主被动混合减震担架床及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种主被动混合减震担架床及其控制方法，包括：底座、担架本体、传感器模块、控制决策模块、被动减震模块、第一旋转驱动组件以及第二旋转驱动组件；所述传感器模块设置在所述底座上，获取底座的加速度数据和姿态角度；所述第一旋转驱动组件固定设置在所述底座上，所述第二旋转驱动组件固定设置在所述第一旋转驱动组件的驱动轴上，且第一旋转驱动组件的驱动轴与第二旋转驱动组件的驱动轴串联正交设置，所述第二旋转驱动组件的驱动轴通过被动减振模块与所述担架本体连接。本发明专利技术极大的减小了救护车急加速、急减速带来的纵向加速度冲击，以及救护车急转弯带来的横向加速度冲击。击。击。

【技术实现步骤摘要】
主被动混合减震担架床及其控制方法


[0001]本专利技术涉及减震担架的
，具体地，涉及一种主被动混合减震担架床及其控制方法。

技术介绍

[0002]救护车在城市道路需要高速行驶以更快的将病人运送到医院，行进过程中不可避免的要频繁的进行急加速，急刹车，急转弯等激进的驾驶方式。此种行驶情况下，会严重降低病人乘车的舒适性，更为严重的是会给病人带来二次伤害，尤其是对心脑血管病人、颅脑受伤、骨折等患者，此种二次伤害是十分严重的，甚至是致命的。因此非常有必要设计救护车车载减震装置，来抵消有急加速，急刹车，急转弯等激进驾驶带来的有害加速度以及震动。
[0003]目前，车辆本身具有的悬架系统虽然可以对路面的颠簸起伏起到一定衰减作用，但常用的救护车车载担架没有减震装置，在车辆行驶过程中，车辆产生的颠簸会直接传导到担架上，形成共振，给患者带来不适，甚至威胁患者生命。而上面提到的急加速，急刹车，急转弯带来的冲击，目前的担架床更是无法消除，因此为了避免病人二次伤害，救护车往往会低速行驶，从而错过最佳治疗时间。
[0004]现有的一些专利考虑设计的相应车载减震担架，以被动减震为主。专利CN216975657U提出了一种集成气囊与液压减震器的救护车担架，可以减少转弯及颠簸路段时担架的晃动，减少车辆颠簸对担架上患者的影响。专利CN215689176U设计了一种救护车用担架平台，包括钢丝绳减震器和减震充气垫，可以实现上下左右缓冲减震的效果。以上被动装置主要提供上下左右有限的被动减震，对车辆急加速，急刹车，急转弯带来的加速度冲击均无明显减小效果。
[0005]还有一些车载减震担架采用主动减震。专利CN115429551A提出了一种救护车车载主动减震担架，包括轮腿减震单元和车架减震单元，结合磁悬浮滑动平台可以在XYZ三轴方向进行小范围活动及减震。CN113679538A设计了多自由度的主动减震担架床，通过主动控制伸缩机构能对低频高幅的振动起到有效减振，保持担架床体处于平衡状态。以上两种主动减震担架床均能对多自由度进行减震，但是由于运动机构限制，对车辆急加速，急刹车，急转弯带来的加速度冲击只有很小的减小效果。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种主被动混合减震担架床及其控制方法。
[0007]根据本专利技术提供的一种主被动混合减震担架床，包括：底座、担架本体、传感器模块、控制决策模块、被动减震模块、第一旋转驱动组件以及第二旋转驱动组件；
[0008]所述传感器模块设置在所述底座上，获取底座的加速度数据和姿态角度；
[0009]所述第一旋转驱动组件固定设置在所述底座上，所述第二旋转驱动组件固定设置
在所述第一旋转驱动组件的驱动轴上，且第一旋转驱动组件的驱动轴与第二旋转驱动组件的驱动轴串联正交设置，所述第二旋转驱动组件的驱动轴通过被动减振模块与所述担架本体连接；
[0010]所述控制决策模块与所述传感器模块、所述第一旋转驱动组件以及所述第二旋转驱动组件电连接，所述第一旋转驱动组件、所述第二旋转驱动组件根据摇摆数据调节座椅本体的姿态。
[0011]优选地，所述被动减震模块采用空气气囊。
[0012]优选地，还包括保险丝装置，所述保险丝装置与所述第一旋转驱动组件、第二旋转驱动组件电连接，用于过载保护。
[0013]根据本专利技术提供的一种主被动混合减震担架床的控制方法，包括：
[0014]步骤S1：所述传感器模块实时采集本体的横向加速度和纵向加速度；
[0015]步骤S2：建立担架本体动力学模型，根据动力学模型计算旋转驱动组件相对于横向加速度和纵向加速度的控制期望目标；
[0016]步骤S3：采用MPC控制算法基于控制期望目标对旋转驱动组件进行控制。
[0017]优选地，所述步骤S2包括：
[0018]设担架床上台面相对底座的俯仰角为β
h
，横滚角为α
h
；
[0019]则
[0020][0021]其中G为病人所受重力，F为躺在担架床上的病人受到的纵向冲击力，a
y
为车厢受到的纵向加速度，β
e
为本体相对于地面的俯仰角，由上式可得，β
h
的期望值为
[0022][0023]同理，担架本体横滚角的期望值α
hd
为
[0024][0025]其中α
e
为本体相对于地面的横滚角。
[0026]优选地，所述步骤S3包括：
[0027]步骤S3.1：所述第一驱动组件和所述第二驱动组件根据控制决策模块进行转动；
[0028]步骤S3.2：控制决策模块根据传感器模块实时获取的担架本体对于车体的位姿角进行实时调整，跟踪期望轨迹。
[0029]优选地，所述步骤S3.2包括：
[0030]步骤S3.2.1：建立第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件两运动轴的动力学方程，根据预测输出与系统真实输出间的误差构建目标函数；
[0031]步骤S3.2.2：设置第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件的旋转范围约束，在旋转范围约束下计算第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件控制输入量。
[0032]优选地，所述第一旋转驱动组件运动轴的动力学方程为：
[0033][0034]所述第二旋转驱动组件运动轴的动力学方程为：
[0035][0036]其中，u
α
为第一旋转驱动组件的驱动力，u
β
为第二旋转驱动组件的驱动力；J(α
h
)、J(β
h
)分别为第一旋转驱动组件、第二旋转驱动组件运动轴的转动惯量，为第一旋转驱动组件、第二旋转驱动组件的柯氏力、离心力、摩擦力矩阵，G(α
h
)、G(β
h
)第一旋转驱动组件、第二旋转驱动组件的重力矩阵，B(α
h
)、B(β
h
)为第一旋转驱动组件、第二旋转驱动组件的输入矩阵。
[0037]优选地，所述目标函数通过如下方式构建：
[0038]控制目标为通过控制u
α
、u
β
使担架本体的俯仰角β
h
，横滚角α
h
准确的跟踪期望目标；
[0039]采用前向欧拉法离散化动力学方程得：
[0040]β
h
(k+1)＝A
β
(k)β
h
(k)+B
β
(k)u
β
(k)
[0041]α
h
(k+1)＝A
α
(k)α
h
(k)+B
α
(k)u
α
(k)
[0042]其中A
β
(k)、B
β
(k)、A
α
(k)、B
α
(k)为相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主被动混合减震担架床，其特征在于，包括：底座(1)、担架本体(15)、传感器模块(11)、控制决策模块(7)、被动减震模块(13)、第一旋转驱动组件以及第二旋转驱动组件；所述传感器模块(11)设置在所述底座(1)上，获取底座(1)的加速度数据和姿态角度；所述第一旋转驱动组件固定设置在所述底座(1)上，所述第二旋转驱动组件固定设置在所述第一旋转驱动组件的驱动轴上，且第一旋转驱动组件的驱动轴与第二旋转驱动组件的驱动轴串联正交设置，所述第二旋转驱动组件的驱动轴通过被动减振模块与所述担架本体(15)连接；所述控制决策模块(7)与所述传感器模块(11)、所述第一旋转驱动组件以及所述第二旋转驱动组件电连接，所述第一旋转驱动组件、所述第二旋转驱动组件根据摇摆数据调节座椅本体的姿态。2.根据权利要求1所述的主被动混合减震担架床，其特征在于，所述被动减震模块(13)采用空气气囊。3.根据权利要求1所述的主被动混合减震担架床，其特征在于，还包括保险丝装置(5)，所述保险丝装置(5)与所述第一旋转驱动组件、第二旋转驱动组件电连接，用于过载保护。4.一种主被动混合减震担架床的控制方法，基于权利要求1
‑
3任一项所述的主被动混合减震担架床，其特征在于，包括：步骤S1：所述传感器模块(11)实时采集本体的横向加速度和纵向加速度；步骤S2：建立担架本体(15)动力学模型，根据动力学模型计算旋转驱动组件相对于横向加速度和纵向加速度的控制期望目标；步骤S3：采用MPC控制算法基于控制期望目标对旋转驱动组件进行控制。5.根据权利要求4所述的主被动混合减震担架床的控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：设担架床上台面相对底座(1)的俯仰角为β
h
，横滚角为α
h
；则其中G为病人所受重力，F为躺在担架床上的病人受到的纵向冲击力，a
y
为车厢受到的纵向加速度，β
e
为本体相对于地面的俯仰角，由上式可得，β
h
的期望值为同理，担架本体(15)横滚角的期望值α
hd
为其中α
e
为本体相对于地面的横滚角。6.根据权利要求4所述的主被动混合减震担架床的控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：步骤S3.1：所述第一驱动组件和所述第二驱动组件根据控制决策模块(7)进行转动；步骤S3.2：控制决策模块(7)根据传感器模块(11)实时获取的担架本体(15)对于车体的位姿角进行实时调整，跟踪期望轨迹。
7.根据权利要求6所述的主被动混合减震担架床的控制方法，其特征在于，所述步骤S3.2包括：步骤S3.2.1：建立第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件两运动轴的动力学方程，根据预测输出与系统真实输出间的误差构建目标函数；步骤S3.2.2：设置第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件的旋转范围约束，在旋转范围约束下计算第一旋转驱动组件和第二旋转驱动组件控制输入量。8.根据权利要求7所述的主被动混合减震担架床的控制方法，其特征在于：所述第一旋转驱动组件运动轴的动力学方程为：所述第二旋转驱动组件运动轴的动力学方程为：其中，u
α
为第一旋转驱动组件的驱动力，u
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡楠，郭启寅，
申请(专利权)人：上海新纪元机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：