JP3446715B2 - 回診用ｘ線撮影装置 - Google Patents
回診用ｘ線撮影装置Info
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
- A61B6/4405—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis the apparatus being movable or portable, e.g. handheld or mounted on a trolley
-
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- A61B6/46—Arrangements for interfacing with the operator or the patient
- A61B6/467—Arrangements for interfacing with the operator or the patient characterised by special input means
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作ハンドルの力
に応答して前進または後退する動力駆動型Ｘ線撮影装置
に係わり、特に、駆動モータをブリッジの中央に位置し
て、スイッチング素子で構成された駆動用のブリッジ回
路と、モータのトルクを前記ブリッジ回路でＯＮ‐ＯＦ
Ｆデューティ制御するパルス幅制御回路を有する回診用
Ｘ線撮影装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】図２に従来の回診用Ｘ線撮影装置を示
す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図
を示す。この装置は、Ｘ線管１８と、それを保持するア
ーム１９と、台車２１上で旋回可能な支柱２０と、その
支柱２０に沿ってアーム１９が上下する上下移動部と、
旋回自在の前輪２３およびかじ取り不能の後輪２２（右
車輪２、左車輪１）を備え、台車２１に取り付けられた
ハンドル保持台１７に設けられたレバーハンドル１４を
前後に操作することによって、下部に設けられた駆動モ
ータ（右モータ６、左モータ５）で前進または後退する
Ｘ線制御部を搭載する台車２１とから構成されている。
そして、Ｘ線管１８の支持機構と回転機構を備えて、水
平方向に伸縮するアーム１９が、支柱２０上をスムース
に垂直移動し、バランスが取れる機構に設計され、被検
者の撮影部位に応じてあらゆる方向と空間的な位置に、
Ｘ線管１８のコリメータ（Ｘ線放射口）がむけられる。
この回診用Ｘ線撮影装置の重量は、４５０ｋｇ以上にな
ることがあるので、動力の助けなしに台車を動かすこと
は非常に難しい。一般に台車２１の後部には固定したか
じ取り不能の一対の後輪２２が設けられ、台車２１の前
部は、一対のキャスターすなわち旋回自在の前輪２３に
よって支持されている。後輪２２は、一般的に台車に装
着された駆動モータ（右モータ６、左モータ５）により
駆動される。そして、台車２１には、自動車用バッテリ
とインバータで主回路１００〜１２０Ｖ、６０Ｈｚを内
部電源とし、高電圧変圧器とコンデンサを備えている。
その制御回路はソリッドシステム化され、撮影操作は自
動プログラム化したワンタッチ式の装置が多く使用され
ている。また、台車２１はゴムタイヤなどを用い、病
室、手術室、エレベータでの出入りが自在であるように
設計され、その他ブレーキシステム、カセッテボック
ス、付属装置を備えている。この回診用Ｘ線撮影装置は
移動型装置として小型・軽量で移動操作性の良いことが
重要であり、病院内でベッドルーム、技工室、手術室、
小児室、レントゲン室、乳児室等に容易に移動して、手
軽に現場でＸ線撮影用として使用される。 【０００３】図３に回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック
図を示す。図３の上部に示された左車輪１および右車輪
２が、それぞれ左モータ５および右モータ６によって駆
動され、左モータ５と右モータ６はモータ駆動回路９に
よって個別に制御される。モータ駆動回路９はＰＷＭ制
御回路１０によってパルス幅制御（ＰＷＭ）によりスイ
ッチング制御される。そのスイッチング制御のデューテ
ィ制御幅は、ＣＰＵ３５からの信号によって制御され
る。操作者が台車２１のレバーハンドル１４を前後に操
作すると、レバーハンドル１４の両端に設けられた左圧
力センサ１５及び右圧力センサ１６からの信号が左右独
立して左入力１２、及び右入力１３としてＣＰＵ３５に
左Ｆｔ及び右Ｆｔとして入力される。一方、左車輪１及
び右車輪２の車軸に設けられ回転速度を検出する左エン
コーダ３と右エンコーダ４から、その回転速度左Ｖｔ及
び右Ｖｔの信号がＣＰＵ３５に入力される。そして、Ｃ
ＰＵ３５は、左圧力センサ１５及び右圧力センサ１６か
らの前進、後退の入力信号Ｆｔに比例したＰＷＭ制御幅
で、ＰＷＭ制御回路１０を制御する。それによって、モ
ータ駆動回路９が動作し、左モータ５及び右モータ６が
出力トルクＴで回転する。その回転速度Ｖｔを左エンコ
ーダ３及び右エンコーダ４が検出し、その速度信号Ｖｔ
が、ＣＰＵ３５に入力される。回転速度Ｖｔが入力信号
Ｆｔに対する所定の回転数よりも低ければ、ＰＷＭ制御
幅を広げ、また、高ければＰＷＭ制御幅を狭めて帰還制
御する。ＣＰＵ３５は、それに対応したスイッチング制
御のデューティ制御幅信号をＰＷＭ制御回路１０に入力
し、ＰＷＭ制御回路１０はモータ駆動回路９を制御し、
モータ駆動回路９は左モータ５及び右モータ６の回転速
度Ｖを制御するものである。レバーハンドル１４は比較
的堅いが可撓性のあるバネ部材を介して台車２１に接続
されている。台車２１両側に接続された２個所のバネ部
材は、堅い板バネで構成され、そのバネ部材を設けたこ
とにより、レバーハンドル１４を押したり引いたりする
ようなレバーハンドル１４に加えられる力に応じて、レ
バーハンドル１４を僅かに前後方向に変位させることが
できる。レバーハンドル１４の両端にはレバーハンドル
１４と共に動く一対の線形磁石がそれぞれ取り付けられ
ている。一方、一対のホール効果センサ（左圧力センサ
１５、右圧力センンサ１６）が台車２１に取付けられ、
それぞれ対応する磁石に隣接して配置される。そしてホ
ール効果センサは電源（図示しない）にそれぞれ接続さ
れている。ホール効果センサ（左圧力センサ１５、右圧
力センンサ１６）が磁石に対して中心位置にあるとき、
ホール効果センサ（左圧力センサ１５、右圧力センンサ
１６）の出力信号はゼロ・レベルになり、磁石をずらす
と、ホール効果センサ（左圧力センサ１５、右圧力セン
ンサ１６）の出力信号は正の最大値と負の最大値の間で
ほぼ線形に変化する。センサ信号の符号すなわち極性
は、レバーハンドル１４の変位の方向を表しセンサ信号
の大きさは変位量に比例する。レバーハンドル１４を前
後に操作することで、バネ部材のバネ作用により、レバ
ーハンドル１４は比較的容易に変位させることができる
とともに、レバーハンドル１４を離したとき、中性位置
または中心位置にすばやく復帰させることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来の回診用Ｘ線撮影
装置は以上のように構成されているが、レバーハンドル
１４はその両端をバネ部材の板バネなどで保持し、その
板バネで重力方向の荷重を支えながら、操作力がゼロの
時には、レバーハンドル１４を中立位置に復帰させる機
構であり、また、操作力の検知には、レバーハンドル１
４に取付けられた磁石の位置をホール効果センサで検出
する方法（もしくは、レバーハンドル１４を支える板バ
ネにひずみゲージを貼り付ける方法もある）を用い、さ
らに、レバーハンドル１４を押す力Ｆｔに応じ、回転数
Ｖｔの信号を受けて、ＰＷＭ制御回路１０のデューティ
幅を帰還制御しているが、急な操作変更をした場合に不
自然な挙動を示し、うまく操作することが出来ないとい
う問題がある。そして、直流モータ（右モータ６、左モ
ータ５）においては、ＰＷＭ制御回路１０が同デューテ
ィ（ＯＮ‐ＯＦＦの割合が同じ）制御をしても、回転数
Ｖｔに逆比例して出力トルクＴが低下するという現象が
ある。レバーハンドル１４を押す力Ｆｔを増幅してモー
タ（右モータ６、左モータ５）から出力する方法では、
同じ力Ｆｔでレバーハンドル１４を押していても、速度
が速くなるにつれて出力トルクＴが小さくなる現象が生
じ、快適で自然な操作感を実現しにくいという問題があ
る。特に、回診用Ｘ線撮影装置などの重量が大きい装置
を駆動する場合には、トルクＴの大きなモータ（右モー
タ６、左モータ５）を採用するため、高速でも十分なト
ルクＴを得るような増幅率でモータ（右モータ６、左モ
ータ５）を制御すると、低速で必要以上のトルクＴが発
生して、著しい操作感の低下を招く。また、低速での操
作性を向上させるために増幅率を小さくすると、レバー
ハンドル１４に大きな力を加え続けなければ、高速走行
を維持できなくなり、実用に耐えないという問題があ
る。 【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、操作者がレバーハンドル１４を押すこ
とで、自然な操作感で操作できる回診用Ｘ線撮影装置を
提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の回診用Ｘ線撮影装置は、操作ハンドルの両
端に加えられた進行方向の操作力に応じて、左右前後に
独立して設けられ圧迫されて操作力を検出する圧力セン
サと、独立に駆動される一対の駆動車輪と、その車輪の
軸に設けられたモータと、そのモータをブリッジの中央
に位置してスイッチング素子で構成された駆動用のブリ
ッジ回路と、モータのトルクを前記ブリッジ回路でＯＮ
‐ＯＦＦデューティ制御するパルス幅制御回路と、駆動
される車輪の回転速度を検知するエンコーダとを備え、
前記圧力センサからの信号とエンコーダからの信号を受
けてモータのトルクを制御し、駆動車輪を回転させて移
動する回診用Ｘ線撮影装置において、前記パルス幅制御
回路のパルス幅を、〔（パルス制御幅の最大値）／（モ
ータの最大出力トルク）〕×〔（モータの最大回転数）
／（モータの最大回転数−モータの回転数）〕×（操作
ハンドルを押す力）で算出された値に比例して制御する
ＣＰＵを備えたものである。 【０００７】本発明の回診用Ｘ線撮影装置は、上記のよ
うに構成されており、ＣＰＵが、操作ハンドルを押す力
Ｆと、モータの回転数Ｖの入力信号を受けて、〔（パル
ス制御幅の最大値）／（モータの最大出力トルク）〕×
〔（モータの最大回転数）／（モータの最大回転数−モ
ータの回転数Ｖ）〕×（操作ハンドルを押す力Ｆ）を演
算して、パルス幅制御回路のＰＷＭ制御パルス幅Ｗを制
御し、そのデューティで、モータ駆動回路のスイッチン
グ素子をＯＮ‐ＯＦＦし、直流モータを回転させる。そ
のため、モータの出力トルクＴ＝（増幅率α）×（押す
力Ｆ）の関係を維持するように、上記の演算が行なわれ
るので、操作者が操作ハンドルを押すことで、自然な操
作感で操作することができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明の回診用Ｘ線撮影装置の一
実施例を図１を参照しながら説明する。図１は、本発明
の回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック回路を示す図であ
る。本回診用Ｘ線撮影装置は、左右の前後にセンサ（左
圧力センサ１５、右圧力センサ１６）を備え操作者の押
す力Ｆ（左入力１２、右入力１３）を出力するレバーハ
ンドル１４と、その押す力Ｆとエンコーダ（左エンコー
ダ３、右エンコーダ４）からの回転数Ｖの信号を受け
て、〔（パルス制御幅の最大値）／（モータの最大出力
トルク）〕×〔（モータの最大回転数）／（モータの最
大回転数−モータの回転数Ｖ）〕×（操作ハンドルを押
す力Ｆ）を算出し、パルス幅制御回路１０のパルス幅を
制御するＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１からの信号を受けて
パルス幅を変化させモータ駆動回路９をデューティ制御
するＰＷＭ制御回路１０と、モータ（左モータ５、右モ
ータ６）をブリッジの中央に配置しスイッチング素子で
構成される駆動用ブリッジ回路を備えたモータ駆動回路
９と、左右の両車輪（左車輪１、右車輪２）を駆動する
モータ（左モータ５、右モータ６）と、両車輪（左車輪
１、右車輪２）の回転数Ｖを検出するエンコーダ（左エ
ンコーダ３、右エンコーダ４）と、左右の車輪（左車輪
１、右車輪２）と、台車２１とから構成されている。 【０００９】本回診用Ｘ線撮影装置は、従来の図３で示
す装置と比べて、従来のＣＰＵ３５と本装置のＣＰＵ１
１が異なる。従来のＣＰＵ３５は、センサ（左圧力セン
サ１５、右圧力センサ１６）からの前進、後退の入力信
号Ｆに比例したＰＷＭ制御幅で、ＰＷＭ制御回路１０を
制御し、モータ（左モータ５、右モータ６）が出力トル
クＴで回転し、その回転速度Ｖをエンコーダ（左エンコ
ーダ３、右エンコーダ４）が検出し、その回転速度Ｖ
が、ＣＰＵ３５に入力され、回転速度Ｖが入力信号Ｆｔ
に対する所定の回転数よりも低ければ、ＰＷＭ制御幅を
広げ、また、高ければＰＷＭ制御幅を狭めて帰還制御す
る。これに対し、本装置のＣＰＵ１１は、センサ（左圧
力センサ１５、右圧力センサ１６）からの前進、後退の
入力信号Ｆと、エンコーダ（左エンコーダ３、右エンコ
ーダ４）からの回転数Ｖの信号を受けて、下記の式
（３）（増幅率）×〔（パルス制御幅の最大値）／（モ
ータの最大出力トルク）〕×〔（モータの最大回転数）
／（モータの最大回転数−モータの回転数Ｖ）〕×（操
作ハンドルを押す力Ｆ）を算出する。そして、ＰＷＭ制
御回路１０のパルス幅を、算出したパルス幅で制御し、
その制御量に比例したデューティでモータ駆動回路９の
ブリッジ構成のスイッチング素子を、ＯＮ‐ＯＦＦ制御
し、直流モータ（右モータ６、左モータ５）を回転させ
る。 【数１】 【００１０】ＣＰＵ１１は、レバーハンドル１４を押す
力Ｆとモータ回転速度Ｖの入力を受けて、上記の理論式
（１）と式（２）から導かれた式（３）に従って、ＰＷ
Ｍ制御回路１０にＰＷＭ制御幅Ｗを出力する。直流モー
タ（右モータ６、左モータ５）における出力トルクＴと
回転速度Ｖとの関係は、（１）式で示される。即ち出力
トルクＴ＝〔（モータの最大回転数−モータの回転数
Ｖ）／（モータの最大回転数）〕×（モータの最大出力
トルク）×〔（ＰＷＭ制御幅）／（パルス制御幅の最大
値）〕である。ここで、Ｔはモータ出力トルク、Ｖはモ
ータ回転数、ＷはＰＷＭ制御幅、ｍａｘはその最大値を
表す。レバーハンドル１４を押す力Ｆとモータ出力トル
クＴとの関係は、（２）式で示される。ここで、αは増
幅率を示す。従って、（１）式と（２）式からＰＷＭ制
御幅Ｗ（３）式が導かれる。即ち、ＰＷＭ制御幅Ｗは、
（増幅率）×〔（パルス制御幅の最大値）／（モータの
最大出力トルク）〕×〔（モータの最大回転数）／（モ
ータの最大回転数−モータの回転数Ｖ）〕×（操作ハン
ドルを押す力Ｆ）となる。 【００１１】従って、押す力Ｆに対し、ＰＷＭ制御幅Ｗ
が、回転数Ｖの関数として、Ｗ＝α×ｆ（Ｖ）×Ｆで制
御される。そして、モータ出力トルクは、Ｔ＝ｋ（Ｖ
ｍａｘ−Ｖ）×Ｗ＝α×Ｆで出力される。そのため、押
す力Ｆに忠実に比例したトルクＴがモータ出力となり、
自然な操作を実現することができる。ＣＰＵ１１は、こ
の（３）式により算出されたＰＷＭ制御幅Ｗで、ＰＷＭ
制御回路１０を制御する。これにより高速で十分なトル
クＴが得られるような増幅率αを有するモータを使用し
制御しても、低速では、押す力Ｆを小さくして操作すれ
ば、必要以上のトルクＴが発生することもなく、低速で
の操作性を向上させることができる。従って、レバーハ
ンドル１４に大きな力を加えなくても高速走行を維持す
ることができる。そして、高速及び低速時に同じ力でレ
バーハンドル１４を押しても、速度が速くなるに従って
出力トルクＴが小さくなることがなく、快適で自然な操
作感を実現することが出来る。 【００１２】 【発明の効果】本発明の回診用Ｘ線撮影装置は上記のよ
うに構成されており、操作者がレバーハンドルを押し、
両端に設けられた圧力センサからの押す力Ｆに対し、Ｐ
ＷＭ制御回路に出力するパルス幅制御信号Ｗが、エンコ
ーダからの回転速度信号Ｖの関数として、Ｗ＝α×ｆ
（Ｖ）×Ｆで制御され、モータの出力トルクは、Ｔ＝ｋ
（Ｖｍａｘ−Ｖ）×Ｗ＝α×Ｆで出力され、押す力Ｆに
忠実に比例したトルクＴがモータから出力され、自然な
操作を実現することができる。また、モータの最大回転
数Ｖｍａｘ、増幅率αをパラメータとすることで、特性
の異なるモータを接続した場合においても、即座に対応
することができる。さらに、操作時の重い／軽いという
感覚は、増幅率αで表現され、低速と高速での操作性の
バランスは、最大回転数Ｖｍａｘで、表現されるので、
操作をさらにしやすくする要求に対しても、容易に対応
することができる。
に応答して前進または後退する動力駆動型Ｘ線撮影装置
に係わり、特に、駆動モータをブリッジの中央に位置し
て、スイッチング素子で構成された駆動用のブリッジ回
路と、モータのトルクを前記ブリッジ回路でＯＮ‐ＯＦ
Ｆデューティ制御するパルス幅制御回路を有する回診用
Ｘ線撮影装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】図２に従来の回診用Ｘ線撮影装置を示
す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図
を示す。この装置は、Ｘ線管１８と、それを保持するア
ーム１９と、台車２１上で旋回可能な支柱２０と、その
支柱２０に沿ってアーム１９が上下する上下移動部と、
旋回自在の前輪２３およびかじ取り不能の後輪２２（右
車輪２、左車輪１）を備え、台車２１に取り付けられた
ハンドル保持台１７に設けられたレバーハンドル１４を
前後に操作することによって、下部に設けられた駆動モ
ータ（右モータ６、左モータ５）で前進または後退する
Ｘ線制御部を搭載する台車２１とから構成されている。
そして、Ｘ線管１８の支持機構と回転機構を備えて、水
平方向に伸縮するアーム１９が、支柱２０上をスムース
に垂直移動し、バランスが取れる機構に設計され、被検
者の撮影部位に応じてあらゆる方向と空間的な位置に、
Ｘ線管１８のコリメータ（Ｘ線放射口）がむけられる。
この回診用Ｘ線撮影装置の重量は、４５０ｋｇ以上にな
ることがあるので、動力の助けなしに台車を動かすこと
は非常に難しい。一般に台車２１の後部には固定したか
じ取り不能の一対の後輪２２が設けられ、台車２１の前
部は、一対のキャスターすなわち旋回自在の前輪２３に
よって支持されている。後輪２２は、一般的に台車に装
着された駆動モータ（右モータ６、左モータ５）により
駆動される。そして、台車２１には、自動車用バッテリ
とインバータで主回路１００〜１２０Ｖ、６０Ｈｚを内
部電源とし、高電圧変圧器とコンデンサを備えている。
その制御回路はソリッドシステム化され、撮影操作は自
動プログラム化したワンタッチ式の装置が多く使用され
ている。また、台車２１はゴムタイヤなどを用い、病
室、手術室、エレベータでの出入りが自在であるように
設計され、その他ブレーキシステム、カセッテボック
ス、付属装置を備えている。この回診用Ｘ線撮影装置は
移動型装置として小型・軽量で移動操作性の良いことが
重要であり、病院内でベッドルーム、技工室、手術室、
小児室、レントゲン室、乳児室等に容易に移動して、手
軽に現場でＸ線撮影用として使用される。 【０００３】図３に回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック
図を示す。図３の上部に示された左車輪１および右車輪
２が、それぞれ左モータ５および右モータ６によって駆
動され、左モータ５と右モータ６はモータ駆動回路９に
よって個別に制御される。モータ駆動回路９はＰＷＭ制
御回路１０によってパルス幅制御（ＰＷＭ）によりスイ
ッチング制御される。そのスイッチング制御のデューテ
ィ制御幅は、ＣＰＵ３５からの信号によって制御され
る。操作者が台車２１のレバーハンドル１４を前後に操
作すると、レバーハンドル１４の両端に設けられた左圧
力センサ１５及び右圧力センサ１６からの信号が左右独
立して左入力１２、及び右入力１３としてＣＰＵ３５に
左Ｆｔ及び右Ｆｔとして入力される。一方、左車輪１及
び右車輪２の車軸に設けられ回転速度を検出する左エン
コーダ３と右エンコーダ４から、その回転速度左Ｖｔ及
び右Ｖｔの信号がＣＰＵ３５に入力される。そして、Ｃ
ＰＵ３５は、左圧力センサ１５及び右圧力センサ１６か
らの前進、後退の入力信号Ｆｔに比例したＰＷＭ制御幅
で、ＰＷＭ制御回路１０を制御する。それによって、モ
ータ駆動回路９が動作し、左モータ５及び右モータ６が
出力トルクＴで回転する。その回転速度Ｖｔを左エンコ
ーダ３及び右エンコーダ４が検出し、その速度信号Ｖｔ
が、ＣＰＵ３５に入力される。回転速度Ｖｔが入力信号
Ｆｔに対する所定の回転数よりも低ければ、ＰＷＭ制御
幅を広げ、また、高ければＰＷＭ制御幅を狭めて帰還制
御する。ＣＰＵ３５は、それに対応したスイッチング制
御のデューティ制御幅信号をＰＷＭ制御回路１０に入力
し、ＰＷＭ制御回路１０はモータ駆動回路９を制御し、
モータ駆動回路９は左モータ５及び右モータ６の回転速
度Ｖを制御するものである。レバーハンドル１４は比較
的堅いが可撓性のあるバネ部材を介して台車２１に接続
されている。台車２１両側に接続された２個所のバネ部
材は、堅い板バネで構成され、そのバネ部材を設けたこ
とにより、レバーハンドル１４を押したり引いたりする
ようなレバーハンドル１４に加えられる力に応じて、レ
バーハンドル１４を僅かに前後方向に変位させることが
できる。レバーハンドル１４の両端にはレバーハンドル
１４と共に動く一対の線形磁石がそれぞれ取り付けられ
ている。一方、一対のホール効果センサ（左圧力センサ
１５、右圧力センンサ１６）が台車２１に取付けられ、
それぞれ対応する磁石に隣接して配置される。そしてホ
ール効果センサは電源（図示しない）にそれぞれ接続さ
れている。ホール効果センサ（左圧力センサ１５、右圧
力センンサ１６）が磁石に対して中心位置にあるとき、
ホール効果センサ（左圧力センサ１５、右圧力センンサ
１６）の出力信号はゼロ・レベルになり、磁石をずらす
と、ホール効果センサ（左圧力センサ１５、右圧力セン
ンサ１６）の出力信号は正の最大値と負の最大値の間で
ほぼ線形に変化する。センサ信号の符号すなわち極性
は、レバーハンドル１４の変位の方向を表しセンサ信号
の大きさは変位量に比例する。レバーハンドル１４を前
後に操作することで、バネ部材のバネ作用により、レバ
ーハンドル１４は比較的容易に変位させることができる
とともに、レバーハンドル１４を離したとき、中性位置
または中心位置にすばやく復帰させることができる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来の回診用Ｘ線撮影
装置は以上のように構成されているが、レバーハンドル
１４はその両端をバネ部材の板バネなどで保持し、その
板バネで重力方向の荷重を支えながら、操作力がゼロの
時には、レバーハンドル１４を中立位置に復帰させる機
構であり、また、操作力の検知には、レバーハンドル１
４に取付けられた磁石の位置をホール効果センサで検出
する方法（もしくは、レバーハンドル１４を支える板バ
ネにひずみゲージを貼り付ける方法もある）を用い、さ
らに、レバーハンドル１４を押す力Ｆｔに応じ、回転数
Ｖｔの信号を受けて、ＰＷＭ制御回路１０のデューティ
幅を帰還制御しているが、急な操作変更をした場合に不
自然な挙動を示し、うまく操作することが出来ないとい
う問題がある。そして、直流モータ（右モータ６、左モ
ータ５）においては、ＰＷＭ制御回路１０が同デューテ
ィ（ＯＮ‐ＯＦＦの割合が同じ）制御をしても、回転数
Ｖｔに逆比例して出力トルクＴが低下するという現象が
ある。レバーハンドル１４を押す力Ｆｔを増幅してモー
タ（右モータ６、左モータ５）から出力する方法では、
同じ力Ｆｔでレバーハンドル１４を押していても、速度
が速くなるにつれて出力トルクＴが小さくなる現象が生
じ、快適で自然な操作感を実現しにくいという問題があ
る。特に、回診用Ｘ線撮影装置などの重量が大きい装置
を駆動する場合には、トルクＴの大きなモータ（右モー
タ６、左モータ５）を採用するため、高速でも十分なト
ルクＴを得るような増幅率でモータ（右モータ６、左モ
ータ５）を制御すると、低速で必要以上のトルクＴが発
生して、著しい操作感の低下を招く。また、低速での操
作性を向上させるために増幅率を小さくすると、レバー
ハンドル１４に大きな力を加え続けなければ、高速走行
を維持できなくなり、実用に耐えないという問題があ
る。 【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、操作者がレバーハンドル１４を押すこ
とで、自然な操作感で操作できる回診用Ｘ線撮影装置を
提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の回診用Ｘ線撮影装置は、操作ハンドルの両
端に加えられた進行方向の操作力に応じて、左右前後に
独立して設けられ圧迫されて操作力を検出する圧力セン
サと、独立に駆動される一対の駆動車輪と、その車輪の
軸に設けられたモータと、そのモータをブリッジの中央
に位置してスイッチング素子で構成された駆動用のブリ
ッジ回路と、モータのトルクを前記ブリッジ回路でＯＮ
‐ＯＦＦデューティ制御するパルス幅制御回路と、駆動
される車輪の回転速度を検知するエンコーダとを備え、
前記圧力センサからの信号とエンコーダからの信号を受
けてモータのトルクを制御し、駆動車輪を回転させて移
動する回診用Ｘ線撮影装置において、前記パルス幅制御
回路のパルス幅を、〔（パルス制御幅の最大値）／（モ
ータの最大出力トルク）〕×〔（モータの最大回転数）
／（モータの最大回転数−モータの回転数）〕×（操作
ハンドルを押す力）で算出された値に比例して制御する
ＣＰＵを備えたものである。 【０００７】本発明の回診用Ｘ線撮影装置は、上記のよ
うに構成されており、ＣＰＵが、操作ハンドルを押す力
Ｆと、モータの回転数Ｖの入力信号を受けて、〔（パル
ス制御幅の最大値）／（モータの最大出力トルク）〕×
〔（モータの最大回転数）／（モータの最大回転数−モ
ータの回転数Ｖ）〕×（操作ハンドルを押す力Ｆ）を演
算して、パルス幅制御回路のＰＷＭ制御パルス幅Ｗを制
御し、そのデューティで、モータ駆動回路のスイッチン
グ素子をＯＮ‐ＯＦＦし、直流モータを回転させる。そ
のため、モータの出力トルクＴ＝（増幅率α）×（押す
力Ｆ）の関係を維持するように、上記の演算が行なわれ
るので、操作者が操作ハンドルを押すことで、自然な操
作感で操作することができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】本発明の回診用Ｘ線撮影装置の一
実施例を図１を参照しながら説明する。図１は、本発明
の回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック回路を示す図であ
る。本回診用Ｘ線撮影装置は、左右の前後にセンサ（左
圧力センサ１５、右圧力センサ１６）を備え操作者の押
す力Ｆ（左入力１２、右入力１３）を出力するレバーハ
ンドル１４と、その押す力Ｆとエンコーダ（左エンコー
ダ３、右エンコーダ４）からの回転数Ｖの信号を受け
て、〔（パルス制御幅の最大値）／（モータの最大出力
トルク）〕×〔（モータの最大回転数）／（モータの最
大回転数−モータの回転数Ｖ）〕×（操作ハンドルを押
す力Ｆ）を算出し、パルス幅制御回路１０のパルス幅を
制御するＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１からの信号を受けて
パルス幅を変化させモータ駆動回路９をデューティ制御
するＰＷＭ制御回路１０と、モータ（左モータ５、右モ
ータ６）をブリッジの中央に配置しスイッチング素子で
構成される駆動用ブリッジ回路を備えたモータ駆動回路
９と、左右の両車輪（左車輪１、右車輪２）を駆動する
モータ（左モータ５、右モータ６）と、両車輪（左車輪
１、右車輪２）の回転数Ｖを検出するエンコーダ（左エ
ンコーダ３、右エンコーダ４）と、左右の車輪（左車輪
１、右車輪２）と、台車２１とから構成されている。 【０００９】本回診用Ｘ線撮影装置は、従来の図３で示
す装置と比べて、従来のＣＰＵ３５と本装置のＣＰＵ１
１が異なる。従来のＣＰＵ３５は、センサ（左圧力セン
サ１５、右圧力センサ１６）からの前進、後退の入力信
号Ｆに比例したＰＷＭ制御幅で、ＰＷＭ制御回路１０を
制御し、モータ（左モータ５、右モータ６）が出力トル
クＴで回転し、その回転速度Ｖをエンコーダ（左エンコ
ーダ３、右エンコーダ４）が検出し、その回転速度Ｖ
が、ＣＰＵ３５に入力され、回転速度Ｖが入力信号Ｆｔ
に対する所定の回転数よりも低ければ、ＰＷＭ制御幅を
広げ、また、高ければＰＷＭ制御幅を狭めて帰還制御す
る。これに対し、本装置のＣＰＵ１１は、センサ（左圧
力センサ１５、右圧力センサ１６）からの前進、後退の
入力信号Ｆと、エンコーダ（左エンコーダ３、右エンコ
ーダ４）からの回転数Ｖの信号を受けて、下記の式
（３）（増幅率）×〔（パルス制御幅の最大値）／（モ
ータの最大出力トルク）〕×〔（モータの最大回転数）
／（モータの最大回転数−モータの回転数Ｖ）〕×（操
作ハンドルを押す力Ｆ）を算出する。そして、ＰＷＭ制
御回路１０のパルス幅を、算出したパルス幅で制御し、
その制御量に比例したデューティでモータ駆動回路９の
ブリッジ構成のスイッチング素子を、ＯＮ‐ＯＦＦ制御
し、直流モータ（右モータ６、左モータ５）を回転させ
る。 【数１】 【００１０】ＣＰＵ１１は、レバーハンドル１４を押す
力Ｆとモータ回転速度Ｖの入力を受けて、上記の理論式
（１）と式（２）から導かれた式（３）に従って、ＰＷ
Ｍ制御回路１０にＰＷＭ制御幅Ｗを出力する。直流モー
タ（右モータ６、左モータ５）における出力トルクＴと
回転速度Ｖとの関係は、（１）式で示される。即ち出力
トルクＴ＝〔（モータの最大回転数−モータの回転数
Ｖ）／（モータの最大回転数）〕×（モータの最大出力
トルク）×〔（ＰＷＭ制御幅）／（パルス制御幅の最大
値）〕である。ここで、Ｔはモータ出力トルク、Ｖはモ
ータ回転数、ＷはＰＷＭ制御幅、ｍａｘはその最大値を
表す。レバーハンドル１４を押す力Ｆとモータ出力トル
クＴとの関係は、（２）式で示される。ここで、αは増
幅率を示す。従って、（１）式と（２）式からＰＷＭ制
御幅Ｗ（３）式が導かれる。即ち、ＰＷＭ制御幅Ｗは、
（増幅率）×〔（パルス制御幅の最大値）／（モータの
最大出力トルク）〕×〔（モータの最大回転数）／（モ
ータの最大回転数−モータの回転数Ｖ）〕×（操作ハン
ドルを押す力Ｆ）となる。 【００１１】従って、押す力Ｆに対し、ＰＷＭ制御幅Ｗ
が、回転数Ｖの関数として、Ｗ＝α×ｆ（Ｖ）×Ｆで制
御される。そして、モータ出力トルクは、Ｔ＝ｋ（Ｖ
ｍａｘ−Ｖ）×Ｗ＝α×Ｆで出力される。そのため、押
す力Ｆに忠実に比例したトルクＴがモータ出力となり、
自然な操作を実現することができる。ＣＰＵ１１は、こ
の（３）式により算出されたＰＷＭ制御幅Ｗで、ＰＷＭ
制御回路１０を制御する。これにより高速で十分なトル
クＴが得られるような増幅率αを有するモータを使用し
制御しても、低速では、押す力Ｆを小さくして操作すれ
ば、必要以上のトルクＴが発生することもなく、低速で
の操作性を向上させることができる。従って、レバーハ
ンドル１４に大きな力を加えなくても高速走行を維持す
ることができる。そして、高速及び低速時に同じ力でレ
バーハンドル１４を押しても、速度が速くなるに従って
出力トルクＴが小さくなることがなく、快適で自然な操
作感を実現することが出来る。 【００１２】 【発明の効果】本発明の回診用Ｘ線撮影装置は上記のよ
うに構成されており、操作者がレバーハンドルを押し、
両端に設けられた圧力センサからの押す力Ｆに対し、Ｐ
ＷＭ制御回路に出力するパルス幅制御信号Ｗが、エンコ
ーダからの回転速度信号Ｖの関数として、Ｗ＝α×ｆ
（Ｖ）×Ｆで制御され、モータの出力トルクは、Ｔ＝ｋ
（Ｖｍａｘ−Ｖ）×Ｗ＝α×Ｆで出力され、押す力Ｆに
忠実に比例したトルクＴがモータから出力され、自然な
操作を実現することができる。また、モータの最大回転
数Ｖｍａｘ、増幅率αをパラメータとすることで、特性
の異なるモータを接続した場合においても、即座に対応
することができる。さらに、操作時の重い／軽いという
感覚は、増幅率αで表現され、低速と高速での操作性の
バランスは、最大回転数Ｖｍａｘで、表現されるので、
操作をさらにしやすくする要求に対しても、容易に対応
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の回診用Ｘ線撮影装置の一実施例を示
す図である。 【図２】 回診用Ｘ線撮影装置の外形を示す図である。 【図３】 従来の回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック回
路を示す図である。 【符号の説明】 １…左車輪 ２…右車輪 ３…左エンコーダ ４…右エンコーダ ５…左モータ ６…右モータ ７…左出力 ８…右出力 ９…モータ駆動回路 １０…ＰＷＭ制御回路 １１…ＣＰＵ １２…左入力 １３…右入力 １４…レバーハンドル １５…左圧力センサ １６…右圧力センサ １７…ハンドル保持台 １８…Ｘ線管 １９…アーム ２０…支柱 ２１…台車 ２２…後輪 ２３…前輪 ３５…ＣＰＵ
す図である。 【図２】 回診用Ｘ線撮影装置の外形を示す図である。 【図３】 従来の回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック回
路を示す図である。 【符号の説明】 １…左車輪 ２…右車輪 ３…左エンコーダ ４…右エンコーダ ５…左モータ ６…右モータ ７…左出力 ８…右出力 ９…モータ駆動回路 １０…ＰＷＭ制御回路 １１…ＣＰＵ １２…左入力 １３…右入力 １４…レバーハンドル １５…左圧力センサ １６…右圧力センサ １７…ハンドル保持台 １８…Ｘ線管 １９…アーム ２０…支柱 ２１…台車 ２２…後輪 ２３…前輪 ３５…ＣＰＵ
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平７−298681（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−173327（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−46760（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−15601（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 6/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】操作ハンドルの両端に加えられた進行方向
の操作力に応じて、左右前後に独立して設けられ圧迫さ
れて操作力を検出する圧力センサと、独立に駆動される
一対の駆動車輪と、その車輪の軸に設けられたモータ
と、そのモータをブリッジの中央に位置してスイッチン
グ素子で構成された駆動用のブリッジ回路と、モータの
トルクを前記ブリッジ回路でＯＮ‐ＯＦＦデューティ制
御するパルス幅制御回路と、駆動される車輪の回転速度
を検知するエンコーダとを備え、前記圧力センサからの
信号とエンコーダからの信号を受けてモータのトルクを
制御し、駆動車輪を回転させて移動する回診用Ｘ線撮影
装置において、前記パルス幅制御回路のパルス幅を、
〔（パルス制御幅の最大値）／（モータの最大出力トル
ク）〕×〔（モータの最大回転数）／（モータの最大回
転数−モータの回転数）〕×（操作ハンドルを押す力）
で算出された値に比例して制御するＣＰＵを備えたこと
を特徴とする回診用Ｘ線撮影装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000080381A JP3446715B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | 回診用ｘ線撮影装置 |
| US09/778,924 US6422747B2 (en) | 2000-03-22 | 2001-02-08 | Movable type x-ray photographing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000080381A JP3446715B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | 回診用ｘ線撮影装置 |
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| JP3446715B2 true JP3446715B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=18597491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000080381A Expired - Lifetime JP3446715B2 (ja) | 2000-03-22 | 2000-03-22 | 回診用ｘ線撮影装置 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JP3446715B2 (ja) |
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-
2000
- 2000-03-22 JP JP2000080381A patent/JP3446715B2/ja not_active Expired - Lifetime
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2001
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