【正文】 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 +5V 的直流穩(wěn)壓電源電路。而 8751 片內(nèi)含有 4K 字節(jié) EPROM，但是價格比 8031 和8051 都要貴很多。 MCS51 系列產(chǎn)品中有 803 8051 和 8751。 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）。 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，常見的有單片機控制和可編程控制器 PLC 控制等。 4. 接口，即 I/O 輸入 /輸出接口電路。 2. 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標。 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。 PLC具有可靠性高，抗干擾能力強；通用性強，使用方便；編程方法簡單；控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護方便；體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。 本設(shè)計要實現(xiàn)控制的對象有步進電機，對移動距離進行測量的傳感器以及顯示用的數(shù)碼管。 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)。 電動機的選擇 件負載慣量 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 步進電機與蝸桿之間采用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。 ? 已知絲杠的綜合拉壓剛度的最小值為 m in 130 .61 N /umK ? ，導(dǎo)軌的靜摩擦力 0 260NF ? ，得 3 3 30 6m i n2 2 2 6 02 1 0 1 0 m m 3 . 9 8 1 0 m m1 3 0 . 6 1 1 0u FK? ??? ? ? ? ? ? ? ?? 即 3. 98 um 5u m? ? ? ，故滿足精度要求。 K 進給系統(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 ? 。( ) 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。 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）。 19 60 0 N 10 22 0 NCC? ? ?， 預(yù) 載 荷 能 力39。其型號為 760204TNI,尺寸（ ??內(nèi) 徑 外 徑 寬 度）為 20 m m 47 m m 14 m m??，選用油潤滑。 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。 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。 2tF的計算 22322122 2 2 5 . 7 1 0 N 8 2 9 . 0 3 N2 2 4 5 . 2 2 8tmTTF d a d ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? NNda Td TFmt 928502 22 312222 ???????????? 式中2md—為蝸輪中圓直徑； 因此2tF的大小為 。 minFS —彎曲強度的最小安全系數(shù)，一般 minFS =1~。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。 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度檢驗。 limHS —最小安全系數(shù)，一般可取 limHS =1～ 。齒面 接觸疲勞強度計算公式： 321 0 0 0 /H E A H PZ Z T K a????? lim lim/H P H h n HZ Z S??? 式中 EZ —材料彈性系數(shù)，查文獻 ［３］ 表 ,得 EZ =； 9 Z?—接觸系數(shù)，根據(jù)蝸桿的類型及蝸桿分度圓直徑與中心距的比值，查文獻 ［３］ 圖 ，得 Z? =； a—嚙合中心距 (mm)； 2T —蝸輪轉(zhuǎn)距 (Nm? )， 2T ? ? ； AK —使用系數(shù)，見文獻［３］ 表 ,得AK =1； HP? —許用接觸應(yīng)力（ 2N/mm ）； limH? —蝸輪輪齒材料的接觸疲勞極限，見文獻［３ ］ 表 ，得limH? =520； hZ —壽命系數(shù)， 6 25000 /hhZL? ,當 hL =25000h 時， 1 ?? ； nZ —轉(zhuǎn)速系數(shù)，當轉(zhuǎn)速不變時， 1821()18nZ n? ?， 2n 為蝸輪轉(zhuǎn)速（ r/min）。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。 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。在設(shè)計中采用吳橋縣青松減速機廠生產(chǎn)的蝸輪絲桿升降機。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。 (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， 。該軸承的額定動載荷為39。由于滾珠絲杠的螺紋底徑 2d =，所以選擇軸承的內(nèi)徑為 25mm，以滿足滾珠絲杠結(jié)構(gòu)的需要。公稱直 徑與導(dǎo)程： 25mm， 6mm；螺紋長度： 1000mm；絲杠長度： 1095mm；類型與精度： P 類， 2 級精度。 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， 。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。所以本設(shè)計 主軸采用滾珠絲桿 螺母副 ，并由 單片機 精確控制。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。 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。 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 ,并對滾珠絲杠進行拉伸； 采用步進電機驅(qū)動。 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。 3 第 2章 醫(yī)用三自由度醫(yī)療床總體設(shè)計 三自由度醫(yī)療床機械結(jié)構(gòu)方案制定 設(shè)計要求 實現(xiàn) X、 Y、 Z 三坐標移動； 用步進電機作驅(qū)動元件； 設(shè)置工作臺的緊急事故的急停開關(guān)，并響應(yīng)中斷。對產(chǎn)品的移動距離需進行記數(shù)并顯示。控制系統(tǒng)主要由單片機控制。 本文主要針對三個自由度進行設(shè)計，其中包括機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和控制系統(tǒng)的設(shè)計。通常的手動擺位， 浪費時間而且定位精度無法保證。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。這些治療床可以 2 在 3~6 個自由度的范圍內(nèi)對病人位置進行調(diào)整，每個自由度定位的精度可達 或 176。 在國外，不要求精確放療設(shè)備的配套治療床與國內(nèi)類似。 醫(yī)用三自由度治療床國內(nèi)外發(fā)展情況 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代制造技術(shù)日新月異。 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。 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 。 病人在 進行治療定位 時需進行幾次或者更多次調(diào)整才能找到正確位置進行治療。 例如 在對腫瘤病人進行放療的過程中，首先需要對病人的腫瘤位置進行 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。而醫(yī)療設(shè)備的精密程度更為重要。 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 photoelec