JP4352577B2

JP4352577B2 - 回診用ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP4352577B2
Application number: JP2000130189A
Authority: JP
Inventors: 好二阿久津; 立哉荒木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001309910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動型Ｘ線装置に係わり、特に、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の台車からなる回診用Ｘ線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
図４に回診用Ｘ線撮影装置の制御ブロック図を示す。図４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。
【０００７】
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、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と、左エンコーダ３及び右エンコーダ４からの速度信号Ｖｔとから、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の回転速度を制御するものである。
【０００８】
図５にＰＷＭ制御回路によるモータ３４の駆動回路を示す。（ａ）は運転状態（ｂ）は停止状態を示す。モータ３４がスイッチング素子ＳＷ２４、ＳＷ２５、ＳＷ２６、ＳＷ２７で構成されるブリッジ回路の中央に配置され、ＰＷＭ制御回路１０によりスイッチング制御される。モータ３４を正回転するにはＳＷ２４、ＳＷ２７をＯＮとし、ＳＷ２５、ＳＷ２６をＯＦＦとする。ＤＣ電源２８からＳＷ２４、Ａ点、モータ３４、Ｂ点、ＳＷ２７、接地３３と電流が流れモータ３４は正回転する。
【０００９】
また、逆回転させるためには、ＳＷ２５、ＳＷ２６をＯＮとし、ＳＷ２４、ＳＷ２７をＯＦＦとする。ＤＣ電源２８からＳＷ２５、Ｂ点、モータ３４、Ａ点、ＳＷ２６、接地３３と電流が流れモータ３４は逆回転する。そしてモータ３４の駆動力を増減するには各スイッチング素子のＯＮ‐ＯＦＦのデューティ制御幅をＰＷＭ制御回路１０で制御することで行なわれる。そして、モータ３４を停止させるときには全スイッチング素子ＳＷ２４、ＳＷ２５、ＳＷ２６、ＳＷ２７をＯＦＦにする。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
【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おり、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されていて、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、このレバーハンドル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１４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）を用いているが、しかし、同じトルクを駆動用の左モータ５または右モータ６に入力しても、登坂時と水平時では負荷が異なるので、上り坂では重く下り坂では軽くなる。
【００１４】
装置の質量が大きい場合には、この差が顕著に表れるので、登坂時に大きな操作力が必要となる。また、登坂時に過度の操作力を必要としないようにモータを制御すると、水平走行時や、下り坂走行時に過敏な動作をして、ぎくしゃくするという問題がある。また、角度センサを設けても、加速時と登坂時の区別が困難である。速度制御系を有するシステムに関しては、傾斜による影響は少ないが、フィードバック系の遅れの影響で操作感が自然でなくなるという問題がある。
【００１５】
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、レバーハンドル１４による進行方向の操作力Ｆと駆動車輪の回転速度Ｖを検知して、登坂時、水平時、下り坂時の何れの状態でも軽快な操作感が得られ安全な走行ができる回診用Ｘ線撮影装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、台車と、当該台車に配置されたモータと、当該モータに結合された車輪と、当該車輪の回転速度を検知する回転速度検知手段と、前記台車に保持された操作ハンドルと、当該操作ハンドルに加わる操作力を検出する圧力センサと、前記操作力に変換係数を乗じた値に基づいて出力を決定する演算手段と、当該演算手段からの出力により、前記モータを駆動するモータ駆動回路とを備え、前記演算手段は、過去の一定時間における前記回転速度及び前記出力に基づいて、現在の傾斜角度を推定するとともに、当該推定された傾斜角度が増加するにつれて増加するように、前記変換係数を決定することを特徴とする。
【００１７】
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、予め、走行するいろいろな傾斜角度θによる車輪回転速度とモータ駆動回路出力とを記憶し、それぞれの速度と出力の平均値の比Ｒ_０（θ）を算出しておき、実際走行する時の速度と出力の平均値の比Ｒを算出して、Ｒ_０（θ）と比較して、装置の登坂傾斜角度θを推定し、前記圧力センサからの入力信号に登坂傾斜角度θに応じた係数を乗じて、ＰＷＭ制御回路を介してモータ駆動回路に出力し、駆動車輪の回転速度を制御するので、登坂時、水平時、下り坂時の何れの状態でも軽快な操作感が得られ安全な走行ができる。
【００１８】
【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線撮影装置の駆動回路を示す図である。本装置は、独立に駆動される一対の駆動車輪（左車輪１、右車輪２）と、レバーハンドル１４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（左圧力センサ１５、右圧力センサ１６）と、左右に独立して設けられたモータ（左モータ５、右モータ６）と、駆動される車輪の回転速度を検知するエンコーダ（左エンコーダ３、右エンコーダ４）と、車輪の回転速度Ｖ及びモータ駆動回路の出力Ｔを記憶する記憶手段と、それぞれの平均値の比Ｒを算出し、予めいろいろな傾斜角度θで測定され算出された比Ｒ_０と比較して、装置の登坂傾斜角度θ’を推定し、モータ駆動回路９の出力値Ｔに変換する係数αを決定する演算手段とを備えたＣＰＵ１１と、モータ駆動回路９をパルス幅制御するＰＷＭ制御回路１０と、それにより左右のモータ（左モータ５、右モータ６）を制御するモータ駆動回路９とから構成される。
【００１９】
本装置は、ＣＰＵ１１が従来の装置のＣＰＵ３５と機能（ＣＰＵ１１の機能については後述する）が異なり、その他の部品構成は同じで、モータ駆動制御は、ＰＷＭ制御回路１０を用い、図５に示すように、モータ３４が、スイッチング素子ＳＷ２４、ＳＷ２５、ＳＷ２６、ＳＷ２７で構成されるブリッジ回路の中央に配置され、ＰＷＭ制御回路１０によりスイッチング制御される。そして、モータ３４の駆動力を増減するには各スイッチング素子のＯＮ‐ＯＦＦのデューティ制御幅をＰＷＭ制御回路１０で制御することで行なわれる。そして、モータ３４を停止させるときには全スイッチング素子ＳＷ２４、ＳＷ２５、ＳＷ２６、ＳＷ２７をＯＦＦにする。
【００２０】
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。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。
【００２１】
次に本装置のＣＰＵ１１の機能と制御機構について説明する。ＣＰＵ１１は、予めいろいろな登坂する傾斜角度θにおける車輪の回転速度Ｖｔ及びモータ駆動回路９の出力Ｔｔを記憶装置に記憶し、そして、回転速度Ｖｔの平均値と、モータ駆動回路９の出力Ｔｔの平均値との比Ｒ_０を演算して、傾斜角度θの関数Ｒ_０（θ）として記憶装置に記憶しておく。次に、実際装置が移動する時に、車輪の回転速度Ｖｔ及びモータ駆動回路の出力Ｔｔを一定時間、記憶装置に記憶し、その記憶された回転速度Ｖｔとモータ駆動回路の出力Ｔｔのそれぞれの平均値を算出し、下記の数式（１）に示すそれぞれの平均値の比Ｒを算出する。
【００２２】
そして、予め、記憶装置に記憶されたいろいろな傾斜角度θにおける測定値の比Ｒ_０（θ）と比較して、実際装置が移動する時のＲ＝Ｒ_０（θ）となる登坂傾斜角度θを推定する。そして、ＣＰＵ１１はその傾斜角度θでの予め測定記憶された回転速度Ｖｔとモータ駆動回路９の出力Ｔｔとの関係から、下記の数式（２）に示すモータ駆動回路９の出力値Ｔに変換する係数αを決定する。そして、圧力センサ（左圧力センサ１５、右圧力センサ１６）からの入力信号Ｆに、算出された係数αを乗じて、下記の数式（３）に示すモータ駆動回路９の出力Ｔを算出する。そして最適な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に入力するものである。
【００２３】
【数１】

図２に、登坂傾斜角度θと変換係数αの関係を示す。α＝f（θ）となり、登坂傾斜角度θの増加と共に、変換係数αも増加する。
本装置は、レバーハンドル１４の両端に設けられた圧力センサ（左圧力センサ１５、右圧力センサ１６）からの入力信号Ｆ（左入力１２、右入力１３）に前記変換係数αを乗じたモータ駆動回路９の出力Ｔにより、モータ（左モータ５、右モータ６）を駆動し、駆動車輪（左車輪１及び右車輪２）の回転速度Ｖを制御するものである。登坂時、水平時、下り坂時の何れの状態でも変換係数αによって軽快な操作感が得られ安全な走行ができる。
【００２４】
【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、予めいろいろな傾斜角度θを持った走行路を移動し、装置の記憶部に一定時間の車輪回転速度Ｖｔとモータ駆動回路の出力Ｔｔを記憶し、その平均値の比Ｒ_０（θ）を算出し記憶しておき、そして、診断撮影の回診時に実際走行する時の速度と出力の平均値の比Ｒを算出して、Ｒ_０（θ）と比較して、装置の登坂傾斜角度θを推定し、装置のレバーハンドルに設けられた圧力センサからの入力信号Ｆに、モータ駆動回路の出力値に変換する係数αを乗じて、Ｔ＝αＦとして、ＰＷＭ制御回路を介してモータ駆動回路に出力し、駆動車輪の回転速度を制御するので、登坂路では、変換係数αを１以上に設定すると、軽い操作感が得られ、逆に下り坂では変換係数αを１以下に設定すれば、加速が押さえられるので、安定した操作感が得られる。
【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】本発明の回診用Ｘ線撮影装置の登坂傾斜角度と変換係数の関係を示す図である。
【図３】回診用Ｘ線撮影装置の外観を示す図である。
【図４】従来の回診用Ｘ線撮影装置の駆動系統を示す図である。
【図５】従来の回診用Ｘ線撮影装置のＰＷＭ制御のモータ駆動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…ＣＰＵ１２…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２４…ＳＷ
２５…ＳＷ２６…ＳＷ
２７…ＳＷ２８…ＤＣ電源
２９…Ｄ３０…Ｄ
３１…Ｄ３２…Ｄ
３３…接地３４…モータ
３５…ＣＰＵ

Claims

台車と、
当該台車に配置されたモータと、
当該モータに結合された車輪と、
当該車輪の回転速度を検知する回転速度検知手段と、
前記台車に保持された操作ハンドルと、
当該操作ハンドルに加わる操作力を検出する圧力センサと、
前記操作力に変換係数を乗じた値に基づいて出力を決定する演算手段と、
当該演算手段からの出力により、前記モータを駆動するモータ駆動回路とを備え、
前記演算手段は、過去の一定時間における前記回転速度及び前記出力に基づいて、現在の傾斜角度を推定するとともに、
当該推定された傾斜角度が増加するにつれて増加するように、前記変換係数を決定することを特徴とする回診用Ｘ線撮影装置。