用于远程可控臂的定位指示器系统和相关方法与流程

用于远程可控臂的定位指示器系统和相关方法
1.本技术是于2017年9月7日提交的名称为“用于远程可控臂的定位指示器系统和相关方法”的中国专利申请201780038641.8(pct/us2017/050536)的分案申请。
技术领域
2.本说明书涉及用于远程可控臂的定位指示器系统，并且更具体地，涉及用于机器人系统的远程可控臂的定位指示器系统。


背景技术：

3.机器人系统可以包括机器人臂以操纵用于在工作现场执行任务的器械。机器人臂可以包括通过一个或多个接头/关节联接在一起的两个或更多个连杆。接头可以是被主动地控制的主动接头。接头也可以是被动接头，其在主动接头被主动地控制时顺应主动接头的运动。这种主动和被动接头可以是转动接头(revolute joint)或移动接头(prismatic joint)。然后，可以通过接头的定位、机器人臂的结构和连杆的联接来确定机器人臂的配置。
4.机器人系统包括工业和娱乐机器人系统。机器人系统还包括用在诊断、非手术治疗、手术治疗等程序中的医疗机器人系统。作为一个具体示例，机器人系统包括微创机器人远程手术系统，其中外科医生可以从床边位置或远程位置对患者动手术。远程手术通常是指使用手术系统进行的手术，其中外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构)来操纵手术器械运动而不是用手直接握持和移动器械。可用于远程手术的机器人手术系统可以包括可远程控制的机器人臂。操作者可以远程控制可远程控制的机器人臂的运动。操作者还可以手动将机器人手术系统的各个部件移动到手术环境内的各个定位。例如，外科医生、手术助手或其他操作者可以用手推或拉装备，使得装备沿着手术环境的地板表面移动。


技术实现要素：

5.在一方面，手术系统包括相对于地板表面可移动的基座和从基座延伸的远程可控臂。臂被配置为支撑手术工具。臂具有动力接头，所述动力接头可操作以在手术工具由远程可控臂支撑时移动手术工具。手术系统还包括定位指示器和处理器。处理器被通信地联接到定位指示器和远程可控臂。处理器被配置为操作定位指示器以相对于地板表面引导基座的手动重新定位，并且在手动重新定位期间操作动力接头以维持远程可控臂的远侧部分的定位(和/或定向)。
6.在另一方面，一种方法包括基于手术系统的远程可控臂的姿势确定最优性分数。该方法进一步包括生成人类可感知的指示以引导远程可控臂的基座的手动重新定位，使得最优性分数大于阈值分数。该方法还包括在最优性分数大于阈值分数的同时基于远程操作者输入控制远程可控臂的移动以进行手术操作。
7.在另一方面，介绍一种操作机器人系统的方法，所述机器人系统包括从基座延伸的机器人臂。所述方法包括：由处理器确定基座的目标基座姿势；由处理器操作定位指示
器，以相对于地板表面引导基座的手动重新定位；以及在手动重新定位基座期间由处理器操作机器人臂以维持臂的远侧部分的定位(和/或定向)。
8.在又一方面，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令。这些指令当由与机器人系统相关联的一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法可以是本文中公开的方法中的任何一种。
9.某些方面包括本文中和别处描述的一种或多种实施方式，包括下面描述的实施方式的任何合适的组合。
10.在一些实施方式中，处理器被配置为通过以下方式在手动重新定位期间操作动力接头以维持远程可控臂的远侧部分的定位(和/或定向)：(1)操作动力接头以相对于参照维持远侧部分的定位(和/或定向)，(2)操作动力接头以相对于参照维持由臂的远侧部分夹持的插管的定位(和/或定向)，(3)操作动力接头以相对于参照维持手术工具的定位(和/或定向)，等等。在一些实施方式中，参照是参照点，例如与患者身上的进入端口的位置相对应的点，手术工具穿过该进入端口被插入或待被插入。在一些实施方式中，参照包括一个或多个参照方向但不包括参照位置；例如，一个或多个参照方向可以基于就在重新定位过程开始之前的远侧部分的三维定向。在一些实施方式中，在维持定位和一个或多个定向时，参照包括参照位置和一个或多个参照方向两者。在一些实施方式中，参照包括足以限定三维空间中的位置和定向的全参照系。
11.在一些实施方式中，手术系统包括用于将基座附接到工作台的装配组件(setup assembly)，其中工作台被配置为将患者支撑在地板表面上方。在一些实施方式中，手术系统包括被支撑在地板表面上的推车。例如，推车将基座支撑在地板表面上方。在一些情况下，手术系统还包括将推车连接到基座的装配组件，并且装配组件包括被动接头。在一些实施方式中，定位指示器例如由处理器进一步控制，以在推车可相对于地板表面移动并且基座可相对于推车移动时引导手动重新定位。在一些情况下，手术系统还包括被联接到推车的制动机构。制动机构例如由处理器控制，以抑制基座移动远离最优基座位置包络。
12.在一些实施方式中，动力接头是第一动力接头。臂还包括例如通过联动装置被连接到第一动力接头的第二动力接头。第一动力接头和第二动力接头被配置成例如移动手术工具、或插管、或臂的远侧部分。定位指示器由处理器进一步控制，以在处理器正在操作第一动力接头和第二动力接头以维持手术工具、插管或臂的远侧部分的定位(和/或定向)时引导基座的手动重新定位。可以相对于任何合适的参照，包括(作为示例)相对于一个参照点、一个或多个参照方向或一个参照系来维持定位(和/或定向)。
13.在一些实施方式中，手术系统还包括可选择性释放的被动接头。被动接头例如通过联动装置被连接到基座并且将基座支撑在地板表面上方。定位指示器由处理器进一步控制，例如，以在处理器正在操作动力接头和可选择性释放的被动接头以(例如，相对于一个参照点、一个或多个参照方向或一个参照系)维持手术工具、插管或臂的远侧部分的定位(和/或定向)时，引导基座的手动重新定位。
14.在一些实施方式中，定位指示器由处理器进一步控制，以基于由处理器确定的目标接头状态范围来引导基座的手动重新定位。
15.在一些实施方式中，定位指示器包括可由处理器选择性地激活的指示灯。每个指示灯例如被定位成指示基座的手动重新定位的相应重新定位方向。
16.在一些实施方式中，定位指示器由处理器控制，以通过朝地板表面投射指示基座的手动重新定位的重新定位方向的光来引导手动重新定位。
17.在一些实施方式中，手术系统还包括一个传感器，以产生指示相对于基座的基座姿势的臂的臂姿势的信号，其中处理器被配置为接收该信号以引导基座的手动重新定位。
18.在一些实施方式中，手术系统还包括多个传感器，所述多个传感器被配置为产生指示基座和臂中的每一个的定位的信号。所述多个传感器包括例如以下传感器中的至少一个：接近传感器、接近传感器、力传感器和压力传感器。
19.在一些实施方式中，手术系统还包括致动器，该致动器被联接到动力接头并由处理器控制以驱动动力接头。定位指示器由处理器控制，例如，以在选择性地驱动致动器时引导基座的手动重新定位。在一些情况下，定位指示器包括致动器。定位指示器例如由处理器控制，以在基座的手动重新定位期间抑制动力接头的移动。
20.在一些实施方式中，定位指示器包括由处理器控制的制动机构，以提供触觉指示来引导基座的手动重新定位。在一些情况下，动力接头可在接头状态范围内移动。制动机构例如由处理器控制，以通过抑制动力接头移动超出接头状态范围来引导基座的手动重新定位。
21.在一些实施方式中，定位指示器由处理器进一步控制，以基于由处理器确定的在地板表面上方的最优基座位置包络来引导基座的手动重新定位。在一些情况下，定位指示器由处理器控制，以在基座的手动重新定位期间提醒操作者基座位于最优基座位置包络内。在一些情况下，定位指示器由处理器控制，以在基座的手动重新定位期间提醒操作者基座位于最优基座位置包络外。在一些情况下，手术系统还包括传感器，该传感器定位在基座上并且被配置为产生指示相对于最优基座位置包络的基座姿势的信号。定位指示器由处理器进一步控制，例如，以基于指示基座姿势的信号引导基座的手动重新定位。
22.在一些实施方式中，手术系统还包括传感器，以产生指示臂的期望运动范围的手动演示的信号。定位指示器由处理器进一步控制，例如，以基于指示手动演示的信号引导基座的手动重新定位。
23.在一些实施方式中，参照点对应于患者身上的进入端口的位置，手术工具穿过该进入端口被插入。
24.在一些实施方式中，定位指示器由处理器进一步控制，以基于地板表面上的障碍物相对于基座的位置来引导基座的手动重新定位。
25.在一些实施方式中，臂是第一臂。参照例如是第一参照。手术系统还包括例如第二远程可控臂，其被配置为支撑和定位(和/或定向)手术工具。第二臂具有例如动力接头，该动力接头可移动以相对于第二参照定位(和/或定向)第二臂的手术工具。定位指示器由处理器进一步控制，例如，以在操作第一臂的动力接头和第二臂的动力接头以相对于第一参照维持第一臂的远侧部分的定位(和/或定向)并且相对于第二参照维持第二臂的远侧部分的定位(和/或定向)时，引导基座的手动重新定位。在一些情况下，定位指示器由处理器进一步控制，以基于第一臂相对于第二臂的姿势的姿势来引导基座的手动重新定位。在一些情况下，基座是第一基座。手术系统还包括例如被连接到第二臂的第二基座。定位指示器由处理器进一步控制，例如，以在操作第一臂的动力接头以维持第一臂的远侧部分(例如，相对于第一参照)的定位(和/或定向)时引导第一基座的手动重新定位。定位指示器由处理器
进一步控制，例如，以在操作第二臂的动力接头以(例如，相对于第二参照)维持第二臂的远侧部分的定位时引导第二基座的手动重新定位。在一些情况下，第二臂从第一臂从其延伸的基座延伸。
26.在一些实施方式中，定位指示器由处理器控制，以在操作动力接头以在手术工具被插入患者的进入端口之前相对于第一参照维持远侧部分的定位(和/或定向)时，引导基座的第一手动重新定位。定位指示器例如由处理器控制，以在操作动力接头以在手术工具被插入进入端口之后相对于第二参照维持远侧部分的定位(和/或定向)时，引导基座的第二手动重新定位。第二参照可以包括对应于进入端口的定位(和/或定向)的点。
27.在一些实施方式中，定位指示器由处理器控制，以在控制臂以进行手术程序之前基于由处理器确定的第一最优基座位置包络来引导基座的第一手动重新定位。定位指示器例如由处理器进一步控制，以在将手术工具插入进入端口之后基于由处理器确定的第二最优基座位置包络来引导基座的第二手动重新定位。
28.在一些实施方式中，手术系统还包括可移动工作台，该可移动工作台被配置为将患者支撑在地板表面上方。定位指示器例如由处理器控制，以在操作动力接头以维持远侧部分的定位(和/或定向)时引导可移动工作台的手动重新定位和基座的手动重新定位。在一些情况下，可移动工作台被连接到基座。
29.在一些实施方式中，手术系统还包括控制台以用于接收操作者输入并且基于操作者输入向臂无线地发送命令以使动力接头移动。
30.在一些实施方式中，操作定位指示器以相对于地板表面引导基座的手动重新定位包括：基于机器人臂的姿势确定最优性分数，响应于最优性分数不满足最优性标准而操作定位指示器以引导基座的手动重新定位，以及响应于最优性分数满足最优性标准而停止用以引导基座的手动重新定位的对定位指示器的操作。
31.在一些实施方式中，处理器操作制动机构以抑制基座移动远离最优基座位置包络。在一些实施方式中，在基座的手动重新定位期间操作机器人臂以维持远侧部分的定位(和/或定向)包括：与选择性地操作机器人臂的被动接头的释放机构分开或同时操作机器人臂的动力接头。
32.在一些实施方式中，操作定位指示器以引导基座的手动重新定位包括下述中的任何一个或多个：选择性地激活多个指示灯，朝地板表面投射光指示基座的手动重新定位的重新定位方向，操作致动器或制动器以抑制机器人臂的移动并提供触觉指示以引导基座的手动重新定位，以及操作定位指示器以指示基座位于最优基座位置包络内或外。
33.在一些实施方式中，确定基座的目标基座姿势包括接收指示机器人臂的期望运动范围的手动演示的信号，并使用该信号来确定目标基座姿势。在一些实施方式中，确定基座的目标基座姿势包括基于下述中的至少一个来确定目标基座姿势：障碍物的位置和第二机器人臂的姿势。
34.在一些实施方式中，一种操作方法还包括：由处理器确定基座的第二目标基座姿势，操作定位指示器以相对于地板表面引导基座的第二手动重新定位，以及在相对于地板表面的基座的第二手动重新定位期间操作机器人臂以相对于第二参照维持远侧部分的定位(和/或定向)。
35.在一些实施方式中，一种操作方法还包括：操作定位指示器以引导支撑用于机器
人臂的工作物的可移动工作台的手动重新定位；以及在可移动工作台的手动重新定位期间，操作机器人臂以维持远侧部分相对于工作物的定位(和/或定向)。
36.前述的优点可以包括但不限于下面及本文其他地方所述的那些。手术系统的定位指示器可以帮助操作者手动将基座重新定位到在手术期间改善远程可控臂的性能的定位(和/或定向)。定位指示器可引导基座的手动重新定位，使得手术工具被定位(和/或定向)成在手术期间容易地进入关于患者的工作空间的部分。在手动重新定位期间，定位指示器可以引导操作者使基座朝使得远程可控臂的接头能够在适合于要进行的手术的运动范围内移动的定位(和/或定向)移动。
37.定位指示器系统还可以通过减少完成手动重新定位所需的时间量来加快手动重新定位过程。在没有由定位指示器系统提供的指引的情况下，操作者可以沿远离最优基座位置包络的方向重新定位基座，由于次优定位(和/或定向)可能会导致延迟。定位指示器系统可以提供抑制沿这些方向移动的指示，从而减少手动将基座重新定位到优选定位(和/或定向)所花费的时间量。
38.因为在维持臂的远侧部分的定位(和/或定向)的同时在手动重新定位期间发生由定位指示器系统提供的指引，所以可以简化重新定位基座的步骤。例如，远侧部分可以被放置成使得手术工具可以被手动定位或放置于患者身上的进入端口中。因为在控制远程可控臂以维持远侧部分的定位(和/或定向)的同时可以发生基座的手动重新定位，所以基座的手动重新定位的后续步骤可以与远侧部分的放置步骤分离。因此，操作者可以手动重新定位基座，而不必响应于基座的移动而手动重新定位远侧部分。
39.尽管本公开中呈现的具体示例通常讨论维持可控臂的远侧部分的定位(或由可控臂支撑的物品(诸如插管或工具)的定位)，但是这些技术可用于维持可控臂的远侧部分(或由可控臂支撑的物品)的定位和/或定向。
40.而且，尽管是手术示例，但是所公开的技术也适用于非手术用途。例如，它们可以与通用或工业机器人操作(例如，用于操纵工作物的那些操作)结合使用并改进通用或工业机器人操作。这些技术还可以与用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作结合使用并改进用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作。
41.此外，尽管本公开中呈现的具体示例通常讨论远程操作机器人系统和远程可控臂，但是所公开的技术也适用于由操作者直接且手动部分地或全部地移动的机器人系统。例如，这些技术可被应用于被设计为在操作者的手操纵工具时帮助稳定由机器人臂夹持的工具的机器人系统。作为另一个示例，本文中讨论的任何可控臂可以被配置为允许直接操纵，并且通过被直接施加到操纵器的连杆或接头的输入接受操作者指令。
42.在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其他潜在的特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
43.图1是手术环境中的手术系统的俯视图。
44.图2a是具有指示灯的手术操纵器组件的透视图。
45.图2b是图2a的手术操纵器组件的透视图，其中第一指示灯被激活。
46.图2c是图2a的手术操纵器组件的透视图，其中第二指示灯被激活。
47.图3是用于机器人系统(例如，图1的手术系统)的控制系统的框图。
48.图4是用于引导基座的手动定位的过程的流程图。
49.图5是描绘执行图4的过程的处理器的输入和输出的图形。
50.图6a至图6p是描绘用于将手术操纵器组件定位在手术台附近的操作的俯视图。
51.图7是具有指示灯的操纵器组件的基座的示例的透视图。
52.图8a是示例机器人工作台系统的透视图。
53.图8b是另一个示例可控臂的透视图。
54.图8c是用于图8b的可控臂的指示器系统的透视图。
55.图9a-9c是对于给定的末端执行器定位具有一接头状态范围的可控臂的仰视图、侧视图和后视图。
56.图9d是示出图9a-9c的可控臂的自由度的示意图。
57.图10是示出可控臂的另一示例的自由度的示意图。
58.各附图中相同的附图标记和名称指示相同的元件。
具体实施方式
59.从手术示例开始，一位操作者或多位操作者(例如，外科医生、手术助手、护士、技术人员和其他医疗从业者中的一位或多位)可以操作图1所示的手术系统100，以在手术环境10中为患者102实施手术。操作者可以与手术系统100交互来操作包括远程可控臂106的手术操纵器组件104以进行手术。当操纵远程可控臂106时，安装在远程可控臂106上的手术工具可以为患者102实施手术。手术操纵器组件104包括被支撑在手术环境10的地板表面20上方的基座108。基座108将远程可控臂106支撑在地板表面20上方，使得在远程可控臂106被操纵来实施手术的手术程序期间，远程可控臂106相对于基座108在地板表面20上方在手术环境10内四处移动。如本文中更详细描述的，在手术程序的各个阶段期间，操作者可以在手术环境10内手动重新定位基座108。
60.在本文中，“重新定位”与基座一起用于表示改变基座的定位、定向或定位和定向两者。
61.在由一位或多位操作者手动重新定位基座108期间，远程可控臂的远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如，安装在远程可控臂106上且相对于远程可控臂向远侧延伸的插管或手术工具)可以保持在手术环境10内的期望定位和/或定向。处理器可以控制远程可控臂106以维持远程可控臂106的远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管或手术工具)的期望定位和/或定向。例如，期望定位和/或定向可以参考参照系，并且相对于该参照系保持静止。示例参照系包括被锚定到特定患者组织或解剖学特征、支撑患者的表面、地板表面、手术环境等的坐标系。
[0062]“和/或”在本文中用于表示两种所述可能性中的任一种或两种。例如，“定位和/或定向”用于表示定位、定向或定位参数和定向参数二者的组合。
[0063]
当定位被保持在可接受的定位变化范围内时，维持该定位。例如，在一些实施方式中，可接受的定位变化范围为零，并且维持该定位涉及保持定位完全不变。在一些实施方式中，可接受的定位变化范围是非零的，并且基于系统设计的限制；考虑到机械、电气和计算公差与误差，尽可能维持定位接近不变。在一些实施方式中，可接受的定位变化范围是非零
的，并且包括基于操作条件的界限。例如，在一些情况下，可接受的定位变化范围是毫米或厘米的数量级，并且被设置成避免损坏工作物或人体组织。在一些情况下，可接受的定位变化范围更大。在一些情况下，可接受的定位变化范围在不同的平移自由度之间是不同的。
[0064]
同样地，当定向保持在可接受的定向变化范围内时，维持该定向。在各种实施方式中，基于诸如避免损坏工作物或人体组织的性能条件等，可接受的定向变化范围可以为零，可以是受系统性能限制的最小量，可以小于一度或多度或更大。在一些情况下，可接受的定向变化范围在不同的旋转自由度之间是不同的。
[0065]
在一些实施方式中，被维持在定位(位置)和/或定向(取向)中的臂的远侧部分可以包括臂的一部分或全部的远侧连杆。例如，被维持的远侧部分可以包括远侧连杆的远端，可以包括远侧连杆的被配置为在操作期间邻近进入端口的部分，可以包括远侧连杆的联接到安装在臂上的装置(例如，工具或插管等)的部分。
[0066]
同样地，被维持在定位和/或定向中的工具或插管可以包括一部分或全部的工具或插管。例如，在维持工具或插管的特定部分的定位和/或定向时，可以认为工具或插管被维持在定位和/或定向中。在一些情况下，通过维持工具或插管的远端、工具或插管的邻近进入端口的部分、工具或插管的与工具或插管的远程旋转中心重合的部分等的定位和/或定向，将工具或插管维持在定位和/或定向中。
[0067]
在一些实施方式中，期望的定位可以相对于手术环境10中的参照点。例如，远程可控臂的远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品)的期望的定位可以对应于插管或手术工具或其他手术装置将(或已经)被插入患者102体内的进入端口的姿势。患者102体内的示例进入端口是患者102身上的微创孔。如果参照点对应于患者102身上的进入端口的定位，则在手动重新定位期间对远程可控臂106的控制使得即使当正手动重新定位基座108时远程可控臂106仍能够保持对接到进入端口或以其他方式接近进入端口。在一些情况下，操作者在基座108的手动重新定位发生之前将远程可控臂106放置在期望的定位。替代地，操作者在基座108的手动重新定位发生之前将安装到远程可控臂106的装置放置在期望的定位。可以被安装到远程可控臂106的装置的示例包括手术工具或插管或其他手术装置。在基座108的重新定位期间，末端执行器相对于参照点保持在期望的定位。
[0068]
操作者可以在手动重新定位期间将基座108朝最优基座位置包络110移动。例如，最优基座位置包络110对应于手术环境10内的基座108的三维定位范围。当基座108在最优基座位置包络110内时，远程可控臂106可以被定位并定向成使得安装到远程可控臂106的手术工具可以容易地进入与待实施或正在实施的手术程序有关的患者102的解剖结构的区域。
[0069]
为了朝最优基座位置包络110引导远程可控臂106的基座108的手动重新定位，手术系统100的一个或多个处理器可以选择性地激活定位指示器系统。定位指示器系统的选择性激活可以向执行手动重新定位的操作者112指示基座108应被移动以到达最优基座位置包络110的方向。例如，可视指示115可以可视地指示操作者112应当移动手术操纵器组件104的基座108使得基座108朝最优基座位置包络110重新定位的方向。该技术指引操作者112执行基座108的手动重新定位，同时控制远程可控臂106以维持远程可控臂106的远侧部分的姿势(或由远程可控臂106支撑的物品(诸如插管或手术工具)的姿势)。
[0070]
操纵器臂的远侧部分(或由操纵器臂夹持的物品)的姿势可以包括远侧部分(或物
品)的定位、定向或定位参数和定向参数的任何组合。因此，尽管为了简单起见，本公开中呈现的具体示例通常讨论维持可控臂的远侧部分的定位，但是本文所述的技术也可用于其他方面。例如，它们可用于维持可控臂的远侧部分或由可控臂支撑的物品(诸如插管或工具)的定位、定向或定位参数和定向参数的组合。
[0071]
可以相对于任何合适的参照维持定位和/或定向。在一些实施方式中，参照是参照点，例如，与患者身上的进入端口的位置相对应的点，手术工具穿过该进入端口被插入或待被插入。在仅维持定位的实施方式中，单个点就足够了，而无需定向信息。在一些实施方式中，参照包括一个或多个参照方向但不包括参照位置；例如，一个或多个参照方向可以基于就在重新定位过程开始之前的远侧部分的三维定向。在仅维持对应于一组方向的定向的实施方式中，该组方向就足够了，而无需参照位置。在一些实施方式中，在维持定位和一个或多个定向时，参照包括参照位置和一个或多个参照方向两者。在一些实施方案中，参照包括足以限定三维空间中的位置和定向的全参照系。
[0072]
因此，控制远程可控臂106以维持远程可控臂106的部分或全部远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，诸如插管或工具)的一个或多个定位参数和/或定向参数。例如，在一些实施方式中，控制远程可控臂106以维持远程可控臂106的末端执行器或由远程可控臂106支撑的工具的定位和定向二者。因此，定位指示器系统有利地可以使得远程可控臂和相关联的手术工具以及其他器械或配件能够被最优地定位和定向，以在由一位或多位操作者进行的手动重新定位完成时对患者102进行手术。
[0073]
示例手术系统
[0074]
图1示出了手术系统100的示例，手术系统100包括定位指示器系统以指引手术操纵器组件104的基座108的手动重新定位。手术操纵器组件104包括从基座108延伸的远程可控臂106。基座108可相对于地板表面20移动，以使操作者112能够执行手动重新定位。在图1所示的示例中，操作者112(例如，手术助手)将基座108指引至一定位，使得能够控制手术操纵器组件104的远程可控臂106以进行手术。
[0075]
在一些实施方式中，手术系统100包括外科医生的控制台114、电子设备推车116、托盘118、配件台119或麻醉推车120中的一个或多个。在图1所示的示例中，待治疗的患者102被定位在手术台123上。例如，在手术期间外科医生122操作外科医生的控制台114以控制手术操纵器组件104的远程可控臂106。麻醉师或助手124可以在手术期间从麻醉推车120向患者102给予麻醉，并且另一个助手126可以选择托盘118上的手术工具以安装到手术操纵器组件104上。
[0076]
为了进行手术，外科医生122可以通过操作控制台114来操纵手术操纵器组件104的远程可控臂106。控制台114可以被定位在手术环境10内，或者在一些情况下，可以被定位在手术环境10外面的远程位置处。控制台114使得手术系统100能够被用于微创远程手术。例如，外科医生122操作外科医生的控制台114以控制手术操纵器组件104的远程可控臂106并操纵安装到远程可控臂106的手术工具。
[0077]
在一些实施方式中，外科医生的控制台114包括显示器，以使外科医生122能够通过成像装置捕获的图像来观察手术部位。显示器例如是显示手术部位的立体图像的立体显示器。在观察手术部位的图像的同时，外科医生122可以通过操纵外科医生的控制台114上的控制输入装置，控制输入装置进而控制手术操纵器组件104的远程可控臂106的运动，从
而对患者102执行手术程序。
[0078]
在一些实施方式中，外科医生的控制台114的控制输入装置包括可由外科医生122的手抓握的手动输入装置。例如，对手动输入装置的操纵使手术操纵器组件104移动手术操纵器组件104上的远程可控臂106。例如，远程可控臂106的自由度足以使外科医生122能够操纵手动输入装置来平移和旋转远程可控臂106以进行手术。替代地或附加地，控制输入装置包括具有脚趾控制和脚跟控制中的任一者或两者的脚踏板。外科医生122可以操作脚踏板以引起与脚踏板相关联的装置的移动或致动。外科医生122可以压下脚踏板以引起末端执行器的致动。外科医生的控制台114可以包括处理器，该处理器响应于外科医生的控制台114的控制输入装置的机械运动而生成信号。该信号进而可引起手术操纵器组件104的远程可控臂106的相应运动。
[0079]
在一些实施方式中，电子设备推车116连接有成像装置，该成像装置生成手术部位的图像。例如，手术操纵器组件104包括被连接到电子设备推车116的成像装置。成像装置可以包括照明装备(诸如氙灯)，其提供用于对手术部位进行成像的照明。成像装置可以捕获图像，并然后将图像传输到电子设备推车116以进行处理。电子设备推车116然后可以将图像传输到外科医生的控制台114，以使处理后的图像能够被呈现给外科医生122。电子设备推车116可以包括可选的辅助手术装备，诸如电外科手术单元、气腹机、吸灌器械或第三方烧灼装备。
[0080]
图2a描绘了手术操纵器组件104的示例。手术操纵器组件104的远程可控臂106从基座108延伸。手术操纵器组件104包括被连接到远程可控臂106的器械夹持器132并且手术工具134被安装到器械夹持器132。基座108被可移动地支撑在手术环境10的地板表面20上方，使得操作者能够将基座108手动重新定位在地板表面20上方。
[0081]
手术操纵器组件104包括将基座108支撑在地板表面20上方的装配组件109。在一些实施方式中，装配组件109被支撑在地板表面20上方以将基座108支撑在地板表面20上方。在一些情况下，装配组件109由手术环境的壁或天花板支撑，以将基座108支撑在地板表面20上方。在一些情况下，如本文所述，装配组件109由手术台123支撑。
[0082]
如图2a的示例中所示，装配组件109被支撑在地板表面上。装配组件109包括从推车111延伸的装配臂128。推车111例如可以在地板表面20上全方向移动。推车111包括例如轮136，以便于推车111在地板表面20上的滚动运动。轮136使得手术操纵器组件104能够从一个位置运输到另一个位置，例如在手术室之间或在手术室内运输，以将手术操纵器组件104定位在手术台(诸如图1的手术台123)附近。在一些实施方式中，推车111包括当推车111被支撑在地板表面20上时竖直向上延伸的柱138。如果推车111包括柱138，则装配臂128被连接到推车111的柱138。在一些情况下，制动机构140被联接到轮136中的一个或多个。在一些情况下，操作者手动操纵装配组件109和/或推车111以重新定位基座108。
[0083]
在一些示例中，装配臂128包括将装配臂128连接到柱138的第一装配接头142a。装配臂128可以包括通过接头彼此连接的若干连杆。在图2a所描绘的示例中，装配臂128包括第一装配连杆144a、第二装配连杆144b和第三装配连杆144c。装配臂128还包括第二装配接头142b和第三装配接头142c。第一接头142a将第一装配连杆144a的近端连接到柱138。第二装配接头142b将第一装配连杆144a的远端连接到第二装配连杆144b的近端。第三装配接头142c将第二装配连杆144b的远端连接到第三装配连杆144c的近端。第三装配连杆144c的远
端被连接到基座108。
[0084]
第一接头142a可以是移动接头，其使得装配臂128并因而使得远程可控臂106能够相对于推车111在地板表面20上方竖直地平移。如果推车111包括柱138，则第一接头142a可以将装配臂128连接到柱138，使得臂128可以沿着柱138竖直地平移。第二装配接头142b和第三装配接头142c可以是转动接头，使得通过接头142b、142c之一彼此连接的装配连杆144a、144b、144c中的任意两个能够围绕连接接头相对于彼此旋转。
[0085]
被连接到装配臂128的远端的远程可控臂106包括被连接到器械夹持器132的一系列连杆和接头。如图2a所示，远程可控臂106包括彼此串联连接的操纵器连杆146a-146f。操纵器接头148a将操纵器连杆146a连接到第三装配连杆144c。操纵器接头148b-148f将操纵器连杆146a-146f彼此连接，使得操纵器连杆146a-146f能够相对于彼此移动。远程可控臂106的操纵器接头146g可移动地支撑器械夹持器132。
[0086]
在图2a所示的示例中，操纵器接头148a也可以是转动接头，其能够实现远程可控臂106和基座108的相对旋转。操纵器接头148b-148f中的每一个可以是转动接头，其能够实现操纵器连杆146a-146f之间的相对旋转。类似地，器械夹持器132能够被可枢转地联接到远程可控臂106的操纵器连杆146f，使得器械夹持器132能够相对于远程可控臂106旋转。操纵器接头148g可以是转动接头，其使得器械夹持器132能够在操纵器接头148g处枢转并由此相对于远程可控臂106旋转。在一些示例中，接头148g是能够实现围绕两个轴线的枢转运动的腕接头。
[0087]
器械夹持器132被配置为夹持手术工具134。器械夹持器132还可选地被配置为夹持插管150，插管150是将被插入患者102身上的进入端口的管状构件。插管150和手术工具134能够各自被可释放地联接到器械夹持器132，使得不同类型的插管和手术工具可以被安装到器械夹持器132。
[0088]
手术工具134可选地包括被定位在细长轴152的近端处的传动组件154。传动组件154能够被致动以引起被定位在细长轴152的远端处的末端执行器156的运动。手术工具134的末端执行器156能够以在手术期间操纵患者102的组织、治疗组织、对组织进行成像或执行其他操作的方式而被控制。插管150限定内腔以接收手术工具134的细长轴152，使得细长轴152能够被可滑动地设置在插管150的内腔中。细长轴152限定与插管150的纵向轴线重合的纵向轴线。器械夹持器132能够包括可沿器械夹持器框架160平移的器械夹持器托架158，使得手术工具134的细长轴152能够沿其纵向轴线平移。细长轴152和末端执行器156能够被插入插管150的内腔及患者102身上的进入端口并从插管150的内腔及患者102身上的进入端口缩回，使得末端执行器156能够在手术期间执行操作。
[0089]
术语“工具”既涵盖通用或工业机器人工具又涵盖专用机器人医疗器械(包括机器人手术器械以及用于诊断和非手术治疗的机器人医疗器械)。工具/操纵器接口(诸如器械夹持器132)可以是快速断开工具夹持器或联接器，其允许用替代工具快速移除和更换工具。尽管本公开中呈现的具体示例通常是手术示例，但是所公开的技术也适用于非手术用途。例如，它们可以与通用或工业机器人操作(例如，用于操纵工作物的那些操作)结合使用并改进通用或工业机器人操作。这些技术还可以与用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作结合使用并改进用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作。
[0090]
此外，尽管本公开中呈现的具体示例通常讨论远程操作机器人系统，但是所公开
的技术也适用于由操作者直接且手动部分或全部地移动的机器人系统。例如，这些技术可被应用于被设计为在操作者手动操纵工具时帮助稳定由机器人臂夹持的工具的机器人系统。作为另一个示例，本文中讨论的任何可控臂(包括臂106、804a、804b、804c、904、1000)可以被配置为允许直接操纵，并且通过被直接施加到可控臂的连杆或接头的输入接受操作者指令。
[0091]
装配组件109、基座108和远程可控臂106形成运动链以控制由远程可控臂106支撑(例如，由远程可控臂106的器械夹持器132支撑)的手术工具134。例如，装配组件109的近端被支撑在地板表面20上，装配组件109的远端被连接到基座108，基座108被连接到远程可控臂106的近端，并且远程可控臂106的远侧部分159被配置为夹持插管150。装配组件109、基座108、远程可控臂106以运动学方式串联连接。结果，手术操纵器组件104的一个或多个接头的移动、推车111的移动或手术操纵器组件104和推车111二者的移动能够引起远侧部分159(或者插管150或工具134，如果存在并由器械夹持器132夹持的话)相对于地板表面20的运动。当手术工具134被安装到远程可控臂106时，手术工具134的一部分延伸穿过插管150。因此，当手术工具134被安装到远程可控臂106时，装配组件109、基座108、远程可控臂106和手术工具134以运动学方式串联连接。结果，手术操纵器组件104或推车111的接头的移动能够引起手术工具134相对于地板表面20的运动。
[0092]
在手术操作期间，装配组件109可以被固定在地板表面20上方，从而使基座108固定在地板表面20上方的手术环境10内。可以在固定装配组件109的同时操纵远程可控臂106的接头，以引起手术工具134的运动以进行手术。手术操纵器组件104可以在装配组件109和手术工具134之间包括多个自由度，使得手术工具134在手术操作期间可以被放置在可能定位的范围内。末端执行器156的致动(例如，抓取装置的钳口的打开或闭合、使电外科桨通电等)可以与远程可控臂106的自由度分开，并且是远程可控臂106的自由度之外的。
[0093]
远程可控臂106的接头可以具有足够的自由度，以使远侧部分159移动靠近患者102的进入端口，使得插管150和手术工具134能够通过患者102的进入端口被插入以进行手术。关于图2a描述的接头的特定组合是可能的接头和连杆组合以及远程可控臂106的可能的自由度的一个示例。包括接头142b-142c、148a-148g的转动接头各自连接两个连杆以使该连杆能够围绕由转动接头限定的接头轴线相对于彼此旋转。包括接头142a以及在器械夹持器框架160和器械夹持器托架158之间的接头的移动接头允许沿由移动接头限定的接头轴线的平移。
[0094]
在一些实施方式中，手术操纵器组件104的接头142a-142c、148a-148g中的一些是动力接头，其能够被控制和致动以引起连接连杆的相对运动。外科医生122可以使用外科医生的控制台114上的控制输入来控制接头142a-142c、148a-148g。外科医生122在操纵外科医生的控制台114上的控制输入后可以使与接头142a-142c、148a-148g相关联的一个或多个致动器被激活，进而使由接头连接的两个或更多个连杆相对于彼此移动。例如，可移动地支撑器械夹持器132的接头148g可以是动力接头，其使得外科医生122能够在动力接头被致动时使末端执行器156移动。在一些实施方式中，外科医生122或其他操作者手动地与手术操纵器组件104的接头交互以引起接头的移动。
[0095]
在一些实施方式中，接头142a-142c、148a-148g中的一些是被动接头，其响应于操作者输入而不由手术系统100的一个或多个处理器主动控制。接头142a-142c、148a-148g不
是被主动控制的，而是可以响应于被主动控制的接头的移动而移动。在一些示例中，手术操纵器组件104的被动接头可以是可选择性释放的。被动接头可以包括释放机构，其在被激活时能够实现被动接头的运动。例如，释放机构可以包括可释放的夹具，该夹具在操作时使被动接头释放并可移动。被动接头可以包括制动机构，该制动机构在释放后允许接头的运动，或者在致动后抑制接头的运动。在一些实施方式中，外科医生136或其他操作者手动地与手术操纵器组件104的接头交互以引起接头的移动。
[0096]
远程可控臂106可以具有比将远侧部分159、插管150或手术工具134放置在给定定位中所需的更大自由度，例如，可以具有冗余自由度。操纵器联动装置可以具有足够的自由度，以便占据用于一给定末端执行器状态的接头状态范围。这种结构可以包括具有冗余自由度的联动装置。例如，在一些实施方式中，远程可控臂106、装配臂128或远程可控臂106和装配臂128共同包括多个接头，这些接头提供足够的自由度以允许用于(1)基座108的姿势和(2)远程可控臂106的远侧部分或手术工具134的末端执行器的状态的接头状态范围。
[0097]
在本技术中使用“联动装置”表示包括在给定上下文的情况下适用的单个连杆、至少一个连杆或多个连杆的结构。在这些结构中，在一些实施方式中，一个接头的致动可以直接由沿着运动链的不同接头的类似致动代替。这些结构在一些情况下被称为具有过剩、额外或冗余的自由度。这些术语可以涵盖运动链，其中例如中间连杆可以在不改变末端执行器的姿势的情况下移动。
[0098]
就这一点而言，在远侧部分159(或手术工具134，如果存在的话)的该定位中，远程可控臂106的每个接头可以占据接头状态范围或在接头状态范围之间被驱动，并且远程可控臂106的每个连杆可以占据替代联动装置定位范围或在替代联动装置定位范围内被驱动。在远侧部分159(或手术工具134，如果存在的话)的该定位中，远程可控臂106的每个接头可具有接头速度矢量或转速范围。可用接头状态范围、替代联动装置定位范围以及接头速度矢量或转速范围可以通过自由度的数量和类型来定义。
[0099]
术语接头的“状态”可以指与接头相关联的控制变量。例如，能够实现连杆之间的相对旋转的转动接头的状态可以包括由接头限定的在接头的运动和/或角速度范围内的角度。移动接头的状态可以指接头的轴向定位和/或轴向速度。
[0100]
可以控制远程可控臂106的移动，以使远侧部分159相对于进入端口被约束(或者如果存在的话，手术工具134被约束成通过进入端口的期望运动)。这种运动可以包括，例如，细长轴152通过进入端口的轴向插入、细长轴152绕其纵向轴线的旋转以及细长轴绕邻近进入端口的枢轴点的枢转运动。
[0101]
在一些示例中，可以通过使用远程可控臂106的接头的机器人数据处理和控制技术来抑制这些运动。可以控制远程可控臂106的接头148a-148g以维持远侧部分159(或者插管150或手术工具134，如果存在的话)的定位和/或定向。可以相对于任何合适的参照维持定位和/或定向；示例参照包括被锚定到手术环境、地板表面、患者102的解剖学特征等的参照系。参照可以被定义为诸如手术环境10中的参照点162。在一些示例中，仅控制远程可控臂106中的接头中的一个以相对于参照维持远侧部分159(或者插管150或手术工具134，如果存在的话)的定位和/或定向。在一些示例中，控制远程可控臂106中的多个接头以维持定位和/或定向。参照可以是手术环境10中的参照点162。在远侧部分159(或者插管150或手术工具134，如果存在的话)的定向也被维持的情况下，参照可以包括参照系，其中原点在参照
点162处。
[0102]
参照点162可以对应于约束远程可控臂106(并且因此远侧部分159或由远程可控臂106支撑的任何物品，诸如手术工具134)的运动的远程运动中心。具体地，参照点162可以是枢轴点，远程可控臂106的一部分围绕该枢轴点旋转。在一些情况下，参照点162可以与患者102身上的进入端口重合，使得当远程可控臂106或手术工具134移动时，手术工具134通过进入端口进入患者102的解剖结构的区域相对于参照点162经历很少运动或不经历运动，从而减小了患者102的解剖结构上在参照点162处的应力。可以控制关节148a-148g使得沿着手术工具134或相关联的插管150的任何点在接头148a-148g移动时绕参照点162旋转。接头148a-148g可以具有足够的可用自由度，使得当第一组接头移动时，作为响应，可以移动第二组接头以维持远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。在一些实施方式中，接头148a-148g或接头148a-148g的子集具有多种配置，其维持远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的特定定位和/或定向。
[0103]
就这一点而言，接头148a-148g可以朝着手术环境10内的最适宜姿势移动，而不会引起远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的移动。在2011年8月23日公布的美国专利no.8,004,229(在本文中被称为
‘
229专利)中描述了机器人臂和操纵器的软件约束的远程运动中心的其他示例，上述专利的全部内容通过引用整体并入本文。
[0104]
还参考图3，手术系统100可以包括控制系统300，控制系统300可以控制手术系统100的装备的操作。控制系统300可以控制装备以引导手术操纵器组件104的手动重新定位。控制系统300还可以在手动重新定位期间控制手术操纵器组件104(例如，手术操纵器组件104的远程可控臂106的接头)，以维持远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。控制系统300包括处理器302、手术操纵器组件104和定位指示器系统304。控制系统300还可选地包括外科医生的控制台114、电子设备推车116和传感器系统306。
[0105]
处理器302可以是若干处理器之一。外科医生的控制台114、手术操纵器组件104、电子设备推车116以及控制系统300的定位指示器系统304中的每一个可以包括独立处理器用于控制操作。有线或无线连接可以实现手术操纵器组件104、电子设备推车116、外科医生的控制台114和定位指示器系统304之间的通信。该连接可以是例如外科医生的控制台114、电子设备推车116和手术操纵器组件104之间的光纤通信链路。在一些示例中，控制系统300可以包括单个处理器，其用作能够执行用于操作手术系统100的一些或全部数据处理的中央电子数据处理单元。
[0106]
手术系统100可以包括传感器系统306的传感器部分，以检测手术系统中装备的治疗参数和状况。手术操纵器组件104可以包括姿势传感器308，其定位在例如接头142b-142c和148a-148g处以检测沿着手术操纵器组件104的连杆的相对姿势。姿势传感器308可以包括压力传感器、扭矩传感器、力传感器、定位传感器、速度传感器、加速度计、旋转编码器、线性编码器和其他合适的传感器的组合，以确定手术操纵器组件104中的连杆和接头的定位和定向。
[0107]
姿势传感器308可以生成指示装配组件109、基座108、远程可控臂106以及接头
142a-142c和148a-148g中的一个或多个的相对定位、相对定向或相对定位和相对定向二者的信号。这些姿势传感器308可选地检测远程可控臂106相对于基座108的姿势的姿势、检测一个连杆相对于另一个连杆的姿势、检测手术工具134的姿势或检测手术操纵器组件104的另一个元件的姿势。这些姿势可以参考任何合适的参照；示例参照包括手术环境10、地板表面、患者102、基座108。对于具有姿势传感器的给定接头，姿势传感器可以检测接头的接头状态。传感器可以在对于远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的给定定位的接头状态和接头速度的可用范围内检测接头的定位和速度。传感器还可以检测在给定接头处连接的连杆的相对连杆姿势。该传感器从而可以检测连杆在远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的给定姿势可用的连杆状态范围内的姿势。
[0108]
姿势传感器308可选地包括可以检测基座108在手术环境10内的姿势的传感器。该传感器可以生成信号，处理器302可以使用该信号以基于支撑基座108并使基座108能够在手术环境10内四处移动的装配组件109的移动来计算基座108的姿势。装配组件109例如被支撑在手术环境内地板表面20上方、推车111的轮136上。轮136可以与旋转编码器一起操作，旋转编码器可用于跟踪在手术环境10的地板表面20上的推车111的水平定位和定向。然后可以由推车111的水平定位和定向确定基座108的水平定位和定向。装配组件109的推车111替代地或附加地包括光学传感器，该光学传感器可以跟踪推车111沿地板表面20的运动，例如定位、速度、定向和/或加速度。该光学传感器例如与光学鼠标中使用的光学传感器类似。当推车111沿地板表面20移动时，光学传感器捕获地板表面20的图像。地板表面20的图像随着推车111的移动而变化。处理器302使用捕获的图像可以确定推车111的定位和定向。
[0109]
在一些示例中，远程可控臂106的动力接头可由操作者手动重新定位。在一些情况下，动力接头可由操作者手动定位。与动力接头相关联的传感器可以检测将导致动力接头的铰接的外力。响应于检测到外力，控制系统300的处理器302可以致动与动力接头相关联的致动器，使得动力接头沿外力的方向移动。处理器302可以抵消用于传感器的低于合适阈值的外力，但是会将超过阈值的外部铰接作为对远程可控臂106的输入。
[0110]
在一些示例中，处理器302可以通过感测远程可控臂106或手术工具134的运动来直接确定远侧部分159(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位。在一些示例中，处理器302可以使用正向运动学来计算该运动。使用来自姿势传感器308的实际接头运动信息(例如，指示可控臂106的接头的接头状态的数据)，处理器302可以确定远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的姿势。接头扭矩、力、速度、定向和/或定位可选地被传输到处理器302，使得处理器302可以确定远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的运动。使用正向运动学，处理器302可以使用来自姿势传感器308的信息来计算远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)相对于基座108的姿势。在一些示例中，如果远程运动中心和参照点162对应于沿着插管150或手术工具134的定位(特别是沿着插管150或手术工具134的点，在该点这种部件被插入患者102身上的进入端口)，处理器302可以基于来自姿势传感器308的信息确定参照点162和远程运动中心的位置。
[0111]
传感器系统306可选地包括患者运动传感器310，以测量患者102相对于远侧部分
159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的运动。患者运动传感器310可以包括接近远侧部分159的检测患者102的身体何时相对于所述传感器移动的传感器。该传感器例如是发射器-接收器传感器，其检测附近物体的距离。该传感器可以是光学飞行时间传感器，其发射红外光并接收反射的红外光以确定患者102的距离。距离随时间的相对变化可以指示患者运动。
[0112]
传感器系统306替代地或附加地包括工具传感器312，工具传感器312被定位成使得工具传感器312生成指示由手术工具134或插管150施加在患者102身上的力(或者反之亦然)的传感器信号。工具传感器312可被定位在手术工具134或插管150上以直接测量所施加的力。在一些示例中，工具传感器312被定位在接头处(例如，接头148g处)，以测量扭矩。处理器302然后可以基于接头148g处的扭矩计算所施加的力。
[0113]
在一些实施方式中，传感器系统306可以包括障碍物检测传感器314。障碍物检测传感器314可以被定位在手术系统100中的一个或多个位置处，以检测即将发生的与手术环境10中的附近障碍物的碰撞或接触。手术操纵器组件104和/或远程可控臂106可以包括障碍物检测传感器314，以检测手术操纵器组件104和/或远程可控臂106的部分何时接触或几乎接触附近障碍物。障碍物可以包括手术系统100的其他装备，例如手术台123、电子设备推车116和外科医生的控制台114。障碍物还可以包括手术环境10内的操作者，例如外科医生122、操作者112和助手124、126。障碍物检测传感器314可以包括接触传感器、接近传感器、光学飞行时间传感器以及其他适于检测与障碍物的接触或障碍物的距离的传感器。障碍物检测传感器314还可以包括例如带状开关、柔性传感阵列、单独的力感测电阻器或力感测电阻器阵列、或者无源电容感测系统。来自障碍物检测传感器314的信号可以由控制系统300的处理器302监视，并且在一些情况下，处理器302可以在确定可能即将发生接触或碰撞时发出警报。
[0114]
控制系统300包括定位指示器系统304，定位指示器系统304引导远程可控臂106的基座108的手动重新定位。处理器302控制定位指示器系统304来向操作者提供人类可感知的指示，以将基座108朝最优基座位置包络110移动。指示包括例如触觉、可听或可视指示中的一个或多个。操作者可以直接操纵基座108。如关于图1所描述的，定位指示器系统304可以向操作者112提供可视指示115，以引导操作者将基座108朝最优基座位置包络110移动。
[0115]
在图2b和图2c所示的示例中，定位指示器系统304包括指示灯200a和200b(统称为指示灯200)，以向操作者112提供可视指示。指示灯200中的每个被定位成指示当灯被激活时基座108的不同重新定位方向。就这一点而言，当给定指示灯被激活时，指示灯产生在给定的重新定位方向上的可视指示，以指引操作者112沿给定的重新定位方向移动基座108。对于手术操纵器组件104的基座108，指示灯200的选择性激活可以指引手术操纵器组件104的手动重新定位，以将基座108朝最优基座位置包络110移动。例如，如果操作者直接手动操纵基座108，则当操作者112移动基座108时，指示灯200被选择性地激活以指引操作者将基座108朝最优基座位置包络110移动。
[0116]
指示灯200被可选地设置在手术操纵器组件104的基座108上。指示灯200可以包括例如四个或更多个指示灯。指示灯200中的一个可以被点亮以向操作者指示手术操纵器组件104应沿着由被点亮的指示灯所指示的方向移动。指示灯200的组合可以被点亮以向操作者指示手术操纵器组件104应沿着在由分别被点亮的指示灯200所指示的方向之间的一方
向移动。
[0117]
如图2b中所示，当指示灯200a被激活时，指示灯200a朝手术环境10的地板表面20投射光。光沿第一方向202投射，从而向操作者112指示手术操纵器组件104的基座108应沿第一方向202移动，以朝最优基座位置包络110被重新定位。当指示灯200b被激活时，如图2c中所示，指示灯200b朝地板表面20投射光。光沿第二方向204投射，从而向操作者112指示手术操纵器组件104的基座108应沿第二方向204移动，以朝最优基座位置包络110被重新定位。
[0118]
在一些示例中，操作者可以移动手术操纵器组件104的其他部分以将基座108朝最优基座位置包络110移动。例如，操作者可以移动装配组件109的部分以将基座108朝着最优基座位置包络110移动。就这一点而言，在一些实施方式中，定位指示器系统304还可以引导装配组件109的连杆、接头或其他元件朝着最优位置的手动重新定位，或者引导这些元件的手动重新定位使得基座108被朝着最优基座位置包络110移动。例如，定位指示器系统304可以包括指示灯，以引导推车111在地板表面20上的手动重新定位。替代地或附加地，定位指示器系统304包括指示灯以引导装配臂128的连杆或接头的手动重新定位。
[0119]
示例系统操作
[0120]
如本文所述，当操作者112手动重新定位基座108时，用于手术系统100的控制系统300可以指引操作者112。例如，在进行手术之前，操作者112可以通过以下方式执行基座108的手动重新定位，即通过将基座108手动移向靠近或邻近手术台123的最优基座位置包络110。当操作者112执行手动重新定位时，处理器302控制定位指示器系统304以引导操作者112。
[0121]
在部分手动重新定位期间，处理器302引导手动重新定位同时控制手术操纵器组件104的远程可控臂106以维持远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。可相对于参照(例如参照点162)维持定位和/或定向。维持相对于参照点162的定位和/或定向可使操作者能够设置远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位(例如，在患者102身上的进入端口附近或在进入端口处)，并然后手动重新定位手术操纵器组件104的基座108，而不必考虑远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位。操作者112可以在手动重新定位期间移动基座108，而不会导致远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位变换。就这一点而言，定位远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的步骤和定位基座108的步骤可以是彼此分离的步骤，使得它们可以被顺序地执行，而不会产生一个步骤影响另一步骤的结果。
[0122]
本文描述了在维持远侧部分159(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向的同时引导手动重新定位的示例过程和操作。例如，图4描绘了由处理器302执行以引导基座108的手动重新定位的过程400的流程图。图5示意性地描绘了处理器302用于引导基座108的手动重新定位的输入和输出。尽管过程400关于图1的手术系统100进行描述，但是过程400可适用于本文所述的手术系统的其他实施方式。
[0123]
在过程400开始时，处理器302从手术系统100接收(操作402)输入。如图5所示，处理器302可以从手术系统100接收(操作402)输入500，处理器302处理输入500来确定输出502以控制定位指示器系统304，从而引导基座108的手动重新定位。输入500可以包括由操
作者指定的用户输入以及由传感器系统306的传感器生成的传感器信号。输入500可以包括例如程序数据504、装备数据506、姿势数据508、操作者数据509、障碍物数据510、患者数据512和端口数据514。数据504、506、508-510、512、514表示处理器302可用于控制定位指示器系统304以引导手动重新定位的数据的一些示例。处理器302可以适当地使用其他类型和内容的数据来控制定位指示器系统304。
[0124]
程序数据504包括指示要对患者102进行的具体手术程序的数据。程序数据504可以指手术工作空间的具体要求，例如，由于要对患者进行的具体手术程序，在手术期间手术工具134应当能够进入的患者102全身各处的区域。手术程序可能需要预定范围(extent)的工作空间。
[0125]
在一些示例中，可以指定手术工具134的具体运动范围以表示工作空间的范围。在一些情况下，可以标出工作空间的边界以表示工作空间的范围。在一些实施方式中，操作者可以输入指示工作空间的范围的数据。操作者可以在进行程序之前并且在执行基座108的手动重新定位之前输入数据。
[0126]
在执行基座108的手动重新定位之前，操作者可以通过在手术期间在表示手术工具134所需要的或以其它方式所期望的工作空间的区域内移动手术工具134来演示工作空间的范围。例如，操作者可以移动手术操纵器组件104(无论是否具有被夹持的工具)以指示期望的工作空间，或者通过移动手术工具134的替代物来指示期望的工作空间。示例替代物包括表示可在程序期间使用的普通手术工具的装置、复制手术工具134的近侧部分但不是整个轴及末端执行器的装置、投射与可在程序期间使用的手术工具的远端相关联的位置的可视指示的装置，等等。可以至少部分地从这种演示中获得关于远程可控臂106或手术工具134的期望运动范围的信息。传感器系统306的姿势传感器308例如可以生成指示由操作者112手动演示的期望工作空间的信号，并提供关于远程可控臂106的期望运动范围的信息。手术操纵器组件104上的传感器(例如，姿势传感器308)可以检测手术操纵器组件104和/或手术工具134的物理移动，并生成指示手术操纵器组件104和/或手术工具134的姿势的信号。随着手术操纵器组件104和/或手术工具134被移动，处理器302接收包括这些传感器信号的程序数据504，并然后可以处理这些传感器信号以确定由操作者演示的工作空间的范围。
[0127]
装备数据506包括指示在手术期间待使用的装备的规格的数据。装备数据506可以包括指定手术操纵器组件104的每个接头的运动范围的数据。运动范围可以是结构限制或机械限制。
[0128]
对于给定的接头，该接头的运动范围可以指由该接头连接的两个连杆之间可能的运动量。对于转动接头，装备数据506可以指定在例如90度和180度之间的运动范围的值(例如，接头的运动范围是90度、135度或180度)。对于移动接头，装备数据506可以指定在例如10厘米和30厘米之间的运动范围的值(例如，接头的运动范围是10厘米、20厘米或30厘米)。根据远程可控臂106和装配组件109的配置，超出本文中指定的那些运动范围的其他运动范围可能是合适的。装备数据506中指示的运动范围可以包括被动接头的运动范围、主动接头的运动范围或这二者。
[0129]
装备数据506可以进一步指示远程可控臂106和装配组件109的结构。例如，装备数据506可以指定接头的数量、每个接头的类型、远程可控臂106的连杆的长度以及与远程可
控臂106的结构有关的其他参数。
[0130]
装备数据506还可以包括与安装到远程可控臂106的手术工具134的类型有关的信息。手术工具134的类型会影响例如工作空间的范围和执行操作所必需的扭矩量。手术工具134的类型可以由操作者手动输入。在一些示例中，手术工具134可以包括指示手术工具134的类型的可检测标签。
[0131]
装备数据506还可以包括关于手术台的信息，例如：制造商和型号；大小和尺寸；运动范围(如果工作台台面可相对于工作台基座移动的话)；工作台轨道尺寸；可拆卸工作台段(如果有的话)的附件位置和尺寸。
[0132]
姿势数据508包括指示接头、连杆、手术工具和手术操纵器组件104的其他部件的姿势的数据。姿势数据508包括远程可控臂106的接头和/或连杆中的每一个的初始姿势、装配组件109的接头和/或连杆中的每一个的初始姿势、远侧部分和/或手术工具134的初始姿势以及基座108的初始姿势。当基座108在手动重新定位期间被移动时，姿势传感器308可以响应于基座108的运动生成信号。基于来自姿势传感器308的信号，处理器302可以控制远程可控臂106以维持远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位。可以相对于参照维持定位和/或定向。示例参考包括手术环境10、患者102的解剖结构、诸如参照点162的参照点、源自参照点162的参照系等。
[0133]
操作者数据509包括与手术团队(例如，执行手术过程的操作者)有关的数据。操作者数据509包括例如与能力、手术装备布局的偏好、经验水平、技能水平和其他操作者特异性属性有关的信息。在一些示例中，在手术程序之前为每位操作者创建操作者概要文件。替代地或附加地，为特定手术团队创建手术团队概要文件。
[0134]
障碍物数据510包括指示患者102的姿势或定位以及手术环境10中的相对于手术操纵器组件104的障碍物的数据。在一些示例中，障碍物数据510可以包括由操作者输入的手术环境10的地图。该地图可以包括手术环境10内的潜在障碍物(例如，手术系统100的装备的其他零件)的位置。障碍物数据510替代地或附加地包括来自障碍物检测传感器314的数据。当远程可控臂106、装配组件109和基座108在手术环境10内被移动时，障碍物检测传感器314可以生成指示手术环境10内的障碍物的定位、定向或姿势的信号。
[0135]
患者数据512包括指示患者特异性特征的数据。患者数据512可以包括指示患者体质(habitus)和患者几何形体(geometry)的数据。在一些示例中，操作者输入患者体质和患者几何形体。在一些情况下，成像装置可以产生可以由处理器302分析以确定患者体质和患者几何形体的图像。在基座108的手动重新定位发生之前，可以将成像装置插入患者102体内。内窥镜可以产生可用于估计患者体质和患者几何形体的图像。在一些示例中，患者数据512还可以包括指示患者102相对于远程可控臂106的姿势和/或手术台123相对于远程可控臂106的姿势的数据。患者数据512可以包括术前图像，例如x射线图像、x射线计算机断层扫描图像、磁共振成像扫描等。在一些情况下，患者数据512包括术中图像或表面扫描。
[0136]
端口数据514包括指示患者102身上的进入端口的特征的数据。端口数据514可以指示进入端口的定位和定向。处理器302可以在基座108的手动重新定位期间使用端口数据514来确定参照点162。在一些实施方式中，端口数据514基于在以下情况下的可控臂106的姿势：当对接插管时，当操作者指示准备好重新定位基座时，当安装手术工具时，等等。在一些实施方式中，诸如插管150或手术工具134的部件通过患者102身上的进入端口被插入，并
且处理器302可以基于来自远程可控臂106上的传感器的信号来确定进入端口的定位和定向。
[0137]
在一些示例中，端口数据514可以由操作者输入。如果在基座108的手动重新定位发生之前没有将手术工具134插入进入端口，则处理器302可以基于所输入的端口数据514选择参照点162。选择参照点162使得手术工具134可被定位和定向成在手动重新定位完成后容易插入进入端口。具体地，手术工具134可以在手动重新定位期间处于缩回定位，并然后轴向平移至插入定位，使得参照点162对应于进入端口的定位。
[0138]
在接收(操作402)输入之后，处理器302可选地基于输入生成(操作404)一个或多个指数。处理器302可以计算函数，每个所述函数表示指数中的一个。可以例如由操作者或根据默认设置来选择指数中的一个或多个以由处理器302优化。处理器302然后可以优化所选定的指数的功能，如关于操作406更详细地描述的。
[0139]
在操作404处生成的指数中的每个可以表示处理器302的优化目标。指数可以指在基座108的手动重新定位期间待优化的值。在操作404期间由处理器302生成的每个指数可以是基于输入中的一个或多个的值。产生的指数的数量可以取决于自由度的数量，特别是冗余自由度的数量。就这一点而言，在操作404处产生的指数表示在手动重新定位期间手术操纵器组件104的当前配置的指数。当手动重新定位基座108并且在手动重新定位期间移动接头时，指数的值可以改变。
[0140]
基于输入和/或一个或多个指数，处理器302确定(操作406)基座108的当前姿势的最适宜姿势和最优性分数。处理器302可确定手术操纵器组件104的基座108的最适宜姿势或最适宜定位的范围。可以将最适宜姿势或最优适宜定位的范围表示为最优基座位置包络110。最优基座位置包络110可对应于被认为是对于基座108而言最优的三维定位和定向的范围。在一些实施方式中，最优基座位置包络110对应于沿着与地板表面平行的平面的最优二维定位的范围。在一些示例中，最优基座位置包络110包括具有最大最优性分数的多个最优定位。处理器302可以基于输入500计算最优姿势、最适宜姿势和/或最优基座位置包络110。处理器302可以在操作404处生成指数值的函数并执行使用该函数来优化每个指数的优化策略。优化策略包括例如基于梯度下降的优化策略、基于最小二乘法的优化策略或其他合适的策略。处理器302可以使用给定的优化策略计算函数的解，其中解表示基座108的最优基座姿势或最优姿势范围。优化策略使得处理器302能够计算表示基座108的当前姿势的最优性的最优性分数。在一些示例中，最优性分数表示基座108的当前姿势与最优基座姿势或最优基座位置包络110的接近度。
[0141]
在一些示例中，处理器302选择单个指数作为主要目标，并然后使用优化策略计算解以优化该指数。当由处理器302计算出的解欠约束时，由处理器302提供的解可表示可用于远程可控臂106的状态子集。为了在主要解欠约束时识别待发送到远程可控臂106的接头的具体命令，处理器302可以包括用作子空间滤波器的模块，以从状态子集中选择远程可控臂106的期望状态。子空间滤波器还可以为远程可控臂106的接头选择一组命令以移动接头，使得远程可控臂106被置于期望状态。有利地，所选定的命令可用于服务第二目标，例如，以优化第二指数。在一些示例中，选择多个指数，并且将权重分配给每个所选定的指数。权重指示该指数相对于其他选定指数的优先级。例如，操作者可以确定程序类型和患者特征具有比操作者偏好更高的优化优先级。在
‘
229专利中描述了多个目标的优化的示例，该
专利的全部内容通过引用并入本文。
[0142]
每个指数可以具有被认为是最优的值范围。与当指数不在最优值范围内时远程可控臂106和手术工具134的状态相比，当指数在最优值范围内时远程可控臂106和手术工具134处于有利于操作手术操纵器组件104的状态。指数的最优值范围可以对应于指数的任何高于阈值的值。阈值可以被编程为默认值、指数的最大值或最小值的百分数或者可以由操作者输入。
[0143]
本文描述了各种指数。这些指数可以是输入500中的一个或多个的函数。本文描述的用于计算指数的数据504、506、508、510、512、514的组合的示例使用不意味着是限制性的。对于过程400的给定实施方式，处理器302可以生成指数中的一个或多个。在一些实施方式中，处理器302不生成指数，而是通过直接比较输入500中的一个或多个以计算最优性分数来引导手动重新定位。
[0144]
处理器302可选地基于对于接头中的每个可用的运动范围生成并优化运动范围指数。可以基于例如装备数据506和姿势数据508来计算运动范围指数。例如，对于可以围绕轴线在两个方向上旋转的转动接头，处理器302可以确定在两个方向中的每一个方向上可用的运动量。处理器302可以确定远程可控臂106的接头中的每个的目标接头状态范围。在一些情况下，将接头定位成使得接头可以在两个方向上移动基本相等的量是有益的，而在一些示例中，可期望将单个方向上可用的运动量最大化。目标接头状态范围因此可以是对于给定接头的可用接头状态范围的子集。处理器302可以通过考虑对远程可控臂106的接头中的每个的运动范围要求来计算运动范围指数。
[0145]
运动范围指数替代地或附加地考虑手术工具134的运动范围。具体地，处理器302可以基于手术工具134是否具有足够的运动范围以到达针对具体手术程序的解剖结构的相关部分来计算运动范围指数。就这一点而言，处理器302还可以使用程序数据504来计算运动范围指数。
[0146]
当远程可控臂106在手动重新定位期间移动以维持远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向时，姿势传感器308可以响应于远程可控臂106的接头和/或连杆的运动生成信号，从而更新姿势数据508。在接收到这些信号后，处理器302可以基于远程可控臂106的接头和/或连杆中的每个的新的姿势来更新其对运动范围指数的确定。
[0147]
处理器302替代地或附加地计算平滑度指数。平滑度指数指示手术工具134的运动性能，并且在一些情况下，指示远程可控臂106的一些或全部的接头的运动性能。处理器302可以通过确定对远程可控臂106和手术工具134的当前姿势可能的手术工具134的运动分辨率来估计运动性能。例如，对于特定接头，通过增量(例如，给定的施加的电压或电流)致动接头会导致手术工具134的运动量取决于远程可控臂106的接头中的每个的姿势及手术工具134的姿势。在一些实施方式中，基于可根据姿势和接头传感器定位分辨率实现的空间分辨率计算平滑度指数。平滑度指数可以考虑由施加的增量(例如，增量电压或电流)引起的运动的大小。就这一点而言，由给定的施加的增量引起的手术工具134的较小的运动可以导致手术工具134的改善的运动性能和更大的运动平滑度。处理器302可以基于例如装备数据506和姿势数据508来计算平滑度指数。
[0148]
处理器302可选地计算手术工具134的扭矩指数。扭矩指数可以指示远程可控臂
106可以施加在手术工具134上的扭矩。在一些实施方式中，手术程序会要求远程可控臂106能够用进行手术程序必需的最小扭矩来操纵手术工具134。在这些情况下，最大化手术工具134可实现的扭矩会是有益的。然而，可实现的扭矩可取决于接头相对于手术工具134的定位和定向。处理器302可基于例如程序数据504、装备数据506和姿势数据508来计算扭矩指数。
[0149]
在一些实施方式中，代替扭矩指数或者除扭矩指数之外，计算指示远程可控臂106可施加在手术工具134上的力的力指数。此外，扭矩指数和/或力指数可以考虑手术操纵器组件104的接头上的力和扭矩，使得在远程可控臂106在工作空间内运动期间可以使特定接头上的力和/或扭矩最小化。
[0150]
处理器302可以计算表示对于远程可控臂106的当前状态可被手术工具134进入的工作空间的部分的工作空间指数。处理器302可以基于程序数据504中指示(例如，由操作者演示)的工作空间来计算工作空间指数。定位指示器系统可以由处理器302控制，以引导基座108的手动重新定位以优化工作空间指数。处理器可以基于来自姿势传感器308的指示手动演示的信号和用于计算工作空间指数的数据来控制定位指示器系统。
[0151]
处理器302可以通过确定在给定远程可控臂106的接头的运动范围的情况下可以移动手术工具134的范围，基于装备数据506和姿势数据508来计算可被手术工具134进入的工作空间的部分。在一些实施方式中，处理器302可以使用患者数据512考虑患者几何形体和患者体质以确定工作空间指数。在一些示例中，处理器302可以部分地基于端口数据514，特别是基于患者102身上的进入端口的位置和定向，来计算工作空间指数。在一些示例中，患者数据512包括患者生理学图像，当与程序数据504结合使用时，其可用于估计所需的器械工作空间界限。
[0152]
在一些示例中，处理器302计算奇点指数，该奇点指数指示远程可控臂106的接头可被致动到对应于运动学奇点的状态的可能性。例如，对于远程可控臂106，当远程可控臂106处于其失去其在一个或多个方向上移动或施加力的能力的状态时，出现运动学奇点。处理器302可以基于装备数据506确定潜在的运动学奇点。例如，接头的运动学奇点可以取决于远程可控臂106的当前配置。
[0153]
处理器302可选地基于姿势数据508和障碍物数据510估计障碍物指数。障碍物指数表示远程可控臂106可以与附近障碍物碰撞的可能性。就这一点而言，使用障碍物数据510、远程可控臂106的当前姿势和程序数据504，处理器302可以计算障碍物指数以确定如果手术工具134将能够进入程序数据504中指定的工作空间的范围的话，远程可控臂106是否会与附近障碍物碰撞。
[0154]
处理器302替代地或附加地计算指示被施加在患者身上的力的量的患者力指数。例如，可以基于姿势数据508、患者数据512和端口数据514来计算患者力指数，并且患者力指数可以指示可被施加在患者102的在进入端口附近的体壁上的扭矩或力的量。处理器302可以使用患者力指数来确定远程可控臂106或基座108是否以可以将超过期望量的力施加在患者102的组织上的方式被移动。
[0155]
在一些实施方式中，处理器302可选地计算表示处于手术工具134的给定姿势的手术工具134的灵活性的灵活性指数。灵活性指数可以是考虑平滑度指数、扭矩指数、工作空间指数和奇点回避指数中的一个或多个的综合指数。在一些实施方式中，基于手术操纵器
组件104的接头的可操纵性指数和/或雅可比条件数来计算灵活性指数。
[0156]
在一些实施方式中，手术操作的优化策略基于来自先前手术操作的数据。来自先前手术操作的数据包括例如在先前手术操作期间收集的输入、在先前手术操作期间确定的指数和/或在先前手术操作期间确定的分数。在一些情况下，使用机器学习方法(诸如例如人工神经网络)确定优化策略。
[0157]
在处理器302确定(操作406)当前姿势的最适宜基座姿势和最优性分数后，处理器302将该最优性分数与阈值最优性分数进行比较(操作407)。无论该最优性分数是否大于(操作408)或小于(操作412)阈值最优性分数，处理器302可以生成并传送输出502。如图5所示，输出502可以被传输到手术操纵器组件104以控制手术操纵器组件104的操作。
[0158]
如果该最优性分数大于阈值最优性分数(例如，操作408)，则处理器302可选地输出(操作410)激活表征手动重新定位完成的指示器的信号。如果基座108包括指示灯200，则指示手动重新定位完成的信号可以是指示灯200中的每一个以特定图案或顺序被点亮。例如，处理器302可以控制定位指示器系统304，使得所有的指示灯200都被点亮。在一些示例中，处理器302控制扬声器以提供指示手动重新定位完成的可听信号。在一些实施方式中，在操作408处使最优性分数最大化。替代地或附加地，当最优性分数最大化时，优化导致分数(例如，误差分数)最小化。
[0159]
在一些示例中，控制定位指示器系统304以指引基座108的移动，使得基座108在高于阈值最优性分数的定位范围内。例如，如果优化过程没有考虑对操作者重要的某些条件(例如，与在过程400期间未考虑的手术操作相关的启发(heuristics))，则定位指示器系统304提供定位范围来为操作者提供灵活性用于重新定位基座108。操作者可以选择可能不具有最大最优性分数但是可以满足过程400在控制定位指示器系统304时未考虑的其他条件的定位。
[0160]
如果该最优性分数小于(操作412)阈值最优性分数，则处理器302输出(操作414)重新定位信号以引导手动重新定位。处理器302可以将重新定位信号发送到定位指示器系统304。在一些示例中，如图5所示，处理器302将信号发送到手术操纵器组件104，手术操纵器组件104包括形成定位指示器系统304的一部分的指示灯200。重新定位信号使指示灯200点亮，从而表征操作者应当移动手术操纵器组件104的基座108以使基座108朝着最适宜基座姿势或朝着最优基座位置包络110重新定位的重新定位方向。
[0161]
然后，处理器302发送(操作416)驱动信号，以相对于参照(例如，参照点162)维持远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。处理器302基于来自传感器的信号生成驱动信号。例如，姿势数据508可以指示基座108正沿重新定位方向(例如，以检测到的速度和加速度)移动。处理器302进而可以生成驱动信号，该驱动信号使接头响应于基座108的移动而移动，以便维持远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。可以相对于参照(例如，参照点162)维持定位和/或定向。
[0162]
在一些示例中，在输出(操作414)重新定位信号或发送(操作416)驱动信号时，处理器302可以激活远程可控臂106的接头上的制动器，激活制动机构以停止基座108的移动，激活制动机构以停止装配组件109的移动，和/或激活与推车111上的轮136相关联的制动机构以停止推车111的移动。处理器302可以基于患者力指数值的变化来控制制动器或制动机
构。例如，基于患者力指数，处理器302可以确定超过期望量的力正被施加到患者102的组织上。就这一点而言，操作者112可以在远离最优基座位置包络110的方向上重新定位基座108，并且处理器302可以要求抑制该运动。在一些实施方式中，处理器302不能驱动远程可控臂106以将远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管150或手术工具134)相对于参照(例如，其原点在参照点162处的参照系)维持在其期望的定位和/或定向中。这可能是由于例如接头限制、奇点、过度振动或基座108的运动的过高速度/加速度引起的。
[0163]
使用姿势数据508，处理器302可以确定或估计远程可控臂的远程运动中心(对于联接到远程可控臂的插管或手术工具134，远程运动中心通常是相同的)，并且可以控制远程可控臂106的动力接头的致动以维持远程运动中心。处理器302可选地使用反向运动学来确定应如何驱动接头以维持远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。动力接头的致动器可以被选择性地驱动以维持远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向，并且/或者将动力接头定位在更佳的定位中。在一些情况下，处理器302控制动力接头的致动器以抑制可由于基座108的运动导致的动力接头的运动。在一些示例中，处理器302控制动力接头的致动器以引起动力接头朝着更佳的定位运动。这样的方法的示例被描述于
‘
229专利中，该专利通过引用被并入本文。
[0164]
如本文所述，可以约束远程可控臂和/或手术工具134的运动，使得手术工具134围绕由参照点162限定的枢轴点旋转。在估计这些枢轴点时，处理器302可选择性地实施由远程可控臂106的顺应性或刚度表征的不同模式。处理器302可以在计算出估计枢轴点之后在枢轴点或远程运动中心的顺应性或刚度范围上实施不同模式。该范围可以跨越枢轴点为顺应性(例如，导致被动枢轴点)和枢轴点为刚性(例如，导致固定的枢轴点)之间。
[0165]
对于固定的枢轴点，可以将估计的枢轴点与期望的枢轴点进行比较以产生误差输出，该误差输出可以被用于驱动远程可控臂(例如，远程可控臂的远侧部分)和/或手术工具134的枢轴点到期望的位置。对于被动枢轴点，期望的枢轴位置可能不是主要或最重要的目的。估计的枢轴点仍可用于误差检测。估计的枢轴点位置的变化可以指示患者102已经移动或者指示传感器发生故障，从而使处理器302有机会采取纠正措施。
[0166]
处理器302可选地允许远程可控臂106的顺应性或刚度在整个范围内改变。例如，接头148g可以是器械夹持器腕接头，其能够绕两个轴线进行枢转运动。当接头148g被控制为处在该范围的顺应端时，处理器302可以在空间中移动手术工具134的近端，而接头148g的致动器施加很小的扭矩或不施加扭矩。就这一点而言，手术工具134的作用就好像它通过一对被动接头被联接到远程可控臂106一样。在该模式中，细长轴152和患者102的组织之间沿着进入端口的相互作用引起远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)绕枢轴点的枢转运动。
[0167]
当接头148g被控制为处在该范围的刚性端时，处理器302可以由端口数据514确定进入端口的位置，并将进入端口的位置用作指示参照点162的输入，其中远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品，例如插管150或手术工具134)应绕参照点162旋转。在一些情况下，处理器302可以基于姿势数据508计算进入端口的位置，并且可以将进入端口的位置视为参照点162。然后，处理器302可以驱动与设置在枢轴点近侧的远程可控臂106的每个接头相关联的致动器，使得在计算枢轴点处对细长轴152的任何侧向力导致反作用力以保持细长轴152
穿过枢轴点。因此，处理器302可以控制远程可控臂106的接头，使得远程可控臂106表现得类似于机械约束的远程中心联动装置。当组织沿着进入端口移动而不对组织施加过大侧向力时，实施方式可以介于提供围绕对应于进入部位的枢轴点的计算的运动和在可接受范围内移动远程运动中心之间。全部内容通过引用整体并入本文的
‘
229专利描述了计算远程运动中心和枢轴点的另一些示例。
[0168]
在处理器302输出(操作414)重新定位信号并发送(操作416)驱动信号之后，处理器302可以重复操作402、404、406、407、412、414和416，直到处理器302确定基座姿势的最优性分数超过阈值最优性分数。此时，处理器302于是可以执行操作408和410以指示手动重新定位的完成。
[0169]
在一些实施方式中，在该最优性分数超过阈值最优性分数之前停止基座108的手动重新定位，而不是重复操作402、404、406、407、412、414和416直到处理器302确定基座姿势的最优性分数超过阈值最优性分数。例如，操作者可以提供用户输入以超控(override)过程400并使处理器302中止重复操作以指引手动重新定位。替代地，处理器302可以响应于预定义条件被满足而自动停止指引基座108的手动重新定位。预定义条件可以向处理器302指示基座108不能被重新定位到最优基座位置包络110中。例如，如果在启动过程400后经过预定义量的时间(例如，5到15分钟)之后该最优性分数未超过阈值最优性分数，则处理器302超控过程400。在进一步的示例中，处理器302跟踪基座108沿远离最优基座位置包络110的方向移动的多种情况，并且当情况的数量超过预定义量(例如，10到20种情况)时超控过程400。在进一步的示例中，处理器302基于障碍物数据510确定由于基座108的当前位置与最优基座位置包络110之间的障碍物而不存在基座108进入最优基座位置包络110的移动路径。如果在该最优性分数超过阈值最优性分数之前停止基座108的手动重新定位，则处理器302可以发出指示基座108处于次优定位(例如，在最优基座位置包络110外面)的警报。
[0170]
图6a至图6p描绘了操作600a至600p的顺序，在此期间操作者112将手术操纵器组件104的基座108手动重新定位成邻近支撑患者102的手术台123，使得被安装到远程可控臂106的手术工具(未示出)可到达患者102周围的工作空间602。操作600a至600p中的每一个操作可以包括由操作者112、处理器(例如，控制系统300的处理器302)或其组合执行的子操作。在一些实施方式中，操作600a至600p中的一些或全部由多位操作者执行。
[0171]
在图6a中，手术操纵器组件104被定位在手术环境10中。远程可控臂106可以处于收起配置。可在操作600a、600b和600c期间由处理器控制远程可控臂106以展开远程可控臂106。处理器可以控制远程可控臂106的接头，使得远程可控臂106从基座108进一步延伸，如分别在图6b和图6c中的操作600b和600c所示。处理器可以致动接头，使得远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如在远程可控臂106的远侧连杆处的插管150或手术工具)沿展开方向603移动。在一些示例中，操作者手动地将远程可控臂106移动到图6c中所示的展开定位。当远程可控臂106展开时，操作者112可以用无菌帷帘(未示出)覆盖远程可控臂106。
[0172]
分别在图6d至图6f中，操作者112手动重新定位基座108，使得手术操纵器组件104被定位成邻近工作空间602。在一些示例中，在操作600d至600f期间，处理器可以控制定位指示器系统(例如，定位指示器系统304)以提供对重新定位方向606的指示，其中操作者112应沿该方向推基座108。指示器可以是投射在地板表面上的可视指示器。在一些示例中，处理器可以计算最优基座位置或最优基座位置包络110，并然后控制定位指示器系统以指示
重新定位方向606，该方向将引导操作者112将基座108朝着最优基座位置包络110移动。在一些实施方式中，在操作者112将基座108朝着最优基座位置包络110移动时，远程可控臂106和基座108的惯性会使远程可控臂106相对于基座108移动。在操作者112移动基座108时，处理器可以控制远程可控臂106的接头，使得远程可控臂106保持在展开位置。就这一点而言，在操作600d至600f期间可以沿图6d至图6f中的每一幅图中示出的展开方向603驱动接头。
[0173]
在图6g中示出的操作600g处，基座108被定位成邻近手术台123和患者102。然后，在图6h、图6i和图6j中分别示出的操作600h、600i和600j处，展开远程可控臂106，使得手术工具当被安装到远程可控臂106时将在工作空间602内。远程可控臂106的展开可由处理器控制(例如，通过致动远程可控臂106的接头)，或者操作者112可以手动展开远程可控臂106。
[0174]
当远程可控臂106被展开/部署(deployed)时，在一些实施方式中，操作者112可以演示工作空间602的范围。操作者112可以例如手动操纵器械夹持器或远程可控臂106的其他部分，以使远程可控臂106(或手术工具，如果其被安装到远程可控臂106的话)的一部分移动穿过工作空间602的边界。处理器然后可以从远程可控臂106上的姿势传感器接收传感器信号，并之后使用那些信号来估计工作空间602的范围。本文描述了演示工作空间602的另一些方法。
[0175]
在操作600j处，指定参照。在该示例中，参照是参照点162。在一些示例中，在操作600j处，将手术工具插入患者102身上的进入端口，并且参照点被定义为对应于进入端口的位置。操作者112可以掌控(clutch)远程可控臂106的各种接头，以操纵远程可控臂106的远侧连杆或其他部分来将手术工具插入进入端口。在
‘
223专利中详细描述了掌控的示例，上述专利通过引用被并入本文。
[0176]
在一些实施方式中，将用于定义参照的定位以不同于通过穿过进入端口物理地放置手术工具的方式提供给处理器。处理器可以确定参照点162，使得在完成基座108的手动重新定位之后可将手术工具插入进入端口。参照点162可以是与远程可控臂106物理接触的部件上的点，或者是未机械连接的空间中的点或是被机械连接到远程可控臂106的部件的一部分上的点。例如，如果器械夹持器132被联接到插管150并且插管150被插入患者体内，则参照点162可以指沿着插管150的点，例如插管150接触患者体壁的地方。如果器械夹持器132与插管150分离，则参照点162可以指未与远程可控臂106机械连接的手术环境10中安装的插管(如果安装了的话)所在处相关联的点。在各种实施方式中，可以以其他方式指示参照点162。在一些实施方式中，操作者操纵输入装置以指示远程可控臂106接近患者102身上的进入端口，远程可控臂106对接到已被插入患者102身上的进入端口的插管，被远程可控臂106夹持的插管被插入患者102，执行图像获取和识别以识别患者体内的切口或放置在患者身上的指引标记，用于指示(一个或多个)参照点和/或(一个或多个)方向等。
[0177]
在操作600j处，处理器可以基于所接收的输入确定最优基座位置包络110，如关于图4和图5更详细地描述的。如图6k至图6m中所示，分别在操作600k至600m处，处理器然后指引基座108的手动重新定位。处理器控制定位指示器系统以指示基座108的重新定位方向606。重新定位方向606指示操作者112应重新定位基座108使得基座108朝着最优基座位置包络110移动的方向。根据由定位指示器系统提供的重新定位方向606操作者112手动重新
定位基座108。如关于图4和图5描述的，当操作者112手动重新定位基座108时，处理器可以检测基座108的运动并控制远程可控臂106的接头的致动，使得在手动重新定位期间相对于参照(例如，参照点162)维持远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管150或手术工具)的定位和/或定向。因此，处理器可以使远程可控臂106的一个或多个部分(例如，远程可控臂106的远端或(另一或另一些)部分)在手动重新定位发生时沿展开方向603相对于基座108移动。
[0178]
处理器可以控制定位指示器系统，以在手动重新定位期间引导基座108的旋转和平移二者。如图6k中所示，处理器可以控制定位指示器系统以指示重新定位方向606，其中操作者112沿重新定位方向606平移基座108。如图6l和图6m中所示，处理器还可以控制定位指示器系统以指示重新定位方向606，其中操作者112沿重新定位方向606旋转基座108。
[0179]
在图6n中，操作者112已经成功地手动重新定位基座108，使得基座108在最优基座位置包络110内。在一些实施方式中，在操作600n处，处理器控制手术操纵器组件104以提供成功指示器608。成功指示器608指示基座108的手动重新定位完成。在一些实施方式中，成功指示器608是由定位指示器系统提供的特定顺序或图案。在一些实施方式中，成功指示器608包括声音确认、触觉确认或其他信号以指示操作者的成功。在一些示例中，当基座108在最优基座位置包络110外时，定位指示器系统还向操作者提供指示。
[0180]
在已经成功完成基座108的重新定位之后，可以开始手术操作。手术工具可以被插入患者102身上的进入端口。外科医生可以远程控制手术操纵器组件104的远程可控臂106，以控制手术工具来进行手术。
[0181]
在一些实施方式中，执行第二手动重新定位可有益于将基座108重新定位在更优的位置。操作者112可以向处理器发出请求以引导第二手动重新定位。在一些示例中，处理器检测到第二手动重新定位是有益的，并然后提醒操作者112执行第二手动重新定位。例如，在初始手动重新定位完成之后，在程序期间障碍物可以被放置在手术操纵器组件104附近。由操作者112执行的初始手动重新定位可能不足以避免障碍物。如图6o中所示，最优基座位置包络是初始最优基座位置包络110，其不考虑障碍物612(诸如配件推车、患者和/或操作者)。在图6o中，障碍物612离手术操纵器组件104足够远，使得远程可控臂106和障碍物612之间不太可能发生碰撞。然而，如图6p中所示，障碍物612被移至邻近手术操纵器组件104的定位，因此增加了碰撞的可能性。
[0182]
在一些实施方式中，可以出现第二手动重新定位，这是因为在手术程序期间必须将手术工具134移动到患者身上的新端口位置。初始端口位置可以要求与新端口定位所要求的基座位置不同的基座位置。就这一点而言，新端口定位可以产生新的参照点162，进而产生用于第二手动重新定位的新的最优基座位置包络。因此，处理器引导第二手动重新定位，使得操作者被指引以使基座108朝新的最优基座位置包络移动。
[0183]
在一些实施方式中，处理器引导第二手动重新定位。例如，当臂或手术工具已被移动至工作空间边界的边缘并且操作者希望将臂或手术工具移动到工作空间边界之外时，处理器启动第二手动重新定位过程。在这种情况下，处理器可以触发考虑新工作空间边界(例如，操作者使用本文所述的手动演示过程来定义的工作空间边界)的第二手动重新定位。在一些情况下，处理器由于障碍物的移动(例如，操作者或手术环境10中的装置的移动)而启动第二手动重新定位过程。
[0184]
如关于图3至图5描述的，手术操纵器组件104包括障碍物检测传感器，其可用于检测手术操纵器组件104的远程可控臂106附近的障碍物。在检测到障碍物612后，处理器可以确定碰撞的可能性足够大，以致远程可控臂106应当远离障碍物612重新定位。虽然有可能在不移动基座108的情况下致动接头以避免远程可控臂106与障碍物612之间的碰撞，但是在一些示例中，如关于图4和图5描述的，引导基座108的第二手动重新定位以实现其他目标会是有益的。例如，鉴于可能妨碍一些接头的运动范围的新障碍物612，第二手动重新定位可以有益地改善远程可控臂106的接头的运动范围指数。如图6p所示，处理器可以计算考虑新障碍物的新的最优基座位置包络110。处理器控制定位指示器系统以指示用于第二手动重新定位的重新定位方向606。然后，操作者112可以根据重新定位方向606执行第二手动重新定位，使得基座108和远程可控臂106远离障碍物612移动，从而降低与障碍物612碰撞的风险。
[0185]
附加的替代实施方式
[0186]
除了上述特征之外或代替上述特征，上述系统可以可选地包括以下特征中的一个或多个。
[0187]
虽然臂106被描述是为远程可控的，但在一些实施方式中，操作者在与臂106同一个房间内的一位置处控制臂106。例如，如果在医疗程序期间使用臂106，则操作者可以从患者的床边控制臂106。
[0188]
虽然被描述为包括推车11，但是在一些情况下，装配组件109对应于被附接到地板表面20上方的台架并被安装到手术环境10的墙壁或天花板上的平台。操作者112可以沿着台架移动平台以执行手动重新定位。台架可以包括制动机构，该制动机构被联接到例如将基座108附接到台架的轨道。定位指示器系统可以包括与轨道相关联的制动机构。
[0189]
手术系统100表示可以包括能够指引手动重新定位的方法、系统和装置的手术系统的示例。可以修改本文所述的手术系统100和方法以包括替代或附加特征。手术系统100的一些特征也可以省略。在一些情况下，这些修改可另外改变手术系统100的操作，例如操作402、404、406-408、410、412、414和416以及操作600a至600p。
[0190]
在一些实施方式中，远程可控臂106和/或装配组件109的装配接头和接头可以包括与关于图2a描述的组合不同的转动接头和移动接头的组合。这些接头中的每一个可以提供平移自由度、旋转自由度或其组合。接头可以包括多个旋转自由度，例如围绕多个独立轴线的旋转。接头可以包括多个平移自由度，例如沿多个独立轴线的平移。例如，虽然装配接头142b-142c和148a-148g已经被描述为转动接头，但是在一些示例中，这些接头142b-142c、148a-148g中的一个或多个可以允许平移自由度，从而实现在装配臂128和远程可控臂106的连杆之间的相对平移。接头142a虽然被描述为移动接头，但其也可以是准许远程可控臂106相对于基座108枢转的转动接头。在一些情况下，接头可以允许连杆之间的相对旋转和平移。根据给定应用所需的自由度，远程可控臂106可以包括更少的或附加的连杆和接头。
[0191]
用于远程可控臂106和装配臂128的接头的类型可以在不同实施方式中是不同的。在一些示例中，远程可控臂106仅包括动力接头，而装配臂128仅包括被动接头。在一些实施方式中，手术操纵器组件104不包括远程可控臂106和装配臂128二者。例如，远程可控臂106可以包括将远程可控臂106联接到推车111或装配组件109的单个动力接头。在手动重新定
位期间，处理器302可以选择性地激活单个动力接头以驱动该动力接头。在手动重新定位期间，动力接头的移动可以维持远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。在一些实施方式中，远程可控臂106和装配臂128可共同包括两个或更多个动力接头。在手动重新定位期间，处理器302可以选择性地激活动力接头中的每一个以相对于参照(例如，相对于参照点162)维持远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。
[0192]
在一些情况下，远程可控臂106和装配臂128包括可选择性释放的被动接头。可选择性释放的被动接头可以包括例如维持被动接头的定位的制动机构。就这一点而言，远程可控臂106可以包括动力接头和可选择性释放的被动接头。在基座108的手动重新定位期间，处理器302可以选择性地激活动力接头并选择性地释放被动接头以使用反作用力来移动被动接头，同时维持远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管150或手术工具134)的定位和/或定向。
[0193]
虽然在图1中描绘的手术系统100示出了单个手术操纵器组件104，但是在一些示例中，手术操纵器组件104可以是多个手术操纵器组件中的一个，其中手术操纵器组件中的每一个包括远程可控臂。远程可控臂中的每一个可以包括手术工具，并且可使用本文所述的方法引导手术操纵器组件中的每一个的基座的手动重新定位。此外，远程可控臂中的每一个可以包括用于远程运动中心的相应参照点。当致动手术操纵器组件的动力接头以维持手术操纵器组件的相应远侧部分(或由手术操纵器组件支撑的物品，例如插管、手术工具、其他器械或配件等)的定位时，基座的每一个的手动重新定位会发生。在一些情况下，处理器可使用障碍物检测传感器检测其他手术操纵器组件，并将其他手术操纵器组件视为手术环境内的障碍物。就这一点而言，处理器用于引导基座的手动重新定位的障碍物数据可以包括其他手术操纵器组件的定位。在一些实施方式中，在第一臂的基座的手动重新定位期间，第二臂的动力接头被驱动以避免在手动重新定位第一臂时第一臂和第二臂之间的碰撞。
[0194]
在一些示例中，手术操纵器组件包括多个臂，每个臂具有手术工具，而不像手术操纵器组件104具有单个臂106。手术工具中的每一个可被插入单独的进入端口。在基座108的手动重新定位期间，处理器可以控制多个臂中的每个臂的接头，以相对于其相应进入端口维持每个臂的远侧部分(或由每个臂支撑的物品，例如插管或手术工具)的定位和/或定向。臂中的每一个从单个基座108延伸。为了引导手动重新定位，处理器可以考虑针对臂中的每一个的最优定位并引导基座的手动重新定位以改善臂中的每一个的最优性。在一些实施方式中，可能无法使臂中的每一个的定位和定向的最优性分数最大化。在这种情况下，优化策略可以包括净最优性分数，其考虑臂中的每一个的最优性分数。作为最优性策略的一部分，特定臂的最优性分数可以比其他臂权重更大。就这一点而言，在给定与待进行的外科手术有关的数据的情况下，优化净优化分数导致特定臂的定位和定向更靠近特定臂的最优定位和定向。
[0195]
虽然已经将定位指示器系统304描述为在柱138上具有指示灯200，但是在一些实施方式中，定位指示器系统的配置可以在定位、机构及其他方面不同。例如，在一些实施方式中，定位指示器系统304包括机械标度盘而不是灯，机械标度盘可视地指示手术操纵器组件104的基座108应当被重新定位的方向。
[0196]
虽然指示灯200可以将光投射到手术环境的地板表面上，但是在一些示例中，指示灯可以将光投射到基座108的一部分上。在一些情况下，指示灯可以被定位在基座的一部分上，并且可以直接被点亮以指示手动重新定位的方向。例如，如图7中所示，指示灯700可以沿着基座704的近侧部分702定位。
[0197]
定位指示器系统304尽管被描述为手术操纵器组件104的一部分，但是在一些示例中也可以是独立于手术操纵器组件104的系统。定位指示器系统可以是与手术操纵器组件104分开的可视或音频指示器系统。定位指示器系统可以是音频系统的一部分，该音频系统被配置为发出在手术环境中可被听见的可听信号。可听信号可以指示移动基座的方向。在一些示例中，定位指示器系统是可视指示器系统，例如，安装在天花板上的投射器、地板灯等，其照亮地板表面以指示基座应当被移动的方向。
[0198]
虽然定位指示器系统304已被描述为提供对期望的重新定位方向的指示，其中基座108应朝着该方向移动以到达最优基座定位和/或定向，但是在一些实施方式中，定位指示器系统304以不同的方式操作来指引基座108的手动重新定位。例如，定位指示器系统304可以提供对基座108的最优位置与基座108的当前位置之间的估计距离的指示。如果定位指示器系统304包括指示灯(诸如指示灯200中的一个)，则由该指示灯发出的光亮的强度、波长或颜色可随着估计距离变化而变化。如果定位指示器系统304包括扬声器或其他可听指示装置，则由扬声器提供的可听/声音指示的强度、音调、频率、音量或口头指令可随着估计距离变化而变化。例如，可听指示的强度、音调、频率或音量可随着估计距离减小而增大，并且强度、音调、频率或音量可随着估计距离增加而降低。替代地，可听指示的口头指令口头表达当估计距离增加时基座108正远离最优基座位置移动，或者当估计距离减小时基座108正移动得更靠近最优基座位置。
[0199]
在一些实施方式中，定位指示器系统304不是提供诸如重新定位方向的单个参数的指示，而是在手动重新定位期间提供与基座108的位置有关的多个参数的指示。例如，所述指示可以指示一个或多个参数，包括以下的一个或多个：基座108的重新定位方向，基座108的当前位置与基座108的最优位置之间的相对距离，基座108的当前定向与基座108的最优角度之间的相对角度，基座108与障碍物的预期位置之间的相对距离，基座108与基座108的运动范围的极限之间的相对距离，成功地将基座108重新定位到最优基座位置包络内的位置，或者基座108在最优基座位置包络外的一个位置处。在一些情况下，定位指示器系统304的单个指示器装置可操作以提供多个参数的指示。例如，单个指示灯(诸如指示灯200中的一个)可操作以提供基座108与基座108的最优位置之间的相对距离的指示以及基座108的重新定位方向的指示。指示灯的光亮可以指示基座108的重新定位方向，并且指示灯的光亮强度可以指示基座108的当前位置与基座108的最优位置之间的相对距离。
[0200]
由定位指示器系统304提供的每个指示可以通过一种或多种模态提供。例如，当提供单个指示时，可以通过多种模态，例如通过可听指示、可视指示或触觉指示中的两种或更多种来提供指示。当提供指示不同参数的多个指示时，可以通过相同模态或通过不同模态提供指示中的每一个。例如，一个指示可以由可视指示器装置提供，而另一个指示可以由可听指示器装置提供。替代地，多个指示可以由可视指示器装置提供，而另一个指示可以由触觉指示器装置提供。
[0201]
在一些示例中，定位指示器系统包括显示器，该显示器以图形方式描绘基座108的
当前位置以及基座108的优选位置或位置。图形显示器可以在平面图中描绘这些位置，并且可以描绘手术环境10内的其他障碍物，以在操作者手动重新定位基座108时向其告知周围情况。当基座108的当前位置的可视指示器与基座108的优选位置中的一个或多个的可视指示器匹配时，操作者成功地将基座108移动至最优基座位置包络110。
[0202]
在一些示例中，定位指示器系统可以照亮与最优基座位置包络相对应的地板表面的区域，以指示基座应当被移动的方向。定位指示器系统还可以将期望的位置投影到地板表面上，以使用户手动地将基座推向期望的位置。如果投射器被附接到远程可控臂106或基座108，则在手动重新定位期间可以随着远程可控臂106或基座108移动更新投射器的定位。就这一点而言，即使在远程可控臂106和基座108被重新定位时，期望位置的投影仍保持在期望的位置处。
[0203]
定位指示器系统304可以替代地或附加地包括重新定位方向的触觉指示。例如，如果推车111包括轮136并且轮136包括制动机构，则处理器302可以将制动机构作为定位指示器系统304的一部分来控制。如果操作者112试图将基座108沿远离最优基座位置包络110的方向移动，则处理器302会激活制动机构，而如果操作者112将基座108沿朝向最优基座位置包络110的方向移动，则处理器302会停用制动机构。由制动机构的激活提供的阻力因此可以为操作者112提供触觉指示，从而指引基座108的手动重新定位。
[0204]
如本文所述，可以致动接头，使得接头被定位在其运动范围中心附近。在手动重新定位期间处理器302不能控制待致动的接头使得接头中的每一个在其运动范围中心附近的示例中，定位指示器系统可以提供一个或多个接头在其运动范围的周边附近的一些指示。例如，处理器302可能无法在不顾维持臂的远侧部分(或由臂支撑的物品，例如插管或手术工具134)的定位和/或定向的目标的情况下，将接头远离其运动范围的周边重新定位。为了抑制接头的移动超出接头状态范围，处理器302可以激活定位指示器系统304以指示基座108不应当在一个方向上移动，因为基座108在该方向上的移动将导致接头移动超出该接头的可用接头状态范围。在一些示例中，处理器302可以激活基座108的制动机构以防止基座108的进一步移动，这可能导致接头移动超出接头状态范围。
[0205]
在一些实施方式中，定位指示器系统控制远程可控臂106的动力接头，使得它们仅可在使基座108朝着最优基座位置包络110移动的方向上移动。然后，操作者112将推基座108或接头使得基座108朝着最优基座位置包络110移动。对动力接头在将导致基座108沿远离最优基座位置包络110的方向移动的方向上的移动的阻力充当触觉指示，以引导操作者112手动地将基座朝着最优基座位置包络110重新定位。
[0206]
如本文所述，处理器302可以使用指数来生成信号以在基座108的手动重新定位发生时致动接头。在一些实施方式中，除了控制接头以维持臂的远侧部分(或由臂支撑的物品，例如插管或手术工具134)的定位和/或定向之外，处理器302还可以基于指数来控制关节。例如，远程可控臂106的接头的具体配置在手术期间会是具有挑战性的。在确定接头处于这些具有挑战性的配置之一后，处理器302可以致动接头以避免这种配置，同时维持臂的远侧部分(或由臂支撑的物品，例如插管或手术工具134)的定位和/或定向。例如，远程可控臂106的转动接头可以从向下定向的顶点配置被驱动到向上定向的顶点配置以：抑制与相邻的臂、装备或人员的碰撞；增加远程可控臂106的远侧部分(或由远程可控臂106支撑的物品，例如插管或手术工具134)的运动范围；响应于患者102的生理运动，例如患者呼吸等；响
应于患者102的重新定位，例如通过重新定向手术台；等等。
[0207]
在一些示例中，基座108的手动重新定位发生在进行手术之前。然而，基座108的手动重新定位也可以在手术期间发生。操作者112还可以在程序期间多次手动重新定位基座108。
[0208]
虽然图6o和图6p示出了由于新的障碍物612进入手术操纵器组件104的基座108的附近而可能发生第二手动重新定位，但是在一些实施方式中，其他或附加的参数可以改变，这可能导致处理器302确定第二次手动重新定位会是有益的。在一些实施方式中，不同的手术工具可导致不同的工作空间要求。因此，如果在手术期间将一个手术工具“调换为”另一个手术工具(例如，将手术工具从臂上拆下来并将不同的手术工具安装到臂上)，则处理器302能够检测到手术工具已经被调换并计算新的最优基座位置包络。如果基座不在当前安装的不同手术工具的新的最优基座位置包络内，则在已调换手术工具之后，处理器302可以根据不同的手术工具引导第二手动重新定位。
[0209]
在一些情况下，远程可控臂106会在手术期间受到外力，这使得基座108从其定位移位。姿势传感器308可以检测由于外力引起的绕接头142a-142c和148a-148g的铰接，或者可以检测由于外力引起的基座108的移动。由于手术操纵器组件104的部件的移动，处理器302可以确定基座108可能需要经历第二手动重新定位，以使基座108可以被重新定位在最优基座位置包络110内。
[0210]
在一些示例中，可以在手术期间将手术工具134从一个进入端口移动到另一个进入端口。当手术工具134被移动到新的进入端口时，处理器302可以引导基座108的第二手动重新定位。因为新的进入端口可以被定位在患者102身上的一个不同区域中，所以手术工具134用以进行手术程序所必需的工作空间的范围是也会改变。因此，在将手术工具134放置在新的进入端口中之后，操作者112可以演示新的工作空间范围。由于进入端口的定位(例如，端口数据514)和工作空间的范围(例如，程序数据504)这两者的这些变化，处理器302可以计算远程可控臂106的当前姿势的新的指数值，并根据这些新的指数值指示第二手动重新定位。
[0211]
虽然本文已经将工作空间的演示描述为包括手术工具134穿过工作空间的物理移动，但是在一些示例中，操作者112可以在不物理地移动手术工具134的情况下演示工作空间。例如，操作者112可以在显示器上以图形方式指示工作空间的范围。操作者可以使用具有触摸屏显示器的计算装置来指定工作空间的范围。通过操作触摸屏显示器，操作者可以标出工作空间的范围。计算装置可以向处理器302传送指示工作空间的范围的输入。在一些示例中，操作者可以使用可以被手术操纵器组件104上的传感器检测的物理工具。物理工具可以是手或可以划分工作空间的定点装备。传感器可以例如光学地检测物理工具的定位，并然后为处理器302生成信号，处理器302进而基于传感器信号确定工作空间的范围。
[0212]
虽然处理器302已经被描述为指引基座108的手动重新定位，但是在一些示例中，处理器302可以指引手术系统100的其他部分的手动重新定位。在一些示例中，处理器302可以指引推车111朝着最优推车位置包络的手动重新定位。手术系统100的其他部分会增加额外的自由度，该额外的自由度可以用于优化更多数量的目标或指数。例如，如果手术台123可在地板表面20上移动，则定位指示器系统304可包括定位指示器，该定位指示器表征手术台123应被移动以实现优化策略的一个或多个目标的方向。定位指示器系统304可包括用于
手术操纵器组件104的基座108的定位指示器以及用于手术台123的定位指示器。基座108可包括制动机构，当手术台123被手动重新定位时，该制动机构被激活。手术台123也可包括制动机构，当基座108被手动重新定位时，该制动机构被激活。另外，在手术台123的手动重新定位期间，可以致动远程可控臂106的动力接头中的至少一个以维持臂的远侧部分(或由臂支撑的物品，例如插管或手术工具134)的定位和/或定向。可以相对于合适的参照(例如，参照点162)维持定位和/或定向。
[0213]
在一些示例中，如果远程可控臂106包括被动接头，则被动接头中的每一个可包括定位指示器。处理器302可以控制被动接头中的每一个的定位指示器，以控制被动接头中的每一个的手动重新定位。在一个被动接头的手动重新定位期间，制动机构可以防止基座108的移动。其他被动接头(如果存在的话)中的每一个也可以包括制动机构，以使其他被动接头在该被动接头的手动重新定位期间不移动。处理器可以控制远程可控臂106的主动接头，以在该被动接头的手动重新定位期间相对于参照(例如，相对于参照点162)维持臂的远侧部分(或由臂支撑的物品，例如插管或手术工具134)的定位和/或定向。
[0214]
虽然远程可控臂106被描述为被安装到推车111，但是在一些实施方式中，远程可控臂可被附接到固定或可移动的工作台。参照图8a中描绘的示例，轮式机器人工作台系统800a包括工作台基座802a。远程可控臂804a包括可移动地附接到工作台基座802a的臂基座806a。例如，臂基座806a在移动接头808a处被附接到工作台基座802a，这样允许臂基座806a沿着工作台基座802a平移。在一些实施方式中，臂基座806a在转动接头处被附接到工作台基座802a，这样允许臂基座806a绕工作台基座802a旋转。在另一些示例中，各种远程可控臂(例如，臂804a)被设计成附接到工作台系统(例如，工作台系统800a)的不同部分。示例附接部分包括工作台系统的基座、工作台系统的表面、接近工作台表面的一个或多个轨道(如果存在这样的轨道的话)等。在一些实施方式中，臂基座806a被可拆卸地附接到工作台基座802a，并且臂基座806a可以当不在操作中使用时被移除。在一些实施方式中，当不在操作中使用时，臂804a被折叠在工作台表面下方。
[0215]
在图8a的示例中，工作台表面810a被定位在工作台基座802a上并且可相对于工作台基座802a移动。例如，工作台表面810a可以绕工作台基座802a枢转或绕工作台基座802a旋转。在另一些示例中，工作台表面810a可以相对于工作台基座802a固定。
[0216]
在进行手术之前，操作者可以相对于工作台基座802a手动重新定位工作台表面810a。操作者还可以相对于工作台基座802a手动重新定位臂基座806a。就这一点而言，处理器可以使用用于工作台表面810a的第一指示器814a引导第一手动重新定位，并且使用用于臂基座806a的第二指示器816a引导第二手动重新定位。处理器可以基于本文所述的指数确定最适宜工作台表面位置和最适宜臂基座位置的组合。在两种手动重新定位情况中的每一种情况期间，处理器可以控制臂804a的接头，使得相对于参照(例如，参照系、一个或多个参照方向、参照点等)维持臂804a的远侧部分(或由该臂支撑的物品，例如插管或手术工具812a)的定位和/或定向，如本文中更详细描述的。
[0217]
图8a所示的工作台系统800a包括多个轮，所述多个轮允许工作台系统800a相对于可单独移动的手术操纵器组件(例如，手术操纵器组件104)重新定位，或者在操作区域内到处移动或从一个房间移动到另一个房间，等等。
[0218]
图8b是可被附接到固定或可移动的工作台的另一示例可控臂的透视图。轮式工作
台850b包括工作台基座802b。工作台表面810b被定位在工作台基座802b上。工作台表面810b可用于支撑工作物，例如患者820b、尸体、身体部位或非人类工作物。在图8b所示的示例中，两个远程可控臂804b、804c包括可沿着工作台轨道818b被可拆卸地附接到多个不同位置的臂基座806b、806c。
[0219]
在操作期间，可控臂804b、804c被驱动以在相关联的工作空间内移动工具834b、834c。在一些实施方式中，可控臂804b、804c是可远程操作的并且包括可远程操作的动力接头，当可远程操作的动力接头被驱动时，其相对于工作空间重新定位和重新定向工具834b、834c。在一些实施方式中，并且与本文所述的其他远程可控臂类似，也可以通过直接施加在可控臂804b、804c的连杆或接头上的输入直接操作可控臂804b、804c，从而允许操作者直接操纵可控臂804b、804c。
[0220]
类似于针对机器人工作台系统800a所描述的，在进行手术之前，操作者可以将工作台表面810b相对于工作台基座802b手动重新定位。操作者还可以将臂基座806b、806c相对于工作台轨道818b手动重新定位，或者将臂804b、804c中的一个或多个移动至工作台的另一侧或另外几侧上的一条或多条其他工作台轨道(未示出)。就这一点而言，处理器可以操作定位指示器系统(例如，类似于定位指示器系统304)以使用用于臂804b、804c的指示器来引导手动重新定位。例如，参照图8c，定位指示器系统可包括类似于本文所述的指示灯200的第一指示灯836b、836c。第一指示灯836b、836c被定位在将臂基座806b、806c连接到工作台轨道818b的被动接头807b、807c上或附近。操作第一指示灯836b、836c以指示被动接头807b、807c(以及由此臂基座806b、806c)应当被移动以优化臂基座806b、806c相对于工具834b、834c的定位的方向。在一些实施方式中，被动接头807b、807c对应于臂基座806b、806c，而不是包括与臂基座806b、806c分离的被动接头807b、807c。
[0221]
在臂基座806b、806c的手动重新定位期间，臂基座806b、806c与被动接头807b、807c共同移动，并因此沿着工作台轨道818b移动。因为被动接头807b、807c中的每一个的移动限于沿着工作台轨道818b的移动，所以被动接头807b、807c中的每一个的指示灯836b、836c所指示的方向可以从两个方向中选择：朝向工作台轨道818b的一端的方向或朝向工作台轨道818b的另一端的方向。在这种情况下，在手动重新定位期间，操作者被指引根据第一指示灯836b、836c提供的指示沿着工作台轨道818b将臂基座806b、806c和被动接头807b、807c相对于工作台表面810b移动。如本文所述，在手动重新定位期间维持工具834b、834c或臂804b、804c的远侧部分的定位和/或定向。替代地或附加地，定位指示器系统可包括第二指示灯838b、838c，第二指示灯838b、838c朝着工作台表面810b或朝着工作物(例如，患者820b)投射光以进一步指示臂基座806b、806c应当被移动的方向。
[0222]
在一些实施方式中，臂基座806b、806c可相对于工具834b、834c以不同于沿着工作台轨道818b滑动的方式移动。被动接头807b、807c与臂基座806b、806c的手动重新定位对应于第一手动重新定位，并且臂基座806b、806c在第二手动重新定位中相对于被动接头807b、807c被进一步重新定位。例如，被联接到臂基座806b、806c的连杆812b、812c在插入运动或滚动运动中可以相对于被动接头807b、807c可移动，从而引起臂基座806b、806c和工具834b、834c的相对平移或重新定向。可操作第一指示灯836b、836c或第二指示灯838b、838c以提供用以指引臂基座806b、806c(以及因此连杆812b、812c)的第二手动重新定位的指示。如本文所述，在第二手动重新定位期间维持工具834b、834c或臂804b、804c的远侧部分的定
位和/或定向。
[0223]
障碍物数据510被描述为指示工作空间中的障碍物的位置。虽然障碍物被描述为包括工作空间中的装备，但是其他障碍物也是可能的。在一些实施方式中，障碍物数据510包括指示以下的数据：障碍物包括手术环境10中的任何操作者的预期位置，不平坦的地板表面，或者工作空间中可能妨碍基座108或远程可控臂106的移动的其他障碍物。在一些实施方式中，返回参照图8b，障碍物数据510包括指示工作台轨道818b的端部相对于臂基座806b、806c的位置的位置的数据。处理器基于工作台轨道818b的端部的位置引导手动重新定位，以避免引导操作者使臂基座806b、806c沿着工作台轨道818b移动超过其允许的运动范围。因为被动接头807b、807c被配置为锁定到工作台轨道818b，以将臂基座806b、806c支撑在工作台表面810b上方并因此将臂804b、804c支撑在工作台表面810b上方，所以工作台轨道818b的端部限制了被动接头807b、807c的运动范围，并因此限制了臂基座806b、806c的运动范围。处理器可以引导臂基座806b、806c的手动重新定位，使得操作者不被指引去将被动接头807b、807c移动超出其允许的运动范围。
[0224]
现在返回到图2a-图2c及相关联的附图中所示的示例，在一些实施方式中，轮136是动力轮，其可由处理器302控制以使基座108在地板表面20上到处移动。轮136可以包括驱动机构，该驱动机构允许处理器302控制轮136的定向以便于或抑制重新定位。例如，处理器302可以控制轮136的定向，使得轮的目标在于沿着重新定位方向滚动或者不沿着非重新定位方向滚动。因此，处理器302可以控制轮，从而抑制基座108沿非重新定位方向的方向移动。
[0225]
轮136还可以包括致动器，使得在手动重新定位期间，处理器302可以激活驱动动力轮以辅助操作者112移动基座108的致动器。在一些实施方式中，轮136可以包括转向系统，使得当操作者推基座108时，处理器302可以定向轮以优先将推车111移向最优重新定位区域。参照图2a-图2c，在一些实施方式中，手术操纵器组件104可包括手柄161，操作者112可以推和拉手柄161以移动基座108。手柄161可包括检测手柄161的位移的传感器。响应于由于操作者112推或拉手柄161而引起的手柄161的位移，处理器302可以在基座108的手动重新定位期间激活驱动动力轮以辅助操作者的致动器。操作者例如操纵驱动按钮、操纵杆、失知制动开关(dead man switch)或其他合适的用户输入装置，以使动力轮沿一个方向移动。根据本文所述的过程，当操作者使用输入装置执行手动重新定位时，处理器302可以控制定位指示器系统以指引操作者112。
[0226]
在一些示例中，处理器302可以通过简单地激活轮136的致动器以将推车111朝着最优基座位置包络110驱动，在手术环境10内移动推车111并因此移动基座108。定位指示器系统可以可视地指示基座108将被移至的最优基座位置包络110。操作者可以向处理器提供所示的可视化指示的最优基座位置包络是合适的确认。替代地或附加地，手术操纵器组件104的一个或多个接头被提供动力，并且处理器控制轮和/或一个或多个接头以将手术操纵器组件104及手术操纵器组件104的部件移动到最优姿势。在一些情况下，响应于操作者手动操作开关，处理器激活轮136的致动器和/或一个或多个接头的致动器。当开关被停用时，处理器停止操作致动器以停止进一步自动移动轮和/或一个或多个接头。
[0227]
在一些实施方式中，定位指示器系统可另外指示基座108待被移动的路径。例如，如果基座108由操作者112手动重新定位，则定位指示器系统可以提供基座108可被移动以
进入最优基座位置包络110的沿着地板表面的路径的可视指示。在轮被提供动力的情况下，定位指示器系统可以提供最优基座位置包络110以及基座108将沿其移动以到达该包络的路径的可视指示。然后，操作者112可以提供对该可视指示的确认，以允许处理器控制轮沿着所述路径移动至最优基座位置包络。
[0228]
如本文所述的远程可控臂106和804a、804b、804c是在本公开的范围内想到的机器人操纵器臂组件类型的示例。图9a-9c描绘了另一示例机器人操纵器臂组件904(也称为操纵器臂904，或称为远程可控臂904，因为其可被配置为可远程控制的)的仰视图、侧视图和后视图。在一些实施方式中，远程可控臂904与手术工具906(也称为“手术器械906”)联接以实现器械906相对于基座902的移动。由于具有不同末端执行器的多个不同手术器械可以在外科手术期间按顺序地安装在每个远程可控臂904上(通常在手术助手的帮助下)，器械夹持器920将优选地允许快速移除和更换所安装的手术器械906。
[0229]
在示例性实施方式中，示例远程可控臂904通过枢转安装接头922被安装到基座902，以便允许远程可控臂904的其余部分绕第一接头轴线j1旋转，其中第一接头922提供绕竖直轴线的旋转。基座902和第一接头922通常包括远程可控臂904的近侧部分，其中操纵器从基座向远侧朝着器械夹持器920和末端执行器950延伸。
[0230]
描述了如图9a-9c所示的可控臂904的各个连杆以及如图9d所示连接连杆的接头的旋转轴线，第一连杆924从基座902向远侧延伸并且在接头922处绕第一枢轴接头轴线j1旋转。其余接头中的许多个可以由图9d中的相关旋转轴线来识别。例如，第一连杆924的远端在提供水平枢转轴线j2的接头处被联接到第二连杆926的近端。第三连杆928的近端在滚动接头处被联接到第二连杆926的远端，以致第三连杆通常围绕沿着(并且理想地对齐于)第二连杆和第三连杆二者的轴线延伸的轴线在接头j3处旋转或滚动。向远侧进行，在另一个枢轴接头j4之后，第四连杆930的远端通过一对枢轴接头j5、j6被联接到器械夹持器920，所述枢轴接头j5、j6一起限定器械夹持器腕部932。远程可控臂904的平移或移动接头j7便于器械906及器械906的细长轴914穿过微创孔的轴向移动，并且还便于将器械夹持器920附接到插管，其中器械906可滑动地穿过插管被插入。
[0231]
在器械夹持器920的远侧，手术器械906可以包括额外的自由度。手术器械906的自由度的致动通常将由远程可控臂904的马达驱动。替代实施方式可以在可快速拆卸的器械夹持器/器械接口处将手术器械906与支撑操纵器臂结构分离，使得在这里被示为在手术器械906上的一个或多个接头反而在接口上，或反之亦然。换句话说，手术器械906和远程可控臂904之间的接口可沿着操纵器臂组件904的运动链(其可以包括手术器械和操纵器臂组件904二者)向更近侧或更远侧设置。在示例性实施方式中，手术器械906包括枢轴点pp的近侧的转动接头j8，枢轴点pp通常设置在微创孔的部位处。手术器械906的远侧腕部允许末端执行器950绕器械腕接头轴线j9、j10进行枢转运动。可以独立于末端执行器950的位置和定向来控制末端执行器和钳口元件之间的角度α。在一些实施方式中，发出信号(例如，可听信号、触觉信号、可视信号或其他合适的用户可感知的信号)的定位指示器系统指引远程可控臂904和/或基座902的接头的手动重新定位。在一些情况下，远程可控臂904包括多个定位指示器系统，每个定位指示器系统与远程可控臂904的特定接头或基座902相关联。
[0232]
在另一个示例中，参照图10，可被使得可远程控制的可控臂1000包括被连接到接头系统1004的基座1002。连杆1012将接头系统1004连接到接头系统1014，并且连杆1020将
接头系统1014连接到接头系统1022。在一些实施方式中，接头1006使远程可控臂1000的在基座1002远侧的一部分以相对于基座1002的旋转方式(例如绕y轴线)旋转。在一些实施方式中，接头1028使器械夹持器1030相对于接头系统1022(例如沿y轴线)平移。例如，每个接头和接头系统可选择性地操作以引起远程可控臂1000的各部分之间的相对运动，例如，远程可控臂1000的各部分之间的平移和/或旋转。
[0233]
接头系统1004可操作以引起连杆1012和接头系统1004之间的相对旋转。接头系统1004包括例如第一可转动接头1008和第二可转动接头1010。第一接头1008在被驱动时引起第一接头1008和第二接头1010之间的例如绕x轴线的相对旋转。第二接头1010在被驱动时引起连杆1012和第二接头1010之间的例如绕z轴线的相对旋转。接头系统1014可操作以引起连杆1020和接头系统1014的相对旋转。接头系统1014例如包括第一接头1016和第二接头1018。第一接头1016在被驱动时引起第一接头1016和第二接头1018之间的例如绕x轴线的相对旋转。第二接头1018在被驱动时引起第二接头1018和连杆1020之间的相对旋转。接头系统1022可操作以引起器械夹持器1030和接头系统1022之间的相对旋转。接头系统1022包括例如第一接头1024和第二接头1026。第一接头1024在被驱动时引起第一接头1024和第二接头1026之间的例如绕x轴线的相对旋转。第二接头1026在被驱动时引起第二接头1026和器械夹持器1030之间的例如绕y轴线的相对旋转。
[0234]
在一些实施方式中，发出信号(例如，可听信号、触觉信号、可视信号或其他合适的用户可感知的信号)的定位指示器系统指引远程可控臂1000的接头、接头系统和/或基座的手动重新定位。在一些情况下，远程可控臂1000包括多个定位指示器系统，每个定位指示器系统与远程可控臂1000的特定接头、接头系统或基座相关联。
[0235]
远程可控臂106、804a、804b、804c、904和1000是远程可控臂的示例。在一些实施方式中，远程可控臂包括本文所述的远程可控臂的示例中的接头的组合。就这一点而言，在一些实施方式中，远程可控臂包括不同于关于远程可控臂106、804a、804b、804c、904和1000所示的组合的移动接头、转动接头和接头系统的组合。
[0236]
可以使用一种或多种计算机程序产品(例如，有形地嵌入在一种或多种信息载体中的一种或多种计算机程序，诸如用于由一个或多个数据处理装置执行的或用于执行以控制一个或多个数据处理装置的操作的一个或多个非暂时性机器可读介质，如可编程处理器、一个计算机、多个计算机和/或可编程逻辑组件)至少部分地控制本文所述的手术系统(例如，手术系统100)以及手术系统的机器人部件(例如，远程可控臂106、手术操纵器组件104)。
[0237]
计算机程序可以用任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写，并且其可以以任何形式(包括作为独立程序或作为模块、部件、子程序或其他适合在计算环境中使用的单元)部署。
[0238]
与控制本文描述的手术系统相关联的操作可以由执行一种或多种计算机程序的一个或多个可编程处理器执行以执行本文描述的功能。可以使用专用逻辑电路(例如，fpga(现场可编程门阵列)和/或asic(专用集成电路))来实现对本文描述的全部或部分手术系统的控制。
[0239]
适合于执行计算机程序的处理器包括(举例来说)通用和专用微处理器以及任何一种数字计算机中的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区域或随机存取
存储区域或这两者接收指令和数据。计算机的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储区域设备。通常，计算机还将包括一个或多个机器可读存储介质(例如，用于存储数据的多块印刷电路板即pcb，如磁盘、磁光盘或光盘)，或者被可操作地联接以从一个或多个机器可读存储介质接收数据或将数据传输到一个或多个机器可读存储介质，或二者皆可。适合于嵌入计算机程序指令和数据的机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区域，包括(举例来说)：半导体存储区域设备，例如eprom、eeprom和闪存存储区域设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；和cd-rom和dvd-rom磁盘。
[0240]
本文所述的不同实施方式中的元件可以组合以形成上面没有具体阐述的其他实施例。在不会对本文所述的结构的操作产生不利影响的情况下，元件可被排除在所述结构之外。此外，各种单独的元件可以被组合成一个或多个单独的元件以执行本文所述的功能。