本文關(guān)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(lèi)健康的主要疾病之一。隨著國(guó)內(nèi)外在放療領(lǐng)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(fù)現(xiàn)患者拍攝CT體位時(shí),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(shí)現(xiàn)。為此,本課題利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),將其與放療床實(shí)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(bǔ)常規(guī)放療床的不足,來(lái)達(dá)到精確放射治療的目的。首先,根據(jù)放療床在實(shí)際使用過(guò)程中對(duì)工作空間和結(jié)構(gòu)本身外形尺寸的要求,確定平行導(dǎo)軌式的6-HTRT構(gòu)型作為放療床模型。對(duì)放療床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)研究,得到放療床位姿逆解表達(dá)式。結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解約束條件,對(duì)雙端虎克鉸形式的并聯(lián)放療床進(jìn)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(duì)放療床在工作過(guò)程中承受偏心載荷導(dǎo)致各桿件受力增大的問(wèn)題,進(jìn)行了確定位姿下連桿受力和絲杠輸入力的分析,并在ADAMS進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。所得結(jié)果指導(dǎo)具體零件的設(shè)計(jì)和電機(jī)等外購(gòu)件的選取。針對(duì)提高虎克鉸強(qiáng)度及剛度問(wèn)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(jìn)而減小虎克鉸尺寸;針對(duì)放療床的使用要求,提出一種多目標(biāo)協(xié)調(diào)的機(jī)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(guān)于條件數(shù)全域均值、條件數(shù)波動(dòng)情況的目標(biāo)函數(shù),進(jìn)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(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的誤差模型,對(duì)其進(jìn)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(guān)系,并分析得到對(duì)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(dǎo)各零件的設(shè)計(jì)精度和裝配精度,為建立標(biāo)定模型時(shí)應(yīng)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)。為提高放療床的絕對(duì)定位精度,對(duì)放療床進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定�；谶\(yùn)動(dòng)學(xué)逆解建立了放療床的標(biāo)定模型。針對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(shí)問(wèn)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(shí)方法,結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),可以有效減小目標(biāo)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(biāo)定位姿點(diǎn)的依據(jù),選取出26組空間位姿點(diǎn)。針對(duì)動(dòng)平臺(tái)位姿獲取問(wèn)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(cè)量工具。通過(guò)對(duì)若干組任意位姿進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明經(jīng)過(guò)標(biāo)定后放療床的絕對(duì)定位精度得到了很大提高,在復(fù)現(xiàn)患者拍攝CT體位時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)6個(gè)自由度的精確擺位,滿足精確放療所需放療床應(yīng)具備的性能。
【關(guān)鍵詞】：放射治療床 工作空間 參數(shù)優(yōu)化 誤差分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)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(guān)鍵技術(shù)分析14-15
• 1.4 并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)誤差分析與標(biāo)定國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容18-21
• 第2章 放療床運(yùn)動(dòng)學(xué)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(lèi)型的選擇21-24
• 2.2.1 六自由度并聯(lián)平臺(tái)結(jié)構(gòu)類(lèi)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(yùn)動(dòng)學(xué)研究24-28
• 2.3.1 坐標(biāo)系建立及鉸點(diǎn)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(biāo)協(xié)調(diào)機(jī)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(gè)連桿靜力學(xué)分析38-42
• 3.2.1 連桿受力的力學(xué)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(xué)仿真40-42
• 3.3 放療床多目標(biāo)協(xié)調(diào)機(jī)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(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的誤差建模53-56
• 4.3 單支鏈存在誤差時(shí)的誤差分析56-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章 放療床運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定及實(shí)驗(yàn)研究66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 標(biāo)定模型的建立66-67
• 5.2.1 測(cè)量方法和待標(biāo)定參數(shù)的選取66
• 5.2.2 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的標(biāo)定模型建立66-67
• 5.3 參數(shù)辨識(shí)方法研究及誤差補(bǔ)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(shí)方法67-69
• 5.3.2 誤差補(bǔ)償模型建立69-70
• 5.4 測(cè)量基準(zhǔn)建立及動(dòng)平臺(tái)位姿獲取方法研究70-73
• 5.4.1 測(cè)量基準(zhǔn)的建立70-72
• 5.4.2 基于矩陣奇異值分解的動(dòng)平臺(tái)位姿獲取方法研究72-73
• 5.5 實(shí)際測(cè)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(biāo)定位姿選取73-75
• 5.5.2 標(biāo)定位姿實(shí)際測(cè)量值75-77
• 5.5.3 標(biāo)定參數(shù)求解77
• 5.6 標(biāo)定結(jié)果驗(yàn)證77-79
• 5.6.1 空間位姿點(diǎn)定位精度驗(yàn)證78-79
• 5.6.2 放療床重復(fù)性位置精度測(cè)量79
• 5.7 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 附錄A87-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果91-93
• 致謝93

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 李新友;陳五一;韓先國(guó);;基于正交設(shè)計(jì)的3-RPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)精度分析與綜合[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2011年08期

2 裴葆青;陳五一;王田苗;;6UPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)鉸鏈間隙誤差的標(biāo)定與精度分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2006年04期

3 黃勇剛;黃茂林;秦偉;;平面5R并聯(lián)機(jī)器人約束誤差影響分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年07期

4 王波;劉向東;韓強(qiáng);尹晨;;三自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)位姿分析[J];機(jī)械制造與自動(dòng)化;2012年01期

5 楊瑞杰;王俊杰;;放射治療質(zhì)量保證與患者安全——2013年北美放射腫瘤年會(huì)進(jìn)展[J];中國(guó)醫(yī)療設(shè)備;2014年01期

  本文關(guān)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(hào)：370382