CN213285404U - 一种基于双联3-puu并联装置的医用加速器治疗床 - Google Patents

Abstract

一种基于双联3‑PUU并联装置的医用加速器治疗床，其特征在于，包括床体和公转***，所述床体包括底板、双联3‑PUU并联机构和床面板，双联3‑PUU并联机构位于床面板下方且位于底板上方，双联3‑PUU并联机构设置有三个移动副，所述移动副用于实现双联3‑PUU并联机构在X、Y、Z三个方向的运动自由度。本实用新型具有结构紧凑、刚度高、无累积误差、精度较高的特点。

Description

一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床

技术领域

本实用新型属于放射治疗技术领域，特别涉及一种基于双联3- PUU并联装置的医用加速器治疗床。

背景技术

一般医用电子加速器的主要结构由电子枪、微波***、加速管、真空***、偏转***、旋转机架、治疗机头和治疗床等部件组成。放射治疗是一项对定位和摆位精度要求非常高即精准的工作，特别是治疗床的精度将影响肿瘤治疗的疗效和正常组织受到辐射而产生的并发症。

治疗床首先应具有3个移动自由度，方便医师将病人的病灶置于辐射野内进行治疗，即摆位。另外治疗床整体应可以绕垂直于地面的等中心轴旋转，即拥有一个旋转的自由度。治疗床常见是四级串联机构，即由运动链床旋转(旋转副)-床升降(移动副)-床进出(移动副)-床摆动(移动副)四个自由度运动链顺序联接，每一个前置机构的输出运动是后置机构的输入。治疗床也可以是并联机构，定义为动平台(床面)和定平台(基座)通过两个以上独立的运动链相连接，且以并联方式驱动动平台运动的一种闭环机构。串联机构治疗床总误差＝(1－(1－第1级的误差)×(1－第2级的误差)×(1－第3级的误差)×(1－第4级的误差))，串联级数越多，误差误累积越多。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，具有结构紧凑、刚度高、无累积误差、精度较高的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，包括床体和公转***R_S，所述床体包括底板B_B、双联3-PUU并联机构D-3- PUU和床面板B_T，双联3-PUU并联机构D-3-PUU位于床面板B_T下方且位于底板B_B上方，双联3-PUU并联机构D-3-PUU设置有三个移动副，所述移动副用于实现双联3-PUU并联机构D-3-PUU在X、Y、Z 三个方向的运动自由度。

所述公转***R_S，包括一个旋转副R₀，所述旋转副R₀顶部设置有连接板一B₀和连接板二B₁，床体通过两个连接板B₀和B₁与公转***相连，位于旋转副R₀下方设置有外框K，外框K通过底部四个地脚膨胀螺栓孔与地基固定，所述外框K内部设置有伺服电机M₀，伺服电机M₀的转轴通过联轴器与齿轮副G₀相连。

所述底板B_B为一渠型对称结构，所述底板B_B两侧分别设置有左倾斜垫块D_L和右倾斜垫块D_R，位于左倾斜垫块D_L和右倾斜垫块D_R之间设置有平直垫块D_M，左倾斜垫块D_L和右倾斜垫块D_R分别向内侧倾斜且倾斜角相同，所述平直垫块D_M上设置有直线模组滑台H_M，左倾斜垫块D_L上设置有左直线模组滑台H_L，右倾斜垫块D_R上设置有右直线模组滑台H_R，所述滑台为电动单轴直线模组滑台，所述滑台相互平行，均由伺服电机驱动。

所述滑台可移动长度相同约1.6米，两侧直线模组滑台与中间直线模组滑台在靠近医用直线加速器的长度方向上错开20厘米。

所述双联3-PUU并联机构D-3-PUU包括与床面板B_T接触的动平台P_M，所述动平台P_M与滑台之间通过移动副连接，所述移动副分为左移动副P_1、中移动副P₂和右移动副P₃，所述滑台上设置有托板，所述动平台P_M的左侧、前侧和右侧分别各设置有两个虎克铰，虎克铰通过连杆与设置在托板上的虎克铰相连。

所述托板形状、大小相同，为长方形，上有孔，用于自身与直线模组滑台的固定，沿托板长边方向重叠放置的两个虎克铰，每个托板上的双虎克铰之间固定孔位间距相同。

所述左、右侧的四个连杆等长，中侧的两个连杆等长，各连杆的截面均为等直径圆形，两端有四个预制安装螺孔与虎克铰相连。

所述动平台P_M采用倒立的梯形块台结构，P_M的顶部为大矩形平面S_U，底部为小矩形平面S_D，四周为左矩形平面S_L、右矩形平面 S_R，前倒梯形S_F和后倒梯形S_B，左矩形平面S_L、右矩形平面S_R和前倒梯形S_F预留两个中心对称虎克铰旋转副U形支架固定螺孔，U形支架间距与托板上的两个U形支架的间距相同，动平台P_M的顶部平面S_U预留床面板固定螺孔。

所述虎克铰由两个转轴共面且相互垂直的U型旋转副一R_u ¹和U 型旋转副二R_u ²组成，其中U型旋转副支架两端内孔嵌入产生相互旋转运动的滚动轴承，两个U型旋转副通过十字形装置相连，所述十字形装置的横轴两端嵌入第一个U型支架旋转副一R_u ¹轴向的两个滚动轴承内孔，十字形装置的纵轴两端嵌入第二个U型支架旋转副二 R_u ²轴向的两个滚动轴承内孔，十字形装置由外周四面含沉孔的中心立方块，和四个与立方块侧孔直径过盈配合的圆柱体组成，四个圆柱体通过铆接方式与中心立方块相连接，U型旋转副二R_u ²支架底部预留四个安装连接通孔，用于与移动副上托板、运动链连杆或动平台的连接与固定。

本实用新型的有益效果：

治疗床的纵向运动用于将将病人送入(靠近旋转机架)和缩回(远离机架)，横向运动用于横向治疗摆位，垂直运动用于床面升降和方便病人上、下床。

为方便摆位和定向，治疗床的纵向运动、横向运动、升降运动、床体公转运动由安装在双联3-PUU并联机构三个移动副直线模组滑台的三个伺服电机和安装在公转***上的一个伺服电机驱动。

为方便医师和技师操作，治疗床的两侧装有包括机架旋转和床体运动的手动控制按钮、急停、呼救按钮的控制盒，满足手动和意外的需要。

本实用新型的有益效果：本实用新型由含有六个连杆的双联3- PUU并联装置对床面进行支撑提高了床面的刚度，由于本实用新型采用并联机构，相对于采用串联机构的传统放疗治疗床具有无积累误差和定位精度高的特点，使放射治疗更加精准和安全。

附图说明

图1是本实用新型等轴侧示意图。

图2为虎克铰结构示意图。

图3为公转***结构示意图。

图4为双联3-PUU机构结构示意图。

图5为动平台示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示：本实用新型提供一种基于双联3-PUU并联装置和用于医用加速器放射治疗用途的治疗床的机械结构，该治疗床具有4个自由度，包括由双联3-PUU并联装置产生的三个移动自由度和一个由公转机构产生的旋转自由度，满足加速器治疗床的基本要求。该治疗床可进行升降、进出和左右摆动，另外整体可绕垂直地面且垂直旋转机架转轴的等中心轴进行公转旋转，加之旋转机架上机头射线源的旋转，使得辐射束可以从并联机构的工作空间的任何方向射入病灶。

如图1所示，治疗床除公转***R_S外，床体还包括底板B_B、双联3-PUU并联机构(D-3-PUU)、和床面板B_T组成，双联3-PUU并联机构的静平台固定在床体的底座上，由碳纤维材料构成的床面固定在双联3-PUU并联机构的动平台上。床面在双联3-PUU并联机构的三个移动副的驱动下可完成纵向Z方向的大尺度纵向运动、横向X 方向左右摆动和垂直Y方向升降运动，可获得X、Y、Z三个方向的运动自由度，其中Z方向与医用加速器机架的旋转轴平行，X、Y和 Z三个运动方向相互正交。

如图2，本实用专利使用的所有虎克铰均相同，由两个转轴共面且相互垂直的U型旋转副一Ru1和R_u ²组成。其中U型旋转副支架两端内孔嵌入产生相互旋转运动的滚动轴承，两个U型旋转副通过十字形装置相连。十字形装置的横轴两端嵌入第一个U型支架旋转副R_u ¹轴向的两个滚动轴承内孔，十字形装置的纵轴两端嵌入第二个U型支架旋转副R_u ²轴向的两个滚动轴承内孔。十字形装置由外周四面含沉孔的中心立方块，和四个与立方块侧孔直径过盈配合的圆柱体组成，四个圆柱体通过铆接方式与中心立方块相连接。U型旋转副支架底部预留四个安装连接通孔，用于与移动副上托板、运动链连杆或动平台的连接与固定。

如图3，治疗床整体绕等中心即公转运动(公转***R_S)在机械结构上是一个旋转副R₀，治疗床体通过两个连接板B₀和B₁与公转***相连。安装时公转***置于位于地板下面的深井中的预制地基上，通过外框K底部四个地脚膨胀螺栓孔与地基固定。由于需要精密定角控制，本实用新型使用大功率交流伺服电机产生旋转运动，并通过齿轮副G₀减速提高输出力矩驱动治疗床整体转动。治疗床整体可在伺服电机M₀驱动下绕等中心轴在0°到180°的范围内实现定速连续旋转或精确角度定位，满足医用加速器对治疗床整体旋转的要求。M₀通过螺栓固定在K上，其转轴通过联轴器与齿轮副G₀的小直径齿轮相连接进行传动，然后小直径齿轮拖动大直径齿轮减速驱动床身转动。小齿轮和大齿轮的中轴均通过安装于K中的轴承实现滚动支撑。

如图4，治疗床床底座为一渠型对称结构，三个相同的移动副电动直线模组滑台分别固定在底板B_B的左D_L、右D_R倾斜垫块和中间的平直垫块D_M，左、右倾斜垫块的倾斜角相同，左H_L、右H_R直线模组滑台位置以底板中心线为轴线呈现对称布置，固定于B_B平直垫块上的直线模组滑台H_M位于底板中心，三个电动单轴直线模组滑台相互平行，均由伺服电机驱动，可移动长度相同约1.6米，两侧直线模组滑台与中间直线模组滑台在靠近医用直线加速器的长度方向上错开20厘米左右。

如图4，左直线模组滑台主动运动的工作台即移动副P₁驱动被动运动的运动链U_1AL_1AU_2A和U_1BL_1BU_2B，虎克铰U_1A和U_1B安装在固定于工作台上的托板T_L上；中直线模组滑台主动运动的工作台即移动副P₂驱动被动运动的运动链U_3AL_2AU_4A和U_3BL_2BU_4B，虎克铰U_3A和U_3B安装在固定于工作台上的托板T_M上；右直线模组滑台主动运动的工作台即移动副 P₃驱动被动运动的运动链U_5AL_3AU_6A和U_5BL_3BU_6B，虎克铰U_5A和U_5B安装在固定于工作台P₃上的托板T_R上；虎克铰U_2A、U_2B、U_4A、U_4B、U_6A和U_6B安装在动平台上，六个运动链共同推动动平台运动。

上述托板形状、大小相同，为长方形，上有孔，用于自身与直线模组滑台工作台的固定，和固定相互平行、沿托板长边方向重叠放置的两个虎克铰，每个托板上的双虎克铰之间固定孔位间距相同。左侧虎克铰U_1A、U_1B铰转轴R_u1A ¹和R_u1B ¹方向与移动副P₁的运动方向垂直，右侧虎克铰U_3A、U_3B铰转轴R_u3A ¹和R_u3B ¹方向与移动副P₃的运动方向也是垂直，但中侧U_2A、U_2B铰转轴R_u2A ¹和R_u2B ¹方向与移动副P₂的运动方向平行。

左、右侧运动链连杆L_1A、L_1B、L_3A和L_3B等长，中侧运动链连杆L_2A和L_2B等长。各连杆的截面均为等直径圆形，两端有四个预制安装螺孔与虎克铰相连。

左侧运动链连杆L_1A一端与虎克铰U_1A旋转副R_u1A ²的U型支架底部通过固定螺栓相连，另一端与虎克铰U_2A旋转副R_u2A ²的U型支架底面通过固定螺栓相连，左侧运动链连杆L_1B一端与虎克铰U_1B旋转副R_u1B ²的U型支架底部通过固定螺栓相连，另一端与虎克铰U_2B旋转副R_u2B ²的U型支架底面通过固定螺栓相连；中侧运动链连杆L_2A一端与虎克铰U_3A旋转副R_u3A ²的U型支架底部通过固定螺栓相连，另一端与虎克铰U_4A旋转副R_u4A ²的U型支架底面相连，中侧运动链连杆L_3B一端与虎克铰U_3B旋转副R_u3B ²的U型支架底部通过固定螺栓相连，另一端与虎克铰U_4B旋转副R_u4B ²的U型支架底面通过固定螺栓相连；右侧运动链连杆L_3A一端与虎克铰U_5A旋转副R_u5A ²的U型支架底部通过固定螺栓相连，另一端与虎克铰U_6A旋转副R_u6A ²的U型支架底面通过固定螺栓相连，左侧运动链连杆L_3B一端与虎克铰U_5B旋转副R_u5B ²的U型支架底部通过固定螺栓相连，另一端与虎克铰U_6B旋转副R_u6B ²的U型支架底面通过固定螺栓相连。

如图5，双联3-PUU并联机构的动平台P_M采用倒立的梯形块台结构。P_M的顶部为大矩形平面S_U，底部为小矩形平面S_D，四周左右为矩形平面S_L(左边)、S_R(右边)，前后为倒梯形S_F(前边)和S_B(后边)。平面S_L、S_R和S_F预留两个中心对称虎克铰旋转副U形支架固定螺孔， U形支架间距与托板上的两个U形支架的间距相同。动平台的顶部平面S_U预留床面板固定螺孔。

左侧运动链U_1AL_1AU_2A的虎克铰U_2A旋转副R_u2A ¹支架、U_1BL_1BU_2B虎克铰 U_2B旋转副R_u2B ¹的支架通过螺栓固定在倒梯形平面S_L预留孔位上，虎克铰U_2A和U_2B之间的距离与U_1A和U_1B之间的距离相同；中侧运动链 U_3AL_2AU_4A的虎克铰U_4A旋转副R_u4A ¹形支架、U_3BL_2BU_4B虎克铰U_4B旋转副R_u4B ¹的支架通过螺栓固定在倒梯形平面S_F预留孔位上，虎克铰U_4A和U_4B之间的距离与U_3A和U_3B之间的距离相同；右侧运动链U_5AL_3AU_6A的虎克铰 U_6A旋转副R_u6A ¹形支架、U_5BL_3BU_6B虎克铰U_6B旋转副R_u6B ¹的支架通过螺栓固定在倒梯形平面S_R预留孔位上，虎克铰U_6A和U_6B之间的距离与U_5A和U_5B之间的距离相同。

床面板B_B通过沉头螺栓与动平台P_M进行固定。为提高床面板的抗弯强度，床面Z轴方向的底部前端与动平台的S_F之间通过两根斜筋L_F1相连，底部后端与动平台的S_B之间也通过两根斜筋L_B1相连，连接方式为焊接。

为方便医师和技师操作，床面的两侧预留控制盒安装孔位，满足手动和意外报警的需要。

Claims (9)

1.一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，其特征在于，包括床体和公转***，所述床体包括底板、双联3-PUU并联机构和床面板，双联3-PUU并联机构位于床面板下方且位于底板上方，双联3-PUU并联机构设置有三个移动副，所述移动副用于实现双联3-PUU并联机构在X、Y、Z三个方向的运动自由度。

2.根据权利要求1所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，其特征在于，所述公转***，包括一个旋转副，所述旋转副顶部设置有连接板一和连接板二，床体通过两个连接板和与公转***相连，位于旋转副下方设置有外框，外框通过底部四个地脚膨胀螺栓孔与地基固定，所述外框内部设置有伺服电机，伺服电机的转轴通过联轴器与齿轮副相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，其特征在于，所述底板为一渠型对称结构，所述底板两侧分别设置有左倾斜垫块和右倾斜垫块，位于左倾斜垫块和右倾斜垫块之间设置有平直垫块，左倾斜垫块和右倾斜垫块分别向内侧倾斜且倾斜角相同，所述平直垫块上设置有直线模组滑台，左倾斜垫块上设置有左直线模组滑台，右倾斜垫块上设置有右直线模组滑台，所述滑台为电动单轴直线模组滑台，所述滑台相互平行，均由伺服电机驱动。

4.根据权利要求3所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，所述滑台可移动长度相同约1.6米，两侧直线模组滑台与中间直线模组滑台在靠近医用直线加速器的长度方向上错开20厘米。

5.根据权利要求3所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，所述双联3-PUU并联机构包括与床面板接触的动平台，所述动平台与滑台之间通过移动副连接，所述移动副分为左移动副_、中移动副和右移动副，所述滑台上设置有托板，所述动平台的左侧、前侧和右侧分别各设置有两个虎克铰，虎克铰通过连杆与设置在托板上的虎克铰相连。

6.根据权利要求5所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，所述托板形状、大小相同，为长方形，上有孔，用于自身与直线模组滑台的固定，沿托板长边方向重叠放置的两个虎克铰，每个托板上的双虎克铰之间固定孔位间距相同。

7.根据权利要求5所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，所述左、右侧的四个连杆等长，中侧的两个连杆等长，各连杆的截面均为等直径圆形，两端有四个预制安装螺孔与虎克铰相连。

8.根据权利要求5所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，所述动平台采用倒立的梯形块台结构，动平台的顶部为大矩形平面，底部为小矩形平面，四周为左矩形平面、右矩形平面，前倒梯形和后倒梯形，左矩形平面、右矩形平面和前倒梯形预留两个中心对称虎克铰旋转副U形支架固定螺孔，U形支架间距与托板上的两个U形支架的间距相同，动平台的顶部平面预留床面板固定螺孔。

9.根据权利要求5所述的一种基于双联3-PUU并联装置的医用加速器治疗床，所述虎克铰由两个转轴共面且相互垂直的U型旋转副一和U型旋转副二组成，其中U型旋转副支架两端内孔嵌入产生相互旋转运动的滚动轴承，两个U型旋转副通过十字形装置相连，所述十字形装置的横轴两端嵌入第一个U型支架旋转副一轴向的两个滚动轴承内孔，十字形装置的纵轴两端嵌入第二个U型支架旋转副二轴向的两个滚动轴承内孔，十字形装置由外周四面含沉孔的中心立方块，和四个与立方块侧孔直径过盈配合的圆柱体组成，四个圆柱体通过铆接方式与中心立方块相连接，U型旋转副二支架底部预留四个安装连接通孔，用于与移动副上托板、运动链连杆或动平台的连接与固定。

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