用于远程可控臂的定位指示器系统和相关方法技术方案

一种机器人系统包括相对于地板表面可移动的基座和从所述基座延伸的可控臂。所述臂被配置为支撑和移动工具。所述臂具有动力接头，所述动力接头可操作以定位和/或定向工具。所述机器人系统还包括定位指示器。处理器操作所述定位指示器以相对于地板表面引导基座的手动重新定位，同时在手动重新定位期间处理器正在操作动力接头以维持工具的定位和/或定向。

Location Indicator System and Related Methods for Remote Controllable Arm

A robot system includes a movable base relative to the floor surface and a controllable arm extending from the base. The arm is configured as a support and moving tool. The arm has a power joint which is operable to locate and/or orient tools. The robot system also includes a positioning indicator. The processor operates the positioning indicator to manually reposition relative to the floor surface guide pedestal, while the processor is operating the power adapter to maintain the positioning and/or orientation of the tool during the manual repositioning.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于远程可控臂的定位指示器系统和相关方法
本说明书涉及用于远程可控臂的定位指示器系统，并且更具体地，涉及用于机器人系统的远程可控臂的定位指示器系统。
技术介绍
机器人系统可以包括机器人臂以操纵用于在工作现场执行任务的器械。机器人臂可以包括通过一个或多个接头/关节联接在一起的两个或更多个连杆。接头可以是被主动地控制的主动接头。接头也可以是被动接头，其在主动接头被主动地控制时顺应主动接头的运动。这种主动和被动接头可以是转动接头(revolutejoint)或移动接头(prismaticjoint)。然后，可以通过接头的定位、机器人臂的结构和连杆的联接来确定机器人臂的配置。机器人系统包括工业和娱乐机器人系统。机器人系统还包括用在诊断、非手术治疗、手术治疗等程序中的医疗机器人系统。作为一个具体示例，机器人系统包括微创机器人远程手术系统，其中外科医生可以从床边位置或远程位置对患者动手术。远程手术通常是指使用手术系统进行的手术，其中外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构)来操纵手术器械运动而不是用手直接握持和移动器械。可用于远程手术的机器人手术系统可以包括可远程控制的机器人臂。操作者可以远程控制可远程控制的机器人臂的运动。操作者还可以手动将机器人手术系统的各个部件移动到手术环境内的各个定位。例如，外科医生、手术助手或其他操作者可以用手推或拉装备，使得装备沿着手术环境的地板表面移动。
技术实现思路
在一方面，手术系统包括相对于地板表面可移动的基座和从基座延伸的远程可控臂。臂被配置为支撑手术工具。臂具有动力接头，所述动力接头可操作以在手术工具由远程可控臂支撑时移动手术工具。手术系统还包括定位指示器和处理器。处理器被通信地联接到定位指示器和远程可控臂。处理器被配置为操作定位指示器以相对于地板表面引导基座的手动重新定位，并且在手动重新定位期间操作动力接头以维持远程可控臂的远侧部分的定位(和/或定向)。在另一方面，一种方法包括基于手术系统的远程可控臂的姿势确定最优性分数。该方法进一步包括生成人类可感知的指示以引导远程可控臂的基座的手动重新定位，使得最优性分数大于阈值分数。该方法还包括在最优性分数大于阈值分数的同时基于远程操作者输入控制远程可控臂的移动以进行手术操作。在另一方面，介绍一种操作机器人系统的方法，所述机器人系统包括从基座延伸的机器人臂。所述方法包括：由处理器确定基座的目标基座姿势；由处理器操作定位指示器，以相对于地板表面引导基座的手动重新定位；以及在手动重新定位基座期间由处理器操作机器人臂以维持臂的远侧部分的定位(和/或定向)。在又一方面，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令。这些指令当由与机器人系统相关联的一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法可以是本文中公开的方法中的任何一种。某些方面包括本文中和别处描述的一种或多种实施方式，包括下面描述的实施方式的任何合适的组合。在一些实施方式中，处理器被配置为通过以下方式在手动重新定位期间操作动力接头以维持远程可控臂的远侧部分的定位(和/或定向)：(1)操作动力接头以相对于参照维持远侧部分的定位(和/或定向)，(2)操作动力接头以相对于参照维持由臂的远侧部分夹持的插管的定位(和/或定向)，(3)操作动力接头以相对于参照维持手术工具的定位(和/或定向)，等等。在一些实施方式中，参照是参照点，例如与患者身上的进入端口的位置相对应的点，手术工具穿过该进入端口被插入或待被插入。在一些实施方式中，参照包括一个或多个参照方向但不包括参照位置；例如，一个或多个参照方向可以基于就在重新定位过程开始之前的远侧部分的三维定向。在一些实施方式中，在维持定位和一个或多个定向时，参照包括参照位置和一个或多个参照方向两者。在一些实施方式中，参照包括足以限定三维空间中的位置和定向的全参照系。在一些实施方式中，手术系统包括用于将基座附接到工作台的装配组件(setupassembly)，其中工作台被配置为将患者支撑在地板表面上方。在一些实施方式中，手术系统包括被支撑在地板表面上的推车。例如，推车将基座支撑在地板表面上方。在一些情况下，手术系统还包括将推车连接到基座的装配组件，并且装配组件包括被动接头。在一些实施方式中，定位指示器例如由处理器进一步控制，以在推车可相对于地板表面移动并且基座可相对于推车移动时引导手动重新定位。在一些情况下，手术系统还包括被联接到推车的制动机构。制动机构例如由处理器控制，以抑制基座移动远离最优基座位置包络。在一些实施方式中，动力接头是第一动力接头。臂还包括例如通过联动装置被连接到第一动力接头的第二动力接头。第一动力接头和第二动力接头被配置成例如移动手术工具、或插管、或臂的远侧部分。定位指示器由处理器进一步控制，以在处理器正在操作第一动力接头和第二动力接头以维持手术工具、插管或臂的远侧部分的定位(和/或定向)时引导基座的手动重新定位。可以相对于任何合适的参照，包括(作为示例)相对于一个参照点、一个或多个参照方向或一个参照系来维持定位(和/或定向)。在一些实施方式中，手术系统还包括可选择性释放的被动接头。被动接头例如通过联动装置被连接到基座并且将基座支撑在地板表面上方。定位指示器由处理器进一步控制，例如，以在处理器正在操作动力接头和可选择性释放的被动接头以(例如，相对于一个参照点、一个或多个参照方向或一个参照系)维持手术工具、插管或臂的远侧部分的定位(和/或定向)时，引导基座的手动重新定位。在一些实施方式中，定位指示器由处理器进一步控制，以基于由处理器确定的目标接头状态范围来引导基座的手动重新定位。在一些实施方式中，定位指示器包括可由处理器选择性地激活的指示灯。每个指示灯例如被定位成指示基座的手动重新定位的相应重新定位方向。在一些实施方式中，定位指示器由处理器控制，以通过朝地板表面投射指示基座的手动重新定位的重新定位方向的光来引导手动重新定位。在一些实施方式中，手术系统还包括一个传感器，以产生指示相对于基座的基座姿势的臂的臂姿势的信号，其中处理器被配置为接收该信号以引导基座的手动重新定位。在一些实施方式中，手术系统还包括多个传感器，所述多个传感器被配置为产生指示基座和臂中的每一个的定位的信号。所述多个传感器包括例如以下传感器中的至少一个：接近传感器、接近传感器、力传感器和压力传感器。在一些实施方式中，手术系统还包括致动器，该致动器被联接到动力接头并由处理器控制以驱动动力接头。定位指示器由处理器控制，例如，以在选择性地驱动致动器时引导基座的手动重新定位。在一些情况下，定位指示器包括致动器。定位指示器例如由处理器控制，以在基座的手动重新定位期间抑制动力接头的移动。在一些实施方式中，定位指示器包括由处理器控制的制动机构，以提供触觉指示来引导基座的手动重新定位。在一些情况下，动力接头可在接头状态范围内移动。制动机构例如由处理器控制，以通过抑制动力接头移动超出接头状态范围来引导基座的手动重新定位。在一些实施方式中，定位指示器由处理器进一步控制，以基于由处理器确定的在地板表面上方的最优基座位置包络来引导基座的手动重新定位。在一些情况下，定位指示器由处理器控制，以在基座的手动重新定位期间提醒操作者基座位于最优基座位置包络内。在一些情况下，定位指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术系统，其包括：相对于地板表面可移动的基座；远程可控臂，其从所述基座延伸并且被配置为支撑手术工具，所述臂具有动力接头，所述动力接头可操作以在所述手术工具由所述远程可控臂支撑时移动所述手术工具；定位指示器；和处理器，其被通信地联接到所述定位指示器和所述远程可控臂，所述处理器被配置为：操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的手动重新定位；并且在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的远侧部分的定位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.19 US 62/396,7031.一种手术系统，其包括：相对于地板表面可移动的基座；远程可控臂，其从所述基座延伸并且被配置为支撑手术工具，所述臂具有动力接头，所述动力接头可操作以在所述手术工具由所述远程可控臂支撑时移动所述手术工具；定位指示器；和处理器，其被通信地联接到所述定位指示器和所述远程可控臂，所述处理器被配置为：操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的手动重新定位；并且在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的远侧部分的定位。2.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述处理器还被配置为：在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的定向。3.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：操作所述动力接头以相对于参照点维持所述远侧部分的所述定位。4.根据权利要求3所述的手术系统，其中所述参照点对应于患者身上的进入端口的位置，所述手术工具将通过所述进入端口被插入。5.根据权利要求1所述的手术系统，还包括由所述远程可控臂的所述远侧部分夹持的插管，其中所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：操作所述动力接头以相对于参照维持所述插管的定位。6.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：操作所述动力接头以相对于参照维持所述手术工具的定位。7.根据权利要求1所述的手术系统，还包括：被支撑在所述地板表面上的推车；和包括被动接头的装配组件，所述装配组件将所述基座连接到所述推车，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：在所述推车相对于所述地板表面可移动并且所述基座相对于所述推车可移动的同时，引导所述手动重新定位。8.根据权利要求7所述的手术系统，还包括制动机构，所述制动机构被物理地联接到所述推车并且被通信地联接到所述处理器，其中所述处理器还被配置为操作所述制动机构以抑制所述基座远离最优基座位置包络的移动。9.根据权利要求1所述的手术系统，还包括：用于将所述基座附接到工作台的装配组件，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：在所述基座相对于所述工作台可移动的同时，引导所述手动重新定位。10.根据权利要求1所述的手术系统，其中所述臂还包括通过联动装置被连接到所述动力接头的第二动力接头，当所述手术工具由所述远程可控臂支撑时，所述第二动力接头可操作以移动所述手术工具，并且所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：操作所述动力接头和所述第二动力接头。11.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，还包括可选择性释放的被动接头，所述可选择性释放的被动接头通过联动装置被连接到所述基座并且将所述基座支撑在所述地板表面上方，其中所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：操作所述动力接头和所述可选择性释放的被动接头以维持所述手术工具的所述定位。12.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于由所述处理器确定的目标接头状态范围，引导所述基座的所述手动重新定位。13.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中所述定位指示器包括可由所述处理器选择性地激活的指示灯，所述指示灯中的每一个被定位成指示所述基座的所述手动重新定位的相应重新定位方向。14.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中：所述定位指示器包括光投射器，并且所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：将来自所述光投射器的光朝所述地板表面投射，所述光指示所述基座的所述手动重新定位的重新定位方向。15.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，还包括用于生成指示所述臂相对于所述基座的基座姿势的臂姿势的信号的传感器，其中所述处理器还被配置为接收所述信号以引导所述基座的所述手动重新定位。16.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，还包括多个传感器，所述多个传感器被配置为生成指示所述基座和所述臂的定位的信号，所述多个传感器包括以下中的至少一个：接近传感器、力传感器和压力传感器。17.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中：所述动力接头包括致动器，并且所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述动力接头以维持所述远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：选择性地驱动所述致动器。18.根据权利要求17所述的手术系统，其中：所述定位指示器包括所述致动器，并且所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：在所述基座的所述手动重新定位期间控制所述致动器以抑制所述动力接头的运动。19.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中：所述定位指示器包括制动机构，并且所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：控制所述定位指示器的所述制动机构以提供用以引导所述基座的所述手动重新定位的触觉指示。20.根据权利要求19所述的手术系统，其中：所述动力接头可在接头状态范围内移动，并且控制所述定位指示器的所述制动机构以提供用以引导所述基座的所述手动重新定位的所述触觉指示包括：抑制所述动力接头移动超出所述接头状态范围。21.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于由所述处理器确定的在所述地板表面上方的最优基座位置包络，引导所述基座的所述手动重新定位。22.根据权利要求21所述的手术系统，其中所述处理器还被配置为：在所述基座的所述手动重新定位期间操作所述定位指示器以提醒操作者所述基座在所述最优基座位置包络内。23.根据权利要求21所述的手术系统，其中所述处理器还被配置为：在所述基座的所述手动重新定位期间操作所述定位指示器以提醒操作者所述基座在所述最优基座位置包络外。24.根据权利要求21所述的手术系统，还包括传感器，该传感器被定位在所述基座上并且被配置为生成指示所述基座相对于所述最优基座位置包络的基座姿势的信号，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于指示所述基座姿势的所述信号，引导所述基座的所述手动重新定位。25.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，还包括用于生成指示所述臂的期望运动范围的手动演示的信号的传感器，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于指示所述手动演示的所述信号，引导所述基座的所述手动重新定位。26.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于所述地板表面上的障碍物相对于所述基座的位置，引导所述基座的所述手动重新定位。27.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，其中：所述基座可沿轨道移动，并且所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于所述轨道的端部相对于所述基座的位置，引导所述基座的所述手动重新定位。28.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，还包括第二远程可控臂，所述第二远程可控臂被通信地联接到所述处理器，所述第二远程可控臂被配置为支撑和定位第二手术工具，所述第二臂具有可操作以移动所述第二手术工具的第二动力接头，其中所述处理器还被配置为：在所述手动重新定位期间操作所述第二动力接头以维持所述第二远程可控臂的远侧部分的定位。29.根据权利要求28所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式在所述手动重新定位期间操作所述第二动力接头以维持所述第二远程可控臂的所述远侧部分的所述定位：操作所述第二动力接头以相对于第二参照点维持所述第二远程可控臂的所述远侧部分的所述定位。30.根据权利要求28所述的手术系统，其中所述处理器被配置为通过以下方式操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述基座的所述手动重新定位：基于所述远程可控臂相对于所述第二远程可控臂的姿势的姿势，引导所述基座的所述手动重新定位。31.根据权利要求1或权利要求2至10中任一项所述的手术系统，还包括：第二远程可控臂，其被通信地联接到所述处理器，所述第二远程可控臂被配置为支撑和定位第二手术工具，所述第二远程可控臂具有可操作以移动所述第二手术的第二动力接头；和第二基座，其被连接到所述第二远程可控臂，所述第二基座相对于所述基座可移动，其中所述处理器还被配置为：操作所述定位指示器以相对于所述地板表面引导所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·迪马奥，N·L·伯恩斯坦，P·米尔曼，D·拉宾德兰，A·P·罗伯逊，
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