[發明專利]血管介入手術機器人系統力反饋的模糊融合方法

無效

• 申請號: 201210510426.2
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103006328A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉達;宮明波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

1.血管介入手術機器人系統力反饋的模糊融合方法，其特征在于：

第一步，選擇模糊語言變量；

選擇導管頭部前端和側壁與血管壁之間的“碰撞”作為輸入語言變量，記為P_i，i=1,2，取值皆為{沒有碰撞、輕微碰撞、較深碰撞、深度碰撞、嚴重碰撞}，對應的模糊集合表示為?i=1,2，基本論域為光纖壓力傳感器和導電橡膠傳感器的電壓信號U_i=[0,5V]，i=1,2；輸出語言變量為醫生感覺到的“力”，記為F，取值為{很小、較小、較大、大、很大}，對應的模糊集合表示為?基本論域為導管尾端的反饋力f＝[0,6N]；

第二步，構建隸屬度函數，包括碰撞模糊集合隸屬度函數和力模糊集合隸屬度函數；

第三步，計算量化因子和比例因子；

取模糊集合?和?對應的量化論域為X=Y=Z={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}；則定義導管前端和側壁的碰撞量化因子為：

式中，u_max——基本論域中的電壓最大值；m——量化等級；

將兩路輸入信號的基本論域代入式（1）中，得?其中k_u1、k_u2分別為導管前端和側壁的碰撞量化因子；

定義力的比例因子為：

式中，f_max——反饋力的最大值；

將反饋力的基本論域代入式（3），得?根據此比例因子，最終施加至力反饋設備的反饋力f應由式（4）解得：

f＝k_f·z^*?????（4）

式中，z^*——去模糊化結果；

第四步，建立賦值表；

根據模糊集合的論域分別是X=Y=Z={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}，求得各語言變量取值在X、Y、Z論域上的離散隸屬度取值；借助量化因子k_u和比例因子k_f的轉換，分別建立語言變量P1、P2和F的離散賦值表；

第五步，制定融合規則表；?

借助雙輸入——單輸出的融合規則，將光纖壓力傳感器和導電橡膠傳感器的兩路模糊化結果融合為統一的模糊碰撞狀態，再映射為操作經驗中的力覺模糊集合；

第六步，模糊推理，得到真實的反饋力f。

2.根據權利要求1所述的血管介入手術機器人系統力反饋的模糊融合方法，其特征在于：

所述碰撞模糊集合隸屬度函數，將導管與血管壁的碰撞狀態分為沒有碰撞、輕微碰撞、較深碰撞、深度碰撞和嚴重碰撞五種，記錄對應兩個傳感器所返回的測量值，并與常用的隸屬度函數進行比對后得到；

所述的力模糊集合隸屬度函數，通過正常工作方式下施加反饋力的設備，按一定步長逐漸增加設備末端軸向的反饋力，并將反饋力分為很小、較小、較大、大、很大五類力值，與常用的隸屬度函數比對后，構建出力模糊隸屬度函數。

3.根據權利要求1所述的血管介入手術機器人系統力反饋的模糊融合方法，其特征在于：定義模糊融合規則表中的第3～7行和3～7列為P_ij，其中i=1,2,3,4,5；j=1,2,3,4,5，則有：

a）P_1j＞P_j1，j=2,3,4,5；

b）P_ij＞P_ji，i=2,3,4,5；j=2,3,4,5；

c）P_ik≥P_ij，P_ki≥P_ji，i=1,2,3,4,5；j=1,2,3,4,5；k＝j+1,…,5。

4.根據權利要求1所述的血管介入手術機器人系統力反饋的模糊融合方法，其特征在于：所述的模糊推理，具體為：

當實時采樣的光纖電壓傳感器和導電橡膠傳感器的測量值經模糊化后的輸入為?時，模糊融合的輸出量?根據模糊似然推理合成規則得：

式中，T₂——將矩陣按行拉直成行向量；

的隸屬度函數為：

由式（11）可見，模糊融合的輸出仍然是一個基于論域Z的模糊集合，而要獲得能夠作用于力反饋設備的數值，則需要對模糊結果進行去模糊化處理，按式（12）計算：

式中，z-離散論域Z中的取值；μ(z)-由式（11）推理得的模糊集合中相應點的隸屬度值；z^*-去模糊化結果；

最后，將z^*代入式（4）即獲得用于刷新力反饋設備的反饋力f。?