监测拐杖的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种监测拐杖，包括卫星导航模块、MEMS惯导模块、电子罗盘模块、气压计模块、中央处理模块和通讯模块；卫星导航模块用于第一定位信息；MEMS惯导模块用于获取第二定位信息；电子罗盘模块用于获取第三定位信息；气压计模块用于获取第四定位信息；当导航卫星信号良好时，中央处理模块将第一定位信息作为当前位置信息；当导航卫星信号不良时，中央处理模块接收第一定位信息、第二定位信息、第三定位信息、第四定位信息和修正值进行综合处理，获得当前位置信息；修正值为根据第三定位信息和第四定位信息对第二定位信息的修正值；通讯模块用于将当前位置信息传输出去。本发明的监测拐杖可以为行动不便者的救护和日常监测提供便利。
【专利说明】监测拐杖
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种辅助行动不便的人行走的工具。
【背景技术】
[0002] 行动不便的人，特别是老人，每日的行动都受到家人的关注，特别是当老人遭受意 外时，家人更希望能够及时确定老人的位置，以便尽早提供帮助。而家人由于工作等社会责 任所在，难以随时跟随在老人身边，因此常常为老人的安全担忧，进而也会对所负担的责任 造成困扰。
[0003] 随着智能手机技术的发展，通过智能手机已经可以提供定位信息。人们设想让老 人携带上智能手机，以便提供老人的即时定位信息。
[0004] 上述措施在实际应用中存在一定的问题，即很多老人不习惯携带智能手机，或者 由于记忆力的原因，常常会忘记携带智能手机，使得相应的功能难以实现。
【发明内容】
[0005] 为了解决老人或其他行动不便的人能够便于携带定位装置，本发明提供了一种监 测拐杖。
[0006] 本发明的技术方案如下。
[0007] 监测拐杖，包括卫星导航模块、MEMS惯导模块、电子罗盘模块、气压计模块、中央处 理模块和通讯模块；所述卫星导航模块、所述MEMS惯导模块、所述电子罗盘模块、所述气压 计模块、所述通讯模块分别与所述中央处理模块连接；
[0008] 所述卫星导航模块用于接收导航卫星信号，并根据所述导航卫星信号获得第一定 位信息；
[0009] 所述MEMS惯导模块包括加速度计和陀螺仪，测量加速度和角速度用于获取第二 定位信息；
[0010] 所述电子罗盘模块测量磁通量用于获取第三定位信息；
[0011] 所述气压计模块测量气压用于获取第四定位信息；
[0012] 当所述导航卫星信号良好时，所述中央处理模块将所述第一定位信息作为所述当 前位置信息；当所述导航卫星信号不良时，所述中央处理模块接收所述第一定位信息、所述 第二定位信息、所述第三定位信息、所述第四定位信息和修正值进行综合处理，获得当前位 置信息；所述修正值为根据所述第三定位信息和所述第四定位信息对所述第二定位信息的 修正值；
[0013] 所述通讯模块用于将所述当前位置信息传输出去。
[0014] 所述修正值对所述第二定位信息进行修正后的结果与所述第一定位信息、所述第 三定位信息、所述第四定位信息进行卡尔曼滤波处理，获得所述当前位置信息。
[0015] 所述修正值包括位置误差、失准角、陀螺零偏和加表零偏；获得所述修正值包括如 下步骤：
[0016] 所述第二定位信息中包含的速度数据作为第一观测量；
[0017] 所述第四定位信息中包含的高度数据与所述第二定位信息中包含的高度数据的 差作为第二观测量；
[0018] 所述第三定位信息中包含的航向数据与所述第二定位信息中包含的航向数据的 差作为第三观测量；
[0019] 当判断所述拐杖速度为零时，利用所述第一观测量、第二观测量和所述第三观测 量获得所述位置误差、所述失准角、所述陀螺零偏和所述加表零偏。
[0020] 利用所述修正值对所述第二定位信息的修正方法包括：利用所述位置误差和所述 失准角分别修正所述第二定位信息中的位置信息和姿态信息，利用所述陀螺零偏和所述加 表零偏分别对所述陀螺仪和所述加速度计进行补偿。
[0021] 获得所述修正值采用卡尔曼滤波方法；
[0022] 获得所述修正值的所述卡尔曼滤波方法的状态方程为：
[0023]
【权利要求】
1. 监测拐杖，其特征在于：包括卫星导航模块、MEMS惯导模块、电子罗盘模块、气压计 模块、中央处理模块和通讯模块；所述卫星导航模块、所述MEMS惯导模块、所述电子罗盘模 块、所述气压计模块、所述通讯模块分别与所述中央处理模块连接； 所述卫星导航模块用于接收导航卫星信号，并根据所述导航卫星信号获得第一定位信 息； 所述MEMS惯导模块包括加速度计和陀螺仪，测量加速度和角速度用于获取第二定位 信息； 所述电子罗盘模块测量磁通量用于获取第三定位信息； 所述气压计模块测量气压用于获取第四定位信息； 当所述导航卫星信号良好时，所述中央处理模块将所述第一定位信息作为所述当前位 置信息；当所述导航卫星信号不良时，所述中央处理模块接收所述第一定位信息、所述第二 定位信息、所述第三定位信息、所述第四定位信息和修正值进行综合处理，获得当前位置信 息；所述修正值为根据所述第三定位信息和所述第四定位信息对所述第二定位信息的修正 值； 所述通讯模块用于将所述当前位置信息传输出去。
2. 根据权利要求1所述监测拐杖，其特征在于：所述修正值对所述第二定位信息进行 修正后的结果与所述第一定位信息、所述第三定位信息、所述第四定位信息进行卡尔曼滤 波处理，获得所述当前位置信息。
3. 根据权利要求1或2所述监测拐杖，其特征在于：所述修正值包括位置误差、失准 角、陀螺零偏和加表零偏；获得所述修正值包括如下步骤： 所述第二定位信息中包含的速度数据作为第一观测量； 所述第四定位信息中包含的高度数据与所述第二定位信息中包含的高度数据的差作 为第二观测量； 所述第三定位信息中包含的航向数据与所述第二定位信息中包含的航向数据的差作 为第三观测量； 当判断所述拐杖速度为零时，利用所述第一观测量、第二观测量和所述第三观测量获 得所述位置误差、所述失准角、所述陀螺零偏和所述加表零偏。
4. 根据权利要求3所述监测拐杖，其特征在于：利用所述修正值对所述第二定位信息 的修正方法包括：利用所述位置误差和所述失准角分别修正所述第二定位信息中的位置信 息和姿态信息，利用所述陀螺零偏和所述加表零偏分别对所述陀螺仪和所述加速度计进行 补偿。
5. 根据权利要求3所述监测拐杖，其特征在于：获得所述修正值采用卡尔曼滤波方 法； 获得所述修正值的所述卡尔曼滤波方法的状态方程为：
其中，X1 = [SL SX 6h SVe 6VN SVu (J)etK tKvxVyvzexeyeJ 为所 述MEMS惯导模块的状态量，S L、S入和Sh分别为纬度误差、经度误差和高度误差，S VE、 S Vn和S Vu分别为东向、北向和天向速度误差，（J)E、（J)N、（J) 11分别为东向、北向和天向的失 准角，▽ X、V y和▽ y为所述加表零偏，e x、e y、e z为所述陀螺零偏；
为地球自转角速度，L为当地纬度，R为地球半径。hB为所述气压计模块输出的高 度，为所述电子罗盘模块输出的方位角，W1 = [Wax Way Waz Wgx Wgy WgJ为所述MEMS惯导 模块中所述加速度计和所述陀螺仪的噪声，wB为所述气压计模块的误差，为所述电子罗 盘模块的误差，4、；^和fu分别为东向、北向、天向的加速度输入。 观测方程为：
为观测方程系数矩阵，VVE、Vvn和Vvu分别为东向、北向和天向速度误差的零均值高斯白 噪声，Vh为所述第四定位信息中的零均值高斯白噪声，V41为所述第三定位信息中的零均值 商斯白噪声。
6. 根据权利要求3所述监测拐杖，其特征在于：获得所述修正值包括如下步骤： 当判断所述拐杖速度为非零时，利用所述第二观测量和所述第三观测量获得位置误 差、失准角、陀螺零偏和加表零偏。
7. 根据权利要求6所述监测拐杖，其特征在于：获得所述修正值采用卡尔曼滤波方 法； 获得所述修正值的所述卡尔曼滤波方法的状态方程为：
其中，X1 = [SL SX 6h SVe 6VN SVu (J)etK tKvxVyvzexeyeJ 为所 述MEMS惯导模块的状态量，S L、S入和Sh分别为纬度误差、经度误差和高度误差，S VE、 S Vn和S Vu分别为东向、北向和天向速度误差，（J)E、（J)N、（J) 11分别为东向、北向和天向的失 准角，▽ X、V y和▽ y为所述加表零偏，e x、e y、e z为所述陀螺零偏；
C3x3为所述MEMS惯导模块的姿态矩阵；
为地球自转角速度，L为当地纬度，R为地球半径。hB为所述气压计模块输出的高 度，为所述电子罗盘模块输出的方位角，W1 = [Wax Way Waz Wgx Wgy WgJ为所述MEMS惯导 模块中所述加速度计和所述陀螺仪的噪声，wB为所述气压计模块的误差，为所述电子罗 盘模块的误差； 观测方程为：
为观测方程系数矩阵，Vh为所述第四定位信息中的零均值高斯白噪声，V41为所述第三 定位信息中的零均值高斯白噪声。
8.根据权利要求1所述监测拐杖，其特征在于：所述中央处理器将所述MEMS惯导模块 测得的特定姿态变化与控制命令对应，并通过所述通讯模块将所述控制命令发出。
9. 根据权利要求1所述监测拐杖，其特征在于：在所述拐杖的手柄上设置体温传感器 模块、脉搏传感器模块，所述体温传感器模块、所述脉搏传感器模块分别与所述中央处理模 块连接； 所述体温传感器模块用于获得人体体温数据； 所述脉搏传感器模块用于获得人体血压、心率数据； 所述中央处理模块将所述体温传感器模块、所述脉搏传感器模块获得的数据通过所述 通讯模块传出。
10. 根据权利要求9所述监测拐杖，其特征在于：在所述手柄上还设置有生物电传感器 模块、热通量传感器模块和/或光学传感器模块；所述生物电传感器模块、所述热通量传感 器模块、所述光学传感器模块分别与所述中央处理模块连接； 所述生物电传感器模块用于获得人体心电、脑电数据； 所述热通量传感器模块用于获得人体热量消耗数据； 所述光学传感器模块用于获得人体血氧含量、血流速数据； 所述中央处理模块将所述生物电传感器模块、所述热通量传感器模块、所述光学传感 器模块获得的数据通过所述通讯模块传出。
【文档编号】G01C21/00GK104352039SQ201410641320
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】王博, 李冰 申请人:北京中电华远科技有限公司