一种无线单核三轮驱动多功能电动病床的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线单核三轮驱动多功能电动病床，所述的病床架组件与所述的床体组件相连接，且所述的病床架组件设置于所述的床体组件的顶部，所述的病床板组件包括两块硬床板、一块可弯曲床板构成，所述的两块硬床板之间设置有一块可弯曲床板，所述的两块硬床板的底部设置有支撑杆，所述的床板的底部设置有支撑架，所述的支撑架与所述的床板的连接处设置有旋转台，所述的支撑座上设置有病床制动控制单元，所述的床体的两侧设置有挡板，所述的挡板上设置有与病床自动控制单元相连接的屏显控制器。可以在病床进行移动的时候，自由调节病床的旋转方向，提高了病床的平稳性，减轻了医护人员的精力与时间。
【专利说明】
一种无线单核三轮驱动多功能电动病床
技术领域
[0001 ]本发明涉及机器病床领域，特别是涉及一种无线单核三轮驱动多功能电动病床。
【背景技术】
[0002] 医用病床系统是一种用于医院病房内提供承载患者的设备。目前发达国家医院中 使用的医用病床基本上全部自动化，家庭病床、社区医院病床也已经使用多功能电动床。部 分医用病床可以通过外力改变形状达到辅助调整患者体位的目的，其中有些附件具有促进 患者康复的效果;可控制电动病床是相对高级的自动化产品，具有省时省力的优点。由于电 控制的特点，控制键可以安装在任何允许病床接受到信号的范围内，提高了控制的自由度。 通过附件升级，还可以实现权限分配。电动驱动产品精度更高，便于流水线作业，已作为ICU 重症监护室、手术室、造影室等中使用的特种医用病床。
[0003] 我国在医用电动病床领域的研究开发相对滞后，整体水平不高，现国内各级医院 均是采用普通的机械病床：由床腿、床体和床面组成。为了移动方便移动，一般均在床腿上 设置机械滚动滑轮;为了方便病人坐起，均在床头部分设置机械手动摇起装置。对于这类型 病床，一般均需要护理人员帮助，很难独自完成，同时病床功能单一，实用性能不强。
[0004] 长时间运行发现存在着很多安全隐患和不便，即： (1)现有的部分病床通过四个固定站脚与地面接触起到支撑作用，病人均被固定在某 一个封闭的环境中，随着病人长时间的住院，对病人的身心造成了极大的伤害。
[0005] (2)虽然部分病床把固定站脚改为了机械万向轮，可以通过医护人员移动病床到 某个空间，但是由于病床移动随意性较大，有时候会出现误操作，甚至有时候会伤害到病 人。
[0006] (3)随着现代人类生活质量的增加，肥胖病人大量增加，而护士人员一般又都比较 瘦小，通过机械万向轮移动病人使得护士人员非常吃力，加重了劳动强度。
[0007] (4)随着老龄化的加重，大量的老人也加重了对病床的需求，现在的护工人员又比 较少，基于机械万向轮的病床加重了护工人员的劳动强度。
[0008] (5)所有的机械病床一般均固定在某个位置，一旦需要移动或者变换方向均需要 外部人员完成，加重了护工人员的劳动量。
[0009] (6)现在的机械病床即使可以通过外力通过病房门口被推到外部环境中，由于人 为操作的自动化程度比较低，通过病房门口都需要点时间调整病床的姿态才可以通过。 [0010] (7)现在的机械病床即使可以通过机械万向轮的支撑到达病房以外的环境，在调 节了病人身心的同时，也加大了护工人员的劳动量，特别是通过爬坡的地方时，对护工人员 的体力提出了更高的要求。
[0011] (8 )虽然单轮驱动的电动病床可以很好的满足对病床速度和方向的解耦，但是单 轮驱动的行走电机功率较大，有时候会造成大马拉小车的现象出现。
[0012] (9)由于单轮驱动的电动病床动力与地面的接触点只有一个，造成人为很难精确 控制其移动的方向，轻微的一点干扰就能造成较大的方向改变。
[0013] ( 10)虽然双轮驱动可以削弱单轮驱动的部分缺点，但是机器人电动病床在爬坡的 时候如果通过电机过载来满足功率要求，长时间的运行会伤害电机的性能，造成系统的可 靠性大幅度降低。
[0014] (11)机器人电动病床在许多紧急状态下需要快速加速和以较高的速度运行，在这 种条件下系统需求的功率较大，满足正常行驶的两轮电机功率无法满足加速要求，系统无 法满足紧急状况下的功率要求。
[0015] (13)对于部分简易的病床一旦加入电动助力部分可以很容易离开病房，一旦电动 病床离开病房即使电动病床本体出现问题和病人发生危险，医护人员再也无法获取其任何 信息。
[0016] (14)由于老龄化的加重，护工非常短缺，对于部分短时自己护理自己的病人来说， 即使在病房内发生危险也无法与医护人员和护工及时沟通，有时候会造成一定的伤害。
[0017] (15)为了能够保护电动病床不被误操作，机器人病床都开启了多种保护权限，这 使得医护人员需要现场开启这些权限才能启动，加大了医护人员的工作量，而且非常耗时。
[0018] (16)简易电动病床移动过程中对于病床的参数监测大多数还处于现场监测现场 存储的控制模式，一旦电动病床出现故障需要生产人员到现场查看与操控，不利于机器人 电动病床高度自动化的发展。
[0019] (15)现有的机械病床一般均在病床的头部设置了一个摇动杠杠，当病人需要抬起 头部或者是需要仰起上半身时，均有护理人员摇动杠杠达到升起部分病床的目的，病床的 自动化程度较低，而且加重了护理人员的劳动量。
[0020] (16)现有的机械病床一般均没有考虑病人腿部的要求，病人的腿部位置的病床机 械部分不能上下移动，对于长时间卧床的病人来说造成腿部肌肉萎缩等状况发生，不利于 病人的病情治疗。
[0021] (17)现有的机械病床或简易的电动病床在推离病人离开病房时，不论病人的病情 和状况如何，病人均是直直的躺在病床上，没有人性化考虑，有时对病人的心理伤害非常严 重。
【发明内容】
[0022] 本发明主要解决的技术问题是提供一种无线单核三轮驱动多功能电动病床。
[0023]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种无线单核三轮驱 动多功能电动病床，包括:病床自动控制单元、病床板组件、床体组件， 所述的病床架组件与所述的床体组件相连接，且所述的病床架组件设置于所述的床体 组件的顶部， 所述的病床板组件包括两块硬床板、一块可弯曲床板构成，所述的两块硬床板的的之 间设置有一块可弯曲床板，所述的两块硬床板的底部设置有支撑杆，所述的床板的底部设 置有支撑架，所述的支撑架与所述的床板的连接处设置有旋转台，所述的支撑座上设置有 病床制动控制单元，所述的床体的两侧设置有挡板，所述的挡板上设置有与病床自动控制 单元相连接的屏显控制器。
[0024]在本发明一个较佳实施例中，所述的旋转台的内部设置有气缸。
[0025]在本发明一个较佳实施例中，所述的床体的两侧设置有床杆护栏。
[0026] 在本发明一个较佳实施例中，所述的病床自动控制单元包括有ARM控制器、无线装 置、磁电传感器、图像采集装置、人机界面、三轴直流无刷伺服电机、蓄电池、驱动装置，所述 的驱动装置与ARM控制器以及无线装置相连接，ARM控制器与磁电传感器与图像采集装置、 人机界面及三轴直流无刷伺服电机以及蓄电池相连接。
[0027] 本发明的有益效果是:本发明无线单核三轮驱动多功能电动病床，可以在病床进 行移动的时候，自由调节病床的旋转方向，提高了病床的平稳性，减轻了医护人员的精力与 时间。
【附图说明】
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它 的附图，其中： 图1是本发明无线单核三轮驱动多功能电动病床的一较佳实施例的立体结构示意图； 图2为本发明基于无线局域网三轴机器人电动病床原理图； 图3为本发明三轴机器人电动病床程序框图； 图4为单核三轴机器人电动病床运动原理框图； 图5为机器人电动病床通过病房门口自动导航原理图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0030] 请参阅图1-图5，本发明实施例包括:一种无线单核三轮驱动多功能电动病床，其 特征在于，包括:病床自动控制单元、病床板组件1、床体组件， 所述的病床架组件1与所述的床体组件4相连接，且所述的病床架组件1设置于所述的 床体组件4的顶部， 所述的病床板组件1包括两块硬床板、一块可弯曲床板构成，所述的两块硬床板的的之 间设置有一块可弯曲床板，所述的两块硬床板的底部设置有支撑杆，所述的床板的底部设 置有支撑架，所述的支撑架与所述的床板的连接处设置有旋转台2,所述的支撑座上设置有 病床制动控制单元3,所述的床体的两侧设置有挡板，所述的挡板上设置有与病床自动控制 单元相连接的屏显控制器5。
[0031] 在本发明一个较佳实施例中，所述的旋转台的内部设置有气缸。
[0032]在本发明一个较佳实施例中，所述的床体的两侧设置有床杆护栏。
[0033]在本发明一个较佳实施例中，所述的病床自动控制单元包括有ARM控制器、无线装 置、磁电传感器、图像采集装置、人机界面、三轴直流无刷伺服电机、蓄电池、驱动装置，所述 的驱动装置与ARM控制器以及无线装置相连接，ARM控制器与磁电传感器与图像采集装置、 人机界面及三轴直流无刷伺服电机以及蓄电池相连接。
[0034]机器人电动病床控制器，在电源打开状态下，人机界面先工作，如果确实需要移动 电动病床，护工人员、护士人员可以现场或者是通过无线装置输入各自的权限密码，机器人 电动病床才可能在屋子里移动，否则机器人电动病床就待在原地等待权限开启命令;如果 机器人电动病床需要推出病房，此时医院负责人现场或者是通过无线装置开启自己的权限 密码，否则机器人电动病床一旦移动到门口位置被门口监控传感器探测到，检测系统会触 发控制器上的报警传感器，STM32F407锁死当前的机器人电动病床，控制器开启图像采集系 统并通过无线网局域网传输给护理总站，使得医护人员了解机器人电动病床的现场状况。 在正常运动状态下，机器人电动病床通过各种传感器读取外部环境比反馈参数给 STM32F407，由STM32F407处理后转化后为两轴自由升降、两轴差速行驶和单轴助力的直流 无刷伺服电机的同步控制PWM信号，PWM波信号经驱动放大后通过直流无刷电机Z和R完成头 部和腿部病床部分的升降，PWM波信号经驱动放大后驱动直流无刷电机X和直流无刷电机Y 向前运动，其运动速度和位移被相对应的磁电编码器Ml和M2反馈给STM32F407，由 STM32F407根据运行状态参数二次调整两轴同步PWM控制信号以满足实际工作需求;在加速 行驶或爬坡状态下，机器人电动病床通过各种传感器读取外部环境比反馈参数给 STM32F407，由STM32F407处理后转化后为三轴直流无刷伺服电机的同步控制ΠΜ信号，PWM 波信号经驱动放大后驱动直流无刷电机X、直流无刷电机Y和直流无刷伺服电机W向前运动， 其运动速度和位移被相对应的磁电编码器Ml、M2和M3反馈给STM32F407，由STM32F407根据 运行状态参数二次调整三轴同步PWM控制信号以满足实际工作需求。电动床在运行过程中， 人机界面在线存储各种电动病床参数，在需要时可以通过无线局域网输出当前状态到护理 总站，使得处理比较简单。
[0035]具体实施步骤是： 把医用电动床控制系统分为两部分:人机界面系统和运动控制系统。其中人机界面系 统完成人机界面、路径规划、在线输出等功能；运动控制系统完成电动病床的五轴伺服控 制、数据存储、I/O控制等功能，系统充分发挥ARM(STM32F407 )信号处理能力较强的优点， 同时又实时处理各种传感器信号，并借助无线局域网装置实现机器人电动病床与护理总站 之间的数据通讯。
[0036]其具体的功能实现如下： 1)在机器人电动病床未接到任何指令之前，它一般会和普通医用病床没有区别，被固 定在某一个区域，交流电源对系统中的蓄电池充电，保证机器人电动病床有足够的能源完 成任务。
[0037] 2)-旦护理总站需要移动病人，通过无线局域网护理总站首先与机器人电动病床 通讯，接到总站发出的中断后，基于TMS320F2812机器人电动病床主控器自动断开连接线与 交流电源的连接，防止机器人电动病床的移动损害充电连接线，机器人电动病床转为蓄电 池供电状态。
[0038] 3)为了防止误操作，本发明采用三级启动权限，当确定需要移动机器人电动病床 时，如果只是在病房内部移动机器人电动病床，则需要护工人员和护士先后通过人机界面 或者是无线局域网装置输入权限密码开启屋内行走模式;如果是需要推动机器人电动病床 走出病房，则需要护工人员、护士和医院负责人先后通过人机界面或者是无线控制装置输 入权限密码开启屋外行走模式。
[0039] 4)当机器人电动病床开启行走模式后，一旦启动键SS按下，系统首先完成初始化 并检测电源电压，如果蓄电池电源不正常，将向STM32F407发出中断请求，STM32F407会对 中断做第一时间响应，如果STM32F407的中断响应没有来得及处理，车体上的自锁装置将 被触发，进而达到自锁的功能，防止误操作防止误操作，然后STM32F407通过无线装置向护 理总站发出故障中断请求，由总站进一步检修机器人电动病床;如果电源正常，电动床机器 人将开始正常工作。
[0040] 5)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时只有头部上升按钮SHF被触 发，机器人电动病床将开始做病床头部上升部分的运动，STM32F407根据伺服控制器的要求 把按键每次需要运行的距离S转化为电机Z的加速度、速度和位置参考指令值，然后再结合 电机Z对应的磁电传感器M3的速度和位移反馈生成驱动直流无刷伺服电机Z的驱动信号，驱 动信号经功率桥放大后驱动直流无刷伺服电机Z正向运动，机器人电动病床开始缓缓升起， 在运动过程中，一旦护理人员的手不在触发启动键或者是上升按钮SHF，直流无刷伺服电机 Z的伺服控制就结束，完成此次上升过程；当病人的头部需要下降时，护理人员只要同时按 下启动键SS和头部下降按钮SHB，机器人电动病床将开始做病床头部下降部分的运动， STM32F407根据伺服控制器的要求把按键每次需要运行的距离S转化为电机Z的加速度、速 度和位置参考指令值，然后再结合电机Z对应的磁电传感器M3的速度和位移反馈生成驱动 直流无刷伺服电机Z的驱动信号，驱动信号经功率桥放大后驱动直流无刷伺服电机Z反向运 动，机器人电动病床开始缓缓下降，在运动过程中，一旦护理人员的手不在触发启动键或者 是上升按钮SHB，直流无刷伺服电机Z的伺服控制就结束，完成此次下降过程。STM32F407伺 服控制器记录下当前位置与水平位置的位移SHS。
[0041 ] 6)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时只有腿部上升按钮SLF被触 发，机器人电动病床将开始做病床腿部上升部分的运动，STM32F407根据伺服控制器的要求 把按键每次需要运行的距离S转化为电机R的加速度、速度和位置参考指令值，然后再结合 电机R对应的磁电传感器M4的速度和位移反馈生成驱动直流无刷伺服电机R的驱动信号，驱 动信号经功率桥放大后驱动直流无刷伺服电机R正向运动，机器人电动病床开始缓缓升起， 在运动过程中，一旦护理人员的手不在触发启动键或者是上升按钮SLF，直流无刷伺服电机 R的伺服控制就结束，完成此次上升过程；当病人的腿部需要下降时，护理人员只要同时按 下启动键SS和头部下降按钮SLB，机器人电动病床将开始做病床腿部下降部分的运动， STM32F407根据伺服控制器的要求把按键每次需要运行的距离S转化为电机R的加速度、速 度和位置参考指令值，然后再结合电机R对应的磁电传感器M4的速度和位移反馈生成驱动 直流无刷伺服电机R的驱动信号，驱动信号经功率桥放大后驱动直流无刷伺服电机R反向运 动，机器人电动病床开始缓缓下降，在运动过程中，一旦护理人员的手不在触发启动键或者 是上升按钮SLB，直流无刷伺服电机R的伺服控制就结束，完成此次下降过程。STM32F407伺 服控制器记录下当前位置与水平位置的位移SLS。
[0042] 7)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时恢复按钮SFF被触发，机器 人电动病床根据STM32F407伺服控制器的速度和加速度要求，把位移SLS和SHS转化为电机Z 和电机R的加速度、速度和位置参考指令值，然后再结合电机Z和电机R对应的磁电传感器 M3、M4的速度和位移反馈生成驱动直流无刷伺服电机Z和电机R的驱动信号，驱动信号经功 率桥放大后驱动直流无刷伺服电机Z和电机R运动，床体被恢复到自然状态。
[0043] 8)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，STM32F407控制器将检测侧向转弯 按钮SK是否被触发。如果侧向转弯按钮SK被触发，STM32F407根据机器人运动部分需要旋 转角度没=90°需要，把直流无刷伺服电机X和Y要运转的距离SX转化为加速度、速度和位置 参考指令值，然后STM32F407再结合电机X和电机Y的磁电传感器M1、M2的反馈生成驱动直流 无刷伺服电机X和电机Y的驱动信号，驱动信号经功率桥放大后驱动直流无刷伺服电机X和 电机Y以相反的方向运动，在运动过程Ml和M2实时反馈电机的运行参数给STM32F407， STM32F407根据反馈参数二次微调电机X和电机Y的PWM控制信号，使得旋转系统在规定时间 内完成侧转9〇a任务，由于在此过程中只是电机X和电机Y组成的旋转部分旋转90度，并未改 变电动病床的方向，提高了机器人电动病床在狭小空间的实用性。
[0044] 9)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时前进按钮SF被触发，系统 会对加速按键SA进行判断，如果系统确定加速按键SA已经触发，说明机器人电动病床需要 加速或者是爬坡，此时控制器会根据需要对机器人所需要的功率进行优化分配，然后开启 三轴电机同步伺服控制模式。根据加速度和速度要求，STM32F407结合直流无刷电机X、电机 Y和电机W配备的磁电编码器Ml、M2和M5的反馈生成驱动三轴直流无刷电机的PWM驱动信号， 驱动信号经驱动器放大后驱动三轴电机向前运动，在此过程中磁电编码器Ml、M2和M5实时 向STM32F407反馈其位移信号，STM32F407把此位移信号转化为机器人电动病床的实际运行 距离;在运动过程中，机器人携带的前方防撞超声波传感器S9和S10将工作，并向STM32F407 控制器时刻反馈其与前方障碍物的距离。如果防撞超声波传感器S9或者是S10读取到前方 有障碍物时，STM32F407经内部伺服控制程序调整直流无刷伺服电机X、电机Y、电机W的PWM 输出，控制机器人电动病床在安全范围内停车，控制器并开启一个三秒的计时，如果三秒后 控制器依旧读取到障碍物则通知人机界面改换行走轨迹;如果三秒后障碍物信号消息，则 机器人电动病床将按照当前路径继续启动前进。在机器人电动病床运动过程中，磁电传感 器Ml、M2和M5会时刻检测直流无刷伺服电机X、电机Y和电机W的运动速度和位移，并反馈给 STM32F407,由STM32F407二次调整直流无刷电机X、电机Y和电机W的ΠΜ波控制信号以满足 实际需求。
[0045] 10)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时只有前进按钮SF被触发， 加速按键SA未被触发，机器人电动病床将开始向前按照正常速度运动：电机X和电机Y被启 动，电机Z被释放;在运动过程中，机器人携带的前方防撞超声波传感器S9和S10将工作，并 向STM32F407控制器时刻反馈其与前方障碍物的距离。如果防撞超声波传感器S9或者是 S10读取到前方有障碍物时，STM32F407经内部伺服控制程序调整直流无刷伺服电机X和电 机Y的PWM输出，控制机器人电动病床在安全范围内停车，控制器并开启一个三秒的计时，如 果三秒后控制器依旧读取到障碍物则通知人机界面改换行走轨迹;如果三秒后障碍物信号 消息，则机器人电动病床将按照当前路径继续启动前进。在机器人电动病床运动过程中，磁 电传感器Ml、M2会时刻检测直流无刷伺服电机X和电机Y的运动速度和位移，并反馈给 STM32F407,由STM32F407二次调整直流无刷电机X和电机Y的P丽波控制信号以满足实际需 求。
[0046] 11)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时后退按钮SB也被触发，无 论加速按键SA是否被触发，机器人电动病床都将以设定的正常速度开始后退运动， STM32F407经内部伺服控制程序调整直流无刷伺服电机X和电机Y的ΠΜ输出，控制机器人 电动病床按照设定速度缓慢后退;在后退运动过程中，磁电传感器Ml、M2会时刻检测直流无 刷伺服电机X和电机Y的运动速度和位移，并反馈给STM32F407，STM32F407根据磁电传感 器Ml和M2的速度和位移反馈二次调整直流无刷伺服电机X和电机￥的1^丽输出，保证机器人 电动病床在安全速度范围内运行，防止速度过快机器人电动病床推倒护工人员。
[0047] 12)当STM32F407控制器检测到启动键SS按下，如果此时转弯按钮SK和前进按钮 SF被触发，无论加速按键SA是否被触发，机器人电动病床都将以设定好的正常速度开始侧 向右移，在运动过程中，机器人携带的侧方防撞超声波传感器S6将工作，并向STM32F407控 制器时刻反馈其与前方障碍物的距离。如果防撞超声波传感器S6读取到右方有障碍物时， STM32F407经内部伺服控制程序调整直流无刷伺服电机X和电机Y的ΠΜ输出，控制机器人 电动病床在安全范围内停车，控制器并开启一个三秒的计时，如果三秒后控制器依旧读取 到障碍物存在将向人机界面发出停车报警;如果三秒后障碍物信号消息，则机器人电动病 床将按照当前轨迹继续侧向右移。在机器人电动病床侧向右移过程中，磁电传感器Ml、M2会 时刻检测直流无刷伺服电机X和电机Y的运动速度和位移，并反馈给STM32F407，由 STM32F407二次调整电机X和电机Y的运动参数，保证系统满足行走要求。
[0048] 13)当STM32F407控制器检测到启动键SS-旦按下，如果此时转弯按钮SK和前进 按钮SB被触发，无论加速按键SA是否被触发，机器人电动病床都将以设定好的正常速度开 始侧向左移。在运动过程中，机器人携带的侧方防撞超声波传感器S7将工作，并向 STM32F407控制器时刻反馈其与前方障碍物的距离。如果防撞超声波传感器S7读取到运动 前方有障碍物时，STM32F407经内部伺服控制程序调整直流无刷伺服电机X和电机Y的PWM 输出，控制机器人电动病床在安全范围内停车，控制器并开启一个三秒的计时，如果三秒后 控制器依旧读取到障碍物存在将向人机界面发出停车报警;如果三秒后障碍物信号消息， 则机器人电动病床将按照当前轨迹继续侧向左移。在机器人电动病床侧向左移过程中，磁 电传感器Ml、M2会时刻检测直流无刷伺服电机X和电机Y的运动速度和位移，并反馈给 STM32F407，由STM32F407二次调整电机X和电机Y的运动参数，保证系统满足实际需求。
[0049] 14)当机器人电动病床需要移出病房时，先有医院负责人开启行走权限密码，可以 有护工人员推出房间，也可以有护工人员把机器人电动病床推到带有地面导航标志的位 置，机器人电动病床进入自动导航状态:其导航的光电传感器SI、S2、S3、S4、S5将工作，地面 标志反射回来的光电信号反馈给STM32F407，经STM32F407判断处理后确定机器人偏移导 航轨道的偏差，STM32F407把此偏差信号转化为电机X和电机Y要运行的加速度、速度和位 移指令，STM32F407再结合磁电编码器Ml和M2的反馈生产驱动直流无刷伺服电机X和电机Y 的驱动信号，驱动信号放大后驱动直流无刷电机X和电机Y向前运动，快速调整机器人电动 病床迅速回到导航轨道中心。机器人电动病床沿着轨道行走过程，STM32F407根据地面标 志和磁电编码器Ml和M2的反馈微调电机X和电机Y的驱动信号，使机器人沿着设定好的轨道 顺利通过病房门口。当铺设的轨道消失后，机器人电动病床就停在原地等待人为移动信号， 防止误操作。
[0050] 15)-旦机器人电动病床被推出病房后，基于TMS320F2812将开启无线传输模式， 当机器人电动病床开始移动，磁电传感器Ml和M2会实时反馈直流无刷电机X和电机Y的速度 和移动位移，电机X和电机Y的参数通过无线传输给总站，一旦电机速度超越了设定值，总站 会通过无线装置向机器人电动病床发出超速警报;一旦机器人病床或者是病人出现紧急问 题时，护工人员会触发机器人电动病床报警按键，在按键按下的同时，基于CCD的图像采集 图像会开启，然后通过无线传输向总站传输故障信息。
[0051] 16)当病人开始短时的自我护理出现紧急状况时，病人自己触发机器人电动病床 报警按键，在按键按下的同时，基于CCD的图像采集图像会开启，然后通过无线传输装置向 总站发出中断请求并传输故障信息，总站护理人员会第一次处理故障信息。
[0052] 17)本机器人电动病床在运动过程为了防止护士的误操作以及遇到紧急状况停 车，加入了紧急停车自动锁车功能。如遇到紧急情况，当紧急按键ESW1按下后，控制器一旦 检测到紧急中断请求会发出原地停车指令，STM32F407通过驱动器封锁直流无刷伺服电机 X、电机Y和电机W的PWM波信号，即使电动病床多个万向轮都处于可以滑动状态，由于行走电 机X、电机Y和电机W处于锁死状态，这样机器人电动病床也不会运动，保证了机器人在紧急 状况下的安全性。
[0053] 18)本发明在机器人电动病床上加入了湿度检测系统。此湿度检测系统由湿敏传 感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功 能，这样当病人大小便失控时，湿度检测系统会工作，将发出报警信号，护工人员通过人机 界面输出可以查出故障原因，然后更换床褥。
[0054] 19)本电动床装备了多种防障碍物报警系统，机器人障碍物探测系统可以在机器 人病床碰撞到障碍物之前自动探测到障碍物的存在并通过控制器协助自动停车，并根据障 碍物的性质确定二次启动或是一直待在原地不动，这样就保证了机器人病床在运动过程中 对周围环境的适应，减少了环境对其的干扰。
[0055] 20)在机器人电动病床行走过程中，直流无刷伺服电机经常会受到外界因素干扰， 为了减少电机的脉动转矩对机器人行走的影响，控制器在考虑电机特性的基础上加入了对 电机转矩的在线辨识，并利用电机力矩与电流的关系进行及时补偿，削弱了外界环境对机 器人运动的影响。
[0056] 本发明无线单核三轮驱动多功能电动病床的有益效果是： 1、在控制过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于ARM(STM32F407)控制器 时刻都在对机器人电动病床的运行状态和电源来源进行监测和运算，当交流电源切断时， 病床会借助自携带蓄电池电源自锁在固定位置，直至有移动病床的开关信号输入，保证了 病床的自然状态。
[0057] 2:为了方便使用，减少外界对病床的干扰，护工人员、护士人员以及医院管理人员 均需要开启权限才可以启动机器人电动病床，减少了误操作的危险。
[0058] 3:为了方便病人自理，减少对外界条件的依赖，本系统加入了人机界面功能，病人 只要通过电脑触摸屏就可以自动控制病床机器人，这样就可以不需要护理而自己解决部分 简易的日常生活。
[0059] 4:由于此电动病床加入了基于蓄电池的动力助力装置，即使碰到病人身体肥胖或 者护理人员身体瘦弱时，病床本身在电源充足的条件下可以为护工人员和护士人员在屋子 里移动病床提供动力，减少了护士或者护工人员在屋子里移动病床的体力消耗和劳动强 度。
[0060] 5:由于此电动病床加入了基于直流无刷伺服电机的两轮差速驱动系统，使得病床 可以在屋子里实现自由移动，减少了病人在某一个固定位置的压抑感。
[0061] 6:由于此电动病床加入了基于直流无刷伺服电机的两轮差速驱动系统，使得单台 电机的功率大大降低，并且动力与地面的接触点有两点，有利于提高电动病床行驶时的操 控性。
[0062] 7:由于此电动病床加入了基于直流无刷伺服电机的单轴加速助力系统，使得两台 差速行驶电机的功率可以进一步降低，并且动力与地面的接触点有三点，在需要加速或者 爬坡时可以通过开启助力电机满足功率要求，在正常行驶时可以释放加速电机，起到一个 触点的左右，有利于提尚电动病床彳丁驶时的操控性。
[0063] 8:由于加入了基于直流无刷伺服电机的两轮差速驱动系统，在非常狭小的空间内 可以使病床机器人侧向移动，减少机器人旋转带来的负面问题。
[0064] 9:当机器人电动病床遇到爬坡的时，由于自身携带的有动力能源，所以可以通过 助力电机很好的起到助力作用，并且三轮驱动的动力特性远远优越于双轮驱动，进一步减 少了对护工人员体力的要求。
[0065] 10:由STM32F407处理两轴电机差速行驶和助力电机的全数字伺服控制，大大提高 了运算速度，解决了单单片机运行较慢的瓶颈，缩短了开发周期短，并且程序可移植能力 强。
[0066] 11:本发明完全实现了单板控制，不仅节省了控制板占用空间，而且还完全实现了 多轴电机控制信号的同步，有利于提高医用机器人电动病床的稳定性和动态性能。
[0067] 12:由于本控制器采用STM32F407处理大量的数据与算法，并充分考虑了周围的 干扰源，有效地防止了程序的"跑飞"，抗干扰能力大大增强。
[0068] 13:本机器人电动病床加入了自动锁车功能，当病床机器人在移动过程中，如遇到 紧急情况，控制器会发出原地停车指令，并锁死两轮差速行驶电机，即使多个万向轮都处于 可以滑动状态，但由于驱动轮处于锁死状态，这样机器人也不会运动。
[0069] 14:为了能够使机器人病床能够自由移出病房门口，控制器加入了多种导航传感 器，机器人在移出病房过程中一旦读到地面标志就会自动导航，减少人工移动病床带来的 误差。
[0070] 15:本电动床机器人装备了多种报警系统，在碰撞到障碍物之前自动停车，这样就 保证了在运动过程中的安全性，减少了环境对其的干扰。
[0071] 16:由于本机器人电动病床系统采用直流无刷伺服电机替代了直流电机，不仅进 一步提高了系统的安全性，也可以提高能源的利用率，增加了机器人电动病床在携带能源 一定的条件下一次移动的距离。
[0072] 17:由于本机器人电动病床系统采用直流无刷伺服电机，当电机受到外界干扰产 生脉动转矩时，直流无刷伺服电机可以利用力矩与电流的关系迅速进行补偿，极大减少了 外界干扰对机器人电动病床的影响。
[0073] 18:本机器人电动病床加入了湿度检测系统。此湿度检测系统由湿敏传感器、测量 电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能，这样当 病人大小便失控或者是床单潮湿时，湿度检测系统会工作，发出更换请求。
[0074] 19:由于机器人电动病床具有无线接收和发射功能，使得医护人员可以根据需要 远距离开启机器人病床启动的权限，减少了医护人员的工作量。
[0075] 20:由于机器人电动病床具有无线接收和发射功能，一旦自己短时护理自己的病 人遇到紧急状况可以随时与医护人员沟通，保证了病人的安全。
[0076] 21:由于机器人电动病床具有无线接收和发射功能，且配备了基于CCD的图像采集 系统，使得医护人员可以随时监控离开病院的电动病床的及时状况，一旦遇到紧急状况可 以立即处理，保证了电动病床和病人的安全。
[0077] 22:基于单轴直流无刷伺服电机的头部伺服控制部分可以很好的满足病人需要抬 起头部或者是仰起上半身的活动，护理人员可以通过按键达到升起病床前部，病床的自动 化程度进一步得到提升，减少了护理人员的劳动量。
[0078] 23:基于单轴直流无刷伺服电机的腿部伺服控制部分可以很好的满足病人需要腿 部或者下半身的活动，护理人员可以通过按键达到升起或降低病床后部，病床的自动化程 度进一步得到提升，减少了护理人员的劳动量。
[0079] 24:基于前后两轴直流无刷伺服升降装置组合使得机器人电动病床具有各种机械 组合，在推离病人离开病房时，可以根据病人的病情自由调节病床的姿势，满足了不同病人 的心理要求。
[0080] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领 域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种无线单核三轮驱动多功能电动病床，其特征在于，包括:病床自动控制单元、病 床板组件、床体组件， 所述的病床架组件与所述的床体组件相连接，且所述的病床架组件设置于所述的床体 组件的顶部， 所述的病床板组件包括两块硬床板、一块可弯曲床板构成，所述的两块硬床板的的之 间设置有一块可弯曲床板，所述的两块硬床板的底部设置有支撑杆，所述的床板的底部设 置有支撑架，所述的支撑架与所述的床板的连接处设置有旋转台，所述的支撑座上设置有 病床制动控制单元，所述的床体的两侧设置有挡板，所述的挡板上设置有与病床自动控制 单元相连接的屏显控制器。2. 根据权利要求1所述的无线单核三轮驱动多功能电动病床，其特征在于，所述的旋转 台的内部设置有气缸。3. 根据权利要求1所述的无线单核三轮驱动多功能电动病床，其特征在于，所述的床体 的两侧设置有床杆护栏。4. 根据权利要求1所述的无线单核三轮驱动多功能电动病床，其特征在于，所述的病床 自动控制单元包括有ARM控制器、无线装置、磁电传感器、图像采集装置、人机界面、三轴直 流无刷伺服电机、蓄电池、驱动装置，所述的驱动装置与ARM控制器以及无线装置相连接， ARM控制器与磁电传感器与图像采集装置、人机界面及三轴直流无刷伺服电机以及蓄电池 相连接。
【文档编号】A47C19/22GK105997398SQ201610600771
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】张好明
【申请人】江苏若博机器人科技有限公司