BR112020016361A2

BR112020016361A2 - Controle de câmera

Info

Publication number: BR112020016361A2
Application number: BR112020016361-9A
Authority: BR
Inventors: Keith Marshall; Rebecca Anne Cuthbertson; Gordon Thomas Deane
Original assignee: Cmr Surgical Limited
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-12-15
Also published as: WO2019162660A9; AU2022224785A1; GB2571319A; JP2021527449A; CN111818872B; AU2019224647A1; WO2019162660A1; GB201802992D0; AU2022224785B2; AU2022224765B2; US20190262089A1; GB2571319B; AU2022224765A1; JP2023010762A; US20220331032A1; US20220331033A1; EP3755260A1; JP2023010761A; US11406463B2; AU2019224647B2

Abstract

controle de câmera que consiste em um sistema do tipo mestre-escravo, incluindo um primeiro manipulador que sustenta um primeiro efetor de extremidade; um segundo manipulador que sustenta um segundo efetor de extremidade; um dispositivo de entrada configurado para receber, simultaneamente, de uma mão de um operador, um primeiro comando de movimento para efetuar um movimento desejado do primeiro efetor de extremidade e um segundo comando de movimento para efetuar um movimento desejado do segundo efetor de extremidade; e um processador configurado para determinar um movimento desejado do primeiro e do segundo efetor de extremidade em resposta ao primeiro e ao segundo comando de movimento recebidos do dispositivo de entrada, respectivamente.

Description

“CONTROLE DE CÂMERA” Fundamentos da Invenção

[001] Normalmente, em sistemas robóticos do tipo mestre- escravo, um operador controla os movimentos de diversas ferramentas teleoperadas, por meio do uso de um ou mais dispositivos de entrada. Consequentemente, o operador pode controlar as ferramentas sem precisar estar no mesmo lugar do local de trabalho, no qual as ferramentas estão sendo manipuladas. Dispositivos de captura de imagens, como, por exemplo, câmeras, e um monitor para exibir a visualização das imagens capturadas, podem ser incluídos para que o operador possa visualizar o local de trabalho. Algumas aplicações de sistemas robóticos do tipo mestre-escravo incluem montagem, manutenção ou exploração em ambientes perigosos (como, por exemplo, instalações subaquáticas, nucleares ou químicas) e em sistemas cirúrgicos minimamente invasivos.

[002] Em sistemas cirúrgicos, especificamente, o(s) operador(es), que pode(m) ser um cirurgião, um assistente, um estudante ou uma combinação destes, pode(m) manipular, à distância, diversas ferramentas remotas (como, por exemplo, instrumentos cirúrgicos) sustentadas por diversos manipuladores robóticos, por meio da manipulação de vários dispositivos de entrada no console de um operador (como, por exemplo, no console de um cirurgião). Além dos instrumentos cirúrgicos, os manipuladores robóticos podem sustentar dispositivos de captura de imagens, como, por exemplo, endoscópios, para que o operador possa visualizar o local cirúrgico remoto em um monitor no console do cirurgião.

[003] Durante a cirurgia, o cirurgião manipula um dispositivo de entrada, para controlar o movimento do instrumento cirúrgico no local da cirurgia. Normalmente, um endoscópio utilizado no procedimento é controlado por um assistente de câmera que manipula o endoscópio em resposta às instruções verbais vindas do cirurgião, para que o cirurgião tenha a visualização desejada do local cirúrgico. Como alternativa, para controlar o endoscópio, o cirurgião pode utilizar o mesmo dispositivo de entrada que está sendo utilizado para manipular o instrumento cirúrgico, colocando no modo endoscópio, no qual a operação do instrumento cirúrgico é interrompida e o instrumento fica travado no lugar, o dispositivo de entrada é, então, desassociado do instrumento e associado ao endoscópio, para controlar o movimento do endoscópio. Uma vez que o endoscópio foi manipulado e o ponto de vista desejado foi alcançado, o modo endoscópio descrito acima é finalizado, o dispositivo de entrada é desassociado do endoscópio e novamente associado ao instrumento, para que o cirurgião possa retomar a operação do instrumento.

[004] No entanto, esses métodos de controle do endoscópio são, na melhor das hipóteses, ineficientes. Especificamente, o método pelo qual um assistente de câmera controla o endoscópio pode levar a atrasos e a erros (por exemplo, é possível que o cirurgião fique desorientado pelo movimento do quadro de referência do endoscópio em relação à posição do cirurgião). No método no qual o cirurgião utiliza o dispositivo de entrada para controlar o endoscópio, o cirurgião precisa interromper o procedimento cirúrgico antes de manipular o endoscópio para mudar o seu ponto de vista do local cirúrgico. Por outro lado, durante a cirurgia aberta normal, o cirurgião pode mover a cabeça em resposta a uma necessidade ou a um estímulo, para mudar o seu ponto de vista do local da cirurgia, enquanto, ao mesmo tempo, continua o procedimento.

[005] Existe, portanto, a necessidade de um sistema do tipo mestre-escravo aprimorado que permita ao cirurgião mudar, de maneira mais intuitiva e confortável, a sua visão do local da cirurgia, ao mesmo tempo em que continua com o procedimento em questão.

Objetivos da Invenção

[006] A presente invenção apresenta, consequentemente, um sistema do tipo mestre-escravo compreendendo: um primeiro manipulador que sustenta um primeiro efetor de extremidade; um segundo manipulador que sustenta um segundo efetor de extremidade; um dispositivo de entrada configurado para receber, simultaneamente, de uma mão de um operador, um primeiro comando de movimento, para efetuar um movimento desejado do primeiro efetor de extremidade e um segundo comando de movimento, para efetuar um movimento desejado do segundo efetor de extremidade; e um processador configurado para determinar um movimento desejado do primeiro e do segundo efetor de extremidade, em resposta ao primeiro e ao segundo comando de movimento recebidos do dispositivo de entrada.

[007] O dispositivo de entrada também pode compreender um corpo para ser segurado por um operador. O corpo pode ser configurado para ser empunhado por uma única mão do operador.

[008] O dispositivo de entrada também pode compreender uma primeira entrada para receber o primeiro comando de movimento, para efetuar um movimento desejado do primeiro efetor de extremidade.

[009] O processador pode ser configurado para operar em uma pluralidade de modos, incluindo: um modo conectado, no qual o processador acopla, operacionalmente, o dispositivo de entrada com o segundo efetor de extremidade; um modo desconectado, no qual o processador desacopla, operacionalmente, o dispositivo de entrada do segundo efetor de extremidade; um modo operacional, no qual o processador acopla, operacionalmente, a primeira entrada com o primeiro efetor de extremidade; e um modo de seleção, no qual o processador desacopla, operacionalmente, a primeira entrada do primeiro efetor de extremidade.

[010] O processador também pode ser configurado para operar no modo desconectado, em resposta a um sinal recebido de uma entrada de preensão. O processador também pode ser configurado para operar no modo operacional, em resposta ao recebimento de um sinal de uma segunda entrada. O processador também pode ser configurado para operar, simultaneamente, no modo desconectado e no modo de seleção, quando o processador entra no modo desconectado.

[011] O dispositivo de entrada também pode ser configurado para receber o segundo comando de movimento, para efetuar um movimento desejado do segundo efetor de extremidade, quando o processador estiver operando no modo conectado.

[012] A primeira entrada pode ser configurada para receber o primeiro comando de movimento, para efetuar um movimento desejado do primeiro efetor de extremidade, quando o processador estiver operando no modo operacional. A primeira entrada também pode ser configurada para selecionar um terceiro efetor de extremidade, para associação com o dispositivo de entrada, quando o processador estiver operando no modo de seleção. O dispositivo de entrada também pode ser configurado para receber um terceiro comando de movimento, para efetuar um movimento desejado do terceiro efetor de extremidade, em resposta à seleção do terceiro efetor de extremidade pela primeira entrada.

[013] O dispositivo de entrada também pode compreender um mecanismo de acionamento acoplado à primeira entrada, sendo que o mecanismo de acionamento é configurado para aplicar uma força à primeira entrada, para oferecer um retorno de força ao operador. O dispositivo de entrada também pode compreender um sensor de força configurado para detectar uma força aplicada à primeira entrada, para determinar se um comando está sendo recebido na primeira entrada, a partir do operador. O primeiro dispositivo de entrada também pode compreender um sensor capacitivo configurado para detectar quando o operador está tocando na primeira entrada, para determinar se um comando está sendo recebido na primeira entrada, a partir do operador. O dispositivo de entrada também pode compreender um sensor de posição configurado para detectar a posição da primeira entrada em relação ao corpo, para determinar se um comando está sendo recebido na primeira entrada, a partir do operador.

[014] O processador também pode ser configurado para efetuar o movimento do primeiro efetor de extremidade, de acordo com o movimento desejado determinado do primeiro efetor de extremidade. O processador também pode ser configurado para efetuar o movimento do segundo efetor de extremidade, de acordo com o movimento desejado determinado do segundo efetor de extremidade.

[015] O primeiro efetor de extremidade pode ter múltiplos graus de liberdade e o processador pode ser configurado para associar, seletivamente, pelo menos um dos graus de liberdade do primeiro efetor de extremidade com a primeira entrada, e efetuar o movimento do pelo menos um dos graus de liberdade do primeiro efetor de extremidade, em resposta ao movimento da primeira entrada.

[016] O primeiro efetor de extremidade pode compreender um dispositivo de captura de imagens, para capturar uma imagem de um local de trabalho. O dispositivo de captura de imagens pode ser um endoscópio. O sistema do tipo mestre-escravo também pode compreender um monitor, para mostrar a imagem capturada.

[017] O processador também pode ser configurado para efetuar o movimento do primeiro efetor de extremidade, de acordo com o movimento da primeira entrada, em relação a um quadro de referência selecionado pelo operador. O quadro de referência selecionado pelo operador pode ser fixado ao dispositivo de entrada. O quadro de referência selecionado pelo operador pode ser fixado ao monitor. O processador também pode ser configurado para atualizar, continuamente, um mapeamento entre um quadro de referência do dispositivo de entrada e um quadro de referência do segundo efetor de extremidade e para atualizar, continuamente, um mapeamento entre um primeiro quadro de referência de entrada e um quadro de referência do primeiro efetor de extremidade, de tal maneira que os movimentos do primeiro e do segundo efetor de extremidade, conforme exibidos no monitor, correspondam aos movimentos da primeira entrada e do dispositivo de entrada, respectivamente.

Breve Descrição das Figuras

[018] A presente invenção será agora descrita a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: - a Figura 1 mostra um sistema do tipo mestre-escravo; - a Figura 2 mostra um paciente sendo submetido a uma telecirurgia, por meio do uso de uma pluralidade de manipuladores robóticos, sendo que cada um deles sustenta uma ferramenta; - a Figura 3 mostra dois exemplos dos manipuladores robóticos da Figura 2, sendo que cada um deles sustenta uma ferramenta diferente; - a Figura 4 mostra um console do operador incluindo um monitor e um dispositivo de entrada; - a Figura 5a mostra uma vista superior de um dispositivo de entrada incluindo uma entrada e uma entrada de preensão; - a Figura 5b mostra uma vista em perspectiva do dispositivo de entrada da Figura 5a; - a Figura 6 mostra uma representação esquemática do sistema da Figura 1; - a Figura 7 mostra um operador por meio do uso do console do operador da Figura 4; - a Figura 8a mostra uma vista da entrada da Figura 5a com seu quadro de referência selecionado pelo operador fixado à entrada da Figura 4; e - a Figura 8b mostra uma vista alternativa da entrada da Figura 5a com seu quadro de referência selecionado pelo operador fixado ao monitor da Figura 4.

Descrição Detalhada da Invenção

[019] A Figura 1 mostra um sistema do tipo mestre-escravo (10) em uma configuração exemplar, como um sistema cirúrgico. O sistema (10)

inclui uma mesa do paciente (50), um carrinho (70) e um console do operador (20). O console do operador (20) permite ao operador “O” (mostrado na Figura 7) realizar um procedimento cirúrgico no paciente “P”, manipulando, remotamente, um ou mais manipuladores robóticos (80a, 80b, (80c) mostrados na Figura 2, que sustentam uma ferramenta (40a, 40b, 40c), por meio do uso de um ou mais dispositivos de entrada (21a, 21b). O operador “O” pode, por exemplo, ser um cirurgião, um assistente ou um estudante.

[020] Com referência agora à Figura 2, o sistema (10) possui um ou mais manipuladores robóticos (80a, 80b, 80c), para sustentar uma variedade de ferramentas (40a, 40b, 40c). O(s) manipulador(es) robótico(s) (80a, 80b, 80c) pode(m) ser conforme mostrado(s) nas Figuras 2, 3 e 6. Cada um dos manipuladores robóticos (80a, 80b, 80c) das Figuras 2, 3 e 6 contém um braço (81) que se estende a partir de uma base (90) mostrada na Figura 6. O braço (81) é articulado por uma série de juntas de revolução (82, 83, 84) ao longo do seu comprimento. Na extremidade distal do braço (81), localiza-se uma ferramenta (40a, 40b, 40c), que termina em um efetor de extremidade (do instrumento (41a, 41b, 41c)). O efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) pode ser um instrumento cirúrgico, como, por exemplo, mandíbulas lisas, mandíbulas serrilhadas, pinça, um par de tesouras, agulha para sutura, laser, faca, grampeador, cauterizador, aspirador, alicate, bisturi, eletrodo de cauterização ou algo do gênero. O efetor de extremidade (41c) pode, alternativamente, ser um dispositivo de captura de imagens, como, por exemplo, um endoscópio. O efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b, 41c) pode ser acionado para se mover por um motor de acionamento (86) na extremidade distal do braço (81). O motor de acionamento (86) pode ser acoplado ao efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b, 41c) por meio de cabos que se estendem ao longo do interior do eixo do instrumento.

[021] Embora a Figura 3 mostre um manipulador robótico (80c) sustentando um endoscópio (41c) e um manipulador robótico (80a) sustentando um efetor de extremidade do instrumento (41a), deve-se observar que cada um dos manipuladores robóticos (80a, 80b, 80c) pode sustentar qualquer um dos efetores terminais.

[022] Com referência agora à Figura 4, o console do operador (20) inclui um ou mais dispositivos de entrada (21a, 21b) acoplado(s) a um conjunto de ligação (26), para o controle do(s) manipulador(es) robótico(s) (80a, 80b, 80c). O console do operador (20) também inclui um monitor (30) para que o operador “O” possa visualizar o local de trabalho cirúrgico remoto. O(s) dispositivo(s) de entrada (21a, 21b) das Figuras 4, 5a e 5b são projetados para serem segurados pela mão do usuário, para que possa fornecer entrada de movimento tridimensional ao sistema (10). Em alguns casos, o(s) dispositivo(s) de entrada (21a, 21b) também pode(m) permitir que o usuário forneça entrada funcional para o sistema (10).

[023] Embora a descrição acima se refira a um único dispositivo de exibição, em outros exemplos, o sistema robótico pode compreender uma pluralidade de dispositivos de exibição ou monitores. Os monitores são configurados adequadamente para exibirem a visualização do local de trabalho remoto como uma imagem bidimensional e/ou como uma imagem tridimensional. Os monitores podem ser fornecidos em um único console do operador (20), ou dois ou mais consoles podem compreender pelo menos um monitor cada. Isso permite o uso de monitores de visualização adicionais, que podem ser úteis para que outras pessoas, além do operador do console, possam visualizar o local da cirurgia, como, por exemplo, para treinamento.

[024] Para facilitar a explicação, um exemplo de dispositivo de entrada (21b) será descrito com referência aos eixos X, Y e Z mutuamente ortogonais, indicados nas Figuras 5a e 5b. O eixo X é ortogonal ao eixo dianteiro/traseiro do dispositivo de entrada (21b). O eixo Y é ortogonal ao eixo esquerdo/direito do dispositivo de entrada (21b). O eixo Z é paralelo ao eixo para cima/para baixo do dispositivo de entrada (21b) e ortogonal aos eixos X e Y. Em outras palavras, o eixo Z do dispositivo de entrada (21b) é uma linha que atravessa o corpo do dispositivo de entrada (21b) desde a sua superfície superior até a sua superfície inferior.

[025] O dispositivo de entrada exemplo (21b) das Figuras 5a e 5b deve ser empunhado pela mão direita. Um dispositivo de entrada de imagem espelhada (21a) pode ser destinado à mão esquerda. O corpo (27) do dispositivo de entrada (21b) contém uma cabeça (23) e uma empunhadura (24). A empunhadura (24) é configurada para ficar na palma da mão do usuário. Isso permite ao usuário colocar o seu dedo indicador em uma entrada de preensão (22). O polegar do usuário pode ser colocado no lado oposto da cabeça (23) à entrada de preensão (22) ou, alternativamente, o polegar do usuário pode ser colocado em uma entrada (25) na cabeça (23). O teste de aceitação do usuário de dispositivos desse tipo estabeleceu que muitos usuários pegam e seguram naturalmente esse dispositivo dessa maneira, com o pulso em uma posição neutra e o polegar oposto ao dedo. Isso faz com que, para a entrada de movimento tridimensional, o pulso do usuário fique livre para se mover em flexão, extensão, adução e abdução.

[026] No dispositivo de entrada (21b) das Figuras 5a e 5b, a entrada de preensão (22) é mostrada como sendo uma alavanca de gatilho, que pode girar em relação à cabeça (23) em torno de um eixo (não mostrado). A entrada de preensão (22) pode ser variavelmente denominada de entrada de garra ou pinça. Para obter uma descrição mais detalhada da referida entrada de preensão, consulte o Pedido de Patente da Inglaterra No. GB1616086.3 do Requerente, intitulado “Hand Controller Grip”, cuja tradução possível seria “Empunhadura do Controlador Manual”. Além disso, no dispositivo de entrada (21b) das Figuras 5a e 5b, a entrada (25) é mostrada como sendo um controle pelo polegar, que gira em uma base e registra sua posição em relação a uma posição central padrão, para uma unidade de controle (60). Este sinal de posição pode, então, ser utilizado como uma entrada de movimento adicional e, opcionalmente, como uma entrada funcional no sistema (10). A entrada (25) das Figuras 5a e 5b foi projetada para ser manipulada com o polegar do usuário e geralmente oferece uma entrada bidimensional.

[027] A entrada (25) pode ser articulada de várias maneiras. Por exemplo, a entrada (25) pode girar na direção A para frente/para trás, em relação ao eixo X do dispositivo de entrada (21b). A entrada (25) também pode girar na direção B para esquerda/para direita, em relação ao eixo Y do dispositivo de entrada (21b). A entrada (25) também pode se comportar como um botão de pressão, para fornecer um movimento para cima/para baixo da entrada (25) ao longo do eixo Z do dispositivo de entrada (21b).

[028] A entrada (25) fica posicionada no dispositivo de entrada (21a, 21b), de tal maneira que possa ser utilizada de forma confortável e natural pelo usuário, mas não acionada inadvertidamente. A entrada (25) pode estar em um estado inoperável por padrão, no qual qualquer entrada recebida pelo sistema a partir da entrada (25) é ignorada. A entrada (25) pode tornar-se operacional apenas quando se detecta que está sendo acionada por um usuário. Para isso, um painel sensível ao toque (não mostrado) pode ser incluído na superfície da entrada (25), que pode ser acionada pelo polegar do usuário. O painel sensível ao toque pode incluir um sensor capacitivo (não mostrado) para detectar a presença do polegar do usuário na entrada (25), quando o polegar do usuário está tocando na entrada (25). Alternativa ou adicionalmente, pode-se incluir resposta tátil à entrada (25), para detectar qualquer trepidação ou vibração resultante do polegar do usuário tocando na entrada (25), para detectar a presença do polegar do usuário na entrada (25).

[029] De preferência, a entrada (25) fica em um estado operacional padrão. Neste cenário, parar qualquer atuação inadvertida da entrada (25) pelo usuário, uma zona neutra pode ser definida dentro da faixa de articulação da entrada (25), que não produzirá nenhuma saída. Por exemplo, a entrada (25) pode precisar ser girada em uma direção para frente/para trás em relação ao eixo X do dispositivo de entrada (21a, 21b), além de um certo valor limiar antes que um sinal de saída seja acionado e qualquer movimento resultante de um escravo associado seja gerado no sistema. Dicas visuais podem ser fornecidas no monitor (30) e/ou no dispositivo de entrada (21a, 21b),

para indicar a faixa de valores de entrada para a entrada (25), que não produzirá nenhuma saída para o sistema.

[030] Um sensor de posição pode ser incluído dentro da cabeça (23) para detectar a posição da entrada (25) em relação ao corpo (27). O sensor de posição pode discriminar uma faixa de posições da entrada (25), permitindo que a extensão à qual a entrada (25) é girada ou pressionada seja identificada com mais precisão. O sensor de posição pode ser um codificador rotacional ou um potenciômetro disposto em torno do eixo de rotação da entrada (25). Além de ou em vez de um sensor de posição, o dispositivo de entrada (21b) pode compreender um sensor de força e/ou torque para detectar a força aplicada à entrada (25) e/ou o torque aplicado à entrada (25) em torno de seu eixo pivô.

[031] Pode-se incluir uma interface de entrada do usuário adicional na cabeça (23). Por exemplo, pode haver um ou mais botões de pressão, botões rotativos, joysticks, interruptores oscilantes ou algo do gênero.

[032] Com referência agora à Figura 6, um manipulador robótico (80a) exemplo é regulado por uma unidade de controle (60). A unidade de controle (60) recebe entradas provenientes de um dispositivo de entrada (21a, 21b) e de outras fontes, como, por exemplo, o conjunto de ligação (26) e os sensores de força/posição do manipulador robótico (85).

[033] O conjunto de ligação (26) é uma ligação articulada que sustenta o dispositivo de entrada (21a, 21b) e permite que ele seja movido com seis graus de liberdade. A configuração do conjunto de ligação (26) pode ser detectada por sensores na ligação e passada para a unidade de controle (60). Dessa maneira, o movimento do dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser utilizado para controlar o movimento do manipulador robótico (80a). Em vez do conjunto de ligação (26), o dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser equipado com acelerômetros. que permitem estimar sua posição e orientação.

[034] A unidade de controle (60) compreende um processador (61) que executa o código armazenado em uma forma não transitória, na memória (62). Na execução do código, o processador (60) determina um conjunto de sinais para comandar o movimento das articulações (82, 83, 84) do manipulador robótico (80a), e para mover o efetor de extremidade (41a) do instrumento (40a) dependentemente das entradas provenientes do dispositivo de entrada (21a, 21b), do conjunto de ligação (26) e dos sensores de força/posição do manipulador robótico (85). O código é configurado de tal maneira que o movimento do manipulador robótico (80a) seja essencialmente ditado pelas entradas do dispositivo de entrada (21a, 21b) e do conjunto de ligação (26). Por exemplo, em um modo de operação normal: (i) a atitude do efetor de extremidade (41a) pode ser definida pela atitude do dispositivo de entrada (21a, 21b) em relação aos seus graus de liberdade de rotação; (ii) a posição do efetor de extremidade (41a) pode ser definida pela posição do dispositivo de entrada (21a, 21b) em relação aos seus graus de liberdade de translação; e (iii) a configuração das garras do efetor de extremidade (41a) pode ser definida pela posição da entrada de preensão (22) ou da entrada (25) em relação ao corpo (21). Por exemplo, a entrada de preensão (22) pode ser utilizada para operar as garras de um efetor de extremidade do instrumento cirúrgico.

Controle de Câmera

[035] Adicionalmente, quando o manipulador robótico (80c) sustenta um dispositivo de captura de imagens, como, por exemplo, um endoscópio (41c), ao executar o código, o processador (60) determina um conjunto de sinais para comandar o movimento das articulações (82, 83 e 84) do manipulador robótico (80c), e para mover o endoscópio (41c), dependendo das entradas provenientes da entrada (25) e dos sensores de posição/força do dispositivo de entrada (21a, 21b). Por exemplo, em um modo de operação normal: (i) a posição para cima/para baixo da extremidade distal do endoscópio (41c) pode ser definida pela posição da entrada (25) de um primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição padrão A na direção para frente/para trás; (ii) a posição para esquerda/para direita da extremidade distal do endoscópio (41c) pode ser definida pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição padrão em uma direção B para esquerda/para direita; (iii) o nível de zoom do endoscópio (41c) pode ser definido pela posição da entrada (25) de um segundo dispositivo de entrada (21b), em relação à sua posição padrão em uma direção A para frente/para trás; e (iv) a rotação da extremidade distal do endoscópio (41c) pode ser definida pela posição da entrada (25) do segundo dispositivo de entrada (21b), em relação à sua posição padrão em uma direção B para esquerda/para direita.

Deve-se observar que os dispositivos de entrada (21a e 21b) podem ser mapeados inversamente ao descrito acima, de tal maneira que o primeiro dispositivo de entrada (21a) controla o nível de zoom e rotação do endoscópio (41c) e o segundo dispositivo de entrada (21b) controla o movimento para cima/para baixo, para frente/para trás e para esquerda/para direita da extremidade distal do endoscópio (41c). Alternativamente, um único dispositivo de entrada (21a ou 21b) pode ser utilizado para controlar todos os graus de liberdade do endoscópio (41c) acima descritos.

Conforme descrito anteriormente, (i) a posição para cima/para baixo da extremidade distal do endoscópio (41c) pode ser definida pela posição da entrada (25) de um primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição padrão em uma direção A para frente/para trás; (ii) a posição para esquerda/para direita da extremidade distal do endoscópio (41c) pode ser definida pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição padrão em uma direção B para esquerda/para direita.

Neste momento, o operador “O” pode pressionar a entrada (25) para mudar de controle das direções de movimento para cima/para baixo e para esquerda/para direita da extremidade distal do endoscópio (41c), para o controle da rotação e do nível de zoom do endoscópio (41c). Uma vez que a mudança foi feita, (iii) o nível de zoom do endoscópio (41c) pode ser definido pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição padrão em uma direção A para frente/para trás; e (iv) a rotação do endoscópio (41c) pode ser definida pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição padrão em uma direção B para esquerda/para direita. Alternativamente, o operador “O” pode escolher o mapeamento entre os movimentos para frente/para trás e para esquerda/para direita da entrada (25), de rotação para cima/para baixo, para esquerda/para direita e o nível de zoom do endoscópio (41c), de acordo com sua própria preferência. Em outras palavras, o operador “O” pode selecionar quais graus de liberdade da entrada (25) mapear mediante os graus de liberdade do endoscópio (41c). Isso será descrito de forma mais detalhada abaixo. Portanto, o operador “O” do sistema (10) é capaz de utilizar um único dispositivo de entrada (21a, 21b) para controlar, simultaneamente, o efetor de extremidade do instrumento (do instrumento (41a, 41b) e o endoscópio (41c), sem a necessidade de interromper a manipulação do efetor de extremidade do instrumento (do instrumento (41a, 41b) ou do endoscópio (41c).

[036] Quando o manipulador robótico (80c) está sustentando um dispositivo de captura de imagens, como, por exemplo, o endoscópio (41c), ao executar o código, o processador (60) pode determinar um conjunto de sinais para mover o endoscópio (41c), dependentemente das entradas da entrada (25) e dos sensores de posição/força do dispositivo de entrada (21a, 21b), por meio do uso de controle de velocidade, de tal maneira que a velocidade com a qual o endoscópio (41c) é movido em uma direção desejada também possa ser controlada. Por exemplo, a entrada (25) pode ser configurada de tal maneira que fique inclinada para retornar a uma posição neutra. Em um modo de operação normal, (i) a velocidade com a qual a extremidade distal do endoscópio (41c) é movida em uma direção para cima/para baixo pode ser definida pela posição da entrada (25) de um primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição neutra padrão em uma direção A para frente/para trás; (ii) a velocidade com a qual a extremidade distal do endoscópio (41c) é movida na direção para esquerda/para direita pode ser definida pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção B para esquerda/para direita; (iii) a velocidade com a qual o nível de zoom do endoscópio (41c) é alterada pode ser ajustada pela posição da entrada (25) de um segundo dispositivo de entrada (21b), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção A para frente/para trás; e (iv) a velocidade com a qual a rotação da extremidade distal do endoscópio (41c) é efetuada pode ser definida pela posição da entrada (25) do segundo dispositivo de entrada (21b), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção B para esquerda/para direita. Em outras palavras, quando o operador “O” desejar mover o endoscópio (41c) de uma maneira desejada, ele empurrará a entrada (25) do dispositivo de entrada relevante (21a, 21b), em uma das direções apropriadas descritas acima. A distância que o operador “O” empurra a entrada (25) na direção apropriada distante da posição neutra determina a rapidez com que o endoscópio (41c) se move na maneira desejada. Uma vez que o operador “O” solta a entrada (25), o endoscópio (41c) para de se mover e a entrada (25) retorna à sua posição neutra. Deve-se observar que os dispositivos de entrada (21a e 21b) podem ser mapeados inversamente ao descrito acima, de tal maneira que o primeiro dispositivo de entrada (21a) controla a rotação e o nível de zoom do endoscópio (41c) e o segundo dispositivo de entrada (21b) controla o movimento para cima/para baixo e para esquerda/para direita da extremidade distal do endoscópio (41c).

[037] Alternativamente, um único dispositivo de entrada (21a ou 21b) pode ser utilizado para controlar todos os graus de liberdade do endoscópio (41c) descritos acima, por meio do uso do controle de velocidade. Conforme descrito anteriormente, a entrada (25) é configurada de tal maneira que fique inclinada para retornar a uma posição neutra; (i) a velocidade com a qual a extremidade distal do endoscópio (41c) é movida na direção para cima/para baixo pode ser definida pela posição da entrada (25) de um primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção A para frente/para trás; (ii) a velocidade com a qual a extremidade distal do endoscópio (41c) é movida na direção para esquerda/para direita pode ser definida pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção B para esquerda/para direita. Neste momento, o operador “O” pode pressionar a entrada (25) para mudar de controle das direções de movimento para cima/para baixo e para esquerda/para direita da extremidade distal do endoscópio (41c), para o controle da rotação e do nível de zoom do endoscópio (41c). Uma vez que a mudança foi feita, (iii) a velocidade com a qual o nível de zoom do endoscópio (41c) é alterado pode ser ajustada pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção A para frente/para trás; e (iv) a velocidade com a qual a rotação do endoscópio (41c) é efetuada pode ser definida pela posição da entrada (25) do primeiro dispositivo de entrada (21a), em relação à sua posição neutra padrão, em uma direção B para esquerda/para direita. Alternativamente, o operador “O” pode escolher o mapeamento entre os movimentos para frente/para trás e para esquerda/para direita da entrada (25), de rotação para cima/para baixo, para esquerda/para direita e o nível de zoom do endoscópio (41c), de acordo com sua própria preferência. Em outras palavras, o operador “O” pode selecionar quais graus de liberdade da entrada (25) mapear mediante os graus de liberdade do endoscópio (41c). Isso será descrito de forma mais detalhada abaixo. Portanto, o operador “O” do sistema (10) é capaz de utilizar um único dispositivo de entrada (21a, 21b) para controlar, simultaneamente, o efetor de extremidade do instrumento (do instrumento (41a, 41b) e o endoscópio (41c), sem a necessidade de interromper a manipulação do efetor de extremidade do instrumento (do instrumento (41a, 41b) ou do endoscópio (41c).

[038] Dessa maneira, o operador “O” do sistema (10) pode reposicionar o endoscópio (41c) para capturar uma vista diferente do local de trabalho durante um procedimento. sem a necessidade de interromper o procedimento. O endoscópio (41c) pode, portanto, ser considerado como um outro efetor de extremidade escravo.

Relação Mestre-Escravo

[039] Com referência à Figura 7, o operador “O”, que está realizando um procedimento, por meio do uso do console do operador (20), utiliza o(s) dispositivo(s) de entrada(s) (21a, 21b) - (os mestres), para controlar os movimentos de uma ou mais ferramentas remotas (40a, 40b, 40c) – (os escravos). O operador “O” pode visualizar o local de trabalho por meio do monitor (30). Os efetores terminais (41a e 41b) do instrumento sustentados nos manipuladores robóticos (80a e 80b) são manipulados para efetuar os movimentos de posicionamento e orientação em resposta às entradas funcionais e movimento em seu(s) respectivo(s) dispositivo(s) de entrada associado(s) (21a, 21b). Durante o procedimento, imagens dos efetores terminais (do instrumento (41a, 41b)) do instrumento, juntamente com o local cirúrgico, são capturadas pelo endoscópio (41c) sustentado no manipulador robótico (80c) e são exibidas no monitor (30), para que o operador “O” possa ver os movimentos responsivos e ações dos efetores terminais (do instrumento (41a, 41b) do instrumento, à medida que ele controla tais movimentos e ações, por meio do uso do(s) dispositivo(s) de entrada (21a, 21b).

[040] Vantajosamente, a unidade de controle (60) estabelece uma relação entre o dispositivo de entrada (21a, 21b) e o efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento associado, como pode ser visto na imagem capturada sendo exibida no monitor (30), na qual a relação entre a orientação e a posição do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento, conforme exibido para o operador “O” na imagem, segue e corresponde à orientação e à posição do dispositivo de entrada associado (21a ou 21b), conforme manipulado pela mão do operador. Por meio do mapeamento da orientação e da posição do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento associado, mediante orientação e posição do dispositivo de entrada, o controle do movimento do efetor de extremidade (41a ou 41b) do instrumento pode ser realizado de uma forma mais intuitiva do que no caso em que o movimento do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento, conforme exibido na imagem, não foi mapeado mediante movimento da mão do operador.

[041] Além disso, a unidade de controle (60) estabelece uma relação entre a entrada (25) e o endoscópio (41c) associado, na qual a relação entre a orientação e a posição do endoscópio (41c) segue e corresponde à orientação e à posição da entrada associada (25), conforme manipulado pela mão do operador. Por meio do mapeamento da orientação e da posição do endoscópio associado (41c) mediante orientação e posição da entrada, o controle do movimento do endoscópio (41c) pode ser realizado de uma maneira mais intuitiva do que no caso em que o movimento do endoscópio (41c) não foi mapeado mediante movimento da entrada (25).

[042] A unidade de controle (60) efetua o controle entre um dispositivo de entrada (21a, 21b) e um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento, por meio do mapeamento da posição e da orientação do dispositivo de entrada em um sistema de referência de coordenadas cartesianas do dispositivo de entrada (quadro da entrada) com a posição e a orientação do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento em um sistema de referência de coordenadas cartesianas da câmera (quadro da câmera). Por conseguinte, durante a operação, a posição e a orientação do efetor de extremidade do instrumento dentro do quadro da câmera são mapeadas para a posição e a orientação do dispositivo de entrada (21a, 21b) no quadro da entrada e o efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento é colocado para mover para um nova posição/orientação no quadro da câmera, que corresponde à posição e à orientação atuais do dispositivo de entrada (21a, 21b) no quadro da entrada.

[043] Em alguns casos, a unidade de controle (60) efetua o controle entre a entrada (25) e o endoscópio (41c), por meio do mapeamento da posição e da orientação da entrada em relação ao dispositivo de entrada (21a, 21b), em um sistema de referência de coordenadas cartesianas da entrada (quadro da entrada) com a posição e a orientação do endoscópio (41c) no quadro da câmera. Por conseguinte, durante a operação, o endoscópio (41c) é colocado para se mover para uma nova posição/orientação no quadro da câmera, que corresponde à posição e à orientação atuais da entrada (25) no quadro da entrada.

[044] Alternativamente, a unidade de controle (60) efetua o controle entre a entrada (25) e o endoscópio (41c), por meio do uso do controle de velocidade, mapeando a posição da entrada em relação à sua posição neutra padrão em relação ao dispositivo de entrada (21a, 21b), em um quadro da entrada com a direção e a velocidade de movimento do endoscópio (41c) no quadro da câmera. Por conseguinte, durante a operação, o endoscópio (41c) é colocado para se mover em uma nova direção e a uma velocidade desejada no quadro da câmera, que corresponde à posição da entrada (25) em relação à sua posição neutra padrão no quadro da entrada.

[045] Vantajosamente, o usuário pode desconectar o dispositivo de entrada (21a, 21b), e movê-lo para uma orientação e/ou posição mais ergonômica. Depois de reativar o dispositivo de entrada (21a, 21b), o mapeamento entre o quadro da entrada e o quadro da câmera é atualizado. Portanto, o quadro de referência mestre pode ser mudado e também variar entre o dispositivo de entrada (21a) e o dispositivo de entrada (21b). Além disso, esta atualização do mapeamento entre o mestre (dispositivo de entrada (21a, 21b) e o escravo (efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b, 41c)) resulta nos comandos de movimento dados através do dispositivo de entrada (21a, 21b), para produzir o movimento esperado do escravo, conforme exibido ao operador “O” no monitor (30).

[046] Deve-se observar que, caso a posição do dispositivo de captura de imagens mude, a orientação e a posição do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) na imagem visualizada também podem mudar. Consequentemente, e vantajosamente, a relação na qual o movimento do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) do instrumento é mapeado mediante o movimento do dispositivo de entrada (21a, 21b), é novamente estabelecida após tal mudança de posição pelo dispositivo de captura de imagens. Isso melhorará a "sensação" intuitiva do operador ao executar um procedimento, pois essa atualização contínua do mapeamento entre o mestre e o escravo resultará nos comandos de movimento dados através do dispositivo de entrada (21a, 21b), para produzir o movimento esperado do escravo, conforme exibido ao operador “O”.

[047] Além disso, para que o operador “O” tenha uma resposta melhorada e mais intuitiva entre o movimento da entrada (25) e o movimento da extremidade distal do endoscópio (41c), a unidade de controle (60) determina e efetua a posição e a orientação desejadas da extremidade distal do endoscópio (41c), com base na posição e na orientação da entrada (25), por meio do quadro da entrada em relação a um quadro de referência da preferência do operador. Este conceito é ilustrado nas Figuras 8a e 8b e descrito abaixo.

[048] A Figura 8a ilustra um exemplo no qual o operador “O” está segurando o dispositivo de entrada (21a), de tal maneira que o dispositivo de entrada (21a) fica apontado diretamente para a tela de exibição do monitor (30). O operador “O” pode optar por definir seu quadro de referência preferido como sendo o mesmo do dispositivo de entrada (21a), isto é, o quadro da entrada. Neste exemplo, antes da entrada (25) ser manipulada, o operador “O” pode ver o efetor de extremidade (41a) do instrumento, conforme mostrado no monitor (30). No entanto, uma vez que a entrada (25) é movida para a esquerda, em relação ao corpo do dispositivo de entrada (21), na direção indicada pela letra L na Figura 8a, a extremidade distal do endoscópio (41c) também é movida para a esquerda, resultando na imagem exibida do efetor de extremidade (41a) do instrumento, mudando para o lado direito da imagem capturada, conforme mostrado no monitor (30’).

[049] A Figura 8b ilustra um outro exemplo no qual o dispositivo de entrada (21a) está sendo segurado pelo operador “O”, de tal maneira que o dispositivo de entrada (21a) fica apontado a 90 graus para a direita da tela de exibição do monitor (30). Se o operador “O” escolhe definir o seu quadro de referência preferido, como sendo o mesmo do quadro da entrada, mais uma vez, a manipulação da entrada (25) para mover para a esquerda, em relação ao corpo do dispositivo de entrada (21a), na direção indicada pela letra L na Figura 8b, resultaria em um movimento para a esquerda da extremidade distal do endoscópio (41c), resultando na imagem exibida do efetor de extremidade (41a) do instrumento, mudando para o lado direito da imagem capturada, conforme mostrado no monitor (30’).

[050] No entanto, o operador “O” pode optar por definir seu quadro de referência preferido em relação ao monitor. Neste exemplo, mover a entrada (25) na direção indicada pela letra L na Figura 8b resultaria em um movimento da extremidade distal do endoscópio (41c) para frente, o que resulta na imagem exibida do efetor de extremidade (41a) do instrumento, parecendo ser maior, conforme mostrado no monitor (30’’). Alternativamente, o operador “O” pode escolher um outro quadro de referência desejado.

Entrada Funcional

[051] Os exemplos acima descrevem o uso da entrada (25) para fornecer o movimento tridimensional do dispositivo de captura de imagens (por exemplo, endoscópio (41c). Os exemplos a seguir descrevem o uso da entrada (25) para fornecer a entrada funcional ao sistema (10).

[052] O sistema (10) permite, de forma seletiva, a associação operativa entre o(s) dispositivo(s) de entrada (21a, 21b) e qualquer um dos efetores terminais do instrumento (41a, 41b). Em muitos procedimentos cirúrgicos, é desejável que o operador possa selecionar entre dois ou mais efetores terminais do instrumento (41a, 41b). Por exemplo, o dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser utilizado para controlar uma pluralidade de efetores terminais do instrumento (41a, 41b). O dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser utilizado para controlar um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) quando acoplado operacionalmente a um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) e pode ser utilizado para controlar outro efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b), quando acoplado operacionalmente a esse outro instrumento. Em outras palavras, um dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser utilizado para controlar o efetor de extremidade (40a, 40b) do instrumento ao qual está acoplado operacionalmente, em um modo conectado. O acoplamento entre o dispositivo de entrada (21a, 21b) e o efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) é mutável. Um efetor de extremidade (41a) do instrumento pode ser controlado por uma pluralidade de dispositivos de entrada (21a, 21b). O efetor de extremidade (41a) do instrumento é acoplável a um dispositivo de entrada (21a), para permitir o controle do efetor de extremidade (41a) do instrumento pelo dispositivo de entrada (21a). Uma vez desacoplado da entrada de dispositivo (21a), o efetor de extremidade (41a) do instrumento é acoplável a outro dispositivo de entrada (21b), para permitir o controle do efetor de extremidade (41a) do instrumento pelo outro dispositivo de entrada (21b). Portanto, mais de um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) pode ser operacionalmente associado a um único dispositivo de entrada (21).

[053] Os dispositivos de entrada (21a, 21b) são associáveis ou operacionalmente acopláveis a um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) por vez. Essa associação ou acoplamento é, em um exemplo, efetuada(o) no controle de software. O operador “O” seleciona o acoplamento desejado, por exemplo, manipulando o respectivo dispositivo de entrada (21a, 21b), para selecionar o respectivo efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b), como, por exemplo, por meio do uso da entrada (25) para selecionar uma opção de um menu em uma interface. Uma vez selecionado um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) apropriado, ele é acionado/acoplado operacionalmente ao dispositivo de entrada (21a, 21b), para que o operador “O” possa ter controle do efetor de extremidade do instrumento escolhido. Isso pode ser feito por meio do uso da entrada de preensão (22) do dispositivo de entrada (21). No entanto, o próprio dispositivo de entrada (21a, 21b) não pode ser utilizado para fazer essa conexão. Em vez disso, pode ser utilizado outro botão ou controle, como, por exemplo, um pedal ou um interruptor no console do operador (20) ou, então, no dispositivo de entrada (21a, 21b). Alternativamente, outro botão ou controle no dispositivo de entrada (21a, 21b), exceto a entrada de preensão (22), pode ser alternativamente fornecido como uma entrada de conexão, para conexão/acoplamento operacional de um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) apropriado com o dispositivo de entrada (21a, 21b), para que o operador “O” possa ter controle do instrumento terminal escolhido. Isso oferece flexibilidade na seleção do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b). O efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) que está operacionalmente acoplado ao dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser denominado efetor de extremidade do instrumento conectado. Os efetores terminais do instrumento (41a, 41b) que não estão operacionalmente acoplados a um dispositivo de entrada (21a, 21b) podem ser denominados efetores terminais do instrumento desconectados. Um efetor de extremidade de instrumento desconectado não é controlado ativamente por um dispositivo de entrada (21a, 21b). Adequadamente, o processador (61) é configurado para determinar qual dos efetores terminais do instrumento (41a, 41b) é um instrumento conectado.

[054] Portanto, o processador (61) pode operar em diversos modos, principalmente, em um modo conectado, em um modo desconectado, em um modo operacional e em um modo de seleção. No modo conectado, o dispositivo de entrada (21a, 21b) é operacionalmente acoplado a um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b). No modo desconectado, o dispositivo de entrada (21a, 21b) é operacionalmente desacoplado de um efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b). O mesmo mecanismo descrito acima, para acoplar operacionalmente um efetor de extremidade do instrumento a um dispositivo de entrada (21a, 21b), pode ser utilizado para desacoplar operacionalmente esse efetor de extremidade do instrumento daquele dispositivo de entrada (21a, 21b). Por exemplo, a entrada de preensão (22) do dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser utilizada para desacoplar operacionalmente o efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b). Novamente, o próprio dispositivo de entrada (21a, 21b) não pode ser utilizado para efetuar essa desconexão. Em vez disso, pode ser utilizado outro botão ou controle, como, por exemplo, um pedal ou um interruptor no console do operador (20) ou, então, no dispositivo de entrada (21a, 21b). Novamente, outro botão ou controle no dispositivo de entrada (21a, 21b), exceto a entrada de preensão (22), pode ser alternativamente fornecido como uma entrada de conexão, para o desconexão/desacoplamento operacional do efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) associado com o dispositivo de entrada (21a, 21b). Uma vez que o efetor de extremidade do instrumento anterior foi dissociado operacionalmente do dispositivo de entrada (21a, 21b), um efetor de extremidade do instrumento diferente pode ser selecionado e acoplado operacionalmente ao dispositivo de entrada (21a, 21b), para que o operador “O” possa ter controle do instrumento escolhido.

[055] No modo seleção, o processador (61) também pode ser configurado de tal modo que, mediante a desconexão de um instrumento (40a, 40b) de um dispositivo de entrada (21), a entrada (25) desse dispositivo de entrada (21a, 21b) deixa de atuar como uma entrada tridimensional e automaticamente se torna um dispositivo de seleção de efetor de extremidade do instrumento, para permitir que o operador “O” selecione outro efetor de extremidade do instrumento, para associação com o dispositivo de entrada (21a, 21b). Em um exemplo, quando mais de um dispositivo de entrada (21a, 21b) está sendo utilizado, a desconexão de um dos dispositivos de entrada (21a, 21b) resulta apenas na desconexão do efetor de extremidade do instrumento associado do referido dispositivo de entrada (21a, 21b) com a entrada (25) do dispositivo de entrada desconectado (21a, 21b), transformando-se em um dispositivo de seleção. Assim sendo, o processador pode operar, simultaneamente, nos modos desconectado e seleção. Em outro exemplo, quando mais de um dispositivo de entrada (21a, 21b) está sendo utilizado, a desconexão de um dos dispositivos de entrada (21a, 21b) resulta na desconexão de todos os efetores terminais do instrumento associados e a entrada (25) de todos os dispositivos de entrada (21a, 21b) transforma-se, automaticamente, em dispositivos de seleção.

[056] Conforme descrito anteriormente, a entrada (25) de um ou mais dispositivos de entrada (21a, 21b) também pode ser utilizada para controlar os vários graus de liberdade (para cima/para baixo, para esquerda/para direita, aumentar/diminuir o zoom e rolar) do dispositivo de captura de imagens (por exemplo, endoscópio (41c). Isso pode ocorrer no modo operacional, no qual, por exemplo, a entrada (25) de um primeiro dispositivo de entrada (21a) é acoplada operacionalmente ao endoscópio (41c), para controlar seus movimentos para cima/para baixo e para esquerda/para direita, e a entrada (25)

de um segundo dispositivo de entrada (21b) pode ser acoplada operacionalmente ao endoscópio (41c) para controlar o aumento/diminuição do zoom e o rolamento do endoscópio (41c). A entrada de preensão (22) do dispositivo de entrada (21a, 21b) pode ser utilizada para fazer com que o processador (61) entre no modo operacional e forneça ao operador “O” o controle dos graus de liberdade exigidos pelo endoscópio. Alternativamente, outra entrada de conexão do dispositivo de entrada (21a, 21b), conforme descrito acima ou outro botão ou controle, como um pedal ou interruptor no console do operador (20), pode ser utilizada no lugar ou como a entrada de preensão (22), para fazer com que o processador (61) entre no modo operacional. Em um exemplo, quando um dos dispositivos de entrada (21a, 21b) está desconectado do seu efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) associado, enquanto o outro permanece conectado ao seu efetor de extremidade do instrumento (41a, 41b) associado, então, ambas as entradas (25) do dispositivos de entrada (21a, 21b) são desconectadas do controle dos graus de liberdade do endoscópio pelo processador (61) e ambas as entradas (25) se tornam dispositivos de seleção do instrumento.

[057] Além de fornecer um dispositivo de seleção do instrumento ao operador, as entradas (25) podem ser adaptadas para fornecerem outra entrada funcional ao sistema (10), por exemplo, a seleção de vários outros modos disponíveis. que podem ser acessíveis ao operador através de um menu do tipo interface. Em um exemplo, quando o sistema (10) entra nessas outras modalidades funcionais, o processador (61) é configurado para desconectar todos os dispositivos de entrada (21a, 21b) de seus respectivos efetores terminais do instrumento (41a, 41b) associados. Além disso, o processador (61) é configurado para desconectar todas as entradas (25) do endoscópio (41c).

[058] Embora a presente invenção tenha sido descrita no contexto de um sistema robótico cirúrgico, deve-se considerar que diferentes aspectos desta invenção se aplicam igualmente a outros sistemas robóticos do tipo mestre-escravo. Assim sendo, o sistema robótico pode ser um sistema industrial ou um outro tipo de sistema. O robô pode ser um robô industrial ou um robô para outra função. Os instrumentos podem ser uma forma industrial ou outra de ferramenta. O corpo do instrumento pode compreender um acoplamento para fixação liberável a um robô e um eixo alongado que se estende entre o acoplamento e o efetor de extremidade.

[059] Os processos de controle descritos no presente documento podem ser executados por uma ou mais unidades físicas de processamento, por meio da execução do software, que faz com que as unidades realizem os processos de controle. A ou cada unidade de processamento físico pode ser qualquer processador apropriado, como, por exemplo, uma unidade central de processamento (CPU) ou função fixa ou hardware programável.

[060] Por este meio, o requerente apresenta, isoladamente, cada uma das características descritas no presente documento e qualquer combinação de duas ou mais dessas características, na medida em que tais características ou combinações possam ser realizadas com base no presente relatório descritivo, como um todo, à luz do conhecimento geral comum de um especialista na técnica, independentemente de tais características ou combinações de características resolverem quaisquer problemas aqui expostos, e sem limitação ao escopo das reivindicações. O requerente indica que os aspectos da presente invenção podem ser constituídos de qualquer característica individual ou de uma combinação de características. Com base na descrição acima, ficará evidente a um especialista na técnica que várias modificações poderão ser feitas dentro do escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMA DO TIPO MESTRE-ESCRAVO, caracterizado pelo fato de compreender: - um primeiro manipulador que sustenta um primeiro efetor de extremidade; - um segundo manipulador que sustenta um segundo efetor de extremidade; - um dispositivo de entrada configurado para receber, simultaneamente, de uma mão de um operador, um primeiro comando de movimento mestre para efetuar um movimento escravo desejado do primeiro efetor de extremidade, e um segundo comando de movimento mestre para efetuar um movimento escravo desejado do segundo efetor de extremidade; e - um processador configurado para determinar um movimento escravo desejado do primeiro e do segundo efetor de extremidade, em resposta ao primeiro e ao segundo comando de movimento mestre recebidos do dispositivo de entrada, respectivamente.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo de entrada compreender um corpo para ser segurado por um operador, sendo que o referido corpo é configurado para ser empunhado, durante o uso normal, por uma única mão do operador.

3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o dispositivo de entrada compreender uma primeira entrada para receber o primeiro comando de movimento mestre, para efetuar o movimento escravo desejado do primeiro efetor de extremidade.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o processador poder operar em uma pluralidade de modos, incluindo:

- um modo conectado, em que o dispositivo de entrada é acoplado operacionalmente ao segundo efetor de extremidade; - um modo desconectado, em que o dispositivo de entrada é desacoplado operacionalmente do segundo efetor de extremidade; - um modo operacional, em que a primeira entrada é acoplada operacionalmente ao primeiro efetor de extremidade; e - um modo de seleção, em que a primeira entrada é desacoplada operacionalmente do primeiro efetor de extremidade.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o processador ser configurado para operar no modo desconectado, em resposta a um sinal recebido de uma entrada de preensão.

6. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado pelo fato de o dispositivo de entrada ser configurado para receber o segundo comando de movimento mestre para efetuar o movimento escravo desejado do segundo efetor de extremidade quando o processador se encontra no modo conectado.

7. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 6, caracterizado pelo fato de a primeira entrada ser configurada para receber o primeiro comando de movimento mestre para efetuar o movimento escravo desejado do primeiro efetor de extremidade quando o processador se encontra no modo operacional.

8. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 7, caracterizado pelo fato de a primeira entrada também ser configurada para selecionar um terceiro efetor de extremidade para associação com o dispositivo de entrada, quando o processador se encontra no modo de seleção.

9. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 8, caracterizado pelo fato de o processador também ser configurado para operar no modo operacional, em resposta ao recebimento de um sinal de uma segunda entrada.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, dependente da reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o dispositivo de entrada também ser configurado para receber um terceiro comando de movimento mestre para efetuar um movimento escravo desejado do terceiro efetor de extremidade em resposta à seleção do terceiro efetor de extremidade pela primeira entrada.

11. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 10, caracterizado pelo fato de o processador também ser configurado para operar simultaneamente no modo desconectado e no modo de seleção quando o processador entra no modo desconectado.

12. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 11, caracterizado pelo fato de o dispositivo de entrada também compreender um ou mais dos seguintes: - um mecanismo de acionamento acoplado à primeira entrada, sendo que o mecanismo de acionamento é configurado para aplicar uma força à primeira entrada para fornecer um retorno de força ao operador; - um sensor de força configurado para detectar uma força aplicada à primeira entrada, para determinar se um comando está sendo recebido na primeira entrada a partir do operador; - um sensor capacitivo configurado para detectar quando o operador está tocando na primeira entrada para determinar se um comando está sendo recebido na primeira entrada a partir do operador; e - um sensor de posição configurado para detectar a posição da primeira entrada em relação ao corpo, para determinar se um comando está sendo recebido na primeira entrada, a partir do operador.

13. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o processador também ser configurado para efetuar o movimento de um ou mais entre: - o primeiro efetor de extremidade, de acordo com o movimento escravo desejado determinado do primeiro efetor de extremidade; e

- o segundo efetor de extremidade, de acordo com o movimento escravo desejado determinado do segundo efetor de extremidade.

14. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 13, caracterizado pelo fato de o primeiro efetor de extremidade ter vários graus de liberdade e o processador ser configurado para associar seletivamente pelo menos um dos graus de liberdade do primeiro efetor de extremidade à primeira entrada e para efetuar o movimento do pelo menos um dos graus de liberdade do primeiro efetor de extremidade, em resposta ao movimento da primeira entrada.

15. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o primeiro efetor de extremidade compreender um dispositivo de captura de imagens para capturar uma imagem de um local de trabalho.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o dispositivo de captura de imagens ser um endoscópio.

17. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de também compreender um monitor para exibir a imagem capturada.

18. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 17, caracterizado pelo fato de o processador também ser configurado para determinar o movimento escravo desejado do primeiro efetor de extremidade de acordo com o movimento da primeira entrada, em relação a um quadro de referência selecionado pelo operador.

19. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o quadro de referência selecionado pelo operador ser: - fixado ao dispositivo de entrada; ou - fixado ao monitor.

20. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 19, caracterizado pelo fato de o processador também ser configurado para atualizar continuamente um mapeamento entre um quadro de referência do dispositivo de entrada e um segundo quadro de referência do efetor de extremidade e para atualizar continuamente um mapeamento entre um primeiro quadro de referência da entrada e um primeiro quadro de referência do efetor de extremidade, de tal maneira que os movimentos do primeiro e do segundo efetor de extremidade, conforme exibidos no monitor, correspondam aos movimentos da primeira entrada e do dispositivo de entrada, respectivamente.