CN102421364A - 电机辅助的手动控制移动组件、包括这种组件的x射线系统、方法和使用 - Google Patents
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Abstract
提供了一种电机辅助的移动组件2，其包括电机装置3，该电机装置3可辅助第一结构元件5相对于第二结构元件6的手动控制移动。电机装置3的电机元件3a适合于探测出第二结构元件6相对于第一结构元件5的期望移动的手动指示，并且电机装置3适合于通过提供附加的作用力来辅助(例如支持)这种移动。
Description
技术领域
本发明大体上涉及到X射线发生技术。
更具体地，本发明涉及到用于获得目标的X射线图像的X射线系统、移动X射线系统、C形拱状部系统。
具体地，它涉及到X射线系统相对于被检查目标的移动和定位。
背景技术
X射线系统在用于诊断和治疗目的的领域内是公知的，包括被检查目标诸如活体的关注区域的X射线图像获取。
用于获取X射线图像的X射线系统通常包括X射线发生装置(例如X射线管)以及X射线探测器，所述X射线发生装置及X射线探测器被设置以及操作性地连接，以获取被检查目标的X射线图像。X射线发生装置和X射线探测器被设置到目标彼此面向的相对侧面。从X射线发生装置发出的X辐射在X射线探测器的方向上发射，由此穿过被检查的目标以及随后在X射线探测器内产生目标的X射线图像。
X射线发生装置和X射线探测器通常都是很大重量的刚性、沉重元件。由此，为了使X射线发生装置和/或X射线探测器围绕着被检查目标移动，例如为了获取不同方位的X射线图像，必须向X射线发生装置和/或X射线探测器施加作用力，该作用力通常被认为是不可忽略的。
发明内容
由此，需要以降低的作用力需求以及提高的定位精度来辅助性、但是可控的移动X射线系统的单个元件或装置。
接下来，提供了根据独立权利要求的电机辅助移动组件、X射线系统、电机辅助移动的方法以及电机辅助移动组件的使用。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种电机辅助的移动组件，包括第一结构元件、第二结构元件和电机装置，所述电机装置包括电机元件。所述第一结构元件和所述第二结构元件相对彼此可移动，所述电机装置被设置在所述第一结构元件上。所述第二结构元件适合于接收所述第二结构元件相对于所述第一结构元件的期望移动的手动指示。所述电机装置适合于根据所述手动指示来辅助所述第二结构元件相对于所述第一结构元件的移动。所述电机元件适合于探测所述手动指示。
根据本发明的另一个示例性实施例，提供一种X射线系统，包括X射线发生装置、X射线探测器、以及电机辅助的动组件。所述射线发生装置和所述X射线探测器被设置在所述第二结构元件上并且被操作性地连接，以便获取被检查目标的X射线图像。所述电机辅助的移动组件适合于绕着所述目标移动所述X射线发生装置和所述X射线探测器中的至少一个。
根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种电机辅助移动的方法，包括以下步骤：在电机元件中探测出第二结构元件相对于第一结构元件的期望移动的手动指示；以及辅助所述期望移动。
根据本发明的另一个示例性实施例，电机辅助的移动组件被用于X射线系统、移动X射线系统、C形拱状部系统以及病人支撑系统中的至少一个。
本发明可看作是对于第一结构元件相对于第二结构元件的手动控制移动能够改进其控制性能并且增加了改进的功能。
例如，在术中方案中，使用X射线获取系统，例如C形拱状部。操作者(例如X射线技师)需要在手术之前、手术期间以及手术之后获取病人的相关图像。由于C形拱状部仅仅获取目标关注区域的限定平面的两维图像，因此必须移动C形拱状部、至少移动它的C形弓元件，或者重新对齐C形拱状部，用于不同视角平面的X射线图像的获取。
同时，手术期间的空间需要或者空间限制使得在没有图像被获取时需要C形拱状部系统远离操作台的定位，以及随后在图像被获取时需要使C形拱状部系统移动进入手术区域或者从手术区域移动出来。
由于C形拱状部通常地具有很大重量，因此X射线发生器和X射线探测器中至少一个的重新定位会是劳累的工作。
此外，当移动C形拱状部时，需要使X射线探测器和X射线发生装置在用于先前图像获取的限定位置上重新定位，特别是在手术程序的规定部分之后获取匹配的、连续的X射线图像。
由此，X射线系统的单个元件或者X射线系统整体的电机辅助可控移动会是有利的。
特别地，在机械平衡系统的手动控制移动期间通过电机系统能带来性能改进。操作者可启动期望的移动，例如X射线发生装置和/或X射线探测器绕着轴线的旋转。这个初始的移动或者移动的指示可被确定出来，并且适当设置的电机可增加重叠的或者附加的作用力，从而降低被移动元件的摩擦力和质量的感觉，由此辅助移动同时由操作者的初始移动/移动指示而手动地控制。特别地，手动控制元件(例如手柄)可被用于提供移动的指示，该元件可不包括传感器、开关或者类似物。然而，不再需要专门的手动控制元件，这是有利的。相应的手动控制元件可特别地提供用于手动控制输入的接收并且可适合于接收适当的输入以用于所有可行的移动或者移动方向。
另外的功能是可编程的判定停止，用于引导到优选的或者预设的位置，该位置可被存储在控制应用中或者可以提供程序，从而使得X射线系统在规定的和/或先前使用的位置上重新定位，以用于图像获取。同时，可以利用具有不同的、特定的电机辅助程度的特定使用者程序。
可以使用直接驱动电机技术的直接驱动行为，例如不需要单独的、具有特定齿轮传输比的齿轮箱，由此降低了传动链中传动部件的数量。
直接驱动原理允许使用不同操作模式，例如驱动操作模式、离合操作模式以及制动操作模式。
驱动操作模式可允许使用如前面描述的电机辅助的手动控制移动。
通过使电机元件的供应电力中断，可以获得大体上自由运转的电机元件，这会被看作是本质上自由的运转而不需要在结构元件的非辅助的手动移动上施加作用力。这样的操作可被称作离合操作模式。
在制动操作模式中，X射线发生装置和/或X射线探测器可停止在预定位置上并且可以通过电机反转而保持在所述位置，可能是由于无意中有作用力施加到C形弓或者至少C形拱状部元件。
相应的电机元件可以是有刷或者无刷电机元件。无刷电机可以在高转矩以及低速(包括零速)下提供良好控制行为。因此，可以使用低传动驱动链或者直接驱动链，由此得到了高效的传动。
本质上直接驱动的另一个优点在于电机元件电流可以是规定负载下各个转矩的良好测量值或者指示。移动控制元件可被设定到转矩或电流模式，其中施加到电机的转矩由产生的电机电流所确定，作为电机辅助功能性的基础。换句话说，电机可确定操作者想要做什么/操作者期望哪种运动，以及由此移动控制元件会对位置反馈起作用并且可以根据期望通过电机元件传递需要使X射线系统移动的一部分作用力。
进一步功能，例如判定停止、优选定位以及制动可以通过从转矩模式到速度或定位模式大体上瞬时的切换而获得，例如“飞速切换”，其中第一结构元件和第二结构元件(可能包括X射线发生装置和/或X射线探测器)的绝对位置被确定。位置可还包括第一结构元件与第二结构元件彼此的相对位置。
电机辅助功能性的另一个问题是安全方面。在已有系统中，病人周围的电机驱动部分可以通过按钮在“停机控制”下得到控制，即当按钮被释放时移动大体上被立即停止。由于本发明的特征可被看做是省略了专门致动元件、例如用于电机驱动移动的控制和启动的开关或按钮，因此必须施加另外的安全测量。安全测量可以例如将辅助移动的转矩和移动速度限制到需要基本恒定作用力或者操作者指示的水平。在这种恒定作用力或者指示不再存在的情况下，移动可以大体上立即停止。这样的安全特征可满足“单故障安全需要”，意味着提供所需的恒定作用力或者指示的任何单个部件失效都应当引起系统完全关闭到安全状态并且防止接下来的自动操作，直到各个问题都被校正。
本发明可特别地提供下述特征。
电机可以辅助手动控制移动，由此电机辅助移动可以将使X射线系统相对于被检查的物体移动和/或定位的必要操作作用力降低到较低水平，至少明显地降低操作作用力。这些降低的操作作用力可导致X射线系统或者X射线束的更快和/或更准确的定位。
可以不需要单独的、专门的“能够移动”致动器、开关或者按钮。
此外，可以使用预编程判定停止。换句话说，X射线系统的优选、预设的定位可通常被编制程序并且可以自动地执行。这会包括回复到(即返回到)先前使用位置的可能性或者选择性。
同时，电动的停止及保持/制动功能可被实施。电机元件或者电机装置可被编程从而减小操作作用力，例如被使用者感知的移动质量和摩擦力，但是还可通过使用速度作用性阻尼或者速度依赖性阻尼来限制移动的最大速度。
不同的操作模式，例如驱动模式、驱动操作模式、离合操作模式和/或制动操作模式可通过相应地编制电机装置程序来利用单个部件实现。然而，通常需要手动地定位X射线系统，特别是在电机元件没被致动时。所有这些可导致系统固有的安全，而不会使系统脱离使用者或者操作者的控制。
通常地，X射线系统的电机装置(特别是用于医疗成像的、基于C形拱状部的X射线系统)是基于同步齿型带装置。同步齿型带可被连接到一个结构元件，同时电机元件设置到另一个结构元件上，所述结构元件可以彼此相对移动。C形拱状部系统的同步齿型带可以从C形弓元件的一端延伸到另一端，并且可以特别地通过较大的预张力安装，从而获得足够的驱动刚度。
电机元件的带齿的驱动轮可与同步齿型带的齿锁定/接合，该同步齿型带通过至少两个导引轮而从C形弓进给到电机元件，然而根据本发明的另一个方面，可以使用双带驱动装置，即Omega驱动装置的另一个实施例。
双带驱动装置包括两个带，例如两个带都是带齿的。一个带可沿着C形弓的整个长度被直接地连接到C形弓上，而另一个带被安装成齿齿啮合并且还被设置在电机元件上。当电机元件的电机轴旋转时，带在第一导引轮附近的一侧脱离啮合，而在设置于第二导引轮的第二侧啮合。导引轮或辊筒确保适当的啮合而不会导致偏差。由此，通过致动电机元件，第一结构元件和第二结构元件彼此相对移动。带的作用力/张力可被认为是仅仅在两个导引轮之间的相对较小区域内存在，显著地减小了相关的带长度以及有助于形成刚度。
带设置在电机轴上、从导引轮或辊筒延伸到C形弓的任一侧或者端部的部分可被认为是没有提供驱动刚度，由此通常不需要包括与一般Omega驱动装置类似的预张力。双带驱动装置可特别地提供驱动装置的高刚度，即便是小体积的带以及没有预张力或者降低的预张力。应用小的带可以得到紧凑的设计。没有预张力或者降低的预张力可以使C形弓没有任何负载。轴承由此可以是小的以及紧凑的，使用小的间距能够提高驱动精度以及带的刚度，电机元件或者电机装置可被认为是在整个行程/最大可移动上是恒定的。
接下来，描述本发明的另一个示例性实施例，特别是关于电机辅助的移动组件。然而，可以理解的是，这些说明同样可以应用于包括电机辅助的移动组件的系统、电机辅助移动的方法以及电机辅助移动组件的使用。
明确地认识到，要求保护实体之间(特别是关于设备类型权利要求、方法类型权利要求与用途类型权利要求实施例之间)的单个或多个特征的任意改变和互换，是可以想到的并且落入本专利申请的范围和公开之内。
根据本发明的另一个示例性实施例，电机元件可适用于探测出施加给电机装置的转矩。
换句话说，当手动控制元件被用于提供期望移动的指示时，该指示可导致作用在电机元件上的平移或旋转作用力，特别是作用在电机元件轴上，这可被看作是尝试旋转电机元件的轴，由此向电机元件施加转矩。
电机元件轴的这种尝试性旋转可以例如导致电机元件内产生电流，该电流会在电机元件的电连接处被探测到，例如通过电机自身或者相继的控制系统。这个产生的电流可由此被用于探测施加到电机装置的转矩，可能导致规定的反应。
根据本发明的另一个示例性实施例，电机装置可以是直接驱动电机装置。
直接驱动电机装置可被理解为大体上没有齿轮或者没有传动装置的电机装置，由此旋转被直接地传动，而不需要提供传动比，传动比又可能需要移动额外的元件(例如齿轮链或者传动链的元件)，由此增加了精度同时减小了电机装置的动力需要。
根据本发明的另一个示例性实施例，直接驱动电机装置适合于包括驱动操作模式、离合操作模式和/或制动操作模式。
驱动操作模式可被认为是提供电机辅助移动的操作模式。离合操作模式可被看作是提供第一结构元件相对第二结构元件大体上自由的、没有辅助的、特别是手动移动的操作模式。在离合操作模式中，大体上没有动力施加到电机装置/电机元件。在制动操作模式中，第一结构元件相对于第二结构元件的限定位置可被保持，即便是外界的、可能不希望的作用力施加到结构元件上。制动操作模式可特别地需要确定出结构元件彼此相对的绝对位置。而且在制动操作模式下，电机辅助移动可被减速，直到已经到达限定位置，该位置随后被保持，即便这时受到额外的外部作用力。
根据本发明的另一个示例性实施例，电机元件是无刷电机元件。
无刷电机元件可被看作是包括与基于有刷电机的电刷的机械换向系统完全不同的电子控制换向系统的电机元件。在无刷电机元件中，电流和转矩与施加的电压和转速(每分钟的转数或者RPM)被认为是线性相关。无刷电机分别地允许电机元件和电机组件优选的直接驱动行为。
根据本发明的另一个示例性实施例，电机装置适合于通过至少部分地降低第二结构元件的感知移动阻力来辅助第二结构元件的移动，特别是相对于第一结构元件。
移动阻力特别地与摩擦力、手动移动作用力和/或第二结构元件相对于第一结构元件的失衡有关。
可以理解的是，被移动目标的实际摩擦力、失衡和/或质量本质上不受影响，原因是这些数值可以根据物理上的预定条件而被提供，然而，至少由于使用者或操作者尝试移动目标而导致的目标的感知摩擦力、质量和/或失衡可被降低或者减小。
根据本发明的另一个示例性实施例，组件进一步包括移动控制元件，用于控制第二结构元件相对于第一结构元件的移动。
移动控制元件可特别地通过手动控制元件而对提供给电机元件的作用力/转矩作出反应，由此探测和/或确定出因此产生的电流，从该电流可以得出或者确定出有关期望移动的指示。移动控制元件可随后通过致动电机元件来辅助期望移动，从而辅助在与期望移动相同方向上的移动。
根据本发明的另一个示例性实施例，移动控制元件可以在包括转矩模式、电流模式、速度模式以及位置模式的组中的至少一种操作模式下操作。
特别地，转矩模式和电流模式以及速度模式和位置模式可彼此组合从而获得转矩/电流模式以及速度/位置模式。
在转矩/电流模式中，期望的移动可被探测到，而在速度/位置模式中，期望的位置可被探测、占据和/或随后被保持。
根据本发明的另一个示例性实施例，移动控制元件的操作模式可大体上瞬时地切换。
具体地，操作模式可大体上在转矩/电流模式以及速度/位置模式之间瞬时地切换。这样允许复杂的移动，首先期望移动被指示给移动控制元件以便到达限定位置，这时切换到位置模式，其中第二结构元件相对于第一结构元件的位置被确定出来以及随后如果当前位置被确定出等于期望位置的话，该位置被保持。移动控制元件可以在转矩/电流模式和速度/位置模式之间连续地切换，直到到达期望的位置。
根据本发明的另一个示例性实施例，电机组件可进一步包括Omega驱动装置和/或双带驱动装置。
相应的驱动装置允许第一结构元件相对于第二结构元件简单且高效的移动，并且具有提高的精度。
根据本发明的另一个示例性实施例，双带驱动装置可包括设置在电机装置上的可移动带，以及设置在第二结构元件上的固定带。可移动带和固定带可被设置用于正配合以及电机装置可被适合于通过致动移动带而使第二结构元件相对于第一结构元件移动。
相应的双带驱动装置可允许以特别提高的精度定位同时降低了带装置中的作用力或张力。
根据本发明的另一个示例性实施例，组件可进一步包括由绝对位置确定元件、作用力确定元件、压力确定元件、重量确定元件以及倾斜度确定元件所组成的组中的至少一个元件，所述绝对位置确定元件用来确定第二结构元件相对于第一结构元件的位置。
倾斜度确定元件可特别地是单轴或者双轴倾斜度确定元件。每个确定元件可被用于确定出影响电机辅助的移动组件的移动的参数。各个确定的参数可特别地被移动控制元件使用，以控制辅助移动。参数可被用于辅助移动，而无需使用者或操作者注意，由此导致了优选的、自然的手动控制。确定元件可以是传感器。
参考下面描述的实施例，本发明的这些及其它方面可变得明显以及被阐明。
接下来参考如下附图描述本发明的示例性实施例。
附图中的说明是示意性的。在不同附图中，类似或相同的元件被标以类似或相同的附图标记。
附图没有按比例绘制，然而可以描述为定性比例。
附图说明
图1显示了根据本发明的C形拱状部系统的示例性实施例的概览图；
图2显示了图1中C形拱状部系统的驱动单元的示例性实施例的概览图；
图3显示了根据本发明的Omega驱动装置的示例性实施例的详细视图；
图4显示了根据本发明的电机辅助移动组件的移动控制元件的示例性实施例的示意图；
图5显示了根据本发明的线性双带驱动装置的示例性实施例的详细视图；
图6显示了根据本发明设置在C形拱状部系统上的双带驱动装置的示例性实施例的概览图；
图7显示了根据本发明的X射线系统的示例性实施例的概览图；
图8显示了根据图4的X射线系统的图像生成部分的详细视图；以及
图9显示了根据本发明的病人支撑部的示例性实施例的概览图。
具体实施方式
参考图1，显示了根据本发明的C形拱状部系统的示例性实施例的概览图。
C形拱状部X射线系统1包括X射线发生装置8(例如X射线管)以及X射线探测器7，所述X射线发生装置8和X射线探测器7彼此相对定向并且操作性地连接，用于产生目标的X射线图像。X射线发生装置8和X射线探测器7都设置在C形弓元件16上。在C形弓元件16上，设置有手动控制元件4，在图1中示例性地显示为手柄或扶手。在图1中，C形弓16可被认为是构成第二结构元件6，而C形拱状部系统1的主体可被认为是构成第一结构元件5。电机装置3设置在第一结构元件5与第二结构元件6之间，即，在X射线系统1的主体24与C形弓元件16之间的连接处上。主体24可包括另外的移动元件25，该移动元件在图1中示例性地设置用于提升和降低C形弓元件16。
主体24进一步包括移动控制元件10，该移动控制元件与设置在移动元件25以及第一结构元件5与第二结构元件6之间的连接处的致动器或者电机相连接、并且进一步可以控制X射线发生装置8和X射线探测器7以产生X射线图像。
根据图1的C形拱状部系统1可特别地被理解为用于外科应用的移动X射线系统。X形弓元件16可以绕两条轴线转动，回转和旋转。与移动元件25一起用于调节移动X射线系统1的高度以及通过使整个X射线系统1在例如手术室的地板上滚动而调节纵向移动能力，目标可设置在旋转和回转轴线的等中心点(即交叉点)。
即使当使用者通过使X射线发生装置8和X射线探测器7绕着被检查目标9旋转或回转以改变投射角度时，目标的关注点也将会位于图像中心。根据特定的图像获取应用，使用者可决定通过使用手动控制元件4来完成双轴或者单轴移动。在仅仅期望单轴移动的情况下，不期望的轴线可被阻挡。接下来的描述，电机元件使C形弓元件16在回转移动中移动。
操作者利用手动控制元件4来提供期望移动的指示，例如使C形弓元件16逆时针转动。操作者由此沿着手术室的地板方向向下拉动手动控制元件4，由此给移动控制元件10指示期望的逆时针旋转。
电机装置3与移动控制元件10共同确定出存在有对于期望移动的指示以及由此移动控制元件10向电机装置3发出信号，通过致动电机元件3a以便沿着相同(这里是逆时针)方向移动来支持或者辅助期望的运动。由此，操作者大体上仅仅需要提供期望移动的初始指示，可以在移动期间通过在期望移动的方向上连续地、轻微地对手动控制元件4施加作用力同时由电机装置3(特别是电机元件3a)来提供用于使C形弓元件16或者该元件至少一部分逆时针移动的实际移动能量，从而保持期望移动的指示。
下面参考图2和3，显示了图1中C形拱状部系统1的驱动单元的示例性实施例的概览图以及根据本发明的Omega驱动装置11的示例性实施例的详细视图。
图2显示了用于弓元件16在回转方向上由此相对图1为顺时针或者逆时针的电机辅助移动的电机装置3的基本操作原理。
C形弓元件16包括连接到其端部的带13a，该带13a沿着C形弓元件16的外周延伸，直到达到导引轮14(从带的各个端部看)。导引轮14的外周被设置成距离大体上等于带齿的轮15a的外周，该带齿的轮15a设置在电机元件轴15上。
带齿的轮15a可以是连接到电机元件轴15上的独立元件或者可以是电机元件轴15的整体部分。由于前面提到的导引轮14彼此之间的距离，因此带齿的带13a大体上垂直地从C形弓元件16的表面偏转，绕着导引轮14延伸到电机元件轴15以及它的带齿的轮15a。
导引轮14通常具有平滑表面用于带齿的带13a围绕着它们的优选平滑延伸。带齿的带13a设置在导引轮14上或者绕着导引轮14的一侧大体上是平的，而带齿的带13a位于分别靠近C形弓元件16表面以及电机元件轴15的带齿的轮15a的表面被设置成带齿的形式，包括齿和在齿之间的间隙或位于带齿的带13a的带齿的元件之间的凹口。
带齿的带13a的带齿的元件大体上是矩形形状并且适合于与结合到电机元件轴15的带齿的轮15a中的齿相匹配，由此提供了带齿的带13a的齿与带齿的轮15a的齿的正(positive)配合或者正锁定。
电机元件3a被设置在以及连接到第一结构元件5上，该第一结构元件5可被看作是例如通过支架或者主体24大体上连接到手术室的地板。目前，当电机元件3a使电机元件轴15旋转、由此使带齿的轮15a旋转时，由于带齿的轮15a与带齿的带13a的正配合，因此带13a在带齿的轮15a的表面上沿着其移动，由此C形弓元件16相对于图1中顺时针或者逆时针转动。
由此，C形拱状部1被带齿的带13a驱动，带齿的带13a在C形拱状部1的两个端部被固定，使带齿的带13a的齿设置在C形弓元件16的外径或表面上。带有带齿的轮15a的电机元件3a被安装在第一结构元件5上的第一结构元件5与第二结构元件6之间的连接处，该图2中第二结构元件6是C形弓元件16。
导引轮14导引带齿的轮15a上的带。在C形拱状部1的一侧，可设置装置提供张力，由此提供了带齿的带13a的充分张紧，以便高度精确的无间隙移动。相应的Omega驱动装置以及也是相应的双带驱动装置的效率足够高，从而使得驱动系统可被认为是构成直接驱动。
当电机元件3a没有被施加电能时，例如在离合操作模式下的手动控制期间，电机元件3a对于用于移动的额外作用力的影响可被忽略。
对于使用者或者操作者而言，必要的控制力是由摩擦、惯性以及某些剩余的失衡所导致的。这些作用力尽管对于快速移动而言不舒服而且可能过高，但是仍然被认为对于没有电机辅助的使用而言是可以接受的。
根据本发明的电机辅助功能将会通过将一部分必要的作用力增加到负载而使得手动控制更轻更容易。使用者仍然能感觉到摩擦力和惯性，但是仅仅是降低的程度。失衡可完全地得到补偿。
图3显示了图2中的Omega驱动装置，然而进一步显示了编码器线缆17b，用于从电机接收与作用在电机元件3a上的转矩相关的反馈或者用于确定位置、特别是电机元件3a(其可以是例如无刷电机元件3a)的绝对位置。电能通过线缆17a供给到电机元件。
下面参考图4，显示了根据本发明的电机辅助的移动组件的移动控制元件的示例性实施例的示意图。
电机装置3可以是无刷AC、矢量控制电机装置3，用于C形拱状部X射线系统1的致动。无刷AC(BLAC)电机可特别地利用电子-正弦矢量控制换向系统。相应的电机类型可提供连续的四象限转矩和速度，范围从零开始。
电机元件3a通过放大器Kt接收致动电能，并且通过绝对位置反馈编码器提供关于其位置的反馈，用于换向和伺服控制。在图4中，两个基础模式可被设定，描述成模式A(PID或位置模式)以及模式B(转矩/电流模式)。伺服控制器提供功能，如无刷AC换向控制、转矩/电流控制环、位置(PID)控制环以及“飞速”控制环切换机构。
放大器可提供电子换向和电流环。由于电机转矩可能与电流成比例(Kt)，因此可以实现转矩控制。PID控制可以对位置错误作出反应从而使其最小化。为了实现这个目的，PID控制器可从错误的信号提供成比例的、积分的以及派生的数值。“飞速”模式切换可确保在转换期间不会被感觉到。这可以通过平滑地增加或者降低三个PID参数而实现。
控制原理在图4所示的框图中显示，其提供了电机控制器所有功能的概览。功能被设置在伺服控制器中以及控制元件中。放大器提供了换向和控制环。电流设定点由PID控制器以及前馈补偿产生。电机位置反馈可通过高分辨率绝对编码器而提供。
在提供前馈控制系统的情况下，设定电流可通过前馈算法确定出来，特别是根据位置、速度和加速度设定点以及质量、阻尼、摩擦和失衡参数。在这种情况下，设定电流可特别地等于补偿电流。PID控制器可校正前馈模型的偏差。
在PID模式或者位置或速度控制模式中，“作用/设定输入切换”元件以及伺服控制器中“PID启动/关闭”的切换被设定为“模式A”。前馈算法可基于例如物理移动模型而计算出或者确定出期望的电机电流。模型可包括如摩擦力、阻尼、质量和失衡等参数并且可以参考各个物理公式。如果模型匹配、特别是大体上完全匹配模式化实时系统，那么不需要PID控制器对于放大器的电流设定点的作用。在这种理论情况下，C形弓元件16的移动可遵循被请求的或者期望的轨迹，而不需要PID控制器的支持。相应的模型可被用作参考，用于辅助模式的辅助设定。
在辅助模式期间，PID控制器被切换成闭合以及移动设定点被来自于差分滤波器的实际设定点所替换，这与PID模式下各个数值由设定点发生器所提供不同。在辅助模式下，前馈机构可维持起作用，但是量可被降低到所请求的辅助水平。在辅助模式下，失衡前馈可完全地增加。可利用阻尼作用来避免过高的手动速度，例如通过提供相反的作用力，这会导致极大降低机械电机输出或者辅助移动或者甚至是抵消的或相反的移动，这种情况下Pd可以甚至在零以下。
通过感知参数或者系数Pm、Pd以及Pf，需要的或者期望的辅助可被调节。在辅助模式下，三个参数可以在零和小于1之间，而在PID模式下，参数可以等于1。系数的可允许范围在0和1之间，两个边界都包括在内。
实际的速度和加速度通过实际位置反馈的差分和滤波而被获取，这在差分滤波器中完成。当移动控制器探测到位置偏移时，移动可特别地被启动。
同时，可以实施优选的定位。通过使用辅助模式，可以实施在预先规划位置处停下。使用者提供了移动期望方向的手动指示，其中规划位置位于该方向上。在该位置附近，控制可以通过PID位置控制器来被自动地支配，促使平稳且精确的停止以及预先规划的位置。使用者模式控制器提供了从电流环切换到PID环的平稳控制模式。在移动停止之后，可再次启用辅助模式。
此外，可以实施制动模式，其大体上等于在优选位置处停止，如前面所述。同时，保持/制动功能可以通过在PID模式下保持位置而被实现，其中电机仅仅当离开制动位置时被启动。
图4的控制元件包括其它的辅助性前馈部件，在例如病人检查台被控制的情况下或者病人检查台的位置信息被考虑在内的情况下。
辅助前馈输入可被用于被外部影响所干扰的其它作用力的补偿，例如系统的倾斜或者被检查目标的改变。补偿可特别地在病人支撑部或病人检查台上完成，后面参考图9进行描述。
下面参考图5，显示了根据本发明线性双带驱动装置12的示例性实施例的详细视图。
在图5中，显示了双带驱动装置12，这里作为线性轴驱动。与先前描述的Omega驱动装置11的主要不同可以认为是大体上在驱动装置的整个运行长度上加入第二带齿的带13b。也被称为同步齿型带的带齿的带13a、13b在整个移动范围内处于正锁定或者齿齿啮合，除了两个导引轮14之间的距离或者空间之外，在这里带齿的带13a绕着电机元件轴15的带齿的轮15a。
相应的驱动装置可允许在从导引轮14到移动范围终止的区域内大体上无张力的带齿的带13a，使得作用力或者张力仅仅存在于两个导引轮14与带齿的轮15a之间很小区域内的带13a上。通过相应的双带驱动装置12，连接有第一结构元件5的电机元件3a可以相对于第二结构元件6移动。为了容易且相对无摩擦的移动，导引元件18连接到第二结构元件6以及被导引元件19连接到电机元件3a，由此在图5中位于带齿的带13a、b下方的第一结构元件5允许线性移动。
在图5的情况下，被导引元件19相对于导引元件18侧向移动可由电机元件3a的旋转所导致，具体是具有带齿的轮15a的电机元件轴15的旋转所导致。由于带齿的轮15a的相应旋转运动，带齿的带13a在带齿的轮15a的一侧被向着电机元件3a拉动，而在相反侧被推动远离电机元件3a，这些侧取决于旋转方向。这个移动被导引轮14偏转，从而得到由于带齿的带13a的上/下移动、继而由于带齿的轮15a的旋转移动所导致的侧向移动。在希望第二结构元件6向着图5中的右侧移动的情况下，如果假定第一结构元件5位置固定的话，那么带齿的轮15a可以顺时针旋转。
下面参考图6，显示了根据本发明设置在C形拱状部系统中的双带驱动装置的示例性实施例的概览图。
在图6中，双带驱动装置12适合于提供C形弓元件16相对于图1的回转旋转移动。带齿的带13b可被大体连接在C形弓元件的整个外周上。带齿的带13b可大体在其整个长度上连接到C形弓元件16，或者由于C形弓元件表面的曲率而仅仅在它的各个端点进行连接。第二带齿的带13a(或者啮合带)被直接地设置在带齿的带13b的上方，其中带彼此面向的齿可以从导引轮14到C形弓元件16的各个端部形成正配合。
在导引轮14之间，带齿的带13a绕着电机元件3a的带齿的轮15a。与图5中的线性轴驱动相类似，相对较小体积的同步齿型带可被设置在C形弓元件16的背部，例如粘结到C形弓元件16的外表面，使另一个带13a与带齿的带13b齿齿啮合。两个带(粘结的带13b和浮动的带13a)在C形弓元件16的相应端部被固定，然而没有预张紧或者至少降低的预张紧。带齿的带13a绕着电机元件3a的带齿的轮15a绕环，类似于图2和图3中的Omega驱动装置。
下面参考图7，显示了根据本发明X射线系统的示例性实施例的概览图。
X射线系统21包括天花板安装的C形拱状部X射线系统1，其包括X射线发生装置8和X射线探测器7。在病人支撑部20上，目标9被设置在等中心处或者至少位于X射线发生装置8与X射线探测器7之间的路径上。
X射线系统21被移动控制元件10所控制，可进一步控制成像参数。
天花板安装的C形拱状部X射线系统1包括多个移动元件25，所述移动元件被实施成电机辅助移动组件2a至2d。电机辅助移动组件2a可提供C形拱状部回转的移动，而电机辅助移动组件2b可提供C形拱状部相对于图1的旋转。
电机辅助移动组件2d可提供用于X射线发生装置8与X射线探测器7之间距离的改变。电机辅助移动组件2c可允许C形拱状部X射线系统1大体上平行于天花板(即C形拱状部X射线系统1的天花板支承结构)的两维线性移动，并且可同时提供围绕着基本垂直于天花板或者天花板支承结构的另外的旋转移动。用于调节C形拱状部X射线系统1相对于病人支撑部20高度的另外的移动能力可由电机辅助移动组件2b或2c中任一个来实现。
此外，病人支撑部20可提供高度调节。所有移动元件25或电机辅助移动组件2a至2d都可通过使用者手动控制或者通过移动控制元件10而自动地操作。
下面参考图8，显示了根据图4的X射线系统的图像发生部分的详细视图。
图7中包括X射线发生装置8和X射线探测器7的C形拱状部X射线系统1从不同角度显示。各个移动元件或者电机辅助移动组件2a至2d的各自移动自由度也被显示。
手动控制元件4可特别地作用于电机辅助移动组件2c，用于平移和旋转移动。另一个手动控制元件可被用于电机辅助移动组件2a、2b和2d，然而在图8中没有显示出来。
C形拱状部X射线系统1可例如通过安装到天花板上的导轨而在纵向方向上移动，可以提供平行于手术室的天花板的两维移动。它可以是电动移动或者手动控制。示例性的C形拱状部X射线系统1可通常超过1000kg，由此在纯的手动、无辅助模式下所需要的操作作用力会是非常高的。
因此，电机辅助移动组件是有利的。在这种应用中，C形拱状部X射线系统1可被安装到被导引元件19，被导引元件可沿着导引元件18移动。带齿的带13a、b可被连接到导引元件18的端部，例如适合于与被导引元件19(例如纵向托架)匹配的导轨的端部。其余的移动能力、特别是电机辅助移动可被认为是与前面描述相同。
下面参考图9，显示了根据本发明的病人支撑部的示例性实施例的概览图。
在图9中，病人支撑部20包括倾斜度确定元件22以及作用力、压力或质量确定元件23(例如重量传感器)，该倾斜度确定元件22适合于确定在一个或两个轴线上的倾斜度。被检查的目标9位于可移动病床上，该病床可以在两维上移动，如两个交叉箭头所表示。
病人支撑部20的台顶部可在纵向及横向方向上手动地浮动。由于台基部的刚度，在延伸的台顶部位置处会出现倾斜下陷，特别是当遇到沉重的检查目标9时，这导致了纵向方向上的失衡作用力。
然而，对于特定的医疗介入，精确的定位是强制性的。手动控制的辅助移动可补偿倾斜下陷并且还可以降低与病人支撑部20相关的摩擦力和质量作用力。
病人台的纵向和/或横向移动可与图7和8中C形拱状部X射线系统1的相类似，除了由于目标9的重量所导致的额外失衡情况。失衡作用力可由(由倾斜度确定元件22确定的)倾斜角度所确定以及由(由作用力传感器23确定的)目标9的质量所确定。
角度确定元件22或者角度传感器可测量相对于水平端部的倾斜，而作用力确定元件或者作用力传感器可测量垂直方向上的作用力。质量、重力加速度以及倾斜下陷角度的正弦值的计算或者乘积可提供失衡作用力。这个数值或者参数可被用作图4中辅助性前馈的电机辅助贡献。测量的质量还可被用作质量补偿。图9的机构可提供最优的辅助，而与被检查目标9的重量或位置无关。
尽管在描述中，电机元件3a可特别地被设置在第一结构元件5上以及手动控制元件4可特别地设置在第二结构元件6上，但是可以理解的是，位置的改变或互换是可以想到的。换句话说，电机元件3a也可设置在第二结构元件6上以及手动控制元件4也可设置在第一结构元件5上。
应当知道的是，术语“包括”没有排除其它元件或者步骤以及单数冠词没有排除多个。同时，结合不同实施例描述的元件可以进行组合。
还应当知道的是，权利要求中的附图标记不被认为是限定了权利要求的范围。
附图标记列表
1. C形拱状部X射线系统
2. 电机辅助移动组件
3. 电机装置
3a. 电机元件
4. 手动控制元件
5. 第一结构元件
6. 第二结构元件
7. X射线探测器
8. X射线发生装置
9. 目标
10. 移动控制元件
11. Omega驱动装置
12. 双带驱动装置
13a，b.带齿的带
14. 导引轮/辊筒
15. 电机元件轴
15a. 带齿的轮
16. C形弓元件
17a，b.线缆
18. 导引元件
19. 被导引元件
20. 病人支撑部
21. X射线系统
22. 倾斜度确定元件
23. 作用力/压力/质量确定元件
24. 主体
25. 移动元件
Claims (15)
1.一种电机辅助的移动组件(2)，包括
第一结构元件(5)，
第二结构元件(6)；以及
电机装置(3)，所述电机装置包括电机元件(3a)；
其中，所述第一结构元件(5)和所述第二结构元件(6)相对彼此可移动；
所述电机装置(3)被设置在所述第一结构元件(5)上；
所述第二结构元件(6)适合于接收所述第二结构元件(6)相对于所述第一结构元件(5)的期望移动的手动指示；
所述电机元件(3a)适合于探测所述手动指示；以及
所述电机装置(3)适合于根据所述手动指示来辅助所述第二结构元件(6)相对于所述第一结构元件(5)的移动。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述电机元件(3a)适合于探测施加到所述电机装置(3)的转矩。
3.如权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述电机装置(3)是直接驱动电机装置。
4.如权利要求3所述的组件，其特征在于，所述直接驱动电机装置(3)适合于包括驱动操作模式、离合操作模式以及制动操作模式。
5.如权利要求1-4任一所述的组件，其特征在于，所述电机元件(3a)是无刷电机元件。
6.如权利要求1-5任一所述的组件，其特征在于，所述电机装置(3)适合于通过至少部分地降低所述第二结构元件(6)的感测的移动阻力来辅助所述第二结构元件(6)的移动。
7.如权利要求1-6任一所述的组件，其特征在于，还包括移动控制元件(10)，用于控制所述第二结构元件(6)相对于所述第一结构元件(5)的移动。
8.如权利要求7所述的组件，其特征在于，所述移动控制装置(10)可以在包括转矩模式、电流模式、速度模式以及位置模式的组中的至少一种操作模式下操作。
9.如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述移动控制元件的操作模式大体上可以瞬时地切换。
10.如权利要求1-9任一所述的组件，其特征在于，所述电机装置(3)还包括Omega驱动装置(11)和/或双带驱动装置(12)。
11.如权利要求10所述的组件，其特征在于，所述双带驱动装置(12)包括：
设置在所述电机装置(5)处的可移动带(13a)；以及
设置在所述第二结构元件(6)处的固定带(13b)；其中，所述可移动带(13a)和所述固定带(13b)被设置成用于正配合；以及
所述电机装置(3)适合于通过致动所述可移动带(13a)而使所述第二结构元件(6)相对于所述第一结构元件(5)移动。
12.如权利要求1-11任一所述的组件，其特征在于，还包括由绝对位置确定元件、作用力确定元件(23)、压力传感器(23)、重量确定元件(23)以及倾斜度确定元件(22)所组成的组中的至少一个元件，所述绝对位置确定元件确定所述第二结构元件(6)相对于所述第一结构元件(5)的位置。
13.一种X射线系统(1，21)，包括
X射线发生装置(8)；
X射线探测器(7)；以及
如权利要求1-12中至少一个所述的电机辅助的动组件(2)，其中，所述射线发生装置(8)和所述X射线探测器(7)被设置在所述第二结构元件(6)上并且被操作性地连接，以便获取被检查目标(9)的X射线图像；以及
其中，所述电机辅助的移动组件(2)适合于绕着所述目标(9)移动所述X射线发生装置(8)和所述X射线探测器(7)中的至少一个。
14.一种电机辅助移动的方法，包括以下步骤：
在电机元件(3a)中探测出第二结构元件(6)相对于第一结构元件(5)的期望移动的手动指示；以及
辅助所述期望移动。
15.如权利要求1-12任一所述的电机辅助的移动组件(2)在X射线系统(1，21)、移动X射线系统、C形拱状部系统(1)以及病人支撑系统(20)中的至少一种上的使用。
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