HIFU治疗机.pdfVIP

摘 要 本文将并联机器人技术引入到HIFU （HIFU - High Intensity Focused Ultrasound ）肿 瘤治疗机设计之中，提出了以3PRS 并联机构为基本构型的串并联HIFU 肿瘤治疗机设计， 开发完成了一台原型样机。分别建立了基于 3PRS 并联机构的串并联机构名义模型和带 有运动学误差项目的实际运动学模型的正/反解，求解得到了用动平台法矢表达的初等函 数形式的3PRS 并联机构名义反解解析解。 串并联治疗机的控制系统设计以Pmac 运动控制卡为核心。运动控制为两级运动插补 模式，利用指数前加减速作为粗插补计算的基础，分别设计实现了基于直线精插补模式 和PVT 精插补模式的运动控制算法。粗插补时间片长度大约取为电机轴以最大加速度加 速到最高速度所需时间的一半。在保证机器运动性能的前提下，降低了运动指令处理计 算及通讯负载。应用奇异值理论，分别进行了典型运动模式下两种运动控制算法的插补 原理精度分析，结果表明本文所选择的插补参数合理有效。 在以上理论工作基础之上，提出了基于辅助测试钢套的运动约束平面法矢计算方法， 结合平面运动约束的机器人运动学自标定原理，完成了串并联治疗机中 3PRS 并联机构 的运动学参数标定。针对实际测量约束平面法矢和完全不测量约束平面法矢两种实验配 置，通过数值仿真证明，采用优化计算方案能够得到接近于机构运动学参数真值的解。 实际标定实验中采用了完全不测量约束平面法矢标定方案，计算得到了实际 3PRS 并联 机构的运动学参数。 关键词： HIFU 机器人 运动学标定 并联机构 肿瘤 I Abstract This paper introduces robotic technology into the design of HIFU (HIFU – High Intensity Focused Ultrasound) treatment machine and puts forward a serial-parallel HIFU cancer treatment prototype based on 3PRS parallel mechanism. Both nominal and practical kinematic models have been set up with respect to the existance of kinematic errors. Analytical resolution has been obtained according to the 3PRS mechanism mobile platform normal vector in the form of elementary functions by the derivation of nominal inverse kinematic equations. Control system of this machine takes Pmac (Programmable Multi-Axis Card) as its hardware kernel. Motion control works in a 2-grade interpolations mode, in which exponential pre-acceleration/deceleration law is employed for rough interpolation. Precise interpolation is fulfilled by linear mode and PVT mode specificly. Rough interpolation sample time is about half of the ti