[发明专利]一种远程介入手术控制系统的时滞与误差的改进方法

说明书

一种远程介入手术控制系统的时滞与误差的改进方法，基于主从血管介入手术远程控制系统，解决了前向通道和反馈通道补偿模型不匹配，进而导致系统响应速度慢，进入稳态时间长,跟踪误差大等问题，将前向通道的网络时延移到闭环之外，反馈通路中的时延消除，消除了时延对控制系统性能的影响，提高控制系统性能，同时针对电机本身存在非线性，纯滞后模型不匹配的一些问题，在控制器节点加入了模糊PID算法，自适应调节PID参数，降低了由于远程控制系统中非线性和电机纯滞后补偿模型不匹配等带来的影响，加强了系统响应速度，更快地使系统进入稳态。

技术领域

本发明属于具有时延滞后的远程医疗系统相关技术领域，尤其是一种远程介入手术控制系统的时滞与误差的改进方法，该方法利用改进的Smith算法对血管介入手术系统的时滞，进行预估并补偿，起到了调节时滞系统的作用，同时利用模糊PID解决了主从位移跟踪存在跟随误差较大及高度非线性等问题，特别适合用于介入手术机器人主从远程控制系统实时性和准确性的提高。

背景技术

微创手术凭借着创伤小，痛苦轻，失血少等优势备受医生和患者的青睐，因此，辅助医生进行微创血管介入手术机器人系统不断被设计和发展。为了避免医生遭受X射线辐射，血管介入手术机器人系统大多采用主从要操作的方式。然而，主从遥操作系统属于网络化控制，以及系统本身都存在时滞，这会导致控制系统不稳定，且具有误差，进而导致主从介入手机器人跟踪性能变差，严重威胁手术的安全性。以往的研究中，大多团队都使用了PID控制算法，然而，血管介入手术控制系统本身存在主从位移跟踪存在滞后性、实时性差、跟随误差较大及高度非线性等问题，单纯地PID调节并不能很好地实现控制效果。由此，通过对一种用于提高远程介入手术控制系统实时性与准确性的模糊PID和改进的Smith算法的设计，可以有效地解决因时滞带来的系统影响，提升机器人的实时性与准确性，提高手术操作安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程介入手术控制系统的时滞与误差的改进方法，它可以克服了现有技术的不足，是一种结构简单、可靠且容易实现的时滞补偿系统及方法，能够提高远程介入手术控制系统实时性与准确性。

本发明的技术方案：

一种远程介入手术控制系统的时滞与误差的改进方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)对主端操作者的操作的控制量轴向直线位移进行采集；

所述步骤(1)中对手术过程中主端的轴向直线位移检测是由主端直线位移传感器采用直接测量的方式实现的。

(2)将步骤(1)中得到的手术过程中主端直线的推送位移量通过串口通信，发送到主端控制器；

(3)将从端光电编码器测量的电机运动位移量与主端直线位移传感器测出的值进行比较，通过计算主从位移运动量的差值得出位移误差e和位移误差变化率ec，将这二者的值作为模糊控制器的两个输入量；

(4)确定论域及量化因子；

所述步骤(4)中论域及量化因子的确定具体是指：

(4-1)将主从位移运动量的差值得出位移误差输入语言设置为E，位移的误差变化率输入语言设置为EC，输出的量为Δkp,Δk_i,Δk_d，即构成“两输入三输出”结构的模糊控制器；其中，Δk_p是位移误差和位移误差变化率的论域的量化参数，Δk_i是位移误差和位移误差变化率的离散点的量化参数，Δk_d是位移误差和位移误差变化率的量化因子的量化参数；

(4-2)在误差的允许范围内，确定位移误差和位移误差变化率的论域、离散点和量化因子，并依据确定的三者，选定一组与位移误差和位移误差变化率的论域、离散点和量化因子分别对应的量化参数Δkp,Δk_i,Δk_d。

(5)选择输入输出变量的语言变量模糊集合；