一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，用以实现移动轮椅的背板和护理床背板同步抬起和下落的同步运动控制系统包括有护理床子系统、移动轮椅子系统、控制手柄和贴合板；基于上述系统的同步运动控制方法，该方法基于机器人触觉原理，通过贴合板结构将护理床子系统和移动轮椅子系统间的位移差转变为受力变化，通过判断受力变化的大小和变化趋势以判断两者间的相互运动情况，进而判断来输出推杆电机动作指令来保持二者同步抬起和同步下落。本发明的机器人护理床利用机器触觉和力的相互作用的特性，使移动轮椅和护理床的背板能够同步的抬起和下落，具有调节精度高和操作方便的特点。
【专利说明】一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人触觉领域，具体涉及到机器人触觉技术在智能护理床中的应用。
【背景技术】
[0002]康复护理服务的手段可分为医疗康复护理和护理辅具康复两大类。其中，护理辅具康复是指利用康复护理辅助器具为残疾人、老年人、伤病人等残障者提供补偿、替代、治疗的手段和方法。残障者要最大限度的实现生活自理，参与社会活动，安全放心、舒适的移动辅具是必不可少的。但要从卧床状态转移至移动器具上，必需护理人员的帮助，而且转移时还有跌落的危险。机器人护理床是一种新型康复护理移动辅助器具，具有操作手柄、语音、触摸自主导航等多模态人机交互功能，在保持安全舒适的姿态下，机器人护理床可拆分成床和移动物体轮椅，不仅可减轻护理人员转移患者时的负担，而且还减少了对患者跌落的担心。
[0003]机器人护理床在进行护理时需要实现车与床的同步动作，所面临的一个关键技术问题是:如何对相互独立的两个系统进行较为精确的同步控制。目前，对于两个独立系统的同步控制大多通过无线通讯的方式实现。较为常用的有ZigBee,蓝牙，Z-Wave等。ZigBee作为一种近距离低速低功耗低成本的双向无线通讯技术，常用于短距且传输速率不高的电子设备间进行周期性数据传输，可以工作于2.4GHz,868MHz和915MHz三个频段上，传输速率分别可以达到250Kbit/s、20Kbit/s和40Kbit/s，传输距离在10-75米之间。蓝牙是一种短距通讯技术，工作于2.4GHz频段，通讯距离在10米以内，传输速率在IMbit/s。Z_Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz-868.42MHz，采用FSK (BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 Kbit/s，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。虽然，应用通讯技术能够很好的解决两个相互独立的系统的同步问题，但是，医疗器械的标准与工业标准不同，中频段的无线通讯可能会引起其他医疗器械的误动作。
[0004]机器人触觉在机器人感觉系统中占有重要地位，它具有视觉等其他感官无法实现的功能，可以不依靠光或声也能完成简单的识别功能。触觉还能感知物体的表面特性和物理特性。机器人触觉主要是模仿人的触觉功能，通过传感器与被识别物体相接触或相互作用完成对物体表面特征和物理性能的感知。目前主要应用力传感器，温度传感器等实现。采用机器人触觉方式，通过判断受力的趋势实现护理床和智能轮椅车的同步运动，可以有效的减少通讯的使用，降低系统复杂程度，增加系统可靠性和运行速度。
【发明内容】
[0005]本发明专利针对于现有通讯技术在医疗器械中应用受限的情况，提出了一种基于机器人触觉的智能轮椅车和护理床同步运动控制方法应用于机器人护理床。本发明机器人护理床利用机器触觉和力的相互作用的特性，使智能轮椅车和护理床的背板能够同步的抬起和下落。
[0006]为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下:
一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，该机器人护理床包括有护理床和移动轮椅，所述的移动轮椅可组合地设于护理床内且可从护理床中分体出来，所述同步运动控制系统设于护理床和移动轮椅之间以实现移动轮椅的背板和护理床背板的同步抬起和同步下落，其特征在于，所述同步运动控制系统包括有护理床子系统、移动轮椅子系统、控制手柄和贴合板，所述的护理床子系统包括有一个第一力传感器、一个第一推杆电机和一个第一控制电路，所述的移动轮椅子系统包括有一个第二力传感器、一个第二推杆电机和一个第二控制电路；所述的贴合板安装在护理床上背板的背面，该贴合板伸出护理床床体并延伸至移动轮椅上背板的背面，在所述贴合板安装有行程为50kg的第一力传感器，在所述移动轮椅上背板的背面对应于贴合板处安装有行程为50kg的第二力传感器，且该第二力传感器可贴合于所述贴合板上；在所述第一力传感器与贴合板之间设有弹簧，在所述第二力传感器与移动轮椅背板之间也设有弹簧；所述的第一力传感器连接第一控制电路，该第一控制电路连接并控制所述的第一推杆电机，该第一推杆电机的活动杆连接护理床的背板，所述第二力传感器连接第二控制电路，该第二控制电路连接第二推杆电机，该第二推杆电机的活动杆连接移动轮椅的背板；所述的控制手柄设置于护理床上，该控制手柄通过信号线连接至所述的第一控制电路。
[0007]在本发明的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统中，所述的第一控制电路包括有护理床单片机和电机驱动电路，所述护理床单片机内包含有数模采样模块、比较函数和预设阈值范围，所述的控制手柄连接所述的护理床单片机，所述的行程开关连接护理床单片机，所述的第一力传感器连接至护理床单片机，所述的护理床单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第一推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第一推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第一推杆电机正转的第一继电器和控制第一推杆电机反转的第二继电器；所述的控制手柄上设有同步起背按键和同步降背按键。
[0008]在本发明的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统中，所述的第二控制电路包括有移动轮椅单片机和电机驱动电路，所述移动轮椅内包含有数模采样模块，所述的第二力传感器连接至移动轮椅单片机中的数模采样模块，所述的移动轮椅单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第二推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第二推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第二推杆电机正转的第三继电器和控制第二推杆电机反转的第四继电器。
[0009]在本发明的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统中，在所述的护理床子系统中还包括有一个行程开关，该行程开关设置于贴合板上且与所述的第一力传感器平行，该行程开关连接于所述的护理床单片机上，所述的护理床单片机内设有开关处理函数，行程开关触发后的信号传输至所述的开关处理函数中，该开关处理函数发出使第一推杆电机和第三推杆电机停止的指令。
[0010]一种基于上述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统的同步运动控制方法，其特征在于，该同步运动控制方法基于机器人触觉原理，通过贴合板结构将护理床子系统和移动轮椅子系统间的位移差转变为受力变化，通过判断受力变化的大小和变化趋势以判断两者间的相互运动情况，即若两者间距离减小必会使相互间的作用力增大，若两者间距离增大必会使相互间的作用力减小，通过控制电路内预设的阈值进行比较，进而判断来输出推杆电机动作指令来保持二者同步运动，该同步运动包括有通过同步抬起和同步下落。
[0011]在本发明机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法中，所述的机器人触觉原理是指，护理床和移动轮椅之间的相互作用力，当移动轮椅与护理床上的贴合板相接触时，第一力传感器和第二力传感器所受的力是相同的，当移动轮椅和护理床上贴合板间的距离减少时，第一力传感器和第二力传感器受力同时增大，当移动轮椅和护理床上贴合板间距离增大时，第一力传感器和第二力传感器受力同时减小。
[0012]在本发明机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法中，所述同步控制方法包括如下详细流程:
第一步，所述的移动轮椅卡于所述护理床内，护理床的贴合板与移动轮椅保持贴合，所述的第一力传感器顶端与移动轮椅背板接触并保持一定压力，所述的第二力传感器顶端与贴合板接触并保持一定压力，受压力的第一力传感器和第二力传感器将数据分别发送至护理床单片机和移动轮椅单片机，保持一定压力是指在护理床单片机和移动轮椅单片机内由该压力产生的信号数字处于预设阈值范围内；
第二步，当需要护理床和移动轮椅同步抬起时，先按下控制手柄上的同步起背按键，该控制手柄发出作为起背指令的高电平至第一控制电路，第一控制电路中的护理床单片机接收并检测到该高电平信号，通过判断为高电平发出控制信号至电机驱动电路的第一继电器，该第一继电器控制所述的第一推杆电机正转，开始护理床的起背操作；
第三步，在所述护理床的背板继续起升时，移动轮椅的背板因第二推背电机未收到第二控制电路的信号不产生动作，护理床贴合板和移动轮椅背板的间距逐步减小，第一力传感器和第二力传感器分别传输信号至护理床单片机和移动轮椅单片机，所述移动轮椅单片机内预设阈值范围的上限要小于护理床单片机内预设阈值范围的上限，则在继续起升时第二力传感器采集到的压力信号在移动轮椅单片机内先超出预设阈值范围的上限，则移动轮椅单片机输出高电平使第三继电器导通，启动所述的第二推杆电机正转以推动移动轮椅的背板起升，从而达到移动轮椅的背板与护理床的背板同步抬起的目的；
第四步，在同步抬起过程中，当第一力传感器受力过大时，超出护理床单片机预设阈值范围的上限，并且第一力传感器的受力继续增大，则判定护理床的背板抬升过快，则护理床单片机输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，则第一推背电机停转；此后当第一力传感器的受力处于护理床单片机预设阈值范围内时，护理床单片机输出高电平至第一继电器，使得第一推杆电机继续运行；当第二力传感器的受力低于移动轮椅单片机的预设阈值的上限时，判定移动轮椅上升过快，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第二推杆电机停转；当第二力传感器的受力大于移动轮椅单片机的预设阈值范围的上限时，移动轮椅单片机输出高电平至第三继电器，使得第二推杆电机正转；循环直至所述护理床的背板和移动轮椅的背板抬升至所需的高度；
第五步，在任何情况下，当松开操作手柄的同步起背按键时，护理床单片机立即输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，第一推杆电机停止；同时移动轮椅单片机判断第二力传感器的受力状态，当第二力传感器的受力处于预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第三继电器关断，第二推杆电机停止动作，第二推杆电机停止后继续监测第二力传感器的受力，若第二力传感器的受力低于移动轮椅单片机的预设阈值范围，则移动轮椅单片机输出高电平至第四继电器，第四继电器导通使得第二推杆电机反转，当第二力传感器的受力达到移动轮椅的预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平到第四继电器，使得第四继电器关断，使得第二推杆电机停止；
第六步，当需要执行护理床背板和移动轮椅背板的同步下落时，利用操作手柄按下同步降背按键，相反地执行上述的第二步至第五步。
[0013]在本发明专利的同步运动控制方法与现有技术相比具有如下技术优点:
本发明的同步运动控制系统和操作方法采用机器人触觉原理，通过判断受力的趋势实现护理床和智能轮椅车的同步运动，减少通讯的使用，降低系统复杂程度，增加系统可靠性和运行速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的机器人护理床中护理床和移动轮椅在分体状态下的组成结构示意图。
[0015]图2是本发明的机器人护理床中护理床和移动轮椅组合在一起的示意图。
[0016]图3是本发明的机器人护理床中护理床和移动轮椅在同步起背完成后的示意图。
[0017]图4为本发明一种机器人护理床同步运动控制系统中传感器和贴合板的安装布置示意图。
[0018]图5为本发明一种机器人护理床同步运动控制系统中传感器安装结构示意图。
[0019]图6为本发明一种机器人护理床同步运动控制系统中护理床子系统控制流程图。
[0020]图7为本发明一种机器人护理床同步运动控制系统中智能轮椅车子系统控制流程图。
[0021]图8为本发明一种机器人护理床同步运动控制系统中控制电路的硬件组成示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体的实施步骤，对本发明的机器人护理床同步运动控制方法作进一步的详细阐述，以求更清楚明了地理解本发明的组成结构和工作原理，但不能以此来限制本发明的保护范围。
[0023]如图1和图2所示，机器人护理床是一种新型康复护理移动辅助器具，具有多模态人机交互功能，在保持安全舒适的姿态下，机器人护理床可拆分成护理床和移动轮椅。该移动轮椅组合地设于护理床中对应的卡槽内，且可从护理床的卡槽中分体出来，单独作为移动轮椅来正常使用。这样机器人护理床在使用时不仅可减轻护理人员转移患者时的负担，而且还减少了对患者跌落的担心。
[0024]本发明是机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，该同步运动控制系统设于护理床和移动轮椅之间，其作用是在组合在一起形成机器人护理床后，用以实现移动轮椅的背板和护理床背板的同步抬起和同步下落。
[0025]请看图4和图5，上述同步运动控制系统包括有护理床子系统、移动轮椅子系统、控制手柄和贴合板，所述的护理床子系统包括有一个第一力传感器、一个第一推杆电机和一个第一控制电路，所述的移动轮椅子系统包括有一个第二力传感器、一个第二推杆电机和一个第二控制电路；所述的贴合板安装在护理床上背板的背面，该贴合板伸出护理床床体并延伸至移动轮椅上背板的背面，为确保使用精度和安全性，该贴合板伸出床体的尺寸大约为10-30cm。在所述贴合板安装有行程为50kg的第一力传感器，在所述移动轮椅上背板的背面对应于贴合板处安装有行程为50kg的第二力传感器，且该第二力传感器可贴合于所述贴合板上；在所述第一力传感器与贴合板之间设有弹簧，在所述第二力传感器与移动轮椅背板之间也设有弹簧，以保证第二力传感器与贴合板能够有效的接触。所述的第一力传感器连接第一控制电路，该第一控制电路连接并控制所述的第一推杆电机，该第一推杆电机的活动杆连接护理床的背板，所述第二力传感器连接第二控制电路，该第二控制电路连接第二推杆电机，该第二推杆电机的活动杆连接移动轮椅的背板；所述的控制手柄设置于护理床上，该控制手柄通过信号线连接至所述的第一控制电路。
[0026]在本发明的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统中，所述的第一控制电路包括有护理床单片机和电机驱动电路，所述护理床单片机内包含有数模采样模块、比较函数和预设阈值范围，所述的控制手柄连接所述的护理床单片机，所述的护理床单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第一推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第一推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第一推杆电机正转的第一继电器和控制第一推杆电机反转的第二继电器。所述的控制手柄上设有同步起背按键和同步降背按键。所述的第二控制电路包括有移动轮椅单片机和电机驱动电路，所述移动轮椅内包含有数模采样模块，所述的第二力传感器连接至移动轮椅单片机中的数模采样模块，所述的移动轮椅单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第二推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第二推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第二推杆电机正转的第三继电器和控制第二推杆电机反转的第四继电器。
[0027]另外，为了增加同步操作过程中的安全性，在所述的护理床子系统中还包括有一个行程开关，该行程开关设置于贴合板上且与所述的第一力传感器平行，该行程开关连接于所述的护理床单片机上，所述的护理床单片机内设有开关处理函数，行程开关触发后的信号传输至所述的开关处理函数中，该开关处理函数发出使第一推杆电机和第三推杆电机停止的指令。行程开关用于保护力传感器，当行程开关按下时，推杆电机停止，以保护力传感器不受超过量程1.5倍的力。
[0028]请参考图8，图8是本发明机器人护理床同步运动控制系统的控制电路的硬件组成结构示意图。本发明通过设置护理床端的控制手柄来控制护理床背板的抬起和下落。设置在护理床上的护理床单片机作为控制芯片接收控制手柄的指令信号，通过各自的电机驱动电路来分别驱动第一推杆电机和第二推杆电机的运行。通过贴合板上力的相互作用，将护理床和轮椅车背板的位移差量化为力信息，两个力传感器分别将力信息转化为电压量，通过护理床单片机和移动轮椅单片机上自带的数模采样转换模块将模拟的电压量转换为数字量，护理床单片机和轮椅车单片机分别获取第一力传感器和第二力传感器的数字量，通过多次采样比较数字量与程序预设阈值范围数值的大小和数字量变化的趋势，通过护理床子系统和移动轮椅子系统各自的控制流程，实现两者同时升起和下落的目的。
[0029]本发明还涉及到一种基于上述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统的同步运动控制方法，该同步运动控制方法基于机器人触觉原理，通过贴合板结构将护理床子系统和移动轮椅子系统间的位移差转变为受力变化，通过判断受力变化的大小和变化趋势以判断两者间的相互运动情况，即若两者间距离减小必会使相互间的作用力增大，若两者间距离增大必会使相互间的作用力减小，通过控制电路内预设的阈值范围进行比较，进而判断来输出推杆电机动作指令来保持二者同步运动，该同步运动包括有通过同步抬起和同步下落。上述的机器人触觉原理是指，护理床和移动轮椅之间的相互作用力，当移动轮椅与护理床上的贴合板相接触时，第一力传感器和第二力传感器所受的力是相同的，当移动轮椅和护理床上贴合板间的距离减少时，第一力传感器和第二力传感器受力同时增大，当移动轮椅和护理床上贴合板间距离增大时，第一力传感器和第二力传感器受力同时减小。
[0030]在本发明机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法中，所述同步控制方法包括如下详细流程:
在所述的移动轮椅卡于所述护理床内，护理床的贴合板与移动轮椅保持贴合，所述的第一力传感器顶端与移动轮椅背板接触并保持一定压力，所述的第二力传感器顶端与贴合板接触并保持一定压力，受压力的第一力传感器和第二力传感器将数据分别发送至护理床单片机和移动轮椅单片机，保持一定压力是指在护理床单片机和移动轮椅单片机内由该压力产生的信号数字处于预设阈值范围内。
[0031]当需要护理床和移动轮椅同步抬起时，先用控制手柄按下同步起背按键，该控制手柄发出作为起背指令的高电平至第一控制电路，第一控制电路中的护理床单片机接收到并检测到该高电平信号，通过判断为高电平发出控制信号至电机驱动电路的第一继电器，该第一继电器控制所述的第一推杆电机正转，开始护理床的起背操作，请参考图6。
[0032]在所述护理床的背板继续起升时，移动轮椅的背板因第二推背电机未收到第二控制电路的信号不产生动作，护理床的贴合板和移动轮椅背板的间距逐步减小，第一力传感器和第二力传感器分别传输信号至护理床单片机和移动轮椅单片机。由于所述移动轮椅单片机内预设阈值范围的上限要小于护理床单片机内预设阈值范围的上限，则在继续起升时第二力传感器采集到的压力信号在移动轮椅单片机内先超出预设阈值范围的上限，则移动轮椅单片机输出高电平使第三继电器导通，该第三继电器驱使所述的第二推杆电机正转以推动移动轮椅的背板起升，从而达到移动轮椅的背板与护理床的背板同步抬起的目的。请参考图7，图中是移动轮椅子系统模块控制流程，流程中需要实时检测第二力传感器的受力区间，若检测到数值当高于该区间的上限时，第二推杆电机正转，若低于该区间的下限时，第二推杆电机反转，当处于该区间内时(处于上限与下限之间)，第二推杆电机停止，从而保证移动轮椅的背板始终与护理床的背板贴合板有效接触。
[0033]在同步抬起过程中，当第一力传感器受力过大时，超出护理床单片机预设阈值范围的上限，则判定护理床的背板抬升过快，则护理床单片机输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，则第一推背电机停转，等待移动轮椅的背板运动；此后当第一力传感器的增大受力至处于护理床单片机预设阈值范围内时，护理床单片机输出高电平至第一继电器，使得第一推杆电机继续正转运行；当第二力传感器发出的信号低于移动轮椅单片机内预设阈值的上限时，判定移动轮椅上升过快，则移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第二推杆电机停转，此后当第二力传感器的受力超出移动轮椅单片机的预设阈值的上限时，移动轮椅单片机输出高电平至第三继电器，使得第二推杆电机正转；循环直至所述护理床的背板和移动轮椅的背板抬升至所需的高度。
[0034]在任何情况下，当松开操作手柄的同步起背按键时，护理床单片机立即输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，第一推杆电机停止；同时移动轮椅单片机判断第二力传感器的受力状态，当受力低于预设阈值范围的上限时，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第三继电器关断，第二推杆电机停止动作；若第二推杆电机停止后第二力传感器的受力低于移动轮椅的预设阈值范围的下限，则移动轮椅单片机输出高电平至第四继电器，第四继电器导通使得第二推杆电机反转，最终使得第二力传感器的受力达到移动轮椅的预设阈值范围内，若第二力传感器的受力达到移动轮椅的预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平到第四继电器，使得第四继电器关断，使得第二推杆电机停止。
[0035]当需要执行护理床背板和移动轮椅背板的同步下落时，利用操作手柄按下同步降背按键，相反地执行上述的第二步至第五步，具体运作流程如下:
当需要护理床和移动轮椅同步降背操作时，先用控制手柄按下同步降背按键，该控制手柄发出作为降指令的高电平至第一控制电路，第一控制电路中的护理床单片机接收到并检测到该高电平信号，通过判断为高电平发出控制信号至电机驱动电路的第二继电器，该第二继电器控制所述的第一推杆电机反转，开始护理床的降背操作，请参考图6。
[0036]在所述护理床的背板继续下落时，轮椅车背板因第二推背电机未收到第二控制电路的信号不产生动作，护理床贴合板和轮椅车背板的间距逐步增大，第一力传感器和第二力传感器分别传输信号至护理床单片机和移动轮椅单片机。由于所述移动轮椅单片机内预设阈值范围的下限要大于护理床单片机内预设阈值范围的下限，则在继续下落时第二力传感器采集到的压力信号在移动轮椅单片机内先超出预设阈值范围的下限，则移动轮椅单片机输出高电平使第四继电器导通，所述的第二推杆电机反转以推动移动轮椅的背板下落，从而达到移动轮椅的背板与护理床的背板同步下落的目的。
[0037]在同步下落过程中，当第一力传感器受力过小时，超出护理床单片机预设阈值范围的下限甚至读数为零时，则判定护理床的背板下落过快，则护理床单片机输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，则第一推背电机停转，等待移动轮椅的背板运动；此后当第一力传感器的增大受力至处于护理床单片机预设阈值范围内时，护理床单片机输出高电平至第一继电器，使得第一推杆电机继续正转运行；当第二力传感器发出的信号高于移动轮椅单片机内预设阈值的下限时，判定移动轮椅的背板下降过快，则移动轮椅单片机输出低电平至第四继电器，使得第二推杆电机停转，此后当第二力传感器的受力再次低于阈值的下限时，移动轮椅单片机输出高电平至第四继电器，使得第二推杆电机反转；循环直至所述护理床的背板和移动轮椅的背板下降至所需的高度。
[0038]在任何情况下，当松开操作手柄的同步降背按键时，护理床单片机立即输出低电平至第二继电器，使得第二继电器关断，第一推杆电机停止；同时移动轮椅单片机判断第二力传感器的受力状态，当受力高于预设阈值范围的下限时，移动轮椅单片机输出低电平至第四继电器，使得第四继电器关断，第二推杆电机停止动作，第二推杆电机停止后继续监测第二力传感器的受力，当在1秒内仍大于预设阈值范围的上限时，则移动轮椅单片机输出高电平至第三继电器，第三继电器导通使得第二推杆电机正转，当第二力传感器的受力达到移动轮椅的预设阈值范围时，移动轮椅单片机输出低电平到第三继电器，使得第三继电器关断，使得第二推杆电机停止。
[0039]综上，本发明的一种机器人护理床的同步运动控制系统能够有效的实现护理床和轮椅车间的同步运动。本发明通过采用机器人触觉原理，通过判断受力的趋势实现护理床和智能轮椅车的同步运动，减少通讯的使用，降低系统复杂程度，增加系统可靠性和运行速度。
【权利要求】
1.一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统,该机器人护理床包括有护理床和移动轮椅，所述的移动轮椅可组合地设于护理床内且可从护理床中分体出来，所述同步运动控制系统设于护理床和移动轮椅之间以实现移动轮椅的背板和护理床背板的同步抬起和同步下落，其特征在于，所述同步运动控制系统包括有护理床子系统、移动轮椅子系统、控制手柄和贴合板，所述的护理床子系统包括有一个第一力传感器、一个第一推杆电机和一个第一控制电路，所述的移动轮椅子系统包括有一个第二力传感器、一个第二推杆电机和一个第二控制电路；所述的贴合板安装在护理床上背板的背面，该贴合板伸出护理床床体并延伸至移动轮椅上背板的背面，在所述贴合板安装有行程为50kg的第一力传感器，在所述移动轮椅上背板的背面对应于贴合板处安装有行程为50kg的第二力传感器，且该第二力传感器可贴合于所述贴合板上；在所述第一力传感器与贴合板之间设有弹簧，在所述第二力传感器与移动轮椅背板之间也设有弹簧；所述的第一力传感器连接第一控制电路，该第一控制电路连接并控制所述的第一推杆电机，该第一推杆电机的活动杆连接护理床的背板，所述第二力传感器连接第二控制电路，该第二控制电路连接第二推杆电机，该第二推杆电机的活动杆连接移动轮椅的背板；所述的控制手柄设置于护理床上，该控制手柄通过信号线连接至所述的第一控制电路。
2.根据权利要求书I所述的一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，其特征在于，所述的第一控制电路包括有护理床单片机和电机驱动电路，所述护理床单片机内包含有数模采样模块、比较函数和预设阈值范围，所述的控制手柄连接所述的护理床单片机，所述的第一力传感器连接至护理床单片机，所述的护理床单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第一推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第一推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第一推杆电机正转的第一继电器和控制第一推杆电机反转的第二继电器；所述的控制手柄上设有同步起背按键和同步降背按键。
3.根据权利要求书I或2所述的一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，其特征在于，所述的第二控制电路包括有移动轮椅单片机和电机驱动电路，所述移动轮椅内包含有数模采样模块，所述的第二力传感器连接至移动轮椅单片机中的数模采样模块，所述的移动轮椅单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第二推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第二推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第二推杆电机正转的第三继电器和控制第二推杆电机反转的第四继电器。
4.根据权利要求书I所述的一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，其特征在于，在所述的护理床子系统中还包括有一个行程开关，该行程开关设置于贴合板上且与所述的第一力传感器平行，该行程开关连接于所述的护理床单片机上，所述的护理床单片机内设有开关处理函数，行程开关触发后的信号传输至所述的开关处理函数中，该护理床单片机发出使第一推杆电机和第三推杆电机停止的指令。
5.一种基于权利要求1所述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统的同步运动控制方法，其特征在于，该同步运动控制方法基于机器人触觉原理，通过贴合板结构将护理床子系统和移动轮椅子系统间的位移差转变为受力变化，通过判断受力变化的大小和变化趋势以判断两者间的相互运动情况，即若两者间距离减小必会使相互间的作用力增大，若两者间距离增大必会使相互间的作用力减小，通过与控制电路内预设的阈值进行比较，进而判断后输出推杆电机动作指令来保持二者同步运动，该同步运动包括有通过同步抬起和同步下落。
6.根据权利要求5所述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法，其特征在于，所述的机器人触觉原理是指，护理床和移动轮椅之间的相互作用力，当移动轮椅与护理床上的贴合板相接触时，第一力传感器和第二力传感器所受的力是相同的，当移动轮椅和护理床上贴合板间的距离减少时，第一力传感器和第二力传感器受力同时增大，当移动轮椅和护理床上贴合板间距离增大时，第一力传感器和第二力传感器受力同时减小。
7.根据权利要求5所述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法，其特征在于，所述同步控制方法包括如下详细流程: 第一步，所述的移动轮椅卡于所述护理床内，护理床的贴合板与移动轮椅保持贴合，所述的第一力传感器顶端与移动轮椅背板接触并保持一定压力，所述的第二力传感器顶端与贴合板接触并保持一定压力，受压力的第一力传感器和第二力传感器将数据分别发送至护理床单片机和移动轮椅单片机，保持一定压力是指在护理床单片机和移动轮椅单片机内由该压力产生的信号数字处于预设阈值范围内； 第二步，当需要护理床和移动轮椅同步抬起时，先按下控制手柄上的同步起背按键，该控制手柄发出作为起背指令的高电平至第一控制电路，第一控制电路中的护理床单片机接收并检测到该高电平信号，通过判断为高电平发出控制信号至电机驱动电路的第一继电器，该第一继电器控制所述的第一推杆电机正转，开始护理床的起背操作； 第三步，在所述护理床的背板继续起升时，移动轮椅的背板因第二推背电机未收到第二控制电路的信号不产生动作，护理床贴合板和移动轮椅背板的间距逐步减小，第一力传感器和第二力传感器分别传输信号至护理床单片机和移动轮椅单片机，所述移动轮椅单片机内预设阈值范围的上限要小于护理床单片机内预设阈值范围的上限，则在继续起升时第二力传感器采集到的压力信号在移动轮椅单片机内先超出预设阈值范围的上限，则移动轮椅单片机输出高电平使第三继电器导通，启动所述的第二推杆电机正转以推动移动轮椅的背板起升，从而达到移动轮椅的背板与护理床的背板同步抬起的目的； 第四步，在同步抬起过程中，当第一力传感器受力过大时，超出护理床单片机预设阈值范围的上限，并且第一力传感器的受力继续增大，则判定护理床的背板抬升过快，则护理床单片机输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，则第一推背电机停转；此后当第一力传感器的受力处于护理床单片机预设阈值范围内时，护理床单片机输出高电平至第一继电器，使得第一推杆电机继续运行；当第二力传感器的受力低于移动轮椅单片机的预设阈值的上限时，判定移动轮椅上升过快，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第二推杆电机停转；当第二力传感器的受力大于移动轮椅单片机的预设阈值范围的上限时，移动轮椅单片机输出高电平至第三继电器，使得第二推杆电机正转；循环直至所述护理床的背板和移动轮椅的背板抬升至所需的高度； 第五步，在任何情况下，当松开操作手柄的同步起背按键时，护理床单片机立即输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，第一推杆电机停止；同时移动轮椅单片机判断第二力传感器的受力状态，当第二力传感器的受力处于预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第三继电器关断，第二推杆电机停止动作，第二推杆电机停止后继续监测第二力传感器的受力，若第二力传感器的受力低于移动轮椅单片机的预设阈值范围，则移动轮椅单片机输出高电平至第四继电器，第四继电器导通使得第二推杆电机反转，当第二力传感器的受力达到移动轮椅的预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平到第四继电器，使得第四继电器关断，使得第二推杆电机停止； 第六步，当需要执行护理床背板和移动轮椅背板的同步下落时，利用操作手柄按下同步降背按键，相反地执行上述的第二步至第五步。
【文档编号】A61G7/05GK104287909SQ201410540503
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】宋扬, 金会庆, 徐兆红, 甘若冰 申请人:宋扬, 金会庆, 上海申磬产业有限公司