控制用于医疗远程操作或外科远程操作的机器人系统的方法以及使用该方法控制局部参考坐标系和机器人系统，该机器人系统具有通过操作员可运动的机械上无约束的主设备技术方案

描述了一种用于启动和

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制用于医疗远程操作或外科远程操作的机器人系统的方法以及使用该方法控制局部参考坐标系和机器人系统
，
该机器人系统具有通过操作员可运动的机械上无约束的主设备
[0001]本专利技术的技术背景
[0002]本申请的领域
[0003]本专利技术涉及一种用于控制用于医疗远程操作或外科远程操作的机器人系统的方法和系统
。
[0004]特别地，本专利技术涉及一种用于启动通过用于主从式
(master
‑
slave)
类型的外科远程操作的机器人系统执行的远程操作的方法和系统，该机器人系统具有主设备，该主设备在机械上无约束并且通过操作员可运动
。
[0005]现有技术的描述
[0006]在用于医疗远程操作或外科远程操作的主从式机器人系统的领域，已知的主控制台具有在机械上被约束的
、
机动化的腿，该主控制台作为“主控制器”设备
。
[0007]在这种情况下，当退出远程操作状态时，主设备的取向被锁定并保持经常与从设备对准；也可能发生主设备通过马达
(m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.
一种用于控制机器人系统的方法，所述机器人系统用于医疗远程操作或外科远程操作，其中，所述机器人系统包括至少一个主设备
(110)
以及至少一个从设备
(740)
，所述至少一个主设备是手持式的
、
机械上无约束
、
并且适于通过操作员
(150)
而运动，所述至少一个从设备包括适于由所述主设备
(110)
控制的手术器械
(170
；
770、780)
，其中，所述主设备
(110)
相对于所述主设备的可预定的单个纵向轴线
(X)
是功能对称的，其中，所述方法包括：
‑
相对于所述主设备的工作空间的主参考系
(MFO)
，检测所述主设备的局部参考系
(MF)
和所述主设备的纵向轴线
(X)
；
‑
定义多个局部参考系，所述多个局部参考系与所检测到的局部参考系功能等同，所述局部参考系围绕所述主设备的所述纵向轴线
(X)
旋转各自的角度；
‑
针对所述主设备的与所检测到的局部参考系功能等同的所述多个局部参考系中的每个所述局部参考系，在所述从设备的工作空间中映射对应的目标参考系；
‑
根据所述从设备的轨迹的优化标准，从与所检测到的局部参考系功能等同的所述多个局部参考系中选择操作参考系
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中，
‑
检测步骤还包括检测所述主设备的所述纵向轴线
(X)
的取向
(MF)
；
‑
映射步骤还包括在所述从设备的工作空间中映射对应的目标取向
(MFS)
；
‑
选择步骤包括选择操作参考系，使得相关联的目标姿势是最佳的，以趋同于所述对应的目标取向
(MFS)。3.
根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，在所述主设备与所述从设备之间的通用的对准步骤期间执行所述方法，和
/
或，在所述从设备的所述手术器械尚未与所述主设备对准的条件下执行所述方法
。4.
根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，在所述从设备的所述手术器械尚未与所述主设备对准的条件下，在所述主设备与从设备之间的有运动的对准或无运动的对准步骤期间执行所述方法，其中，所述从设备能够运动，以将所述手术器械的取向与所述主设备的取向对准；其中，所述方法还包括以下步骤：
‑
基于如在所述从设备的所述工作空间中映射的所述主设备的取向与所述从设备的取向，执行一个或多个对准检查；
‑
表示所述主设备相对于所选择的所述操作参考系的取向；
‑
将相对于所选择的所述操作参考系表示的所述主设备的所述取向映射到所述从设备的所述工作空间中的所述对应的目标取向，即，在所述主设备的所述取向与所述从设备的所述手术器械的目标取向之间建立一对一的关联；
‑
基于所述从设备的所述目标取向，执行所述从设备与所述主设备之间的对准，所述从设备的所述目标取向通过映射相对于所选择的所述操作参考系表示的所述主设备的所述取向而获得
。5.
根据权利要求1所述的方法，其中，不同的局部参考系之间的旋转角度相同，即，在提供数量
N
的局部参考系的情况下彼此旋转2π
/N
的角度
。
6.
根据权利要求5所述的方法，其中，包括两个局部参考系：第一局部参考系
(MF
‑
ID)
，所述第一局部参考系与所述主设备集成；以及第二局部参考系
(MF
‑
FLIP)
，所述第二局部参考系与所述主设备集成并且相对于所述第一局部参考系
(MF
‑
ID)
围绕所述主设备的所述纵向轴线
(X)
旋转
180
°
。7.
根据权利要求6所述的方法，其中，定义第一局部参考系
(MF
‑
ID)
和第二局部参考系
(MF
‑
FLIP)
的步骤包括：
‑
基于所检测到的主设备的取向来定义所述第一局部参考系，并且将恒等变换函数
(ID)
与所述第一局部参考系相关联；
‑
通过将旋转变换函数
(FLIP)
应用于所述第一局部参考系来定义所述第二第一局部参考系，所述旋转变换函数由相对于所述纵向轴线
(X)
的
180
°
旋转矩阵来表示；其中，选择操作参考系的所述步骤包括从所述恒等函数
(ID)
和旋转函数
(FLIP)
中选择待应用于所述参考系的函数
。8.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述主设备相对于所述纵向轴线
(X)
具有轴对称性，其中，所述机器人系统对于所述主设备围绕所述纵向轴线
(X)
的任何旋转不需要相对于所述纵向轴线
(X)
对准，因而使得能够进入远程操作步骤和
/
或在远程操作步骤中操作
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述主设备相对于所述纵向轴线
(X)
是几何对称的
。10.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述从设备，特别是所述从设备的控制点，相对于从设备轴线可运动，所述从设备轴线根据预定的相关性与所述主设备的所述纵向轴线
(X)
相关
。11.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述从设备的所述手术器械相对于从设备轴线是几何对称的和
/
或功能对称的
。12.
根据权利要求1至
11
中任一项所述的方法，其中，所述从设备包括接头，所述接头适于允许关于一个或多个自由度的旋转和
/
或移动，其中，一个或多个选择标准包括：
‑
计算所述从设备的所述接头的取向和
/
或位置与所述主设备的目标取向之间的第一距离，所述第一距离映射在所述从设备的工作空间中，相对于所述第一局部参考系来表示；
‑
计算所述从设备的所述接头的取向和
/
或位置与所述主设备的所述目标取向之间的第二距离，所述第二距离映射在所述从设备的所述工作空间中，相对于所述第二局部参考系来表示；
‑
根据所述第一距离较短还是所述第二距离较短，分别选择所述主设备的所述第一局部参考系或所述第二参考系
。13.
根据权利要求1至
11
中任一项所述的方法，其中，一个或多个选择标准包括：
‑
选择所述局部参考系，所述局部参考系确定映射在所述从设备的所述工作空间中的所述主设备的结果姿势和
/
或取向，以使在所述从设备的所述工作空间中相对于与所述从设备相关联的所述参考系的轴线角度误差最小
。14.
根据权利要求1至
11
中任一项所述的方法，其中，一个或多个选择标准包括：
‑
选择所述局部参考系，所述局部参考系确定映射在所述从设备的所述工作空间中的所述主设备的结果姿势和
/
或取向，以使与所述从设备的所述工作空间的预定义限制的距
离最大
。15.
根据权利要求1至
11
中任一项所述的方法，其中，一个或多个选择标准包括：
‑
选择所述局部参考系，所述局部参考系确定映射在所述从设备的所述工作空间中的所述主设备的结果姿势和
/
或取向，使得所述从设备向所述主设备的所述结果姿势和
/
或取向趋同所需的轨迹在行进的角距离和
/
或需要的对准时间方面是最短的，和
/
或优化与患者安全相关的标准
。16.
根据权利要求
15
所述的方法，其中，所述从设备向所述主设备的所述结果姿势和
/
或取向趋同所需的所述轨迹考虑了靠近所述从设备的任何障碍物和
/
或关键区域
。17.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述对准步骤包括多个控制循环，其中，选择所述局部参考系的所述步骤在所述对准步骤的每个所述控制循环中执行，或者仅在所述对准步骤开始时执行，和
/
或，其中，所述对准步骤包括：无运动的对准子步骤，在所述无运动的对准子步骤中，所述从设备的手术器械不能运动；以及有运动的对准子步骤，在所述有运动的对准子步骤中，所述从设备的手术器械能够运动，其中，仅在所述无运动的对准子步骤期间执行选择所述局部参考系的所述步骤
。18.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法用于启动和
/
或准备和
/
或执行由所述机器人系统执行的远程操作，所述器人系统用于医疗远程操作或外科远程操作
。19.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述远程操作步骤期间，在由于所述操作员在低于预定时间阈值的短时间内发生的操纵而存在围绕所述纵向轴线
(X)
的旋转运动的情况下，所述方法包括：
‑
将所述操作参考系从局部操作参考系中的一者切换到另一者；和
/
或
‑
仅涉及从属于由所述主设备的所述纵向轴线
(X)
控制的那些运动的运动，将所述从设备的从属运动解耦，直到所述主设备的滚动速度下降到所述时间阈值以下
。20.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在有限的远程操作的阶段和
/
或暂停的远程操作的阶段期间，其中，所述从设备仅对于一些可控自由度从属于所述主设备，所述方法包括在由于所述操作员在低于预定时间阈值的短时间内发生的操纵而存在围绕所述纵向轴线
(X)
的旋转运动的情况下，重新评估所述多个局部操作参考系中的哪一个用于计算所述主设备的目标取向
。21.
根据权利要求
19
或
20
所述的方法，其中，由于所述操作员的所述操纵，使得围绕所述纵向轴线
(X)
的所述旋转运动与
180
°
旋转对应
。22.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述对准步骤结束之后，基于在所述对准步骤期间选择的所述操作参考系，通过表示目标设备的当前取向以及由此表示所述从设备的从属取向，执行所述远程操作步骤，或者，其中，在所述对准步骤期间选择的最后一个变换函数用在随后的远程操作的整个持续时间内
。23.
一种机器人系统，所述机器人系统用于医疗远程操作或外科远程操作，所述机器人系统包括至少一个主设备
(110)
以及至少一个从设备
(740)
，所述至少一个主设备是手持式
的
、
机械上无约束并且适于通...

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