超灵巧型系统用户界面技术方案

用于使用不接地用户输入装置(UID)的超灵巧型机器人系统的实施例的系统和方法。在一些实施例中，甚至在从属控制器和主控制器未对准时，所述超灵巧型系统也允许所述从属控制器跟随所述主控制器。可将在多个自由度上发生的所述主控器控制的运动解耦成其分量部分并且进行不同处理。每个自由度可独立处理且不同地按比例缩放。举例来说，在一些实施例中，仅传递所述不接地用户界面装置的所述滚动运动，在一些实施例中，仅在所述主控器和受控器在彼此的一定区域内时允许所述主从控制。

Super dexterous system user interface

A system and method for an embodiment of a super dexterous robot system for using an ungrounded user input device (UID). In some embodiments, even the subordinate controller and master controller are not on time, the said super smart system also allows the subordinate controller to follow the master controller. The motion controlled by the main controller that occurs on a plurality of degrees of freedom can be decoupled into its component part and different processing can be performed. Each degree of freedom can be handled independently and in a different proportionate scale. For example, in some embodiments, only the rolling motion of the ungrounded user interface device is transmitted. In some embodiments, the master slave control is allowed only when the main controller and the controller are in a certain area of each other.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超灵巧型系统用户界面优先权和参考引用本申请根据35U.S.C.§119(e)主张2015年2月24日提交的美国临时申请第62/120,128号的优先权和权益，所述申请在此以其全文引用的方式并入本文中并且应当视为本说明书的一部分。
本申请一般涉及如用于执行外科手术的超灵巧型机器人系统。
技术介绍
机器人技术在外科手术中的使用变得越来越普遍。在这类机器人系统中，操作员如外科医生通常操作被称作主控制器的控制器。然后，在可用于控制一个或多个外科手术工具或器械的从属系统上再现主控制器的移动。因此，外科医生可通过操纵主控制器，从而引起由在从属控制器处的外科手术工具执行的对应移动来对患者执行外科手术操作。
技术实现思路
本文中公开的系统和方法的实施例公开了使用不接地用户输入装置(UID)的超灵巧型机器人系统。操作员如执行外科手术操作的外科医生操作主控制器以便引起由从属系统的机器人工具执行的对应移动。因为主控制器使用不接地UID，所以操作员可在自由空间中从任何适当位置操作主控制器。然而，因为操作员的移动不受用户控制台的约束或定向，所以所述不接地UID对于用户眼睛框架的取向可变得与机器人工具对于在从属系统的实时视频内容中显示给用户的相机框架的取向未对准实时视频内容可处于相对于从属系统的任意取向和位置。因此，可需要使对于用户眼睛框架的UID框架与对于相机框架的机器人工具框架匹配。在一些实施例中，甚至在从属控制器和主控制器未对准时超灵巧型系统也允许从属控制器跟随主控制器。举例来说，在至少一个实施例中，仅传递不接地用户界面装置的滚动运动。在一些实施例中，仅在主控器和受控器在各自的一定区域内时，才允许主从控制。在一些实施例中，将在多个自由度上发生的主控制器的运动解耦成其分量部分且进行不同的处理。然后，每个自由度可进行独立地处理并且不同地按比例缩放。在一些实施例中，可实施各向异性按比例缩放，其中根据用户界面装置及其控制的机器人工具的状态，不同地按比例缩放不接地用户界面装置的运动。在一些实施例中，因为超灵巧型系统可不必具有必须使操作员坐下以便控制机器人系统的控制台，所以限定了工作区的中心。工作区的中心可为操作员可识别且返回以便确定他自身或她自身取向的空间中的区域。使用此工作区的中心，定义了将操作人员的自然移动转换为机器人工具的特定移动的自然坐标系。可相对于操作员的身体，包括操作员的一个多个身体部位如眼睛或眼角、手部、躯体等定义自然坐标系。在一个实施例中，公开了一种系统。所述系统可包括第一机器人工具和供操作员使用并且被配置成使用第一参考系控制第一机器人工具的第一不接地用户界面装置(UID)，所述控制包含识别第一UID的第一UID运动和至少部分地基于所识别的第一UID的第一UID运动执行第一机器人工具的第一机器人工具移动。所述系统可进一步包括第二机器人工具和第二不接地用户界面装置(UID)，所述第二不接地用户界面装置供操作员使用并且被配置成使用独立于第一参考系的第二参考系控制第二机器人工具，所述控制包含识别第二UID的第二UID运动和至少部分地基于所识别的第二UID的第二UID运动来执行第二机器人工具的第二机器人工具移动。在一些实施例中，系统可包括以下中的一个或多个。第一机器人工具可包含抓钳、外科手术工具或相机中的至少一个。第一UID可进一步被配置成由操作员的第一只手控制并且第二UID进一步被配置成由操作员的第二只手控制。控制第一工具可进一步包含：确定已经接合传动机构；以及响应于确定已经接合传动机构，在与第一只手关联的操作员的第一前臂上建立位置，其中测量第一UID关于第一前臂上的位置的UID运动。控制第一机器人工具可进一步包含：将第一UID对于第一坐标框架的取向与第一机器人工具对于第二坐标框架的取向相较，其中如果第一UID对于第一坐标框架的取向在相对于第一机器人工具对于第二坐标框架的一定区域内，那么第一UID控制第一机器人工具。第一坐标框架可对应于与操作员关联的自然坐标框架，而第二坐标框架对应于与第一机器人工具关联的相机框架。区域可包含围绕第一机器人工具的锥形，所述锥形包含对应于第一机器人工具端部的顶点。可至少部分地基于第一UID相对于第一机器人工具的取向之间的所计算差值来调节第一机器人工具的第一机器人工具移动的速度。第一机器人工具可与关联于多种不同区域的多种控制方案关联，并且其中由第一UID使用来控制第一机器人工具的多个控制方案中的一个控制方案至少部分地基于第一UID对于第一坐标框架的取向相对于第一机器人工具对于第二坐标框架的取向。在另一个实施例中，公开了一种系统。所述系统可包括第一机器人工具和被配置成使用第一参考框架控制第一机器人工具的第一不接地用户界面装置(UID)，所述控制包含识别第一UID的第一UID运动，将第一UID运动解耦成包含至少第一分量和第二分量的两个或更多个分量，对两个或更多个分量执行第一转换，其中第一分量和第二分量进行不同转换，以及至少部分地基于第一转换执行机器人工具的第一机器人工具移动。在一些实施例中，系统可包括以下中的一个或多个。两个或更多个分量可包含至少滚动分量，俯仰分量和横摆分量，并且第一转换包含响应于确定所识别的第一UID运动满足所建立的标准，将滚动分量(而非俯仰分量或横摆分量)转换成执行的第一机器人工具的第一机器人工具移动。两个或更多个分量可包含至少滚动分量、俯仰分量和横摆分量，并且第一转换包含：对横摆分量和俯仰分量执行中间转换，其中中间转换生成经修改的横摆分量、经修改的俯仰分量和中间滚动分量；以及确定经修改的滚动分量，所述经修改的滚动分量至少部分地基于滚动分量和由中间转换获得的中间滚动分量的总和，其中第一机器人工具的第一机器人工具移动至少部分地基于经修改的滚动分量、经修改的横摆分量或经修改的俯仰分量中的一个。两个或更多个分量可包含至少转动分量和平移分量，并且其中第一转换包含：自动地确定平移分量是否满足阈值，和如果平移分量不满足所述阈值，那么将第一机器人工具的第一机器人工具移动的平移分量设定为0；以及自动地确定转动分量是否满足阈值，并且如果转动分量不满足所述阈值，那么将第一机器人工具的第一机器人工具移动的转动分量设定为0。第一转换可包含按比例缩放两个或更多个分量的至少一个分量，并且其中按比例缩放的量至少部分地基于第一UID的位置。第一UID可包含被配置成由操作员持握的UID，使得UID的位置至少部分地基于操作员的手腕位置，将操作员手腕的运动范围分割成至少舒适区域和不适区域，并且其中按比例缩放的量至少部分地基于手腕处于的区域。仅当第一UID位于自然工作区域内时，第一UID才可控制第一机器人工具。控制第一机器人工具可进一步包含：确定已经接合传动机构；确定第一UID在自然工作区域内；以及响应于确定已经接合传动机构和第一UID在自然工作区内，建立针对第一UID的对应于第一机器人工具位置的零位置。在另一实施例中，公开了计算机实施的方法。可通过被配置有特定的计算机可执行指令的一个或多个计算装置实施的所述方法包括，识别至少一个不接地用户界面装置(UID)的运动，将所识别的运动解耦成包含至少第一分量和第二分量的两个或更多个分量，对所述两个或更多个分量执行至少一个转换，其中第一分量和第二分量进行不同转换，和执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包含：第一机器人工具；第一不接地用户界面装置(UID)，用于供被配置成使用第一参考框架控制所述第一机器人工具的操作员使用，所述控制包含：识别所述第一UID的第一UID运动；以及至少部分地基于所述第一UID的所述识别的第一UID运动执行所述第一机器人工具的第一机器人工具移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.24 US 62/120,1281.一种系统，包含：第一机器人工具；第一不接地用户界面装置(UID)，用于供被配置成使用第一参考框架控制所述第一机器人工具的操作员使用，所述控制包含：识别所述第一UID的第一UID运动；以及至少部分地基于所述第一UID的所述识别的第一UID运动执行所述第一机器人工具的第一机器人工具移动。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包含第二机器人工具和第二不接地用户界面装置(UID)，所述第二不接地用户界面装置(UID)用于供被配置成使用独立于所述第一参考框架的第二参考框架控制所述第二机器人工具的所述操作员使用，所述控制包含：识别所述第二UID的第二UID运动；以及至少部分地基于所述第二UID的所述识别的第二UID运动执行所述第二机器人工具的第二机器人工具移动。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一机器人工具包含抓钳、外科手术工具或相机中的至少一个。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一UID进一步被配置成由所述操作员的第一只手控制，并且所述第二UID进一步被配置成由所述操作员的第二只手控制。5.根据权利要求3所述的系统，其中控制所述第一工具进一步包含：确定已经接合传动机构；以及响应于确定已经接合所述传动机构，在与所述第一只手关联的所述操作员的第一前臂上建立位置，其中测量所述第一UID关于在所述第一前臂上的所述位置的UID运动。6.根据权利要求1所述的系统，其中控制所述第一机器人工具进一步包含：比较所述第一UID对于第一坐标框架的取向与所述第一机器人工具对于第二坐标框架的取向，其中如果所述第一UID对于所述第一坐标框架的所述取向在相对于所述第一机器人工具对于所述第二坐标框架的某一区域内，那么所述第一UID控制所述第一机器人工具。7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一坐标框架对应于与所述操作员关联的自然坐标框架，并且所述第二坐标框架对应于与所述第一机器人工具关联的相机框架。8.根据权利要求5所述的系统，其中所述区域包含在所述第一机器人工具周围的锥形，所述锥形包含与所述第一机器人工具的一端对应的顶点。9.根据权利要求5所述的系统，其中至少部分地基于所述第一UID相对于所述第一机器人工具的所述取向之间的所计算差值，调节所述第一机器人工具的所述第一机器人工具移动的速度。10.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一机器人工具与关联于多种不同区域的多种控制方案关联，并且其中由所述第一UID使用以控制所述第一机器人工具的多个控制方案中的一个至少部分地基于所述第一UID对于所述第一坐标框架的所述取向相对于所述第一机器人工具对于所述第二坐标框架的所述取向。11.一种系统，包含：第一机器人工具；以及第一不接地用户界面装置(UID)，其被配置成使用第一参考框架控制所述第一机器人工具，所述控制包含：识别所述第一UID的第一UID运动；将所述第一UID运动解耦成包含第一分量和第二分量的两个或更多个分量；对所述两个或更多个分量执行第一转换，其中所述第一分量和所述第二分量进行不同转换；以及至少部分地基于所述第一转换，执行所述机器人工具的第一机器人工具移动。12.根据权利要求1011所述的系统，其中所述两个或更多个分量包含至少滚动分量，俯仰分量和横摆分量，并且所述第一转换包含响应于确定所述识别的第一UID运动满足建立的准则而转换所述滚动分量，而不是所述俯仰分量或所述横摆分量，以执行所述第一机器人工具的第一机器人工具移动。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕布洛·爱德华多·加西亚·基尔罗伊，尹乘国，卡伦·沙克斯皮尔·柯尼希，琼·萨瓦里，
申请(专利权)人：SRI国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US