宋志亮， 曹 彤， 刘 达

(1.北京科技大学 机械工程学院,北京 100083；2.北京航空航天大学 机器人研究所,北京 100191)

模糊PID控制技术在单孔腔镜手术机器人中的应用*

宋志亮1， 曹 彤1， 刘 达2

(1.北京科技大学 机械工程学院,北京 100083；2.北京航空航天大学 机器人研究所,北京 100191)

单孔腔镜手术机器人通过柔性钢丝绳驱动末端执行器运动。为了解决直流电机驱动钢丝绳时存在的速度不恒定问题，提出抗钢丝绳力干扰的模糊PID控制系统。该方法通过实时监测钢丝绳受力情况，结合模糊控制原理，对PID三个参数进行在线修改，以满足钢丝绳运行时，受力变化对控制参数的不同要求，从而使直流电机具有良好的同步和抗干扰效果。数值仿真和试验结论表明，该方案不仅对系统响应速度、动态过程中的同步误差有明显的提高，而且具有良好的鲁棒性。

单孔腔镜手术机器人； 模糊PID控制； 电机同步; 抗干扰控制； 鲁棒性

0 引 言

单孔腔镜手术因其手术效果好、伤口小、术后恢复快而受到广大患者的青睐，是微创手术的重要发展方向之一[1-2]。在腔镜手术中，执行器必须穿过腹腔壁进入体内，就使得执行器部分细且长，同时要求较大的力输出和准确的控制。国内外普遍采用的钢丝绳驱动方式的腔镜手术机器人受到了极大的重视。国外典型的代表，例如美国Intuitive Surgical公司的da Vinci机器人系统和Computer Motion公司的Zeus机器人系统[3-4],都是采用电机驱动柔性钢丝绳来实现执行器的动作。在国内方面，由天津大学、南开大学和天津医科大学总医院自主开发的“MicroHand A”(妙手A)机器人系统[5]，其执行器作为系统的主要组成部分，同样采用了柔性钢丝绳来驱动。……