一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法技术

本发明专利技术一种基于分布式压力传感器的医用智能推车的控制方法，采用包括通过IMU惯性传感器、四轮独立驱动、独立转向控制系统，实现医用推车的独立控制转向与速度的智能控制，涉及医用推车技术领域。本发明专利技术包括步骤A选择工作模式；步骤B采集分布式柔性薄膜压力传感器的数据，经滤波、储存；判断施力方向和大小，并通过运动学分析运动意图，再通过分析作用时间长短来进行推车速度控制；命令判断施力者运动意图，控制相应电机进行工作；启动PID算法调整运行姿态到步骤H，分别检测医用推车运行姿态和施力者动作意图。本发明专利技术简单可靠，避免误操作发生危险，节省时间与人力，适应于医疗行业复杂环境条件下现场使用的医用智能推车控制更加人性化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法
本专利技术涉及医用推车
，具体指一种基于分布式柔性薄膜压力传感器分别检测医用推车运行姿态和施力者动作意图结合IMU惯性传感器，通过四轮独立驱动独立转向控制系统可以独立控制转向与速度的智能控制方法。
技术介绍
目前医用推车的设计很大程度上还保留着传统的生产模式，对于医用推车的改进仅仅停留在机械上面的改进。据查，中国专利201620597906.0公布了一种基于转向系统的病人转运推车，主要有脚轮组件、底盘以及床体构成，其方向手柄控制推车的方向，不但节省了时间和人力，而且能够保证推车方向准确，减少病人躺卧在推车上时受到的影响。但是其转向与速度不能独立控制，使其在复杂环境倒车或者转弯运行时缺少灵活性且缺少智能化。又，中国专利201220571876.8公开一种可自动移动的医用推车，该推车为三轮推车，车架后底部两侧配置方向向前的两个后方车轮；在车架前方中部，配置有一个能以竖直方向为转轴旋转的前方车轮；车架的后置配置有方向盘，与方向盘连接的传动杆竖直方向配置在车架的后方。对于该专利技术，护士推动推车的时候只需旋转方向盘即可实现对推车方向的控制，简单实用。但该专利技术依然按照传统推车转弯运行，无法进行转向与转速的单独控制，不方便推车在复杂环境运行使用。如上所述，现有很多医用推车，如依靠人的推力驱动万向轮转动，推车推行时没有明确的方向，会出现推车乱转情况，推车速度依靠推力大小控制，在负载重量较大情况下非常耗力，尤其在复杂环境进行倒车或者转弯时控制不灵活，浪费时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法。本专利技术医用智能推车，包括轮子、轮子支架、连接杆、推车主体、软垫、护栏架、推手、吊瓶支架等结构(如附图1所示)，特点在于：所述轮子由轮毂电机与步进电机组成。轮毂电机一端与轮毂电机相连，减震器另一端通过轴承系统与步进电机相连，电位器装在轴承系统上。所述轮子支架上设置电箱，位于推车主体的底端。电箱内装有驱动控制系统，驱动控制系统为执行驱动结构提供控制和驱动。所述驱动控制系统包括嵌入式控制器1，轮毂电机驱动器，步进电机驱动器。电箱内设置有36V电动车专用锂电池。所述电箱上面并且位于推车主体底端设置IMU惯性测量模块，其通过串口线与电箱内嵌入式控制器1连接。所述轮子支架与推车主体通过连接杆连接，且连接杆通过推杆可以上下移动改变推车主体的高度。推车主体前端一侧放置有推杆，可以控制推车主体前端位置高度，提高病人卧躺舒服度。软垫放置于推车主体上，并且位于推车主体的上端。护栏架放置于推车主体上端前后两侧，推手安装于推车主体前侧护栏架上。所述的推手左右两侧安装有黑色橡胶管，橡胶管上布满分布式柔性薄膜压力传感器。吊瓶支架安装在推车主体前侧护栏架一侧，其可以自由上下移动。在推车主体前侧护栏架上放置有急停开关与总电源开关。在推车主体前侧护栏架上设置工控触摸屏平板电脑，工控触摸屏平板电脑后面并且位于推车主体前侧护栏架前面放置压力传感器采集电路板，工控触摸屏平板电脑与采集电路板和嵌入式控制器1通过串口线连接；同时嵌入式控制器1与嵌入式控制器2通过串口线连接。所述的压力传感器采集电路板有嵌入式控制器2及5V电源组成。本专利技术的医用智能推车具有以下技术特征：(1)推车主体上设有专用的推手，应用时更加方便工作人员使力，同时该推手上安装有分布式柔性薄膜压力传感器，便于受力数据采集从而进行智能控制推车的方向与速度，客观上减少了工作人员或者节省了工作人员的体力。(2)智能推车的采用4个轮毂电机与4个步进电机分别控制速度与方向，各个电机通过嵌入式控制器1单独控制，这样在转移病人时无论前进、后退、左转还是右转，工作人员都能根据实际的地理位置自由更改运行方向，利用转向与转速可以单独控制的优势，便于在复杂环境的转弯运行。同时推车上安装有减震器，以此减轻传统推车在改变方向时的震动。(3)智能推车安装有IMU惯性测量模块，通过反馈值与设定的运行极限，有效避免工作人员误操作发生危险。为了解决前述技术问题，基于压力分布传感器的智能医用推车控制方法，包括以下步骤：A.通过工控触摸屏平板电脑选择工作模式；B.嵌入式控制器2采集安装在推手上的分布式柔性薄膜压力传感器的数据，经滤波、储存；C.设定医用推车的运动极限和每个运动意图的阈值范围；D.通过分析压力作用时间长短控制推车速度大小，并通过运动学分析运动意图；E.判断步骤D分析施力者运动意图的结果：如果施力者的运动意图发生改变且未超过设定的运动极限，则控制推车做出相应的运行姿态改变；如果施力者运动意图未发生改变或者超过设定的运动极限，则控制推车不做动作改变，按照上一动作继续运行；F.对步骤D获得的施力者运动意图，根据运动意图转换为数据命令：如果选择工作模式1，直接继续步骤G；如果选择工作模式2，数据命令经工控触摸屏平板电脑通过串口发送到嵌入式控制器1，并把运动意图显示于触摸屏上，嵌入式控制器1根据收到的命令判断施力者运动意图；G.嵌入式控制器1根据施力者运动意图控制相应电机进行工作；电机接收嵌入式控制器1的运行命令后，启动PID算法调整运行姿态；H.嵌入式控制器2每一间隔时间T，进行一次数据采集，实时接收分布式柔性薄膜压力传感器数据信号获得即时运动意图，重复步骤B、C、D、E、F、G。其中分布式柔性薄膜压力传感器的电阻随压力的增大而减小，由下面公式求得：其中，K为常数，R为分布式柔性薄膜压力传感器电阻，F为分布式柔性薄膜压力传感器所受压力大小。所述步骤A工作模式有两种：工作模式1，嵌入式控制器2直接把压力信号数据串口传送到嵌入式控制器1，由嵌入式控制器1进行施力者的运动意图分析；工作模式2，嵌入式控制器2把采集的压力信号数据串口传送到工控触摸屏平板电脑，由工控触摸屏平板电脑进行施力者的运动意图分析；安装在电箱上的IMU惯性测量模块实时检测助力车姿态，IMU惯性测量模块把检测到的角速度信息与加速度信息反馈给嵌入式控制器1，并解算出对应的姿态，通过该辅助检测，避免误判发生危险。对于压力信号的识别方法为：左右手握在推手上，如果左手向后用力，右手向前用力，则表明运动意图为向左方向运行，如果左手按住推手前方用力，右手按住推手后方用力，则表明运动意图为向右方向运行；如果左手按住推手后方用力，右手按住推手后方用力，则表明运动意图为向后方运行；如果左手按住推手前方用力，右手按住推手前方用力，则表明运动意图为向前运行；同时通过检测推手左右两侧的压力差可以识别左右方向分别想要转动的角度。通过检测压力作用时间识别想要的运动速度大小。当检测推手单侧有压力或者双侧均没有压力时，保持上一运动状态继续运行。如上所述，本专利技术医用智能推车，克服了现有的，依靠人的推力驱动万向轮转动，推车推行时没有明确的方向，会出现推车乱转情况，推车速度依靠推力大小控制，在负载重量较大情况下非常耗力，尤其在复杂环境进行倒车或者转弯时控制不灵活，浪费时间等情况。附图说明图1为本专利技术一种基于分布式传感器的医用智能推车结构示意图；图中：1、轮毂电机；2、减震器；3、步进电机与电位器；4、电箱，电箱上面放置IMU惯性测量模块，电箱内放置有4个轮毂电机驱动器和4个步进电机驱动器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A.通过工控触摸屏平板电脑选择工作模式；B.控制器2采集安装在推手上的分布式柔性薄膜压力传感器的数据，经滤波、储存；C.设定医用推车的运动极限和每个运动意图的阈值范围；D.通过分析压力作用时间长短控制推车速度大小，并通过运动学分析运动意图；E.判断步骤D分析施力者运动意图的结果：如果施力者的运动意图发生改变且未超过设定的运动极限，则控制推车做出相应的运行姿态改变；如果施力者运动意图未发生改变或者超过设定的运动极限，则控制推车不做动作改变，按照上一动作继续运行；F.对步骤D获得的施力者运动意图，根据运动意图转换为数据命令：如果选择工作模式1，直接继续步骤G；如果选择工作模式2，数据命令经工控触摸屏平板电脑通过串口发送到控制器1，并把运动意图显示于触摸屏上，控制器1根据收到的命令判断施力者运动意图；G.控制器1根据施力者运动意图控制相应电机进行工作；电机接收控制器1的运行命令后，启动PID算法调整运行姿态；H.控制器2每一间隔时间T，进行一次数据采集，实时接收分布式柔性薄膜压力传感器数据信号获得即时运动意图，重复步骤B、C、D、E、F、G。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A.通过工控触摸屏平板电脑选择工作模式；B.控制器2采集安装在推手上的分布式柔性薄膜压力传感器的数据，经滤波、储存；C.设定医用推车的运动极限和每个运动意图的阈值范围；D.通过分析压力作用时间长短控制推车速度大小，并通过运动学分析运动意图；E.判断步骤D分析施力者运动意图的结果：如果施力者的运动意图发生改变且未超过设定的运动极限，则控制推车做出相应的运行姿态改变；如果施力者运动意图未发生改变或者超过设定的运动极限，则控制推车不做动作改变，按照上一动作继续运行；F.对步骤D获得的施力者运动意图，根据运动意图转换为数据命令：如果选择工作模式1，直接继续步骤G；如果选择工作模式2，数据命令经工控触摸屏平板电脑通过串口发送到控制器1，并把运动意图显示于触摸屏上，控制器1根据收到的命令判断施力者运动意图；G.控制器1根据施力者运动意图控制相应电机进行工作；电机接收控制器1的运行命令后，启动PID算法调整运行姿态；H.控制器2每一间隔时间T，进行一次数据采集，实时接收分布式柔性薄膜压力传感器数据信号获得即时运动意图，重复步骤B、C、D、E、F、G。2.如权利要求1所述的一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法，其特征在于，所述步骤A有两种工作模式：工作模式1，控制器2直接把压力信号数据串口传送到控制器1，由控制器1进行施力者的运动意图分析；工作模式2，控制器2把采集的压力信号数据串口传送到工控触摸屏平板电脑，由工控触摸屏平板电脑进行施力者的运动意图分析。3.如权利要求1所述的一种基于分布式传感器的医用智能推车的控制方法，其特征在于，所述步骤B的分布式柔性薄膜压力传感器的数据信号的电阻，随压力的增大而减小，按公式求得：其中，K为常数，R为分布式柔性薄膜压力传...

【专利技术属性】
技术研发人员：李传江，程璐璐，张慧芳，刘卫凤，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31