当错开时的主从取向映射制造技术

本申请的名称为“当错开时的主从取向映射”。在主从对齐过程完成后，控制器存储主工具把手和从外科手术器械尖端的取向，并且进入跟随。在跟随期间，来自主工具把手的从外科手术器械尖端的每个命令移动由控制器进行处理，以补偿在进入跟随之前主工具把手与从外科手术器械尖端之间的任何对齐误差。不管主工具把手与从外科手术器械尖端之间的初始俯冲取向错开如何，这种处理的结果是从外科手术器械尖端的运动都直观地对应于主工具把手的运动。的运动都直观地对应于主工具把手的运动。的运动都直观地对应于主工具把手的运动。

【技术实现步骤摘要】
当错开时的主从取向映射
[0001]本申请是于2016年6月10日提交的名称为“当错开时的主从取向映射”的中国专利申请201680033734.7(PCT/US2016/036863)的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求2015年6月10日提交的标题为“MASTER
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TO
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SLAVE ORIENTATION MAPPING WHEN MISALIGNED”的美国临时专利申请62/173,844的申请日的优先权和权益，该申请通过引用以其整体并入本文。


[0004]本专利技术的方面涉及外科手术系统，并且更具体涉及当外科手术系统中的主工具把手和从外科手术器械尖端最初错开时控制两者的取向。

技术介绍

[0005]诸如微创远程操作机器人系统的外科手术系统为患者提供了许多益处，诸如减小身体创伤、更快恢复、以及更短的住院时间。通常，在外科手术系统中，外科医生使用主工具操纵器(有时被称为主工具)来控制外科手术器械(被称为从外科手术器械)的移动。
[0006]在一种远程操作外科手术系统中，主工具操纵器的主工具把手被特别设计为用于人机(ergonomic)和直观双重控制从外科手术器械。外科医生使用他/她的食指和大拇指以特殊方式握住主工具把手，以便瞄准和抓取运动包含直观指向运动和捏取运动。
[0007]为了能够直观控制从外科手术器械，主工具把手在外科手术系统中的立体视镜(stereoscopic viewer)的视图框中在取向上与从外科手术器械尖端理想地对齐。从外科手术器械尖端的运动理想地经由远程操作来跟随主工具运动，并且在运动方向以及绝对取向两者上是一致的，即，外科手术器械尖端运动跟随主工具把手的运动。如果主工具与从外科手术器械尖端之间未实现取向对齐，但是从外科手术器械尖端既不指向与外科医生正在利用主工具指向的相同的绝对方向，也不沿着与外科医生正在利用主工具指向的相同轴线滚动。
[0008]在一个方面中，主工具操纵器使用万向节组件中的马达来主动对齐外科医生眼睛观察坐标下的主工具把手的取向轴线与摄像机观察坐标下的相关联的从外科手术器械尖端。在主工具的运动与从外科手术器械的运动之间接合跟随之前，这种对齐自动发生。
[0009]具体地，在进入对之前远程操作外科手术系统的跟随之前，系统设法对齐从外科手术器械尖端在摄像机坐标系中的取向与主工具把手在眼睛观察坐标系(有时也被称为眼坐标系)中的取向。通常，只要系统从主工具把手与从外科手术器械尖端之间的取向对齐可能已经被危及的模式转变(在工具改变、摄像机啮合(clutch)、从动件啮合、在四臂系统中的臂交换等之后)，远程操作外科手术系统就执行主从对齐。
[0010]在主从对齐过程中，在不改变主工具把手x
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y
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z位置的情况下，计算使主工具把手在眼睛观察坐标系中的取向匹配从外科手术器械尖端在摄像机观察坐标系中的取向的一组主腕部接头角。然后使用马达来命令主腕部接头匹配计算的角。
[0011]这将会导致主工具把手与从外科手术器械尖端的取向的对齐。然而，如果当马达正在将腕部接头定位在主工具中时外科医生太牢固地抓握主工具把手，主工具把手与从外科手术器械尖端之间则会存在位移误差和取向误差两者。
[0012]在主工具把手中的腕部接头被命令对齐主工具把手与从外科手术器械尖端的取向之后，远程操作外科手术系统在允许用户进入跟随之前再次检查主和从取向匹配。如果取向不匹配，警告消息被显示并且主从对齐被再次尝试。该过程被重复直至主工具把手与从外科手术器械尖端的取向之间的对齐在可接受容差内，例如，主从之间的取向错开小于十度。
[0013]取向错开被限制于小角度偏差，使得当主工具被旋转时，从外科手术尖端通常被外科医生感知为以相同方式的滚动。(参见图4C和4D以及下面的相关讨论，其展示了当取向错开大于允许的小角度偏差时，当主工具把手被旋转时从外科手术器械尖端以未预期的方式旋转。)
[0014]当主工具把手与从外科手术器械尖端的取向之间的对齐误差小于允许的小取向错开时，主工具把手与从外科手术器械尖端被认为对齐，并且远程操作外科手术系统进入跟随。对使主工具把手与从外科手术器械尖端以这样的小取向错开对齐的要求往往使外科医生的进入跟随减慢。

技术实现思路

[0015]一种外科手术系统包括从外科手术器械和主工具操纵器，所述从外科手术器械具有从外科手术器械尖端，并且主工具操纵器包括主工具把手。主工具把手通过控制器被耦连至从外科手术器械尖端。从外科手术器械尖端与主工具把手之间的所需的取向对齐被放宽，使得控制器正常进入跟随，其中不管主工具把手与从外科手术器械尖端之间的任何取向错开如何，从外科手术器械尖端的运动都跟随主工具把手的运动。
[0016]因此，实现小取向错开的现有技术主从对齐过程的多次重复被消除或被显著减少。进一步地，不管刚好在进入跟随之前的主工具把手与从外科手术器械尖端之间的任何俯冲取向错开(swooping orientation misalignment)如何，从外科手术器械的运动都直观地跟随主工具把手的运动，并且在跟随期间不存在与主工具把手的运动相关联的未预期的运动。
[0017]在一个方面中，控制器被配置为接收来自主工具操纵器的第一命令，并且向从外科手术器械发送包括从外科手术器械尖端的期望取向的第二命令。控制器被进一步配置为通过使用主工具把手的取向来产生从外科手术器械尖端的期望取向。主工具把手的取向被包括在第一命令中。
[0018]即使当主工具把手与从外科手术器械尖端之间存在俯冲取向错开时，由控制器产生的从外科手术器械尖端的期望取向也保留主工具把手与从外科手术器械尖端之间的相同的感知旋转。此处，相同的感知旋转意味着，如果主工具把手的旋转被感知为是围绕主工具把手的主体固定轴线，则从外科手术器械的旋转被感知为是围绕从外科手术器械尖端的对应主体固定轴线。例如，如果主工具把手的旋转被感知为是围绕主工具把手的主体固定x轴线，从外科手术器械的旋转被感知为是围绕从外科手术器械尖端的对应主体固定x轴线，或如果主工具把手的旋转被感知为是围绕主工具把手的主体固定y轴线，从外科手术器械
的旋转被感知为是围绕从外科手术器械尖端的对应主体固定y轴线，或如果主工具把手的旋转被感知为是围绕主工具把手的主体固定z轴线，从外科手术器械的旋转被感知为是围绕从外科手术器械尖端的对应主体固定z轴线。
[0019]这是与主控件围绕眼坐标系中的空间固定轴线的旋转导致围绕摄像机坐标系中的相同空间固定轴线的从旋转的现有系统相比。当在进入跟随时主工具把手与从外科手术器械尖端之间的取向偏移被准许为大取向偏移时，主把手围绕其指向方向的旋转能够导致投影在从观察坐标系上的围绕主指向方向的从外科手术器械尖端圆形运动。因此，现有系统中的主工具把手和从外科手术器械尖端不具有对于俯冲取向错开的相同的感知运动。
[0020]在一个方面中，控制器包括存储器和取向控制模块。存储器被配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种系统，其包括：主工具操纵器；耦连至所述主工具操纵器的控制器，所述控制器被配置为：在所述系统启用跟随之前：确定取向错开是否小于或等于最大允许取向误差，所述取向错开是在所述系统进入跟随之前的所述主工具操纵器在眼坐标系中的第一取向与所述系统进入跟随之前的从器械尖端在摄像机坐标系中的取向之间，以及响应于确定所述取向错开小于或等于所述最大允许取向误差，启用跟随；以及在所述系统启用跟随之后：接收来自所述主工具操纵器的命令以移动所述从器械尖端，所述命令指示所述主工具操纵器在所述眼坐标系中的第二取向，基于所述主工具操纵器的所述第二取向、所述系统进入跟随之前的所述主工具操纵器的所述第一取向和所述系统进入跟随之前的所述从器械尖端的所述取向，生成新从取向，以及命令所述系统基于所述新从取向来定向所述从器械尖端。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为在所述进入跟随之后：确定所述主工具操纵器的相对位置变化；基于所述主工具操纵器的所述相对位置变化确定所述从器械尖端的新位置；以及命令所述系统基于所述从器械尖端的所述新位置来定位所述从器械尖端。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为：响应于确定所述取向错开小于或等于所述最大允许取向误差：存储所述主工具操纵器在所述眼坐标系中的方位，以及存储所述从器械尖端在所述摄像机坐标系中的方位；以及其中所述从器械尖端的所述新位置进一步基于所存储的所述主工具操纵器的方位和所存储的所述从器械尖端的方位来确定。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的系统，其中所述新从取向进一步基于相对旋转矩阵来生成，所述相对旋转矩阵表示所述眼坐标系在主坐标系中的相对旋转。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述相对旋转矩阵包括所述主工具操纵器的所述第二取向和所述眼坐标系在所述主坐标系中的所存储的基本取向的组合。6.根据权利要求1
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3中任一项所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为：响应于确定所述取向错开大于所述最大允许取向误差，命令所述系统将所述主工具操纵器移动到所述眼坐标系中的期望位置和取向。7.根据权利要求1
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3中任一项所述的系统，其中所述控制器被进一步配置为：响应于确定所述取向错开大于所述最大允许取向误差，重复地命令所述系统将所述主工具操纵器移动到所述眼坐标系中的期望位置和取向，直到所述取向错开小于或等于所述最大允许取向误差。8.根据权利要求1
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3中任一项所述的系统，进一步包括控制台，所述控制台包括观察器和所述主工具操纵器。9.一种操作包括主工具操纵器和从器械操纵器的系统的方法，所述方法包括：
在所述系统进入跟随之前：确定取向错开是否小于或等于最大允许取向误差，所述取向错开是在所述系统进入跟随之前的所述主工具操纵器在眼坐标系中的第一取向与所述系统进入跟随之前的从器械尖端在摄像机坐标系中的取向之间，以及响应于确定所述取向错开小于或等于所述最大允许取向误...

【专利技术属性】
技术研发人员：HH，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：