CN103853097B - 超声换能器的运动机构的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声换能器的运动机构的控制方法，包括如下步骤：使超声换能器的初始位置与所述圆弧的起点位置重合；控制所述运动机构带动超声换能器在xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。相应地，还提供一种超声换能器的运动机构的控制装置。本发明所述超声换能器的运动机构的控制方法及控制装置不需改变现有的三维运动机构的结构且不需增加额外硬件设备即可控制超声换能器实现动态的圆弧线段辐照方式。

Description

超声换能器的运动机构的控制方法及控制装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种超声换能器的运动机构的控制方法及超声换能器的运动机构的控制装置。

背景技术

高强度聚焦超声治疗设备是利用超声换能器发出的超声波在生物组织中的穿透性和可聚焦性等物理特性，将低能量密度的超声波聚焦于病灶处，并在病灶处形成高能量密度的焦点，通过焦点处超声波产生的热效应、机械效应和空化效应灭活肿瘤等组织细胞。

在高强度聚焦超声治疗设备中通常使用的是凹透镜式固定焦距的超声换能器，为了使超声换能器的焦域能够覆盖整个病灶区域，一般将其固定在三轴（即x轴、y轴与z轴）相互垂直的三维运动机构上，通过所述三维运动机构驱动超声换能器移动，以完成超声治疗手术。

超声治疗手术过程中的超声辐照方式一般包括固定点的超声辐照和动态的直线线段辐照，所述固定点的超声辐照即超声换能器被固定在某一预期位置并对患者病灶处进行辐照，所述动态的直线线段辐照即超声换能器在所述三轴中任意两轴所组成的平面中作匀速直线运动，并在作匀速直线运动的同时对患者病灶处进行辐照。

随着高强度聚焦超声治疗技术应用的推广及深入，超声辐照方式也在不断的优化，比如一种动态的圆弧线段辐照方式，所述动态的圆弧线段辐照即超声换能器在所述三轴中任意两轴所组成的平面中作匀速圆弧运动且同时对患者病灶处进行辐照，且所述圆弧的半径在一定范围内可调。目前，这种动态的圆弧线段辐照方式的实现方法为：在原有的三维运动机构的基础上增加旋转机构和半径调节机构，所述超声换能器安装在所述半径调节机构上；所述旋转机构包括驱动单元（如直流电机）、传动单元（如齿轮、皮带轮、链条等）和旋转单元（如传动轴），用于带动超声换能器做圆弧运动；所述半径调节机构包括径向滑轨，用于调节超声换能器与所述圆弧所在圆的圆心的距离，从而改变圆弧运动的半径。

但是，上述动态圆弧线段辐照方式的实现方法具有如下缺点：

1）如果在现有的三维运动机构的基础上增加旋转机构和半径调节机构的话，则需要对高强度聚焦超声治疗设备重新进行设计（包括重新设计图纸和工艺等），这样势必会增加其设计难度和生产成本；

2）即使对高强度聚焦超声治疗设备的设计已完成，在对其重新进行改造的过程中，还会因其内部剩余空间有限而很难将旋转机构和半径调节机构装入其内；

3）由于增加了旋转机构和半径调节机构等硬件设备，相应会增加高强度聚焦超声治疗设备的故障率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种不需改变现有的三维运动机构的结构且不需增加额外硬件设备即可控制超声换能器实现动态的圆弧线段辐照方式的超声换能器的运动机构的控制方法及超声换能器的运动机构的控制装置。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种超声换能器的运动机构的控制方法，所述运动机构用于带动超声换能器运动，所述控制方法用于控制所述运动机构带动超声换能器在平面内沿预设的圆弧匀速运动，假设所述平面为xy平面，所述xy平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、y轴，所述控制方法包括如下步骤：

1）使超声换能器的初始位置与所述圆弧的起点位置重合；

2）控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，且所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。

优选地，所述步骤1）中，还包括如下步骤：

预设所述圆弧的起点位置P₁的坐标为(x₁,y₁)、所述圆弧的终点位置P₂的坐标为(x₂,y₂)、所述圆弧的圆心O的坐标为(x₀,y₀)及所述圆弧的半径为r；预设所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动时切向速度为V，同时设定在超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的过程中实时获取的超声换能器的当前位置P的坐标为(x,y)；

所述步骤2）中，

控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动是按如下速度作变速直线运动：

$V_x=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{r}---\left(1\right)$

控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动是按如下速度作变速直线运动：

$V_y=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{r}---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，i_x为第一方向因子，i_y为第二方向因子，若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为逆时针方向，则i_x=-1，i_y＝1；若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为顺时针方向，则i_x=1，i_y=-1；

所述控制方法中，在步骤2）之后还包括如下步骤：

3）在所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的过程中，实时获取超声换能器的当前位置P的坐标(x,y)，并判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合，若判断重合，则控制所述运动机构停止动作；若判断不重合，则执行步骤2），直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合为止。

优选地，所述步骤3）还包括如下步骤：若所述圆弧的轨迹为圆，且当所述圆弧的长度大于等于M个所述圆的周长时，则在前M次判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合时，不停止所述运动机构的动作，并执行步骤2），直至第M+1次判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合时，控制所述运动机构停止动作，其中，M为正整数。

优选地，所述步骤1）还包括如下步骤：

沿超声换能器所作预设圆弧运动的方向在所述圆弧的起点位置与圆弧的终点位置之间依次选取N个位置坐标，其中N为正整数；

所述步骤2）还包括如下步骤：

在执行步骤2）时，判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i个位置坐标重合，并在判断重合后继续判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i+1个位置坐标重合，i在大于等于1且小于等于N-1的整数区间内依次取值，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)依次与所述N个位置坐标重合后，再执行步骤3）。

本发明同时提供一种超声换能器的运动机构的控制装置，所述运动机构用于带动超声换能器运动，所述控制装置用于控制所述运动机构带动超声换能器在平面内沿预设的圆弧匀速运动，假设所述平面为xy平面，所述xy平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、y轴；

所述控制装置包括控制单元，所述控制单元用于在超声换能器沿预设的圆弧匀速运动前控制所述运动机构带动超声换能器运动至所述圆弧的起点位置；以及用于控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，且所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。

优选地，所述控制装置还包括获取单元以及判断单元，其中：

所述获取单元用于在超声换能器沿预设的圆弧匀速运动的过程中实时获取超声换能器的当前位置，并将其发送给判断单元；

所述判断单元包括判断模块，所述判断模块用于判断所述实时获取的当前位置是否与所述圆弧的终点位置重合，并根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作。

优选地，所述判断模块根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作具体是：在判断重合时，发送停止信号给控制单元，控制单元控制运动机构停止动作；在判断不重合时，发送移动信号给控制单元，控制单元控制运动机构继续带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时继续带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动；

所述获取单元还用于在所述运动机构带动超声换能器运动至所述圆弧的起点位置的过程中实时获取超声换能器的当前位置，并将其发送给判断单元中的判断模块；

所述判断模块还用于判断所述实时获取的当前位置是否与所述圆弧的起点位置重合，并根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作：在判断重合时，发送停止信号给控制单元，控制单元控制运动机构停止动作；在判断不重合时，发送移动信号给控制单元，控制单元继续控制所述运动机构带动超声换能器运动。

优选地，该控制装置中还包括有输入单元，所述输入单元用于接收用户输入的超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动时的切向速度V、所述圆弧的起点位置P₁的坐标(x₁,y₁)、所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)、所述圆弧的圆心O的坐标(x₀,y₀)及所述圆弧的半径r，并将之分别发送到判断单元和控制单元；

所述控制单元包括第一控制模块和第二控制模块；

所述第一控制模块用于接收判断模块发送的控制信号，并在接收到判断模块发送的移动信号时，控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向按如下速度作变速直线运动：

$V_x=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{r}---\left(1\right)$

所述第二控制模块用于接收判断模块发送的控制信号，并在接收到判断模块发送的移动信号时，控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向按如下速度作变速直线运动：

$V_y=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{r}---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，x、y分别为实时获取的超声换能器当前位置P的x轴的坐标值和y轴的坐标值；i_x为第一方向因子，i_y为第二方向因子，若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为逆时针方向，则i_x=-1，i_y=1；若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为顺时针方向，则i_x=1，i_y＝-1。

优选地，所述运动机构包括二个/三个运动单元，每个运动单元均包括驱动电机和与驱动电机相连的丝杆，且超声换能器安装在每个运动单元中的丝杆上；所述驱动电机用于带动与其相连的丝杆转动，以使得超声换能器能够在该丝杆上沿丝杆的轴向作直线移动；所述二个/三个运动单元中的二个/三个丝杆相互垂直设置，且所述二个丝杆/三个丝杆中的任意二个的中心线分别与所述x轴和y轴重合。

优选地，所述第一控制模块用于控制中心线与x轴重合的丝杆相连的驱动电机在所述x轴上按如下速度转动：

$V_x^{\′}=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{d_x*r}---\left(3\right)$

同时，所述第二控制模块用于控制中心线与y轴重合的丝杆相连的驱动电机在所述y轴上按如下速度转动：

$V_y^{\′}=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{d_y*r}---\left(4\right)$

式（3）、（4）中，d_x为中心线与x轴重合的丝杆的螺距，d_y为与中心线与y轴重合的丝杆的螺距。

优选地，各个运动单元中与驱动电机相连的丝杆的螺距均相等。

优选地，所述判断单元还包括有计算模块和计数模块，所述判断模块中还预设有参数值，其中：

所述输入单元还用于接收用户输入的所述圆弧的长度，并将之发送到所述计算模块；

所述计算模块用于根据所述圆弧的半径计算该圆弧所在圆的圆周长，再根据输入的圆弧的长度计算其与所述圆周长的倍数关系，并将计算得到的倍数值发送到所述判断模块；

所述判断模块还用于判断所述倍数值是否大于1，并根据判断结果来指令计数模块的工作：当所述倍数值大于1时，发送工作信号到计数模块，计数模块开始工作；当所述倍数值小于等于1时，不发送工作信号到计数模块，计数模块不工作；所述判断模块还用于在判断所述倍数值大于1时，将其内的参数值设定为与所述倍数值相等；

所述计数模块用于根据判断模块发送的工作信号对获取单元实时获取的超声换能器的当前位置与所述圆弧的终点位置重合的次数进行计数，并将计数得到的计数数值发送给判断模块；

所述判断模块还用于将计数模块发送的计数数值与其内设定的参数值的大小进行比较，再根据比较结果判断在当前位置与所述圆弧的终点位置重合时是否发送停止信号给控制单元：当所述计数数值小于所述参数值时，不发送停止信号给控制单元；当所述计数数值大于等于所述参数值时，发送停止信号给控制单元。

优选地，所述控制装置还包括中间位置选取单元，其用于沿超声换能器所作预设圆弧运动的方向在所述圆弧的起点位置与圆弧的终点位置之间依次选取N个位置坐标，并将该N个位置坐标发送给判断单元的判断模块，其中N为正整数；

所述判断模块还用于向控制单元发送移动信号的同时判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i个位置坐标重合，并在判断重合后继续判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i+1个位置坐标重合，i在大于等于1且小于等于N-1的整数区间内依次取值，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)依次与所述N个位置坐标重合后，再判断该当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合。

有益效果：

本发明所述超声换能器的运动机构的控制方法及控制装置在不需改变现有三维运动机构的结构，也不需在现有三维运动机构的基础上增加额外的硬件设备的前提下，即可控制超声换能器在三轴（即x轴、y轴与z轴）中任意两轴所组成的平面中作预设的变速圆弧运动，与现有技术相比降低了产品的设计难度和生产成本，实现简单，且由于没有增加额外的硬件设备，因而不会增加高强度聚焦超声治疗设备的故障率。

附图说明

图1为本发明实施例2所述控制方法中所述圆弧在xy平面内的位置示意图；

图2为本发明实施例5所述控制装置与运动机构及超声换能器相连时的结构示意图；

图3为本发明实施例6所述控制装置与运动机构及超声换能器相连时的结构示意图；

图4为本发明实施例7所述控制装置与运动机构及超声换能器相连时的结构示意图；

图5为本发明实施例8所述控制装置与运动机构及超声换能器相连时的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明超声换能器的运动机构的控制方法及控制装置作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种超声换能器的运动机构的控制方法，所述运动机构与超声换能器相连，用于带动超声换能器运动，所述控制方法用于控制所述运动机构带动超声换能器在平面内沿预设的圆弧匀速运动。

假设所述平面为xy平面，所述xy平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、y轴，所述控制方法包括如下步骤：

s101.使超声换能器的初始位置与所述圆弧的起点位置重合；

s102.控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，且所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。

需要说明的是，所述平面还可以为yz平面或xz平面，则所述yz平面内的两条相互垂直的轴线分别为y轴、z轴，所述xz平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、z轴，且控制所述运动机构带动超声换能器在yz平面或xz平面内沿预设的圆弧匀速运动的控制方法与上述控制所述运动机构带动超声换能器在xy平面内沿预设的圆弧匀速运动的控制方法相同。

可见，通过上述控制方法可使得超声换能器在三轴（即x轴、y轴与z轴）中任意两轴所组成的平面中作预设的匀速圆弧运动，方法简单、可靠、易于实现。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：

1)如图1所示，所述步骤s101中还包括如下步骤：预设所述圆弧的起点位置P₁的坐标为(x₁,y₁)、所述圆弧的终点位置P₂的坐标为(x₂,y₂)、所述圆弧的圆心O的坐标为(x₀,y₀)及所述圆弧的半径为r；预设所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动时切向速度为V，同时设定在超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的过程中实时获取的超声换能器的当前位置P的坐标为(x,y)；

2)所述步骤s102中，

控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动是按如下速度作变速直线运动：

$V_x=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{r}---\left(1\right)$

控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动是按如下速度作变速直线运动：

$V_y=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{r}---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，i_x为第一方向因子，i_y为第二方向因子，若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为逆时针方向，则i_x=-1，i_y=1；若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为顺时针方向，则i_x=1，i_y=-1；

3)所述控制方法中，在步骤s102之后还包括如下步骤：

s103.在所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的过程中，实时获取超声换能器的当前位置P的坐标(x,y)，并判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合，若判断重合，则控制所述运动机构停止动作；若判断不重合，则执行步骤s102，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合为止。

本实施例中的其他方法及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于：

考虑到当所述圆弧的长度大于或等于一个圆的周长时，会导致超声换能器还没运动到终点位置P₂时就停止运动了，故

所述步骤s103还包括如下步骤：

若所述圆弧的轨迹为圆，且当所述圆弧的长度大于等于M个所述圆的周长时，则在前M次判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合时，不停止所述运动机构的动作，并执行步骤2），直至第M+1次判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合时，控制所述运动机构停止动作，其中，M为正整数。

本实施例中的其他方法及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例4：

本实施例与实施例2的区别在于：

考虑到当所述圆弧的长度大于或等于一个圆的周长时，会导致超声换能器还没运动到终点位置P₂时就停止运动了，故

所述步骤s101还包括如下步骤：

沿超声换能器所作预设圆弧运动的方向在所述圆弧的起点位置与圆弧的终点位置之间依次选取N个位置坐标，其中N为正整数；

所述步骤s102还包括如下步骤：

在执行步骤s102时，判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i个位置坐标重合，并在判断重合后继续判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i+1个位置坐标重合，i在大于等于1且小于等于N-1的整数区间内依次取值，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)依次与所述N个位置坐标重合后，再执行步骤s103，即再判断该当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合。

实施例5：

本实施例提供一种超声换能器的运动机构的控制装置，如图2所示，所述运动机构与超声换能器相连，用于带动超声换能器运动，所述控制装置用于控制所述运动机构带动超声换能器在平面内沿预设的圆弧匀速运动，假设所述平面为xy平面，所述xy平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、y轴。

所述控制装置包括控制单元，所述控制单元用于在超声换能器沿预设的圆弧匀速运动前控制所述运动机构带动超声换能器运动至所述圆弧的起点位置；以及用于控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，且所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。

需要说明的是，所述平面还可以为yz平面或xz平面，则所述yz平面内的两条相互垂直的轴线分别为y轴、z轴，所述xz平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、z轴，且控制所述运动机构带动超声换能器在yz平面或xz平面内沿预设的圆弧匀速运动的控制装置与上述控制所述运动机构带动超声换能器在xy平面内沿预设的圆弧匀速运动的控制装置相同。

可见，通过上述控制装置可使得超声换能器在三轴（即x轴、y轴与z轴）中任意两轴所组成的平面中作预设的匀速圆弧运动，结构简单，不需增加额外的硬件设备，故不会增加高强度聚焦超声治疗设备的故障率。

实施例6：

如图3所示，本实施例与实施例5的区别在于：

所述控制装置还包括输入单元、获取单元以及判断单元。

所述判断单元包括判断模块；所述控制单元包括第一控制模块和第二控制模块。

具体的，所述输入单元用于接收用户输入的超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动时的切向速度V、所述圆弧的起点位置P₁的坐标(x₁,y₁)、所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)、所述圆弧的圆心O的坐标(x₀,y₀)及所述圆弧的半径r，并将之分别发送到判断单元中的判断模块、控制单元中的第一控制模块和第二控制模块。

所述获取单元用于在超声换能器沿预设的圆弧匀速运动的过程中实时获取超声换能器的当前位置，并将其发送给判断单元中的判断模块；

其中，所述获取单元还用于在所述运动机构带动超声换能器运动至所述圆弧的起点位置的过程中实时获取超声换能器的当前位置，并将其发送给判断单元中的判断模块。

所述判断单元中的判断模块用于判断所述实时获取的当前位置是否与所述圆弧的终点位置重合，并根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作；

其中，所述判断模块根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作具体是：在判断重合时，发送停止信号给控制单元，控制单元控制运动机构停止动作；在判断不重合时，发送移动信号给控制单元，控制单元控制运动机构继续带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时继续带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动；

所述判断模块还用于判断所述实时获取的当前位置是否与所述圆弧的起点位置重合，并根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作：在判断重合时，发送停止信号给控制单元，控制单元控制运动机构停止动作；在判断不重合时，发送移动信号给控制单元，控制单元继续控制所述运动机构带动超声换能器运动。

所述控制单元中的第一控制模块用于接收判断模块发送的控制信号，并在接收到判断模块发送的移动信号时，控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向按如下速度作变速直线运动：

$V_x=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{r}---\left(1\right)$

所述控制单元中的第二控制模块用于接收判断模块发送的控制信号，并在接收到判断模块发送的移动信号时，控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向按如下速度作变速直线运动：

$V_y=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{r}---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，x、y分别为实时获取的超声换能器当前位置P的x轴的坐标值和y轴的坐标值；i_x为第一方向因子，i_y为第二方向因子，若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为逆时针方向，则i_x=-1，i_y=1；若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为顺时针方向，则i_x=1，i_y＝-1。

优选地，所述运动机构包括二个/三个运动单元，每个运动单元均包括驱动电机和与驱动电机相连的丝杆，且超声换能器安装在每个运动单元中的丝杆上；所述驱动电机用于带动与其相连的丝杆转动，以使得超声换能器能够在该丝杆上沿丝杆的轴向作直线移动；所述二个/三个运动单元中的二个/三个丝杆相互垂直设置，且所述二个丝杆/三个丝杆中的任意二个的中心线分别与所述x轴和y轴重合。

优选地，所述第一控制模块用于控制中心线与x轴重合的丝杆相连的驱动电机在所述x轴上按如下速度转动：

$V_x^{\′}=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{d_x*r}---\left(3\right)$

同时，所述第二控制模块用于控制中心线与y轴重合的丝杆相连的驱动电机在所述y轴上按如下速度转动：

$V_y^{\′}=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{d_y*r}---\left(4\right)$

式（3）、（4）中，d_x为中心线与x轴重合的丝杆的螺距，d_y为与中心线与y轴重合的丝杆的螺距。

优选地，各个运动单元中与驱动电机相连的丝杆的螺距均相等，即d_x=d_y=d_z。

本实施例中的其他结构及作用都与实施例5相同，这里不再赘述。

实施例7：

如图4所示，本实施例与实施例6的区别在于：

所述判断单元还包括有计算模块和计数模块，所述判断模块中还预设有参数值，其中：

所述输入单元还用于接收用户输入的所述圆弧的长度，并将之发送到所述计算模块；

所述计算模块用于根据所述圆弧的半径计算该圆弧所在圆的圆周长，再根据输入的圆弧的长度计算其与所述圆周长的倍数关系，并将计算得到的倍数值发送到所述判断模块；

所述判断模块还用于判断所述倍数值是否大于1，并根据判断结果来指令计数模块的工作：当所述倍数值大于1时，发送工作信号到计数模块，计数模块开始工作；当所述倍数值小于等于1时，不发送工作信号到计数模块，计数模块不工作；所述判断模块还用于在判断所述倍数值大于1时，将其内的参数值设定为与所述倍数值相等；

所述计数模块用于根据判断模块发送的工作信号对获取单元实时获取的超声换能器的当前位置与所述圆弧的终点位置重合的次数进行计数，并将计数得到的计数数值发送给判断模块；

所述判断模块还用于将计数模块发送的计数数值与其内设定的参数值的大小进行比较，再根据比较结果判断在当前位置与所述圆弧的终点位置重合时是否发送停止信号给控制单元：当所述计数数值小于所述参数值时，不发送停止信号给控制单元；当所述计数数值大于等于所述参数值时，发送停止信号给控制单元。

本实施例中的其他结构及作用都与实施例6相同，这里不再赘述。

实施例8：

如图5所示，本实施例与实施例6的区别在于：

所述控制装置还包括中间位置选取单元，其用于沿超声换能器所作预设圆弧运动的方向在所述圆弧的起点位置与圆弧的终点位置之间依次选取N个位置坐标，并将该N个位置坐标发送给判断单元的判断模块，其中N为正整数；

所述判断模块还用于向控制单元发送移动信号的同时判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i个位置坐标重合，并在判断重合后继续判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i+1个位置坐标重合，i在大于等于1且小于等于N-1的整数区间内依次取值，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)依次与所述N个位置坐标重合后，再判断该当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合。

本实施例中的其他结构及作用都与实施例6相同，这里不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种超声换能器的运动机构的控制方法，所述运动机构用于带动超声换能器运动，其特征在于，所述控制方法用于控制所述运动机构带动超声换能器在平面内沿预设的圆弧匀速运动，假设所述平面为xy平面，所述xy平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、y轴，所述控制方法包括如下步骤：

1）使超声换能器的初始位置与所述圆弧的起点位置重合；

2）控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，且所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述步骤1）中，还包括如下步骤：

预设所述圆弧的起点位置P₁的坐标为(x₁,y₁)、所述圆弧的终点位置P₂的坐标为(x₂,y₂)、所述圆弧的圆心O的坐标为(x₀,y₀)及所述圆弧的半径为r；预设所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动时切向速度为V，同时设定在超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的过程中实时获取的超声换能器的当前位置P的坐标为(x,y)；

所述步骤2）中，

控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动是按如下速度作变速直线运动：

$V_x=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{r}---\left(1\right)$

控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动是按如下速度作变速直线运动：

$V_y=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{r}---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，i_x为第一方向因子，i_y为第二方向因子，若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为逆时针方向，则i_x=-1，i_y=1；若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为顺时针方向，则i_x=1，i_y=-1；

所述控制方法中，在步骤2）之后还包括如下步骤：

3）在所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的过程中，实时获取超声换能器的当前位置P的坐标(x,y)，并判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合，若判断重合，则控制所述运动机构停止动作；若判断不重合，则执行步骤2），直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合为止。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

所述步骤3）还包括如下步骤：若所述圆弧的轨迹为圆，且当所述圆弧的长度大于等于M个所述圆的周长时，则在前M次判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合时，不停止所述运动机构的动作，并执行步骤2），直至第M+1次判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合时，控制所述运动机构停止动作，其中，M为正整数。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

所述步骤1）还包括如下步骤：

沿超声换能器所作预设圆弧运动的方向在所述圆弧的起点位置与圆弧的终点位置之间依次选取N个位置坐标，其中N为正整数；

所述步骤2）还包括如下步骤：

在执行步骤2）时，判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i个位置坐标重合，并在判断重合后继续判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i+1个位置坐标重合，i在大于等于1且小于等于N-1的整数区间内依次取值，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)依次与所述N个位置坐标重合后，再执行步骤3）。

5.一种超声换能器的运动机构的控制装置，所述运动机构用于带动超声换能器运动，其特征在于，所述控制装置用于控制所述运动机构带动超声换能器在平面内沿预设的圆弧匀速运动，假设所述平面为xy平面，所述xy平面内的两条相互垂直的轴线分别为x轴、y轴；

所述控制装置包括控制单元，所述控制单元用于在超声换能器沿预设的圆弧匀速运动前控制所述运动机构带动超声换能器运动至所述圆弧的起点位置；以及用于控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动，且所述运动机构带动超声换能器沿x轴方向作变速直线运动以及带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动的合力能使得超声换能器在所述xy平面内沿所述预设的圆弧匀速运动。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括获取单元以及判断单元，其中：

所述获取单元用于在超声换能器沿预设的圆弧匀速运动的过程中实时获取超声换能器的当前位置，并将其发送给判断单元；

所述判断单元包括判断模块，所述判断模块用于判断所述实时获取的当前位置是否与所述圆弧的终点位置重合，并根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，

所述判断模块根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作具体是：在判断重合时，发送停止信号给控制单元，控制单元控制运动机构停止动作；在判断不重合时，发送移动信号给控制单元，控制单元控制运动机构继续带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向作变速直线运动，同时继续带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向作变速直线运动；

所述获取单元还用于在所述运动机构带动超声换能器运动至所述圆弧的起点位置的过程中实时获取超声换能器的当前位置，并将其发送给判断单元中的判断模块；

所述判断模块还用于判断所述实时获取的当前位置是否与所述圆弧的起点位置重合，并根据判断结果发送控制信号给控制单元以控制控制单元的动作：在判断重合时，发送停止信号给控制单元，控制单元控制运动机构停止动作；在判断不重合时，发送移动信号给控制单元，控制单元继续控制所述运动机构带动超声换能器运动。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置中还包括有输入单元，所述输入单元用于接收用户输入的超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动时的切向速度V、所述圆弧的起点位置P₁的坐标(x₁,y₁)、所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)、所述圆弧的圆心O的坐标(x₀,y₀)及所述圆弧的半径r，并将之分别发送到判断单元和控制单元；

所述控制单元包括第一控制模块和第二控制模块；

所述第一控制模块用于接收判断模块发送的控制信号，并在接收到判断模块发送的移动信号时，控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿x轴方向按如下速度作变速直线运动：

$V_x=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{r}---\left(1\right)$

所述第二控制模块用于接收判断模块发送的控制信号，并在接收到判断模块发送的移动信号时，控制所述运动机构带动超声换能器在所述xy平面内沿y轴方向按如下速度作变速直线运动：

$V_y=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{r}---\left(2\right)$

式（1）、（2）中，x、y分别为实时获取的超声换能器当前位置P的x轴的坐标值和y轴的坐标值；i_x为第一方向因子，i_y为第二方向因子，若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为逆时针方向，则i_x=-1，i_y=1；若所述超声换能器沿所述预设的圆弧匀速运动的方向为顺时针方向，则i_x=1，i_y＝-1。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，

所述运动机构包括二个/三个运动单元，每个运动单元均包括驱动电机和与驱动电机相连的丝杆，且超声换能器安装在每个运动单元中的丝杆上；所述驱动电机用于带动与其相连的丝杆转动，以使得超声换能器能够在该丝杆上沿丝杆的轴向作直线移动；所述二个/三个运动单元中的二个/三个丝杆相互垂直设置，且所述二个丝杆/三个丝杆中的任意二个的中心线分别与所述x轴和y轴重合。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，

所述第一控制模块用于控制中心线与x轴重合的丝杆相连的驱动电机在所述x轴上按如下速度转动：

$V_x^{\′}=\frac{i_x*(y-y_0)*V}{d_x*r}---\left(3\right)$

同时，所述第二控制模块用于控制中心线与y轴重合的丝杆相连的驱动电机在所述y轴上按如下速度转动：

$V_y^{\′}=\frac{i_y*(x-x_0)*V}{d_y*r}---\left(4\right)$

式（3）、（4）中，d_x为中心线与x轴重合的丝杆的螺距，d_y为与中心线与y轴重合的丝杆的螺距。

11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，各个运动单元中与驱动电机相连的丝杆的螺距均相等。

12.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，

所述判断单元还包括有计算模块和计数模块，所述判断模块中还预设有参数值，其中：

所述输入单元还用于接收用户输入的所述圆弧的长度，并将之发送到所述计算模块；

所述计算模块用于根据所述圆弧的半径计算该圆弧所在圆的圆周长，再根据输入的圆弧的长度计算其与所述圆周长的倍数关系，并将计算得到的倍数值发送到所述判断模块；

所述判断模块还用于判断所述倍数值是否大于1，并根据判断结果来指令计数模块的工作：当所述倍数值大于1时，发送工作信号到计数模块，计数模块开始工作；当所述倍数值小于等于1时，不发送工作信号到计数模块，计数模块不工作；所述判断模块还用于在判断所述倍数值大于1时，将其内的参数值设定为与所述倍数值相等；

所述计数模块用于根据判断模块发送的工作信号对获取单元实时获取的超声换能器的当前位置与所述圆弧的终点位置重合的次数进行计数，并将计数得到的计数数值发送给判断模块；

所述判断模块还用于将计数模块发送的计数数值与其内设定的参数值的大小进行比较，再根据比较结果判断在当前位置与所述圆弧的终点位置重合时是否发送停止信号给控制单元：当所述计数数值小于所述参数值时，不发送停止信号给控制单元；当所述计数数值大于等于所述参数值时，发送停止信号给控制单元。

13.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置还包括中间位置选取单元，其用于沿超声换能器所作预设圆弧运动的方向在所述圆弧的起点位置与圆弧的终点位置之间依次选取N个位置坐标，并将该N个位置坐标发送给判断单元的判断模块，其中N为正整数；

所述判断模块还用于向控制单元发送移动信号的同时判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i个位置坐标重合，并在判断重合后继续判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)是否与所述N个位置坐标中的第i+1个位置坐标重合，i在大于等于1且小于等于N-1的整数区间内依次取值，直至判断实时获取的当前位置P的坐标(x,y)依次与所述N个位置坐标重合后，再判断该当前位置P的坐标(x,y)是否与所述圆弧的终点位置P₂的坐标(x₂,y₂)重合。