【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及控制手術機器人系統的鉗夾器械的夾持，以實現鉗夾的更一致的夾持力。
技術介紹
1、使用機器人來輔助和執行手術是已知的。圖1示出了典型的手術機器人100，該手術機器人由基座108和臂102組成。器械105聯接到臂。基座支撐機器人，并且本身剛性地附接到例如手術室地面、手術室天花板或推車。臂在基座與器械之間延伸。臂借助于沿其長度的多個柔性關節103而鉸接，所述多個柔性關節用于將手術器械相對于患者定位在期望位置。手術器械附接到機器人臂的遠端104。手術器械在端口107處穿過患者101的身體，以便進入手術部位。該器械在其遠端包括用于執行醫療程序的末端執行器106。
2、圖2示出了用于執行機器人腹腔鏡手術的典型手術器械200。手術器械包括器械接口201，手術器械借助于該器械接口連接到機器人臂。軸202在接口201與鉸接部203之間延伸。鉸接部203端接于末端執行器204。在圖2中，一對鋸齒狀鉗夾被示出為末端執行器204。鉸接部203允許末端執行器204相對于軸202移動。期望通過鉸接部向末端執行器204的運動提供至少兩個自由度。鉸接部允許末端執行器在偏航方向205上移動。器械鉗夾可在偏航方向205上一起和/或分離地移動。器械接口被構造成聯接到器械可接合的機器人臂的臂驅動組件。當器械與臂接合時，器械接口與驅動組件接合，從而將驅動力傳遞到器械。
3、圖3示出了具有從基座301延伸的臂300的手術機器人。該臂包括多個剛性肢體302。肢體通過轉動關節303聯接。最近側的肢體302a通過近側關節303a聯接到基座。
4、臂端接于附接件305以與器械306相接。適當地，器械306采取關于圖2描述的形式。器械的直徑小于8mm。適當地，器械的直徑為5mm。器械可以具有小于5mm的直徑。器械直徑可以是軸的直徑。器械直徑可以是鉸接部的輪廓的直徑。適當地，鉸接部的輪廓的直徑與軸的直徑匹配或比軸的直徑窄。附接件305包括用于驅動器械的鉸接部的驅動組件。驅動組件的可移動接口元件機械地接合器械接口的相應的可移動接口元件，以便將驅動力從機器人臂傳遞到器械。在典型手術期間，一種器械會數次更換為另一種器械。因此，在手術期間，器械可附接到機器人臂且可從機器人臂拆卸。驅動組件接口和器械接口的特征有助于它們在彼此接合時的對準，從而降低它們需要由用戶對準的準確性。
5、器械306包括用于執行手術的末端執行器。末端執行器可以采用任何合適的形式。例如，末端執行器可以是平滑的鉗夾、鋸齒狀鉗夾、夾持器、一對剪切鉗、用于縫合的針、相機、激光器、刀、吻合器、燒灼器、抽吸器。如關于圖2所述，所述器械包括器械軸與末端執行器之間的鉸接部。鉸接部包括允許末端執行器相對于器械的軸移動的若干關節。鉸接部中的關節由例如線纜的驅動元件致動。這些驅動元件在器械軸的另一端固定到器械接口的接口元件。因此，機器人臂按如下方式將驅動力傳遞到末端執行器：驅動組件接口元件的移動使器械接口元件移動，所述器械接口元件的移動使驅動元件移動，所述驅動元件的移動使鉸接部的關節移動，所述關節的移動使末端執行器移動。
6、用于電機、扭矩傳感器和編碼器的控制器分布在機器人臂內。控制器經由通信總線連接到控制單元309。控制單元309包括處理器310和存儲器311。存儲器311以非暫態方式存儲軟件，軟件可由處理器執行，以控制電機307的操作以使臂300以本文所述的方式操作。具體而言，軟件可以控制處理器310以使電機(例如經由分布式控制器)根據來自傳感器308的輸入以及來自外科醫生命令接口312的輸入進行驅動。控制單元309聯接到電機307，以根據由軟件的執行所產生的輸出來驅動它們。控制單元309聯接到傳感器308以接收來自傳感器的感測輸入，并且聯接到命令接口312以從其接收輸入。例如，相應的聯接可以各自是電纜或光纜，和/或可以通過無線連接來提供。命令接口312包括一個或多個輸入裝置，由此用戶可以期望的方式請求末端執行器的運動。輸入裝置例如可以是可手動操作的機械輸入裝置，諸如控制手柄或操縱桿，或非接觸式輸入裝置，諸如光學手勢傳感器。存儲在存儲器311中的軟件被配置為根據預定的控制策略對這些輸入作出響應，并且使臂的關節和器械相應地移動。控制策略可以包括安全特征，其響應于命令輸入而調節臂和器械的運動。因此，總的來說，命令接口312處的外科醫生可以控制器械306移動以執行期望的手術程序。控制單元309和/或命令接口312可以遠離臂300。
7、所圖示的手術機器人包括單個機器人臂。其它手術機器人系統可以包括多個手術機器人和/或多個機器人臂。例如，其它示例手術機器人系統可以包括具有多個機器人臂的手術機器人，所述多個機器人臂各自可以接收和操縱外科器械，或者它們可以包括多個手術機器人，所述多個手術機器人各自具有可以接收和操縱外科器械的機器人臂。
8、臂102端接于附接件以與器械相接，所述附接件的示例可在圖4中看到。附接件包括用于驅動器械105的鉸接部的驅動組件。驅動組件接口400與器械接口相接，所述器械接口的示例在圖5中500處示出。驅動組件的可移動接口元件401、402、403接合器械接口的相應的可移動接口元件502，以便將驅動力從機器人臂102傳遞到器械105。在圖4和圖5所示的示例中，驅動組件接口元件包括突出翅片401、402、403，并且器械接口的接口元件包括用于接收翅片的杯部502。翅片和杯部都可以無論哪種方式以圓形提供。在一些實施方式中，驅動組件接口元件包括杯部，并且器械接口的接口元件包括可收納在杯部中的翅片。可以提供相應的驅動組件接口元件和相應的器械接口元件彼此接合的其它方式。驅動組件接口元件的線性運動引起器械接口的接口元件的對應線性運動。
9、手術機器人100由操作員(例如外科醫生)通過圖6中示出的操作員控制臺600遠程控制。操作員控制臺600可以位于與手術機器人100相同的房間(例如手術室)中、或者遠離該手術機器人。操作員控制臺600包括用于控制臂102和/或附接到其上的器械105的狀態的輸入裝置602、604。輸入裝置602、604可以是安裝在平行四邊形聯動裝置上的手柄或手動控制器。控制系統將手動控制器的移動轉換成控制信號，以移動手術機器人的臂、關節和/或器械末端執行器。操作員控制臺600還包括顯示器606。顯示器606被布置為對于操作輸入裝置602、604的用戶本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于控制手術機器人系統中的器械的夾持力的夾持力控制器，所述手術機器人系統包括機器人，所述機器人具有基座和從所述基座延伸到用于與所述器械接合的驅動組件的臂，所述臂包括多個關節，通過所述多個關節能夠改變所述臂的配置，所述器械具有包括多個鉗夾的末端執行器，并且所述驅動組件用于將驅動力傳遞到所述器械的所述多個鉗夾，以在閉合方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便在所述鉗夾之間夾持物體，并且在打開方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便釋放被夾持的物體，所述夾持力控制器被配置為：
2.根據權利要求1所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為在確定以下中的任何一者或多者發生時確定所述夾持事件的所述發生：
3.根據權利要求2所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為基于指示以下中的一者或多者的信號來確定所述夾持事件的所述發生：
4.根據權利要求3所述的夾持力控制器，其中：
5.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，其中所述最小張開極限是負張開。
6.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為在確定以下中的任何一者或
7.根據權利要求2至6中任一項所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定所述器械末端執行器處于其中所述平均所需電機力超過靜態條件電機力的靜態條件。
8.根據權利要求7所述的夾持力控制器，其中：
9.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為：
10.根據前述權利要求中任一項所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定所述器械末端執行器處于其中確定偏航速度大于動態偏航速度值的動態條件。
11.根據權利要求2至10中任一項所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定所述器械末端執行器處于其中所述多個電機中的一個電機的所述所需電機力大于所述電機力閾值并且所述多個電機中的另一電機的所述所需電機力小于所述電機力閾值的動態條件。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的夾持力控制器，其中在確定所述器械末端執行器處于動態狀態的情況下，使所述鉗夾的所述最小張開極限更正。
13.根據權利要求12所述的夾持力控制器，其中所述最小張開極限不增加超過對應于最小夾持力閾值的張開值，從而保持所述鉗夾之間的最小夾持力。
14.根據權利要求9至13中任一項所述的夾持力控制器，其中取決于張開的增益應用于所述所需偏航角。
15.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為：
16.根據權利要求15所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定合力相對于所述基線力的變化，并且在所確定的合力方面的的變化超過閾值力值時確定所述夾持事件的所述發生。
17.根據權利要求15或權利要求16所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為在確定所述鉗夾的所述張開增加超過所述基線張開和/或增加到正張開時重置所述基線力。
18.一種控制手術機器人系統中的器械的夾持力的方法，所述手術機器人系統包括機器人，所述機器人具有基座和從所述基座延伸到用于與所述器械接合的驅動組件的臂，所述臂包括多個關節，通過所述多個關節能夠改變所述臂的配置，所述器械具有包括多個鉗夾的末端執行器，并且所述驅動組件用于將驅動力傳遞到所述器械的所述多個鉗夾，以在閉合方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便在所述鉗夾之間夾持物體，并且在打開方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便釋放被夾持的物體，所述方法包括：
19.一種用于控制手術機器人系統中的器械的夾持力的夾持力控制器，所述手術機器人系統包括機器人，所述機器人具有基座和從所述基座延伸到用于與所述器械接合的驅動組件的臂，所述臂包括多個關節，通過所述多個關節能夠改變所述臂的配置，所述器械具有包括多個鉗夾的末端執行器，并且所述驅動組件用于將驅動力傳遞到所述器械的所述多個鉗夾，以在閉合方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便在所述鉗夾之間夾持物體，并且在打開方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便釋放被夾持的物體，所述夾持力控制器被配置為：
20.一種控制手術機器人系統中的器械的夾持力的方法，所述手術機器人系統包括機器人，所述機器人具有基座和從所述基座延伸到用于與所述器械接合的驅動組件的臂，所述臂包括多個關節，通過所述多個關節能夠改變所述臂的配置，所述器械具有包括多個鉗夾的末端執行器，并且所述驅動組件用于將驅動力傳遞到所述器械的所述多個鉗夾，以在閉合方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便在所述鉗夾之間夾持物體，并且在打開方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便釋放被夾持的物體，所述方...
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種用于控制手術機器人系統中的器械的夾持力的夾持力控制器，所述手術機器人系統包括機器人，所述機器人具有基座和從所述基座延伸到用于與所述器械接合的驅動組件的臂，所述臂包括多個關節，通過所述多個關節能夠改變所述臂的配置，所述器械具有包括多個鉗夾的末端執行器，并且所述驅動組件用于將驅動力傳遞到所述器械的所述多個鉗夾，以在閉合方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便在所述鉗夾之間夾持物體，并且在打開方向上相對于彼此驅動所述鉗夾以便釋放被夾持的物體，所述夾持力控制器被配置為：
2.根據權利要求1所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為在確定以下中的任何一者或多者發生時確定所述夾持事件的所述發生：
3.根據權利要求2所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為基于指示以下中的一者或多者的信號來確定所述夾持事件的所述發生：
4.根據權利要求3所述的夾持力控制器，其中：
5.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，其中所述最小張開極限是負張開。
6.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為在確定以下中的任何一者或多者發生時重置所述最小張開極限：
7.根據權利要求2至6中任一項所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定所述器械末端執行器處于其中所述平均所需電機力超過靜態條件電機力的靜態條件。
8.根據權利要求7所述的夾持力控制器，其中：
9.根據任一前述權利要求所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為：
10.根據前述權利要求中任一項所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定所述器械末端執行器處于其中確定偏航速度大于動態偏航速度值的動態條件。
11.根據權利要求2至10中任一項所述的夾持力控制器，所述夾持力控制器被配置為確定所述器械末端執行器處于其中所述多個電機中的一個電機的所述所需電機力大于所述電機力閾值并且所述多個電機中的另一電機的所述所需電機力小于所述電機力閾值的動態條件。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的夾持力控制器，其中在確定所述器械末端執行器處于動態狀態的情況下，使所述鉗夾的所述最小張開極限更正。
13.根據權利要求12所述的夾持力控制器，其中所述最小張開極限不增加超過對應于最小夾持力...
【專利技術屬性】
技術研發人員：大衛·威廉·海登·韋伯斯特·史密斯，
申請(專利權)人：CMR外科有限公司，
類型：發明
國別省市：
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