【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文公开的系统和方法涉及机器人医疗系统，并且更具体地涉及控制用于医疗规程的机器人医疗系统的机器人控制臂。
技术介绍
1、机器人使能的医疗系统(例如机器人外科手术系统)能够执行多种医疗规程，包括诸如腹腔镜检查的微创规程和诸如内窥镜检查(例如，支气管镜、输尿管镜检查、胃镜等)的非侵入规程两者。
2、这类机器人医疗系统可包括被配置为在给定医疗规程期间控制医疗工具的移动的机器人臂。为了实现医疗工具的期望位姿，机器人臂可以在设置过程期间或者在远程操作期间被放置成特定位姿。一些机器人使能的医疗系统可以包括臂支撑件(例如，杆)，该臂支撑件连接到机器人臂的相应基部并且支撑机器人臂。
技术实现思路
1、在主-从机器人医疗系统(诸如，腹腔镜系统)中，外科医生能够通过操纵主设备(例如，外科医生控制台)上的控制器来操作附接到从设备(例如，机器人臂)的外科器械。在此类系统中，非常希望外科器械由外科医生精确地控制且没有振动。在一些情况下，外科器械的振动能够妨碍外科医生执行需要高精度的手术任务的能力。
2、给定用户输入(诸如手部运动)的频率分量，在典型的腹腔镜机器人手术中，存在至少两种方法来构建最小化来自器械尖端处的其他频率振动的机器人医疗系统。第一种方法涉及构建具有低自然频率和高阻尼比的“软”机器人臂(例如，软机器人)。第二种方法是构建具有高自然频率的刚性机器人臂。然而，这两种方法都面临重大的工程挑战。此外，此类方法可能限制机器人医疗系统的其他性能特性。
3、因此，需要一种
4、如本文所公开的，机器人医疗系统能够被配置为使用机器人医疗系统中的传感器和致动器来主动控制器械尖端振动。传感器能够是力和/或力矩传感器(例如，六轴力-扭矩传感器)、加速度计或惯性测量单元(imu)，其可以安装在机器人臂的远侧端部处(例如，在器械尖端附近)。
5、如本文所公开的，机器人医疗系统能够接收指定机器人臂的目标运动的输入。根据该输入，机器人医疗系统能够控制致动器以引起机器人臂的至少一部分的移动。在移动期间，传感器测量(例如，实时测量)作用在机器人臂(例如，机器人操纵器)的远侧端部上的一个或多个参数，诸如力、力矩、加速度、速度和/或位移，并且提供对应于所测量的参数的传感器信号。机器人医疗系统处理传感器信号，例如跨典型的机器人臂配置，通过针对接近机器人臂的第一自然频率的频率分量对传感器信号进行滤波。经处理的信号能够包括与器械尖端处的振动相关联的信号。机器人医疗系统根据经处理的信号生成一个或多个控制信号，以减少或抑制(例如，抵消)振动效应。
6、如本文所公开的，在生成控制信号之后，机器人医疗系统能够将控制信号与接收的输入组合，从而导致机器人臂维持对腹腔镜手术的期望位置的跟踪，同时衰减器械尖端处的振动。
7、如本文所公开的，机器人医疗系统能够使用过去的振动测量结果(例如，由传感器检测到的)来预测即将发生的移动期间的下一振动循环。除了经处理的信号(例如，经滤波的信号)之外，此预测还能够用于前馈控制模型以减少控制信号中的延迟。感测到的振动的建模与基于尖端振动的滤波信号相组合，能够用于抑制不期望的尖端振动。
8、因此，本文所公开的系统和/或方法通过使用机器人臂和传感器来抑制在机器人臂的有效载荷上的振动。所公开的系统和/或方法通过减少或消除器械尖端处的振动而不必重新设计具有改变的刚度和/或阻尼比的机器人臂，有利地改善了手术期间的患者安全性和/或用户体验。所公开的系统和/或方法衰减机器人臂的自然频率附近的振动，而不影响其在其他频率下的性能。
9、本公开的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，这些创新方面中没有一个独自负责本文所公开的期望属性。
10、根据本公开的一些实施方案，机器人医疗系统包括机器人臂和定位在机器人臂上的传感器。该机器人医疗系统还包括一个或多个处理器和存储器。存储器存储指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器接收指定机器人臂的目标运动的输入，并且提供对应于输入的第一致动信号以引起机器人臂的至少一部分的移动。在移动期间，一个或多个处理器从机器人臂的传感器接收一个或多个传感器信号，基于一个或多个接收的传感器信号生成一个或多个经处理的信号，根据一个或多个经处理的信号生成一个或多个控制信号，并且基于第一致动信号和一个或多个控制信号提供第二致动信号，使得抑制机器人臂的振动。
11、在一些实施方案中，第一致动信号对应于第一力，使得提供第一致动信号引起第一力被施加到机器人臂的至少一部分以启动机器人臂的至少一部分的移动。
12、在一些实施方案中，第二致动信号对应于第一致动信号和一个或多个控制信号的组合。
13、在一些实施方案中，存储器包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器确定机器人臂的一个或多个接头的运动。第一致动信号还基于一个或多个接头的运动。
14、在一些实施方案中，存储器包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器确定机器人臂的一个或多个接头的位置。一个或多个控制信号还基于一个或多个接头的位置。
15、在一些实施方案中，存储器包括指令，该指令在由该一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器通过基于频率分量对一个或多个接收的传感器信号进行滤波来生成一个或多个经处理的信号。
16、在一些实施方案中，对一个或多个接收的传感器信号进行滤波包括针对与机器人臂相关联的第一频率处的频率分量对一个或多个接收的传感器信号进行滤波。
17、在一些实施方案中，第一频率包括机器人臂的自然频率。
18、在一些实施方案中，第一频率高于与来自操作人员的操作运动相关联的频率。
19、在一些实施方案中，机器人臂包括一个或多个振动模式。存储器包括指令，该指令在由该一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器通过针对在机器人臂的每个振动模式下的频率分量对接收的传感器信号进行滤波来生成一个或多个经处理的信号。
20、在一些实施方案中，一个或多个接收的传感器信号包括时域参数。存储器包括指令，该指令在由该一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器：确定一个或多个接收的传感器信号中的相应接收的传感器信号的一个或多个频率分量、调整一个或多个频率分量的相应频率分量的振幅或相位中的至少一者以获得一个或多个经调整的频率分量、以及通过从一个或多个经调整的频率分量确定时域信号来生成一个或多个经处理的信号。
21、在一些实施方案中，存储器包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器使用固定滤波生成一个或多个经处理的信号。
22、在一些实施方案中，存储器包括指令，该指令在由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器使用自适应滤波生成一个或多个经处理的信号。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种机器人医疗系统，所述机器人医疗系统包括：
2.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
3.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
4.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
5.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
6.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
7.根据权利要求6所述的机器人医疗系统，其中对所述一个或多个接收的传感器信号进行滤波包括针对与所述机器人臂相关联的第一频率处的频率分量对所述一个或多个接收的传感器信号进行滤波。
8.根据权利要求7所述的机器人医疗系统，其中所述第一频率包括所述机器人臂的自然频率。
9.根据权利要求7所述的机器人医疗系统，其中所述第一频率高于与来自操作人员的操作运动相关联的频率。
10.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
11.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
12.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，
13.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：
14.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
15.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述传感器定位在所述机器人臂的远侧部分上。
16.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述传感器定位在所述机器人臂的一对接头之间。
17.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述传感器包括：力传感器、扭矩传感器、组合的力-扭矩传感器、加速度计或惯性测量单元(IMU)。
18.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
19.一种由医疗机器人系统执行的方法，所述医疗机器人系统包括机器人臂和定位在所述机器人臂上的传感器，所述方法包括：
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二致动信号对应于所述第一致动信号和所述一个或多个控制信号的组合。
22.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
23.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
24.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
25.根据权利要求24所述的方法，其中对所述一个或多个接收的传感器信号进行滤波包括针对与所述机器人臂相关联的第一频率处的频率分量对所述一个或多个接收的传感器信号进行滤波。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一频率包括所述机器人臂的自然频率。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一频率高于与来自操作人员的操作运动相关联的频率。
28.根据权利要求19所述的方法，其中：
29.根据权利要求19所述的方法，其中：
30.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
31.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
32.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
33.根据权利要求19所述的方法，其中所述传感器定位在所述机器人臂的远侧部分上。
34.根据权利要求19所述的方法，其中所述传感器定位在所述机器人臂的一对接头之间。
35.根据权利要求19所述的方法，其中所述传感器包括：力传感器、扭矩传感器、组合的力-扭矩传感器、加速度计或惯性测量单元(IMU)。
36.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种机器人医疗系统，所述机器人医疗系统包括：
2.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
3.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
4.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
5.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
6.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
7.根据权利要求6所述的机器人医疗系统，其中对所述一个或多个接收的传感器信号进行滤波包括针对与所述机器人臂相关联的第一频率处的频率分量对所述一个或多个接收的传感器信号进行滤波。
8.根据权利要求7所述的机器人医疗系统，其中所述第一频率包括所述机器人臂的自然频率。
9.根据权利要求7所述的机器人医疗系统，其中所述第一频率高于与来自操作人员的操作运动相关联的频率。
10.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
11.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
12.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：
13.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述存储器还包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：
14.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中：
15.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述传感器定位在所述机器人臂的远侧部分上。
16.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述传感器定位在所述机器人臂的一对接头之间。
17.根据权利要求1所述的机器人医疗系统，其中所述传感器包括：力传感器、扭矩传感器、组合的力-扭矩传感器、加速度计或惯性测量单元(imu)。
18.根据权利...
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