用于定位机器人操纵器的控制模式和过程制造技术

本发明专利技术提供了一种用于控制机器人外科手术系统中的机器人臂的方法，所述方法包括：在机器人臂的预先确定参考位置处限定参考平面，其中所述机器人臂包括多个关节；以及驱动所述多个关节中的至少一个以引导所述机器人臂通过基本上约束在所述参考平面内的一系列预先确定姿势。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定位机器人操纵器的控制模式和过程
本专利技术整体涉及机器人外科手术系统的领域，并且更具体地讲，涉及用于控制机器人外科手术系统的系统和方法。
技术介绍
微创外科手术(MIS)诸如腹腔镜式外科手术涉及旨在外科规程期间减少组织损伤的技术。例如，腹腔镜式规程通常涉及在患者内(例如，在腹腔中)产生多个小切口，并且通过切口将一个或多个器械(例如，一个或多个工具、至少一个相机等)引入到患者体内。然后，通过使用所引入的工具和由相机提供的可视化辅助来执行外科规程。一般来讲，MIS提供多种有益效果，诸如减少患者瘢痕、减轻患者疼痛、缩短患者恢复期并且降低与患者恢复相关联的医疗费用。MIS可以使用非机器人或机器人系统来执行。传统的机器人系统可包括基于来自操作者的命令操纵器械的机器人臂，可以在减少对外科医生的需求的同时提供微创手术的许多益处。这种机器人系统的控制可能需要用户(例如，外科医生或其他操作者)经由一个或多个用户接口设备进行控制输入，该一个或多个用户接口设备将用户的操纵或命令转化为对机器人系统的控制。此类用户界面装置可以使得外科医生或其他用户能够从远程位置操作机器人系统(例如，在远程操作中)。机器人MIS系统的设置(例如，在外科手术规程之前)可能是复杂的过程，因为这种系统包括需要协调以进行正确设置的许多部件。类似地，出于类似的原因，将机器人MIS系统(例如，在外科手术规程之后)“拆卸”或恢复为存储或运输模式可能是复杂的。因此，期望具有用于辅助和简化机器人外科手术系统的术前设置和术后拆卸的控制模式和过程。r>
技术实现思路
一般来讲，在一些变型中，用于控制机器人外科手术系统中的机器人臂的方法包括：在机器人臂的预先确定参考位置处限定参考平面，其中机器人臂包括多个关节；以及驱动(例如，通过一个或多个致动器)多个关节中的至少一个以引导机器人臂通过基本上约束在参考平面内的一系列预先确定姿势。该系列预先确定姿势可以包括例如以下的有序序列：逐渐展开的预先确定姿势(例如，用于机器人臂的术前定位、或用于使机器人臂从存储姿势转变)或逐渐折叠的预先确定姿势(例如，用于机器人臂的术后定位、或用于使机器人臂转变到存储姿势)。又如，该系列预先确定姿势可以在机器人臂的术中定位中实现。在一些变型中，方法可以包括将机器人臂从存储姿势引导到参考平面。在这些变型中，该系列预先确定姿势可以包括逐渐展开的预先确定姿势的有序序列。在又一些其他变型中，该方法可以除此之外或另选地包括将机器人臂引导到参考平面以转变到存储姿势。在这些变型中，该系列预先确定姿势可以包括逐渐折叠的预先确定姿势的有序序列。在驱动多个关节中的至少一个以引导机器人臂通过预先确定姿势的有序序列时，至少一个关节可以被向前和/或向后驱动通过有序序列的至少一部分。可以提供针对机器人臂的引导的不同变型。在一些变型中，当驱动多个关节中的至少一个以在参考平面内引导机器人臂时，可以响应于机器人臂上的外力(诸如在用户手动操纵机器人臂时的用户施加力)而驱动多个关节中的至少一个。例如，可以驱动多个关节中的至少一个以施加重力补偿扭矩和/或摩擦补偿扭矩。在一些变型中，当驱动多个关节中的至少一个以在参考平面内引导机器人臂时，可以驱动多个关节中的至少一个以施行在参考平面处限定的任务空间虚拟夹具，以便将机器人臂(或该机器人臂的所选择的点)基本上约束在参考平面内。其他引导过程包括：施行关节空间虚拟夹具，因为可以驱动多个关节中的至少一个以在至少一个关节上施行单向关节空间虚拟夹具，以及/或者生成关节空间虚拟夹具中的至少一个关节处的虚拟吸引力，以朝向参考平面偏置机器人臂并将机器人臂(或该机器人臂的所选择的点)基本上约束在参考平面内。此外，在一些变型中，该方法可以包括根据预先确定轨迹驱动机器人臂中的至少一个关节通过该系列预先确定姿势。一般来讲，在一些变型中，机器人外科手术系统包括：包括多个关节的至少一个机器人臂；以及被配置为通过以下方式在外科手术规程之前或之后控制机器人臂的移动的处理器：在预先确定参考位置处限定参考平面，以及驱动多个关节中的至少一个以引导机器人臂通过基本上约束在参考平面内的一系列预先确定姿势。与上述方法类似，在一些变型中，序列可以包括逐渐展开的预先确定姿势的有序序列(例如，用于术前过程)，而在一些变型中，序列可以包括逐渐折叠的预先确定姿势的有序序列(例如，用于术后过程)。在这些变型中，处理器可以被配置为驱动机器人臂的多个关节中的至少一个以便以各种方式中的任何一种来引导机器人臂。例如，处理器可以被配置为根据任务空间虚拟夹具和/或关节空间虚拟夹具来驱动(例如，通过一个或多个致动器)关节中的至少一个。又如，处理器可以被配置为响应于机器人臂上的外力(例如，由手动操纵机器人臂的用户施加)而驱动至少一个关节，并且/或者向至少一个关节提供重力补偿和摩擦补偿中的至少一个以辅助机器人臂的移动。再如，处理器可以被配置为根据预先确定轨迹驱动至少一个关节通过该系列预先确定姿势。附图说明图1A示出具有机器人外科手术系统和外科医生控制台的操作室布置的示例。图1B是在机器人臂操纵器上的器械驱动器的一个示例性变型的示意图。图2A是联接到患者台的机器人臂操纵器上的器械驱动器的另一个示例性变型的示意图。图2B是用于控制机器人臂的一种示例性变型的关节模块的致动的示例性控制系统设置的概要示意图。图3A是用于控制机器人外科手术系统中的机器人臂的方法的示例性变型的流程图。图3B和图3C是用于在关节水平上控制机器人臂的关节空间虚拟夹具的示例性变型的示意图。图4A是机器人外科手术系统的在外科手术规程之前的示例性工作流程的流程图。图4B是机器人外科手术系统的在外科手术规程之后的示例性工作流程的流程图。图5A和图5B分别是在患者台下面的存储姿势的示例性变型中的机器人臂的示意性侧视图和顶视图。图6A和图6B分别是在示例性参考位置处移动到台脱离姿势的示例性变型的机器人臂的示意性侧视图和顶视图。图6C是旋转到示例性参考平面上的机器人臂的示意性侧视图。图7A和图7B是可移动到示例性参考平面内的不同姿势的机器人臂的示意性侧视图。图8A至图8C是示例性参考平面内的不同平面上姿势的示例性变型。图8D是用无菌盖布覆盖的机器人臂的覆盖姿势的示意图。图9是示出针对机器人臂实现轨迹跟随模式的控制系统的示例性变型的图。图10A和图10B是示出针对机器人臂实现虚拟夹具的组合的控制系统的示例性变型的图。具体实施方式本文描述了本专利技术的各个方面和变型的非限制性示例并且在附图中示出。机器人外科手术系统概述一般来讲，如图1A所示，机器人系统150可以包括位于外科手术平台(例如，台、床、推车等)处的一个或多个机器人臂160，其中端部执行器或外科手术工具附接到机器人臂160的远侧端部以用于执行外科手术规程。例如，如图1B的示例性示意图所示，机器人系统150可以包括联接到外科手术平台的至少一个机器人臂160，以及通常附接到机器人臂160的远侧端部的器械驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制机器人外科手术系统中的机器人臂的方法，所述方法包括：/n在机器人臂的预先确定参考位置处限定参考平面，其中所述机器人臂包括多个关节；以及/n驱动所述多个关节中的至少一个以引导所述机器人臂通过基本上约束在所述参考平面内的一系列预先确定姿势。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制机器人外科手术系统中的机器人臂的方法，所述方法包括：
在机器人臂的预先确定参考位置处限定参考平面，其中所述机器人臂包括多个关节；以及
驱动所述多个关节中的至少一个以引导所述机器人臂通过基本上约束在所述参考平面内的一系列预先确定姿势。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一系列预先确定姿势包括逐渐展开的预先确定姿势的有序序列。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一系列预先确定姿势包括逐渐折叠的预先确定姿势的有序序列。


4.根据权利要求1所述的方法，还包括驱动所述多个关节中的至少一个以引导所述机器人臂通过所述一系列预先确定姿势以便从存储姿势转变。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括驱动所述多个关节中的至少一个以引导所述机器人臂通过所述一系列预先确定姿势以便转变到存储姿势。


6.根据权利要求1所述的方法，其中驱动所述多个关节中的至少一个包括在所述参考平面处施行任务空间虚拟夹具，以朝向所述参考平面偏置所述机器人臂。


7.根据权利要求1所述的方法，其中驱动所述多个关节中的至少一个包括在所述至少一个关节上施行单向关节空间虚拟夹具，以朝向所述参考平面偏置所述机器人臂。


8.根据权利要求1所述的方法，其中驱动所述多个关节中的至少一个包括生成关节空间虚拟夹具中的所述至少一个关节处的虚拟吸引力，以朝向所述参考平面偏置所述机器人臂。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一系列预先确定姿势包括有序序列，并且其中驱动所述多个关节中的至少一个包括向前和向后驱动所述多个关节中的至少一个通过所述有序序列的至少一部分。


10.根据权利要求1所述的方法，其中驱动所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：周仁斌，于浩然，S尼亚科萨里，OJ瓦哈里亚，BFK萧，A基特克斯，
申请(专利权)人：威博外科公司，
类型：发明
国别省市：美国;US