移动式C臂X线机控制系统的研发

作     者：丁少文 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方兴其

授予年度：2014年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 10[医学] 

主      题：C臂X线机 DH法则 交流伺服系统 虚拟样机 动力学联合仿真 

摘      要：新世纪以来，我国医疗器械行业取得巨大发展，伴随着人口老龄化进程的加速、老百姓健康保健意识的显著提升以及政府政策的不断引导，我国医疗器械行业有着广阔的发展前景。然而，国内医疗器械行业蓬勃发展的背后却暗藏隐忧，目前国内高端市场大部分被国外企业占据，与他们相比，国内企业总体技术水平尚有较大差距。 作为重要的术中成像设备，多年来移动式C臂X线机在众多手术中得以广泛应用。本课题致力于移动式C臂X线机的自主研发，包括其整机运动控制系统、图像处理系统等各模块，本文的主要工作内容为其运动控制系统的研发，如下： 1.依据机器人学中的DH法则建立坐标系，对移动式C臂X线机进行正运动学分析，给出两种逆运动学问题求解方法。 2.回顾伺服系统的发展，然后对基于交流永磁同步电机和三相异步电机的交流伺服系统进行详尽的分析，分别搭建仿真模型验证对其建模和控制理论的准确性和可行性，根据两类伺服系统的实际应用背景及仿真结果选定针对移动式C臂X线机的伺服系统，为下一章与虚拟样机的动力学联合仿真奠定基础。 3.针对移动式C臂X线机的运动控制，选取各关节独立控制的方案。在Adams中对X线机的机构模型添加约束、作用力/力矩、阻尼、输入输出变量等，搭建X线机的虚拟样机模型。完成了基于Matlab/Simulink中控制模型和Adams中虚拟样机模型的X线机动力学联合仿真，仿真结果X线机末端位姿误差在毫米以内，尤其是姿态向量误差在微米级别，表明本文设计的运动控制系统能够满足X线机的应用要求，从而为物理样机的设计、器件选型等提供必要的参考，并且为未来系统机构、控制系统等的优化奠定基础。 4.设计并开发X射线源控制板，完成对射线源、限束器、电磁锁等的控制。