近距离后装放射治疗机器人结构设计与控制系统研究

摘要

后装技术是近距离放射治疗的一个重要分支，已成为当前肿瘤治疗研究热点，本文在天津市科技支撑计划重大项目支持下，设计开发了具有自主知识产权的近距离后装放射治疗机器人。主要内容涉及机械结构设计与制造、传动系统和控制系统搭建，并对后装机机器人传动和源到位精度等关键问题进行分析和研究。研究取得以下成果：
　　以满足近距离后装放射治疗为目的，对后装机器人关键传动装置进行了系统分析，并提出改进后机器人传动系统初步设计方案，进而确定后装放射治疗机器人机械本体结构，完成了该子系统的概念设计、方案设计、详细设计。建立了样机的三维虚拟模型，绘制了相关零部件的二维工程图，为样机的研制奠定技术基础。
　　结合后装机器人功能需求，对其控制系统进行了详细分析，在完成控制系统初步设计后，搭建了该机器人硬件控制系统，开发了以PLC为核心的控制程序。在此基础上，完成了控制子系统与机械子系统的联调，通过实验实现了真、假源缆在导管中平滑运动和出源分度的准确性。
　　针对该机器人所采用的开环丝传动特点，综合考虑摩擦和柔性源缆的弹性，建立源缆与导管传输力学模型，理论推导出影响源缆定位精度的因素。在完成机器人关键物理样机制作及初步调试后，搭建试验平台，实验探究主要影响源缆定位精度因素。试验取得预期效果，验证了理论分析的正确性。
　　本文研究成果具有较高的应用价值和理论意义，在放疗机器人的设计及应用中具有较大借鉴意义，并为与其相关的后续工作打下良好的基础。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第二章 腔内后装放射治疗机器人结构设计

2.1 引言

2.2 后装放疗机器人设计需求分析

2.3 后装放疗机器人方案设计

2.4 后装放疗机器人机构细化设计

2.5 后装机器人外观设计

2.6 小结

第三章 腔内后装放疗机器人控制系统设计

3.1 引言

3.2 控制系统的组成

3.3 控制系统的设计原则

3.4 控制系统的硬件选择

3.5 被控制系统的基本原理

3.6 控制系统的搭建

3.7 小结

第四章 机器人样机制作及精度研究

4.1 引言

4.2 手术机器人样机制作

4.3 控制系统硬件搭建

4.4 源到位精度与实验研究

4.5 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢