用于医疗器械的约束运动控制的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了用于医疗器械的约束运动控制的系统和方法。在一个方面，机器人系统包括器械，该器械具有端部执行器；机器人臂，该机器人臂被配置成控制该器械和该端部执行器的移动；和输入装置，该输入装置被配置成接收用于控制该器械和该端部执行器的移动的输入。该器械能够以与该输入装置不同数量的自由度(DOF)移动。该系统被配置成：确定将该输入装置的该输入与用于实现由该输入指示的该端部执行器的运动的机器人臂命令相关联的雅可比矩阵；经由丢弃该雅可比矩阵的至少一行来修改该雅可比矩阵；以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由该输入指示的该器械的该运动的机器人臂命令。人臂命令。人臂命令。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于医疗器械的约束运动控制的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月26日提交的美国临时申请63/000,093的权益，该美国临时申请据此全文以引用方式并入。


[0003]本文所公开的系统和方法涉及用于控制医疗器械的系统和方法，并且更具体地涉及医疗器械的约束运动控制。

技术介绍

[0004]医疗规程(诸如腹腔镜检查)可以涉及使用一个或多个机器人臂进入患者的内部区域以将医疗器械插入到患者的内部区域中。在腹腔镜规程中，医疗器械可通过腹腔镜插管插入到内部区域中。在某些规程中，机器人使能的医疗系统可用于控制一个或多个医疗器械的插入和/或操纵。机器人使能的医疗系统可以具有用户输入，该用户输入被配置成由用户以许多自由度(DOF)操纵。取决于在输入控制下的特定医疗器械，其中器械能够移动的DOF的数量可以不同于输入能够控制、命令和/或移动的DOF的数量。

技术实现思路

[0005]本公开的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，这些创新方面中没有一个独自负责本文所公开的期望属性。
[0006]在一个方面，提供了一种机器人系统，包括：器械，该器械具有端部执行器；机器人臂，该机器人臂被配置成控制器械和端部执行器的移动；输入装置，该输入装置被配置成接收用于控制器械和端部执行器的移动的输入，其中器械能够以与输入装置不同数量的自由度(DOF)移动；至少一个处理器；和至少一个计算机可读存储器，该至少一个计算机可读存储器与一组一个或多个处理器通信并且在其上存储有计算机可执行指令以致使至少一个处理器：确定将输入装置的输入与用于实现由输入指示的端部执行器的运动的机器人臂命令相关联的雅可比矩阵，经由丢弃雅可比矩阵的至少一行来修改雅可比矩阵，以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由输入指示的器械的运动的机器人臂命令。
[0007]在另一方面，提供了一种用于控制医疗器械的端部执行器的移动的方法，该方法包括：经由输入装置接收用于控制器械的移动的输入，该器械具有与输入装置不同数量的DOF；确定将输入装置的输入与用于实现由输入指示的端部执行器的运动的机器人臂命令相关联的雅可比矩阵；经由丢弃雅可比矩阵的至少一行来修改雅可比矩阵；以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由输入指示的器械的运动的机器人臂命令。
[0008]在又一方面，提供了一种机器人系统，包括：器械，该器械具有端部执行器；机器人臂，该机器人臂被配置成控制器械和端部执行器的移动；输入装置，该输入装置被配置成接收用于控制端部执行器的移动的输入命令，其中器械能够以比输入装置更少数量的DOF移动；至少一个处理器；和至少一个计算机可读存储器，该至少一个计算机可读存储器与一组
一个或多个处理器通信并且在其上存储有计算机可执行指令以致使至少一个处理器：从输入装置接收用于控制端部执行器的移动的输入命令，经由丢弃与端部执行器的不可实现的移动相对应的输入命令的一部分来修改输入命令，以及基于所修改的输入命令来确定用于控制端部执行器的移动的机器人臂移动。
[0009]在又另一方面，提供了一种用于控制医疗器械的端部执行器的移动的方法，该方法包括：经由输入装置接收用于控制端部执行器的移动的输入命令，该端部执行器具有比输入装置更少数量的DOF；将输入命令变换为端部执行器坐标系；确定端部执行器坐标系中的端部执行器雅可比矩阵；经由丢弃端部执行器雅可比矩阵的至少一行来修改端部执行器雅可比矩阵；以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由输入指示的端部执行器的运动的机器人臂命令。
[0010]在又一方面，提供了一种机器人系统，该机器人系统包括：器械，该器械具有端部执行器；机器人臂，该机器人臂被配置成控制器械和端部执行器的移动；输入装置，该输入装置被配置成接收用于控制器械和端部执行器的移动的输入，其中器械能够以与输入装置不同数量的DOF移动；至少一个处理器；和至少一个计算机可读存储器，该至少一个计算机可读存储器与一组一个或多个处理器通信并且在其上存储有计算机可执行指令以致使至少一个处理器：确定将输入装置的输入与用于实现由输入指示的端部执行器的运动的机器人臂命令相关联的雅可比矩阵，该雅可比矩阵将端部执行器的参考系与机器人系统的世界参考系相关联，经由丢弃雅可比矩阵的至少一行来修改雅可比矩阵，以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由输入指示的器械的运动的机器人臂命令。
附图说明
[0011]下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。
[0012]图1示出了被布置用于诊断性和/或治疗性支气管镜检查的基于推车的机器人系统的实施方案。
[0013]图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。
[0014]图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。
[0015]图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。
[0016]图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
[0017]图6提供了图5的机器人系统的另选视图。
[0018]图7示出了被配置成收起一个或多个机器人臂的示例性系统。
[0019]图8示出了被配置用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。
[0020]图9示出了被配置用于腹腔镜规程的基于台的机器人系统的实施方案。
[0021]图10示出了图5至图9的具有俯仰和倾斜调节的基于台的机器人系统的实施方案。
[0022]图11提供了图5至图10的台和基于台的机器人系统的柱之间的接口的详细图示。
[0023]图12示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。
[0024]图13示出了图12的基于台的机器人系统的端视图。
[0025]图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。
[0026]图15示出了示例性器械驱动器。
[0027]图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。
[0028]图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。
[0029]图18示出了具有基于器械的插入架构的器械。
[0030]图19示出了示例性控制器。
[0031]图20描绘了根据示例性实施方案的框图，该框图示出了估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如图16至图18的器械的位置)的定位系统。
[0032]图21示出了根据本公开的各方面的可以由机器人系统控制的欠致动的器械的示例。
[0033]图22A和图22B分别示出了处于打开位置和闭合位置的图21的器械的端部执行器。
[0034]图23示出了根据本公开的各方面的可用于经由一个或多个机器人臂控制医疗器械的移动的示例性输入装置。
[0035]图24示出了根据本公开的各方面的图23所示的柄部中的一个柄部的近距离视图。
[0036]图25示出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器人系统，包括：器械，所述器械具有端部执行器：机器人臂，所述机器人臂被配置成控制所述器械和所述端部执行器的移动；输入装置，所述输入装置被配置成接收用于控制所述器械和所述端部执行器的移动的输入，其中所述器械能够以与所述输入装置不同数量的自由度（DOF）移动；至少一个处理器；和至少一个计算机可读存储器，所述至少一个计算机可读存储器与一组一个或多个处理器通信并且在其上存储有计算机可执行指令，以致使所述至少一个处理器：确定将所述输入装置的所述输入与用于实现由所述输入指示的所述端部执行器的运动的机器人臂命令相关联的雅可比矩阵，经由丢弃所述雅可比矩阵的至少一行来修改所述雅可比矩阵，以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由所述输入指示的所述器械的所述运动的机器人臂命令。2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述器械能够以比所述输入装置更少数量的DOF移动。3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中所述输入装置具有6个DOF，并且所述器械具有5个DOF。4. 根据权利要求2所述的机器人系统，其中：所述输入装置具有比所述器械多n个的DOF；并且所述雅可比矩阵的所述修改包括丢弃与所述器械不能执行的一种或多种类型的移动相对应的所述雅可比矩阵的n行。5.根据权利要求2所述的机器人系统，其中所述器械是外科缝合器、吸入冲洗器、直谐波工具或关节运动谐波工具。6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中所述器械包括具有5个DOF的外科缝合器。7.根据权利要求5所述的机器人系统，其中所述器械包括具有至少4个DOF的吸入冲洗器。8. 根据权利要求2所述的机器人系统，其中：所述端部执行器不能以偏航自由度移动，并且所述雅可比矩阵的所述修改包括丢弃与偏航移动相对应的所述雅可比矩阵的行。9.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述输入装置包括万向支架。10.根据权利要求9所述的机器人系统，其中所述万向支架接收力反馈。11.根据权利要求10所述的机器人系统，其中所述力反馈约束临床医生的手以在约束运动中移动所述万向支架。12.根据权利要求11所述的机器人系统，其中所述万向支架的所述运动以相同的DOF被约束，其中所述端部执行器的运动被约束。13.根据权利要求1所述的机器人系统，其中：所述端部执行器不能以偏航自由度移动；所述器械在远程运动中心（RCM）处的移动中被约束；所述雅可比矩阵包括端部执行器雅可比矩阵，所述端部执行器雅可比矩阵将所述输入
装置的所述输入与用于实现由所述输入指示的所述端部执行器的所述运动的所述机器人臂命令相关联；并且所述计算机可执行指令还致使所述至少一个处理器：基于从所述端部执行器雅可比矩阵丢弃所述至少一行来修改所述雅可比矩阵；确定将所述输入装置的所述输入与用于维持所述RCM的所述机器人臂命令相关联的RCM雅可比矩阵；以及基于所修改的端部执行器雅可比矩阵和所述RCM雅可比矩阵确定所述机器人臂命令。14.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述雅可比矩阵将所述端部执行器的参考系与所述机器人系统的世界参考系相关联。15.一种用于控制医疗器械的端部执行器的移动的方法，所述方法包括：经由输入装置接收用于控制所述器械的移动的输入，所述器械具有与所述输入装置不同数量的自由度（DOF）；确定将所述输入装置的所述输入与用于实现由所述输入指示的所述端部执行器的运动的机器人臂命令相关联的雅可比矩阵；经由丢弃所述雅可比矩阵的至少一行来修改所述雅可比矩阵；以及基于所修改的雅可比矩阵来确定用于实现由所述输入指示的所述器械的所述运动的机器人臂命令。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述器械具有比所述输入装置更少数量的DOF。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述输入装置具有6个DOF，并且所述端部执行器具有5个DOF。18. 根据权利要求16所述的方法，其中：所述输入装置具有比所述器械多n个的DOF；并且所述雅可比矩阵的所述修改包括丢弃与所述器械不能执行的类型的移动相对应的所述雅可比矩阵的n行。19.根据权利要求16所述的方法，其中所述器械是外科缝合器或吸入冲洗器。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述器械包括具有5个DOF的外科缝合器。21.根据权利要求19所述的方法，其中所述器械包括具有4个DOF的吸入冲洗器。22. 根据权利要求16所述的方法，其中：所述端部执行器不能以偏航自由度移动，并且所述雅可比矩阵的所述修改包括丢弃与所述偏航移动相对应的所述雅可比矩阵的行。23.根据权利要求15所述的方法，其中所述输入装置包括万向支架。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述万向支架接收力反馈。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述力反馈约束临床医生的手以在约束运动中移动所述万向支架。26.根据权利要求25所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：奥瑞斯健康公司，
类型：发明
国别省市：