BR112021010859A2

BR112021010859A2 - Método e sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos e robô médico

Info

Publication number: BR112021010859A2
Application number: BR112021010859-9A
Authority: BR
Inventors: Zihan LI; Jiayin Wang; Chao He; Feijian NI; Peng Zhang; Yuhui Xia
Original assignee: Shanghai Microport Medbot (Group) Co., Ltd.
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-08-31
Also published as: EP3892226A1; CN109620410A; US20220015846A1; CN109620410B; EP3892226A4; WO2020114233A1

Abstract

método e sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos e robô médico. trata-se de um método e sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos (21) e de um robô médico, pertencentes ao campo da tecnologia dos robôs médicos. o método inclui: dispor (s10) pontos distintos (m, n) em um braço mecânico (21); adquirir (s40) uma força de interação (fm,n) correspondente a cada ponto distinto (m, n) de acordo com uma distância relativa calculada (l) entre os pontos distintos (m, n) respectivamente em diferentes braços mecânicos (21) para obter (s50) a força resultante das forças de interação (fm,n), cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto (m, n), e então obter a força cartesiana (fd) correspondente a cada braço mecânico (21), e tornar (s60) o operador ciente da força cartesiana (fd) em tempo real, reduzindo assim com eficácia o risco de interferência e colisão entre os braços mecânicos (21).

Description

"MÉTODO E SISTEMA PARA PREVENIR A COLISÃO ENTRE BRAÇOS MECÂNICOS E ROBÔ MÉDICO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Chinês nº 201811472969.3, intitulado “Method and System for Preventing Collision Between Mechanical Arms, and Medical Robot” e depositado no dia 4 de dezembro de 2018, cujo conteúdo incorpora-se expressamente ao presente documento por referência na íntegra.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente revelação refere-se ao campo da tecnologia dos robôs médicos e, em particular, a um método e sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos e a um robô médico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] Atualmente, um robô médico geralmente precisa controlar uma pluralidade de braços mecânicos para que cooperem uns com os outros durante uma operação específica. No entanto, durante os movimentos dos braços mecânicos, interferência, colisão e outras falhas ocorrem facilmente entre eles.

[004] Por exemplo, no processo de executar operações relacionadas, tais como detecção e cirurgia, um robô médico com teleoperação geralmente controla mais de dois braços mecânicos, tais como braços de ferramenta, para que trabalhem colaborativamente de modo que possa-se mover um instrumento médico segurado por cada braço a uma posição esperada e então executar operações, tais como detecção e cirurgia. Entretanto, durante os movimentos dos braços mecânicos, devido à curta distância entre eles, riscos de interferência e colisão podem facilmente se concretizar entre os mesmos e, com isso, as operações, tais como detecção e cirurgia, podem ser afetadas, o que poderia causar até mesmo acidentes médicos em casos graves.

SUMÁRIO

[005] Várias modalidades exemplificativas na presente revelação propõem um método e sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos, além de um robô médico.

[006] Em uma modalidade opcional, a presente revelação propõe um método para prevenir a colisão entre braços mecânicos aplicado a um robô médico, o robô médico incluindo ao menos dois braços mecânicos, um braço mecânico dos ao menos dois braços mecânicos incluindo um corpo de braço mecânico, o corpo de braço mecânico incluindo uma pluralidade de articulações, e o método incluindo: dispor uma pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico; adquirir primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto em um sistema global de coordenadas; obter uma primeira distância relativa entre dois pontos distintos localizados em diferentes braços mecânicos de acordo com as primeiras informações de coordenada; adquirir uma primeira força de interação em cada ponto distinto aplicada por cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e uma relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação; e obter a força cartesiana de cada braço mecânico de acordo com uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico, e tornar o operador ciente da força cartesiana.

[007] Na modalidade acima do método para prevenir a colisão entre braços mecânicos, pontos distintos são dispostos no braço mecânico, e as forças de interação em cada ponto distinto são adquiridas de acordo com a distância calculada entre os pontos distintos em diferentes braços mecânicos para obter a força resultante das forças de interação correspondentes a cada ponto distinto, e, em seguida, a força cartesiana de cada braço mecânico é obtida, e o operador pode tomar conhecimento da força cartesiana em tempo real, evitando assim com eficácia falhas, tais como interferência e colisões entre os braços mecânicos.

[008] Em uma modalidade opcional, ao menos parte dos braços mecânicos inclui ainda um instrumento médico montado em uma extremidade distal do corpo de braço mecânico, sendo que dispor a pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico inclui dispor os pontos distintos no instrumento médico e/ou no corpo de braço mecânico.

[009] Em uma modalidade opcional, dispor a pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico inclui: adquirir primeiras informações de posição relativa de um ponto distinto em relação a uma articulação correspondente.

[010] Em uma modalidade opcional, o braço mecânico inclui ainda um sensor de posição configurado para adquirir informações de posição de articulação, sendo que adquirir primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas inclui: obter as informações de posição de articulação de uma articulação através do sensor de posição, e obter segundas informações de coordenada de cada articulação no sistema global de coordenadas de acordo com as informações de posição de articulação e um modelo cinemático; e obter as primeiras informações de coordenada do ponto distinto no sistema global de coordenadas de acordo com as segundas informações de coordenada e as primeiras informações de posição relativa.

[011] Em uma modalidade opcional, adquirir a primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação inclui: definir uma pluralidade de intervalos de distância em uma faixa de valores da primeira distância relativa, sendo que a relação correspondente que corresponde a ao menos um dos intervalos de distância difere das relações correspondentes que correspondem a outros intervalos de distância; e obter a primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa entre os pontos distintos e a relação correspondente que corresponde a um intervalo de distância onde jaz a primeira distância relativa.

[012] Em uma modalidade opcional, a pluralidade de intervalos de distância inclui um primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] , um segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) e um terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; e a primeira força de interação F é uma força de interação máxima predefinida Fmax no primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] ; a relação entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa é uma função no segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) , sendo que a função é uma função contínua no segundo intervalo de distância, um primeiro derivado da função é inferior a zero e um segundo derivado da função é superior a zero; a primeira força de interação F é igual a zero no terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; os pontos distintos m e n são dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos, Rm é o raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto m, com o ponto distinto m localizado no braço mecânico; Rn é o raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto n, com o ponto distinto n localizado no braço mecânico; Lmax é uma distância de alerta de colisão predefinida da primeira distância relativa, e Lmi n é uma distância de segurança mínima predefinida da primeira distância relativa.

[013] Em uma modalidade opcional, a função é: 1 1 1 f ( L)  k(  ) ( 2 )L , L Lmax L k é um coeficiente de ganho de distância-força, L é a primeira distância relativa, e L é um derivado de L em relação ao tempo.

[014] Em uma modalidade opcional, dispor a pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico inclui ainda: adquirir um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; sendo que obter a força cartesiana de cada braço mecânico de acordo com a força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico, inclui: obter uma força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto; obter um torque correspondente a cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente de acordo com a força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto e as primeiras informações de posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente, e obter um torque resultante correspondente a cada articulação de acordo com um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; e obter a força cartesiana do braço mecânico de acordo com o torque resultante correspondente a cada articulação e uma matriz jacobiana de força do braço mecânico.

[015] Em uma modalidade opcional, tornar o operador ciente da força cartesiana inclui: exibir a força cartesiana em um dispositivo de exibição.

[016] Em uma modalidade opcional, o braço mecânico conecta-se a um manipulador mestre configurado para controlar o movimento do referido braço mecânico, sendo que tornar o operador ciente da força cartesiana inclui: obter a força cartesiana do manipulador mestre configurado para controlar o movimento do braço mecânico de acordo com a força cartesiana do braço mecânico; obter um torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre de acordo com uma matriz jacobiana de força e a força cartesiana do manipulador mestre; e fazer com que um motor configurado para controlar o movimento de uma articulação do manipulador mestre emita analogamente um torque de resistência com a mesma grandeza que, mas em sentido oposto ao, torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre.

[017] Em uma modalidade opcional, a presente revelação também propõe um sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos aplicado a um robô médico, o robô médico incluindo ao menos dois braços mecânicos, um braço mecânico incluindo um corpo de braço mecânico, o corpo de braço mecânico incluindo uma pluralidade de articulações, e o sistema incluindo: uma unidade de disposição de pontos distintos configurada para dispor pontos distintos no braço mecânico; uma memória configurada para armazenar instruções; um processador em comunicação com a unidade de disposição de pontos distintos e a memória, respectivamente; sendo que as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, praticam as etapas de: adquirir primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto em um sistema global de coordenadas;

obter uma primeira distância relativa entre dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos de acordo com as primeiras informações de coordenada; adquirir uma primeira força de interação em cada ponto distinto aplicada por cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e uma relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação; e obter a força cartesiana de cada braço mecânico de acordo com uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico, e tornar o operador ciente da força cartesiana.

[018] Em uma modalidade opcional, ao menos parte dos braços mecânicos inclui ainda um instrumento médico montado em uma extremidade distal do corpo de braço mecânico e os pontos distintos são disposto no instrumento médico e/ou no corpo de braço mecânico.

[019] Em uma modalidade opcional, o braço mecânico inclui ainda um sensor de posição configurado para adquirir informações de posição de articulação, o sensor de posição comunicando-se com o processador; a unidade de disposição de pontos distintos é configurada ainda para adquirir primeiras informações de posição relativa de um ponto distinto em relação a uma articulação correspondente; e as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, praticam ainda as etapas de: adquirir, através do sensor de posição, informações de posição de articulação da articulação e adquirir segundas informações de coordenada de cada articulação no sistema global de coordenadas de acordo com as informações de posição de articulação e um modelo cinemático; e adquirir as primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas de acordo com as segundas informações de coordenada de cada articulação no sistema global de coordenadas e as primeiras informações de posição relativa.

[020] Em uma modalidade opcional, a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação é pré-armazenada na memória; ou o sistema inclui ainda um dispositivo de entrada configurado para adquirir a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação durante uma cirurgia para execução direta pelo processador ou armazenamento na memória.

[021] Em uma modalidade opcional, uma faixa de valores da primeira distância relativa inclui uma pluralidade de intervalos de distância e a relação correspondente que corresponde a ao menos um dos intervalos de distância difere das relações correspondentes que correspondem a outros intervalos de distância; as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, praticam ainda as etapas de: obter uma primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa de cada ponto distinto e uma relação correspondente que corresponde a um intervalo de distância onde jaz a primeira distância relativa.

[022] Em uma modalidade opcional, a pluralidade predefinida de intervalos de distância inclui um primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] , um segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) e um terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; e a primeira força de interação F é uma força de interação máxima predefinida Fmax no primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] ; a relação entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa é uma função no segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) , sendo que a função é uma função contínua no segundo intervalo de distância, um primeiro derivado da função é inferior a zero e um segundo derivado da função é superior a zero; a primeira força de interação F é igual a zero no terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; os pontos distintos m e n são dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos, Rm é o raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto m, com o ponto distinto m localizado no braço mecânico; Rn é o raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto n, com o ponto distinto n localizado no braço mecânico; Lmax é uma distância de alerta de colisão predefinida da primeira distância relativa, e Lmi n é uma distância de segurança mínima predefinida da primeira distância relativa.

[023] Em uma modalidade opcional, a função é: 1 1 1 f ( L)  k(  ) ( 2 )L , L Lmax L k é um coeficiente de ganho de distância-força, L é a primeira distância relativa, e L é um derivado de L em relação ao tempo.

[024] Em uma modalidade opcional, a unidade de disposição de pontos distintos é configurada ainda para obter um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; e as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, praticam ainda as etapas de: obter uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico; obter um torque correspondente a cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente de acordo com a força resultante das primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto e as primeiras informações de posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente, e obter um torque resultante correspondente a cada articulação de acordo com o torque correspondente ao ponto distinto em relação à articulação correspondente e o coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; e obter a força cartesiana do braço mecânico de acordo com o torque resultante correspondente a cada articulação e uma matriz jacobiana de força do braço mecânico.

[025] Em uma modalidade opcional, o sistema inclui ainda um alarme conectado ao processador, sendo que as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, praticam ainda as etapas de: quando uma primeira distância relativa de qualquer ponto distinto no braço mecânico for inferior ou igual a uma distância de alerta predefinida, e/ou quando a força cartesiana do braço mecânico superar um limite de força predefinido, disparar o alarme para emitir uma mensagem de alerta.

[026] Em uma modalidade opcional, o sistema inclui ainda: um aparelho de tela, sendo que o processador é configurado ainda para exibir a força cartesiana no dispositivo de exibição.

[027] Em uma modalidade opcional, o robô médico inclui: ao menos dois braços mecânicos, um braço mecânico incluindo um corpo de braço mecânico e o corpo de braço mecânico incluindo uma pluralidade de articulações; e o sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos de acordo com qualquer uma das modalidades acima.

[028] Em uma modalidade opcional, o robô médico inclui ainda um lado do médico, um lado do paciente e uma extremidade de controle;

o lado do médico, o lado do paciente e o sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos comunicam-se, respectivamente, com a extremidade de controle; o braço mecânico situa-se no lado do paciente; o lado do médico inclui um manipulador mestre, o qual inclui uma pluralidade de articulações e um motor que as move, o manipulador mestre sendo configurado para controlar o movimento do braço mecânico; a extremidade de controle é configurada para definir uma força cartesiana do manipulador mestre de acordo com uma força cartesiana do braço mecânico obtida a partir do sistema para prevenir a colisão entre os braços mecânicos; e a extremidade de controle é configurada ainda para obter um torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre de acordo com a força cartesiana e uma matriz jacobiana de força do manipulador mestre, e controlar o motor para emitir um torque de resistência com a mesma grandeza que, mas em sentido oposto ao, torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre para tornar o operador ciente da força cartesiana do braço mecânico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[029] A fim de descrever com mais clareza a solução técnica nas modalidades ou na técnica anterior, os desenhos anexos, usados na descrição da modalidade ou da técnica anterior, serão brevemente introduzidos abaixo. Aparentemente, os desenhos na descrição a seguir são meramente algumas modalidades da presente revelação, e os versados na técnica podem obter desenhos de outras modalidades com base nesses desenhos sem trabalho criativo.

[030] A FIG. 1 é um diagrama estrutural esquemático de uma extremidade de controle em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional.

[031] A FIG. 2 é um diagrama estrutural esquemático do lado do paciente em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional.

[032] A FIG. 3 é um diagrama esquemático de uma estrutura modular de um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional.

[033] A FIG. 4 é um diagrama esquemático de uma estrutura modular de um sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos de acordo com uma modalidade opcional.

[034] A FIG. 5 é um diagrama esquemático da disposição de pontos distintos por uma unidade de disposição de pontos distintos de acordo com uma modalidade opcional.

[035] A FIG. 6 é um diagrama de curva esquemático ilustrando a relação entre uma primeira distância relativa e uma primeira força de interação de acordo com uma modalidade opcional.

[036] A FIG. 7 é um diagrama esquemático da disposição de pontos distintos para um instrumento cirúrgico em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional.

[037] A FIG. 8 é um diagrama esquemático ilustrando um corte A-A em um ponto distinto 404x ao longo da linha A ilustrada na FIG. 7.

[038] A FIG. 9 é um diagrama esquemático ilustrando uma posição de um braço mecânico de um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional.

[039] A FIG. 10 é um diagrama esquemático ilustrando uma força sobre cada ponto distinto na FIG. 9.

[040] A FIG. 11 é um diagrama esquemático ilustrando uma força sobre um manipulador mestre em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional.

[041] A FIG. 12 é um fluxograma ilustrando um método para prevenir a colisão entre braços mecânicos de acordo com uma modalidade opcional.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[042] Para tornar os objetivos, solução técnica e vantagens da presente revelação mais claros, ela será descrita mais a fundo em detalhes com referência aos desenhos anexos e modalidades. Deve-se ter em mente que as modalidades específicas descritas neste documento só são usadas para fins de explicar a presente revelação, em vez de limitar-lhe.

[043] Na presente revelação, em todo componente, a extremidade adjacente ao paciente é uma extremidade distal ou traseira; e a outra extremidade é uma extremidade proximal ou dianteira.

[044] O conteúdo técnico da presente revelação é descrito em detalhes abaixo tomando um robô médico com teleoperação como exemplo em combinação a situações reais.

[045] Robôs médicos com teleoperação geralmente incluem componentes como uma extremidade de controle, um lado do médico e um lado do paciente. Tanto o lado do médico quanto o lado do paciente comunicam-se com a extremidade de controle, ou seja, o lado do médico controla um equipamento médico relevante no lado do paciente através da extremidade de controle para que execute uma detecção ou cirurgia correspondente, e seus semelhantes. Em linhas gerais, mais de três braços mecânicos são instalados no lado do paciente, e um braço mecânico inclui um corpo de braço mecânico (tal como um braço de ferramenta) e um sensor de posição. O corpo de braço mecânico pode incluir uma pluralidade de articulações e bielas conectadas através das articulações; e o sensor de posição é configurado para obter informações de posição de cada articulação (por exemplo, o ângulo de rotação de uma articulação giratória, o deslocamento de movimento de uma articulação prismática etc.). Ao menos parte dos braços robóticos também pode incluir um instrumento médico, tal como um instrumento cirúrgico, ou um instrumento de detecção, montado na extremidade traseira do corpo de braço robótico supramencionado; e o lado do médico pode ser munido de um manipulador mestre, ou seja, um operador pode controlar o instrumento de detecção através do manipulador mestre de uma maneira mestre-escravo para adquirir um ambiente cirúrgico, e pode controlar o corpo de braço mecânico e/ou o instrumento cirúrgico através do manipulador mestre de maneira mestre-escravo para executar operações cirúrgicas colaborativas etc.

[046] Deve-se ter em mente que, salvo quando o contexto ditar o contrário, as forças e torques dos instrumentos médicos relevantes (por exemplo, instrumentos médicos, tais como os braços mecânicos, instrumentos cirúrgicos montados na extremidade traseira de um corpo de braço mecânico, instrumentos de detecção etc.) adquiridos e relacionados ao lado do paciente são quantidades físicas virtuais, isto é, as forças e torques são de fato aplicados fisicamente entre os braços mecânicos relevantes no lado do paciente mas não passam de valores de parâmetro adquiridos através de algoritmos e/ou procedimentos específicos para descrever a iminência de colisão entre os braços mecânicos. Em comparação, as quantidades físicas reais da força e torque adquiridos em relação ao lado do paciente que podem representar a iminência de colisão entre os braços mecânicos também podem ser quantidades físicas virtuais, isto é, a força e o torque aqui podem ser percebidos pelo toque do operador através de um dispositivo específico (por exemplo, um manipulador mestre), ou podem ser percebidos pela visão ou audição do operador através de um dispositivo específico (por exemplo, um dispositivo de exibição ou alto-falante), que não é aqui limitado.

[047] A FIG. 1 é um diagrama estrutural esquemático do lado do médico em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional; e a FIG. 2 é um diagrama estrutural esquemático do lado do paciente em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional. Conforme ilustram as FIGs. 1 a 2, o robô médico com teleoperação pode incluir um console 01 no lado do médico e uma plataforma 02 no lado do paciente; e um primeiro manipulador mestre 30 e um segundo manipulador 31 são providos no console 01. Um primeiro corpo de braço mecânico 40, um segundo corpo de braço mecânico 41 e um terceiro corpo de braço mecânico 42 são providos na plataforma 02; e um instrumento, tal como um instrumento cirúrgico ou um instrumento de detecção, pode ser montado em cada corpo de braço mecânico. Ao mesmo tempo, cada corpo de braço mecânico também pode ser configurado para acionar o instrumento médico, tal como instrumento cirúrgico ou instrumento de detecção, montado em cada corpo de braço mecânico para que mova-se ao redor de um ponto fixo. De acordo com uma relação de mapeamento entre o movimento do manipulador mestre e o movimento do braço mecânico, o movimento do braço mecânico pode ser controlado, operando-se o manipulador mestre, para controlar o instrumento de detecção a fim de detectar e observar o ambiente cirúrgico de uma posição alvo e para controlar o instrumento cirúrgico a fim de executar o processamento correspondente na posição alvo. A configuração em particular do corpo de braço mecânico e o tipo em particular de instrumento médico não são especificamente limitados nas modalidades exemplificativas da presente revelação.

[048] A FIG. 3 é um diagrama esquemático ilustrando uma estrutura modular de um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional. Conforme usado na FIG. 3, o robô médico com teleoperação pode incluir ainda um sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos que pode ser configurado para executar uma operação anticolisão do braço mecânico 21 do robô médico com teleoperação nas modalidades acima. Quando o robô médico com teleoperação é operado, é possível prevenir efetivamente a colisão mútua entre os braços mecânicos e permitir que o operador perceba a condição de movimento dos braços mecânicos em tempo real retroalimentando as informações de colisão detectadas dos braços mecânicos ao operador de maneira forçada, o que será descrito em mais detalhes abaixo.

[049] A FIG. 4 é um diagrama esquemático ilustrando uma estrutura modular de um sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos de acordo com uma modalidade opcional. Conforme ilustram as FIGs. 3 e 4, um sensor de posição 10 capaz de adquirir informações de posição de cada articulação é provido no braço mecânico 21. O sistema 20 para prevenir a colisão pode incluir componentes, tais como um processador 11, uma memória 12 e uma unidade de disposição de pontos distintos 14. A memória 12 é configurada para armazenar instruções ou programas de código que, quando executados pelo processador, fazem com que o sistema pratique processos específicos. O processador 11 pode comunicar-se com o sensor de posição 10, a memória 12 e a unidade de disposição de pontos distintos 14 de cada articulação, respectivamente. Aqui, a unidade de disposição de pontos distintos 14 pode ser configurada para dispor pontos distintos em um corpo de braço mecânico, tal como um braço de ferramenta, e/ou em um instrumento médico. A unidade de disposição de pontos distintos 14 também pode adquirir informações de ponto distinto, tais como uma primeira posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente e um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto.

[050] Em algumas modalidades, a memória 12 pode armazenar informações tais como as informações da relação entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação, informações de tamanho de cada braço mecânico e informações do ponto distinto. As informações acima podem ser armazenadas na memória 12 de antemão, por exemplo, antes da cirurgia, no momento da inicialização do sistema ou de fábrica, ou as informações podem ser introduzidas temporariamente através de um dispositivo de entrada durante a cirurgia, e ser adquiridas diretamente pelo processador 11 para atuação, ou ser armazenadas na memória 12. As informações de tamanho do braço mecânico podem incluir informações de tamanho do corpo de braço mecânico, informações de tamanho do instrumento médico (tal como um instrumento cirúrgico e/ou um instrumento de detecção), e seus semelhantes. Além disso, quando os pontos distintos são dispostos no braço mecânico, o número e a distribuição dos mesmos podem ser determinados de acordo com a sensibilidade de detecção da colisão de forças, com os requisitos da operação cirúrgica e com o tamanho de cada componente do braço mecânico.

[051] Em outra modalidade opcional, a unidade de disposição de pontos distintos 14 pode dispor pontos distintos no corpo de braço mecânico (por exemplo, braço de ferramenta) e/ou no instrumento médico de acordo com uma instrução emitida pelo processador 11. Ao mesmo tempo, o processador 11 também pode emitir as informações de ponto distinto, tais como uma primeira posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente, um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto e seus semelhantes, à memória 12 para recuperação futura pelo processador 11 ou por outros dispositivos. Em uma solução alternativa, a memória 12 também pode comunicar-se com a unidade de disposição de pontos distintos 14 e também pode ser configurada para armazenar informações de regras para a disposição de pontos distintos. A unidade de disposição de pontos distintos 14 pode dispor os pontos distintos no corpo de braço mecânico (por exemplo, no braço de ferramenta) e/ou no instrumento médico de acordo com as informações de regras para a disposição de pontos distintos pré- armazenadas na memória 12. Ao mesmo tempo, o processador 11 também pode armazenar as informações de ponto distinto, tais como uma primeira posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente, um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto e seus semelhantes, na memória 12 para recuperação futura pelo processador 11 ou por outros dispositivos.

[052] Em uma modalidade opcional, o processador 11 pode ser configurado ainda para obter primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto em um sistema global de coordenadas de acordo com as segundas informações de coordenada das articulações em cada braço mecânico no sistema global de coordenadas e a primeira posição relativa do ponto distinto em relação à articulação correspondente, e obter a primeira distância relativa entre os pontos distintos de acordo com as primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto, e obter a primeira força de interação e uma força resultante correspondente a cada ponto distinto com base na relação correspondente entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa entre os pontos distintos. A força resultante pode ser uma força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto. Para qualquer dos braços mecânicos, o processador 11 pode obter uma força cartesiana (isto é, força espacial) do braço mecânico com base nas forças resultantes correspondentes a todos os pontos distintos no braço mecânico e tornar o operador ciente da mesma.

[053] Em outra modalidade opcional da presente revelação, a unidade de disposição de pontos distintos 14 na modalidade da presente revelação também pode ser implementada por software, hardware, ou uma combinação de software e hardware, e integrada ao processador 11; ou funções do processador 11 e da unidade de disposição de pontos distintos 14 podem ser implementadas simultaneamente por um dispositivo processador.

[054] Deve-se ter em mente que os pontos distintos na modalidade da presente revelação podem ser gerados pelo sistema de acordo com certa regra (por exemplo, a regra pode incluir informações de definição de intervalo, e, em seguida, os pontos distintos podem ser dispostos de acordo com as informações de definição de intervalo, e o tamanho do intervalo pode ser definido de acordo com os requisitos de precisão e operação), ou podem ser gerados por o operador introduzindo as informações de regra e o processador 11 lendo diretamente as informações de regra introduzidas. Cada ponto distinto neste documento pode ser configurado para representar um bloco de volume em uma biela do braço mecânico, e o ponto distinto situa-se no centro geométrico de um bloco de volume correspondente. Assim, quanto maior o número de pontos distintos, maior o número de blocos de volume que os pontos distintos representam, e, portanto, menor o volume de cada bloco de volume. O tamanho relativo de um bloco de volume pode ser representado pelo coeficiente de ganho de ponto distinto gi . Onde g i  1, i  1, 2, . . . , j , j é o número de todos os pontos distintos em uma biela de um braço mecânico, e i , j são números inteiros positivos, e i  j .

[055] A FIG. 5 é um diagrama esquemático da disposição de pontos distintos por uma unidade de disposição de pontos distintos de acordo com uma modalidade opcional. Conforme ilustram as FIGs. 3 a 5, o corpo de braço mecânico do primeiro braço mecânico 40 pode incluir um primeiro braço largo 401, um primeiro braço médio 402, e um primeiro braço fino 403 que são conectados em sequência por articulações. Um primeiro instrumento cirúrgico 404 é montado na extremidade distal do corpo de braço mecânico do primeiro braço mecânico 40 (isto é, o primeiro braço fino 403). a pontos distintos (isto é, um ponto distinto 4011, um ponto distinto 4012, ..., um ponto distinto 401n) podem ser estabelecidos no primeiro braço largo 401; b pontos distintos (isto é, um ponto distinto 4021, um ponto distinto 4022, ..., ponto distinto 402n) podem ser estabelecidos no primeiro braço médio 402; c pontos distintos (isto é, um ponto distinto 4031, um ponto distinto 4032, ..., um ponto distinto 403n) podem ser estabelecidos no primeiro braço fino 403; d pontos distintos (isto é, um ponto distinto 4041, um ponto distinto 4042, ..., um ponto distinto 404n) podem ser estabelecidos no primeiro instrumento cirúrgico 404. Onde a, b, c e d são todos números naturais. Outrossim, o corpo de braço mecânico do segundo braço de ferramenta 41 pode incluir um segundo braço largo, um segundo braço médio e um segundo braço fino que são conectados em sequência por articulações. A extremidade distal do corpo de braço mecânico do segundo braço de ferramenta 41 (isto é, o segundo braço fino) pode ser configurada para que se monte nela um instrumento de detecção, tal como um endoscópio. Pontos distintos podem ser similarmente dispostos no segundo braço largo, segundo braço médio, segundo braço fino e instrumento de detecção. O corpo de braço mecânico do terceiro braço de ferramenta 42 também pode incluir um terceiro braço largo, um terceiro braço médio e um terceiro braço fino que são conectados em sequência por articulações. A extremidade distal do corpo de braço mecânico do terceiro braço de ferramenta 42 (isto é, o terceiro braço fino) pode ser configurada para que se monte nela um segundo instrumento cirúrgico. Pontos distintos podem ser similarmente dispostos no terceiro braço largo, terceiro braço médio, terceiro braço fino e segundo instrumento cirúrgico. Enquanto os pontos distintos são dispostos, as informações de ponto distinto, tais como as primeiras informações de posição relativa entre o ponto distinto e a articulação correspondente e o coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto, podem ser adquiridas. “Uma articulação correspondente a um ponto distinto” pode referir-se a uma articulação conectada à extremidade proximal de uma biela (ou de um instrumento médico) onde encontra- se o ponto distinto.

[056] Além disso, conforme ilustram as FIGs. 3 a 5, como um sensor de posição 10 é provido na articulação de cada braço mecânico, as informações de coordenada (ou seja, as segundas informações de coordenada) de cada articulação no sistema global de coordenadas podem ser adquiridas de acordo com cada sensor de posição 10 e cada parâmetro de um modelo cinemático armazenado na memória 12 (por exemplo, um parâmetro tal como o comprimento da biela no método de parâmetros D-H). Ademais, ao combinar a relação de posição de cada ponto distinto em relação à articulação correspondente do mesmo (isto é, as primeiras informações de posição relativa) obtida ao dispor os pontos distintos, as informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas (isto é, as primeiras informações de coordenada) podem ser resolvidas.

[057] Deve-se ter em mente que cada uma das modalidades exemplificativas na presente revelação não possui limitação em particular à relação entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação. Uma faixa de valores da primeira distância relativa é ( 0, ) , contanto que a primeira força de interação correlacione-se negativamente à primeira distância relativa dentro de ao menos um intervalo de distância na faixa de valores ( 0, ) . Por exemplo, a faixa de valores ( 0, ) inclui só um intervalo de distância, ou seja, a primeira força de interação correlaciona-se negativamente à primeira distância relativa no intervalo de distância ( 0, ) . Como alternativa, toda a faixa de valores ( 0, ) inclui uma pluralidade de intervalos de distância, e a primeira força de interação e a primeira distância relativa podem ter correspondências diferentes em diferentes intervalos de distância. A relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação serão mais detalhadas com referência à FIG. 6.

[058] A FIG. 6 é um diagrama de curva esquemático de uma relação entre uma primeira distância relativa e uma primeira força de interação de acordo com uma modalidade opcional. Na modalidade específica ilustrada na FIG. 6, a coordenada vertical F representa uma primeira força de interação e a coordenada horizontal L representa uma primeira distância relativa entre dois pontos distintos localizados respectivamente em diferentes braços mecânicos. A memória 12 armazena três intervalos de distância, que incluem, mais especificamente, um primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] , um segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) e um terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) . Onde Rm , Rn são os raios máximos de seções do braço mecânico nas posições onde os dois pontos distintos situam-se e são obtidos de acordo com o tamanho do braço mecânico onde os dois pontos distintos situam-se; Lmax é uma distância de alerta predefinida, e Lmi n é uma distância de segurança mínima predefinida.

[059] Em uma modalidade opcional, a primeira força de interação F é uma força de interação máxima predefinida Fmax na faixa do primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] . No segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) , a relação entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa entre os dois pontos distintos é uma função que é uma função contínua no segundo intervalo de distância, e um primeiro derivado da função é inferior a zero e um segundo derivado da função é superior a zero. No terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) , a primeira força de interação F é zero. Em outras palavras, na presente invenção, a primeira força de interação Fm, n entre quaisquer dois pontos distintos m, n localizados em diferentes braços mecânicos e a primeira distância relativa L entre os dois pontos distintos podem satisfazer a relação a seguir: 0 L  Lmax  Rm  Rn  Fm, n  f ( L) Lmi n  Rm  Rn  L  Lmax  Rm  Rn   Fmax L  Lmi n  Rm  Rn onde Fm, n é a primeira força de interação do ponto distinto m em relação ao ponto distinto n, e o sentido de Fm, n é do ponto distinto m ao ponto distinto n, e o valor de Fm, n é igual ao de Fn, m , mas o sentido de Fm, n é oposto ao de Fn, m ; L é uma primeira distância relativa entre o ponto distinto m e o ponto distinto n; Rm é o raio máximo de um corte do braço mecânico no ponto distinto m que jaz no braço mecânico; e Rn é o raio máximo de um corte do braço mecânico no ponto distinto n que jaz no braço mecânico; Fmax representa a força máxima; f ( L) é uma função contínua dentro do segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) , e o primeiro derivado da função é inferior a zero e o segundo derivado é superior a zero. Portanto, à medida que a primeira distância relativa L aumenta, o valor da primeira força de interação Fm, n obtida calculando de acordo com a função supramencionada diminui a uma velocidade mais rápida.

[060] Em uma modalidade opcional, a função f ( L) pode ser dada de acordo com o seguinte: 1 1 1 f ( L)  k(  ) ( 2 )L , L Lmax L onde k é um coeficiente de ganho de distância-força, L pode ser uma primeira distância relativa, e L pode ser um derivado de L em relação ao tempo, e configurado para representar a taxa de mudança da primeira distância relativa entre os dois pontos distintos m, n em relação ao tempo, que pode ser obtida, mais especificamente, calculando o valor da diferença entre uma primeira distância relativa corrente entre os dois pontos distintos m e n e uma primeira distância relativa entre os dois pontos distintos m e n em um período de controle anterior (isto é, tempo do intervalo de detecção de colisão) e dividindo o valor da diferença pelo período de controle. O período de controle pode ser, por exemplo, de 0,5 ms, isto é, realiza-se uma detecção de colisão a cada 0,5 ms.

[061] A FIG. 7 é um diagrama esquemático da disposição de pontos distintos em um instrumento cirúrgico em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional, e a Fig. 8 é um diagrama esquemático ilustrando um corte A-A em um ponto distinto 404x ao longo da linha A ilustrada na FIG. 7. O primeiro braço mecânico 40 é tido como um exemplo para descrição com referência às FIGs. 3 a 8. Nessa modalidade, o raio máximo R404x de um corte em qualquer ponto distinto 404x (x = 1, 2, ..., a) no primeiro instrumento cirúrgico 404 do braço mecânico pode ser obtido de antemão de acordo com as informações durante o desenho do primeiro instrumento cirúrgico 404. À semelhança, o raio máximo R de um corte em um ponto distinto nos braços mecânicos remanescentes pode ser conhecido de antemão. Entende-se por "corte", neste documento, um corte transversal, isto é, um corte transversal perpendicular ao eixo do instrumento cirúrgico. Assim, Rm , Rn podem ser obtidos.

[062] Na presente modalidade, o operador pode predefinir pré- operativamente uma pluralidade de intervalos de distância e uma relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação dentro de cada intervalo de distância usando o processador 11 e armazená-la na memória 12 para recuperação futura. Aparentemente, outros dispositivos também podem ser utilizados para predefinir o intervalo de distância e a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação em cada intervalo de distância quando o dispositivo é inicializado ou deixa a fábrica e pré-armazená-los na memória 12. Além disso, o processador 11 pode adquirir uma força de interação (isto é, a primeira força de interação) correspondente a cada ponto distinto e a um ponto distinto em outros braços mecânicos com base na relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação armazenada na memória 12, e obter a força resultante de todas as primeiras forças de interação de acordo com as forças de interação, e, em seguida, obter a força cartesiana de cada braço mecânico com base na força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto. Como alternativa, o sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos inclui ainda um dispositivo de entrada. O operador pode definir temporariamente uma pluralidade de intervalos de distância e a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação dentro de cada intervalo de distância através do dispositivo de entrada durante a cirurgia. Nesse caso, o processador 11 também pode adquirir diretamente a relação entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação.

[063] A FIG. 9 é um diagrama esquemático ilustrando uma posição de um braço mecânico de um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional (o segundo braço mecânico 41 é omitido para facilitar a observação); e a FIG. 10 é um diagrama esquemático ilustrando uma força em cada ponto distinto na FIG. 9. Conforme ilustra a Fig. 9, instrumentos cirúrgicos podem ser montados nas extremidades distais dos corpos de braço mecânico do primeiro braço mecânico 40 e terceiro braço mecânico 42, e os instrumentos cirúrgicos podem ser acionados para mover-se ao redor de um ponto fixo. Para cada ponto distinto do instrumento cirúrgico no primeiro braço mecânico 40, a primeira força de interação de todos os pontos distintos no terceiro braço mecânico 42 em relação a qualquer ponto distinto do instrumento cirúrgico montado no primeiro braço mecânico 40 e a primeira força de interação de todos os pontos distintos no segundo braço mecânico 41 em relação a qualquer ponto distinto do instrumento cirúrgico no primeiro braço mecânico 40 podem ser obtidas através da relação correspondente entre a primeira distância relativa entre os diferentes pontos distintos e a primeira força de interação. Além disso, a grandeza e o sentido da força resultante de todas as primeiras forças de interação recebidas por cada ponto distinto no instrumento cirúrgico do primeiro braço mecânico 40 são calculados, e, em seguida, um torque resultante gerado pelas primeiras forças de interação de todos os pontos distintos no instrumento cirúrgico em relação à articulação que conecta o instrumento cirúrgico ao corpo de braço mecânico é obtido de acordo com a força resultante das primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto que corresponde a uma articulação que conecta o instrumento cirúrgico ao corpo de braço mecânico (isto é, cada ponto distinto no instrumento cirúrgico), e a posição relativa final de cada ponto distinto em relação à articulação, e o coeficiente de ganho gi de cada ponto distinto. Além disso, o processador 11 calcula o torque resultante correspondente a todas as articulações no primeiro braço mecânico 40 e pode obter ainda a força cartesiana do primeiro braço mecânico 40 de acordo com uma matriz jacobiana de força do primeiro braço mecânico 40 em uma configuração corrente nesse momento.

[064] Mais especificamente, quando o primeiro braço mecânico 40 e o terceiro braço mecânico 42 estão nas configurações ilustradas na FIG. 10, as coordenadas de todos os pontos distintos no sistema global de coordenadas podem ser determinadas de acordo com parâmetros do sensor de posição e a primeira posição relativa de cada articulação no primeiro braço mecânico 40 e terceiro braço mecânico 42. Na presente modalidade, ao determinar a primeira distância relativa entre os pontos distintos respectivamente nos dois braços mecânicos (isto é, o primeiro braço mecânico 40 e o terceiro braço mecânico 42), descobre-se que, salvo se cada primeira força de interação entre o ponto distinto 4047 no primeiro braço mecânico 40 e cada um dos pontos distintos 4245, 4246, 4247 no terceiro braço mecânico 42 e cada primeira força de interação entre o ponto distinto 4048 no primeiro braço mecânico 40 e cada um dos pontos distintos 4245, 4246, 4247 no terceiro braço mecânico 42 na figura forem diferentes de zero, as primeiras forças de interação entre os pontos distintos remanescentes são iguais a zero (ou seja, a distância é maior, e a primeira distância relativa é superior a Lmax  Rm  Rn ). Assim,

a força resultante F4047 das primeiras forças de interação correspondentes ao ponto distinto 4047 no primeiro braço mecânico é obtida de acordo com as primeiras forças de interação F4245, 4047, F4246, 4047, F4247, 4047 dos pontos distintos 4245, 4246 e 4247 no terceiro braço mecânico 42 em relação ao ponto distinto 4047 no primeiro braço mecânico 40, e, em seguida, o torque do ponto distinto 4047 no primeiro braço mecânico em relação à articulação giratória é obtido como M4047. À semelhança, o torque do ponto distinto 4048 no primeiro braço mecânico em relação à articulação giratória é M4048, de modo que um torque resultante correspondente a uma articulação entre o primeiro corpo de braço mecânico e o primeiro instrumento cirúrgico satisfaça . Por analogia, depois de obter um torque resultante correspondente a cada articulação do primeiro braço mecânico, o torque resultante de cada articulação do primeiro braço mecânico 40 é convertido na força cartesiana na extremidade distal do primeiro braço de ferramenta em um espaço cartesiano de acordo com a matriz jacobiana de força na configuração corrente do primeiro braço mecânico 40.

[065] A FIG. 11 é um diagrama esquemático ilustrando uma força sobre um manipulador mestre em um robô médico com teleoperação de acordo com uma modalidade opcional. Conforme ilustram as FIGs. 1 a 11, o primeiro braço mecânico 40 é controlado pelo primeiro manipulador mestre 30 no lado do médico. Para tornar o operador ciente da força cartesiana, a força cartesiana Fd do primeiro braço de controle mestre 30 pode ser obtida de acordo com a força cartesiana obtida do primeiro braço mecânico 40, e o torque de cada articulação do primeiro braço de controle mestre 30 é obtido de acordo com a matriz jacobiana de força do primeiro manipulador mestre 30, e, em seguida, um torque de resistência MR (com a mesma grandeza do torque de cada articulação do primeiro braço de controle mestre 30, mas em sentido oposto ao torque de cada articulação do primeiro braço de controle mestre 30) emitido por um motor e configurado para controlar o movimento de cada articulação do primeiro braço de controle mestre 30 é obtido para retroalimentação ao operador.

[066] Mais especificamente, a extremidade de controle também pode ser configurada para escalonar a força cartesiana do primeiro braço mecânico 40 a fim de obter a força cartesiana Fd do primeiro manipulador mestre 30 no lado do médico. Em seguida a extremidade de controle pode obter o torque de resistência MR emitido pelo motor e configurado para controlar o movimento de cada articulação do primeiro manipulador mestre 30 de acordo com a matriz jacobiana de força do primeiro manipulador mestre 30. À semelhança, depois de obter o torque de cada articulação do segundo braço de controle mestre 31, a extremidade de controle pode transmitir o torque para cada articulação do primeiro manipulador mestre 30 e o segundo manipulador mestre 31 ao motor do manipulador mestre para que emita um torque de resistência com a mesma grandeza que, mas no sentido oposto ao,

torque, de tal modo que o operador encontre uma resistência correspondente durante a operação, e analogamente perceba a força cartesiana de cada braço mecânico, satisfazendo assim o objetivo de controlar com precisão e evitar efetivamente a colisão entre os braços mecânicos.

[067] Em outra modalidade opcional, o sistema para prevenir a colisão inclui ainda um dispositivo de exibição que é configurado para exibir uma força cartesiana correspondente a uma extremidade distal de cada braço mecânico em uma representação de informações tal como texto, imagens, gráficos etc., para que o operador tome conhecimento da força cartesiana.

[068] Em outra modalidade opcional, conforme ilustra a FIG. 4, o sistema para prevenir a colisão pode incluir ainda um alarme 13 em comunicação com o processador 11, isto é, quando a primeira distância relativa L entre quaisquer dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos for inferior a um limite de distância predefinido, e/ou a força cartesiana de qualquer um dos braços mecânicos extrapolar um limite de força predefinido, o alarme 13 dispara para enviar uma mensagem de alerta à maneira de um despertador, de uma luz indicadora ou algo do gênero para acusar uma colisão iminente. Por exemplo, o limite de distância pode ser igual a Lmi n  Rm  Rn . Em outro exemplo, o limite de distância pode incluir ainda um primeiro limite de distância Lmi n  Rm  Rn e um segundo limite de distância Lmax  Rm  Rn ; e, quando a primeira distância relativa L entre quaisquer dois pontos distintos for inferior ao primeiro limite de distância, o alarme emite primeiras informações de alarme (por exemplo, um sinal de luz vermelha é emitido); quando a primeira distância relativa L entre quaisquer pontos distintos for superior ou igual a um primeiro limite de distância Lmi n  Rm  Rn e inferior a um segundo limite de distância Lmax  Rm  Rn , o alarme emite segundas informações de alarme (por exemplo, um sinal de luz amarelo é emitido); quando a primeira distância relativa L entre quaisquer dois pontos distintos for superior ao segundo limite de distância Lmax  Rm  Rn , o alarme é inativo ou emite informações de operação normais (por exemplo, um sinal de luz verde é emitido).

[069] Nas modalidades supramencionadas, o sistema para prevenir a colisão pode ser usado para detectar a colisão entre dois ou mais braços mecânicos, sendo que um braço mecânico pode incluir um instrumento médico montado nele. Os versados na técnica apreciarão que o sistema e método para prevenir a colisão nas modalidades da presente revelação podem ser usados para detectar a colisão entre corpos de braço mecânico, a colisão entre um corpo de braço mecânico e um instrumento médico e/ou a colisão entre instrumentos médicos, e seus semelhantes.

[070] A FIG. 12 é um fluxograma ilustrando um método para prevenir a colisão entre braços mecânicos de acordo com uma modalidade opcional. Conforme ilustra a FIG. 12, em uma modalidade opcional, a presente revelação propõe ainda um método de detecção anticolisão de braços mecânicos que pode ser aplicado a um robô médico, tal como um robô médico com teleoperação conforme ilustram as FIGs. 1 a 11. O robô médico pode ter ao menos dois braços mecânicos (por exemplo, dois, três, quatro etc.), e cada braço mecânico pode incluir um corpo de braço mecânico; e o corpo de braço mecânico pode incluir uma pluralidade de articulações e uma pluralidade de bielas conectadas pela pluralidade de articulações. Por exemplo, as articulações em cada corpo de braço mecânico conectam-se às bielas em sequência. Ademais, um sensor de posição para obter informações de posição de articulação é provido em cada junta. Ao menos parte do braço mecânico também pode incluir um instrumento médico montado na extremidade distal do corpo de braço mecânico, tal como um instrumento cirúrgico ou um instrumento de detecção. Visto que, quando os braços mecânicos do robô médico operam em coordenação, os braços mecânicos (inclusive, entre outros, entre os corpos de braço mecânico, entre instrumentos médicos e entre um corpo de braço mecânico e um instrumento médico) facilmente interferem um no outro ou colidem um contra o outro devido a um pequeno intervalo, o método da presente invenção é aprimorado inventivamente em relação às falhas acima e pode incluir as etapas a seguir.

[071] Na etapa S10, dispõe-se uma pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico.

[072] Mais especificamente, pontos distintos são dispostos em cada braço mecânico de acordo com fatores tais como sensibilidade de detecção da colisão de forças, requisitos de operação cirúrgica e tamanho de cada componente do braço mecânico. Por exemplo, uma pluralidade de pontos distintos pode ser disposta em cada corpo de braço mecânico. A fim de aprimorar a sensibilidade de detecção da colisão de forças, os vários pontos distintos podem ser dispostos de maneira uniforme em cada biela, ou os pontos distintos podem ser distribuídos em uma região onde a colisão é relativamente fácil de ocorrer de acordo com informações tais como o formato e tamanho de cada biela, ou cada um dos pontos distintos pode ser distribuído de maneira uniforme no braço mecânico. As informações de tamanho podem incluir especificamente vários parâmetros geométricos tridimensionais, tais como comprimentos, formatos e volumes de cada articulação e biela no braço mecânico.

[073] Em uma modalidade opcional, primeiras informações de posição de cada ponto distinto em relação à articulação correspondente e informações de parâmetro, tais como um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto, também podem ser obtidas continuamente.

[074] Deve-se ter em mente que, quando o braço mecânico na modalidade da presente revelação inclui o instrumento médico montado na extremidade distal do corpo de braço mecânico, pontos distintos podem ser dispostos no corpo de braço mecânico e/ou no instrumento médico, ou seja, o instrumento médico pode ser considerado uma biela do corpo de braço mecânico, de tal modo que possa-se realizar a detecção anticolisão sobre o corpo de braço mecânico e o instrumento médico montado nele como um todo.

[075] Na etapa S20, adquirem-se primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto em um sistema global de coordenadas.

[076] Mais especificamente, segundas informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas podem ser adquiridas de acordo com informações de posição de articulação obtidas pelo sensor de posição e modelo cinemático predefinido; e primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas são obtidas de acordo com as segundas informações de coordenada e as primeiras informações de posição relativa.

[077] Em uma modalidade opcional, a pluralidade de pontos distintos pode ser disposta e as primeiras informações de posição relativa podem ser obtidas depois de obter as segundas informações de coordenada; e, em seguida, as primeiras informações de coordenada são obtidas de acordo com as segundas informações de coordenada e as primeiras informações de posição relativa.

[078] Na etapa S30, obtém-se uma primeira distância relativa entre dois pontos distintos localizados em diferentes braços mecânicos de acordo com as primeiras informações de coordenada.

[079] Mais especificamente, a primeira distância relativa entre pontos distintos localizados respectivamente em diferentes braços mecânicos pode ser obtida de acordo com as primeiras informações de coordenada. Ou seja, a distância entre quaisquer dois pontos distintos localizados respectivamente em diferentes braços mecânicos é calculada de acordo com as primeiras informações de coordenada dos dois pontos distintos para obter a primeira distância relativa entre quaisquer pontos distintos localizados respectivamente em diferentes braços mecânicos.

[080] Na etapa S40, adquire-se uma primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada ponto distinto no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e uma relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação.

[081] Nas modalidades exemplificativas da presente revelação, não há limitação específica sobre a relação entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação. Uma faixa de valores da primeira distância relativa é ( 0, ) , contanto que a primeira força de interação correlacione-se negativamente à primeira distância relativa dentro de ao menos um intervalo de distância na faixa de valores ( 0, ) .

[082] Em uma modalidade opcional, quando a faixa de valores da primeira distância relativa inclui só um intervalo de distância, isto é, a primeira força de interação correlaciona-se negativamente à primeira distância relativa no intervalo de distância ( 0, ) .

[083] Em outra modalidade opcional, a faixa de valores da primeira distância relativa pode incluir uma pluralidade de diferentes intervalos de distância, e a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação em cada intervalo de distância é ao menos parcialmente diferente.

[084] Por exemplo, a faixa de valores inclui um primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] , um segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) e um terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) . Aqui, Rm é o raio transversal máximo do braço mecânico (por exemplo, do primeiro braço mecânico 40) no ponto distinto m, sendo que o ponto distinto m situa-se no braço mecânico; Rn é o raio transversal máximo do braço mecânico (por exemplo, do segundo braço mecânico 41) no ponto distinto n, sendo que o ponto distinto n situa-se no braço mecânico; e Lmax é uma distância de alerta de colisão predefinida; Lmi n é uma distância de segurança mínima predefinida. Em seguida, a primeira força de interação F é uma força de interação máxima predefinida Fmax no primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] . A relação correspondente entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa entre os dois pontos distintos é uma função dentro do segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) ; sendo que a função é uma função contínua no segundo intervalo de distância, o primeiro derivado da função é inferior a zero e o segundo derivado da função é superior a zero. A primeira força de interação F é igual a zero no terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) . A relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação pode ser representada pela fórmula a seguir: 0 L  Lmax  Rm  Rn  Fm, n  f ( L) Lmi n  Rm  Rn  L  Lmax  Rm  Rn   Fmax L  Lmi n  Rm  Rn

[085] Na fórmula, Fm, n é a primeira força de interação do ponto distinto m em relação ao ponto distinto n com um sentido do ponto distinto m ao ponto distinto n, e analogamente Fn, m é a primeira força de interação do ponto distinto n em relação ao ponto distinto m com um sentido do ponto distinto n ao ponto distinto m, isto é, Fm, n e Fn, m têm o mesmo valor mas sentidos opostos.

[086] Em outra modalidade opcional, a função que é contínua no segundo intervalo de distância pode ser: 1 1 1 f ( L)  k(  ) ( 2 )L  L Lmax L onde k é um coeficiente de ganho de distância-força e L é a primeira  distância relativa entre os pontos distintos; L é um derivado de L em relação ao tempo e é configurado para caracterizar a taxa de velocidade da primeira distância relativa entre os dois pontos distintos em relação ao tempo, que pode ser obtida calculando o valor da diferença entre uma primeira distância relativa corrente entre quaisquer dois pontos distintos e uma primeira distância relativa entre os dois pontos distintos no período de controle anterior (isto é, tempo do intervalo de detecção de colisão) e dividindo o valor da diferença pelo período de controle.

[087] Na etapa S50, calcula-se uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada ponto distinto no outro braço mecânico.

[088] Mais especificamente, para qualquer ponto distinto, adquire-se uma primeira força de interação correspondente ao ponto distinto e a cada um de todos os pontos distintos localizados no outro braço mecânico, e realiza-se uma soma de vetores em todas as forças de interação para obter uma força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes ao ponto distinto.

[089] Na etapa S60, adquire-se uma força cartesiana de cada braço mecânico, e a força cartesiana é percebida pelo operador.

[090] Mais especificamente, um torque de uma articulação correspondente a cada par de pontos distintos é obtido de acordo com a força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto e as primeiras informações de posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente; e um torque resultante correspondente a cada articulação é obtido combinando os coeficientes de ganho de ponto distinto gi ; e, em seguida, a força cartesiana de cada braço mecânico é obtida de acordo com o torque resultante correspondente a cada articulação e uma matriz jacobiana de força do braço mecânico.

[091] Na presente modalidade, não há limite específico ao método pelo qual a força cartesiana de cada braço mecânico é percebida pelo operador. Em uma modalidade específica, a força cartesiana do manipulador mestre 31 que controla o movimento do braço mecânico pode ser obtida de acordo com a força cartesiana do braço mecânico, e, em seguida, o torque de cada articulação do manipulador mestre 31 pode ser obtido por meios como a matriz jacobiana de força do braço mecânico; e o motor é subsequentemente controlado para emitir um torque de resistência com a mesma grandeza que, mas no sentido oposto ao, torque de cada articulação do manipulador mestre 31 para que a mão do operador perceba a força cartesiana do braço mecânico.

[092] Em outra modalidade específica, a força cartesiana também pode ser exibida em um dispositivo de exibição em uma representação de informações, tal como texto, gráfico, imagens etc., para que o operador perceba a força cartesiana através de seus olhos.

[093] Em outra modalidade opcional, quando a distância entre quaisquer dois pontos distintos situados respectivamente em diferentes braços mecânicos é inferior a um limite de distância predefinido, ou a força cartesiana obtida é superior a uma força de alarme predeterminada, gera-se uma mensagem de alerta, tal como som, luz, eletricidade, vibração ou seus semelhantes. Por exemplo, o limite de distância pode ser definido por Lmi n  Rm  Rn . Em outro exemplo, o limite de distância pode incluir um primeiro limite de distância Lmi n  Rm  Rn e um segundo limite de distância Lmax  Rm  Rn ; e, quando a primeira distância relativa L entre os dois pontos distintos for inferior ao primeiro limite de distância Lmi n  Rm  Rn , o alarme emite primeiras informações de alarme (por exemplo, emitindo um sinal de luz vermelha); quando a primeira distância relativa L entre os dois pontos distintos for superior ou igual ao primeiro limite de distância Lmi n  Rm  Rn e inferior ao segundo limite de distância Lmax  Rm  Rn , o alarme emite segundas informações de alarme (por exemplo, emitindo um sinal de luz amarelo); quando a primeira distância relativa L entre os dois pontos distintos for superior ao segundo limite de distância

Lmax  Rm  Rn , o alarme é inativo ou emite informações de operação normais (por exemplo, emitindo um sinal de luz verde).

[094] Deve-se ter em mente que, embora as etapas no fluxograma da FIG. 12 sejam ilustradas em sequência, conforme indicam as setas, essas etapas não são realizadas definitivamente na sequência conforme indicam setas. Salvo menção expressamente em contrário, essas etapas não são executadas em uma ordem estrita e podem ser executadas em outras ordens. Além disso, ao menos parte das etapas na FIG. 12 pode incluir uma pluralidade de subetapas ou uma pluralidade de estágios, que não são executados definitivamente ao mesmo tempo mas ser executados em tempos diferentes; e as subetapas ou estágios podem não ser executados definitivamente em sequência mas ser executados em turnos ou alternadamente a ao menos parte de outras etapas ou subetapas ou estágios de outras etapas.

[095] Os versados na técnica entendem que todos os processos, ou parte deles, nos métodos das modalidades supramencionadas podem ser implementados por um programa de computador instruindo um hardware relevante. O programa de computador pode ser armazenado em um meio de armazenamento não transitório legível por computador. Quando o programa de computador é executado, fluxos nas modalidades do método podem ser incluídos. Qualquer referência a memória, armazenamento, base de dados ou outras mídias usadas em várias modalidades propostas neste documento pode incluir uma memória não transitória e/ou transitória. A memória não transitória pode incluir uma memória somente para leitura (ROM), ROM programável (PROM), ROM eletricamente programável (EPROM), ROM programável apagável eletricamente (EEPROM) ou memória flash. A memória transitória pode incluir memória de acesso aleatório (RAM) ou uma memória cache externa. À guisa de ilustração, em vez de limitação, a RAM encontra-se disponível em uma variedade de formas, como RAM estática (SRAM), RAM dinâmica (DRAM),

DRAM síncrona (SDRAM), SDRAM com taxa de dados dupla (DDRSDRAM), SDRAM avançada (ESDRAM), DRAM Synchlink (SLDRAM), RAM direta de barramento de memória (Rambus) (RDRAM), RAM dinâmica de barramento de memória direta (DRDRAM), RAM dinâmica de barramento de memória (RDRAM) etc.

[096] Os vários atributos técnicos supramencionados envolvidos nas respectivas modalidades podem ser combinados de maneira arbitrária; para fins de brevidade, nem todas as combinações possíveis dos atributos técnicos são descritas nas modalidades supramencionadas. No entanto, contanto que não haja conflito nas combinações dos atributos técnicos, as combinações dos mesmos serão consideradas no âmbito da revelação.

[097] As modalidades supramencionadas são meramente algumas modalidades exemplificativas da presente invenção. As descrições são mais específicas e detalhadas, e não visam a limitar o âmbito de proteção da presente revelação. Deve-se ter em mente que os versados na técnica podem fazer várias modificações e melhorias sem divergir do conceito da revelação, e que essas enquadram-se no âmbito de proteção da revelação. Logo, o âmbito de proteção da presente revelação estará sujeito às reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para prevenir a colisão entre braços mecânicos aplicado a um robô médico, o robô médico compreendendo ao menos dois braços mecânicos, um braço mecânico dos ao menos dois braços mecânicos compreendendo um corpo de braço mecânico, o corpo de braço mecânico compreendendo uma pluralidade de articulações, e o método sendo CARACTERIZADO por compreender: dispor uma pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico; adquirir primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto em um sistema global de coordenadas; obter uma primeira distância relativa entre dois pontos distintos localizados em diferentes braços mecânicos de acordo com as primeiras informações de coordenada; adquirir uma primeira força de interação em cada ponto distinto aplicada por cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e uma relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação; e obter uma força cartesiana de cada braço mecânico de acordo com uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico, e tornar o operador ciente da força cartesiana.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que ao menos parte dos braços mecânicos compreende ainda um instrumento médico montado em uma extremidade distal do corpo de braço mecânico, sendo que dispor a pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico compreende dispor os pontos distintos em um instrumento médico e/ou no corpo de braço mecânico.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que dispor a pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico compreende: adquirir primeiras informações de posição relativa de um ponto distinto em relação a uma articulação correspondente.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o braço mecânico compreende ainda um sensor de posição configurado para adquirir informações de posição de articulação, sendo que adquirir as primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas compreende: obter as informações de posição de articulação da articulação através do sensor de posição, e obter segundas informações de coordenada de cada articulação no sistema global de coordenadas de acordo com as informações de posição de articulação e um modelo cinemático; e obter as primeiras informações de coordenada do ponto distinto no sistema global de coordenadas de acordo com as segundas informações de coordenada e as primeiras informações de posição relativa.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que adquirir a primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação compreende: definir uma pluralidade de intervalos de distância em uma faixa de valores da primeira distância relativa, em que a relação correspondente corresponde a ao menos um dentre os intervalos de distância diferente das relações correspondentes que corresponde a outros intervalos de distância; e obter a primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa entre os pontos distintos e a relação correspondente corresponde a um intervalo de distância no qual a primeira distância relativa está.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que: a pluralidade de intervalos de distância inclui um primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] , um segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) e um terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; e a primeira força de interação F é uma força de interação máxima predefinida Fmax no primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] ; uma relação entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa é uma função no segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) , sendo que a função é uma função contínua no segundo intervalo de distância, um primeiro derivado da função é inferior a zero e um segundo derivado da função é superior a zero; a primeira força de interação F é igual a zero no terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; em que pontos distintos m e n são dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos, Rm é um raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto m, com o ponto distinto m localizado no braço mecânico; Rn é um raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto n, com o ponto distinto n localizado no braço mecânico; Lmax é uma distância de alerta de colisão predefinida da primeira distância relativa, e Lmi n é uma distância de segurança mínima predefinida da primeira distância relativa.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a função é: 1 1 1 f ( L)  k(  ) ( 2 )L , L Lmax L k é um coeficiente de ganho de distância-força, L é a primeira distância relativa, e L é um derivado de L em relação ao tempo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que dispor a pluralidade de pontos distintos em cada braço mecânico compreende ainda: adquirir um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; em que obter a força cartesiana de cada braço mecânico de acordo com a força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico, compreende: obter uma força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto; obter um torque correspondente a cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente de acordo com a força resultante de todas as primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto e as primeiras informações de posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente, e obter um torque resultante correspondente a cada articulação de acordo com um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; e obter a força cartesiana do braço mecânico de acordo com o torque resultante correspondente a cada articulação e uma matriz jacobiana de força do braço mecânico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que tornar o operador ciente da força cartesiana compreende: exibir a força cartesiana em um dispositivo de exibição.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o braço mecânico se conecta a um manipulador mestre configurado para controlar um movimento do braço mecânico, sendo que tornar o operador ciente da força cartesiana compreende:

obter uma força cartesiana do manipulador mestre configurado para controlar o movimento do braço mecânico de acordo com a força cartesiana do braço mecânico; obter um torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre de acordo com uma matriz jacobiana de força e a força cartesiana do manipulador mestre; e fazer com que um motor configurado para controlar um movimento da articulação do manipulador mestre emita analogamente um torque de resistência tendo uma mesma grandeza mas em sentido oposto ao torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre.

11. Sistema para prevenir uma colisão entre braços mecânicos aplicado a um robô médico, o robô médico compreendendo ao menos dois braços mecânicos, um braço mecânico compreendendo um corpo de braço mecânico, o corpo de braço mecânico compreendendo uma pluralidade de articulações, e o sistema sendo CARACTERIZADO por compreender: uma unidade de disposição de pontos distintos configurada para dispor pontos distintos no braço mecânico; uma memória configurada para armazenar instruções; um processador em comunicação com a unidade de disposição de pontos distintos e a memória, respectivamente; em que as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, executam as etapas de: adquirir primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto em um sistema global de coordenadas; obter uma primeira distância relativa entre dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos de acordo com as primeiras informações de coordenada;

adquirir uma primeira força de interação em cada ponto distinto aplicada por cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa e uma relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação; e obter uma força cartesiana de cada braço mecânico de acordo com uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico, e tornar o operador ciente da força cartesiana.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que ao menos uma parte dos braços mecânicos compreende ainda um instrumento médico montado em uma extremidade distal do corpo de braço mecânico e os pontos distintos são dispostos no instrumento médico e/ou no corpo de braço mecânico.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que: o braço mecânico compreende ainda um sensor de posição configurado para adquirir informações de posição de articulação, o sensor de posição estando em comunicação com o processador; a unidade de disposição de pontos distintos é configurada ainda para adquirir primeiras informações de posição relativa do ponto distinto em relação a uma articulação correspondente; as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, executam ainda as etapas de: adquirir, através do sensor de posição, informações de posição de articulação da articulação e adquirir segundas informações de coordenada de cada articulação no sistema global de coordenadas de acordo com as informações de posição de articulação e um modelo cinemático; e adquirir as primeiras informações de coordenada de cada ponto distinto no sistema global de coordenadas de acordo com as segundas informações de coordenada de cada articulação no sistema global de coordenadas e as primeiras informações de posição relativa.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que: a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação é pré-armazenada na memória; ou o sistema compreende ainda um dispositivo de entrada configurado para adquirir a relação correspondente entre a primeira distância relativa e a primeira força de interação durante uma cirurgia para execução direta pelo processador ou armazenamento na memória.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que uma faixa de valores da primeira distância relativa inclui uma pluralidade de intervalos de distância e a relação correspondente corresponde a ao menos um dentre os intervalos de distância diferente das relações correspondentes que corresponde a outros intervalos de distância; em que as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, executam ainda as etapas de: obter uma primeira força de interação correspondente a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico de acordo com a primeira distância relativa de cada ponto distinto e uma relação correspondente que corresponde a um intervalo de distância no qual a primeira distância relativa está.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que: a pluralidade predefinida de intervalos de distância compreende um primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] , um segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) e um terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; e a primeira força de interação F é uma força de interação máxima predefinida Fmax no primeiro intervalo de distância ( 0，Lmi n  Rm  Rn ] ; uma relação entre a primeira força de interação e a primeira distância relativa é uma função no segundo intervalo de distância ( Lmi n  Rm  Rn , Lmax  Rm  Rn ) , a função é uma função contínua no segundo intervalo de distância, um primeiro derivado da função é inferior a zero e um segundo derivado da função é superior a zero; a primeira força de interação F é zero no terceiro intervalo de distância [ Lmax  Rm  Rn , ) ; em que pontos distintos m e n são dois pontos distintos em diferentes braços mecânicos, Rm é um raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto m, com o ponto distinto m localizado no braço mecânico; Rn é o raio transversal máximo de um braço mecânico no ponto distinto n, com o ponto distinto n localizado no braço mecânico; Lmax é uma distância de alerta de colisão predefinida da primeira distância relativa, e Lmi n é uma distância de segurança mínima predefinida da primeira distância relativa.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a função é: 1 1 1 f ( L)  k(  ) ( 2 )L , L Lmax L k é um coeficiente de ganho de distância-força, L é a primeira distância relativa, e L é um derivado de L em relação ao tempo.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de disposição de pontos distintos é configurada ainda para obter um coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, executam ainda as etapas de:

obter uma força resultante das primeiras forças de interação, cada uma das quais corresponde a cada ponto distinto e a cada um dos pontos distintos no outro braço mecânico; obter um torque correspondente a cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente de acordo com a força resultante das primeiras forças de interação correspondentes a cada ponto distinto e as primeiras informações de posição relativa de cada ponto distinto em relação a uma articulação correspondente, e obter um torque resultante correspondente a cada articulação de acordo com o torque correspondente ao ponto distinto em relação à articulação correspondente e o coeficiente de ganho de ponto distinto de cada ponto distinto; e obter uma força cartesiana do braço mecânico de acordo com o torque resultante correspondente a cada articulação e uma matriz jacobiana de força do braço mecânico.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO por compreender ainda um alarme conectado ao processador, em que as instruções armazenadas na memória, quando executadas pelo processador, executam ainda as etapas de: quando uma primeira distância relativa de qualquer ponto distinto no braço mecânico for inferior ou igual a uma distância de alerta predefinida, e/ou quando a força cartesiana do braço mecânico superar um limite de força predefinido, disparar o alarme para emitir uma mensagem de alerta.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO por compreender ainda: um dispositivo de exibição, em que o processador é configurado ainda para exibir a força cartesiana através do dispositivo de exibição.

21. Robô médico CARACTERIZADO por compreender: ao menos dois braços mecânicos, um braço mecânico compreendendo um corpo de braço mecânico e o corpo de braço mecânico compreendendo uma pluralidade de articulações; e o sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos conforme definido em qualquer uma das reivindicações 11 a 20.

22. Robô médico, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO por compreender ainda um lado do médico, um lado do paciente e uma extremidade de controle; em que o lado do médico, o lado do paciente e o sistema para prevenir a colisão entre braços mecânicos comunicam-se, respectivamente, com a extremidade de controle; o braço mecânico situa-se no lado do paciente; o lado do médico compreende um manipulador mestre, o manipulador mestre compreende uma pluralidade de articulações e um motor que aciona as articulações para se mover, o manipulador mestre é configurado para controlar um movimento do braço mecânico; a extremidade de controle é configurada para definir uma força cartesiana do manipulador mestre de acordo com uma força cartesiana do braço mecânico obtida a partir do sistema para prevenir a colisão entre os braços mecânicos; e a extremidade de controle é configurada ainda para obter um torque correspondente a cada articulação do manipulador mestre de acordo com a força cartesiana e uma matriz jacobiana de força do manipulador mestre, e controlar o motor para emitir um torque de resistência tendo uma mesma grandeza, mas em sentido oposto ao torque, para fazer com que a força cartesiana do braço mecânico seja percebida por um operador.