[发明专利]用于微创机器人外科处理系统的力评估

权利要求书

1.一种操作微创医疗系统的方法，该系统包括：操纵器（10），该操纵器具有装备有6自由度的力/转矩传感器（30）的效应器单元（12），其具有彼此垂直的三个轴线的传感器参考系（X，Y，Z）；和

微创器械（14），该微创器械具有：被安装到所述效应器单元的第一端（16）；第二端（20），该第二端（20）被定位为超出了限制所述器械运动的外支点（23）；和器械轴（18），其具有与所述传感器参考系（X，Y，Z）的器械轴线（Z）共线的纵轴；

所述方法包括：

确定所述器械相对于所述外支点（23）的位置，包括确定从所述传感器参考系（X，Y，Z）的原点到外支点（23）的初始参考距离矢量

其中，确定初始参考距离矢量包括：

沿所述传感器参考系（X，Y，Z）的轴线（X，Y）两者移动所述微创器械（14），直到沿轴线（X，Y）的作用力低于给定阈值，其中所述轴线（X，Y）分别垂直于所述器械轴线（Z）；以及

利用杠杆原理确定外支点（23）沿所述器械轴线（Z）的位置，具体地说包括：

枢转器械（14）直到达到足够的接触力；

测量对应于所述接触力的力矩矢量模块和力矢量模块；以及

通过将所述力矩矢量模块除以所述力矢量模块来计算外支点（23）沿所述器械轴线（Z）的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其中，利用杠杆原理确定外支点（23）沿所述器械轴线（Z）的位置包括：

在第一方向枢转器械（14）直到达到足够的第一接触力；

测量对应于所述第一接触力的第一力矩矢量模块和第一力矢量模块；以及

通过将第一所述力矩矢量模块除以所述第一力矢量模块来计算外支点（23）沿所述器械轴线（Z）的第一位置；

在第二方向枢转器械（14）直到达到足够的第二接触力，其中，所述第二方向是与所述第一方向相反的方向；

测量对应于所述第二接触力的第二力矩矢量模块和第二力矢量模块；以及

通过将第二所述力矩矢量模块除以所述第二力矢量模块来计算外支点（23）沿所述器械轴线（Z）的第二位置；以及

使用计算的所述第一位置和计算的所述第二位置的平均值设定所述初始参考距离矢量

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，基于确定的初始参考距离矢量所述器械的全部运动均相对于所述外支点（23）给出。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述效应器单元装备有6自由度加速度计，且所述方法还包括步骤：

通过6自由度加速度计测量施加到所述6自由度力/转矩传感器上的重力载荷和/或动载荷；和

在所述被测量的力和所述被测量的转矩中补偿所述重力载荷和/或动载荷。

5.如权利要求3所述的方法，其中，确定所述器械相对于支点（23）的位置是基于所述距离矢量和基于使用操纵器的运动信息作出的连续更新。

6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述给定阈值具有大约0.3N的值和/或所述足够的接触力具有大约3N的值。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，还包括步骤：

对由所述6自由度力/转矩传感器测量的力和转矩数据应用线性卡尔曼滤波器。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，还包括：

通过从所述传感器参考系（X，Y，Z）到固定参考系的坐标变换，计算外支点（23）相对于固定参考系的位置。