机器人接口定位确定系统及方法技术方案

本公开指向一种机器人手术系统，其包括具有机器人手臂和带一对钳夹构件的末端执行器的机器人手术装置。机头包括控制该手臂或末端执行器的挤捏接口、光学标记、加速计和将来自挤捏接口或加速计的数据传送至机器人手术装置的发射器。该系统进一步包括跟踪系统，以跟踪上述标记并且提供机头的位置或定向。处理器从跟踪系统接收(ⅰ)机头的位置或定向；并且从加速计接收(ii)测量的机头的加速度。处理器整合所测的加速度以建立超出跟踪系统的位置的第二位置。处理器基于从摄像机或加速计接收的数据控制机器人手臂和末端执行器的运动。

System and method for determining positioning of robot interface

The present disclosure is directed to a robotic surgical system comprising a robotic surgical device having a robotic arm and an end effector with a pair of clamping members. The head comprises a control arm or the end effector of the squeeze, marking, accelerometer and optical interface will squeeze the interface or from the accelerometer data transmitted to the robot operation device transmitter. The system further includes a tracking system to track the markings and provide the location or orientation of the head. The processor receives from the tracking system (I) head position or orientation; and receiving from the accelerometer (II) measurement of head acceleration. The processor integrates the measured acceleration to establish a second position beyond the tracking system. The processor to control the robot arm and the end effector from the camera or receiving data based on the movement of the accelerometer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及机器人手术系统。具体地，本公开指向一种用于控制机器人手术系统的手持式用户接口。
技术介绍
机器人手术系统已经被用于微创医疗操作。一些机器人手术系统包括支撑机器人手臂和安装至机器人手臂的手术器械或末端执行器(诸如手术钳或抓紧工具)的控制台。具有多个接头的机械输入装置由外科医生操纵来移动机器人手臂和/或安装至机器人手臂的手术器械。机械输入装置提供了该装置可以移动的有限活动范围，其根据接头和连接该接头的杆的构造而改变。通过扩大接头和/或杆以增加输入装置移动的工作空间和/或扩展末端执行器的输出活动，实现了更大的活动范围。扩大接头、杆和/或工作空间使得上述系统不太容易运输。扩展该末端执行器活动在输入装置的人机工程学缩放活动方面减小了末端执行器的微运动的精度，使得该系统不太精确。机器人系统和输入装置的尺寸可通过使用利用光学跟踪技术的无线输入装置而非机械输入装置来减小，无线输入装置诸如为光源和位置感应探测器。在光学输入装置将消除机械杆和接头的空间需求的同时，活动范围仍将受到位置探测器和光源的特性和构造的限制。通过扩展末端执行器活动也支持了更大的活动范围，并因此减小了手术系统的精度。存在对具有更大的活动范围的、容易运输的手术机器人输入装置的需求，该输入装置还应占地较小。还存在对支持更大的活动范围的光学跟踪输入装置的需求，其不会因扩展而减小末端执行器运动的精度。
技术实现思路
机器人手术系统可编程有另外的指令并且包括补充输入设备中的光学跟踪传感器的另外的非光学传感器。该另外的非光学传感器可配置成为输入设备提供超出光学传感器的活动范围的另外的活动范围。另外的编程指令可包括减小从光学传感器和非光学传感器获得的信号之间的位置计算误差的算法。这些算法还可在改变光学传感器和非光学传感器之间的位置计算的输入源时提供较平滑的过渡。一种机器人手术系统可包括机器人手术装置，所述机器人手术装置具有至少一个机器人手臂和末端执行器，所述末端执行器具有在所述机器人手臂的远侧端处的一对钳夹构件。所述系统还包括操作控制台。机头包括：挤捏接口，其构造成控制所述机器人手术装置上的所述末端执行器；至少一个标记；加速计，其构造成测量所述机头的加速度；以及发射器，其构造成将来自所述挤捏接口或加速计中的至少一个的数据传送至所述机器人手术装置。所述系统还包括跟踪系统，所述跟踪系统跟踪所述标记并且提供所述机头的位置或定向。控制器从所述跟踪系统接收所述机头的位置或定向或者从所述加速计接收所述机头的测量的加速度。所述控制器基于所述机头的位置、定向或加速度控制所述机器人手臂的运动。所述挤捏接口可包括一对挤捏构件。在一些方案中，所述一对挤捏构件可包括配置成测量所述挤捏构件的相对运动的至少一个挤捏传感器。所述一对挤捏构件的相对运动引起所述一对钳夹构件移动。测量的所述一对挤捏构件的相对运动乘以预定因子以引起所述一对钳夹构件的运动。在一些方案中，所述一对挤捏构件可包括测量施加至所述一对挤捏构件的力的力传感器。施加至所述一对挤捏构件的力引起所述一对钳夹构件移动到以下位置：在该位置处，对布置于所述一对钳夹构件之间的组织的闭合力被按比例地匹配给所述挤捏构件。所述机器人手术装置可包括多个机器人手臂并且所述机头可包括配置成选择其中一个机器人手臂的开关。在其他方案中，所述机头可包括配置成接合主设备或从设备的开关。在多个方案中，所述跟踪系统是光学跟踪系统、磁性跟踪系统或感应跟踪系统。在本公开的另一方案中，提供了一种用于控制机器人手术装置的手持式器械。所述手持式器械包括至少一个机头，所述机头具有：挤捏接口，其构造成控制机器人手术装置上的末端执行器；以及加速计，其配置成测量所述机头的加速度。所述机头还包括发射器，其配置成将来自所述挤捏接口或所述加速计中的至少一个的数据传送至机器人手术装置以控制机器人手术装置的运动。在本公开的又一方案中，提供了一种使用手持式接口控制机器人手术装置的方法。所述方法包括捕捉所述手持式接口上的多个光学标记的图像。所述手持式接口的位置或定向基于所述图像确定。加速度数据从所述手持式接口接收。所述机器人手术装置的运动基于所确定的所述手持式接口的位置或定向或者基于所述手持式接口的加速度数据来控制。所述机器人手术装置的位置或定向可基于所确定的所述手持式接口的位置或定向来控制。当所述手持式接口的位置和定向不能确定时，所述机器人手术装置的位置或定向可基于所述加速度数据来控制。所述加速度数据可被用以计算所述机器人手术装置的预估位置或定向。在一些方案中，确定所述手持式接口的位置或定向包括将所捕捉的图像与图像数据库进行比较。在其他方案中，确定所述手持式接口的位置或定向包括计算光学标记中的至少两个之间的至少两个距离。在一些方案中，所述机头的位置在所述机头可由所述光学标记确定的定向再次定位时通过调整机器人的非零速度运动而被带回到校准。在本公开的另一方案中，提供了一种利用具有末端执行器的机器人手术装置重新定向手持式接口的方法。所述方法包括检测工作区域中的所述手持式接口并且建立所述手持式接口相对于所述末端执行器的绝对位置和角度误差。检测所述手持式接口的运动并且计算所述手持式接口的位置偏移或角速度偏移。基于所计算的所述手持式接口的位置偏移或角速度偏移来将所述手持式接口的矢量校准为接近相对于所述末端执行器的运动的当前矢量。所计算的位置偏移或角速度偏移可为所述手持式接口的速度的分数乘子。所述分数乘子的大小可源自运动定向的偏移的大小和比例因子。所述比例因子可为无量纲因子、角度因子、量纲因子或时间因子。下面参照附图更详细地描述本公开的更多的细节和方案。附图说明当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见，其中：图1是根据本公开的实施例的机器人手术系统的示意图；图2是根据本公开的实施例示出的机头的图示；图3是图2的机头的示意图；图4是根据本公开的实施例的控制器的示意图；图5是描述根据本公开的实施例的跟踪算法的流程图；以及图6是描述根据本公开的实施例的校准算法的流程图。具体实施方式在此参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例并且可采用多种方式实施。熟知的功能或结构并未详细描述以避免不必要的细节使得本公开模糊不清。因此，在此所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。相同的参考标号在整个附图的描述中可指代相似或相同的元件。本说明书可使用词组“在某实施例中”、“在多个实施例中”、“在一些实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。为了这种说明的目的，以“A或B”的形式的词组意味着“(A)、(B)或者(A和B)”。为了这种说明的目的，以“A、B或C中的至少一个”的形式的词组意味着“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)”。术语“临床医生”指的是执行涉及在此描述的实施例的使用的医疗操作的任意医疗专业人员(即，医生、外科医生、护士等)。正如在附图中示出和下面的整个说明书中描述的，按照当参考在手术器械上的相对定位时的传统，术语“近侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人手术系统，包括：机器人手术装置，包括：至少一个机器人手臂；以及末端执行器，其具有在所述机器人手臂的远侧端处的一对钳夹构件；至少一个机头，所述机头包括：挤捏接口，其构造成控制所述机器人手术装置上的所述末端执行器；至少一个标记；加速计，其配置成测量所述机头的加速度；以及发射器，其配置成将来自所述挤捏接口或加速计中的至少一个的数据传送至所述机器人手术装置；跟踪系统，其配置成跟踪所述至少一个标记并且提供所述机头的位置或定向；以及控制器，其配置成从所述跟踪系统接收表示(ⅰ)所述机头的位置的数据和从所述加速计接收表示(ⅱ)所述机头的测量的加速度的数据，并且整合所述测量的加速度以建立超出所述跟踪系统的位置的第二位置，所述控制器配置成基于所述机头的位置或测量的加速度控制所述机器人手臂的运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.24 US 61/983,7451.一种机器人手术系统，包括：机器人手术装置，包括：至少一个机器人手臂；以及末端执行器，其具有在所述机器人手臂的远侧端处的一对钳夹构件；至少一个机头，所述机头包括：挤捏接口，其构造成控制所述机器人手术装置上的所述末端执行器；至少一个标记；加速计，其配置成测量所述机头的加速度；以及发射器，其配置成将来自所述挤捏接口或加速计中的至少一个的数据传送至所述机器人手术装置；跟踪系统，其配置成跟踪所述至少一个标记并且提供所述机头的位置或定向；以及控制器，其配置成从所述跟踪系统接收表示(ⅰ)所述机头的位置的数据和从所述加速计接收表示(ⅱ)所述机头的测量的加速度的数据，并且整合所述测量的加速度以建立超出所述跟踪系统的位置的第二位置，所述控制器配置成基于所述机头的位置或测量的加速度控制所述机器人手臂的运动。2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中，所述挤捏接口包括一对挤捏构件。3.根据权利要求2所述的机器人手术系统，其中，所述一对挤捏构件包括配置成测量所述一对挤捏构件的相对运动的至少一个挤捏传感器。4.根据权利要求3所述的机器人手术系统，其中，所述一对挤捏构件的相对运动引起所述一对钳夹构件移动。5.根据权利要求4所述的机器人手术系统，其中，测量的所述一对挤捏构件的相对运动乘以预定因子以引起所述一对钳夹构件的运动。6.根据权利要求2所述的机器人手术系统，其中，所述一对挤捏构件包括配置成测量施加至所述一对挤捏构件的力的力传感器。7.根据权利要求6所述的机器人手术系统，施加至所述一对挤捏构件的力引起所述一对钳夹构件移动到以下位置：在该位置处，对布置于所述一对钳夹构件之间的组织的闭合力被按比例地匹配给所述挤捏构件。8.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中，所述机器人手术装置包括多个机器人手臂并且所述机头包括配置成选择所述多个机器人手臂中的一个的开关。9.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中，所述跟踪系统是光学跟踪系统、磁性跟踪系统或感应跟踪系统。10.一种用于控制机器人手术装置的手持式器械，所述手持式器械包括：至少一个机头，所述机头包...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔·萨尔托尔，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国;US