本文關鍵詞：面向放射治療的6-DOF并聯(lián)放療床研制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：腫瘤是危害人類健康的主要疾病之一。隨著國內(nèi)外在放療領域研究的快速發(fā)展,目前絕大部分腫瘤采用放射療法。常規(guī)放療床在復現(xiàn)患者拍攝CT體位時,部分空間自由度受到限制,且定位精度普遍不高,影響精確放療的實現(xiàn)。為此,本課題利用并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)點,將其與放療床實際需求結(jié)合,提出一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的放療床,彌補常規(guī)放療床的不足,來達到精確放射治療的目的。首先,根據(jù)放療床在實際使用過程中對工作空間和結(jié)構(gòu)本身外形尺寸的要求,確定平行導軌式的6-HTRT構(gòu)型作為放療床模型。對放療床進行運動學研究,得到放療床位姿逆解表達式。結(jié)合運動學逆解約束條件,對雙端虎克鉸形式的并聯(lián)放療床進行工作空間的精確分析,得到零姿態(tài)和各極限姿態(tài)下放療床的工作空間,并得到工作空間隨各結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律,為放療床的參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。針對放療床在工作過程中承受偏心載荷導致各桿件受力增大的問題,進行了確定位姿下連桿受力和絲杠輸入力的分析,并在ADAMS進行了仿真驗證。所得結(jié)果指導具體零件的設計和電機等外購件的選取。針對提高虎克鉸強度及剛度問題,提出了一種虎克鉸初始安裝角度優(yōu)化方法,在滿足工作空間的條件下,可以有效減小虎克鉸的轉(zhuǎn)角極限,進而減小虎克鉸尺寸;針對放療床的使用要求,提出一種多目標協(xié)調(diào)的機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法,考慮工作空間、放療床受力、雅可比矩陣條件數(shù),以及構(gòu)建關于條件數(shù)全域均值、條件數(shù)波動情況的目標函數(shù),進行參數(shù)的具體優(yōu)化,最終得到了放療床各結(jié)構(gòu)參數(shù),使得放療床的雅可比矩陣條件數(shù)在工作空間內(nèi)較小且分布均勻。其次,為得到影響放療床位置和姿態(tài)誤差的主要因素,采用閉環(huán)矢量法建立了基于運動學逆解的誤差模型,對其進行全微分得到放療床的位姿誤差與這些主要影響因素之間的關系,并分析得到對放療床位置和姿態(tài)誤差影響較大的敏感參數(shù),以及放療床位置和姿態(tài)的誤差敏感方向。所得分析結(jié)果指導各零件的設計精度和裝配精度,為建立標定模型時應考慮的主要因素提供理論依據(jù)。最后,根據(jù)上述理論分析,完成了放療床的系統(tǒng)集成,研制成功了放療床實驗樣機。為提高放療床的絕對定位精度,對放療床進行了運動學標定�；谶\動學逆解建立了放療床的標定模型。針對結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識問題,提出了一種遺傳算法與最小最大優(yōu)化方法相結(jié)合的參數(shù)辨識方法,結(jié)合兩種方法的優(yōu)點進行參數(shù)辨識,可以有效減小目標函數(shù)的殘差。以誤差傳遞雅可比矩陣條件數(shù)作為選取空間標定位姿點的依據(jù),選取出26組空間位姿點。針對動平臺位姿獲取問題,提出了基于矩陣奇異值分解的放療床位置和姿態(tài)獲取方法,并以激光跟蹤儀作為測量工具。通過對若干組任意位姿進行實驗,結(jié)果表明經(jīng)過標定后放療床的絕對定位精度得到了很大提高,在復現(xiàn)患者拍攝CT體位時能夠?qū)崿F(xiàn)6個自由度的精確擺位,滿足精確放療所需放療床應具備的性能。
【關鍵詞】：放射治療床 工作空間 參數(shù)優(yōu)化 誤差分析 運動學標定
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R730.55;TH77
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題背景及研究目的11-12
• 1.2 放療床國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 6-DOF并聯(lián)放療床的研究意義和關鍵技術分析14-15
• 1.4 并聯(lián)機構(gòu)關鍵技術國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4.1 并聯(lián)機構(gòu)機構(gòu)綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.2 并聯(lián)機構(gòu)工作空間分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.3 并聯(lián)機構(gòu)誤差分析與標定國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容18-21
• 第2章 放療床運動學研究及工作空間分析21-38
• 2.1 引言21
• 2.2 放療床結(jié)構(gòu)類型的選擇21-24
• 2.2.1 六自由度并聯(lián)平臺結(jié)構(gòu)類型21-22
• 2.2.2 放療床結(jié)構(gòu)構(gòu)型確定22-24
• 2.3 放療床運動學研究24-28
• 2.3.1 坐標系建立及鉸點位置分析24-26
• 2.3.2 放療床位姿逆解求解26-27
• 2.3.3 放療床雅可比矩陣求解27-28
• 2.4 放療床工作空間分析28-37
• 2.4.1 影響工作空間的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)28-29
• 2.4.2 放療床逆解約束條件29-34
• 2.4.3 放療床工作空間仿真分析34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 放療床多目標協(xié)調(diào)機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及系統(tǒng)集成38-53
• 3.1 引言38
• 3.2 不考慮重力下單個連桿靜力學分析38-42
• 3.2.1 連桿受力的力學模型38-39
• 3.2.2 連桿拉壓力和穩(wěn)態(tài)下絲杠輸入力求解39-40
• 3.2.3 放療床靜力學仿真40-42
• 3.3 放療床多目標協(xié)調(diào)機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化42-49
• 3.3.1 虎克鉸初始安裝角度優(yōu)化43-45
• 3.3.2 放療床幾何參數(shù)初步優(yōu)化45-47
• 3.3.3 放療床幾何參數(shù)最終確定47-48
• 3.3.4 放療床工作空間截面內(nèi)雅可比矩陣條件數(shù)分布48-49
• 3.4 放療床系統(tǒng)集成49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第4章 放療床誤差分析53-66
• 4.1 引言53
• 4.2 基于運動學逆解的誤差建模53-56
• 4.3 單支鏈存在誤差時的誤差分析56-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 放療床運動學標定及實驗研究66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 標定模型的建立66-67
• 5.2.1 測量方法和待標定參數(shù)的選取66
• 5.2.2 基于運動學逆解的標定模型建立66-67
• 5.3 參數(shù)辨識方法研究及誤差補償模型建立67-70
• 5.3.1 遺傳算法與最小最大優(yōu)化法相結(jié)合的參數(shù)辨識方法67-69
• 5.3.2 誤差補償模型建立69-70
• 5.4 測量基準建立及動平臺位姿獲取方法研究70-73
• 5.4.1 測量基準的建立70-72
• 5.4.2 基于矩陣奇異值分解的動平臺位姿獲取方法研究72-73
• 5.5 實際測量及參數(shù)求解73-77
• 5.5.1 基于誤差傳遞雅可比矩陣條件數(shù)的放療床標定位姿選取73-75
• 5.5.2 標定位姿實際測量值75-77
• 5.5.3 標定參數(shù)求解77
• 5.6 標定結(jié)果驗證77-79
• 5.6.1 空間位姿點定位精度驗證78-79
• 5.6.2 放療床重復性位置精度測量79
• 5.7 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻83-87
• 附錄A87-91
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果91-93
• 致謝93

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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  本文關鍵詞：面向放射治療的6-DOF并聯(lián)放療床研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：370382