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龙图腾网获悉南京信息工程大学申请的专利一种压电驱动的细胞微注射器的力-位置切换控制器的设计方法、装置及其注射方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121386576B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-27发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511962037.7，技术领域涉及：G05B19/042；该发明授权一种压电驱动的细胞微注射器的力-位置切换控制器的设计方法、装置及其注射方法是由康升征;李先玉;段忠敬;李涛;张云钦设计研发完成，并于2025-12-24向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种压电驱动的细胞微注射器的力-位置切换控制器的设计方法、装置及其注射方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种压电驱动的细胞微注射器的力‑位置切换控制器的设计方法、装置及其注射方法，包括以下步骤，S1：基于细胞的变形和粘弹性，采用质量‑弹簧‑阻尼器系统建立用于描述微注射器与细胞形成的系统的动力学模型；S2：基于动力学模型，设计自适应积分终端滑模阻抗力控制器；S3：基于前馈补偿器和反馈控制律设计复合PID位置控制器；S4：设计切换函数；S5：结合自适应积分终端滑模阻抗力控制器、PID位置控制器和切换函数，计算得到最终的力‑位置切换控制器的切换控制规律。本发明的力‑位置切换控制器在每种控制模式下都能提供精确的力和位置跟踪性能，并且不同模式多次切换时仍具有较小的抖振和细胞损伤度。

本发明授权一种压电驱动的细胞微注射器的力-位置切换控制器的设计方法、装置及其注射方法在权利要求书中公布了：1.一种压电驱动的细胞微注射器的力-位置切换控制器的设计方法，其特征在于：包括以下步骤， S1：基于细胞的变形和粘弹性，采用质量-弹簧-阻尼器系统建立用于描述微注射器与细胞形成的系统的动力学模型； S2：基于动力学模型，设计用于抑制细胞粘弹性力学特征影响的自适应积分终端滑模阻抗力控制器；其中设计用于抑制细胞粘弹性力学特征影响的自适应积分终端滑模阻抗力控制器的步骤如下： S21：采用非线性Hunt-Crossley模型建立用于描述细胞粘弹性力学特征的H-C模型，且H-C模型用于表征细胞微注射器与细胞膜之间的接触力； S22：细胞微注射器与细胞接触后且细胞膜不再发生形变时，称细胞达到稳态，设细胞在达到稳态时的位置为平衡位置，细胞处于平衡位置时设自适应积分终端滑模阻抗力控制器输出的作用力为期望力，使用泰勒公式在处对H-C模型进行展开，得到H-C模型用于描述接触力与期望力的展开式； S23：细胞微注射器与细胞接触时，细胞膜反向施加给细胞微注射器的作用力为阻抗，细胞在达到稳态时，自适应积分终端滑模阻抗力控制器通过调节细胞微注射器与细胞之间实现期望阻抗来调节接触力，并基于广义阻抗控制思想设置期望阻抗方程； S24：基于H-C模型的展开式和期望阻抗方程计算细胞达到稳态时期望的粘弹性阻抗动力学模型，基于粘弹性阻抗动力学模型计算细胞达到稳态时对应的稳态力误差方程；基于稳态力误差方程计算稳态力误差收敛至零时的收敛条件，基于该收敛条件对步骤S23中的期望阻抗方程进行更新，得到更新后的期望阻抗方程； S25：结合更新后的期望阻抗方程设计用于建立自适应积分终端滑模阻抗力控制器的终端滑模的辅助变量g； S26：基于步骤S25中的辅助变量g设计自适应积分终端滑模阻抗力控制器的积分型终端滑模面； S27：基于步骤S26中的积分型终端滑模面，选择状态变量；且，其中s指积分型终端滑模的滑模面，指s的一阶导数； S28：定义状态变量的期望值为，且，其中、、为常数参数，为时变参数，且、、；且状态变量与其期望值之间的误差为z； S29：基于动力学模型、辅助变量g和状态变量，得到最终的自适应积分终端滑模阻抗力控制器； S3：选择前馈补偿器和反馈控制律设计用于抑制压电迟滞非线性的复合PID位置控制器； S4：基于双Sigmoid函数切换准则设计用于切换自适应积分终端滑模阻抗力控制器和复合PID位置控制器的切换函数；其中切换函数为，其中、，表示当前时刻；细胞微注射器从预设位置开始匀速运送，直至细胞微注射器与细胞接触，细胞微注射器匀速运动趋近细胞的过程中其为位置控制，且细胞微注射器与细胞接触的时刻为；细胞微注射器开始由位置控制切换为力控制的时刻，事先设定由位置控制切换为力控制的时间间隔，表示已经由位置控制切换为力控制的初始时刻；表示细胞膜被细胞微注射器穿透的时刻，时刻起细胞微注射器由力控制切换为位置控制，事先设定由力控制切换为位置控制的时间间隔，表示已经由力控制切换为位置控制的初始时刻；参数用于调整切换函数的形状，数值大小与切换速率成正比； S5：结合自适应积分终端滑模阻抗力控制器、PID位置控制器和切换函数，计算得到最终的力-位置切换控制器的切换控制规律。

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