KR20220158436A - Control system for smart care bed to prevent bedsores - Google Patents

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KR20220158436A
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Abstract

The present invention relates to a control system for a smart care bed for preventing pressure sores. The control system for a smart care bed, according to the present invention, comprises: a body pressure sensor for constantly collecting body pressure sensing information for each part of the body; and an operation control unit for independently controlling each elevating/lowering link module. Therefore, the present invention can prevent serious side effects such as pressure sores or skin diseases.

Description

욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템 {Control system for smart care bed to prevent bedsores}Control system for smart care bed to prevent bedsores {Control system for smart care bed to prevent bedsores}

본 발명은 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 침대의 베드면을 따라 승하강 링크 모듈 형태로 승하강이 독립적으로 제어되는 다중 평행사변형 링크 구조의 승하강 링크 모듈을 평행하게 인접하여 다수로 배치하고, 환자의 간호 상황에 맞게 상기 승하강 링크 모듈들의 승하강 동작을 적절히 제어함으로써 욕창이나 피부질환 등의 방지 효과가 우수한 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a control system of a smart care bed for preventing pressure sores, and more particularly, to an elevating link having a multi-parallelogram link structure in which elevating and descending is independently controlled in the form of an elevating link module along a bed surface of a bed. By arranging a plurality of modules adjacently in parallel and appropriately controlling the lifting and lowering operation of the lifting link modules according to the patient's nursing situation, a control system of a smart care bed for prevention of bedsores with excellent prevention effects such as bedsores and skin diseases It is about.

일반적으로, 병원에서 이용되는 의료용 침대는 거동이 불편한 환자들을 위하여 등받이 또는 발받침이 일정각도로 회동하여 접을 수 있는 구조로 되어 있으며, 보호자가 조작핸들을 돌려 등받이의 각도를 조절하는 수동식과 구동모터 또는 유압실린더를 이용하여 등받이의 각도를 전기력으로 조절하는 전동식으로 나뉜다.In general, medical beds used in hospitals have a structure in which a backrest or footrest can be folded by rotating at a certain angle for patients with mobility difficulties, and a manual type and a driving motor in which a guardian adjusts the angle of the backrest by turning a control handle. Or, it is divided into an electric type that adjusts the angle of the backrest with electric power using a hydraulic cylinder.

수동식 의료용 침대는 별도의 전동식 장치가 필요하지 않다는 측면에서 가격이 저렴한 이점이 있으나, 등받이의 각도를 조절하기 위해서는 큰 힘이 소요되기 때문에 거동 자체가 불편한 환자 스스로 사용하기는 힘들다는 문제점이 있었다. The manual medical bed has the advantage of being inexpensive in that it does not require a separate motorized device, but has a problem in that it is difficult to use by the patient himself who has difficulty in moving because it takes a lot of force to adjust the angle of the backrest.

이러한 이유로 근래에는 구입비용이 다소 비싸더라도 환자 스스로 등받이 각도 등을 조절할 수 있는 전동 침대가 선호되고 있는 상황이다.For this reason, in recent years, even though the purchasing cost is somewhat high, a motorized bed in which the patient can adjust the angle of the backrest by himself is preferred.

이러한 종래 의료용 전동 침대의 한가지 예가 국내 등록특허 10-0621349호(이하, ‘선행문헌’이라고 칭함)에 개시되어 있다.One example of such a conventional medical electric bed is disclosed in Korean Registered Patent No. 10-0621349 (hereinafter referred to as 'prior literature').

상기 선행문헌의 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 의료용 전동 침대는 크게 침대프레임(10)과, 상기 침대프레임(10) 상부에 위치하며 각각이 서로 회전 가능하게 결합된 등받이부(21) 및 다리받침부(22)를 포함하는 동작모듈(20)과, 상기 동작모듈(20)에 회전 가능하게 결합되어 외력의 의해서 구동하는 복수 개의 링크로 구성된 구동모듈(30)과, 상기 침대프레임(10) 하단에 위치하여 구동모듈(30)의 동작을 위한 외력을 제공하는 동력모듈(40)로 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2 of the prior art document, the conventional electric medical bed largely includes a bed frame 10, a backrest part 21 located above the bed frame 10 and rotatably coupled to each other, and An operation module 20 including a leg support 22, a drive module 30 composed of a plurality of links rotatably coupled to the operation module 20 and driven by an external force, and the bed frame 10 ) It consists of a power module 40 located at the bottom and providing an external force for the operation of the drive module 30.

상기 동력모듈(40)은 제 1액츄에이터(41) 및 제 2액츄에이터(42)로 구성되어 각각의 제 1액츄에이터(41)는 등받이부(21)가 틸팅되도록 동력을 가해주고 제 2액츄에이터(42)는 다리받침부(22)가 틸팅되도록 동력을 가해준다.The power module 40 is composed of a first actuator 41 and a second actuator 42, and each first actuator 41 applies power so that the backrest 21 tilts, and the second actuator 42 applies power so that the leg support 22 is tilted.

또한, 상기 등받이부(21)는 침대프레임(10)의 상면에 위치하여 일단이 침대프레임(10)에 구비된 고정부(50)에 회전 가능하게 결합되어 구동모듈(30)에 의해서 타단이 상향 틸팅된다. 대퇴부(22a)는 일단이 고정부(50)의 타측에 회전 가능하게 결합되며 정강이부(22b)는 일단이 대퇴부(22a)의 타단에 회전 가능하게 결합되고 발판부(22c)는 일단이 대퇴부(22a)의 타단에 회전 가능하게 결합된다. 이와 같이 다리받침부(22)가 구성되어 침대프레임(10)에 결합된 구동모듈(30)에 의해서 다리받침부(22)가 상향으로 틸팅된다.In addition, the backrest part 21 is located on the upper surface of the bed frame 10, one end is rotatably coupled to the fixing part 50 provided in the bed frame 10, and the other end is moved upward by the driving module 30. tilted The thigh part 22a has one end rotatably coupled to the other side of the fixing part 50, and the shin part 22b has one end rotatably coupled to the other end of the thigh part 22a, and the footrest part 22c has one end of the thigh ( It is rotatably coupled to the other end of 22a). In this way, the leg support 22 is configured and the leg support 22 is tilted upward by the drive module 30 coupled to the bed frame 10 .

그러나, 이와 같이 구성된 종래 의료용 전동 침대는 매트 부분이 등받이부, 허리부, 관절부 및 다리받침부 등으로 나누어져 업다운 구동될 수 있음에 따라 신체를 움직이기가 힘든 중환자를 일으켜 앉히거나 다리를 들어 올리는 등의 치료 및 간호 활동에 필요한 자세 변형은 어느 정도 가능하나, 침대에 누워 거동할 수 없는 환자의 경우 환자의 특정 신체 부위가 침대 베드에 장시간 눌러 혈액 순환이 원활치 못하게 되고, 또 피부에 공기가 장시간 접촉되지 못함에 따라 욕창이나 피부질환 등의 합병증이 동반되는 심각한 문제점이 있었다.However, in the conventional medical electric bed configured as described above, the mat part is divided into a backrest part, a waist part, a joint part, a leg support part, etc. and can be driven up and down, so that a critically ill patient who has difficulty moving the body is raised and seated or lifts the legs It is possible to change the posture necessary for back treatment and nursing activities to some extent, but in the case of a patient who cannot move while lying on a bed, certain body parts of the patient are pressed against the bed for a long time, resulting in poor blood circulation and also air on the skin for a long time. There was a serious problem accompanied by complications such as bedsores and skin diseases as they could not be contacted.

한국 등록특허 제10-0621349호 (2006.08.31. 등록)Korean Registered Patent No. 10-0621349 (registered on Aug. 31, 2006) 한국 등록특허 제10-1709038호 (2017.02.15. 등록)Korean Patent Registration No. 10-1709038 (registered on February 15, 2017)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 안출된 것으로, 침대의 베드면을 따라 승하강 링크 모듈 형태로 승하강이 독립적으로 제어되는 다중 평행사변형 링크 구조의 승하강 링크 모듈을 평행하게 인접하여 다수로 배치하고, 환자의 간호 상황에 맞게 상기 승하강 링크 모듈들의 승하강 동작을 적절히 제어함으로써 욕창이나 피부질환 등의 방지 효과가 우수한 체압 센서를 이용한 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and the elevating link module of the multiple parallelogram link structure in which the elevating and descending is independently controlled in the form of an elevating link module along the bed surface is adjacent in parallel A control system of a smart care bed for prevention of bedsores using a body pressure sensor having excellent prevention effects such as bedsores and skin diseases by arranging a plurality of them and appropriately controlling the lifting and lowering operation of the lifting link modules according to the patient's nursing situation. intended to provide

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템은 일 실시예에 따라, 침대 받침부의 상면에 평행사변형 링크에 의해 승하강이 독립적으로 제어되는 다수의 승하강 링크 모듈이 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 각 승하강 링크 모듈이 서보 모터에 의해 동작이 제어되는 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템에 있어서, 상기 각 승하강 링크 모듈에 구비되어 각 승하강 링크 모듈에 가해지는 인체의 부위별 체압 센싱 정보를 상시적으로 수집하는 체압 센서; 및 상기 체압 센서로부터 전송된 체압 센싱 정보를 이용하여 각 승하강 링크 모듈을 독립적으로 제어하는 동작 제어부;를 포함하며, 상기 동작 제어부가 다수의 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서로부터 수집된 체압 센싱 정보를 판독하여 특정 승하강 링크 모듈의 체압 센서로부터 전송된 체압 센싱 정보가 욕창이 발생될 수 있는 욕창 임계 압력인 32mmHg에 근접하는 경우, 상기 욕창 임계 압력에 근접하는 특정 승하강 링크 모듈이 욕창 임계 압력에 도달되기 직전에 특정 승하강 링크 모듈을 포함한 모든 승하강 링크 모듈이 평행한 초기의 제1 수직 위치(h1)에서 상기 욕창 임계 압력에 근접하는 특정 승하강 링크 모듈만을 상기 제1 수직 위치(h1)보다 상대적으로 낮은 제2 수직 위치(h2)로 하강시킨 후 기 설정된 일정 체류 시간동안 동작을 정지시키고, 상기 일정 체류 시간이 경과한 후에는 상기 제2 수직 위치(h1)에 정지되어 있던 특정 승하강 링크 모듈을 다시 원래의 제1 수직 위치(h1)로 상승시킴으로써 각 승하강 링크 모듈의 승하강 동작 및 수직 위치를 체압 센싱 정보에 따라 독립적으로 제어하고, 상기 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서로부터 수집된 체압 센싱 정보를 판독하여 특정 승하강 링크 모듈의 동작 및 위치를 독립적으로 제어하는 데 실패한 경우, 다음 단계로, 상기 각 승하강 링크 모듈의 승하강 동작을 기 설정된 시간동안 반복적으로 제어하는 지속시간 제어가 자동 수행된다.According to an embodiment, the control system of the smart care bed for preventing bedsores of the present invention for achieving the above object is a plurality of elevating link modules in which elevating and descending are independently controlled by parallelogram links on the upper surface of the bed support. In the control system of a smart care bed for prevention of bedsores, in which the elevating link modules are arranged adjacently and in parallel, and the operation of each elevating link module is controlled by a servo motor, each elevating link module is provided with each elevating link module a body pressure sensor that constantly collects body pressure sensing information for each part of the body applied to the body; and an operation controller that independently controls each elevating link module by using the body pressure sensing information transmitted from the body pressure sensor, wherein the operation controller controls the body pressure sensing information collected from the body pressure sensors of each elevating and descending link module. When the body pressure sensing information transmitted from the body pressure sensor of a specific elevating link module approaches 32 mmHg, which is the pressure sore critical pressure at which pressure sores can occur, the specific elevating link module close to the pressure sore threshold pressure In the initial first vertical position (h1) in which all the elevating link modules including the specific elevating link module are parallel just before reaching the first vertical position (h1), only the specific elevating link module approaching the pressure sore critical pressure is set to the first vertical position (h1). After descending to the second vertical position (h2), which is relatively lower than ), the operation is stopped for a preset predetermined stay time, and after the predetermined stay time has elapsed, a specific lift that was stopped at the second vertical position (h1) By raising the lowering link module back to the original first vertical position h1, the lifting operation and vertical position of each lifting link module are independently controlled according to the body pressure sensing information, and the body pressure sensor of each lifting link module is controlled. When reading the collected body pressure sensing information fails to independently control the operation and position of a specific elevating link module, the next step is to repeatedly control the elevating operation of each elevating link module for a preset period of time. Time control is performed automatically.

또한 일 실시예에 따라, 상기 동작 제어부는, 각 승하강 링크 모듈에서의 최대 체압은 하기 수식 1에 의해 산출되고,In addition, according to an embodiment, the operation control unit calculates the maximum body pressure in each elevating link module by Equation 1 below,

Figure pat00001
(수식 1)
Figure pat00001
(Equation 1)

(여기서, Pmi는 승하강 링크 모듈 i의 최대 압력, Pij는 i번째 승하강 링크 모듈의 j번째 센서에서 측정된 체압, M은 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서 수이다.)(Here, Pmi is the maximum pressure of the elevating link module i, Pij is the body pressure measured by the j-th sensor of the i-th elevating link module, and M is the number of body pressure sensors in each elevating link module.)

에러(error) ei는 하기 수식 2에 의해 산출되고,The error ei is calculated by Equation 2 below,

Figure pat00002
(수식 2)
Figure pat00002
(Formula 2)

(여기서,

Figure pat00003
는 목표 압력값,
Figure pat00004
는 건반 i의 최대 압력,
Figure pat00005
는 건반 입력이다.)(here,
Figure pat00003
is the target pressure value,
Figure pat00004
is the maximum pressure of key i,
Figure pat00005
is the keyboard input.)

전체 에러(eRMS)는 하기 수식 3에 의해 산출되며,The total error (e RMS ) is calculated by Equation 3 below,

Figure pat00006
(수식 3)
Figure pat00006
(Formula 3)

(여기서, N은 승하강 링크 모듈 수이다.)(Here, N is the number of lifting and lowering link modules.)

상기 수식에 의해 산출된 전체 에러값이 0으로 수렴하도록 동작 제어부가 각 승하강 링크 모듈의 승하강 동작 및 수직 위치를 독립적으로 제어한다.The operation control unit independently controls the lifting and lowering operation and vertical position of each lifting and lowering link module so that the total error value calculated by the above formula converges to 0.

또한 일 실시예에 따라, 상기 동작 제어부는, PI(Proportional-Integral) 제어 방식 또는 IP(Integral-Proportional) 제어 방식의 동작 제어부가 이용된다.In addition, according to an embodiment, the operation controller uses a proportional-integral (PI) control method or an integral-proportional (IP) control method.

또한 일 실시예에 따라, 상기 동작 제어부는 각 승하강 링크 모듈에 구비된 서보 모터와 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 연결된다.In addition, according to one embodiment, the operation control unit is connected to the servo motor provided in each elevating link module by CAN (Controller Area Network) communication.

또한 일 실시예에 따라, 상기 승하강 링크 모듈은, 적어도 두 개 이상의 평행사변형 링크들이 수평선 상에서 나란히 연결 배치되고, 상기 각 평행사변형 링크들의 사이에 배치되는 링크는 단일의 링크를 서로 공유하는 다중 평행사변형 링크 구조를 갖는다.In addition, according to one embodiment, in the elevating and descending link module, at least two or more parallelogram links are connected side by side on a horizontal line, and links disposed between each of the parallelogram links share a single link with each other. It has a quadrilateral link structure.

또한 일 실시예에 따라, 상기 다중 평행사변형 링크의 사이에 공유되는 링크 중 맨 가운데에 위치한 링크는 결합축의 수직 위치가 좌우의 다른 링크들보다 하방에 위치한 위상 옵셋 링크이다.Further, according to an embodiment, among the links shared among the multiple parallelogram links, the link located in the center is a phase offset link in which a vertical position of a coupling axis is located below other links on the left and right.

또한 일 실시예에 따라, 상기 위상 옵셋 링크는 서보 모터가 결합된 구동 링크이다.Also, according to one embodiment, the phase offset link is a driving link coupled to a servo motor.

또한 일 실시예에 따라, 상기 지속시간 제어는, 상기 승하강 링크 모듈을 홀수번째와 짝수번째로 구분한 뒤 상기 홀수번째와 짝수번째 승하강 링크 모듈의 승하강 동작을 기 설정된 하강 시간(T1) 및 승강 시간(T2)동안 반복적으로 교대로 제어한다.In addition, according to an embodiment, the duration control is performed by dividing the elevating link modules into odd-numbered and even-numbered elevating link modules, and then performing the elevating operation of the odd-numbered and even-numbered elevating link modules at a preset drop time (T1). and iteratively alternately controlled during the lifting time T2.

또한 일 실시예에 따라, 상기 하강 시간(T1) 및 승강 시간(T2)의 합은 30분 이내로 설정된다.Also, according to one embodiment, the sum of the lowering time T1 and the rising lowering time T2 is set to within 30 minutes.

또한 일 실시예에 따라, 상기 체압 센서에는, 사용자 인터페이스부; 호스트 인터페이스부; 상기 각 승하강 링크 모듈에 구비된 서보 모터를 유무선 통신을 통해 연결하는 다중 서보통신부; 및 각 승하강 링크 모듈에 구비된 체압 센서를 유무선 통신을 통해 연결하는 다중 센서통신부;가 더 구비된다.In addition, according to one embodiment, the body pressure sensor may include a user interface unit; a host interface unit; a multi-servo communication unit for connecting the servo motors provided in each of the elevating and descending link modules through wired/wireless communication; and a multi-sensor communication unit that connects the body pressure sensors provided in each elevating/descending link module through wired/wireless communication.

또한 일 실시예에 따라, 상기 체압 센서에는, 체압 센싱 정보를 처리하기 위한 체압 센싱 정보 처리부가 더 구비된다.According to an embodiment, the body pressure sensor further includes a body pressure sensing information processing unit for processing body pressure sensing information.

또한 일 실시예에 따라, 상기 호스트 인터페이스부는, 다중 서보통신부 및 다중 센서통신부와 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 연결된다.Also, according to an embodiment, the host interface unit is connected to the multi-servo communication unit and the multi-sensor communication unit through controller area network (CAN) communication.

상술한 바와 같은 본 발명은, 침대 베드면을 따라 승하강 링크 모듈 형태로 승하강이 독립적으로 제어되는 승하강 링크 모듈을 평행하게 인접하여 다수로 배치하고, 환자의 치료 또는 간호 상황에 맞추어 상기 승하강 링크 모듈들의 승하강 동작을 적절히 제어함으로써 환자의 신체가 장시간 침대 베드에 눌려 혈액순환이 원활치 못하거나 공기와 접촉되지 못함에 따라 발생되는 욕창이나 피부질환 등의 심각한 부작용을 방지할 수 있는 우수한 의료 효과가 있다.As described above, the present invention arranges a plurality of elevating link modules whose elevating is independently controlled in the form of elevating link modules along the bed surface in parallel and adjacent to each other, and according to the patient's treatment or nursing situation. Excellent medical care that can prevent serious side effects such as pressure ulcers or skin diseases caused by poor blood circulation or lack of contact with air due to the patient's body being pressed on the bed for a long time by appropriately controlling the lifting and lowering movements of the lowering link modules It works.

도 1은 본 발명에 따른 의료용 전동 침대를 전체적으로 보인 사시도
도 2는 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈을 일 실시예에 따라 확대하여 보인 요부 사시도
도 3은 도 2의 분해 사시도
도 4는 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈을 다른 실시예에 따라 확대하여 보인 요부 사시도
도 5는 도 4의 분해 사시도
도 6은 도 4의 승하강 링크 모듈의 링크 동작을 설명하기 위한 개략적인 상태도로서, (a)는 단일 평행사변형 링크일 경우의 정상운동 상태, (b)는 (a)에서 전환점 발생에 따른 비정상운동 상태, (c)는 본 발명에 따라 2중 평행사변형 링크를 적용함에 따라 전환점의 발생이 방지된 정상운동 상태
도 7은 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈의 동작 메카니즘을 보인 개략도
도 8은 본 발명 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템을 나타낸 블록도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 PI(Proportional-Integral) 제어 방식의 동작 제어부의 블록도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 IP(Integral-Proportional) 제어 방식의 동작 제어부의 블록도
도 11은 PI 제어 방식의 동작 제어부 실험 결과를 보여주는 그래프
도 12는 IP 제어 방식의 동작 제어부 실험 결과를 보여주는 그래프
도 13은 본 발명에 따른 서보 모터 드라이버의 제어 블록도
도 14는 본 발명에 따른 스마트 케어 침대의 제어 방법을 나타낸 플로우챠트
도 15는 본 발명에 따른 센서 컨트롤러의 일부로서 퍼지 컨트롤러의 구조를 보인 블록도
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속시간 제어의 플로우차트
1 is a perspective view showing a medical electric bed according to the present invention as a whole
Figure 2 is an enlarged perspective view of the main part of the elevating link module according to the present invention according to an embodiment
Figure 3 is an exploded perspective view of Figure 2
Figure 4 is an enlarged perspective view of the main part of the elevating link module according to the present invention according to another embodiment
Figure 5 is an exploded perspective view of Figure 4
Figure 6 is a schematic state diagram for explaining the link operation of the lifting and lowering link module of Figure 4, (a) is a normal motion state in the case of a single parallelogram link, (b) is abnormal due to the occurrence of a turning point in (a) Motion state, (c) is a normal motion state in which the occurrence of a turning point is prevented by applying a double parallelogram link according to the present invention
Figure 7 is a schematic diagram showing the operating mechanism of the elevating link module according to the present invention
8 is a block diagram showing a control system of a smart care bed for preventing bedsores according to the present invention;
9 is a block diagram of an operation control unit of a PI (Proportional-Integral) control scheme according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of an operation controller of an integral-proportional (IP) control method according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing experimental results of operation control of the PI control scheme.
12 is a graph showing experimental results of operation control of the IP control scheme.
13 is a control block diagram of a servo motor driver according to the present invention
14 is a flowchart showing a control method of a smart care bed according to the present invention
15 is a block diagram showing the structure of a fuzzy controller as part of a sensor controller according to the present invention.
16 is a flowchart of duration control according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "having" to "include" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in this specification, but one or other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, or any combination thereof, is not precluded from being excluded in advance.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.Unless otherwise defined herein, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this specification, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. Should not be.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 의료용 전동 침대의 구성 및 작동 관계에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a detailed look at the configuration and operational relationship of the medical electric bed of the present invention is as follows.

도 1은 본 발명 의료용 전동 침대를 전체적으로 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈을 일 실시예에 따라 확대하여 보인 요부 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해 사시도이다.1 is a perspective view showing a medical electric bed of the present invention as a whole, FIG. 2 is an enlarged perspective view of main parts of an elevating link module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2 .

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 전동 침대의 구성을 살펴보기로 한다.Hereinafter, the configuration of a medical powered bed according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

먼저, 본 발명 의료용 전동 침대는 통상 철재 구조물로 이루어진 침대 프레임(100)의 상단에 신체를 부위별로 받쳐 지지할 수 있는 받침 프레임(200)이 구비된다. 상기 받침프레임(200)은 등받침부(210), 허리받침부(220), 무릎받침부(230) 및 다리받침부(240) 등으로 분할되어 있으며, 상기 각 받침부(210, 220, 230, 240)의 승하강 또는 회동각도는 선택적으로 조절이 가능하다. First, the medical electric bed of the present invention is provided with a support frame 200 capable of supporting the body by part at the top of the bed frame 100 made of a normal steel structure. The support frame 200 is divided into a back support portion 210, a waist support portion 220, a knee support portion 230, and a leg support portion 240, and the respective support portions 210, 220, and 230 , The elevation or rotation angle of 240) can be selectively adjusted.

예컨대, 거동이 불편한 환자를 앉힐 때에는 상기 등받침부(210)를 상방으로 제껴 올릴 수가 있고, 한편 다리가 불편한 환자는 다리받침부(240)를 상방으로 상승시키는 등의 승하강 또는 회동각도의 조작이 가능하다.For example, when a patient with reduced mobility is seated, the backrest part 210 can be lifted upwards, while for a patient with a lowered leg, the legrest part 240 can be raised upward or downward, or the rotation angle can be manipulated. this is possible

또한 상기 침대 프레임(100)의 환자 머리쪽과 다리쪽에는 헤드보드(110)와 풋보드(120)가 각각 구비되어 있으며, 침대 프레임(100)의 측면에는 환자가 침대에서 굴러 떨어지는 것을 방지하기 위해 상하로 승하강 및 고정되는 안전바(130)가 더 구비된다.In addition, a headboard 110 and a footboard 120 are provided on the patient's head and leg sides of the bed frame 100, respectively, and on the side of the bed frame 100 there are vertical and horizontal surfaces to prevent the patient from rolling off the bed. A safety bar 130 that is raised and lowered and fixed is further provided.

한편, 본 발명의 특징적인 구성부로서 상기 받침 프레임(200)의 각 받침부(210, 220, 230, 240)의 상면에는 평행사변형 링크에 의해 승하강이 독립적으로 제어되는 다수의 승하강 링크 모듈(300)이 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 각 승하강 링크 모듈(300)의 링크 결합축 중 하나에는 링크 구동을 위해 서보 모터(390)가 각각 결합된다. On the other hand, as a characteristic component of the present invention, a plurality of elevating link modules whose elevation is independently controlled by parallelogram links on the upper surface of each supporting portion (210, 220, 230, 240) of the supporting frame 200 300 are adjacently arranged in parallel, and a servo motor 390 is coupled to one of the link coupling shafts of each of the elevating link modules 300 to drive the link.

이 때, 상기 각 승하강 링크 모듈(300)에는 서보 모터(390)가 각각 하나씩 별도로 구비됨에 따라 상기 서보 모터(390)에 의해 각 승하강 링크 모듈(300)의 승하강이 독립적으로 제어될 수 있음은 이해 가능하다.At this time, since the servo motors 390 are separately provided in each of the elevating link modules 300, the elevating and lowering of each elevating link module 300 can be independently controlled by the servo motors 390. It is understandable that there is

이하, 도 2 및 도 3을 참조하면 일 실시예에 따라, 상기 각 승하강 링크 모듈(300)은 전체적으로 두 개의 평행사변형 링크 구조체들이 수평선 상에서 나란히 연결 배치된 형태를 갖는데, 상기 각 평행사변형 링크들의 사이에는 위상 옵셋 링크편(330)이 배치되며, 상기 2개의 평생사변형 링크 구조체가 위상 옵셋 링크편(330)을 서로 공유하는 구조를 갖는다. 이 때, 상기 위상 옵셋 링크편(330)은 링크 결합축(331)의 수직 위치가 좌우의 다른 링크들의 결합축(341, 351)보다 하방에 위치된다.Hereinafter, referring to FIGS. 2 and 3, according to an embodiment, each elevating link module 300 has a shape in which two parallelogram link structures are connected side by side on a horizontal line as a whole, and each of the parallelogram links A phase offset link piece 330 is disposed between them, and the two life-time quadrilateral link structures share the phase offset link piece 330 with each other. At this time, in the phase offset link piece 330, the vertical position of the link coupling shaft 331 is lower than the coupling shafts 341 and 351 of the other links on the left and right.

보다 구체적으로, 상기 각 승하강 링크 모듈(300)은, 좌우로 일정 길이를 갖고 하방으로 링크 결합을 위한 다수의 결합리브(311, 312, 313)가 일체로 돌출 형성된 상부 링크 프레임(310)과, 상기 상부 링크 프레임(310)과 전체적으로 서로 대향되는 구조를 가지며 상기 상부 링크 프레임(310)의 하방에 배치되어 링크 결합되는 하부 링크 프레임(320)으로 이루어진다.More specifically, each of the elevating link modules 300 includes an upper link frame 310 in which a plurality of coupling ribs 311, 312, and 313 integrally protrude from left to right and have a certain length and are integrally formed with a plurality of coupling ribs 311, 312, and 313 for coupling downward. , It has a structure opposite to the upper link frame 310 as a whole and is composed of a lower link frame 320 disposed below the upper link frame 310 and coupled to a link.

상기 상부 링크 프레임(310) 및 하부 링크 프레임(320)의 길이방향과 수직한 방향에서의 종단면 형상은 각각 “

Figure pat00007
”와 “
Figure pat00008
”의 형상을 가지며, 이에 따라 상기 하부 링크 프레임(320)의 단면 내부에 서보 모터가 설치 가능하다.The longitudinal cross-sectional shapes in the longitudinal direction and the vertical direction of the upper link frame 310 and the lower link frame 320 are respectively “
Figure pat00007
"Wow "
Figure pat00008
It has a shape of “, and accordingly, a servo motor can be installed inside the cross section of the lower link frame 320.

이 때, 상기 하부 링크 프레임(320)에는 도 2 및 도 3에서 도시된 바와 같이 상부 링크 프레임(310)의 결합리브(311, 312, 313)와 동일한 형태로 결합리브(도면부호 없음)가 형성될 수 있으며, 또는 상기 하부 링크 프레임(320)에 결합리브 대신 결합공(도면부호 없음)만 형성하여도 평행사변형 링크로서 동일한 기능을 수행할 수 있는 바 하부 링크 프레임(320)의 구조에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.At this time, as shown in FIGS. 2 and 3, the lower link frame 320 has coupling ribs (no reference numerals) formed in the same form as the coupling ribs 311, 312, and 313 of the upper link frame 310. It may be, or even if only coupling holes (no reference numerals) are formed in the lower link frame 320 instead of coupling ribs, the same function as a parallelogram link can be performed. Details of the structure of the lower link frame 320 Description is omitted.

또한, 상기 상부 및 하부 링크 프레임(310, 320)의 각 결합리브(311, 312, 313) 사이에는 다수의 링크편들(330, 340, 350)이 결합되는데, 먼저 가운데 결합리브(311)에는 결합축(331)의 수직 위치가 좌우에 인접한 타 결합축(341, 351)보다 하방에 위치된 위상 옵셋 링크편(330)이 결합된다.In addition, a plurality of link pieces 330, 340, 350 are coupled between the respective coupling ribs 311, 312, 313 of the upper and lower link frames 310 and 320. First, the middle coupling rib 311 The vertical position of the coupling shaft 331 is coupled to the phase offset link piece 330 located below the other coupling shafts 341 and 351 adjacent to the left and right.

또한, 상기 위상 옵셋 링크편(330)의 좌측단에 형성된 결합리브(312)에는 제1 링크편(340)이 결합되며, 위상 옵셋 링크편(330)의 우측단 결합리브(313)에는 제2 링크편(350)이 힌지 결합된다. 이 때, 상기 제1 링크편(340) 및 제2 링크편(350)의 각 결합축(341, 351)은 상술한 위상 옵셋 링크편(330)의 결합축(331)보다 상방에 위치된다.In addition, the first link piece 340 is coupled to the coupling rib 312 formed at the left end of the phase offset link piece 330, and the second link piece 340 is coupled to the right end coupling rib 313 of the phase offset link piece 330. The link piece 350 is hinged. At this time, the coupling shafts 341 and 351 of the first link piece 340 and the second link piece 350 are located above the coupling shaft 331 of the phase offset link piece 330 described above.

또한, 상기 각 링크편(330, 340, 350), 즉, 위상 옵셋 링크편(330a, 330b), 제1 링크편(340a, 340b) 및 제2 링크편(350a, 350b)은 모두 2개가 한쌍을 이루도록 일정 간격을 두고 좌우에 하나씩 분할 형성된다. 이에 따라, 상부 링크 프레임(310)이 하부 링크 프레임(320) 상에서 좌우로 링크 운동될 때 상기 링크의 좌우 운동방향과 수직한 측방으로 흔들림없이 안정적으로 지지되며 링크 운동될 수 있도록 한다.In addition, each of the link pieces 330, 340, and 350, that is, the phase offset link pieces 330a and 330b, the first link pieces 340a and 340b, and the second link pieces 350a and 350b are all a pair. It is divided and formed one by one on the left and right at regular intervals to form. Accordingly, when the upper link frame 310 is linked left and right on the lower link frame 320, it is stably supported and linked without shaking in a lateral direction perpendicular to the direction of left and right movement of the link.

이 때, 상술한 바와 같이 상부 링크 프레임(310)의 각 결합리브(311, 312, 313) 중 맨 가운데 위상 옵셋 링크편(330)이 결합되는 결합리브(311)는 타 결합리브(312, 313)보다 하방으로 길이가 더 길게 형성된다. 이에 따라 상기 가운데 위치한 결합축(331)의 수직 위치가 좌우의 다른 결합축(341, 351)보다 하방에 위치하게 된다.At this time, as described above, among the coupling ribs 311, 312, and 313 of the upper link frame 310, the coupling rib 311 to which the phase offset link piece 330 in the middle is coupled is the other coupling ribs 312 and 313 ) is formed with a longer length downward than Accordingly, the vertical position of the coupling shaft 331 located in the middle is lower than the other coupling shafts 341 and 351 on the left and right.

또한, 상술한 바와 같이 상기 하부 링크 프레임(320)에는 서보 모터(390)가 내설되며, 상기 서보 모터(390)의 회전축은 위상 옵셋 링크편(330)에 결합됨으로써 구동축으로 기능하게 된다. 그러므로, 상기 위상 옵셋 링크편(330)이 서보 모터(390)의 전기력에 의해 좌우로 구동시킴에 따라 이와 링크 결합된 제1 링크편(340) 및 제2 링크편(350)도 함께 동시에 좌우로 운동하게 된다.In addition, as described above, the servo motor 390 is installed inside the lower link frame 320, and the rotation shaft of the servo motor 390 is coupled to the phase offset link piece 330 to function as a driving shaft. Therefore, as the phase offset link piece 330 is driven left and right by the electric force of the servo motor 390, the first link piece 340 and the second link piece 350 linked therewith also move left and right simultaneously. get to exercise

또한, 상기 각 상부 링크 프레임(310)의 상면에는 신체의 하중을 지지하기 위한 베드편(380)이 더 구비된다. 상기 베드편(380)은 예컨대, 스폰지의 외부에 방수피복이 마감 처리된 형태의 쿠션재일 수 있으며, 또는 쿠션감이 없는 딱딱한 나무 재질로도 구현될 수 있다.In addition, a bed piece 380 for supporting the weight of the body is further provided on the upper surface of each upper link frame 310 . The bed piece 380 may be, for example, a cushion material in which a waterproof coating is finished on the outside of a sponge, or a hard wooden material without a cushion feeling.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈을 다른 실시예에 따라 확대하여 보인 요부 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이다. 상기 도 4 및 도 5는 앞서 살펴본 도 2 및 도 3의 다른 실시예로서, 본 발명의 승하강 링크 모듈이 4중 평행사변형 링크 형태로 구현됨을 예시한다.Meanwhile, FIG. 4 is an enlarged perspective view of main parts of an elevating link module according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an exploded perspective view of FIG. 4 . 4 and 5 are other embodiments of FIGS. 2 and 3 described above, and illustrate that the elevating link module of the present invention is implemented in the form of a quadruple parallelogram link.

보다 구체적으로, 상기 4중 평행사변형 링크는 각 평행사변형 링크 사이에 3개의 링크를 공유하는 구조로서, 앞서 살펴본 2중 평행사변형 링크의 구조에 제3 링크편(360) 및 제4 링크편(370)이 추가된 구성을 갖는다. 이에 따라 상부 링크 프레임(310)에는 상기 제3 및 제4 링크편(360, 370)을 링크 결합하기 위한 결합리브(314, 315)와 결합축(361, 371)도 각각 더 형성된다.More specifically, the quadruple parallelogram link is a structure in which three links are shared between each parallelogram link, and the third link piece 360 and the fourth link piece 370 are added to the structure of the double parallelogram link described above. ) has an added configuration. Accordingly, coupling ribs 314 and 315 and coupling shafts 361 and 371 for link coupling the third and fourth link pieces 360 and 370 are further formed in the upper link frame 310, respectively.

그러므로, 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 위성 옵셋 링크편(330)에 결합된 서보 모터(390)의 구동에 따라 위상 옵셋 링크편(330)이 구동되고, 이에 따라 상기 위상 옵셋 링크편(330)에 링크 결합된 제1 내지 제4 링크편(340, 350, 360, 370)도 함께 동시에 운동된다. Therefore, as described in one embodiment, the phase offset link piece 330 is driven according to the driving of the servo motor 390 coupled to the satellite offset link piece 330, and accordingly the phase offset link piece 330 The linked first to fourth link pieces 340, 350, 360, and 370 are also moved simultaneously.

상기 4중 평행사변형 링크 구조는 2중 평행사변형 링크 구조보다 많은 링크편에 의해 지지되는 만큼 하중지지 및 동작신뢰성 측면에서 보다 안정성이 높은 구조이다.The quadruple parallelogram link structure is more stable in terms of load bearing and operation reliability as it is supported by more link pieces than the double parallelogram link structure.

도 6은 도 4의 승하강 링크 모듈의 링크 동작을 설명하기 위한 개략적인 상태도로서, (a)는 단일 평행사변형 링크일 경우의 정상운동 상태, (b)는 (a)에서 전환점 발생에 따른 비정상운동 상태, (c)는 본 발명에 따라 2중 평행사변형 링크를 적용함에 따라 전환점의 발생이 방지된 정상운동 상태이다.Figure 6 is a schematic state diagram for explaining the link operation of the lifting and lowering link module of Figure 4, (a) is a normal motion state in the case of a single parallelogram link, (b) is abnormal due to the occurrence of a turning point in (a) The motion state (c) is a normal motion state in which the occurrence of a turning point is prevented by applying a double parallelogram link according to the present invention.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈의 링크 동작에 대해 살펴보면, 먼저 첨부된 도 6a은 본 발명이 적용되지 아니한 단일의 평행사변형 링크일 경우를 예시하고 있다. 이 경우 정상운동 상태에서는 각 링크들이 전체적으로 평행사변형 링크의 구조를 유지하면서 대부분 정상적인 운동을 하게 된다.Hereinafter, looking at the link operation of the elevating link module according to the present invention with reference to FIG. 6, FIG. 6a attached first illustrates the case of a single parallelogram link to which the present invention is not applied. In this case, in the normal motion state, most of the links perform normal motion while maintaining the structure of the parallelogram link as a whole.

그러나, 도 6b에서 도시된 바와 같이 도 6a의 단일 평행사변형 링크 구조는 구동 링크의 일방향 운동에 있어서 피동 링크가 이를 제대로 추종하지 못하는 전환점(change point) 문제가 간혹 발생될 수 있다. However, as shown in FIG. 6B, in the single parallelogram link structure of FIG. 6A, a change point problem in which the driven link does not properly follow the movement of the driving link in one direction may occasionally occur.

여기서, 상기 전환점이란 도 6b에서처럼 모든 링크가 일직선상에 놓이는 현상으로 이와 같이 전환점이 발생된 경우 출력링크의 운동은 예상이 불가능하게 되며, 이 경우 도 6a에서의 정상 운동과 달리 링크 운동 시 덜거덕거리는 충격과 진동이 발생되는 비정상 운동을 하게 된다.Here, the turning point is a phenomenon in which all links are placed on a straight line as shown in FIG. 6B. When such a turning point occurs, the motion of the output link becomes unpredictable. In this case, unlike the normal motion in FIG. Abnormal movements that generate shock and vibration occur.

이에 따라 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈에서의 링크는 이러한 전환점의 발생을 원천 방지하기 위해서 적어도 둘 이상의 평행사변형 링크가 연결 설치된 형태의 다중 평행사변형 링크의 적용이 제안되는 바이다.Accordingly, it is proposed to apply multiple parallelogram links in the form of connecting and installing at least two parallelogram links to the link in the elevating link module according to the present invention in order to fundamentally prevent the occurrence of such a turning point.

이러한 다중 평행사변형 링크의 일 실시예로서, 앞서 도 2 및 도 3에서 살펴본 바와 같이 2중 평행사변형 링크가 적용될 수 있으며, 이에 대한 예시는 도 6c에 개략적으로 도시되어 있다.As an example of such a multiple parallelogram link, a double parallelogram link may be applied as described above in FIGS. 2 and 3, and an example thereof is schematically shown in FIG. 6C.

도 6c에 도시된 2중 평행사변형 링크는 맨 가운데에 위치한 공유 링크, 즉 위상 옵셋 링크편(330)의 결합축(331)이 좌우 다른 타 링크들의 결합축(341, 351)보다 수평선 상에서 하방에 위치한 위상 옵셋 링크 형태를 갖는다. In the double parallelogram link shown in FIG. 6C, the coupling axis 331 of the shared link located at the center, that is, the phase offset link piece 330, is lower on the horizontal line than the coupling axes 341 and 351 of the other links on the left and right. It has the form of a located phase offset link.

그러므로, 2중 평행사변형 링크의 원운동 시 상기 위상 옵셋 링크편(330)에 의해 전환점의 발생이 방지되며, 이에 따라 비정상운동의 발생이 방지되는 효과를 갖게 된다.Therefore, during the circular motion of the double parallelogram link, the occurrence of a turning point is prevented by the phase offset link piece 330, and accordingly, the occurrence of abnormal motion is prevented.

한편, 상기 위상 옵셋 링크편(330)이 수직하게 세워진 상태에서는 상부 링크 프레임(310)이 가장 고점에 위치된 상태가 되고, 이 때 승하강 링크 모듈(300)은 상승된 상태가 된다.Meanwhile, in a state in which the phase offset link piece 330 is erected vertically, the upper link frame 310 is located at the highest point, and at this time, the elevating link module 300 is in an elevated state.

반면, 상기 위상 옵셋 링크편(330)이 좌우로 회동된 상태에서는 상부 링크 프레임(310)이 가장 저점에 위치된 상태가 되고, 이에 따라 상기 승하강 링크 모듈(300)은 하강된 상태가 된다.On the other hand, in a state in which the phase offset link piece 330 is rotated left and right, the upper link frame 310 is located at the lowest point, and accordingly, the elevating link module 300 is in a lowered state.

그러므로, 상기와 같이 각 승하강 링크 모듈(300)의 상승 및 하강을 독립적으로 제어할 수 있게 되고, 이에 따라 상기 각 각 승하강 링크 모듈(300)의 상부 링크 프레임(310) 및 베드편(380)의 상면이 수평면 상에서 나란히 평면을 이루거나 올록볼록한 요철면을 이루도록 형상을 전환할 수가 있게 된다. Therefore, it is possible to independently control the elevation and descent of each elevating link module 300 as described above, and accordingly, the upper link frame 310 and the bed piece 380 of each elevating link module 300 ) It is possible to change the shape so that the upper surface of the upper surface forms a plane side by side on a horizontal surface or forms a concave-convex surface.

이에 따라 장시간 침대에 누워 있어야 하는 환자의 경우 주기적 또는 상황별로 몸상태롤 바뀌어줘야 하는데, 본 발명의 상기 각 승하강 링크 모듈의 상승 또는 하강 동작을 독립적으로 제어함으로써 환자의 특정 신체 부위가 체중에 의해 계속적으로 눌려 혈액 순환이 방해받거나 또는 피부에 공기가 접촉되지 못하여 초래될 수 있는 욕창 등의 심각한 부작용이 방지될 수 있게 된다.Accordingly, in the case of a patient who has to lie in bed for a long time, the body condition needs to be changed periodically or by situation. It is possible to prevent serious side effects such as pressure ulcers, which can be caused by blood circulation being interrupted by being continuously pressed or air not being in contact with the skin.

한편, 앞서 도 6c에서는 2중 평행사변형 링크의 경우만을 예시하고 있으나, 다중 평행사변형 링크의 적용도 얼마든지 가능하다. 예컨대, 상술한 도 4 및 도 5에서 살펴본 본 발명의 다른 실시예에서처럼 4중 평행사변형 링크의 적용이 가능하며, 이 경우 2중 평행사변형 링크보다 보다 견고한 하중지지는 물론 전환점의 발생이 더욱 확실히 억제될 수 있으며, 이에 따라 동작의 신뢰성이 제고되는 효과를 얻을 수 있게 된다.Meanwhile, in FIG. 6C, only the case of a double parallelogram link is exemplified, but multiple parallelogram links are also possible. For example, as in the other embodiments of the present invention described in FIGS. 4 and 5 described above, it is possible to apply a quadruple parallelogram link, and in this case, it is possible to support a load more firmly than a double parallelogram link, as well as suppress the occurrence of a turning point more reliably. Therefore, it is possible to obtain the effect of improving the reliability of operation.

도 7은 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈의 동작 메카니즘을 보인 개략도이다.Figure 7 is a schematic diagram showing the operating mechanism of the elevating link module according to the present invention.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 승하강 링크 모듈(300)의 동작 메카니즘을 설명하면, 서보 모터(390)는 회전 각도로 입력을 받으며, 서보 모터(390)와 연결된 링크편(330, 340, 350)의 길이(r)에 따라 상부 링크 프레임(310)의 높이값(h)이 정해진다.Hereinafter, referring to FIG. 7, the operating mechanism of the elevating link module 300 according to the present invention will be described. The height value (h) of the upper link frame 310 is determined according to the length (r) of 340 and 350.

또한, 동작시키고 싶은 높이를 아래의 수식 1, 2에 대입하면 필요한 서보 모터(390)의 회전 각도를 구할 수 있다.In addition, by substituting the height to be operated into Equations 1 and 2 below, the necessary rotation angle of the servo motor 390 can be obtained.

Figure pat00009
(수식 1)
Figure pat00009
(Equation 1)

Figure pat00010
(수식 2)
Figure pat00010
(Equation 2)

여기서

Figure pat00011
는 승하강 링크 모듈(300)의 회전각도이고,
Figure pat00012
은 승하강 링크 모듈(300)의 회전반경, 그리고
Figure pat00013
는 승하강 링크 모듈(300)의 높이(수직 위치)로서, h1은 승하강 링크 모듈(300)이 평행한 초기의 수직 위치, h2는 승하강 링크 모듈(300)이 △h만큼 하강한 상태의 수직 위치이다.here
Figure pat00011
Is the rotation angle of the elevating link module 300,
Figure pat00012
is the rotation radius of the elevating link module 300, and
Figure pat00013
is the height (vertical position) of the elevating link module 300, h1 is the initial vertical position in which the elevating link module 300 is parallel, h2 is the state in which the elevating link module 300 is lowered by Δh is in a vertical position.

본 발명 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템은, 침대 받침부의 상면에 평행사변형 링크에 의해 승하강이 독립적으로 제어되는 다수의 승하강 링크 모듈(300)이 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 각 승하강 링크 모듈이 서보 모터(390)에 의해 동작이 제어된다.In the control system of a smart care bed for preventing bedsores of the present invention, a plurality of elevating link modules 300 independently controlled by parallelogram links are disposed adjacent to each other in parallel on the upper surface of the bed support. The operation of the lifting and lowering link module is controlled by the servo motor 390 .

이를 위해, 먼저 상기 각 승하강 링크 모듈(300)에 구비된 체압 센서(1510)를 통해 각 승하강 링크 모듈(300)에 가해지는 인체의 부위별 체압 센싱 정보를 상시적으로 수집 및 동작 제어부로 전송한다. To this end, first, through the body pressure sensor 1510 provided in each of the elevating link modules 300, body pressure sensing information for each part of the human body applied to each elevating link module 300 is constantly collected and an operation control unit send.

이어서, 상기 동작 제어부(1200)가 다수의 각 승하강 링크 모듈(300)의 체압 센서(1510)로부터 수집된 체압 센싱 정보를 판독하여 특정 승하강 링크 모듈(300)의 체압 센서(1510)로부터 전송된 체압 센싱 정보가 욕창이 발생될 수 있는 욕창 임계 압력인 32mmHg에 근접하는 경우, 상기 욕창 임계 압력에 근접하는 특정 승하강 링크 모듈(300)이 욕창 임계 압력에 도달되기 직전에 특정 승하강 링크 모듈(300)을 포함한 모든 승하강 링크 모듈(300)이 평행한 초기의 제1 수직 위치(h1)에서 상기 욕창 임계 압력에 근접하는 특정 승하강 링크 모듈(300)만을 상기 제1 수직 위치(h1)보다 상대적으로 낮은 제2 수직 위치(h2)로 하강시킨 후 설정된 일정 체류 시간동안 동작을 정지시킨다.Next, the operation controller 1200 reads the body pressure sensing information collected from the body pressure sensors 1510 of each elevating link module 300 and transmits the information from the body pressure sensor 1510 of the specific elevating link module 300. When the received body pressure sensing information approaches 32 mmHg, which is the pressure sore critical pressure at which pressure sores can occur, the specific elevating link module 300 close to the pressure sores critical pressure reaches the specific elevating link module 300 In the initial first vertical position h1 in which all elevating link modules 300 including 300 are parallel, only the specific elevating link module 300 approaching the pressure sore critical pressure is in the first vertical position h1 After descending to a relatively lower second vertical position h2, the operation is stopped for a predetermined stay time.

다음으로, 상기 일정 체류 시간이 경과한 후에는 상기 제2 수직 위치(h1)에 정지되어 있던 특정 승하강 링크 모듈(300)을 다시 원래의 제1 수직 위치(h1)로 상승시킴으로써 각 승하강 링크 모듈(300)의 승하강 동작 및 수직 위치를 체압 센싱 정보에 따라 독립적으로 제어하게 된다.Next, each elevating link module 300 stopped at the second vertical position h1 is raised to the original first vertical position h1 after the predetermined stay time has elapsed. The ascending and descending motion and vertical position of the module 300 are independently controlled according to body pressure sensing information.

예컨대, 상기 일정 체류 시간은 승하강 링크 모듈(300)이 내려가는 시간과 내려간 후 체압이 안정되는 시간을 고려하여 주기는 5초(sec) 이상 설정할 수 있다.For example, the period of the predetermined staying time may be set to 5 seconds or more in consideration of the time when the elevating link module 300 goes down and the time when the body pressure is stabilized after going down.

도 8은 본 발명 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.8 is a block diagram showing a control system of a smart care bed for preventing bedsores according to the present invention.

본 발명의 제어 시스템(1000)은 사용자 인터페이스부(1100), 동작 제어부(1200), 호스트 인터페이스부(1300), 상기 각 승하강 링크 모듈(300)에 구비된 서보 모터(1410)를 유무선 통신을 통해 연결하는 다중 서보통신부(1400), 및 각 승하강 링크 모듈(300)에 구비된 체압 센서(1510)와 센서 컨트롤러(1520)를 유무선 통신을 통해 연결하는 다중 센서통신부(1500)를 포함하여 이루어질 수 있다.The control system 1000 of the present invention uses a user interface unit 1100, an operation control unit 1200, a host interface unit 1300, and servo motors 1410 provided in each of the lifting and lowering link modules 300 through wired/wireless communication. A multi-sensor communication unit 1500 that connects the body pressure sensor 1510 and the sensor controller 1520 provided in each elevating link module 300 through wired/wireless communication. can

또한, 상기 제어 시스템(1000)에는 체압 센서(1510)의 체압 센서 신호를 처리하기 위한 센서 신호 처리부(1600)가 더 구비될 수 있다.In addition, the control system 1000 may further include a sensor signal processing unit 1600 for processing a body pressure sensor signal of the body pressure sensor 1510 .

일 실시예에 따라, 상기 호스트 인터페이스부(1100), 다중 서보통신부(1400) 및 다중 센서통신부(1500)는 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 연결될 수 있다.According to an embodiment, the host interface unit 1100, the multi-servo communication unit 1400, and the multi-sensor communication unit 1500 may be connected by CAN (Controller Area Network) communication.

보다 구체적으로, 본 발명의 제어 시스템(1000)은 16개의 승하강 링크 모듈(300)을 구동하기 위한 16개의 서보 모터 드라이버(1420)와 이들과 CAN(Controller Area Network) 통신으로 연결되는 사용자 인터페이스부(1100), 동작 제어부(1200) 및 호스트 인터페이스부(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. More specifically, the control system 1000 of the present invention includes 16 servo motor drivers 1420 for driving 16 elevating and lowering link modules 300 and a user interface connected to them through CAN (Controller Area Network) communication. 1100, an operation control unit 1200, and a host interface unit 1300.

이 때, 상기 사용자 인터페이스부(1100)는 침대의 동작 모드를 지시하는 티치 펜던트(Teach Pendant)일 수 있다. At this time, the user interface unit 1100 may be a teach pendant indicating an operation mode of the bed.

또한, 상기 CAN(Controller Area Network) 통신이란, 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격이다.In addition, the CAN (Controller Area Network) communication is a standard communication standard designed to allow microcontrollers or devices to communicate with each other in a vehicle without a host computer.

일 실시예에 따라, 본 발명의 서보 모터(1410)는 16개의 3상 BLDC 모터가 사용될 수 있으며, 상기 서보 모터(1410)를 각각 승하강 구동하기 위한 서보 모터 드라이버(1420)는 홀센서 신호를 이용한 구형파 구동 방식의 드라이버가 이용될 수 있다.According to one embodiment, 16 three-phase BLDC motors may be used as the servo motor 1410 of the present invention, and the servo motor driver 1420 for driving the servo motors 1410 up and down each receives a hall sensor signal. A driver of the used square wave driving method may be used.

일례로, 상기 서보 모터 드라이버(1420)는 각 승하강 링크 모듈(300)에 실장될 수 있으며, 상기 서보 모터 드라이버(1420)와 통신하는 호스트 인터페이스부(1300)는 2개의 CAN 통신 포트와 1개의 RS485 통신 포트를 포함할 수 있다.For example, the servo motor driver 1420 can be mounted on each elevating link module 300, and the host interface unit 1300 communicating with the servo motor driver 1420 has two CAN communication ports and one RS485 communication port may be included.

또한, 상기 서보 모터 드라이버(1420)는 위치제어 또는 속도제어가 가능하며, 상기 위치제어 및 속도제어 모드를 CAN 메시지로 실시간으로 설정할 수 있다. 또한, 16개의 서보 모터 드라이버(1420)의 ID인식은 각 드라이버(1420)의 I/O를 이용하여 순차적으로 설정될 수 있다.In addition, the servo motor driver 1420 is capable of position control or speed control, and the position control and speed control modes can be set in real time using a CAN message. In addition, ID recognition of the 16 servo motor drivers 1420 may be sequentially set using the I/O of each driver 1420 .

여기서, 상기 BLDC 서보 모터(1410)는 홀센서의 신호정보만으로도 충분한 위치제어가 가능하므로 3상의 홀센서로 위치 정보를 계산하는 알고리즘을 본 발명의 제어 시스템에 탑재하고, CAN 통신과 RS485 통신 지원을 행하도록 서보 모터 드라이버(1420)의 하드웨어를 구성할 수 있다. Here, the BLDC servo motor 1410 is capable of sufficient position control with only the signal information of the hall sensor, so an algorithm for calculating position information with a three-phase hall sensor is installed in the control system of the present invention, and supports CAN communication and RS485 communication The hardware of the servo motor driver 1420 can be configured to do this.

상기 동작 제어부(1200)는 호스트 인터페이스부(1300)의 CAN 통신을 통해 위치 및 속도 제어 명령을 서보 모터 드라이버(1420)로 전달하고, 상기 서보 모터 드라이버(1420)에 의해 각 서보 모터(1410)에 대한 승하강 동작 및 수직 위치를 수행하게 된다. The operation control unit 1200 transmits position and speed control commands to the servo motor driver 1420 through CAN communication of the host interface unit 1300, and the servo motor driver 1420 transmits commands to each servo motor 1410. Ascending and descending motions and vertical positions are performed.

일 실시예에 따라, 상기 체압 센서(1510)는 FSR방식의 박막 체압 센서를 적용할 수 있다. 상기 체압 센서(1510)는 각각의 승하강 링크 모듈에 실장되며 M개의 체압 센서(1510)들이 센서 컨트롤러(1520)에 연결된다. 그러면 N개의 센서 컨트롤러(1520)는 CAN통신을 통해 NM개의 체압 센싱 정보를 동작 제어부(1200)로 전송하며, NM이 클수록(NM의 갯수가 많을수록) 체압 센싱 지도의 해상도가 커진다. According to an embodiment, the body pressure sensor 1510 may be a thin film body pressure sensor of the FSR type. The body pressure sensors 1510 are mounted on each elevating link module, and M body pressure sensors 1510 are connected to the sensor controller 1520. Then, the N sensor controllers 1520 transmit NM pieces of body pressure sensing information to the operation controller 1200 through CAN communication, and the larger the number of NMs (the greater the number of NMs), the higher the resolution of the body pressure sensing map.

그러나, N과 M은 물리적인 이유와 실용적인 이유로 적정 갯수로 그 수가 제한됨이 바람직하며, 상기 체압 센서는 사용 전에 캘리브레이션되어 0 ~ 80mmHg의 체압 센싱 정보를 동작 제어부로 전송하도록 구성될 수 있다.However, it is preferable that the number of N and M is limited to an appropriate number for physical and practical reasons.

이에 따라 동작 제어부(1200)로부터 CAN 통신을 통해 16개의 승하강 링크 모듈(300) 각각에 설치된 서보 모터 드라이버(1420)로 제어 명령이 전달되면, 상기 서보 모터 드라이버(1420)가 각각의 승하강 링크 모듈(300)을 제어하여 욕창 예방을 위해 독립적으로 승하강 구동되어진다.Accordingly, when a control command is transmitted from the operation control unit 1200 to the servo motor drivers 1420 installed in each of the 16 elevating and descending link modules 300 through CAN communication, the servo motor drivers 1420 transmit each elevating and descending link. By controlling the module 300, it is driven up and down independently to prevent bedsores.

본 발명에서는 이러한 서보 모터의 승하강 및 수직 위치를 독립적으로 제어하기 위한 동작 제어부로서, PI 제어 방식과 IP 제어 방식의 동작 제어부가 이용될 수 있다.In the present invention, as an operation control unit for independently controlling the elevation and vertical position of the servo motor, a PI control method and an IP control method operation control unit may be used.

PI 제어 방식은 지령값과 측정값의 오차 및 오차의 적분값에 비례하는 출력을 발생하는 반면, IP 제어 방식은 지령값과 측정값의 오차의 적분값과 측정값에 비례하는 출력을 발생한다. The PI control method generates an output proportional to the error between the command value and the measured value and the integral of the error, whereas the IP control method generates an output proportional to the integral of the error between the command value and the measured value and the measured value.

IP 제어기의 경우 전달함수에 영점이 존재하지 않으므로 오버슈트 및 안정화 시간 등을 원하는 특성이 되도록 제어이득을 설정하기가 용이하며, 동일한 크기의 오버슈트를 기준으로 할 때 PI 제어 방식보다 이득을 더 크게 할 수 있다. 즉, 대역폭을 크게 할 수 있어 외란(disturbance)에 대해 더 좋은 응답 특성을 갖게 된다. In the case of an IP controller, since there is no zero point in the transfer function, it is easy to set the control gain so that the overshoot and stabilization time have the desired characteristics. can do. That is, since the bandwidth can be increased, better response characteristics to disturbances can be obtained.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 PI(Proportional-Integral) 제어 방식의 동작 제어부의 블록도이다. 9 is a block diagram of an operation controller of a proportional-integral (PI) control scheme according to an embodiment of the present invention.

승하강 링크 모듈의 수직 위치 이동량(△h, 도 7 참조)은 현재 체압과 임계 체압(32mmHg)과의 차이에 대해 조정되는 것으로 모델링할 수 있다.The vertical position movement amount (Δh, see FIG. 7) of the elevating link module can be modeled as being adjusted for the difference between the current body pressure and the critical body pressure (32 mmHg).

PI 제어 방식의 동작 제어부를 1차 시스템으로 가정하고, 폐루프(Closed loop) 전달 함수로 표현하면 하기 수식 3과 같다.Assuming that the operation controller of the PI control method is a primary system and expressed as a closed loop transfer function, Equation 3 is shown below.

Figure pat00014
(수식 3)
Figure pat00014
(Formula 3)

Figure pat00015
(수식 4)
Figure pat00015
(Formula 4)

여기서, Pmi는 i번째 승하강 링크 모듈의 최대 압력, kp는 비례항, ki는 적분항, Here, Pmi is the maximum pressure of the i-th lifting link module, kp is a proportional term, ki is an integral term,

상기 수식 4에서 PI 제어 방식의 동작 제어부인 경우,

Figure pat00016
에 영점이 존재하고 있으며, 이 영점의 영향으로 인해 오버슈트(overshoot)의 크기가 증가한다. 그러므로 PI 제어 시스템에서 이러한 영점에 의한 오버슈트 응답의 문제점은 IP 제어 방식의 동작 제어부를 사용하면 해결할 수 있다.In the case of the operation controller of the PI control method in Equation 4,
Figure pat00016
There is a zero point in , and the size of overshoot increases due to the influence of this zero point. Therefore, in the PI control system, the problem of overshoot response by the zero point can be solved by using the IP control type operation control unit.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 IP(Integral-Proportional) 제어 방식의 동작 제어부의 블록도이다. 10 is a block diagram of an operation controller of an integral-proportional (IP) control method according to another embodiment of the present invention.

IP 제어 방식의 동작 제어부는 체압의 오차(e)를 비례 제어하는 PI 제어 방식의 동작 제어부와 달리 출력되는 체압 센싱 정보에 대해 비례 제어를 수행한다.Unlike the operation controller of the PI control method that proportionally controls the body pressure error (e), the operation controller of the IP control method performs proportional control on output body pressure sensing information.

도 10의 블록도를 전달함수로 나타내면 하기 수식 5와 같다.When the block diagram of FIG. 10 is expressed as a transfer function, it is expressed as Equation 5 below.

Figure pat00017
(수식 5)
Figure pat00017
(Formula 5)

수식 5의 IP 제어 방식의 동작 제어부에서는 PI 제어 방식의 영점이 제거되어 오버슈트가 작아지도록 제어가 가능하게 된다.In the operation control unit of the IP control method of Equation 5, the zero point of the PI control method is removed so that overshoot can be reduced.

PI 제어 방식 및 IP 제어 방식의 제어 성능 실험예Experimental example of control performance of PI control method and IP control method

본 실험예에서는 각 승하강 링크 모듈(300)에 걸린 체압과 욕창 임계 압력과의 에러(e)를 조절하기 위해 PI 제어 방식 및 IP 제어 방식의 동작 제어부(1200)를 각각 적용하여 실험을 수행하였다. 승하강 링크 모듈(300)의 높이(h, 수직 위치)는 PI 또는 IP 제어 방식의 동작 제어부(1200)에 의해 제어하였다.In this experimental example, the operation control unit 1200 of the PI control method and the IP control method was applied to adjust the error (e) between the body pressure applied to each elevating link module 300 and the pressure sore critical pressure, respectively. . The height (h, vertical position) of the elevating link module 300 is controlled by the operation control unit 1200 using a PI or IP control method.

그리고 각 승하강 링크 모듈(300)에서의 최대 체압은 하기 수식 6에 의해 산출된다. And, the maximum body pressure in each elevating link module 300 is calculated by Equation 6 below.

Figure pat00018
(수식 6)
Figure pat00018
(Formula 6)

여기서, Pmi는 i번째 승하강 링크 모듈의 최대 압력, Pij는 i번째 승하강 링크 모듈의 j번째 센서에서 측정된 체압, M은 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서 수이다. Here, Pmi is the maximum pressure of the i-th elevating link module, Pij is the body pressure measured by the j-th sensor of the i-th elevating link module, and M is the number of body pressure sensors of each elevating and descending link module.

이 때, 최대 체압값이 32mmHg가 넘으면 욕창이 발생될 수 있는 욕창 임계 압력을 초과하게 되어 일정시간이 지속되면 실제 욕창이 발생하게 된다.At this time, when the maximum body pressure value exceeds 32 mmHg, the pressure sore critical pressure at which pressure sores can occur is exceeded, and when a certain period of time continues, actual pressure sores occur.

또한, 에러(error) ei는 하기 수식 7에 의해 계산될 수 있다.Also, the error ei can be calculated by Equation 7 below.

Figure pat00019
(수식 7)
Figure pat00019
(Formula 7)

여기서,

Figure pat00020
는 목표 압력값,
Figure pat00021
는 건반 i의 최대 압력,
Figure pat00022
는 건반 입력이고 이때, 전체 에러는 다음과 같이 계산한다.here,
Figure pat00020
is the target pressure value,
Figure pat00021
is the maximum pressure of key i,
Figure pat00022
is the keyboard input. At this time, the total error is calculated as follows.

또한, 상기 전체 에러는 하기 수식 8에 의해 계산될 수 있다. Also, the total error can be calculated by Equation 8 below.

Figure pat00023
(수식 8)
Figure pat00023
(Equation 8)

상기 N은 승하강 링크 모듈 수이다. N is the number of elevating and descending link modules.

상기 수식에 따라 승하강 링크 모듈의 높이(h, 수직 위치)를 조절하며, 변화된 높이에 대해 체압값의 변동이 발생할 때의

Figure pat00024
의 특성을 비교 검토하였다.Adjust the height (h, vertical position) of the elevating link module according to the above formula, and when the body pressure value fluctuates with respect to the changed height
Figure pat00024
The characteristics of were compared and reviewed.

상술한 과정을 통해, 본 실험에서는 PI 또는 IP 제어 방식의 동작 제어부를 각각 적용하여 승하강 링크 모듈의 높낮이를 조절하고, 각 승하강 링크 모듈에 걸린 에러를 제거하여, 전체 에러가 0에 수렴하게 하는 것을 실험 목표로 설정하였다. Through the above-described process, in this experiment, the operation control unit of the PI or IP control method is applied to adjust the height of the elevating link module, and errors applied to each elevating link module are removed so that the total error converges to zero. was set as the experimental goal.

상기 승하강 링크 모듈을 하강시킬수록 해당 승하강 링크 모듈에 걸리는 체압도 같이 낮아지는 특성이 있지만, 다만 승하강 링크 모듈이 급격히 하강할 경우 환자에게 무리가 갈 수 있으므로 주변 승하강 링크 모듈과의 높이차를 줄이는 방향으로 높이 조절을 제어함이 바람직하다. As the elevating link module is lowered, the body pressure applied to the corresponding elevating link module also decreases. However, if the elevating link module rapidly descends, the patient may be burdened. It is desirable to control the height adjustment in the direction of reducing the difference.

본 실험에서는 단계적으로 승하강 링크 모듈이 하강하고, 최소한의 움직임으로 전체 에러가 0이 되는 것을 비교 검토하였다.In this experiment, it was compared and reviewed that the lifting and lowering link module descends step by step and the total error becomes zero with minimal movement.

예컨대, 승하강 링크 모듈이 내려가는 시간과 내려간 후 체압이 안정되는 시간을 고려하여 동작 제어부의 타이머 주기는 5초(sec) 이상으로 설정하였다.For example, the timer cycle of the operation controller is set to 5 seconds or more in consideration of the time when the elevating link module goes down and the time when the body pressure is stabilized after going down.

실험에 사용한 PI 제어 방식의 동작 제어부 파라메터 값은 아래 표 1과 같다.The operation control parameter values of the PI control method used in the experiment are shown in Table 1 below.

Figure pat00025
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00026
Figure pat00027
(mmHg)
Figure pat00027
(mm Hg)
0.50.5 00 3232 0.50.5 1One 3232

PI 제어 방식의 동작 제어부 실험에서 체압 센서를 장착한 스마트 케어 침대에서 175cm, 88kg의 성인남자를 대상으로 바로 누운 자세에 대해 체압 제어를 시험하였다. 비례항만 갖는 경우(P 제어)와 비례-적분항을 갖는 경우(PI 제어)로 나누어서 실험하였다. In the motion control experiment of the PI control method, body pressure control was tested for the supine position of an adult male of 175 cm and 88 kg in a smart care bed equipped with a body pressure sensor. The experiment was divided into a case with only a proportional term (P control) and a case with a proportional-integral term (PI control).

도 11은 PI 제어 방식의 동작 제어부 실험 결과를 보여주는 그래프이다.11 is a graph showing experimental results of operation control of the PI control method.

도 11에서 보는 것과 같이 적분(I) 제어를 하는 경우의 PI 제어가 잔류 편차를 줄여주고 있기 때문에 더 빠르게 전체 에러가 0으로 수렴하는 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 11, it was confirmed that the total error converged to 0 more quickly because the PI control in the case of integral (I) control reduced the residual deviation.

하기 표 2는 상기 PI 제어 방식의 수치 데이터를 정리한 실험 결과표이다. (하기에서 건반은 승하강 링크 모듈을 지칭한다.)Table 2 below is an experimental result table summarizing the numerical data of the PI control method. (In the following, the keyboard refers to the elevating link module.)

건반번호key number 제어 전 에러(mmHg)Error before control (mmHg) 제어 전 최대체압(mmHg)Maximum body pressure before control (mmHg) 제어 후 에러(mmHg)Error after control (mmHg) 제어 후 최대체압
(mmHg)
Maximum body pressure after control
(mm Hg)
건반높이
(m m)
keyboard height
(mm)
1One 00 00 00 00 00 22 00 00 00 00 00 33 00 1313 00 1414 00 44 00 00 00 55 00 55 00 1717 00 1515 00 66 -5-5 3737 00 2020 -4-4 77 00 00 00 00 00 88 00 00 00 44 00 99 00 2828 00 1616 00 1010 -5-5 3737 00 2121 -3-3 1111 00 00 00 00 00 1212 00 2020 00 1616 00 1313 00 2323 00 1414 00 1414 -7-7 3939 00 2121 -18-18 1515 -5-5 3737 00 2020 -5-5 1616 00 00 00 00 00 1717 -2-2 3434 00 1717 -14-14

한편, 실험에 사용한 IP 제어 방식의 동작 제어부 파라메터 값은 아래 표 3과 같다.Meanwhile, the operation control parameter values of the IP control method used in the experiment are shown in Table 3 below.

Figure pat00028
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00029
Figure pat00030
(mmHg)
Figure pat00030
(mm Hg)
0.30.3 0.30.3 3232 0.30.3 1.21.2 3232

한편, 도 12는 IP 제어 방식의 동작 제어부 실험 결과를 보여주는 그래프이다.Meanwhile, FIG. 12 is a graph showing experimental results of an operation controller of an IP control scheme.

상기 PI 및 IP 제어 방식의 실험 결과를 비교하면, PI 제어 방식은 욕창 임계 압력값과의 오차를 비례제어하므로 0으로 수렴하는 시간이 더 빠른 것을 확인할 수 있었다. Comparing the experimental results of the PI and IP control methods, it was confirmed that the time to converge to 0 was faster because the PI control method proportionally controlled the error with the pressure sore threshold pressure.

반면, IP 제어는 안정적으로 0으로 수렴하지만 PI 제어 방식보다 시간이 더 더디고, 그동안 승하강 링크 모듈이 계속 진동하는 상태이기 때문에 환자가 편안함을 느끼지 못할 가능성이 있음을 관찰하였다.On the other hand, it was observed that the IP control stably converges to 0, but takes longer than the PI control method, and the patient may not feel comfortable because the lifting link module is in a vibrating state during this time.

따라서, 상술한 바와 같이 다수의 승하강 링크 모듈로 구성된 스마트 케어 침대의 각 승하강 링크 모듈별로 체압 센서를 실장한 뒤, 체압 센싱 정보에 따라 상기 각 승하강 링크 모듈을 PI 제어와 IP 제어 방식으로 나누어 동작 제어부의 제어 성능 실험을 각각 수행하였다. Therefore, as described above, after mounting a body pressure sensor for each elevating link module of a smart care bed composed of a plurality of elevating link modules, each elevating link module is controlled by PI control and IP control methods according to body pressure sensing information. The control performance test of the motion control unit was performed separately.

이를 위해 각 체압 센서를 통하여 신체의 부위별 체압을 측정 및 이를 피드백 제어하고, 각 승하강 링크 모듈에서 감지되는 체압을 욕창 임계 압력(32mmHg) 이내로 제어하는 방식을 통해 PI 제어 방식과 IP 제어 방식이 각각 0으로 수렴하기까지 승하강 링크 모듈의 동작 횟수를 비교 검토함으로써 욕창 제거를 위해 본 발명에 따른 스마트 케어 침대에서는 PI 제어 방식이 압력 제어 속도나 승하강 링크 모듈의 이동량에서 IP 제어 방식보다 더 유리함을 실험을 통해 확인하였다. To this end, the PI control method and the IP control method are developed by measuring the body pressure of each part of the body through each body pressure sensor, controlling it as feedback, and controlling the body pressure detected by each elevating link module to within the pressure sore critical pressure (32mmHg). In the smart care bed according to the present invention, the PI control method is more advantageous than the IP control method in pressure control speed or the movement amount of the elevating link module in order to remove pressure sores by comparing and examining the number of operations of the elevating link module until each converges to 0. was confirmed through experiments.

도 13은 본 발명에 따른 서보 모터 드라이버의 제어 블록도이다.13 is a control block diagram of a servo motor driver according to the present invention.

이에 따라 동작 제어부(1200)로부터 CAN 통신을 통해 16개의 승하강 링크 모듈(300) 각각에 설치된 서보 모터 드라이버(1420)로 제어 명령이 전달되면, 상기 서보 모터 드라이버(1420)가 각각의 승하강 링크 모듈(300)을 제어하여 욕창 예방을 위해 독립적으로 승하강 구동되어진다. Accordingly, when a control command is transmitted from the operation control unit 1200 to the servo motor drivers 1420 installed in each of the 16 elevating and descending link modules 300 through CAN communication, the servo motor drivers 1420 transmit each elevating and descending link. By controlling the module 300, it is driven up and down independently to prevent bedsores.

도 14는 본 발명에 따른 스마트 케어 침대의 제어 방법을 나타낸 플로우챠트이다.14 is a flowchart showing a control method of a smart care bed according to the present invention.

본 발명 제어 방법은 1단계 체압 제어와 2단계 지속시간 제어로 나누어 제어될 수 있다.The control method of the present invention can be controlled by dividing into a first step body pressure control and a second step duration control.

1단계 체압 제어는 일례로, 동작 제어부에 프로그래밍된 퍼지 논리 시스템(Fuzzy Logic System; FLS)에 의해 수행될 수 있다.The first-step body pressure control may be performed by, for example, a fuzzy logic system (FLS) programmed in the motion control unit.

상기 퍼지 논리 시스템(FLS)은 입력 데이터 세트를 스칼라 출력 데이터에 대한 비선형 매핑으로 정의할 수 있으며, 상기 퍼지 논리 시스템은 퍼지화, 규칙 확인, 추론, 디퍼지화의 4개의 주요 부분으로 구성될 수 있다. The fuzzy logic system (FLS) may define a non-linear mapping of an input data set to scalar output data, and the fuzzy logic system may be composed of four main parts: fuzzification, rule checking, inference, and defuzzification. .

상기 퍼지 논리 시스템의 퍼지 논리 과정은 다음과 같다. The fuzzy logic process of the fuzzy logic system is as follows.

첫째, 명확한 입력 데이터 세트를 수집하여 퍼지 언어 변수, 퍼지 언어 용어 및 멤버십 함수를 사용하여 퍼지 집합으로 변환한다. (이 단계는 퍼지화라고 알려져 있음)First, a clear input data set is collected and transformed into a fuzzy set using fuzzy language variables, fuzzy language terms, and membership functions. (This step is known as fuzzification)

이후, 일련의 규칙에 기초하여 추론이 이루어진다. Inferences are then made based on a set of rules.

마지막으로, 퍼지 출력값은 디퍼지화 단계에서 멤버쉽 함수를 사용하여 결정되어진다.Finally, the fuzzy output value is determined using the membership function in the defuzzification step.

이 때, 상기 각 승하강 링크 모듈(300)에 걸린 압력과 욕창 임계 압력과의 에러를 조절하기 위한 센서 컨트롤러(1520)로서 퍼지 컨트롤러를 사용하며, 상기 퍼지 컨트롤러의 구조는 도 15와 같다.At this time, a fuzzy controller is used as a sensor controller 1520 to adjust the error between the pressure applied to each elevating link module 300 and the pressure sore critical pressure, and the structure of the fuzzy controller is shown in FIG. 15 .

도 15는 본 발명에 따른 센서 컨트롤러의 일부로서 퍼지 컨트롤러의 구조를 보인 블록도이다.15 is a block diagram showing the structure of a fuzzy controller as part of a sensor controller according to the present invention.

도 15를 참조하면, 체압 센서(1510)는 각 승하강 링크 모듈(300)에 장착되어 있으며, 상기 승하강 링크 모듈(300)의 높이는 상기 퍼지 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.Referring to FIG. 15 , a body pressure sensor 1510 is mounted on each elevating link module 300, and the height of the elevating link module 300 can be controlled by the fuzzy controller.

여기서, Pcu는 욕창 임계 압력, Pmi는 승하강 링크 모듈 i의 최대 압력, hi는 승하강 링크 모듈 i의 높이, ei는 Pcu와 Pmi의 차(Pcu-Pmi), ui(=hi)는 승하강 링크 모듈의 이동량이다. Here, Pcu is the pressure sore critical pressure, Pmi is the maximum pressure of the elevating link module i, hi is the height of the elevating link module i, ei is the difference between Pcu and Pmi (Pcu-Pmi), and ui (=hi) is the elevating and descending This is the movement amount of the link module.

또한, 오류(error) ei는 하기 수식 9에 의해 계산될 수 있다.Also, the error ei can be calculated by Equation 9 below.

Figure pat00031
(수식 9)
Figure pat00031
(Formula 9)

또한, 상기 전체 오류는 다음의 수식 10에 의해 계산될 수 있다. Also, the total error can be calculated by Equation 10 below.

Figure pat00032
(수식 10)
Figure pat00032
(Equation 10)

상기 N은 승하강 링크 모듈 수이다. N is the number of elevating and descending link modules.

또한, i번째 승하강 모듈의 최대 압력

Figure pat00033
는 하기 수식 11에 의해 구해질 수 있다. In addition, the maximum pressure of the i-th lifting and lowering module
Figure pat00033
Can be obtained by Equation 11 below.

Figure pat00034
(수식 11)
Figure pat00034
(Equation 11)

상기 M은 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서 수이다.M is the number of body pressure sensors of each elevating link module.

여기서, 상기 M은 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서 수이고, Pij는 i번째 승하강 링크 모듈의 j번째 센서에서 측정된 체압이다.Here, M is the number of body pressure sensors of each elevating link module, and Pij is the body pressure measured by the j th sensor of the i th elevating link module.

또한, 각 승하강 링크 모듈에서, 압력비

Figure pat00035
는 하기 수식 12에 의해 구해질 수 있다.In addition, in each lifting link module, the pressure ratio
Figure pat00035
Can be obtained by Equation 12 below.

Figure pat00036
, i=1,2,....N, j=1,2...M (수식 12)
Figure pat00036
, i=1,2,....N, j=1,2...M (Equation 12)

여기서, Pij는 i번째 승하강 링크 모듈의 j번째 센서에서 측정된 체압이다.Here, Pij is the body pressure measured by the j-th sensor of the i-th elevating and descending link module.

상술한 과정을 통해, 퍼지 컨트롤러에 의해 욕창 방지를 위한 승하강 링크 모듈의 퍼지체압 제어를 수행할 수 있다.Through the above process, it is possible to perform fuzzy body pressure control of the elevating link module for preventing bedsores by the fuzzy controller.

한편, 상기 1단계의 체압 센서에 의한 체압 제어가 실패한 경우(예로서, 환자가 심한 과체중인 경우)에는 2단계로서 지속시간 제어를 수행하게 된다.On the other hand, when the body pressure control by the body pressure sensor in the first step fails (eg, when the patient is severely overweight), the duration control is performed as a second step.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지속시간 제어의 플로우차트이다.16 is a flowchart of duration control according to an embodiment of the present invention.

스마트 케어 침대의 승하강 링크 모듈(건반, 300)이 기 설정된 시간동안 반복적으로 욕창 예방 동작을 수행하며, 홀수번째 승하강 링크 모듈과 짝수번째 승하강 링크 모듈이 교대로 승하강 동작을 하게 된다. The elevating link module (keyboard, 300) of the smart care bed repeatedly performs a pressure sore prevention operation for a preset time, and the odd-numbered elevating link module and the even-numbered elevating link module alternately lift and lower.

즉, 기 설정된 일정 시간이 지나면 홀수번째 또는 짝수번째 승하강 링크 모듈이 하강하여 체압을 0으로 하거나, 상기 승하강 링크 모듈이 다시 상승되었을 때에는 체압 지속시간을 통상의 체위변동시간(2시간)보다 훨씬 짧게 하여 원리적으로 욕창이 발생하지 않도록 하였다. 또한, 상승된 승하강 링크 모듈은 임계 지속시간이 지나면 자동으로 다시 하강하여 인체에 눌린 해당 접촉 부분의 체압이 0으로 된다. That is, after a predetermined period of time, the odd-numbered or even-numbered elevating link module descends to zero body pressure, or when the elevating link module rises again, the body pressure duration is longer than the normal position change time (2 hours). In principle, it was made to be much shorter so that bedsores did not occur. In addition, the elevated elevating link module automatically descends again after a critical duration, and the body pressure of the corresponding contact portion pressed by the human body becomes zero.

원리적으로 체압 조절을 위한 체위 변경 시간은 두 시간 이내이면 되는 것으로 알려져 있으나 가급적 상기 체위 변경 시간은 짧으면 짧을수록 좋으며, T1(=7min) 동안은 짝수번째 또는 홀수번째 승하강 링크 모듈이 하강하고, T2(=3min) 동안은 승하강 링크 모듈이 다시 상승하여 평탄한 침상 승하강 링크 모듈을 유지하는 것으로 정의되며, 상기 T1+T2(=10min)마다 승하강 링크 모듈이 승하강을 반복하도록 욕창 제어 프로그램을 작성하였다. In principle, it is known that the position change time for body pressure control is within two hours, but the shorter the position change time is, the better, and during T1 (= 7 min), the even or odd number of lifting link modules descend During T2 (= 3min), it is defined that the elevating link module rises again to maintain a flat bed elevating link module, and the elevating link module repeats the lifting and lowering every T1 + T2 (= 10min). was written.

종래 가해진 압력의 강도 및 지속시간과 욕창의 발생에 관한 기존의 연구결과, 1회의 압력이 100mmHg이상에서는 30분에서, 압력이 45∼80mmHg에서는 1시간 이상의 압력을 가했을 때 신체에 조직학적 변화가 발생하는 것으로 알려져 있다. As a result of previous studies on the intensity and duration of applied pressure and the occurrence of pressure ulcers, histological changes occurred in the body when pressure was applied for 30 minutes at a pressure of 100 mmHg or more and for more than 1 hour at a pressure of 45 to 80 mmHg. It is known to do

이 때, 반복적으로 가해진 압력이 45∼60mmHg에서는 경도, 80mmHg에서는 중증도 혹은 중도의 조직학적인 변화가 발생한다고 하여 임상에서 일반적으로 추천하는 체위 변동시간인 2시간은 욕창의 예방에 충분하지 못하며, 효과적인 욕창예방을 위하여 체위 변동주기를 단축하거나 특수 매트리스를 사용하여 신체-침대면의 압력을 45mmHg이하로 줄일 것을 권장하고 있는 상황이다.At this time, since the repeatedly applied pressure causes mild histological changes at 45 to 60 mmHg and moderate or moderate at 80 mmHg, the clinically recommended postural change time of 2 hours is not sufficient for the prevention of pressure ulcers. For prevention, it is recommended to reduce the body-bed surface pressure to 45 mmHg or less by shortening the postural change cycle or using a special mattress.

특히, 주목할 것은 종래 자동압력 조절 원통형 공기 매트리스에서는 욕창 예방에 충분한 압력의 감소는 있으나, 엉덩이 부위는 매트리스를 함께 사용하여야 한다고 하였다. 욕창의 발생을 유발하는 압력값의 하한치에 관한 명확한 기준치는 현재 없으나, 대략 임계압력 60mmHg 이상의 압력이 발생할 경우 욕창이 발생할 위험성이 커지는 것으로 알려져 있다.Particularly noteworthy is that the conventional automatically pressure-controlled cylindrical air mattress has a sufficient pressure reduction to prevent pressure sores, but the mattress should be used for the hip area. There is currently no clear standard for the lower limit of the pressure value that induces the occurrence of pressure sores, but it is known that the risk of pressure sores increases when a pressure of about 60 mmHg or more occurs.

따라서, 상기 선행 연구결과에 근거하여 100mmHg에서 30분만에 조직학적인 변화가 생기므로, 본 발명에서는 이보다 훨씬 이른 10분마다 체압을 변동하여 조직학적인 변화가 생기지 않도록 설정하였다. Therefore, since histological changes occur in 30 minutes at 100 mmHg based on the results of the preceding studies, in the present invention, body pressure is changed every 10 minutes much earlier than this, so that histological changes do not occur.

이에 따라 T1, T2는 사용자 인터페이스부(1100)에서 설정 가능하도록 하여 욕창 예방 주기를 변경할 수 있도록 하였으며, 환자의 편안함과 효과적인 욕창 예방을 위해 최적으로 설정될 필요가 있다.Accordingly, T1 and T2 are configurable in the user interface 1100 so that the pressure ulcer prevention cycle can be changed, and they need to be optimally set for patient comfort and effective prevention of pressure ulcers.

즉, 2단계 지속시간 제어는 승하강 링크 모듈(건반, 300)의 승하강 동작 및 승하강 동작의 지속시간을 기 설정된 시간만큼 강제적으로 수행하는 제어 방법이다.That is, the second-step duration control is a control method for forcibly performing the elevating operation of the elevating link module (keyboard 300) and the duration of the elevating operation for a preset time.

상기 지속시간 제어의 과정을 요약하면 다음과 같다.A summary of the duration control process is as follows.

일례로, 홀수번째 또는 짝수번째의 승하강 링크 모듈(건반, 300)이 교대로 설정된 시간만큼 강제적으로 승하강시키는데, 상기 홀수번째 또는 짝수번째 승하강 링크 모듈(300)이 하강한 경우, 상기 하강한 승하강 링크 모듈(300)에 가해지는 체압은 0이 된다. For example, odd-numbered or even-numbered elevating link modules (keyboards 300) alternately forcibly elevate and descend for a set time, and when the odd-numbered or even-numbered elevating link modules 300 descend, the lowering The body pressure applied to one elevating link module 300 becomes zero.

이어서, 일정 시간이 경과한 후 상기 하강한 승하강 링크 모듈(300)을 다시 위로 상승시키는 과정을 반복하게 된다. Then, after a certain period of time has elapsed, the process of raising the lowered elevating link module 300 upward again is repeated.

이 때, 홀수번째와 짝수번째 승하강 링크 모듈의 교대 승강 시간(T1+T2)은 10분 이내로 진행될 수 있다.At this time, the alternate lifting time (T1 + T2) of the odd-numbered and even-numbered lifting link modules may proceed within 10 minutes.

그러므로, 상기와 같이 지속시간 제어를 수행하는 경우 인체의 체압을 분산시켜 욕창 발생을 원천적으로 예방할 수 있다.Therefore, when the duration control is performed as described above, the occurrence of pressure sores can be fundamentally prevented by distributing the body pressure of the human body.

즉, 1단계로 승하강 링크 모듈별로 각각 체압 센서를 부착하여 상기 체압 센서에 의해 직접 체압을 센싱하고, 상기 체압 센싱 정보를 동작 제어부에 전송하여 적절히 승하강 링크 모듈의 승하강을 퍼지체압 제어(인공지능 제어)를 통해 제어함으로써 인체의 체압을 분산하고 이를 통해 욕창을 방지할 수 있다. That is, in one step, a body pressure sensor is attached to each elevating link module, the body pressure is directly sensed by the body pressure sensor, and the body pressure sensing information is transmitted to the operation control unit to appropriately perform elevating and descending of the elevating link module. Fuzzy body pressure control ( By controlling it through artificial intelligence control), it is possible to distribute the body pressure of the human body and prevent pressure sores through this.

또한, 예외적인 경우로서 과체중 등으로 인해 1단계 퍼지체압 제어가 실패하는 경우, 2단계 지속시간 제어를 통해 복수의 승하강 링크 모듈의 동작을 체압 임계지속시간 이내로 기 설정된 시간만큼 복수의 승하강 링크 모듈을 홀짝으로 교대로 승하강 동작시킴으로써 완전히 욕창을 예방할 수 있게 된다.In addition, as an exceptional case, when the first-step fuzzy body pressure control fails due to overweight, etc., the operation of the plurality of elevating link modules is controlled within the body pressure threshold duration through the second-step duration control. It is possible to completely prevent pressure sores by moving the modules up and down alternately.

따라서, 본 발명은 종래 욕창 매트리스나 공압실린더 제어 방식의 의료용 침대에서 보편적으로 사용하는 시간에 따른 단순 교대 승강 방법과는 달리 거동이 불편한 사용자의 평안도를 해치지 않으면서도 신체 부위별로 다르게 가해지는 체압을 독립적으로 분산 제어할 수 있는 효과를 확인할 수 있었다. Therefore, the present invention is independent of the body pressure applied differently to each body part without compromising the comfort of a user with reduced mobility, unlike the simple alternate lifting method over time commonly used in conventional bedsore mattresses or pneumatic cylinder-controlled medical beds. It was possible to confirm the effect of dispersion control.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.In addition, the present invention is not limited only by the above-described embodiment, and since the same effect can be created even when the detailed configuration or number and arrangement structure of the device is changed, those of ordinary skill in the art can use the present invention It is stated that addition, deletion, and modification of various configurations are possible within the scope of the technical idea of

100 : 침대 프레임 110 : 헤드보드
120 : 풋보드 130 : 안전바
200 : 받침 프레임 300 : 승하강 링크 모듈
310 : 상부 링크 프레임 320 : 하부 링크 프레임
330 : 위상 옵셋 링크편 340 : 제1 링크편
350 : 제2 링크편 360 : 제3 링크편
370 : 제4 링크편 380 : 베드편
390 : 서보 모터 1000: 제어 시스템
1100: 사용자 인터페이스부 1200: 동작 제어부
1300: 호스트 인터페이스부 1400: 다중 서보통신부
1410: 서보 모터 1420: 서보 모터 드라이버
1500: 다중 센서통신부 1510: 체압 센서
1520: 센서 컨트롤러 1600: 센서 신호처리부
100: bed frame 110: headboard
120: footboard 130: safety bar
200: support frame 300: elevating link module
310: upper link frame 320: lower link frame
330: phase offset link piece 340: first link piece
350: 2nd link 360: 3rd link
370: 4th link section 380: bed section
390: servo motor 1000: control system
1100: user interface unit 1200: operation control unit
1300: host interface unit 1400: multi-servo communication unit
1410: servo motor 1420: servo motor driver
1500: multi-sensor communication unit 1510: body pressure sensor
1520: sensor controller 1600: sensor signal processing unit

Claims (12)

침대 받침부의 상면에 평행사변형 링크에 의해 승하강이 독립적으로 제어되는 다수의 승하강 링크 모듈이 인접하여 평행하게 배치되고, 상기 각 승하강 링크 모듈이 서보 모터에 의해 동작이 제어되는 욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템에 있어서,
상기 각 승하강 링크 모듈에 구비되어 각 승하강 링크 모듈에 가해지는 인체의 부위별 체압 센싱 정보를 상시적으로 수집하는 체압 센서; 및
상기 체압 센서로부터 전송된 체압 센싱 정보를 이용하여 각 승하강 링크 모듈을 독립적으로 제어하는 동작 제어부;를 포함하며,
상기 동작 제어부가 다수의 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서로부터 수집된 체압 센싱 정보를 판독하여 특정 승하강 링크 모듈의 체압 센서로부터 전송된 체압 센싱 정보가 욕창이 발생될 수 있는 욕창 임계 압력인 32mmHg에 근접하는 경우,
상기 욕창 임계 압력에 근접하는 특정 승하강 링크 모듈이 욕창 임계 압력에 도달되기 직전에 특정 승하강 링크 모듈을 포함한 모든 승하강 링크 모듈이 평행한 초기의 제1 수직 위치(h1)에서 상기 욕창 임계 압력에 근접하는 특정 승하강 링크 모듈만을 상기 제1 수직 위치(h1)보다 상대적으로 낮은 제2 수직 위치(h2)로 하강시킨 후 기 설정된 일정 체류 시간동안 동작을 정지시키고,
상기 일정 체류 시간이 경과한 후에는 상기 제2 수직 위치(h1)에 정지되어 있던 특정 승하강 링크 모듈을 다시 원래의 제1 수직 위치(h1)로 상승시킴으로써 각 승하강 링크 모듈의 승하강 동작 및 수직 위치를 체압 센싱 정보에 따라 독립적으로 제어하고,
상기 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서로부터 수집된 체압 센싱 정보를 판독하여 특정 승하강 링크 모듈의 동작 및 위치를 독립적으로 제어하는 데 실패한 경우,
다음 단계로,
상기 각 승하강 링크 모듈의 승하강 동작을 기 설정된 시간동안 반복적으로 제어하는 지속시간 제어가 자동 수행되는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
A plurality of elevating link modules whose elevating and descending is independently controlled by parallelogram links are disposed adjacently and in parallel on the upper surface of the bed support unit, and each elevating link module is controlled by a servo motor to prevent pressure sores. In the control system of the smart care bed,
a body pressure sensor provided in each of the elevating link modules and constantly collecting body pressure sensing information for each part of the human body applied to each elevating link module; and
An operation control unit that independently controls each elevating and descending link module using body pressure sensing information transmitted from the body pressure sensor,
The operation control unit reads the body pressure sensing information collected from the body pressure sensors of each elevating and descending link module, and determines that the body pressure sensing information transmitted from the body pressure sensor of a specific elevating and descending link module is 32 mmHg, which is a pressure sore critical pressure at which pressure sores can occur. If approaching
the pressure sore critical pressure at an initial first vertical position h1 in which all elevating link modules including a specific elevating link module are parallel before a specific elevating link module approaching the pressure sore critical pressure reaches the pressure sore threshold; After lowering only a specific elevating link module close to the first vertical position (h1) to a second vertical position (h2) relatively lower than the first vertical position (h1), stop the operation for a predetermined stay time,
After the predetermined stay time has elapsed, the specific elevating link module stopped at the second vertical position (h1) is raised to the original first vertical position (h1), thereby raising and lowering each elevating link module and The vertical position is independently controlled according to body pressure sensing information,
If it fails to independently control the operation and position of a specific elevating link module by reading the body pressure sensing information collected from the body pressure sensor of each elevating link module,
to the next step,
Duration control for repeatedly controlling the lifting operation of each lifting link module for a preset time is automatically performed,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 동작 제어부는,
각 승하강 링크 모듈에서의 최대 체압은 하기 수식 1에 의해 산출되고,
Figure pat00037
(수식 1)
(여기서, Pmi는 승하강 링크 모듈 i의 최대 압력, Pij는 i번째 승하강 링크 모듈의 j번째 센서에서 측정된 체압, M은 각 승하강 링크 모듈의 체압 센서 수이다.)
에러(error) ei는 하기 수식 2에 의해 산출되고,
Figure pat00038
(수식 2)
(여기서,
Figure pat00039
는 목표 압력값,
Figure pat00040
는 건반 i의 최대 압력,
Figure pat00041
는 건반 입력이다.)
전체 에러(eRMS)는 하기 수식 3에 의해 산출되며,
Figure pat00042
(수식 3)
(여기서, N은 승하강 링크 모듈 수이다.)
상기 수식에 의해 산출된 전체 에러값이 0으로 수렴하도록 동작 제어부가 각 승하강 링크 모듈의 승하강 동작 및 수직 위치를 독립적으로 제어하는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
The operation control unit,
The maximum body pressure in each elevating link module is calculated by Equation 1 below,
Figure pat00037
(Equation 1)
(Here, Pmi is the maximum pressure of the elevating link module i, Pij is the body pressure measured by the j-th sensor of the i-th elevating link module, and M is the number of body pressure sensors of each elevating link module.)
The error ei is calculated by Equation 2 below,
Figure pat00038
(Formula 2)
(here,
Figure pat00039
is the target pressure value,
Figure pat00040
is the maximum pressure of key i,
Figure pat00041
is the keyboard input.)
The total error (e RMS ) is calculated by Equation 3 below,
Figure pat00042
(Formula 3)
(Here, N is the number of lifting and lowering link modules.)
The operation control unit independently controls the lifting operation and vertical position of each lifting link module so that the total error value calculated by the above formula converges to 0.
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 동작 제어부는,
PI(Proportional-Integral) 제어 방식 또는 IP(Integral-Proportional) 제어 방식의 동작 제어부가 이용되는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
The operation control unit,
PI (Proportional-Integral) control method or IP (Integral-Proportional) control method operation control unit is used,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 동작 제어부는 각 승하강 링크 모듈에 구비된 서보 모터와 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 연결되는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
The operation controller is connected to the servo motor provided in each elevating link module by CAN (Controller Area Network) communication,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 승하강 링크 모듈은,
적어도 두 개 이상의 평행사변형 링크들이 수평선 상에서 나란히 연결 배치되고, 상기 각 평행사변형 링크들의 사이에 배치되는 링크는 단일의 링크를 서로 공유하는 다중 평행사변형 링크 구조를 갖는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
The elevating link module,
At least two or more parallelogram links are connected side by side on a horizontal line, and the links disposed between each of the parallelogram links have a multiple parallelogram link structure in which a single link is shared with each other,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 5 항에 있어서,
상기 다중 평행사변형 링크의 사이에 공유되는 링크 중 맨 가운데에 위치한 링크는 결합축의 수직 위치가 좌우의 다른 링크들보다 하방에 위치한 위상 옵셋 링크인,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 5,
Among the links shared between the multiple parallelogram links, the link located in the center is a phase offset link in which the vertical position of the coupling axis is lower than the other links on the left and right,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 6 항에 있어서,
상기 위상 옵셋 링크는 서보 모터가 결합된 구동 링크인,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 6,
The phase offset link is a driving link to which a servo motor is coupled.
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 지속시간 제어는,
상기 승하강 링크 모듈을 홀수번째와 짝수번째로 구분한 뒤 상기 홀수번째와 짝수번째 승하강 링크 모듈의 승하강 동작을 기 설정된 하강 시간(T1) 및 승강 시간(T2)동안 반복적으로 교대로 제어하는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
The duration control,
After dividing the elevating link modules into odd-numbered and even-numbered elevating link modules, the elevating operation of the odd-numbered and even-numbered elevating link modules is repeatedly and alternately controlled during a preset lowering time T1 and a lifting time T2. ,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 8 항에 있어서,
상기 하강 시간(T1) 및 승강 시간(T2)의 합은 30분 이내인,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 8,
The sum of the lowering time (T1) and the lowering time (T2) is within 30 minutes,
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 체압 센서에는,
사용자 인터페이스부; 호스트 인터페이스부; 상기 각 승하강 링크 모듈에 구비된 서보 모터를 유무선 통신을 통해 연결하는 다중 서보통신부; 및 각 승하강 링크 모듈에 구비된 체압 센서를 유무선 통신을 통해 연결하는 다중 센서통신부;가 더 구비되는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
In the body pressure sensor,
user interface unit; a host interface unit; a multi-servo communication unit for connecting the servo motors provided in each of the elevating and descending link modules through wired/wireless communication; and a multi-sensor communication unit for connecting body pressure sensors provided in each elevating link module through wired/wireless communication.
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 1 항에 있어서,
상기 체압 센서에는,
체압 센싱 정보를 처리하기 위한 체압 센싱 정보 처리부가 더 구비되는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 1,
In the body pressure sensor,
A body pressure sensing information processing unit for processing body pressure sensing information is further provided.
A control system for a smart care bed to prevent bedsores.
제 10 항에 있어서,
상기 호스트 인터페이스부는,
다중 서보통신부 및 다중 센서통신부와 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 연결되는,
욕창 예방을 위한 스마트 케어 침대의 제어 시스템.
According to claim 10,
The host interface unit,
Connected by multiple servo communication units and multiple sensor communication units and CAN (Controller Area Network) communication,
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