一种用于医疗机器人的模糊控制系统及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种骨科辅助牵引装置的控制系统，尤其涉及一种用于医疗机器人的模糊控制系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]现在医院对前臂骨折进行正骨主要还是靠医生进行操作，一个医生对前臂进行牵弓丨，另一位医生进行正骨，由于正骨时间比较长，因此牵引的医生会非常累，这样就推动了骨科牵引设备的产生。
[0003]现有技术中，通常的骨科辅助牵引装置有的利用转轮带动丝杆转动以实现对患者手臂的牵引；有的利用机械式气泵，通过手捏所述机械式气泵调节可伸缩式气缸的伸缩，以实现对患者手臂的牵引。上述骨科辅助牵引装置的缺点是对患者手臂牵引所使用的力度不够精准，并且医生在进行正骨、接骨、打石膏等操作的同时还需要腾出手来调整牵引的力度，影响了医生的治疗。
[0004]目前，国内外在小臂骨折治疗自动化方面的研究主要集中在智能化程度较高，甚至能完全替代医生工作的全自动化医疗机器人。但是这种机器人结构非常复杂，安全保护措施少，可靠性不易保证，几乎无法临床应用。
[0005]因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
【发明内容】
[0006]本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种用于医疗机器人的模糊控制系统及其实现方法，以实现对患者进行精确治疗的目的，降低医生的劳动强度。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]一种用于医疗机器人的模糊控制系统，其包括用于设置在微控制器上的模糊推理器件，其中，所述模糊推理器件包括用于输入模糊控制规则的外界交互模块，所述外界交互模块与一用于存储模糊模型的存储模块通信连接，所述存储模块与一用于确立模糊模型的模糊逻辑决策模块通信连接，所述存储模块、所述模糊逻辑决策模块均与一用于输入参数的模糊化接口通信连接，所述模糊逻辑决策模块还分别与模拟器、用于输出参数的解模糊接口通信连接，所述解模糊接口还与所述外界交互模块的通信连接。
[0009]优选地，所述外界交互模块包括规则更新单元、隶属函数更新单元、状态信息单元；所述存储模块包括规则库单元与隶属函数单元，所述规则更新单元与所述规则库单元通信连接，所述隶属函数更新单元与所述隶属函数单元通信连接，所述状态信息单元与所述解模糊接口通信连接。
[0010]优选地，所述模糊控制系统还包括所述微控制器与夹持平台，所述微控制器分别与电机驱动单元、气压传动单元通信连接，所述电机驱动单元、所述气压传动单元均与医疗机器人的机械执行单元相连接，所述气压传动单元与所述夹持平台相连接，所述机械执行单元与所述夹持平台相连接，所述电机驱动单元用于控制所述机械执行单元产生偏转力，所述气压传动单元用于控制所述夹持平台产生拉伸力与夹持力；所述微控制器设置有一开关单元，用于控制所述电机驱动单元、所述气压传动单元的运行状态；所述微控制器通过所述模糊推理器件确定的模糊模型控制所述电机驱动单元、所述气压传动单元与所述机械执行单元的运行状态。
[0011]优选地，所述电机驱动单元包括第一隔离电路、模数转换电路与第二隔离电路，所述第一隔离电路、所述模数转换电路与所述第二隔离电路均与所述微控制器通信连接，所述第一隔离电路与第一驱动电路相连接，所述第一驱动电路与第一直流电机相连接，所述第一直流电机与所述机械执行单元相连接，所述第一直流电机配置有第一码盘，所述第一码盘与所述微控制器通信连接，所述第一驱动电路与所述第一直流电机之间接入第一电流采样电路，所述第一电流采样电路与所述模数转换电路相连接；所述第二隔离电路与第二驱动电路相连接，所述第二驱动电路与第二直流电机相连接，所述第二直流电机与所述机械执行单元相连接，所述第二直流电机配置有第二码盘，所述第二码盘与所述微控制器通信连接，所述第二驱动电路与所述第二直流电机之间接入第二电流采样电路，所述第二电流采样电路与所述模数转换电路相连接。
[0012]优选地，所述机械执行单元包括用于产生偏转力的齿轮传动机构以及用于粗调所述夹持平台的丝杠传动机构，所述第一直流电机与所述齿轮传动机构相连接，所述第二直流电机与所述丝杠传动机构相连接，所述齿轮传动机构、所述丝杠传动机构均与所述夹持平台相连接。
[0013]优选地，所述气压传动单元包括气源，所述气源依次与油水分离器、调压阀、油雾器相连通，所述油雾器分别与驱动气路、气囊调整气路相连通，所述驱动气路依次连通有五位三通阀、比例阀、气缸，所述气缸与所述夹持平台相连接；所述气囊调整气路依次连通有两位三通阀、减压阀、压力表与气囊；所述五位三通阀、所述两位三通阀均与所述微控制器的第一可编程逻辑模块通信连接，所述第一可编程逻辑模块通过一数模接口与所述比例阀通信连接，所述数模接口与所述微控制器的串行总线相连接；所述比例阀与所述气缸之间的所述驱动气路、所述压力表与所述气囊之间的气囊调整气路均与所述微控制器的模数接口通信连接。
[0014]一种使用所述模糊控制系统的实现方法，其包括以下步骤:
[0015]通过外界交互模块向存储模块传输模糊数据，在所述存储模块建立模糊模型，模糊逻辑决策模块根据模糊化接口的输入参数进行逻辑判断，所述模糊逻辑决策模块从所述存储模块调取对应模糊模型，并将对应模糊模型传输到模拟器中进行模拟，所述模拟器将模拟结果反馈给所述模糊逻辑决策模块，所述模糊逻辑决策模块选取最优化的模糊模型通过解模糊接口输出给微控制器。
[0016]优选地，上述步骤还包括:
[0017]所述模糊逻辑决策模块将所述模糊化接口输入参数的精确值变换成其对应论域上自然语言描述的模糊集合。
[0018]优选地,上述步骤具体的还包括:
[0019]所述模糊逻辑决策模块获得所述模糊集合，然后根据预先设定的模糊控制规则进行计算推理，从所述存储模块调取多个较优的对应模糊模型，并将其传输到所述模拟器中进行模拟。
[0020]优选地，上述步骤具体的还包括:所述解模糊接口将最优化的模糊模型传输到所述微控制器，所述微控制器将最优化的模糊模型转换为准确的控制参数，控制夹持平台做出相应动作。
[0021]本发明提供的一种用于医疗机器人的模糊控制系统及其实现方法，采用外界交互模块、存储模块、模糊逻辑决策模块以及模拟器的技术手段，使医疗机器人具有一定智能，辅助医生做出合理的治疗方案，实现了对患者进行精确治疗的目的，比如将其应用到骨科牵引机器人领域，可以实现对小臂夹持力、偏转力以及拉伸力的柔性控制，解决了医生正骨过程中必须有两个大夫相互配合工作的难题，降低了医生的劳动强度。
【附图说明】
[0022]图1是发明中模糊推理器件的结构示意图；
[0023]图2是本发明中模糊控制系统的总体结构示意图；
[0024]图3是本发明中微控制器的结构示意图；
[0025]图4是本发明中电机驱动单元的结构示意图；
[0026]图5是本发明中机械执行单元与气压传动单元的结构示意图；
[0027]图6是将本发明实现方法应用到骨科牵引机器人的流程示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0029]本发明提供的一种用于医疗机器人的模糊控制系统，如图1与图2所示的，其包括用于设置