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肿瘤发病率逐年升高,精确放疗是治疗恶性肿瘤的重要手段。医用机械臂作为放疗系统中的重要辅助设备,其自动摆位技术的研究对提高摆位效率,减少放疗辅助时间,节约医疗资源具有重要意义。然而国内在该技术领域的研究目前处于初期阶段,对比国外的自动摆位技术处于弱势地位。本文针对甘肃省武威重离子医院放疗辅助医用机械臂的结构及工作环境,对其自动摆位技术进行研究。主要研究内容如下: 首先,建立了医用机械臂的三维模型,将其按结构分为三部分研究各部分的结构特点和传动方式,结合其性能参数对医用机械臂进行了运动学研究。运动学研究内容包括医用机械臂位姿描述,利用D-H法建立其杆件坐标系和D-H参数表,并在此基础上建立医用机械臂正逆运动学模型,为后续研究提供理论支撑。 其次,根据放疗室内实际情况,建立医用机械臂工作空间障碍模型。首先将治疗室内与医用机械臂摆位过程存在干涉的其它治疗辅助设备构成的立体障碍模型向数学模型转化,然后将笛卡尔空间障碍向医用机械臂构型空间进行转化,并对各运动关节与障碍的碰撞条件进行分析,在此基础上求解医用机械臂安全摆位空间。 然后,基于A*算法对医用机械臂摆位路径规划问题进行研究。在Solidworks软件中借助其三维建模功能,结合重离子放疗室内实际环境,构建医用机械臂完整的拟真工作环境,为仿真过程提供模型支撑。通过仿真实验验证了所研究的摆位路径规划方法的有效性,将其作为自动摆位系统研究的理论基础。 最后,在以上理论研究基础上,设计医用机械臂自动摆位系统。根据医用机械臂自动摆位原理设计合理的摆位工作流程,在工作流程框架下设计自动摆位系统的架构。结合硬件设备的功能及性能参数,对系统所需软件功能模块进行设计。系统设计完成后,通过自动摆位实验验证了自动摆位系统的工作效果,获得了提高医用机械臂摆位效率的有效方案。 本文所做的工作,为提高医用机械臂摆位效率提供了解决方案,也为其自动摆位技术的进一步深入研究提供了参考依据。