[发明专利]利用零空间取消关节运动的系统

权利要求书

1.一种远程手术系统，其包括：

操纵器手臂，所述操纵器手臂包括：包括末端执行器的可移动的远侧部分，连接至基座的近侧部分，以及在所述远侧部分和所述基座之间的多个关节，所述多个关节具有足够的自由度以允许给定的远侧部分状态的一系列不同的关节状态；以及

联接到所述操纵器手臂的处理器，所述处理器被编程有指令，所述指令当被所述处理器执行时使得所述处理器执行一种方法，所述方法包括：

接收操纵命令从而以期望的末端执行器移动来移动所述末端执行器；

计算所述多个关节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，其中计算所述多个关节的所述末端执行器移位移动包括计算在所述多个关节的雅可比行列式矩阵的零垂直空间内的针对所述末端执行器移位移动的关节速度，其中针对所述末端执行器移位移动的所述计算的关节速度包括针对指定关节非移动亚组的每个关节的计算的速度，且其中所述指定关节非移动亚组包括所述多个关节中的一个或多个关节；

计算所述多个关节的取消移动，以针对所述指定关节非移动亚组的每个关节取消来自所述末端执行器移位移动的所述计算的速度，其中计算所述取消移动包括计算在所述雅可比行列式矩阵的零空间内的针对所述取消移动的所述多个关节的关节速度，以便对于所述指定关节非移动亚组的每个关节，当所述取消移动与所述末端执行器移位移动组合时，来自所述取消移动的该关节的计算的关节速度取消来自所述末端执行器移位移动的该关节的计算的关节速度，所述零空间垂直于所述零垂直空间；和

根据所述计算的末端执行器移位移动和所述计算的取消移动，驱动所述多个关节，以便实现所述期望的末端执行器移动和阻止所述指定关节非移动亚组的移动。

2.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中所述取消移动处于所述雅可比行列式矩阵的所述零空间内。

3.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中所述末端执行器移位移动和所述取消移动每个在各自关节的关节空间内被计算。

4.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中计算所述多个关节的所述末端执行器移位移动包括计算所述多个关节的每一个关节的移位关节速度向量，且其中计算所述指定关节非移动亚组的所述取消移动包括计算取消关节速度向量，所述取消关节速度向量对抗所述指定关节非移动亚组的每个非移动关节的所述移位关节速度向量，使得对于每个非移动关节相加所述移位关节速度向量和所述取消关节速度向量导致每个非移动关节的移动被取消，而所述多个关节中的其它关节的移动实现所述期望的末端执行器移动。

5.根据权利要求1所述的远程手术系统，进一步包括：

计算第一组关节的辅助移动，以实现所述操纵器手臂的期望的辅助移动，其中计算所述辅助移动使得所述第一组关节的移动处于所述零空间内；和

在保持所述末端执行器的期望的状态的同时，根据所述计算的辅助移动驱动所述关节。

6.根据权利要求5所述的远程手术系统，其中根据所述计算的辅助移动驱动所述关节包括移动所述关节非移动亚组的至少一个关节，以实现所述操纵器手臂的期望的辅助移动。

7.根据权利要求5所述的远程手术系统，其中所述辅助移动基于自主算法。

8.根据权利要求5所述的远程手术系统，其中计算所述辅助移动以避免所述操纵器手臂和障碍物之间的碰撞。

9.根据权利要求5所述的远程手术系统，其中计算所述辅助移动以实现所述操纵器手臂的期望的姿势和/或所述操纵器手臂的期望的配置。

10.根据权利要求5所述的远程手术系统，其中计算所述辅助移动以实现防撞、所述操纵器手臂的期望的姿势和所述操纵器手臂的期望的配置的任何一个或所有。

11.根据权利要求1所述的远程手术系统，其中所述操纵器手臂的远侧部分与器械夹持器相连接，以可释放地支撑具有细长轴的器械，所述细长轴远侧地延伸至所述末端执行器，其中所述细长轴在操作过程中围绕远程中心枢轴转动。