匀速翻转机构及其控制方法

摘要

本发明公开了一种匀速翻转机构及其控制方法，包括翻转体、直线推进装置、固定座及控制装置，直线推进装置具有固定端和运动端，该固定端通过第一支点可翻转的设置在固定座上，该翻转体通过第二支点与直线推进装置的运动端活动连接，该翻转体通过第三支点可翻转的设置在固定座上，该第一、二、三支点构成三角形，其特征在于：还包括控制装置，控制装置与直线推进装置连接，控制装置获取翻转体翻转时的实际角速度，并比较该实际角速度与设定角速度，根据比较结果实时调整直线推进装置的直线速度，使翻转体的实际角速度接近或等于设定角速度。该机构可以使翻转体平稳翻转，有效降低翻转时的冲击力。

权利要求

1.一种匀速翻转机构，包括翻转体、直线推进装置及固定座，直线推进装置具有固定端和运动端，该固定端通过第一轴可翻转的设置在固定座上，该翻转体通过第二轴与直线推进装置的运动端活动链接，该翻转体通过第三轴可翻转的设置在固定座上，该第一、二、三轴平行且这三个轴的轴心构成三角形，其特征在于：还包括控制装置，控制装置与直线推进装置连接，控制装置获取翻转体翻转时的实际角速度，并比较该实际角速度与设定角速度，根据比较结果实时调整直线推进装置的直线速度，使翻转体的实际角速度接近或等于设定角速度。

2.根据权利要求1所述的匀速翻转机构，其特征在于：所述的第三轴为转轴，该转轴与翻转体固定，该转轴上还固定有触发体，固定座上固定有第一行程开关和第二行程开关，该第一行程开关和第二行程开关均位于该触发体的翻转轨迹上。

3.根据权利要求2所述的匀速翻转机构，其特征在于：所述的控制装置包括用于实时反馈翻转体角度位置的角度监测装置。

4.根据权利要求3所述的匀速翻转机构，其特征在于：所述的触发体为凸轮、角度监测装置为电位器，直线推进装置为直线推杆电极。

5.根据权利要求4所述的匀速翻转机构，其特征在于：所述的第三轴上还固定有第一齿轮，该第一齿轮与第二齿轮啮合，该第二齿轮与电位器同步转动。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的匀速翻转机构，其特征在于：所述的翻转体包括用于X射线摄影系统中的探测器及预期固定的连接板，第二轴和第三轴与该连接板连接。

7.一种匀速翻转机构的控制方法，所述匀速翻转机构包括翻转体、直线推进装置及固定座，直线推进装置具有固定端和运动端，该固定端通过第一轴可翻转的设置在固定座上，该翻转体通过第二轴与直线推进装置的运动端活动连接，该翻转体通过第三轴可翻转的设置在固定座上，该第一、二、三轴平行且这三个轴的轴心构成三角形，其特征在于：包括如下步骤：

1)监测翻转体的角度位置信息，并根据该角度位置计算出翻转体的实际角速度；

2)比较翻转体的实际角速度和设定角速度；

3)如果实际角速度大于设定角速度，则控制直线推进装置降低其直线速度；如果实际角速度小于设定角速度，则控制直线推进装置增加其直线速度。

8.根据权利要求7所述的匀速翻转机构的控制方法，其特征在于：所述的步骤1)中，通过电位器实时监测翻转体的角度位置信息。

9.根据权利要求7或8所述的匀速翻转机构的控制方法，其特征在于：所述的直线推进装置为直线推杆电机。

10.根据权利要求9所述的匀速翻转机构的控制方法，其特征在于：所述的步骤3)中，通过调整直线推杆电机驱动信号的占空比来改变其直线速度。

说明书

匀速翻转机构及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明是关于一种匀速翻转机构及其控制方法。

背景技术

[0002] 在悬吊型医用X射线摄影系统中，单平板系统的探测器有多种工作状态，经常使用的有探测器与水平面平行的平床位及探测器与水平面垂直的胸片位，这就需要通过探测器的翻转来实现各种不同的工作状态。目前，在医用X射线摄影系统中，平板翻转一般通过手动翻转或电动翻转来实现，电动翻转采用直线推杆电机推动探测器绕一根轴做圆周运动。但是，对于该等翻转方式，其具有如下缺点：1)对于手动翻转，需要医生手动操作，不能用遥控器控制，也无法实现一次操作到位；对于电动翻转，翻转过程中的角速度不是匀速的，运动过程没有优化，运动中冲击比较大，如图1所示，探测器的最大速度与最小角速度ωmax:ωmin≈4:1。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种能够使翻转体平稳翻转、有效降低翻转时冲击力的匀速翻转机构及其控制方法。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种匀速翻转机构，包括翻转体、直线推进装置、固定座及控制装置，直线推进装置具有固定端和运动端，该固定端通过第一支点可翻转的设置在固定座上，该翻转体通过第二支点与直线推进装置的运动端活动连接，该翻转体通过第三支点可翻转的设置在固定座上，该第一、二、三支点构成三角形，其特征在于：还包括控制装置，控制装置与直线推进装置连接，控制装置获取翻转体翻转时的实际角速度，并比较该实际角速度与设定角速度，根据比较结果实时调整直线推进装置的直线速度，使翻转体的实际角速度接近或等于设定角速度。

[0005] 所述的第三支点为转轴，该转轴与翻转体固定，该转轴上还固定有触发体，固定座上固定有第一行程开关和第二行程开关，该第一行程开关和第二行程开关均位于该触发体的翻转轨迹上。

[0006] 所述的控制装置包括用于实时反馈翻转体角度位置的角度监测装置。

[0007] 所述的触发体为凸轮、角度监测装置为电位器，直线推进装置为直线推杆电机。

[0008] 所述的第三轴上还固定有第一齿轮，该第一齿轮与第二齿轮啮合，该第二齿轮与电位器同步转动。

[0009] 所述的翻转体包括用于X射线摄影系统中的探测器及与其固定的连接板，第二支点和第三支点即与该连接板连接。

[0010] 一种匀速翻转机构的控制方法，包括翻转体、直线推进装置及固定座，直线推进装置具有固定端和运动端，该固定端通过第一支点可翻转的设置在固定座上，该翻转体通过第二支点与直线推进装置的运动端活动连接，该翻转体通过第三支点可翻转的设置在固定座上，该第一、二、三支点构成三角形，包括如下步骤：

[0011] 1)监测翻转体的角度位置信息，并根据该角度位置计算出翻转体的实际角速度；

[0012] 2)比较翻转体的实际角速度和设定角速度；

[0013] 3)如果实际角速度大于设定角速度，则控制直线推进装置降低其直线速度；如果实际角速度小于设定角速度，则控制直线推进装置增加其直线速度。

[0014] 所述的步骤1)中，通过电位器实时监测翻转体的角度位置信息。

[0015] 所述的直线推进装置为直线推杆电机。所述的步骤3)中，通过调整直线推杆电机驱动信号的占空比来改变其直线速度。

附图说明

[0016] 图1是反映现有电动翻转时探测器转动时角速度与角度函数关系的曲线图(横坐标为角度，纵坐标为角速度)；

[0017] 图2是本实施方式匀速翻转机构的立体图；

[0018] 图3是本实施方式匀速翻转机构的左视图；

[0019] 图4是本实施方式匀速翻转机构在翻转体处于第一极限位置时的示意图；

[0020] 图5是本实施方式匀速翻转机构在翻转体处于第二极限位置时的示意图；

[0021] 图6是本实施方式匀速翻转机构的结构原理图；

[0022] 图7是反映本实施方式匀速翻转机构的探测器翻转时的角速度与角度函数关系的曲线图(横坐标为角度，纵坐标为角速度)。

具体实施方式

[0023] 如图2至图7所示，本实施方式匀速翻转机构包括支架1、电机座2、直线推杆电机3、连接板6、探测器7及电位器13。支架1固定，电机座2固定在该支架1上。直线推杆电机3用于将旋转运动转换为直线运动，其具有固定端和运动端，固定端通过第一转轴11可翻转的安装在电机座2上，使整个直线推杆电机3可以该第一轴11为支点相对电机座2翻转。直线推杆电机3的运动端通过第二轴5与连接板6转动连接。连接板6通过紧固件与第三轴9固定，第三轴9通过轴承与支架1连接，使第三轴9可以在支架1上转动。探测器
7通过紧固件固定在连接板6上，从而能够随着连接板6同步翻转。第一轴11、第二轴5及第三轴9呈三角形分布，且第一轴11、第二轴5及第三轴9平行。第三轴9上固定有凸轮
8，支架1上固定有第一行程开关4和第二行程开关10，凸轮8在第一、二行程开关4、10之间转动，并可分别实现对第一、二行程开关4、10的触发。第三轴9上还固定有第一齿轮12，该第一齿轮12与第三轴9同轴线，该第一齿轮12与第二齿轮14啮合，第二齿轮14固定在对应的齿轮轴上，电位器13则固定在该齿轮轴上，使第二齿轮14带动电位器13同步旋转。
在第三轴9上，凸轮8和第一齿轮12分别位于直线推杆电机3的运动端的两侧。

[0024] 探测器7、连接板6、第三轴9、凸轮8及第一齿轮12同步转动，并通过啮合的第一齿轮12和第二齿轮14，将该转动以一定的倍数(即该第一、二齿轮组成的轮系的传动比)传递给电位器13。直线推杆电机3工作时，其运动端带动连接板6和探测器7以第三轴9为支点翻转，该翻转的极限位置由第一行程开关4和第二行程开关10确定。探测器7在第一极限位置时，凸轮8触发第一行程开关4，如图4所示；探测器7在第二极限位置时，凸轮8触发第二行程开关10，如图5所示。

[0025] 匀速翻转机构的原理如图6所示，将相固定的探测器和连接板整体视为翻转体15，将支架和电机座整体视为固定座16，将第一、二、三转轴分别视为第一、二、三支点A、C1、B，直线推杆电机3的固定端通过第一支点A可转动的安装在固定座16上，直线推杆电机3的运动端通过第二支点C1与翻转体15转动连接，翻转体15通过第三支点B可转动的安装在固定座16上，第一、二、三支点A、C1、B构成三角形AC1B，L1为AC1边的边长，r为C1B边的边长，d为BA边的边长，γi为传动角。

[0026] 使σ＝r/d，则：

[0027]

[0028] 翻转体15绕第三支点B翻转时，该翻转体15的角速度ω1为：

[0029]

[0030] 其中，V2为直线推杆电机3工作时的直线速度，即直线推杆电机3的伸缩杆17直线伸出或直线缩回时的速度。由此角速度计算公式可知，如果直线推杆电机为匀速运动(即V2不变)，则翻转体的角速度是非匀速(参见图1)；如果需要使翻转体匀速翻转，则直线推杆电机需为非匀速。

[0031] 直线推杆电机3带动探测器7翻转时，电位器13反馈探测器7的位置信息，通过该位置信息可以计算出探测器7的实际角度，通过定时连续的读取电位器13的位置信息，可以计算出探测器7在单位时间内的转动角度，即探测器7的实际角速度，比较该实际角速度与设定角速度，如果两者不一致，则通过调节直线推杆电机3驱动信号的占空比来调节该电机的直线速度。如果，设定角速度大于实际角速度，则增大电机驱动信号的占空比，使该电机加速，即增大直线速度V2；如果，设定角速度小于实际角速度，则减小电机驱动信号的占空比，使该电机减速，即减小直线速度V2；最终使探测器的实际角速度接近设定角速度或与设定角速度一致，如图6所示，探测器7的最大速度与最小角速度ωmax:ωmin≈1.2:1。对直线推杆电机3的直线速度V2进行调整时，其是根据前述计算角速度ω1的公式进行调整。

[0032] 本匀速翻转机构包括翻转体、直线推进装置、固定座及控制装置，直线推进装置具有固定端和运动端，该固定端通过第一支点可翻转的设置在固定座上，该翻转体通过第二支点与直线推进装置的运动端活动连接，该翻转体通过第三支点可翻转的设置在固定座上，该第一、二、三支点构成三角形，控制装置与直线推进装置连接，控制装置获取翻转体翻转时的实际角速度，并比较该实际角速度与设定角速度，根据比较结果实时调整直线推进装置的直线速度，使翻转体的实际角速度接近或等于设定角速度。通过控制直线推进装置非匀速运动，使翻转体能够匀速翻转或接近匀速的翻转，使翻转体的翻转过程更加平稳，减小翻转运动中的冲击力。

[0033] 本匀速翻转机构还可包括对翻转体的翻转角度范围进行限位的限位装置，该限位装置包括与翻转体同步运动的触发体及固定在固定座上的第一行程开关和第二行程开关，该第一行程开关和第二行程开关均位于该触发体的翻转轨迹上。触发体可以为凸轮，也可以为摆杆，或其它可以起到触发行程开关作用的结构体。触发体较佳的是为凸轮，其不仅结构简单，重量轻而且安装方便。行程开关可以为机械式的触发开关，也可以为光电式的触发开关。

[0034] 本匀速翻转机构的控制装置可以包括用于实时反馈翻转体角度位置的角度监测装置，该角度监测装置可以为电位器，也可以为其它可以起到相同作用的电子器件。对于该角度监测装置，其可以与翻转体同步翻转，也可以将翻转体的翻转运动以一定的传动比传递给该角度监测装置。当角度监测装置为电位器时，翻转体以转轴为支点可翻转的设置在固定座上，该转轴上固定有第一齿轮，该第一齿轮与第二齿轮啮合，该第二齿轮与该电位器同步运动；通过设置该齿轮转动，不仅结构简单，而且可以有效的传递转轴的转动角度。对于该齿轮传动，其也可以用同步带轮传动替代。

[0035] 本匀速翻转机构不仅可以用在X射线摄影系统中，也可用在其它需要实现匀速翻转的装置或系统中。

[0036] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。