[发明专利]用于保持工具姿态的系统和方法

说明书

本发明涉及用于保持工具姿态的系统和方法，提供一种保持用于计算机辅助医疗装置的工具姿态的系统和方法，所述计算机辅助医疗装置具有包括一个或多个第一关节和一个或多个第二关节的铰接臂；在所述第一关节和所述第二关节的远端的工具以及被耦连到所述第一关节和所述第二关节的控制单元。所述控制单元在移动所述第一关节期间通过以下步骤使用所述第二关节来保持所述工具的姿态：确定用于所述工具的参考坐标框架、在移动所述第一关节之前确定所述参考坐标框架中的所述工具的参考变换、在所述第一关节被移动时确定所述参考坐标框架中的所述工具的实际变换、确定所述参考变换与所述实际变换之间的差异以及基于所述差异通过驱动所述第二关节来保持所述工具的所述姿态。

本申请是申请日为2015年3月17日、名称为“用于保持工具姿态的系统和方法”的中国专利申请201580014636.4的分案申请。

相关申请

本公开要求于2014年7月15日提交的名为“System and Method for Aligningwith a Reference Target”的美国临时专利申请62/024,887以及于2014年3月17日提交的名为“System and Method for Aligning with a Reference Target”的美国临时专利申请61/954,261的优先权，这两个申请通过引用以其整体并入本文。本公开也涉及同时提交的律师案号为ISRG06930PROV2/US/70228.498US01的名为“System and Method forIntegrated Surgical Table”的美国临时专利申请、同时提交的律师案号为ISRG07010PROV/US/70228.490US01的名为“System and Method for Reducing ToolDisturbances”的临时专利申请以及同时提交的律师案号为ISRG06230PCT/70228.422WO01的名为“System and Method for Aligning with a Reference Target”的PCT专利申请，这些申请全部通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总体涉及操作具有铰接臂的装置，并且更具体地涉及保持工具姿态。

背景技术

越来越多的装置被自主和半自主的电子装置代替。这在手术室、介入病房、重症监护病房、急诊室等当中具有自主和半自主的电子装置的大型阵列的当今的医院中尤为突出。例如，玻璃温度计和水银温度计被电子温度计所代替、现在的静脉滴注管线包括电子监测器和流动调节器，并且传统的手持手术仪器被计算机辅助的医疗装置所代替。

这些电子装置对人工操作它们提供了优势和挑战。这些电子装置中的许多可以使一个或多个铰接臂和/或末端执行器能够自主地或半自主地运动。这些一个或多个铰接臂和/或末端执行器中的每个包括支撑铰接臂和/或末端执行器的运动的连杆和铰接关节的组合。在许多情况下，铰接关节被操纵以获得位于相应的铰接臂和/或末端执行器的连杆和铰接关节的远端处的相应工具的期望位置和/或取向(共同地，期望姿态)。工具近端的每个铰接关节提供具有可以被用于操纵相应工具的位置和/或取向的至少一个自由度的相应的铰接臂和/或末端执行器。在许多情况下，相应的铰接臂和/或末端执行器可以包括至少六个自由度，其允许控制相应工具的x位置、y位置和z位置以及相应工具的横摇取向、俯仰取向和偏转取向。为了提供控制相应工具的姿态的更大灵活性，相应铰接臂和/或末端执行器经常被设计为包括冗余的自由度。当冗余的自由度存在时，可能的是：铰接关节的位置和/或取向的多个不同组合可以被用于获得相应工具的相同姿态。这产生零空间，其中即使铰接关节正在移动，相应工具的姿态也不移动。