【正文】 除了具有網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用處理器，分析傳感器數(shù)據(jù)功能的網(wǎng)絡(luò)控制器，能做出決定并給予指令驅(qū)動裝置。我們正在 robotoo上設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)裝置控制系統(tǒng) DeviceNet（ DeviceNet 是一個傳感器在 NCS上普遍采用的通信協(xié)議總線。不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的協(xié)議分配和該裝置對網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。此外，在診斷通信裝置和設(shè)備條件時通過網(wǎng)絡(luò)層次更容易執(zhí)行的。在指定 RMS 的設(shè)備，機器和系統(tǒng)，可以在有效迅速地改組后，在硬件和軟件上滿足新任務(wù)的要求。設(shè)計過程中完成了對縱向 進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)和垂直進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對主要的零部件進(jìn)行了選擇并對其進(jìn)行了一系列的校核，各項性能指標(biāo)完全滿足要求，說明本次設(shè)計的醫(yī)用三自由度醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)是合理的。光電開關(guān)將輸入電 流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。 共陰極顯示器 圖 44 8 位動態(tài)顯示器接口電路 單片機電源電路的設(shè)計 在我國，工業(yè)交流電 電壓為 220V,頻率為 50Hz。除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳完全相同。但，PLC 控制的經(jīng)濟性遠(yuǎn)不如單片機控制的好，而且 8051 單片機已完全可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制，故選用單片機對步進(jìn)電機進(jìn)行控制。BpF =1150N BpF =，并在油潤滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 5000r/min，遠(yuǎn)大于絲杠的最高轉(zhuǎn)速 maxn =200r/min，故滿足。本設(shè)計中出于對機器要求的可靠度和重要性考慮取 limHS =。 選擇國產(chǎn) 60? 角接觸球軸承組，型號為 760205TNI，尺寸（內(nèi)徑 ? 外徑 ?寬度）為 25mm ? 52mm ? 15mm，選用脂潤滑。 三個方向的直線運動精度小于 。但在可以對腫瘤進(jìn)行精確放射治療的高端設(shè)備如：質(zhì)子刀、射波刀等的配套治療床，則多是采用多自由度的機械手臂或是機器人來對病人進(jìn)行定位。 In the system the ball bearing guide screw nut viceuse, may cause the rotary motion to transform easily into the translation。 例如 在對腫瘤病人進(jìn)行放療的過程中，首先需要對病人的腫瘤位置進(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劃。通常的手動擺位， 浪費時間而且定位精度無法保證。三個自由度的移動范圍分別是： x 方向最大移動距離為 1000mm， y 方向最大移動距離為 200m， z 方向最大移動距離為 600mm， x、 y、 z 三個方向的直線運動定位精度小于 ，移動的速度小于 20mm/s。公稱直徑與導(dǎo)程： 32mm， 6mm；螺紋長度： 200mm；絲杠長 度： 299mm；類型與精度： P 類， 2 級精度。 minFS —彎曲強度的最小安全系數(shù)，一般 minFS =1~。 K 進(jìn)給系統(tǒng)的最大拉壓剛度為： m a x m a x1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 6 78 7 7 . 6 6 3 1 4 . 3 2 4 2 2 . 6 7s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 故 m ax 149 .55 N /umK ? 。 2. 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 PMM8714 芯片采用雙脈沖輸入法的連線方式，即其中 UC 、 DC 兩端分別輸入步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)的控制脈沖， kC 和U/D 端子接地，如下圖 42 所示。 (3)濾波器：減小整流電壓的脈動程度，以適合負(fù)載的需要。光的通用性保證了廣大的應(yīng)用范圍。在兩個月的畢業(yè)設(shè)計中，我的指導(dǎo)老師始終對我細(xì)心指導(dǎo)。最近，有著共同的總線架構(gòu)的組合系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，沒有頻繁的時間 臨界制約 29 因素。 網(wǎng)絡(luò)化機床的建立 案例研究：網(wǎng)絡(luò)化 robotool 對一種可重構(gòu) NCS，現(xiàn)正于美國密西根大學(xué)應(yīng)用的部分工業(yè)工具 (圖 2)進(jìn)行研究，分析其參數(shù)。因為所有的設(shè)備，其中包括傳感器，驅(qū)動器，控制器和監(jiān)控工具，是相互關(guān)聯(lián)的，由共同介質(zhì)的總線通信相連。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。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） 。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)。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)。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） 。本文所處理的問題能夠促進(jìn)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。通過計算滾珠絲桿的機械精度為 小于定位精 。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。光電隔離電路如下圖 43 所示。 I/O 口的電路設(shè)計應(yīng)包括接口芯片的選用，步進(jìn)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(hù)電路等）。 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(jìn)電機以及產(chǎn)品的移動距離進(jìn)行控制，當(dāng)移動距離達(dá)到最大或最小限位時，通過控制系統(tǒng)使電機停轉(zhuǎn)。 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(yuǎn)小于其極限撓度 ? ，故滿足其設(shè)計要求。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(xiàn) ［３］ 表。 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(jìn)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， 。對產(chǎn)品的移動距離需進(jìn)行記數(shù)并顯示。 所以 說 三自由度醫(yī)療床 融和 了當(dāng)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。 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。這樣不僅達(dá) 到治療精度而且還 節(jié)約了 時間。主要對步進(jìn)電機以及產(chǎn)品的移動距離進(jìn)行控制，當(dāng)移動距離達(dá)到最大或最小限位時，通過控制系統(tǒng)使電機停轉(zhuǎn)。 選擇國產(chǎn) 60? 角接觸球軸承組，型號為 760204TNI，尺寸（內(nèi)徑 ? 外徑 ?寬度）為 20mm? 47mm? 14mm，選用脂潤滑。 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 絲桿升降機性能參數(shù)表 型號 SWL 絲杠升降機最大起升力 (kN) 25 絲杠升降機最大拉力 (kN) 25 絲杠升降機絲杠螺紋尺寸 (mm) Tr306? 蝸輪蝸桿傳動比 普通 6： 1 蝸桿每轉(zhuǎn)行程 (mm) 絲杠升降機滿負(fù)載蝸桿扭矩 (Nm? ) 絲杠升降機最大軸伸長度 (mm) 1500 絲杠升降機最大許用功率 (kw) 傳動比總效率 % 23 潤滑油量 (kg) 不加行程的重量 (kg) 絲杠每 100mm 的重量 (kg) 絲桿升降機潤滑劑 合成鈣鈉基潤滑脂 ZGN1 或 ZGN2 選用蝸桿傳 動材料時，不僅要滿足強度要求，更重要的是具有良好的減磨性、抗磨性和抗膠合能力。 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，因為設(shè)計中對蝸桿的材料選擇為鋼，所以 21 20 60 00 N /m mE ? ； I—蝸桿危險斷面處的慣性距（ 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)。 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，其主要性能如下： 相數(shù)， 3；步距角， /3?? ；最大靜轉(zhuǎn)距， Nm? ；轉(zhuǎn)動慣量， 2kg cm? ；最大啟動頻率， 1600HZ；分配方式，三相六拍；質(zhì)量， 。本此設(shè)計考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的場合、控制對象對各種參數(shù)的要求以及經(jīng)濟價格比等經(jīng)濟性的要求，采用目前在經(jīng)濟型數(shù)控機床 中普遍使用的 MCS51 系列單片機作為主控制器。輕則影響計算機程序的正常工作，重則導(dǎo)致計算機和接口電路損壞，所以在接口電路與功率放大器之間要接上光電隔離電路。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 三個引出端，也可稱為三端集成穩(wěn)壓器。 機械部分主要是滾珠絲桿， 滾珠絲桿是精密機械上最常使用的傳動元件高精度，它將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動。主要考慮內(nèi)容包括： 設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)延遲，節(jié)點編號，信息聯(lián)絡(luò)， 統(tǒng)一性測試等。這是其中一個研究成果。因此， 單一中央控制單元上的加工負(fù)載，可以被分配到幾個小的處理器上，即專門用于這一部份的驅(qū)動器 /傳感器。在過去，一些研究者已用 robotool 作為一個試驗臺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 ）。因此，信號由傳感器，控制器或調(diào)節(jié)器傳來的是延 33 遲后信息和瞬間采樣。這些一致性測試是為了保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性和互換性。一個傳感器所產(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。這個工具，是一個被稱為 robotool 的 3 軸（ X ，Y 和 Z ）加工系統(tǒng)中，每個軸的動作是直線下滑并通過驅(qū) 動滾珠絲杠，由直流電動機提供一個角速度測量測速。 控制網(wǎng)絡(luò)，在對比之下，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素是時間臨界系統(tǒng)支持性能。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，并支持 RMS 的安全啟用。在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，我按時完成了設(shè)計任務(wù)。 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)主要起兩個作用： (1)用來確定起始位置 時的觸發(fā)信號 ；(2)行程的限位 ，提高測量精度 。 21 (4)穩(wěn) 壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速由軟件實現(xiàn)調(diào)節(jié)。 3. 存儲器，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 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)計中出于對機器要求的可靠度和重要性考慮取 minFS =。 7 本設(shè)計中在垂直方向上采用蝸輪絲桿結(jié)構(gòu)，不但能滿足所需要的傳動要求，還能實現(xiàn)自鎖，而且其具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、無噪音、安裝方便等優(yōu)點。 向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)正朝著治療精確度高效方向發(fā)展，要求醫(yī)療床傳動系統(tǒng)具有穩(wěn)定性，高精度；在運動過程中能夠精確達(dá)到預(yù)定位置，醫(yī) 療床結(jié)構(gòu)要簡單，噪聲小，動態(tài)性能要好，可靠性要高。本設(shè)計的三自由度治療 床 要 滿 足 擺位需要，節(jié)約擺位時間提高定位精度，而且還可以在治療過程中 配合直線