机器人化多功能护理床实用双机系统的设计及实现

　　0　引言

　　护理床是一种能提高人的自理能力、有利于减轻护理人员工作强度的特种床。随着科技的飞速发展,人口老龄化也以惊人的速度在扩大。据报道,我国80岁以上的老年人口已达1100万,并以年均5·4%的速度递增。面对这一日益突出的问题,作者在对国内外护理床调研分析的基础上,结合国际护理最新技术的发展,利用机器人的多轴控制技术,采用双机控制系统,进行机器人化多功能护理床的研究和开发。

　　1　机器人化多功能护理床的基本结构和功能

　　1·1　机器人化多功能护理床的基本结构

　　人体是一个多自由度的系统,机器人是现阶段模仿人类动作程度最高的机构。依据人体多自由度性,结合机器人的相关原理和技术,作者设计了机器人化多功能护理床。其床面主要由8个部分组成,如图1所示。板块1对应着人的背部左侧;板块2对应着背部右侧; 1-L为背部左侧的护栏; 2-R为背部右侧的护栏;板块3、5分别对应着臀部的左右侧;板块4对应着便盆位置;板块6、7、8分别对应着大腿、小腿和脚部。板块1、2、3、5之间利用万向铰链原理互相联接,实现了二向运动,即:板块1、2、3、5能沿板块1、2之间的X轴转动,也能沿板块1、3之间的Y轴转动;而板块4、6分别通过铰链与床架联接,实现各自沿Y轴转动;板块6、7、8之间相互联接,构成三自由度的开式运动链。

　　1·2　护理功能的实现

　　板块1、2同时绕板块1、3之间的Y轴转动时,实现抬背或躺下动作;板块1、3同时绕板块1、2间的X轴转动时,实现左侧翻动作,同样,板块2、5同时作动,可实现右侧翻动作;板块4绕Y轴转动时,可开启或关闭便盆;板块6、7、8之间不同的相对作动,可实现下肢的各种动作,如抬腿、曲腿、踏脚等等;而背部与腿部板块的协调运动,又可实现护理人的坐起动作。通过这些多体位的变换,提高了受护理人的自理能力,减少了各种由于长期卧床所带来的并发症,如褥疮等,有利于受护理人的肌体健康。执行装置采用伺服电机。根据控制信号,由电机输出一定的扭矩和转速,经过减速器将转速降低、扭矩增大。增大后的扭矩驱动连杆机构,通过此机构带动床面相应的部分运动,实现各种体位的要求。

　　2　双机控制系统

　　2·1　功能概述

　　基于机器人技术的双机控制系统采用模块化设计方法,将整个系统分为键盘系统和主控系统两大部分,主控系统又可分为主控模块和驱动模块。通过键盘系统识别出按键信号,并将其传送给主控系统;根据此信号,主控系统控制相应的一台或多台伺服电机转动,同时,传感器反馈回床面各部分的实际位置,主控系统将实际位置与理论位置进行比较,再根据此差值去修改伺服电机的控制信号,从而实现床面位姿变换的实时控制。实时的检测和控制可以使床面各个部分运动更加准确、平缓,减轻患者的不适应感,同时能防止机构过冲造成的床体损坏和人员受伤。