[发明专利]用于遥控操作的主/从配准和控制

说明书

本申请公开了一种遥控操作式系统，其包括显示器、主输入设备和控制系统。所述控制系统被配置成确定末端执行器参考系相对于视场参考系的取向，确定主输入设备参考系相对于显示器参考系的取向，建立所述主输入设备参考系和所述显示器参考系之间的对准关系，以及基于所述对准关系，响应于所述主输入设备的姿势的改变而命令所述末端执行器的姿势的改变。所述对准关系独立于所述主输入设备参考系和所述显示器参考系之间的位置关系。在一个方面，所述遥控操作式系统是遥控医疗系统，诸如遥控外科手术系统。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月16日提交的美国临时申请62/587,175的权益，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文。

版权声明

本专利文件的一部分公开内容包含受版权保护的材料。版权拥有者不反对任何人传真复制该专利文件或专利公开的内容，正如它出现在专利和商标局专利文件或记录中，但在其他方面无论如何都保留全部版权。

技术领域

本公开一般涉及遥控操作式系统，并且更具体地涉及遥控操作式系统中的空间配准和控制。

背景技术

遥控操作式系统的示例包括工业和娱乐系统。遥控操作式系统的示例还包括在用于诊断、非外科手术治疗、外科手术治疗等的过程中使用的医疗遥控操作式系统。可用于遥控外科手术或其他遥控医疗过程的遥控操作式机器人医疗系统可以包括一个或多个可远程控制的机器人操纵器。在一些实施方式中，可远程控制的机器人操纵器也可以被配置成手动地铰接或移动。

微创机器人遥控外科手术系统是遥控操作式系统的特定示例，其通过使用器械移动的某种形式的远程控制而使得外科医生能够对患者执行外科手术过程，而无需用手直接保持和移动器械。在至少部分计算机控制下结合机器人技术以执行微创外科手术的外科手术系统扩展了微创外科手术的优势。例如，通过使用此类外科手术系统，使得利用可手动操作的微创外科手术工具难以或无法进行的某些外科手术过程成为可能。此类外科手术系统的示例是由美国加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术操作公司(IntuitiveSurgical,Inc.)商业化的da外科手术系统。

为了在用于常规遥控操作式系统的主输入设备(也称为“主控制设备”或“主设备”)与对应工具之间建立所需的控制关系，在三维(3D)空间中确定主控制设备和工具的运动姿势。在由直观外科手术操作公司(Intuitive Surgical)商业化的da Vinci外科手术系统中，患者侧单元提供允许确定工具姿势的已知和限定的运动学结构。同样，外科医生的控制台提供可在其上确定主输入设备姿势的已知和限定的运动学结构。新遥控操作式系统架构可能缺少可用于确定工具之间的运动学关系的工具共有的单个机械基部。同样，新遥控操作式系统架构可能缺少可用于确定主输入设备之间或主输入设备与其他装置(诸如显示器)之间的运动关系的主输入设备共有的机械基部。因此，在遥控操作式系统中需要改善的空间配准和控制。

发明内容

以下发明内容介绍了本发明主题的某些方面以便提供基本理解。该发明内容不是本发明主题的广泛概述，并且其不旨在标识关键或重要元素或描绘本发明主题的范围。尽管此发明内容包含与发明主题的各个方面和实施例相关的信息，但其目的是以一般形式呈现一些方面和实施例作为下面更详细描述的序言。

在一个方面，一种遥控操作式系统包括成像设备、末端执行器、显示器、主输入设备和计算机控制系统。成像设备具有视场。为视场、末端执行器、显示器和主输入设备限定参考系。控制系统确定参考系的完整取向信息，但少于参考系的全部位置信息。完整取向信息也称为全部取向信息，并且全部位置信息也称为完整位置信息。在一个方面，控制系统不确定关于参考系的任何位置信息。在另一个方面，控制系统确定关于参考系的部分位置信息。控制系统通过使用参考系的完整取向信息，但少于参考系的完整位置信息(局部位置信息或无位置信息)来建立主设备与末端执行器之间的主/从控制关系。