【正文】 目前，在密西根大學(xué)實驗室，我們正進(jìn)行不同層次的一致性測試，包括控制網(wǎng)，設(shè)備網(wǎng)，和傳感器總線信息傳輸協(xié)議等。時間延遲的特點會影響控制機(jī)床內(nèi)部的一個軸線以及相互合作的不同軸線性能性能。這些措施包括客戶機(jī) /服務(wù)器（以一對一的互動），以及發(fā)布者 /訂閱（ 以一對多的互動） 。 31 由于硬件設(shè)置原因，當(dāng)系統(tǒng)功能目標(biāo)的改變時，添加 /刪除系統(tǒng)組件和執(zhí)行診斷時非常困難和耗時的。 因此，必須現(xiàn)建立模型和控制器的理論基礎(chǔ)設(shè)計，以便網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可成功建立。此外，智能裝 置能改善信號處理和通信質(zhì)量。一般來說，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)都采用大數(shù)據(jù)封包，并相對偶然突發(fā)性數(shù)據(jù)保持高數(shù)據(jù)傳輸速率，以支持傳輸大型數(shù)據(jù)文件。這個正在調(diào)查和研究的主要目標(biāo)是開發(fā)加工的方法和工具，以在 RMS 中協(xié)助提高一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的機(jī)械機(jī)械等級。因此，傳統(tǒng)點到點的控制系統(tǒng)已不能滿足新的要求，如模塊化，集中化的控制，綜合診斷，快速，易于維護(hù)， 成本低（ Eccles 1998年） 。 導(dǎo)言 可重構(gòu)制造系統(tǒng)（ RMS ）其可重新配置性具有相當(dāng)?shù)某杀拘б?，其生產(chǎn)能力及機(jī) 器的功能也能夠迅速適應(yīng)不斷變化的市場需求（ koren ， 1999年）。四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計，也是為今后走上 工作崗位作了準(zhǔn)備。傳感器碼盤的測量精度經(jīng)計算為 遠(yuǎn)小于 ?？傊捎谙鄬唵蔚臉?gòu)造和直接安裝使費(fèi)用減少。后端所接電容是為了瞬時增減負(fù)載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。 (2)整流電路：將交流電壓變換為單向脈動電壓，其中的整流元件所以能整流，是因為元件具有單向?qū)щ姷奶匦浴? 圖 42 雙脈沖輸入法的連線方式 19 圖 43 光電隔離電路 表 41 PMM8714 的引腳功能說明 引腳 符號 功能 1 CU 正轉(zhuǎn)時鐘脈沖輸入 2 CD 反轉(zhuǎn)時鐘脈沖輸入 3 Ck 時鐘脈沖輸入 4 U/D 旋轉(zhuǎn)方向切換 5 EA 勵磁模式切換 6 EB 勵磁模式切換 7 EC 勵磁模式切換 8 PD 控制輸出信號為低電平 9 Z0 輸出相源檢測 10 C0 輸入脈沖檢測 11 EM 勵磁檢測 12 GND 地 13 R 復(fù)位 14 QE 輸出 E 15 QD 輸出 D 16 QC 輸出 C 17 QB 輸出 B 18 QA 輸出 A 19 QE 輸出 E 20 QD 輸出 D 21 QC 輸出 C 22 QB 輸出 B 23 QA 輸出 A 20 顯示電路設(shè)計 為了知道測試機(jī)已開合多少次，設(shè)計電路中需有顯示部分，本設(shè)計電路選用 LED 顯示器， LED 顯示器的顯示方法為動態(tài)顯示。本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分是通過硬件實現(xiàn)脈沖分配，單片機(jī)只需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈沖和控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號 [17]，通過軟件可編程控制并行 I/O 口和 和 ，以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。 MCS51 系列單片機(jī)是美國 Intel 公司推出的一款集成度很高，集片內(nèi)存儲器、片內(nèi)輸入 /輸出部件和 CPU 于一體的優(yōu)良單片機(jī)系統(tǒng)，在我國已廣泛被應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 醫(yī)療床硬件電路由以下五部分組成： 1. 主控制器，即中央 處理器 CPU。對產(chǎn)品的移動距離需進(jìn)行記數(shù)并顯示。cK —絲杠接觸剛度（ N/um ）； Ca —額定動載荷（ N）。 導(dǎo)軌動摩擦系數(shù) ? ，鑲條緊固力 gf =500N，因坐標(biāo)軸導(dǎo)軌是垂直的，所以導(dǎo)軌最大摩擦力： m a x ( ) 0. 15 ( 80 0 50 0) N 19 5 NugF u w f? ? ? ? ? ? 導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù) 0 ? ，則此狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力為： 00 ( ) 0 .2 ( 8 0 0 5 0 0 ) N 2 6 0 NgF u w f? ? ? ? ? ? 12 最大軸向負(fù)載力 m a x m a x ( 800 195 ) N 995 NauF W F? ? ? ? ? 因為絲杠的安裝方式采用的是一端固定、一端游動，所以選用固定端軸承為 60 ? 角接觸軸承組，采用面對面安裝。 2 lim2 m intA pFFK UUUm b S? ? ? 10 式中2tF—蝸輪的圓周力（ N）； m —蝸桿軸向模數(shù)（ mm）； pU —許用 U 系數(shù)； limU —輪齒彎曲計算時的極限 U 系數(shù)（ 2N/mm ），查文獻(xiàn) ［３］ 表 得， limU =225 2N/mm 。 在蝸桿傳動中，由于蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)、材料不同，蝸桿螺旋部分的強(qiáng)度總是比蝸輪輪齒部分的強(qiáng)度高，所以只需計算蝸輪輪齒的強(qiáng)度即可。 滾珠絲杠螺母副規(guī)格型號為 FFZL32063 型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式。 滾珠絲杠螺母副規(guī)格型號為 FFZL25063 型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式。所設(shè)計的治療床可以在 x、 y、 z 三個方向上直線移動。本設(shè)計要實現(xiàn)控制的對象有步進(jìn)電機(jī)，對移動距離進(jìn)行測量的傳感器以及顯示用的數(shù)碼管。 病人在進(jìn)行治 療定位時需進(jìn)行幾次或者更多次調(diào)整才能找到正確位置進(jìn)行治療。 所設(shè)計的醫(yī)用三自由度床，具有精度高，傳動平穩(wěn)的特點，適于開環(huán)控制的系統(tǒng)， 具 有一定的實際應(yīng)用價值 。以往在檢查身體或 放療時只能全身或特定部位進(jìn)行檢查 ， 治療精 低 達(dá)不到理想的效果 。第一部分主要是對醫(yī)療床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)和垂直進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計。 The vertical to feed system uses the lead screw elevator structure, both may meet the movement need and to be possible to achieve the reduction anism size the second part for the control system hardware electric circuit design, may facilitate quickly take the monolithic integrated circuit as the main body control unit pletes to feed task, including 8051 monolithic integrated circuits, the chip 8255 choices and the application, the photoelectricity coupling isolates, stepbysteps the motordriven electric circuit, the interrupt processing electric circuit and some auxiliary circuit design。 針對以上的問題設(shè)計一種 適 用于醫(yī)學(xué)方面 的醫(yī)療床 ， 病人在檢查身體或?qū)?腫瘤位置進(jìn)行 CT 掃描或 MR 成像 時， 該裝置不需要手動擺位，在病人躺下以后只需根據(jù)需要按下開關(guān) 觀看 輸出值來調(diào)整高度或所需的移動的范圍，就能達(dá)到想要的位置 ，這樣不僅提高了工作效率節(jié)約了時間而且最重要是自動控制使 使用過程中實現(xiàn)全自動化 。這些治療床可以 2 在 3~6 個自由度的范圍內(nèi)對病人位置進(jìn)行調(diào)整，每個自由度定位的精度可達(dá) 或 176?？刂葡到y(tǒng)主要由單片機(jī)控制。 總體方案設(shè)計 工作臺 X、 Y 向均采用矩形滑動導(dǎo)軌 ,在與之相配的動導(dǎo)軌面上貼聚四氟乙烯 (PTFE)導(dǎo)軌板； 對滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊措施 ,并對滾珠絲杠進(jìn)行拉伸； 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。由于滾珠絲杠的螺紋底徑 2d =，所以選擇軸承的內(nèi)徑為 20mm，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。該軸承的額定動載荷為39。 表 31 圓柱蝸桿傳動基本幾何尺寸 序號 名稱 代號 數(shù)值 1 中心距 a 50mm 2 蝸桿頭數(shù) 1Z 1 3 蝸輪齒數(shù) 2Z 24 4 齒形角 ? 20176。 綜合以上各個數(shù)據(jù)得： 22l im l im/ 5 2 0 1 0 .6 7 / 1 .3 N /m m 2 6 8 N /m mH P H h n HZ Z S?? ? ? ? ? ? 323221 0 0 0 /1 5 2 .2 2 .5 5 1 0 0 0 2 5 .7 1 / 4 5 .2 N /m m2 0 4 .7 4 N /m mH E AZ Z T K a?? ?? ? ? ? ?? 由計算結(jié)果 2220 4. 74 N /m m 26 8 N /m mH H p??? ? ?得，齒面滿足接觸疲勞強(qiáng)度檢驗。 剛度不足會導(dǎo)致蝸桿副的不正常嚙合，造成偏載，加劇磨損，故應(yīng) 驗算蝸桿軸的剛度。 13 sK 的計算 絲杠支承形式為一端固定，一端游動，因此 22321 0 1 .6 5 1 04s d E dK aa? ?? ? ? ? ? 式中 sK —拉壓剛度（ 2N/mm ）； E—楊氏彈性模量 10 N/mm? ； 2d —絲杠底徑（ mm）。 電動機(jī)的選擇 件負(fù)載慣量 已知執(zhí)行部件總重 ，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，執(zhí)行部件在軸向移動的距離為 0 6L mm? ，則 2 2 2 20 0 . 6( ) 8 1 . 6 3 ( ) k g c m 0 . 7 4 k g c m22L LJm ??? ? ? ? ? ? 1J 34113 4 4 4 22 8 10 8 10 ( 3 8 8 ) kg c m 9 kg c mnjjjJ D L?????? ? ? ? ? ? ? ? ???? —絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 rJ 15 3413 4 4 22 10 10 ( 6 2 32) kg c m kg c mnr j jjJ D L?????? ? ? ? ? ? ???? dJ 步進(jìn)電機(jī)與蝸桿之間采用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。 因此結(jié)合實際的工作需要，確定控制系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計方案，如圖 31 所示： 17 圖 41 系統(tǒng)簡圖 中央處理單元的類型選擇 通常在微機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的種類有很多，常見的有單片機(jī)控制和可編程控制器 PLC 控制等。 8051 單片機(jī)的基本性能如下： 8 位中央處理器； （ 6MHz 或 12MHz），每執(zhí)行一條指令時間為 2us或 1us； 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器； 18 I/O 口 P0～ P3，有 32 位雙向輸入 /輸出線； ； 16 位定時器 /計數(shù)器； ，兩個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)； 同時為了向本設(shè)計中用到的單片機(jī)系統(tǒng)的自動控制裝置提供非常穩(wěn)定的低壓直流電源，設(shè)計了一種單片機(jī) +5V 的直流穩(wěn)壓電源電路。如果將輸出信號與功率放大器直接相連，將會 引起強(qiáng)電干擾。本設(shè)計中用到的單片機(jī)系統(tǒng)的自動控制裝置，需要用到非常穩(wěn)定的低壓直流電源。當(dāng)前已經(jīng)廣泛應(yīng)用單片集成穩(wěn)壓電源，其體積小、可靠性高、使用靈活、價格低廉。 光電接近開關(guān)是一體化無接觸、無觸點的位置傳感器，任何部件都不會有機(jī)械磨損， 檢測距離長 、 分辨能力高 、工作壽命較長。本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分是通過硬件實現(xiàn)脈沖分配，單片機(jī)只需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈沖和控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號，通過軟 件可編程控制并行 I/O 口，以輸出相應(yīng)頻率的脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。另外，對于醫(yī)用三自由度醫(yī)療床的控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，各進(jìn)給方向都有碼盤傳感器對行程進(jìn)行反饋。我們利用這個機(jī)床，對系統(tǒng)性能進(jìn)行評價和開發(fā)組合機(jī)床控制系統(tǒng)的解決方案。然而，要成功的重構(gòu) RMS 的設(shè)備還依賴于可重構(gòu)部件的關(guān)聯(lián)體系。 當(dāng)一個可重構(gòu)機(jī)床配置了傳感器、驅(qū)動器和控制器，主要是要對這個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)裝置的功能和極限進(jìn)行研究。 制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很多層次和等級，每個人有 不同的目標(biāo)，并要求不同通信方式和加工能力。信息與命令可以在中央控制單元和位于各控制裝置分布式控制器傳輸。 每個 NCS 的子系統(tǒng)，閉合環(huán)路系統(tǒng)，可簡單用 圖 1 表示，相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng) NCS 的一個重大的缺點是，網(wǎng)絡(luò)傳輸所造成的傳感器 /執(zhí)行器 和控制器之間的時間延遲。馬達(dá)驅(qū)動一個 PWM 驅(qū)動器與一個介于 0 和 255 的 8 位輸入。 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)采用了非破壞性碰撞的解決方案解決信息優(yōu)先問 題），如圖 2 ，來研究分布式體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。根據(jù)信息連接類型，（例如：多方投票，投票，狀態(tài)改變，循環(huán)）以及網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載，采取輪候機(jī)制。每一步的控制系統(tǒng)對分散信息分析也應(yīng)該達(dá)到傳統(tǒng)集中控制下的水平。 參考文獻(xiàn) Chen, ., Tilbury, D., and Ulsoy, A., 1998, ―Modular control for machine tools: crosscoupling control with friction pe