[发明专利]用于控制机器人操纵器或相关工具的系统和方法

权利要求书

1.一种机器人操纵器系统，其包括：

被配置为用于控制医疗工具的运动的机器人操纵器，所述机器人操纵器包括接头和被连接到所述接头的连杆，其中所述连杆被配置为连接到所述医疗工具；

包括一个或多个处理器的处理单元，所述处理单元被配置为：

从所述接头的编码器接收第一数据；

使用所述第一数据生成联接在所述医疗工具的远端处的工具尖端的第一参数的第一工具尖端估计，其中所述工具尖端的所述第一参数是所述工具尖端的位置或速度；

从位于所述连杆的传感器部分处或所述医疗工具处的传感器系统接收第二数据；

使用所述第一数据和所述第二数据以及所述传感器部分与所述工具尖端之间的动态模型来生成所述工具尖端的所述第一参数的第二工具尖端估计；以及

基于所述第一工具尖端估计和所述第二工具尖端估计之间的第一差，控制所述接头。

2.根据权利要求1所述的机器人操纵器系统，其中，为了生成所述第二工具尖端估计，所述处理单元被配置为：

使用所述第一数据和所述第二数据生成所述传感器部分的第一参数的传感器部分估计，其中所述传感器部分的所述第一参数是所述传感器部分的位置或速度；以及

基于所述传感器部分估计和所述动态模型，生成所述第二工具尖端估计。

3.根据权利要求2所述的机器人操纵器系统，其中，使用状态估计器算法生成所述传感器部分估计，所述状态估计器算法选自由卡尔曼滤波器、粒子滤波器、非线性观测器和α-β-γ滤波器组成的组。

4.根据权利要求1所述的机器人操纵器系统，其中，所述处理单元还被配置为：

使用所述第一数据生成所述工具尖端的第二参数的第三工具尖端估计，其中所述工具尖端的所述第二参数是所述工具尖端的所述位置和所述速度中的另一个；

使用所述第一数据和所述第二数据生成所述工具尖端的所述第二参数的第四工具尖端估计；以及

基于所述第一差和所述第三工具尖端估计与所述第四工具尖端估计之间的第二差，控制所述接头。

5.根据权利要求1或权利要求2至4中任一项所述的机器人操纵器系统，其中，所述第一数据包括与所述接头的位置和速度中的至少一个相关联的数据。

6.根据权利要求1或权利要求2至4中任一项所述的机器人操纵器系统，其中，所述第二数据包括平移加速度数据和角速度数据。

7.根据权利要求1或权利要求2至4中任一项所述的机器人操纵器系统，其中，所述传感器系统包括加速度计和陀螺仪。

8.根据权利要求1或权利要求2至4中任一项所述的机器人操纵器系统，其还包括：

致动组件，其被联接到所述接头以驱动所述接头的运动；

其中，为了基于所述第一差控制所述接头，所述处理单元被配置为用于：

基于所述第一差生成接头调整数据；以及

基于所述接头调整数据生成控制信号以用于控制所述致动组件。

9.根据权利要求8所述的机器人操纵器系统，其中，通过将逆运动学应用到所述第一差来生成所述接头调整数据。

10.根据权利要求9所述的机器人操纵器系统，其中，所述第一差包括所述第一工具尖端估计的第一工具尖端速度估计与所述第二工具尖端估计的第二工具尖端速度估计之间的差，

其中，所述接头调整数据包括接头速度调整数据，以及

其中，逆雅可比函数被应用到所述第一差以生成所述接头速度调整数据。