使用协同控制的机器人的外科手术系统用户界面技术方案

本申请涉及使用协同控制的机器人的外科手术系统用户界面。根据本发明专利技术的一些实施方式，协同控制的机器人包括包含工具架和力传感器的机器人致动器组件、适于与机器人致动器组件和力传感器通信的控制系统以及与控制系统通信的输出系统。工具架被配置为接收要由用户操纵的工具。控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令。力传感器被配置为测量施加到工具的力和扭矩中的至少一个，且控制系统被配置为接收对施加到工具的力和扭矩中的至少一个的指示，并基于该指示来操纵输出系统。

User Interface of Robot Surgical System Using Collaborative Control

【技术实现步骤摘要】
使用协同控制的机器人的外科手术系统用户界面本申请是申请日为2015年09月24日，申请号为201580050941.9，专利技术名称为“使用协同控制的机器人的外科手术系统用户界面”的申请的分案申请。本申请要求于2014年9月25日提交的美国非临时专利申请第14/497,178号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。本专利技术是在美国国立卫生研究院(NIH)的健康和人类服务部授予的资助号为第1R01EB007969-01号的政府支持和国家科学基金会授予的资助号为第EEC-9731478号的政府支持下完成的。美国政府对本专利技术具有某些权利。背景1.
本专利技术当前要求保护的实施方式的领域涉及机器人系统，更具体地涉及使用协同控制机器人系统的外科手术系统用户界面和包括所述用户界面的机器人系统。2.相关技术的讨论外科医生和手术室工作人员通过踏板、物理旋钮、触摸面板和偶尔通过语音命令与计算机集成外科设备直接交互。在大多数手术情况下，外科医生手动处理外科手术器械，并且由于无菌要求或因为他们的手被占用，外科医生可能不能直接改变位于远程接口(例如，触摸面板)上的系统参数。相反，他们将必要的设置传递给根据请求调整参数的助理。这种交换增加了操作时间，并且如果发生错误通信，可能会不经意地对患者造成伤害。另外，为了在操作期间有效地检查手术前外科手术计划或诊断图像，可能需要复杂的控制接口，例如三自由度(DOF)或六DOF操纵杆。将复杂的手术装置添加到手术室中引入了竞争有限空间的更多物理接口。最小化这些接口的数量是合乎需要的。概述根据本专利技术的一些实施方式，协同控制的机器人包括机器人致动器组件、适于与该机器人致动器组件和力传感器通信的控制系统、以及与该控制系统通信的输出系统，该机器人致动器组件包括工具架和力传感器。该工具架被配置为接收要由用户操纵的工具。该控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令。该力传感器被配置为测量施加到该工具的力和扭矩中的至少一个，并且该控制系统被配置为接收对施加到该工具的力和扭矩中的至少一个的指示，并且基于该指示来操纵该输出系统。根据本专利技术的一些实施方式，用于协同控制的机器人的外科手术系统用户界面包括适于与机器人致动器组件和力传感器通信的控制系统以及与该控制系统通信的输出系统。该控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令，并且该控制系统被配置为从力传感器接收对施加到工具的力和扭矩中的至少一个的指示并基于该指示操纵该输出系统。本申请提供了以下内容：1).一种协同控制的机器人，所述协同控制的机器人包括：机器人致动器组件，其包括工具架和力传感器；控制系统，其适于与所述机器人致动器组件和所述力传感器通信；以及输出系统，其与所述控制系统通信，其中所述工具架被配置为接收要由用户操纵的工具，其中所述控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令，其中所述力传感器被配置为测量施加到所述工具的力和扭矩中的至少一个，以及其中所述控制系统被配置为接收对施加到所述工具的力和扭矩中的所述至少一个的指示，并且基于所述指示来操纵所述输出系统。2).根据1)所述的协同控制的机器人，还包括：与所述控制系统通信的麦克风，其中来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的所述指令包括由所述麦克风检测到的语言信号。3).根据1)所述的协同控制的机器人，还包括：与所述控制系统通信的踏板，其中来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的所述指令包括对所述踏板的推动或释放。4).根据1)所述的协同控制的机器人，还包括：与所述控制系统通信的物理按钮，其中来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的所述指令包括通过所述物理按钮接收的命令。5).根据1)所述的协同控制的机器人，还包括：与所述控制系统通信的第二输出系统，其中来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的所述指令包括通过所述第二输出系统的用户界面接收的命令。6).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述输出系统是音频系统。7).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述输出系统是视觉显示系统。8).根据7)所述的协同控制的机器人，其中所述控制系统被配置为通过基于所述指示改变光标的位置来操纵所述视觉显示系统。9).根据7)所述的协同控制的机器人，其中所述控制系统被配置为通过基于所述指示改变光标的速度来操纵所述视觉显示系统。10).根据7)所述的协同控制的机器人，其中所述视觉显示系统被配置为显示图像，并且其中所述控制系统被配置为基于所述指示来操纵所述图像。11).根据10)所述的协同控制的机器人，其中所述图像是使用来自患者的数据而创建的。12).根据7)所述的协同控制的机器人，其中所述视觉显示系统被配置为显示图像，并且其中所述控制系统被配置为通过基于所述指示放大或缩小所述图像来操纵所述视觉显示系统。13).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述输出系统是第二机器人致动器组件。14).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述输出系统是显微镜。15).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述输出系统是光源。16).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述控制系统被配置为通过浏览参数列表并基于所述指示选择参数来操纵所述输出系统。17).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述控制系统被配置为在所述力沿着预定轴线施加并且超过预定持续时间和幅度中的至少一个的情况下执行按钮按压功能。18).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述工具是外科手术器械。19).根据1)所述的协同控制的机器人，其中所述工具是不打算在外科手术期间使用的操纵杆工具。20).一种用于协同控制的机器人的外科手术系统用户界面，所述外科手术系统用户界面包括：控制系统，其适于与机器人致动器组件和力传感器通信；以及输出系统，其与所述控制系统通信，其中所述控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令，和其中所述控制系统被配置为从力传感器接收对施加到工具的力和扭矩中的至少一个的指示，并且基于所述指示来操纵所述输出系统。附图简述通过考虑说明书、附图和示例，进一步的目标和优势将变得明显。图1A是根据本专利技术的实施方式的协同控制的机器人的示意图；图1B示出了包括力传感器和工具架的机器人致动器组件；图1C示出了根据本专利技术的实施方式的工具的示意图；图2示出了用户与协同控制的机器人交互；图3示出了根据本专利技术的实施方式的用于外科医生控制协同控制的机器人的流程图；图4示出了商业3D空间导航器(3Dconnexion公司)；图5示出了机器人框架(FR)和外科医生的身体框架(FS)之间的关系；图6示出了如何通过选项列表围绕工具的z轴施加扭矩以循环；以及图7示出了根据本专利技术的实施方式如何将单轴选择器推广用于图形菜单导航。详细描述下面详细讨论本专利技术的一些实施方式。在描述实施方式中，为了清楚起见采用特定术语。然而，本专利技术不旨在限于所选择的特定术语。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本专利技术的宽泛概念的情况下，可以采用其他等效组分和开发其他方法。在本说明书中任何地方(包括背景和详细描述部分)引用的所有参考文献，，通过引用并入本文，如同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协同控制的机器人，所述协同控制的机器人包括：机器人致动器组件，其包括工具架和力传感器；控制系统，其适于与所述机器人致动器组件和所述力传感器通信；以及输出系统，其与所述控制系统通信，其中所述工具架被配置为接收要由用户操纵的工具，其中所述控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令，其中所述力传感器被配置为测量施加到所述工具的力和扭矩中的至少一个，以及其中所述控制系统被配置为接收对施加到所述工具的力和扭矩中的所述至少一个的指示，并且基于所述指示来操纵所述输出系统。

【技术特征摘要】
2014.09.25 US 14/497,1781.一种协同控制的机器人，所述协同控制的机器人包括：机器人致动器组件，其包括工具架和力传感器；控制系统，其适于与所述机器人致动器组件和所述力传感器通信；以及输出系统，其与所述控制系统通信，其中所述工具架被配置为接收要由用户操纵的工具，其中所述控制系统被配置为接收来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的指令，其中所述力传感器被配置为测量施加到所述工具的力和扭矩中的至少一个，以及其中所述控制系统被配置为接收对施加到所述工具的力和扭矩中的所述至少一个的指示，并且基于所述指示来操纵所述输出系统。2.根据权利要求1所述的协同控制的机器人，还包括：与所述控制系统通信的麦克风，其中来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的所述指令包括由所述麦克风检测到的语言信号。3.根据权利要求1所述的协同控制的机器人，还包括：与所述控制系统通信的踏板，其中来自用户的从机器人控制模式切换到用户界面控制模式的所述指令包...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔钦·A·巴利茨基，彼得·卡赞兹德斯，安东·德盖特，拉塞尔·H·泰勒，
申请(专利权)人：约翰霍普金斯大学，
类型：发明
国别省市：美国,US