一种EPID的运动控制系统及方法与流程

一种epid的运动控制系统及方法
技术领域
1.本发明属于放射治疗器械技术领域，具体涉及一种高安全性的epid运动控制系统及方法。


背景技术：

2.在当前许多包含epid的医疗设备中，需要灵敏度高、影像范围宽、使用方便、安全性和可靠性高的epid运动控制方法。
3.epid(electronic portal imaging device)即电子射野影像系统，当射线束照射靶区时，采用电子技术在射线出射方向获取图像的的一种装置。它的主要作用是将患者实际射野影像与治疗计划系统中的射野影像进行比较，实现射野位置验证和患者摆位。
4.epid运动安全控制技术在医疗产品中具有十分重要的作用，epid在运动的过程中，往往需要考量不同的速度、行程、精度进行工作。epid在运动过程中一旦发生误动作，或未达到既定停止位置时，此时如果外部设备没有安全的控制方式，会使产品质量受到影响甚至造成使用者受伤，产生一定程度的经济和人身伤害。而现有的epid的运动控制技术仅仅是靠epid内的控制器进行直接控制，无法进行远程控制，这种控制方式增加了操作时间，同时在epid安全控制方面更是无法保障，在安全性、可靠性、便捷性方面显得不够智能与完善。因此如何安全、便捷、智能的控制epid运动，是目前急需要解决的一个问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种epid的运动控制系统及方法，具有安全性高、节省时间、操作便捷的优势。
6.一种epid的运动控制系统，系统包括上位机、控制模块、通讯模块、开关控制面板、位置信息反馈模块和电机控制模块，被控对象为epid运动电机；
7.所述上位机为实现控制epid运动电机运动的计算机；
8.所述控制模块为实现控制epid运动电机运动的控制电路；
9.所述通讯模块分为第一通讯和第二通讯，第一通讯为上位机与控制模块之间采用的rs485通讯；第二通讯为控制模块与位置信息反馈模块之间采用的can通讯；
10.所述开关控制面板为epid运动电机旁的按键控制面板，使用者通过该面板上的按键切换程控与本控模式，在本控模式下通过按键开关直接控制epid运动电机的运动；
11.所述位置信息反馈模块包括一个折展轴位置角位传感器、一个前后轴位置方位传感器、一个左右轴位置方位传感器，三者共同为控制模块采集epid运动电机的对应方向轴上的位置信息并发送至上位机；
12.所述电机控制模块包括epid运动电机折展运动方向角位电机控制、epid运动电机前后运动方位电机控制以及epid运动电机左右运动方位电机控制，所述电机控制模块用以接收所述位置反馈模块产生的位置信息产生pwm波，并据此驱动对应电机运动。
13.进一步地，所述控制模块采用rs485的方式和上位机进行通信，用于接收运动指
令，通过位置反馈模块采集位置信息，对当前的状态以及指令进行判断，继而通过控制继电器来实现控制信号的输出，从而实现电机的启停最终达到控制epid运动电机是否运动的目的。
14.进一步地，所述位置信息采集模块采用can通信方式将epid在折展、前后、左右方向轴上的位置信息分别反馈给控制模块，控制模块采用带隔离的can收发芯片与位置信息采集模块完成通信；控制模块选用具有数字隔离器功能的线路收发器作为通讯芯片与上位机之间进行通讯。
15.进一步地，所述电机控制模块的接口设计为单片机的脉冲输出，通过隔离器输出脉冲信号来驱动各方向轴上电机的运行，在模块中使用数字隔离器对信号进行隔离；当程控状态下epid进行运动时，系统首先判定目标位置是否为有效值，然后比较目标位置与当前系统位置的差值，并输出脉冲信号驱动折展、前后、左右角位与方向轴上电机驱动器的运行，从而控制电机的启停。
16.一种epid的运动控制方法，包括以下步骤：
17.步骤一：上电后，控制模块自动检测自身单片机输出的控制信号是否正常，若正常，则正常工作指示灯点亮，进入下一步；若控制模块运行异常，正常工作指示灯熄灭，异常检测指示灯闪烁，控制模块会优先自行排除故障，若控制模块自行排除障碍，则异常检测指示灯熄灭，正常工作指示灯点亮，进入下一步；若故障仍然存在，异常检测指示灯由闪烁状态变为常亮状态，进行人工干预直至故障排除，正常工作指示灯点亮，返回控制模块重新自动检测；
18.步骤二：连锁检测电路依据是否接收到控制模块发送的检测信号来判断epid运动方向上的连锁控制是否正常；如果连锁控制正常则进入下一步，如果连锁控制不正常则进行人工干预直至故障排除；
19.步骤三：epid运动电机在折展、前后、左右行程范围内进行初始化，如果初始化完成则进入下一步，如果初始化未完成，控制模块输出信号关断epid运动控制电路信号，epid提示初始化失败，此时需要人工进行查验排故，直至控制系统完成初始化；
20.步骤四：使用者根据使用需求进行选择系统的程控或本控的工作方式对epid运动电机的运动进行控制。
21.进一步地，在程控方式下，上位机通过rs485通信发送目标位置信息给控制模块命令响应单元,控制模块命令响应单元正常响应上位机指令，并根据电机控制模块接收位置反馈信息从而产生相应的pwm波来驱动对应方位上电机运动，直至epid运动电机运行到目标位置，继而实现程控操作的功能；若上位机发送异常的运行指令给控制模块命令相应单元，或控制模块命令响应单元无法响应发出的指令，则电机控制模块无法产生pwm波，控制信号处于关断状态，并提示目标位置信息异常，系统存在故障；在本控方式下，使用者直接通过控制面板上的按键对epid运动电机的运动进行控制，epid运动电机在有效的行程范围内进行运动，并最终将位置信息反馈给上位机，使用者根据上位机反馈的位置信息，直观判断epid运动电机是否运动到合适的位置或角度。
22.有益效果：
23.1、本发明的控制系统中选用带隔离的can收发芯片给控制模块实时反馈位置信息，来实现分类通讯的目的。由于该系统中存在折展、前后、左右位置的信息反馈，此种分类
通讯方式可以快速定位故障点，从而精确判断故障位置，便于高效精准解决问题，缩短检修和排故时间。
24.2、本发明的控制模块上电后自动检测自身单片机输出的控制信号是否正常，并将自检结果送给运行状态显示电路，能够直观的通过状态指示灯观察到当前系统的运行状态。
25.3、本发明在系统初始化时可以反应出控制信号以及连锁信号是否正常：若正常epid进行初始化运动、正常工作指示灯点亮，反之则故障灯点亮；当出现控制模块工作状况异常时,即使在程控模式下，上位机发出epid运动指令，控制模块因连锁信号以及阈值没有输出，关断电路，从根本上保证整个系统的安全。
26.4、本发明的电机控制模块通过响应位置信息的方式产生pwm波，在系统位置信息响应错误或者上位机发送错误位置信息时，系统可以通过限制pwm波的产生，从而限制epid的运动并提示系统存在故障，使系统处于静止状态。
27.5、本发明的位置信息采集模块采用can通信方式将epid在折展、前后、左右方向轴上的位置信息分别反馈给控制模块，控制模块采用带隔离的can收发芯片与位置信息采集模块完成通信；控制模块选用具有数字隔离器功能的线路收发器作为通讯芯片与上位机之间进行通讯。能够很好的解决长距离传输时线上的干扰，保证了整个系统的安全性和可靠性。
28.6、本发明具有程控或本控双重工作状态，程控状态下控制模块响应上位机运动控制方式，上位机与控制模块之间通过rs485通信的方式，使epid按照控制模块中的设置进行运动；本控方式下，通过控制面板的开关直接控制epid运动的启停，从而到达既定位置。前者通过电机控制模块响应位置信息产生的pwm波来控制epid的运动，后者通过开关直接作用于epid的运动模块，实现epid运动,使用者通过位置信息反馈，观察epid运动是否到达到目标位置。无论是程控状态还是本控状态，均可以实现对epid运动的安全控制。使用者根据使用需求，自由选择工作状态。
附图说明
29.图1为本发明电机控制模块的电路图；
30.图2为本发明运动控制系统的运行流程图。
具体实施方式
31.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
32.本发明提供了一种epid的运动控制系统及方法，运动控制系统包括上位机、控制模块、通讯模块、开关控制面板、位置信息反馈模块、电机控制模块、被控对象为epid运动电机；
33.所述上位机为实现控制epid运动电机运动的计算机；
34.所述控制模块为实现控制epid运动电机运动的控制电路；
35.所述通讯模块分为第一通讯和第二通讯，第一通讯为上位机与控制模块之间采用的rs485通讯；第二通讯为控制模块与位置信息反馈模块之间采用的can通讯方式；
36.所述按键控制面板为epid运动电机旁的按键控制面板，使用者可通过该面板上的
按键切换程控与本控，同时在本控模式下可通过按键开关直接控制epid运动电机的运动；
37.所述位置信息反馈模块包括一个折展轴位置角位传感器、一个前后轴位置方位传感器、一个左右轴位置方位传感器，三者共同为控制模块采集epid运动电机的对应方向轴上的位置信息并发送至上位机；
38.所述电机控制模块包括epid运动电机折展运动方向角位电机控制、epid运动电机前后运动方位电机控制以及epid运动电机左右运动方位电机控制，所述电机控制模块用以接收所述位置反馈模块产生的位置信息产生pwm波，并据此驱动对应电机运动。
39.控制模块采用rs485的方式和上位机进行通信，用于接收运动指令，通过位置反馈模块采集位置信息，对当前的状态以及指令进行判断，继而通过控制继电器来实现控制信号的输出，从而实现电机的启停最终达到控制epid运动电机是否运动的目的。
40.位置信息采集模块采用can通信方式将epid运动电机在折展、前后、左右等方向轴上的位置信息分别反馈给控制模块，控制模块采用带隔离的can收发芯片与位置信息采集模块完成通信；控制模块选用具有数字隔离器功能的线路收发器作为通讯芯片与上位机之间进行通讯，很好的解决了长距离传输时线上的干扰，保证了整个系统的安全性和可靠性。
41.如图1所示，电机控制模块接口设计为单片机的脉冲输出，通过隔离器输出脉冲信号来驱动各方向轴上电机的运行，在模块中使用数字隔离器对信号进行隔离达到减少噪声，阻隔地环路，隔离不同的地电动势对电路的影响，达到电路控制的安全目的，当程控状态下epid进行运动时，系统首先判定目标位置是否为有效值，然后比较目标位置与当前系统位置的差值，并输出脉冲信号驱动折展、前后、左右等角位与方向轴上电机驱动器的运行，从而控制电机的启停，考虑到单片机的驱动能力有限，特别增加了驱动芯片来增加脉冲信号的驱动能力，保障了电路的有效运行。
42.对于电机控制模块的接口控制，直接选用继电器干接点输出控制，当继电器有输出信号作用时，触点指示灯点亮直观地显示系统运行时，控制逻辑是否存在异常状态。
43.系统上电后，使用者根据实际需要，通过控制面板上的按键选择程控或者本控方式，上位机通过rs485通信接口将目标位置信息发送给控制模块，控制模块响应位置信息并开始自检，若自检异常，控制模块自检异常指示灯点开始闪烁，系统自动进入复位排故状态，10s后，自动排故完成，若故障仍然存在，控制模块自检指示灯由闪烁状态变为常亮，此时需要人工排故。故障排除后，控制模块自检异常指示灯熄灭，系统进入连锁检测状态，控制模块不间断地发出检测信号给连锁检测电路，系统通过是否接收到连锁信号判断连锁是否正常，若连锁异常，需要进行人工排故，故障排除后异常指示灯熄灭，系统进入初始化状态。在初始化状态下epid在折展、前后、左右等方向位置上进行初始化运动，若初始化状态异常，初始化异常指示灯点亮，并需要对系统进行人工排故，故障排除后系统初始化，在运行结束后提示初始化完成。初始化完成表明系统运行正常。程控状态下，使用者输入正确的角位信息，控制模块响应角位信息，并通过位置反馈模块采集到角位信息，产生pwm波来驱使电机控制模块运动，当反馈角度趋近于既定位置1
°
或者位置信息5mm范围内电机模块作减速运动，最终使得epid平顺、稳定地到达设置位置；本控状态下，使用者可通过按键控制面板上的按钮来控制epid的运行，并从位置信息反馈角位观察epid的运行直至到达所需的位置。
44.如附图2所示，本发明的epid运动控制方法，包括以下步骤：
45.步骤一：上电后，控制模块自动检测自身单片机输出的控制信号是否正常，若正常，则正常工作指示灯点亮，进入下一步；若控制模块运行异常，正常工作指示灯熄灭，异常检测指示灯闪烁，控制模块会优先自行排除故障，若控制模块自行排除障碍，则异常检测指示灯熄灭，正常工作指示灯点亮，进入下一步；若故障仍然存在，异常检测指示灯由闪烁状态变为常亮状态，进行人工干预直至故障排除，正常工作指示灯点亮，返回控制模块重新自动检测；
46.步骤二：连锁检测电路依据是否接收到控制模块发送的检测信号来判断epid运动方向上的连锁控制是否正常；如果连锁控制正常则进入下一步，如果连锁控制不正常则进行人工干预直至故障排除；
47.步骤三：epid运动电机在折展、前后、左右行程范围内进行初始化，如果初始化完成则进入下一步，如果初始化未完成，控制模块输出信号关断epid运动控制电路信号，epid提示初始化失败，此时需要人工进行查验排故，直至控制系统完成初始化；
48.步骤四：使用者根据使用需求进行选择系统的程控或本控的工作方式对epid运动电机的运动进行控制；在程控方式下，上位机通过rs485通信发送目标位置信息给控制模块命令响应单元,控制模块命令响应单元正常响应上位机指令，并根据电机控制模块接收位置反馈信息从而产生相应的pwm波来驱动对应方位上电机运动，直至epid运动电机运行到目标位置，继而实现程控操作的功能；若上位机发送异常的运行指令给控制模块命令相应单元，或控制模块命令响应单元无法响应发出的指令，则电机控制模块无法产生pwm波，控制信号处于关断状态，并提示目标位置信息异常，系统存在故障；在本控方式下，使用者直接通过控制面板上的按键对epid运动电机的运动进行控制，epid运动电机在有效的行程范围内进行运动，并最终将位置信息反馈给上位机，使用者根据上位机反馈的位置信息，直观判断epid运动电机是否运动到合适的位置或角度，从而实现在本控状态下epid运动电机的安全控制方式。
49.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。