观察系统的头部移动控制技术方案

一种计算机辅助医疗系统，包括：显示单元，其被配置为向显示单元的操作者提供图像；头枕部，其被配置为接收由与头枕部机械接触的操作者的头部提供的机械输入；头枕部传感器，其与头枕部介接并且被配置为基于机械输入提供传感器信号；以及控制器。控制器包括计算机处理器，并被配置为：处理传感器信号以获得驱动输入；通过驱动输入驱动虚拟质量以获得模拟的虚拟质量移动；以及引起头枕部的移动，头枕部的移动跟踪虚拟质量移动。移动跟踪虚拟质量移动。移动跟踪虚拟质量移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】观察系统的头部移动控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U S.C.
§
119(e)要求2019年8月23日提交的美国临时专利申请序列号62/891,229的优先权的权益，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。


[0003]本专利技术总体上提供改进的机器人和/或医疗(包括外科手术)设备、系统和方法。

技术介绍

[0004]机器人设备的系统可以用于在工作场所执行任务。操作者可以观察工作场所的由成像设备(例如内窥镜、光学相机或超声波探头)获得的图像。图像可以使操作者能够使用来自工作场所的由显示单元提供给操作者的视觉反馈来监测和/或执行任务。
[0005]成像设备可以是可控的以更新工作场所的视图。成像设备可以附接到机器人操纵器并且机器人操纵器可以包括通过一个或多个关节耦接在一起的两个或更多个连杆。可以移动关节以更新成像设备在工作场所的位置和/或取向。成像设备的移动可以由操作者控制，从而使操作者能够根据执行任务的需要或期望改变工作场所的视图。
[0006]配备有向操作者提供视觉反馈的显示单元的机器人系统包括工业和娱乐机器人系统。机器人系统还包括在用于诊断、非外科手术治疗、外科手术治疗等手术中使用的医疗机器人系统。作为一个具体的示例，机器人系统包括微创机器人远程外科手术系统，在微创机器人远程外科手术系统中，外科医生可以在床边或远程位置对患者进行手术。远程外科手术通常指代使用外科手术系统进行的外科手术，在外科手术系统中，外科医生使用某种形式的远程控制，例如伺服机构，来操纵外科手术器械的移动，而不是直接用手握持和移动器械。可用于远程外科手术或其他远程医疗手术的机器人医疗系统可以包括远程可控机器人操纵器。一个或多个机器人操纵器可以配备有成像设备以经由显示单元向操作者提供视觉反馈。操作者可以远程控制一个或多个远程可控机器人操纵器的运动。

技术实现思路

[0007]一般而言，在一个方面中，一个或多个实施例涉及一种计算机辅助医疗系统，该计算机辅助医疗系统包括：显示单元，其被配置为向显示单元的操作者提供图像；头枕部，其被配置为接收由与头枕部机械接触的操作者的头部提供的机械输入；头枕部传感器，其与头枕部介接(interface)并且被配置为基于机械输入提供传感器信号；控制器，其包括计算机处理器，该控制器被配置为：处理传感器信号以获得驱动输入；通过驱动输入驱动虚拟质量以获得模拟的虚拟质量移动；以及引起头枕部的移动，头枕部的移动跟踪虚拟质量移动。
[0008]一般而言，在一个方面中，一个或多个实施例涉及一种用于操作医疗系统的方法。该方法包括从头枕部传感器获得传感器信号，其中头枕部传感器与头枕部介接，头枕部被配置为接收由操作者的头部提供的机械输入，头部与头枕部机械接触，并且其中传感器信号基于机械输入；处理传感器信号以获得驱动输入；通过驱动输入驱动虚拟质量以获得模
拟的虚拟质量移动；以及引起头枕部的移动，头枕部的移动跟踪虚拟质量移动。
[0009]一般而言，在一个方面中，一个或多个实施例涉及一种非暂时性机器可读介质，该非暂时性机器可读介质包括由与医疗系统相关联的一个或多个处理器执行的多个机器可读指令，多个机器可读指令引起一个或多个处理器执行一种方法，该方法包括：从头枕部传感器获得传感器信号，其中头枕部传感器与头枕部介接，头枕部被配置为接收由操作者的头部提供的机械输入，头部与头枕部机械接触，并且其中传感器信号基于机械输入；处理传感器信号以获得驱动输入；通过驱动输入驱动虚拟质量以获得模拟的虚拟质量移动；以及引起头枕部的移动，头枕部的移动跟踪虚拟质量移动。
[0010]本专利技术的其他方面将从以下描述和所附权利要求中变得明显。
附图说明
[0011]图1示出了根据一个或多个实施例的示例远程操作外科手术系统。
[0012]图2示出了根据一个或多个实施例的显示系统。
[0013]图3示出了根据一个或多个实施例的用于控制显示单元的移动的控制架构。
[0014]图4示出了根据一个或多个实施例的描述用于显示单元的头部移动控制的方法的流程图。
[0015]图5A和图5B示出了根据一个或多个实施例的操作者的头部与显示单元的头部输入设备的交互。
[0016]图6示出了根据一个或多个实施例的描述用于感测操作者的头部的机械输入的方法的流程图。
[0017]图7示出了根据一个或多个实施例的描述使用由感测到的机械输入驱动的虚拟动力学模型来模拟移动的方法的流程图。
[0018]图8示出了根据一个或多个实施例的描述用于引起显示单元的头枕部的移动跟随由虚拟动力学模型产生的移动的方法的流程图。
具体实施方式
[0019]现在将参考附图详细描述本专利技术的具体实施例。为了一致性，各个图中的相同元件由相同的附图标记表示。
[0020]在本专利技术的实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本专利技术的更透彻的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，未详细描述众所周知的特征以避免不必要地使描述复杂化。
[0021]在整个申请中，序数(例如，第一、第二、第三等)可以用作元素(即申请中的任何名词)的形容词。序数的使用不暗示或创建元素的任何特定排序，也不将任何元素限制为仅是单个元素，除非明确公开，例如通过使用术语“之前”、“之后”、“单个”，以及其他此类术语。相反，序数的使用是为了区分元素。作为示例，第一元素不同于第二元素，并且第一元素可以包含一个以上的元素并且在元素的排序中在第二元素之后(或在其之前)。
[0022]尽管本文描述的一些示例涉及外科手术或工具，或医疗手术和医疗工具，但所公开的技术适用于医疗和非医疗手术，以及医疗和非医疗工具。例如，本文描述的工具、系统
和方法可以用于非医疗目的，包括工业用途、一般机器人用途以及感测或操纵非组织工件。其他示例应用涉及美容改进、人体或动物解剖结构成像、从人体或动物解剖结构收集数据、组建或拆除系统以及培训医疗或非医疗人员。附加示例应用包括用于对从人体或动物解剖结构中取出的组织进行手术(无需返回人体或动物解剖结构)，以及对人体或动物尸体进行手术。此外，这些技术还可以用于包括或不包括外科手术方面的医学治疗或诊断程序。
[0023]一般而言，本公开的实施例可以促进机器人系统的使用并改进各种条件下的工作流程。机器人系统可以包括成像设备，从而使操作者能够观察工作场所。成像设备的位置和/或取向可以由操作者控制。在本公开的一个或多个实施例中，操作者使用头部移动来控制成像设备的移动。操作者的头部可以与头枕部接触，并且头部移动可以通过与头枕部耦接的头枕部传感器进行记录。从头枕部传感器获得的信号可以用于更新成像设备的位置和/或取向。假设固定的显示单元向操作者显示来自成像的图像，操作者的头部移动会导致操作者的眼睛和显示单元之间的未对准。这种未对准会降低操作者可用的视觉信息，特别是当显示单元提供立体视觉信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种计算机辅助机器人系统，其包括：显示单元，其被配置为向所述显示单元的操作者提供图像；头枕部，其被配置为接收由与所述头枕部机械接触的所述操作者的头部提供的机械输入；头枕部传感器，其与所述头枕部介接并且被配置为基于所述机械输入提供传感器信号；控制器，其包括计算机处理器，所述控制器被配置为：处理所述传感器信号以获得驱动输入；通过所述驱动输入驱动虚拟质量以获得模拟的虚拟质量移动；并且引起所述头枕部的移动，所述头枕部的所述移动跟踪所述虚拟质量移动。2.根据权利要求1所述的计算机辅助机器人系统，其中所述头枕部设置在所述显示单元上，并且其中支撑所述显示单元的连杆使得所述头枕部的所述移动能够结合所述显示单元的移动，并且其中所述连杆包括多个关节。3.根据权利要求2所述的计算机辅助机器人系统，其中引起所述头枕部的所述移动包括使用所述模拟的虚拟质量移动作为输入来驱动所述连杆的逆运动学模型以获得所述多个关节的移动命令。4.根据权利要求2所述的计算机辅助机器人系统，其中所述显示单元包括被配置为显示所述图像的观察口，并且其中所述控制器被配置为使用所述驱动输入，在引起对所述头枕部的所述机械输入的头部移动期间维持所述观察口与所述头部的对准。5.根据权利要求1所述的计算机辅助机器人系统，其中所述头枕部传感器感测以下中的至少一个：由所述机械输入引起的多个力和由所述机械输入引起的多个扭矩。6.根据权利要求1所述的计算机辅助机器人系统，其中处理所述传感器信号以获得所述驱动输入包括确定所述头部和所述头枕部之间的接触点。7.根据权利要求6所述的计算机辅助机器人系统，其中使用力和扭矩的平衡以及所述头枕部的几何形状来确定所述接触点，所述力和扭矩由所述传感器信号表示。8.根据权利要求1所述的计算机辅助机器人系统，其中处理所述传感器信号以获得所述驱动输入包括确定在所述头部和所述头枕部之间的接触点处的剪切力。9.根据权利要求8所述的计算机辅助机器人系统，其中处理所述传感器信号还包括基于所述接触点处的法向力降额所述剪切力。10.根据权利要求1所述的计算机辅助机器人系统，其中从处理所述传感器信号获得的所述驱动输入包括水平力、垂直力、偏航扭矩和俯仰扭矩。11.根据权利要求1所述的计算机辅助机器人系统，其中从处理所述传感器信号获得的所述驱动输入反映了从由以下各项组成的组中选择的至少一个头部移动的确定：滚动头部移动、偏航头部移动、俯仰头部移动和水平头部移位移动。12.根据权利要求1至11中任一项所述的计算机辅助机器人系统，其中所述控制器还被配置为：调节所述驱动输入以包括偏置力。
13.根据权利要求12所述的计算机辅助机器人系统，其中所述偏置力垂直作用于所述头枕部的表面、在所述头枕部的中心处并且朝向所述头部取向。14.根据权利要求12所述的计算机辅助机器人系统，其中所述偏置力偏置所述驱动输入的水平力和垂直力。15.根据权利要求1至11中任一项所述的计算机辅助机器人系统，其中驱动所述虚拟质量包括模拟摩擦和阻尼中的至少一个。16.根据权利要求1至11中任一项所述的计算机辅助机器人系统，其中所述控制器还被配置为通过根据触觉事件改变所述驱动输入或所述虚拟质量的动力学来渲染所述触觉事件。17.根据权利要求1至11中...

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