TWI552701B

TWI552701B - Synchronous motion control system and method for double electric bed

Info

Publication number: TWI552701B
Application number: TW104125180A
Authority: TW
Inventors: Quan-Hang Shi
Original assignee: Quan-Hang Shi
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2016-10-11
Also published as: US20170035632A1; TW201705882A

Description

雙人電動床之同步動作控制系統及方法

本創作關於一種雙人電動床，尤指一種用於雙人電動床之同步動作控制系統及方法。

電動床常見用於醫療或復健院所，作為醫療床或復健床使用。一般而言，電動床可將支承使用者背部或/及腿部的床板旋擺抬高，供使用者改變姿勢以增加舒適感。隨著現代人越來越注重生活品質，電動床逐漸進入一般居家生活而取代一般的雙人床。雙人電動床大多包含二電動子床分別位於左右床位，為了使其中一電動子床的旋擺動作不影響另一電動子床上的使用者，習知的雙人電動床具有二驅動電路及二馬達分別位於二該電動子床。若欲將二該電動子床的動作設定為同步操作，由於二該電動子床的機械阻力或使用者體重可能不同，使得二該馬達即便以相同的操作電壓運轉，仍有可能具有不同的轉速，使得二該電動子床於旋擺過程中動作不一致。動作不一致的二電動子床之間具有空隙將增加夾傷使用者的風險，並且使得該雙人電動床的動作粗糙不精緻，難以獲得使用者青睞。如何使雙人電動床在同步操作的模式下，二該電動子床具有同步的動作成為業界急欲解決的問題。

為了解決上述問題，本發明旨在提供一種同步動作控制系統及方法，使雙人電動床同步動作。

為了達成上述目的，本發明提供一種雙人電動床之同步動作控制系統，該雙人電動床包括二電動子床，各該電動子床具有一驅動電路及一馬達，該馬達受該驅動電路控制以驅動該電動子床之動作；該同步動作控制系統包含有二控制裝置分別設於各該電動子床，且各包含有一霍爾感測器、一微控制器及一溝通單元；該霍爾感測器用以設於該電動子床之馬達，可產生一霍爾訊號，該霍爾訊號係反應該馬達之旋轉；該微控制器連接該霍爾感測器，用以依據該霍爾訊號產生一圈數訊號，該圈數訊號係為累計之霍爾訊號的改變次數；該溝通單元連接該微控制器，並接收該圈數訊號；其中，各該控制裝置之該溝通單元彼此連接，用以使其中之一控制裝置的微控制器接收另一控制裝置的圈數訊號，並比對二該圈數訊號而產生一差值訊號；各該微控制器用以連接至各該電動子床之該驅動電路，可輸出該差值訊號至該圈數訊號較大之電動子床之該驅動電路，該驅動電路依據該差值訊號調降輸出電壓，使之驅動的該馬達減速。

為了達成上述目的，本發明還提供一種雙人電動床之同步動作控制方法；該雙人電動床包括二電動子床，各該電動子床具有一驅動電路及一馬達，該馬達受該驅動電路控制以驅動該電動子床之動作；該控制方法包含有下列步驟：(A)置備二霍爾感測器分別位於二該馬達，置備二微控制器分別連接二該霍爾感測器；二該霍爾感測器於二該馬達，用以產生二霍爾訊號，各該霍爾訊號係反應各該馬達之旋轉；(B)分別依據二該霍爾訊號，二該微控制器運算出二圈數訊號，各該圈數訊號係為累計之各該霍爾訊號的改變次數；以及(C)於其中之該一微控制器中比對二該圈數訊號是否相等；當二該圈數訊號不相等時，控制各該驅動電路使具有較大圈數訊號之該馬達減速。

為了達成上述目的，本發明更提供一種雙人電動床之同步動作控制方法；該雙人電動床包括二電動子床，各該電動子床具有一驅動電路及一馬達，該馬達受該驅動電路控制以驅動該電動子床之動作；該控制方法包含有下列步驟：(A)置備二控制裝置，分別設於各該電動子床；二該控制裝置各包含有一霍爾感測器、一微控制器及一溝通單元；該霍爾感測器設於該電動子床之馬達，用以產生一霍爾訊號，該霍爾訊號係反應該馬達之旋轉；各該微控制器連接該霍爾感測器、該溝通單元、及各該電動子床之該驅動電路；各該控制裝置之該溝通單元彼此連接；(B)使各該微控制器依據各該霍爾訊號產生一圈數訊號，該圈數訊號係為累計之霍爾訊號的改變次數；該溝通單元接收該圈數訊號並傳送至另一該溝通單元；(C)使其中之一微控制器比對二該圈數訊號而產生一差值訊號；以及(D)使步驟(C)之該微控制器於該差值訊號不為零時，輸出該差值訊號至該圈數訊號較大之電動子床之該驅動電路，該驅動電路依據該差值訊號調降輸出電壓，使之驅動的該馬達減速。

如此，該雙人電動床之同步動作控制系統及方法藉由比對二該圈數訊號後再依據比對差異分別控制二該馬達減速，直到二該圈數訊號無差異為止，達到使該雙人電動床同步動作的目的。本發明一方面避免因控制馬達加速而使系統電流過載，另一方面使得該雙人電動床在不需同步動作時能以較快的轉速運作。

本文中所謂之連接，係指有線或無線的電性連接，用以供二連接之單元或裝置資訊傳輸，合先述明。

本發明之一較佳實施例係為一雙人電動床之同步動作控制系統9，設於一雙人電動床1，如第4、5圖所示，該雙人電動床1包括二電動子床2、2’，各該電動子床2、2’具有一活動背板3、3’、一驅動電路4、4’及一馬達5、5’，該馬達5、5’受該驅動電路4、4’控制以驅動該電動子床2、2’的活動背板3、3’旋擺；該雙人電動床1之同步動作控制系統9包含有二控制裝置10、20以及一輸入介面30，請見第1圖，二該控制裝置10、20分別設於各該電動子床2、2’，二該控制裝置10、20各具有一霍爾感測器11、21、一微控制器12、22、以及一溝通單元14、24，該輸入介面30分別連接二該控制裝置10、20的該溝通單元14、24。需說明的是，請見第1、5圖，各該驅動電路4、4’雖不屬於本發明之同步動作控制系統9，但實施時，各該驅動電路4、4’係分別與各該微控制器12、22鄰近地設置於同一機構中；各該霍爾感測器11、21雖屬於本發明之同步動作控制系統9，但實施時，各該霍爾感測器11、21係分別設於各該馬達5、5’，而不與各該微控制器12、22設於同一機構中。

各該霍爾感測器11、21分別設於各該電動子床2、2’之馬達5、5’，用以產生一霍爾訊號，各該馬達5、5’開始旋轉即產生週期性改變之霍爾訊號，因此各該霍爾訊號係反應各該馬達5、5’之旋轉，各該馬達5、5’係為一直流永磁電刷馬達，各該霍爾感測器11、21設於各該馬達5、5’之技術及方式從各種相關先前技術之文獻中均可查得。

各該微控制器12、22連接各該霍爾感測器11、21，用以依據各該霍爾訊號產生一圈數訊號，該圈數訊號係為累計之霍爾訊號的改變次數。舉例來說，該圈數訊號可為一段時間內，例如10秒，累計之該霍爾訊號的改變次數；該圈數訊號亦可為原本的圈數訊號累計一預定數量之該霍爾訊號的改變次數，例如每增加或減少10次該霍爾訊號，就將原本的圈數訊號加上或減少10作為新的圈數訊號。

各該溝通單元14、24連接各該微控制器12、22，並接收該圈數訊號。

其中，二該控制裝置10、20的溝通單元14、24互相連接，用以使其中之一控制裝置的微控制器接收另一控制裝置的圈數訊號，並比對二該圈數訊號而產生一差值訊號，例如，該控制裝置20的微控制器22經由互相連接的二該溝通單元14、24接收該控制裝置10的圈數訊號，並比對二該圈數訊號而產生一差值訊號，該差值訊號係等於或正比於二該圈數訊號的差值。

各該微控制器12、22連接至各該電動子床2、2’之該驅動電路4、4’，用以輸出該差值訊號至該圈數訊號較大之電動子床之該驅動電路，例如，與該微控制器22連接之該驅動電路4’，該驅動電路4’依據該差值訊號產生一脈衝寬度調變(pulse width modulation, PWM)訊號，以調降輸出電壓，使之驅動的該馬達5’減速。

當然地，亦可為另一該控制裝置10的微控制器12經由互相連接的二該溝通單元14、24接收該控制裝置20的圈數訊號，並比對二該圈數訊號而產生一差值訊號。該另一微控制器12連接之該驅動電路4依據該差值訊號調降輸出電壓，使之驅動的該馬達5減速。

該輸入介面30分別連接各該控制裝置10、20的溝通單元14、24，該輸入介面30係為一遙控器供使用者設定該電動子床2、2’的活動背板3、3’旋擺的角度或位置，並可指定各該微控制器計算圈數訊號的方式。例如，從該輸入介面30設定抬升各該活動背板3、3’，則該輸入介面30傳送一輸入訊號至各該溝通單元14、24，各該微控制器12、22依據該輸入訊號驅動各該馬達5、5’正轉，同時從原本的各該圈數訊號累加各該霍爾訊號而得各該圈數訊號；相反的，若該輸入介面30設定調降各該活動背板3、3’，各該微控制器12、22依據該輸入介面30的該輸入訊號驅動各該馬達5、5’反轉，同時從原本的各該圈數訊號遞減各該霍爾訊號而得各該圈數訊號。

以下說明該同步動作控制系統9的操作，請見第2-3圖。首先，該雙人電動床1的二電動子床2、2’的電源同時開啟，該同步動作控制系統9可自行決定其中之一控制裝置執行第一組步驟S11-S18，另一控制裝置執行第二組步驟S21-S29，自行決定的方法如下，其中假設二該控制裝置分別為第一、第二控制裝置，則該第一、第二控制裝置會分別且隨機地發送一智能訊號給另一該控制裝置，若率先發送智能訊號的第一控制裝置於一固定時間內未收到來自第二控制裝置回傳的一確認訊號，則第一控制裝置進入一等待階段，停止發送下一個智能訊號並預計執行第一組步驟S11-S18。第二控制裝置亦會發送一智能訊號給第一控制裝置，由於該第一控制裝置已處於該等待階段，該第一控制裝置會回傳一確認訊號給該第二控制裝置，該第二控制裝置接收該確認訊號後，停止發送下一個智能訊號並預計執行第二組步驟S21-S29。當然的，若上述的情況是該第二控制裝置率先發送一智能訊號，則該第二控制裝置預計執行第一組步驟S11-S18，而由第一控制裝置預計執行第二組步驟S21-S29。當二該電動子床不同時間開啟電源，則先開啟電源的電動子床的該控制裝置被設定執行第一組步驟S11-S18。

為了方便說明，下文中執行第一組步驟的該控制裝置10稱為第一控制裝置10，執行第二組步驟的該控制裝置20稱為第二控制裝置20。該第一控制裝置10的溝通單元14，首先執行步驟S11判斷是否有接收訊號，若否，則重複該步驟S11，若是，則該第一控制裝置10的微控制器12執行步驟S12比對該接收訊號是否來自該輸入介面30，或來自該第二控制裝置20，若該接收訊號非來自該輸入介面30或該第二控制裝置20，例如其他不相干的遙控器，則重複該步驟S11。

若步驟S12判斷該接收訊號來自該輸入介面30，則該第一控制裝置10的微控制器12控制該驅動電路4，使該馬達5以一轉速運轉，之後，該第一控制裝置10的溝通單元14執行步驟S13判斷輸入介面30的訊號是否持續傳送，若否，則重複步驟S11，若是，則該第一控制裝置10的微控制器12執行步驟S14判斷是否有偵測到該霍爾感測器11所測得之該馬達5的霍爾訊號，若否，則重複步驟S13，若是，則該第一控制裝置10的微控制器12執行步驟S15根據該霍爾訊號運算出一第一圈數訊號，該第一控制裝置10的溝通單元14接收該第一圈數訊號，並傳送至該第二控制裝置20的溝通單元24，之後，再重複步驟S13。

若步驟S12判斷該接收訊號為來自該第二控制裝置20的第二圈數訊號(該第二圈數訊號的詳細說明請見後文)，則該第一控制裝置10的微控制器12根據接收的霍爾訊號運算出一第一圈數訊號，並執行步驟S16比對該第一圈數訊號及一第二圈數訊號，若該第一圈數訊號大於該第二圈數訊號，則該第一控制裝置10的微控制器12輸出一差值訊號至該驅動電路4，該差值訊號係等於或正比於該第一、第二圈數訊號的差值，該驅動電路4執行步驟S17依據該差值訊號產生一脈衝寬度調變(pulse width modulation)訊號以調降輸出電壓，使該馬達5減速，差值訊號越大電壓調降越多，之後重複該S11步驟。若該第一、第二圈數訊號相等，該第一控制裝置10的微控制器12不控制與其相連的該驅動電路4，而不使該馬達5減速，該馬達5仍以一不受減速控制的轉速運轉，之後重複步驟S11。若該第一圈數訊號小於該第二圈數訊號，則該第一控制裝置10的微控制器12執行步驟S18判斷是否已輸出一差值訊號至該驅動電路4使該馬達5處於一減速狀態，若否，則重複步驟S11，若是，則取消該減速控制，而不使該馬達5減速，該馬達5以受減速控制前的轉速運轉，之後重複步驟S11，直到該第一、第二圈數訊號相等或各該電動子床2、2’到達調整位置終點。

在該第一控制裝置10操作上述步驟S11的同時，該第二控制裝置20的溝通單元24執行步驟S21判斷是否有接收訊號，若否，則重複該步驟S21，若是，則該第二控制裝置20的微控制器22執行步驟S22比對該接收訊號是否來自該輸入介面30，或來自該第一控制裝置10，若該接收訊號非來自該輸入介面30或該第一控制裝置10，則重複該步驟S21。

若步驟S22判斷該接收訊號來自該輸入介面30，則該第二控制裝置20的微控制器22控制該驅動電路4’，使該馬達5’以一轉速運轉運轉，之後，該第二控制裝置20的溝通單元24執行步驟S23判斷該輸入介面30的訊號是否持續傳送，若否，則重複步驟S21，若是，則該第二控制裝置20的微控制器22執行步驟S24判斷是否偵測到該霍爾感測器21測得之該馬達5’的霍爾訊號，若否，則重複步驟S23，若是，則該第二控制裝置20的微控制器22執行步驟S25根據該霍爾訊號運算出一第二圈數訊號並紀錄之，之後，再重複步驟S23。

若步驟S22判斷該接收訊號來自該第一控制裝置10，則該第二控制裝置20的微控制器22根據該馬達5’的霍爾訊號運算出一第二圈數訊號，並執行步驟S26比對該第一、第二圈數訊號，若該第二圈數訊號大於該第一圈數訊號，則該第二控制裝置20的微控制器22輸出一差值訊號至該驅動電路4’，該驅動電路4’執行步驟S27依據該差值訊號產生一脈衝寬度調變訊號調降輸出電壓，使該馬達5’減速，之後該第二控制裝置20的溝通單元24執行步驟S29將該第二圈數訊號傳送至該第一控制裝置10，之後重複該S21步驟。若該第一、第二圈數訊號相等，該第二控制裝置20的微控制器22不控制與其相連的該驅動電路4’，而不使該馬達5’減速，該馬達5’仍以一不受減速控制的轉速運轉，該第二控制裝置20的溝通單元24執行步驟S29將該第二圈數訊號傳送至該第一控制裝置10，之後重複步驟S21。若該第二圈數訊號小於該第一圈數訊號，則該第二控制裝置20的微控制器22執行步驟S28判斷是否已輸出一差值訊號至該驅動電路4’使該馬達5’處於一減速狀態，若否，則重複步驟S21，若是，則該第二控制裝置20的微控制器22取消該減速控制，而不使該馬達減速，該馬達5’以受減速控制前的轉速運轉，之後該第二控制裝置20的溝通單元24執行步驟S29將該第二圈數訊號傳送至該第一控制裝置10，之後重複步驟S21，直到該第一、第二圈數訊號相等或各該電動子床到達調整位置終點。

以下舉例說明使該雙人電動床同步動作的流程。假設該輸入介面30設定二該電動子床2、2’同步旋擺，並假設第一控制裝置10所控制的該電動子床2的負載較重，因此該馬達5轉速較慢。則該第一控制裝置10依序執行步驟S11、S12、S13、S14、S15，之後該第二控制裝置20執行步驟S21、S22、S26、S27使第二控制裝置20所控制的該馬達5’減速，接著再執行步驟S29，而後該第一控制裝置10執行步驟S11、S12、S16，倘若該第一圈數訊號等於該第二圈數號，則二該電動子床2、2’達到同步，倘若該第一圈數訊號仍小於該第二圈數號，則該第一控制裝置10執行步驟S18，之後又回到步驟S11重複進行上述流程，直到該第一、第二圈數訊號相等或各該電動子床2、2’到達調整位置終點。

如此，藉由將二該馬達5、5’的霍爾訊號回饋給第一、第二控制裝置10、20，該第一、第二控制裝置10、20分別比較該第一、第二圈數訊號後再分別控制各該馬達5、5’，達到使該雙人電動床1同步動作的目的。利用馬達5、5’減速而達到同步動作有以下好處，第一，以降低工作電壓的方式使馬達5、5’減速，該馬達5、5’不會有電流過載的危險。第二，各該電動子床2、2’在不需同步動作的操作狀況下，各該馬達5、5’可以採用較快的轉速運作，提高各該電動子床2、2’操作效率。第三、以減速的方式同步有助於提高二該電動子床的機械耐受度，尤對於具有負載的電動子床而言，減速地移動能降低電動子床的應力衝擊，而提高機械耐受度。

需說明的是，各該微控制器比對二該圈數訊號後，不限輸出該差值訊號，可為輸出其他控制訊號，例如真/偽(true/false)控制訊號，真控制訊號可使該驅動電路調降一預定電壓，偽控制訊號則不改變該驅動電路的輸出電壓。

於其他可能的實施例中，達到使該雙人電動床同步動作的方式可單獨為使該馬達減速，但若與讓已受減速控制的馬達取消減速控制的方式一起實施，如本創作之實施例，則能更快使該雙人電動床的動作同步。

於其他可能的實施例中，溝通單元可與微控制器合併，例如選用具有溝通功能的微控制器。

以上所述者僅為本創作的較佳實施例，不能作為限定本創作實施的範圍，即舉凡未超脫本創作精神所作成的簡易結構潤飾或變化，仍應屬於本創作意欲保護的範疇。

1‧‧‧雙人電動床
2、2’‧‧‧電動子床
3、3’‧‧‧活動背板
4、4’‧‧‧驅動電路
5、5’‧‧‧馬達
9‧‧‧同步動作控制系統
10、20‧‧‧控制裝置
30‧‧‧輸入介面
11、21‧‧‧霍爾感測器
12、22‧‧‧微控制器
14、24‧‧‧溝通單元
S11-S18‧‧‧第一組步驟
S21-S29‧‧‧第二組步驟

第1圖係本創作之系統架構圖；第2-3圖係本創作之操作流程圖；第4圖係應用本創作之電動雙人床的立體示意圖；以及第5圖係應用本創作之電動雙人床之其中一電動子床的另一視角立體示意圖。

4、4’‧‧‧驅動電路

5、5’‧‧‧馬達

9‧‧‧同步動作控制系統

10、20‧‧‧控制裝置

30‧‧‧輸入介面

11、21‧‧‧霍爾感測器

12、22‧‧‧微控制器

14、24‧‧‧溝通單元

Claims

一種雙人電動床之同步動作控制系統，該雙人電動床包括二電動子床，各該電動子床具有一驅動電路及一馬達，該馬達受該驅動電路控制以驅動該電動子床之動作；該雙人電動床之同步動作控制系統包含有：二控制裝置分別設於各該電動子床，且各包含有一霍爾感測器、一微控制器及一溝通單元；該霍爾感測器用以設於該電動子床之馬達，可產生一霍爾訊號，該霍爾訊號係反應該馬達之旋轉；該微控制器連接該霍爾感測器，用以依據該霍爾訊號產生一圈數訊號，該圈數訊號係為累計之霍爾訊號的改變次數；該溝通單元連接該微控制器，並接收該圈數訊號；其中，各該控制裝置之該溝通單元彼此連接，用以使其中之一控制裝置的微控制器接收另一控制裝置的圈數訊號，並比對二該圈數訊號而產生一差值訊號；以及各該微控制器用以連接至各該電動子床之該驅動電路，可輸出該差值訊號至圈數訊號較大之電動子床之該驅動電路，該驅動電路依據該差值訊號調降輸出電壓，使之驅動的該馬達減速。
如請求項1所述之雙人電動床之同步動作控制系統，更包含有一輸入介面，分別連接二該控制裝置的溝通單元。
一種雙人電動床之同步動作控制方法；該雙人電動床包括二電動子床，各該電動子床具有一驅動電路及一馬達，該馬達受該驅動電路控制以驅動該電動子床之動作；該雙人電動床之控制方法包含有下列步驟： (A)置備二霍爾感測器分別位於二該馬達，置備二微控制器分別連接二該霍爾感測器；二該霍爾感測器用以產生二霍爾訊號，各該霍爾訊號係反應各該馬達之旋轉； (B)分別依據二該霍爾訊號，二該微控制器運算出二圈數訊號，各該圈數訊號係為累計之各該霍爾訊號的改變次數；以及 (C)於其中之該一微控制器中比對二該圈數訊號是否相等；當二該圈數訊號不相等時，控制各該驅動電路使具有較大圈數訊號之該馬達減速。
如請求項3所述之雙人電動床之同步動作控制方法，其中該步驟(C)中，當二該圈數訊號不相等時，且具有較小圈數訊號之該馬達已受到減速控制，則控制各該驅動電路取消該減速控制。
如請求項3或4所述之雙人電動床之同步動作控制方法，其中該步驟(C)之後，回到步驟(B)。
一種雙人電動床之同步動作控制方法；該雙人電動床包括二電動子床，各該電動子床具有一驅動電路及一馬達，該馬達受該驅動電路控制以驅動該電動子床之動作；該雙人電動床之控制方法包含有下列步驟： (A)置備二控制裝置，分別設於各該電動子床；二該控制裝置各包含有一霍爾感測器、一微控制器及一溝通單元；該霍爾感測器設於該電動子床之馬達，用以產生一霍爾訊號，該霍爾訊號係反應該馬達之旋轉；各該微控制器連接該霍爾感測器、該溝通單元、及各該電動子床之該驅動電路；各該控制裝置之該溝通單元彼此連接； (B)使各該微控制器依據各該霍爾訊號產生一圈數訊號，該圈數訊號係為累計之霍爾訊號的改變次數；該溝通單元接收該圈數訊號並傳送至另一該溝通單元； (C)使其中之一微控制器比對二該圈數訊號而產生一差值訊號；以及 (D)使步驟(C)之該微控制器於該差值訊號不為零時，輸出該差值訊號至圈數訊號較大之電動子床之該驅動電路，該驅動電路依據該差值訊號調降輸出電壓，使之驅動的該馬達減速。
如請求項6所述之雙人電動床之同步動作控制方法，其中該步驟(D)中，若該微控制器已輸出該差值訊號使具有較小圈數訊號之馬達減速，則停止輸出該差值訊號給具有較小圈數訊號之馬達。
如請求項6或7所述之雙人電動床之同步動作控制方法，其中該步驟(C)中，當該差值訊號為零時，各該微控制器停止控制各該驅動電路，而不使各該馬達減速。
如請求項6或7所述之雙人電動床之同步動作控制方法，其中該步驟(D)之後，回到步驟(B)。
如請求項9所述之雙人電動床之同步動作控制方法，其中，回到步驟(B)後之步驟(C)係：使另一微控制器比對二該圈數訊號而產生一差值訊號。