[发明专利]用于利用零空间跟踪路径的系统和方法

权利要求书

1.一种用于利用零空间跟踪路径的系统，其包括：

操纵器臂，其包括包含末端执行器的可移动的远侧部分、耦连到基座的近侧部分以及在所述远侧部分和所述基座之间的多个接头，所述多个接头具有足够的自由度以允许针对所述末端执行器的给定状态的一系列不同接头状态；

输入装置，其用于接收以期望的末端执行器移动来移动所述末端执行器的操纵命令；

一个或更多个处理器，其可操作地连接到所述输入装置和所述操纵器臂，所述一个或更多个处理器被配置为执行操作，所述操作包括：

限定所述多个接头中的一个或更多个接头在所述多个接头的接头空间内的基于方位的约束，所述基于方位的约束包括一个或更多个路径，所述一个或更多个路径对应于所述一个或更多个接头在所述多个接头的所述接头空间内的期望的移动；

计算所述多个接头的末端执行器移位移动以实现所述期望的末端执行器移动，其中计算所述多个接头的所述末端执行器移位移动包括计算来自对应于所述末端执行器移动的方向的所述多个接头的接头速度；

计算所述多个接头的跟踪移动，以便朝向所述基于方位的约束移动所述多个接头中的所述一个或更多个接头的方位，其中计算所述多个接头的所述跟踪移动包括计算来自对应于所述末端执行器不移动的方向的所述多个接头的接头速度；以及

发送命令给所述操纵器臂以根据计算的末端执行器移位移动和所述跟踪移动来驱动所述多个接头，从而伴随着所述跟踪移动实现所述末端执行器移位移动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作还包括：

计算所述操纵器臂的雅可比矩阵的值，其中来自对应于所述末端执行器不移动的方向的所述接头速度与所述雅可比矩阵的零空间相关联，并且来自对应于所述末端执行器移动的方向的所述接头速度与所述雅可比矩阵的零垂直空间相关联。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述基于方位的约束的所述一个或更多个路径包括在所述多个接头的所述接头空间内的分段连续路径网络。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中计算所述跟踪移动包括：

限定在所述多个接头中的所述一个或更多个接头的计算的方位与所述基于方位的约束的所述一个或更多个路径之间的势场，其中所述势场的增加的势能对应于所述计算的方位与所述一个或更多个路径之间的增加的距离；

从所述势场确定所述计算的方位与所述一个或更多个路径之间的势能；以及

通过利用所述势能确定从所述计算的方位朝向所述一个或更多个路径的方向来计算所述跟踪移动。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中计算所述跟踪移动包括：

通过评估所述基于方位的约束的所述一个或更多个接头的势函数来确定所述多个接头在所述多个接头的所述接头空间内的第一移动；以及

通过将所述多个接头的所述第一移动投射到所述操纵器臂的雅可比矩阵的零空间上来为所述跟踪移动确定所述多个接头的所述接头速度。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述操纵器臂的所述远侧部分包括器械保持器，所述器械保持器可释放地支撑具有向远侧延伸到所述末端执行器的轴的外科手术器械，其中所述轴在外科手术期间绕远程运动中心枢转。