BR112019010047B1

BR112019010047B1 - Dispositivos de interface de usuário para uso em cirurgia robótica

Info

Publication number: BR112019010047B1
Application number: BR112019010047-4A
Authority: BR
Inventors: Joan Savall; Allegra Anna Lenta Shum; Jose Luis Cordoba; Yiqi ZENG
Original assignee: Verb Surgical Inc
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2023-05-09
Also published as: EP3518802A1; KR20190086694A; JP6974463B2; US20200289212A1; KR102295241B1; AU2019275547A1; CA3042739C; BR112019010047A2; JP2019536556A; US20180161108A1; CA3042739A1; AU2017371074B2; US11096746B2; AU2020250296B2; WO2018107062A1; CN108472083A; CN108472083B; US11690685B2; AU2019275547B2; AU2017371074A1

Abstract

Um dispositivo portátil de interface de usuário para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento, um compartimento ao menos parcialmente disposto ao redor do elemento e configurado para ser empunhado na mão de um usuário, e um sistema de sensor de rastreamento disposto no elemento e configurado para detectar ao menos uma dentre a posição e a orientação de ao menos uma porção do dispositivo. Ao menos uma dentre a posição detectada da porção do dispositivo e a orientação detectada da porção do dispositivo está relacionada a um controle do sistema robótico.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica a prioridade sobre o pedido de patente US n° de série 62/432.538, depositado em 9 de dezembro de 2016, que está aqui incorporado em sua totalidade por referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] Esta descrição se refere, de modo geral, a sistemas controlados por robótica e, mais particularmente, a dispositivos de interface de usuário para controlar sistemas cirúrgicos controlados por robótica.

ANTECEDENTES

[003] A cirurgia minimamente invasiva (MIS), como uma cirurgia laparoscópica, envolve técnicas destinadas a reduzir os danos ao tecido durante um procedimento cirúrgico. Por exemplo, procedimentos laparoscópicos envolvem tipicamente a criação de várias pequenas incisões no paciente (por exemplo, no abdômen) e a introdução de uma ou mais ferramentas e ao menos uma câmera através das incisões no paciente. Os procedimentos cirúrgicos são, então, realizados através do uso de ferramentas introduzidas, com o auxílio da visualização fornecida pela câmera. Em geral, a CMI fornece múltiplos benefícios, como a cicatrização reduzida do paciente, menos dor do paciente, períodos de recuperação mais curtos e custos de tratamento médico mais baixos associados à recuperação do paciente.

[004] A MIS pode ser feita com sistemas não robóticos ou robóticos. Os sistemas robóticos convencionais, os quais podem incluir braços robóticos para manipular as ferramentas com base em comandos de um operador, podem proporcionar muitos benefícios à MIS reduzindo, ao mesmo tempo, as exigências sobre o cirurgião. O controle de tais sistemas robóticos pode exigir ações de controle de um usuário (por exemplo, um cirurgião ou outro operador) através de um ou mais dispositivos de interface de usuário que traduzam manipulações ou comandos do usuário em controle do sistema robótico. Entretanto, dispositivos de interface de usuário convencionais para sistemas cirúrgicos robóticos podem ter desvantagens. Por exemplo, os dispositivos de interface de usuário convencionais podem não ser ergonomicamente projetados, o que pode levar a desconforto ou fadiga do usuário e possíveis efeitos negativos sobre a cirurgia. Dessa forma, é desejável haver dispositivos de interface de usuário inovadores e melhorados, particularmente para uso em cirurgia robótica.

SUMÁRIO

[005] De modo geral, em uma variação, um dispositivo portátil de interface de usuário para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento, um compartimento ao menos parcialmente disposto ao redor do elemento e configurado para ser empunhado na mão de um usuário, ao menos um sensor capacitivo configurado para detectar a interação entre a mão do usuário e o compartimento, e um sistema de sensor de rastreamento configurado para detectar ao menos uma dentre a posição e a orientação de ao menos uma porção do dispositivo. Ao menos um dentre a interação detectada, a posição detectada da porção do dispositivo e a orientação detectada da porção do dispositivo pode estar relacionado a um controle do sistema robótico.

[006] A posição detectada ou a orientação detectada da porção do dispositivo pode, por exemplo, estar relacionada ao controle de um braço robótico ou de um atuador de extremidade. O sensor capacitivo pode, por exemplo, detectar a interação como a compressão manual do compartimento mediante a medição de alterações na proximidade entre a mão do usuário e o sensor capacitivo. Como outro exemplo, o sensor capacitivo pode ser configurado para detectar a mão do usuário comprimindo o compartimento mediante a medição da proximidade entre uma primeira superfície condutora no compartimento e uma segunda superfície condutora no compartimento. Como outro exemplo, o mesmo ou um segundo sensor capacitivo pode incluir uma pluralidade de regiões distintas de sensor configuradas para detectar gestos iniciados pelo usuário (por exemplo, deslizar o dedo) executados com o dispositivo de interface de usuário (por exemplo, relacionados ao controle de uma interface gráfica de usuário do sistema robótico ou outro controle). Como outro exemplo, o sensor capacitivo pode detectar a interação como o desengate entre o compartimento e a mão do usuário (por exemplo, soltando o dispositivo de interface de usuário ou montando o dispositivo de interface de usuário em um dispositivo de suporte) que desencadeia uma suspensão no controle do sistema robótico.

[007] De modo geral, em uma outra variação, um dispositivo portátil de interface de usuário para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento, um compartimento flexível disposto ao menos parcialmente ao redor do elemento e configurado para ser empunhado na mão de um usuário, ao menos um sensor de proximidade configurado para detectar a deformação do compartimento e um sistema de sensor de rastreamento configurado para detectar ao menos uma dentre a posição e a orientação de ao menos uma porção do dispositivo. Ao menos uma dentre a deformação detectada do compartimento, a posição detectada da porção do dispositivo e a orientação detectada da porção do dispositivo pode estar relacionada a um controle do sistema robótico.

[008] A posição detectada ou a orientação detectada da porção do dispositivo pode, por exemplo, estar relacionada ao controle de um braço robótico ou de um atuador de extremidade. O sensor de proximidade pode, por exemplo, ser configurado para detectar deformação do compartimento que esteja relacionada a uma abertura ou fechamento de um atuador de extremidade (por exemplo, garras) do sistema robótico. O sensor de proximidade pode ser configurado para detectar tal deformação do compartimento ao ser configurado para medir uma alteração na distância entre o elemento e um elemento de flexão configurado para defletir mediante a deformação do compartimento. Em algumas variações, o sensor de proximidade pode ser um sensor óptico, embora outros tipos de sensores de proximidade possam ser utilizados.

[009] De modo geral, em uma outra variação, um dispositivo portátil de interface de usuário para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade (por exemplo, uma extremidade proximal e uma extremidade distal), nas quais que ao menos uma dentre a primeira e a segunda extremidade compreende um recurso de engate configurado para se acoplar a um adaptador removível, um compartimento ao menos parcialmente disposto ao redor do elemento e configurado para ser empunhado na mão de um usuário e um sistema de sensor de rastreamento configurado para detectar ao menos uma dentre a posição e a orientação de ao menos uma porção do dispositivo. Ao menos uma dentre a posição detectada e a orientação detectada da porção do dispositivo pode estar relacionada a um controle do sistema robótico.

[0010] A posição detectada ou a orientação detectada da porção do dispositivo pode, por exemplo, estar relacionada ao controle de um braço robótico ou de um atuador de extremidade. O elemento pode ser acoplado de modo removível, por exemplo, a partir de um ou mais adaptadores removíveis como um adaptador de rastreador óptico com marcadores de rastreamento óptico para a obtenção de informações referentes à posição e/ou orientação do adaptador de rastreador óptico, uma caneta stylus, um adaptador de disco ou joystick, um botão, pinças, etc. Tais adaptadores podem, por exemplo, fornecer personalizações funcionais específicas para uma aplicação ou outras adequadas para operar diferentes tipos de atuadores de extremidade do sistema robótico, etc.

[0011] De modo geral, em uma outra variação, um dispositivo portátil de interface de usuário para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento, um compartimento ao menos parcialmente disposto ao redor do elemento e configurado para ser empunhado na mão de um usuário, e um sistema de sensor de rastreamento disposto no elemento e configurado para detectar ao menos uma dentre a posição e a orientação de ao menos uma porção do dispositivo. Ao menos uma dentre a posição detectada e a orientação detectada da porção do dispositivo pode estar relacionada a um controle do sistema robótico. A posição detectada ou a orientação detectada da porção do dispositivo pode, por exemplo, estar relacionada ao controle de um braço robótico ou de um atuador de extremidade. Em algumas variações, ao menos uma porção do sistema de rastreamento pode ser removível de ao menos um dentre o elemento e o compartimento para possibilitar o descarte de ao menos um dentre o elemento e o compartimento. Tal descarte pode, por exemplo, reduzir a necessidade de manter a esterilidade de todos os componentes do dispositivo de interface de usuário para usos separados do dispositivo de interface de usuário. Em algumas variações, o compartimento pode ser selecionado dentre um conjunto de compartimentos que têm diferentes tamanhos adequados para tipos diferentes (por exemplo, formatos, tamanhos, etc.) de mãos de usuário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A Figura 1A é um diagrama esquemático ilustrativo de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com fio. A Figura 1B é um diagrama esquemático ilustrativo de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário sem fio. A Figura 1C é uma vista em seção transversal longitudinal de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário.

[0013] A Figura 2A é uma vista em seção transversal longitudinal de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um sensor óptico. A Figura 2B é uma vista em seção transversal longitudinal de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um sensor óptico. A Figura 2C é uma vista em seção transversal longitudinal de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um sensor óptico e o alívio de esforço para um sistema de sensor de rastreamento com fio.

[0014] A Figura 3A é uma vista em seção transversal longitudinal de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um sensor capacitivo. A Figura 3B é um diagrama esquemático ilustrativo de um elemento com um sensor capacitivo. A Figura 3C é uma vista em seção transversal longitudinal do elemento representado na Figura 3B.

[0015] As Figuras 4A e 4B são variações de um sensor capacitivo para uso em um dispositivo portátil de interface de usuário. A Figura 4C é uma ilustração exemplificadora de um sensor capacitivo disposto sobre um elemento para uso em um dispositivo portátil de interface de usuário.

[0016] A Figura 5 é uma ilustração de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um sensor capacitivo e uma região de rastreamento de gestos, empunhado na mão de um usuário.

[0017] A Figura 6A é uma vista em seção transversal longitudinal de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com adaptadores intercambiáveis modulares. As Figuras 6B e 6C são vistas laterais e em perspectiva de uma outra variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com adaptadores modulares e intercambiáveis.

[0018] As Figuras 7A e 7B são vistas em perspectiva de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um adaptador de rastreamento óptico. A Figura 7C é uma ilustração exemplificadora do dispositivo portátil de interface de usuário representado nas Figuras 7A e 7B, empunhado na mão de um usuário.

[0019] As Figuras 8A e 8AA são vistas em perspectiva e laterais de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um adaptador em formato de caneta stylus. As Figuras 8B e 8BB são vistas em perspectiva e laterais de outra variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um adaptador em formato de caneta stylus. As Figuras 8C é uma ilustração exemplificadora do dispositivo portátil de interface de usuário representado na Figura 8B. As Figuras 8D e 8DD são vistas em perspectiva e laterais de uma outra variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um adaptador em formato de caneta stylus.

[0020] As Figuras 9A e 9B são vistas em perspectiva e laterais de uma variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um adaptador de disco. A Figura 9C é uma ilustração exemplificadora do dispositivo portátil de interface de usuário representado nas Figuras 9A e 9B.

[0021] As Figuras 10A a 10C são diagramas esquemáticos ilustrativos de dispositivos de interface de usuário exemplificadores de diferentes tamanhos e formatos.

[0022] As Figuras 11A e 11B são vistas em perspectiva e laterais de uma outra variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um adaptador em ângulo.

[0023] A Figura 12 é uma vista em seção transversal longitudinal de uma outra variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com as camadas de compartimento internas e externas separadas.

[0024] As Figuras 13A a 13D ilustram etapas de um método de montagem do dispositivo portátil de interface de usuário representado na Figura 12.

[0025] As Figuras 14A e 14B são vistas em seção transversal lateral e longitudinal, respectivamente, de uma outra variação de um dispositivo portátil de interface de usuário com um sensor de compressão capacitivo e um sensor capacitivo de rastreamento de gestos. A Figura 14C é uma vista em seção transversal detalhada do dispositivo portátil de interface de usuário representado nas Figuras 14A e 14B. A Figura 14D é um diagrama esquemático ilustrativo de camadas no dispositivo portátil de interface de usuário representado nas Figuras 14A e 14B. A Figura 14E é uma vista em seção transversal longitudinal de um dispositivo portátil de interface de usuário com uma placa de contato elétrico disposta no compartimento.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0026] Exemplos de vários aspectos e variações da invenção são aqui descritos e ilustrados nos desenhos em anexo. A descrição a seguir não se destina a limitar a invenção a essas modalidades, mas sim a possibilitar a um versado na técnica produzir e utilizar esta invenção.

[0027] Conforme mostrado genericamente nas Figuras 1A a 1C, um dispositivo portátil de interface de usuário 100 para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento 110, um compartimento 120 disposto ao menos parcialmente ao redor do elemento e configurado para ser empunhado na mão de um usuário, e um sistema de sensor de rastreamento 140 configurado para detectar ao menos uma posição e/ou orientação de ao menos uma porção do dispositivo. A posição e/ou a orientação detectadas do dispositivo podem estar correlacionadas a um controle do sistema robótico. Por exemplo, o dispositivo de interface de usuário 100 pode controlar ao menos uma porção de um braço robótico, um atuador de extremidade ou instrumento (por exemplo, pinças ou garras) acoplado a uma extremidade distal do braço robótico, uma interface gráfica de usuário ou outro aspecto ou recurso de um sistema robótico. Correlações exemplificadoras adicionais são descritas em mais detalhes abaixo.

[0028] O dispositivo de interface de usuário pode incluir um mecanismo de embreagem para possibilitar a alternância entre diferentes modos de controle (por exemplo, alternar entre controlar um braço robótico e controlar um atuador de extremidade, entre controlar um braço robótico ou atuador de extremidade e uma interface gráfica de usuário, etc.). Uma ou mais dentre as várias ações de usuário descritas em maiores detalhes abaixo podem funcionar como uma embreagem que, quando engatada, altera a correlação da posição e/ou orientação do dispositivo de interface de usuário (ou compressão, gesto ou outra ação adequada) para um controle diferente do sistema robótico. Por exemplo, tocar uma região sensível ao toque gestual do dispositivo, comprimindo o compartimento, empurrando ou inclinando um adaptador de disco, etc. pode funcionar como uma embreagem.

[0029] De modo geral, uma interface de usuário para controlar um sistema cirúrgico robótico pode incluir ao menos um dispositivo portátil de interface de usuário 100 ou pode incluir ao menos dois dispositivos portáteis de interface de usuário 100 (por exemplo, um primeiro dispositivo de interface de usuário para ser empunhado pela mão esquerda do usuário e um segundo dispositivo de interface de usuário para ser empunhado pela mão direita do usuário), três dispositivos portáteis de interface de usuário 100 ou qualquer número adequado. Cada dispositivo de interface de usuário 100 pode ser configurado para controlar um aspecto ou recurso diferente do sistema robótico. Por exemplo, um dispositivo de interface de usuário empunhado na mão esquerda do usuário pode ser configurado para controlar um atuador de extremidade representado em um lado esquerdo de um campo de visão da câmera fornecida ao usuário, enquanto um dispositivo de interface de usuário empunhado na mão direita do usuário pode ser configurado para controlar um atuador de extremidade representado em um lado direito do campo de visão da câmera. As ações de controle para o dispositivo de interface de usuário 100 podem, por exemplo, ser fornecidas pelo usuário como comandos de usuário durante o curso de obtenção de um procedimento diagnóstico, cirúrgico, laparoscópico, minimamente invasivo ou outro procedimento robótico.

[0030] Em algumas variações, o dispositivo portátil de interface de usuário 100 pode ser um dispositivo de interface de usuário sem base fixa configurado para ser empunhado na mão e manipulado em espaço livre. Por exemplo, o dispositivo de interface de usuário 100 pode ser configurado para ser empunhado entre os dedos de um usuário e movido livremente (por exemplo, transladado, girado, inclinado, etc.) pelo usuário à medida que o usuário move seus braços, mãos e/ou dedos. Adicional ou alternativamente, o dispositivo portátil de interface de usuário 100 pode ser um dispositivo de interface de usuário de base fixa ao corpo, no sentido de que o dispositivo de interface de usuário 100 pode ser acoplado a uma porção do usuário (por exemplo, dedos, mão e/ou braços de um usuário) diretamente ou através de qualquer mecanismo adequado como uma luva, correia de mão, luva, etc. Esse dispositivo de interface de usuário de base fixa ao corpo pode possibilitar, ainda, que o usuário manipule o dispositivo de interface de usuário em espaço livre. Consequentemente, em variações nas quais o dispositivo de interface de usuário 100 está ligado ou não em base fixa ao corpo (em oposição permanentemente montada ou ligada a um console fixo ou similar), o dispositivo de interface de usuário 100 pode ser ergonômico e fornecer controle hábil, por exemplo, possibilitando que o usuário controle o dispositivo de interface de usuário com movimentos corporais naturais sem ser obstruído pela natureza fixa de um sistema de base fixa.

[0031] O dispositivo portátil de interface de usuário 100 pode incluir conexões com fio (por exemplo, com um fio 150 que acopla o dispositivo de interface de usuário 100 a um sistema de controle externo) conforme mostrado na Figura 1A. Os fios podem, por exemplo, fornecer energia ao dispositivo de interface de usuário 100, transportando sinais de sensor (por exemplo, do conjunto de sensor de rastreamento e/ou outros sensores como um sensor capacitivo, sensor óptico, etc. descritos abaixo). Em um exemplo, conforme mostrado na Figura 2A, uma conexão com fio (por exemplo, ao sistema de sensor de rastreamento) pode ser presa ao compartimento ou de outra forma apoiada com anéis em O 244, epóxi, etc. que ajudam a evitar que a conexão com fio se separe do restante da interface de usuário portátil 200. Como outro exemplo, conforme mostrado na Figura 2C, uma conexão com fio (por exemplo, ao sistema de sensor de rastreamento) pode, adicional ou alternativamente, ser suportada por um alívio de esforço 243 que se flexiona e ajuda a reduzir a tensão mecânica experimentada pelo fio conforme o dispositivo de interface de usuário é manipulado. Como outro exemplo, conforme mostrado na Figura 2B, a conexão com fio pode omitir um alívio de esforço. Alternativamente, o dispositivo de interface de usuário pode ser sem fio, conforme mostrado na Figura 1B (e nas Figuras 7A e 7B) e comunicar comandos e outros sinais através de comunicação sem fio, como sinais de radiofrequência (por exemplo, Wi-Fi ou curto alcance como uma faixa de 400 a 500 mm, etc.) ou outro protocolo de comunicação sem fio adequado, como Bluetooth. Outras conexões sem fio podem ser facilitadas com sensores, como sensores de leitor óptico e/ou câmeras configuradas para detectar marcadores ópticos no dispositivo de interface de usuário 100, conforme descrito adicionalmente abaixo, sensores infravermelhos, sensores de ultrassom ou outros sensores adequados.

Compartimento

[0032] O compartimento 120 pode ser configurado para ser empunhado na mão de um usuário, e pode proporcionar um volume de preensão com o qual o usuário pode interagir. Por exemplo, ao menos uma porção do compartimento 120 pode ser configurada para ser agarrada, segurada, enrolada, comprimida, agitada, ou de outra forma empunhada ou manipulada entre os dedos da mão do usuário.

[0033] Conforme mostrado na Figura 1B, em algumas variações, o compartimento pode incluir, de modo geral, ao menos uma primeira porção 120a e uma segunda porção 120b. O compartimento pode ser configurado para ser empunhado na mão de um usuário de modo que a primeira porção 120a é direcionada proximalmente (ou seja, a primeira porção 120a é uma seção proximal do compartimento) e a segunda porção 120b é direcionada distalmente (ou seja, a segunda porção 120b é uma seção distal do compartimento), embora, alternativamente, em diferentes variações e/ou aplicações, a primeira e a segunda porção 120a e 120b podem ser respectivamente direcionadas distal e proximalmente, ou em outras direções adequadas.

[0034] Conforme mostrado nas Figuras 1A a 1C, o compartimento 120 pode ser genericamente arredondado, com a primeira e a segunda porção 120a e 120b sendo contornadas ou afuniladas. Por exemplo, o compartimento 120 pode ser genericamente ovoide ou em formato de ovo (por exemplo, a primeira porção 120a pode ser mais longa e ter um contorno ou afunilamento mais gradual que a segunda porção 120b). O compartimento 120 pode ter um perfil radialmente simétrico em torno de um eixo geométrico longitudinal. O compartimento pode genericamente ter um comprimento (medido ao longo do eixo geométrico longitudinal) e uma largura (medida transversal ao eixo geométrico longitudinal), sendo que o comprimento é maior que a largura. A primeira e a segunda porção 120a e 120b podem ter diferentes raios de curvatura.

[0035] Em algumas variações, o compartimento 120 pode definir ao menos um rebordo circunferencial ou parcialmente circunferencial ou anel elevado 125. O rebordo 125 pode proporcionar um ponto de referência tátil para a localização da pega do usuário sobre a superfície do dispositivo de interface de usuário 100, proporcionar uma superfície texturizada friccional para preensão aprimorada etc. Por exemplo, o rebordo 125 pode estar disposto entre a primeira porção 120a e a segunda porção 120b do compartimento, embora, alternativamente, o rebordo 125 possa ser disposto sobre qualquer porção adequada do compartimento. Em algumas variações, o compartimento 120 pode adicional ou alternativamente incluir outras melhorias de textura (por exemplo, múltiplos rebordos ou superfícies elevadas formando um padrão, um ou mais sulcos rebaixados, etc.).

[0036] O compartimento 120 pode ser personalizado ou projetado para diferentes tamanhos e/ou formatos de mão. Por exemplo, o compartimento 120 pode ser selecionado dentre uma pluralidade de tamanhos de compartimento adequados para uma faixa de tamanhos e/ou formatos de mão. Como outro exemplo, o compartimento 120 pode ser personalizado para a mão específica do usuário (por exemplo, com base, ao menos parcialmente, em um molde). O compartimento 120 pode variar em circunferência, comprimento e/ou qualquer dimensão ou outro recurso adequado. Por exemplo, em relação a uma variação exemplificadora de um dispositivo de interface de usuário 1000a mostrada na Figura 10A, um dispositivo de interface de usuário 1000b, conforme mostrado na Figura 10B, pode ser mais largo em circunferência e um dispositivo de interface de usuário 1000c, conforme mostrado na Figura 10C, pode ser mais longo. Além disso, diferentes porções do compartimento (por exemplo, a primeira e a segunda porção 120a e 120b) podem variar individualmente ou juntas. Por exemplo, uma primeira variação e uma segunda variação do compartimento 120 podem ser similares à medida em que ambas têm uma primeira porção 120a com o mesmo tamanho e formato, mas diferem pelo fato de que a primeira variação tem uma segunda porção 120b mais estreita e a segunda variação tem uma segunda porção mais larga 120b. Como outro exemplo, uma terceira variação do compartimento 120 pode incluir uma primeira porção mais curta 120a e uma segunda porção mais estreita 120b em relação a uma quarta variação do compartimento 120 que inclui uma primeira porção mais longa 120a e uma segunda porção mais larga 120b. Além disso, o padrão de textura sobre a superfície externa do compartimento pode variar, por exemplo, em altura e/ou espessura. O formato do padrão texturizado, as outras formações especiais do padrão texturizado (por exemplo, um código de identificação) ou similares podem, em alguns exemplos, corresponder a uma SKU (item de um estoque, do inglês, Stock Keeping Unit) ou número de peça específica indicando o tamanho e/ou o formato do compartimento.

[0037] Conforme mostrado na Figura 1C, o compartimento 120 pode incluir uma parede interna 122 e uma parede externa 124. A parede interna 122 pode definir um lúmen configurado para receber o elemento 110. A parede interna 122 e a parede externa 124 podem cooperar para definir um volume 126 entre as paredes interna e externa, de modo que o compartimento 120 inclua uma câmara inflável.

[0038] O compartimento 120 pode ser maleável e deformável, sendo que a deformação do compartimento está relacionada a um controle do sistema robótico (por exemplo, comprimir o compartimento pode estar relacionado a um controle de pinçamento de um atuador de extremidade com garras). Por exemplo, o volume 126 do compartimento 120 pode ser preenchido com um fluido. Por exemplo, o volume 126 ou a câmara inflável pode ser preenchido com um gás pressurizado (por exemplo, ar), fluido (por exemplo, óleo de silicone, solução salina, água, etc.) ou uma substância semifluida. Adicional ou alternativamente, o compartimento 120 pode ser feito, ao menos parcialmente, de um material flexível como silicone, látex ou outro polímero ou liga adequados. O material de compartimento pode ser um material médico adequado. Além disso, ao menos uma porção do material do compartimento pode ser esterilizável (por exemplo, por autoclavagem, limpeza por esfregamento, etc.) e/ou pode ser removível do restante do dispositivo para facilitar seu descarte.

[0039] Embora em algumas variações, conforme mostrado na Figura 1C, a parede interna 122 e a parede externa 124 podem fazer parte do mesmo compartimento formado integralmente 120, em outras variações o compartimento pode incluir múltiplas porções formadas separadamente que formam ao menos parte da parede interna 122 e ao menos parte da parede externa 124. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 12, uma variação de um compartimento 1220 pode incluir uma camada de compartimento interna 1222 que forma uma parede interna, e uma camada de compartimento externa 1224 que forma uma parede externa. O compartimento pode incluir, também, um forro 1221 disposto dentro de um lúmen da camada de compartimento interna 1222 e configurado para receber o elemento (não mostrado). O forro 1221 pode incluir um elemento rígido ou semirrígido (por exemplo, feito de náilon, policarbonato ou qualquer material adequado) para fornecer estrutura de suporte ao compartimento 1220. Por exemplo, a camada de compartimento interna 1222 pode incluir uma porção tubular 1222t que recebe e se acopla ao forro 1221 (por exemplo, através de encaixe por atrito) e uma porção alargada 1222f acoplada à porção tubular 1222t. A porção alargada 1222f pode se ampliar ou alargar radialmente para fora, de modo que a camada de compartimento interna 1222 e o forro 1221 cooperam para definir um volume entre a camada de compartimento interna 1222 e o forro 1221. O volume pode funcionar de modo similar ao volume 126 descrito acima com referência à Figura 1C. Por exemplo, as camadas do compartimento interno e do compartimento externo podem ser feitas de um material flexível, maleável (por exemplo, silicone) para possibilitar a deformação da camada de compartimento interna 1222 (por exemplo, conforme medido com um ou mais sensores capacitivos de compressão, conforme descrito abaixo). A deformação da camada de compartimento interna 1222 e a deformação resultante do volume podem ser relacionadas a um controle do sistema robótico. Embora apenas uma camada de compartimento interna 1222 e uma camada de compartimento externa 1224 sejam mostradas na Figura 12, deve- se compreender que em outras variações, qualquer número adequado de camadas (por exemplo, três, quatro, etc.) pode ser incluído no compartimento 1220. Além disso, qualquer camada pode incluir uma ou mais partes unidas (por exemplo, a camada de compartimento interna 1222 pode incluir uma porção tubular 1222t que é formada separadamente, e posteriormente acoplada à porção alargada 1222f).

[0040] Um método exemplificador do conjunto parcial do compartimento 1220 e do forro 1221 mostrado na Figura 12 é ilustrado pela sequência de Figuras 13A a 13D. A Figura 13A representa um forro 1221. Conforme mostrado na Figura 13B, a camada de compartimento interna 1222 pode se acoplar ao forro 1221 (por exemplo, através de encaixe por atrito) passando sobre o forro 1221 e recebendo o forro 1221 dentro do lúmen da porção tubular 1222t mostrada na Figura 12. Por exemplo, a camada de compartimento interna 1222 pode ser longitudinalmente passada ou deslizada sobre o forro 1221. Como outro exemplo, a camada de compartimento interna 1222 pode incluir uma fenda longitudinal ou outra abertura que possibilita que a camada de compartimento interna 1222 se abra lateralmente e encerre ao menos uma parte do forro 1221. Conforme mostrado na Figura 13C, a camada de compartimento externa 1224 pode envolver a camada de compartimento interna 1222 e o subconjunto do forro 1221. Finalmente, conforme mostrado na Figura 13D, um colar 1227 pode prender a camada de compartimento externa 1224 à camada de compartimento interna 1222 e ao subconjunto do forro 1221 (por exemplo, ajuda a evitar que a camada de compartimento externa 1224 deslize para fora). O colar 1227 pode, por exemplo, conforme mostrado em detalhe na Figura 12 em seção transversal, o forro 1221 se engatar de modo rosqueável e comprimir a extremidade da camada de compartimento externa 1224 entre o colar 1227 e o forro 1221. Alternativamente, o colar 1227 pode engatar e prender a camada de compartimento externa 1224 à camada de compartimento interna 1222 e/ou ao forro 1221 através de um encaixe por pressão ou de outra forma adequada.

Membro

[0041] Conforme mostrado na Figura 1C, o dispositivo de interface de usuário 100 pode incluir ao menos um elemento 110. O elemento pode, genericamente, ter um formato em seção transversal circular. O elemento 110 pode estar disposto ao longo de um eixo geométrico longitudinal central dentro do compartimento 120 (por exemplo, ao longo de um eixo geométrico de rotação, em variações nas quais o compartimento 120 é radialmente simétrico) de modo que o sistema de sensor de rastreamento disposto sobre ou dentro do elemento 110 possa distinguir de forma mais fácil e precisa entre as alterações de orientação do dispositivo devido à rotação (por exemplo, enrolar, passar ou pular) e alterações de posição absolutas do dispositivo devido à translação ou ao deslocamento. Alternativamente, em outras variações, o elemento 110 pode ser incluído ou disposto em qualquer porção adequada do compartimento 120, com uma compensação adequada para qualquer deslocamento do elemento 110 a partir de um eixo geométrico de rotação. O elemento 110 pode se estender substancialmente ao longo do comprimento do compartimento 120, ou qualquer porção adequada do comprimento do compartimento 120.

[0042] Em algumas variações, o elemento 110 pode incluir um lúmen ou outro volume interno configurado para receber vários elementos eletrônicos e/ou outros componentes. Por exemplo, o volume interno pode incluir ao menos uma placa de circuito impresso 160 (PCB) tendo um ou mais sensores descritos em mais detalhes abaixo. Como outro exemplo, conforme mostrado na Figura 2A, uma bateria 282 pode estar disposta dentro do volume interno para alimentar a placa de circuito impresso e outros componentes elétricos no dispositivo de interface de usuário 110. Embora a bateria 282 seja representada em posição adjacente ao motor 280, a bateria pode, alternativamente, estar situada em qualquer local adequado dentro do compartimento. Além disso, vários elementos eletrônicos e/ou outros componentes podem ser dispostos no exterior do volume interno do elemento 110. Por exemplo, um ou mais sensores de proximidade (por exemplo, sensor óptico) podem estar dispostos sobre uma superfície externa do elemento 110, conforme adicionalmente descrito abaixo com referência às Figuras 2A a 2C. Como outro exemplo, um ou mais sensores capacitivos podem estar dispostos sobre uma superfície externa do elemento 110, conforme adicionalmente descrito abaixo com referência às Figuras 3A a 3C.

[0043] Em algumas variações, o dispositivo portátil de interface de usuário pode incluir ao menos um motor. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1C, um motor 180 pode estar disposto em uma primeira extremidade do elemento 110, ao menos parcialmente disposto no interior do volume interno do elemento 110. De modo similar, conforme mostrado na Figura 2A, um motor 280 pode estar disposto em uma primeira extremidade de um elemento 210. Entretanto, o motor pode estar situado em qualquer local adequado dentro ou ao redor do elemento 110. O motor 180 pode incluir um motor giratório, um motor de movimento linear ou outro motor vibracional ou outro motor de retroinformação tátil adequado. O motor 180 pode ser controlado para fornecer retroinformação háptica ao usuário sob a forma de retroinformação tátil. Por exemplo, um controlador pode ativar o motor 180 em resposta a um evento acionador a fim de comunicar a ocorrência daquele evento ao usuário. Diferentes padrões (por exemplo, ciclo de trabalho, padrão de um ciclo liga-desliga irregular, velocidade, etc.) podem indicar diferentes eventos para o usuário. Exemplos de eventos desencadeadores de retroinformação háptica para o usuário incluem a atuação de um atuador de extremidade (por exemplo, disparo de um instrumento de cauterização), perda de comunicação com o dispositivo de interface de usuário (por exemplo, devido à perda de energia, movimento do dispositivo de interface de usuário fora de um espaço de trabalho rastreável, etc.), desalinhamento do dispositivo de interface de usuário em relação a uma estrutura de referência calibrada ou conhecida, detecção de potencial colisão entre os componentes do sistema robótico (por exemplo, entre os braços robóticos), etc.

[0044] Além disso, outras indicações como retroinformação de áudio (tons, avisos, etc. emitidos a partir do dispositivo de interface de usuário ou outros aspectos de um console de usuário) e/ou visual (por exemplo, luz emitida a partir do dispositivo de interface de usuário através de LEDs ou outro elemento de exibição) podem, adicional ou alternativamente, ser utilizadas para comunicar informações sobre eventos específicos para o usuário. Por exemplo, o dispositivo de interface de usuário pode incluir um ou mais LEDs (por exemplo, RGB, branco, outras cores adequadas, etc.) que iluminam sozinhos ou em combinação sob padrões temporização ou espaciais diferentes para indicar diferentes códigos de erro ou outras informações.

[0045] Em algumas variações, um elemento separado 110 pode ser omitido do dispositivo de interface de usuário. Nessas variações, o sistema de sensor de rastreamento, motor, componentes eletrônicos de sensor etc. aqui descritos como estando incluídos no elemento 110 podem, alternativamente, estar contidos em uma porção do elemento de forro (por exemplo, forro 1221, conforme mostrado na Figura 12) do compartimento.

Sistema de sensor de rastreamento

[0046] Conforme mostrado na Figura 2A, o dispositivo de interface de usuário pode incluir um sistema de sensor de rastreamento 240 configurado para detectar a posição e/ou a orientação do dispositivo de interface de usuário no espaço livre. Por exemplo, o sensor de rastreamento 240 pode incluir uma sonda de rastreamento magnético 242 capaz de medir até seis graus de liberdade, incluindo o deslocamento físico (por exemplo, no espaço XYZ ou outro sistema de coordenadas adequado), enrolar, passar e pular o dispositivo de interface de usuário. Sondas de rastreamento magnético ou outros sensores adequados são conhecidos pelos versados na técnica. A sonda de rastreamento 242 pode estar disposta no elemento 210 conforme mostrado na Figura 2A, por exemplo, dentro de um volume interno do elemento 210, ou em qualquer local adequado sobre o elemento ou compartimento do dispositivo de interface de usuário.

[0047] O sistema de sensor de rastreamento 240 pode, adicional ou alternativamente, incluir outros tipos de sensores de rastreamento para rastrear a posição e/ou a orientação do dispositivo de interface de usuário. Por exemplo, o sistema de sensor de rastreamento 240 pode incluir um ou mais giroscópios, um ou mais acelerômetros e/ou um ou mais magnetômetros. Alguns ou todos esses sensores podem fazer parte de uma unidade de medição inercial (UMI). Estes e outros sensores adequados podem estar dispostos na placa de circuito impresso 260 no elemento 210, conforme mostrado na Figura 2A, ou em qualquer local adequado no elemento ou compartimento do dispositivo de interface de usuário. As leituras de múltiplos sensores, como uma sonda de rastreamento magnético 242 e de uma UMI, podem ser utilizadas para otimizar o rastreamento da posição e/ou da orientação do dispositivo de interface de usuário. Por exemplo, as leituras de sensor da sonda de rastreamento 242 e da UMI podem ser utilizadas para propósitos de redundância, para corroborar uma à outra e/ou fornecer funcionalidade de rastreamento de apoio no caso de uma ou outra experimentar falha ou ser de outro modo não confiável (por exemplo, devido à interferência de sinal, conforme descrito abaixo). Como outro exemplo, as leituras de sensor da sonda de rastreamento 242 e/ou da UMI podem ser combinadas (por exemplo, pela média) para melhorar a qualidade geral das leituras de sinal dos sensores.

[0048] Conforme mostrado na Figura 2A, em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode incluir componentes elétricos como um motor 280 que podem causar interferência com ao menos uma porção do sistema de sensor de rastreamento 240 (por exemplo, a sonda de rastreamento magnético 242) e resultar em erros nas determinações na posição e/ou orientação do dispositivo de interface de usuário. Em tais variações, o dispositivo de interface de usuário pode levar em conta a interferência de vários modos. Por exemplo, as leituras de sensor provenientes da sonda de rastreamento 242 podem ser ignoradas durante uma janela de tempo predeterminada após o motor 280 ser acionado, a fim de desconsiderar sinais potencialmente afetados pela interferência causada pelo acionamento do motor 280 e/ou de qualquer outro componente. Durante essa janela de tempo, as medições de um ou mais outros sensores não afetados pela interferência (por exemplo, de acelerômetros, giroscópios, magnetômetros, etc.) podem ser utilizadas, em vez disso para rastrear a posição e/ou a orientação do dispositivo de interface de usuário. Como outro exemplo, um deslocamento e/ou fator adequados podem ser aplicados à leitura do sensor, com base em um modelo predeterminado da interferência causada pela atuação do motor 280 ou de outro componente, a fim de compensar o sinal de interferência.

Outros sensores

[0049] Em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode incluir um ou mais sensores para detectar vários tipos de ações de controle de usuário e/ou outros estados. Por exemplo, um ou mais sensores podem ser configurados para detectar a preensão ou a compressão do dispositivo de interface de usuário, gestos(por exemplo, deslizar o dedo), desconexão do usuário (por exemplo, uma queda do dispositivo de interface de usuário), etc. que podem ser relacionados a um controle do sistema robótico, como um braço robótico, um atuador de extremidade, a navegação de uma interface gráfica de usuário, etc.

Sensores de compressão Sensor de proximidade com braço de flexão

[0050] Em uma variação, conforme mostrado nas Figuras 2A a 2C, o dispositivo de interface de usuário 200 pode incluir ao menos um sensor de pega ou compressão sob a forma de um sensor de proximidade 270 configurado para detectar a deformação do compartimento, no qual a deformação detectada do compartimento pode estar relacionada a um controle do sistema robótico. Conforme mostrado na Figura 2A, o sensor de proximidade 270 pode ser utilizado em conjunto com um elemento ou braço flexível 272 que está disposto no elemento 210 e configurado para se flexionar em resposta à deformação do compartimento 220. O braço 272 pode ter uma primeira extremidade 272a (por exemplo, extremidade proximal) e uma segunda extremidade 272b (por exemplo, extremidade distal). A primeira extremidade 272a pode ser fixada ao elemento 210, por exemplo, com interferência mecânica, epóxi, ou outro método de fixação adequado. A segunda extremidade 272b e um bloco 274 disposto na segunda extremidade 272b podem ser livres para se moverem em relação à primeira extremidade 272a com deflexão do braço 272.

[0051] Quando um usuário segura ou comprime o compartimento 220, o aumento da pressão faz com que a parede interna 222 do compartimento se deforme. Devido à deformação da parede interna 222 do compartimento, a parede interna 222 desloca o bloco 274 e faz com que o braço 272 deflita. O sensor de proximidade 270, que pode estar disposto sobre a placa de circuito impresso 260 oposta ao bloco 274, pode ser configurado para detectar a deformação do compartimento mediante a medição da proximidade (ou alteração na distância) ao bloco 272. Esta deformação do compartimento, que está relacionada ao grau de flexão do braço 272, pode estar relacionada à operação de um atuador de extremidade (por exemplo, a abertura ou o fechamento das garras) ou outro método adequado de controle do sistema robótico (por exemplo, a seleção de um elemento em uma interface gráfica de usuário).

[0052] A relação entre a deformação do compartimento e a medição do sensor de proximidade pode ser calibrada ajustando a deflexão do braço 272 de um ou de vários modos. Por exemplo, a deflexão do braço 272 pode ser ajustada selecionando-se o tipo de material (por exemplo, aço, alumínio), comprimento, espessura, formato em seção transversal e/ou outros recursos do braço 272. Como outro exemplo, molas sintonizadas podem ser acopladas ao braço (por exemplo, na extremidade proximal 272a) para resistir à flexão do braço. Como ainda outro exemplo, em algumas variações, conforme mostrado nas Figuras 2B e 2C, a parede interna 222 do compartimento pode incluir uma porção mais delgada 223 alinhada com o bloco 274 de modo que a porção mais delgada 223 deforme mais facilmente (e causa mais deflexão) em resposta à compressão do compartimento pelo usuário. De modo similar, a porção 223 da parede interna 222 pode ser mais espessa de modo que a porção mais espessa se deforma menos facilmente (e causa menos deflexão) em resposta à compressão do compartimento pelo usuário. Como ainda outro exemplo, a quantidade de pressão no interior da câmara inflável ou volume interno 226 pode ser aumentada ou diminuída para alterar a quantidade de deformação do compartimento em resposta à compressão do compartimento pelo usuário.

[0053] Embora apenas uma disposição de braço 272 e de sensor de proximidade 272 seja representada nas Figuras 2A a 2C, deve-se compreender que múltiplos braços 272 e sensores de proximidade 272 podem ser incluídos no dispositivo de interface de usuário. Por exemplo, dois, três ou qualquer número adequado de disposições de braço e sensor podem ser distribuídos ao redor do elemento 210. As disposições de braço e de sensor podem ser igual ou desigualmente distribuídas circunferencialmente ao redor do elemento 210 e/ou longitudinalmente ao longo do elemento 210 em qualquer padrão adequado. A inclusão de múltiplas disposições de braço e de sensor pode, por exemplo, proporcionar mais resolução na detecção de local de preensão ou compressão (por exemplo, fazer a distinção entre a compressão de uma extremidade proximal do compartimento e a compressão de uma extremidade distal do compartimento).

[0054] Adicional ou alternativamente, o sensor de proximidade 270 pode ser utilizado para medir diretamente a deformação do compartimento 210, como por meio da detecção de proximidade (ou alteração na distância) à parede interna 222 do compartimento (ou outro elemento acoplado à parede interna 222) em resposta à compressão do compartimento pelo usuário.

[0055] O sensor de proximidade 270 pode incluir qualquer tipo adequado de sensor de proximidade para detectar proximidade ou alteração na distância ao braço 272, bloco 271 e/ou parede interna 222 do compartimento. Por exemplo, o sensor de proximidade 270 pode incluir um sensor óptico que emite e/ou detecta radiação eletromagnética retornada (por exemplo, infravermelho). Em outros exemplos, o sensor de proximidade 270 pode incluir um sensor capacitivo, um sensor ultrassônico, um sensor magnético, um sensor indutivo ou outro tipo adequado de sensor de proximidade.

Sensor capacitivo

[0056] Em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode incluir ao menos um sensor de preensão incluindo um ou mais sensores capacitivos. Por exemplo, em uma variação, conforme mostrado nas Figuras 3A a 3C, o dispositivo de interface de usuário 300 pode incluir ao menos um sensor de compressão incluindo um sensor capacitivo 370 configurado para detectar a interação entre o compartimento e a mão do usuário segurando o compartimento. Por exemplo, um sensor capacitivo 370 pode incluir um bloco sensor 372 disposto sobre uma superfície externa do elemento 310 e configurado para detectar compressão manual do compartimento mediante a medição da proximidade (ou alteração na distância) entre a mão do usuário (como uma superfície condutora) segurando o compartimento e o elemento 310. Alternativamente, o bloco sensor 372 pode estar disposto sobre uma parede interna do compartimento 310, ou outro ponto de referência fixo adequado no dispositivo de interface de usuário.

[0057] Conforme mostrado na Figura 3B, o bloco sensor 372 pode envolver a superfície externa do elemento 310, e pode ter uma extremidade terminal que passa através de uma fenda no elemento 310 para ser acoplada a uma placa de circuito impresso 360 disposta dentro do elemento 310. As Figuras 4A e 4B representam exemplos de um bloco de sensor capacitivo 520 similar ao bloco de sensor 372 representado nas Figuras 3A a 3C. O bloco de sensor capacitivo 520 pode incluir, por exemplo, um circuito flexível com uma ou mais regiões condutoras 522 distintas. As regiões condutoras 522 podem estar dispostas ao longo da largura do bloco de sensor capacitivo 570 de modo que quando o bloco de sensor capacitivo 520 é enrolado em torno do elemento 510, conforme mostrado na Figura 4C, as regiões condutoras 522 são dispostas circunferencialmente como um anel ao redor do elemento 510.

[0058] Nos exemplos de blocos de sensor capacitivo 520 representados nas Figuras 4A e 4B, os blocos de sensor capacitivo 520 podem incluir seis regiões distintas 522. Entretanto, deve-se compreender que o bloco de sensor capacitivo 520 pode incluir menos que seis regiões (por exemplo, dois, três, quatro ou cinco) ou mais que seis regiões (por exemplo, sete, oito, nove, dez, etc.). Além disso, para os propósitos de detecção da compressão do compartimento com base na proximidade entre o bloco de sensor capacitivo 520 e a mão do usuário, pode ser suficiente para o bloco de sensor capacitivo 520 incluir apenas uma região 522 que se estende total ou parcialmente circunferencialmente ao redor do elemento 510 (por exemplo, estendendo-se para um conjunto adequado de locais subjacentes onde é provável que o usuário segure o compartimento).

[0059] As regiões 522 podem ter qualquer formato e disposição adequados. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 4A, o formato das regiões 522 pode genericamente se aproximar o contorno da impressão ou o padrão das pontas dos dedos. Como outro exemplo, conforme mostrado na Figura 4B, o formato das regiões 522 pode ter um padrão em formato de espinha-de-peixe. Entretanto, algumas ou todas as regiões 522 podem ser retangulares, circulares, paralelogramáticas, curvas ou de outro formato adequado. Além disso, embora as regiões 522 sejam mostradas nas Figuras 4A e 4B como uma matriz unilinear, em outros exemplos, as regiões 522 podem estar dispostas em qualquer outra matriz retilínea adequada de qualquer tamanho adequado, ou qualquer outro padrão ou disposição adequada.

[0060] Em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário 300 com um sensor capacitivo 370 pode incorporar uma rotina de calibração para calibrar a detecção capacitiva para um usuário específico. Usuários diferentes podem ter mãos de tamanhos diferentes, resultando em diferentes níveis basais de área superficial da pele em contato com o compartimento. Consequentemente, usuários diferentes podem precisar aplicar diferentes quantidades de força e/ou deformação/deslocamento para gerar o mesmo nível de sinal do bloco de sensor capacitivo 370. Sem calibração, diferentes usuários podem precisar aplicar diferentes quantidades de força para produzir os mesmos efeitos ou ações de controle. Um exemplo de uma calibração de rotina pode incluir registrar o nível de sinal produzido quando o usuário pressiona o compartimento com uma quantidade de força de referência predeterminada, e usando a relação entre a força e o nível de sinal resultante para mapear os níveis de sinal para as ações de controle (por exemplo, para a atuação do atuador de extremidade) para aquele usuário específico. Entretanto, outras rotinas de calibração adequadas para compensar as diferenças entre usuários individuais podem, adicional ou alternativamente, ser utilizadas.

[0061] Em algumas variações, a alteração na capacitância entre o sensor capacitivo 370 pode ser comparada a múltiplos limiares predeterminados. Por exemplo, quando a alteração na capacitância excede um primeiro limiar menor, isso pode indicar que o usuário comprimiu levemente o compartimento, e essa ação de compressão leve pode ser correlacionada a um primeiro comando de usuário para o sistema cirúrgico robótico. Como outro exemplo, quando a alteração na capacitância excede um segundo limiar mais alto, isso pode indicar que o usuário comprimiu o compartimento mais fortemente, e essa ação de compressão mais forte pode ser correlacionada a um segundo comando de usuário para o sistema cirúrgico robótico.

[0062] A temporização entre as alterações de capacitância medidas e/ou a duração das alterações de capacitância medidas podem, adicional e/ou alternativamente, ser correlacionadas a uma sequência de comandos de usuário específicos. Por exemplo, duas (ou mais) compressões sucessivas detectadas podem ser interpretadas de forma similar a uma ação de "duplo clique" para um comando de usuário específico. Como outro exemplo, compressões rítmicas sucessivas detectadas (por exemplo, longo, curto, longo) podem ser interpretadas como um outro comando do usuário.

[0063] Em uma outra variação exemplificadora, conforme mostrado nas Figuras 14A a 14C, um dispositivo de interface de usuário 1400 pode incluir ao menos um sensor de compressão que inclui um sensor capacitivo 1430 configurado para detectar a interação entre duas porções em camadas do compartimento 1420 como resultado da interação da mão de um usuário com o compartimento. Similar ao compartimento 1220 mostrado na Figura 12, o compartimento 1420 pode incluir uma camada de compartimento interna 1422 e uma camada de compartimento externa 1424. A camada de compartimento interna 1422 pode estar disposta sobre um forro 1421 (ou, alternativamente, um elemento similar ao elemento 110 descrito acima com referência à Figura 1C) e cooperar com o forro 1421 (ou outro elemento) para formar um volume deformável entre uma superfície externa do forro 1421 e a superfície interna da camada de compartimento interna 1422. O sensor capacitivo 1430 pode incluir uma primeira superfície condutora (ou eletrodo) e uma segunda superfície condutora (ou eletrodo) de modo que o sensor capacitivo 1430 possa ser configurado para detectar uma compressão do compartimento mediante a medição da proximidade entre a primeira e a segunda superfície condutora. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 14C, o sensor capacitivo 1430 pode incluir uma primeira superfície condutora 1432 (por exemplo, eletrodo) disposta sobre uma superfície do forro 1421 e uma segunda superfície condutora 1434 (por exemplo, eletrodo) disposta na camada de compartimento interna 1422 de modo que a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434 estejam voltadas uma para a outra. A primeira superfície condutora 1432 pode ser um eletrodo terra e a segunda superfície condutora 1434 pode ser um eletrodo ativo "pinça" para fornecer um sinal capacitivo, ou vice-versa. A distância entre o forro 1421 e a camada de compartimento interna 1422 pode ser medida com base na capacitância entre a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434. De modo geral, quando o compartimento 1420 é comprimido (por exemplo, pela mão de um usuário segurando o dispositivo de interface de usuário 1400), a camada de compartimento interna 1422 pode ser comprimida em direção ao forro 1421, movendo, assim, a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434 uma em direção à outra. A distância medida entre a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434 pode ser proporcional à quantidade de compressão conferida pelo usuário sobre o compartimento 1420. Consequentemente, a ação de um usuário comprimindo o compartimento 1420 pode resultar em uma alteração na capacitância medida entre a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434. Quando a alteração na capacitância excede um limite predeterminado, esta alteração na capacitância pode indicar que o usuário tenha comprimido o compartimento, e essa ação pode estar relacionada ao comando de usuário específico para o sistema cirúrgico robótico.

[0064] Similar ao descrito acima para o sensor capacitivo 370, em algumas variações, a alteração na capacitância entre a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434 pode ser comparada a múltiplos limiares predeterminados. A temporização entre as alterações de capacitância medidas e/ou a duração das alterações de capacitância medidas podem, adicional e/ou alternativamente, ser correlacionadas a uma sequência de comandos de usuário específicos.

[0065] Em algumas variações, a primeira superfície condutora 1432 pode incluir uma almofada condutora, fita condutora, tecido condutor ou outra superfície adequada incluindo cobre, prata, cerâmica ou outro material condutor adequado. A primeira superfície condutora 1432 pode ser enrolada em torno de ao menos parte da circunferência do forro 1421 (ou outro elemento, como um similar ao elemento 110 descrito acima). A primeira superfície condutora 1432 pode, em algumas variações, incluir uma região condutora única que está voltada para a segunda superfície condutora 1434. A região condutora única pode, por exemplo, estar situada em uma região do elemento 1410 oposta a uma porção do compartimento 1420 que é normalmente flexionada quando um usuário comprime o compartimento 1420 entre um polegar e dois dedos. Por exemplo, uma alteração na capacitância entre a região condutora única e a segunda superfície condutora 1434 pode estar relacionada a um comando de compressão por parte do usuário. Em outras variações, a primeira superfície condutora 1432 pode incluir múltiplas regiões condutoras distintas dispostas circunferencialmente ao redor do elemento 1410 e/ou axialmente ao longo do elemento 1410. As múltiplas regiões condutoras podem, por exemplo, fornecer resolução espacial em valores de capacitância os quais podem estar relacionados a diferentes gestos. Por exemplo, uma alteração na capacitância medida entre uma primeira região condutora da primeira superfície condutora 1432 (por exemplo, em direção a uma extremidade distal do elemento 1410) e a segunda superfície condutora 1434 (por exemplo, como resultado de o usuário comprimir a porção do compartimento que se sobrepõe à primeira região condutora) pode estar relacionada a um primeiro comando do usuário. De modo similar, uma alteração na capacitância medida entre uma segunda região condutora da primeira superfície condutora 1432 (por exemplo, em direção a uma extremidade proximal do elemento 1410) e a segunda superfície condutora 1434 (por exemplo, como resultado do usuário comprimir a porção do compartimento que se sobrepõe à segunda região condutora) pode estar relacionada a um segundo comando do usuário. Além disso, em algumas variações, a localização das alterações de capacitância pode ser analisada em combinação com o tempo e/ou a duração das alterações de capacitância descritas acima, de modo que diferentes tipos de compressão do compartimento podem estar relacionados com diferentes comandos do usuário.

[0066] Assim como a primeira superfície condutora 1432, a segunda superfície condutora 1434 pode incluir uma almofada condutora, uma fita condutora, um tecido condutivo ou outra superfície adequada incluindo cobre, prata, cerâmica ou outro material condutor adequado. Em algumas variações, a segunda superfície condutora 1434 pode ser flexível e maleável, de modo que quando a segunda superfície condutora 1434 é acoplada à camada de compartimento interna 1422, conforme mostrado na Figura 14C, a segunda superfície condutora 1434 pode mover-se com a camada de compartimento interna 1422 quando o compartimento é comprimido. Por exemplo, a segunda superfície condutora pode incluir um tecido condutor revestido de prata que é acoplado (por exemplo, através de um suporte adesivo) à camada de compartimento interna 1422. A segunda superfície condutora 1434 pode estar disposta ao longo de ao menos parte da superfície interna da camada de compartimento interna 1422 que está voltada para a primeira superfície condutora 1432. Similar à primeira superfície condutora 1432, a segunda superfície condutora 1434 pode incluir uma região condutora única que está voltada para a segunda superfície condutora 1434 (por exemplo, um anel interno disposto ao redor da camada de compartimento interna 1422). A região condutora única pode, por exemplo, estar situada em uma região do compartimento 1420 que é comumente flexionada quando um usuário comprime o compartimento 1420 entre um polegar e dois dedos. Por exemplo, uma alteração na capacitância entre a região condutora única e a primeira superfície condutora 1434 pode estar relacionada a um comando do usuário de compressão. Em outras variações, a segunda superfície condutora 1434 pode incluir múltiplas regiões condutoras distintas dispostas circunferencialmente ao redor e/ou longitudinalmente ao longo da camada de compartimento interna 1422. As múltiplas regiões condutoras podem, por exemplo, ser regiões condutoras fornecendo resolução espacial em valores de capacitância que podem estar relacionados a diferentes gestos, similar à descrita acima para as múltiplas regiões condutoras na primeira superfície condutora 1432.

Sensores de detecção de gesto

[0067] Em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode incluir um ou mais sensores de detecção de gestos sob a forma de um sensor capacitivo configurado para detectar a interação entre o compartimento e a mão do usuário que segura o compartimento. Por exemplo, um sensor capacitivo pode ser utilizado para detectar gestos, como deslizar o dedo, tocar com o dedo, tocar e segurar, duplo clique, etc. Os gestos podem, por exemplo, ser utilizados para navegar uma interface gráfica de usuário (por exemplo, navegar através de telas diferentes, indicando a seleção ou a confirmação de um item, etc.). Adicional ou alternativamente, os gestos podem ser utilizados como uma embreagem de dedo, por exemplo, para alternar entre o controle de diferentes aspectos do sistema robótico (por exemplo, distinguir entre o controle de um braço robótico e o controle de um atuador de extremidade, ou distinguir entre o controle de um atuador de extremidade e uma interface gráfica de usuário, etc.).

[0068] Por exemplo, conforme mostrado nas Figuras 3A a 3C, o sensor capacitivo 370, que é descrito acima em relação à detecção de compressão do compartimento, pode ser adicional ou alternativamente utilizado para detectar gestos. Dessa forma, conforme descrito acima com referência às Figuras 4A e 4B, um sensor capacitivo 520 com uma ou mais regiões condutoras 522 distintas pode ser configurado para fornecer detecção capacitiva com resolução espacial, a fim de possibilitar a detecção de gestos em diferentes áreas. Por exemplo, conforme mostrado na pega ilustrativa exemplificadora representada na Figura 5, o compartimento pode incluir ao menos uma região sensível ao toque gestual 422 (indicada por linhas de contorno tracejadas) sob as quais ficam as regiões condutoras 522. Neste exemplo, o dedo indicador do usuário pode tocar e fazer um gesto sobre a superfície da região sensível ao toque gestual 422, e as regiões condutoras 522 no elemento abaixo da região sensível ao toque gestual 422 podem detectar o contato pelo dedo indicador do usuário. Os algoritmos podem interpretar os sinais provenientes das regiões condutoras 522 (por exemplo, com base no número de contatos, local de contatos, temporização dos contatos, etc.) como gestos diferentes. Um gesto de tocar e segurar pode, em algumas variações, ser interpretado como um mecanismo de embreagem de dedo. Adicional ou alternativamente, outras porções do sensor capacitivo 520 podem incluir regiões condutoras distintas para fornecer outras regiões de detecção de gestos.

[0069] Em algumas variações, conforme mostrado nas Figuras 14C e 14D, um dispositivo de interface de usuário pode incluir separar sensores capacitivos para detectar compressão (por exemplo, similar ao sensor capacitivo 1430 descrito acima) e para detectar gestos. Por exemplo, em adição à primeira e à segunda superfície condutora 1432 e 1434 (por exemplo, o eletrodo terra e o eletrodo pinça) descritas acima para detectar a compressão do compartimento, o dispositivo de interface de usuário pode incluir adicionalmente uma terceira superfície condutora 1452 (por exemplo, eletrodo de "toque") em um sensor de rastreamento de gesto 1450 configurado para detectar gestos feitos pelo usuário sobre a superfície do compartimento 1420.

[0070] A Figura 14D é um diagrama esquemático detalhado de uma porção de um compartimento exemplificador incluindo tanto um sensor de compressão capacitivo 1430 quanto um sensor capacitivo de rastreamento de gestos 1450. O sensor de compressão 1430 pode incluir uma primeira superfície condutora 1432 (por exemplo, eletrodo terra) acoplada ao forro 1421, e uma segunda superfície condutora 1434 (por exemplo, eletrodo pinça) acoplada à superfície interna da camada de compartimento interna 1422, conforme descrito acima. Quando a mão de um usuário comprime o compartimento conforme representado pela seta vertical, o dedo F do usuário pode comprimir a camada de compartimento interna 1422 (e outras partes do compartimento) em direção ao forro 1421, alterando assim a distância entre a primeira e a segunda superfície condutora 1432 e 1434, conforme descrito acima. Adicionalmente, o sensor capacitivo de rastreamento de gestos 1450 pode incluir uma terceira superfície condutora 1452 disposta entre a camada de compartimento interna 1422 e a camada de compartimento externa 1424. A terceira superfície condutora 1452 (por exemplo, eletrodo de toque) pode incluir uma ou mais regiões condutoras distintas similares ao sensor capacitivo 370 descrito acima, para detectar a capacitância com base no número, localização, temporização, etc. dos contatos da mão do usuário com o compartimento. Quando a mão do usuário executa gestos conforme representado pela seta horizontal, o dedo F do usuário pode passar ao longo da superfície da camada de compartimento externa 1424 e causar alterações na capacitância medida por uma ou mais das regiões condutoras distintas na terceira superfície condutora 1452. Consequentemente, tais alterações podem ser interpretadas e correlacionadas a um ou mais comandos de usuário, conforme descrito acima.

[0071] O compartimento pode incluir, também, ao menos uma camada de blindagem 1442 disposta sobre a superfície externa da camada de compartimento interna 1422. A camada de blindagem pode proteger a superfície condutora 1452 do sensor de rastreamento de gestos 1450 contra a interferência eletromagnética das superfícies condutoras 1432 e 1434 do sensor de compressão 1430. A camada de blindagem 1442 pode estar disposta entre a segunda superfície condutora 1434 e a terceira superfície condutora 1452 (por exemplo, acoplada à camada de compartimento interna 1422). Adicional ou alternativamente, o compartimento pode incluir, também, ao menos uma camada isolante 1444 para proteger a superfície condutora 1452 do sensor de rastreamento de gestos 1450 contra sinais condutores ou elétricos provenientes das superfícies condutoras 1432 e 1434 do sensor de compressão 1430. A camada isolante 1444 pode estar disposta entre a segunda superfície condutora 1434 e a terceira superfície condutora 1452 (por exemplo, acoplada à camada de blindagem 1442). A camada isolante 1444 pode incluir, por exemplo, espuma, plástico ou qualquer material adequado com baixa condutividade. Em algumas variações, o compartimento pode incluir materiais isolantes e de blindagem combinados em uma camada compósita. Além disso, embora as camadas de blindagem e isolante sejam mostradas em uma ordem específica entre a segunda superfície condutora 1434 e a terceira superfície condutora 1452, deve-se compreender que a sua disposição em camadas pode ser o oposto do que é mostrado na Figura 14D.

[0072] Alternativamente, o dispositivo de interface de usuário pode omitir o sensor capacitivo de compressão 1430 (por exemplo, e incluir outro sensor de compressão adequado como aqueles aqui descritos ou omitir um sensor de compressão) mas ainda incluir uma superfície condutora 1452 como um eletrodo de toque para a detecção de gestos.

Sensores de temperatura

[0073] Em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode incluir um ou mais sensores de temperatura. Em uma variação, um ou mais sensores de temperatura podem ser configurados para detectar a temperatura do usuário. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 5, um sensor de temperatura 426 pode estar situado em uma superfície externa do compartimento 420 e ser configurado para medir a temperatura do usuário com base no contato com os dedos do usuário. A temperatura do usuário pode ser utilizada como um indicador do nível de estresse do usuário. Se a temperatura do usuário aumenta além de um nível limite, o dispositivo de interface de usuário pode indicar este perigo ao usuário através de um sistema de aviso (por exemplo, através de um controlador) e pode instruir o usuário de suspender a operação do sistema robótico. Adicional ou alternativamente, a temperatura do usuário pode ser utilizada para a obtenção de dados para uma calibração de rotina similar à descrita acima para o sensor capacitivo 370, uma vez que usuários diferentes têm diferentes temperaturas, podem precisar aplicar diferentes quantidades de força para gerar o mesmo nível de sinal a partir do bloco de sensor capacitivo 372.

[0074] Em uma outra variação, um ou mais sensores de temperatura podem ser configurados para detectar a temperatura dentro do dispositivo de interface de usuário e/ou a temperatura ambiente. Por exemplo, um sensor de temperatura pode estar disposto sobre uma placa de circuito impresso (por exemplo, a placa de circuito impresso 260 mostrada nas Figuras 2A e 2B, a placa de circuito impresso 360 mostrada nas Figuras 3A a 3C, etc.) dentro do elemento. A temperatura dentro do dispositivo de interface de usuário e/ou a temperatura ambiente podem ser utilizadas para corrigir ou compensar o desvio em medições capacitivas e outras medições de sensor, como parte de uma rotina de calibração no início de um procedimento e/ou dinamicamente ao longo do procedimento.

Sensores de queda

[0075] Em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode incluir um ou mais sensores de detecção de queda configurados para determinar quando a mão do usuário se desconectar do dispositivo de interface de usuário, de modo a acionar a suspensão das comunicações entre o dispositivo de interface de usuário e o controle do sistema robótico, evitando assim comandos inadvertidos ou não intencionais para o sistema robótico.

[0076] Em uma variação, os sensores de detecção de queda podem incluir um sensor capacitivo similar ao sensor capacitivo 370 descrito acima com referência às Figuras 3A a 3C e/ou qualquer um dos sensores capacitivos 1430 e 1450 descritos com referência às Figuras 14A a 14D. Esse sensor capacitivo (por exemplo, para detectar uma compressão de um compartimento e/ou de gestos sobre o compartimento) pode, adicional ou alternativamente, ser utilizado para detectar quando o usuário não estiver empunhando o dispositivo de interface de usuário. Por exemplo, as regiões capacitivas 522 podem ser utilizadas para detectar quando o dedo do usuário não está mais próximo ao compartimento devido a uma queda repentina de capacitância abaixo de um limiar predeterminado.

[0077] Em uma outra variação, os sensores de detecção de queda podem incluir ao menos um acelerômetro e/ou ao menos um giroscópio, os quais podem ser sensores individuais ou incorporados como parte de uma UMI. O acelerômetro e/ou o giroscópio podem ser configurados para detectar uma queda súbita devido à gravidade quando o usuário não estiver segurando o dispositivo de interface de usuário e o dispositivo de interface de usuário é então deixado cair.

[0078] Em uma outra variação, o sistema de sensor de rastreamento do dispositivo de interface de usuário (por exemplo, o sistema de sensor de rastreamento 140 mostrado na Figura 1C, o sistema de sensor de rastreamento 240 mostrado na Figura 2A, o sistema de sensor de rastreamento 340 mostrado na Figura 3A, etc.) pode ser utilizado como um sensor de detecção de queda. Por exemplo, como o acelerômetro e/ou o giroscópio, o sistema de sensor de rastreamento 140 pode detectar uma queda súbita devido à gravidade quando o usuário não está mais segurando o dispositivo de interface de usuário. De modo similar, em outras variações, quaisquer outros sensores de rastreamento adequados (por exemplo, rastreamento óptico, incluindo marcadores ópticos como aqueles fixados a um adaptador) podem ser utilizados para detectar o movimento descendente resultante do usuário deixar cair o dispositivo de interface de usuário.

[0079] Qualquer um ou mais dentre os sensores de detecção de queda descritos acima podem ser utilizados sozinhos ou em combinação, de qualquer modo adequado. Por exemplo, múltiplos sensores de detecção de queda (por exemplo, o sensor capacitivo, a UMI e o sistema de sensor de rastreamento em combinação) podem ser utilizados para fornecer redundância a fim de ajudar a confirmar se o usuário deixou cair o dispositivo de interface de usuário.

Adaptadores

[0080] De modo geral, em algumas variações, conforme mostrado na Figura 6A, um dispositivo portátil de interface de usuário 600 para controlar um sistema robótico pode incluir um elemento 610 que tem uma primeira extremidade 612 (por exemplo, extremidade proximal) e uma segunda extremidade 614 (por exemplo, extremidade distal), no qual a primeira extremidade e/ou a segunda extremidade incluem um recurso de engate configurado para se acoplar a um adaptador removível. Similar às variações descritas acima, o dispositivo de interface de usuário 600 pode incluir um compartimento 620 ao menos parcialmente disposto em torno do elemento 610 e configurado para ser empunhado na mão de um usuário e um sistema de sensor de rastreamento que inclui uma sonda de rastreamento 642 e/ou outros sensores para detectar a posição e/ou a orientação de ao menos uma porção do dispositivo. O adaptador removível pode ser intercambiável com outros tipos de adaptadores removíveis, facilitando assim um design modular que permite múltiplas configurações de dispositivos de interface de usuário, por exemplo, com fatores de forma diferentes, recursos funcionais diferentes e/ou tecnologias de rastreamento diferentes em várias combinações. Exemplos de adaptadores removíveis são descritos abaixo em relação às Figuras 6A a 6C, 7A a 7C, 8A a 8DD, 9A a 9C e 11A e 11B.

[0081] Conforme mostrado na Figura 6A, o recurso de engate no elemento 610 pode incluir roscas que são configuradas para se acoplarem a uma interface rosqueada em um adaptador removível. Mais especificamente, a primeira extremidade 612 do elemento 610 pode incluir um primeiro recurso de engate (por exemplo, o recurso de engate proximal) e a segunda extremidade 614 do elemento 610 pode incluir um segundo recurso de engate (por exemplo, o recurso de engate distal). O primeiro recurso de engate pode incluir roscas 616a configuradas para engatar as roscas 634a de um primeiro adaptador 630a (por exemplo, adaptador proximal), assim, acoplando de modo removível o adaptador 630a ao elemento 610. De modo similar, o segundo recurso de engate pode incluir roscas 616b configuradas para engatar as roscas 634b de um segundo adaptador 630b (por exemplo, adaptador distal). Além disso, o acoplamento do primeiro adaptador 630a e do segundo adaptador 630b ao elemento 610 pode unir o primeiro adaptador 630a e o segundo adaptador 630b ao compartimento 620 para manter uma superfície lisa para um manuseio seguro e confortável pelo usuário. Alternativamente, em outras variações, o adaptador 630 pode ser acoplado diretamente ao compartimento 620 através de roscas ou outra interface adequada. De modo similar, o elemento 210 representado na Figura 2A pode incluir um primeiro elemento de engate 216a para acoplar um primeiro adaptador 230a ao elemento 210, e um segundo elemento de engate 216b para acoplar um segundo adaptador 230b ao elemento 210. Também de modo similar, o elemento 310 representado nas Figuras 3B e 3C pode incluir um primeiro elemento de engate para acoplar um primeiro adaptador 330a ao elemento 310 e um segundo elemento de engate para acoplar um segundo adaptador 330b ao elemento 310. Embora os recursos de engate representados nas Figuras incluam roscas, outros exemplos de recursos de engate no elemento 610 incluem recursos de encaixe por pressão ou encaixe por compressão (por exemplo, cristas, rebordos, abas, etc.), dobradiças, adesivos quebráveis (por exemplo, com baixa força de ligação), interfaces elastoméricas (por exemplo, anéis em O, faixas elásticas envolventes) ou quaisquer outros mecanismos de acoplamento adequados para acoplar de modo removível o elemento e/ou o compartimento a um adaptador.

[0082] Por exemplo, conforme mostrado na Figura 6A, uma variação de um dispositivo de interface de usuário 600 pode incluir ou ser configurada para se acoplar a um adaptador de tampa 630a que cobre uma extremidade do elemento 610 e tem roscas 634a que engatam de modo removível as roscas 616a no elemento 610. O adaptador de tampa 630a pode ser conformado para promover um formato ovoide total ou outro formato de corpo arredondado do dispositivo de interface de usuário 600. O adaptador de tampa 630a pode ter ao menos um orifício 632 ou outra passagem que possibilite que um ou mais fios passem para dentro ou para fora do dispositivo de interface de usuário, embora em outras variações (por exemplo, em um dispositivo de interface de usuário sem fio) o orifício 632 possa ser omitido. Além disso, a Figura 6A representa uma outra variação de um adaptador, um compartimento de sonda 630b para uma sonda de rastreamento 642. O compartimento de sonda 630b pode incluir roscas 634b que se engatam de modo removível a roscas 616b no elemento 610. O compartimento de sonda 630b pode ser configurado para proteger a sonda de rastreamento 642 e fornecer um veículo para inserir e prender a sonda de rastreamento 642 no elemento 610.

[0083] Como outro exemplo, conforme mostrado nas Figuras 6B e 6C, uma outra variação de um dispositivo de interface de usuário 600' pode incluir ou ser configurada para ser acoplada a uma tampa 630a que cobre uma extremidade do adaptador do elemento (não mostrado) e tem roscas que engatam de forma removível as roscas 616a, de modo similar à variação mostrada na Figura 6A. Além disso, as Figuras 6B e 6C ilustram uma outra variação de um adaptador, um adaptador de disco 630b' que pode incluir roscas 634b que engatam de forma removível as roscas correspondentes no elemento. O adaptador de disco 630b' pode ser similar, por exemplo, ao descrito abaixo em relação às Figuras 9A e 9B.

[0084] Conforme mostrado nas Figuras 7A e 7B, uma variação de um dispositivo de interface de usuário 700 pode incluir ou pode ser configurada para se acoplar a um adaptador de rastreamento óptico 730 que pode se acoplar de modo removível ao elemento para formar um dispositivo de interface de usuário 700 cuja posição e/ou orientação seja rastreável, com câmeras monitorando o adaptador de rastreamento óptico 730. O adaptador de rastreamento óptico 730 pode incluir um ou mais marcadores de rastreamento óptico 732 dispostos sobre ao menos uma face do adaptador de rastreamento óptico 730. Em um exemplo, os marcadores de rastreamento óptico 732 são passivos e incluem um material retrorreflexivo de modo que a posição e/ou a orientação do dispositivo de interface de usuário possam ser detectadas com câmeras posicionadas estrategicamente monitorando o adaptador de rastreamento óptico 730. As câmeras podem iluminar o espaço de trabalho do dispositivo de interface de usuário 700 com luz infravermelha (IV) (ou outra emissão adequada), e os marcadores de rastreamento óptico 732 podem refletir a luz IV de volta para as câmeras. Como outro exemplo, os marcadores de rastreamento óptico 732 podem ser ativos (por exemplo, incluir diodos emissores de luz) que emitem luz IV (ou outra emissão adequada) em direção a câmeras estrategicamente colocadas. Com base nessa reflexão ou emissão de luz a partir dos marcadores de rastreamento óptico 732, o sistema de rastreamento óptico pode determinar a posição e/ou a orientação tridimensional do dispositivo de interface de usuário 700. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 7C, um usuário pode segurar o compartimento 720 do dispositivo de interface de usuário 700 de modo que o adaptador de rastreamento óptico 730 fica voltado para fora e pode estar na linha de visão das câmeras circundantes. Os marcadores de rastreamento óptico podem ser esféricos para aumentar a faixa de ângulos de luz que os marcadores de rastreamento óptico podem refletir ou emitir, embora outros tipos de rastreadores ópticos (por exemplo, marcadores planos) possam ser utilizados, adicional ou alternativamente.

[0085] Conforme mostrado na Figura 7B, uma variação do adaptador de rastreamento óptico 730 tem, em geral, o formato de uma pirâmide triangular truncada que se alarga para fora a partir do compartimento 720. Entretanto, o adaptador de rastreamento óptico 730 pode ser quadrado, piramidal, esférico, prismático ou qualquer outro formato adequado para fornecer superfícies para marcadores de rastreamento óptico 732 a fim de refletir ou emitir luz em direção às câmeras.

[0086] Conforme mostrado nas Figuras 8A, 8AA, 8B, 8BB, 8D e 8DD, uma variação de um dispositivo de interface de usuário 800 pode incluir ou ser configurada para ser acoplada a um adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a e/ou a um adaptador em formato de caneta stylus distal 830b. O adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a pode ser alongado para fornecer uma superfície de descanso que possibilite que o dispositivo de interface de usuário 800 repouse sobre a mão do usuário conforme mostrado na Figura 8C. O adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a pode se estreitar até uma circunferência confortável e/ou pode incluir um formato em seção transversal circular, um formato em seção transversal triangular ou outro formato em seção transversal poligonal. Diferentes comprimentos, circunferências, raios de curvatura ou afunilamentos a partir do compartimento 820 em direção à extremidade do adaptador em formato de caneta stylus 830a, formato em seção transversal e/ou outras dimensões podem ser personalizados ou de outro modo disponíveis para diferentes tamanhos ou formatos de mão do usuário, preferências do usuário e/ou aplicações. Por exemplo, o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a mostrado nas Figuras 8B e 8BB é genericamente mais estreito e mais longo que o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a mostrado nas Figuras 8A e 8AA. Como outro exemplo, o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a mostrado nas Figuras 8D e 8DD é genericamente mais longo que o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a mostrado nas Figuras 8B e 8BB. Além disso, em algumas variações, conforme mostrado nas Figuras 8A e 8AA, o dispositivo de interface de usuário 800 pode incluir um ou mais botões 834 (mostrados como anéis circunferenciais em uma ou ambas as extremidades do compartimento, mas podem, alternativamente, estar dispostos sobre uma superfície alongada do adaptador em formato de caneta stylus proximal e/ou distal, etc.). Além disso, esses botões de anel ou outros botões adequados podem ser incluídos em qualquer outro tipo adequado de adaptador proximal e/ou distal.

[0087] A interface entre o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a e o elemento (não mostrado) ou o compartimento 820 pode ser semelhante aos recursos de engate descritos acima. Em um exemplo, o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a pode ser conectado através de uma dobradiça (ou junta esférica, etc.) na articulação 832 ao elemento ou ao compartimento 820 de modo que o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a possa ser orientado em um ângulo em relação ao eixo geométrico longitudinal do compartimento 820 (por exemplo, ortogonal, maior que 90 graus ou menor que 90 graus em relação ao eixo geométrico longitudinal do compartimento 820). Esta configuração angulada da caneta stylus pode ser útil para fornecer controle mais ergonômico do dispositivo de interface de usuário em certas aplicações. Como um exemplo, conforme mostrado nas Figuras 11A e 11B, uma variação de um dispositivo de interface de usuário 1100 pode incluir ou ser configurado para se acoplar a um adaptador em formato de caneta stylus proximal 1130a que é angulado (por exemplo, a aproximadamente um ângulo reto) e configurado para ser empunhado na palma da mão do usuário e/ou um adaptador em formato de caneta stylus distal 1130b (por exemplo, que pode ser similar ao adaptador em formato de caneta stylus distal 830b). Ao menos uma porção do dispositivo de interface de usuário 1100, como uma superfície do adaptador em formato de caneta stylus proximal 1130a que é acessível aos dedos do usuário, pode incluir um ou mais botões 1134 configurados para adicionalmente receber uma ação de usuário para controlar um aspecto do sistema robótico. Tais botões podem, por exemplo, ter formatos (por exemplo, círculo, triângulo, quadrado, estrela, etc.) e/ou texturas (por exemplo, ondulados ou não ondulados, com saliências ou sem saliências, etc.) distinguíveis para que um usuário possa distinguir entre botões diferentes com base em sua aparência. Alguns ou todos os botões podem, adicional ou alternativamente, incluir sensores sensíveis ao toque ou outros sensores adequados que possam possibilitar, por exemplo, a retroinformação de áudio (por exemplo, tons ou bipes, etc.) para possibilitar que um usuário possa distinguir entre diferentes botões com base em sons quando alguns botões são tocados ou de outro modo estimulados.

[0088] O adaptador em formato de caneta stylus distal 830b pode ser alongado e afunilado até um ponto mais fino. O adaptador em formato de caneta stylus distal 830b pode, por exemplo, ser utilizado para modificar o dispositivo de interface de usuário 800 para aplicações de trabalho de precisão (por exemplo, cauterização) no qual uma pega em forma de caneta no dispositivo de interface de usuário pode fornecer precisão ou conforto adicionais ao usuário. O adaptador em formato de caneta stylus distal 830b pode incluir um formato de seção transversal genericamente circular, um formato em seção transversal triangular ou outro formato em seção transversal poligonal. O adaptador em formato de caneta stylus distal 830b pode ser mais curto que o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a, mas como o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a, o adaptador em formato de caneta stylus distal 830b pode variar em comprimento, circunferência, raio de curvatura ou afunilamento, formato em seção transversal e/ou outras dimensões para diferentes tamanhos ou formatos de mão do usuário, preferências do usuário e/ou aplicações.

[0089] O adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a e/ou o adaptador em formato de caneta stylus distal 830b podem incluir um material rígido ou material semirrígido (por exemplo, plástico rígido). Em algumas variações, o adaptador em formato de caneta stylus proximal 830a e/ou o adaptador em formato de caneta stylus distal 830b podem incluir material flexível ou maleável (por exemplo, silicone).

[0090] Conforme mostrado nas Figuras 9A e 9B, uma variação de um dispositivo de interface de usuário 900 pode incluir ou ser configurada para se acoplar a um adaptador de disco 930. Conforme mostrado na Figura 9C, o adaptador de disco 930 pode ser configurado para se inclinar, similar a um joystick. O adaptador de disco 930 pode ser adicional ou alternativamente configurado para ser lateralmente deslocado para o lado (ou seja, em plano) e/ou deslocado axialmente para cima ou para baixo, similar a um botão. Em ainda outras variações, o adaptador de disco 930 pode ser configurado para girar axialmente, como um volante. O adaptador de disco pode, por exemplo, indicar ações de controle relacionadas à direção (por exemplo, aumento do campo de visão da câmera), pode ser utilizado como embreagem de dedo para alternar entre os modos de controle e/ou pode ser utilizado como um botão para indicar a atuação de um atuador de extremidade (por exemplo, disparo de um instrumento) ou seleção de um item de interface gráfica de usuário, etc.

[0091] O formato e/ou o tamanho do adaptador de disco 930 podem variar para diferentes tipos (por exemplo, tamanho, formato, etc.) de mãos do usuário, preferências do usuário e/ou aplicações. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 9B, o adaptador de disco 930 pode incluir um disco circular plano sólido fixado com uma haste 932 ao elemento e/ou compartimento 920. Entretanto, deve-se compreender que o adaptador de disco 930 pode alternativamente incluir um disco não circular (por exemplo, elíptico ou poligonal), um anel, um disco mais bulboso ou outra fixação adequadamente conformada. Além disso, o comprimento da haste 932 e/ou o diâmetro ou a espessura do disco podem variar para diferentes usuários.

[0092] Uma outra variação de um dispositivo de interface de usuário pode incluir ou ser configurada para se acoplar a um adaptador de pinçamento. Por exemplo, o adaptador de pinçamento pode incluir um primeiro elemento pivotante configurado para interfacear com um primeiro dedo do usuário (por exemplo, um polegar) e um segundo elemento pivotante configurado para interfacear com um segundo dedo do usuário (por exemplo, um dedo indicador) de modo que a primeira e a segunda haste possam segurar e fazer com que o primeiro e o segundo elemento pivotante pincem juntos. O adaptador de pinçamento pode, por exemplo, ser utilizado para fornecer um controle com base mecânica do acionamento de garras ou outro atuador de extremidade com movimentos opostos. O primeiro elemento e/ou o segundo elemento podem incluir recursos de textura (por exemplo, nervuras, pontos em relevo padronizados) e/ou materiais friccionais (por exemplo, silicone ou outra borracha) de modo a reduzir o deslizamento dos dedos do usuário e do primeiro elemento e/ou do segundo elemento. Além disso, os elementos podem ser contornados para receber os dedos do usuário. Correias, anéis, ganchos e/ou outros acessórios adequados podem ser utilizados para acoplar de modo seguro os dedos do usuário aos elementos de pinçamento. Além disso, o comprimento, a largura, o contorno, o formato e o tamanho e/ou outras dimensões dos elementos e/ou acessórios podem variar para diferentes usuários.

Esterilidade e descartabilidade

[0093] Em algumas aplicações, como aplicações cirúrgicas ou outras aplicações médicas, pode ser importante manter a esterilidade do dispositivo de interface de usuário. Em algumas variações, um dispositivo portátil de interface de usuário pode incluir um elemento, um compartimento ao menos parcialmente disposto ao redor do elemento e um sistema de sensor de rastreamento conforme descrito acima, no qual ao menos uma porção do sistema de sensor de rastreamento é removível do elemento para possibilitar o descarte de ao menos um dentre o elemento e o compartimento. Em algumas variações, o elemento (e seus sensores e outros componentes eletrônicos associados) e/ou o compartimento podem ser produzidos a partir de materiais baratos que o tornam mais economicamente prático ou conveniente de descartar após cada uso em vez de re-esterilizar. Em uma outra variação, o elemento e o sistema de sensor de rastreamento podem ser removíveis do compartimento para possibilitar um descarte de ao menos uma porção do compartimento.

[0094] Conforme mostrado na Figura 14E, em algumas variações nas quais o elemento e o sistema de sensor de rastreamento são removíveis do compartimento, pode ser desejável facilitar uma conexão segura e facilmente reversível entre o elemento/sistema de sensor de rastreamento e o compartimento. Por exemplo, a comunicação de sinais eletrônicos para e a partir de circuitos eletrônicos no compartimento (por exemplo, para e a partir de sensores de rastreamento de compressão e/ou gestos, conforme descrito acima com referência às Figuras 14A a 14D) pode ser realizada através de uma placa de contato condutora em formato de alvo concêntrico (bulls-eyes) ou anelada 1412. A placa de contato 1412 pode estar disposta, por exemplo, em uma fenda em uma extremidade de um forro 1421 disposto na camada de compartimento interna 1422. A placa de contato condutora 1412 pode incluir anéis concêntricos de regiões condutoras para conectar contatos elétricos do elemento a contatos elétricos do compartimento. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 14D, o elemento 1450 pode incluir um ou mais pinos condutores (por exemplo, de ouro) 1452a a 1452c que são distanciados uns dos outros em diferentes distâncias radiais correspondentes aos anéis condutores concêntricos sobre a placa de contato 1412. Dessa forma, o alinhamento e o posicionamento do elemento 1450 no interior do forro 1421 automaticamente realiza o contato elétrico desejado entre os pinos 1452a a 1452c e as respectivas regiões condutoras sobre a placa de contato 1412. Por exemplo, o pino 1452a pode ser disposto genericamente no centro do elemento 1450, o pino 1452b pode ser disposto em uma distância radial moderada na direção oposta ao centro do elemento 1450 e o pino 1452c pode estar disposto em uma distância radial na direção mais oposta ao centro do elemento 1450.

[0095] Em algumas variações, os pinos 1452a a 1452c podem incluir ao menos um pino "aterrado" acoplado a um aterramento elétrico comum e um ou mais pinos de "sinal" para acoplar um ou mais sensores. Por exemplo, no sensor capacitivo 1430 descrito acima, a primeira superfície condutora 1432 disposta no forro 1421 pode ser uma superfície de aterramento que é acoplada condutivamente ao pino de terra através da placa de contato 1412. Adicionalmente, a segunda superfície condutora 1434 disposta na camada de compartimento interna 1422 pode ser uma superfície ativa que é acoplada condutivamente a um pino de sinal através da placa de contato 1412 para a obtenção de medições de capacitância. Deve-se compreender que quaisquer outros sensores, ao menos parcialmente dispostos no compartimento 1420, podem, adicional ou alternativamente, ser acoplados de modo comunicativo ao elemento 1450 através da placa de contato 1412.

[0096] Quando o elemento 1450 é inserido no forro 1421, os pinos 1452a, 1452b e 1452c podem ser de comprimento adequado de modo que suas extremidades distais entrem em contato com a região central 1412a, o anel central 1412b e o anel externo 1412c, respectivamente. Esse contato facilita, assim, a comunicação elétrica com o sensor capacitivo 1430 e/ou outros sensores de compartimento através da placa de contato 1412. A conexão elétrica segura pode ser obtida simplesmente mediante a fixação do elemento ao compartimento. Por exemplo, nessa variação, não há necessidade de adaptadores de conector ou travas separadas dedicadas a prender a conexão entre os pinos e a placa de contato. De simplicidade similar, a desconexão dos pinos 1452a a 1452c da placa de contato 1412 é obtida simplesmente através da remoção do elemento do compartimento. Consequentemente, essa disposição de conexão elétrica pode possibilitar a montagem e a desmontagem parcial mais fácil do elemento (e/ou do sistema de sensor de rastreamento) e do compartimento, como para esterilização ou descarte mais fácil e mais simples do compartimento. Entretanto, qualquer esquema de conexão adequado pode facilitar a comunicação de componentes eletrônicos no compartimento e no elemento, como fios, cabos de fita, trilhas condutoras, etc.

[0097] Além disso, qualquer adaptador, como um adaptador de rastreador óptico, um adaptador em formato de caneta stylus ou adaptador de disco, pode ser descartável. Um ou mais dentre o elemento, o compartimento e os adaptadores podem ser de uso único, o que significa que eles podem ser separados do sistema de sensor de rastreamento para descarte após um único uso. Um ou mais dentre o elemento, o compartimento e os adaptadores podem ser alternativamente de uso limitado, o que significa que eles podem ser separados do sistema de sensor de rastreamento para descarte após um número limitado de usos (por exemplo, após entre 5 a 10 usos). Alternativamente, todo o dispositivo de interface de usuário, incluindo o sistema de sensor de rastreamento, pode ser descartável.

[0098] Adicional ou alternativamente, em algumas variações, o dispositivo de interface de usuário pode ser coberto com um tecido cirúrgico estéril, como uma bolsa ou outra cobertura, que pode ser substituída entre os usos do dispositivo de interface de usuário a fim de manter a esterilidade.

[0099] A descrição anteriormente mencionada, para propósitos de explicação, usou uma nomenclatura específica para fornecer um entendimento completo da invenção. Entretanto, ficará evidente para o versado na técnica que detalhes específicos não são necessários a fim de se praticar a invenção. Dessa forma, as descrições anteriormente mencionadas de modalidades específicas da invenção são apresentadas para propósitos de ilustração e descrição. Elas não se destinam a ser exaustivas ou limitar a invenção às formas precisas reveladas; obviamente, muitas modificações e variações são possíveis em vista dos ensinamentos acima. As modalidades foram escolhidas e descritas a fim de explicar os princípios da invenção e suas aplicações práticas, permitindo assim que outros versados na técnica utilizem a invenção e várias modalidades com várias modificações, conforme são adequadas ao uso específico contemplado. Pretende-se que as reivindicações a seguir e seus equivalentes definam o escopo da invenção.

Claims

1. Dispositivo portátil de interface de usuário (100) para controlar um sistema robótico, o dispositivo de interface de usuário (100) caracterizado pelo fato de que compreende: um lúmen (110); um compartimento flexível (120) tendo uma parede interna de compartimento (123) e uma parede externa de compartimento (124) e é disposto pelo menos parcialmente ao redor do lúmen (110), em que o compartimento flexível (120) é configurado para ser empunhado na mão de um usuário; e pelo menos um sensor de proximidade (270) configurado para detectar o usuário comprimindo o compartimento flexível (120) por um sensor de deformação de uma parede interna do compartimento (122); e um sistema de sensor de rastreamento (240) configurado para detectar pelo menos uma dentre a posição e a orientação de pelo menos uma porção do dispositivo (100); em que pelo menos uma dentre a compressão detectada do compartimento flexível (120), a posição detectada da porção do dispositivo (100), e a orientação detectada da porção do dispositivo (100) está correlacionada com um controle do sistema robótico.

2. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de proximidade (270) compreende um sensor óptico.

3. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de proximidade (270) está disposto no lúmen (110).

4. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um elemento de flexão (272) configurado para defletir mediante a deformação do compartimento flexível (120), em que o sensor de proximidade (270) é configurado para detectar compressão por medição de uma alteração na distância entre o lúmen (110) e o elemento de flexão (272) mediante a deformação do compartimento flexível (120).

5. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a compressão é relacionada ao controle de um atuador de extremidade.

6. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a posição detectada ou a orientação detectada da porção do dispositivo (100) está relacionada ao controle de um braço robótico ou um atuador de extremidade.

7. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de proximidade (270) detecta a deformação da parede interna do compartimento (122) medindo uma mudança na distância entre o lúmen (110) e a parede interna do compartimento (122) do compartimento flexível (120).

8. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o compartimento flexível (120) compreende um volume interno preenchido com fluido.

9. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de sensor de rastreamento (240) compreende uma sonda eletromagnética disposta no lúmen (110).

10. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sensor capacitivo configurado para detectar a interação entre a mão do usuário e o compartimento flexível (120).

11. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sensor capacitivo (370) compreende uma pluralidade de regiões de sensor distintas configuradas para detectar gestos executados pela mão do usuário no compartimento flexível (120).

12. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sensor capacitivo (370) é configurado para detectar um desengate da mão do usuário do compartimento flexível (120).

13. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o lúmen (110) tem uma extremidade proximal e uma extremidade distal, sendo que pelo menos uma dentre a extremidade proximal e a extremidade distal compreende um recurso de engate (216a, 216b) configurado para se acoplar a um adaptador removível (630).

14. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção do sistema de sensor de rastreamento (240) é removível de pelo menos um dentre o lúmen (110) e o compartimento flexível (120), para possibilitar o descarte de pelo menos um dentre o lúmen (110) e o compartimento flexível (120).

15. Dispositivo portátil de interface de usuário (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o lúmen (110) e o sistema de sensor de rastreamento (240) são acoplados de forma removível dentro do compartimento flexível (120).