CN115316877A - 一种控制方法及坐便器辅助设备 - Google Patents

Abstract

一种控制方法及坐便器辅助设备，该方法应用于采用两路电机分别驱动两个导轨升降、带动坐凳升降的坐便器辅助设备，具体包括：分别采集所述两路电机的动力输出轴的旋转角度；根据采集的旋转角度，控制所述两路电机的实际输出转速同步；以及分别通过减速机将所述两路电机输出的动力减速，然后传递给对应的导轨；其中，所述减速机的减速比满足：当电机的转速波动值在±100转/分钟的区间时，所述导轨的速度实际变化值在±0.5mm/s的区间。该辅助设备采用了上述方法。本发明一方面通过电机的转角反馈形成对电机转速的闭环控制，另一方面利用减速比，两方面结合，使得坐凳的升降不会因两边负载不均匀而受影响。

Description

一种控制方法及坐便器辅助设备

技术领域

本发明涉及辅助起身和下蹲的坐便器辅助设备技术领域，具体是一种控制方法及坐便器辅助设备，能够避免由于坐凳一边负载过重、一边负载过轻，引起两路电机旋转速度不一致，导致的坐凳左右两侧上升距离不一致的情况。

背景技术

目前，许多腰椎疾病和下肢功能障碍的病人、妊娠中晚期的孕妇、超级肥胖的人群、年老体衰的老人，他们在独自上厕所时会由于腿部和腰部力量不够，出现下蹲和起身困难，甚至可能会出现侧翻摔倒等危险情况。因此，辅助起身和下蹲的坐便器辅助设备应运而生。

这类坐便器辅助设备，由固定在坐凳左右两侧的两个导轨同步升降，进而带动坐凳升降，两个导轨通过各自的电机驱动。在实际使用中，使用者的坐姿或其它因素，可能导致坐凳一边负载过重、一边负载过轻，这样会引起两路电机旋转速度不一致，导致坐凳左右两侧上升距离不一致，进而导致坐凳无法平稳地升降。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制方法及坐便器辅助设备，以至少在一定程度解决相关技术存在的上述缺陷。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种控制方法，应用于采用两路电机分别驱动两个导轨升降、带动坐凳升降的坐便器辅助设备，所述控制方法包括：

分别采集所述两路电机的动力输出轴的旋转角度；

根据采集的旋转角度，控制所述两路电机的实际输出转速同步；以及

分别通过减速机将所述两路电机输出的动力减速，然后传递给对应的导轨；其中，所述减速机的减速比满足：当电机的转速波动值在±100转/分钟的区间时，所述导轨的速度实际变化值在±0.5mm/s的区间。

在一些实施例中，所述减速机输出的动力通过齿轮齿条机构传递给对应的导轨，所述减速机的减速比为1:510，所述齿轮的节圆直径为42.5mm。

还有一些实施例中，所述电机与所述减速机为电动推杆的电机与减速机，所述电动推杆的减速比为1：29、推杆导程为1.75mm/转。

优选地，所述控制方法还包括：根据采集的旋转角度，判断所述电机运行或停止的步骤。

优选地，所述控制方法还包括：根据电压母线的电流值，判断所述电机运行或停止的步骤。

优选地，所述控制方法还包括：检测所述导轨运动到终点的步骤；以及当所述导轨运动到终点时，清零所述导轨的运动误差的步骤。

优选地，所述控制方法还包括：检测坐便器辅助设备的高温区域的温度值的步骤；以及当检测到的温度值高于设定温度值时，关闭负载的步骤。

优选地，所述坐便器辅助设备的电源包括开关电源和电池，所述控制方法还包括：上电后，将所述电池接入电压母线的步骤；检测所述开关电源是否有输入的步骤；当所述开关电源有输入时，将所述开关电源接入所述电压母线、且将所述电池从所述电压母线断开的步骤；采集所述电压母线的电压值的步骤；以及当所述电压母线的电压值低于欠压电压时，关闭负载的步骤。

优选地，采用PID算法，根据采集的旋转角度，控制所述两路电机的实际输出转速同步。

一种坐便器辅助设备，其包括处理器、存储器、及存储于所述存储器的可被所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时，所述坐便器辅助设备执行如上述任意一项的步骤。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一方面通过电机的转角反馈形成对电机转速的闭环控制，另一方面利用减速比，两方面结合，使得坐凳的升降不会因两边负载不均匀而受影响。

附图说明

图1为第一实施例坐便器的示意图；

图2为第一实施例中坐凳驱动机构的示意图；

图3为第一实施例中坐凳被抬起后的状态；

图4为第二实施例中坐凳驱动机构的示意图；

图5为控制方法的流程图；

图6为电源电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1至图3中示出了第一实施例的坐便器，该坐便器配置有辅助起身和下蹲的坐便器辅助设备。该坐便器辅助设备由电动推杆作为动力源。

参照图1，该坐便器辅助设备包括支撑座4和坐凳1。

支撑座4包括相对设置的第一座体5和第二座体10，第一座体5与第二座体10之间形成有坐便器的容置腔7，第一座体5与第二座体10通过前后横向连杆8锁紧形成一个固定框架。在第一座体5的底部、第二座体10的底部固定有脚杯6，还固定有脚轮(未图示)，以便于移动，脚轮优选万向轮。第一座体5、第二座体10为中空结构。

坐凳1放置在第一与第二座体的顶部，被第一与第二座体支撑，坐凳1的口部与坐便器9的口部对接。坐凳1的左沿还锁紧固定有左扶手2，右沿还锁紧固定有右扶手12，在左扶手2的前端设置有升降控制开关3，在右扶手12的前端部设置有警报开关11。

第一座体5的内部与第二座体10的内部均设有坐凳1的驱动机构，两个座体内的驱动机构同步运动，共同驱动坐凳1抬升和倾斜。

参照图2和图3，以第一座体5为例，第一座体5的内部的一侧壁固定有滑板13，滑板13上分别通过轴固定两个第一滚轮14和两个第二滚轮15，两个第一滚轮14呈圆弧形分布，两个第二滚轮15也呈圆弧形分布，两个第一滚轮14与两个第二滚轮15之间构成了圆弧轨道。该圆弧轨道内固定有弧形导轨18，弧形导轨18与圆弧轨道滑动配合，可沿圆弧轨道升降。

电动推杆17通过第一连杆16及第二连杆19推动弧形导轨18沿圆弧轨道运动，从而驱动坐凳1升降及倾斜。可以理解地，电动推杆具有电机及减速机，电机的动力经减速机减速，然后再经动力转换后，以伸缩形式输出。

图4示出了第二实施例的坐便器，该坐便器配置有辅助起身和下蹲的坐便器辅助设备。其中，第二实施例与第一实施例的区别在于：第二实施例中，动力源采用减速电机21，在弧形导轨18锁紧固定有齿条，减速电机21的动力输出轴通过齿轮20与该齿条配合，驱动弧形导轨18沿圆弧轨道运动，从而驱动坐凳1升降。可以理解地，减速电机21具有电机及减速机，减速机将电机的动力减速后输出。

本发明中，将对应坐凳1左侧的电机和对应坐凳1右侧的电机称为两路电机。

本发明的控制方法可适用的坐便器辅助设备包括但不限于上述两种。任意的采用两路电机分别驱动两个导轨升降、带动坐凳升降的坐便器辅助设备均可，例如导轨18采用直线形导轨，圆弧轨道采用直线轨道的坐便器辅助设备。

参照图5，本控制方法包括以下步骤：

步骤S100、分别采集两路电机的动力输出轴的旋转角度；

可以采用编码器，例如光栅盘与光电感应器组合的编码器，固定在电机的后端，采集电机的动力输出轴的旋转角度，编码器将检测的旋转角度反馈给控制器。也可以将编码器固定在减速机的动力输入端，总之，应当采集减速之前的旋转角度。

步骤S200、根据采集的旋转角度，控制所述两路电机的实际输出转速同步；

本步骤中，控制器利用编码器反馈的旋转角度，产生两路电机的控制信号，这样构成闭环控制，使所述两路电机的实际输出转速同步。闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正。其中，优选采用PID(proportion-integral-differential，比例-积分-微分)算法，用旋转角度产生两路电机的控制信号。

上述步骤S100和步骤S200通过闭环控制，使两路电机实际输出转速同步，达到控制两路导轨实际运行距离一致。但闭环控制在补偿过程中电机实际转速会与定额或标准转速有一定波动，该波动可以通过步骤S300得以解决。

步骤S300、分别通过减速机将所述两路电机输出的动力减速，然后传递给对应的导轨；其中，所述减速机的减速比满足：当电机的转速波动值在±100转/分钟的区间时，所述导轨的速度实际变化值在±0.5mm/s的区间。

在一实施例中，坐凳由两路电动推杆驱动(例如上述的第一实施例)，电动推杆的减速比为1：29、推杆导程为1.75mm/转。根据计算公式v＝n÷60÷29×1.75，v为推杆速度实际变化值，单位：mm/s，n为电机转速波动变化值，单位：转/分钟；例如n＝±100转/分钟，经计算v＝±0.1mm/s。可见，尽管电机实际转速与定额或标准转速的波动达±100转/分钟，但是由于电动推杆减速比1:29和推杆导程1.75mm/转，电动推杆实际输出速度变化很小，仅±0.1mm/s，对坐凳的平稳升降不会产生影响，因此，坐凳的整个升降过程可以保持匀速平稳，不会随着升降过程中角度和受力变化而变化，不会受坐凳两边负载不均匀的影响。

在另一实施例中，坐凳由两路减速电机通过齿轮齿条机构驱动(例如上述的第二实施例)，其中的减速比为1:510，齿轮的节圆直径为42.5mm。根据计算公式v＝n÷60÷510×3.14×42.5，v为弧形导轨18速度实际变化值，单位为：mm/s，n为电机转速波动变化值，单位为：转/分钟；例如n＝±100转/分钟，经计算v＝±0.44mm/s。可见，尽管电机实际转速与定额或标准转速的波动达±100转/分钟，但是由于减速机减速比1:510，驱动齿轮节圆直径42.5mm，弧形导轨实际运动速度变化很小，仅±0.44mm/s，对坐凳的平稳升降不会产生影响，因此，坐凳的整个升降过程可以保持匀速平稳，不会随着升降过程中角度和受力变化而变化，不会受坐凳两边负载不均匀的影响。

需要指出，上述对于采用电动推杆作为动力源和采用减速电机作为动力源时，减速比的限定仅为一种较佳的实施例。只要可以满足以下条件：当电机的转速波动值在±100转/分钟的区间时，导轨的速度实际变化值在±0.5mm/s区间，减速比的数值均是恰当的。

进一步的，本控制方法还包括：根据采集的旋转角度，判断所述电机运行或停止的步骤。基于该步骤，控制器通过编码器，即可识别电机的运行及停止。

当编码器失效后，控制器将无法识别电机是否在运行。为解决该问题，本控制方法进一步还包括：根据电压母线的电流值，判断所述电机运行或停止的步骤。其原理如下：电机运行时，母线上的电流要大于电机停止时母线上的电流。因此，通过检测母线电流，反馈给控制器，与电机停止时母线电流比较，大于电机停止时母线电流时，判断电机在运行状态，小于或等于电机停止时母线电流时，判断电机在停止状态。

导轨上升到顶部或者底部时，都会存在微小偏差，这个偏差会随着次数累积。为了消除这个偏差，本控制方法进一步还包括：检测所述导轨运动到终点的步骤；以及当所述导轨运动到终点时，清零所述导轨的运动误差的步骤。其中，可以在导轨18的两个运动终点设置零位置传感器，可选用的零位置传感器包括但不限于光电开关、霍尔开关、微动开关、接近开关等，当导轨向上运动到终点或下向运动到终点时，零位置传感器受到导轨触发，输出信号，控制器识别到零位置传感器的该信号后，将导轨每次运动产生的误差清零。当动力源采用电动推杆时，也可以在电动推杆的顶部和底部设置零位置传感器，当电动推杆伸出至最大位置后或缩回后，零位置传感器受到触发，输出信号，控制器识别到零位置传感器的该信号后，将导轨每次运动产生的误差清零。

长时间的持续运行或者过载运行等，可能引起坐便器辅助设备温升过高，引发安全隐患。为解决该问题，本控制方法进一步还包括：检测坐便器辅助设备的高温区域的温度值的步骤；以及当检测到的温度值高于设定温度值时，关闭负载的步骤。可以采用热敏电阻、热电偶或其它的温度感应器，采集坐便器辅助设备的高温区域的温度，本发明对此不做具体限定。

实际使用中可能出现临时断电的情况，为了在这种情况下坐便器辅助设备仍可正常运行，采用了两路电源，一路用开关电源将市电转换为直流电，另一路为电池，为了实现两路电源的自动切换，本控制方法进一步还包括：上电后，将所述电池接入电压母线的步骤；检测所述开关电源是否有输入的步骤；当所述开关电源有输入时，将所述开关电源接入所述电压母线、且将所述电池从所述电压母线断开的步骤；采集所述电压母线的电压值的步骤；以及当所述电压母线的电压值低于欠压电压时，关闭负载的步骤。具体可以通过继电器实现该控制方法，图6示出了一种具体的实现电路。如图6所示，连接器U1接开关电源，连接器U2接电池，所述开关电源的输出端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接电压母线，二极管D1的阳极还连接电阻R1及指示灯LED1至地；所述电池的输出端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极及二极管D2的阳极连接继电器K1的一常闭触点的两端，二极管D2的阴极连接电压母线，二极管D2的阳极还连接电阻R2及指示灯LED2至地，继电器K1的线圈连接所述开关电源的输出端。当开关电源有输入时，开关电源向电压母线供电，并且使继电器K1的线圈得电，常闭触点进入断开状态，电池自动从电压母线断开。当开关电源没有输入时，继电器K1的线圈失电，常闭触点返回闭合状态，电池给电压母线供电。在图6的实施例中，继电器K1的线圈受开关电源的输出直接控制。作为另一种实施方式，还可以采用处理器，例如单片机，控制继电器K1，检测开关电源是否有输出，在检测到开关电源有输出时，控制继电器K1的线圈得电，当检测到开关电源没有输出时，控制继电器K1的线圈失电。

一种坐便器辅助设备，例如上述的第一实施例的坐便器辅助设备或第二实施例的坐便器辅助设备。其中，该坐便器辅助设备的控制器包括处理器、存储器、及存储于所述存储器的可被所述处理器执行的程序，当所述处理器执行所述程序时，所述坐便器辅助设备将执行上述控制方法的步骤。

上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种控制方法，应用于采用两路电机分别驱动两个导轨升降、带动坐凳升降的坐便器辅助设备，其特征在于，所述控制方法包括：

分别采集所述两路电机的动力输出轴的旋转角度；

根据采集的旋转角度，控制所述两路电机的实际输出转速同步；以及

分别通过减速机将所述两路电机输出的动力减速，然后传递给对应的导轨；其中，所述减速机的减速比满足：当电机的转速波动值在±100转/分钟的区间时，所述导轨的速度实际变化值在±0.5mm/s的区间。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述减速机输出的动力通过齿轮齿条机构传递给对应的导轨，所述减速机的减速比为1:510，所述齿轮的节圆直径为42.5mm。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电机与所述减速机为电动推杆的电机与减速机，所述电动推杆的减速比为1：29、推杆导程为1.75mm/转。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据采集的旋转角度，判断所述电机运行或停止的步骤。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据电压母线的电流值，判断所述电机运行或停止的步骤。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：检测所述导轨运动到终点的步骤；以及当所述导轨运动到终点时，清零所述导轨的运动误差的步骤。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：检测坐便器辅助设备的高温区域的温度值的步骤；以及当检测到的温度值高于设定温度值时，关闭负载的步骤。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述坐便器辅助设备的电源包括开关电源和电池，所述控制方法还包括：

上电后，将所述电池接入电压母线的步骤；

检测所述开关电源是否有输入的步骤；

当所述开关电源有输入时，将所述开关电源接入所述电压母线、且将所述电池从所述电压母线断开的步骤；

采集所述电压母线的电压值的步骤；以及

当所述电压母线的电压值低于欠压电压时，关闭负载的步骤。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采用PID算法，根据采集的旋转角度，控制所述两路电机的实际输出转速同步。

10.一种坐便器辅助设备，包括处理器、存储器、及存储于所述存储器的可被所述处理器执行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时，所述坐便器辅助设备执行如权利要求1-9中任意一项的步骤。

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