[发明专利]用于通过在零垂直空间内进行咬合同时发生零空间移动而定位操纵器臂的系统和方法

权利要求书

1.一种用于在非外科手术程序中操作机器人系统的机器人方法，所述机器人系统包括具有可移动远侧末端执行器、耦接到基座的近侧部分以及在所述末端执行器和所述基座之间的多个接头的操纵器臂，其中所述多个接头具有足够的自由度以允许针对在非外科手术工作空间中的给定末端执行器状态的一系列不同的接头状态，所述方法包括：

在雅可比矩阵的零垂直空间内浮动所述多个接头中的第一组接头，所述第一组接头与所述末端执行器在所述工作空间内的方位相关联，其中所述零垂直空间是所述第一组接头的移动导致所述末端执行器的移动的接头速度空间；

感测所述末端执行器到在所述工作空间内的期望的方位的手动反向驱动移动；

计算所述多个接头中的第二组接头的辅助移动以实现所述操纵器臂的近侧部分的期望的移动，其中计算所述辅助移动包括计算所述第二组接头在所述雅可比矩阵的零空间内的接头速度，所述零空间正交于所述零垂直空间；以及

根据计算的辅助移动来驱动所述第二组接头，同时发生所述第一组接头的所述浮动。

2.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述末端执行器的所述期望的方位包括所述末端执行器在所述工作空间内的方位和/或对准，以便允许邻近所述工作空间中的孔口定位所述末端执行器。

3.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述操纵器臂的所述近侧部分的所述期望的移动是所述操纵器臂在所述工作空间内的期望的方位、速度、配置、姿势、重新配置移动或碰撞回避移动中的任何一个或所有。

4.根据权利要求3所述的机器人方法，其中所述操纵器臂的所述近侧部分的所述期望的移动包括所述操纵器臂在所述远侧末端执行器近侧的部分的状态或移动。

5.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述第一组接头和第二组接头中的每组包括一个或更多个接头。

6.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述第一组接头和第二组接头包括共同的一个或更多个接头。

7.根据权利要求1所述的机器人方法，其中浮动所述第一组接头、计算所述辅助移动并根据所述辅助移动来驱动所述接头在处理器确定所述接头的移动的第一咬合模式中发生，所述处理器进一步具有操纵模式，所述方法进一步包括：

从用户输入端接收操纵命令来移动所述末端执行器，以实现在所述非外科手术程序中期望的操纵；

响应于所述操纵命令而计算所述多个接头的操纵移动，以便以所述期望的移动来移动所述操纵器臂。

8.根据权利要求7所述的机器人方法，其中当在所述操纵模式中时，所述方法进一步包括：

计算所述多个接头的接头子集的辅助移动，以在操纵期间实现所述操纵器臂的期望的状态或移动，其中计算所述辅助移动包括计算所述接头子集在所述零空间内的接头速度；以及

根据计算的辅助移动和操纵移动来驱动所述接头的子集，以便根据所述计算的操纵移动来移动所述末端执行器，同时发生所述操纵器臂的所述期望的移动。

9.根据权利要求1所述的机器人方法，其中所述操纵器臂被配置为支撑具有中间部分的工具，所述中间部分沿着插入轴线在所述近侧部分远侧延伸，其中所述末端执行器在所述中间部分的远端处，并且其中所述接头中的至少一些接头机械地约束所述工具相对于所述基座的移动，使得所述操纵器臂的所述工具绕沿着所述插入轴线设置的远程中心枢转，以便于所述末端执行器在通过微创孔口进入的工作部位处的移动。

10.根据权利要求9所述的机器人方法，其中所述操纵器臂邻近所述末端执行器的部分相对于所述基座被机械地约束，使得当被约束的部分移动时，所述末端执行器的器械轴绕远程中心枢转。

11.根据权利要求9所述的机器人方法，其中所述多个接头中的第一接头将所述近侧部分耦接到所述基座，所述第一接头包括支撑所述操纵器臂的远侧部分的回转接头，使得所述回转接头的接头移动绕所述回转接头的枢转轴线枢转所述操纵器臂的所述远侧部分，其中所述枢转轴线从所述回转接头延伸并延伸通过所述远程中心，使得所述操纵器臂的所述插入轴线沿着朝向所述远程中心取向的向远侧缩减的锥体移动。

12.根据权利要求11所述的机器人方法，其中所述第二组接头包括所述第一接头。