CN109885078A - 一种电动手术床姿态调整操作仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动手术床姿态调整操作仪，包括：用于模拟电动手术床的手术床模型、安装于手术床模型上用于测量手术床模型姿态角的第一姿态传感器、用于布置操纵按钮的控制面板、用于显示姿态角信息的显示屏、用于采集电动手术床姿态信息的采集装置、底座、控制器；手动调整手术床模型的姿态，第一姿态传感器将采集到的目标姿态角发送到控制器，控制器发送PWM波至电动手术床的电机，利用采集装置反馈的电动手术床姿态信息，通过PID控制使电动手术床运动到目标姿态角，再通过控制面板来控制电动手术床的水平方向和竖直方向的平移，实现对电动手术床的姿态调整。操作简单，直观，安全，制造成本低，尺寸小，应用广泛，适应大多数电动手术床，适合大范围推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种手术床操作仪，特别是涉及一种电动手术床姿态调整操作仪。
背景技术
电动手术床是较常见的一种医疗器械，它以电动液压为动力，由控制开关、调速阀、电磁阀组成主体的控制结构，通过电动液压齿轮泵提供的动力，进行各种床位姿态变换，以满足手术过程中对病人做出适当的体位调整，方便手术过程顺利地进行。手术床台面主要由头板面、背板面、腰板面、座板面和左、右腿板面组成，既可以上升下降，也可以左右、前后倾斜，使病人能保持最佳的手术姿势。尤其是倾斜状态的调整，最能直接影响病人手术过程的舒适性。
现有的电动电动手术床操作仪有两种：一是有线遥控器面板，一是组合式手柄。缺点是为使电动手术床稳定，手柄的阻尼过大，要用比较大的力气才可推动；六个自由度分别用六个手柄控制，操作起来很不直观；仅能凭直观感觉，角度控制的不精确。
发明内容
针对上述背景技术中的现有电动手术床操作仪存在的问题，本发明提供了一种电动手术床姿态调整操作仪，结构简单、控制精确、使用方便、成本低、便于推广使用。本发明能够让医生对一个手术床模型直观地进行姿态调整，进而控制真正的电动手术床的姿态，同时本发明还提供三个姿态角以及高度信息显示在显示屏上，让经验丰富的医生能够准确地控制电动手术床达到使病人最舒适的姿态。
本发明所采用的具体技术方案是：一种电动手术床姿态调整操作仪，包括：用于模拟电动手术床的手术床模型、安装于手术床模型上用于测量手术床模型姿态角的第一姿态传感器、用于布置操纵按钮的控制面板、用于显示姿态角信息的显示屏、用于采集电动手术床姿态信息的采集装置、底座、控制器；手动调整所述手术床模型的姿态，第一姿态传感器将采集到的目标姿态角发送到控制器，控制器发送PWM波至电动手术床的电机，利用所述采集装置反馈的电动手术床姿态信息，通过PID控制使电动手术床运动到目标姿态角，再通过控制面板来控制电动手术床的水平方向和竖直方向的平移，最终实现对电动手术床的姿态调整。
进一步的，所述控制面板具有用于控制前后左右四个方向移动的手柄、用于控制上下两个方向移动的按钮和用于锁死的锁死开关。
进一步的，所述采集装置包括外壳、吸盘和第二姿态传感器，吸盘固定在外壳上，第二姿态传感器安装在外壳内，第二姿态传感器与控制器相连。
进一步的，当控制器检测到第一姿态传感器角度不发生变化超过3秒时，更新电动手术床目标姿态角。
进一步的，以目标姿态角与第二姿态传感器返回的电动手术床的姿态角的差值作为偏差输入PID控制器，输出电动手术床电机的转速信号，进而传送给电动手术床的电机。
进一步的，所述显示屏采用OLED模块。
进一步的，所述控制器采用ARM Cortex-M3系列芯片。
本发明的有益效果如下：
相比于传统的操作仪仅使用遥杆或按钮操作繁琐，本发明能够让医生对一个手术床模型直观地进行姿态调整，所见即所得，进而灵活方便准确地控制真正的电动手术床的姿态，同时本发明还提供三个姿态角以及高度信息显示在显示屏上，让经验丰富的医生能够准确地控制电动手术床达到使病人最舒适的姿态。
附图说明
图1是本发明的外观示意图；
图2是本发明的电路框架示意图；
图3是本发明的控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步阐述和说明。
如图1所示，一种电动手术床姿态调整操作仪，包括：用于模拟电动手术床的手术床模型1、安装于手术床模型上用于测量手术床模型姿态角的第一姿态传感器2、用于布置操纵按钮的控制面板3、用于显示姿态角信息的显示屏4、底座5、用于采集电动手术床姿态信息的采集装置6、控制器MCU；手动调整所述手术床模型的姿态，第一姿态传感器将采集到的目标姿态角发送到控制器，控制器发送PWM波至电动手术床的电机，利用所述采集装置反馈的电动手术床姿态信息，通过PID控制使电动手术床运动到目标姿态角，再通过控制面板来控制电动手术床的水平方向和竖直方向的平移，最终实现对电动手术床的姿态调整。
进一步的，手术床模型采用3D打印材料，下方通过球关节轴承连接在所述底座5的支撑杆上，拥有3个自由度，可以在空间中轻松用手旋转。
进一步的，所述控制面板具有用于控制前后左右四个方向移动的手柄7、用于控制上下两个方向移动的按钮8和用于锁死的锁死开关9。
进一步的，所述采集装置6包括外壳、吸盘和第二姿态传感器，吸盘固定在外壳上，第二姿态传感器安装在外壳内，第二姿态传感器与控制器相连。
进一步的，当控制器检测到第一姿态传感器角度不发生变化超过3秒时，更新电动手术床目标姿态角。
进一步的，以目标姿态角与第二姿态传感器返回的电动手术床的姿态角的差值作为偏差输入PID控制器，输出电动手术床电机的转速信号，进而传送给电动手术床的电机。
进一步的，所述显示屏采用OLED模块。
进一步的，所述控制器采用ARM Cortex-M3系列芯片。
所述控制器电路框架如图2所示，选用的微控制器是STM32F103，选用的姿态传感器是MPU6050，其中一个安置于模型上，另一个固定在附件上，并安装在手术床上；MPU6050和控制面板上的OLED屏幕均使用IIC总线控制；控制面板上的操作手柄负责控制手术床的水平移动，两个按钮负责升降，还有一个按钮负责锁死电机，以防在手术进行时发生意外。
基于上述电动手术床姿态调整操作仪，本发明采用延时调整电动手术床，具体步骤为：在锁死开关关闭的情况下，医生可以摆动模型的姿态到任意满意的姿态，同时，微控制器在以固定的采样频率读取模型上的姿态传感器的数据，当超过指定时间未发生明显变化(根据噪声大小设置阈值)，则更新参考姿态角，进而作为所述PID控制器的输入值。
基于上述电动手术床姿态调整操作仪，本发明采用PID反馈调整电动手术床姿态，如图3所示，具体步骤为：第一姿态传感器返回的稳定值作为参考输入，作为手术床的目标姿态，与第二姿态传感器返回的值做差，作为系统偏差输入PID控制器，输出6个电机的转速，经过电动手术床的系统模型，输出电动手术床的姿态。其中PID参数需要根据具体的电动手术床上的电机和负载进行调整。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，包括：用于模拟电动手术床的手术床模型、安装于手术床模型上用于测量手术床模型姿态角的第一姿态传感器、用于布置操纵按钮的控制面板、用于显示姿态角信息的显示屏、用于采集电动手术床姿态信息的采集装置、底座、控制器等；手动调整所述手术床模型的姿态，第一姿态传感器将采集到的目标姿态角发送到控制器，控制器发送PWM波至电动手术床的电机，利用所述采集装置反馈的电动手术床姿态信息，通过PID控制使电动手术床运动到目标姿态角，再通过控制面板来控制电动手术床的水平方向和竖直方向的平移，最终实现对电动手术床的姿态调整。
2.如权利要求1所述的一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，所述控制面板具有用于控制前后左右四个方向移动的手柄、用于控制上下两个方向移动的按钮和用于锁死的锁死开关。
3.如权利要求1或2所述的一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，所述采集装置包括外壳、吸盘和第二姿态传感器，吸盘固定在外壳上，第二姿态传感器安装在外壳内，第二姿态传感器与控制器相连。
4.如权利要求3所述的一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，当控制器检测到第一姿态传感器角度不发生变化超过3秒时，更新电动手术床目标姿态角。
5.如权利要求4所述的一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，以目标姿态角与第二姿态传感器返回的电动手术床的姿态角的差值作为偏差输入PID控制器，输出电动手术床电机的转速信号，进而传送给电动手术床的电机。
6.如权利要求1所述的一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，所述显示屏采用OLED模块。
7.如权利要求1所述的一种电动手术床姿态调整操作仪，其特征在于，所述控制器采用ARM Cortex-M3系列芯片。
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