手术机器人臂上不期望的力的检测制造技术

某些方面涉及用于检测一个或更多个手术机器人臂上的不期望的力的系统和技术。在一个方面中，提供了一种系统，该系统包括机器人臂，该机器人臂包括：两个连杆、接合件、扭矩传感器和仪器装置操纵器(IDM)。该系统还可以包括处理器，该处理器配置成基于扭矩传感器的输出来测量接合件处的第一扭矩值，并且基于机器人臂的位置来确定接合件处的第二扭矩值。该第二扭矩值可以指示两个连杆之间的扭矩的重力分量。处理器还可以被配置成基于第一扭矩值与第二扭矩值之间的差来确定IDM处的力，并且基于IDM处的力来确定机器人臂是否已经与物体碰撞或未对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】手术机器人臂上不期望的力的检测
本文中所公开的系统和方法涉及手术机器人系统，并且更具体地涉及手术机器人系统中的一个或更多个机器人臂上的不期望的力的检测。
技术介绍
医疗手术比如内窥镜检查(例如，支气管镜检查)可以包括将医疗工具插入患者的管腔网络(例如，气道)中以用于诊断和/或治疗目的。手术机器人系统可以用于在医疗手术期间插入和/或操纵可转向仪器工具。手术机器人系统可以包括至少一个机器人臂，所述至少一个机器人臂包括仪器装置操纵器(IDM)组件，该仪器装置操纵器(IDM)组件可以用于在医疗手术期间对可转向仪器的定位进行控制。
技术实现思路
本公开的系统、方法和装置各自具有若干创新的方面，所公开的系统、方法和装置中没有单独的一者单独地对本文中所公开的期望属性负责。在一个方面中，提供了一种系统，该系统包括第一机器人臂、处理器和存储器，所述第一机器人臂包括：至少两个连杆；至少一个接合件，所述至少一个接合件连接至少两个连杆；至少一个扭矩传感器，所述至少一个扭矩传感器配置成检测至少两个连杆之间的扭矩；以及仪器装置操纵器(IDM)，该仪器装置操纵器(IDM)连接至第一机器人臂的远端端部，存储器存储使处理器进行下述操作的计算机可执行指令：基于扭矩传感器的输出测量至少一个接合件处的第一扭矩值；基于第一机器人臂的位置确定至少一个接合件处的第二扭矩值，第二扭矩值指示至少两个连杆之间的扭矩的重力分量；基于第一扭矩值与第二扭矩值之间的差确定IDM处的第一力；以及基于IDM处的第一力确定第一机器人臂是否已经与物体碰撞。在另一方面中，提供了一种非暂时性的计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有存储在其上的、在执行时使至少一个计算装置进行下述操作的指令：基于扭矩传感器的输出测量第一机器人臂的接合件处的第一扭矩值，第一机器人臂包括通过接合件连接的两个连杆、构造成检测两个连杆之间的扭矩的扭矩传感器、以及连接至第一机器人臂的远端端部的仪器装置操纵器(IDM)；基于第一机器人臂的位置确定接合件处的第二扭矩值，第二扭矩值指示两个连杆之间的扭矩的重力分量；基于第一扭矩值与第二扭矩值之间的差确定IDM处的第一力；以及基于IDM处的第一力确定第一机器人臂是否已经与物体碰撞。在又一方面中，提供了一种定位第一机器人臂的方法，该方法包括：基于扭矩传感器的输出测量第一机器人臂的接合件处的第一扭矩值，第一机器人臂包括通过接合件连接的两个连杆、构造成检测两个连杆之间的扭矩的扭矩传感器、以及连接至第一机器人臂的远端端部的仪器装置操纵器(IDM)；基于第一机器人臂的位置确定接合件处的第二扭矩值，第二扭矩值指示两个连杆之间的扭矩的重力分量；基于第一扭矩值与第二扭矩值之间的差确定IDM处的第一力；以及基于IDM处的第一力确定第一机器人臂是否已经与物体碰撞。附图说明将在下文中结合附图描述所公开的方面，提供附图是用于对所公开的方面进行图示而非限制，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图1图示了布置成用于诊断和/或治疗支气管镜检查手术的基于手推车的机器人系统的实施方式。图2描绘了图1的机器人系统的其他方面。图3图示了布置成用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方式。图4图示了布置成用于血管手术的图1的机器人系统的实施方式。图5图示了布置成用于支气管镜检查手术的基于台面的机器人系统的实施方式。图6提供了图5的机器人系统的替代性视图。图7图示了构造成存放机器人臂的示例系统。图8图示了构造成用于输尿管镜检查手术的基于台面的机器人系统的实施方式。图9图示了构造成用于腹腔镜检查手术的基于台面的机器人系统的实施方式。图10图示了具有俯仰或倾斜调节的图5至图9的基于台面的机器人系统的实施方式。图11提供了位于图5至图10的基于台面的机器人系统的台面与柱之间的接合的详细图示。图12图示了示例性仪器驱动器。图13图示了具有成对的仪器驱动器的示例性医疗仪器。图14图示了用于仪器驱动器和仪器的替代性设计，其中，驱动单元的轴线平行于仪器的长形轴的轴线。图15描绘了图示根据示例实施方式的定位系统的框图，该定位系统对图1至图10的机器人系统的一个或更多个元件的位置、比如图13和图14的仪器的位置进行估算。图16图示了根据本公开的方面的基于手推车的机器人系统的实施方式，该基于手推车的机器人系统可以构造成检测机器人臂的碰撞。图17是图示了根据本公开的方面的用于确定施加至机器人臂的力并且检测碰撞的示例步骤的流程图。图18图示了根据本公开的方面的机器人臂的自由体示意图，该自由体示意图用于对用于计算施加至机器人臂的力的技术进行描述。图19A是图示了根据本公开的方面的在医疗仪器的插入期间所测量的力的示例的曲线图。图19B是图示了根据本公开的方面的在医疗仪器的插入期间所测量的、可以指示碰撞事件的力的示例的曲线图。图19C是图示了根据本公开的方面的在医疗仪器的插入期间所测量的、可以指示未对准事件的力的示例的曲线图。图20是图示了根据本公开的方面的可以由手术机器人系统、或手术机器人系统的部件操作的用于检测碰撞或未对准的示例方法的流程图。图21是图示了根据本公开的方面的可以由手术机器人系统、或手术机器人系统的部件操作的用于检测碰撞的示例方法的流程图。具体实施方式1.综述本公开的各方面可以结合到机器人实现的医疗系统中，该机器人实现的医疗系统能够执行多种医疗手术，所述多种医疗手术包括比如腹腔镜检查的微创手术以及比如内窥镜检查的无创手术两者。在内窥镜检查手术之中，该系统能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。除了执行广泛的手术外，该系统还可以提供额外的益处，比如增强的成像和用以协助医师的指导。另外，系统可以为医师提供从符合人体工程学的位置执行手术而无需尴尬的臂动作和位置的能力。更进一步地，系统可以为医师提供以改善的易用性执行手术使得可以通过单个用户控制系统的仪器中的一个或更多个仪器的能力。出于说明的目的，下面将结合附图对各种实施方式进行描述。应当理解的是，所公开的概念的许多其他实施方案是可能的，并且使用所公开的实施方案可以获得各种优点。在本文中包括标题以用于参照并且帮助定位各个部分。这些标题不意在对关于所述标题描述的概念的范围进行限制。这些概念可以在整个说明书中具有适用性。A.机器人系统-手推车机器人实现的医疗系统可以根据特定手术以多种方式构造。图1图示了基于手推车的机器人实现的系统10的实施方式，该系统10布置成用于诊断和/或治疗性支气管镜检查手术。在支气管镜检查期间，系统10可以包括手推车11，该手推车11具有一个或更多个机器人臂12，以将医疗仪器比如可转向内窥镜13——该可转向内窥镜13可以是用于支气管镜检查的手术专用的支气管镜——递送至天然的孔口进入点(即，在本示例中为定位在台面上的患者的口)，从而递送诊断和/或治疗工具。如所示出的，手推车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n第一机器人臂，所述第一机器人臂包括：/n至少两个连杆，/n至少一个接合件，所述至少一个接合件连接所述至少两个连杆，/n至少一个扭矩传感器，所述扭矩传感器配置成检测所述至少两个连杆之间的扭矩，以及/n仪器装置操纵器(IDM)，所述仪器装置操纵器(IDM)连接至所述第一机器人臂的远端端部；/n处理器；以及/n存储器，所述存储器存储用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：/n基于所述扭矩传感器的输出测量所述至少一个接合件处的第一扭矩值，/n基于所述第一机器人臂的位置确定所述至少一个接合件处的第二扭矩值，所述第二扭矩值指示所述至少两个连杆之间的扭矩的重力分量，/n基于所述第一扭矩值与所述第二扭矩值之间的差确定所述IDM处的第一力，以及/n基于所述IDM处的所述第一力确定所述第一机器人臂是否已经与物体碰撞。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171010 US 15/729,5691.一种系统，包括：
第一机器人臂，所述第一机器人臂包括：
至少两个连杆，
至少一个接合件，所述至少一个接合件连接所述至少两个连杆，
至少一个扭矩传感器，所述扭矩传感器配置成检测所述至少两个连杆之间的扭矩，以及
仪器装置操纵器(IDM)，所述仪器装置操纵器(IDM)连接至所述第一机器人臂的远端端部；
处理器；以及
存储器，所述存储器存储用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
基于所述扭矩传感器的输出测量所述至少一个接合件处的第一扭矩值，
基于所述第一机器人臂的位置确定所述至少一个接合件处的第二扭矩值，所述第二扭矩值指示所述至少两个连杆之间的扭矩的重力分量，
基于所述第一扭矩值与所述第二扭矩值之间的差确定所述IDM处的第一力，以及
基于所述IDM处的所述第一力确定所述第一机器人臂是否已经与物体碰撞。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
响应于确定所述第一机器人臂已经与所述物体碰撞而对所述第一机器人臂与所述物体之间的碰撞的指示进行编码，以及
将经编码的碰撞的指示提供至配置为呈现经编码的数据的显示器。


3.根据权利要求1所述的系统，还包括：
可转向仪器，所述可转向仪器构造成通过所述IDM沿着第一轴线的运动而在患者体内被驱动，
其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
确定施加至所述IDM的所述第一力的沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线的第一分量，以及
确定所述第一力的所述第一分量大于第一阈值，
其中，还基于确定所述第一力的所述第一分量大于所述第一阈值来确定所述第一机器人臂已经与所述物体碰撞。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
确定施加至所述IDM的所述第一力的沿着所述第一轴线第二分量，以及
确定所述第一力的所述第二分量大于第二阈值，
其中，还基于确定所述第一力的所述第二分量大于所述第二阈值来确定所述第一机器人臂已经与所述物体碰撞，所述第二阈值大于将所述可转向仪器插入所述患者体内的预期力。


5.根据权利要求1所述的系统，还包括：
可转向仪器，所述可转向仪器构造成在患者体内被驱动，所述可转向仪器包括第一医疗仪器和第二医疗仪器，所述第二医疗仪器构造成被驱动穿过所述第一医疗仪器的工作通道，所述第一机器人臂构造成沿着第一轴线驱动所述第一医疗仪器；以及
第二机器人臂，所述第二机器人臂构造成驱动所述第二医疗仪器穿过所述第一医疗仪器，
其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
检测所述第二机器人臂的IDM处的第二力，
确定所述第一力和所述第二力两者均大于阈值力，以及
响应于确定所述第一力和所述第二力两者均大于所述阈值力而确定所述第一机器人臂和所述第二机器人臂未对准。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
确定在检测所述第二力的时候插入数据指示所述第二医疗仪器正在被驱动穿过所述第一医疗仪器，
其中，还响应于确定所述插入数据指示所述第二医疗仪器正在被驱动穿过所述第一医疗仪器而确定所述第一机器人臂和所述第二机器人臂未对准。


7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
确定在测量所述第一扭矩值和所述第二扭矩值的时候插入数据指示所述第一医疗仪器正在被驱动到所述患者体内，
确定所述第一力大于所述阈值，以及
响应于确定所述插入数据指示所述第一医疗仪器正在被驱动并且确定所述第一力大于所述第一阈值而确定所述第一机器人臂与构造成将所述第一医疗仪器导引到所述患者体内的患者导引器未对准。


8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一医疗仪器和所述第二医疗仪器中的每一者包括以下中的一者：护套、引导件、针、钳子和刷子。


9.根据权利要求1所述的系统，还包括：
可转向仪器，所述可转向仪器构造成在患者体内被驱动，所述可转向仪器包括第一医疗仪器和第二医疗仪器，所述第二医疗仪器构造成被驱动穿过所述第一医疗仪器，所述第一机器人臂构造成沿着第一轴线驱动所述第一医疗仪器；以及
第二机器人臂，所述第二机器人臂构造成驱动所述第二医疗仪器穿过所述第一医疗仪器，
其中，所述存储器还包括用以使所述处理器进行下述操作的计算机可执行指令：
检测施加至所述第二机器人臂的IDM的第二力，
确定所述第一力和所述第二力沿相反的方向，
确定所述第一力与所述第二力的大小之间的差小于阈值差，以及
响应于确定所述第一力和所述第二力沿相反方向并且确定所述第一力与所述第二力的大小之间的所述差小于所述阈值差而确定所述第一机器人臂和所述第二机器人臂未对准。


10.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述机器人臂还包括至少一个位置传感器，所述位置传感器构造成测量所述至少两个连杆之间的角度，
所述存储器还包括用以使所述处理器基于所述位置传感器的输出确定力的计算机可执行指令，
所述扭矩传感器、马达和所述位置传感器位于所述接合件中，以及
所述扭矩传感器、所述马达和所述位置传感器中的每一者均联接至与所述接合件连接的所述两个连杆。


11.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质具有存储在其上的、在执行时使至少一个计算装置进行下述操作的指令：
基于扭矩传感器的输出测量第一机器人臂的接合件处的第一扭矩值，所述第一机器人臂包括：两个连杆，所述两个连杆由接合件连接；扭矩传感器，所述扭矩传感器配置成检测所述两个连杆之间的扭矩；以及仪器装置操纵器(IDM)，所述仪器装置操纵器(IDM)连接至所述第一机器人臂的远端端部；
基于所述第一机器人臂的位置确定所述接合件处的第二扭矩值，所述第二扭矩值指示所述两个连杆之间的扭矩的重力分量；
基于所述第一扭矩值与所述第二扭矩值之间的差确定所述IDM处的第一力；以及
基于所述IDM处的所述第一力确定所述第一机器人臂是否已经与物体碰撞。


12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，还具有存储在其上的、在执行时使至少一个计算装置进行下述操作的指令：
响应于确定所述第一机器人臂已经与所述物体碰撞而对所述第一机器人臂与所述物体之间的碰撞的指示进行编码，以及
将经编码的碰撞的指示提供至配置为呈现经编码的数据的显示器。


13.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述第一机器人臂还构造成通过所述IDM沿着第一轴线的运动而在患者体内驱动可转向仪器，所述非暂时性计算机可读存储介质还具有存储其上的、在执行时使至少一个计算装置进行下述操作的指令：
确定施加至所述IDM的所述第一力的沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线的第一分量；
确定所述第一力的所述第一分量大于第一阈值；以及
还基于确定所述第一力的所述第一分量大于所述第一阈值来确定所述第一机器人臂已经与所述物体碰撞。


14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储介质，还具有存储在其上的、在执行时使至少一个计算装置进行下述操作的指令：
确定施加至所述IDM的所述第一力的沿着所述第一轴线的第二分量；
确定所述第一力的所述第二分量大于第二阈值；以及
还基于确定所述第一力的所述第二分量大于所述第二阈值来确定所述第一机器人臂已经与所述物体碰撞，所述第二阈值大于将所述可转向仪器插入到所述患者体内的预期力。

【专利技术属性】
技术研发人员：林佳艺，钟书耘，
申请(专利权)人：奥瑞斯健康公司，
类型：发明
国别省市：美国;US