CN105361896B - 乳腺x光机c臂投照架的旋转控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统及方法，该旋转控制系统包括中央控制单元、与中央控制单元连接的角度反馈模块以及电机驱动模块；角度反馈模块用于采集乳腺X光机C臂投照架的电机的旋转速度和方向，并将采集到的旋转速度和方向信息发送给中央控制单元；中央控制单元根据接收到旋转速度和方向信息，结合C臂投照架的初始角度及当前角度信息，分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令并发送给电机驱动模块；电机驱动模块执行接收到的速度控制指令，控制电机的旋转速度。本发明在不需要提高电机性能的情况下，采用非匀速旋转控制方式实现C臂投照架的旋转。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统及方法。
背景技术
目前，国内市场上的乳腺X射线系统多为固定结构，只能固定在室内使用，不方便移动。随着人们健康概念的普及，在一些医疗设备较为落后的偏远地区，
光机基于其临床使用的要求，C臂投照架为可旋转设计。目前的乳腺X光机中，C臂投照架多采用等中心旋转方式，即乳腺的承载台平面距离地面的距离不变，C臂投照架在-135°～180°之间旋转运动。乳腺X光机的C臂投照架在旋转时通常采用匀速方式控制，即C臂各个角度上的旋转速度都是相同的，这样的设计要求电机性能比较高，整个旋转运动的周期时间比较长，同时需要以C臂旋转中受力最大的情况下确定电机性能和速度，若要提高C臂旋转速度，则需要大幅提高电机性能，这样导致存在电机堵转的风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种在不需要提高电机性能的情况下，采用非匀速旋转控制方式实现C臂投照架旋转的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统，包括中央控制单元、与所述中央控制单元连接的角度反馈模块以及电机驱动模块；其中：
所述角度反馈模块用于采集乳腺X光机C臂投照架的电机的旋转速度和方向，并将采集到的所述旋转速度和方向信息发送给所述中央控制单元；
所述中央控制单元根据接收到所述旋转速度和方向信息，结合所述C臂投照架的初始角度信息，获得所述C臂投照架的当前角度，分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据所述扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令并发送给所述电机驱动模块；
所述电机驱动模块执行接收到的所述速度控制指令，控制所述电机的旋转速度。
在本发明所述的旋转控制系统中，所述角度反馈模块包括陀螺仪。
在本发明所述的旋转控制系统中，所述中央控制单元包括角度感测模块，用于感测所述C臂投照架的初始角度。
在本发明所述的旋转控制系统中，所述中央控制单元在扭矩呈逐渐变小的趋势下生成控制电机加速的速度控制指令；
所述中央控制单元在扭矩呈逐渐变大的趋势下生成控制电机减速的速度控制指令。
在本发明所述的旋转控制系统中，该旋转控制系统还包括与所述中央控制单元连接的输入模块，用于接收用户输入的控制所述C臂投照架所需旋转到的角度位置的设置信号；
所述中央控制单元根据所述设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，并发送至所述电机驱动模块。
本发明还提供一种乳腺X光机C臂投照架的旋转控制方法，包括以下步骤：
S1、采集乳腺X光机C臂投照架的旋转速度和方向信息；
S2、根据所述旋转速度和方向信息，结合所述C臂投照架的初始角度信息，获得所述C臂投照架的当前角度，分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据所述扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令；
S3、根据所述速度控制指令控制所述电机的旋转速度。
在本发明所述的旋转控制方法中，所述步骤S2中，在扭矩呈逐渐变小的趋势下，生成控制电机加速的速度控制指令；在扭矩呈逐渐变大的趋势下，生成控制电机减速的速度控制指令。
在本发明所述的旋转控制方法中，所述步骤S1之前还包括：感测C臂投照架的初始角度。
在本发明所述的旋转控制方法中，所述步骤S1之前还包括：设置C臂投照架所需旋转到的角度位置；根据接收到的设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，根据接收到的所述驱动控制指令控制所述电机启动。
实施本发明具有以下有益效果：通过中央控制单元、角度反馈模块和电机驱动模块之间的相互配合，根据C臂投照架旋转时扭矩及其变化趋势，采用非匀速旋转控制方式实现C臂投照架的旋转，不需要提高电机整体性能；其中在C臂投照架扭矩变小趋势下通过适当提高转速，可整体提高C臂投照架的旋转速度，提高效率，并保持C臂投照架的顺畅旋转，避免发生堵转情况。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统的逻辑图；
图2是本发明中所述的乳腺X光机的结构示意图；
图3、图4是本发明中乳腺X光机的C臂投照架旋转的扭矩变化曲线图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1、2所示，本发明一实施例的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统，包括中央控制单元1、与中央控制单元1连接的角度反馈模块2以及电机驱动模块3，其中：角度反馈模块2用于采集乳腺X光机C臂投照架10的电机的旋转速度和方向，并将采集到的旋转速度和方向信息发送给中央控制单元1；中央控制单元1分析处理接收到旋转速度和方向信息，结合C臂投照架10的初始角度信息，获得C臂投照架10的当前角度，分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令并发送给电机驱动模块3；电机驱动模块3执行接收到的速度控制指令，控制电机的旋转速度。
在本实施例中，角度反馈模块2可包括陀螺仪。该陀螺仪可设置在C臂投照架10的电机上，感测该电机的旋转速度和方向。
中央控制单元1可包括角度感测模块，用于感测C臂投照架10的初始角度，从而中央控制单元1可根据电机的旋转速度和方向及C臂投照架10的初始角度，获得C臂投照架10的当前角度，根据当前角度信息分析出C臂投照架10的当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势。具体地，C臂投照架10的初始角度为C臂投照架10在旋转前的角度，可能在0°、10°等任意角度上；中央控制单元1根据角度反馈模块2发送的旋转速度和方向信息，分析获得C臂投照架10旋转的角度，结合该获得的旋转角度和初始角度，根据加减算法算出C臂投照架10的当前角度(旋转后的角度)。
角度反馈模块2可实时采集电机的旋转速度和方向，中央控制单元1实时获得当前角度，从实时更新的当前角度可分析出C臂投照架10的当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势。其中，在扭矩呈逐渐变小的趋势下，中央控制单元1生成控制电机加速的速度控制指令，以使电机加速旋转；在扭矩呈逐渐变大的趋势下，中央控制单元1生成控制电机减速的速度控制指令，以使电机减速旋转，这样在电机整体性能上不需提高(电机功率不变)，通过在适当情况提高转速，在提高C臂投照架10转速同时避免堵转情况。
通常，在乳腺X光机上，其C臂投照架10可做圆周旋转，C臂投照架10在旋转过程中由于力臂长度的变化，其扭矩也是变化的，电机做功也是变化的。如图2所示，以C臂投照架10在A位置(与地面相对垂直)时的角度为0°，在B位置时的角度为-90°，在C位置时的角度为90°，C臂投照架10从D位置通过B位置旋转到A位置的角度范围定义为-180°～0°，C臂投照架10从A位置通过C位置旋转到D位置的角度范围定义为0°～180°。
C臂投照架10从D位置依次通过C、A、B位置旋转一周(回到D位置)时的扭矩变化曲线图可如图3所示；反之，C臂投照架10从D位置依次通过B、A、C位置旋转一周(回到D位置)时的扭矩变化曲线图可如图4所示，其中x轴代表角度，y轴代表扭矩；波峰段为克服重力和摩擦力做功的扭矩变化曲线段，波谷段为利用重力克服摩擦力做功的扭矩变化曲线段。结合图2-4可知，当C臂投照架10从180°或-180°(D位置)旋转到0°(A位置)时，其旋转角度在克服重力方向上，C臂投照架10是克服重力和摩擦力做功；当C臂投照架10从0°(A位置)旋转到180°或-180°(D位置)时，其旋转角度在利用重力方向上，C臂投照架10是利用重力克服摩擦力做功。
C臂投照架10从90°旋转到-90°，再从-90°旋转到90°的扭矩变化可见下表1。
表1.电机扭矩及电机转速随角度变化
从表1中数据可知，在扭矩呈逐渐变小的趋势下，电机加速旋转。
进一步地，该旋转控制系统还包括与中央控制单元1连接的输入模块，用于接收用户输入的控制C臂投照架10所需旋转到的角度位置设置信号，从而用户通过该输入模块可根据需要设置C臂投照架10所要旋转到的角度；中央控制单元1根据设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，并发送至电机驱动模块3；电机驱动模块3则执行驱动控制指令以控制电机启动。
参考图2，本发明一实施例的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制方法，包括以下步骤：
S1、采集乳腺X光机C臂投照架10的旋转速度和方向信息。
S2、根据旋转速度和方向信息，结合C臂投照架10的初始角度信息，获得C臂投照架10的当前角度，根据当前角度信息分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令。
其中，C臂投照架10的初始角度为C臂投照架10在旋转前的角度，可能在0°、10°等任意角度上；根据采集到的旋转速度和方向信息，分析获得C臂投照架10旋转的角度，结合该获得的旋转角度和初始角度，根据加减算法算出C臂投照架10的当前角度(旋转后的角度)，从实时更新的当前角度可分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势。
该步骤S2中，在扭矩呈逐渐变小的趋势下，生成控制电机加速的速度控制指令；在扭矩呈逐渐变大的趋势下，生成控制电机减速的速度控制指令。
S3、根据速度控制指令控制电机的旋转速度。
上述步骤S1-S3重复进行。
进一步地，在步骤S1之前还包括：感测C臂投照架10的初始角度。
进一步地，在步骤S1之前还包括：设置C臂投照架10所需旋转到的角度位置；根据接收到的设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，根据接收到的驱动控制指令控制电机启动。例如，需要C臂投照架10旋转至90°时，则设置90°。
该实施例的旋转控制方法可采用上述旋转控制系统实现，参考图1、2，该旋转控制方法中：
步骤S1中，角度反馈模块2采集乳腺X光机C臂投照架10的旋转速度和方向信息，并将采集到的旋转速度和方向信息发送给中央控制单元1。
步骤S2中，中央控制单元1根据旋转速度和方向信息，结合C臂投照架10的初始角度信息，获得C臂投照架10的当前角度，根据当前角度信息分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令，并将速度控制指令发送给电机驱动模块3。
步骤S3中，电机驱动模块3执行接收到的速度控制指令，控制电机的旋转速度。
在步骤S1之前还包括：通过输入模块设置控制C臂投照架10所需旋转到的角度位置；中央控制单元1根据输入模块接收到的设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，并发送至电机驱动模块3；电机驱动模块3根据接收到的驱动控制指令控制电机启动。
在步骤S1之前还包括：角度感测模块感测乳腺X光机C臂投照架10的初始角度，并将感测到的初始角度信息发送至中央控制单元1。
参考图3、4及表1，当C臂投照架10从90°旋转到-90°，或从-90°旋转到90°时，扭矩逐渐减小，则采用加速控制方法实现C臂投照架10的旋转。可以理解地，当C臂投照架10从90°旋转到180°，或从-180°旋转到-90°时，扭矩逐渐增大，则采用减速控制方法实现C臂投照架10的旋转。从而通过非匀速旋转控制方式实现C臂投照架的旋转，不需要提高电机整体性能(电机功率不变)；在C臂投照架扭矩变小趋势下通过适当提高转速，可整体提高C臂投照架的旋转速度，提高效率，并保持C臂投照架的顺畅旋转，避免发生堵转情况。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统，其特征在于，包括中央控制单元、与所述中央控制单元连接的角度反馈模块以及电机驱动模块；其中：
所述角度反馈模块用于采集乳腺X光机C臂投照架的电机的旋转速度和方向，并将采集到的所述旋转速度和方向信息发送给所述中央控制单元；
所述中央控制单元根据接收到所述旋转速度和方向信息，结合所述C臂投照架的初始角度信息，获得所述C臂投照架的当前角度，分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据所述扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令并发送给所述电机驱动模块；
所述电机驱动模块执行接收到的所述速度控制指令，控制所述电机的旋转速度；
所述中央控制单元在扭矩呈逐渐变小的趋势下生成控制电机加速的速度控制指令，使所述电机加速旋转；所述中央控制单元在扭矩呈逐渐变大的趋势下生成控制电机减速的速度控制指令，使所述电机减速旋转。
2.根据权利要求1所述的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统，其特征在于，所述角度反馈模块包括陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统，其特征在于，所述中央控制单元包括角度感测模块，用于感测所述C臂投照架的初始角度。
4.根据权利要求1所述的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制系统，其特征在于，该旋转控制系统还包括与所述中央控制单元连接的输入模块，用于接收用户输入的控制所述C臂投照架所需旋转到的角度位置的设置信号；
所述中央控制单元根据所述设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，并发送至所述电机驱动模块。
5.一种乳腺X光机C臂投照架的旋转控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集乳腺X光机C臂投照架的旋转速度和方向信息；
S2、根据所述旋转速度和方向信息，结合所述C臂投照架的初始角度信息，获得所述C臂投照架的当前角度，分析得出当前旋转状态下的扭矩及其变化趋势，再根据所述扭矩及其变化趋势生成控制电机加速、减速或匀速的速度控制指令；
在扭矩呈逐渐变小的趋势下，生成控制电机加速的速度控制指令；在扭矩呈逐渐变大的趋势下，生成控制电机减速的速度控制指令；
S3、根据所述速度控制指令控制所述电机的旋转速度。
6.根据权利要求5所述的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制方法，其特征在于， 所述步骤S1之前还包括：感测C臂投照架的初始角度。
7.根据权利要求5所述的乳腺X光机C臂投照架的旋转控制方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：设置C臂投照架所需旋转到的角度位置；根据接收到的设置信号生成控制电机启动的驱动控制指令，根据接收到的所述驱动控制指令控制所述电机启动。
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