CN103196444B - 智能电动儿童椅的路径生成方法及智能电动儿童椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电动儿童椅的路径生成方法及智能电动儿童椅，包括了学习以及再现部分。本发明的优势在于提出了一种运动路径学习和再现方法。以在智能电动儿童椅上的应用为例，其优势在于使这类摇椅具备一种可供用户自行定义其运动路径的功能模式，在这种模式下智能电动儿童椅能够记录自身运动状态信息（比如速度、位置坐标和姿态等），并在需要的时候自动再现，从而能够满足不同用户的多样需求，显著增强该产品的灵活性，使其功能和用户体验更加丰富多样。

Description

智能电动儿童椅的路径生成方法及智能电动儿童椅

技术领域

本发明涉及一种智能电动儿童椅的路径生成方法及智能电动儿童椅。

背景技术

据联合国的统计数据，全球婴幼儿数量为，全球每天的新生婴儿数是30万；另外根据数据显示，中国0到6岁的婴幼儿数量为1.08亿，而童车是婴童产品中的最为典型和普遍的产品，有着非常大的市场。针对婴幼儿阶段的产品有电动秋千，以及美国4moms公司新推出的的mamRroo双轴自动婴儿车产品等。一方面现有儿童摇椅产品的运动路径（一般为秋千式摆动）均采用出厂预先设置的方式，如普通秋千式摇椅以及美国4moms公司的mamRroo婴儿车等；另一方面现有儿童摇椅产品的运动模式单一，普通秋千式摇椅只有一种摆动模式，美国4moms公司的mamRroo双轴自动婴儿车产品也仅提供5项固化的运行模式（分别是过山车式、袋鼠跳跃式、吊床摇摆式、再见摇摆式和圆环式）。这类摇椅不具备一种可供用户自行定义其运动路径的功能模式，在这种模式下智能电动儿童椅能够记录自身运动状态信息（比如速度、位置坐标和姿态等），并在需要的时候自动再现，从而不能够满足不同用户的多样需求，不能获得更好的用户体验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可供用户自行定义其运动路径的功能模式的智能电动儿童椅的路径生成方法。

本发明的技术方案是：一种智能电动儿童椅的路径生成方法，包括学习模式部分，所述学习模式部分的具体步骤为：

（1）每隔一段时间T通过I/O中断分别测量驱动电机码盘产生的脉冲个数，脉冲个数除以时间间隔T即为电机转速值，脉冲数累积即为位置值；

（2）每隔一段时间T1读取驱动电机的转速值和位置值，T1大于T；

（3）将上一步得到的转速值和位置值转换并存储，得到电动儿童椅的路径。

在某些实施方式中，还包括再现部分，所述再现部分的具体步骤为：

（1）根据当前设定的电机转速值、位置值采用PID算法控制电机驱动模块使电机到达设定的转速值和位置值；

（2）周期性地从内部存储器中读取单个数据，转换成电机转速值、位置值；

（3）根据电机的实际特性参数对当前的转速值和位置值进行修正和限制；

（4）将上一步得到的转速值和/或位置值作为当前的电机控制的设定值，从而控制电机运动。

在某些进一步实施方式中，当系统进入学习模式后，当监测到转速值不为零时系统才开始记录状态数据。

在某些进一步实施方式中，当系统进入学习模式后，当监测到转速值持续为零且超过设定的时间就自动退出学习模式。

在某些进一步实施方式中，当系统进入学习模式后，第一次开始运动到停止的持续时间如果不超过事先设定的时间则不保存期间产生的数据。

在某些进一步实施方式中，当系统进入学习模式后系统监测到一段时间长度转速值不为零后又监测到转速值为零且超过设定的时间，则系统自动保存学习过程记录的数据并自动退出学习模式。

在某些实施方式中，当系统进入或退出学习模式时，会播放学习开始或结束的提示音。

本发明解决的又一技术问题是提供一种智能电动儿童椅。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能电动儿童椅，包括椅架、设置于所述的椅架上的座位、设置于所述的椅架底部的多组轮组件，还包括用于实现上述任意一种路径生成方法的路径生成装置，所述的路径生成装置设置于所述的椅架上，所述的路径生成装置包括：

主控板，主控板负责整个系统各个模块的管理和控制；

用户操作模块，用于选择功能模式和控制智能电动儿童椅的运动；

存储器模块，用于存储学习过程中记录的数据；

电机驱动控制模块，根据主控板的控制信号分别控制两个驱动电机的转速和转向，从而控制智能电动儿童椅的运动速度和方向即运动路径；

反馈测量模块，用于测量电机的位置和速度运动参数，系统定期采样周期内码盘产生的数字脉冲数来获得电机转速值，通过脉冲数累积值获取电机位置值。

在某些实施方式中，所述的路径生成装置还包括可以控制用户操作模块的遥控器。

在某些实施方式中，所述的轮组件包括两个分别受相应的所述的驱动电机控制的动力轮组件，两个所述的动力轮组件的轮轴心线相同轴或者始终相平行。

在某些进一步实施方式中，所述的轮组件还包括辅轮组件，所述的辅轮组件包括辅轮接头、转动连接在所述的辅轮接头上的辅轮，所述的辅轮接头与所述的椅架通过轴心线沿着铅垂方向的转轴转动连接。

本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：以在智能电动儿童椅上的应用为例，其优势在于使这类摇椅具备一种可供用户自行定义其运动路径的功能模式，在这种模式下智能电动儿童椅能够记录自身运动状态信息（比如速度、位置坐标和姿态等），并在需要的时候自动再现，从而能够满足不同用户的多样需求，显著增强该产品的灵活性，使其功能和用户体验更加丰富多样。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为智能电动儿童椅的立体示意图；

图2本发明的系统组成结构图；

图3为学习部分程序流程图；

图4为再现部分程序流程图；

其中，1、椅架；2、座位；3、动力轮组件；4、辅轮组件。

具体实施方式

本发明的实现过程主要可以分成学习和再现两个部分，在本实例中两部分功能的实现都基于如图2所示的基本组成结构。如附图1所示，一种智能电动儿童椅，包括椅架1、设置于所述的椅架1上的座位2、设置于所述的椅架1底部的多组轮组件，还包括路径生成装置，所述的路径生成装置设置于所述的椅架1上。椅架1的造型不是本发明的要点。

智能电动儿童椅采用双轮驱动，即所述的轮组件包括两个分别受相应的所述的驱动电机控制的动力轮组件3，两个所述的动力轮组件3的轮轴心线相同轴或者始终相平行。通过差速实现转弯。所述的轮组件还包括辅轮组件4，所述的辅轮组件4包括辅轮接头、转动连接在所述的辅轮接头上的辅轮，所述的辅轮接头与所述的椅架1通过轴心线沿着铅垂方向的转轴转动连接。

本发明的智能电动儿童椅的路径生成装置主要包括以下部分：

主控板：作为整个系统的核心，可采用常见的微控制器或微处理器来实现，本实例采用ARMCortex-M0微控制器实现。主控板负责整个系统各个模块的管理和控制。

用户操作模块：主要用于选择功能模式和控制运动等，本实例采用遥控器实现，学习过程中用户可以通过遥控器或者直接手推来控制智能电动儿童椅做运动。

存储器模块：系统需要学习过程中记录的数据保存到非易失性存储器中，一般有内部和外部两种可选类型，如果主控芯片中没有提供足够的存储空间还可以在外部扩展（比如SPIflash等），本实例使用微控制器芯片内部提供的内部存储器来保存数据。

电机驱动控制模块：驱动采用常规的H桥电路，根据主控板的控制信号分别控制左右两路行走轮电机的转速和转向，从而控制智能电动儿童椅的运动速度和方向即运动路径。

反馈测量模块：主要用于测量电机的位置和速度运动参数，反馈元件可以采用普通光电编码器或电位计等，优选的，本实施例采用光电编码器作为主动行走轮反馈元件。光电编码器采用两组低成本的光电码盘和槽型光耦器件实现，分别安装在两路电机的转轴上，系统定期采样周期内码盘产生的数字脉冲数来获得电机转速值，通过脉冲数累积值获取电机位置值。

系统工作流程

在学习模式下，用户可以按照自己的设想通过各种操作方式（比如遥控器遥控和直接用手推两种方式）使智能电动儿童椅随意运动，比如绕圈、沿某种轨迹反复运动、前后或左右来回摆动等。在这个过程中系统会自动周期性地将左右两电机的转速值和位置值记录并保存下来。在再现模式，系统根据之前保存的状态信息以相同的时序通过主控制器、电机驱动模块和转速测量模块的配合自动控制智能电动儿童椅将相同的运动状态复现出来，期间不需要任何人工辅助。下面分别介绍两部分功能在软件上的具体实现流程及方法。

学习部分

学习部分的大致程序流程如图3所示，包括以下步骤：

行走轮电机转速、位置测量：进入学习模式后，系统首先在另一个程序中启动该任务，在该任务中系统每隔一段较短的时间T通过I/O中断分别测量左右两路电机码盘产生的脉冲个数,脉冲个数除以时间间隔T即为电机转速值，脉冲数累积即为位置值。

读取转速、位置值：在学习过程中，系统周期性（该周期大于等于测量周期）读取左右两路电机的转速和位置值。

转换处理：由于读取到的转速和位置值的数据位数（8位）和存储单元的数据位数（32位）不同，所以在保存之前要做必要的转换处理，即将先后两次读到的4个8位数据转换为一个32位的数据。

保存到缓冲区:将上一步得到的32位数据保存到一个事先建立的32位数据缓冲区中。

保存到存储器：当学习结束或缓冲区已满时系统自动将缓冲区中的数据保存到微控制器内部存储器中并退出学习模式。

另外，为了增强学习过程的交互体验，本技术在实现过程中还加入了一些必要的特殊处理措施，如下：

当用户通过遥控器等操作方式使智能电动儿童椅进入或退出学习模式时，会播放学习开始或结束的提示音，以增强学习过程的交互体验。

进入学习模式后，只有当用户遥控或推动智能电动儿童椅开始运动后系统才开始记录状态数据，程序中当监测到转速值不为零时表示已经开始运动。

进入学习模式后，如果智能电动儿童椅无运动时间超过一定时间（15s）（用户一直没有操作智能电动儿童椅运动）就自动退出学习模式。

进入学习模式后，第一次开始运动到停止的持续时间如果不超过事先设定的时间（2s）则忽略期间产生的数据不保存，这样能够忽略有时用户在真正开始学习前调整智能电动儿童椅位置所产生的运动影响，此功能也可称作动作防抖功能。

每次学习过程中，当用户想结束学习使智能电动儿童椅停止运动后持续时间超过一定时间（3s）时系统自动保存学习过程记录的数据并自动退出学习模式。

再现部分

再现是学习的逆过程，其程序实现流程图如图4所示，步骤如下：

启动电机控制任务：电机控制任务负责根据当前设定的电机转速值、位置值和加速度值采用PID算法，即比例积分微分控制电机驱动模块使电机达到设定的转速和位置值。

从内部存储器中读取单个数据：再现过程中系统会周期性地先从缓冲区中读取一个32位的数据。

转换成电机转速、位置值：由于每次读到的32位数据里面保存了4个8位的2次时间间隔的左右电机转速值，所以需要将该32位数据转换成先后两次左右电机的转速值。

速度限制和加速度设置：根据电机的实际特性参数（如最大速度、最大加速度等）对当前的转速和位置设定值进行修正和限制；

更新电机转速或位置设定值：将上一步得到的转速或位置值作为当前的电机控制的设定值，然后电机控制任务会根据该设定值控制电机达到相应的转速或位置。

程序按照上述流程以相同的时序控制电机达到和学习时一样的转速和位置，从而使智能电动儿童椅的运动速度和路径和学习时保持一致最终实现再现功能。

本发明的实施例除了出厂预设的运动模式之外，还提供了上述的一种编程模式，实现运行轨迹记忆和再现的交互方式，以便用户可以自己规划运动路径；本发明的实施例除出厂固化的两种固化运行模式（波浪式和怀抱式）外，另外提供的编程模式允许用户任意编程，大大增加了运动模式的多样性，提高了用户体验。

Claims (10)

1.一种智能电动儿童椅的路径生成方法，其特征在于，包括学习模式部分和再现部分，所述学习模式部分的具体步骤为：

（1）每隔一段时间T通过I/O中断分别测量驱动电机码盘产生的脉冲个数，脉冲个数除以时间间隔T即为电机转速值，脉冲数累积即为位置值；

（2）每隔一段时间T1读取驱动电机的转速值和位置值，T1大于T；

（3）将上一步得到的转速值和位置值转换并存储，得到电动儿童椅的路径；

所述再现部分的具体步骤为：

（1）根据当前设定的电机转速值、位置值采用PID算法控制电机驱动模块使电机到达设定的转速值和位置值；

（2）周期性地从内部存储器中读取单个数据，转换成电机转速值、位置值；

（3）根据电机的实际特性参数对当前的转速值和位置值进行修正和限制；

（4）将上一步得到的转速值和/或位置值作为当前的电机控制的设定值，从而控制电机运动。

2.根据权利要求1所述的智能电动儿童椅的路径生成方法，其特征在于，当系统进入学习模式后，当监测到转速值不为零时系统才开始记录状态数据。

3.根据权利要求1所述的智能电动儿童椅的路径生成方法，其特征在于，当系统进入学习模式后，当监测到转速值持续为零且超过设定的时间就自动退出学习模式。

4.根据权利要求1所述的智能电动儿童椅的路径生成方法，其特征在于，当系统进入学习模式后，第一次开始运动到停止的持续时间如果不超过事先设定的时间则不保存期间产生的数据。

5.根据权利要求1所述的智能电动儿童椅的路径生成方法，其特征在于，当系统进入学习模式后系统监测到一段时间长度转速值不为零后又监测到转速值为零且超过设定的时间，则系统自动保存学习过程记录的数据并自动退出学习模式。

6.根据权利要求1所述的智能电动儿童椅的路径生成方法，其特征在于，当系统进入或退出学习模式时，会播放学习开始或结束的提示音。

7.一种智能电动儿童椅，其特征在于，包括椅架（1）、设置于所述的椅架（1）上的座位（2）、设置于所述的椅架（1）底部的多组轮组件，还包括用于实现权利要求1-6中任意一项所述的智能电动儿童椅的路径生成方法的路径生成装置，所述的路径生成装置设置于所述的椅架（1）上，所述的路径生成装置包括：

主控板，主控板负责整个系统各个模块的管理和控制；

用户操作模块，用于选择功能模式和控制智能电动儿童椅的运动；

存储器模块，用于存储学习过程中记录的数据；

电机驱动控制模块，根据主控板的控制信号分别控制两个驱动电机的转速和转向，从而控制智能电动儿童椅的运动速度和方向即运动路径；

反馈测量模块，用于测量电机的位置和速度运动参数，系统定期采样周期内码盘产生的数字脉冲数来获得电机转速值，通过脉冲数累积值获取电机位置值。

8.根据权利要求7所述的智能电动儿童椅，其特征在于，所述的用户操作模块为遥控器。

9.根据权利要求7所述的智能电动儿童椅，其特征在于，所述的轮组件包括两个分别受相应的所述的驱动电机控制的动力轮组件（3），两个所述的动力轮组件（3）的轮轴心线相同轴或者始终相平行。

10.根据权利要求9所述的智能电动儿童椅，其特征在于，所述的轮组件还包括辅轮组件（4），所述的辅轮组件（4）包括辅轮接头、转动连接在所述的辅轮接头上的辅轮，所述的辅轮接头与所述的椅架（1）通过轴心线沿着铅垂方向的转轴转动连接。