CN111329696B - 一种转运护理机器人的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于康复医疗技术领域，具体涉及一种转运护理机器人的控制系统，包括：单片机；CAN总线通信电路，CAN总线通信电路上电连接有多个电机驱动器；锂电池电压检测电路，单片机根据锂电池电压检测电路得到的电压值计算出锂电池剩余电量百分比值；RS232串口电路，单片机通过RS232串口电路将剩余电量百分比值发送给LCD电量显示模块；无线模块接口以及EEPROM数据存储电路。本发明CAN总线通信电路与单片机之间的信号传递进需要两条信号线，节省了布线成本，通过CAN总线通信电路可直接对八个电机单独控制，也可精确实现电机之间的同步控制，本控制系统通用性强，可以满足多种型号的转运护理机器人的控制要求。

Description

一种转运护理机器人的控制系统
技术领域
本发明属于康复医疗技术领域，具体涉及一种转运护理机器人的控制系统。
背景技术
申请号为2016112183981的中国发明专利公开了一种双向转运护理机器人，采用模块化设计，具有四个转运模块，每个转运模块包括上层的人体转运单元和下层的机器移动单元，人体转运单元由第一电机驱动，机器移动单元由第二电机驱动，一共具有八个电机。双向转运护理机器人通过下层的机器移动单元的左右移动，实现将转运护理机器人转移到担架或病床上，在下层的机器移动单元左右移动的同时，上层的人体转运单元通过上层传动带逐渐将病人转运到转运护理机器人上。
由于四个模块为并列设置，上层转运单元的四个电机既需要单独运动也需要同步运动，下层机器移动单元的四个电机既需要单独运动也需要同步运动，采用传统的单片机单独分别控制八个电机，很难实现同步运动，且接线复杂；如果多个电机不能真正的同步运动还可能对患者造成二次伤害。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的难以实现多个电机同步运动的缺陷，提供一种的控制简单、能够单独驱动八个电机运动也能够根据需要使不同电机同步运动的转运护理机器人的控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：包括：
单片机；
CAN总线通信电路，所述CAN总线通信电路与所述单片机电连接，所述CAN总线通信电路上电连接有多个电机驱动器，所述单片机通过CAN总线通信电路分别发送指令给对应的电机驱动器；
锂电池电压检测电路，所述锂电池电压检测电路与所述单片机电连接，所述单片机根据所述锂电池电压检测电路得到的电压值计算出锂电池剩余电量百分比值；
RS232串口电路，所述RS232串口电路连接所述单片机和LCD电量显示模块，所述单片机通过RS232串口电路将剩余电量百分比值发送给LCD电量显示模块；
无线模块接口，所述无线模块接口与所述单片机电连接，所述无线模块接口接收遥控器发送的信息指令并发送给单片机；
EEPROM数据存储电路，用来存储转运护理机器人的出厂编号信息，并与遥控器发送的信息指令相对比判断，实现遥控器与转运护理机器人的一对一控制，所述EEPROM数据存储电路与所述单片机电连接。
进一步地，还包括与所述单片机电连接的JLINK工具程序下载接口，用于下载控制程序。
进一步地，所述单片机采用STM32F103RB单片机。
进一步地，所述CAN总线通信电路包括TJA1050T芯片。
进一步地，所述锂电池电压检测电路包括DS2780芯片。
进一步地，所述转运护理机器人采用24V的锂电池供电；锂电池满电量的电压为25.2V，空电量的电压为19.8V；所述单片机根据电池电压与电量的关系得出剩余电量百分比值。
进一步地，所述转运护理机器人采用6串锂电池供电，每串锂电池满电量的电压为4.2V，空电量的电压为3.3V。
进一步地，所述EEPROM数据存储电路包括与所述单片机电连接的AT24C04芯片。
进一步地，所述CAN总线通信电路上电连接有八个电机驱动器。
更进一步地，所述CAN总线通信电路发送给电机驱动器的控制速度指令为2个字节的带符号的整型值，整型值为0时代表示命令电机停止；整型值大于0时表示命令电机正转，且数值越大，正转速度越大；整型值小于0时表示命令电机反转，且数值越小，反转速度越快。
本发明的一种转运护理机器人的控制系统的有益效果是：
1、CAN总线通信电路与单片机之间的信号传递进需要两条信号线，节省了布线成本，且CAN总线系统数据稳定可靠，线间干扰小、抗干扰能力强。通过CAN总线通信电路可直接连接8个电机驱动器，即可对八个电机单独控制，也可精确实现电机之间的同步控制，本控制系统通用性强，可以满足多种型号的转运护理机器人的控制要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例控制系统结构图；
图2是单片机及最小系统电路图；
图3是CAN总线通信电路图；
图4是锂电池电压检测电路图；
图5是RS232串口电路图；
图6是EEPROM数据存储电路图；
图7是是无线模块接口接口图；
图8是JLINK工具程序下载接口图。
图中:1、单片机，2、CAN总线通信电路，3、锂电池电压检测电路，4、RS232串口电路，5、无线模块接口，6、EEPROM数据存储电路，7、JLINK工具程序下载接口，8、LCD电量显示模块，9、电机驱动器，10、遥控器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图8所示的本发明的一种转运护理机器人的控制系统的具体实施例，一种转运护理机器人的控制系统，包括：单片机1及其最小系统电路，单片机1电连接有CAN总线通信电路2、锂电池电压检测电路3、RS232串口电路4、无线模块接口5、EEPROM数据存储电路6以及JLINK工具程序下载接口7。
参见图2，核心控制元件的单片机1采用STM32F103RB单片机，单片机1的引出引脚包括：PB10(TXD3)、PB11(RXD3)、PA8(DQ)、PA9(TXD1)、PA10(RXD1)、PA11(CAN_RX)、PA12(CAN_TX)、PA13(JTMS)、PA14(JTCK)、PB5(I2C1_WP)、PB6(I2C1_SCL)、PB7(I2C1_SDA)。
如图3所示的CAN总线通信电路2，CAN总线通信电路2包括TJA1050T芯片，TJA1050T芯片连接单片机1的PA11(CAN_RX)和PA12(CAN_TX)引脚。CAN总线通信电路2上电连接有多个电机驱动器9，单片机1通过CAN总线通信电路2分别发送指令给对应的电机驱动器9；本实施例中具有八个直流有刷电机，电机驱动器9根据接收到的指令编号的不同而进行独立工作。CAN总线通信电路2发送给电机驱动器9的控制速度指令为2个字节的带符号的整型值，整型值为0时代表示命令电机停止；整型值大于0时表示命令电机正转，且数值越大，正转速度越大；整型值小于0时表示命令电机反转，且数值越小，反转速度越快。
如图4所示的锂电池电压检测电路3包括DS2780芯片，DS2780芯片与单片机1的PA8(DQ)引脚相连，单片机1通过1-wire总线读取锂电池电压检测电路3的锂电池当前电压值，其软件设计方案是：转运护理机器人采用6串24V的锂电池供电，1串锂电池满电量的电压为4.2V,空电量的电压为3.3V，因此6串锂电池满电量的电压为25.2V，空电量的电压为19.8V。单片机1根据锂电池电压与电量的关系曲线，制成剩余电量百分比值的表。单片机1根据检测到锂电池电压值，就可直接调用表里剩余电量百分比值。
如图5所示的RS232串口电路4，RS232串口电路4连接单片机1和LCD电量显示模块8，单片机1通过RS232串口电路4将剩余电量百分比值发送给LCD电量显示模块8；RS232串口电路4有MAX232芯片构成，MAX232芯片与单片机1的PB10(TXD3)和PB11(RXD3)两个引脚相连。
如图7所示的无线模块接口5，无线模块接口5接收遥控器发送的信息指令并发送给单片机1；无线模块接口5与单片机1的PA9(TXD1)和PA10(RXD1)引脚相连，单片机1通过无线模块接口5接收转运护理机器人的遥控器10发送的功能动作指令。其软件设计方案是：单片机1接收到功能动作指令先验证该指令是否有效，若无效则舍弃。接收的功能动作指令有装载、卸载、停止、前进、后退、床姿顺调整、床姿逆调整、体姿顺调整和体姿逆调整。单片机1接收到功能动作指令后，发送命令给CAN总线通信电路2。
如图6所示的EEPROM数据存储电路6，用来存储转运护理机器人的出厂编号信息，并与遥控器10发送的信息指令相对比判断，实现遥控器10与转运护理机器人的一对一控制，EEPROM数据存储电路6包括AT24C04芯片，AT24C04芯片与单片机1PB5(I2C1_WP)、PB6(I2C1_SCL)和PB7(I2C1_SDA)引脚连接。单片机1用I2C总线控制AT24C04芯片进行数据读写。
如图8所示的JLINK工具程序下载接口7，用于下载控制程序，JLINK工具程序下载接口7与单片机1的PA13(JTMS)和PA14(JTCK)两个引脚相连。
本发明实施例的具体工作过程为：
遥控器通过无线模块接口5发送功能动作指令给单片机1，单片机1根据EEPROM数据存储电路6提供的出厂编号信息与遥控器10发送的指令相对比判断，判定接收到的指令是否有效，若无效则舍弃，若有效则通过CAN总线通信电路2发送给对应的电机驱动器9，8个直流有刷电机通过正转、反转和停止状态的不同，实现转运护理机器人的装载、卸载、停止、前进、后退、床姿调整和体姿调整等功能动作。其软件设计方案是：上层转运单元的运行速度有上层的四个直流有刷电机控制，下层机器移动单元的运行速度有下层的四个直流有刷电机控制，通过试验调整8个直流有刷电机的控制速度，使上层转运单元和下层机器移动单元的运行速度达到同步。
本实施例的CAN总线通信电路2与单片机1之间的信号传递进需要两条信号线，节省了布线成本，且CAN总线系统数据稳定可靠，线间干扰小、抗干扰能力强。通过CAN总线通信电路2可直接连接8个电机驱动器9，即可对八个电机单独控制，也可精确实现电机之间的同步控制，本控制系统通用性强，可以满足多种型号的转运护理机器人的控制要求。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：包括：
单片机(1)；
CAN总线通信电路(2)，所述CAN总线通信电路(2)与所述单片机(1)电连接，所述CAN总线通信电路(2)上电连接有多个电机驱动器(9)，所述单片机(1)通过CAN总线通信电路(2)分别发送指令给对应的电机驱动器(9)；所述CAN总线通信电路(2)上电连接有八个电机驱动器(9)；锂电池电压检测电路(3)，所述锂电池电压检测电路(3)与所述单片机(1)电连接，所述单片机(1)根据所述锂电池电压检测电路(3)得到的电压值计算出锂电池剩余电量百分比值；
RS232串口电路(4)，所述RS232串口电路(4)连接所述单片机(1)和LCD电量显示模块(8)，所述单片机(1)通过RS232串口电路(4)将剩余电量百分比值发送给LCD电量显示模块(8)；
无线模块接口(5)，所述无线模块接口(5)与所述单片机(1)电连接，所述无线模块接口(5)接收遥控器发送的信息指令并发送给单片机(1)；
EEPROM数据存储电路(6)，用来存储转运护理机器人的出厂编号信息，并与遥控器(10)发送的信息指令相对比判断，实现遥控器(10)与转运护理机器人的一对一控制，所述EEPROM数据存储电路(6)与所述单片机(1)电连接；
所述单片机(1)通过无线模块接口(5)接收转运护理机器人的遥控器(10)发送的功能动作指令，功能动作指令有装载、卸载、停止、前进、后退、床姿顺调整、床姿逆调整、体姿顺调整和体姿逆调整；单片机(1)接收到功能动作指令先验证该指令是否有效，若无效则舍弃；单片机(1)接收到功能动作指令后，发送命令给CAN总线通信电路(2)；
上层转运单元的运行速度有上层的四个直流有刷电机控制，下层机器移动单元的运行速度有下层的四个直流有刷电机控制，通过调整8个直流有刷电机的控制速度，使上层转运单元和下层机器移动单元的运行速度达到同步；所述CAN总线通信电路(2)发送给电机驱动器(9)的控制速度指令为2个字节的带符号的整型值，整型值为0时代表示命令电机停止；整型值大于0时表示命令电机正转，且数值越大，正转速度越大；整型值小于0时表示命令电机反转，且数值越小，反转速度越快。
2.根据权利要求1所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：还包括与所述单片机(1)电连接的JLINK工具程序下载接口(7)，用于下载控制程序。
3.根据权利要求1所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：所述单片机(1)采用STM32F103RB单片机。
4.根据权利要求1所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：所述CAN总线通信电路(2)包括TJA1050T芯片。
5.根据权利要求1所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：所述锂电池电压检测电路(3)包括DS2780芯片。
6.根据权利要求1所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：所述转运护理机器人采用24V的锂电池供电；锂电池满电量的电压为25.2V，空电量的电压为19.8V；所述单片机(1)根据电池电压与电量的关系得出剩余电量百分比值。
7.根据权利要求6所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：所述转运护理机器人采用6串锂电池供电，每串锂电池满电量的电压为4.2V，空电量的电压为3.3V。
8.根据权利要求1所述的一种转运护理机器人的控制系统，其特征在于：所述EEPROM数据存储电路(6)包括与所述单片机(1)电连接的AT24C04芯片。
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