[发明专利]一种种植牙机器人智能控制方法及系统

权利要求书

1.一种种植牙机器人智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：获取传感器数据，确定当前机器人的机械臂位置和姿态；

S2：确定目标位置以及与机械臂末端的距离；

S3：机器人的机械臂末端的手术钻头行进至目标位置；具体为控制器基于路径规划方法对机器人的机械臂进行移动，使其手术钻头的轴线与预先设计的种植体窝洞轴线在一条直线上，并且手术钻头距目标钻孔位置一定距离；

S4：控制备窝钻孔运动，具体为基于变控制参数的自抗扰控制方法对备窝钻孔过程进行控制，通过实时调整钻削参数来实现控制；

S5：备窝钻孔过程抗振动控制，通过对振动信号的采集处理和分析，确定备窝钻孔过程是否发生异常振动，若是，则调整运动参数抑制振动。

2.根据权利要求1所述的种植牙机器人智能控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41：建立导纳控制模型为：式中，为机器人的期望惯量，为期望阻尼，为期望刚度，分别为机器人机械臂末端的实际加速度、速度、位置向量，分别为机器人机械臂末端的期望加速度、速度、位置向量，F为实际机器人机械臂末端的接触力，Fd为期望机器人机械臂末端的接触力；

S42：引入自抗扰控制进行补偿；

设计相应的状态观测器：式中：e为输出误差，均为观测器误差反馈增益，为扩张状态观测器的输出，b为输入增益的估计值，u为控制量；

所述函数值表达式如下：其中，k、p、q为系数；

状态反馈控制器的形式为：式中：x₀为期望值，k₁、k₂为控制器增益，u₀为误差反馈控制量；

S43：基于改进的蝗虫算法进行待确定自抗扰控制器参数寻优和变参数控制。

3.根据权利要求2所述的种植牙机器人智能控制方法，其特征在于，所述步骤S43还包括：

a.初始化参数隶属度函数中心值、宽度值、归一层和输出层之间的权值以及蝗虫种群数量、吸引强度参数、吸引尺寸参数以及最大迭代次数；

b.计算更新目标适应度值以及蝗虫种群位置；式中：为更新位置；为当前时刻蝗虫群间相互作用力；为当前时刻的重力；为当前时刻的风作用力；

算法可扩展成：式中：为第i个蝗虫在第d维的上、下界；为蝗虫的目标位置；N为设定的蝗虫种群规模；c为线性减缩因子，其模型可表示为：式中：为c的最大最小值；为最大迭代次数；t为当前迭代次数；

c.根据如下方式更新蝗虫个体位置，并计算适应度值；其中，x’为更新位置，x为原位置、服从正态分布，为随机数；

d.初始化模拟退火算法参数值，在得到蝗虫位置解的邻域内根据下式计算出新的解，并计算两个解的适应度值，根据判断条件选择；式中：x_i为当前位置；x_i+1为下一时刻位置；ub、lb为在维度下的位置上界和下界；1为迭代次数；

e.评价蝗虫种群，若满足终止条件，则输出最优参数，否则回到步骤b，直到满足终止条件；

f.随工作环境以及导纳模型参数的变化，通过改进的蝗虫算法对待确定自抗扰控制器参数进行改变，从而适应工作环境以及导纳模型参数的变化。

4.根据权利要求3所述的种植牙机器人智能控制方法，其特征在于，步骤S43中的步骤d中所述判断条件为：式中：E(i)为状态i下的能量；E(j)为状态j下的能量；K为波尔兹曼常数；物体从状态i到状态j，若，则状态j被接收；否则，若大于[0,1)的随机数，则仍是状态j被接收，若小于[0,1)的随机数，则是状态i被保留住。

5.根据权利要求2所述的种植牙机器人智能控制方法，其特征在于，所述待确定自抗扰控制器参数包括控制器增益k₁、k₂、b，系统输入增益a₁、a₂、a₃。