一用户界面，其使用了基于前述转动计算方法的速度侦测方法；

图18是根据本发明一实施例的，将转动计算方法运用至一车子的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100快拆

101手把

103快拆轴

105固定器

201、1101_1、1101_2、1305、1505、1601、1801、1803、1807

光学特性取得装置

203、1307计算单元

205电池

207无线通信装置

301、1402花鼓

801、803、1103前叉

900、1003、1105轮子

1001、1301、1401轮轴

1107手机

1109车架

1111踏板

1113炼轮

1303密封材料

1403突起部

1405沟槽

1501踏板

1503踏板轴

1507培林

1700用户界面

1701传感器设定区

1703信息设定区

1705轮子信息区

1707踏板信息区

1709图表区

1800转动计算系统

1805差动器

ch1、ch2、ch3图表

cds_r右车传动轴

cds_l左车传动轴

cw_l左车轮

cw_r右车轮

cs密闭空间

cr计算结果

f特征

fl一圈

ims感测影像

imf特征影像

oc光学特性

ps小齿轮轴

具体实施方式

在以下叙述中公开了多个实施例，用以说明本发明的内容。还请留意，以下实施例中的元件可以硬件来实施(例如电路或机械结构)或者硬件搭配软件(例如在处理器中安装程序代码)。

图1是根据本发明实施例的快拆(quickrelease)的示意图。如图1所示，快拆100包含一手把101、一快拆杆103以及一固定器105。通过操作手把101以及固定器105，快拆100可连接至轮子以作为轮轴。操作细节将在底下详述。

图2和图3是根据本发明实施例的快拆的细节示意图。如图2所示，快拆杆103包含一转动计算系统。这个转动计算系统包含一光学特性取得装置201以及一计算单元203。光学特性取得装置201用以取得一目标装置的至少一特征的光学特性oc。计算单元203用以根据光学特性oc计算转动装置的转动以产生一计算结果cr。

还请留意，目标装置和转动装置可是相同装置或是不同装置。此外，计算单元203不限制位在快拆轴103的内部。若计算单元203位在快拆轴103的内部，计算单元203可将计算结果cr传送到另一装置(例如，图11中的手机1107，其位在脚踏车的手把上)。此外，若计算单元203位在快拆轴103的外部(例如，位在图11中的手机1107，其位在脚踏车的手把上)，光学特性取得装置201可将光学特性oc输出到计算单元203。在一实施例中，手把101包含电池205和无线通信装置207。电池205用以提供光学特性取得装置201、计算单元203和无线通信装置207电能，而无线通信装置207用以输出光学特性oc或计算结果cr。

在一实施例中，转动装置是一轮子，目标装置是连接到轮子的花鼓(hub)。也就是说，光学特性获取装置201用以取得花鼓的内部表面的特征的光学特性，然后计算单元203根据花鼓的内部表面的特征的光学特性计算轮子的转动。

如图3所示，快拆100的快拆轴103被组装到花鼓301，因此光学特性获取装置201也位在花鼓301内。藉此，光学特性取得装置201可取得花鼓301的内部表面的光学特性oc。前述”特征”可指花鼓301内部表面中或内部表面上，可用以辩识的任何物质。举例来说，花鼓301内部表面中或内部表面上的纹理(texture)、记号、或是特定材料。此外，前述光学特性可是特征的影像或是光谱。在图3中，由于光学特性获取装置201位在花鼓301中，光学特性获取装置201可避免被水份或尘土污染。

在一实施例中，光学特性获取装置201是影像传感器，用以感测包含目标装置的特征的感测影像。

在一实施例中，特征是一记号且光学特性获取装置201是影像传感器，用以感测包含花鼓301的特征的感测影像。相关详细内容绘示在本发明的图4至图7中。还请留意，图4至图7是图3中以x方向看入的示意图。

如图4所示，光学特性获取装置201撷取一感测影像ims，这个感测影像ims包含一特征影像imf。还请留意，感测影像ims不一定要具有高分辨率，例如不一定要如强大照相机所撷取影像般具有高分辨率。只要特征f可被辨识，感测影像ims的分辨率或细节可尽量被调低，以节省电能。请参照图4，在这例中，特征影像imf是在感测影像ims的中心。

在图5中，花鼓301是逆时针转动，因此特征f在感测影像ims中的位置会相对应的移动。在图6中，花鼓301持续的逆时针转动，因此特征f会移至花鼓301的顶端。因此，在图6中，特征影像imf不会出现在感测影像ims中。在图7中，花鼓301持续的逆时针转动，因此特征f会持续移动，特征影像imf会相对应的移动并再次出现。图7以后，特征f会回到图4的位置，因此特征影像imf会再次回到感测影像ims的中心，其表示花鼓301转了一圈。综上，计算单元203可根据花鼓301的特征f计算花鼓301的转动圈数。还请留意，计算单元203不限在计算花鼓301的转动圈数。计算单元203可根据光学特性计算转动角度(例如90度)。举例来说，若花鼓301具有多个特征，计算单元203可根据这些特征的光学特性计算转动角度，而非计算转动圈数。

在另一实施例中，特征f具有预定材料，且光学特性获取装置201包含雷射装置。光学特性获取装置201产生雷射至花鼓301，若特征f在光学特性获取装置201的射程中，会取得预定光谱。也就是说，若预定光谱出现两次，则可判断花鼓301转动了一圈。

图8和图9绘示了图2和图3中的快拆装设到轮子的示意图。在图8中，花鼓301连接至自行车的前叉801、803，且快拆轴103组装至花鼓301中。在这例中，快拆100是作为轮轴使用。手把101用以将快拆轴103的一端固定至前叉801。详细来说，若手把101位在位置b，快拆轴103被固定至前叉801。相反的，若手把101位在位置a，则快拆轴103可从前叉801被移除。固定器105用以将快拆轴103的另一端固定至前叉803。固定器105可具有任何可将快拆轴103固定至前叉803的固定结构，举例来说，插销(plug)或螺栓(bolt)。通过操作手把101和固定器105，快拆100可连接至轮子或自轮子被移除。图9是绘示了快拆100被装设到轮子900的示意图，其视角是图8的实施例中以y方向看入。根据图9，其可明显看出快拆100是作为轮子900的轮轴。

还请留意，前述快拆100可被其他种类的轮轴所取代。如图10所示，轮轴1001是通过其他种类的固定元件连接至轮子1003，而不是前述的手把和固定器。在此例中，前述的无线通信装置和电池是位在轮轴1001中，而轮轴1001是位在花鼓中。这一类变化应落在本发明的范围内。

在前述的实施例中，光学特性获取装置是位在花鼓中，然而光学特性获取装置可位在光学特性获取装置的其他位置。图11绘示了根据本发明另一实施例的转动计算系统的另一态样的示意图。

如图11所示，光学特性获取装置1101_1设置在前叉1103，这样光学特性获取装置1101_1可获取轮子1105的外部表面的特征的光学特性，而手机1107中的计算单元根据轮子1105的外部表面的特征的光学特性计算轮子1105的转动，藉这可计算自行车速度。还请留意光学特性获取装置的位置不限和光学特性获取装置1101_1的位置相同。举例来说，光学特性获取装置1101_2设置在车架1109。图11仅用以举例，光学特性获取装置和计算装置可装设至自行车的任意位置。

根据前述实施例，可得到如图12所述的转动计算方法，其包含下列步骤：

步骤1201

取得目标装置的特征的光学特性。

步骤1203

根据该目标装置的特征的光学特性来计算转动装置的转动(例如，计算转动圈数)。

如前述实施例所述，目标装置以及转动装置可是相同装置或不同装置。而且，若使用图12的转动计算方法来计算自行车速度，这转动计算方法可进一步包括”根据转动装置的转动来计算自行车速度”的步骤。转动计算方法的其他详细步骤已说明于前述实施例中，故在这里不再赘述。

在前述部分实施例中，光学特性获取装置或是计算单元位在轮轴中。由于轮轴接近地面，因此自行车移动时，光学特性获取装置或是计算单元可能被水分或尘土污染。在另一实施例中，本发明更公开了防水或防尘的机制。

图13绘示了根据本发明一实施例的防水防尘结构的示意图。如图13所示，轮轴1300(例如图3中的快拆103)进一步包括轮轴1301上的密封材料1303。密封材料1303位在轮轴1301和花鼓301间，当轮轴1301位在花鼓301中时，密封材料1303为轮轴1301的一部分提供密闭空间cs。光学特性获取装置1305或是计算单元1307位在这密闭空间cs中，这密闭空间cs是水分或尘土无法到达的区域，因此可保护光学特性获取装置1305或是计算单元1307不被水分或尘土污染。密封材料1303可为任何材料，只要能填满轮轴1301和花鼓301间的间隙来提供密闭空间cs，举例来说，硅胶片。

此外，本发明另一实施例公开一防错元件用以指示将该轮轴组装到该第一目标装置的方向。藉此，使用者在将轮轴组装到花鼓时可以有较好的便利性，且光学特性获取装置或是计算单元可以位在适当的位置。

图14a和图14b是根据本发明一实施例的，一轮轴的防错元件的示意图。如图14a所示，防错元件是为轮轴1401的突起部1403，且花鼓1402进一步包括相对应突起部1403的一沟槽1405。当使用者在将轮轴1401组装到花鼓1402时，使用者可将突起部1403对准沟槽1405，使得轮轴1401可以正确的插入并卡住花鼓1402。

因此，突起部1403可指示将轮轴组装到花鼓时的组装方向。图14b绘示了自图14a的y方向看入的示意图。根据图14a和14b，可更清楚的了解图14a中元件的关系。还请留意，防错元件不受限在图14a和图14b中的实施例，任何可指示将轮轴组装到花鼓时的组装方向的防错元件均应落在本发明的范围内。

除了前述的轮轴外，本发明所公开的转动计算方法或转动计算系统可运用在其他装置。图15和图16是根据本发明一实施例的，将转动计算方法使用在踏板的示意图。

请先参阅图11，当移动自行车时，一使用者会踩着踏板1111往前以转动炼轮1113(chainwheel)(也就是，踏板1111绕着炼轮1113转动)，这样轮子1005可相对应的转动。因此，若踏板1111被推动而绕着炼轮1113而具有一圈fl的转动，炼轮1113也相对应的转动。由于炼轮1113会相对应于轮子1005的转动而转动，可计算出自行车1100的速度。

在图15中，光学特性获取装置1505是位在踏板轴1503中。当踏板1501如同图11般转动时，踏板轴1503会具有相对应的转动。详细言之，踏板1501具有一培林(bearing)1507，培林1507连接至踏板1501。通过培林1507，当踏板1501如同图11般转动时，踏板轴1503和踏板1501间会有相对转动。请留意，图15仅用以举例，任何可提供踏板1501和踏板轴1503的相对转动的元件，均应落在本发明的范围内。

光学特性获取装置1505获取踏板1501至少一特征的光学特性oc。因此，计算单元(未绘示)可根据光学特性获取装置1505所获取的光学特性oc来计算踏板轴1503的转动。计算单元可位在踏板轴1503内或外。

还请留意，光学特性获取装置的位置不限在图15的实施例。举例来说，在图16的实施例中，光学特性获取装置1601设置在踏板1501的外部(但也可以位在踏板内部)。在这实施例中，光学特性获取装置1601获取踏板轴1503至少一特征的光学特性oc。因此，计算单元(未绘示)可根据光学特性获取装置1601所获取的光学特性oc来计算踏板轴1503的转动。计算单元可位在踏板1501内或外。

在图15和图16的实施例中，可计算自行车的速度，而用户左右脚的力量也可根据自行车的速度而分别的被计算出来。若用户左右脚的力量不平均，可能会影响到使用者骑乘自行车的平衡。因此，本发明所公开的转动计算系统和转动计算方法可用以调整使用者左右脚的力量，使得使用者骑乘自行车时有较好的平衡。除了左右脚的力量，其他用户信息也可根据自行车速度而求得，相关内容将在以下实施例详述。

基于前述的方法，可得到多种用户信息或是自行车信息。举例来说，可根据依前述方法所得到的脚踏车速度来计算出最大速度、总骑乘距离、燃烧的热量、平均踏频(cadence)、或是最高踏频。此外，若已得知速度、踏频以及脚踏车的设定(例如：变速器档位)，则可计算出使用者可提供的功率。

此外，脚踏车的设定可被设定为训练模式，以训练用户使其具有理想的表现。举例来说，以一训练模块为基准，让用户有理想的耐力、理想的平均速度、理想的最高速度、或是理想的姿势。在一实施例中，可纪录另一用户的状态来建立训练模块。自行车可通过各种不同的用户界面来控制，举例来说，设置在自行车上的用户界面，或是通过无线通信来连接到自行车的智能型电子装置，或是一语音控制装置。

而且，若已得知自行车速度，可计算出踩踏力量(也就是，前述的左右腿力量)。也可计算出踏板和踩踏力量间的角度，来测量踩踏力量的稳定性。藉此，可判断使用者是否具有正确姿势，或者自行车的零件是否正常运作。此外，基于前述用户信息或自行车信息，可判断自行车的零件是否需要调整，例如座椅高度或手把高度。

图17绘示了一用户界面1700，其使用了基于前述转动计算方法的速度侦测方法。如图17所示，用户界面1700包含传感器设定区1701、信息设定区1703、轮子信息区1705、踏板信息区1707以及图表区1709。

如前所述，光学特性获取装置可被提供至自行车的不同位置。因此，多个光学特性获取装置可被提供在自行车内或自行车上，且使用者可选择其中至少一光学特性获取装置来使用。当然，用户可选择多个光学特性获取装置来同时用户以计算出较精确的速度。

用户可通过信息设定区1703来设定自行车信息或用户信息。举例来说，使用者可设定自行车的重量或是使用者重量。在一实施例中，信息设定区1703进一步包括补偿设定区1704，通过这补偿设定区1704，使用者可对自行车的不同部分设定补偿值。

轮子信息区1705可显示跟轮子有关的信息，举例来说，可根据轮子的转动来计算出自行车速度。在另一实施例中，轮子信息区1705更显示除了自行车速度之外的信息，举例来说，总骑乘距离或是燃烧的热量。踏板信息区1707显示与踏板有关的信息，例如rpm(每分钟回转数，revolutionsperminute)或是最高踏频。

图表区1709显示用户信息的图表。举例来说，图表ch1绘示了自行车速度、图表ch2绘示了基于自行车速度的自行车加速度、而图表ch3绘示了踏板的回转数(也就是，踏板绕着炼轮的转圈数)。在图表ch3中，曲线代表踏板力量，而波峰处代表使用者提供最大的踏板力量，其通常发生在踏板往炼轮移动时。因此，两波峰间(例如波峰p1和波峰p2)通常可代表踏板的一回转。

还请留意，前述的用户信息、自行车信息以及用户界面的区域分配仅用以举例，并非用以限定本发明。

图18是根据本发明一实施例的，将转动计算方法运用至一车子的示意图。如图18所示，转动计算系统1800包含光学特性获取装置1801以及1803。光学特性获取装置1801用以获取左车传动轴(drivingshaft)cds_l的至少一特征的光学特性oc，而光学特性获取装置1803用以获取右车传动轴(drivingshaft)cds_r的至少一特征的光学特性oc。然后，计算单元分别根据光学特性oc来计算左车轮cw_l以及右车轮cw_r的转动。藉此可计算出左车轮cw_l以及右车轮cw_r的速度。

通常来说，车子会具有差动器(differential)1805，使得车子可以平顺的移动。详细来说，车的轮子在转弯时会有不同的转速。换句话说，轮子在转弯时会移动不同的距离，使得内轮的移动距离会小于外轮的移动距离。由于速度是距离除以时间，因此同一段时间内移动较短距离的轮子会具有较慢的速度。差动器1805连接至左车传动轴cds_l以及右车传动轴cds_r，且包含多个齿轮，来允许左车轮cw_l以及右车轮cw_r可具有不同速度。

差动器1805的详细结构是所属领域技术人员所知悉。举例来说，专利号是us4,693,134的美国专利以及专利号是us4,874,059的美国专利均提及了差动器。相关细节在这不再赘述。

在一实施例中，转动计算系统1800包含一光学特性获取装置1807，其用以获取小齿轮轴(pinionshaft)ps的至少一特征的光学特性oc，这小齿轮轴ps用以提供汽车动力给差速器1805。然后，计算单元可根据光学特性获取装置1807所取得的小齿轮轴ps的光学特性计算小齿轮轴ps的转动。由于汽车动力是由汽车引擎提供给小齿轮轴ps，因此小齿轮轴ps的转动会正比于汽车的速度。因此，通过计算小齿轮轴的转动，可通过计算小齿轮轴ps的转动来求得汽车速度。

在一实施例中，差动器1805具有一壳体，这壳体包含多个齿轮，且前述的光学特性获取装置1801、1803以及1807可位在这壳体中。藉这光学特性获取装置1801、1803以及1807可避免污染。

根据前述实施例，可通过光学机制计算自行车或车子的速度，因此可改善现有速度计算方法的不精确问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。