[发明专利]控制外科器械

说明书

一种用于响应于远程外科医生输入装置的操纵而控制外科器械的操纵的控制系统，所述外科器械包括通过铰接联接件连接到轴的能够相对的第一末端执行器元件和第二末端执行器元件，所述铰接联接件包括第一关节，所述第一关节可由第一对驱动元件驱动以便允许所述第一末端执行器元件旋转，以及第二关节，所述第二关节可由第二对驱动元件驱动以便允许所述第二末端执行器元件旋转，所述控制系统被配置成：通过以下方式响应于所述外科医生输入装置的闭合运动：将所述第一末端执行器元件的要求的第一横摆力矩与第一最大横摆力矩进行比较，并且将所述第二末端执行器元件的要求的第二横摆力矩与第二最大横摆力矩进行比较，并且仅当所要求的第一横摆力矩小于所述第一最大横摆力矩，并且所要求的第二横摆力矩小于所述第二最大横摆力矩时，命令将所要求的第一横摆力矩施加到所述第一末端执行器元件，并且将所要求的第二横摆力矩施加到所述第二末端执行器元件，以便使所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件以闭合力在相反的旋转方向上朝向彼此旋转；并且在检测到所述外科医生输入装置的横摆运动时，命令将共向力施加到所述第一对驱动元件和所述第二对驱动元件，由此使所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件两者在同一旋转方向上旋转。

背景技术

众所周知，使用机器人来辅助和执行外科手术。图1示出了典型的外科机器人系统。外科机器人100包括基座102、臂104和器械106。基座支撑机器人，并且其本身可以牢牢地附接到例如手术室地板、手术室天花板或推车。臂在基座与器械之间延伸。臂借助于沿其长度的多个柔性关节108而铰接，所述多个柔性关节用于将外科器械相对于患者定位在期望位置。外科器械附接到机械臂的远侧端部。外科器械在口处穿透患者的身体，以便进入手术部位。在其远侧端部处，该器械包括用于进行外科手术过程的末端执行器110。在图1中，示出的末端执行器是一对钳口。外科医生经由远程外科医生控制台112控制外科机器人100。外科医生控制台包括一个或多个外科医生输入装置114。这些可以采用手动控制器或脚踏板的形式。外科医生控制台还包括显示器116。

控制系统118将外科医生控制台112连接到外科机器人100。控制系统接收来自外科医生输入装置的输入，并将这些输入转换成控制信号以移动机械臂104和末端执行器110的关节。控制系统将这些控制信号发送至机器人，机器人相应地驱动对应的关节。

众所周知，末端执行器的钳口由缆线单独地驱动。这些缆线可以用于驱动钳口的打开和闭合，以便抓握和释放它们之间的物体。同一缆线也可以用于驱动钳口的横摆运动，以便使钳口在同一方向上旋转，同时钳口的开口角度保持恒定。由于同一缆线用于驱动钳口的抓握和横摆运动两者，因此这些操作不是独立的。因此，在整个横摆运动范围内不能访问整个抓握运动范围，反之亦然。

因此，需要一种更好地调节末端执行器的抓握和横摆运动的相互依赖性的控制系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于响应于远程外科医生输入装置的操纵而控制外科器械的操纵的控制系统，所述外科器械包括通过铰接联接件连接到轴的能够相对的第一末端执行器元件和第二末端执行器元件，所述铰接联接件包括第一关节，所述第一关节可由第一对驱动元件驱动以便允许所述第一末端执行器元件旋转，以及第二关节，所述第二关节可由第二对驱动元件驱动以便允许所述第二末端执行器元件旋转，所述控制系统被配置成：通过命令将最大力施加到所述第一对驱动元件和所述第二对驱动元件来响应于所述外科医生输入装置的闭合运动，以便使所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件以最大闭合力在相反的旋转方向上朝向彼此旋转；并且在检测到所述外科医生输入装置的所述闭合运动已经停止时，命令将所述力折减施加到所述第一对驱动元件和所述第二对驱动元件，从而使得所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件两者能够响应于所述外科医生输入装置的横摆运动而在同一旋转方向上旋转。

外科医生输入装置可以包括主体和触发器，并且外科医生输入装置的闭合运动包括触发器相对于主体的移动。

外科医生输入装置的闭合运动可以包括触发器朝向主体的旋转。

外科医生输入装置的闭合运动可以包括触发器相对于主体的线性平移。