【正文】 為： 33 1 6 4 5 . 6 66 0 6 0 2 0 0 2 0 0 0 0 N 1 0 2 2 6 . 9 0 N1 0 0 1 0 0hpC n L? ? ? ? ? ? 軸 承 的 額 定 動(dòng) 載 荷 39。 進(jìn)給系統(tǒng)的最小拉壓剛度為： 14 m i n m i n1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 7 74 7 4 . 1 4 3 1 4 . 3 2 4 2 2 . 6 7s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 故 m in 130 .61 N /umK ? 。 本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以通過單片機(jī)、 PLC 和微機(jī)進(jìn)行控制，單片機(jī)具有體積小、性能 /價(jià)格比高、耗電少、可靠性高 和容易掌握等優(yōu)點(diǎn) [14]。 3. 存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 8051雖然內(nèi)含 4K 字節(jié) EPROM，但是其 EPROM 是為用戶制備的，所以在國內(nèi)很難采用這種類型。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。 8051 的 P2 口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器 75492 接顯示器共陰極； P0 口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動(dòng)器 7407 接顯示器的各個(gè)陽極。 21 (4)穩(wěn) 壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。 測(cè)量位移的傳感器的有很多，綜合考慮，選用 光電開關(guān) 傳感器測(cè)量位移，最適合本設(shè)計(jì)。 按供電種類的分類 1 直流式 2 交流式 3直流交流混合式 在 此，光電開關(guān)主要起兩個(gè)作用： (1)用來確定起始位置 時(shí)的觸發(fā)信號(hào) ；(2)行程的限位 ，提高測(cè)量精度 ?？梢耘卸ū驹O(shè)計(jì)方案可行。在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，我按時(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)， RMS 的設(shè)備設(shè)計(jì)必須做到功能模塊化和智能化。這些分布式通用總線系統(tǒng)，稱為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（ NCSs ） ，這種體積小的布線及分布 28 式處理，顯示出了若干優(yōu)勢(shì)，并支持 RMS 的安全啟用。 RMS的網(wǎng)絡(luò)與控制 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即互聯(lián)設(shè)備，如傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器，使用較少的線路，并要求比點(diǎn)到點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)需要更少的維修。 控制網(wǎng)絡(luò)，在對(duì)比之下，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素是時(shí)間臨界系統(tǒng)支持性能。遺失或過分延遲的信息通過一個(gè)傳感器經(jīng) 30 由控制器到達(dá)一個(gè)致動(dòng)器，例如，可能會(huì)惡化系統(tǒng)性能或?qū)е虏环€(wěn)定信息。這個(gè)工具，是一個(gè)被稱為 robotool 的 3 軸（ X ，Y 和 Z ）加工系統(tǒng)中，每個(gè)軸的動(dòng)作是直線下滑并通過驅(qū) 動(dòng)滾珠絲杠，由直流電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)角速度測(cè)量測(cè)速。此外，信號(hào)導(dǎo)致這些設(shè)備不統(tǒng)一，不能共享其他設(shè)備，需要進(jìn)一步改造才能使用。一個(gè)傳感器所產(chǎn)生的信息，可方便地瀏覽數(shù)控裝置（發(fā)布者 /訂閱通訊模式），無須提交任何重復(fù)傳感器和算法就可以在傳統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)中發(fā)送。 有效的 NCS解決方案 為了實(shí)現(xiàn)有效的 NCS 方案， RMS 控制系統(tǒng)中的一些問題必須解決，除了前面幾節(jié)概述分析的性能問題，其中一個(gè)重要的問題，涉及到了利用智能設(shè)備傳感器，執(zhí)行器和網(wǎng)絡(luò)化控制器。這些一致性測(cè)試是為了保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性和互換性。 為了保證一定程度的重構(gòu)，我 們必須保證裝置一定程度上的互操作性和互換性。因此，信號(hào)由傳感器，控制器或調(diào)節(jié)器傳來的是延 33 遲后信息和瞬間采樣。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如圖所示）的第一個(gè)優(yōu)勢(shì) ，是減少配線。在過去，一些研究者已用 robotool 作為一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)研究開放式控制系統(tǒng)（ koren 等人， 1996 年），監(jiān)控系統(tǒng)（ Lander 和 Ulsoy 等， 1998 年 ，和交叉聯(lián)結(jié)控制系統(tǒng)（ Chen 等，1998 ）。這些時(shí)間延遲不僅是出現(xiàn)在每個(gè)采樣瞬間，也在不同設(shè)備在同一個(gè)子系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生。因此， 單一中央控制單元上的加工負(fù)載，可以被分配到幾個(gè)小的處理器上，即專門用于這一部份的驅(qū)動(dòng)器 /傳感器。一般來說，通信可以使用較低的技術(shù)水平，如為 sensor buses或 field buses （ schickhuber 和 McCarthy ， 1997 年） 。這是其中一個(gè)研究成果。 機(jī)床上傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)體 系，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的，它已經(jīng)成功的在工業(yè)生產(chǎn)中使用了幾十年。主要考慮內(nèi)容包括： 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)延遲，節(jié)點(diǎn)編號(hào)，信息聯(lián)絡(luò)， 統(tǒng)一性測(cè)試等。醫(yī)用三自由度醫(yī)療床具有結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、維修簡單方便、效率高和操作編程簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，醫(yī)用三自由度醫(yī)療床一定有著廣闊的發(fā)展前景。 機(jī)械部分主要是滾珠絲桿， 滾珠絲桿是精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件高精度，它將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。更重要的是外界影響對(duì)它無干擾。其內(nèi)部電路也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路，這種穩(wěn)壓器只有輸入端 輸出端 2 和公共端 3 三個(gè)引出端，也可稱為三端集成穩(wěn)壓器。為了得到直流電，除了用直流發(fā)電機(jī)外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和接口電路損壞，所以在接口電路與功率放大器之間要接上光電隔離電路。 本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，采用脈沖分配器專用集成電路芯片PMM8714 控制勵(lì)磁。本此設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求，采用目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 中普遍使用的 MCS51 系列單片機(jī)作為主控制器。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 221 211( ) [ 0 . 4 9 ( 0 . 7 4 3 . 0 0 ) ] k g c m 0 . 5 9 k g c m36d L rJ J J Ji? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3m a x 0 9 9 5 6 1 0 N m 0 . 6 8 9 N m2 2 2 3 % 6au FLT i? ? ????? ? ? ? ? 選擇 70BF003 型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其主要性能如下： 相數(shù)， 3；步距角， /3?? ；最大靜轉(zhuǎn)距， Nm? ；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 2kg cm? ；最大啟動(dòng)頻率， 1600HZ；分配方式，三相六拍；質(zhì)量， 。 當(dāng)螺母至固定支承的最大距離時(shí)剛度最小，此時(shí) ? ，則 2 22 2 2 22m i n 251 . 6 5 1 0 1 . 6 5 1 0 N /m m 4 7 4 . 1 4 N /m m2 1 7 . 5s dK a? ? ? ? ? ? ? 當(dāng)螺母至靠固定端的行程起點(diǎn)時(shí)剛度最小，此時(shí) ? ，則 2 22 2 2 22m a x 251 . 6 5 1 0 1 . 6 5 1 0 N /m m 8 7 7 . 6 6 N /m m1 1 7 . 5s dK a? ? ? ? ? ? ? 因?yàn)榻z杠安裝方式為一端固定，一端游動(dòng)，固定端預(yù)緊，則 2530 m a x2 2 . 3 4 s inb B Q BK K d Z F ?? ? ? ? 3 252 2 .3 4 5 .5 5 6 1 5 4 9 7 .5 0 sin 6 0 N /u m 3 1 4 .3 2 N /u m? ? ? ? ? ? ? ? 11m a x 33 99539。 蝸桿軸的最大撓度 112 2 31()48tr L imF F LyyEI??? 式中1tF—蝸桿圓周力（ N）； 11 1rF—蝸桿徑向力（ N）； 1E —蝸桿材料的彈性模量，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中對(duì)蝸桿的材料選擇為鋼，所以 21 20 60 00 N /m mE ? ； I—蝸桿危險(xiǎn)斷面處的慣性距（ 4mm ）； L—蝸桿軸承間的跨距（ mm ），取 L== mm ； Limy —極 限撓 度（ mm ）， 因 為采 用 的是 調(diào)質(zhì) 蝸 桿， 所 以取Limy == ,m 為蝸桿的模數(shù)。 蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 由于蝸輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要精確計(jì)算它的彎曲應(yīng)力比較困難。 5 模數(shù) m 6 蝸桿分度圓直徑 1d 28mm 7 蝸輪分度圓直徑 2d 72mm 8 傳動(dòng)比 i 61 9 蝸輪變位系數(shù) 2x 10 蝸桿直徑系數(shù) q 11 蝸桿齒寬 1b 25mm 12 蝸輪齒寬 2b 20mm 8 表 32 絲桿升降機(jī)性能參數(shù)表 型號(hào) SWL 絲杠升降機(jī)最大起升力 (kN) 25 絲杠升降機(jī)最大拉力 (kN) 25 絲杠升降機(jī)絲杠螺紋尺寸 (mm) Tr306? 蝸輪蝸桿傳動(dòng)比 普通 6： 1 蝸桿每轉(zhuǎn)行程 (mm) 絲杠升降機(jī)滿負(fù)載蝸桿扭矩 (Nm? ) 絲杠升降機(jī)最大軸伸長度 (mm) 1500 絲杠升降機(jī)最大許用功率 (kw) 傳動(dòng)比總效率 % 23 潤滑油量 (kg) 不加行程的重量 (kg) 絲杠每 100mm 的重量 (kg) 絲桿升降機(jī)潤滑劑 合成鈣鈉基潤滑脂 ZGN1 或 ZGN2 選用蝸桿傳 動(dòng)材料時(shí)，不僅要滿足強(qiáng)度要求，更重要的是具有良好的減磨性、抗磨性和抗膠合能力。C =22020N。 選擇國產(chǎn) 60? 角接觸球軸承組，型號(hào)為 760204TNI，尺寸（內(nèi)徑 ? 外徑 ?寬度）為 20mm? 47mm? 14mm，選用脂潤滑。 單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn) X、 Y、 Z 三個(gè)方向獨(dú) 立運(yùn)動(dòng)； 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)； 利用傳感器進(jìn)行位移的測(cè)量 。主要對(duì)步進(jìn)電機(jī)以及產(chǎn)品的移動(dòng)距離進(jìn)行控制，當(dāng)移動(dòng)距離達(dá)到最大或最小限位時(shí)，通過控制系統(tǒng)使電機(jī)停轉(zhuǎn)。 對(duì)腫瘤病人進(jìn)行放療的過程中，首先需要對(duì)病人的腫瘤位置進(jìn)行 CT 掃描或 MR 成像，然后依據(jù)病人的腫瘤影像位置制定放射線治療計(jì)劃。這樣不僅達(dá) 到治療精度而且還 節(jié)約了 時(shí)間。 Regarding the bed of medical treatment traveling schedule examination, in the design used as examined the part take the diffraction encoder sensor the position examination electric circuit, this electric circuit might realize the traveling schedule to debate to with the traveling schedule survey goal. Key words three degrees of freedom ball bearing guide screw medical MCS51 III 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................... II 第 1章 緒論 .......................................................................................................... 1 課題背景 ................................................................................................... 1 醫(yī)用三自由度治療床國內(nèi)外發(fā)展情況 ................................................. 1 研究目的和意義 ....................................................................................... 2 本文主要內(nèi)容 ........................................................................................... 2 第 2章 醫(yī)用三自由度醫(yī)療床總體設(shè)計(jì) ............................................................. 3 三自由度醫(yī)療床機(jī)械結(jié)構(gòu)方案制定 ...................................................... 3 設(shè)計(jì)要求 ........................................................................................ 3 設(shè)計(jì)參數(shù) ........................................................................................ 3 總體方案設(shè)計(jì) ...........................