恶性肿瘤目前已成为全球几大公共卫生问题之一,严重危害人类的生命健康。中国作为发展中大国,形势更是愈发严峻。医疗回旋加速器作为肿瘤诊断以及放射治疗主要核心设备,在其中发挥着不可替代的作用。然而,回旋加速器上的放射性靶片需要定期进行更换,但目前基本由人工操作的方式进行回收,给医护操作人员带来较大的辐射风险。为了最大程度降低医院工作人员所受辐射剂量水平,减少其直接与放射性靶片接触机会,本文应用机器视觉、机器人自动抓取入罐等技术,研制了一套可自动完成放射性靶片回收的系统,并在靶片回收系统结构设计、运动控制、靶片视觉识别及定位、机器人抓取等方面开展了研究,主要研究工作如下:(1)针对靶片挤出、输送以及抓取合盖的功能需求,完成了放射性靶片回收系统结构设计。由于回旋加速器内部空间的局限性,同时需要保证挤压的可靠性,设计了以贯通式步进电机作为驱动方式的靶片挤出装置;基于双轨电动小车原理,铺设异形双轨,设计了靶片的输送提升装置;针对靶片识别定位抓取要求,搭建了基于机器视觉引导的机械臂平台,完成对靶片的抓取;根据屏蔽罐的开合方式,设计了靶片自动合盖装置,实现对放射性靶片的回收。对四部分装置提出了相对独立又联系紧密的设计,并对涉及的机械结构、工作原理以及主要技术实现方做了详细的分析说明。(2)基于单目视觉,采用改进的Hough圆检测算法对靶片识别、定位、深度信息补偿等进行了研究。采用张正友标定法对灰度面阵相机进行标定,得到相机的内部参数以及径向、切向畸变系数。对采集图像进行灰度化、锐化图像预处理操作,进一步地使用改进的Hough圆检测算法以实现更高效率的靶片识别和中心定位。同时通过匹配对比分析标准图像和当前图像中的像素直径,对机械臂抓取z轴运行深度补偿,提高抓取精度和容错率。(3)对抓取过程的机械臂轨迹规划、运动控制进行了优化研究,提高了靶片抓取的稳定性和可靠性。根据D-H参数法,建立机械臂空间连杆坐标系,进行正逆运动学解算。分析比较采用五次多项式插值进行关节空间轨迹规划,采用栅格法对机械臂路径规划进行避障分析。使用Matlab Robotics Toolbox对机械臂建模,对关节空间插值算法仿真以及轨迹规划进行空间验证。(4)完成了放射性靶片回收控制系统设计。搭建主要基于PLC、机械臂控制器的底层硬件系统,实现靶片挤出、输送、抓取以及合盖等运动控制;基于.Net平台开发设计上位机软件,集成视觉处理模块,完成对放射性靶片回收系统整体的操作和控制。本课题基于对医院回旋加速器辐射防护的现实需求,设计了回旋加速器放射性靶片回收系统,实验结果表明,该系统运行稳定,符合预期靶片回收的功能需求。