本公開總體上涉及設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運動，更具體地涉及動態(tài)虛擬碰撞物體。

背景技術(shù)：

越來越多的設(shè)備正在被替換為自主和半自主電子設(shè)備?，F(xiàn)今的在手術(shù)室、介入套房、重癥監(jiān)護(hù)病房、急診室等中具有大批自主的和半自主的電子設(shè)備的醫(yī)院尤其如此。例如，玻璃和水銀溫度計由電子溫度計取代，靜脈滴注管線現(xiàn)在包括電子監(jiān)視器和流量調(diào)節(jié)器，并且傳統(tǒng)的手持式手術(shù)器械正由計算機(jī)輔助醫(yī)療設(shè)備所取代。

這些電子設(shè)備為操作它們的人員提供了優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。這些電子設(shè)備中的許多設(shè)備都可以使一個或多個鉸接臂和/或末端執(zhí)行器進(jìn)行自主或半自主運動。當(dāng)這些電子設(shè)備自動地和/或在操作者的命令下使鉸接臂和/或末端執(zhí)行器在工作空間中移動時，它們通常盡量避免鉸接臂、末端執(zhí)行器和/或工作空間中的其他物體之間的碰撞。避免碰撞是很重要的，因為碰撞可能經(jīng)常導(dǎo)致?lián)p壞電子設(shè)備、鉸接臂、末端執(zhí)行器和/或工作空間中的其他物體。碰撞還可能增加在工作空間附近的人員和/或患者受傷的風(fēng)險。

避免碰撞問題的一個解決方案是電子設(shè)備的操作者(例如醫(yī)務(wù)人員)監(jiān)視并操作每個電子設(shè)備，同時保持合適的分隔距離和/或以不干擾和/或無法彼此碰撞的方式來操作這些設(shè)備。例如，只允許將計算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)備放在手術(shù)室中的不會干擾到或碰撞到也存在于該手術(shù)室中的成像系統(tǒng)的區(qū)域。這種限制可能限制計算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)備和成像系統(tǒng)兩者的功能。

其他方法包括使這些電子設(shè)備交換有關(guān)其當(dāng)前位置、幾何形狀和/或規(guī)劃運動的信息，以便每個設(shè)備可以停留在其他電子設(shè)備占據(jù)的區(qū)域以外的地方。在一些情況下，這還可以包括保持安全裕度，用以考慮傳感器的不確定性、控制算法的不精確性和/或類似情況。這些方案通常采取安全裕度的靜態(tài)方法，并且很少或不支持基于電子設(shè)備的動態(tài)行為和/或運動目標(biāo)的變化的安全裕度的調(diào)整。

因此，理想的是提供支持具有移動區(qū)段的設(shè)備之間的避免碰撞和/或協(xié)調(diào)運動的改進(jìn)方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

與一些實施例一致，一種用于醫(yī)療設(shè)備的控制單元包括：一個或多個處理器以及將該控制單元耦連至該醫(yī)療設(shè)備的接口。該控制單元被配置為：確定該醫(yī)療設(shè)備的第一可移動區(qū)段的位置，該第一可移動區(qū)段占據(jù)的體積被一個或多個第一虛擬碰撞物體(VCO)接近；基于該醫(yī)療設(shè)備的位置和運動目標(biāo)，對第一VCO的一個或多個特性進(jìn)行調(diào)整；基于該位置和這些特性，確定第一VCO的第一幾何結(jié)構(gòu)；接收與第二設(shè)備的第二區(qū)段相關(guān)的一個或多個第二VCO的第二幾何結(jié)構(gòu)；確定第一VCO與第二VCO之間的關(guān)系；并且基于這些關(guān)系，對該醫(yī)療設(shè)備的運動規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整。

與一些實施例一致，一種控制醫(yī)療設(shè)備中的運動的方法包括：由控制單元確定該醫(yī)療設(shè)備的第一區(qū)段的位置，該控制單元通過接口耦連至該醫(yī)療設(shè)備；基于該醫(yī)療設(shè)備的位置和運動目標(biāo)，對與該第一區(qū)段相關(guān)的一個或多個第一VCO的一個或多個特性進(jìn)行調(diào)整；基于該位置和這些特性，確定第一VCO的第一幾何結(jié)構(gòu)；接收與第二設(shè)備相關(guān)的一個或多個第二VCO的第二幾何結(jié)構(gòu)；確定第一VCO與第二VCO之間的關(guān)系；并且基于這些關(guān)系，對該醫(yī)療設(shè)備的運動規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整。

與一些實施例一致，一種協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)包括：經(jīng)由第一接口耦連至第一醫(yī)療設(shè)備的第一控制單元以及經(jīng)由第二接口耦連至第二醫(yī)療設(shè)備的第二控制單元。該第一控制單元被配置為：確定該第一醫(yī)療設(shè)備的第一區(qū)段的第一位置；基于該第一醫(yī)療設(shè)備的第一位置和第一運動目標(biāo)，對與該第一區(qū)段相關(guān)的一個或多個第一VCO的一個或多個第一特性進(jìn)行調(diào)整；基于該第一位置和第一特性，確定第一VCO的第一幾何結(jié)構(gòu)；向該第二控制單元發(fā)送第一VCO的第一幾何結(jié)構(gòu)；從該第二控制單元接收與該第二醫(yī)療設(shè)備相關(guān)的第二區(qū)段的一個或多個第二VCO的第二幾何結(jié)構(gòu)；確定第一VCO與第二VCO之間的第一關(guān)系；并且基于第一關(guān)系，對該第一醫(yī)療設(shè)備的第一運動規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整。該第二控制單元被配置為：確定該第二區(qū)段的第二位置；基于該第二醫(yī)療設(shè)備的第二位置和第二運動目標(biāo)，對第二VCO的一個或多個第二特性進(jìn)行調(diào)整；基于該第二位置和第二特性，確定第二VCO的第二幾何結(jié)構(gòu)；向該第一控制單元發(fā)送第二幾何結(jié)構(gòu)；從該第一控制單元接收第一幾何結(jié)構(gòu)；確定第一VCO與第二VCO之間的第二關(guān)系；并且基于第二關(guān)系對該第二醫(yī)療設(shè)備的第二運動規(guī)劃進(jìn)行調(diào)整。該第一運動規(guī)劃和該第二運動規(guī)劃包括該第一醫(yī)療設(shè)備與該第二醫(yī)療設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運動。

附圖說明

圖1是根據(jù)一些實施例的協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)的簡圖。

圖2是示出了根據(jù)一些實施例在工作空間中使用虛擬碰撞物體的簡圖。

圖3是根據(jù)一些實施例的避免碰撞的方法的簡圖。

圖4是根據(jù)一些實施例的彈性虛擬碰撞物體之間的相互作用的簡圖。

圖5是根據(jù)一些實施例的協(xié)調(diào)運動的方法的簡圖。

在附圖中，具有相同標(biāo)號的元件具有相同或類似的功能。

具體實施方式

在以下描述中，闡明了具體細(xì)節(jié)以便描述與本公開一致的一些實施例。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以實踐一些實施例而無需這些特定細(xì)節(jié)中的一些或所有細(xì)節(jié)。在此公開的具體實施例是示例性的，而不是限制性的。盡管沒有具體說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實現(xiàn)落入本公開的范圍和精神內(nèi)的其他要素。另外，為了避免不必要的重復(fù)，所示出且描述的與一個實施例相關(guān)的一個或多個特征可以與其他實施例相結(jié)合，除非另外具體說明或者一個或多個特征會使實施例是非功能性的。

圖1是根據(jù)一些實施例的協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100的簡圖。如圖1所示，協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100包括設(shè)備110，該設(shè)備具有一個或多個可移動臂和/或一個或多個末端執(zhí)行器。在一些示例中，設(shè)備110可以與計算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)備一致。設(shè)備110可以包括支持手術(shù)器械、成像設(shè)備和/或類似設(shè)備的一個或多個可移動區(qū)段或鉸接臂115。設(shè)備110還可以耦連至操作者工作站(未示出)，其可以包括用于操作設(shè)備110和/或一個或多個鉸接臂115的一個或多個主控件。在一些實施例中，設(shè)備110和該操作者工作站可以對應(yīng)于由加利福尼亞州的桑尼維爾(Sunnyvale)的Intuitive Surgical公司商業(yè)化的da手術(shù)系統(tǒng)。在一些實施例中，具有其他配置的計算機(jī)輔助手術(shù)設(shè)備、更少或更多鉸接臂和/或類似設(shè)備可以與協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100一起使用。

設(shè)備110經(jīng)由接口耦連至控制單元120?？刂茊卧?20包括耦連至存儲器124的處理器122。由處理器122對控制單元120的操作進(jìn)行控制。并且，盡管控制單元120顯示只有一個處理器122，可以理解的是處理器122可以代表控制單元120中的一個或多個中央處理單元、多核處理器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和/或類似設(shè)備。控制單元120可以被實現(xiàn)為添加到計算設(shè)備中的獨立子系統(tǒng)和/或電路板，或者實現(xiàn)為虛擬機(jī)。在一些實施例中，控制單元可以被包括作為操作者工作站的一部分和/或與該操作者工作站分離但協(xié)作地操作。

存儲器124可以用于存儲由控制單元120和/或在控制單元120的操作過程中使用的一個或多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)執(zhí)行的軟件。存儲器124可以包括一種或多種類型的機(jī)器可讀介質(zhì)。一些普通形式的機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括軟盤、柔性磁盤、硬盤、磁帶、任何其他磁性介質(zhì)、CD-ROM、任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、具有孔洞圖案的任何其他物理介質(zhì)、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存儲器芯片或卡盒和/或處理器或計算機(jī)適于讀取的任何其他介質(zhì)。

如圖所示，存儲器124包括可用于支持設(shè)備110的自主和/或半自主控制的運動控制應(yīng)用程序126。運動控制應(yīng)用程序126可以包括一個或多個應(yīng)用程序編程接口(API)，用于從設(shè)備110接收位置和/或運動信息，與和其他設(shè)備相關(guān)的其他控制單元交換位置、運動和/或避免碰撞的信息，和/或規(guī)劃和/或輔助設(shè)備110、鉸接臂115和/或設(shè)備110的末端執(zhí)行器的運動。并且，盡管運動控制應(yīng)用程序126被描述為軟件應(yīng)用程序，但運動控制應(yīng)用程序126可以使用硬件、軟件和/或硬件與軟件的組合來實現(xiàn)。

協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100可以進(jìn)一步包括設(shè)備130，該設(shè)備具有與設(shè)備110不同的一個或多個可移動臂和/或一個或多個末端執(zhí)行器的配置。在一些示例中，設(shè)備130可以與一種成像設(shè)備一致，該成像設(shè)備包括成像子系統(tǒng)135，該成像子系統(tǒng)可以用于對位于協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100的工作空間中的患者和/或其他物體進(jìn)行拍照。設(shè)備130和成像子系統(tǒng)135可以包括一個或多個可移動元件，所述可移動元件用于對成像子系統(tǒng)135進(jìn)行定位而用以拍攝期望的一個或多個圖像。盡管在圖1中是用以C形臂為特征的成像子系統(tǒng)135來描述設(shè)備130，但在協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100中可能使用其他類型的成像設(shè)備。在一些實施例中，成像子系統(tǒng)135可以包括圓環(huán)形孔，諸如MR孔、具有探頭的鉸接臂、一個或多個鉸接臂和/或類似物。在一些實施例中，設(shè)備130還可以耦連至一個操作者工作站(未示出)，該操作者工作站與用于設(shè)備110的操作者工作站可以是相同的或不同的。

與設(shè)備110相似，設(shè)備130經(jīng)由接口耦連至控制單元140?？刂茊卧?40包括耦連至存儲器144的處理器142。由處理器142對控制單元140的操作進(jìn)行控制。并且，盡管控制單元140顯示只有一個處理器142，但可以理解的是處理器142在控制單元140中可以代表一個或多個中央處理單元、多核處理器、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器、FPGA、ASIC和/或類似設(shè)備?？刂茊卧?40可以被實現(xiàn)為添加到計算設(shè)備中的獨立子系統(tǒng)和/或電路板，或者實現(xiàn)為虛擬機(jī)。在一些實施例中，控制單元可以被包括為操作者工作站的一部分和/或與該操作者工作站分離但協(xié)作地操作。

存儲器144可以用于存儲由控制單元140和/或在控制單元140的操作過程中使用的一個或多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)執(zhí)行的軟件。存儲器144可以包括一種或多種類型的機(jī)器可讀介質(zhì)。一些普通形式的機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括軟盤、柔性磁盤、硬盤、磁帶、任何其他磁性介質(zhì)、CD-ROM、任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、具有孔洞圖案的任何其他物理介質(zhì)、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存儲器芯片或卡盒和/或處理器或計算機(jī)適于讀取的任何其他介質(zhì)。

如圖所示，存儲器144包括可用于支持設(shè)備110的自主和/或半自主控制的運動控制應(yīng)用程序146。運動控制應(yīng)用程序146可以包括一個或多個API，用于從設(shè)備120接收位置和/或運動信息，與和其他設(shè)備(例如設(shè)備110)相關(guān)的其他控制單元(例如控制單元120)交換位置、運動和/或避免碰撞的信息，和/或規(guī)劃和/或輔助設(shè)備130和/或成像子系統(tǒng)135的運動規(guī)劃。并且，盡管運動控制應(yīng)用程序146被描述為軟件應(yīng)用程序，但運動控制應(yīng)用程序146可以使用硬件、軟件和/或硬件與軟件的組合來實現(xiàn)。

控制單元120和140可以使用網(wǎng)絡(luò)150耦連在一起。網(wǎng)絡(luò)150可以是任何類型的網(wǎng)絡(luò)，其包括一個或多個連接器和/或電纜、一個或多個諸如以太網(wǎng)的局域網(wǎng)(LAN)和/或一個或多個諸如互聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)(WAN)。在一些示例中，網(wǎng)絡(luò)150可以包括一個或多個計算設(shè)備以支持控制單元120和140之間的位置、運動和/或避免碰撞信息的交換。在一些示例中，一個或多個計算設(shè)備可以支持共享接口，如在由Mahdi Azizian、Jonathan Sorger和Simon DiMaio于2013年8月16日提交的標(biāo)題為“System and Method for Coordinated Motion Among Heterogeneous Devices(用于異構(gòu)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運動的系統(tǒng)和方法)”的美國臨時專利申請?zhí)?1/866,949中描述的共享接口，該申請的內(nèi)容出于所有目的通過引用整體合并于此。

在一些實施例中，可以在手術(shù)室和/或介入套房中找到協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100。并且盡管協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100只示出了兩個設(shè)備110和130，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100可以包括具有與設(shè)備110和130相同和/或不同設(shè)計的可移動臂和/或末端執(zhí)行器的任何數(shù)量的設(shè)備。在一些示例中，每個設(shè)備可以具有更少的或更多的可移動臂和/或末端執(zhí)行器。

在一些實施例中，在協(xié)調(diào)運動系統(tǒng)100中可以使用不同的安排和/或配置。在一些示例中，控制單元可以負(fù)責(zé)控制多于一個設(shè)備的運動。在一些示例中，這些控制單元可以形成主從層次結(jié)構(gòu)，其中這些控制單元中的一個可以引導(dǎo)由一個或多個其他控制單元提供的運動規(guī)劃和/或運動控制。

很多技術(shù)和方案已被使用多年，用以支持具有一個或多個設(shè)備的系統(tǒng)中的碰撞避免，所述設(shè)備具有一個或多個可移動元件，諸如一個或多個鉸接臂和/或末端執(zhí)行器。一種這樣的方案是使用可用于接近由對應(yīng)的設(shè)備和/或物體所占據(jù)的體積的虛擬碰撞物體(VCO)。在許多應(yīng)用中，VCO可以是限制部分或全部設(shè)備或物體的虛擬形狀。每個VCO可以圍繞該設(shè)備或物體的一部分中心定位，并且可以基于可易于參數(shù)化的形狀。例如，美國專利號4,578,757描述了使用沿著獨立可移動主體以某一間隔定位的球體狀VCO。這些球體狀VCO被定位和定尺寸，以使得可移動主體占據(jù)的子體積被完全包含在球體狀VCO占據(jù)的子體積中。因為子體積之間的這種包含關(guān)系，只要相應(yīng)的可移動主體的VCO占據(jù)的子體積不交疊，則在這些可移動主體之間沒有碰撞。使用VCO的球體還可以簡化碰撞計算，因為可以通過將兩個VCO的中心點之間的距離與兩個VCO的半徑之和進(jìn)行比較來確定兩個球狀VCO之間的交疊。

圖2是示出了根據(jù)一些實施例在工作空間200中使用虛擬碰撞物體的簡圖。如圖2所示，第一設(shè)備包括耦連至區(qū)段220的區(qū)段210。盡管未示出，區(qū)段210和220可以例如經(jīng)由旋轉(zhuǎn)接頭而相對于彼此可移動和/或可在工作空間200中來回移動。圖2還示出了包括區(qū)段230的第二設(shè)備。區(qū)段230還能夠相對于區(qū)段210和220運動并獨立于區(qū)段210和220。在一些示例中，區(qū)段210和220可以是設(shè)備110的一部分，并且區(qū)段230可以是設(shè)備130的一部分。在一些示例中，一個或多個區(qū)段210-230可以是靜止的，并且代表工作空間中的物體和/或設(shè)備的一部分或全部。

由于區(qū)段210-230的有些復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)(其被簡單地描述為矩形體)，可能有利的是使用一個或多個VCO來增強(qiáng)區(qū)段210-230的建模。如圖2所示，區(qū)段210和220被顯示為具有九個相關(guān)的VCO 241-249。VCO 241-249中的每個VCO的特征在于以區(qū)段210和220的一些部分為中心的球形體。共同地，VCO 241-249占據(jù)的子體積限定區(qū)段210和220占據(jù)的子體積?？梢酝ㄟ^改變VCO 241-249的數(shù)量和/或改變相對于區(qū)段210和220的尺寸的VCO 241-249的尺寸來控制VCO 241-249對區(qū)段210和220占據(jù)的子體積進(jìn)行精細(xì)建模的能力。在一些示例中，可以使用更少的VCO 241-249來降低計算費用，但是伴有較差的區(qū)段210和220的建模，并且VCO 241-249通常圍繞區(qū)段210和220占據(jù)更大的子體積，這可能是不希望的。區(qū)段230被顯示為具有不同的VCO模式，包括區(qū)段230的左端處的球形VCO 251以及沿著區(qū)段230的長度的圓柱形VCO 252。使用非球形VCO如圓柱形VCO 252可以被用作建模復(fù)雜度與針對一個區(qū)段或一組區(qū)段使用更少的VCO之間的折中。在一些示例中，可能希望將VCO的形狀限定成易于建模或參數(shù)化的形狀，諸如球體、圓柱體、長方體、卵形體、膠囊形(具有半球形末端的圓柱體)和/或類似形狀。

在一些實施例中，VCO 241-249以及VCO 251和252可以用于支持區(qū)段210-230之間的碰撞避免。在一些示例中，可以使用VCO 241-249以及VCO 251和252的更簡單的的幾何結(jié)構(gòu)作為預(yù)檢測，用以確定在區(qū)段210-230之間是否有碰撞和/或即將發(fā)生的碰撞。只要是在VCO 241-249與VCO 251和252占據(jù)的子體積之間沒有交疊，在區(qū)段210和220與區(qū)段230之間應(yīng)沒有碰撞。在一些示例中，VCO 241-249與VCO 251和252之間的最近距離260可以提供碰撞可能性的指示。距離260的尺寸可以提供區(qū)段210和220與區(qū)段230的接近程度的粗略估計。在一些示例中，當(dāng)距離260的尺寸減小時，這還可以指示即將發(fā)生碰撞的較高可能性。在一些示例中，這些控制單元(諸如控制單元120和/或140)可以交換關(guān)于VCO 241—249和/或VCO 251和252的位置和尺寸的信息，用以支持其自身的碰撞避免計算和/或用以使用由VCO 241-249和VCO 251和252占據(jù)的子體積作為其自身相應(yīng)的運動規(guī)劃的禁越區(qū)/遠(yuǎn)離區(qū)。

在一些實施例中，VCO 241-249和/或VCO 251和252可以為其他運動相關(guān)的操作提供支持。在一些示例中，VCO 241-249和/或VCO 251和252可以用于在確定區(qū)段210-230的位置時提供安全或誤差裕度。當(dāng)由于傳感器的不確定性、控制算法的不精確性和/或類似因素而可能不知道區(qū)段210-230的精確位置時，可以使用VCO 241-249和/或VCO 251和252來圍繞區(qū)段210-230預(yù)留足夠的空間，用以避免碰撞和/或其他有害后果。在一些示例中，當(dāng)區(qū)段210和220變得與區(qū)段230足夠接近而使得一個或多個VCO 241-249與一個或多個VCO 251和252交疊時，這可能觸發(fā)使用對區(qū)段210-230提供更精細(xì)的和/或更微妙的控制的一個或多個不同運動控制算法。

圖3是根據(jù)一些實施例的碰撞避免方法300的簡圖?？梢灾辽俨糠值匾源鎯υ诜撬矐B(tài)的、有形的機(jī)器可讀介質(zhì)上的可執(zhí)行代碼的形式來實現(xiàn)方法300的一個或多個進(jìn)程310-350，所述可執(zhí)行代碼在由一個或多個處理器(例如分別在控制單元120和/或140中的處理器122和/或142)運行時可以促使一個或多個處理器執(zhí)行方法310-350的進(jìn)程。在一些實施例中，可以通過諸如運動控制應(yīng)用程序126和/或146的應(yīng)用程序來實現(xiàn)方法300。

在進(jìn)程310中，確定一個或多個區(qū)段位置?？刂茊卧梢源_定該控制單元正在控制的設(shè)備的一個或多個區(qū)段的位置。在一些示例中，控制單元120可以確定與設(shè)備110的一個或多個鉸接臂115和/或末端執(zhí)行器相關(guān)的一個或多個區(qū)段的位置。在一些示例中，控制單元140可以確定與設(shè)備130的成像子系統(tǒng)135相關(guān)的一個或多個區(qū)段的位置。該控制單元可以使用一個或多個接頭傳感器來確定被控制的設(shè)備中的區(qū)段之間的各種接頭的相對位置和/或旋轉(zhuǎn)。在一些示例中，這些接頭傳感器可以包括電位器、光學(xué)編碼器和/或類似裝置。在一些示例中，來自這些接頭傳感器的信息可以與該設(shè)備及其區(qū)段的一個或多個運動學(xué)模型相結(jié)合，用以確定一個或多個區(qū)段位置。在一些示例中，該控制單元可以基于從被控制的區(qū)段和/或設(shè)備的拍攝的圖像中得到的信息來確定一個或多個區(qū)段位置。在一些示例中，一個或多個區(qū)段位置可以在局部坐標(biāo)系中被確定和/或被平移到全局坐標(biāo)系。

在進(jìn)程320中，交換一個或多個VCO的幾何結(jié)構(gòu)。通過使用在進(jìn)程310期間確定的一個或多個區(qū)段位置，該控制單元可以確定與一個或多個區(qū)段相關(guān)的一個或多個VCO的幾何結(jié)構(gòu)(例如位置和/或取向)。例如，當(dāng)該控制單元正在控制包含區(qū)段210和220的設(shè)備時，可以使用區(qū)段210和220的位置來確定VCO 241-249的幾何結(jié)構(gòu)。類似地，當(dāng)該控制單元正在控制包含區(qū)段230的設(shè)備時，可以使用區(qū)段230的位置來確定VCO 251和252的幾何結(jié)構(gòu)。然后該控制單元可以與負(fù)責(zé)控制具有可移動區(qū)段的其他設(shè)備的其他控制單元共享這些VCO的幾何結(jié)構(gòu)。該控制單元也可以接收與其他設(shè)備的可移動區(qū)段的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)的信息。在一些示例中，該控制單元可以通過使用諸如網(wǎng)絡(luò)150的網(wǎng)絡(luò)、通過共享接口和/或類似配置交換一個或多個消息來交換VCO的幾何結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，VCO的幾何結(jié)構(gòu)的交換可以包括交換對應(yīng)于過去的、現(xiàn)在的和/或規(guī)劃的運動的幾何結(jié)構(gòu)的時間序列。

在進(jìn)程330中，檢測一個或多個接近點。通過使用在進(jìn)程320期間確定的和/或交換的VCO的幾何結(jié)構(gòu)，該控制單元可以檢測被控制的設(shè)備的區(qū)段與VCO幾何結(jié)構(gòu)信息已知的其他設(shè)備的區(qū)段之間的一個或多個接近點。所述一個或多個接近點可以指示潛在碰撞的區(qū)域、在運動規(guī)劃中避開的區(qū)域、期望有更詳細(xì)的幾何建模的區(qū)域和/或類似區(qū)域。在一些示例中，一個或多個接近點可以包括距離260。

在進(jìn)程340中，規(guī)劃無碰撞路徑。通過使用在進(jìn)程320期間確定的和/或交換的VCO的幾何結(jié)構(gòu)和/或在進(jìn)程330期間檢測的一個或多個接近點，該控制單元可以確定其正在控制的設(shè)備的區(qū)段的無碰撞路徑。在一些示例中，該無碰撞路徑可以使用被控制的設(shè)備的區(qū)段的一個或多個運動學(xué)模型。在一些示例中，該路徑或運動規(guī)劃可以使用在進(jìn)程320期間接收的VCO的幾何結(jié)構(gòu)作為被控制的設(shè)備的區(qū)段的VCO不會交疊的禁越區(qū)/遠(yuǎn)離區(qū)。在一些示例中，VCO的幾何結(jié)構(gòu)之間的距離可以被保持在最小閾值以上和/或被最大化以進(jìn)一步降低使用規(guī)劃路徑的碰撞可能性。在一些示例中，該路徑的末端位置對應(yīng)于被控制的設(shè)備的一個或多個末端執(zhí)行器的期望位置和/或取向。

在進(jìn)程350中，執(zhí)行運動。通過使用在進(jìn)程340期間規(guī)劃的路徑，該控制單元可以向被控制的設(shè)備的致動器傳達(dá)一個或多個運動命令。然后一個或多個致動器可以使被控制的設(shè)備的這些區(qū)段與規(guī)劃路徑相一致地移動。在一些示例中，這可以包括調(diào)整對致動器供應(yīng)的一個或多個電流和/或電壓。

由于運動規(guī)劃是在進(jìn)程350期間進(jìn)行的，這可能導(dǎo)致被控制的設(shè)備的區(qū)段的位置發(fā)生變化。因而，方法300可以周期性地重復(fù)，以便進(jìn)行的運動被不斷更新，以反映與被控制的設(shè)備的運動相關(guān)的各種設(shè)備的每個區(qū)段的位置、取向和/或運動的變化。

方法300的碰撞避免使用了與各種區(qū)段相關(guān)的VCO的通常靜態(tài)的模型。這是因為使用區(qū)段幾何結(jié)構(gòu)的靜態(tài)禁越/遠(yuǎn)離模型可以有效地實現(xiàn)兩個或更多個設(shè)備的區(qū)段之間的碰撞避免。不同設(shè)備和區(qū)段的VCO的幾何結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系通常通過尋找VCO之間的交疊來提供良好的碰撞檢測測試，通過創(chuàng)建環(huán)繞體積來支持區(qū)段周圍的可用安全裕度，和/或通過檢查接近點和接近點距離的趨勢來為即將發(fā)生的碰撞的預(yù)測提供支持。然而，VCO的這種靜態(tài)模型可能限制其有效性。

通過對用于區(qū)段建模的VCO的一個或多個特性進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，可以支持額外的和/或更強(qiáng)大的碰撞避免和協(xié)調(diào)運動算法。所述一個或多個特性可以包括VCO的尺寸、形狀、數(shù)量、彈性和/或類似的特性。通過動態(tài)調(diào)整這些特性中的一個或多個，VCO可用于對運動目標(biāo)的變化進(jìn)行建模、適應(yīng)運動特征的變化、引發(fā)鄰近的其他設(shè)備和區(qū)段的運動行為的變化、向設(shè)備操作者提供反饋和/或類似操作。

在一些實施例中，動態(tài)改變VCO的尺寸可以幫助其他運動算法來調(diào)整運動目標(biāo)和/或運動特征的變化。在一些示例中，設(shè)備中的區(qū)段的動量隨著區(qū)段移動的速度而增加。該設(shè)備的動量越高，致動器改變該區(qū)段的速度(如用以一旦檢測到即將發(fā)生碰撞則可防止碰撞)變得更難。通過增大與區(qū)段相關(guān)的VCO的尺寸來反映這種動量的增大，有可能在快速移動區(qū)段周圍有效地引入額外的安全裕度，以便在可能發(fā)生碰撞之前提供較早的警告。這是因為VCO越大，越有可能使其他區(qū)段的VCO比更小的VCO更早地交疊。在一些示例中，這種尺寸的變化還可能伴隨有與該區(qū)段相關(guān)的VCO的數(shù)量的減少。在一些示例中，減少與一個區(qū)段相關(guān)的VCO的尺寸可以允許更好地使用精細(xì)運動和/或與其他設(shè)備的區(qū)段的接近操作。當(dāng)VCO的尺寸減小至更緊密地匹配所關(guān)聯(lián)的區(qū)段的體積時，有可能在精細(xì)運動和/或接近操作過程中使用與VCO相關(guān)的通常更有效的碰撞避免測試。這可能有助于提高與該區(qū)段和相應(yīng)設(shè)備的精細(xì)運動和/或接近操作有關(guān)的計算效率。在一些示例中，VCO的尺寸的減小還可以導(dǎo)致與該區(qū)段和/或VCO的形狀相關(guān)的VCO的數(shù)量的增加，以便它們可以更緊密地匹配該區(qū)段的幾何結(jié)構(gòu)。

在一些實施例中，動態(tài)改變VCO的尺寸可以允許一個設(shè)備引發(fā)其他設(shè)備的運動行為的變化。在一些示例中，在較高速度的運動中的VCO的尺寸的增大可以為與較早碰撞警報相關(guān)的其他設(shè)備提供較早警報。在一些示例中，與區(qū)段相關(guān)的一個或多個VCO的尺寸的增大可以引發(fā)另一個設(shè)備的緊急停止和/或緊急回撤。由于VCO的尺寸迅速增大，這可能在其他設(shè)備發(fā)現(xiàn)不可能避免碰撞和/或有效移動離開非常大的VCO時在這些設(shè)備中觸發(fā)一個或多個碰撞警告。如果VCO變得足夠大(例如與工作空間一樣大)，它們可以用于在該工作空間中在其他設(shè)備中引發(fā)緊急停止。在一些示例中，與一個區(qū)段相關(guān)的一個或多個VCO可以被擴(kuò)大至接觸其他VCO。在這種方案中，每個VCO可以迅速擴(kuò)大至恰好在其與另一個設(shè)備中的區(qū)段的最近VCO交疊之前的點上。以此方式，可以在區(qū)段周圍要求最大量的操縱空間。在一些示例中，兩個VCO之間的接近點距離(如VCO 243和251之間的距離260)可以用于例如通過使接近點距離增大至該VCO的半徑來確定被擴(kuò)大以接觸的VCO的期望擴(kuò)展尺寸。

在一些實施例中，動態(tài)改變與一個區(qū)段相關(guān)的VCO的尺寸、形狀和/或數(shù)量可以有利于區(qū)段形狀的變化和/或相同設(shè)備內(nèi)的區(qū)段的連接角、定位和/或相對定位的變化的更好建模。在一些示例中，這些尺寸、形狀和/或數(shù)量的變化可以有利于獲得與使用VCO相關(guān)的計算效率與使VCO能夠更有效地接近對應(yīng)區(qū)段的幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。

在一些實施例中，VCO可以用于保護(hù)工作空間的一個或多個體積。在一些示例中，一個或多個VCO可以用于為設(shè)備中的一個或多個區(qū)段預(yù)留操作體積。一個或多個VCO可以在該工作空間內(nèi)是固定的或可移動的，并且提供阻止和/或防止其他設(shè)備的其他區(qū)段進(jìn)入的操作體積。這些一個或多個VCO可以與一個或多個區(qū)段一起移動，或者可以獨立于一個或多個區(qū)段而移動。在一些示例中，一個或多個動態(tài)VCO可以創(chuàng)建用于工作空間中的其他物體的遠(yuǎn)離區(qū)域、禁越區(qū)域和/或受保護(hù)區(qū)域。在一些示例中，一個或多個動態(tài)VCO可以保護(hù)該工作空間中的患者的一部分解剖體和/或物體。在一些示例中，受保護(hù)的解剖體可以在腫瘤、一個或多個器官和或類似結(jié)構(gòu)的周圍創(chuàng)建裕度。在一些示例中，可以基于對該患者的解剖體拍攝的一個或多個圖像而對一個或多個動態(tài)VCO進(jìn)行建模。在一些示例中，該一個或多個動態(tài)VCO可以在該患者移動和/或發(fā)生其他代謝過程時改變，如在跳動的心臟和/或呼吸的肺部周圍擴(kuò)大和收縮。

在一些實施例中，VCO還可用于對超出與類似碰撞的活動相關(guān)的運動的運動提供更復(fù)雜的影響。在一些示例中，通過將VCO建模為具有彈性的可變形物體，一個區(qū)段的VCO將虛擬位移力傳遞給其他區(qū)段的VCO是可能的。在一些示例中，這種虛擬位移力可用于推開其他區(qū)段，并且因而在其他區(qū)段中引發(fā)碰撞避免行為。在一些示例中，這種虛擬位移力可用于向操作者提供觸覺和/或其他反饋，用以阻止該操作者繼續(xù)進(jìn)行不期望的運動。在一些示例中，該虛擬位移力還可以在其超過閾值時觸發(fā)緊急停止的行為。在一些示例中，該虛擬位移力可以用于在運動目標(biāo)可將虛擬位移力保持在預(yù)定值時引發(fā)順應(yīng)性運動。在一些示例中，VCO的彈性可以是動態(tài)變化的，用以在不同情況下提供不同水平的虛擬位移力。在一些示例中，與具有給定位置優(yōu)先級的區(qū)段相關(guān)的VCO中的彈性可以被增加，并且不容易如其他設(shè)備的區(qū)段一樣從期望的位置和/或運動上移位。在一些示例中，該彈性可以在碰撞和/或接近碰撞的情況下增加，用以增加其他設(shè)備中的鄰近區(qū)段中的反饋和/或運動阻力。

圖4是根據(jù)一些實施例的彈性虛擬碰撞物體之間的相互作用的簡圖。如圖4所示，具有半徑R₁和彈性系數(shù)k₁的第一彈性VCO 410與具有半徑R₂和彈性系數(shù)k₂的第二彈性VCO 420相互作用。彈性VCO 410和420相互作用是因為彈性VCO 410的中心415與彈性VCO 420的中心425之間的距離d小于R₁+R₂而使得在與彈性VCO 410和420相關(guān)的未壓縮子體積之間有交疊。若干模型中的任一模型都可以用于確定由彈性VCO 410和420對彼此施加的虛擬位移力。等式1示出了一種這樣的模型，其中虛擬位移力在三個區(qū)中被建模。

在與彈性VCO 410和420相關(guān)的未壓縮子體積中沒有交疊(即d大于或等于R₁+R₂)的第一區(qū)中，沒有虛擬位移力。在交疊開始的第二區(qū)中，虛擬位移力相對于距離d相反地增加。在一些示例中，距離的平方可用于更有效的計算。比例常數(shù)K可以被設(shè)置以控制虛擬位移力的尺度。d_min的值可以被設(shè)置為是固定值的任何閾值和/或可以被設(shè)置為R₁+R₂的百分比，如R₁+R₂的百分之十、百分之二十、百分之五十或其他百分比，從而設(shè)置最小接近點。在一些示例中，d_min可以基于被VCO 410和420接近的相應(yīng)區(qū)段的尺寸來設(shè)置。δ的值可以被設(shè)置為名義上較小的值，以防止等式中除以零的錯誤。并且，在第三區(qū)中，當(dāng)d降至d_min以下時，虛擬位移力達(dá)到最大量，其被解釋為緊急停止情況，反映出底層區(qū)段之間非常接近的鄰近程度。對于VCO建模的其他方面，d_min、δ、k₁、k₂和K可以被動態(tài)地設(shè)置。

在一些實施例中，可以在第二區(qū)中改變F的公式，以解決僅由其他彈性VCO施加虛擬位移力的情況。例如，如等式2所示，由彈性VCO 420在彈性VCO 410上施加的虛擬位移力將在該等式中包括k₂并且省略了k₁。

VCO 420在VCO 410上的

等式1和等式2的示例只是代表性的，并且其他建模方案可以用于確定虛擬位移力。在一些實施例中，用于虛擬位移力的等式可以適用不同于球形的彈性VCO，如圓柱體、卵形體、膠囊形、長方體等。在一些實施例中，彈性VCO的彈性系數(shù)可以是各向異性的和/或非均質(zhì)性的。在一些示例中，該彈性系數(shù)可以基于VCO的幾何結(jié)構(gòu)而變化，如沿著圓柱形VCO的半徑的彈性系數(shù)高于沿著軸線的彈性系數(shù)。在一些示例中，彈性系數(shù)在相關(guān)區(qū)段的運動方向上可以更高，以便在該方向可能具有更高的即將發(fā)生碰撞的可能性時沿著該運動方向提供更高的虛擬位移力。在一些示例中，該彈性系數(shù)可以被建模成向彈性VCO的體積施加的向量場和/或張量場。在一些實施例中，氣體和/或流體動態(tài)模型可被用于確定該虛擬位移力，就像VCO充滿氣體和/或凝膠那樣。在一些實施例中，VCO可被建模成充滿小球和/或其他剛性的或可變形的小物體的體積。在一些實施例中，有限元模型可被用于確定虛擬位移力。在一些實施例中，該彈性系數(shù)可能拒絕生成虛擬吸引力以促進(jìn)一個或多個區(qū)段運動到期望的位置和/或姿勢。

圖5是根據(jù)一些實施例的協(xié)調(diào)運動的方法500的簡圖?？梢灾辽俨糠值匾源鎯υ诜撬矐B(tài)的、有形的機(jī)器可讀介質(zhì)上的可執(zhí)行代碼的形式來實現(xiàn)方法500的一個或多個進(jìn)程510-570，這些機(jī)器可讀介質(zhì)在由一個或多個處理器(例如分別在控制單元120和/或140中的處理器122和/或142)運行時可以促使一個或多個處理器執(zhí)行方法510-570的進(jìn)程。在一些實施例中，可以通過一個應(yīng)用程序(如運動控制應(yīng)用程序126和/或146)來實現(xiàn)方法500。

在進(jìn)程510中，確定一個或多個區(qū)段的位置和/或運動?？刂茊卧梢源_定該控制單元正在控制的設(shè)備的一個或多個區(qū)段的位置和/或運動。在一些示例中，控制單元120可以確定與設(shè)備110的一個或多個鉸接臂115和/或末端執(zhí)行器相關(guān)的一個或多個區(qū)段的位置和/或運動。在一些示例中，控制單元140可以確定與設(shè)備130的成像子系統(tǒng)135相關(guān)的一個或多個區(qū)段的位置和/或運動。該控制單元可以使用一個或多個接頭傳感器來確定被控制的設(shè)備中的區(qū)段之間的各種接頭的相對位置和/或旋轉(zhuǎn)。在一些示例中，這些接頭傳感器可以包括電位器、光學(xué)編碼器和/或類似裝置。在一些示例中，來自這些接頭傳感器的信息可以與該設(shè)備及其區(qū)段的一個或多個運動學(xué)模型相結(jié)合，用以確定一個或多個區(qū)段位置。在一些示例中，該控制單元可以基于從拍攝的區(qū)段和/或被控制設(shè)備的一個或多個圖像中得到的信息來確定一個或多個區(qū)段位置。在一些示例中，一個或多個區(qū)段位置可以在局部坐標(biāo)系中被確定和/或被平移到全局坐標(biāo)系。在一些示例中，接頭速度與一個或多個運動學(xué)模型結(jié)合可以用于確定一個或多個區(qū)段的相對運動。在一些示例中，數(shù)值微分技術(shù)可以用于基于隨時間記錄的一個或多個區(qū)段的一個或多個位置來確定一個或多個區(qū)段的運動。

在進(jìn)程520中，可以確定運動目標(biāo)和/或特征的變化?；诒豢刂频脑O(shè)備中的一個或多個區(qū)段的期望運動目標(biāo)，可能合適的是改變與一個或多個區(qū)段相關(guān)的一個或多個VCO的特性。在一些示例中，在進(jìn)程510期間確定的運動可以用于確定一個或多個區(qū)段的速度，該速度可以用于調(diào)整一個或多個安全裕度。在一些示例中，在進(jìn)程510期間確定的運動可以與一個或多個區(qū)段的質(zhì)量模型相結(jié)合，用以確定一個或多個區(qū)段的動量，該動量可以用于調(diào)整一個或多個安全裕度。在一些示例中，至精細(xì)運動和/或接近操作的切換可以用于調(diào)整與一個或多個區(qū)段相關(guān)的VCO的尺寸、形狀和/或數(shù)量。在一些示例中，一個或多個區(qū)段的相對取向的變化可以用于調(diào)整與一個或多個區(qū)段相關(guān)的VCO的尺寸、形狀和/或數(shù)量。在一些示例中，可以做出實現(xiàn)緊急停止和/或擴(kuò)展至接觸的期望作為控制策略的一部分。在一些示例中，可以由操作者和/或應(yīng)用程序使用被控制的設(shè)備來提供運動目標(biāo)和/或特征的變化。

在進(jìn)程530中，調(diào)整一個或多個虛擬碰撞物體特性。基于在進(jìn)程520期間確定的運動目標(biāo)和/或運動特征的變化，調(diào)整一個或多個虛擬碰撞物體特性。這可以包括與被控制的設(shè)備的區(qū)段相關(guān)的任何VCO的尺寸、形狀、數(shù)量和/或彈性。在一些示例中，可以基于確定的速度和/或動量來縮放一個或多個VCO的尺寸，用以實現(xiàn)緊急停止和/或?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)展至接觸。在一些示例中，可以改變VCO的尺寸、形狀和/或數(shù)量以支持一個或多個區(qū)段之間的關(guān)系的變化，以切換至精細(xì)運動或接近操作或從精細(xì)運動或接近操作切換，和/或以適應(yīng)VCO的其他特性的變化。在一些示例中，可以調(diào)整一個或多個VCO的彈性，以使得相應(yīng)的區(qū)段或多或少地易受從其他設(shè)備中的區(qū)段的VCO接收的運動提示的影響。

在進(jìn)程540中，交換一個或多個VCO的幾何結(jié)構(gòu)和特性。通過使用在進(jìn)程510期間確定的一個或多個區(qū)段位置以及VCO的變化的和不變的特性，該控制單元可以確定與一個或多個區(qū)段相關(guān)的一個或多個VCO的幾何結(jié)構(gòu)(例如，位置和/或取向)。例如，當(dāng)該控制單元正在控制包含區(qū)段210和220的設(shè)備時，可以使用區(qū)段210和220的位置和/或VCO 241-249的特性來確定VCO 241-249的幾何結(jié)構(gòu)。類似地，當(dāng)該控制單元控制包含區(qū)段230的設(shè)備時，可以使用區(qū)段230的位置和/或VCO 251和252的特性來確定VCO 251和252的幾何結(jié)構(gòu)。然后該控制單元可以與負(fù)責(zé)控制具有可移動區(qū)段的其他設(shè)備的其他控制單元共享這些VCO的幾何結(jié)構(gòu)和特性。該控制單元也可以接收與其他設(shè)備的可移動區(qū)段的幾何結(jié)構(gòu)和特性有關(guān)的信息。在一些示例中，該控制單元可以通過使用諸如網(wǎng)絡(luò)150的網(wǎng)絡(luò)、通過共享接口和/或類似配置交換一個或多個消息來交換VCO的幾何結(jié)構(gòu)和特性。在一些實施例中，VCO的幾何結(jié)構(gòu)和特性的交換可以包括交換對應(yīng)于過去的、現(xiàn)在的和/或規(guī)劃的運動的幾何結(jié)構(gòu)和特性的時間序列。

在進(jìn)程550中，確定一個或多個虛擬碰撞物體之間的關(guān)系。對在進(jìn)程540期間交換的一個或多個VCO的幾何結(jié)構(gòu)和/或特性進(jìn)行檢查以確定可能對碰撞避免、運動規(guī)劃和/或其他活動有意義的VCO之間是否有任何關(guān)系。在一些示例中，這些關(guān)系可以包括確定在與被控制的設(shè)備相關(guān)的一個或多個VCO和其他設(shè)備的VCO之間是否存在交疊和/或低于閾值的鄰近度。在一些示例中，可以基于系統(tǒng)配置和/或由操作者動態(tài)設(shè)定和/或各種位置、速度、幾何結(jié)構(gòu)和/或運動目標(biāo)來預(yù)定該閾值。VCO的鄰近度和/或交疊可以用于指示需要避免的即將發(fā)生的碰撞。在一些示例中，交疊可以用于確定一個或多個虛擬位移力，所述虛擬位移力可以改變被控制的設(shè)備的一個或多個區(qū)段的定位和/或進(jìn)一步的運動。在一些示例中，這些關(guān)系可以指示緊急停止的情況。在一些實施例中，當(dāng)與區(qū)段相關(guān)的多于一個VCO與一個或多個其他區(qū)段或設(shè)備的VCO具有相關(guān)的關(guān)系時，可以使用疊加和/或用于結(jié)合來自多個源的輸入的效應(yīng)的其他技術(shù)對這些關(guān)系的累積效果進(jìn)行建模。在一些實施例中，這些關(guān)系的影響可以至少部分地從一個區(qū)段轉(zhuǎn)移至另一個區(qū)段。例如當(dāng)施加到一個區(qū)段上的虛擬位移力經(jīng)由區(qū)段接頭被轉(zhuǎn)移至相鄰的區(qū)段時，可以發(fā)生這種情況。在一些示例中，可以使用一個或多個反向運動學(xué)模型來轉(zhuǎn)移區(qū)段之間的關(guān)系的影響。

在進(jìn)程560中，基于這些關(guān)系來調(diào)整運動規(guī)劃和/或提供反饋?；谠谶M(jìn)程550期間檢測到的這些關(guān)系，可以調(diào)整被控制的設(shè)備的一個或多個區(qū)段的運動規(guī)劃和/或提供反饋。在一些示例中，在進(jìn)程510期間確定的位置和/或運動還可以用于與一個或多個運動學(xué)模型相結(jié)合，用以為被控制的設(shè)備的一個或多個區(qū)段準(zhǔn)備運動規(guī)劃。在一些示例中，該控制單元可以確定其控制的設(shè)備的一個或多個區(qū)段的碰撞避免路徑。在一些示例中，該運動規(guī)劃可以使用在進(jìn)程540期間接收的VCO的幾何結(jié)構(gòu)和/或特性作為該控制單元控制的設(shè)備的區(qū)段的VCO不會交疊的禁越區(qū)/遠(yuǎn)離區(qū)。在一些示例中，VCO的幾何結(jié)構(gòu)之間的距離可以被保持在最小閾值以上和/或被最大化以進(jìn)一步降低使用所述規(guī)劃路徑的碰撞可能性。在一些示例中，可以控制該距離以保持與其他設(shè)備相關(guān)的VCO的虛擬位移力的期望量。在一些示例中，虛擬位移力的期望量可以是零以實現(xiàn)碰撞避免和/或是非零以實現(xiàn)協(xié)調(diào)運動。在一些示例中，該運動規(guī)劃的末端位置可以對應(yīng)于被控制的設(shè)備的一個或多個末端執(zhí)行器的期望位置和/或取向。在一些示例中，在進(jìn)程550期間確定的虛擬位移力可以用于向被控制的設(shè)備的操作者提供反饋。在一些示例中，可以通過觸覺控制和/或通過視覺和/或聽覺提示來提供該反饋。在一些示例中，通過在被控制的設(shè)備的接頭上引發(fā)反饋力或力矩，可以將該反饋映射回到被控制的設(shè)備的末端執(zhí)行器和/或區(qū)段。在一些示例中，所引發(fā)的反饋力或力矩可以修改根據(jù)其他運動規(guī)劃和/或操作者命令的移動確定的相應(yīng)接頭的力或力矩。在一些示例中，可以使用Jacobian轉(zhuǎn)置或類似方法來將反饋映射到所引發(fā)的反饋力或力矩。

在進(jìn)程570中，執(zhí)行運動。通過使用在進(jìn)程560期間調(diào)整的運動規(guī)劃，該控制單元可以向被控制的設(shè)備的致動器傳達(dá)一個或多個運動命令。然后一個或多個致動器可以使被控制的設(shè)備的這些區(qū)段與運動規(guī)劃相一致地移動。在一些示例中，這可以包括調(diào)整對致動器供應(yīng)的一個或多個電流和/或電壓。

由于運動規(guī)劃是在進(jìn)程570期間進(jìn)行的，這可能導(dǎo)致被控制的設(shè)備的區(qū)段的位置和/或運動發(fā)生變化。因而，方法500可以周期性地重復(fù)，以便進(jìn)行的運動被不斷更新，以反映與被控制的設(shè)備的運動相關(guān)的各種設(shè)備的每個區(qū)段的位置、取向和/或運動的變化。

如以上討論并在此進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)的，圖5僅僅是一個示例，其不應(yīng)過度地限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到許多變化、替換和修改。根據(jù)一些實施例，方法500的協(xié)調(diào)運動可進(jìn)一步包括創(chuàng)建一個或多個VCO，用以在工作空間中創(chuàng)建一個或多個可保護(hù)區(qū)域和/或預(yù)留一個或多個操作體積。在一些示例中，一個或多個可保護(hù)區(qū)域可以與工作空間中的患者的解剖體和/或其他物體相關(guān)聯(lián)。在一些示例中，一個或多個可保護(hù)區(qū)域可以包括動態(tài)的幾何結(jié)構(gòu)。

控制單元的一些示例(如控制單元120和/或140)可以包括非瞬態(tài)的、有形的機(jī)器可讀介質(zhì)，該機(jī)器可讀介質(zhì)包括可執(zhí)行代碼，當(dāng)由一個或多個處理器(例如處理器122和/或142)運行時所述代碼可以促使一個或多個處理器來執(zhí)行方法300和/或500的進(jìn)程?？砂ǚ椒?00和/或500的進(jìn)程的一些普通形式的機(jī)器可讀介質(zhì)是例如軟盤、柔性磁盤、硬盤、磁帶、任何其他磁性介質(zhì)、CD-ROM、任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶、具有孔洞圖案的任何其他物理介質(zhì)、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存儲器芯片或卡盒/或處理器或計算機(jī)適于讀取的任何其他介質(zhì)。

盡管已經(jīng)示出并描述了一些說明性實施例，但在前面的公開中可以設(shè)想許多各種不同的修改、變化和替換，并且在某些情況下，無需相應(yīng)地使用其他特征即可采用這些實施例的一些特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到許多變化、替換和修改。因而，本發(fā)明的范圍應(yīng)僅受到隨附權(quán)利要求所限制，并且應(yīng)認(rèn)識到，應(yīng)寬泛地并且是以一種與在此公開的實施例的范圍相一致的方式來解釋這些權(quán)利要求。