[发明专利]用于机器人手术系统的碰撞处理算法

说明书

用于机器人手术系统的碰撞处理方法包括当手术机器人的一部分与障碍物碰撞并且输入手柄沿与使工具朝向障碍物移动相对应的方向移动时，相对于机器人手术系统的手术机器人的工具的姿势滑动机器人手术系统的用户界面的输入手柄。在输入手柄滑动之后，输入手柄相对于工具的期望姿势具有偏移。

背景技术

机器人手术系统已经用于微创手术中。在医疗手术期间，机器人手术系统由与用户界面交互的外科医生控制。用户界面允许外科医生操纵作用于患者的末端执行器。

将末端执行器插入小切口(经由套管)或患者的自然孔口，以将末端执行器定位在患者体内的工作部位。一些机器人手术系统包括支撑机器人臂的机器人操纵台，以及安装到机器人臂的至少一个末端执行器，例如手术刀、镊子或抓握工具。

通常，用户界面包括输入控制器或手柄，所述输入控制器或手柄可由外科医生移动，以控制机器人手术系统。机器人手术系统通常使用缩放因子来缩小外科医生手的运动，以确定机器人器械在患者体内的期望位置。通常，这种缩放因子要求手柄的运动大于输入手柄的运动范围。因此，手柄达到工作空间的边界极限，并且防止外科医生完成期望的运动。目前市场上的机器人手术系统使用称为“紧握”的特征来将输入手柄的运动与机器人器械分离。然后外科医生可自由地将手柄移动到用户界面的工作空间内的新位置，同时器械保持静止。一旦输入手柄远离工作空间边界，外科医生就可以“再紧握”，以重新联接输入手柄的运动，从而用机器人器械完成所需的运动。

在机器人外科手术期间，机器人臂或末端执行器可能与组织、器官或另一个外科器械(例如，另一个机器人臂或末端执行器、进入端口或照相机)碰撞。这种碰撞可能在输入手柄的位置与与输入手柄相关联的机器人手臂或末端执行器之间产生位置不匹配。这种位置不匹配会在外科手术期间产生机器人臂或末端执行器的不希望的运动。

因此，需要用于机器人手术系统的碰撞处理算法。

发明内容

在本公开的一个方面，一种用于机器人手术系统的碰撞处理的方法包括：当手术机器人的一部分与障碍物碰撞并且输入手柄沿与使工具朝向障碍物移动相对应的方向移动时，相对于机器人手术系统的手术机器人的工具的姿势时，滑动机器人手术系统的用户界面的输入手柄。在输入手柄滑动之后，输入手柄相对于工具的期望姿势具有偏移。

在一些方面，该方法包括在输入手柄滑动之后沿一方向移动输入手柄以移动手术机器人的一部分远离障碍物。在工具沿远离障碍物的方向移动之前，输入手柄可以移动与该偏移相对应的距离。或者，工具可以在远离障碍物的方向上移动，同时保持输入手柄的位置与工具的姿势之间的微调。该微调可以等于偏移，或者该方法可以包括在平行于偏移的方向上相对于工具的姿势动态地缩放输入手柄的移动，直到该微调达到预定值。预定值可以是零或非零。

在一些方面，在手术机器人达到预定力阈值以使工具朝向期望姿势移动之后，相对于工具的姿势滑动手柄。该方法还可包括机器人手术系统的处理单元，所述处理单元限定在工具达到预定力阈值时输入手柄的阈值位置与输入手柄被推到阈值位置之后输入手柄的位置之间的偏移。该方法可以包括机器人手术系统向临床医生提供力反馈以抵抗输入手柄的滑动超过阈值位置。

在本公开的另一方面，一种利用机器人手术系统的处理单元对机器人手术系统进行碰撞处理的方法包括：从机器人手术系统的用户界面接收第一输入信号，以将机器人手术系统的手术机器人的工具移动到工具的期望姿势；将输入控制信号传输到手术机器人，以将工具朝向期望姿势移动；从手术机器人接收反馈信号，该反馈信号即使工具朝向期望姿势移动的力大于预定阈值；当达到预定阈值时将工具保持在阈值姿势；并且将输入手柄相对于阈值姿势的位置滑动到输入手柄的第二位置，以限定输入手柄的第二位置与对应于输入手柄的第二位置的工具的所需姿势之间的偏移。

在一些方面，该方法包括将反馈控制信号发送到用户界面，以抵抗输入手柄移动超过对应于工具的阈值姿势的阈值位置。