[发明专利]一种虚拟手术混合控制系统及其验证方法

权利要求书

1.一种虚拟手术混合控制系统的验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：并联式混合控制系统建模：根据非线性系统理论，将模拟控制阻尼项和微分项分别移动至机器人一侧和操作者一侧，从数学理论上仅在控制器里保留数字控制部分，整个过程保证闭环传递函数不变；

步骤二：研究混合控制系统的稳定性判据：推导混合控制方法下的稳定性判据，考虑网络延迟和终端是否有源因素，在得到稳定性判据后，采用小增益定理方法理论验证结果；

步骤三：根据稳定性判据测定系统的稳定范围：首先选取一个采样频率，断开模拟控制部分，仅使用数字控制器，测定数字控制参数直至系统出现不稳定状态；然后保持采样频率不变，增加模拟比例项，达到最大值后再增加模拟阻尼项和微分项，最终获得在此采样频率下的最大混合控制增益值；随着采样频率从100赫兹增大到1000赫兹，重复上述过程，即可获得最大增益曲线；

步骤四：定量实验分析系统力跟踪和位姿跟踪误差：在每种自由度主机器人情况下，分别分析FPAA模拟控制器和数字控制方法对透明性的影响；首先选取通过实验测定的FPAA模拟PID控制参数，考虑当数字控制算法不同时对仿真任务的影响；其次选定数字控制算法中结果最优的数字控制算法，通过分析软件，设计FPAA动态模拟控制方法，分析任务结果；

步骤五：定性实验检测任务成功率：虚拟触觉手术仿真任务考虑分别碰触软组织和坚硬组织的实验成功率；对于软组织模型，选取腹胸腔微创手术中的胆囊模型，设定初始胆囊压力，通过设置不同的软组织硬度，检测操作者触觉辨识成功率；每位参与者均进行了多次重复性实验，真实记录结果，最后对任务结果进行显著性检测以保证结果的可靠性。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟手术混合控制系统的验证方法，其特征在于，所述步骤三中的实验重复多次，最终选取多次结果中满足最大混合控制增益值的平均参数值，画出混合控制下虚拟触觉仿真系统的稳定性测定范围值。

3.根据权利要求1或2所述的一种虚拟手术混合控制系统的验证方法，其特征在于，所述步骤四中的分析软件为C++或MATLAB。