一种嵌入式轮椅式护理床及其自动对接方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌入式轮椅式护理床，涉及医疗器械领域，其特征在于，包括轮椅模块和床体模块；所述床体模块包括床体主体和轮椅配合轨道；平躺姿态的所述轮椅模块与所述床体主体通过所述轮椅配合轨道连接。本发明专利技术还公开了一种嵌入式轮椅式护理床的自动对接方法，通过激光雷达传感器及激光雷达定位引导板的几何特征，完成所述轮椅模块相对所述床体模块的位姿解算，实现精准定位；通过距离检测传感器进一步完成定位调整，实现自动对接。本发明专利技术结构设计合理，定位精准，自动对接，避免了患者移动过程中的跌落风险，能够提高患者自主行动能力，且无需医护人员操作，节省医护资源。

An Embedded Wheelchair Nursing Bed and Its Automatic Docking Method

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式轮椅式护理床及其自动对接方法
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种嵌入式轮椅式护理床及其自动对接方法。
技术介绍
在人口老龄化背景下，中国老人的失能化日益严重。全国老龄办统计数据显示，截至2017年底，我国60岁及以上的老年人口数量为2.41亿，其中失能老人人口数量为4000万，需要长期卧床。卧床患者不仅需要医疗康复手段还需要生活护理，这导致了我国医疗资源紧张，护理人员缺乏等现象。此外，卧床患者居家护理也给患者家人带来沉重的负担。护理床作为基本的医疗器械，方便了对残障者的照顾护理。轮椅式护理床由轮椅与床体两部分组成，实现了床椅对接分离。不仅满足了患者的移动需求，而且极大的减小了患者在转移过程中的二次损伤的情况，最重要的是减轻了医护人员的护理压力。轮椅式智能护理床的床椅间隙决定了患者在护理床使用过程中的舒适性。快速精准实现床椅对接分离是急需解决的问题。目前针对护理床自动对接多采用的是侧方对接的方式。侧方对接使得轮椅位于床体一侧，极易造成患者跌落。如专利[CN104020446A]中提出一种基于超声波的床椅定位与导航方法，但该方法稳定性与可实现性较差；[CN104523388B]提出的床椅转换方式，利用轮椅上的测距模块检测床体上凹槽，进而进行调整，在初步定位之后进行多次的精准调整，操作复杂，系统的鲁棒性差；[CN105816282A]中提出基于激光雷达的检测床体特征进行定位对接，但是依然采用的是侧方对接，而且其运动较为机构复杂。因此，本领域的技术人员致力于开发一种嵌入式轮椅式护理床及其自动对接方法，操作简单，定位精度高、对接速度快，能够自动对接，避免患者不易跌落，且无需医护人员操作，节省医护资源。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是床椅对接操作简单，患者不易跌落，且无需医护人员操作，节省医护资源。为实现上述目的，本专利技术提供了一种嵌入式轮椅式护理床，包括轮椅模块和床体模块；所述床体模块包括床头主体和轮椅配合轨道；平躺姿态的所述轮椅模块，通过所述轮椅配合轨道与所述床体主体连接。进一步地，所述轮椅模块设置有动力轮及控制所述动力轮的控制器，安装于所述轮椅模块前部的激光雷达传感器和安装于所述轮椅模块底部的陀螺仪角度传感器；所述控制器基于所述激光雷达传感器和陀螺仪角度传感器的数据控制所述动力轮的转动。进一步地，所述床体主体顶部设置有床头挡板。进一步地，所述轮椅配合轨道的尾部两侧安装距离检测传感器。进一步地，所述轮椅配合轨道的中部安装激光雷达定位引导板；所述激光雷达定位引导板形状为两侧边长相等的的V型。进一步地，所述V型夹角为90°。进一步地，所述激光雷达定位引导板材质为金属。本专利技术还公开了一种嵌入式轮椅式护理床自动对接方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、轮椅模块在端坐状态下利用激光雷达传感器采集环境距离数据，并获取所述轮椅模块与床体模块的相对位姿；基于所述相对位姿，所述轮椅模块前向行驶使所述轮椅模块与所述床体模块中心线重合；步骤2、根据所述轮椅模块底部的陀螺仪角度传感器数据，所述轮椅模块原地转动180°，并后向行驶；步骤3、根据设置在轮椅配合轨道尾部的距离检测传感器数据，所述轮椅模块进一步调整位姿状态，以实现自动对接；步骤4、所述轮椅模块调整为平躺姿态。进一步地，所述步骤1还包括：步骤1.1、对所述激光雷达传感器采集到的数据进行滤波处理；步骤1.2、根据处理后的数据及所述激光雷达定位引导板的几何特征，确定所述激光雷达定位引导板的中心角点位置；步骤1.3、根据所述中心角点的位置，解算所述床体模块与所述轮椅模块的相对位姿。进一步地，所述步骤1.2采用迭代适用法，获取所述数据中的直线与角点数据，并根据所述激光雷达定位引导板的几何特征实现对角点的定位；所述迭代适用法步骤为：步骤S101：初始化集合S1由N个点组成，将S1放入列表L中；步骤S102：将一条直线拟合到所述列表L中的下一个集合Si；步骤S103：检测距支线最远距离Dp的点P；步骤S104：如果所述Dp小于一个阈值，继续；否则，将所述点P所在的Si分裂为Si1和Si2，并以Si1和Si2取代所述列表L中的所述Si，继续；步骤S105：将所述列表L中所有集合都被检出，合并共线段；步骤S106：根据激光定位引导板的几何特征，确定中心角点所在的位置。在本专利技术的较佳实施方式中，所述滤波处理采用中值滤波获区域分割。本专利技术实现了嵌入式轮椅式护理床的轮椅模块与床体模块的自动对接，结构设计合理，定位精准，患者无需在护理床上大幅移动至轮椅模块上，避免了跌落风险，提高患者的自主行动能力；且无需医护人员操作，节省医护资源。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的整体结构图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的轮椅模块的结构图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的床体模块的仰视图；图4是本专利技术的一个较佳实施例的激光雷达定位引导板的结构图；图5是本专利技术的一个较佳实施例的自动对接方法的算法流程图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示是本专利技术一个较佳实施例的具有对接机构的嵌入式轮椅式护理床，图2和图3分别是轮椅模块和床体模块的结构图；图4是激光雷达定位引导板的结构图。本实施例的嵌入式轮椅式护理床，包含可相对分离以及对接的轮椅模块1与床体模块2；轮椅模块1能够实现平躺姿态、端坐姿态及站立姿态三种姿态切换；轮椅模块1在平躺姿态时与床体模块2对接后，组成完整的护理床。如图2所示，为了使患者可自主操控轮椅模块1的运动，轮椅模块1具有若干动力轮1-1与控制器1-2；轮椅模块1挡腿前端安装有用于采集环境数据的激光雷达传感器1-3以及用于近距离避障的超声波传感器1-4。轮椅模块1底部安装有用于判断动力轮1-1状态的陀螺仪角度传感器1-5；控制器1-2基于激光雷达传感器1-3，超声波传感器1-4和陀螺仪角度传感器1-5的数据，控制轮椅模块1的原地180°转动及前进后退。如图3所示，床体模块2仰视图包括为床体主体和为轮椅模块1提供对接轨道的轮椅配合轨道2-1；床体主体包括床头挡板2-4；距离检测传感器2-2位于轮椅配合轨道2-1的尾部两侧，用于床椅精准对接的位姿调整；激光雷达定位引导板2-3位于轮椅配合轨道2-1中部。如图4所示，用于为实现自动对接提供激光雷达定位检测的激光雷达定位引导板2-3为两块互成90°的金属板2-31组成，其中两侧的金属板2-31长度固定且相等；激光雷达定位引导板2-3对激光能够有效的反射。为实现自动对接，本实施例还公开了一种自动对接方法。如图5所示是自动对接方法的具体算法流程图：步骤S301：端坐姿态下的轮椅模块1行驶至床体模块2前方，待轮椅模块1行驶至指定的精准对接区域；激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，包括轮椅模块和床体模块；所述床体模块包括床头主体和轮椅配合轨道；平躺姿态的所述轮椅模块，通过所述轮椅配合轨道与所述床体主体连接。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，包括轮椅模块和床体模块；所述床体模块包括床头主体和轮椅配合轨道；平躺姿态的所述轮椅模块，通过所述轮椅配合轨道与所述床体主体连接。2.如权利要求1所述的嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，所述轮椅模块设置有动力轮及控制所述动力轮的控制器，安装于所述轮椅模块前部的激光雷达传感器和安装于所述轮椅模块底部的陀螺仪角度传感器；所述控制器基于所述激光雷达传感器和陀螺仪角度传感器的数据控制所述动力轮的转动。3.如权利要求1所述的嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，所述床体主体顶部设置有床头挡板。4.如权利要求1所述的嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，所述轮椅配合轨道的尾部两侧安装距离检测传感器。5.如权利要求1所述的嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，所述轮椅配合轨道的中部安装激光雷达定位引导板；所述激光雷达定位引导板形状为两侧边长相等的的V型。6.如权利要求5所述的嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，所述V型夹角为90°。7.如权利要求5所述的嵌入式轮椅式护理床，其特征在于，所述激光雷达定位引导板材质为金属。8.一种嵌入式轮椅式护理床自动对接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、轮椅模块在端坐状态下利用激光雷达传感器采集环境距离数据，并获取所述轮椅模块与床体模块的相对位姿；基于所述相对位姿，所述轮椅模块前向行驶使所述轮椅模块与所述床体模块中心线重合；步骤2、根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟巧玲，王海涛，王孟，胡冰山，喻洪流，李文秀，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31