用于铰接臂中的分离式离合的系统和方法技术方案

用于铰接臂中的分离式离合的系统和方法。计算机辅助医疗设备中的分离式离合的系统和方法包括具有一个或多个第一接头的铰接臂以及耦接到铰接臂并具有一个或多个处理器的控制单元。控制单元操作处于多个状态的第一接头中的每个。多个状态包括：锁定状态，其中各自的第一接头的移动受限制；和浮动状态，其中准许各自的第一接头的移动。当选自第一接头的第二接头上的激励超过一个或多个解锁阈值时，控制单元进一步将选自第一接头的一个或多个第二接头从锁定状态切换到浮动状态，且当第二接头中的每个的速度低于一个或多个锁定阈值时，控制单元进一步将第二接头从浮动状态切换到锁定状态。

System and method for separate clutch in articulated arm

【技术实现步骤摘要】
用于铰接臂中的分离式离合的系统和方法本申请是2015年3月17日提交的名称为“用于铰接臂中的分离式离合的系统和方法”的中国专利申请2015800129316(PCT/US2015/021074)的分案申请。相关申请本公开要求2014年3月17日提交的题为“用于铰接臂中的分离式离合的系统和方法”的美国临时专利申请No.61/954,120的优先权，所述申请通过参考的方式全部并入本文。
本公开大体涉及带有铰接臂的设备的操作，并且更特别地涉及铰接臂的分离式离合。
技术介绍
越来越多的设备正被自主和半自主电子设备替代。这在手术室、介入室、重症监护病房、急诊室等等中发现有大阵列的自主和半自主电子设备的现今医院中尤其如此。例如，玻璃温度计和水银温度计正被电子温度计替代，静脉滴注线现在包括电子监测器和流量调节器，且传统的手持式外科器械正被计算机辅助医疗设备替代。这些电子设备对操作它们的人员既提供优点又提供挑战。许多这些电子设备可能够进行一个或多个铰接臂和/或末端执行器的自主或半自主运动。在这些铰接臂和它们的末端执行器可被使用之前，它们通常移动到所需的工作位置和取向或靠近所需的工作位置和取向。这种移动可通过使用一个或多个使用者输入控制件的远程操作或远距离操作执行。随着这些电子设备的复杂性增加且铰接臂包括大量的自由度，通过远程操作移动到所需工作位置和取向中可变得复杂和/或耗时。为了流线化(streamline)该操作，一些铰接臂包括离合(clutched)或浮动状态，在所述状态中，释放铰接臂的接头上的制动器和/或致动器中的一个或多个，从而允许操作员经由直接操纵手动改变铰接臂的位置和/或取向。这样，铰接臂可根据需要快速且容易安置和/或定向。离合或浮动状态常通过手动激活铰接臂上的一个或多个离合控制件和/或在操作员控制台处选择离合或浮动状态来接合。这种类型的手动激活可不方便和/或不谨慎。因此，需要用于离合铰接臂的改进的方法和系统。
技术实现思路
与一些实施例一致，计算机辅助医疗设备包括具有一个或多个第一接头的铰接臂以及耦合到铰接臂并具有一个或多个处理器的控制单元。控制单元操作处于多个状态的第一接头中的每个。多个状态包括：锁定状态，其中各自的第一接头的移动受限制；以及浮动状态，其中准许各自的第一接头的移动。当选自第一接头的第二接头上的激励超过一个或多个解锁阈值时，控制单元进一步将选自第一接头的一个或多个第二接头从锁定状态切换到浮动状态，且当第二接头中的每个的速度低于一个或多个锁定阈值时，控制单元进一步将第二接头从浮动状态切换到锁定状态。与一些实施例一致，控制医疗设备的运动的方法包括操作处于多个状态的一个中的医疗设备的铰接臂的一个或多个第一接头中的每个。多个状态包括：锁定状态，其中各自的接头的移动受限制；以及浮动状态，其中准许各自的接头的移动。该方法还包括：确定选自接头的一个或多个第二接头上的激励；当激励超过一个或多个解锁阈值时，将第二接头从锁定状态切换到浮动状态；确定第二接头中的每个的速度；且当第二接头中的每个的速度低于一个或多个锁定阈值时，第二接头从浮动状态切换到锁定状态。与一些实施例一致，非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当通过与医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于致使一个或多个处理器执行方法。该方法包括操作处于多个状态的一个中的医疗设备的铰接臂的一个或多个第一接头中的每个。多个状态包括：锁定状态，其中各自的接头的移动受限制；以及浮动状态，其中准许各自的接头的移动。该方法还包括：确定选自第一接头的一个或多个第二接头上的激励；当激励超过一个或多个解锁阈值时，将第二接头从锁定状态切换到浮动状态；确定第二接头中的每个的速度；且当第二接头中的每个的速度低于一个或多个锁定阈值时，将第二接头从浮动状态切换到锁定状态。附图说明图1是根据一些实施例的计算机辅助系统的简图。图2是根据一些实施例示出铰接臂的简图。图3是根据一些实施例的分离式离合的方法的简图。在图中，具有相同名称的元件具有相同或类似的功能。具体实施方式在下列描述中，阐述描述与本公开一致的一些实施例的具体细节。然而，本领域技术人员显而易见的是，一些实施例可在没有这些具体细节中的一些或所有的情况下实践。这里所公开的具体实施例意为说明性的但并非限制性的。本领域技术人员可认识到尽管在这里未具体描述，但在本公开的范围和精神内的其它元件。此外，为了避免不必要的重复，与一个实施例相关联的所示和所述的一个或多个特征可并入其它实施例中，除非另外特别描述或如果一个或多个特征将使实施例不发挥功能。图1是根据一些实施例的计算机辅助系统100的简图。如图1所示，计算机辅助系统100包括设备110，其带有一个或多个可移动臂或铰接臂120。一个或多个铰接臂120中的每个可支撑一个或多个末端执行器。在一些实例中，设备110可与计算机辅助外科设备一致。一个或多个铰接臂120每个为外科器械、成像设备和/或等等提供支撑。设备110可进一步耦接到操作员工作站(未示出)，所述操作员工作站可包括一个或多个主控制件以用于操作设备110、一个或多个铰接臂120，和/或末端执行器。在一些实施例中，设备110和操作员工作站可对应于由加利福尼亚州森尼维尔市的直观外科手术公司商业化的daVinci外科系统。在一些实施例中，带有其它配置、更少或更多铰接臂，和/或等等的计算机辅助外科设备可与计算机辅助系统100一起使用。设备110经由接口耦合到控制单元130。接口可包括一个或多个电缆、连接器和/或总线且还可包括带有一个或多个网络切换和/或路由设备的一个或多个网络。控制单元130包括耦合到存储器150的处理器140。控制单元130的操作通过处理器140控制。且虽然控制单元130示出仅有一个处理器140，但是应该理解，处理器140可代表控制单元130中的一个或多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)，和/或等等。控制单元130可实施为添加到计算设备的独立子系统和/或板或实施为虚拟机器。在一些实施例中，控制单元可被包括为操作员工作站的部分和/或独立于操作员工作站但与操作员工作站协调操作。存储器150可用于存储通过控制单元130执行的软件和/或在控制单元130的操作期间使用的一个或多个数据结构。存储器150可包括一种或多种类型的机器可读介质。机器可读介质的一些常见用形式可包括软盘、软磁盘、硬盘、磁带。任何其它磁介质、CD-ROM、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或卡带、或处理器或计算机适于从其中读取的任何其它介质。如所示，存储器150包括运动控制应用160，其可用于支持设备110的自主和/或半自主控制。运动控制应用160可包括一个或多个应用程序接口(API)，其用于接收来自设备110的位置、运动和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算机辅助医疗设备，其包括：/n铰接臂，其包括第一接头；以及/n控制单元，其耦合到所述铰接臂并包括一个或多个处理器；/n其中所述控制单元：/n当与所述第一接头相关联的激励超过第一解锁阈值时，将所述第一接头从锁定状态切换到浮动状态，其中在所述锁定状态中所述第一接头的移动受限制，并且在所述浮动状态中准许所述第一接头的移动；/n当与所述第一接头相关联的速度低于第一锁定阈值时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态；/n其中：/n所述第一解锁阈值基于所述第一接头的位置；或者/n所述第一锁定阈值基于所述第一接头的所述位置。/n

【技术特征摘要】
20140317 US 61/954,1201.一种计算机辅助医疗设备，其包括：
铰接臂，其包括第一接头；以及
控制单元，其耦合到所述铰接臂并包括一个或多个处理器；
其中所述控制单元：
当与所述第一接头相关联的激励超过第一解锁阈值时，将所述第一接头从锁定状态切换到浮动状态，其中在所述锁定状态中所述第一接头的移动受限制，并且在所述浮动状态中准许所述第一接头的移动；
当与所述第一接头相关联的速度低于第一锁定阈值时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态；
其中：
所述第一解锁阈值基于所述第一接头的位置；或者
所述第一锁定阈值基于所述第一接头的所述位置。


2.根据权利要求1所述的设备，其中：
如果所述第一接头在所述浮动状态中，则所述控制单元将是致动接头的所述第一接头命令至命令位置或将是致动接头的所述第一接头命令至命令速度；
其中所述命令位置是所述第一接头的实际位置或者基于所述第一接头的运动方向在所述第一接头的所述实际位置后面的一部分距离；以及
其中所述第一接头的所述命令速度是所述第一接头的实际速度或者低于所述第一接头的所述实际速度一定值。


3.根据权利要求1所述的设备，其中：
基于所述铰接臂的姿态、位置或取向来调整所述第一解锁阈值；或者
基于所述铰接臂的所述姿态、所述位置或所述取向来调整所述第一锁定阈值。


4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元：
当所述第一接头上的所述激励已经连续超过所述第一解锁阈值达预定的时间段时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
当所述第一接头上的所述激励的集合在预定的时间段已经超过所述第一接头的所述第一解锁阈值时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
在第一次将所述第一接头切换到所述浮动状态之前，使所述第一接头保持在所述锁定状态达预定的时间段。


5.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元：
当与所述铰接臂的第二接头相关联的激励超过第二解锁阈值时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
当与所述第一接头相关联的所述激励和与所述第二接头相关联的所述激励的集合超过复合解锁阈值时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态。


6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一接头是非致动接头并且其中：
所述控制单元激活处于所述锁定状态中的所述第一接头上的制动器；或者
所述控制单元至少部分释放处于所述浮动状态中的所述第一接头上的所述制动器。


7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的设备，其中所述控制单元：
当与所述第一接头相关联的速度在预定的时间段上的集合低于所述第一锁定阈值时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态；或者
当与所述第一接头相关联的所述速度连续低于所述第一锁定阈值达所述预定的时间段时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态。


8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的设备，其中所述激励对应于：
所述第一接头的命令位置和所述第一接头的当前位置之间的所述第一接头的位置误差，其中所述第一接头为致动接头；或者
所述第一接头的制动位置和所述第一接头的当前位置之间的所述第一接头的位置误差，其中所述第一接头为非致动接头；或者
所述第一接头上的力或扭矩。


9.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的设备，其中
所述第一解锁阈值基于所述第一接头是否越过软停止部位置；或者
所述第一锁定阈值基于所述第一接头是否越过所述软停止部位置；或者
当所述第一接头越过所述软停止部位置时，所述控制单元将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态。


10.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的设备，其中当所述铰接臂处于预定的操作模式时，所述控制单元防止所述第一接头切换到所述浮动状态，其中所述预定的操作模式包括选自由传输模式、远程操作模式、命令运动模式和接插于患者模式组成的组的模式。


11.一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，当通过与医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时所述多个机器可读指令适于引起所述一个或多个处理器执行方法，所述方法包括：
当与所述医疗设备的铰接臂的第一接头相关联的激励超过第一解锁阈值时，将所述第一接头从锁定状态切换到浮动状态，其中在所述锁定状态中所述第一接头的移动受限制，并且在所述浮动状态中准许所述第一接头的移动；并且
当与所述第一接头相关联的速度低于第一锁定阈值时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态；
其中：
所述第一解锁阈值基于所述第一接头的位置；或者
所述第一锁定阈值基于所述第一接头的所述位置。


12.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读介质，其中
基于所述铰接臂的姿态、位置或取向来调整所述第一解锁阈值；或者
基于所述铰接臂的所述姿态、所述位置或所述取向来调整所述第一锁定阈值。


13.根据权利要求11或12所述的非暂时性机器可读介质，其中所述方法进一步包括：
当所述第一接头上的所述激励已经连续超过所述第一解锁阈值达预定的时间段时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
当所述第一接头上的所述激励在预定的时间段上的集合已经超过所述第一接头的所述第一解锁阈值时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
在第一次将所述第一接头切换到所述浮动状态之前，使所述第一接头保持在所述锁定状态达预定的时间段。


14.根据权利要求11或12所述的非暂时性机器可读介质，其中所述方法进一步包括：
当与所述第一接头相关联的速度在预定的时间段上的集合低于所述第一锁定阈值时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态；或者
当与所述第一接头相关联的所述速度连续低于所述第一锁定阈值达所述预定的时间段时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态。


15.一种计算机辅助医疗设备，其包括：
包括第一接头的铰接臂；以及
控制单元，其耦合到所述铰接臂并包括一个或多个处理器，
其中所述控制单元：
当与所述第一接头相关联的激励超过第一解锁阈值时，将所述第一接头从锁定状态切换到浮动状态，其中在所述锁定状态中所述第一接头的移动受限制，并且在所述浮动状态中准许所述第一接头的移动；
当与所述第一接头相关联的速度低于第一锁定阈值时，将所述第一接头从所述浮动状态切换到所述锁定状态；且
当所述铰接臂处于预定的操作模式时，防止所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态。


16.根据权利要求15所述的设备，其中所述预定的操作模式包括选自由传输模式、远程操作模式、命令运动模式和接插于患者模式组成的组的模式。


17.根据权利要求15所述的设备，其中：
如果所述第一接头在所述浮动状态中，则所述控制单元将是致动接头的所述第一接头命令至命令位置或将是致动接头的所述第一接头命令至命令速度；
其中所述命令位置是所述第一接头的实际位置或者基于所述第一接头的运动方向在所述第一接头的所述实际位置后面的一部分距离；以及
其中所述第一接头的所述命令速度是所述第一接头的实际速度或者低于所述第一接头的所述实际速度一定值。


18.根据权利要求15所述的设备，其中
基于所述铰接臂的姿态、位置或取向来调整所述第一解锁阈值；或者
基于所述铰接臂的所述姿态、所述位置或所述取向来调整所述第一锁定阈值。


19.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制单元：
在所述第一接头上的所述激励已经连续超过所述第一解锁阈值达预定的时间段时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
在所述第一接头上的所述激励的集合在预定的时间段已经超过所述第一接头的所述第一解锁阈值时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
在第一次将所述第一接头切换到所述浮动状态之前，使所述第一接头保持在所述锁定状态预定的时间段。


20.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制单元：
在与所述铰接臂的第二接头相关联的激励超过第二解锁阈值时，将所述第一接头从所述锁定状态切换到所述浮动状态；或者
在与所述第一接头相关联的所述激励和与所述第二接头相关联的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·米勒，N·斯瓦鲁普，M·特纳，A·M·乌尔塔斯，P·G·格里菲思，P·W·莫尔，
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