CN106255471B - 用于动态虚拟碰撞物体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及支持设备之间的避免碰撞和/或协调运动。一种动态虚拟碰撞物体的系统和方法包括用于医疗设备的控制单元。该控制单元包括一个或多个处理器以及将该控制单元耦连至该医疗设备的接口。该控制单元被配置为：确定该医疗设备的第一可移动区段的位置，由该第一可移动区段占据的体积被一个或多个第一虚拟碰撞物体(VCO)接近；基于该医疗设备的位置和运动目标对第一VCO的一个或多个特性进行调整；基于该位置和这些特性确定第一VCO的第一几何结构；接收与第二设备的第二区段相关的一个或多个第二VCO的第二几何结构；确定第一VCO与第二VCO之间的关系；并且基于这些关系调整该医疗设备的运动规划。

Description

用于动态虚拟碰撞物体的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及设备之间的协调运动，更具体地涉及动态虚拟碰撞物体。
背景技术
越来越多的设备正在被替换为自主和半自主电子设备。现今的在手术室、介入套房、重症监护病房、急诊室等中具有大批自主的和半自主的电子设备的医院尤其如此。例如，玻璃和水银温度计由电子温度计取代，静脉滴注管线现在包括电子监视器和流量调节器，并且传统的手持式手术器械正由计算机辅助医疗设备所取代。
这些电子设备为操作它们的人员提供了优势和挑战。这些电子设备中的许多设备都可以使一个或多个铰接臂和/或末端执行器进行自主或半自主运动。当这些电子设备自动地和/或在操作者的命令下使铰接臂和/或末端执行器在工作空间中移动时，它们通常尽量避免铰接臂、末端执行器和/或工作空间中的其他物体之间的碰撞。避免碰撞是很重要的，因为碰撞可能经常导致损坏电子设备、铰接臂、末端执行器和/或工作空间中的其他物体。碰撞还可能增加在工作空间附近的人员和/或患者受伤的风险。
避免碰撞问题的一个解决方案是电子设备的操作者(例如医务人员)监视并操作每个电子设备，同时保持合适的分隔距离和/或以不干扰和/或无法彼此碰撞的方式来操作这些设备。例如，只允许将计算机辅助手术设备放在手术室中的不会干扰到或碰撞到也存在于该手术室中的成像系统的区域。这种限制可能限制计算机辅助手术设备和成像系统两者的功能。
其他方法包括使这些电子设备交换有关其当前位置、几何形状和/或规划运动的信息，以便每个设备可以停留在其他电子设备占据的区域以外的地方。在一些情况下，这还可以包括保持安全裕度，用以考虑传感器的不确定性、控制算法的不精确性和/或类似情况。这些方案通常采取安全裕度的静态方法，并且很少或不支持基于电子设备的动态行为和/或运动目标的变化的安全裕度的调整。
因此，理想的是提供支持具有移动区段的设备之间的避免碰撞和/或协调运动的改进方法和系统。
发明内容
与一些实施例一致，一种用于医疗设备的控制单元包括：一个或多个处理器以及将该控制单元耦连至该医疗设备的接口。该控制单元被配置为：确定该医疗设备的第一可移动区段的位置，该第一可移动区段占据的体积被一个或多个第一虚拟碰撞物体(VCO)接近；基于该医疗设备的位置和运动目标，对第一VCO的一个或多个特性进行调整；基于该位置和这些特性，确定第一VCO的第一几何结构；接收与第二设备的第二区段相关的一个或多个第二VCO的第二几何结构；确定第一VCO与第二VCO之间的关系；并且基于这些关系，对该医疗设备的运动规划进行调整。
与一些实施例一致，一种控制医疗设备中的运动的方法包括：由控制单元确定该医疗设备的第一区段的位置，该控制单元通过接口耦连至该医疗设备；基于该医疗设备的位置和运动目标，对与该第一区段相关的一个或多个第一VCO的一个或多个特性进行调整；基于该位置和这些特性，确定第一VCO的第一几何结构；接收与第二设备相关的一个或多个第二VCO的第二几何结构；确定第一VCO与第二VCO之间的关系；并且基于这些关系，对该医疗设备的运动规划进行调整。
与一些实施例一致，一种协调运动系统包括：经由第一接口耦连至第一医疗设备的第一控制单元以及经由第二接口耦连至第二医疗设备的第二控制单元。该第一控制单元被配置为：确定该第一医疗设备的第一区段的第一位置；基于该第一医疗设备的第一位置和第一运动目标，对与该第一区段相关的一个或多个第一VCO的一个或多个第一特性进行调整；基于该第一位置和第一特性，确定第一VCO的第一几何结构；向该第二控制单元发送第一VCO的第一几何结构；从该第二控制单元接收与该第二医疗设备相关的第二区段的一个或多个第二VCO的第二几何结构；确定第一VCO与第二VCO之间的第一关系；并且基于第一关系，对该第一医疗设备的第一运动规划进行调整。该第二控制单元被配置为：确定该第二区段的第二位置；基于该第二医疗设备的第二位置和第二运动目标，对第二VCO的一个或多个第二特性进行调整；基于该第二位置和第二特性，确定第二VCO的第二几何结构；向该第一控制单元发送第二几何结构；从该第一控制单元接收第一几何结构；确定第一VCO与第二VCO之间的第二关系；并且基于第二关系对该第二医疗设备的第二运动规划进行调整。该第一运动规划和该第二运动规划包括该第一医疗设备与该第二医疗设备之间的协调运动。
附图说明
图1是根据一些实施例的协调运动系统的简图。
图2是示出了根据一些实施例在工作空间中使用虚拟碰撞物体的简图。
图3是根据一些实施例的避免碰撞的方法的简图。
图4是根据一些实施例的弹性虚拟碰撞物体之间的相互作用的简图。
图5是根据一些实施例的协调运动的方法的简图。
在附图中，具有相同标号的元件具有相同或类似的功能。
具体实施方式
在以下描述中，阐明了具体细节以便描述与本公开一致的一些实施例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以实践一些实施例而无需这些特定细节中的一些或所有细节。在此公开的具体实施例是示例性的，而不是限制性的。尽管没有具体说明，但本领域技术人员可以实现落入本公开的范围和精神内的其他要素。另外，为了避免不必要的重复，所示出且描述的与一个实施例相关的一个或多个特征可以与其他实施例相结合，除非另外具体说明或者一个或多个特征会使实施例是非功能性的。
图1是根据一些实施例的协调运动系统100的简图。如图1所示，协调运动系统100包括设备110，该设备具有一个或多个可移动臂和/或一个或多个末端执行器。在一些示例中，设备110可以与计算机辅助手术设备一致。设备110可以包括支持手术器械、成像设备和/或类似设备的一个或多个可移动区段或铰接臂115。设备110还可以耦连至操作者工作站(未示出)，其可以包括用于操作设备110和/或一个或多个铰接臂115的一个或多个主控件。在一些实施例中，设备110和该操作者工作站可以对应于由加利福尼亚州的桑尼维尔(Sunnyvale)的Intuitive Surgical公司商业化的da手术系统。在一些实施例中，具有其他配置的计算机辅助手术设备、更少或更多铰接臂和/或类似设备可以与协调运动系统100一起使用。
设备110经由接口耦连至控制单元120。控制单元120包括耦连至存储器124的处理器122。由处理器122对控制单元120的操作进行控制。并且，尽管控制单元120显示只有一个处理器122，可以理解的是处理器122可以代表控制单元120中的一个或多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似设备。控制单元120可以被实现为添加到计算设备中的独立子系统和/或电路板，或者实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元可以被包括作为操作者工作站的一部分和/或与该操作者工作站分离但协作地操作。
存储器124可以用于存储由控制单元120和/或在控制单元120的操作过程中使用的一个或多个数据结构执行的软件。存储器124可以包括一种或多种类型的机器可读介质。一些普通形式的机器可读介质可以包括软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔洞图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或卡盒和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
如图所示，存储器124包括可用于支持设备110的自主和/或半自主控制的运动控制应用程序126。运动控制应用程序126可以包括一个或多个应用程序编程接口(API)，用于从设备110接收位置和/或运动信息，与和其他设备相关的其他控制单元交换位置、运动和/或避免碰撞的信息，和/或规划和/或辅助设备110、铰接臂115和/或设备110的末端执行器的运动。并且，尽管运动控制应用程序126被描述为软件应用程序，但运动控制应用程序126可以使用硬件、软件和/或硬件与软件的组合来实现。
协调运动系统100可以进一步包括设备130，该设备具有与设备110不同的一个或多个可移动臂和/或一个或多个末端执行器的配置。在一些示例中，设备130可以与一种成像设备一致，该成像设备包括成像子系统135，该成像子系统可以用于对位于协调运动系统100的工作空间中的患者和/或其他物体进行拍照。设备130和成像子系统135可以包括一个或多个可移动元件，所述可移动元件用于对成像子系统135进行定位而用以拍摄期望的一个或多个图像。尽管在图1中是用以C形臂为特征的成像子系统135来描述设备130，但在协调运动系统100中可能使用其他类型的成像设备。在一些实施例中，成像子系统135可以包括圆环形孔，诸如MR孔、具有探头的铰接臂、一个或多个铰接臂和/或类似物。在一些实施例中，设备130还可以耦连至一个操作者工作站(未示出)，该操作者工作站与用于设备110的操作者工作站可以是相同的或不同的。
与设备110相似，设备130经由接口耦连至控制单元140。控制单元140包括耦连至存储器144的处理器142。由处理器142对控制单元140的操作进行控制。并且，尽管控制单元140显示只有一个处理器142，但可以理解的是处理器142在控制单元140中可以代表一个或多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、FPGA、ASIC和/或类似设备。控制单元140可以被实现为添加到计算设备中的独立子系统和/或电路板，或者实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元可以被包括为操作者工作站的一部分和/或与该操作者工作站分离但协作地操作。
存储器144可以用于存储由控制单元140和/或在控制单元140的操作过程中使用的一个或多个数据结构执行的软件。存储器144可以包括一种或多种类型的机器可读介质。一些普通形式的机器可读介质可以包括软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔洞图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或卡盒和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
如图所示，存储器144包括可用于支持设备110的自主和/或半自主控制的运动控制应用程序146。运动控制应用程序146可以包括一个或多个API，用于从设备120接收位置和/或运动信息，与和其他设备(例如设备110)相关的其他控制单元(例如控制单元120)交换位置、运动和/或避免碰撞的信息，和/或规划和/或辅助设备130和/或成像子系统135的运动规划。并且，尽管运动控制应用程序146被描述为软件应用程序，但运动控制应用程序146可以使用硬件、软件和/或硬件与软件的组合来实现。
控制单元120和140可以使用网络150耦连在一起。网络150可以是任何类型的网络，其包括一个或多个连接器和/或电缆、一个或多个诸如以太网的局域网(LAN)和/或一个或多个诸如互联网的广域网(WAN)。在一些示例中，网络150可以包括一个或多个计算设备以支持控制单元120和140之间的位置、运动和/或避免碰撞信息的交换。在一些示例中，一个或多个计算设备可以支持共享接口，如在由Mahdi Azizian、Jonathan Sorger和SimonDiMaio于2013年8月16日提交的标题为“System and Method for Coordinated MotionAmong Heterogeneous Devices(用于异构设备之间的协调运动的系统和方法)”的美国临时专利申请号61/866,949中描述的共享接口，该申请的内容出于所有目的通过引用整体合并于此。
在一些实施例中，可以在手术室和/或介入套房中找到协调运动系统100。并且尽管协调运动系统100只示出了两个设备110和130，但本领域技术人员将理解该协调运动系统100可以包括具有与设备110和130相同和/或不同设计的可移动臂和/或末端执行器的任何数量的设备。在一些示例中，每个设备可以具有更少的或更多的可移动臂和/或末端执行器。
在一些实施例中，在协调运动系统100中可以使用不同的安排和/或配置。在一些示例中，控制单元可以负责控制多于一个设备的运动。在一些示例中，这些控制单元可以形成主从层次结构，其中这些控制单元中的一个可以引导由一个或多个其他控制单元提供的运动规划和/或运动控制。
很多技术和方案已被使用多年，用以支持具有一个或多个设备的系统中的碰撞避免，所述设备具有一个或多个可移动元件，诸如一个或多个铰接臂和/或末端执行器。一种这样的方案是使用可用于接近由对应的设备和/或物体所占据的体积的虚拟碰撞物体(VCO)。在许多应用中，VCO可以是限制部分或全部设备或物体的虚拟形状。每个VCO可以围绕该设备或物体的一部分中心定位，并且可以基于可易于参数化的形状。例如，美国专利号4,578,757描述了使用沿着独立可移动主体以某一间隔定位的球体状VCO。这些球体状VCO被定位和定尺寸，以使得可移动主体占据的子体积被完全包含在球体状VCO占据的子体积中。因为子体积之间的这种包含关系，只要相应的可移动主体的VCO占据的子体积不交叠，则在这些可移动主体之间没有碰撞。使用VCO的球体还可以简化碰撞计算，因为可以通过将两个VCO的中心点之间的距离与两个VCO的半径之和进行比较来确定两个球状VCO之间的交叠。
图2是示出了根据一些实施例在工作空间200中使用虚拟碰撞物体的简图。如图2所示，第一设备包括耦连至区段220的区段210。尽管未示出，区段210和220可以例如经由旋转接头而相对于彼此可移动和/或可在工作空间200中来回移动。图2还示出了包括区段230的第二设备。区段230还能够相对于区段210和220运动并独立于区段210和220。在一些示例中，区段210和220可以是设备110的一部分，并且区段230可以是设备130的一部分。在一些示例中，一个或多个区段210-230可以是静止的，并且代表工作空间中的物体和/或设备的一部分或全部。
由于区段210-230的有些复杂的几何结构(其被简单地描述为矩形体)，可能有利的是使用一个或多个VCO来增强区段210-230的建模。如图2所示，区段210和220被显示为具有九个相关的VCO 241-249。VCO 241-249中的每个VCO的特征在于以区段210和220的一些部分为中心的球形体。共同地，VCO 241-249占据的子体积限定区段210和220占据的子体积。可以通过改变VCO 241-249的数量和/或改变相对于区段210和220的尺寸的VCO 241-249的尺寸来控制VCO 241-249对区段210和220占据的子体积进行精细建模的能力。在一些示例中，可以使用更少的VCO 241-249来降低计算费用，但是伴有较差的区段210和220的建模，并且VCO 241-249通常围绕区段210和220占据更大的子体积，这可能是不希望的。区段230被显示为具有不同的VCO模式，包括区段230的左端处的球形VCO 251以及沿着区段230的长度的圆柱形VCO 252。使用非球形VCO如圆柱形VCO 252可以被用作建模复杂度与针对一个区段或一组区段使用更少的VCO之间的折中。在一些示例中，可能希望将VCO的形状限定成易于建模或参数化的形状，诸如球体、圆柱体、长方体、卵形体、胶囊形(具有半球形末端的圆柱体)和/或类似形状。
在一些实施例中，VCO 241-249以及VCO 251和252可以用于支持区段210-230之间的碰撞避免。在一些示例中，可以使用VCO 241-249以及VCO 251和252的更简单的的几何结构作为预检测，用以确定在区段210-230之间是否有碰撞和/或即将发生的碰撞。只要是在VCO 241-249与VCO 251和252占据的子体积之间没有交叠，在区段210和220与区段230之间应没有碰撞。在一些示例中，VCO 241-249与VCO 251和252之间的最近距离260可以提供碰撞可能性的指示。距离260的尺寸可以提供区段210和220与区段230的接近程度的粗略估计。在一些示例中，当距离260的尺寸减小时，这还可以指示即将发生碰撞的较高可能性。在一些示例中，这些控制单元(诸如控制单元120和/或140)可以交换关于VCO 241—249和/或VCO 251和252的位置和尺寸的信息，用以支持其自身的碰撞避免计算和/或用以使用由VCO241-249和VCO 251和252占据的子体积作为其自身相应的运动规划的禁越区/远离区。
在一些实施例中，VCO 241-249和/或VCO 251和252可以为其他运动相关的操作提供支持。在一些示例中，VCO 241-249和/或VCO 251和252可以用于在确定区段210-230的位置时提供安全或误差裕度。当由于传感器的不确定性、控制算法的不精确性和/或类似因素而可能不知道区段210-230的精确位置时，可以使用VCO 241-249和/或VCO 251和252来围绕区段210-230预留足够的空间，用以避免碰撞和/或其他有害后果。在一些示例中，当区段210和220变得与区段230足够接近而使得一个或多个VCO 241-249与一个或多个VCO 251和252交叠时，这可能触发使用对区段210-230提供更精细的和/或更微妙的控制的一个或多个不同运动控制算法。
图3是根据一些实施例的碰撞避免方法300的简图。可以至少部分地以存储在非瞬态的、有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来实现方法300的一个或多个进程310-350，所述可执行代码在由一个或多个处理器(例如分别在控制单元120和/或140中的处理器122和/或142)运行时可以促使一个或多个处理器执行方法310-350的进程。在一些实施例中，可以通过诸如运动控制应用程序126和/或146的应用程序来实现方法300。
在进程310中，确定一个或多个区段位置。控制单元可以确定该控制单元正在控制的设备的一个或多个区段的位置。在一些示例中，控制单元120可以确定与设备110的一个或多个铰接臂115和/或末端执行器相关的一个或多个区段的位置。在一些示例中，控制单元140可以确定与设备130的成像子系统135相关的一个或多个区段的位置。该控制单元可以使用一个或多个接头传感器来确定被控制的设备中的区段之间的各种接头的相对位置和/或旋转。在一些示例中，这些接头传感器可以包括电位器、光学编码器和/或类似装置。在一些示例中，来自这些接头传感器的信息可以与该设备及其区段的一个或多个运动学模型相结合，用以确定一个或多个区段位置。在一些示例中，该控制单元可以基于从被控制的区段和/或设备的拍摄的图像中得到的信息来确定一个或多个区段位置。在一些示例中，一个或多个区段位置可以在局部坐标系中被确定和/或被平移到全局坐标系。
在进程320中，交换一个或多个VCO的几何结构。通过使用在进程310期间确定的一个或多个区段位置，该控制单元可以确定与一个或多个区段相关的一个或多个VCO的几何结构(例如位置和/或取向)。例如，当该控制单元正在控制包含区段210和220的设备时，可以使用区段210和220的位置来确定VCO 241-249的几何结构。类似地，当该控制单元正在控制包含区段230的设备时，可以使用区段230的位置来确定VCO 251和252的几何结构。然后该控制单元可以与负责控制具有可移动区段的其他设备的其他控制单元共享这些VCO的几何结构。该控制单元也可以接收与其他设备的可移动区段的几何结构有关的信息。在一些示例中，该控制单元可以通过使用诸如网络150的网络、通过共享接口和/或类似配置交换一个或多个消息来交换VCO的几何结构。在一些实施例中，VCO的几何结构的交换可以包括交换对应于过去的、现在的和/或规划的运动的几何结构的时间序列。
在进程330中，检测一个或多个接近点。通过使用在进程320期间确定的和/或交换的VCO的几何结构，该控制单元可以检测被控制的设备的区段与VCO几何结构信息已知的其他设备的区段之间的一个或多个接近点。所述一个或多个接近点可以指示潜在碰撞的区域、在运动规划中避开的区域、期望有更详细的几何建模的区域和/或类似区域。在一些示例中，一个或多个接近点可以包括距离260。
在进程340中，规划无碰撞路径。通过使用在进程320期间确定的和/或交换的VCO的几何结构和/或在进程330期间检测的一个或多个接近点，该控制单元可以确定其正在控制的设备的区段的无碰撞路径。在一些示例中，该无碰撞路径可以使用被控制的设备的区段的一个或多个运动学模型。在一些示例中，该路径或运动规划可以使用在进程320期间接收的VCO的几何结构作为被控制的设备的区段的VCO不会交叠的禁越区/远离区。在一些示例中，VCO的几何结构之间的距离可以被保持在最小阈值以上和/或被最大化以进一步降低使用规划路径的碰撞可能性。在一些示例中，该路径的末端位置对应于被控制的设备的一个或多个末端执行器的期望位置和/或取向。
在进程350中，执行运动。通过使用在进程340期间规划的路径，该控制单元可以向被控制的设备的致动器传达一个或多个运动命令。然后一个或多个致动器可以使被控制的设备的这些区段与规划路径相一致地移动。在一些示例中，这可以包括调整对致动器供应的一个或多个电流和/或电压。
由于运动规划是在进程350期间进行的，这可能导致被控制的设备的区段的位置发生变化。因而，方法300可以周期性地重复，以便进行的运动被不断更新，以反映与被控制的设备的运动相关的各种设备的每个区段的位置、取向和/或运动的变化。
方法300的碰撞避免使用了与各种区段相关的VCO的通常静态的模型。这是因为使用区段几何结构的静态禁越/远离模型可以有效地实现两个或更多个设备的区段之间的碰撞避免。不同设备和区段的VCO的几何结构之间的关系通常通过寻找VCO之间的交叠来提供良好的碰撞检测测试，通过创建环绕体积来支持区段周围的可用安全裕度，和/或通过检查接近点和接近点距离的趋势来为即将发生的碰撞的预测提供支持。然而，VCO的这种静态模型可能限制其有效性。
通过对用于区段建模的VCO的一个或多个特性进行动态调整，可以支持额外的和/或更强大的碰撞避免和协调运动算法。所述一个或多个特性可以包括VCO的尺寸、形状、数量、弹性和/或类似的特性。通过动态调整这些特性中的一个或多个，VCO可用于对运动目标的变化进行建模、适应运动特征的变化、引发邻近的其他设备和区段的运动行为的变化、向设备操作者提供反馈和/或类似操作。
在一些实施例中，动态改变VCO的尺寸可以帮助其他运动算法来调整运动目标和/或运动特征的变化。在一些示例中，设备中的区段的动量随着区段移动的速度而增加。该设备的动量越高，致动器改变该区段的速度(如用以一旦检测到即将发生碰撞则可防止碰撞)变得更难。通过增大与区段相关的VCO的尺寸来反映这种动量的增大，有可能在快速移动区段周围有效地引入额外的安全裕度，以便在可能发生碰撞之前提供较早的警告。这是因为VCO越大，越有可能使其他区段的VCO比更小的VCO更早地交叠。在一些示例中，这种尺寸的变化还可能伴随有与该区段相关的VCO的数量的减少。在一些示例中，减少与一个区段相关的VCO的尺寸可以允许更好地使用精细运动和/或与其他设备的区段的接近操作。当VCO的尺寸减小至更紧密地匹配所关联的区段的体积时，有可能在精细运动和/或接近操作过程中使用与VCO相关的通常更有效的碰撞避免测试。这可能有助于提高与该区段和相应设备的精细运动和/或接近操作有关的计算效率。在一些示例中，VCO的尺寸的减小还可以导致与该区段和/或VCO的形状相关的VCO的数量的增加，以便它们可以更紧密地匹配该区段的几何结构。
在一些实施例中，动态改变VCO的尺寸可以允许一个设备引发其他设备的运动行为的变化。在一些示例中，在较高速度的运动中的VCO的尺寸的增大可以为与较早碰撞警报相关的其他设备提供较早警报。在一些示例中，与区段相关的一个或多个VCO的尺寸的增大可以引发另一个设备的紧急停止和/或紧急回撤。由于VCO的尺寸迅速增大，这可能在其他设备发现不可能避免碰撞和/或有效移动离开非常大的VCO时在这些设备中触发一个或多个碰撞警告。如果VCO变得足够大(例如与工作空间一样大)，它们可以用于在该工作空间中在其他设备中引发紧急停止。在一些示例中，与一个区段相关的一个或多个VCO可以被扩大至接触其他VCO。在这种方案中，每个VCO可以迅速扩大至恰好在其与另一个设备中的区段的最近VCO交叠之前的点上。以此方式，可以在区段周围要求最大量的操纵空间。在一些示例中，两个VCO之间的接近点距离(如VCO 243和251之间的距离260)可以用于例如通过使接近点距离增大至该VCO的半径来确定被扩大以接触的VCO的期望扩展尺寸。
在一些实施例中，动态改变与一个区段相关的VCO的尺寸、形状和/或数量可以有利于区段形状的变化和/或相同设备内的区段的连接角、定位和/或相对定位的变化的更好建模。在一些示例中，这些尺寸、形状和/或数量的变化可以有利于获得与使用VCO相关的计算效率与使VCO能够更有效地接近对应区段的几何结构的优点。
在一些实施例中，VCO可以用于保护工作空间的一个或多个体积。在一些示例中，一个或多个VCO可以用于为设备中的一个或多个区段预留操作体积。一个或多个VCO可以在该工作空间内是固定的或可移动的，并且提供阻止和/或防止其他设备的其他区段进入的操作体积。这些一个或多个VCO可以与一个或多个区段一起移动，或者可以独立于一个或多个区段而移动。在一些示例中，一个或多个动态VCO可以创建用于工作空间中的其他物体的远离区域、禁越区域和/或受保护区域。在一些示例中，一个或多个动态VCO可以保护该工作空间中的患者的一部分解剖体和/或物体。在一些示例中，受保护的解剖体可以在肿瘤、一个或多个器官和或类似结构的周围创建裕度。在一些示例中，可以基于对该患者的解剖体拍摄的一个或多个图像而对一个或多个动态VCO进行建模。在一些示例中，该一个或多个动态VCO可以在该患者移动和/或发生其他代谢过程时改变，如在跳动的心脏和/或呼吸的肺部周围扩大和收缩。
在一些实施例中，VCO还可用于对超出与类似碰撞的活动相关的运动的运动提供更复杂的影响。在一些示例中，通过将VCO建模为具有弹性的可变形物体，一个区段的VCO将虚拟位移力传递给其他区段的VCO是可能的。在一些示例中，这种虚拟位移力可用于推开其他区段，并且因而在其他区段中引发碰撞避免行为。在一些示例中，这种虚拟位移力可用于向操作者提供触觉和/或其他反馈，用以阻止该操作者继续进行不期望的运动。在一些示例中，该虚拟位移力还可以在其超过阈值时触发紧急停止的行为。在一些示例中，该虚拟位移力可以用于在运动目标可将虚拟位移力保持在预定值时引发顺应性运动。在一些示例中，VCO的弹性可以是动态变化的，用以在不同情况下提供不同水平的虚拟位移力。在一些示例中，与具有给定位置优先级的区段相关的VCO中的弹性可以被增加，并且不容易如其他设备的区段一样从期望的位置和/或运动上移位。在一些示例中，该弹性可以在碰撞和/或接近碰撞的情况下增加，用以增加其他设备中的邻近区段中的反馈和/或运动阻力。
图4是根据一些实施例的弹性虚拟碰撞物体之间的相互作用的简图。如图4所示，具有半径R1和弹性系数k1的第一弹性VCO 410与具有半径R2和弹性系数k2的第二弹性VCO420相互作用。弹性VCO 410和420相互作用是因为弹性VCO 410的中心415与弹性VCO 420的中心425之间的距离d小于R1+R2而使得在与弹性VCO 410和420相关的未压缩子体积之间有交叠。若干模型中的任一模型都可以用于确定由弹性VCO 410和420对彼此施加的虚拟位移力。等式1示出了一种这样的模型，其中虚拟位移力在三个区中被建模。
在与弹性VCO 410和420相关的未压缩子体积中没有交叠(即d大于或等于R1+R2)的第一区中，没有虚拟位移力。在交叠开始的第二区中，虚拟位移力相对于距离d相反地增加。在一些示例中，距离的平方可用于更有效的计算。比例常数K可以被设置以控制虚拟位移力的尺度。dmin的值可以被设置为是固定值的任何阈值和/或可以被设置为R1+R2的百分比，如R1+R2的百分之十、百分之二十、百分之五十或其他百分比，从而设置最小接近点。在一些示例中，dmin可以基于被VCO 410和420接近的相应区段的尺寸来设置。δ的值可以被设置为名义上较小的值，以防止等式中除以零的错误。并且，在第三区中，当d降至dmin以下时，虚拟位移力达到最大量，其被解释为紧急停止情况，反映出底层区段之间非常接近的邻近程度。对于VCO建模的其他方面，dmin、δ、k1、k2和K可以被动态地设置。
在一些实施例中，可以在第二区中改变F的公式，以解决仅由其他弹性VCO施加虚拟位移力的情况。例如，如等式2所示，由弹性VCO 420在弹性VCO 410上施加的虚拟位移力将在该等式中包括k2并且省略了k1。
VCO 420在VCO 410上的
等式1和等式2的示例只是代表性的，并且其他建模方案可以用于确定虚拟位移力。在一些实施例中，用于虚拟位移力的等式可以适用不同于球形的弹性VCO，如圆柱体、卵形体、胶囊形、长方体等。在一些实施例中，弹性VCO的弹性系数可以是各向异性的和/或非均质性的。在一些示例中，该弹性系数可以基于VCO的几何结构而变化，如沿着圆柱形VCO的半径的弹性系数高于沿着轴线的弹性系数。在一些示例中，弹性系数在相关区段的运动方向上可以更高，以便在该方向可能具有更高的即将发生碰撞的可能性时沿着该运动方向提供更高的虚拟位移力。在一些示例中，该弹性系数可以被建模成向弹性VCO的体积施加的向量场和/或张量场。在一些实施例中，气体和/或流体动态模型可被用于确定该虚拟位移力，就像VCO充满气体和/或凝胶那样。在一些实施例中，VCO可被建模成充满小球和/或其他刚性的或可变形的小物体的体积。在一些实施例中，有限元模型可被用于确定虚拟位移力。在一些实施例中，该弹性系数可能拒绝生成虚拟吸引力以促进一个或多个区段运动到期望的位置和/或姿势。
图5是根据一些实施例的协调运动的方法500的简图。可以至少部分地以存储在非瞬态的、有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来实现方法500的一个或多个进程510-570，这些机器可读介质在由一个或多个处理器(例如分别在控制单元120和/或140中的处理器122和/或142)运行时可以促使一个或多个处理器执行方法510-570的进程。在一些实施例中，可以通过一个应用程序(如运动控制应用程序126和/或146)来实现方法500。
在进程510中，确定一个或多个区段的位置和/或运动。控制单元可以确定该控制单元正在控制的设备的一个或多个区段的位置和/或运动。在一些示例中，控制单元120可以确定与设备110的一个或多个铰接臂115和/或末端执行器相关的一个或多个区段的位置和/或运动。在一些示例中，控制单元140可以确定与设备130的成像子系统135相关的一个或多个区段的位置和/或运动。该控制单元可以使用一个或多个接头传感器来确定被控制的设备中的区段之间的各种接头的相对位置和/或旋转。在一些示例中，这些接头传感器可以包括电位器、光学编码器和/或类似装置。在一些示例中，来自这些接头传感器的信息可以与该设备及其区段的一个或多个运动学模型相结合，用以确定一个或多个区段位置。在一些示例中，该控制单元可以基于从拍摄的区段和/或被控制设备的一个或多个图像中得到的信息来确定一个或多个区段位置。在一些示例中，一个或多个区段位置可以在局部坐标系中被确定和/或被平移到全局坐标系。在一些示例中，接头速度与一个或多个运动学模型结合可以用于确定一个或多个区段的相对运动。在一些示例中，数值微分技术可以用于基于随时间记录的一个或多个区段的一个或多个位置来确定一个或多个区段的运动。
在进程520中，可以确定运动目标和/或特征的变化。基于被控制的设备中的一个或多个区段的期望运动目标，可能合适的是改变与一个或多个区段相关的一个或多个VCO的特性。在一些示例中，在进程510期间确定的运动可以用于确定一个或多个区段的速度，该速度可以用于调整一个或多个安全裕度。在一些示例中，在进程510期间确定的运动可以与一个或多个区段的质量模型相结合，用以确定一个或多个区段的动量，该动量可以用于调整一个或多个安全裕度。在一些示例中，至精细运动和/或接近操作的切换可以用于调整与一个或多个区段相关的VCO的尺寸、形状和/或数量。在一些示例中，一个或多个区段的相对取向的变化可以用于调整与一个或多个区段相关的VCO的尺寸、形状和/或数量。在一些示例中，可以做出实现紧急停止和/或扩展至接触的期望作为控制策略的一部分。在一些示例中，可以由操作者和/或应用程序使用被控制的设备来提供运动目标和/或特征的变化。
在进程530中，调整一个或多个虚拟碰撞物体特性。基于在进程520期间确定的运动目标和/或运动特征的变化，调整一个或多个虚拟碰撞物体特性。这可以包括与被控制的设备的区段相关的任何VCO的尺寸、形状、数量和/或弹性。在一些示例中，可以基于确定的速度和/或动量来缩放一个或多个VCO的尺寸，用以实现紧急停止和/或实现扩展至接触。在一些示例中，可以改变VCO的尺寸、形状和/或数量以支持一个或多个区段之间的关系的变化，以切换至精细运动或接近操作或从精细运动或接近操作切换，和/或以适应VCO的其他特性的变化。在一些示例中，可以调整一个或多个VCO的弹性，以使得相应的区段或多或少地易受从其他设备中的区段的VCO接收的运动提示的影响。
在进程540中，交换一个或多个VCO的几何结构和特性。通过使用在进程510期间确定的一个或多个区段位置以及VCO的变化的和不变的特性，该控制单元可以确定与一个或多个区段相关的一个或多个VCO的几何结构(例如，位置和/或取向)。例如，当该控制单元正在控制包含区段210和220的设备时，可以使用区段210和220的位置和/或VCO 241-249的特性来确定VCO 241-249的几何结构。类似地，当该控制单元控制包含区段230的设备时，可以使用区段230的位置和/或VCO 251和252的特性来确定VCO 251和252的几何结构。然后该控制单元可以与负责控制具有可移动区段的其他设备的其他控制单元共享这些VCO的几何结构和特性。该控制单元也可以接收与其他设备的可移动区段的几何结构和特性有关的信息。在一些示例中，该控制单元可以通过使用诸如网络150的网络、通过共享接口和/或类似配置交换一个或多个消息来交换VCO的几何结构和特性。在一些实施例中，VCO的几何结构和特性的交换可以包括交换对应于过去的、现在的和/或规划的运动的几何结构和特性的时间序列。
在进程550中，确定一个或多个虚拟碰撞物体之间的关系。对在进程540期间交换的一个或多个VCO的几何结构和/或特性进行检查以确定可能对碰撞避免、运动规划和/或其他活动有意义的VCO之间是否有任何关系。在一些示例中，这些关系可以包括确定在与被控制的设备相关的一个或多个VCO和其他设备的VCO之间是否存在交叠和/或低于阈值的邻近度。在一些示例中，可以基于系统配置和/或由操作者动态设定和/或各种位置、速度、几何结构和/或运动目标来预定该阈值。VCO的邻近度和/或交叠可以用于指示需要避免的即将发生的碰撞。在一些示例中，交叠可以用于确定一个或多个虚拟位移力，所述虚拟位移力可以改变被控制的设备的一个或多个区段的定位和/或进一步的运动。在一些示例中，这些关系可以指示紧急停止的情况。在一些实施例中，当与区段相关的多于一个VCO与一个或多个其他区段或设备的VCO具有相关的关系时，可以使用叠加和/或用于结合来自多个源的输入的效应的其他技术对这些关系的累积效果进行建模。在一些实施例中，这些关系的影响可以至少部分地从一个区段转移至另一个区段。例如当施加到一个区段上的虚拟位移力经由区段接头被转移至相邻的区段时，可以发生这种情况。在一些示例中，可以使用一个或多个反向运动学模型来转移区段之间的关系的影响。
在进程560中，基于这些关系来调整运动规划和/或提供反馈。基于在进程550期间检测到的这些关系，可以调整被控制的设备的一个或多个区段的运动规划和/或提供反馈。在一些示例中，在进程510期间确定的位置和/或运动还可以用于与一个或多个运动学模型相结合，用以为被控制的设备的一个或多个区段准备运动规划。在一些示例中，该控制单元可以确定其控制的设备的一个或多个区段的碰撞避免路径。在一些示例中，该运动规划可以使用在进程540期间接收的VCO的几何结构和/或特性作为该控制单元控制的设备的区段的VCO不会交叠的禁越区/远离区。在一些示例中，VCO的几何结构之间的距离可以被保持在最小阈值以上和/或被最大化以进一步降低使用所述规划路径的碰撞可能性。在一些示例中，可以控制该距离以保持与其他设备相关的VCO的虚拟位移力的期望量。在一些示例中，虚拟位移力的期望量可以是零以实现碰撞避免和/或是非零以实现协调运动。在一些示例中，该运动规划的末端位置可以对应于被控制的设备的一个或多个末端执行器的期望位置和/或取向。在一些示例中，在进程550期间确定的虚拟位移力可以用于向被控制的设备的操作者提供反馈。在一些示例中，可以通过触觉控制和/或通过视觉和/或听觉提示来提供该反馈。在一些示例中，通过在被控制的设备的接头上引发反馈力或力矩，可以将该反馈映射回到被控制的设备的末端执行器和/或区段。在一些示例中，所引发的反馈力或力矩可以修改根据其他运动规划和/或操作者命令的移动确定的相应接头的力或力矩。在一些示例中，可以使用Jacobian转置或类似方法来将反馈映射到所引发的反馈力或力矩。
在进程570中，执行运动。通过使用在进程560期间调整的运动规划，该控制单元可以向被控制的设备的致动器传达一个或多个运动命令。然后一个或多个致动器可以使被控制的设备的这些区段与运动规划相一致地移动。在一些示例中，这可以包括调整对致动器供应的一个或多个电流和/或电压。
由于运动规划是在进程570期间进行的，这可能导致被控制的设备的区段的位置和/或运动发生变化。因而，方法500可以周期性地重复，以便进行的运动被不断更新，以反映与被控制的设备的运动相关的各种设备的每个区段的位置、取向和/或运动的变化。
如以上讨论并在此进一步强调的，图5仅仅是一个示例，其不应过度地限制权利要求的范围。本领域技术人员会认识到许多变化、替换和修改。根据一些实施例，方法500的协调运动可进一步包括创建一个或多个VCO，用以在工作空间中创建一个或多个可保护区域和/或预留一个或多个操作体积。在一些示例中，一个或多个可保护区域可以与工作空间中的患者的解剖体和/或其他物体相关联。在一些示例中，一个或多个可保护区域可以包括动态的几何结构。
控制单元的一些示例(如控制单元120和/或140)可以包括非瞬态的、有形的机器可读介质，该机器可读介质包括可执行代码，当由一个或多个处理器(例如处理器122和/或142)运行时所述代码可以促使一个或多个处理器来执行方法300和/或500的进程。可包括方法300和/或500的进程的一些普通形式的机器可读介质是例如软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔洞图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或卡盒/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
尽管已经示出并描述了一些说明性实施例，但在前面的公开中可以设想许多各种不同的修改、变化和替换，并且在某些情况下，无需相应地使用其他特征即可采用这些实施例的一些特征。本领域技术人员会认识到许多变化、替换和修改。因而，本发明的范围应仅受到随附权利要求所限制，并且应认识到，应宽泛地并且是以一种与在此公开的实施例的范围相一致的方式来解释这些权利要求。

Claims (62)

1.一种用于医疗设备的控制单元，包括：
一个或多个处理器；以及
将所述控制单元耦连至所述医疗设备的接口；
其中所述控制单元被配置为：
确定所述医疗设备的第一可移动区段的位置，由所述第一可移动区段占据的体积被一个或多个第一虚拟碰撞物体即第一VCO接近；
基于所述医疗设备的位置和运动目标对所述第一VCO的一个或多个特性进行调整；
基于所述位置和所述特性确定所述第一VCO的第一几何结构；
接收与第二设备的第二区段相关的一个或多个第二VCO的第二几何结构；
确定所述第一VCO与所述第二VCO之间的关系；以及
基于所述关系调整所述医疗设备的运动规划。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为向与所述第二设备相关的第二控制单元传送所述第一几何结构和所述特性。
3.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述运动规划是无碰撞的。
4.根据权利要求1所述的控制单元，其中对所述运动规划的调整避免了所述第一VCO与所述第二VCO之间的交叠。
5.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一VCO的所述特性包括选自由以下各项组成的群组中的一个或多个特性：每个所述第一VCO的尺寸、每个所述第一VCO的形状、第一VCO的数量以及每个所述第一VCO的弹性系数。
6.根据权利要求5所述的控制单元，其中所述弹性系数在至少一个所述第一VCO的体积中是不均匀的。
7.根据权利要求5所述的控制单元，其中至少一个所述第一VCO的所述弹性系数基于所述至少一个所述第一VCO的相应的第一几何结构而变化。
8.根据权利要求5所述的控制单元，其中至少一个所述第一VCO的所述弹性系数基于所述至少一个所述第一VCO的运动方向而变化。
9.根据权利要求5所述的控制单元，其中至少一个所述第一VCO的所述弹性系数被建模为所述至少一个所述第一VCO的相应的第一几何结构上的向量或张量。
10.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为确定所述第一可移动区段的速度。
11.根据权利要求10所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为基于所述第一可移动区段的速度对一个或多个所述第一VCO的尺寸进行调整。
12.根据权利要求10所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为基于所述第一可移动区段的动量对一个或多个所述第一VCO的尺寸进行调整。
13.根据权利要求10所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为基于所述第一可移动区段的速度对数个所述第一VCO进行调整。
14.根据权利要求10所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为基于所述第一可移动区段的动量对数个所述第一VCO进行调整。
15.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为增大所述第一VCO中的一个的尺寸，以便在所述第二设备中引起紧急停止。
16.根据权利要求15所述的控制单元，其中所述尺寸被增大至由所述医疗设备和所述第二设备占据的工作空间的尺寸。
17.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为增大所述第一VCO中的一个的尺寸，以便在所述第二设备中引起回撤。
18.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为增大所述第一VCO中的一个选定的第一VCO的尺寸，以便由所述选定的第一VCO占据的第一体积扩大至恰好在所述第一体积接触由所述第二VCO中最近的一个第二VCO占据的第二体积之前。
19.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为创建一个或更多个第三VCO，用以预留所述医疗设备的操作体积。
20.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为创建一个或更多个第三VCO，用以在工作空间中创建一个或多个受保护区域。
21.根据权利要求20所述的控制单元，其中所述一个或多个受保护区域包括物体或受保护的患者解剖体。
22.根据权利要求20所述的控制单元，其中所述一个或多个受保护区域是动态变化的。
23.根据权利要求20所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为：
确定所述第一VCO与所述第三VCO之间的额外关系；以及
基于所述额外关系对所述医疗设备的所述运动规划进行调整。
24.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为调整所述第一VCO的特性，用以支持所述医疗设备的精细运动操作。
25.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为调整所述第一VCO的特性，用以支持所述医疗设备与所述第二设备的接近操作。
26.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为基于所述医疗设备的所述第一可移动区段与第三区段之间的取向的变化来调整所述第一VCO的特性。
27.根据权利要求1所述的控制单元，其中从由球体、圆柱体、卵形体、胶囊形和长方体组成的群组中选择每个所述第一VCO的形状。
28.根据权利要求1所述的控制单元，其中确定所述关系包括确定在所述第一VCO与所述第二VCO之间是否存在交叠。
29.根据权利要求1所述的控制单元，其中确定所述关系包括确定所述第一VCO之一与所述第二VCO之一是否间隔小于阈值距离。
30.根据权利要求1所述的控制单元，其中确定所述关系包括确定所述第一VCO与所述第二VCO之间的虚拟位移力。
31.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述虚拟位移力基于所述第一VCO与所述第二VCO之间的相应距离。
32.根据权利要求31所述的控制单元，其中所述虚拟位移力与所述相应距离成反比关系。
33.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述虚拟位移力基于所述第二VCO的相应弹性系数。
34.根据权利要求33所述的控制单元，其中所述虚拟位移力与所述相应弹性系数成比例。
35.根据权利要求30所述的控制单元，其中当所述第一VCO与所述第二VCO中相应一个之间没有交叠时，相应的虚拟位移力是零。
36.根据权利要求30所述的控制单元，其中当任何所述虚拟位移力超过阈值时，所述运动规划包括停止所述医疗设备的运动。
37.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述虚拟位移力基于所述第一VCO和所述第二VCO的气体模型、流体模型或凝胶模型。
38.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述虚拟位移力基于所述第一VCO或所述第二VCO充满小球的模型。
39.根据权利要求38所述的控制单元，其中所述小球是刚性的或可变形的。
40.根据权利要求30所述的控制单元，其中使用有限元建模来确定所述虚拟位移力。
41.根据权利要求33所述的控制单元，其中至少一个所述弹性系数是负值并且产生虚拟吸引力。
42.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述运动规划减小所述虚拟位移力。
43.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述运动规划将所述虚拟位移力维持在预定水平。
44.根据权利要求30所述的控制单元，其中所述控制单元被进一步配置为基于所述虚拟位移力向操作者提供反馈。
45.根据权利要求44所述的控制单元，其中所述反馈包括选自由触觉反馈、视觉反馈和声反馈组成的群组中的一种或多种反馈。
46.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一VCO的弹性系数基于所述第一可移动区段的质量或动量。
47.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一VCO的弹性系数基于所述第一可移动区段的位置优先级。
48.根据权利要求1所述的控制单元，其中对所述运动规划的调整包括向所述医疗设备的一个或多个接头提供力或力矩反馈。
49.一种控制医疗设备中的运动的方法，该方法包括：
由控制单元确定所述医疗设备的第一区段的位置，所述控制单元通过接口耦连至所述医疗设备；
基于所述医疗设备的位置和运动目标对与所述第一区段相关的一个或多个第一虚拟碰撞物体即第一VCO的一个或多个特性进行调整；
基于所述位置和所述特性确定所述第一VCO的第一几何结构；
接收与第二设备相关的一个或多个第二VCO的第二几何结构；
确定所述第一VCO与所述第二VCO之间的关系；以及
基于所述关系对所述医疗设备的运动规划进行调整。
50.根据权利要求49所述的方法，进一步包括调整所述运动规划以避免所述第一VCO与所述第二VCO之间的交叠。
51.根据权利要求49所述的方法，进一步包括：
确定所述第一区段的速度和动量；以及
基于所述第一区段的所述动量对一个或多个所述第一VCO的尺寸进行调整。
52.根据权利要求49所述的方法，进一步包括增大所述第一VCO中的一个的尺寸，以便在所述第二设备中引起紧急停止。
53.根据权利要求49所述的方法，进一步包括创建一个或多个第三VCO，用以预留所述医疗设备的操作体积。
54.根据权利要求49所述的方法，进一步包括创建一个或多个第三VCO，用以在工作空间中创建一个或多个受保护区域，所述一个或多个受保护区域包括物体或受保护的患者解剖体。
55.一种协调运动系统，该系统包括：
第一控制单元，其经由第一接口耦连至第一医疗设备；以及
第二控制单元，其经由第二接口耦连至第二医疗设备；
其中所述第一控制单元被配置为：
确定所述第一医疗设备的第一区段的第一位置；
基于所述第一医疗设备的所述第一位置和第一运动目标，对与所述第一区段相关的一个或多个第一虚拟碰撞物体即第一VCO的一个或多个第一特性进行调整；
基于所述第一位置和所述第一特性确定所述第一VCO的第一几何结构；
向所述第二控制单元发送所述第一VCO的所述第一几何结构；
从所述第二控制单元接收与所述第二医疗设备的第二区段相关的一个或多个第二VCO的第二几何结构；
确定所述第一VCO与所述第二VCO之间的第一关系；以及
基于所述第一关系对所述第一医疗设备的第一运动规划进行调整；
其中所述第二控制单元被配置为：
确定所述第二区段的第二位置；
基于所述第二医疗设备的所述第二位置和第二运动目标，对所述第二VCO的一个或多个第二特性进行调整；
基于所述第二位置和所述第二特性确定所述第二VCO的所述第二几何结构；
向所述第一控制单元发送所述第二几何结构；
从所述第一控制单元接收所述第一几何结构；
确定所述第一VCO与所述第二VCO之间的第二关系；以及
基于所述第二关系对所述第二医疗设备的第二运动规划进行调整；
其中所述第一运动规划和所述第二运动规划包括所述第一医疗设备与所述第二医疗设备之间的协调运动。
56.根据权利要求55所述的系统，其中所述协调运动避免所述第一VCO与所述第二VCO之间的交叠。
57.根据权利要求55所述的系统，其中所述第一控制单元被进一步配置为：
确定所述第一区段的速度和动量；以及
基于所述第一区段的动量对一个或多个所述第一VCO的尺寸进行调整。
58.根据权利要求55所述的系统，其中所述第一控制单元被进一步配置为增大所述第一VCO中的一个的尺寸，以便在所述第二医疗设备中引起紧急停止。
59.根据权利要求55所述的系统，其中：
所述第一控制单元被进一步配置为创建一个或多个第三VCO，以便预留所述第一医疗设备的操作体积并且向所述第二控制单元发送所述一个或多个第三VCO的第三几何结构；以及
所述第二控制单元被进一步配置为进一步调整所述第二运动规划以避免所述第二VCO与所述第三VCO之间的交叠。
60.根据权利要求55所述的系统，其中：
所述第一控制单元被进一步配置为创建一个或多个第三VCO，以便在工作空间中创建一个或多个受保护区域并且向所述第二控制单元发送所述一个或多个第三VCO的第三几何结构；
所述第二控制单元被进一步配置为进一步调整所述第二运动规划以避免所述第二VCO与所述第三VCO之间的交叠；并且
所述一个或多个受保护区域包括物体或受保护的患者解剖体。
61.根据权利要求55所述的系统，其中所述第一控制单元和所述第二控制单元是相同的。
62.根据权利要求55所述的系统，其中所述第一控制单元和所述第二控制单元经由网络进行耦连。
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