CN113015508B - 促动器系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于可调节的家具(包括医院床、患者支承件等)的线性促动器系统，其中，通过机械联接器来提供机械挤压保护，且通过监视联接器状态的控制器来提供更改进的挤压保护。控制器还包括用于当联接器的状态表示挤压时停止线性促动器的电马达并使其反向的装置。

Description

促动器系统
本发明涉及一种电驱动的线性促动器系统，它包括一个或多个电驱动的线性促动器以及与该促动器连接的挤压保护装置。
电驱动的线性促动器在很多不同应用中用于调节可调家具的位置，包括医院病床、患者支承物等。当相对于地板或相对于所述家具的其它部件来调节家具时，共同的难题是人或物体有意外挤压的危险。
用于使挤压危险最小化的已知方法包括可调家具的安全防护装置或防护结构，用于防止人或物体在调节过程中进入不安全区域。可调节的家具的安全防护外观和结构是重要的安全措施，不过，不可能通过这些措施来消除所有挤压危险。
而且，在挤压事件中，已知提供用于由促动器的马达在调节家具的过程中施加的最大力的阈值。这可以通过例如在超过最大力时脱开的机械联接器来实现。
具有机械防夹保护的电驱动的线性促动器的实例由授予DewertOkin GmbH的EP2699815中已知，该文献介绍了一种联接器，该联接器可以保证在心轴螺母和连接部件之间的驱动连接可以沿一个方向在相对较低扭矩下断开。
授予LINAK A/S的EP1389355介绍了一种方法，该方法用于通过监视由电驱动的促动器的电马达吸取的电流以及在异常高功率消耗或功率消耗意外增加时停止促动器马达而限制马达的过载。因此，也实现了防挤压保护，因为功率消耗的这种增加可以指示发生挤压。
限制力是重要的安全措施，这可以帮助在挤压方面防止危险情况。不过，尽管力是有限的，但是人或物体仍然可能卡住并被连续挤压，可能因此受伤或受损。
而且，已知使得可调节的家具(包括医院病床、患者支承物等)装备有挤压保护传感器。这种传感器例如可以是光幕或压力/负载传感器，它们检测异物在调节过程中已经存在于不安全区域中或进入不安全区域。传感器的信号传输至用于促动器系统的控制单元，该控制单元可以再驱动用于停止操作和/或发出警报的装置。这种挤压保护传感器例如由授予LINAK A/S的EP2012731中已知。
挤压保护传感器的常见难题是它们只覆盖有限区域，并布置在某些操作过程中存在挤压危险的位置。不过，对于大部分家具和设备，使得所有可能不安全的区域都装备有传感器是很昂贵的并且几乎不可能，因此只覆盖一些潜在的挤压危险区域。
本发明的目的是提供一种用于可调节的家具(包括医院病床、患者支承物等)的电驱动的线性促动器系统，它具有提高的、安全的和有成本效益的挤压保护功能。
该目的通过一种促动器系统来实现，该促动器系统包括至少一个电动线性促动器和控制器，其中，该至少一个电动线性促动器包括：可逆电马达，该可逆电马达有马达轴；传动装置，该传动装置与可逆电马达接合；心轴和心轴螺母，该心轴螺母布置在心轴上；联接器，该联接器有与传动装置接合的驱动部件和与心轴接合的从动部件，该联接器设置成处于以下任一状态：
1)接合；或者
2)滑移或脱开，
其中，控制器包括：至少一个用于信号的输入，该信号对应于用于控制促动器系统的命令；以及至少一个输出，用于控制信号输出至该至少一个线性促动器和/或用于供给驱动该至少一个线性促动器的电力。
在实施例中，促动器系统包括用于监视联接器的状态的装置，其中，控制器设置成将电动线性促动器的状态设置为以下任一种：
3)活动状态，其中，马达轴可以旋转；或者停用状态，其中，马达轴不能旋转。
而且，控制器设置成从监视装置接收指示联接器状态的信号，并通过将电动线性促动器设置为活动状态(当联接器接合时)或停用状态(当联接器滑移或脱开时)来响应来自监视装置的输入。
因此，一旦监测装置记录到联接器滑移或脱开，促动器系统就将停止，因为这可能表示物体被家具的可调节部件等挤压。
在实施例中，监视装置包括用于直接或间接地检测联接器的驱动部件和/或从动部件的旋转的部件，其中，控制器有可编程装置，用于比较分别表示联接器的驱动部件的旋转或从动部件的旋转的信号，且控制器设置成当可编程装置指示从动部件和驱动部件彼此异步旋转，从而指示联接器滑移或脱开时，将电动线性促动器的状态设置成停用状态。
在实施例中，间接指示联接器的驱动部件的旋转的装置是用于监视由电马达吸取的电流的装置。
监视由电马达吸取的电流是一种简单的有成本效益的方法，用于间接地监视驱动部件的旋转。
在实施例中，直接指示联接器的从动部件的旋转的装置包括与从动部件接合的磁体以及用于检测磁体的旋转的霍尔传感器。
在实施例中，霍尔传感器是用于检测磁体的旋转以及旋转方向的双霍尔传感器。
控制器优选地包括具有要执行的程序代码部分的微控制器，该微控制器用于接收和记录输入信号以及控制至少一个促动器，从而提供驱动信号和/或供给。程序代码、来自传感器的参数和测量值以及校准值储存在与微控制器一起布置的存储器中。
在实施例中，控制器还包括可编程装置，在来自监视装置的信号指示联接器在电马达被驱动时滑移或脱开且电促动器因此由控制器设置在停用状态时，该可编程装置用于沿相反方向驱动电马达预定转数、预定距离或预定时间段。
在实施例中，控制器具有用于在来自监视装置的信号指示联接器滑移或脱开时驱动听觉或视觉警报器的装置。
在实施例中，控制器设置成控制多个类似的促动器，这些促动器并联地执行相同的调节功能。在任何并联促动器的联接器滑移或脱开时，所有并联的促动器将设置成停用状态。
在实施例中，控制器有可编程装置，该可编程装置用于根据来自旋转传感器的输入来计算心轴螺母的相对运动。另外，控制器包括存储器，用于存储预设置值或参数以及用于存储由控制器计算的值。而且，该控制器用于在来自监视装置的信号指示联接器滑移或脱开时存储心轴螺母的最后计算位置。
在实施例中，控制器设置成当来自监视装置的信号指示联接器滑移或脱开时阻止电促动器的重新驱动，直到操作者释放并随后重新驱动控制单元的输入按钮或遥控单元上的相应按钮，和/或驱动专用安全驱动按钮和/或在经过预定安全时间之后。
联接器可以是在两个旋转轴之间的任何类型的机械联接器，该机械联接器可以在超过扭矩阈值时滑移或脱开，例如摩擦联接器。
在实施例中，联接器是棘轮联接器，其中，联接器沿一个旋转方向处于接合状态，且联接器沿相反旋转方向处于接合状态或者滑移或脱开状态。
下面将参考附图更全面地介绍根据本发明的线性促动器系统，附图中：
图1表示了线性促动器的传动装置和联接器的分解图；
图2表示了图1的联接器处于它的装配状态；
图3表示了图2的联接器的分解图；
图4是图3的联接器的驱动部件的详细视图；
图5是图3的联接器的从动部件的详细视图；
图6表示了促动器系统的示意构造，
图7表示了用于可调节的床架的线性促动器系统的实施例；
图8表示了用于具有两个可倾斜部分的患者支承件的线性促动器系统的实施例；
图9表示了用于患者升降器的线性促动器系统的实施例；
图10表示了用于高度可调节的监视器的线性促动器系统的实施例；
图11表示了在控制器内的逻辑功能的基本流程图；
图12a表示了电动线性促动器；以及
图12b表示了电动线性促动器的剖视图。
图1表示了在蜗轮4和线性电促动器31(见图12a和12b)的心轴1之间的联接器20的分解图。蜗轮4是由线性电促动器31的可逆电马达48驱动的蜗杆传动装置46的一部分。
联接器20包括与蜗轮4接合的驱动部件21以及通过花键连接而与心轴1接合的从动部件22。线圈弹簧23在它的一端由弹簧保持器24来支承。线圈弹簧23的另一端将从动部件22压靠在驱动部件21上。
花键连接件允许从动部件22相对于驱动部件21的有限轴向运动，从而允许联接器20处于接合状态或者滑移或脱开状态。
心轴螺母12布置在心轴1上，并与线性电促动器31的内部管13连接(见图12a)。内部管13和心轴螺母12固定防止旋转。心轴1的旋转转换成心轴螺母12和内部管13的轴向运动。内部管13的外端与前部安装件15连接。
图2表示了具有处于装配状态的驱动部件21、从动部件22、线圈弹簧23和弹簧保持器24的联接器20。在该实施例中，联接器20是棘轮联接器。
图3表示了图2的联接器20的分解图。
图4是图2和图3的联接器20的驱动部件21的详细视图。驱动部件21装备有沿轴向方向延伸的三个齿。各齿有第一侧面21a和第二侧面21b。第一侧面21a的表面平行于驱动部件21的轴向方向延伸。第二侧面21b的表面相对于驱动部件21的轴向方向以大约70度的角度延伸。
图5是图2和图3的联接器20的从动部件22的详细视图。从动部件22装备有沿轴向方向延伸的三个齿。各齿有第一侧面22a和第二侧面22b。第一侧面22a的表面平行于驱动部件21的轴向方向延伸。第二侧面22b的表面相对于驱动部件21的轴向方向以大约70度的角度延伸。
如图2-5中所示的棘轮联接器作用如下：
弹簧23将从动部件22推靠在驱动部件21上，以使得侧面21b接合侧面22b。
当驱动部件21顺时针旋转时，驱动部件21的第一侧面21a被推靠在从动部件22的第一侧面22a上，因此，驱动部件21使从动部件22旋转。该状态对应于联接器20的接合状态。
当驱动部件21逆时针旋转时，驱动部件21的第二侧面21b被推靠在从动部件分22的相应第二侧面22b上。由于驱动部件21和从动部件22分别相对于轴向方向的大约70度角，因此作用在联接器20上的扭矩将具有合成的轴向力分量，该轴向力分量将逆着由线圈弹簧23提供的力而沿轴向方向推动从动部件22。当在逆时针旋转过程中联接器20上的扭矩增加时，产生的轴向力分量将增加，并最终推动从动部件22离开驱动部件21。在特定水平的扭矩(Tslip)下，联接器20将开始滑动并最终脱开。
图6是促动器系统的示意性构造，表示了促动器系统，该促动器系统包括实施为升降柱的线性电促动器31以及控制器32。升降柱包括与上述电动线性促动器基本相同的部件，即具有马达轴的可逆电马达、与可逆电马达接合的传动装置、心轴以及心轴螺母，其中，心轴螺母布置在心轴上。联接器20有与传动装置接合的驱动部件21以及与心轴1接合的从动部件22。联接器20处于完全接合状态或者滑移或脱开状态。
控制器32包括：用于信号的输入部33，该信号对应于用于控制促动器系统30的命令；以及输出部34，用于线性电促动器31的控制信号和/或用于供给驱动该线性电促动器31的电力。促动器系统30包括监视装置35，用于监视联接器20的状态；控制器32用于将线性电促动器31的状态设置为活动状态或停用状态，在所述活动状态中，马达轴可以旋转，在所述停用状态中，马达轴不能旋转。
控制器32用于从监视装置35接收表示联接器20的状态的信号，且当联接器20接合时，将线性电促动器31设置成活动状态，当联接器20滑移或脱开时，则将线性电促动器31的状态设置成停用状态。
在所示的实施例中，控制器32有可编程装置36，用于将指示驱动部件21的旋转的信号与联接器20的从动部件22的旋转的信号进行比较。控制器32具有用于在来自监视装置35的信号指示联接器20滑移或脱开时驱动声音警报器38或视觉警报器39的装置。
图7表示了可以包含线性促动器系统30的应用实例，所述线性促动器系统30用于通过沿拉动方向52驱动线性电促动器31而降低床架50。在该实例中，线性电促动器31设有联接器20，该联接器20在特定扭矩(Tslip)下设置成处于滑移或脱开状态。
联接器20可以是棘轮联接器(如图2至图5中所示)，其中，联接器20和线性电促动器31布置得使得驱动部件21的逆时针旋转对应于线性电促动器31的拉动方向52。控制器32有输入部33，用于从用户控制单元40接收与命令相对应的信号。在床架正常降低的过程中，联接器20上的扭矩将小于Tslip。
当床架50撞上障碍物54时，心轴螺母12的轴向运动将受到阻碍，因此在心轴上的扭矩以及作用在联接器20上的扭矩将增加。当达到扭矩水平Tslip时，联接器20将处于滑移或脱开的状态。控制器32与监视装置35连接，该监视装置35可以记录联接器20的状态，且该控制器设置成当马达轴由于联接器20处于滑移或脱开的状态而不能旋转时将线性电促动器31的状态设定为停用状态。。
在所示促动器系统的实施例中，控制器32还可以设置成在将线性电促动器31设置为停用状态之后沿与拉动方向52相反的方向重新起动马达并驱动线性电促动器31。因此，床架50自动升高至一定高度，这提供了在床架50和障碍物54之间的安全距离。
在所示促动器系统的实施例中，控制器32用于检查监视装置35的正确功能，当检测到功能不正确时，将线性电促动器31的状态设置为停用。在联接器20是棘轮联接器的实施例中，监视功能的检查如下进行：由于联接器20在与拉动方向52相反地被驱动时将总是处于接合状态，因此当功能正确时，监视装置35在这种情况下应当指示联接器20接合。不过，当监视装置35在这种情况下仍然指示联接器20处于滑移或脱开状态时，这将表示监控系统的功能不正确。
图8表示了可以包含根据本发明的线性促动器系统的应用实例，其中床的第一部分60通过第一线性促动器62而向下倾斜，且床的第二部分64通过第二线性促动器63而向下倾斜。床部分60和64通过沿拉动方向驱动促动器62和63而向下倾斜。
促动器系统的基本结构如在图6和图7中所述，不同之处在于该系统包括分别与部分60和部分64接合的两个促动器。
控制器32包括：用于信号的输入部33，该信号对应于用于控制促动器系统30的命令；以及输出部34，用于两个线性电促动器31的控制信号和/或用于供给驱动两个线性电促动器31的电力。
促动器系统30包括监视装置35，用于监视两个线性促动器各自的联接器20的状态。控制器32设置成将一个或两个线性电促动器31的状态设置为活动状态(当马达轴可以旋转时)或停用状态(当马达轴不能旋转时)。
控制器32设置成从监视装置35接收表示两个线性促动器的各联接器20的状态的信号，且在联接器20接合时将相应线性电促动器31的状态设置为活动状态，并在联接器20滑移或脱开时将相应线性电促动器31的状态设为停用。
图9表示了可以包含根据本发明的线性促动器系统的应用实例，其中，可运动的患者升降器70的升降臂通过线性电促动器31而降低。患者升降器臂71通过沿拉动方向73驱动线性电促动器31而降低。线性促动器用于调节患者升降器臂71的高度。涉及的危险是，当通过沿拉动方向73驱动线性电促动器31来降低升降臂71时，物体72可能被升降臂71挤压。图9中所示的用于患者升降器的线性促动器系统可以如对于图7中的可调节床所示和所述来构造。
图10表示了可以包含根据本发明的线性促动器系统的应用实例，其中，物体80(例如监视器)可以通过线性电促动器31从天花板82降低或升起。通过沿推动方向83驱动线性电促动器31来降低物体80。涉及的危险是，当通过沿推动方向83驱动线性电促动器31而降低监视器时，物体85可能被监视器85挤压。因此，联接器20将设置成当监视器80在降低过程中撞上物体85时处于滑移或脱开状态。如图10中所示，用于监视器的线性促动器系统可以如对于图7中的可调节床所示和所述来构造。
图11是控制器32内的逻辑功能的基本流程图。流程和在方框中的文本如下：
90开始
91是否有用于所述动作的控制命令？
当“是”时，继续至92，当“否”时，转到100
92监控装置是否指示联接器接合？
当“是”时，继续至93，当“否”时，转到94
93 进入活动状态，继续所述动作并转到91
94 进入停用状态并转到95
95进入活动状态，与所述方向相反地进行预定后退驱动距离
96监控装置是否指示联接器接合？
当“否”时，转到97，当“是”时，转到98
97进入重大错误状态(系统只能通过重新启动来重新驱动)
98是否达到预定后退驱动距离？
当“否”时，转到96，当“是”时，转到99
99 用于所述动作的重置(中和)命令，并转到91
100 进入停用状态，并转到91。
图12a表示了具有内部管13和外部管14的线性电促动器31。内部管13与前部安装件15连接，该前部安装件15用于与可调节的家具的一部分连接。线性电促动器31还具有后部安装件16，用于与可调节的家具的另一部分连接。
图12b表示了线性电促动器31的剖视图，该线性电促动器31包括电马达48、蜗杆传动装置46、蜗轮4、心轴1、心轴螺母12、内部管13、外部管14和后部安装件16。

Claims (11)

1.一种促动器系统(30)，包括至少一个线性电促动器(31)和控制器(32)，其中，所述至少一个线性电促动器(31)包括：
可逆电马达，所述可逆电马达有马达轴；
传动装置(46)，所述传动装置(46)与可逆电马达(48)接合；
心轴(1)和心轴螺母(12)，其中，所述心轴螺母(12)布置在心轴(1)上；
联接器(20)，所述联接器(20)有与传动装置(46)接合的驱动部件(21)和与心轴(1)接合的从动部件(22)；
所述联接器(20)设置成处于以下任一状态：
1)接合；或者
2)滑移或脱开；
其中，所述控制器(32)包括：
至少一个用于信号的输入部(33)，所述信号对应于用于控制所述促动器系统(30)的命令；
至少一个输出部(34)，用于控制信号输出至所述至少一个线性电促动器(31)和/或用于供给用于驱动所述至少一个线性电促动器(31)的电力；
其特征在于，促动器系统(30)包括用于监视联接器(20)的状态的监视装置(35)，
控制器(32)设置成将所述线性电促动器(31)的状态设置为以下任意一个：
3)活动状态，其中，马达轴能够旋转；或者
4)停用状态，其中，马达轴不能旋转，
其中，控制器(32)设置成从所述监视装置(35)接收指示所述联接器(20)状态的信号，并通过以下列方式设置所述线性电促动器(31)来响应来自所述监视装置(35)的输入：
3)当联接器(20)处于接合时将线性电促动器(31)设置成活动状态；或者
4)当联接器(20)处于滑移或脱开时将线性电促动器(31)设置成停用状态。
2.根据权利要求1所述的促动器系统，其特征在于，
监视装置(35)包括用于直接或间接地检测所述联接器(20)的驱动部件(21)和/或从动部件(22)的旋转的装置，
其中，控制器(32)有可编程装置(36)，用于比较分别表示联接器(20)的驱动部件(21)的旋转或从动部件(22)的旋转的信号，以及
控制器(32)设置成：当所述可编程装置(36)指示所述从动部件(22)和驱动部件(21)彼此异步旋转从而指示是联接器(20)滑移或脱开时，将所述线性电促动器(31)的状态设置成停用状态。
3.根据权利要求2所述的促动器系统，其特征在于：间接指示所述联接器(20)的驱动部件(21)的旋转的装置是用于监视由所述电马达吸取的电流的装置。
4.根据权利要求2所述的促动器系统，其特征在于：直接指示所述联接器(20)的从动部件(22)的旋转的装置包括与所述从动部件(22)接合的磁体(44a)以及用于检测所述磁体(44a)的旋转的霍尔传感器(44b)。
5.根据权利要求4所述的促动器系统，其特征在于：霍尔传感器(44b)是用于检测所述磁体(44a)的旋转以及旋转方向的双霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的促动器系统，其特征在于：控制器(32)还包括可编程装置(36)，在来自所述监视装置(35)的信号指示所述联接器(20)在所述电马达沿给定方向被驱动时滑移或脱开，且线性电促动器(31)因此通过所述控制器(32)而被设置在停用状态时，所述可编程装置(36)用于沿相反方向驱动所述电马达预定转数、预定距离或预定时间段。
7.根据权利要求1-5中的任意一项所述的促动器系统，其特征在于：控制器(32)有用于在来自所述监视装置(35)的信号指示所述联接器(20)滑移或脱开时驱动听觉警报器(38)或视觉警报器(39)的装置。
8.根据权利要求1-5中的任意一项所述的促动器系统，其特征在于：控制器(32)设置成控制多个线性电促动器(31)，所述多个线性电促动器(31)并联地执行相同的调节功能，且在任何线性电促动器(31)的联接器(20)滑移或脱开时，所有并联的线性电促动器(31)将设置成停用状态。
9.根据权利要求1所述的促动器系统，其特征在于：控制器(32)有可编程装置(36)，在来自所述监视装置(35)的信号表示所述联接器(20)滑移或脱开时所述可编程装置(36)设置成根据来自霍尔传感器(44b)的输入来计算所述心轴螺母(12)的相对运动，并存储所述心轴螺母(12)的最新计算位置。
10.根据权利要求1-5中的任意一项所述的促动器系统，还包括：用户控制单元(40)，所述用户控制单元(40)有输入按钮，所述输入按钮用于提供与所述控制器(32)的输入部(33)的命令相对应的信号，控制器(32)设置成当来自所述监视装置(35)的信号表示所述联接器(20)滑移或脱开时阻止所述线性电促动器(31)的重新起动，直到操作者释放输入按钮并随后重新起动输入按钮和/或经过预定安全时间之后。
11.根据权利要求1-5中的任意一项所述的促动器系统，其特征在于：联接器(20)是棘轮联接器，其中，联接器(20)沿一个驱动方向设置成处于接合状态，且联接器(20)沿相反驱动方向设置成处于接合状态或者滑移或脱开状态。
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