避免活动范围极限的自动推出制造技术

本发明专利技术涉及避免活动范围极限的自动推出。机器人和/或手术装置、系统和方法包括运动联动装置结构和被配置成有利于准备系统使用的相关联的控制系统。在一些实施例中，被主动驱动的关节将响应于操纵器中的一个的移动而移动支撑多个操纵器的平台结构，从而通过将作为单元的那些多个操纵器移动成与工作空间对准而促进并且加快整个系统的布置。还提供系统和方法，从而当退出装配模式时，保持运动链的一个、一些或全部关节远离硬止动件或与关节相关联的物理活动范围极限，或以其它方式维持运动链的一个、一些或全部关节的期望活动范围。

Avoiding Automatic Extension of Activity Range Limits

The present invention relates to automatic pushing to avoid limit of range of motion. Robots and/or surgical devices, systems and methods include motion linkage structures and associated control systems configured to facilitate the preparation of systems for use. In some embodiments, the actively driven joint will move the platform structure supporting multiple manipulators in response to the movement of one of the manipulators, thereby facilitating and accelerating the layout of the entire system by moving those multiple manipulators as units into alignment with the workspace. A system and method are also provided to maintain one, some or all joints of the kinematic chain away from the hard stop or the physical range of motion associated with the joints when exiting the assembly mode, or in other ways to maintain the desired range of motion of one, some or all joints of the kinematic chain.

【技术实现步骤摘要】
避免活动范围极限的自动推出本申请为申请日为2015年03月17日、专利技术名称为“避免活动范围极限的自动推出”的中国专利申请201580014403.4(PCT/US2015/021047)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2014年3月17日提交的美国临时专利申请61/954,452和2014年6月30日提交的美国临时专利申请62/019,311的优先权，所述专利申请的公开内容以引用方式并入本文。
技术介绍
微创医疗技术旨在减少在诊断或手术过程期间受损坏的无关组织的量，从而减少患者恢复时间、不适性和有害的副作用。例如，微创手术的一个效果是减少术后住院恢复时间。因为标准手术的平均住院时间通常显著长于类似微创手术的平均住院时间，微创技术的增加的使用每年可节省数百万美元的住院费用。虽然每年在美国执行的许多手术可潜在地以微创方式执行，但由于微创手术器械和掌握这些器械所涉及的附加手术培训的限制，仅一部分当前手术使用这些有利技术。已经开发出微创机器人手术或远程手术系统以提高外科医生的灵巧性并且避免传统微创技术的一些局限性。(远程操作的医疗装置诸如手术系统因为结合了机器人技术因而有时被称为机器人手术系统)。在远程手术中，外科医生使用一些形式的远程控制(例如，伺服机构或类似物)以操纵手术器械移动，而不是直接用手握住和移动器械。在远程手术系统中，能够在手术工作台处为外科医生提供手术部位的图像。在观察显示器上手术部位的二维或三维图像的同时，外科医生通过操纵主控制装置对患者执行手术程序，主控制装置进而控制伺服机械操作的器械的活动。用于远程手术的伺服机构通常将接收来自两个主控制器(每个主控制器针对外科医生的每只手)的输入，并且可包括两个或更多个机器人臂，手术器械安装在两个或更多个机器人臂中的每一个上。主控制器与相关联的机器人臂和器械组件之间的操作通信通常通过控制系统实现。控制系统通常包括至少一个处理器，该处理器将输入命令从主控制器传达到相关联的机器人臂和器械组件，并且在例如力反馈等情况下从器械和臂组件返回至相关联的主控制器。机器人手术系统的一个实例为由加利福尼亚州森尼韦尔市的直观外科公司(IntuitiveSurgical,Inc.)出售的DA系统。多种结构布置能够用于在机器人手术期间在手术部位处支撑手术器械。受驱动联动装置(drivenlinkage)或“从动装置”通常被称为机器人手术操纵器，并且在微创机器人手术期间用作机器人手术操纵器的示例性联动装置布置在美国专利No.7,594,912、No.6,758,843、No.6,246,200和No.5,800,423中描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。这些联动装置通常利用平行四边形布置以保持带有轴的器械。此类操纵器结构能够约束器械的移动，使得器械围绕沿着刚性轴长度定位在空间中的远程操纵中心枢转。通过将远程操纵中心与内部手术部位的切口点对准(例如在腹腔镜手术过程中与腹壁处的插管针或插管对准)，手术器械的末端执行器能够通过使用操纵器联动装置移动轴的近侧而被安全地定位，而不对腹壁施加潜在的危险的力。替代的操纵器结构例如在美国专利No.7,763,015、No.6,702,805、No.6,676,669、No.5,855,583、No.5,808,665、No.5,445,166和No.5,184,601中进行描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。多种结构布置也能够用于在机器人手术期间在手术部位处支撑并且定位机器人手术操纵器和手术器械。支撑联动装置机构(例如，通过可移动关节连接的两个或更多个单独连杆的串联运动链，等)(有时被称为装配关节/组合关节(set-upjoint)，或者装配关节臂)通常用于定位每个操纵器并将其与在患者体内的相应切口点对准。单个联动装置可包括两个或更多个单独部件机械关节(或在连续柔性结构的情况下为无限数量)，但是总体上可被认为对应于单独部件关节的具有两个或更多个自由度的单个关节。支撑联动装置机构有利于手术操纵器与期望手术切口点和目标解剖结构的对准。示例性支撑联动装置机构在美国专利No.6,246,200、美国专利No.6,788,018、美国专利No.7,763,015和美国专利No.7,837,674中描述，所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文。虽然新远程手术系统和装置已被证明是高效且有利的，但仍然期望更进一步的改进。一般来讲，改进的微创机器人手术系统是期望的。如果这些改进的技术提高机器人手术系统的效率和易用性，则将是特别有益的。例如，提高可操纵性、改进手术室内的空间利用率、提供更快和更容易的装配、在使用期间阻止机器人装置之间的碰撞和/或减小这些新手术系统的机械复杂性和尺寸将是特别有益的。
技术实现思路
下面呈现本专利技术一些实施例的简要概述，以便提供对本专利技术的基本理解。此概述不是本专利技术的广泛综述。不旨在识别本专利技术的关键/至关重要的元素或描绘本专利技术的范围。其唯一目的是以简要的形式呈现本专利技术的一些实施例，以作为后面呈现的更详细说明的序言。本专利技术总体提供改进的机器人和/或手术装置、系统和方法。本文描述的运动联动装置结构和相关联的控制系统特别有利于帮助系统用户在准备使用(包括准备对特定患者的手术程序)时布置机器人结构。本文描述的示例性机器人手术系统可具有一个或多个运动联动装置子系统，其被配置成帮助将操纵器结构与手术工作部位对准。这些装配系统的关节可以是主动驱动式、被动的(使得在治疗上使用操纵器时这些关节手动铰接并且然后锁定(使用驱动或制动系统，或类似物)成期望的配置)，或两者的混合。本文描述的机器人系统的实施例可采用装配模式，其中一个或多个关节响应于运动链的一个或多个其它关节的手动铰接被主动驱动。在许多实施例中，被主动驱动关节响应于这些操纵器中的一个的手动移动而移动支撑多个操纵器的平台结构，从而通过将作为单元的那些多个操纵器移动成与工作空间的初始定向和/或位置对准而促进并且加快整个系统的布置。由平台支撑的一个、一些或全部操纵器的操纵器移动和独立定位的输入能够被任选地通过相对平台支撑一个、一些或全部操纵器的装配关节系统提供。任选地，设置在操纵器和平台之间的装配关节联动装置的手动移动能够引起平台的移动，其中平台(和由其支撑的其它操纵器)以类似于牵马鼻子的移动而跟随操纵器的手动移动。在许多实施例中，当退出装配模式时，可期望保持运动链的一个、一些或全部关节远离“硬止动件(hardstop)”或与关节相关联的物理活动范围极限(ROM极限)，或以其它方式维持运动链的一个、一些或全部关节的期望活动范围。例如，保持运动链的关节远离ROM极限作为手术系统的安全特征可为有益的。在具有冗余自由度(DOF)的系统中，如果相对较远侧的关节处于ROM极限(例如，充分压缩)，并且然后一个或多个相对较近侧的关节以冗余DOF移动到远侧关节，在远侧关节远处的臂可抵靠对象(例如，手术台或类似物)或患者施加非常大的力。因此，从物理ROM极限推动关节或以其它方式维持关节的期望的活动范围以便在关节和物理ROM极限之间提供缓冲区可为有益的。虽然驱动或制动系统可被致动以将关节维持在静止和/或锁定位置，但是仍可存在游隙或关节的有限移动，例如，关节受到超过驱动力或制动力的外力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远程操作系统，其包括：支撑结构；操纵器；将所述操纵器联接到所述支撑结构的联动装置，所述联动装置包括关节；被可操作地联接到所述联动装置的驱动或制动系统；和被联接到所述驱动或制动系统的计算单元，所述计算单元被配置为：检测所述关节处于所述关节的软件限定的活动范围极限与所述关节的物理活动范围极限之间的活动范围极限包络中，所述软件限定的活动范围极限与所述物理活动范围极限被间隔一距离；并且响应于检测到所述关节处于所述活动范围极限包络中，将通过所述驱动或制动系统的驱动或制动的应用延迟一持续时间。

【技术特征摘要】
2014.03.17 US 61/954,452;2014.06.30 US 62/019,3111.一种远程操作系统，其包括：支撑结构；操纵器；将所述操纵器联接到所述支撑结构的联动装置，所述联动装置包括关节；被可操作地联接到所述联动装置的驱动或制动系统；和被联接到所述驱动或制动系统的计算单元，所述计算单元被配置为：检测所述关节处于所述关节的软件限定的活动范围极限与所述关节的物理活动范围极限之间的活动范围极限包络中，所述软件限定的活动范围极限与所述物理活动范围极限被间隔一距离；并且响应于检测到所述关节处于所述活动范围极限包络中，将通过所述驱动或制动系统的驱动或制动的应用延迟一持续时间。2.根据权利要求1所述的远程操作系统，其还包括：输入按钮，其用于暂停通过所述驱动或制动系统的驱动或制动以通过所述关节的移动允许所述操纵器相对于所述支撑结构的手动定位。3.根据权利要求1所述的远程操作系统，其中所述计算单元还被配置为：响应于关节操作，暂停通过所述驱动或制动系统的驱动或制动以通过所述关节的移动允许所述操纵器相对于所述支撑结构的手动定位。4.根据权利要求1所述的远程操作系统，其中：所述关节包括棱柱关节；并且当所述棱柱关节被完全延伸或者当所述棱柱关节被完全压缩时，遇到所述物理活动范围极限。5.根据权利要求1所述的远程操作系统，其中所述计算单元还被配置为：增加对所述关节朝向所述物理活动范围极限的移动的阻力。6.根据权利要求1所述的远程操作系统，其中所述远程操作系统为远程手术系统。7.根据权利要求1所述的远程操作系统，其中所述驱动或制动系统包括制动系统。8.根据权利要求1到7中任一项所述的远程操作系统，其中所述关节包括抵抗所述关节向所述物理活动范围极限的移动的一个或多个弹簧。9.根据权利要求8所述的远程操作系统，其中所述一个或多个弹簧包括一个或多个虚拟弹簧。10.根据权利要求8所述的远程操作系统，其中所述一个或多个弹簧被配置为将所述关节推动到所述活动范围极限包络外的一位置。11.根据权利要求1到7中任一项所述的远程操作系统，其中所述计算单元还被配置为：当在所述关节被定位在所述活动范围极限包络内的情况下应用所述驱动或制动系统的所述驱动或制动时，以操作员可察觉的方式输出误差信号。12.根据权利要求11所述的远程操作系统，其中所述计算单元还被配置为：在所述关节被移动到所述所述活动范围极限包络之外后清除所述误差信号。13.一种控制远程操作系统的方法，所述方法包括：通过计算单元检测所述远程操作系统的联动装置的关节处于所述关节的软件限定的活动范围极限与所述关节的物理活动范围极限之间的活动范围极限包络中，所述软件限定的活动范围极限与所述物理活动范围极限被间隔一距离；以及通过所述计算单元响应于检测到所述关节处于所述活动范围极限包络中，将通过所述驱动或制动系统的驱动或制动的应用延迟一持续时间。14.根据权利要求13所述的方法，其还包括：响应于关节操作，暂停通过所述驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·格里菲思，P·W·莫尔，B·D·伊科威兹，T·R·尼克松，R·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