CN112757283A - 一种双模块软体操作器气动驱动控制方法 - Google Patents

一种双模块软体操作器气动驱动控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112757283A
CN112757283A CN202011456501.2A CN202011456501A CN112757283A CN 112757283 A CN112757283 A CN 112757283A CN 202011456501 A CN202011456501 A CN 202011456501A CN 112757283 A CN112757283 A CN 112757283A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
double
upper computer
programmable logic
logic controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011456501.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112757283B (zh
Inventor
祝连庆
汤晨
何彦霖
孙广开
董明利
何巍
张雯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Information Science and Technology University
Original Assignee
Beijing Information Science and Technology University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Information Science and Technology University filed Critical Beijing Information Science and Technology University
Priority to CN202011456501.2A priority Critical patent/CN112757283B/zh
Publication of CN112757283A publication Critical patent/CN112757283A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112757283B publication Critical patent/CN112757283B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • B25J9/142—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid comprising inflatable bodies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B25J9/0015—Flexure members, i.e. parts of manipulators having a narrowed section allowing articulation by flexion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明介绍了一种双模块软体操作器气体驱动控制的方法，在单模块的基础上进行了扩充，使得扩充后每组模块都可以独立控制，具有多项弯曲的能力，以便在微创手术运用时能利用其长度以及延展性来同时达到手术目标。本发明由上位机程序指令对下位机系统发出控制指令，从而使下位机驱动控制器工作来对双模块软体操作器充气来分别使其不同模块形变。

Description

一种双模块软体操作器气动驱动控制方法
技术领域
本发明属于医疗机器、机器人领域，特别涉及一种双模块软体操作器气动驱动控制方法。
背景技术
近年来，机器人领域向仿生学以及生物学的方向进行扩展研究，象鼻、章鱼臂、鱿鱼触手以及蛇等软体机械手已经开始被广泛的研究并实现，这种仿生结构的优点是在交互过程中具有良好的顺应性，相比传统的刚性结构，它们具有更好的适应性、安全性和灵活性，在医学领域，特别是外科应用中，软体机器人技术是一项很有前途的技术，尤其是在微创手术方面，需要通过一个单一通道来达到不同特定器官，就自然的增加了软体操作器的多项弯曲能力和长度的要求，所以需要许多控制理论来适用于不知道接触位置的多模软体操作器的柔性运动，以提供更安全的导航体内结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种双模块软体操作器气动驱动控制方法，在单模块软体操作器的基础上进行了扩充，使得该气路系统能够被更好更广泛的用于微创手术，增加装置的适用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双模块软体操作器气动驱动控制方法，包括所述方法包括以下步骤：步骤a、选用上位机计算机和下位机可编程逻辑控制器，所述上位机采用python为编程语言，通过所述python编程与所述可编程逻辑控制器建立连接；步骤b、所述上位机计算机直接对所述可编程逻辑控制器的不同地址位置发送工作信号；步骤c、所述可编程逻辑控制器接受所述工作信号通过控制压缩阀、电磁阀以及压力调节器装置分别对第一模块的第一气动腔和第二模块的第二气动腔进行充气，改变所述第一模块和所述第二模块的姿态；步骤d、所述第一模块和所述第二模块上的光纤传感器将双模块软体操作器的受力情况反馈给所述上位机，使得所述上位机实时调整所述双模块软体操作器达到指定姿态。
优选的，所述可编程逻辑控制器为西门子S7-1200。
优选的，所述第一模块和所述第二模块可单独控制。
一种双模块软体操作器，包括第一模块和第二模块，所述第一模块通过关节与所述第二模块相连接；其中，所述第一模块和所述第二模块上均设置有一个硬体腔和均匀分布在所述硬体腔周围的三个气动腔，所述关节处设置有充气通道。
优选的，所述充气通道与所述第二模块相通。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、在单模块软体操作器的基础上进行了扩充，使得该气路系统能够被更好更广泛的用于微创手术；
2、不同模块之间控制独立，操作简洁，能够使软体操作器高效的达到需要效果；
3、控制系统由PLC实现，构成简单，操作方便。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明双模软体操作器示意图；
图2示意性示出了本发明双模块软体操作器工作状态示意图；
图3示意性示出了本发明双模软体操作器控制流程图示意图。
图中：
1、第一模块 2、关节
3、第二模块 4、第二充气气道
5、第一硬体腔 6、第一气动腔
7、第二气动腔 8、第二硬体腔
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
为了使软体操作器在进行模块扩充后能更好运动，本发明提出了一种双模块软体操作器气体驱动控制的方法，在对每组模块都可以独立控制，实现长度延展和多项弯曲的功能。
首先一种微创手术软体操作器气路系统控制包含了上位机计算机和下位机PLC(可编程逻辑控制器Programmable Logic Controller)，本发明选采用的PLC为西门子S7-1200，上位机采用的编程语言为python，通过python编程与PLC建立连接，然后通过上位机直接对PLC的不同地址位置发送工作信号，使其对应的工作工作模块按照设定好的程序，然后不同的模块控制在python中以人机交互的方式呈现出来，使得上位机能对双模块中不同的模块来进行控制。
双模软体操作器气路控制系统主要由3个驱动系统组成：2组软体操作器充气驱动，以及中心主干可调硬体负压抽气驱动，如图1所示。
气动腔均匀分布在硬体腔的周围，气动腔到硬体腔的距离与气动腔到外壁的距离相等，外围的三个气腔通过气动方式，气体沿着轴向和径向都会运动，表现为通气腔弯曲的同时侧面会膨胀使得操作器弯曲，不同模块可以单独控制，可以使得双模块软体操作器达到如图2所示的操作效果。
通过上位机python控制PLC进行工作，然后PLC控制压缩阀、电磁阀以及压力调节器等装置对不同模块的气动腔进行充气，让其改变姿态，每个模块的软体操作器都布有光纤传感器使得其能实时的监控软体操作器的受力情况并反馈给上位机，使得操作器可以实时的调整不同模块的软体操作器是否达到了指定的姿态。其整体流程图如图3所示。
工作过程：当可编程逻辑控制器接受上位机的工作信号后，可编程逻辑控制器通过控制压缩阀、电磁阀以及压力调节器装置分别对第一模1块的第一气动腔6和第二模块3的第二气动腔7进行充气，第一模块1中通过底座上的气孔对三个第一气动腔6进行充气，第二模块3中通过关节2中的第二充气气道4对第二气动腔7进行充气，通过分别对第一模块1和第二模块3的第一硬体腔5和第二硬体腔8进行负压抽真空，放操作件进入到第一硬体腔5和第二硬体腔8中，然后抽真空的方式把双模块软体操作器固定住。
本发明的有益效果是：在单模块软体操作器的基础上进行了扩充，使得该气路系统能够被更好更广泛的用于微创手术；不同模块之间控制独立，操作简洁，能够使软体操作器高效的达到需要效果；控制系统由PLC实现，构成简单，操作方便。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种双模块软体操作器气动驱动控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤a、选用上位机计算机和下位机可编程逻辑控制器，所述上位机采用python为编程语言，通过所述python编程与所述可编程逻辑控制器建立连接；
步骤b、所述上位机计算机直接对所述可编程逻辑控制器的不同地址位置发送工作信号；
步骤c、所述可编程逻辑控制器接受所述工作信号通过控制压缩阀、电磁阀以及压力调节器装置分别对第一模块的第一气动腔和第二模块的第二气动腔进行充气，改变所述第一模块和所述第二模块的姿态；
步骤d、所述第一模块和所述第二模块上的光纤传感器将双模块软体操作器的受力情况反馈给所述上位机，使得所述上位机实时调整所述双模块软体操作器达到指定姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器为西门子S7-1200。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模块和所述第二模块可单独控制。
4.一种双模块软体操作器，其特征在于，包括第一模块和第二模块，所述第一模块通过关节与所述第二模块相连接；
其中，所述第一模块和所述第二模块上均设置有一个硬体腔和均匀分布在所述硬体腔周围的三个气动腔，所述关节处设置有充气通道。
5.根据权利要求4所述的操作器，其特征在于，所述充气通道与所述第二模块相通。
CN202011456501.2A 2020-12-11 2020-12-11 一种双模块软体操作器气动驱动控制方法 Active CN112757283B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011456501.2A CN112757283B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种双模块软体操作器气动驱动控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011456501.2A CN112757283B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种双模块软体操作器气动驱动控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112757283A true CN112757283A (zh) 2021-05-07
CN112757283B CN112757283B (zh) 2023-03-21

Family

ID=75693620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011456501.2A Active CN112757283B (zh) 2020-12-11 2020-12-11 一种双模块软体操作器气动驱动控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112757283B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150070904A1 (en) * 2012-02-28 2015-03-12 President And Fellows Of Harvard College Apparatus, system, and method for providing fabric-elastomer composites as pneumatic actuators
US20150141756A1 (en) * 2012-05-12 2015-05-21 Massachusetts Institute Of Technology Continuum style manipulator actuated with phase change media
CN104858889A (zh) * 2014-07-12 2015-08-26 都瑛娜 一种液压(气动)控制的,可做弯曲、扭曲、伸长运动的,可用于数控软体机器人的关节机构
CN107065618A (zh) * 2017-05-10 2017-08-18 东北大学 一种气动软体手控制系统及其控制方法
CN107139207A (zh) * 2017-05-25 2017-09-08 东北大学 一种气动软体手指、软体手指控制系统及控制方法
CN107378942A (zh) * 2017-06-09 2017-11-24 中国科学技术大学 软体机械臂及其使用方法
CN108555883A (zh) * 2018-03-26 2018-09-21 江苏大学 一种仿生象鼻软体机械臂
CN109730773A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 北京信息科技大学 软体机器人气动控制系统
CN109730775A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 北京信息科技大学 软体机器人气动控制方法
CN110076766A (zh) * 2019-05-23 2019-08-02 苏州柔性智能科技有限公司 基于软体机器人的柔性气动控制系统
CN110842907A (zh) * 2019-12-16 2020-02-28 大连理工大学 一种气动力软体驱动器控制平台及控制方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150070904A1 (en) * 2012-02-28 2015-03-12 President And Fellows Of Harvard College Apparatus, system, and method for providing fabric-elastomer composites as pneumatic actuators
US20150141756A1 (en) * 2012-05-12 2015-05-21 Massachusetts Institute Of Technology Continuum style manipulator actuated with phase change media
CN104858889A (zh) * 2014-07-12 2015-08-26 都瑛娜 一种液压(气动)控制的,可做弯曲、扭曲、伸长运动的,可用于数控软体机器人的关节机构
CN107065618A (zh) * 2017-05-10 2017-08-18 东北大学 一种气动软体手控制系统及其控制方法
CN107139207A (zh) * 2017-05-25 2017-09-08 东北大学 一种气动软体手指、软体手指控制系统及控制方法
CN107378942A (zh) * 2017-06-09 2017-11-24 中国科学技术大学 软体机械臂及其使用方法
CN108555883A (zh) * 2018-03-26 2018-09-21 江苏大学 一种仿生象鼻软体机械臂
CN109730773A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 北京信息科技大学 软体机器人气动控制系统
CN109730775A (zh) * 2018-12-28 2019-05-10 北京信息科技大学 软体机器人气动控制方法
CN110076766A (zh) * 2019-05-23 2019-08-02 苏州柔性智能科技有限公司 基于软体机器人的柔性气动控制系统
CN110842907A (zh) * 2019-12-16 2020-02-28 大连理工大学 一种气动力软体驱动器控制平台及控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HE YANLIN等: "Curvature and force measurement of soft manipulator based on stretchable helical optic fibre", 《OPTICAL FIBER TECHNOLOGY》 *
祝航威等: "螺旋型光纤传感软体操作臂状态测量及特性分析", 《红外与激光工程》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112757283B (zh) 2023-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maghooa et al. Tendon and pressure actuation for a bio-inspired manipulator based on an antagonistic principle
US9840008B2 (en) Robot system control method and robot system
EP2594372B1 (en) Master-slave manipulator
US4891765A (en) Control system
US20060069466A1 (en) Method for controlling trajectory of robot
EP1749249A1 (en) Peripheral device for use with an industrial robot
WO2021017175A1 (zh) 一种工业机器人的机械手实时定位装置及控制系统
US20190119842A1 (en) Sewing device and sewing method
CN112757283B (zh) 一种双模块软体操作器气动驱动控制方法
EP1388396A3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern von Handhabungsgeräten
WO2016008215A1 (zh) 工业机器人的5轴6轴混合控制方法及其系统
JP2018037038A (ja) コントローラ、作業制御装置、多軸動作制御装置、及び駆動制御装置
US10391629B2 (en) Air pump apparatus using electric actuator and air pump system
CN105082152A (zh) 新型产线用多功能机器人
EP3628430B1 (en) Welding apparatus and welding method
WO2013136583A1 (ja) 挿入機器の動作制御装置
CN115500942A (zh) 一种调整手术臂工作空间的方法
WO2019102946A1 (ja) ロボットシステム
CN106236271A (zh) 一种手术机器人的手术工具展开实施、退出方法
JPH10124121A (ja) 嵌合作業を行なうための協調ロボットシステム
Pusca et al. On the development of an innovative surgical parallel robotic system
CN113276108B (zh) 一种用于爆炸物抓取的四轴机械臂控制方法
JPH08141978A (ja) 複数ロボットの制御方法
US20230286152A1 (en) Robot system and controller
CN112754659B (zh) 一种用于ur机器人与软体操作器结合的转换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant