本發(fā)明涉及一種無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)、自由升降醫(yī)用機(jī)器人電動(dòng)病床自動(dòng)控制系統(tǒng)，屬于自動(dòng)電動(dòng)病床領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

醫(yī)用病床系統(tǒng)是一種用于醫(yī)院病房內(nèi)提供承載患者的設(shè)備。目前發(fā)達(dá)國家醫(yī)院中使用的醫(yī)用病床基本上全部自動(dòng)化，家庭病床、社區(qū)醫(yī)院病床也已經(jīng)使用多功能電動(dòng)床。部分醫(yī)用病床可以通過外力改變形狀達(dá)到輔助調(diào)整患者體位的目的，其中有些附件具有促進(jìn)患者康復(fù)的效果；可控制電動(dòng)病床是相對(duì)高級(jí)的自動(dòng)化產(chǎn)品，具有省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)。由于電控制的特點(diǎn)，控制鍵可以安裝在任何允許病床接受到信號(hào)的范圍內(nèi)，提高了控制的自由度。通過附件升級(jí)，還可以實(shí)現(xiàn)權(quán)限分配。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品精度更高，便于流水線作業(yè)，已作為ICU重癥監(jiān)護(hù)室、手術(shù)室、造影室等中使用的特種醫(yī)用病床。

我國在醫(yī)用電動(dòng)病床領(lǐng)域的研究開發(fā)相對(duì)滯后，整體水平不高，現(xiàn)國內(nèi)各級(jí)醫(yī)院均是采用普通的機(jī)械病床：由床腿、床體和床面組成。為了移動(dòng)方便移動(dòng)，一般均在床腿上設(shè)置機(jī)械滾動(dòng)滑輪；為了方便病人坐起，均在床頭部分設(shè)置機(jī)械手動(dòng)搖起裝置。對(duì)于這類型病床，一般均需要護(hù)理人員幫助，很難獨(dú)自完成，同時(shí)病床功能單一，實(shí)用性能不強(qiáng)。

長時(shí)間運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在著很多安全隱患和不便，即：

（1）現(xiàn)有的部分病床通過四個(gè)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(gè)封閉的環(huán)境中，隨著病人長時(shí)間的住院，對(duì)病人的身心造成了極大的傷害；

（2）雖然部分病床把固定站腳改為了機(jī)械萬向輪，可以通過醫(yī)護(hù)人員移動(dòng)病床到某個(gè)空間，但是由于病床移動(dòng)隨意性較大，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)誤操作，甚至有時(shí)候會(huì)傷害到病人；

（3）隨著現(xiàn)代人類生活質(zhì)量的增加，肥胖病人大量增加，而護(hù)士人員一般又都比較瘦小，通過機(jī)械萬向輪移動(dòng)病人使得護(hù)士人員非常吃力，加重了勞動(dòng)強(qiáng)度；

（4）隨著老齡化的加重，大量的老人也加重了對(duì)病床的需求，現(xiàn)在的護(hù)工人員又比較少，基于機(jī)械萬向輪的病床加重了護(hù)工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；

（5）所有的機(jī)械病床一般均固定在某個(gè)位置，一旦需要移動(dòng)或者變換方向均需要外部人員完成，加重了護(hù)工人員的勞動(dòng)量；

（6）現(xiàn)在的機(jī)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(dòng)化程度比較低，通過病房門口都需要點(diǎn)時(shí)間調(diào)整病床的姿態(tài)才可以通過；

（7）現(xiàn)在的機(jī)械病床即使可以通過機(jī)械萬向輪的支撐到達(dá)病房以外的環(huán)境，在調(diào)節(jié)了病人身心的同時(shí)，也加大了護(hù)工人員的勞動(dòng)量，特別是通過爬坡的地方時(shí)，對(duì)護(hù)工人員的體力提出了更高的要求；

（8）現(xiàn)有的機(jī)械病床一般均在病床的頭部設(shè)置了一個(gè)搖動(dòng)杠杠，當(dāng)病人需要抬起頭部或者是需要仰起上半身時(shí)，均有護(hù)理人員搖動(dòng)杠杠達(dá)到升起部分病床的目的，病床的自動(dòng)化程度較低，而且加重了護(hù)理人員的勞動(dòng)量；

（9）現(xiàn)有的機(jī)械病床一般均沒有考慮病人腿部的要求，病人的腿部位置的病床機(jī)械部分不能上下移動(dòng)，對(duì)于長時(shí)間臥床的病人來說造成腿部肌肉萎縮等狀況發(fā)生，不利于病人的病情治療；

（10）現(xiàn)有的機(jī)械病床或簡易的電動(dòng)病床在推離病人離開病房時(shí)，不論病人的病情和狀況如何，病人均是直直的躺在病床上，沒有人性化考慮，有時(shí)對(duì)病人的心理傷害非常嚴(yán)重；

（11）基于單核控制的機(jī)器人電動(dòng)病床，由于既要處理多軸電機(jī)的伺服控制，又要處理機(jī)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(yùn)算速度不是很快，不利于機(jī)器人高速運(yùn)轉(zhuǎn)，且有時(shí)候由于處理數(shù)據(jù)較多導(dǎo)致機(jī)器人病床失控；

（12）由于機(jī)器人電動(dòng)病床在運(yùn)行過程中頻繁的剎車和啟動(dòng)，加重了單核控制器的工作量，單核控制器無法滿足機(jī)器人電動(dòng)病床快速啟動(dòng)和停止的要求；

（13）由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單核機(jī)器人電動(dòng)病床控制器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常，引起機(jī)器人病床在行駛過程中失控，抗干擾能力較差；

（14）對(duì)于部分簡易的病床一旦加入電動(dòng)助力部分可以很容易離開病房，一旦電動(dòng)病床離開病房即使電動(dòng)病床本體出現(xiàn)問題和病人發(fā)生危險(xiǎn)，醫(yī)護(hù)人員再也無法獲取其任何信息；

（15）由于老齡化的加重，護(hù)工非常短缺，對(duì)于部分短時(shí)自己護(hù)理自己的病人來說，即使在病房內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)也無法與醫(yī)護(hù)人員和護(hù)工及時(shí)溝通，有時(shí)候會(huì)造成一定的傷害；

（16）為了能夠保護(hù)電動(dòng)病床不被誤操作，機(jī)器人病床都開啟了多種保護(hù)權(quán)限，這使得醫(yī)護(hù)人員需要現(xiàn)場(chǎng)開啟這些權(quán)限才能啟動(dòng)，加大了醫(yī)護(hù)人員的工作量，而且非常耗時(shí)；

（17）簡易電動(dòng)病床移動(dòng)過程中對(duì)于病床的參數(shù)監(jiān)測(cè)大多數(shù)還處于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)的控制模式，一旦電動(dòng)病床出現(xiàn)故障需要生產(chǎn)人員到現(xiàn)場(chǎng)查看與操控，不利于機(jī)器人電動(dòng)病床高度自動(dòng)化的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器，為克服普通醫(yī)院病床不能滿足病人實(shí)際要求，在吸收國外先進(jìn)控制思想的前提下，自主研發(fā)了一款基于DSP（TMS320F2812））+專用運(yùn)動(dòng)控制芯片MC2340的全新雙核單輪驅(qū)動(dòng)、可以自由升降部分床體的四軸機(jī)器人電動(dòng)病床。此機(jī)器人控制系統(tǒng)以MC2340為處理核心，實(shí)現(xiàn)四軸直流無刷電機(jī)的同步伺服控制，TMS320F2812實(shí)現(xiàn)多種傳感器信號(hào)的數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)處理，并實(shí)時(shí)相應(yīng)各種中斷保護(hù)請(qǐng)求，并實(shí)現(xiàn)與MC2340數(shù)據(jù)通信，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電動(dòng)病床的遠(yuǎn)距離控制，本系統(tǒng)加入了基于局域網(wǎng)的無線控制裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人病床與護(hù)理總站之間的數(shù)據(jù)通信。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供了一種無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器，包括交流電源、電池、控制板、電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z以及電機(jī)R，所述的交流電源和電池提供電流驅(qū)動(dòng)所述的控制板，所述的控制板采用雙核控制器，包括DSP和MC2340，所述的DSP和MC2340進(jìn)行通信連接，機(jī)器人電動(dòng)病床上設(shè)有傳感器，所述的DSP通過無線控制裝置與外部的護(hù)理總站相通訊并接受傳感器反饋的傳感器信號(hào)，由所述的MC2340發(fā)出第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后分別驅(qū)動(dòng)所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R，所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z、和電機(jī)R上設(shè)置有磁電編碼器，通過磁電編碼器由所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R控制所述的機(jī)器人電動(dòng)病床的前進(jìn)、運(yùn)行速度、運(yùn)行方向和升降運(yùn)動(dòng)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的電池采用鋰離子電池。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R均采用直流無刷伺服電機(jī)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的DSP采用TMS320F2812。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為PWM波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器還包括加速度計(jì)和陀螺儀，所述的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)置在機(jī)器人電動(dòng)病床上。

在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述的無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器還設(shè)置有人機(jī)界面程序和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的人機(jī)界面程序包括人機(jī)界面、區(qū)域規(guī)劃以及無線輸出，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括基于MC2340四軸直流無刷電機(jī)伺服控制、無線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸以及I/O控制，所述的基于MC2340四軸直流無刷電機(jī)伺服控制包括基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)單輪驅(qū)動(dòng)伺服控制和基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)升降伺服控制，其中，基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)單輪驅(qū)動(dòng)伺服控制和基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)升降伺服控制均包括磁電編碼器模塊、基于磁電編碼器加速度模塊、基于磁電編碼器速度模塊以及基于磁電編碼器位移模塊。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器，設(shè)計(jì)了一款無線控制基于伺服專用控制芯片MC2340的雙核單輪驅(qū)動(dòng)、兩軸自由升降病床的四軸機(jī)器人電動(dòng)病床，這種雙核機(jī)器人病床通過單輪驅(qū)動(dòng)病床行駛，起到電動(dòng)助力的作用，可以減少護(hù)工或者護(hù)士人員的勞動(dòng)量和勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)在電動(dòng)病床的頭部和尾部各加入一軸電動(dòng)升降裝置，起到自由升降病人身體頭部、腰部和腿部的功能；多種傳感器組合使得機(jī)器人電動(dòng)病床具有多種功能，可以滿足不同條件下病人對(duì)病床的需求，并且通過無線局域網(wǎng)隨時(shí)傳輸電動(dòng)病床本體和病人信息給護(hù)理總站，由護(hù)理總站根據(jù)需求做出相應(yīng)的響應(yīng)，可以滿足不同條件下病人對(duì)病床的需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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+ MC2340無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降病床原理圖；

圖2為本發(fā)明基于 DSP+ MC2340無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床程序框圖；

圖3為基于 DSP+ MC2340無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床運(yùn)動(dòng)原理框圖；

圖4為無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床通過病房門口自動(dòng)導(dǎo)航原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本實(shí)施例包括：

一種無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器，包括交流電源、電池、控制板、電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z以及電機(jī)R，所述的交流電源和電池提供電流驅(qū)動(dòng)所述的控制板，所述的控制板采用雙核控制器，包括DSP和MC2340，所述的DSP和MC2340進(jìn)行通信連接，機(jī)器人電動(dòng)病床上設(shè)有傳感器，所述的DSP通過無線控制裝置與外部的護(hù)理總站相通訊并接受傳感器反饋的傳感器信號(hào)，由所述的MC2340發(fā)出第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后分別驅(qū)動(dòng)所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R，所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z、和電機(jī)R上設(shè)置有磁電編碼器，通過磁電編碼器由所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R控制所述的機(jī)器人電動(dòng)病床的前進(jìn)、運(yùn)行速度、運(yùn)行方向和升降運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，所述的電池采用鋰離子電池；所述的電機(jī)X、電機(jī)Y、電機(jī)Z和電機(jī)R均采用直流無刷伺服電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述的DSP采用TMS320F2812。

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP由于其快速的計(jì)算能力，不僅廣泛應(yīng)用于通信與視頻信號(hào)處理，也逐漸應(yīng)用在各種高級(jí)的控制系統(tǒng)中。TMS320F2812 是美國TI 公司推出的C2000 平臺(tái)上的定點(diǎn)32 位DSP 芯片，運(yùn)行時(shí)鐘也快可達(dá)150MHz，處理性能可達(dá)150MIPS，每條指令周期6.67ns。TMS320F2812 的IO口非常豐富，具有兩個(gè)串口，具有12位的0~3.3v的AD轉(zhuǎn)換等，具有片內(nèi)128k×16位的片內(nèi)FLASH，18K ×16 位的SRAM，一般的應(yīng)用系統(tǒng)可以不要外擴(kuò)存儲(chǔ)器，可以極大地簡化外圍電路設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度，也大大提高了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理能力。

美國PMD(Performance Motion Devices)運(yùn)動(dòng)控制芯片可以控制單軸和多軸無刷直流電機(jī)，它由一個(gè)主機(jī)通過下列方式驅(qū)動(dòng)：8或者16位并行總線，CAN總線2.0B，或者一個(gè)異步串口。伺服環(huán)路補(bǔ)償采用全32位位置誤差、帶速度和加速度前饋的PID、集成限幅和一對(duì)雙邊矩形濾波來對(duì)復(fù)雜負(fù)載做復(fù)雜控制。MC23XX系列運(yùn)動(dòng)控制芯片是PMD公司基于高性能運(yùn)動(dòng)控制開發(fā)的第三代伺服控制芯片，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、科學(xué)、自動(dòng)化控制和機(jī)器人的應(yīng)用。MC23XX可以實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的位置、速度控制，同時(shí)芯片集成了過流保護(hù)，過壓/欠壓保護(hù)和過溫保護(hù)等，芯片提供了一個(gè)靈活的和強(qiáng)大的指令集來初始化和設(shè)置和控制運(yùn)動(dòng)軸，并具有監(jiān)視性能，MC2310、MC2320、MC2340分別可以控制一軸、兩軸和四軸直流無刷電機(jī)，MC2320、MC2340加入了各軸電機(jī)同步的功能，這一點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于LM629，MC23XX的這些特性使其特別適合直流無刷電機(jī)的控制。綜合本發(fā)明的需要，選用MC2340作為伺服控制調(diào)節(jié)器，并通過串行口與TMS320F2812進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)調(diào)用，把TMS320F2812從復(fù)雜的多軸伺服控制算法中解脫出來。

為了能夠更好的移動(dòng)病床，發(fā)明的機(jī)器人電動(dòng)病床驅(qū)動(dòng)部分采用輪式結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄鄬?duì)于步行、爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人，輪式機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。

由于本機(jī)器人電動(dòng)病床既要考慮其運(yùn)行速度，又要考慮其運(yùn)行方向，只有二者之間能夠?qū)崿F(xiàn)解耦，就可以在病房內(nèi)自由移動(dòng)，因此，需要兩個(gè)電機(jī)來完成這個(gè)動(dòng)作，單輪驅(qū)動(dòng)可以很好的實(shí)現(xiàn)速度大小和方向的解耦，因此單輪驅(qū)動(dòng)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。由于直流電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)偶爾會(huì)產(chǎn)生火花，而醫(yī)院病房又是一個(gè)特殊的場(chǎng)合，任何火花都可能會(huì)對(duì)病人的氧氣瓶和吸氧裝置產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)，因此，本發(fā)明中的行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)和負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向的電機(jī)均采用直流無刷伺服電機(jī)，由于采用霍爾傳感器進(jìn)行電子換向，有效消除了安全隱患。

本發(fā)明為了能夠使得機(jī)器人病床自動(dòng)升降部分電動(dòng)病床機(jī)械床體，達(dá)到升降病人的頭部和腿部的功能，舍棄了傳統(tǒng)機(jī)械病床采用人工搖動(dòng)杠杠的方式，當(dāng)病人需要抬起頭部或者是需要仰起上半身時(shí)，基于單軸直流無刷伺服電機(jī)的頭部伺服控制部分工作自動(dòng)升降床體的頭部；當(dāng)病人需要抬起或者是下放腿部時(shí)，基于單軸直流無刷伺服電機(jī)的腿部伺服控制部分工作自動(dòng)升降床體的尾部；二者也可以同時(shí)工作，達(dá)到一起升降電動(dòng)病床的功能；當(dāng)病人需要休息時(shí)，只要按下恢復(fù)鍵，不論當(dāng)前電動(dòng)病床的姿態(tài)如何，床體均回到病床原始狀態(tài)，滿足病床的最小基本功能。

由于本發(fā)明中的機(jī)器人電動(dòng)病床既要適應(yīng)病房中相對(duì)干凈的環(huán)境，又要適應(yīng)病房外相對(duì)灰塵較多的骯臟環(huán)境，為了減少灰塵對(duì)電機(jī)攜帶速度和位移傳感器的影響，本發(fā)明舍棄了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的光電編碼器，而采用基于磁電傳感器AS5040H的編碼器M1、M2、M3和M4，傳感器M1、M2、M3和M4可以有效測(cè)量出四軸直流無刷伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度和位移，為機(jī)器人電動(dòng)病床四軸三閉環(huán)伺服控制提供了可靠反饋。

本實(shí)施例中，所述的傳感器包括加速度計(jì)和陀螺儀；所述的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)和第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)均為PWM波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

為了提高機(jī)器人電動(dòng)病床在行走過程中導(dǎo)航的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的自動(dòng)精確調(diào)整以及計(jì)算加速爬坡時(shí)需要的功率，本發(fā)明在機(jī)器人電動(dòng)病床伺服硬件系統(tǒng)中加入了三軸加速度計(jì)A1。在機(jī)器人電動(dòng)病床行走期間全程開啟加速度計(jì)A1，加速度計(jì)A1用來測(cè)量機(jī)器人病床三個(gè)前進(jìn)方向的加速度，控制器根據(jù)測(cè)得的加速度通過連續(xù)積分就可以得到其速度和位移，可以為機(jī)器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據(jù)；當(dāng)機(jī)器人病床的姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制器就可以得到其大致傾斜角度，一方面根據(jù)角度改變其功率需求，另一方面當(dāng)姿態(tài)發(fā)生較大變化時(shí)，控制器在一個(gè)新的采樣周期立即對(duì)其位置補(bǔ)償，避免機(jī)器人電動(dòng)病床在行走過程中因?yàn)閮A斜過大而發(fā)生危險(xiǎn)，提高了其快速行走導(dǎo)航時(shí)的穩(wěn)定性；如果對(duì)加速度計(jì)A1進(jìn)行連續(xù)積分，且把它變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中，機(jī)器人電動(dòng)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(dǎo)航坐標(biāo)系中的加速度、速度、偏航角和位置等信息，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲非常低，可以和磁電傳感器相互匹配然后為多軸伺服控制提供加速度、速度和位移反饋，極大增強(qiáng)了機(jī)器人病床的行走的安全性和準(zhǔn)確性。

一旦機(jī)器人電動(dòng)病床離開醫(yī)護(hù)人員的視線范圍后，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理機(jī)器人病床出現(xiàn)的問題以及病人在危機(jī)時(shí)候的呼救請(qǐng)求，電動(dòng)病床必須加入無線發(fā)射和接收裝置，借助無線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸電動(dòng)病床和病人的各種參數(shù)；遇到緊急情況，為了讓醫(yī)護(hù)人員能夠第一時(shí)間了解現(xiàn)場(chǎng)情況，機(jī)器人電動(dòng)病床必須加入基于CCD的圖像采集系統(tǒng)。無線機(jī)器人電動(dòng)病床監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已經(jīng)工作的機(jī)器人電動(dòng)病床：TMS320F2812通過對(duì)各種傳感器對(duì)電動(dòng)病床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和儲(chǔ)存，通過無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)TMS320F2812與護(hù)理總站PC 機(jī)之間的通信，護(hù)理總站可以通過PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人電動(dòng)病床的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能?；跓o線局域網(wǎng)機(jī)器人電動(dòng)病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)的使用，有利于科學(xué)管理和利用電動(dòng)病床，可有效節(jié)約能源，極大降低護(hù)工和護(hù)士的勞動(dòng)量，對(duì)提升城市形象和美譽(yù)度將起到積極作用，同時(shí)也會(huì)是城市文明史上的一大進(jìn)步。

本發(fā)明為克服普通醫(yī)院病床不能滿足病人實(shí)際要求，在吸收國外先進(jìn)控制思想的前提下，自主研發(fā)了一款基于DSP（TMS320F2812））+專用運(yùn)動(dòng)控制芯片MC2340的全新雙核單輪驅(qū)動(dòng)、可以自由升降部分床體的四軸機(jī)器人電動(dòng)病床。此機(jī)器人控制系統(tǒng)以MC2340為處理核心，實(shí)現(xiàn)四軸直流無刷電機(jī)的同步伺服控制，TMS320F2812實(shí)現(xiàn)多種傳感器信號(hào)的數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)處理，并實(shí)時(shí)相應(yīng)各種中斷保護(hù)請(qǐng)求，并實(shí)現(xiàn)與MC2340數(shù)據(jù)通信，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電動(dòng)病床的遠(yuǎn)距離控制，本系統(tǒng)加入了基于局域網(wǎng)的無線控制裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人病床與護(hù)理總站之間的數(shù)據(jù)通信。

如圖2所示，所述的無線雙核單輪驅(qū)動(dòng)自由升降機(jī)器人電動(dòng)病床控制器還設(shè)置有人機(jī)界面程序和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的人機(jī)界面程序包括人機(jī)界面、區(qū)域規(guī)劃以及無線輸出，所述的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括基于MC2340四軸直流無刷電機(jī)伺服控制、無線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸以及I/O控制，所述的基于MC2340四軸直流無刷電機(jī)伺服控制包括基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)單輪驅(qū)動(dòng)伺服控制和基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)升降伺服控制，其中，基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)單輪驅(qū)動(dòng)伺服控制和基于MC2340兩軸直流無刷電機(jī)升降伺服控制均包括磁電編碼器模塊、基于磁電編碼器加速度模塊、基于磁電編碼器速度模塊以及基于磁電編碼器位移模塊。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案， 為了提高運(yùn)算速度，保證機(jī)器人電動(dòng)病床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明采用32位高性能DSP （TMS320F2812）和專用運(yùn)動(dòng)控制芯片MC2340，舍棄了傳統(tǒng)采用的單一單片機(jī)或單一16位的DSP芯片，此控制器充分考慮蓄電池在這個(gè)系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)單一控制器同步控制四軸直流無刷伺服電機(jī)的功能。機(jī)器人電動(dòng)病床充分發(fā)揮專用運(yùn)動(dòng)控制芯片MC2340作為伺服處理器數(shù)據(jù)處理速度較快的特點(diǎn)，而由TMS320F2812實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面、I/O控制、路徑導(dǎo)航、在線輸出、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)等功能，同時(shí)實(shí)時(shí)相應(yīng)各種中斷，并借助無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電動(dòng)病床本體與護(hù)理總站之間的數(shù)據(jù)通訊，使得護(hù)理總站可以實(shí)時(shí)響應(yīng)電動(dòng)病床的各種中斷。

對(duì)于本文設(shè)計(jì)的基于DSP（TMS320F2812）+MC2340雙核機(jī)器人電動(dòng)病床控制器，在電源打開狀態(tài)下，人機(jī)界面先工作，如果確實(shí)需要移動(dòng)電動(dòng)病床，護(hù)工人員、護(hù)士人員通過人機(jī)界面或者是無線傳輸裝置輸入各自的權(quán)限密碼，DSP（TMS320F2812）使能MC2340機(jī)器人電動(dòng)病床才可能在屋子里移動(dòng)，否則機(jī)器人電動(dòng)病床就待在原地等待權(quán)限開啟命令；如果機(jī)器人電動(dòng)病床需要推出病房，此時(shí)醫(yī)院負(fù)責(zé)人需要通過人機(jī)界面或無線傳輸裝置開啟自己的權(quán)限密碼，否則機(jī)器人電動(dòng)病床一旦移動(dòng)到門口位置被門口監(jiān)控傳感器探測(cè)到，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)控制器上的傳感器，MC2340鎖死當(dāng)前的機(jī)器人電動(dòng)病床并發(fā)出誤操作警報(bào)，TMS320F2812開啟圖像采集系統(tǒng)并通過無線網(wǎng)局域網(wǎng)傳輸給護(hù)理總站，使得醫(yī)護(hù)人員了解機(jī)器人電動(dòng)病床的現(xiàn)場(chǎng)狀況。在正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)器人電動(dòng)病床通過各種傳感器讀取外部環(huán)境比反饋參數(shù)給DSP，由DSP處理后轉(zhuǎn)化后與MC2340通訊，由MC2340生成四軸直流無刷伺服電機(jī)的同步控制PWM信號(hào)，PWM波信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后通過直流無刷電機(jī)Z和R完成頭部和腿部病床部分的升降，然后通過直流無刷電機(jī)X、直流無刷電機(jī)Y驅(qū)動(dòng)病床向前運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度和位移被相對(duì)應(yīng)的磁電編碼器M1、M2、M3、M4反饋給DSP，由DSP處理后轉(zhuǎn)化后與MC2340通訊，由MC2340生成二次調(diào)整同步PWM控制信號(hào)滿足實(shí)際工作需求。電動(dòng)床在運(yùn)行過程中，人機(jī)界面在線存儲(chǔ)并輸出當(dāng)前狀態(tài)，使得處理比較直觀，在需要時(shí)可以通過無線局域網(wǎng)輸出當(dāng)前狀態(tài)到護(hù)理總站，使得處理比較簡單。

參照?qǐng)D2，具體實(shí)施步驟是：

把醫(yī)用電動(dòng)床控制系統(tǒng)分為兩部分：人機(jī)界面系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其中人機(jī)界面系統(tǒng)完成人機(jī)界面、路徑規(guī)劃、在線輸出等功能；基于MC2340運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)完成電動(dòng)病床的多軸伺服控制，而DSP（TMS320F2812）實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、I/O控制等功能，系統(tǒng)充分發(fā)揮MC2340伺服處理器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由TMS320F2812實(shí)時(shí)處理各種傳感器信號(hào)，并借助無線局域網(wǎng)裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電動(dòng)病床與護(hù)理總站之間的數(shù)據(jù)通訊。

參照?qǐng)D2、圖3和圖4，其具體的功能實(shí)現(xiàn)如下：

1）在機(jī)器人電動(dòng)病床未接到任何指令之前，它一般會(huì)和普通醫(yī)用病床沒有區(qū)別，被固定在某一個(gè)區(qū)域，交流電源對(duì)系統(tǒng)中的蓄電池充電，保證機(jī)器人電動(dòng)病床有足夠的能源完成任務(wù)；

2）一旦護(hù)理總站需要移動(dòng)病人，通過無線局域網(wǎng)護(hù)理總站首先與機(jī)器人電動(dòng)病床通訊，接到總站發(fā)出的中斷后，為了防止機(jī)器人電動(dòng)病床的移動(dòng)損害充電連接線，TMS320F2812控制器會(huì)自動(dòng)斷開連接線與交流電源的連接，機(jī)器人電動(dòng)病床轉(zhuǎn)為蓄電池供電狀態(tài)；

3）為了防止誤操作，本發(fā)明采用三級(jí)啟動(dòng)權(quán)限，當(dāng)確定需要移動(dòng)機(jī)器人電動(dòng)病床時(shí)，如果只是在病房內(nèi)部移動(dòng)機(jī)器人電動(dòng)病床，則需要護(hù)工人員和護(hù)士先后通過人機(jī)界面或者無線傳輸裝置輸入權(quán)限密碼開啟屋內(nèi)行走模式；如果是需要推動(dòng)機(jī)器人電動(dòng)病床走出病房，則需要護(hù)工人員、護(hù)士和醫(yī)院負(fù)責(zé)人先后通過人機(jī)界面或者是無線傳輸裝置輸入權(quán)限密碼開啟屋外行走模式；

4）當(dāng)機(jī)器人電動(dòng)病床開啟行走模式后，一旦啟動(dòng)鍵SS按下，系統(tǒng)首先完成初始化并檢測(cè)電源電壓，如果蓄電池電源不正常，將向TMS320F2812發(fā)出中斷請(qǐng)求，TMS320F2812會(huì)對(duì)中斷做第一時(shí)間響應(yīng)，如果TMS320F2812的中斷響應(yīng)沒有來得及處理，車體上的自鎖裝置將被觸發(fā)，進(jìn)而達(dá)到自鎖的功能，防止誤操作，然后TMS320F2812通過無線裝置向護(hù)理總站發(fā)出故障中斷請(qǐng)求，由總站進(jìn)一步檢修機(jī)器人電動(dòng)病床；如果電源正常，電動(dòng)床機(jī)器人將開始正常工作；

5）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，如果此時(shí)只有頭部上升按鈕SHF被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始做病床頭部上升部分的運(yùn)動(dòng)，TMS320F2812根據(jù)伺服控制器的要求把按鍵每次需要運(yùn)行的距離S轉(zhuǎn)化為電機(jī)Z的加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340再結(jié)合電機(jī)Z對(duì)應(yīng)的磁電傳感器M3的速度和位移反饋生成驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Z的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)功率橋放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Z正向運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人電動(dòng)病床開始緩緩升起，在運(yùn)動(dòng)過程中，一旦護(hù)理人員的手不在觸發(fā)啟動(dòng)鍵或者是上升按鈕SHF，直流無刷伺服電機(jī)Z的伺服控制就結(jié)束，完成此次上升過程；當(dāng)病人的頭部需要下降時(shí)，護(hù)理人員只要同時(shí)按下啟動(dòng)鍵SS和頭部下降按鈕SHB，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始做病床頭部下降部分的運(yùn)動(dòng)，TMS320F2812根據(jù)伺服控制器的要求把按鍵每次需要運(yùn)行的距離S轉(zhuǎn)化為電機(jī)Z的加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340再結(jié)合電機(jī)Z對(duì)應(yīng)的磁電傳感器M3的速度和位移反饋生成驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Z的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)功率橋放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Z反向運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人電動(dòng)病床開始緩緩下降，在運(yùn)動(dòng)過程中，一旦護(hù)理人員的手不在觸發(fā)啟動(dòng)鍵或者是上升按鈕SHB，直流無刷伺服電機(jī)Z的伺服控制就結(jié)束，完成此次下降過程；TMS320F2812伺服控制器記錄下當(dāng)前位置與水平位置的位移SHS；

6）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，如果此時(shí)只有腿部上升按鈕SLF被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始做病床腿部上升部分的運(yùn)動(dòng)，TMS320F2812根據(jù)伺服控制器的要求把按鍵每次需要運(yùn)行的距離S轉(zhuǎn)化為電機(jī)R的加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340再結(jié)合電機(jī)R對(duì)應(yīng)的磁電傳感器M4的速度和位移反饋生成驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)R的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)功率橋放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)R正向運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人電動(dòng)病床開始緩緩升起，在運(yùn)動(dòng)過程中，一旦護(hù)理人員的手不在觸發(fā)啟動(dòng)鍵或者是上升按鈕SLF，直流無刷伺服電機(jī)R的伺服控制就結(jié)束，完成此次上升過程；當(dāng)病人的腿部需要下降時(shí)，護(hù)理人員只要同時(shí)按下啟動(dòng)鍵SS和頭部下降按鈕SLB，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始做病床腿部下降部分的運(yùn)動(dòng)，TMS320F2812根據(jù)伺服控制器的要求把按鍵每次需要運(yùn)行的距離S轉(zhuǎn)化為電機(jī)R的加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340再結(jié)合電機(jī)R對(duì)應(yīng)的磁電傳感器M4的速度和位移反饋生成驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)R的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)功率橋放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)R反向運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人電動(dòng)病床開始緩緩下降，在運(yùn)動(dòng)過程中，一旦護(hù)理人員的手不在觸發(fā)啟動(dòng)鍵或者是上升按鈕SLB，直流無刷伺服電機(jī)R的伺服控制就結(jié)束，完成此次下降過程；TMS320F2812伺服控制器記錄下當(dāng)前位置與水平位置的位移SLS；

7）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，如果此時(shí)恢復(fù)按鈕SFF被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床根據(jù)TMS320F2812伺服控制器的速度和加速度要求，把位移SLS和SHS轉(zhuǎn)化為電機(jī)Z和電機(jī)R的加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340再結(jié)合電機(jī)Z和電機(jī)R對(duì)應(yīng)的磁電傳感器M3、M4的速度和位移反饋生成驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Z和電機(jī)R的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)功率橋放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Z和電機(jī)R運(yùn)動(dòng)，床體被恢復(fù)到自然狀態(tài)；

8）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，TMS320F2812控制器將檢測(cè)側(cè)向轉(zhuǎn)彎按鈕SK是否被觸發(fā)；如果側(cè)向轉(zhuǎn)彎按鈕SK被觸發(fā)，TMS320F2812根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部分需要旋轉(zhuǎn)角度和其內(nèi)部梯形發(fā)生器，把直流無刷伺服電機(jī)Y要運(yùn)轉(zhuǎn)的距離SX轉(zhuǎn)化為加速度、速度和位置參考指令值，TMS320F2812將于MC2340通訊，然后MC2340再結(jié)合電機(jī)Y對(duì)應(yīng)的磁電傳感器M2的反饋生成驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Y的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)功率橋放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)Y運(yùn)動(dòng)，由于直流無刷電機(jī)Y在旋轉(zhuǎn)過程中通過齒輪結(jié)構(gòu)帶動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)X運(yùn)動(dòng)；當(dāng)直流無刷伺服電機(jī)Y完成這次伺服運(yùn)動(dòng)，直流無刷伺服電機(jī)X已經(jīng)完成側(cè)轉(zhuǎn)的任務(wù)，由于在此過程中只是電機(jī)Y驅(qū)動(dòng)電機(jī)X旋轉(zhuǎn)90度，并為改變電動(dòng)病床的方向，提高了機(jī)器人電動(dòng)病床在狹小空間的實(shí)用性；

9）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，如果此時(shí)只有前進(jìn)按鈕SF被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)器人攜帶的前方防撞超聲波傳感器S9和S10將工作，并向TMS320F2812控制器時(shí)刻反饋其與前方障礙物的距離；如果防撞超聲波傳感器S9或者是S10讀取到前方有障礙物時(shí)，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340經(jīng)內(nèi)部伺服控制程序調(diào)整直流無刷伺服電機(jī)X的PWM輸出，控制機(jī)器人電動(dòng)病床在安全范圍內(nèi)停車，控制器并開啟一個(gè)三秒的計(jì)時(shí)，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物則通知人機(jī)界面改換行走軌跡；如果三秒后障礙物信號(hào)消息，則機(jī)器人電動(dòng)病床將按照當(dāng)前路徑繼續(xù)啟動(dòng)前進(jìn)；在機(jī)器人電動(dòng)病床運(yùn)動(dòng)過程中，磁電傳感器M1、M2會(huì)時(shí)刻檢測(cè)直流無刷伺服電機(jī)X和電機(jī)Y的運(yùn)動(dòng)速度和位移，并反饋給TMS320F2812；

10）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，如果此時(shí)只有后退按鈕SB也被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始后退運(yùn)動(dòng)，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340經(jīng)內(nèi)部伺服控制程序調(diào)整直流無刷伺服電機(jī)X和Y的PWM輸出，控制機(jī)器人電動(dòng)病床按照設(shè)定速度緩慢后退；在后退運(yùn)動(dòng)過程中，磁電傳感器M1、M2會(huì)時(shí)刻檢測(cè)直流無刷伺服電機(jī)X和電機(jī)Y的運(yùn)動(dòng)速度和位移并反饋給TMS320F2812，TMS320F2812處理后將于MC2340通訊，MC2340根據(jù)磁電傳感器M1和M2的速度和位移反饋二次調(diào)整直流無刷伺服電機(jī)X和電機(jī)Y的PWM輸出，保證機(jī)器人電動(dòng)病床在安全速度范圍內(nèi)運(yùn)行，防止速度過快機(jī)器人電動(dòng)病床推倒護(hù)工人員；

11）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS按下，如果此時(shí)轉(zhuǎn)彎按鈕SK和前進(jìn)按鈕SF被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始側(cè)向右移，在運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)器人攜帶的側(cè)方防撞超聲波傳感器S6將工作，并向TMS320F2812控制器時(shí)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(shí)，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340經(jīng)內(nèi)部伺服控制程序調(diào)整直流無刷伺服電機(jī)X的PWM輸出，控制機(jī)器人電動(dòng)病床在安全范圍內(nèi)停車，控制器并開啟一個(gè)三秒的計(jì)時(shí)，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物存在將向人機(jī)界面發(fā)出停車報(bào)警；如果三秒后障礙物信號(hào)消息，則機(jī)器人電動(dòng)病床將按照當(dāng)前軌跡繼續(xù)側(cè)向右移；在機(jī)器人電動(dòng)病床側(cè)向右移過程中，磁電傳感器M1、M2會(huì)時(shí)刻檢測(cè)直流無刷伺服電機(jī)X和電機(jī)Y的運(yùn)動(dòng)速度和位移并反饋給TMS320F2812，TMS320F2812處理后將于MC2340通訊，MC2340二次調(diào)整電機(jī)X和電機(jī)Y的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

12）當(dāng)TMS320F2812控制器檢測(cè)到啟動(dòng)鍵SS一旦按下，如果此時(shí)轉(zhuǎn)彎按鈕SK和前進(jìn)按鈕SB被觸發(fā)，機(jī)器人電動(dòng)病床將開始側(cè)向左移，在運(yùn)動(dòng)過程中，機(jī)器人攜帶的側(cè)方防撞超聲波傳感器S7將工作，并向TMS320F2812控制器時(shí)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(shí)，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340經(jīng)內(nèi)部伺服控制程序調(diào)整直流無刷伺服電機(jī)X的PWM輸出，控制機(jī)器人電動(dòng)病床在安全范圍內(nèi)停車，控制器并開啟一個(gè)三秒的計(jì)時(shí)，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物存在將向人機(jī)界面發(fā)出停車報(bào)警；如果三秒后障礙物信號(hào)消息，則機(jī)器人電動(dòng)病床將按照當(dāng)前軌跡繼續(xù)側(cè)向左移；在機(jī)器人電動(dòng)病床側(cè)向左移過程中，磁電傳感器M1、M2會(huì)時(shí)刻檢測(cè)直流無刷伺服電機(jī)X和電機(jī)Y的運(yùn)動(dòng)速度和位移，并反饋給TMS320F2812，TMS320F2812處理后將于MC2340通訊，MC2340二次調(diào)整電機(jī)X和電機(jī)Y的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

13）當(dāng)機(jī)器人電動(dòng)病床需要移出病房時(shí)，現(xiàn)有醫(yī)院負(fù)責(zé)人開啟行走權(quán)限密碼，然后護(hù)工人員把機(jī)器人電動(dòng)病床推到帶有地面標(biāo)志的位置，機(jī)器人電動(dòng)病床進(jìn)入自動(dòng)導(dǎo)航狀態(tài)：其導(dǎo)航的光電傳感器S1、S2、S3、S4、S5將工作，地面標(biāo)志反射回來的光電信號(hào)反饋給TMS320F2812，經(jīng)TMS320F2812判斷處理后確定機(jī)器人偏移導(dǎo)航軌道的偏差，TMS320F2812把此偏差信號(hào)轉(zhuǎn)化為電機(jī)X和電機(jī)Y要運(yùn)行的加速度、速度和位移指令，TMS320F2812將于MC2340通訊，MC2340再結(jié)合磁電編碼器M1和M2的反饋生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)直流無刷伺服電機(jī)X和電機(jī)Y的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)X和電機(jī)Y向前運(yùn)動(dòng)，快速調(diào)整機(jī)器人電動(dòng)病床迅速回到導(dǎo)航軌道中心；機(jī)器人電動(dòng)病床沿著軌道行走過程，MC2340根據(jù)地面標(biāo)志和磁電編碼器M1和M2的反饋微調(diào)電機(jī)X和電機(jī)Y的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使機(jī)器人沿著設(shè)定好的軌道順利通過病房門口；當(dāng)鋪設(shè)的軌道消失后，機(jī)器人電動(dòng)病床就停在原地等待人為推動(dòng)信號(hào)，防止誤操作；

14）一旦機(jī)器人電動(dòng)病床被推出病房后，基于TMS320F2812將開啟無線傳輸模式，當(dāng)機(jī)器人電動(dòng)病床開始移動(dòng)，磁電傳感器M1和M2會(huì)實(shí)時(shí)反饋直流無刷電機(jī)X和電機(jī)Y的速度和移動(dòng)位移，電機(jī)X和電機(jī)Y的參數(shù)通過無線傳輸給總站，一旦電機(jī)速度超越了設(shè)定值，總站會(huì)通過無線裝置向機(jī)器人電動(dòng)病床發(fā)出超速警報(bào)；一旦機(jī)器人病床或者是病人出現(xiàn)緊急問題時(shí)，護(hù)工人員會(huì)觸發(fā)機(jī)器人電動(dòng)病床報(bào)警按鍵，在按鍵按下的同時(shí)，基于CCD的圖像采集圖像會(huì)開啟，然后通過無線傳輸向總站傳輸故障信息；

15）當(dāng)病人開始短時(shí)的自我護(hù)理出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，病人自己觸發(fā)機(jī)器人電動(dòng)病床報(bào)警按鍵，在按鍵按下的同時(shí)，基于CCD的圖像采集圖像會(huì)開啟，然后通過無線傳輸裝置向總站發(fā)出中斷請(qǐng)求并傳輸故障信息，總站護(hù)理人員會(huì)第一次處理故障信息；

16）本機(jī)器人電動(dòng)病床在運(yùn)動(dòng)過程為了防止護(hù)士的誤操作以及遇到緊急狀況停車，加入了緊急停車自動(dòng)鎖車功能；如遇到緊急情況，當(dāng)緊急按鍵ESW1按下后，控制器一旦檢測(cè)到緊急中斷請(qǐng)求會(huì)發(fā)出原地停車指令，MC2340通過驅(qū)動(dòng)器鎖死行走電機(jī)X，即使電動(dòng)病床多個(gè)萬向輪W都處于可以滑動(dòng)狀態(tài)，由于行走電機(jī)X處于鎖死狀態(tài)，這樣機(jī)器人電動(dòng)病床也不會(huì)運(yùn)動(dòng)；

17）本發(fā)明在機(jī)器人電動(dòng)病床上加入了濕度檢測(cè)系統(tǒng)；此濕度檢測(cè)系統(tǒng)由濕敏傳感器、測(cè)量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能，這樣當(dāng)病人大小便失控時(shí)，濕度檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)工作，將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，護(hù)工人員通過人機(jī)界面輸出可以查出故障原因，然后更換床褥；

18）本電動(dòng)床裝備了多種防障礙物報(bào)警系統(tǒng)，床載障礙探側(cè)系統(tǒng)可以在碰撞到障礙物之前自動(dòng)探測(cè)到障礙物的存在并自動(dòng)停車，并根據(jù)障礙物的性質(zhì)確定二次啟動(dòng)或是一直待在原地不動(dòng)，這樣就保證了在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)，減少了環(huán)境對(duì)其的干擾；

19）在機(jī)器人電動(dòng)病床行走過程中，電機(jī)經(jīng)常會(huì)收到外界因素干擾，為了減少電機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)器人行走的影響，控制器在考慮電機(jī)特性的基礎(chǔ)上加入了對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的在線辨識(shí)，并利用電機(jī)力矩與電流的關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，削弱了外界環(huán)境對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響；

20）在機(jī)器人電動(dòng)病床行走期間伺服控制器全程開啟加速度計(jì)A1，加速度計(jì)A1可以測(cè)量機(jī)器人病床三個(gè)前進(jìn)方向的加速度，控制器根據(jù)測(cè)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(jī)器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據(jù)；同時(shí)當(dāng)機(jī)器人病床的姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，控制器就可以得到其大致傾斜角度和加速度要求，控制器根據(jù)傾斜角度和加速度需求就可以大致計(jì)算出功率需求，然后調(diào)整各臺(tái)直流無刷伺服電機(jī)的功率以滿足爬坡和加速需要；控制器通過對(duì)加速度計(jì)A1進(jìn)行連續(xù)積分，且把它變換到醫(yī)院導(dǎo)航坐標(biāo)系中，機(jī)器人電動(dòng)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(dǎo)航坐標(biāo)系中的加速度、速度、偏航角和位置等信息，控制器實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1：在控制過程中，充分考慮了電池在這個(gè)系統(tǒng)中的作用，基于DSP（TMS320F2812）+MC2340雙核控制器時(shí)刻都在對(duì)機(jī)器人電動(dòng)病床的運(yùn)行狀態(tài)和電源來源進(jìn)行監(jiān)測(cè)和運(yùn)算，當(dāng)交流電源切斷時(shí)，病床會(huì)自動(dòng)借助自帶蓄電池電源自動(dòng)鎖死在固定位置，直至有移動(dòng)開關(guān)信號(hào)輸入，保證了病床的自然狀態(tài)；

2：為了方便病人自理，減少對(duì)外界條件的依賴，本系統(tǒng)加入了人機(jī)界面功能，病人只要通過電腦觸摸屏就可以自動(dòng)控制病床機(jī)器人，這樣就可以不需要護(hù)理而自己解決部分簡易的日常生活；

3：由于此電動(dòng)病床加入了基于蓄電池的動(dòng)力助力裝置，即使碰到病人身體肥胖或者護(hù)理人員身體瘦弱時(shí)，病床本身在電源充足的條件下可以為護(hù)工人員和護(hù)士人員在屋子里移動(dòng)病床提供動(dòng)力，減少了護(hù)士或者護(hù)工人員在屋子里移動(dòng)病床的體力消耗和勞動(dòng)強(qiáng)度；

4：由于此電動(dòng)病床加入了基于直流無刷伺服電機(jī)的單輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使得病床可以在屋子里實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)，減少了病人在某一個(gè)固定位置的壓抑感；

5：由于此電動(dòng)病床加入了基于直流無刷伺服電機(jī)的單輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使得電動(dòng)病床可以在屋子里原地按照任意方向自由旋轉(zhuǎn)，減少了移動(dòng)病床需要的空間，特別適合應(yīng)用于空間狹小的病房；

6：由于加入了基于直流無刷伺服電機(jī)的單輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在非常狹小的空間內(nèi)可以使病床機(jī)器人側(cè)向移動(dòng)，減少機(jī)器人旋轉(zhuǎn)帶來的負(fù)面問題；

7：為了能夠使病床機(jī)器人能夠自由移出病房門口，控制器加入了多種導(dǎo)航傳感器，機(jī)器人在移出病房過程中一旦讀到地面標(biāo)志就會(huì)自動(dòng)導(dǎo)航，減少人工移動(dòng)病床帶來的誤差；

8：當(dāng)機(jī)器人電動(dòng)病床遇到爬坡的時(shí)，由于自身攜帶的有動(dòng)力能源，所以可以很好的起到助力作用，減少了對(duì)護(hù)工人員體力的要求；

9：由MC2340處理多軸電機(jī)的全數(shù)字伺服控制，大大提高了運(yùn)算速度，解決了單單片機(jī)運(yùn)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(qiáng)；

10：本發(fā)明完全實(shí)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(shí)現(xiàn)了多軸電機(jī)控制信號(hào)的同步，有利于提高醫(yī)用機(jī)器人電動(dòng)病床的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能；

11：由于本控制器采用MC2340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(fù)雜的計(jì)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(qiáng)；

12：本機(jī)器人電動(dòng)病床加入了自動(dòng)鎖車功能，當(dāng)病床機(jī)器人在移動(dòng)過程中，如遇到緊急情況，控制器會(huì)發(fā)出原地停車指令，并鎖死主運(yùn)動(dòng)電機(jī)，即使多個(gè)萬向輪都處于可以滑動(dòng)狀態(tài)，但由于驅(qū)動(dòng)輪處于鎖死狀態(tài)，這樣機(jī)器人也不會(huì)運(yùn)動(dòng)；

13：本發(fā)明在機(jī)器人電動(dòng)病床系統(tǒng)中加入了多種開啟權(quán)限，防止了病床的誤操作；

14：本機(jī)器人電動(dòng)病床加入了濕度檢測(cè)系統(tǒng)；此濕度檢測(cè)系統(tǒng)由濕敏傳感器、測(cè)量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理等功能，這樣當(dāng)病人大小便失控或者是床單潮濕時(shí)，濕度檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)工作，發(fā)出更換請(qǐng)求；

15：本電動(dòng)床機(jī)器人裝備了多種報(bào)警系統(tǒng)，在碰撞到障礙物之前自動(dòng)停車，這樣就保證了在運(yùn)動(dòng)過程中的安全性，減少了環(huán)境對(duì)其的干擾；

16：由于本機(jī)器人電動(dòng)病床系統(tǒng)采用直流無刷伺服電機(jī)替代了直流電機(jī)，不僅進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的安全性，也可以提高能源的利用率，增加了機(jī)器人電動(dòng)病床在攜帶能源一定的條件下一次移動(dòng)的距離；

17：由于本機(jī)器人電動(dòng)病床系統(tǒng)采用直流無刷伺服電機(jī)，當(dāng)電機(jī)受到外界干擾產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，直流無刷伺服電機(jī)可以利用力矩與電流的關(guān)系迅速進(jìn)行補(bǔ)償，極大減少了外界干擾對(duì)機(jī)器人電動(dòng)病床的影響；

18：基于單軸直流無刷伺服電機(jī)的頭部伺服控制部分可以很好的滿足病人需要抬起頭部或者是仰起上半身的活動(dòng)，護(hù)理人員可以通過按鍵達(dá)到升起病床前部，病床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步得到提升，減少了護(hù)理人員的勞動(dòng)量；

19：基于單軸直流無刷伺服電機(jī)的腿部伺服控制部分可以很好的滿足病人需要腿部或者下半身的活動(dòng)，護(hù)理人員可以通過按鍵達(dá)到升起或降低病床后部，病床的自動(dòng)化程度進(jìn)一步得到提升，減少了護(hù)理人員的勞動(dòng)量；

20：基于前后兩軸直流無刷伺服升降裝置組合使得機(jī)器人電動(dòng)病床具有各種機(jī)械組合，在推離病人離開病房時(shí)，可以根據(jù)病人的病情自由調(diào)節(jié)病床的姿勢(shì)，滿足了不同病人的心理要求；

21：由于機(jī)器人電動(dòng)病床具有無線接收和發(fā)射功能，使得醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)需要遠(yuǎn)距離開啟機(jī)器人病床啟動(dòng)的權(quán)限，減少了醫(yī)護(hù)人員的工作量；

22：由于機(jī)器人電動(dòng)病床具有無線接收和發(fā)射功能，一旦自己短時(shí)護(hù)理自己的病人遇到緊急狀況可以隨時(shí)與醫(yī)護(hù)人員溝通，保證了病人的安全；

23：由于機(jī)器人電動(dòng)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(hù)人員可以隨時(shí)監(jiān)控離開病院的電動(dòng)病床的及時(shí)狀況，一旦遇到緊急狀況可以立即處理，保證了電動(dòng)病床和病人的安全；

24：機(jī)器人電動(dòng)病床更加安全可靠；無線機(jī)器人電動(dòng)病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)是通過護(hù)理總站系統(tǒng)中心來設(shè)置相關(guān)參數(shù)的，可以防止沒有被授權(quán)的人進(jìn)行操作，這樣一來，就能保證了監(jiān)控的安全可靠；

25：通過無線機(jī)器人電動(dòng)病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)病床和護(hù)理總站的實(shí)時(shí)通訊，可以系統(tǒng)的檢測(cè)到故障所在，及時(shí)檢修；

26：無線機(jī)器人電動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的機(jī)器人電動(dòng)病床，使病人自己短暫護(hù)理自己的安全性大大增加，從而節(jié)約資源，同時(shí)電動(dòng)病床本體參數(shù)的監(jiān)控有效保護(hù)了電動(dòng)病床的各個(gè)部件，增加了使用壽命；

27：無線機(jī)器人電動(dòng)病床管理起來更加便捷；無線機(jī)器人電動(dòng)病床監(jiān)控和控制系統(tǒng)每天可以根據(jù)實(shí)際需要在護(hù)理總站自動(dòng)開啟和斷開醫(yī)院負(fù)責(zé)人的操作權(quán)限，也可以對(duì)機(jī)器人電動(dòng)病床進(jìn)行分區(qū)管理；

28：加速度計(jì)A1用來測(cè)量機(jī)器人病床三個(gè)前進(jìn)方向的加速度，控制器根據(jù)測(cè)得的加速度通過連續(xù)積分就可以得到其速度和位移，可以為機(jī)器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據(jù)；

29：加速度計(jì)A1可以提高機(jī)器人電動(dòng)病床在行走過程中導(dǎo)航的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的自動(dòng)精確調(diào)整、計(jì)算加速爬坡時(shí)需要的功率。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)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(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。