[发明专利]使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞

权利要求书

1.一种用于控制操纵器臂的机器人方法，所述操纵器臂包括可移动远侧部分、耦接至基底的近侧部分以及在所述远侧部分和所述基底之间的多个接头，所述多个接头具有足够的自由度以允许用于远侧部分状态的一系列的不同接头状态，所述方法包括：

响应于从用户输入端接收的操纵命令，计算远侧部分移位移动，以便实现在工作部位内的用于所述远侧部分的期望状态的期望的远侧部分移动，其中计算所述远侧部分移位移动包括计算雅可比行列式的零垂直空间内的所述多个接头的接头移动，所述零垂直空间正交于所述雅可比行列式的零空间；

计算所述操纵器臂的回避几何结构和障碍物表面之间的距离，所述回避几何结构对应于所述操纵器臂的一部分，其中对于该部分，距所述障碍物表面的间隙是期望的；

计算在所述零空间内的所述多个接头的回避移动，以便在所述操纵器臂的所述部分和所述障碍物表面之间提供期望的间隙，其中，计算所述多个接头的所述回避移动包括计算所述零空间内的接头运动，所述接头运动沿增大所述操纵器臂的所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的距离的方向；以及

根据计算的回避移动来驱动所述多个接头，以便提供所述操纵器臂的所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的足够的间隙并且维持所述远侧部分的所述期望状态。

2.根据权利要求1所述的机器人方法，其中响应于确定的在所述操纵器臂的所述部分和所述障碍物表面之间具有不充足的间隙，根据所述计算的回避移动来驱动所述多个接头。

3.根据权利要求1所述的机器人方法，其中使用所述计算的回避移动来驱动所述多个接头，且同时根据所述远侧部分移位移动来驱动所述多个接头。

4.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述远侧部分包括器械或者经配置可释放地支撑所述器械，所述器械具有向远侧延伸到末端执行器的细长轴，其中所述期望的远侧部分移动将实现期望的末端执行器状态，并且其中计算所述多个接头的所述回避移动，以便在驱动所述多个接头期间维持所述期望的末端执行器状态。

5.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述操纵器臂被配置成支撑具有轴的工具，其中所述轴具有沿所述工具的插入轴线延伸至末端执行器的中间部分，其中所述多个接头中的至少一些接头机械地约束所述远侧部分相对于所述基底的移动，使得所述操纵器臂的所述远侧部分绕远程枢轴中心枢转，从而有助于所述末端执行器在所述工作部位内的移动。

6.根据权利要求1所述的机器人方法，还包含：

确定所述回避几何结构，其中所述操纵器臂的所述部分对应于所述操纵器臂的所述近侧部分的可移动方位；以及

确定所述障碍物表面，其中计算所述回避移动，以便维持所述回避几何结构和所述障碍物表面之间的期望的关系。

7.根据权利要求6所述的机器人方法，其中响应于确定所述回避几何结构距离所述障碍物表面小于期望的最小距离，根据所述计算的回避移动来驱动所述多个接头。

8.根据权利要求6所述的机器人方法，其中使用所述操纵器臂的所述多个接头的一个或更多个传感器确定所述障碍物表面。

9.根据权利要求6所述的机器人方法，其中使用所述操纵器臂的远程中心的测量方位来确定所述障碍物表面，所述远程中心是一个点，且所述操纵器臂的所述远侧部分围绕该点枢转。

10.根据权利要求9所述的机器人方法，其中通过近似所述障碍物表面以便与所述远程中心的所述测量方位相交从而确定所述障碍物表面。

11.根据权利要求10所述的机器人方法，其中通过使一个或更多个操纵器臂的多个测量的远程中心方位拟合成预先确定的形状而对所述障碍物表面建模，从而确定所述障碍物表面，所述一个或更多个操纵器臂包括所述操纵器臂。

12.根据权利要求6所述的机器人方法，其中通过使用从机械传感器、光学传感器、超声传感器、电容传感器、感应传感器、电阻传感器或接头传感器中的任何一个接收的感测的方位信息来确定所述障碍物表面。

13.根据权利要求6所述的机器人方法，其中通过使用从被安装在所述操纵器臂的从动联动装置上的近程传感器接收的感测的方位信息来确定所述障碍物表面，所述从动联动装置具有与所述障碍物表面重叠的运动范围。