基于多伺服控制的放疗模拟治疗床的制作方法

文档序号:21105166发布日期:2020-06-16 21:12阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床,包括x向移动机构(ⅰ)、y向移动机构(ⅱ)、z向升降机构(ⅲ)、旋转机构(ⅳ)、治疗床床板(ⅴ)、治疗床下支撑架(ⅵ)六个部分,由驱动电源提供电能,上位机经can总线连接x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器以实现对x向移动机构(ⅰ)、y向移动机构(ⅱ)、z向升降机构(ⅲ)、旋转机构(ⅳ)的并行控制,从而实现对治疗床床板(ⅴ)的精准控制;其特征在于:x向伺服驱动器与x向伺服电机(1-1)、用于速度检测和移动定位的x向伺服电机编码器(1-2)、用于移动超出安全范围保护的x向下限位行程开关(1-3)和x向上限位行程开关(1-4)之间通过导线连接,实现x向移动机构(ⅰ)的移动控制、定位检测、安全保护;y向伺服驱动器与y向伺服电机(2-1)、用于速度检测和移动定位的y向伺服电机编码器(2-2)、用于移动超出安全范围保护的y向下限位行程开关(2-3)和y向上限位行程开关(2-4)之间通过导线连接,实现y向移动机构(ⅱ)的移动控制、定位检测、安全保护;z向伺服驱动器与z向伺服电机(3-1)、用于速度检测和移动定位的z向伺服电机编码器(3-2)、用于移动超出安全范围保护的z向下限位行程开关(3-3)和z向上限位行程开关(3-4)之间通过导线连接,实现z向移动机构(ⅲ)的移动控制、定位检测、安全保护;旋转伺服驱动器与旋转伺服电机(4-1)、用于转速检测和旋转定位的旋转伺服电机编码器(4-2)、用于旋转超出安全范围保护的旋转顺时针限位行程开关(4-3)和旋转逆时针限位行程开关(4-4)之间通过导线连接,实现旋转机构(ⅳ)的旋转控制、定位检测、安全保护;上位机根据病灶部位在治疗床床板(ⅴ)的实际坐标、结合辐射野区域坐标按误差最小原则计算得出控制量,经can总线发送到x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器,控制x向移动机构(ⅰ)、y向移动机构(ⅱ)、z向升降机构(ⅲ)、旋转机构(ⅳ)按所给控制指标并行运动,实现病灶部位和治疗辐射野区域的最小误差重合,使治疗所需的射野形状、靶区中心处于最佳,最大限度地减少患者重要器官对辐射剂量的吸收。

2.根据权利要求1所述的基于多伺服控制的放疗模拟治疗床,其特征在于:所述的放疗模拟治疗床以治疗床下支撑架(ⅵ)作为整体支撑,旋转伺服电机(4-1)、圆形转动导轨(4-7)与治疗床下支撑架(ⅵ)同中心并紧固于治疗床下支撑架(ⅵ)上,圆形转动导轨(4-7)与圆形转动盘(4-8)采用多滚珠滚动连接,旋转驱动杆(4-6)连接于圆形转动盘(4-8)的中心位置,旋转伺服电机(4-1)通过旋转轴减速器(4-5)与旋转驱动杆(4-6)机械连接,以驱动圆形转动盘(4-8)的旋转来实现放疗模拟治疗床的整体旋转;圆形转动盘(4-8)与剪叉支撑板(3-11)紧固成一体,z向伺服电机(3-1)、z向运动导轨(3-7)固定于剪叉支撑板(3-11)之上,剪叉固定支撑架(3-9)与剪叉活动支撑架(3-10)在交叉处设置有活动关节,剪叉固定支撑架(3-9)的上端固定于x向运动导轨(1-7)的下部、下端固定于z向运动导轨(3-7)的上部,剪叉活动支撑架(3-10)的上端固定于x向运动导轨(1-7)的下部、下端为置于z向运动导轨(3-7)内的z向滑动杆(3-8),z向滑动杆(3-8)与z向驱动杆(3-6)机械连接,z向伺服电机(3-1)通过z向联轴器(3-5)与z向驱动杆(3-6)机械连接,以启动z向滑动杆(3-8)在z向运动导轨(3-7)内水平运动,再通过剪叉支撑架转换为治疗床床板(ⅴ)的升降运动,从而实现治疗床床板(ⅴ)在z向的位置调节;治疗床床板(ⅴ)的一边与y向滑动杆(2-8)固定连接、一边与y向运动导轨(2-7)滑动连接,y向滑动杆(2-8)与y向驱动杆(2-6)机械连接,y向伺服电机(2-1)通过y向联轴器(2-5)与y向驱动杆(2-6)机械连接,以实现治疗床床板(ⅴ)在y向的位置调节;y向运动导轨(2-7)的左边与x向滑动杆(1-8)固定连接、右边与x向运动导轨(1-7)滑动连接,x向滑动杆(1-8)与x向驱动杆(1-6)机械连接,x向伺服电机(1-1)通过x向联轴器(1-5)与x向驱动杆(1-6)机械连接,以实现治疗床床板(ⅴ)在x向的位置调节。

3.根据权利要求1所述的基于多伺服控制的放疗模拟治疗床,其特征在于:所述x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器采用相同的伺服驱动器,该伺服驱动器以内部集成有adc、pwm、i/o口、正交编码脉冲电路、can接口的mcu为核心,外围设置有整流滤波电路、dc/dc模块、逆变与驱动模块、电压检测电路、电流检测电路、输出光隔电路、输入光隔电路、速度与位置检测电路、限位行程开关检测电路,通过can总线、can通信适配器与上位机连接;交流电源ac220v整流滤波电路后得到+300v直流电,经逆变与驱动模块逆变为u、v、w三相交流电以驱动伺服电机sm,经dc/dc模块变换得到逆变与驱动模块的+15v工作电源、mcu及其外围电路的+5v工作电源;mcu通过电压检测电路监测+300v直流电压,通过电流检测电路监测u、v、w三相工作电流,通过速度与位置检测电路监测伺服电机sm运转情况,通过限位行程开关检测电路监测x向移动机构(ⅰ)、y向移动机构(ⅱ)、z向升降机构(ⅲ)、旋转机构(ⅳ)达到极限位置后停止控制输出,通过输出光隔电路向逆变与驱动模块输出pwm控制信号,通过输入光隔电路接收逆变与驱动模块发出的欠压、过流和过热故障信号;当mcu接收到上位机经can总线发送的控制指令后,结合实时监测的电压、电流、速度与位置信号经内嵌控制程序运算得到pwm控制信号并通过逆变与驱动模块控制伺服电机sm运行,实现对伺服电机sm的闭环控制以提高放疗模拟治疗床控制的准确性、可靠性和定位精度。


技术总结
本发明公开了一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床,包括x向移动机构、y向移动机构、z向升降机构、旋转机构、治疗床床板、治疗床下支撑架六个部分,由驱动电源提供电能,上位机经CAN总线连接x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器以实现对x向移动机构(Ⅰ)、y向移动机构、z向升降机构、旋转机构的并行控制,从而实现对治疗床床板的精准控制。其有益效果是:实现了各伺服电机同步的、独立的闭环控制,减少电机之间的耦合性,有效提高治疗床定位的准确性和定位精度,实现病灶部位和治疗辐射野区域的最小误差重合,使治疗所需的射野形状、靶区中心处于最佳,最大限度地减少患者重要器官对辐射剂量的吸收。

技术研发人员:吴小明;黄采伦;朱俊玮
受保护的技术使用者:吴小明
技术研发日:2020.03.25
技术公布日:2020.06.16
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