耗材控制装置、从属机器人及柔性导管头端弯曲度控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种耗材控制装置、从属机器人及柔性导管头端弯曲度控制方法，包括控制单元和执行单元，执行单元包括直流电机、滑块以及传感器；直流电机和传感器分别和控制单元电连接；滑块的驱动端用于连接直流电机，滑块的执行端用于连接控弯丝，直流电机通过驱动滑块线性滑动来控制控弯丝的远端弯曲时，执行端承受来自于控弯丝的拉力；传感器与执行端对应设置，并用于输出传感信息，传感信息能够评价滑块因拉力而弯曲变形时执行端相对于驱动端产生的运动；其中，控制单元能够根据输入的目标值和传感信息来调节直流电机的运行参数，以使控弯丝远端的弯曲程度和目标值相适配。本发明专利技术提高了对柔性导管头端弯曲度的控制精度。提高了对柔性导管头端弯曲度的控制精度。提高了对柔性导管头端弯曲度的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
耗材控制装置、从属机器人及柔性导管头端弯曲度控制方法


[0001]本专利技术涉及导航手术机器人
，尤其涉及一种耗材控制装置、从属机器人及柔性导管头端弯曲度控制方法。

技术介绍

[0002]导航手术机器人系统包括主控制机器人和从属机器人，从属机器人能够响应主控制机器人的控制指令，实现相应的功能。从属机器人包括耗材、耗材控制装置以及机械臂装置，通过主控制机器人输入操作指令，耗材控制装置和机械臂装置响应操作指令，并实现对耗材的控制。耗材控制装置包括电机和滑块，耗材包括柔性导管和控弯丝，其中，柔性导管的头端用于介入到生物体内，柔性导管末端连接耗材控制装置，控弯丝贴合着柔性导管的内表面或者外表面设置，控弯丝和柔性导管头端固定连接，控弯丝的另一端连接滑块，滑块通过电机驱动。工作时，电机驱动滑块沿着预设方向线性运动，拉动控弯丝运动，控弯丝带动柔性导管的头端弯曲。
[0003]2022年10月11日公布的中国专利CN115153390 A，公开了一种内窥镜及其手动式内窥镜手柄、内窥镜的操作方法，具体公开了利用电机驱动滑块，并带动控弯丝运动来控制柔性导管弯曲的技术信息。但是，滑块(使动滑块和随动滑块)的两端受力较大，受到摩擦力和材料形变等因素的影响，控制柔性导管的头端弯曲的过程中，滑块产生弯曲变形时，控弯丝的位置产生变化，反映到柔性导管头端时，造成柔性导管头端的实际弯曲程度相对于目标值而言不准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种耗材控制装置、从属机器人及柔性导管头端弯曲度控制方法，解决了导航手术机器人中滑块弯曲变形造成的柔性导管头端的实际弯曲程度不精确的问题。
[0005]本专利技术具体通过如下方案实现：
[0006]一种耗材控制装置，包括控制单元和执行单元，所述执行单元包括直流电机、滑块以及传感器；
[0007]所述直流电机和所述传感器分别和所述控制单元电连接；
[0008]所述滑块的驱动端用于连接所述直流电机，所述滑块的执行端用于连接耗材的控弯丝，所述直流电机通过驱动所述滑块线性滑动来控制所述控弯丝的远端弯曲时，所述执行端承受来自于所述控弯丝的拉力；
[0009]所述传感器与所述执行端对应设置，并用于输出传感信息，所述传感信息能够评价所述滑块因所述拉力而弯曲变形时所述执行端相对于所述驱动端产生的运动；
[0010]其中，所述控制单元能够根据输入的目标值和所述传感信息来调节所述直流电机的运行参数，以使所述控弯丝远端的弯曲程度和所述目标值相适配。
[0011]可选的，所述控制单元包括相互之间电连接的主控制器和电机驱动器，所述电机
驱动器连接所述直流电机，且所述电机驱动器和所述执行单元一一对应设置。
[0012]可选的，所述传感器采用拉力检测设备，所述传感信息为所述拉力的数据信息，所述传感信息直接发送给所述主控制器。
[0013]可选的，所述传感器采用距离检测设备，所述传感信息为所述执行端因所述滑块弯曲变形而产生的位移信息。
[0014]可选的，所述控制单元还包括处理器，所述处理器连接所述传感器，以获取所述传感信息，所述处理器连接所述电机驱动器，以获取所述直流电机的电流信息，所述处理器用于对所述位移信息和所述电流信息进行处理并生成反馈参数，所述主控制器根据所述反馈参数调节所述直流电机的运行参数。
[0015]可选的，所述传感器通过激光测距获取所述位移信息；
[0016]可选的，所述处理器包括数据转换模块和卡尔曼滤波模块，所述数据转换模块预存有拉力
‑
位移模型，所述拉力
‑
位移模型用于评价所述滑块弯曲变形过程中，所述执行端承受的拉力与所述执行端产生的位移之间的关系，所述数据转换模块用于响应所述位移信息，并根据所述拉力
‑
位移模型生成拉力估值，所述卡尔曼滤波模块用于将所述拉力估值和所述电流信息根据卡尔曼滤波算法进行融合，并获得反馈参数。
[0017]一种从属机器人，包括耗材和上述任一项所述的耗材控制装置，所述耗材包括柔性导管和控弯丝，所述柔性导管的头端用于介入到生物体内，所述柔性导管的末端连接所述耗材控制装置，所述控弯丝的两端分别连接所述柔性导管的头端和所述执行端。
[0018]可选的，所述目标值包括所述柔性导管头端的弯曲度，所述控制单元根据所述目标值和所述传感信息调节所述直流电机的电流参数和/或所述直流电机的转速。
[0019]可选的，所述柔性导管的四周均布有四根所述控弯丝，每根控弯丝匹配一个所述执行单元，各所述执行单元通过所述控制单元分别控制。
[0020]一种柔性导管头端弯曲度控制方法，所述控制方法通过上述的耗材控制装置实现，所述控制方法用于控制设有控弯丝的柔性导管的头端的弯曲程度，所述控弯丝的两端分别连接所述柔性导管的头端和所述执行端；
[0021]所述控制方法包括如下步骤：
[0022]获取所述目标值和所述传感信息；
[0023]处理所述目标值和所述传感信息，所述传感信息和所述目标值不匹配时，通过PID算法进行处理，并根据处理结果调整所述直流电机的运行参数。
[0024]可选的，所述传感信息为所述执行端因所述滑块弯曲变形而产生的位移信息，且所述的比较所述目标值和所述传感信息具体包括如下步骤：
[0025]根据所述位移信息以及预存的拉力
‑
位移模型获得拉力估值，其中，所述拉力
‑
位移模型用于评价所述滑块弯曲变形过程中，所述执行端承受的拉力与所述执行端产生的位移之间的关系；获取所述直流电机的电流信息；
[0026]通过卡尔曼滤波对所述拉力估值和所述电流信息进行融合，并获所述执行端的拉力信息的过滤值；
[0027]比较所述目标值和拉力信息的过滤值。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]1、本专利技术以滑块的变形为切入点，针对因滑块变形导致柔性导管头端弯曲度产生
的误差，设置了传感器和控制单元，传感器能够检测滑块弯曲变形时执行端的变化，并获得能够评价该变化的传感信息，控制单元能够以传感信息为反馈来实时调整直流电机的运行参数，对直流电机施加了反馈控制，由此实时对控弯丝的力矩进行补偿，提高了对柔性导管头端弯曲度的控制精度。
[0030]使用过程中，耗材控制装置通过传感器检测执行端的力矩变化或变形产生的位移信息，间接地对柔性导管头端的弯曲情况进行实时检测，并实时反馈滑块的变形信息，控制单元根据目标值和反馈参数进行PID运算，实时调整直流电机的运行参数，准确控制柔性导管的运动路径。
[0031]2、一些方案中，传感器采用激光测距的方式获得执行端因滑块弯曲变形而产生的位移信息，根据预存的拉力
‑
位移模型获取拉力估值，并将拉力估值和对应的电流信息通过卡尔曼滤波算法融合获得反馈参数，这些方案融合了估计数据和测量数据，对误差闭环管理，能够将误差限定在较小的范围内，并且长时间运行时能够保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耗材控制装置，其特征在于，包括控制单元和执行单元，所述执行单元包括直流电机、滑块以及传感器；所述直流电机和所述传感器分别和所述控制单元电连接；所述滑块的驱动端用于连接所述直流电机，所述滑块的执行端用于连接耗材的控弯丝，所述直流电机通过驱动所述滑块线性滑动来控制所述控弯丝的远端弯曲时，所述执行端承受来自于所述控弯丝的拉力；所述传感器与所述执行端对应设置，并用于输出传感信息，所述传感信息能够评价所述滑块因所述拉力而弯曲变形时所述执行端相对于所述驱动端产生的运动；其中，所述控制单元能够根据输入的目标值和所述传感信息来调节所述直流电机的运行参数，以使所述控弯丝远端的弯曲程度和所述目标值相适配。2.如权利要求1所述的耗材控制装置，其特征在于，所述控制单元包括相互之间电连接的主控制器和电机驱动器，所述电机驱动器连接所述直流电机，且所述电机驱动器和所述执行单元一一对应设置。3.如权利要求2所述的耗材控制装置，其特征在于，所述传感器采用拉力检测设备，所述传感信息为所述拉力的数据信息，所述传感信息直接发送给所述主控制器。4.如权利要求2所述的耗材控制装置，其特征在于，所述传感器采用距离检测设备，所述传感信息为所述执行端因所述滑块弯曲变形而产生的位移信息。5.如权利要求4所述的耗材控制装置，其特征在于，所述控制单元还包括处理器，所述处理器连接所述传感器，以获取所述传感信息，所述处理器连接所述电机驱动器，以获取所述直流电机的电流信息，所述处理器用于对所述位移信息和所述电流信息进行处理并生成反馈参数，所述主控制器根据所述反馈参数调节所述直流电机的运行参数。6.如权利要求5所述的耗材控制装置，其特征在于：所述传感器通过激光测距获取所述位移信息；所述处理器包括数据转换模块和卡尔曼滤波模块，所述数据转换模块预存有拉力
‑
位移模型，所述拉力
‑
位移模型用于评价所述滑块弯曲变形过程中，所述执行端承受的拉力与所述执行端产生的位移之间的关系，所述数据转换模块用于响应所述位移信息，并根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昊晟，郝嘉俊，高杨，
申请(专利权)人：常州朗合医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：