用于机器人手术系统的碰撞处理算法技术方案

用于机器人手术系统的碰撞处理方法包括当手术机器人的一部分与障碍物碰撞并且输入手柄沿与使工具朝向障碍物移动相对应的方向移动时，相对于机器人手术系统的手术机器人的工具的姿势滑动机器人手术系统的用户界面的输入手柄。在输入手柄滑动之后，输入手柄相对于工具的期望姿势具有偏移。

Collision Processing Algorithms for Robot Surgery System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于机器人手术系统的碰撞处理算法
技术介绍
机器人手术系统已经用于微创手术中。在医疗手术期间，机器人手术系统由与用户界面交互的外科医生控制。用户界面允许外科医生操纵作用于患者的末端执行器。将末端执行器插入小切口(经由套管)或患者的自然孔口，以将末端执行器定位在患者体内的工作部位。一些机器人手术系统包括支撑机器人臂的机器人操纵台，以及安装到机器人臂的至少一个末端执行器，例如手术刀、镊子或抓握工具。通常，用户界面包括输入控制器或手柄，所述输入控制器或手柄可由外科医生移动，以控制机器人手术系统。机器人手术系统通常使用缩放因子来缩小外科医生手的运动，以确定机器人器械在患者体内的期望位置。通常，这种缩放因子要求手柄的运动大于输入手柄的运动范围。因此，手柄达到工作空间的边界极限，并且防止外科医生完成期望的运动。目前市场上的机器人手术系统使用称为“紧握”的特征来将输入手柄的运动与机器人器械分离。然后外科医生可自由地将手柄移动到用户界面的工作空间内的新位置，同时器械保持静止。一旦输入手柄远离工作空间边界，外科医生就可以“再紧握”，以重新联接输入手柄的运动，从而用机器人器械完成所需的运动。在机器人外科手术期间，机器人臂或末端执行器可能与组织、器官或另一个外科器械(例如，另一个机器人臂或末端执行器、进入端口或照相机)碰撞。这种碰撞可能在输入手柄的位置与与输入手柄相关联的机器人手臂或末端执行器之间产生位置不匹配。这种位置不匹配会在外科手术期间产生机器人臂或末端执行器的不希望的运动。因此，需要用于机器人手术系统的碰撞处理算法。
技术实现思路
在本公开的一个方面，一种用于机器人手术系统的碰撞处理的方法包括：当手术机器人的一部分与障碍物碰撞并且输入手柄沿与使工具朝向障碍物移动相对应的方向移动时，相对于机器人手术系统的手术机器人的工具的姿势时，滑动机器人手术系统的用户界面的输入手柄。在输入手柄滑动之后，输入手柄相对于工具的期望姿势具有偏移。在一些方面，该方法包括在输入手柄滑动之后沿一方向移动输入手柄以移动手术机器人的一部分远离障碍物。在工具沿远离障碍物的方向移动之前，输入手柄可以移动与该偏移相对应的距离。或者，工具可以在远离障碍物的方向上移动，同时保持输入手柄的位置与工具的姿势之间的微调。该微调可以等于偏移，或者该方法可以包括在平行于偏移的方向上相对于工具的姿势动态地缩放输入手柄的移动，直到该微调达到预定值。预定值可以是零或非零。在一些方面，在手术机器人达到预定力阈值以使工具朝向期望姿势移动之后，相对于工具的姿势滑动手柄。该方法还可包括机器人手术系统的处理单元，所述处理单元限定在工具达到预定力阈值时输入手柄的阈值位置与输入手柄被推到阈值位置之后输入手柄的位置之间的偏移。该方法可以包括机器人手术系统向临床医生提供力反馈以抵抗输入手柄的滑动超过阈值位置。在本公开的另一方面，一种利用机器人手术系统的处理单元对机器人手术系统进行碰撞处理的方法包括：从机器人手术系统的用户界面接收第一输入信号，以将机器人手术系统的手术机器人的工具移动到工具的期望姿势；将输入控制信号传输到手术机器人，以将工具朝向期望姿势移动；从手术机器人接收反馈信号，该反馈信号即使工具朝向期望姿势移动的力大于预定阈值；当达到预定阈值时将工具保持在阈值姿势；并且将输入手柄相对于阈值姿势的位置滑动到输入手柄的第二位置，以限定输入手柄的第二位置与对应于输入手柄的第二位置的工具的所需姿势之间的偏移。在一些方面，该方法包括将反馈控制信号发送到用户界面，以抵抗输入手柄移动超过对应于工具的阈值姿势的阈值位置。在一些方面，该方法包括在滑动输入手柄的位置之后从用户界面接收第二输入信号，该输入手柄的位置指示输入手柄朝向对应于工具的阈值姿势的阈值位置移动。该方法可以包括响应于接收第二输入信号而将工具保持在阈值姿势。或者，该方法可以包括将第二控制信号传输到手术机器人，以使工具远离期望的姿势移动，其中在输入手柄与工具的姿势之间限定微调。传输第二控制信号可以包括微调等于输入手柄的第二位置与对应于输入手柄的第二位置的工具的期望姿势之间的偏移。该方法可以包括动态地缩放输入手柄到工具的姿势的移动，以减小输入手柄的位置与工具的姿势之间的微调，直到微调达到预定值。预定值可以是零或非零。下文参考附图更详细地描述本公开的示例性实施方案的另外的细节和方面。附图说明下面参照附图描述本公开的各个方面，附图并入在本说明书中并构成本说明书的一部分，其中：图1是根据本公开的用户界面和机器人系统的示意图；以及图2是图1的用户界面的工作空间的平面图示意图；图3是图1的用户界面的显示设备的视图，示出了手术部位内的手术机器人的工具；图4是根据本公开的碰撞处理和碰撞恢复的方法的流程图；以及图5是根据本公开的另一种碰撞处理和碰撞恢复方法的流程图。具体实施方式现在参考各图详细描述本公开的实施方案，图中相同附图标号在若干视图中的每个视图中标示相同或对应元件。如本文所用，术语“临床医师”是指医生、外科医生、护士或任何其他护理提供者，并且可包括辅助人员。在整个说明书中，术语“近端”是指装置或其组件的最靠近临床医师的部分，并且术语“远端”是指装置或其组件的距临床医师最远的部分。另外，如本文所用，术语“中等的”应理解为表示未按比例缩放。本公开总体涉及用于机器人手术系统的碰撞处理和碰撞恢复算法或方法。具体地，对于碰撞处理，当手术机器人的一部分与障碍物碰撞时，机器人手术系统的处理单元可允许用户界面的输入手柄滑动超过对应于手术机器人的工具的姿势的位置。相对于工具的姿势滑动输入手柄限定了输入手柄的位置与工具的姿势之间的偏移。为了从碰撞中恢复，当手术机器人与障碍物碰撞时，输入手柄可以在工具从姿势移动之前移动穿过整个偏移。或者，输入手柄的任何移动以使手术机器人远离障碍物移动将使手术机器人远离障碍物移动，使得在输入手柄的位置与工具的姿势之间限定微调。微调可以等于偏移，或者机器人手术系统可以动态地缩放手术机器人的移动，以便以临床医生察觉不到的方式减少或移除微调。参照图1，根据本公开的机器人手术系统1总体上示为手术机器人10、处理单元30和用户界面40。手术机器人10通常包括连杆12和机器人基座18。连杆12可移动地支撑末端执行器或工具20，该末端执行器或工具20构造成作用在组织上。连杆12可以是臂的形式，每个臂均具有支撑端部执行器或工具20的端部14，该端部执行器或工具20构造成作用在组织上。另外，连杆12的端部14可包括用于对手术部位“S”成像的成像装置16。用户界面40通过处理单元30与机器人基座18通信。用户界面40包括显示装置44，所述显示装置44被配置为显示三维图像。显示装置44显示手术部位“S”的三维图像，所述三维图像可包括由定位于连杆12的端部14上的成像装置16捕获的数据和/或包括由定位于手术室周围的成像装置捕获的数据(例如，定位于手术部位“S”内的成像装置，定位于患者“P”附近的成像装置，位于成像臂52的远端的成像装置56)。成像装置(例如，成像装置16,56)可以捕获手术部位“S”的视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热图像和/或任何其他已知的实时图像。成像装置将捕获的成像数据发送到处理单元30，所述处理单元30从成像数据实时地创建手术部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机器人手术系统的碰撞处理方法，所述方法包括：当手术机器人的一部分与障碍物碰撞并且输入手柄沿相应于朝向所述障碍物移动工具的方向移动时，相对于所述机器人手术系统的手术机器人的工具的姿势滑动所述机器人手术系统的用户界面的所述输入手柄，所述输入手柄响应于所述输入手柄的滑动相对于所述工具的期望姿势而具有偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.09.05 US 62/554,3311.一种用于机器人手术系统的碰撞处理方法，所述方法包括：当手术机器人的一部分与障碍物碰撞并且输入手柄沿相应于朝向所述障碍物移动工具的方向移动时，相对于所述机器人手术系统的手术机器人的工具的姿势滑动所述机器人手术系统的用户界面的所述输入手柄，所述输入手柄响应于所述输入手柄的滑动相对于所述工具的期望姿势而具有偏移。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述输入手柄滑动之后沿着使所述手术机器人的所述部分远离所述障碍物移动的方向移动所述输入手柄，所述输入手柄在所述工具沿远离所述障碍物的方向移动之前移动与所述偏移相对应的距离。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在滑动所述输入手柄之后沿远离所述障碍物的方向移动所述输入手柄，使得所述工具沿远离所述障碍物的方向移动，在所述输入手柄的位置与所述工具的姿势之间保持微调。4.根据权利要求0所述的方法，其中所述微调是等于所述偏移。5.根据权利要求0所述的方法，还包括沿平行于所述偏移的方向相对于所述工具的姿势动态地缩放所述输入手柄的运动，直到所述微调达到预定值。6.根据权利要求0所述的方法，其中所述预定值是非零值。7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述手术机器人达到预定的力阈值以使所述工具朝向期望的姿势移动之后，相对于所述工具的姿势滑动所述输入手柄。8.根据权利要求0所述的方法，还包括所述机器人手术系统的处理单元限定当所述工具到达所述预定力阈值时所述偏移手柄的阈值位置与在所述输入手柄被推到超出阈值位置后所述输入手柄的位置之间的所述偏移。9.根据权利要求0所述的方法，还包括所述机器人手术系统提供力反馈给临床医生来抵抗超过阈值位置的输入手柄的滑动...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·派纳，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国,US