本发明涉及座椅安全技术领域，具体涉及一种防侧翻的椅子。
背景技术：
椅子是日常生活中常见的家具，椅子作为休息的辅助部件，其结构的扎实、稳定性尤为重要，其安全性更是用户的首要要求。对于好动的儿童来说，经常会爬到椅子上玩耍，倚着靠背摇来摇去，而靠背在超过一定范围的承受力时会前后受力不稳定，甚至发生后翻或侧翻，对孩子会存在安全方面的危险。
为了解决上述问题，一些厂家在椅子上专门设计了辅助支撑部件，通过弹簧与椅腿连接，使得辅助支撑部件因重力作用向外撑开一定角度。但是，这种结构的辅助支撑部件导致椅子因重心偏移而前后摆动，稳定性较差，对于久坐的文职人员极易养成不良的坐姿习惯，不适合于日常办公使用。
另外，还有一些厂家在椅子底部加装了具有电动感应功能的支撑机构，当椅子发生倾斜时，控制支撑机构自动撑起一定长度，避免椅子侧翻；而在搬动椅子时，也会导致椅子呈倾斜状态，此时椅子在无人乘坐的状态下也会启动支撑机构运行，给移动带来不便。
综上所述，如何提供一种保证椅子使用安全的控制设备，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于，为解决现有结构的椅子存在着上述完全性及稳定性低的技术问题，提供一种具有防倾倒功能的椅子，本发明的椅子能够在感应有人承载的情况下，通过数控原理自动为椅腿提供辅助支撑力，保证椅腿不发生侧翻或后翻，提高了椅子使用的稳定性及安全性。
为实现上述目的，本发明提供的一种防侧翻的椅子，包括：椅子本体、压力传感器、倾斜状态监测器、中央控制器和辅助支撑机构；在椅子本体下部各椅子腿的底面均设置有压力传感器，用于感应椅子腿的受力程度并生成压力数据，所述的倾斜状态监测器设置于椅子本体上，用于感应椅子本体的倾斜状态并生成倾斜数据，在任意两个相邻的椅子腿之间均设置有辅助支撑机构，用于为倾斜状态的椅子提供辅助支撑力，所述中央控制器的信号输入端连接各压力传感器和倾斜状态监测器，其信号输出端与辅助支撑机构连接，该中央控制器根据各椅子腿的压力数据和倾斜数据判断椅子是否处于载人状态，在判定为载人状态下，通过数据分析生成止动策略，并以止动策略调整各辅助支撑机构的伸长量及指向角度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的倾斜角度监测器采用倾角传感器，所述的倾角传感器设置于座椅的底面中心部位，该倾角传感器在设定的平面坐标系内感应椅子本体的角位移。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器包括：信号采集模块、信号预处理模块、数据分析模块和驱动模块；
所述的信号采集模块用于采集压力传感器及倾角传感器输出的感应信号；
所述的信号预处理模块用于将感应信号进行预处理，生成供数据分析模块识别的信号；
所述的数据分析模块将椅子本体的角位移测量值与设定的角位移阈值进行比较，在超出角位移阈值时，进一步将支撑于地面的各椅子腿压力数据与设定的压力阈值进行比较，在部分椅子腿的压力数据超出压力阈值时，通过驱动模块驱动椅子本体倾斜方向上的辅助支撑机构向外旋转并伸长至地面，并驱动已落地的辅助支撑机构进一步伸长，在椅子本体被推送至水平状态后驱动辅助支撑机构复位；辅助支撑机构的旋转角度与角位移测量值相同。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的倾斜角度监测器采用位移传感器，在椅子本体各边的角部均设置有位移传感器，所述的位移传感器在设定的空间三轴坐标系内感应其所在位置的线位移。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器包括：信号采集模块、信号预处理模块、数据分析模块和驱动模块；
所述的信号采集模块用于采集压力传感器及位移传感器输出的感应信号；
所述的信号预处理模块用于将感应信号进行预处理，生成供数据分析模块识别的信号；
所述的数据分析模块将各位移传感器的线位移构建椅子本体的倾斜状态图像，并将该倾斜状态图像与记录的水平状态图像进行比较以获得椅子本体的转动角度及转动方向，椅子本体的转动角度与设定的角度阈值进行比较，在超出角度阈值时，进一步将支撑于地面的各椅子腿压力数据与设定的压力阈值进行比较，在部分椅子腿的压力数据超出压力阈值时，通过驱动模块驱动椅子本体倾斜方向上的辅助支撑机构向外旋转并伸长至地面，并驱动已落地的辅助支撑机构进一步伸长，在椅子本体被推送至水平状态后驱动辅助支撑机构复位；辅助支撑机构的旋转角度与本体的转动角度相同。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号预处理模块包括：a/d转换器、信号放大器和滤波器，用于将信号采集模块输出的信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的辅助支撑机构包括：气缸、气动推杆、发动机、传动轴和两个旋转伺服电机；所述的传动轴的两端各连接一旋转伺服电机，两个旋转伺服电机固定于相邻的两个椅子腿的侧壁上，所述的气缸套设于传动轴的中心部位，该气缸的动力输入端与发动机连接，其动力输出端与气动推杆连接，所述气动推杆的末端设有用于支撑地面的底座，所述的旋转伺服电机与发动机的信号输入端均连接驱动模块，并受驱动模块的驱动控制。
本发明的一种防侧翻的椅子优点在于：
本发明的椅子在原有结构的基础上增设压力传感器和倾斜状态监测器，分别用于检测椅子腿的承压数据和椅子本体的倾斜状态数据，并以此为依据能够实时监测椅子的状态，中央控制器根据各椅子腿的压力数据和倾斜数据判断椅子是否处于载人状态，在判定为载人状态下，通过数据分析生成止动策略，并以止动策略调整各辅助支撑机构的伸长量及指向角度，以便驱动辅助支撑机构向椅子外侧推开至合适的角度，从椅子倾倒的方向给椅子支撑力，防止椅子倾倒，提高了椅子使用的稳定性及安全性，同时能够感应椅子是否有人乘坐，避免因搬动椅子而触发设备运行所带来的不便，实现了智能化的控制功能。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种防侧翻的椅子结构示意图；
图2为本发明实施例一中的倾角传感器安装位置示意图；
图3为本发明实施例一中的中央控制器结构示意图；
图4为本发明实施例一中的信号预处理模块结构示意图；
图5为本发明实施例一中的辅助支撑机构结构示意图；
图6为本发明实施例二中的位移传感器安装位置示意图；
图7为本发明实施例二中的中央控制器结构示意图。
附图标记
1、椅子本体2、压力传感器3、倾斜状态监测器
4、辅助支撑机构5、气缸6、气动推杆
7、传动轴8、旋转伺服电机9、底座
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种防侧翻的椅子进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种防侧翻的椅子，该椅子具体包括：椅子本体1、压力传感器2、倾斜状态监测器3、中央控制器(未图示)和辅助支撑机构4；在椅子本体1下部各椅子腿的底面均设置有压力传感器2，用于感应椅子腿的受力程度并生成压力数据，所述的倾斜状态监测器3设置于椅子本体1上，用于感应椅子本体1的倾斜状态并生成倾斜数据，在任意两个相邻的椅子腿之间均设置有辅助支撑机构4，用于为倾斜状态的椅子提供辅助支撑力，所述中央控制器的信号输入端连接各压力传感器2和倾斜状态监测器3，其信号输出端与辅助支撑机构4连接，该中央控制器根据各椅子腿的压力数据和倾斜数据判断椅子是否处于载人状态，在判定为载人状态下，通过数据分析生成止动策略，并以止动策略调整各辅助支撑机构4的伸长量及指向角度。
本发明的椅子是在原有结构的基础上增加检测倾斜状态的仪器和检测椅子脚下压力的仪器，当检测仪器检测到椅子有倾斜角度变化时，则可以判断此时椅子有翻倒的趋势，进而通过中央控制器接收到检测仪器传送来的感应信号，中央控制器根据各椅子腿的压力数据和倾斜数据判断椅子是否处于载人状态，在判定为载人状态下，通过数据分析生成止动策略，并以止动策略启动辅助支撑机构，向外侧推开至合适的角度，从椅子倾倒的方向给椅子支撑力，防止椅子倾倒；提高了椅子使用的稳定性及安全性，同时能够感应椅子是否有人乘坐，避免因搬动椅子而触发设备运行所带来的不便，实现了智能化的控制功能。
实施例一
如图1所示，本实施例中的椅子包括：椅子本体1、压力传感器2、倾斜状态监测器3、中央控制器(未图示)和辅助支撑机构4。基于上述结构的椅子，如图2所示，所述的倾斜状态监测器3可设置于座椅的底面中心部位，所述的倾斜状态监测器3可采用倾角传感器，该倾角传感器在设定的平面坐标系内感应椅子本体1的角位移。
进一步的，如图3所示，所述的中央控制器可包括：信号采集模块、信号预处理模块、数据分析模块和驱动模块。
所述的信号采集模块用于采集压力传感器2及倾角传感器输出的感应信号；
所述的信号预处理模块用于将感应信号进行预处理，生成供数据分析模块识别的信号；
所述的数据分析模块将椅子本体1的角位移测量值与设定的角位移阈值进行比较，在超出角位移阈值时，进一步将支撑于地面的各椅子腿压力数据与设定的压力阈值进行比较，在部分椅子腿的压力数据超出压力阈值时，通过驱动模块驱动椅子本体1倾斜方向上的辅助支撑机构4向外旋转并伸长至地面，并驱动已落地的辅助支撑机构4进一步伸长，在椅子本体1被推送至水平状态后驱动辅助支撑机构4复位；辅助支撑机构4的旋转角度与角位移测量值相同。
通过在座椅的底面安放有倾斜角度检测装置，能够检测椅子的倾斜方向和倾斜角度，并以此来判断椅子的倾斜方向，座椅前后左右四个方向可以平行于地面的方向为基准参考值。
通过在椅子腿的底部安放有压力传感器，能够检测椅子腿施加给所处地面的压力，当椅子正常摆放时，各椅子腿给地面的压力基本保持一致。一旦有外力施加导致椅子倾斜，那么此时椅子支撑腿给地面施加的压力是不均衡的，当外力较大时，比如一个四、五岁孩子靠着椅子后背向后仰，与椅子靠背较近的支撑腿给地面的压力会大于另一个方向的压力，据此同样能够判断出椅子的倾斜方向。
在数据分析模块中设定有预先储存好的基本参考评定值，以椅子静止空置时椅子腿的压力为基准参考值，当有人坐着或有重物放置在椅子上时，如果椅子腿部的压力基本一致，可以判断椅子没有发生倾斜；一旦椅子腿的压力值不均匀，或者发生较大差值时，可以判断椅子有倾斜发生。
在检测项目的分析中存在以下两种情况：
1、当检测到有倾斜角度的变化时，同时支撑于地面的部分椅子腿的压力值比空置时增加较少，即未超出设定的压力阈值，此时判断椅子上没有承载人或重物，可能是因人在椅子摆放的外侧拉或者推椅子，导致椅子发生倾斜，也可能是有外力触碰到椅子使其发生倾斜趋势；在这种情况下，控制辅助支撑机构给椅子提供的支撑力不必太大，施加的支撑力足够支撑椅子自身的重量即可。
2、当检测到有倾斜角度的变化时，同时支撑于地面的部分椅子腿的压力值比空置时增加很多，即超出设定的压力阈值，此时判断椅子上承载有重物或人，且因重心不稳使椅子发生倾斜，这种情况比较危险，比如可能是有孩子在椅子上摇晃或者重物放置不稳导致椅子倾斜；在这种情况下，给椅子提供的支撑力需要足够大，以控制辅助支撑机构提供一定距离的伸出量，从而使得椅子被推送至水平状态。
如图4所示，所述的信号预处理模块可通过设置的a/d转换器，将其接收的模拟信号转换为供数据分析模块识别的数字信号；同时，为了降低信号的噪声干扰，提高信号的探测精度，所述的信号预处理模块还可包括信号放大器和滤波器，用于将信号采集模块输出的信号进行放大和滤波处理。
为了实现上述辅助支撑机构的支撑功能，如图5所示，本实施例中的辅助支撑机构包括：气缸5、气动推杆6、发动机(未图示)、传动轴7和两个旋转伺服电机8；所述的传动轴7的两端各连接一旋转伺服电机8，两个旋转伺服电机8固定于相邻的两个椅子腿的侧壁上，所述的气缸5套设于传动轴7的中心部位，该气缸5的动力输入端与发动机连接，其动力输出端与气动推杆6连接，所述气动推杆6的末端设有用于支撑地面的底座9，所述的旋转伺服电机8与发动机的信号输入端均连接驱动模块，并受驱动模块的驱动控制。
椅子的四个方向均可加装有上述结构的辅助支撑机构(图1中仅示出了椅子前后两个辅助支撑机构)，由控制电机驱动。数据分析模块接收到检测装置传送过来的检测数据后，分析椅子的倾斜方向和倾斜角度，并以此为依据计算出气动推杆6的伸长量和旋转角度，从椅子的倾斜方向提供支撑力，以支撑住椅子，防止椅子翻倒。根据支撑力的大小，可驱动气缸5再增加相应大小的作用力给气动推杆6，以便将椅子推送至水平放置状态。
实施例二
本实施例中的椅子同样包括图1中所示的椅子本体1、压力传感器2、倾斜状态监测器3、中央控制器(未图示)和辅助支撑机构4。与实施例一中的椅子结构不同之处在于：本实施例中的倾斜状态监测器3采用位移传感器；如图6所示，在椅子本体1各边的角部均设置有位移传感器，所述的位移传感器在设定的空间三轴坐标系内感应其所在位置的线位移。
利用多个位移传感器在椅子的边角位置设置信号标记点，当椅子的位置或状态发生变化时，则会带动信号标记点的空间位置发生改变，此时数据分析模块将位置变化后的各信号标记点连接起来，与静置状态时对应的信号标记点对比可以模拟出椅子当前的位置状态，呈现出椅子当前的空间位置。
如图7所示，本实施例中的中央控制器包括：信号采集模块、信号预处理模块、数据分析模块和驱动模块；
所述的信号采集模块用于采集压力传感器2及位移传感器输出的感应信号；
所述的信号预处理模块用于将感应信号进行预处理，生成供数据分析模块识别的信号；
所述的数据分析模块将各位移传感器的线位移构建椅子本体1的倾斜状态图像，并将该倾斜状态图像与记录的水平状态图像进行比较以获得椅子本体1的转动角度及转动方向，椅子本体1的转动角度与设定的角度阈值进行比较，在超出角度阈值时，进一步将支撑于地面的各椅子腿压力数据与设定的压力阈值进行比较，在部分椅子腿的压力数据超出压力阈值时，通过驱动模块驱动椅子本体1倾斜方向上的辅助支撑机构4向外旋转并伸长至地面，并驱动已落地的辅助支撑机构4进一步伸长，在椅子本体1被推送至水平状态后驱动辅助支撑机构4复位；辅助支撑机构4的旋转角度与本体的转动角度相同。
将椅子静置安放时的信号标记点的空间坐标作为基准参考值，一旦椅子的状态或位置发生变化时，对应位置信号标记点的空间坐标值也会发生变化。当椅子的位置或状态发生变化时，通过数据分析模块计算出当前每个信号标记点的空间坐标值，并与静置安放时的标记点坐标值进行对比，根据目前各个位置信号标记点的比较数值模拟出椅子的当前空间状态，从而能够计算出椅子的倾斜方向和偏离角度。
另外，为了实现上述辅助支撑机构的支撑功能，本实施例中的辅助支撑机构同样采用图5所示的结构。
在检测项目的分析中存在以下两种情况：
1、当检测到椅子倾斜状态图像发生位移变化时，同时支撑于地面的部分椅子腿的压力值比空置时增加较少，即未超出设定的压力阈值，此时判断椅子上没有承载人或重物，可能是因人在椅子摆放的外侧拉或者推椅子，导致椅子发生倾斜，也可能是有外力触碰到椅子使其发生倾斜趋势；在这种情况下，控制辅助支撑机构给椅子提供的支撑力不必太大，施加的支撑力足够支撑椅子自身的重量即可。
2、当检测到椅子倾斜状态图像发生位移变化时，同时支撑于地面的部分椅子腿的压力值比空置时增加很多，即超出设定的压力阈值，此时判断椅子上承载有重物或人，且因重心不稳使椅子发生倾斜，这种情况比较危险，比如可能是有孩子在椅子上摇晃或者重物放置不稳导致椅子倾斜；在这种情况下，给椅子提供的支撑力需要足够大，以控制辅助支撑机构提供一定距离的伸出量，从而使得椅子被推送至水平状态。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。