CN106959636B - 智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统及方法，包括：数据总线通信模块、若干个多模组核心驱动控制模块，以及若干个驱动子系统控制模块；其中：驱动子系统控制模块包括：单片机、外围电路、动力模块、动力分配模块、动作驱动模块、以及动力模块、动力分配模块、动作驱动模块之间互联的气路模块。本发明采用了模块化分布式驱动控制系统，可以根据实际需要灵活地进行驱动系统的布置，此外，模组化的设计简化了安装工艺，便于大规模生产。本发明考量用户个性化定制、多个环境适应和驱动资源等优化策略的多变量优化驱动，以数据驱动和人工智能方式提升了用户体验；能够在全局优化策略的控制系统下协同执行复杂表面改变动作。

Description

智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机及智能系统控制技术领域，具体地，涉及智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统及方法。

背景技术

在人机交互系统中，针对与接触对象存在相互作用关系的复杂表面进行多变量适应的驱动过程，不仅在软件上需要进行控制优化策略的考虑，在硬件上也需要对控制系统进行针对性的合理优化布局，以适应系统的需要。

在该领域，特别是采用气动控制的系统中，常用的方法是采用整体的气路和单一的气动动力单元来实现技术方案。在实际应用中，系统安装方案不能根据用户需要灵活地加以变化，同时，对于复杂的多变量优化策略的适应行为，也无法精确协调，以满足较好的用户体验要求。

本发明采用了模块化分布式驱动控制系统，可以在根据实际需要在灵活地进行驱动系统的布置的同时，满足上述多要求优化策略的需要；同时模组化的设计简化了安装工艺，便于大规模生产。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统及方法。

根据本发明提供的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，包括：数据总线通信模块、若干个多模组核心驱动控制模块，以及若干个驱动子系统控制模块；其中：

所述驱动子系统控制模块包括：单片机、外围电路、动力分配模块，其中：所述单片机，用于对动力模块、动力分配模块动作进行控制和驱动；所述动力分配模块，用于按单片机的指令执行开关动作，将动力模块产生的驱动动力分配到动作驱动模块；

所述数据总线通信模块，用于连接驱动子系统控制模块以及多模组核心驱动控制模块；

所述多模组核心驱动控制模块，用于对驱动子系统控制模块进行驱动控制。

优选地，所述驱动子系统控制模块还包括：动力模块、动作驱动模块，以及动力模块、动力分配模块、动作驱动模块之间互联的气路模块；所述单片机通过外围电路与动力模块、动力分配模块相连；其中：

所述动力模块用于产生驱动动力；

所述动作驱动模块用于对支撑表面执行适应动作；

所述气路模块用于连接动力模块、动力分配模块、动作驱动模块间的动力传输。

优选地，所述动力模块包括：若干个独立的动力子模块，每个动力子模块设置有至少一个气泵。

优选地，所述动力分配模块包括：至少一个充气控制气阀或者至少一个泄气控制气阀，所述动力分配模块设置在动力模块和动作驱动模块的之间的气路管道上。

优选地，所述动作驱动模块包括：一个或者多个密闭的气包，每个气包通过气路管道依次与动力分配模块、动力模块相连。

优选地，所述多模组核心驱动控制模块包括：控制计算模块、外围电路、数据暂存模块、数据存储模块；具体地，驱动子系统控制模块之间的气路结构包括：互联结构和独立结构两种形式。

根据本发明提供的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制方法，应用上述任一项所述的模块化分布式驱动控制系统，具体地，根据多模组核心驱动控制模块加载的多变量优化驱动控制系统，通过外部数据总线通信模块输出用户环境适应决策下的一个或多个目标驱动任务指令到相应的驱动子系统控制模块，由驱动子系统控制模块执行相应的动作。

所述加载的多变量优化驱动控制系统包括：包括：数据调用模块、数据存取模块、用户行为及状态模式识别模块、用户环境适应决策模块、多变量优化解算模块、分布式的驱动子系统控制模块以及分布式的多个驱动子系统模块，其中：

所述数据调用模块，用于将从数据存取模块中调取的接触对象历时和实时的行为和状态标记数据传输至用户行为及状态模式识别模块和用户环境适应决策模块；

数据存取模块，用于存取接触对象的历时和实时的行为和状态标记数据；

用户行为及状态模式识别模块，用于将获取的实时和历时接触对象行为和状态标记数据与数据库里的模式类别特征进行对比，并对当前用户模式类别进行模式识别和分类标记，将当前用户模式类别数值写入数据存取模块中；

用户环境适应决策模块，用于从数据存取模块中获取当前用户模式类别，并从数据存取模块中调出当前用户模式类别对应的用户环境适应目标值组，输出所述目标值组到多变量优化解算模块，获得返回的驱动目标值组，输出到分布式驱动子系统控制模块；

多变量优化解算模块，用于对当前用户模式类别产生驱动策略，根据驱动策略对用户环境适应目标值组进行解析、优化和修正，输出驱动目标值组到用户环境适应决策模块；

分布式的驱动子系统控制模块，用于接收用户环境适应决策模块输出的驱动目标值组，产生相应驱动值组和/或任务命令，输出到相应的驱动子系统模块进行协同驱动执行，完成目标任务，并返回操作值，所述操作值作为设备驱动记录保存在数据存取模块中；

分布式的多个驱动子系统模块，用于执行对支撑表面调整的驱动任务。

所述数据存取模块包括：数据暂存模块和数据库，其中：数据暂存模块中存储有当前用户模式类别数值，数据库中存储有接触对象的历时、实时的行为以及状态标记数据。

所述接触对象包括：用户躺卧、坐、靠时与支撑表面接触的局部或者全部身体区域。

所述多变量优化解算模块包括：用户定制优化策略模块、用户环境适应优化策略模块、驱动资源优化策略模块、目标任务解算决策模块，具体地：

所述用户定制优化策略模块用于设定不同的用户个性化要求条件下，当前用户模式类别相对应的用户环境适应优化策略以及驱动资源优化策略方案；

所述用户环境适应优化策略模块用于设定不同调整策略，以及该策略下驱动变量间目标值调整的优先级关系；

所述驱动资源优化策略模块用于设定不同要求的驱动资源优化策略下，不同驱动资源的调用方案；

所述目标任务解算决策模块用于接受用户环境适应决策模块输出的用户环境适应目标值组，在用户定制优化策略模块、用户环境适应优化策略模块、驱动资源优化策略模块的条件约束下产生用于适应驱动操作的驱动目标值组，输出到驱动子系统控制模块。

所述分布式的驱动子系统控制模块包括：指令接受和通信模块、驱动执行模块，

所述指令接受和通信模块用于接受驱动执行模块输出的驱动值组和驱动任务命令，并输出驱动值组和/或任务命令到相应的驱动子系统模块；

驱动执行模块用于接受多变量优化解算模块输出的驱动目标值组，生成驱动值组和驱动任务命令到指令接受和通信模块，并返回操作值保存在数据存取模块中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用了模块化分布式驱动控制系统，可以在根据实际需要在灵活地进行驱动系统的布置的同时，满足上述多要求优化策略的需要；同时模组化的设计简化了安装工艺，便于大规模生产。

2、本发明从简单的命令驱动变为考量用户个性化定制、多个环境适应和驱动资源等优化策略的多变量优化驱动，以数据驱动和人工智能方式提升了用户体验。

3、本发明中的分布式模块化的多个驱动子系统，能够在全局优化策略的控制系统下协同执行复杂表面改变动作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统的原理图；

图2为智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统另一种实施例的原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，包括：数据总线通信模块、若干个多模组核心驱动控制模块，以及若干个驱动子系统控制模块；其中：

所述驱动子系统控制模块包括：单片机、外围电路、动力模块、动力分配模块、动作驱动模块，以及动力模块、动力分配模块、动作驱动模块之间互联的气路模块；其中：

所述单片机，用于对动力模块、动力分配模块动作进行控制和驱动；

所述动力模块，用于产生驱动动力；

所述动力分配模块，用于按单片机的指令执行开关动作，将动力模块产生的驱动动力分配到动作驱动模块；

所述动作驱动模块，用于对支撑表面执行适应动作；

所述气路模块，用于连接动力模块、动力分配模块、动作驱动模块间的动力传输；

所述数据总线通信模块，用于连接驱动子系统控制模块以及多模组核心驱动控制模块；

所述多模组核心驱动控制模块，用于对驱动子系统控制模块进行驱动控制。

所述单片机通过外围电路与动力模块、动力分配模块相连。

所述动力模块包括：若干个独立的动力子模块，每个动力子模块设置有至少一个气泵。

所述动力分配模块包括：至少一个充气控制气阀或者至少一个泄气控制气阀，所述动力分配模块设置在动力模块和动作驱动模块的之间的气路管道上。

所述动作驱动模块包括：一个或者多个密闭的气包，每个气包通过气路管道依次与动力分配模块、动力模块相连。

上述系统还包括：若干个驱动子系统控制模块和若干个多模组核心驱动控制模块，所述多模组核心驱动控制模块包括：控制计算模块、外围电路、数据暂存模块、数据存储模块；具体地，驱动子系统控制模块之间的气路结构包括：互联结构和独立结构两种形式。

根据本发明提供的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制方法，应用上述任一项所述的模块化分布式驱动控制系统，具体地，根据多模组核心驱动控制模块加载的多变量优化驱动控制系统，通过外部数据总线通信模块输出用户环境适应决策下的一个或多个目标驱动任务指令到相应的驱动子系统控制模块，由驱动子系统控制模块执行相应的动作。

所述加载的多变量优化驱动控制系统包括：包括：数据调用模块、数据存取模块、用户行为及状态模式识别模块、用户环境适应决策模块、多变量优化解算模块、分布式的驱动子系统控制模块以及分布式的多个驱动子系统模块，其中：

所述数据调用模块，用于将从数据存取模块中调取的接触对象历时和实时的行为和状态标记数据传输至用户行为及状态模式识别模块和用户环境适应决策模块；

数据存取模块，用于存取接触对象的历时和实时的行为和状态标记数据；

用户行为及状态模式识别模块，用于将获取的实时和历时接触对象行为和状态标记数据与数据库里的模式类别特征进行对比，并对当前用户模式类别进行模式识别和分类标记，将当前用户模式类别数值写入数据存取模块中；

用户环境适应决策模块，用于从数据存取模块中获取当前用户模式类别，并从数据存取模块中调出当前用户模式类别对应的用户环境适应目标值组，输出所述目标值组到多变量优化解算模块，获得返回的驱动目标值组，输出到分布式驱动子系统控制模块；

多变量优化解算模块，用于对当前用户模式类别产生驱动策略，根据驱动策略对用户环境适应目标值组进行解析、优化和修正，输出驱动目标值组到用户环境适应决策模块；

分布式的驱动子系统控制模块，用于接收用户环境适应决策模块输出的驱动目标值组，产生相应驱动值组和/或任务命令，输出到相应的驱动子系统模块进行协同驱动执行，完成目标任务，并返回操作值，所述操作值作为设备驱动记录保存在数据存取模块中；

分布式的多个驱动子系统模块，用于执行对支撑表面调整的驱动任务。

所述数据存取模块包括：数据暂存模块和数据库，其中：数据暂存模块中存储有当前用户模式类别数值，数据库中存储有接触对象的历时、实时的行为以及状态标记数据。

所述接触对象包括：用户躺卧、坐、靠时与支撑表面接触的局部或者全部身体区域。

所述多变量优化解算模块包括：用户定制优化策略模块、用户环境适应优化策略模块、驱动资源优化策略模块、目标任务解算决策模块，具体地：

所述用户定制优化策略模块用于设定不同的用户个性化要求条件下，当前用户模式类别相对应的用户环境适应优化策略以及驱动资源优化策略方案；

所述用户环境适应优化策略模块用于设定不同调整策略，以及该策略下驱动变量间目标值调整的优先级关系；

所述驱动资源优化策略模块用于设定不同要求的驱动资源优化策略下，不同驱动资源的调用方案；

所述目标任务解算决策模块用于接受用户环境适应决策模块输出的用户环境适应目标值组，在用户定制优化策略模块、用户环境适应优化策略模块、驱动资源优化策略模块的条件约束下产生用于适应驱动操作的驱动目标值组，输出到驱动子系统控制模块。

所述分布式的驱动子系统控制模块包括：指令接受和通信模块、驱动执行模块，

所述指令接受和通信模块用于接受驱动执行模块输出的驱动值组和驱动任务命令，并输出驱动值组和/或任务命令到相应的驱动子系统模块；

驱动执行模块用于接受多变量优化解算模块输出的驱动目标值组，生成驱动值组和驱动任务命令到指令接受和通信模块，并返回操作值保存在数据存取模块中。

下面结合具体实施例对本发明中的技术方案做更加详细的说明。

实施例1

将本发明中的系统应用在同时完成用户适应动作的复杂支撑表面驱动上。对于自适应人体躺卧的可形变支撑表面，除了准确计算出适应用户当前状态的表面目标值外，完成支撑表面的形变驱动的过程，对于用户体验来说也是非常重要。例如，对于不同重量的身体部位表面，如何同时自然的完成指定目标值适应动作，在配合软件系统工作的考虑中，需要做出针对性的硬件系统设计。在整体的气路和单一的气动动力单元技术方案实现过程中，由于气动动力单元到气路出口的路径距离不同，以及气体流动的不确定性，无法做到协调控制。

在本实施例中，多模组核心驱动控制模块加载的多变量优化策略控制软件系统，根据对于不同重量的身体部位表面调整数据的计算，测算和调配对系统中多个分布式驱动子系统模块资源，通过外围电路及外部数据总线通信模块，输出同一时间完成决策下的多个目标驱动任务指令到相应的分布式驱动子系统模块——子系统驱动控制模块。

分布式驱动子系统模块——子系统驱动控制模块执行指令控制子系统独立动力模块、子系统独立动力分配模块，执行指令动作。实现复杂表面多目标同时完成指定目标值适应动作，增强了用户的即时反馈体验。

同样的，本系统可以不同用户人体的个性化情况，更精确地完成相应的任务。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，其特征在于，包括：数据总线通信模块、若干个多模组核心驱动控制模块，以及若干个驱动子系统控制模块；其中：

所述驱动子系统控制模块包括：单片机、外围电路、动力分配模块，其中：所述单片机，用于对动力模块、动力分配模块动作进行控制和驱动；所述动力分配模块，用于按单片机的指令执行开关动作，将动力模块产生的驱动动力分配到动作驱动模块；

所述数据总线通信模块，用于连接驱动子系统控制模块以及多模组核心驱动控制模块；

所述多模组核心驱动控制模块，用于对驱动子系统控制模块进行驱动控制；

其中，所述多模组核心驱动控制模块中加载有多变量优化驱动控制系统；

所述多变量优化驱动控制系统包括：数据调用模块、数据存取模块、用户行为及状态模式识别模块、用户环境适应决策模块、多变量优化解算模块、分布式的驱动子系统控制模块以及分布式的多个驱动子系统模块，其中：

所述数据调用模块，用于将从数据存取模块中调取的接触对象历时和实时的行为和状态标记数据传输至用户行为及状态模式识别模块和用户环境适应决策模块；

数据存取模块，用于存取接触对象的历时和实时的行为和状态标记数据；

用户行为及状态模式识别模块，用于将获取的实时和历时接触对象行为和状态标记数据与数据库里的模式类别特征进行对比，并对当前用户模式类别进行模式识别和分类标记，将当前用户模式类别数值写入数据存取模块中；

用户环境适应决策模块，用于从数据存取模块中获取当前用户模式类别，并从数据存取模块中调出当前用户模式类别对应的用户环境适应目标值组，输出所述目标值组到多变量优化解算模块，获得返回的驱动目标值组，输出到分布式驱动子系统控制模块；

多变量优化解算模块，用于对当前用户模式类别产生驱动策略，根据驱动策略对用户环境适应目标值组进行解析、优化和修正，输出驱动目标值组到用户环境适应决策模块；

分布式的驱动子系统控制模块，用于接收用户环境适应决策模块输出的驱动目标值组，产生相应驱动值组和/或任务命令，输出到相应的驱动子系统模块进行协同驱动执行，完成目标任务，并返回操作值，所述操作值作为设备驱动记录保存在数据存取模块中；

分布式的多个驱动子系统模块，用于执行对支撑表面调整的驱动任务。

2.根据权利要求1所述的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，其特征在于，所述驱动子系统控制模块还包括：动力模块、动作驱动模块，以及动力模块、动力分配模块、动作驱动模块之间互联的气路模块；所述单片机通过外围电路与动力模块、动力分配模块相连；其中：

所述动力模块用于产生驱动动力；

所述动作驱动模块用于对支撑表面执行适应动作；

所述气路模块用于连接动力模块、动力分配模块、动作驱动模块间的动力传输。

3.根据权利要求1所述的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，其特征在于，所述动力模块包括：若干个独立的动力子模块，每个动力子模块设置有至少一个气泵。

4.根据权利要求1所述的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，其特征在于，所述动力分配模块包括：至少一个充气控制气阀或者至少一个泄气控制气阀，所述动力分配模块设置在动力模块和动作驱动模块的之间的气路管道上。

5.根据权利要求1所述的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，其特征在于，所述动作驱动模块包括：一个或者多个密闭的气包，每个气包通过气路管道依次与动力分配模块、动力模块相连。

6.根据权利要求1所述的智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制系统，其特征在于，所述多模组核心驱动控制模块包括：控制计算模块、外围电路、数据暂存模块、数据存储模块；具体地，驱动子系统控制模块之间的气路结构包括：互联结构和独立结构两种形式。

7.一种智能适应支撑表面的模块化分布式驱动控制方法，其特征在于，应用权利要求1至6中任一项所述的模块化分布式驱动控制系统，具体地，根据多模组核心驱动控制模块加载的多变量优化驱动控制系统，通过外部数据总线通信模块输出用户环境适应决策下的一个或多个目标驱动任务指令到相应的驱动子系统控制模块，由驱动子系统控制模块执行相应的动作；

其中，所述多变量优化驱动控制系统包括：数据调用模块、数据存取模块、用户行为及状态模式识别模块、用户环境适应决策模块、多变量优化解算模块、分布式的驱动子系统控制模块以及分布式的多个驱动子系统模块，其中：

所述数据调用模块，用于将从数据存取模块中调取的接触对象历时和实时的行为和状态标记数据传输至用户行为及状态模式识别模块和用户环境适应决策模块；

数据存取模块，用于存取接触对象的历时和实时的行为和状态标记数据；

用户行为及状态模式识别模块，用于将获取的实时和历时接触对象行为和状态标记数据与数据库里的模式类别特征进行对比，并对当前用户模式类别进行模式识别和分类标记，将当前用户模式类别数值写入数据存取模块中；

用户环境适应决策模块，用于从数据存取模块中获取当前用户模式类别，并从数据存取模块中调出当前用户模式类别对应的用户环境适应目标值组，输出所述目标值组到多变量优化解算模块，获得返回的驱动目标值组，输出到分布式驱动子系统控制模块；

多变量优化解算模块，用于对当前用户模式类别产生驱动策略，根据驱动策略对用户环境适应目标值组进行解析、优化和修正，输出驱动目标值组到用户环境适应决策模块；

分布式的驱动子系统控制模块，用于接收用户环境适应决策模块输出的驱动目标值组，产生相应驱动值组和/或任务命令，输出到相应的驱动子系统模块进行协同驱动执行，完成目标任务，并返回操作值，所述操作值作为设备驱动记录保存在数据存取模块中；

分布式的多个驱动子系统模块，用于执行对支撑表面调整的驱动任务。