在控制状态之间的分段力反馈过渡制造技术

本申请提供了一种手术系统，包括：输入装置；以及控制器，用于接收来自所述输入装置的控制输入并且用于在所述输入装置处提供触觉反馈，所述控制器被配置为施加从所述输入装置处的第一触觉反馈轮廓到所述输入装置处的第二触觉反馈轮廓的分段过渡。

A piecewise force feedback transition between control states

The present application provides an operating system comprising an input device and a controller for receiving control input from the input device and providing tactile feedback at the input device configured to apply a first tactile feedback profile from the input device to the input device. The piecewise transition of the second haptic feedback contour.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在控制状态之间的分段力反馈过渡优先权声明本申请要求在2016年1月12日提交的美国临时专利申请号62/277,820的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于向手术系统的操作者提供触觉反馈的系统和方法，并且更具体地涉及当系统的控制状态改变时维持使用者的直观触觉轮廓。
技术介绍
远程操作的手术系统往往旨在医疗手术期间提高医生的精确度和/或减少患者创伤。在这样的系统中，外科医生与输入装置(有时被称为“主装置”或“主控制器”)交互以控制由驱动机构(例如马达)致动的手术器械。由于外科医生不直接操纵手术器械，因此在输入装置处提供指示或复制手术器械感觉到的力的触觉反馈有时可能是有益的。为了提供良好的用户体验，外科医生将通过系统状态和配置变化理想地体验无缝触觉体验。然而，这可能难以实现，特别是当给定的输入装置被用于多个不同的控制状态时。例如，单个输入装置可以用于控制多个不同器械(需要在这些不同器械之间切换控制)，可以用于控制手术系统的整体定位(例如，改变正观察关注的解剖区域的内窥镜的视点)，可以用于改变手术系统的设置，和/或可以简单地与任何控制效果分离。响应于这种控制状态改变以简单地激活/去激活/改变触觉反馈可产生抽动和不直观的交互。如果在一种状态下对使用者施加力并且在下一状态下不会施加给使用者力，则立即将力从完全力变为无力会令使用者感到困惑。例如，当从控制具有触觉反馈的器械过渡到控制没有触觉反馈的器械(例如，内窥镜)或以其他方式进入没有触觉反馈(或甚至不同触觉反馈)的控制状态，例如器械改变(即，从操纵器上移除器械)、退出随动(即，禁止通过输入装置控制器械)或者换臂(即，在输入装置的控制下改变手术器械/机械臂/操纵器)时，触觉反馈的立即丢失会感觉像是对使用者的阻力意外丢失。当使用者从没有给予力(或给予低力)的器械过渡到具有力(高力)的器械时，如果立即启用力反馈，则使用者发现它也同样令人感到困惑。例如，当我们从摄像机控制过渡回带有力反馈的器械时，会发生这种情况。这也会在使用者最初控制器械的任何时候发生(例如，首先进入与器械随动的过渡)。当使用者正在将控制状态改变到中间状态时，出现另一个问题，在中间状态时虽然控制状态仍然与特定器械相关联(例如离合，进入UI等)但没有施加控制。在中间状态期间关闭力反馈并且在返回直接控制器械时重新打开力反馈，这对于使用者来说并不理想。往往这些中间控制状态持续时间短，因此快速开启/关闭力可能会产生问题。需注意，呈现给使用者的力反馈可以为来自传感器、来自算法、来自用户界面提示、碰撞检测等的反馈的总和。
技术实现思路
为了减轻在改变控制状态时的突然的力过渡的不适，可以执行从在输入装置处显示的原始力(并且因此，对使用者)到适于新控制状态的水平的分段过渡。在一些实施例中，触觉反馈力矢量从力A过渡(在某段非零时间内在方向和/或大小上过渡)到力B。力A大小可以大于或小于力B(或在一些实施例中等同，在此过渡是仅方向的过渡)。从力A到力B的大小的分段过渡的轮廓可以为随时间发生的任何轮廓，包括线性或曲线的过渡，并且可以包括作为所述过渡的一部分的非连续性过渡(例如，阶跃)。在一些实施例中，对于涉及进入使用者保持与特定器械相关联的中间模式的控制状态改变，力反馈可以保持在最近的当使用者停止直接控制所述器械时的水平。例如，如果控制状态从器械控制(随动)过渡到非器械控制(退出随动)，则相关联的输入装置处的触觉反馈可以维持在其当前水平达至少一段时间。在各种实施例中，在这样的稳定时间之后，随后可以施加至减小的力或无力状态的分段过渡。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述本质上是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而非限制本公开的范围。在这方面，根据以下详细描述，本公开的另外方面、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。附图说明当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以充分地理解本公开的各方面。需要强调的是，按照行业的标准做法，各种特征并不按比例绘制。实际上，为了清楚地论述，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。另外，本公开可以在各种示例中重复附图标记和/或字母。这种重复是出于简单和清楚的目的，并且本身不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。图1A-1B示出了根据本专利技术的各种实施例的在控制状态改变期间向手术系统的使用者提供直观触觉反馈的方法。图2A示出了根据本专利技术的各种实施例的在控制状态改变期间的示例性触觉力矢量过渡。图2B示出了根据本专利技术的各种实施例的示例性触觉力反馈过渡轮廓。图3A-3C示出了根据本专利技术的各种实施例的响应于控制状态的变化而提供触觉力反馈过渡的示例性手术系统。具体实施方式在本专利技术的各方面的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所公开实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他实例中，众所周知的方法、过程、部件和电路未被详细描述，以免不必要地模糊本专利技术的实施例的各方面。并且，为了避免不必要的描述性重复，可以使用或省略根据一个说明性实施例描述的可适用于其他说明性实施例的一个或多个部件或动作。通过在手术系统的控制状态改变时提供力反馈轮廓之间的分段过渡，可以为手术系统的使用者维持直观的触觉体验。图1A示出了用于提供这种分阶段触觉过渡的示例性方法。在提供触觉反馈步骤110中，手术系统允许使用者(例如外科医生)经由一个或多个输入装置(例如，一个或多个控制杆、夹钳、操纵杆和/或能够接收使用者输入的任何其他结构)控制手术器械(和/或手术系统的其他元件，例如机械臂、装配结构或例如吊杆或推车的定位元件)，并且然后基于期望的触觉反馈轮廓(至少部分地重生或再现真实或虚拟/建模的交互作用的物理体验的一个或多个触觉反馈效果的集合)向该输入装置提供力反馈。所述触觉反馈轮廓可以基于任何触觉模型输入，例如在器械(例如，组织或其他器械交互)或机械臂(例如，与结构或支柱碰撞的臂)处感测的力，使用者引导装置(例如，用于为使用者提供引导以沿着期望的路径或轨迹移动一个或多个输入装置的触觉止动装置、防护装置或其他轮廓)以及用户界面(UI)元件(例如，向使用者呈现虚拟手柄或方向盘)。应用于期望的触觉反馈轮廓以在输入装置处生成触觉反馈的变换可以为下列形式：触觉反馈轮廓的直接复制、触觉反馈轮廓的缩放、对触觉反馈轮廓施加非线性修改或者任何其他变换(例如，取决于例如器械状态/速度、观察放大率等的一个或多个其他因素而变化的力缩放)。步骤110中的触觉反馈还可以包括基于手术系统的附加传感器(例如位置传感器、按钮或接触传感器)计算的力。然后在改变控制模式步骤120中，发生手术系统中的控制模式改变(典型地响应于使用者命令/动作，但是在其他示例中，响应于外部命令，例如系统定时器或警告或第三方动作/命令)，使得输入装置处的输入不再在所述手术器械处提供相同的效果。例如，在包括手术器械和摄像机(例如内窥镜)两者的手术系统中，可能存在控制状态从输入装置正在控制手术器械的状态改变为所述输入装置正在控制手术部位的摄像机/视野的视点的“摄像机控制模式”的情况。如果所述输入装置在发生这样的控制状态改变时正向使用者提供触觉反馈，则响应于该改变立即移除触觉反馈将致使输入装置处的力反馈的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术系统，包括：输入装置；以及控制器，用于从所述输入装置接收控制输入并且用于在所述输入装置处提供触觉反馈，所述控制器被配置为当所述手术系统从与第一触觉反馈轮廓相关联的第一控制状态过渡到与第二触觉反馈轮廓相关联的第二控制状态时，施加从所述输入装置处的所述第一触觉反馈轮廓到所述输入装置处的所述第二触觉反馈轮廓的分段过渡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.12 US 62/277,8201.一种手术系统，包括：输入装置；以及控制器，用于从所述输入装置接收控制输入并且用于在所述输入装置处提供触觉反馈，所述控制器被配置为当所述手术系统从与第一触觉反馈轮廓相关联的第一控制状态过渡到与第二触觉反馈轮廓相关联的第二控制状态时，施加从所述输入装置处的所述第一触觉反馈轮廓到所述输入装置处的所述第二触觉反馈轮廓的分段过渡。2.根据权利要求1所述的手术系统，其中，所述分段过渡包括所述第一触觉反馈轮廓的线性缩放、曲线缩放和方向性修改中的至少一者。3.根据权利要求1或权利要求2所述的手术系统，其中，所述分段过渡包括零力状态。4.根据权利要求1或权利要求2所述的手术系统，其中，所述分段过渡包括缩放所述触觉反馈轮廓的力大小。5.根据权利要求1或权利要求2所述的手术系统，其中，所述分段过渡包括改变所述触觉反馈轮廓的力角度。6.根据权利要求1所述的手术系统，进一步包括器械，并且其中，所述第一控制模式包括器械控制模式。7.根据权利要求1或权利要求6所述的手术系统，其中，所述第一控制状态和第二控制状态包括器械控制模式、离合模式、器械交换模式、摄像机控制模式、系统设置模式、臂交换模式、随动退出模式以及合成交互式元件操纵模式中的不同模式。8.根据权利要求1或权利要求2所述的手术系统，其中，所述分段过渡包括维持所述输入装置处的所述第一触觉反馈轮廓达预定的时间间隔。9.根据权利要求1或权利要求2所述的手术系统，其中，所述控制器进一步被配置为将至少一个触觉效果叠加到所述分段过渡上。10.根据权利要求1或权利要求2所述的手术系统，其中，所述控制器进一步被配置为当所述手术系统从所述第二控制状态过渡回所述第一控制状态时，恢复所述输入装置处的所述第一触觉反馈轮廓。11.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·N·维尔纳，HH·廖，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国,US