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CN105416113B - 一种儿童智能座椅及控制方法 - Google Patents

一种儿童智能座椅及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种儿童智能座椅及控制方法，座椅包括靠背和底座；压力传感器和重量传感器，压力传感器用于检测人体施加于椅背的压力，重量传感器用于检测人体的重量；调角装置，其包括上片和下片，上片一端连接靠背，下片一端连接底座，上片另一端的内圆环凸台与下片另一端的外圆环凸台旋转连接，调角装置内侧安装在底座和靠背的连接处；其中，内圆环凸台的中心处开设内齿轮；伺服电机，其转动轴与内齿轮啮合从而带动上片转动，伺服电机安装在上片外侧；控制器，其用于控制伺服电机开启和关闭，控制器连接传感器组和伺服电机。本发明的座椅根据压力及儿童身高来判断需要调整的角度，智能感应并控制调角器调整至需要的角度。

Description

一种儿童智能座椅及控制方法
技术领域
本发明涉及一种儿童座椅。更具体地说，本发明涉及一种智能儿童座椅及控制座椅调整角度的方法。
背景技术
目前私家车普及率很高，大部分家长用车接送儿童上下学，但不少家长误以为，将孩子揽入怀中坐在副驾驶位置是最安全的方式，此种行为往往低估了车辆碰撞时产生的冲击力强度，当车速达到50km/h时(市内行驶的普通速度)，一个体重40kg的儿童就相当于1吨的运动物体。而孩子在高速撞击中所产生的冲力相当于一个大象的重量。此时要抱住孩子，相当于用手去救一个从四层楼堕落的成人，不仅如此，儿童还容易被弹出的安全气囊压破内脏，为了保障儿童的乘车安全，通常在汽车座椅上安装儿童安全座椅来保护儿童。然而市面上儿童座椅都存在一定的问题，1、部分座椅靠背角度不能调节，当座椅正向安装时，使儿童安全座椅与汽车座椅配合不好，影响安全性；而当座椅反向安装时，如不能调节靠背角度，年龄小的儿童就不能躺在座椅里，儿童乘坐的舒适性降低。2、另一部分儿童座椅虽能调节角度，但调角器普遍结构复杂，操作不便，调节时力度难以控制，可靠性较差，容易于出现调角器脱位现象，对儿童安全构成威胁3、座椅的调整只能依靠儿童的监护人开调节。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种儿童智能座椅及控制方法，利用传感器探测施加在椅背上的压力及儿童身高来判断需要调整的角度，智能感应并控制调角器调整至需要的角度。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种儿童智能座椅的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、压力传感器测量人体施加于椅背的压力Fp，重量传感器测量人体重量G；
步骤二、控制器接收传感器组的压力Fp和重量G信号，并计算压力Fp的施加时间t，当t＜35秒时，控制器判断不动作；
当t≥35秒时，控制器计算舒适角θ：
其中
其中，θ为适于儿童的靠背与底座之间的舒适角；θ0为靠背与底座之间的初始角度；κ0为第一控制系数；G0为标准人体重量；h0为标准高度；
步骤三、控制器启动伺服电机，伺服电机带动调角装置旋转靠背，使靠背以固定的角速度调整至舒适角θ后，控制器关闭伺服电机。
本发明的目的还可通过一种儿童智能座椅来实现，所述座椅包括：
靠背和底座；
传感器组，包括压力传感器和重量传感器，所述压力传感器用于检测人体施加于椅背的压力，所述重量传感器用于检测人体的重量，所述传感器组安装在座椅上；
调角装置，其包括上片和下片，上片一端连接靠背，下片一端连接底座，上片的另一端与下片另一端通过轴承可旋转连接，所述调角装置内侧安装在底座和靠背的连接处；
伺服电机，其驱动上片转动；
控制器，其连接传感器组和伺服电机，所述控制器用于控制伺服电机开启和关闭。
优选的是，所述下片，其另一端为外圆环凸台；
上片，其另一端为内圆环凸台，所述内圆环凸台中心具有内齿轮；
其中，所述外圆环凸台与所述内圆环凸台通过轴承连接，所述轴承用于支撑上片相对于下片在90-180度之间转动；
其中，所述内齿轮与伺服电机的转动轴相啮合；
下盖，其能够与下片配合形成封闭结构，所述下盖通过螺栓与下片连接；
其中，下盖与上片形成的容置空间用于放置伺服电机。
优选的是，所述下片的外圆环凸台中心处开设定位孔。
优选的是，所述下盖对应下片定位孔的位置为方型凸起。
优选的是，所述伺服电机转动轴穿过定位孔后与内齿轮啮合。
优选的是，还包括安全带。
优选的是，所述控制器还包括通信模块，通信模块具有网络连接功能，能够连接到控制终端用以传输数据和接收命令。
优选的是，所述控制终端为手机。
本发明至少包括以下有益效果：1、根据传感器组测量的数据，精确计算适于儿童的靠背角度；2、利用控制器控制调角装置，匀速、缓慢调整靠背至计算角度，防止调整过度而打扰儿童的睡眠；3、防止汽车碰撞事故中，调角器能够承受冲击力而发生较大的变形或破坏，锁紧装置防止靠背回弹问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明的儿童智能座椅示意图.
图2是本发明的调角装置与电机的组装示意图。
图3是本发明的调角装置的下片结构示意图。
图4是本发明的调角装置的上片结构示意图。
图5是本发明的齿轮结构示意图。
图6是本发明的伺服电机结构示意图。
图7是本发明的第一控制系数κ0的参数对照线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了根据本发明的儿童智能座椅的结构，包括：靠背110、底座120和调角装置130，还包括控制器、传感器组和伺服电机。
靠背110由靠背架和靠背套组成，靠背架由上下两矩形框架组成，其中上、下呈一角度连接，优选的是，此角度适于背部弯曲，下框架的底轴为连接轴；靠背套套设在靠背架上，优选为弹性材料以减少汽车的惯性力。其中，压力传感器均匀分布在靠背套内部，压力传感器的布设方式为矩形阵列排布，行间距为10cm，每行等间距布设3个。人体的背部依靠在靠背110上，其内的压力传感器检测到施加的压力Fp、施加的时间t和施力点的高度h。
底座120包括底座架、底座套和安装架。底座架与靠背架通过连接轴旋转连接，底座套套设在底座架上，重量传感器安装有安装在底座套内，安装座固定在底座架底部，用于将底座固定在汽车座椅上。
传感器组，包括压力传感器和重量传感器，所述压力传感器用于检测人体施加于椅背的压力Fp，所述重量传感器用于检测人体的重量G，所述传感器组安装在座椅上。
调角装置130包括下片131、上片132和下盖133，两个调角装置130对称布设在靠背110和底座120的连接处，上片132固定连接靠背110，下片固定连接底座120，上片132能够相对于下片131旋转90-180度。
如图3所示，下片131包括外圆环凸台131a、上止点131b和下止点131c。下片131的主体为金属材质铁板，其一端为外圆环凸台131a，外圆环凸台131a内套设轴承，轴承内套设内圆环凸台132b，能够使上片132绕下片131旋转，其中，外圆环凸台131a的圆心处开设定位孔，用于固定伺服电机160的旋转轴；下片131另一端为翅型结构，其上开设螺栓孔，所述下片131通过螺栓固定连接底座120，翅型结构的外壁具有一定高度，优选的是，外壁的高度高于外圆环凸台131a，外壁起点为上止点131b，终点为下止点131c，其中所述上止点131b和下止点131c限制上片132和下片131之间的夹角在90-180度之间，当夹角为90度时，由于上止点131b高度高于上片132，上片132被上止点131b阻挡。
如图4所示，上片132包括内齿轮132a和内圆环凸台132b，上片132的主体为金属材质铁板，其一端为内圆环凸台132b，内圆环凸台132b通过轴承旋转连接下片131的外圆环凸台131a，其另一端为翅型结构，其上开设螺栓孔，所述翅型结构通过螺栓固定连接靠背110。其中，内圆环凸台132b内开设同轴心的内齿轮132a，所述内齿轮132a与图5所示的齿轮相啮合，齿轮的中心通孔连接伺服电机160的旋转轴，当启动伺服电机160时，其带动齿轮旋转，从而带动上片132绕下片131旋转，实现调整角度的目的。
下盖133为金属材质铁板，其结构与下片131相同，所述下片131和下盖133的相应位置开设有螺纹孔，用于将固定连接下片131和下盖133，其中下盖133对应伺服电机160的部位为外凸型，用于容纳伺服电机160。
如图6所示的伺服电机160，其旋转轴连接与上片的内齿轮132a相啮合的齿轮。
控制器，其连接伺服电机160和传感器组，用于控制伺服电机开启和关闭，并接收传感器组检测数据，所述控制器安装在底座120下部。
儿童智能座椅的装配过程如下：重量传感器和控制器安装在底座套内，将底座太套设在底座架上；将多个压力传感器按照矩形阵列方式安装在靠背套内，之后将靠背套套在靠背架上。连接轴通过底座架和靠背架连接处通孔从而实现靠背110和底座120的旋转连接。之后将内圆环凸台132b套设在轴承内圈，将外圆环凸台131a套设在轴承外圈，实现上片132绕下片131旋转，上片132的翅型结构与靠背一侧通过螺栓固定连接，下片131的翅型结构与底座的一侧通过螺栓固定连接，之后将伺服电机160的旋转轴与齿轮连接，齿轮与上片132的内齿轮132a相啮合，从而实现伺服电机160带动上片132转动，再将下盖133包覆伺服电机160并与下片131固定连接。最后将儿童座椅固定在车座上。
在另一实施例中，所述儿童智能座椅还包括安全带，所述安全带为十字交叉行安全带，用于保护儿童并减小冲击力。
在另一实施例中，所述控制器还包括通信模块，通信模块具有网络连接功能可连接到控制终端用以传输数据和接收命令，所述控制终端为手机；将儿童放于安全座椅后系上安全带，家长可以通过手机给控制其发送控制命令，控制器接收命令后，启动伺服电机，从而带动调角器调整角度直至达到命令的要求。
本发明所述的儿童座椅的智能调整靠背110与底座120角度的控制方法如下：
步骤一、将儿童放于安全座椅后系上安全带，此时，重量传感器测量儿童重量G，矩形阵列排布的压力传感器测量儿童背部施加于椅背的压力Fp；
步骤二、控制器接收背部施力点的压力传感器监测的压力Fp和重量传感器的检测的重量G，并通过压力传感器的位置估算施力点的高度h，同时计算压力Fp的施加时间t；
当t＜35秒时，控制器判断不动作；
当t≥35秒时，控制器根据高度h及身高比例估算儿童标准身高h0，根据表一查找标准体重G0，之后计算G/G0和h/h0，利用图7中参数对照线，将G/G0和h/h0连接成直线，此直线与参数对照线的交点对应的横坐标值即为κ0，依据公式计算舒适角θ：
其中
其中，θ为适于儿童的靠背与底座之间的舒适角，单位为度；θ0为靠背与底座之间的初始角度，单位为度；Fp为施加于靠背的压力，单位为N；A为角控因子；κ0为第一控制系数；G0为标准人体重量，单位为N；h0为标准高度，单位为米；h为施力点的高度，单位为米；G为重量传感器监测到的重量，单位为N；
表一座椅适龄儿童的标准身高、体重对照表
步骤三、当t≥35秒时，控制器启动伺服电机160，伺服电机160带动调角装置130旋转靠背110，使靠背110以固定的角速度调整至舒适角θ，控制器关闭伺服电机160。
本发明至少包括以下有益效果：1、根据传感器组测量的数据，精确计算适于儿童的靠背角度；2、利用控制器控制调角装置，匀速、缓慢调整靠背至计算角度，防止调整过度而打扰儿童的睡眠；3、防止汽车碰撞事故中，调角器能够承受冲击力而发生较大的变形或破坏，锁紧装置防止靠背回弹问题。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种儿童智能座椅的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、压力传感器测量人体施加于椅背的压力Fp，重量传感器测量人体重量G；
步骤二、控制器接收传感器组的压力Fp和重量G信号，并计算压力Fp的施加时间t，当t<35秒时，控制器判断不动作；
当t≥35秒时，控制器计算舒适角θ：
其中
其中，θ为适于儿童的靠背与底座之间的舒适角；A为角控因子；θ0为靠背与底座之间的初始角度；κ0为第一控制系数；G0为标准人体重量；h0为标准高度；h为施力点的高度；
步骤三、控制器启动伺服电机，伺服电机带动调角装置旋转靠背，使靠背以固定的角速度调整至舒适角θ后，控制器关闭伺服电机；
所述调角装置，其包括上片和下片，上片一端连接靠背，下片一端连接底座，上片的另一端与下片另一端通过轴承可旋转连接，所述调角装置内侧安装在底座和靠背的连接处；
所述下片，其另一端为外圆环凸台；
上片，其另一端为内圆环凸台，所述内圆环凸台中心具有内齿轮；
其中，所述外圆环凸台与所述内圆环凸台通过轴承连接，所述轴承用于支撑上片相对于下片在90-180度之间转动。
2.一种儿童智能座椅，其特征在于，所述座椅包括：
靠背和底座；
传感器组，包括压力传感器和重量传感器，所述压力传感器用于检测人体施加于椅背的压力，所述重量传感器用于检测人体的重量，所述传感器组安装在座椅上；
调角装置，其包括上片和下片，上片一端连接靠背，下片一端连接底座，上片的另一端与下片另一端通过轴承可旋转连接，所述调角装置内侧安装在底座和靠背的连接处；
伺服电机，其驱动上片转动；
控制器，其连接传感器组和伺服电机，所述控制器用于控制伺服电机开启和关闭；
所述下片，其另一端为外圆环凸台；
上片，其另一端为内圆环凸台，所述内圆环凸台中心具有内齿轮；
其中，所述外圆环凸台与所述内圆环凸台通过轴承连接，所述轴承用于支撑上片相对于下片在90-180度之间转动；
其中，所述内齿轮与伺服电机的转动轴相啮合；
下盖，其能够与下片配合形成封闭结构，所述下盖通过螺栓与下片连接；
其中，下盖与上片形成的容置空间用于放置伺服电机。
3.如权利要求2所述的儿童智能座椅，其特征在于，所述下片的外圆环凸台中心处开设定位孔。
4.如权利要求3所述的儿童智能座椅，其特征在于，所述下盖对应下片定位孔的位置为方型凸起。
5.如权利要求4所述的儿童智能座椅，其特征在于，所述伺服电机转动轴穿过定位孔后与内齿轮啮合。
6.如权利要求2-5中任一项所述的儿童智能座椅，其特征在于，还包括安全带。
7.如权利要求2-5中任一项所述的儿童智能座椅，其特征在于，所述控制器还包括通信模块，通信模块具有网络连接功能，能够连接到控制终端用以传输数据和接收命令。
8.如权利要求7所述的儿童智能座椅，其特征在于，所述控制终端为手机。
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