CN114867429A - 控制器械的系统和方法 - Google Patents

控制器械的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114867429A
CN114867429A CN202180007561.2A CN202180007561A CN114867429A CN 114867429 A CN114867429 A CN 114867429A CN 202180007561 A CN202180007561 A CN 202180007561A CN 114867429 A CN114867429 A CN 114867429A
Authority
CN
China
Prior art keywords
force
freedom
instrument
tension
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180007561.2A
Other languages
English (en)
Inventor
G·F·布里森
J·S·哈特
B·D·瑟艾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intuitive Surgical Operations Inc
Original Assignee
Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intuitive Surgical Operations Inc filed Critical Intuitive Surgical Operations Inc
Publication of CN114867429A publication Critical patent/CN114867429A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689—Teleoperation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003—Steerable
    • A61B2017/00318—Steering mechanisms
    • A61B2017/00323—Cables or rods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A61B2034/715—Cable tensioning mechanisms for removing slack
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39237—Torque disturbance control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39326—Model compensates positions as function of position to compensate force deformations
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39355—Observer, disturbance observer

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

控制器械的系统和方法包括配置为利用相应的传动机构和控制单元致动在第一和第二方向上的自由度(DOF)的第一和第二致动器。该控制单元被配置为：确定第一和第二致动器的位置；基于第一和第二致动器的位置和DOF的期望状态确定致动命令；确定第一和第二致动器的相应的致动水平，以便通过利用基于力或扭矩命令、最小张力以及第一和第二致动器位置的模型维持传动机构中的张力高于相应的最小张力；以及命令第一和第二致动器的致动处于相应的致动水平。该模型补偿DOF上的外部扰动以及第一和第二致动器的动力学。

Description

控制器械的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月27日提交的题为“Systems and Method of ControllingInstruments”的美国临时专利申请第63/001,046号的优先权，该申请的整体内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开总体上涉及具有器械的设备的操作，并且更具体地涉及控制器械的至少一个自由度。
背景技术
越来越多的设备被计算机辅助电子设备取代。在工业、娱乐、教育和其他环境中尤其如此。作为医学示例，当今的医院在手术室、介入室、重症监护病房、急诊室等中存在大量的电子设备。例如，玻璃和水银温度计正在被电子温度计取代，静脉滴注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和其他医疗器械正在被计算机辅助医疗设备取代。
这些计算机辅助设备可用于对位于工作空间中的材料(例如患者的身体组织)执行操作和/或程序。通过使用许多计算机辅助设备，操作者(例如医学示例中的外科医生)可以使用操作者控制台上的一个或多个控件远程遥控操作计算机辅助设备。当操作者在操作者控制台处操纵各种控件时，命令从操作者控制台被传递到工作空间内或工作空间附近的设备，一个或多个末端执行器和/或器械被安装到该设备上。这样一来，操作者能够使用末端执行器和/或器械对工作空间中的材料或对象执行一个或多个程序。取决于期望的程序和/或使用的器械，可以部分地或完全在操作者使用远程操作的控制下和/或在半自主控制下执行期望的程序，其中在半自主控制下器械可以基于操作者的一个或多个激活动作来执行或改变操作序列。
不同设计和/或配置的器械可用于执行不同的任务、程序和/或功能，从而允许操作者执行多种程序中的任何一种。计算机辅助器械(无论是手动致动、远程操作致动和/或半自主驱动的)可以用于各种操作和/或程序并且可以具有各种配置。许多这样的器械包括安装在轴的远端处的末端执行器，该轴可以安装到可重新定位臂的远端。在许多操作场景中，轴可以被配置为通过开口(例如，体壁切口、自然孔口、进入端口等)插入(例如，以腹腔镜、胸腔镜等方式)以达到工作区内的远程部位。在一些器械中，铰接腕部机构可以被安装到器械的轴的远端以支撑末端执行器，其中铰接腕部提供了改变末端执行器相对于轴的纵向轴线的取向的能力。这种器械的示例包括但不限于烧灼、消融、缝合、切割、钉补、融合、密封等，和/或它们的组合。因此，器械可以包括多种部件和/或部件的组合以执行这些程序。
当对工作空间的访问受到限制时，器械的大小和/或强度可能会受到限制。作为一个医学示例，当计算机辅助设备被用于执行微创手术程序时，该器械可能必须顺利通过保持为尽可能小的体孔和/或体壁切口以减少对患者的影响。在另一示例中，当工作空间受限时(例如，它是危险的、气候受控的、无菌的等)，可以通过一个或多个尺寸可能减小的孔口来控制对工作空间的访问。与访问具有有限访问权限的工作空间的目标一致，末端执行器的尺寸通常保持尽可能小，同时仍允许其执行其预期任务。使末端执行器的尺寸保持较小的一种方法是通过使用器械的近端处的一个或多个输入来完成末端执行器的致动，该器械的近端可以位于工作空间的外部。然后可以使用各种齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带、链条、链条、链轮和/或类似物来沿着器械的轴传递来自一个或多个输入的动作并致动末端执行器的自由度(DOF)。例如，在器械的近端处的力或扭矩传递机构与经由位于工作空间内或附近的计算机辅助设备的可重新定位臂上的驱动单元提供的各种致动器(例如，马达、螺线管、伺服机构、液压装置、气动装置等)接合。这些致动器通常接收来自控制模块的控制信号并在力或扭矩传递机构的近端处提供力和/或扭矩形式的输入，各种齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带、链条、链轮和/或类似物最终传送这些输入以在力或扭矩传递机构的远端处致动末端执行器的DOF。
当力或扭矩传递机构具有足够的刚性以使其可以在两个方向上向DOF施加力或扭矩时，可以使用驱动单元中的单个致动器在两个方向上致动DOF。然而，在这种情况下，力或扭矩传递机构通常比期望的更大和/或大于体壁切口、自然孔口或进入端口等可容纳的尺寸。
因此，期望用于使用远程定位的致动器来控制器械的改进方法和系统。
发明内容
与一些实施例一致，一种计算机辅助设备包括被配置为使用第一力或扭矩传递机构在第一方向上致动器械的自由度的第一致动器、被配置为使用第二力或扭矩传递机构在第二方向上致动该自由度的第二致动器，以及耦合到第一致动器和第二致动器的控制单元。该第二方向与该第一方向至少部分相反。该控制单元被配置为：确定第一致动器的第一位置；确定第二致动器的第二位置；基于第一位置、第二位置和自由度的期望状态确定力或扭矩命令；确定第一致动器的第一致动水平和第二致动器的第二致动水平，以便通过利用基于力或扭矩命令、第一最小张力和第二最小张力、第一位置和第二位置的模型来维持第一力或扭矩传递机构中的第一张力高于第一最小张力并维持第二力或扭矩传递机构中的第二张力高于第二最小张力；以及命令第一致动器的致动处于第一致动水平并且第二致动器的致动处于第二致动水平。该模型补偿自由度上的外部扰动以及第一致动器和第二致动器的动力学。
与一些实施例一致，一种由计算机辅助设备的控制单元执行的方法包括：确定第一致动器的第一位置，该第一致动器被配置为使用第一力或扭矩传递机构在第一方向上致动器械的自由度；确定第二致动器的第二位置，该第二致动器被配置为使用第二力或扭矩传递机构在第二方向上致动该自由度；基于第一位置、第二位置和自由度的期望状态确定力或扭矩命令；确定第一致动器的第一致动水平和第二致动器的第二致动水平，以便通过利用基于力或扭矩命令、第一最小张力和第二最小张力、第一位置和第二位置的模型来维持第一力或扭矩传递机构中的第一张力高于第一最小张力并维持第二力或扭矩传递机构中的第二张力高于第二最小张力；以及命令第一致动器的致动处于第一致动水平并且第二致动器的致动处于第二致动水平。该第二方向与该第一方向至少部分相反。该模型补偿自由度上的外部扰动以及第一致动器和第二致动器的动力学。
与一些实施例一致，一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，这些机器可读指令在由与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于促使一个或多个处理器实施本文描述的任一方法。
附图说明
图1是根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。
图2是根据一些实施例的器械的简化图。
图3是根据一些实施例的器械的简化图。
图4是根据一些实施例的器械的远端的简化图。
图5A和图5B是根据一些实施例的器械的远端的简化图。
图6是根据一些实施例的用于器械的DOF的控制系统的简化图。
图7是根据一些实施例的用于器械的DOF的自由体图的简化图。
图8是根据一些实施例的用于图7的器械的DOF的控制系统的简化图。
图9是根据一些实施例的控制器械的方法的简化图。
在附图中，具有相同名称的元件具有相同或相似的功能。
具体实施方式
图示说明一些发明方面、实施例、实施方式或模块的本说明书和附图不应被视为限制——权利要求限定了受保护的发明。在不背离本说明书和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种机械的、成分的、结构的、电气的和操作的改变。在一些情况下，众所周知的电路、结构或技术没有被详细示出或描述，以免混淆本发明。两幅或多幅图中的相同数字代表相同或相似的元件。
在本说明书中，阐述了一些具体细节以描述与本公开一致的一些实施例。为了提供对实施例的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文所公开的具体实施例是说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以认识到尽管在此没有具体描述但在本公开的范围和精神内的其他元件。此外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出和描述的一个或多个特征可以被合并到其他实施例中，除非另外具体描述或者如果一个或多个特征将使实施例不起作用。
此外，该说明书的术语并非旨在限制本发明。例如，空间上相关的术语——例如，“下面”、“下方”、“下侧”、“上方”、“上面”、“近侧”、“远侧”等——可用于描述一个元件或特征的与图中所示的另一个元件或特征的关系。这些空间相关术语旨在涵盖图中所示的元件的不同位置(即定位)和取向(即旋转布局)或它们的操作以及位置和取向。例如，如果一幅图中的内容被翻转，则描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将是在其他元件或特征“上面”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的位置和取向。设备可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他取向)，并且本文使用的空间相关描述符被相应地解释。同样，对沿着和围绕各个轴线的运动的描述包括各种特殊元件位置和取向。此外，除非上下文另有说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。并且，术语“包括”、“包含”、“含有”等指定了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或部件。描述为耦合的部件可以是电气或机械直接耦合，或者它们可以通过一个或多个中间部件间接耦合。
只要可行，参考一个实施例、实施方式或模块详细描述的元件可被包括在未具体示出或描述它们的其他实施例、实施方式或模块中。例如，如果参考一个实施例详细描述了一个元件并且没有参考第二实施例进行描述，则该元件仍然可以被要求为包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，与一个实施例、实施方式或应用相关联示出和描述的一个或多个元件可以被并入其他实施例、实施方式或方面，除非另外具体描述，除非一个或多个元件将使一个实施例或实施方式不起作用，或者除非两个或更多个元件提供冲突的功能。
在一些情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路，以免不必要地混淆一些实施例的一些方面。
本公开根据它们在三维空间中的状态描述了计算机辅助设备和元件的各种设备、元件和部分。如本文所用，术语“位置”是指元件或元件的一部分在三维空间中的定位(例如，沿笛卡尔x坐标、y坐标和z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”是指元件或元件的一部分的旋转布置(三个旋转自由度——例如，滚转、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“形状”是指沿着元件测量的设定位置或取向。如本文所用并且对于具有可重新定位臂的设备，术语“近侧”是指沿其运动链朝向计算机辅助设备的基部的方向，而“远侧”是指沿运动链远离基部的方向。
参考计算机辅助系统和设备来描述本公开的各方面，其可以包括远程操作的、遥控的、自主的、半自主的、机器人的和/或类似的系统和设备。此外，本公开的一些方面是根据使用手术系统的实施方式来描述的，例如由美国加利福尼亚州Sunnyvale的直观外科公司(Intuitive Surgical,Inc.)商业化的da
Figure BDA0003710048650000051
手术系统。然而，本领域技术人员将理解，本文公开的发明方面可以以各种方式来体现和实施，包括机器人以及(如果适用的话)非机器人实施例和实施方式。关于da
Figure BDA0003710048650000061
手术系统的实施方式仅是示例性的并且不应被视为限制本文所公开的发明方面的范围。例如，参考手术器械和手术方法所描述的技术可以在其他背景中使用。因此，本文描述的器械、系统和方法可用于人体、动物、人体或动物解剖结构的一部分、工业系统、通用机器人或远程操作系统。作为进一步的示例，本文描述的器械、系统和方法可用于非医疗目的，包括工业用途、一般机器人用途、感测或操纵非组织工件、美容改进、人体或动物解剖结构的成像、从人体或动物解剖结构收集数据、建立或拆除系统、培训医疗或非医疗人员等。额外的示例应用包括用于从人体或动物解剖结构中取出的组织的程序(不返回人类或动物解剖结构)以及用于人体或动物尸体的程序。此外，这些技术还可用于包括或不包括外科方面的医学治疗或诊断程序。
图1是根据一些实施例的计算机辅助系统100的简化图。如图1所示，计算机辅助系统100包括具有一个或多个可移动臂或可重新定位臂120的计算机辅助设备110。一个或多个可重新定位臂120中的每一个可支撑一个或多个器械130。在一些示例中，计算机辅助设备110可以与计算机辅助手术设备一致。一个或多个可重新定位臂120可各自为诸如手术器械、成像设备等的器械130提供支撑。在一些示例中，器械130可以包括能够但不限于执行、抓取、缩回、烧灼、消融、缝合、切割、钉补、融合、密封等和/或它们的组合的末端执行器。
计算机辅助设备110可以进一步耦合到操作者工作站(未示出)，该操作者工作站可包括用于操作计算机辅助设备110、一个或多个可重新定位臂120和/或器械130的一个或多个输入控件。在一些示例中，一个或多个输入控件可以包括主控操纵器、杠杆、踏板、开关、键、旋钮、触发器等。在一些实施例中，计算机辅助设备110和操作者工作站可以对应于由美国加利福尼亚州Sunnyvale的直观外科公司(Intuitive Surgical,Inc.)商业化的da
Figure BDA0003710048650000062
手术系统。在一些实施例中，具有其他配置、更少或更多可重新定位臂和/或类似物的计算机辅助手术设备可以与计算机辅助系统100一起使用。
计算机辅助设备110经由接口耦合到控制单元140。该接口可以包括一个或多个电缆、光纤、连接器和/或总线，并且还可以包括具有一个或多个网络交换和/或路由设备的一个或多个网络。控制单元140包括耦合到存储器160的处理器150。控制单元140的操作由处理器150控制。并且虽然控制单元140被示出为具有仅一个处理器150，应当理解的是处理器150可以代表控制单元140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)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、张量处理单元(TPU)等。控制单元140可以被实现为添加到计算设备的独立的子系统和/或板或实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元140可以被包括作为操作者工作站的一部分和/或独立于操作者工作站但与操作者工作站协调操作。
存储器160可用于存储由控制单元140执行的软件和/或在控制单元140的操作期间使用的一种或多种数据结构。存储器160可包括一种或多种类型的机器可读介质。一些常见形式的机器可读介质可包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式存储器，和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
如图1所示，存储器160包括可用于支持计算机辅助设备110的自主、半自主和/或远程操作控制的控制模块170。控制模块170可包括一个或多个应用程序编程接口(API)，用于接收来自计算机辅助设备110、可重新定位臂120和/或器械130的位置、运动、力、扭矩和/或其他传感器信息，与关于其他设备的其他控制单元交换位置、运动、力、扭矩和/或碰撞避免信息，和/或规划和/或辅助规划计算机辅助设备110、可重新定位臂120和/或器械130的运动。在一些示例中，控制模块170可以进一步在诸如手术程序的程序期间支持器械130的自主、半自主和/或远程操作控制。并且虽然控制模块170被描述为软件应用程序，但是控制模块170可以使用硬件、软件和/或硬件与软件的组合来实现。
在一些医疗实施例中，计算机辅助系统100可以在手术室和/或介入套件中找到。并且虽然计算机辅助系统100包括带有两个可重新定位臂120和相应器械130的仅一个计算机辅助设备110，但是应当理解的是计算机辅助系统100可以包括带有可重新定位臂和/或器械的任何数量的计算机辅助设备，其具有与计算机辅助设备110类似和/或不同的设计。在一些示例中，每个计算机辅助设备可以包括更少或更多的可重新定位臂和/或器械。
图2是根据一些实施例的器械200的简化图。在一些实施例中，器械200可以与图1的任何器械130一致。如图2中描绘的和如本文所用的方向“近侧”和“远侧”有助于描述器械200的部件的相对取向和定位。远侧通常是指在从计算机辅助设备(例如计算机辅助设备110)的基部沿运动链更远的方向上的元件，和/或在器械200的预期操作使用中更靠近工作空间的元件。近侧通常是指沿着运动链更靠近计算机辅助设备的基部和/或计算机辅助设备的可重新定位臂之一的方向上的元件。
如图2所示，器械200包括轴210，该轴用于将位于轴210的远端处的末端执行器220联接到器械200安装到轴210的近侧的可重新定位臂和/或计算机辅助设备的位置。取决于正在使用器械200的特定程序，可以通过开口(例如，体壁切口、自然孔口、工作空间端口等)插入轴210，以便将末端执行器220放置在位于工作空间(例如，医学示例中的患者的内部解剖结构)内的远程工作部位附近。如图2进一步所示，末端执行器220通常与双爪夹持器式末端执行器一致，在一些实施例中，该末端执行器还可包括切割和/或熔合或密封机构。然而，应当理解的是，具有不同末端执行器220的不同器械200是可能的，包括具有各种形状和尺寸的一个、两个或任意数量的手指，并且这些设计可以与器械200的实施例一致。
器械(例如，具有末端执行器220的器械200)通常在器械200的操作期间随着运动沿着多个DOF移动。取决于器械200和器械200安装到的可重新定位臂和/或计算机辅助设备的配置，各种DOF可用于定位、定向和/或操作末端执行器220。在具有插入DOF的一些示例中，系统的配置可以通过使轴210能够沿着相对于器械200的近侧部分的插入轴线插入或缩回来提供插入DOF；在具有插入DOF的一些其他示例中，可以通过使整个器械200能够沿着插入轴线平移来提供插入DOF。在具有滚转DOF的一些示例中，系统的配置可以通过使轴210能够围绕相对于器械200的近侧部分的纵向轴线旋转来为末端执行器220提供滚转自由度；在具有滚转DOF的一些其他示例中，可以通过使整个器械200能够围绕纵向轴线旋转来提供滚转DOF。在一些示例中，器械200包括联接在末端执行器220与轴210之间的铰接腕部230。这种铰接腕部230可以包括一个或多个关节，例如一个或多个旋转关节、棱柱关节、球关节或提供一个或多个“俯仰”、“偏航”或单独手指控制(例如用于打开或闭合夹爪器械)DOF的复杂关节。这种腕部支撑的DOF可用于控制末端执行器220相对于轴210的纵向轴线的位置或取向。在一些示例中，器械200还可包括专门用于控制末端执行器220的夹爪的打开和闭合的夹持DOF，用于控制切割机构的延伸、缩回和/或操作的激活DOF或其他DOF。
器械200还包括位于轴210的近端处的驱动系统240。驱动系统240包括用于将力和/或扭矩引入器械200的一个或多个部件，这些力和/或扭矩可用于操纵由器械200支持的各种DOF。在一些示例中，驱动系统240可以包括一个或多个致动器，其基于从控制单元(例如图1的控制单元140)接收到的信号来操作。致动器的示例包括由任何适当的功率源(包括电力、液压、气动等)提供动力的马达和螺线管。在一些示例中，信号可以包括一个或多个电流、电压、脉宽调制波形等。在一些示例中，驱动系统240可以不包括致动器而是包括一个或多个传动部件，并且可移除地联接到作为可重新定位臂(例如，可重新定位臂120中的任一个)的一部分的相应致动器；这样的驱动系统240可以传输和/或转换来自那些致动器的力和/或扭矩，以施加这些力和/或扭矩并调整器械200的各种DOF。在一些示例中，驱动系统240包括一个或多个致动器与一个或多个传动部件的组合，这些传动部件可移除地联接到驱动系统240外部的致动器。示例传动部件包括轴、齿轮、螺钉、滑轮、杆、带、链条、链轮、缆线等。
在一些实施例中，可以使用一个或多个力或扭矩传递机构250将由驱动系统240产生和/或接收的力和/或扭矩从驱动系统240传递到位于驱动系统240远侧的器械200的各种关节和/或元件。在一些示例中，一个或多个力或扭矩传递机构250可包括一个或多个传动部件。在一些示例中，轴210可以包括一个或多个内腔，并且一个或多个力或扭矩传递机构250在一个或多个内腔内沿着轴210的内部从驱动系统240递送到末端执行器220和/或铰接腕部230中的对应DOF。
在一些实施例中，使用单个致动器和在致动器与DOF之间的单个力或扭矩传递路径来控制器械200的DOF。为了支持DOF在两个方向上的致动(例如，顺时针和逆时针、插入和缩回、向左和向右平移等)，在致动器与DOF之间的那个传动路径中的力或扭矩传递机构能够在两个方向上向DOF施加力或扭矩。这种力或扭矩传递机构的示例包括杆和一系列齿轮。
在一些实施例中，力或扭矩传递机构仅以一种方式可靠地传递力或扭矩(例如，许多线缆和皮带可以传递张力而不是压缩，并且可以用于提供拉力而不是推力)。这种力或扭矩传递机构在特定应用中可能由于各种原因而受到青睐，例如尺寸更小、成本更低、组装更容易、材料可用性更高等。
在使用仅以一种方式可靠地传递力或扭矩的力或扭矩传递机构的那些实施例中的一些实施例中，传动系统本身的设计可以适于使用单个致动器。例如，传动系统可以配置力或扭矩传递机构，使得致动器的致动总是以传动机构可传递的方式供应力或扭矩。作为一个具体示例，当致动器顺时针或逆时针旋转从动滑轮时，以及当线缆被配置为在一侧围绕非从动滑轮并在另一侧围绕由致动器旋转的滑轮的环时，致动器向线缆施加拉力。然而，在这种配置中，线缆通常是预张紧的；这种预张紧是为了在滑轮与线缆之间提供足够的法向力，使得线缆与滑轮之间的摩擦力足以可靠地传递力或扭矩。这种预张紧增加了致动器所需的驱动力，并可能导致致动器以及线缆、滑轮和传动系统的其他零件的更大磨损。此外，这种预张紧可能会限制传动系统的材料选项，例如在某些情况下会导致避免使用某些塑料和/或复合材料，例如在某些情况下的某些超高分子量聚乙烯(UHMWPE或UHMW)或高模量聚乙烯(HMPE)。
在使用仅以一种方式可靠地传递力或扭矩的力或扭矩传递机构的一些其他实施例中，该系统被配置为使用两个力或扭矩传递路径来控制DOF。例如，驱动系统240中的两个致动器可以用于以对抗方式控制DOF，使得一个致动器被配置为在第一方向上致动DOF并且第二致动器被配置为在至少部分地与第一方向相反的第二方向上致动DOF。作为一个具体示例，在一个实施例中，第一线缆被联接以传递来自第一致动器的力以沿第一方向拉动DOF，而第二线缆被联接以传递来自第二致动器的力以沿第二方向拉动DOF；然后，两根缆线的协调控制支持在第一方向和第二方向上的DOF的控制。
图3是根据一些实施例的器械300的简化图。在一些实施例中，器械300与器械200一致。如图3所示，器械300具有使用第一和第二致动器控制的第一DOF。尽管器械300在图3中显示为具有仅一个DOF，但可以理解的是，器械300可以包括一个、两个或更多个DOF。如图3所示，器械300包括将末端执行器320联接到驱动单元340的轴310。末端执行器320包括附接到盘324的指状物322，使得指状物322与盘324一起旋转。盘324可以围绕轴线326旋转，从而为指状物322提供旋转自由度。通过控制第一力或扭矩传递机构351和/或第二力或扭矩传递机构352来旋转盘324。第一力或扭矩传递机构351将盘324联接到第一致动器341，以便沿第一旋转方向驱动盘324。第二力或扭矩传递机构352将盘324联接到第二致动器342，以便沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向驱动盘324。为了便于解释，在图3的示例中，第一致动器341和第二致动器342被示出为在驱动单元340内。然而，如上所述，第一致动器341和第二致动器342可以位于器械外部并且使用任意数量的力或扭矩传递部件联接到驱动单元340。
第一致动器341和第二致动器342都在驱动单元340中，并且第一致动器341和第二致动器342中的每一个可以包括用于将由致动器提供的原动力传递到力或扭矩传递机构351、352的传动系。如图所示，第一致动器341提供围绕第一轴线361的旋转原动力，并且第二致动器342提供围绕第二轴线362的旋转原动力。指状物322可以通过在移动时拉动力或扭矩传递机构351而顺时针旋转，促进力或扭矩传递机构352的移动或允许力或扭矩传递机构352的移动跟随。类似地，指状物322可以通过在移动时拉动力或扭矩传递机构352而逆时针旋转，促进力或扭矩传递机构351的移动或允许力或扭矩传递机构351的移动跟随。因为致动器341和342通常做功以在相反方向上移动指状物322，所以这种布置有时被称为是对抗性的或对抗控制(antagonistic control)。
虽然图3将第一致动器341和第二致动器342描绘为与单个滑轮一起旋转，但在其他实施例中，第一致动器341和/或第二致动器342可以是线性致动器，具有任意数量的传动部件，或两者兼有。类似地，虽然图3将力或扭矩传递机构351和352描绘为单个整体部件(例如，线缆、带等)，但在一些实施例中，任何数量的部件都可以形成力或扭矩传递机构351和352中的每一个。
图4是根据一些实施例的器械400的远侧部分的简化图，其示出了器械400的轴、腕部和末端执行器的一部分。在一些实施例中，器械400与器械200一致。器械400包括经由铰接腕部430联接到轴410的末端执行器420。末端执行器420包括可围绕轴线426旋转的第一指状物422(也被称为第一夹爪422)和也可围绕轴线426旋转的第二指状物424(也被称为第二夹爪424)。在一些实施例中，夹爪422和夹爪424以协调的方式进行操作以产生不同的行为。在一些示例中，通过使夹爪422和424相对于彼此移动，例如通过相对于腕部430仅移动夹爪422、仅移动夹爪424或移动两个夹爪422、424，可以通过使夹爪422和424朝向彼此旋转而减小夹爪422和夹爪424之间的间隙；这产生了夹爪422、424的闭合运动并且可以用于例如夹持材料。在一些示例中，通过使夹爪422和424相对于彼此移动，例如通过相对于腕部430仅移动夹爪422、仅移动夹爪424或移动两个夹爪422、424，可以通过使夹爪422和424远离彼此旋转而增加夹爪422和夹爪424之间的间隙；这产生了夹爪422、424的打开运动并且可以用于例如释放被夹持的材料。在一些示例中，通过沿相同方向旋转夹爪422、424，可以改变末端执行器420相对于腕部430的偏航。
图4中还显示了一些用于控制末端执行器420的DOF的力或扭矩传递机构。例如，显示了用于控制第一夹爪421的第一力或扭矩传递机构451，以及用于控制第二夹爪424的第二力或扭矩传递机构452。力或扭矩传递机构451和452中的每一个可以在器械400的近侧部分处联接到驱动单元，并且由一个、两个或更多个致动器来驱动，如结合图3所描述。
铰接腕部430包括U形夹432和销434，末端执行器420可以围绕该销相对于U形夹432和轴410旋转。如图所示，铰接腕部430提供器械400的俯仰DOF。使用力或扭矩传递机构453和454来使俯仰DOF进行关节运动。力或扭矩传递机构453和454中的每一个可以在器械400的近侧部分处联接到驱动单元，并且由一个、两个或更多个致动器来驱动，如结合图3所描述。
在图示的示例中，形成力或扭矩传递机构451、452、453、454的每个线缆缠绕对应的滑轮，以将相反的力或扭矩传递机构提供给力或扭矩传递机构451、452、453、454。在一些示例中，一个或多个独立的线缆形成用于一个或多个力或扭矩传递机构451、452、453、454的相反的力或扭矩传递机构。
虽然器械400在图4中描绘的部分中显示为具有三个DOF(夹持-松开、偏航和俯仰)，但应该理解的是，器械400可以包括可使用本文描述的任何方法来控制的额外DOF(沿着轴410的额外偏航或俯仰DOF、滚转DOF等)。
图5A和图5B是根据一些实施例的器械500的远端的简化图。在一些实施例中，器械500与器械200一致。如图5A和图5B所示，器械500对应于可使用四个致动器控制的三DOF器械。在一些实施例中，器械500与美国专利第8,821,480号中描述的器械一致，该美国专利通过引用合并于此。
如图所示，器械500包括经由铰接腕部530联接到轴510的末端执行器520。末端执行器520包括可围绕轴线526旋转的第一夹爪522和也可围绕轴线526旋转的第二夹爪524。以类似于针对器械400所讨论的方式使夹爪522和524相对于彼此移动，有可能减小夹爪522和524之间的分离度529或增大该分离度529。同样，类似于器械400，通过在相同方向上旋转夹爪，有可能改变末端执行器520的偏航。铰接腕部530包括U形夹532和销534，末端执行器520可围绕该销旋转。
在图5A和图5B中示出的器械500的三个DOF(夹持-松开、偏航和俯仰)是使用四个力或扭矩传递机构551-554控制的。在一些实施例中，力或扭矩传递机构551-554中的每一个在其各自的近端处联接到驱动单元，使得力或扭矩传递机构可以由一个或多个相应的致动器驱动。在一些实施例中，与针对图3的力或扭矩传递机构351和352所示出的实施例一致，力或扭矩传递机构551-554可以联接到致动器。
为了围绕俯仰轴线536顺时针旋转，致动器拉动力或扭矩传递机构553和554且同时力或扭矩传递机构551和552被相应地移动，被促进移动，或被允许移动跟随。相反，为了围绕俯仰轴线536逆时针旋转，致动器拉动力或扭矩传递机构551和552且同时力或扭矩传递机构553和554被相应地移动，被促进移动，或被允许移动跟随。
为了使夹爪522围绕轴线528顺时针旋转，致动器拉动力或扭矩传递机构552且同时力或扭矩传递机构551被相应地移动，被促进移动，或被允许移动跟随。相反，为了使夹爪522围绕轴线528逆时针旋转，致动器拉动力或扭矩传递机构551且同时力或扭矩传递机构552被移动，被促进移动，或被允许移动跟随。
夹爪524围绕轴线528的旋转通过使用力或扭矩传递机构553和554来实现。为了使夹爪524围绕轴线528顺时针旋转，致动器拉动力或扭矩传递机构554且同时力或扭矩传递机构553被移动，被促进移动，或被允许移动跟随。相反，为了使夹爪524围绕轴线528逆时针旋转，致动器拉动力或扭矩传递机构553且同时力或扭矩传递机构554被移动，被促进移动，或被允许移动跟随。
如上所述并且类似于图4的实施例，夹爪522、524朝向彼此、远离彼此和沿相同方向的协调移动提供了夹爪夹持-松开和偏航DOF。
表格I总结了用于控制器械500的俯仰、偏航和夹持-松开DOF的各种力或扭矩传递机构操纵。表格I中的“跟随”被用于指示“被移动，被促进移动，或被允许移动跟随”。在一些实施例中，可以通过重叠(例如通过线性叠加)各种拉动和移动、促进移动或允许移动跟随的致动水平来获得俯仰、偏航和夹持-松开的组合，从而获得器械500的DOF的期望混合运动。因此，在一定程度上，每个致动器以相对于彼此的至少一些对抗性进行操作。
表格I
Figure BDA0003710048650000141
根据一些实施例，其他配置涉及比上述更多的致动器或DOF。在具有比DOF更多的致动器的每个系统中，存在用于从中选择的致动器力组合的闭联集(continuum)。每个DOF的控制涉及联接到各种力或扭矩传递机构的致动器的协调控制。
例如，共同拥有的国际专利申请号PCT/US2018/050151(其通过引用合并于此)描述了用于选择致动器力组合的若干方法，例如选择具有最小量值但仍遵守力或扭矩传递机构中的最小张力约束的组合。这种方法被设计为减小力或扭矩传递机构上的磨损。但是，这种方法没有考虑到致动器的和/或力或扭矩机构内的惯性。结果，这种方法可能导致致动器与期望的DOF运动不同步地移动，致使一个致动器通过顺从的驱动机构和/或类似机构作用于另一致动器的惯性上。在一些情况下，这可能导致系统中和/或一个或多个DOF中的不期望的振荡。
根据一些实施例，为了实现具有更少的不期望振荡的对抗控制方法，减轻外部扰动力和/或扭矩，和/或解决致动器的和/或力或扭矩机构内的惯性，致动器的致动水平可以被协调以便维持每个力或扭矩传递机构中的张力至少为零(0)，同时避免施加超出必要程度的张力以避免振荡。
图6是根据一些实施例的用于器械的DOF的控制系统600的简化图。在一些实施例中，该器械可以与图2-图5B的任何器械一致。如图6所示，控制系统600包括DOF控制模块610和致动控制模块620。根据一些实施例，控制系统600被配置为使用两个致动器来控制单个DOF，例如与图3的实施例中描述的指状物322及致动器341和342的控制一致。
如图所示，控制系统600被配置为接收期望的DOF状态(xavdes)和最小张力(ε)并为相应的第一和第二致动器产生致动水平F1和F2。在一些示例中，期望的DOF状态xavdes对应于DOF的期望线性位置、期望旋转位置、期望线性速度、期望旋转速度等。在一些示例中，可以从另一控制模块(未示出)接收期望的DOF状态xavdes，例如可以用于遵循期望的运动计划、期望的轨迹等。在一些示例中，期望的DOF状态xavdes可以基于从由操作者操纵的一个或多个输入控件接收的输入来确定。在一些示例中，最小张力ε可以对应于在将DOF联接到第一和第二致动器的一个或多个力或扭矩传递机构中保持的最小张力。在一些示例中，可以基于操作者偏好、器械校准、器械的类型和/或正被控制的DOF、正在执行的程序的类型、使用该DOF操纵的材料的类型等中的一项或多项来设置最小张力ε。在一些示例中，目标最小张力ε可以在3牛顿到8牛顿的范围内。在一些示例中，致动水平F1和/或F2中的每一个可以对应于将由相应致动器施加以控制DOF的力或扭矩。
控制系统600进一步接收关于第一致动器的当前位置x1和第二致动器的当前位置x2的信息。在一些示例中，位置x1和x2中的每一个可以对应于相应致动器的旋转位置和/或线性位置。在一些示例中，位置x1和x2中的每一个可以对应于相应的力或扭矩传递机构被拉动和/或跟随相应的致动器的距离。在一些示例中，位置x1和x2中的每一个可以从一个或多个传感器读数(例如，一个或多个位置传感器、位置编码器等)确定。在一些示例中，位置x1和x2中的每一个可以使用一个或多个运动学模型来确定。在一些示例中，位置x1和x2中的每一个可以根据相应的致动器和/或相应的力或扭矩传递机构的一个或多个图像来确定。
DOF控制模块610接收第一致动器的位置x1、第二致动器的位置x2和期望的DOF状态xavdes并确定用于控制DOF的总体致动命令(Fcmd)。在一些示例中，致动命令Fcmd基于期望的DOF状态xavdes与第一和第二致动器的位置x1和x2之间的误差来确定。在一些示例中，DOF控制模块610可以包括用于基于第一和/或第二致动器、一个或多个力或扭矩传递机构、DOF和/或器械的其他部件的一个或多个动态和/或运动学模型将位置x1和x2以及期望的DOF状态xavdes映射到致动命令Fcmd的传递函数。
致动控制模块620接收位置x1和x2、力命令Fcmd和目标最小张力ε，并分别为第一和第二致动器产生致动水平F1和F2。在一些示例中，致动控制模块620补偿施加到DOF的任何扰动力和/或扭矩。在一些示例中，致动控制模块620补偿第一和/或第二致动器、一个或多个力或扭矩传递机构、DOF和/或器械的其他部件的动力学。在一些示例中，该动力学可以包括在第一和/或第二致动器、一个或多个力传动机构和/或器械的其他部件中的惯性和/或张力和/或压缩中的一个或多个。在一些示例中，施加到DOF的扰动力和/或扭矩是使用能够抵抗(例如，逆着拉动)扰动力和/或扭矩的致动水平F1或F2来解释的。在一些示例中，第一和/或第二致动器、一个或多个力或扭矩传递机构、DOF和/或器械的其他部件的动力学是使用致动水平F1和F2来解释的。在一些示例中，致动水平F1和F2加速一个或多个力或扭矩传递机构、DOF和/或器械的其他部件。在一些示例中，因为估计了扰动力和/或扭矩，所以估计了用于解决扰动力和/或扭矩的致动水平F1或F2之间的精确分解，并且总致动水平F1和F2考虑了一个或多个力或扭矩传递机构、DOF和/或器械的其他部件的扰动力和/或扭矩以及动力学两者。
在一些示例中，致动控制模块620可用于控制器械中的DOF，其中该器械的一个或多个力或扭矩传递机构在没有张力的情况下被存储(例如，因为当器械未联接到致动控制模块620时，一个或多个力或扭矩传递机构中的张力被释放)，因为致动控制模块620能够在使用前并且响应于改变第一和/或第二致动器、一个或多个力或扭矩传递机构、DOF和/或器械的其他部件的动力学而动态调整一个或多个力或扭矩传递机构中的张力。
根据一些实施例，DOF控制模块610和/或致动控制模块620的推导取决于被控制的器械、被控制的器械的DOF和/或DOF可在何种程度上与至少一个其他DOF协同操作。作为非限制性示例，图7示出了根据一些实施例的用于器械的DOF的自由体图700的简化图。如图7所示，DOF被模拟为具有当前位置xDOF的线性DOF。该DOF由通过第一力传递机构联接到该DOF的第一线性致动器沿第一方向(例如，向图7中的左侧)控制。第一线性致动器具有质量m、位置x1，并且施加致动力F1以拉动和/或放出第一力传递机构。第一力传递机构被以类似弹簧的方式来模拟，其中弹簧常数为k。该DOF由通过第二力传递机构联接到该DOF的第二线性致动器沿第二方向(例如，向图7中的右侧)控制。第二线性致动器具有质量m、位置x2，并且施加致动力F2以拉动和/或放出第二力传递机构。第二力传递机构被以类似弹簧的方式来模拟，其中弹簧常数为k。自由体图700进一步显示了DOF受到外部施加的扰动力Fd。在一些示例中，质量m和/或弹簧常数k可以根据经验确定。在一些示例中，质量m和/或弹簧常数k可以针对每个线性致动器和相关部件例如通过使用校准程序单独地确定。
在假设第一和第二力传递机构的长度相同并且在第一和第二力传递机构中的任一个中没有拉伸或压缩的情况下，位置xDOF对应于x1和x2之间的中点，使得xDOF＝xav＝(x1+x2)/2。在实践中，第一和第二力传递机构的长度可能不相同。例如，第一和第二力传递机构的组合长度xΔ＝x2–x1与第一和第二力传递机构的组合静止长度xΔR(例如，无拉伸或压缩)之间可能存在差异。
为了控制图7的DOF，希望尽可能将控制对应于标称期望DOF状态的xav(例如标称期望位置)的力命令Fcmd与张紧力FT解耦，该张紧力FT考虑到第一和第二力传递机构中的张力并有助于降低第一和第二力传递机构的变形和/或系统中的振荡的可能性。在一些示例中，FT被设置为最小张力ε。在一些示例中，FT可以包括根据等式1的可选阻尼因子，其中kd是阻尼常数并且
Figure BDA0003710048650000171
是xΔ的一阶导数。在一些示例中，FT可以保持在下限和上限之间。然而，在实践中，这种解耦并不是完全可能的，因为力命令Fcmd除了将DOF移动到期望的DOF位置xav之外，可能还必须克服扰动力Fd，但扰动力Fd可能会随着DOF的状态的变化而变化并且还可能影响第一和第二力传递机构中的张力和变形。
Figure BDA0003710048650000172
求解自由体图700的系统动力学得到等式2和等式3。
Figure BDA0003710048650000173
Figure BDA0003710048650000174
设Fcmd＝F2–F1并且提供张力控制以使得F2+F1＝2FT+Fd并且求解F1和F2将分别得到等式4和等式5。
Figure BDA0003710048650000175
Figure BDA0003710048650000176
因此，如果Fd、Fcmd和FT是已知的，则可以确定分别将由第一和第二致动器施加的致动力F1和F2以补偿外部扰动力Fd、期望的DOF状态xavdes以及第一和第二力传递机构的最小张力ε，同时也考虑到第一和/或第二致动器和/或第一和第二力传递机构中的任何惯性和/或第一和/或第二力传递机构中的任何张力和/或压缩。Fcmd可以根据DOF的位置控制动力学(例如，基于x1、x2和期望的DOF状态xavdes)来确定，FT是基于最小张力ε和可选阻尼因子来确定的，但是一般来说，Fd是在外部并且通常是不可知的和/或不能直接测量的。
根据一些实施例，存在用于估计扰动力Fd以获得估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000181
的至少两个选项。在一些示例中，估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000182
可以基于根据等式6的系统动力学来确定。在一些示例中，估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000183
可以替代地利用如图8中所示的扰动观测器来确定。
Figure BDA0003710048650000184
图8是根据一些实施例的用于图7的DOF的控制系统800的简化图。在一些实施例中，控制系统800与控制系统600一致。如图8所示，期望的DOF状态xavdes和xav之间的误差(例如，位置误差)被传递通过DOF控制模块(例如，类似于DOF控制模块610，其中从x1和x2推断出xav)以生成力命令Fcmd＝F2–F1。根据器械的动力学，经惯性动力学(1/(2ms2))调整的力命令Fcmd与扰动力Fd之间的差值控制xav。进一步根据器械的动力学，经由第一和第二力传递机构(2k)的张力动力学调整的实际的DOF状态xDOF与xav之间的差值导致扰动力Fd。此外，根据外部设备的动力学得到实际DOF位置xDOF。
然后使用扰动观测器810来确定估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000185
扰动观测器810使用被传递通过致动器的逆动态模型模型(2ms2)的力命令Fcmd与xav之间的差值来确定估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000186
扰动观测器810也被示出为具有可选的低通滤波器Q，该低通滤波器Q限制高频扰动影响确定估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000187
的能力。在一些示例中，低通滤波器Q还可以减少控制DOF期间的高频抖动。
然后可以使用反馈回路将F2+F1确定为估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000188
与2FT的绝对值(abs)之和，其中根据张力控制模块由第一和第二力传递机构的组合长度xΔ与组合静止长度xΔR之间的差值确定FT。该张力控制模块考虑到期望的目标张力ε和可选的等式1的阻尼项。第一和第二力传递机构的组合长度xΔ与组合静止长度xΔR之间的差值基于考虑到惯性和张力动力学(1/(ms2+k))之后的F2+F1。
力命令Fcmd＝F2–F1和根据估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000191
和FT确定的F2+F1然后可以被用于确定F1和F2，其分别为第一和第二致动器的致动水平。有利地，该方法考虑到第一和第二致动器及第一和第二力传递机构中的惯性以及第一或第二力传递机构中的任何张力和/或压缩。此外，该方法还允许在使用期间控制第一和/或第二力传递机构中的张力，从而有可能在器械未联接到医疗设备时释放第一和第二力传递机构中的张力并且在无需使第一和/或第二力传递机构保持张紧的情况下存储器械。在一些示例中，这些优势中的一个或多个可以降低器械成本，因为更广泛的材料可以用于第一和第二力传递机构，和/或增加器械寿命，因为第一和/或第二力传递机构中的张力一般可能被整体减小。
并且尽管图7和图8的控制系统推导被大大简化，但是应当理解，图7和图8的实施例可以适用于其他配置和布置。在一些实施例中，用于控制DOF的两个方向的运动链不需要是对称的。在一些示例中，第一致动器的质量可以不同于第二致动器的质量。在一些示例中，第一力传递机构的弹簧常数可以不同于第二力传递机构的弹簧常数。在一些示例中，第一和第二力传递机构的长度可以不同，使得可以用x1和x2的不同函数来代替xav，这与第一和第二力传递机构的长度是一致的。在一些示例中，第一和第二力传递机构的最小张力可以不同。在一些实施例中，位置(x1、x2和/或xDOF)中的任一个可以是线性位置和/或旋转位置和/或它们的任何组合。在一些实施例中，一个或多个力(F1、F2和/或Fd)可以是力或扭矩和/或它们的任何组合。在一些实施例中，质量和相应的惯性可以被模拟为线性和/或旋转的质量和/或惯性。在一些实施例中，第一和/或第二力传递机构可以替代地基于非线性模型。在一些实施例中，第一和/或第二线性致动器可以包括螺线管、致动器驱动的丝杠和/或类似物。在一些实施例中，第一和/或第二线性致动器可以被替换为和/或包括旋转致动器(例如，马达、伺服器和/或类似物)。在一些实施例中，第一和/或第二力传递机构可以包括一个或多个线缆、皮带、带、链条、滑轮、链轮、齿轮和/或类似物。
并且尽管图7和图8示出了针对器械300的指状物322的线性版本的动力学和产生的控制系统，但是在其他实施例中，自由体图700和控制系统800可以适用于其他器械和DOF布置。在一些示例中，图7的线性位置x1和x2可以用致动器341和/或342的旋转位置代替。在一些示例中，外部扰动力Fd可以用外部扰动扭矩代替。在一些示例中，致动器341和/或342的致动可以根据它们的配置使用力和/或扭矩来模拟。在一些示例中，器械400可以使用与控制系统800类似的用于每个夹爪422和424的单独控制系统来控制。在一些示例中，可以使用相应的估计的扰动力或扭矩来考虑在夹持和松开期间可能发生在夹爪422和424之间的相互作用，该估计的扰动力或扭矩包括由夹爪422和424相互推动和/或夹爪422和424通过被夹持材料相互推动所引起的任何外部扰动力或扭矩。
在一些实施例中，自由体图700和控制系统800可以类似地适用于图5A和图5B的三DOF四致动器器械500，尽管DOF之间的布置更复杂并且外部扰动力或扭矩对三个DOF中的任一个的影响也会对其他DOF产生外部扰动力或扭矩。在一些示例中，器械500的自由体图可以包括四个扰动观测器，每个扰动观测器被用于致动器和相应的力或扭矩传递机构551-554中的每一个。在一些示例中，应用于每个估计的扰动力的绝对值块可以用实现等式7的块代替，其中Cnull是将致动器位置转换为关节位置和/或状态的耦合矩阵的零空间行，minel是最小元素，
Figure BDA0003710048650000201
将
Figure BDA0003710048650000202
向量投影到null-perp空间上，这样它就消除了扰动力在扭矩零空间上的投影。在一些示例中，系统的动力学(例如，2ms2、1/(2ms2)和1/(ms2+k))被替换为三DOF四致动器器械系统的相应动态模型。
Fnull使得
Figure BDA0003710048650000203
图9是根据一些实施例的控制器械的DOF的方法900的简化图。方法900的过程910-970中的一个或多个可以至少部分地以存储在非暂时的有形机器可读介质上的可执行代码的形式实现，这些可执行代码在被一个或多个处理器(例如，控制单元140中的处理器150)运行时可以使一个或多个处理器实施过程910-970中的一个或多个。在一些实施例中，方法900可以由诸如控制模块170之类的模块执行。在一些实施例中，方法900可以用于操作器械，使得DOF的控制考虑到用于控制DOF的致动器、力或扭矩传递机构和/或器械的其他部件中的惯性，并考虑到力或扭矩传递机构中的张力和/或压缩。在一些示例中，方法900可以用于利用器械200、300、400和/或500中的任何一个来执行程序。在一些示例中，方法900可以至少部分地由诸如控制系统600和/或控制系统800之类的控制系统来实施。
在过程910处，确定最小张力。在一些示例中，该最小张力可以对应于最小张力ε。在一些示例中，该最小张力可以对应于在将DOF联接到一个或多个对应的致动器的一个或多个力或扭矩传递机构中将要维持的最小张力。在一些示例中，可以为不同的力或扭矩传递机构确定不同的最小张力。在一些示例中，该最小张力可以基于操作者偏好、器械校准、器械的类型和/或正被控制的DOF、正在执行的程序的类型、使用该DOF操纵的材料(例如在医疗示例中的组织)的类型等中的一项或多项来设定。在一些示例中，该最小张力可以在3到8牛顿的范围内。
在过程920处，确定期望的DOF状态。在一些示例中，期望的DOF状态可以对应于期望的DOF状态xavdes。在一些示例中，期望的DOF状态对应于DOF的期望的线性位置、期望的旋转位置、期望的线性速度、期望的旋转速度等。在一些示例中，可以从控制模块接收期望的DOF状态，例如可以用于遵循期望的运动计划、期望的轨迹等。在一些示例中，可以基于从由操作者操纵的一个或多个输入控件接收的输入来确定期望的DOF状态xavdes。
在过程930处，确定第一致动器的第一位置。在一些示例中，第一位置可以与位置x1一致。在一些示例中，第一致动器可以与致动器341和/或342一致。在一些示例中，第一位置可以对应于第一致动器的旋转位置和/或线性位置。在一些示例中，第一位置可以对应于第一力或扭矩传递机构被拉动和/或跟随第一致动器的距离。在一些示例中，第一位置可以根据一个或多个传感器读数(例如，一个或多个位置传感器、位置编码器等)来确定。在一些示例中，第一位置可以使用一个或多个运动学模型来确定。在一些示例中，第一位置可以根据第一致动器和/或第一力或扭矩传递机构的一个或多个图像来确定。
在过程940处，确定第二致动器的第二位置。在一些示例中，第二位置可以与位置x2一致。在一些示例中，第二致动器可以与致动器341和/或342一致。在一些示例中，过程940可以基本上类似于过程930。
在过程950处，确定用于DOF的致动命令。在一些示例中，该致动命令可以是用于将DOF驱动到在过程920期间确定的期望的DOF状态的力或扭矩命令。在一些示例中，用于DOF的致动命令可以对应于由第二致动器施加的致动水平与由第一致动器施加的致动水平之间的差值。在一些示例中，用于DOF的致动命令可以与Fcmd一致。在一些示例中，用于DOF的命令可以使用诸如DOF控制模块610和/或图8的DOF控制模块之类的DOF控制模块来确定。在一些示例中，用于DOF的致动命令可以基于第一位置、第二位置、期望的DOF状态和实际的DOF状态中的一个或多个来确定。在一些示例中，实际的DOF状态可以使用一个或多个传感器、DOF的一个或多个图像等来确定。在一些示例中，实际的DOF状态可以根据第一位置和第二位置来间接确定。在一些示例中，实际的DOF状态可以基于第一致动器、第二致动器、第一力或扭矩传递机构和/或第二力或扭矩传递机构中的一个或多个的动力学来确定。
在过程960处，确定用于第一致动器的第一致动水平和用于第二致动器的第二致动水平。在一些示例中，第一致动水平可以是第一致动力或第一致动扭矩，和/或第二致动水平可以是第二致动力或第二致动扭矩。在一些示例中，第一和第二致动水平可以分别对应于致动力F1和F2。在一些示例中，第一和第二致动水平可以使用诸如致动控制模块620和/或控制系统800之类的致动控制模块来确定。在一些示例中，第一和第二致动水平可以基于器械、DOF和/或第一和第二致动器的动力学来确定。在一些示例中，该动力学包括第一致动器和/或第一力或扭矩传递机构的惯性、第二致动器和/或第二力或扭矩传递机构的惯性、第一力或扭矩传递机构中的张力和/或压缩，和/或第二力或扭矩传递机构中的张力和/或压缩中的一个或多个。
在一些示例中，可以基于在过程950期间确定的DOF的致动命令、在过程910期间确定的最小张力、在过程940期间确定的第一位置和/或在过程950期间确定的第二位置中的一个或多个来确定第一和第二致动水平。在一些示例中，可以根据致动命令、施加到DOF的外部扰动力或扭矩的估计值以及张紧力或扭矩来确定第一和第二致动水平。在一些示例中，该张紧力或扭矩可以与张紧力FT一致。在一些示例中，该张紧力或扭矩可以基于在过程910期间确定的最小张力。在一些示例中，该张紧力或扭矩可以包括阻尼项。在一些示例中，该张紧力或扭矩可以使用等式1来确定。在一些示例中，该张紧力或扭矩可以保持在下限和上限之间。在一些示例中，外部扰动力或扭矩的估计值可以与估计的扰动力
Figure BDA0003710048650000221
一致。在一些示例中，外部扰动力或扭矩的估计值可以基于器械、DOF和/或第一和第二致动器的动力学来确定，例如通过使用等式6来确定。在一些示例中，外部扰动力或扭矩的估计值可以使用扰动观测器(例如，扰动观测器810)来确定。在一些示例中，该扰动观测器可以包括一个或多个低通滤波器，以从外部扰动力或扭矩的估计值中去除高频分量。
在过程970处，使用第一和第二致动器来控制DOF。第一致动水平被用于确定由第一致动器施加的力或扭矩，而第二致动水平被用于确定由第二致动器施加的力或扭矩。在一些示例中，可以将第一和第二致动水平作为设定点提供给被配置为分别控制第一和第二致动器的相应控制器。
在一些实施例中，方法900可以通过在需要不同的最小张力时返回到过程910、在期望的DOF状态发生变化时返回到过程920和/或作为下一个控制循环的一部分返回到过程930而重复多次。在一些示例中，方法900可以在器械和/或DOF的每个控制循环中重复。
有利地，方法900考虑到第一和第二致动器以及第一和第二力或扭矩传递机构中的惯性以及第一或第二力或扭矩传递机构中的任何张力和/或压缩。此外，方法900还允许在使用期间控制第一和/或第二力或扭矩传递机构中的张力，从而有可能在第一和/或第二力或扭矩传递机构不必保持张紧的情况下(例如，在使用后释放第一和/或第二力或扭矩传递机构中的张力)储存器械。在一些示例中，这些优势中的一个或多个可以降低器械成本，因为更广泛的材料可以用于第一和第二力或扭矩传递机构，和/或增加器械寿命，因为第一和/或第二力或扭矩传递机构中的张力一般可能被整体减小。
诸如控制单元140之类的控制单元的一些示例可以包括非暂时的有形机器可读介质，该机器可读介质包括机器可读指令，当由一个或多个处理器(例如，处理器150)运行时，这些指令可促使一个或多个处理器实现方法900的过程和/或控制系统600和/或800的计算。可包括方法900的过程和/或控制系统600和/或800的计算的一些常见形式的机器可读介质是，例如，软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒式存储器，和/或处理器或计算机适于读取的任何其他介质。
尽管已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开中预期了广泛的修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用实施例的一些特征而不相应地使用其他特征。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本发明的范围应仅由以下权利要求限制，并且以与本文公开的实施例的范围一致的方式宽泛地解释权利要求是适当的。

Claims (43)

1.一种计算机辅助设备，包括：
第一致动器，其被配置为使用第一力或扭矩传递机构在第一方向上致动器械的自由度；
第二致动器，其被配置为使用第二力或扭矩传递机构在第二方向上致动所述自由度，所述第二方向与所述第一方向至少部分相反；以及
控制单元，其耦合到所述第一致动器和所述第二致动器；
其中所述控制单元被配置为：
确定所述第一致动器的第一位置；
确定所述第二致动器的第二位置；
基于所述第一位置、所述第二位置和所述自由度的期望状态确定力或扭矩命令；
确定所述第一致动器的第一致动水平和所述第二致动器的第二致动水平，以便通过利用基于所述力或扭矩命令、第一最小张力和第二最小张力、所述第一位置和所述第二位置的模型来维持所述第一力或扭矩传递机构中的第一张力高于所述第一最小张力并维持所述第二力或扭矩传递机构中的第二张力高于所述第二最小张力；以及
命令所述第一致动器的致动处于所述第一致动水平并且所述第二致动器的致动处于所述第二致动水平；
其中所述模型补偿所述自由度上的外部扰动以及所述第一致动器和所述第二致动器的动力学。
2.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述计算机辅助设备是医疗设备，并且其中所述器械是医疗器械。
3.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述器械包括配置为独立于所述自由度进行操作的第二自由度。
4.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述器械包括配置为与所述自由度协调进行操作的第二自由度。
5.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述器械包括配置为由四个致动器控制的三个自由度。
6.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述三个自由度包括俯仰、偏航和夹持。
7.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述自由度的所述期望状态是线性位置。
8.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述自由度的所述期望状态是旋转位置。
9.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述自由度的所述期望状态是速度。
10.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述模型通过模拟所述第一致动器的惯性来补偿所述第一致动器的所述动力学。
11.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述模型进一步通过模拟以下至少一个来补偿所述第一力或扭矩传递机构的动力学：所述第一力或扭矩传递机构的惯性或者所述第一力或扭矩传递机构中的张力或压缩。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述力或扭矩命令是所述第二致动水平与所述第一致动水平之间的差值。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制单元进一步被配置为基于所述第一位置、所述第二位置、所述第一力或扭矩传递机构的长度以及所述第二力或扭矩传递机构的长度来确定所述自由度的位置。
14.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制单元进一步被配置为基于所述动力学来估计所述自由度上的所述外部扰动。
15.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制单元进一步被配置为使用扰动观测器来估计所述自由度上的所述外部扰动。
16.根据权利要求15所述的计算机辅助设备，其中所述扰动观测器包括一个或多个低通滤波器，以便从所估计的外部扰动中移除高频分量。
17.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制单元进一步被配置为基于所述器械的校准、所述器械的类型或被执行的程序的类型中的一个或多个来确定所述第一最小张力或所述第二最小张力中的至少一个。
18.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制单元进一步被配置为在使用所述器械之前基于所述第一最小张力和所述第二最小张力预先张紧所述第一力或扭矩传递机构和所述第二力或扭矩传递机构。
19.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中当所述器械不耦合到所述计算机辅助设备时，所述第一力或扭矩传递机构和所述第二力或扭矩传递机构中的张力被释放。
20.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述模型进一步基于阻尼因子来调整所述第一张力或所述第二张力。
21.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制单元进一步被配置为将所述第一张力和所述第二张力维持在下限与上限之间。
22.一种方法，包括：
由计算机辅助设备的控制单元确定第一致动器的第一位置，所述第一致动器被配置为使用第一力或扭矩传递机构在第一方向上致动器械的自由度；
由所述控制单元确定第二致动器的第二位置，所述第二致动器被配置为使用第二力或扭矩传递机构在第二方向上致动所述自由度，所述第二方向与所述第一方向至少部分相反；
由所述控制单元基于所述第一位置、所述第二位置和所述自由度的期望状态确定力或扭矩命令；
由所述控制单元确定所述第一致动器的第一致动水平和所述第二致动器的第二致动水平，以便通过利用基于所述力或扭矩命令、第一最小张力和第二最小张力、所述第一位置和所述第二位置的模型来维持所述第一力或扭矩传递机构中的第一张力高于所述第一最小张力并维持所述第二力或扭矩传递机构中的第二张力高于所述第二最小张力；以及
由所述控制单元命令所述第一致动器的致动处于所述第一致动水平并且所述第二致动器的致动处于所述第二致动水平；
其中所述模型补偿所述自由度上的外部扰动以及所述第一致动器和所述第二致动器的动力学。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述计算机辅助设备是医疗设备，并且其中所述器械是医疗器械。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述器械包括配置为独立于所述自由度进行操作的第二自由度。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述器械包括配置为与所述自由度协调进行操作的第二自由度。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述器械包括配置为由四个致动器控制的三个自由度。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述三个自由度包括俯仰、偏航和夹持。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述自由度的所述期望状态是线性位置。
29.根据权利要求22所述的方法，其中所述自由度的所述期望状态是旋转位置。
30.根据权利要求22所述的方法，其中所述自由度的所述期望状态是速度。
31.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：通过模拟所述第一致动器的惯性来使用所述模型补偿所述第一致动器的所述动力学。
32.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：通过模拟以下至少一个来使用所述模型补偿所述第一力或扭矩传递机构的动力学：所述第一力或扭矩传递机构的惯性或者所述第一力或扭矩传递机构中的张力或压缩。
33.根据权利要求22所述的方法，其中所述力或扭矩命令是所述第二致动水平与所述第一致动水平之间的差值。
34.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：基于所述第一位置、所述第二位置、所述第一力或扭矩传递机构的长度以及所述第二力或扭矩传递机构的长度来确定所述自由度的位置。
35.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：基于所述动力学来估计所述自由度上的所述外部扰动。
36.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：使用扰动观测器来估计所述自由度上的所述外部扰动。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述扰动观测器包括一个或多个低通滤波器，以便从所估计的外部扰动中移除高频分量。
38.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：基于所述器械的校准、所述器械的类型或被执行的程序的类型中的一个或多个来确定所述第一最小张力或所述第二最小张力中的至少一个。
39.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：在使用所述器械之前基于所述第一最小张力和所述第二最小张力预先张紧所述第一力或扭矩传递机构和所述第二力或扭矩传递机构。
40.根据权利要求22所述的方法，其中当所述器械不耦合到所述计算机辅助设备时，所述第一力或扭矩传递机构和所述第二力或扭矩传递机构中的张力被释放。
41.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：基于阻尼因子来调整所述第一张力或所述第二张力。
42.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括：将所述第一张力和所述第二张力维持在下限与上限之间。
43.一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于促使所述一个或多个处理器实施根据权利要求22-42中任一项所述的方法。
CN202180007561.2A 2020-03-27 2021-03-25 控制器械的系统和方法 Pending CN114867429A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063001046P 2020-03-27 2020-03-27
US63/001,046 2020-03-27
PCT/US2021/024066 WO2021195323A1 (en) 2020-03-27 2021-03-25 Systems and methods of controlling instruments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114867429A true CN114867429A (zh) 2022-08-05

Family

ID=75540004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180007561.2A Pending CN114867429A (zh) 2020-03-27 2021-03-25 控制器械的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230123065A1 (zh)
EP (1) EP4125681A1 (zh)
CN (1) CN114867429A (zh)
WO (1) WO2021195323A1 (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8821480B2 (en) 2008-07-16 2014-09-02 Intuitive Surgical Operations, Inc. Four-cable wrist with solid surface cable channels
US9173713B2 (en) * 2013-03-14 2015-11-03 Hansen Medical, Inc. Torque-based catheter articulation
US11160633B2 (en) * 2016-03-28 2021-11-02 Sony Olympus Medical Solutions Inc. Medical observation apparatus, driving control method, medical observation system, and support arm apparatus
WO2019032058A1 (en) * 2017-08-08 2019-02-14 Tuemerdem Ugur INHIBITABLE ROBOTIC CLAMP WITH HAPTIC FEEDBACK CAPABILITY AND SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREFOR
US11540889B2 (en) * 2017-11-10 2023-01-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Tension control in actuation of jointed instruments
EP3793781A4 (en) * 2018-05-18 2022-01-05 Verb Surgical Inc. SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING A ROBOTIC WRIST

Also Published As

Publication number Publication date
US20230123065A1 (en) 2023-04-20
WO2021195323A1 (en) 2021-09-30
EP4125681A1 (en) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11779415B2 (en) System and method for rapid halt and recovery of motion deviations in repositionable arms
US20240115335A1 (en) Computer-assisted medical systems and methods
EP3684280B1 (en) Systems and methods for controlling a robotic manipulator or associated tool
JP6617114B2 (ja) 関節器具に好適な姿勢を取らせるような命令をするように入力装置のオペレータを促す、入力装置での力フィードバックの適用
US9655680B2 (en) Master devices for surgical robots and control methods thereof
JP6423853B2 (ja) ゼロ空間での複数の目標及びｓｌｉ動作を取り扱うシステム及び方法
US11980434B2 (en) Systems and methods for control of end effectors
Hagn et al. Telemanipulator for remote minimally invasive surgery
US20190239965A1 (en) Jointed control platform
CN111263686A (zh) 用于控制机器人手腕的系统和方法
Lee et al. Modeling and control of robotic surgical platform for single-port access surgery
US20220313349A1 (en) System and method of dithering to maintain grasp force
Lee et al. Design and control of tele-matched surgery robot
KR20230058117A (ko) 수술 로봇 시스템에서 외부 부하 하의 백래시, 마찰, 및 컴플라이언스를 갖는 수술 기구의 제어
CN114867429A (zh) 控制器械的系统和方法
WO2022046787A1 (en) Method and system for coordinated multiple-tool movement using a drivable assembly
US20240189051A1 (en) Controlled resistance in backdrivable joints
US20230255705A1 (en) System and method for calibrating a surgical instrument
US20240208055A1 (en) Techniques for constraining motion of a drivable assembly
US20210298751A1 (en) Techniques for controlling an end effector
CN116322557A (zh) 在位置控制模式下限制夹持力并保持钳口的最小打开力并且当在位置控制模式与力模式之间转变时控制夹持力

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination