[發明專利]用于控制機器人操縱器或相關工具的系統和方法

在審

• 申請號: 202310551898.0
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN116370080A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: D·N·米勒爾;D·拉賓德蘭;K·M·蒂爾林
• 申請（專利權）人: 直觀外科手術操作公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20;B25J15/00;A61B34/30;A61B34/00;B25J9/16;B25J13/08;A61B34/37;A61B34/35;A61B90/00;A61B17/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升

本申請題為“用于控制機器人操縱器或相關工具的系統和方法”。一種系統包括用于控制醫療工具的運動的機器人操縱器。機器人操縱器包括接頭和被連接到接頭的連桿。連桿被配置為連接到醫療工具。系統的處理單元被配置為從接頭的編碼器接收第一數據。使用第一數據生成聯接在醫療工具的遠端處的工具尖端的第一參數的第一工具尖端估計。工具尖端的第一參數是工具尖端的位置或速度。從位于連桿的傳感器部分處或醫療工具處的傳感器系統接收第二數據。接頭基于使用第一數據和第二數據生成的第一工具尖端估計與第二工具尖端估計之間的第一差被控制。

本申請是于2018年11月9日提交的題為“用于控制機器人操縱器或相關工具的系統和方法”的中國專利申請2018800719815的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年11月10日提交的美國臨時申請62/584,377的優先權，該申請的全部內容通過引用被并入本文。

技術領域

本公開涉及用于執行機器人程序的系統和方法，且更具體地涉及用于控制的系統和方法，更具體地涉及用于控制機器人操縱器或與機器人操縱器相關聯的工具的系統和方法。

背景技術

機器人操縱器組件能夠被操作以控制工作空間中工具的運動。例如，這種機器人操縱器能夠被用于執行非醫療程序和醫療程序。作為一個具體示例，遠程操作的手術操縱器能夠被用于執行微創醫療程序。

在醫療技術中希望減少醫療程序期間受損的組織數量，從而減少患者的恢復時間、不適性和有害的副作用。例如，可以通過患者解剖結構中的自然孔口或通過一個或多個切口來執行微創技術。通過這些自然孔口或切口，臨床醫生可以插入醫療工具以到達目標組織定位。微創醫療工具包括諸如治療工具、診斷工具和手術工具之類的工具。微創醫療工具還可以包括諸如內窺鏡工具的成像工具，其提供患者解剖結構內的用戶可視化。

機器人操縱器可以被遠程操作，也可以是計算機輔助的。例如，工具可以由機器人操縱器組件保持以用于執行程序。但是，這種機器人操縱器組件和工具的靈活性可能會導致欠阻尼(under-damped)振動以及不希望的長建立時間(穩定時間，settling?time)。靈活性(順應性)可以被用于測量物理順應性、機械順應性、結構順應性以及在負載下偏轉的能力。在機器人操縱器組件(包括其基座、接頭和連桿)具有相對大的靈活性和/或具有相對大的連桿質量或慣性的示例中，機器人操縱器組件的命令運動或外部干擾可能會導致此類振動。這樣，包括順應性(例如，物理、機械和結構順應性)、阻尼(例如，包括粘性阻尼的物理阻尼，其中粘性阻尼元件(例如，潤滑劑摩擦)以與運動速度成比例的力抵抗運動)和質量/慣性的物理參數的組合導致較低的機械共振，而阻尼小于期望的阻尼。在程序期間，命令運動或外部干擾可能會激發這些低機械共振，從而引起不期望振動。在執行程序時，在機器人操縱器上的工具尖端或其他控制點經歷的此類振動可能會導致系統性能下降。例如，這種振動可能使計算機輔助系統難以實現或遵循工具的命令軌跡。

這種振動會對所有類型的機器人系統(包括醫療機器人系統)的控制產生負面影響。在醫療機器人示例中，這種振動可能使醫療機器人系統難以執行組織的命令操縱、成像系統的運動、針的插入、縫線的施加等。對于另一個示例，在一些實施方式中，在部分或全部程序期間，工具繞著遠程運動中心(也稱為“遠程中心”)移動。在某些情況下，振動可能導致遠程運動中心在手術或其他醫療程序期間移動，并且在進入端口處在身體壁上施加不希望的力。振動可能會導致工具(或保持工具的操縱器)的實際姿勢或運動偏離命令的姿勢或運動，以至于工具(或操縱器)的行為就像遠程中心已移動到從其定義位置的預定公差以外。即，與操縱器和/或工具的運動相關聯的虛擬支點的定位范圍是由振動引起的，以超過從限定的遠程運動中心的公差量。

因此，需要系統和方法來提供對機器人系統的更好控制，諸如通過減輕不希望的振動更好地控制機器人系統的操縱器，更好地控制由機器人系統保持的工具的尖端，以及更好地控制操縱器或由操縱器支撐的工具圍繞工具的遠程運動中心的運動。

發明內容