HIFU串并联治疗机控制系统的研究和开发

论文摘要

高强度聚焦超声作为治疗肿瘤一种较新的技术,具有广阔的应用前景。超声的传播特性要求在实际治疗中超声换能器必须提供足够的运动空间和多种姿态供选择,为此本课题组提出了一种串并联混合结构型式,并再HIFU 串并联治疗机样机上得以实现。组建了HIFU 串并联治疗机的传动结构和伺服系统,并结合本机构的特点对于关键硬件的选用依据及具体用法作了分析。针对HIFU 串并联治疗机的整体结构和传动原理,对并联机构位置正解、逆解的方法进行了探讨,为本课题中的运动控制算法研究奠定了理论基础。并结合HIFU 串并联治疗机的硬件控制系统,对相关重要I 变量的设定和ACC8S 的连接进行了详细说明。设计了HIFU 串并联治疗机的运动控制算法,采取了两次插补的策略。其中上位机完成粗插补,下位机也就是PMAC 运动控制卡完成精插补。粗插补采用了时间分隔法为插补方法,加减速处理方法则采用了前加减速处理的方法,并给出了插补时间片选取的方法和具体的粗插补算法。精插补使用了PMAC 提供的直线插补模式,并由PMAC 以插补后加减速的方法自动完成加减速处理。概述了HIFU 串并联治疗机的软件控制流程,然后从实时多任务管理的角度,介绍了软件的模块设计和实现。最后对其中的关键技术:与PMAC 通讯的实现,Windows 下中断的实现和VC 下多线程编程的实现给予了详细的说明。最后,对全文的工作进行了概述和总结,对存在的问题进行了分析,为今后的工作确定了目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 课题有关的文献综述
• 1.3 本文研究的主要内容及安排
• 2 HIFU 治疗机的机械结构和位置分析
• 2.1 HIFU 串并联治疗机的设计要求
• 2.2 HIFU 串并联机器人的机械结构
• 2.3 坐标系设定设置
• 2.4 位置逆解和位置正解
• 2.5 本章小结
• 3 基于PMAC 卡的开放式控制系统
• 3.1 控制系统和控制卡选型
• 3.2 PMAC 运动控制卡介绍
• 3.3 控制系统硬件组成
• 3.4 PMAC2-PCI 的设置
• 3.5 本章小结
• 4 运动控制算法
• 4.1 插补方案的选择
• 4.2 加减速处理
• 4.3 插补时间片的选择
• 4.4 插补算法及加减速处理流程
• 4.5 本章小结
• 5 HIFU 软件系统设计
• 5.1 软件设计的总体要求
• 5.2 总体设计和开发环境
• 5.3 关键技术
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的论文目录
• 附录2 检测报告