CN112455246A - 一种移动ct全向移动平台 - Google Patents

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CN112455246A CN202011425963.8A CN202011425963A CN112455246A CN 112455246 A CN112455246 A CN 112455246A CN 202011425963 A CN202011425963 A CN 202011425963A CN 112455246 A CN112455246 A CN 112455246A
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Abstract

本发明为一种移动CT全向移动平台。该平台包括电源、避障装置、控制装置、驱动装置；其中电源分别与避障装置、控制装置和驱动装置相连；避障装置与控制装置相连；控制装置与驱动装置相连；其中，所述电源包括充电器、电池、开关电源；所述避障装置包括8套超声波探头模块和微控制器；所述控制装置包括功能单元、触摸屏、可编程逻辑控制器；所述驱动装置包括直流接触器、四台驱动器、四台直流无刷电机和四个麦克纳姆轮。本发明实现了移动CT的电池驱动、全向移动和自动避障，从而达到节省人力、移动方便、使用安全可靠的目的。

Description

一种移动CT全向移动平台
技术领域
本发明涉及全向移动车辆底盘技术领域，尤其涉及一种移动CT全向移动平台。
背景技术
CT在疾病诊断中发挥了重要作用。传统CT见于各大医院的影像科，机器占地面积大，调试复杂，需要完整的机房进行运转。由于科学技术的进步，出现了一种移动CT。
目前市面上的移动CT的底盘主要采用万向轮结构，需要医护人员人为推动数百公斤的CT进行移动，操作十分不便；在行进过程中，由于CT体积较大，阻挡医护人员视线，存在安全隐患。因此，急需一种用于移动CT的全向移动平台。由于医院内场所较为狭窄，且必要时需进行原地旋转，对移动平台的灵活性要求较高；医院内较大的人流量和复杂的环境，需要移动平台具有自动避障功能。
发明内容
本发明的目的为针对当前移动CT存在的移动困难问题，提供一种移动CT全向移动平台，可在平台上方直接安装CT并进行移动。本发明包括动力装置、避障装置、控制装置和驱动装置，采用电池作为动力，通过四个独立驱动的麦克纳姆轮实现全向移动，采用超声波测距，通过触摸屏和可编程逻辑控制器进行控制。本发明实现了移动CT的电池驱动、全向移动和自动避障，从而达到节省人力、移动方便、使用安全可靠的目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种移动CT全向移动平台，包括电源、避障装置、控制装置、驱动装置；其中电源分别与避障装置、控制装置和驱动装置相连；避障装置与控制装置相连；控制装置与驱动装置相连；
其中，所述电源包括充电器、电池、开关电源；所述避障装置包括8套超声波探头模块和微控制器；所述控制装置包括功能单元、触摸屏、可编程逻辑控制器；所述驱动装置包括直流接触器、四台驱动器、四台直流无刷电机和四个麦克纳姆轮；
所述电源中，所述充电器与电池相连，所述电池正极分别与开关电源的输入正极、直流接触器输入端正极相连，电池负极分别与所述开关电源的输入负极、所述四台驱动器电源负极相连，直流接触器的输出端分别与四台驱动器电源正极相连；开关电源的输出正极分别与所述微控制器、所述触摸屏、所述可编程逻辑控制器的电源的正极相连，开关电源的输出负极分别与所述微控制器、触摸屏、所述可编程逻辑控制器的电源的负极相连；
所述避障装置中：所述微控制器包括24V/5V模块电源、基础型隔离式RS-485/RS-422收发器、单片机；24V/5V模块电源的输入与所述开关电源的输出相连，24V/5V模块电源的输出分别与单片机、超声波探头模块电源相连；所述基础型隔离式RS-485/RS-422收发器的输入与所述可编程逻辑控制器的串口接口相连，输出与所述单片机的串口接口相连；所述单片机的IO口与所述超声波探头模块的Echo和Trig相连；
所述控制装置中，所述功能单元包括急停按键、运行按键、报警灯、蜂鸣器；所述急停按键、运行按键、报警灯、蜂鸣器分别与所述可编程逻辑控制器相连；所述触摸屏的通信口与所述可编程逻辑控制器串口接口相连；所述可编程逻辑控制器的端口分别与直流接触器的控制接口、四台驱动器的控制口相连。
所述驱动装置中，分为四组，每组各有一个驱动器、直流无刷电机、麦克纳姆轮，四个麦克纳姆轮采用O-长方形安装方式；所述四台驱动器型号相同；所述四台直流无刷电机型号相同。
本发明的有益效果为：
本发明整个装置可实现移动CT电动移动，无需医护人员人为推动，提升移动CT使用时的便利性；采用麦克纳姆轮，实现移动CT全向移动，使移动CT能够在医院复杂的环境中灵活移动；同时采用了超声波测距，实现移动CT自动避障，增加移动CT在移动时的安全性；采用触摸屏和可编程逻辑控制器进行控制，保证运行稳定，人机交互友好。
附图说明
图1为本发明移动CT全向移动平台的整体结构框图；
图中，1-电源，2-避障装置，3-控制装置，4-驱动装置；
图2为本发明移动CT全向移动平台的具体器件组成结构图；
图中，1-电源，2-避障装置，3-控制装置，4-驱动装置，5-充电器，6-电池，7-开关电源，8-超声波探头，9-微控制器，10-功能单元，11-触摸屏，12-可编程逻辑控制器，13-直流接触器，14-第一驱动器，15-第二驱动器，16-第三驱动器，17-第四驱动器，18-第一直流无刷电机，19-第二直流无刷电机，20-第三直流无刷电机，21-第四直流无刷电机；22-第一麦克纳姆轮，23-第二麦克纳姆轮，24-第三麦克纳姆轮，25-第四麦克纳姆轮；
图3为本发明所述操作流程图。
图4为本发明所述可编程逻辑控制器的运行流程图；
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本申请权利要求的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提供一种移动CT全向移动平台如图1所示，包括电源1、避障装置2、控制装置3、驱动装置4；其中电源1分别与避障装置2、控制装置3和驱动装置4相连；避障装置2与控制装置3相连；控制装置3与驱动装置4相连。
本发明移动CT全向移动平台的整体结构框图如图2所示。
其中，所述电源1包括充电器5、电池6、开关电源7；所述避障装置2包括8套超声波探头模块8和微控制器9；所述控制装置3包括功能单元10、触摸屏11、可编程逻辑控制器12；所述驱动装置4包括直流接触器13、四台驱动器14、15、16、17、四台直流无刷电机18、19、20、21和四个麦克纳姆轮22、23、24、25。
其中，所述电源1特征在于：所述充电器5正极与所述电池6充电端正极相连，负极与所述电池6充电端负极相连；所述电池6正极与开关电源7输入正极、所述直流接触器13输入端正极相连，负极与所述开关电源7输入负极、所述四台驱动器14、15、16、17电源负极相连，直流接触器13输出端分别与所述四台驱动器14、15、16、17电源正极相连；所述开关电源7输出正极与所述微控制器9、所述触摸屏11、所述可编程逻辑控制器12电源正极相连，输出负极与所述微控制器9、所述触摸屏11、所述可编程逻辑控制器12电源负极相连。
所述避障装置2中：所述微控制器9包括24V/5V模块电源(型号B2405XT-W2R2)，基础型隔离式RS-485/RS-422收发器(型号ISO15003kVRMS)，单片机(型号STM8S003F3P6)；所述24V/5V模块电源输入与所述开关电源7的输出相连，输出与所述单片机、所述超声波探头模块8电源相连；所述基础型隔离式RS-485/RS-422收发器的输入与所述可编程逻辑控制器12的串口接口相连，输出与所述单片机的串口接口相连；所述单片机的IO口与所述超声波探头模块8的Echo和Trig相连。
所述控制装置3中：所述功能单元10包括急停按键、运行按键、报警灯、蜂鸣器；所述急停按键、运行按键、报警灯、蜂鸣器分别与所述可编程逻辑控制器12相连；所述触摸屏11的通信口与所述可编程逻辑控制器12串口接口相连；所述可编程逻辑控制器12的端口与所述直流接触器13的控制接口、所述四台驱动器14、15、16、17的控制口相连。
所述驱动装置4特征在于：四台驱动器14、15、16、17型号相同；所述四台直流无刷电机18、19、20、21型号相同；所述四台驱动器14、15、16、17的UVW动力线分别与所述四台直流无刷电机18、19、20、21的电源线相连，控制线分别与所述四台直流无刷电机18、19、20、21的控制线相连；所述四台直流无刷电机18、19、20、21分别与所述四个麦克纳姆轮22、23、24、25相连；所述四个麦克纳姆轮22、23、24、25采用O-长方形安装方式。
所述避障装置2安装在移动CT外壳表面；所述24V/5V模块电源、所述基础型隔离式RS-485/RS-422收发器具有电气隔离的功能；所述超声波探头模块8负责超声波的收发；所述单片机通过处理所述超声波探头模块8的Echo信号和Trig信号，计算出每个探头的测距距离，传输至所述可编程逻辑控制器12进一步处理。
所述触摸屏11包括运行速度设定、运行方向设定、故障显示、报警距离设定、停止距离设定、障碍报警、电池电量显示功能。所述触摸屏11将设定的运行速度、运行方向、报警距离、停止距离直接写入所述可编程逻辑控制器12的寄存器中，并直接读取所述可编程逻辑控制器12中故障信息和电池电量。
所述可编程逻辑控制器12将故障信号进行处理，进行紧急停车操作，并将故障信息传至所述触摸屏11显示。
所述触摸屏11与所述可编程逻辑控制器12间采用RS485通信。
下面就图3对所述移动CT全向移动平台的操作流程做详细说明。
所述的移动CT全向移动平台的操作流程图如图3所示，包括以下3个步骤：
第一步，给移动CT全向移动平台上电，触摸屏11、可编程逻辑控制器12启动；
第二步，点击屏幕上的启动按钮，可编程逻辑控制器12进行电池电压检测，对电池电压进行采样，判断电池电压是否低于42V终止电压：如果存在异常时则在触摸屏11上提示，若无异常则正常启动，上电接触器13闭合，电源开始给四台驱动器14、15、16、17供电；
第三步，在触摸屏11上选择CT移动模式，其中移动模式包括定速运行和点动运行；然后设定移动速度和方向；其中当定速运行时，设定好移动速度和方向，单击运行按键，移动CT全向移动平台以定速运行，再次单击运行按键时移动CT全向移动平台停止；其中当点动运行时，设定好移动速度和方向，按压运行按键，移动CT全向移动平台开始移动，松开运行按键移动CT全向移动平台停止；此时，可编程逻辑控制器12运行；
当开启避障时，首先设定报警距离、停止距离，检测到障碍后，根据距离障碍的远近，自动减速，报警灯闪烁，蜂鸣器报警，并在触摸屏上显示。当遇到紧急情况，按下急停按键，移动CT全向移动平台立即停止并进行报警。
下面就图4对可编程逻辑控制器12的运行流程做详细说明。
所述的运行流程图如图4所示，其中可编程逻辑控制器12依次进行以下六个步骤：
步骤一，电池电压检测，对电池电压进行采样，将采样的数据进行处理计算，得出当前电池电压值，并将电压值传输给触摸屏11显示；
步骤二，超声波避障处理，对从避障模块2获取的测距距离进行处理，当存在障碍时进行报警并自动减速，当到达停车距离时自动停车；
步骤三，故障判定及操作处理，判定是否存在电池电压故障、超声波探头测距故障、速度异常故障、驱动器故障、触摸屏通信故障和急停，如存在故障将会在触摸屏提示，急停时蜂鸣器和报警灯进行报警；
步骤四，速度设定，采用速度输出方程处理不同状态下速度给定，包括正常行驶、故障、前方有障碍等；
所述速度输出方程通过对所述避障装置2计算出的每个探头的测距距离进行处理，计算出输出速度，输出速度方程为：
Figure BDA0002824851960000041
式中vt表示输出速度，vset表示设定速度，x表示当前测距距离，xw表示预设报警距离，xs表示预设停车距离。
步骤五，加减速处理，根据底盘行驶状态的不同，设定不同的加减速度，采用逆运动学模型对速度进行解算，采用速度输出方程计算出电机输出方向和脉冲，将信号传输给四台驱动器14、15、16、17；
所述逆运动学模型将触摸屏设定的速度、方向分解为所述四台直流无刷电机18、19、20、21的运行方向和高速脉冲值，分解出的各轮速度方程为：
Figure BDA0002824851960000051
式中vw1、vw2、vw3、vw4分别表示四个轮的速度，vtx表示车辆整体速度在左右方向分解的运动速度，定义向右为正；vty表示车辆整体速度在前后方向分解的运动速度，定义向前为正；ω表示车辆整体自转的角速度，定义逆时针为正；a、b为比例系数。
步骤六，状态显示设定，对当前车辆状态进行判断，向触摸屏反馈当前状态。
可编程逻辑控制器12中六个步骤循环运行，实现了移动平台的正常行驶。
以上运行过程的编程运行方法为公知技术，可以采用梯形图编写实现。
实施例1
例如，给移动CT全向移动平台上电，此时，电源给触摸屏、可编程逻辑控制器供电，等待30s，触摸屏、可编程逻辑控制器开始运行；点击启动按钮，此时，可编程逻辑控制器进行电池电压检测，等待5s，若无异常则正常启动，上电接触器闭合，电源开始给四台驱动器供电；设置移动模式为点动运行，运行速度为0.3m/s，运行方向为45°，按下运行按键，移动CT向45°方向由0加速至0.3m/s的速度平移，松开运行按键，移动CT停止移动。
当遇到紧急情况，按下急停按键，移动CT全向移动平台立即停止并进行报警。当开启避障时，首先设定报警距离、停止距离，检测到障碍后，根据距离障碍的远近，自动减速，报警灯闪烁，蜂鸣器报警，并在触摸屏上显示。
例如，启动移动平台，点击启动按钮，设定报警距离为60cm，停止距离为30cm，运行速度为0.4m/s，当避障模块检测到前侧障碍物距离为45cm时，速度减为0.2m/s，报警灯闪烁，蜂鸣器报警，触摸屏上显示前方有障碍；当遇到紧急情况时，按下急停按键，此时驱动器断电，移动CT立即停止，报警灯闪烁，蜂鸣器报警，并在触摸屏进行急停报警。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种移动CT全向移动平台，包括电源、避障装置、控制装置、驱动装置；其中电源分别与避障装置、控制装置和驱动装置相连；避障装置与控制装置相连；控制装置与驱动装置相连；
其中，所述电源包括充电器、电池、开关电源；所述避障装置包括8套超声波探头模块和微控制器；所述控制装置包括功能单元、触摸屏、可编程逻辑控制器；所述驱动装置包括直流接触器、四台驱动器、四台直流无刷电机和四个麦克纳姆轮；
所述电源中，所述充电器与电池相连，所述电池正极分别与开关电源的输入正极、直流接触器输入端正极相连，电池负极分别与所述开关电源的输入负极、所述四台驱动器电源负极相连，直流接触器的输出端分别与四台驱动器电源正极相连；开关电源的输出正极分别与所述微控制器、所述触摸屏、所述可编程逻辑控制器的电源的正极相连，开关电源的输出负极分别与所述微控制器、触摸屏、所述可编程逻辑控制器的电源的负极相连；
所述避障装置中：所述微控制器包括24V/5V模块电源、基础型隔离式RS-485/RS-422收发器、单片机；24V/5V模块电源的输入与所述开关电源的输出相连，24V/5V模块电源的输出分别与单片机、超声波探头模块电源相连；所述基础型隔离式RS-485/RS-422收发器的输入与所述可编程逻辑控制器的串口接口相连，输出与所述单片机的串口接口相连；所述单片机的IO口与所述超声波探头模块的Echo和Trig相连；
所述控制装置中，所述功能单元包括急停按键、运行按键、报警灯、蜂鸣器；所述急停按键、运行按键、报警灯、蜂鸣器分别与所述可编程逻辑控制器相连；所述触摸屏的通信口与所述可编程逻辑控制器串口接口相连；所述可编程逻辑控制器的端口分别与直流接触器的控制接口、四台驱动器的控制口相连；
所述驱动装置中，分为四组，每组各有一个驱动器、直流无刷电机、麦克纳姆轮，四个麦克纳姆轮采用O-长方形安装方式；所述四台驱动器型号相同；所述四台直流无刷电机型号相同。
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