[发明专利]一种六自由度放射治疗床的控制方法

摘要

本发明公开了一种六自由度放射治疗床的控制方法，包括步骤：一、六自由度放射治疗床运动参数的设定；二、六自由度放射治疗床运动的控制：包括上板沿着X轴方向移动、上板沿着Y轴方向移动和上板沿着Z轴方向移动，以及上板沿着X轴方向转动、上板沿着Y轴方向转动和上板沿着Z轴方向转动。本发明控制方法流程简单，能够实现治疗床床体在六个自由度方向上的运动，控制装置呈闭环，能够对六自由度放射治疗床在各个轴向上的移动和转动做到实时检测、实时反馈和实时纠正，控制精度高，响应及摆位速度快，便于推广应用。

主权项

1.一种六自由度放射治疗床的控制方法，六自由度放射治疗床包括底板(1)、设置在所述底板(1)上方的治疗床床体、用于带动所述治疗床床体实现六自由度运动的传动装置和与所述传动装置连接的控制装置，所述治疗床床体包括中板(2)和与所述中板(2)连接的上板(3)，所述传动装置包括用于带动所述治疗床床体实现五自由度运动的五自由度传动机构和用于带动所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的Z向转动传动机构，所述五自由度传动机构设置在所述中板(2)与所述上板(3)之间，所述Z向转动传动机构设置在所述底板(1)与所述中板(2)之间；所述五自由度传动机构包括沿着Y轴方向对称布设在所述中板(2)上的第一升降机(4‑1)和第二升降机(4‑2)，以及沿着X轴方向布设在所述中板(2)上的第三升降机(18‑1)和第四升降机(18‑2)，所述第一升降机(4‑1)的顶部安装有第一升降板(5‑1)，所述第二升降机(4‑2)的顶部安装有第二升降板(5‑2)，所述第三升降机(18‑1)的顶部安装有第三升降板(19‑1)，所述第四升降机(18‑2)的顶部安装有第四升降板(19‑2)，所述第一升降板(5‑1)和所述第二升降板(5‑2)上均设置有与所述上板(3)连接的第一连接机构，所述第三升降板(19‑1)和第四升降板(19‑2)上均设置有与所述上板(3)连接的第二连接机构，所述第一连接机构包括第一活动板(6‑1)、通过X向滑动组件与所述第一活动板(6‑1)滑动配合的第一支撑板(6‑2)、固定安装在所述第一支撑板(6‑2)顶面上的第一Y向直线导轨(8‑1)以及与所述第一Y向直线导轨(8‑1)相配合的第一Y向直线滑块(8‑2)，所述第一Y向直线滑块(8‑2)固定安装有所述上板(3)底面上，两个所述第一连接机构上均设置有X向移动机构，任意一个所述第一连接机构上设置有Y向移动机构，所述第二连接机构包括第二活动板(20‑1)、通过Y向滑动组件与所述第二活动板(20‑1)滑动配合的第二支撑板(20‑2)、设置在所述第二支撑板(20‑2)顶面上的第一X向直线导轨(21‑1)以及与所述第一X向直线导轨(21‑1)相配合的第一X向直线滑块(21‑2)，所述第一X向直线滑块(21‑2)固定安装在所述上板(3)底面上，所述Z向转动传动机构包括与所述中板(2)连接的主动齿轮(15‑1)和固定安装在所述底板(1)上与所述主动齿轮(15‑1)相啮合的弧形齿条(15‑2)，所述底板(1)与所述中板(2)之间设置有圆形导向机构，所述第一升降机(4‑1)由第一伺服电机(9‑1)驱动，所述第二升降机(4‑2)由第二伺服电机(9‑2)驱动，所述第三升降机(18‑1)由第三伺服电机(10‑1)驱动，所述第四升降机(18‑2)由第四伺服电机(10‑2)驱动，所述Y向移动机构由第五伺服电机(11)驱动，位于所述第一升降机(4‑1)上方的所述X向移动机构由第六伺服电机(12‑1)驱动，位于所述第二升降机(4‑2)上方的所述X向移动机构由所述第七伺服电机(12‑2)驱动，所述第六伺服电机(12‑1)的输出轴朝向和所述第七伺服电机(12‑2)的输出轴朝向相反，所述主动齿轮(15‑1)由第八伺服电机(13)驱动，第八伺服电机(13)固定安装在中板(2)上，所述第八伺服电机(13)的输出轴上连接有减速机(14)，所述主动齿轮(15‑1)固定安装在所述减速机(14)的输出轴上，所述减速机(14)的输出轴竖直布设；所述控制装置包括计算机(30)、与所述计算机(30)连接的PLC模块(26)、连接在所述PLC模块(26)输入端的用于采集所述上板(3)运动参数的第一采集单元和第二采集单元，以及用于采集所述中板(2)沿着Z轴方向转动参数的绝对值编码器(29)，所述第一伺服电机(9‑1)、所述第二伺服电机(9‑2)、所述第三伺服电机(10‑1)和所述第四伺服电机(10‑2)，以及所述第五伺服电机(11)、所述第六伺服电机(12‑1)、所述第七伺服电机(12‑2)和所述第八伺服电机(13)均由所述PLC模块(26)控制，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：步骤一、六自由度放射治疗床运动参数的设定：在计算机(30)内设定所述治疗床床体沿着X轴方向移动的目标位移、所述治疗床床体沿着Y轴方向移动的目标位移、所述治疗床床体沿着Z轴方向移动的目标位移和所述治疗床床体沿着X轴方向转动的目标角度，以及所述治疗床床体沿着Y轴方向转动的目标角度和所述治疗床床体沿着Z轴方向转动的目标角度；步骤二、六自由度放射治疗床运动的控制，具体过程包括：所述治疗床床体沿着X轴方向移动的控制过程：启动第六伺服电机(12‑1)和第七伺服电机(12‑2)，第六伺服电机(12‑1)和第七伺服电机(12‑2)的转动方向相反，由第六伺服电机(12‑1)驱动位于第一升降机(4‑1)上方的X向移动机构，由第七伺服电机(12‑2)驱动位于第二升降机(4‑2)上方的X向移动机构，上板(3)沿着X轴方向移动，第一光栅尺位移传感器(28‑1)对上板(3)沿着X轴方向移动的位移进行实时检测，得到上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移，上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移经PLC模块(26)传输给计算机(30)，由计算机(30)将上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着X轴方向移动的目标位移进行比较，当上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着X轴方向移动的目标位移相等时，PLC模块(26)控制第六伺服电机(12‑1)停止工作，此时，所述治疗床床体沿着X轴方向移动至目标位置；当上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着X轴方向移动的目标位移不相等时，由PLC模块(26)控制第六伺服电机(12‑1)对上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移进行调整，直至上板(3)沿着X轴方向移动的实测位移等于所述治疗床床体沿着X轴方向移动的目标位移，使所述治疗床床体沿着X轴方向移动至目标位置；所述治疗床床体沿着Y轴方向移动的控制过程：启动第五伺服电机(11)，由第五伺服电机(11)驱动Y向移动机构，上板(3)沿着Y轴方向移动，第二光栅尺位移传感器(28‑2)对上板(3)沿着Y轴方向移动的位移进行实时检测，得到上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移，上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移经PLC模块(26)传输给计算机(30)，计算机(30)将上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着Y轴方向移动的目标位移进行比较，当上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着Y轴方向移动的目标位移相等时，PLC模块(26)控制第五伺服电机(11)停止工作，所述治疗床床体沿着Y轴方向移动至目标位置，当上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着Y轴方向移动的目标位移不相等时，由PLC模块(26)控制第五伺服电机(11)对上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移进行调整，直至上板(3)沿着Y轴方向移动的实测位移等于所述治疗床床体沿着Y轴方向移动的目标位移，使所述治疗床床体沿着Y轴方向移动至目标位置；所述治疗床床体沿着Z轴方向移动的控制过程：启动第一伺服电机(9‑1)、第二伺服电机(9‑2)、第三伺服电机(10‑1)和第四伺服电机(10‑2)，由第一升降机(4‑1)、第二升降机(4‑2)、第三升降机(18‑1)和第四升降机(18‑2)同时带动上板(3)沿着Z轴方向移动，第一激光测距仪(27‑1)对第一升降板(5‑1)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第一升降板(5‑1)与中板(2)之间的实测距离，第一升降板(5‑1)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，第二激光测距仪(27‑2)对第二升降板(5‑2)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第二升降板(5‑2)与中板(2)之间的实测距离，第二升降板(5‑2)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，第三激光测距仪(27‑3)对第三升降板(19‑1)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第三升降板(19‑1)与中板(2)之间的实测距离，第三升降板(19‑1)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，第四激光测距仪(27‑3)对第四升降板(19‑2)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第四升降板(19‑2)与中板(2)之间的实测距离，第四升降板(19‑2)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，由计算机(30)通过计算将第一升降板(5‑1)与中板(2)之间的实测距离、第二升降板(5‑2)与中板(2)之间的实测距离、第三升降板(19‑1)与中板(2)之间的实测距离以及第四升降板(19‑2)与中板(2)之间的实测距离均转换成上板(3)沿着Z轴方向移动的实测位移，并将上板(3)沿着Z轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着Z轴方向移动的目标位移进行比较，当上板(3)沿着Z轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着Z轴方向移动的目标位移相等时，PLC模块(26)控制第一伺服电机(9‑1)、第二伺服电机(9‑2)、第三伺服电机(10‑1)和第四伺服电机(10‑2)均停止工作，所述治疗床床体沿着Z轴方向移动至目标位置，当上板(3)沿着Z轴方向移动的实测位移与所述治疗床床体沿着Z轴方向移动的目标位移不相等时，由PLC模块(26)控制第一伺服电机(9‑1)、第二伺服电机(9‑2)、第三伺服电机(10‑1)和第四伺服电机(10‑2)对上板(3)沿着Z轴方向移动的实测位移进行调整，直至上板(3)沿着Z轴方向移动的实测位移等于所述治疗床床体沿着Z轴方向移动的目标位移，使所述治疗床床体沿着Z轴方向移动至目标位置；所述治疗床床体沿着X轴方向转动的控制过程：启动第一伺服电机(9‑1)和第二伺服电机(9‑2)，由第一伺服电机(9‑1)驱动第一升降机(4‑1)，第一升降机(4‑1)带动上板(3)沿着Z轴方向移动，由第二伺服电机(9‑2)驱动第二升降机(4‑2)，第二升降机(4‑2)带动上板(3)沿着Z轴方向移动，且第一升降机(4‑1)带动上板(3)沿着Z轴方向移动的方向与第二升降机(4‑2)带动上板(3)沿着Z轴方向移动的方向相反，上板(3)沿着X轴方向转动，第一激光测距仪(27‑1)对第一升降板(5‑1)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第一升降板(5‑1)与中板(2)之间的实测距离，第一升降板(5‑1)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，第二激光测距仪(27‑2)对第二升降板(5‑2)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第二升降板(5‑2)与中板(2)之间的实测距离，第二升降板(5‑2)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，计算机(30)通过计算将第一升降板(5‑1)与中板(2)之间的实测距离和第二升降板(5‑2)与中板(2)之间的实测距离均转换成上板(3)沿着X轴方向转动的实测角度，并将上板(3)沿着X轴方向转动的实测角度与所述治疗床床体沿着X轴方向转动的目标角度进行比较，当上板(3)沿着X轴方向转动的实测角度和所述治疗床床体沿着X轴方向转动的目标角度相等时，PLC模块(26)控制第一伺服电机(9‑1)和第二伺服电机(9‑2)停止工作，所述治疗床床体沿着X轴方向转动至目标位置，当上板(3)沿着X轴方向转动的实测角度和所述治疗床床体沿着X轴方向转动的目标角度不相等时，PLC模块(26)控制第一伺服电机(9‑1)和第二伺服电机(9‑2)对上板(3)沿着X轴方向转动的实测角度进行调整，直至上板(3)沿着X轴方向转动的实测角度等于所述治疗床床体沿着X轴方向转动的目标角度，使所述治疗床床体沿着X轴方向转动至目标位置；所述治疗床床体沿着Y轴方向转动的控制过程：启动第三伺服电机(10‑1)和第四伺服电机(10‑2)，由第三伺服电机(10‑1)驱动第三升降机(18‑1)，第三升降机(18‑1)带动上板(3)沿着Z轴方向移动，由第四伺服电机(10‑2)驱动第四升降机(18‑2)，第四升降机(18‑2)带动上板(3)沿着Z轴方向移动，且第三升降机(18‑1)带动上板(3)沿着Z轴方向移动的方向与第四升降机(18‑2)带动上板(3)沿着Z轴方向移动的方向相反，上板(3)沿着Y轴方向转动，第三激光测距仪(27‑3)对第三升降板(19‑1)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第三升降板(19‑1)与中板(2)之间的实测距离，第三升降板(19‑1)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，第四激光测距仪(27‑4)对第四升降板(19‑2)与中板(2)之间距离进行实时检测，得到第四升降板(19‑2)与中板(2)之间的实测距离，第四升降板(19‑2)与中板(2)之间的实测距离经PLC模块(26)传输给计算机(30)，计算机(30)通过计算将第三升降板(19‑1)与中板(2)之间的实测距离和第四升降板(19‑2)与中板(2)之间的实测距离均转换成上板(3)沿着Y轴方向转动的实测角度，并将上板(3)沿着Y轴方向转动的实测角度和所述治疗床床体沿着Y轴方向转动的目标角度进行比较，当上板(3)沿着Y轴方向转动的实测角度和所述治疗床床体沿着Y轴方向转动的目标角度相等时，PLC模块(26)控制第三伺服电机(10‑1)和第四伺服电机(10‑2)停止工作，所述治疗床床体沿着Y轴方向转动至目标位置，当上板(3)沿着Y轴方向转动的实测角度和所述治疗床床体沿着Y轴方向转动的目标角度不相等时，PLC模块(26)控制第三伺服电机(10‑1)和第四伺服电机(10‑2)对上板(3)沿着Y轴方向转动的实测角度进行调整，直至上板(3)沿着Y轴方向转动的实测角度等于所述治疗床床体沿着Y轴方向转动的目标角度，使所述治疗床床体沿着Y轴方向转动至目标位置；所述治疗床床体沿着Z轴方向转动的控制过程：启动第八伺服电机(13)，由第八伺服电机(13)驱动所述治疗床床体绕着Z轴方向转动，绝对值编码器(29)对所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的角度进行实时检测，得到所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的实测角度，所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的实测角度经PLC模块(26)传输给计算机(30)，计算机(30)将所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的实测角度与所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的目标角度进行比较，当所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的实测角度与所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的目标角度相等时，PLC模块(26)控制第八伺服电机(13)停止工作，所述治疗床床体沿着Z轴方向转动至目标位置，当所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的实测角度与所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的目标角度不相等时，PLC模块(26)控制第八伺服电机(13)对所述治疗床床体绕着Z轴方向转动的实测角度进行调整，直至所述治疗床床体沿着Z轴方向转动的实测角度等于所述治疗床床体沿着Z轴方向转动的目标角度，使所述治疗床床体沿着Z轴方向转动至目标位置。