【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外科机器人的控制系统
技术介绍
[0001]本专利技术涉及一种外科机器人臂的控制系统。
[0002]可使用外科机器人系统执行侵入性医疗手术。图1展示典型外科机器人系统。展示外科机器人系统100，所述外科机器人系统对定位在手术台103上的患者102执行侵入性医疗手术。外科机器人系统100包括臂101。臂101携载外科工具106，诸如用于执行切割或抓取的工具或成像装置，诸如内窥镜。臂101可操纵其携载的外科工具，以便执行侵入性手术的各方面。
[0003]在侵入性外科手术之前，手术室工作人员的成员(例如床边护士)通常帮助设置外科机器人系统100。在侵入性手术期间，外科机器人系统通常由外科医生从远程控制台(未展示)进行控制。在侵入性医疗手术期间，通常还需要手术室工作人员的成员在手术台103附近——使得其可以照料患者(例如清洁外科手术部位)。在侵入性外科手术之后，手术室工作人员的成员通常帮助停止使用外科机器人系统100。
[0004]因此，提高手术室工作人员的成员可在侵入性医疗手术之前、期间和之后与外科机器人系统交互的安全性和容易性至关...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种外科机器人臂的控制系统，所述外科机器人臂包括一系列关节、在所述机器人臂的远侧端部处的用于外科器械的附件以及一个或多个力或扭矩传感器，通过所述一系列关节能够改变所述外科机器人臂的构型，每个力或扭矩传感器被配置成感测所述一系列关节中的关节处的力或扭矩，所述控制系统被配置成通过以下操作来控制所述外科机器人臂的所述构型响应于外部施加的力或扭矩而被改变：从所述一个或多个力或扭矩传感器接收传感数据，所述传感数据指示由所述外部施加的力或扭矩在所述外科机器人臂的点处产生的所感测的力或扭矩；解析所感测的力或扭矩，以便确定所感测的力或扭矩在与附接到所述附件的外科器械的纵轴平行的方向上作用于所述点处的分量；以及将命令信号发送到所述外科机器人臂以驱动所述机器人臂，使得所述机器人臂的所述构型被改变以便符合所解析的力或扭矩分量。2.如权利要求1所述的控制系统，所述控制系统还被配置成迭代地执行控制回路，所述控制回路包括所述接收步骤、所述解析步骤和所述发送步骤。3.如权利要求1或2所述的控制系统，其中所述控制系统被配置成促使所述机器人臂在以下模式下操作：外科模式，其中附接到所述附件的外科器械在患者身体内部；和器械缩回模式，其中所述外科器械响应于所述外部施加的力或扭矩而从所述患者身体中缩回。4.如权利要求3所述的控制系统，所述控制系统还被配置成：在所述器械缩回模式下，将命令信号发送到所述外科机器人臂以依据所解析的力或扭矩分量来驱动所述机器人臂，使得所述外科器械能够在与其纵轴平行的所述方向上从所述患者身体中缩回。5.如权利要求3或4所述的控制系统，所述控制系统还被配置成相对于所述机器人臂的远侧端部或相对于所述外科器械来定义所述点。6.如权利要求5所述的控制系统，所述外科机器人臂还包括一个或多个位置传感器，每个位置传感器被配置成感测一系列关节中的关节的旋转位置，所述控制系统还被配置成在初始化所述器械缩回模式时进行以下操作：从所述一个或多个位置传感器接收传感数据，所述传感数据指示所述一系列关节中的一个或多个关节的所述旋转位置；依据所述传感数据来确定所定义点的位置；以及依据所述传感数据来确定平行于所述外科器械的所述纵轴的所述方向，使得所述方向与所定义点相交。7.如权利要求5或6所述的控制系统，其中所述传感数据从一个或多个扭矩传感器被接收，并且指示由所述外部施加的力或扭矩产生的所述机器人臂的所感测的扭矩状态，并且所述控制系统还被配置成通过以下操作来解析所感测的扭矩状态：将所感测的扭矩状态映射到候选扭矩状态集合中的所选扭矩状态；以及确定对应于所选扭矩状态的力，所述力指示由于所述外部施加的力或扭矩而作用于所定义点处的力。8.如权利要求7所述的控制系统，其中所述候选扭矩状态集合中的每个扭矩状态与力
对应，并且其中每个扭矩状态是其相应力和雅可比矩阵的乘积。9.如权利要求8所述的控制系统，其中所述候选扭矩状态集合中的每个扭矩状态是所述雅可比矩阵的图像的元素。10.如权利要求8或9所述的控制系统，其中所述雅可比矩阵表示所述一系列关节中的一个或多个关节的关节角度的变化将如何改变所述机器人臂的所述点的所述位置。11.如权利要求8至10中任一项所述的控制系统，其中在所述器械缩回模式下，所述控制系统被配置成将所述雅可比矩阵乘以表示与所述外科器械的纵轴平行的所述方向的列向量，使得所述一个或多个力包括沿与所述外科器械的所述纵轴平行的所述方向作用的力。12.如权利要求8至11中任一项所述的控制系统，所述控制系统还被配置成：使用所述雅可比矩阵的穆尔
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彭罗斯伪逆来将所感测的扭矩状...
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