[發(fā)明專利]磁性醫(yī)療器械控制系統(tǒng)、方法和電子設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211086306.4
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115599012A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宏斌;黃遠(yuǎn)睿;馬潤禹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動化研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;A61B1/04;A61B1/045;A61M25/01;A61M25/09
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 劉雯

1.一種磁性醫(yī)療器械控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

電磁體，用于調(diào)整磁性醫(yī)療器械的姿態(tài)和/或所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置；

機(jī)械臂，與所述電磁體連接，用于調(diào)整所述電磁體的位置和姿態(tài)；

位置檢測部，用于獲取所述目標(biāo)端的當(dāng)前位置；

接觸力檢測部，用于獲取所述電磁體受到的接觸外力；

控制部，分別與所述電磁體、機(jī)械臂、位置檢測部和接觸力檢測部連接，用于根據(jù)所述接觸外力、所述當(dāng)前位置和目標(biāo)位置控制機(jī)械臂的運動和電磁體上的電流大小，以調(diào)整所述磁性醫(yī)療器械的姿態(tài)和/或所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性醫(yī)療器械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述接觸力檢測部為設(shè)置在所述電磁體與所述機(jī)械臂之間的力傳感器；或，所述接觸力檢測部為設(shè)置在所述機(jī)械臂上的扭矩傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性醫(yī)療器械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁體為整體結(jié)構(gòu)或為多個子電磁體陣列排布構(gòu)成的。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項所述的磁性醫(yī)療器械控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述磁性醫(yī)療器械為導(dǎo)管或?qū)Ыz時，還包括：

進(jìn)鏡機(jī)構(gòu)，用于在所述控制部的控制下調(diào)節(jié)所述導(dǎo)管或?qū)Ыz的目標(biāo)端的位置。

5.一種磁性醫(yī)療器械控制方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1～4任一項所述磁性醫(yī)療器械控制系統(tǒng)，所述方法包括：

基于預(yù)定的坐標(biāo)系，獲取磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的當(dāng)前位置；

根據(jù)所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的當(dāng)前位置和目標(biāo)位置，確定控制量的目標(biāo)值，所述控制量的目標(biāo)值包括所述電磁體的位置目標(biāo)值、姿態(tài)目標(biāo)值、電流目標(biāo)值和所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置目標(biāo)值；

實時獲取所述電磁體受到的接觸外力；

根據(jù)所述控制量的目標(biāo)值和所述接觸外力調(diào)整所述電磁體的位置、姿態(tài)和電流，以調(diào)整所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置和姿態(tài)；

持續(xù)上述步驟，直至所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的當(dāng)前位置與所述目標(biāo)位置的差值小于預(yù)設(shè)閾值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性醫(yī)療器械控制方法，其特征在于，基于確定的坐標(biāo)系，根據(jù)所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的當(dāng)前位置和目標(biāo)位置，確定控制量的目標(biāo)值的方法包括：

構(gòu)建所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置與所述磁性醫(yī)療器械所受磁力矩的關(guān)系；

通過鏈?zhǔn)椒▌t獲得所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置與所述控制量之間的偏微分關(guān)系；

根據(jù)所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的當(dāng)前位置與所述目標(biāo)位置之間的差值和所述磁性醫(yī)療器械的目標(biāo)端的位置與所述控制量之間的偏微分關(guān)系構(gòu)建二次規(guī)劃函數(shù)；

通過所述二次規(guī)劃函數(shù)計算所述控制量的目標(biāo)值。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性醫(yī)療器械控制方法，其特征在于，通過所述二次規(guī)劃函數(shù)計算所述控制量的目標(biāo)值之前還包括：

在所述二次規(guī)劃函數(shù)中引入所述電磁體的電流變化量的權(quán)衡函數(shù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性醫(yī)療器械控制方法，其特征在于，調(diào)整所述電磁體的位置和姿態(tài)的方法，包括：

基于導(dǎo)納控制模型，將所述電磁體虛擬為彈簧振子模型；

建立所述電磁體所受接觸外力分別與位置和姿態(tài)之間的函數(shù)關(guān)系；

基于所述控制量的目標(biāo)值和所述接觸外力分別與位置和姿態(tài)之間的函數(shù)關(guān)系調(diào)整所述電磁體的位置和姿態(tài)。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求5至8任一項所述磁性醫(yī)療器械控制方法。

10.一種非暫態(tài)計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求5至8任一項所述磁性醫(yī)療器械控制方法。