【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、本实施方案涉及用于微创外科手术(mis)的机器人系统。可利用机器人系统执行mis，该机器人系统包括一个或多个机器人臂，该一个或多个机器人臂用于基于来自远程操作者的命令来操纵外科工具。例如，机器人臂可在其远侧端部处支承各种外科端部执行器，包括缝合器、解剖刀、成像设备(例如，内窥镜)、夹钳和剪刀。在mis期间，外科医生使用机器人系统控制远程操作中的机器人臂和端部执行器。
2、与机器人臂组合的不同端部执行器具有不同数目的自由度(dof)。例如，缝合器在远程操作中具有五个dof。五个活动接合部和对应的dof包括器械上的两个接合部(例如，旋转和铰接以控制偏航)和机器人臂上的三个接合部(例如，球形旋转、球形俯仰和工具平移)。端部执行器仅以五个自由度定位和定向。再又如，内窥镜或超声手术刀在远程操作中具有四个dof。四个活动接合部和对应的dof包括器械上的一个接合部(例如，旋转)和机器人臂上的三个接合部(例如，球形旋转、球形俯仰和工具平移)。
3、在远程操作期间，用户使用具有更大数目的dof(诸如六个dof)的用户输入设备进行输入。这些用户在笛卡尔空间中的位姿命令被转换成接合部运动，使得器械以受控的精度沿循用户命令或输入。具有dof比输入少的工具不追踪来自用户输入的更任意的空间命令(位置和取向)。这可能在接合部命令中导致不期望的或不直观的行为，其中所命令的运动在对于机器人不可行的方向上。在用户输入未接地(例如，6个dof)的情况下，用户输入设备的运动不能被机械夹具或触觉反馈限制，以防止用户输入端部执行器不
技术实现思路
1、通过介绍，下文描述的优选实施方案包括用于外科机器人系统的远程操作的方法、系统、指令和计算机可读介质。用于端部执行器的位姿的用户输入被投影到该端部执行器能够到达的子空间中。例如，具有六个dof的用户输入被投影到五个dof子空间。六个dof的用户接口设备可用于基于该投影更直观地控制相对于该用户接口设备具有有限dof的该端部执行器。
2、在第一方面，提供了一种用于外科机器人系统的远程操作的方法。接收用于移动耦合到机器人臂的外科工具的用户输入。该用户输入具有六个自由度，其中该外科工具具有较少数目的自由度。该用户输入被投影到该较少数目的自由度。该机器人臂和该外科工具的接合部运动是利用逆向运动学根据投影的用户输入而求解的。该机器人臂和/或该外科工具基于来自该求解的解而移动。
3、在第二方面，提供了一种用于说明在外科机器人系统中的工具的有限自由度的方法。第一位姿从具有六个自由度的未接地的用户接口被投影到由机器人臂握持的外科工具的端部执行器的第二位姿。该第二位姿具有仅四个自由度或五个自由度。基于该第二位姿来控制该端部执行器。
4、在第三方面，提供了一种外科机器人系统。外科器械能够安装到机器人臂。该外科器械具有端部执行器，其中围绕一个轴线的旋转被耦合到围绕另一轴线的旋转。用户接口设备具有旋转中的三个自由度。控制器被配置为将用户命令从用于围绕该一个轴线旋转的该用户接口设备投影到围绕该一个轴线和该另一轴线的旋转。
5、本专利技术由以下权利要求书限定，并且本章节中的内容不应视为对那些权利要求的限制。针对一类权利要求(例如，方法)的任何教导可适用于另一类权利要求(例如，计算机可读存储介质或系统)。下文结合优选的实施方案论述本专利技术的其他方面和优点，并且可以随后独立地或组合地要求保护。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于外科机器人系统的远程操作的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收包括接收具有以三个自由度的旋转的所述用户输入，其中所述外科工具能够以两个自由度旋转；并且
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收包括从未接地的手持式用户接口设备接收所述用户输入，并且其中所述用户输入用于所述外科工具的端部执行器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，投影包括保持以三个自由度的平移以及将所述旋转从三个自由度减小到小于三个自由度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，接收包括接收作为所述用户输入的第一位姿或第一位姿变化，并且其中投影包括将所述位姿或所述位姿变化转换为所述外科工具能够实现的第二位姿或第二位姿变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在求解之前，接收和投影发生在用于所述外科工具的端部执行器的命令空间中，并且其中求解包括从用于所述端部执行器的所述命令空间转换为用于所述外科工具和所述机器人臂的接合部的接合部空间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，投影包括通过减去(1)围绕第三轴线的旋
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述用户输入采用旋转矩阵表示，并且其中投影包括将所述旋转矩阵表示转换为轴-角表示，在所述轴-角表示中进行投影，以及将所述投影的结果转换回所述旋转矩阵表示。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，投影包括投影由于平移和旋转之间的耦合而引起的旋转变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，投影由于所述耦合而引起的所述旋转变化包括利用说明所述机器人臂的远程运动中心的相似度变换进行投影。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所投影的用户输入是由于所述耦合和所述较少数目的自由度的所述投影而引起的所述旋转变化的函数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述函数是由于所述耦合而引起的所述旋转变化、所述较少数目的所述投影以及围绕所述三个轴线的所述旋转的乘积。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，求解包括作为最小二乘的最小化来求解。
14.一种用于说明在外科机器人系统中的工具的有限自由度的方法，所述方法包括：
15.根据权利要求14所述的方法，其中，投影包括通过减去(1)围绕第一轴线的旋转或在所述第一轴线上的平移与所述端部执行器的旋转或平移变化的点积乘以(2)围绕所述第一轴线的所述旋转或在所述第一轴线上的平移的乘积来利用轴-角表示进行投影。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，投影包括由于围绕第一轴线的所述旋转和平移之间的耦合而利用旋转或平移变化进行投影。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括接收来自用户接口的用户输入命令，所述第一位姿是作为所述用户输入命令提供的所述端部执行器的位姿。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二位姿具有仅五个自由度，所述五个度与所述六个度相比缺失的自由度是围绕第一轴线的旋转，并且其中投影包括保持平移中的三个自由度以及将围绕所述轴线的所述旋转投影到围绕第二轴线和第三轴线的旋转。
19.一种外科机器人系统，包括：
20.根据权利要求19所述的外科机器人系统，其中，所述控制器被配置为将所述用户命令投影到第一旋转变化并且将所述用户命令投影到由于所述耦合而引起的第二旋转变化，所述耦合在线性运动和旋转之间，投影的用户命令是所述第一变化和所述第二变化的函数，并且所述控制器被配置为利用逆向运动学根据所述投影的用户命令来求解所述机器人臂和所述外科器械的接合部运动。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于外科机器人系统的远程操作的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收包括接收具有以三个自由度的旋转的所述用户输入，其中所述外科工具能够以两个自由度旋转；并且
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收包括从未接地的手持式用户接口设备接收所述用户输入，并且其中所述用户输入用于所述外科工具的端部执行器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，投影包括保持以三个自由度的平移以及将所述旋转从三个自由度减小到小于三个自由度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，接收包括接收作为所述用户输入的第一位姿或第一位姿变化，并且其中投影包括将所述位姿或所述位姿变化转换为所述外科工具能够实现的第二位姿或第二位姿变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在求解之前，接收和投影发生在用于所述外科工具的端部执行器的命令空间中，并且其中求解包括从用于所述端部执行器的所述命令空间转换为用于所述外科工具和所述机器人臂的接合部的接合部空间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，投影包括通过减去(1)围绕第三轴线的旋转与所述用户输入的所述端部执行器的旋转变化的点积乘以(2)围绕所述第三轴线的所述旋转的乘积，来将用于围绕作为三个轴线的第一轴线、第二轴线和所述第三轴线的旋转的所述用户输入投影到围绕仅作为所述较少数目的所述第一轴线和所述第二轴线的旋转。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述用户输入采用旋转矩阵表示，并且其中投影包括将所述旋转矩阵表示转换为轴-角表示，在所述轴-角表示中进行投影，以及将所述投影的结果转换回所述旋转矩阵表示。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，投影包括投影由于平移和旋转之间的耦合而引起的旋转变化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，投影由于所述耦合而引起的所述旋转变化包括利用说明所述机器人臂的远程运动中心的相似度...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·克林贝尔，周仁斌，于浩然，
申请(专利权)人：威博外科公司，
类型：发明
国别省市：
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