CN106462243B - 用于关于触觉装置的虚拟反馈的系统和方法 - Google Patents

Abstract

关于与计算机辅助医疗装置一起使用的触觉装置的虚拟反馈的系统和方法包括一个或多个处理器以及耦合到控制单元的输入装置，该控制单元被配置为：确定用于输入装置的基准点，从多个虚拟反馈模型即VFM之中选择用于输入装置的VFM，配置该VFM的参数，基于来自于与输入装置相关联的一个或多个传感器的信息确定输入装置的位置，基于该基准点、该位置和该VFM确定用于输入装置的反馈水平，以及基于该反馈水平发送一个或多个反馈命令给与输入装置相关联的一个或多个致动器。在一些实施例中，所述VFM包括传递函数，所述传递函数具有从单向、双向、线性、非线性、不对称、对称、各向同性、非各向同性和滞后作用中选择的一个或多个特征。

Description

用于关于触觉装置的虚拟反馈的系统和方法

相关申请

本公开要求2014年3月24日提交的题为“System and Method for VirtualFeedback with Haptic Devices(用于关于触觉装置的虚拟反馈的系统和方法)”的美国临时专利申请No.61/969,686的优先权，所述专利申请通过引用全部并入本文。

技术领域

本公开总体涉及用于计算系统的触觉装置，并且更具体地涉及关于触觉装置的虚拟反馈的使用。

背景技术

越来越多的装置正在用日益增加复杂性的电子装置和机电装置替换。这在现今具有在手术室、介入房间、重症监护病房、急诊室等中发现的大阵列的自主电子装置和半自主电子装置的医院中是尤其真实的。例如，玻璃管温度计和水银温度计正被电子温度计替换，静脉滴注线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式手术仪器正被计算机辅助医疗装置替换。

在许多此类装置中的常见改进是利用提供线控(drive-by-wire)功能的混合机电控件来替换大型机械装置控件。这些混合机电控件监测诸如刻度盘、操纵杆、开关、铰接臂(articulated arm)等输入机构以接收来自操作者的命令，而不是依赖于包括连杆、枢轴、弹簧和/或类似部件的机械部件的布置。输入装置的变化被转换成输入电信号，所述输入电信号被传递至控制系统以便处理。经处理的输入电信号被用于确定变成用于一个或多个对应致动器的控制信号的输出电信号。以此方式，操作者控制通过由控制系统执行的处理来间接地控制机电装置的行为。

这种方法允许对机电装置可以被操作的方式添加灵活性。不仅控制系统的参数和/或算法可以被调整以改变机电装置的行为，而且对潜在复杂的连杆、枢轴和弹簧的较少依赖可以导致更简单的机械设计、更小的装置等。另外，机电控件的使用可以减少操作者为了获得机电装置的相应操作而可能施加的力的大小。此外，触觉输入装置的使用允许控制系统额外提供力反馈给操作者并且提供用于致动器的控制信号。

因此，期望提供用于通过触觉输入装置提供反馈给操作者的改进方法和系统。

发明内容

与一些实施例一致，一种用于计算机辅助医疗装置的控制单元包括一个或多个处理器和将控制单元耦合到第一输入装置的接口。该控制单元被配置为确定用于第一输入装置的基准点，从用于第一输入装置的多个虚拟反馈模型(VFM)之中选择用于第一输入装置的第一VFM，配置第一VFM的一个或多个参数，基于来自与第一输入装置相关联的一个或多个第一传感器的信息确定第一输入装置的第一位置，基于该基准点、该第一位置和该第一VFM确定用于第一输入装置的第一反馈水平，并且基于第一反馈水平发送一个或多个第一反馈命令至与第一输入装置相关联的一个或多个第一致动器。

与一些实施例一致，一种关于计算机辅助医疗装置的输入装置的反馈的方法包括确定用于输入装置的基准点，从用于输入装置的多个VFM之中选择用于输入装置的第一VFM，配置第一VFM的一个或多个参数，基于来自与输入装置相关联的一个或多个传感器的信息确定输入装置的位置，基于该基准点、该位置和该第一VFM确定用于输入装置的反馈水平，以及基于该反馈水平发送一个或多个反馈命令至与输入装置相关联的一个或多个致动器。

与一些实施例一致，一种与计算机辅助医疗装置一起使用的触觉输入装置包括输入控件、用于检测与输入控件的位置相关的信息的一个或多个传感器、用于引起关于输入控件的反馈的一个或多个致动器、虚拟地耦合到输入控件的虚拟反馈装置以及控制单元。该控制单元包括一个或多个处理器和将控制单元耦合至输入控件的接口。该控制单元被配置为确定用于输入控件的基准点，选择用于虚拟反馈装置的第一VFM，配置该第一VFM，基于从一个或多个传感器接收的信息确定输入控件的位置，基于该基准点、该位置和该第一VFM确定用于输入控件的反馈水平，并且基于该反馈水平发送一个或多个反馈命令至一个或多个致动器。

与一些实施例一致，一种与计算机辅助医疗装置一起使用的顺应运动系统包括第一装置、用于检测与第一装置的位置相关的信息的一个或多个第一传感器、用于引起关于第一装置的反馈的一个或多个第一致动器、用于检测与第二装置的位置相关的信息的一个或多个第二传感器、用于引起关于第二装置的反馈的一个或多个致动器、虚拟地耦合在第一装置和第二装置之间的虚拟反馈装置以及控制单元。该控制单元包括一个或多个处理器和将控制单元耦合至第一装置和第二装置的接口。该控制单元被配置为从用于虚拟反馈装置的多个VFM之中选择用于虚拟反馈装置的第一VFM，配置该第一VFM，基于从一个或多个第一传感器和一个或多个第二传感器接收的信息确定第一装置和第二装置之间的相对位置，基于该相对位置和该第一VFM确定反馈水平，基于该反馈水平发送一个或多个第一反馈命令至一个或多个第一致动器，并且基于该反馈水平发送一个或多个第二反馈命令至一个或多个第二致动器。

与一些实施例一致，一种操作计算机辅助医疗装置的方法。所述方法包括发送根据用于触觉控制输入端的第一虚拟反馈模型(VFM)确定的反馈，接收命令以根据用于触觉输入控件的第二VFM配置触觉输入控件，以及发送根据第二VFM确定的反馈至触觉控制输入端。根据第一VFM和第二VFM确定的反馈被发送至触觉控制输入端。

附图说明

图1A和图1B是具有力反馈的机械输入装置的简化示图。

图2是根据一些实施例的铰接输入控件的简化示图。

图3是根据一些实施例的具有虚拟反馈机构的输入装置的简化示图。

图4是根据一些实施例的若干示例虚拟反馈模型的简化示图。

图5是根据一些实施例的若干示例虚拟反馈机构配置的简化示图。

图6是根据一些实施例的产生关于输入控件的反馈的方法的简化示图。

图7是根据一些实施例的控制系统的简化示图。

在附图中，具有相同附图标记的元件具有相同或类似的功能。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了一些具体细节来描述与本公开一致的一些实施例。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，一些实施例可以在没有部分或全部这些具体细节的情况下实践。本文公开的具体实施例旨在是说明性的，而不是限制性的。本领域技术人员可以认识到其他元件虽然未在这里具体描述，但是也在本公开的范围和精神内。另外，为了避免不必要的重复，与一个实施例相关联示出和描述的一个或多个特征可以并入其他实施例中，除非以其他方式具体描述或者如果所述一个或多个特征将使实施例不发挥功能。

图1A和图1B分别是机械输入装置100的侧视图和顶视图的简化示图。例如，机械输入装置100可以与操纵杆一致。机械输入装置100包括可用于控制另一装置或系统的机械部件的布置。机械输入装置100包括轴110和枢转机构120。如图1A所示，机械输入装置100的操作者可以操纵轴110的上端。当操作者操纵轴110的上端时，该运动使轴110围绕枢转机构120旋转。在轴110的下端处，一个或多个弹簧130被耦合在轴110和相应的锚定点140之间。当在箭头150的方向(即x方向)上施加横向力到轴110的上端时，轴110的上端横向地移位，促使轴110围绕枢转机构120旋转。然后该旋转导致轴110的下端的相应横向位移，这导致弹簧130在箭头160的方向上的拉伸和/或压缩。例如，当轴110的上端的横向位移朝向如图1A中所示的左侧时，轴110的下端的横向位移是到右侧，致使左弹簧130拉伸并致使右弹簧130压缩。随着左弹簧130拉伸，它可以产生拉动轴110的下端至左侧的力，并且随着右弹簧130压缩，它可以产生推动轴110的下端至左侧的力。当轴110的上端的横向位移是到右侧时，相反的情况可以发生。因此，左右弹簧130可以进行操作以推动轴110回到平衡位置或基准点。在一些示例中，返回到平衡的这种倾向可以用于抵抗轴110的上端的横向位移，提供力和/或触觉反馈至操作者，和/或在缺少来自于操作者的横向力的情况下提供将机械输入装置100返回到平衡位置/基准点的失知触动机构(dead-man’s mechanism)。

图1B的顶视图示出附加弹簧130和锚定点140可以用于在多于一个方向上提供返回到平衡的力。图1B的四个弹簧130可以用于提供抵抗力和/或反馈力至机械输入装置100的操作者以在任何横向方向上使轴110移位。图1B中的左右弹簧130可以提供反馈力至x方向位移，并且图1B中的顶底弹簧130可以提供反馈力至y方向位移。组合地，x方向反馈力和y方向反馈力提供反馈力至在x方向和y方向的任何组合中的位移并且帮助在x方向和y方向上产生用于轴110的平衡位置/基准点。

虽然未在图1中示出，但是机械输入装置100可以提供命令给机械控制系统和/或机电控制系统。在一些示例中，轴110可以用于响应于操作者的横向位移而激活一个或多个开关。在一些示例中，枢转机构120可以包括用于确定轴120从其平衡取向或基准取向起的角位移的一个或多个位置传感器。在一些示例中，旋转传感器可以使用电位计、光学编码器、霍尔效应传感器和/或类似装置来实施。在一些示例中，弹簧130中的一个或多个可以耦合到位移传感器和/或力传感器，以确定每个弹簧130正被拉伸和/或压缩的幅度。在一些示例中，力传感器可以包括应变计和/或类似装置。

机械输入装置100显示机械输入系统的部分限制。在一些实施例中，在不对机械输入装置100实际作出改变的情况下改变力反馈特征或基准点也许是不可能的。在一些示例中，改变力反馈特征可以涉及用具有不同刚度或弹簧常数的弹簧替换弹簧130中的一个或多个，以及/或者调整枢转机构120在轴110的上端和下端之间的位置。在一些示例中，改变基准点可以涉及使用较长或较短的弹簧130、改变锚定点140相对于轴110的位置和/或类似操作。

在一些实施例中，容易地提供不同种类的力反馈给操作者也许是不可能的。如所设计，随着操作者将横向位移引入到轴110的上端，机械输入装置100提供抵抗操作者的力。在一些示例中，容易地调适机械输入装置100以对抗或抵抗在z方向上的运动和/或轴110围绕其纵向轴线的旋转也许是不可能的。在一些示例中，随着更复杂的弹簧和/或其他机械阻尼器添加到机械输入装置100，由机械输入装置100占用的空间的复杂性和数量可能变得不实际和/或不可接受。

图2是根据一些实施例的铰接输入控件200的简化示图。图2的铰接输入控件200还显示在输入装置具有多于机械输入装置100的两个自由度的背景下的机械反馈元件的限制。如图2所示，铰接输入控件200包括形成铰接臂的一系列连杆210和接头220，该铰接臂具有位于其远端处的手柄230。在一些示例中，手柄230被设计为由操作者操纵，该操作者可以在使用铰接输入控件200期间改变手柄230的位置和取向。在一些示例中，铰接输入控件200的连杆210和接头220可以允许在由接头220的运动范围限制以及连杆210的尺寸和形状施加的限制内通过六个自由度(例如，x、y和z位置以及滚动、俯仰和偏航取向)来操纵手柄230。在一些实施例中，铰接输入控件200可以对应于在由加利福尼亚森尼韦尔(Sunnyvale，California)的直观外科手术公司(Intuitive Surgical，Inc.)商业化的da外科手术系统中发现的主输入控件。

为了说明在向手柄230提供至基准点行为的力反馈和/或力回归的一些问题，反馈机构240被示出耦合在手柄230和锚定点250之间。因为由连杆210和接头220导致的手柄230的运动的大灵活性，有可能的是反馈机构240和锚定点250作为物理组件的实施方式将导致反馈机构240和/或锚定点250干扰连杆210和接头220的运动范围。当用于手柄230的基准点被限定在全局坐标系中而不在相对于手柄230的坐标系中时，这是尤其真实的。当期望用于附加自由度的反馈力时，物理反馈机构和/或锚定点的数量的任何增加都可能进一步使干扰问题严重。此外，当添加附加的物理反馈机构和/或锚定点用于附加的自由度时，所得的系统的机械复杂性可能变得非常高。作为进一步的问题，设计物理反馈机构和/或锚定点以允许基准点的位置变化和/或用于不同位移的反馈力的量可能是不容易的和/或不实际的。

因此，对于具有将可能利用可移动基准点和/或可调节反馈力的输入装置的系统，通常不建议使用物理反馈机构。对于诸如铰接输入控件200的具有大数量自由度的输入装置，这是尤其真实的。为了提供基准点位置和反馈力水平的灵活性，一种解决方案是使用具有触觉输入装置的虚拟反馈机构。例如，对于图2中的铰接输入控件200，反馈机构240可以被实施为虚拟反馈机构，并且锚定点250可以被实施为虚拟锚定点。

图3是根据一些实施例的具有虚拟反馈机构的输入装置300的简化示图。如图3所示，输入装置300包括输入控件310。输入控件310能够由操作者在至少与滑块或类似输入控件一致的水平方向上移动，使得输入控件310可以至少被移动到如图3所示的左侧或右侧。

虽然未完全在图3中示出，但是输入装置300和/或输入控件310可以耦合到可检测输入控件310的位置和/或位置变化的一个或多个传感器。在一些示例中，一个或多个传感器中的每一个可以包括电位计、光学编码器、霍尔效应传感器和/或类似装置。在一些示例中，一个或多个传感器可以产生对输入控件310的位置和/或输入控件310的运动指示进行编码的电信号，并且然后输出那些值作为在一个或多个输出端340上的一个或多个电信号。在一些实施例中，输入控件310可以是包括一个或多个致动器或可施加反馈至输入控件310的其他机构的触觉控件。当确定了应用于输入控件310的反馈量时，可以使用一个或多个输入端350上的一个或多个电信号将所述反馈量传送至输入控件310。一个或多个输出端340和/或一个或多个输入端350上的电信号可以使用任何合适的信令类型或技术，其包括模拟电压或电流、一个或多个脉冲或脉冲类型、脉冲宽度调制、一个或多个命令比特或字节、网络数据包和/或类似物。

输入控件310虚拟地耦合到可被锚定到虚拟锚定点330的虚拟反馈机构320，而不是用诸如弹簧130之一的机械反馈机构限制输入控件310。在一些示例中，输入控件320可以与手柄230一致，虚拟反馈机构320可以与反馈机构240一致，并且虚拟锚定点330可以与锚定点250一致。随着输入控件310移动，输入控件310的位置和/或位置变化被应用于与虚拟反馈机构320相关联的虚拟反馈模型。然后虚拟反馈模型可以被用于确定将经由一个或多个触觉致动器施加于输入控件310的反馈量(如果有)。

在一些实施例中，虚拟反馈机构320的虚拟反馈模型可以与虚拟弹簧的虚拟反馈模型一致。随着输入控件310左右移动，运动可以被理解为从与输入控件310相关联的基准点360起的位移。随着位移增加和/或减少，这可以理解为虚拟弹簧的拉伸和/或压缩。通过将虚拟弹簧常数分配给虚拟弹簧，位移可以被转换成可传送回到一个或多个触觉致动器的一个或多个力或其他值。

因为虚拟反馈机构320是虚拟的，所以其在产生用于输入控件310的反馈的用途是非常灵活的，这取决于与虚拟反馈机构320一起使用的虚拟反馈模型和一个或多个触觉致动器的功能限制。只要使得输入控件310的位置、位移、位置变化和/或位移变化对虚拟反馈模型可用，就可以使用任何映射将位置、位移、位置变化和/或位移变化转换成相应的反馈。此类方法的优点包括容易地改变在虚拟反馈模型中使用的映射的量值和/或曲线和/或改变对应于基准点360的输入控件310的位置的能力。

在一些实施例中，虚拟反馈机构320的虚拟反馈模型可以被配置以便对任何期望的反馈行为建模。在一些示例中，虚拟反馈机构320可以模拟机械反馈装置，即使输入控件310周围的空间不能够支持此类机械反馈装置。在一些示例中，所模拟的机械反馈装置可以包括机械弹簧、阻尼器、缓冲器、减震器、气压弹簧和/或类似装置。在一些示例中，虚拟反馈机构320和虚拟反馈模型可以模拟可能不实际和/或甚至不可能使用机械反馈装置来实施的反馈。例如，这可以包括零尺寸的虚拟弹簧，其对抗围绕基准点的任何位移。在一些示例中，因为物理尺寸与虚拟反馈机构320不相关，所以虚拟锚定点330的位置可以对应于基准点360。在一些示例中，在虚拟锚定点330和基准点360之间的相对位置可以取决于虚拟反馈模型。

图4是根据一些实施例的若干示例虚拟反馈模型的简化示图。图4中的每个虚拟反馈模型表示可以与输入控件一起使用的电位反馈模型，该输入控件可以以与关于图3中的输入控件310描述的水平运动一致的方式沿单个轴线被移位和/或移动。每个虚拟反馈模型也基于可以从基准点围绕单个运动轴线被移位的输入控件。图4的虚拟反馈模型以传递函数的形式示出，该传递函数描述了在由水平轴线表示的位移量和由垂直轴线表示的反馈量之间的关系，其中在垂直轴线处的交叉点表示基准点。在一些示例中，反馈量可以与可由一个或多个触觉致动器施加于输入控件的力的数量相对应或成比例。如可以理解，虚拟反馈模型的各种参数中的任何一个可以在任何时间处改变，从而允许操作者和/或另一控制系统改变施加于输入控件反馈的模式和/或数量。在一些示例中，这可以包括动态地改变确定位移时所围绕的基准点(例如，将基准点与虚拟锚定点分开和/或移动虚拟锚定点)以及/或者动态地改变斜率、设定点或甚至与对应的输入控件一起使用的虚拟反馈模型中的任何一个。

作为一个示例，图4示出单向线性反馈模型410。如图所示，单向反馈模型410产生与输入控件从基准点起的正位移成比例的反馈且没有针对负位移的反馈。反馈量由斜率k控制，其中k的较大值提供针对给定位移的较高力反馈并且k的较小值提供针对给定位移的较低力反馈。在一些示例中，正位移和负位移的作用可以被反转，其中针对负位移产生反馈并且不针对正位移产生反馈。在一些示例中，单向反馈模型410可以提供可由仅当在张力下时提供力反馈的虚拟弹簧施加的力反馈的适当近似。

图4也示出双向线性反馈模型420。如同单向反馈模型410，双向线性反馈模型420提供与位移量成比例的反馈量，其中缩放比例由斜率k控制。然而，双向线性反馈模型420适用于正位移和负位移两者。因此，双向反馈模型420可以用于在朝向基准点的方向上提供反馈。在一些示例中，双向反馈模型420可以提供可由在张紧和压缩期间提供力反馈的虚拟弹簧施加的力反馈的适当近似。

虚拟反馈模型也可以是非线性的，如在非线性反馈模型430中所示。非线性反馈模型430包括总体反馈操作的三个区域。在启动区域432中，施加很少的反馈或不施加反馈，直到位移超过启动阈值。在一些示例中，启动区域432可以减少在输入控件中由于所施加的反馈而引起的不期望的振动，和/或提供无反馈的启动区域。在主要操作区域434中，反馈量可以近似地与位移量成比例。并且在饱和区域436中，所提供的反馈量可以达到预分配的最大值。在一些示例中，预分配的最大值可以基于可由一个或多个触觉致动器供给的最大反馈量、用户的物理强度和/或类似物。

虚拟反馈模型也可以包括滞后作用和/或类似滞后作用的效果，如在滞后作用反馈模型440中所示。类似于非线性反馈模型430，滞后作用反馈模型440包括启动区域442、坡起(ramp-up)操作区域444和饱和区域446。滞后作用反馈模型440还包括不同于坡起操作区域444的坡降(ramp-down)操作区域448。在一些示例中，滞后作用反馈模型440不仅提供非线性反馈模型430的优点，而且可以提供更好的回归基准点特征，这是因为可以施加反馈直到输入控件返回到基准点的那一点。

虽然图4中未示出，但是虚拟反馈模型中的其他变化是可能的。根据一些实施例，虚拟反馈模型可以表示其他物理组件。在一些示例中，水平轴线可以表示位置和/或速度而不是位移。在一些示例中，垂直轴线可以表示力、摩擦和/或类似参数。根据一些实施例，可以使用更复杂的虚拟反馈模型。在一些示例中，虚拟反馈模型可以近似分段线性行为。在一些示例中，可以使用其他非线性模型。

在一些示例中，虚拟反馈模型可以包括具有对应多个位移轴线的两个、三个或甚至更多个输入尺寸和/或用于对应两个、三个或更多尺寸反馈轴线中的每一个的虚拟反馈表面。在一些示例中，输入尺寸和/或轴线中的每一个可以与位置自由度、旋转自由度、物理方向、时间和/或类似参数相对应。在一些实施例中，多尺寸反馈模型可以是各向同性的和/或非各向同性的。在一些示例中，虚拟反馈模型可以模拟在不同方向上具有不同系数的非各向同性的虚拟弹簧。在一些示例中，虚拟反馈模型可以模拟在一个方向上的较高刚度和在另一方向上的较低刚度。在一些示例中，虚拟反馈模型可以示出在一个方向上的线性行为和在另一方向上的非线性行为。一般地，使用诸如一系列弹簧、阻尼器等物理反馈机构实现这种反馈灵活性通常是不可能的。

根据一些实施例，虚拟反馈模型可以是不对称的。在一些实施例中，不同的斜率、非线性模式、滞后作用等可以被施加于正位移和负位移。例如，用于负位移的双向线性反馈模型420可以与用于正位移的滞后作用反馈模型440组合。根据一些实施例，虚拟反馈模型可以提供对应于与相应输入控件相关联的其他行为的反馈值。在一些示例中，虚拟反馈模型430可以将同一形状粗略地近似为用于解释控制算法或模型的输入控件的位移的控制模型，使得输入控件的小位移导致在控制算法中输入零并且输入控件上的大位移提供在控制算法中输入的饱和最大值。

在一些实施例中，虚拟反馈机构320可以容易地调整为处理沿包括位置位移和/或旋转位移的运动中的任何自由度的位移和/或运动。在一些示例中，输入控件310的任何测量位移可以被转换成沿任何自由度的分量。在一些示例中，当输入控件310在水平方向和垂直方向上移位时，在水平方向和垂直方向上的分量可以被确定并且然后一个或多个虚拟反馈模型可以被施加于水平分量和垂直分量。在一些示例中，这可以包括分离的垂直虚拟反馈模型和水平虚拟反馈模型，使得有可能确定不同的反馈模型并在水平方向和垂直方向上将所述反馈模型施加于输入控件310。

图5是根据一些实施例的若干示例虚拟反馈机构配置的简化示图。图5中的每个配置表示具有一个或多个输入控件的一个或多个虚拟反馈机构的可能配置，并且展示一个或多个虚拟反馈机构可以如何提供反馈给一个或多个输入控件。如同图3的配置，任何虚拟反馈模型(诸如图4的虚拟反馈模型)都可以用于图5中所示的虚拟反馈机构。

配置510展示两个或更多个虚拟反馈机构可以如何与输入控件520一起使用。如图所示，输入控件520虚拟地耦合到锚定到虚拟锚定点534的虚拟反馈机构532和锚定到虚拟锚定点538的虚拟反馈机构536。在一些示例中，虚拟锚定点534和538可以对应于不同的位置和/或基准点。在一些示例中，虚拟锚定点534和/或538可以对应于位于输入控件520上的中心位置附近的基准点525。根据一些实施例，配置510可以与图1A和图1B中所示的输入控件类似的操纵杆型输入控件一致，并且/或者可以与铰接输入控件200一致。

虚拟反馈机构532和536的使用可以简化用于输入控件520的反馈建模。在一些示例中，通过使用分离的虚拟反馈机构532和536，虚拟反馈机构532和536中的每一个可以包括更简单的一维虚拟反馈模型。用于虚拟反馈机构532的虚拟反馈模型可以基于输入控件520的水平位移提供反馈，并且用于虚拟反馈机构536的虚拟反馈模型可以基于输入控件520的垂直位移提供反馈。在一些示例中，来自于虚拟反馈机构532的反馈可以用于产生施加于水平运动的针对输入控件520的一个或多个触觉致动器的反馈水平，并且来自于虚拟反馈机构536的反馈可以用于产生施加于垂直运动的针对输入控件520的一个或多个触觉致动器的反馈水平。在一些示例中，叠加或某种其他组合策略可以用于产生来自虚拟反馈机构532和536的虚拟反馈模型的复合反馈量。在一些示例中，当多个虚拟反馈机构虚拟地耦合于手柄230时，反馈水平和/或复合反馈可以用于通过与接头220相关联的致动器在手柄230上施加反馈力。

配置540展示了使用虚拟反馈机构560以引起在输入控件550和输入控件555之间的顺应行为。通过使用输入控件550和555之间的相对位移，可以产生反馈量以便例如支持操作，使得输入控件550和555可以跟踪彼此。在一些示例中，这可以支持分别操作输入控件550和555的两个独立操作者之间的配合。

配置570展示与可旋转输入控件580一起使用的示例扭转型虚拟反馈机构。虚拟扭转反馈机构592可以虚拟地耦合到可旋转输入控件580和虚拟锚定点594。虚拟扭转反馈机构592的虚拟反馈模型可以模拟扭转弹簧的行为。因此，随着可旋转输入控件580旋转并产生角位移，该角位移可以用于引起可旋转输入控件580中的扭转反馈。在一些示例中，虚拟扭转反馈机构592可以用于提供旋转反馈给输入控件，如在类似于铰接输入控件200的铰接输入控件中提供扭转反馈至滚动、俯仰和/或偏航取向。

虽然图5中未示出，但是虚拟反馈机构的其他配置都是可能的。根据一些实施例，可以使用多于两个虚拟反馈机构。在一些示例中，第三虚拟反馈机构可以用于处理在与水平方向和垂直方向正交的上下方向上的位移。在一些示例中，一系列虚拟反馈机构可以虚拟地径向围绕输入控件520耦合，以便更均匀地引导输入控件520至中央定位的基准点。根据一些实施例，可以混合并匹配这些组合。在一些示例中，附加的虚拟反馈机构可以虚拟地耦合附加的输入控件和/或虚拟锚定点至输入控件550和/或输入控件555。因此，可以创建虚拟耦合的输入控件的网状物。根据一些实施例，可以组合不同类型的虚拟反馈机构。在一些示例中，操纵杆型输入控件可以虚拟地耦合到水平虚拟反馈机构和垂直虚拟反馈机构(如配置510中所示的那些)以及扭转虚拟反馈机构(如配置570中的虚拟扭转反馈机构592)。以此方式，反馈可以被施加于操纵杆型输入控件，以支持水平位移和垂直位移，而且也用于旋转位移。在一些示例中，铰接输入控件(诸如铰接输入控件200)可以虚拟地耦合到提供推动手柄230朝向基准点的反馈的一个或多个虚拟反馈机构以及推动手柄230朝向具有滚动、俯仰和/或偏航分量的基准取向的一个或多个虚拟扭转反馈机构。

图6是根据一些实施例的产生关于输入控件的反馈的方法600的简化示图。方法600的过程610-670中的一个或多个可以至少部分地以可执行编码的形式实施，该可执行编码被存储在非瞬态有形机器可读介质上并且在由一个或多个处理器运行时可促使一个或多个处理器执行过程610-670中的一个或多个。在一些实施例中，输入控件可以是输入控件200、310、520、550、555和/或580中的任何输入控件。在一些实施例中，方法600可以被用于实施失知触动开关(dead-man’s switch)的等同物。

在过程610处，确定用于输入控件的基准点。在反馈可被施加于输入控件之前，基准点通常被确定以用于输入控件。在大多数情况下，基准点变成将要确定的位移和/或运动所围绕的基准点，并且通常可以位于零反馈一般被施加于输入控件的点处。在一些实施例中，基准点可以基于输入控件的物理几何结构来确定。在一些示例中，基准点可以在输入控件的运动范围的一端或另一端处，并且/或者可以是在沿运动范围的任何点处，如在中心点处。在一些示例中，当输入控件是铰接输入控件时，基准点可以对应于控制台工作空间内的点。在其中输入控件具有不受限制的运动(如不停止的旋转输入控件)的一些示例中，基准点可以在旋转输入控件的任何旋转角度处。在一些示例中，基准点可以是基于从另一输入装置和/或从操作者接收的命令可选择的。在一些示例中，基准点可以基于当接收到命令时输入控件的位置来确定。在一些示例中，输入控件的位置可以使用耦合到输入控件的一个或多个输入/输出(I/O)线、总线和/或网络链路来确定。在一些示例中，输入控件可以是输入控件200、310、520、550、555和/或580中的任何一个。

在过程620处，选择并配置用于输入控件的虚拟反馈模型。根据期望用于输入控件的反馈行为，虚拟反馈模型被选择且然后被配置。在一些示例中，这可以包括选择图4中描述的虚拟反馈模型中的任何一个或某种其他合适的虚拟反馈模型。这可以包括在单向模型和双向模型之间、在线性模型和非线性模型之间、在各向同性模型和非各向同性模型之间以及/或者在具有滞后作用的模型或不具有滞后作用的模型之间选择。然后虚拟反馈模型可以被配置为具有适当的斜率、折点、启动阈值、饱和值等。在一些示例中，可以由操作者使用一个或多个参数化的虚拟反馈模型的目录来选择和/或配置虚拟反馈模型。

在过程630处，检测输入控件的位置和/或运动。用于输入控件的位置和/或运动信息被从输入控件接收。在一些示例中，输入控件的位移和/或运动可以使用耦合到输入控件的一个或多个I/O线、总线和/或网络链路来确定。在一些示例中，位置和/或运动可以作为一个或多个模拟或数字值、一个或多个脉冲计数或脉冲宽度、在一个或多个消息中、在一个或多个网络数据包中和/或在类似物中接收。在一些示例中，位置和/或输入控件可以从与输入控件相关联的铰接臂的一个或多个连接角、一个或多个连接位置和/或一个或多个运动模型确定。在一些示例中，运动模型可以用于基于连接角和/或位置来确定手柄或用户抓持点在控制台工作空间中的位置和/或取向。在一些示例中，位置和/或运动可以被转换成从在过程610期间确定的基准点起的位移。在一些示例中，当输入控件正被用于远程地和/或经由电操作来控制末端执行器时，该位移可以对应于末端执行器相对于该末端执行器的基准点的位置和/或取向。

在过程640处，报告位置和/或运动。因为输入控件也有可能提供命令和/或其他输入给运动控件和/或运动规划算法，所以所接收的位置和/或运动被提供给运动控件和/或运动规划算法。在一些示例中，位置和/或运动可以在被报告给运动控件和/或运动规划算法之前经受信号调节、按比例缩放、转移等。在一些示例中，运动控件和/或运动规划算法可以负责响应于输入控件的位置和/或取向的变化而操纵末端执行器。

在过程650处，确定用于输入控件的反馈水平。使用在过程630期间检测的位置和/或运动以及在过程620期间选择和配置的虚拟反馈模型，用于输入控件的反馈水平或反馈量被确定。在一些示例中，使用类似于关于图4讨论的那些的虚拟反馈模型将基于位置和/或运动确定的位移转换为反馈力。

在过程660处，基于反馈水平施加触觉反馈。使用在过程650期间确定的反馈水平，一个或多个输出信号和/或命令被产生并使用耦合到输入控件的I/O线、总线和/或网络链路发送至输入控件的一个或多个触觉致动器。在一些示例中，一个或多个输出信号或命令可以包括一个或多个模拟或数字值、一个或多个脉冲计数或脉冲宽度、一个或多个消息、一个或多个网络数据包和/或类似物。在一些示例中，当输入控件是铰接输入控件时，反馈水平可以使用一个或多个逆运动模型和/或用于与铰接输入控件相关联的铰接臂的雅可比行列式转换至连接力和/或转矩。

在可选的过程670处，输入控件被强迫朝向基准点。当合适的虚拟反馈模型正被应用于输入控件时，在过程660期间施加的触觉反馈可以施加向后朝向基准点引导输入控件的力。在一些示例中，当没有应用操作者或其他输入端时，虚拟反馈模型可以推动输入控件回到基准点。

然后随着输入控件的更多位置和/或运动被检测、报告且然后被用于使用一个或多个触觉致动器确定并产生适当反馈，过程630-670被重复。

如在上面讨论且在这里进一步强调的，图6仅是示例，其不应当过度地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变化、替代和修改。根据一些实施例，输入控件可以受到来自于多于一个的虚拟反馈机构的反馈。在一些示例中，在过程630期间检测的位置和/或运动可以用于从多个虚拟反馈模型产生反馈水平，然后该反馈水平被用于确定要施加的触觉反馈量。在一些示例中，叠加或其他组合算法可以用于产生输入控件的复合反馈。根据一些实施例，过程610和/或620可以在方法600的执行期间被周期性地执行。在一些示例中，输入可以从操作者和/或可改变正使用的虚拟反馈模型的选择和/或配置的另一系统接收。在一些示例中，过程610可以被用于改变输入控件的基准点。在一些示例中，过程620可以被用于改变正施加于所检测的位置和/或运动的反馈模型。

图7是根据一些实施例的控制系统700的简化示图。如图7所示，控制系统700是基于控制单元710的。控制单元710可以是可从用户控件接收输入、处理那些输入并且基于那些输入实施一个或多个控制算法的更大计算机和/或电子系统(未示出)的一部分。根据一些实施例，控制系统700可以用作用于对应于由加利福尼亚森尼韦尔(Sunnyvale，California)的直观外科手术公司(Intuitive Surgical，Inc.)商业化的da外科手术系统的计算机辅助手术装置和/或计算机辅助成像装置的操作者工作站的一部分和/或与操作者工作站结合。一个或多个控制算法可以使用从操作者工作站上的各种输入控件接收的输入，以帮助控制计算机辅助手术装置和/或计算机辅助成像装置的位置和运动。在一些示例中，这些一个或多个控制算法可以考虑运动模型，支持碰撞避免和/或协调运动等。

控制单元710包括耦合到存储器730的处理器720。控制单元710的操作由处理器720控制。并且虽然控制单元710被示出具有仅一个处理器720，但是应当理解的是处理器720可以表示控制单元710中的一个或多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似器件。控制单元710可以实现为添加到计算装置的独立子系统和/或电路板或者实现为虚拟机器。在一些实施例中，控制单元可以被包括作为操作者工作站的一部分和/或与操作者工作站分离地操作，但与操作者工作站配合。

存储器730可以被用于存储由控制单元71执行的软件和/或在控制单元710的操作期间使用的一个或多个数据结构。存储器730可以包括一种或多种类型的机器可读介质。一些共同形式的机器可读介质可以包括软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或卡盒和/或处理器或计算机适于从其中读取的任何其他介质。

如图所示，存储器730包括输入控制反馈应用740，该输入控制反馈应用740可以用于支持在耦合到控制单元710的各种输入控件中产生反馈。输入控制反馈应用740可以包括用于实施方法600的一个或多个应用编程接口(API)，该方法包括用于从一个或多个输入装置接收输入控制位置、位移和/或运动，确定对应反馈值以及产生用于一个或多个触觉反馈致动器的反馈信号的一个或多个过程。并且虽然输入控制反馈应用740被描述为软件应用，但是输入控制反馈应用740可以使用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实施。

为了支持输入控制反馈应用740，控制单元710额外包括具有一个或多个I/O端口的接口750。接口750可以是任何合适的类型，诸如专用I/O线、网络链路、集成电路之间(I2C)的总线、串联外围接口(SPI)总线、并联端口、模拟I/O线和/或类似装置。接口750可以包括一个或多个输出线、总线和/或网络链路760，用于将控制单元710耦合到输入控件的一个或多个触觉致动器，使得输入控制反馈应用740可以控制输入控件中的反馈。接口750也可以包括一个或多个输入线和/或总线770，用于将控制单元710耦合到输入控件的一个或多个传感器，使得输入控制反馈应用740可以接收输入控件的位置、位移和/或运动信息。在一些示例中，一个或多个输出线760可以耦合到输入控件310的输入端350，并且一个或多个输入线、总线和/或网络链路770可以耦合到输入控件310的输出端340。在一些示例中，一个或多个输出线760和一个或多个输入线770可以组合在相同的双向线、相同的总线和/或相同的网络链路中。在一些示例中，与一个或多个接口750相关联的接口电路系统可以包括一个或多个总线控制器、I/O控制器、网络接口、模数转换器、数模转换器、数据采集系统和/或类似装置。

诸如控制单元700的控制单元的一些示例可以包括非临时性有形的机器可读介质，其包括当由一个或多个处理器(例如，处理器710)运行时可以促使一个或多个处理器执行方法600的过程的可执行代码。可以包括方法600的过程的一些共同形式的机器可读介质是例如软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或卡盒和/或处理器或计算机适于从其中读取的任何其他介质。

虽然图3-7中描述的说明性实施例涉及诸如触觉输入控件的输入控件，但是普通技术人员将理解的是虚拟反馈机构具有更宽广的可应用性。根据一些实施例，任何输入控件都可以用正受控制的系统中的任何虚拟元件或物理元件替换。因此，例如，示例配置540可以经调整以提供在具有铰接臂的两个装置的末端执行器之间的顺应运动，其中虚拟反馈机构560的虚拟反馈模型可以用于通过偏置关于两个末端执行器之间的相对距离的反馈量而支持两个末端执行器之间的期望的物理关系。

虽然已经示出并描述了一些说明性实施例，但是在前述公开中设想了广泛的修改、变化和替代，并且在一些情况下可以采用实施例的一些特征而无其他特征的对应使用。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本发明的范围应该仅由随附权利要求限制，并且适当的是权利要求应该广义地并以与本文公开的实施例的范围一致的方式解释。

Claims (56)

1.一种用于计算机辅助医疗装置的控制单元，所述控制单元包括：

一个或多个处理器；和

接口，其被配置为将所述控制单元耦合到第一输入装置；

其中所述控制单元被配置为：

确定用于所述第一输入装置的基准点；

从用于所述第一输入装置的多个虚拟反馈模型即VFM之中选择用于所述第一输入装置的第一VFM；

配置所述第一VFM的一个或多个参数；

基于来自与所述第一输入装置相关联的一个或多个第一传感器的信息确定所述第一输入装置的第一位置；

确定所述第一位置和所述基准点之间的位移；

基于所述位移和所述第一VFM确定用于所述第一输入装置的第一反馈水平，其中当所述位移在零和第一阈值之间时所述第一反馈水平为零，并且当所述位移在所述第一阈值和第二阈值之间时所述第一反馈水平与所述位移成比例；以及

基于所述第一反馈水平发送一个或多个第一反馈命令至与所述第一输入装置相关联的一个或多个第一致动器。

2.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述基准点是基于所述第一输入装置的初始位置而确定的。

3.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述基准点是响应于从操作者接收的命令而确定的。

4.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述基准点是基于所述第一输入装置的物理几何结构而确定的。

5.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数具有从由单向、双向、非线性、不对称、对称、各向同性、非各向同性和滞后作用构成的群组中选择的一个或多个特征。

6.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一反馈水平被限制到预分配的最大值。

7.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数包括饱和区域。

8.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一VFM模拟从由机械弹簧、阻尼器、缓冲器、减震器、扭力弹簧和气压弹簧构成的群组中选择的一个或多个反馈装置。

9.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一位置处于从所述基准点起的线位移或角位移。

10.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一输入装置是触觉装置。

11.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一输入装置是操作者控件。

12.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一输入装置是铰接装置的末端执行器。

13.根据权利要求1所述的控制单元，其中当所述位移在所述第一阈值和所述第二阈值之间时所述一个或多个第一反馈命令朝向所述基准点引导所述第一输入装置。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中在缺少施加于所述第一输入装置的外力的情况下，所述一个或多个第一反馈命令使用所述第一输入装置实施失知触动开关。

15.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为改变所述第一VFM的所述一个或多个参数中的一个参数。

16.根据权利要求15所述的控制单元，其中所述一个或多个参数对应于与所述第一VFM相关联的传递函数的斜率、折点、启动阈值和饱和值中的一个或多个。

17.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为：

选择不同于所述第一VFM的第二VFM，所述第二VFM从用于所述第一输入装置的所述多个VFM之中选择；

基于所述第二VFM确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到与所述第一输入装置相关联的所述一个或多个第一致动器。

18.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为改变所述基准点。

19.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中所述第一位置基于所检测的所述第一输入装置的运动来确定。

20.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为：

从用于所述第一输入装置的所述多个VFM之中选择用于所述第一输入装置的第二VFM；

配置所述第二VFM；

进一步基于所述第二VFM确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到与所述第一输入装置相关联的所述一个或多个第一致动器。

21.根据权利要求20所述的控制单元，其中所述第一VFM和所述第二VFM是不同的。

22.根据权利要求20所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为：

基于所述第一位置和所述第一VFM确定所述第一反馈水平；

基于第二位置和所述第二VFM确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平和所述第一反馈水平的叠加确定复合反馈水平；以及

基于所述复合反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到与所述第一输入装置相关联的所述一个或多个第一致动器。

23.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中：

所述接口进一步耦合所述控制单元至第二输入装置；以及

所述控制单元进一步被配置为：

使用与所述第二输入装置相关联的一个或多个第二传感器确定所述第二输入装置的第二位置；

基于所述第二位置确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令至与所述第二输入装置相关联的一个或多个第二致动器。

24.根据权利要求23所述的控制单元，其中所述一个或多个第一反馈命令和所述一个或多个第二反馈命令引起在所述第一输入装置和所述第二输入装置之间的顺应运动。

25.根据权利要求23所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为：

确定在所述第一位置和所述第二位置之间的位移；以及

进一步基于所述位移确定所述第一反馈水平。

26.根据权利要求1-13中任一项所述的控制单元，其中所述控制单元进一步被配置为：

基于所述基准点确定用于由所述第一输入装置控制的末端执行器的基准位置；

确定所述末端执行器的第二位置；

进一步基于所述基准位置和所述第二位置确定用于所述第一输入装置的第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到与所述第一输入装置相关联的所述一个或多个第一致动器。

27.一种提供关于计算机辅助医疗装置的输入装置的反馈的方法，所述方法包括：

确定用于所述输入装置的基准点；

从用于所述输入装置的多个虚拟反馈模型即VFM之中选择用于所述输入装置的第一VFM；

配置所述第一VFM的一个或多个参数；

基于来自与所述输入装置相关联的一个或多个传感器的信息确定所述输入装置的位置；

确定所述位置和所述基准点之间的位移；

基于所述位移和所述第一VFM确定用于所述输入装置的反馈水平，其中当所述位移在零和第一阈值之间时所述反馈水平为零，并且当所述位移在所述第一阈值和第二阈值之间时所述反馈水平与所述位移成比例；以及

基于所述反馈水平发送一个或多个反馈命令至与所述输入装置相关联的一个或多个致动器。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数具有从由单向、双向、非线性、不对称、对称、各向同性、非各向同性和滞后作用构成的群组中选择的一个或多个特征。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述反馈水平被限制到预分配的最大值。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数包括饱和区域。

31.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一VFM模拟从由机械弹簧、阻尼器、缓冲器、减震器、扭力弹簧和气压弹簧构成的群组中选择的一个或多个反馈装置。

32.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括当所述位移在所述第一阈值和所述第二阈值之间时使用所述一个或多个反馈命令朝向所述基准点引导所述输入装置。

33.根据权利要求27-32中任一项所述的方法，其进一步包括改变所述第一VFM的所述一个或多个参数中的一个参数，所述一个或多个参数对应于与所述第一VFM相关联的传递函数的斜率、折点、启动阈值和饱和值中的一个或多个。

34.根据权利要求27-32中任一项所述的方法，其进一步包括：

选择不同于所述第一VFM的第二VFM，所述第二VFM从用于所述输入装置的所述多个VFM之中选择；

基于所述第二VFM确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到与所述输入装置相关联的所述一个或多个致动器。

35.根据权利要求27-32中任一项所述的方法，其进一步包括改变所述基准点。

36.一种与计算机辅助医疗装置一起使用的触觉输入装置，所述触觉输入装置包括：

输入控件；

用于检测与所述输入控件的位置相关的信息的一个或多个传感器；

用于引起关于所述输入控件的反馈的一个或多个致动器；和

控制单元，所述控制单元包括：

一个或多个处理器；和

将所述控制单元耦合至所述输入控件的接口；

其中所述控制单元被配置为：

确定用于所述输入控件的基准点；

从用于虚拟反馈装置的多个虚拟反馈模型即VFM之中选择用于所述虚拟反馈装置的第一VFM，所述虚拟反馈装置虚拟地耦合到所述输入控件；

配置所述第一VFM；

基于从所述一个或多个传感器接收的信息确定所述输入控件的所述位置；

确定所述位置和所述基准点之间的位移；

基于所述位移和所述第一VFM确定用于所述输入控件的反馈水平，其中当所述位移在零和第一阈值之间时所述反馈水平为零，并且当所述位移在所述第一阈值和第二阈值之间时所述反馈水平与所述位移成比例；以及

基于所述反馈水平发送一个或多个反馈命令至所述一个或多个致动器。

37.根据权利要求36所述的触觉输入装置，其进一步包括虚拟地耦合到所述虚拟反馈装置的虚拟锚定点。

38.根据权利要求36所述的触觉输入装置，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数具有从由单向、双向、非线性、不对称、对称、各向同性、非各向同性和滞后作用构成的群组中选择的一个或多个特征。

39.根据权利要求36所述的触觉输入装置，其中所述反馈水平被限制到预分配的最大值。

40.根据权利要求36所述的触觉输入装置，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数包括饱和区域。

41.根据权利要求36所述的触觉输入装置，其中所述第一VFM模拟从由机械弹簧、阻尼器、缓冲器、减震器、扭力弹簧和气压弹簧构成的群组中选择的一个或多个反馈装置。

42.根据权利要求36-41中任一项所述的触觉输入装置，其中所述触觉输入装置是失知触动开关。

43.根据权利要求36-41中任一项所述的触觉输入装置，其中所述控制单元进一步被配置为：

从用于所述虚拟反馈装置的所述多个VFM之中选择用于所述虚拟反馈装置的第二VFM；

配置所述第二VFM；

进一步基于所述第二VFM确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到所述一个或多个致动器。

44.根据权利要求36-41中任一项所述的触觉输入装置，其中所述输入控件是铰接装置的末端执行器。

45.一种与计算机辅助医疗装置一起使用的顺应运动系统，所述系统包括：

第一装置；

用于检测与所述第一装置的第一位置相关的信息的一个或多个第一传感器；

用于引起关于所述第一装置的反馈的一个或多个第一致动器；

用于检测与第二装置的第二位置相关的信息的一个或多个第二传感器；

用于引起关于所述第二装置的反馈的一个或多个第二致动器；和

控制单元，所述控制单元包括：

一个或多个处理器；和

将所述控制单元耦合至所述第一装置和所述第二装置的接口；

其中所述控制单元被配置为：

从用于虚拟反馈装置的多个虚拟反馈模型即VFM之中选择用于所述虚拟反馈装置的第一VFM，所述虚拟反馈装置虚拟地耦合在所述第一装置和所述第二装置之间；

配置所述第一VFM；

基于从所述一个或多个第一传感器和所述一个或多个第二传感器接收的信息确定在所述第一装置和所述第二装置之间的相对位移；

基于所述相对位移和所述第一VFM确定反馈水平，其中当所述相对位移在零和第一阈值之间时所述反馈水平为零，并且其中当所述相对位移在所述第一阈值和第二阈值之间时所述反馈水平与所述相对位移成比例；

基于所述反馈水平发送一个或多个第一反馈命令至所述一个或多个第一致动器；以及

基于所述反馈水平发送一个或多个第二反馈命令至所述一个或多个第二致动器。

46.根据权利要求45所述的系统，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数具有从由单向、双向、非线性、不对称、对称、各向同性、非各向同性和滞后作用构成的群组中选择的一个或多个特征。

47.根据权利要求45或46所述的系统，其中所述一个或多个第一反馈命令和所述一个或多个第二反馈命令引起在所述第一装置和所述第二装置之间的顺应运动。

48.根据权利要求45或46所述的系统，其中所述控制单元进一步被配置为：

从用于所述虚拟反馈装置的所述多个VFM之中选择用于所述虚拟反馈装置的第二VFM；

配置所述第二VFM；

进一步基于所述第二VFM确定第二反馈水平；以及

基于所述第二反馈水平发送一个或多个第二反馈命令到所述一个或多个第一致动器。

49.一种操作计算机辅助医疗装置的方法，所述方法包括：

将根据用于触觉控制输入端的第一虚拟反馈模型即第一VFM确定的反馈以及在所述触觉控制输入端的位置和基准点之间的位移发送至所述计算机辅助医疗装置的所述触觉控制输入端，其中当所述位移在零和第一阈值之间时所述反馈为零，并且当所述位移在所述第一阈值和第二阈值之间时所述反馈与所述位移成比例；

接收命令以根据用于所述触觉输入控件的第二VFM配置所述触觉输入控件；以及

将根据第二VFM确定的反馈发送至所述触觉控制输入端。

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数具有从由单向、双向、非线性、不对称、对称、各向同性、非各向同性和滞后作用构成的群组中选择的一个或多个特征。

51.根据权利要求49所述的方法，其中根据所述第一VFM确定的所述反馈被限制到预分配的最大值。

52.根据权利要求49所述的方法，其中所述第一VFM包括传递函数，所述传递函数包括饱和区域。

53.根据权利要求49所述的方法，其中所述第一VFM模拟从由机械弹簧、阻尼器、缓冲器、减震器、扭力弹簧和气压弹簧构成的群组中选择的一个或多个反馈装置。

54.根据权利要求49所述的方法，其进一步包括当所述位移在所述第一阈值和所述第二阈值之间时使用所述反馈朝向所述基准点引导所述触觉控制输入端。

55.根据权利要求49所述的方法，其进一步包括改变所述第一VFM的参数，所述参数对应于与所述第一VFM相关联的传递函数的斜率、折点、启动阈值和饱和值中的一个或多个。

56.根据权利要求49-55中任一项所述的方法，其进一步包括改变所述第一VFM的所述基准点。