【正文】 ..................................................... 3 三自由度醫(yī)療床控制系統(tǒng)設(shè)計 .............................................................. 3 設(shè)計要求 ........................................................................................ 3 總體方案設(shè)計 ................................................................................ 4 第 3 章醫(yī)用三自由度醫(yī)療床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 ......................................................... 5 設(shè)計目標和要求 ....................................................................................... 5 X 方向進給系統(tǒng)設(shè)計 ............................................................................ 5 .................................................................... 5 選擇驅(qū)動電機的型號 .................................................................... 5 滾珠螺母副的精度等級和型號確定 ........................................... 6 Y 方向進給系統(tǒng)設(shè)計 ................................................................................ 6 確定軸承的規(guī)格型號 .................................................................... 6 選擇驅(qū)動電機的型號 .................................................................... 6 滾珠絲杠螺母副等級精度和型號確定 ....................................... 6 Z 方向進給系統(tǒng)設(shè)計 ................................................................................ 7 蝸輪絲桿升降機的規(guī)格與型式 ................................................... 7 IV 蝸桿傳動的材料選擇 .................................................................... 8 齒面接觸疲勞強度的計算 ............................................................ 8 蝸輪輪齒的彎曲強度計算 .......................................................... 9 蝸桿軸的剛度計算 ...................................................................... 10 垂直導(dǎo)軌摩擦力計算 ...................................................................11 傳動系統(tǒng)的剛度計算 .................................................................. 13 傳動的誤差計算與分析 .............................................................. 14 電動機的選擇 ............................................................................. 14 第 4 章三自由度醫(yī)療床控制系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................................... 16 控制系統(tǒng)整體方案 ................................................................................ 16 控制方案的設(shè)計與選擇 .............................................................. 16 控制系統(tǒng)硬件電路的方案設(shè)計 ................................................. 16 中央處理單元的類型選擇 ........................................................ 17 系列單片機簡介 ............................................................ 17 步進電機驅(qū)動電路設(shè)計 ........................................................................ 18 顯示電路設(shè)計 ......................................................................................... 20 單片機電源電路的設(shè)計 ........................................................................ 20 傳感器的選擇 ......................................................................................... 21 第 5 章技術(shù)可行性分析 ........................................................................................ 23 結(jié)論 ......................................................................................................................... 24 致謝 ......................................................................................................................... 25 參考文獻 ................................................................................................................ 26 附錄 1 ..................................................................................................................... 27 附錄 2 ..................................................................................................................... 35 1 第 1章 緒論 課題背景 醫(yī)學(xué)的進步與否標志著一個國家文化的發(fā)展程度。 I 摘 要 本設(shè)計介紹了一種具有三自由度的 醫(yī)療床，主要介紹了 其 機械 系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。而醫(yī)療設(shè)備的精密程度更為重要。 所以 說 三自由度醫(yī)療床 融和 了當今各種高科技數(shù)字 電子技術(shù)于一身，體現(xiàn)了制造業(yè)中的尖端技術(shù) ， 醫(yī)用三自由度醫(yī)療床 是現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備中的關(guān)鍵。這 就要求在治療時病人定位后其呈現(xiàn)出來的腫瘤影像應(yīng)與之前的影像和治療計劃相符合，才能保證治療的精確度。對產(chǎn)品的移動距離需進行記數(shù)并顯示。 4 圖 21 系統(tǒng)框圖 5 第 3 章醫(yī)用三自由度醫(yī)療床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計一種用來提高定位精度的醫(yī)用治療床，可承擔體重在 150kg 以下的病人進行放射治療。 動電機的型號 (1)選擇驅(qū)動電動機的型號 根據(jù)以上計算結(jié)構(gòu)，選擇國產(chǎn) 110BF003 型反應(yīng)式步進電動機，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)， 3；步距角， /??；最大靜轉(zhuǎn)矩， ；轉(zhuǎn)動慣量， 2kg cm? ；最高空載啟動頻率， 1500HZ；運行頻率， 7000HZ；分 6 配方式，三相六拍；質(zhì)量， 。 (1)選擇驅(qū)動電動機的型號 根據(jù)以上計算結(jié)果，選擇 國產(chǎn) 110BF004 型反應(yīng)式步進電動機，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)， 3；步距角， /??；最大靜轉(zhuǎn)矩， ；轉(zhuǎn)動慣量， 2kg cm? ；最高空載啟動頻率， 3000HZ；運行頻率， 16000HZ；分配方式， 三 相 六 拍；質(zhì)量， 。因此出于對系統(tǒng)傳動精度性和重要性的考慮，本設(shè)計中的蝸桿采用調(diào)質(zhì)鋼，蝸輪材料采用鑄錫鎳青銅，其性能見文獻 ［３］ 表。實踐經(jīng)驗告訴我們，齒根彎曲強度主要與模數(shù) m 和齒寬 2b 這兩個主要的幾何參數(shù)有關(guān) ，故可用簡單條件計算法即 U 系數(shù)法來校核。 1. 蝸桿圓周力1tF的計算 13112 2 1 8 .6 1 0 N 1 4 0 0 N28t TF d ??? ? ? 2. 蝸桿徑向力 1rF 的計算 12 ta n 82 9. 03 ta n 20 N 30 1. 74 NrtFF ?? ? ? ? ? I 的計算 4 4 441 3 . 1 4 2 8 m m 3 0 1 7 1 . 8 9 m m6 4 6 4dI ? ?? ? ? 112 2 3 2 2 31() ( 1 4 0 0 3 0 1 .7 4 ) 6 7 .8 m m 0 .0 0 1 5 m m4 8 4 8 2 0 6 0 0 0 3 0 1 7 1 .8 9trF F LyEI? ??? ? ??? 因為蝸桿軸的最大撓度 ? 遠小于其極限撓度 ? ，故滿足其設(shè)計要求。( ) 6 3 6 ( ) N /u m 4 2 2 . 6 7 N /u m0 . 3 0 . 3 1 1 3 0 0acc FKK Ca? ? ? ??? 式中 39。 16 第 4 章三自由度醫(yī)療床控制系統(tǒng)的設(shè)計 控制系統(tǒng)整體方案 本設(shè)計要對步進電機以及產(chǎn)品的移動距離進行控制，當移動距離達到最大或最小限位時，通過控制系統(tǒng)使電機停轉(zhuǎn)。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標。 I/O 口的電路設(shè)計應(yīng)包括接口芯片的選用，步進電機控制電路，鍵盤顯示電路，位置檢測電路以及其他輔助電路的設(shè)計（例如復(fù)位電路、掉電保護電路等）。 PMM8714 的引腳功能說明見下表 41? 。光電隔離電路如下圖 43 所示。如圖 45 所示為單片機 +5V 電源電路圖，圖中表示了把工業(yè)交流電變換成低壓直流電的過程，可以分為以下四個環(huán)節(jié)： (1)整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。使用時只需在其輸入端和輸出端并聯(lián)一個電容即可，穩(wěn)壓器前端所接電容主要用來抵 消輸入端較長線的電感效應(yīng)，為防止自激振蕩，接線不長時也可不用。它不僅限于對金屬物，對 22 任何對象都能產(chǎn)生反應(yīng)。通過計算滾珠絲桿的機械精度為 小于定位精 。 25 致謝 時光飛逝，轉(zhuǎn)眼間就到大四畢業(yè)。本文所處理的問題能夠促進在組合機床可重構(gòu)制造系統(tǒng)中幾個關(guān)鍵部件設(shè)計的模塊化和靈活性。然而，擴大物理設(shè)置和加工系統(tǒng)的功能要求突破這種點對點試架構(gòu)的限制。在密歇根大學(xué)的可重構(gòu)加工系統(tǒng)工程研究中心（ ERC /RmS） 。該網(wǎng)絡(luò)運用的這些層次可以劃分為兩類，即數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)， （ Raji， 1994 年） 。這些處理器能通過 ―bus work‖相互通信相互配合，完成指定的任務(wù)。對于控制系統(tǒng)來說，精確的信息觀和時間延遲對系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性由很打的影響。以前這些所有的工用的都是傳統(tǒng)的點對點實的工作結(jié)構(gòu)構(gòu)。根據(jù)通信協(xié)議，這個網(wǎng)絡(luò)控制 32 系統(tǒng)，在功能方面可對不同的通信模式提供有力支持。此外，不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議表現(xiàn)出不同特點，時間延誤并不總是不變的，也可能是任意或跳躍的（ Lian 等， 1999 年） 。實現(xiàn)這一目標的途徑是一個一致性測試的過程。該主要一致性測試，包括協(xié)議測試，功能層測試，以及互操作性測試。因此，先進的控制器設(shè)計應(yīng)考慮 網(wǎng)絡(luò)傳輸其延時特性對系統(tǒng)性能的影響。因為所有的設(shè)備，其中包括傳感器，驅(qū)