本發(fā)明涉及一種雙核單輪驅動高速醫(yī)用機器人電動病床自動控制系統(tǒng)。屬于自動電動病床領域。

背景技術：

醫(yī)用病床系統(tǒng)是一種用于醫(yī)院病房內提供承載患者的設備。目前發(fā)達國家醫(yī)院中使用的醫(yī)用病床基本上全部自動化，家庭病床、社區(qū)醫(yī)院病床也已經使用多功能電動床。部分醫(yī)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(yōu)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(yè)，已作為ICU重癥監(jiān)護室、手術室、造影室等中使用的特種醫(yī)用病床。

我國在醫(yī)用電動病床領域的研究開發(fā)相對滯后，整體水平不高，現國內各級醫(yī)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(fā)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(huán)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(yī)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(huán)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(tài)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(huán)境，在調節(jié)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）基于單核控制的機器人電動病床，既要處理多軸電機的伺服控制，又要處理機器人病床的多種傳感器采樣數據，由于單核處理器處理的數據較多，運算速度不是很快，不利于機器人高速運轉，而且有時候由于處理數據較多導致機器人病床失控；

（9）由于機器人電動病床在運行過程中頻繁的剎車和啟動，加重了單核控制器的工作量，單核控制器無法滿足機器人電動病床快速啟動和停車的要求；

（10）由于受周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾，單核機器人電動病床控制器經常會出現異常，引起機器人病床在行駛過程中失控，抗干擾能力較差；

（11）雖然基于專用伺服控制芯片可以生成多軸電機的PWM控制信號，但是需要主控制器與專用芯片通訊后輸入控制參數才可以實現，造成整體運算速度降低；

（12）受專用伺服控制芯片內部伺服程序的影響，一般情況下伺服控制PID參數不能實時更改，滿足不了電動病床實時快速伺服控制系統(tǒng)的要求。

技術實現要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種雙核單輪驅動高速機器人電動病床控制器，為克服普通醫(yī)院病床不能滿足病人實際要求，在吸收國外先進控制思想的前提下，自主研發(fā)了一款基于DSP（TMS320F2812）+FPGA(A3P250)的全新雙核單輪驅動機器人電動病床，此機器人控制系統(tǒng)以FPGA(A3P250)為處理核心，實現兩軸直流無刷電機的同步伺服控制，TMS320F2812實現多種傳感器信號的數字信號實時處理，并實時相應各種中斷保護請求，并實現與FPGA(A3P250)數據通信。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供了一種雙核單輪驅動高速機器人電動病床控制器，包括交流電源、電池、控制板、第一電機、第二電機以及機器人電動病床，所述的交流電源和電池提供電流驅動所述的控制板，所述的控制板采用雙核控制器，包括DSP和FPGA，所述的DSP和FPGA進行通信連接，所述的機器人電動病床上設有傳感器，所述的FPGA接受傳感器反饋的傳感器信號，由所述的FPGA發(fā)出第一控制信號和第二控制信號，所述的第一控制信號和第二控制信號經驅動放大后驅動所述的第一電機和第二電機，所述的第一電機和第二電機上設置有磁電編碼器，通過磁電編碼器由所述的第一電機和第二電機控制所述的機器人電動病床的前進、運行速度和運行方向。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的電池采用鋰離子電池。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一電機和第二電機均采用高速直流無刷伺服電機。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的DSP采用TMS320F2812；所述的FPGA采用A3P250。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的傳感器包括加速度計和陀螺儀。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的第一控制信號和第二控制信號均為PWM波控制信號。

在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述的雙核單輪驅動高速機器人電動病床控制器還設置有人機界面程序和運動控制系統(tǒng)，所述的人機界面程序包括人機界面、路徑規(guī)劃以及在線輸出，所述的運動控制系統(tǒng)包括基于FPGA兩軸直流無刷電機伺服控制、數據存儲以及I/O控制，其中，所述的基于FPGA兩軸直流無刷電機伺服控制包括DA模塊、磁電編碼器模塊、加速度計和陀螺儀加速度模塊、基于磁電傳感器速度模塊以及基于磁電傳感器位移模塊。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的雙核單輪驅動高速機器人電動病床控制器，設計了一款基于現場可編程門陣列FPGA的雙核單輪驅動的機器人電動病床，這種病床在保證穩(wěn)定性和安全性的前提下，通過電動助力不僅可以減少護工或者護士人員的勞動量和勞動強度，而且多種傳感器組合使得機器人電動病床具有多種功能，可以滿足不同條件下病人對病床的需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)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(fā)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(chuàng)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為本發(fā)明基于 DSP+FPGA雙核單輪驅動高速醫(yī)用病床原理圖；

圖2為本發(fā)明基于 DSP+ FPGA雙核單輪驅動高速機器人電動病床程序框圖；

圖3為基于 DSP+ FPGA雙核單輪驅動高速機器人電動病床運動原理框圖；

圖4為基于 DSP+ FPGA雙核單輪驅動高速機器人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(fā)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(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，本實施例包括：

一種雙核單輪驅動高速機器人電動病床控制器，包括交流電源、電池、控制板、第一電機、第二電機以及機器人電動病床，所述的交流電源和電池提供電流驅動所述的控制板，所述的控制板采用雙核控制器，包括DSP和FPGA，所述的DSP和FPGA進行通信連接，所述的機器人電動病床上設有傳感器，所述的FPGA接受傳感器反饋的傳感器信號，由所述的FPGA發(fā)出第一控制信號和第二控制信號，所述的第一控制信號和第二控制信號經驅動放大后驅動所述的第一電機和第二電機，所述的第一電機和第二電機上設置有磁電編碼器，通過磁電編碼器由所述的第一電機和第二電機控制所述的機器人電動病床的前進、運行速度和運行方向。

本實施例中，所述的電池采用鋰離子電池；所述的第一電機和第二電機均采用高速直流無刷伺服電機。

進一步的，所述的DSP采用TMS320F2812；所述的FPGA采用A3P250。

隨著微電子技術和計算機集成芯片制造技術的不斷發(fā)展和成熟，數字信號處理芯片DSP由于其快速的計算能力，不僅廣泛應用于通信與視頻信號處理，也逐漸應用在各種高級的控制系統(tǒng)中。TMS320F2812 是美國TI 公司推出的C2000 平臺上的定點32 位DSP 芯片，運行時鐘也快可達150MHz，處理性能可達150MIPS，每條指令周期6.67ns。TMS320F2812 的IO口非常豐富，具有兩個串口，具有12位的0~3.3v的AD轉換等，具有片內128k×16位的片內FLASH，18K ×16 位的SRAM，一般的應用系統(tǒng)可以不要外擴存儲器，可以極大地簡化外圍電路設計，降低系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復雜度，也大大提高了數據的存儲處理能力。

FPGA是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產物，FPGA使得用戶可以根據自己的設計需要，通過特定的布局布線工具對其內部進行重新組合連接，在最短的時間內設計出自己的專用集成電路，這樣就減小成本、縮短開發(fā)周期。由于FPGA采用軟件化的設計思想實現硬件電路的設計，這樣就使得基于FPGA設計的系統(tǒng)具有良好的可復用和修改性，這種全新的設計思想已經逐漸應用在高性能的交、直流驅動控制上，并快速發(fā)展。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，即解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點，可以說，FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。綜合本發(fā)明的需要，選用FPGA作為多軸直流無刷伺服電機的伺服控制調節(jié)器，把TMS320F2812從復雜的多軸伺服控制算法中解脫出來。

為了能夠更好的移動病床，發(fā)明的機器人電動病床驅動部分采用輪式結構，因為相對于步行、爬行或其它非輪式的移動機器人，輪式機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優(yōu)勢。

由于本機器人電動病床既要考慮其運行速度，又要考慮其運行方向，只有二者之間能夠實現解耦，就可以在病房內自由移動，因此，需要兩個電機來完成這個動作，單輪驅動可以很好的實現速度大小和方向的解耦，因此單輪驅動是一個不錯的選擇。由于直流電機在高速旋轉時偶爾會產生火花，而醫(yī)院病房又是一個特殊的場合，任何火花都可能會對病人的氧氣瓶和吸氧裝置產生潛在的危險，因此，本發(fā)明中的行走驅動電機和負責轉向的電機均采用直流無刷伺服電機，由于采用霍爾傳感器進行電子換向，有效消除了安全隱患。

由于本發(fā)明中的機器人電動病床既要適應病房中相對干凈的環(huán)境，又要適應病房外相對灰塵較多的骯臟環(huán)境，為了減少灰塵對電機攜帶速度和位移傳感器的影響，本發(fā)明舍棄了傳統(tǒng)系統(tǒng)中常用的光電編碼器，而采用基于磁電傳感器AS5040H的編碼器，磁電編碼器可以有效測量出兩軸直流無刷伺服電機運動時的速度和位移，為機器人電動病床兩軸三閉環(huán)伺服控制提供了可靠反饋。

本實施例中，所述的傳感器包括加速度計和陀螺儀；所述的第一控制信號和第二控制信號均為PWM波控制信號。

加速度計傳感器在較長時間的測量值（確定機器人電動病床航向）是正確的，而在較短時間內由于信號噪聲的存在，而有一定誤差。陀螺儀在較短時間內則比較準確，而較長時間則會隨著漂移的存在而產生一定誤差，因此，需要加速度計和陀螺儀相互調整來確保航向的正確。為了提高機器人電動病床在行走過程中導航的穩(wěn)定性，實現姿態(tài)的自動精確調整以及計算加速爬坡時需要的功率，本發(fā)明在機器人電動病床伺服硬件系統(tǒng)中加入了三軸加速度計和三軸陀螺儀。在機器人電動病床行走期間全程開啟加速度計和陀螺儀，加速度計和用來測量機器人病床三個前進方向的加速度和速度，控制器根據測量值然后通過積分就可以得到其位移，為機器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據；當機器人病床的姿態(tài)發(fā)生變化時，控制器就可以得到其大致傾斜角度，一方面根據角度改變其功率需求，另一方面當姿態(tài)發(fā)生較大變化時，控制器在一個新的采樣周期立即對其位置補償，避免機器人電動病床在行走過程中因為傾斜過大而發(fā)生危險，提高了其快速行走導航時的穩(wěn)定性；如果對加速度計和陀螺儀的值進行連續(xù)積分和匹配，且把它變換到導航坐標系中，機器人電動病床可以不依賴于任何外部信息就能夠得到其在醫(yī)院導航坐標系中的加速度、速度、偏航角和位置等信息，所產生的導航信息連續(xù)性好而且噪聲非常低，可以和磁電編碼器傳感器相互匹配然后為多軸伺服控制提供加速度、速度和位移反饋，極大增強了機器人病床的行走的安全性和準確性。

本發(fā)明為克服普通醫(yī)院病床不能滿足病人實際要求，在吸收國外先進控制思想的前提下，自主研發(fā)了一款基于DSP（TMS320F2812）+FPGA(A3P250)的全新雙核單輪驅動機器人電動病床。此機器人控制系統(tǒng)以FPGA(A3P250)為處理核心，實現兩軸直流無刷電機的同步伺服控制，TMS320F2812實現多種傳感器信號的數字信號實時處理，并實時相應各種中斷保護請求，并實現與FPGA(A3P250)數據通信。

如圖2所示，所述的雙核單輪驅動高速機器人電動病床控制器還設置有人機界面程序和運動控制系統(tǒng)，所述的人機界面程序包括人機界面、路徑規(guī)劃以及在線輸出，所述的運動控制系統(tǒng)包括基于FPGA兩軸直流無刷電機伺服控制、數據存儲以及I/O控制，其中，所述的基于FPGA兩軸直流無刷電機伺服控制包括DA模塊、磁電編碼器模塊、加速度計和陀螺儀加速度模塊、基于磁電傳感器速度模塊以及基于磁電傳感器位移模塊。

為達上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案， 為了提高運算速度，保證醫(yī)用機器人電動病床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明采用32位高性能DSP（TMS320F2812）和FPGA，舍棄了傳統(tǒng)采用的單一單片機或單一16位的DSP芯片，此控制器充分考慮蓄電池在這個系統(tǒng)的作用，實現單一控制器同步控制兩軸直流無刷伺服電機的功能。機器人電動病床充分發(fā)揮FPGA處理速度較快的特點，而由TMS320F2812實現人機界面、I/O控制、路徑導航、在線輸出、數據采集與存儲等功能，同時實時相應各種中斷。

對于本文設計的基于DSP（TMS320F2812）+ FPGA機器人電動病床控制器，在電源打開狀態(tài)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，DSP（TMS320F2812）使能FPGA機器人電動病床才可能在屋子里移動，否則機器人電動病床就待在原地等待權限開啟命令；如果機器人電動病床需要推出病房，此時醫(yī)院負責人需要開啟自己的權限密碼，否則機器人電動病床一旦移動到門口位置被門口監(jiān)控傳感器探測到，檢測系統(tǒng)會觸發(fā)控制器上的傳感器，FPGA鎖死當前的機器人電動病床并通過TMS320F2812發(fā)出誤操作警報。在正常運動狀態(tài)下，機器人電動病床通過各種傳感器讀取外部環(huán)境并反饋參數給FPGA，由FPGA處理后直接生成兩軸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FPGA，由FPGA二次調整同步PWM控制信號滿足實際工作需求。電動床在運行過程中，基于DSP的人機界面在線存儲并輸出當前狀態(tài)，使得處理比較直觀。

參照圖2，具體實施步驟是：

把醫(yī)用電動床控制系統(tǒng)分為兩部分：人機界面系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)。其中人機界面系統(tǒng)完成人機界面、路徑規(guī)劃、在線輸出等功能；基于FPGA運動控制系統(tǒng)完成電動病床的多軸伺服控制，而DSP實現數據存儲、I/O控制等功能，系統(tǒng)充分發(fā)揮FPGA處理數據較快的優(yōu)點，同時由DSP實時處理和存儲各種數據。

參照圖2、圖3和圖4，其具體的功能實現如下：

1）在機器人電動病床未接到任何指令之前，它一般會和普通醫(yī)用病床沒有區(qū)別，被固定在某一個區(qū)域，交流電源對系統(tǒng)中的蓄電池充電，保證機器人電動病床有足夠的能源完成任務；

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

3）為了防止誤操作，本發(fā)明采用三級啟動權限，當確定需要移動機器人電動病床時，如果只是在病房內部移動機器人電動病床，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；如果是需要推動機器人電動病床走出病房，則需要護工人員、護士和醫(yī)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）當機器人電動病床開啟行走模式后，一旦啟動鍵SS按下，系統(tǒng)首先完成DSP和FPGA的初始化并檢測電源電壓，如果蓄電池電源不正常，將向DSP和FPGA發(fā)出中斷請求，DSP和FPGA會對中斷做第一時間響應，如果FPGA的中斷響應沒有來得及處理，機器人電動病床上的自鎖裝置將被觸發(fā)，進而達到自鎖的功能，防止誤操作；如果電源正常，機器人電動病床將開始正常工作；

5）當FPGA控制器檢測到啟動鍵SS按下，FPGA控制器將檢測側向轉彎按鈕SK是否被觸發(fā)，如果側向轉彎按鈕SK被觸發(fā)，FPGA根據機器人電動病床運動部分需要旋轉角度和其內部伺服控制程序，把直流無刷伺服電機Y要運轉的距離SX轉化為加速度、速度和位置參考指令值，然后再結合直流無刷伺服電機Y對應的磁電傳感器的反饋生成驅動直流無刷伺服電機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Y運動，由于直流無刷電機Y在旋轉過程中通過齒輪結構帶動直流無刷伺服電機X運動，當直流無刷伺服電機Y完成這次伺服運動，直流無刷伺服電機X已經完成側轉的任務，由于在此過程中只是電機Y驅動電機X旋轉90度，并為改變電動病床的方向，提高了機器人電動病床在狹小空間的實用性。在運動過程中，FPGA根據外界情況實時調整伺服控制程序的PID參數以滿足實際需要，DSP實時記錄電動病床的運行參數并在人機界面顯示；

6）當FPGA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(fā)，機器人電動病床將開始向前運動，在運動過程中，機器人電動病床攜帶的前方防撞超聲波傳感器S9和S10將工作，并向FPGA和DSP雙核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，FPGA經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X的PWM輸出，控制機器人電動病床在安全范圍內停車，停車后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，則機器人電動病床將按照當前路徑繼續(xù)啟動前進。在機器人電動病床運動過程中，磁電傳感器會時刻檢測直流無刷伺服電機X和電機Y的運動速度和位移反饋給FPGA，由FPGA根據位移、速度和加速度偏差信號二次調整電機X和電機Y的控制信號，在運動過程中，FPGA根據外界情況實時調整伺服控制程序的PID參數以滿足實際需要，DSP實時記錄電動病床的運行參數并在人機界面顯示；

7）當FPGA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(fā)，機器人電動病床將開始后退運動，FPGA經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X和Y的PWM輸出，控制機器人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FPGA，由FPGA根據位移、速度和加速度偏差信號二次調整電機X和電機Y的控制信號，保證機器人電動病床在安全速度范圍內運行，防止速度過快機器人電動病床推倒護工人員，在運動過程中，FPGA根據外界情況實時調整伺服控制程序的PID參數以滿足實際需要，DSP實時記錄電動病床的運行參數并在人機界面顯示；

8）當FPGA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(fā)，機器人電動病床將開始側向右移，在運動過程中，機器人電動病床攜帶的側方防撞超聲波傳感器S6將工作，并向FPGA和TMS320F2812雙核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，FPGA經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X的PWM輸出，控制機器人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(fā)出停車報警；如果三秒后障礙物信號消息，則機器人電動病床將按照當前軌跡繼續(xù)側向右移，在機器人電動病床側向右移過程中，磁電傳感器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FPGA，由FPGA根據位移、速度和加速度偏差信號二次調整電機X和電機Y的控制信號。在運動過程中，FPGA根據外界情況實時調整伺服控制程序的PID參數以滿足實際需要，DSP實時記錄電動病床的運行參數并在人機界面顯示；

9）當FPGA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(fā)，機器人電動病床將開始側向左移，在運動過程中，機器人攜帶的側方防撞超聲波傳感器S7將工作，并向FPGA和DSP雙核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讀取到左方有障礙物時，FPGA經內部伺服控制程序調整直流無刷伺服電機X的PWM輸出，控制機器人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(fā)出停車報警；如果三秒后障礙物信號消息，則機器人電動病床將按照當前軌跡繼續(xù)側向左移，在機器人電動病床側向左移過程中，磁電傳感器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FPGA，由FPGA二次調整電機X和電機Y的運動參數，在運動過程中，FPGA根據外界情況實時調整伺服控制程序的PID參數以滿足實際需要，DSP實時記錄電動病床的運行參數并在人機界面顯示；

10）當機器人電動病床需要移出病房時，現有醫(yī)院負責人開啟行走權限密碼，然后護工人員把機器人電動病床推到帶有地面標志的位置，機器人電動病床進入自動導航狀態(tài)：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FPGA，經FPGA判斷處理后確定機器人偏移導航軌道的偏差，FPGA結合內部梯形發(fā)生器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，再結合磁電編碼器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，快速調整機器人電動病床迅速回到導航軌道中心，機器人電動病床沿著軌道行走過程，FPGA根據地面標志和磁電編碼器的反饋微調電機X和電機Y的驅動信號，使機器人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，機器人電動病床就停在原地等待人為推動信號，防止誤操作，在運動過程中，FPGA根據外界情況實時調整伺服控制程序的PID參數以滿足實際需要，DSP實時記錄電動病床的運行參數并在人機界面顯示；

11）本機器人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(fā)出原地停車指令并通過TMS320F2812發(fā)出警報，FPGA通過驅動器鎖死行走電機X，即使電動病床多個萬向輪W都處于可以滑動狀態(tài)，由于行走電機X處于鎖死狀態(tài)，這樣機器人電動病床也不會運動；

12）本發(fā)明在機器人電動病床上加入了濕度檢測系統(tǒng)。此濕度檢測系統(tǒng)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(tǒng)會工作，將發(fā)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(tǒng)，床載障礙探側系統(tǒng)可以在碰撞到障礙物之前自動探測到障礙物的存在并自動停車，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，這樣就保證了在運動過程中對周圍環(huán)境的適應，減少了環(huán)境對其的干擾；

14）在機器人電動病床行走過程中，電機經常會收到外界因素干擾，為了減少電機的脈動轉矩對機器人行走的影響，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補償，削弱了外界環(huán)境對機器人運動的影響；

15）在機器人電動病床行走期間伺服控制器全程開啟加速度計和陀螺儀，加速度計和陀螺儀可以精確測量出機器人病床三個前進方向的加速度，根據測得的加速度和速度控制器通過連續(xù)積分就可以得到其位移，為機器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據；同時當機器人病床的姿態(tài)發(fā)生變化時，控制器就可以得到其大致傾斜角度和加速度要求，控制器根據傾斜角度和加速度需求就可以大致計算出功率需求，然后調整各臺直流無刷伺服電機的功率以滿足爬坡和加速需要；控制器通過對加速度計和陀螺儀進行連續(xù)積分，且把它變換到醫(yī)院導航坐標系中，機器人電動病床可以不依賴于任何外部信息就能夠得到其在醫(yī)院導航坐標系中的加速度、速度、偏航角和位置等信息，控制器實時進行存儲和顯示。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1：在控制過程中，充分考慮了電池在這個系統(tǒng)中的作用，基于DSP（TMS320F2812）+FPGA控制器時刻都在對機器人電動病床的運行狀態(tài)和電源來源進行監(jiān)測和運算，當交流電源切斷時，病床會自動借助自帶蓄電池電源自動鎖死在固定位置，直至有移動開關信號輸入，保證了病床的自然狀態(tài)。

2：為了方便病人自理，減少對外界條件的依賴，本系統(tǒng)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機器人，這樣就可以不需要護理而自己解決部分簡易的日常生活。

3：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。

4：由于此電動病床加入了基于直流無刷伺服電機的單輪驅動系統(tǒng)，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。

5：由于此電動病床加入了基于直流無刷伺服電機的單輪驅動系統(tǒng)，使得電動病床可以在屋子里原地按照任意方向自由旋轉，減少了移動病床需要的空間，特別適合應用于空間狹小的病房。

6：由于加入了基于直流無刷伺服電機的單輪驅動系統(tǒng)，在非常狹小的空間內可以使病床機器人側向移動，減少機器人旋轉帶來的負面問題。

7：為了能夠使病床機器人能夠自由移出病房門口，控制器加入了多種導航傳感器，機器人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。

8：當機器人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，減少了對護工人員體力的要求。

9：由FPGA處理多軸直流無刷伺服電機的全數字伺服控制，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(fā)周期短，并且程序可移植能力強。

10：本發(fā)明完全實現了單板控制，不僅節(jié)省了控制板占用空間，而且還完全實現了多軸直流無刷伺服電機控制信號的同步，有利于提高機器人電動病床的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。

11：由于本控制器采用FPGA處理大量的多軸伺服數據與算法，并充分考慮了周圍的干擾源，把TMS320F2812從復雜的計算中解脫出來，有效地防止了程序的“跑飛”，抗干擾能力大大增強。

12：本機器人電動病床加入了自動鎖車功能，當病床機器人在移動過程中，如遇到緊急情況，FPGA控制器會發(fā)出原地停車指令，并鎖死主運動電機，即使多個萬向輪都處于可以滑動狀態(tài)，但由于驅動輪處于鎖死狀態(tài)，機器人也不能運動。

13：本發(fā)明在機器人電動病床系統(tǒng)中加入了多種開啟權限，防止了病床的誤操作。

14：本機器人電動病床加入了濕度檢測系統(tǒng)。此濕度檢測系統(tǒng)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(tǒng)會工作，發(fā)出更換請求。

15：本電動床機器人裝備了多種報警系統(tǒng)，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(huán)境對其的干擾。

16：由于本機器人電動病床系統(tǒng)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(tǒng)的安全性，也可以提高能源的利用率，增加了機器人電動病床在攜帶能源一定的條件下一次移動的距離。

17：由于本機器人電動病床系統(tǒng)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機器人電動病床的影響。

18：由于由FPGA直接生產多軸直流無刷電機驅動信號，不需要DSP向其輸入任何參數，使得系統(tǒng)的處理速度加快，有利于系統(tǒng)高速運行。

19：FPGA控制器根據外圍環(huán)境實時調整伺服控制系統(tǒng)的PID參數，滿足電動病床不同狀況下快速伺服控制系統(tǒng)調整的要求。

20：加速度計和陀螺儀用來測量機器人病床三個前進方向的加速度和速度，根據測量值控制器通過連續(xù)積分就可以得到其速度和位移，為機器人的三閉環(huán)控制提供可靠判據；

21：加速度計和陀螺儀可以提高機器人電動病床在行走過程中導航的穩(wěn)定性，實現姿態(tài)的自動精確調整、計算加速爬坡時需要的功率。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)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(fā)明的專利保護范圍內。