[发明专利]基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅的调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动座椅,尤其涉及一种基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅及调节方法。 

背景技术

现有的电动座椅中，民用飞机和汽车有可调节座椅水平位置以及记忆位置的座椅，还没有可主动减缓晕车症的座椅。 

这类座椅虽然提高了乘坐舒适度，但是当乘客容易晕车或者对加减速比较敏感或者因飞机起飞、降落而不适时，该类座椅无法解决这种乘坐不适的问题。 

晕车症一直是困扰人们的疾病，内耳前庭器是人体平衡感受器官，它包括三对半规管和前庭的椭圆囊和球囊。当汽车启动、加减速、刹车、船舶晃动、颠簸，电梯和飞机升降时，这些刺激使前庭椭圆囊和球囊的囊斑毛细胞产生形变放电，向中枢传递并感知。这些前庭电信号的产生、传递在一定限度和时间内人们不会产生不良反应，但每个人对这些刺激的强度和时间的耐受性有一个限度，这个限度就是致晕阈值，如果刺激超过了这个限度就要出现运动病症状。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中的缺陷，提供一种基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅，并公布了其调节方法，通过测量运载体的机体加速度以及俯仰速率，使得座椅在小范围内运动，抵消或者减小机体加速度以及俯仰速率。 

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案： 

基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅，包含座椅、质量测量传感器、角位移传感器、A/D转换器、控制芯片、D/A转换器、加速度计、单自由度陀螺仪、PWM、力矩电机以及减速器，其中，所述质量测量传感器、角位移传感器设置在座椅上，通过A/D转换器与控制芯片相连，所述加速度计、单自由度陀螺仪设置在座椅的载体上，通过A/D转换器与控制芯片相连，所述PWM一端与力矩电机相连，另一端通过D/A转换器与控制芯片相连，所述力矩电机通过减速器与座椅相连。 

作为本发明基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅进一步的优化方案，所述控制芯片采用MCS-51单片机。 

本发明还公开了一种基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅的调节方法，包含以下步骤： 

步骤1)，质量测量传感器将座椅及乘客的总质量传递给控制芯片，角位移传感器记录座椅的初始位置并将其传递给控制芯片； 

步骤2)，加速度计测量座椅载体机身方向的加速度并将其传递给控制芯片，单自由度陀螺仪测量座椅载体的俯仰角速率并将其传递给控制芯片； 

步骤3)，控制芯片将座椅及乘客的总质量与预先设定的质量阈值进行比较，如果座椅及乘客的总质量大于预先设定的质量阈值，控制芯片不驱动力矩电机调整座椅，否则，进入下一步骤； 

步骤4)，控制芯片根据座椅载体机身方向的加速度以及座椅载体的俯仰角速率计算出座椅转动角加速度，计算公式如下： 

ε＝K1*ω+K2*a 

其中，ε为座椅的转动角加速度，K1为座椅载体机身俯仰速率的比例因子，ω为座椅载体机身的俯仰速率；K2为座椅载体机身方向加速度的比例因子，a为座椅载体机身方向的加速度； 

步骤5)，控制芯片根据座椅转动角加速度计算出对应的电机控制电压； 

步骤6)，控制芯片根据计算得到的电机控制电压进行脉宽调制以驱动所述力矩电机运行，进而带动座椅进行转动；当所述角位移传感器检测到座椅的转动角度超过预先设定的角度范围时，控制芯片停止驱动力矩电机； 

步骤7)，当加速度计检测到座椅载体机身方向的加速度小于预先设定的加速度阈值，且单自由度陀螺仪检测到座椅载体的俯仰角速率小于预先设定的俯仰角速率阈值时，控制芯片驱动力矩电机使得座椅回到角位移传感器记录的初始位置。 

作为基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅的调节方法进一步的优化方案，所述座椅载体机身俯仰速率的比例因子K1和座椅载体机身方向加速度的比例因子K2是事先将所述电动座椅的运行参数进行数据拟合后得出的最优控制参数。 

作为基于单自由度陀螺仪及加速度计的电动座椅的调节方法进一步的优化方案，步骤5)中所述控制芯片根据座椅转动角加速度计算出对应的电机控制电压的计算公式如下：