CN113556989A - 用于主动接合和脱离手术机器人系统的遥操作的方法 - Google Patents

用于主动接合和脱离手术机器人系统的遥操作的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于接合和脱离手术机器人系统的手术器械的方法，该方法包括从手术机器人系统的一个或多个用户接口设备接收用户输入的序列；通过通信地耦合到用户接口设备和手术器械的一个或多个处理器来确定用户输入的序列是否指示遥操作模式的有意接合或脱离，在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备接收的用户输入来控制；响应于接合的确定，将手术机器人系统转换到遥操作模式中；以及响应于脱离的确定，将手术机器人系统从遥操作模式转换出来，使得防止用户接口设备控制手术器械。

Description

用于主动接合和脱离手术机器人系统的遥操作的方法
交叉引用
本申请要求2018年12月28日提交的美国非临时申请16/236,163的较早申请提交日的权益，该美国非临时申请的公开内容通过引用整体地并入本文中。
背景技术
技术领域
公开了与机器人系统相关的实施例。更特别地，公开了与手术机器人系统和用于接合（engaging）和脱离（disengaging）手术机器人系统的遥操作（teleoperation）模式的相应方法相关的实施例。
背景技术
内窥镜手术涉及看患者的身体并使用内窥镜和其他手术工具在身体内执行手术。例如，腹腔镜手术可以使用腹腔镜以进入（access）和查看腹腔。内窥镜手术可以使用手动工具和/或具有机器人辅助工具的手术机器人系统来执行。
手术机器人系统可以由外科医生远程操作以命令位于手术台（operating table）处的机器人辅助工具。由外科医生远程地对机器人辅助工具的这样的操作通常可以被称为遥操作。例如，外科医生可以使用位于手术室中或其可以位于不同城市中的计算机控制台（console）来命令机器人操纵安装在手术台上的手术工具。机器人控制的手术工具可以是安装在机器人臂上的内窥镜。因此，可以由远程外科医生使用手术机器人系统来执行内窥镜手术。
外科医生可以向手术机器人系统提供输入命令，并且手术机器人系统的一个或多个处理器可以响应于输入命令来控制系统部件。例如，外科医生可以将用户输入设备（诸如操纵杆或计算机鼠标）保持在她的手中，她操纵该用户输入设备来生成控制信号，以引起手术机器人系统部件（例如机器人系统的致动器、机器人臂和/或手术工具）的运动。
发明内容
手术机器人系统可以被认为具有各种系统模式。主要操作模式在本文中可以被称为遥操作模式。当用户例如借助用户接口设备或脚踏板主动控制或能够主动控制手术机器人系统部件（例如致动器、机器人臂、手术工具和/或内窥镜）时，手术机器人系统被认为处于遥操作模式中。另一方面，当用户无法主动控制手术机器人系统部件时，则系统被认为已经退出遥操作模式、退出（be out of）遥操作模式、处于非遥操作模式中或已经脱离遥操作模式。例如，当（1）手术机器人系统没有接受用户输入，（2）系统的图形用户接口（GUI）的用户输入命令被接受，但是无法控制相关联的手术机器人系统部件，或者（3）用户仍无法控制手术机器人部件，但是有意动作的序列将导致用户进入或接合遥操作模式时，系统可以被认为已经退出或脱离遥操作模式或者处于非遥操作模式中。在遥操作手术机器人系统中，重要的是为用户提供安全而简单的方式来主动地接合遥操作模式，以避免由于无意的工具运动而造成的伤害。此外，期望的是在用户主动想要脱离或执行使得遥操作是除主要焦点之外的任何事物的动作的任何时候，向用户提供从遥操作模式安全脱离的方式。虽然手术机器人系统可以包括各种安全要求以防止无意操作，但是它们可能未覆盖接合和/或脱离遥操作模式的具体操作和/或可能是过于复杂的，并且因此对用户而言难以记忆和/或遵循。
因此，本发明涉及一种手术机器人系统，其可以检测有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合，并且基于该检测，自动接合或脱离遥操作模式。代表性地，在一个方面中，由用户接口设备检测有意用户动作的序列或有意用户动作的集合。例如，（一个或多个）有意用户动作的序列可以是由用户接口设备检测到的预定手势的集合，诸如用户在用户接口设备上轻敲（tap）或挤压用户接口设备。替代地，（一个或多个）有意动作可以是导致用户接口设备处于特定位置、取向和/或定位中的动作，诸如用户将用户接口设备对接在对接站中或将用户接口定位得非常接近于对接站。更进一步地，（一个或多个）动作可以是单独或者与先前结合用户接口设备讨论的动作组合的与手术机器人系统的脚踏板相关的动作。例如，（一个或多个）动作或动作的集合可以包括与轻敲和/或挤压用户接口设备组合的轻敲离合器踏板或按压并保持离合器踏板。
代表性地，在一个方面中，用户接口设备可以是手持式用户输入或接口设备，其包括外科医生可以使用她的手操纵的手柄，以生成输入命令来移动致动器，机器人手术工具和/或端部执行器在手术机器人系统中被耦合到该致动器。外科医生可以在工作空间（workspace）（诸如连接到手柄的连杆（linkage）系统的运动的范围）内移动手柄，以当在遥操作模式中时远程地引起致动器的相应移动。当达到工作空间的极限时，例如当连杆系统完全延伸时，外科医生可以按压离合器按钮或手指离合器，使得来自手术机器人系统的输入不会引起致动器的移动，并且继而，机器人手术工具和/或端部执行器被暂停或以其他方式保持在当前位置中。也就是说，当手指离合器被按压时，手柄可以在工作空间内被重新定位，而不会引起致动器、机器人手术工具和/或端部执行器的相应移动，否则如果手指离合器没有被按压，则这将发生。为了致动手指离合器，外科医生必须施加足够大的力来对抗离合器的回位（return）弹簧力。例如，外科医生必须在手指离合器上向下按压。当外科医生释放在手指离合器上的该向下按压时，机器人手术工具和/或端部执行器不再被暂停在当前位置中，并且用户可以使用用户接口设备继续致动器和相关联部件的移动。然而，应该理解的是，按压/保持手指离合器以将相关联的机器人手术部件暂停在当前位置中或者释放手指离合器以继续部件的移动的单个动作，不应该被理解为可以被用于脱离遥操作模式的用户动作的有意序列。而是，与脱离遥操作模式相比，相关联的机器人手术部件的离合或暂停是更暂时的操作，其由相对简单的用户动作引起。特别地，在离合操作期间，从用户接口设备到致动器、机器人手术工具和/或端部执行器以移动致动器、机器人手术工具和/或端部执行器的信号被暂时中止（suspend），或者被离合信号覆盖（override）以暂停操作，但是一旦发生单个动作，例如用户从手指离合器移除他们的手指，期望的移动可以继续。相比之下，当例如响应于先前讨论的用户的（一个或多个）有意动作而脱离遥操作模式时，可以认为用户接口设备从致动器、工具和/或端部执行器永久断开。例如，当脱离遥操作模式时，来自用户接口设备的信号可以不再被传输到致动器、机器人手术工具和/或端部执行器，和/或用户接口设备可以保持断开，直到由用户执行相对复杂且有意的动作的序列。有意的动作的序列是指示用户的接合遥操作模式的意图的动作，并且可能比用于离合或暂停系统的单个动作更复杂。换句话说，在检测到用于离合的单个动作时，系统将不接合（或脱离）遥操作模式。而是，必须针对系统检测有意动作的序列，以重新接合遥操作模式，并且继而将用户接口设备与致动器、工具和/或端部执行器重新连接。换句话说，与离合操作相比，简单地移除第一动作将不会自动地将用户接口设备与致动器、工具和/或端部执行器重新连接。而是，需要另一个有意动作（在一些情况下，其可以与第一个有意动作相同（即对称动作））来将用户接口设备重新连接到致动器、工具和/或端部执行器，并且因此接合遥操作模式。
更具体地，在一个方面中，本发明涉及一种用于接合和脱离手术机器人系统的手术器械的方法。该方法可以包括从手术机器人系统的一个或多个用户接口设备接收用户输入的序列。该方法可以进一步包括通过通信地耦合到用户接口设备和手术器械的一个或多个处理器来确定用户输入的序列是否指示遥操作模式的有意接合或脱离，在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备接收的用户输入来控制。响应于接合的确定，手术机器人系统可以转换到遥操作模式中；并且响应于脱离的确定，手术机器人系统可以从遥操作模式转换出来，使得防止用户接口设备控制手术器械。用户接口设备可以包括手持式用户输入设备和脚踏板中的至少一个。指示遥操作模式的接合或脱离的用户输入的序列可以是不同的。在其他情况下，指示遥操作模式的接合或脱离的用户输入的序列可以是相同的。在一些情况下，用户输入的序列可以包括来自第一用户接口设备的第一用户输入的序列和来自第二用户接口设备的第二用户输入的序列。在更进一步的方面中，一个或多个用户接口设备可以包括手持式用户输入设备和离合器踏板，并且用户输入的序列包括从手持式用户输入设备接收的第一用户输入的序列和从离合器踏板接收的第二用户输入的序列。在一些方面中，指示有意接合或脱离的用户输入的序列可以对应于按压和保持一个或多个用户接口设备的离合器踏板以及双次轻敲一个或多个用户接口设备的手指离合器。更进一步地，指示有意接合或脱离的用户输入的序列可以对应于按压和保持一个或多个用户接口设备的离合器踏板以及挤压一个或多个用户接口设备中的另一个。更进一步地，指示有意接合或脱离的用户输入的序列可以对应于双次轻敲一个或多个用户接口设备的离合器踏板。该方法可以进一步包括在将手术机器人系统转换到遥操作模式中之前确定是否满足以下条件中的至少一个：手术机器人系统的椅子被锁定，用户正在看手术机器人系统的屏幕，以及用户接口设备在手术机器人系统工作空间内。该方法可以进一步包括用户反馈，用于警告用户遥操作模式被接合或脱离。
在另一方面中，本发明涉及一种手术机器人系统，其包括：手术器械；包括用户接口设备和脚踏板的用户控制台，用户接口设备相对于用户控制台机械地不接地；以及一个或多个处理器，其通信地耦合到手术器械和用户控制台。处理器可以被配置成通过用户接口设备和/或脚踏板接收用户动作的序列，确定手术机器人系统处于非遥操作模式中，并且用户动作的序列指示有意的接合，并且将手术机器人系统转换到遥操作模式中，在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备和脚踏板接收的用户输入来控制。在一个方面中，用户接口设备可以包括第一手持式用户输入设备和第二手持式用户输入设备，并且指示有意接合的用户动作的序列包括轻敲或挤压第一和第二手持式用户输入设备两者。在另一个方面中，脚踏板可以是离合器踏板，并且指示有意接合的用户动作的序列包括按压和保持离合器踏板，和轻敲或挤压用户接口设备，或者指示有意接合的用户动作的序列包括轻敲离合器踏板，和轻敲或挤压用户接口设备。
在另一个方面中，手术机器人系统可以包括：手术器械；包括用户接口设备和脚踏板的用户控制台，用户接口设备相对于用户控制台机械地不接地；以及一个或多个处理器，其通信地耦合到手术器械和用户控制台。在这方面中，处理器可以被配置成通过用户接口设备和/或脚踏板接收用户动作的序列，确定手术机器人系统处于遥操作模式中，并且用户动作的序列指示有意脱离，其中在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备和脚踏板接收的用户输入来控制，并且将手术机器人系统转换到非遥操作模式中，在非遥操作模式中，防止用户接口设备或脚踏板控制手术器械。在一个方面中，脚踏板是离合器踏板，并且指示有意脱离的用户动作的序列包括双次轻敲离合器踏板。在另一个方面中，指示有意脱离的用户动作的序列可以包括按压和保持离合器踏板，以及轻敲用户接口设备的手指离合器，或者按压和保持离合器踏板，以及挤压用户接口设备。在更进一步的方面中，用户接口设备是手持式用户输入设备，其包括可操作以检测用户输入的传感器，并且用户输入中的至少一个包括便携式手持式用户接口设备的对接。
以上发明内容不包括本发明的所有方面的详尽列表。考虑的是，本发明包括可以从以上总结的各个方面的所有合适的组合来实践的所有系统和方法，以及在下面的详细描述中公开的和在与本申请一起提交的权利要求中特别指出的那些系统和方法。这样的组合具有在以上发明内容中没有具体记载的特别优点。
附图说明
本发明的实施例在附图的图中作为示例而不是作为限制来图示，在附图中，相似的参考指示相似的元件。应当注意，在本公开中对本发明的“一”或“一个”实施例的引用不一定指代相同的实施例，并且它们意味着至少一个。此外，为了简明和减少图的总数，给定的图可以被用来图示本发明的多于一个实施例的特征，并且不是图中的所有元件对于给定的实施例都是需要的。
图1是根据实施例的操作场所（operating arena）中的示例手术机器人系统的示意图（pictorial view）。
图2是根据实施例的具有手指离合器的用户接口设备的示意图。
图3是根据实施例的用户接口设备的透视图。
图4是根据实施例的对接站中的用户接口设备的透视图。
图5是根据实施例的手术机器人系统的计算机部分的框图。
图6是根据实施例的用于脱离遥操作模式的示例性过程的框图。
图7是根据实施例的用于接合遥操作模式的示例性过程的框图。
图8是根据实施例的用于接合遥操作模式的示例性过程的框图。
图9是根据实施例的手术机器人系统的计算机部分的框图。
具体实施方式
实施例描述了用于基于与例如可由机器人系统用于控制移动机器人臂或工具的致动器的用户接口设备（UID）结合的用户动作来接合和脱离遥操作模式的过程。机器人系统可以是手术机器人系统，机器人臂可以是手术机器人臂，并且工具可以是手术工具。然而，UID可以被其他系统使用，所述其他系统诸如介入心脏病学系统、视觉系统或飞行器系统，以控制其他输出部件。这些其他系统仅列举几个可能的应用。
在各种实施例中，参考附图进行描述。然而，某些实施例可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下实施，或者与其他已知的方法和配置组合地实施。在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如具体配置、尺寸和过程，以便提供对实施例的透彻理解。在其他情况下，尚未特别详细地描述众所周知的过程和制造技术，以免不必要地模糊该描述。贯穿该说明书，对“一个实施例”、“实施例”或诸如此类的引用意味着所描述的特定特征、结构、配置或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿该说明书，短语“一个实施例”、“实施例”或诸如此类在各种位置中的出现不一定指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构、配置或特性可以以任何合适的方式来组合。
贯穿描述使用相对术语可以表示相对位置或方向。例如，“远端”可以指示远离参考点（例如远离用户）的第一方向。类似地，“近端”可以指示与第一方向相反的第二方向（例如朝向用户）上的位置。然而，提供这样的术语来建立相对的参考的框架，并且不旨在将例如UID的使用或取向限制到以下各种实施例中描述的特定配置。
参考图1，这是操作场所中的示例手术机器人系统1的示意图。机器人系统1包括用户控制台2、控制塔3和在手术机器人平台5（例如桌子、床等）处的一个或多个手术机器人臂4。系统1可以结合用于对患者6执行手术的任何数量的设备、工具或附件。例如，系统1可以包括用于执行手术的一个或多个手术工具7。手术工具7可以是被附接到手术臂4的远端的端部执行器，用于执行手术过程。
在手术期间，每个手术工具7可以被手动、机器人或两者操作。例如，手术工具7可以是用于进入、查看或操纵患者6的内部解剖结构的工具。在实施例中，手术工具7是可以抓握患者的组织的抓握器。手术工具7可以由床边操作者8手动控制；或者它可以经由它被附接到其的手术机器人臂4的致动移动被机器人控制。机器人臂4被示出为安装在桌子上的系统，但是在其他配置中，臂4可以被安装在推车、天花板或侧壁中，或者安装在另一合适的结构支撑中。
通常，远程操作者9，诸如外科医生或其他操作者，可以使用用户控制台2来远程操纵臂4和/或附接的手术工具7，例如，遥操作。如图1中所示，用户控制台2可以与系统1的其余部分位于相同的手术室中。然而，在其他环境中，用户控制台2可以位于相邻或附近的房间中，或者它可以位于远程位置处，例如在不同的建筑物、城市或国家中。用户控制台2可以包括座椅10、脚操作控制器13、一个或多个手持式用户输入或接口设备、UID 14和至少一个用户显示器15，用户显示器15被配置成显示例如患者6体内的手术部位的视图。在示例用户控制台2中，远程操作者9坐在座椅10中并查看用户显示器15，同时操纵脚操作控制器13和手持式UID 14，以便远程控制臂4和手术工具7（其被安装在臂4的远端上）。
在一些变型中，床边操作者8也可以以“床上（over the bed）”模式来操作系统1，其中旁边的操作者8（用户）现在在患者6的一侧处，并且例如用保持在一只手中的手持式UID 14和手动腹腔镜工具同时正在操纵机器人驱动的工具（如附接到臂4的端部执行器）。例如，床边操作者的左手可以操纵手持式UID来控制机器人部件，而床边操作者的右手可以操纵手动腹腔镜工具。因此，在这些变型中，床边操作者8可以对患者6执行机器人辅助微创手术和手动腹腔镜手术。
在示例过程（手术）期间，以无菌方式准备和覆盖（draped）患者6以实现麻醉。当机器人系统1的臂处于收起（stowed）配置或收回配置（以促进进入手术部位）时，可以手动执行手术部位的初始进入。一旦进入完成，就可以执行机器人系统1（包括其臂4）的初始定位或准备。接下来，手术由用户控制台2处的远程操作者9利用脚操作控制器13和UID 14来进行，以操纵各种端部执行器以及可能操纵成像系统来执行手术。还可以在手术床或手术台处由穿着无菌工作服的床边工作人员提供手动辅助，所述床边工作人员例如可以在机器人臂4中的一个或多个上执行诸如收回（retract）组织、执行手动重新定位和工具更换的任务的床边操作者8。非无菌人员也可以在场（at present）以在用户控制台2处辅助远程操作者9。当过程或手术完成时，系统1和用户控制台2可以被配置或设置在一定状态中，以促进术后过程（post-operative procedures），诸如经由用户控制台2的清洁或消毒和卫生保健输入或打印输出。
在一个实施例中，远程操作者9保持并移动UID 14，以提供输入命令以移动机器人系统1中的机器人臂致动器17。UID 14可以例如经由控制台计算机系统16被通信地耦合到机器人系统1的其余部分。UID 14可以生成对应于UID 14的移动的空间状态信号，例如UID的手持式外壳的位置和取向，并且空间状态信号可以是用于控制机器人臂致动器17的运动的输入信号。机器人系统1可以使用从空间状态信号导出的控制信号来控制致动器17的比例运动（proportional motion）。在一个实施例中，控制台计算机系统16的控制台处理器接收空间状态信号并生成相应的控制信号。基于这些控制信号（其控制致动器17如何被激励以移动臂4的节段或连杆），被附接到臂的相应手术工具的移动可以模仿（mimic）UID 14的移动。类似地，远程操作者9和UID 14之间的交互可以生成例如抓握控制信号，该抓握控制信号使得手术工具7的抓握器的钳口（jaw）闭合并抓握患者6的组织。
UID 14也可以被提供来通过手术机器人系统1命令其他操作。例如，如下所述，UID14可以包括手指离合器，并且在手指离合器上按压可以生成离合器信号，以暂停对应于手术机器人臂4和手术工具7的致动器17的运动。例如，当用户用手指按压UID 14的手指离合器时，手指离合器可以生成离合器信号，并且离合器信号可以是用于暂停（一个或多个）致动器7的所有运动以及相应地暂停手术机器人臂4和手术工具7的所有运动的输入信号。当手术机器人臂4和手术工具7的所有运动暂停时，在任何方向上都没有移动，并且手术机器人臂4和手术工具7的取向上没有改变。当信号的确定（assertion）暂停（一个或多个）致动器7的运动时，离合器信号可以被称为“离合器激活信号”。类似地，当没有检测到操作者9的触摸并且（一个或多个）致动器7的运动没有暂停时，输入信号可以是“离合器解激活信号”。离合器信号，例如离合器激活信号，当被确定时，可以暂停机器人臂和手术工具的运动，而不管空间状态信号如何。因此，离合器信号有效地覆盖了从空间状态信号导出的致动命令。
此外，UID 14可以被用于检测指示由用户期望接合或脱离遥操作模式的有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合。例如，UID 14可以检测轻敲、双次轻敲、挤压或与UID 14相关联的其他手势，并且系统可以被编程为将这些（一个或多个）有意用户动作中的一个或多个识别为用于接合或脱离遥操作模式的命令，并且继而向手术机器人系统发送接合或脱离信号以接合或脱离遥操作模式。在一个实施例中，脱离或接合遥操作模式所需的（一个或多个）有意动作可以是相同的，或者以其他方式被认为是对称的动作。例如，在不处于遥操作模式中时，手指离合器上的双次轻敲可以被用于接合遥操作模式，并且在处于遥操作模式中时，手指离合器的双次轻敲可以被用于脱离遥操作模式。在其他情况下，用于接合或脱离遥操作模式的有意动作可以是不同的（例如，不对称）。此外，在一些情况下，（一个或多个）有意用户动作可以包括将UID 14定位在对接站132中（或至少靠近对接站132），或者可以是相对于手术机器人系统1的另一输入设备的（一个或多个）有意用户动作。例如，（一个或多个）脚操作控制器13可以包括离合器踏板，并且单独地或者与先前讨论的有意动作中的任一个组合地轻敲离合器踏板可以使手术机器人系统接合遥操作模式和/或从遥操作模式脱离。在实施例中，一个或多个传感器，例如电容性感测垫，可以位于UID14、（一个或多个）脚操作控制器13（例如离合器踏板）和/或对接站132上，并且有意用户动作或有意用户动作的集合可以被感测垫检测到，并且向手术机器人系统1的一个或多个处理器发送接合和/或脱离信号以接合和/或脱离遥操作模式。
手术机器人系统1可以包括若干个UID 14，其中针对每个UID生成相应的控制信号，该控制信号控制相应臂4的致动器和手术工具（端部执行器）。例如，远程操作者9可以移动第一UID 14来控制在左机器人臂中的致动器17的运动，其中致动器通过移动该臂4中的连杆、齿轮等来响应。类似地，由远程操作者9对第二UID 14进行的移动控制另一个致动器17的运动，其继而移动机器人系统1的其他连杆、齿轮等。机器人系统1可以包括被固定到患者的右侧的床或桌子的右臂4，和患者的左侧处的左臂4。致动器17可以包括一个或多个电动机，所述电动机被控制使得它们驱动臂4的接头的旋转，以例如相对于患者改变被附接到该臂的手术工具7的内窥镜或抓握器的取向。相同臂4中的若干个致动器17的运动可以通过由特定UID 14生成的空间状态信号控制。UID 14还可以控制相应手术工具抓握器的运动。例如，每个UID 14可以生成相应的抓握信号，以控制致动器（例如线性致动器）的运动，该致动器打开或关闭手术工具7的远端端部处的抓握器的钳口，以抓握患者6内的组织。
在一些方面中，平台5和用户控制台2之间的通信可以通过控制塔3，控制塔3可以将从用户控制台2（并且更特别地，从控制台计算机系统16）接收的用户命令转换成被传输到机器人平台5上的臂4的机器人控制命令。控制塔3还可以将状态和反馈从平台5传输回到用户控制台2。机器人平台5、用户控制台2和控制塔3之间的通信连接可以经由有线和/或无线链路，使用多种数据通信协议中的任何合适的协议。任何有线连接可以被可选地内置在手术室的地板和/或墙壁或天花板中。机器人系统1可以向一个或多个显示器提供视频输出，所述显示器包括手术室内的显示器以及经由互联网或其他网络可访问的远程显示器。视频输出或馈送也可以被加密以确保隐私，并且视频输出的全部或部分可以被保存到服务器或电子卫生保健记录系统。
将理解，图1中的手术室场景是说明性的，并且可能未准确地代表某些医疗实践。
参考图2，根据实施例示出了具有手指离合器的UID的示意图。UID 14可以包括将由操作者或用户107保持的设备外壳202。例如，用户107可以在若干个手指之间保持设备外壳202并且在工作空间内移动UID 14。工作空间可以是用户107的可够到距离（reach）内的范围。如下所述，UID 14可以包括跟踪传感器以在用户107移动UID 14时检测设备外壳202的位置和/或取向，并且检测到的位置和/或取向可以与手术机器人系统的另一部件相关。例如，跟踪传感器可以检测设备外壳202在工作空间内的平移、旋转或倾斜。跟踪传感器可以包括加速度计和/或陀螺仪或其他惯性传感器。UID 14在工作空间内的移动可以引起手术机器人系统的手术机器人臂、手术工具或手术工具的端部执行器（例如，抓握器或钳口）的相应移动。
UID 14可以包括离合器机构以将UID 14的移动与手术机器人臂112和/或手术工具104的移动解耦合。例如，UID 14可以包括安装在设备外壳202上的手指离合器206以离合手术机器人系统。手指离合器206可以被如此称呼，因为它可以由来自用户107的手指的单个按压动作致动。即，当用户107用手指按压手指离合器206时，触摸可以被检测为离合器输入。响应于离合器输入，由跟踪传感器检测到的UID 14的移动可能不被一个或多个处理器用来控制手术机器人系统的移动。当离合器输入被移除时（当触摸结束时），UID 14的移动可以再次引起手术机器人系统的相应移动。即，当手指离合器206被松开时，例如通过从手指离合器206移除手指，UID 14移动可以再次被手术机器人系统1检测到并用作运动控制输入。
当已经达到工作空间的极限时，UID 14的离合机构可以允许用户107在工作空间内重新定位UID 14。例如，通过在保持UID 14的同时在一个方向上从起始位置完全延伸手臂，用户107可以到达工作空间的极限，例如工作空间的边缘。为了在工作空间内重新定位UID 14并允许在工作空间边缘的方向上的附加移动，用户107可以用食指按压手指离合器206以将机器人系统与UID 14的移动断开。用户107然后可以将UID 14移回到工作空间内的起始位置并且通过将食指从手指离合器206抬起来（lift）松开手术机器人系统1。然后可以通过移动UID 14以命令手术机器人臂112的移动来执行在第一方向上的附加移动。
此外，UID 14还可以包括传感器204或感测部分，用于检测有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合，以用于接合和/或脱离遥操作模式。在一些实施例中，传感器204可以被定位在手指离合器206内、沿着手指离合器206、在手指离合器206上或以其他方式在手指离合器206附近，使得其可被用户的手指容易地够到。例如，传感器204可以是压力传感器或导电传感器，其位于手指离合器206内、沿着手指离合器206、在手指离合器206上或以其他方式在手指离合器206附近。代表性地，传感器204可以是手指离合器206的面向外朝向周围环境的外部触摸表面的部分。当用户107的手指触摸手指离合器206的外部触摸表面时，手指通过离合器盖的壁厚与手指离合器206内的导电垫分离。离合器盖可以由电介质材料（例如塑料）形成，并且因此，当用户107的导电手指触摸外部触摸表面时，跨手指离合器盖的壁上的电容将改变。
参考图3，根据实施例示出了UID的透视图。从该视图可以看出，UID 14的设备外壳202可以进一步包括抓握表面302以保持在用户107的若干个手指之间。设备外壳202可以具有一个或多个圆形或球状（bulbous）表面轮廓。例如，设备外壳202通常可以是卵形或蛋形，或者它可以是椭圆体。在实施例中，在设备外壳202的圆周脊310的前面的设备外壳202的一部分可以比在脊310的后面的设备外壳202的部分更短并且具有较不渐变的轮廓或锥度。
在实施例中，手指离合器206被安装在外壳端部304上。例如，外壳端部304可以是设备外壳202的远端。外壳端部304可以是在第一纵向方向上位于外壳202的末端处的位置或表面。例如，该位置可以是外壳202的离外壳的相对端（例如，近端306）最远的边缘。
手指离合器206可以从外壳端部304向远侧延伸。将手指离合器206定位在UID 14的前部处可以允许用户107容易地向前够到并触摸手指离合器206，并且继而允许传感器204用食指检测这样的触摸，同时将抓握表面302保持在拇指和另一手指之间。因此，UID 14可以被尺寸设计（size）和形状设计（shape）为舒适地保持在用户107的手中。通过UID 14输入的命令信号可以通过有线或更优选地通过无线连接被传送到计算机系统16。
代表性地，在一些实施例中，UID 14可以是相对于手术机器人系统的另一部件不接地的便携式手持式用户输入设备或控制器。例如，UID 14可以在与用户控制台连接（tethered）或未连接时不接地。术语“未接地”旨在指代这样的实现，其中例如，两个UID相对于用户控制台既未机械约束也未运动学（kinematically）约束。例如，用户可以将UID 14保持在手中并且在仅由例如用户控制台的跟踪机构限制的空间内自由地移动到任何可能的位置和取向。信号（例如，跟踪传感器信号、离合器信号或接合/脱离遥操作模式信号）可以在UID 14和计算机系统16之间无线通信。此外，电源（诸如可再充电电池）可以被存储在UID 14的外壳内，使得它不需要诸如通过电线或线缆被机械地连接到电源。由于UID 14可以是未连接的和/或机械地不接地的，远程操作者9和/或床边操作者8可以携带UID 14并且在过程期间在操作场所内的一个或多个位置（例如，患者6的床边）附近移动。在这方面中，UID 14允许操作者9和/或操作者8从操作场所内的一个或多个位置（例如靠近患者6的床边的各个位置）控制臂4和/或手术工具7。此外，当在床边处时，操作者可以使用UID 14和手动工具同时控制臂4和/或手术工具7。臂4和/或手术工具7和手动工具的同时操纵减少了在远程操作者9操作臂4和/或手术工具7的同时对另一操作者（例如手术助理）操纵手动工具的需要。
此外，便携式手持式UID 14将允许操作者8或9在手术的过程期间在坐在控制台10处和控制臂7和/或工具7以及站在操作场所内的另一位置（例如，靠近床边）处之间交替。例如，对于某些手术过程，操作者8或9可能发现坐在控制台10处时更舒适或更容易控制他或她的移动，而对于其他人来说，靠近患者的床边更好。因此，操作者可以按照过程规定在不同位置和/或定位之间移动。
在其他实施例中，电线可以从UID 14延伸以将UID 14连接到计算机系统16和/或控制台10。电线可以向UID 14提供电力并且可以向计算机系统16传送传感器信号，例如跟踪传感器信号、离合器信号或接合/脱离遥操作模式信号。因此，UID 14可以是用于向计算机系统16输入命令的外围设备。UID 14可以与其他外围输入设备组合地使用。例如，离合器踏板（例如，（一个或多个）脚操作控制器13）可以被连接到计算机系统16以向手术机器人系统1提供离合器输入或接合/脱离输入。尽管每个UID 14可以被单独地离合以暂停相应手术机器人臂或手术工具的遥操作，但是相应手术机器人臂或工具也可以通过按压离合器踏板来同时离合。因此，致动器17的移动可以由UID 14和计算机系统16的其他外围输入设备（诸如由用户的脚操作的离合器踏板）来命令。
参考图4，图4图示了根据实施例的对接站中的UID的透视图。代表性地，对接站132可以形成尺寸设计成接收UID 14的近端端部306的内部腔室。此外，在一些实施例中，对接站132可以进一步包括对接传感器404，对接传感器404检测UID 14何时在对接站132中或对接站132的近端。例如，对接传感器404可以是可以检测UID 14何时接触对接站132的表面的压力传感器或电容性传感器。在其他方面中，传感器404可以是检测UID 14何时非常接近于对接站132但不一定接触对接站132的传感器。例如，传感器404可以是检测UID 14与对接站132的接近度的接近度传感器。在更进一步的情况下，除了对接传感器404之外或代替对接传感器404，UID 14还可以包括传感器，以用于检测UID 14何时与对接站132接触或非常接近于对接站132。一旦对接传感器404检测到UID 14在对接站132处，对接传感器404就向手术机器人系统1发送信号，指示UID 14被对接（或在附近并且即将被对接），并且因此例如遥操作模式应该被脱离。此外，对接传感器404还可以检测UID 14何时不再被对接或不再靠近对接站132，并且因此发送指示用户准备好进入遥操作模式的信号，并且因此各种部件（例如、致动器、工具和/或端部执行器）准备好重新接合。
图5是根据实施例的手术机器人系统的计算机部分的框图。如图5中所图示，UID14可以包括UID 14L和UID 14R。UID 14L可以由用户的左手操作，而UID 14R可以由用户的右手操作。例如，UID 14L可以被用于控制例如患者的左侧的手术机器人部件，而UID 14R可以被用于控制例如患者的右侧的手术机器人部件，如先前讨论的那样。UID 14L和UID 14R中的每个都可以包括用于接收各种电子器件和/或其他部件的内部容积。例如，UID 14L和14R中的每个可以包括安装在设备外壳202内的UID处理器506。UID处理器506可以包括用于模拟和数字信号处理的电路，包括感测放大器电路和用于与电容性传感器对接的模数转换电路，以及包括可编程逻辑或可编程数字处理器的逻辑电路。UID处理器506可以被安装在具有各种传感器端子的印刷电路板上以将UID处理器506连接到设备传感器，例如手指离合器传感器502或挤压传感器504。电池（未示出）可以被安装在印刷电路板上或以其他方式与印刷电路板相关联，以为UID 14L和14R的电子部件供电。
UID 14R和14L中的每个可以进一步包括手指离合器传感器502。手指离合器传感器502可以与例如先前参考图4讨论的传感器204基本相同。代表性地，手指离合器传感器502可以是可以检测指示由用户期望接合或脱离遥操作模式的预定的有意用户动作或有意用户动作的集合的传感器。例如，手指离合器传感器502可以是与手指离合器206相关联的电容性传感器，当用户107在手指离合器盖上轻敲手指时，手指离合器206可以被致动。UID处理器506可以被配置成响应于手指离合器传感器502的电容中的变化，确定已经由用户107执行预定的有意用户动作（或有意用户动作的序列）。例如，在实施例中，UID处理器506可以被配置成当电容的改变持续预定时间段和/或重复其自身持续预定时间之前时，确定预定的有意用户动作、有意用户动作的序列或用户动作的集合已经发生。例如，手指离合器传感器502可以检测由用户107在手指离合器206上的单次或双次手指轻敲，并将相应的信号传输到UID处理器506。单次或双次轻敲可以是用户107的手势，其包括在预定时间段（例如，0.5秒或更少）并且在双次轻敲的情况下以预定间隔（例如，轻敲之间0.5秒或更少）触摸手指离合器传感器502上的指状物。当在预定的时间段（和/或间隔）内检测到的电容的变化大于预定的阈值时，UID处理器506可以确定用户107已经执行了预定的有意动作之一或有意动作的集合，指示期望接合和/或脱离遥操作模式。因此，UID处理器506继而可以生成相应的信号，该信号被传输到手术系统处理器912（例如，计算机系统16）。手术系统处理器912继而可以例如基于系统是否已经处于遥操作模式中来确定信号是否指示期望接合遥操作模式或脱离遥操作模式。一旦确定了相关联的命令，就可以生成接合遥操作模式的接合信号或脱离遥操作模式的脱离信号，或者以其他方式由处理器启动，以使手术机器人系统接合（例如，进入）或脱离（例如，退出）遥操作模式。
将理解，手指离合器传感器502可以是用于检测用户107的触摸的一种或多种传感器类型。更特别地，虽然手指离合器传感器502已经主要被描述为包括电容性传感器，但是手指离合器传感器502可以是不同类型的传感器或传感器的组合，以确定用户107已经触摸手指离合器。例如，手指离合器传感器502可以包括接近度传感器，该接近度传感器可以在用户107的手指实际接触表面之前检测用户107的手指与手指离合器206或通常UID 14L或14R的接近度。因此，上述实施例旨在包括基于物体的存在或接近度来检测触摸的不同类型的传感器，并且在一些情况下，不需要检测由物体施加在手指离合器206上的阈值力。
UID 14L和14R可以进一步包括与设备外壳202相关联的挤压传感器504。在实施例中，挤压传感器504在被挤压时生成挤压信号。更特别地，挤压传感器504被配置成响应于设备外壳202上的挤压而生成挤压信号。因此，挤压传感器504可以检测用户107何时参与（engage in）有意的用户动作、有意的用户动作的序列或涉及挤压设备外壳202的有意的用户动作的集合，作为用户的希望接合或脱离遥操作模式的指示。例如，挤压传感器504可以检测用户107何时挤压设备外壳202一次或重复挤压设备外壳202。挤压传感器504然后可以向UID处理器506输出对应的挤压信号，UID处理器506继而将信号传输至手术机器人系统处理器912。手术机器人系统处理器912然后可以确定挤压信号是否指示由用户期望接合和/或脱离遥操作模式。例如，当在预定时间段（例如，0.5秒或更少）内（并且在双次挤压的情况下，以预定间隔（例如，挤压之间小于0.5秒））检测到挤压时，处理器将把这理解为有意的用户动作、有意的用户动作的序列或有意的用户动作的集合，以接合和/或脱离遥操作模式。在一些情况下，挤压传感器504可以是抓握柔性电路（grip flex circuit）或可以与抓握柔性电路相关联，当用户107挤压设备外壳202时，该抓握柔性电路将变形并且物理变形可以被转换成电信号，例如电容信号。在其他情况下，挤压传感器504可以是光学传感器，诸如可以检测到设备外壳202的内壁的接近度（或距离中的变化）的接近度传感器。在另一个示例中，挤压传感器504可以包括超声波传感器、磁传感器、电感性传感器或其他合适种类的接近度传感器。此外，应当理解，在一些实施例中，用户还可以挤压设备外壳202来控制端部执行器的抓握动作，然而，与抓握动作相关联的挤压不同于指示由用户期望接合和/或脱离遥操作模式的有意的单次或双次挤压动作，并且处理器912被编程为区分这两者以避免任何无意的操作。
UID 14可以包括其他电路。例如，UID 14可以包括掉落（drop）检测传感器，以例如在UID 14掉落时防止无意的器械移动。例如，掉落检测传感器可以响应于掉落时进入自由落体状态而生成掉落信号。在实施例中，掉落检测传感器可以是监视UID 14的移动的跟踪传感器。当跟踪传感器检测到对应于掉落状态的移动时，传感器生成离合器信号以暂停手术机器人系统1的所有运动。此外，在一些实施例中，UID 14可以包括对接传感器。例如，除了对接站132之外或代替对接站132，先前讨论的对接传感器404可以被耦合到UID 14。对接传感器可以检测UID 14何时对接，或者否则以暗示用户即将对接UID 14的方式靠近对接站132。
替代地，与UID 14L和14R中的相应一个相关联的对接站510L和510R中的每个可以包括对接传感器512。对接传感器512可以与先前参考图4讨论的对接传感器404基本相同。例如，对接传感器512可以与每个对接站510L和510R相关联（例如，安装到每个对接站510L和510R），并且可以检测UID 14L和14R中的相应的一个何时被定位在对接站510L和510R内或对接站510L和510R的近端。例如，对接传感器512可以是压力传感器或电容性传感器，其可以检测UID 14L或14R何时接触对接站510L或510R的表面。在其他方面中，对接传感器512可以是检测UID 14L或14R何时非常接近于对接站510L或510R但不一定接触对接站510L或510R的传感器。一旦对接传感器512检测到UID 14L或14R在对接站510L或510R处，对接传感器512就向手术系统处理器912发送信号。手术系统处理器912继而可以使用该信息来确定这是否是指示用户对接合和/或脱离遥操作模式的期望的有意用户动作。此外，对接传感器512还可以检测UID 14L或14R何时不再对接或不再靠近对接站510L或510R，并向手术系统处理器912发送相应信号以用于在确定是否接合和/或脱离遥操作模式时使用。
手术机器人系统可以进一步包括诸如脚踏板13的脚操纵控制器。用户107可以使用脚踏板13来控制手术机器人部件（例如致动器、工具和/或端部执行器）或例如在离合器踏板的情况下暂停操作，如先前所讨论的那样。例如，用户107可以在脚踏板13上按压以控制相应的手术机器人部件，或暂停手术机器人部件的操作（在离合器踏板的情况下）。在一些情况下，脚踏板13可以包括或可以是具有离合器传感器508的离合器踏板，该离合器传感器508类似于先前讨论的传感器502、504和512中的任何一个，可以被用于检测指示由用户107期望接合或脱离遥操作模式的预定的有意用户动作或有意用户动作的集合。然而，在该情况下，可以用用户的脚来执行动作。例如，脚踏板离合器传感器508可以检测有意的用户动作，诸如用户的脚在离合器踏板上的单次轻敲，或者用户的脚在离合器踏板上的双次轻敲。例如，当在预定时间段（例如，0.5秒或更少）内检测到脚踏板上的单脚轻敲时，并且在双次轻敲的情况下，以预定间隔（例如，轻敲之间0.5秒或更少），处理器将把这理解为指示期望接合和/或脱离遥操作模式的有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合。一旦检测到，脚踏板离合器传感器508就可以向手术系统处理器912发送相应的信号，并且处理器912可以基于该信号以及例如系统是否已经处于遥操作模式中来确定是否接合和/或脱离遥操作模式。
现在将参考图6-图7更详细地描述有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合以及各种组合，其可以由本文中公开的传感器检测以用于确定是否接合和/或脱离遥操作模式。代表性地，图6是用于脱离遥操作模式的示例性过程的框图，并且图7和图8图示了一旦检测到有意用户动作或有意用户动作的集合，用于接合遥操作模式的示例性过程。如先前所讨论的那样，有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合可以包括由手术机器人系统检测到的单个动作、重复动作和/或动作的组合，并且其被手术机器人系统识别为用于接合和/或脱离遥操作模式的用户命令。此外，在一些实施例中，用于例如脱离遥操作模式的相同的有意用户动作的序列或有意用户动作的集合也可以被用于接合遥操作模式。在这方面中，用于接合和/或脱离遥操作模式的有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合可以被认为是对称动作。在其他实施例中，有意用户动作、有意用户动作的序列或者有意用户动作的集合是不同的或者不对称的。应该进一步认识到，因为UID 14L和14R两者都可以机械地不接地、与手术机器人系统的任何其他部件不耦合或不受限制，所以可以容易地并且在手术场所内的任何数量的位置处执行有意用户动作、有意用户动作的序列或有意用户动作的集合和/或动作的各种组合。
现在更详细地参考图6，图6图示了用于脱离遥操作模式的过程，过程600可以包括检测（一个或多个）有意用户动作的初始操作（框602）。代表性地，在一个实施例中，由手术机器人系统检测的（一个或多个）用户动作的有意序列是同时在两个UID上双次轻敲UID手指离合器。例如，用户可以同时双次轻敲左UID 14L和右UID 14R，并且每个双次轻敲可以由与每个UID 14L和14R相关联的相应手指离合器传感器502检测，如先前所讨论的那样。应当认识到，由手指离合器传感器502检测到的用于接合或脱离遥操作模式的双次轻敲或其他（一个或多个）有意用户动作不同于将导致离合操作（例如，按压手指离合器）暂停系统的用户输入，如先前所讨论的那样。
在另一实施例中，在操作502处检测到的（一个或多个）有意用户动作可以是对接动作，其中UID中的一个或多个被对接在它们相应的对接站中或定位在它们相应的对接站附近。代表性地，UID 14L和UID 14R两者的对接、对接UID 14L或14R之一、或者将UID 14L和14R之一或两者定位在它们相应的对接站510L和/或510R附近，可以是被检测到并指示由用户期望脱离遥操作模式的（一个或多个）有意动作。例如，在一个方面中，UID 14L和14R两者的对接（或将UID 14L和14R两者定位在对接站附近）可以导致遥操作模式的脱离，并且可以防止由UID 14L和14R控制的所有操作。在其他实施例中，UID 14L或14R之一的对接（或将UID 14L和14R之一定位在对接站附近）可以导致遥操作模式的脱离，并且可以防止由UID14L和14R控制的所有操作。在更进一步的实施例中，仅UID 14L的对接（或将UID 14L定位在对接站附近）可以被用于仅关于由UID 14L控制的手术机器人部件脱离遥操作模式，而不关于由UID 14R控制的手术机器人部件脱离遥操作模式。换句话说，用户可以继续操作由UID14R控制的手术机器人部件。类似地，UID 14R的对接（或将UID 14R定位在对接站附近）可以被用于仅关于由UID 14R控制的手术机器人部件脱离遥操作模式，而不关于由UID 14L控制的手术机器人部件脱离遥操作模式。此外，应当认识到，UID 14L和/或14R之一或两者的对接可以被用于脱离任何数量的手术机器人部件（例如，一个手术机器人部件、两个手术机器人部件、三个手术机器人部件或更多）的遥操作模式。
应该进一步认识到，尽管已经提到了具体的（一个或多个）有意用户动作，但是考虑的是，在操作602中可以检测到关于系统的各种输入设备的多个有意用户动作和/或（一个或多个）有意用户动作的组合。表1提供了预定的（一个或多个）有意用户动作、（一个或多个）用户动作的序列、（一个或多个）有意用户动作的集合和/或（一个或多个）有意用户动作的组合的列表，所述动作可以组合（例如，按顺序）执行，并被系统检测和识别为指示用户期望接合和/或脱离遥操作模式。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
应该进一步理解，在一些实施例中，除了先前讨论的（一个或多个）有意用户动作之外，用户还可以在执行（一个或多个）动作中的任何一个或多个之前按压并保持离合器踏板。例如，在一个实施例中，用户可以按压并保持离合器踏板，然后（1）单次轻敲两个手指离合器，（2）双次轻敲两个手指离合器，（3）单次挤压两个UID和/或（4）双次挤压两个UID。例如，当UIDS 14L和14R处于使手指离合器难以够到的位置/取向处时，如果用户期望脱离，则用户可以按压并保持离合器踏板，定向UID以便更好地够到手指离合器，双次轻敲UID手指离合器（系统在这一点处脱离），并释放离合器踏板。
现在回到过程600，过程600可以进一步包括确定手术机器人系统处于遥操作模式中的操作（框604）。例如，由于如先前所讨论的，在一些实施例中，指示期望脱离遥操作模式的（一个或多个）有意用户动作可以与用于接合遥操作模式的那些有意用户动作相同，因此可以确定手术机器人系统的当前模式，以便解释（一个或多个）动作。在确定手术机器人系统处于遥操作模式中的情况下，在操作606中，确定（一个或多个）有意动作的序列以指示期望脱离遥操作模式。然后在操作608中，脱离手术机器人系统的遥操作模式。
此外，在一些实施例中，过程600包括可选的用户反馈操作（框610），其向用户提供反馈，警告他们模式转换和/或当前操作模式。代表性地，反馈可以是视觉的（例如，显示器15或控制台2上的屏幕上或LED灯）、听觉的（例如，来自外科医生桥（surgeon bridge）或控制塔130的音调（tones））或触觉的（例如，UID振动）。例如，当用户脱离遥操作模式时，这些反馈系统中的任何一个或组合都是可能的。例如，触觉反馈机构可以被并入到UID 14L和14R中的一个或多个中，这将给用户一种他们已经脱离对相关联的手术机器人工具的控制的物理感觉。视觉反馈可以是显示器15上或其周围的LED灯带，并且例如绿灯可以指示系统从遥操作模式脱离，而红灯可以指示系统被接合在遥操作模式中。更进一步，用户可以从图形用户接口（其可以涉及文本、图标或两者）接收屏幕上的视觉反馈，警告他们当前模式。在用户完成遥操作模式的脱离后，或者在当前时间段后，通知可以自动消失。进一步考虑听觉警告（例如，哔哔声、音调等）。
图7图示了用于接合遥操作模式的过程。过程700可以包括检测（一个或多个）有意用户动作的初始操作（框702）。代表性地，在一个实施例中，由手术机器人系统检测到的（一个或多个）有意用户动作是同时双次轻敲两个UID上的UID手指离合器以接合遥操作模式。例如，用户可以同时双次轻敲左UID 14L和右UID 14R，并且每个双次轻敲可以由与每个UID14L和14R相关联的对应的手指离合器传感器502检测，如先前所讨论的那样。
应该进一步认识到，虽然已经提到了表示期望接合遥操作模式的具体的（一个或多个）有意用户动作，但是考虑的是，可以使用可以在操作702中检测到的系统的一个或多个输入设备来组合（例如，按顺序）执行多个有意用户动作和/或（一个或多个）有意用户动作的组合。代表性地，在一个实施例中，由手术机器人系统检测到的（一个或多个）有意用户动作可以是表2中列出的有意用户动作中的任何一个或多个。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
应该进一步理解，在一些实施例中，除了先前讨论的（一个或多个）有意用户动作之外，用户还可以在执行（一个或多个）动作中的任何一个或多个之前按压并保持离合器踏板。例如，在一个实施例中，用户可以按压并保持离合器踏板，然后（1）单次轻敲两个手指离合器，（2）双次轻敲两个手指离合器，（3）单次挤压两个UID和/或（4）双次挤压两个UID。例如，如果用户需要以特定的方式定向UID 14L和14R（例如，以匹配工具），用户也可以按压和保持离合器踏板，然后双次轻敲（在UID 14L和14R中的一个或两个上的）UID手指离合器，根据需要定向UID，并且然后释放离合器踏板。此外，在一些实施例中，在接合遥操作模式之前，用户可能需要执行各种解锁手势，例如使用图形用户接口锁定图标，然后对准UID，如将参考图8更详细讨论的那样。
现在回到过程700，过程700可以进一步包括确定手术机器人系统不处于遥操作模式中的操作（框704）。例如，由于如先前所讨论的，在一些实施例中，指示期望接合遥操作模式的（一个或多个）有意用户动作或有意用户动作的序列可以与用于脱离遥操作模式的那些有意用户动作相同，因此可以确定手术机器人系统的当前模式，以便解释（一个或多个）动作。在确定手术机器人系统不处于遥操作模式中的情况下，在操作706中，确定有意动作的序列以指示期望接合遥操作模式。然后在操作708中，接合手术机器人系统的遥操作模式。
此外，在一些实施例中，过程700包括可选的用户反馈操作（框710），其向用户提供反馈，警告他们模式转换和/或当前操作模式。代表性地，反馈可以是视觉的（例如，显示器15或控制台2上的屏幕上或LED灯）、听觉的（例如，来自外科医生桥或控制塔130的音调）或触觉的（例如，UID振动）。例如，当用户接合遥操作模式时，这些反馈系统中的任何一个或组合都是可能的。例如，触觉反馈机构可以被并入到UID 14L和14R中的一个或多个中，这将给用户一种他们已经接合对相关联的手术机器人工具的控制的物理感觉。视觉反馈可以是显示器15上或其周围的LED灯带，并且例如红灯可以指示系统被接合在遥操作模式中，而绿灯可以指示系统从遥操作模式脱离。更进一步，用户可以从图形用户接口（其可以涉及文本、图标或两者）接收屏幕上的视觉反馈，警告用户系统处于遥操作模式中。在用户完成遥操作模式的接合后，或者在当前时间段后，通知可以自动消失。进一步考虑听觉警告（例如，哔哔声、音调等）。
此外，应该认识到，在接合遥操作模式之前，除了本文中描述的（一个或多个）有意用户动作之外，还可能存在必须满足的附加的安全要求，以确保进入遥操作模式是安全的。代表性地，手术机器人系统可以进一步包括附加的或可选的有意动作，包括在接合遥操作模式之前必须满足的对准要求。因此，考虑的是，在一些实施例中，例如参考操作700描述的对（一个或多个）有意用户动作的检测可以发生在例如这些附加或可选动作发生之后，并且在最终对准操作之前。该过程在图8中被更详细地图示。代表性地，用于接合遥操作模式的过程800包括确定手术机器人系统处于非遥操作模式中（802），并检测有意用户动作的第一集合或序列（框804）。代表性动作可以是例如锁定椅子、检测用户看显示屏、检测UID未被对接以及UID在工作空间中（例如，使用跟踪系统）。接下来，检测（一个或多个）有意用户动作的第二集合或序列，其指示期望进入如先前所讨论的遥操作模式（框806）。过程800进一步包括检测UID中的至少一个与对应的手术机器人部件（例如，致动器、工具和/或端部执行器）的对准的附加操作（框808）。例如，在手术操作期间，手术机器人工具可以被定位在患者的体内，并且向用户显示该工具的旋转/取向。在接合遥操作之前，用户必须将UID（他它们被保持）的旋转/取向与患者内的工具的旋转/取向对准，如显示器上所查看的那样。然后，一旦检测到第一有意用户动作和（一个或多个）第二有意用户动作中的每个，并且满足对准操作（例如，操作804-808），就接合遥操作模式（框810）。
现在参考图9，图9是根据实施例示出的用于执行先前讨论的操作的手术机器人系统的计算机部分的框图。手术机器人系统1通常可以包括（一个或多个）UID 14、具有计算机系统16的用户控制台2以及与致动器17相关联的机器人部件104、112。计算机系统16和UID14具有适合于特定功能的电路，并且因此，图示的电路作为示例而非限制来提供。
用户控制台2的一个或多个处理器可以控制手术机器人系统1的部分，例如手术机器人臂112和/或手术工具104。UID 14可以被通信地耦合到（用户控制台2的）计算机系统16和/或手术机器人系统1以提供由系统1的一个或多个处理器处理的输入命令，以控制安装在臂上的手术机器人臂112和/或手术工具104的移动。例如，UID 14可以将电命令信号902传送到计算机系统16，例如由UID处理器606响应于来自跟踪传感器922的信号生成的空间状态信号，或由UID处理器606生成的离合器信号。电信号可以是引起手术机器人系统1的运动或暂停手术机器人系统1的运动的输入命令。此外，输入命令可以对应于由UID 14检测到的指示期望接合和/或脱离遥操作模式的（一个或多个）有意用户动作，并且系统1的处理器可以使用它们来接合和/或脱离遥操作模式，如参考图6-图8所描述的那样。
输入电信号可以由UID处理器606经由有线或无线连接被传输到计算机系统16的控制台处理器906。例如，UID 14可以经由电线将命令信号902传输到控制台处理器906。替代地，UID 14可以经由无线通信链路904将命令信号902传输到控制台处理器906。无线通信链路可以由计算机系统16和UID 14的相应RF电路建立。无线通信可以经由射频信号，例如Wi-Fi或短程信号和/或合适的无线通信协议，诸如蓝牙。
计算机系统16的控制台处理器906可以执行指令以执行上述不同的功能和能力。由用户控制台2的（一个或多个）控制台处理器906执行的指令可以从本地存储器（未示出）检索，本地存储器可以包括非暂时性机器可读介质。指令可以是以操作系统程序的形式的，该操作系统程序具有设备驱动，以控制手术机器人系统1的部件（例如，可操作地耦合到（一个或多个）手术机器人臂112或（一个或多个）手术工具104的致动器17），和/或接合/脱离遥操作模式。
在实施例中，控制台处理器906控制用户控制台2的部件。例如，一个或多个座椅致动器909可以从控制台处理器906接收命令以控制座椅122的移动。（一个或多个）座椅致动器909可以在一个或多个自由度（诸如向前/向后、靠背倾斜、头枕位置等）上移动座椅122，例如以将座椅122与显示器15对准（以接合遥操作模式）。控制台处理器906还可以传输视频数据以在显示器15上呈现。因此，控制台处理器906可以控制用户控制台2的操作。到（一个或多个）座椅致动器909或控制台处理器906的输入命令可以由用户经由（一个或多个）脚踏板13或诸如键盘或操纵杆之类的另一输入设备911输入。
控制台处理器906可以经由链路910向手术机器人系统1的其他部件输出控制信号903。可以传输控制信号903以控制手术机器人系统1的移动。在实施例中，计算机系统16经由有线或无线链路被通信地耦合到手术机器人系统1的下游部件，例如控制塔130。链路可以将控制信号903传输到一个或多个手术系统处理器912。例如，至少一个处理器912可以位于控制塔130中，并且可以被通信地耦合到系统部件，诸如手术机器人平台5或一个或多个显示器920。手术机器人系统1的致动器17可以从手术系统处理器912接收控制信号以引起对应于UID 14的移动的臂112和/或工具104的移动。当用户107按压手指离合器206或放下UID 14时，控制信号还可以通过离合和/或断开手术机器人系统1的互锁（interlock）来暂停机器人部件的运动，或者可以使系统接合和/或脱离遥操作模式。
在前述说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施例描述了本发明。将明显的是，在不脱离如在以下的权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其做出各种修改。因此，说明书和附图要以说明性的意义而不是限制性的意义来看待。

Claims (20)

1.一种用于接合和脱离手术机器人系统的手术器械的方法，所述方法包括：
从手术机器人系统的一个或多个用户接口设备接收用户输入的序列；
通过通信地耦合到用户接口设备和手术器械的一个或多个处理器确定用户输入的序列是否指示遥操作模式的有意接合或脱离，在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备接收的用户输入来控制；
响应于接合的确定，将手术机器人系统转换到遥操作模式中；以及
响应于脱离的确定，将手术机器人系统从遥操作模式转换出来，使得防止用户接口设备控制手术器械。
2.如权利要求1所述的方法，其中，用户接口设备包括手持式用户输入设备和脚踏板中的至少一个。
3.如权利要求1所述的方法，其中，指示遥操作模式的接合或脱离的用户输入的序列是不同的。
4.如权利要求1所述的方法，其中，指示遥操作模式的接合或脱离的用户输入的序列是相同的。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述用户输入的序列包括来自第一用户接口设备的第一用户输入的序列和来自第二用户接口设备的第二用户输入的序列。
6.如权利要求1所述的方法，其中，一个或多个用户接口设备包括手持式用户输入设备和离合器踏板，并且所述用户输入的序列包括从手持式用户输入设备接收的第一用户输入的序列和从离合器踏板接收的第二用户输入的序列。
7.如权利要求1所述的方法，其中，指示有意接合或脱离的用户输入的序列对应于按压和保持一个或多个用户接口设备的离合器踏板以及双次轻敲一个或多个用户接口设备的手指离合器。
8.如权利要求1所述的方法，其中，指示有意接合或脱离的用户输入的序列对应于按压和保持一个或多个用户接口设备的离合器踏板以及挤压一个或多个用户接口设备中的另一个。
9.如权利要求1所述的方法，其中，指示有意接合或脱离的用户输入的序列对应于双次轻敲一个或多个用户接口设备的离合器踏板。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括在将手术机器人系统转换到遥操作模式中之前确定是否满足以下条件中的至少一个：手术机器人系统的椅子被锁定，用户正在看手术机器人系统的屏幕，以及用户接口设备在手术机器人系统工作空间内。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括用户反馈，用于警告用户遥操作模式被接合或脱离。
12.一种手术机器人系统，包括：
手术器械；
包括用户接口设备和脚踏板的用户控制台，用户接口设备相对于用户控制台机械地不接地；以及
一个或多个处理器，其通信地耦合到手术器械和用户控制台，所述处理器被配置成：
通过用户接口设备和/或脚踏板接收用户动作的序列；
确定手术机器人系统处于非遥操作模式中，并且用户动作的序列指示有意接合；以及
将手术机器人系统转换到遥操作模式中，在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备和脚踏板接收的用户输入来控制。
13.如权利要求12所述的手术机器人系统，其中，用户接口设备包括第一手持式用户输入设备和第二手持式用户输入设备，并且指示有意接合的用户动作的序列包括轻敲或挤压第一和第二手持式用户输入设备两者。
14.如权利要求12所述的手术机器人系统，其中，脚踏板是离合器踏板，并且指示有意接合的用户动作的序列包括按压和保持离合器踏板，和轻敲或挤压用户接口设备。
15.如权利要求12所述的手术机器人系统，其中，脚踏板是离合器踏板，并且指示有意接合的用户动作的序列包括轻敲离合器踏板，和轻敲或挤压用户接口设备。
16.一种手术机器人系统，包括：
手术器械；
包括用户接口设备和脚踏板的用户控制台，用户接口设备相对于用户控制台机械地不接地；以及
一个或多个处理器，其通信地耦合到手术器械和用户控制台，所述处理器被配置成：
通过用户接口设备和/或脚踏板接收用户动作的序列；
确定手术机器人系统处于遥操作模式中，并且用户动作的序列指示有意脱离，其中在遥操作模式中，手术器械由从用户接口设备和脚踏板接收的用户输入来控制；以及
将手术机器人系统转换到非遥操作模式中，在非遥操作模式中，防止用户接口设备或脚踏板控制手术器械。
17.如权利要求16所述的系统，其中，脚踏板是离合器踏板，并且指示有意脱离的用户动作的序列包括双次轻敲离合器踏板。
18.如权利要求16所述的系统，其中，脚踏板是离合器踏板，并且指示有意脱离的用户动作的序列包括按压和保持离合器踏板，以及轻敲用户接口设备的手指离合器。
19.如权利要求16所述的系统，其中，脚踏板是离合器踏板，并且指示有意脱离的用户动作的序列包括按压和保持离合器踏板，以及挤压用户接口设备。
20.如权利要求19所述的系统，其中，用户接口设备是手持式用户输入设备，其包括可操作以检测用户输入的传感器，并且用户输入中的至少一个包括便携式手持式用户接口设备的对接。
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