CN118079255A - 放射治疗设备、旋转装置、旋转装置的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了放射治疗设备、旋转装置、旋转装置的控制装置及方法，旋转装置包括：旋转机架；齿轮传动组件，齿轮传动组件的驱动齿轮和旋转机架连接；驱动组件，用于和齿轮传动组件连接；驱动组件包括主电机组件，主电机组件和齿轮传动组件的主齿轮连接；副电机组件，副电机组件和齿轮传动组件的副齿轮连接；驱动齿轮分别与主齿轮、副齿轮相啮合；旋转机架转动的预设转角包括第一角度行程和第二角度行程，第一角度行程大于第二角度行程；旋转机架转动第一角度行程时，主电机组件和副电机组件都得电转动；旋转机架转动第二角度行程时，主电机组件得电转动，副电机组件得电不转；或主电机组件得电不转，副电机组件得电转动，保障放射治疗精准高效。

Description

放射治疗设备、旋转装置、旋转装置的控制装置及方法

技术领域

本发明涉及高端医疗设备技术领域，尤其涉及放射治疗设备、旋转装置、旋转装置的控制装置及方法。

背景技术

放射治疗设备(例如质子放射治疗设备)在使用时需要围绕患者进行转动，来调整位置以满足不同的治疗需求。齿轮传动具备运动可靠，瞬时传动比恒定的特点，其能够保证传动比在运行过程中保持稳定，这对于需要精确控制传动比的应用场景尤为重要。旋转装置通过齿轮传动组件带动治疗设备进行旋转，治疗设备在跟随旋转装置进行同步转动时，需要保证其转动的精度。现有技术中旋转装置通过齿轮传动组件带动治疗设备进行旋转时，齿轮在实际使用时要求有一定的配合间隙，在生产加工时会有一定的加工误差，配合间隙与加工误差累加导致其有一定传动间隙，传动间隙会影响治疗设备的回转精度，不利于治疗设备的正常使用。

为此，本发明提供一种改进的旋转装置、旋转装置的控制装置及控制方法，至少解决上述中的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供旋转装置、旋转装置的控制装置及控制方法，用于改善旋转控制的转动精度。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

本发明的第一方面，提供一种旋转装置，包括：

旋转机架，用于安装放射治疗设备的粒子加速器并带动所述粒子加速器进行同步旋转；

至少一个齿轮传动组件，所述齿轮传动组件包括驱动齿轮、主齿轮、副齿轮，驱动齿轮和所述旋转机架直接或间接连接；

至少一个驱动组件，所述驱动组件的输出轴和所述齿轮传动组件连接；

每个所述驱动组件对应一个所述齿轮传动组件，所述驱动组件通过所述齿轮传动组件带动所述旋转机架进行往复周向运动；

所述驱动组件包括：

主电机组件，所述主电机组件的输出轴和所述齿轮传动组件的主齿轮连接；

副电机组件，所述副电机组件的输出轴和所述齿轮传动组件的副齿轮连接；主电机组件和副电机组件均包括同轴连接的电机和用于对电机进行减速的减速机；

所述驱动齿轮分别与所述主齿轮、副齿轮相啮合；

当所述旋转机架转动至预设转角时，所述主电机组件和副电机组件同时断电不转；

所述预设转角包括第一角度行程和第二角度行程，所述第一角度行程大于第二角度行程；

当所述旋转机架转动第一角度行程时，所述主电机组件和副电机组件同时得电转动；

当所述旋转机架转动第二角度行程时，所述主电机组件得电转动，所述副电机组件得电不转；或所述主电机组件得电不转，所述副电机组件得电转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：旋转机架通过齿轮传动组件跟随驱动组件作同步的转动，在旋转机架转动至预设转角的过程中，主电机组件和副电机组件同时得电转动，共同通过齿轮传动组件带动旋转机架完成第一角度行程，在此过程中，主、副电机组件通过双驱动的平衡输出，确保整个传动组成部分紧密协调，不易出现跳跃、打滑等现象，使旋转机架的转动过程更加平稳。

旋转机架转动完成第一角度行程后，进入第二角度行程时，主电机组件得电转动，副电机组件得电不转或主电机组件得电不转，副电机组件得电转动。

当主电机组件得电转动时，主电机组件通过主齿轮和驱动齿轮带动旋转机架进行转动，由于齿轮传动过程中主齿轮和驱动齿轮的齿条啮合存在着传动间隙，此时，副电机组件得电不转，副齿轮跟随驱动齿轮同步转动，通过副齿轮与驱动齿轮之间的啮合，消除了主齿轮和驱动齿轮存在的传动间隙；当副电机组件得电转动时，副电机组件通过副齿轮和驱动齿轮带动旋转机架进行转动，由于齿轮传动过程中副齿轮和驱动齿轮的齿条啮合存在着传动间隙，此时，主电机组件得电不转，主齿轮跟随驱动齿轮同步转动，通过主齿轮与驱动齿轮之间的啮合，消除了副齿轮和驱动齿轮存在的传动间隙；基于此，可以消除旋转机架转动过程中齿轮传动之间存在的传动间隙，从而保证旋转机架和粒子加速器的转动精度，保障放射治疗精准高效，让质子治疗触手可及。

在一些可能的实施方式中，所述主电机组件和副电机组件位于同一侧，且相对于所述驱动齿轮的中心对称，第一角度行程是第二角度行程的至少十倍。

在一些可能的实施方式中，所述齿轮传动组件包括：

支座，所述主齿轮和副齿轮分别设置在所述支座上并与所述支座转动连接；

回转支承，所述回转支承的一端和所述驱动齿轮连接；所述回转支承的另一端和所述旋转机架同轴连接。

该技术方案的有益效果在于：齿轮传动组件通过回转支承带动旋转机架连接，回转支承能够承受极大的轴向和径向负荷，适用于需要承受重载荷的旋转机架；回转支承转动平稳，能提高旋转机架的转动精度，适用于对精度有要求的设备，例如安装在旋转机架上的放射治疗设备的粒子加速器；回转支承转动灵活，具有高转动灵活性，无论是旋转机架进行低速还是高速转动，都能提供平稳的旋转。

在一些可能的实施方式中，所述支座上还设置有至少一个与所述驱动齿轮相啮合的同步齿轮，所述同步齿轮和所述支座转动连接，所述同步齿轮位于所述主齿轮和副齿轮之间，所述同步齿轮与角编码器电连接，所述角编码器设置在所述支座上，所述角编码器用于测量所述同步齿轮的转角。

该技术方案的有益效果在于：通过同步齿轮与驱动齿轮的啮合，可以使同步齿轮跟随驱动齿轮作同步转动，通过角编码器可以获取同步齿轮，即旋转机架上粒子加速器的转动角度。

在一些可能的实施方式中，所述回转支承套设有至少一个角度传感器，所述角度传感器用于测量所述回转支承的转角。

该技术方案的有益效果在于：通过角度传感器可以获取回转支承，即旋转机架上粒子加速器的转动角度。

在一些可能的实施方式中，所述主齿轮和副齿轮位于驱动齿轮的两侧且被配置为用于消除所述驱动齿轮和主齿轮或副齿轮之间传动间隙的消隙齿轮。

该技术方案的有益效果在于：通过消隙齿轮可以消除齿轮之间的传动间隙，保障了齿轮之间的传动效率和精度，角编码器能够精准的检测出旋转机架上粒子加速器的转动角度。

在一些可能的实施方式中，所述同步齿轮包括：

转轴，所述转轴和所述支座转动连接，

定齿轮，所述定齿轮与转轴同轴固定；

动齿轮，所述动齿轮与所述转轴转动连接；

所述动齿轮与所述定齿轮贴合，所述定齿轮和动齿轮组合成双层齿轮结构，在所述双层齿轮结构的轴线两侧对称设有两个安装孔；

弹簧，每个所述安装孔内设有一个弹簧，每个所述弹簧的两端分别连接所述定齿轮和动齿轮。

在一些可能的实施方式中，所述旋转机架包括：

至少一个悬臂，每个所述悬臂对应一个回转支承，所述悬臂套设在所述回转支承上；

横梁，所述横梁与所述悬臂连接，

安装部，所述安装部设置在所述横梁上，所述安装部能安装用于旋转工作的设备，设备可以是放射治疗设备的粒子加速器。

在一些可能的实施方式中，所述悬臂沿长度方向的一端还设置有配重块。

该技术方案的有益效果在于：通过配重块能够稳定悬臂的重心，防止发生悬臂在转动过程中偏斜或倾覆。

在一些可能的实施方式中，所述悬臂的旋转中心附近设置有拖链。

该技术方案的有益效果在于：通过拖链可以往复周向运动过程中对悬臂起到牵引和导向的作用。

在一些可能的实施方式中，所述支座设置在立板上，所述驱动组件设置在所述立板上，所述立板的第一端设置有第一限位件，所述第一限位件用于对所述悬臂旋转至预设最高转角的位置进行限位，当所述悬臂位于所述预设最高转角的位置时，所述第一限位件上的第一传感器向所述驱动组件发出减速信号；所述立板远离所述第一端的第二端设置有第二限位件，所述第二限位件用于对所述悬臂旋转至预设最低转角的位置进行限位，当所述悬臂位于所述预设最低转角的位置时，所述第二限位件上的第二传感器向所述驱动组件发出减速信号。

该技术方案的有益效果在于：提供第一层保护：通过第一传感器、第二传感器发出减速信号让驱动组件进行减速，防止因转速过大，旋转机架与第一限位件或第二限位件的撞击力过大，损坏旋转机架和其上的设备；通过第一限位件和第二限位件对旋转机架旋转的预设最高转角和预设最低转角的位置进行限位，防止因旋转机架转动角度过大，影响旋转机架上设备的正常使用，也避免了设备损坏的情况出现。

在一些可能的实施方式中，所述立板呈L形，结构紧凑，所述立板包括相邻设置的第一部和第二部，所述第一部具有第一端和第二端，所述第一部的第一端用于安装固定所述第一限位件，所述第一部的第二端用于安装所述第二限位件，所述第二部用于支撑固定所述驱动组件，所述第一限位组件和第二限位组件之间沿周向形成的圆弧角度为所述旋转装置的转角路径。

在一些可能的实施方式中，所述配重块沿所述悬臂宽度方向的两端设置有缓冲器，所述缓冲器能与所述第一限位件或第二限位件接触，所述缓冲器上设置有位置开关，当所述缓冲器与所述第一限位件或第二限位件接触时，所述位置开关发出断电信号，控制所述驱动组件断电。

该技术方案的有益效果在于：提供第二层保护：通过位置开关发出断电信号，控制驱动组件断电，防止旋转机架继续转动；通过缓冲器对旋转机架的缓冲，防止旋转机架在运动惯性的作用下与第一限位件或第二限位件发生较大撞击，损坏旋转机架和其上的设备。

在一些可能的实施方式中，当所述悬臂旋转超过所述预设最高转角的位置时，所述缓冲器与所述第一限位件接触，所述位置开关发出断电信号，控制所述驱动组件断电；当所述悬臂旋转超过所述预设最低转角的位置时，所述缓冲器与所述第二限位件接触，所述位置开关发出断电信号，控制所述驱动组件断电。

本申请的第二方面，提供旋转装置的控制装置，应用于上述的旋转装置，所述控制装置包括：

初始转角获取模块，用于获取所述旋转机架所处位置的初始转角a；

计算参数获取模块，用于获取所述电机通过减速机的第一传动比m，主齿轮或副齿轮和驱动齿轮的第二传动比n；

角度差计算模块：用于计算所述初始转角a至预设转角b所需的角度差b-a；

伺服控制输出模块：用于基于所述第一传动比m、第二传动比n和角度差b-a，计算所述驱动组件所需的输出转角c，以使所述旋转机架从初始转角的位置转动至预设转角的位置处，其中，所述输出转角c＝(b-a)*(m·n)；

控制补偿模块：基于位置环PID确认所述驱动组件转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿，以使所述驱动组件带动所述旋转机架由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置。

本申请的第三方面，提供旋转装置的控制方法，应用于上述的控制装置，所述控制方法包括：

获取所述旋转机架所处位置的初始转角a；

获取所述电机通过减速机的第一传动比m，主齿轮(22)或副齿轮(23)和驱动齿轮的第二传动比n；

计算所述初始转角a至预设转角b所需的角度差b-a；

基于所述第一传动比m、第二传动比n和角度差b-a，计算所述驱动组件所需的输出转角c，以使所述旋转机架(1)从初始转角的位置转动至预设转角的位置处，其中，所述输出转角c＝(b-a)*(m·n)；

基于位置环PID确认所述驱动组件转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿，以使所述驱动组件带动所述旋转机架由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置。

该技术方案的有益效果在于：通过计算得到旋转机架从初始转角的位置至预设转角的位置所需的角度差，基于第一传动比和第二传动比，可以精准计算出驱动组件的所需的输出转角，从而实现驱动组件通过齿轮传动组件带动从旋转机架初始转角的位置准确的转动至预设转角的位置；通过位置环PID确认所述驱动组件转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿，以使所述驱动组件带动所述旋转机架由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置，保证了旋转机架上粒子加速器旋转运动位置的准确度，保障对患者的放射治疗效果。

本发明的第四方面，提供一种放射治疗设备，所述放射治疗设备包括粒子加速器，所述粒子加速器安装在上述的旋转装置上。

附图说明

图1是本发明实施例一种旋转装置的整体结构示意图一；

图2是本发明实施例一种旋转装置的整体结构示意图二；

图3是本发明实施例齿轮传动组件的结构示意图；

图4是本发明实施例齿轮传动组件的A-A截面示意图；

图5是图4中的B处放大示意图；

图6是本发明实施例旋转装置的控制装置的结构示意图。

图中：1、旋转机架；2、齿轮传动组件；3、驱动组件；10、悬臂；11、横梁；12、安装部；13、配重块；14、拖链；15、缓冲器；20、支座；21、驱动齿轮；210、齿圈；22、主齿轮；23、副齿轮；24、回转支承；25、同步齿轮；251、转轴；252、定齿轮；253、动齿轮；254、弹簧；255、安装孔；26、立板；261、第一部；262、第二部；27、第一限位件；28、第二限位件；31、主电机组件；32、副电机组件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。

参见附图1至4所示，本实施例提供一种旋转装置，包括旋转机架1、齿轮传动组件2和驱动组件3。

旋转机架1用于安装设备，本实施例中为放射治疗设备，具体的，安装放射治疗设备的粒子加速器并带动所述粒子加速器进行同步旋转。

旋转装置包括至少一个齿轮传动组件2，本实施例中齿轮传动组件2设置为两个，两个齿轮传动组件2的驱动齿轮21分别和旋转机架1的两端连接。

旋转装置包括至少一个驱动组件3，本实施例中驱动组件3设置为两个，驱动组件3的输出轴和齿轮传动组件2连接。

每个驱动组件3对应一个齿轮传动组件2，驱动组件3通过齿轮传动组件2带动旋转机架1进行往复周向运动。

驱动组件3包括主电机组件31和副电机组件32，本实施例中主电机组件31和副电机组件32为同一规格，均包括同轴连接的抱闸电机和用于对电机进行减速的减速机。

主电机组件31的输出轴和齿轮传动组件2的主齿轮22连接。

副电机组件32的输出轴和齿轮传动组件2的副齿轮23连接。

其中，主电机组件31和副电机组件32位于同一侧，且相对于驱动齿轮21的中心对称，这是为了提高驱动组件3驱动整个齿轮传动组件2之间传动的稳定性。

其中，驱动齿轮21分别与主齿轮22、副齿轮23相啮合，具体的，主齿轮22和副齿轮23关于驱动齿轮21的中心对称，主齿轮22和副齿轮23为同一规格。

当旋转机架1转动至预设转角时，主电机组件31和副电机组件32同时断电不转。

当旋转机架1转动至预设转角时，主电机组件31和副电机组件32同时断电不转，其中预设转角包括第一角度行程和第二角度行程，第一角度行程大于第二角度行程，优选为第一角度行程远远大于第二角度行程。

例如，可以是旋转机架1从所处位置的初始转角0度转动至预设转角60度，那么第一角度行程可为0至55度行程，第二角度行程为55度至60度行程；旋转机架1从所处位置的初始转角20度转动至预设转角80度，那么第一角度行程可为20至5度行程，第二角度行程为75至80度行程；旋转机架1从所处位置的初始转角0度转动至预设转角60度，那么第一角度行程可为0至57度行程，第二角度行程为57度至60度行程；旋转机架1从所处位置的初始转角20度转动至预设转角80度，那么第一角度行程可为20至77度行程，第二角度行程为77至80度行程。

例如，可以是，旋转机架1从所处位置的初始转角-10度转动至预设转角60度，那么第一角度行程可为-10至55度行程，第二角度行程为55至60度行程，第一角度行程是第二角度行程的十三倍；旋转机架1从所处位置的初始转角-100度转动至预设转角-10度，那么第一角度行程可为-100至-15度行程，第二角度行程为-15至-10度行程，第一角度行程是第二角度行程的十七倍。

当旋转机架1转动第一角度行程时，主电机组件31和副电机组件32同时得电转动；当旋转机架1转动第二角度行程时，主电机组件31得电转动，副电机组件32得电不转；或主电机组件31得电不转，副电机组件32得电转动。

在本实施例中，具体的工作过程如下：旋转机架1通过齿轮传动组件2跟随驱动组件3作同步的转动，在旋转机架1转动至预设转角的过程中，主电机组件31和副电机组件32同时得电转动，共同通过齿轮传动组件2带动旋转机架1完成第一角度行程，在此过程中，主、副电机组件通过双驱动的平衡输出，确保整个传动组成部分紧密协调，不易出现跳跃、打滑等现象，使旋转机架1的转动过程更加平稳，这也是将第一角度行程设置为远远大于第二角度行程的原因所在，因为旋转机架1所转动的绝大部分行程都通过主、副电机组件同时驱动。

在旋转机架1转动完成第一角度行程后，进入第二角度行程时，主电机组件31得电转动，副电机组件32得电不转或主电机组件31得电不转，副电机组件32得电转动。

当主电机组件31得电转动时，主电机组件31通过主齿轮22和驱动齿轮21带动旋转机架1进行转动，由于齿轮传动过程中主齿轮22和驱动齿轮21的齿条啮合存在着传动间隙，使旋转机架1转动的角度并不十分精确，相应的放射治疗设备的粒子加速器的位置也并不十分准确，此时，副电机组件32得电不转，副齿轮23跟随驱动齿轮21同步转动，通过副齿轮23与驱动齿轮21之间的啮合，副齿轮23与驱动齿轮21齿条之间的作用力与主齿轮22与驱动齿轮21齿条之间的作用力相反，能够使同一啮合齿的两个齿面同时接触，从而消除了主齿轮22和驱动齿轮21存在的传动间隙；当副电机组件32得电转动时，副电机组件32通过副齿轮23和驱动齿轮21带动旋转机架1进行转动，由于齿轮传动过程中副齿轮23和驱动齿轮21的齿条啮合存在着传动间隙，使旋转机架1转动的角度并不十分精确，相应的放射治疗设备的粒子加速器的位置也并不十分准确，此时，主电机组件31得电不转，主齿轮22跟随驱动齿轮21同步转动，通过主齿轮22与驱动齿轮21之间的啮合，副齿轮23与驱动齿轮21齿条之间的作用力与主齿轮22与驱动齿轮21齿条之间的作用力相反，能够使同一啮合齿的两个齿面同时接触，从而消除了副齿轮23和驱动齿轮21存在的传动间隙。

基于此，可以消除旋转机架1转动过程中齿轮传动之间存在的传动间隙，从而保证旋转机架1上粒子加速器的转动精度，更有利于控制粒子加速器及放射治疗设备整体的转动角度，确保粒子加速器转动位置的准确性，保障对患者的放射治疗效果，使得放射治疗精准高效。

在一些具体地实施方式中，参见附图3和4所示，齿轮传动组件2还包括支座20、和回转支承24。

主齿轮22和副齿轮23分别设置在支座20上并与支座20转动连接。

回转支承24的一端和驱动齿轮21连接，回转支承24的另一端和旋转机架1同轴连接。

主电机组件31能带动主齿轮22进行同步转动，由于主齿轮22和驱动齿轮21相啮合，驱动齿轮21跟随主齿轮22作同步转动，由于驱动齿轮21和回转支承24的连接关系，旋转机架1上的粒子加速器也跟随回转支承24作同步转动；副电机组件能带动副齿轮23进行同步转动，由于副齿轮23和驱动齿轮21相啮合，驱动齿轮21跟随副齿轮23作同步转动，由于驱动齿轮21和回转支承24的连接关系，旋转机架1上的粒子加速器也跟随回转支承24作同步转动。

在一些具体的实施方式中，支座20上还设置有至少一个同步齿轮25，本实施例中同步齿轮25设置为两个，同步齿轮25和支座20转动连接，同步齿轮25位于主齿轮22和副齿轮23之间，且相对于驱动齿轮21的中心对称，同步齿轮25与驱动齿轮21啮合，同步齿轮25与角编码器(图中未画出)电连接，角编码器设置在所述支座20上。

具体的，两个同步齿轮25分别位于主齿轮22和副齿轮23的附近，同步齿轮25可以优选为与主齿轮22和副齿轮23同一规格。

同步齿轮25的工作过程如下：由于同步齿轮25与驱动齿轮21的啮合，驱动齿轮21在转动时，同步齿轮25跟随驱动齿轮21作同步转动，此时角编码器可以获取同步齿轮25的实时转角，即旋转机架1上粒子加速器的实时转角。

主齿轮22和副齿轮23位于驱动齿轮21的两侧，主齿轮22和副齿轮23被配置为用于消除驱动齿轮21和主齿轮或副齿轮之间传动间隙的消隙齿轮。通过消隙齿轮可以消除齿轮之间的传动间隙，角编码器能够精准检测出旋转机架1上粒子加速器的实时转角，利于在预设角度给肿瘤患者提供精准放射治疗。

在一些具体的实施方式中，参见附图5所示，同步齿轮25包括转轴251、定齿轮252、动齿轮253和弹簧254。

转轴251和支座20转动连接。

定齿轮252与转轴251同轴固定。

动齿轮253与转轴251转动连接。

动齿轮253与定齿轮252贴合，且动齿轮253与定齿轮252为同一规格，定齿轮252和动齿轮253组合成双层齿轮结构，在双层齿轮结构的轴线两侧对称设有两个安装孔255。

每个安装孔255内设有一个弹簧254，每个弹簧254的两端分别连接定齿轮252和动齿轮253。

弹簧254为拉力弹簧，拉力弹簧产生的预紧力能够使定齿轮252和动齿轮253与驱动齿轮21的齿圈210同一个啮合齿的两个齿面同时接触，从而达到消除驱动齿轮21与同步齿轮25之间传动间隙的目的，使编码器能够精准测量出旋转机架1上粒子加速器的转角。

在一些具体的实施方式中，参见附图1和2所示，旋转机架1包括悬臂10、横梁11和安装部12。悬臂也可以称为机臂，横梁也可以称为中间臂。

旋转机架1包括至少一个悬臂10，每个悬臂10对应配合一个回转支承24，悬臂10套设在回转支承24上。具体的，本实施例中悬臂10设置有两个，两个悬臂10彼此之间成对间隔设置，悬臂也可以称为机臂，旋转机架1也可以称为外机架或治疗机架，本申请的实施例未设置安装有治疗头的内机架。

两个悬臂10分别与横梁11的两端相连接。具体的，横梁11用于连接成对间隔设置的两个悬臂10。

安装部12设置在横梁11上，安装部12位于两个悬臂10之间。安装部12能安装用于旋转工作的设备，本实施例中为放射治疗设备的粒子加速器，优选的实施例中，粒子加速器可以为质子加速器，质子加速器设有治疗头。

两个悬臂10分别在回转支承24的带动下进行转动，并带动横梁11以及粒子加速器围绕患者转动，粒子加速器在两个悬臂10的带动下进行转动，保证了粒子加速器在转动过程中的稳定性及精确性，相对于设置单个悬臂10而进行一侧悬臂10带动粒子加速器进行转动，稳定性更好。

在一些具体的实施方式中，悬臂10沿长度方向的一端还设置有配重块13，配重块13可根据实际需要择优选配。通过配重块13能够稳定悬臂10的重心，防止发生悬臂10在转动过程中偏斜或倾覆，保证粒子加速器转动的精度。

在一些具体的实施方式中，悬臂10的旋转中心的一侧附近设置有拖链14。通过拖链14可以在悬臂10的往复周向运动过程中，对悬臂10附近所用的线缆起到牵引和导向的作用，增强对线缆的保护。

在一些具体的实施方式中，支座20设置在立板26上，驱动组件3设置在立板26上，立板26的第一端设置有第一限位件27，第一限位件27用于对悬臂10旋转的预设最高转角的位置进行限位，当悬臂10位于预设最高转角的位置时，第一限位件27上的第一传感器(图中未画出)，即光电传感器接收到悬臂10接触光线而产生的电信号，并向驱动组件3发出减速信号，控制驱动组件3减速。立板26远离第一端的第二端设置有第二限位件28，第二限位件28上的第二传感器(图中未画出)，即光电传感器接收到悬臂10接触光线而产生的电信号，并向驱动组件3发出减速信号，控制驱动组件3减速。

具体的，在本实施例中，立板26呈L形，立板26包括依次连接的第一部261和第二部262，具体的，第一部261高于第二部262，第一部261具有第一端和第二端，具体的，第一部261的第一端高于第一部261的第二端，第一部261的第一端用于安装固定第一限位件27，第一部261的第二端用于安装第二限位件28，第二部262用于支撑固定驱动组件3，第一限位组件27和第二限位组件28之间沿周向形成的圆弧角度为旋转装置的转角路径。所述立板26可以为钢结构或者钢混结构。

预设最高转角的位置，即粒子加速器跟随旋转机架1所能转动的最高位置和预设最低转角的位置，即粒子加速器跟随旋转机架1所能转动的最低位置，预设最高转角和预设最低转角可根据实际需求进行设定，本实施例中，预设最高转角优选为185度，预设最低转角为-5度。

通过第一传感器、第二传感器发出减速信号让驱动组件3进行减速，防止因转速过大，旋转机架1与第一限位件27或第二限位件28的撞击力过大，损坏旋转机架1和其上的粒子加速器；通过第一限位件27和第二限位件28对旋转机架1旋转的预设最高转角和预设最低转角的位置进行限位，防止因旋转机架1转动角度过大，影响旋转机架1上设备的正常使用，也避免了粒子加速器损坏的情况出现。

在一些具体的实施方式中，配重块13沿悬臂10宽度方向的两端设置有缓冲器15，缓冲器15能与第一限位件27或第二限位件28接触；缓冲器15上设置有位置开关(图中未画出)，当缓冲器15与第一限位件27或第二限位件28接触时，位置开关发出断电信号，控制驱动组件3断电。驱动组件3断电后停止对外即所驱动的对象输出动力，所驱动的对象包括齿轮传动组件2。

具体的，当悬臂10旋转超过预设最高转角的位置时，缓冲器15与第一限位件27接触，位置开关发出断电信号，控制驱动组件3断电；当悬臂10旋转超过预设最低转角的位置时，缓冲器15与第二限位件28接触，位置开关发出断电信号，控制驱动组件3断电。

通过位置开关发出断电信号，控制驱动组件3断电，防止旋转机架1在超过预设最高转角的位置或预设最低转角的位置之后继续转动；通过缓冲器15对旋转机架1起到的缓冲保护作用，防止旋转机架1在运动惯性的作用下与第一限位件27或第二限位件28发生较大撞击，损坏旋转机架1和其上的粒子加速器。

本替代的实施例中，与本实施例的不同之处在于：放射治疗设备的实时转角还可以通过在回转支承24套设有至少一个角度传感器(图中未画出)获取，角度传感器用于测量回转支承24的转角，即旋转机架1和其上的粒子加速器的转角。

角度传感器的工作过程如下：在回转支承24的转动过程中，通过角度传感器可以实时获取回转支承24，即旋转机架1上粒子加速器的转动角度。

本申请的实施例还提供旋转装置的控制装置，应用于上述的旋转装置，参见附图6所示，控制装置包括：初始转角获取模块、计算参数获取模块、角度差计算模块、伺服控制输出模块和控制补偿模块。

初始转角获取模块，用于获取所述旋转机架所处位置的初始转角a；

计算参数获取模块，用于获取所述电机通过减速机的第一传动比m，主齿轮或副齿轮和驱动齿轮的第二传动比n；

角度差计算模块：用于计算所述初始转角a至预设转角b所需的角度差b-a；

伺服控制输出模块：用于基于所述第一传动比m、第二传动比n和角度差b-a，计算所述驱动组件所需的输出转角c，以使所述旋转机架从初始转角的位置转动至预设转角的位置处，其中，所述输出转角c＝(b-a)*(m·n)；

控制补偿模块：基于位置环PID确认所述驱动组件转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿；如达到，则不需对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿；以使所述驱动组件带动所述旋转机架由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置。

优选的实施例中，所述传动比可以为减速比。

通过将本实施例的控制装置应用于上述的旋转装置，能实现对旋转装置转动的精确控制，从而保证放射治疗设备的转动精度，保障对患者的放射治疗效果。

本申请的实施例还提供旋转装置的控制方法，应用于上述的控制装置，控制方法包括：

获取所述旋转机架(1)所处位置的初始转角a(角编码器测取)，初始转角a即放射治疗设备的初始位置；

获取所述电机通过减速机的第一传动比m，主齿轮(22)或副齿轮(23)和驱动齿轮的第二传动比n；

计算所述初始转角a至预设转角b所需的角度差b-a；

基于所述第一传动比m、第二传动比n和角度差b-a，计算所述驱动组件所需的输出转角c，以使所述旋转机架(1)从初始转角的位置转动至预设转角的位置处，其中，所述输出转角c＝(b-a)*(m·n)；

基于位置环PID确认所述驱动组件转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿，以使所述驱动组件带动所述旋转机架由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置；如达到，则不需对所述驱动组件的输出转角进行反馈补偿。

通过将本实施例的控制方法应用于上述的旋转装置，能实现对旋转装置转动的精确控制，从而保证放射治疗设备的转动精度。通过位置环PID能对驱动组件3的实时转速进行实时反馈补偿，以使驱动组件3以目标转速带动旋转机架1由初始转角a的位置转动至预设转角b的位置，通过对驱动组件3的实时转速的精确补偿，保证了旋转机架1上粒子加速器旋转运动位置的准确度，实现精确控制，保障对患者的放射治疗效果。

本申请的实施例还提供一种放射治疗设备，放射治疗设备包括粒子加速器，粒子加速器安装在上述的旋转装置上。粒子加速器应用上述旋转装置可以保证旋转运动位置的准确度，实现精确的转角控制，保障对患者的放射治疗效果。

本申请的另一实施例提供一种用于治疗肿瘤的放射治疗设备，包括用于相对于患者进行旋转的旋转机架，所述旋转机架包括位于两侧的机臂以及连接两机臂的中间臂，中间臂上安装有用于提供质子束流的质子加速器，质子加速器设有用于对患者进行放射治疗的治疗头，所述治疗头用于围绕患者旋转，从不同角度或特定角度对肿瘤照射质子束流，实现可靠的放射治疗，造福肿瘤患者。能实现对旋转装置转动的精确控制，从而保证放射治疗设备的转动精度。

应当理解，为了精简本文所公开的示例并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

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不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，在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，所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种旋转装置，其特征在于，包括：

旋转机架(1)，用于安装放射治疗设备的粒子加速器并带动所述粒子加速器进行同步旋转；

至少一个齿轮传动组件(2)，所述齿轮传动组件(2)包括驱动齿轮(21)、主齿轮(22)、副齿轮(23)，驱动齿轮(21)和所述旋转机架(1)连接；

至少一个驱动组件(3)，所述驱动组件(3)的输出轴和所述齿轮传动组件(2)连接；

每个所述驱动组件(3)对应一个所述齿轮传动组件(2)，所述驱动组件(3)通过所述齿轮传动组件(2)带动所述旋转机架(1)进行往复周向运动；

所述驱动组件(3)包括：主电机组件(31)，所述主电机组件(31)的输出轴和所述齿轮传动组件(2)的主齿轮(22)连接；副电机组件(32)，所述副电机组件(32)的输出轴和所述齿轮传动组件(2)的副齿轮(23)连接；所述主电机组件(31)和副电机组件(32)均包括同轴连接的电机和用于对电机进行减速的减速机；

所述驱动齿轮(21)分别与所述主齿轮(22)、副齿轮(23)相啮合；

当所述旋转机架(1)转动至预设转角时，所述主电机组件(31)和副电机组件(32)同时断电不转；

所述预设转角包括第一角度行程和第二角度行程，所述第一角度行程大于第二角度行程；

当所述旋转机架(1)转动第一角度行程时，所述主电机组件(31)和副电机组件(32)同时得电转动；

当所述旋转机架(1)转动第二角度行程时，所述主电机组件(31)得电转动，所述副电机组件(32)得电不转；或所述主电机组件(31)得电不转，所述副电机组件(32)得电转动。

2.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述主电机组件(31)和副电机组件(32)位于同一侧，且相对于所述驱动齿轮(21)的中心对称，所述第一角度行程是所述第二角度行程的至少十倍。

3.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述齿轮传动组件(2)还包括：

支座(20)，所述主齿轮(22)和副齿轮(23)分别设置在所述支座(20)上并与所述支座(20)转动连接；

回转支承(24)，所述回转支承(24)的一端和所述驱动齿轮(21)连接；所述回转支承(24)的另一端和所述旋转机架(1)同轴连接。

4.根据权利要求3所述的旋转装置，其特征在于，所述支座(20)上还设置有至少一个与所述驱动齿轮(21)相啮合的同步齿轮(25)，所述同步齿轮(25)和所述支座(20)转动连接，所述同步齿轮(25)位于所述主齿轮(22)和副齿轮(23)之间，所述同步齿轮(25)与角编码器电连接，所述角编码器设置在所述支座(20)上，所述角编码器用于测量所述同步齿轮(25)的转角。

5.根据权利要求3所述的旋转装置，其特征在于，所述回转支承(24)套设有至少一个角度传感器，所述角度传感器用于测量所述回转支承(24)的转角。

6.根据权利要求4所述的一种旋转装置，其特征在于，所述主齿轮(22)和副齿轮(23)位于所述驱动齿轮(21)的两侧且被配置为用于消除所述驱动齿轮(21)和主齿轮(22)或副齿轮(23)之间传动间隙的消隙齿轮。

7.根据权利要求4或6所述的旋转装置，其特征在于，所述同步齿轮(25)包括：

转轴(251)，所述转轴(251)和所述支座(20)转动连接，

定齿轮(252)，所述定齿轮(252)与转轴(251)同轴固定；

动齿轮(253)，所述动齿轮(253)与所述转轴(251)转动连接；

所述动齿轮(253)与所述定齿轮(252)贴合，所述定齿轮(252)和动齿轮(253)组合成双层齿轮结构，在所述双层齿轮结构的轴线两侧对称设有两个安装孔(255)；

弹簧(254)，每个所述安装孔(255)内设有一个弹簧(254)，每个所述弹簧(254)的两端分别连接所述定齿轮(252)和动齿轮(253)。

8.根据权利要求7所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转机架(1)包括：

至少一个悬臂(10)，每个所述悬臂(10)对应一个回转支承(24)，所述悬臂(10)套设在所述回转支承(24)上；

横梁(11)，所述横梁(11)与所述悬臂(10)连接，

安装部(12)，所述安装部(12)设置在所述横梁(11)上，所述安装部(12)用于安装所述粒子加速器。

9.根据权利要求8所述的旋转装置，其特征在于，所述悬臂(10)设置有两个，两个所述悬臂(10)成对间隔设置，所述横梁(11)用于连接成对间隔设置的两个所述悬臂(10)，所述安装部(12)设于横梁上且位于两个所述悬臂(10)之间。

10.根据权利要求8所述的旋转装置，其特征在于，所述支座(20)设置在立板(26)上，所述驱动组件(3)设置在所述立板(26)上，所述立板(26)的第一端设置有第一限位件(27)，所述第一限位件(27)用于对所述悬臂(10)旋转至预设最高转角的位置进行限位，当所述悬臂(10)位于所述预设最高转角的位置时，所述第一限位件(27)上的第一传感器向所述驱动组件(3)发出减速信号；所述立板(26)远离所述第一端的第二端设置有第二限位件(28)，所述第二限位件(28)用于对所述悬臂(10)旋转至预设最低转角的位置进行限位，当所述悬臂(10)位于所述预设最低转角的位置时，所述第二限位件(28)上的第二传感器向所述驱动组件(3)发出减速信号。

11.根据权利要求10所述的旋转装置，其特征在于，所述立板(26)呈L形，所述立板(26)包括相邻设置的第一部(261)和第二部(262)，所述第一部(261)具有第一端和第二端，所述第一部(261)的第一端用于安装固定所述第一限位件(27)，所述第一部(261)的第二端用于安装所述第二限位件(28)，所述第二部(262)用于支撑固定所述驱动组件(3)，所述第一限位组件(27)和第二限位组件(28)之间沿周向形成的圆弧角度为所述旋转装置的转角路径。

12.根据权利要求8所述的旋转装置，其特征在于，所述悬臂(10)沿长度方向的一端还设置有配重块(13)，所述配重块(13)沿所述悬臂(10)宽度方向的两端设置有缓冲器(15)，所述缓冲器(15)能与所述第一限位件(27)或第二限位件(28)接触，所述缓冲器(15)上设置有位置开关，当所述缓冲器(15)与所述第一限位件(27)或第二限位件(28)接触时，所述位置开关发出断电信号，控制所述驱动组件(3)断电。

13.根据权利要求12所述的旋转装置，其特征在于，当所述悬臂(10)旋转超过所述预设最高转角的位置时，所述缓冲器(15)与所述第一限位件(27)接触，所述位置开关发出断电信号，控制所述驱动组件(3)断电；当所述悬臂(10)旋转超过所述预设最低转角的位置时，所述缓冲器(15)与所述第二限位件(28)接触，所述位置开关发出断电信号，控制所述驱动组件(3)断电。

14.一种旋转装置的控制装置，其特征在于，应用于权利要求1-13任一所述的旋转装置，所述控制装置包括：

初始转角获取模块，用于获取所述旋转机架(1)所处位置的初始转角a；

计算参数获取模块，用于获取所述电机通过减速机的第一传动比m，主齿轮(22)或副齿轮(23)和驱动齿轮(21)的第二传动比n；

角度差计算模块：用于计算所述初始转角a至预设转角b所需的角度差b-a；

伺服控制输出模块：用于基于所述第一传动比m、第二传动比n和角度差b-a，计算所述驱动组件(3)所需的输出转角c，以使所述旋转机架(1)从初始转角的位置转动至预设转角的位置处，其中，所述输出转角c＝(b-a)*(m·n)；

控制补偿模块：基于位置环PID确认所述驱动组件(3)转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件(3)的输出转角进行反馈补偿，以使所述驱动组件(3)带动所述旋转机架(1)由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置。

15.一种旋转装置的控制方法，其特征在于，应用于权利要求14所述的控制装置，所述控制方法包括：

获取所述旋转机架(1)所处位置的初始转角a；

获取所述电机通过减速机的第一传动比m，主齿轮(22)或副齿轮(23)和驱动齿轮的第二传动比n；

计算所述初始转角a至预设转角b所需的角度差b-a；

基于所述第一传动比m、第二传动比n和角度差b-a，计算所述驱动组件(3)所需的输出转角c，以使所述旋转机架(1)从初始转角的位置转动至预设转角的位置处，其中，所述输出转角c＝(b-a)*(m·n)；

基于位置环PID确认所述驱动组件(3)转动的角度是否达到输出转角，如未达到，对所述驱动组件(3)的输出转角进行反馈补偿，以使所述驱动组件(3)带动所述旋转机架(1)由所述初始转角a的位置转动至所述预设转角b的位置。

16.一种放射治疗设备，其特征在于，所述放射治疗设备包括粒子加速器，所述粒子加速器安装在权利要求1-13任一所述的旋转装置的旋转机架(1)上。