CN106028994B - 由机器人手臂的手动运动控制的手术安装平台的受限移动 - Google Patents

Abstract

机器人和/或手术设备、系统及方法包括运动联动装置结构和经配置促进系统的准备以供使用的关联控制系统。一个或多个运动联动装置子系统可包括被主动驱动、被动驱动或两者的混合驱动的关节并且可采用设定模式，在该设定模式下，响应于运动链的一个或多个其他关节的手动接合，关节中的一个或多个被主动驱动。在一个示例性实施例中，响应于操纵器中的一个的移动，主动驱动的关节将使支撑多个操纵器的平台结构移动，通过使这些多个操纵器作为一个单元移动至与工作空间对准，促进并加速了总体系统的布置。能够通过相对于平台而支撑操纵器的被动设定关节系统提供操纵器的手动独立定位。

Description

由机器人手臂的手动运动控制的手术安装平台的受限移动

相关申请的交叉参考

本申请涉及且要求由Griffiths等人提交于2014年2月20日且标题为“LIMITEDMOVEMENT OF A SURGICAL MOUNTING PLATFORM CONTROLLED BY MANUAL MOTION OFROBOTIC ARMS(由机器人手臂的手动运动控制的手术安装平台的受限移动)”的美国临时申请No.61/942,347的优先权，上述申请的全部内容以引用方式并入本文用于所有目的。

背景技术

微创医疗技术旨在减少在诊断或手术程序中受损的外围组织的量，进而缩短患者康复时间、减少不适和有害的副作用。微创手术的一个效果是，例如，减少术后住院康复时间。由于标准手术的平均住院时间一般远远长于类似微创手术的平均住院时间，因此增加微创技术的使用可以节省每年住院花费的数百万美元。虽然每年在美国进行的手术中的许多可能以微创方式执行，但由于微创手术器械的限制和掌握这些器械的附加手术培训，当前手术中的仅一部分使用这些有利的技术。

已经开发出微创机器人手术或遥控手术系统来提高外科医生的灵巧度和避免一些对于传统微创技术的限制。(遥控医疗设备，诸如手术系统有时被称作机器人手术系统，因为它们并入了机器人技术)。在远程手术中，外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构等)来操纵手术器械移动，而不是用手直接握住并移动器械。在远程手术系统中，可以在手术工作站为外科医生提供手术部位的图像。在观察显示器上的手术部位的二维或者三维图像的同时，外科医生通过操纵主控设备对患者进行手术程序，主控设备继而控制伺服机械操作器械的运动。

用于远程手术的伺服机构通常将接收来自两个主控制器(每个主控制器用于外科医生的每只手)的输入，并且可包括两个或更多个机器人手臂，每个机器人手臂上安装有手术器械。主控制器与关联机器人手臂和器械组件(assembly)之间的操作性通信通常通过控制系统实现。控制系统通常包括在例如力反馈等情况下，将输入命令从主控制器传送到关联机器人手臂和器械组件，并从器械和手臂组件返回传送到关联主控制器的至少一个处理器。机器人手术系统的一个示例是由美国加利福尼亚州森尼韦尔直观外科公司(IntuitiveSurgical，Inc.of Sunnyvale，California)出售的DA系统。

多种结构布置能够用于在机器人手术期间在手术部位处支撑手术器械。驱动联动装置或“从动装置”通常被称作机器人手术操纵器，并且在微创机器人手术期间用作机器人手术操纵器的示例性联动装置布置在美国专利No.7,594,912；No.6,758,843；No.6,246,200；和No.5,800,423中有所描述；上述专利的全文公开内容以引用方式并入本文。这些联动装置通常利用平行四边形的布置来保持具有轴的器械。这种操纵器结构能够约束器械的移动，使得器械围绕沿刚性轴的长度定位在空间中的远程操纵中心枢转。通过将远程操纵中心与内部手术部位的切入点对准(例如，在腹腔镜手术期间在腹壁处使用套管针或插管)，能够通过使用操纵器联动装置移动轴的近端，来安全地定位手术器械的末端执行器，无需相对腹壁施加潜在危险的力。替代的操纵器结构在例如美国专利No.7,763,015；No.6,702,805；No.6,676,669；No.5,855,583；No.5,808,665；No.5,445,166；和No.5,184,601中有所描述；上述专利的全文公开内容以引用方式并入本文。

多种结构布置也能够用于在机器人手术期间在手术部位处支撑和定位机器人手术操纵器和手术器械。支撑联动装置机构(例如，由可移动关节连接的两个或更多个单独连杆的串连运动链，等)，有时被称作设定(set-up)关节或设定关节臂，常常用于将每个操纵器定位在患者体内定位并将每个操纵器与各个切入点对准。单个联动装置可包括两个或更多个单独的部件(component)机械关节(或无限个，对于连续柔性结构而言)，但作为整体将被视为具有对应于单独部件关节的两个或更多个自由度的单个关节。支撑联动装置机构促进了手术操纵器与期望的手术切入点和目标解剖结构的对准。示例性支撑联动装置机构在美国专利No.6,246,200和No.6,788,018中有所描述，上述专利的全文公开内容以引用方式并入本文。

虽然已经证明新的远程手术系统和设备是高效且有利的，但仍然期望进一步的改进。一般来讲，期望改进的微创机器人手术系统。如果这些改进的技术提高机器人手术系统的效率使其使用更加方便，将是尤其有益的。例如，增加可操作性、提高操作室中的空间利用率、提供更快更容易的设置、抑制在使用期间在机器人设备之间发生冲撞、和/或降低这些新的手术系统的机械复杂度和尺寸将是尤其有益的。

发明内容

下面给出本发明一些实施例的简化概要以提供对本发明的基本理解。本概要并非对本发明的广泛概述。其目的不在于确定本发明的关键/至关重要的元素或描绘本发明的范围。其唯一的目的是以简单的形式提供本发明的一些实施例，以作为后面进行更详细说明的序言。

本发明大体提供改进的机器人和/或手术设备、系统和方法。本文所述的运动联动装置结构和关联控制系统尤其有利于帮助系统使用者布置准备使用的机器人结构，包括准备对特定患者进行手术程序。本文所述的示例性机器人手术系统可具有一个或多个运动联动装置子系统，所述一个或多个运动联动装置子系统经配置帮助将操纵器结构与手术工作部位对准。这些设定系统的关节可以被主动驱动、被动驱动(使得在操纵器用于治疗的同时，它们被手动接合并且然后锁定到期望的构造)或两者混合驱动。本文所述的机器人系统的实施例可以采用设定模式，在该设定模式下，响应于运动链的一个或多个其他关节的手动接合，一个或多个关节被主动驱动。在许多实施例中，响应于这些操纵器中的一个的手动移动，主动驱动的关节将使支撑多个操纵器的平台结构移动，通过使这些多个操纵器作为一个单元移动至初始定向和/或与工作空间位置对准，而促进并加速了总体系统的布置。能够任选地通过相对于平台支撑操纵器中的一个、一些、或全部的被动设定关节系统，提供操纵器移动和由平台支撑的操纵器中的一个、一些、或全部的独立定位的输入。任选地，设置于操纵器和平台之间的设定关节联动装置的手动移动能够导致平台的移动，其中平台(以及由其支撑的其他操纵器)以类似于通过牵马鼻子来驱使马的运动的方式来跟随操纵器的手动移动。

因此，在第一方面，提供一种用于准备机器人手术的方法。该方法包括：感测第一机器人操纵器的第一连杆从相对于定向平台的初始位置到相对于定向平台的移位位置的输入位移；响应于输入位移而计算设定结构联动装置的移动，使得第一操纵器的第一连杆朝向初始位置返回；以及根据所计算的移动驱动设定结构联动装置。输入位移可产生自支撑第一操纵器的设定关节联动装置的手动接合，使得第一连杆朝向与手术部位期望地对准移动。设定结构联动装置可支撑定向平台，并且定向平台可以通过设定关节联动装置和第二操纵器支撑第一操纵器。

在准备机器人手术的方法的许多实施例中，方法能够包括在输入位移期间保持第一操纵器的固定姿势，使得第一操纵器作为基本上实心的主体移动。在该实施例中，在用户手动移动第一连杆朝向与手术部位期望地对准的同时，设定结构可以被驱动。

在准备机器人手术的方法的附加实施例中，第一连杆在手动移动之前可具有相对于定向平台的优选位置关系。设定结构联动装置的所计算的移动可以然后使定向平台移动，从而在手动移动期间朝向优选位置关系返回。优选位置关系可用于帮助保持第一操纵器相对于定向平台的期望运动范围。

在准备机器人手术的方法的进一步实施例中，设定结构联动装置的移动可以使用第一连杆在输入位移期间相对于定向平台的速度来计算。设定结构联动装置的驱动可以使该速度减小。方法还可以包括当速度超过饱和阈值时，使第一连杆相对于定向平台的速度减小该饱和阈值。在其他示例性实施例中，当第一连杆相对于定向平台的速度使得设定结构朝向不期望的运动极限配置移动时，所计算的移动可以弹性地迫使设定结构离开一种配置。在其他实施例中，设定结构的驱动可以发生在平台移动模式下。当设定联动装置结构接近或到达不期望的运动极限配置时，可以进入该模式。

在许多实施例中，准备机器人手术的方法可包括耦接到操纵器中的每个的器械夹持器。操纵器可经配置支撑相对于操纵器基部安装到器械夹持器的关联手术器械。操纵器还可经配置沿插入轴线通过关联远程操纵中心(RC)将关联手术器械插入患者体内。另外，操纵器可经配置围绕与关联RC相交的一个或多个轴线旋转器械夹持器。这些轴线也可以横向于插入轴线。例如，第一和第二操纵器轴线可与关联RC相交，并且各自可横向于插入轴线。另外，第二操纵器轴线可以横向于第一操纵器轴线。

在许多实施例中，设定结构联动装置可包括安装基部、柱、构件、和可延伸吊杆。柱可以与安装基部可滑动地耦接。另外，柱可以选择性地沿竖直定向的第一支撑轴线相对于安装基部定位。构件可以是通过肩部关节旋转地耦接到柱的吊杆基部构件。构件可以选择性地围绕竖直定向的第二支撑轴线相对于柱定向。可延伸吊杆可以与构件可滑动地耦接，以便选择性地沿水平定向的第三支撑轴线相对于构件对可延伸吊杆进行定位。定向平台可以旋转地耦接到可延伸吊杆构件。在一些实施例中，第一连杆为器械夹持器或相邻于器械夹持器。所计算的移动可包括设定结构联动装置的多个关节的移动，并且根据所计算的移动可以驱动该多个关节，使得第一操纵器被良好地调整。在其他示例性实施例中，手动移动可以使第一操纵器的关联第一RC与手术部位的期望第一RC对准。设定结构联动装置的驱动运动可以使第二操纵器的关联RC朝向手术部位的第二期望RC移动。

在另外的实施例中，准备机器人手术的方法可包括带有定向平台移动输入装置的操纵器相邻于第一连杆安装。移动输入装置可以在正常情况下处于第一状态，并且可以被手动启动至第二状态。当移动输入装置处于第一状态时，响应于第一连杆的移动，定向平台可以不移动。另外，准备机器人手术的方法可包括在手动移动之后将插管安装于第一操纵器。插管可对由第一操纵器支撑的手术器械提供到内部手术部位的进入。该示例性实施例还可包括响应于插管的安装而抑制定向平台的移动。响应于移动输入装置处于第一状态或者响应于插管安装于第一操纵器，该示例性方法可以使用关节制动装置来抑制沿设定结构联动装置的关节的移动。

在第二方面，提供准备机器人手术的另一种方法。该方法包括：手动地移动第一操纵器，使得操纵器的第一连杆朝向与手术部位期望地对准移动；感测第一连杆的从相对于平台的初始位置到相对于平台的移位位置的输入位移；响应于输入位移而计算联动装置的移动；根据所计算的移动驱动联动装置，使得平台跟随第一连杆；以及通过驱动第一操纵器和第二操纵器，治疗在手术部位处的组织。所计算的移动可以是这样的，使得第一操纵器的第一连杆朝向相对于平台的初始位置关系返回。联动装置可以支撑平台并且平台可以支撑第一操纵器和第二操纵器。

在另一方面，提供了一种用于机器人手术的系统。该机器人手术系统包括支撑操纵器基部的平台、支撑平台的支撑结构和将操纵器耦接到支撑结构的处理器。由平台支撑的第一和第二机器人操纵器可以具有包括第一连杆的操纵器联动装置和耦接到操纵器联动装置以在手术期间驱动第一连杆的驱动系统。支撑结构可以包括支撑联动装置，所述支撑联动装置包括基部和耦接到支撑联动装置以相对于支撑结构基部驱动平台的驱动系统。处理器可以具有平台移动模式，响应于第一操纵器的第一连杆相对于平台的手动移动，该平台移动模式计算设定命令。处理器可然后将平台命令发送到支撑结构以移动平台和操纵器。

在用于机器人手术的系统的许多示例性实施例中，处理器包括非暂时性机器可读代码，其包含用于确定第一操纵器的第一连杆从相对于平台的第一位置到相对于平台的第二位置的输入位移的指令。输入位移可以归因于第一连杆的手动移动。非暂时性机器可读代码还可包含用于计算移动命令的指令，以便使用输入位移实现支撑结构的期望移动，使得在手动移动第一连杆的同时，定向平台移动。

在其他示例性实施例中，系统还包括设置在平台和第一操纵器之间的可手动接合(articulatable)的联动装置。处理器在平台移动模式下可允许可手动接合的联动装置的手动接合，并且可以抑制第一操纵器的接合。处理器可以驱动支撑结构，使得在第一连杆的手动移动期间，操纵器作为基本上实心的主体移动并且平台跟随第一连杆。

在另外的实施例中，处理器可经配置使用第一连杆相对于定向平台的速度来计算联动装置的移动，使得设定结构的联动装置的驱动减小相对速度。当第一连杆相对于定向平台的速度超过饱和阈值时，处理器还可经配置计算移动命令，使得第一连杆相对于定向平台的速度减小饱和速度。在另外的实施例中，当第一连杆相对于定向平台的速度使得设定结构朝向位于操纵器和定向平台之间的设定关节联动装置的不期望的运动极限配置移动时，处理器可经配置计算移动命令，使得弹性地迫使设定结构的移动远离一种配置。响应于设定联动装置结构接近或到达该不期望的配置，可以进入平台移动模式。

在许多实施例中，系统可包括耦接到操纵器中的每个的器械夹持器。操纵器可经配置支撑相对于操纵器基部安装至器械夹持器的关联手术器械。操纵器还可经配置沿插入轴线通过关联远程操纵中心(RC)将关联手术器械插入患者体内。另外，操纵器可经配置围绕与关联RC相交的一个或多个轴线旋转器械夹持器。这些轴线也可以横向于插入轴线。例如，第一和第二操纵器轴线可以与关联RC相交，并且各自可横向于插入轴线。此外，第二操纵器轴线可以横向于第一操纵器轴线。

在系统的许多实施例中，设定结构联动装置可包括安装基部、柱、构件、和可延伸吊杆。柱可以与安装基部可滑动地耦接。另外，柱可以选择性地沿竖直定向的第一支撑轴线相对于安装基部定位。构件可以是通过肩部关节旋转地耦接到柱的吊杆基部构件。构件可以选择性地围绕竖直定向的第二支撑轴线相对于柱定向。可延伸吊杆可以与构件可滑动地耦接，以便沿水平定向的第三支撑轴线相对于构件对可延伸吊杆进行选择性地定位。定向平台可以旋转地耦接到可延伸吊杆构件。在一些实施例中，第一连杆为器械夹持器或相邻于器械夹持器。所计算的移动可包括设定结构联动装置的多个关节的运动，并且可以根据所计算的移动驱动该多个结构，使得第一操纵器的第一连杆具有相对于操纵器基部的优选位置关系。

在另外的示例性实施例中，系统的第一操纵器可包括安装于其上或与之相邻地安装的定向平台移动输入装置。该移动输入装置在正常情况下可处于第一状态，并且可以被手动启动至第二状态。当移动输入装置处于第一状态时，处理器经配置响应于第一连杆的移动抑制定向平台的移动。系统还可包括安装到第一操纵器的插管，并且处理器可经配置抑制定向平台在插管安装期间的移动。在许多示例性实施例中，支撑结构联动装置可包括多个关节。响应于移动输入装置处于第一状态或者响应于插管安装到第一操纵器，处理器可经配置通过关联关节制动装置抑制沿设定结构联动装置的每个关节的移动。

在一些实施例中，提供了用于定位遥控操纵器或用于手术或其他医疗程序的其他医疗设备系统部件的方法。该方法可包括感测第一机器人操纵器的第一连杆从相对于定向平台的初始位置关系到相对于定向平台的移位位置关系的输入位移。该输入位移可产生自支撑第一操纵器的设定关节联动装置的手动接合。输入位移可包括沿第一方向的第一位移、沿第二方向的第二位移、和沿第三方向的第三位移。该第一方向、第二方向、和第三方向可以彼此垂直。方法还可包括响应于输入位移而计算设定结构联动装置的移动，使得第一操纵器的第一连杆沿着相对于定向平台的第一方向朝向初始位置关系返回。所计算的移动可以忽略沿第三方向的位移。设定结构联动装置可以支撑定向平台，并且定向平台可以通过设定关节联动装置和第二操纵器支撑第一操纵器。方法还可包括根据沿第一方向的所计算的移动驱动设定结构联动装置。

在一些实施例中，设定结构联动装置可以仅沿第一方向被驱动，而不沿第二方向或第三方向，即使当沿第二方向和第三方向的移位在设定结构的运动范围内时。第一方向可以是竖直的z方向。任选地，驱动可以驱动平移柱构件来调整定向平台的高度。在一些实施例中，平移柱构件可经编程具有平移上限。方法可包括当平移柱构件到达平移上限时，停止平移柱构件的驱动。

在一些实施方式中，设定结构的驱动发生在平台移动模式下。响应于设定联动装置结构达到设定联动装置结构的运动范围极限阈值，可以进入平台移动模式。响应于设定联动装置结构保持在运动范围极限阈值内达预定的持续时间，可以进入平台移动模式。该预定的持续时间可以介于3至5秒。任选地，当设定联动装置结构达到运动范围极限阈值时并在进入平台移动模式之前，可以提供音频或视频警报。该音频或视频警报可经配置指示设定关节停留在运动范围阈值内的时间，以便提供关于系统将在何时进入定向平台移动模式的信息。例如，警报可以是在设定关节停留在运动范围阈值之内的每秒内的不连续的蜂鸣声。

在一些实施例中，提供了用于遥控手术的系统。该系统可包括支撑操纵器基部的平台和由平台支撑的第一和第二机器人操纵器。每个操纵器可具有包括第一连杆的操纵器联动装置，和可操作地耦接到操纵器联动装置以便在手术期间驱动第一连杆的驱动系统。系统还可包括支撑平台的支撑结构。支撑结构可包括具有基部的支撑联动装置，和可操作地耦接到支撑联动装置以便相对于支撑结构基部来驱动平台的驱动系统。处理器可将操纵器耦接到支撑结构。处理器可具有平台移动模式。当处于平台移动模式时，处理器可经配置响应于第一操纵器的第一连杆相对于平台的手动移动而计算设定命令。处理器还可经配置将平台移动命令发送到支撑结构，以便移动平台和操纵器。在一些实施例中，第一连杆的手动移动包括沿第一方向的第一位移、沿第二方向的第二位移、和沿第三方向的第三位移。第一方向、第二方向、和第三方向彼此垂直。所计算的设定命令可以忽略沿第三方向的第三位移。

在一些实施方式中，平台移动命令可经配置使支撑结构仅沿第一方向移动，甚至当沿第二方向和沿第三方向的位移在设定结构的运动范围之内时。第一方向可以是竖直的z方向。在一些实施例中，支撑结构可包括平移柱构件，并且平台移动命令可经配置驱动平移柱构件以调整定向平台的高度。在一些实施例中，平移柱构件可经编程具有平移上限。处于平台移动模式的处理器还可经配置避免驱动平移柱构件超过平移上限。

在一些实施例中，响应于位于操纵器和平台之间的设定关节联动装置达到运动范围极限阈值，处理器可以进入平台移动模式。任选地，响应于设定关节联动装置保持在运动范围极限阈值内达预定的持续时间，处理器可以进入平台移动模式。预定的持续时间可介于3至5秒。处理器还可经配置当设定关节联动装置达到运动范围极限阈值时且在进入平台移动模式之前，提供音频或视频警报。该音频或视频警报可经配置指示设定关节停留在运动范围阈值内的时间，以便提供关于处理器将在何时进入定向平台移动模式的信息。警报可以是在设定关节停留在运动范围阈值之内的每秒内的不连续的蜂鸣声。

在一些实施例中，提供了一种准备远程手术的方法。该方法可包括感测第一机器人操纵器的第一连杆从相对于定向平台的初始位置关系到相对于定向平台的竖直移位位置关系的输入位移。输入位移可以归因于支撑第一操纵器的设定关节联动装置的手动接合。输入位移可以包括沿竖直方向的竖直位移、沿第二方向的第二位移、和沿第三方向的第三位移。该竖直方向、第二方向、和第三方向可以彼此垂直。方法还可包括响应于输入位移计算设定结构联动装置的移动，使得第一操纵器的第一连杆沿着相对于定位平台的竖直方向朝向初始位置关系返回。所计算的移动可以忽略沿第二方向和第三方向的位移。设定结构联动装置支撑定向平台，并且定向平台通过设定关节联动装置和第二操纵器支撑第一操纵器。方法还可包括根据仅沿竖直方向的所计算的移动，驱动设定结构联动装置。

为了更全面地理解本发明的本质和优势，应参考随后的详细说明和附图。本发明的其他方面、目标和优势将从下面的附图和详细说明变得显而易见。

附图说明

图1为根据许多实施例的用于执行手术的微创机器人手术系统的平面图。

图2为根据许多实施例的用于机器人手术系统的外科医生控制台的透视图。

图3为根据许多实施例的机器人手术系统电子手推车的透视图。

图4图解地示出根据许多实施例的机器人手术系统。

图5A为根据许多实施例的机器人手术系统的患者侧手推车(手术机器人)的局部视图。

图5B为根据许多实施例的机器人手术工具的前视图。

图6为根据许多实施例的机器人手术系统的透视示意图。

图7为根据许多实施例的另一个机器人手术系统的透视示意图。

图8示出根据许多实施例的符合图7的示意图的机器人手术系统。

图9示出设定联动装置相对于图8的机器人手术系统的定向平台的旋转定向极限。

图10示出根据许多实施例的与用于机器人手术系统的吊杆组件的旋转极限相关联的重心示意图。

图11为示意性示出准备机器人手术系统以进行手术的方法的流程图，其中通过响应于由定向平台支撑的多个机器人操纵器手臂中的一个的连杆的运动来驱动定向平台而进行该方法。

图12为由安装手推车的设定支撑结构所支撑的定向平台的移动的透视示意图，以便提供多个操纵器手臂与关联的手术进入部位的期望对准。

图12A和图12B为示出用作定向平台驱动系统的部件的控制器的框图，并且具体示出示例性的处理器软件系统布置。

图12C和图12D为示出关联坐标系和自由度的定向平台的示意图；和由天花板支架设定支撑结构支撑的定向平台的透视表示，以便提供单个操纵器手臂与关联的手术进入部位的期望对准。

图13示意性地示出简化的四关节平面被动/主动机器人运动系统，其中响应于被动关节的偏转而驱动主动关节。

图14示意性地示出用于描述期望关节控制的运动分析的简化的三连杆平面关节系统。

图15图解地示出简化的平面运动系统通过其零空间的运动，以便展示响应于这些关节中的一个或多个的手动接合而支撑可手动接合关节系统的设定结构的驱动运动。

具体实施方式

下面的说明将对本发明的各种实施例进行描述。出于解释的目的，阐述具体的配置和细节以提供对实施例的透彻理解。然而，同样对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也能实践本发明。此外，为了不使所述的实施例难以理解，可以省略或简化众所周知的特征。

本文所述的运动联动装置结构和控制系统尤其有益于帮助系统用户在特定患者身上布置程序(procedure)的机器人结构。伴随着在治疗期间用于与组织发生作用的主动驱动操纵器等，机器人手术系统可具有一个或多个运动联动系统，一个或多个运动联动系统经配置支撑并帮助操纵器结构与手术工作部位对准。这些设定系统可以被主动驱动或被动的，使得在操纵器用于治疗的同时，这些设定系统是手动接合且然后锁定至期望配置。被动的设定运动系统可具有尺寸、重量、复杂度、和成本方面的优势。不幸的是，多个操纵器可用于治疗每个患者的组织，操纵器可各自独立地获益于准确的定位，以使得由该器械支撑的器械具有遍布整个工作空间的期望运动，并且相邻操纵器的相对位置的微小变化可以对操纵器之间的相互作用有显著的影响(其中不适定位的操纵器可能会碰撞或者具有它们的运动范围和/或简易性显著降低)。因此，在准备手术时快速布置机器人系统的挑战可以是显著的。

一种方法是将多个操纵器安装至单个个平台，其中操纵器支撑平台有时被称作定向平台。定向平台能够由主动驱动的支撑联动装置(在本文中有时被称作设定结构，并且一般具有设定结构联动装置等)来支撑。该系统还可使用某种类型的操纵杆或按钮组来提供并控制支撑定向平台的机器人设定结构的机动轴，其中一些类型的操纵杆或按钮组将允许用户按需以独立方式主动地驱动那些轴。该方法虽然在一些情况下有用，但有一些缺点。首先，不是很熟悉机器人学、运动学、运动范围极限和操纵器之间的碰撞的用户可能难以知道将定向平台定位在哪里来实现良好的设定。其次，系统内任何被动关节的存在意味着设备的定位涉及手动调整(用手移动被动的自由度)和控制主动自由度的组合，这是困难且耗时的重复性活动。

为维持机器人操纵器的手动和主动驱动定位两者的优势，本文所述的机器人系统的实施例可以采用设定模式，在该设定模式下，响应于运动链的一个或多个其他关节的手动接合，一个或多个关节被主动驱动。在许多实施例中，主动驱动的关节将使支撑多个操纵器的平台支撑联动装置结构移动，通过将这些操纵器作为一个单元移动至与工作空间的初始定向对准和/或位置对准，显著地促进了总体系统的布置。由平台支撑的操纵器中的一个、一些或全部的独立定位能够任选地通过相对于平台支撑这些操纵器中的一个、一些或全部的被动设定关节系统提供。

微创机器人手术

现在参照附图，其中在所有附图中，类似的参考标号表示类似的部件，图1为微创机器人手术(MIRS)系统10的平面示意图，该系统通常用于对躺在手术台14上的患者12执行微创诊断或手术程序。系统能够包括外科医生控制台16，其在程序期间供外科医生18使用。一个或多个助理20也可参与到程序中。MIRS系统10还能够包括患者侧手推车22(手术机器人)和电子手推车24。在外科医生18经控制台16观察手术部位的同时，患者侧手推车22能够通过患者12体内的微创切口操纵至少一个可移除耦接的工具组件26(在下文中被简称为“工具”)。手术部位的图像能够通过内窥镜28(诸如立体内窥镜)获取，该内窥镜能够被患者侧手推车22操纵以对内窥镜28定向。电子手推车24能够用于处理手术部位的图像，以便随后通过外科医生控制台16向外科医生18显示。一次使用的手术工具26的数量一般将取决于诊断或手术程序以及手术室内的空间约束以及其他因素。如果必须改变在程序期间使用的工具26中的一个或多个，助理20可从患者侧手推车22移除工具26，并且替换为手术室内托盘30中的另一个工具26。

图2为外科医生控制台16的透视图。外科医生控制台16包括左眼显示器32和右眼显示器34，它们用于为外科医生18呈现允许深度知觉的手术部位经协调的立体图像。控制台16进一步包括一个或多个输入控制设备36，该输入控制设备36进而引起患者侧手推车22(如图1所示)操纵一个或多个工具。输入控制设备36能够提供与其关联的工具26(如图1所示)相同的自由度，从而向外科医生提供远程呈现或输入控制设备36与工具26是一体的感知，以便外科医生具有直接控制工具26的强烈感觉。为了该目的，可以使用位置、力和触觉反馈传感器(未示出)，从而通过输入控制设备36将来自工具26的位置、力和触觉感觉传回外科医生的双手。

外科医生控制台16通常与患者处于同一房间，以便外科医生可直接监控程序，必要时外科医生可以实体现身，以及与助理直接说话，而非通过电话或其他通信媒介。然而，应理解，外科医生能够位于不同的房间、完全不同的建筑物、或者其他远离患者的位置，因而允许远程手术程序。

图3为电子手推车24的透视图。电子手推车24能够与内窥镜28耦接，并且能够包括处理器，从而处理捕捉的图像，以便随后显示给诸如在外科医生控制台上外科医生或在本地和/或远程的任何其他适当的显示器上显示。例如，当使用立体内窥镜时，电子手推车24能够处理捕捉的图像，从而为外科医生呈现手术部位的经协调的立体图像。该协调可包括相对图像之间的对准，并且包括调节立体内窥镜的立体工作距离。作为另外一个例子，图像处理可包括使用预定相机校准参数，从而补偿图像捕捉设备的成像误差，例如光学象差。

图4示意性图解机器人手术系统50(诸如图1中的MIRS系统10)。如上所述，外科医生控制台52(诸如图1中的外科医生控制台16)能够由外科医生使用，从而在微创程序中控制患者侧手推车(手术机器人)54(诸如图1中的患者侧手推车22)。患者侧手推车54能够使用成像设备，诸如立体内窥镜，从而捕捉程序部位的图像，并且向电子手推车56(诸如图1中的电子手推车24)输出捕捉的图像。如上所述，电子手推车56能够在任何随后的显示之前以各种方式处理所捕捉的图像。例如，电子手推车56能够在经由外科医生控制台52为外科医生显示组合的图像之前，通过虚拟控制界面叠加捕捉的图像。例如，患者侧手推车54能够向处理器58输出所捕获的图像，该处理器可用于处理所捕捉的图像。也能够由电子手推车56和处理器58的组合处理图像，两者能够耦接在一起从而共同、依次和/或两者结合地处理所捕捉的图像。一个或多个单独的显示器60也能够与处理器58和/或电子手推车56耦接，用于本地和/或远程显示图像，诸如手术部位的图像或者其他相关图像。

处理器58通常将包括软件和硬件的组合，其中软件包括包含用于执行本文所述控制功能的方法步骤的计算机可读代码指令的有形介质。硬件通常包括一个或多个数据处理板，它们可以共处一地，但通常将具有分布在本文所述机器人结构中的部件。软件通常将包括非易失性介质，并且还可包括单片机代码，但更典型地包括许多子程序，子程序任选的在多种分布式数据处理体系结构中的任一个中运行。

图5A和图5B分别示出患者侧手推车22和手术工具62。手术工具62为手术工具26的例子。示出的患者侧手推车22提供用于操纵三个手术工具26和成像设备28，诸如用于捕捉手术部位图像的立体内窥镜。由具有许多机器人关节的机器人机构提供操纵。能够通过患者身体上的切口来定位和操纵成像设备28和手术工具26，以便运动学远程中心(kinematicremote center)被保持在切口处，从而最小化切口大小。当手术工具26位于成像设备28的视野中时，手术部位的图像能够包括手术工具26的远端的图像。

通过微创进入孔(诸如切口、自然孔口、经皮渗透等)插入管状插管64，从而将手术工具26插入患者体内。插管64安装于机器人操纵器手臂，并且手术工具26的轴穿过插管管腔。操纵器手臂可以发送指示插管已被安装在其上的信号。

机器人手术系统和模块化操纵器支撑件

图6为根据许多实施例的机器人手术系统70的透视示意图。手术系统70包括安装基部72、支撑联动装置74、定向平台76、多个外部设定联动装置78(示出两个)、多个内部设定联动装置80(示出两个)、和多个手术器械操纵器82。操纵器82中的每个可操作以选择性地接合安装至操纵器82的手术器械，并且可沿插入轴线插入患者体内。操纵器82中的每个附接至设定联动装置78、80中的一个并且由设定联动装置78、80中的一个支撑。外部设定联动装置78中的每个旋转地耦接到定向平台76并且由定向平台76通过第一设定联动关节84支撑。内部设定联动装置80中的每个固定地附接到定向平台76并且由定向平台76支撑。定向平台76旋转地耦接到支撑联动装置74并且由支撑联动装置74支撑。另外，支撑联动装置74固定地附接到安装基部72并且由安装基部72支撑。

在许多实施例中，安装基部72是可移动的且由地板支撑，从而使得能够(例如在手术室内)选择性地重定位总体手术系统70。安装基部72能够包括可转向的轮组件和/或提供选择性地重定位安装基部72和选择性地阻止安装基部72从选定位置移动的任何其他合适的支撑特征结构。安装基部72还能够具有其他合适的配置，例如，天花板支座、固定地板/基架支座、墙壁支座、或经配置用于由任何其他合适的安装表面支撑的界面。

支撑联动装置74可操作以相对于安装基部72对定向平台76选择性地定位和/或定向。支撑联动装置74包括柱基86、可平移柱构件88、肩部关节90、吊杆基部构件92、吊杆第一级构件94、吊杆第二级构件96、和腕关节98。柱基86固定地附接到安装基部72。可平移柱构件88滑动地耦接到柱基86以便相对于柱基86平移。在许多实施例中，可平移柱构件88相对于柱基86沿竖直定向的轴线平移。吊杆基部构件92通过肩部关节90旋转地耦接到可平移柱构件88。肩部关节90可操作以相对于可平移柱构件88在水平平面中对吊杆基部构件92选择性地定向，可平移柱构件88具有相对于柱基86和安装基部72的固定角定向。吊杆第一级构件94选择性地可沿水平方向相对于吊杆基部构件92平移，在许多实施例中，水平方向与吊杆基部构件92和吊杆第一级构件94二者对准。类似地，吊杆第二级构件96选择性地可沿水平方向相对于吊杆第一级构件94平移，在许多实施例中，水平方向与吊杆第一级构件94和吊杆第二级构件96对准。因此，支撑联动装置74可操作以选择性地设置肩部关节90与吊杆第二级构件96的远端之间的距离。腕关节98将吊杆第二级构件96的远端旋转地耦接到定向平台76。腕关节98可操作以选择性地设置定向平台76相对于安装基部72的角定向。

设定联动装置78、80中的每个可操作以选择性地相对于定向平台76对关联操纵器82进行定位和/或定向。设定联动装置78、80中的每个均包括设定联动装置基部连杆100、设定联动装置延伸连杆102、设定联动装置平行四边形联动部分104、设定联动装置竖直连杆106、第二设定联动装置关节108、以及操纵器支撑连杆110。外部设定联动装置78的设定联动装置基部连杆100中的每个能够选择性地经由第一设定联动装置关节84的操作而相对于定向平台76定向。在所示实施例中，内部设定联动装置80的设定联动装置基部连杆100中的每个固定地附接到定向平台76。内部设定联动装置80中的每个也能够类似于外部设定联动装置经由另外的第一设定联动装置关节84旋转地附接到定向平台76。设定联动装置延伸连杆102中的每个可沿水平方向相对于关联设定联动装置基部连杆100平移，在许多实施例中，水平方向与关联设定联动装置基部连杆和设定联动装置延伸连杆102对准。设定联动装置平行四边形联动部分104中的每个经配置并且可操作以在保持设定联动装置竖直连杆106竖直定向的同时，选择性地沿竖直方向平移设定联动装置竖直连杆106。在示例实施例中，设定联动装置平行四边形联动部分104中的每个包括第一平行四边形关节112、耦接连杆114、和第二平行四边形关节116。第一平行四边形关节112将耦接连杆114旋转地耦接到设定联动装置延伸连杆102。第二平行四边形关节116将设定联动装置竖直连杆106旋转地耦接到耦接连杆114。第一平行四边形关节112旋转地绑定到第二平行四边形关节116，使得通过设定联动装置竖直连杆106相对于耦接连杆114的抵消旋转，匹配耦接连杆114相对于设定联动装置延伸连杆102的旋转，从而在设定联动装置竖直连杆106选择性地竖直平移的同时，保持设定联动装置竖直连杆106竖直定向。第二设定联动装置关节108可操作以选择性地相对于设定联动装置竖直连杆106对操纵器支撑连杆110定向，从而选择性地相对于设定联动装置竖直连杆106对关联的附接操纵器82定向。

图7为根据许多实施例的机器人手术系统120的透视示意图。由于手术系统120包括与图6手术系统70的部件类似的部件，因此对类似部件使用相同的参考标号，并且上面阐述的类似部件的对应说明适用于手术系统120，为避免重复在此省略。手术系统120包括安装基部72、支撑联动装置122、定向平台124、多个设定联动装置126(示出四个)、和多个手术器械操纵器82。操纵器82中的每个可操作以选择性地接合安装到操纵器82的手术器械，并且可沿插入轴线插入患者体内。操纵器82中的每个附接到设定联动装置126中的一个并且由设定联动装置126中的一个支撑。设定联动装置126中的每个旋转地耦接到定向平台124且由定向平台124通过第一设定联动装置关节84支撑。定向平台124旋转地耦接到支撑联动装置122并且由支撑联动装置122支撑。另外，支撑联动装置122固定地附接到安装基部72并且由安装基部72支撑。

支撑联动装置122可操作以选择性地相对于安装基部72对定向平台124进行定位和/或定向。支撑联动装置122包括柱基86、可平移柱构件88、肩部关节90、吊杆基部构件92、吊杆第一级构件94和腕关节98。支撑联动装置122可操作以选择性地设置肩部关节90与吊杆第一级构件94的远端之间的距离。腕关节98将吊杆第一级构件94的远端旋转地耦接到定向平台124。腕关节98可操作以选择性地设置定向平台124相对于安装基部72的角定向。

设定联动装置126中的每个可操作以选择性地相对于定向平台124对关联操纵器82进行定位和/或定向。设定联动装置126中的每个包括设定联动装置基部连杆100、设定联动装置延伸连杆102、设定联动装置竖直连杆106、第二设定联动装置关节108、旋风机构支撑连杆128、和旋风机构130。设定联动装置126的设定联动装置基部连杆100中的每个能够选择性地经由关联的第一设定联动装置关节84的操作而相对于定向平台124定向。设定联动装置竖直连杆106中的每个选择性地可在竖直方向相对于关联的设定联动装置延伸连杆102平移。第二设定联动装置关节108可操作以选择性地相对于设定联动装置竖直连杆106对旋风机构支撑连杆128进行定向。

旋风机构130中的每个包括旋风关节132、耦接连杆134、和操纵器支撑件136。耦接连杆134将操纵器支撑件136固定地耦接到旋风关节132。旋风关节130可操作以相对于旋风机构支撑连杆128围绕旋风轴线136来旋转操纵器支撑件136。旋风机构128经配置对操纵器支撑件134进行定位和定向，使得操纵器82的远程操纵中心(RC)与旋风轴线136相交。因此，旋风关节132的操作能够用于相对于患者对关联操纵器82重定向，而不需要相对于患者移动关联远程操纵中心(RC)。

图8为符合图7的机器人手术系统120的示意图的根据许多实施例的机器人手术系统140的简化表示。由于手术系统140符合图7的机器人手术系统120，因此对类似部件使用相同的参考标号，并且上文阐述的类似部件的对应描述适用于手术系统140，为避免重复在此省略。

支撑联动装置122经配置经由沿着多个设定结构轴的支撑联动装置122的连杆之间的相对移动，相对于安装基底72对定向平台124进行选择性地定位和定向。可平移柱构件88可沿第一设定结构(SUS)轴线142相对于柱基86选择性地重新定位，在许多实施例中，第一设定结构轴线142是竖直定向的。肩部关节90可操作以相对于可平移柱构件88围绕第二SUS轴线144对吊杆基部构件92选择性地进行定向，在许多实施例中，第二SUS轴线144是竖直定向的。吊杆第一级构件94选择性地可沿第三SUS轴线146相对于吊杆基部构件92重新定位，在许多实施例中，第三SUS轴线146是水平定向的。此外，腕关节98可操作以选择性地相对于吊杆第一级构件94围绕第四SUS轴线148对定向平台124进行定位，在许多实施例中，第四SUS轴线148是竖直定向的。

设定联动装置126中的每个经配置经由沿着多个设定关节(SUJ)轴线的设定联动装置126的连杆之间的相对运动，相对于定向平台124对关联操纵器82进行选择性地定位和定向。第一设定联动装置关节84中的每个可操作以相对于定向平台124围绕第一SUJ轴线150对关联设定联动装置基部连杆100进行选择性地定向，在许多实施例中，第一SUJ轴线150是竖直定向的。设定联动装置延伸连杆102中的每个能够沿第二SUJ轴线152相对于关联的设定联动装置基部连杆10选择性地重新定位，在许多实施例中，第二SUJ轴线152是水平定向的。设定联动装置竖直连杆106中的每个能够围绕第三SUJ轴线154相对于关联的设定联动装置延伸连杆102选择性地重新定位，在许多实施例中，第三SUJ轴线154是竖直定向的。第二设定联动装置关节108中的每个可操作以围绕第三SUJ轴线154，相对于设定联动装置竖直连杆106对旋风机构支撑连杆128进行选择性地定向。旋风关节132中的每个可操作以围绕关联的旋风轴线138旋转关联操纵器82。

图9示出根据许多实施例的设定联动装置126相对于定向平台124的旋转定向极限。设定联动装置126中的每个被以相对于定向平台124的顺时针极限定向示出。对应的逆时针极限定向由相对于竖直定向镜面的图9镜像表示。如图所示，两个内部设定联动装置126中的每个能够被定向为从在一个方向距竖直基准156有5度到在相反方向距竖直基准156有75度。并且如图所示，两个外部设定联动装置中的每个可以被定向为在对应方向距竖直基准156有15度至95度。

图10示出根据许多实施例的与用于机器人手术系统160的支撑联动装置的旋转极限相关联的重心示意图。通过将机器人手术系统160的部件定位并定向为这样的情况，即将机器人手术系统160的重心162转移至到相对于手术系统160的支撑联动装置164的一侧的最大程度，支撑联动装置164的肩部关节能够经配置支撑结构164围绕设定结构(SUS)肩部关节轴线166的旋转，以阻止超过安装基部的预定稳定性极限。

响应于由定向平台支撑的运动链的一个或多个关节的手动接合而定位定向平台

图11和图12示意性地示出在设定机器人系统以供使用期间，响应于操纵器82的连杆170或设定关节联动装置的连杆的移动，而驱动定向平台的方法。在示例性实施例中，基准移动位置可以不在连杆170上，但是可以相对于连杆170偏置。例如，基准移动位置可以设置在从操纵器联动装置的基部(或其他结构)偏置的远程中心位置处，尤其当该操纵器将操纵器的运动机械地约束为在相对于该基部的固定远程中心位置处的球面运动时。因此，在操纵器的基部(或其他联动装置结构)可充当输入连杆170的同时，基准位置可与连杆自身在空间上分开，通常在连杆的基准坐标系中的固定位置处。任选地，输入连杆可以是经配置相对于定向平台76支撑操纵器82的设定关节联动装置78、80的连杆。出于简化的目的，下面将使用操纵器82的连杆170的移动作为输入来描述实施方式。然而，应当理解的是，在许多实施例中，输入连杆可以是设定关节联动装置78、80的连杆。

在驱动定向平台之前，该平台将具有相对于安装基部72的初始位置和定向(取决于支撑联动装置70的关节的状态)，并且操纵器将各自具有相对于定向平台的关联位置和定向(取决于设定联动装置78、80的关节的状态)。类似地，操纵器82中每个的连杆170(和/或与该连杆相关联的基准位置)将具有相对于平台76的位置和定向，其取决于操纵器关节的状态和操纵器基部(在这里示意性地示出为方框M)与平台76之间的设定联动装置。连杆170通常将包括操纵器的基部，但可以替代地包括在运动学上靠近或相邻于手术器械(诸如器械夹持器或托架)的连杆。操纵器的关节状态一般能够由姿势向量θ描述。

在设定期间，将通常期望将连杆170中的一个、一些、或全部从它们的初始位置和定向移动到与手术部位对准的期望位置或定向。另外，通常期望操纵器在良好调整状态下开始手术程序，以便为外科医生提供宽阔的运动范围，这有助于避免奇异性等。换言之，对于给定的操纵器，同时提供连杆170与手术工作部位之间的期望对准(包括具有在期望进入部位位置RC_D处或附近的操纵器的远程中心RC)和使操纵器处于或接近期望的操纵器状态或姿势θ_D将是有益的。应注意，操纵器可以在连杆170移动之前已经处于或接近期望的操纵器姿势，或者可以处于与期望的良好调整姿势显著不同的初始姿势θ_I(θ_I≠θ_D)。操纵器相对于彼此的适当定位和配置也可帮助避免操纵器碰撞。当操纵器在与手术部位对准之前不处于良好调整姿势时，操纵器的姿势可以任选地在移动定向平台之前、在移动定向平台之后、或在移动定向平台时改变至良好调整姿势。将姿势从初始姿势改变至良好调整姿势可通过手动地接合操纵器的关节实现。另选地，将操纵器从初始姿势朝向良好调整姿势驱动和/或驱动至良好调整姿势可以是有利的。为简单起见，下面的描述假设操纵器在平台开始移动之前处于期望的和/或良好调整的姿势。无论如何，将多个操纵器82安装至通用平台76，和响应于相对于平台支撑操纵器之一的关节之一的连杆的移动而驱动平台移动，能够促进操纵器移动至与手术空间期望地对准。

在定向平台的移动和/或设定联动装置的手动接合期间，操纵器的关节通常任选地通过驱动操纵器关节中每个的电机以便抵消任何手动接合、通过用关节制动装置固定操纵器的关节状态、或通过两者的组合而被保持在固定的配置。因此，在定向平台的移动和设定联动装置的手动接合期间，虽然连杆可以有一些轻微的弯曲并且关节有微小的波动，但操纵器一般将作为基本上刚体移动。另外，由用户操纵和/或用作移动基准的连杆170可以是操纵器的任何一个或多个连杆(或者甚至运动地相邻于操纵器)或关联设定联动装置。

现在参考图11和图12，为进入机器人系统处理器的定向平台移动模式180，在关联连杆170上或与之相邻的输入装置172可被启动。虽然输入装置172可任选地包括简单的专用输入按钮等，但一些实施例可受益于替代的用户界面方法。例如，示例性的输入装置可响应于设定关节操作通过取代进入平台移动模式而避免专用按钮。更具体地，可通过首次释放支撑关联操纵器的设定关节而进入平台移动模式，以允许该操纵器的远程位置中心(或“端口”)被手动地重新定位，手动移动模式有时被称作端口离合(port clutching)。当操纵器被手动移动至在所释放的设定关节联动装置的运动范围极限的阈值内时(或者在一些实施例中，实际上达到)，系统可以作为响应而进入平台跟随模式。因此，达到(或接近)设定关节的运动范围极限变成请求和/或输入用于进入平台移动模式的启动的方法。输入装置172可以替代地为简单的正常关断输入装置。

如果将插管安装到操纵器(或安装到由定向平台支撑的任何其它操纵器)，则处理器可以忽略输入装置的启动不进入定向平台移动模式。当给定操纵器82的输入装置172被启动时，和/或响应于输入装置172的启动，设置在该操纵器和定向平台之间的设定联动装置78、80通常被松开，以允许手动接合。设定联动装置78、80的这种接合可以被感测到，并且可用作用于驱动设定结构的关节以使定向平台76移动的输入。系统通常将关于设定联动装置的轴平衡，使得用户能够容易地相对于平台中的操作平台对操纵器进行重定向和/或重定位，其中当连杆172相对于平台和系统的基部72移动时，操纵器通常作为相对刚性体移动。应注意，操纵器的驱动系统可通电并由处理器控制，以抵抗操纵器位移的关节接合，或者应注意操纵器的关节止动装置可以抑制接合，但是操纵器联动装置的一些弯曲和/或关节状态的微小波动仍可产生自施加在连杆172上的力。还应注意，在替代实施例中，能够在连杆172和定向平台之间接合的关节被供电(诸如在软件中心系统中)，这些关节可以被通电以提供足够小的移动阻力，以使连杆能够被充分地手动移动，从而操纵器的关节状态感测系统容易地识别出期望的位移向量以用作期望的运动输入或来自系统用户的命令。

仍然参考图11和图12并且大体如上所述，一旦进入定向平台移动模式，其中特定的操纵器82用作输入设备(诸如通过按压输入装置172的开关)，该操纵器的连杆170能够相对于平台被手动地移动。一般来讲，设定关节中的一个或多个(任选地，全部)可以被释放，以允许经由(一个或多个)释放的设定关节的手动接合而发生连杆170的输入移动，任选地当操纵器的联动装置的接合被抑制时(诸如通过驱动操纵器来避免移动，使用操纵器的制动系统等)。因此，输入可以被至少部分地感测为设定关节系统的一个或多个关节的接合。还可以采用其它选项，诸如允许经由操纵器的一个或多个关节以及设定关节系统的一个或多个关节的接合的选择性组合的手动输入。无论如何，为促进运动分析、提供用于有用转变的输入等，设定结构的关节状态(包括支撑定向平台的关节)、设定关节系统、以及操纵器通常将被感测182。

基于通过用户进行的手动输入命令(如通过连杆170的手动移动输入的并且如经由支撑该连杆的关节的手动接合感测的)，计算命令以使设定结构183移动。当用户继续移动连杆170时，定向平台通常将在每次发生所计算的命令时被驱动，使得由定向平台支撑的操纵器的基部跟随手动移动的连杆。在将第一操纵器移动至与手术部位期望地对准时，其它操纵器可以各自保留在固定的姿势。类似地，在平台移动期间，定向平台与这些其它操纵器之间的任何设定联动装置也可以保持锁定(和/或另外它们的接合被抑制)。由于其它操纵器的连杆170与定向平台之间的所有关节的接合均可被抑制，因此所有那些其它输入连杆(以及操纵器的其它结构)跟随为此输入装置172被启动的操纵器的连杆170。

定向平台可被驱动，使得当用户握住并将关联连杆170移动至与工作空间期望地对准时，支撑输入操纵器(为此输入装置172被启动)的输入设定联动装置被推压而保持在它们的初始配置(如每当系统进入定向平台模式时)。在定向平台移动期间，连杆170的位置可以继续被用户手动地控制。换言之，定向平台能够被移动，使得给出设定联动装置78、80的当前姿势θ和输入连杆170的当前位置(两者均在定向平台移动期间)，定向平台的驱动系统使定向平台185移动，使得输入设定联动装置78、80被从当前姿势朝向它们的初始姿势接合((θ-＞θi)。定向平台的该移动的效果是主要保持输入连杆170与定向平台之间的初始空间关系，使得定向平台(以及由其支撑的所有操纵器)在输入连杆被用户的手动移动时跟随该输入连杆。定向平台移动模式能够通过释放输入装置172、通过将插管安装到输入操纵器等而终止184，。

在上述方法的一些实施方式中，定向平台的运动范围可受限于完整运动范围(例如，x、y、z、θ)的子集(例如，x和y，或只有z等)。将运动范围限制于完整运动范围的子集可使系统设定更加直观，并且通过减少所涉及的DOF而对于用户来说更快。例如，在一些情况下，如果使用平移柱构件82将定向平台的移动限制于竖直定位移动，可以是有利的。这尤其可有助于升起遥控手术系统到患者上方和降落系统到患者上方的期望位置。

在此类实施例中，可例如通过手动移动竖直设定关节至或接近其运动范围(ROM)极限，而进入定向平台移动模式180。在一些实施方式中，ROM极限阈值可以被限定，使得当竖直设定关节在ROM极限附近移动时，进入平台移动模式。任选地，可通过使竖直设定关节移动至ROM极限或使竖直设定关节移动至接近其ROM极限和/或通过专用输入按钮，而进入移动模式。例如，用户可以启动端口离合输入来释放设定关节，以允许设定关节的自由移动。如果用户希望升起系统，则用户可以手动地移动竖直设定关节至或接近ROM上限，以进入定向平台移动模式180。在进入定向平台移动模式180之后，竖直设定关节到或接近ROM上限的手动移动可以被感测181，并且设定结构(例如，平移柱构件82)的移动可基于设定关节和设定结构的所感测状态被计算183。设定结构(例如，平移柱构件82)可以然后在每次计算时被驱动(升起)185。一旦有足够的间隙将系统定位在患者上方，则用户可需要将遥控系统的定向平台降低至这样的高度，在该高度处，操纵器能够被定位在它们的期望位置。为此，用户可以颠倒操作的顺序(例如，手动地移动竖直设定关节至或接近ROM下限，并且通过降低平移柱构件82使平台的高度降低)。

虽然上述实施方式被论述为将运动限制于仅竖直定向，但应当理解，在一些实施例中，运动可被限制于完整运动范围的其他子集。在一些实施例中，当操纵器或设定关节被手动地移动至或接近ROM极限时，系统在进入定向平台移动模式180之前，可以首先等待阈值持续时间。该阈值持续时间可以通过用户手动移动操纵器或设定关节而避免定向平台的意外移动。阈值持续时间可为(例如)5秒或更短。在一些实施例中，阈值持续时间可为3秒。另外，有利的是在进入定向平台移动模式之前向用户提供音频或视频指示器/警报。例如，当用户手动地移动设定关节至或接近ROM极限时，音频警报可触发。任选地，音频或视频警报可经配置指示设定关节停留在或接近ROM极限的持续时间，以便为用户提供关于系统将在何时进入定向平台移动模式的信息。例如，音频指示器可以提供每秒的倒计时或离散的蜂鸣声。

在一些实施例中，设定结构的一个或多个关节可经编程具有它们各自的运动范围的上限。由于空间约束，该上限可被编程至设定结构关节中的一个或多个中。例如，在一些情况下，当室内天花板高度限制了平移柱构件82的完整运动范围时，将平移柱构件82编程为具有上限可以是有益的。任选地，当设定结构关节被如此限制时，定向平台在定向平台移动模式期间的运动可以类似地受限。例如，当通过手动地移动竖直设定关节至ROM上限而升起定向平台时，如果平移柱构件82达到预编程的上限，则系统可以限制定向平台被进一步升起。在定向平台移动模式下的定向平台移动期间，虽然一些实施例可阻止设定结构的运动超过经编程的极限，但可以提供其他实施例，其中由于用户手动地移动操纵器或设定关节而引起的定向平台的移动可将经编程的限制重写为设定结构的运动范围。

对于许多程序，定向平台76可将操纵器80、82支撑于有益的相对位置。因此，一旦第一操纵器80的连杆170已被移动至与手术工作部位期望对准，其他操纵器的器械夹持器等通常将处于或者接近它们的关联手术工具的关联期望初始对准，并且只有操纵器的受限制的额外重定位可以被保证。可通过释放相对于定向平台支撑该操纵器的设定关节手臂的制动系统，和按需相对于所有的其他操纵器移动该操纵器，来适应对特定操纵器对准的微小调整。例如，一旦使用相机操纵器来定位定向平台并且初始对准所有的器械操纵器，则每个器械操纵器与定向平台之间的设定联动装置能够被释放，并且所释放的操纵器位置能够被独立地调整(如果需要的话)。在定向平台移动模式的示例性实施例中，第一输入连杆170的手动移动的感测有效地感测操纵器从初始远程中心RC到期望远程中心RCd的移动。定向平台的移动使得其他操纵器的远程中心RC朝向它们关联的期望远程中心RCd移动。可然后通过按顺序释放关联操纵器的设定联动装置中的每个并移动所释放的操纵器以提供所释放操纵器RC与期望远程中心RCd之间的期望对准，来执行那些其他远程中心位置的额外调整。

定向平台移动命令的计算

现在参考图12A和图12B，能够理解用于计算定向平台的移动命令的示例性软件结构和/或处理器布置。由于定向平台和其他操纵器通常将跟随输入连杆170(其定向移动输入装置172已经被启动)的移动，总体移动在一定程度上类似于(并且有时在本文中称作)“通过牵马鼻子来驱使马”(LHBN)控制模式。LHBN控制模式允许用户移动操作平台76和通过手动地移动漂浮操纵器82的远程中心来驱动设定结构。以基本的形式，控制目的是移动操作平台76，使得操纵器82的远程中心保持在操作平台76的坐标系(frame)中的期望位置处。因此，当用户在世界坐标系中手动地移置操纵器82时，控制器能够以相同的位移来移动操作平台76及其坐标系，以将实际远程中心与期望远程中心之间的误差驱使为零。

实际远程中心RC与期望远程中心RCd的位置之间的原始误差形成了到LHBN控制器的输入命令220，如图12A所示。在将误差缩放至原始速度命令之前，将小的死区222(小于10cm，通常约3cm或更小)施加到误差信号。(约.1Hz至10Hz，通常大约1Hz的)低通滤波器生成带限速度命令。该命令然后饱和224以创建在操纵平台坐标系中的速度命令。当进入LHBN模式时，通过短期窗口将半余弦型缩放比例施加至命令，以使命令以平滑的方式斜升。类似地，当退出该模式时，命令通过在相反方向的半余弦形缩放比例而被缩放，以便平滑减速。在启动/关闭缩放之后，速度命令被提供至设定结构的反向运动学。当关节处于或接近一些它们的极限内时，速度命令的进一步修正可以发生于反向运动学计算中。

当进入LHBN控制模式时，建立期望的远程中心位置RCd(在本文中也称作锚)。当LHBN控制模式被启动时，期望的远程中心RCd和实际远程中心RC共处一地，从而在零误差的情况下开始该模式(使得平台将不移动，除非或者直到输入连杆170相对于定向平台移动为止)。在处于LHBN控制模式的同时，连杆170的手动移动致使平台被驱动，使得实际远程中心RC一般保持在操纵平台的坐标系中的期望远程中心RCd处。对基本LHBN操纵的若干种增强可以任选地使锚或期望远程中心RCd相对于实际远程中心滑动或改变，以调整行为。锚能够(例如)通过命令一个锚拖拽速度和如图12A所示的整合而移动。一个锚速度输入可以是饱和与不饱和速度命令226之间的差值。该特征的目的可以是避免大的饱和速度命令。一旦速度命令达到饱和，远程中心的额外输入运动拖拽锚(或者相对于定向平台移动RCd)以将命令正好保持在饱和极限。直观地，锚与远程中心之间的误差能够被可视化为球，并且拖拽锚意味着四处拖拽球的中心，而不管误差向量何时达到球的半径。

远离运动范围限制或设定联动装置78、80的硬止动件的运动也通过锚拖拽实现，如参考图12B所示的框图模型能够理解。由于用户否则不能够容易地手动命令期望的设定结构运动，远离硬止动件的设定结构74的一些自动运动是期望的。在一个实施例中，子例程可以计算作用在平台76上的模仿安装在设定联动装置78、80的运动极限下的弹簧的虚拟力230。该力能够被称作端口拖拽力。虚拟力可从每个经配置的操纵器82传输，使得设定结构控制器能够离开设定关节的运动范围极限。LHBN控制模式软件能够缩放来自输入操纵器82的端口拖拽虚拟力，并将该量与锚拖拽速度相加。效果是创建命令232以驱动设定结构76远离设定联动装置78、80的硬止动件。

在LHBN控制模式下使用的增益、饱和、和/或死区中的一些或全部是任选可调的。例如，在一些实施例中，当平台在平台移动模式下移动时，平台的运动范围可以限制于完整运动范围的子集。如上所述，此类方法和系统可以使系统设定更加直观，并且通过减少所涉及的DOF而更迅速地被用户使用。在该实施例中，一些方向中的增益可以被调整为零。例如，在其中在平台移动模式期间只有平台的竖直移动被控制的实施例中，x方向的移动和y方向的移动的增益可以被设置为零，使得只提供z方向移动的数据。图12A和图12B中的每个参数在下表中列出：

用于远离设定关节联动装置的硬止动件而移动设定结构联动装置的虚拟弹簧力能够如图12B所示进行计算，并且死区部分可以确定有多少运动范围没有产生虚拟力。应注意，死区部分应当比整体少，并且活动部分可以在每个关节上的两个硬止动件之间被均匀地分开。如果用户移动远程中心，使得设定关节抵靠硬止动件，则锚拖拽能够用于整合虚拟力并且增大速度命令以远离硬止动件。平滑增大的速度命令将被生成，该命令使设定结构远离设定关节的运动范围极限移动。速度命令将增大，直到达到饱和为止，在饱和时，可以保持设定结构的稳态速度。

因此，对虚拟力的大增益将显著地驱动误差至饱和。关于在计算虚拟力时所涉及的内核关键的更多描述，参见上面的表。

现在参考图12C，用于设定结构和定向平台124的替代驱动系统优选允许沿x、y和z轴线的运动，以将操纵器RC驱动至相对于定向平台的期望位置。通过在空间中手动地移动操纵器82中的一个或多个连杆(并且任选地通过移动整个操纵器)，用户能够致使操作平台的后面是只计算期望操纵器RC位置(在定向平台基准坐标系中)到实际操纵器RC位置之间的误差向量和使用该向量生成期望的x、y、z速度。

现在参考图12C和图12D，用于移动定向平台的x、y、z和θ轴线的方法通常将试图实现定向平台124以及安装在其上的一个或多个操纵器82的期望定位，以便在开始手术程序时提供良好调整的操纵器姿势(其中操纵器的各种自由度期望地接近它们的运动范围中心，同时工具位于手术工作空间的期望位置处，其中操纵器运动学良好地远离运动抑制奇异性等等)。伴随由手推车安装的设定结构(诸如上文描述的那些)支撑的定向平台，可以采用天花板安装的设定结构190和具有一个、两个、三个、四个、或更多个自由度的其他驱动机器人联动装置。类似地，运动输入可以任选地为通过手动接合被动关节(诸如沿上述设定关节结构的关节中的一个)和/或一个或多个主动驱动关节(诸如操纵器80、82的关节)进行的输入。因此，虽然可以参考几个示例性的机器人运动学结构描述系统，但所述控制技术可以良好地应用于具有冗余自由度和/或大量关节的一系列其他机器人系统，并且当考虑以下系统时尤其有趣：具有主动和被动关节的混合的此类系统；具有在设定期间被驱动的一个关节组和在手术期间被驱动的另一个不同的关节组(具有或者不具有一些重叠构件)的系统；其中单独的操纵器控制器只交换限制状态信息的系统；等。

为在设定期间使用系统的机器人能力，机器人系统的处理器可以包括实施一种模式的软件，在所述模式下，在操纵器连杆的手动移动期间，在定向平台和操纵器远程中心之间，机器人结构被朝向期望关系或姿势驱动和/或保持在该期望的关系或姿势。该算法在有效时将定向平台与操纵器远程中心之间的实际关系和期望关系作为其输入，并且驱动实际姿势至期望的一种，任选地不需要干扰操纵器远程中心的位置和定向。换言之，当用户四处移动被动轴线时，主动轴线可以任选地以此方式跟随，以便实现或保持特定的机器人姿势。

图13所示的简化4-连杆操纵器帮助说明本文所述的控制结构和方法的一个实施例。在该示意性的操纵器中，连杆191和192是主动的，这表示q₁和q₂由控制器控制，而连杆193和194是被动的，并且能够手动移动。点Q是直接关系到用户的在机器人上的一点，并且被手动地定位至相对于机器人基部的用户专用目标位置。因此，点Q可对应于操纵器的远程中心，并且用户通常将点Q定位成使得操纵器可以(例如)连接到相机插管，该相机插管可以是已经安装在患者体内或者可以在机器人结构移动至适当位置后插入患者体内。由于各种原因(包括最大化可用运动范围，将碰撞减少到最少等)，通常期望获取P和Q之间的特定关系。只要关节q₃和q₄是自由的，并且存在充足的运动范围并且操纵器不接近奇点，则P能够独立于Q平移，因此如果Q仅相对于基部被保持固定的话，控制器可以自由地建立期望的关系。当用户保持Q固定在空间中时，能够利用该原理自动地建立P到Q的关系。还可以连续地运行该自动定位算法，使得当用户手动地调整Q的位置时，主动轴线q₁和q₂以以便保持期望的P-Q关系的方式移动。

在图13的简化示例中，示出两个主动自由度和两个被动自由度，并且感兴趣的量仅仅是在P和Q的平面中的相对位置。天花板和/或手推车安装的机器人手术系统通常将是更复杂的：在图12D的实施例中有七个主动自由度(龙门架上四个和ECM上的三个相关轴线)，以及三个被动轴线(由在定向平台124和操纵器82之间的设定关节198示意性地所示)，共十个自由度。保持操纵器远程中心端点位置和定向通常是六个DOF问题，这给我们留下四个额外自由度(DOF)，在该实施例中使用这四个额外的自由度执行我们的内部优化。应注意，出于该论述的目的，被认为是期望的准确性质可包括任何数量的标准，并且这里描述的许多概念能够被应用，而不管用于确定最佳目标位置的方法如何。用于执行这种优化的一个策略是将整个系统视为一个10DOF的冗余操纵器。然后能够使用一种施加主要的不可违背的目标的技术，所述目标搭配最小化成本函数的期望辅助目标。在我们的情况中，主要目标可以是保持操纵器远程中心相对于手术室的位置和定向，并且辅助目标可以是实现定向平台与操纵器之间的最佳关系。

第二种策略将问题分为两个部分：

1)寻求最小化成本函数的设定结构优化问题。该成本函数经配置在定向平台的位置和定向达到相对于操纵器RC的最佳或期望位置时，实现最小值。

2)寻求保持恒定的相对于手术室的操纵器定向的操纵器规则问题。

该第二策略获益于只有需要在ECM和龙门架式操纵器之间共享的信息是基部和每个的尖端的位置-而不需要知道每个关节的位置的事实。这为该特定策略提供良好的优势，因为其在操纵器之间需要较少的通信带宽。

我们现在提供移动设定结构而不移动远程中心所需要的数学框架。现在参考图14和图15，将简化的平坦设定结构联动装置重新配置至期望的姿势可以被建模为使操纵器在其整个零空间内移动(按照图13的以上描述，使得Q保持不变，而P被驱动至在空间中的期望x和y位置)。数学上来讲，当图14的连杆1-3的长度为l_1-3时，雅可比矩阵和关节位置向量q能够被识别为：

x＝l₁c₁+l₂c₁₂+l₃c₁₂₃

y＝l₁c₁+l₂s₁₂+l₃s₁₂₃

下面是将关节速度分解为末端执行器运动与不导致末端执行器运动的内部关节运动的和。

为期望的笛卡尔运动，为期望的通过操纵器的零空间的内部运动

设置→表示我们不希望末端执行器移动

设置→表示：以速度移动θ₁，不关注θ₂和θ₃做了什么，只要这些内部运动不使末端执行器移动

因此，我们能够移动θ₁并且不需要规定θ₂和θ₃移动操纵器通过零空间，而不改变末端执行器的位置。类似地从Matlab模拟，我们看到我们能够移动轴线通过零空间，而不需要规定其他关节。虽然前面展示了平台设定关节的优化，但框架延伸到定向。

其他变型落入本发明的精神内。因此，虽然本发明易受各种修改和替代构造的影响，但它们的某些所示实施例在附图中示出并且已在上面详述。然而，应当理解，并不旨在将本发明限制于所公开的一个或多个特定形式，相反，旨在涵盖所有修改、替代构造、以及落入本发明的精神和范围之内的等价物，如在所附权利要求中定义的。

在描述本发明的上下文(尤其在随附的权利要求的上下文)中使用的术语“一”和“一个”和“该”及类似指示物应被解释为同时涵盖单数形式和复数形式，除非本文另外指示或者上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放性术语(即，表示“包括但不限于”)，除非另外指明。术语“连接”应被解释为部分或完全地包含在内部、附接到、或接合到一起，即使介入一些东西。本文论述的值的范围仅仅旨在用作单独参考落入在该范围内的每个独立值的速记方法，除非本文另外指示，并且每个独立的值并入在本说明书中如同其在本文单独叙述。本文所述的所有方法能够以任何合适的次序执行，除非本文另外指示或者上下文另外明显矛盾。任何和全部示例或本文提供的示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅旨在更好地说明本发明的实施例，而不对本发明的范围进行限制，除非另外要求。说明书中任何语言均不应解释为将任何未要求保护的构件作为实施本文所述发明的必要特征。

本发明的优选实施例在本文描述，包括发明人知晓的用于实施本发明的最佳模式。通过阅读前面的说明，这些优选实施例的变型可以对本领域普通技术人员显而易见。发明人期望技术人员适当时采用此类变型，并且发明人期望以与本文具体描述不同的方式实践本发明。因此，本发明包括由可适用法律允许的所附权利要求中叙述的主题的所有修改和等价物。另外，除非本文另外指示或者上下文另外明显矛盾，在它们的所有可能变型中的上述元素的任何组合由本发明包含。

所有参考，包括本文引用的出版物、专利申请和专利以引用方式并入本文，其并入程度如同各个参考被单独或具体地引用以并入本文或者全文在此阐述。

Claims (24)

1.一种准备遥控手术的方法，所述方法包括：

感测第一机器人操纵器的第一连杆从相对于定向平台的初始位置关系到相对于所述定向平台的移位位置关系的输入位移，所述输入位移产生自支撑所述第一机器人操纵器的设定关节联动装置的手动接合，且所述输入位移包括沿第一方向的第一位移、沿第二方向的第二位移以及沿第三方向的第三位移，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向彼此垂直；

响应于所述输入位移而计算设定结构联动装置的移动，所述输入位移使得所述第一机器人操纵器的所述第一连杆沿所述第一方向朝向相对于定向平台的所述初始位置关系返回，计算的移动忽略沿所述第三方向的位移，所述设定结构联动装置支撑所述定向平台，并且所述定向平台通过所述设定关节联动装置和第二机器人操纵器来支撑所述第一机器人操纵器；

根据沿所述第一方向的所述计算的移动，驱动所述设定结构联动装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述计算的移动驱动所述设定结构联动装置包括，根据仅沿所述第一方向而不沿所述第二方向或所述第三方向的所述计算的移动，驱动所述设定结构联动装置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一方向包括竖直的z方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其中根据所述计算的移动驱动所述设定结构联动装置包括驱动平移柱构件，所述平移柱构件经配置调整所述定向平台的高度，并且其中所述平移柱构件经编程具有平移上限。

5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括当所述平移柱构件达到所述平移上限时，停止驱动所述平移柱构件。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中驱动所述设定结构联动装置发生在平台移动模式下，并且其中响应于所述设定结构联动装置达到所述设定结构联动装置的运动范围极限阈值，进入所述平台移动模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其中响应于所述设定结构联动装置保持在所述运动范围极限阈值内达预定的持续时间，进入所述平台移动模式。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定的持续时间包括3至5秒。

9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括当所述设定结构联动装置达到所述运动范围极限阈值时且在进入所述平台移动模式之前，提供音频警报或视频警报。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述音频警报或所述视频警报经配置指示所述设定关节联动装置停留在所述运动范围极限阈值之内的时间，以提供关于何时将发生进入所述定向平台移动模式的信息。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述音频警报或所述视频警报包括在所述设定关节联动装置已达到所述运动范围极限阈值的每秒内的不连续的蜂鸣声。

12.一种用于遥控手术的系统，所述系统包括：

平台；

由所述平台支撑的第一机器人操纵器和第二机器人操纵器，所述第一机器人操纵器和所述第二机器人操纵器均具有操纵器联动装置，所述操纵器联动装置包括第一连杆和可操作地耦接到所述操纵器联动装置以便在手术期间驱动所述第一连杆的第一驱动系统；

支撑所述平台的支撑结构，所述支撑结构包括支撑联动装置，所述支撑联动装置包括可操作地耦接到所述支撑联动装置以便相对于支撑结构基部驱动所述平台的第二驱动系统；

耦接到所述第一机器人操纵器和第二机器人操纵器并耦接到所述支撑结构的处理器，所述处理器具有平台移动模式，在所述平台移动模式下的处理器经配置响应于所述第一机器人操纵器的所述第一连杆相对于所述平台的手动移动而计算设定命令，并且将平台移动命令发送到所述支撑结构以便移动所述平台和所述第一机器人操纵器和所述第二机器人操纵器；

其中所述第一机器人操纵器的所述第一连杆的所述手动移动包括沿第一方向的第一位移、沿第二方向的第二位移和沿第三方向的第三位移，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向彼此垂直；以及

其中计算的设定命令忽略沿所述第三方向的所述第三位移。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述计算的设定命令忽略沿所述第二方向的所述第二位移，使得所述平台移动命令经配置使所述支撑结构仅仅沿所述第一方向移动；以及

其中沿所述第二方向和所述第三方向的所述第二位移和所述第三位移在所述支撑结构的运动范围之内。

14.根据权利要求12或13所述的系统，其中所述第一方向包括竖直的z方向。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述支撑结构包括平移柱构件，并且其中所述平台移动命令经配置驱动所述平移柱构件来调整所述平台的高度。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述平移柱构件经编程具有平移上限。

17.根据权利要求16所述的系统，其中在所述平台移动模式下的所述处理器进一步经配置以避免驱动所述平移柱构件超过所述平移上限。

18.根据权利要求12或13所述的系统，其中响应于在所述第一机器人操纵器和所述平台之间的设定关节联动装置达到运动范围极限阈值，所述处理器进入所述平台移动模式。

19.根据权利要求18所述的系统，其中响应于所述设定关节联动装置保持在所述运动范围极限阈值内达预定的持续时间，所述处理器进入所述平台移动模式。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述预定的持续时间包括3至5秒。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述处理器进一步经配置以当所述设定关节联动装置达到所述运动范围极限阈值时并且在进入所述平台移动模式之前，提供音频警报或视频警报。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述音频警报或视频警报经配置指示所述设定关节联动装置已达到所述运动范围极限阈值的时间，以便提供关于所述处理器将在何时进入所述平台移动模式的信息。

23.根据权利要求21所述的系统，其中所述音频警报或视频警报包括在所述设定关节联动装置已达到所述运动范围极限阈值的每秒内的不连续的蜂鸣声。

24.一种准备遥控手术的方法，所述方法包括：

感测第一机器人操纵器的第一连杆从相对于定向平台的初始位置关系到相对于所述定向平台的竖直移位位置关系的输入位移，所述输入位移产生自支撑所述第一机器人操纵器的设定关节联动装置的手动接合，且所述输入位移包括沿竖直方向的竖直位移、沿第二方向的第二位移以及沿第三方向的第三位移，其中所述竖直方向、所述第二方向和所述第三方向彼此垂直；

响应于所述输入位移而计算设定结构联动装置的移动，使得所述第一机器人操纵器的所述第一连杆沿所述竖直方向朝向相对于定向平台的所述初始位置关系返回，计算的移动忽略沿所述第二方向和所述第三方向的位移，所述设定结构联动装置支撑所述定向平台，并且所述定向平台通过所述设定关节联动装置和第二机器人操纵器来支撑所述第一机器人操纵器；

根据仅沿所述竖直方向的所述计算的移动，驱动所述设定结构联动装置。