IT202100003479A1

IT202100003479A1 - Metodo per avviare una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica, avente un dispositivo master meccanicamente non vincolato e movimentabile da un operatore, con controllo di sistemi di coordinate di riferimento locali

Info

Publication number: IT202100003479A1
Application number: IT102021000003479A
Authority: IT
Inventors: Guardo Antonio Di; Matteo Tanzini; Massimiliano Simi; Emanuele Ruffaldi; Michael John Proctor; Giuseppe Maria Prisco
Original assignee: Medical Microinstruments Inc
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-16
Also published as: US20240115337A1; JP2024506683A; EP4294304A1; BR112023016430A2; AU2022222503A1; CN117157029A; WO2022175795A1; CA3207790A1; KR20230160264A

Description

?Metodo per avviare una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica, avente un dispositivo master meccanicamente non vincolato e movimentabile da un operatore, con controllo di sistemi di coordinate di riferimento locali?

DESCRIZIONE

SFONDO TECNOLOGICO DELL?INVENZIONE

Campo di applicazione.

La presente invenzione riguarda un metodo e un sistema per avviare una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica.

In particolare, l?invenzione riguarda un metodo e un sistema per avviare una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione chirurgica di tipo master-slave, avente un dispositivo master meccanicamente non vincolato e movimentabile da un operatore.

Descrizione dell?arte nota.

Nell?ambito dei sistemi robotici di tipo masterslave per teleoperazione medica o chirurgica sono note console master con un?appendice meccanicamente vincolata e motorizzata che funge da dispositivo di ?controllore di master? (in inglese ?master controller?).

In tali casi, all?uscita dallo stato di teleoperazione, l?orientazione dei dispositivi master ? bloccata e mantenuta costantemente allineata ai dispositivi slave; pu? inoltre accadere che il dispositivo master sia mosso mediante motori cos? da assicurare la completa corrispondenza dell?orientamento del dispositivo master con quello del dispositivo slave.

Qualora questo allineamento in orientazione tra master e slave non sia effettuato, il controllo dello slave risulterebbe poco intuitivo ed ergonomico.

Un esempio di sistema robotico master-slave avente dispositivo master vincolato ad una console, che impone necessariamente una finita capacit? di movimento del dispositivo master, ? mostrato ad esempio nel documento US-2020-0179068.

Diversamente, recentemente sono emerse soluzioni con dispositivi master non vincolati meccanicamente alla stazione ?master controller? del sistema robotico, cio? dispositivi master ?volanti? (in inglese: ?mechanically ungrounded?, ?mechanically unconstrained?, ?hand-held?), ossia del tipo come mostrato ad esempio nei documenti WO-2019-020407, WO-2019-020408, WO-2019-020409 a nome della medesima Richiedente, nonch? del tipo come mostrato ad esempio nel documento US-8521331.

In tali soluzioni, resta aperto il problema di come garantire procedure di avvio di teleoperazione, e in particolare di allineamento tra dispositivo master e dispositivo slave, in assenza di un vincolo meccanico con una master console e di un asservimento assicurato dai motori di tale console.

Quindi, nell?ambito tecnico considerato, ? fortemente sentita l?esigenza di effettuare in modo efficace procedure di allineamento master-slave e controlli su avvio teleoperazione, il che non ? agevole (in assenza di vincolo meccanico con la master console) e, d?altra parte, ? assolutamente necessario, e deve essere condotto in modo tale da soddisfare i requisiti molto stringenti di sicurezza che vengono imposti nell?ambito della chirurgia o microchirurgia teleoperata mediante sistemi robotizzati, e il requisito di facile uso, requisiti che sono avvertiti come molto importanti da parte di ogni chirurgo.

SOMMARIO DELL?INVENZIONE

? scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per avviare una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica, che consenta di ovviare almeno parzialmente agli inconvenienti qui sopra lamentati con riferimento alla tecnica nota, e di rispondere alle summenzionate esigenze particolarmente avvertite nel settore tecnico considerato. Tale scopo ? raggiunto mediante un metodo in accordo alla rivendicazione 1.

Ulteriori forme di realizzazione di tale metodo sono definite dalle rivendicazioni 2-21.

Grazie alle soluzioni proposte, si permette di realizzare un soddisfacente livello di allineamento tra almeno un dispositivo master non vincolato ed almeno un asservibile strumento chirurgico slave (di un dispositivo slave), in modo sicuro ed affidabile, senza per questo imporre una movimentazione predeterminata del dispositivo master e/o mantenendo un certo livello accettabile di controllo e intuitivit? per l?operatore.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del sistema e del metodo secondo l?invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annesse figure, in cui:

- la figura 1 illustra un esempio di interazione tra dispositivo master e dispositivo slave previsto in una forma di realizzazione del metodo;

- la figura 2 illustra schematicamente uno strumento chirurgico slave, secondo una forma di realizzazione, nonch? alcune fasi di un metodo secondo un possibile modo di operare;

- la figura 3 ? un diagramma di flusso che illustra una forma di realizzazione di un metodo, secondo un possibile modo di operare;

- la figura 4 illustra schematicamente sistemi di riferimento utilizzati in una forma di realizzazione del metodo, e trasformazioni tra i suddetti sistemi di riferimento;

- la figura 5 illustra ulteriormente, in modo schematico, i sistemi di riferimento menzionati in figura 4, e le trasformazioni tra i suddetti sistemi di riferimento, secondo una opzione implementativa;

- la figura 6 mostra schematicamente alcune fasi previste in una forma di realizzazione di un metodo, secondo un possibile modo di operare;

- la figura 6bis mostra schematicamente alcune fasi previste in una forma di realizzazione di un metodo, secondo un possibile modo di operare;

- la figura 7 mostra schematicamente un sistema teleoperato (o sistema robotico di teleoperazione), secondo una forma di realizzazione;

- la figura 8 mostra schematicamente una porzione di un sistema teleoperato (o sistema robotico di teleoperazione), secondo una forma di realizzazione, nonch? alcune fasi di un metodo secondo un possibile modo di operare;

- la figura 9 mostra schematicamente una porzione di un sistema teleoperato (o sistema robotico di teleoperazione), secondo una forma di realizzazione, nonch? alcune fasi di un metodo secondo un possibile modo di operare;

- la figura 10 mostra schematicamente una porzione di un sistema teleoperato (o sistema robotico di teleoperazione), secondo una forma di realizzazione, nonch? alcune fasi di un metodo secondo un possibile modo di operare.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alle figure 1-10, viene descritto un metodo per avviare e/o preparare e/o condurre una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica.

Il suddetto sistema robotico comprende almeno un dispositivo master, impugnabile, meccanicamente non vincolato e atto ad essere movimentato da un operatore, e almeno un dispositivo slave comprendente uno strumento chirurgico atto ad essere comandato dal dispositivo master. Il dispositivo master ? funzionalmente simmetrico rispetto ad un unico predefinibile asse longitudinale (X) del dispositivo master.

Il metodo comprende le fasi di rilevare un sistema di riferimento locale MF del dispositivo master e il relativo asse longitudinale X, rispetto ad un sistema di riferimento principale MFO dello spazio di lavoro del dispositivo master; poi, definire una pluralit? di sistemi di riferimento locali equivalenti funzionalmente al sistema di riferimento locale rilevato, in cui tali sistemi di riferimento locali sono ruotati di un rispettivo angolo attorno a detto asse longitudinale (X) del dispositivo master.

Successivamente, il metodo prevede di mappare un corrispondente sistema di riferimento obiettivo in uno spazio di lavoro del dispositivo slave per ciascuno dei suddetti sistemi di riferimento locali di dispositivo master della suddetta pluralit?, equivalenti funzionalmente al sistema di riferimento locale rilevato.

Infine, il metodo comprende la fase di scegliere un sistema di riferimento operativo, entro la suddetta pluralit? di sistemi di riferimento locali equivalenti funzionalmente al sistema di riferimento locale rilevato, secondo criteri di ottimizzazione della traiettoria del dispositivo slave.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, la fase di rilevare comprende inoltre rilevare una orientazione MF dell?asse longitudinale X del dispositivo master; la fase di mappare comprende inoltre mappare una corrispondente orientazione obiettivo MFS, nello spazio di lavoro del dispositivo slave; la fase di scegliere comprende scegliere un sistema di riferimento operativo tale che la posa obiettivo associata risulti essere ottima, per convergere a detta corrispondente orientazione obiettivo MFS.

Secondo un?opzione implementativa, la pluralit? di sistemi di riferimento locali comprende sistemi di riferimento locali solidali al dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa, la pluralit? di sistemi di riferimento locali comprende sistemi di riferimento locali aventi una componente parallela all?asse longitudinale X.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di rilevare comprende rilevare anche la posa del dispositivo master, in cui la posa comprende informazioni su posizione e orientazione.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo viene eseguito in una generica fase di allineamento tra dispositivo master e dispositivo slave.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo viene eseguito in una condizione in cui lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? ancora allineato al dispositivo master.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo viene eseguito durante una fase di allineamento, con movimento o senza movimento, tra dispositivo master e dispositivo slave, in una condizione in cui lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? ancora allineato al dispositivo master, ed in cui il dispositivo slave ? abilitato a muoversi in modo da allineare l?orientazione dello strumento chirurgico ad un orientamento del dispositivo master.

In tal caso, il metodo comprende inoltre le fasi di: eseguire uno o pi? controlli di allineamento, basati sulle orientazioni dei dispositivi master e slave, come mappate nello spazio di lavoro del dispositivo slave; quindi, esprimere l?orientazione del dispositivo master rispetto al suddetto sistema di riferimento operativo scelto; poi, mappare la suddetta orientazione del dispositivo master, espressa rispetto al sistema di riferimento operativo scelto, nella corrispondente orientazione target nello spazio di lavoro del dispositivo slave, cio? stabilire una associazione biunivoca tra l?orientazione del dispositivo master e l?orientazione obiettivo (target) dello strumento chirurgico del dispositivo slave; infine, effettuare l?allineamento tra dispositivo slave e dispositivo master sulla base della suddetta orientazione target del dispositivo slave, ottenuta dalla mappatura della orientazione del dispositivo master espressa rispetto al sistema di riferimento operativo scelto.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, gli angoli di rotazione tra i diversi sistemi di riferimento locali sono uguali, cio? sono previsti N sistemi di riferimento locali tra loro ruotati di un angolo pari a 2?/N.

Secondo un?opzione implementativa, il metodo prevede due sistemi di riferimento locali, un primo sistema di riferimento locale (MF-ID) solidale al dispositivo master e un secondo sistema di riferimento locale (MF-FLIP) solidale al dispositivo master, ruotato di 180? rispetto al primo sistema di riferimento attorno al suddetto asse longitudinale X del dispositivo master.

In tal caso, il numero N di sistemi di riferimento locali ? pari a 2.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta fase di definire un primo sistema di riferimento locale (MF-ID) e un secondo sistema di riferimento locale (MF-FLIP) comprende: definire il primo sistema di riferimento locale sulla base dell?orientazione del dispositivo master rilevata, ed associare ad esso una funzione di trasformazione identitaria ID; definire il secondo primo sistema di riferimento locale applicando al primo sistema di riferimento locale una funzione di trasformazione di rotazione FLIP espressa da una matrice di rotazione di 180? rispetto all?asse longitudinale X.

In tal caso, la suddetta fase di scegliere un sistema di riferimento operativo comprende scegliere una funzione da applicare al sistema di riferimento, tra le suddette funzione identitaria ID e funzione di rotazione FLIP.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, il dispositivo master presenta una simmetria assiale ? rispetto al suddetto asse longitudinale X, e il sistema robotico non necessita dell?allineamento rispetto all?asse longitudinale X, e quindi abilita l?ingresso in una fase di teleoperazione e/o opera nella fase di teleoperazione per qualsiasi rotazione del dispositivo master attorno all?asse longitudinale X.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, il dispositivo master ? geometricamente simmetrico rispetto al suddetto asse longitudinale X.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, il dispositivo slave (e in particolare il punto di controllo del dispositivo slave) ? movibile rispetto ad un asse di dispositivo slave. Tale asse di dispositivo slave ? in relazione con il suddetto asse longitudinale del dispositivo master X secondo una predefinita correlazione.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, il dispositivo slave (e in particolare lo strumento chirurgico del dispositivo slave) ? geometricamente e/o funzionalmente simmetrico, rispetto al suddetto asse di dispositivo slave.

In accordo con una forma di realizzazione, durante la fase di teleoperazione, in presenza di un movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale X, ad opera della manipolazione dell?operatore, che avvenga in un tempo rapido, inferiore ad una predeterminata soglia temporale, il metodo prevede di commutare il sistema di riferimento operativo, dall?uno all?altro dei suddetti sistemi operativi locali di riferimento.

Secondo un?altra forma di realizzazione, ancora riferita al caso in cui, durante la fase di teleoperazione, in presenza di un movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale X, ad opera della manipolazione dell?operatore, che avvenga in un tempo rapido, inferiore ad una predeterminata soglia temporale, il metodo prevede di disaccoppiare gli asserviti movimenti dello slave, con riferimento ai soli movimenti asserviti a quelli comandati dall?asse longitudinale del master X, sino a quando la velocit? di rotolamento del master non rientra al di sotto della suddetta soglia temporale.

Secondo una forma di realizzazione, durante una fase di teleoperazione limitata e/o una fase di teleoperazione sospesa, nella quale il dispositivo slave ? asservito al dispositivo master solo su alcuni dei gradi di libert? controllabili, il metodo prevede di rivalutare quale della pluralit? di sistemi di riferimento operativi locali utilizzare per il calcolo della orientazione obiettivo del dispositivo master, in presenza di un movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale X, ad opera della manipolazione dell?operatore, che avvenga in un tempo rapido, inferiore ad una predeterminata soglia temporale.

Secondo un?opzione implementativa del metodo, il suddetto movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale X, ad opera della manipolazione dell?operatore, corrisponde ad una rotazione di 180?.

Secondo una forma di realizzazione, la suddetta fase di scegliere un sistema di riferimento operativo viene effettuata sulla base di uno o pi? criteri di scelta predefiniti, sulla base degli esiti dei controlli di allineamento.

Secondo diverse possibili opzioni implementative di tale forma di realizzazione, i suddetti uno o pi? criteri di scelta sono basati su valori di orientazione reciproca e/o assoluta dei dispositivi master e slave e/o di differenza di orientazione tra dispositivo master e dispositivo slave, e/o comprendono inoltre una verifica di altre condizioni basate sullo stato interno e/o esterno del sistema robotico e/o comprendono criteri legati alla sicurezza del paziente.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui il dispositivo slave comprende giunti atti a consentire rotazioni e/o movimenti rispetto ad uno o pi? gradi di libert?, i suddetti detti uno o pi? criteri di scelta comprendono:

- calcolare una prima distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti del dispositivo slave e l?orientazione target del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, espressa rispetto a detto primo sistema di riferimento locale;

- calcolare una seconda distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti del dispositivo slave e l?orientazione target del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, espressa rispetto a detto secondo sistema di riferimento locale;

- scegliere il primo sistema di riferimento locale o il secondo sistema di riferimento del dispositivo master a seconda che sia minore la prima distanza o la seconda distanza, rispettivamente.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta fase di scegliere prevede di scegliere il sistema di riferimento locale che minimizza una funzione pesata della distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti del dispositivo slave e l?orientazione target del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave.

Si osservi che la posa target e/o il sistema di riferimento obiettivo nello spazio slave ha associate predefinite posizioni e/o orientazioni dei giunti dello slave.

Opzionalmente, tale associazione ? una associazione univoca.

Opzionalmente, i suddetti giunti sono solo di rotazione.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, i suddetti uno o pi? criteri di scelta comprendono scegliere il sistema di riferimento locale che determina una risultante posa e/o orientazione del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, tale da minimizzare l?errore asse-angolo rispetto al sistema di riferimento associato al dispositivo slave nello spazio di lavoro del dispositivo slave.

Secondo un?altra forma di realizzazione del metodo, i suddetti uno o pi? criteri di scelta comprendono scegliere il sistema di riferimento locale che determina una risultante posa e/o orientazione del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, tale da massimizzare la distanza dai limiti predefiniti dello spazio di lavoro del dispositivo slave.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, i suddetti uno o pi? criteri di scelta comprendono scegliere il sistema di riferimento locale che determina una risultante posa e/o orientazione del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, tale per cui la traiettoria necessaria al dispositivo slave per convergere verso la suddetta risultante posa e/o orientazione del dispositivo master sia la pi? breve in termini di distanza angolare percorsa e/o di tempo di allineamento necessario e/o ottimizzi criteri legati alla sicurezza del paziente.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta traiettoria necessaria al dispositivo slave per convergere verso la risultante posa e/o orientazione del dispositivo master tiene conto di eventuali ingombri e/o zone critiche in prossimit? del dispositivo slave.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di allineamento prevede una pluralit? di cicli di controllo, e la fase di scegliere il sistema di riferimento locale viene svolta in corrispondenza di ognuno dei suddetti cicli di controllo della fase di allineamento, oppure viene svolta solo in corrispondenza dell?inizio della fase di allineamento.

Secondo un?altra forma di realizzazione del metodo, la fase di allineamento comprende una sotto-fase di allineamento senza movimento, nella quale lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? abilitato a muoversi, e una sotto-fase di allineamento con movimento, nella quale lo strumento chirurgico del dispositivo slave ? abilitato a muoversi, e la fase di scegliere il sistema di riferimento locale viene svolta solo durante la sottofase di allineamento senza movimento.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, dopo la conclusione della fase di allineamento, la fase di teleoperazione viene condotta esprimendo l?orientazione corrente del dispositivo target, e quindi l?orientazione asservita del dispositivo slave, sulla base del sistema di riferimento operativo scelto in fase di allineamento.

Secondo un?altra opzione implementativa, l?ultima funzione di trasformazione scelta durante la fase di allineamento viene utilizzata durante tutta la durata della successiva teleoperazione.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto predefinibile asse longitudinale X ? un asse definito dall?intersezione di due piani di simmetria del dispositivo master tra loro ortogonali.

Secondo un?altra opzione implementativa, il suddetto asse di simmetria funzionale del dispositivo slave ? un asse di simmetria anche geometrica del dispositivo slave, ovvero un asse simmetrico rispetto a due piani di simmetria slave.

Viene ora descritto un altro metodo per avviare e/o preparare una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica, secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione. Tale sistema robotico comprende almeno un dispositivo master, impugnabile, meccanicamente non vincolato (in inglese: ?unconstrained?) e atto ad essere movimentato da un operatore, e almeno un dispositivo slave comprendente uno strumento microchirurgico atto ad essere comandato dal dispositivo master. Il corpo del dispositivo master ? svincolato da terra (in inglese: ?ungrounded?) ed ? destinato ad essere sostenuto in mano (in inglese: ?handheld?) dal chirurgo durante la teleoperazione. Il dispositivo master pu? essere cablato per collegamento dati con una porzione del sistema robotico.

Il sistema robotico comprende inoltre primi mezzi di comando di teleoperazione. Ad esempio, detti primi mezzi di comando di teleoperazione comprendono un?interfaccia uomo-macchina che permette all?operatore di comunicare al robot l?intenzione di entrare in teleoperazione.

Il metodo comprende le fasi di avviare una fase di preparazione alla teleoperazione azionando i suddetti primi mezzi di comando di teleoperazione; quindi, eseguire una fase di allineamento tra dispositivo master e dispositivo slave, in cui il dispositivo slave ? abilitato a muoversi in modo da allineare l?orientazione dello strumento chirurgico ad un orientamento del dispositivo master; poi entrare in teleoperazione dopo che si ? completata la suddetta fase di allineamento tra dispositivo master e dispositivo slave.

Durante la fase di preparazione e prima della fase di allineamento, il metodo prevede di svolgere uno o pi? primi controlli di ingresso della fase di allineamento, e di abilitare l?inizio della fase di allineamento solo se sono superati con successo tutti gli uno o pi? primi controlli.

Inoltre, prima di entrare nella fase di teleoperazione, il metodo prevede di svolgere uno o pi? secondi controlli di abilitazione della fase di allineamento, e di abilitare l?ingresso in teleoperazione solo se sono superati con successo tutti gli uno o pi? secondi controlli.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, la fase di allineamento comprende una sotto-fase di allineamento senza movimento, nella quale lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? abilitato a muoversi, e una sotto-fase di allineamento con movimento, nella quale lo strumento chirurgico del dispositivo slave ? abilitato a muoversi,

In tal caso, il metodo prevede di svolgere azioni di allineamento atte ad ottenere l?allineamento del dispositivo slave rispetto al dispositivo master, e prevede inoltre di svolgere uno o pi? terzi controlli atti a controllare transizioni tra le suddette sotto-fasi di allineamento senza movimento e di allineamento con movimento.

Secondo un?opzione implementativa, le suddette sotto-fasi di allineamento senza movimento e con movimento si susseguono in cicli.

In tal caso, in corrispondenza o al termine di ogni ciclo, il metodo prevede di verificare l?esito dei primi controlli, e rimanere in fase di allineamento se tutti i primi controlli forniscono esito positivo, e uscire dalla fase di allineamento per tornare nella fase di preparazione se almeno uno dei primi controlli non fornisce esito positivo; e inoltre di verificare l?esito dei secondi controlli, ed entrare in fase di teleoperazione se tutti i secondi controlli forniscono esito positivo.

In accordo con diverse possibili forme di realizzazione del metodo, i suddetti primi controlli comprendono uno o pi? dei seguenti controlli:

- controllo della corretta impugnatura del dispositivo master; e/o

- controllo di accettabilit? della posizione del dispositivo master; e/o

- controllo di integrit? strutturale del dispositivo master; e/o

- controllo qualit? di segnale del dispositivo master; e/o

- controllo che lo strumento microchirurgico sia correttamente installato sul dispositivo robotico.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui il dispositivo master presenta un grado di libert? di movimento relativo, il suddetto controllo della corretta impugnatura del dispositivo master comprende verificare che il grado di libert? di movimento relativo abbia superato un definibile valore soglia definita posizione di riposo.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto grado di libert? di movimento relativo ? un grado di libert? di apertura/ chiusura, e la fase di verificare comprende verificare che il suddetto grado di libert? di apertura/chiusura sia leggermente chiuso con un angolo di apertura inferiore ad una soglia di angolo di apertura.

Secondo un?altra opzione implementativa, il suddetto grado di libert? di movimento relativo ? un grado di libert? di spostamento lineare, e la fase di verificare comprende verificare che lo spostamento lineare sia di avvicinamento/allontanamento oltre una certa soglia di avvicinamento/allontanamento.

Secondo un?altra opzione implementativa, il suddetto grado di libert? di movimento relativo ? un grado di libert? di torsione, e la fase di verificare comprende verificare che la torsione sia superiore ad una certa soglia di torcitura.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, in cui il dispositivo master comprende un sensore di contatto, ad esempio un sensore capacitivo e/o un sensore di pressione, il suddetto controllo della corretta impugnatura del dispositivo master comprende elaborare un?informazione rilevata dal sensore di contatto, ad esempio in modo da stabilire se il dispositivo master ? a contatto con l?utilizzatore.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, il suddetto controllo di accettabilit? della posizione del dispositivo master comprende verificare che il dispositivo master si trovi entro una predefinita o predeterminabile regione spaziale di lavoro, ad esempio una regione spaziale determinata da un sistema di tracking.

Secondo un?altra forma di realizzazione del metodo, il suddetto controllo di accettabilit? della posizione del dispositivo master comprende verificare che il dispositivo master non si trovi in una configurazione di riposo, in cui tale configurazione di riposo corrisponde ad esempio ad una posizione, e preferibilmente anche orientamento e/o livello di apertura/chiusura, del dispositivo master in una regione spaziale atta allo stivamento del dispositivo master quando non impugnato.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, i suddetti controlli di qualit? di segnale del dispositivo master comprendono verificare che le comunicazioni dati tra dispositivo master e sistema siano attive e funzionanti e siano supportate da segnali elettrici aventi un livello di qualit? e/o rapporto segnale/rumore superiori a rispettive soglie predefinite.

Secondo un?opzione implementativa, i suddetti controlli di qualit? di segnale del dispositivo master comprendono verificare che i sensori del dispositivo master siano collegati e attivi.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, il suddetto controllo di integrit? strutturale del dispositivo master comprende verificare uno o pi? vincoli predefiniti, indicativi della integrit? strutturale del dispositivo master, in cui tali vincoli sono verificabili sulla base di da rilevazioni di posizione e/o velocit? e/o accelerazione del dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto controllo di integrit? strutturale del dispositivo master comprende verificare che il dispositivo master definisca un?orientazione rilevata corrispondente ad una orientazione attesa.

In accordo con diverse possibili forme di realizzazione del metodo, i suddetti secondi controlli comprendono uno o pi? dei seguenti controlli controllo di congruenza di allineamento tra le orientazioni del dispositivo master e del dispositivo slave, e/o controllo di congruenza dei livelli di apertura/chiusura del dispositivo master e del dispositivo slave.

Secondo una forma di realizzazione, i suddetti secondi controlli comprendono il controllo di congruenza sia dell?allineamento sia dei livelli di apertura/chiusura tra i dispositivi master e slave.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto controllo di congruenza di allineamento comprende verificare che l?orientazione del dispositivo master e l?orientazione del dispositivo slave siano uguali entro una predefinita tolleranza rappresentata da una soglia di differenza massima di orientazione consentita tra le orientazioni dei dispositivi master e slave. In altri termini, tale controllo di congruenza di allineamento comprende verificare che la differenza tra le orientazioni dei dispositivi master e slave sia minore della suddetta soglia di differenza massima di orientazione.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto controllo di congruenza dei livelli di apertura/chiusura comprende verificare che la chiusura di presa o angolo di apertura del dispositivo master e la chiusura di presa o angolo di apertura del dispositivo slave sono uguali entro una predefinita tolleranza rappresentata da una soglia di differenza massima di chiusura di presa consentita tra i livelli di apertura/chiusura dei dispositivi master e slave. In altri termini, tale controllo di congruenza di allineamento comprende, in questo caso, verificare che la differenza tra le chiusure di presa o angoli di apertura dei dispositivi master e slave sia minore della detta soglia di differenza massima tra i livelli di apertura/chiusura.

In accordo con diverse possibili forme di realizzazione del metodo, i suddetti terzi controlli comprendono uno o pi? dei seguenti controlli controllo della raggiungibilit? dell?orientazione del dispositivo master da parte dell?orientazione del dispositivo slave, e/o controllo di congruenza di allineamento dell?orientazione del dispositivo slave rispetto all?orientazione del dispositivo master.

Secondo un?opzione implementativa, il superamento di tutti i terzi controlli previsti consente una transizione verso la sotto-fase di allineamento con movimento, mentre il non superamento di almeno uno dei terzi controlli previsti non consente la transizione verso la sotto-fase di allineamento con movimento, se si ? in sotto-fase di allineamento senza movimento, oppure impone la transizione verso la sotto-fase di allineamento senza movimento, se si ? in sotto-fase di allineamento con movimento.

In accordo con un?opzione implementativa, il suddetto controllo della raggiungibilit? dell?orientazione comprende verificare che il disallineamento iniziale tra l?orientazione del dispositivo master e l?orientazione cinematica dello strumento chirurgico del dispositivo slave sia inferiore ad un valore di soglia di disallineamento iniziale masterslave.

Secondo un?altra opzione implementativa, il suddetto controllo della raggiungibilit? dell?orientazione comprende verificare che esista una traiettoria possibile di allineamento.

Secondo una forma di realizzazione, il suddetto controllo di congruenza di allineamento comprende verificare che l?orientazione del dispositivo master e l?orientazione del dispositivo slave siano uguali entro una predefinita tolleranza rappresentata da una soglia di differenza massima di orientazione dV consentita tra le orientazioni dei dispositivi master e slave. In altri termini, ci? significa verificare che la differenza tra le orientazioni dei dispositivi master e slave f(RPYs? RPYm) sia minore della suddetta soglia di differenza massima di orientazione dV. Tale parametro dV pu? corrispondere al parametro DELTA V menzionato nel seguito.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, il controllo di congruenza di allineamento, effettuato nell?ambito dei suddetti secondi controlli o nell?ambito dei suddetti terzi controlli, viene verificato per ciascun grado di libert? di orientazione dello slave. Tale caratteristica verr? in seguito illustrata pi? in dettaglio con riferimento agli ?angoli di Eulero?.

In accordo con un?altra forma di realizzazione del metodo, il controllo di congruenza di allineamento, effettuato nell?ambito dei suddetti secondi controlli o nell?ambito dei suddetti terzi controlli, viene verificato come unico valore assoluto complessivo.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta soglia di differenza massima di orientazione dV dipende dall?orientazione del dispositivo slave e/o varia sulla base dell?orientazione dello strumento microchirurgico del dispositivo slave all?interno del suo workspace.

Secondo altre possibili opzioni implementative, la suddetta soglia di differenza massima di orientazione dV dipende da altri parametri.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta soglia di differenza massima di orientazione dV viene verificata mediante scomposizione in due sotto-rotazioni e in cui vengono verificati un primo errore della prima sotto-rotazione e un secondo errore della seconda sottorotazione, rispetto rispettive soglie.

Ad esempio, in tale opzione implementativa, viene utilizzato un metodo di calcolo ?Twist & Swing?, in cui, definita una direzione principale del dispositivo slave e una direzione principale del dispositivo master entrambe solidali con le dimensioni principali dei relativi dispositivi, il primo errore di orientazione, o errore di swing, ? definito come errore angolare tra le loro direzioni principali, mentre il secondo errore, o errore di twist, ? definito come distanza angolare tra le orientazioni dei dispositivi master e slave supponendo compensato il primo errore.

Secondo un?altra opzione implementativa, la distanza tra le orientazioni dei dispositivi master e slave ? calcolata mediante un metodo di calcolo ?Quaternion Distance?.

Secondo un?opzione implementativa, le distanze tra le orientazioni dei dispositivi master e slave sono calcolate mediante un metodo di calcolo di soglie odierne, consentendo la transizione nella sotto-fase di allineamento con un movimento su assi indipendenti per i soli assi in cui l?allineamento ? verificato entro la rispettiva soglia, oppure consentendo la transizione nella sotto-fase di allineamento con un movimento si tutti gli assi solo quando l?allineamento ? verificato per tutti gli assi entro la rispettiva soglia.

Secondo una opzione implementativa del metodo, le suddette verifiche di allineamento di orientazione vengono superate con successo per un allineamento di 0? o per un allineamento ruotato di 180? attorno ad un asse longitudinale definibile dal corpo del dispositivo master, entro un intervallo di disallineamento, di preferenza solo se sono superati con successo alcuni controlli di orientazione; di preferenza, il corpo del dispositivo master ? geometricamente e/o funzionalmente simmetrico rispetto ad un definibile asse longitudinale ed il corpo dello strumento chirurgico slave ? preferibilmente funzionalmente simmetrico rispetto ad un definibile asse longitudinale.

Tali caratteristiche saranno illustrate pi? in dettaglio in seguito.

Secondo un?opzione implementativa, il metodo prevede anche di verificare che il movimento di allineamento del punto di controllo del dispositivo slave esegue esclusivamente movimenti di pura rotazione.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, le suddette azioni di allineamento comprendono uno o pi? azioni volte ad ottenere i seguenti comportamenti:

- velocit? di allineamento costante e/o limitata; - velocit? di moto inversamente proporzionale alla norma del vettore del valore di disallineamento o differenza di orientazione;

- traiettoria di inseguimento del dispositivo slave in accordo con una predefinita strategia di moto di allineamento.

Secondo un?opzione implementativa del metodo, la velocit? di movimento del dispositivo slave nell?allineare lo strumento microchirurgico al dispositivo master ? inferiore ad una soglia di velocit? di allineamento.

Secondo un?altra opzione implementativa del metodo, la velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento di movimento del dispositivo slave ? inversamente proporzionale alla norma del vettore del valore di soglia di disallineamento dV.

Secondo un?altra opzione implementativa del metodo, la velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento di movimento del dispositivo slave ? direttamente proporzionale al tempo di permanenza nella fase di allineamento.

Secondo un?altra opzione implementativa del metodo, il moto di inseguimento del dispositivo slave, da un orientamento iniziale RPYs1 a un orientamento finale RPYs2, corrispondente all?orientamento del dispositivo master, segue una traiettoria atta a ridurre monotonicamente la distanza tra le due orientazioni.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di stabilire un tempo massimo di permanenza per le sotto-fasi di allineamento con movimento e di allineamento senza movimento, e di uscire da una delle suddette sotto-fasi quando il tempo massimo di permanenza prestabilito viene superato.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, i suddetti primi mezzi di comando di teleoperazione comprendono un pedale o un bottone che pu? essere premuto per avviare la fase di allineamento e mantenuto premuto sino al completamento della fase di allineamento.

L?operatore pu? essere ad esempio un chirurgo o medico.

Secondo un?opzione implementativa, il metodo comprende l?ulteriore fase di verificare ad ogni ciclo che il pedale o bottone sia mantenuto premuto, e in cui, se il pedale o bottone non ? mantenuto premuto, il metodo prevede di determinare un?uscita dalla fase di allineamento.

Secondo un?altra opzione implementativa, il metodo comprende l?ulteriore fase di verificare che il pedale di controllo venga rilasciato entro un periodo di timeout, ad esempio compreso tra 3 e 15 secondi, una volta terminata la fase di allineamento e di ingresso avvenuto con successo nella fase di teleoperazione.

Se il pedale non viene rilasciato, la teleoperazione viene interrotta. Quindi, il metodo prevede che il sistema robotico esca dalla teleoperazione quando l?operatore, una volta ultimata la fase di allineamento, mantiene premuto il pedale di comando, o qualsiasi un altro mezzo di controllo della teleoperazione, per un tempo maggiore di detta soglia di tempo d?uscita (o periodo di timeout).

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo comprende l?ulteriore fase di fornire un?interfaccia tra operatore e sistema, operativamente collegata al dispositivo master, configurata per permettere all?operatore di indicare la volont? dell?operatore di accedere alla fase di teleoperazione e di entrare in una condizione di allineamento, e preferibilmente anche la volont? di permanere in tale fase di allineamento fino ad un suo eventuale completamento.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta interfaccia ? un comando master di apertura/chiusura o ?grip? configurato per azionare un asservito grado di libert? di apertura/chiusura o ?grip? del dispositivo slave, quando in teleoperazione.

Secondo una forma di realizzazione del metodo, in cui il suddetto sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica comprende due dispositivi master, un dispositivo master destro e un dispositivo master sinistro, e due rispettivi dispositivi slave, un dispositivo slave destro e un dispositivo slave sinistro, il metodo prevede che ognuno dei dispositivi slave esegua un processo di allineamento con movimento con il rispettivo dispositivo master in modo indipendente rispetto all?altro dispositivo slave, con tempi di allineamento indipendenti e con entrata in teleoperazione individuale ed indipendente dall?entrata in teleoperazione dell?altro dispositivo slave.

Secondo un?opzione implementativa, l?avvio della fase di allineamento ? simultaneo, tra i dispositivi destro e sinistro. In tal modo, si pu? anche riconoscere se il sistema comprende due dispositivi master oppure un solo dispositivo master.

Nei suddetti casi, un?opzione implementativa del metodo prevede che i suddetti primi controlli comprendano verificare, sulla base di un controllo di vincoli geometrici, che il dispositivo master destro sia impugnato nella mano destra dell?operatore e che il dispositivo master sinistro sia impugnato nella mano sinistra dell?operatore.

Secondo un?opzione implementativa, i suddetti vincoli geometrici comprendono rilevare le posizioni relative dei dispositivi master destro e sinistro, all?interno di uno spazio di lavoro.

Secondo un?opzione implementativa, i suddetti vincoli geometrici comprendono verificare che le posizioni rilevate dei dispositivi master destro e sinistro si trovino rispettivamente nella met? destra e sinistra di uno spazio di lavoro sia esso relativo al sistema di misura o relativo ad un singolo master.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, l?avvio della fase di allineamento tra dispositivo slave e dispositivo master ? subordinata all?ulteriore vincolo che i mezzi di comando di teleoperazione siano azionati e/o premuti e mantenuti azionati e/o premuti per un tempo predefinito, in modo da evitare un avvio involontario della teleoperazione.

Secondo un?ulteriore forma di realizzazione del metodo, dopo l?avvio della teleoperazione vengono effettuate ulteriori verifiche su ulteriori vincoli che devono essere rispettati durante la teleoperazione. In tal caso, il metodo comprende l?ulteriore fase di uscire dalla teleoperazione e/o premettere l?uscita dalla teleoperazione se non soni rispettati i suddetti ulteriori vincoli.

Secondo un?opzione implementativa, i suddetti vincoli comprendono una verifica che le velocit? o accelerazioni dei dispositivi master e slave sono inferiori ad una certa soglia, per un predefinito periodo iniziale di teleoperazione.

Secondo diverse possibili opzioni implementative del metodo, l?entrata nella fase di allineamento, la permanenza in tale fase e la riuscita o il fallimento dell?ingresso nella fase di teleoperazione sono segnalati tramite opportuni segnali audio/video, e/o la permanenza nella fase di allineamento ? identificata da un suono intermittente di frequenza compresa tra 0.5 e 2Hz.

In accordo con un?opzione implementativa, il metodo prevede che il sistema robotico esca dalla teleoperazione quando l?operatore preme di nuovo il pedale di comando o aziona un altro mezzo di controllo della teleoperazione.

In accordo con una forma di realizzazione, il metodo opera su un sistema robotico per chirurgia teleoperata.

Viene ora descritto un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica atto ad essere comandato mediante il suddetto metodo per avviare e/o preparare una teleoperazione.

Tale sistema comprende almeno un dispositivo master, impugnabile, meccanicamente non vincolato e atto ad essere movimentato da un operatore; e almeno un dispositivo slave comprendente uno strumento chirurgico atto ad essere comandato dal dispositivo master, in modo che movimenti del dispositivo slave riferiti ad uno o pi? di una pluralit? di N gradi di libert? controllabili siano comandati da rispettivi movimenti del dispositivo master, secondo un?architettura di controllo master-slave.

Il sistema comprende inoltre un?unit? di controllo operativamente collegata sia al dispositivo master sia al dispositivo slave, configurata per controllare il sistema in modo da eseguire un metodo per avviare e/o preparare una teleoperazione secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente illustrate.

L?unit? di controllo ? preferibilmente adatta ad acquisire informazione sulla posa del dispositivo master per trasmettere segnali di azionamento allo strumento chirurgico dell?asservito dispositivo slave. L?unit? di controllo ? preferibilmente compresa in una console.

Il sistema robotico, di preferenza, comprende un dispositivo di tracking, ad esempio tracking magnetico e/o tracking ottico, per mappare posizione e orientamento del dispositivo master non vincolato o ?volante?, allo scopo di controllare posizione e orientamento dello strumento chirurgico del dispositivo slave.

Di preferenza, vi ? un rapporto di scala (?scaling?) tra movimenti di traslazione del dispositivo master e asserviti movimenti di almeno un punto di controllo identificativo dello strumento chirurgico del dispositivo slave, in altri termini le traslazioni del punto di controllo dello strumento chirurgico slave sono una frazione delle traslazioni del master (in un intervallo da 1/3 a 1/20). Al crescere dello scaling diventa particolarmente vantaggiosa la capacit? di poter riposizionare o accomodare il dispositivo master nel proprio volume di lavoro.

In accordo con una forma di realizzazione, il sistema ? un sistema robotico per micro-chirurgia teleoperata. In tal caso, il suddetto strumento chirurgico del dispositivo slave ? uno strumento microchirurgico.

Verranno qui di seguito forniti ulteriori dettagli del metodo secondo l?invenzione, a titolo esemplificativo e non limitativo.

Secondo un?opzione implementativa del metodo, i suddetti secondi controlli comprendono verificare che il disallineamento iniziale tra l?orientazione del dispositivo master e l?orientazione cinematica dello strumento microchirurgico del dispositivo slave sia inferiore ad un valore di soglia di disallineamento master-slave.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, il suddetto valore di soglia di disallineamento varia sulla base dell?orientazione dello strumento microchirurgico del dispositivo slave rispetto ad una direzione predefinita del sistema robotico.

Di preferenza, il valore di soglia di disallineamento per abilitare l?inizio della fase di allineamento dipende dalla posa corrente e/o dalla posa desiderata dello strumento chirurgico del dispositivo slave rispetto ad una direzione predefinita del sistema robotico (ad esempio: la direzione longitudinale di un alberino di posizionamento vincolato a monte dello strumento chirurgico slave).

Secondo una forma di realizzazione del metodo, i suddetti secondi controlli comprendono verificare che un disallineamento iniziale misurato tra l?orientazione del dispositivo master e una predefinita e nota direzione del sistema robotico vincolato all?architettura cinematica sia inferiore ad un secondo valore di soglia di disallineamento master-slave.

Secondo un?opzione implementativa, il suddetto secondo valore di soglia di disallineamento ? compreso nell?intervallo tra 0 e 90 gradi in valore assoluto.

In un?ulteriore opzione implementativa, il suddetto secondo valore di soglia di disallineamento ? compreso nell?intervallo tra 0 e 45 gradi in valore assoluto.

In accordo con un?opzione implementativa, il corpo del dispositivo master non vincolato ? sostanzialmente geometricamente simmetrico.

Con il termine ?geometricamente simmetrico? si intende indicare di preferenza che il corpo del dispositivo master risulta indistinguibile per un operatore quando ruotato di 180? attorno ad un definibile asse longitudinale.

Secondo una forma di realizzazione, con il termine ?geometricamente simmetrico? si intende indicare che il corpo del dispositivo master ? geometricamente simmetrico rispetto ad un asse longitudinale identificato dall?intersezione di due o pi? due definibili piani, e in accordo con tale opzione implementativa, si definisce una direzione longitudinale locale del dispositivo master, data dall?intersezione di suddetti piani. In altri termini, secondo questa forma di realizzazione, con il termine ?geometricamente simmetrico? si intende indicare che il corpo del dispositivo master ? geometricamente simmetrico secondo una simmetria ?N-fold?.

Secondo una forma di realizzazione, con il termine ?geometricamente simmetrico? si intende indicare che il corpo del dispositivo master ? geometricamente simmetrico rispetto a due definibili piani ortogonali longitudinale e orizzontale, e in accordo con tale opzione implementativa, si definisce una direzione longitudinale locale del dispositivo master, data dall?intersezione di suddetti piani di simmetria.

Di preferenza, lo strumento chirurgico del dispositivo slave risulta simmetrico funzionalmente. Con la terminologia ?simmetrico funzionalmente? si intende indicare che lo strumento chirurgico del dispositivo slave non perde alcuna funzionalit? qualora sia utilizzato ruotato di 180? attorno ad un definibile asse longitudinale (ad esempio l?asse di ?roll? o di ?twist? passante per un alberino del dispositivo slave), ancorch? dal punto di vista geometrico possa non essere simmetrico.

Secondo un?opzione implementativa, lo strumento chirurgico del dispositivo slave ? simmetrico anche geometricamente.

In accordo con una forma di realizzazione, con il termine ?simmetrico funzionalmente? si intende indicare che il corpo dello strumento chirurgico slave ? simmetrico rispetto ai suoi piani locali longitudinale e orizzontale, permettendo la definizione di una direzione longitudinale slave.

Durante la fase di teleoperazione, una rotazione pura del dispositivo master, rispetto al suo asse longitudinale, comanda una rotazione pura della stessa ampiezza al dispositivo slave rispetto al proprio asse longitudinale.

Secondo una forma realizzativa in cui vi ? una simmetria del dispositivo master, il dispositivo master permette di essere impugnato in maniera indistinguibile dall?operatore in due posizioni simmetriche sfasate di 180? rispetto al suo asse longitudinale precedentemente menzionato.

Come un esperto del ramo apprezzer?, tale propriet? di indistinguibilit? dell?impugnatura del dispositivo master associa a ogni orientazione del dispositivo master due possibili orientazioni target per il dispositivo slave, sfasate l'una rispetto all'altra di 180? rispetto all'asse di simmetria longitudinale del dispositivo master. Di preferenza, solo una delle due orientazioni target viene utilizzata per l?inseguimento da parte del dispositivo slave durante la teleoperazione.

In accordo con una forma realizzativa, tale scelta ? effettuata sulla base dell?orientazione reciproca tra il dispositivo master e lo strumento chirurgico del dispositivo slave e/o da altre condizioni operative contingenti e specifiche, prima e/o durante la fase di allineamento.

In accordo con una diversa opzione implementativa, tale propriet? di indistinguibilit? dell?impugnatura del dispositivo master ? ottenuta anche nel caso di una non perfetta simmetria longitudinale del dispositivo master, e/o del dispositivo slave e/o di entrambi.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di allineamento con movimento prevede di limitare la velocit? di movimento del dispositivo slave nell?allineare lo strumento microchirurgico al dispositivo master, ad esempio affinch? il movimento dello slave sia comprensibile all?operatore e sicuro.

In accordo con una forma di realizzazione del metodo, la fase di allineamento prevede che il dispositivo slave esegua esclusivamente movimenti di rotazione rispetto a una porzione del dispositivo slave stesso.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta porzione del dispositivo slave, che si deve verificare esegua sono movimenti di rotazione, ? da intendersi la punta del dispositivo slave.

Secondo un?opzione implementativa, i suddetti controlli vengono effettuati su un punto virtuale di azione dello strumento micro-chirurgico, ad esempio il punto medio tra le estremit? controllate del dispositivo slave.

Secondo un?opzione implementativa, altre porzioni del dispositivo slave, diverse dalla punta e ad essa articolate (appartenenti alla catena cinematica di posizionamento e orientamento, a monte), possono traslare, e quindi non soggette a suddetta verifica di esclusivo movimento rotazionale.

Come gi? osservato, in una forma realizzativa, il dispositivo master presenta un grado di libert? di movimento relativo detto di apertura/chiusura. Secondo un?opzione implementativa, tale grado di libert? detto di apertura/chiusura ? associato al livello di deformazione del dispositivo master o di una sua parte. Secondo un?altra opzione implementativa, tale grado di libert? ? associato alla quantit? di forza e/o momento torcente indotto dall?operatore sul dispositivo master o in una sua parte.

In tal caso, secondo un?opzione implementativa, i suddetti controlli comprendono verificare che l?angolo di apertura sia inferiore ad una determinata soglia.

Secondo un?opzione implementativa, la suddetta soglia di angolo di apertura ? compresa nell?intervallo tra 10 e 45 gradi tra le parti rigide del dispositivo master, oppure ? una soglia di scostamento nell?intervallo tra 5 e 15 gradi rispetto all?angolo di apertura di partenza ossia di riposo.

Secondo una forma realizzativa, il suddetto grado di libert? di apertura/chiusura ? identificato da una deformazione/traslazione del master, o dalla distanza di due punti solidali con la struttura del master stesso.

In una forma realizzativa, i punti che ne determinano il grado di apertura/chiusura sono le punte del dispositivo master. In tal caso, la suddetta soglia di apertura lineare ? compresa nell?intervallo tra 3 e 20 mm e preferibilmente tra 3 e 10 mm.

Secondo una forma realizzativa il dispositivo master presenta una sensorizzazione atta misurare l?entit? della forza o del momento torcente applicate dall?operatore sul master o in alcune delle sue parti.

In tal caso, i suddetti primi controlli comprendono verificare che l?entit? delle grandezze fisiche misurate sul master o in alcune delle sue parti facciano presupporre che tale dispositivo master sia effettivamente impugnato da un operatore.

In una forma di realizzazione del metodo, la suddetta interfaccia tra operatore e sistema ? costituita dalla posizione del dispositivo master non vincolato all?interno di un?area di lavoro.

Secondo un?opzione implementativa, da tale area di lavoro sono escluse una serie di pose del dispositivo master, nelle quali tale dispositivo ? riconosciuto essere in condizione di riposo o stivamento, ovvero riposto in un volume atto ad alloggiare il master quando non impugnato.

Secondo un?opzione implementativa, tale condizione di riposo ? identificata dalla presenza del dispositivo master in una determinata regione spaziale nonch? da un?orientazione e/o un livello di apertura/chiusura del dispositivo master che ne denotino lo stivamento. In una forma realizzativa, tale condizione di riposo ? identificata unicamente dalla posizione del dispositivo master in una determinata regione spaziale.

Si osservi che, durante la fase di allineamento, la strategia di asservimento tra master e slave ? articolata in modo tale da massimizzare il rispetto dei vicoli di sicurezza legati all?anatomia del paziente e non necessariamente la minimizzazione del movimento del dispositivo slave. In una forma implementativa, il dispositivo slave pu? non compiere la traiettoria angolare pi? breve durante l?allineamento.

Secondo una forma di realizzazione, il metodo prevede che il sistema robotico esca dalla fase di allineamento se tale fase supera un tempo maggiore di una soglia di tempo di allineamento compresa, ad esempio tra 2 e 15 secondi.

A titolo esemplificativo e non limitativo, vengono qui di seguito riportati ulteriori dettagli di una forma di realizzazione preferita del metodo, comprendente un?ampia pluralit? di controlli e verifiche, tra cui quelli gi? sopra citati.

I sistemi di riferimento qui di seguito citati sono illustrati nelle figure 1-10 (ed in particolare nella figura 5):

?master frame? (MF), ovvero ?sistema di riferimento del master?;

?master frame origin? (MFO), ovvero ?sistema di riferimento di origine del master?;

?slave frame? (SF), ovvero ?sistema di riferimento dello slave?;

?slave frame origin? (SFO), ovvero ?sistema di riferimento di origine dello slave?;

?fixed reference system? (FRS), ovvero sistema di riferimento esterno fisso;

?master to slave transformation? (MST), ovvero ?trasformazione da master a slave?;

?master frame in slave workspace? (MFS), ovvero ?sistema di riferimento del master nello spazio di lavoro dello slave?.

In termini generali, senza considerare il grado di libert? di apertura/chiusura (?grip?) del dispositivo master e dell?asservito strumento chirurgico del dispositivo slave:

1) la posa di ogni dispositivo master ? univocamente identificata con una terna ?master frame? (MF) espressa rispetto a un sistema di riferimento solidale con il sistema di tracking chiamato ?master frame origin? (MFO).

2) la posa del dispositivo slave ? identificata con una terna ?slave frame? (SF) rispetto a un sistema di riferimento solidale con il sistema robotico chiamato ?slave frame origin? (SFO).

Dato quindi un sistema di riferimento esterno fisso ?fixed reference system? (FRS), si definisce una trasformazione ?master to slave transformation? (MST) la trasformazione che mappa trasformazioni relative a MFO in trasformazioni relative a SFO, e quindi si definisce ?master frame in slave workspace? (MFS) l?applicazione di MST alla trasformazione da MF a MFO.

Quando il sistema ? in teleoperazione, il sistema robotico attua il dispositivo slave in modo che il suo ?slave frame? SF insegua il ?master frame in slave reference system? MFS comandato dall?utente (al netto di fattori di scala ed offset traslazionali).

Pertanto, dal punto di vista rotazionale, essendo secondo una forma di realizzazione, i dispositivi master e slave perfettamente simmetrici rispetto a un loro piano longitudinale, risulta indifferente che ?slave frame? SF insegua ?master frame in slave workspace? MFS calcolato come descritto sopra o derivante da una pre-rotazione di ?master frame? MF di 180? attorno alla dimensione principale del dispositivo master (ad esempio l?estensione longitudinale del corpo del dispositivo master meccanicamente non vincolato alla console).

In questo contesto, una volta constatata la possibilit? del sistema robotico e l?intenzionalit? dell?operatore a iniziare una teleoperazione, il sistema robotico effettua una fase preliminare atta a:

1. Definire quale delle due possibili soluzioni di ?master frame in slave workspace? MFS lo slave deve inseguire. La scelta viene effettuata rispettando uno dei criteri di minimizzazione delle traiettorie di allineamento che verranno successivamente descritti in maggior dettaglio.

2. Definire gli offset traslazionali tra ?master frame in slave workspace? MFS e ?slave frame? SF in modo da univocamente identificare durante la teleoperazione la posizione relativa del dispositivo master nello spazio di lavoro slave. Questi offset vengono definiti ad ogni ingresso in teleoperazione in modo tale che ogni movimento traslazionale slave in teleoperazione possa essere solo il risultato di un movimento master avvenuto dopo l?ingresso in teleoperazione.

3. Allineare la terna ?slave frame? SF con ?master frame in slave workspace? MFS, ovvero cominciare la teleoperazione solo quando lo strumento chirurgico del dispositivo slave ha un?orientazione compatibile con quella comandata dall?utente.

4. Laddove presente, riprodurre mediante lo stato di apertura/chiusura (?grip?) dello strumento chirurgico del dispositivo slave quello del dispositivo master.

Vengono qui di seguito riportati ulteriori dettagli di una forma di realizzazione preferita del metodo, comprendente un?ampia pluralit? di controlli e verifiche, tra cui quelli gi? sopra citati, e in cui il chirurgo controlla le transizioni tra la fase di preparazione, avvio e svolgimento della teleoperazione attraverso un pedale di comando.

Quando il chirurgo siede sulla console master il sistema robotico (qui di seguito indicato anche come ?robot?) non ? ancora ? in teleoperazione.

A questo punto, il chirurgo preme il pedale di comando e lo mantiene premuto sino al completamento della fase di allineamento. Secondo un?opzione implementativa preferita, laddove il pedale di comando venga rilasciato prima del completamento della fase di allineamento, il robot termina la fase di allineamento evitando di avviare la fase di teleoperazione.

Rilevata l?azione dell?operatore sul pedale di comando, il robot ? configurato per operare immediatamente i seguenti controlli 1), 2), 3), 4).

1) Verifica che lo strumento chirurgico del dispositivo slave ? stato ingaggiato dal micromanipolatore del robot, cio? che il robot abbia correttamente rilevato e inizializzato lo strumento chirurgico. Ad esempio, secondo un?opzione implementativa, lo strumento chirurgico ? stato messo in corretta posizione, ad esempio in una dedicata ?tasca? in attesa di venire attuato e che il robot abbia preparato i suoi mezzi di attuazione dello strumento chirurgico (stato di ?pronto? o ?ready?), quale ad esempio una estensione di pistoni motori.

Al superamento di detta verifica 1), il robot fornisce un segnale di conferma (ad esempio, luce verde e segnale acustico).

Preferibilmente successivamente, ma anche contestualmente, il robot procede con i controlli seguenti:

2) Verifica che il dispositivo master sia all?interno di uno spazio di lavoro predisposto per lo stesso dispositivo master.

Questo pu? essere ad esempio effettuato mediante un sotto-sistema di inseguimento, o ?tracking?, del dispositivo master, compreso nel sistema robotico. Ad esempio, il sistema robotico pu? essere provvisto di un generatore di campo magnetico di tracking, solidale alla console master.

Secondo un?opzione implementativa, il sistema robotico ? provvisto di un sistema di tracking ottico. Ad esempio, il sistema di tracking ottico comprende un sistema stereoscopico di telecamere ed ? in grado di identificare univocamente la posa del dispositivo master all?interno di un predeterminabile spazio di lavoro.

Premendo il pedale di comando, il robot elabora le informazioni provenienti dal sotto-sistema di inseguimento per rilevare la presenza, o l?assenza, del dispositivo master all?interno di un predeterminabile spazio di lavoro.

3) Verifica che il dispositivo master sia strutturalmente integro.

Ci? pu? essere fatto ad esempio valutando che due sensori di tracking 134, 135 (ad esempio: sensori di tipo magnetometro e/o marker ottico) associabili al dispositivo master giacciano in un piano, confrontando il modello del dispositivo master con la posa corrente dei sensori di tracking. Ad esempio, tale confronto pu? indicare che le bacchette, o bracci, del corpo del dispositivo master sono o non sono deformate. Esempi di altri controlli di integrit? possono essere basati su misure di posizione e orientazione delle bacchette o bracci del dispositivo master.

4) Verifica che il chirurgo manifesti al robot l?intenzione di entrare in teleoperazione.

Ci? pu? essere fatto dal chirurgo premendo in chiusura le bacchette del dispositivo master. In tal caso, l?intenzione del chirurgo di entrare in teleoperazione viene rilevata verificando che l?angolo di apertura delle bacchette o bracci sia minore di una quantit? predeterminabile (DeltaM), ad esempio una frazione dell?apertura massima e/o dell?apertura iniziale dei bracci del dispositivo master, in tal modo rilevando avvicinamento tra i sensori di tracking 134, 135.

Secondo un?opzione implementativa, una leggera chiusura del grado di libert? di apertura/chiusura del dispositivo master corrisponde alla quantit? in grado di rilevare l?intenzione di entrare in teleoperazione.

In alternativa, ci? pu? essere fatto valutando la presenza dei master in un?area differente da quella di riposo in cui il master ? riposto.

Si noti che, qualora i controlli suddetti 1) e poi 2), 3), 4) ? che avvengono di preferenza in tempo reale, cio? in una frazione di secondo - diano esito positivo, il robot non entra ancora in una fase di teleoperazione, ma avvia una fase di allineamento in cui il dispositivo slave ? abilitato a muoversi (che pu? essere segnalata da un rispettivo segnale acustico o visivo).

Qualora anche solo uno dei suddetti controlli dia esito negativo, allora il robot emette un segnale (acustico e/o video) di avviso anomalia, ed ? necessario rilasciare il pedale e poi premerlo nuovamente per riprovare, in altri termini ricominciando dalla fase di manifestare l?intenzione di entrare in teleoperazione.

In una forma realizzativa l?utente riceve comunicazione acustica, video o tramite vibrazione dei master dell?entrata in fase di allineamento cos? come pure dell?entrata in completa teleoperazione.

In una forma realizzativa, l?utente riceve informazioni relative le azioni da fare per superare detti primi controlli dopo la pressione del pedale quali: mantenere il master nell?area di lavoro, esercitare intenzione di teleoperazione tramite chiusura, muovere il master con in una direzione di orientazione per superare la soglia di controllo.

Nella fase di allineamento, vi ? una non corrispondenza tra il movimento del dispositivo master, tenuto in mano dal chirurgo e che potrebbe anche temporaneamente restare fermo, e quello del dispositivo slave: infatti, il dispositivo slave dovr? recuperare il disallineamento rispetto al dispositivo master. In altri termini uno degli obiettivi della fase di allineamento ? proprio fare recuperare allo strumento chirurgico del dispositivo slave eventuali errori di orientazione rispetto al dispositivo master prima di procedere alla teleoperazione.

In questa fase, il movimento dello strumento chirurgico del dispositivo slave ? comunque ?intuitivo? per l?operatore in quanto rispetta una opportuna strategia di inseguimento e reagendo in maniera prevedibile ai movimenti ulteriori del dispositivo master non vincolato e tenuto in mano dall?operatore, pur non necessariamente riproducendo fedelmente, scalato, il movimento del dispositivo master. Si osservi che le punte dello strumento chirurgico del dispositivo slave potrebbero essere in questa fase in prossimit? del paziente, e quindi ampi movimenti incontrollati del dispositivo slave devono essere assolutamente evitati. Per questo motivo, durante la fase di allineamento il punto di controllo che individua lo strumento chirurgico slave pu? compiere solo movimenti di pura rotazione, senza mai traslare. In altri termini, prevedendo che lo strumento chirurgico del dispositivo slave compia solo rotazioni, per raggiungere l?allineamento, senza muoversi in traslazione, si evitano ampi movimenti incontrollati lato slave.

Allo scopo di minimizzare il movimento del dispositivo salve durante la fase di allineamento, detta fase di allineamento pu? essere intesa in due sotto-fasi: A) allineamento senza movimento slave e B) allineamento con movimento slave, come spiegato pi? in dettaglio nel seguito. La transizione tra le due sotto-fasi pu? venire continuamente valutata dal robot e pu? avvenire in entrambe le direzioni anche ripetutamente. Complessivamente la fase di allineamento si conclude o con l?ingresso in uno stato di teleoperazione masterslave o con il fallimento.

Come precedentemente esposto, il dispositivo master pu? essere simmetrico geometricamente e/o funzionalmente e lo strumento chirurgico del dispositivo slave pu? presentare una simmetria almeno funzionale.

Secondo un?opzione implementativa, sia il dispositivo master che lo strumento chirurgico slave risultano orizzontalmente e longitudinalmente simmetrici, cio? per ognuno dei dispositivi master e slave ? definibile una direzione longitudinale (asse di simmetria) data dall?intersezione dei relativi due piani di simmetria (simmetria biplanare).

Quando il dispositivo master ? simmetrico, due configurazioni del dispositivo master simmetriche rispetto all?asse longitudinale risultano indistinguibili all?operatore risultando funzionalmente e geometricamente equivalenti. Secondo tale opzione implementativa, due configurazioni del dispositivo slave simmetriche rispetto alla propria direzione longitudinale risultano funzionalmente equivalenti, e di preferenza anche geometricamente equivalenti e indistinguibili.

Secondo tale opzione implementativa, il sistema robotico pre-elabora l?orientazione spaziale del dispositivo master prima di essere trasposta nello spazio slave come ?master frame in slave workspace? MFS. La preelaborazione pu? comprendere applicare alla posa master MF una delle due possibili funzioni di trasformazione che sfruttano le propriet? di simmetria tra i dispositivi master e slave, ossia:

(i) applicare la funzione di trasformazione ?flip?, ovvero ruotare di 180? la posa master attorno al suo asse di simmetria longitudinale oppure

(ii) applicare la funzione di trasformazione ?identit??, ovvero non modificare la posa master di partenza.

Sulla base dell?orientazione reciproca e/o assoluta dei dispositivi master e slave e/o da altre condizioni basate sullo stato interno e/o esterno del sistema robotico, il sistema robotico seleziona tra le funzioni ?identit?? e ?flip? quale utilizzare per il calcolo dell?orientazione target da utilizzarsi per l?inseguimento. La scelta viene conseguita in accordo con uno o pi? dei criteri qui di seguito descritti.

CRITERIO FLIP 1) - Tra ?identit?? e ?flip?, viene scelta la funzione di trasformazione che minimizza una funzione pesata della distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti (ad esempio, articolazioni dello strumento chirurgico del dispositivo slave, e/o dei micromanipolatori del dispositivo slave) del dispositivo slave e quelle dei giunti relativi alla risultante posa target ?master frame in slave workspace? MFS.

CRITERIO FLIP 2) - Tra ?identit?? e ?flip?, viene scelta la funzione di trasformazione la cui risultante posa ?master frame in slave workspace? MFS minimizza l?errore asse-angolo rispetto allo ?slave frame? SF.

CRITERIO FLIP 3) - Tra ?identit?? e ?flip?, viene scelta la funzione di trasformazione la cui risultante ?master frame in slave workspace? MFS che massimizzi la distanza dai limiti dello spazio di lavoro slave. In questo modo viene ridotta la probabilit? che l?operatore fuoriesca dallo spazio di lavoro durante la successiva fase di teleoperazione.

CRITERIO FLIP 4) - Tra ?identit?? e ?flip?, viene scelta la funzione di trasformazione tale per cui la traiettoria necessaria al dispositivo slave per convergere alla risultante ?master frame in slave workspace? MFS sia la pi? breve in termini di distanza angolare percorsa e/o di tempo di allineamento necessario e/o ottimizzi criteri legati alla sicurezza del paziente.

Secondo un'opzione implementativa, tale traiettoria potrebbe tener conto di eventuali ingombri e/o zone critiche in prossimit? del dispositivo slave.

Secondo un?opzione implementativa, il sistema robotico seleziona la funzione di trasformazione che meglio soddisfa uno o pi? criteri di scelta ad ogni ciclo di controllo della fase di allineamento. Secondo tale opzione implementativa, l?ultima funzione di trasformazione scelta durante la fase di allineamento verr? utilizzata durante tutta la durata della successiva teleoperazione.

Secondo una diversa implementazione, la scelta della funzione di trasformazione utilizzata avviene solo negli istanti iniziali della fase di allineamento.

Secondo una diversa implementazione, la scelta della funzione di trasformazione utilizzata viene effettuata soltanto durante la fase di allineamento senza movimento.

Secondo un?opzione implementativa che prevede la simmetria di ciascuno dei dispositivi master (simmetria geometrica) e strumento chirurgico slave (simmetria almeno funzionale che pu? essere anche geometrica) rispetto ad un rispettivo definibile asse longitudinale, o un rispettivo definibile almeno un piano longitudinale, il robot valuta l?orientazione spaziale del dispositivo master nello spazio slave (?master frame in slave workspace? MFS) in due possibili configurazioni, ossia (i) la configurazione ottenuta direttamente dalla posa del dispositivo master, e (ii) la configurazione ottenuta ruotando di 180? (?flip?) il corpo del dispositivo master attorno alla sua direzione di estensione longitudinale. Il robot sceglie quindi la configurazione che soddisfa uno o pi? dei seguenti requisiti (qui definiti ?MASTERMAP?).

MASTERMAP 1) - Viene scelta la ?master frame in slave workspace? MFS che minimizza una funzione pesata del movimento dei giunti (ad esempio, articolazioni dello strumento chirurgico del dispositivo slave, e/o dei micromanipolatori del dispositivo slave) del sistema robotico. In questo modo ? possibile minimizzare durante la fase di allineamento il movimento di uno o pi? giunti del sistema robotico, evitando possibili derive verso i limiti dello spazio di lavoro slave fisico.

MASTERMAP 2) - Viene scelta la ?master frame in slave workspace? MFS che minimizza l?errore asse-angolo con ?slave frame? SF. In questo modo ? possibile minimizzare durante la fase di allineamento il movimento fisico del dispositivo slave percepito dall?operatore.

MASTERMAP 3) - Viene scelta la ?master frame in slave workspace? MFS che minimizza la distanza tra l?orientazione finale di ?slave frame? SF e i limiti dello spazio di lavoro fisico slave. In questo modo viene diminuita la probabilit? che l?operatore fuoriesca dal workspace fisico imposto dalla cinematica dei giunti del sistema robotico nella successiva fase di teleoperazione.

Indipendentemente dalla sotto-fase della fase di allineamento in atto, in ogni istante il robot utilizza la ?master frame in slave workspace? MFS che meglio soddisfa il criterio di scelta adottato. La ?master frame in slave workspace? MFS utilizzata in teleoperazione sar? l?ultima ?master frame in slave workspace? MFS scelta durante la fase di allineamento.

Secondo una diversa implementazione, la ?master frame in slave workspace? MFS viene fissata utilizzando uno dei criteri sopra elencati non appena comincia la fase di allineamento.

Secondo una diversa implementazione, la ?master frame in slave workspace? MFS viene fissata utilizzando uno dei criteri sopra elencati soltanto in una sotto-fase della fase di allineamento in cui il dispositivo slave non ? in movimento.

Di seguito sono descritte pi? nel dettaglio le due sotto-fasi A, B che descrivono il processo di allineamento.

La prima sotto-fase A dell?allineamento ? una fase di ?allineamento senza movimento dello slave?. Tale sotto-fase A non prevede alcun movimento del dispositivo slave e non completa l?allineamento master-slave.

In questa sotto-fase A, il robot esegue ulteriori controlli, tra cui i seguenti.

A1) Verifica che il dispositivo master ha un?orientazione tridimensionale raggiungibile dal dispositivo slave, cio? che ? fattibile un movimento del dispositivo slave che permetta di raggiungere l?orientazione del dispositivo master. In altri termini, il robot verifica che l?orientazione del dispositivo master identificata da ?master frame in slave workspace? MFS abbia un?orientazione tridimensionale tale che esista una traiettoria interna allo spazio di lavoro slave che converga a ?master frame in slave workspace? MFS. Non necessariamente il robot elabora il percorso pi? breve di allineamento, in quanto pu? tener conto di condizioni al contorno dettate dall?anatomia del paziente o altre condizioni operatorie, nonch? da criteri di ottimizzazione e sicurezza della traiettoria.

Va sottolineato che la punta o beccuccio 142, 143 dello strumento chirurgico del dispositivo slave identificata dalla terna ?slave frame? SF rispetto a un sistema di riferimento ?slave frame origin? SFO si riferisce ad un punto di controllo appartenente allo strumento chirurgico slave ovvero un punto virtuale rigidamente associato allo strumento chirurgico slave. Il punto di controllo deve muoversi in questa fase solo per pure rotazioni, evitando traslazioni. Questo contribuisce ad evitare potenziali rischi catastrofici per il paziente.

Secondo diverse opzioni implementative, il controllo eseguito dal software del robot pu? essere effettuato tenendo come punto/i di controllo/i le suddette punte, oppure dei punti virtuali che non coincidono con l?estremit? libera della punta (?tip?), ma, ad esempio al punto o nell?intorno del punto del beccuccio o punta destinato ad afferrare con contatto l?ago chirurgico.

A2) Verifica che la distanza angolare tra il dispositivo master identificato da ?master frame in slave workspace? MFS e il dispositivo slave identificato da ?slave frame? SF, sia limitata da una quantit? DELTA V. Secondo un?opzione implementativa quindi, viene accettata dal robot anche un?orientazione delle punte 142, 143 dello strumento chirurgico slave che ? sopra soglia di un predeterminabile valore di tolleranza ?DELTA V?. Tale valore di ?DELTA V? pu? essere predeterminabile in dipendenza di vari parametri quali ad esempio l?orientazione assoluta delle punte del dispositivo slave.

Secondo diverse opzioni implementative, il calcolo del valore di DELTA V pu? essere realizzato mediante le seguenti metodologie di calcolo:

- DELTAV 1) Metodo di calcolo ?angoli di Eulero?. In questa opzione implementativa, si definisce si definisce il vettore di angoli di Eulero (MEUL) del frame ?master frame in slave workspace? MFS rispetto al sistema di riferimento ?slave frame origin? SFO ed il suo corrispettivo vettore slave (SEUL) di ?slave frame? SF relativo a ?slave frame origin? SFO. DELTA V ? dunque definito anch?esso come vettore di 3 elementi espresso in un?unit? di misura angolare. In questo caso la verifica A2 ? superata se:

|MEUL i ? SEUL i| < DELTA V

per ogni elemento i del vettore.

Per l?estrazione degli angoli di Eulero ? possibile utilizzare la convenzione RPY (?roll-pitch-yaw?) o una qualsiasi delle altre 11 sequenze di assi uguali non consecutivi contemplati dal di per s? noto metodo di rappresentazione angoli di Eulero. Una scelta possibile per DELTAV ? tra 5? e 15?.

- DELTAV2) Metodo di calcolo ?Quaternion Distance?. In questa opzione implementativa, viene valutata la distanza angolare (EA) tra i quaternioni (QM e QS) associati rispettivamente ai frame ?master frame in slave workspace? MFS e ?slave frame? SF nel sistema di riferimento ?slave frame origin? SFO, ovvero la quantit? scalare di rotazione della trasformazione relativa tra ?master frame in slave workspace? MFS e ?slave frame? SF. DELTAV ? dunque definito come uno scalare espresso in un?unit? di misura angolare. In questo caso la verifica A2 ? superata se:

|EA| < DELTA V.

Un valore di DELTAV compreso tra 5? e 15? pu? essere scelto.

-DELTAV3) Metodo di calcolo ?Twist & Swing?. In questa opzione implementativa, la rotazione che porta il ?slave frame? SF nel ?master frame in slave workspace? MFS (ovvero quella necessaria per l?allineamento) viene vista come composizione di due rotazioni ovvero: (i) una rotazione di twist (RT) del dispositivo slave rispetto alla dimensione principale, ossia l?estensione longitudinale, delle punte dello strumento chirurgico; (ii) una rotazione di swing (RS) del dispositivo slave rispetto ad un altro asse ortogonale alla dimensione principale, ossia l?estensione longitudinale, delle punte dello strumento chirurgico. DELTA V ? dunque definito come vettore di due elementi che esprime la quantit? di rotazione in un?unit? di misura angolare delle rotazioni RS e RT suddette. In questo caso la verifica A2 ? superata se:

| vect(RT, RS) i | < DELTA V i

per entrambi gli elementi i del vettore. Il primo componente pu? avere un margine maggiore (e.g. da 5? a 30?) mentre il secondo minore (e.g. da 5? a 15?).

Secondo diverse opzioni implementative, la quantit? DELTA V pu? essere arbitrariamente scelta tanto grande da rendere la condizione A2 sempre vera per qualsiasi coppia ?slave frame? SF e ?master frame in slave workspace? MFS.

Secondo diverse opzioni implementative, la quantit? DELTA V pu? essere fissa o variabile dipendente da ?slave frame? SF, ?master frame in slave workspace? MFS, dal fattore di scala (?scaling?) scelto o da combinazioni di questi e altri stati interni del software del sistema robotico.

Qualora i controlli A1 e A2 siano superati positivamente, il robot entra nella seconda sotto-fase dell?allineamento, cio? la sotto-fase B di ?allineamento con movimento dello slave?.

Nel corso di tale sotto-fase, il dispositivo slave si muove per raggiungere l?orientazione del dispositivo master. In altri termini ?slave frame? SF si muove per raggiungere ?master frame in slave workspace? MFS.

Durante la sotto-fase B:

(i) se il dispositivo master ? fermo, il dispositivo slave compie una traiettoria che lo porta ad orientarsi come il dispositivo master;

(ii) se il dispositivo master nel frattempo si sta muovendo, cio? se il dispositivo master si muove durante la sotto-fase B, allora il dispositivo slave si muover? con una traiettoria atta a convergere alla orientazione corrente del ?master frame in slave workspace?.

Di preferenza, anche durante questa sotto-fase B, i suddetti controlli sul master 2), 3), 4), precedentemente descritti, sono effettuati in modo continuativo, e il robot esce dalla fase di allineamento e/o dalla sotto-fase B di allineamento con movimento, nel momento in cui almeno uno di tali controlli sul master 2), 3), 4) d? esito negativo.

Secondo un?opzione implementativa, il robot esce dalla sotto-fase B di allineamento con movimento e ritorna alla sotto-fase A di allineamento senza movimento.

Durante la sotto-fase B di allineamento con movimento, la traiettoria compiuta dal dispositivo slave rispetta una o pi? delle seguenti strategie di controllo: B1) la velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento ? costante;

B2) la velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento ? limitata, ossia inferiore ad una certa soglia;

B3) la velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento ? limitata, e questo limite ? direttamente proporzionale al tempo di permanenza nella fase di allineamento.

B4) la velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento ? limitata dal minore dei limiti di velocit? definiti sopra.

B5) la soglia di velocit? angolare istantanea della traiettoria di allineamento ? inversamente proporzionale alla norma del vettore DELTA V calcolato con uno qualunque dei metodi precedentemente menzionati, in altre parole cresce con la diminuzione dell?angolo di disallineamento master-slave.

La traiettoria di allineamento ? opportunamente costruita per soddisfare uno o pi? dei seguenti requisiti:

B6) la traiettoria segue il percorso pi? breve; B7) la traiettoria segue il percorso pi? agevole, determinato sulla base delle attuali condizioni operatorie;

B8) la traiettoria segue un percorso dettato da criteri di massimizzazione della sicurezza dell?utente.

Durante la sotto-fase B di allineamento con movimento, la chiusura (grip) dello strumento chirurgico slave converge a quella del dispositivo master con una traiettoria soddisfacente uno o pi? requisiti B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8. Durante la sotto-fase B di allineamento con movimento, le condizioni A1 e A2 vengono continuamente controllate in tempo reale, a periodi dell?ordine di piccole frazioni di secondo.

Qualora almeno uno dei suddetti controlli A1-A2 non venisse superato, allora il robot torna alla sotto-fase A di allineamento senza movimento dello slave in attesa che entrambe le verifiche A1-A2 siano positive.

Se invece tutti i suddetti controlli A1-A2 danno esito positivo, allora il robot rimane nella sotto-fase B sino al completamento della fase di allineamento.

Si noti che, anche durante questa sotto-fase B, i suddetti controlli sul master 2), 3), 4), precedentemente descritti, sono effettuati in modo continuativo, e il robot esce dalla sotto-fase B di allineamento con movimento, ritornando nella sotto-fase A di allineamento senza movimento. In questo caso sar? possibile rientrare nella sotto-fase B solo quando anche le condizioni 2) 3) e 4) saranno nuovamente tutte rispettate.

La fase di allineamento viene completata quando, durante la sotto-fase B, si verificano le seguenti condizioni:

COND-TELEOP 1) - il grado di apertura/chiusura (grip) del dispositivo master e del dispositivo slave sono equivalenti (a patto di un errore DeltaGrip);

COND-TELEOP 2) - l?errore di orientazione tra il dispositivo master (cio? ?master frame in slave workspace? MFS) e il dispositivo slave (?slave frame? SF) risulta minore di una quantit? Delta U anche detta errore di orientazione Delta U. Il calcolo dell?errore di orientazione Delta U pu? essere valutato mediante uno qualsiasi dei metodi di calcolo gi? descritti per il caso di DELTA V.

Nel caso le suddette condizioni CONDIZ-TELEOP 1 e 2 non vengano raggiunte entro un tempo Timeout A, il sistema robotico termina immediatamente la fase di allineamento e sar? necessario rilasciare il pedale di comando prima di ricominciare una nuova fase di allineamento.

Secondo un?opzione implementativa preferita, nella transizione tra fase di allineamento e fase di teleoperazione viene determinata quale delle due possibili opposte configurazioni ?master frame in slave workspace? MFS verr? utilizzata nel resto della teleoperazione. In aggiunta, vengono preferibilmente definiti gli offset di traslazione di ?master frame in slave workspace? MFS che permettono, nel primissimo istante di ingresso in teleoperazione, di ottenere una posizione relativa del dispositivo master coincidente all?origine di ?slave frame? SF rispetto al sistema di riferimento ?slave frame origin? SFO.

Secondo un?ulteriore opzione implementativa, alla perdita di una o pi? delle condizioni precedenti, segue che il robot esce dalla sotto-fase B di allineamento con movimento e ritorna alla sotto-fase A di allineamento senza movimento. In questo caso sar? possibile rientrare nella sotto-fase B solo quando anche le condizioni 2) 3) e 4) saranno nuovamente rispettate.

La fase di teleoperazione prevede che in una prima fase di durata limitata i movimenti siano limitati in termini di velocit? e/o accelerazione, in modo da evitare scatti di movimento del dispositivo slave durante la transizione dalla fase di allineamento alla fase di teleoperazione.

Secondo un?opzione implementativa, una volta che il robot entra nella fase di teleoperazione, il pedale di comando deve essere rilasciato entro un certo tempo di timeout T, ad esempio compreso tra 3 e 20 s. Se il pedale non viene rilasciato entro tale tempo, il sistema robotico esce dallo stato di teleoperazione e sar? necessario rilasciare il pedale e ricominciare la sequenza di allineamento.

Quanto sopra descritto, si riferisce al caso in cui si ha un solo dispositivo master e un solo dispositivo slave.

In una forma di realizzazione preferita del sistema, in cui si hanno due dispositivi master e due dispositivi slave, la strategia di controllo si articola nel modo seguente:

- entrambe le coppie master-slave 1 e 2 devono entrare in fase di allineamento insieme (contemporaneamente);

- entrambe le coppie master-slave 1 e 2 devono entrare in fase di teleoperazione insieme (contemporaneamente).

Di conseguenza:

(i) se una delle due coppie master slave non entra in fase di allineamento (ad esempio, lo strumento chirurgico ? non ingaggiato e fallisce il check 1, oppure il chirurgo non ha espresso volont? di operare su uno dei master, e fallisce il check 4), si pu? proseguire con l'allineamento di una sola delle due coppie, e poi si pu? ulteriormente teleoperare con la sola coppia master-slave che ha superato tutti i controlli;

(ii) se una delle due coppie (ad esempio, la coppia master-slave 2) non entra in teleoperazione, ma entrambe le coppie sono gi? entrate in fase di allineamento, il robot attende sino a che entrambe le coppie master-slave 1 e 2 sono allineate, prima di entrare in teleoperazione; questo processo pu? durare alcuni secondi.

In questo caso, qualora non si riesca a raggiungere l'allineamento, non ? consentita la teleoperazione con una sola coppia master-slave, e si deve tornare all?inizio dell?intera procedura, cio? l?operatore deve rilasciare il pedale e poi premerlo nuovamente.

In una forma di realizzazione preferita del sistema, la strategia di controllo si articola nel modo seguente:

COND1) - se entrambe le coppie master-slave 1 e 2 entrano in fase di allineamento, esse lo fanno insieme (contemporaneamente).

COND2) - se entrambe le coppie master-slave 1 e 2 sono entrate in fase di allineamento, esse entreranno eventualmente in fase di teleoperazione insieme (contemporaneamente).

Di conseguenza:

(COND1) se una delle due coppie master slave non entra in fase di allineamento (ad esempio, lo strumento chirurgico ? non ingaggiato e fallisce la condizione 1), oppure il chirurgo non ha espresso volont? di operare su uno dei dispositivo master, e fallisce la condizione 4), si pu? proseguire con l'allineamento di una sola delle due coppie master-slave, che sar? anche l?unica ad entrare in teleoperazione una volta ultimata la fase di allineamento.

(COND2) Se una solo una delle due coppie (ad esempio, la coppia master-slave 2) non soddisfa la condizione di allineamento, ma entrambe le coppie sono entrate precedentemente in fase di allineamento, il robot attende sino a che entrambe le coppie master-slave 1 e 2 sono soddisfino suddetta condizione, prima di entrare in teleoperazione.

In questo caso, qualora non si riesca a raggiungere l'allineamento, non ? consentita la teleoperazione con una sola coppia master-slave.

In caso il tempo predefinito venga esaurito, il processo di allineamento fallir? per entrambe le coppie master-slave e l?operatore deve rilasciare il pedale prima di ricominciare un nuovo tentativo di ingresso in teleoperazione.

Secondo diverse opzioni implementative, COND1) pu? essere rilassata, permettendo a entrambe le coppie master-slave di entrare in fase di allineamento in maniera temporalmente differita (a patto che la coppia ?in anticipo? sia ancora in fase di allineamento e non sia gi? entrata in fase di teleoperazione)

Secondo diverse opzioni implementative, COND2) pu? essere rilassata, permettendo a una coppia master-slave di entrare in teleoperazione mentre l?altra ? ancora in fase di allineamento. In questo caso, il dispositivo slave che entra in teleoperazione pu? muoversi di sole rotazioni oppure avere una limitata possibilit? di traslare.

Secondo una forma di realizzazione, ogni dispositivo master ? univocamente assegnato ad un rispettivo dispositivo slave, per cui il master destro deve stare a destra e comandare lo slave destro. In questo contesto, nel caso di due coppie master-slave, ? presente una condizione necessaria aggiuntiva per l?inizio della fase di allineamento, che ? la condizione 5) ?scambio destro sinistro?: in caso di pi? coppie master-slave, la posizione del frame relativo al master destro nel sistema di riferimento ?MFO? deve trovarsi a ?destra? rispetto al frame relativo al master sinistro. La valutazione di ?destra? e ?sinistra? viene fatta proiettando le coordinate dei frame dei master lungo una direzione in MFO coincidente con il concetto naturale di destra e sinistra dal punto di vista dell?operatore. Nel caso i master risultino ?scambiati?, alla pressione del pedale di controllo non ? possibile cominciare la fase di allineamento ma viene comunicato all?operatore, tramite messaggio a video, di scambiare i master.

Secondo diverse opzioni implementative, la condizione 5) pu? essere rilassata o estesa a tutta la fase di allineamento. In quest?ultimo caso, soddisfare la condizione 5) si aggiunger? alle condizioni A1 e A2 per la persistenza della coppia master-slave nella sotto-fase B di allineamento con movimento.

Si noti che i parametri DELTA V, Delta U nonch? le strategie di costruzione delle traiettorie durante la fase di allineamento delle due coppie master-slave sono in generale indipendenti tra loro, e possono dipendere dallo stato del sistema robotico nonch? dalla tipologia di strumento chirurgico ingaggiato.

In una forma di realizzazione, DELTA V ? maggiore di Delta U, cio? la soglia di disallineamento accettabile ? maggiore in sotto-fase A di allineamento senza movimento rispetto a quando in sotto-fase B di allineamento con movimento. Ad esempio: la terna DELTA V ? calcolata con un metodo angoli di Eulero con valore compreso nell?intervallo 10?-90? / 10?-60? / 10?-85? e Delta U ? un valore calcolato con metodo ?Quaternion distance? compreso nell?intervallo 0?-10?.

Secondo diverse opzioni implementative, DELTA V, Delta U delle coppie master-slave possono dipendere dallo stato attuale della procedura di allineamento. Ad esempio, la convergenza di una delle coppie o il tempo trascorso dall?inizio della fase di allineamento pu? ampliare i margini di tolleranza DELTA V e Delta U in modo da aumentare l?usabilit? del sistema robotico.

In sintesi, l?esempio implementativo sopra illustrato in dettaglio pu? essere sintetizzato nel modo seguente:

- il chirurgo preme il pedale e lo mantiene premuto sino al termine della procedura di allineamento;

- il sistema ? configurato per svolgere dei controlli o check sui seguenti aspetti, riguardanti lo stato del robot nonch? controllo/i sullo stato operatore, osservato mediante lo stato del dispositivo master:

- CHECK 1): lo strumento chirurgico slave ? ingaggiato con il dispositivo slave;

- CHECK 2): il dispositivo master si trova all?interno dello spazio di lavoro previsto;

- CHECK 3): il dispositivo master ? volontariamente impugnato dall?operatore (in un?opzione implementativa viene verificato che esso non sia completamente aperto, ma leggermente chiuso, per esprimere la volont? dell?operatore di entrare nella fase di teleoperazione); questo controllo pu? verificare inoltre che la qualit? del segnale del sistema di tracking del dispositivo master soddisfa opportuni predefiniti criteri di qualit?;

- CHECK 4): la struttura del dispositivo master ? integra, alla luce di uno o pi? test di integrit? strutturale;

- CHECK5) in caso di volont? di entrare in teleoperazione con entrambi gli strumenti (check da 1 a 4 rispettati per due dispositivi master), entrambi i dispositivi master sono impugnati nel modo giusto, ossia volontariamente impugnati dall?operatore contemporaneamente.

Se tutti i controlli sopra menzionati sono superati positivamente, il sistema robotico fornisce all?utente un segnale, audio e/o video, di conferma.

Si entra in una fase di allineamento, ed in particolare in una sotto-fase di ?allineamento senza movimento dello slave?. Secondo un?opzione implementativa, in caso di due dispositivi master, ogni coppia master-slave entra nella sotto-fase A della fase di allineamento indipendentemente dall?altra. Nella detta sotto fase A:

- A1: si controlla se il master ha un?orientazione raggiungibile dallo slave;

-A2: si controlla che la distanza tra l?orientazione del dispositivo master e quella del dispositivo slave sia inferiore a una quantit? DELTA V.

Se si verifica quanto sopra, si entra in una sottofase B di ?allineamento con movimento? dello slave, nella quale il dispositivo slave viene mosso per raggiungere il dispositivo master, ed in particolare l?orientamento e il grado di apertura/chiusura comandati dal dispositivo master rispettivo. In caso una delle condizioni A1 o A2 viene a mancare, il dispositivo robotico torna nella sotto-fase A della fase di allineamento.

Durante la sotto-fase di allineamento B, il dispositivo slave si muove di sole rotazioni con traiettorie che rispettano dinamiche di controllo come descritto in precedenza.

Laddove vi sia simmetria dei corpi dei dispositivi master e slave rispetto al rispettivo asse/piano longitudinale, ? possibile comandare il dispositivo slave sia con il ?master frame in slave workspace? MFS sia con la sua versione ruotata di 180? rispetto alla dimensione principale, ossia l?estensione longitudinale, del dispositivo master. Per questo motivo, in entrambe le sotto-fasi, pu? venire continuamente deciso quale delle due versioni di ?master frame in slave workspace? MFS usare sulla base di determinati criteri di ottimizzazione descritti sopra.

Se durante una qualsiasi delle sotto-fasi, una delle condizioni da CHECK2-CHECK4 viene a cadere, il sistema robotico interrompe immediatamente la fase di allineamento. Altre opzioni implementative gi? descritte nel documento rilassano questa condizione.

Se dopo un tempo predefinito il sistema robotico ? ancora in fase di allineamento, la fase di allineamento termina senza entrare in teleoperazione. Diversamente, se entro un tempo predefinito tutte le coppie master-slave che hanno cominciato l?allineamento si sono effettivamente al loro interno allineate (a patto di detto errore Delta U), il sistema robotico entra in teleoperazione.

Entrando in teleoperazione, per ognuna delle coppie master-slave viene congelata la versione di ?master frame in slave workspace? MFS utilizzata e vengono definiti gli offset traslazionali tra lo spazio master e lo spazio slave.

Secondo un?opzione implementativa, all?inizio della fase di teleoperazione, accelerazioni e velocit? slave sono limitate per un certo finito periodo di tempo iniziale.

Una volta in teleoperazione, il pedale di comando deve essere rilasciato entro un certo tempo, pena l?interruzione forzata della teleoperazione. L?operatore ? in grado di distinguere la presenza nella fase di allineamento e la transizione alla fase di teleoperazione mediante un cambiamento di interfaccia audio e video. Secondo un?opzione implementativa, il robot emette un suono intermittente durante la fase di allineamento. Tale suono viene concluso con diversi altri suoni, distinguibili tra loro, nel caso l?ingresso in teleoperazione abbia avuto successo o nel caso in cui la fase di allineamento sia fallita.

Nell?esempio illustrato in figura 1, ? mostrata schematicamente la fase di allineamento in cui il dispositivo slave 170 ? abilitato a muoversi nello spazio di lavoro slave 175 per allinearsi al dispositivo master 110 (nell?esempio illustrato ? mostrata con ombreggiatura e in linea continua la posa di partenza dello strumento chirurgico slave 170 e senza ombreggiatura in linea tratteggiata la posa target dello strumento chirurgico slave 170 che ? allineata alla posa del dispositivo master 110), ed in cui il punto di controllo 600 dello strumento chirurgico slave 170 compie esclusivamente movimenti di pura rotazione per allinearsi alla posa del dispositivo master 110.

Nell?esempio della figura 1, il corpo del dispositivo master comprende due parti rigide solidali a rispettivi sensori o marker 134, 135 vincolate in un giunto rotazionale a ruotare attorno ad un asse comune.

Nell?esempio illustrato in figura 2, ? mostrato schematicamente uno strumento chirurgico slave 170 comprendente un polsino articolato munito di giunti di movimento di roll R, pitch P e yaw Y, nonch? munito di un grado di libert? di apertura/chiusura (o grip G) tra le punte 142, 143, in cui il punto di controllo 600 ? abilitato a compiere esclusivamente movimenti di pura rotazione durante la fase di allineamento. Le punte 142, 143 sono mostrate entrambe incernierate attorno all?asse di yaw Y.

L?esempio di figura 6 illustra schematicamente la scelta della funzione identit? o della funzione flip in accordo con quanto sopra descritto.

Nell?esempio illustrato in figura 6bis ? mostrato un dispositivo master non vincolato 110 avente corpo simmetrico geometricamente rispetto ad un asse longitudinale X-X, in cui il corpo del dispositivo master comprende due parti rigide solidali a rispettivi sensori o marker 134, 135 vincolate in un giunto rotazionale a ruotare attorno ad un asse comune; nell?esempio illustrato il corpo del dispositivo master 110 ? mostrato impugnato da un chirurgo 150 in due configurazioni (a) e (b) ruotate di 180? l?una rispetto all?altra attorno all?asse longitudinale X-X. La simmetria qui mostrata schematicamente ? di tipo geometrico sia per il master sia per lo slave, ancorch? il dispositivo slave e/o il dispositivo master possa non essere geometricamente simmetrico risultando comunque funzionalmente simmetrico.

Come sopra descritto, non necessariamente il dispositivo master 110 comprende due parti rigide vincolate in un giunto rotazionale a ruotare attorno ad un asse comune per controllare un asservito grado di apertura/chiusura o grip G, e ad esempio il dispositivo master pu? comprendere due parti rigide vincolate a traslare l?una rispetto all?altra lungo un asse comune e/o un pulsante e/o una interfaccia sensorizzata ad esempio comprendente un sensore di presenza o di contatto per comandare un asservito grado di libert? di apertura/chiusura o grip G.

La figura 7 mostra una realizzazione di un sistema robotico teleoperato 700 in cui sono mostrati due dispositivi master 710, 720 tenuti in mano da un chirurgo 750 all?interno di uno spazio di lavoro 715 solidale con una console 755, ed un asservito dispositivo slave 740 comprendente due strumenti chirurgici slave 770, 780 rispettivamente asserviti ai due dispositivi master 710, 720.

L?esempio illustrato in figura 8 mostra una regione di riposo o di stivamento 818 all?interno dello spazio di lavoro master 815 solidale alla console 855, in cui i dispositivi master non vincolati 810, 820 sono mostrati tenuti in mano da un chirurgo 850, ed in cui il robot pu? verificare che i dispositivi master 810, 820 non si trovino all?interno della regione di stivamento 818.

La figura 9 illustra due dispositivi master non vincolati 910, 920 tenuti in mano da un chirurgo 950, in cui il robot verifica che ciascun dispositivo master 910, 920 si trovi all?interno del suo rispettivo spazio di lavoro 915, 925 (ciascuno spazio di lavoro 915, 925 destro e sinistro ? mostrato solidale alla console 955).

La figura 10 illustra due dispositivi master non vincolati 1010, 1020 tenuti in mano da un chirurgo 1050, in cui il robot verifica che entrambi i dispositivi master 1010, 1020 si trovino all?interno di uno spazio di lavoro 1015 (qui mostrato solidale alla console 1055) in una rispettiva relazione spaziale.

Come si pu? constatare, gli scopi della presente invenzione, come precedentemente indicati, sono pienamente raggiunti dal metodo sopra descritto, in virt? delle caratteristiche sopra illustrate in dettaglio.

Infatti, il metodo e il sistema sopra descritti consentono di effettuare in modo efficace procedure di allineamento master-slave e controlli su avvio teleoperazione, anche per dispositivo master meccanicamente non vincolati.

Le procedure e i controlli effettuati prima e durante l?allineamento, e prima della teleoperazione, possono essere articolati in vari modi, a seconda delle esigenze, e consentono di soddisfare un?ampia gamma di requisiti di sicurezza, anche molto stringenti, che vengono imposti nell?ambito della chirurgia o microchirurgia teleoperata mediante sistemi robotizzati.

Alle forme di realizzazione del metodo sopra descritto, un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potr? apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione pu? essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per avviare e/o preparare e/o condurre una teleoperazione svolta mediante un sistema robotico per teleoperazione medica o chirurgica, in cui detto sistema robotico comprende almeno un dispositivo master (110), impugnabile, meccanicamente non vincolato e atto ad essere movimentato da un operatore (150), e almeno un dispositivo slave (740) comprendente uno strumento chirurgico (170; 770; 780) atto ad essere comandato dal dispositivo master (110),

in cui il dispositivo master (110) ? funzionalmente simmetrico rispetto ad un unico predefinibile asse longitudinale (X) del dispositivo master,

in cui il metodo comprende:

- rilevare un sistema di riferimento locale (MF) del dispositivo master e il relativo asse longitudinale (X), rispetto ad un sistema di riferimento principale (MFO) dello spazio di lavoro del dispositivo master;

- definire una pluralit? di sistemi di riferimento locali equivalenti funzionalmente al sistema di riferimento locale rilevato, detti sistemi di riferimento locali essendo ruotati di un rispettivo angolo attorno a detto asse longitudinale (X) del dispositivo master; - mappare un corrispondente sistema di riferimento obiettivo in uno spazio di lavoro del dispositivo slave per ciascuno di detti sistemi di riferimento locali di dispositivo master di detta pluralit?, equivalenti funzionalmente al sistema di riferimento locale rilevato;

- scegliere un sistema di riferimento operativo, tra detta pluralit? di sistemi di riferimento locali equivalenti funzionalmente al sistema di riferimento locale rilevato, secondo criteri di ottimizzazione della traiettoria del dispositivo slave.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui:

- la fase di rilevare comprende inoltre rilevare una orientazione (MF) dell?asse longitudinale (X) del dispositivo master;

- la fase di mappare comprende inoltre mappare una corrispondente orientazione obiettivo (MFS), nello spazio di lavoro del dispositivo slave;

- la fase di scegliere comprende scegliere un sistema di riferimento operativo tale che la posa obiettivo associata risulti essere ottima, per convergere a detta corrispondente orientazione obiettivo (MFS).

3. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, in cui il metodo viene eseguito in una generica fase di allineamento tra dispositivo master e dispositivo slave, e/o in una condizione in cui lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? ancora allineato al dispositivo master.

4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, in cui il metodo viene eseguito durante una fase di allineamento, con movimento o senza movimento, tra dispositivo master e dispositivo slave, in una condizione in cui lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? ancora allineato al dispositivo master, ed in cui il dispositivo slave ? abilitato a muoversi in modo da allineare l?orientazione dello strumento chirurgico ad un orientamento del dispositivo master;

in cui il metodo comprende inoltre le fasi di:

- eseguire uno o pi? controlli di allineamento, basati sulle orientazioni dei dispositivi master e slave, come mappate nello spazio di lavoro del dispositivo slave;

- esprimere l?orientazione del dispositivo master rispetto a detto sistema di riferimento operativo scelto;

- mappare detta orientazione del dispositivo master, espressa rispetto al sistema di riferimento operativo scelto, nella corrispondente orientazione obiettivo nello spazio di lavoro del dispositivo slave, cio? stabilire una associazione biunivoca tra detta orientazione del dispositivo master e l?orientazione obiettivo dello strumento chirurgico del dispositivo slave;

- effettuare l?allineamento tra dispositivo slave e dispositivo master sulla base di detta orientazione obiettivo del dispositivo slave, ottenuta dalla mappatura della orientazione del dispositivo master espressa rispetto al sistema di riferimento operativo scelto.

5. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui gli angoli di rotazione tra i diversi sistemi di riferimento locali sono uguali, ovvero in cui sono previsti N sistemi di riferimento locali tra loro ruotati di un angolo pari a 2?/N.

6. Metodo secondo la rivendicazione 5, comprendente due sistemi di riferimento locali, un primo sistema di riferimento locale (MF-ID) solidale al dispositivo master e un secondo sistema di riferimento locale (MF-FLIP) solidale al dispositivo master, ruotato di 180? rispetto al primo sistema di riferimento attorno a detto asse longitudinale (X) del dispositivo master.

7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detta fase di definire un primo sistema di riferimento locale (MF-ID) e un secondo sistema di riferimento locale (MF-FLIP) comprende:

- definire il primo sistema di riferimento locale sulla base dell?orientazione del dispositivo master rilevata, ed associare ad esso una funzione di trasformazione identitaria (ID);

- definire il secondo primo sistema di riferimento locale applicando al primo sistema di riferimento locale una funzione di trasformazione di rotazione (FLIP) espressa da una matrice di rotazione di 180? rispetto all?asse longitudinale (X);

ed in cui detta fase di scegliere un sistema di riferimento operativo comprende scegliere una funzione da applicare al sistema di riferimento, tra dette funzione identitaria (ID) e funzione di rotazione (FLIP).

8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo master presenta una simmetria assiale rispetto a detto asse longitudinale (X), ed in cui il sistema robotico non necessita dell?allineamento rispetto a detto asse longitudinale (X), e quindi abilita l?ingresso in una fase di teleoperazione e/o opera nella fase di teleoperazione per qualsiasi rotazione del dispositivo master attorno all?asse longitudinale (X).

9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo master ? geometricamente simmetrico rispetto a detto asse longitudinale (X).

10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo slave, e in particolare il punto di controllo del dispositivo slave, ? movibile rispetto ad un asse di dispositivo slave, detto asse di dispositivo slave essendo in relazione con detto asse longitudinale del dispositivo master (X) secondo una predefinita correlazione.

11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui lo strumento chirurgico del dispositivo slave ? geometricamente e/o funzionalmente simmetrico, rispetto a detto asse di dispositivo slave.

12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, durante la fase di teleoperazione, in presenza di un movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale (X), ad opera della manipolazione dell?operatore, che avvenga in un tempo rapido, inferiore ad una predeterminata soglia temporale, il metodo prevede di:

- commutare il sistema di riferimento operativo, dall?uno all?altro di detti sistemi operativi locali di riferimento,

e/o

- disaccoppiare gli asserviti movimenti dello slave con riferimento ai soli movimenti asserviti a quelli comandati dall?asse longitudinale del master (X), sino a quando la velocit? di rotolamento del master non rientra al di sotto di detta soglia temporale.

13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, durante una fase di teleoperazione limitata e/o una fase di teleoperazione sospesa, nella quale il dispositivo slave ? asservito al dispositivo master solo su alcuni dei gradi di libert? controllabili, il metodo prevede di rivalutare quale della pluralit? di sistemi di riferimento operativi locali utilizzare per il calcolo della orientazione obiettivo del dispositivo master, in presenza di un movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale (X), ad opera della manipolazione dell?operatore, che avvenga in un tempo rapido, inferiore ad una predeterminata soglia temporale.

14. Metodo secondo la rivendicazione 12 o la rivendicazione 13, in cui detto movimento di rotazione attorno all?asse longitudinale (X), ad opera della manipolazione dell?operatore, corrisponde ad una rotazione di 180?.

15. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-14, in cui il dispositivo slave comprende giunti atti a consentire rotazioni e/o movimenti rispetto ad uno o pi? gradi di libert?, ed in cui detti uno o pi? criteri di scelta comprendono:

- calcolare una prima distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti del dispositivo slave e l?orientazione obiettivo del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, espressa rispetto a detto primo sistema di riferimento locale;

- calcolare una seconda distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti del dispositivo slave e l?orientazione obiettivo del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, espressa rispetto a detto secondo sistema di riferimento locale;

- scegliere il primo sistema di riferimento locale o il secondo sistema di riferimento del dispositivo master a seconda che sia minore la prima distanza o la seconda distanza, rispettivamente,

ovvero scegliere il sistema di riferimento locale che minimizza una funzione pesata della distanza tra le orientazioni e/o posizioni dei giunti del dispositivo slave e l?orientazione obiettivo del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave.

16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-14, in cui detti uno o pi? criteri di scelta comprendono:

- scegliere il sistema di riferimento locale che determina una risultante posa e/o orientazione del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, tale da minimizzare l?errore asseangolo rispetto al sistema di riferimento associato al dispositivo slave nello spazio di lavoro del dispositivo slave.

17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-14, in cui detti uno o pi? criteri di scelta comprendono:

- scegliere il sistema di riferimento locale che determina una risultante posa e/o orientazione del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, tale da massimizzare la distanza dai limiti predefiniti dello spazio di lavoro del dispositivo slave.

18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-14, in cui detti uno o pi? criteri di scelta comprendono:

- scegliere il sistema di riferimento locale che determina una risultante posa e/o orientazione del dispositivo master, mappata nello spazio di lavoro del dispositivo slave, tale per cui la traiettoria necessaria al dispositivo slave per convergere verso detta risultante posa e/o orientazione del dispositivo master sia la pi? breve in termini di distanza angolare percorsa e/o di tempo di allineamento necessario e/o ottimizzi criteri legati alla sicurezza del paziente.

19. Metodo secondo la rivendicazione 18, in cui detta traiettoria necessaria al dispositivo slave per convergere verso la risultante posa e/o orientazione del dispositivo master tiene conto di eventuali ingombri e/o zone critiche in prossimit? del dispositivo slave.

20. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di allineamento prevede una pluralit? di cicli di controllo, ed in cui detta fase di scegliere il sistema di riferimento locale viene svolta in corrispondenza di ognuno di detti cicli di controllo della fase di allineamento, oppure viene svolta solo in corrispondenza dell?inizio della fase di allineamento, e/o in cui la fase di allineamento comprende una sotto-fase di allineamento senza movimento, nella quale lo strumento chirurgico del dispositivo slave non ? abilitato a muoversi, e una sotto-fase di allineamento con movimento, nella quale lo strumento chirurgico del dispositivo slave ? abilitato a muoversi, ed in cui detta fase di scegliere il sistema di riferimento locale viene svolta solo durante la sotto-fase di allineamento senza movimento.

21. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, dopo la conclusione della fase di allineamento, la fase di teleoperazione viene condotta esprimendo l?orientazione corrente del dispositivo obiettivo, e quindi l?orientazione asservita del dispositivo slave, sulla base del sistema di riferimento operativo scelto in fase di allineamento,

ovvero in cui l?ultima funzione di trasformazione scelta durante la fase di allineamento viene utilizzata durante tutta la durata della successiva teleoperazione.