装置、系统和方法用于根据一个或更多个合并的零空间目标来在伴随有操纵器的一个或更多个接头的期望的移动的同时提供操纵器的末端执行器的被命令的移动。零空间目标可以包括接头状态组合、相对接头状态、接头状态的范围、接头状态轮廓、动能、咬合移动、碰撞回避移动、奇点回避移动、姿态或俯仰偏好、期望的操纵器配置、操纵器的被命令的重新配置和接头的各向异性增强。方法包括根据不同的零空间目标计算多个零空间移动，确定每个零空间目标的属性，以及通过零空间管理器使用各种途径来合并零空间移动。这些途径可以包括，应用加权、缩放、饱和水平、优先级、主速度限制、饱和限制积分和其各种组合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的交叉引用 本申请是于2013年3月15日提交的名称为"Systems and Methods for Managing Multiple Null-Space Objectives and SLI Behaviors"（代理人案卷号 ISRG03790PR0V/ US)的美国临时专利申请No. 61/800, 810的非临时性申请并且要求其优先权，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"Control of Medical Robotic System Manipulator About Kinematic Singularities" 的美 国申请 No. 12/494, 695 ;2009 年 3 月 17 日提交的名称为 "Master Controller Having Redundant Degrees of Freedom and Added Forces to Create Internal Motion'， 的美国申请No. 12/406, 004 ;2005年5月19日提交的名称为"Software Center and Highly Configurable Robotic Systems for Surgery and Other Uses'，的美国申请 No. 11/133, 423 (美国专利 No. 8, 004, 229) ;2004 年 9 月 30 日提交的名称为 "Offset Remote Center Manipulator For Robotic Surgery" 的美国申请 No. 10/957, 077(美国 专利 No. 7,594,912);以及 1999 年 9 月 17 日提交的名称为 "Master Having Redundant Degrees of Freedom" 的美国申请 No. 09/398, 507 (美国专利 No. 6, 714, 839) ;2012 年 6 月 30 日提交的名称为"Control of Medical Robotic System Manipulators About Kinematic Singularities" 的美国申请号 No. 12/494,695 ;2012 年 6 月 1 日提交的名称 为"Manipulator Arm-t〇-Patient Collision Avoidance Using a Null-Space'，的美 国临时申请N〇.61/654,755;2012年6月1日提交的名称为"System and Methods for Avoiding Collisions Between Manipulator Arms Using a Null-Space'，的美国临时申请 No. 61/654,773 ;以及2013年3月15日提交的以下美国临时申请No. 61/800,381 (代理人 案卷号ISRG03800)、61/800, 924 (代理人案卷号ISRG03870)和61/799, 920 (代理人案卷号 ISRG03900)，其全部公开以引用方式并入本文。
本专利技术大体提供改善的外科手术和/或机器人装置、系统和方法。
技术介绍
微创医疗技术的目的在于减少在诊断或外科手术程序期间的受损组织量，从而减 少患者的恢复时间、不适以及有害副作用。每年在美国执行数以百万计的"开放"或传统外 科手术；这些手术中的许多有可能能够以微创方式执行。然而，目前仅有相对少量的外科手 术使用微创技术，这是因为外科手术器械和技术的限制性以及掌握这些技术所需的额外的 外科手术培训。 外科手术中使用的微创远程外科手术系统正得到发展，增大了外科医生的灵巧性 以及允许外科医生从远程位置对患者进行手术。远程外科手术是对如下外科手术系统的通 称，即外科医生使用某种形式的远程控制（例如伺服机构等）来操纵外科手术器械移动而 不是通过手直接握持和移动器械。在这种远程外科手术系统中，在远程位置处为外科医生 提供手术部位的图像。当外科医生通常在合适的观察器或显示器上观看到手术部位的三维 图像时，外科医生通过操纵主控制输入装置，继而控制机器人器械的运动，从而对患者执行 外科手术程序。机器人外科手术器械能够通过小的微创外科手术孔口被插入以处理患者体 内的手术部位的组织，一般避免与开放式外科手术进入法相关联的创伤。这些机器人系统 能够足够灵巧地移动外科手术器械的工作端，以执行相当复杂的外科手术任务，诸如通过 在微创孔口处枢转器械的轴、使轴轴向滑动通过孔口、在孔口中旋转轴和/或其他类似动 作来执行。 用于远程外科手术的伺服机构将通常接收来自两个主控制器（每个对应外科医 生的一只手）的输入并且可以包括两个或更多个机器人臂或操纵器。将手的移动映射到由 图像采集装置所显示的机器人器械的图像上能够有助于向外科医生提供对与每只手相关 联的器械的准确控制。在许多外科手术机器人系统中，包括一个或更多个额外的机器人操 纵器臂，以用于移动内窥镜或其他图像采集装置、额外的手术器械或类似器械。 各种结构布置能够用于在机器人外科手术期间在手术部位处支撑外科手术器 械。从动联动装置或者"从"装置通常被称为机器人外科手术操纵器，并且在微创机器人 外科手术期间用作机器人外科手术操纵器被描述在美国专利US6, 758, 843、US6, 246, 200 和US5, 800, 423中，这些专利的全部内容以引用方式并入本文。这些联动装置通常使用平 行四边形布置来保持具有轴的器械。这种操纵器结构能够约束器械的移动，以便器械轴绕 球形旋转的远程中心枢转，该球形旋转的远程中心被定位在沿刚性轴的长度的空间内。通 过使该旋转的中心与内部手术部位的切口点对准（例如，与在腹腔镜手术期间在腹壁处的 套管针或套管对准），通过使用操纵器联动装置移动轴的近端能够安全地定位手术器械的 末端执行器，而不对腹壁施加潜在危险的力。例如替代性操纵器结构被描述在美国专利 US6, 702, 805、US6, 676, 669、US5, 855, 583、US5, 808, 665、US5, 445, 166 和 US5, 184, 601 中， 其全部内容以引用方式并入本文。 尽管新型的机器人外科手术系统和装置已被证明是高效且有利的，但仍需进一步 改进。例如，操纵器臂可以包括额外的冗余接头以在某些情况下提供增加的移动或配置。然 而，当在微创手术部位内移动外科手术器械时，这些接头可能会在患者体外表现出大幅度 的移动（通常比所需的或预期的更多移动），特别是当器械绕微创孔口在大的角度范围内 枢转时。替代性操纵器结构已经被提出，其采用对高度可配置的运动学操纵器的接头的软 件控制，以限制在插入部位处的枢转运动，同时阻止在患者体外的无意的操纵器/操纵器 接触（或类似情况）。这些高度可配置的"软件中心"外科手术操纵器系统可以提供显著的 优点，但是也会提出挑战。具体地，机械约束的远程中心联动装置可以在一些情况下具有安 全优势。此外，通常包括在这些操纵器中的广泛的配置范围的许多接头可以导致操纵本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种远程操作方法，其包括：提供操纵器臂，操纵器臂包括可移动远侧外科手术末端执行器、耦连到底座的近侧部分以及在所述远侧部分和所述底座之间的多个接头，所述多个接头具有足够的自由度以允许针对给定末端执行器状态的一系列的不同接头状态；根据第一目标来计算所述多个接头中的第一组接头在雅可比矩阵的零空间内的第一移动，并且根据第二目标来计算所述多个接头中的第二组接头在所述雅可比矩阵的所述零空间内的第二移动，所述第二目标不同于所述第一目标；根据所述第一目标来确定与第一计算的移动相关联的第一属性，并且根据所述第二目标来确定与第二计算的移动相关联的第二属性；根据所述第一和第二目标之间的期望的关系和/或行为，部分地基于所述第一和第二计算的移动的相应属性而将所述第一和第二计算的移动合并为所述多个接头的组合的移动；以及驱动所述多个接头以实现所述多个接头的所述组合的移动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·乌尔塔斯，
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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