專利名稱：用于協(xié)作手術(shù)機(jī)器人的工具更換接口和控制算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于手術(shù)機(jī)器人的工具更換接口。更具體地，本發(fā)明涉及用于協(xié)作性手術(shù)機(jī)器人的工具更換接口和控制算法。
背景技術(shù)：
在“動(dòng)手”協(xié)作機(jī)器人控制范例中，操作者和機(jī)器人二者都把持工具，同時(shí)操作者施加在工具上的力被力/轉(zhuǎn)矩傳感器感測(cè)并且機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以使這些力達(dá)到最小，有效地引起操作者的期望運(yùn)動(dòng)。對(duì)于手術(shù)應(yīng)用來(lái)說，迅速的工具改變是期望的并且經(jīng)常由于時(shí)間安排和安全性的原因而被需要。特別 地，非故意的患者運(yùn)動(dòng)需要儀器的立即補(bǔ)償性重新定位以避免組織損傷?？焖俟ぞ吒鼡Q機(jī)構(gòu)是對(duì)于其中需要頻繁地插入和移除手術(shù)器械的基于協(xié)作地控制的機(jī)器人的手術(shù)系統(tǒng)例如玻璃體視網(wǎng)膜手術(shù)來(lái)說期望的。由于安全性原因，該工具接口還應(yīng)當(dāng)提供從不依賴于運(yùn)作機(jī)器人的手術(shù)部位非?？焖偾曳€(wěn)健的儀器移除。在接合時(shí)，機(jī)構(gòu)不應(yīng)當(dāng)妨礙機(jī)器人的功能或外科醫(yī)生執(zhí)行期望任務(wù)的能力。該問題的一個(gè)途徑是使用簡(jiǎn)單的d形隆起機(jī)構(gòu)(d-tenting mechanism),其中工具保持器中的小的彈簧承載的球或銷接合工具軸上的插座或凹槽，以把工具保持在合適的位置中，除非施加足夠大的力來(lái)脫離接合工具。另一個(gè)途徑是使用磁體。這些途徑的一個(gè)挑戰(zhàn)是，足夠堅(jiān)固地保持工具以允許操作者引導(dǎo)工具，而沒有非故意的斷開，同時(shí)還確保所需要的釋放力沒有大到使工具不能在需要時(shí)被非?？焖偾野踩匾瞥?。該挑戰(zhàn)在諸如視網(wǎng)膜顯微手術(shù)的應(yīng)用中是特別地關(guān)鍵的，其中力是極端地精細(xì)的并且對(duì)于非?？焖俚牟黄茐男怨ぞ咿H回的需要是大的。因此，在本領(lǐng)域中具有用于在手術(shù)期間輔助工具更換的系統(tǒng)和方法的需要。概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，用于對(duì)協(xié)作地控制的機(jī)器人在手術(shù)期間的工具更換的系統(tǒng)包括工具保持器，其用于接納適合于被機(jī)器人和外科醫(yī)生把持的手術(shù)工具；工具保持元件，其用于約束所述工具的向下運(yùn)動(dòng)同時(shí)允許所述手術(shù)工具從所述保持器的低力移除；第一傳感器，其用于探測(cè)所述手術(shù)工具是否停靠(dock)在所述工具保持器內(nèi)；以及選擇器，其用于基于被所述第一傳感器探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇要執(zhí)行的所述工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，用于對(duì)協(xié)作地控制的機(jī)器人的工具更換的方法包括提供工具保持器，以用于接納適合于被機(jī)器人和外科醫(yī)生把持的手術(shù)工具；約束所述手術(shù)工具的向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許所述工具從所述保持器的低力移除；探測(cè)所述手術(shù)工具是否?？吭谒龉ぞ弑３制鲀?nèi)；以及基于探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇要執(zhí)行的所述工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作。附圖簡(jiǎn)述附圖提供了視覺表示，該視覺表示將被用于更充分地描述本文公開的代表性實(shí)施方案并且可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員使用以更好地理解該代表性實(shí)施方案及其內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。在這些附圖中，相似的參考數(shù)字指代相應(yīng)的要素，并且

圖1A圖示了根據(jù)本發(fā)明的特征的示例性產(chǎn)品的側(cè)部正視圖。圖1B圖示了根據(jù)本發(fā)明的特征的示例性產(chǎn)品的側(cè)部正視圖。圖2A圖示了根據(jù)本發(fā)明的特征的示例性產(chǎn)品的透視圖。圖2B圖示了根據(jù)本發(fā)明的特征的示例性產(chǎn)品的透視圖。優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述 現(xiàn)在將在下文中參照附圖更充分地描述現(xiàn)在公開的主題內(nèi)容，在附圖中，示出了本發(fā)明的某些而非全部的實(shí)施方案。相同的數(shù)字在全文中指代相同的元件?，F(xiàn)在公開的主題內(nèi)容可以被以許多不同的形式來(lái)體現(xiàn)并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限于本文提出的實(shí)施方案；而是，提供這些實(shí)施方案，使得本公開內(nèi)容將滿足可適用的法定要求。實(shí)際上，本文提出的現(xiàn)在公開的主題內(nèi)容的許多修改和其他實(shí)施方案將被現(xiàn)在公開的主題內(nèi)容所屬于的領(lǐng)域的技術(shù)人員想到，具有在前述描述和相關(guān)附圖中提出的教導(dǎo)的益處。因此，將理解，現(xiàn)在公開的主題內(nèi)容不限于所公開的特定實(shí)施方案，并且修改和其他實(shí)施方案意在被包含在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本發(fā)明涉及用于在協(xié)作地控制的機(jī)器人期間手術(shù)工具的工具更換的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提供該系統(tǒng)和方法在協(xié)作地控制的交叉手系統(tǒng)(cooperativelycontrolled hand-over-hand system)中的用途,該系統(tǒng)在 Mitchell 等人的“Developmentand Application of a New Steady-Hand Manipulator for Retinal Surgery，，，IEEEICRA,第 623-629 頁(yè)(2007)中以及在 A. Uner1、M. Balick1、James Handa、Peter Gehlbach、R. Taylor 和1.1ordachita 的“New Steady-Hand Eye Robot with Microforce Sensingfor Vitreoretinal Surgery Research，，，International Conference on BiomedicalRobotics and Biomechatronics (BI0R0B)，東京，2010 年 9 月 26-29，第 814-819 頁(yè)中描述，其全部?jī)?nèi)容通過弓I用并入本文。在穩(wěn)定手控制中，外科醫(yī)生和機(jī)器人二者都把持手術(shù)工具。機(jī)器人感測(cè)外科醫(yī)生施加在工具把手上的力，并且運(yùn)動(dòng)成依從，過濾掉任何震顫。雖然具體的協(xié)作控制系統(tǒng)被關(guān)于以上公布來(lái)描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還可以適用于其他協(xié)作控制系統(tǒng)。參照?qǐng)D1A和IB以及圖2A和2B，示出了待結(jié)合本發(fā)明使用的協(xié)作地控制的手術(shù)系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案。系統(tǒng)10可以在器官例如，諸如人眼的中空器官的顯微手術(shù)中使用。然而，其他應(yīng)用是可能的并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如圖1A、1B、2A和2B中所示，機(jī)器人12包括用于接納待被機(jī)器人12和外科醫(yī)生17(圖2A和2B) 二者都保持的手術(shù)工具16的工具保持器14。優(yōu)選地，外科醫(yī)生17在工具把手18處把持手術(shù)工具16，并且使用機(jī)器人12協(xié)作地導(dǎo)向手術(shù)工具16以使用工具末端20進(jìn)行感興趣區(qū)域的手術(shù)。參照?qǐng)D1A，提供了工具保持元件24以約束手術(shù)工具16的向下運(yùn)動(dòng)同時(shí)允許手術(shù)工具16從工具保持器14的低力移除。在圖1A中的示例性實(shí)施方案中，工具保持元件24是d形隆起機(jī)構(gòu)，其中工具保持器14中的小的彈簧承載的球或銷接合工具軸上的插座或凹槽，以把手術(shù)工具保持在合適的位置中，除非施加足夠大的力以脫離接合手術(shù)工具16。手術(shù)工具16上的凸緣22也可以被用來(lái)約束工具的向下運(yùn)動(dòng)。參照?qǐng)D1B，系統(tǒng)10的可選擇的實(shí)施方案包括不同類型的工具保持元件26。特別地，工具保持元件26可以是沿著任一個(gè)工具軸本身的一個(gè)或多個(gè)錐形表面，或工具保持器的內(nèi)部通道。例如，工具保持器通道可以是約束工具相對(duì)于工具保持器的軸向旋轉(zhuǎn)的圓形橫截面或某些其他橫截面。工具保持元件的其他實(shí)例包括磁體、真空夾盤、或任何其他的機(jī)械或電機(jī)設(shè)備，以把手術(shù)工具保持在合適的位置中，同時(shí)允許低的分離力。工具保持元件應(yīng)當(dāng)是充分牢固的，使得工具被足夠堅(jiān)固地把持，以允許操作者引導(dǎo)工具，而沒有非故意的分離，同時(shí)還確保所需的釋放力不會(huì)大到使工具不能被安全且快速地移除。根據(jù)本發(fā)明的特征，本發(fā)明的第一方面是提供關(guān)于工具是否被接合在工具保持器內(nèi)的反饋信息。就是說，可以提供第一傳感器以探測(cè)手術(shù)工具是否停靠在工具保持器14內(nèi)。例如，參照?qǐng)D1B，傳感器42可以定位在工具保持器14中，以探測(cè)手術(shù)工具16在工具保持器14內(nèi)的位置。傳感器42可以包括但不限于內(nèi)嵌在工具保持器中的接近傳感器(IR，霍爾效應(yīng))。如圖1B中所示，傳感器42優(yōu)選地布置在工具的遠(yuǎn)端處。因?yàn)閭鞲衅?2在工具保持器14的遠(yuǎn)端處的定位，傳感器42在工具被接合在保持器中時(shí)被操作。此外，其他的傳感器可以被用來(lái)探測(cè)手術(shù)工具16是否?？炕蚪雍显诠ぞ弑３制?4中，包括但不限于接觸傳感器、撥動(dòng)開關(guān)或壓力傳感器、束斷類型(beam break type)的光學(xué)傳感器、直接接觸力傳感器和位移電位計(jì)。此外，許多傳感器可以被以冗余的方式使用以探測(cè)工具是否與工具保持器完全地接合。根據(jù)本發(fā)明的特征，提供了選擇器，該選擇器基于被傳感器探測(cè)到的信息，例如工具是否被接合在工具保 持器中，而自動(dòng)地選擇工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作來(lái)進(jìn)行，這將在下文更詳細(xì)地描述。例如，當(dāng)傳感器探測(cè)到工具未被完全地接合在工具保持器內(nèi)時(shí)，機(jī)器人可以主動(dòng)地沿著工具軸線運(yùn)動(dòng)以基于一個(gè)或多個(gè)接觸感測(cè)方法來(lái)恢復(fù)該連接。如果工具被完全地接合在工具保持器中，那么機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以響應(yīng)于被外科醫(yī)生用戶所命令的運(yùn)動(dòng)，例如通過把力施加在工具的把手上。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，外科醫(yī)生和工具之間的力也可以被探測(cè)到。例如，多種本領(lǐng)域中已知的傳感器可以被用來(lái)探測(cè)工具16是否被外科醫(yī)生把持。例如，并且參照?qǐng)D1B，傳感器40可以被布置在工具把手上。傳感器40可以包括但不限于在工具把手18上的微控開關(guān)、電容傳感器、光學(xué)傳感器、力傳感器或壓力傳感器。機(jī)器人可以被編程，使得如果操作者釋放工具把手，那么機(jī)器人將自動(dòng)地把工具縮回預(yù)定量或預(yù)定距離或者來(lái)進(jìn)行某些其他的“脫離接合”行為。相似地，當(dāng)工具被堅(jiān)固地把持在工具保持器中時(shí)，分離力是高的。軸向力在工具收縮的方向上升高至某一已知分離力，隨后急劇下降至零力，這是工具斷開的特性。當(dāng)把手力下降至低于期望閾值或沒有把手接觸或直到系統(tǒng)以其他方式探測(cè)到工具不再被接合在工具保持器中時(shí)，機(jī)器人可以在指定方向上沿著工具軸線運(yùn)動(dòng)，例如從有風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域后退(或進(jìn)行任何其他的預(yù)定義脫離接合行為)。該后退運(yùn)動(dòng)可以繼續(xù)某一預(yù)定閾值距離或直到探測(cè)到工具與工具保持器的重新接合。機(jī)器人可以被阻止在特定方向上運(yùn)動(dòng)，例如沿著工具軸線方向朝向患者，直到工具被完全地重新接合在工具保持器中。在其中把手力傳感器被用來(lái)探測(cè)工具與工具保持器的重新接合的情況下，可以具有用來(lái)探測(cè)重新接合的力值的特征時(shí)間序列。例如，如果D形隆起機(jī)構(gòu)被用來(lái)把工具把持在工具保持器中，那么沿著工具的軸向力通常將上升至特征值并且然后降低。隨后，外科醫(yī)生可以得到指示以把工具沿著工具軸線在縮回方向上平緩地拉動(dòng)，但是不是難以脫離接合工具的。如果工具被合適地接合，那么這些力將被力傳感器探測(cè)到。參照?qǐng)D1A，系統(tǒng)還可以包括提供用于力控制法則的力的力傳感器30。力傳感器30也可以探測(cè)在手術(shù)工具16被接合在工具保持器14內(nèi)時(shí)被外科醫(yī)生施加在手術(shù)工具上的力。如圖1A中所示，力傳感器30可以定位在工具保持器14和機(jī)器人12之間。被外科醫(yī)生施加在工具把手上的力通過工具保持器14傳輸至力傳感器30。如果工具未被完全地接合在工具保持器14中，那么將在沿著工具軸的向下z方向上測(cè)量不到力，但是測(cè)量在其他方向上的橫向力也許是可能的。在其它實(shí)施方案中，力傳感器30可以安裝在手術(shù)工具的把手18或其他位置中。力傳感器30也可以被用來(lái)探測(cè)手術(shù)工具16是否在工具保持器14內(nèi)或手術(shù)工具16是否被外科醫(yī)生把持。就是說，單一傳感器30可以感測(cè)(I)手術(shù)工具是否在工具保持器內(nèi)；以及(2)手術(shù)工具是否被外科醫(yī)生把持。然而，也可以使用兩個(gè)分別的傳感器?？蛇x擇地，現(xiàn)有的力/轉(zhuǎn)矩傳感器30可以用來(lái)感測(cè)工具何時(shí)在向下的z方向上接合在工具保持器14中。如果傳感器30沒有探測(cè)到向下力，那么手術(shù)工具16可以被認(rèn)為與工具保持器脫離接合。如果被傳感器30探測(cè)到的唯一力是等于工具的重量的向下力，那么工具可以被認(rèn)為與工具保持器14接合，但是與外科醫(yī)生脫離接合。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用任何數(shù)量的傳感器(包括只是單一傳感器)來(lái)探測(cè)工具是否接合在工具保持器中。探 測(cè)到的信息然后可以被用來(lái)確定機(jī)器人的合適運(yùn)動(dòng)。傳感器的選擇和傳感器的定位取決于應(yīng)用和設(shè)計(jì)偏好。參照?qǐng)D1A和1B，從所應(yīng)用的傳感器探測(cè)到的值被發(fā)送至用于根據(jù)本發(fā)明的特征的必需處理的數(shù)據(jù)處理器32。數(shù)據(jù)處理器32包括存儲(chǔ)設(shè)備34，存儲(chǔ)設(shè)備34具有帶有機(jī)器可讀指令的程序，該機(jī)器可讀指令用于執(zhí)行輔助根據(jù)本發(fā)明的特征的工具更換所需的算法。數(shù)據(jù)處理器32可以是獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或者可以被合并到現(xiàn)有軟件中。例如，在機(jī)器人手術(shù)的情況下，數(shù)據(jù)處理器32可以被合并到用于協(xié)作手術(shù)系統(tǒng)的現(xiàn)有軟件中。數(shù)據(jù)處理器32包括基于被傳感器探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作來(lái)進(jìn)行的程序。例如，參照?qǐng)D1A，如果傳感器感測(cè)到手術(shù)工具16停靠在工具保持器14中并且感測(cè)到與手術(shù)工具的移除一致的力，那么工具保持器14在沿著工具軸線施加的力的方向上運(yùn)動(dòng)以重新接合手術(shù)工具16。優(yōu)選地，工具保持器以速度上的不對(duì)稱增益運(yùn)動(dòng)(asymmetric gain)。相似地,參照?qǐng)D1B,如果切換器40被脫離接合,指示外科醫(yī)生未使用，那么當(dāng)未使用的情況被感測(cè)到一預(yù)定時(shí)間段時(shí)，工具可以從工具保持器14釋放。參照?qǐng)D1B，手術(shù)工具16也可以包括被布置在其末端處以用于感測(cè)工具至組織距離的接近傳感器44。然而，應(yīng)當(dāng)理解，接近傳感器44可以在其他的不同位置處，并且不必在工具末端處。優(yōu)選地，工具至組織距離被反饋至數(shù)據(jù)處理器32，并且合適的動(dòng)作或運(yùn)動(dòng)可以響應(yīng)于探測(cè)到的值來(lái)進(jìn)行。例如，如果工具至組織距離是指示未使用的預(yù)定水平，那么工具保持器14可以被運(yùn)動(dòng)至期望的相隔距離。見例如，M. Balick1、J. -Ft. Han、1.1ordachita、P.Gehlbach、J.Handa、R. H. Taylor 和 J.Kang 的“Single Fiber Optical CoherenceTomography Microsurgical Instruments for Computer and Robot-Assisted RetinalSurgery，，，Medical Image Computing and Computer Assisted Surgery (M1CCAI2009),倫敦，2009年9月20-24，第108-115頁(yè).PMID :20425977,其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。重要地，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過提高工具保持器可以以其在遠(yuǎn)離患者的方向上運(yùn)動(dòng)的速度而提供了使協(xié)作機(jī)器人經(jīng)常緩慢運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例已經(jīng)包括以下的實(shí)施例，以向本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員提供引導(dǎo)來(lái)實(shí)踐現(xiàn)在公開的主題內(nèi)容的代表性實(shí)施方案。按照本公開內(nèi)容和本領(lǐng)域的技術(shù)的一般水平，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)到，以下的實(shí)施例意在是僅僅是示例性的，并且多種改變、修改和變更可以被采用，而不偏離現(xiàn)在公開的主題內(nèi)容的范圍。以下的實(shí)施例以例證的方式且不以限制的方式來(lái)提供?？梢允褂枚喾N算法來(lái)基于從特定傳感器探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作來(lái)進(jìn)行。例如，如果傳感器探測(cè)到工具被脫離接合，那么但是具有1- hz=f(s, t)否則X h=a.FhFh-在把手接觸位置處分解的力/轉(zhuǎn)矩

Fhz-在沿著Z軸的把手坐標(biāo)中的力XA-把手坐標(biāo)中的期望把手速度a -將把手輸入力轉(zhuǎn)換為把手速度的常數(shù)f(s, t)_基于傳感器輸入和時(shí)間產(chǎn)生期望的把手響應(yīng)的函數(shù)在下文提供了 f(s，t)的某些實(shí)例。例如，當(dāng)工具被脫離接合時(shí)，設(shè)定恒定速度f(wàn)(s,t) = P，用于短的時(shí)期t(在運(yùn)動(dòng)停止之后)，使得工具已經(jīng)向上運(yùn)動(dòng)一固定量bt。此外，當(dāng)使用接近傳感器感測(cè)工具距患者的解剖的距離S時(shí),設(shè)定f (s, t) = g (s -S)或f (S,t) = g來(lái)獲得相隔距離SWS。如果具有位移或接近傳感器感測(cè)到工具距工具保持器中的接合位置的距離Clljl，那么設(shè)定f (S，t) = gdIA來(lái)引起工具保持器向上運(yùn)動(dòng)以使工具完全地就座。如果Fhz = ，那么工具可以被認(rèn)為脫尚接合，其中Fw值是某一閾值力(對(duì)于向下按壓來(lái)說是負(fù)的)，并且以上方法中的任何可以被用來(lái)實(shí)施所需“脫離接合”行為?？蛇x擇地，機(jī)器人可以被編程以運(yùn)動(dòng)成保持最小的所需工具與保持器接觸力。例如，如果工具把手被釋放，那么.UfaiFte-Fwit)將引起工具保持器緩慢地向上蠕變。雖然已經(jīng)結(jié)合其優(yōu)選的實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)至IJ，可以做出未具體地描述的增加、刪除、修改和替換，而不偏離如在所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)協(xié)作地控制的機(jī)器人在手術(shù)期間的工具更換或快速釋放的系統(tǒng)，包括 工具保持器，其用于接納適合于被機(jī)器人和外科醫(yī)生把持的手術(shù)工具； 工具保持元件，其用于約束所述工具相對(duì)于所述工具保持器的向下運(yùn)動(dòng)同時(shí)允許所述手術(shù)工具從所述保持器的低力移除； 第一傳感器，其用于探測(cè)所述手術(shù)工具是否?？吭谒龉ぞ弑３制鲀?nèi)； 以及 選擇器，其用于基于被所述第一傳感器探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇要執(zhí)行的所述工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括第二傳感器，所述第二傳感器用于探測(cè)被外科醫(yī)生施加在所述工具或機(jī)器人上的力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二傳感器探測(cè)到被外科醫(yī)生施加在所述工具或機(jī)器人上的力指示所述工具未被完全地接合在所述工具保持器中時(shí)，所述機(jī)器人自動(dòng)地縮回。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器是內(nèi)嵌在所述工具保持器內(nèi)以用于感測(cè)所述工具相對(duì)于所述工具保持器的位置的接近傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述接近傳感器被布置在所述工具保持器的遠(yuǎn)端處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器是接觸傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述接觸傳感器是撥動(dòng)開關(guān)或壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器是位移電位計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器是光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器是用于確定所述工具在所述工具保持器內(nèi)部的位置的束斷類型的傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)與所述工具的移除一致的力的預(yù)定水平被感測(cè)到時(shí)，工具保持器在沿著工具軸線施加的力的方向上運(yùn)動(dòng)以重新接合所述手術(shù)工具。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述工具保持器以速度上的不對(duì)稱增益運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作基于所述工具是否被接合來(lái)確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述工具保持元件包括在所述手術(shù)工具上的凸緣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述工具保持元件包括在所述手術(shù)工具和所述工具保持器上的協(xié)作性錐形表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于探測(cè)工具至組織距離的傳感器，其中當(dāng)所探測(cè)到的工具至組織距離達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，所述工具保持器被運(yùn)動(dòng)至期望的相隔距離。
16.一種用于對(duì)協(xié)作地控制的機(jī)器人的工具更換或快速釋放的方法，包括 提供工具保持器，以用于接納適合于被機(jī)器人和外科醫(yī)生把持的手術(shù)工具； 約束所述手術(shù)工具的向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)允許所述工具從所述保持器的低力移除； 探測(cè)所述手術(shù)工具是否?？吭谒龉ぞ弑３制鲀?nèi)；以及 基于探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇要執(zhí)行的所述工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中當(dāng)與所述工具的移除一致的力的預(yù)定水平被感測(cè)到時(shí)，工具保持器在沿著工具軸線施加的力的方向上運(yùn)動(dòng)以重新接合所述手術(shù)工具。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述工具保持器以速度上的不對(duì)稱增益運(yùn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中當(dāng)外科醫(yī)生不正在握持所述工具時(shí)，所述工具被從所述工具保持器釋放。
全文摘要
用于對(duì)協(xié)作地控制的機(jī)器人在手術(shù)期間的工具更換的系統(tǒng)和方法包括工具保持器，其用于接納適合于被機(jī)器人和外科醫(yī)生把持的手術(shù)工具；工具保持元件，其用于約束所述工具的向下運(yùn)動(dòng)同時(shí)允許所述手術(shù)工具從所述保持器的低力移除；第一傳感器，其用于探測(cè)所述手術(shù)工具是否停靠在所述工具保持器內(nèi)；以及選擇器，其用于基于被所述第一傳感器探測(cè)到的信息而自動(dòng)地選擇所述工具保持器的不同運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作來(lái)進(jìn)行。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過提高工具保持器可以以其在遠(yuǎn)離患者的方向上運(yùn)動(dòng)的速度而提供了使協(xié)作機(jī)器人經(jīng)常緩慢運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23Q3/155GK103037799SQ201180037144
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者羅素·H·泰勒, 馬爾辛·阿爾卡迪烏什·巴利茨基, 詹姆斯·塔哈拉·漢達(dá) 申請(qǐng)人:約翰霍普金斯大學(xué)