[发明专利]自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统及其测试平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于微创外科手术的形状记忆合金驱动器，尤其涉及一种自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统及其测试平台。 

背景技术

随着微创理念的深入人心和微创技术的迅速进步，在传统腹腔镜手术的基础上，一种更加微创的技术——单孔腹腔镜手术已成为现实。该技术优势在于手术瘢痕更隐蔽，腹腔内粘连更少，术后疼痛更轻，术后康复更快。而制作出适用于单孔腔镜手术的外科机器人已成为众多学者和科研机构关注的国际前沿热点之一。 

目前，对于单孔腔镜手术机器人，商业化的系统还未面世，其中一个重要原因是在现有机器人传统驱动方式中，驱动装置和执行机构是分离的，且现有驱动装置体积尺寸都太大，占据大量外部空间，使得手术操作空间不足，手术难度增加，不可能进入人体内完成复杂的手术操作。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、体积小、操作灵活的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统及其测试平台。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

本发明的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统，包括SMA驱动器，所述SMA驱动器的输出端向第一SMA丝和第二SMA丝输出驱动电压和/或电流，所述SMA驱动器的输入端连接有PID控制器，所述PID控制器接收输入目标位置信息并向所述SMA驱动器输出第一SMA丝和第二SMA丝的电压和/或电流占空比信号，所述SMA驱动器的输出端与所述PID控制器的输入端之间连接有自传感反馈单元，所述自传感反馈单元向所述PID控制器的输入端反馈所述第一SMA丝和第二SMA丝的位移信息、电阻信息。 

本发明的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制测试平台，包括线性导轨，所述固定模块与活动模块之间设有滑块，所述活动模块与滑块之间设有第一SMA丝，所述固定模块与所述滑块之间设有第二SMA丝，所述活动模块与第一SMA丝之间设有第一力传感 器，所述固定模块与所述第二SMA丝之间设有第二力传感器，所述滑块连接有位移传感器； 

所述第一SMA丝、第二SMA丝、第一力传感器、位移传感器、第二力传感器连接有上述的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统。 

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统及其测试平台，由于仅由两根SMA丝组成，结构简单、体积小、无外部传感器，并事实上实现了驱动和执行一体化。很大程度上提高了微创手术器械的设计空间，并为单孔手术专用机器人提供了可行的方案。在耦合微创手术的末端执行器械时，驱动器被安装在管状的支撑结构中，末端的腕式关节由本发明的系统驱动进行多个自由度的运动，实现体内狭窄空间的灵活操作。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制系统进行自反馈精确控制的控制流程示意图； 

图2为本发明的实施例中补偿模型控制的流程示意图； 

图3为本发明的实施例中双SMA丝驱动控制系统的电路示意图； 

图4为本发明的实施例提供的自反馈的双形状记忆合金丝驱动控制测试平台的结构示意图。 

图中标记的含义： 

1.第一S型力传感器，2.第一SMA驱动丝，3.第二SMA驱动丝，4.LVDT位移传感器，5.第二S型力传感器，6.固定模块，7.滑块，8.线性导轨，9.活动模块。 

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。 

本发明的自反馈的双形状记忆合金（SMA）丝驱动控制系统，其较佳的具体实施方式如图1、图2所示： 

包括SMA驱动器，所述SMA驱动器的输出端向第一SMA丝和第二SMA丝输出驱动电压和/或电流，所述SMA驱动器的输入端连接有PID控制器，所述PID控制器接收输入目标位置信息并向所述SMA驱动器输出第一SMA丝和第二SMA丝的电压和/或电流占空比信号，所述SMA驱动器的输出端与所述PID控制器的输入端之间连接有自传感反馈单元，所 述自传感反馈单元向所述PID控制器的输入端反馈所述第一SMA丝和第二SMA丝的位移信息、电阻信息。 

所述PID控制器的输入端与所述SMA驱动器的输入端之间连接有滞后模型补偿单元，所述滞后模型补偿单元接收输入目标位置信息并向所述SMA驱动器输出第一SMA丝和第二SMA丝的电压和/或电流补偿占空比信号。 

所述PID控制器的输入端与所述SMA驱动器的输入端之间还连接有补偿模型控制单元，所述补偿模型控制单元接收输入目标位置信息并向所述SMA驱动器输出第一SMA丝和第二SMA丝的电阻占空比差值信号。