一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，包括控制裝置、運動控制系統(tǒng)和直流無刷伺服電機X、直流無刷伺服電機Y，所述運動控制系統(tǒng)包括DSP芯片控制器、圖像采集模塊、無線局域網(wǎng)模塊和運動控制芯片，DSP芯片控制器和運動控制芯片均與所述控制裝置通信連接，DSP芯片控制器與運動控制芯片之間通信連接，直流無刷伺服電機X和直流無刷伺服電機Y均與DSP芯片控制器通信連接，電動病床上設置有導航光電傳感器、啟動按鈕SS、側向轉彎按鈕SK、后退按鈕SB和加速度傳感器。本發(fā)明的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)計算速度快，操作方便，安全穩(wěn)定，運動控制精確，可以實現(xiàn)對機器人電動病床的遠距離控制。
【專利說明】
一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種雙核單輪驅動醫(yī)用機器人電動病床自動控制系統(tǒng)，屬于自動電動病床技術領域。
【背景技術】
[0002]醫(yī)用病床系統(tǒng)是一種用于醫(yī)院病房內提供承載患者的設備。目前發(fā)達國家醫(yī)院中使用的醫(yī)用病床基本上全部自動化，家庭病床、社區(qū)醫(yī)院病床也已經(jīng)使用多功能電動床。部分醫(yī)用病床可以通過外力改變形狀達到輔助調整患者體位的目的，其中有些附件具有促進患者康復的效果;可控制電動病床是相對高級的自動化產(chǎn)品，具有省時省力的優(yōu)點。由于電控制的特點，控制鍵可以安裝在任何允許病床接受到信號的范圍內，提高了控制的自由度。通過附件升級，還可以實現(xiàn)權限分配。電動驅動產(chǎn)品精度更高，便于流水線作業(yè)，已作為ICU重癥監(jiān)護室、手術室、造影室等中使用的特種醫(yī)用病床。
[0003]我國在醫(yī)用電動病床領域的研究開發(fā)相對滯后，整體水平不高，現(xiàn)國內各級醫(yī)院均是采用普通的機械病床:由床腿、床體和床面組成。為了移動方便移動，一般均在床腿上設置機械滾動滑輪;為了方便病人坐起，均在床頭部分設置機械手動搖起裝置。對于這類型病床，一般均需要護理人員幫助，很難獨自完成，同時病床功能單一，實用性能不強。
[0004]長時間運行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全隱患和不便，即:
(I)現(xiàn)有的部分病床通過四個固定站腳與地面接觸起到支撐作用，病人均被固定在某一個封閉的環(huán)境中，隨著病人長時間的住院，對病人的身心造成了極大的傷害。
[0005](2)雖然部分病床把固定站腳改為了機械萬向輪，可以通過醫(yī)護人員移動病床到某個空間，但是由于病床移動隨意性較大，有時候會出現(xiàn)誤操作，甚至有時候會傷害到病人。
[0006](3)隨著現(xiàn)代人類生活質量的增加，肥胖病人大量增加，而護士人員一般又都比較瘦小，通過機械萬向輪移動病人使得護士人員非常吃力，加重了勞動強度。
[0007](4)隨著老齡化的加重，大量的老人也加重了對病床的需求，現(xiàn)在的護工人員又比較少，基于機械萬向輪的病床加重了護工人員的勞動強度。
[0008](5)所有的機械病床一般均固定在某個位置，一旦需要移動或者變換方向均需要外部人員完成，加重了護工人員的勞動量。
[0009](6)現(xiàn)在的機械病床即使可以通過外力通過病房門口被推到外部環(huán)境中，由于人為操作的自動化程度比較低，通過病房門口都需要點時間調整病床的姿態(tài)才可以通過。
[0010](7)現(xiàn)在的機械病床即使可以通過機械萬向輪的支撐到達病房以外的環(huán)境，在調節(jié)了病人身心的同時，也加大了護工人員的勞動量，特別是通過爬坡的地方時，對護工人員的體力提出了更高的要求。
[0011](8)基于單核控制的機器人電動病床，既要處理多軸電機的伺服控制，又要處理機器人病床的多種傳感器采樣數(shù)據(jù)，由于單核處理器處理的數(shù)據(jù)較多，運算速度不是很快，不利于機器人高速運轉，且有時候由于處理數(shù)據(jù)較多導致機器人病床失控。
[0012](9)由于機器人電動病床在運行過程中頻繁的剎車和啟動，加重了單核控制器的工作量，單核控制器無法滿足機器人電動病床快速啟動和停止的要求。
[0013](10)由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單核機器人電動病床控制器經(jīng)常會出現(xiàn)異常，引起機器人病床在行駛過程中失控，抗干擾能力較差。
[0014](11)對于部分簡易的病床一旦加入電動助力部分可以很容易離開病房，一旦電動病床離開病房即使電動病床本體出現(xiàn)問題和病人發(fā)生危險，醫(yī)護人員再也無法獲取其任何
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[0015](12)由于老齡化的加重，護工非常短缺，對于部分短時自己護理自己的病人來說，即使在病房內發(fā)生危險也無法與醫(yī)護人員和護工及時溝通，有時候會造成一定的傷害。
[0016](13)為了能夠保護電動病床不被誤操作，機器人病床都開啟了多種保護權限，這使得醫(yī)護人員需要現(xiàn)場開啟這些權限才能啟動，加大了醫(yī)護人員的工作量，而且非常耗時。
[0017](14)簡易電動病床移動過程中對于病床的參數(shù)監(jiān)測大多數(shù)還處于現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)場存儲的控制模式，一旦電動病床出現(xiàn)故障需要生產(chǎn)人員到現(xiàn)場查看與操控，不利于機器人電動病床高度自動化的發(fā)展。

【發(fā)明內容】

[0018]本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，該無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)計算速度快，操作方便，安全穩(wěn)定，運動控制精確，可以減輕護工或者護士人員的勞動量和勞動強度，并且可以實現(xiàn)對機器人電動病床的遠距離控制，實現(xiàn)機器人電動病床與護理總站之間的數(shù)據(jù)通信。
[0019]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:提供一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，包括控制裝置、運動控制系統(tǒng)和使電動病床沿不同方向移動的直流無刷伺服電機X、直流無刷伺服電機Y，所述運動控制系統(tǒng)包括DSP芯片控制器、圖像采集模塊、無線局域網(wǎng)模塊和運動控制芯片，所述無線局域網(wǎng)模塊、DSP芯片控制器和運動控制芯片均與所述控制裝置通信連接，所述DSP芯片控制器與運動控制芯片之間通信連接，所述無線局域網(wǎng)模塊和圖像采集模塊均與運動控制芯片通信連接，所述直流無刷伺服電機X和直流無刷伺服電機Y均與所述DSP芯片控制器通信連接，所述電動病床上設置有導航光電傳感器、前進按鈕SB、緊急按鈕ESW、啟動按鈕SS、側向轉彎按鈕SK、后退按鈕SB和加速度傳感器，所述導航光電傳感器、前進按鈕SB、緊急按鈕ESW、啟動按鈕SS、側向轉彎按鈕SK、后退按鈕SB和加速度傳感器均同時與所述DSP芯片控制器通信連接。
[0020]在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括為所述運動控制系統(tǒng)和電動病床提供電源的電池電源和交流電源，所述運動控制系統(tǒng)和電動病電動病床均與所述電池電源和/或交流電源電性連接。
[0021]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述直流無刷伺服電機X上設置有磁電傳感器Ml，所述直流無刷伺服電機Y上設置有磁電傳感器M2，所述磁電傳感器Ml和磁電傳感器M2均與所述DSP芯片控制器電性連接。
[0022]在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括報警系統(tǒng)，所述報警系統(tǒng)與所述DSP芯片控制器電性連接。
[0023]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述電動病床上設置有防撞超聲波傳感器S9和防撞超聲波傳感器SlO。
[0024]在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括負責醫(yī)院護理活動管理的護理總站，所述控制裝置與護理總站之間通信連接。
[0025]在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括濕度檢測系統(tǒng)，所述濕度檢測系統(tǒng)包括濕敏傳感器、測量電路和顯示記錄裝置，所述濕度檢測系統(tǒng)與所述DSP芯片控制器電性連接。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)在保證電動病床穩(wěn)定性和安全性的前提下，通過電動助力不僅可以減少護工或者護士人員的勞動量和勞動強度，而且多種傳感器組合使得機器人電動病床具有移動和導航等多種功能，可以滿足不同條件下病人對病床的需求，操作方便，運動控制精確，計算速度快，并且通過無線局域網(wǎng)可以實現(xiàn)對機器人電動病床的遠距離無線控制，實現(xiàn)機器人電動病床與護理總站之間的數(shù)據(jù)通信，使護理總站可以遠程掌握機器人電動病床的運動狀況。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1為本發(fā)明基于DSP+ MC2320雙核單輪驅動機器人電動病床原理圖；
圖2為本發(fā)明基于DSP+ MC2320無線控制雙核單輪驅動機器人電動病床程序框圖；
圖3為基于DSP+ MC2320無線控制雙核單輪驅動機器人電動病床運動原理框圖；
圖4為基于DSP+ MC2320無線控制雙核單輪驅動機器人電動病床通過病房自動導航原理圖；
圖5為本發(fā)明的無線控制雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)結構示意圖。
[0028]附圖中各部件的標記如下:1、控制裝置，2、運動控制系統(tǒng)，3、DSP芯片控制器，4、運動控制芯片，5、電池電源，6、交流電源，7、直流無刷伺服電機X，8、直流無刷伺服電機Y，9、濕度檢測系統(tǒng)，1、磁電傳感器Ml，11、磁電傳感器M2，12、導航光電傳感器，13、啟動按鈕SS，14、側向轉彎按鈕SK，15、后退按鈕SB，16、報警系統(tǒng)，17、加速度傳感器，18、防撞超聲波傳感器S9，19、防撞超聲波傳感器S10，20、濕敏傳感器，21、測量電路，22、顯示記錄裝置，23、前進按鈕SB，24、緊急按鈕ESW，25、圖像采集模塊，26、無線局域網(wǎng)模塊，27、護理總站。
【具體實施方式】
[0029]下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]請參閱圖1至圖5，本發(fā)明實施例包括:一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，包括控制裝置1、運動控制系統(tǒng)2和使電動病床沿不同方向移動的直流無刷伺服電機X7、直流無刷伺服電機Y8，所述運動控制系統(tǒng)2包括DSP芯片控制器3、圖像采集模塊25、無線局域網(wǎng)模塊26和運動控制芯片4，所述無線局域網(wǎng)模塊26、DSP芯片控制器3和運動控制芯片4均與所述控制裝置I通信連接，所述DSP芯片控制器3與運動控制芯片4之間通信連接，所述無線局域網(wǎng)模塊26和圖像采集模塊25均與運動控制芯片4通信連接，所述直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8均與所述DSP芯片控制器3通信連接，所述電動病床上設置有導航光電傳感器12、前進按鈕SB23、緊急按鈕ESW24、啟動按鈕SS13、側向轉彎按鈕SK14、后退按鈕SB15和加速度傳感器17，所述導航光電傳感器12、前進按鈕SB23、緊急按鈕ESW24、啟動按鈕SS13、側向轉彎按鈕SK14、后退按鈕SB15和加速度傳感器17均同時與所述DSP芯片控制器3通信連接。
[0031]優(yōu)選地，本發(fā)明的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)還包括為所述運動控制系統(tǒng)2和電動病床提供電源的電池電源5和交流電源6，所述運動控制系統(tǒng)2和電動病床均與所述電池電源5和交流電源6電性連接。
[0032]優(yōu)選地，所述直流無刷伺服電機X7上設置有磁電傳感器Ml 10，所述直流無刷伺服電機Y8上設置有磁電傳感器M2 11，所述磁電傳感器Ml 10和磁電傳感器M2 11均與所述DSP芯片控制器3電性連接。
[0033]優(yōu)選地，還包括報警系統(tǒng)16，所述報警系統(tǒng)16與所述DSP芯片控制器3電性連接。在電動病床出現(xiàn)運動故障時發(fā)出報警。
[0034]優(yōu)選地，所述電動病床上設置有防撞超聲波傳感器S9 18和防撞超聲波傳感器SlO19。
[0035]優(yōu)選地，本發(fā)明的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)還包括負責醫(yī)院護理活動管理的護理總站27，所述控制裝置I與護理總站27之間通信連接。
[0036]優(yōu)選地，本發(fā)明的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)還包括濕度檢測系統(tǒng)9，所述濕度檢測系統(tǒng)9包括濕敏傳感器20、測量電路21和顯示記錄裝置22，所述濕度檢測系統(tǒng)9與所述DSP芯片控制器3電性連接。分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能，這樣當病人大小便失控或者是床單潮濕時，濕度檢測系統(tǒng)9會工作，發(fā)出床單更換請求。
[0037]本發(fā)明采用DSP芯片控制器3(芯片型號TMS320F2812)+運動控制芯片4(芯片型號MC2320)雙核控制器進行電動病床的控制，在電源打開狀態(tài)下，控制裝置I即計算機人機界面先工作，如果確實需要移動電動病床，護工人員、護士人員現(xiàn)場或者通過無線局域網(wǎng)模塊26輸入各自的權限密碼，機器人電動病床才可能在屋子里移動，否則機器人電動病床就待在原地等待權限開啟命令;如果機器人電動病床需要推出病房，此時醫(yī)院負責人需要開啟自己的權限密碼，否則機器人電動病床一旦移動到門口位置被門口監(jiān)控傳感器探測到，檢測系統(tǒng)會觸發(fā)控制器上的傳感器，MC2320會鎖死當前的機器人電動病床并通過TMS320F2812發(fā)出誤操作警報。在正常運動狀態(tài)下，機器人電動病床通過各種傳感器讀取外部環(huán)境并反饋參數(shù)給DSP芯片控制器3，由DSP芯片控制器3處理后轉化后與MC2320通訊，由MC2320生成兩軸直流無刷伺服電機的同步控制PffM信號，PffM波信號經(jīng)驅動放大后驅動直流無刷電機X7和直流無刷電機Y8向前運動，其運動速度和位移被相對應的磁電傳感器Ml 10和磁電傳感器M2 11反饋給抓2320，由此2320二次調整同步13麗控制信號滿足實際工作需求。電動床在運行過程中，人機界面在線存儲并輸出當前狀態(tài)，使得處理比較直觀。在需要時可以通過無線局域網(wǎng)模塊26輸出電動病床的當前狀態(tài)到護理總站27，使得處理比較簡單。
[0038I參照圖2，具體實施步驟是: 把醫(yī)用電動床控制系統(tǒng)分為兩部分:人機界面系統(tǒng)即控制裝置I和運動控制系統(tǒng)2。其中人機界面系統(tǒng)完成人機界面、路徑規(guī)劃、在線輸出等功能;基于MC2320運動控制系統(tǒng)完成電動病床的多軸伺服控制，而DSP芯片控制器3(TMS320F2812)實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、I/O控制等功能，系統(tǒng)充分發(fā)揮MC2320快速伺服處理器的優(yōu)點，同時由TMS320F2812實時處理各種傳感器信號，并借助無線局域網(wǎng)模塊26實現(xiàn)機器人電動病床與護理總站27之間的數(shù)據(jù)通訊。
[0039]參照圖2、圖3和圖4，其具體的功能實現(xiàn)如下:
I)在機器人電動病床未接到任何指令之前，它一般會和普通醫(yī)用病床沒有區(qū)別，被固定在某一個區(qū)域，交流電源6對系統(tǒng)中的電池電源5即蓄電池充電，保證機器人電動病床有足夠的能源完成任務。
[0040]2)—旦接到控制裝置I發(fā)出的工作命令后，為了防止機器人電動病床的移動損害充電連接線，TMS320F2812控制器會自動斷開連接線與交流電源的連接，機器人電動病床轉為蓄電池供電狀態(tài)。
[0041]3)為了防止誤操作，本發(fā)明采用三級啟動權限，當確定需要移動機器人電動病床時，如果只是在病房內部移動機器人電動病床，則需要護工人員和護士先后通過人機界面或者是無線裝置輸入權限密碼開啟屋內行走模式;如果是需要推動機器人電動病床走出病房，則需要護工人員、護士和醫(yī)院負責人先后通過人機界面或者無線裝置輸入權限密碼開啟屋外行走模式。
[0042]4)當機器人電動病床開啟行走模式后，一旦啟動按鈕SS13按下，系統(tǒng)首先完成DSP芯片控制器3和MC2320的初始化并檢測電源電壓，如果蓄電池電源不正常，將向TMS320F2812發(fā)出中斷請求，TMS320F2812會對中斷做第一時間響應，如果TMS320F2812的中斷響應沒有來得及處理，車體上的自鎖裝置將被觸發(fā)，進而達到自鎖的功能，防止誤操作，然后TMS320F2812通過無線裝置向護理總站27發(fā)出故障中斷請求，由總站進一步檢修機器人電動病床;如果電源正常，電動床機器人將開始正常工作。
[0043]5)當TMS320F2812控制器檢測到啟動按鈕SS13按下，TMS320F2812控制器將檢測側向轉彎按鈕SK14是否被觸發(fā)。如果側向轉彎按鈕SK14被觸發(fā)，TMS320F2812根據(jù)機器人運動部分需要旋轉角度θ=90°和其內部梯形發(fā)生器，把直流無刷伺服電機Y8要運轉的距離SX轉化為加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2320通訊，MC2320然后再結合直流無刷伺服電機Υ8對應的磁電傳感器M2 11的反饋生成驅動直流無刷伺服電機Υ8的驅動信號，驅動信號經(jīng)功率橋放大后驅動直流無刷伺服電機Υ8運動，由于直流無刷電機Υ8在旋轉過程中通過齒輪結構帶動直流無刷伺服電機Χ7運動。當直流無刷伺服電機Υ8完成這次伺服運動，直流無刷伺服電機Χ7已經(jīng)完成側轉90°的任務，由于在此過程中只是直流無刷伺服電機Υ8驅動直流無刷伺服電機Χ7旋轉90度，并為改變電動病床的方向，提高了機器人電動病床在狹小空間的實用性。
[0044]6)當TMS320F2812控制器檢測到啟動按鈕SS13按下，如果此時只有前進按鈕SF被觸發(fā)，機器人電動病床將開始向前運動，在運動過程中，機器人攜帶的前方防撞超聲波傳感器S9 18和防撞超聲波傳感器SlO 19將工作，并向TMS320F2812控制器時刻反饋其與前方障礙物的距離。如果防撞超聲波傳感器S9 18或者是防撞超聲波傳感器SlO 19讀取到前方有障礙物時，TMS320F2812將與MC2320通訊，MC2320經(jīng)內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機Χ7的HVM輸出，控制機器人電動病床在安全范圍內停車，控制器并開啟一個三秒的計時，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物則通知人機界面改換行走軌跡;如果三秒后障礙物信號消息，則機器人電動病床將按照當前路徑繼續(xù)啟動前進。在機器人電動病床運動過程中，磁電傳感器Ml 10和磁電傳感器M2 11會時刻檢測直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的運動速度和位移，并通過TMS320F2812反饋給MC2320，由MC2320根據(jù)位移、速度和加速度偏差信號二次調整直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的控制信號。
[0045]7)當TMS320F2812控制器檢測到啟動按鈕SS13按下，如果此時只有后退按鈕SB15被觸發(fā)，機器人電動病床將開始后退運動，TMS320F2812將于MC2320通訊，MC2320經(jīng)內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的PWM輸出，控制機器人電動病床按照設定速度緩慢后退;在后退運動過程中，磁電傳感器Ml 10和磁電傳感器M2 11會時刻檢測直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的運動速度和位移，并通過TMS320F2812反饋給MC2320，由MC2320根據(jù)位移、速度和加速度偏差信號二次調整直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的控制信號，保證機器人電動病床在安全速度范圍內運行，防止速度過快機器人電動病床推倒護工人員。
[0046]8)當TMS320F2812控制器檢測到啟動按鈕SS13按下，如果此時轉彎按鈕SK14和前進按鈕SF被觸發(fā)，機器人電動病床將開始側向右移，在運動過程中，機器人攜帶的側方防撞超聲波傳感器S6將工作，并向TMS320F2812控制器時刻反饋其與前方障礙物的距離。如果防撞超聲波傳感器S6讀取到右方有障礙物時，TMS320F2812將于MC2320通訊，MC2320經(jīng)內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X的PWM輸出，控制機器人電動病床在安全范圍內停車，控制器并開啟一個三秒的計時，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物存在將向人機界面發(fā)出停車報警;如果三秒后障礙物信號消息，則機器人電動病床將按照當前軌跡繼續(xù)側向右移。在機器人電動病床側向右移過程中，磁電傳感器Ml 10、磁電傳感器M2 11會時刻檢測直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的運動速度和位移，并通過TMS320F2812反饋給MC2320，由MC2320根據(jù)位移、速度和加速度偏差信號二次調整電機X7和直流無刷伺服電機Y8的控制信號。
[0047]9)當TMS320F2812控制器檢測到啟動按鈕SS13—旦按下，如果此時側向轉彎按鈕SKl4和前進按鈕SB23被觸發(fā)，機器人電動病床將開始側向左移，在運動過程中，機器人攜帶的側方防撞超聲波傳感器S7將工作，并向TMS320F2812控制器時刻反饋其與前方障礙物的距離。如果防撞超聲波傳感器S7讀取到左方有障礙物時，TMS320F2812將于MC2320通訊，MC2320經(jīng)內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X的PWM輸出，控制機器人電動病床在安全范圍內停車，控制器并開啟一個三秒的計時，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物存在將向人機界面發(fā)出停車報警;如果三秒后障礙物信號消息，則機器人電動病床將按照當前軌跡繼續(xù)側向左移。在機器人電動病床側向左移過程中，磁電傳感器Ml 10、磁電傳感器M211會時刻檢測直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8的運動速度和位移，并通過TMS320F2812反饋給MC2320，由MC2320二次調整電機X和電機Y的運動參數(shù)。
[0048]10)當機器人電動病床需要移出病房時，現(xiàn)有醫(yī)院負責人開啟行走權限密碼，然后護工人員把機器人電動病床推到帶有地面標志的位置，機器人電動病床進入自動導航狀態(tài):導航光電傳感器12(包括導航光電傳感器31、32、33、34、35、S6、S7、S8)將工作，地面標志反射回來的光電信號反饋給TMS320F2812，經(jīng)TMS320F2812判斷處理后TMS320F2812將于MC2320通訊，MC2320確定機器人偏移導航軌道的偏差，MC2320結合內部梯形發(fā)生器把此偏差信號轉化為直流無刷伺服電機X7和直流無刷伺服電機Y8要運行的加速度、速度和位移指令，MC2320再結合磁電傳感器Ml 10、磁電傳感器M2 11的反饋生產(chǎn)驅動直流無刷伺服電機Χ7和直流無刷伺服電機Υ8的驅動信號，驅動信號放大后驅動直流無刷伺服電機Χ7和直流無刷伺服電機Υ8向前運動，快速調整機器人電動病床迅速回到導航軌道中心。機器人電動病床沿著軌道行走過程，MC2320根據(jù)地面標志和磁電傳感器Ml 10、磁電傳感器M2 11的反饋微調直流無刷伺服電機Χ7和直流無刷伺服電機Υ8的驅動信號，使機器人沿著設定好的軌道順利通過病房門口。當鋪設的軌道消失后，機器人電動病床就停在原地等待人為推動信號，防止誤操作。
[0049]11)一旦機器人電動病床被推出病房后，基于TMS320F2812將開啟無線傳輸模式，當機器人電動病床開始移動，磁電傳感器Ml 10和磁電傳感器M2 11會實時反饋直流無刷電機Χ7和直流無刷伺服電機Υ8的速度和移動位移，直流無刷電機Χ7和直流無刷伺服電機Υ8的參數(shù)通過無線傳輸給護理總站27，一旦電機速度超越了設定值，護理總站27會通過無線裝置向機器人電動病床發(fā)出超速警報;一旦機器人病床或者是病人出現(xiàn)緊急問題時，護工人員會觸發(fā)機器人電動病床報警按鍵，在按鍵按下的同時，基于CCD的圖像采集模塊25會開啟，然后通過無線傳輸向護理總站27傳輸故障信息。
[0050]12)當病人開始短時的自我護理出現(xiàn)緊急狀況時，病人自己觸發(fā)機器人電動病床報警按鍵，在按鍵按下的同時，基于CCD的圖像采集系統(tǒng)會開啟，然后通過無線傳局域網(wǎng)模塊26向護理總站27發(fā)出中斷請求并傳輸故障信息，總站護理人員會第一次處理故障信息。
[0051]13)本機器人電動病床在運動過程為了防止護士的誤操作以及遇到緊急狀況停車，加入了緊急停車自動鎖車功能。如遇到緊急情況，當緊急按鍵ESW24按下后，運動控制芯片4 一旦檢測到緊急中斷請求會發(fā)出原地停車指令，MC2320通過驅動器鎖死行走直流無刷伺服電機Χ7，即使電動病床多個萬向輪都處于可以滑動狀態(tài)，由于行走直流無刷伺服電機Χ7處于鎖死狀態(tài)，這樣機器人電動病床也不會運動。
[0052]14)本發(fā)明在機器人電動病床上加入了濕度檢測系統(tǒng)9。此濕度檢測系統(tǒng)9由濕敏傳感器20、測量電路21和顯示記錄裝置22等幾部分組成，當病人大小便失控時，濕度檢測系統(tǒng)會工作，將發(fā)出報警信號，護工人員通過人機界面輸出可以查出故障原因，然后更換床褥。
[0053]15)本電動床裝備了多種防障礙物報警系統(tǒng)16，床載障礙探側系統(tǒng)可以在碰撞到障礙物之前自動探測到障礙物的存在并自動停車，并根據(jù)障礙物的性質確定二次啟動或是一直待在原地不動，這樣就保證了在運動過程中對周圍環(huán)境的適應，減少了環(huán)境對其的干擾。
[0054]16)在機器人電動病床行走過程中，電機經(jīng)常會收到外界因素干擾，為了減少電機的脈動轉矩對機器人行走的影響，控制器在考慮電機特性的基礎上加入了對電機轉矩的在線辨識，并利用電機力矩與電流的關系進行補償，削弱了外界環(huán)境對機器人運動的影響。
[0055]17)在機器人電動病床行走期間伺服控制器全程開啟加速度傳感器17，加速度傳感器17可以測量機器人病床三個前進方向的加速度，控制系統(tǒng)根據(jù)測得的加速度通過連續(xù)積分就可以得到其速度和位移，為機器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據(jù)；同時當機器人病床的姿態(tài)發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)就可以得到其大致傾斜角度和加速度要求，控制系統(tǒng)根據(jù)傾斜角度和加速度需求就可以大致計算出功率需求，然后調整各臺直流無刷伺服電機的功率以滿足爬坡和加速需要;控制系統(tǒng)通過對加速度傳感器進行連續(xù)積分，且把它變換到醫(yī)院導航坐標系中，機器人電動病床可以不依賴于任何外部信息就能夠得到其在醫(yī)院導航坐標系中的加速度、速度、偏航角和位置等信息，控制器實時進行存儲和顯示。
[0056]通過上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、在控制過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于DSP(TMS320F2812) +MC2320控制器時刻都在對機器人電動病床的運行狀態(tài)和電源來源進行監(jiān)測和運算，當交流電源切斷時，病床會自動借助自帶蓄電池電源自動鎖死在固定位置，直至有移動開關信號輸入，保證了病床的自然狀態(tài)。
[0057]2、為了方便病人自理，減少對外界條件的依賴，本系統(tǒng)加入了人機界面功能，病人只要通過電腦觸摸屏就可以自動控制病床機器人，這樣就可以不需要護理而自己解決部分簡易的日常生活。
[0058]3、由于此電動病床加入了基于蓄電池的動力助力裝置，即使碰到病人身體肥胖或者護理人員身體瘦弱時，病床本身在電源充足的條件下可以為護工人員和護士人員在屋子里移動病床提供動力，減少了護士或者護工人員在屋子里移動病床的體力消耗和勞動強度。
[0059]4、由于此電動病床加入了基于直流無刷伺服電機的單輪驅動系統(tǒng)，使得病床可以在屋子里實現(xiàn)自由移動，減少了病人在某一個固定位置的壓抑感。
[0060]5、由于此電動病床加入了基于直流無刷伺服電機的單輪驅動系統(tǒng)，使得電動病床可以在屋子里原地按照任意方向自由旋轉，減少了移動病床需要的空間，特別適合應用于空間狹小的病房。
[0061]6、由于加入了基于直流無刷伺服電機的單輪驅動系統(tǒng)，在非常狹小的空間內可以使病床機器人側向移動，減少機器人旋轉帶來的負面問題。
[0062]7、為了能夠使病床機器人能夠自由移出病房門口，控制器加入了多種導航傳感器，機器人在移出病房過程中一旦讀到地面標志就會自動導航，減少人工移動病床帶來的誤差。
[0063]8、當機器人電動病床遇到爬坡的時，由于自身攜帶的有動力能源，所以可以很好的起到助力作用，減少了對護工人員體力的要求。
[0064]9、由MC2320處理多軸直流無刷伺服電機的全數(shù)字伺服控制，大大提高了運算速度，解決了單單片機運行較慢的瓶頸，縮短了開發(fā)周期短，并且程序可移植能力強。
[0065]10、本發(fā)明完全實現(xiàn)了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且還完全實現(xiàn)了多軸直流無刷伺服電機控制信號的同步，有利于提高機器人電動病床的穩(wěn)定性和動態(tài)性會K。
[0066]11、由于本控制器采用MC2320處理大量的多軸伺服數(shù)據(jù)與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，把TMS320F2812從復雜的計算中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。
[0067]12、本機器人電動病床加入了自動鎖車功能，當病床機器人在移動過程中，如遇到緊急情況，控制器會發(fā)出原地停車指令，并鎖死主運動電機，即使多個萬向輪都處于可以滑動狀態(tài)，但由于驅動輪處于鎖死狀態(tài)，這樣機器人也不會運動。
[0068]13、本發(fā)明在機器人電動病床系統(tǒng)中加入了多種開啟權限，防止了病床的誤操作。
[0069]14、由于機器人電動病床具有無線接收和發(fā)射功能，使得醫(yī)護人員可以根據(jù)需要遠距離開啟機器人病床啟動的權限，減少了醫(yī)護人員的工作量。
[0070]15、由于機器人電動病床具有無線接收和發(fā)射功能，一旦自己短時護理自己的病人遇到緊急狀況可以隨時與醫(yī)護人員溝通，保證了病人的安全。
[0071]16、由于機器人電動病床具有無線接收和發(fā)射功能，且配備了基于CCD的圖像采集系統(tǒng)，使得醫(yī)護人員可以隨時監(jiān)控離開病院的電動病床的及時狀況，一旦遇到緊急狀況可以立即處理，保證了電動病床和病人的安全。
[0072]17、機器人電動病床更加安全可靠。無線機器人電動病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)是通過護理總站系統(tǒng)中心來設置相關參數(shù)的，可以防止沒有被授權的人進行操作，這樣一來，就能保證了監(jiān)控的安全可靠。
[0073]18、通過無線機器人電動病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)實現(xiàn)電動病床和護理總站的實時通訊，可以系統(tǒng)的檢測到故障所在，及時檢修。
19、無線機器人電動病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)在監(jiān)控起來更加靈活。通過無線傳輸方式實時監(jiān)控區(qū)域內的機器人電動病床，使病人自己短暫護理自己的安全性大大增加，從而節(jié)約資源，同時電動病床本體參數(shù)的監(jiān)控有效保護了電動病床的各個部件，增加了使用壽命。
20、無線機器人電動病床管理起來更加便捷。無線機器人電動病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)每天可以根據(jù)實際需要在護理總站自動開啟和斷開醫(yī)院負責人的操作權限，也可以對機器人電動病床進行分區(qū)管理。
[0074]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，包括控制裝置、運動控制系統(tǒng)和使電動病床沿不同方向移動的直流無刷伺服電機X、直流無刷伺服電機Y，所述運動控制系統(tǒng)包括DSP芯片控制器、圖像采集模塊、無線局域網(wǎng)模塊和運動控制芯片，所述無線局域網(wǎng)模塊、DSP芯片控制器和運動控制芯片均與所述控制裝置通信連接，所述DSP芯片控制器與運動控制芯片之間通信連接，所述無線局域網(wǎng)模塊和圖像采集模塊均與運動控制芯片通信連接，所述直流無刷伺服電機X和直流無刷伺服電機Y均與所述DSP芯片控制器通信連接，所述電動病床上設置有導航光電傳感器、前進按鈕SB、緊急按鈕ESW、啟動按鈕SS、側向轉彎按鈕SK、后退按鈕SB和加速度傳感器，所述導航光電傳感器、前進按鈕SB、緊急按鈕ESW、啟動按鈕SS、側向轉彎按鈕SK、后退按鈕SB和加速度傳感器均同時與所述DSP芯片控制器通信連接。2.根據(jù)權利要求1所述的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括為所述運動控制系統(tǒng)和電動病床提供電源的電池電源和交流電源，所述運動控制系統(tǒng)和電動病電動病床均與所述電池電源和/或交流電源電性連接。3.根據(jù)權利要求1所述的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，所述直流無刷伺服電機X上設置有磁電傳感器Ml，所述直流無刷伺服電機Y上設置有磁電傳感器M2，所述磁電傳感器Ml和磁電傳感器M2均與所述DSP芯片控制器電性連接。4.根據(jù)權利要求1所述的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括報警系統(tǒng)，所述報警系統(tǒng)與所述DSP芯片控制器電性連接。5.根據(jù)權利要求1所述的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電動病床上設置有防撞超聲波傳感器S9和防撞超聲波傳感器S10。6.根據(jù)權利要求1所述的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括負責醫(yī)院護理活動管理的護理總站，所述控制裝置與護理總站之間通信連接。7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的無線雙核單輪驅動機器人電動病床控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括濕度檢測系統(tǒng)，所述濕度檢測系統(tǒng)包括濕敏傳感器、測量電路和顯示記錄裝置，所述濕度檢測系統(tǒng)與所述DSP芯片控制器電性連接。
【文檔編號】A61G7/018GK106074047SQ201610600782
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610600782.1, CN 106074047 A, CN 106074047A, CN 201610600782, CN-A-106074047, CN106074047 A, CN106074047A, CN201610600782, CN201610600782.1
【發(fā)明人】張好明
【申請人】江蘇若博機器人科技有限公司