个人卫生护理机器人测控系统研究

来源 :河南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haidastudent
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随着人口老龄化的加速,老年人护理问题日益突出。洗浴作为日常护理之一,对老年人来说几乎是一种奢望。因此,开发面向老年人及残疾人,能够实现自动洗浴的个人卫生护理机器人具有重要的社会意义和广阔的市场前景。测控系统是个人卫生护理机器人的必要组成部分,是实现自动洗浴功能的关键。本论文以个人卫生护理机器人为平台,重点研究了个人卫生护理机器人的测控系统。在机械结构设计的基础上,考虑要实现的功能和控制系统技术指标进行测控系统设计,通过对以单片机、PLC或“PC/IPC+运动控制卡”为核心控制器的方案分析,确定了用“PC/IPC+运动控制卡”作为核心控制单元的测控系统总体方案。采用应变式力传感器和光电码盘速度位移传感器,实现对搓澡力和搓澡装置运动速度及位移的测量。为实现洗浴过程中搓澡的柔性化和搓澡的舒适度要求,进行了搓澡力度控制策略研究,设计了以专家控制系统为上层决策,以速度和位移伺服控制系统为下层控制的递阶控制系统。其中专家控制系统通过分析洗浴者的年龄、肥胖程度和历史记录等知识,结合洗浴过程中实测的搓澡力以及搓澡过程中洗浴者的反应等参数,按照专家知识规则进行推理决策,优化洗浴中的搓澡强度(包括搓澡装置的运动速度和位移)。速度和位移伺服控制系统以专家控制系统的决策结果为指令,以速度位移传感器作为反馈,对执行机构进行闭环PI调节。选用测控核心器件,设计硬件系统并搭建实验平台;通过分析自动洗浴流程,结合硬件系统,设计各个模块洗浴时的运动控制程序,程序采用C语言编写并在硬件平台上调试通过。在软硬件设计的基础上,进行空载调试、各模块单独调试及整机的联调实验。实验表明,设计的测控系统运行稳定、准确、快速,能够实现洗头、搓澡、辅助站立、生命体征监护等基本功能,验证了测控系统设计方案的可行性。在洗浴过程中通过搓澡力度的实时监测,提高了搓澡机构的柔性化和搓澡的舒适度,为进一步的研究开发奠定了基础。
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