[发明专利]使用虚拟边界避免碰撞的系统和方法

权利要求书

1.一种计算机辅助的医疗装置，所述装置包括：

第一可重定位臂，所述第一可重定位臂具有多个第一接头、多个第一连杆，以及经配置以支撑第一器械的第一远侧端；

第二可重定位臂，所述第二可重定位臂具有多个第二接头、多个第二连杆，以及经配置以支撑第二器械的第二远侧端；

第一输入控制，所述第一输入控制经配置以为所述第一器械提供移动命令；以及

控制单元，所述控制单元包括一个或多个处理器，所述控制单元耦合到所述第一可重定位臂、所述第二可重定位臂以及所述第一输入控制，其中所述控制单元：

确定所述多个第一接头的第一接头位置和所述多个第二接头的第二接头位置；

使用所述第一可重定位臂的第一虚拟模型和所述第一接头位置来确定围绕所述第一可重定位臂的多个第一虚拟边界；

使用所述第二可重定位臂的第二虚拟模型和所述第二接头位置来确定围绕所述第二可重定位臂的多个第二虚拟边界；

确定在所述多个第一虚拟边界中的第一个第一虚拟边界与所述多个第二虚拟边界中的第一个第二虚拟边界之间的第一重叠；

确定由于所述第一重叠导致的在所述第一可重定位臂上的第一重叠力；

将所述第一重叠力映射到在所述多个第一接头中的数个第一接头上的第一虚拟扭矩；

基于所述第一虚拟扭矩来确定在所述第一器械的远侧端上的第一尖端力；以及

将所述第一尖端力作为第一反馈力施加在所述第一器械和所述第一可重定位臂上。

2.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述控制单元通过以下操作来确定由于所述第一重叠导致的在所述第一可重定位臂上的所述第一重叠力：

确定由于所述第一重叠导致的在所述第一可重定位臂和所述第二可重定位臂上的所述第一重叠力。

3.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述数个第一接头包含所述多个第一接头中接近于所述第一重叠的第一接头。

4.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述控制单元进一步：

通过使用所述第一尖端力来将第一触觉反馈力施加到所述第一输入控制。

5.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述控制单元进一步：

通过缩放所述第一尖端力来将第一触觉反馈力施加到所述第一输入控制。

6.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述控制单元进一步：

基于在由于将所述第一反馈力施加在所述第一器械上导致的所述第一器械的第一命令位置与从所述第一输入控制确定的所述第一器械的第二命令位置之间的差异来将第一触觉反馈力施加到所述第一输入控制。

7.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述控制单元进一步：

确定在所述多个第一虚拟边界中的第二个第一虚拟边界与所述多个第二虚拟边界中的第二个第二虚拟边界之间的第二重叠；

确定由于所述第二重叠导致的在所述第一可重定位臂上的第二重叠力；

将所述第二重叠力映射到所述多个第一接头中接近于所述第二重叠的第二重叠位置的第一接头上的第二虚拟扭矩；

叠加所述第一虚拟扭矩和所述第二虚拟扭矩以产生叠加的第一虚拟扭矩和第二虚拟扭矩；以及

基于所述第一虚拟扭矩通过使用叠加的所述第一虚拟扭矩和所述第二虚拟扭矩来确定在所述第一器械的所述远侧端上的所述第一尖端力。

8.根据权利要求1所述的计算机辅助的医疗装置，其中：

所述第一虚拟模型包括近似所述第一可重定位臂的物理几何结构的多个凸包；以及

所述多个第一虚拟边界中的每个边界对应于所述凸包中的相应凸包在大小上扩展相应距离。

9.根据权利要求8所述的计算机辅助的医疗装置，其中所述多个第一虚拟边界中的每个边界的相应距离基于所述第一可重定位臂的运动学校准。