一種智能護(hù)理床中自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)及定位導(dǎo)航方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng),該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動物體的移動輪椅相對于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動方向,該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊、機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊,兩個發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件;定位導(dǎo)航方法基于雙耳定位原理,分別獲取兩組超聲波模塊中超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的超聲波傳輸時間,以使超聲波發(fā)射端和超聲波接收端形成等腰三角形布局,保持移動輪椅在機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上移動,且移動輪椅的側(cè)面與機(jī)器人護(hù)理床側(cè)面處于平行狀態(tài)。本發(fā)明智能護(hù)理床實(shí)現(xiàn)了超聲波跟蹤、精確定位和導(dǎo)航的目的。
【專利說明】一種智能護(hù)理床中自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)及定位導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波定位領(lǐng)域,具體涉及到超聲波定位技術(shù)在智能護(hù)理床中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]康復(fù)護(hù)理服務(wù)的手段可分為醫(yī)療康復(fù)護(hù)理和護(hù)理輔具康復(fù)兩大類。其中,護(hù)理輔具康復(fù)是指利用康復(fù)護(hù)理輔助器具為殘疾人、老年人、傷病人等殘障者提供補(bǔ)償、替代、治療的手段和方法。殘障者要最大限度的實(shí)現(xiàn)生活自理,參與社會活動,安全放心、舒適的移動輔具是必不可少的。但要從臥床狀態(tài)轉(zhuǎn)移至移動器具上,必需護(hù)理人員的幫助,而且轉(zhuǎn)移時還有跌落的危險。機(jī)器人護(hù)理床是一種新型康復(fù)護(hù)理移動輔助器具,具有操作手柄、語音、觸摸自主導(dǎo)航等多模態(tài)人機(jī)交互功能,在保持安全舒適的姿態(tài)下,機(jī)器人護(hù)理床可變形成床或移動物體輪椅,不僅可減輕護(hù)理人員轉(zhuǎn)移患者時的負(fù)擔(dān),而且還減少了對患者跌落的擔(dān)心。
[0003]機(jī)器人護(hù)理床在實(shí)時避障和路徑規(guī)劃過程中要實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人的自主導(dǎo)航,所面臨的一個關(guān)鍵技術(shù)問題就是:如何獲取的外部環(huán)境信息、感知障礙物和目標(biāo)、測量障礙物,并精確定位目標(biāo)。目前,常見的定位方式有電磁定位、光反射定位、視覺定位、慣導(dǎo)定位、超聲波定位等。電磁定位的原理是在路徑上連續(xù)埋設(shè)多條引導(dǎo)電纜,分別流過不同頻率的電流,通過感應(yīng)線圈對電流的檢測來感知路徑信息。該技術(shù)簡單實(shí)用,但是其成本高,改造和維護(hù)困難。光反射定位的原理是在路徑上連續(xù)鋪設(shè)光反射條,是一種方式簡單,價格便宜的導(dǎo)航系統(tǒng),但是光反射定位不適合在動態(tài)、變結(jié)構(gòu)環(huán)境下的移動機(jī)器人場合定位。視覺定位的原理是通過圖像采集、處理和識別,獲得目標(biāo)的位姿信息。視覺具有精度高的特點(diǎn),但是實(shí)時性差,對環(huán)境光有較高的要求,特別是當(dāng)目標(biāo)不在視野之內(nèi)或光線很暗時,視覺定位不適合。慣導(dǎo)定位是通過內(nèi)部的慣性器件,如陀螺、加速度計等,獲取當(dāng)前位置信息。慣導(dǎo)定位導(dǎo)航系統(tǒng)能保障導(dǎo)航信息在一定時間內(nèi)的精準(zhǔn)。其缺點(diǎn)是隨著導(dǎo)航持續(xù),慣性導(dǎo)航會發(fā)生偏差,特別是由溫度變化、震動引起的,需要算法進(jìn)行偏差補(bǔ)償,算法實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜,成本高。超聲波定位原理是利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)研制的裝置可稱為超聲換能器、探測器或傳感器,當(dāng)發(fā)出脈沖時,超聲換能器受到刺激以脈沖形式發(fā)出超聲波,發(fā)射出來的超聲波脈沖作用到一個聲反射物體上,經(jīng)過一段時間后,被反射回來的聲波被換能器接受,記錄與處理反射回聲,利用其回聲的特征預(yù)測目標(biāo)的距離、形態(tài)及其動態(tài)改變,進(jìn)而確定目標(biāo)的具體位置。超聲波傳感器不依賴于環(huán)境光,而且具有結(jié)構(gòu)簡單,體積小,性價比高、非接觸式測量等特點(diǎn)。
[0004]通常,超聲波定位可以通過超聲波發(fā)射和接收的時間差進(jìn)行測距,計算出移動物的位姿信息。超聲波測距有兩種實(shí)現(xiàn)方法:1)反射式測距法。反射式測距法就是發(fā)射超聲波并接收由被測物產(chǎn)生的回波,根據(jù)回波與發(fā)射波的時間差計算出待測距離。2)單向測距法。單向測距法由應(yīng)答器和主測距器組成,主測距器放置在被測物體上,在微機(jī)指令信號的作用下向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同頻率的無線電信號,應(yīng)答器在收到無線電信號后同時向主測距器發(fā)射超聲波信號,得到主測距器與各個應(yīng)答器之間的距離。超聲波測距在世界上已得到廣泛應(yīng)用,而超聲波定位系統(tǒng)的研究還不成熟,沒有得到廣泛推廣。但是超聲波定位系統(tǒng)價格低廉,精度較高,在市場上具有很大的應(yīng)用市場。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明專利針對于現(xiàn)有技術(shù)中超聲波在空氣中的衰減較大,定位精度不高,定位距離短等問題,提供一種新的超聲波定位系統(tǒng)和定位方法來適用于智能護(hù)理床。本發(fā)明智能護(hù)理床利用超聲波傳輸特性,使移動目標(biāo)自動靠近固定目標(biāo)指定位置,實(shí)現(xiàn)超聲波跟蹤、精確定位和導(dǎo)航的目的。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的,本發(fā)明專利提供的技術(shù)方案如下:
一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng),該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動物體的移動輪椅相對于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動方向,其特征在于,該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊,分別為第一超聲波模塊和第二超聲波模塊,第一超聲波模塊包括有一個第一超聲波發(fā)射端和兩個第一超聲波接收端,第二超聲波模塊包括有一個第二超聲波發(fā)射端和兩個第二超聲波接收端,在機(jī)器人護(hù)理床的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第一超聲波發(fā)射端,在第一超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個所述的第二超聲波接收端,在移動輪椅的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第二超聲波發(fā)射端,在第二超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個所述的第一超聲波接收端;在機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅上各設(shè)有一個發(fā)射與接收控制模塊,分別為機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊,每個發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元,其中,機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端,移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端,兩個發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件,兩個無線部件完成機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。
[0007]在本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床中移動輪椅的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)中,所述的無線部件為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFMl2B。
[0008]一種利用上述的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行定位導(dǎo)航的方法,該定位導(dǎo)航方法基于雙耳定位原理,分別獲取兩組超聲波模塊中超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的超聲波傳輸時間,以使每組超聲波模塊中相應(yīng)的超聲波發(fā)射端和超聲波接收端形成等腰三角形布局,最終保持移動輪椅在機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上移動,且移動輪椅的側(cè)面與機(jī)器人護(hù)理床側(cè)面處于平行狀態(tài)。
[0009]在本發(fā)明的定位導(dǎo)航方法中,所述機(jī)器人護(hù)理床控制模塊分別連接并控制第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端,移動輪椅控制模塊分別連接并控制第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端,所述發(fā)射與接收控制模塊對超聲波發(fā)射端的控制方法是:無線部件發(fā)送同步碼,同步碼發(fā)送結(jié)束時由超聲波發(fā)射端發(fā)送超聲波信號,延時幾毫秒后,再由無線部件發(fā)送出反饋數(shù)據(jù)的命令,并由該無線部件接收到反饋數(shù)據(jù)后,由超聲波程序單元計算兩個超聲波接收端所反饋數(shù)據(jù)的時間差,并根據(jù)時間差向移動輪椅發(fā)出調(diào)整姿勢的指令;所述發(fā)射與接收控制模塊對超聲波接收端的控制方法是:當(dāng)無線部件接收到同步碼后,啟動定時器,進(jìn)行兩路中斷定時,等待超聲波信號,當(dāng)收到超聲波信號后,兩路的信號定時中斷,存儲數(shù)據(jù)并等待無線反饋數(shù)據(jù)指令,收到無線反饋數(shù)據(jù)指令后,反饋數(shù)據(jù)給超聲波程序單元,該超聲波程序單元設(shè)置于發(fā)射與接收控制模塊中。
[0010]在本發(fā)明的定位導(dǎo)航方法中,所述超聲波程序單元的判斷過程如下:當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間相等時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于繞機(jī)器人護(hù)理床中軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間逐漸變小時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射接收第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間逐漸變大時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動的狀態(tài);
當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時間相等時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于平行于機(jī)器人護(hù)理床中軸線移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時間逐漸變小時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于平行靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射接收第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F時間逐漸變大時,超聲波定位塊判定單元移動輪椅處于平行遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)。
[0011]在本發(fā)明專利的自動導(dǎo)航系統(tǒng)及自主導(dǎo)航方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)優(yōu)
點(diǎn):1.本發(fā)明的定位導(dǎo)航系統(tǒng)中的發(fā)射與接收的控制模塊采用一拖二方式,即每組一個超聲波發(fā)射傳感器,兩個超聲波接收傳感器,發(fā)射端由單片機(jī)組成控制系統(tǒng)產(chǎn)生40KHZ的超聲波信號,驅(qū)動超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波信號,接收端由單片機(jī)組成控制系統(tǒng)采集兩個超聲波接收傳感器收到的超聲波信號,本發(fā)明通過無線通訊解決了機(jī)器人護(hù)理床系統(tǒng)中,移動物體輪椅移動機(jī)器人與目標(biāo)護(hù)理床上的超聲波傳感器收射器、接收器分離的問題,結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價格便宜。
[0012]2.本發(fā)明的超聲波傳感器的定位模炔基于雙耳定位原理,獲取兩組超聲波發(fā)射和接收傳感器的超聲波傳輸時間。床體超聲波傳感器的作用是保持移動物體輪椅處于目標(biāo)護(hù)理床的中軸線處運(yùn)動,超聲接收時間長的那側(cè)往床體移動,直到兩組超聲波接收時間差最小為止,此時超聲波發(fā)射傳感器和兩個超聲波接收傳感器趨于等腰三角形。移動物體輪椅超聲波傳感器,是使移動物體輪椅在中軸線上向目標(biāo)護(hù)理床移動過程中,移動輪椅車側(cè)面與護(hù)理床側(cè)面處于平行狀態(tài)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中超聲波傳感器的安裝布置示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中超聲波傳感器控制示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中定位系統(tǒng)的框圖。
[0016]圖4為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中程序單元對超聲波發(fā)送端的控制流程圖。[0017]圖5為本發(fā)明一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)及定位方法中程序單元對超聲波接收端的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施步驟對本發(fā)明的智能護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位方法作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述,以求更清楚明了地理解本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)和工作原理,但不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]參見圖1,本發(fā)明主要是一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng),該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動物體的移動輪椅相對于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動方向。該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊,分別為第一超聲波模塊和第二超聲波模塊,第一超聲波模塊包括有一個第一超聲波發(fā)射端和兩個第一超聲波接收端,第二超聲波模塊包括有一個第二超聲波發(fā)射端和兩個第二超聲波接收端,在機(jī)器人護(hù)理床的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第一超聲波發(fā)射端,在第一超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個所述的第二超聲波接收端,在移動輪椅的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第二超聲波發(fā)射端,在第二超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個所述的第一超聲波接收端。
[0020]在機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅上各設(shè)有一個發(fā)射與接收控制模塊,分別為機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊,每個發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元。其中,機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端,移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端。
[0021]兩個發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件,兩個無線部件完成機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。在本發(fā)明專利申請中,所述的無線部件為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFMl2B。
[0022]在本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床中移動輪椅的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)中,超聲波發(fā)射端和超聲波接收端均為超聲波傳感器,以及發(fā)射與接收控制模塊中包括有控制板和控制軟件,即在每個發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元,作為超聲波程序單元的控制軟件分為發(fā)射端軟件和接收端軟件兩部分。
[0023]圖1是本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位方法的超聲波傳感器安裝布置示意圖。基于超聲波直射方式,在移動輪椅和機(jī)器人護(hù)理床上安裝布置多個超聲波傳感器。其中,A、D點(diǎn)為超聲波發(fā)射頭,即第一超聲波發(fā)射端A和第二超聲波發(fā)射端D,B、C、E、F點(diǎn)為超聲波接收頭,即第一超聲波接收端B、第一超聲波接收端C、第二超聲波接收端E和第二超聲波接收端F。其中A、B、C為一組機(jī)器人護(hù)理床上的床體超聲波傳感器,作用是保持移動輪椅在作為移動目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上來回運(yùn)動。D、E、F為一組移動輪椅超聲波傳感器,作用是使移動物體輪椅在中軸線上向作為固定目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床移動。
[0024]再請看圖2,本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位系統(tǒng)中設(shè)有超聲波傳感器發(fā)射和接收控制模塊,由機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊組成。其中,機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端A、第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F,并含有一塊作為無線通訊硬件模塊的無線部件,通常為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFM12B。移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端D和第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C,并含有一塊作為無線通訊硬件模塊的無線部件,通常為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFM12B。通過上述無線部件來完成機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。
[0025]無論是機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊,還是移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊,發(fā)射與接收控制模塊對超聲波發(fā)射端控制方式為:發(fā)射與接收控制模塊先控制無線部件發(fā)送同步碼,在同步碼發(fā)送結(jié)束時,由超聲波發(fā)射端發(fā)送超聲波信號,在延時幾毫秒后,再通過無線部件發(fā)送指令至接收端,該指令是要求接收端向發(fā)射端反饋數(shù)據(jù)的命令,當(dāng)無線部件接收到反饋回來的反饋數(shù)據(jù)后,由超聲波程序單元來計算時間差,然后根據(jù)計算結(jié)果來給移動輪椅發(fā)送調(diào)整姿勢指令。
[0026]無論是機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊,還是移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊,發(fā)射與接收控制模塊對超聲波接收端的控制方式為:在控制模塊的無線部件收到同步碼后,啟動定時器,實(shí)現(xiàn)兩個接收端的兩路中斷定時,等待超聲波信號;當(dāng)收到超聲波信號后,兩個接收端的兩路中斷定時,存儲時間差數(shù)據(jù),并等待無線部件接收反饋數(shù)據(jù)的指令,接收到反饋數(shù)據(jù)的指令后,通過無線部件將反饋數(shù)據(jù)給超聲波程序單元。
[0027]參考圖3,本發(fā)明的一種機(jī)器人護(hù)理床自主導(dǎo)航中的超聲波定位方法的定位模塊,根據(jù)雙耳定位原理,可以精確定位出移動物體輪椅與目標(biāo)護(hù)理床的位姿和運(yùn)動方向,雙耳定位原理不僅能夠判定移動物體的方位,同時也能夠判定移動物體的遠(yuǎn)近。
[0028]當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間相等時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于繞機(jī)器人護(hù)理床中軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間變小時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射接收第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間變大時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時間相等時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于平行于機(jī)器人護(hù)理床中軸線移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時間變小時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于平行靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射接收第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F時間變大時,超聲波定位塊判定單元移動輪椅處于平行遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài)。
[0029]本發(fā)明運(yùn)用兩耳定位原理,不需要通過計算,就能精確判定移動物體輪椅的位姿和遠(yuǎn)近,提高了機(jī)器人護(hù)理床系統(tǒng)的定位精度和響應(yīng)速度。直到兩組超聲波接收時間差最小為止,此時超聲波發(fā)射傳感器和兩個超聲波接收傳感器趨于等腰三角形。本發(fā)明采用超聲波直射方式,只需比較超聲波傳輸時間,不用計算,避免了超聲波在空氣中的衰減較大、定位精度不高,定位距離短等問題,提高了超聲波傳感器的靈敏度和使用范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能護(hù)理床的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng),該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位出作為移動物體的移動輪椅相對于作為目標(biāo)的機(jī)器人護(hù)理床的位姿和運(yùn)動方向,其特征在于,該自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括有兩組超聲波模塊,分別為第一超聲波模塊和第二超聲波模塊,第一超聲波模塊包括有一個第一超聲波發(fā)射端和兩個第一超聲波接收端,第二超聲波模塊包括有一個第二超聲波發(fā)射端和兩個第二超聲波接收端,在機(jī)器人護(hù)理床的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第一超聲波發(fā)射端,在第一超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個所述的第二超聲波接收端,在移動輪椅的側(cè)面中心軸線處安裝有所述的第二超聲波發(fā)射端,在第二超聲波發(fā)射端的兩側(cè)等距離位置處各設(shè)有一個所述的第一超聲波接收端;在機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅上各設(shè)有一個發(fā)射與接收控制模塊,分別為機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊和移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊,每個發(fā)射與接收控制模塊均設(shè)有超聲波程序單元,其中,機(jī)器人護(hù)理床發(fā)射與接收控制模塊分別連接第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端,移動輪椅發(fā)射與接收控制模塊分別連接第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端,兩個發(fā)射與接收控制模塊上均設(shè)有用于相互通訊的無線部件,兩個無線部件完成機(jī)器人護(hù)理床和移動輪椅之間的數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人護(hù)理床中移動輪椅的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng),其特征在于,所述的無線部件為ISM頻段FSK收發(fā)模塊RFM12B。
3.一種利用權(quán)利要求1所述的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行定位導(dǎo)航的方法,其特征在于,該定位導(dǎo)航方法基于雙耳定位原理,分別獲取兩組超聲波模塊中超聲波發(fā)射端和超聲波接收端的超聲波傳輸時間,以使每組超聲波模塊中相應(yīng)的超聲波發(fā)射端和超聲波接收端形成等腰三角形布局,最終保持移動輪椅在機(jī)器人護(hù)理床的中軸線上移動,且移動輪椅的側(cè)面與機(jī)器人護(hù)理床側(cè)面處 于平行狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位導(dǎo)航方法,其特征在于,所述的雙耳定位是指兩個第一超聲波接收端同時接收一個第一超聲波發(fā)射端的超聲波信號,以及兩個第二超聲波接收端同時接收一個第二超聲波發(fā)射端的超聲波信號,所述機(jī)器人護(hù)理床控制模塊分別連接并控制第一超聲波發(fā)射端和第二超聲波接收端,移動輪椅控制模塊分別連接并控制第二超聲波發(fā)射端和第一超聲波接收端; 所述發(fā)射與接收控制模塊對超聲波發(fā)射端的控制方法是:無線部件發(fā)送同步碼,同步碼發(fā)送結(jié)束時由超聲波發(fā)射端發(fā)送超聲波信號,延時幾毫秒后,再由無線部件發(fā)送出要求反饋數(shù)據(jù)的命令,并由該無線部件接收到反饋數(shù)據(jù)后,由超聲波程序單元計算兩個超聲波接收端所反饋數(shù)據(jù)的時間差,并根據(jù)時間差向移動輪椅發(fā)出調(diào)整姿勢的指令; 所述發(fā)射與接收控制模塊對超聲波接收端的控制方法是:當(dāng)無線部件接收到同步碼后,啟動定時器,進(jìn)行兩路中斷定時,等待超聲波信號,當(dāng)收到超聲波信號后,兩路的信號定時中斷,存儲數(shù)據(jù)并等待無線反饋數(shù)據(jù)指令,收到無線反饋數(shù)據(jù)指令后,反饋數(shù)據(jù)給超聲波程序單元,該超聲波程序單元設(shè)置于發(fā)射與接收控制模塊中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定位導(dǎo)航方法,其特征在于,所述超聲波程序單元的判斷過程如下:當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間相等時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于繞機(jī)器人護(hù)理床中軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射到第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間逐漸變小時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射接收第一超聲波接收端B與第一超聲波接收端C的時間逐漸變大時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線方向移動的狀態(tài); 當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時間相等時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于平行于機(jī)器人護(hù)理床中軸線移動的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F的時間逐漸變小時,超聲波程序單元判定移動輪椅處于平行靠近機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài);當(dāng)超聲波直射接收第二超聲波接收端E與第二超聲波接收端F時間逐漸變大時,超聲波定位塊判定單元移動輪椅處于平行遠(yuǎn)離機(jī)器人護(hù)理床中軸線的狀態(tài) 。
【文檔編號】G01S5/18GK104020446SQ201410262802
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】金會慶, 宋揚(yáng), 金來, 徐兆紅, 史寶純 申請人:上海申磬產(chǎn)業(yè)有限公司, 金會慶, 宋揚(yáng), 金來