[發明專利]控制纜線驅動末端執行器的方法

在審

• 申請號: 201980076907.7
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN113164204A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 布賴恩·羅克羅爾;成濟奇;法魯克·拉赫曼;德懷特·梅格蘭;布賴恩·韋爾斯;阿洛克·阿格拉瓦爾
• 申請（專利權）人: 柯惠LP公司
• 主分類號: A61B34/00
• 分類號: A61B34/00;A61B34/30;A61B17/00;A61B17/29;A61B90/00
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 劉憲鋒

一種控制手術機器人的末端執行器的方法，其包括：接收期望姿態；生成馬達轉矩；傳遞所述馬達轉矩；生成零位轉矩；生成期望轉矩；以及將所述期望轉矩傳遞到IDU，使得所述IDU將所述末端執行器移動到所述期望姿態。主控制器以三個DOF接收所述末端執行器的所述期望姿態。所述主控制器響應于接收到所述期望姿態而生成所述馬達轉矩。所述主控制器傳遞在副控制器中接收的所述馬達轉矩。所述副控制器生成零位轉矩以保持所述IDU的差動驅動機構的纜線中的張力。為所述IDU的每個馬達生成所述期望轉矩，以包括所述馬達轉矩和所述零位轉矩的總和。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年12月6日提交的美國臨時專利申請序列號62/776,285的權益和優先權，其全部內容在此引入作為參考。

背景技術

例如遠程手術系統等機器人外科手術系統用于執行微創外科手術過程，其與傳統的開放外科手術技術相比具有許多益處，包含疼痛較少、住院時間較短、能更快地恢復正?；顒印毯蹣O小、恢復時間減少以及對組織的損傷較小。

機器人外科手術系統可以具有多個機械臂，其響應于外科醫生查看由外科手術部位的圖像捕獲裝置捕獲的圖像時輸入裝置的移動而移動附接的器械或工具，例如圖像捕獲裝置、縫合器、電外科器械等。在外科手術過程中，每個工具都通過開口(自然的或切口的)插入患者體內，并定位成在手術部位操縱組織。開口布置在患者的身體周圍，使得手術器械可以用于協作地執行外科手術，并且圖像捕獲裝置可以查看手術部位。

在外科手術過程中，工具可以包括由一個或多個開環纜線控制的末端執行器?？赏ㄟ^控制纜線中的張力來操縱末端執行器。

持續需要用于控制纜線中的張力以操縱末端執行器的改進方法。

發明內容

在本公開的一個方面，一種控制手術機器人的末端執行器的方法包括：接收期望姿態；為每個馬達生成馬達轉矩；為每個馬達傳遞馬達轉矩；為每個馬達生成零位轉矩；為每個馬達生成期望轉矩；以及將期望轉矩傳遞到器械驅動單元(IDU)，使得IDU將末端執行器移動到期望姿態。主控制器以三個自由度(DOF)接收末端執行器的期望姿態。主控制器響應于接收到期望姿態而為IDU的每個馬達生成馬達轉矩。主控制器傳遞在副控制器中接收的馬達轉矩。副控制器為IDU的每個馬達生成零位轉矩以保持IDU的差動驅動機構的纜線中的張力。為IDU的每個馬達生成期望的轉矩，轉矩包括每個馬達的馬達轉矩和零位轉矩的總和。

在一些方面，為IDU的每個馬達生成零位轉矩還包括在末端執行器的鉗夾之間生成夾緊力。生成夾緊力可包括修改期望的姿態，使得末端執行器的鉗夾之間的鉗夾角度為負。所述方法可包括在生成夾緊力之前驗證末端執行器的鉗夾的位置小于夾緊閾值。所述方法可以包括當鉗夾具有大于釋放閾值的位置時釋放夾緊力。釋放閾值可以大于夾緊閾值。

在一些方面，為每個馬達生成零位轉矩包括副控制器接收來自IDU的感測轉矩。來自IDU的感測轉矩可影響IDU的每個馬達的零位轉矩。為每個馬達生成零位轉矩可以包括響應于相應馬達的感測轉矩來調節每個馬達的零位轉矩。調節每個馬達的零位轉矩可以包括對每個馬達的馬達轉矩施加增益。為每個馬達生成零位轉矩可以包括響應于所感測的轉矩為IDU的每對馬達調節牽引馬達的零位轉矩。

在某些方面，為每個馬達生成期望轉矩包括第三控制器接收馬達轉矩和零位轉矩，并將馬達轉矩和零位轉矩組合成包括馬達轉矩和零位轉矩的總和的期望轉矩。第三控制器可將所需轉矩傳遞到IDU。組合馬達轉矩和零位轉矩可以包括從IDU接收感測的轉矩，并且將增益施加到馬達轉矩和零位轉矩的總和，以確定期望的轉矩，使得感測的轉矩接近馬達轉矩和零位轉矩的總和。

在特定方面，副控制器響應于接收到IDU的每個馬達的馬達位置而生成每個馬達的零位轉矩。由副控制器接收到的馬達位置可以在接頭空間。轉換器，其位于所述IDU和所述副控制器之間，將馬達位置從馬達空間轉換到所述接頭空間。