CN109893373B - 带有自动跟随功能的移位机装置及其控制方法 - Google Patents
带有自动跟随功能的移位机装置及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
带有自动跟随功能的移位机装置及其控制方法，该装置包括吊钩（1）、惯性传感器模块（2）、吊臂（3）、立臂（4）和麦克纳姆轮底盘（7）；其解决了卧床病人在被吊运移位时，因脱离护理人员的肢体照护而产生的心理恐惧问题，减轻了护理人员的负担，增强了移位机的安全性。
Description
技术领域
本发明提供一种带有自动跟随功能的移位机装置及自动跟随移位方法。
背景技术
目前的医护过程中的病人移位有以下方式：
1.由专业护理人员提供的人工移位：
最传统，简单，直接的移动卧床病人的方式，是由专业护理人员抱起卧床病人，并将其送到指定地点，或放在轮椅上。对于将不完全失能的卧床患者从床上移动到轮椅，护理人员需要将卧床患者扶起坐直，将其双腿移下床边。护理人员面对坐在床边的患者，双臂经患者腋下，贴紧患者将患者抱起，并缓慢移动到轮椅上。对于将失能患者从床上移位至轮椅，通常需要两名护理人员，分别从床两侧，将手臂托起卧床患者膝关节和腋下，合力将患者抱起至轮椅上。
2.手推式电动移位机吊运移位：
手推式电动移位机由吊袋，电缸控制的升降吊臂，线控器，推手以及从动底盘构成。使用时，先使手推式电动移位机靠近病床，将床上的卧床病人装进吊袋，再将吊袋挂绳挂在升降吊臂前端的吊钩上。护理人员通过控制线控器使吊臂上升，吊起卧床病人。护理人员再走到吊臂背后，将手推式电动移位机推行到轮椅处，调整患者体位后通过线控器控制升降吊臂下降，使卧床患者降落到轮椅上。
上述方式的弊端如下：
1.传统的由专业陪护人员手工移位对陪护人员的体力要求比较高，稍有不慎可能会使陪护人员扭伤腰部，对陪护人员和卧床患者造成伤害，移位的安全性差，效率也非常低。
2.使用手推式电动移位机吊运移位虽然减轻了护理人员的体力压力，但是吊运时，患者在被吊起情况下缺乏安全感，对这种移位方式带有抵触情绪。陪护人员在移位时必须站在移位机手推后，不能及时对被吊起的卧床病人进行保护，容易对卧床病人造成伤害。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种带有自动跟随功能的移位机装置及其控制方法，其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案：
一种带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：该装置包括吊钩1、惯性传感器模块2、吊臂3、立臂4和麦克纳姆轮底盘7；
立臂4设置在麦克纳姆轮底盘7上，吊臂3的后端与立臂4活动连接，吊臂3与立臂4形成活动臂结构，惯性传感器模块2设置在吊臂3前端活动端，吊钩1设置在惯性传感器模块2下方；
麦克纳姆轮底盘7的底部设置有麦克纳姆轮，麦克纳姆轮与底盘驱动器连接，底盘驱动器连接底盘控制器，底盘控制器连接惯性传感器模块2。
在吊臂3与立臂4之间设置有电缸5；通过电缸5的伸缩实现吊臂3的摆动。
电缸5连接控制器伸缩动作的控制盒6，控制盒设置在立臂上。
吊臂3和立臂4之间设置有防止起吊时跌落的防护装置，该防护装置包括底管3-1和伸缩臂3-2；
伸缩臂3-2的下端从底管3-1前端伸进底管3-1内且能沿着底管 3-1的轴向做伸缩动作，伸缩臂3-2的上端通过转轴与吊臂3活动连接，底管3-1的后端通过转轴与立臂4活动连接；
在底管3-1的侧壁开有两条条形滑孔3-8，两条条形滑孔以底管 3-1的轴线为轴对称设置，条形滑孔内设置有齿轮3-3，(齿轮3-3的设置方式，是直接将齿轮3-3设置在一个转轴上，该转轴的轴向长度略小于条形滑孔的宽度，然后用尖嘴钳夹住带有齿轮的转轴并伸进条形滑孔内并将转轴与条形滑孔之间焊接，完成齿轮3-3的装配，装配属于现有技术。)齿轮3-3上连接有伸进底管3-1内的齿3-4，齿条 3-5伸进条形滑孔3-8内且齿条3-5的齿与齿轮3-3啮合，齿条3-5 为能沿着条形滑孔的长度方向(底管3-1的轴向方向底管3-1的前端方向)移动的结构，使用时，通过齿条3-5的移动控制齿轮3-3转动，进而控制两侧的齿轮3-3上的齿3-4的摆动，两侧的齿轮3-3上的齿 3-4相交在一起时，两个齿3-4的尖朝向底管3-1前端(如图4实线所示)，当齿条3-5向上(向上就是向着)移动时，齿3-4向底管3-1 的后端摆动，当齿条3-5向下移动时，齿3-4向底管3-1的前端摆动；
齿条3-5的前后两方向各设置一个固定块3-6，固定块3-6固定焊接在底管3-1的侧外壁，前方的固定块3-6与齿条3-5的前端之间连接有复位弹簧3-7；
伸缩臂3-2的下端设置有卡固球3-2-1；
使用时，伸缩臂3-2向外伸出底管3-1，卡固球3-2-1穿过两个齿3-4，并迫使两个齿3-4之间的开口张开(如图4虚线所示)，(两个齿3-4带动齿轮3-3转动，并啮合齿条3-5下移)此时，齿轮3-3 转动并啮合齿条3-5下移，复位弹簧3-7拉伸，当卡固球3-2-1穿过两个齿3-4后，复位弹簧复位收缩，拉动齿条3-5上移，使得齿条 3-5啮合齿轮3-3反向转动，进而使得两个齿3-4之间的开口合拢，此时，齿条3-5上移至极限。这样一来，即使电缸5故障，吊臂3迅速下移，伸缩臂3-2会随之迅速伸进底管3-1内，而卡固球3-2-1会顶在合拢的两个齿3-4上，而由于齿条3-5上移至极限，即已经与前方的固定块3-6之间顶紧，所以伸缩臂3-2会停止下落，实现卡固，防止病人直接掉落至地下而造成二次伤害。(齿条3-5在条形滑孔内限位移动的原理，如图5所示，齿条3-5的两侧各设置一个搭在底管 3-1外壁的凸起块3-5-1，对应凸起块的位置焊接有“7”字形卡槽 3-5-2，“7”字形卡槽3-5-2将凸起块3-5-1限位，“7”字形卡槽3-5-2 的长度方向沿着齿条3-5移动方向设置，这样齿条3-5就会沿着“7”字形卡槽3-5-2移动，为了增加移动的顺滑，可以在凸起块3-5-1与底管3-1之间以及凸起块3-5-1与“7”字形卡槽3-5-2之间涂覆润滑油。
齿条3-5与后方的固定块之间通过临时锁具临时锁紧，临时锁具包括U字形锁杆3-9、设置在齿条3-5上的孔和设置在后方的固定块上的孔，使用时，(如图5所示)通过U字形锁杆3-9插入齿条3-5 和后方的固定块上的孔内，实现齿条3-5与后方的固定块之间的临时锁定。
其作用是主要是，在需要下放病人时，防止并拢的两个齿3-4阻碍伸缩臂3-2的下移，将齿条3-5向下推，使得并拢的两个齿3-4张开，给伸缩臂3-2的下移让出通道，将齿条3-5向下推至极限时，利用U字形锁杆3-9临时锁紧，使得通道保持畅通，下降结束需要上移时，松开U字形锁杆3-9，开始在上移时的保护动作。另外，需要说明的是，在底管3-1前端供伸缩臂3-2穿过的位置设置有一个上盖，上盖上设置一个刚好可以容纳伸缩臂3-2穿过并移动的孔，该孔具有一定的轴向长度，这样就可以保证伸缩臂3-2的伸缩动作始终沿着底管3-1的轴向而不偏离。这都属于现有技术，不做赘述。
两条条形滑孔3-8及与其对应的齿条、齿轮、齿、固定块、复位弹簧构成一组限位组，沿着底管3-1的长度方向设置多组限位组。
利用上述的带有自动跟随功能的移位机装置所实施的控制方法，其特征在于：该方法由惯性传感器模块2和麦克纳姆轮底盘7组成控制回路，通过惯性传感器模块2的线加速度计和角速率陀螺的线加速度数据和角加速度数据控制麦克纳姆轮底盘7的运动方向；
若惯性传感器模块2中的线加速度计的线加速度计发生变化，则麦克纳姆轮底盘向加速度计数值变化方向行进直至线加速度计数值进入减速区间，麦克纳姆轮底盘减速至0；
若惯性传感器模块2的角速率陀螺的角加速度发生变化，则麦克纳姆轮底盘根据角加速度变化方向做旋转运动直至角加速度传感器数值进入减速区间，麦克纳姆轮底盘减速至0。
优点效果：
本发明提出了一种带有自动跟随功能的移位机装置及其控制方法，其具体特点如下：
1.应用惯性传感器使移位机控制系统唤醒和休眠。通过用惯性传感器的数值变化控制移位机供电系统的唤醒和休眠。惯性传感器检测到动作，移位机供电系统被唤醒，移位机的麦克纳姆轮底盘开始跟随惯性传感器的数值变化移动；惯性传感器一段时间内保持静止，移位机麦克纳姆轮系统停止供电，降低移位机的待机功耗，实现自动启动和停止。
2.移位机通过麦克纳姆轮底盘系统实现全向移动。移位机的底盘可通过麦克纳姆轮及其驱动器、控制器组成的底盘系统实现全方向、自由转体的移动。
3.通过安装在移位机上的惯性传感器控制移位机底盘系统实现自动移动。移位机的底盘系统具有移动的功能。通过移动安装在移位机上的惯性传感器，产生传感器在直线方向移动或转向移动的数据，经控制器使移位机底盘系统向指定的方向移动。
4、通过防护装置防止起吊时，病人因为电缸的故障而跌落，进一步保证移位的安全性。
综上，其解决了卧床病人在被吊运移位时，因脱离护理人员的肢体照护而产生的心理恐惧问题，减轻了护理人员的负担，增强了移位机的安全性。
附图说明
图1为整体结构示意图；
图2为硬件框图；
图3为控制方法的工作流程图；
图4为防护装置结构示意图；
图5为齿条移动限位原理图。
具体实施方式
一种带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：该装置包括吊钩1、惯性传感器模块2、吊臂3、立臂4和麦克纳姆轮底盘7；
立臂4设置在麦克纳姆轮底盘7上，吊臂3的后端与立臂4活动连接，吊臂3与立臂4形成活动臂结构，惯性传感器模块2设置在吊臂3前端活动端，吊钩1设置在惯性传感器模块2下方；
麦克纳姆轮底盘7的底部设置有麦克纳姆轮，麦克纳姆轮与底盘驱动器连接，底盘驱动器连接底盘控制器，底盘控制器连接惯性传感器模块2。
在吊臂3与立臂4之间设置有电缸5；通过电缸5的伸缩实现吊臂3的摆动。
电缸5连接控制器伸缩动作的控制盒6，控制盒设置在立臂上。
吊臂3和立臂4之间设置有防止起吊时跌落的防护装置，该防护装置包括底管3-1和伸缩臂3-2；
伸缩臂3-2的下端从底管3-1前端伸进底管3-1内且能沿着底管 3-1的轴向做伸缩动作，伸缩臂3-2的上端通过转轴与吊臂3活动连接，底管3-1的后端通过转轴与立臂4活动连接；
在底管3-1的侧壁开有两条条形滑孔3-8，两条条形滑孔以底管 3-1的轴线为轴对称设置，条形滑孔内设置有齿轮3-3，(齿轮3-3的设置方式，是直接将齿轮3-3设置在一个转轴上，该转轴的轴向长度略小于条形滑孔的宽度，然后用尖嘴钳夹住带有齿轮的转轴并伸进条形滑孔内并将转轴与条形滑孔之间焊接，完成齿轮3-3的装配，装配属于现有技术。)齿轮3-3上连接有伸进底管3-1内的齿3-4，齿条 3-5伸进条形滑孔3-8内且齿条3-5的齿与齿轮3-3啮合，齿条3-5 为能沿着条形滑孔的长度方向(底管3-1的轴向方向底管3-1的前端方向)移动的结构，使用时，通过齿条3-5的移动控制齿轮3-3转动，进而控制两侧的齿轮3-3上的齿3-4的摆动，两侧的齿轮3-3上的齿 3-4相交在一起时，两个齿3-4的尖朝向底管3-1前端(如图4实线所示)，当齿条3-5向上(向上就是向着)移动时，齿3-4向底管3-1 的后端摆动，当齿条3-5向下移动时，齿3-4向底管3-1的前端摆动；
齿条3-5的前后两方向各设置一个固定块3-6，固定块3-6固定焊接在底管3-1的侧外壁，前方的固定块3-6与齿条3-5的前端之间连接有复位弹簧3-7；
伸缩臂3-2的下端设置有卡固球3-2-1；
使用时，伸缩臂3-2向外伸出底管3-1，卡固球3-2-1穿过两个齿3-4，并迫使两个齿3-4之间的开口张开(如图4虚线所示)，(两个齿3-4带动齿轮3-3转动，并啮合齿条3-5下移)此时，齿轮3-3 转动并啮合齿条3-5下移，复位弹簧3-7拉伸，当卡固球3-2-1穿过两个齿3-4后，复位弹簧复位收缩，拉动齿条3-5上移，使得齿条 3-5啮合齿轮3-3反向转动，进而使得两个齿3-4之间的开口合拢，此时，齿条3-5上移至极限。这样一来，即使电缸5故障，吊臂3迅速下移，伸缩臂3-2会随之迅速伸进底管3-1内，而卡固球3-2-1会顶在合拢的两个齿3-4上，而由于齿条3-5上移至极限，即已经与前方的固定块3-6之间顶紧，所以伸缩臂3-2会停止下落，实现卡固，防止病人直接掉落至地下而造成二次伤害。(齿条3-5在条形滑孔内限位移动的原理，如图5所示，齿条3-5的两侧各设置一个搭在底管 3-1外壁的凸起块3-5-1，对应凸起块的位置焊接有“7”字形卡槽 3-5-2，“7”字形卡槽3-5-2将凸起块3-5-1限位，“7”字形卡槽3-5-2 的长度方向沿着齿条3-5移动方向设置，这样齿条3-5就会沿着“7”字形卡槽3-5-2移动，为了增加移动的顺滑，可以在凸起块3-5-1与底管3-1之间以及凸起块3-5-1与“7”字形卡槽3-5-2之间涂覆润滑油。
齿条3-5与后方的固定块之间通过临时锁具临时锁紧，临时锁具包括U字形锁杆3-9、设置在齿条3-5上的孔和设置在后方的固定块上的孔，使用时，(如图5所示)通过U字形锁杆3-9插入齿条3-5 和后方的固定块上的孔内，实现齿条3-5与后方的固定块之间的临时锁定。
其作用是主要是，在需要下放病人时，防止并拢的两个齿3-4阻碍伸缩臂3-2的下移，将齿条3-5向下推，使得并拢的两个齿3-4张开，给伸缩臂3-2的下移让出通道，将齿条3-5向下推至极限时，利用U字形锁杆3-9临时锁紧，使得通道保持畅通，下降结束需要上移时，松开U字形锁杆3-9，开始在上移时的保护动作。另外，需要说明的是，在底管3-1前端供伸缩臂3-2穿过的位置设置有一个上盖，上盖上设置一个刚好可以容纳伸缩臂3-2穿过并移动的孔，该孔具有一定的轴向长度，这样就可以保证伸缩臂3-2的伸缩动作始终沿着底管3-1的轴向而不偏离。这都属于现有技术，不做赘述。
两条条形滑孔3-8及与其对应的齿条、齿轮、齿、固定块、复位弹簧构成一组限位组，沿着底管3-1的长度方向设置多组限位组。
利用上述的带有自动跟随功能的移位机装置所实施的控制方法，其特征在于：该方法由惯性传感器模块2和麦克纳姆轮底盘7组成控制回路，通过惯性传感器模块2的线加速度计和角速率陀螺的线加速度数据和角加速度数据控制麦克纳姆轮底盘7的运动方向；
若惯性传感器模块2中的线加速度计的线加速度计发生变化，则麦克纳姆轮底盘向加速度计数值变化方向行进直至线加速度计数值进入减速区间，麦克纳姆轮底盘减速至0；
若惯性传感器模块2的角速率陀螺的角加速度发生变化，则麦克纳姆轮底盘根据角加速度变化方向做旋转运动直至角加速度传感器数值进入减速区间，麦克纳姆轮底盘减速至0。
术语解释：
惯性传感器：用于检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度运动的传感器。一般包括线加速度传感器、角加速度传感器、地磁偏角传感器及他们的单、双、三轴组合。
麦克纳姆轮：一种全方位轮。这种全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。基于麦克纳姆轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。
综上，1.与由专业护理人员提供的人工位移相比，我们设计的带有自动跟随功能的移位机装置为专业护理人员节省了体力，在自动跟随功能下，可方便地将病人移动到需要的地点，避免了专业护理人员可能因用力失当导致的受伤。提高了移位的效率和安全性。
2.与手推式电动移位机吊运移位相比，我们设计的带有自动跟随功能的移位机装置不仅同样可以减轻护理人员的体力压力，还能再搬运过程中，不使护理人员和卧床病人分离，可以消除病人被吊起移动时的恐惧感。在移动过程中，防护装置和陪护人员始终可以对卧床病人提供保护，增加了移位的安全性和便利性。
Claims (5)
1.一种带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：该装置包括吊钩（1）、惯性传感器模块（2）、吊臂（3）、立臂（4）和麦克纳姆轮底盘（7）；
立臂（4）设置在麦克纳姆轮底盘（7）上，吊臂（3）的后端与立臂（4）活动连接，吊臂（3）与立臂（4）形成活动臂结构，惯性传感器模块（2）设置在吊臂（3）前端活动端，吊钩（1）设置在惯性传感器模块（2）下方；
麦克纳姆轮底盘（7）的底部设置有麦克纳姆轮，麦克纳姆轮与底盘驱动器连接，底盘驱动器连接底盘控制器，底盘控制器连接惯性传感器模块（2）；
吊臂（3）和立臂（4）之间设置有防止起吊时跌落的防护装置，该防护装置包括底管（3-1）和伸缩臂（3-2）；
伸缩臂（3-2）的下端从底管（3-1）前端伸进底管（3-1）内且能沿着底管（3-1）的轴向做伸缩动作，伸缩臂（3-2）的上端通过转轴与吊臂（3）活动连接，底管（3-1）的后端通过转轴与立臂（4）活动连接；
在底管（3-1）的侧壁开有两条条形滑孔（3-8），两条条形滑孔以底管（3-1）的轴线为轴对称设置，条形滑孔内设置有齿轮（3-3），齿轮（3-3）上连接有伸进底管（3-1）内的齿（3-4），齿条（3-5）伸进条形滑孔（3-8）内且齿条（3-5）的齿与齿轮（3-3）啮合，齿条（3-5）为能沿着条形滑孔的长度方向移动的结构，使用时，通过齿条（3-5）的移动控制齿轮（3-3）转动，进而控制两侧的齿轮（3-3）上的齿（3-4）的摆动，两侧的齿轮（3-3）上的齿（3-4）相交在一起时，两个齿（3-4）的尖朝向底管（3-1）前端，当齿条（3-5）向上移动时，齿（3-4）向底管（3-1）的后端摆动，当齿条（3-5）向下移动时，齿（3-4）向底管（3-1）的前端摆动；
齿条（3-5）的前后两方向各设置一个固定块（3-6），固定块（3-6）固定焊接在底管（3-1）的侧外壁，前方的固定块（3-6）与齿条（3-5）的前端之间连接有复位弹簧（3-7）；
伸缩臂（3-2）的下端设置有卡固球（3-2-1）；
使用时，伸缩臂（3-2）向外伸出底管（3-1），卡固球（3-2-1）穿过两个齿（3-4），并迫使两个齿（3-4）之间的开口张开，此时，齿轮（3-3）转动并啮合齿条（3-5）下移，复位弹簧（3-7）拉伸，当卡固球（3-2-1）穿过两个齿（3-4）后，复位弹簧复位收缩，拉动齿条（3-5）上移，使得齿条（3-5）啮合齿轮（3-3）反向转动，进而使得两个齿（3-4）之间的开口合拢，此时，齿条（3-5）上移至极限；
由惯性传感器模块（2）和麦克纳姆轮底盘（7）组成控制回路，通过惯性传感器模块（2）的线加速度计和角速率陀螺的线加速度数据和角加速度数据控制麦克纳姆轮底盘（7）的运动方向；
当惯性传感器检测到动作时，移位机供电系统被唤醒；当惯性传感器一段时间内保持静止，移位机供电系统停止供电。
2.根据权利要求1所述的带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：在吊臂（3）与立臂（4）之间设置有电缸（5）；通过电缸（5）的伸缩实现吊臂（3）的摆动。
3.根据权利要求2所述的带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：电缸（5）连接控制器伸缩动作的控制盒（6）。
4.根据权利要求1所述的带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：齿条（3-5）与后方的固定块之间通过临时锁具临时锁紧，临时锁具包括U字形锁杆（3-9）、设置在齿条（3-5）上的孔和设置在后方的固定块上的孔，使用时，通过U字形锁杆（3-9）插入齿条（3-5）和后方的固定块上的孔内，实现齿条（3-5）与后方的固定块之间的临时锁定。
5.根据权利要求1所述的带有自动跟随功能的移位机装置，其特征在于：两条条形滑孔（3-8）及与其对应的齿条、齿轮、齿、固定块、复位弹簧构成一组限位组，沿着底管（3-1）的长度方向设置多组限位组。
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