【正文】 加速器的位置變化，從而可以對(duì)復(fù)雜形狀的腫瘤進(jìn)行精確照射 ，使治療效果更加精確。這就要求在治療時(shí)病人定位后其呈現(xiàn)出來(lái)的腫瘤影像應(yīng)與之前的影像和治療計(jì)劃相符合，才能保證治療的精確度。 關(guān)鍵詞 三自由度 滾珠絲杠 MCS51 II Abstract This design introduced one bed of medical treatment which has three degrees of freedom system and the control system design first par t mainly is to the the bed of medical treatment milling machine length feed systematic, the cross feed systematic and the vertical to feed system length feed systematic and the cross feed system all uses adjusts high transmission efficiency and high accuracy of ball screw drive。 在國(guó)外，不要求精確放療設(shè)備的配套治療床與國(guó)內(nèi)類(lèi)似。 三個(gè)自由度的移動(dòng)范圍分別是： x 方向最大移動(dòng)距離為 1000mm； y 方向最大移動(dòng)距離為 200m； z 方向最大移動(dòng)距離為 600mm。由于滾珠絲杠的螺紋底徑 2d =，所以選擇軸承的內(nèi)徑為 25mm，以滿(mǎn)足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。 limHS —最小安全系數(shù)，一般可取 limHS =1～ 。 19 60 0 N 10 22 0 NCC? ? ?， 預(yù) 載 荷 能 力39。 PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；編程方法簡(jiǎn)單；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便；體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。而 8751 片內(nèi)含有 4K 字節(jié) EPROM，但是價(jià)格比 8031 和8051 都要貴很多。本設(shè)計(jì)的 8 位動(dòng)態(tài)顯示器接口電路如下圖 44 所示。 光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。 24 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)醫(yī)用三自由度醫(yī)療床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，又闡述了其的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，對(duì)技術(shù)可行性進(jìn)行了分析。 模塊化設(shè)計(jì)為柔性制造和各種設(shè)備的運(yùn)作提供了規(guī)范的單位或尺寸，而且智能系統(tǒng)可以使設(shè)備獨(dú)立運(yùn)作，并與其他設(shè)備共同工作以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的加工目的。它還使人們有可能以分布式處理幾個(gè)小單元的功能和荷載。 在執(zhí)行一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的控制系統(tǒng)中，一種新的約束，必須適應(yīng)通信媒介的帶寬。因此，目前的架構(gòu)是不能重構(gòu)的。智能傳感器或執(zhí)行器有三個(gè)主要特點(diǎn)：分別為：信息，傳輸能力，和數(shù)據(jù)采集， （ Eccles ， 1998 年）。每一步的控制系統(tǒng)對(duì)分散信息分析也應(yīng)該達(dá)到傳統(tǒng)集中控制下的水平。 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(wèn) 題），如圖 2 ，來(lái)研究分布式體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。 每個(gè) NCS 的子系統(tǒng)，閉合環(huán)路系統(tǒng)，可簡(jiǎn)單用 圖 1 表示，相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng) NCS 的一個(gè)重大的缺點(diǎn)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(shí)間延遲。 制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很多層次和等級(jí)，每個(gè)人有 不同的目標(biāo)，并要求不同通信方式和加工能力。然而，要成功的重構(gòu) RMS 的設(shè)備還依賴(lài)于可重構(gòu)部件的關(guān)聯(lián)體系。另外，對(duì)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(pán)傳感器對(duì)行程進(jìn)行反饋。 光電接近開(kāi)關(guān)是一體化無(wú)接觸、無(wú)觸點(diǎn)的位置傳感器，任何部件都不會(huì)有機(jī)械磨損， 檢測(cè)距離長(zhǎng) 、 分辨能力高 、工作壽命較長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制裝置，需要用到非常穩(wěn)定的低壓直流電源。 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(shí)間為 2us或 1us； 128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 18 I/O 口 P0～ P3，有 32 位雙向輸入 /輸出線； ； 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； ，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)； 同時(shí)為了向本設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制裝置提供非常穩(wěn)定的低壓直流電源，設(shè)計(jì)了一種單片機(jī) +5V 的直流穩(wěn)壓電源電路。 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。 13 sK 的計(jì)算 絲杠支承形式為一端固定，一端游動(dòng)，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）。 綜合以上各個(gè)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(jì)算結(jié)果 2220 4. 74 N /m m 26 8 N /m mH H p??? ? ?得，齒面滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度檢驗(yàn)。該軸承的額定動(dòng)載荷為39。 總體方案設(shè)計(jì) 工作臺(tái) X、 Y 向均采用矩形滑動(dòng)導(dǎo)軌 ,在與之相配的動(dòng)導(dǎo)軌面上貼聚四氟乙烯 (PTFE)導(dǎo)軌板； 對(duì)滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊措施 ,并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行拉伸； 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這些治療床可以 2 在 3~6 個(gè)自由度的范圍內(nèi)對(duì)病人位置進(jìn)行調(diào)整，每個(gè)自由度定位的精度可達(dá) 或 176。 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。以往在檢查身體或 放療時(shí)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 。 病人在進(jìn)行治 療定位時(shí)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(jì)的治療床可以在 x、 y、 z 三個(gè)方向上直線移動(dòng)。 滾珠絲杠螺母副規(guī)格型號(hào)為 FFZL32063 型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式。 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(jì)算時(shí)的極限 U 系數(shù)（ 2N/mm ），查文獻(xiàn) ［３］ 表 得， limU =225 2N/mm 。cK —絲杠接觸剛度（ N/um ）； Ca —額定動(dòng)載荷（ N）。 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。本步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是通過(guò)硬件實(shí)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(hào) [17]，通過(guò)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(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。 (2)整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓，其中的整流元件所以能整流，是因?yàn)樵哂袉蜗驅(qū)щ姷奶匦浴？傊捎谙鄬?duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造和直接安裝使費(fèi)用減少。四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是為今后走上 工作崗位作了準(zhǔn)備。因此，傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)的控制系統(tǒng)已不能滿(mǎn)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） 。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)都采用大數(shù)據(jù)封包，并相對(duì)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。 因此，必須現(xiàn)建立模型和控制器的理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以便網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可成功建立。這些措施包括客戶(hù)機(jī) /服務(wù)器（以一對(duì)一的互動(dòng)），以及發(fā)布者 /訂閱（ 以一對(duì)多的互動(dòng)） 。目前，在密西根大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，我們正進(jìn)行不同層次的一致性測(cè)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(shí)間延遲的特點(diǎn)會(huì)影響控制機(jī)床內(nèi)部的一個(gè)軸線以及相互合作的不同軸線性能性能。 31 由于硬件設(shè)置原因，當(dāng)系統(tǒng)功能目標(biāo)的改變時(shí)，添加 /刪除系統(tǒng)組件和執(zhí)行診斷時(shí)非常困難和耗時(shí)的。此外，智能裝 置能改善信號(hào)處理和通信質(zhì)量。這個(gè)正在調(diào)查和研究的主要目標(biāo)是開(kāi)發(fā)加工的方法和工具，以在 RMS 中協(xié)助提高一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的機(jī)械機(jī)械等級(jí)。 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(chǎng)需求（ koren ， 1999年）。傳感器碼盤(pán)的測(cè)量精度經(jīng)計(jì)算為 遠(yuǎn)小于 。后端所接電容是為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。 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(shuō)明 引腳 符號(hào) 功能 1 CU 正轉(zhuǎn)時(shí)鐘脈沖輸入 2 CD 反轉(zhuǎn)時(shí)鐘脈沖輸入 3 Ck 時(shí)鐘脈沖輸入 4 U/D 旋轉(zhuǎn)方向切換 5 EA 勵(lì)磁模式切換 6 EB 勵(lì)磁模式切換 7 EC 勵(lì)磁模式切換 8 PD 控制輸出信號(hào)為低電平 9 Z0 輸出相源檢測(cè) 10 C0 輸入脈沖檢測(cè) 11 EM 勵(lì)磁檢測(cè) 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(jì) 為了知道測(cè)試機(jī)已開(kāi)合多少次，設(shè)計(jì)電路中需有顯示部分，本設(shè)計(jì)電路選用 LED 顯示器， LED 顯示器的顯示方法為動(dòng)態(tài)顯示。 MCS51 系列單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司推出的一款集成度很高，集片內(nèi)存儲(chǔ)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(guó)已廣泛被應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。對(duì)產(chǎn)品的移動(dòng)距離需進(jìn)行記數(shù)并顯示。 導(dǎo)軌動(dòng)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?yàn)榻z杠的安裝方式采用的是一端固定、一端游動(dòng)，所以選用固定端軸承為 60 ? 角接觸軸承組，采用面對(duì)面安裝。 在蝸桿傳動(dòng)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(jì)算蝸輪輪齒的強(qiáng)度即可。 滾珠絲杠螺母副規(guī)格型號(hào)為 FFZL25063 型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)控制的對(duì)象有步進(jìn)電機(jī)，對(duì)移動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)量的傳感器以及顯示用的數(shù)碼管。 所設(shè)計(jì)的醫(yī)用三自由度床，具有精度高，傳動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，適于開(kāi)環(huán)控制的系統(tǒng)， 具 有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 。第一部分主要是對(duì)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(jì)。 針對(duì)以上的問(wèn)題設(shè)計(jì)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(shí)， 該裝置不需要手動(dòng)擺位，在病人躺下以后只需根據(jù)需要按下開(kāi)關(guān) 觀看 輸出值來(lái)調(diào)整高度或所需的移動(dòng)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(shí)間而且最重要是自動(dòng)控制使 使用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化 ?？刂葡到y(tǒng)主要由單片機(jī)控制。由于