[發明專利]機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統和方法

有效

• 申請號: 201310393624.X
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103655102A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 史建剛;王元
• 申請（專利權）人: 史建剛;王元
• 主分類號: A61G13/02
• 分類號: A61G13/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，包括位姿測量機構、四自由度并聯機構和控制系統，其中：

位姿測量機構安裝于機動手術操作支撐裝置所搭載的平臺上并用于測量該平臺的位姿信號，該位姿信號包括橫搖角度、縱搖角度和垂蕩距離；

四自由度并聯機構包括上平臺、下平臺和連接于前述兩平臺之間的四個主動支鏈和一個從動支鏈，下平臺固定在機動手術操作支撐裝置所搭載的平臺上，機動手術操作支撐裝置固定在上平臺上，每個主動支鏈可驅動上平臺，從動支鏈的一端固定于下平臺且另一端通過球鏈與上平臺連接；

控制機構基于機動手術操作支撐裝置的理想位姿信號和位姿測量機構測得的平臺位姿信號的偏差獲取四自由度并聯機構的四個主動支鏈的位置信號，并與實際測量的四個主動支鏈的位置信號比較，基于該比較結果控制主動支鏈運動；

前述機動手術操作支撐裝置為一機動手術臺。

2.根據權利要求1所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，前述控制機構包括一并聯機構位置逆解裝置用于根據給定的機動手術臺的理想位姿信號和位姿測量機構測得的平臺位姿信號的偏差計算四自由度并聯機構的四個主動支鏈的位置信號。

3.根據權利要求2所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，前述控制機構包括多個智能控制器，分別用于控制一路主動支鏈的運動驅動信號。

4.根據權利要求3所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，前述智能控制器基于計算獲得的四自由度并聯機構的四個主動支鏈的位置信號和測量獲得的四自由度并聯機構的四個主動支鏈的位置信號，發出控制信號，通過每個主動支鏈的電動執行裝置驅動四個主動支鏈運動。

5.根據權利要求4所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，前述電動執行裝置包括伺服電機、伺服電機驅動器和電動缸，伺服電機驅動器包括電流環調節器、速度環調節器及其逆變器，伺服電機的轉動輸出經由電動缸從而驅動主動支鏈運動，其中伺服電機采用三環負反饋控制，即：伺服電機的電流和電機轉子位置反饋信號，通過電流環調節器進行調節控制；伺服電機的速度反饋信號，通過速度環調節器進行調節控制；電動缸內活塞桿位置形成的位置反饋信號，通過位置環調節器實現位置調節控制。

6.根據前述任意一項權利要求所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，前述每個主動支鏈的一端由虎克鉸與下平臺連接，四個虎克鉸點構成一個內接于半徑為R0的圓的矩形，每個主動支鏈的另一端由球鉸與上平臺連接，四個球鉸點構成一個內接于半徑為R1的圓的矩形，其中R1與R0不相等。

7.根據權利要求6所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制系統，其特征在于，前述位姿測量機構包括一陀螺儀。

8.一種機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）測量機動手術操作支撐裝置所搭載平臺的位姿信號；

2）基于測得的平臺位姿信號、理想的機動手術操作支撐裝置位姿信號與四自由度并聯機構的結構參數計算四自由度并聯機構的四個主動支鏈的位置信號；

3）比較計算獲得的主動支鏈的位置信號與實際測量得到的主動支鏈的位置信號；

4）智能控制器基于比較結果進行位置智能控制，發出控制信號；

5）伺服電機根據控制信號驅動電動缸，使得主動支鏈運動從而調節機動手術操作支撐裝置的空間位置。

9.根據權利要求8所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制方法，其特征在于，前述伺服電機采用三環負反饋控制方式，其中：伺服電機的電流和電機轉子位置反饋信號，通過電流環調節器進行調節控制；伺服電機的速度反饋信號，通過速度環調節器進行調節控制；電動缸內活塞桿位置形成的位置反饋信號，通過位置環調節器實現位置調節控制。

10.根據權利要求9所述的機動手術操作支撐裝置的自適應平衡控制方法，其特征在于，前述伺服電機采用交流伺服電機，前述機動手術操作支撐裝置為機動手術臺或機動手術倉中的一種。