CN114126532A - 可移动显示系统 - Google Patents

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CN114126532A CN202080051954.9A CN202080051954A CN114126532A CN 114126532 A CN114126532 A CN 114126532A CN 202080051954 A CN202080051954 A CN 202080051954A CN 114126532 A CN114126532 A CN 114126532A
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S·O·卢克
M·C·瓦尔多
A·C·汤普森
R·P·戈德堡
P·G·李
P·海英维
L·N·维尔纳
G·A·林奇
R·L·E·布兰卡德
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Abstract

实施方式涉及一种可移动显示系统。在一些实施方式中，控制单元包括第一支撑件和第二支撑件，所述第二支撑件耦接到所述第一支撑件。所述第二支撑件可相对于所述第一支撑件以第一自由度沿着第一轴线线性平移，并且所述第二支撑件的至少一部分可相对于所述第一支撑件以第二自由度沿着第二轴线线性平移。所述控制单元包括显示单元，所述显示单元可旋转地耦接到所述第二支撑件。所述显示单元可相对于所述第二支撑件以第三自由度围绕第三轴线旋转，并且所述显示单元包括显示装置。

Description

可移动显示系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月23日提交的标题为“MOVABLE DISPLAY SYSTEM”的美国临时专利申请号62/890,844的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
背景技术
显示装置(包括显示屏、可穿戴显示装置、投影仪等)用于各种装置和应用中。在一些应用中，显示装置输出由提供场景视图的摄像机捕获的图像。
在一些应用中，显示装置可以配合其他装置来使用，并且允许用户例如查看由显示装置配合操作其他装置提供的显示视图。例如，在远程操作系统中，用户通常操作控制输入装置来远程控制(例如，远程操作)受控装置(诸如操纵器系统)在工作部位处的运动和/或其他功能。在一些示例中，在一些远程操作外科手术系统中，用户操作控制输入装置来操纵外科手术器械和其他装置以在外科手术部位处执行外科手术操作。控制输入装置通常包括手输入装置，诸如夹持器握把、操纵杆、外骨架手套等。在外科手术或其他医疗任务的一些示例中，手输入装置可以控制各种外科手术器械，诸如组织抓取器、针驱动器、电外科手术烧灼探针、摄像机等，其执行诸如保持或驱动针、抓取血管、或解剖、烧灼或凝固组织的功能。其他应用可以包括使用远程操作系统在工作部位处执行的各种远程操纵任务。
在各种远程操作系统中，显示单元配合控制输入装置来使用。例如，显示单元可以包括显示装置，该显示装置显示由工作部位处的摄像机捕获的描绘远程工作部位或其一部分的视图的图像。显示单元可以由机械接地的支撑件保持，使得用户可以在查看由显示单元显示的工作部位的视图时操作控制输入装置并控制操纵器装置在工作部位执行任务。其他系统也可以包括显示单元，该显示单元在用户不使用控制输入装置的情况下向该用户提供工作部位的显示视图，例如，以监视在工作部位处发生的任务或事件。在这些系统中的一些中，用户可以通过操纵手输入装置来操纵摄像机而调整显示视图，例如，旋转、平移和缩放摄像机的视图以获得工作部位的期望放大率和视角。这允许定制工作部位的视图以便更清楚的呈现，并且允许基于用户定制的视图在工作部位处准确地执行任务。
然而，远程操作系统可以提供具有限制性查看区域(例如，用户必须通过视口或目镜来窥视)并且相对于用户在其位置中是静态且刚性的查看装置。用户在系统操作期间必须使用户的头部和身体位置符合查看装置，以能够使用查看装置。例如，用户希望向下看以查看更靠近用户的物体则必须在不倾斜他或她的头部的情况下向下调整他或她的眼睛，使得用户可以继续查看该查看装置的限制性查看区域中的图像。
此外，查看装置中的显示视图的操纵对于一些系统的用户来说会是具有挑战性的。例如，如果用户正在抓握控制输入装置的手输入装置以移动工作部位处的操纵器器械，则调整查看装置中的视图可能需要用户向控制输入装置提供手输入和/或进入不同的控制模式以改变显示视图。这样的操作通常需要用户中断和暂停操纵器器械的操纵以执行视图调整，从而在执行任务时引起分心和潜在的不准确性。此外，控制显示视图的一些非手动方法(诸如眼睛跟踪传感器或语音命令)通常是不精确的也不可靠的，从而潜在地将歧义引入自用户提供的命令。
发明内容
本申请的实施方式涉及一种可移动显示系统。在一些实施方式中，控制单元包括第一支撑件和第二支撑件，所述第二支撑件耦接到所述第一支撑件。所述第二支撑件可相对于所述第一支撑件以第一自由度沿着第一轴线线性平移，并且所述第二支撑件的至少一部分可相对于所述第一支撑件以第二自由度沿着第二轴线线性平移。所述控制单元包括显示单元，所述显示单元可旋转地耦接到所述第二支撑件。所述显示单元可相对于所述第二支撑件以第三自由度围绕第三轴线旋转，并且所述显示单元包括显示装置。
在所述控制单元的各种实施方式中，所述第一轴线正交于所述第二轴线，并且所述第三轴线正交于所述第一轴线并且正交于所述第二轴线。在一些实施方式中，所述第一支撑件和所述第二支撑件在取向上相对于彼此固定。在一些实施方式中，所述第一支撑件包括第一可伸缩基部部分和第二可伸缩基部部分，所述第二可伸缩基部部分可相对于所述第一可伸缩基部部分沿着所述第一轴线线性平移，所述第二支撑件包括第一可伸缩臂部分和第二可伸缩臂部分，所述第二可伸缩臂部分可相对于所述第一可伸缩臂部分沿着所述第二轴线线性平移，并且所述第一支撑件的第二可伸缩基部部分刚性地耦接到所述第二支撑件的所述第一可伸缩臂部分。在一些实施方式中，所述第二支撑件通过中间支撑件耦接到所述第一支撑件，所述中间支撑件包括刚性地耦接到竖直部分的水平部分，所述水平部分和所述竖直部分彼此正交，所述第二支撑件可相对于所述中间支撑件以所述第二自由度水平平移，并且所述中间支撑件和所述第二支撑件可相对于所述第一支撑件以所述第一自由度竖直平移。
在一些实施方式中，所述显示单元包括可旋转地耦接到所述第二支撑件的端部的倾斜构件，所述倾斜构件可以以所述第三自由度围绕所述第三轴线旋转，并且所述显示单元耦接到所述倾斜构件并可相对于所述倾斜构件以第四自由度移动。例如，所述显示单元可以相对于所述倾斜构件以所述第四自由度围绕第四轴线可旋转，所述第四轴线正交于所述第三轴线。在一些示例中，所述控制单元还包括被配置为在所述显示单元上输出以所述第四自由度围绕所述第四轴线的力的致动器。在一些实施方式中，所述第二支撑件的所述部分包括轭架部分，所述轭架部分包括两个轭架构件，并且所述显示单元可旋转地耦接到所述两个轭架构件，并且定位在所述两个轭架构件之间。在一些实施方式中，所述控制单元包括第一致动器、第二致动器和第三致动器，所述第一致动器被配置为以所述第一自由度在所述显示单元上输出第一力，所述第二致动器被配置为以所述第二自由度在所述显示单元上输出第二力，并且所述第三致动器被配置为以所述第三自由度在所述显示单元上输出第三力。例如，所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器可以被配置为以组合的方式输出所述第一力、所述第二力和所述第三力，以引起所述显示单元围绕限定的枢转轴线的旋转。
在一些实施方式中，所述显示单元包括头部输入装置和/或手输入装置，所述头部输入装置被提供在所述显示单元上，并且被配置为从用户的头部接收输入，所述手输入装置被提供在所述显示单元上，并且被配置为从用户的手接收输入。在一些实施方式中，所述控制单元耦接到包括控制输入装置的装置，所述控制输入装置可由用户操纵以控制远程操作操纵器系统的一个或多个功能。
在一些实施方式中，一种远程操作系统控制单元包括竖直构件，所述竖直构件具有第一部分和第二部分，所述竖直构件的所述第二部分可相对于所述竖直构件的所述第一部分沿着竖直轴线线性平移；水平构件，所述水平构件具有第一部分和第二部分，所述水平构件的所述第一部分刚性地耦接到所述竖直构件的所述第二部分，并且所述水平构件的所述第二部分可相对于所述水平构件的所述第一部分沿着水平轴线线性平移；以及显示单元，所述显示单元可旋转地耦接到所述水平构件的所述第二部分并且可相对于所述水平构件围绕倾斜轴线旋转，所述显示单元包括显示装置。
在所述远程操作系统控制单元的各种实施方式中，所述竖直构件的所述第一部分和所述竖直构件的所述第二部分可伸缩地耦接，并且所述水平构件的所述第一部分和所述水平构件的所述第二部分可伸缩地耦接。在一些实施方式中，倾斜构件耦接到所述显示单元并且可旋转地耦接到所述水平构件的所述第二部分，并且所述倾斜构件和所述显示单元可围绕所述倾斜轴线旋转。在一些实施方式中，所述水平构件的所述第二部分包括轭架部分，所述轭架部分包括两个平行构件，所述显示单元可旋转地耦接到所述两个平行构件并定位在所述两个平行构件之间。在一些实施方式中，所述远程操作系统控制单元还包括第一致动器、第二致动器、第三致动器和/或第四致动器，所述第一致动器被配置为在所述竖直构件的所述第二部分上输出第一力，所述第二致动器被配置为在所述水平构件的所述第二部分上输出第二力，所述第三致动器被配置为围绕所述倾斜轴线在所述显示单元上输出的第三力，并且所述第四致动器被配置为围绕第四轴线以第四自由度在所述显示单元上输出第四力，其中所述显示单元可相对于所述倾斜构件旋转。
在一些实施方式中，所述显示单元可围绕限定的枢转轴线旋转，并且所述显示单元围绕所述限定的枢转轴线的所述旋转是由所述竖直构件的所述第二部分的线性移动、所述水平构件的所述第二部分的线性移动和所述显示单元的旋转移动的协同组合引起的。例如，所述限定的枢转轴线可以定位在使得当用户操作所述显示单元时所述限定的枢转轴线延伸通过所述用户的颈部的位置处，可以延伸通过头部输入装置，所述头部输入装置在被配置为接触操作所述头部输入装置的所述用户的前额的点处被提供在所述显示单元上，可以与延伸通过操作所述显示单元的所述用户的眼睛的眼睛轴线重合，可以延伸通过被提供在所述显示单元上的手输入装置，例如，所述手输入装置被配置为当所述用户操作所述显示单元时由所述用户的手操作。在一些实施方式中，所述显示单元可相对于所述水平构件以第四自由度围绕偏航轴线旋转，并且所述偏航轴线正交于所述倾斜轴线。在一些实施方式中，所述远程操作系统控制单元耦接到包括控制输入装置的装置，所述控制输入装置可由用户操纵以控制远程操作操纵器系统的一个或多个功能。
在一些实施方式中，一种控制单元包括支撑机构和控制系统。所述支撑机构包括支撑联动装置、显示单元和多个致动器，所述支撑联动装置包括多个连杆，所述显示单元耦接到所述支撑联动装置，所述多个致动器耦接到所述支撑联动装置。所述显示单元可基于所述多个连杆之间的相对移动以多个自由度移动，并且所述显示单元包括显示装置。所述控制系统与所述支撑机构通信，并且被配置为向所述多个致动器中的一个或多个提供控制信号以引起所述显示单元围绕限定的枢转轴线旋转。围绕所述限定的枢转轴线的所述旋转由所述显示单元以所述多个自由度中的至少两个自由度的移动引起。
在所述控制单元的各种实施方式中，所述多个连杆包括可旋转地耦接到所述多个连杆中的不同连杆的倾斜构件，所述倾斜构件可围绕倾斜轴线旋转，所述显示单元可旋转地耦接到所述倾斜构件，并且在所述显示单元围绕所述限定的枢转轴线旋转期间，所述限定的枢转轴线和所述倾斜轴线之间的距离是固定的。在各种实施方式中，所述支撑联动装置的所述多个自由度包括线性第一自由度、线性第二自由度、第三旋转自由度或第四旋转自由度中的两个或更多个。在一些示例中，所述限定的枢转轴线是：延伸通过操作所述显示单元的用户的颈部的水平轴线，与延伸通过操作所述显示单元的所述用户的眼睛的轴线对准的水平轴线，与延伸通过被提供在所述显示单元上的输入装置的一部分的轴线对准的水平轴线，所述输入装置的所述部分被配置为接触操作所述显示单元的用户的前额，或与延伸通过被提供在所述显示单元上的手输入装置的一部分的轴线对准的水平轴线，所述手输入装置被配置为由操作所述显示单元和所述手输入装置的用户的手操作。在另外的示例中，所述限定的枢转轴线可基于向所述控制单元的用户输入而在空间中可调整。
在一些实施方式中，所述控制系统被配置为提供所述控制信号以控制所述致动器围绕所述限定的枢转轴线移动所述显示单元，从而跟随操作所述控制单元的用户的头部的移动。在一些示例实施方式中，所述显示单元不附接到所述用户的所述头部。在一些实施方式中，所述控制系统与控制输入装置通信，并且被配置为从所述控制输入装置接收命令并基于所述命令而向远程操作操纵器系统发送信号。
在一些实施方式中，一种控制单元包括支撑件、弧形轨道和显示单元，所述弧形轨道耦接到所述支撑件，所述显示单元耦接到所述弧形轨道，所述显示单元包括显示装置，并且由所述弧形轨道引导从而可以以旋转自由度围绕偏航轴线旋转。在一些实施方式中，所述显示单元可相对于操作所述显示单元的用户沿着所述弧形轨道向左或向右移动，所述偏航轴线相对于所述用户竖直延伸。在一些实施方式中，所述支撑件包括联动装置，所述联动装置具有可相对于彼此移动的多个连杆，所述多个连杆使得所述显示单元能够以至少一个附加自由度移动，并且致动器耦接到所述显示单元，并被配置为以所述旋转自由度输出引起所述显示单元以所述旋转自由度移动的力。在一些示例中，所述显示单元可以刚性地耦接到所述弧形轨道，并且所述弧形轨道可滑动地耦接到所述支撑件，或所述显示单元可以可滑动地耦接到所述弧形轨道，并且所述弧形轨道刚性地耦接到所述支撑件。
在一些实施方式中，一种方法包括在第一输入装置处接收第一用户输入，并且引起显示单元以由耦接到所述显示单元的支撑联动装置提供的一个或多个自由度移动。所述显示单元包括显示装置。所述移动基于所述第一用户输入，并且引起所述移动包括引起所述支撑联动装置的第二连杆相对于所述支撑联动装置的第一连杆沿着第一轴线以第一自由度线性平移；引起所述第二连杆的一部分相对于所述第一连杆沿着第二轴线以第二自由度线性平移；以及引起所述显示单元相对于所述第二连杆以第三自由度围绕第三轴旋转。
在一些实施方式中，所述第一用户输入从被提供在所述显示单元上的从用户的头部接收输入的头部输入装置和/或被提供在所述显示单元上的从所述用户的手接收输入的手输入装置中的至少一个接收。在一些实施方式中，引起所述显示单元的所述移动包括引起所述显示单元相对于所述第二连杆以第四自由度围绕第四轴线旋转，所述第四轴线正交于所述第三轴线。在一些实施方式中，所述方法在第二输入装置(例如，其耦接到所述支撑联动装置)处接收第二用户输入，并且基于所述第二用户输入，控制器械致动器在空间中移动操纵器器械。例如，所述显示单元能够显示所述操纵器器械在其中操作的工作空间的视图。在一些实施方式中，所述方法还包括根据所述第一用户输入(或要不然根据所述显示单元的所述移动)来更新由所述显示单元的所述显示装置显示的图像。在一些实施方式中，所述方法包括根据所述第一用户输入引起操纵器系统的致动器移动所述操纵器系统的图像捕获装置，并且图像数据从所述图像捕获装置接收并由所述显示单元的所述显示装置显示。
在一些实施方式中，一种控制单元包括用于在第一输入装置处接收第一用户输入的装置、用于基于所述第一用户输入引起显示单元以由耦接到所述显示单元的支撑联动装置提供的一个或多个自由度移动的装置。所述显示单元包括显示装置。用于引起所述显示单元的所述移动的所述装置包括用于引起所述支撑联动装置的第二连杆相对于第一连杆沿着第一轴线以第一自由度线性平移的装置、用于引起所述第二连杆的一部分相对于所述第一连杆沿着第二轴线以第二自由度线性平移的装置，以及用于引起所述显示单元相对于所述第二连杆以第三自由度围绕第三轴旋转的装置。在一些实施方式中，所述控制单元还包括用于接收第二用户输入的装置以及用于基于所述第二用户输入来控制从器械致动器在空间中移动从器械的装置。
附图说明
图1是根据一些实施方式的包括控制输入装置、显示系统和操纵器装置的示例远程操作外科手术系统的示意图；
图2是根据一些实施方式的包括控制输入装置和显示系统的用户控制系统的前视图；
图3-图5分别是根据一些实施方式的示例显示系统的透视图、前视图和侧视图；
图6是根据一些实施方式的显示系统的一部分的另一示例的侧视图；
图7是根据一些实施方式的显示系统的一部分的又一示例的侧视图；
图8-图11是根据一些实施方式的显示系统的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕限定的颈部枢转轴线的旋转；
图12-图14是根据一些实施方式的图8的显示系统的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕限定的眼睛枢转轴线的旋转；
图15-图16分别是根据一些实施方式的用于显示系统的示例基部支撑件的透视图和侧视图；
图17和图18分别是根据一些实施方式的用于显示系统的示例臂支撑件的透视图和侧视图；
图19-图21分别是根据一些实施方式的示例倾斜机构的侧视图、前视图和透视图；
图22是根据一些实施方式的示例显示单元机构的透视图；
图23-图25分别是根据一些实施方式的显示系统的另一实施方式的透视图、前视图和侧视图；
图26-图29是根据一些实施方式的显示系统的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕限定的颈部枢转轴线的旋转；
图30和图31是根据一些实施方式的图26的显示系统的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕限定的眼睛枢转轴线的旋转；
图32是根据一些实施方式的显示系统的另一实施方式的透视图；
图33-图36分别是根据一些实施方式的图32的显示系统的一部分的前视图、侧视图、顶视图和底视图；
图37和图38是根据一些实施方式的图32的显示系统的一部分的透视图；
图39是根据一些实施方式的图32的显示系统的一部分的侧视图，示出了限定的枢转轴线；
图40是根据一些实施方式的可以与所描述的显示系统一起使用的控制输入装置的示例部分的透视图；
图41是说明根据一些实施方式的用于操作包括本文描述的一或多个特征的显示系统的示例方法的流程图；以及
图42是可以与本文描述的一个或多个实施方式一起使用的示例主-从系统的方框图。
具体实施方式
实施方式涉及一种适应和/或响应于用户查看的可移动显示系统。例如，在一些实施方式中，显示系统用在用户控制系统中以在用户操作一个或多个其他装置(诸如远程操作系统的控制输入装置)时向用户提供工作部位或环境的显示视图。如本文更详细地描述的，实施方式提供了一种响应于用户的运动以适应和/或跟随用户头部运动的方式移动查看的显示单元的显示系统。在各种示例中，显示系统可以包括显示图像并且机械接地的显示单元，从而允许用户在查看显示单元的输出时操纵其他装置(诸如手操作和/或脚操作的控制输入装置)。一些实施方式可以通过显示单元经由响应于经由显示系统提供的用户输入的摄像机图像来提供工作部位的各种视图。
所描述的显示系统的特征包括为显示单元提供多个自由度的支撑联动装置。支撑联动装置包括具有第一部分和第二部分的第一(例如，竖直)支撑件，并且第二部分可相对于第一部分(例如，可伸缩部分)沿着竖直轴线线性平移。支撑联动装置包括刚性地耦接到竖直支撑件并且具有第一部分和第二部分的第二(例如，水平)支撑件，并且第一部分刚性地耦接到竖直构件的第二部分，并且第二部分可相对于第一部分(例如，可伸缩部分)沿着水平轴线线性平移。在一些实施方式中，支撑联动装置包括可旋转地耦接到第二支撑件的远端的倾斜构件，倾斜构件可围绕第三轴线以第三自由度旋转。在一些实施方式中，显示单元耦接到倾斜构件。在一些实施方式中，显示单元可相对于倾斜构件以第四自由度移动，例如，围绕第四(偏航)轴线的旋转移动。诸如马达的致动器耦接到这些部件中的一个或多个，以允许控制系统移动部件，并且由此在工作空间中以特定的自由度移动显示单元。显示单元上的用户输入装置允许用户提供用户输入以引导显示单元的移动(例如，位置和取向的变化)。显示系统可以配合控制输入装置来使用，该控制输入装置向远程操作系统中的操纵器系统提供控制信号以控制操纵器系统功能，例如，操纵器器械的移动和其他功能。
所描述的特征提供了各种益处。例如，支撑联动装置和致动器允许显示系统基于所接收的用户输入来改变显示单元的位置和取向，例如，以适应用户的头部和眼睛的角度和运动的变化，或响应于由用户的手、头部、眼睛等输入的命令。例如，显示单元可以围绕可以与用户的眼睛重合或与用户的颈部的枢转轴线重合的限定的枢转轴线旋转，从而提供与用户的自然身体运动对准的显示单元的运动。这些特征允许用户在程序期间容易地重新取向显示单元，以获得不同的舒适视角并减少使用显示单元的物理约束，从而减少用户在相关联的程序中的疲劳。显示单元以所提供的倾斜、水平和竖直自由度的运动(例如，提供围绕限定的枢转轴线和偏航轴线的运动)允许显示单元在用户头部运动期间跟随并保持靠近用户的头部和/或眼睛(例如，显示单元的运动镜像或复制用户的头部和/或眼睛的运动)，和/或维持用户的前额和显示单元之间的物理连接。在一些实施方式中，这允许显示单元跟随用户的头部和眼睛的移动，而不必将显示单元物理地附接到用户的头部，从而避免来自这种附接的用户刺激和疲劳。
此外，显示单元的限定的枢转轴线可以是不必限于显示系统的机械部件的物理运动轴线的虚拟轴线。这允许针对各种使用条件调整限定的枢转轴线的位置和/或针对特定用户定制限定的枢转轴线的位置，例如，以适应特定用户的身高、手臂范围、颈部或头部的尺寸等，以允许在操作显示系统时的更大舒适度。此外，显示单元上的传感器(诸如头部传感器)允许用户在不使用可能正在操纵其他输入装置(诸如控制输入装置)的手的情况下容易地提供用户输入。
另外，由用户输入引导的显示单元的位置和/或取向的变化可以用于修改显示单元的图像显示。例如，可以基于到显示装置的对应的接收到的用户输入来滚动、倾斜、平移或缩放所显示的图像或用户界面，该用户输入还引导显示单元执行类似或对应的运动。在一些实施方式中，基于到显示单元的用户输入来操纵远程工作部位处的图像捕获装置(或其他器械或装置)的功能，例如，图像捕获装置的移动或其他装置功能，诸如平移、倾斜和缩放。显示单元上的头部传感器允许用户提供这样的用户输入，而不必使用其他用户输入装置(诸如由手或脚操作的控制输入装置)中断或暂停远程操作过程。
如本文使用的包括“线性”、“中心”、“平行”、“正交”、“垂直”、“对准”、“水平”、“竖直”或特定测量或其他单位的各种术语可以是近似的，不必是精确的，并且可以包括典型的工程公差。
本文中的一些实施方式可以涉及就其在三维空间中的状态而言的各种器械和器械的部分。如本文所使用的，术语“位置”是指物体或物体的一部分在三维空间中的位置(例如，沿着笛卡尔x、y、z坐标的三个平移自由度)。如本文所使用的，术语“取向”是指物体或物体的一部分的旋转放置(三个旋转自由度-例如，围绕笛卡尔X、Y和Z轴线的滚动、俯仰和偏航)。如本文所使用的，术语“姿势”是指物体或物体的一部分在至少一个平移自由度上的位置和该物体或该物体的一部分在至少一个旋转自由度上的取向(多达总共六个自由度)。
如本文中所提及的，机械接地的单元或装置在大的工作环境(例如，操作区域或房间)中相对于可能的位置和取向运动是受约束的。而且，这样的单元运动学地耦接到地面(例如，由附接到地面的控制台、支撑件或其他物体机械地支撑)。如本文所使用的，术语“近侧”是指靠近(或更靠近)机械接地的元件，并且术语“远侧”是指远离(或更远离)机械接地的元件。
本文描述的各种特征可以用于增强计算机辅助的远程操作系统的控制能力。在一些实施方式中，远程操作系统包括用于在各种程序(外科手术、极端环境中的程序或其他程序)、指示、监察、监督和其他反馈中向系统的用户提供操纵器器械控制的一个或多个控制输入装置(例如，一个、两个、三个或更多个)。
图1是可以与本文公开的一个或多个特征一起使用的示例远程操作外科手术系统100的示意图。如图所示，远程操作外科手术系统100可以包括用户控制系统(例如，控制台或工作站)102和操纵器系统104。
在该示例中，用户控制系统102包括由用户的手接触并操纵的一个或多个控制输入装置，例如，每只手一个控制输入装置。图2和40示出了下面更详细地描述的控制输入装置的一些示例实施方式。控制输入装置由用户控制系统102支撑，并且可以机械接地。在一些实施方式中，可以提供人体工程学支撑件110(例如，前扶手)，用户108可以在抓握控制输入装置时将他或她的前臂搁置在该人体工程学支撑件110上。例如，控制输入装置可以被定位在向内(远离用户108)设置在支撑件110之外的工作空间中。在一些示例中，用户108可以在外科手术程序期间通过使用控制输入装置控制操纵器系统104在操纵器系统104附近的工作部位处执行外科手术任务。
显示单元112被包括在用户控制系统102中。显示单元112可以显示图像以便用户108查看。例如，图像可以由显示单元中的显示装置(诸如一个或多个显示屏、投影仪或其他装置)显示。显示单元112可以以各种自由度被移动以适应用户的查看位置和/或提供控制功能，如下面更详细地描述的。在远程操作系统100的示例中，显示的图像可以描绘用户经由控制输入装置的控制执行各种任务的工作部位。在一些示例中，由显示单元112显示的图像可以由用户控制系统102从布置在远程工作部位处的一个或多个图像捕获装置接收。在另一些示例中，由显示单元显示的图像可以由显示单元(或由连接的其他装置或系统)生成。在使用远程操作系统100的外科手术程序的示例中，显示单元112可以显示操纵器系统104附近的患者处的物理外科手术部位的图像、或所生成的外科手术部位的虚拟表示、或物理和虚拟部位的组合(例如，增强现实)，并且可以显示由用户控制系统102的控制输入装置控制的操纵器系统104的真实或虚拟器械。显示单元112可以提供例如操纵器器械126的端部执行器和外科手术部位的二维图像和/或三维图像。三维图像可以提供三维深度提示，以允许用户108评价器械和患者解剖结构的相对深度，并使用视觉反馈来使用控制输入装置转向操纵器器械126以精确地瞄准和控制特征。
当使用用户控制系统102时，用户108可以坐在用户控制系统102前面的椅子或其他支撑件中，将他或她的眼睛定位在显示单元112前面(和/或将显示单元112移动到他或她的眼睛的位置/取向)，抓握并操纵控制输入装置(例如，每只手中一个)，并且根据需要将他或她的前臂搁置在人体工程学支撑件110上。在一些实施方式中，用户可以站在用户控制系统处或采取其他姿势，并且可以在位置(高度、深度等)上调整显示单元112和控制输入装置以适应各种用户身体姿势和个体用户偏好。
远程操作系统100还可以包括可以由用户控制系统102控制的操纵器系统104。在该示例中，操纵器系统104安装到手术台106(例如，工作台、床或其他支撑件)或安装在手术台106(例如，工作台、床或其他支撑件)附近，患者可以被定位在该手术台106上。工作部位130可以被提供在手术台106上，例如，在患者、模拟的患者或模型等(未示出)上或中。在另一些实施方式中，工作部位可以是要在其处使用操纵器系统执行任务的不同部位或区域。远程操作操纵器系统104包括多个操纵器臂120，每个操纵器臂120耦接到器械组件122。器械组件122可以包括例如器械126。在一些示例中，器械126可以包括外科手术器械。在一些实施方式中，外科手术器械可以包括在其远端处的例如用于处置患者的组织的外科手术端部执行器。
在各种实施方式中，器械126中的一个或多个可以包括图像捕获装置(例如，摄像机)，诸如包括在内窥镜组件124中的摄像机，其可以提供工作部位的一部分(例如，正在执行外科手术任务的患者的区域或部分)的捕获的图像。在一些实施方式中，可以将捕获的图像发送到用户控制系统102的显示单元112以用于输出。在一些实施方式中，显示装置128可以被包括在操纵器系统104上，以显示捕获的图像和/或与在工作部位处执行的程序相关的其他信息。在一些实施方式中，图像捕获装置可以例如基于保持摄像机的操纵器臂120的部分的平移和旋转而以多个自由度移动。
在使用远程操作系统100的外科手术程序的示例中，操纵器系统104可以被定位成靠近患者(或模拟的患者)以便进行外科手术，其中它可以保持静止直到特定的外科手术程序或程序的阶段完成。在各种实施方式中，用户控制系统102可以相对于操纵器系统104定位在各种位置，例如，在靠近操纵器系统104和工作部位130的无菌外科手术区域中，在与操纵器系统104和工作部位130相同的房间中，或远离操纵器系统104和工作部位130(例如，在不同的房间、建筑物或其他地理位置)。一次使用的远程操作器械126的数量和/或在操纵器系统104中使用的臂120的数量可以取决于要执行的程序和可用区域内的空间约束以及其他因素。
在一些实施方式中，操纵器臂120和/或器械组件122可以被控制以响应于用户108对控制输入装置的操纵而移动和铰接器械126，使得用户108可以在工作部位130处执行任务。例如，用户可以通过微创外科手术孔在内部外科手术部位处引导外科手术程序。在一些实施方式中，耦接到操纵器臂120和/或器械组件122的一个或多个致动器可以输出力以引起臂120和/或器械126的连杆或其他部分响应于从控制输入装置接收的控制信号而以特定的自由度移动。
远程操作系统100的一些实施方式可以提供不同的操作模式。在一些示例中，在远程操作系统100的非控制模式(例如，安全模式)中，操纵器系统104的受控运动在断开配置中与控制输入装置可控地分离(断开)，使得控制输入装置的移动和其他操纵不会引起操纵器系统104的运动。在远程操作系统100的控制模式(例如，跟随模式)中，操纵器系统104的运动可以可控地耦接(连接)到控制输入装置，使得控制输入装置的移动和其他操纵例如在外科手术程序期间引起操纵器系统104的运动。例如，每个操纵器臂120和由该臂120控制的远程操作器械组件122可以可控地耦接到一个或多个控制输入装置和与一个或多个控制输入装置分离，以允许对该臂的移动和/或其他功能的控制。
在一些示例中，对操纵器系统的控制使得用户能够通过微创外科手术孔在内部外科手术部位处引导外科手术程序。例如，耦接到操纵器臂120的一个或多个致动器可以响应于由控制输入装置提供的控制信号而输出力以引起臂的连杆或其他部分以特定的自由度移动。控制输入装置可以在也容纳操纵器系统和工作部位(例如，在靠近手术台的无菌外科手术区域内或外部)的房间(例如，手术室)内使用，或可以定位成更远离操纵器系统，例如，在与操纵器系统不同的房间、建筑物或其他位置。
在一些实施方式中，控制系统(图1中未示出)被提供在用户控制系统102中和/或被提供在用户控制系统102外部(例如，与用户控制系统通信)。当用户108移动(一个或多个)控制输入装置时，基于控制输入装置的移动将感测到的空间信息和感测到的取向信息提供给控制系统。还向控制系统提供其他用户输入，例如，在显示单元112处接收的用户输入和/或其他输入装置的激活。控制系统可以向操纵器系统104提供控制信号，以基于所接收的信息和用户输入来控制臂120、器械组件122和器械126的移动。例如，控制系统可以将在空间上描述控制输入装置的感测到的空间运动数据和感测到的取向数据映射到共同参考系。控制系统可以处理映射的数据并基于一个或多个控制输入装置的移动(例如，位置和/或取向的变化)生成命令以适当地定位操纵器系统104的器械126(例如端部执行器或顶端)。控制系统可以使用远程操作伺服控制系统以通过控制命令将感测到的控制输入装置的运动转换和传递到操纵器系统104的相关联的臂120，使得用户108可以操纵操纵器系统104的器械126。控制系统可以类似地基于控制输入装置的输入控件的激活或操纵来生成命令，以执行操纵器系统104和/或器械126的其他功能，例如，移动器械端部执行器的钳口、激活切割工具或输出能量、激活抽吸或冲洗功能等。在一些实施方式中，控制系统可以类似地基于显示单元112的输入控件的激活或操纵来生成命令，以执行操纵器系统104和/或器械126的其他功能。在一个实施例中，控制系统支持一个或多个无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。下面关于图34描述控制系统的一些示例。
在一些实施方式中，显示单元112可以由用户配合一个或多个非接地的控制输入装置的操作来操作，所述一个或多个非接地的控制输入装置是未运动学接地的控制输入装置，例如，由用户的手握持而没有附加支撑件的控制输入装置。例如，用户可以在他或她的手中抓握和操纵非接地的控制输入装置时坐着或站着并查看显示单元112中的图像。在美国专利号8,521,331B2(于2013年8月27日公告，标题为"Patient-side Surgeon InterfaceFor a Minimally Invasive,Teleoperated Surgical Instrument")中公开了非接地的控制输入装置的一些示例，该专利通过引用整体并入本文。在一些实施方式中，用户可以使用定位在工作部位附近的显示单元112，使得用户可以在查看由显示单元112显示的图像时操作工作部位处的手动外科手术器械(诸如腹腔镜器械或吻合器)。
在一些实施方式中，远程操作系统100还可以包括允许附加用户向系统提供输入的一个或多个附加输入系统。例如，第二(或第三等)显示单元112可以被附加用户用来监测和/或辅助程序。可以提供第二用户控制系统102以供第二用户使用(例如用于训练)，以替换操纵器系统104的控制或提供操纵器系统104的同时控制等。可以在远程操作系统100中使用附加的非接地的控制输入装置、具有显示装置的侧推车和其他部件。
在一些实施方式中，可以控制例如呈现在由耦接到远程操作系统100的计算装置提供的图形训练模拟中的操纵器系统104的虚拟表示而不是物理操纵器系统104。例如，用户可以操纵控制输入装置以控制模拟的虚拟空间中的端部执行器的显示表示，类似地好像端部执行器是耦接到物理操纵器系统的物理物体。一些实施方式可以在训练中使用控制输入装置，例如，演示器械的使用和包括控制输入装置的用户控制系统的控制。
在一些实施方式中，非远程操作系统也可以使用如本文描述的用户控制系统和/或显示单元112的一个或多个特征。例如，各种类型的控制系统和装置、外围设备等可以与所描述的显示单元系统一起使用。在一些示例中，显示单元112可以用于一些非远程操作系统中，例如，以查看用户不操纵操纵器系统的远程工作部位或物理场景，以查看与物理操纵器系统或物理工作部位无关的显示的虚拟环境等。在这些系统中的一些中，可以省略用户控制系统102和操纵器系统104，并且显示单元112可以用于独立的显示系统中。
一些实施方式可以包括远程操作医疗系统的一个或多个组件，诸如由加利福尼亚州森尼维尔的Intuitive Surgical,Inc.商业化的da
Figure BDA0003475042830000151
外科手术系统(例如，型号IS3000或IS4000，以
Figure BDA0003475042830000152
Figure BDA0003475042830000153
或da
Figure BDA0003475042830000154
Figure BDA0003475042830000155
外科手术系统销售)。本文公开的特征可以以各种方式实施，包括在实施方式中至少部分地计算机控制、经由电子控制信号控制、经由直接物理操纵来手动控制等。关于da
Figure BDA0003475042830000156
外科手术系统的实施方式仅仅是示例，并且不应被认为限制本文公开的特征的范围。例如，在工作部位处具有操纵器系统的不同类型的远程操作系统可以利用本文描述的特征。其他非远程操作系统也可以使用一个或多个所描述的特征，例如各种类型的控制系统和装置、外围设备等。
图2是根据一些实施方式的包括控制输入装置和显示系统的示例用户控制系统200的前视图。例如，用户控制系统200可以类似于针对图1描述的用户控制系统102。
用户控制系统200包括显示单元204，其可以例如在由远程操作系统100实施的程序期间显示图像，类似地如针对图1的显示单元112所描述的。图像可以由图像捕获装置捕获，并且描绘执行任务的物理工作部位(诸如在外科手术程序期间显示的外科手术部位)，或可以描绘所生成的虚拟工作部位的表示。显示单元204还可以显示其他信息，诸如允许选择命令和功能的图形用户界面、状态信息、警报和警告、通知等。这样的信息可以结合工作部位的视图来显示(例如，叠加在其上)，或在没有工作部位视图的情况下显示。
在所示的示例中，显示单元204包括两个视口205。用户可以定位用户的头部，使得用户的眼睛与视口205对准以查看由显示单元204显示的图像。此外，如本文描述的，显示单元204基于用户输入在限定的工作空间内可移动(可平移和/或可旋转)，使得用户可以将显示单元的视口和显示单元的视角与用户的眼睛对准。在一些示例中，可以在视口后面提供向查看用户显示图像的一个或多个显示屏。在一些实施方式中，可以使用一个或多个显示屏或其他显示装置来代替视口205。显示单元204连接到支撑机构，并且可以以一个或多个自由度移动，其示例在下面更详细地描述。
在一些实施方式中，用户控制系统200包括一个或多个输入控制装置，以允许用户相对于用户控制系统200的其他部分(例如，相对于控制输入装置210和212，下面描述)调整或以其他方式操纵显示单元204的位置和/或取向。在该示例中，手输入装置206A定位在显示单元204的左侧，并且手输入装置206B定位在显示单元204的右侧。在一些实施方式中，手输入装置206A和206B可以接收用户输入以引起显示单元204改变其取向和/或位置，例如，以提供用于更多的用户舒适度的人体工程学调整。这样的手输入装置可以替代地或另外地定位在用户控制系统200的其他区域或部件处。下面更详细地描述手输入装置206A和206B的示例。
在一些实施方式中，头部输入装置208定位在显示单元204的面向用户的一侧上。头部输入装置208可以感测用户的头部(例如，前额)(例如，感测用户的头部的存在和/或与用户的头部的接触)作为用户输入，以引起显示单元204根据用户输入移动，例如，改变显示单元204的取向和/或位置。附加地或替代地，控制系统可以根据对头部输入装置208的用户输入来命令用户控制系统102和/或操纵器系统104的一个或多个部件、状态变化或过程。下面更详细地描述头部输入装置208的示例。
在用户控制系统200中提供两个控制输入装置210和212用于用户操纵。例如，用户可以在抓握两个控制输入装置210和212的部分时将用户的前臂搁置在人体工程学支撑件214上，其中每只手中一个控制输入装置(例如，控制输入装置210和212可以移动到支撑件214上方的位置和/或支撑件214可以移动到低于控制输入装置210和212的位置)。在一些实施方式中，人体工程学支撑件214可以针对不同的用户在高度上是可调的。用户在操纵控制输入装置210和212时还如上所述的那样定位用户的头部以查看显示单元204。控制输入装置可以包括可由用户操纵的任何数量的各种输入装置中的一个或多个，诸如运动学链接(机械接地)的手柄、操纵杆、轨迹球、数据手套、触发枪、手动控制器、语音识别装置、触摸屏等。
在一些实施方式中，每个控制输入装置210和212可以包括可以以多个自由度移动的握把部分。例如，每个控制输入装置210和212可以控制图1所示的操纵器系统104的相关臂组件120的运动和功能。在一些示例中，可以以多个自由度移动控制输入装置210从而以对应的自由度移动操纵器系统104的一个对应的端部执行器126，并且控制输入装置212可以以多个自由度移动从而以对应的自由度移动操纵器系统104的不同的对应的端部执行器126。在一些实施方式中，控制输入装置210和212被提供有与操纵器系统的器械126相同的自由度，以向操作者提供远程呈现(例如，控制输入装置与器械成一体的感知)，使得操作者具有直接控制器械的强烈感觉，好像存在于工作部位处一样。在另一些实施方式中，控制输入装置210和212可以具有比相关联的器械126更多或更少的自由度。在一些实施方式中，控制输入装置是以所有六个笛卡尔自由度移动并且还可以包括用于致动操纵器器械(例如，用于闭合钳口、向电极施加电势、递送药物处置等)的可致动握把部分(例如，手柄)的手输入装置。在一些实施方式中，抓握功能(诸如在夹钳移动中将控制输入装置的两个握把部分移动在一起和分开)可以提供附加的机械自由度(即，握把DOF)。在一些示例实施方式中，控制输入装置210和212可以提供外科手术环境中的一个或多个外科手术器械126或虚拟环境中的代理外科手术器械的控制。关于图32描述了控制输入装置的一些实施方式的示例。
用户控制系统200的一些实施方式可以包括定位在控制输入装置210和212下方的一个或多个脚控件220。脚控件220可以由用户的脚压下、滑动和/或以其他方式操纵，以在用户操作用户控制系统200时向远程操作系统的控制系统输入各种命令。在一些实施方式中，脚控件220或其他控件可以被认为是可以控制操纵器系统104的一个或多个功能或操作的“控制输入装置”。
在一些实施方式中，一个或多个用户存在传感器可以定位在用户控制系统200的一个或多个位置处，以检测操作用户控制系统200和/或位于用户控制系统200旁边或附近的用户的存在。例如，用户存在传感器可以定位在显示单元204上并且感测与视口205对准的用户的头部的存在。例如，光学传感器可以用于存在传感器，其中光学传感器包括发射器和检测器，并且当用户的头部定位成查看显示单元204的输出并且用户处于使用控制输入装置210和212的适当位置时，检测器感测到光束的中断。在一些实施方式中，手输入装置206和/或头部输入装置208可以用于感测用户存在。在各种实施方式中可以使用附加或替代类型的存在传感器。
图3是根据一些实施方式的示例显示系统300的透视图，图4是根据一些实施方式的示例显示系统300的前视图，并且图5是根据一些实施方式的示例显示系统300的侧视图。在一些示例中，显示系统300可以用于远程操作系统的用户控制系统(例如，图1的远程操作外科手术系统100的用户控制系统102)中，或可以用于其他系统中或用作独立系统，例如，以允许用户查看工作部位或其他物理部位、显示的虚拟环境等。
显示系统300包括基部支撑件302、臂支撑件304和显示单元306。如下面更详细地描述的，显示单元306被提供有由支撑联动装置提供的多个移动自由度，该支撑联动装置包括基部支撑件302、耦接到基部支撑件302的臂支撑件304和耦接到臂支撑件304的倾斜构件324(下面描述)。显示单元306耦接到倾斜构件。
在该示例中，基部支撑件302是机械接地(耦接到地面)的竖直构件。例如，基部支撑件302可以机械地耦接到支撑结构310，支撑结构310耦接到地面(例如，搁置在地面上)以向基部支撑件302提供稳定性。基部支撑件302包括第一基部部分312和第二基部部分314。第一基部部分312是基部支撑件302的近侧部分，其可以机械地接地，并且第二基部部分314是基部支撑件302的远侧部分，其线性地耦接到第一基部部分312，使得第二基部部分314可相对于第一基部部分312以线性自由度平移。在一些示例中，第一基部部分312和第二臂部分314可伸缩地耦接，例如，第一基部部分312是第一可伸缩基部部分，并且第二基部部分314是第二可伸缩基部部分，使得部分312或314中的一个被配置为具有中空内部的管或套筒，部分314或312中的另一个延伸通过该中空内部。在图3-图5的示例中，第二基部部分314可以以线性自由度316线性平移通过第一基部部分312的内部。第二基部部分314相对于第一基部部分312的线性平移可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，如下面更详细地描述的。其他实施方式可以使用不同的配置。例如，第一基部部分312可以延伸通过第二基部部分314的内部，使得第二基部部分314可以相对于第一基部部分312线性平移。在另一些示例中，基部部分312和314可以沿着其竖直长度彼此相邻地定位，以允许线性平移。
臂支撑件304是机械地耦接到基部支撑件302的水平构件。臂支撑件304可以包括第一臂部分318和第二臂部分320。第一臂部分318是臂支撑件304的近侧部分，其刚性地耦接到基部支撑件302的第二基部部分314，并且第二臂部分320是臂支撑件304的远侧部分，其线性地耦接到第一臂部分318，使得第二臂部分320可相对于第一臂部分318以线性自由度线性平移。在一些示例中，第一臂部分318和第二臂部分320可伸缩地耦接，例如，第一臂部分318是第一可伸缩臂部分，并且第二臂部分320是第二可伸缩臂部分，使得部分318或320中的一个被配置为具有中空内部的管或套筒，部分320或318中的另一个延伸通过该中空内部。在图3-图5的示例中，第二臂部分320可以以线性自由度322线性平移通过第一臂部分318的内部。第二臂部分320相对于第一臂部分318的线性平移可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，如下面更详细地描述的。其他实施方式可以使用不同的配置，例如，第一臂部分318可以延伸通过第二臂部分320的内部，使得第二臂部分320可以相对于第一臂部分318线性平移。在另一些示例中，臂部分318和320可以沿着其竖直长度彼此相邻地定位，以允许线性平移。
在一些实施方式中，第一臂部分318和第二基部部分314可以被认为是单件，例如，耦接在第一基部部分312和第二臂部分320之间的中间支撑件或中间部分。中间支撑件包括刚性地耦接到竖直的第二基部部分314的水平的第一臂部分318，第一臂部分318和第二基部部分314彼此正交地被取向。第二臂部分320可相对于中间支撑件以自由度322水平平移，并且中间支撑件和第二臂部分320可相对于第一基部部分312以自由度316竖直平移。
在如图所示的一些示例中，臂支撑件304沿着与竖直轴线正交的水平轴线延伸，基部支撑件302沿着该竖直轴线延伸。在一些示例中，基部支撑件302和臂支撑件304在相对于彼此的取向上是固定的，例如，它们平移但不改变相对于彼此的取向。在一些示例中，臂支撑件304沿着操作显示单元的用户上方的轴线延伸，并且延伸通过基部支撑件302的竖直轴线延伸通过臂支撑件302的第一臂部分318。在另一些实施方式中，臂支撑件304可以在其他高度和/或配置处延伸，例如，在用户的头部或身体下方、在用户的头部的高度处、在用户的背部和用户周围轭架中等。
减少显示系统300的支撑件和构件中的振动可以为操作显示单元306的用户带来更顺滑的体验。一些实施方式可以包括基部支撑件302和/或臂支撑件304中的一个或多个部件，以提供可以减少包括这些支撑件302和304的支撑联动装置中的振动的阻尼。例如，杠杆臂的一部分可以内部刚性地耦接到臂支撑件304，臂支撑件304轻触或压缩被提供在基部支撑件302中的高阻尼材料，以减少臂支撑件304中的振动。例如，可以使用
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材料、粘性材料或具有高于特定阈值的阻尼系数的其他材料。类似的阻尼部件可以被提供在显示单元306和倾斜构件324之间、在倾斜构件324和臂支撑件302之间等。
显示单元306机械地耦接到臂支撑件304。显示单元306可以以由第二基部部分314和第二臂部分320的线性平移提供的两个线性自由度移动。在一些实施方式中，可以在竖直平面内提供这些线性自由度。在一些示例中，如图所示，竖直平面可以由基部支撑件302和臂支撑件304限定。
显示单元306包括可以显示数字图像的显示装置，例如，一个或多个显示屏、投影仪或其他显示装置。在一些实施方式中，如图3-图5所示，显示单元306包括两个视口323，并且显示装置被提供在视口后面或被包括在视口中。在一些实施方式中，一个或多个显示屏或其他显示装置可以代替视口323定位在显示单元306上。
显示单元306通过倾斜构件324旋转地耦接到臂支撑件304。在图3-图5的示例中，倾斜构件324在第一端处通过旋转耦接件旋转地耦接到臂支撑件304的第二臂部分320，该旋转耦接件提供倾斜构件324和显示单元306围绕倾斜轴线326相对于第二臂部分320的旋转运动。在一些实施方式中，倾斜轴线326与由基部支撑件302和臂支撑件304提供给显示单元306的线性自由度正交地取向。例如，倾斜构件324可以向显示单元306提供旋转自由度，该旋转自由度在与由基部支撑件302和臂支撑件304提供自由度316和322的竖直平面相同或平行的竖直平面中。在一些实施方式中，倾斜轴线326正交于由自由度316和322限定的平面。在一些实施方式中，倾斜轴线326定位在显示单元306中的显示装置上方。在一些实施方式中，当用户操作显示单元306时，倾斜轴线326定位在用户的头部的位置上方。在另一些实施方式中，倾斜轴线可以定位成更靠近用户，例如，更低且更靠近用户的颈部的枢转轴线，如下所述。在一些示例中，臂支撑件304可以具有在用户的头部的任一侧上延伸的两个分支，其中倾斜轴线326在两个分支的端部之间延伸并且与用户的头部或颈部中的限定的枢转点对准。
在该示例中，倾斜构件324的延伸部分从倾斜轴线326朝向基部支撑件302延伸，并且显示单元306在延伸部分处耦接到倾斜构件的第二端。倾斜构件324和显示单元306围绕倾斜轴线326的旋转运动可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，如下面更详细地描述的。在一些实施方式中，基部支撑件302、臂支撑件304和倾斜构件324可以被认为是支撑联动装置，其具有耦接在支撑联动装置的远端处的显示单元306。例如，(一个或多个)马达可以由来自控制电路(例如，控制系统)的控制信号控制，以倾斜自由度327将显示单元306围绕倾斜轴线326移动到特定的取向。
在一些实施方式中，显示单元306旋转地耦接到倾斜构件324，并且可以围绕偏航轴线(例如，横向旋转轴线)330旋转。例如，这可以是从经由视口323查看显示单元306的图像的用户的视点的横向或左右旋转。在图3-图5的示例中，显示单元306通过旋转机构耦接到倾斜构件，在一些实施方式中，旋转机构可以包括轨道机构。例如，在一些实施方式中，轨道机构包括弧形轨道328，并且弧形轨道328耦接到显示单元306。轨道328可滑动地接合耦接到倾斜构件324的凹槽构件，从而通过使弧形轨道328移动通过凹槽构件的凹槽而允许显示单元306围绕偏航轴线330旋转。在一些实施方式中，弧形轨道耦接到倾斜构件324，并且凹槽构件耦接到显示单元306，并且凹槽构件接合并沿着弧形轨道的长度滑动，以允许显示单元306围绕偏航轴线330的旋转移动。在一些实施方式中，凹槽构件可以大约与倾斜构件324的宽度一样长和/或包括弧形轨道328滑动通过的环的至少一部分。
在一些实施方式中，弧形轨道328是如所描述的可滑动地接合凹槽构件的弧形导轨。在一些实施方式中，弧形轨道328可以是与凸轮辊接合的弧形凸轮从动件。例如，凸轮辊可以可旋转地耦接到显示单元306，并且在各种实施方式中，具有与偏航轴线330正交或平行于偏航轴线330的旋转轴线。例如，凸轮辊可以是圆柱形的，并且可以沿着刚性地耦接到倾斜构件324的凸轮从动件的弧形表面滚动。例如，凸轮辊可以通过凸轮从动件的壁或脊保持抵靠凸轮从动件。在一些实施方式中，凸轮从动件可以刚性地耦接到显示单元306，并且凸轮辊可以可旋转地耦接到倾斜构件324。
弧形轨道328和/或凹槽构件的曲率(例如，半径)被选择为在距显示单元306的面向用户侧和/或距倾斜轴线326的特定距离处提供偏航轴线330。例如，在一些实施方式中，这可以是平行于臂部分320的自由度322的特定水平距离。例如，偏航轴线330可以被提供在距显示单元306的特定距离处，使得它与对应于用户的颈部中的枢转轴线的限定的(例如，虚拟或软件限定的)颈部枢转轴线大致相交，如下所述。在一些实施方式中，限定的颈部枢转轴线可以用作用于显示单元306的运动的参考。在所描述的实施方式中，偏航轴线330和竖直轴线(例如，平行于自由度316)之间的角度基于倾斜构件324围绕倾斜轴线326的取向而改变。显示单元306围绕偏航轴线330的偏航运动可以由一个或多个致动器(例如，马达)使用诸如齿轮机构、绞盘驱动机构等的驱动机构来驱动。绞盘驱动机构的一个示例在下文关于图22更详细地描述。例如，驱动机构可以包括耦接到由马达驱动的绞盘滑轮的绞盘卷筒329。
在一些实施方式中，可以使用其他耦接件或轴承来提供显示单元306围绕偏航轴线330相对于倾斜构件324和臂支撑件304的旋转运动。例如，可以使用类似于倾斜构件324和臂支撑件304之间的旋转耦接件的旋转接头来将显示单元306耦接到倾斜构件324。在另外的示例中，提供围绕水平轴线旋转的竖直对准的轨道机构(例如，类似于图23-图25的实施方式的构件2324和2330)可以向显示单元306提供倾斜自由度，并且旋转耦接件可以向显示单元306提供偏航自由度。
显示系统300因此为显示单元306提供竖直线性自由度316、水平线性自由度322、旋转(倾斜)自由度327和旋转偏航自由度331。例如，竖直和水平自由度允许显示单元306移动到允许的工作空间内(例如，竖直平面中)的任何位置，并且倾斜自由度允许显示单元移动到其运动范围内(例如，竖直平面或平行竖直平面内)的特定取向。
显示系统300的部件以这些自由度中的至少两个自由度的协同移动的组合允许显示单元306定位在其工作空间中的各种位置和取向处，例如，围绕用户平移和/或旋转，以促进使用显示单元的用户的定制查看体验。显示单元306以倾斜、水平和/或竖直自由度的运动允许显示单元306在用户头部运动期间保持靠近用户的头部和眼睛，和/或维持用户的头部(例如，前额)和显示单元306之间的物理连接。
例如，显示单元306在其工作空间中可定位(例如，可平移和/或可旋转)，使得用户的眼睛与显示单元的视口对准。另外，显示单元306可以在物理空间中围绕与例如通过用户的两只眼睛的眼睛轴线相对应(例如，重合)的限定的眼睛枢转轴线旋转，以允许用户的期望竖直(例如，上下)眼睛视角。显示单元还可以围绕偏航轴线330移动，以允许用户的期望偏航(例如，左右)视角或取向。这些旋转允许显示单元306被舒适地取向以便用户通过视口查看图像。
显示系统的自由度还或替代地允许显示系统300提供显示单元306在物理空间中围绕不同的限定的枢转轴线的运动，所述不同的限定的枢转轴线可以定位在显示单元306的工作空间中的各种位置中的任何位置(下面更详细地描述的示例)。例如，系统300可以提供显示单元306在物理空间中的运动，该运动对应于当操作显示系统300时用户的头部的运动。该运动可以包括围绕限定的颈部枢转轴线的旋转，该限定的颈部枢转轴线大致对应于用户的颈部处的用户的头部的颈部轴线。该旋转允许显示单元306根据用户的头部来移动，该用户的头部例如使用头部输入装置342来引导显示单元306的移动。下面描述显示单元围绕颈部枢转轴线(图8-11)和眼睛枢转轴线(图12-14)的这种运动的一些示例。
在另一示例中，显示单元306的运动可以包括围绕限定的前额枢转轴线的旋转，当显示单元306如图所示的那样被取向在围绕偏航轴线330的居中偏航旋转位置时，所述限定的前额枢转轴线大致对应于在用户的前额处延伸通过用户的头部的前额轴线。在一些实施方式中，前额枢转轴线对应于延伸通过显示单元306的输入装置(例如，头部输入装置342)的一部分的前额轴线，其中该部分在用户的前额和输入装置之间的接触点处或附近。在一些实施方式中，限定的前额枢转轴线可以被取向成平行于倾斜轴线326，例如，正交于线性自由度316和322。前额枢转轴线可以替代地被定位成对应于用户的前额或显示单元的不同位置或部分。
在另一示例中，显示单元306的运动可以包括围绕限定的手输入装置枢转轴线的旋转，该限定的手输入装置枢转轴线大致对应于延伸通过显示单元306的一个或多个手输入装置的轴线(下面描述的示例)。例如，该轴线可以延伸通过定位在显示单元306的相对(左和右)侧上的手输入装置340a和340b两者的部分(例如，握把的中心)。在一些实施方式中，限定的手输入装置枢转轴线可以平行于倾斜轴线326取向，例如，正交于线性自由度316和322，类似于上面描述的颈部、眼睛和前额枢转轴线。手输入装置枢转轴线可以替代地定位成对应于显示单元的不同位置或部分，例如，不同手输入装置的位置。例如，手输入装置枢转轴线提供旋转轴线，可以通过用户操纵手输入装置340a和340b和/或通过用户操纵其他用户输入装置(诸如头部输入装置342、控制输入装置210和212等)来命令显示单元306围绕该旋转轴线旋转。
在另一示例中，显示单元306在其工作空间中的运动可以包括例如基于以竖直线性自由度316和水平线性自由度322的线性平移的线性运动而没有以倾斜和/或偏航自由度327和/或331的旋转运动。在另一示例中，运动可以包括线性运动和旋转运动两者。例如，显示单元306可以在其工作空间中线性地并且然后旋转地移动，和/或反之亦然。
在显示单元306围绕限定的枢转轴线旋转期间，基部支撑件302以竖直自由度316的移动和/或臂支撑件304以水平自由度322的移动可以具有方向的变化，而在显示单元围绕限定的枢转轴线的旋转中没有方向的变化。例如，当显示单元从完全向上位置旋转到完全向下位置时，臂支撑件304可以反转方向。因此，在一些实施方式中，当显示单元已经围绕限定的枢转轴线从第一取向旋转到第二取向时基部支撑件或臂支撑件最终处于相同的位置是可能的，其中当显示单元在这两个取向之间转变时，支撑件来回移动。
显示单元306可以包括输入装置，其允许用户提供输入以操纵显示单元306在空间中的取向和/或位置，和/或操纵显示系统300和/或更大系统(例如，远程操作系统)的其他功能或部件。
例如，与针对图2所描述的(在图2中被示出为206)相类似的手输入装置340可以被提供在在显示单元306上。例如，手输入装置340a定位在显示单元306的左侧，以及手输入装置340b定位在显示单元306的右侧，或可以定位在显示单元306的任何表面上。手输入装置340a和340b可以是由用户的手操纵以向手输入装置340提供用户手输入的各种类型的用户输入装置(例如，按钮、触摸板、力传感器、操纵杆、旋钮、轨迹球、键盘等)中的任一种。手输入装置340基于用户手输入而将控制信号输出到显示系统300。控制信号可以用于引起显示单元306改变其在空间中的取向和/或位置。例如，控制系统控制显示系统300的致动器以线性自由度316移动基部部分314，以线性自由度322移动臂部分320，以旋转自由度327移动倾斜构件324，和/或以旋转自由度331移动显示单元306，以引起显示单元306对应于感测到的用户手输入移动。感测到的用户手输入还可以用于控制显示系统300的其他功能和/或更大系统(例如，图1的远程操作系统100)的功能。
显示单元306可以包括与针对图2所描述的(在图2中被示出为208)类似的头部输入装置342。在该示例中，头部输入装置342定位在显示单元306的表面上，该表面在显示单元306的操作期间面向用户的头部。例如，头部输入装置342可以包括感测用户头部输入的一个或多个传感器，该用户头部输入被接收作为命令以引起显示单元306改变其在空间中的位置和/或取向。在一些实施方式中，感测用户头部输入可以包括感测用户的头部或头部的一部分(例如，前额)的存在或用户的头部或头部的一部分(例如，前额)与头部输入装置342接触。在一些示例中，一个或多个传感器可以包括各种类型的传感器中的任一种，例如电阻传感器、电容传感器、力传感器、光学传感器等。
显示单元306的取向和/或位置可以由显示系统300基于到头部输入装置342的用户头部输入来改变。例如，感测到的用户输入被提供给控制系统，该控制系统控制显示系统300的致动器以线性自由度316移动基部部分314，以线性自由度322移动臂部分320，以旋转自由度327移动倾斜构件324，和/或以旋转自由度331移动显示单元306，以引起显示单元306如由感测到的用户头部输入命令的那样(例如，根据感测到的用户头部输入的命令)移动。例如，感测到的头部输入可以用于使显示单元306围绕限定的枢转轴线(例如，如本文描述的颈部枢转轴线或其他枢转轴线)旋转。在一些实施方式中，感测到的头部输入可以附加地或替代地用于使显示单元306围绕偏航轴线330旋转。感测到的用户头部输入还可以用于控制显示系统300和/或更大系统(例如，图1的远程操作系统100)的其他功能。因此，在一些实施方式中，用户可以移动他或她的头部来向输入装置提供输入，以控制显示单元306根据头部的运动由显示系统移动，从而允许显示单元跟随用户的头部的运动和视角的变化，例如，而不必将显示单元附接到用户的头部并且不需要用户物理地移动显示单元。在一些实施方式中，将用户的头部移动远离显示单元306(例如，以朝向正在向后移动的用户“拉动”显示单元306)可以被感测为在远离头部输入装置342或远离显示单元306的方向上的移动(例如，经由光学传感器或其他类型的传感器感测)，或被感测为头部输入装置342上的力的减小，这引起显示系统经由致动器的控制来移动显示单元以跟随用户的头部。
在一些实施方式中，显示单元306可以附加地或替代地响应于从显示系统300或其他连接系统的其他输入装置接收到用户输入而以其所描述的自由度中的一个或多个自由度移动。例如，可以提供附加的手输入装置，诸如图2的控制输入装置210和212或其他控制装置。在一些示例中，输入装置可以耦接到支撑表面，该支撑表面耦接到基部支撑件302，或耦接到人体工程学支撑件214等。在一些实施方式中，在脚控件220或其他类型的输入装置处接收的用户输入可以用于以其自由度中的一个或多个自由度移动显示单元306。
在一些实施方式中，由显示单元306和/或其他受控装置显示的图像基于感测到的显示单元306例如在显示单元的工作空间中围绕限定的枢转轴线等的运动来改变和操纵。例如，显示单元围绕限定的颈部枢转轴线的上下运动可以在对应方向上修改显示图像或视图。
在显示系统的一些实施方式中，显示单元306可以围绕偏航轴线330以自由度331旋转，并且从显示系统300中省略了其他自由度316、322和/或327中的一个或多个。例如，显示单元306可以围绕偏航轴线330旋转(例如，通过(一个或多个)致动器和/或由用户手动地旋转)，并且显示单元306可以例如使用基部支撑件302或其他机构手动地定位得更高和/或更低(例如，通过(一个或多个)致动器和/或由用户手动地)，其中省略了水平自由度322和/或倾斜自由度327。
在一些示例实施方式中，控制单元包括第一支撑件、耦接到第一支撑件的第二支撑件、以及可旋转地耦接到第二支撑件的显示单元。显示单元和第二支撑件可相对于第一支撑件以第一自由度沿着第一轴线线性平移，显示单元可相对于第一支撑件和第二支撑件以第二自由度沿着第二轴线线性平移，并且显示单元可相对于第二支撑件以第三自由度围绕第三轴线旋转。在另外的示例中，倾斜构件将显示单元耦接到第二支撑件，倾斜构件可相对于倾斜构件围绕第四轴线旋转。
图6是显示系统600的一部分的另一示例的侧视图。显示系统600包括与上面描述的显示系统300类似的部件。
在图6的示例中，臂支撑件604的第二臂部分620包括远侧部分623，该远侧部分623比图3-图5的显示系统300的第二臂部分320的远侧部分更低地竖直延伸。倾斜构件624的倾斜轴线626位于远侧部分622的端部处。在一些实施方式中，延伸的远侧部分622可以允许倾斜轴线626被定位成低于显示系统300的倾斜轴线326并且更靠近显示单元要围绕其旋转的限定的(虚拟或软件限定的)枢转轴线。例如，限定的枢转轴线可以是本文中的任何示例限定的枢转轴线，例如，操作显示单元606的用户650的眼睛枢转轴线或颈部枢转轴线，其示例关于图8-11示出。
与更远离限定的枢转轴线定位的倾斜轴线相比，提供更靠近限定的枢转轴线的倾斜轴线626可能需要显示系统600的部件的更少移动来引起显示单元606围绕限定的枢转轴线旋转。例如，对于第二臂部分620、第二基部部分614和/或倾斜构件624来说可能需要更少的移动，从而在一些实施方式中由于减小的部件尺寸、马达尺寸等而允许成本的降低。
图7是显示系统700的一部分的又一个示例的侧视图。显示系统700包括与上面描述的显示系统300和600类似的部件。
在图7的示例中，臂支撑件704的第二臂部分720包括远侧部分723，该远侧部分723比图3-图5的显示系统300的第二臂部分320的远侧部分竖直延伸的更低。远侧部分722包括竖直向下并朝向基部支撑件702(例如，远离当操作显示系统时由用户750占据的用户位置)延伸的端部。倾斜轴线726位于远侧部分722的端部处。与显示系统300的倾斜轴线326和显示系统600的倾斜轴线626相比，倾斜轴线726的该位置更进一步向下并且进一步远离用户位置移动。
倾斜轴线726的位置在一些实施方式中可以具有优点，例如，远侧部分723的端部可以更远离用户750，为用户提供操作显示单元706的感觉更开放的区域。此外，该位置可以允许倾斜轴线726的接头上的最大重力负荷的减小，并且还可减小显示单元706在围绕倾斜轴线726的特定旋转位置中(例如，在显示单元706在操作期间可能经常位于的更高倾斜位置(例如，水平且向下取向的视角)处)的重力负荷。例如，倾斜轴线726的位置可以更靠近包括显示单元706和将显示单元706耦接到倾斜构件724的轨道机构的部件的重心正上方的位置。与显示系统300和600的倾斜轴线位置相比，倾斜轴线726的位置还改变了第二臂部分720、第二基部部分714和/或倾斜构件724所需的移动量。例如，倾斜轴线726的位置可能需要比在显示系统300和600中更少的以自由度722的水平移动和更多的以自由度716的竖直移动，这在一些实施方式中可以是有利的，例如，以便实现显示系统的更大刚度、在部件或环境限制内操作等。
另外，如图7所示，与显示系统300和600中描述的倾斜构件324和624的长度相比，倾斜构件724可以在长度上减小。另外，可以减小倾斜轴线724与包括显示单元706和将显示单元706耦接到倾斜构件724的轨道机构的部件的重心之间的距离。这些更小的距离可以减小显示单元706围绕倾斜轴线726的倾斜运动的接头侧惯性。在一些实施方式中，倾斜构件724的长度的减小还可以提高刚度并减少整个支撑结构的重量。
在一些实施方式中，显示系统700的上述特征可以通过用于驱动显示单元706围绕倾斜轴线726的旋转的马达或其他致动器导致更低的扭矩输出要求、更低的平均电流使用和更低的功率耗散，并且可以允许用于致动器和/或驱动齿轮机构的附加操作净空(允许致动器输出比操作显示系统700通常所需的更大的力)。
图8-11是根据一些实施方式的显示系统800的一部分的侧视图，其示出了显示单元围绕示例限定的颈部枢转轴线的旋转。显示系统800包括与上面描述的显示系统300和600类似的部件。
在图8中，显示系统800被示出为具有处于第一枢转取向的显示单元。显示系统800包括与上面描述的类似的基部支撑件802、臂支撑件804和显示单元806。在该示例中，基部支撑件802包括第二基部部分814，该第二基部部分814可以以线性自由度816线性平移通过第一基部部分812的内部。臂支撑件804包括刚性地耦接到第二基部部分814的第一臂部分818和可以以线性自由度822线性平移通过第一臂部分818的内部的第二臂部分820。
与上面的示例中描述的类似，显示单元806通过倾斜构件824耦接到第二臂部分820。倾斜构件824在第一端处旋转地耦接到第二臂部分820并且围绕轴线826旋转。与上面的示例中描述的类似，显示单元806可以旋转地耦接到倾斜构件824的第二端，并且根据倾斜构件824围绕轴线826旋转。
在图8中，显示单元806围绕示例限定的颈部枢转轴线840以第一枢转取向被取向，所述限定的颈部枢转轴线840可以是大致水平的并且可以大致平行于倾斜轴线826(例如，正交于由自由度816和822限定的平面)延伸。在所示的示例实施方式中，颈部枢转轴线840位于倾斜轴线826下方。在一些实施方式中，限定的颈部枢转轴线840被定位成比显示单元806更远离基部支撑件802。
当显示单元806如图所示的那样以围绕偏航轴线830的居中偏航旋转取向被取向时，限定的颈部枢转轴线840(和本文描述的任何限定的颈部枢转轴线)被取向在与典型用户(诸如用户850)的颈部的枢转轴线对准(大致对准)的位置处。例如，限定的颈部枢转轴线可以是被定位成与操作显示单元的典型用户的颈部大致枢转的位置相交的水平轴线。该位置在不同的用户(例如，不同身高、不同颈部尺寸等的用户)中可以是不同的，和/或用户可以具有关于限定的颈部枢转轴线位于何处的不同偏好，使得在一些实施方式中，从多个用户的优选枢转位置确定(例如，平均)的位置可以用于限定的颈部枢转轴线。在一些示例实施方式中，限定的颈部枢转轴线可以位于与操作显示单元的用户的颈部的特定骨骼或任何特定颈椎骨(例如，颈部的寰椎骨骼或轴线骨骼)大致对准的位置处。在另外的示例中，限定的颈部枢转轴线可以被限定为对应于用户的颈部的其他位置。
颈部枢转轴线840是基于系统参数限定的虚拟轴线。基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824的移动可以提供围绕颈部枢转轴线840的旋转。颈部枢转轴线840可以在与图8所示的不同的位置处，如由这些部件在围绕期望的颈部枢转轴线产生旋转时的移动所限定的。
一些实施方式可以允许限定的颈部枢转轴线的位置例如通过用户输入来改变，以适应特定用户的特定偏好或生理情况。在一些示例中，限定的颈部枢转轴线可以改变到限定的颈部枢转轴线平行于倾斜轴线826的不同位置(例如，其中轴线正交于由自由度816和822限定的竖直平面的不同位置)，例如，在用户的视点中从先前位置向上、向下、向前和/或向后的新位置。在一些实施方式中，存储的简档或设置可以与特定用户相关联地存储，并且应用于由该用户使用显示系统。存储的简档包括针对限定的颈部枢转轴线和/或限定的眼睛枢转轴线(下面描述)的在空间中的优选位置，其中的任一个都可以被加载以用于系统操作。一些实施方式可以引导用户确定为该用户定制的限定的颈部枢转轴线。例如，系统可以向用户输出弯曲其颈部、伸直其颈部等的指令，并且基于传感器数据(例如，由图像捕获装置捕获的图像)感测用户的头部相对于用户的身体的旋转和轨迹。该数据被显示系统(或控制系统)用来为该用户确定建议的限定的颈部枢转轴线的位置，其描述可以由输出装置(诸如显示单元806的显示装置)输出。
在所示的第一枢转取向中，显示单元806处于围绕限定的枢转轴线840的水平视图取向。显示单元806相对于颈部枢转轴线840的视图取向由线842指示，在图8中，线842水平延伸通过颈部枢转轴线840。在该实施方式中，水平视图取向对应于处于平行于臂支撑件804的水平取向的倾斜构件824。显示单元806围绕颈部枢转轴线840的旋转通过将基部支撑件802的部分814、臂支撑件804的部分820和/或倾斜构件824移动到适当的位置和/或取向来实现。
图8还示出了限定的眼睛枢转轴线860。限定的眼睛枢转轴线860定位在与眼睛轴线相对应(例如，重合)的位置处，该眼睛轴线与典型用户(诸如当显示单元806如图所示的那样以围绕偏航轴线830的居中偏航旋转取向被取向时正在通过显示单元806的视口观看的用户850)的眼睛相交。在一些实施方式中，限定的眼睛枢转轴线平行于倾斜轴线826(例如，正交于由自由度816和822限定的平面)延伸。当显示单元806如图所示的那样以围绕轴线830的居中偏航旋转取向被取向时，该限定的眼睛枢转轴线可以正交于显示单元806的视图取向。显示单元806相对于眼睛枢转轴线860的视图取向由视线862指示，在图8中，视线862水平延伸通过眼睛枢转轴线860并且指示显示单元的用户850的参考视角。在一些实施方式中，如图所示，倾斜轴线826位于视线862上方。下面关于图12-14更详细地描述显示系统800基于眼睛枢转轴线860的移动。显示系统800围绕显示单元306的其他限定的枢转轴线(例如，前额枢转轴线或手输入装置轴线)的移动可以与围绕颈部和/或眼睛枢转轴线的移动类似地被实施。
在图9中，显示单元806以围绕颈部枢转轴线840旋转的第二枢转取向被取向，以允许用户850的“向上”视角。角度A1是显示单元806围绕颈部枢转轴线840的旋转的示例角度，其中角度A1是显示单元806的水平视图取向842与显示单元806的颈部轴线视图取向942之间的角度。已经通过将基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元806相对于图8所示的第一枢转取向围绕颈部枢转轴线840旋转。例如，相对于图8所示的第一枢转取向，通过将倾斜构件824向上旋转到所示的角度(在图9的视点中围绕轴线826逆时针)、将第二臂部分820远离基部支撑件802并朝向用户850线性平移到所示的位置并且将第二基部部分814向上(例如，远离地面)线性平移到所示的位置而将显示单元806移动到第二枢转取向。倾斜轴线826独立于颈部枢转轴线840，因为围绕颈部枢转轴线840的旋转使用围绕倾斜轴线826的旋转以及以自由度822和816的线性运动(平移)。
在一些实施方式中，图9所示的视角是显示单元806的向上(例如，如图9所示的逆时针)旋转极限。在另一些实施方式中，显示单元806可以在达到在该方向上的旋转极限之前向上(例如，逆时针)旋转比图9所示的更大的量。
在图10中，显示单元806以围绕限定的颈部枢转轴线840旋转的第三枢转取向被取向，以允许用户850的“向下”视角。角度A2是显示单元806围绕颈部枢转轴线840的旋转的示例角度，其中角度A2是显示单元806的水平视图取向842与显示单元的颈部轴线视图取向1042之间的角度。已经通过将基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元806围绕颈部枢转轴线840旋转。例如，相对于图8所示的第一枢转取向，通过将倾斜构件824向下旋转到所示的角度(在图10的视点中围绕轴线826顺时针)、将第二臂部分820以自由度822朝向基部支撑件802并远离用户850线性平移到所示的位置并且将第二基部部分814向下(例如，朝向地面)线性平移到所示的位置而将显示单元806移动到第三枢转取向。
在图11中，显示单元806以围绕限定的颈部枢转轴线840旋转的第四枢转取向被取向，以允许用户850的进一步向下的视角。角度A3是显示单元806围绕颈部枢转轴线840的旋转的示例角度，其中角度A3是显示单元806的水平视图取向842与显示单元的颈部轴线视图取向1142之间的角度。已经通过将基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元806围绕颈部枢转轴线840旋转。例如，相对于图10所示的第三枢转取向，通过将倾斜构件824进一步向下旋转到所示的角度(在图11的视点中围绕轴线826顺时针)、将第二臂部分820以自由度822朝向基部支撑件802并远离用户850线性平移到所示的位置并且将第二基部部分814向下(例如，朝向地面)线性平移到所示的位置而将显示单元806移动到第四枢转取向。
在图8-11所示的示例实施方式中，限定的颈部枢转轴线840和倾斜轴线826之间的距离在显示单元围绕限定的颈部枢转轴线840旋转期间是固定的。
图12-14是根据一些实施方式的显示系统800的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕限定的眼睛枢转轴线的旋转。显示系统800包括与上面描述的显示系统300、600和700类似的部件。
在图12中，显示单元806以第五枢转取向被取向，其围绕限定的眼睛枢转轴线860旋转以允许用户850的向上视角。角度A4是显示单元806围绕眼睛枢转轴线860的旋转的示例角度，其中角度A4是显示单元806的水平眼睛轴线视图取向862(如图8所示)与显示单元的眼睛轴线视图取向1262之间的角度。已经通过将基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元806相对于图8所示的第一枢转取向围绕眼睛枢转轴线860旋转。例如，相对于图8所示的第一枢转取向，通过将倾斜构件824向上旋转到所示的角度(在图12的视点中围绕轴线826逆时针)、将第二臂部804远离基部支撑件802并朝向用户850线性平移到所示的位置并且将第二基部部分814向上(例如，远离地面)线性平移到所示的位置而将显示单元806移动到第五枢转取向。倾斜轴线826独立于眼睛枢转轴线860，因为显示单元806围绕眼睛枢转轴线860的旋转使用围绕倾斜轴线826的旋转以及以自由度822和816的线性运动(平移)。
在图13中，显示单元806以第六枢转取向被取向，其围绕限定的眼睛枢转轴线860旋转以允许用户850的向下视角。角度A5是显示单元806围绕眼睛枢转轴线860的旋转的示例角度，其中角度A5是显示单元806的水平眼睛轴线视图取向862与显示单元的眼睛轴线视图取向1362之间的角度。已经通过将基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元806围绕眼睛枢转轴线860旋转。例如，相对于图8所示的第一枢转取向，通过将倾斜构件824向下旋转到所示的角度(在图13的视点中围绕轴线826顺时针)、将第二臂部804以自由度822朝向基部支撑件802并远离用户850线性平移所示的距离并且将第二基部部分814向下(例如，朝向地面)线性平移所示的距离而将显示单元806移动到第六枢转取向。
在图14中，显示单元806以第七枢转取向被取向，其围绕限定的眼睛枢转轴线860旋转，以允许用户850的进一步向下的视角。角度A6是显示单元806围绕眼睛枢转轴线860的旋转的示例角度，其中角度A6是显示单元806的水平眼睛轴线视图取向862与显示单元的眼睛轴线视图取向1462之间的角度。已经通过将基部支撑件802、臂支撑件804和倾斜构件824移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元806围绕眼睛枢转轴线860旋转。例如，相对于图8所示的第一枢转取向，通过将倾斜构件824向下旋转到所示的角度(在图14的视点中围绕轴线826顺时针)、将第二臂部804以自由度822朝向基部支撑件802并远离用户850线性平移到所示的位置并且将第二基部部分814向下(例如，朝向地面)线性平移到所示的位置而将显示单元806移动到第七枢转取向。
图15和16分别是根据一些实施方式的用于显示系统的示例基部支撑件1500的透视图和侧视图。例如，基部支撑件1500可以用作显示系统300的基部支撑件302(图3-图5)、显示系统600的基部支撑件602(图6)或显示系统700的基部支撑件702(图7)。
基部支撑件1500包括可伸缩的第一基部部分1502和第二基部部分1504。第一基部部分1502是耦接到地面(例如，地板或其他支撑表面)的细长构件，并且包括中空内部。第二基部部分1504是定位在第一基部部分1502的内部中的细长构件，使得它与第一基部部分1502可滑动地接合。在一些实施方式中，第二基部部分1504可以包括由第一基部部分1502的配合部分接合的纵向(例如，竖直)凹槽，或反之亦然，以提供第一和第二基部部分的滑动接合的稳定性。
驱动机构向第二基部部分1504施加力以移动该部分。驱动机构包括一个或多个致动器，以使第二基部部分1504在第一基部部分1502内以自由度1506线性地平移。在该示例中，驱动机构包括滚珠丝杠传动装置，以将力从致动器传递到第二基部部分1504。致动器可以是旋转马达1508，其刚性地耦接到第一基部部分1502的一端，例如，耦接到接地支撑件的端部。马达1508具有耦接到滚珠丝杠1510的第一端的旋转轴，滚珠丝杠1510延伸通过第一基部部分1502的内部部分并且通过第二基部部分1504的内部部分。滚珠丝杠1510是与滚珠丝杠螺母1512的螺纹孔接合的螺纹构件。滚珠螺母1512刚性地耦接到第二基部部分1504。在一些实施方式中，滚珠丝杠1510可以在其第二端处可旋转地耦接到支撑轴承1514，其中支撑轴承1514刚性地耦接到第二基部部分1504。例如，支撑轴承1514可以使滚珠丝杠1510沿着平行于滚珠丝杠1510通过滚珠丝杠螺母1512的中心轴线对准。在一些实施方式中，不使用支撑轴承1514。
在操作中，马达1508在其可旋转轴上输出力以引起滚珠丝杠1510旋转。滚珠丝杠1510的旋转引起滚珠丝杠螺母1512和支撑轴承1514沿着滚珠丝杠1510的纵向轴线线性移动。滚珠丝杠螺母1512的移动受滚珠丝杠1510并受第一基部部分1502和第二基部部分1504的滑动接合的约束。滚珠螺母1512的线性运动使第二基部部分1504以自由度1506线性地移动。滚珠丝杠传动装置因此将来自马达1508的旋转力转换成施加到第二基部部分1504的线性力。在一些实施方式中，马达1508可以耦接到诸如旋转编码器的传感器，该传感器确定马达轴和滚珠丝杠1510的旋转取向，该旋转取向可以被转换为第二基部部分1504相对于第一基部部分1502的线性位置。
马达1508可以是与本文中针对其他实施方式所描述的类似的各种类型的致动器中的任一种。例如，可以使用主动致动器，例如马达(例如，DC马达)、音圈或其他类型的主动致动器。可以使用来自例如远程操作系统或其他系统的控制电路的控制信号来控制马达1508。一个或多个传感器可以耦接到图15的部件中的一个或多个，其可操作为检测第二基部部分1504相对于第一基部部分1502的平移和/或位置。例如，在一些实施方式中，除了耦接到马达1508的旋转编码器之外或代替耦接到马达1508的旋转编码器，线性传感器可以耦接到第一基部部分1502和/或第二基部部分1504，以感测第二基部部分1504相对于第一基部部分1502的线性运动。传感器可以将描述感测到的位置、取向或运动的信号发送到一个或多个控制电路，例如，远程操作系统100的控制系统。在一些模式或实施方式中，控制电路可以向操纵器系统提供指示感测到的位置、取向或运动的控制信号。传感器可以是各种类型的传感器中的任一种，例如磁性传感器(例如，磁性增量线性位置传感器、霍尔效应传感器等)、光学传感器、编码器、电阻传感器等。
在一些实施方式中，附加驱动机构可以被提供在基部支撑件1500上并耦接到人体工程学支撑件(例如图2的人体工程学支撑件214)，以提供力来引起人体工程学支撑件的线性上下运动并针对支撑高度适应特定用户偏好。在一些示例中，附加驱动机构可以安装到基部支撑件1500的外侧，而用于第二基部部分1504的驱动机构可以被提供在基部支撑件302的内侧上，如图所示。例如，附加驱动机构可以使用与上面描述的类似的致动器和滚珠丝杠机构、和/或不同的驱动机构。
图17和18分别是根据一些实施方式的用于显示系统的示例臂支撑件1700的透视图和侧视图。例如，臂支撑件1700可以用作显示系统300的臂支撑件304(图3-图5)、显示系统600的臂支撑件604(图6)或显示系统700的臂支撑件704(图7)。
臂支撑件1700包括可伸缩的第一臂部分1702和第二臂部分1704。第一臂部分1702是具有中空内部的细长构件，并且在一些实施方式中，可以耦接到基部支撑件，例如第二基部部分314、614或714、或图15的第二基部部分1504。第二臂部分1704是定位在第一臂部分1702的内部中的细长构件，使得它与第一臂部分1702可滑动地接合。在一些实施方式中，第二臂部分1704可以包括由第一臂部分1702的配合部分接合的纵向(例如，水平)凹槽，或反之亦然，以提供第一和第二臂部分的滑动接合的稳定性。
第二臂部分1704由一个或多个致动器驱动，以在第一臂部分1702内以自由度1706线性地平移。在该示例中，滚珠丝杠传动装置用于将力从致动器传递到第二臂部分1704。致动器可以是旋转马达1708，其刚性地耦接到第一臂部分1702的一端(例如，耦接到接地支撑件的端部)。马达1708具有耦接到滚珠丝杠1710的第一端的旋转轴，滚珠丝杠1710延伸通过第一臂部分1702的内部部分并且通过第二基部部分1704的内部部分。滚珠丝杠1710是与滚珠丝杠螺母1712的螺纹孔接合的螺纹构件。滚珠丝杠螺母1712刚性地耦接到第二臂部分1704。在一些实施方式中，滚珠丝杠1710可以在其第二端处可旋转地耦接到支撑件1714，并且支撑件1714刚性地耦接到第二臂部分1704并使滚珠丝杠1710沿着平行于滚珠丝杠1710通过滚珠丝杠螺母1712的中心轴线对准。在一些实施方式中，不使用支撑轴承1714。
在操作中，马达1708在其可旋转轴上输出力以引起滚珠丝杠1710旋转。滚珠丝杠1710的旋转引起滚珠丝杠螺母1712沿着滚珠丝杠1710的纵向轴线线性地移动。滚珠丝杠螺母1712的移动受滚珠丝杠1710并且受第一臂部分1702和第二臂部分1704的滑动接合的约束。滚珠丝杠螺母1712的线性运动使第二臂部分1704以自由度1706线性地移动。滚珠丝杠传动装置因此将来自马达1708的旋转力转换成施加到第二臂部分1704的线性力。在一些实施方式中，马达1708可以耦接到诸如旋转编码器的传感器，该传感器确定马达轴和滚珠丝杠1710的旋转取向，该旋转取向可以转换为第二臂部分1704相对于第一臂部分1702的线性位置。
马达1708可以是与本文中针对其他实施方式所描述的类似的各种类型的致动器中的任一种，例如主动致动器，诸如马达(例如DC马达)、音圈或其他类型的主动致动器。可以使用来自例如远程操作系统或其他系统的控制电路的控制信号来控制马达1708。一个或多个传感器可以耦接到图17的部件中的一个或多个，其可操作为检测第二臂部分1704相对于第一臂部分1702的平移和/或位置。例如，在一些实施方式中，除了耦接到马达1708的旋转编码器之外或代替耦接到马达1708的旋转编码器，线性传感器可以耦接到第一臂部分1702和/或第二臂部分1704，以感测第二臂部分1704相对于第一臂部分1702的线性运动。传感器可以将描述感测到的位置、取向或运动的信号发送到一个或多个控制电路，例如，远程操作系统100的控制电路。在一些模式或实施方式中，控制电路可以向操纵器系统提供指示感测到的位置、取向或运动的控制信号。传感器可以是各种类型的传感器中的任一种，例如磁性传感器(例如，磁性增量线性位置传感器、霍尔效应传感器等)、光学传感器、编码器、电阻传感器等。
图19、20和21分别是根据一些实施方式的示例倾斜机构1900的侧视图、前视图和透视图。
倾斜机构1900包括倾斜构件1902和倾斜驱动机构1904。例如，倾斜构件1902可以用作显示系统300的倾斜构件324(图3-图5)、显示系统600的倾斜构件624(图6)或显示系统700的倾斜构件724(图7)。例如，显示单元(诸如显示单元306(图3)、显示单元606(图6)或显示单元706(图7))可以与上面描述的类似地耦接到倾斜构件1902。例如，显示单元可以耦接在倾斜构件1902的部分1905处，其示例参考图22进行描述。
倾斜构件1902可旋转地耦接到支撑件1906。在一些示例中，支撑件1906可以是臂支撑件的一部分(例如，远侧部分)或耦接到臂支撑件，诸如上面描述的第二臂部分320、620、720或1704。倾斜构件1902可以围绕倾斜轴线1908旋转，倾斜轴线1908例如可以是上面描述的倾斜轴线326、626或726。
倾斜驱动机构1904可以包括一个或多个致动器，以驱动倾斜构件1902围绕倾斜轴线1908到特定取向的旋转。在该示例中，马达1910包括从动轴1911，从动轴1911刚性地耦接到倾斜构件1902的延伸部分1912和/或1913。马达1910具有刚性地耦接到支撑件1906的壳体。当轴1911被马达1910旋转时，倾斜构件1902围绕倾斜轴线1908旋转。在一些实施方式中，马达1910的从动轴1911可以耦接到倾斜构件1902的第一延伸部分1912和第二延伸部分1913两者，或从动轴可以耦接到第一延伸部分1912和第二延伸部分1913中的一个。在一些实施方式中，倾斜构件1902包括单个延伸部分1912或1913。
马达1910可以是各种类型的致动器(例如主动致动器，诸如马达(例如DC马达)、音圈或其他类型的主动致动器)中的任一种。可以使用来自例如远程操作系统或其他系统的控制电路的控制信号来控制马达1910。
在一些实施方式中，马达1910耦接到驱动传动装置1914，该驱动传动装置1914可以提供马达轴的输出旋转的齿轮传动，以增加或减少所连接的倾斜构件1902的旋转量，而不是倾斜构件1902直接旋转与马达轴1911相同的量。驱动传动装置1914包括刚性地耦接到倾斜构件1902的延伸构件1912的轴1915。例如，驱动传动装置1914可以提供齿轮传动，使得驱动轴1911的完整旋转提供轴1915的部分旋转，从而引起倾斜构件1902的部分旋转。在一些示例中，驱动传动装置1914是谐波驱动机构。在一些实施方式中，可以使用不同的驱动传动装置，例如，绞盘驱动机构、机械齿轮等。
一个或多个传感器可以耦接到倾斜机构1902的部件中的一个或多个，其可操作为检测倾斜构件1902围绕轴线1908的旋转。例如，在一些实施方式中，传感器1916(例如，旋转编码器)耦接到马达1910的轴1911并确定轴1911的旋转取向，使得可以确定倾斜构件1902围绕轴线1908的旋转取向(例如，考虑由驱动传动装置1914提供的旋转减小)。在一些实施方式中，传感器可以耦接到倾斜机构1900的其他部件，以感测倾斜构件1902围绕轴线1908的旋转取向。(一个或多个)传感器可以将描述感测到的位置、取向或运动的信号发送到一个或多个控制电路，例如，远程操作系统100的控制系统。在一些模式或实施方式中，控制电路可以向操纵器系统提供指示感测到的位置、取向或运动的控制信号。传感器可以是各种类型的传感器中的任一种，例如，旋转编码器、磁传感器(例如，磁增量线性位置传感器、霍尔效应传感器等)、光学传感器、编码器、电阻传感器等。
图22是根据一些实施方式的示例显示单元机构2200的透视图。显示单元机构2200将显示单元2202耦接到倾斜构件2204。例如，显示单元2202可分别为图3-图5、6或7的显示单元306、606或706。在另一示例中，倾斜构件2204可以是图3、6或7的倾斜构件324、624或724，或图19-21的倾斜构件1902。
显示单元机构2200包括旋转机构，该旋转机构将显示单元2202旋转地耦接到倾斜构件2204，并允许显示单元2202相对于倾斜构件2204围绕轴线2206枢转。在该示例中，轴线2206可以垂直于倾斜构件2204围绕其旋转的轴线2208。例如，轴线2206可以是上面分别在图3、6或7中描述的轴线330、630或730，并且轴线2208可以是图19-21的轴线1908、或分别在图3、6或7中的倾斜轴线326、626或726。
在该示例中，旋转机构是包括弧形轨道支承件的轨道机构，该弧形轨道支承件包括弧形轨道2210和凹槽构件2212。弧形轨道2210刚性地耦接到显示单元2202并且与凹槽构件2212中的凹槽或孔可滑动地接合，凹槽构件2212耦接到倾斜构件2204或是倾斜构件2204的一部分。弧形轨道2210的曲率允许显示单元2202通过沿着弧形轨道2210的长度在凹槽构件2212的凹槽内滑动弧形轨道2210而围绕轴线2206枢转。在一些其他实施方式中，弧形轨道可以耦接到倾斜构件2204，并且凹槽构件(或可滑动配合的弧形导轨)可以耦接到显示单元2202，其中凹槽构件与显示单元2202一起沿着弧形轨道的长度围绕轴线2206旋转。
显示单元机构2200包括向显示单元2202输出力并围绕轴线2206驱动显示单元2202的驱动机构。在该示例中，驱动机构包括绞盘卷筒2216，在一些实施方式中，绞盘卷筒2216刚性地耦接到弧形轨道2210(或在一些实施方式中，可以被包括作为弧形轨道2210的一体部分)。驱动机构包括马达2218，马达2218具有刚性地耦接到倾斜构件2204的壳体。马达2218可以是各种类型的致动器中的任一种，例如主动致动器，诸如马达(例如，DC马达)、音圈或其他类型的主动致动器。可以使用来自例如远程操作系统或其他系统的控制电路的控制信号来控制马达2218。
马达2218的旋转轴围绕旋转轴线2220旋转，旋转轴线2220例如可以平行于显示单元2202围绕其旋转的轴线2206。马达2218的轴刚性地耦接到绞盘滑轮2222并且使绞盘滑轮2222围绕轴线2220旋转。在一些实施方式中，绞盘滑轮2222通过线缆2224耦接到绞盘卷筒2216。例如，线缆2224的第一端可以附接到绞盘卷筒2216的第一端2226，沿着绞盘卷筒2216的侧表面行进，缠绕在绞盘滑轮2222周围，并且沿着绞盘卷筒2216的表面行进到线缆的第二端附接在那里的第二端2228。在一些实施方式中，可以使用两个线缆，例如，具有附接到卷筒第一端2226的第一端和附接到绞盘滑轮2222的第二端的第一线缆以及具有附接到卷筒第二端2228的第一端和附接到绞盘滑轮2222的第二端的第二线缆，所述两个线缆沿着绞盘卷筒2216的侧表面行进。
在操作中，控制马达2218以使其轴围绕轴线2220旋转，从而引起绞盘滑轮2222的旋转。绞盘滑轮2222的旋转经由(一个或多个)线缆2224围绕绞盘滑轮2222的卷绕和退绕而引起(一个或多个)线缆2224的移动。(一个或多个)线缆2224的移动引起显示单元2202如由凹槽构件2212的凹槽或孔中的弧形轨道2210所引导的那样围绕轴线2206旋转。
在一些实施方式中，可以提供制动器以例如在显示系统的停用期间停止显示单元2202围绕轴线2206的运动。例如，可以在移除电力时使用围绕轴线2206施加制动力的制动器以便例如在非操作期间防止显示单元2202的旋转。在各种实施方式中，制动器可以包括耦接到马达2218的轴或耦接到绞盘滑轮2222以减少或防止马达轴旋转的旋转制动器，和/或制动器可以包括线性制动器，该线性制动器定位在倾斜构件2204和显示单元2202之间和/或在倾斜构件2204和绞盘卷筒2216/弧形轨道2210之间以在这些部件的相对运动中引起摩擦。例如，制动器可以包括弹簧加载的盘式制动器。
一个或多个传感器可以耦接到显示单元机构2200的部件中的一个或多个，其可操作为检测显示单元2202围绕轴线2206的旋转。例如，在一些实施方式中，传感器2230(例如，旋转编码器)耦接到马达2218的轴并确定马达轴的旋转取向，以便检测显示单元2202围绕轴线2206的旋转取向。在一些实施方式中，传感器可以耦接到显示单元机构2200的其他部件以感测显示单元2202的旋转取向。(一个或多个)传感器可以将描述感测到的位置、取向或运动的信号发送到一个或多个控制电路，例如，远程操作系统100的控制系统。在一些模式或实施方式中，控制电路可以向操纵器系统提供指示感测到的位置、取向或运动的控制信号。传感器可以是各种类型的传感器中的任一种，例如，旋转编码器、磁传感器(例如，磁增量线性位置传感器、霍尔效应传感器等)、光学传感器、编码器、电阻传感器等。
在其他示例实施方式中，弧形轨道2210和绞盘卷筒2216可以耦接到倾斜构件2204，并且凹槽部件2212和马达2218可以耦接到显示单元2202。
图23是根据一些实施方式的显示系统2300的另一实施方式的示例的透视图，图24是根据一些实施方式的显示系统2300的另一实施方式的示例的前视图，并且图25是根据一些实施方式的显示系统2300的另一实施方式的示例的侧视图。在一些示例中，显示系统2300可以用于如针对图1和在本文中的其他地方所描述的远程操作系统的用户控制系统102中，或可以用于其他系统中或用作如上面描述的独立系统。除非另有说明，否则显示系统2300的特征可以类似于如上面描述的图3的显示系统300的那些特征。
显示系统2300包括基部支撑件2302、臂支撑件2304和显示单元2306。如下面更详细地描述的，显示单元2306通过支撑联动装置被提供有多个移动自由度，该支撑联动装置包括基部支撑件2302、耦接到基部支撑件2302的臂支撑件2304、以及包括耦接到臂支撑件2304的轨道构件和滑动构件(如下所述)的轨道机构。显示单元耦接到滑动构件。
在一些实施方式中，基部支撑件2302和臂支撑件2304可以与以上参考图3-7所描述的类似地被实施。在一些示例中，基部支撑件2302是机械接地(耦接到地面)的竖直构件。基部支撑件2302可以机械地耦接到支撑结构2310。基部支撑件2302包括第一基部部分2312和第二基部部分2314。第一基部部分2312是基部支撑件2302的近侧部分，其可以机械地接地，并且第二基部部分2314是基部支撑件2302的远侧部分，其线性地耦接到第一基部部分2312，使得第二基部部分2314可相对于第一基部部分2312以线性自由度平移。在一些示例中，第一基部部分2312和第二基部部分2314可伸缩地耦接，例如，第一基部部分2312是第一可伸缩基部部分，并且第二基部部分2314是第二可伸缩基部部分，使得部分2312或2314中的一个被配置为具有中空内部的管或套筒，部分2314或2312中的另一个延伸通过该中空内部。在图23-图25的示例中，第二基部部分2314可以以线性自由度2316线性平移通过第一基部部分2312的内部。第二基部部分2314相对于第一基部部分2312的线性平移可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，例如与上面参考图15和16所描述的类似。其他实施方式可以使用不同的配置。例如，第一基部部分2312可以延伸通过第二基部部分2314的内部，使得第二基部部分2314可以相对于第一基部部分2312线性平移。在另一些示例中，基部部分2312和2314可以沿着其竖直长度彼此相邻地定位，以允许线性平移。
臂支撑件2304是机械地耦接到基部支撑件2302的水平构件。臂支撑件2304可以包括第一臂部分2318和第二臂部分2320。第一臂部分2318是臂支撑件2304的近侧部分，其刚性地耦接到基部支撑件2302的第二基部部分2314，并且第二臂部分2320是臂支撑件2304的远侧部分，其线性地耦接到第一臂部分2318，使得第二臂部分2320可相对于第一臂部分2318以线性自由度线性平移。在一些示例中，第一臂部分2318和第二臂部分2320可伸缩地耦接，例如，第一臂部分2318是第一可伸缩臂部分，并且第二臂部分2320是第二可伸缩臂部分，使得部分2318或2320中的一个被配置为具有中空内部的管或套筒，部分2320或2318中的另一个延伸通过该中空内部。在图23-图25的示例中，第二臂部分2320可以以线性自由度2322线性平移通过第一臂部分2318的内部。第二臂部分2320相对于第一臂部分2318的线性平移可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，如关于图17和18更详细地描述的。其他实施方式可以使用不同的配置，例如，第一臂部分2318可以延伸通过第二臂部分2320的内部，使得第二臂部分2320可以相对于第一臂部分2318线性平移。在另一些示例中，臂部分2318和2320可以沿着其竖直长度彼此相邻地定位，以允许线性平移。
在一些实施方式中，第一臂部分2318和第二基部部分2314可以被认为是单件，例如，耦接在第一基部部分2312和第二臂部分2320之间的中间支撑件或中间部分。中间支撑件包括刚性地耦接到竖直的第二基部部分2314的水平的第一臂部分2318，第一臂部分2318和第二基部部分2314彼此正交地被取向。第二臂部分2320可相对于中间支撑件以自由度2322水平平移，并且中间支撑件和第二臂部分2320可相对于第一基部部分2312以自由度2316竖直平移。
在如图所示的一些示例中，臂支撑件2304沿着与竖直轴线正交的水平轴线延伸，基部支撑件2302沿着该竖直轴线延伸。在一些示例中，基部支撑件2302和臂支撑件2304在相对于彼此的取向上是固定的，例如，它们平移但不改变相对于彼此的取向。在一些示例中，臂支撑件2304沿着操作显示单元的用户上方的轴线延伸，并且延伸通过基部支撑件2302的竖直轴线延伸通过臂支撑件2302的第一臂部分2318。在另一些实施方式中，臂支撑件2304可以在其他高度和/或配置处延伸，例如，在用户的头部或身体下方、在用户的头部的高度处、在用户的背部和用户周围轭架中等。一些实施方式可以在显示系统2300中提供部件来减少显示系统2300的支撑件和构件中的振动，以为操作显示单元2306的用户提供更顺滑的体验，与针对图3-图5所描述的类似。
显示单元2306机械地耦接到臂支撑件2304。显示单元2306可以由第二基部部分2314和第二臂部分2320的线性平移提供的两个线性自由度移动。
在一些实施方式中，可以在竖直平面内提供这些线性自由度。在一些示例中，如图所示，竖直平面可以由基部支撑件2302和臂支撑件2304限定。
显示单元2306包括可以显示图像的显示装置，例如，一个或多个显示屏、投影仪或其他显示装置。在一些实施方式中，如图23-图25所示，显示单元2306包括两个视口2323，并且显示装置被提供在视口后面或被包括在视口中。在一些实施方式中，一个或多个显示屏或其他显示装置可以代替视口2323定位在显示单元2306上。
显示单元2306经由轨道构件2324和滑动构件2330连接到臂支撑件2304。在图23-图25的示例中，轨道构件2324的第一端刚性连接到第二臂部分2320的远端。轨道构件2324以弧形或弯曲构造从其第一端延伸到第二端。例如，在图23-图25的取向中，轨道构件2324的第二端低于第一端。在该示例中，轨道构件2324从轨道构件的第一端大致向下(朝向支撑结构2310)并朝向基部支撑件2302延伸。在一些实施方式中，轨道构件2324围绕中心轴线(例如，轴线2326)弯成弧形。在一些实施方式中，轨道构件2324不包括线性区段或部分。
显示单元2306耦接到滑动构件2330，并且滑动构件2330可滑动地耦接到轨道构件2324。在一些实施方式中，如图23-图25所示，滑动构件2330包括延伸通过滑动构件的孔2329(或狭槽或凹槽)，并且轨道构件2324延伸通过孔2329以允许滑动构件2330和显示单元2306沿着轨道构件的长度滑动。滑动构件2330和显示单元2306可以定位在沿着轨道构件2324的多个位置中的任何位置处。因此，轨道构件2324为显示单元2306提供了遵循轨道构件2324的弧形构造的一组位置。
在图23-图25的示例中，轨道部件2324沿着围绕轴线2326的弧形路径延伸，轴线2326是显示单元2306的倾斜轴线。在一些实施方式中，弧形轨道构件2324的半径确定倾斜轴线2326的位置。例如，倾斜轴线2326可以延伸通过与轨道部件2324相距半径距离的点，该点在至少部分地由轨道部件2324追踪的圆(或其他形状)的中心处。例如，当滑动构件2330和显示单元2306沿着轨道构件2324移动时，这些元件相对于第二臂部分2320以旋转(倾斜)自由度2327围绕倾斜轴线2326旋转地移动。在一些实施方式中，倾斜轴线2326与由基部支撑件2302和臂支撑件2304提供给显示单元2306的线性自由度正交地取向。例如，滑动构件2330可以向显示单元2306提供旋转自由度，该旋转自由度在与由基部支撑件2302和臂支撑件2304提供自由度2316和2322的竖直平面相同或平行的竖直平面中。在一些实施方式中，倾斜轴线2326正交于由自由度2316和2322限定的平面。在一些实施方式中，基部支撑件2302、臂支撑件2304和引导构件2330可以被认为是支撑联动装置，该支撑联动装置具有耦接在支撑联动装置的远端处的显示单元2306。
滑动元件2330和显示单元2306可以基于第一臂部分2314、第二臂部分2320和轨道构件2324所允许的移动而围绕限定的枢转轴线旋转。下面关于图26-31描述围绕限定的枢转轴线的这种旋转的一些示例。
在一些其他示例实施方式中，可以使用不同的机构来将显示单元2306可滑动地或可移动地耦接到轨道构件2324。例如，凸轮辊可以耦接到显示单元2306，并且轨道构件2324可以是凸轮从动件。凸轮辊接合凸轮从动件。例如，凸轮辊可以可旋转地耦接到显示单元2306，并且在一些实施方式中，具有正交于偏航轴线2332的旋转轴线。凸轮辊可以是圆柱形的，并且可以沿着凸轮从动件的弧形表面滚动，以提供围绕倾斜轴线2326的旋转运动。例如，凸轮辊可以通过凸轮从动件的壁或脊保持抵靠凸轮从动件。在一些实施方式中，凸轮从动件(轨道构件2324)可以刚性地耦接到显示单元2306，并且凸轮辊可以可旋转地耦接到倾斜构件2324，使得凸轮从动件与显示单元2306一起围绕倾斜轴线2326移动。
显示单元2306围绕倾斜轴线2326的旋转运动可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动。在一些实施方式中，旋转马达2328可以被刚性地耦接到滑动构件2330，并且马达2328的旋转轴可以耦接到绞盘滑轮(例如，类似于图22所示的绞盘滑轮2222)。线缆可以耦接在轨道构件2324的第一端和第二端之间，并且沿着轨道构件2324的面向马达2328和基部支撑件2302的一侧延伸，使得轨道构件2324用作绞盘卷筒。线缆缠绕在连接到马达轴的绞盘滑轮周围(例如，类似于关于图22描述的绞盘驱动机构)。在一些实施方式中，可以使用两个线缆代替该线缆，例如，具有附接到轨道构件2324第一端的第一端的第一端和附接到绞盘滑轮的第二端的第一线缆，以及具有附接到轨道构件2324的第二端的第一端和附接到绞盘滑轮的第二端的第二线缆，其中两个线缆沿着轨道构件2324的侧表面行进。
利用该绞盘驱动机构，可以控制马达2328以在任一方向上旋转绞盘滑轮并移动(一个或多个)线缆，该线缆沿着轨道构件2324在对应的方向上拉动显示单元2306。马达2328可以由来自控制电路(例如，控制系统)的控制信号控制，以倾斜自由度2327将显示单元2306围绕倾斜轴线2326移动到特定的取向。其他实施方式可以使用不同的驱动机构来沿着轨道构件2324移动显示单元2306。
在一些实施方式中，显示单元2306旋转地耦接到滑动构件2330，并且可以相对于滑动构件2330(并且相对于轨道构件2324、臂支撑件2304和基部支撑件2302)围绕偏航轴线2332旋转。例如，这可以是从经由视口2323查看显示单元2306的图像的用户的视点的横向或左右旋转。在图23-图25的示例中，显示单元2306通过旋转机构耦接到滑动构件2330，该旋转机构可以是轨道机构。例如，在一些实施方式中，轨道机构包括弧形轨道支承件，该弧形轨道支承件包括弧形轨道2334，并且弧形轨道2334耦接到显示单元2306，并且弧形轨道2334可滑动地接合刚性地耦接到滑动构件2330的凹槽构件，例如，与如上面针对图3和22所描述的类似地操作。这允许显示单元2306通过使弧形轨道2334移动通过凹槽构件的凹槽而以旋转(偏航)自由度2333围绕偏航轴线2332旋转。在一些实施方式中，弧形轨道耦接到滑动构件2330，并且凹槽构件耦接到显示单元2306，并且凹槽构件接合并沿着弧形轨道的长度滑动，以允许显示单元2306围绕偏航轴线2332的旋转移动。在一些实施方式中，凹槽构件可以大约与滑动构件2330的宽度一样长和/或包括弧形轨道2334滑动通过的环的至少一部分。
在一些实施方式中，弧形轨道2334是如所描述的可滑动地接合凹槽构件的弧形导轨。在一些实施方式中，可以使用不同的机构。在一些示例中，弧形轨道2334可以是与凸轮辊接合的弧形凸轮从动件。例如，凸轮辊可以可旋转地耦接到显示单元2306，并且在各种实施方式中，具有与偏航轴线2332正交或平行于偏航轴线2332的旋转轴线。例如，凸轮辊可以是圆柱形的，并且可以沿着刚性地耦接到滑动构件2330的凸轮从动件的弧形表面滚动。例如，凸轮辊可以通过凸轮从动件的壁或脊保持抵靠凸轮从动件。在一些实施方式中，凸轮从动件可以刚性地耦接到显示单元2306，并且凸轮辊可以可旋转地耦接到滑动构件2330。
弧形轨道2334和/或凹槽构件的曲率(例如，半径)被选择为在距显示单元2306的面向用户侧和/或距倾斜轴线2326的特定距离处提供偏航轴线2332。例如，偏航轴线2332可以被提供在距显示单元306的水平距离(平行于水平自由度2322)处，使得它与对应于用户的颈部中的枢转轴线的限定的(虚拟或软件限定的)颈部枢转轴线大致相交，如下所述。在一些实施方式中，限定的颈部枢转轴线可以用作用于显示单元2306的运动的参考。在所描述的实施方式中，偏航轴线2332和竖直轴线(例如，平行于自由度2316)之间的角度基于显示单元2306围绕倾斜轴线2326的取向而改变。
显示单元2306围绕偏航轴线2332的偏航运动可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动。例如，马达2340可以是刚性地耦接到滑动构件2330并且具有可旋转轴的旋转马达，该可旋转轴使用驱动传动装置在显示单元上围绕偏航轴线2332输出力。在一些示例中，驱动传动装置可以包括例如与上面参考图22描述的绞盘驱动机构类似的绞盘驱动机构。例如，马达2340的从动轴可以耦接到绞盘滑轮2342。线缆2344可以附接到绞盘卷筒2336的两端，绞盘卷筒2336刚性地耦接到弧形轨道2334，其中线缆缠绕在绞盘滑轮2342周围，或两个线缆可以附接在绞盘滑轮2342和绞盘卷筒2336的相应端部之间。马达2340旋转绞盘滑轮2342以移动(一个或多个)线缆(例如，在滑轮上卷绕和退绕(一个或多个)线缆)，从而使绞盘卷筒2336、弧形轨道2334和显示单元2306围绕偏航轴线2332旋转。在一些实施方式中，其他传动装置和/或耦接件可以用于提供显示单元2306相对于轨道构件2324和臂支撑件2304围绕偏航轴线2332的旋转运动，例如，使用与上面针对显示系统300所描述的类似的旋转接头。
显示系统2300因此为显示单元2306提供竖直线性自由度2316、水平线性自由度2322、旋转倾斜自由度2327和旋转偏航自由度2333。例如，竖直和水平自由度允许显示单元2306移动到运动范围或允许的工作空间内(例如，竖直平面内)的任何位置，并且倾斜自由度允许显示单元移动到其运动范围内(例如，竖直平面或平行竖直平面内)的特定取向。
显示系统2300的部件以这些自由度中的至少两个自由度的协同移动的组合允许显示单元2306定位在其工作空间中的各种位置和取向处，例如，围绕用户平移或旋转，以促进使用显示单元的用户的定制查看体验。显示单元2306以倾斜、水平和/或竖直自由度的运动允许显示单元2306在用户头部运动期间保持靠近用户的头部和眼睛，和/或维持用户的前额和显示单元2306之间的物理连接。
例如，显示单元2306在其工作空间中可定位(例如，可平移和/或可旋转)，使得用户的眼睛与显示单元的视口对准。另外，显示单元2306可以在物理空间中围绕与通过用户的两只眼睛的眼睛轴线相对应(例如，重合)的限定的眼睛枢转轴线旋转，以允许用户的期望竖直(例如，上下)眼睛视角。显示单元可以围绕偏航轴线2332旋转，以允许用户的期望偏航(例如，左右)视角。这些旋转允许显示单元2306被舒适地取向以便用户通过视口查看图像。
自由度还或替代地允许显示系统2300提供显示单元2306在物理空间中围绕不同的限定的枢转轴线的运动，所述不同的限定的枢转轴线可以定位在显示单元2306的工作空间中的各种位置中的任何位置。例如，系统2300可以提供显示单元2306在物理空间中的运动，该运动对应于当操作显示系统2300时用户的头部的运动。该运动可以包括围绕限定的颈部枢转轴线的旋转，该限定的颈部枢转轴线大致对应于用户的颈部处的用户的头部的颈部轴线。该旋转允许显示单元2306根据用户的头部来移动，该用户的头部例如使用与图3-图5所示的头部输入装置342类似的头部输入装置来引导显示单元2306的移动。下面描述显示单元围绕颈部枢转轴线(图26-图29)和眼睛枢转轴线(图30-31)的这种运动的一些示例。
在另一示例中，显示单元2306的运动可以包括围绕限定的前额枢转轴线的旋转，当显示单元2306如图所示的那样以围绕偏航轴线2332的居中偏航旋转取向被取向时，所述限定的前额枢转轴线大致对应于在用户的前额处延伸通过用户的头部的前额轴线。在一些实施方式中，前额枢转轴线对应于延伸通过显示单元2306的输入装置(例如，与图3-图5的头部输入装置342类似的头部输入装置)的一部分的前额轴线，其中该部分在用户的前额和输入装置之间的接触点处或附近。在一些实施方式中，限定的前额枢转轴线可以被取向成平行于倾斜轴线2326，例如，正交于线性自由度2316和2322。限定的前额枢转轴线可以替代地被定位成对应于用户的前额或显示单元的不同位置或部分。
在另一示例中，显示单元2306的运动可以包括围绕限定的手输入装置枢转轴线的旋转，该限定的手输入装置枢转轴线大致对应于延伸通过显示单元2306的一个或多个手输入控件的轴线。例如，该轴线可以延伸通过定位在显示单元2306的相对(左和右)侧上的手输入控件2340a和2340b两者的部分(例如，握把的中心)。在一些实施方式中，限定的手输入装置枢转轴线可以平行于倾斜轴线2326取向，例如，正交于线性自由度2316和2322，类似于上面描述的颈部、眼睛和前额枢转轴线。手输入装置枢转轴线替代地定位成对应于显示单元的不同位置或部分，例如，不同手输入装置的位置。例如，手输入装置枢转轴线提供旋转轴线，可以通过用户操纵手输入装置2340a和2340b和/或通过用户操纵其他用户输入装置(诸如头部输入装置342、控制输入装置210和212等)来命令显示单元2306围绕该旋转轴线旋转。
在另一示例中，显示单元2306在其工作空间中的运动可以包括例如基于以竖直线性自由度2316和水平线性自由度2322的线性平移的线性运动而没有以倾斜和/或偏航自由度2327和/或2333的旋转运动。在另一示例中，运动可以包括线性运动和旋转运动两者。例如，显示单元2306可以在其工作空间中线性地并且然后旋转地移动，和/或反之亦然。
在显示单元2306围绕限定的枢转轴线旋转期间，基部支撑件2302以竖直自由度2316的移动和/或臂支撑件2304以水平自由度2322的移动可以具有方向的变化，而在显示单元围绕限定的枢转轴线的旋转中没有方向的变化。例如，当显示单元从完全向上取向旋转到完全向下取向时，臂支撑件2304可以反转方向。因此，在一些实施方式中，当显示单元已经围绕限定的枢转轴线从第一取向旋转到第二取向时基部支撑件或臂支撑件最终处于相同的位置是可能的，其中当显示单元在这两个取向之间转变时，支撑件来回移动。
显示单元2306可以包括输入装置，以允许用户提供输入以操纵显示单元2306在空间中的取向和/或位置，和/或操纵显示系统2300和/或更大系统(例如，远程操作系统)的其他功能或部件。关于图3-图5描述了输入装置的一些示例(例如，手输入装置340和头部输入装置342)，并且这样的输入装置可以用于显示系统2300中，例如，以类似的方式被提供在显示单元2306的侧面和/或面向前的表面上。例如，手输入装置2340a和2340b可以位于显示单元2306上，类似于手输入装置340a和340b。从此类输入装置提供的用户输入可以用于与上面参考图3-14所描述的类似地控制显示单元2306和/或所显示的图像和其他部件的运动。
在显示系统的一些实施方式中，显示单元2306可围绕偏航轴线2332以自由度2333旋转，并且从显示系统2300中省略了其他自由度2316、2322和/或2327中的一个或多个。例如，显示单元2306可以(例如，通过(一个或多个)致动器和/或由用户手动地)围绕偏航轴线2332旋转，并且显示单元2306可以例如使用基部支撑件2302或其他机构手动地定位得更高和/或更低(例如，通过(一个或多个)致动器和/或由用户手动地)，并且省略了水平自由度2322和/或倾斜自由度2327。
图26-图29是根据一些实施方式的显示系统2600的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕示例限定的颈部枢转轴线的旋转。显示系统2600包括与上面描述的图23-图25的显示系统2300类似的部件。
在图26中，显示系统2600被示出为具有处于第一枢转取向的显示单元。显示系统2600包括基部支撑件2602、臂支撑件2604和显示单元2606。在该示例中，类似于上面描述的示例，基部支撑件2602包括接地的第一基部部分2612和第二基部部分2614。第二基部部分2614可以以线性自由度2616线性平移通过第一基部部分2612的内部。臂支撑件2604包括第二臂部分2620和刚性地耦接到第二基部部分2614的第一臂部分2618。第二臂部分2620可以以线性自由度2622线性平移通过第一臂部分2618的内部。
显示单元2606与上面关于图23-图25的示例中描述的类似地经由轨道构件2624和滑动构件2630耦接到第二臂部分2620。轨道构件2624刚性地耦接到第二臂部分2620。显示单元2606耦接到滑动构件2630，并且滑动构件2630可滑动地耦接到轨道构件2624。显示单元2606根据滑动构件2630沿着轨道构件2624的移动而围绕倾斜轴线2626旋转。
在图26中，显示单元2606围绕限定的颈部枢转轴线2640以第一枢转取向被取向，所述限定的颈部枢转轴线2640可以是大致水平的并且可以大致平行于倾斜轴线2626(例如，正交于由自由度2616和2622限定的平面)延伸。在示例实施方式中，颈部枢转轴线2640可以被定位成与显示单元2606的用户2650的头部或颈部相交。例如，当显示单元2606如图所示的那样以围绕偏航轴线2632的居中偏航旋转取向被取向时，颈部枢转轴线2640定位在与典型用户(诸如用户2650)的颈部的枢转轴线对准(大致对准)的位置处。颈部的枢转轴线是操作显示单元的典型用户的颈部大致枢转的位置。该位置在不同的用户(例如，不同身高、不同颈部尺寸等的用户)中可以是不同的，和/或用户可以具有关于限定的颈部枢转轴线位于何处的不同偏好，使得在一些实施方式中，从多个用户的优选枢转位置确定(例如，平均)的位置可以用于限定的颈部枢转轴线。在一些示例实施方式中，限定的颈部枢转轴线可以位于与操作显示单元的用户的颈部的特定骨骼或任何特定颈椎骨(例如，颈部的寰椎骨骼或轴线骨骼)大致对准的位置处。在另外的示例中，限定的颈部枢转轴线可以被限定为对应于用户的颈部的其他位置。
颈部枢转轴线2640是基于系统参数限定的虚拟轴线。基部支撑件2602、臂支撑件2604和滑动构件2630的移动可以提供围绕颈部枢转轴线2640的旋转。颈部枢转轴线2640可以在与图26所示的不同的位置处，如由这些部件在围绕期望的颈部枢转轴线产生旋转时的移动所限定的。一些实施方式可以允许限定的颈部枢转轴线的位置例如通过用户输入来改变，以适应特定用户的特定偏好或生理情况。在一些示例中，限定的颈部枢转轴线可以改变到限定的颈部枢转轴线平行于倾斜轴线2626的不同位置(例如，轴线正交于由自由度2616和2622限定的竖直平面的不同位置)，例如，在用户的视点中从先前位置向上、向下、向前和/或向后的新位置。在一些实施方式中，存储的简档或设置可以与特定用户相关联地存储，并且应用于由该用户使用显示系统，其中所述简档包括针对限定的颈部枢转轴线和/或限定的眼睛枢转轴线(下面描述)的优选位置，其中的任一个都可以被加载以用于系统操作。这些和其他特征(例如，引导用户确定限定的颈部枢转轴线)可以类似于关于图8描述的那些特征。
在图26所示的第一枢转取向中，例如，显示单元2606可以处于围绕颈部枢转轴线2640的水平视图取向。例如，显示单元2606相对于颈部枢转轴线2640的视图取向由线2642指示，在图26中，线2642水平延伸通过颈部枢转轴线2640。显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640的旋转通过将基部支撑件2602的部分2614、臂支撑件2604的部分2620、滑动构件2630移动到适当的位置和/或取向来实现。
图26还示出了限定的眼睛枢转轴线2660。限定的眼睛枢转轴线2660定位在与眼睛轴线相对应(例如，重合)的位置处，该眼睛轴线与典型用户(诸如当显示单元2606如图所示的那样以围绕偏航轴线2632的居中偏航旋转取向被取向时正在通过显示单元2606的视口观看的用户2650)的眼睛相交。在一些实施方式中，限定的眼睛枢转轴线大致平行于倾斜轴线2626(例如，正交于由自由度2616和2622限定的平面)延伸。当显示单元2606如图所示的那样以围绕轴线2632的居中偏航旋转取向被取向时，该限定的眼睛枢转轴线可以正交于显示单元2606的视图取向。显示单元2606相对于眼睛枢转轴线2660的视图取向由视线2662指示，在图26中，视线2662水平延伸通过眼睛枢转轴线2660。在一些实施方式中，如图所示，倾斜轴线2626位于视线2662下方。下面关于图31和32更详细地描述显示系统2600基于眼睛枢转轴线2660的移动。显示系统2600围绕显示单元2606的其他限定的枢转轴线(例如，前额枢转轴线或手输入装置轴线)的移动可以与围绕颈部和/或眼睛枢转轴线的移动被类似地实施。
在图27中，显示单元2606以围绕限定的颈部枢转轴线2640的第二枢转取向被取向，以允许用户2650的“向上”视角。角度A1是显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640的旋转的示例角度，其中角度A1是显示单元2606的水平视图取向2642与显示单元2606的颈部轴线视图取向2742之间的角度。已经通过将基部支撑件2602、臂支撑件2604和滑动构件2630移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元2606相对于图26所示的第一枢转取向围绕颈部枢转轴线2640旋转。例如，相对于图26所示的第一枢转取向，通过将滑动倾斜构件2630沿着轨道构件2624向上移动到所示的取向(在图27的视点中围绕轴线2626逆时针)、将第二臂部分2620远离基部支撑件2602并朝向用户2650线性平移到所示的位置并且将第二基部部分2614向上(例如，远离地面)线性平移到所示的位置而将显示单元2606移动到第二枢转取向。倾斜轴线2626独立于颈部枢转轴线2640，因为显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640的旋转使用围绕倾斜轴线2626的旋转以及以自由度2622和2616的线性运动(平移)。
在一些实施方式中，图27所示的视角是显示单元2606的向上(例如，如图27所示的逆时针)旋转极限。在另一些实施方式中，显示单元2606可以在达到在该方向上的旋转极限之前向上(例如，逆时针)旋转比图27所示的更大的量。
在图28中，显示单元2606以围绕限定的颈部枢转轴线2640的第三枢转取向被取向，以允许用户2650的“向下”视角。角度A2是显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640的旋转的示例角度，其中角度A2是显示单元2606的水平视图取向2642与显示单元的颈部轴线视图取向2842之间的角度。已经通过将基部支撑件2602、臂支撑件2604和滑动构件2630移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640旋转。例如，相对于图26所示的第一枢转取向，通过将滑动构件2630向下移动到所示的取向(在图28的视点中围绕轴线2626顺时针)、将第二臂部分2620以自由度2622朝向用户2650并远离基部支撑件2602线性平移到所示的位置并且将第二基部部分2614向下(例如，朝向地面)线性平移到所示的位置而将显示单元2606移动到第三枢转取向。
在图29中，显示单元2606以围绕限定的颈部枢转轴线2640的第四枢转取向被取向，以允许用户2650的进一步向下的视角。角度A3是显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640的旋转的示例角度，其中角度A3是显示单元2606的水平视图取向2642与显示单元的颈部轴线视图取向2942之间的角度。已经通过将基部支撑件2602、臂支撑件2604和滑动构件2630移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元2606围绕颈部枢转轴线2640旋转。例如，相对于图28所示的第三枢转取向，通过将滑动构件2630进一步向下移动到所示的取向(在图29的视点中围绕轴线2626顺时针)、将第二臂部分2620以自由度2622朝向用户2650并远离基部支撑件2602线性平移到所示的位置并且将第二基部部分2614向下(例如，朝向地面)线性平移到所示的位置而将显示单元2606移动到第四枢转取向。
在图26-图29所示的示例实施方式中，限定的颈部枢转轴线2640和倾斜轴线2626之间的距离在显示单元围绕限定的颈部枢转轴线2640旋转期间是固定的。
图30和图31是根据一些实施方式的图26的显示系统2600的一部分的侧视图，示出了显示单元围绕限定的眼睛枢转轴线的旋转。显示系统2600包括与上面描述的显示系统2300类似的部件。
在图30中，显示单元2606围绕限定的眼睛枢转轴线2660以第五枢转取向被取向，以允许用户2650的向上视角。角度A4是显示单元2606围绕眼睛枢转轴线2660的旋转的示例角度，其中角度A4是显示单元2606的水平眼睛轴线视图取向2662(如图26所示)与显示单元的眼睛轴线视图取向3062之间的角度。已经通过将基部支撑件2602、臂支撑件2604和滑动构件2630移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元2606相对于图26所示的第一枢转取向围绕眼睛枢转轴线2660旋转。例如，相对于图26所示的第一枢转取向，通过将滑动构件2630向上移动到所示的角度(在图30的视点中围绕轴线2626逆时针)、将第二臂部2620朝向基部支撑件2602并远离用户2650线性平移到所示的位置并且将第二基部部分2614向下(例如，朝向地面)线性平移到所示的位置(在该示例中，该移动是非常小的)而将显示单元2606移动到第五枢转取向。倾斜轴线2626独立于眼睛枢转轴线2660，因为显示单元2606围绕眼睛枢转轴线2660的旋转可以使用围绕倾斜轴线2626的旋转以及以自由度2622和2616的线性运动(平移)。
在图31中，显示单元2606围绕限定的眼睛枢转轴线2660以第六枢转取向被取向，以允许用户2650的向下视角。角度A5是显示单元2606围绕眼睛枢转轴线2660的旋转的示例角度，其中角度A5是显示单元2606的水平眼睛轴线视图取向2662与显示单元的眼睛轴线视图取向3162之间的角度。已经通过将基部支撑件2602、臂支撑件2604和滑动构件2630移动到如图所示的位置和/或取向而将显示单元2606围绕眼睛枢转轴线2660旋转。例如，相对于图26所示的第一枢转取向，通过将滑动构件2630向下移动到所示的取向(在图31的视点中围绕轴线2626顺时针)、将第二臂部2620以自由度2622远离基部支撑件2602并朝向用户2650线性平移到所示的位置并且将第二基部部分2614向上(例如，远离地面)线性平移到所示的位置而将显示单元2606移动到第六枢转取向。
在图30和图31的该示例实施方式中，眼睛枢转轴线2660在位置上靠近倾斜轴线2626。因此，围绕眼睛枢转轴线2660的旋转主要通过围绕倾斜轴线2626的旋转来提供，并且不需要第二臂部分2620和第二基部部分2614的实质移动。其他实施方式可以在眼睛枢转轴线2660和倾斜轴线2626之间具有更大的距离，并且需要第二臂部分2604和第二基部部分2614的更大的运动。
显示系统2600(和2300)可以提供显示单元围绕用户的颈部枢转轴线和/或眼睛枢转轴线的移动，类似于上面在图8-14中针对上面描述的显示系统300、600和700所示出的移动。在针对特别限定的枢转轴线的一些实施方式中，显示系统2600(和2300)可以提供这样的移动，其中臂支撑件2604和基部支撑件2602的移动部分所需的运动和/或移动范围比显示系统300、600和/或700所需的运动和/或移动范围总体上更少。在这些示例中，这是由于显示单元2606的倾斜轴线2626更靠近颈部枢转轴线2640和眼睛枢转轴线2660，从而允许显示单元2606围绕更靠近限定的颈部枢转轴线或限定的眼睛枢转轴线的倾斜轴线2626旋转。
图32是显示系统的另一实施方式3200的透视图，并且图33是根据一些实施方式的显示系统3200的一部分3201的前视图，图34是根据一些实施方式的显示系统3200的一部分3201的侧视图，图35是根据一些实施方式的显示系统3200的一部分3201的顶视图，并且图36是根据一些实施方式的显示系统3200的一部分3201的底视图。在一些示例中，显示系统3200可以用于如针对图1和在本文中的其他地方所描述的远程操作系统的用户控制系统102中，或可以用于其他系统中或用作如上面描述的独立系统。除非另有说明，否则显示系统3200的特征可以类似于如上面描述的图3的显示系统300和/或显示系统2300的那些特征。
显示系统3200包括基部支撑件3202、臂支撑件3204和显示单元3206。显示单元3206通过支撑联动装置被提供有多个移动自由度，该支撑联动装置包括基部支撑件3202和耦接到基部支撑件3202的臂支撑件3204，其中显示单元3206耦接到臂支撑件3204。在一些实施方式中，基部支撑件3202和臂支撑件3204的近侧部分(耦接到基部支撑件3202)可以与上面参考图3-7和23-25所描述的类似地被实施。
在一些示例中，基部支撑件3202是机械接地的竖直构件，与图3-7和23-25的实施方式中的类似，并且包括第一基部部分3212和第二基部部分3214。第一基部部分3212和第二基部部分3214可以线性地耦接(例如，可伸缩地耦接)并且允许第二基部部分3214相对于第一基部部分3212以线性自由度3216线性平移，其中这种平移可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，例如，与上面参考图15和16所描述的类似。其他实施方式可以使用与上面针对图3-7和23-25的实施方式所描述的类似的不同配置。
臂支撑件3204是机械地耦接到基部支撑件3202的水平构件。臂支撑件3204可以包括第一臂部分3218和第二臂部分3220。第一臂部分3218是臂支撑件3204的近侧部分，其刚性地耦接到基部支撑件3202的第二基部部分3214，并且第二臂部分3220是臂支撑件3204的远侧部分，其线性地耦接到第一臂部分3218，使得第二臂部分3220可相对于第一臂部分3218以线性自由度3222线性平移。在一些示例中，第二臂部分3220的近侧部分3224可伸缩地耦接到第一臂部分3218，例如，部分3218或3220是与图2-7和23-25的实施方式中所描述的类似的可伸缩部分。在图32-36的示例中，第二臂部分3220的近侧部分3224可以以线性自由度3222线性平移通过第一臂部分3218的内部。第二臂部分3220相对于第一臂部分3218的线性平移可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动，其一些示例关于图17和18进行描述。其他实施方式可以使用与上面针对图3-7和23-25的实施方式所描述的类似的不同配置。在一些实施方式中，第一臂部分3218和第二基部部分3214可以被认为是单件，例如，耦接在第一基部部分3212和第二臂部分3220之间的中间支撑件或中间部分，与上面描述的类似。
在如图所示的一些示例中，臂支撑件3204沿着与竖直轴线正交的水平轴线延伸，基部支撑件3202沿着该竖直轴线延伸。在一些示例中，基部支撑件3202和臂支撑件3204在相对于彼此的取向上是固定的，例如，它们平移但不改变相对于彼此的取向。在一些示例中，延伸通过基部支撑件3202的竖直轴线延伸通过臂支撑件3204的第一臂部分3218。在各种实施方式中，臂支撑件3204可以在各种高度和/或配置处延伸，例如，在用户的头部或身体下方、在用户的头部的高度处、在用户的头部上方等。一些实施方式可以在显示系统3200中提供部件来减少显示系统3200的支撑件和构件中的振动，与针对图3-图5所描述的类似。
第二臂部分3220包括如上所述的那样耦接到第一臂部分3202的近侧部分3224和刚性地耦接到近侧部分3224的轭架部分3226。在所描述的实施方式中，轭架部分3226包括两个轭架构件3228a和3228b(统称为3228)，两个轭架构件3228a和3228b在与由近侧部分3224和基部构件3202限定的平面正交的水平面内延伸。轭架构件3228从近侧部分3224在大致相反的方向上并且然后在平行于近侧部分3224的平行方向上延伸，形成如图所示的大致U形。在另一些实施方式中，轭架构件可以在各种方向上(例如，以近似V形形状或其他形状)延伸。
显示单元3206包括可以与针对图3-7和/或图23-图25的实施方式所描述的类似的显示装置。显示单元3206旋转地耦接到臂支撑件3204。在这些实施方式中，显示单元3206定位在轭架构件3228的远端之间并且旋转地耦接到轭架构件3228的远端。在该示例中，显示单元3206耦接到横梁3244，横梁3244可旋转地耦接到轭架构件3228。例如，横梁3244的轴3229a可旋转地耦接到轭架构件3228a，并且横梁3244的轴3229b可旋转地耦接到轭架构件3228b。当横梁3244旋转时，显示单元3206与横梁一起旋转。在一些实施方式中，例如，如果未为显示单元3206实施偏航运动，轴3229可以在不使用横梁3244的情况下刚性地耦接到显示单元3206。
显示单元3206可相对于臂支撑件3204和基部支撑件3202围绕倾斜轴线3230以旋转(倾斜)自由度3232旋转。倾斜轴线3230延伸通过轭架构件3228的远端，并且例如可以与轴3229a和3229b的长度对准或平行。在一些实施方式中，倾斜轴线3230正交于由基部支撑件3202和臂支撑件3204提供给显示单元3206的线性自由度3216和3222限定的平面被取向。例如，倾斜自由度3232可以被提供在与由基部支撑件3202和臂支撑件3204提供自由度3216和3222的竖直平面相同或平行的竖直平面中。在一些实施方式中，基部支撑件3202和臂支撑件3204可以被认为是支撑联动装置，该支撑联动装置具有耦接在支撑联动装置的远端处的显示单元3206。
显示单元3206可以由第二基部部分3214和第二臂部分3220的线性平移提供的两个线性自由度移动。例如，可以在竖直平面内提供这些线性自由度。在一些示例中，如图所示，竖直平面可以由基部支撑件3202和臂支撑件3204的近侧部分3224限定。
显示单元3206可以基于由第一臂部分3214和第二臂部分3220提供的平移并且通过由显示单元3206到轭架部分3226的旋转耦接所允许的围绕倾斜轴线3230的旋转而围绕限定的枢转轴线旋转。围绕限定的枢转轴线的旋转可以类似于上面针对图3-7和23-25的实施方式描述的这种旋转，并且关于图39进一步描述。
显示单元3206围绕倾斜轴线3230的旋转运动可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动。在一些实施方式中，旋转马达3236(在图33、35和36中以虚线示出)可以刚性地耦接到轭架构件3228中的一个(或相应的马达耦接到每个轭架构件3228)，并且马达3236的旋转轴可以耦接到横梁3244(例如，轴3229中的一个)，横梁3244耦接到显示单元3206。在一些实施方式中，驱动机构可以耦接到马达3236，例如齿轮机构或与图22所示的绞盘机构类似的绞盘机构。在示例绞盘机构中，绞盘卷筒耦接到从动轴3229(或横梁3244上的其他地方)，并且绞盘滑轮耦接到马达3236的轴，其中一个或多个线缆耦接在卷筒和滑轮之间。马达3236可以由来自控制电路(例如，控制系统)的控制信号控制，以使横梁3244和显示单元3206围绕倾斜轴线3230以倾斜自由度3232移动到特定的取向。
在一些实施方式中，显示单元3206另外可旋转地耦接到臂支撑件3204的轭架部分3226以允许显示单元3606相对于臂支撑件3204和基部支撑件3202以偏航自由度3242围绕偏航轴线3240旋转。例如，这可以是从例如经由视口查看显示单元3206的图像的用户的视点的横向或左右旋转。在图32-36的示例中，显示单元3206通过旋转机构耦接到轭架部分3226，该旋转机构可以是轨道机构。在一些实施方式中，轨道机构可以类似于上面在提供偏航轴线移动的实施方式中描述的轨道机构。例如，轨道机构可以包括横梁3244和弧形轨道支承件，该弧形轨道支承件包括弧形轨道3246。弧形轨道3246可滑动地接合凹槽构件3248，例如，与上面针对图3和22所描述的类似地操作。显示单元3206沿着受弧形轨道3246约束的弧形路径移动，从而引起显示单元3206以旋转自由度3242围绕偏航轴线3240旋转。下面关于图37和图38描述附加示例。例如，弧形轨道3246可以刚性地耦接到横梁3244(其相对于偏航自由度刚性地耦接到轭架部分3226)，并且凹槽构件3248可以刚性地耦接到显示单元3206。替代地，凹槽构件可以刚性地耦接到横梁3244，并且弧形轨道可以刚性地耦接到显示单元3206。在一些实施方式中，可以沿着弧形轨道3246的长度提供附加的凹槽构件。
在一些实施方式中，可以使用不同的机构来提供显示单元3206围绕偏航轴线3240的旋转。在一些示例中，弧形轨道3246可以是与凸轮辊接合的弧形凸轮从动件，与上面针对图3-图5和/或23-25中的偏航移动实施方式所描述的类似。
弧形轨道3246和/或凹槽构件3248的曲率(例如，半径)被选择为在距显示单元3206的面向用户侧和/或距倾斜轴线3230的特定距离处提供偏航轴线3240。例如，偏航轴线3240可以被提供在距显示单元3206的水平距离(平行于水平自由度3222)处，使得它与对应于用户的颈部中的枢转轴线的限定的(虚拟或软件限定的)颈部枢转轴线大致相交，如下所述。在一些实施方式中，限定的颈部枢转轴线可以用作用于显示单元3206的运动的参考。在所描述的实施方式中，偏航轴线3240和竖直轴线(例如，平行于自由度3216)之间的角度基于显示单元3206围绕倾斜轴线3230的取向而改变。
显示单元3206围绕偏航轴线3240的偏航运动可以由一个或多个致动器(例如，马达)驱动。例如，旋转马达(未示出)可以刚性地耦接到显示单元3206，并且可以包括可旋转轴，该可旋转轴使用驱动传动装置(例如，绞盘驱动机构、齿轮机构等)在显示单元3206上围绕偏航轴线3240输出力。在一些示例中，驱动传动装置可以包括例如与上面参考图22描述的绞盘驱动机构类似的绞盘驱动机构。例如，马达的从动轴可以耦接到绞盘滑轮，并且线缆可以附接到绞盘卷筒的两端，该绞盘卷筒刚性地耦接到弧形轨道3246，其中线缆缠绕在绞盘滑轮周围(或两个线缆可以附接在绞盘滑轮和绞盘卷筒的相应端部之间)。马达旋转绞盘滑轮以移动(一个或多个)线缆(例如，在滑轮上卷绕和退绕(一个或多个)线缆)，从而使绞盘卷筒、弧形轨道3246和显示单元3206围绕偏航轴线3240旋转。在一些实施方式中，马达和/或驱动传动装置可至少部分地位于显示单元3206的壳体内。例如，绞盘卷筒可以定位在轨道构件3244或横梁3244的与用户位置相对的一侧上，并且绞盘滑轮可以远离用户位置放置在绞盘卷筒附近。在一些实施方式中，其他传动装置和/或耦接件可以用于提供显示单元3206相对于轨道构件3244和臂支撑件3204围绕偏航轴线3240的旋转运动。
显示系统3200因此为显示单元3206提供竖直线性自由度3216、水平线性自由度3222、旋转倾斜自由度3232和旋转偏航自由度3242。例如，竖直和水平自由度允许显示单元3206移动到运动范围或允许的工作空间内(例如，竖直平面内)的任何位置，并且倾斜自由度允许显示单元移动到其运动范围内(例如，竖直平面或平行竖直平面内)的特定取向。
显示系统3200的部件以这些自由度中的至少两个自由度的协同移动的组合允许显示单元3206定位在其工作空间中的各种位置和取向处，例如，围绕用户平移或旋转，以促进用户的定制查看体验，与上面针对图3-7和/或23-25的实施方式所描述的类似。此外，显示单元3206的自由度还或替代地允许显示系统3200提供显示单元3206在物理空间中围绕限定的枢转轴线的运动，所述限定的枢转轴线可以定位在显示单元2306的工作空间中的各种位置中的任何位置，与上面描述的类似，例如，眼睛枢转轴线、前额枢转轴线、颈部枢转轴线等。
显示单元3206可以包括输入装置，以允许用户提供输入以操纵显示单元3206在空间中的取向和/或位置，和/或操纵显示系统3200和/或更大系统(例如，远程操作系统)的其他功能或部件。关于图3-图5描述了输入装置的一些示例(例如，手输入装置340和头部输入装置342)，并且这样的输入装置可以用于显示系统3200中，例如，以类似的方式被提供在显示单元3206的侧面和/或面向前的表面上。从此类输入装置提供的用户输入可以用于与上面参考图3-14所描述的类似地控制显示单元3206和/或所显示的图像和其他部件的运动。
在显示系统的一些实施方式中，显示单元3206可围绕偏航轴线3240以自由度3242旋转，并且从显示系统3200中省略了其他自由度3216、3222和/或3232中的一个或多个。例如，显示单元3206可以围绕偏航轴线3240旋转(例如，通过(一个或多个)致动器和/或由用户手动地)，并且显示单元3206可以例如使用基部支撑件3202或其他机构手动地定位得更高和/或更低(例如，通过(一个或多个)致动器和/或由用户手动地)，其中省略了水平自由度3222和/或倾斜自由度3232。
图37和图38是图32所示的显示系统3200的部分3201的透视图。示出了轭架部分3226和显示单元3206的底部的透视图。
在图37中，显示单元3206被示出为处于围绕偏航轴线3240的居中偏航取向。例如，凹槽构件3248刚性地耦接到显示单元3206并且沿着轨道构件3246的弧形长度居中。
在图38中，显示单元3206被示出为处于相对于图37改变的围绕偏航轴线3240的取向。例如，凹槽构件3248已经沿着轨道构件3246移动，从而引起显示构件3206向左移动，例如，如果从显示单元306的底部查看，则围绕偏航轴线3240顺时针移动。如图所示，轨道构件3246可以具有弧形长度，该弧形长度为显示构件3206提供在轭架构件3228之间的空间内的有限旋转范围，使得显示构件3206可以围绕偏航轴线3240旋转而不冲击或接触轭架构件3228。例如，为了实现这种有限的旋转偏航范围，弧形轨道可以延伸穿过(或被提供为)横梁3244的中心部分。在该示例中，弧形轨道不延伸到中心部分的外部，从而防止凹槽构件3248移动到该中心部分的外部。在一些实施方式中，止动件可以定位在轨道构件3246的端部处，以防止凹槽构件3248移动超过轨道构件3246的长度。
图39是根据一些实施方式的图32的显示系统3200的部分3201的侧视图，示出了由用户使用的显示单元的旋转。在图39中，显示单元3206处于围绕限定的颈部枢转轴线3902的枢转取向，该限定的颈部枢转轴线3902可以是大致水平的并且可以大致平行于倾斜轴线3230延伸，例如，正交于由自由度3216和3222限定的平面。在示例实施方式中，颈部枢转轴线3230可以被定位成与显示单元3206的用户3950的头部或颈部相交。例如，颈部枢转轴线3902可以类似于上面描述的颈部枢转轴线840或2640。基部支撑件3202、臂支撑件3204和显示单元3206围绕倾斜轴线3230的移动可以提供围绕颈部枢转轴线3902的旋转。颈部枢转轴线3920可以在与图39所示的不同的位置处，如由这些部件在围绕期望的颈部枢转轴线产生旋转时的移动所限定的。这些和其他特征(例如，引导用户确定限定的颈部枢转轴线)可以类似于关于图8描述的那些特征。
显示单元3206相对于颈部枢转轴线3902的视图取向由线3904指示，在图39中，线3904延伸通过颈部枢转轴线3902，并且在该示例中被取向为提供相对于水平线3905的向下角度。显示单元3206围绕颈部枢转轴线3902的旋转通过将基部支撑件2602的部分3214、臂支撑件2604的部分3220和显示单元3206移动到适当的位置和/或取向来实现。该移动原则上可以类似于关于图6-11和/或26-29描述的移动，但是由于倾斜轴线3230的不同位置，一个或多个移动方向和幅度可以不同。
图39还示出了限定的眼睛枢转轴线3906。限定的眼睛枢转轴线3906定位在与眼睛轴线相对应(例如，重合)的位置处，该眼睛轴线与典型用户(诸如当显示单元3206如图所示的那样以围绕偏航轴线3240的居中偏航旋转取向被取向时正在通过显示单元3206的视口或在显示装置处观看的用户3950)的眼睛相交。在一些实施方式中，限定的眼睛枢转轴线大致平行于倾斜轴线3230(例如，正交于由自由度3216和3222限定的平面)延伸。当显示单元3206如图所示的那样以围绕偏航轴线3240的居中偏航旋转取向被取向时，该限定的眼睛枢转轴线可以正交于显示单元3206的视图取向。显示单元3206相对于眼睛枢转轴线3906的视图取向由视线3908指示，在图26中，视线3908延伸通过眼睛枢转轴线3906，并且在该示例中被取向为提供相对于水平视线3907的向下视角。显示单元3906围绕限定的眼睛枢转轴线3906的移动原则上可以类似于关于图12-14和/或30-31描述的移动，但是由于倾斜轴线3230的不同位置，一个或多个移动方向和幅度可以不同。显示系统3200围绕显示单元3206的其他限定的枢转轴线(例如，前额枢转轴线或手输入装置轴线)的移动可以与围绕颈部和/或眼睛枢转轴线的移动类似地被实施。
显示系统3200可以将倾斜轴线3230定位成比在其他实施方式(例如，诸如图3-7的显示系统300、600和700的实施方式)中更靠近一些限定的枢转轴线。在用于特别限定的枢转轴线的一些实施方式中，显示系统3200可以提供显示单元3206的移动，其中臂支撑件3204和基部支撑件3202的移动部分所需的运动和/或移动范围比显示系统300、600和/或700所需的运动和/或移动范围总体上更少。在这些示例中，这是由于显示单元3206的倾斜轴线3230更靠近颈部枢转轴线3240和眼睛枢转轴线3260，从而允许显示单元3206围绕更靠近限定的颈部枢转轴线或限定的眼睛枢转轴线的倾斜轴线3226旋转。
图40是可以在本文描述的一个或多个实施方式中使用的控制输入装置的示例装置部分4000的透视图。在一些实施方式中，装置部分4000可以用作如上面参考图1和2所描述的控制输入装置210或212的一部分，其可以与本文描述的各种显示系统实施方式中的任一种一起使用。在一些实施方式中，装置部分4000包括一个或多个万向节机构。
在一些实施方式中，装置部分4000可以是机械接地的控制器。例如，装置部分4000可以耦接到机械联动装置，该机械联动装置耦接到地面或连接到地面的物体，从而为装置部分4000的使用提供稳定的平台。
装置部分4000包括手柄4002，手柄4002由用户接触以操纵控制输入装置。在该示例中，手柄4002包括两个握把，每个握把包括手指环4004和握把构件4006(握把构件4006a和4006b)。两个握把构件4006定位在手柄4002的中心部分4003的相对侧上，其中握把构件4006可以被使用者的手指抓住、保持或以其他方式接触。每个手指环4004附接到相应的握把构件4006，并且可以用于将用户的手指固定到相关联的握把构件4006。手指接触部4005可以连接或形成在握把构件4006a和4006b的未连接端部处，以提供接触用户手指的表面。
每个握把构件4006和手指环4004可以以相关联的自由度4008(例如，4008a和4008b)移动。在一些示例中，握把构件4006a和4006b均在相应的旋转耦接件处耦接到手柄4002的中心部分4003，从而允许握把构件分别相对于中心部分4003围绕握把轴线4007a和4007b的旋转移动。每个握把构件4006a和4006b可以例如通过用户接触握把构件而分别以相关联的围绕轴线4007a的自由度4008a和围绕轴线4007b的自由度4008b移动。例如，在一些实施方式中，握把构件4006a和4006b可以以夹钳型移动(例如，朝向或远离彼此)同时移动。在各种实施方式中，可以提供单个握把构件4006和手指环4004，或握把构件4006中的仅一个可以以自由度4008移动，而另一个握把构件4006可以相对于手柄4002固定。例如，握把构件4006a和4006b在其自由度上的取向可以控制端部执行器或其他操纵器器械的对应旋转取向。一个或多个握把传感器(未示出)可以耦接到手柄4002和/或装置部分4000的其他部件，并且可以检测握把构件4006a和4006b在其自由度4008上的取向。一些实施方式可以提供以自由度4008在握把构件4006上输出主动力的一个或多个主动致动器(例如，马达、音圈等)、或在手柄4002的握把构件4006和中心部分4003之间的在握把的方向上提供阻力的被动致动器(例如，制动器)或弹簧。
手柄4002还被提供有围绕限定在手柄4002的第一端和第二端之间的滚动轴线4012的旋转自由度4010。在该示例中，滚动轴线4012是大致沿着手柄4002的中心部分4003的中心延伸的纵向轴线。例如，用户可以使握把构件4006和中心部分4003作为单个单元相对于控制器部分300的基部(诸如壳体4009)围绕轴线4012旋转，以提供对操纵器系统部件的控制。一个或多个控制输入传感器(未示出)可以耦接到手柄4002，以检测手柄4002在旋转自由度4010上的取向。一些实施方式可以提供以旋转自由度4010在手柄4002上输出力的一个或多个致动器。
所提供的传感器可以向一个或多个控制电路(例如，远程操作系统100的控制系统)发送描述感测到的位置、取向和/或运动的信号。在一些模式或实施方式中，控制电路可以向操纵器系统(例如，操纵器系统104)提供控制信号，以例如控制操纵器系统104的端部执行器或其他器械的各种自由度中的任一个。
在各种实施方式中，手柄4002可以被提供有限定的附加自由度。例如，可以在肘形连杆4024和连杆4026之间的旋转耦接件处向手柄4002提供围绕控制器偏航轴线4022的旋转自由度4020，其中肘形连杆4024耦接到手柄4002(例如，在壳体4009处)。在该示例中，控制器偏航轴线4022与滚动轴线4012相交并正交。可以类似地提供附加的自由度。例如，连杆4026可以是肘形的，并且可以在连杆4026的另一端和另一连杆(未示出)之间提供旋转耦接件。可以在旋转耦接件处向手柄4002提供围绕轴线4030的旋转自由度4028。在一些示例中，装置部分4000可以允许手柄4002在用户控制系统102的工作空间内以多个自由度(例如，包括三个旋转自由度和三个平移自由度的六个自由度)移动。一个或多个附加自由度可以由控制输入传感器感测和/或由致动器(马达等)致动，与上面针对自由度4008和4010所描述类似。在一些实施方式中，手柄4002的每个附加自由度可以控制操纵器系统104的端部执行器的不同操纵器自由度(或其他运动)。
在各种实施方式中，各种运动链、联动装置、万向节机构、柔性结构或这些中的两个或更多个的组合可以与装置部分4000一起使用，以向控制器部分提供一个或多个自由度。在美国专利号6,714,839B2中描述了可以与装置部分4000一起使用的联动装置和/或万向节机构的一些另外的示例，该专利通过引用并入本文。
在所描述的示例中，手柄4002包括例如耦接到中心部分4003的一个或多个控制开关4050。在一些实施方式中，控制开关4050可以移动到各种位置以提供特定命令信号，例如，以选择用户控制系统和/或控制输入装置的功能、选项或模式(例如，如本文描述的控制模式或非控制模式、或与显示系统300、600、700、2300或3200相关的模式)。在一些实施方式中，控制开关4050可以被实施为按钮、旋转拨盘、开关或其他类型的输入控件。控制开关4050可以使用光学传感器、机械开关、磁性传感器或其他类型的传感器来检测开关的位置。在一些实施方式中，手柄4002还包括存在感测系统，该存在感测系统包括可以检测操作手柄的用户的手和/或定位在手柄附近的手的存在的一个或多个存在传感器。
本文描述的一个或多个显示系统特征可以与其他类型的控制输入装置一起使用。例如，可以使用非接地的控制输入装置，其可以在空间中自由移动并与地面断开。在一些示例中，与手柄4002和/或握把构件4006类似的一个或多个手柄可以耦接到佩戴在用户手上并且非接地的机构，从而允许用户在空间中自由地移动握把。在一些示例中，握把相对于彼此和/或手柄的其他部分的位置或取向可以通过将握把耦接在一起并约束其相对于彼此的运动的机构来感测。一些实施方式可以使用由用户的手佩戴的手套结构。此外，一些实施方式可以使用耦接到其他结构的传感器来感测空间内的握把，例如，使用视频摄像机或可以检测3D空间中的运动的其他传感器。在美国专利号8,543,240B2(2010年9月21日提交)和US8,521,331B2(2008年11月13日提交)中描述了非接地的控制输入装置的一些示例，这两个专利通过引用整体并入本文。
图41是图示根据一些实施方式的用于操作包括本文描述的一或多个特征的显示系统的示例方法4100的流程图。在一些实施方式中，该方法可以例如与示例远程操作系统或其他控制系统一起使用，其中显示系统配合远程操作操纵器系统来提供显示的视图。例如，在一些实施方式中，可以使用图3的显示系统300、图6的显示系统600、图7的显示系统700、图23的显示系统2300或图32的显示系统3200。
在一些示例中，显示系统可以用于远程操作系统(诸如图1的系统100)中，其中显示系统由还用他或她的(一只或两只)手操作一个或多个控制输入装置的用户操作。可以在控制输入装置和操纵器系统之间建立主-从控制关系，其中控制输入装置的位置和取向被感测并被传输到例如控制器、操纵器系统中的控制系统，和/或被传输到单独的控制系统。在一些示例中，控制输入装置在空间中的运动引起受控器械或操纵器系统的其他部件的对应运动，和/或可以控制操纵器系统的其他功能。在方法4100中没有描述与这种远程操作系统部件相关的用户输入和控制。
方法4100的其他实施方式可以将具有一个或多个所描述的特征的显示系统与其他类型的系统(例如，非远程操作系统、在处理装置上实施并且不具有物理操纵器系统和/或不具有与物理操纵器系统交互的物理物体的虚拟环境等)一起使用。在一些实施方式中，该方法可以由控制电路部件(例如，控制系统)部分地或完全地执行。在一些示例中，控制电路可以包括一个或多个处理器，例如微处理器或其他控制电路，其一些示例在下面参考图42进行描述。
在方框4102中，限定显示系统的显示单元的枢转轴线，其中显示单元提供图像的显示以供用户查看(例如，如本文描述的显示单元306、606或706)。显示单元将围绕限定的枢转轴线旋转。在一些情况或实施方式中，限定的枢转轴线与显示系统的机械部件的旋转轴线(例如，如本文描述的倾斜构件的倾斜轴线326、626或726)重合。在一些实施方式中，限定的枢转轴线是基于显示系统的部件的协同移动的组合并且不与显示系统的任何特定机械部件的旋转轴线相对应的虚拟轴线。例如，虚拟枢转轴线可以是水平轴线，诸如如本文在各种实施方式中所描述的眼睛枢转轴线、颈部枢转轴线、前额枢转轴线或手输入装置枢转轴线。
在一些实施方式中，限定的枢转轴线可以在显示系统的不同操作模式下或在显示系统的不同操作时间处被改变到不同的位置。在一些实施方式中，限定的枢转轴线可由用户调整。例如，可以基于由显示系统例如经由与显示系统通信的用户输入装置(诸如键盘、触摸屏等)接收的用户输入来确定限定的枢转轴线。在一些示例中，用户输入可以指定多个预定设置中的一个，其中每个设置在显示系统的显示单元的工作空间中的不同特定位置处限定枢转轴线。例如，一个设置可以限定特定的眼睛枢转轴线，并且不同的设置可以限定特定的颈部枢转轴线。在另外的示例中，用户输入可以调整枢转轴线的位置。例如，用户输入可以指定在空间中沿着三个维度中的任一个将限定的枢转轴线移动特定的距离。例如，用户输入可以指示预定的眼睛枢转轴线在竖直方向上移动5毫米并且在水平方向上(例如，朝向基部支撑件，诸如基部支撑件302)移动2毫米。
在方框4104中，激活显示单元以便进行操作。在一些实施方式中，一个或多个存在传感器被提供在显示系统上以感测处于操作显示系统的位置(例如，查看显示单元的显示)的用户的存在。显示单元可以响应于检测到用户存在而被激活和启用以可通过用户输入来移动。例如，存在传感器可以检测用户的头部是否被定位成靠近显示单元中的查看端口或窗口。在一些实施方式中，显示单元可以用于远程操作系统(诸如图1的系统100)中，其中显示单元由还用他或她的(一只或两只)手操作一个或多个控制输入装置的用户操作。
在方框4106中，接收引导显示单元例如在竖直平面中竖直地旋转和/或平移的用户输入。例如，用户输入可以由显示系统的用户输入装置(诸如如参考图3描述的显示单元上的用户输入装置340和/或342)接收。还可以从被提供在显示系统的其他部件上的用户输入装置和/或从包括显示系统或配合显示系统使用的系统的用户输入装置(例如，远程操作系统的控制输入装置)接收用户输入。在一个示例中，用户输入可以指示竖直基部支撑件、水平臂支撑件和倾斜机构的致动器输出使显示单元围绕限定的枢转轴线移动的力。在一些实施方式中，用户输入可以指示在其工作空间中平移显示单元。在一些实施方式中，根据所指示的显示单元的移动，用户输入指示由显示单元显示的图像的操纵和/或其他受控装置的操纵。
在方框4108中，基于用户输入来控制显示系统的一个或多个致动器，以在竖直平面中旋转和/或平移显示单元。例如，可以控制(一个或多个)致动器在竖直平面中围绕在方框4102中确定的枢转轴线旋转显示单元，如本文描述的。在如本文描述的一些实施方式中，基部支撑件、臂支撑件和/或倾斜构件由致动器同时并且以协同组合的方式移动，以引起显示单元根据用户输入围绕限定的枢转轴线旋转。在一些实施方式中，显示单元可以基于用户输入而在竖直平面中线性平移，例如，基于由基部支撑件和/或臂支撑件提供的线性移动而移动。
在一些实施方式中，根据用户输入和/或根据显示单元在竖直平面中的移动来操纵由显示单元显示的图像或用户界面控件。例如，可以根据用户输入和/或显示单元的运动来移动所显示的图像的视图。在另外的示例中，用户输入可以操纵所显示的用户界面、虚拟环境或由显示系统提供的其他显示的视图或元素。例如，可以根据用户输入和/或显示单元的移动来移动或操纵用户界面特征，诸如光标、滚动条、列表、菜单、图形元素的选择等。在一些示例中，这样的用户界面可以叠加在工作部位的显示的捕获视图上，或可以显示到捕获视图的(一个或多个)侧面。
在一些实施方式中，可以根据用户输入和/或显示单元移动来操纵操纵器系统的功能。例如，可以控制操纵器系统的致动器以与显示单元的移动相关地移动操纵器系统的图像捕获装置(例如，摄像机)，例如，基于显示单元在其工作空间中的对应运动来平移和/或旋转摄像机。图像数据从图像捕获装置接收并由显示单元的显示装置显示。基于从控制系统向操纵器系统发送的命令来控制致动器，其中命令基于用户输入和/或显示单元的移动。可以(例如，经由控制输入装置210和/或212)控制不同的操纵器器械以与经由显示单元控制的操纵器图像捕获装置的移动至少部分地同时移动，使得用户可以控制操纵器图像捕获装置以改变显示单元中显示的从工作部位的视场，同时用户还控制不同的操纵器器械以在经由显示单元查看的操纵器工作部位处执行远程操作程序中的任务。
在一些示例中，可由用户输入操纵的远程操作系统功能的附加示例可以包括引起第一操纵器臂或器械的控制被交换到第二操纵器臂或器械的交换功能；用于操纵器器械的能量输出；在外科手术部位处的冲洗或抽吸；选择控制模式和非控制模式的离合器功能；等等。
在方框4110中，接收引导显示单元围绕偏航轴线(横向旋转轴线)旋转(例如，从用户的角度来看显示单元围绕竖直轴线的向左或向右(横向)旋转)的偏航用户输入。例如，偏航用户输入可以从如针对方框4106所描述的类似用户输入装置、和/或从显示系统或与提供方框4106的用户输入的用户输入装置不同的其他系统的其他用户输入装置接收。在各种实施方式中，用户输入可以指示显示单元围绕偏航轴线向左旋转，向左线性地平移显示单元，操纵由显示单元显示的图像或用户界面元素，和/或操纵其他受控装置。
在方框4112中，基于用户输入来控制显示系统的一个或多个致动器以围绕偏航轴线旋转显示单元。例如，关于图3-图5、图22、图23-图25或图32-38描述的轨道机构的致动器可以用于围绕偏航轴线330、630、730、2332或3240旋转显示单元。在一个示例中，向左(例如，如从上方查看的那样逆时针)引导旋转的用户输入引起致动器输出围绕偏航轴线逆时针移动显示单元的力。在一些实施方式中，根据显示单元的移动来操纵由显示单元显示的图像或用户界面和/或其他受控装置，与针对方框4108所描述的类似。
方框4106和4110可以以任何顺序和/或部分地或完全地同时执行，使得例如在竖直平面中旋转/平移显示单元的用户输入可以与围绕偏航轴线旋转显示单元的用户输入同时接收。类似地，方框4108和4112可以基于所接收的用户输入以任何顺序和/或部分地或完全地同时执行。
基于指示显示单元竖直地和/或围绕偏航轴线移动的另外接收到的用户输入而重复方框4106到4112。可以接收停用显示单元操作、引起方框4102被执行以改变限定的枢转轴线的位置、或执行显示系统的其他功能的其他用户输入。
本文公开的方法中描述的方框和操作可以以与所示出的不同的顺序执行和/或在适当的情况下与其他方框和操作(部分或完全地)同时执行。一些方框和操作可以针对数据的一部分执行，并且稍后例如针对数据的另一部分再次执行。不是所有所描述的方框和操作都需要在各种实施方式中执行。在一些实施方式中，方框和操作可以在方法中多次、以不同的顺序和/或在不同的时间处执行。
诸如显示单元上的触觉反馈和/或显示装置上的视觉输出的输出可以由系统提供，以帮助用户操作显示系统和/或远程操作系统。例如，用户界面可以在显示装置上显示警告和/或错误反馈，和/或可以提供音频输出来指示这样的警告或错误。这样的反馈可以指示例如达到显示单元的移动范围的极限，移动显示单元使得正在显示的特定物体将被移出显示单元的视图等。
在各种实施方式中，除了外科手术系统之外的其他类型的计算机辅助远程操作系统可以与本文描述的一个或多个显示系统特征一起使用。这样的远程操作系统可以包括各种形式的受控操纵器系统。例如，潜水器、危险材料或装置处理单元、工业应用、恶劣环境和工作部位中的应用(例如，由于天气、温度、压力、辐射或其他条件)、一般机器人应用和/或远程控制应用(例如，具有第一人称视野的远程控制载具或装置)可以利用包括用于感觉传输(传达的视觉、听觉等体验)、操纵工件或其他物理任务等的操纵器或从系统的远程操作系统，并且可以使用机械接地和/或非接地的控制输入装置来远程控制操纵器系统和显示系统以查看操纵器系统的工作部位。任何这样的远程操作系统可以与本文描述的各种显示系统特征中的任一种一起使用。
图42是可以与本文描述的一个或多个实施方式一起使用的示例主-从系统4200的方框图。
如图所示，系统4200包括主装置4202，用户可以操纵主装置4202以便控制与主装置4202通信的从装置4204。在一些实施方式中，主装置1002可以是本文描述的任何用户控制系统，或可以包括在本文描述的任何用户控制系统中。在一些实施方式中，从装置1004可以是图1的操纵器系统104，或可以包括在图1的操纵器系统104中。更一般地，主装置块4202可以包括提供可以由用户物理操纵的一个或多个控制输入装置的各种类型的装置中的一个或多个。例如，主装置4202可以包括一个或多个主控制装置(诸如一个或多个手控制器(例如，主控制装置210和212或本文描述的其他手控制器)的系统。
主装置4202生成指示一个或多个控制器在其自由度上的位置和取向、状态和/或改变的控制信号Cl至Cx。例如，主装置4202可以生成指示输入控件(例如物理按钮)的选择、手控制器状态和用户对手控制器的其他操纵的控制信号。控制信号可以经由有线连接或无线发送。
控制系统4210可以被包括在主装置4202中、在从装置4204中、或在单独的装置(例如，通信地连接在主装置4202和从装置4204之间的中间装置)中。在一些实施方式中，控制系统4210可以分布在这些装置中的多个装置之中。
在示例系统中，控制系统4210接收控制信号Cl至Cx并生成被发送到从装置4204的致动信号A1至Ay。控制系统4210还可以从从装置4204接收指示各种从部件(例如，操纵器臂元件)的位置和取向、状态和/或变化的传感器信号B1至By。这些致动和/或传感器信号可以经由有线连接或无线发送。
控制系统4210可以包括诸如处理器4212、存储器4214、以及诸如分别用于与主装置4202和从装置4204通信的主接口和从接口的接口硬件4216和4218的部件。处理器4212可以执行程序代码并控制系统4200的操作，包括与处理来自显示单元的传感器数据以及命令如本文描述的模式和部件相关的操作。处理器4212可以包括各种类型的一个或多个处理器，包括微处理器、专用集成电路(ASIC)和其他电子电路。存储器4214可以存储用于由处理器执行的指令，并且可以包括任何合适的处理器可读存储介质，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)、闪存等。例如，处理器4212和存储器4214实现主控制装置4202与从装置4204之间的控制。
控制系统4210包括经编程的指令(存储指令的计算机可读介质)，以实施根据本文公开的方面的方法的适当操作和方框。该系统可以包括多个数据处理电路，其中处理的一部分可选地在从装置4204上或附近执行，处理的另一部分在主装置4202处执行，等等。可以采用各种各样的集中式或分布式数据处理架构中的任一种。类似地，编程指令可以被实施为多个单独的程序或子例程，或它们可以被集成到本文描述的远程操作系统的多个其他方面中。在一个实施例中，控制系统4210支持一个或多个无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。
各种其他输入和输出装置也可以耦接到控制系统4210。输出装置可以包括一个或多个显示单元作为显示系统4220的部件。例如，显示系统4220可以类似于本文描述的显示系统300、600、700或2300。显示系统4220从控制系统4210接收命令和/或数据信号E，以引起图像(例如，由多个像素组成的数字图像)的显示。图像可以由控制系统或其他系统生成(例如，允许选择用于远程操作系统的命令的用户界面中的图形元素和动画)，和/或图像可以从由定位在从装置或其他位置的图像捕获装置捕获的数据导出。显示系统4220还向控制系统4210提供命令信号Fi至Fx以控制显示系统的功能，包括如本文描述的显示单元(例如，显示单元306、606、706或2306)在空间中的移动。例如，可以基于用户输入装置的用户操纵(如本文描述的)和/或基于检测到的事件或其他条件来生成命令信号Fi至Fx。在一些实施方式中，显示系统4220可以基于远程操作系统或控制系统4210的状态来启用或禁用(例如，遵循或忽略)命令Fi至Fx。
在该示例中，控制系统4210包括模式控制模块4240、控制模式模块4250和非控制模式模块4260。其他实施方式可以使用其他模块，例如力输出控制模块、传感器输入信号模块等。如本文所使用的，术语“模块”可以是指硬件(例如，处理器，诸如集成电路或其他电路)和软件(例如，机器或处理器可执行指令、命令或代码，诸如固件、编程或对象代码)的组合。硬件和软件的组合可以包括仅硬件(即，没有软件元件的硬件元件)、由硬件托管的软件(例如，存储在存储器处并由处理器或在处理器处执行或解译的软件)、或硬件和在硬件处托管的软件的组合。在一些实施方式中，模块4240、4250和4260可以使用处理器4212和存储器4214来实施，例如，存储在存储器4214和/或连接到控制系统4210的其他存储器或存储装置中的程序指令。
模式控制模块4240可以例如通过控件的用户选择、使用主控制器感测用户的存在、感测主控制器的所需操纵等来检测用户何时启动系统的控制模式和非控制模式。模式控制模块可以基于一个或多个控制信号Cl至Cx来设置控制系统4210的控制模式或非控制模式。例如，如果用户检测模块检测到用户处于使用(一个或多个)控制输入装置的适当位置并且信号(例如，一个或多个信号Cl至Cx)指示用户已经接触(一个或多个)控制输入装置，则模式控制模块4240可以激活控制模式操作。如果在(一个或多个)控制输入装置上没有检测到用户触摸和/或如果用户没有处于使用(一个或多个)控制输入装置的适当位置，则模式控制模块4240可以禁用控制模式。例如，模式控制模块4240可以通知控制系统4210或直接向控制模式模块4250发送信息，以防止控制模式模块4250生成移动从装置4204的致动信号A1至An。
在一些实施方式中，控制模式模块4250可以用于控制控制系统4210的控制模式。控制模式模块4250可以接收控制信号Cl至Cx，并且可以生成致动信号A1至Ay，致动信号A1至Ay控制从装置4204的致动器并引起它跟随主装置4202的移动，例如使得从装置4204的移动对应于主装置4202的移动的映射。控制模式模块4250可以使用常规的技术来实施。在一些实施方式中，控制模式模块4250还可以用于控制主装置4202上的力。例如，可以使用输出到用于向部件施加力的(一个或多个)致动器的一个或多个控制信号D1至Dx在主控制装置的一个或多个部件(例如，控制输入装置的手柄构件或机械连杆)上输出力。这样的力可以提供触觉反馈、重力补偿等。
在一些实施方式中，非控制模式模块4260可以用于控制系统4200的非控制模式。在非控制模式下，主装置4202的用户操纵对从装置4204的一个或多个部件的移动没有影响。在一些示例中，当从装置4204的一部分(例如，操纵器臂组件)未正在被主装置4202控制而是正在在空间中浮动并且可以被手动地移动时，可以使用非控制模式。对于非控制模式，非控制模式模块4260可以允许从装置4204中的致动器系统空转或可以生成致动信号A1至An，例如，以允许操纵器臂中的马达抵抗重力而支撑臂的预期重量，其中臂中的制动器未被接合并且允许臂的手动移动。
在一些实施方式中，非控制模式可以包括控制系统4210的一个或多个其他操作模式。例如，非控制模式可以是其中控制输入装置以其自由度中的一个或多个自由度的移动和/或控制输入装置的控件的选择可以控制例如由显示系统4220和/或其他显示装置显示的图形用户界面中的显示选项的选择的选择模式。查看模式可以允许控制输入装置的移动以控制从成像装置(例如，摄像机)提供的显示或可能未被包括在从装置4204中的成像装置的移动。控制信号Cl至Cx可以被非控制模式模块4260用来控制这样的元素(例如，光标、视图等)，并且控制信号D1至Dx可以由非控制模式模块确定以在这样的非控制模式期间引起力在(一个或多个)控制输入装置上的输出，例如，以向用户指示在这样的模式期间发生的交互或事件。
本文描述的实施方式可以至少部分地由可以在计算机上执行的计算机程序指令或代码来实施。例如，代码可以由一个或多个数字处理器(例如，微处理器或其他处理电路)来实施。指令可以被存储在包括非临时性计算机可读介质(例如，存储介质)的计算机程序产品上，其中计算机可读介质可以包括磁、光学、电磁或半导体存储介质，包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、刚性磁盘、光盘、存储卡、固态存储器驱动器等。介质可以是或被包括在连接到提供数据和可执行指令的下载的网络(诸如互联网)的服务器或其他装置中。替代地，实施方式可以在硬件(逻辑门等)中、或在硬件和软件的组合中。示例硬件可以是可编程处理器(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件)、通用处理器、图形处理器、专用集成电路(ASIC)等。
注意，本公开中描述的功能块、操作、特征、方法、装置和系统可以集成或分成本领域技术人员已知的系统、装置和功能块的不同组合。
尽管已经根据所示的示例描述了本实施方式，但是本领域普通技术人员将容易认识到，可以存在对实施方式的改变，并且那些改变将在本公开的范围内。因此，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行许多修改。

Claims (40)

1.一种控制单元，包括：
第一支撑件；
第二支撑件，所述第二支撑件耦接到所述第一支撑件，其中所述第二支撑件可相对于所述第一支撑件以第一自由度沿着第一轴线线性平移，并且所述第二支撑件的至少一部分可相对于所述第一支撑件以第二自由度沿着第二轴线线性平移；以及
显示单元，所述显示单元可旋转地耦接到所述第二支撑件，所述显示单元可相对于所述第二支撑件以第三自由度围绕第三轴线旋转，其中所述显示单元包括显示装置。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一轴线正交于所述第二轴线，并且其中所述第三轴线正交于所述第一轴线并且正交于所述第二轴线。
3.根据权利要求1所述的控制单元，其中所述第一支撑件和所述第二支撑件在取向上相对于彼此固定。
4.根据权利要求1所述的控制单元，其中：
所述第一支撑件包括第一可伸缩基部部分和第二可伸缩基部部分，
所述第二可伸缩基部部分可相对于所述第一可伸缩基部部分沿着所述第一轴线线性平移，
所述第二支撑件包括第一可伸缩臂部分和第二可伸缩臂部分，
所述第二可伸缩臂部分可相对于所述第一可伸缩臂部分沿着所述第二轴线线性平移，并且
所述第一支撑件的所述第二可伸缩基部部分刚性地耦接到所述第二支撑件的所述第一可伸缩臂部分。
5.根据权利要求1所述的控制单元，其中：
所述第二支撑件通过中间支撑件耦接到所述第一支撑件，
所述中间支撑件包括刚性地耦接到竖直部分的水平部分，所述水平部分和所述竖直部分彼此正交，
所述第二支撑件可相对于所述中间支撑件以所述第二自由度水平平移，并且
所述中间支撑件和所述第二支撑件可相对于所述第一支撑件以所述第一自由度竖直平移。
6.根据权利要求1所述的控制单元，其中：
所述显示单元包括可旋转地耦接到所述第二支撑件的端部的倾斜构件，
所述倾斜构件可以以所述第三自由度围绕所述第三轴线旋转，并且所述第三轴线正交于所述第一轴线和所述第二轴线。
7.根据权利要求6所述的控制单元，其中：
所述显示单元可相对于所述倾斜构件以第四自由度围绕第四轴线旋转，并且
所述第四轴线正交于所述第三轴线。
8.根据权利要求7所述的控制单元，还包括致动器，该致动器被配置为以所述第四自由度在所述显示单元上输出围绕所述第四轴线的力。
9.根据权利要求1所述的控制单元，其中：
所述第二支撑件的所述至少一部分包括轭架部分，所述轭架部分包括两个轭架构件，并且
所述显示单元可旋转地耦接到所述两个轭架构件，并且定位在所述两个轭架构件之间。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的控制单元，还包括第一致动器、第二致动器和第三致动器，其中所述第一致动器被配置为以所述第一自由度在所述显示单元上输出第一力，所述第二致动器被配置为以所述第二自由度在所述显示单元上输出第二力，并且所述第三致动器被配置为以所述第三自由度在所述显示单元上输出第三力。
11.根据权利要求10所述的控制单元，其中所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器被配置为以组合的方式输出所述第一力、所述第二力和所述第三力，以引起所述显示单元围绕限定的枢转轴线的旋转。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的控制单元，其中所述显示单元包括以下中的至少一个：
头部输入装置，所述头部输入装置被提供在所述显示单元上，并且被配置为从用户的头部接收输入，或
手输入装置，所述手输入装置被提供在所述显示单元上，并且被配置为从用户的手接收输入。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的控制单元，其中所述控制单元耦接到包括控制输入装置的装置，所述控制输入装置可由用户操纵以控制远程操作操纵器系统的一个或多个功能。
14.一种远程操作系统控制单元，包括：
竖直构件，所述竖直构件具有第一部分和第二部分，其中所述竖直构件的所述第二部分可相对于所述竖直构件的所述第一部分沿着竖直轴线线性平移；
水平构件，所述水平构件具有第一部分和第二部分，其中所述水平构件的所述第一部分刚性地耦接到所述竖直构件的所述第二部分，并且其中所述水平构件的所述第二部分可相对于所述水平构件的所述第一部分沿着水平轴线线性平移；以及
显示单元，所述显示单元可旋转地耦接到所述水平构件的所述第二部分并且可相对于所述水平构件围绕倾斜轴线旋转，其中所述显示单元包括显示装置。
15.根据权利要求14所述的远程操作系统控制单元，其中：
所述竖直构件的所述第一部分和所述竖直构件的所述第二部分可伸缩地耦接，并且
所述水平构件的所述第一部分和所述水平构件的所述第二部分可伸缩地耦接。
16.根据权利要求14所述的远程操作系统控制单元，还包括倾斜构件，所述倾斜构件耦接到所述显示单元并且可旋转地耦接到所述水平构件的所述第二部分，其中所述倾斜构件和所述显示单元可围绕所述倾斜轴线旋转。
17.根据权利要求16所述的远程操作系统控制单元，还包括第一致动器、第二致动器、第三致动器和第四致动器，其中所述第一致动器被配置为在所述竖直构件的所述第二部分上输出第一力，所述第二致动器被配置为在所述水平构件的所述第二部分上输出第二力，所述第三致动器被配置为围绕所述倾斜轴线在所述显示单元上输出的第三力，并且所述第四致动器被配置为围绕第四轴线以第四自由度在所述显示单元上输出第四力，其中所述显示单元可相对于所述倾斜构件旋转。
18.根据权利要求14所述的远程操作系统控制单元，其中：
所述显示单元可围绕限定的枢转轴线旋转，并且
所述显示单元围绕所述限定的枢转轴线的所述旋转是由所述竖直构件的所述第二部分的线性移动、所述水平构件的所述第二部分的线性移动和所述显示单元的旋转移动的协同组合引起的。
19.根据权利要求18所述的远程操作系统控制单元，其中：
所述限定的枢转轴线定位在使得当用户操作所述显示单元时所述限定的枢转轴线延伸通过所述用户的颈部的位置处；
所述限定的枢转轴线延伸通过头部输入装置，所述头部输入装置在被配置为接触操作所述头部输入装置的所述用户的前额的点处被提供在所述显示单元上；
所述限定的枢转轴线与延伸通过操作所述显示单元的所述用户的眼睛的眼睛轴线重合；或
所述限定的枢转轴线延伸通过被提供在所述显示单元上的手输入装置。
20.根据权利要求14-16、18和19中任一项所述的远程操作系统控制单元，其中：
所述显示单元可相对于所述水平构件以第四自由度围绕偏航轴线旋转，并且
所述偏航轴线正交于所述倾斜轴线。
21.根据权利要求14-19中任一项所述的远程操作系统控制单元，其中所述远程操作系统控制单元耦接到包括控制输入装置的装置，所述控制输入装置可由用户操纵以控制远程操作操纵器系统的一个或多个功能。
22.一种控制单元，包括：
支撑机构，所述支撑机构包括：
支撑联动装置，所述支撑联动装置包括多个连杆；
显示单元，所述显示单元耦接到所述支撑联动装置，其中所述显示单元可基于所述多个连杆之间的相对移动以多个自由度移动，其中所述显示单元包括显示装置；以及
多个致动器，所述多个致动器耦接到所述支撑联动装置；以及
控制系统，所述控制系统与所述支撑机构通信并且被配置为向所述多个致动器提供控制信号以引起所述显示单元围绕限定的枢转轴线旋转，其中围绕所述限定的枢转轴线的所述旋转由所述显示单元以所述多个自由度中的至少两个自由度的移动引起。
23.根据权利要求22所述的控制单元，其中：
所述多个连杆包括可旋转地耦接到所述多个连杆中的不同连杆的倾斜构件，
所述倾斜构件可围绕倾斜轴线旋转，
所述显示单元可旋转地耦接到所述倾斜构件，并且
在所述显示单元围绕所述限定的枢转轴线旋转期间，所述限定的枢转轴线和所述倾斜轴线之间的距离是固定的。
24.根据权利要求22所述的控制单元，其中所述支撑联动装置的所述多个自由度包括以下中的两个或更多个：线性第一自由度、线性第二自由度、第三旋转自由度或第四旋转自由度。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的控制单元，其中：
所述限定的枢转轴线是延伸通过操作所述显示单元的用户的颈部的水平轴线；
所述限定的枢转轴线是与延伸通过操作所述显示单元的所述用户的眼睛的轴线对准的水平轴线；
所述限定的枢转轴线是与延伸通过被提供在所述显示单元上的输入装置的一部分的轴线对准的水平轴线，其中所述输入装置的所述部分被配置为接触操作所述显示单元的所述用户的前额；或
所述限定的枢转轴线是与延伸通过被提供在所述显示单元上的手输入装置的一部分的轴线对准的水平轴线，其中所述手输入装置被配置为由操作所述显示单元和所述手输入装置的用户的手操作。
26.根据权利要求22-24中任一项所述的控制单元，其中所述限定的枢转轴线基于到所述控制单元的用户输入而在空间中可调整。
27.根据权利要求22-24中任一项所述的控制单元，其中所述控制系统被配置为提供所述控制信号以控制所述致动器围绕所述限定的枢转轴线移动所述显示单元，从而跟随操作所述控制单元的用户的头部的移动。
28.根据权利要求22-24中任一项所述的控制单元，其中所述控制系统与控制输入装置通信，并且被配置为从所述控制输入装置接收命令并基于所述命令而向远程操作操纵器系统发送信号。
29.一种控制单元，包括：
支撑件；
弧形轨道，所述弧形轨道耦接到所述支撑件；以及
显示单元，所述显示单元耦接到所述弧形轨道，其中所述显示单元包括显示装置，其中所述显示单元由所述弧形轨道引导从而可以以旋转自由度围绕偏航轴线旋转。
30.根据权利要求29所述的控制单元，其中：
所述显示单元可相对于操作所述显示单元的用户沿着所述弧形轨道向左或向右移动，并且
所述偏航轴线相对于所述用户竖直延伸。
31.根据权利要求29所述的控制单元，其中所述支撑件包括联动装置，所述联动装置具有可相对于彼此移动的多个连杆，所述多个连杆使得所述显示单元能够以至少一个附加自由度移动；以及
还包括致动器，所述致动器耦接到所述显示单元并且被配置为以所述旋转自由度输出引起所述显示单元以所述旋转自由度移动的力。
32.根据权利要求29-31中任一项所述的控制单元，其中所述显示单元刚性地耦接到所述弧形轨道，并且所述弧形轨道可滑动地耦接到所述支撑件。
33.根据权利要求29-31中任一项所述的控制单元，其中所述显示单元可滑动地耦接到所述弧形轨道，并且所述弧形轨道刚性地耦接到所述支撑件。
34.一种方法，包括：
在第一输入装置处接收第一用户输入；以及
引起显示单元以由耦接到所述显示单元的支撑联动装置提供的一个或多个自由度移动，其中所述移动基于所述第一用户输入，其中所述显示单元包括显示装置，并且其中引起所述移动包括：
引起所述支撑联动装置的第二连杆相对于所述支撑联动装置的第一连杆沿着第一轴线以第一自由度线性平移；
引起所述第二连杆的一部分相对于所述第一连杆沿着第二轴线以第二自由度线性平移；以及
引起所述显示单元相对于所述第二连杆以第三自由度围绕第三轴旋转。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一用户输入从以下中的至少一个接收：
被提供在所述显示单元上的从用户的头部接收输入的头部输入装置，或
被提供在所述显示单元上的从所述用户的手接收输入的手输入装置。
36.根据权利要求34所述的方法，其中引起所述显示单元的所述移动包括引起所述显示单元相对于所述第二连杆以第四自由度围绕第四轴线旋转，所述第四轴线正交于所述第三轴线。
37.根据权利要求34所述的方法，还包括：
在耦接到所述支撑联动装置的第二输入装置处接收第二用户输入；以及
基于所述第二用户输入，控制器械致动器在空间中移动操纵器器械。
38.根据权利要求34所述的方法，还包括根据所述第一用户输入来更新由所述显示单元的所述显示装置显示的图像。
39.根据权利要求34所述的方法，还包括根据所述第一用户输入引起操纵器系统的致动器移动所述操纵器系统的图像捕获装置，
其中图像数据从所述图像捕获装置接收，并由所述显示单元的所述显示装置显示。
40.一种控制单元，包括：
用于在第一输入装置处接收第一用户输入的装置；
用于基于所述第一用户输入引起显示单元以由耦接到所述显示单元的支撑联动装置提供的一个或多个自由度移动的装置，其中所述显示单元包括显示装置，
其中用于引起所述显示单元的所述移动的所述装置包括：
用于引起所述支撑联动装置的第二连杆相对于第一连杆沿着第一轴线以第一自由度线性平移的装置；
用于引起所述第二连杆的一部分相对于所述第一连杆沿着第二轴线以第二自由度线性平移的装置；以及
用于引起所述显示单元相对于所述第二连杆以第三自由度围绕第三轴线旋转的装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE112021006323T5 (de) 2020-11-30 2023-09-28 Intuitive Surgical Operations, Inc. Verfahren zur einstellung einer anzeigeeinheit eines betrachtungssystems
WO2023069636A1 (en) * 2021-10-21 2023-04-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Adjustable headrest for a display unit
WO2023069745A1 (en) 2021-10-22 2023-04-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Controlling a repositionable structure system based on a geometric relationship between an operator and a computer-assisted device

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3900578B2 (ja) * 1997-03-14 2007-04-04 ソニー株式会社 追従型虚像視ディスプレイシステム
US6714839B2 (en) 1998-12-08 2004-03-30 Intuitive Surgical, Inc. Master having redundant degrees of freedom
JP2006042913A (ja) * 2004-07-30 2006-02-16 Olympus Corp 画像観察装置
US20100187372A1 (en) * 2006-11-06 2010-07-29 Andrei Smirnov Monitor support apparatus
JP2009201967A (ja) * 2008-01-31 2009-09-10 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc 超音波診断装置
US8543240B2 (en) 2009-11-13 2013-09-24 Intuitive Surgical Operations, Inc. Master finger tracking device and method of use in a minimally invasive surgical system
US8521331B2 (en) 2009-11-13 2013-08-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Patient-side surgeon interface for a minimally invasive, teleoperated surgical instrument
CN103650481A (zh) * 2011-05-13 2014-03-19 鱼湜 显示系统
WO2018217951A1 (en) * 2017-05-24 2018-11-29 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
JP6599402B2 (ja) * 2017-06-08 2019-10-30 株式会社メディカロイド 遠隔操作装置
JP2018202032A (ja) * 2017-06-08 2018-12-27 株式会社メディカロイド 医療器具の遠隔操作装置
WO2019120553A1 (de) * 2017-12-21 2019-06-27 Stefan Hagen Optisches gerät
US10895757B2 (en) * 2018-07-03 2021-01-19 Verb Surgical Inc. Systems and methods for three-dimensional visualization during robotic surgery

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