本发明属于医疗器械，具体的说是一种稳定控制的手术床液压控制系统及其控制方法。
背景技术：
1、当前，国内生产的手术床在控制方式上大多采用齿轮传动和脚踏液压的控制方法，虽然在一定程度上满足了手术床的基本操作需求，但其可靠性较差，存在着不容忽视的安全隐患。具体来说,齿轮传动方式可能因为机械磨损、间隙增大问题导致精度下降，而脚踏液压控制方式则可能因操作不当或液压系统故障引发意外动作，进而影响手术过程的顺利进行。
2、随着医疗事业的不断发展，手术床作为手术室中的关键设备，其性能的稳定性和控制的安全性变得尤为重要，在复杂多变的手术环境中，手术床需要能够精确、快速地响应医生的操作指令，同时保持高度的稳定性和可靠性，以确保手术的安全和成功。
3、如公开号为cn116672201a的专利公开了一种利用液压控制的多功能可调节手术床，包括：底座、头部床体、中间床体、尾部床体、电气控制系统和液压控制系统，头部床体包括用于实现头部床体的仰角调节的托座和设于托座上表面上方的头托；头托包括托头板、托头软体、可张拉托布以及调节机构，托头板与托座相平行，托头软体固定安装于托头板上方，可张拉托布覆盖于托头软体上方且可张拉托布边缘与托座相固定连接，调节机构用于驱使多块托头板在托座上分别进行升降。该技术方案中的多块托头板能够在调节机构作用下在托座上独立升降并形成与人体头部形状相适配的圆弧过渡，从而有效地对患者头部进行适应及稳定承托，有效避免患者颈椎损伤或其他不良效果。
4、如授权公告号为cn214073950u的专利公开了一种电动液压手术床的控制系统，包括：主控单元和驱动单元，其特征在于：所述的主控单元和驱动单元分别设置在两块电路板上，主控单元的输出端分别连接电磁阀组和平移电机，手控器接入主控单元的输入端，手控器与主控单元双向连接；驱动单元的信号输出端连接液压泵的油泵电机，供电单元接入驱动单元中，为驱动单元提供工作电源，驱动单元同时将供电单元输出端电源信号送入主控单元。在该电动液压手术床的控制系统中，通过将主控单元和驱动单元分别设置在两块电路板上，避免了高频信号和低频信号相互干扰，提高了控制系统的稳定性。通过mos驱动芯片和mos驱动电路驱动液泵电机工作，避免了现有技术中会烧毁驱动电路的弊端。
5、以上现有技术均存在以下问题：缺乏全面的姿态调整能力，缺乏实时反馈与适应性；自动化与智能化程度较低，且缺乏故障处理和安全机制的描述。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种稳定控制的手术床液压控制系统及其控制方法，通过医护人员输入手术任务，结合传感器实时采集的手术任务数据与患者状态信息，自动计算并规划出最佳手术床姿态；在控制系统精确计算姿态误差后，通过液压系统执行机构实现手术床的姿态调整，并在调整过程中实时监测姿态与负载变化，运用微调算法确保手术床精准定位；手术结束后，系统自动归位手术床，并允许医护人员确认归位完成，提升了手术准备的效率与精度，保障了手术过程的安全性与患者舒适度。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种稳定控制的手术床液压控制方法，包括：
4、步骤s1：医护人员通过控制面板输入手术任务；
5、步骤s2：传感器采集当前手术任务数据，并将采集到的手术任务数据发送至控制系统，控制系统根据输入的手术任务数据及传感器数据，使用控制策略自动计算并规划出最佳手术床姿态；
6、步骤s3：控制系统通过控制器计算最佳手术床姿态与当前姿态的误差，根据误差大小和方向，控制系统向液压系统发送调整指令，驱动液压系统中的执行机构进行手术床的姿态调整，同时，在调整过程中，传感器实时监测手术床的姿态和负载变化，并将数据反馈给控制系统；
7、步骤s4：在手术床接近最佳姿态后，控制系统根据传感器反馈的数据，结合外界干扰因素，使用微调算法对手术床的姿态进行微调；
8、步骤s5：手术结束后，控制系统将手术床归位到初始状态，同时，医护人员通过控制面板确认手术床归位完成，并关闭控制系统。
9、具体地，所述步骤s2的具体步骤包括：
10、s2.1：通过手术床上安装的位置传感器、角度传感器、负载传感器实时采集手术床的位置、角度和负载状态信息，获得手术任务数据，并将手术任务数据转换为电信号；
11、s2.2：对转换的电信号进行放大与滤波处理，并通过无线方式将处理后的电信号发送给控制系统；
12、s2.3：控制系统接收来自传感器的电信号，对接收到的电信号进行解析和验证，并将验证后的手术任务数据与输入的手术任务数据进行对比和匹配。
13、具体地，所述步骤s2的具体步骤还包括：
14、s2.4：若匹配正确，则根据手术任务要求和传感器数据，使用姿态规划算法，结合手术床的运动学特性、动力学约束、安全性和效率因素，计算出从当前姿态平稳过渡到最佳手术姿态的最优路径；
15、s2.5：基于姿态规划算法的输出结果，控制系统计算出实现最优路径的姿态控制指令。
16、具体地，所述s2.4的具体步骤包括：
17、s2.41：接收传感器数据，并从传感器数据中提取手术床当前姿态、障碍物位置、手术任务要求数据；
18、s2.42：创建一个空的图结构，用于存储采样点和连接边，并根据手术床的运动学特性设定手术床的运动构型空间；
19、s2.43：设定约束条件，基于约束条件，在构型空间中随机采样n个点；
20、s2.44：建立手术床和障碍物的碰撞检测模型，使用层次包围盒算法对每个采样点进行碰撞检测，判断手术床在该姿态下是否与障碍物发生碰撞，并评估采样点周围的安全裕量，公式为：
21、
22、其中，s表示安全裕量，uk表示第k个手术床采样点的位置向量，vj表示第j个障碍物上最近点的位置向量，αkj表示手术床和障碍物之间的距离缩放因子，δsp表示手术床和障碍物之间的形状因子，φdir表示手术床和障碍物之间的方向因子，表示手术床和障碍物之间的动力学因子，||*||表示欧几里得距离。
23、具体地，所述s2.4的具体步骤还包括：
24、s2.45：使用k-最近邻搜索策略将无碰撞的采样点进行连接，并将采样点和连接边添加到图中，形成概率路线图；
25、s2.46：在构建好的概率路线图上，使用图搜索算法搜索从当前姿态到最佳手术姿态的路径，并对搜索到的路径进行平滑处理；
26、s2.47：使用动力学仿真验证路径的可行性和安全性，
27、若满足可行性和安全性，则输出最优路径；
28、若仿真结果显示路径存在问题，则进行动态调整。
29、具体地，所述s2.43中约束条件公式为：
30、
31、其中，θi表示手术床y的第i个关节的角度，θmax，i和θmin，i分别表示手术床y的第i个关节允许的最小和最大角度，δθi表示手术床y的第i个关节在两个采样点之间的角度变化量，δθmax，i表示δθi中允许的最大变化量，表示两个采样点之间速度的变化量，表示关节允许的最大角速度，f(y)表示碰撞检测函数，yβ表示手术床y在姿态β下不与任何障碍物碰撞的情况。
32、具体地，所述s2.44的具体步骤包括：
33、根据障碍物、手术床的实际尺寸和形状，利用solidworks三维建模软件构建其三维几何模型；
34、对手术床和每个障碍物的几何模型，分别构建层次包围盒；
35、对n个采样点，判断每个采样点所在的包围盒是否与障碍物的任何包围盒相交，若发现包围盒相交，则对相交部分的三维几何模型进行碰撞检测；
36、在确定没有碰撞后，计算采样点周围的安全裕量s。
37、具体地，步骤s4中微调算法的具体公式为：
38、
39、其中，r(t)表示微调量，即需要调整的角度或位置，e(t)表示当前姿态与预设最佳姿态之间的偏差，t表示当前时间，τ表示积分过程中的某个过去时间点，λ表示遗忘因子，f(ewg(t))表示干扰函数，w(t)表示控制系统的性能指标，ewg(t)表示外界干扰因素，a、b、c表示控制参数系数，d表示自适应项的增益系数。
40、一种稳定控制的手术床液压控制系统，包括：任务处理模块、控制规划模块、反馈模块；
41、所述任务处理模块包括任务解析单元，所述任务解析单元内配置有模式匹配策略，所述模式匹配策略用于将输入的手术任务数据进行解析成控制系统内部能够理解和执行的指令；
42、所述控制规划模块包括姿态规划单元、控制算法单元、指令发送单元，所述姿态规划单元内配置有控制策略，所述控制策略采用姿态规划算法，所述姿态规划算法用于计算最优路径，获得最佳手术床姿态；所述控制算法单元，用于计算当前姿态与最佳姿态之间的误差；所述指令发送单元，用于驱动液压系统完成手术床的姿态调整；
43、所述反馈模块包括微调单元，所述微调单元内配置有微调算法，所述微调算法，用于根据反馈数据和外界干扰因素，对手术床姿态进行调整。
44、具体地，一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种稳定控制的手术床液压控制方法的步骤。
45、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
46、1.本发明提出一种稳定控制的手术床液压控制系统，并进行了架构、运行步骤和流程上的优化改进，系统具备流程简单，投资运行费用低廉，生产工作成本低的优点。
47、2.本发明提出一种稳定控制的手术床液压控制方法，在手术床姿态调整过程中，实时监测系统能够及时反馈手术床的姿态和负载变化，并基于这些数据使用微调算法对整个手术床的姿态进行全方位、多角度的自动调整，确保手术床始终保持在最佳状态，灵活适应各种手术场景，提高了手术的安全性和成功率；同时，通过精确控制手术床的姿态，更好地适应患者的身体曲线，减少患者在手术过程中的不适感，避免由于姿态不当可能导致的颈椎损伤或不良效果。
48、3.本发明提出一种稳定控制的手术床液压控制方法，通过优化液压系统的设计和控制策略，实现手术床动作的精确控制和高度稳定性，从而解决现有技术中存在的自动化与智能化程度较低问题，提升手术床的整体性能。
1.一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤包括：
3.如权利要求2所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤还包括：
4.如权利要求3所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，所述s2.4的具体步骤包括：
5.如权利要求4所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，所述s2.4的具体步骤还包括：
6.如权利要求5所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，所述s2.43中约束条件公式为：
7.如权利要求6所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，所述s2.44的具体步骤包括：
8.如权利要求7所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，步骤s4中微调算法的具体公式为：
9.一种稳定控制的手术床液压控制系统，其用于实现权利要求1-8中任一项所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法，其特征在于，包括：任务处理模块、控制规划模块、反馈模块；
10.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任一项所述的一种稳定控制的手术床液压控制方法的步骤。
