所公开的实施方案涉及用于外科工具或外科机器人系统的系统和方法。用于处理硬止动器的一个示例性系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为计算关节运动驱动盘或一个或多个对应旋转马达对应旋转马达的关节运动接头位置；计算关节运动驱动盘或一个或多个对应旋转马达的关节运动接头扭矩；基于关节运动接头位置和关节运动接头扭矩来确定扭矩比；以及基于扭矩比来调整从用户接收到的命令的关节运动接头位置以补偿涉及端部执行器的碰撞。的碰撞。的碰撞。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外科工具的关节运动接头硬止动器处理
[0001]本公开涉及在外科工具的操作期间的硬止动器检测和处理。
技术介绍
[0002]微创外科手术(MIS)诸如腹腔镜手术涉及旨在在外科规程期间减少组织损伤的技术。例如，腹腔镜式手术通常涉及在患者体内(例如，在腹部)形成多个小切口，并通过切口将一个或多个手术工具(例如，端部执行器和内窥镜)引入患者体内。然后可使用引入的手术工具执行外科手术，其中可视化辅助由内窥镜提供。
[0003]一般来讲，MIS提供多重有益效果，诸如减少患者疤痕、减轻患者疼痛、缩短患者恢复期以及降低与患者恢复相关联的医疗费用。最近的技术发展允许使用机器人系统执行更多的MIS，该机器人系统包括一个或多个机器人臂，该机器人臂用于基于来自远程操作员的命令操纵手术工具。机器人臂可以例如在其远侧端部处支承各种设备，诸如外科端部执行器、成像设备、用于提供进入患者体腔和器官的通路的插管等。在机器人MIS系统中，可能期望为由机器人臂支承的外科器械建立并保持较高定位准确度。
[0004]在一些示例中，外科端部执行器可接触身体内或别处的硬止动器。硬止动器可为身体的一部分或端部执行器接触的另一大体上刚性的物体。虽然一些系统向用户提供关于与硬止动器的接触的反馈，但其他系统可能不提供反馈或仅提供视频。可能无法在没有反馈的情况下识别硬止动器，并且难以仅用视频识别硬止动器。以下公开内容提供了用于通过外科工具识别硬止动器和处理硬止动器的系统、设备和方法。
技术实现思路
[0005]本文公开了一种机器人辅助外科机电系统，其设计用于外科医生执行微创外科手术。可以将一组兼容工具附接到安装至机器人臂的远侧端部的器械驱动器/从器械驱动器拆卸，使得外科医生能够执行各种手术任务。器械驱动器可提供进入手术部位的体内通路、通过无菌接合部对兼容工具进行的机械致动、以及通过无菌接合部和用户接触点与兼容工具的通信。
[0006]用于补偿外科工具的端部执行器与硬止动器之间的碰撞的一个示例性设备包括工具驱动器和一个或多个处理器。该工具驱动器通过轴连接到该端部执行器，并且具有由一个或多个对应旋转马达驱动的至少一个关节运动驱动盘。该关节运动驱动盘对应于该端部执行器在对应于将该工具驱动器连接到该端部执行器的该轴的纵向轴线的平面中的关节运动。该一个或多个处理器被配置为：计算该关节运动驱动盘或该一个或多个对应旋转马达的关节运动接头位置；计算该关节运动驱动盘或该一个或多个对应旋转马达的关节运动接头扭矩；基于该关节运动接头位置和该关节运动接头扭矩来确定扭矩比；以及响应于该扭矩比来计算针对该关节运动驱动盘或该一个或多个对应旋转马达的关节运动接头调整，以补偿硬止动器。
[0007]用于补偿外科工具的端部执行器与硬止动器之间的碰撞的一种示例性方法包括：
计算关节运动驱动盘或一个或多个对应旋转马达对应旋转马达的关节运动接头位置，用于该端部执行器在对应于连接该端部执行器的轴的纵向轴线的平面中的关节运动；计算该关节运动驱动盘或该一个或多个对应旋转马达对应旋转马达的关节运动接头扭矩；基于该关节运动接头位置和该关节运动接头扭矩来确定扭矩比；以及响应于该扭矩比来计算关节运动接头调整以补偿硬止动器。
附图说明
[0008]图1示出了包括外科机器人系统的示例性手术室环境。
[0009]图2示出了示例性外科工具。
[0010]图3示出了工具驱动器到外科工具的映射。
[0011]图4示出了用于外科工具的驱动系统的视图。
[0012]图5示出了用于外科工具的驱动系统的另一个视图。
[0013]图6示出了用于外科工具的驱动系统的击发子系统。
[0014]图7示出了用于外科工具的驱动系统的关节运动子系统。
[0015]图8示出了关节运动子系统的自上而下视图。
[0016]图9示出了用于外科工具的驱动系统的滚动子系统。
[0017]图10示出了用于外科工具的驱动系统的闭合子系统。
[0018]图11示出了用于闭合子系统的手动旋钮。
[0019]图12示出了用于工具驱动器和/或外科工具的控制器。
[0020]图13示出了用于硬止动器控制的控制系统的示例性框图。
[0021]图14示出了用于图13的硬止动器控制的扭矩比确定的角度范围。
具体实施方式
[0022]以下实施方案涉及用于机器人内窥镜式外科器械的控制系统。内窥镜式外科器械通常包括长而细的管，该管直接插入体内以观察内部器官或组织或以其他方式对内部器官或组织执行任务。内窥镜式外科器械可通过身体的切口或另一开口(诸如口或肛门)插入。内窥镜式外科器械可适于通过插管来将机器人远侧端部执行器精确放置在期望的外科部位处。这些机器人远侧端部执行器(例如，内切割器、抓紧器、切割器、缝合器、施夹器、进入装置、药物/基因治疗递送装置，以及使用超声、射频(RF)、激光等的能量装置)可以多种方式接合组织，以达到诊断或治疗的效果。
[0023]如在许多外科器械中一样，内窥镜式器械面临的一个问题是硬止动器的处理。硬止动器可以是刚性表面或物体，该刚性表面或物体可阻挡机器人端部执行器移动并阻止该机器人端部执行器遵循用户的输入命令。术语硬止动器可替代地指与物体的碰撞。硬止动器可以是外部刚性物体或机器人端部执行器内部机械硬止动器本身。当机器人端部执行器撞击硬止动器时，用户可能无法识别硬止动器。例如，当只有视觉反馈可用时，用户可能无法识别硬止动器，因为硬止动器在患者体内。在这种情况下，用户可能仍命令机器人端部执行器进一步移动抵靠硬止动器。但由于端部执行器无法移动，因此来自用户的额外接头命令可能转换成另外的马达位移/命令，该另外的马达位移/命令试图使端部执行器进一步移动抵靠硬止动器并且可能导致机器人的机械结构或外部物体的损坏。
[0024]下文的实施方案解决了这个问题，并且允许外科器械的关节运动接头与硬止动器(该硬止动器可能在器械的内部或外部)安全地碰撞，而不会对机器人和/或外部物体造成任何损坏。
[0025]图1是示出具有外科机器人系统100的示例性手术室环境的图。如图1所示，外科机器人系统100包括用户控制台110、控制塔130和外科机器人120，该外科机器人具有安装在外科平台124(例如，台或床等)上的一个或多个外科机器人臂122，其中具有端部执行器的外科工具附接到机器人臂122的远侧端部用于执行外科手术。机器人臂122示出为台式安装，但在其他构型中，机器人臂可安装在推车、天花板、侧壁或其他合适的支承表面中。
[0026]一般来讲，用户(诸如外科医生或其他操作员)可坐在用户控制台110处以远程操纵机器人臂122和/或外科器械(例如，远程操作)。用户控制台110可位于与机器人系统100相同的手术室中，如图1所示。在其他环境中，用户控制台110可以位于相邻或附近的房间中，或者从不同的建筑物、城市或国家中的远程位置远程操作。用户控制台110可包括座椅112、踏板114、一个或多个手持用户界面设备(UID)116和开本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于补偿外科工具的端部执行器与硬止动器之间的碰撞的设备，所述设备包括：工具驱动器，所述工具驱动器通过轴连接到所述端部执行器，所述工具驱动器具有由一个或多个对应旋转马达驱动的至少一个关节运动驱动盘，所述关节运动驱动盘对应于所述端部执行器在对应于将所述工具驱动器连接到所述端部执行器的所述轴的纵向轴线的平面中的关节运动；和一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：计算所述关节运动驱动盘或所述一个或多个对应旋转马达的关节运动接头位置；计算所述关节运动驱动盘或所述一个或多个对应旋转马达的关节运动接头扭矩；基于所述关节运动接头位置和所述关节运动接头扭矩来确定扭矩比；以及响应于所述扭矩比来计算针对所述关节运动驱动盘或所述一个或多个对应旋转马达的关节运动接头调整，以补偿硬止动器。2.根据权利要求1所述的设备，所述一个或多个处理器被配置为：使用所述关节运动接头调整来调整用户命令；以及向所述工具驱动器提供经调整的用户命令。3.根据权利要求1所述的设备，其中基于所述一个或多个对应旋转马达的至少一个测量出的马达位置与所述外科工具的至少一个属性常数之间的关系来计算所述关节运动接头位置。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述接头位置(θ
j
)的所述关系由下式提供：其中所述至少一个测量出的马达位置包括所述一个或多个对应旋转马达中的第一马达的第一马达位置(θ
m1
)和所述一个或多个对应旋转马达中的第二马达的第二马达位置(θ
m2
)，并且所述至少一个属性常数包括第一常数a和第二常数b。5.根据权利要求1所述的设备，基于所述一个或多个对应旋转马达的至少一个测量出的扭矩与所述外科工具的至少一个属性常数之间的关系来计算所述关节运动接头扭矩。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述接头扭矩(τ
j
)的所述关系由下式提供：其中所述至少一个测量出的扭矩包括所述一个或多个对应旋转马达中的第一马达的第一扭矩(τ_m1)和所述一个或多个对应旋转马达中的第二马达的第二扭矩(τ_m2)，并且所述至少一个属性常数包括第一常数a和第二常数b。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述接头扭矩(τ
j
)的所述关系是基于静力分析。8.根据权利要求1所述的设备，其中基于所述接头位置与位置阈值之间的至少一个比较或者所述接头扭矩与扭矩阈值之间的至少一个比较来确定所述扭矩比。9.根据权利要求1所述的设备，所述一个或多个处理器被配置为：当所述接头位置在由最小值(θ
jmin
)和最大值(θ
jmax
)界定的补偿范围内并且在由最小极限值(θ
jmin，limit
)和最大极限值(θ
jmax，limit
)界定的出界范围外时，计算接头位置百分比(Δ
θ)。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述接头位置百分比(Δθ)：在θ
j
<θ
jmin
时，为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓斌，D，
申请(专利权)人：威博外科公司，
类型：发明
国别省市：
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