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申请/专利权人：浙江工业大学

摘要：面向穿刺针的蜂群觅食策略粒子群优化的路径规划方法，属于运动规划技术领域。它包括以下步骤：1通过对穿刺针刺人体组织后进行受力和运动分析，分别得到穿刺针在三维空间中的运动模型和刺入路径的空间变换模型；2建立一个包括穿刺路径长度、穿刺误差和碰撞检测的多目标函数；3基于所建立的目标优化函数，通过蜂群觅食策略粒子群优化算法进行参数调整，得到更优的穿刺参考路径；4最后，采用回退进针的策略来减小整体的穿刺路径长度。本发明从整体的角度出发，提出一种新的基于蜂群觅食策略粒子群优化算法和融合针回退进针策略的路径规划方案，规划方案针对穿刺过程的穿刺误差、路径长度以及与组织的碰撞函数建立相关的目标优化函数，并且结合了蜂群觅食策略粒子群优化算法做进一步优化和采用回退进针策略。克服传统规划方法缺陷，能显著提高穿刺效率和对复杂环境的适应性和精度。

主权项：1.面向穿刺针的蜂群觅食策略粒子群优化的路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：1假设柔性针在轴向上为刚性连接，即在穿刺过程中穿刺针不会发生轴向上的形变；2以针尖前进方向为z轴方向，建立穿刺针运动学模型得到参数向量具体公式如下： 其中，分别为穿刺针在坐标系下三个方向的速度，α,β,γ分别为针尖在世界坐标系下围绕x,y,z轴的旋转角度，k为穿刺针在穿刺过程中的曲线斜率，v为针尖的前进速度，ω为针轴向旋转的角速度；对模型进一步简化：将控制变量分别简化为与时间无关的物理量，即v,ω分别简化为进针距离s和针尖旋转角度θ，则运动模型参数向量进一步表示为： 模型的控制采用停转策略，即插针动作和旋转针尖动作分开进行，同时只能执行插针或旋转针尖动作中的一个；3通过控制序列Θ＝s1,θ1,s2,θ2,...,sn,θn唯一确定穿刺针的路径，其中n为路径的段数；设定包含路径长度、偏差与碰撞惩罚函数的目标优化函数，其具体的表达式如下：Y＝k1YsΘ+YdΘ+k2YtipΘYtipΘ＝|PtipΘ-Pd| 其中，Ys为路径长度函数，si为路径第i段的长度；Ytip为目标点与针尖位置之间的误差函数；PtipΘ,Pd分别为穿刺针实际位置与期望位置；Yd为判断是否与障碍物碰撞的函数，j表示第j个障碍物，假设共有m个，yd为单个障碍物的碰撞函数；d,D分别为障碍物与针尖之间的实际距离与安全距离；k1,k2分别为路径长度函数和路径误差函数的权值；4将步骤3中的目标优化函数作为蜂群觅食策略粒子群优化算法的适应度值，进行参数调整，得到更优的穿刺参考路径；5采用回退进针的策略来减小多靶点路径的整体穿刺路径长度，完成对所有目标靶点的穿刺路径规划。

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