用于基于对速度的测量或检测来检测用于医疗或外科远程操作的主从式机器人系统的不受约束主设备的操作异常的方法和相关的机器人系统技术方案

描述了一种用于识别在使用手持式

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于对速度的测量或检测来检测用于医疗或外科远程操作的主从式机器人系统的不受约束主设备的操作异常的方法和相关的机器人系统
[0001]本专利技术的技术背景


[0002]本专利技术涉及一种用于检测用于医疗或外科远程操作的主从式机器人系统的不受约束主设备的操作异常的方法，以及相应的用于医疗或外科远程操作的主从式机器人系统，该主从式机器人系统被配备以执行上述方法
。

技术介绍

[0003]在机器人远程操作的手术的背景下，对于用于医疗或外科远程操作的主从式机器人系统，实时评估主设备是否运行良好并在预期条件下操作，以确保有效的动作和患者安全是非常重要的，并且实时验证主设备并未在异常状况或情况下操作也是非常重要的
。
[0004]在具有不受约束的磁检测接口或光检测接口的主设备的背景下
、
以及在具有机械上受约束的接口的主设备的背景下，都具有这种需求
。
[0005]在机械上不受约束或“不接地”的主设备
(
最近作为有效和有利的解决方案出现，例如在同一申请人的文件
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于识别和确认和
/
或区分在使用主设备
(110
；
310
；
410、420
；
510
；
510、520
；
610、620
；
710
；
810
；
910
；
1010)
时的至少一个异常状况的方法，所述主设备为手持式的，适于由操作者手持，并且机械上不受约束，用于控制用于医疗或外科远程操作的机器人系统，其中，所述方法包括：
‑
检测或计算属于所述主设备或与所述主设备集成的至少一个点的速度向量
、
或与所述主设备唯一且严格关联的虚拟点的速度向量；
‑
基于至少一个检测到的所述速度向量
、
或基于至少一个检测到的位置向量的至少一个分量，识别和确认和
/
或区分至少一个可检测的异常状况，其中，所述可检测的异常包括以下异常中的至少一者：所述主设备的线速度过大
、
所述主设备的角速度过大
、
从设备无法跟随
、
所述主设备的过度振动
、
所述主设备的意外开启或异常开启，并且其中，所述可检测的异常中的每个异常与至少一个状态系统改变相关联，如果检测到所述异常，则执行所述至少一个状态系统改变，所述至少一个状态改变包括退出所述远程操作状态或暂停所述远程操作状态
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测或计算速度向量的步骤包括：
‑
检测属于所述主设备或与所述主设备集成的至少一个点的位置向量以及所述位置向量随时间的演变，或者检测与所述主设备唯一且严格关联的所述至少一个虚拟点的位置向量以及所述位置向量随时间的演变；
‑
基于检测到的所述位置向量和相应的随时间的演变，计算属于所述主设备或与所述主设备集成的至少一个点的速度向量
、
或与所述主设备唯一且严格关联的所述至少一个虚拟点的速度向量
。3.
根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测或计算速度向量的步骤包括：
‑
通过一个或多个速度传感器检测所述速度向量
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测或计算属于所述主设备或与所述主设备集成的所述至少一个点的线速度，或者检测或计算与所述主设备唯一且严格关联的所述至少一个虚拟点的线速度，并且
/
或者其中，检测或计算属于所述主设备或与所述主设备集成的所述至少一个点的角速度，或者检测或计算与所述主设备唯一且严格关联的所述至少一个虚拟点的角速度
。5.
根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，用于医疗或外科远程操作的所述机器人系统包括：
‑
所述主设备，所述主设备机械上不接地并且适于在手术期间由外科医生手持，并且被配置成检测所述外科医生的手动命令并产生相应的第一电命令信号；
‑
至少一个机器人从组件，所述至少一个机器人从组件包括至少一个从手术器械
(460、470
；
960)
，所述从手术器械被配置成以受所述主设备控制的方式对患者的解剖结构进行操作，从而所述主设备的运动导致所述从设备的期望和受控制的相应运动；
‑
控制单元，所述控制单元设置有计算机，所述控制单元被配置成从所述主设备接收所述第一电命令信号，基于所述第一电命令信号产生第二电命令信号，并且将所述第二电命令信号提供给所述机器人从组件以致动所述至少一个从手术器械；
其中，所述控制单元可操作地连接到所述一个或多个传感器以接收至少第三电信号，所述第三电信号表示检测到的或计算的所述速度向量，并且其中，所述识别和确认和
/
或区分至少一个可检测的异常的步骤由所述控制单元执行
。6.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述速度向量参考参考坐标系
。7.
根据权利要求6所述的方法，其中，用于医疗或外科远程操作的所述机器人系统包括操作控制台
(455
；
555
；
655)
，并且其中，所述参考坐标系与所述机器人系统控制台集成
。8.
根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，用于医疗或外科远程操作的所述机器人系统还包括至少一个跟踪系统，所述至少一个跟踪系统适于检测所述主设备在预定跟踪体积内的输入位置和取向和
/
或速度，从而所述从手术器械的致动取决于所述外科医生借助于所述主设备给出的手动命令，其中，所述参考坐标系由所述跟踪系统限定
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述主设备为手持式的且不受约束的主设备，所述手持式的且不受约束的主设备包括两个刚性部分
(180、190
；
780、790
；
1080、1090)
，所述两个刚性部分被约束成关于公共轴线相对旋转和
/
或平移，其中，所述检测和
/
或计算速度的步骤包括：
‑
检测和
/
或计算至少两个可检测点的线速度或角速度，第一点属于所述主设备的所述刚性部分中的一个或与之集成，且第二点属于所述设备的所述刚性部分中的另一个或与之集成；并且
/
或者
‑
检测和
/
或计算所述至少两个可检测点的线速度或角速度；和
/
或以下的另外点中的至少一者的线速度或角速度：所述两个检测到的点之间的中点和
/
或所述主设备的重心；和
/
或所述主设备的旋转接头
(OJ
；
775)
；和
/
或所述主设备的棱柱形接头
(1075)。10.
根据权利要求9所述的方法，其中，所述主设备的主体包括两个自由端头或端部，第一自由端头或端部属于所述主设备的所述刚性部分中的一个或与之集成，且第二自由端头或端部属于所述设备的所述刚性部分中的另一个或与之集成，并且其中，所述两个可检测点分别对应于所述主设备的所述两个自由端头或端部和
/
或与之相关联
。11.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当即使仅确定了所述异常中的一者时，所述系统状态改变是所述机器人系统立即退出所述远程操作状态，或者是立即暂停所述远程操作状态
。12.
根据权利要求
11
所述的方法，其中，所述方法还包括：
‑
当实时检测到先前检测到的异常的停止时，允许重启所述机器人系统的所述远程操作，或者
‑
即使实时检测到先前检测到的异常的停止也抑制所述机器人系统的远程操作的重启，并且重启用于准备和开始远程操作和
/
或初步重新一致操作的程序
。13.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可检测的异常是与所述主设备
的线速度过大或角速度过大相关联的异常，所述方法包括：
‑
将检测到的所述主设备的线速度或角速度与线速度阈值或角速度阈值进行比较；
‑
如果由所述主设备检测到的所述线速度或所述角速度超过所述线速度阈值或角速度阈值，则识别与所述主设备的速度过大相关联的所述异常
。14.
根据权利要求
13
所述的方法，其中，当检测到与所述主设备的线速度或角速度过大相关联的所述异常时，所述机器人系统退出所述远程操作
。15.
根据权利要求
13
所述的方法，其中，当检测到与所述主设备的线速度或角速度过大相关联的所述异常时，所述机器人系统进入不同的机器状态
。16.
根据权利要求
15
所述的方法，其中，所述不同的机器状态是暂停的远程操作状态，即受限制的远程操作，所述受限制的远程操作至少防止所述从设备的控制点的平移运动
、
或者限制所述从设备的控制点的旋转运动
、
或者防止所述从设备的控制点的所有运动
。17.
根据权利要求
16
所述的方法，其中，在所述受限制的远程操作步骤中，所述方法提供了执行与运动一致的步骤，在所述与运动一致的步骤中，所述从设备在取向上移动，从而在抑制所述从设备的平移时使所述从设备自身与所述主设备的取向一致
。18.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可检测的异常是与所述从设备无法跟随相关联的异常，并且其中，所述方法包括：
‑
将测量的所述主设备的线速度或角速度与速度阈值进行比较，所述速度阈值与所述从设备为保持在正确跟随所述主设备的状况下可容忍的最大线速度或角速度相关联；
‑
如果检测到的所述主设备的线速度或角速度超过与最大可容忍线速度或角速度相关联的所述速度阈值，则识别与所述从设备无法跟随相关联的所述异常
。19.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可检测的异常是与所述主设备的过度振动相关联的异常，其中，所述方法包括：
‑
检测或计数检测到的或计算的所述主设备的速度向量的方向改变的次数或频率；
‑
将所述方向改变的次数或频率与相应的阈值进行比较；
‑
如果计数或检测到的方向改变的所述次数或频率超过所述相应的阈值，则识别与所述主设备的过度振动相关联的所述异常
。20.
根据前述权利要求任一项所述的方法，其中，所述可检测的异常是与所述主设备的过度振动相关联的异常，其中，所述方法包括：
‑
检测速度向量模数的移动和
/
或变化；
‑
如果所述速度向量模数的移动和
/
或变化超过相应的阈值，则识别与所述主设备的过度振动相关联的所述异常
。21.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述主设备的主体包括两个刚性部分
(180、190
；
780、790)
，所述两个刚性部分被约束在接头
(OJ
；
775)
中，所述接头优选为弹性接头，以至少围绕限定所述主设备的主体的开启
/
闭合自由度的公共轴线旋转，并且其中，所述可检测的异常是所述主设备的意外开启或异常开启
。22.
根据权利要求
21
所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
‑
基于检测到的和
/
或计算的速度向量，计算所述主设备的主体的所述两个刚性部分的开启线速度；
‑
将计算的所述开启线速度与阈值线速度进行比较，所述阈值线速度能够取决于所述
弹性接头的弹性刚度；
‑
如果计算的所述开启速度大于所述阈值线速度，则识别与所述主设备的意外开启相关联的异常状况
。23.
根据权利要求
21
所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
‑
基于检测到的和
/
或计算的速度向量，计算所述主设备的主体的所述两个刚性部分的开启角速度；
‑
将计算的所述开启角速度与阈值角速度进行比较，所述阈值角速度能够取决于所述弹性接头的弹性刚度；
‑
如果计算的所述角速度大于所述阈值角速度，则识别与所述主设备的意外开启相关联的异常状况
。24.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可检测的异常是与跟踪参考系的原点的移位相关联的异常，其中，所述方法包括：
‑
计算用于所述主设备的位置测量的每个真实传感器或虚拟传感器的线速度；
‑
计算在给定的时间窗口内，每个速度向量是否能够由主常数分量来表示；
‑
计算所有得到的速度向量是否相互平行和相干，或者所有得到的速度向量是否属于适当的速度向量区；如果并未出现相互平行和相干的速度向量
、
或者属于适当的速度向量区的情况，则识别与所述跟踪参考系的原点的移位相关联的所述异常
。25.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测到所有以下可检测的异常：所述主设备的线速度过大
、
所述主设备的角速度过大
、
所述从设备无法跟随
、
所述主设备的过度振动
、
所述主设备的意外开启或异常开启
。26.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述机器人系统包括两个主设备，并且其中，所述方法包括：如果所述主设备中仅有一个主设备具有所述可检测的异常中的任何一者，则退出所述远程操作和
/
或暂停所述两个主设备的远程操作
。27.
一种用于管理在用于外科或医疗远程操作的主从式机器人系统的主设备中识别的异常的方法，所述方法包括以下步骤：执行用于识别至少一个异常状况的根据权利要求1至
26
中任一项所述的方法；如果确定所述异常中的至少任何一个异常，则立即停止或暂停所述远程操作和所述从设备的手术器械的运动
。28.
一种用于医疗或外科远程操作的机器人系统
(400)
，所述机器人系统包括：
‑
主设备
(110
；
310
；
410、420
；
510
；
510、520
；
610、620
；
710
；
810
；
910
；
1010)
，所述主设备机械上不接地并适于在手术期间由外科医生手持，并且被配置成检测所述外科医生的手动命令并产生相应的第一电命令信号；
‑
至少一个从设备
(440)
或机器人从组件，所述至少一个从设备或机器人从组件包括至少一个从手术器械
(460、470
；
960)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马特奥，
申请(专利权)人：医疗显微器具股份公司，
类型：发明
国别省市：