[发明专利]用于确定机器人操纵器或相关联工具的配准和控制的系统和方法

说明书

一种机器人系统包括在操作环境中并具有可单独移动的基座的第一操纵器组件和第二操纵器组件。处理单元被配置为从设置在第一操纵器组件上的多个第一传感器接收第一传感器数据，其中第一传感器数据提供关于第一操纵器组件外部的操作环境的空间信息。使用包括第一传感器数据的数据确定第二操纵器组件相对于第一操纵器组件的第一空间关系。基于第一空间关系建立第一操纵器组件和第二操纵器组件之间的第一对准关系。基于第一对准关系，响应于来自可由操作员操作的第一输入装置的命令，命令第二操纵器组件的运动。

相关申请的交叉参考

本申请要求获得2020年3月24日提交的美国临时申请62/993,960的利益，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及用于执行机器人规程的系统和方法，并且更特别地涉及用于确定机器人操纵器的配准以用于控制机器人操纵器和/或相关联工具的移动的系统和方法。

背景技术

机器人操纵器组件包括一个或多个机器人操纵器，其可以被操作以控制工作空间中工具的运动。例如，此类机器人操纵器可用于执行非医疗和医疗规程。作为具体示例，远程操作的手术操纵器可用于执行微创医疗技术。

在医疗技术中，期望改善患者的结果，并促进临床医生诊断或治疗规程。例如，对于涉及进入患者解剖结构中的医疗规程，可以通过患者解剖结构中的自然孔口或通过一个或多个切口来执行微创技术。通过这些自然孔口或切口，临床医生可以插入医疗工具以到达目标组织位置。微创医疗工具包括工具诸如治疗工具、诊断工具和外科手术工具。微创医疗工具还可包括成像工具，诸如内窥镜工具，其向用户提供患者解剖结构内的视场。机器人医疗系统允许用户经由操纵器控制医疗器械。操纵器可包括由一个或多个接头联接在一起的两个或更多个连杆。接头可以包括主动控制的接头，其位置或运动由致动器主动驱动。接头也可以包括被动接头，其位置或运动不由致动器主动驱动。

机器人操纵器可以是远程操作的或以其他方式由计算机辅助的。为了在手术部位(例如，患者体内的外科部位)处执行和查看机器人规程，可以使用两个或更多个操纵器来持有和操纵工具，包括例如外科手术器械工具和成像工具。操作员可以使用与工具和持有工具的操纵器选择性地相关联的主控装置。在此种机器人系统中，响应于操作员对主控装置的操纵而对工具的控制可具有多个可定义的参考系和对应的参考系变换，以将一个参考系中的坐标映射到另一个参考系的对应坐标。然而，当参考系和/或参考系变换的位置和/或取向中的一个或多个未知时，工具的精确控制可能难以实现。在此类情况下，规程的成功率和准确性可能会降低。在医疗机器人情境中，通过对工具的更精确的控制，可以实现更大的便利性和功效。

在包括多个操纵器组件的远程操作医疗系统中，期望知道操纵器组件相对于彼此的位置和/或取向。例如，此种信息可用于增强操作或避免碰撞。在一些远程操作医疗系统中，操纵器组件共享已知的参考，如共同的安装基座，因此有可能使用操纵器组件和其已知参考之间的运动学关系推导出操纵器组件(及其端部效应器)的相对位置。

在一些情况下，远程操作医疗系统包括不共享已知参考的独立操纵器组件(例如，操纵器组件在单独的可移动小车上或在不同的未知位置处安装到共同的桌子)。在此类系统中，与操纵器组件的相应基座相对于彼此的定位或取向有关的一个或多个参数是未知的，或者在规程之间或规程期间可能改变(例如，如果安装基座位置被移动)。因此，尽管每个操纵器的运动学可以提供与其相对于自己基座的单独位置或取向有关的信息，但此类单独操纵器运动学可能不会提供操纵器组件相对于彼此的取向和位置。因此，提供改善的方法和系统以用于配准机器人系统例如远程操作医疗系统的独立操纵器组件将是有利的。

发明内容

本发明的实施例由所附的权利要求描述。