CN114699654B - 一种加速器治疗床的控制系统及其故障判断方法 - Google Patents

一种加速器治疗床的控制系统及其故障判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了加速器治疗床技术领域内的一种加速器治疗床的控制系统及其故障判断方法。该控制系统包括：精度控制模块、位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机，位置信息采集模块用以采集治疗床的对应位置信息并发送至精度控制模块；旁控盒模块用以向精度控制模块发送运动指令；上位机用以向精度控制模块发送控制命令；精度控制模块用以接收上述信息并据此向电机控制模块、刹车控制模块发送控制信息；电机控制模块用以接收精度控制模块发送的控制信息并据此驱动对应电机运动；刹车控制模块用以接收精度控制模块发送的控制信息并据此限制治疗床的位移。该控制系统提高了治疗床的到位精度和工作稳定性。

Description

一种加速器治疗床的控制系统及其故障判断方法
技术领域
本发明涉及加速器治疗床技术领域，特别涉及一种加速器治疗床的控制系统及其故障判断方法。
背景技术
在中高能医用电子直线加速器应用中，自动弧度治疗功能是系统的重要和特色功能之一。
为了保证自动弧度治疗功能的实现，需要对治疗床实现精确的控制，保证治疗床到位精度高，达到系统指标。
目前医用治疗床到位精度较差，容易受到干扰，工作不稳定，异常状态下无法进行准确判断治疗床状态，无法高质量地完成自动弧度治疗任务。
发明内容
本申请通过提供一种加速器治疗床的控制系统及其故障判断方法，解决或部分解决现有技术中存在的问题。
本申请实施例提供了一种加速器治疗床的控制系统，包括：精度控制模块、位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机，所述位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机分别与所述精度控制模块电连接；
所述位置信息采集模块包括两个公转轴位置传感器模块、两个横移轴位置传感器模块、两个纵移轴位置传感器模块、两个升降轴位置传感器模块，所述位置信息采集模块用以采集治疗床的对应位置信息并发送至所述精度控制模块；所述旁控盒模块用以向所述精度控制模块发送运动指令；所述上位机用以向所述精度控制模块发送控制命令；
所述精度控制模块用以接收处理所述位置信息、所述运动指令、所述控制命令，并据此向所述电机控制模块、所述刹车控制模块发送控制信息；
所述电机控制模块包括公转电机、横移电机、纵移电机和升降电机，所述电机控制模块用以接收所述精度控制模块发送的所述控制信息并据此驱动对应电机运动；
所述刹车控制模块用以接收所述精度控制模块发送的所述控制信息并据此限制所述治疗床的位移。
上述实施例的有益效果在于：该控制系统通过旁控盒模块及上位机获取操作人员的运动指令及控制命令，通过采集模块实时获取治疗床的位置信息，其精度控制模块根据上述信息控制对应电机工作并通过刹车控制模块控制限制治疗床的位移，提高了治疗床的到位精度和工作稳定性；公转轴、横移轴、纵移轴、升降轴上分别设置两个位置传感器模块，通过测量两个设定点的位置信息，不仅可以矫正单个编码器出现的误差，提高控制精度，另外也可以判断治疗床是否出现机械形变，从而判断治疗床状态，保障自动弧度治疗任务高质量地完成。
在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：
在本申请其中一个实施例中，所述位置信息采集模块还包括传感器信息解析模块和CAN通信模块，所述传感器信息解析模块用以解析各位置传感器模块采集的信息，所述CAN通信模块用以与所述精度控制模块通信连接。
在本申请其中一个实施例中，两个所述横移轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的横移方向的两端，两个所述纵移轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的纵移方向的两端，两个所述升降轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的升降方向的两端，两个所述公转轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的旋转中心和旋转半径处。充分采集治疗床的位置信息，同时可监测治疗床各位移方向上是否出现机械形变，从而判断治疗床状态。
在本申请其中一个实施例中，所述电机控制模块还包括公转电机驱动器、横移电机驱动器、纵移电机驱动器和升降电机驱动器，所述公转电机驱动器、横移电机驱动器、纵移电机驱动器和升降电机驱动器用以接收所述精度控制模块发送的所述控制信息并据此驱动对应电机运动。
在本申请其中一个实施例中，所述刹车控制模块包括横移轴刹车和吸盘、纵移轴刹车和吸盘、公转轴刹车和吸盘。通过刹车和吸盘制动对应轴，并长时间保持对应轴位置不变。
在本申请其中一个实施例中，所述刹车控制模块还包括启停控制模块，所述电机控制模块还包括与所述启停控制模块电连接的公转离合器、横移离合器和纵移离合器，所述启停控制模块通过所述公转离合器、横移离合器和纵移离合器控制所述公转电机、横移电机、纵移电机启停。
在本申请其中一个实施例中，所述旁控盒模块包括两个旁控盒，两个所述旁控盒分别位于所述治疗床的两侧，所述旁控盒包括锁定按键、遥本控按键、床面电动手动切换按键、升降按键、左右运动按键、前后运动按键、公转按键。旁控盒的每个按键均对应设置有相应的指示灯。
在本申请其中一个实施例中，所述控制系统还包括安全防护模块，所述安全防护模块包括限位开关和急停开关。限位开关用以限制治疗床的最大位移，急停开关用以紧急停止治疗床的位移。
本申请实施例还提供了一种采用上述控制系统的治疗床的故障判断方法，包括以下步骤：
S1:获取治疗床同一方向上的两个传感器A、B的位置信息An、Bn；
S2:比对两个位置信息An、Bn及设定值C，若|An-Bn|＜C，则判定无故障并输出An、Bn的平均值为治疗床该方向的当前位置信息；若|An-Bn|≥C，则进入S3；
S3:将两个位置信息An、Bn分别与其历史位置信息An-1、Bn-1比对，若|An-An-1|≥D，且|Bn-Bn-1|＜D，则判定上报传感器A故障并输出Bn为治疗床该方向的当前位置信息；若|Bn-Bn-1|≥D，且|An-An-1|＜D，则判定上报传感器B故障并输出An为治疗床该方向的当前位置信息；若|An-An-1|≥D，且|Bn-Bn-1|≥D，则判定上报传感器A、B故障并限制治疗床使用；若|An-An-1|＜D，且|Bn-Bn-1|＜D，则判定上报治疗床机械形变故障并限制治疗床使用，其中D为设定值。
上述实施例有益效果在于：治疗床在各方向上分别设置两个位置传感器模块，精度控制模块通过获取两个设定点的位置信息来确定治疗床的该方向的当前位置信息，不仅可以矫正单个编码器出现的误差，提高控制精度，另外也可以判断治疗床是否出现机械形变，从而判断治疗床状态，保障自动弧度治疗任务高质量地完成。
在本申请其中一个实施例中，在所述步骤S2中，在治疗床初次加电时，若|An-Bn|≥C，则直接上报故障并限制治疗床的使用。排除治疗床在停运或挪移期间，传感器因外力导致采集数值不一致的情况，需排查故障后方可重新使用治疗床，保障治疗床的自动治疗效果。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.该控制系统通过旁控盒模块及上位机获取操作人员的运动指令及控制命令，通过采集模块实时获取治疗床的位置信息，其精度控制模块根据上述信息控制对应电机工作并通过刹车控制模块控制限制治疗床的位移，提高了治疗床的到位精度和工作稳定性。
2.公转轴、横移轴、纵移轴、升降轴上分别设置两个位置传感器模块，通过测量两个设定点的位置信息，不仅可以矫正单个编码器出现的误差，提高控制精度，另外也可以判断治疗床是否出现机械形变，从而判断治疗床状态，保障自动弧度治疗任务高质量地完成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种加速器治疗床的控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
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“竖直”、“外周面”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，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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例1：
如图1所示，一种加速器治疗床的控制系统，包括：精度控制模块、位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机，位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机分别与精度控制模块电连接；
位置信息采集模块包括两个公转轴位置传感器模块、两个横移轴位置传感器模块、两个纵移轴位置传感器模块、两个升降轴位置传感器模块、传感器信息解析模块和CAN通信模块，两个横移轴位置传感器模块分别设置在治疗床的横移方向的两端，两个纵移轴位置传感器模块分别设置在治疗床的纵移方向的两端，两个升降轴位置传感器模块分别设置在治疗床的升降方向的两端，两个公转轴位置传感器模块分别设置在治疗床的旋转中心和旋转半径处。各位置传感器模块分别通过CAN总线与传感器信息解析模块连接，传感器信息解析模块用以解析各位置传感器模块采集的信息，传感器信息解析模块通过CAN通信模块与精度控制模块连接。位置信息采集模块用以采集治疗床的对应当前位置信息并发送至精度控制模块。
旁控盒模块与精度控制模块通过RS485通信模块连接，并用以向精度控制模块发送运动指令；旁控盒模块包括两个旁控盒，两个旁控盒分别位于治疗床的两侧，旁控盒包括锁定按键、遥本控按键、床面电动手动切换按键、升降按键、左右运动按键、前后运动按键、公转按键。旁控盒的每个按键均对应设置有相应的指示灯。
上位机与精度控制模块通过RS485通信模块连接，并用以向精度控制模块发送控制命令；
精度控制模块用以接收处理位置信息并通过RS485通信模块发送给旁控盒和上位机显示，精度控制模块还用以接收处理运动指令、控制命令，并据此向电机控制模块、刹车控制模块发送控制信息；具体的，精度控制模块包括目标位置接收模块、零位设置模块和运动状态控制模块，目标位置接收模块、零位设置模块用以接收处理上位机发送的控制命令，运动状态控制模块用以向电机控制模块、刹车控制模块发送控制信息。
电机控制模块包括公转电机、公转电机驱动器、公转离合器、横移电机、横移电机驱动器、横移离合器纵移电机、纵移电机驱动器、纵移离合器、升降电机和升降电机驱动器，电机控制模块用以接收精度控制模块发送的控制信息并据此产生PWM波驱动对应电机运动；
刹车控制模块包括启停控制模块、横移轴刹车和吸盘、纵移轴刹车和吸盘、公转轴刹车和吸盘。启停控制模块用以接收精度控制模块发送的控制信息并据此控制横移轴刹车和吸盘、纵移轴刹车和吸盘、公转轴刹车和吸盘工作，同时启停控制模块还与公转离合器、横移离合器和纵移离合器连接并控制公转电机、横移电机、纵移电机启停。
进一步的，控制系统还包括安全防护模块，安全防护模块包括限位开关和急停开关。限位开关用以限制治疗床的最大位移，急停开关用以紧急停止治疗床的位移。
可选的，各所述位置传感器均为编码器。
该旁控盒控制说明：
(1)远程遥控：远程遥控是通过上位机发送指令进行控制。当旁控盒上遥本控按键切换至遥控状态时，进行远程遥控状态。
(2)本地电动控制：本地电动控制是通过旁控盒进行按键控制。当锁定按键松开，遥本控按键为本控时，可以对升降进行电动控制，当锁定按键松开，遥本控按键为本控，且床面电动手动切换按键为电动时，可以对床面的公转(前后/左右)进行电动控制。同时将位置信息实时发送给上位机和旁控盒显示。
(3)本地手动控制：升降方向没有手动控制功能，当锁定按键松开，遥本控按键为本控，且床面电动手动切换按键为手动时，可以对床面的公转(前后/左右)进行手动控制。同时将位置信息实时发送给上位机和旁控盒显示。
实施例2：
一种采用上述控制系统的治疗床的故障判断方法，包括以下步骤：
S1:获取治疗床同一方向上的两个传感器A、B的位置信息An、Bn；
S2:比对两个位置信息An、Bn及设定值C，若|An-Bn|＜C，则判定无故障并输出An、Bn的平均值为治疗床该方向的当前位置信息；若|An-Bn|≥C，则进入S3；
S3:将两个位置信息An、Bn分别与其历史位置信息An-1、Bn-1比对，若|An-An-1|≥D，且|Bn-Bn-1|＜D，则判定上报传感器A故障并输出Bn的平均值为治疗床该方向的当前位置信息；若|Bn-Bn-1|≥D，且|An-An-1|＜D，则判定上报传感器B故障并输出An的平均值为治疗床该方向的当前位置信息；若|An-An-1|≥D，且|Bn-Bn-1|≥D，则判定上报传感器A、B故障并限制治疗床使用；若|An-An-1|＜D，且|Bn-Bn-1|＜D，则判定上报治疗床机械形变并限制治疗床使用，其中D为设定值。
进一步的，在上述步骤S2中，在治疗床初次加电时，若|An-Bn|≥C，则直接上报故障并限制治疗床的使用。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1.该控制系统通过旁控盒模块及上位机获取操作人员的运动指令及控制命令，通过采集模块实时获取治疗床的位置信息，其精度控制模块根据上述信息控制对应电机工作并通过刹车控制模块控制限制治疗床的位移，提高了治疗床的到位精度和工作稳定性。
2.公转轴、横移轴、纵移轴、升降轴上分别设置两个位置传感器模块，通过测量两个设定点的位置信息，不仅可以矫正单个编码器出现的误差，提高控制精度，另外也可以判断治疗床是否出现机械形变，从而判断治疗床状态，保障自动弧度治疗任务高质量地完成。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种加速器治疗床的控制系统，其特征在于，包括：精度控制模块、位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机，所述位置信息采集模块、电机控制模块、刹车控制模块、旁控盒模块和上位机分别与所述精度控制模块电连接；
所述位置信息采集模块包括两个公转轴位置传感器模块、两个横移轴位置传感器模块、两个纵移轴位置传感器模块、两个升降轴位置传感器模块，所述位置信息采集模块用以采集治疗床的对应位置信息并发送至所述精度控制模块；所述旁控盒模块用以向所述精度控制模块发送运动指令；所述上位机用以向所述精度控制模块发送控制命令，两个所述横移轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的横移方向的两端，两个所述纵移轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的纵移方向的两端，两个所述升降轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的升降方向的两端，两个所述公转轴位置传感器模块分别设置在所述治疗床的旋转中心和旋转半径处；
所述精度控制模块用以接收处理所述位置信息、所述运动指令、所述控制命令，并据此向所述电机控制模块、所述刹车控制模块发送控制信息；
所述电机控制模块包括公转电机、横移电机、纵移电机和升降电机，所述电机控制模块用以接收所述精度控制模块发送的所述控制信息并据此驱动对应电机运动；
所述刹车控制模块用以接收所述精度控制模块发送的所述控制信息并据此限制所述治疗床的位移；
所述控制系统实现对所述治疗床的故障判断，包括以下步骤：
S1:获取治疗床同一方向上的两个传感器A、B的位置信息An、Bn；
S2:比对两个所述位置信息An、Bn及设定值C，若|An-Bn|＜C，则判定无故障并输出An、Bn的平均值为治疗床该方向的当前位置信息；若|An-Bn|≥C，则进入S3，其中，在治疗床初次加电时，若|An-Bn|≥C，则直接上报故障并限制治疗床的使用；
S3:将两个所述位置信息An、Bn分别与其历史位置信息An-1、Bn-1比对，若|An-An-1|≥D，且|Bn-Bn-1|＜D，则判定上报传感器A故障并输出Bn为治疗床该方向的所述当前位置信息；若|Bn-Bn-1|≥D，且|An-An-1|＜D，则判定上报传感器B故障并输出An为治疗床该方向的所述当前位置信息；若|An-An-1|≥D，且|Bn-Bn-1|≥D，则判定上报传感器A、B故障并限制治疗床使用；若|An-An-1|＜D，且|Bn-Bn-1|＜D，则判定上报治疗床故障并限制治疗床使用，其中D为设定值。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述位置信息采集模块还包括传感器信息解析模块和CAN通信模块，所述传感器信息解析模块用以解析各位置传感器模块采集的信息，所述CAN通信模块用以与所述精度控制模块通信连接。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述电机控制模块还包括公转电机驱动器、横移电机驱动器、纵移电机驱动器和升降电机驱动器，所述公转电机驱动器、横移电机驱动器、纵移电机驱动器和升降电机驱动器用以接收所述精度控制模块发送的所述控制信息并据此驱动对应电机运动。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述刹车控制模块包括横移轴刹车和吸盘、纵移轴刹车和吸盘、公转轴刹车和吸盘。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述刹车控制模块还包括启停控制模块，所述电机控制模块还包括与所述启停控制模块电连接的公转离合器、横移离合器和纵移离合器，所述启停控制模块通过所述公转离合器、横移离合器和纵移离合器控制所述公转电机、横移电机、纵移电机启停。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述旁控盒模块包括两个旁控盒，两个所述旁控盒分别位于所述治疗床的两侧，所述旁控盒包括锁定按键、遥本控按键、床面电动手动切换按键、升降按键、左右运动按键、前后运动按键、公转按键。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括安全防护模块，所述安全防护模块包括限位开关和急停开关。
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