[发明专利]使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞

说明书

通过在零空间内移动操纵器而回避操纵器臂和患者外表面之间碰撞的装置、系统和方法。响应于回避几何结构和障碍表面之间的距离的确定，对应于操纵器与患者距离小于期望的距离，该系统计算操纵器的一个或更多个接头或连杆在雅可比行列式的零空间内的移动，以增加该距离。根据重新配置命令和计算的移动而驱动接头，以便维持末端执行器的期望的状态。在一个方面，根据雅可比行列式的零垂直空间内的计算的末端执行器移位移动，来驱动接头，从而实现末端执行器或远程中心的期望的移动，且同时通过在零空间内移动接头而回避臂与患者碰撞。

本申请是2013年5月31日提交的名称为：“使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞”的中国专利申请201380027983.1(PCT/US2013/043557)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是于2012年6月1日提交的名称为“Manipulator Arm-to-PatientCollision Avoidance Using a Null-Space(使用零空间回避操纵器臂与患者碰撞)”的美国临时专利申请号61/654,755的非临时性申请且要求其优先权，该申请的全部公开以引用方式并入本文。

本申请大体涉及以下共同拥有的申请：2009年6月30日提交的名称为“Control ofMedical Robotic System Manipulator About Kinematic Singularities(围绕运动奇点的医疗机器人系统操纵器的控制)”的美国申请号12/494，695；2009年3月17日提交的名称为“Master Controller Having Redundant Degrees of Freedom and Added Forces toCreate Internal Motion(具有冗余自由度和添加力以造成内部运动的主控制器)”的美国申请号12/406,004；2005年5月19日提交的名称为“Software Center and HighlyConfigurable Robotic Systems for Surgery and Other Uses(用于外科手术和其它用途的软件中心和高度可配置的机器人系统)”的美国申请号11/133,423(美国专利号8,004,229)；2004年9月30日提交的名称为“Offset Remote Center Manipulator For RoboticSurgery(用于机器人外科手术的偏置遥控中心操纵器)”的美国申请号10/957,077(美国专利号7,594,912)；1999年9月17日提交的名称为“Master Having Redundant Degrees ofFreedom(具有冗余自由度的主工具)”的美国申请号09/398,507(美国专利号6,714,839)；以及名称为“System and Methods for Commanded Reconfiguration of a SurgicalManipulator Using the Null-Space(使用零空间为命令的外科手术操纵器重新配置的系统和方法)”的美国申请号13/906,767；以及与本申请一同提交的名称为“Systems andMethods for Avoiding Collisions Between Manipulator Arms Using a Null-Space(使用零空间回避操纵器臂之间的碰撞的系统和方法)”的美国申请号13/906,819；其全部公开以引用方式并入本文。

技术领域

本发明一般提供改善的外科手术和/或机器人装置、系统和方法。

背景技术

微创医疗技术的目的是减少在诊断或外科手术过程期间的组织受损量，从而减少患者的恢复时间、不适以及有害副作用。每年在美国执行数以百万计的“开放”或传统外科手术；这些手术中的许多能够以微创的方式潜在地被执行。然而，目前仅有相对少量的外科手术使用微创技术，这是因为微创外科手术器械和技术的限制性以及掌握这些技术所需的额外的外科手术培训。