[发明专利]基于大脑情感学习智能控制算法的柔性针平面穿刺控制装置及方法

摘要

本发明提供了一种基于大脑情感学习智能控制算法的柔性针平面穿刺控制装置及方法，利用计算机程序和装置实现柔性针运动控制。本发明装置包括用于控制柔性针进给速度的进给电机和用于控制柔性针尖旋转的旋转电机，用于获取柔性针的位置和航向角信息的传感器，并柔性针运动控制的计算机。本发明方法首先对预先规划的路径离散化，得到目标点集，然后将柔性针当前的位置下一目标点比较，获取位置误差，通过设计的大脑情感学习智能控制器得到加于进给电机的电压；通过实际航向角误差来控制旋转电机。本发明简化了柔性针模型，控制参数少，计算量少，实现了在线实时控制和精确控制，能最终准确到达靶点。

主权项

1.一种用于柔性针平面穿刺控制的基于计算机的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，计算机将预先规划的路径离散化，得到目标点集；步骤2，传感器将柔性针当前的位置和航向角信息传输给计算机；步骤3，计算机中基于大脑情感学习的智能控制器执行如下步骤：步骤3.1，将下一个目标点的位置坐标与柔性针当前的位置坐标做差，得到位置误差；步骤3.2，生成感知输入信号SI和情感激励信号EC；SI＝[e_r,de_r/dt,∫e_rdt]EC＝w₁e_r+w₂∫e_rdt+w₃u其中，e_r是电机转速误差，t表示时间；u是智能控制器的输出，作为进给电机的输入电压；w₁,w₂,w₃是三个参量系数；步骤3.3，智能控制器将SI三个分量中最大的一个直接输入杏仁体，将其他分量在延时一个采样周期Δt后，和情感激励信号EC同时输入杏仁体和眶额皮质层，在杏仁体和眶额皮质层中分别对输入的信号进行加权求和，最终将杏仁体和眶额皮质层的输出做差得到u；步骤3.4，智能控制器给进给电机加上电压u，驱动柔性针前进；步骤3.5，智能控制器将柔性针当前的航向角与下一个目标点的航向角做差，如果两个角度之差不为零，通过旋转电机控制针尖旋转180°，否则不旋转。