轨道式登楼椅椅身水平调节控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种轨道式登楼椅椅身水平调节控制器，包括分别连接在I2C总线的SCL和SDA上的三轴角速率陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器、气压高度计和STM32CortexM3系列微处理器；所述STM32CortexM3系列微处理器运行姿态的解算及与上位机的通讯，以系统的观测量作为滤波器的输入，以所要求的估计值即系统的状态变量作为滤波器的输出，滤波器的输入和输出由时间更新和观测更新算法联系在一起，根据系统的状态方程和观测方程算出所需要处理的信号。本实用新型的有益效果是：通过采用ARM处理器，结合MEMS传感器，运用扩展的卡尔曼滤波算法结合这几种传感器的特点，以陀螺仪测量得到的角速率作预测更新，以重力加速度和磁场观测更新，得到更高精度的姿态角信息。
【专利说明】轨道式登楼椅椅身水平调节控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种控制器，更具体说，它涉及一种轨道式登楼椅椅身水平调节控制器。
【背景技术】
[0002]随着中国不断的向老龄化社会迈进，越来越多的老龄问题日益严重，其中有些问题已成为我国当今社会面临的主要问题。如随着人们年纪的不断增大，通常都会出现腿脚不便的现象，老年人在上下楼梯时就会存在障碍，当然在拥有电梯的小区这并不是什么难题，但是在中国的许多老小区，或者是一些无法安装电梯的楼层，这就给老年人带来了极大的麻烦，严重的影响了老年人的出行，甚至影响了他们的生活质量。根据杭州市民政局最近发布的数据，截至去年年底，按户籍人口统计，杭州60岁及以上老年人口为122.19万人，占总人口数的17.53%。他们大多居住在没有安装电梯的老小区，每天上下楼都很烦恼。这就迫使我们来研发一款新的装置来解决这一问题，我们称之为登楼椅。登楼椅是一张特殊的椅子，它运行在沿楼梯铺设的轨道上，人坐在上面，就可以自如的上下楼梯。相比传统的电梯，登楼椅具有对安装空间要求小、价格便宜、无需审核安装、易于维护等特点，具有很强的应用及推广前景。在登楼椅系统中，需要随时对所乘坐的椅子进行平衡调整，使椅子一直与水平地保持水平，从而使人们在乘坐时舒适且具有安全感。为了实现这一功能，需要搭建一套多自由度水平控制系统。姿态估计仪又称为航向姿态参考系统(Attitude and HeadingReference System, AHRS)能够提供航向、横滚和侧翻等姿态信息,但是传统的机械陀螺仪及光纤陀螺仪等高精度惯性导航器件价格昂贵，一般用于军事等高精尖产品，很难民用。随着MEMS传感器价格的不断降低，MEMS传感器在消费类电子产品中得到了广泛应用。但是MEMS角速率陀螺仪存在严重的零点漂移和随机误差，在捷联惯性导航解算中会产生积分误差，一般难以达到应用的精度。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种调节精度高，舒适节能，稳定安全的轨道式登楼椅椅身水平调节控制器。
[0004]这种轨道式登楼椅椅身水平调节控制器，包括分别连接在I2C总线的SCL和SDA上的三轴角速率陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器、气压高度计和STM32CortexM3系列微处理器；在I2C总线上还设有UART数据输出模块，SffD调试接口模块和LED状态指示模块；所述三轴角速率陀螺仪和三轴加速度计由MPU6050提供；所述三轴地磁传感器由HMC5883提供；所述气压高度计由BMP180提供。
[0005]本实用新型的有益效果是:通过采用ARM处理器，结合MEMS传感器(角速度陀螺仪、重力加速度仪和地磁传感器)，以陀螺仪测量得到的角速率作预测更新，以重力加速度和磁场观测更新，得到更高精度的姿态角信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是登楼椅运动控制总图；
[0007]图2是本实用新型系统框图；
[0008]图3是本实用新型硬件框图；
[0009]图4是控制系统简易框图；
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。虽然本实用新型将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本实用新型限制在所述实施例中。相反，本实用新型将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本实用新型的范围内的替换物、改进型和等同物。
[0011]登楼椅的运行中，有两个维度的运动系统，其一是椅身的上下楼运动(升降)，其二是椅身的维持水平运动(调平)。两种运动的驱动都是由电机及其控制器完成。因此，课题需要研究电机的功率计算、电机选型、电机控制系统设计、控制系统仿真及参数选择等，从而完成对登楼椅的运动控制。
[0012]如图1所示，运动系统由二个维度构成:
[0013]其一，椅身的升降由主电机负责。由于升降速度比电机额定转速低许多，而需求转矩比电机额定转矩大很多，因此，采用减速机输出，从而提高转矩同时降低速度，减速机与齿轮卡合，再由齿轮啮合齿条，从而带动椅身沿轨道升降。
[0014]其二，椅身的调平由副电机负责。由于椅身卡合在轨道上，而轨道在楼梯中间是倾斜的，而在楼梯平台的部分是水平的，椅身则会随着轨道倾角而变化。但作为乘客而言，要保证其乘坐的水平度，因此，要随时维持椅身乘坐面的水平角度。因此，需要由副电机带动椅身座椅部分旋转以保持水平。与升降相同，其输出转矩远大于电机额定转矩，而转速远低于电机额定转速，因此，同样选择减速机与副电机连接，然后卡合调平轴带动椅身调平转动。
[0015]如图2和图3所示，这种轨道式登楼椅椅身水平调节控制器，包括分别连接在I2C总线的SCL和SDA上的三轴角速率陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器、气压高度计和STM32 CortexM3系列微处理器；在I2C总线上还设有UART数据输出模块，SffD调试接口模块和LED状态指示模块。所述STM32CortexM3系列微处理器运行姿态的解算及与上位机的通讯，以系统的观测量作为滤波器的输入，以所要求的估计值即系统的状态变量作为滤波器的输出，滤波器的输入和输出由时间更新和观测更新算法联系在一起，根据系统的状态方程和观测方程算出所需要处理的信号。所述STM32CortexM3系列微处理器扩展卡尔曼滤波算法的状态变量采用四维四元数。所述三轴角速率陀螺仪和三轴加速度计由MPU6050提供。所述三轴地磁传感器由HMC5883提供。所述气压高度计由BMP180提供。
[0016]传感器校准:传感器的精度直接影响了姿态估算的最终结果，因此需要对陀螺仪进行温度补偿，对硬磁及非正交度校正等。
[0017]控制系统的简易框图如图4所示，通过姿态估计仪器即本实用新型的轨道式登楼椅椅身水平调节控制器获得登楼椅当前的横向姿态，控制目标是要将横向偏移控制在O度，控制算法采用精度的PID控制算法。
【权利要求】
1.一种轨道式登楼椅椅身水平调节控制器，其特征在于:包括分别连接在I2C总线的SCL和SDA上的三轴角速率陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器、气压高度计和STM32CortexM3系列微处理器；在I2C总线上还设有UART数据输出模块，SffD调试接口模块和LED状态指示模块；所述三轴角速率陀螺仪和三轴加速度计由MPU6050提供；所述三轴地磁传感器由HMC5883提供；所述气压高度计由BMP180提供。
【文档编号】G05D1/08GK203838561SQ201320818155
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】刘泓, 庞文尧, 肖铎 申请人:浙江大学城市学院