發(fā)布時(shí)間：2020-06-02 21:22

【摘要】： 高強(qiáng)度聚焦超聲(Higj Intensity Focused Ultrasound,HIFU)是近年來發(fā)展較快的無創(chuàng)腫瘤治療技術(shù)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是HIFU系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 本文針對(duì)當(dāng)前集中式HIFU運(yùn)動(dòng)控制定位精度低、抗干擾能力差、不易擴(kuò)展的缺點(diǎn)和不足。設(shè)計(jì)了HIFU治療機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并組建了分布式伺服系統(tǒng)。針對(duì)HIFU治療機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理進(jìn)行了探討。結(jié)合本機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)于關(guān)鍵硬件的選用依據(jù)及具體用法作了分析。為本課題中的運(yùn)動(dòng)控制研究奠定了基礎(chǔ)。 改進(jìn)了當(dāng)前HIFU系統(tǒng)在機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的定位的精確性、可靠性。本文設(shè)計(jì)了分布式的運(yùn)動(dòng)控制器,在選定微處理器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電源模塊、HIFU總線模塊、I/O驅(qū)動(dòng)模塊、限位控制模塊。同時(shí)對(duì)上下位機(jī)間的通訊協(xié)議進(jìn)行研究,制訂了詳細(xì)的控制協(xié)議并加以軟件實(shí)現(xiàn)。簡述了HIFU治療機(jī)的軟件控制流程,然后從實(shí)時(shí)多任務(wù)管理的角度,介紹了軟件的模塊設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。給出了測(cè)試結(jié)果和分析。 通過實(shí)驗(yàn)證明該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有成本低、抗干擾能力強(qiáng)、便于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)已經(jīng)初步在HIFU系統(tǒng)中應(yīng)用,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

擾、系統(tǒng)抗干擾能力弱、不易擴(kuò)充。以上兩種HIFU系統(tǒng)中采用的運(yùn)動(dòng)控制解決方案均屬于集中式運(yùn)動(dòng)控制方案。集中式運(yùn)動(dòng)控制如圖1一2所示:I控機(jī)/代i三動(dòng)驅(qū)動(dòng)器圖1一2集中式運(yùn)動(dòng)控制Fig.1一 2theCentralizedMotionControl這個(gè)方案的一個(gè)弊端是需要龐大數(shù)量的連接線，一個(gè)伺服電機(jī)需要大量的線來定義信號(hào)如編碼器反饋、傳感器輸出以及其它從電機(jī)反饋回主控制器的信號(hào)。龐大數(shù)目的線纜使得系統(tǒng)的后續(xù)服務(wù)和可靠性變得十分困難。另一個(gè)缺點(diǎn)是電纜運(yùn)行的長度。線纜需要從中央控制器連接到現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)，距離較長，，每英尺距離的增加都會(huì)增加線纜故障和系統(tǒng)故障的幾率。同樣的，每英寸增加的線纜長度也會(huì)增加系統(tǒng)成本，單是考慮系統(tǒng)所需的線纜，系統(tǒng)的成本會(huì)非常昂貴而且會(huì)帶來維護(hù)的困難。另外還會(huì)有一些出現(xiàn)在集中式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中不太明顯的問題。系統(tǒng)在擴(kuò)展和升級(jí)時(shí)會(huì)遇到一些困難，擴(kuò)展系統(tǒng)或者進(jìn)行升級(jí)意味著整個(gè)系統(tǒng)要進(jìn)行更改從而帶來的一些冒險(xiǎn)，而且生產(chǎn)必須停止才能進(jìn)行。集中式系統(tǒng)可以對(duì)實(shí)時(shí)性的命

HIFU運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到病人的安全，所以安全性、實(shí)時(shí)性、精確定位、易擴(kuò)展性都是HIFU探頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)�；�于上述目標(biāo)，HIFU探頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖2一1所示:川Flj總線圖2一IH工Fu探頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方案FigZ一 1MotionControlsystemframeofHIFtJ本文中的HIFU探頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用了分布式的控制結(jié)構(gòu)，基于單片機(jī)微處理器的運(yùn)動(dòng)控制器通過H工FU總線與設(shè)備控制器連接。設(shè)備控制器在HIFU服務(wù)器和各運(yùn)動(dòng)控制器之間起到一種網(wǎng)關(guān)的作用。服務(wù)器向設(shè)備控制器發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制命令和數(shù)據(jù)、查詢?cè)O(shè)備狀態(tài);設(shè)備控制器分發(fā)各微控制器命令、監(jiān)視狀態(tài)、處理異常報(bào)警、向服務(wù)器做簡報(bào);各微控制器執(zhí)行命令、匯報(bào)執(zhí)行狀況。這樣的系統(tǒng)結(jié)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH132

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本文編號(hào)：2693784