[发明专利]当错开时的主从取向映射

说明书

本申请的名称为“当错开时的主从取向映射”。在主从对齐过程完成后，控制器存储主工具把手和从外科手术器械尖端的取向，并且进入跟随。在跟随期间，来自主工具把手的从外科手术器械尖端的每个命令移动由控制器进行处理，以补偿在进入跟随之前主工具把手与从外科手术器械尖端之间的任何对齐误差。不管主工具把手与从外科手术器械尖端之间的初始俯冲取向错开如何，这种处理的结果是从外科手术器械尖端的运动都直观地对应于主工具把手的运动。

本申请是于2016年6月10日提交的名称为“当错开时的主从取向映射”的中国专利申请201680033734.7(PCT/US2016/036863)的分案申请。

相关申请

本申请要求2015年6月10日提交的标题为“MASTER-TO-SLAVE ORIENTATIONMAPPING WHEN MISALIGNED”的美国临时专利申请62/173,844的申请日的优先权和权益，该申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明的方面涉及外科手术系统，并且更具体涉及当外科手术系统中的主工具把手和从外科手术器械尖端最初错开时控制两者的取向。

背景技术

诸如微创远程操作机器人系统的外科手术系统为患者提供了许多益处，诸如减小身体创伤、更快恢复、以及更短的住院时间。通常，在外科手术系统中，外科医生使用主工具操纵器(有时被称为主工具)来控制外科手术器械(被称为从外科手术器械)的移动。

在一种远程操作外科手术系统中，主工具操纵器的主工具把手被特别设计为用于人机(ergonomic)和直观双重控制从外科手术器械。外科医生使用他/她的食指和大拇指以特殊方式握住主工具把手，以便瞄准和抓取运动包含直观指向运动和捏取运动。

为了能够直观控制从外科手术器械，主工具把手在外科手术系统中的立体视镜(stereoscopic viewer)的视图框中在取向上与从外科手术器械尖端理想地对齐。从外科手术器械尖端的运动理想地经由远程操作来跟随主工具运动，并且在运动方向以及绝对取向两者上是一致的，即，外科手术器械尖端运动跟随主工具把手的运动。如果主工具与从外科手术器械尖端之间未实现取向对齐，但是从外科手术器械尖端既不指向与外科医生正在利用主工具指向的相同的绝对方向，也不沿着与外科医生正在利用主工具指向的相同轴线滚动。

在一个方面中，主工具操纵器使用万向节组件中的马达来主动对齐外科医生眼睛观察坐标下的主工具把手的取向轴线与摄像机观察坐标下的相关联的从外科手术器械尖端。在主工具的运动与从外科手术器械的运动之间接合跟随之前，这种对齐自动发生。

具体地，在进入对之前远程操作外科手术系统的跟随之前，系统设法对齐从外科手术器械尖端在摄像机坐标系中的取向与主工具把手在眼睛观察坐标系(有时也被称为眼坐标系)中的取向。通常，只要系统从主工具把手与从外科手术器械尖端之间的取向对齐可能已经被危及的模式转变(在工具改变、摄像机啮合(clutch)、从动件啮合、在四臂系统中的臂交换等之后)，远程操作外科手术系统就执行主从对齐。

在主从对齐过程中，在不改变主工具把手x-y-z位置的情况下，计算使主工具把手在眼睛观察坐标系中的取向匹配从外科手术器械尖端在摄像机观察坐标系中的取向的一组主腕部接头角。然后使用马达来命令主腕部接头匹配计算的角。

这将会导致主工具把手与从外科手术器械尖端的取向的对齐。然而，如果当马达正在将腕部接头定位在主工具中时外科医生太牢固地抓握主工具把手，主工具把手与从外科手术器械尖端之间则会存在位移误差和取向误差两者。

在主工具把手中的腕部接头被命令对齐主工具把手与从外科手术器械尖端的取向之后，远程操作外科手术系统在允许用户进入跟随之前再次检查主和从取向匹配。如果取向不匹配，警告消息被显示并且主从对齐被再次尝试。该过程被重复直至主工具把手与从外科手术器械尖端的取向之间的对齐在可接受容差内，例如，主从之间的取向错开小于十度。