14、快速管插入的力 - 位置控制

快速管插入的力 - 位置控制

在医疗手术中，管插入操作是一项关键步骤，其效率和成功率直接影响患者的治疗体验和预后效果。传统的管插入方法主要有基于位置和基于力的插入方法，但它们各自存在优缺点。为了实现更高效、更成功的管插入，一种新的力 - 位置插入方法应运而生。

传统插入方法分析

• 基于位置的插入方法 ：该方法仅需位置控制器，插入速度较快。然而，由于其插入深度固定，自适应能力较差，对于不同特性的膜可能无法达到理想的插入效果。
• 基于力的插入方法 ：这种方法能够感知管是否插入，具有较好的鲁棒性，可在不同膜上实现较高且一致的成功率。但由于力反馈控制器处于外环，响应速度比位置/运动控制器慢，导致插入时间较长，会给患者带来额外的痛苦和不适。

力 - 位置插入方法介绍

为了在短时间内实现管插入并确保高成功率，提出了力 - 位置插入方法。该方法采用了选择性力 - 位置控制的概念，将基于位置和基于力的插入方法相结合。
- 控制结构 ：保持级联控制结构，增加了设计的运动轨迹输入（用于插入）和可调节的加权（在力控制器输出之后）。运动轨迹输入起到前馈机制的作用，旨在加快插入过程；可调节的加权用于调整力反馈控制的参与比例，成为一种力反馈比率控制器。输入到运动控制器的公式可重写为：
[u_i(t) = r(t) + w_m(t)u_f(t)]
其中，(r(t)) 是设计的运动轨迹输入，(w_m(t)) 是可调节的加权。
- 运动轨迹 ：力 - 位