CN104781173A - 惯性测量单元辅助的电梯位置校准 - Google Patents

Abstract

实施方案针对减小电梯轿厢的实际位置方面的至少一个动态产生的误差，包括：触发惯性测量单元(IMU)以计算电梯系统的电梯轿厢的位置；获得所述电梯系统的井道中的校正风向标的位置；获得如所述电梯系统的编码器所确定的所述电梯轿厢的位置；以及基于所述IMU对所述位置的所述计算、所述校正风向标的所述位置和如所述编码器确定的所述电梯轿厢的所述位置估计所述电梯轿厢的所述位置。

Description

惯性测量单元辅助的电梯位置校准

发明背景

在给定电梯系统或环境中，电梯轿厢的实际着陆位置可能不对应于所命令着陆位置。电梯的实际着陆位置与所命令着陆位置之间的偏差可影响电梯的操作或电梯的用户(例如，乘客)。举例来说，如果电梯轿厢正沿升降杆或井道升高且在距既定着陆位置(例如，着陆地板)不远处停止，那么电梯轿厢与地板之间可存在唇缘或脊部。此唇缘可致使乘客在退出电梯轿厢时鞋子被夹住，从而可能使其跌倒。此唇缘还可能使从电梯移除重物变得更困难。举例来说，推行李车的行李员可能需要更用力地推行李车来克服该唇缘。

需要着陆准确性方面的改进，或电梯轿厢的实际着陆位置与电梯轿厢的所命令着陆位置之间的差异方面的最小化或减小。

发明概要

本公开的一实施方案针对一种用于减小电梯轿厢的实际位置方面的至少一个动态产生的误差的方法，所述方法包括：触发惯性测量单元(IMU)以计算电梯系统的电梯轿厢的位置；获得电梯系统的井道中的校正风向标的位置；获得如电梯系统的编码器所确定的电梯轿厢的位置；以及基于IMU对位置的计算、校正风向标的位置和如编码器确定的电梯轿厢的位置估计电梯轿厢的位置。

本公开的一实施方案针对一种系统，所述系统包括：电梯轿厢，其包括致动器；校正风向标，其耦接到井道且经配置以在电梯轿厢横穿井道使得致动器与校正风向标相遇时由致动器触发；惯性测量单元(IMU)，其经配置以响应于校正风向标由致动器触发而计算电梯轿厢的位置；以及控制器，其包括处理器、经配置以基于井道中校正风向标的位置、IMU计算的电梯轿厢的位置以及如编码器所确定的电梯轿厢的位置来估计电梯轿厢的位置。

一实施方案针对一种设备，所述设备包括：至少一个处理器；以及存储器，其具有存储在上面的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时致使所述设备：从存储器获得电梯系统的井道中校正风向标的位置，获得如电梯系统的编码器确定的电梯系统的电梯轿厢的位置，且使用卡尔曼滤波估计校正风向标的位置与所命令着陆地板的位置之间的电梯轿厢的位置，所述卡尔曼滤波应用于：惯性测量单元(IMU)对电梯轿厢的位置的计算、校正风向标的位置以及如编码器确定的电梯轿厢的位置。

下文描述额外实施方案。

附图简述

借助实例而非限制在附图中示出本公开，附图中相同参考数字指示类似元件。

图1示出根据本公开的一或多个实施方案的示例性电梯系统；

图2示出根据本公开的一或多个实施方案的示例性惯性测量单元(IMU)；

图3示出根据本公开的一或多个实施方案的在着陆地板附近的示例性校正风向标；

图4示出根据本公开的一或多个实施方案的用于计算电梯轿厢位置的示例性系统；以及

图5示出根据本公开的一或多个实施方案的示例性方法的流程图。

详细描述

描述用于安全且有效地控制电梯的设备、系统和方法的示例性实施方案。在一些实施方案中，电梯轿厢的实际着陆位置与电梯轿厢的所要或所命令着陆位置之间的差异或偏差可最小化或减小。在一些实施方案中，可基于一或多个输入确定电梯轿厢的实际位置。此类输入可从一或多个惯性测量单元(IMU)、一或多个感测器/编码器和/或一或多个校正风向标导出或获得。

应注意，以下描述和图式(其内容以引用的方式包含在本公开中)中陈述元件之间的各种连接。应注意，这些连接通常(且除非另外指定)可为直接或间接的，且本说明书不希望在此方面具有限制性。在此方面，实体之间的耦接可指代直接或间接连接。

图1示出根据一或多个实施方案的示例性电梯系统100的框图。下文结合电梯系统100展示和描述的各种组件和装置的组织和布置是说明性的。在一些实施方案中，组件或装置可以不同于图1所示的方式或序列布置。在一些实施方案中，装置或组件中的一或多者可为任选的。在一些实施方案中，可包含一或多个额外组件或装置。

系统100可包含电梯轿厢102，其可用于沿着升降轴或井道104向上或向下运送例如人或物件。电梯轿厢102可包含输入/输出(I/O)接口，其可由系统100的用户或乘客使用以选择可依据地板编号指定的目的地或目标着陆地板。电梯轿厢102可包含可用于促进紧急情况操作的一或多个面板、接口或设备。

电梯轿厢102可耦接到马达106。马达106可将功率提供到系统100。在一些实施方案中，马达106可用于推进或移动电梯轿厢102。

马达106可耦接到编码器108。编码器108可经配置以提供机器或马达106在其旋转时的位置。编码器108可经配置以提供马达108的速度。举例来说，德尔塔定位技术(可能作为时间的函数)可用于获得马达108的速度。编码器108从马达106获得的测量值或数据可用于推断或确定电梯轿厢102的位置，如下文进一步描述。

系统100可包含调速器110。调速器110可经配置以通过控制一或多个滑轮(图1未图示)的速度而控制电梯轿厢102的速度。调速器110可通过一或多个张力构件112耦接到电梯轿厢102。

在一些实施方案中，电梯轿厢102可包含一或多个致动器114，或与一或多个致动器114相关联。所述一或多个致动器114可结合一或多个风向标(例如，校正风向标)116操作。举例来说，致动器114可为磁体且风向标116可包含霍尔效应传感器。风向标116可包含传感器且可定位在井道104上。当致动器114与风向标116不期而遇或相遇时，例如当电梯轿厢102正移动或横穿井道104时，风向标116可经触发从而又触发一或多个惯性测量单元(IMU)124，如下文进一步描述。

在一些实施方案中，致动器114中的第一者可定位在电梯轿厢102的顶部处或附近，且可用于当电梯轿厢102正在井道104中上升时触发风向标116。在一些实施方案中，致动器114中的第二者可定位在电梯轿厢102的底部处或附近，且可用于当电梯轿厢102正在井道104中下降时触发风向标116。

电梯轿厢102可包含控制器118或与控制器118相关联。在一些实施方案中，控制器118可包含至少一个处理器120和具有存储在其上的指令的存储器122，所述指令当由所述至少一个处理器120执行时致使控制器118执行如本文描述的一或多个动作。在一些实施方案中，处理器120可至少部分实施为微处理器(uP)。在一些实施方案中，存储器122可经配置以存储数据。此数据可包含位置数据，如下文进一步描述。

在一些实施方案中，控制器118可经配置以估计电梯轿厢102的位置。控制器118可将位置的估计基于一或多个输入。所述输入可从一或多个编码器108、一或多个风向标116和一或多个IMU 124获得或基于所述一或多个编码器108、一或多个风向标116和一或多个IMU 124。

IMU 124可包含一或多个组件或装置。举例来说，且如图2所示，IMU 124可包含加速计202、陀螺仪204、磁力计206、压力传感器或气压计208和温度传感器或温度计210中的一或多者。所述组件202-210的每一者的结构和功能将是本领域的技术人员已知的，且如此，为简洁起见省略组件202-210的完整描述。组件202-210可用于表征电梯轿厢102的运动或位置，如下文进一步描述。

参看图1-2，IMU 124(可能与编码器108、风向标116和/或控制器118组合)可用于补偿电梯轿厢102的位置的误差。此类误差可源自动态效应，例如张力构件112的拉伸，或随着电梯轿厢102变慢或减速到零速度或速率时电梯轿厢102的旋转或倾斜(这可能是电梯轿厢102接近着陆地板时的情况)。张力构件112可包含绳子、带子和/或线缆中的一或多者。张力构件112可与一或多个电梯悬浮系统或调速器绳张力系统相关联。

在一些实施方案中，IMU 124可在正常操作条件下累积归因于一或多个因素的误差。举例来说，此类因素可包含偏置偏移和环境因素(例如，IMU 124的子组件上的温度漂移)的数值积分。IMU 124可需要在策略性位置和/或时间点再校准(或复位)。在一些实施方案中，可使用参考系(例如，绝对参考系)再校准IMU 124。可在轿厢102在地板或别处静止(例如，处于零速度和/或速率)时再校准IMU 124。在一些实施方案中，参考系可安装在井道104的凹陷中，可能远离或脱离任何明显运动。参考系可提供当轿厢102停止时IMU 124的输出应再校准所针对的已知参考值。举例来说，参考系可提供在静止(非移动)条件下IMU 124应校准到的轴向参考值。

IMU 124可经配置以提供电梯轿厢102沿着任何数目的轴的移动的简档。举例来说，可结合笛卡尔坐标系(例如，x-y-z轴)、极坐标系、球坐标系、柱面坐标系等提供电梯轿厢102的俯仰和翻滚。在一些实施方案中，可选择待使用的坐标系。所述选择可由一或多个装置的制造商、由电梯系统的操作者(例如，建筑物的所有人或管理者)或由终端用户指定。电梯轿厢102的参数(例如，速度、距离、位置、倾斜和旋转)可由IMU 124依据一或多个维度(例如，三维空间)提供。

参看图1和3，展示地板302附近的风向标116-a和116-c的说明。地板302可对应于参考地板‘B’的位置，且可表示随着电梯轿厢102横穿井道104电梯轿厢102的既定或所命令着陆或停止点。图3中的标记‘A’和‘C’可分别对应于沿着井道104的风向标116-a和116-c的位置。校正风向标116-a与地板302之间的距离304以及校正风向标116-c与地板302之间的距离306可基于电梯轿厢102的先前运行而为已知的。在此方面，风向标116-a和116-c相对于地板302的位置A和C也可为已知的。风向标116-a和116-c的位置A和C可存储在一或多个存储器(例如，存储器122)中。

假定如图3所示的垂直定向，风向标116-a可用于随着电梯轿厢102在井道104中朝向地板302下降而跟踪电梯轿厢102。类似地，风向标116-c可用于随着电梯轿厢102在井道104中朝向地板302上升而跟踪电梯轿厢102。

现转向图4，展示滤波器402。滤波器402可由图1的控制器118实施或结合图1的控制器118实施。滤波器402可对应于感测融合功能。在一些实施方案中，滤波器402可对应于或实施卡尔曼滤波(例如，线性或非线性卡尔曼滤波)。

滤波器402可产生所估计位置输出，其可对应于在一或多个时间点电梯轿厢102的所估计位置。所估计位置输出可基于一或多个输入。举例来说，所估计位置输出可基于一或多个IMU(例如，IMU 124)提供的所估计位置、一或多个感测器或编码器(例如，编码器108)提供的(初步)位置，以及与一或多个风向标(例如，风向标116)相关联的位置。

现转向图5，展示根据一或多个实施方案的示例性方法的流程图。图5的方法可用于确定或估计电梯轿厢(例如，电梯轿厢102)的位置。图5的方法可由一或多个装置或组件(例如，图1的控制器118)执行。

在框502中，可触发IMU(例如，IMU 124)以计算电梯轿厢(例如，电梯轿厢102)相对于风向标(例如，风向标116-a或116-c)的位置。可响应于电梯轿厢接近停止地板(例如，地板302)以及电梯轿厢(或更特定来说，致动器114)与风向标相遇而触发IMU。

IMU可将电梯轿厢的位置计算为递增位置或相对于风向标的位置的偏移。如上文描述，风向标的位置可依据先前运行已知。在框504中，可从存储器(例如，存储器122)获得风向标的位置。

在框506中，可获得如感测器或编码器(例如，编码器108)所确定的电梯轿厢的位置。

在框508中，可确定电梯轿厢的位置或定位。框508的确定可基于IMU计算的位置(例如，框502)、所获得的风向标位置(例如，框504)，以及如编码器确定的电梯轿厢的位置(例如，框506)。在一些实施方案中，框508的确定可基于例如上文结合图4描述的一或多个滤波操作。

在框510中，可再校准IMU。IMU可经再校准以排除与例如包含在IMU中的一或多个组件或装置相关联的漂移。

结合图5示出的方法是说明性的。在一些实施方案中，框或操作(或其部分)中的一或多者可为任选的。在一些实施方案中，所述操作可以不同于所展示的次序或序列执行。在一些实施方案中，可包含未图示的一或多个额外操作。

在一些实施方案中，一或多个测量、计算或确定可基于一或多个时间戳。举例来说，如果IMU作为允许时间同步的网络(例如，控制器局域网(CAN)总线)上的单独节点存在，那么IMU可提供所估计电梯轿厢位置和对应时间戳两者。

在一些实施方案中，IMU可确定电梯轿厢的位置(例如，结合框508)，且可任选地将所述确定提供到控制器(例如，控制器118)。此确定可在例如以下情况下提供：IMU是网络上的单独装置或节点，且IMU能够存取来自初步位置感测器或编码器以及所了解着陆台的数据(其可包含关于风向标的位置的信息)。

本公开的实施方案可最大化或改进电梯性能。性能的此最大化或改进可包含弥补和最小化或减小原本可能由初步位置感测器或编码器报告的电梯轿厢的真实或实际位置的动态产生的误差。

实施方案可关于一或多个特定机器。举例来说，IMU或控制器可经配置以确定或计算电梯轿厢的位置。所述确定或计算可对应于电梯轿厢的位置的估计。

在一些实施方案中，可在给定位置处和/或结合一或多个设备、系统或装置的操作发生各种功能或动作。举例来说，在一些实施方案中，可在第一装置或位置处执行给定功能或动作的一部分，且可在一或多个额外装置或位置处执行功能或动作的其余部分。

可使用一或多种技术来实施实施方案。在一些实施方案中，一种设备或系统可包含一或多个处理器和存储指令的存储器，所述指令当由所述一或多个处理器执行时致使所述设备或系统执行如本文描述的一或多种方法动作。在一些实施方案中，一或多个输入/输出(I/O)接口可耦接到一或多个处理器，且可用于向用户提供到电梯系统的接口。可在一些实施方案中使用本领域的技术人员已知的各种机械组件。

实施方案可实施为一或多个设备、系统和/或方法。在一些实施方案中，指令可存储在一或多个计算机可读媒体上，例如暂时性和/或非暂时性计算机可读媒体上。所述指令当执行时可致使一实体(例如，设备或系统)执行如本文描述的一或多个方法动作。

已依据本公开的说明性实施方案描述本公开的各方面。本领域的一般技术人员通过审阅本公开将了解在所附权利要求书的范围和精神内的许多其它实施方案、修改和变化。举例来说，本领域的一般技术人员将了解，结合说明性图式描述的步骤可以不同于所陈述次序执行，且所示出的一或多个步骤可为任选的。

Claims (22)

1.一种用于减小电梯轿厢的实际位置方面的至少一个动态产生的误差的方法，其包括：

触发惯性测量单元(IMU)以计算电梯系统的电梯轿厢的位置；

获得所述电梯系统的井道中的校正风向标的位置；

获得如所述电梯系统的编码器所确定的所述电梯轿厢的位置；以及

基于所述IMU对所述位置的所述计算、所述校正风向标的所述位置以及如所述编码器确定的所述电梯轿厢的所述位置估计所述电梯轿厢的所述位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述估计所述电梯轿厢的所述位置由包括处理器的控制器执行。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述IMU获得所述校正风向标的所述位置和如所述编码器确定的所述电梯轿厢的所述位置，且其中所述IMU估计所述电梯轿厢的所述位置。

4.如权利要求1所述的方法，其中依据所述电梯轿厢相对于所述井道中所述校正风向标的所述位置的偏移计算所述IMU计算的所述电梯轿厢的所述位置。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括：

当所述电梯轿厢正减速且接近着陆地板时触发所述IMU以计算所述电梯轿厢的所述位置。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述电梯轿厢的所述位置的所述估计基于线性和非线性滤波中的至少一者。

7.如权利要求1所述的方法，其中响应于所述电梯轿厢的致动器跨越所述校正风向标而触发所述IMU以计算所述电梯轿厢的所述位置。

8.如权利要求1所述的方法，其还包括：

从存储器获得所述校正风向标的所述位置，

其中存储在所述存储器中的所述校正风向标的所述位置基于所述电梯轿厢的先前运行。

9.如权利要求1所述的方法，其还包括：

由所述IMU提供与由所述IMU计算的所述电梯轿厢的所述位置相关联的时间戳。

10.一种系统，其包括：

电梯轿厢，其包括致动器；

校正风向标，其耦接到井道且经配置以在所述电梯轿厢横穿所述井道使得所述致动器与所述校正风向标相遇时由所述致动器触发；

惯性测量单元(IMU)，其经配置以响应于所述校正风向标由所述致动器触发而计算所述电梯轿厢的位置；以及

控制器，其包括处理器、经配置以基于所述井道中所述校正风向标的位置、由所述IMU计算的所述电梯轿厢的所述位置以及如编码器所确定的所述电梯轿厢的位置来估计所述电梯轿厢的位置。

11.如权利要求10所述的系统，其中依据所述电梯轿厢相对于所述井道中所述校正风向标的所述位置的偏移计算所述IMU计算的所述电梯轿厢的所述位置。

12.如权利要求10所述的系统，其中所述IMU经配置以当所述电梯轿厢正减速且接近着陆地板时被触发来计算所述电梯轿厢的所述位置。

13.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器经配置以基于线性和非线性卡尔曼滤波中的至少一者估计所述电梯轿厢的所述位置。

14.如权利要求10所述的系统，其还包括：

存储器，其经配置以存储基于所述电梯轿厢的先前运行的所述井道中所述校正风向标的所述位置，

其中所述控制器经配置以在估计所述电梯轿厢的所述位置时从所述存储器获得所述校正风向标的所述位置。

15.如权利要求10所述的系统，其中所述IMU经配置以将与由所述IMU计算的所述电梯轿厢的所述位置相关联的时间戳提供到所述控制器。

16.如权利要求10所述的系统，其中所述校正风向标靠近着陆地板且位于着陆地板下方，且由所述控制器使用以当所述电梯轿厢正沿所述井道升高且接近所述着陆地板时估计所述电梯轿厢的所述位置以停止在所述着陆地板处，所述系统还包括：

第二校正风向标，其靠近所述着陆地板且位于所述着陆地板上方，其中所述第二校正风向标由所述控制器使用以当所述电梯轿厢正沿所述井道下降且接近所述着陆地板时估计所述电梯轿厢的所述位置以停止在所述着陆地板处。

17.如权利要求10所述的系统，其中所述控制器经配置以基于所述电梯轿厢的实际位置的至少一个动态产生的误差的最小化来估计所述电梯轿厢的所述位置。

18.一种设备，其包括：

至少一个处理器；以及

存储器，其具有存储在上面的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时致使所述设备：

从所述存储器获得电梯系统的井道中的校正风向标的位置，

获得如所述电梯系统的编码器所确定的所述电梯系统的电梯轿厢的位置，且

使用卡尔曼滤波估计所述校正风向标的所述位置与所命令着陆地板的位置之间的所述电梯轿厢的位置，所述卡尔曼滤波应用于：

由惯性测量单元(IMU)对所述电梯轿厢的所述位置的计算，

所述校正风向标的所述位置，以及

如所述编码器所确定的所述电梯轿厢的所述位置。

19.如权利要求18所述的设备，其中所述指令当由所述至少一个处理器执行时致使所述设备：

接收坐标系的选择，且

根据三维空间且依据所述坐标系估计所述电梯轿厢的所述位置。

20.如权利要求18所述的设备，其中所述指令当由所述至少一个处理器执行时致使所述设备：

基于所述电梯轿厢的实际位置的至少一个动态产生的误差的最小化估计所述电梯轿厢的所述位置，

其中所述至少一个动态产生的误差包括以下中的至少一者：

将所述电梯轿厢耦接到所述电梯系统的调速器的张力构件的拉伸，

所述电梯轿厢的旋转，

所述电梯轿厢的俯仰，

所述电梯轿厢的翻滚，以及

所述电梯轿厢的倾斜。

21.如权利要求18所述的设备，其中所述指令当由所述至少一个处理器执行时致使所述设备：

提供所述IMU的输出再校准所针对的已知参考值。

22.如权利要求21所述的设备，其中所述指令当由所述至少一个处理器执行时致使所述设备：

确定所述电梯轿厢已停止，且

基于确定所述电梯轿厢已停止来再校准所述IMU。