一种双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，包括电池、控制板、电机X、电机Y、电机Z以及电机R，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM和FPGA进行通信连接，通过磁电编码器由所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R控制所述的机器人电动病床的前进、运行速度、运行方向和升降运动。通过上述方式，本发明专利技术通过控制器板改变其行走速度，通过两轮差速行驶方式改变其方向，可以很好的通过电动助力减少护工或者护士人员的劳动量和劳动强度；同时在电动病床的头部和尾部均加入一轴电动升降装置，起到自由升降病人身体头部、腰部和腿部的功能，可以满足不同条件下病人对病床的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双核双轮驱动、可以自由升降的高速机器人电动病床自动控制系统，属于自动电动病床领域。
技术介绍
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。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。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；（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；（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；（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；（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；（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；（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；（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；（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；（10）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；（11）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；（12）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；（13）基于单核控制的机器人电动病床，由于既要处理多轴电机的伺服控制，又要处理机器人病床的多种传感器采样数据，由于单核处理器处理的数据较多，运算速度不是很快，不利于机器人高速运转，且有时候由于处理数据较多导致机器人病床失控；（14）由于机器人电动病床在运行过程中频繁的刹车和启动，加重了单核控制器的工作量，单核控制器无法满足机器人电动病床快速启动和停止的要求；（15）由于受周围环境不稳定因素干扰，单核机器人电动病床控制器经常会出现异常，引起机器人病床在行驶过程中失控，抗干扰能力较差；（16）虽然基于专用伺服控制芯片可以生成多轴电机的PWM控制信号，但是需要主控制器与专用芯片通讯后输入控制参数才可以实现，造成整体运算速度降低；（17）受专用伺服控制芯片内部伺服程序的影响，一般情况下伺服控制PID参数不能实时更改，满足不了电动病床实时快速伺服控制系统的要求。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，为克服普通医院病床不能满足病人实际要求，在吸收国外先进控制思想的前提下，自主研发了一款基于ARM（STM32F407）+ FPGA(A3P250)的两轮差速驱动、两轴自由升降的四轴机器人电动病床。此机器人控制系统以FPGA(A3P250)为处理核心，实现四轴直流无刷电机的同步伺服控制，STM32F407实现多种传感器信号的数字信号实时处理和数据存储，实时相应各种中断保护请求，并实现与FPGA(A3P250)数据通信。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供了一种双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，包括电池、控制板、电机X、电机Y、电机Z以及电机R，所述的电池单独提供电流驱动所述的控制板，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM和FPGA进行通信连接，机器人电动病床上还设有传感器，所述的FPGA接受传感器反馈的传感器信号，由所述的FPGA发出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，所述的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号经驱动放大后分别驱动所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R，所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R上设置有磁电编码器，通过磁电编码器由所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R控制所述的机器人电动病床的前进、运行速度、运行方向和升降运动。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的电池采用锂离子电池。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R均采用直流无刷伺服电机。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的ARM采用STM32F407；所述的FPGA采用A3P250。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的传感器包括加速度计和陀螺仪。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号均为PWM波驱动信号。在本专利技术一个较佳实施例中，所述的双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器还设置有人机界面程序和运动控制系统，所述的人机界面程序包括人机界面、区域规划以及在线输出，所述的运动控制系统包括基于FPGA四轴直流无刷电机双轮伺服控制、数据存储以及I/O控制，所述的基于FPGA四轴直流无刷电机双轮伺服控制包括基于FPGA两轴直流无刷电机双轮驱动伺服控制和基于FPGA两轴直流无刷电机自由升降伺服控制，其中，所述的基于FPGA两轴直流无刷电机双轮驱动伺服控制和基于FPGA两轴直流无刷电机自由升降伺服控制均包括磁电编码器模块、加速度计和陀螺仪加速度模块、基于磁电编码器速度模块以及基于磁电编码器位移模块。本专利技术的有益效果是：本专利技术的双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，一款基于现场可编程门阵列FPGA(A3P250)的双核两轮驱动、两轴自由升降病床的四轴机器人电动病床，这种病床在保证高速性、稳定性和安全性的前提下，通过控制器改变其行走速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，其特征在于，包括电池、控制板、电机X、电机Y、电机Z以及电机R，所述的电池单独提供电流驱动所述的控制板，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM和FPGA进行通信连接，机器人电动病床上还设有传感器，所述的FPGA接受传感器反馈的传感器信号，由所述的FPGA发出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，所述的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号经驱动放大后分别驱动所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R，所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R上设置有磁电编码器，通过磁电编码器由所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R控制所述的机器人电动病床的前进、运行速度、运行方向和升降运动。

【技术特征摘要】
1.一种双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，其特征在于，包括电池、控制板、电机X、电机Y、电机Z以及电机R，所述的电池单独提供电流驱动所述的控制板，所述的控制板采用双核控制器，包括ARM和FPGA，所述的ARM和FPGA进行通信连接，机器人电动病床上还设有传感器，所述的FPGA接受传感器反馈的传感器信号，由所述的FPGA发出第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号，所述的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号经驱动放大后分别驱动所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R，所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R上设置有磁电编码器，通过磁电编码器由所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R控制所述的机器人电动病床的前进、运行速度、运行方向和升降运动。2.根据权利要求1所述的双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，其特征在于，所述的电池采用锂离子电池。3.根据权利要求1所述的双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，其特征在于，所述的电机X、电机Y、电机Z和电机R均采用直流无刷伺服电机。4.根据权利要求1所述的双核双轮驱动自由升降高速机器人电动病床控制器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张好明，
申请(专利权)人：江苏若博机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32