机械臂式治疗床的避障轨迹规划及运动控制研究
发布时间：2021-07-25 01:05
目前临床应用研究表明,制约放射治疗效果的主要因素有患者摆位引导精度低和精确定位精度低,而机械臂式治疗床作为治疗过程中的患者支撑装置,其在工作空间内的无碰撞运动则是确保摆位引导精度和精确定位精度的首要前提。因此根据治疗室内的障碍物对机械臂式治疗床的运动干涉,如何保证机械臂式治疗床的末端执行器从初始位置到末端位置的无碰撞运动,成为了当前更高的挑战。本课题以机械臂式治疗床无碰撞轨迹规划及运动控制为出发点,首先建立了机械臂式治疗床的运动学模型、碰撞干涉模型,在此基础上,分析了临床实践对机械臂式治疗床空间灵活度和实时性要求,提出了一种基于遗传算法的机械臂避障轨迹规划方法,并对机械臂式治疗床的轨迹跟踪控制展开了相关研究。详细内容如下:（1）根据机械臂式治疗床的机械结构特点,运用D-H表示法推导出了治疗床的正运动学模型,在此基础上利用解析法求解出了治疗床的逆运动学解,并对机械臂式治疗床进行了轨迹规划研究。（2）以治疗室内的障碍物对机械臂式治疗床的运动干涉为基础,建立碰撞干涉模型,假定机械臂在关节空间的理想轨迹由两段多项式曲线描述,通过调节两段多项式曲线的连接点,则可以使治疗床末端执行器的运动轨迹避开...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题的研究背景及意义
1.2.1 放疗技术的发展
1.2.2 重离子放射治疗研究进展
1.2.3 放疗承载装置的介绍
1.2.4 课题的提出及意义
1.3 国内外的研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 研究内容
1.5 本章小结
第2章 机械臂式治疗床的建模
2.1 机械臂式治疗床的简介
2.2 运动学分析理论基础
2.2.1 位置与姿态的表示
2.2.2 坐标变换
2.2.3D-H表示法
2.3 治疗床的运动学模型
2.3.1 治疗床的正运动学模型建立
2.3.2 机械臂式治疗床的逆运动学解
2.3.3 仿真验证
2.4 机械臂式治疗床的轨迹规划
2.4.1 关节空间的轨迹规划
2.4.2 笛卡尔空间的轨迹规划
2.5 本章小结
第3章 机械臂式治疗床的无碰撞轨迹规划
3.1 避障模型的建立
3.1.1 治疗室平面模型
3.1.2 机械臂式治疗床避障模型的建立
3.2 水平避障模型的运动学分析
3.3 水平避障模型的动力学分析
3.4 轨迹规划设计
3.5 基因优化过程
3.5.1 遗传算法简介
3.5.2 基于遗传算法的优化
3.6 仿真验证及结果分析
3.6.1 无障碍物轨迹规划
3.6.2 有障碍物轨迹规划
3.7 本章小结
第4章 机械臂式治疗床的轨迹跟踪控制
4.1 控制算法介绍
4.2 鲁棒同步轨迹跟踪控制
4.2.1 鲁棒同步轨迹跟踪控制理论
4.2.2 鲁棒同步轨迹跟踪控制器的设计
4.3 鲁棒同步轨迹跟踪控制的仿真
4.4 本章小结
第5章 机械臂式治疗床的图形用户界面的仿真
5.1 GUI和Robotics工具箱的简介
5.2 机械臂式治疗床仿真界面的开发
5.2.1 机器臂式治疗床模型的建立
5.2.2 治疗床运动学仿真分析
5.2.3 治疗床轨迹规划仿真
5.3 本章小结
结论与展望
主要结论
研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术学位论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于概率论的机器人高斯运动避障轨迹规划方法[J]. 祁若龙,周维佳,刘金国,张伟,肖磊. 机械工程学报. 2017(05)
[2]基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解[J]. 林阳,赵欢,丁汉. 机械工程学报. 2017(03)
[3]六自由度串联机器人自适应鲁棒控制算法的改进[J]. 莫毅. 中国农机化学报. 2016(05)
[4]概率模型检测技术在机器人路径规划中的应用[J]. 夏春蕊,王瑞,李晓娟,关永. 计算机仿真. 2015(03)
[5]六自由度机械臂运动学及工作空间分析[J]. 孙野,殷凤龙,王香丽,陈忠凯,冯晓. 机床与液压. 2015(03)
[6]食管癌放射治疗技术的选择与应用[J]. 葛秀红,李前文. 现代肿瘤医学. 2015(05)
[7]一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法[J]. 祁若龙,周维佳,王铁军. 机器人. 2014(03)
[8]不同重力环境的空间机械臂自抗扰轨迹跟踪控制[J]. 刘福才,梁利环,高娟娟,王文魁. 控制理论与应用. 2014(03)
[9]放射治疗质量保证与患者安全——2013年北美放射肿瘤年会进展[J]. 杨瑞杰,王俊杰. 中国医疗设备. 2014(01)
[10]仿人机器人行走系统运动学算法的研究[J]. 姜大伟,张昊,张邦成,孙建伟. 武汉理工大学学报. 2013(09)
博士论文
[1]面向放疗机器人定位床的视觉系统标定与测量方法研究[D]. 董峰.苏州大学 2014
[2]空间机器人路径优化与鲁棒跟踪控制[D]. 李适.哈尔滨工业大学 2013
[3]自适应放射治疗中的图像变形配准关键技术研究[D]. 甄鑫.南方医科大学 2013
[4]医学图像配准和分割技术研究及在图像引导放射治疗系统中的应用[D]. 李登旺.山东大学 2011
[5]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
[6]三维静态调强放射治疗技术的研究[D]. 陈超敏.第一军医大学 2007
硕士论文
[1]基于模糊力矩的机械臂轨迹跟踪控制方法研究[D]. 李凡.大连理工大学 2016
[2]面向放射治疗的6-DOF并联放疗床研制[D]. 国强.哈尔滨工业大学 2015
[3]SCARA机械手的RBF神经网络自适应轨迹跟踪控制[D]. 袁雷华.湖北工业大学 2014
[4]刚性机械臂位置与力混合自适应控制研究[D]. 马慧超.中国石油大学（华东） 2013
[5]基于六自由度机械臂的避障路径规划研究[D]. 程国秀.东北大学 2012
[6]滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究[D]. 陈峰.江南大学 2008
本文编号：3301793
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题的研究背景及意义
1.2.1 放疗技术的发展
1.2.2 重离子放射治疗研究进展
1.2.3 放疗承载装置的介绍
1.2.4 课题的提出及意义
1.3 国内外的研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 研究内容
1.5 本章小结
第2章 机械臂式治疗床的建模
2.1 机械臂式治疗床的简介
2.2 运动学分析理论基础
2.2.1 位置与姿态的表示
2.2.2 坐标变换
2.2.3D-H表示法
2.3 治疗床的运动学模型
2.3.1 治疗床的正运动学模型建立
2.3.2 机械臂式治疗床的逆运动学解
2.3.3 仿真验证
2.4 机械臂式治疗床的轨迹规划
2.4.1 关节空间的轨迹规划
2.4.2 笛卡尔空间的轨迹规划
2.5 本章小结
第3章 机械臂式治疗床的无碰撞轨迹规划
3.1 避障模型的建立
3.1.1 治疗室平面模型
3.1.2 机械臂式治疗床避障模型的建立
3.2 水平避障模型的运动学分析
3.3 水平避障模型的动力学分析
3.4 轨迹规划设计
3.5 基因优化过程
3.5.1 遗传算法简介
3.5.2 基于遗传算法的优化
3.6 仿真验证及结果分析
3.6.1 无障碍物轨迹规划
3.6.2 有障碍物轨迹规划
3.7 本章小结
第4章 机械臂式治疗床的轨迹跟踪控制
4.1 控制算法介绍
4.2 鲁棒同步轨迹跟踪控制
4.2.1 鲁棒同步轨迹跟踪控制理论
4.2.2 鲁棒同步轨迹跟踪控制器的设计
4.3 鲁棒同步轨迹跟踪控制的仿真
4.4 本章小结
第5章 机械臂式治疗床的图形用户界面的仿真
5.1 GUI和Robotics工具箱的简介
5.2 机械臂式治疗床仿真界面的开发
5.2.1 机器臂式治疗床模型的建立
5.2.2 治疗床运动学仿真分析
5.2.3 治疗床轨迹规划仿真
5.3 本章小结
结论与展望
主要结论
研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术学位论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于概率论的机器人高斯运动避障轨迹规划方法[J]. 祁若龙,周维佳,刘金国,张伟,肖磊. 机械工程学报. 2017(05)
[2]基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解[J]. 林阳,赵欢,丁汉. 机械工程学报. 2017(03)
[3]六自由度串联机器人自适应鲁棒控制算法的改进[J]. 莫毅. 中国农机化学报. 2016(05)
[4]概率模型检测技术在机器人路径规划中的应用[J]. 夏春蕊,王瑞,李晓娟,关永. 计算机仿真. 2015(03)
[5]六自由度机械臂运动学及工作空间分析[J]. 孙野,殷凤龙,王香丽,陈忠凯,冯晓. 机床与液压. 2015(03)
[6]食管癌放射治疗技术的选择与应用[J]. 葛秀红,李前文. 现代肿瘤医学. 2015(05)
[7]一种基于遗传算法的空间机械臂避障轨迹规划方法[J]. 祁若龙,周维佳,王铁军. 机器人. 2014(03)
[8]不同重力环境的空间机械臂自抗扰轨迹跟踪控制[J]. 刘福才,梁利环,高娟娟,王文魁. 控制理论与应用. 2014(03)
[9]放射治疗质量保证与患者安全——2013年北美放射肿瘤年会进展[J]. 杨瑞杰,王俊杰. 中国医疗设备. 2014(01)
[10]仿人机器人行走系统运动学算法的研究[J]. 姜大伟,张昊,张邦成,孙建伟. 武汉理工大学学报. 2013(09)
博士论文
[1]面向放疗机器人定位床的视觉系统标定与测量方法研究[D]. 董峰.苏州大学 2014
[2]空间机器人路径优化与鲁棒跟踪控制[D]. 李适.哈尔滨工业大学 2013
[3]自适应放射治疗中的图像变形配准关键技术研究[D]. 甄鑫.南方医科大学 2013
[4]医学图像配准和分割技术研究及在图像引导放射治疗系统中的应用[D]. 李登旺.山东大学 2011
[5]六自由度串联机器人运动优化与轨迹跟踪控制研究[D]. 刘松国.浙江大学 2009
[6]三维静态调强放射治疗技术的研究[D]. 陈超敏.第一军医大学 2007
硕士论文
[1]基于模糊力矩的机械臂轨迹跟踪控制方法研究[D]. 李凡.大连理工大学 2016
[2]面向放射治疗的6-DOF并联放疗床研制[D]. 国强.哈尔滨工业大学 2015
[3]SCARA机械手的RBF神经网络自适应轨迹跟踪控制[D]. 袁雷华.湖北工业大学 2014
[4]刚性机械臂位置与力混合自适应控制研究[D]. 马慧超.中国石油大学（华东） 2013
[5]基于六自由度机械臂的避障路径规划研究[D]. 程国秀.东北大学 2012
[6]滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究[D]. 陈峰.江南大学 2008
本文编号：3301793
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3301793.html
