CN110896657A - 增稳坐具及运输工具 - Google Patents

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Abstract

一种增稳坐具及运输工具，该增稳坐具包括坐具本体(1)、姿态传感器(2)、控制器(3)、电机组件(4)及承载组件，其中：姿态传感器(2)设置在坐具本体(1)上，并连接控制器(3)，以感测获得坐具本体(1)的实时姿态数据，并将实时姿态数据传输至控制器(3)中；坐具本体(1)通过承载组件与电机组件(4)连接，控制器(3)与电机组件连接，控制器根据坐具本体的实时姿态数据控制电机组件(4)带动坐具本体(1)运动，以使坐具本体(1)保持在期望姿态，提高了安全性与舒适性。

Description

增稳坐具及运输工具
技术领域
本发明实施例涉及坐具技术领域，尤其涉及的是一种增稳坐具及运输工具。
背景技术
坐具在较多的场合中均需要用到，通常的坐具都是固定式的、可转动式或可移动式的等等，但是这样的坐具在处于颠簸摇晃的载具中时，会随着载具的晃动而发生晃动，例如，在目前的汽车、轮船等运输工具中，由于道路或者天气原因往往会造成车船颠簸，运输工具内的坐具会随之晃动，一些特殊人群如儿童、老人、病人，往往会承受不了这种颠簸，一些特殊运输的易碎物品也往往在颠簸中损坏。
发明内容
本发明实施例提供一种增稳坐具及运输工具，可抵抗外部晃动而保持于目标姿态。
根据本发明实施例的第一方面，一种增稳坐具包括坐具本体、姿态传感器、控制器、电机组件及承载组件，其中：
所述姿态传感器设置在所述坐具本体上，并连接所述控制器，以感测获得所述坐具本体的实时姿态数据，并将所述实时姿态数据传输至所述控制器中；所述坐具本体通过所述承载组件与所述电机组件连接，所述控制器与所述电机组件连接，所述控制器根据所述坐具本体的实时姿态数据控制所述电机组件带动所述坐具本体运动，以使所述坐具本体保持在期望姿态。
根据本发明实施例的第一方面，所述控制器包括：偏差检测单元、期望值存储单元及主控单元；所述期望值存储单元内设置有期望姿态数据；所述偏差检测单元与所述期望值存储单元连接，用以接收所述实时姿态数据和所述期望值存储单元内的期望姿态数据，并生成两者的偏差值；所述主控单元连接所述偏差检测单元，用以接收并根据所述偏差值控制所述电机组件运动。
根据本发明实施例的第一方面，还包括设置在所述电机组件上的关节角传感器，用以测量电机组件的关节角数据，并将所述关节角数据传输至所述控制器；
所述控制器包括电机调节单元，接收所述关节角传感器的关节角数据，并根据所述关节角数据控制所述电机组件进行关节角调节。
根据本发明实施例的第一方面，所述关节角传感器包括霍尔传感器和/或磁编码器。
根据本发明实施例的第一方面，所述电机组件包括调整所述坐具本体的平移轴姿态的第一轴电机、调整所述坐具本体的俯仰轴姿态的第二轴电机和调整所述坐具本体的横滚轴姿态的第三轴电机中的至少一种。
根据本发明实施例的第一方面，所述电机组件包括相连接的第一轴电机、第二轴电机和第三轴电机，其中第一轴电机、和/或、第二轴电机、和/或、第三轴电机可360度旋转。
根据本发明实施例的第一方面，所述实时姿态数据包括所述坐具本体的角度数据和/或角速度数据。
根据本发明实施例的第一方面，所述期望姿态为水平姿态，期望角速度值为零。
根据本发明实施例的第一方面，所述姿态传感器包括加速度计、陀螺仪中的至少一种。
根据本发明实施例的第一方面，一种运输工具包括如前述实施例中任意一项所述的增稳坐具。
采用上述技术方案后，相比现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：
通过在坐具本体上设置姿态传感器，可以实时地测出坐具本体的姿态变化，姿态传感器将实时姿态数据传输给控制器后，控制器可以根据实时的姿态变化情况控制电机组件运动，电机组件带动坐具本体运动，使得坐具本体可以保持在期望姿态，从而可以使得坐具本体可以克服外部的晃动或颠簸，应用在运输工具上时，可提升驾驶的安全性，提升舒适度；
通过在电机组件上设置关节角传感器，来测量电机组件的关节角数据，并通过电机调节单元对电机组件的输出进行调整，进一步保证坐具本体可以保持在期望姿态。
附图说明
图1为本发明一实施例的增稳坐具的结构框图；
图2为本发明另一实施例的增稳坐具的结构框图；
图3为本发明一实施例的增稳坐具的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明实施例。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
参看图1-3，在一个实施例中，一种增稳坐具可以包括坐具本体1、姿态传感器2、控制器3、电机组件4及承载组件(图中未示出)。
本发明实施例的增稳坐具可以是座椅、凳子等类型，可以用在各种需要的场合中。可以安装在各种载人、载物运输工具上，例如安装在汽车上，当汽车发生颠簸时，增稳坐具可以抵抗汽车的颠簸和震动，减少坐具的摇晃颠簸。或者可以作为独立的坐具使用，避免负载作用到坐具上的力失衡时发生翻倒的情况。当然，增稳坐具具体用在何种场合下并不作为限制，还可以用在其他需要增稳坐具的合适场合中。
增稳坐具中，姿态传感器2可以设置在坐具本体1上，也可以设置在承载组件上，具体的设置位置及设置方式不限，只要是能够检测到坐具本体1的实时姿态即可。进一步地，姿态传感器2的数量可以为一个，也可以为多个，具体设置的数量也不限。例如在一种实施例中，姿态传感器2可以安装固定在坐具本体1的底部，尽可能地避开负载与坐具本体1的接触面。姿态传感器2连接控制器3，两者之间可以有线连接，实现数据通信。由于姿态传感器2设置在坐具本体1上，因而姿态传感器2会随着坐具本体1的姿态变化而变化，姿态传感器2可以感测获得坐具本体1的实时姿态数据，并将实时姿态数据传输至控制器3中，一旦坐具本体1的姿态发生变化，姿态传感器2感测的实时姿态数据便可以体现这种姿态变化的情况，控制器3可根据实时姿态数据来调整姿态变化。
坐具本体1通过承载组件与电机组件4连接。承载组件一方面连接电机组件4，另一方面连接坐具本体1，可以在一定程度上起到连接与支撑的作用，具体结构不限，可以根据坐具的形状、连接部位等做调整。电机组件4带动承载组件运动，即带动坐具本体1运动。电机组件4的驱动力可根据电机组件4的输出能力、及坐具本体1、负载重量而定，本实施例不作限定。
控制器3与电机组件4连接，两者之间可以有线连接，传输控制电机组件4运动的执行指令。控制器3根据坐具本体1的实时姿态数据控制电机组件4运动，电机组件4相应带动坐具本体1运动，以使坐具本体1保持在期望姿态。控制器3可以设置在坐具本体1上，也可以设置在外部结构体上。
控制器3对电机组件4的运动的控制，是根据坐具本体1的实时姿态做出的，例如当坐具本体1发生晃动时，坐具本体1的实时姿态相对于期望姿态发生偏离，此时控制器3控制电机组件4带动坐具本体1往克服所述偏离的方向进行相应运动，使得坐具本体1复位到期望姿态，从而克服这种晃动，以使得坐具本体1保持稳定。
当在坐具本体1上设置姿态传感器2时，可以实时地测出坐具本体1的姿态数据，姿态传感器2将实时姿态数据传输给控制器3后，控制器3可以根据实时的姿态数据控制电机组件4进行相应的转动，从而带动坐具本体1运动，使得坐具本体1可以保持在期望姿态，从而可以使得坐具本体1可以克服外部的晃动或颠簸，用在运输工具上时，可提升驾驶的安全性，同时提升舒适度。
在一个实施例中，参看图2，控制器3包括：偏差检测单元32、期望值存储单元31及主控单元33。控制器3可以通过偏差检测单元32、期望值存储单元31及主控单元33连接构成。
期望值存储单元31内设置有期望姿态数据，可以是存储有期望姿态数据的存储器或寄存器，可供偏差检测单元32访问而进行数据的读写。
偏差检测单元32与期望值存储单元31连接，偏差检测单元32与姿态传感器2连接，可以接收姿态传感器2传输过来的实时姿态数据、及期望值存储单元31内的期望姿态数据，生成两者的偏差值。偏差检测单元32可以是硬件减法器，实时姿态数据和期望姿态数据分别作为输入信号，通过两者相减之后输出偏差数据，当然，根据姿态数据的数量，可以设置相应数量的硬件减法器来分别作差。
主控单元33连接偏差检测单元32，偏差检测单元32输出的偏差值输入到主控单元33中。主控单元33接收偏差值，并根据偏差值控制电机组件4运动，电机组件4带动坐具本体1运动，使得后续实时姿态数据与期望姿态数据之间的偏差值减小。由于姿态数据是实时接收并处理的，因此在坐具本体1姿态发生变化时，电机组件4在控制器3的控制下将其快速恢复到期望姿态，使得坐具本体1基本上始终保持在期望姿态，坐具本体1上的负载基本感受不到所述增稳坐具的姿态变化，从而实现坐具的增稳。
通过偏差检测单元32得到实时姿态数据与期望姿态数据之间的偏差值，使得主控单元33可以根据具体的偏差值对电机组件4进行控制，电机组件4的运动往减小偏差值的趋势运动，从而使得坐具本体1保持期望姿态。可以理解，所述偏差检测单元32也可以通过其他合适的算法实现对坐具本体1的姿态偏差的计算，本实施例不作限定。
在一个实施例中，增稳坐具还可以包括设置在电机组件4上的关节角传感器5。关节角传感器5用以测量电机组件4的关节角数据，并将关节角数据传输至控制器3。控制器3可以根据关节角数据控制电机组件4进行转动。
关节角传感器5可以设置在电机组件4上，感测电机组件4的实时角度，生成相应的关节角数据并发送给控制器3。
继续参看图2，在一个实施例中，控制器3还可以包括电机调节单元34。电机调节单元34接收关节角传感器5的关节角数据，并根据所述关节角数据控制所述电机组件4进行关节角调节。电机调节单元34可以根据实时姿态数据与期望姿态数据之间的偏差值来确定电机的角度旋转量，从而调整所述坐具本体1的实时姿态至期望姿态。具体地，电机调整单元可以根据实时测得的关节角数据和实时姿态数据与期望姿态数据之间的偏差值，进行电流闭合回路控制。如此，通过控制电机的转矩变化实现对电机组件4的关节角的控制，由此带动承载组件的运动，使得坐具本体1保持在预设的期望姿态。
通过在电机组件4上设置关节角传感器5，来测量电机组件4的实时关节角数据，并通过电机调节单元34对电机组件4的输出进行调整，使得电机组件4的运动更稳定可靠，进一步保证坐具本体1可以保持在期望姿态。
控制器3可以采用数字信号处理芯片来实现，所述控制器3可以通过I2C、SPI总线与姿态传感器进行通信。可以理解。控制器3也可以通过其他方式与姿态传感器进行通信，本实施例不限于此。
本实施例中，关节角传感器5可以包括霍尔传感器和/或磁编码器，均可感测转动方向上的变化，从而可获得关节角数据，当然具体不限，其他可测量关节角变化的测量器件同样适用。
在一个实施例中，电机组件4可以包括调整所述坐具本体1的平移轴姿态的第一轴电机41、调整所述坐具本体1的俯仰轴姿态的第二轴电机42和调整所述坐具本体1的横滚轴姿态的第三轴电机43中的至少一种。承载组件用以承载电机组件4及坐具本体1。
电机组件4可以是三轴电机组件、两轴电机组件或单轴组件，可以实现坐具1的平移轴姿态、俯仰轴姿态及横滚轴姿态中的三种、两种或一种调整，具体可以根据坐具应用的场合而定。各个电机的分工不同，电机的安装位置和安装顺序不受控制器影响，可以根据需要进行安装。
本实施例中，参看图3，所述电机组件4包括相连接的第一轴电机41、第二轴电机42和第三轴电机43，其中第一轴电机41、和/或、第二轴电机42、和/或、第三轴电机43可360度旋转。
例如，第一轴电机41的转子与坐具本体1连接，第一轴电机41的定子与第二轴电机42的转子连接，第二轴电机42的定子与第三轴电机43的转子连接，第三轴电机43的定子与承载组件的负载支撑体(图未示出)连接，当然，定子与转子是相对而言的，上述的连接方式也仅是示例性的，各轴电机之间可以通过承载组件(如转折臂、承载支架等)连接，以使得各轴电机可以绕对应的轴旋转。相应地，承载组件也可以是三轴承载组件、两轴承载组件或单轴承载组件，用以支撑坐具本体1及相应的电机组件4进行安装调整，具体安装位置和安装顺序，本实施例不作限定。
进一步地，当承载组件为三轴承载组件时，承载组件可以在三个轴向上设置为在一定范围内旋转，例如承载组件的三个轴可以设置为360度旋转，使得增稳效果更好，且安装方便。可以理解，承载组件的各个轴也可设置为小于或大于360度旋转，各个轴的旋转范围可以一致，也可以不一致，本实施例不限于此。
所述实时姿态数据可以包括所述坐具本体1的角度数据和/或角速度数据。控制器3根据角速度数据和/或角度数据控制电机组件4带动坐具本体1运动，使得坐具本体1保持在预设的期望姿态。
例如在一种实施例中，控制器3的控制可以包括两个闭环回路。具体地可将对角速度的控制作为内环控制回路，而将对角度的控制作为外环控制回路，根据坐具本体1的实时姿态数据计算出坐具本体1的实时姿态角；再根据期望姿态计算出电机组件4的输出量，并发送至电机组件4。电机组件4执行所述控制器3发出的相应指令，控制电机的转矩变化实现对电机组件4的关节角的调节，从而带动坐具本体1进行相应运动，使得坐具本体1保持在预设的期望姿态。
本实施例中，可以预先设定所述坐具本体1的期望姿态为水平姿态，期望角速度值为零。将期望角速度值设置为零，可实现零角速度的效果，角速度恒定为零，则速度也就为零，实现零加速度、零惯性的体验，从而实现坐具增稳。可以理解，期望角度值的设定值不限，可以是一定的范围，具体根据坐具角度调整范围需求而定。
姿态传感器2可以为惯性测量传感器。本实施例中，所述姿态传感器2包括加速度计、陀螺仪中的至少一种。当然，加速度计和/或陀螺仪还可以结合磁力计来使用。所述姿态传感器2可以是任何合适的惯性测量传感器的个体或组合，本实施例不作限定。
本发明实施例还提供一种运输工具，包括如前述实施例中任意一项所述的增稳坐具。运输工具例如可以是汽车、轮船、飞机等等，增稳坐具安装在运输工具内，作为其中的座位，起到增稳效果。例如，当所述运输工具是载人运输工具时，特别是儿童、老人或其他特殊人群时，可以在座椅上感受不到摇晃和颠簸，而且可以减弱晕车人群的晕车现象，提升了安全性、舒适性。当所述运输工具是载物运输工具时，可保证货物等负载的运输安全。关于本实施例的增稳坐具的具体内容可以参看前述实施例中关于增稳坐具的描述，相同之处在此不再赘述。
以上所述仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例做任何形式上的限制，虽然本发明实施例已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明实施例，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明实施例技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明实施例技术方案的内容，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。
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Claims (18)

1.一种增稳坐具，其特征在于，包括坐具本体、姿态传感器、控制器、电机组件及承载组件，其中：
所述姿态传感器设置在所述坐具本体上，并连接所述控制器，以感测获得所述坐具本体的实时姿态数据，并将所述实时姿态数据传输至所述控制器中；所述坐具本体通过所述承载组件与所述电机组件连接，所述控制器与所述电机组件连接，所述控制器根据所述坐具本体的实时姿态数据控制所述电机组件带动所述坐具本体运动，以使所述坐具本体保持在期望姿态。
2.如权利要求1所述的增稳坐具，其特征在于，所述控制器包括：偏差检测单元、期望值存储单元及主控单元；所述期望值存储单元内设置有期望姿态数据；所述偏差检测单元与所述期望值存储单元连接，用以接收所述实时姿态数据和所述期望值存储单元内的期望姿态数据，并生成两者的偏差值；所述主控单元连接所述偏差检测单元，用以接收并根据所述偏差值控制所述电机组件运动。
3.如权利要求1或2所述的增稳坐具，其特征在于，还包括设置在所述电机组件上的关节角传感器，用以测量电机组件的关节角数据，并将所述关节角数据传输至所述控制器；
所述控制器包括电机调节单元，接收所述关节角传感器的关节角数据，并根据所述关节角数据控制所述电机组件进行关节角调节。
4.如权利要求3所述的增稳坐具，其特征在于，所述关节角传感器包括霍尔传感器和/或磁编码器。
5.如权利要求1所述的增稳坐具，其特征在于，所述电机组件包括调整所述坐具本体的平移轴姿态的第一轴电机、调整所述坐具本体的俯仰轴姿态的第二轴电机和调整所述坐具本体的横滚轴姿态的第三轴电机中的至少一种。
6.如权利要求5所述的增稳坐具，其特征在于，所述电机组件包括相连接的第一轴电机、第二轴电机和第三轴电机，其中第一轴电机、和/或、第二轴电机、和/或、第三轴电机可360度旋转。
7.如权利要求1所述的增稳坐具，其特征在于，所述实时姿态数据包括所述坐具本体的角度数据和/或角速度数据。
8.如权利要求7所述的增稳坐具，其特征在于，所述期望姿态为水平姿态，期望角速度值为零。
9.如权利要求1所述的增稳坐具，其特征在于，所述姿态传感器包括加速度计、陀螺仪中的至少一种。
10.一种运输工具，其特征在于，包括增稳坐具，所述增稳坐具包括坐具本体、姿态传感器、控制器、电机组件及承载组件，其中，
所述姿态传感器设置在所述坐具本体上，并连接所述控制器，以感测获得所述坐具本体的实时姿态数据，并将所述实时姿态数据传输至所述控制器中；所述坐具本体通过所述承载组件与所述电机组件连接，所述控制器与所述电机组件连接，所述控制器根据所述坐具本体的实时姿态数据控制所述电机组件带动所述坐具本体运动，以使所述坐具本体保持在期望姿态。
11.如权利要求10所述的运输工具，其特征在于，所述控制器包括：偏差检测单元、期望值存储单元及主控单元；所述期望值存储单元内设置有期望姿态数据；所述偏差检测单元与所述期望值存储单元连接，用以接收所述实时姿态数据和所述期望值存储单元内的期望姿态数据，并生成两者的偏差值；所述主控单元连接所述偏差检测单元，用以接收并根据所述偏差值控制所述电机组件运动。
12.如权利要求10或11所述的运输工具，其特征在于，还包括设置在所述电机组件上的关节角传感器，用以测量电机组件的关节角数据，并将所述关节角数据传输至所述控制器；
所述控制器包括电机调节单元，接收所述关节角传感器的关节角数据，并根据所述关节角数据控制所述电机组件进行关节角调节。
13.如权利要求12所述的运输工具，其特征在于，所述关节角传感器包括霍尔传感器和/或磁编码器。
14.如权利要求10所述的运输工具，其特征在于，所述电机组件包括调整所述坐具本体的平移轴姿态的第一轴电机、调整所述坐具本体的俯仰轴姿态的第二轴电机和调整所述坐具本体的横滚轴姿态的第三轴电机中的至少一种。
15.如权利要求14所述的运输工具，其特征在于，所述电机组件包括相连接的第一轴电机、第二轴电机和第三轴电机，其中第一轴电机、和/或、第二轴电机、和/或、第三轴电机可360度旋转。
16.如权利要求10所述的运输工具，其特征在于，所述实时姿态数据包括所述坐具本体的角度数据和/或角速度数据。
17.如权利要求16所述的运输工具，其特征在于，所述期望姿态为水平姿态，期望角速度值为零。
18.如权利要求10所述的运输工具，其特征在于，所述姿态传感器包括加速度计、陀螺仪中的至少一种。
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