[發明專利]體內導入裝置的控制方法、系統和計算機可讀存儲介質

有效

• 申請號: 202011198530.3
• 申請日: 2020-10-31
• 公開（公告）號: CN112336297B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 齊鵬;任紀媛;李雨晗;徐志宇;余有靈
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: A61B1/267
• 分類號: A61B1/267;A61B1/005
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

1.一種體內導入裝置的控制系統，其特征在于，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，處理器調用所述計算機程序執行一種體內導入裝置的控制方法，所述體內導入裝置包括導管(1)、推送機構(2)、繩驅動模塊(3)、繩固定模塊和控制器(4)；

所述推送機構(2)用于帶動所述導管(1)前進和后退；

所述導管(1)由多個節導管串聯集成，每個節導管的內部設有沿節導管縱向分布的通孔(105)，每個所述節導管的管壁(103)中沿同一圓周均勻設有多個骨架彈簧(102)和導絲(101)；所述導管(1)中遠離所述推送機構的一端的一個或多個節導管中的導絲(101)一一對應地連接所述繩驅動模塊(3)，所述導管(1)中其余節導管中的導絲(101)一一對應地連接所述繩固定模塊；所述繩驅動模塊(3)和推送機構(2)均連接所述控制器(4)；

將所述導管遠離所述推送機構的一端視為末端，接近所述推送機構的一端視為始端，將連接有所述繩驅動模塊的節導管視為主動導管；

所述控制方法包括：

推送步驟：獲取所述導管末端的推送速度，根據該推送速度控制所述推送機構；

導絲驅動步驟：獲取所述導管末端的目標姿態，基于該導管末端的目標姿態以及最接近所述導管始端的所述主動導管的始端位置，根據所述主動導管的節變換矩陣，獲取每個所述主動導管的旋轉角度和彎曲角度，從而計算每個所述主動導管中各個導絲的長度變化量，根據各個導絲的長度變化量控制對應的所述繩驅動模塊；

每個所述主動導管的旋轉角度和彎曲角度的計算過程具體為，

構建所述導管末端的姿態相對于最接近所述導管始端的主動導管的始端姿態的整體姿態變換矩陣，根據最接近所述導管始端的主動導管當前的始端姿態和所述導管末端的目標姿態，對所述整體姿態變換矩陣進行求解，得到每個所述主動導管的旋轉角度和彎曲角度；

將骨架彈簧等效為細長桿，將導管彎曲變形曲線假設為圓弧，則主動導管的彎曲角度β₀為：

式中，L₀為單節等效細長桿長度，R_c為彎曲圓弧對應的彎曲半徑；

相鄰的兩個所述節導管間設有連接件，所述整體姿態變換矩陣的表達式為：

式中，n為從最接近導管尾端方向起主動導管的序號，為第n個主動導管尾端相對于始端的位姿變換矩陣，c為cos函數的簡寫，α_n為第n個主動導管的旋轉角度，β_n為第n個主動導管的彎曲角度，s為sin函數的簡寫，L_n為第n個主動導管的長度，d為連接件的長度。

2.根據權利要求1所述的一種體內導入裝置的控制系統，其特征在于，所述節導管的管壁沿同一圓周均勻設有三個所述導絲，所述主動導管中各個導絲的長度變化量的計算表達式為：

式中，n為從最接近導管尾端方向起主動導管的序號，Δl_n1為第n個主動導管中第1個導絲的長度變化量，Δl_n2為第n個主動導管中第2個導絲的長度變化量，Δl_n3為第n個主動導管中第3個導絲的長度變化量，r為主動導管中導絲所在圓周的半徑，α_n為第n個主動導管的旋轉角度，β_n為第n個主動導管的彎曲角度。

3.根據權利要求1所述的一種體內導入裝置的控制系統，其特征在于，根據各個導絲的長度變化量，通過PID控制對應的所述繩驅動模塊。

4.根據權利要求1所述的一種體內導入裝置的控制系統，其特征在于，所述控制方法包括啟動模式、前進控制模式和后退控制模式，

所述啟動模式具體為，獲取啟動信號，控制所述體內導入裝置整體運行；

所述前進控制模式具體為，獲取前進控制信號，調整所述推送機構為驅動導管前進的第一轉動方向，并執行所述推送步驟和導絲驅動步驟；

所述后退控制模式具體為，獲取后退控制信號，調整所述推送機構為驅動導管后退的第二轉動方向，并執行所述推送步驟和導絲驅動步驟。