使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞制造技术
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞相关申请的交叉引用本申请是于2012年6月I日提交的名称为“Manipulator Arm-to-PatientCollis1n Avoidance Using a Null-Space (使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞)”(代理人案卷号ISRG03760 PR0V/US)的美国临时专利申请号61/654，755的非临时性申请且要求其优先权,该申请的全部公开以引用方式并入本文。本申请大体涉及以下共同拥有的申请:2009年6月30日提交的名称为“Controlof Medical Robotic System Manipulator About Kinematic Singularities (围绕运动奇点的医疗机器人系统操纵器的控制)”的美国申请号12/494,695 ；2009年3月17日提交的名称为 “Master Controller Having Redundant Degrees of Freedom and AddedForces to Create Internal Mot1n (具有冗余自由度和添加力以造成内部运动的...
【技术保护点】
一种机器人方法，其包括：提供包括可移动远侧部分、耦接至基底的近侧部分以及在所述远侧部分和所述基底之间的多个接头的操纵器臂，所述多个接头具有足够的自由度以允许针对远侧部分状态具有一系列的不同接头状态；响应于从用户输入端接收的操纵命令，计算所述接头的远侧部分移位移动，以便实现在外科手术工作部位内的期望的远侧部分移动；通过计算雅可比行列式的零垂直空间内的接头移动来根据所述操纵命令驱动所述多个接头，所述零垂直空间正交于所述雅可比行列式的零空间；计算在所述零空间内的所述多个接头的回避移动，以便在所述操纵器臂和患者组织表面之间提供期望的间隙；以及根据所述计算的回避移动来驱动所述多个接头...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.01 US 61/654,7551.一种机器人方法,其包括: 提供包括可移动远侧部分、耦接至基底的近侧部分以及在所述远侧部分和所述基底之间的多个接头的操纵器臂，所述多个接头具有足够的自由度以允许针对远侧部分状态具有一系列的不同接头状态； 响应于从用户输入端接收的操纵命令，计算所述接头的远侧部分移位移动，以便实现在外科手术工作部位内的期望的远侧部分移动； 通过计算雅可比行列式的零垂直空间内的接头移动来根据所述操纵命令驱动所述多个接头，所述零垂直空间正交于所述雅可比行列式的零空间； 计算在所述零空间内的所述多个接头的回避移动，以便在所述操纵器臂和患者组织表面之间提供期望的间隙；以及 根据所述计算的回避移动来驱动所述多个接头，以便提供足够的间隙并且维持所述远侧部分的期望的状态。2.根据权利要求1所述的机器人方法，其中响应于在所述操纵器臂和所述患者组织表面之间具有不足够的间隙的确定，根据所述计算的回避移动来驱动所述多个接头。3.根据权利要求1所述的机器人方法，其中使用所述计算的回避移动来驱动所述多个接头，且同时根据所述远侧部分移位移动来驱动所述多个接头。4.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述远侧部分包括或者经配置可释放地支撑外科手术器械，所述外科手术器械具有向远侧延伸到外科手术末端执行器的细长轴，其中所述期望的远侧部分移位移动将实现期望的末端执行器状态，并且其中计算所述多个接头的所述回避移动，以便在驱动所述多个接头期间维持所述期望的末端执行器状态。5.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述操纵器臂被配置成支撑具有轴的工具，其中所述轴具有沿所述工具的插入轴线延伸至远端执行器的中间部分，其中所述多个接头中的至少一些接头机械地约束所述远侧部分相对于所述基底的移动，使得所述操纵器臂的所述远侧部分绕远程枢轴中心枢转，从而有助于所述末端执行器在所述外科手术工作部位内的移动，其中通过将所述轴插入通过插入开口而进入所述工作部位，并且其中所述组织表面包括所述开口外侧的皮肤表面。6.根据权利要求1所述的机器人方法，还包含: 确定对应于所述操纵器臂的近侧部分的可移动方位的回避几何结构，以及确定对应于所述患者组织表面的方位的障碍物表面，其中计算所述回避移动，以便维持所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的期望的关系。7.根据权利要求6所述的机器人方法，其中响应于确定所述回避几何结构距离所述障碍物表面小于期望的最小距离，根据所述计算的回避移动来驱动所述多个接头。8.根据权利要求6所述的机器人方法，其中使用所述操纵器的所述接头的一个或更多个传感器确定所述障碍物表面。9.根据权利要求6所述的机器人方法，其中使用一个或更多个操纵器臂的远程中心的测量方位来确定所述障碍物表面，所述远程中心是一个点，且相应的操纵器臂的所述远侧部分邻近微创切孔围绕该点枢转。10.根据权利要求9所述的机器人方法，其中通过近似所述障碍物表面以便与所述一个或更多个远程中心方位相交从而确定所述障碍物表面。11.根据权利要求10所述的机器人方法，其中通过使多个测量的远程中心方位拟合成预先确定的形状而对所述障碍物表面建模，从而确定所述障碍物表面。12.根据权利要求6所述的机器人方法，其中通过使用从任何机械传感器、光学传感器、超声传感器、电容传感器、感应传感器、电阻传感器或接头传感器接收的感测的方位信息来确定所述障碍物表面。13.根据权利要求6所述的机器人方法，其中通过使用从被安装在所述操纵器臂的从动联动装置上的近程传感器接收的感测的方位信息来确定所述障碍物表面，其中所述从动联动装置具有与所述障碍物表面重叠的运动范围。14.根据权利要求6所述的机器人方法，其中计算所述回避移动包括确定所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的距离。15.根据权利要求6所述的机器人方法，其中计算回避移动包括: 确定所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的最近点； 计算在所述操纵器臂的工作空间内的所述最近点之间的回避向量； 将所计算的回避向量转换至所述接头速度空间；并且 将转换至所述接头速度空间的所述计算的回避向量投影到所述零空间上，以获得所述回避移动。16.根据权利要求6所述的机器人方法，其中计算回避移动包括: 计算所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的最近点，从而确定所述操纵器臂上的一个或更多个回避点； 确定在所述操纵器臂的工作空间内的所述最近点之间的回避向量； 将所述操纵器臂的原始零空间基向量转换成所述操纵器臂上的所述一个或更多个回避点的运动；以及 将所转换的零空间基向量与所述工作空间内的所述回避向量组合成所述原始零空间基向量的系数，以获得所述回避移动。17.根据权利要求6所述的机器人方法，其中通过计算第一回避几何结构和第二障碍物表面之间的距离，确定所述距离。18.根据权利要求16所述的机器人方法，其中所述回避几何结构是所述操纵器上的点。19.根据权利要求16所述的机器人方法，其中所述回避几何结构包括平面、球形或其他几何形状。20.根据权利要求16所述的机器人方法，其中所述障碍物表面包括平面、球形或其他几何形状。21.根据权利要求6所述的机器人方法，其中通过计算延伸通过所述回避几何结构的第一水平面和延伸通过所述障碍物的第二水平面之间的距离，确定所述距离。22.根据权利要求6所述的机器人方法，其中所述回避几何结构对应于所述末端执行器近侧的所述操纵器臂的一个或更多个特征，使得所述回避移动有助于防止所述一个或更多个特征接触所述患者组织表面。23.根据权利要求6所述机器人方法，所述方法还包含: 计算所述多个接头的接头空间内的势场，其中较低势能对应于所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的较大距离，而较高势能对应于所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的较小距离，以及 其中所述回避移动被计算成维持或减小所述计算的势场的值。24.根据权利要求14所述的机器人方法，其中向量沿所述远侧部分从所述外科手术工作部位延伸至所述回避几何结构，并且通过测量基本正交于最接近所述回避几何结构的所述障碍物表面的向量的分量，确定所述距离。25.根据权利要求6所述的机器人方法，其中计算所述多个接头的所述远侧部分移位移动，使得所述多个接头中的第一接头不被驱动至实现期望的远侧部分移位移动。26.根据权利要求6所述的机器人方法，其中所述接头的所述远侧部分移位移动被计算成使得所述多个接头中的第一接头不被驱动。27.根据权利要求25所述的机器人方法，其中所述接头的所述回避移动被计算成至少驱动所述第一接头以实现所述操纵器臂的所述回避移动。28.根据权利要求25所述的机器人方法，其中在所述回避移动期间驱动所述第一接头包括提供所述第一接头的基本恒定的接头铰接速度，并且其中所述回避移动被计算成在所述回避命令的时段期间提供所述基本恒定的速度。29.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述远侧部分的所述期望的状态包括相对于所述基底的远侧部分方位、取向和/或速度。30.根据权利要求6所述的机器人方法，其中所述多个接头中的至少一些包括被布置在所述近侧部分的远侧和所述远侧部分的近侧的远程球形中心接头，其中机械地约束所述远程球形中心接头，使得所述远程球形中心接头的铰接绕第一、第二和第三远程中心轴线枢转所述操纵器臂的所述远侧部分，所述第一、第二和第三远程中心轴线在所述远程中心处相交。31.根据权利要求6所述的机器人方法，其中所述第一接头将所述近侧部分耦接至所述基底，并且中间连杆使用第二接头被布置在所述远侧部分的近侧并且与所述远侧部分邻近并且...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·M·乌尔塔斯，P·海英维，B·M·斯凯纳，R·L·迪万根佐，
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
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