[发明专利]血管介入手术机器人系统力反馈的模糊融合方法

摘要

本发明公开了一种血管介入手术机器人系统力反馈的模糊融合方法，属于医疗器械技术领域。包括选择模糊语言变量；构建隶属度函数，计算量化因子和比例因子；建立赋值表；制定融合规则表；模糊推理的步骤；本发明运用模糊控制，应用模糊变量间的逻辑关系很好的体现了两者非线性关系；根据医生切身的体会来定义语言变量，输入变量为碰撞的状态，输出为反馈力的大小，与医生现有的经验结合起来，使两者反应的实际关系更加真实。

主权项

1.血管介入手术机器人系统力反馈的模糊融合方法，其特征在于：第一步，选择模糊语言变量；选择导管头部前端和侧壁与血管壁之间的“碰撞”作为输入语言变量，记为P_i，i=1,2，取值皆为{没有碰撞、轻微碰撞、较深碰撞、深度碰撞、严重碰撞}，对应的模糊集合表示为i=1,2，基本论域为光纤压力传感器和导电橡胶传感器的电压信号U_i=[0,5V]，i=1,2；输出语言变量为医生感觉到的“力”，记为F，取值为{很小、较小、较大、大、很大}，对应的模糊集合表示为基本论域为导管尾端的反馈力f＝[0,6N]；第二步，构建隶属度函数，包括碰撞模糊集合隶属度函数和力模糊集合隶属度函数；第三步，计算量化因子和比例因子；取模糊集合和对应的量化论域为X=Y=Z={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}；则定义导管前端和侧壁的碰撞量化因子为：式中，u_max——基本论域中的电压最大值；m——量化等级；将两路输入信号的基本论域代入式（1）中，得其中k_u1、k_u2分别为导管前端和侧壁的碰撞量化因子；定义力的比例因子为：式中，f_max——反馈力的最大值；将反馈力的基本论域代入式（3），得根据此比例因子，最终施加至力反馈设备的反馈力f应由式（4）解得：f＝k_f·z^* （4）式中，z^*——去模糊化结果；第四步，建立赋值表；根据模糊集合的论域分别是X=Y=Z={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}，求得各语言变量取值在X、Y、Z论域上的离散隶属度取值；借助量化因子k_u和比例因子k_f的转换，分别建立语言变量P1、P2和F的离散赋值表；第五步，制定融合规则表； 借助双输入——单输出的融合规则，将光纤压力传感器和导电橡胶传感器的两路模糊化结果融合为统一的模糊碰撞状态，再映射为操作经验中的力觉模糊集合；第六步，模糊推理，得到真实的反馈力f。