CN109310473A - 用于可控臂的基部定位系统以及相关方法 - Google Patents

Abstract

机器人系统包括可相对于地板表面移动的基部和从所述基部延伸的可控臂。所述臂被配置为支撑并移动工具。所述臂具有可操作以定位和/或定向所述臂的远侧部分的动力接头。所述机器人系统还包括处理器，所述处理器被联接到所述动力接头并且被配置为驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时维持所述臂的远侧部分的定位和/或取向。

Description

用于可控臂的基部定位系统以及相关方法

技术领域

本说明书涉及用于远程可控臂的基部定位系统，并且更具体地涉及用于机器人系统的远程可控臂的基部定位系统。

背景技术

机器人系统能够包括机器人臂以操纵用于在工作部位执行任务的器械。机器人臂能够包括通过一个或更多个接头联接在一起的两个或更多个连杆。接头能够是被主动地控制的主动接头。接头也能够是被动接头，其在主动接头被主动地控制时符合主动接头的运动。这种主动接头和被动接头可以是回转接头或移动接头。然后，可以通过接头的定位/位置(positions)、机器人臂的结构和连杆的联接来确定机器人臂的配置。

机器人系统包括工业和娱乐机器人系统。机器人系统还包括用在诊断、非手术治疗、手术治疗等程序中的医疗机器人系统。作为一个具体示例，机器人系统包括微创机器人远程手术系统，其中外科医生能够从床边位置或远程位置对患者动手术。远程手术通常是指使用手术系统执行的外科手术，其中外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构)来操纵手术器械运动而不是用手直接握持和移动器械。可用于远程手术的机器人手术系统能够包括远程可控机器人臂。操作者能够远程控制该远程可控机器人臂的运动。操作者还能够手动将机器人手术系统的各个部件移动到手术环境内的各个定位。例如，外科医生、手术助手或其他操作者能够用手推或拉设备，使得设备沿着手术环境的地板表面移动。

发明内容

在一个方面，手术系统包括相对于地板表面可移动的基部和远程可控臂，所述远程可控臂从所述基部延伸并且被配置为支撑并移动手术工具。所述臂具有可操作以定位和/或定向所述臂的远侧部分的动力接头(powered joint)。所述手术系统还包括处理器，所述处理器被联接到所述动力接头并且被配置为驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的定位和/或取向。

在另一方面，一种方法包括基于手术系统的远程可控臂的姿势确定最优性得分。所述方法还包括驱动动力接头以重新定位远程可控臂的基部，使得所述最优性得分大于阈值得分。所述方法还包括：当述最优性得分大于所述阈值得分时，基于远程操作者输入驱动所述动力接头以引起所述远程可控臂的运动以执行手术操作。

在另一方面，描述了一种操作机器人系统的方法，所述机器人系统包括机器人臂，所述机器人臂从基部延伸并且支撑工具。所述方法包括：通过处理器确定所述基部的目标基部姿势；并且驱动所述机器人臂的动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的远侧部分的定位和/或取向。

在又一方面，一种非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令。这些指令当被与机器人系统相关联的一个或更多个处理器执行时，适于引起所述一个或更多个处理器执行一种方法。所述方法可以是本文公开的方法中的任一种。

某些方面包括本文和其他地方描述的一个或更多个实施方式，包括以下描述的实施方式的任意适当组合。

在一些实施方式中，所述处理器被配置为操作动力接头同时相对于参考在外部维持所述远程可控臂的远侧部分的定位和/或取向。在一些实施方式中，所述参考为参考点，诸如对应于患者身上的进入端口的位置的点，手术工具通过所述进入端口被插入或者将要被插入。在一些实施方式中，所述参考包括一个或更多个参考方向但是不包括参考位置；例如，所述一个或更多个参考方向可以基于紧接着开始重新定位过程之前的远侧部分的三维取向。在一些实施方式中，当维持定位和一个或更多个取向时，所述参考包括参考位置和一个或更多个参考方向二者。在一些实施方式中，所述参考包括足以限定三维空间中的位置和取向的全参考系。

在一些实施方式中，通过维持由所述臂保持的插管或工具或其他设备的定位和/或取向在外部维持所述远侧部分的定位和/或取向。在一些实施方式中，所述处理器还被配置为驱动所述动力接头以移动所述臂的远侧部分同时维持所述基部的定位和/或取向。在一些实施方式中，所述处理器还被配置为重新定位所述基部的同时响应于确定不维持所述远侧部分的所述定位和/或取向，减慢或者停止重新定位所述基部。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括被支撑在地板表面上的推车。在一些情况下，所述手术系统还包括：包括被动接头的设定组件(setup assembly)，所述被动接头将所述推车连接到所述基部。在一些情况下，所述处理器被配置为当所述推车相对于所述地板表面可移动时或者当所述基部相对于所述推车可移动时重新定位所述基部。在一些实施方式中，所述手术系统还包括用于将所述基部附接到台面的设定组件。在一些情况下，所述处理器被配置为当所述基部相对于所述台面可移动时驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

在一些实施方式中，所述臂还包括通过联动装置被连接到所述动力接头的第二动力接头，并且所述第二动力接头可操作以移动远侧部分。在一些情况下，所述处理器被配置为驱动所述动力接头和所述第二动力接头两者以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的远侧部分的定位。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括传感器，所述传感器被配置为响应于检测到所述远侧部分相对于适当参考(诸如相对于参考点)被基本上固定到一个或更多个参考方向或固定到参考系而产生信号。所述处理器例如被配置为响应于所述信号而驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括将所述臂连接到所述基部的可选择性释放的接头。所述处理器被配置为当所述可选择性释放的接头已到达期望定位时锁定所述可选择性释放的接头。在一些情况下，所述处理器被配置为：当所述动力接头被驱动以重新定位工具时，基于在所述可选择性释放的接头处的预测扭矩，驱动所述动力接头以将所述可选择性释放的接头重新定位到期望定位。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括将所述臂连接到所述基部的可选择性释放的接头。所述处理器例如被配置为驱动所述动力接头并且选择性地释放所述可选择性释放的接头以重新定位所述基部。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括将所述臂连接到所述基部的连接接头。所述处理器例如被配置为驱动所述动力接头以朝期望定位重新定位所述连接接头。

在一些实施方式中，所述处理器被配置为响应于确定所述基部相对于适当参考(诸如地板表面)处于最优基部位置包络内，抑制所述基部的运动。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括将所述基部支撑在所述地板表面上方的设定组件。所述设定组件例如包括动力轮以相对于所述地板表面移动所述设定组件。所述处理器还被配置为例如当所述远侧部分被定位时驱动所述动力轮以相对于所述远侧部分重新定位所述基部。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括产生指示所述臂的定位的信号的传感器。所述处理器例如被配置为基于指示所述臂的定位的信号检测所述臂的期望运动范围的人工展示(manual demonstration)并且基于所述人工展示驱动所述动力接头以重新定位所述基部。在一些情况下，所述处理器被配置为响应于检测到当驱动所述动力接头时所述远侧部分或手术工具不稳定而激活警报。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括多个传感器，所述多个传感器被配置为产生指示所述基部和所述动力接头的定位的信号。所述传感器例如包括接近度传感器、力传感器或压力传感器中的至少一个。

在一些实施方式中，所述处理器被配置为驱动所述动力接头以相对于位于地板表面上方的障碍物重新定位所述基部。

在一些实施方式中，所述处理器还被配置为控制所述臂将所述工具插入到患者的进入端口中以执行手术操作，并且当所述工具被插入到所述进入端口中时并且当在外部维持所述手术工具的定位和/或取向时驱动所述动力接头以重新定位所述基部。在一些情况下，所述参考包括对应于所述进入端口的位置的参考点，所述工具通过所述进入端口被插入。

在一些实施方式中，所述臂为第一臂，其被配置为支撑并定位第一手术工具。所述第一臂具有例如可移动以相对于第一参考定向第一手术工具的动力接头。所述手术系统还包括例如第二远程可控臂，所述第二远程可控臂支撑并定位第二手术工具。所述处理器例如被配置为基于所述第一臂的姿势相对于所述第二臂的姿势驱动所述第一臂的动力接头以重新定位所述基部同时维持所述第一手术工具相对于第一参考的定位和/或取向。在一些情况下，所述第二臂从所述基部延伸。

在一些情况下，所述第二臂具有可操作以移动第二手术工具的动力接头。所述处理器被配置为例如基于所述第一臂的姿势相对于所述第二臂的姿势驱动所述第二臂的动力接头以重新定位所述基部同时维持所述第二臂的远侧部分的定位和/或取向。

在一些情况下，所述第二臂包括可选择性释放的被动接头。所述处理器例如被配置为驱动所述第一臂的动力接头并且选择性地释放所述可选择性释放的被动接头以使用反作用力移动所述被动接头。

在一些情况下，所述基部为第一基部，并且所述手术系统还包括第二基部，所述第二基部被连接到所述第二臂并且可相对于所述第一基部移动。

在一些实施方式中，所述手术系统还包括可移动台面，所述可移动台面被配置为将患者支撑在地板表面上方。所述处理器例如被配置为驱动所述可移动台面同时维持所述臂的远侧部分的定位和/或取向。所述可移动台面例如被连接到所述基部。

前述的优点可以包括但是不限于下面以及本文其他地方描述的那些。处理器能够重新定位基部使得动力接头相对于基部被移动到一位置，该位置使得能够最优使用动力接头的运动范围。在其中臂包括除了动力接头之外的接头的示例中，通过控制动力接头促进的重新定位能够移动基部以相对于那些接头定位，从而改善那些接头的运动范围。倘若没有基部相对于接头的这种重新定位，则基部会处于沿着地板表面的一位置中，该位置不允许接头移动通过执行具体手术程序所必需的运动范围。

驱动动力接头以重新定位基部还能够加快基部的重新定位过程。例如，当操作者手动重新定位基部时可能发生的误差能够通过使用动力接头移动基部而得以避免。此外，由于处理器能够控制动力接头同时维持手术工具相对于参考的定位和/或取向，因此所述处理器能够重新定位基部而不会影响手术工具的定位。例如，手术工具能够在基部的重新定位之前被定位或放置在患者身上的进入端口中。因为基部的定位发生的同时维持手术工具的定位和/或取向，因此定位基部的后续步骤能够与放置手术工具的步骤脱开。因此，手术工具不必在重新定位基部之后被重新定位。

尽管本公开中提出的具体示例通常讨论手术示例，但是所公开的技术也可应用于非手术用途。例如，它们可以与通用或工业机器人操作一起使用并且改善通用或工业机器人操作，所述通用或工业机器人操作诸如在操纵工件中使用的那些。这些技术也可以与用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作一起使用并且改善用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作。

此外，尽管本公开中呈现的具体示例通常讨论远程操作机器人系统和远程可控臂，但是所公开的技术也适用于由操作者直接手动移动的机器人系统中的部分或全部。例如，这些技术可以应用于被设计成在操作者的手操纵工具时帮助稳定由机器人臂夹持的工具的机器人系统。作为另一个示例，本文中讨论的任何可控臂可以被配置为允许直接操纵，并且通过直接施加到操纵器的连杆或关节的输入接受操作者指令。

在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或更多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其他潜在的特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1为手术系统在手术环境中的俯视图。

图2为操纵器组件的透视图。

图3为用于图1的手术系统的控制系统的框图。

图4为用于利用动力接头进行反向驱动/后驱动(backdriving)以定位基部的过程的流程图。

图5为描述执行图4的过程的处理器的输入和输出的图形。

图6A到图6H为描述用于将手术操纵器组件的基部定位在手术台附近的顺序操作的俯视图。

图7为维持工具的位置的固定装置的透视图。

图8为手握持插管以维持支撑插管的操纵器臂的远侧部分的定位的透视图。

图9A为示例机器人台面系统的透视图。

图9B为另一示例可控臂的透视图。

图10A-图10C为针对给定末端执行器定位具有一定范围的接头状态的可控臂的仰视图、侧视图和后视图。

图10D为示出图10A-图10C的可控臂的自由度的示意图。

图11为示出可控臂的另一示例的自由度的示意图。

在各个附图中的相同参考数字和符号指示相同元件。

具体实施方式

从手术示例开始，一个操作者或多个操作者(例如，外科医生、手术助手、护士、技工和其他医疗从业者)能够操作图1中描述的手术系统100以在手术环境10中在患者102身上执行外科手术。操作者能够与手术系统100交互以操作包括远程可控臂106的手术操纵器组件104来执行外科手术。安装到远程可控臂106上的手术工具108能够被操作以在远程可控臂106被操纵时在患者102身上执行外科手术。远程可控臂106包括被支撑在手术环境10的地板表面20上方的基部110。基部110将远程可控臂106支撑在地板表面20上方，使得在操纵远程可控臂106执行外科手术的手术操作期间，远程可控臂106关于手术环境10相对于基部110在地板表面20上方移动。手术工具108和基部110能够在执行外科手术之前被定位或被重新定位，使得手术工具108和远程可控臂106针对外科手术被最佳地定位。

“重新定位”在本文与基部一起使用以指示基部的定位、取向、或者定位和取向两者的变化。

在基部110的重新定位期间，远程可控臂106的远侧部分(或者由远程可控臂支撑的物品，诸如安装到远程可控臂106上并且相对于远程可控臂向远侧延伸的插管或手术工具108)能够在外部被维持在手术环境10内的期望定位和/或取向。例如，期望定位和/或取向可以被参考到参考系，并且相对于该参考系保持固定。示例参考系包括被附接到具体的患者组织或解剖特征、支撑患者的表面、地板表面、手术环境等的坐标系。

“和/或”在本文用于指示两者状态可能性中的任一种或者两者。例如，“定位和/或取向”被用于指示定位、取向或者定位和取向参数两者的组合。

当定位被保持在可接受的定位变化范围内时，维持定位。例如，在一些实施方式中，可接受的定位变化范围为零，并且维持定位涉及将定位保持完全不变。在一些实施方式中，可接受的定位变化范围不为零，并且基于系统设计的限制；定位被维持成尽可能接近给定机械、电气和计算容差和误差而不变。在一些实施方式中，可接受的定位变化范围不为零，并且包括基于操作条件的边界。例如，在一些情况下，可接受的定位变化范围是毫米或厘米的数量级，并且被设置以避免对工件或人体组织的损坏。在一些情况下，可接受的定位变化范围更大。在一些情况下，可接受的定位变化范围在不同的平移自由度之间不同。

类似地，当取向被保持在可接受的取向范围内时，维持取向。在各种实施方式中，基于诸如避免对工件或人体组织的损坏的性能条件，可接受的取向变化范围可以是零、可以是由系统性能限制的最小量、可以小于一度或多度或更大，等等。在一些情况下，可接受的取向变化范围在不同的旋转自由度之间不同。

在一些实施方式中，被维持在适当定位和/或取向的臂的远侧部分可包括臂的远侧连杆的部分或全部。例如，被维持的远侧部分可以包括远侧连杆的远端、可以包括远侧连杆的被配置为在操作期间邻近进入端口的一部分、可以包括远侧连杆的联接到安装到臂的设备(诸如工具或插管)的一部分，等等。

类似地，被维持在适当定位和/或取向的工具或插管可以包括工具或插管的部分或全部。例如，工具或插管能够被认为当维持工具或插管的具体部分的定位和/或取向时被维持在适当定位和/或取向。在一些情况下，通过维持工具或插管的远端、工具或插管的邻近进入端口的一部分、工具或插管的与工具或插管的远程旋转中心一致的一部分等的定位和取向来将工具或插管维持在适当定位和/或取向。

在一些实施方式中，期望定位可以相对于手术环境10中的参考点。例如，远程可控臂的远侧部分(或由远程可控臂支撑的物品)的期望定位能够对应于插管或手术工具或其他手术设备要被(或已经被)插入到患者102中的进入端口中的姿势。患者102中的示例进入端口是患者102身上的微创孔，在一些情况下，在发生基部110的重新定位之前，操作者将远程可控臂110放置于期望的定位。替代地，在发生基部110的重新定位之前，操作者将安装到远程可控臂106的设备放置于期望的定位。可安装到远程可控臂106的设备的示例包括手术工具108或插管或其他手术设备。在基部110的重新定位期间，末端执行器关于参考点保持在期望的定位。

系统100可以在重新定位期间朝最优基部位置包络122移动基部110。例如，最优基部位置包络122对应于基部110的在手术环境10内的三维定位的范围。当基部110处于最优基部位置包络122内时，远程可控臂106能够被定位和定向使得安装到远程可控臂106的手术工具108能够容易地进入与将要被执行的手术过程或正在被执行的手术过程有关的患者102的解剖结构的区域。

为了重新定位基部110，手术系统100的一个或更多个处理器能够通过选择性地激活一个或更多个致动器而驱动远程可控臂106的动力接头，所述一个或更多个致动器移动动力接头。动力接头的从动运动能够反向驱动并且因此移动基部110。在一些情况下，基部110的这种反向驱动仅利用动力接头的从动运动而不通过臂106的(一个或更多个)任何其他接头的运动来实现。在一些情况下，基部110的这种反向驱动利用由臂106的一个或更多个其他动力接头的附加从动运动补偿的动力接头的从动运动来实现。在一些情况下，基部110的这种反向驱动利用与臂106的一个或更多个其他接头的后从动运动耦合的(一个或更多个)从动运动来实现。

操纵器臂的远侧部分的姿势(或者由操纵器臂保持的物品的姿势)能够包括远侧部分的(或物品的)定位、取向，或者定位和取向参数的任何组合。因此，尽管在本公开中呈现的具体示例通常为了简洁性讨论了维持可控臂的远侧部分的定位，但是本文描述的技术也可用于其他方面中。例如，它们可以被用于维持可控臂的远侧部分的、或者由可控臂支撑的物品(诸如插管或工具或其他设备)的定位、取向，或者定位和取向参数的组合。

可以相对于任何合适参考维持定位和/或取向。在一些实施方式中，参考包括参考点、一个或更多个参考方向或参考系。示例参考点为对应于患者102身上的进入端口的位置，手术工具通过该位置被插入或要被插入。不具有取向信息的单个点在仅维持定位的实施方式中会是足够的。在一些实施方式中，参考包括一个或更多个参考方向但是不包括参考位置；例如，一个或更多个参考方向可以基于即将在重新定位过程的开始之前的远侧部分的三维取向。不具有参考位置的一组(一个或更多个)方向在仅维持对应于一组(一个或更多个)方向的(一个或更多个)取向的实施方式中会是足够的。在一些实施方式中，当维持定位和一个或更多个取向时，参考包括参考位置和一个或更多个参考方向。在一些实施方式中，参考包括足以限定三维空间中的位置和取向的全参考系。

作为一个具体的示例，并且参考图1，在手术工具108被定位在患者102身上的进入端口112内之后，远程可控臂106的动力接头114能够被驱动以将基部110定位在手术环境10内。当手术工具108被插入到进入端口112中时，在重新定位基部110的同时，患者102的组织可以向由动力接头114施加的扭矩提供足够的反作用力以在外部维持手术工具108和臂106相对于手术环境10内的参考固定在适当定位和/或取向。替代地，在发生基部110的重新定位之前，操作者将远程可控臂106(或者安装到远程可控臂106的物品)的远侧部分放置在期望定位。在重新定位期间，操作者将远侧部分(或者安装到臂106的物品)相对于参考在外部维持在期望定位和/或取向。以下描述用于在外部维持远侧部分的定位和/或取向的其他技术。参考的示例包括参考点、参考方向和对应于地板表面的参考系、手术环境10、患者102的解剖特征或组织、重新定位前的臂106的一部分等等。在图1中，示例参考点116被示出为对应于进入端口112的定位。在一些实施方式中，在执行手术操作之前，远程可控臂106的动力接头114被驱动以重新定位基部110。在一些情况下，相同的动力接头114在手术操作期间被驱动以操纵手术工具108。

例如，动力接头114在驱动方向118上被驱动同时手术工具108相对于参考(诸如包括参考点116的参考)被固定。因为手术工具108被固定，动力接头114在驱动方向118上的运动引起基部110在重新定位方向120上移动。结果，当驱动动力接头114时，基部110被反向驱动并且因此在手术环境10内移动。通过动力接头114的选择性激活反向驱动基部110引起基部110朝向最优基部位置包络122被重新定位。最优基部位置包络122例如对应于基部110的在手术环境10内被认为对于基部110是最优的一定范围的三维定位。当完成基部110的定位时，使用动力接头114朝向最优基部位置包络122驱动基部110能够有利地使手术工具108和远程可控臂106被最优地定位和定向以在患者102身上执行外科手术。

尽管以上讨论的示例示出了如被安装在臂106上并且被插入到患者102体内的手术工具108，但是以上技术也能够被用于重新定位系统的基部，无论具不具有被插入患者体内的安装的手术工具。例如，臂106的远侧部分(或者保持在远侧部分中的物品，诸如插管或手术工具)可以通过任何合适的技术在外部维持处于适当定位和/或取向。示例外部维持技术包括以下中的任一种或者组合：患者组织力、操作者施加的力、固定装置、其他机器人臂以及不同于驱动臂106的致动器或者制动器的其他技术。由于远侧部分被直接保持在适当位置或者通过诸如安装到远侧部分的物品的媒介被间接保持在适当位置，因此动力接头114在驱动方向118上的运动引起基部110在重新定位方向120上的移动。结果，当动力接头114被驱动时，基部110被反向驱动并且因此引起在手术环境10内移动。

示例手术系统

在图1中所示的手术系统100的示例中，动力接头114当被驱动时将基部110重新定位在手术环境10中。手术操纵器组件104包括从基部110延伸的远程可控臂106。基部110相对于地板表面20可朝最优姿势(例如朝最优基部位置包络122)移动。如本文所描述的，在一些实施方式中，动力接头114当被驱动时引起基部110朝最优基部位置包络122移动。在一些情况下，基部110被支撑在手术环境10的地板表面20上。替代地或附加地，基部110被附接到地板表面20上方的构架并且被安装到手术环境的壁或天花板上。

在一些实施方式中，手术系统100包括外科医生的控制台124、电子设备推车(electronics cart)126、托盘128、辅助工作台130或麻醉车132中的一个或更多个。在图1所示的示例中，要被治疗的患者102被定位在手术台134上。在外科手术期间，外科医生136操作外科医生的控制台124来控制手术操纵器组件104的远程可控臂106。在外科手术期间，麻醉师或助手137能够将来自麻醉车132的麻醉药施用到患者102，并且另一助手139能够选择托盘128上的要被安装到手术操纵器组件104上的手术工具。

为了执行外科手术，外科医生136能够通过操作控制台124来操纵手术操纵器组件104的远程可控臂106。控制台124能够被定位在手术环境10内，或者在一些情况下能够被定位在手术环境10外的远程位置处。控制台124能够使手术系统100被用于微创远程手术。外科医生136操作外科医生的控制台124来控制手术操纵器组件104的远程可控臂106并且操纵安装到远程可控臂106的手术工具。

在一些实施方式中，外科医生的控制台124包括显示器，使得外科医生136通过由成像设备捕获的图像查看手术部位。例如，显示器是立体显示器，其示出手术部位的立体图像。当查看手术部位的图像时，外科医生136能够通过操纵外科医生的控制台124上的控制输入设备，进而控制手术操纵器组件104的远程可控臂106的运动来在患者102身上执行手术程序。

在一些实施方式中，外科医生的控制台124的控制输入设备包括可由外科医生136的手抓握的手动输入设备。例如，操纵手动输入设备引起手术操纵器组件104移动手术操纵器组件104上的远程可控臂106。例如，远程可控臂106的自由度足以使外科医生136操纵手动输入设备来使远程可控臂106平移和转动，从而执行外科手术。替代地或附加地，控制输入设备包括具有脚尖和脚跟控件中的任一者或两者的脚踏板。外科医生136能够操作脚踏板以引起与脚踏板相关联的设备的运动或致动。外科医生136能够压下脚踏板以引起末端执行器的致动。外科医生的控制台124包括控制器，例如响应于外科医生的控制台124的控制输入设备的机械运动而产生信号的处理器。例如，该信号引起手术操纵器组件104的远程可控臂106的对应运动。

在一些实施方式中，电子设备推车126与产生手术部位的图像的成像设备连接。例如，手术操纵器组件104包括连接到电子设备推车126的成像设备。成像设备可以包括照明装备(例如氙气灯)，其提供照明以用于对手术部位进行成像。成像设备能够捕获图像并然后将图像传输到电子设备推车126以供处理。电子设备推车126然后能够将图像传输到外科医生的控制台124，使得经处理的图像能够被呈现给外科医生136。电子设备推车126能够包括任选的辅助手术装备，诸如电手术单元、吹入器、吸灌仪或第三方烧灼装备。

图2描述了可以被配置为像手术操纵器组件104一样操作的操纵器组件的示例。手术操纵器组件104的远程可控臂106从基部110延伸。手术操纵器组件104包括器械保持器142，所述器械保持器142被连接到远程可控臂106，并且手术工具108被安装到器械保持器142。基部110被可移动地支撑在手术环境10的地板表面20上方，使得远程可控臂106的动力接头在被驱动时能够将基部110重新定位在地板表面20上方。

在一些实施方式中，手术操纵器组件104包括将基部110支撑在地板表面上方的设定组件109。设定组件109例如被支撑在地板表面20上并且将基部110支撑在地板表面20上方。在一些情况下，设定组件109由手术环境的壁或天花板支撑以将基部110支撑在地板表面20上方。在一些情况下，如本文所描述的，设定组件109由手术台134支撑。

在一些实施方式中，如图2的示例中所示，设定组件109包括从推车111延伸的设定臂138。推车111例如可万向地移动越过地板表面20。在一些情况下，推车110包括轮144使得推车111可通过轮144的滚动运动移动越过地板表面20。轮144使得手术操纵器组件104能够从一位置被运输到另一位置，诸如在手术室之间被运输，或者在手术室内将手术操纵器组件104定位到手术台(例如，图1的手术台134)附近。在一些情况下，制动机构148被联接到轮144中的一个或更多个。在一些情况下，操作者手动地操纵设定组件109和/或推车111以重新定位基部110。

设定臂138例如包括将设定臂138连接到立柱146的第一设定接头150a。在一些情况下，设定臂138包括通过接头被连接到彼此的若干连杆。设定臂138例如包括第一设定连杆152a、第二设定连杆152b和第三设定连杆152c。在一些情况下，设定臂138还包括第二设定接头150b和第三设定接头150c。第一接头150a将第一设定连杆152a的近端连接到立柱146。第二设定接头150b将第一设定连杆152a的远端连接到第二设定连杆152b的近端。第三设定接头150c将第二设定连杆152b的远端连接到第三设定连杆152c的近端。第三设定连杆152c的远端被连接到基部110。在一些情况下，第一接头150a为能够使设定臂138并且因此使远程可控臂106相对于推车111被竖直地平移到地板表面20上方的移动接头(prismaticjoint)。在一些情况下，第二设定接头150b和第三设定接头150c为回转接头，使得通过接头150b、150c中的一个彼此连接的设定连杆152a、152b、152c中的任意两个可相对于彼此围绕连接点转动。

在一些实施方式中，推车111包括立柱146，当推车111被支撑在地板表面20上时，立柱146竖直向上延伸。设定臂138例如被连接到推车111的立柱146。第一接头105a例如将设定臂138连接到立柱146，使得设定臂138能够沿着立柱146竖直平移。

在一些实施方式中，远程可控臂106被连接到设定臂138的远侧部分。在一些情况下，远程可控臂106包括连接到器械保持器142的一系列连杆和接头。远程可控臂106例如包括彼此串联连接的操纵器连杆154a-154f。操纵器接头156a将操纵器连杆154a连接到设定连杆152c。操纵器接头156b-156f将操纵器连杆154a-154f彼此连接，使得操纵器连杆154a-154f能够相对于彼此被移动。远程可控臂106的操纵器接头154g可移动地支撑器械保持器142。

替代地或附加地，操纵器接头156a为使得远程可控臂106和基部110能够相对转动的回转接头。在一些情况下，操纵器接头156b-156f每个均为能够实现操纵器连杆154a-154f之间的相对转动的回转接头。在一些情况下，器械保持器142被枢转地联接到远程可控臂106的操纵器连杆154f，使得器械保持器142可相对于远程可控臂106转动。在一些情况下，操纵器接头156g为能够使器械保持器142在操纵器接头156g处枢转并且因此相对于远程可控臂106转动的回转接头。在一些示例中，接头156g为能够实现绕两个轴线的枢转运动的腕接头。

器械保持器142被配置为保持手术工具108。器械保持器142在一些情况下还被配置为保持插管158，插管158为要被插入到患者102身上的进入端口112中的管状构件。插管158和手术工具108被可释放地联接到器械保持器142，使得不同类型的插管和手术工具可安装到器械保持器142。

在一些实施方式中，手术工具108包括被定位在细长轴162的近端处的传动组件160。传动组件160被致动，以例如引起定位在细长轴162的远端处的末端执行器164的运动。在一些情况下，手术工具108的末端执行器164以操纵患者102的组织、治疗组织、图像组织或外科手术期间执行其他操作的方式被控制。插管158限定管腔以接收手术工具108的细长轴162，使得细长轴162能够被可滑动地布置在插管158的管腔内。细长轴162限定与插管158的纵向轴线重合的纵向轴线。器械保持器142例如包括可沿器械保持器框架168平移的器械保持器滑架166，使得手术工具108的细长轴162能够沿其纵向轴线被平移。细长轴162和末端执行器164可插入到插管158的管腔和患者102身上的进入端口112中以及从插管158的管腔和患者102身上的进入端口112回缩，使得末端执行器164能够在外科手术期间执行操作。

术语“工具”涵盖通用或工业机器人工具和专用机器人医疗器械(包括机器人手术器械和用于诊断和非手术治疗的机器人医疗器械)两者。工具/操纵器接口(例如，器械保持器142)能够是快速断开工具保持器或联接件，从而允许快速移除该工具以及利用另一工具替代该工具。尽管本公开中呈现的具体示例通常是手术示例，但是所公开的技术也可应用于非手术用途。例如，它们可以与通用或工业机器人操作一起使用并且改善通用或工业机器人操作，通用或工业机器人操作诸如在操纵工件中使用的那些。这些技术也可以与用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作一起使用并且改善用于诊断和非手术治疗的医疗机器人操作。

进一步地，尽管本公开中呈现的具体示例通常讨论远程操作机器人系统，但是所公开的技术也可应用于直接地和手动地由操作者部分或整体移动的机器人系统。例如，这些技术能够被应用于被设计以帮助稳定由机器人臂保持的工具同时该工具由操作者手动地操纵的机器人系统。作为另一示例，本公开讨论的任何可控臂(包括臂106、904A、904B、904C、1004、1100)可以被配置为允许直接操纵，并且通过直接施加于操纵器的连杆或接头的输入接收操作者指令。

设定组件109、基部110和远程可控臂106形成运动链以控制由远程可控臂106支撑(例如，由远程可控臂106的器械保持器142支撑)的手术工具108。例如，设定组件109的近端被支撑在地板表面20上，设定组件109的远端被连接到基部110，基部110被连接到远程可控臂106的近端，并且远程可控臂106的远端159被配置为保持插管158。设定组件109、基部110、远程可控臂106被在运动学上串联连接。结果，手术操纵器组件104的一个或更多个接头的运动、推车111的运动或者手术操纵器组件104和推车111两者的运动能够引起远侧部分159(或者插管150或手术工具108，如果有并且被器械保持器142保持的话)相对于地板表面的运动。当手术工具108被安装到远程可控臂106时，手术工具108的一部分延伸穿过插管158。当手术工具108被安装到远程可控臂106时，设定组件109、基部110、远程可控臂106和手术工具108被在运动学上串联连接。在这方面，在一些情况下，手术操纵器组件104的接头或者推车111的运动引起手术工具108与地板表面20之间的相对运动。

在一些实施方式中，在外科手术操作期间，基部110被固定在地板表面上方。设定组件109例如被固定在地板表面20上方，由此使基部110在手术环境10内在地板表面20上方是静止的。例如，在设定组件109被固定时远程可控臂106的接头被操纵以引起手术工具108的运动以执行外科手术。

手术操纵器组件104包括在设定组件109与手术工具108之间的多个自由度，使得手术工具108能够在外科手术期间被置于一定范围的可能定位。当基部110的定位被固定在手术环境10内时，手术操纵器组件104的接头在设定组件109与手术工具108之间的运动学上的运动能够引起手术工具108相对于地板表面20的运动。末端执行器164的致动(例如，夹持设备的夹爪的开启或闭合、激励电外科手术桨等)能够与操纵器组件自由度分离开，并且是操纵器组件自由度的附加。

在一些示例中，当手术工具108被固定在手术环境10内使得手术工具108不相对于参考(诸如包括参考点116的参考)移动时，手术操纵器组件104的接头的运动可以施加足以引起手术工具108的实质运动的扭矩。如果基部110被允许在一些情况下在手术环境内移动，接头的运动能够引起基部110的对应运动而非手术工具108的运动。如本文描述的，动力接头114是可控制的以在手术工具108被固定在手术环境10内(例如相对于地板表面20被固定)时反向驱动基部110。

远程可控臂106的接头能够具有充分的自由度以将手术工具108移动到患者102的进入端口112并且到患者102的进入端口112内以执行外科手术。关于图2描述的接头的具体组合是远程可控臂106的可能的接头和连杆组合以及可能的自由度的一个示例。包括接头150b-150c、156a-156g的回转接头均连接两个连杆以使得连杆能够绕由回转接头限定的接头轴线相对于彼此转动。包括接头150a以及在器械保持器框架168与器械保持器滑架166之间的接头的移动接头允许沿着由移动接头限定的接头轴线平移。

在一些实施方式中，手术操纵器组件104的接头150a-150c、156a-156g中的一个或更多个为动力接头。这些动力接头例如被致动以引起连接连杆的相对运动。动力接头例如通过使用外科医生的控制台124上的控制输入由外科医生136控制。外科医生136在操纵外科医生的控制台124上的控制输入后引起命令被传输到动力接头的致动器。该命令例如激活动力接头的致动器，进而引起由动力接头连接的两个或两个以上的连杆相对于彼此移动。可移动地支撑器械保持器142的接头156g例如是动力接头，该动力接头使外科医生136在该动力接头被致动时引起手术工具108移动。

在一些实施方式中，接头150a-150c、156a-156g中的一个或更多个为不会被手术系统100的一个或更多个处理器主动地控制的被动接头。不会被主动地控制的被动接头响应于被主动控制的接头的运动而可移动。在一些示例中，远程可控臂106的被动接头能够被选择性地释放。被动接头能够包括释放机构，该释放机构在被激活时能够使被动接头运动。例如，释放机构能够包括可释放夹具，当可释放夹具被操作时引起被动接头被释放并且可移动。被动接头能够包括制动机构，制动机构在释放后允许接头运动，或者在致动后抑制接头运动。在一些实施方式中，外科医生136或其他操作者与手术操纵器组件104的接头手动地交互以引起接头运动。

远程可控臂106能够具有比将臂106的远侧部分(或者手术工具108或安装到臂106上的其他设备，如果有的话)放置在给定定位所需的自由度更多的自由度，例如臂106能够具有冗余的自由度。例如，在一些实施方式中，远程可控臂106、设定臂138或者远程可控臂106和设定臂138一起包括多个接头，所述多个接头提供充分的自由度以允许(1)基部110的姿势和(2)远程可控臂106的远侧部分的状态或者手术工具108的末端执行器的状态的一定范围的接头状态。

操纵器联动装置能够具有充分的自由度，以便占用臂106的远侧部分(或手术工具108或安装在臂106上的其他设备，如果有的话)的给定状态的一定范围的接头状态。此类结构可以包括具有冗余的自由度的联动装置。在这些结构中，在一些实施方式中，一个接头的致动可以被沿运动链的不同接头的类似致动直接代替。在一些情况下，这些结构被称为具有过量、额外或冗余的自由度。这些术语能够涵盖运动链，其中例如中间连杆移动而不改变末端执行器的姿势。

“联动装置”在本申请中被用于指示可在上下文适用的包括单个连杆、至少一个连杆或多个连杆的结构。在这些结构中，在一些实施方式中，一个接头的致动可以被沿运动链的不同接头的类似致动直接代替。在一些情况下，这些结构被称为具有过量、额外或冗余的自由度。这些术语能够涵盖运动链，其中例如中间连杆能够移动而不改变末端执行器的姿势。

在这方面，在臂106的远侧部分(或者手术工具108或安装到臂106上的其他设备，如果有的话)的给定定位中，远程可控臂106的每个接头能够占用一定范围的可获得接头状态内的接头状态或者被驱动到一定范围的可获得接头状态内的接头状态。远程可控臂106的每个连杆能够占用一定范围的替代联动装置定位或者被驱动到一定范围的替代联动装置定位。在臂106的远侧部分(或者手术工具108或安装到臂106上的其他设备，如果有的话)的给定定位中，远程可控臂106的每个接头能够具有一定范围的接头速度矢量或速度。该范围的可获得接头状态、该范围的替代联动装置定位和该范围的接头速度矢量或速度能够被一定数量和类型的自由度限定。

术语接头的“状态”能够被称为与接头相关联的控制变量。例如，能够实现连杆之间的相对转动的回转接头的状态能够包括由接头在一定运动范围内限定的角度和/或接头的角速度。移动接头的状态可以称为接头的轴向定位和/或轴向速度。

设定臂138和远程可控臂106的运动可以被处理器控制，使得手术工具108被约束成通过进入端口112的期望运动。此运动能够例如包括细长轴162通过进入端口112的轴向插入，细长轴162绕其纵向轴线的转动，以及细长轴绕邻近进入端口112的枢转点的枢转运动。

在一些示例中，这些运动可以通过使用机器人数据处理和远程可控臂106的接头的控制技术而被抑制。远程可控臂106的接头156a-156g能够被控制以维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分相对于在手术环境10中的参考(诸如包括参考点116的参考)的定位和/或取向。在一些示例中，远程可控臂106的接头中的仅一个接头被控制以维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分相对于在手术环境10中的参考(诸如参考点116)的定位和/或取向。在一些示例中，远程可控臂106的多个接头被控制以维持定位和/或取向。在远侧部分159(或插管158或手术工具108，如果存在的话)的取向也被维持的情况下，参考可以包括其中原点在参考点116处的参考系。

参考点116能够与约束臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动的远程运动中心重合。具体地，参考点116也可以是臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分转动所围绕的枢转点。在一些情况下，参考点116可以与患者102身上的进入端口112重合，使得随着手术工具108被移动，手术工具108通过进入端口112进入患者102的解剖结构中的点不相对于参考点116移动，从而减小在参考点116处的患者102的解剖结构上的应力。接头156a-156g能够被控制，使得沿着手术工具108的任何点在接头156a-156g被移动时围绕参考点116转动。接头156a-156g能够具有充分可用的自由度，使得当第一组接头被移动时，作为响应，第二组接头能够被移动以维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向。在这方面，接头156a-156g能够朝手术环境10内的最理想姿势/最适宜姿势(optimumpose)移动而不会引起手术工具108的运动。在一些实施方式中，接头156a-156g或者接头156a-156g的子集具有维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的具体定位和/或取向的多种配置。

机器人臂和操纵器的软件约束的远程运动中心的其他示例在2011年8月23日公布的美国专利No.8,004,229(本文称为‘229专利)中进行描述，该美国专利的全部内容通过引用被并入本文。

同样参考图3，手术系统100能够包括控制系统300，该控制系统能够控制手术系统100的装备的操作。在外科手术期间，控制系统300能够控制手术操纵器组件104，例如手术操纵器组件104的远程可控臂106的接头，以通过使用在‘229专利中描述的软件约束的远程中心方法维持手术工具108的定位和/或取向。控制系统300包括处理器302和手术操纵器组件104。手术操纵器组件104包括接头控制机构304和基部定位系统306。在一些实施方式中，控制系统300包括外科医生的控制台124、电子设备推车126和传感器系统308中的一个或更多个。

处理器302能够是若干处理器中的一个。控制系统300的外科医生的控制台124、手术操纵器组件104、电子设备推车126、接头控制机构304和基部定位系统306中的每一个均能够包括用于控制操作的独立处理器。有线或无线连接能够实现手术操纵器组件104、电子设备推车126、外科医生的控制台124和基部定位系统306之间的通信。连接例如能够是外科医生的控制台124、电子设备推车126和手术操纵器组件104之间的光纤通信链接。在一些示例中，控制系统300能够包括用作中央电子数据处理单元的单个处理器，其能够执行用于操作手术系统100的数据处理中的一些或全部。

接头控制机构304能够被操作以操纵手术工具执行手术程序。接头控制机构304能够选择性地致动远程可控臂106的动力接头、选择性地释放远程可控臂106的可选择性释放被动接头并且选择性地控制与远程可控臂106的接头相关联的制动机构。当外科医生136操作外科医生的控制台124引导外科手术时，处理器302能够从外科医生的控制台124接收输入信号。处理器302然后为接头控制机构304产生对应的控制信号以操纵接头，从而移动手术工具108以在患者102身上执行外科手术。

在外科手术期间，处理器302能够确定或估计手术工具108的远程运动中心并且能够控制远程可控臂106的动力接头(例如动力接头114)的致动以维持手术工具108的远程运动中心。处理器302任选地使用逆运动学来确定接头如何被驱动以维持手术工具108的定位和/或取向。动力接头的致动器能够被选择性地驱动以维持手术工具108的定位和/或取向，并且/或者将动力接头定位到更优的位置中。在一些情况下，处理器302控制动力接头的致动器以抑制可由基部110运动导致的动力接头的运动。在一些示例中，处理器302控制动力接头的致动器以引起动力接头朝向更优的位置移动。

处理器302能够约束手术工具108的运动，使得手术工具108围绕例如对应于进入端口112的位置的枢转点转动。在估计枢转点时，处理器302能够选择性地实施以远程可控臂106的顺应性或刚性为特征的不同模式。在计算估计枢转点之后，处理器302能够在枢转点或远程运动中心的一定范围的顺应性或刚性内实施不同模式。该范围能够跨越枢转点是顺应性的(例如，引起被动枢转点)和枢转点是刚性的(例如，引起固定枢转点)之间。

对于固定枢转点，估计的枢转点能够与期望的枢转点进行比较以产生误差输出，该误差输出能够被用于将手术工具108的枢转点驱动到期望位置。对于被动枢转点，期望的枢转位置可以不是主要的或超控对象。估计的枢转点仍然能够被用于误差检测。估计的枢转点位置的变化可以指示患者102已经被移动或者传感器出故障，从而使处理器302有采取校正动作的机会。

处理器302任选地允许远程可控臂106的顺应性或刚度在整个范围内被改变。例如，接头156g能够为器械保持器腕接头，其实现围绕两个轴线的枢转运动。当接头156g被控制为处于该范围的顺应端时，处理器302能够将手术工具108的近端移动到适当空间中同时接头156g的致动器施加很小的扭矩或者不施加扭矩。在这方面，手术工具108像其通过一对被动接头被联接到远程可控臂106一样有效地作用。在这种模式中，细长轴162和沿着进入端口的患者102组织之间的交互诱导手术工具108围绕枢转点的枢转运动。如果手术工具108没有被插入到微创孔内或者以其他方式被约束，那么该外科工具可在重力影响下向下指向，并且远程可控臂106的运动会使手术工具108平移而不围绕沿着细长轴162的点进行枢转运动。

当接头156g被控制为处于该范围的刚性端时，处理器302可以根据端口数据514确定进入端口的位置，并且使用进入端口的位置作为枢转。因此处理器302可以控制远程可控臂106的接头，使得远程可控臂106以类似机械约束的远程中心联动装置的方式表现。当组织沿着进入端口移动而不将过量的侧向力施加到组织上时，实施方式可落在提供围绕对应于进入部位的枢转点的计算运动与使远程运动中心在可接受范围内移动之间。‘229专利(其整个内容通过引用被并入本文)描述了计算远程运动中心和枢转点的其他示例。

在外科手术期间，接头控制机构304能够响应于来自处理器302的控制信号控制远程可控臂106的一个或更多个动力接头。基部定位系统306维持基部110相对于手术环境10的地板表面20的定位和/或取向，使得由动力接头施加的扭矩被传递到器械保持器142来移动手术工具108。

在一些实施方式中，基部定位系统306在外科手术期间通过锁定基部110来控制基部110的定位。基部定位系统306例如包括与推车111或者推车111的轮144相关联的制动器或锁定件，当制动器或锁定件被激活时抑制推车111在手术环境10内四处移动。虽然基部定位系统306维持推车111的定位和/或取向，但是接头控制机构304致动动力接头以引起远程可控臂106的连杆的运动，并且因此引起手术工具108的运动。手术工具108的运动能够实现执行外科手术。

在一些实施方式中，基部定位系统306被操作以抑制或使能基部110相对于地板表面20的运动。具体地，基部定位系统306能够释放例如与在运动学上被定位在基部110与动力接头114之间的接头相关联的锁定件或制动器。当接头被释放时，基部定位系统306以使得基部110在手术环境10内四处移动的方式操作接头控制机构304。基部定位系统306能够控制手术操纵器组件104的远程可控臂106的一个或更多个动力接头以将手术操纵器组件104的基部110反向驱动到手术环境10内的期望姿势。当基部110在手术环境10内自由移动并且臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分相对于手术环境10内的参考(诸如包括参考点116的参考)被保持固定时，动力接头114的致动反向驱动基部110。反向驱动基部110的过程能够被用于朝最优基部位置包络122移动基部110。

在一些情况下，基部定位系统306能够操作接头控制机构304以控制除了动力接头之外的手术操纵器组件104的主动和/或被动接头。基部定位系统306也能够被控制以朝最优定位或最优定位范围定位远程可控臂106的接头。在图1和图2中所描述的示例中，远程可控臂106的接头156b对应于动力接头114，并且接头控制机构304控制动力接头114以定位基部110。例如，参考包括与进入端口112重合的参考点116。当动力接头114被驱动时，患者102的组织能够提供充分的反作用力以防止臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动。当动力接头114被驱动时，患者102的组织能够抑制手术工具108的运动。当在外部维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向时，基部110能够在手术环境10内四处移动。因此，基部定位系统306能够控制接头控制机构304驱动动力接头114反向驱动基部110，并且由此朝最优基部范围包络122移动基部。代替引起臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动，来自动力接头114的扭矩能够引起基部110的运动。在这方面，能够在外科手术期间使用以控制手术工具108的运动来执行利落的手术操控的动力接头114也能够被驱动以反向驱动基部110。

在一些情况下，当接头控制机构304操作动力接头114以定位基部110时，接头控制机构304也能够控制远程可控臂106的其他接头的操作。如果接头150a-150c是可选择性释放的接头，在动力接头114被驱动以反向驱动基部110时，接头控制机构304能够选择性地锁定这些接头。例如，接头控制机构304能够锁定这些接头中的每一个，使得来自动力接头114的致动的相对大部分扭矩通过接头被传递到基部110。

替代地或附加地，动力接头114能够反向驱动定位在基部110与动力接头114之间的任何接头。例如，如果接头150a-150c是被动接头，则动力接头114能够被驱动以反向驱动接头150a-150c中的每一个。接头控制机构304能够释放远程可控臂106的可选择性释放的被动接头，使得当被动力接头114被驱动时，接头150a-150c被反向驱动。处理器302能够选择性地释放和锁定被动接头以及基部110，使得被动接头和基部110中的每一个间接地朝它们的最优定位或最优定位范围移动。被动接头通过反向驱动被动接头的重新定位能够在使用本文描述的方法维持手术工具108的定位和/或取向的同时发生。

基部定位系统306优选地控制与基部110相关联(例如，与基部110的轮144相关联)的制动机构和/或驱动机构的操作。如果接头150a-150c是可选择性释放的接头并且接头控制机构304被用于重新定位这些接头，则基部定位系统306能够锁定基部110同时驱动动力接头114并且同时释放接头150a-150c中的一个或更多个。接头控制机构304能够驱动动力接头114以重新定位可选择性释放的接头同时维持基部110的定位和/或取向。

为了定位被动接头，基部定位系统306能够锁定基部110和其他的被动接头中的每个接头。基部定位系统306然后能够致动动力接头以朝其最理想定位反向驱动该接头。基部定位系统306能够针对每个接头和针对基部重复该过程。动力接头114因此能够被驱动以朝最优定位移动接头150a-150c和基部110。

如果轮144为动力轮，则处理器302能够控制基部定位系统306以有助于或者抑制重新定位。例如，处理器302能够控制轮144的取向使得轮144旨在沿着重新定位方向滚动，或者不沿着非重新定位方向滚动。因此，处理器302能够通过激活动力轮以便驱动例如推车111而控制轮144移动基部110。推车111的运动然后引起基部110朝邻近患者102的定位移动。在手术工具108被固定且动力轮已经被驱动以朝邻近患者的定位移动基部110之后，处理器302然后能够控制基部定位系统302以便停用动力轮并操作动力接头114朝最优基部位置包络122反向驱动基部110。

在一些示例中，处理器302能够响应于与基部110相关联的手柄由于操作者推动或拉动该手柄导致的移位而控制基部定位系统306以便激活动力轮。处理器302能够激活驱动动力轮的致动器以辅助操作者手动移动基部110。操作者不推动或拉动手柄，反而能够替代地抓握远程可控臂106的远侧部分。操作者能够致动远程可控臂106的远侧部分上的输入按钮以指示操作者意在手动重新定位基部110。基部定位系统306然后能够驱动动力轮以辅助操作者手动移动基部110。基部定位系统306还能够操作远程可控臂106的接头使得操作者施加的力被传递到基部110。接头控制机构304能够锁定或者制动远程可控臂106的接头中的每个接头以有助于力传递。在一些示例中，为了检测操作者已经抓握远程可控臂106的远侧部分并且正意在拉动远程可控臂106的远侧部分以重新定位基部110，远程可控臂106的扭矩或力传感器能够检测操作者施加的力。处理器302能够从这些传感器接收信号并且进行驱动动力轮并锁定远程可控臂106的接头以辅助操作者手动重新定位基部110。

手术系统100能够包括传感器系统308的传感器部分以检测治疗参数和手术系统中装备的状况。手术操纵器组件104能够包括被定位在例如接头150b-150c和156a-156g处的姿势传感器309以检测沿手术操纵器组件104的连杆的相对姿势。姿势传感器309能够包括压力传感器、扭矩传感器、力传感器、定位传感器、速度传感器、加速度计、旋转编码器、线性编码器和其他恰当的传感器的组合，以确定手术操纵器组件104中的连杆和接头的定位和取向。

姿势传感器309能够产生指示接头150a-150c和156a-156g中的一个或更多个、基部110和设定组件109的相对定位和取向的信号。在一些情况下，这些姿势传感器309检测远程可控臂106相对于基部110的姿势的姿势、检测一个连杆相对于另一个连杆的姿势、检测手术工具108相对于基部110的姿势或者手术操纵器组件104的其他元件的姿势(诸如臂106的远侧部分的姿势，或者插管或安装到臂106的其他物品的姿势)。对于具有姿势传感器的给定接头，姿势传感器能够检测接头的接头状态。传感器能够检测接头在可获得接头状态范围内的定位和速度和针对臂106(或者插管或手术工具108或者安装到臂106的其他物品)的远侧部分的给定定位的接头速度。传感器还能够检测在给定接头处连接的连杆的相对连杆姿势。由此该传感器能够检测在臂106(或者插管或手术工具108或者安装到臂106的其他物品)的远侧部分的给定姿势下可用的连杆状态范围内的连杆的姿势。

在一些实施方式中，姿势传感器309包括能够检测基部110在手术环境10内的姿势的传感器。该传感器例如产生能够被处理器302使用以基于支撑基部110并且使基部110能够在手术环境10内被四处移动的设定组件109的运动来计算基部110的姿势的信号。在一些实施方式中，如果设定组件109在手术环境10内被支撑在地板表面20上方的轮144上，则轮144可利用旋转编码器操作，该旋转编码器能够被用于追踪手术环境10的地板表面30上的推车111的定位和取向。基部110的水平定位和取向然后能够根据推车111的水平定位和取向来确定。设定组件109的推车111替代地或者附加地包括能够追踪推车111沿着地板表面20的例如定位、速度、取向和/或加速度的光学传感器。光学传感器例如类似于在光学鼠标中使用的光学传感器。随着推车111相对于地板表面20移动，该光学传感器捕获地板表面20的图像。地板表面20的图像随着推车111的移动而变化。处理器302能够使用所捕获的图像确定推车111的定位和取向。

在一些示例中，姿势传感器309包括与动力接头相关联的能够检测将会引起动力接头的铰接的外部力的传感器。在一些情况下，动力接头可由操作者手动定位。响应于外部力的检测，控制系统300的处理器302能够致动与动力接头相关联的致动器，使得动力接头在外部力的方向上移动。处理器302可以抵消低于传感器的适当阈值的外部力，但是可以将超过阈值的外部铰接作为到远程可控臂106中的输入。

在一些示例中，处理器302能够通过感测臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动来直接确定臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位。在一些示例中，处理器302能够使用正向动力学计算臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动。使用来自姿势传感器309的实际接头运动信息，例如指示可控臂106的接头的接头状态的数据，处理器302能够确定臂106的远侧部分(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的姿势。接头扭矩、力、速度、取向和/或定位任选地被传递到处理器302，使得处理器302能够确定臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动。使用正向运动学，处理器302能够使用来自姿势传感器309的信息，以计算臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分相对于基部110的姿势。在一些示例中，如果远程运动中心和参考点116对应于沿着手术工具108的定位，尤其是对应于沿着手术工具108的其中手术工具108被插入患者102身上的进入端口中的点，处理器302能够基于来自姿势传感器309的信息确定参考点116和远程运动中心的位置。

在一些实施方式中，传感器系统308包括患者运动传感器310以测量患者102相对于臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动。患者运动传感器310能够包括在臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分附近的传感器，该传感器检测患者102的身体何时相对于传感器移动。该传感器例如是检测附近的物体的距离的发射器-接收器传感器。该传感器能够是发射红外光并接收反射的红外光以确定患者102的距离的光学飞行时间传感器。距离随时间的相对变化能够指示患者移动。

传感器系统308替代地或者附加地包括工具传感器312，工具传感器312被定位成使得工具传感器312产生指示由臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分施加在患者102身上的力的传感器信号。工具传感器312能够被定位在手术工具108、插管158或者与患者102接触的另一设备上以直接测量所施加的力。在一些示例中，工具传感器312被定位在接头(例如接头156g)处以测量扭矩。处理器302然后能够基于在接头156g处的扭矩计算所施加的力。

在一些实施方式中，传感器系统308能够包括障碍物检测传感器314。障碍物检测传感器314能够被定位在手术系统100中的一个或更多个位置处以检测与手术环境10中的附近障碍物的即将发生的碰撞或接触。手术操纵器组件104和/或远程可控臂106能够包括检测远程可控臂106何时接触或几乎接触附近障碍物的障碍物检测传感器314。障碍物能够包括手术系统100的其他装备，诸如手术台134、电子设备推车126和外科医生的控制台124。障碍物还能够包括在手术环境10内的操作者，诸如外科医生136和助手137、139。障碍物检测传感器314能够包括接触传感器、接近度传感器、光学飞行时间传感器和适用于检测与障碍物的接触或距障碍物的距离的其他传感器。障碍物检测传感器314还能够包括例如带开关、柔性感测阵列、个体力感测电阻器或力感测电阻器阵列，或者无源电容性感测系统。来自障碍物检测传感器314的信号能够由控制系统300的处理器302监测，并且在一些情况下，处理器302可以在确定接触或碰撞可能即将发生时发出警报。

示例系统操作

如本文所描述的，手术系统100的控制系统300能够被用于通过操作动力接头114反向驱动基部110而重新定位远程可控臂106的基部110。例如，在执行外科手术之前，处理器302能够控制基部定位系统306以朝邻近手术台134的最优基部位置包络122重新定位基部110。基部定位系统306能够控制接头控制机构304操作动力接头114以移动基部110。

当动力接头114被致动以移动基部110时，维持手术工具108相对于参考(诸如包括参考点116的参考)的定位和/或取向。在本文描述了驱动动力接头114以定位基部110同时维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向的示例过程和操作。例如，图4描述了由处理器302执行以控制动力接头114反向驱动基部110的过程400的流程图。图5示意性地描述由处理器302使用的输入和输出以确定被输出以控制动力接头114的信号。尽管处理器400关于图1的手术系统100进行描述，过程400可适用于本文描述的手术系统的其他实施方式。

在过程400的开始处，处理器302接收(402)来自手术系统100的输入。如图5中所示，处理器302能够接收(402)来自手术系统100的输入500，其中处理器302处理该输入以确定输出502以控制基部定位系统306。输出502能够包括输出信号以控制手术操纵器组件104(例如，手术操纵器组件104的动力接头114)，以反向驱动基部110。输入500能够包括由操作者规定的用户输入以及由传感器系统308的传感器产生的传感器信号。输入500能够包括例如程序数据504、装备数据506、姿势数据508、操作者数据509、障碍物数据510、患者数据512和端口数据514。数据504、506、508、510、512、514表示处理器302可用的数据的一些示例，以控制处理器302来控制基部定位系统306。其他类型和内容的数据可以被处理器302适当使用以控制基部定位系统306。

程序数据504包括指示要对患者102执行的具体手术程序的数据。程序数据504能够指手术工作空间(例如患者102周围的区域)的具体要求，由于要对患者执行的该具体手术程序，手术工具108在外科手术期间能够被进入该手术工作空间。手术程序可要求预先确定范围的工作空间。

在一些示例中，手术工具108的具体运动范围能够被指定以表示工作空间的范围。在一些情况下，工作空间的边界能够被界定以表示工作空间的范围。在一些实施方式中，操作者能够输入指示工作空间的范围的数据。在程序开始之前并且在基部110被动力接头114反向驱动之前，操作者能够输入数据。

在处理器302执行过程400以定位基部110之前或者在当处理器302接收输入500时的操作402期间，操作者能够通过在表示在外科手术期间臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分所需的或者要不然所期望的工作空间的区域内移动臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分来展示工作空间的范围。例如，操作者能够移动操纵器组件104(具有或不具有被保持的工具)以指示所期望的工作空间，或者通过移动手术工具108的替代物来指示所期望的工作空间。示例替代物包括代表可在程序期间使用的平均手术工具的设备、复制手术工具108的近侧部分但是不是整个轴和末端执行器的设备、投射与可在程序期间使用的手术工具的远端相关联的视觉位置指示的设备等。关于远程可控臂106或手术工具108的期望运动范围的信息能够至少部分地从这样的展示来导出。传感器系统308的姿势传感器309例如能够产生指示期望工作空间的操作者的人工展示的信号，并且提供关于远程可控臂106的期望运动范围的信号。手术操纵器组件104上的传感器(例如，姿势传感器309)能够检测手术操纵器组件104(和/或组件104中保持的物品，诸如手术工具108)的物理运动并且产生指示手术操纵器组件104(和/或组件104中保持的物品，诸如手术工具108)的姿势的信号。随着手术操纵器组件104(和/或组件104中保持的物品，诸如手术工具108)被移动，处理器302接收包括这些传感器信号的程序数据504并且然后能够处理这些传感器信号以确定由操作者展示的工作空间的范围。

装备数据506包括指示在外科手术期间要被使用的装备的规格的数据。装备数据506能够包括指明手术操纵器组件104的每个接头的运动范围的数据。运动范围能够为结构或机械限制。在装备数据506中指示的运动范围能够包括被动接头、主动接头或两者的运动范围。

对于给定的接头，接头的运动范围能够指的是由该接头连接的两个连杆之间的可能的运动量。对于给定的接头，装备数据506能够指定运动范围的值在例如90度和180度(例如接头的运动范围为90度、135度或180度)。对于移动接头，装备数据506能够指定运动范围的值在例如10厘米与30厘米之间(例如接头的运动范围为10厘米、20厘米或30厘米)。根据远程可控臂106和设定组件109的配置，超过本文指定的运动范围的其他运动范围可以是合适的。

装备数据506能够进一步指示远程可控臂106和设定组件109的结构。例如，装备数据506能够指明接头的数量、每个接头的类型、远程可控臂106的连杆的长度和与远程可控臂106的结构有关的其他参数。

装备数据506还能够包括与安装到远程可控臂106的手术工具108的类型有关的信息。手术工具108的类型可以影响例如工作空间的范围和执行操作所必需的扭矩的量。手术工具108的类型能够被操作者手动地输入。在一些示例中，手术工具108可以包括指示手术工具108的类型的可检测标签。

姿势数据508包括指示手术操纵器组件104的接头、连杆、手术工具和其他部件的姿势的数据。姿势数据508包括远程可控臂106的接头和/或连杆中的每一个的初始姿势、设定组件109的接头和/或连杆中的每一个的初始姿势、臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的初始姿势以及基部110的初始姿势。当处理器302执行过程400以定位基部110时，随着基部110被移动，姿势传感器309能够响应于基部110的运动而产生信号。在外科手术期间，基于来自姿势传感器309的信号，处理器302能够根据本文描述的远程运动中心方法控制远程可控臂106以维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分相对于参考(诸如包括参见点116的参考)的定位。

操作者数据509包括与执行手术程序的手术团队(例如操作者)有关的数据。操作者数据509包括例如与能力、手术装备布局的偏好、经验水平、技术水平和其他具体操作者属性相关的信息。在一些示例中，在手术程序之前为每个操作者创建操作者概要文件。替代地或附加地，为特定的手术团队创建手术团队概要文件。

障碍物数据510包括指示手术环境10中的患者102和障碍物相对于手术操纵器组件104的姿势或定位的数据。在一些示例中，障碍物数据510能够包括由操作者输入的手术环境10的示意图。该示意图能够包括在手术环境10内的潜在障碍物(诸如手术系统100的装备的其他件)的位置。障碍物数据510替代地或附加地包括来自障碍物检测传感器314的数据。随着远程可控臂106、设定组件109和/或基部110在手术环境10内被移动，障碍物检测传感器314能够产生指示障碍物在手术环境10内的定位、取向或姿势的信号。

患者数据512包括指示具体的患者特性的数据。患者数据512能够包括指示患者体质和患者体形的数据。在一些示例中，操作者输入患者体质和患者体形。在一些情况下，成像设备能够产生能够由处理器302分析以确定患者体质和患者体形的图像。成像设备可以在过程400期间在重新定位基部110之前被插入到患者102体内。内窥镜能够产生建立患者体质和患者体形可用的图像。在一些示例中，患者数据512还能够包括指示患者102相对于远程可控臂106的姿势和/或手术台134相对于远程可控臂106的姿势的数据。患者数据512能够包括术前图像，诸如x射线图像、x射线计算机断层扫描图像、磁共振成像扫描等。在一些情况下，患者数据512包括术中图像或表面扫描。

端口数据514包括指示患者102身上的进入端口的特性的数据。端口数据514能够指示进入端口的定位和取向。处理器302能够使用该端口数据514确定参考，当基部定位系统306重新定位基部110时，手术工具108相对于该参考被维持在适当定位和/或取向。在一些实施方式中，端口数据514基于在插管被对接时、在操作者指示准备重新定位基部时、在安装手术工具时等的可控臂106的姿势。在一些实施方式中，诸如插管158或手术工具108的部件通过患者102身上的进入端口被插入，并且处理器302能够基于来自远程可控臂106上的传感器的信号确定进入端口的定位和取向。

在一些示例中，端口数据514能够被操作者输入。如果在处理器302执行过程400以定位基部110之前手术工具108没有被插入到进入端口中，则处理器302能够基于所输入的端口数据514来选择参考。在一些实施方式中，参考被选择成使得在完成基部110的定位之后手术工具108能够被定位和定向以被容易地插入到进入端口内。具体地，手术工具108在基部110的定位期间能够处于回缩定位，并且然后轴向平移到插入定位，使得参考包括对应于进入端口的定位的参考点116。

如果手术工具在基部110的定位期间处于回缩定位，如本文更加详细描述的，则手术工具108能够通过其他机构被保持在适当位置。例如，如关于图7和图8描述的，操作者能够将手术工具108手动固定在手术环境10内，或者能够使用或操作机械固定装置以将手术工具108固定在手术环境10内。

在接收(402)输入之后，处理器302任选地基于输入产生(404)一个或更多个指标。处理器302能够计算函数，每个函数代表指标中的一个。指标中的一个或更多个能够例如由操作者进行选择，或者根据要被处理器302优化的故障设置进行选择。处理器302然后能够优化所选择的指标的函数，如关于操作406更详细描述的。

在操作404处产生的指标中的每一个能够代表处理器302的优化目标。指标能够指当基部定位系统306重新定位基部110时要进行优化的值。在操作404期间由处理器302产生的每个指数能够是基于输入中的一个或更多个的值。所产生的指标的数量可以取决于自由度的数量，具体地取决于冗余的自由度的数量。在这方面，在操作404处产生的指标能够代表用于在基部110正在被重新定位时手术操纵器组件104的当前配置的指标。指标的值会随着基部110和接头在基部110的重新定位期间被移动而改变。

基于输入和/或一个或更多个指标，处理器302确定(406)最理想姿势和手术操纵器组件104的当前姿势的最优性得分。处理器302能够确定基部110的最理想姿势或最理想定位的范围。最理想姿势或最理想定位的范围能够被表示为最优基部位置包络122。最优基部位置包络122能够对应于对基部110而言被认为是最优的三维定位和取向的范围。在一些实施方式中，最优基部位置包络122对应于沿着与地板表面20平行的平面的最优二维定位的范围。在一些示例中，最优基部位置包络122包括具有最大最优性得分的多个最优定位。处理器302能够基于输入500计算最优姿势、最理想姿势和/或最优基部位置包络122。处理器302能够产生用于在操作404处的指标值的函数并且执行最优策略，该最优策略使用该函数优化每个指标。最优策略包括例如基于梯度下降的优化策略、基于最小二乘法的优化策略或者其他适当的策略。处理器302能够通过使用给定的优化策略来计算函数的解，其中该解代表基部110的最优基部姿势或最优姿势范围。优化策略使得处理器302能够计算代表基部110的当前姿势的最优性的最优性得分。在一些示例中，最优性得分代表手术操纵器组件104的当前姿势与最优基部姿势或最优基部位置包络122的接近度。

在一些示例中，处理器302选择单个指数作为主要目标并且接着使用最优策略计算解以优化该指数。当解欠约束时，由处理器302提供的解可以代表远程可控臂106可获得的状态子集。为了在主要解欠约束时识别要被传递到远程可控臂106的接头的具体命令，处理器302能够包括充当子空间过滤器以从所述状态子集中选择远程可控臂106的期望状态的模块。子空间过滤器还能够选择用于远程可控臂106的接头的一组命令以移动该接头，使得远程可控臂106被放置处于期望的状态。有利地，所选择的命令能够被用于用作第二目标，例如以优化第二指数。在一些示例中，选择多个指标并且为每个所选择的指标分配权重。权重是该指数相对于其他所选择的指标的优先级的指示。例如，操作者可以确定相比于操作者偏好，程序类型和患者特性具有优化的更大优先级。在‘229专利中描述了多个目标的优化的示例，该专利通过引用被并入本文。

每个指数可以具有被认为是最优的值的范围。当指数在最优的值的范围内时，远程可控臂106和手术工具108所处的状态相比于当指数不在最优的值的范围内时的远程可控臂106和手术工具108的状态有益于手术操纵器组件104的操作。用于指数的最优的值的范围能够对应于高于阈值的任何指数值。阈值能够被编程作为默认值、指数的最大值或最小值的百分比，或者能够由操作者输入。

本文描述了各种指标。这些指标可以是输入500中的一个或更多个的函数。使用本文描述的数据504、506、508、510、512、514的组合来计算指标的示例不意在限制。对于过程400的给定实施方式，处理器302可以产生指标中的一个或更多个。在一些实施方式中，处理器302不产生指标，而是直接将输入500中的一个或更多个进行比较以计算最优性得分。

处理器302任选地基于每个接头可用的运动范围产生和优化运动指数的范围。运动指数的范围可基于例如装备数据506和姿势数据508来计算。例如，对于能够绕一轴线在两个方向上转动的回转接头，处理器302能够确定在两个方向中的每个方向中可获得的运动量。处理器302能够确定远程可控臂106的接头中的每个接头的目标接头状态范围。在一些情况下，有益地是接头被定位使得该接头能够在两个方向上基本上移动相等量，而在一些示例中，可期望最大化在单个方向上可获得的运动量。因此，目标接头状态范围能够是针对给定接头的可获得的接头状态范围的子集。处理器302能够通过考虑远程可控臂106的接头中的每一个的运动范围要求而计算运动范围指数。

运动范围指数替代地或附加地考虑手术工具108的运动范围。具体地，处理器302能够基于手术工具108是否具有充分的运动范围以到达具体手术程序的解剖结构的有关部分来计算运动范围指数。在这方面，处理器302也可以使用程序数据504计算运动范围指数。

当基部110正在被重新定位时，姿势传感器309能够响应于远程可控臂106的接头和/或连杆的运动而产生信号，由此更新姿势数据508。在接收到这些信号之后，处理器302能够基于远程可控臂106的接头和/或连杆中的每一个的新姿势而更新运动范围指数的确定。

处理器302任选地计算稳定性指数。例如，处理器302基于姿势数据508来计算稳定性指数以确定臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分在当前姿势下的稳定性。稳定性指数能够基于在基部110正在被重新定位时臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动量来计算。例如，在基部110的定位期间，如果姿势传感器309检测到臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的大的运动距离、速度或加速度，则处理器302能够确定稳定性指数是次优的。

处理器302替代地或附加地计算平滑性指数。平滑性指数指示手术工具108的运动性能，并且在一些情况下，指示远程可控臂106的一些或全部接头的运动性能。处理器302能够通过确定手术工具108的运动的分解(resolution)来估计运动性能，手术工具108的运动的分解对于远程可控臂106和手术工具108的当前姿势是可能的。例如，对于特定的接头，接头通过一增量(例如，给定的施加电压或电流)致动会导致手术工具108的运动量，该运动量取决于远程可控臂106的接头中的每一个接头的姿势和手术工具108的姿势。在一些实施方式中，平滑性指数基于空间分解来计算，该空间分解根据姿势和接头传感器定位分解可获得。平滑性指数能够说明由所施加的增量(例如，递增的电压或电流)所引起的运动的大小。在这方面，来自给定的所施加的增量的手术工具108的较小运动能够导致手术工具108的运动性能被改善以及更大的运动平滑性。处理器302能够基于例如装备数据506和姿势数据508来计算平滑性指数。

处理器302任选地计算手术工具108的扭矩指数。扭矩指数能够指示远程可控臂106能够施加在手术工具108上的扭矩。在一些实施方式中，手术程序可以要求远程可控臂106能够利用执行手术程序所需的最小扭矩来操纵手术工具108。在这些情况下有益的是最大化由手术工具108可获得的扭矩。然而，可获得的扭矩能够取决于接头相对于手术工具108的定位和取向以及基部110相对于手术工具108的定位。处理器302能够基于例如程序数据504、装备数据506和姿势数据508来计算扭矩指数。

在一些实施方式中，替代或者除了扭矩指数，计算指示远程可控臂106能够施加在手术工具108上的力的力指数。更进一步地，扭矩指数和/或力指数可以说明手术操纵器组件104的接头上的力和扭矩，使得特定接头上的力和/或扭矩能够在远程可控臂106在工作空间内的运动期间被最小化。

处理器302能够计算工作空间指数，该工作空间指数表示对于远程可控臂106的当前状态手术工具108可访问的工作空间的部分。处理器302能够基于在程序数据504中指示的(例如由操作者展示的)工作空间来计算工作空间指数。基部定位系统306能够被处理器304控制以重新定位基部110从而最小化工作空间指数。处理器302能够基于来自姿势传感器309的指示人工展示的信号以及用于计算工作空间指数所使用的数据来控制基部定位系统306。

处理器302能够基于装备数据506和姿势数据508通过考虑到远程可控臂106的接头的运动范围确定手术工具108能够被移动的范围来计算手术工具108可进入的工作空间的部分。在一些实施方式中，处理器302能够使用患者数据512以考虑患者体形和患者体质来确定工作空间指数。在一些示例中，处理器302能够基于端口数据514计算工作空间指数，具体地在患者102身上的进入端口的位置和取向上计算工作空间指数。在一些示例中，患者数据512包括患者生理机能的图像，该患者生理机能的图像当与程序数据504相结合使用时能够被用于估计所要求的器械工作空间界限。

在一些示例中，处理器302计算奇点指数，该奇点指数指示远程可控臂106的任何接头可以被致动到对应运动学奇点的状态的可能性。例如，对于远程可控臂106，当远程可控臂106处于其失去其在一个或更多个方向上移动或者施加力的能力的状态时会发生运动学奇点。处理器302能够基于装备数据506确定潜在的运动学奇点。例如，对于接头中的每一个接头的运动学奇点可以取决于远程可控臂106的目前配置。

处理器302任选地基于姿势数据508和障碍物数据510来计算障碍物指数。障碍物指数代表远程可控臂106可能与附近的障碍物发生碰撞的可能性。在这方面，使用障碍物数据510、远程可控臂106的当前姿势和程序数据504，处理器302能够计算障碍物指数以确定远程可控臂106是否可能在手术工具108不能进入程序数据504中指定的工作空间范围的情况下与附近的障碍物发生碰撞。

处理器302替代地或者附加地计算指示伤害患者的风险的量的患者力指数。例如，患者力指数可以基于姿势数据508、患者数据512和端口数据514来计算，并且可以指示可能被施加到患者102的在进入端口附近周围的体壁上的扭矩或力的量。处理器302能够使用患者力指数来确定远程可控臂106或基部110是否正在以会使力超过在患者102的组织上的期望量的方式被移动。

在一些实施方式中，处理器302计算灵巧性指数，该灵巧性指数代表手术工具108在手术工具108的给定姿势下的灵巧性。灵巧性指数例如是考虑到平滑性指数、扭矩指数、工作空间指数和奇点回避指数中的一个或更多个的综合指数。在一些情况下，灵巧性指数基于手术操纵器组件104的接头的可操纵性指数和/或雅可比矩阵的条件数来计算。

在一些实施方式中，手术操作的最优策略基于来自先前手术操作的数据。来自先前手术操作的数据包括例如在先前手术操作期间收集的输入、在先前手术操作期间确定的指标和/或在先前手术操作期间确定的得分。

如果最优性得分大于阈值最优性得分(操作408)，则处理器302任选地输出(操作410)激活表征完成基部110的定位的指示的信号。指示例如是视觉指示、触觉指示或听觉指示。在一些示例中，指示被呈现在图形显示器上，操作者在基部110的定位期间观看图形显示器。在一些示例中，指示被定位在手术操纵器组件104上或者基部110上。

如果最优性得分小于(操作412)阈值最优性得分，则处理器302输出(操作414)控制信号以重新定位基部。处理器302例如，输出(操作414)控制信号以引起基部定位系统306重新定位基部110。例如，处理器302传递控制信号，并且基部定位系统306通过激活动力接头114对控制信号反应，以反向驱动基部110朝最优基部姿势或朝最优基部位置包络122移动。接头控制机构304被控制，以例如操作动力接头114施加扭矩。扭矩引起基部110的运动而不会引起手术工具108的实质运动。在一些情况下，基部110被锁定不关于手术环境10移动。

在一些实施方式中，控制信号释放基部110以使得基部110能够在手术环境10内四处运动。然后控制信号引起接头控制机构304操作远程可控臂106的接头以重新定位基部110。

在一些实施方式中，如本文所描述的，控制信号引起可电寻址的工具固定机构将臂106(或插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向固定并在外部维持在手术环境10内。例如，工具固定机构被激活以引起臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向相对于参考被维持。

在一些实施方式中，当输出(414)控制信号时，在基部110被移动到最优基部位置包络122中之前，处理器302激活制动机构以停止基部110的运动。例如，处理器302基于患者力指数的值的变化而控制制动器或制动机构。在一些情况下，通过来自患者102的组织的反作用力维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向。处理器302确定超过期望量的力正基于患者力指数被施加到患者102的组织。然后处理器302可以向操作者发出可需要接头、基部110或患者102的一些人工重新定位以减小患者102的组织上的力的警报。

在一些实施方式中，在控制信号的输出(414)期间，处理器302确定指示臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分不充分稳定的稳定性指数。例如，处理器302确定当致动动力接头114时将臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分保持在适当位置的力不足以抑制臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的运动。例如，基于姿势数据508，处理器302确定力不足够高。在一些情况下，如果臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分不足够稳定，则施加在臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分处的力或扭矩不会随着动力接头114施加的扭矩而成比例地增加。

替代地或附加地，处理器302基于姿势数据508确定臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分正在相对于参考(诸如参考点116、一个或更多个参考方向、参考系等)移动。例如，处理器302能够基于来自姿势传感器309的信号确定过度运动正在发生，或者处理器302能够基于姿势传感器309例如力或扭矩传感器来确定在手术工具108处的力或扭矩是不足够的。手术工具108的过度移动能够引起稳定性指数指示手术工具108是不足够稳定的。例如，当动力接头114被致动以反向驱动基部110时，手术工具108鉴于不稳定性能够在例如1毫米和20毫米(例如，1到10毫米、5到15毫米、10到20毫米、15到20毫米等)之间移动。在确定手术工具108是不稳定时，处理器302能够停止基部110的进一步重新定位并且能够向操作者发出手术工具108在动力接头114被再次激活前需要稳定的警报。

替代地或附加地，处理器302确定臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向是否相对于参考不被维持。并且，如果定位和/或取向没有被维持在阈值或其他维持标准内，则处理器302能够减慢或停止基部110的进一步重新定位。处理器302也能够向操作者发出提供臂106(或者手术工具108或保持在臂106中的其他物品)的远侧部分的定位和/取向的充分外部维持的警报。

在处理器302输出(操作414)控制信号以反向驱动基部110之后，处理器302能够重复操作402、404、406、407、412和414直到处理器302确定基部姿势的最优性得分超过阈值最优性得分。此时，处理器302然后能够执行操作408和410以指示完成基部110的定位。

在一些实施方式中，基部110的定位在最优性得分超过阈值最优性得分之前被终止，而不是重复操作402、404、406、407、412和414直到处理器302确定基部姿势的最优性得分超过阈值最优性得分。例如，操作者能够提供用户输入以超控过程400并且引起处理器302中断重新定位基部110的操作的重复。替代地，响应于满足预定的状况，处理器302能够自动地终止引导基部110的重新定位。预定的状况能够向处理器302指示基部110不能够被重新定位到最优基部位置包络122中。例如，如果在过程400被启动后经过预定的时间量例如5到15分钟之后最优性得分不超过阈值最优性得分，则处理器305超控过程400。在进一步的示例中，基于障碍物数据510，处理器302确定由于基部110的当前位置与最优基部位置包络122之间的障碍物不存在基部110到最优基部位置包络122中的运动的路径。如果在最优性得分超过阈值最优性得分之前终止基部110的重新定位，则处理器302能够发出指示基部110处于次最优定位，例如在最优基部位置包络122的外侧的警报。

图6A到图6H描述了操作600A到600H，在操作600A到600H期间，处理器控制动力接头114以朝最优基部位置包络122反向驱动基部110。操作600A到600H中的每一个能够包括由操作者604、处理器(例如，控制系统300的处理器302)或其组合执行的子操作。在一些实施方式中，通过处理器302执行操作600A到600H中的一些或者全部。

分别在图6A和图6B中，基部110被重新定位成邻近患者102周围的工作空间602。在一些示例中，在操作600A和600B期间，操作者604手动地操纵设定组件109，使得手术操纵器组件104被定位在工作空间602附近。例如，操作者604推动或拉动设定组件109的推车111(图2中所示)以移动手术操纵器组件104。

如图6A和图6B中所示，在一些情况下，操作者604抓握手术操纵器组件104的远程可控臂106并且将力施加到远程可控臂106以朝向手术台134附近的区域拉动手术操纵器组件104(包括基部110)。例如，操作者604抓握远程可控臂106的远侧部分或者抓握安装到远程可控臂106的远侧部分的手术工具(未示出)。

在一些情况下，响应于由操作者604提供的力，通过处理器激活设定组件109的动力轮以使基部110在操作者604施加到远程可控臂106上的力的方向上移动。设定组件109的动力轮当被驱动时辅助操作者604朝手术台134附近的区域移动手术操纵器组件104。在一些情况下，远程可控臂106的接头被锁定，使得操作者604施加到远程可控臂106的力被直接传递到设定组件109的推车111。为了引起处理器激活动力轮并且锁定接头，在一些情况下操作者604推动输入按钮，以产生向处理器指示操作者正通过拉远程可控臂106而重新定位基部110的信号。

在图6B中所示的操作600B处，基部110已经被重新定位在手术台134和患者102附近。然后部署远程可控臂106，使得手术工具位于外科手术的工作空间602内，如图6C中所示。在一些示例中，操作者604手动地移动远程可控臂106以将远程可控臂106部署在工作空间602内。在一些示例中，远程可控臂106的接头被致动以将远程可控臂106部署到工作空间602中。

在一些实施方式中，当部署远程可控臂106时，操作者604展示工作空间602的范围。例如，操作者604手动地操纵远程可控臂106的远侧部分、器械保持器或其他部分，使得远程可控臂106(或手术工具，如果安装到远程可控臂106的话)的一部分被移动通过工作空间602的界限。处理器接收来自远程可控臂106上的姿势传感器的传感器信号并且然后使用那些信号来估计工作空间602的范围。本文描述了展示工作空间602的其他方法。

在操作600C处，参考(诸如参考点116)被指定。在一些示例中，在操作600C处，手术工具被插入到患者102身上的进入端口中。参考点116被限定为对应于例如进入端口的位置。操作者604抓持远程可控臂106的各个接头以操纵远程可控臂106的远侧连杆或(一个或更多个)其他部分以将手术工具插入到进入端口中。在通过引用被并入本文的‘223专利中详细描述了抓持的示例。

在一些实施方式中，用于限定参考的定位以除了通过经由进入端口物理放置手术工具的方式外的方式被提供到处理器。例如，处理器能够使用与远程可控臂106物理接触的部件上的点，或者未被机械地连接到远程可控臂106或是被机械地连接到远程可控臂106的部件的一部分的空间中的点来确定参考。例如，如果器械保持器142被联接到插管158并且插管158被插入到患者体内，则参考能够包括位于沿插管158定位(诸如插管158接触患者的体壁的地方)的参考点116。如果器械保持器142与插管158脱离，则参考能够包括与安装插管会被安装的地方相关联的参考点116。用于设置参考的数据可以在各种实施方式中以其他方式被指示。在一些实施方式中，操作者操纵输入设备以指示远程可控臂106位于患者102身上的进入端口的近侧，远程可控臂106被对接到已经插入到患者102身上的进入端口中的插管158，由远程可控臂106保持的插管158被插入到患者102中，执行图像获取和辨别以识别患者中的切口或者放置在患者身上的用于指示(一个或更多个)参考点和/或(一个或更多个)方向等的引导标记。

手术工具的定位和/或取向能够以另一方式在外部被维持和固定在手术环境内。在这些情况的一些中，参考更可能对应于不与患者102身上的进入端口重合的参考点。例如，机械固定装置能够在外部维持手术工具相对于参考(包括在机械固定装置附近或者机械固定装置上的参考点)的定位和/或取向。在一些情况下，操作者604的手能够抓握手术工具以在外部维持手术工具相对于参考(包括对应于手的定位的参考点)的定位和/或取向。处理器能够选择或确定参考，使得在完成基部110的定位之后手术工具能够被插入到进入端口中。

在图4D的操作600D处，处理器能够基于所接收到的输入来确定最优基部位置包络122，如关于图4和图5更加详细描述的。如图6D到图6F中所示，分别在操作600D到600F处，处理器控制基部定位系统以朝最优基部位置包络122移动基部110。基部定位系统以引起基部110朝最优基部位置包络122被反向驱动的方式控制动力接头114。

在图6D到图6F中描述的示例中，处理器以驱动方向606驱动动力接头114。在一些情况下，设定臂(图2中示出)的接头的制动机构被选择性地激活或释放以抑制或者使能基部110相对于地板表面20的运动。在一些情况下，设定组件109的推车111的制动机构被选择性地激活或释放以抑制或使能推车111越过地板表面的运动。

在一些实施方式中，远程可控臂106包括以运动学串联定位在动力接头114和基部110之间的接头，处理器能够控制接头控制机构以锁定或制动那些接头。当接头被锁定时，由动力接头114施加的扭矩被直接传递到基部110以引起基部110相对于地板表面20的移动。

当处理器在驱动方向606上驱动动力接头114时，基部110在重新定位方向上朝最优基部位置包络122被驱动。如图6D到图6F中所示，然后基部110围绕动力接头114转动。例如，基部110继续转动直到基部110位于最优基部位置包络122内。在一些实施方式中，当基部110在操作600F期间进入最优基部位置包络122时，发出指示完成基部的重新定位的警报。

在已经成功完成基部110的重新定位之后，手术操作能够开始。手术工具能够被插入到患者102身上的进入端口中。外科医生能够远程控制手术操纵器组件104的远程可控臂106以控制手术工具执行外科手术。

在外科手术期间，在一些实施方式中，由于处理器接收到的输入的变化，所以基部110的第二重新定位是有益的以将基部110重新定位在更加最优位置。在一些情况下，操作者604可以向处理器发出再次重新定位基部110的请求。在一些示例中，处理器检测第二重新定位并然后请求操作者604提供处理器应当使用基部定位系统执行基部110的第二定位的确认。例如，在完成初次重新定位后的程序期间，障碍物能够被放置在手术操纵器组件104附近。初次重新定位过程中的基部100的定位可能导致远程可控臂106在外科手术期间与障碍物612碰撞的高可能性。

如图6G中所示，在操作600G处，最优基部位置包络是没有考虑障碍物612(例如辅助推车)的起始最优基部位置包络122。在图6G中，障碍物612距离手术操纵器组件104足够远，使得远程可控臂106与障碍物612之间不太可能发生碰撞。然而，如图6H中所示，在操作600H处，障碍物612被移动到手术操纵器组件106附近的定位，因而增加了发生碰撞的可能性。

如关于图3到图5描述的，手术操纵器组件104包括障碍物检测传感器，其能够被用于检测手术操纵器组件104的远程可控臂106附近的障碍物。在检测到障碍物612后，处理器能够确定发生碰撞的可能性足够大，因此远程可控臂106应被重新定位成远离障碍物612。虽然接头能够被致动而不移动基部110以避免远程可控臂106与障碍物612之间的碰撞是有可能的，但是在一些示例中，可有益的是第二次重新定位基部110以实现其他目的，如关于图4和图5描述的。例如，鉴于新的障碍物612，基部110的第二重新定位可以有益地改善远程可控臂106的接头的运动范围，如果基部110不被重新定位，则该新的障碍物会妨碍接头中的一些的运动范围。如图6H中所示，处理器在操作600H期间能够计算考虑到新的障碍物的新的最优基部位置包络122。然后处理器控制动力接头以沿着驱动方向606施加扭矩以便再次重新定位基部110。在驱动方向606上的扭矩能够引起基部110在重新定位方向608上朝新的最优基部位置包络122移动。

附加的实施方式的替代

除了或替代以上讨论的特征，以上描述的系统还可以任选地包括以下特征中的一个或更多个。

虽然臂106被描述为远程可控，但是在一些实施方式中，臂106被位于与臂106处于同一房间内的一位置处的操作者控制。例如，如果臂106在医疗程序期间被使用，则操作者能够在患者的床边控制臂106。

手术系统100代表手术系统的一个示例，其能够包括有助于通过激活动力接头反向驱动基部110定位基部110的方法、系统和设备。手术系统100和本文描述的方法能够被改动以包括替代特征或附加特征。手术系统100的一些特征也可以被省略。在一些情况下，这些改动能够附加地改变手术系统100的操作，例如操作402、404、406-408、410、412和414以及操作600A到600H。

虽然已经针对基部110描述了最优位置包络，但是在一些实施方式中，最优位置包络可以针对手术操纵器组件104的接头或其他可移动部件进行计算。在一些情况下，远程可控臂106的接头中的一个或更多个以及设定组件109包括最优位置包络。例如，给定接头可通过被运动学地定位在该给定接头远侧的动力接头反向驱动。在一些情况下，处理器302确定推车111的最优位置包络，并且推车111通过被运动学地定位在推车111远侧的动力接头反向驱动。在一些实施方式中，处理器302操作远程可控臂106的动力接头以将远程可控臂106的每个接头定位在目标接头状态范围内。例如，处理器302相继重新定位接头中的每一个。在一些情况下，处理器302重新定位接头中的每一个并且然后重新定位基部110。在一些情况下，不同的动力接头被操作以重新定位每个接头。

许多以上示例描述了手术工具108相对于参考的定位，该定位在基部110的重新定位期间被维持。然后，相同的技术可以被用于维持臂106(或保持在臂106的远侧部分中的物品)的远侧部分的定位和/或取向。在一些示例中，远程可控臂106的远侧部分的定位和/或取向相对于诸如参考点116的参考被维持。远程可控臂106的远侧部分能够在外部被维持同时控制动力接头114以反向驱动基部110。在一些实施方式中，当动力接头114被致动以定位基部110时，操作者能够抓握远程可控臂106的远侧部分并且将该远侧部位保持到适当位置。在一些示例中，当驱动动力接头114时，远程可控臂106的远侧部分能够放置到固定装置中以将远程可控臂106的远侧部分保持到适当位置。在一些情况下，患者体壁的刚性足以在外部维持手术工具的定位和/或取向使得可以不需要单独的固定装置。

在一些示例中，臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位能够通过手术工具108(如果存在的话)的惯性或接头和动力接头114远侧的连杆的惯性来维持。例如，动力接头114远侧的接头和连杆的惯性连同手术工具108的惯性可以足够大以抵抗由动力接头114施加的扭矩的运动。动力接头114近侧的接头和连杆的惯性连同基部110的惯性能够比动力接头114远侧的惯性小。结果，由动力接头114施加的扭矩引起基部110被反向驱动。因此，基部定位系统306能够控制动力接头114反向驱动基部110而不需要使用机械固定装置或手术操纵器组件104外部的其他设备来维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向。

在一些实施方式中，机械固定装置在外部维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向。例如，机械固定装置是可由处理器302控制的可电寻址的工具固定机构。机械固定装置被激活以固定臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分相对于地板表面20的定位。例如，如图7中所示，手术系统700包括机械固定装置702，其在动力接头706在驱动方向708上被驱动时保持手术工具704。基部710通过动力接头706被反向驱动使得基部710在重新定位方向712上移动。

机械固定装置702维持臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分的定位和/或取向，使得当动力接头706在驱动方向708上被驱动时手术工具704不移动。机械固定装置702作用以维持手术工具704相对于机械固定装置702上的参考(诸如包括参考点714的参考)的定位和/或取向。机械固定装置702能够是手术台716的一部分。在一些实施方式中，机械固定装置702是独立的固定装置，在基部710的重新定位之后，该独立的固定装置从手术台716近处被移除。

在一些示例中，机械固定装置702被处理器(例如处理器302)或基部定位系统(例如基部定位系统306)操作。在基部定位系统驱动动力接头706之前，基部定位系统能够激活机械固定装置702以引起机械固定装置锁定手术工具704。在激活后，机械固定装置702抑制手术工具704相对于机械固定装置702的运动。然而，机械固定装置702替代地被手动固定到手术工具704并且然后在外科手术开始时被从手术工具704手动地移除。

如图8中所示，操作者的手800能够替代地被用于固定臂106的远侧部分或者安装到臂106的远侧部分的诸如此类的物品(诸如插管或手术公开802)的定位。手800以充分的力抓握手术工具802或插管804以防止手术工具802在动力接头激活时被移动。在基部的反向驱动期间，如果手800释放手术工具802，则处理器能够确定手术工具802已经被释放。处理器能够发出指示操作者应例如通过抓握手术工具802来固定手术工具802的定位的警报。

虽然动力接头114被描述为被配置为关于从自地板表面20延伸的竖直轴线偏离的轴线施加扭矩，但是在一些示例中，动力接头114可以被定位成使得由动力接头114的致动施加的扭矩平行于竖直轴线。在此类示例中，从动力接头114传递到基部110的较大部分扭矩能够使基部110相对于地板表面20平移。

在一些实施方式中，远程可控臂106的设定接头和操纵器接头能够包括回转接头和移动接头的组合，该组合不同于关于图2描述的组合。接头中的每一个能够提供平移自由度、旋转自由度或其组合。接头可以包括多个旋转自由度，例如绕多个独立的轴线的转动。接头可以包括多个平移自由度，例如沿着多个独立的轴线的平移。例如，虽然设定接头150b-150c和156a-156g已经被描述为回转接头，但是在一些示例中，这些接头150b-150c、156a-156g中的一个或更多个能够允许平移自由度，因此能够实现设定臂138的连杆和远程可控臂106的连杆之间的相对平移。虽然接头150a被描述为移动接头，但是接头150a能够为准许远程可控臂106相对于基部110枢转的回转接头。在一些情况下，接头可以允许连杆之间的相对转动和平移两者。远程可控臂106能够包括更少或附加的连杆和接头，这取决于针对给定应用所期望的自由度。

远程可控臂106和设定臂138的接头的类型能够在不同实施方式中变化。在一些示例中，远程可控臂106仅包括动力接头，而设定臂138仅包括被动接头。在一些实施方式中，手术操纵器组件104包括远程可控臂106但是不包括设定臂138。例如，远程可控臂106包括将远程可控臂106联接到基部110的单个动力接头。处理器302能够选择性地激活该单个动力接头以朝最优基部位置包络122驱动基部110。在一些实施方式中，远程可控臂106包括两个或两个以上的动力接头。处理器302选择性地激活动力接头中的一个以在一个方向上反向驱动基部并且能够选择性地激活动力接头中的另一个以在另一个方向上反向驱动基部。在一些情况下，处理器302能够选择性地激活接头的组合以反向驱动基部110以引起基部110的转动、基部110的平移或者其组合。

在一些情况下，远程可控臂106和设定臂138包括可选择性释放的被动接头。可选择性释放的被动接头能够包括例如制动机构，该制动机构维持被动接头的定位。在这方面，远程可控臂106能够包括动力接头114和可选择性释放的被动接头。可选择性释放的被动接头能够被定位在动力接头114与基部110之间。为了确保扭矩从动力接头114传递到基部110，处理器302能够在驱动动力接头114的同时锁定可选择性释放的被动接头。

虽然图1中描述的手术系统100示出了单个手术操纵器组件104，但是在一些示例中，手术操纵器组件104可以是多个手术操纵器组件中的一个，每个手术操纵器组件均包括远程可控臂。远程可控臂中的每一个能够包括手术工具，并且手术操纵器组件中的每一个的基部能够通过使用本文描述的方法朝最优基部位置包络被反向驱动。基部中的每一个的重新定位能够在安装到臂的手术工具的定位和/或取向相对于手术环境中的相关联参考被维持的同时发生。在一些情况下，处理器能够使用障碍物检测传感器来检测其他手术操纵器组件并且考虑其他手术操纵器组件为手术环境内的障碍物。在这方面，由处理器用于反向驱动手术操纵器组件的基部的障碍物数据能够包括其他手术操纵器组件的定位。

在一些示例中，手术操纵器组件包括各自具有手术工具的多个臂，而不是具有单个臂的手术操纵器组件104。手术工具中的每一个能够被插入到单独的进入端口中。处理器能够控制多个臂中的任意臂的动力接头以反向驱动基部。当所述臂中的一个臂的动力接头被驱动时，其他臂的接头被锁定，使得来自被驱动的动力接头的扭矩不引起其他臂的运动。

在一些示例中，在执行外科手术之前，动力接头114可以朝最优基部位置包络122驱动基部110。然而，在外科手术期间，动力接头114也可以驱动基部110。动力接头114可以在整个程序期间多次重新定位基部110。

虽然图6G和图6H示出了基部110的第二重新定位会由于新的障碍物612进入基部110的近处而发生，但是在一些实施方式中，其他或附加参数能够改变，这能够导致处理器302确定基部110的第二重新定位会是有益的。在一些实施方式中，不同的手术工具能够导致不同的工作空间要求。结果，如果一个手术工具在外科手术期间被另一手术工具(例如，与臂脱离安装的手术工具和安装到臂上的不同手术工具)“切换”，则处理器302能够检测手术工具已经被切换并且计算新的最优基部位置包络。如果在已经切换手术工具后，手术操纵器组件的基部没有在当前安装的不同手术工具的新的最优基部位置包络内，则鉴于不同的手术工具，处理器302能够控制动力接头114以重新定位基部110。

在一些情况下，远程可控臂106在外科手术期间遭受外部力，这使基部100从其范围变换。姿势传感器309能够检测由于外部力导致的关于接头150a-150c和156a-156g的铰接或者能够检测由于外部力导致的基部110的运动。由于手术操纵器组件104的部件的运动，处理器302可以确定基部110可能需要被反向驱动并且再次朝最优基部位置包络122重新定位。

在一些示例中，在外科手术期间，臂106(或者插管或手术工具或安装到臂106的其他物品)的远侧部分可以从一个进入端口移动另一进入端口。例如，当臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分被移动到新的进入端口时，处理器302能够第二次控制动力接头114以反向驱动基部110。由于新的进入端口可以被定位在患者102身上的不同区域中，所以手术工具108执行手术程序所需的工作空间的范围也可以改变。因此，在将手术工具108放置到新的进入端口之前或之后，操作者可展示工作空间的新范围。随着进入端口(例如端口数据514)的定位和工作空间的范围(例如程序数据504)两者的这些变化，处理器302可以计算远程可控臂106的当前姿势的指标的新值并且鉴于这些新的指数值控制动力接头114以第二次反向驱动基部110。

虽然工作空间的展示在本文已经被描述为包括臂106(或者插管或手术工具或安装到臂106的其他物品)的远侧部分通过工作空间的物理运动，但是在一些示例中，操作者能够展示工作空间而不需要物理地移动臂106(或者插管或手术工具108或安装到臂106的其他物品)的远侧部分。例如，操作者可以将工作空间的范围图形地指示在显示器上。操作者能够使用具有触摸屏显示器的计算设备来指定工作空间的范围。通过操作触摸屏显示器，操作者能够界定工作空间的范围。计算设备能够将指示工作空间的范围的输入输送到处理器302。在一些示例中，操作者能够使用物理工具，该物理工具能够被手术操纵器组件104上的传感器检测。物理工具能够是手或者能够划定工作空间的定点设备。例如，传感器能够任选地检测物理工具的定位，且接着为处理器302产生信号，这样进而基于传感器信号确定工作空间的范围。

虽然远程可控臂106被描述为被安装到推车11，但是在一些实施方式中，远程可控臂可以被附接到静止的或可移动的台面。参见图9A中描述的示例，轮式机器人台面系统900A包括台基902A。远程可控臂904A包括臂基906A，臂基906A被移动地附接到台基902A。例如，臂基906A可以在移动接头908A处被附接到台基902A，这样允许臂基906A沿着台基902A平移。在一些实施方式中，臂基906A在转动接头处被附接到台基902A，这样允许臂基906A围绕台基902A转动。在另一些示例中，各个远程可控臂(例如臂904A)被设计成被附接到台面系统(例如台面系统900A)的不同部分。示例附接部分包括台面系统的基部、台面系统的表面、台表面近侧的一个或更多个轨道(如果这样的轨道存在的话)等。在一些实施方式中，臂基906A被可移除地附接到台基902A，并且在操作中不被使用时可以被移除。在一些实施方式中，当在操作中不被使用时，臂904A被折叠到台表面下方。

在图9A示例中，台表面910A被定位在台基902A上并且相对于台基902A可移动。例如，台表面910A可以围绕台基902A枢转或者围绕台基902A转动。

在执行外科手术之前，处理器能够控制联接到台表面910A的致动器以引起台表面910A相对于台基902A移动，同时维持手术工具912A的定位和/或取向。处理器302还能够使用动力接头914A相对于台基902A反向驱动臂基906A。在这方面，处理器能够控制台表面910A的定位并且控制臂基906A的定位，同时维持臂804A的远侧部分(或由臂支撑的物品，诸如插管或手术工具912A)的定位和/或取向。处理器能够基于本文描述的指标来确定最优台表面位置和最优臂基位置的组合。

图9A中所示的台面系统900A包括多个轮，其允许台面系统900A关于可单独移动的手术操纵器组件(例如手术操纵器组件104)被重新定位，或者围绕操作区域被移动或从一个房间移动到另一房间，等等。

图9B是可以被附接到静止的或可移动的台面的另一示例可控臂的透视图。轮式台面950B包括台基902B。台表面910B被定位在台基902B上。台表面910B能够被用于支撑工件，诸如患者920B、尸体、身体部分或非人体工件。在图9B中所示的示例中，两个远程可控臂904B、904C包括臂基906B、906C，臂基906B、906C可以被可移除地附接到沿着台轨道918B的若干不同位置。在操作期间，可控臂904B、904C被驱动以将工具934B、934C移动到相关联的工作空间内。在一些实施方式中，可控臂904B、904C是伸缩式的并且包括可远程操作的动力接头，当该可远程操作的动力接头被驱动时关于工作空间重新定位和定向工具934B、934C。在一些实施方式中，并且就像本文描述的其他远程可控臂一样，可控臂904B、904C也能够通过直接施加到该可控臂904B、904C的连杆或接头上的输入被直接操作，从而允许可控臂904B、904C的直接操作者操纵。

类似于已经关于机器人台面系统900A所描述的内容，在执行外科手术之前，处理器302能够操作致动器以使台面系统910B相对于台基902B移动。处理器302还可以操作臂904B、904C中的一个或更多个动力接头以相对于台轨道918B重新定位臂基906B、906C。例如，臂基906B、906C利用可锁定到台轨道918B的被动接头907B、907C能够被反向驱动以沿着台轨道918B移动。结果，被动接头907B、907C和臂基906B、906C能够沿着台轨道918B共同地移动或滑动。如本文所描述的，在这样的重新定位期间，维持臂904B、904C的远侧部分的定位和/或取向。

在一些实施方式中，臂基906B、906C可相对于工具934B、934C以除了沿着台轨道918滑动之外的方式移动。被动接头907B、907与臂基906B、906C相对于台轨道918B的重新定位对应于第一重新定位，并且臂基906B、906C可以进一步相对于被动接头907B、90C以第二重新定位被重新定位。例如，联接到臂基906B、906C的连杆912B、912C能够以插入运动或滚动运动相对于被动接头907B、907C可移动，从而引起臂基906B、906C和工具934B、934C的相对平移或重新取向。臂904A、904B中的一个或更多个动力接头能够被操作以反向驱动具有连杆912B、912C的臂基906B、906C相对于被动接头907B、907C移动。如本文描述的，在这种第二重新定位期间，维持臂904B、904C的远侧部分的定位和/或取向。

障碍物数据510被描述为指示障碍物在工作空间中的位置。虽然障碍物被描述为包括工作空间中的装备，但是其他障碍物也是可能的。在一些实施方式中，障碍物数据510包括指示障碍物包括手术环境10中的任何操作者的预期位置、不平坦的地板表面或工作空间中的可能妨碍基部108或远程可控臂106的运动的任何障碍物的数据。在一些实施方式中，返回参考图9B，障碍物数据510包括指示台轨道918B的末端相对于臂基906B、906C的位置的位置的数据。处理器基于台轨道918B的末端的位置引导手动重新定位，以避免引导操作者将臂基906B、906C沿着台轨道918B移动超出它们的可容许运动范围。由于被动接头907B、907C被配置为被锁定到台轨道918B以将臂基906B、906C支撑在台表面910B上方并且因此将臂904B、904C支撑在台表面910B上方，因此台轨道918B的末端限制被动接头907B、907C的运动范围并且因此限制臂基906B、906C的运动范围。处理器能够反向驱动臂基906B、906C以便被动接头907B、907C不被驱动超出它们的可容许运动范围。

如本文所述的远程可控臂106和904A、904B、904C是本公开的范围内设想的多种类型的机器人操纵器臂组件的示例。图10A-10C描述了另一示例机器人操纵器臂组件1004(也被称为远程可控臂1004)的仰视图、侧视图和后视图。远程可控臂的实施方式包括本文描述的示例，以及本文关于远程可控臂106、904A、904B、904C和1004描述的接头和连杆配置的组合。

在一些实施方式中，远程可控臂1004与手术器械1006联接以实现器械1006相对于基部1002的运动。由于在手术程序期间具有不同末端执行器的若干不同手术器械可以相继被安装到每个远程可控臂1004(通常有手术助手的帮助)，所以器械保持器1020将优选地允许被安装的手术器械1006的快速移除和替换。

示例远程可控臂1004通过枢转安装接头1022被安装到基部1002，以便允许远程可控臂1004的剩余部分围绕第一接头轴线J1转动，其中第一接头1022提供了在示例实施方式中围绕竖直轴线的转动。基部1002和第一接头1022通常包括远程可控臂1004的近侧部分，其中操纵器从基部向远侧朝器械保持器1020和末端执行器1050延伸。

如在图10A-10C中图示的描述可控臂1004的个体连杆，以及如在图10D中图示的连接连杆的接头的转动轴线，第一连杆1024从基部1002向远侧延伸并且在接头1022处围绕第一枢转接头轴线J1转动。接头的许多剩余部分能够通过图10D中的它们的相关联转动轴线被识别。例如，第一连杆1024的远端在提供水平枢转轴线J2的接头处被联接到第二连杆1026的近端。第三连杆1028的近端在滚动接头处被联接到第二连杆1026的远端，使得第三连杆一般在接头J3处围绕沿第二和第三连杆两者的轴线延伸的并且在一些情况下与第二和第三连杆两者的轴线对准的轴线转动或滚动。向远侧进行，在另一枢转接头J4后，第四连杆1030的远端通过一对枢转接头J5、J6被联接到器械保持器1020，该对枢转接头J5、J6一起限定器械保持器腕部1032。远程可控臂1004的平移或移动接头J7有助于器械1006和器械1006的细长轴1014通过微创孔的轴向运动，并且还有助于器械保持器1020附接到插管，器械1006通过插管被可滑动地插入。

在器械保持器1020的远侧，手术器械1006可以包括附加的自由度。手术器械1006的自由度的致动通常将被远程可控臂1004的马达驱动。替代实施方式可以在可快拆器械保持器/器械接口处将手术器械1006与支撑操纵器臂结构分开，以便在此处被示为在手术器械1006上的一个或更多个接头替代地在接口上，或反之亦然。换句话讲，手术器械1006与远程可控臂1004之间的接口可以被布置在沿操纵器臂组件1004的运动链(其可以既包括手术器械又包括操纵器臂组件1004)的更近侧或远侧。在示例性实施方式中，手术器械1006包括在枢转点PP近侧的转动接头J8，该枢转点PP通常被布置在微创孔的部位处。手术器械1006的远侧腕部允许末端执行器1050围绕器械腕部接头轴线J9、J10的枢转运动。末端执行器夹爪元件之间的角度α可以独立于末端执行器1050位置和取向被控制。在一些实施方式中，图10A-10D中所示的接头中的一个或更多个被控制以驱动末端执行器1050。在一些实施方式中，图10A-10D中所示的接头中的一个或更多个使用本文描述的方法来控制以反向驱动基部1002，从而重新定位基部1002。

在另一示例中，参考图11，可被远程控制的可控臂1100包括连接到接头系统1104的基部1102。连杆1112将接头系统1104连接到接头系统1114，并且连杆1120将接头系统1114连接到接头系统1122。在一些实施方式中，接头1106使得基部1102远侧的远程可控臂1100的一部分以相对于基部1102转动的方式例如围绕y轴线转动。在一些实施方式中，接头1128相对于接头系统1122例如沿着y轴线平移器械保持器1130。例如，每个接头和接头系统可选择性操作以引起远程可控臂1100的部分之间的相对运动，例如远程可控臂1100的部件之间的平移和/或转动。

接头系统1104可操作以引起连杆1112与接头系统1104之间的相对转动。接头系统1104例如包括第一可转动接头1108和第二可转动接头1110。第一接头1108在被驱动时引起第一接头1108与第二接头1110之间的例如围绕x轴线的相对转动。第二接头1110当被驱动时引起连杆1112与第二接头1110之间的例如围绕z轴线的相对转动。接头系统1114可操作以引起连杆1120与接头系统1114之间的相对转动。接头系统1114例如包括第一接头1116和第二接头1118。第一接头1116在被驱动时引起第一接头1116与第二接头1118之间的例如围绕x轴线的相对转动。第二接头1118在被驱动时引起第二接头1118与连杆1120之间的相对转动。接头系统1122可操作以引起器械保持器1130与接头系统1122之间的相对转动。接头系统1122例如包括第一接头1124和第二接头1126。第一接头1124当被驱动时引起第一接头1124与第二接头1126之间的例如围绕x轴线的相对转动。第二接头1126在被驱动时引起第二接头1126与器械保持器1130之间的例如围绕y轴线的相对转动。在一些实施方式中，图11中所示的接头中的一个或更多个被控制以驱动保持在器械保持器1130中的器械的末端执行器。在一些实施方式中，图11中所示的接头中的一个或更多个使用本文描述的方法被控制以反向驱动基部1102，从而重新定位基部1102。

远程可控臂106、904A、904B、904C、1004和1100为远程可控臂的示例。在一些实施方式中，远程可控臂包括本文描述的远程可控臂的示例中的接头的组合。在这方面，在一些实施方式中，远程可控臂包括移动接头、转动接头和接头系统的组合，而非关于远程可控臂106、904A、904B、904C、1004和1100示出的组合。

本文描述的手术系统(例如手术系统100)和手术系统的机器人部件(例如远程可控臂106、手术操纵器组件104)能够使用一个或更多个计算机程序产品被至少部分地控制，所述一个或更多个计算机程序产品例如有形地嵌入一个或更多个信息载体的一个或更多个计算机程序，所述一个或更多个信息载体诸如一个或更多个非临时性机器可读介质，用于由一个或更多个数据处理装置执行或者控制一个或更多个数据处理装置的操作，所述一个或更多个数据处理装置例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件。

计算机程序能够以任何形式的编程语言(包括编译型语言或解释型语言)来撰写，并且其能够以任何形式(包括作为独立的程序或者作为模块、部件、子程序或适用于在计算环境中使用的其他单元被)进行部署。

与控制本文描述的手术系统相关联的操作能够通过执行一个或更多个计算机程序的一个或更多个可编程处理器来执行以执行本文描述的功能。对本文描述的手术系统的全部或部分的控制能够使用专用逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)来实施。

以举例的方式，适用于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或更多个处理器。一般地，处理器将接收来自只读存储区域或随机存取存储区域或两者的指令和数据。计算机的元件包括用于执行指令的一个或更多个处理器和用于存储指令和数据的一个或更多个存储区域设备。一般地，计算机还会包括一个或更多个机器可读存储介质(诸如用于存储数据的大规模PCB，例如磁盘、磁光盘或光盘)，或者被可操作地耦合以接收来自一个或更多个机器可读存储介质(诸如用于存储数据的大规模PCB，例如磁盘、磁光盘或光盘)的数据或者将数据传输到一个或更多个机器可读存储介质(诸如用于存储数据的大规模PCB，例如磁盘、磁光盘或光盘)或者这两者。适用于嵌入计算机程序指令和数据的机器可读存储介质包括全部形式的非易失性的存储区域，例如包括：半导体存储区域设备，例如EPROM、EEPROM和快闪存储区域设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。

本文描述的不同实施方式的元件可以被组合以形成未在以上具体阐述的其他实施例。在不会不利地影响元件的操作的情况下，元件可以从本文描述的结构中去除。更进一步地，各种单独的元件可以被组合成一个或更多个个体元件以执行本文描述的功能。

Claims (51)

1.一种手术系统，其包括：

相对于地板表面可移动的基部；

远程可控臂，所述远程可控臂从所述基部延伸并且被配置为支撑并移动手术工具，所述臂具有动力接头，所述动力接头可操作以移动所述臂的远侧部分；和

处理器，所述处理器被配置为：

驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的定位。

2.根据权利要求1所述的手术系统，其中，相对于参考点在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位。

3.根据权利要求2所述的手术系统，其中，所述参考点对应于患者身上的进入端口的位置，所述手术工具通过所述进入端口被插入。

4.根据权利要求1所述的手术系统，其中，通过维持由所述臂保持的插管或工具的定位，在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位。

5.根据权利要求1所述的手术系统，其中，所述处理器还被配置为：

驱动所述动力接头以移动所述臂的所述远侧部分同时维持所述基部的定位。

6.根据权利要求1所述的手术系统，其中，所述处理器还被配置为：

在重新定位所述基部的同时，响应于确定不维持所述远侧部分的所述定位，减慢或者停止重新定位所述基部。

7.根据权利要求1所述的手术系统，其还包括：

被支撑在所述地板表面上的推车；和

包括被动接头的设定组件，所述设定组件将所述基部连接到所述推车，其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

当所述推车相对于所述地板表面可移动时或者当所述基部相对于所述推车可移动时，驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

8.根据权利要求1所述的手术系统，其还包括：

用于将所述基部附接到台面的设定组件，其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

当所述基部相对于所述台面可移动时，驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

9.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其中，

所述臂还包括第二动力接头，所述第二动力接头通过联动装置被连接到所述动力接头；

所述第二动力接头可操作以移动所述远侧部分；并且

所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

操作所述动力接头和所述第二动力接头。

10.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括传感器，所述传感器被配置为响应于检测到所述远侧部分基本上被固定而产生信号，

其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

响应于所述信号驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

11.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括可选择性释放的接头，所述可选择性释放的接头将所述臂连接到所述基部，其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

当所述可选择性释放的接头达到期望定位时，锁定所述可选择性释放的接头。

12.根据权利要求11所述的手术系统，其中，所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

基于在所述可选择性释放的接头处的扭矩，驱动所述动力接头以将所述可选择性释放的接头重新定位到所述期望定位。

13.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括可选择性释放的接头，所述可选择性释放的接头将所述臂连接到所述基部，

其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

驱动所述动力接头并且选择性地释放所述可选择性释放的接头。

14.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括连接接头，所述连接接头将所述臂连接到所述基部，

其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

驱动所述动力接头以朝期望定位重新定位所述连接接头。

15.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其中，所述处理器还被配置为：响应于确定所述基部在最优基部位置包络内，抑制所述基部的运动。

16.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括：将所述基部支撑在所述地板表面上方的设定组件，所述设定组件包括动力轮以相对于所述地板表面移动所述设定组件，

其中所述处理器还被配置为当所述远侧部分被定位时驱动所述动力轮以相对于所述远侧部分重新定位所述基部。

17.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括产生指示所述臂的定位的信号的传感器，其中所述处理器还被配置为基于所述信号检测所述臂的期望运动范围的人工展示，并且其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

基于所述人工展示驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

18.根据权利要求17所述的手术系统，其中，所述处理器还被配置为响应于检测到所述远侧部分或所述手术工具不稳定而激活警报，同时基于所述人工展示驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

19.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括被配置为产生指示所述基部和所述动力接头的定位的信号的多个传感器，所述多个传感器包括以下中的至少一个：接近度传感器、力传感器和压力传感器。

20.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其中，所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

驱动所述动力接头以相对于位于所述地板表面上方的障碍物重新定位所述基部。

21.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其中：

所述基部沿轨道可移动，并且

所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部：

基于所述轨道的端部相对于所述基部的位置，驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

22.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其中

所述处理器还被配置为控制所述臂将所述手术工具插入到患者的进入端口中；并且其中

所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

当所述工具被插入到所述进入端口中时并且当维持所述手术工具的定位时驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

23.根据权利要求22所述的手术系统，其中，所述手术工具的所述定位相对于所述进入端口的位置被维持。

24.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括第二远程可控臂，所述第二远程可控臂可配置以支撑并移动第二手术工具，其中所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

基于所述臂的姿势相对于所述第二臂的姿势驱动所述臂的所述动力接头以重新定位所述基部。

25.根据权利要求24所述的手术系统，其中，所述第二臂从所述基部延伸。

26.根据权利要求24所述的手术系统，其中，所述第二臂具有可移动的动力接头以移动所述第二臂的远侧部分，并且其中所述处理器还被配置为：

基于所述臂的所述姿势相对于所述第二臂的所述姿势驱动所述第二臂的所述动力接头以重新定位所述基部，同时在外部维持所述第二臂的远侧部分的定位。

27.根据权利要求24所述的手术系统，其中，所述第二臂包括可选择性释放的被动接头，并且所述处理器被配置为通过以下方式驱动所述臂的所述动力接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位：

基于所述臂的所述姿势相对于所述第二臂的所述姿势驱动所述臂的所述动力接头并且选择性地释放所述可选择性释放的被动接头以重新定位所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位和所述第二臂的所述远侧部分的定位。

28.根据权利要求24所述的手术系统，其中，所述基部为第一基部，并且其中所述手术系统还包括：

被连接到所述第二臂的第二基部，所述第二基部相对于所述第一基部可移动。

29.根据权利要求1或权利要求2到8中任一项所述的手术系统，其还包括可移动台面，所述可移动台面被配置为将患者支撑在所述地板表面上方，其中所述处理器还被配置为：

驱动所述可移动台面同时维持所述远侧部分的所述定位。

30.根据权利要求29所述的手术系统，其中，所述可移动台面被物理地连接到所述基部。

31.一种操作机器人系统的方法，所述机器人系统包括从基部延伸并且支撑工具的机器人臂，所述方法包括：

通过处理器确定所述基部的目标基部姿势；并且

驱动所述机器人臂的动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的远侧部分的定位。

32.根据权利要求31所述的方法，其中

确定所述基部的所述目标基部姿势包括：

基于所述机器人臂的姿势确定最优性得分；并且其中

驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

驱动所述动力接头以重新定位所述机器人臂的所述基部，使得所述最优性得分大于阈值得分，并且

响应于所述最优性得分大于所述阈值得分不驱动所述动力接头来重新定位所述机器人臂的所述基部。

33.根据权利要求31所述的方法，其还包括：

当所述基部的定位被维持时并且当所述最优性得分大于所述阈值得分时，基于操作者输入驱动所述动力接头以引起所述机器人臂的移动。

34.根据权利要求31所述的方法，其中，相对于参考点在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位。

35.根据权利要求31所述的方法，其中，通过维持由所述臂保持的物品的定位，在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位。

36.根据权利要求31所述的方法，其还包括：

在重新定位所述基部的同时，响应于确定不维持所述远侧部分的所述定位，减慢或者停止所述基部的运动。

37.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，驱动所述机器人臂的动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

同时驱动所述臂的所述动力接头和第二动力接头，所述第二动力接头通过联动装置被连接到所述动力接头。

38.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

检测所述远侧部分的所述定位被在外部维持；并且

响应于检测到所述远侧部分的所述定位被在外部维持，驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部。

39.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中：

所述机器人系统还包括将所述臂连接到所述基部的可选择性释放的接头，并且

驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

当所述可选择性释放的接头达到期望定位时，锁定所述可选择性释放的接头。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

基于在所述可选择性释放的接头处的扭矩，驱动所述动力接头以将所述可选择性释放的接头重新定位到所述期望定位。

41.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，所述机器人系统还包括将所述臂连接到所述基部的可选择性释放的接头，并且

驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

驱动所述动力接头同时选择性地释放所述可选择性释放的接头。

42.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，所述机器人系统还包括将所述基部支撑在地板表面上方的设定组件，所述设定组件包括动力轮以相对于所述地板表面移动所述设定组件，并且所述方法还包括：

当所述远侧部分被定位时驱动所述动力轮以相对于所述远侧部分重新定位所述基部。

43.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，所述确定所述基部的所述目标基部姿势包括：

基于所述臂的期望运动范围的人工展示，检测所述臂的期望运动范围的人工展示；并且

基于所述人工展示，确定所述目标基部姿势。

44.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其还包括：

控制所述臂将所述工具插入到工件的进入端口中；其中驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

当所述工具被插入到所述进入端口中时并且当维持所述工具的定位时，

驱动所述动力接头以重新定位所述基部。

45.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，所述确定所述基部的所述目标基部姿势包括：

检测所述臂的姿势和第二臂的姿势；并且

基于所述臂的所述姿势相对于所述第二臂的所述姿势确定所述目标基部姿势。

46.根据权利要求45所述的方法，其中，驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

基于所述臂的所述姿势相对于所述第二臂的所述姿势驱动所述第二臂的动力接头以重新定位所述基部，同时在外部维持所述第二臂的远侧部分的定位。

47.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，所述臂还包括可选择性释放的被动接头，并且其中驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

驱动所述臂的所述动力接头并且选择性地释放所述可选择性释放的被动接头以重新定位所述基部。

48.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，通过所述处理器确定所述基部的所述目标基部姿势包括：

基于障碍物的位置和第二机器人臂的姿势中的至少一个确定所述目标基部姿势。

49.根据权利要求31或权利要求32到36中任一项所述的方法，其中，通过所述处理器确定所述基部的所述目标基部姿势包括：

基于所述轨道的端部相对于所述基部的位置确定所述目标基部姿势，所述基部被可移动地安装到所述轨道。

50.一种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，所述多个机器可读指令当被与机器人系统相关联的一个或更多个处理器执行时，适于引起所述一个或更多个处理器执行一种方法，所述机器人系统包括从基部延伸的机器人臂，所述方法包括：

通过处理器确定所述基部的目标基部姿势；并且

驱动所述机器人臂的动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部，同时在外部维持所述臂的远侧部分的定位。

51.根据权利要求50所述的非暂时性机器可读介质，其中

确定所述基部的所述目标基部姿势包括：

基于所述机器人臂的姿势确定最优性得分；并且其中

驱动所述机器人臂的所述动力接头以朝所述目标基部姿势移动所述基部同时在外部维持所述臂的所述远侧部分的所述定位包括：

驱动所述动力接头以重新定位所述机器人臂的所述基部，使得所述最优性得分大于阈值得分，并且

响应于所述最优性得分大于所述阈值得分，不驱动所述动力接头重新定位所述机器人臂的所述基部。