CN115500071A - 用于为计算机辅助设备的部件选择分配的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备管理系统可以包括设备，该设备包括驱动组件，该驱动组件被配置为可移除地与器械耦连。驱动组件可以包括多个驱动元件，该多个驱动元件被配置为通过驱动器械的多个输入元件来引起器械的移动。控制系统可以包括处理器，该处理器被配置成为多个驱动元件的第一驱动元件从多个分配中选择第一分配，第一分配可用于多个驱动元件中的至少两个驱动元件。第一分配可以与第一驱动元件和多个输入元件中的第一输入元件的第一配对相关联。处理器可以被配置为使第一驱动元件采用第一分配。

Description

用于为计算机辅助设备的部件选择分配的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月28日提交的标题为“Systems and Methods forSelecting Assignments for Components of Computer-assisted Devices”的美国临时专利申请号63/057,863的优先权，其公开内容以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本技术总体上涉及管理设备，并且更具体地，涉及用于为计算机辅助设备的部件或部件的驱动元件选择分配的系统和方法。
背景技术
计算机辅助设备通常包括模块化部件，这些部件是一次性的、可重复使用的、可互换的等。例如，这样的设备可以包括操纵器臂，该操纵器臂具有通过一个或多个接头连接的一个或多个连杆。臂可以被配置为永久地或可释放地安装在程序站点处或附近，例如安装到天花板、墙壁、可移动推车、手术台、用于程序的装备等。在一些情况下，臂在程序部位是可互换的，并且臂可以定位在程序部位的不同位置。
作为模块化的另一个示例，计算机辅助设备可以可移除地耦连到用于特定应用和程序的各种器械。例如，计算机辅助设备可以包括操纵臂或被配置为耦连到器械的其它部件。这些器械也可以是可互换的，因为器械可以被配置成使其可以耦连到给定计算机辅助设备的不同臂或其它部件。使用不同的器械可以以不同的方式载荷或磨损臂或其它计算机辅助设备部件以及包括这些部件的子部件。例如，某些用途或某些器械可能比其它子部件更容易载荷或磨损某些子部件。因此，需要改进对计算机辅助设备的臂和其它部件的使用管理的系统和方法。
发明内容
根据本技术的一个实施例，一种设备管理系统可以包括设备，该设备具有驱动组件。该设备可以包括医疗或非医疗设备。驱动组件可以被配置为与器械可移除地耦连。驱动组件可以包括多个驱动元件，该驱动元件被配置为通过驱动器械的多个输入元件来引起器械的移动。管理系统可以包括控制系统，该控制系统包括一个或多个处理器和存储器。存储器可以包括适于使一个或多个处理器执行操作的编程指令。这些操作可以包括为多个驱动元件的第一驱动元件从多个分配中选择第一分配，第一分配可用于多个驱动元件中的至少两个驱动元件。第一分配可以与第一驱动元件和多个输入元件的第一输入元件的第一配对相关联。操作可以包括使第一驱动元件采用第一分配。
根据本技术的进一步实施例，一种设备可以包括机器人操纵器和由机器人操纵器支撑的驱动组件。驱动组件可以被配置为与器械可移除地耦连。驱动组件可以包括多个驱动元件，该多个驱动元件被配置为通过驱动器械的多个输入元件来引起器械的移动。在驱动组件的第一配置中，多个驱动元件的第一驱动元件可以定位成与多个输入元件的第一输入元件耦连。在驱动组件的第二配置中，多个驱动元件的第一驱动元件可以定位成与多个输入元件的第二输入元件耦连。
根据本技术的实施例，一种管理对设备的磨损的方法，该设备包括驱动组件，该驱动组件被配置为与器械可移除地耦连，该方法可以包括：为驱动组件的多个驱动元件的第一驱动元件，从多个分配中选择第一分配，第一分配可用于多个驱动元件中的至少两个驱动元件。该方法可以包括使第一驱动元件采用第一分配。第一分配可以与第一驱动元件和器械的多个输入元件中的第一输入元件的配对相关联。
附图说明
参考详细描述以及以下附图可以更好地理解本技术的许多方面。附图中的部件不一定按比例绘制。相反，重点放在清楚地图示本技术的原理上。此外，仅为了清楚地图示，部件可以在某些视图中显示为透明，而不是表示部件必须是透明的。部件也可以示意性地显示。
图1A是根据本技术的实施例配置的设备的示意图。
图1B是根据本技术的另一个实施例配置的设备的示意图，其中医疗设备系统的操纵器组件被安装到可移动的支撑结构上。
图1C是根据本技术的另一个实施例配置的设备的示意图，其中医疗设备系统的操纵器组件被安装到手术台上。
图2A是根据本技术的实施例配置的操纵器组件的图示。
图2B是被配置为与图2A的操纵器组件一起使用的驱动组件和器械的图示。
图2C是根据本技术的实施例配置的设备的驱动系统的示意图。
图3是根据本技术的实施例的用于管理设备的系统的示意图。
图4A是为根据本技术的实施例配置的医疗设备中的驱动元件选择分配的方法的示意图。
图4B是为根据本技术的实施例配置的医疗设备中的驱动元件选择分配的另一种方法的示意图。
图5A是根据本技术的实施例的管理设备的方法的示意图。
图5B是图5A的方法的附加方法步骤的示意图。
图6A是根据本技术的实施例配置并具有安装到固定基底的可旋转基底的驱动组件的透视示意图。
图6B是根据本技术的实施例配置的驱动组件的透视示意图。
在本说明书中，应当理解，相似的附图标记被用于标识一幅或多幅图中所示的相似元件，目的是为了图示本公开的实施例，而不是为了限制本公开的实施例。
具体实施方式
参考计算机辅助系统和设备来描述本公开的各方面，其可以包括远程操作的、远程控制的、自主的、半自主的、机器人的和/或诸如此类的系统和设备。此外，本公开的各个方面是根据使用外科手术系统的实施方式来描述的，例如由美国加利福尼亚州桑尼维尔市(Sunnyvale)的直观外科手术公司商售的da
Figure BDA0003903831930000031
外科手术系统。然而，技术人员将理解本文所公开的创造性方面可以以各种方式来体现和实施，其包括机器人以及(如果适用的话)非机器人实施例和实施方式。在da
Figure BDA0003903831930000032
外科手术系统上的实施方式仅是示例并且不应被视为限制本文所公开的发明方面的范围。在一些实施例中，本文所述的器械、系统和方法可适用于例如诊断、治疗或训练程序，而不管该程序是外科手术的还是非外科手术的。尽管本文提供了关于此类程序的一些实施例，但对医疗或外科手术器械或医疗或外科手术方法的任何提及均旨在为非限制性的。因此，本文描述的器械、系统和方法可用于人类、动物、人类或动物解剖结构的一部分、非外科手术诊断，以及用于工业系统、通用机器人或远程操作系统。作为进一步的示例，本文描述的器械、系统和方法可用于非医疗目的，其包括工业用途、一般机器人用途、感测或操纵非组织工件、美容改进、人或动物解剖结构的成像、从人或动物解剖结构收集数据、建立或拆除系统、培训医疗或非医疗人员和/或诸如此类。附加示例应用包括用于对从人或动物解剖结构中移除的组织进行的程序(不返回到人或动物解剖结构)以及用于对人或动物尸体进行的程序。此外，这些技术还可用于包括或不包括外科手术方面的医学治疗或诊断程序。
本技术总体上涉及用于为设备的部件选择分配的系统和方法。这样的设备可以包括例如计算机辅助医疗设备，其具有一个或多个操纵臂(或其它可铰接结构，或其它类似或适当的结构)，一个或多个操纵臂适于可操作地耦连到一个或多个器械(例如，非医疗或医疗器械、操纵器械(诸如剪刀)或成像器械(诸如相机)或其它装置)。本文描述的设备的各种部件在时间过程中以及在相同程序的阶段或多个程序中经受载荷或磨损。特定的载荷和磨损可归因于许多变量。这些变量包括但不限于使用的器械的类型、在程序期间实现的载荷类型、整体部件年限、在给定程序期间操纵器组件和其它部件的取向、在程序期间患者的取向、在程序和/或存储环境中的清洁、再处理、服务和维护、修理和周围条件。例如，器械的类型和/或程序的类型可以导致对操纵器组件和/或器械的部件进行特定类型的载荷。与其它程序相比，某些类型的器械和程序可能涉及更高：载荷的频率、峰值或平均载荷幅度、载荷持续时间、峰值或平均动量、峰值或平均扭矩或线性力、运动的范围、峰值或平均速度或加速度或跳动(jerk)、方向反转次数、致动次数、使用持续时间、工作量、瞬时或平均功率、峰值或平均温度或温度范围、频率或温度循环次数等。此外，操纵器或器械取向可能导致润滑剂的独特分布(例如，有时不利的分布)和/或独特的重力引起的接头和其它部件上的载荷。在某些情况下，周围环境会经由湿度水平、温度水平、周围压力(例如，与海拔相关)和/或微粒(例如，灰尘、沙子等)水平和类似物给系统引入独特的磨损。
由上述变量引入的载荷或磨损类型可以包括但不限于擦破、腐蚀、粘附、热疲劳、机械疲劳、气刨、擦伤、磨蚀、点蚀、变硬、剥落、卡住、开裂(例如、应力腐蚀开裂)、生锈和蠕变/塑性变形。归因于上述变量的各种类型的载荷或磨损可能导致不同特定部件、包含这些部件的子部件和/或设备的其它部分的性能衰减或故障。例如，载荷或磨损可应用于传动系子部件，诸如致动器(例如电机、螺线管)、轴承、驱动电缆、滑轮、齿轮；接头和连杆子部件。磨损和载荷可归因于由部件/子部件执行的各种操作。示例操作可以包括器械移动、订合钉击发(staple fires)、切割、消融、夹钳等。
在许多情况下，子部件(例如，操纵器臂或器械)的较低性能或故障可能导致整个部件或更大设备的较低性能或故障。例如，驱动组件子部件、传感器系统子部件、控制系统子部件或操纵器臂的一些其它子部件的较低性能或故障会使整个操纵器臂在没有维修或修理的情况下变得能力降低或无法使用。驱动组件子部件的示例包括驱动元件，其被配置为与器械的输入元件耦连并将运动或原动力(例如，线性力或旋转扭矩)输入到输入元件；以及传动系子部件，其被耦连以驱动该驱动元件，例如电缆、金属带、驱动螺钉、电缆、齿轮和齿轮轴、滑轮、杠杆、万向节、致动器(诸如电机和螺线管)、结构子部件(诸如底盘和U形夹)以及构成传动系的其它子部件。与使用其它部件或子部件相比，增加使用部件或子部件会导致该部件或子部件与其它部件或子部件相比更大的载荷、更大的磨损、更低的性能或更早的故障。因此，与其它部件或子部件相比，减少部件或子部件的过度使用是有利的(如果这种减少是可能的)。如本文所用，“耦连”、“耦连”或其任何形式指代两个或多个部件之间的连接，无论是直接的(例如，经由直接接触)还是间接的(例如，经由一个或多个中间结构)。
为了减少本文所述的医疗设备中的部件之间的载荷和磨损的差异，从而增加设备的整体性能或寿命，可以如本文所述实施各种方法和系统。这些方法和系统包括例如驱动组件和器械之间的随机或伪随机耦连。在一些实施方式中，可以监测特定部件的载荷和磨损，以便将器械分配给设备的较少使用的部件。例如，本技术的某些实施例可以包括具有被配置为与器械耦连的驱动组件的设备。驱动组件包括多个驱动元件，该驱动元件被配置为通过驱动器械的多个输入元件来引起器械的移动。给定设备(例如，医疗设备)的驱动元件和给定器械的输入元件可以被配置为在多个取向或其它布置中彼此耦连。在一些情况下，给定设备的驱动元件被配置为与多种不同器械的输入元件耦连。本技术的系统可以包括一个或多个处理器，该处理器被配置为执行指令以管理设备和器械之间的耦连，从而在驱动元件上更均匀地分布载荷或磨损。
本公开借助于它们在三维空间中的状态来描述各种器械和器械的部分。如本文所用，术语“位置”指代对象或对象的一部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡尔X、Y和Z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”指代对象或对象的一部分的旋转放置(例如，三个旋转自由度，例如滚动、俯仰和偏转)。如本文所用，术语“姿势”指代对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置，以及该对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(例如，最多六个总自由度)。
图1A是根据本技术的实施例的设备的简化图。具体来说，图1A图示了计算机辅助医疗设备100。在一些实施例中，设备100可以适于在例如诊断、治疗、训练或其它程序中使用，而不管该程序是外科手术的还是非外科手术的。尽管本文提供了关于此类程序的一些实施例，但对医疗或外科手术器械和医疗或外科手术方法的任何提及都是非限制性的。本文所述的系统、器械和方法可用于动物、人类尸体、动物尸体、人体或动物解剖结构的一部分、非外科手术诊断，以及用于工业系统和通用机器人、通用远程操作或机器人医疗系统。
如图1A所示，设备100可以包括一个或多个操纵器组件102。尽管在图1A的实施例中图示了三个操纵器组件102，在其它实施例中，可以使用更多或更少的操纵器组件。操纵器组件的确切数量将取决于程序和手术室内的空间限制以及其它因素。每个操纵器组件102可以包括一个或多个操纵器臂(例如，机器人操纵器臂)。多个用户控制系统132可以共同定位，或者它们可以定位在单独的位置。多个用户控制系统132可以允许一个以上的操作者以各种组合控制一个或多个远程操作的操纵器组件。
在该医学示例中，操纵器组件102被用于在对患者101执行各种程序时操作医学器械104(例如，操纵、成像或其它器械)。在一些实施例中，一个或多个操纵器组件102包括一个以上的操纵器臂，并且每个操纵器臂被配置为具有安装在其上的一个或多个医疗器械104。(一个或多个)器械104可以可释放地或固定地安装到操纵器组件上。操纵器组件102可以是远程操作的、非远程操作的或混合的远程操作和非远程操作组件，具有可以是机动和/或远程操作的选择运动自由度和可以是非机动和/或非远程操作的选择运动自由度。操纵器组件102可以被配置为定位和移动医疗器械104，使得操纵器组件102和/或医疗器械104的远端部分围绕与器械104进入患者101的孔口一致的远程运动中心枢转。然后，操纵器组件102可以操纵器械104以在空间中平移或旋转器械104，例如围绕远程运动中心枢转器械104、插入或缩回器械104、和/或围绕其轴轴线使器械104滚动。
在一些实施例中，操纵器组件102可以安装到或靠近手术台或外科手术台T。在这样的实施例中，操纵器组件102可以直接安装到手术台T或直接安装到耦连到手术台T的导轨。在各种其它实施例中，操纵器组件102可以安装到固定的或可移动的操纵系统(例如，安装到地板、墙壁或天花板，或安装到推车)。操纵系统可以与手术室中的手术台T分开并间隔开。在这样的实施例中，操纵系统可以相对于手术台T独立地移动。在这样的实施例中，一个或多个操纵器组件102可以安装到任何结构或以如上所述的任何方式被安装。例如，一个操纵器组件102可以安装到手术台T，而另一个操纵器组件102可以安装到操纵系统。在其它示例中，可以将附加的操纵器组件102安装到手术室的天花板上。
图1B和图1C图示了两个这样的示例操纵器组件配置。更具体地说，图1B是医疗设备100a的示意性平面图，示出了患者和两个患者侧单元，图示了在医疗程序期间使用单独的器械支撑结构的示例情况。医疗设备100a可以共享本文描述的医疗设备100的许多或所有特性。患者101显示在手术台T上。显示了说明性支撑结构102a作为可以遍布手术室地板移动的移动单元。支撑结构102a(例如，操纵器组件)可以支撑器械108，诸如包括内窥镜相机的器械，内窥镜相机在图1B中所示的姿势中具有指向患者101内的工作部位110(例如，诸如外科手术部位的医疗部位)的视场(FOV)。包括说明性支撑结构102b(例如，操纵器组件)，也显示为可遍布手术室地板移动的移动单元。支撑结构102b可以支撑器械114，诸如被摆姿势以将其末端执行器116定位在工作部位110处的操纵器械。在各种实施例中，支撑结构102a、102b中的每一个可以由一个或多个支撑结构代替。此外，每个支撑结构(例如102a、102b)可以被配置为支撑一个或多个器械。以下关于支撑结构102a和102b的描述也适用于各自可以代表的各种其它支撑结构。
如图1B所示，支撑结构102a相对于世界坐标系120处于姿势106a。支撑结构坐标系122与支撑结构的运动链的单个连杆(例如，设置结构的连杆、操纵器或支撑结构102a的器械的连杆)相关联。支撑结构坐标系122的取向改变随着相关联的单个连杆的取向而改变。
如图1B所示，支撑结构102b相对于世界坐标系120处于第一姿势112a。支撑结构坐标系124与支撑结构的运动链的单个连杆相关联。图1B还示出了参考世界坐标系120在第二虚线姿势112b处的支撑结构102b，其图示了为了操作和在操作期间支撑结构102a、102b可以放置在或移动到各种位置和取向。坐标系124随着其相关联的连杆平移和旋转而平移和旋转，如箭头126所示。
图1C是图示了另一个示例医疗设备配置的另一个示意性平面图。在图1C中，医疗设备的支撑结构102c、102d被安装到手术台T上。例如，支撑结构102c、102d可以沿着手术台的顶部或(一个或多个)侧轨安装在不同位置处，或者安装到手术台的基部。支撑结构102c(示出保持相机器械108)在基部位置128a处安装到手术台T。支撑结构102d(示出为保持操纵器械114)在基部位置130a处安装到手术台T。图1C还经由虚线图示了在基部位置130b处安装到手术台T的支撑结构102d。这是为了图示为了操作和在操作期间支撑结构102c、102d可以放置在或移动到各种位置和取向。
回到图1A，设备100可以包括显示系统133，用于显示工作部位和医疗器械104的图像或表示(例如，由成像器械捕获的实时图像、从传感器数据导出的模型)。显示系统133和用户控制系统132可以被取向，使得操作者O(例如，外科医生或其它临床医生，如图1A所示)可以利用远程呈现的感知来控制医疗器械104和用户控制系统132。例如，该图像可以是由工作部位的成像设备捕获的二维或三维图像。在一些示例中，显示系统133可以使用来自成像技术的图像数据来呈现术前或术中记录的工作部位的图像，成像技术诸如计算机断层摄影术(CT)、磁共振成像(MRI)、荧光检查、温度记录法、超声、光学相干断层摄影术(OCT)、热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管X射线成像和/或诸如此类。术前或术中图像数据可以呈现为二维、三维或四维(包括，例如，基于时间或基于速度的信息)图像和/或从术前或术中图像数据集创建的模型的图像。
设备100还可以包括控制系统134。控制系统134包括至少一个存储器和至少一个计算机处理器(未示出)，用于实现医疗器械104、用户控制系统132和显示系统133之间的控制。控制系统134还包括编程指令(例如，存储指令的非暂时性机器可读介质)以实施根据本文公开的方面描述的一些或所有方法，其包括用于向显示系统133提供信息的指令。虽然控制系统134在图1A的简化示意图中被示为单个框，该系统可以包括一个、两个或更多个数据处理电路，其中一部分处理可选地在操纵器组件102上或附近执行，另一部分处理在用户控制系统132处执行，和/或诸如此类。可以采用多种集中式或分布式数据处理架构中的任何一种。类似地，编程指令可以被实施为多个单独的创新或子例程，或者它们可以被集成到本文描述的系统的多个其它方面。在一个实施例中，控制系统134支持无线通信协议，例如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。
如上所述，用户控制系统132可以允许操作者O查看工作部位并控制操纵器组件102。在一些示例中，用户控制系统132包括操作者控制台，诸如位于与手术台T相同的房间中。然而，应当理解，用户控制系统132和操作者O可以在与患者101不同的房间或完全不同的建筑中。用户控制系统132通常包括用于控制操纵器组件102的一个或多个输入设备。输入设备可以包括任意数量的各种设备，诸如操纵杆、轨迹球、数据手套、扳机枪、手动控制器、语音识别设备、身体运动或呈现传感器和/或诸如此类。在一些实施例中，为输入设备提供与相关联的医疗器械104相同的自由度。在一些实施例中，输入设备可以具有比相关联的医疗器械104更多或更少的自由度。在一些实施例中，输入设备可以可选地是手动输入设备，其以六个自由度移动，并且还可以包括用于致动器械的可致动手柄(例如，用于闭合抓握爪、向电极施加电势、递送治疗处理和/或诸如此类)。
操纵器组件102支撑医疗器械104并且可以包括运动学结构，该运动学结构包括任意数量的接头和连杆。例如，根据运动学结构的设计，运动学结构的每个接头可以是非致动接头或致动接头。在一些示例中，非致动接头可以不包括任何致动器，或者可以仅包括具有动力不足以移动相关联的接头的(一个或多个)致动器，因此不能经由远程操作和/或来自控制系统的运动控制命令引起接头的运动。在一些示例中，非致动接头可以包括允许控制系统防止和/或限制非致动接头中的运动的制动器。在一些示例中，致动接头可以包括一个或多个致动器，其可以控制致动接头的运动并且可以被命令以远程操作地移动接头和/或执行其它运动命令。在一些示例中，致动接头还可以包括制动器。在这样的示例中，制动器可以用在致动接头中以保持非致动接头的当前姿势，而不是主动控制致动接头的运动。
例如，图2A图示了根据本技术的实施例配置的操纵器臂202。操纵器臂202可以共享本文所述的其它操纵器臂(例如，操纵器组件102的操纵器臂)的许多或所有功能和结构特性。如图所示，操纵器臂202可以包括连接在一起的多个连杆204a-204f(统称为“204”)，并由多个接头206a-206f(统称为“206”)连接到近端结构(未示出)。操纵器臂202可以被配置为支撑器械(未示出)。一个或多个接头206可以是非致动的或致动的。在一些应用中，接头206中的一个或多个是被动的和/或被配置为抵抗或防止一个或多个连杆204在操作期间的无意移动。例如，一个或多个接头206可以被配置为在锁定和解锁配置之间切换。
操纵器臂202可以包括安装结构210，该安装结构210被配置为将操纵器臂202可释放地或固定地连接到安装部位(例如，固定或可移动的基部、手术台、天花板、墙壁、可移动推车或本文所述的任何其它安装部位)。安装结构210可以包括接头。例如，在一些实施例中，安装结构210包括允许操纵器臂202相对于安装部位的旋转运动的旋转接头。
操纵器臂202可以包括器械接口211，该器械接口211被配置为可释放地接收和连接到一个或多个器械。在图2A所示的示例中，器械接口211设置在连杆204e和204f上，并且在其它实施例中，器械接口211可以位于别处。器械接口211可以包括被配置为与器械的输入组件交接的驱动组件220。在一些实施例中，器械接口211包括一个或多个对准特征部，其被配置为在器械连接到器械接口211时对器械进行定向。例如，对准特征部可以包括槽216，该槽216被配置为接收器械的轴的一部分。
图2B是根据本技术的实施例配置的驱动组件220和器械224的一部分的图示。驱动组件220可以包括一个或多个驱动元件222(五个被示为驱动元件222a-222e)。驱动元件222可以安装到连杆204f(例如，托架)上/内。驱动组件220或操纵器臂202的一些其它部分可以包括一个或多个致动器或马达，其被配置为操作驱动元件222。在一些配置中，每个单独的驱动元件222由单独的马达/致动器驱动。在其它配置中，两个或更多个驱动元件222由共享的马达/致动器驱动。如图2B所示，驱动元件222可以是旋转盘或其它旋转驱动元件。然而，在其它实施例中，一个或多个驱动元件222可以包括一个或多个接片、突起、凹口或其它结构，并且被配置为将旋转或线性运动的任何组合施加到另一结构上。
如图所示的器械224包括远端执行器226、包括一个或多个接头的腕部227、近端底盘228、底盘228上方的外壳230、以及在末端执行器226和底盘228之间的轴232。在各种实施例中，器械224可以具有比这些子部件更少或更多的子部件，或者这些子部件的不同实例。例如，在一些实施例中，器械224缺少腕部227或包括具有不同运动度或运动自由度或运动范围的腕部227，缺少底盘228，和/或缺少外壳230。作为另一个示例，在一些实施例中，底盘228和外壳230被组合成单个部件。轴232可以被配置(例如，设置尺寸和设置形状)以至少部分地装配在连杆204f中的凹口或通道233内。末端执行器226利用或未利用一个或多个中间接头(诸如腕部227)耦连到轴232。各种腕部227架构允许末端执行器226的取向以俯仰、偏转和/或滚动的各种组合相对于轴232改变。可选地，末端执行器滚动功能通过滚动轴232或底盘228来执行。各种传动系子部件和机构安装在底盘228上并且用于从与器械224相关联的操纵器接收机械或电气输入。这些输入能够用于取向和操作末端执行器226。此应用前面列出了示例传动系子部件。
参考图2B，底盘228通常将包括一个或多个输入元件234(五个显示为输入元件234a-234e)，其适于耦连到操纵器臂202(例如操纵器臂202的驱动组件)的驱动元件222，如将相应的驱动元件222连接到相应的输入元件234的虚线所示。在驱动元件222和输入元件234之间的耦连可以是直接的(例如，在驱动元件222和输入元件234之间的直接接触)或通过一个或多个中间结构是间接的。例如，在一些应用中，适配器位于输入元件234和驱动元件222之间。适配器可以包括一个或多个传输元件(例如，圆盘、顺应突起或凹口)，其被配置为允许或促进将线性或旋转力(扭矩)、运动和/或其它输入从驱动元件222传输到输入元件234。在医学示例中，适配器可以是被配置为抑制或防止病原体从驱动组件传输到器械224(并由此传输到患者)的无菌适配器。驱动元件222响应于来自控制系统(例如，控制系统134，参见图1A)的命令来驱动器械224(或另一器械，例如器械104)上的输入元件234。每个输入元件234可以被配置为驱动/致动器械224的不同移动或动作。例如，第一输入元件234a可以控制器械224(例如腕部227)的一个或多个接头的第一移动参数(例如，俯仰、偏转和/或绕一个或多个轴线滚动)，而第二输入元件234b控制第二移动参数。多个输入元件234可以被配置为一起驱动/致动器械224的协调移动/致动(例如俯仰、偏转、张开或闭合夹钳等)。输入元件234中的一个或多个可以控制末端执行器的致动，例如订合钉击发、夹具夹紧等。在一些实施例中，操纵器臂202的一个或多个驱动元件222被配置为与两个或多个输入元件234兼容。在一些实施例中，特定驱动元件222或驱动元件222的子集仅与单个输入元件234或输入元件234的子集兼容。例如，某些驱动元件和输入元件可能与高载荷(例如，高扭矩或力)应用相关联，而其它驱动元件和输入元件可能仅配置用于低载荷应用。在另一个示例中，某些驱动元件和输入元件可以与高速(例如，高线速度或高转速)应用相关联，而其它驱动元件和输入元件可以仅被配置用于低速应用。
图2C是根据本技术的实施例配置的驱动组件250的示例的示意图。驱动组件250包括由一个或多个传动系子部件驱动的驱动元件222。例如，传动系子部件之一可以是致动器252。致动器252可以包括例如马达、螺线管或配置为致动驱动元件222的一些其它合适的部件。驱动组件250可以包括一个或多个附加的传动系子部件，例如配置成将驱动力从致动器252传输到驱动元件222的传输部254。传输部254可以包括一根或多根缆线、滑轮、螺钉、活塞和/或被配置为将驱动力传输到驱动元件222的其它部件。如图所示，驱动元件222可以与输入元件234交接。在驱动元件222和输入元件234之间的接口可以是直接的(例如，经由直接接触)或间接的(例如，经由使用一个或多个中间结构256)。中间结构256可以包括例如适配器、无菌适配器和/或物理定位在驱动元件和输入元件之间的其它结构。驱动组件250或器械224的可变参数可以由任何数量的位置、速度或加速度传感器感测，例如编码器、电位计、加速度计或其它传感器，以向设备100提供描述器械224的移动的传感器数据。其它传感器可以包括扭矩传感器、电流传感器、电压传感器和/或温度传感器。这些传感器可以包括在驱动组件250、器械224或系统中的其它地方。该传感器数据可用于确定由驱动元件222操纵的对象的运动，诸如器械224的部分。
如美国专利号6,331,181(其全部公开内容通过引用整体并入本文)中更详细地描述的，器械224将通常包括存储器236，存储器236通常电耦连到数据接口(例如，作为器械接口211的一部分)。当器械224安装在操纵器臂202(图2A)上时，该数据接口可以允许在存储器236和计算机(例如，用户控制系统132，参见图1A)之间的数据通信。
器械(例如器械104、224)在尺寸、形状、接头数量、自由度、功能等方面可能不同。例如，器械可能具有不同的轴直径或末端执行器。在一些实施例中，器械被配置为耦连到相关联的驱动组件、从其相关联的驱动组件中移除、并且被重新安装以与相同的驱动组件或另一驱动组件耦连，或被另一器械替换。这种器械的耦连、移除和重新安装或更换可能发生在医疗设备执行的程序期间，或医疗设备执行的程序之间。对于外科手术示例，外科手术吻合器可与给定的操纵器臂202结合用于第一程序或用于第一程序的第一部分。另一器械可在另一时间处(例如在另一程序或第一程序的另一部分期间)安装在操纵器臂202上。在美国专利号8,823,308中提供了附加的细节，其全部公开内容通过引用整体并入本文。
在某些操作环境中，器械可以组合成具有多种能力的组合。与这些组合有关的附加细节在美国专利号7,725,214(公开“Minimally Invasive Surgical System”)中提供，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。在美国专利号7,955,322(公开“WirelessCommunication in a Robotic Surgical System”)、美国专利号8,666,544(公开“Cooperative Minimally Invasive Telesurgical System”)和美国专利号8,529,582(公开“Instrument Interfaces for Robotic Surgical Systems”)中提供了器械和操纵器组件之间接口的详细信息，其公开内容全部通过引用以其整体并入本文。
如上所述，与其它操纵器组件或器械相比，操纵器组件或器械的部件或子部件的增加使用可能导致那些部件或子部件的更大载荷、使用或磨损。本技术的某些实施例被配置为减少这种更大的载荷或磨损。在各种实施例中，以随机或伪随机方式、以先后顺序、基于历史数据或以结合前述的方式将使用分配给部件(例如，操纵器组件)或子部件(例如，驱动元件)。历史数据的示例包括测试数据(例如性能测试数据)、使用数据(例如先前使用历史)和类似物。与多个驱动元件相关联的历史数据可以是驱动元件、耦连到多个驱动元件的任何驱动元件(例如传输元件、致动器等)的驱动组件的子部件和/或在驱动元件的物理操作中涉及的其它相关的结构的数据。作为具体示例，与多个驱动元件相关联的使用或测试数据可以包括驱动元件、耦连到多个驱动元件的任何驱动元件的驱动组件的子部件等的使用或测试数据。这些方面在此处和下文中进一步讨论。
作为一个具体示例，本技术的某些实施例被配置为监测设备的部件和子部件上的特定载荷、使用或磨损，以便估计、凭经验测量或以其它方式解释在部件和子部件上的不同类型的载荷、磨损或使用。可以手动、自动或结合手动和自动系统执行使用/载荷监测。这种系统和方法现在将在关于图1A中所示的医疗设备100的远程操作上下文中被描述。远程操作上下文中描述的技术也可以被应用于非远程操作上下文和非远程操作部件。
在该远程操作示例中，对于给定的程序，一个或多个特定器械104耦连到一个或多个特定操纵器组件102。这些器械可以包括医疗器械，例如操纵器械(例如，抓握器、钩子、吻合器等)和成像器械(例如，光学或红外相机、超声波传感器等)，和/或用于给定程序的其它适当器械。在记录器械104和操纵器组件102之间的耦连的系统中，在器械104和操纵器组件102(统称为“远程操作部件”)之间的耦连的细节可以以任何适当的方式被识别和记录。例如，操作者O或其它人员可以在程序之前或之后手动键入耦连。在一些配置中，操纵器组件102和/或器械104包括被配置为自动识别部件之间的耦连的结构。例如，器械104和操纵器组件102中的一个或两个可以包括射频识别(RFID)标签、近场通信(NFC)部件、
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信标、嵌入式芯片、光学UPC或QR码、提供独特磁签名的磁体，或配置为识别和/或检测耦连到给定操纵器组件102的器械104的类型的其它部件。上面列出的部件也可以被配置为帮助识别操纵器组件102的特定驱动元件与器械104的特定输入元件之间的耦连，如下文更详细讨论的。远程操作部件的识别的耦连可以在本地或远程数据库中被记录。例如，控制系统134和/或用户控制系统132可以包括被配置为接收和存储识别的耦连的存储器。
如上所述，识别的耦连可以包括在操纵器组件102的各个驱动元件与器械104的多种类型的输入元件之间的特定配对。例如，第一操纵器组件102的第一驱动元件可以与器械104的第一输入元件耦连，并且第一操纵器组件102的第二驱动元件可以与第二输入元件耦连，第二输入元件与第一输入元件不同类型。
反映在特定器械104和特定操纵器组件102之间的配对和/或在特定驱动元件和特定输入元件之间的配对的记录数据可以是整体历史数据的子集。整体历史数据可以包括耦连到操纵器组件102的器械104的类型、器械104与操纵器组件102一起使用的日期和/或持续时间、操纵器组件102的安装位置、操纵器组件102的姿势、特定驱动元件的致动的数量和/或类型(例如，由驱动元件驱动的自由度)、由包括驱动元件的驱动组件承受的载荷或估计的磨损、操作条件、任何前面列出的影响载荷、使用或磨损的参数，和/或与耦连和远程操作部件的使用相关联的其它信息。与驱动元件相关联的致动数据的数量/类型可以包括方向反转的次数和/或频率(例如，驱动元件在不同方向上的旋转/平移)、实现的力(例如，聚合和/或峰值)、实现的扭矩(例如，总和/或峰值)、实现的移动速度、与先前配对的器械/输入元件相关联的自由度、操纵器的用户的身份和/或整体运动的幅度。上述数据可以被记录并与操纵器组件相关联，或者与驱动元件或驱动组件的其它部分相关联。在一些实施例中，环境条件与记录的历史数据相关联。这些环境条件可以包括温度、湿度、海拔等。
记录的历史数据可以由服务器编译和/或处理。服务器可以是本地的(例如，与控制系统134、用户控制系统132相关联，和/或在位于远程操作部件所在的设施处的硬件或软件部件上)。在一些配置中，服务器远离医疗设备100或以其它方式不在现场。例如，服务器可以是分布式服务器网络(例如，“云”网络)的一部分，或者是位于制造商或服务提供商设施的后端硬件的一部分。
可以基于记录的历史数据计算历史载荷、使用或磨损的各种度量或其它指标(proxy)，并与特定的操纵器组件102、驱动元件、器械104和/或输入元件相关联。在某些配置中，使用二进制度量。例如，使用高载荷器械(例如，外科吻合器)或使用高载荷输入元件获得“1”，而低载荷器械/输入元件配对被记录为“0”值。二进制评分也可以与特定类型的器械104或输入元件相关联。例如，每次操纵器组件102与该器械104输入元件配对并一起使用或该驱动元件与该输入元件配对并一起使用时，操纵器组件102或驱动元件(或包括驱动元件的驱动组件的其他部分)可以被给予与特定器械104或输入元件相关联的“1”。
在一些应用中，用于历史载荷、使用或磨损的度量可以包括上述历史数据的全部或子集的聚合、求和或其它组合。例如，总致动、使用中花费的总时间(例如，使用特定类型的器械或输入元件)、方向改变/反转的总数或其它操作参数等可以与给定的操纵器组件102和/或与一个或多个驱动元件(或与包括驱动元件的驱动组件)相关联。作为具体示例，度量可以包括与操纵器组件102(或耦连到驱动元件)耦连的器械104(或输入元件)的类型以及耦连的总时间的组合。作为另一示例，操纵器组件102(或驱动元件或驱动组件的另一部分)所经受的线性或旋转力也可用于组合中。作为另一个示例，在一些配置中，例如除了转数和/或平移数之外或替代转数和/或平移数，操纵器组件102或驱动元件(或包括驱动元件的驱动组件)所经历的方向反转的次数也可以用于组合中。附加的操作参数可用于制定聚合度量。
在一些实施例中，可以测试操纵器组件102或驱动元件(或包括驱动元件的驱动组件的其它部分)的性能或特定磨损。该测试可以在现场或在单独的测试设施中执行。在此类测试期间观察到的测试数据可以与历史数据相结合，并视情况用于确定载荷、磨损、使用等的度量。例如，测试数据可以补充对特定操纵器组件102或驱动元件的总体聚合度量的计算。例如，观察到的传输元件的磨损测量可以用于确定与耦连到传输元件的驱动元件相关联的聚合度量。在某些应用中，这种观察到的磨损被分配在“1”和“N”之间的值，其中N是大于1的数字。例如，N可以是2。在这种情况下，可以为每个操纵器组件102或其驱动元件分配在1(低磨损或未观察到磨损)和2(高磨损)之间的值。
经验/观察到的载荷、使用或磨损可以与特定类型的载荷、使用或磨损相关联，并用于补充暗示那些类型的载荷、使用或磨损的度量。例如，在某些齿轮或轴承上观察到的载荷、使用或磨损可能与特定类型的载荷、使用或磨损相关联(例如，方向反转的次数、载荷的大小等)。可以为这种特定的观察到的载荷、使用或磨损分配一个值，该值用于计算实际度量。例如，与多个方向反转相关联的观察到的载荷、使用或磨损可以被添加到、乘以或以其它方式跟与方向反转相关联的先前记录的度量相结合。可以针对一些或所有其它上述量化特征进行这种关联。
可以将观察到的磨损输入到控制系统之一(例如，图1A中的控制系统134、132)上的用户接口(UI)。在一些配置中，可以将观察到的磨损输入到例如手持设备上的另一个UI、在除了医疗设备所在的房间之外的位置中的端子、或一些其它UI。例如，测试设施可以包括具有UI的一个端子或手持端子或其它端子，用于输入与特定远程操作部件和/或远程操作部件的子部件相关联的观察到的磨损特性(例如，视觉上可观察到的磨损)。输入到上述UI的数据可以经由有线连接、无线连接或其它连接发送到上述服务器进行存储和分析。来自测试(例如，性能或磨损测试)的数据可以自动编译并发送到上述服务器。来自测试的数据可以与其它历史数据相结合，为一个或多个部件/子部件提供更全面的度量。在某些配置中，编译来自磨损测试的数据而不是来自观察到的磨损的数据。
上述度量和数据可以与特定操纵器组件102、驱动元件(或与驱动元件相关联的驱动组件的其它元件)在该结构的寿命期间相关联。例如，特定操纵器组件和特定驱动元件(和/或与驱动元件相关联的驱动组件的其它元件)可以被分配唯一标识符。在一些实施例中，每个驱动元件具有对附接到(例如，特定操纵器组件102)的结构唯一的标识符，但不一定是普遍唯一的。历史数据和/或确定的度量可以与这些唯一标识符相关联，从而允许用户重新调用操纵器组件102和/或可用于给定程序的特定驱动元件的度量。
记录的使用数据是一种类型的历史数据，并且可以响应于后续程序中获得的附加数据进行更新，就像可以更新其它类型的历史数据一样(例如，记录的测试数据可以通过附加的测试数据进行扩充)。历史数据(例如使用数据、测试数据等)可以由控制系统(例如，以下描述的管理系统)或其它自动化系统来管理。控制系统可以生成针对特定器械-操纵器配对、输入元件-驱动元件配对和/或其它操作配置的分配建议。控制系统可以将建议传达给用户。在一些实施例中，历史数据(使用数据、测试数据等)可以作为多个类别中的单个值呈现给用户(例如，某种类型的器械的总使用量、单个驱动元件的总磨损估计、使用的总时间等)。在一些应用中，历史数据(例如使用数据、测试数据等)可以呈现为指示度量值和其它数据随时间的推移的表格、图形或其它格式。在一些情况下，操纵器组件和/或驱动元件的历史数据(例如，使用数据、测试数据等)在维护或修理之后被保留。在其它情况下，此类历史数据在维护或修理之后被全部或部分擦除或重置(例如基于维护或修理的类型和结果)。在历史数据包括随时间变化的值的应用中，擦除或重置可以在历史中被注释。
如图3所示，可以在服务器300上维护和存储历史数据和相关联的数据。该服务器可以是与上述服务器相同的服务器。本领域技术人员将理解，可以添加和/或省略特定的硬件和软件特征以适应上述集合和其它功能。如虚线箭头所示，服务器300可以可操作地连接到一个或多个其它部件或系统。部件可以包括医疗设备100、一个或多个手持设备304、一个或多个端子306、和/或一个或多个本地(服务器)或远程处理器308(统称为数据部件)。如上所述，服务器300可以是任何其它数据部件的本地或物理集成的。来自每个数据部件的数据可以通过有线连接、无线连接和/或经由云服务器进行通信。每个数据部件可以被配置为访问来自服务器300的信息。优选地，这种访问限于与特定操纵器组件102和驱动元件相关联的数据，这些驱动元件由从服务器300请求信息的实体拥有或操作。
图4A图示了根据本技术的实施例的为具有驱动组件的设备的特定驱动元件选择分配的方法400，该驱动组件被配置为与器械可移除地耦连。方法400可以包括例如为驱动组件的第一驱动元件选择第一分配(例如，与设备的驱动元件和器械的第一输入元件的第一配对相关联的分配)(框402)。该第一分配可以从对驱动组件的多个驱动元件中的至少两个驱动元件可用的多个分配中选择。方法400还可以包括使第一驱动元件采用第一分配(框404)。第一分配可以与第一驱动元件和器械的多个输入元件的第一输入元件的配对相关联。在一些实施例中，使第一驱动元件采用第一分配可以包括将驱动组件和器械中的一个或两个配置为将第一驱动元件和第一输入元件配对。
图4B图示了根据本技术的实施例的为给定提议的程序选择医疗设备的特定驱动元件的分配的另一种方法450。在一些配置中，为了分散或平衡医疗设备的驱动元件或其它部件上的载荷、使用或磨损，进行结合图4B的方法450所描述的选择。方法450可以包括类似于上述方法400的初始步骤或过程。特别地，从框452开始，方法450包括为驱动组件的第一驱动元件选择第一分配(例如，驱动元件与第一输入元件的第一配对)。可以经由指令(例如，用于配置/重新配置系统的驱动组件或用于以特定方式安装器械/对器械进行定向的指令)将第一分配的选择传达给系统的用户。例如，第一驱动元件可以是图2B的驱动组件220的驱动元件222中的一个。类似地，第一输入元件可以是图2B的器械224的输入元件234中的一个。与其它驱动元件相比，第一驱动元件的选择可以至少部分地基于驱动元件的功能特性对于第一分配的适用性。例如，第一分配可以与只有驱动元件的子集适合的高载荷应用相关联，或者可以与只有驱动元件的子集被配置成耦连的输入元件类型相关联。在一些实施例中，第一分配可以与在只有驱动元件的子集可用的一种类型的程序中的使用相关联。第一分配的要求(例如，器械类型、程序类型等)可以基于以下一项或多项来确定：程序的阶段；多个驱动元件的多种用途；先前与驱动组件耦连的先前器械；与医疗设备的第二驱动组件耦连的第二器械；由多个驱动元件驱动的先前器械自由度；以及设备用户的身份。
第一分配可用于两个或多个驱动元件。在一些实施例中，第一分配以随机或伪随机方式从多个可用分配中选择。在一些实施例中，第一分配是从按先后顺序布置的分配列表中选择的。在一些实施例中，第一分配是基于与第一驱动元件相关联的历史数据来选择的，诸如基于第一驱动元件的先前使用。
可以监测、跟踪、聚合和/或记录在第一分配期间第一驱动元件的使用(框454)。跟踪的统计数据可以包括例如驱动元件的使用次数、由驱动元件驱动的器械的识别、由驱动元件驱动的自由度、使用的持续时间、在使用期间实现的载荷和/或任何其它有用的信息。该方法可以包括为驱动元件提议第二分配(例如，与输入元件配对)(框456)。可以基于例如对多个驱动元件的历史数据的评估来选择用于第二分配的驱动元件(框458)。在一些实施例中，历史数据包括使用数据和/或测试数据(例如，性能测试数据)。与给定驱动元件相关联的历史数据可以包括驱动元件本身的历史数据、耦连到驱动元件的驱动组件的子部件(诸如与驱动元件相关联的传输元件或致动器)的历史数据。在一些配置中，第二分配被分配给第二驱动元件；在第二分配与第二输入元件相关联的情况下，第二驱动元件可以在与第一驱动元件已经采用或正在采用第一分配的时间重叠的时间期间采用第二分配。在一些实施例中，第二分配被分配给第一驱动元件，并且第一驱动元件从第一分配过渡到第二分配。
第一分配和第二分配可以被分配给第一驱动元件和第二驱动元件，使得两个驱动元件中使用较少的驱动元件跟与第一分配和第二分配相关联的输入元件中需求更高的输入元件配对。较少使用的驱动元件可以是通过使用度量(例如，基于使用的持续时间、经历的力的大小、上述另一参数等)测量的具有较低使用量和/或较低磨损和/或其它参数的驱动元件。在一些实施例中，较少使用的驱动元件基于以下至少一项来确定：驱动元件经历的峰值力；驱动元件经历的峰值扭矩；驱动元件经历的聚合力；由驱动元件驱动的自由度；第一驱动元件经历的致动频率；第一驱动元件经历的运动幅度；第一驱动元件经历的方向反转的次数；第一驱动元件经历的移动速度；以及驱动元件经历的总扭矩。在一些实施例中，该方法可以包括跟踪在第二分配中使用的驱动元件的使用(框460)并且将使用数据作为历史数据记录。
图5A和图5B图示了根据本技术的实施例的管理设备的示例方法500。方法500可用于平衡或分散远程操作部件和/或子部件的载荷、使用或磨损。如框502所示，对于给定程序，操作者可以启动与为给定程序设置医疗设备相关联的计划软件。可以向管理系统504通知软件启动。管理系统504例如可以是具有至少一个处理器和存储器的控制系统。管理系统504可以包括被配置为使至少一个处理器执行各种下述操作的指令。管理系统504可以例如在上述服务器300或被配置为管理与在医疗设备上分布的磨损相关联的数据和指令的一些其它数据处理集线器上维护。管理系统504可以对(例如，在同一房间中或在同一设施处的)医疗设备本地维护和/或操作。在一些实施例中，管理系统504在远离医疗设备的位置被维护和/或操作。
在框506处，操作者可以输入(例如，经由上述UI之一)即将到来的程序。对于医学示例，可以输入一种类型的外科手术或其它程序。在某些应用中，可以输入所需的器械和/或特定器械的估计使用时间。例如，估计的使用时间可以至少部分地基于在相同类型的先前程序中观察到的使用时间。该信息可以被传送到管理系统504。在某些配置中，调度系统(例如，医院的调度系统)可以自动输入有关即将到来的程序的信息。
参考框508，可以将各种可用的远程操作部件(例如，图1A和图2B中的操纵器组件102、操纵器臂202和/或驱动元件222)的使用历史报告给管理系统504。在一些实施例中，还可以报告可用的整体系统架构(例如，安装结构、外科手术台的类型等)。可以从上述服务器300或从一些其它本地或远程数据库报告使用历史。
由管理系统504执行的功能的进一步细节将参照图5B进行解释。如框510所示，在一些配置中，管理系统504可以查询使用历史信息(例如，图5A的框508中提供的信息)以生成指示可用远程操作部件磨损的热图(框512)。该热图可以指示各种可用远程操作部件的上述使用度量和使用历史。例如，可以为每个远程操作部件反映来自先前二进制度量的聚合总数，和/或子部件可以反映在可用库存的热图中。
在执行框510和512中的操作之前、之后或同时，可以分析程序类型信息(框514)。程序类型信息可以包括所需的器械、操纵器姿势、使用持续时间和其它程序特定信息。在一些实施例中，程序类型信息是从数据库中提取的。在一些实施例中，外科医生、护士或其它人员输入程序类型信息(例如，如图5A的框506所示)。管理系统执行的功能可以包括比较与程序相关联的输入程序类型磨损估计(框516)。磨损估计可以使用与程序类型相关的使用信息(例如，器械类型、使用持续时间和其它信息)来计算。可以手动计算与各种程序相关的磨损估计。在一些实施例中，磨损估计是基于来自过去类似或相同程序的经验数据生成的。例如，对于胆囊移除，磨损估计可以基于先前执行的胆囊移除程序以及从这些过去程序收集的实际记录数据来生成。磨损估计可以被更新并存储在由医疗服务人员(例如，医院、医院网络或其它医疗服务人员)操作的服务器上和/或在由制造商或与医疗服务人员分开的其它服务提供者维护的服务器上。
鉴于在框510-516中收集和分析的数据，管理系统可以为所提议的程序生成分配(框518)。分配可以包括哪些操纵器组件将与哪些器械一起使用和/或哪些驱动元件应该与哪些输入元件一起使用。对于一些应用，其包括使用下面关于图6A和图6B描述的可旋转架构的应用，驱动元件和/或输入元件的所提议的旋转对齐可以被包括在分配中。确定适当的分配可以包括比较不同的操纵器组件和/或单独的驱动元件以及它们相应的使用历史、记录的数据、观察到的数据和/或其它度量。在某些情况下，可以从可用库存中选择“较少使用”的操纵器组件或驱动元件。较少使用的操纵器组件或驱动元件可以是(1)总体上适用于所提议的程序(例如，如果需要高载荷操作，它是高载荷)并且具有(2)总体聚合度量或所提议的程序的使用历史，使用历史指示该程序的使用少于一些或所有其它可用的操纵器组件和/或驱动元件。关于总体聚合度量值或特定子类别(例如磨损类型)中的度量值，可以查询分数/使用历史。确定和分配较少使用的部件可以帮助通过给定医疗服务人员的库存更均匀地分布磨损，以延长操纵器组件的整体寿命。
在一些实施方式中，管理系统504可以被配置为在多个分配过程中基于预定调度(schedule)分配操纵器组件和/或驱动元件。例如，可以为操纵器组件/驱动元件分配调度，当操纵器组件和/或驱动元件在后续分配中被重新使用时，该调度被布置为分散或平衡该操纵器组件和/或驱动元件上的使用、载荷和/或磨损。调度可以包括器械类型应与特定操纵器组件一起使用的先后顺序或应与特定驱动元件一起使用的输入元件的类型。在这方面，遵循预定的调度可以帮助确保每个操纵器组件和驱动元件的磨损更均匀(比没有调度的情况下)。
在管理各个驱动元件上的磨损的实施方式中，考虑到每个操纵器组件上的多个驱动元件的取向和定位，可以分析和确定上述分配。例如，可能会出现这样的情况，其中操纵器组件上的第一驱动元件被安排用于在提议的程序中与特定器械上的输入元件一起使用和/或第一驱动元件对于提议的程序是较少使用的驱动元件。同一操纵器组件上的第二驱动元件可能不被安排用于在提议的程序中与同一器械的另一个输入元件一起使用，或者可能对于提议的程序不是较少使用的驱动元件。在这种情况下，操纵器组件对特定分配的整体适用性可以说明其各个驱动元件的相应适用性。可以对这些适用性度量(例如，较少使用的状态或与预定调度的一致性)进行加权和/或平均，以确定与其它操纵器组件相比操纵器组件对于给定分配的整体适用性。
这些建议的分配可以经由软件接口或其它合适的接口来传送(框520-也在图5A中示出)。例如，接口可以包括机械约束，该机械约束阻止或禁止操作者以除特定指定取向或位置之外的任何取向或位置(例如，将个体驱动元件与个体输入元件以期望的布置相匹配的取向)将器械连接到操纵器组件。在一些实施例中，接口可以包括提供器械取向或位置指示的传感器，并且如果器械未以与分配一致的方式取向或定位，则系统可以提供被配置为提醒用户的指示(例如，听觉、视觉和/或触觉反馈，诸如警报消息、声音或振动)。在一些实施例中，分配被传送给操作者。通信可以在程序之前、在程序中断期间和/或在第一程序和第二程序之间发生。在一些实施例中(例如，图6A和图6B中所示的实施例)，管理系统可以向操纵器组件或器械发送信号以旋转它们相应的可旋转基底，从而以指定的配置对准驱动/输入元件。建议的分配可以包括使用具有特定器械/输入元件的特定操纵器/驱动元件仅用于所提议程序的一部分的分配，然后在程序期间切换分配。在实践中，针对具有特定输入元件的特定驱动元件的分配建议可以包括器械相对于操纵器组件的建议的安装取向。修改驱动元件-输入元件分配的指令可以包括例如使器械相对于操纵器组件旋转的指令。在使用软件接口的情况下，操作者(例如机器人用户)本地的软件接口可以从管理系统接收信息并将建议的分配传达给操作者。
图6A和图6B图示了示例输入元件布置和/或驱动元件布置，其可用于修改器械和设备的驱动组件(例如，设置在医疗设备的操纵器组件上的驱动组件)之间的接口。图6A和图6B中的每个布置被描述为接口布置，因为部件的分布和功能可以在器械和操纵器之一或两者上实施。在一些实施例中，图示和描述的接口布置可以被配置为在第一配置和第二配置之间转换，在第一配置中，多个驱动/输入元件的第一驱动/输入元件被定位成与多个输入/驱动元件的第一输入/驱动元件耦连，在第二配置中，多个驱动/输入元件的第一驱动/输入元件被定位成与多个输入/驱动元件的第二输入/驱动元件耦连。
例如，图6A图示了具有第二子部件602的第一接口布置600，第二子部件602可相对于第一子部件604旋转。第二子部件602可以包括例如可旋转地安装到第一子部件604的基底606。第一子部件604可以包括例如器械的底盘或外壳的一部分，或设备的驱动组件的一部分(例如，连杆的一部分，或医疗设备的操纵器组件的其它部分)。虽然基底606被图示为具有大致圆形的横截面，并且第一子部件604被图示为具有大致矩形的横截面，但其它横截面形状也是可能的。
基底606可以支撑一个或多个接口元件608a-608e(统称为“608”)。如本文所用，“接口元件”指代驱动元件(如果实施在驱动组件上)或输入元件(如果实施在器械上)。接口元件608可以是旋转元件(例如，示出了圆盘，并且可以使用其它形状)、线性元件(例如，凸片、螺母等)，或它们的一些组合。还考虑了不同形状、大小和运动的其它元件类型。在图6B所示的示例中，接口元件608被布置成围绕基底606的旋转轴线609旋转对称布置。第二子部件602相对于第一子部件604的旋转将接口元件608定位在相对于第一子部件604的不同旋转位置。在一些实施例中，接口元件(例如，图6A中的第一接口元件608a)沿着可旋转基底606的旋转轴线609定位。
轴610可以从第一子部件604延伸(对于器械，这可以以类似于图2B中所示的轴232的方式)。轴610可以与可旋转基底606横向间隔开(例如，在与轴610的长度垂直或倾斜的方向上)。在一些实施例中，轴610从基底606延伸。轴610可以在轴610的与基底606相对的一端上耦连到末端执行器(未示出)。
例如，图6B图示了第二接口布置650的实施例。第二接口设备650包括第一子部件652和安装到第一子部件652的第二子部件654。第二子部件654可以可旋转地或固定地连接到第一子部件652。这样，第二子部件654或整个第二接口设备650都可以旋转，如图6B中的虚线箭头所示，以允许接口元件658a-658d(统称为“658”)的多个旋转位置。在图6B所示的示例中，其包括子部件652、654的第二接口布置650关于第二接口布置650的中心轴线656(例如，垂直于图6B的页面延伸的轴线)旋转对称。第二子部件654可以包括多个接口元件658和轴660。在一些实施例中，接口元件与中心轴线656同轴。在一些实施例中，轴660与第二子部件654的中心轴线656同轴。在一些实施例中，接口元件658直接安装到第一子部件652而不使用第二子部件654。
因此，接口设备600、650的第二子部件602、654的旋转允许接口布置600、650在相对于它们相应基部部件(例如，第一子部件604、652)的多个不同位置上与具有相应接口元件608、658的另一个接口布置耦连。
尽管关于第一接口设备600和第二接口设备650图示了某些数量的接口元件608、658，但是相对于第一接口设备600和第二接口设备650中的每一个，可以使用其它数量的接口元件。示例其它数量的接口元素包括两个、三个或更多个接口元素。
在使用中，接口元件608、658和与它们耦连的其它接口元件(例如，器械的互补输入元件或驱动组件的驱动元件)之间的耦连可以是随机的或伪随机的。如本文所用，“伪随机”、“伪随机地”、“伪随机化”和类似的词变体指代根据一个或多个结构化规则随机化的布置。例如，一些接口元件608、658可能在结构和/或功能上与某些驱动元件或输入元件不兼容，因此伪随机布置将解释该限制，同时以其他方式随机化接口元件608、658和它们对应的配合元件之间的耦连。
接口元件608、658与对应的输入或驱动元件之间的耦连的随机性可以以若干种方式实施，在本文中描述了那些方式中的一些。例如，可以引导医疗设备的操作者在将部件的接口彼此耦连之前随机地旋转可旋转基底(例如，图6A和图6B的图示的实施例中的基底606和子部件654)。这种引导可以包括确认高载荷接口元件与高载荷驱动/输入元件配对以管理载荷、使用或磨损。
在一些实施例中，具有第一接口布置600或第二接口布置650的部件可以被构造和配置为自动旋转它们相应的可旋转基底。例如，这种部件可以包括马达或其它结构，马达或其它结构被配置为响应于手动致动(例如，按下按钮、转动旋钮等)和/或响应于来自本地或远程控制器的控制信号来旋转可旋转基底。可旋转基底的旋转度可以从选项子集中选择，使得接口元件处于适于与匹配元件耦连的位置。这些选项可以包括与基底上的接口元件数量相关联的增量旋转。例如，可以以90°增量(+90°、+180°、+270°，在一些实施例中为0°不旋转)测量与具有四个周向分布的接口元件(如图6A和图6B所示)的基底相关联的旋转度数。分配给确定旋转度数的控制器或其它机构可以被配置为从旋转选项的子集中随机或伪随机地选择。总体而言，随机化或伪随机化医疗设备的部件之间的旋转对齐可以在若干程序、操作或其它使用的过程中更均匀地分布各种子部件的载荷、使用或磨损。
本技术的实施例的上述详细描述并不旨在穷举或将本技术限制为以上公开的精确形式。尽管上面出于说明性目的描述了该技术的具体实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在该技术的范围内可以进行各种等效修改。例如，虽然步骤以给定先后顺序被呈现，但替代实施例可以以不同先后顺序执行步骤。此外，本文描述的各种实施例也可以组合以提供进一步的实施例。在本文中提及“一个实施例”或类似的表述意指结合实施例描述的特定特征、结构、操作或特性可以包括在本技术的至少一个实施例中。因此，本文中出现的此类短语或表述不一定都指代同一实施例。
为了便于参考，在整个本公开中使用相同的附图标记来标识相似或类似的部件或特征，但是使用相同的附图标记并不意味着这些特征应该被解释为相同的。实际上，在本文描述的许多示例中，相同编号的特征具有在结构和/或功能上彼此不同的多个实施例。此外，相同的阴影可用于指示横截面中成分上相似的材料，但使用相同的阴影并不意味着材料应被解释为相同，除非本文特别指出。
此外，除非词语“或”被明确限制为仅意指在涉及两个或更多个项目的列表中排除其它项目的单个项目，否则在此类列表中使用“或”应解释为包括(a)列表中的任何单个项目，(b)列表中的所有项目，或(c)列表中项目的任何组合。在上下文允许的情况下，单数或复数术语也可以分别包括复数或单数术语。如本文所用，关于测量，诸如“约”、“大约”、“基本上”等程度的术语意指+/-5％。此外，术语“包括”自始至终被用于意指至少包括所列举的(一个或多个)特征，从而不排除任何更多数量的相同特征和/或附加类型的其它特征。诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“垂直”和“水平”之类的方向性术语可以在本文中被用于表达和阐明在各种元件之间的关系。应当理解，这些术语并不表示绝对取向。此外，虽然已经在那些实施例的上下文中描述了与本技术的某些实施例相关联的优点，但其它实施例也可以表现出这样的优点，并且并非所有实施例都必须表现出这样的优点以落入本技术的范围内。因此，本公开和相关技术可以涵盖本文未明确示出或描述的其它实施例。

Claims (50)

1.一种设备管理系统，其包括：
包括驱动组件的设备，其中所述驱动组件被配置为与器械可移除地耦连，并且其中所述驱动组件包括多个驱动元件，所述多个驱动元件被配置为通过驱动所述器械的多个输入元件来引起所述器械的移动；和
控制系统，其包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器包括适于使所述一个或多个处理器执行操作的编程指令，所述操作包括：
为所述多个驱动元件的第一驱动元件，从多个分配中选择第一分配，所述第一分配能够用于所述多个驱动元件中的至少两个驱动元件，
其中所述第一分配与所述第一驱动元件和所述多个输入元件中的第一输入元件的第一配对相关联；并且
使所述第一驱动元件采用所述第一分配。
2.根据权利要求1所述的管理系统，其中选择所述第一分配包括：
以随机或伪随机的方式从所述多个分配中选择所述第一分配。
3.根据权利要求1所述的管理系统，其中所述第一驱动元件具有当前分配，其中所述多个分配中的分配按先后顺序布置，并且其中选择所述第一分配包括：
选择下一个分配作为所述第一分配，其中所述下一个分配按先后顺序在当前分配之后。
4.根据权利要求1所述的管理系统，其中所述操作进一步包括获得与所述多个驱动元件相关联的历史数据，其中选择所述第一分配包括至少基于所述历史数据来确定所述第一分配。
5.根据权利要求4所述的管理系统，其中所述操作还包括：
基于所述历史数据，为所述多个驱动元件中的第二驱动元件从所述多个分配中选择第二分配；以及
使所述第二驱动元件在与所述第一驱动元件已经采用所述第一分配的时间重叠的时间期间采用所述第二分配。
6.根据权利要求4所述的管理系统，其中所述历史数据包括与所述多个驱动元件相关联的使用数据。
7.根据权利要求6所述的管理系统，其中所述使用数据包括选自由以下各项组成的组中的至少一个参数：所述多个驱动元件的使用次数、由所述多个驱动元件驱动的先前器械以及由所述多个驱动元件驱动的先前器械自由度。
8.根据权利要求6所述的管理系统，其中至少基于所述使用数据来确定所述第一分配包括确定所述第一驱动元件的先前使用量。
9.根据权利要求6所述的管理系统，其中所述操作还包括：
在所述第一驱动元件已经采用所述第一分配并且所述器械已经与所述驱动组件耦连之后，进一步跟踪所述多个驱动元件的使用信息；
基于进一步的使用信息，为所述多个驱动元件的所述第一驱动元件从所述多个分配中选择第二分配；并且
使所述第一驱动元件从所述第一分配过渡到所述第二分配。
10.根据权利要求6所述的管理系统，其中所述操作还包括：
基于所述使用数据，确定所述多个驱动元件的第二驱动元件的第二分配，所述第二分配与所述第二驱动元件和所述多个输入元件中的第二输入元件的第二配对相关联，使得所述第一驱动元件和所述第二驱动元件中的较少使用的驱动元件与所述第一输入元件和所述第二输入元件中的较高需求的输入元件配对。
11.根据权利要求10所述的管理系统，其中所述操作进一步包括识别所述较少使用的驱动元件，其中识别所述较少使用的驱动元件包括确定所述第一驱动元件的使用持续时间。
12.根据权利要求10所述的管理系统，其中所述操作进一步包括识别所述较少使用的驱动元件，其中识别所述较少使用的驱动元件包括确定与所述第一驱动元件相关联的磨损量。
13.根据权利要求10所述的管理系统，其中所述操作进一步包括：
识别所述较少使用的驱动元件，其中识别所述较少使用的驱动元件包括确定选自由以下各项组成的组中的至少一个参数：
所述第一驱动元件经历的峰值力，
所述第一驱动元件经历的峰值扭矩，
所述第一驱动元件经历的总力，以及
所述第一驱动元件经历的总扭矩。
14.根据权利要求10所述的管理系统，其中所述操作进一步包括识别所述较少使用的驱动元件，其中识别所述较少使用的驱动元件包括确定与先前由所述第一驱动元件驱动的输入元件相对应的自由度。
15.根据权利要求10所述的管理系统，其中所述操作进一步包括：
识别所述较少使用的驱动元件，其中识别所述较少使用的驱动元件包括确定选自由以下各项组成的组中的至少一个参数：
所述第一驱动元件经历的致动频率，
所述第一驱动元件经历的运动幅度，
所述第一驱动元件经历的方向反转的次数，以及
所述第一驱动元件经历的移动速度。
16.根据权利要求6所述的管理系统，其中与所述多个驱动元件相关联的所述使用数据包括与至少一个传动系子部件相关联的使用数据，所述至少一个传动系子部件被配置为驱动所述多个驱动元件中的至少一个驱动元件。
17.根据权利要求4所述的管理系统，其中所述历史数据包括与所述多个驱动元件相关联的性能测试数据。
18.根据权利要求17所述的管理系统，其中与所述多个驱动元件相关联的所述性能测试数据包括被配置为驱动所述多个驱动元件中的至少一个驱动元件的至少一个传动系子部件的测试数据。
19.根据权利要求4所述的管理系统，其中所述第一驱动元件的功能特性比所述多个驱动元件的第二驱动元件的功能特性更适合驱动所述第一输入元件，并且其中确定所述第一分配进一步基于第一驱动元件的所述功能特性和所述第二驱动元件的所述功能特性。
20.根据权利要求1所述的管理系统，其中选择所述第一分配包括基于所述器械的类型确定所述第一分配。
21.根据权利要求20所述的管理系统，其中所述操作还包括基于要由所述设备执行的程序来确定所述器械的类型。
22.根据权利要求20所述的管理系统，其中所述操作还包括基于正在由所述设备执行的程序的阶段、或先前与所述驱动组件耦连的先前器械、或与所述设备的第二驱动组件耦连的第二器械或所述设备的用户的身份来确定所述器械的类型。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的管理系统，其中使所述第一驱动元件采用所述第一分配包括向所述设备管理系统的用户提供指令以重新配置所述驱动组件。
24.根据权利要求1至22中任一项所述的管理系统，其中使所述第一驱动元件采用所述第一分配包括向所述设备管理系统的用户提供指令从而以对应于所述第一分配的方式安装所述器械。
25.根据权利要求1至22中任一项所述的管理系统，其中使所述第一驱动元件采用所述第一分配包括使所述设备重新配置所述驱动组件。
26.根据权利要求1至22中任一项所述的管理系统，其中使所述第一驱动元件采用所述第一分配包括引导所述驱动组件或所述器械的旋转取向。
27.根据权利要求1至22中任一项所述的管理系统，其中所述多个驱动元件包括：
一个或多个旋转驱动元件，其被配置为当所述器械与所述驱动组件耦连时将旋转运动或力传输到所述多个输入元件中的一个或多个输入元件；或者
一个或多个线性驱动元件，其被配置为当所述器械与所述驱动组件耦连时将线性运动或力传输到所述多个输入元件中的一个或多个输入元件。
28.根据权利要求1至22中任一项所述的设备管理系统，其中：
所述设备包括机器人操纵器臂，所述机器人操纵器臂包括所述驱动组件和互连多个连杆的多个接头；
所述设备管理系统还包括被配置为由用户操纵的输入设备；并且
所述操作还包括：
从所述输入设备接收命令的运动，以及
命令所述机器人操纵器臂移动所述多个接头和所述多个驱动元件以根据所述命令的动作移动所述器械。
29.一种设备，其包括：
机器人操纵器臂；和
由所述机器人操纵器臂支撑的驱动组件，所述驱动组件被配置为与器械可移除地耦连，其中所述驱动组件包括多个驱动元件，所述多个驱动元件被配置为通过驱动所述器械的多个输入元件来引起所述器械的移动，
其中在所述驱动组件的第一配置中，所述多个驱动元件的第一驱动元件被定位成与所述多个输入元件的第一输入元件耦连，并且
其中在所述驱动组件的第二配置中，所述多个驱动元件的所述第一驱动元件被定位成与所述多个输入元件的第二输入元件耦连。
30.根据权利要求29所述的设备，其还包括：
控制系统，其包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器包括编程指令，所述编程指令适于使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
以随机或伪随机方式从所述多个配置中选择所述驱动组件的配置，所述多个配置包括所述第一配置和所述第二配置。
31.根据权利要求29所述的设备，其还包括：
控制系统，其包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器包括编程指令，所述编程指令适于使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
从所述多个配置中按先后顺序选择所述驱动组件的配置，所述多个配置包括按所述先后顺序布置的所述第一配置和所述第二配置。
32.根据权利要求29所述的设备，其还包括：
控制系统，其包括一个或多个处理器和存储器，所述存储器包括编程指令，所述编程指令适于使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
至少基于与所述第一驱动元件相关联的历史数据从多个配置中选择所述驱动组件的配置，其中所述多个配置包括所述第一配置和所述第二配置。
33.根据权利要求32所述的设备，其中与所述第一驱动元件相关联的所述历史数据包括被配置为驱动所述第一驱动元件的至少一个传动系子部件的历史数据。
34.根据权利要求32所述的设备，其中所述历史数据包括与所述第一驱动元件相关联的使用数据或性能测试数据。
35.根据权利要求32所述的设备，其中所述历史数据包括选自由以下各项组成的组中的至少一个参数：所述多个驱动元件的使用次数、由所述多个驱动元件驱动的先前器械以及由所述多个驱动元件驱动的先前器械自由度。
36.一种操作设备的方法，所述设备包括：被配置为与器械可移除地耦连的驱动组件，所述方法包括：
为所述驱动组件的多个驱动元件的第一驱动元件，从多个分配中选择第一分配，所述第一分配能够用于所述多个驱动元件中的至少两个驱动元件；
使所述第一驱动元件采用所述第一分配；
其中所述第一分配与所述第一驱动元件和所述器械的多个输入元件中的第一输入元件的配对相关联。
37.根据权利要求36所述的方法，其还包括以随机或伪随机方式从所述多个分配中选择所述第一分配。
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一驱动元件具有当前分配，其中所述多个分配的分配按先后顺序排列，并且其中选择所述第一分配包括：
选择下一个分配作为所述第一分配，其中所述下一个分配按先后顺序在当前分配之后。
39.根据权利要求36所述的方法，其还包括获得与所述多个驱动元件相关联的历史数据，其中选择所述第一分配包括至少基于所述历史数据来确定所述第一分配。
40.根据权利要求39所述的方法，其中与所述多个驱动元件相关联的所述历史数据包括被配置为驱动所述多个驱动元件中的至少一个驱动元件的至少一个传动系子部件的历史数据。
41.根据权利要求39所述的方法，其还包括：
基于所述历史数据，为所述多个驱动元件中的第二驱动元件从所述多个分配中选择第二分配；以及
使所述第二驱动元件在与所述第一驱动元件已经采用所述第一分配的时间重叠的时间期间采用所述第二分配。
42.根据权利要求39所述的方法，其中所述历史数据包括与所述多个驱动元件相关联的使用数据。
43.根据权利要求42所述的方法，其中至少基于所述使用数据来确定所述第一分配包括确定所述第一驱动元件的先前使用量。
44.根据权利要求42所述的方法，其还包括：
基于所述使用数据，确定所述多个驱动元件中的第二驱动元件的第二分配，所述第二分配与所述第二驱动元件和所述多个输入元件中的第二输入元件的第二配对相关联，使得所述第一驱动元件和所述第二驱动元件中的较少使用的驱动元件与所述第一输入元件和所述第二输入元件中的较高需要的输入元件配对。
45.根据权利要求44所述的方法，其还包括识别所述较少使用的驱动元件，其中识别所述较少使用的驱动元件包括确定所述第一驱动元件的使用的持续时间或与所述第一驱动元件相关联的磨损量。
46.根据权利要求39所述的方法，其中所述历史数据包括与所述多个驱动元件相关联的性能测试数据。
47.根据权利要求39所述的方法，其中所述第一驱动元件的功能特性比所述多个驱动元件中的第二驱动元件的功能特性更适合于驱动所述第一输入元件，并且其中确定所述第一分配进一步基于第一驱动元件的所述功能特性和所述第二驱动元件的所述功能特性。
48.根据权利要求36所述的方法，其中选择所述第一分配包括基于所述器械的类型确定所述第一分配。
49.根据权利要求36所述的方法，其中使所述第一驱动元件采用所述第一分配包括使所述设备重新配置所述驱动组件。
50.一种包括指令的一个或多个非暂时性机器可读介质，当所述指令由包括驱动组件的设备的一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行根据权利要求36至49中任一项所述的方法，所述驱动组件被配置为与器械可移除地耦连。
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