CN108663045A - 一种骑行载具姿态识别报警方法和姿态监测报警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种骑行载具姿态监测报警控制方法，包括以下步骤：S1、获取陀螺仪检测到的姿态角在三个轴方向分量，分别采用姿态融合算法修正陀螺仪在三个轴方向融合后的姿态角pitch角agx、yaw角agy、roll角agz和绕三个轴方向的角速度gyrox、gyroy、gyroz；S2、判断角速度是否超过设定的猛烈撞击角速度阈值；如果是，转到步骤S3，如果否，转到步骤S4；S3、启动基站定位并发送报警信息，采用姿态融合算法修正陀螺仪姿态角，判断姿态角是否超过设定的扶正阈值，如果否，转到步骤S3，如果是，返回步骤S1；S4、判断姿态角是否超过设定的倾倒姿态角阈值；如果是，转到步骤S3，如果否，返回步骤S1。
Description
技术领域
本发明涉及骑行监测技术领域，尤其是一种骑行载具姿态识别报警方法和姿态监测报警装置。
背景技术
根据《共享单车行业就业研究报告》报告，到2017年7月，国内共享单车累计投放量约1600万辆，带动10万人就业。报告指出，目前我国共享单车全行业日订单5000万单左右。平均每辆共享单车的骑行频次超过3次，达到3.125次。
而随着骑共享单车出行的人数增多，随之而来的是对用户体验更高的要求，然而车辆开锁方式的变化对用户体验的影响是微乎其微的，而用户体验的首要部分便是提升骑行的安全性和可靠性。同样对于机动车，以摩托车为例，事故的高发和事故发生后的伤亡率和死亡率之高也是当下中国交通急需重视迫在眉睫的问题。
另外当前的共享单车车辆的报损机制主要靠客户反馈，而这种机制有比较大的弊端，可能存在以下两种情况：1.车辆无需报损，但有客户提交报损信息。2.车辆需报损，但无客户主动提交报损信息。所以说共享单车公司当前严重依赖客户进行车辆状况的判断，自身却毫无主动判断能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种骑行载具姿态识别报警方法和姿态监测报警装置，能够识别骑行安全状态的监测装置以改善用户体验、增加骑行安全可靠性和车辆报损信息的辅助判断。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一发明提供了一种骑行载具姿态监测报警控制方法，包括以下步骤：
S1、获取陀螺仪检测到的姿态角在三个轴方向分量，分别采用姿态融合算法修正陀螺仪在三个轴方向融合后的姿态角pitch角agx、yaw角agy、roll角agz和绕三个轴方向的角速度gyrox、gyroy、gyroz；
S2、判断角速度是否超过设定的猛烈撞击角速度阈值；如果是，转到步骤S3，如果否，转到步骤S4；
S3、启动基站定位并发送报警信息，采用姿态融合算法修正陀螺仪姿态角，判断姿态角是否超过设定的扶正阈值，如果否，转到步骤S3，如果是，返回步骤S1；
S4、判断姿态角是否超过设定的倾倒姿态角阈值；如果是，转到步骤S3，如果否，返回步骤S1。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，步骤S1中，采用姿态融合算法修正陀螺仪在三个轴方向融合后的姿态角具体包括以下步骤：
S11、计算陀螺仪传感器测量的姿态角预估计值与加速度传感器的姿态角实测值之间的偏差值，偏差值由公式(7)计算：
error(k)＝angular_w(k)-angular_g(k) (7)
式(7)中：angular_w(k)为k时刻陀螺仪传感器测量到的姿态角；angular_g(k)为k时刻加速度传感器测量的姿态角，error(k)为姿态角在k时刻的偏差值，即革新量；
S12、计算卡尔曼增益K，卡尔曼增益K由公式(8)计算：
K(k)＝P(k-1)gC'[CgP(k-1)gC'+R(k)]-1 (8)
式(8)中：P(k-1)为k-1时刻的滤波协方差，C为系统输出方程的输出矩阵；R(k)为测量噪声协方差，R(k)由公式(10)计算：
R(k)＝E[ω(k)w(k)T] (10)
式(10)中，w(k)为系统测量噪声；
S13、利用姿态角革新值error(k)和卡尔曼增益K对陀螺仪传感器的姿态角进行修正，公式如下：
angular_final(k)＝angular_w(k)+K(k)gerror(k) (11)
式(11)中，angular_final(k)即为修正后的k时刻姿态角的最终输出值；
S14、计算下一步滤波算法中的滤波协方差：
P(k+1)＝P(k)-K(k)gCgP(k) (12)
当系统采集到k+1时刻陀螺仪传感器角速度输出后，回到步骤S1计算，进入k+1时刻的滤波运算。
进一步地，步骤S12中，系统输出方程的输出矩阵C计算步骤如下：
建立考虑角速度误差的陀螺仪姿态角测量的线性模型，如式(1)所示：
θ(k+1)＝θ(k)+[ω(k)-error(k)]gΔt+v(k) (1)
式(1)中：θ(k+1)为k+1时刻陀螺仪传感器测量的姿态角；θ(k)为k时刻陀螺仪传感器测量的姿态角；ω(k)为k时刻陀螺仪传感器测量的姿态角分量相应轴上的角速度；error(k)为陀螺仪传感器输出角速度误差；Δt为采样周期；v(k)为系统过程噪声；
建立陀螺仪传感器输出角速度误差与陀螺仪传感器所测量角速度、上一时刻输出的角速度误差线性模型，如式(2)所示：
error(k+1)＝error(k)+δgω(k)+v(k) (2)
式(2)中：δ为陀螺仪传感器输出角速度误差error(k)与其输入陀螺仪传感器姿态角ω(k)的线性系数；
联立式(1)和式(2)得到修正后的陀螺仪传感器测量姿态角模型，如式(3)所示：
θ(k+1)＝[ω(k)-(error(k)+δgω(k))]Δt+v(k)+θ(k) (3)
选择θ(k)和error(k)作为系统状态，以ω(k)作为系统输入变量，陀螺仪的线性测量模型可以表达如下：
按照以下方式选取系统状态矩阵：
进一步得到系统状态方程：
X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)+v(k)
系统输出方程为：
求解出系统输出方程的输出矩阵C。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，步骤S2中，判断角速度是否超过设定的猛烈撞击角速度阈值的判断条件如下：
(|gyrox|＞1.2rad/s)||(|gyroy|＞1.2rad/s)||(|gyroz|＞1.5rad/s)。
结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，步骤S3中，判断姿态角是否超过设定的扶正阈值的条件如下：
|agz|＞45°。
结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，步骤S4中，判断姿态角是否超过设定的倾倒姿态角阈值的条件如下:
|agz|＜25°。
本发明第二方面提供了一种骑行载具姿态监测报警装置，包括固定于骑行载具车架处的密封的容纳盒，所述容纳盒包括控制容置腔和电源容置腔，控制容置腔内部电路板包括微控制器、六轴陀螺仪传感器、无线通信模块；电源容置腔内部包括电源模块；六轴陀螺仪传感器检测骑行载具的姿态角和角速度，输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与无线通信模块的输入端连接；电源模块为控制容置腔内部电路板的模块供电。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述容纳盒可拆卸固定设置在骑行载具车架横梁与竖梁交界处的空隙处。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述六轴陀螺仪传感器欧拉角坐标系原点取在骑行载具的质心处，Z轴正方向在骑行载具对称平面内并平行于骑行载具的设计轴线指向车头，Y轴正方向在骑行载具对称平面内与Z轴垂直并指向车身下方，X轴正方向垂直于自行车对称平面指向车身右方；俯仰角pitch绕X轴旋转，车头向上为正方向；航向角yaw绕Y轴旋转，车头向右为正方向；横滚角roll绕Z轴旋转，车身右倾为正方向。
本发明的有益效果是，
本发明运用加速度传感器检测人员骑车是否摔倒以及摔倒受到的冲击情况；如果根据加速度传感器数据判断共享自行车用户发生无重大伤亡可能性摔倒，则微控制器控制短信模块以短信的方式告知短信关联联系人此共享自行车用户发生摔倒的情况。如果检测到共享自行车用户摔倒并受到了猛烈冲击，则判断该共享自行车用户可能严重受伤，则微控制器将在告知短信关联联系人基础上发送寻求医疗救助或事故求救的信息至医疗救助站或交通事故处理部门等。此外，针对加速度传感器还将对自行车扶正进行判断，微控制处理器将对自行车每次的普通倾倒次数、猛烈冲击倾倒次数和扶正次数进行计数，通过数据分析能对车辆是否进行报修进行辅助判断。共享自行车公司或交通控制部门能够实时监测自行车用户的安全状况，关联联系人也能及时得到发生骑乘人发生事故的相关信息，医疗救助机构能够在第一时间对发生严重事故骑乘人作出反应。另外共享自行车公司能通过实时传输的不同程度的倾倒计数对车辆是否进行保修进行辅助判断。
附图说明
图1是本发明姿态识别与报警方法流程图；
图2是骑行载具姿态监测报警装置电路原理图；
图3是骑行载具姿态监测报警装置安装位置及欧拉角坐标系示意图。
具体实施方式
如图1所示，首先向MPU6050的0x6B写入一个字节0即可启动MPU6050，打开Wire的I2C传输模式，并读取相关寄存器数据：0x3B，加速度计的X轴分量；0x3D，加速度计的Y轴分量；0x3F，加速度计的Z轴分量；0x41，当前温度；0x43，绕X轴旋转的角速度；0x45，绕Y轴旋转的角速度；0x47，绕Z轴旋转的角速度。
接着进行姿态融合解算，运用以下算法进行姿态融合解算。
此姿态融合算法的基础为陀螺仪姿态角测量的线性模型，如式(1)所示：
θ(k+1)＝θ(k)+ω(k)gΔt+v(k) (1)
式(1)中：θ(k+1)为k+1时刻陀螺仪所测飞行器的姿态角；θ(k)为k时刻陀螺仪所测飞行器的姿态角；ω(k)为k时刻陀螺仪所测相应轴上的角速度；Δt为采样周期；v(k)为系统过程噪声。
考虑角速度误差，模型为：
θ(k+1)＝θ(k)+[ω(k)-error(k)]gΔt+v(k) (2)
式(2)中：error(k)为陀螺仪输出角速度误差。
陀螺仪输出角速度误差error(k)被视为时变的量，其大小与陀螺仪所测角速度ω(k)和上一时刻输出的误差线性相关，于是有：
error(k+1)＝error(k)+δgω(k)+v(k) (3)
式(3)中：δ为陀螺仪输出误差error(k)与其输入ω(k)的线性系数。
联立式(2)和式(3)得到修正后的陀螺仪测量模型：
θ(k+1)＝[ω(k)-(error(k)+δgω(k))]Δt+v(k)+θ(k) (4)
选择θ(k)和error(k)作为系统状态，以ω(k)作为系统输入变量，陀螺仪的线性测量模型可以表达如下：
按照以下方式选取系统状态矩阵：
进一步得到系统状态方程：
X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)+v(k) (6)
在以上系统状态方程基础上，设计Kalman滤波器，应用加速度传感器输出的姿态角修正陀螺仪的姿态角测量误差，以改善姿态角测量精度，姿态角信号的融合主要分为以下几步实现：
计算陀螺仪传感器所测量到的姿态角预估计值与加速度传感器实测值之间的偏差，偏差的计算由下式确定：
error(k)＝angular_w(k)-angular_g(k) (7)
式(7)中：angular_w(k)为k时刻陀螺仪测量到的姿态角；angular_g(k)为k时刻加速度计输出的姿态角，error(k)为姿态角在k时刻的偏差，即革新量。
用下式计算Kalman增益K：
K(k)＝P(k-1)gC'[CgP(k-1)gC'+R(k)]-1 (8)
式(8)中：P(k-1)为k-1时刻的滤波协方差。C为系统输出方程的输出矩阵
按照前面所规定的系统状态变量X，易得系统输出方程为：
于是C也可以得到。测量噪声协方差R(k)由下式计算：
R(k)＝E[ω(k)w(k)T] (10)
式(10)中，w(k)为系统测量噪声。Kalman增益的训一算体现了Kalman滤波的递归性这一特性，保证了滤波过程的收敛性和持续性。
应用式(7)的姿态角革新和式(8)的Kalman增益对姿态角预测值进行修正，得：
angular_final(k)＝angular_w(k)+K(k)gerror(k) (11)
式(11)中，angular_final(k)即为修正后的k时刻姿态角的最终输出值。
用下式计算下一步滤波算法中的滤波协方差：
P(k+1)＝P(k)-K(k)gCgP(k) (12)
这样，就完成了k时刻的Kalman滤波所有计算。当系统采集到k+1时刻陀螺仪角速度输出后，回到第1步计算，进入k+1时刻的滤波运算，式(8}和式(12}保证滤波算法的递归性和持续性。
对三个轴的姿态角依次使用该算法，得到最终分别绕X,Y,Z轴的三个角速度gyrox、gyroy、gyroz和三个姿态融合后的姿态角pitch角agx、yaw角agy、roll角agz。
判断角速度是否超过设定阈值，若超过阈值则视为车辆发生了猛烈撞击并倾倒，装置将通过SIM900AGSM/GPRS无线通信模块3的AT指令如AT+CIPGSMLOC＝1,1进行基站定位获取经纬度信息，并依次发送短信至急救中心和自行车用户的关联联系人告知当前用户可能发生严重事故的情况和当前用户的位置信息。另外arduino UNO R3开发板1内部将对车辆猛烈撞击并倾倒的次数进行计数，并将计数变量的值和车辆编号等信息通过GPRS发送至共享自行车公司的信息后台，用于进行车辆是否报修的大数据分析。随后进入车辆扶正判断。
优选地，角速度超过阈值情况对应的区间条件是：
(|gyrox|＞1.2rad/s)||(|gyroy|＞1.2rad/s)||(|gyroz|＞1.5rad/s)
若角速度未超过设定阈值，则判断姿态角是否超过设定阈值，若超过则说明车辆发生了一般情况的轻微倾倒，装置将通过SIM900A GSM/GPRS无线通信模块3的AT指令如AT+CIPGSMLOC＝1,1进行基站定位获取车辆经纬度信息，并仅发送一条短信至自行车用户的关联联系人告知当前用户可能发生骑车摔倒的情况和当前用户的位置信息。另外arduinoUNO R3开发板1内部将对车辆发生一般倾倒的次数进行计数，并将计数变量的值和车辆编号等信息通过GPRS发送至共享自行车公司的信息后台，用于进行车辆是否报修的大数据分析。随后进入车辆扶正判断。
优选地，姿态角超过倾倒阈值情况对应的条件是：
|agz|＜25°
若姿态角未超过设定阈值，arduino UNO R3开发板1将重新采集MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2相关寄存器数据并进行姿态融合解算开始下一轮数据判断。
在判断车辆倾倒后，将对是否车辆扶正进行判断，arduino UNO R3开发板1将重新采集MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2相关寄存器数据并进行姿态融合解算若姿态角超过扶正的设定阈值，则判断为车辆被扶正，开始下一轮倾倒判断。若未被扶正则一直循环判断是否扶正。
优选地，姿态角超过扶正阈值情况对应的条件是：
|agz|＞45°
如图2所示，骑行载具姿态监测报警装置包括微控制器1，MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2，SIM900AGSM/GPRS无线通信模块3。微控制器1为arduino UNO R3开发板，包括5VDC输出和3.3V DC输出和外部电源输入、核心微处理器为ATmega328、内部时钟16MHz、有14个数字I/O端口其中4个为PWM输出口、6个模拟输入端口。MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2与arduino UNO R3开发板1使用I2C总线进行通信，MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2的串行数字接口(SDA)连接arduino UNO R3开发板1A4口，六轴陀螺仪加速度传感器2的串行时钟接口(SCL)连接arduino UNO R3开发板1A5口。SIM900A模块3与arduino UNO R3开发板1使用UART总线进行通信，SIM900A模块3的5V数据发送口5VT与arduino UNO R3开发板1数据接收口RX相连，SIM900A模块3的5V数据接收口5VR与arduino UNO R3开发板1数据发送口TX相连。
一个实施例里，获取获车辆经纬度信息的方式不局限于SIM900A GSM/GPRS无线通信模块3的基站定位，还可以加装GPS模块来实现。
一个实施例里，告知急救中心和自行车用户的关联联系人的方式不仅仅可以通过短信，还可以绑定终端设备的MAC地址后通过SIM900AGSM/GPRS无线通信模块3的GPRS发送信息至终端设备实现，通过IP数据报，还能对于特定的交通事故处理部门或急救中心IP地址进行点对点的或一对多的通信。
如图3所示，容纳盒4固定于自行车或其他载具车架横梁与竖梁交界的空隙处，所述硬件容纳盒4为密封容纳盒，包括控制元件容置腔和电源容置腔，arduinoUNO R3开发板1、MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2、SIM900A GSM/GPRS无线通信模块3固定在硬件容纳盒4的控制元件容置腔内，电源5固定在硬件容纳盒4的电源容置腔内，硬件容纳盒4可拆卸固定于自行车或其他载具车架横梁与竖梁交界的空隙处，由于容纳盒内部结构和与车身紧固连接方法已存在诸多现有技术，对此不再过多赘述。
MPU6050六轴陀螺仪加速度传感器2欧拉角坐标系原点取在自行车的质心处，Z轴正方向在自行车对称平面内并平行于自行车的设计轴线指向车头，Y轴正方向在自行车对称平面内与Z轴垂直并指向车身下方，X轴正方向垂直于自行车对称平面指向车身右方。俯仰角pitch绕X轴旋转，车头向上为正方向；航向角yaw绕Y轴旋转，车头向右为正方向；横滚角roll绕Z轴旋转，车身右倾为正方向。
一个实施例里，电源5采用9V直流稳压电源，并通过DC5.5＝2.1mm线接口或Type-Busb线接口与arduinoUNO R3开发板电源口相连为开发板供电。另外电源5可以为太阳能电源，或骑行自发电电源。
共享自行车公司或交通控制部门能够实时监测自行车用户的安全状况，关联联系人也能及时得到发生骑乘人发生事故的相关信息，医疗救助机构能够在第一时间对发生严重事故骑乘人作出反应。另外共享自行车公司能通过实时传输的不同程度的倾倒计数对车辆是否进行保修进行辅助判断。不仅可应用于自行车，还可应用于电动车、摩托车等基数较大、监管难且易发生交通事故的骑行载具上。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种骑行载具姿态监测报警控制方法，其特征是，包括以下步骤：
S1、获取陀螺仪检测到的姿态角在三个轴方向分量，分别采用姿态融合算法修正陀螺仪在三个轴方向融合后的姿态角pitch角agx、yaw角agy、roll角agz和绕三个轴方向的角速度gyrox、gyroy、gyroz；
S2、判断角速度是否超过设定的猛烈撞击角速度阈值；如果是，转到步骤S3，如果否，转到步骤S4；
S3、启动基站定位并发送报警信息，采用姿态融合算法修正陀螺仪姿态角，判断姿态角是否超过设定的扶正阈值，如果否，转到步骤S3，如果是，返回步骤S1；
S4、判断姿态角是否超过设定的倾倒姿态角阈值；如果是，转到步骤S3，如果否，返回步骤S1。
2.如权利要求1所述的一种骑行载具姿态监测报警控制方法，其特征是，步骤S1中，采用姿态融合算法修正陀螺仪在三个轴方向融合后的姿态角具体包括以下步骤：
S11、计算陀螺仪传感器测量的姿态角预估计值与加速度传感器的姿态角实测值之间的偏差值，偏差值由公式(7)计算：
error(k)＝angular_w(k)-angular_g(k) (7)
式(7)中：angular_w(k)为k时刻陀螺仪传感器测量到的姿态角；angular_g(k)为k时刻加速度传感器测量的姿态角，error(k)为姿态角在k时刻的偏差值，即革新量；
S12、计算卡尔曼增益K，卡尔曼增益K由公式(8)计算：
K(k)＝P(k-1)gC'[CgP(k-1)gC'+R(k)]-1 (8)
式(8)中：P(k-1)为k-1时刻的滤波协方差，C为系统输出方程的输出矩阵；R(k)为测量噪声协方差，R(k)由公式(10)计算：
R(k)＝E[ω(k)w(k)T] (10)
式(10)中，w(k)为系统测量噪声；
S13、利用姿态角革新值error(k)和卡尔曼增益K对陀螺仪传感器的姿态角进行修正，公式如下：
angular_final(k)＝angular_w(k)+K(k)gerror(k) (11)
式(11)中，angular_final(k)即为修正后的k时刻姿态角的最终输出值；
S14、计算下一步滤波算法中的滤波协方差：
P(k+1)＝P(k)-K(k)gCgP(k) (12)
当系统采集到k+1时刻陀螺仪传感器角速度输出后，回到步骤S1计算，进入k+1时刻的滤波运算。
3.如权利要求2所述的一种骑行载具姿态监测报警控制方法，其特征是，步骤S12中，系统输出方程的输出矩阵C计算步骤如下：
建立考虑角速度误差的陀螺仪姿态角测量的线性模型，如式(1)所示：
θ(k+1)＝θ(k)+[ω(k)-error(k)]gΔt+v(k) (1)
式(1)中：θ(k+1)为k+1时刻陀螺仪传感器测量的姿态角；θ(k)为k时刻陀螺仪传感器测量的姿态角；ω(k)为k时刻陀螺仪传感器测量的姿态角分量相应轴上的角速度；error(k)为陀螺仪传感器输出角速度误差；Δt为采样周期；v(k)为系统过程噪声；
建立陀螺仪传感器输出角速度误差与陀螺仪传感器所测量角速度、上一时刻输出的角速度误差线性模型，如式(2)所示：
error(k+1)＝error(k)+δgω(k)+v(k) (2)
式(2)中：δ为陀螺仪传感器输出角速度误差error(k)与其输入陀螺仪传感器姿态角ω(k)的线性系数；
联立式(1)和式(2)得到修正后的陀螺仪传感器测量姿态角模型，如式(3)所示：
θ(k+1)＝[ω(k)-(error(k)+δgω(k))]Δt+v(k)+θ(k) (3)
选择θ(k)和error(k)作为系统状态，以ω(k)作为系统输入变量，陀螺仪的线性测量模型可以表达如下：
按照以下方式选取系统状态矩阵：
进一步得到系统状态方程：
X(k+1)＝AX(k)+Bu(k)+v(k)
系统输出方程为：
求解出系统输出方程的输出矩阵C。
4.如权利要求1所述的一种骑行载具姿态监测报警控制方法，其特征是，步骤S2中，判断角速度是否超过设定的猛烈撞击角速度阈值的判断条件如下：
(|gyrox|＞1.2rad/s)||(|gyroy|＞1.2rad/s)||(|gyroz|＞1.5rad/s)。
5.如权利要求1所述的一种骑行载具姿态监测报警控制方法，其特征是，步骤S3中，判断姿态角是否超过设定的扶正阈值的条件如下：
|agz|＞45°。
6.如权利要求1所述的一种骑行载具姿态监测报警控制方法，其特征是，步骤S4中，判断姿态角是否超过设定的倾倒姿态角阈值的条件如下:
|agz|＜25°。
7.一种骑行载具姿态监测报警装置，包括固定于骑行载具车架处的密封的容纳盒，其特征是，所述容纳盒包括控制容置腔和电源容置腔，控制容置腔内部电路板包括微控制器、六轴陀螺仪传感器、无线通信模块；电源容置腔内部包括电源模块；六轴陀螺仪传感器检测骑行载具的姿态角和角速度，输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与无线通信模块的输入端连接；电源模块为控制容置腔内部电路板的模块供电。
8.如权利要求7所述的一种骑行载具姿态监测报警装置，其特征是，所述容纳盒可拆卸固定设置在骑行载具车架横梁与竖梁交界处的空隙处。
9.如权利要求7所述的一种骑行载具姿态监测报警装置，其特征是，所述六轴陀螺仪传感器欧拉角坐标系原点取在骑行载具的质心处，Z轴正方向在骑行载具对称平面内并平行于骑行载具的设计轴线指向车头，Y轴正方向在骑行载具对称平面内与Z轴垂直并指向车身下方，X轴正方向垂直于自行车对称平面指向车身右方；俯仰角pitch绕X轴旋转，车头向上为正方向；航向角yaw绕Y轴旋转，车头向右为正方向；横滚角roll绕Z轴旋转，车身右倾为正方向。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109550219A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-02 | 歌尔科技有限公司 | 一种运动信息的确定方法、系统及移动设备 |
| CN109781105A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-05-21 | 上海海泰克系统工程有限公司 | 一种空间运动的角度测量与报警的方法及系统 |
| CN110345940A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-10-18 | 深圳市中智车联科技有限责任公司 | 用于规范共享单车停放姿态和方向的方法及其车锁 |
| CN110517392A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-29 | 东北农业大学 | 一种基于姿态解算的校园共享单车智能锁控制系统 |
| WO2020113727A1 (zh) * | 2018-12-04 | 2020-06-11 | 嘉兴礼海电气科技有限公司 | 一种基于电动升降桌防碰撞控制系统及其防碰撞方法 |
| CN112672306A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-04-16 | 四川九通智路科技有限公司 | 一种结构物姿态检测方法 |
| CN113813471A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-21 | 江苏猫度云科医疗科技有限公司 | 一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法 |
| CN115798182A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-03-14 | 广州三雅摩托车有限公司 | 一种摩托车的智能安全管理方法及系统 |
Citations (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07239236A (ja) * | 1994-02-28 | 1995-09-12 | Hitachi Ltd | 移動体の状態量計測方法と装置および移動体の姿勢角演算装置 |
| CN1362923A (zh) * | 2000-05-19 | 2002-08-07 | 本田技研工业株式会社 | 二轮车事故自动通报装置 |
| EP1529556A2 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-11 | Sony Corporation | Travelling apparatus and method for controlling thereof |
| JP2006142882A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Toyota Motor Corp | 操舵補助装置及び操舵状態判定装置 |
| JP2010005332A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Nintendo Co Ltd | 姿勢算出装置、姿勢算出プログラム、ゲーム装置、およびゲームプログラム |
| JP2011065231A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Toyota Motor Corp | 移動体 |
| JP2013095306A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Yupiteru Corp | 自転車用電子システム及びプログラム |
| CN203064711U (zh) * | 2012-12-21 | 2013-07-17 | 宝钢不锈钢有限公司 | 一种基于plc控制系统的防打滑检测装置 |
| CN103308069A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-09-18 | 电子科技大学 | 一种跌倒检测装置及方法 |
| CN103370039A (zh) * | 2011-02-23 | 2013-10-23 | 株式会社村田制作所 | 步行辅助车 |
| CN204374755U (zh) * | 2015-01-28 | 2015-06-03 | 杭州云造科技有限公司 | 电动自行车智能联网终端及电动自行车智能联网系统 |
| CN204388865U (zh) * | 2015-02-10 | 2015-06-10 | 杭州云造科技有限公司 | 一种用于儿童自行车的智能联网终端 |
| CN204895677U (zh) * | 2015-07-14 | 2015-12-23 | 于洪涛 | 一种电动自行车的倾倒报警装置 |
| CN105651242A (zh) * | 2016-04-05 | 2016-06-08 | 清华大学深圳研究生院 | 一种基于互补卡尔曼滤波算法计算融合姿态角度的方法 |
| CN106403945A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-15 | 北京航空航天大学 | 一种低成本的物体姿态监测系统及方法 |
| CN106604848A (zh) * | 2014-06-24 | 2017-04-26 | 罗伯特·博世有限公司 | 自动通报装置及自动通报方法 |
| CN106960542A (zh) * | 2017-05-21 | 2017-07-18 | 北京工业大学 | 一种基于中断驱动的低功耗跌倒检测装置 |
| CN206490642U (zh) * | 2017-02-15 | 2017-09-12 | 南京工程学院 | 一种减震式光伏板清扫机器人及其行走机构 |
| CN107452205A (zh) * | 2017-09-27 | 2017-12-08 | 福州大学 | 一种共享单车服务和监管系统及方法 |
| CN107527482A (zh) * | 2017-08-01 | 2017-12-29 | 惠州Tcl移动通信有限公司 | 一种共享单车的监测方法、监测装置以及存储介质 |
| CN107571944A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-12 | 北京骑骑智享科技发展有限公司 | 报警方法及装置 |
| CN208419994U (zh) * | 2018-04-28 | 2019-01-22 | 山东交通学院 | 一种骑行载具姿态监测报警装置 |
| CN208419993U (zh) * | 2018-04-28 | 2019-01-22 | 山东交通学院 | 一种骑行载具姿态安全监测装置 |
-
2018
- 2018-04-28 CN CN201810401472.6A patent/CN108663045B/zh active Active
Patent Citations (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07239236A (ja) * | 1994-02-28 | 1995-09-12 | Hitachi Ltd | 移動体の状態量計測方法と装置および移動体の姿勢角演算装置 |
| CN1362923A (zh) * | 2000-05-19 | 2002-08-07 | 本田技研工业株式会社 | 二轮车事故自动通报装置 |
| EP1529556A2 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-11 | Sony Corporation | Travelling apparatus and method for controlling thereof |
| JP2006142882A (ja) * | 2004-11-16 | 2006-06-08 | Toyota Motor Corp | 操舵補助装置及び操舵状態判定装置 |
| JP2010005332A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Nintendo Co Ltd | 姿勢算出装置、姿勢算出プログラム、ゲーム装置、およびゲームプログラム |
| JP2011065231A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Toyota Motor Corp | 移動体 |
| CN103370039A (zh) * | 2011-02-23 | 2013-10-23 | 株式会社村田制作所 | 步行辅助车 |
| JP2013095306A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Yupiteru Corp | 自転車用電子システム及びプログラム |
| CN203064711U (zh) * | 2012-12-21 | 2013-07-17 | 宝钢不锈钢有限公司 | 一种基于plc控制系统的防打滑检测装置 |
| CN103308069A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-09-18 | 电子科技大学 | 一种跌倒检测装置及方法 |
| CN106604848A (zh) * | 2014-06-24 | 2017-04-26 | 罗伯特·博世有限公司 | 自动通报装置及自动通报方法 |
| CN204374755U (zh) * | 2015-01-28 | 2015-06-03 | 杭州云造科技有限公司 | 电动自行车智能联网终端及电动自行车智能联网系统 |
| CN204388865U (zh) * | 2015-02-10 | 2015-06-10 | 杭州云造科技有限公司 | 一种用于儿童自行车的智能联网终端 |
| CN204895677U (zh) * | 2015-07-14 | 2015-12-23 | 于洪涛 | 一种电动自行车的倾倒报警装置 |
| CN105651242A (zh) * | 2016-04-05 | 2016-06-08 | 清华大学深圳研究生院 | 一种基于互补卡尔曼滤波算法计算融合姿态角度的方法 |
| CN106403945A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-15 | 北京航空航天大学 | 一种低成本的物体姿态监测系统及方法 |
| CN206490642U (zh) * | 2017-02-15 | 2017-09-12 | 南京工程学院 | 一种减震式光伏板清扫机器人及其行走机构 |
| CN106960542A (zh) * | 2017-05-21 | 2017-07-18 | 北京工业大学 | 一种基于中断驱动的低功耗跌倒检测装置 |
| CN107527482A (zh) * | 2017-08-01 | 2017-12-29 | 惠州Tcl移动通信有限公司 | 一种共享单车的监测方法、监测装置以及存储介质 |
| CN107571944A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-12 | 北京骑骑智享科技发展有限公司 | 报警方法及装置 |
| CN107452205A (zh) * | 2017-09-27 | 2017-12-08 | 福州大学 | 一种共享单车服务和监管系统及方法 |
| CN208419994U (zh) * | 2018-04-28 | 2019-01-22 | 山东交通学院 | 一种骑行载具姿态监测报警装置 |
| CN208419993U (zh) * | 2018-04-28 | 2019-01-22 | 山东交通学院 | 一种骑行载具姿态安全监测装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 范艳辉 等: "汽车行人碰撞接触中行人运动学规律仿真研究", 《中国安全科学学报》, vol. 19, no. 1, pages 45 - 51 * |
| 陈玮;周晴;曹桂涛;: "基于SVM和阈值分析法的摔倒检测系统", 计算机应用与软件, no. 07, 15 July 2017 (2017-07-15), pages 182 - 187 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109550219A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-02 | 歌尔科技有限公司 | 一种运动信息的确定方法、系统及移动设备 |
| WO2020113727A1 (zh) * | 2018-12-04 | 2020-06-11 | 嘉兴礼海电气科技有限公司 | 一种基于电动升降桌防碰撞控制系统及其防碰撞方法 |
| US11903484B2 (en) | 2018-12-04 | 2024-02-20 | Dewertokin Technology Group Co., Ltd. | Collision prevention control system based on electric lifting table and collision prevention method thereof |
| CN109781105A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-05-21 | 上海海泰克系统工程有限公司 | 一种空间运动的角度测量与报警的方法及系统 |
| CN109781105B (zh) * | 2019-02-02 | 2024-05-14 | 上海海泰克系统工程有限公司 | 一种空间运动的角度测量与报警的方法及系统 |
| CN110345940A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-10-18 | 深圳市中智车联科技有限责任公司 | 用于规范共享单车停放姿态和方向的方法及其车锁 |
| CN110345940B (zh) * | 2019-05-17 | 2023-10-24 | 深圳市中智车联科技有限责任公司 | 用于规范共享单车停放姿态和方向的方法及其车锁 |
| CN110517392A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-29 | 东北农业大学 | 一种基于姿态解算的校园共享单车智能锁控制系统 |
| CN112672306A (zh) * | 2021-01-13 | 2021-04-16 | 四川九通智路科技有限公司 | 一种结构物姿态检测方法 |
| CN113813471A (zh) * | 2021-10-18 | 2021-12-21 | 江苏猫度云科医疗科技有限公司 | 一种输液监控仪基于六轴传感器检测倾斜及跌落状态的方法 |
| CN115798182A (zh) * | 2023-02-13 | 2023-03-14 | 广州三雅摩托车有限公司 | 一种摩托车的智能安全管理方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108663045B (zh) | 2024-05-07 |
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