[发明专利]控制手术器械

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手术器械的操纵的控制系统。所述手术器械包括末端执行器，所述末端执行器具有由铰接联接件连接到轴的可相对的第一末端执行器元件和第二末端执行器元件。控制系统从外科医生输入装置接收(i)改变末端执行器的取向，以及(ii)相对于彼此打开第一末端执行器元件和第二末端执行器元件的命令。响应于改变末端执行器的取向的命令，控制系统确定铰接联接件的纵向轴线与末端执行器之间的角度θ。响应于打开第一末端执行器元件和第二末端执行器元件的命令，控制系统确定第一末端执行器元件与第二末端执行器元件之间的打开角控制系统将θ与铰接联接件的纵向轴线与末端执行器之间的最大角度θmax进行比较，并且如果θθmax，则驱动第一末端执行器元件和第二末端执行器元件旋转，使得(i)铰接联接件的纵向轴线与末端执行器之间的角度为θmax，并且(ii)第一末端执行器元件与第二末端执行器元件之间的打开角为

背景技术

使用机器人来辅助和执行手术是已知的。图1示出了典型的手术机器人系统。手术机器人100由基座102、臂104和器械106组成。基座支撑机器人，并且本身可以刚性地附接到例如手术室地面、手术室天花板或推车。臂在基座与器械之间延伸。手臂借助于多个柔性关节108沿着其长度铰接，所述多个柔性关节用于将手术器械定位在相对于患者的期望位置中。手术器械附接到机器人臂的远端。手术器械在端口处穿透患者的身体，以便进入手术部位。在其远端处，该器械包括用于执行医疗程序的末端执行器110。在图1中，所示的末端执行器为一对钳夹。外科医生经由远程外科医生控制台112控制手术机器人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连接到手术机器人100。控制系统从外科医生输入装置接收输入，并将这些输入转换成控制信号以移动机器人臂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，其中相应关节相应地被驱动。

众所周知，末端执行器的钳夹由电缆单独地驱动。这些电缆可用于驱动钳夹的打开和关闭，以便抓握和释放它们之间的物体。相同的电缆也可用于驱动钳夹的偏转运动，以便在钳夹的打开角保持恒定时使钳夹在相同的方向上旋转。由于相同的电缆用于驱动钳夹的打开/关闭和偏转运动两者，这些操作不是独立的。因此，整个打开/关闭运动范围不能在整个偏转运动范围内达到，反之亦然。

因此，需要一种控制系统，其更好地调解末端执行器的打开/关闭和偏转运动的相互依赖性。

发明内容

根据本发明的一个方面，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手术器械的操纵的控制系统，所述手术器械包括末端执行器，所述末端执行器具有由铰接联接件连接到轴的可相对的第一末端执行器元件和第二末端执行器元件，所述控制系统被配置成：从所述外科医生输入装置接收(i)改变所述末端执行器的取向，以及(ii)相对于彼此打开所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件的命令；响应于改变所述末端执行器的取向的命令，确定所述铰接联接件的纵向轴线与所述末端执行器之间的角度θ；响应于所述打开所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件的命令，确定所述第一末端执行器元件与所述第二末端执行器元件之间的打开角将θ与所述铰接联接件的纵向轴线与所述末端执行器之间的最大角度θ_max进行比较；以及如果θθ_max，驱动所述第一末端执行器元件和所述第二端末端执行器元件旋转，使得(i)铰接联接件的纵向轴线与所述末端执行器之间的角度为θ_max，并且(ii)所述第一末端执行器元件与所述第二末端执行器元件之间的打开角为

控制系统可以被配置成，如果θ≤θ_max，驱动所述第一末端执行器元件和所述第二末端执行器元件旋转，使得(i)所述铰接联接件的纵向轴线与所述末端执行器之间的角度为θ，并且(ii)所述第一末端执行器元件与所述第二末端执行器元件之间的打开角为

所述角度θ可以在所述铰接联接件的纵向轴线与平分所述末端执行器元件的轴线之间。