CN207457846U - 一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其技术特点是：机械部分包括传动模块和三维平移模块，主机部分包括控制模块、人机交互模块、电源模块、驱动模块、电机模块和反馈模块，控制模块经驱动模块连接电机模块，电机模块连接传动模块并驱动三维平移模块的三维空间位置和角度移动；反馈模块用于实时检测三维平移模块在X轴、Y轴、Z轴的移动距离和角度偏转并将数据信息实时地传输给控制模块，控制模块对反馈信号进行分析处理并进一步控制电机模块工作。本实用新型能够准确地移动三维平移台上物体的角度以及三维空间的位置，具有结构紧凑、精度高、可靠性高、易于拓展、成本低廉等特点。

Description

一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台

技术领域

本实用新型属于精密仪器技术领域，尤其是一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台。

背景技术

随着医疗技术的发展，精准医疗得到了国家和社会的广泛关注。光遗传技术是新兴的一种神经干预技术，其将重组DNA技术与光学技术结合起来，向生物体内注射一种特定植物基因，这种基因能够对不同颜色光的刺激作出敏感的反应，例如：Channer lhodopsin2(ChR2)蛋白和Halorhodopsin(NpHR)蛋白，Channer lhodopsin2蛋白可以感应蓝光，使细胞去极化，打开通道释放Na+，使细胞处于兴奋的状态；Halorhodopsin(NpHR)蛋白可以感应红光刺激(～690nm)，使细胞超极化，Cl－通道开放，使细胞处于抑制的状态，这两种不同的光敏蛋白可以同时在细胞中表达，通过这种方法控制大脑的神经元链路处于兴奋或者抑制的状态，已经有资料显示，该方法对帕金森症等神经性疾病有很好的疗效。这种方法需要移动光纤到特定的神经细胞元处，实施干预治疗，这种方法需要一种高精度的三维平移台。穿刺是一种常用的诊疗或治疗方法，其对准确度要求很高，尤其是骨髓穿刺、关节腔穿刺，这种穿刺风险性较大，一旦失败，会给患者造成巨大的痛苦和心里负担，因此，医疗单位亟需一种可以精确控制穿刺针头的位置的和推进深度的仪器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，满足精确控制穿刺针头的位置的和推进深度的要求。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，包括主机部分和机械部分，所述机械部分包括传动模块和三维平移模块，所述主机部分包括控制模块、人机交互模块、电源模块、驱动模块、电机模块和反馈模块，所述电源模块与控制模块、驱动模块相连接为其供电，所述人机交互模块与控制模块相连接实现交互功能，所述控制模块经驱动模块连接电机模块，所述电机模块连接传动模块并驱动三维平移模块的三维空间位置和角度移动；所述反馈模块实时检测三维平移模块在X轴、Y轴、Z轴的移动距离和角度偏转并将数据信息实时地传输给控制模块，所述控制模块对反馈信号进行分析处理并进一步控制电机模块工作，并通过人机交互模块实时显示出三维平移模块的信息。

进一步的，所述人机交互模块为上位机模块或显示模块，上位机模块采用有线或无线方式与控制模块相连接，所述显示模块通过有线方式与控制模块相连接。

进一步的，所述传输模块的传动结构为齿轮结构或皮带传送轮结构。

进一步的，通过调整传动结构中齿轮或传动轮的齿轮比来控制三维智能平移台的移动精度。

进一步的，所述反馈模块为由激光发射头和电传感器组合构成的光电测速模块；所述反馈模块的安装位置为：在电机模块、传动模块和三维平移模块中的任何一个模块，或同时安装在上述几个模块中；

所述反馈模块在电机模块上的安装结构为：在电机模块的齿轮或传动轮上制有多个均匀的圆形通孔，圆形通孔大小与反馈模块中光电传感器模块相适应，反馈模块安装在圆形通孔的两侧；

所述反馈模块在传动模块上的安装结构为：在传动模块的齿轮或传动轮上制有多个均匀的圆形通孔，圆形通孔大小与反馈模块中光电传感器模块相适应，反馈模块安装在圆形通孔的两侧；

所述反馈模块在三维平移模块上的安装结构为：在三维平移模块的齿轮或传动轮上制有多个均匀的圆形通孔，圆形通孔大小与反馈模块中光电传感器模块相适应，反馈模块安装在圆形通孔的两侧。

进一步的，所述圆形通孔大于2mm。

进一步的，通过增加齿轮或传动轮上圆形通孔的数量来增加仪器的移动精度。

进一步的，所述三维平移模块的主体为高精度的三维平台，在三维平台顶部安装一个移动平台，移动平台通过一侧的固定柱相连并可沿固定柱旋转，在移动平台表面上制有多个用于安装所需部件的固定孔；在移动平台下方设有一个突出的部分并连接一个可旋转的偏心椭圆，该偏心椭圆设置在三维平台上并与齿轮或传送轮相连接，当偏心椭圆随齿轮或传动轮带动旋转时，会带动移动平台的角度变化。

进一步的，所述移动平台是一块金属板，金属板的厚度在1mm以上；所述移动平台上的固定孔直径在0.8mm～5mm之间，固定孔的间距在2mm～5mm之间，在固定孔的内部制有螺纹。

进一步的，所述控制模块采用STC90C51芯片；所述电机模块采用ASLONG-JGB37-520减速马达；所述驱动模块采用L298模块或LMD18200模块。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提出的三维平移台具有高精度负反馈调节功能，可以实时、连续、高精度地移动仪器的夹手，准确地移动三维平移台上物体的角度以及三维空间的位置，满足医用或科研的需要，具有结构紧凑、精度高、可靠性高、易于拓展、成本低廉等特点，可广泛用于光遗传激光刺激、穿刺等需要高精度检测治疗或者研究应用的场合。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型的电机模块、传动模块与三维平移模块的齿轮联动关系示意图；

图3为本实用新型的电机模块、传动模块与三维平移模块的皮带联动关系示意图；

图4a为本实用新型的反馈模块在电机模块的空间结构示意图(主视图)；

图4b为本实用新型的反馈模块在电机模块的空间结构示意图(俯视图)；

图5a为本实用新型的反馈模块在传动模块(齿轮结构)的空间结构示意图；

图5b为本实用新型的反馈模块在传动模块(皮带结构)的空间结构示意图；

图6为本实用新型的反馈模块在三维平移模块的空间结构示意图；

图7a为三维平移模块的结构示意图(主视图)；

图7b为三维平移模块的结构示意图(俯视图)；

图8为本实用新型的角度改变在空间结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。

一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，如图1所示，由主机部分和机械部分连接构成。所述机械部分包括传动模块和三维平移模块，传动模块主要负责将主机部分的动力传动到三维平移模块，控制三维平移模块的三维空间位置和角度移动。所述主机部分包括控制模块、上位机模块、显示模块、电源模块、驱动模块、电机模块和反馈模块，电源模块与控制模块、驱动模块相连接为其供电，上位机模块可在有线或无线的情况与控制模块交互，控制模块经驱动模块连接电机模块，电机模块用于驱动机械部分的传动模块来控制三维平移台的位置及角度；反馈模块安装在电机模块、传动模块和三维平移模块上用于实时检测三维平移台在X轴、Y轴、Z轴的移动距离和角度偏转，同时将数据信息实时的传输给控制模块，控制模块对反馈的信号进行处理，判断是否停止驱动电机，并控制显示模块或上位机模块实时显示出三维平移台的位置信息。

下面对本实用新型的各个模块分别进行说明：

控制模块：采用STC90C51芯片，其作为控制核心用于接受从上位机模块或者显示模块发出的命令，通过驱动模块控制X轴、Y轴、Z轴和角度偏转的电机，接受反馈模块的信息判断是否停止驱动电机，同时将三维平移台的实时运动结果传送到显示模块和上位机模块。

电机模块：整个仪器的动力提供单元，通过齿轮机构或皮带机构控制精密的三维平移台的位置和角度。本实用新型对电机的性能要求不高，例如ASLONG-JGB37-520减速马达。

驱动模块：根据电机所需要的驱动能力的不同选择适合的驱动模块，例如L298或LMD18200模块，驱动电机的转动与停止；

电源模块：电源模块由电池或者市电(220V/50Hz)供电，滤波降压之后产生5V的供电电源供仪器的各个功能模块使用。

上位机模块：在电脑、手机或者移动设备上运行的人机友好交互界面，可以通过有线或无线的方式向控制模块发出指令，控制三维平移台的三维空间位置以及角度，并接受控制模块的信号，实时地显示出三维平移台的空间位置以及角度。

显示模块：采用触摸屏并通过有线的方式与控制模块相连接，向控制模块发出命令控制三维台的三维空间位置以及角度，同时接受控制模块的信号，实时地显示出夹具空间位置以及角度。

如图2、3所示，本实用新型的电机模块1与传动模块2的动力连接部分、传动模块中的动力传动以及传动模块与三维平移模块3的动力连接可以根据需求采用齿轮或者皮带的方案,即传动模块为齿轮传动结构(如图2所示)或者皮带传动结构(如图3所示)。图2及图3上显示的是三维平移台X轴的传动方案示意图，Y轴、Z轴和角度传动方案也是类似的。传动模块中可以根据需求确定齿轮或皮带的大小和数量，同时也可以通过调整齿轮比来调整三维平移台的移动精度，以此来调节移送平台的移动速度和反馈模块的检测精度。

反馈模块采用成熟的光电测速模块，例如一个激光发射头和一个光电传感器组合进行光电测速。反馈模块的安装可以在电机模块、传动模块和三维平移模块中的任何一个模块，或同时安装在上述几个模块中，用来检测电机模块的转动情况、传动模块中齿轮或传动轮的转动情况以及三维平移模块中齿轮或传动轮的转动情况。

图4a和图4b给出了反馈模块被安放在电机模块的空间示意图，图中只画出了X轴的传动方案，Y轴、Z轴和角度改变的传动方案是类似的。该图以齿轮传动方案为例，皮带传动轮的方案是类似的。在电机转子上的齿轮1-1上有4个均匀的圆形通孔1-2，开孔大小与反馈模块中光电传感器模块的要求有关，一般要大于1mm，反馈模块1-3安装在圆形通孔的两侧，反馈模块为激光发射头光电传感器组合，齿轮转动的时候会间歇性的遮挡管线的传播，反馈模块通过这种方法来达到判断移动多少的目的，在齿轮的大小固定不变的情况下，通过增加开孔的数量，可以有效地提高整个装置的精确度。

图5a和图5b分别给出了反馈模块被安放在齿轮传动方案和皮带传动方案中的空间示意图，图中只画出了X轴的传动方案，Y轴、Z轴和角度改变的传动方案是类似的。传动模块的齿轮2-1上(或传动轮上)上有4个均匀的圆形通孔2-2，开孔大小与反馈模块中光电传感器模块的要求有关，一般要大于2mm，反馈模块2-3安装在圆形通孔的两侧，反馈模块为激光发射头光电传感器组合，齿轮或传动轮转动的时候会间歇性的遮挡管线的传播，反馈模块通过这种方法来达到判断移动多少的目的，在齿轮的大小固定不变的情况下，通过增加开孔的数量，可以有效地提高整个装置的精确度，若传动模块有多个齿轮或传动轮，反馈模块可以根据具体需要安装在不同的齿轮或传动轮上。

图6给出了反馈模块被安放在三维平移模块的空间示意图，图中只画出了X轴的传动方案，Y轴、Z轴和角度改变的传动方案是类似的，图中只是齿轮传动方案中的空间示意图，传动轮的方案是类似的。在三维平移台上的传动齿轮3-1(或传动轮)上有4个均匀的圆形通孔3-2，开孔大小与反馈模块中光电传感器模块的要求有关，一般要大于2mm，反馈模块2-3安装在圆形通孔的两侧，反馈模块为激光发射头光电传感器组合，齿轮转动的时候会间歇性的遮挡管线的传播，通过这种方法来达到判断移动多少的目的，在齿轮的大小固定不变的情况下，通过增加开孔的数量，可以有效地提高整个装置的精确度。

如图7及图8所示，所述三维平移模块的主体部分是一个高精度的三维平台4，其通过定位螺母与传动模块的齿轮或传动轮相连，控制模块可以控制电机来驱动定位螺母旋转，以此来控制部件的三维空间位置，同时可以根据需求更换不同精度的三维平移台。在三维平台顶部安装一个角度可变的移动平台5，两者通过一侧的固定柱7相连，移动平台可以沿固定柱旋转。该移动平台是一块带有固定孔6的金属板，固定孔直径在0.8mm～5mm，间距在2mm～5mm，金属板的厚度在2mm以上，固定孔的内部有螺纹，方便安装、拓展其他需要精密移动的部件。移动平台下方设有一个突出的部分并将一个可旋转的偏心椭圆8设置在三维平台上并与齿轮或传送轮相连接，当偏心椭圆被齿轮(传动轮)带动旋转的时候，会控制移动平台的角度变化。

三维平移模块的角度控制是通过偏心椭圆的转动来实现的，转动的轴心在偏心椭圆的一个焦点位置，随着偏心椭圆的转动，椭圆的边缘距离焦点的位置会随之变化。图8给出了本实用新型角度控制空间示意图，椭圆部分和齿轮A都在三维平台的上表面，齿轮A是传动模块的一部分，齿轮A的转动会带动椭圆转动，由于椭圆的边缘和移动平台相连接，当椭圆转动的时候会控制移动平台的角度变化。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：包括主机部分和机械部分，所述机械部分包括传动模块和三维平移模块，所述主机部分包括控制模块、人机交互模块、电源模块、驱动模块、电机模块和反馈模块，所述电源模块与控制模块、驱动模块相连接为其供电，所述人机交互模块与控制模块相连接实现交互功能，所述控制模块经驱动模块连接电机模块，所述电机模块连接传动模块并驱动三维平移模块的三维空间位置和角度移动；所述反馈模块实时检测三维平移模块在X轴、Y轴、Z轴的移动距离和角度偏转并将数据信息实时地传输给控制模块，所述控制模块对反馈信号进行分析处理并进一步控制电机模块工作，并通过人机交互模块实时显示出三维平移模块的信息。

2.根据权利要求1所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述人机交互模块为上位机模块或显示模块，上位机模块采用有线或无线方式与控制模块相连接，所述显示模块通过有线方式与控制模块相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述传输模块的传动结构为齿轮结构或皮带传送轮结构。

4.根据权利要求3所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：通过调整传动结构中齿轮或传动轮的齿轮比来控制三维智能平移台的移动精度。

5.根据权利要求3所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述反馈模块为由激光发射头和电传感器组合构成的光电测速模块；所述反馈模块的安装位置为：在电机模块、传动模块和三维平移模块中的任何一个模块，或同时安装在上述几个模块中；

所述反馈模块在电机模块上的安装结构为：在电机模块的齿轮或传动轮上制有多个均匀的圆形通孔，圆形通孔大小与反馈模块中光电传感器模块相适应，反馈模块安装在圆形通孔的两侧；

所述反馈模块在传动模块上的安装结构为：在传动模块的齿轮或传动轮上制有多个均匀的圆形通孔，圆形通孔大小与反馈模块中光电传感器模块相适应，反馈模块安装在圆形通孔的两侧；

所述反馈模块在三维平移模块上的安装结构为：在三维平移模块的齿轮或传动轮上制有多个均匀的圆形通孔，圆形通孔大小与反馈模块中光电传感器模块相适应，反馈模块安装在圆形通孔的两侧。

6.根据权利要求5所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述圆形通孔大于2mm。

7.根据权利要求5所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：通过增加齿轮或传动轮上圆形通孔的数量来增加仪器的移动精度。

8.根据权利要求1或2所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述三维平移模块的主体为高精度的三维平台，在三维平台顶部安装一个移动平台，移动平台通过一侧的固定柱相连并可沿固定柱旋转，在移动平台表面上制有多个用于安装所需部件的固定孔；在移动平台下方设有一个突出的部分并连接一个可旋转的偏心椭圆，该偏心椭圆设置在三维平台上并与齿轮或传送轮相连接，当偏心椭圆随齿轮或传动轮带动旋转时，会带动移动平台的角度变化。

9.根据权利要求1或2所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述移动平台是一块金属板，金属板的厚度在1mm以上；所述移动平台上的固定孔直径在0.8mm～5mm之间，固定孔的间距在2mm～5mm之间，在固定孔的内部制有螺纹。

10.根据权利要求1或2所述的一种高精度的带有负反馈的三维智能平移台，其特征在于：所述控制模块采用STC90C51芯片；所述电机模块采用ASLONG-JGB37-520减速马达；所述驱动模块采用L298模块或LMD18200模块。