[发明专利]手术机器人的边界缩放

说明书

一种用处理单元缩放手术机器人的工具的期望速度的方法包括接收输入信号；确定工具相对于手术部位的边界的位置；以及当工具在手术部位的边界的预定距离内时缩放工具的期望运动速度。输入信号包括工具的期望运动速度。

背景技术

机器人手术系统已用于微创医疗手术。在医疗手术期间，机器人手术系统由与用户接口介接的外科医生控制。用户接口允许外科医生操控作用于患者的末端执行器。用户接口包含可由外科医生移动以控制机器人外科手术系统的输入控制器或手柄。

机器人手术系统通常使用缩放因子来按比例缩小外科医生手部的运动以确定末端执行器在患者体内的所要位置，使得外科医生可在患者体内更精确地移动末端执行器。当外科医生移动输入手柄时，手术机器人会在患者体内移动末端执行器。随着末端手术机器人移动末端执行器，手术机器人的臂和/或末端执行器可接近运动边界。该运动边界可以是人为的，例如虚拟墙，或者可以是实际边界，例如手术机器人的关节极限、手术空间的物理边缘或与另一个物体的碰撞。通常，当末端执行器或手术机器人到达边界时，末端执行器或机器人臂突然停止。当末端执行器或手术机器人向边界高速移动时，这种减速可能会加剧。末端执行器或手术机器人的这种突然减速可能损坏手术机器人和/或导致手术机器人的意外运动。

发明内容

本公开总体上涉及当末端执行器或手术机器人接近边界时末端执行器或手术机器人的运动的速度缩放。速度缩放会降低末端执行器或手术机器人的速度，因为它会接近边界达到期望的撞击速度。速度缩放将以受控的减速度将朝向边界的速度降低到期望的撞击速度。期望的撞击速度可以是突然停止不会对手术机器人造成损害的速度，或者期望的撞击速度可以是零。

在本公开的一方面，一种用处理单元缩放手术机器人的工具的期望速度的方法包括接收输入信号；确定工具相对于手术部位的边界的位置；以及当工具在手术部位的边界的预定距离内时缩放工具的期望运动速度。输入信号可以包括工具的期望运动速度。

在各方面中，缩放期望的运动速度包括减小工具的期望的运动速度。边界可以是手术部位的虚拟边界。

在一些方面，该方法包括确定工具相对于边界的运动方向。仅当工具的运动方向朝向边界时才可以缩放工具的期望运动速度。

在某些方面，缩放工具的期望运动速度包括将速度缩放因子应用于期望运动速度。该方法可以包括根据所确定的工具相对于边界的位置来确定速度缩放因子。确定速度缩放因子可以包括当确定的工具相对于边界的位置超过预定距离时速度缩放因子为一(1)。根据所确定的工具的位置来确定速度缩放因子可以包括当所确定的工具相对于边界的位置低于预定距离时将缩放因子从一减小到最小值。速度缩放因子的最小值可以为非零。

在特定方面，该方法包括在缩放工具的期望运动速度之后生成控制信号。该方法可以包括将控制信号传输到手术机器人。该方法可以包括当缩放工具的期望运动速度时，将反馈控制信号传输到用户控制台。

本公开的示例性实施例的其它细节和方面将参考附图在下文更详细地描述。

附图说明

下面参考附图描述本公开的各个方面，附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，其中：

图1是根据本公开的用户控制台和机器人系统的示意性图解说明；

图2是在患者的手术部位内的图1的手术机器人的工具的透视图；

图3是示出最大速度与工具到边界的距离的函数的图；

图4是示出最大速度与工具到边界的距离的函数的另一图；和

图5是根据本公开的缩放工具的速度的方法的流程图。

具体实施方式