軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器，包括分別連接在I2C總線的SCL和SDA上的三軸角速率陀螺儀、三軸加速度計、三軸地磁傳感器、氣壓高度計和STM32CortexM3系列微處理器；所述STM32CortexM3系列微處理器運行姿態(tài)的解算及與上位機的通訊，以系統(tǒng)的觀測量作為濾波器的輸入，以所要求的估計值即系統(tǒng)的狀態(tài)變量作為濾波器的輸出，濾波器的輸入和輸出由時間更新和觀測更新算法聯(lián)系在一起，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程算出所需要處理的信號。本實用新型的有益效果是：通過采用ARM處理器，結合MEMS傳感器，運用擴展的卡爾曼濾波算法結合這幾種傳感器的特點，以陀螺儀測量得到的角速率作預測更新，以重力加速度和磁場觀測更新，得到更高精度的姿態(tài)角信息。
【專利說明】軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種控制器，更具體說，它涉及一種軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器。

【背景技術】
[0002]隨著中國不斷的向老齡化社會邁進，越來越多的老齡問題日益嚴重，其中有些問題已成為我國當今社會面臨的主要問題。如隨著人們年紀的不斷增大，通常都會出現(xiàn)腿腳不便的現(xiàn)象，老年人在上下樓梯時就會存在障礙，當然在擁有電梯的小區(qū)這并不是什么難題，但是在中國的許多老小區(qū)，或者是一些無法安裝電梯的樓層，這就給老年人帶來了極大的麻煩，嚴重的影響了老年人的出行，甚至影響了他們的生活質量。根據(jù)杭州市民政局最近發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至去年年底，按戶籍人口統(tǒng)計，杭州60歲及以上老年人口為122.19萬人，占總人口數(shù)的17.53%。他們大多居住在沒有安裝電梯的老小區(qū)，每天上下樓都很煩惱。這就迫使我們來研發(fā)一款新的裝置來解決這一問題，我們稱之為登樓椅。登樓椅是一張?zhí)厥獾囊巫樱\行在沿樓梯鋪設的軌道上，人坐在上面，就可以自如的上下樓梯。相比傳統(tǒng)的電梯，登樓椅具有對安裝空間要求小、價格便宜、無需審核安裝、易于維護等特點，具有很強的應用及推廣前景。在登樓椅系統(tǒng)中，需要隨時對所乘坐的椅子進行平衡調整，使椅子一直與水平地保持水平，從而使人們在乘坐時舒適且具有安全感。為了實現(xiàn)這一功能，需要搭建一套多自由度水平控制系統(tǒng)。姿態(tài)估計儀又稱為航向姿態(tài)參考系統(tǒng)(Attitude and HeadingReference System, AHRS)能夠提供航向、橫滾和側翻等姿態(tài)信息,但是傳統(tǒng)的機械陀螺儀及光纖陀螺儀等高精度慣性導航器件價格昂貴，一般用于軍事等高精尖產(chǎn)品，很難民用。隨著MEMS傳感器價格的不斷降低，MEMS傳感器在消費類電子產(chǎn)品中得到了廣泛應用。但是MEMS角速率陀螺儀存在嚴重的零點漂移和隨機誤差，在捷聯(lián)慣性導航解算中會產(chǎn)生積分誤差，一般難以達到應用的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種調節(jié)精度高，舒適節(jié)能，穩(wěn)定安全的軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器。
[0004]這種軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器，包括分別連接在I2C總線的SCL和SDA上的三軸角速率陀螺儀、三軸加速度計、三軸地磁傳感器、氣壓高度計和STM32CortexM3系列微處理器；在I2C總線上還設有UART數(shù)據(jù)輸出模塊，SffD調試接口模塊和LED狀態(tài)指示模塊；所述三軸角速率陀螺儀和三軸加速度計由MPU6050提供；所述三軸地磁傳感器由HMC5883提供；所述氣壓高度計由BMP180提供。
[0005]本實用新型的有益效果是:通過采用ARM處理器，結合MEMS傳感器(角速度陀螺儀、重力加速度儀和地磁傳感器)，以陀螺儀測量得到的角速率作預測更新，以重力加速度和磁場觀測更新，得到更高精度的姿態(tài)角信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是登樓椅運動控制總圖；
[0007]圖2是本實用新型系統(tǒng)框圖；
[0008]圖3是本實用新型硬件框圖；
[0009]圖4是控制系統(tǒng)簡易框圖；

【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步描述。雖然本實用新型將結合較佳實施例進行描述，但應知道，并不表示本實用新型限制在所述實施例中。相反，本實用新型將涵蓋可包含在有附后權利要求書限定的本實用新型的范圍內(nèi)的替換物、改進型和等同物。
[0011]登樓椅的運行中，有兩個維度的運動系統(tǒng)，其一是椅身的上下樓運動(升降)，其二是椅身的維持水平運動(調平)。兩種運動的驅動都是由電機及其控制器完成。因此，課題需要研究電機的功率計算、電機選型、電機控制系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)仿真及參數(shù)選擇等，從而完成對登樓椅的運動控制。
[0012]如圖1所示，運動系統(tǒng)由二個維度構成:
[0013]其一，椅身的升降由主電機負責。由于升降速度比電機額定轉速低許多，而需求轉矩比電機額定轉矩大很多，因此，采用減速機輸出，從而提高轉矩同時降低速度，減速機與齒輪卡合，再由齒輪嚙合齒條，從而帶動椅身沿軌道升降。
[0014]其二，椅身的調平由副電機負責。由于椅身卡合在軌道上，而軌道在樓梯中間是傾斜的，而在樓梯平臺的部分是水平的，椅身則會隨著軌道傾角而變化。但作為乘客而言，要保證其乘坐的水平度，因此，要隨時維持椅身乘坐面的水平角度。因此，需要由副電機帶動椅身座椅部分旋轉以保持水平。與升降相同，其輸出轉矩遠大于電機額定轉矩，而轉速遠低于電機額定轉速，因此，同樣選擇減速機與副電機連接，然后卡合調平軸帶動椅身調平轉動。
[0015]如圖2和圖3所示，這種軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器，包括分別連接在I2C總線的SCL和SDA上的三軸角速率陀螺儀、三軸加速度計、三軸地磁傳感器、氣壓高度計和STM32 CortexM3系列微處理器；在I2C總線上還設有UART數(shù)據(jù)輸出模塊，SffD調試接口模塊和LED狀態(tài)指示模塊。所述STM32CortexM3系列微處理器運行姿態(tài)的解算及與上位機的通訊，以系統(tǒng)的觀測量作為濾波器的輸入，以所要求的估計值即系統(tǒng)的狀態(tài)變量作為濾波器的輸出，濾波器的輸入和輸出由時間更新和觀測更新算法聯(lián)系在一起，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程算出所需要處理的信號。所述STM32CortexM3系列微處理器擴展卡爾曼濾波算法的狀態(tài)變量采用四維四元數(shù)。所述三軸角速率陀螺儀和三軸加速度計由MPU6050提供。所述三軸地磁傳感器由HMC5883提供。所述氣壓高度計由BMP180提供。
[0016]傳感器校準:傳感器的精度直接影響了姿態(tài)估算的最終結果，因此需要對陀螺儀進行溫度補償，對硬磁及非正交度校正等。
[0017]控制系統(tǒng)的簡易框圖如圖4所示，通過姿態(tài)估計儀器即本實用新型的軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器獲得登樓椅當前的橫向姿態(tài)，控制目標是要將橫向偏移控制在O度，控制算法采用精度的PID控制算法。
【權利要求】
1.一種軌道式登樓椅椅身水平調節(jié)控制器，其特征在于:包括分別連接在I2C總線的SCL和SDA上的三軸角速率陀螺儀、三軸加速度計、三軸地磁傳感器、氣壓高度計和STM32CortexM3系列微處理器；在I2C總線上還設有UART數(shù)據(jù)輸出模塊，SffD調試接口模塊和LED狀態(tài)指示模塊；所述三軸角速率陀螺儀和三軸加速度計由MPU6050提供；所述三軸地磁傳感器由HMC5883提供；所述氣壓高度計由BMP180提供。
【文檔編號】G05D1/08GK203838561SQ201320818155
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權日:2013年12月11日
【發(fā)明者】劉泓, 龐文堯, 肖鐸 申請人:浙江大學城市學院