罗升ELMO伺服系统在IGRT呼吸仿真系统中的应用

1、罗升 ELMO 伺服系统在 IGRT 呼吸仿真系统中的应用 Acepillar ELMO Servo System The Application of Breathe Simulation System天津罗升企业有限公司北京办事处 李建辉 本文介绍了罗升 Elmo 伺服系统在 IGRT 呼吸仿真系统中的应用。该系统相 比较之前传统的 PLC 位置控制构架更加简单和可靠, 通过罗升伺服驱动器内部程 序的编写完成了精准的正弦曲线运动和位置跟随运动。关键词罗升 Elmo 伺服系统RS-232通讯控制位置跟随Image guided radiation therapy 影像引导放射治疗 (IGRT

2、是近年来放射肿瘤学领域最 先进的治疗技术。通过新型 IGRT 系统,将影像获取、治疗计划设计、 CT 模拟定位及加 速器治疗完美地整合到一套放疗系统之中,以精确实施放射治疗。目前 IGRT 设备主要 有传统直线减速器结合影像系统、断层放射治疗机和影像引导的立体定向治疗机。 IGRT 呼吸仿真系统主要功能为模拟 人 体呼吸系统的 运动 , 进 而达 到 诊 断的目的, 以完 成 精确 实施放射治疗。 本文 主要 介绍 通过 使用 罗升 ELMO 伺服系统完 成 呼吸仿真 运动 的过 程 , 借助 罗升 ELMO 伺服 强大 的 编程 功能和 与 HITECH 人 机 界面 的通讯功能完 成 精确

3、的位置 控制。系统要求:该 系统主要模仿 人 体的呼吸系统 运动 ,主要 分 为 两个运动单元 , 两个运动轴 X 、 X' 分别做相对 的 正弦曲 线 运动 , X' 轴 位 于 X 轴上 , 并且保证 X' 轴相对于绝对 位置 没 有位 移 , 故需 要 X 、 X' 两轴 的 运动保持严格 的 同步 。 同时每个轴都需 要 回原点 功能以及 单独运动 的功能。 正弦运动 的 参数(包括运动周期 、 幅度等参数需 要 可 以 在人 机 界面上 完 成 设 置、 显示 和 修改 。系统构成和系统框架图:该 系统的 构成 主要 分 为机 械部分 和 电气部分 。

4、 机 械部分由于 整体 高度 的 限 制以及放 射过 程 中, 被 放射 面不 能有 金属存在 , 故在 传 动上采用了同步 齿形带 的结 构 ,通过伺服 电 机直 接驱 动 ; 电气部分采用了 罗升 HITECH 人 机 界面 作 为 显示 和控制的 终端 , 人 机 界 面同时 和 两 台 ELMO 伺服 驱 动 控制器通讯,通过 ELMO 伺服 里 面编 写好 的 程 序 , 利 用人 机 界面 实 现 回原点 、 频率 幅 值 设定、 两轴同动等 控制功能。 具 体 电气 系统 框架图如图 1: 图 1罗升 HITECH 人 机 界面 的 显示界面 比较简 单 , 包 含 了参数 设置

5、、 回原点 、 两轴同动 、单轴单独运动等 几 个界面 , 并且可 以 根据客户 的 需 要完 成相 关 功能的 增 减。该 套系统的 核心 技术 在于采用了 智 能型的 具 有控制功能的伺服 驱 动 器, 通过 驱 动 器 的 编程 实 现 了 传统 应 用 中 大 型 PLC 才 能实 现 的位置控制功能。 针 对 罗升 ELMO 智 能型伺 服 驱 动 器 会 在 下 面做 详细 的 介绍 。罗升 ELMO 伺服在该应用中的特点:1. 全 面可编程 功能罗升 公司 的 ELMO 伺服为以 色列 ELMO 公司研发 的最新一 代 的 数 字智 能型伺服 驱 动 器, 其驱 动 器 自带 了

6、 2K 的 编程 空间 ,加 强 型 驱 动 器 更 是 配 备 了 32K 的 编程 空间 ,完 全 可 以 满足复杂 的 运动 控制。其 编程界面 友好易 用 , 有 高 级语言 编程 经验 的 客户 可 以 在 很短 的 时 间内熟悉 该 产品 的 编程 工作 。 具 体 编程界面 如图 2: 图 2其 编程采用 的 语言 是 类似 于 C 语言 的 编程 环境 , 可 以 使用 while 、 if 、 until 、 define 、 for 、 end 等 语句; 同时 融入 了 ELMO 伺服 自身内 部 的 运动 控制 参数 70余 个 , 例如:MO 、 PX 、 VX 、

7、AC 、 BG 、 ST 、 UM 、 RM 等 ;另外 , 可 以 对 外 部 的 I/O以及模拟 量 进 行 编程 操 作 , 用 以完 成 I/O的 事 件 触 发 以及模拟 量 输 入 的速 度 控制 等 。 具 体 编程 片 断 如图 3: 图 32. 正弦曲 线功能该 应 用 中,一 个 最主要的功能是 需 要伺服模拟 人 体呼吸 运动 , 做正弦曲 线 运动 。传 统的实 现 该 功能的 方法 是 需 要 带 有位置控制功能模 块 的 PLC 通过 复杂 的 浮 点运 算后 , 给 出 相 应 的 脉冲 频率 来完 成 位置控制。 而 罗升 ELMO 伺服 驱 动 器中, 自带

8、了 SIN 函 数 , 同 时 还 带 有 PTP (点 到 点 和 PVT (位置、速 度 、 时 间 等曲 线 运动 控制功能, 可 以 很 容 易 的完 成正弦曲 线的设定。针 对 此 应 用 ,罗升 ELMO 伺服 给出 的 具 体实 现 方法 是 :首 先 根据 人 机 界面 输 入 的 频 率 计 算出 运动 的 周期 , 然后 根据 周期 通过 运 算把 一 个周期时 间细 分 为 64段 , 再 根据 输 入 的 幅度 值 , 在 一 个周期 内细 分 出 64个 位置 点 ,通过 SIN 函 数 的 运 算 , 就得出 一 个周 期 内 相 应 的 64个点 位 上每个点 的位置、速 度 、 时 间 这三 个参数 ,将 这些 参数 确定 后 , 再 确定 运动 的 起始 点 和 运动 模 式 (一 次 运 行 或者 周期运 行 等 。 待 以 上 工作 都 完 成 后 , 驱 动 器 会 在 接 到 下 一 个 开始 运动 的 指令后 , 根据 输 入 的 64个点 ,进 行 PVT 曲 线 运动 , 将 64个点