[发明专利]可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制方法及系统

权利要求书

1.一种可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制系统，包括控制器、支撑机器人，辅助动力模块和穿刺模块，所述穿刺模块包括依次设置的操作手柄(4)、操作力传感器(5)、穿刺力传感器(6)、穿刺针夹持器(7)，所述辅助动力模块包括高精度编码器(9)和电机(10)，所述电机(10)的输出轴连接穿刺模块，所述操作力传感器(5)、穿刺力传感器(6)、高精度编码器(9)和电机(10)均连接控制器，其特征在于，所述控制器被配置为执行以下步骤：

采集实时操作力和位置数据，并基于实时操作力和位置数据得到期望加速度、期望速度和期望位置；

根据期望加速度、期望速度和期望位置控制电机的输出力矩控制穿刺针移动；

采集实时的穿刺力，计算穿刺力微分与操作力方向的乘积，并在所述乘积由负值跃升过零值转为正值后，由峰值下降重新回归至负值时，识别为穿透组织层；

所述采集实时操作力和位置数据，并基于实时操作力和位置数据得到期望加速度、期望速度和期望位置，包括：

采集实时操作力，并计算期望操作力与实时操作力的差值；

将所述差值输入至导纳控制器，根据得到期望加速度和期望速度，其中，F_e为期望操作力与实时操作力的差值，m_x为惯性系数，c_x为阻尼系数，α为可变导纳控制器控制参数，为实时操作力，为期望加速度，为期望速度；

根据实时位置数据和期望速度、期望加速度得到期望位置。

2.根据权利要求1所述的一种可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制系统，其特征在于，所述系统还包括位置锁，所述控制器还被配置为执行以下步骤：在识别为穿透组织层后，控制位置锁启动使针头锁定在当前位置。

3.根据权利要求1所述的一种可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制系统，其特征在于，所述控制器还被配置为执行以下步骤：采集实时加速度、实时速度和实时位置，并显示。

4.根据权利要求1所述的一种可捕捉腰椎穿刺组织层突破感的人机交互控制系统，其特征在于，所述系统还包括报警器，所述控制器还被配置为执行以下步骤：

在识别为穿透组织层后，发出报警信号。