CN113100594A - 一种可自动归位办公椅及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动归位办公椅及其操作方法，包括万向轮、椅子本体、压力传感器、核心控制模块。利用红外测距检测模块测量椅子主体周围环境的信息并记录下坐标。当椅子移动时，所使用的单片机可以通过比对环境坐标信息的变化，计算出椅子移动的路径坐标，并记录椅子停止时终点处的坐标。同时，椅子主体上安装的压力传感器可以判断椅子上是否有人或物体。当用户下达归位的语音指令时，控制归位程序的启动。根据上述单片机所记录的起始点与终止点坐标，计算出归位最简路径，驱动万向轮实现归位。与现有的自动归位办公椅相比，本发明提出的归位方法有更强的可移植性；具有较好的人机交互能力；创新与集成度高的特点。

Description

一种可自动归位办公椅及其控制方法

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，尤其涉及一种可自动归位办公椅。

背景技术

目前，办公椅成为各个公司办公的标配，它相较于传统座椅，具有坐起来更加舒服，且可以自由移动的优点。但是随着公司办公人数增多，办公椅数量也随之增加，伴随着带来了座椅归放问题。经常可以看到在下班后以及会议后办公椅随意摆放，显得办公室较为杂乱，不整齐。一般公司会要求员工在使用完会议室后将椅子归位，但一方面仅依靠员工很难保证员工一定记得归放座位，另一方面浪费了员工宝贵的时间。因此，在此问题基础上提出了自动归位办公椅。其目的是通过实现办公室业务的最大自动化，提高办公效率和学习效率，采用更先进的方法改善环境，提高管理水平。现有的自动归位方法主要有：

(1)导轨法

在办公工位前，把公司会议室开会的旋转椅安装到地面一下的导轨上，导轨由滑轮和旋转电机带动，一般情况下椅子可以沿着导轨移动。在需要进行归位时，按下相应的按钮，旋转电机转动带动滑轮和导轨移动，办公椅即实现归位。其特征在于设备简单，基于导轨和滑轮的安装设备价格低廉，但是较为笨重无法左右移动。

(2)全局视觉法

在办公椅上安装接收器，摄像头，电机等装置，利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别，从而确定具体位置和回归路线。其特征在于测量精度高，采样多具有时间连续性以及灵活性，但是光源对于机器视觉的影响较大很难应用于光源不稳定的环境，基于摄像头和图像采集处理卡的设备费用较高并且维修费用不菲，很难进入大部分人的生活。

(3)蓝牙导航法

在需要归位的工位处安装蓝牙信息发送装置，在办公椅上安装蓝牙信息接收装置。工位处发送周期性的声音信号；椅子接收装置在电机的推动下原地转动并比较所接收到的声音信号的音量大小，并将音量最大的方向作为声音信号的来源方向确定归位位置。办公椅通过接收工位处发送的位置信息进行校正、实现归位。其特征在于通过测量信号强度进行定位。是一种短距离低功耗的无线传输技术，具有功耗低，设备体积小，易于集成，但是蓝牙模块精度较低，很难完全归位，并且需要定期进行硬件设备电池更换。

目前方案实现的自动归位椅子具有一定的使用价值，但导轨法略显笨重并且没办法实现人机交互等各种功能，全局视觉法对光源要求高，设备费用较高，蓝牙导航法归位精度较低，需要定期检查维护。

发明内容

本发明目的在于提供一种可自动归位办公椅及其控制方法,以解决上述现有技术中导轨法略显笨重并且没办法实现人机交互等各种功能，全局视觉法对光源要求高，设备费用较高，蓝牙导航法归位精度较低，需要定期检查维护的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种可自动归位办公椅，包括椅子主体、万向轮，压力传感器、核心控制模块；

核心控制模块装于椅子本体下部；

核心控制模块包括单片机、红外测距检测模块、第一舵机、第二舵机、电机、语音识别模块、电源；

万向轮位于核心控制模块的下部，并通过核心控制模块空洞引出的导线与万向轮和第二舵机连接；

万向轮位于椅子本体的底部；

压力传感器位于椅子主体内部；

万向轮的轴心安装电机进行驱动，并搭载第二舵机进行方向控制；

单片机与电源连接，单片机输出PWM波控制所述电机和第二舵机转动；

单片机连接有红外测距检测模块检测距离，第一舵机连接红外测距检测模块；

压力传感器和语音识别模块与单片机相连。

进一步的，压力传感器模块使用薄膜压力传感器，模块内置线性电压转换模块，该模块负责处理薄膜压力传感器传输的压力数据，并与设置的初始阈值相比较，判断有无重物在椅子上，压力传感器检测感应≥5kg的物体。

进一步的，电源为3.3V供电的锂电池或充电电池。

进一步的，红外测距检测模块在第一舵机的驱动下转动扫描进行周期性图像采样。

进一步的，核心控制模块通过螺栓，螺丝和椅子主体底座进行连接。

进一步的，万向轮通过螺丝与电机连接相固定，电机通过电焊的方式固定在底座的核心控制模块内。

进一步的，语音识别模块使用LD3320及配套电路，可识别语音信号并将其转换为电信号传输给单片机，交由单片机进行控制。

一种可自动归位办公椅的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、当办公椅处于尚未启动归位功能状态时，系统处于待机状态，此时压力传感器处于工作状态，其中当判断无重物超过一定时间，单片机接收到压力传感器所传输的可以归位信号，并等待用户通过语音下达归位指令，语音识别模块向单片机传输最终归位信号；

步骤2、在上述待机状态时，红外测距检测模块搭配第一舵机对椅子周围的环境进行测量，并在单片机内记录初始点的坐标；

步骤3、当椅子移动时，红外测距检测模块搭配第一舵机旋转采集数据并不停地向单片机传输环境的坐标信息，单片机比对前述环境坐标的记录，反推出当前椅子所在坐标，并将其作为终止坐标记录下来；

步骤4、当下达归位指令给单片机时，其中归位指令为预先指定的语音信号，语音识别模块对语音信号进行识别，若符合预置在单片机内部的指令，向单片机传达最终归位信号；单片机在得到归位信号时，检索压力传感器信号，若压力传感器返回无物体置于椅子上的信号时，单片机开始执行归位程序；

步骤5、开始执行归位程序时，单片机提取上述存储的初始点坐标和终止坐标，经过设计的归位算法后，旋转并调整椅身姿态和方向，并计算出与目标位置的相对坐标，从而得出最优的返回路径；之后根据计算出的返回路径，传达相对应的指令给电机和第二舵机，使其操纵万向轮移动、旋转，并通过与红外测距检测模块的数据相比较，实时对移动路径进行校正，实现办公椅的自动归位功能。

进一步的，步骤2中测量方法为：

在上电时初始化第一舵机的角度，并设置第一舵机的旋转速度，由于红外测距检测模块是按一定周期测量数据，因此可以通过计算第一舵机的旋转速度和红外测距检测模块的周期，得到关于角度和距离的测量数据并传输给单片机，其中第一舵机每正负旋转180°为一个周期。

本发明的一种可自动归位办公椅及其控制方法具有以下优点：

1、本发明的可自动归位办公椅在万向轮的作用下可以像正常办公椅一样自由移动，而不会受到束缚，移动轮径不会变得单一；

2、本发明的可归为办公椅除椅子外无需其他设备协助，仅依靠设置在办公椅上的核心控制模块实现自动归位，对环境的影响和需求不大。因此具有很高的可移植性，具有即移即用的特点，安装使用简单；

3、本发明采用了语音识别模块，可以提高自动归位椅与人的交互性，使自动归位椅的实现更为简单，并使整个系统有一定的可扩展性。

4、本发明采用了红外测距检测模块进行测量椅子主体周围环境的坐标信息，并通过单片机算法进行归位，归位偏差较小。

5、本发明采用了创新性较高的归位算法，在不同的相对位置下对应不同的归位模式算法，提高了归位的准确性。

附图说明

图1为本发明的可自动归位办公椅正视图；

图2为本发明的可自动归位办公椅侧视图；

图3为本发明的核心控制模块原理图；

图4为本发明的核心控制模块俯视图；

图中标记说明：1、核心控制模块；2、压力传感器；3、万向轮；4、椅子主体；5、单片机；6、第一舵机；7、红外测距检测模块；8、电源；9、语音识别模块；10、电机；11、第二舵机。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。

如图1、图2所示，本发明一种可自动归位办公椅包括：椅子主体4、万向轮3、压力传感器2、核心控制模块1。

如图3、图4所示，核心控制模块1包括：单片机5、红外测距检测模块7、第一舵机6、第二舵机11、电机10、语音识别模块9、电源8。

如图1、图2所示，压力传感器模块2位于椅子主体4坐垫内部；语音识别模块9位于核心控制模块1中便于接收信号；红外测距检测模块7由第一舵机6控制转动方向和速度；红外测距检测模块7放在底座靠前位置方便采集数据；单片机5安放在底座中央；电源8为3.3V供电，安放在单片机5正上方；万向轮3受核心控制模块1内的电机10和第二舵机11控制，其中第二舵机11和电机10分别安放在核心控制模块1底座的四个对称位置。

本发明操作方法为，当办公椅处于尚未启动归位功能状态时，系统处于待机状态，此时压力传感器模块2处于工作状态。其中压力传感器模块2可使用普通的薄膜压力传感器，模块内置线性电压转换模块，该模块负责处理薄膜压力传感器传输的压力数据，并与设置的初始阈值相比较，判断有无重物在椅子上。当判断无重物超过一定时间(用户可自己设置)，单片机5接收到压力传感器2所传输的可以归位信号，并等待用户通过语音下达归位指令，语音识别模块9向单片机传输最终归位信号；所述语音识别模块使用LD3320及配套电路等，可识别语音信号并将其转换为电信号传输给单片机，交由单片机进行控制。

在上述待机状态时，红外测距检测模块7搭配第一舵机6对椅子周围的环境进行测量，并在单片机5内记录初始点的坐标。测量方法为：在上电时初始化第一舵机6的角度，并设置第一舵机6的旋转速度，由于红外测距检测模块7是按一定周期测量数据，因此可以通过计算第一舵机6的旋转速度和红外测距检测模块7的周期，得到一组关于角度和距离的测量数据并传输给单片机5，其中第一舵机6每正负旋转180°为一个周期。当椅子移动时，红外测距检测模块7搭配第一舵机6旋转采集数据并不停地向单片机5传输环境的坐标信息，单片机5比对前述环境坐标的记录，反推出当前椅子所在坐标，并将其作为终止坐标记录下来。

当下达归位指令给单片机5时，其中归位指令为预先指定的语音信号，如“归位”等。语音识别模块9对语音信号进行识别，若符合预置在单片机5内部的指令，向单片机5传达最终归位信号。单片机5在得到归位信号时，检索压力传感器2信号，若压力传感器2返回无物体置于椅子上的信号时，单片机5开始执行归位程序。

开始执行归位程序时，单片机5提取上述存储的初始点坐标和终止坐标，经过设计的归位算法后，旋转并调整椅身姿态和方向，并计算出与目标位置的相对坐标，从而得出最优的返回路径。之后根据计算出的返回路径，传达相对应的指令给电机10和第二舵机11，使其操纵万向轮3移动、旋转，并通过与红外测距检测模块7的数据相比较，实时对移动路径进行校正，从而实现办公椅的自动归位功能。

本发明优点在于，使用电机10和第二舵机11驱动万向轮3实现归位使得座椅灵活度更高，采用语音识别功能提高人机交互的能力，使用特定的归位算法精确度高，可以快速准确归位，另外使用范围广，可以进行实际推广。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种可自动归位办公椅，包括椅子主体(4)、万向轮(3)，其特征在于，还包括压力传感器(2)、核心控制模块(1)；

所述核心控制模块(1)装于椅子本体(4)下部；

所述核心控制模块(1)包括单片机(5)、红外测距检测模块(7)、第一舵机(6)、第二舵机(11)、电机(10)、语音识别模块(9)、电源(8)；

所述万向轮(3)位于核心控制模块(1)的下部，并通过核心控制模块(1)空洞引出的导线与万向轮(3)和第二舵机(11)连接；

所述万向轮(3)位于椅子本体(4)的底部；

所述压力传感器(2)位于椅子主体(4)内部；

所述万向轮(3)的轴心安装电机(10)进行驱动，并搭载第二舵机(11)进行方向控制；

所述单片机(5)与电源(8)连接，单片机(5)输出PWM波控制所述电机(10)和第二舵机(11)转动；

所述单片机(5)连接有红外测距检测模块(7)检测距离，第一舵机(6)连接红外测距检测模块(7)；

所述压力传感器(2)和语音识别模块(9)与单片机(5)相连。

2.根据权利要求1所述的可自动归位办公椅，其特征在于，所述压力传感器模块(2)使用薄膜压力传感器，模块内置线性电压转换模块，该模块负责处理薄膜压力传感器传输的压力数据，并与设置的初始阈值相比较，判断有无重物在椅子上，压力传感器(2)检测感应≥5kg的物体。

3.根据权利要求2所述的可自动归位办公椅，其特征在于，所述电源(8)为3.3V供电的锂电池或充电电池。

4.根据权利要求3所述的可自动归位办公椅，其特征在于，所述红外测距检测模块(7)在第一舵机(6)的驱动下转动扫描进行周期性图像采样。

5.根据权利要求4所述的可自动归位办公椅，其特征在于，所述核心控制模块(1)通过螺栓，螺丝和椅子主体(4)底座进行连接。

6.根据权利要求5所述的可自动归位办公椅，其特征在于，所述万向轮(3)通过螺丝与电机连接相固定，电机通过电焊的方式固定在底座的核心控制模块(1)内。

7.根据权利要求6所述的可自动归位办公椅，其特征在于，所述语音识别模块(9)使用LD3320及配套电路，可识别语音信号并将其转换为电信号传输给单片机(5)，交由单片机(5)进行控制。

8.根据权利要求1-7任一项所述的可自动归位办公椅的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、当办公椅处于尚未启动归位功能状态时，系统处于待机状态，此时压力传感器(2)处于工作状态，其中当判断无重物超过一定时间，单片机(5)接收到压力传感器(2)所传输的可以归位信号，并等待用户通过语音下达归位指令，语音识别模块(9)向单片机传输最终归位信号；

步骤2、在上述待机状态时，红外测距检测模块(7)搭配第一舵机(6)对椅子周围的环境进行测量，并在单片机(5)内记录初始点的坐标；

步骤3、当椅子移动时，红外测距检测模块(7)搭配第一舵机(6)旋转采集数据并不停地向单片机(5)传输环境的坐标信息，单片机(5)比对前述环境坐标的记录，反推出当前椅子所在坐标，并将其作为终止坐标记录下来；

步骤4、当下达归位指令给单片机(5)时，其中归位指令为预先指定的语音信号，语音识别模块(9)对语音信号进行识别，若符合预置在单片机(5)内部的指令，向单片机(5)传达最终归位信号；单片机(5)在得到归位信号时，检索压力传感器(2)信号，若压力传感器(2)返回无物体置于椅子上的信号时，单片机(5)开始执行归位程序；

步骤5、开始执行归位程序时，单片机(5)提取上述存储的初始点坐标和终止坐标，经过设计的归位算法后，旋转并调整椅身姿态和方向，并计算出与目标位置的相对坐标，从而得出最优的返回路径；之后根据计算出的返回路径，传达相对应的指令给电机(10)和第二舵机(11)，使其操纵万向轮(3)移动、旋转，并通过与红外测距检测模块(7)的数据相比较，实时对移动路径进行校正，实现办公椅的自动归位功能。

9.根据权利要求8所述的可自动归位办公椅的控制方法，其特征在于，所述步骤2中测量方法为：

在上电时初始化第一舵机(6)的角度，并设置第一舵机(6)的旋转速度，由于红外测距检测模块(7)是按一定周期测量数据，因此可以通过计算第一舵机(6)的旋转速度和红外测距检测模块(7)的周期，得到关于角度和距离的测量数据并传输给单片机(5)，其中第一舵机(6)每正负旋转180°为一个周期。

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