面向放射治疗的6-dof并联放疗床研制

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1、硕士学位论文面向放射治疗的6-DOF并联放疗床研制RESEARCHON6-DOFPARALLELRADIOTHERAPYBEDFORRADIATIONTHERAPY国强哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP242.2学校代码：10213国际图书分类号：621.865.8密级：公开工程硕士学位论文面向放射治疗的6-DOF并联放疗床研制硕士研究生：国强导师：孙立宁教授申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TP242.2U.D.C:621.865.8DissertationfortheMasterDegreeoEngineeringRESEARCHON6-DOFPARALLELRADIOTHERAPYBEDFORRADIATIONTHERAPYCandidate：GuoQiangSupervisor：Prof.SunLiningAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：S

3、choolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要肿瘤是危害人类健康的主要疾病之一。随着国内外在放疗领域研究的快速发展，目前绝大部分肿瘤采用放射疗法。常规放疗床在复现患者拍摄CT体位时，部分空间自由度受到限制，且定位精度普遍不高，影响精确放疗的实现。为此，本课题利用并联机构的优点，将其与放疗床实际需求结合

4、，提出一种并联结构形式的放疗床，弥补常规放疗床的不足，来达到精确放射治疗的目的。首先，根据放疗床在实际使用过程中对工作空间和结构本身外形尺寸的要求，确定平行导轨式的6-HTRT构型作为放疗床模型。对放疗床进行运动学研究，得到放疗床位姿逆解表达式。结合运动学逆解约束条件，对双端虎克铰形式的并联放疗床进行工作空间的精确分析，得到零姿态和各极限姿态下放疗床的工作空间，并得到工作空间随各结构参数的变化规律，为放疗床的参数优化提供依据。针对放疗床在工作过程中承受偏心载荷导致各杆件受力增大的问题，进行了确定位姿下连杆

5、受力和丝杠输入力的分析，并在ADAMS进行了仿真验证。所得结果指导具体零件的设计和电机等外购件的选取。针对提高虎克铰强度及刚度问题，提出了一种虎克铰初始安装角度优化方法，在满足工作空间的条件下，可以有效减小虎克铰的转角极限，进而减小虎克铰尺寸；针对放疗床的使用要求，提出一种多目标协调的机构参数优化方法，考虑工作空间、放疗床受力、雅可比矩阵条件数，以及构建关于条件数全域均值、条件数波动情况的目标函数，进行参数的具体优化，最终得到了放疗床各结构参数，使得放疗床的雅可比矩阵条件数在工作空间内较小且分布均匀。其次

6、，为得到影响放疗床位置和姿态误差的主要因素,采用闭环矢量法建立了基于运动学逆解的误差模型，对其进行全微分得到放疗床的位姿误差与这些主要影响因素之间的关系，并分析得到对放疗床位置和姿态误差影响较大的敏感参数，以及放疗床位置和姿态的误差敏感方向。所得分析结果指导各零件的设计精度和装配精度，为建立标定模型时应考虑的主要因素提供理论依据。最后，根据上述理论分析，完成了放疗床的系统集成，研制成功了放疗床实验样机。为提高放疗床的绝对定位精度，对放疗床进行了运动学标定。基于运动学逆解建立了放疗床的标定模型。针对结构参数

7、辨识问题，提出了一种遗传算法与最小最大优化方法相结合的参数辨识方法，结合两种方法的优点进行参数辨识，可以有效减小目标函数的残差。以误差传递雅可比矩阵条件数作为选取空间标定位姿点的依据，选取出26组空间位姿点。针对动平台位姿获取问-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文题，提出了基于矩阵奇异值分解的放疗床位置和姿态获取方法，并以激光跟踪仪作为测量工具。通过对若干组任意位姿进行实验，结果表明经过标定后放疗床的绝对定位精度得到了很大提高，在复现患者拍摄CT体位时能够实现6个自由度的精确摆位，满足精确放疗所需放疗床应

8、具备的性能。关键词：放射治疗床；工作空间；参数优化；误差分析；运动学标定-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTumorisoneofthemajordiseasesthatthreatenhumanhealth.Withtherapiddevelopmentinthefieldofradiationdomesticandinternational,thevastmajorityoftumorswereadop