一种主从微创手术机器人系统及控制方法

摘要

一种主从微创手术机器人系统及控制方法，本发明涉及机器人控制领域。过程为：用户在主从微创手术机器人系统的主手端设置导管移动位置期望值；位姿传感器测得导管实际的运动关节量，利用变论域模糊PID控制方法对导管位置进行调整；成像装置接收检测到的图像信息并成像；通过成像装置呈现的图像判断是否到达期望位置。本发明在常规PID控制的基础上增强了位置跟踪性能及鲁棒性，基于误差分级选择伸缩因子，解决了模糊PID控制精度与控制规则数目之间的矛盾，避免了每个采样周期计算一次伸缩因子，节省了时间，对系统硬件要求降低，在确保微创手术安全性的同时，增强了主从微创手术机器人系统在微创手术中的有效性和实用性。

主权项

一种主从微创手术机器人系统，包括：主手：用于实现医生对导管位置的控制，主手接收医生给出的导管移动位置的期望值，并且通过映射将主手手柄移动的位置信息转换为导管运动关节量；导管：用于主从微创手术中向病灶处输送胶囊或支架；检测装置：用于检测导管末端和目标点的位姿；上位机：用于接收主手和检测装置传送的位置信号，将信号进行处理，并将结果传送给伺服驱动装置；伺服驱动装置：用于接收上位机传送的位置信号，驱使导管对医生给出的导管移动位置的期望值进行跟踪；成像装置：用于图像处理和人机交互，将导管和血管姿态呈现，使医生更加直观地了解手术进行情况；其特征在于：所述的上位机中还进一步包括：位置运动转换器：用于将上位机接收到的来自主手和检测装置的位置信息转换为导管期望关节量和导管实际关节量；变论域模糊控制器：用于将导管期望关节量和导管实际关节量之间的误差及误差变化率进行模糊处理，经模糊化，带有变论域过程的模糊推理，去模糊化过程，将对导管关节量误差和误差变化率的控制作用转换为PID控制的比例控制、积分控制、微分控制作用，并实现PID控制的比例参数、积分参数、微分参数在线调整；PID控制器：用于根据接收到的变论域模糊控制器的输出信号完成导管关节量的跟踪。