CN114376840A - 一种二自由度模拟呼吸平台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二自由度模拟呼吸平台及其控制方法，二自由度模拟呼吸平台包括：底板；立板，竖直固定在底板上；Y轴运动机构，安装在立板上，包括可在Y轴方向往复运动的Y轴运动件；水平自由度安装架，固定在Y轴运动件可随之在Y轴方向上往复运动；X轴运动机构，安装在水平自由度安装架上，包括可在X轴方向往复运动的X轴运动件；及平台，固定在X轴运动件上；通过控制X轴运动机构和/或Y轴运动机构的往复运动，实现平台在X轴和/或Y轴方向上的运动调节。本发明在医疗使用中操作简单、灵活方便，而且结构紧凑、成本低廉，可根据患者的呼吸实现位置和速度变化的跟随运动，实现任意呼吸振幅和周期的跟随运动。

Description

一种二自由度模拟呼吸平台及其控制方法

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，具体的涉及一种二自由度模拟呼吸平台及其控制方法。

背景技术

椎板切除手术不同于其他骨科手术，由于脊柱在解剖结构上位于身体中轴，其位置会随着呼吸运动的影响显著改变，包括椎体及椎弓根的位置，因此，呼吸运动对于精度的影响大于其他手术的影响。

椎板切除手术是治疗椎管狭窄等脊柱常见疾病的重要手段，在该手术中，医生需要长时间手持器械对椎板进行精密切削，很容易导致因为患者呼吸带来的位移上的误差，从而影响手术精度，甚至导致损伤脊髓等情况发生。超过2mm的误差偏移将会导致突出骨皮质，造成周围组织损伤，例如硬膜、神经或血管，进而产生严重的后果及并发症。然而生理性的呼吸运动在手术过程中是无法避免的，其作用也是持续性的。

脊柱减压手术中，患者脊柱运动是影响机器人辅助手术精度的重要因素，其主要原因为呼吸引起的生理运动，以及手术器械等外力作用引起的牵连运动。患者在全身麻醉的俯卧状态下，胸腰椎浮动1～3mm。

人体脊柱与肋骨铰接构成胸腔，而胸腔的体积随着人体呼吸作用周期性的增大、减小，这就导致脊柱的空间位置有微小的波动。

为保证手术中不受到呼吸带来的位移影响，设计模拟呼吸平台系统，方便后期呼吸随动的实验测试与呼吸随动的精度测试。

现有模拟呼吸平台系统存在如下问题：

(1)现有方案模拟呼吸平台系统体积过大，对于模拟实验带来了不便；

(2)现有方案模拟呼吸平台系统精度相对较低，对后期临床手术的精度及安全性带来了一丝隐患，严重的会导致损伤脊髓、神经等医疗事故；

(3)现有方案模拟呼吸平台系统的电机控制策略相对较差，采用位置控制模式，虽然保证了位置精度，但速度不连续，运动过程中会出现顿挫感；

(4)现有方案模拟呼吸平台系统的电机无法实现在速度和位置模式下速度实时变化的任意曲线运动。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明针对以上背景并结合现有技术所遇到的问题，提供了一种二自由度模拟呼吸平台及其控制方法，具体采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提出了一种二自由度模拟呼吸平台，包括：底板；立板，竖直固定在底板上；Y轴运动机构，安装在立板上，包括可在Y轴方向往复运动的Y轴运动件；水平自由度安装架，固定在Y轴运动件可随之在Y轴方向上往复运动；X轴运动机构，安装在水平自由度安装架上，包括可在X轴方向往复运动的X轴运动件；以及平台，固定在X轴运动件上；通过控制X轴运动机构和/或Y轴运动机构的往复运动，实现平台在X轴和/或Y轴方向上的运动调节。

作为本发明的可选实施方式，Y轴运动机构包括：

Y轴驱动电机，固定安装在立板上；

Y轴丝杠支撑座，固定安装在立板上；

Y轴丝杠，可转动的安装在Y轴丝杠支撑座上且沿Y轴方向延伸，Y轴驱动电机驱动连接Y轴丝杠；

以及Y轴套筒，套装在Y轴丝杠上；

Y轴驱动电机驱动Y轴丝杠转动，Y轴丝杠传动Y轴套筒沿Y轴丝杠往复运动；

Y轴运动件为固定安装在Y轴套筒上的Y轴滑块，水平自由度安装架固定在Y轴滑块上。

作为本发明的可选实施方式，上述二自由度模拟呼吸平台，还包括Y轴导向机构，该Y轴导向机构设置在立板上且至少位于Y轴运动机构的一侧；水平自由度安装架安装在Y轴导向机构上，Y轴导向机构用于引导水平自由度安装架沿Y轴方向直线往复运动。

进一步的，Y轴导向机构包括两个，对称的布置在Y轴运动机构的两侧。

作为本发明的可选实施方式，Y轴导向机构还包括：

光轴滑轨支撑座，固定在立板上；

光轴导轨，固定在光轴滑轨支撑座上，且与Y轴丝杠平行设置；

及光轴滑块，可滑动的套装在光轴导轨上；

水平自由度安装架固定在光轴滑块上。

作为本发明的可选实施方式，X轴运动机构包括：

X轴驱动电机，固定安装在水平自由度安装架上；

X轴丝杠滑轨支撑座，固定安装在水平自由度安装架上；

X轴丝杠，可转动的安装在X轴丝杠滑轨支撑座上且沿X轴方向延伸，X轴驱动电机驱动连接X轴丝杠；

X轴运动件使用X轴滑块，套装在X轴丝杠上，平台固定在X轴滑块上；

X轴驱动电机驱动X轴丝杠转动，X轴丝杠传动X轴滑块沿X轴丝杠往复运动。

作为本发明的可选实施方式，本发明的二自由度模拟呼吸平台，还包括X轴导向机构，该X轴导向机构设置在水平自由度安装架上且沿X轴方向延伸；平台安装在X轴导向机构上，X轴导向机构用于引导平台沿X轴方向直线往复运动。

作为本发明的可选实施方式，X轴导向机构还包括：

直线导轨，设置在水平自由度安装架上，与X轴丝杠平行设置；

以及直线导轨滑块，可滑动的安装在直线导轨上；

X轴滑块与直线导轨滑块固定连接。

本发明的第二方面，还提供了一种二自由度模拟呼吸平台的控制方法，该控制方法包括：

通过读写操作不同的地址实现速度的设定和速度的检测，实现速度环的闭环控制；

通过读写操作不同的地址实现位置的设定和位置的检测，实现位置环的闭环控制；

通过位置环的闭环控制和速度环的闭环控制，共同控制平台实现任意呼吸曲线的模拟运动。

作为本发明的可选实施方式，呼吸曲线的信息获取包括：

将受试者感兴趣区域相对于深度相机的位置信息，不停地以矩阵形式的点集发送给控制端，完成整个呼吸过程的运动采集；

上述控制端将采集到的点集进行数据处理，分解为受试者在冠状位、矢状位和横断位内的组合运动，并将冠状位、矢状位和横断位分别对应定义为X轴、Y轴和Z轴。

进一步的，其中冠状位运动由于人体结构对称的原因，其幅度较小可舍去，因此仅保留Y轴和Z轴的运动信息，从而得到呼吸曲线的信息。

作为本发明的可选实施方式，通过QTextStream文本流对txt文件进行数据写入，从而实现文件的保存；

启用定时器的功能，将采集到的位置信息添加时间戳，用于分析呼吸的周期、振幅以及各时刻对应的位置点。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明的二自由度模拟呼吸平台解决了在机械结构上呼吸平台体积过大，对于做模拟实验带来了不便的缺点，该结构紧凑、体积小。伺服电机通过闭环控制大幅度提高了精度。同时使用高精度滚珠丝杠，减少因摩擦带来的误差。光轴导轨的使用减小因重力变形带来的影响，减小误差提高精度。在水平方向的自由度上，添加直线导轨，使得滑块直接接触在直线导轨上，减小了因力变形带来的误差影响。在软件结构上逻辑清晰、移植方便，在保证精度的同时，还为后期分析数据提供了数据参考。

本发明在医疗使用过程中，稳定性高、操作简单、灵活方便，而且结构紧凑、成本低廉。可根据患者的呼吸，实现位置和速度变化的跟随运动。实现任意呼吸振幅和周期的跟随运动。

附图说明

图1为本发明的二自由度模拟呼吸平台实施例的整体装配结构示意图；

图2为本发明的二自由度模拟呼吸平台实施例的结构爆炸图；

图3为本发明的二自由度模拟呼吸平台的控制方法的架构图；

图4为本发明的S型曲线算法的示意图形；

图5为本发明的伺服电机实际运动过程中的位置信息示意图。

其中，

1-底板；2-第一三角安装支架；3-第二三角安装支架；4-立板；5-联轴器；6-电机安装板；7-伺服电机；8-电机安装连接架；9-光轴导轨；10-光轴滑块；11-光轴滑轨支撑座；12-Y轴丝杠支撑座；13-X轴丝杠滑轨支撑座；14-Y轴滑块；15-Y轴套筒；16-第一垫块；17-水平自由度安装架；18-连接块；第三套管固定座；19-电机安装架；20-第二垫块；21-直线导轨滑块；22-直线导轨；23-X轴滑块；24-滑块-平台连接件；25-平台；26-Y轴丝杠；27-X轴丝杠。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1及图2所示，本实施例提供一种二自由度模拟呼吸平台，包括：

底板1；

立板4，竖直固定在底板1上；

Y轴运动机构，安装在立板4上，包括可在Y轴方向往复运动的Y轴运动件；

水平自由度安装架17，固定在Y轴运动件可随之在Y轴方向上往复运动；

X轴运动机构，安装在水平自由度安装架17上，包括可在X轴方向往复运动的X轴运动件；

及平台25，固定在X轴运动件上；

通过控制X轴运动机构和/或Y轴运动机构的往复运动，实现平台25在X轴和/或Y轴方向上的运动调节。

本实施例的底板1水平放置，用于承载二自由度模拟呼吸平台的其它机构，立板4竖直立放在底板1上，本实施例的二自由度模拟呼吸平台的包括X轴方向和Y轴方向两个方向上的自由度，X轴为水平方向，Y轴为竖直方向。本实施例的二自由度模拟呼吸平台通过X轴运动机构实现平台25在X轴方向上的往复运动，通过Y轴运动机构实现平台25在Y轴方向上的往复运动，实现了模拟呼吸平台的二自由度模拟运动。

本实施例的立板4的两端分别通过第一三角安装支架2、第二三角安装支架3与底板1固定连接，使得底板1与立板4呈90°。

作为本实施例的可选实施方式，Y轴运动机构包括：

Y轴驱动电机，固定安装在立板4上；

Y轴丝杠支撑座12，固定安装在立板4上；

Y轴丝杠26，可转动的安装在Y轴丝杠支撑座12上且沿Y轴方向延伸，Y轴驱动电机驱动连接Y轴丝杠26；

及Y轴套筒15，套装在Y轴丝杠26上；

Y轴驱动电机驱动Y轴丝杠26转动，Y轴丝杠26传动Y轴套筒15沿Y轴丝杠26往复运动；

Y轴运动件为固定安装在Y轴套筒15上的Y轴滑块14，水平自由度安装架17固定在Y轴滑块14上。

精度是椎板减压手术的重中之重，通过使用高精度滚珠丝杠提高精度，滚珠丝杠相较于传统丝杠，具有传动效率大约在90％-99％之间的高效率、高精度、高速，发热量小的等优点。

本实施例立板4的上端通过电机安装连接架8固定连接电机安装板6，电机安装板6与立板4呈垂直状态，Y轴驱动电机设置在电机安装板6上。本实施例的Y轴丝杠支撑座12通过第一垫块16固定安装在立板4上，通过第一垫块16调整高度使Y轴丝杠26与Y轴驱动电机在同一水平高度上。

进一步的，本实施例的二自由度模拟呼吸平台，还包括Y轴导向机构，Y轴导向机构设置在立板4上且至少位于Y轴运动机构的一侧；水平自由度安装架17安装在Y轴导向机构上，Y轴导向机构用于引导水平自由度安装架17沿Y轴方向直线往复运动。

本实施例通过Y轴导向机构限定引导水平自由度安装架17在Y轴方向上进行往复直线运动，限定水平自由度安装架17发生转动。

优选的，Y轴导向机构包括两个，对称布置在所述Y轴运动机构的两侧，这样使得水平自由度安装架17受力更加均衡，水平自由度安装架17在Y轴方向上的运动更加的平稳。

作为本实施例的优选实施方式，本实施例的Y轴导向机构包括：

光轴滑轨支撑座11，固定在立板4上；

光轴导轨9，固定在光轴滑轨支撑座11上，且与Y轴丝杠26平行设置；

及光轴滑块10，可滑动的套装在光轴导轨9上；

水平自由度安装架17固定在光轴滑块10上。

本实施例通过Y轴导向机构与Y轴运动机构共同限定了水平自由度安装架17在Y轴方向上进行往复直线运动，不发生转动，实现了Y轴方向上的自由度运动。

本实施例的一种二自由度模拟呼吸平台，X轴运动机构包括：

X轴驱动电机，固定安装在水平自由度安装架17上；

X轴丝杠滑轨支撑座13，固定安装在水平自由度安装架17上；

X轴丝杠27，可转动的安装在X轴丝杠滑轨支撑座13上且沿X轴方向延伸，X轴驱动电机驱动连接X轴丝杠27；

及X轴滑块23，套装在X轴丝杠27上；

X轴驱动电机驱动X轴丝杠27转动，X轴丝杠27传动X轴滑块23沿X轴丝杠27往复运动；

X轴运动件为X轴滑块23，平台25固定在X轴滑块23上。

本实施例的水平自由度安装架17的一端固定连接电机安装架19，X轴驱动电机安装在电机安装架19上。本实施例的X轴丝杠滑轨支撑座13通过第二垫块20固定在水平自由度安装架17上。本实施例的平台25与X轴滑块23通过滑块-平台连接件24固定连接，滑块-平台连接件24包括用于与X轴滑块23固定连接的竖直连接臂和用于与平台25固定连接的水平连接臂。

本实施例的X轴驱动电机与Y轴驱动电机均为伺服电机7，X轴驱动电机通过联轴器5与X轴丝杠27连接，Y轴驱动电机通过联轴器5与Y轴丝杠26连接。

进一步的，本实施例的一种二自由度模拟呼吸平台，还包括X轴导向机构，X轴导向机构设置在水平自由度安装架上且沿X轴方向延伸；平台安装在X轴导向机构上，X轴导向机构用于引导平台沿X轴方向直线往复运动。

由于X轴滑块23在X轴丝杠27上具有直线运动和转动两种自由度的运动，本实施例通过X轴导向机构限定X轴滑块23在X轴丝杠27上的转动，使X轴滑块23在X轴方向上只有往复直线运动的自由度。

作为本实施例的优选实施方式，X轴导向机构包括：

直线导轨22，设置在水平自由度安装架17上，与X轴丝杠27平行设置；

及直线导轨滑块21，可滑动的安装在直线导轨22上；

X轴滑块23与直线导轨滑块21固定连接。

本实施例通过直线导轨滑块21与直线导轨22之间的直线滑动配合方式限定了X轴滑块23在X轴方向上的直线往复运动。

在实际使用中，主要通过控制伺服电机的正反转，来实现水平方向和竖直方向上的移动。Y轴驱动电机转动，通过联轴器5带动Y轴丝杠26转动，使得Y轴滑块14上下移动，水平自由度安装架17同时连接Y轴滑块14和光轴导轨9上的两光轴滑块10，从而使得平台25可以上下移动。X轴驱动电机的转动，通过联轴器5带动X轴丝杠27转动，使设置在X轴丝杠27上的X轴滑块23移动从而使得平台25可以左右移动。

软件部分：本设计采用伺服一体化电机，基于库函数进行C++的二次开发，提供基本的设备打开、设备关闭、数据传输、数据接收等基本功能。PC通过CAN总线的读写操作不同的地址，实现电机的速度、位置的更改和检测，软件架构如图3所示。由于人体呼吸过程中脊柱椎体为空间运动，由于人体对称结构，可简化为二自由度运动。故本平台为二自由度平台，在垂直地面和头尾两个方向上实现呼吸模拟。以下着重介绍模拟呼吸的运动实现流程。

一般的运动控制大多是对电机运行速度的进行线性加减调节，对速度实时性要求不高，但在速度频繁变化的情况下，例如呼吸起伏这种不规则无周期运动，则需要加减速算法来解决启动频率的问题。针对较高的平稳性和精确性，S形曲线加减速算法与梯形曲线算法相比，冲击更小，精度更高。S形曲线算法如图4所示，其中上面的是速度曲线，可以看出整体都与速度的上升阶段，在加速阶段分为两个阶段：加加速阶段和减加速阶段。图中下面的曲线是加速度的变化曲线，分为加速度匀速递增阶段和加速度匀速递减阶段。

伺服电机的控制也是通过PWM脉冲控制，由于呼吸运动中速度实时改变，使得伺服电机旋转的步数会存在小数的情况，所以在S形算法中设有变量对小数进行累计，并且不断判断，当累计步数大于一个整步数的情况下，切换到位置模式下，在原有的基础上增加相应的步数，减少累计误差。

速度环是通过easycan接口的读写操作不同的地址实现速度的设定和速度的检测，实现速度环的闭环。同理，位置环则通过easycan的读写操作不同的地址实现位置的设定和速度的检测，实现位置环的闭环。通过上述的位置环和速度环的双闭环控制，实现任意曲线的模拟运动。

所需模拟的呼吸曲线信息由深度相机或其他位置传感器进行采集，一般为采集受试者皮肤表面感兴趣区域的呼吸起伏信息，现以深度相机采集为例进行说明。深度相机采集的位置信息通过UDP通讯，将受试者感兴趣区域相对于深度相机的位置信息，不停地以矩阵形式的点集发送给PC端，最终完成整个呼吸过程的运动采集。PC端上位机将采集到的点集进行数据处理，分解为受试者冠状位、矢状位、横断位内的组合运动，并将上述对应体位定义为X轴、Y轴、Z轴，其中冠状位内运动由于人体对称原因幅度较小，舍去，仅保留Y、Z两轴运动，对应路点信息用于控制呼吸平台运动。电机在位置环和速度环双闭环模式下，可根据路点信息，实现任意曲线的运动控制。从而实现竖直平面、水平平面内的呼吸模拟运动。伺服电机实际运动过程中的位置信息如图5所示。

同时也可通过上位机同步保存装置的实际位置，通过进行写出数据的方法来实现。同时启用定时器的功能，将采集到的位置信息添加时间戳，方便后期分析呼吸的周期、振幅以及各个不同时刻对应的位置点。

该系统的软件部分逻辑清晰、移植方便，在保证精度的同时，还为后期分析数据提供了便捷。

本实施例的二自由度模拟呼吸平台及控制方法具有如下的技术效果：

(1)该模拟呼吸平台解决了体积过大，对于模拟实验操作不方便的缺点，该平台设计紧凑，使得模拟实验操作简便。

(2)精度是椎板减压手术的重中之重，通过四种方式来实现精度的提高，其一是通过使用高精度滚珠丝杠提高精度，滚珠丝杠相较于传统丝杠，具有传动效率大约在90％-99％之间的高效率、高精度、高速，发热量小的等优点。其二是在竖直的自由度方向上，为减小因重力变形带来的影响，增加两个平行的光滑导轨，使得承受力变大，减小了因重力带来的变形。其三在水平方向的自由度上，添加直线导轨，使得滑块直接接触在直线导轨上，减小了因力变形带了的误差影响。其四，为减少电机运动过程中带来的误差，使用一体化伺服电机。伺服电机响应快，且闭环状态下的精度远远高于开环电机的精度。

(3)电机的控制策略在精度保证中扮演着重要的角色，通过位置环和速度环的双闭环控制以及S形曲线算法的控制策略大大提高控制精度。

(4)电机无法实现在速度和位置模式下的速度实时变化的任意曲线运动。

该二自由度模拟呼吸平台解决了在机械结构上呼吸平台体积过大，对于做模拟实验带来了不便的缺点，该结构紧凑减小了体积。伺服电机通过闭环控制大大的提高了精度。同时使用高精度滚珠丝杠提高精度，减少了因摩擦带来的误差。光轴导轨的使用减小因重力变形带来的影响，减小误差提高精度。在水平方向的自由度上，添加直线导轨，使得滑块直接接触在直线导轨上，减小了因力变形带了的误差影响。在软件结构上逻辑清晰、移植方便，在保证精度的同时，还为后期分析数据提供了便捷。

该发明在使用中的稳定性高，医疗使用中，操作简单，灵活方便，而且结构紧凑、成本低廉。可根据患者的呼吸，实现位置和速度变化的跟随运动。实现任意呼吸振幅和周期的跟随运动。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，包括：

底板；

立板，竖直固定在所述底板上；

Y轴运动机构，安装在所述立板上，包括可在Y轴方向往复运动的Y轴运动件；

水平自由度安装架，固定在所述Y轴运动件上并随所述Y轴运动件在Y轴方向上往复运动；

X轴运动机构，安装在所述水平自由度安装架上，包括可在X轴方向往复运动的X轴运动件；

及平台，固定在所述X轴运动件上；

通过控制所述X轴运动机构和/或Y轴运动机构的往复运动，实现所述平台在X轴和/或Y轴方向上的运动调节。

2.根据权利要求1所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，所述Y轴运动机构还包括：

Y轴驱动电机，固定安装在所述立板上；

Y轴丝杠支撑座，固定安装在所述立板上；

Y轴丝杠，可转动的安装在所述Y轴丝杠支撑座上且沿Y轴方向延伸，所述Y轴驱动电机驱动连接所述Y轴丝杠；

及Y轴套筒，套装在所述Y轴丝杠上；

所述Y轴驱动电机驱动所述Y轴丝杠转动，带动所述Y轴套筒沿Y轴丝杠往复运动；

所述Y轴运动件为固定安装在所述Y轴套筒上的Y轴滑块，所述水平自由度安装架固定在所述Y轴滑块上。

3.根据权利要求2所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，还包括Y轴导向机构，所述Y轴导向机构设置在所述立板上且至少位于Y轴运动机构的一侧；所述水平自由度安装架安装在所述Y轴导向机构上，所述Y轴导向机构用于引导所述水平自由度安装架沿Y轴方向直线往复运动。

4.根据权利要求3所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，所述Y轴导向机构包括：

光轴滑轨支撑座，固定在所述立板上；

光轴导轨，固定在所述光轴滑轨支撑座上，且与所述Y轴丝杠平行设置；

及光轴滑块，可滑动的套装在所述光轴导轨上；

所述水平自由度安装架固定在所述光轴滑块上。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，所述X轴运动机构包括：

X轴驱动电机，固定安装在所述水平自由度安装架上；

X轴丝杠滑轨支撑座，固定安装在所述水平自由度安装架上；

X轴丝杠，可转动的安装在所述X轴丝杠滑轨支撑座上且沿X轴方向延伸，所述X轴驱动电机驱动连接所述X轴丝杠；

所述X轴运动件为X轴滑块，套装在所述X轴丝杠上；

所述X轴驱动电机驱动所述X轴丝杠转动，带动所述X轴滑块沿所述X轴丝杠往复运动；所述平台固定在所述X轴滑块上。

6.根据权利要求5所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，还包括X轴导向机构，所述X轴导向机构设置在所述水平自由度安装架上且沿X轴方向延伸；所述平台安装在所述X轴导向机构上，所述X轴导向机构用于引导所述平台沿X轴方向直线往复运动。

7.根据权利要求6所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，所述X轴导向机构包括：

直线导轨，设置在所述水平自由度安装架上，与所述X轴丝杠平行设置；

及直线导轨滑块，可滑动的安装在所述直线导轨上；

所述X轴滑块与所述直线导轨滑块固定连接。

8.一种二自由度模拟呼吸平台的控制方法，采用如权利要求1-7任意一项所述的二自由度模拟呼吸平台，其特征在于，所述控制方法包括：

通过读写操作不同的地址实现速度的设定和速度的检测，实现速度环闭环控制；

通过读写操作不同的地址实现位置的设定和位置的检测，实现位置环闭环控制；

通过所述速度环闭环控制和位置环闭环控制共同实现任意呼吸曲线的模拟运动。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述呼吸曲线的信息获取包括：

将受试者感兴趣区域相对于深度相机的位置信息，不停地以矩阵形式的点集发送给控制端，完成整个呼吸过程的运动采集；

所述控制端将采集到的点集进行数据处理，分解为受试者在冠状位、矢状位和横断位内的组合运动，并将所述冠状位、矢状位和横断位分别对应定义为X轴、Y轴和Z轴，形成呼吸曲线的信息。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，通过QTextStream文本流对txt文件进行数据写入，实现文件保存；

启用定时器的功能，将采集到的位置信息添加时间戳，用于分析呼吸的周期、振幅以及各时刻对应的位置点。

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