發(fā)布時間：2020-06-02 21:22

【摘要】： 高強度聚焦超聲(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)。機械運動控制系統(tǒng)是HIFU系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 本文針對當前集中式HIFU運動控制定位精度低、抗干擾能力差、不易擴展的缺點和不足。設計了HIFU治療機的傳動結(jié)構(gòu)并組建了分布式伺服系統(tǒng)。針對HIFU治療機的整體結(jié)構(gòu)和傳動原理進行了探討。結(jié)合本機構(gòu)的特點對于關(guān)鍵硬件的選用依據(jù)及具體用法作了分析。為本課題中的運動控制研究奠定了基礎。 改進了當前HIFU系統(tǒng)在機械傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu),增強了機械傳動機構(gòu)的定位的精確性、可靠性。本文設計了分布式的運動控制器,在選定微處理器的基礎上設計實現(xiàn)了電源模塊、HIFU總線模塊、I/O驅(qū)動模塊、限位控制模塊。同時對上下位機間的通訊協(xié)議進行研究,制訂了詳細的控制協(xié)議并加以軟件實現(xiàn)。簡述了HIFU治療機的軟件控制流程,然后從實時多任務管理的角度,介紹了軟件的模塊設計和實現(xiàn)。給出了測試結(jié)果和分析。 通過實驗證明該運動控制系統(tǒng)具有成本低、抗干擾能力強、便于擴充等優(yōu)點。該系統(tǒng)已經(jīng)初步在HIFU系統(tǒng)中應用,達到設計要求。
【圖文】：

擾、系統(tǒng)抗干擾能力弱、不易擴充。以上兩種HIFU系統(tǒng)中采用的運動控制解決方案均屬于集中式運動控制方案。集中式運動控制如圖1一2所示:I控機/代i三動驅(qū)動器圖1一2集中式運動控制Fig.1一 2theCentralizedMotionControl這個方案的一個弊端是需要龐大數(shù)量的連接線，一個伺服電機需要大量的線來定義信號如編碼器反饋、傳感器輸出以及其它從電機反饋回主控制器的信號。龐大數(shù)目的線纜使得系統(tǒng)的后續(xù)服務和可靠性變得十分困難。另一個缺點是電纜運行的長度。線纜需要從中央控制器連接到現(xiàn)場電機，距離較長，，每英尺距離的增加都會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)的成本會非常昂貴而且會帶來維護的困難。另外還會有一些出現(xiàn)在集中式運動控制系統(tǒng)中不太明顯的問題。系統(tǒng)在擴展和升級時會遇到一些困難，擴展系統(tǒng)或者進行升級意味著整個系統(tǒng)要進行更改從而帶來的一些冒險，而且生產(chǎn)必須停止才能進行。集中式系統(tǒng)可以對實時性的命

HIFU運動控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到病人的安全，所以安全性、實時性、精確定位、易擴展性都是HIFU探頭運動控制系統(tǒng)的設計目標�；�于上述目標，HIFU探頭運動控制系統(tǒng)設計方案如圖2一1所示:川Flj總線圖2一IH工Fu探頭運動控制系統(tǒng)方案FigZ一 1MotionControlsystemframeofHIFtJ本文中的HIFU探頭運動控制系統(tǒng)采用了分布式的控制結(jié)構(gòu)，基于單片機微處理器的運動控制器通過H工FU總線與設備控制器連接。設備控制器在HIFU服務器和各運動控制器之間起到一種網(wǎng)關(guān)的作用。服務器向設備控制器發(fā)送運動控制命令和數(shù)據(jù)、查詢設備狀態(tài);設備控制器分發(fā)各微控制器命令、監(jiān)視狀態(tài)、處理異常報警、向服務器做簡報;各微控制器執(zhí)行命令、匯報執(zhí)行狀況。這樣的系統(tǒng)結(jié)
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH132

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本文編號：2693784