JP2008236870A - アクチュエータのコントローラ及び電動ベッド並びに演算装置のデータ通信方法及び電動ベッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で起動時の確認ができるようにする。
【解決手段】操作用コントローラ８には演算装置である第二のＣＰＵ１２が搭載されている。第二のＣＰＵ１２のシリアルＲｘピンは、信号線７Ａを通して本体側コントローラ６の第一のＣＰＵ１１と通信可能に接続されている。第二のＣＰＵ１２の起動時には、シリアルＲｘピンを入力ポートに設定して信号レベルを確認する。第一のＣＰＵ１１の起動状態によって信号レベルが変化するので、シリアルＲｘピンの信号レベルを確認して第一のＣＰＵ１１が通信可能であることを確認してから、通信処理を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アクチュエータのコントローラ、電動ベッド、演算装置のデータ通信方法、電動ベッドの駆動方法に関する。

アクチュエータを備えるシステムにおいて、ＣＰＵ（中央演算装置）などの演算装置が離れた位置に複数搭載され、これらＣＰＵ間で通信を行ってアクチュエータの駆動制御を実施するものがある。例えば、特許文献１に示される電動ベッドのように、ベッド付近に付設された制御装置に有線で操作器を接続した構成では、操作器の操作で制御装置がベッドの昇降装置を駆動させる。このような装置構成で、制御装置と操作器のそれぞれにＣＰＵを搭載させた場合には、それぞれのＣＰＵが通信線を介して通信しながら昇降装置の駆動制御を行う。
特開２００１−２５８２８５号公報

ここで、有線接続された複数の装置のそれぞれに種類の異なるＣＰＵが搭載されている場合や、それぞれのＣＰＵに電力を供給する回路構成が異なる場合などには、電源を投入してから、ＣＰＵが起動してプログラムを実行し始めるまでの時間にばらつきが生じることがあった。
このため、従来では、ＣＰＵ間の通信ラインとは別に、ＣＰＵが起動したことをチェックするための信号線をＣＰＵごとに設け、ＣＰＵの起動を確認してから通信を行わなければならなかった。また、ＣＰＵ間で通信が成立したら起動したとみなす方法もあるが、最初に通信されるデータで通信プロトコルを切り替えるシステムでは最初のデータが欠落すると以降の通信ができなくなるなど、制約が多かった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で起動時の確認ができるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、アクチュエータの駆動制御に使用される第一の演算装置を有し、前記第一の演算装置は有線接続される第二の演算装置との間で通信可能に構成され、前記アクチュエータの駆動制御を行うデータを通信するときに前記第二の演算装置からデータが入力される受信ポートを前記第一の演算装置の起動後で通信を開始する前に入力ポートに設定するように構成したことを特徴とするアクチュエータのコントローラとした。
このアクチュエータのコントローラは、受信ポートを入力ポートに切り換えて第二の演算装置の出力ポートの信号レベルを調べる。第二の演算装置の出力ポートの信号レベルが通信可能なときの基準レベルと異なっていれば、第二の演算装置は通信可能な状態になっていないと判定する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアクチュエータのコントローラにおいて、前記第二の演算装置との間で前記アクチュエータの駆動制御を行うデータを通信するときに出力ポートとして使用されるポートを前記第一の演算装置の起動時で前記第一の演算装置が通信可能になるまでの間、通信時の基準レベルと異なる信号レベルに設定するように構成したことを特徴とする。
このアクチュエータのコントローラは、第一の演算装置の起動時に出力ポートの信号レベルを通信可能なときの基準レベルと異ならせる。第二の演算回路が請求項１に記載したような確認処理を実施する場合には、第二の演算装置が第一の演算装置が通信可能な状態になっていないと判定し、通信を行わずに待機する。第一の演算装置は、この間に通信可能になるように内部処理を行う。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータのコントローラと、前記第二の演算装置を備える操作装置とを有し、前記コントローラを人体を支持するベッド本体を駆動可能な前記アクチュエータに接続したことを特徴とする電動ベッドとした。
この電動ベッドは、コントローラと操作装置のそれぞれの演算装置が通信をして制御を実施するときに、通信エラーが防止される。

請求項４に係る発明は、アクチュエータの駆動制御に使用される第一の演算装置の起動時に、前記アクチュエータの駆動制御を行うデータを第二の演算装置との間で通信するときに受信ポートとして使用されるポートを入力ポートに設定し、前記第二の演算装置の出力ポートの信号レベルを調べて前記第二の演算装置の起動を確認した後に、前記入力ポートを受信ポートに設定することを特徴とする演算装置のデータ通信方法とした。
この演算装置のデータ通信方法は、受信ポートを入力ポートに切り換えることで第二の演算装置の起動状態を調べる。通信可能になったら、第二の演算装置から出力されるデータを受信できるように入力ポートを受信ポートに切り換える。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の演算装置のデータ通信方法において、前記演算装置が通信を行う準備が完了するまでの間、通信時に出力ポートとして使用されるポートを通信時の基準レベルと異なる信号レベルに設定することを特徴とする。
この演算装置のデータ通信方法では、第二の演算回路が請求項４に記載したような確認処理を実施する場合には、第二の演算装置が第一の演算装置が通信可能な状態になっていないと判定し、通信を行わずに待機する。第一の演算装置の準備が完了したら、出力ポートを通信時の基準レベルに戻して、通信を行わせる。

請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の演算装置のデータ通信方法を実施した後に前記第一の演算装置と前記第二の演算装置の間で通信を行って人体を支持するベッド本体を駆動させることを特徴とする電動ベッドの駆動方法とした。
この電動ベッドの駆動方法では、コントローラと操作装置のそれぞれの演算装置が通信をして制御を実施するときに、通信エラーが防止され、所望する動作を実現できる。

本発明によれば、第一の演算装置の起動状態を確認する専用の信号線を設ける必要がなくなって、装置構成を簡略化できる。演算装置の起動時の通信エラーを防止できる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施の形態で同じ構成要素には同一の符号をしている。また、重複する説明は省略する。

（第一の実施の形態）
複数の演算装置を異なるコントローラに搭載し、有線で接続したシステムの一例として、図１に電動ベッドのブロック図を示す。
電動ベッド１は、使用者Ｕの体を支えるベッド本体２を有し、ベッド本体２を電動で昇降させる昇降部３と、ベッド本体２を電動で起こして背上げさせる背上げ部４と、膝上げさせる膝上げ部５と、これら各部３〜５を制御する本体側コントローラ６を有する。さらに、本体側コントローラ６には、通信ケーブル７を介して操作用コントローラ８が有線接続されている。
昇降部３、背上げ部４及び膝上げ部５は、アクチュエータであるモータ１０が少なくとも１つずつ設けられており、この他に不図示の機構を備えている。

本体側コントローラ６は、第一又は第二の演算装置としての第一のＣＰＵ１１と、不図示のメモリや電力供給などに用いるその他の回路などを有し、モータ１０を駆動制御するように構成されている。
図２に示すように、本体側コントローラ６には、通信ケーブル７がコネクタ接続されている。通信ケーブル７は、本体側コントローラ６と操作用コントローラ８を接続するもので、複数の信号線を束ねた構成を有する。

操作用コントローラ８は、不図示のボタンなどが配設されており、使用者Ｕの昇降や背上げ、膝上げなどを選択できる。その内部には、第二又は第一の演算装置としての第二のＣＰＵ１２と、不図示のメモリと、電力供給などに用いるその他の回路などを有する。

ここで、本体側コントローラ６の第一のＣＰＵ１１には、第二のＣＰＵ１２と通信するときに信号が送信されるポートになるシリアルＴｘピンを有する。シリアルＴｘピンには、トランジスタ２１が接続されている。トランジスタ２１は、ベース端子がシリアルＴｘピンに接続され、エミッタ端子を接地させてある。コレクタ端子は高電位Ｖｃｃ（例えば、５Ｖ）に接続されると共に信号線７Ａに接続させてある。この信号線７Ａは、操作用コントローラ８に引き込まれ、操作用コントローラ８内にバッファとして設けられたＮＯＴ回路２２を経て第二のＣＰＵ１２のシリアルＲｘピンに接続される。

第二のＣＰＵ１２のシリアルＲｘピンは、第一のＣＰＵ１１と通信するときに信号が入力されるポートになる。さらに、第二のＣＰＵ１２には、第一のＣＰＵ１１と通信するときに信号が送信されるポートになるシリアルＴｘピンが設けられている。シリアルＴｘピンには、トランジスタ２３が接続されている。トランジスタ２３は、ベース端子がシリアルＴｘピンに接続され、エミッタ端子を接地させてあり、コレクタ端子を高電位Ｖｃｃ（例えば、５Ｖ）に接続されると共に信号線７Ｂに接続させてある。この信号線７Ｂは、本体側コントローラ６に引き込まれ、本体側コントローラ６内にバッファとして設けられたＮＯＴ回路２４を経て第一のＣＰＵ１１のシリアルＲｘピンに接続される。シリアルＲｘピンは、第二のＣＰＵ１２と通信するときは受信用に使用されるポートである。

次に、電源投入時の各コントローラ６，８における処理を図３のフローチャートを主に参照して説明する。なお、以下の説明は、第二のＣＰＵ１２を中心に説明するが、第一のＣＰＵ１１側でも同様の処理が行われる。
第二のＣＰＵ１２が起動したら、シリアルＲｘピンを入力ポートに設定する（ステップＳ１００）。接続先のコントローラ、この場合には本体側コントローラ６の起動状態確認処理を行う（ステップＳ１１０）。起動が確認されたら、シリアルＲｘピンを設定を切り換えてシリアル通信の受信ポートにし（ステップＳ１２０）、通信処理を開始する（ステップＳ１３０）。

さらに、ステップＳ１１０の起動状態確認処理の詳細を図４に示す。
起動状態確認処理では、第二のＣＰＵ１２がシリアルＲｘピンの信号レベルを確認する（ステップＳ１１１）。シリアルＲｘピンの信号レベルは、信号線７Ａの信号レベルをＮＯＴ回路２２で反転させたものになる。つまり、第一のＣＰＵ１１側のトランジスタ２１のコレクタ端子の信号レベルを反転させたものになる。
トランジスタ２１は、第一のＣＰＵ１１のシリアルＴｘピンの信号レベルがＨｉｇｈであればＯＮになってコレクタ端子の電位がＬｏｗになる。これに対して、第一のＣＰＵ１１のシリアルＴｘピンの信号レベルがＬｏｗであればトランジスタ２１はＯＦＦになってコレクタ端子の電位がＨｉｇｈになる。したがって、第一のＣＰＵ１１のシリアルＴｘピンの信号レベルによって第二のＣＰＵ１２のシリアルＲｘピンの信号レベルが表１のように定まる。

Ｈｉ−ｚは、起動時のハイインピーダンス状態を示し、ＣＰＵの種類によっては起動時にＬｏｗレベルではなくＨｉ−ｚレベルになることもある。Ｌｏｗレベル又はＨｉ−ｚレベルのいずれであっても、起動後のＨｉｇｈレベルより電位が低いので、トランジスタ２１がＯＦＦになって、コレクタ端子の電位がＨｉｇｈレベルになる。その結果、バッファ２２で反転させて第二のＣＰＵ１２のシリアルＲｘピンに入力される信号レベルはＬｏｗになる。前記したように、第一のＣＰＵ１１が通信可能になっていれば、トランジスタ２１がＯＮになって、コレクタ端子の電位がＬｏｗレベル、バッファ２２で反転させた信号レベルがＨｉｇｈになる。したがって、第二のＣＰＵ１２は、自身のシリアルＲｘピンを入力ポートとしたときの信号レベルで第一のＣＰＵ１１の起動状態を判定できる。

図４のステップＳ１１１でシリアルＲｘピンの信号レベルを確認した結果、Ｈｉｇｈレベルであったならば、接続先コントローラが起動しているので、ここでの処理を終了する。そして、図３のステップＳ１３０に進む。
これに対して、シリアルＲｘピンの信号レベルがＬｏｗレベルであったならば、接続先コントローラが未だ起動していないので、エラーチェックカウンタを起動させる（ステップＳ１１２）。エラーチェックカウンタが予め設定された規定時間に達するまで（ステップＳ１１３でＮｏ）、ステップＳ１１１からステップＳ１１３を繰り返す。この間に、信号レベルがＨｉｇｈになったら、図３のステップＳ１３０に進む。規定時間が経過しても信号レベルがＨｉｇｈにならなかったら（ステップＳ１１３でＹｅｓ）、接続先コントローラの異常や、通信線の異常が考えられるので、エラー処理を行う。

それぞれのＣＰＵ１１，１２で起動状態を確認したら通信が開始される。ここまでの動作の具体例を図５のタイミングチャートに示す。時刻ｔ０でそれぞれのコントローラ６，８の電源が投入される。時刻ｔ１で各ＣＰＵ１１，１２が起動する。操作用コントローラ８の第二のＣＰＵ１２の初期化処理が時刻ｔ２に完了すると、受信ポートが入力ポートの設定に切り換えられて起動状態確認処理が実行される。このとき、本体側コントローラ６の第一のＣＰＵ１１は初期化処理が未だ完了しておらず、送信ポートはＨｉ−ｚ状態にある。したがって、第二のＣＰＵ１２は、待ち状態になる。時刻ｔ３で第一のＣＰＵ１１の初期化処理が終了して送信ポートがＨｉｇｈレベルに達すると、第二のＣＰＵ１２が第一のＣＰＵ１１の起動を確認できるので、入力ポートに設定したシリアルＲｘピンを時刻ｔ４で送信ポートに設定し直してから、通信を開始する。通信データは、信号線７Ａ，７Ｂを通って第一のＣＰＵの受信ポートに入力される。
ここで、第一のＣＰＵ１１も図３及び図４に示した処理を実施するが、第一のＣＰＵ１１の初期化処理が終了する時刻ｔ３までに第二のＣＰＵ１２の初期化処理が完了しているので、第一のＣＰＵ１１は待機せずに通信が行える。

このようにしてＣＰＵ１１，１２間で通信を開始したら、使用者Ｕの操作によって操作用コントローラ８から本体側コントローラ６に信号が入力され、本体側コントローラ６の制御によって昇降部３や、背上げ部４、膝上げ部５のアクチュエータ１０が駆動され、昇降や、背上げ、膝上げが実施される。

この実施の形態によれば、２つのＣＰＵ１１，１２間で通信を開始する前に、受信ポートを入力ポートに設定し、互いに接続先のＣＰＵ１１，１２の信号レベルを監視するようにしたので、アクチュエータ１０の制御に使う通信線７Ａ，７Ｂを通して接続先のＣＰＵ１１，１２の起動状態を確認できる。確認処理が簡単になると共に、起動状態を確認する専用の信号線を設ける必要がなくなって装置構成を簡略化できる。

（第二の実施の形態）
この実施の形態の装置構成は第一の実施の形態と同じであり、通信開始までの処理が異なる。以下においても第二のＣＰＵ１２の処理を中心にして説明するが、第一のＣＰＵ１１においても同様の処理が行われる。
図６に示すように、シリアルＴｘを出力ポートに設定し、シリアルＲｘピンを入力ポートに設定する。さらに、シリアルＴｘピンの信号レベルをＬｏｗレベルにする（ステップＳＳ２００）。
第二のＣＰＵ１２は、自身の通信処理の準備が完了するまでの間、シリアルＴｘピンをＬｏｗレベルに維持し（ステップＳＳ２１０）、準備が完了したらシリアルＴｘピンの電位をＨｉｇｈレベルにする（ステップＳ２２０）。この後、接続先コントローラの起動状態確認処理を実施し（ステップＳ２３０）、確認できたらシリアルＲｘピンをシリアル通信の受信ポートの設定に切り換える（ステップＳ２４０）。そして、通信処理を開始する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２３０の接続先コントローラの起動状態確認処理は、図４に示す処理と同じである。

ここまでの処理の具体例を図７のタイミングチャートに示す。
時刻ｔ２１で第二のＣＰＵ１２が起動したら、初期化を行ってシリアルＴｘピンをＬｏｗレベルにする。時刻ｔ２２から内部の準備を行い、時刻ｔ２３で準備が完了したらシリアルＴｘピンをＨｉｇｈレベルに設定し、第一のＣＰＵ１１の起動待ちに移行する。第一のＣＰＵ１１が時刻ｔ２４で起動したら、通信処理を開始する。
第二のＣＰＵ１２のシリアルＴｘピンの信号レベルがＬｏｗレベルに設定されている間は、表１に示すように、シリアルＴｘピンがＬｏｗのときは、トランジスタ２３及びバッファ２４を介して第一のＣＰＵ１１のシリアルＲｘピンに入力される信号レベルがＬｏｗになる。このとき、第一のＣＰＵ１１が接続先コントローラの起動状態確認処理（ステップＳ２３０）を実施していれば、第二のＣＰＵ１２が未だ起動していないと判断し、第二のＣＰＵ１２の起動待ち状態になる。したがって、第二のＣＰＵ１２の通信処理の準備が完了する前に第一のＣＰＵ１１が通信を開始しないようにできる。

第一のＣＰＵ１１についても同様にして図６及び図４に示す処理を実施することで、通信処理の準備が完了する前に第二のＣＰＵ１２が通信を開始しないようにできる。

この実施の形態では、ＣＰＵ１１，１２が通信準備できるまでの間は、相手側のＣＰＵからデータが送られないようにポートの信号レベルを設定するので、通信開始のタイミングをコントロールすることができる。例えば、コントローラ同士が異なる通信プロトコルを使用する場合、通信の最初にプロトコルの情報を相手側のＣＰＵに送ることで通信環境を設定する処理を行うので、最初の通信データが欠落すると通信エラーになってしまってシステムを機能させることができなくなる。しかしながら、この実施の形態では、通信の最初のデータを確実に取得できるので、通信プロトコルが異なる場合でもシステムをうまく機能させることができる。このような現象は、電動ベッド１の操作用コントローラ８のみを新しいものに交換した場合などに生じる。
起動状態確認処理における効果は、第一の実施の形態と同じである。

なお、本発明は前記した各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、電動ベッド１は、昇降部３、背上げ部４、膝上げ部５の少なくとも１つを有していれば良く。また、他の機能を実現するためのアクチュエータ１０を設けても良い。
２つのコントローラ６，８を有するシステムは、電動ベッド１に限定されない。通信可能になるまでの時間がＣＰＵ１１，１２ごとに異なる可能性のあるシステムや、通信プロトコルの異なるＣＰＵ１１，１２が接続されて通信するシステムに適用できる。
コントローラの数や演算装置の数は、２つに限定されない。３つ以上でも良い。

本発明の実施の形態に係るアクチュエータのコントローラを電動ベッドに適用した場合の全体構成の概略図である。 コントローラとＣＰＵの接続を示す図である。 ＣＰＵの起動後に通信を開始するまでの処理を示すフローチャートである。 図３の接続先コントローラ起動状態確認処理の詳細を示すフローチャートである。 図３のフローチャートに対応するタイミングチャートである。 別の態様においてＣＰＵの起動後に通信を開始するまでの処理を示すフローチャートである。 図６のフローチャートに対応するタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電動ベッド
２ ベッド本体
６ 本体側コントローラ
７ 通信線
８ 操作用コントローラ
１０ アクチュエータ
１１ 第一のＣＰＵ（演算装置）
１２ 第二のＣＰＵ（演算装置）

Claims (6)

1. アクチュエータの駆動制御に使用される第一の演算装置を有し、前記第一の演算装置は有線接続される第二の演算装置との間で通信可能に構成され、前記アクチュエータの駆動制御を行うデータを通信するときに前記第二の演算装置からデータが入力される受信ポートを前記第一の演算装置の起動後で通信を開始する前に入力ポートに設定するように構成したことを特徴とするアクチュエータのコントローラ。
2. 前記第二の演算装置との間で前記アクチュエータの駆動制御を行うデータを通信するときに送信ポートとして使用されるポートを前記第一の演算装置の起動時で前記第一の演算装置が通信可能になるまでの間、通信時の基準レベルと異なる信号レベルに設定するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータのコントローラ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータのコントローラと、前記第二の演算装置を備える操作装置とを有し、前記コントローラを人体を支持するベッド本体を駆動可能な前記アクチュエータに接続したことを特徴とする電動ベッド。
4. アクチュエータの駆動制御に使用される第一の演算装置の起動時に、前記アクチュエータの駆動制御を行うデータを第二の演算装置との間で通信するときに受信ポートとして使用されるポートを入力ポートに設定し、前記第二の演算装置の出力ポートの信号レベルを調べて前記第二の演算装置の起動を確認した後に、前記ポートを受信ポートに設定することを特徴とする演算装置のデータ通信方法。
5. 前記第一の演算装置が通信を行う準備が完了するまでの間、通信時に出力ポートとして使用されるポートを通信時の基準レベルと異なる信号レベルに設定することを特徴とする請求項４に記載の演算装置のデータ通信方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載の演算装置のデータ通信方法を実施した後に前記第一の演算装置と前記第二の演算装置の間で通信を行って人体を支持するベッド本体を駆動させることを特徴とする電動ベッドの駆動方法。

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