[发明专利]一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，该机器人护理床包括有护理床和移动轮椅，所述的移动轮椅可组合地设于护理床内且可从护理床中分体出来，所述同步运动控制系统设于护理床和移动轮椅之间以实现移动轮椅的背板和护理床背板的同步抬起和同步下落，其特征在于，所述同步运动控制系统包括有护理床子系统、移动轮椅子系统、控制手柄和贴合板，所述的护理床子系统包括有一个第一力传感器、一个第一推杆电机和一个第一控制电路，所述的移动轮椅子系统包括有一个第二力传感器、一个第二推杆电机和一个第二控制电路；所述的贴合板安装在护理床上背板的背面，该贴合板伸出护理床床体并延伸至移动轮椅上背板的背面，在所述贴合板安装有行程为50kg的第一力传感器，在所述移动轮椅上背板的背面对应于贴合板处安装有行程为50kg的第二力传感器，且该第二力传感器可贴合于所述贴合板上；在所述第一力传感器与贴合板之间设有弹簧，在所述第二力传感器与移动轮椅背板之间也设有弹簧；所述的第一力传感器连接第一控制电路，该第一控制电路连接并控制所述的第一推杆电机，该第一推杆电机的活动杆连接护理床的背板，所述第二力传感器连接第二控制电路，该第二控制电路连接第二推杆电机，该第二推杆电机的活动杆连接移动轮椅的背板；所述的控制手柄设置于护理床上，该控制手柄通过信号线连接至所述的第一控制电路。

2.根据权利要求书1所述的一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，其特征在于，所述的第一控制电路包括有护理床单片机和电机驱动电路，所述护理床单片机内包含有数模采样模块、比较函数和预设阈值范围，所述的控制手柄连接所述的护理床单片机，所述的第一力传感器连接至护理床单片机，所述的护理床单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第一推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第一推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第一推杆电机正转的第一继电器和控制第一推杆电机反转的第二继电器；所述的控制手柄上设有同步起背按键和同步降背按键。

3. 根据权利要求书1或2所述的一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，其特征在于，所述的第二控制电路包括有移动轮椅单片机和电机驱动电路，所述移动轮椅内包含有数模采样模块，所述的第二力传感器连接至移动轮椅单片机中的数模采样模块，所述的移动轮椅单片机连接并输出指令至所述的电机驱动电路，该电机驱动电路连接所述的第二推杆电机，该电机控制电路中包括有用于分别控制第二推杆电机正转和反转的两个继电器，即控制第二推杆电机正转的第三继电器和控制第二推杆电机反转的第四继电器。

4. 根据权利要求书1所述的一种机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统，其特征在于，在所述的护理床子系统中还包括有一个行程开关，该行程开关设置于贴合板上且与所述的第一力传感器平行，该行程开关连接于所述的护理床单片机上，所述的护理床单片机内设有开关处理函数，行程开关触发后的信号传输至所述的开关处理函数中，该护理床单片机发出使第一推杆电机和第三推杆电机停止的指令。

5. 一种基于权利要求1所述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制系统的同步运动控制方法，其特征在于，该同步运动控制方法基于机器人触觉原理，通过贴合板结构将护理床子系统和移动轮椅子系统间的位移差转变为受力变化，通过判断受力变化的大小和变化趋势以判断两者间的相互运动情况，即若两者间距离减小必会使相互间的作用力增大，若两者间距离增大必会使相互间的作用力减小，通过与控制电路内预设的阈值进行比较，进而判断后输出推杆电机动作指令来保持二者同步运动，该同步运动包括有通过同步抬起和同步下落。

6. 根据权利要求5所述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法，其特征在于，所述的机器人触觉原理是指，护理床和移动轮椅之间的相互作用力，当移动轮椅与护理床上的贴合板相接触时，第一力传感器和第二力传感器所受的力是相同的，当移动轮椅和护理床上贴合板间的距离减少时，第一力传感器和第二力传感器受力同时增大，当移动轮椅和护理床上贴合板间距离增大时，第一力传感器和第二力传感器受力同时减小。

7. 根据权利要求5所述的机器人护理床中移动轮椅与护理床的同步运动控制方法，其特征在于，所述同步控制方法包括如下详细流程：

第一步，所述的移动轮椅卡于所述护理床内，护理床的贴合板与移动轮椅保持贴合，所述的第一力传感器顶端与移动轮椅背板接触并保持一定压力，所述的第二力传感器顶端与贴合板接触并保持一定压力，受压力的第一力传感器和第二力传感器将数据分别发送至护理床单片机和移动轮椅单片机，保持一定压力是指在护理床单片机和移动轮椅单片机内由该压力产生的信号数字处于预设阈值范围内；

第二步，当需要护理床和移动轮椅同步抬起时，先按下控制手柄上的同步起背按键，该控制手柄发出作为起背指令的高电平至第一控制电路，第一控制电路中的护理床单片机接收并检测到该高电平信号，通过判断为高电平发出控制信号至电机驱动电路的第一继电器，该第一继电器控制所述的第一推杆电机正转，开始护理床的起背操作；

第三步，在所述护理床的背板继续起升时，移动轮椅的背板因第二推背电机未收到第二控制电路的信号不产生动作，护理床贴合板和移动轮椅背板的间距逐步减小，第一力传感器和第二力传感器分别传输信号至护理床单片机和移动轮椅单片机，所述移动轮椅单片机内预设阈值范围的上限要小于护理床单片机内预设阈值范围的上限，则在继续起升时第二力传感器采集到的压力信号在移动轮椅单片机内先超出预设阈值范围的上限，则移动轮椅单片机输出高电平使第三继电器导通，启动所述的第二推杆电机正转以推动移动轮椅的背板起升，从而达到移动轮椅的背板与护理床的背板同步抬起的目的；

第四步，在同步抬起过程中，当第一力传感器受力过大时，超出护理床单片机预设阈值范围的上限，并且第一力传感器的受力继续增大，则判定护理床的背板抬升过快，则护理床单片机输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，则第一推背电机停转；此后当第一力传感器的受力处于护理床单片机预设阈值范围内时，护理床单片机输出高电平至第一继电器，使得第一推杆电机继续运行；当第二力传感器的受力低于移动轮椅单片机的预设阈值的上限时，判定移动轮椅上升过快，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第二推杆电机停转；当第二力传感器的受力大于移动轮椅单片机的预设阈值范围的上限时，移动轮椅单片机输出高电平至第三继电器，使得第二推杆电机正转；循环直至所述护理床的背板和移动轮椅的背板抬升至所需的高度；

第五步，在任何情况下，当松开操作手柄的同步起背按键时，护理床单片机立即输出低电平至第一继电器，使得第一继电器关断，第一推杆电机停止；同时移动轮椅单片机判断第二力传感器的受力状态，当第二力传感器的受力处于预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平至第三继电器，使得第三继电器关断，第二推杆电机停止动作，第二推杆电机停止后继续监测第二力传感器的受力，若第二力传感器的受力低于移动轮椅单片机的预设阈值范围，则移动轮椅单片机输出高电平至第四继电器，第四继电器导通使得第二推杆电机反转，当第二力传感器的受力达到移动轮椅的预设阈值范围内时，移动轮椅单片机输出低电平到第四继电器，使得第四继电器关断，使得第二推杆电机停止；

第六步，当需要执行护理床背板和移动轮椅背板的同步下落时，利用操作手柄按下同步降背按键，相反地执行上述的第二步至第五步。