[发明专利]用于控制机器人手术系统的动态输入缩放

说明书

相关专利的交叉引用

本申请要求于2014年9月29日提交的编号为62/056,767的美国临时专利申请的权益和优先权，其全部公开内容通过参见的方式并入本文。

背景技术

机器人手术系统已经用于微创医疗操作中。在医疗操作期间，外科医生移动机器人手术系统的输入控制器以控制机器人臂和附接到其上的手术器械。输入控制器可在有限的动作范围内移动，以控制机器人臂和/或手术工具的移动。当输入控制器达到该动作范围的极限时，外科医生将输入控制器的移动与机器人臂的移动分离或“脱开”，以继续沿相同方向移动工具。

机器人手术系统的一个优点是能够按比例缩小输入控制器的移动。输入控制器的大的移动被减少至手术工具的较小的移动。这种按比例缩小的移动允许外科医生在机器人手术操作期间比传统的手术操作更精确。输出_距离(即，机器人系统的移动)由输入_距离(即，输入控制器的移动)利用缩放因子S_f来按比例缩小(即，输出_距离＝输入_距离/S_f)。对移动进行的按比例缩小还使得外科医生移动中的小抖动、摇动或震颤最小化。

按比例缩小输入控制器的移动的缺点是输入控制器的有限动作范围的加剧。随着缩放因子增大，由于输入控制器必须进一步移动以使工具行进相似的距离，并且因此在其动作范围内更快地达到极限，要求外科医生更频繁地进行“脱开”。

对机器人手术系统来说，要求在减少外科医生达到输入控制器的动作范围的极限而不得不在机器人手术操作期间进行“脱开”的情况的同时，按比例减小外科医生的移动。

发明内容

机器人手术系统可包括支撑手术工具的机器人臂、在至少三维上可移动的输入控制器、传感器和处理单元。当输入控制器在至少三维中移动时，传感器可以检测输入控制器的移动距离、速度和/或加速度。处理单元可以与机器人臂可操作地相关联以将工具移动输出距离。处理单元还可以被配置为基于移动速度或加速度来动态地缩放移动距离，并且根据动态缩放来计算输出距离。

传感器可以被配置为向处理单元发送指示输入控制器的移动距离、速度和/或加速度的信号。处理单元可以被配置为以不同的方式计算输出距离。例如，处理单元可以通过将移动距离乘以移动速度来计算输出距离，或者处理单元可以通过将移动距离乘以根据移动速度和/或加速度而变化的预定缩放因子来计算输出距离。当移动速度和/或加速度在第一范围内时，预定缩放因子可以是第一值，而当速度和/或加速度在不同于第一范围的第二范围内时，预定缩放因子可以是第二值。

处理单元可以被配置为通过距离、速度和/或加速度缩放因子来缩放移动距离。缩放因子可以是恒定的或可以变化。在手术之前或期间，至少一个缩放因子可以是可改变的。在一些情况下，缩放因子中的至少一个可以在大约1到大约10的范围内，但是在其它情况下，该范围可以不同。处理单元可以被配置为将输出距离缩放为输入距离除以距离缩放因子得到的值和输入速度除以速度缩放因子得到的值的乘积。

机器人手术系统还可以包括与处理单元通信的电机。电机可以被配置为响应于从处理单元接收的经缩放的控制信号来移动机器人臂。

一种操作手术机器人的方法，其可以包括：使机器人手术系统的工具移动输出距离，该输出距离由处理设备基于输入控制器移动的距离、速度和加速度中的至少一个而动态缩放。可以将指示输入控制器移动的距离、速度和/或加速度的控制信号发送到处理单元。经缩放的控制信号可以被发送到机器人手术系统的臂以将工具移动输出距离。

动态地缩放控制信号可以包括将输入速度除以速度缩放因子。附加地或替代地，动态地缩放控制信号可以包括将输入距离除以距离缩放因子、根据输入距离除以距离缩放因子得到的值和输入速度除以速度缩放因子得到的值的乘积来计算输出距离、和/或调节所述距离缩放因子或所述速度缩放因子中的至少一个。

附图说明

参考附图来描述本公开的各个方面，附图被并入并构成本说明书的一部分，其中：

图1是用户界面和机器人控制台的示意图。

图2示出示例性的方法。

具体实施方式