基于自学习的电动升降桌遇阻回退方法和系统及升降设备与流程

本发明涉及升降设备领域，具体地，涉及一种基于自学习的电动升降桌遇阻回退方法和系统及升降设备。

背景技术

随着人们坐着办公的时间越来越长，人们逐渐意识到久坐反而不利于工作效率的提高，人们开始尝试坐站交替式办公，渐渐的升降桌也就出现了，使用升降桌站式办公成为一种流行的健康办公方式。电动升降桌一般是以电为动力来源，通过电机控制机械装置来调节升降桌的高低，也可以通过压缩机控制气压棒或液压棒来调节升降桌的高度。

目前市场主流的电动升降桌有单桌腿、双桌腿、三桌腿和四桌腿，分别由1至4个电机实现控制，并在多个电机之间进行位置同步，以实现多个桌腿同步升降的功能。电动升降桌通常主要由以下几个部件组成，立柱或者桌腿，集成了电机和电动推杆，是升降的主要执行部件；控制器，集成了电机控制算法和人机接口，是升降行为的控制中心；升降桌框架，为立柱、控制器和桌面板提供固定；桌面板，升降桌台面。在桌面升降过程中，可能会触碰到诸如椅子、柜子等杂物，更可能会夹到人体，因此需要在此类情况发生时，停止桌面升降，并反弹一段距离。这个功能称之为升降桌的遇阻回退功能。电动升降桌的遇阻回退集成在升降桌控制器中，在升降过程中自动判断遇阻并在必要时执行回退功能。遇阻回退功能目前已成为市场上决定升降桌优劣的特性之一，也是该领域的一大难点。

目前市场上遇阻回退功能主要有以下两种方案，一种方案，是基于升降桌立柱电机的运行时的关键动态参数，如电流等信息。当升降过程中遇到外力阻碍时，会引起该动态参数变化。根据这一变化判断是否遇阻，并执行回退功能；一种方案，是通过安装第三方传感器，如陀螺仪等。当升降过程中遇到外力阻碍时，会影响桌面水平度，通过该传感器检测桌面水平度的变化，判断是否遇阻，并执行回退功能。

上文提到的两种方案，都存在可用性风险。首先，控制对象，例如立柱，其生产一致性较差，电动升降桌属于民用领域，对于产品成本的严格把控，导致了其在立柱机械加工时，都采用粗加工。因为喷漆、安装等因素无法实现精密控制，同一款立柱的一致性较差，甚至于同一根立柱的不同位置的一致性也较差；另外，产品使用一段时间后，立柱性能发生劣化，立柱在多次升降后，几百至几千次升降次数不等，取决于生产质量，出现不同位置一致性差异放大。

上述提及的两个立柱一致性问题主要反映在立柱松紧程度的突变。这个突变程度可能会影响电机关键参数，从而错误的触发遇阻回退功能。往往这些问题立柱，都会在某几个特定高度发生遇阻回退误触发，使得升降桌台面每次到达该高度时，就无法继续上升或者下降。这是目前市场上电动升降桌遇到的最大的可用性问题之一。很多厂家为了消除这一问题，不得不采用以下两种方法：第一，降低遇阻回退灵敏度，根据一致性较恶劣的立柱，调试遇阻回退判断阈值。这一做法有两个缺点，其一是使得遇阻回退功能变得弱化，无法体现其应有的价值；其二是无法覆盖所有立柱性能，存在遇阻回退误触发的潜在可能。第二，提高立柱一致性筛查要求，出厂时对每根立柱进行测试，确保其性能在可控范围内方可发货。这一做法也有两大缺点，其一是生产成本提高，成品率下降，这对于民用领域是很难以接受的；其二是无法消除因多次使用过后的立柱性能劣化带来的问题，存在遇阻回退误触发的潜在可能。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于自学习的电动升降桌遇阻回退方法和系统及升降设备。

根据本发明提供的一种基于自学习的电动升降设备遇阻回退的方法，包括以下步骤：自学习步骤：获取升降部件的参数特征值，根据所述参数特征值得到松紧程度变化区域；其中，所述参数特征值指示升降部件的松紧程度；遇阻回退步骤：获取电机动态参数值，在所述松紧程度变化区域中，对电机动态参数值进行修正，得到修正后的电机动态参数值；根据修正后的电机动态参数值执行遇阻回退。

优选地，所述自学习步骤包括：

松紧程度变化点检测步骤：根据所述参数特征值得到松紧程度变化点；

松紧程度变化区域获取步骤：将升降部件上包含所述松紧程度变化点的区域设定为所述松紧程度变化区域。

优选地，所述松紧程度变化点检测步骤包括：

参数特征值变化检测步骤：识别所述参数特征值的变化；

变化点识别步骤：将所述参数特征值发生变化的位置，记为松紧程度变化点。

优选地，所述参数特征值由如下任一组数据得到：

-电机动态参数值；或者

-电机动态参数值和电动升降设备的运行参数。

优选地，所述参数特征值包括：

-电机动态参数值的一阶微分；

-电机动态参数值的一阶微分和电动升降设备的运行参数；或者

-电机动态参数值的一阶微分和电动升降设备的运行参数的一阶微分，其中，根据电动升降部件对应的经验曲线将电动升降设备的运行参数转换为所述电动升降设备的运行参数的一阶微分。

优选地，所述遇阻回退步骤包括：

修正值获取步骤：获取所述松紧程度变化区域对应的修正值θ；

修正步骤：按照如下方式，根据所述修正值θ来修正电机动态参数值的因素α：

α-θ

遇阻回退判定步骤：根据如下方式进行判定：

-在松紧程度非变化区域中，若α>λ，则判断为外部遇阻；若α≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

-在松紧度变化区域中，若α-θ>λ，则判断为外部遇阻；若α-θ≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

其中，λ表示设定的遇阻回退阈值。

本发明还提供一种基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统，包括以下装置：

自学习装置：获取升降部件的参数特征值，根据所述参数特征值得到松紧程度变化区域；其中，所述参数特征值指示升降部件的松紧程度；

遇阻回退装置：获取电机动态参数值，在所述松紧程度变化区域中，对电机动态参数值进行修正，得到修正后的电机动态参数值；根据修正后的电机动态参数值执行遇阻回退。

优选地，所述自学习装置包括：

松紧程度变化点检测装置：根据所述参数特征值得到松紧程度变化点；

松紧程度变化区域获取装置：将升降部件上包含所述松紧程度变化点的区域设定为所述松紧程度变化区域。

所述松紧程度变化点检测装置包括：

参数特征值变化检测装置：识别所述参数特征值的变化；

变化点识别装置：将所述参数特征值发生变化的位置，记为松紧程度变化点。

所述参数特征值由如下任一组数据得到：

-电机动态参数值；或者

-电机动态参数值和电动升降设备的运行参数。

所述参数特征值包括：

-电机动态参数值的一阶微分；或者

-电机动态参数值的一阶微分和电动升降设备的运行参数的一阶微分，其中，根据电动升降部件对应的经验曲线将电动升降设备的运行参数转换为所述电动升降设备的运行参数的一阶微分。

所述遇阻回退装置包括：

修正值获取装置：获取所述松紧程度变化区域对应的修正值θ；

修正装置：按照如下方式，根据所述修正值θ来修正电机动态参数值的因素α：

α-θ

遇阻回退判定装置：根据如下方式进行判定：

-在松紧程度非变化区域中，若α>λ，则判断为外部遇阻；若α≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

-在松紧度变化区域中，若α-θ>λ，则判断为外部遇阻；若α-θ≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

其中，λ表示设定的遇阻回退阈值。

本发明也提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于自学习的电动升降设备遇阻回退的方法的步骤。

本发明也提供一种升降设备，包括升降部件、控制器，所述控制器对升降部件进行遇阻回退控制，所述控制器包括上述的基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统，或者所述控制器包括上述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、采用自学习算法，排除了立柱一致性差异带来的电机关键动态参数值的干扰，本发明可以消除由于生产过程和多次使用后疲劳导致的立柱一致性偏差，从根源上避免了遇阻回退的误触发，从而大大提高了遇阻回退的灵敏度和遇阻回退功能的可用性。

2、避免了立柱一致性差异带来的遇阻回退的误触发，降低了立柱一致性筛查的要求，可以简化立柱生产环节，降低立柱生产一致性要求，提高立柱生产的成品率，从而降低了立柱的生产成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出自学习的电动升降设备遇阻回退的方法的步骤流程图；

图2示出基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种升降设备，由电机驱动升降部件，包括升降部件、控制器，所述控制器通过控制电机来对升降部件进行遇阻回退控制，所述控制器包括基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统，或者所述控制器包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

其中，基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统，本发明提供一种基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统，包括以下装置：

自学习装置：获取升降部件的参数特征值，根据所述参数特征值得到松紧程度变化区域；其中，所述参数特征值指示升降部件的松紧程度；

遇阻回退装置：获取电机动态参数值，在所述松紧程度变化区域中，对电机动态参数值进行修正，得到修正后的电机动态参数值；根据修正后的电机动态参数值执行遇阻回退。

具体地，所述自学习装置包括：

松紧程度变化点检测装置：根据所述参数特征值得到松紧程度变化点；

松紧程度变化区域获取装置：将升降部件上包含所述松紧程度变化点的区域设定为所述松紧程度变化区域。

所述松紧程度变化点检测装置包括：

参数特征值变化检测装置：识别所述参数特征值的变化；

变化点识别装置：将所述参数特征值发生变化的位置，记为松紧程度变化点，其中所述参数特征值发生变化的位置为升降部件立柱的位置。

所述参数特征值由如下任一组数据得到：

-电机动态参数值；或者

-电机动态参数值和电动升降设备的运行参数。

所述参数特征值包括：

-电机动态参数值的一阶微分；

-电机动态参数值的一阶微分和电动升降设备的运行参数；或者

-电机动态参数值的一阶微分和电动升降设备的运行参数的一阶微分，其中，根据电动升降部件对应的经验曲线将电动升降设备的运行参数转换为所述电动升降设备的运行参数的一阶微分。

所述遇阻回退装置包括：

修正值获取装置：获取所述松紧程度变化区域对应的修正值θ；

修正装置：按照如下方式，根据所述修正值θ来修正电机动态参数值的因素α：

α-θ

遇阻回退判定装置：根据如下方式进行判定：

-在松紧程度非变化区域中，若α>λ，则判断为外部遇阻；若α≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

-在松紧度变化区域中，若α-θ>λ，则判断为外部遇阻；若α-θ≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

其中，λ表示设定的遇阻回退阈值。电机动态参数值采用电机运行时的目标电流瞬时值的一阶微分表示，将电机动态参数值的因素α通过经验曲线的对应关系折算成目标电流瞬时值的一阶微分。升降部件的参数特征值由电机动态参数值得到，将电机运行时的目标电流瞬时值的一阶微分作为电机动态参数值，进一步的作为升降部件的参数特征值；或者，升降部件的参数特征值能够由电机动态参数值和电动设备的运行参数共同得到，按照经验曲线的对应关系，分别将电机动态参数值和电动设备的运行参数折算成目标电流瞬时值的一阶微分。

优选地，所述电动设备的运行参数可以采用电动设备的其他运行参数参与，例如，采样立柱的位置、电流滤波值、持续时间，使用立柱位置来确定当前的标定位置；使用持续时间辅助目标电流瞬时值的一阶微分确定松紧度程度变化区域；用电流滤波值和目标电流瞬时值的一阶微分确定修正值θ。

本领域技术人员可以通过本发明提供一种基于自学习的电动升降设备遇阻回退的方法中的流程步骤，实现所述基于自学习的电动升降设备遇阻回退的系统。具体地，本发明提供的一种基于自学习的电动升降设备遇阻回退的方法，包括以下步骤：

自学习步骤：获取升降部件的参数特征值，根据所述参数特征值得到松紧程度变化区域；其中，所述参数特征值指示升降部件的松紧程度；

遇阻回退步骤：获取电机动态参数值，在所述松紧程度变化区域中，对电机动态参数值进行修正，得到修正后的电机动态参数值；根据修正后的电机动态参数值执行遇阻回退。

具体地，所述自学习步骤包括：

松紧程度变化点检测步骤：根据所述参数特征值得到松紧程度变化点；

松紧程度变化区域获取步骤：将升降部件上包含所述松紧程度变化点的区域设定为所述松紧程度变化区域。

具体地，所述松紧程度变化点检测步骤包括：

参数特征值变化检测步骤：识别所述参数特征值的变化；

变化点识别步骤：将所述参数特征值发生变化的位置，记为松紧程度变化点，其中所述参数特征值发生变化的位置为升降部件立柱的位置。

具体地，所述参数特征值由如下任一组数据得到：

-电机动态参数值；或者

-电机动态参数值和电动升降设备的运行参数。

具体地，所述参数特征值包括：

-电机动态参数值的一阶微分；或者

-电机动态参数值的一阶微分和电动升降设备的运行参数的一阶微分，其中，根据电动升降部件对应的经验曲线将电动升降设备的运行参数转换为所述电动升降设备的运行参数的一阶微分。

具体地，所述遇阻回退步骤包括：

修正值获取步骤：获取所述松紧程度变化区域对应的修正值θ；

修正步骤：按照如下方式，根据所述修正值θ来修正电机动态参数值的因素α：

α-θ

遇阻回退判定步骤：根据如下方式进行判定：

-在松紧程度非变化区域中，若α>λ，则判断为外部遇阻；若α≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

-在松紧度变化区域中，若α-θ>λ，则判断为外部遇阻；若α-θ≤λ，则判断为没有发生外部遇阻；

其中，λ表示设定的遇阻回退阈值。遇阻回退阈值λ，是指预存在数据库中的目标电流瞬时值的一阶微分阈值，是由大量测试得出的经验值。该阈值是恒定的

本发明提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于自学习的电动升降设备遇阻回退的方法的步骤。

下面对本发明进行进行更为具体的说明。

控制器实时计算遇阻回退特征值，即在遇阻回退运行过程中，所获取的电机动态参数值，与预设的阈值进行比较，从而判断升降部件在运动过程中是否遇阻，所述升降部件为升降桌。假设电机动态参数值为α，外部遇阻力因素为γ，遇阻回退阈值为λ，立柱一致性影响因素为β。则当α>λ时，即电机动态参数值大于遇阻回退阈值时，即判断为外部遇阻。

此时，一般做法认为α＝γ-----------------------------(f-1)

然而，实际的情况是，α＝γ+β------------------------(f-2)

当β较大时，在γ远远没有得到遇阻回退阈值λ时，就有可能使α>λ，此时会触发遇阻回退，该遇阻回退是误触发。可见，由于立柱一致性影响因素β的存在，使得遇阻回退的误触发成为始终存在的可能性，其根源是控制器采集到的电机动态参数值或者电机关键动态参数值因素α，在立柱一致性变化的区域内，无法真实反映外部遇阻的情况。

本发明中所述的自学习过程是通过检测手段，标定立柱的一致性情况。完成自学习过程后，在某些可能误触发遇阻回退功能的立柱高度位置，根据自学习结果，对电机运行时的动态参数进行修正，从而一方面避免了误报，另一方面对遇阻回退灵敏度不会产生较大影响。当立柱多次升降发生劣化时，可重新执行自学习过程。

所述标定立柱的一致性情况，是指在自学习过程中，计算立柱参数特征值，这一特征值标志了立柱不同高度段的松紧程度。在松紧程度变化的区域即为可能发生误报的位置。根据其松紧程度及其变化的大小，对应一个关键动态参数修正值θ。这个对应关系来源于大量测试的经验数据，使该修正值θ近似于立柱一致性影响因素β。可以将上述f-2式改写为

α＝γ+θ------------------------(f-3)

在松紧程度变化的区域内，采用以下判据

γ＝α-θ>λ---------------------(f-4)

将动态参数值因素α，减去修正值θ得到修正后的变量，这一变量近似于外部遇阻力因素γ。用这一因素和遇阻回退的阈值进行比较，就消除了立柱一致性差异的影响。

其中，电机动态参数值是指目标电流瞬时值的一阶微分。实际电流瞬时值的一阶微分反应了立柱松紧度变化的趋势，用目标电流瞬时值的一阶微分识别松紧程度的变化临界点，当该值变大表明该立柱位置变紧，反之亦然。在双闭环电机控制(速度环+电流环)中，电流对控制结果的反应很快，因此可用目标电流瞬时值的一阶微分替代实际电流瞬时值的一阶微分，一方面可避免干扰，同时不受采样时机的限制，可实现性佳。

电机关键动态参数值因素α是目标电流瞬时值的一阶微分，其他参数如外部遇阻力因素γ，遇阻回退阈值λ，立柱一致性影响因素β以及关键动态参数修正值θ都通过一定的对应关系，折算到电流瞬时值的一阶微分。这个对应关系是经过对不同厂家组装的，不同流程装配的以及不同零部件供应商组成的多种立柱进行测量后所得到的大量经验数据所拟合的经验曲线。

使用到的运行参数还包括采样立柱位置、电流滤波和持续时间。使用立柱位置来确定当前的标定位置；使用持续时间辅助目标电流瞬时值的一阶微分确定松紧度变化的区域和变化程度；用电流滤波值和目标电流瞬时值的一阶微分确定关键动态参数修正值θ。

在使用中，升降桌都会集成立柱复位的功能，复位时，控制器将受控的所有立柱都降到底部，实现高度归零。本发明所述的自学习过程在升降桌完成复位后清除上一次的自学习记录，并重新开始自学习过程。在立柱第一次达到某高度位置后，即停止该高度位置以下的自学习功能，并在该高度位置以下，根据自学习结果，执行遇阻回退功能。由自学习算法在根据目标电流瞬时值的一阶微分识别松紧程度的变化点所记录的立柱位置，适当放宽一定范围后，形成一个位置区间。在此区间内，均用(f-4)所述判据执行遇阻回退功能。本发明在自学习过程中，始终采用(f-4)所述判据保留遇阻回退功能，此时使用的关键动态参数修正值θ取自较恶劣的立柱参数，因此在自学习过程中，遇阻回退灵敏度会有所下降。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。