本发明专利技术提供了机器人医疗系统，该机器人医疗系统能够进行接触感测和接触反应。机器人医疗系统可包括机器人臂和一个或多个传感器。该机器人医疗系统可以被构造成经由该一个或多个传感器来检测由外部对象施加在该机器人臂上的接触力或扭矩。响应于检测到该接触力或扭矩，并且根据确定该接触力或扭矩的量值介于接触力或扭矩下限和接触力或扭矩上限之间，该机器人医疗系统可根据所检测到的接触力或扭矩来启用该机器人臂上的第一组受控移动。来启用该机器人臂上的第一组受控移动。来启用该机器人臂上的第一组受控移动。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人臂的接触感测和接触反应的系统和方法
[0001]本文公开的系统和方法涉及机器人医疗系统，并且更具体地涉及机器人医疗系统的机器人控制臂。
技术介绍
[0002]机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创规程(诸如腹腔镜检查)和非侵入规程(诸如内窥镜检查)两者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。
[0003]这类机器人医疗系统可包括被配置成在给定医疗规程期间控制医疗工具的移动的机器人臂。为了实现医疗工具的期望位姿，机器人臂可以在设置过程期间或者在远程操作期间被放置成适当位姿。一些机器人使能的医疗系统可以包括臂支撑件(例如，杆)，该臂支撑件连接到机器人臂的相应基部并且支撑机器人臂。
技术实现思路
[0004]在机器人手术期间，机器人臂可能例如由于在机器人臂的远程操作下的移动而与相邻对象诸如患者、医护人员或手术室中的附件接触，从而导致对患者或医护人员的过大的接触力和/或扭矩。过大的接触力或扭矩可能在手术期间对患者或医护人员造成伤害和不适。在一些情况下，响应于这样的接触力和/或扭矩，机器人臂的一个或多个关节和/或连杆可以执行零空间运动以保持位姿(例如，插管的位置和/或取向的位姿)。在一些情况下，可能需要操作者在将机器人臂移动离开之前移动患者或到达输入控件。然而，这些动作可能带来与患者或手术室中的其他对象发生不期望的碰撞和接触的额外风险。
[0005]因此，需要改进的机器人医疗系统。特别地，需要一种机器人医疗系统，该机器人医疗系统检测机器人臂(例如，机器人臂的连杆、关节等)上的交互(例如，力和/或扭矩)，并且根据所检测到的力和/或扭矩的特性(例如，量值、方向、变化速率等)而采取某些适当的动作，诸如启用机器人臂的零空间运动、以合适的速度以及/或者在根据所检测到的力和/或扭矩的特性(例如，量值、方向、变化速率等)选择的方向上移动机器人臂的一个或多个关节和/或连杆，或者禁用远程操作等。这样有利地提高了手术期间患者和/或操作者的安全性。这还确保了在手术期间当外科医生驱动机器人臂中的一个或多个机器人臂时减少中断。
[0006]此外，如本文所公开的，传感器分布在机器人臂的多个区域，以检测机器人臂上的力和/或扭矩，并且根据所检测到的接触力或扭矩来启用机器人臂上的受控移动。因此，减少了医护人员在远程操作期间手动调节机器人臂的位姿、移动患者和/或重新定位自身等的操作负担。
[0007]在本公开的另一方面，机器人臂可包括至少一个冗余度自由度，可用于若干不同目标，同时将器械递送到期望位姿并且保持远程运动中心(RCM)。这些目标可包括运动学碰撞避免、关节极限避免、过度接触避免、用于手动臂重新定位的导纳零空间运动，以及将机
器人关节定位在优选位置处。在一些情况下，这些目标中的每个目标要求机器人臂的相应零空间运动。因为机器人臂具有可用于零空间运动的有限自由度，所以这些目标有时可能彼此冲突。因此，需要在各种操作状态下同时优化机器人臂的这些目标并且以平衡的、最佳的方式控制零空间运动。
[0008]如本文所公开的，机器人医疗系统可以通过识别机器人系统的多个任务来管理与各种目标相关联的零空间运动请求，每个任务可以请求机器人臂的相应零空间运动。机器人系统可以根据统一方案(例如，从许多可用方案中选择的一个方案，诸如排他性、切换或加权等)来对任务进行优先级排序，并且根据统一方案来确定机器人臂的零空间速度。在一些实施方案中，医疗机器人系统可以确定当前情况下每个零空间运动请求的“严重程度”或必要性(例如，生成具有合适的权重和定量测量的“成本函数”)，并且通过降低当前情况下零空间运动请求的聚合的“严重程度”(例如，优化成本函数)来确定机器人臂合适的零空间关节速度。机器人医疗系统然后基于使用统一方案确定的零空间关节速度来执行机器人臂的零空间运动，这对应于在这种情况下的竞争优先级(例如，安全性、功率消耗、效率、不同任务的目标和约束等)之间的适当平衡。
[0009]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。
[0010]根据本公开的一些实施方案，一种机器人系统包括机器人臂。机器人系统还包括一个或多个传感器。该机器人系统还包括一个或多个处理器和存储器。该存储器存储指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器经由一个或多个传感器来检测由外部对象施加在机器人臂上的接触力或扭矩。响应于检测到接触力或扭矩，根据确定接触力或扭矩的量值介于接触力或扭矩下限和接触力或扭矩上限之间，一个或多个处理器根据所检测到的接触力或扭矩来启用机器人臂上的第一组受控移动。
[0011]在一些实施方案中，启用机器人臂上的第一组受控移动包括激活机器人臂的零空间运动。
[0012]在一些实施方案中，存储器还包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器：响应于检测到接触力或扭矩，根据确定接触力或扭矩超过接触力或扭矩上限，禁用机器人系统的一部分的移动。
[0013]在一些实施方案中，存储器还包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器：响应于检测到接触力或扭矩，根据确定接触力或扭矩小于接触力或扭矩下限，放弃根据所检测到的接触力或扭矩来启用机器人臂上的第一组受控移动。
[0014]在一些实施方案中，一个或多个传感器包括一个或多个接触传感器。使用一个或多个接触传感器来检测接触力或扭矩。
[0015]在一些实施方案中，一个或多个接触传感器位于机器人臂的连杆上。
[0016]在一些实施方案中，机器人臂的连杆是远侧连杆或近侧连杆。
[0017]在一些实施方案中，一个或多个传感器包括多轴负荷传感器。使用多轴负荷传感器来检测接触力或扭矩。
[0018]在一些实施方案中，多轴负荷传感器包括位于机器人臂的远侧部分上的六轴负荷传感器。
[0019]在一些实施方案中，存储器还包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使
一个或多个处理器接收包括机器人臂的第一速度的第一用户命令。根据确定接触力的量值介于接触力下限和接触力上限之间，该一个或多个处理器(a)确定接触力的方向，(b)确定扭矩的方向，(c)确定由机器人臂的平移速度和接触力的方向形成的第一角度，以及(d)确定由机器人臂的旋转速度和扭矩的方向形成的第二角度。根据确定第一角度在第一角度阈值内并且第二角度在第二角度阈值内，一个或多个处理器启用机器人臂的一个或多个关节以第一速度移动。根据以下项中的至少一项，一个或多个处理器禁用机器人臂的移动：(i)确定第一角度超过第一角度阈值，或者(ii)确定第二角度超过第二角度阈值。
[0020]在一些实施方案中，根据用于检测接触力的一个或多个接触传感器的测量不确定性来确定第一角度阈值和第二角度阈值。
[0021]在一些实施方案中，存储器还包括指令，这些指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器接收第二用户命令，该第二用户命令包括机器人臂的所请求的速度本文档来自技高网...
【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：机器人臂；一个或多个传感器；一个或多个处理器；和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：经由所述一个或多个传感器来检测由外部对象施加在所述机器人臂上的接触力或扭矩；以及响应于检测到所述接触力或扭矩，根据确定所述接触力或扭矩的量值介于接触力或扭矩下限和接触力或扭矩上限之间，根据所检测到的接触力或扭矩来启用所述机器人臂上的第一组受控移动。2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，启用所述机器人臂上的第一组受控移动包括激活所述机器人臂的零空间运动。3.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：响应于检测到所述接触力或扭矩，根据确定所述接触力或扭矩超过所述接触力或扭矩上限，禁用所述机器人系统的一部分的移动。4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：响应于检测到所述接触力或扭矩，根据确定所述接触力或扭矩小于所述接触力或扭矩下限，放弃根据所检测到的接触力或扭矩来启用所述机器人臂上的所述第一组受控移动。5.根据权利要求1所述的机器人系统，其中：所述一个或多个传感器包括一个或多个接触传感器；并且使用所述一个或多个接触传感器来检测所述接触力或扭矩。6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，所述一个或多个接触传感器位于所述机器人臂的连杆上。7.根据权利要求6所述的机器人系统，其中，所述机器人臂的所述连杆是远侧连杆或近侧连杆。8.根据权利要求1所述的机器人系统，其中：所述一个或多个传感器包括多轴负荷传感器；并且使用所述多轴负荷传感器来检测所述接触力或扭矩。9.根据权利要求8所述的机器人系统，其中，所述多轴负荷传感器包括位于所述机器人臂的远侧部分上的六轴负荷传感器。10.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：接收包括所述机器人臂的第一速度的第一用户命令；根据确定所述接触力的所述量值介于接触力下限和接触力上限之间：a)确定所述接触力的方向；b)确定所述扭矩的方向；
c)确定由所述机器人臂的平移速度和所述接触力的所述方向形成的第一角度；以及d)确定由所述机器人臂的旋转速度和所述扭矩的所述方向形成的第二角度；根据确定所述第一角度在第一角度阈值内并且所述第二角度在第二角度阈值内，启用所述机器人臂的一个或多个关节以所述第一速度移动；以及根据以下项中的至少一项来禁用所述机器人臂的移动：(i)确定所述第一角度超过所述第一角度阈值，或者(ii)确定所述第二角度超过所述第二角度阈值。11.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，根据用于检测所述接触力的一个或多个接触传感器的测量不确定性来确定所述第一角度阈值和所述第二角度阈值。12.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：接收包括所述机器人臂的所请求的速度的第二用户命令；根据确定所述扭矩的所述量值介于所述扭矩下限和所述扭矩上限之间：确定所述扭矩的方向；确定由所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，M，
申请(专利权)人：奥瑞斯健康公司，
类型：发明
国别省市：
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