一种电动吻合器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种电动吻合器控制方法及系统，其控制方法包括如下步骤，实时采样电流大小，判断吻合器状态；获取当前电机的实际转速；计算电机的实际转速与电机目标速度的速度偏差，将实际转速和速度偏差作为PID控制的输入参数，计算得到PID的输出值，根据PID的输出值调节加载在电机驱动信号上的PWM脉冲占空比，进而调节电机的转速达到稳速控制。本发明专利技术的有益效果主要体现在：控制方法简单，稳定电机转速以实现电动吻合器更好的钉仓成型，不易出错；并且具有综合判断钉仓型号、钉仓摆动角度、吻合器状态等功能和步骤，进一步确保吻合器控制的安全性。器控制的安全性。器控制的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种电动吻合器控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电动吻合器
，具体地涉及一种电动吻合器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]外科吻合器是目前比较常用的一种外科手术器械，是医学上使用的替代传统手工缝合的设备，具有缝合快速、操作简便及很少有副作用和手术并发症等优点，还使得过去无法切除的肿瘤手术得以病灶切除。
[0003]随着技术的发展，外科吻合器逐渐从开放式外科手术吻合器逐步演变成适合微创手术的腔镜式吻合器；也从纯手动的操作模式演变成完全的电动操作模式，即通过一个或者多个电机来实现钉仓的摆动、钉仓钉砧的闭合，以及自动缝切等动作，而电机的驱动是通过控制器实现驱动。
[0004]在自动控制过程中，会有一系列的操作节点需要注意，例如：钉仓型号的判定，不同的钉仓型号对应的缝切距离不同；钉仓摆动的角度的判定，不同的钉仓摆动角度对应的电机驱动力不同。更甚的是：在实际闭合击发运动过程中，由于组织厚度的不一致，实际缝切过程中对电机产生的负载也一直在变化，这对于电机的转速会有很大的影响；另外由于电动产品实际采用电池进行供电，考虑到电池特性，随着电量的消耗，电池电压也在降低，此外电机工作过程中产生发热，这些因素都会影响电机的转速，导致其转速不稳定。而电机速度的波动，会影响到吻合钉的成型以及切割刀对组织的切割痕迹，具有引起手术失败的风险。此外，不容忽视的是，电动吻合器有可能还会产生机械故障，例如传动齿轮卡死、钉仓卡钉等情况的出现。而目前传统的吻合器或多或少地缺少上述的检测过程、缝切速度的自动控制、吻合器故障检测等功能，依靠的是使用者经验进行操作和判断，易出现主观判断的失误。
[0005]鉴于此，现有技术中公开了一系列的关于电动吻合器的控制方法的专利申请，例如WO2018/234891A1、WO2018/234901A1、WO2018/234883A1、WO2018/234904A1、WO2018/234890A1、WO2018/234887A1等，这些专利从多个方面，例如组织厚度、位移构件的位置、执行件闭合力的反馈、电机电压的反馈等多个方面来控制电机的速度，其原理是产生一个电机的变速控制，但是控制方式相对比较复杂，例如位移构件的速度通过测量在位移构件的预先确定位置间隔处的实耗时间或测量位移构件在预先确定时间间隔处的位置来确定，将这种测量用于评估组织状况诸如组织厚度，并且在击发行程期间根据组织状况诸如组织厚度来调节切割构件的速度。组织厚度通过将切割构件的预期速度与切割构件的实际速度进行比较来确定。这种闭环控制需要检测和计算的控制点太多。众所周知，在软件控制上，计算过程越复杂，越容易出错。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种电动吻合器控制方法及系统。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种电动吻合器控制方法，包括如下步骤：步骤S1、系统初始化；步骤S2、判断钉仓型号数据，根据所述钉仓型号数据来设定击发距离；步骤S3、采集钉仓摆动角度数据，结合所述击发距离确定电机目标速度；步骤S4、实时采样电流大小，判断吻合器状态；步骤S5、获取当前电机的实际转速，计算电机的实际转速与电机目标速度的速度偏差，将实际转速和速度偏差作为PID控制的输入参数，计算得到PID的输出值，根据PID的输出值调节加载在电机驱动信号上的PWM脉冲占空比，进而调节电机的转速达到稳速控制。
[0008]优选的，所述步骤S1具体包括检测电池电量，以及检测控制器、传感器工作是否正常。
[0009]优选的，所述步骤S2具体包括：S21、采集连续n次的线性霍尔开关产生的实时电压；S22、计算实时电压的平均值；S23、查表确定钉仓型号；S24、根据钉仓型号数据来设定击发距离。
[0010]优选的，所述步骤S3具体包括：S31、采集与钉仓摆动相关的线性霍尔开关产生的电压；S32、基于所述电压与钉仓摆动角度的线性关系，通过一次函数关系计算所述钉仓摆动角度；S33、结合所述击发距离和钉仓摆动角度确定电机目标速度。
[0011]优选的，所述吻合器状态包括机械故障状态、钉仓卡钉状态、负载波动状态。
[0012]优选的，所述步骤S4具体包括，通过控制器采集连续n次的实时电流I
n
、I
n
‑1、I
n
‑2、I
n
‑3、I
n
‑4……
、I1，计算电流的平均值I
average = Average()，通过I
average
判断吻合器状态，如果I
average
大于极限阈值I
s1
，则判定吻合器状态为机械故障状态P1，立即停止电机转动，并故障报警提示；如果I
average
大于稳速阈值I
s2
且小于极限阈值I
s1
，则判定吻合器状态为钉仓卡钉状态P2，电机控制器以最大脉冲占空比进行驱动电机转动；如果I
average
小于稳速阈值I
s2
，并产生上下小幅波动，则判定吻合器状态为负载波动状态P3，开始步骤S5。其中n取值10次，实时电流采样的间隔时间是1ms。
[0013]优选的，所述步骤S5具体包括：S51、通过控制器采集电机霍尔信号，计算得到当前电机的实际转速，三路电机霍尔信号连接到控制器的三路GPIO接口中，在定时器中断中去采样GPIO接口的电平高低状态，低电平变换为高电平进行计数触发，高电平变换为低电平计数置0，从而得到电机霍尔信号高电平的持续时间，t=C/Ft ，其中t为180
°
电角度的时间，Ft为霍尔脉冲采样频率即为定时器频率，C为采样的计数次数；当电机为n对极的话，实际转速的计算公式为Ft*60/(n*2*C)；S52、通过以下离散公式计算PID的输出值U
k
；，其中U
k
是ｋ时刻的PID计
算输出值，e
k
是ｋ时刻的速度偏差，e
k
‑1是k
‑
1时刻的速度偏差，是累计k时刻的速度偏差，k
p
是比例环节系数，k
i
是积分环节系数，k
d
是微分环节系数。
[0014]优选的，所述步骤S5还包括，S53、对所述输出值U
k
进行滑动平均滤波。
[0015]优选的，所述步骤S51中还包括对所述实际转速进行滤波的过程。
[0016]本专利技术还揭示了一种电动吻合器控制系统，包括：初始化单元，用于系统初始化；击发距离设定单元，用于判断钉仓型号数据，根据所述钉仓型号数据来设定击发距离；电机目标速度确定单元，用于采集钉仓摆动角度数据，结合所述击发距离确定电机目标速度；吻合器状态判断单元，用于实时采样电流大小，判断吻合器状态；稳速控制单元，用于获取当前电机的实际转速，计算电机的实际转速与电机目标速度的速度偏差，将实际转速和速度偏差作为PID本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动吻合器控制方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤S1、系统初始化；步骤S2、判断钉仓型号数据，根据所述钉仓型号数据来设定击发距离；步骤S3、采集钉仓摆动角度数据，结合所述击发距离确定电机目标速度；步骤S4、实时采样电流大小，判断吻合器状态；步骤S5、获取当前电机的实际转速，计算电机的实际转速与电机目标速度的速度偏差，将实际转速和速度偏差作为PID控制的输入参数，计算得到PID的输出值，根据PID的输出值调节加载在电机驱动信号上的PWM脉冲占空比，进而调节电机的转速达到稳速控制。2.根据权利要求1所述的一种电动吻合器控制方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括检测电池电量，以及检测控制器、传感器工作是否正常。3.根据权利要求1所述的一种电动吻合器控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括S21、采集连续n次的线性霍尔开关产生的实时电压；S22、计算实时电压的平均值；S23、查表确定钉仓型号；S24、根据钉仓型号数据来设定击发距离。4.根据权利要求1所述的一种电动吻合器控制方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括S31、采集与钉仓摆动相关的线性霍尔开关产生的电压；S32、基于所述电压与钉仓摆动角度的线性关系，通过一次函数关系计算所述钉仓摆动角度；S33、结合所述击发距离和钉仓摆动角度确定电机目标速度。5.根据权利要求1所述的一种电动吻合器控制方法，其特征在于：所述吻合器状态包括机械故障状态、钉仓卡钉状态、负载波动状态。6.根据权利要求5所述的一种电动吻合器控制方法，其特征在于： 所述步骤S4具体包括，通过控制器采集连续n次的实时电流I
n 、I
n
‑1、I
n
‑2、I
n
‑3、I
n
‑4……
、I1，计算电流的平均值I
average = Average()，通过I
average
判断吻合器状态，如果I
average
大于极限阈值I
s1
，则判定吻合器状态为机械故障状态P1，立即停止电机转动，并故障报警提示；如果I
average
大于稳速阈值I
s2
且小于极限阈值I
s1
，则判定吻合器状态为钉仓卡钉状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹松平，朱荣申，黄爱玉，吴俊，
申请(专利权)人：以诺康医疗科技合肥有限公司，
类型：发明
国别省市：