本發明涉及機械設備領域，特別是涉及一種單核雙輪兩軸自動電動病床。

背景技術：

醫用病床系統是一種用于醫院病房內提供承載患者的設備。目前發達國家醫院中使用的醫用病床基本上全部自動化，家庭病床、社區醫院病床也已經使用多功能電動床。部分醫用病床可以通過外力改變形狀達到輔助調整患者體位的目的，其中有些附件具有促進患者康復的效果；可控制電動病床是相對高級的自動化產品，具有省時省力的優點。由于電控制的特點，控制鍵可以安裝在任何允許病床接受到信號的范圍內，提高了控制的自由度。通過附件升級，還可以實現權限分配。電動驅動產品精度更高，便于流水線作業，已作為ICU重癥監護室、手術室、造影室等中使用的特種醫用病床。

我國在醫用電動病床領域的研究開發相對滯后，整體水平不高，現國內各級醫院均是采用普通的機械病床：由床腿、床體和床面組成。為了移動方便移動，一般均在床腿上設置機械滾動滑輪；為了方便病人坐起，均在床頭部分設置機械手動搖起裝置。對于這類型病床，一般均需要護理人員幫助，很難獨自完成，同時病床功能單一，實用性能不強。

長時間運行發現存在著很多安全隱患和不便，即：

（1）現有的部分病床通過四個固定站腳與地面接觸起到支撐作用，病人均被固定在某一個封閉的環境中，隨著病人長時間的住院，對病人的身心造成了極大的傷害。

（2）雖然部分病床把固定站腳改為了機械萬向輪，可以通過醫護人員移動病床到某個空間，但是由于病床移動隨意性較大，有時候會出現誤操作，甚至有時候會傷害到病人。

（3）隨著現代人類生活質量的增加，肥胖病人大量增加，而護士人員一般又都比較瘦小，通過機械萬向輪移動病人使得護士人員非常吃力，加重了勞動強度。

（4）隨著老齡化的加重，大量的老人也加重了對病床的需求，現在的護工人員又比較少，基于機械萬向輪的病床加重了護工人員的勞動強度。

（5）所有的機械病床一般均固定在某個位置，一旦需要移動或者變換方向均需要外部人員完成，加重了護工人員的勞動量。

（6）現在的機械病床即使可以通過外力通過病房門口被推到外部環境中，由于人為操作的自動化程度比較低，通過病房門口都需要點時間調整病床的姿態才可以通過。

（7）現在的機械病床即使可以通過機械萬向輪的支撐到達病房以外的環境，在調節了病人身心的同時，也加大了護工人員的勞動量，特別是通過爬坡的地方時，對護工人員的體力提出了更高的要求。

（8）雖然單輪驅動的電動病床可以很好的滿足對病床速度和方向的解耦，但是單輪驅動的行走電機功率較大，有時候會造成大馬拉小車的現象出現。

（9）由于單輪驅動的電動病床動力與地面的接觸點只有一個，造成人為很難精確控制其移動的方向，輕微的一點干擾就能造成較大的方向改變。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種單核雙輪兩軸自動電動病床，具有可靠性能高、定位精確、結構緊湊等優點，同時在機械設備的應用及普及上有著廣泛的市場前景。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：

提供一種單核雙輪兩軸自動電動病床，其包括：床架、立架、床板本體、轉軸、支架、驅動單元、滑輪，

所述床架包括上架體、下架體、伸縮連接桿，所述上架體通過若干所述伸縮連接桿與所述下架體相連接，所述支架所述伸縮連接桿上，所述轉軸旋轉連接于所述支架上，

所述床板本體包括第一板體、第二板體和第三板體，所述第一板體和所述第三板體分別通過連接軸活動設置于所述第二板體的兩側，所述第二板體設置于所述轉軸上，

所述立架設置于所述床架的兩端，所述滑輪設置于所述床架的底部，

所述驅動單元包括ARM控制器、兩軸直流無刷伺服電機、驅動器、障礙監測器、濕度監測器，所述障礙監測器設置于所述床架上，所述濕度監測器設置于所述床板本體上，所述兩軸直流無刷伺服電機分別與所述驅動器、所述滑輪、所述轉軸、所述第一板體和所述第三板體相連接，所述ARM控制器與所述驅動器和所述障礙監測器相連接。

在本發明一個較佳實施例中，所述伸縮連接桿可拆卸連接于所述上架體、所述下架體。

在本發明一個較佳實施例中，所述支架與所述伸縮連接桿為可拆卸連接。

在本發明一個較佳實施例中，所述病床控制單元包括監控傳感器、導航傳感器、人機界面、蓄電池，所述DSP控制器分別與所述監控傳感器、所述人機界面單元、所述蓄電池相連接。

本發明的有益效果是：不僅可以用作座椅和病床，而且還可以進行自動控制，提高了病床的平穩性、安全性和多功能性，方便用戶的使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1是本發明的一種單核雙輪兩軸自動電動病床一較佳實施例的結構示意圖；

圖2為本發明基于無線控制 DSP的單輪驅動醫用病床原理圖；

圖3為本發明無線控制單核單輪驅動電動病床程序框圖；

圖4為無線控制單核單輪驅動電動病床運動原理框圖；

圖5為單核單輪驅動電動病床通過病房門口自動導航原理圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-5，本發明實施例包括：

一種單核雙輪兩軸自動電動病床，其包括：床架、立架3、床板本體、轉軸4、支架5、驅動單元、滑輪6，當床拉伸出去的時候可以用作病床，當床板本體旋轉后，可以用作座椅。

所述床架包括上架體1、下架體2、伸縮連接桿7，所述上架體通過若干所述伸縮連接桿與所述下架體相連接，所述支架所述伸縮連接桿上，所述轉軸旋轉連接于所述支架上。

所述床板本體包括第一板體8、第二板體9和第三板體10，所述第一板體和所述第三板體分別通過連接軸活動設置于所述第二板體的兩側，所述第二板體設置于所述轉軸上。

所述立架設置于所述床架的兩端，所述滑輪設置于所述床架的底部。

所述驅動單元包括ARM控制器（STM32F407）、兩軸直流無刷伺服電機、驅動器、障礙監測器、濕度監測器，所述障礙監測器設置于所述床架上，所述濕度監測器設置于所述床板本體上，所述兩軸直流無刷伺服電機分別與所述驅動器、所述滑輪、所述轉軸、所述第一板體和所述第三板體相連接，所述ARM控制器與所述驅動器和所述障礙監測器相連接。

所述伸縮連接桿可拆卸連接于所述上架體、所述下架體。

所述支架與所述伸縮連接桿為可拆卸連接。

所述病床控制單元包括監控傳感器、導航傳感器、人機界面、蓄電池，所述DSP控制器分別與所述監控傳感器、所述人機界面單元、所述蓄電池相連接。

在電源打開狀態下，人機界面先工作，如果確實需要移動電動病床，護工人員、護士人員輸入各自的權限密碼，電動病床才可能在屋子里移動，否則電動病床就待在原地等待權限開啟命令；如果電動病床需要推出病房，此時醫院負責人需要開啟自己的權限密碼，否則電動病床一旦移動到門口位置被門口監控傳感器探測到，檢測系統會觸發控制器上的傳感器，STM32F407控制器鎖死當前的電動病床并發出誤操作警報。在正常運動狀態下，電動病床通過各種傳感器讀取外部環境比反饋參數給STM32F407，由STM32F407處理后轉化后為兩軸差速行駛的直流無刷伺服電機的同步控制PWM信號，PWM波信號經驅動放大后驅動直流無刷電機X和直流無刷電機Y向前運動，其運動速度和位移被相對應的磁電編碼器M1和M2反饋給STM32F407，由STM32F407根據運行狀態參數二次調整兩軸同步PWM控制信號以滿足實際工作需求。電動床在運行過程中，人機界面在線存儲并輸出當前狀態，使得處理比較直觀。

具體的功能實現如下：

1）在電動病床未接到任何指令之前，它一般會和普通醫用病床沒有區別，被固定在某一個區域，交流電源對系統中的蓄電池充電，保證電動病床有足夠的能源完成任務。

2）一旦接到主控器發出的工作命令后，為了防止電動病床的移動損害充電連接線，STM32F407 控制器會自動斷開連接線與交流電源的連接，電動病床轉為蓄電池供電狀態。

3）為了防止誤操作，本發明采用三級啟動權限，當確定需要移動電動病床時，如果只是在病房內部移動電動病床，則需要護工人員和護士先后通過人機界面輸入權限密碼開啟屋內行走模式；如果是需要推動電動病床走出病房，則需要護工人員、護士和醫院負責人先后通過人機界面輸入權限密碼開啟屋外行走模式。

4）當電動病床開啟行走模式后，一旦啟動鍵SS按下，系統首先完成初始化并檢測電源電壓，如果蓄電池電源不正常，將向STM32F407 發出中斷請求，STM32F407 會對中斷做第一時間響應，如果STM32F407 的中斷響應沒有來得及處理，車體上的自鎖裝置將被觸發，進而達到自鎖的功能，防止誤操作；如果電源正常，電動床將開始正常工作。

5）當STM32F407 控制器檢測到啟動鍵SS按下，STM32F407 控制器將檢測側向轉彎按鈕SK是否被觸發。如果側向轉彎按鈕SK被觸發，STM32F407 根據運動部分需要旋轉角度需要，把直流無刷伺服電機X和Y要運轉的距離SX轉化為加速度、速度和位置參考指令值，然后STM32F407再結合電機X和電機Y的磁電傳感器M1、M2的反饋生成驅動直流無刷伺服電機X和電機Y的驅動信號，驅動信號經功率橋放大后驅動直流無刷伺服電機X和電機Y以相反的方向運動，在運動過程M1和M2實時反饋電機的運行參數給STM32F407，STM32F407根據反饋參數二次微調電機X和電機Y的PWM控制信號，使得旋轉系統在規定時間內完成側轉任務，由于在此過程中只是電機X和電機Y組成的旋轉部分旋轉90度，并未改變電動病床的方向，提高了電動病床在狹小空間的實用性。

6）當STM32F407 控制器檢測到啟動鍵SS按下，如果此時只有前進按鈕SF被觸發，電動病床將開始向前運動，在運動過程中，攜帶的前方防撞超聲波傳感器S9和S10將工作，并向STM32F407 控制器時刻反饋其與前方障礙物的距離。如果防撞超聲波傳感器S9或者是S10讀取到前方有障礙物時，STM32F407 經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X和電機Y的PWM輸出，控制電動病床在安全范圍內停車，控制器并開啟一個三秒的計時，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物則通知人機界面改換行走軌跡；如果三秒后障礙物信號消息，則電動病床將按照當前路徑繼續啟動前進。在電動病床運動過程中，磁電傳感器M1、M2會時刻檢測直流無刷伺服電機X和電機Y的運動速度和位移，并反饋給STM32F407，由STM32F407二次調整直流無刷電機X和電機Y的PWM波控制信號以滿足實際需求 。

7）當STM32F407 控制器檢測到啟動鍵SS按下，如果此時只有后退按鈕SB也被觸發，電動病床將開始后退運動，STM32F407 經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X和電機Y的PWM輸出，控制電動病床按照設定速度緩慢后退；在后退運動過程中，磁電傳感器M1、M2會時刻檢測直流無刷伺服電機X和電機Y的運動速度和位移，并反饋給STM32F407 ，STM32F407 根據磁電傳感器M1和M2的速度和位移反饋二次調整直流無刷伺服電機X和電機Y的PWM輸出，保證電動病床在安全速度范圍內運行，防止速度過快電動病床推倒護工人員。

8）當STM32F407 控制器檢測到啟動鍵SS按下，如果此時轉彎按鈕SK和前進按鈕SF被觸發，電動病床將開始側向右移，在運動過程中，攜帶的側方防撞超聲波傳感器S6將工作，并向STM32F407 控制器時刻反饋其與前方障礙物的距離。如果防撞超聲波傳感器S6讀取到右方有障礙物時，STM32F407 經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X和電機Y的PWM輸出，控制電動病床在安全范圍內停車，控制器并開啟一個三秒的計時，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物存在將向人機界面發出停車報警；如果三秒后障礙物信號消息，則電動病床將按照當前軌跡繼續側向右移。在電動病床側向右移過程中，磁電傳感器M1、M2會時刻檢測直流無刷伺服電機X和電機Y的運動速度和位移，并反饋給STM32F407 ，由STM32F407 二次調整電機X和電機Y的運動參數，保證系統滿足行走要求。

9）當STM32F407 控制器檢測到啟動鍵SS一旦按下，如果此時轉彎按鈕SK和前進按鈕SB被觸發，電動病床將開始側向左移，在運動過程中，攜帶的側方防撞超聲波傳感器S7將工作，并向STM32F407 控制器時刻反饋其與前方障礙物的距離。如果防撞超聲波傳感器S7讀取到運動前方有障礙物時，STM32F407 經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X和電機Y的PWM輸出，控制電動病床在安全范圍內停車，控制器并開啟一個三秒的計時，如果三秒后控制器依舊讀取到障礙物存在將向人機界面發出停車報警；如果三秒后障礙物信號消息，則電動病床將按照當前軌跡繼續側向左移。在電動病床側向左移過程中，磁電傳感器M1、M2會時刻檢測直流無刷伺服電機X和電機Y的運動速度和位移，并反饋給STM32F407 ，由STM32F407 二次調整電機X和電機Y的運動參數，保證系統滿足實際需求。

10）當電動病床需要移出病房時，先有醫院負責人開啟行走權限密碼，可以有護工人員推出房間，也可以有護工人員把電動病床推到帶有地面導航標志的位置，電動病床進入自動導航狀態：其導航的光電傳感器S1、S2、S3、S4、S5將工作，地面標志反射回來的光電信號反饋給STM32F407 ，經STM32F407 判斷處理后確定偏移導航軌道的偏差，STM32F407 把此偏差信號轉化為電機X和電機Y要運行的加速度、速度和位移指令，STM32F407 再結合磁電編碼器M1和M2的反饋生產驅動直流無刷伺服電機X和電機Y的驅動信號，驅動信號放大后驅動直流無刷電機X和電機Y向前運動，快速調整電動病床迅速回到導航軌道中心。電動病床沿著軌道行走過程，STM32F407 根據地面標志和磁電編碼器M1和M2的反饋微調電機X和電機Y的驅動信號，使沿著設定好的軌道順利通過病房門口。當鋪設的軌道消失后，電動病床就停在原地等待人為移動信號，防止誤操作。

11）本電動病床在運動過程為了防止護士的誤操作以及遇到緊急狀況停車，加入了緊急停車自動鎖車功能。如遇到緊急情況，當緊急按鍵ESW1按下后，控制器一旦檢測到緊急中斷請求會發出原地停車指令，STM32F407 通過驅動器封鎖直流無刷伺服電機X和電機Y的PWM波信號，即使電動病床多個萬向輪都處于可以滑動狀態，由于行走電機X和電機Y處于鎖死狀態，這樣電動病床也不會運動，保證了在緊急狀況下的安全性。

12）本發明在電動病床上加入了濕度檢測系統。此濕度檢測系統由濕敏傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能，這樣當病人大小便失控時，濕度檢測系統會工作，將發出報警信號，護工人員通過人機界面輸出可以查出故障原因，然后更換床褥。

13）本電動床裝備了多種防障礙物報警系統，障礙物探測系統可以在病床碰撞到障礙物之前自動探測到障礙物的存在并通過控制器協助自動停車，并根據障礙物的性質確定二次啟動或是一直待在原地不動，這樣就保證了病床在運動過程中對周圍環境的適應，減少了環境對其的干擾。

14）在電動病床行走過程中，直流無刷伺服電機經常會受到外界因素干擾，為了減少電機的脈動轉矩對行走的影響，控制器在考慮電機特性的基礎上加入了對電機轉矩的在線辨識，并利用電機力矩與電流的關系進行及時補償，削弱了外界環境對運動的影響。

一種單核雙輪兩軸自動電動病床的有益效果包括：

1、在控制過程中，充分考慮了電池在這個系統中的作用，基于ARM（STM32F407）控制器時刻都在對電動病床的運行狀態和電源來源進行監測和運算，當交流電源切斷時，病床會借助自攜帶蓄電池電源自鎖在固定位置，直至有移動病床的開關信號輸入，保證了病床的自然狀態。

2：為了方便使用，減少外界對病床的干擾，護工人員、護士人員以及醫院管理人員均需要開啟權限才可以啟動電動病床，減少了誤操作的危險。

3：為了方便病人自理，減少對外界條件的依賴，本系統加入了人機界面功能，病人只要通過電腦觸摸屏就可以自動控制病床，這樣就可以不需要護理而自己解決部分簡易的日常生活。

4：由于此電動病床加入了基于蓄電池的動力助力裝置，即使碰到病人身體肥胖或者護理人員身體瘦弱時，病床本身在電源充足的條件下可以為護工人員和護士人員在屋子里移動病床提供動力，減少了護士或者護工人員在屋子里移動病床的體力消耗和勞動強度。

5：由于此電動病床加入了基于直流無刷伺服電機的兩輪差速驅動系統，使得病床可以在屋子里實現自由移動，減少了病人在某一個固定位置的壓抑感。

6：由于此電動病床加入了基于直流無刷伺服電機的兩輪差速驅動系統，使得單臺電機的功率大大降低，并且動力與地面的接觸點有兩點，有利于提高電動病床行駛時的操控性。

7：由于加入了基于直流無刷伺服電機的兩輪差速驅動系統，在非常狹小的空間內可以使病床側向移動，減少旋轉帶來的負面問題。

8：為了能夠使病床能夠自由移出病房門口，控制器加入了多種導航傳感器，在移出病房過程中一旦讀到地面標志就會自動導航，減少人工移動病床帶來的誤差。

9：當電動病床遇到爬坡的時，由于自身攜帶的有動力能源，所以可以很好的起到助力作用，并且雙輪驅動的動力特性遠遠優越于單輪驅動，進一步減少了對護工人員體力的要求。

10：由STM32F407處理兩軸電機差速行駛的全數字伺服控制，大大提高了運算速度，解決了單單片機運行較慢的瓶頸，縮短了開發周期短，并且程序可移植能力強。

11：本發明完全實現了單板控制，不僅節省了控制板占用空間，而且還完全實現了多軸電機控制信號的同步，有利于提高醫用電動病床的穩定性和動態性能。

12：由于本控制器采用STM32F407 處理大量的數據與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。

13：本電動病床加入了自動鎖車功能，當病床在移動過程中，如遇到緊急情況，控制器會發出原地停車指令，并鎖死兩輪差速行駛電機，即使多個萬向輪都處于可以滑動狀態，但由于驅動輪處于鎖死狀態，這樣也不會運動。

14：本電動病床加入了濕度檢測系統。此濕度檢測系統由濕敏傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息獲取、轉換、顯示和處理等功能，這樣當病人大小便失控或者是床單潮濕時，濕度檢測系統會工作，發出更換請求。

15：本電動床裝備了多種報警系統，在碰撞到障礙物之前自動停車，這樣就保證了在運動過程中的安全性，減少了環境對其的干擾。

16：由于本電動病床系統采用直流無刷伺服電機替代了直流電機，不僅進一步提高了系統的安全性，也可以提高能源的利用率，增加了電動病床在攜帶能源一定的條件下一次移動的距離。

17：由于本電動病床系統采用直流無刷伺服電機，當電機受到外界干擾產生脈動轉矩時，直流無刷伺服電機可以利用力矩與電流的關系迅速進行補償，極大減少了外界干擾對電動病床的影響。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。