CN118678929A - 用于操纵医疗设备的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

一种连续体机器人，具有至少两个可独立操纵的可弯曲节段，用于推进机器人通过通道，而不接触通道内的易损元件，其中该机器人整合有一种系统、方法和装置，该系统、方法和装置包括能够松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段的“松弛模式”，从而允许可弯曲节段保形于周围的解剖结构。

Description

用于操纵医疗设备的方法、装置和系统

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2022年2月7日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请No.63/307398的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般而言涉及医疗设备，并且更具体地涉及一种连续体(continuum)机器人(也称为“蛇(snake)”或“蛇系统(snake system)”)，其适用于在医疗过程中引导介入工具和器械，诸如内窥镜和其他工具。

背景技术

连续体机器人或蛇包括具有柔性结构的多个弯曲节段，其中通过使弯曲节段变形来控制连续体机器人的形状。蛇与包括硬性链节的现有机器人相比主要有两个优点。第一个优点是，蛇可以在狭窄空间中或在硬性链节机器人可能被卡住的物体分散的环境中沿着曲线移动。第二个优点是，由于蛇具有固有的柔性，因此可以在不损坏周围易损元件的情况下操作蛇。

近年来，微创医疗护理越来越受到关注，微创医疗护理可以减轻患者的负担，并可以改善治疗或检查后的生活质量(QOL)。使用内窥镜的手术或检查是微创医疗护理的典型示例。例如，腹腔镜手术比常规的腹部手术有优势，因为它可以以较小的手术伤口进行，从而缩短住院时间并减少对外表的损害。

用于微创医疗护理的内窥镜大致被划分为硬性内窥镜和软性内窥镜。使用硬性内窥镜，虽然可以获得清晰的图像，但是可以观察到观察目标的方向是有限的。另外，当硬性内窥镜被插入到弯曲的器官(诸如食道、大肠或尿道)中时，硬性内窥镜的插入部分压迫器官并给患者带来疼痛。相比之下，软性内窥镜包括由可弯曲的构件形成的插入部分，使得可以通过调整内窥镜远端的弯曲角度来详细观察大区域。此外，通过沿着插入路径弯曲插入部分，可以减轻患者的负担。当可弯曲部分的数量增加时，即使在插入路径具有复杂的弯曲形状时，也可以将内窥镜插入身体的深部区域，而不导致内窥镜与组织接触。

因此，具有多个可弯曲部分的软性内窥镜已被广泛研究和开发。

但是，在导引通过气道时，内窥镜的姿势不一定与通道的形状相匹配。这种不匹配可能导致内窥镜经历与气道壁的摩擦。这种摩擦可能导致内窥镜扭曲或脱垂，使导引更加困难或不能够进行导引。此外，这可能对解剖结构施加很大的力，并可能对受试者造成创伤。这种现象并非多节段机器人内窥镜所独有，但是因为其可以呈现更复杂的形状，所以这种现象可能更频繁地发生。

本领域中各种相关技术公开包括：US2015/0142013，其公开了使用按钮/命令释放连续体机器人拉动线的张力，以使连续体机器人形状保形于解剖结构。但是，所公开的方法存在的问题包括：1)当插入运动与这种释放相结合时，连续体机器人形状将偏离解剖结构形状超过期望值；以及2)当致动器在拉动的同时推动线时，仅通过释放线上的张力难以释放线上的压缩力和张力二者。

由此，本主题创新提出了对这一难题的解决方案。

发明内容

因此，为了解决行业中的此类示例性需求，目前公开的装置教导了一种机器人装置，包括：连续体机器人，该连续体机器人包括多个弯曲节段，所述多个弯曲节段包括远端弯曲节段和近端弯曲节段，其中弯曲节段中的每个弯曲节段由至少一根线弯曲；以及用于移动所述至少一根线的致动器和用于基于来自最终用户的指令控制致动器的控制器，其中致动器包括用于移动所述至少一根线的至少一个电机，以及与线通信以检测所述至少一根线上的力的至少一个传感器，并且其中控制器还包括松弛模式，用于通过基于来自所述至少一个传感器的信息使用所述至少一个电机的力反馈控制来减少所述至少一根线中的拉伸力并松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。

在另外的实施例中，松弛模式还包括减少所述至少一根线中的压缩力并松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。此外，另一个实施例包括减小压缩力和拉伸力，这与致动器机械结构无关，并且通过使用力反馈控制来释放所述至少一根线上的力来实现。

在其他实施例中，基于所述至少一根线上的力测量数据来启用松弛模式。此外，松弛模式在所述至少一个传感器达到阈值力测量结果时，可以被被动地启用。可替代地，最终用户可以激活或停用松弛模式。这可以在最终用户启动按钮来激活和/或停用松弛模式时实现。

在另一个实施例中，最终用户可以启动按钮来激活松弛模式，并且在预定的时间间隔之后，松弛模式被自动停用。

在又另外的实施例中，控制器不反映最终用户在松弛模式下对可弯曲节段的弯曲命令。

在其他示例性实施例中，该装置还包括插入台，用于在纵向方向上相对于连续体机器人移动连续体机器人，其中插入台的移动由控制器根据来自最终用户的指令进行控制。进一步考虑，松弛模式仅当插入台静止时才被启用。

在另一个实施例中，松弛模式可以被启用用于插入和/或移除多个弯曲节段。

本主题创新还教导了一种连续体机器人控制系统，包括：连续体机器人，该连续体机器人包括多个弯曲节段，所述多个弯曲节段包括远端弯曲节段和近端弯曲节段，其中弯曲节段中的每个弯曲节段由至少一根线弯曲；致动器，用于移动所述至少一根线；以及控制器，用于基于来自最终用户的指令控制致动器，其中致动器包括用于移动所述至少一根线的至少一个电机，以及与线通信以检测所述至少一根线上的力的至少一个传感器，并且其中控制器还包括松弛模式，用于通过基于来自所述至少一个传感器的信息使用所述至少一个电机的力反馈控制来减少所述至少一根线中的拉伸力并松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。

在结合附图和提供的段落阅读本公开的示例性实施例的以下详细描述后，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得清晰。

附图说明

当结合示出本创新的说明性实施例的附图时，根据以下详细描述，本创新的进一步的目的、特征和优点将变得清晰。

图1是根据本主题装置、方法或系统的一个或多个实施例的整合有多种辅助部件的示例性可弯曲医疗设备的框图。

图2图示了根据本主题装置、方法或系统的一个或多个实施例的主题连续体机器人的运动学模型。

图3提供了根据本主题装置、方法或系统的一个或多个实施例的本主题连续体机器人的详细图示。

图4a和图4b是根据本主题装置、方法或系统的一个或多个实施例的与本主题连续体机器人的路径相关的肺中的目标区域的图像。

贯穿各图，除非另有说明，否则使用相同的附图数字和字符标记来表示所图示实施例的相似特征、元件、部件或部分。此外，包括符号“’”的(一个或多个)附图标记(例如，12’或24’)表示相同性质和/或种类的次要元件和/或参考。此外，虽然现在将参考附图详细描述本主题公开，但这是结合说明性实施例进行的。旨在对所描述的实施例进行改变和修改，而不脱离由所附段落所定义的本主题公开的真实范围和精神。

具体实施方式

在本主题公开中，申请人将首先详细描述连续体机器人的机制，然后描述连续体机器人的“松弛”模式和功能性方法，以及与连续体机器人和所述“松弛”模式相关联的系统和过程。

图1是示例性可弯曲医疗设备系统10的系统框图，该系统整合有旨在组成完整医疗系统的多种辅助部件。可弯曲医疗设备系统10包括用于驱动线并且具有基座台18的致动器或驱动单元12(本文也称为“驱动器”)、可弯曲医疗设备13、定位车14、具有按钮、拇指杆和/或操纵杆操作控制台15的操作控制台15(本文也称为“控制器15”)和导引软件16。示例性可弯曲医疗设备系统10能够与外部系统部件和临床用户交互，以方便对患者使用。

图2图示了能够进行多次弯曲的连续体机器人100，图3提供了机器人100近端的放大视图。

如图2中所示，连续体机器人100包括线111b、112b和113b，线111b、112b和113b分别连接到位于端盘160b上的连接部分121、122和123，用于控制中间弯曲节段104。附加线(对于其他可弯曲节段102和106各有3根)111a、111c、112a、112c、113a、113c在每个可弯曲节段102和106的远端处附接到相应的端盘160a和160c。

由于每个弯曲节段被类似地操作，所以我们将重点关注一个弯曲节段(这里是中间弯曲节段104)以解释机制。弯曲节段104的姿势是通过使用部署在机器人基座140中的致动器130至132推动和拉动线111b至113b来控制的。(注意-为了清楚起见，图3中仅显示了用于三根线111c、112c、113c的致动器，在该创新中考虑了用于其余6根线的附加致动器)。

此外，连续体机器人100的机器人基座140部署在基座台18(参见图1)上，并且可以通过基座台18在纵向方向上移动。因此，通过使基座台18前进和回缩可以使机器人100前进和回缩到目标结构中。

操作控制台15(参见图1)指示基座台18的驱动量，并独立地指示致动器130至132的驱动量。贯穿本公开，操作控制台15也可以被描述或称为控制系统或控制器。操作控制台15可以包括专用硬件，该专用硬件包括现场可编程门阵列(“FPGA”)等；或者可以是包括存储单元、工作存储器和中央处理单元(“CPU”)的计算机。在操作控制台15为计算机的情况下，存储单元可以存储与控制系统算法对应的软件程序(如下所述)，并且中央处理单元在工作存储器中展开该程序、逐行执行该程序，从而计算机用作操作控制台15。无论哪种情况，操作控制台15都可通信地连接到基座台18和致动器130至132，并且操作控制台15向这些控制目标发送表示驱动量和配置的信号，这些信号由最终用户通过下压按钮、操纵杆等输入。

连续体机器人100包括贯穿每个弯曲节段定位的多个线引导器161至164，此外，图3中还详细示出了近端弯曲节段106。这里示出了线引导器161至164对线111c、112c和113c进行引导，并且用于为弯曲节段106提供结构完整性。与之前一样，为了冗余，我们选择在图3中详细示出近端弯曲节段106的部件，但要理解的是，其余弯曲节段102和104使用类似元件以类似方式工作。线引导器161至164各自包含用于每根线111c-113c的线通150-153。为了便于说明，图3仅示出了用于单根线111c的线通150-153。可替代地，可以利用离散布置所述多个线引导器，具有波纹管状形状或网格状形状的连续体机器人100的方法，其中线引导器161-164固定到其相应的线111a-113a。

参考图2和图3，符号定义如下：l_d＝弯曲节段中心轴线的长度；θ_n＝远端的弯曲角度；ζ_n＝远端的旋转角度；ρ_n＝弯曲节段的曲率半径。

如上所述，该实施例中的连续体机器人包括至少一个远端弯曲节段，其中连续体机器人从目标进行机器人插入和移除。

从最基本的层面上讲，本主题创新整合有“松弛”模式，该模式允许连续体机器人的形状保形于机器人周围的气道或其他解剖结构。这将减少连续体机器人与解剖结构的壁之间的相互作用，从而减少机器人扭曲和脱垂的次数和严重程度。“松弛”模式还将减少对解剖结构施加的力。松弛机器人的特定节段的优点在于它可以更好地与周围结构对准并减少沿着每个节段的与解剖结构的相互作用。

如上所述，本公开中的连续体机器人系统10包括连续体机器人100、致动器或驱动单元12、插入台18和控制器15。连续体机器人100包括具有管状体的远端和近端以及至少一个弯曲节段102。(一个或多个)弯曲节段102、104和106包括终止于每个弯曲节段的远端处(通常终止于端盘160处)的驱动线111-113。驱动线111-113的近端连接到致动器130-132。致动器包括电机和线性运动机构。线性运动机构在一端上与电机连接，在另一端上与驱动线的近端连接。经由线性运动机构，致动器可以使用电机推动和拉动驱动线，以弯曲连续体机器人。电机由控制器15(本文也称为“操作控制台”)控制。连续体机器人100和致动器12的组件安装在插入台18上。插入台18包括线性电机，用于将连续体机器人100和致动器12的组件在用于临床工作流程的插入和移除的方向上移动。插入台18也由控制器15控制。

当前实施方式使用位于机器人驱动线111-113和致动器130-132之间的接合处的力传感器170测量驱动线111-113上的力。每根驱动线111-113都有其自己的传感器170。为了同时减少线111-113上的压缩力和张力，控制器15使用力反馈控制，该力反馈控制使用这些传感器170测量线111-113上的力，并生成具有机器人控制响应特性的电机命令以减少线111-113上的力。具体而言，在当前的特定实施方式中，控制器15将在松弛模式下独立地移动每根线，而不考虑导管的运动学，来创建每个姿势。

(实施例1：正常导引中的松弛模式)

在通过解剖结构的正常导引中，操作者使用控制器/位于控制器上的操纵杆命令弯曲连续体机器人，并命令插入或移除连续体机器人。控制器接受这些命令并致动致动器和插入单元以执行预期运动。

但是，在一些情况下，操作者可能插入形状不保形于解剖结构的机器人。当在这种情况下操作者继续插入机器人时，机器人可能与解剖结构发生碰撞。当这样做时，该机器人开始使解剖结构变形，同时自身也被解剖结构变形。这种相互变形将使机器人导引变得困难，导致机器人近端部分的脱垂和减少的弯曲运动。

使用力反馈控制(即，松弛模式)减少线力将减轻机器人节段和解剖结构之间的形状不匹配，并避免机器人和解剖结构二者的变形。

与常规的机械脱离线以释放力相比，这种具有力反馈控制的松弛模式有利于维持所有控制状态。在本创新的松弛模式期间，控制器将所有电机当前位置值保持在线和电机的初始物理零位置。因此，系统可以在松弛模式和正常弯曲模式之间准确且轻松地切换操作模式。

此外，使用这种方法，即使当致动器包括线性运动机构以将电机的旋转运动转换成推-拉运动以移动线时，我们也可以为线上的压缩力和拉伸力二者实现松弛模式。即使当控制器可以减少电机上的保持扭矩时，由于这种运动机构的内部摩擦和运动转换的齿轮比，这种运动机构通常不可反向驱动。

可以根据用户要求通过推动按钮来发起/退出此松弛模式。当系统发起松弛模式时，控制器首先暂停插入台运动并暂停接受机器人的弯曲命令。然后，控制器通过力反馈控制执行线力减小。松弛模式将尝试通过移动驱动线附接到的致动器电机来减小所有驱动线中的力。由于每个节段在远端处连接三根驱动线，因此对于每根线都存在优化位置，因为一根线的运动将影响该节段中其他线的力。此外，由于所有节段都通过内壁和外壁耦合，因此这种相互作用也延伸到其他6根线。机器人的每个节段都经过“自动调谐”过程(在制造之后进行一次)，其中测量9根驱动线中的每根之间的相互作用，以创建具有提高松弛算法效率的参数的校准文件。

在另一种设计中，当系统通过使用力传感器来监测线上力的变化而检测到这种变形时，控制器可以指示用户发起松弛模式。这可以通过用户定义的力阈值或根据力传感器的力测量数据计算出的预定度量来完成。

在另一种设计中，用户推动按钮来激活松弛模式。然后，控制器对于预定的时间段保持松弛模式，该预定的时间段被定义为默认值或由用户定义。在预定的时间段之后，控制器自动禁用松弛模式并返回到正常操作模式。

在另一种设计中，在插入台移动期间，控制器不接受用户命令来激活松弛模式。

举例来说，图4a和图4b中部分地示出了示例性导引工作流程，并且可以包括：1-使用FTL导引通过气道；2-监测力读数以指示某些线中的高力；3-停止控制/操纵台/导管(参见图4a)；4-按下按钮以进入松弛模式；5-等待力减小并稳定(参见图4b)；6-按下按钮以退出松弛模式；以及7-继续使用FTL导引。

进一步考虑，可以与彼此独立地松弛机器人的每个节段，既可以手动松弛，也可以自动松弛。例如，中间和近端节段可能处于松弛模式，而尖端仍然是可控制的。以这种方式，FTL与解剖结构的相互作用将不存在，并且这些节段可能会由于串扰而在尖端方向上被“拉动”。此外，用户可以定义不同程度的保形性，并且该保形性可以是机器人的每个节段独有的。

(实施例2：自动松弛功能)

在实施例1中的导引期间，该实施例中的系统可以自动发起松弛模式，而无需操作者启动松弛模式按钮。这里，传感器可以监测输入，并且当达到预定阈值/力条件时，系统自动发起松弛模式。预定阈值/力条件将是比推荐用户使用松弛模式的阈值力值更高的阈值力值。此外，预定阈值/力条件可以基于力变化速度或测量的力与计算出的在导管的理想运动学下拉动/推动量所需的力之间的力差。当系统以预定阈值/力条件自动发起松弛模式时，系统还通知操作者它已自动进入松弛模式，并且可能限制机器人的操纵。

(实施例3：手动插入)

该第三实施例中的插入台包括电动滑件和手动滑件。致动器附接在手动滑件上，而手动滑件安装在电动滑件上。在过程开始时，操作者可以手动地将手动滑件位置设置为初始(零)位置。然后，操作者通过指示控制器将电动滑件的位置设置为初始(零)位置。在对手动滑件和插入滑件两者进行初始化之后，操作者将导管附接到手动滑块上的致动器。此外，操作者将内窥镜相机设置在机器人的工具通道中。控制器询问操作者控制器是否可以开启手动插入模式。

根据操作者的指令，控制器开启手动插入模式，其中控制器激活松弛模式，该模式暂停电动滑件运动和弯曲命令的接受，然后通过力反馈控制执行线力减小。同时，控制器向操作者显示使用手动滑件进行手动插入的指令。操作者使用手动滑件手动地插入机器人。在此手动插入期间，操作者使用内窥镜相机检查内窥镜图像。此外，控制器使用手动滑件中的编码器监测手动滑件位置。一旦操作者通过检查内窥镜图像将机器人插入到期望程度(即，肺部的第一个分叉)，操作者指示控制器结束手动插入模式。最后，控制器将当前状态移动到导引模式。

典型的示例性工作流程示例可以包括：操作者指示进入手动插入模式，然后控制器激活手动插入模式，其中在手动插入模式中，控制器激活松弛模式并继续使用编码器读取手动滑件位置，最后操作者使用手动滑件插入机器人。

(实施例4：FTL平滑)

由于机器人具有多个弯曲节段，因此采用一种称为跟随领导者(FTL)的独特控制模式。在此控制模式下，用户仅命令最远端弯曲节段的弯曲运动，而所有在先的节段均由控制器自动控制并跟随领导者(最远端弯曲节段)路径。在插入期间，控制器引导在先节段的姿势以与该点处的其后续节段的姿势沿着插入路径相匹配。当使用松弛模式时，控制器更新FTL算法以引导节段朝着新的松弛姿势，并在插入期间平滑运动过渡。

另一种控制模式，反向FTL(rFTL)在使机器人回缩时使用。此模式自动控制所有节段以从插入期间的同一位置回溯(retrace)姿势。同样，当使用松弛模式时，此rFTL算法将更新算法以参考某些位置的松弛姿势，并平滑过渡到该姿势。

此外，还存在将受益于松弛模式的其他情况，包括：

机器人扭曲-当机器人沿着壁磨擦时，它可能由于摩擦而围绕其纵向轴线滚动/扭曲。当发生这种情况时，机器人的可控性将受到影响，因为它将不再在系统命令/指引的方向上弯曲。这里松弛将减少与解剖结构的相互作用，并且机器人可以自然地返回到其初始朝向。为了实现这一点，系统需要知道机器人正在扭曲。这样做的一种方法是使用在机器人的尖端处的传感器(6自由度传感器)。可替代地，使用5自由度传感器，系统可以检测机器人是否未在预期方向上弯曲。

机器人脱垂-取决于场景，如果相互作用正在“帮助”机器人在预期方向上弯曲，那么与解剖结构的碰撞可能不表现为沿着驱动线的高力。但是，这通常发生在期望的弯曲角度非常大时。这种情况可能与脱垂一起发生，其中机器人的一部分塌陷。当发生这种情况时，继续插入机器人将增加脱垂的严重程度，而不是推动尖端向前。用户可以识别这种场景，因为机器人中的相机将不显示任何运动。这种场景也可以由系统使用尖端处的位置传感器检测到。当检测到这种情况时，可以向用户指示它处于脱垂状态，并且松弛可以通过将机器人拉离壁，并潜在地帮助在期望方向上拉动脱垂部分来帮助释放它。

涵盖前两种场景的工作流程示例可以包括：使用FTL导引通过气道；软件检测到尖端位置没有以控制器预期的方式改变；软件向用户指示它们应当松弛；用户同意；控制器松弛机器人；用户退出松弛模式；以及继续使用FTL导引。

机器人回缩-目前，我们的系统使用rFTL算法来回缩机器人工具在插入期间的路径。但是，由于呼吸运动导致解剖结构形状发生变化，或者仅仅由于插入期间所采用的路径较不理想，这仍然可能导致与解剖结构的碰撞。如果在回缩时使用松弛模式，那么将检测到与解剖结构的任何碰撞，并且机器人姿势可以立即调整以最小化未来影响。

呼吸周期中的阶段-在呼吸周期的极端情况下，气道的形状可能看起来非常不同。在这些场景中，如果形状不再与其最初的形状匹配，那么机器人可能对解剖结构施加很大的力。如果可以检测到呼吸周期，那么系统可以在预期(或先前检测)到大的相互作用的部分期间进入松弛模式，并在退出该阶段之后退出松弛模式。机器人可以能够检测呼吸周期的一种方法是使用尖端中的位置传感器并跟踪其位移。

工具交换-如果机器人具有大的曲率，那么可能难以通过工具通道移除/插入工具。在这种场景中，松弛可以检测工具施加的力并松弛其姿势以适应通过。系统可以存储松弛前的姿势，并在工具交换完成之后返回到该姿势。

尖端上的纵向力(与解剖结构正面碰撞)/压缩-机器人还可能在尖端处与解剖结构正面碰撞。可能发生这种情况的一种场景是在台插入期间。这可以通过尖端上的接触件或力传感器检测到。由于这将使机器人处于压缩，因此其他位置处的传感器可以能够识别这种碰撞。例如，如果没有我们当前的实施方式，压缩力将导致对于该节段中所有传感器在同一方向上产生可以被检测到的增量力。

在一些情况下，如果压缩力太大，那么机器人的姿势变化可能不将其从这种碰撞中释放。在这种情况下，减少与解剖结构相互作用的另一种方法将是来自使台回缩(或在一些情况下插入)。

可替代模式发起：

除了控制器或用户界面上的按钮外，单独的“紧急按钮”也可以触发松弛模式。

代替将松弛模式切换为打开/关闭，用户可以按住按钮，并且松弛模式仅在按下该按钮时处于激活状态。

用于指示或自动松弛的力阈值可以基于机器人的状态和场景而变化。例如，如果机器人处于大的输出角度，那么预计有大的力。在另一种场景中，机器人可能需要有意按压气道以指向某个方向，例如以在瞄准模式下指向病变。

与上述类似，对于机器人的每个节段，力阈值可能不同。在一种场景中，用户可能希望尖端节段的阈值更高，因为用户可以控制尖端节段。

继续这种思路，每根驱动线都可以基于状态具有其自己的阈值。例如，线在压缩时比在拉伸时更容易失效，因此当线正在被推动时，力阈值可能较低。此外，每根线都可以单独地进入松弛模式。

由于力传感器位于驱动线的近端部分，因此可以检测到施加到沿着机器人长度的任何地点的力，但无法知道该地点。使用沿着身体长度的其他传感器(如形状、触觉或位置)可以帮助更准确地识别力发生的位置。

系统还可以基于某些准则自动退出松弛模式。例如，当力低于阈值时，机器人达到期望的姿势，或者在某时间段之后。

系统可以分析医学图像(例如，术前计划CT)或内窥镜视图，并预先识别可能困难且可以从松弛中受益的区域。然后，当它们接近/进入该地带时，系统可以通知用户它们应该松弛。它相对于气道困难部分的位置可以通过位置传感器或通过测量到目前为止的插入距离(经由插入台)来确定。软件可以能够对气道进行评级的一种方法是使用“困难分数”(参见PCT/US21/44787)。类似地，通过将机器人的形状(例如，使用形状传感器或正向运动学)与分段的气道进行比较，系统可以主动准备机器人的姿势以匹配气道。

保形于气道的可替代方法：

释放驱动线并让导管自然松弛-为了导引连续性，控制器需要知道机器人在前进的每个步骤中的姿势。这对于FTL功能(因为每个节段都遵循后续远端节段的姿势)和对于rFTL(因为导管姿势的姿势在缩回过程时被缩回)是必要的。此外，该算法包括“平滑”功能，以减少它们处于激活状态时的大运动。

由于该方法是被动执行的，因此系统需要确定松弛后的姿势。一种方法是在每个节段中具备有形状或位置传感器，可以根据这些手段测量姿势。另一种方法是在驱动线上具备有相对或绝对编码器，并测量驱动线的位置。

补充实施例：

继续在其松弛期间移动的方向上弯曲以拉离壁，而不是简单地靠着壁。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解的是，本公开不限于所描述的示例性实施例。

Claims (21)

1.一种机器人装置，包括：

连续体机器人，包括多个弯曲节段，所述多个弯曲节段包括远端弯曲节段和近端弯曲节段，其中所述弯曲节段中的每个弯曲节段由至少一根线弯曲；

驱动线的驱动器；以及

基于输入来控制驱动器移动的操作控制台，

其中操作控制台包括用于移动所述至少一根线的至少一个电机，以及与线通信以检测所述至少一根线上的力的至少一个传感器，以及

其中操作控制台还包括松弛模式，用于通过基于来自所述至少一个传感器的信息使用所述至少一个电机的力反馈控制来减少所述至少一根线中的拉伸力或压缩力，以松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。

2.如权利要求1所述的装置，其中松弛模式还包括减小所述至少一根线中的拉伸力或压缩力，以松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。

3.如权利要求2所述的装置，其中减小压缩力和拉伸力二者与致动器机械结构无关，并且通过使用力反馈控制来释放所述至少一根线上的力来实现。

4.如权利要求1所述的装置，其中基于所述至少一根线上的力测量数据来启用松弛模式。

5.如权利要求4所述的装置，其中松弛模式在所述至少一个传感器达到阈值力测量结果时能够被被动地启用。

6.如权利要求1所述的装置，其中松弛模式能够由最终用户激活或停用。

7.如权利要求6所述的装置，其中最终用户启动按钮来激活和/或停用松弛模式。

8.如权利要求6所述的装置，其中最终用户启动按钮来激活松弛模式，并且在预定的时间间隔之后，松弛模式被自动停用。

9.如权利要求1所述的装置，其中操作控制台在松弛模式下不反映最终用户对可弯曲节段的弯曲命令。

10.如权利要求1所述的装置，还包括用于在纵向方向上移动连续体机器人和驱动单元的基座台，其中基座台的移动由操作控制台根据来自最终用户的指令来控制。

11.如权利要求10所述的装置，其中松弛模式仅当基座台静止时被启用。

12.如权利要求1所述的装置，其中松弛模式能够被启用用于插入和/或移除所述多个弯曲节段。

13.一种用于控制机器人装置的方法：

所述机器人装置包括：

连续体机器人，包括多个弯曲节段，所述多个弯曲节段包括远端弯曲节段和近端弯曲节段，其中所述弯曲节段中的每个弯曲节段由至少一根线弯曲；

驱动所述至少一根线的驱动器；

基于输入来控制所述驱动的移动的操作控制台；以及

与所述至少一根线通信的传感器，用于检测所述至少一根线上的力，

其中所述方法包括：

接收用户对操作控制台的输入；

从操作控制台向驱动器发送信号以驱动所述至少一根线来操纵连续体机器人；

监测传感器以检测传感器上的力；

启动松弛模式，用于通过基于来自传感器的信息使用所述至少一个电机的力反馈控制来减小所述至少一根线中的拉伸力或压缩力，以松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。

14.如权利要求13所述的控制系统，其中松弛模式还包括减小所述至少一根线中的拉伸力和压缩力，以松弛可弯曲节段中的至少一个可弯曲节段。

15.如权利要求14所述的控制系统，其中减小压缩力和拉伸力二者与致动器机械结构无关，并且通过使用力反馈控制来释放所述至少一根线上的力来实现。

16.如权利要求13所述的控制系统，其中基于所述至少一根线上的力测量数据来启用松弛模式。

17.如权利要求13所述的控制系统，其中松弛模式能够由最终用户激活或停用。

18.如权利要求17所述的控制系统，其中最终用户启动按钮来激活松弛模式，并且在预定的时间间隔之后，松弛模式被自动停用。

19.如权利要求13所述的控制系统，其中在松弛模式下，控制器不反映最终用户对可弯曲节段的弯曲命令。

20.如权利要求13所述的控制系统，还包括用于相对于连续体机器人在纵向方向上移动连续体机器人的插入台，其中插入台的移动由控制器根据来自最终用户的指令来控制。

21.如权利要求13所述的控制系统，其中松弛模式能够被启用用于插入和/或移除所述多个弯曲节段。