CN116829093A - 用于改进机器人外科系统中的外部工作空间的系统和方法 - Google Patents

Abstract

某些方面涉及用于改进机器人外科系统中的外部工作空间的系统和技术。这些机器人外科系统可包括台和至少一个可调式臂支撑件，该至少一个可调式臂支撑件支撑一个或多个机器人臂。该可调式臂支撑件可以能够在该台的方向上水平地摆动。板延伸部可从该可调式臂支撑件向外延伸。延伸器杆可联接到该机器人臂中的一者或多者以及套管。高度差可设置在支撑于该可调式臂支撑件上的第一机器人臂与第二机器人臂之间。

Description

用于改进机器人外科系统中的外部工作空间的系统和方法

技术领域

本文所公开的系统和方法涉及改进机器人外科系统中的外部工作空间，并且更具体地涉及优化三角测量并避免机器人系统部件之间的碰撞。

背景技术

在机器人外科规程中，一个或多个机器人臂可用于操纵窥视镜，而一个或多个附加的机器人臂可用于操纵器械。机器人臂、窥视镜和器械都可能占据患者的外部环境或工作空间的一部分。

在利用多个臂的机器人系统中，一个或多个机器人臂到达期望的外科位置可能是具有挑战的。基于臂相对于机器人系统的配置，臂可能位于相互碰撞的路径中。如果一个或多个臂不能到达期望的外科位置，则在机器人臂与其相关联的工具之间实现三角测量可能是具有挑战的。

因此，需要提供优化外部工作空间以实现机器人臂的适当到达范围和优化的三角测量的机器人系统和方法。

发明内容

提供了机器人系统、装置和方法以增强外部外科工作空间，优化外科三角测量并增强机器人臂到达具有挑战性的外科位置。在一些实施方案中，一种机器人外科系统包括：台，该台用于支撑患者；可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件联接到该台；和一个或多个机器人臂，该一个或多个机器人臂联接到该可调式臂支撑件。

在一些实施方案中，可调式臂支撑件可以能够具有至少五个自由度，包括竖直平移、二头肌卷曲、侧向平移、倾斜和水平摆动。根据一些实施方案，可调式臂支撑件中的每个可调式臂支撑件可支撑一个或多个机器人臂，其中至少一个机器人臂联接到延伸器杆。至少一个机器人臂能够平移延伸器杆以便在俯仰或偏航轴线上移动附接到该延伸器杆的套管。在一些实施方案中，可调式臂支撑件是弯曲或起伏的。在一些实施方案中，可调式臂支撑件包括分体式导轨，该分体式导轨包括可独立移动的第一导轨区段和第二导轨区段。

在一些实施方案中，一种机器人外科系统包括：台，该台用于支撑患者；可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件联接到该台；和一个或多个机器人臂，该一个或多个机器人臂联接到该可调式臂支撑件。可调式臂支撑件包括从可调式臂支撑件向外(例如，向中间或侧向)突出的延伸板。机器人臂可以能够沿着可调式臂支撑件和延伸板平移。

在一些实施方案中，一种机器人外科系统包括：台，该台用于支撑患者；可调式臂支撑件，该可调式臂支撑联接到该台；和第一机器人臂和第二机器人臂，该第一机器人臂和该第二机器人臂联接到相邻臂支撑件，其中第一机器人臂相对于第二机器人臂具有高度差。在一些实施方案中，第一机器人臂包括可以是静态或动态的升降器。在一些实施方案中，第一机器人臂包括呈诸如球状肩关节、棱柱关节或旋转关节的可致动关节的形式的动态升降器。在一些实施方案中，第一机器人臂可相对于第二机器人臂具有高度差。

附图说明

下文将结合附图描述所公开的方面，该附图被提供以说明而非限制所公开的方面，其中类似的标号表示类似的元件。

图1示出了被布置用于诊断和/或治疗支气管镜检查规程的基于推车的机器人系统的实施方案。

图2描绘了图1的机器人系统的另外方面。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的图1的机器人系统的实施方案。

图4示出了被布置用于血管规程的图1的机器人系统的实施方案。

图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的基于台的机器人系统的一个实施方案。

图6提供了图5的机器人系统的另选视图。

图7示出了被构造成能够收起机器人臂的示例系统。

图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图9示出了被构造用于腹腔镜检查规程的基于台的机器人系统的实施方案。

图10示出了图5至图9的具有俯仰和倾斜调节的基于台的机器人系统的实施方案。

图11提供了图5至图10的台与基于台的机器人系统的柱之间的接口的详细图示。

图12示出了基于台的机器人系统的另选实施方案。

图13示出了图12的基于台的机器人系统的端视图。

图14示出了其上附接有机器人臂的基于台的机器人系统的端视图。

图15示出了示例性器械驱动器。

图16示出了具有成对器械驱动器的示例性医疗器械。

图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。

图18示出了具有基于器械的插入架构的器械。

图19示出了示例性控制器。

图20描绘了根据示例实施方案的框图，该框图示出了估计图1至图10的机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如图16至图18的器械的位置)的定位系统。

图21描绘了包括定位在代表性患者中的套管的腹部的顶视图。

图22描绘了根据一些实施方案的基于台的机器人系统的机器人臂的顶部示意图。

图23描绘了基于台的机器人系统的机器人臂的包括在机器人臂的近侧联杆与远侧联杆之间形成的平面的透视图。

图24描绘了基于台的机器人系统的机器人臂的透视图，其中一个臂扫入另一臂中。

图25描绘了根据一些实施方案的具有向内摆动的可调式臂支撑件的基于台的机器人系统。

图26描绘了根据一些实施方案的具有向内摆动并联接到机器人臂的可调式臂支撑件的基于台的机器人系统。

图27是具有用于摆动可调式臂支撑件的旋转关节的基于台的机器人系统的端视图。

图28A描绘了根据一些实施方案的具有弯曲可调式臂支撑件的基于台的机器人系统的顶视图。

图28B描绘了根据一些实施方案的具有起伏可调式臂支撑件的基于台的机器人系统的顶视图。

图29描绘了包括用于相对于可调式臂支撑件进行中间或侧向调节的延伸部的基于台的机器人系统的顶视图。

图30描绘了根据一些实施方案的包括分体式导轨的基于台的机器人系统。

图31描绘了根据一些实施方案的包括延伸器杆的基于台的机器人系统。

图32描绘了根据一些实施方案的基于台的机器人系统，其中一个或多个机器人臂包括升降器。

图33描绘了根据一些实施方案的包括球状肩关节升降器的机器人臂。

图34描绘了根据一些实施方案的包括旋转关节升降器的机器人臂。

图35描绘了根据一些实施方案的包括另选的旋转关节升降器的机器人臂。

图36描绘了根据一些实施方案的包括棱柱关节升降器的机器人臂。

图37描绘了根据一些实施方案的基于台的机器人系统，其中一个或多个臂相对于一个或多个其他臂具有不同联杆长度。

图38A和图38B描绘了根据一些实施方案的包括可变长度的细长联杆构件的机器人臂。

具体实施方式

1.概述。

本公开的各方面可集成到机器人使能的医疗系统中，该机器人使能的医疗系统能够执行多种医疗规程，包括微创规程诸如腹腔镜检查，以及非侵入规程诸如内窥镜检查两者。在内窥镜检查规程中，系统可能能够执行支气管镜检查、输尿管镜检查、胃镜检查等。

除了执行广泛的规程之外，系统可以提供附加的益处，诸如增强的成像和指导以帮助医师。另外，该系统可以为医师提供从人体工程学位置执行规程的能力，而不需要笨拙的臂运动和位置。另外，该系统可以为医师提供以改进的易用性执行规程的能力，使得系统的器械中的一个或多个器械可由单个用户控制。

出于说明的目的，下文将结合附图描述各种实施方案。应当理解，所公开的概念的许多其他具体实施是可能的，并且利用所公开的具体实施可实现各种优点。标题包括在本文中以供参考并且有助于定位各个节段。这些标题并非旨在限制相对于其所述的概念的范围。此类概念可在整个说明书中具有适用性。

A.机器人系统–推车。

机器人使能的医疗系统可以按多种方式配置，这取决于特定规程。图1示出了被布置用于诊断和/或治疗支气管镜检查规程的基于推车的机器人使能的系统10的实施方案。在支气管镜检查期间，系统10可包括推车11，该推车具有一个或多个机器人臂12，以将医疗器械诸如可操纵内窥镜13(其可以是用于支气管镜检查的规程专用支气管镜)递送至自然孔口进入点(即，在本示例中定位在台上的患者的口)，以递送诊断和/或治疗工具。如图所示，推车11可被定位在患者的上躯干附近，以便提供到进入点的通路。类似地，可致动机器人臂12以相对于进入点来定位支气管镜。当利用胃镜(用于胃肠道(GI)规程的专用内窥镜)执行GI规程时，也可利用图1中的布置。图2更详细地描绘了推车的示例实施方案。

继续参考图1，一旦推车11被正确定位，机器人臂12就可以机器人地、手动地或以其组合将可操纵内窥镜13插入患者体内。如图所示，可操纵内窥镜13可包括至少两个伸缩部分，诸如内引导件部分和外护套部分，每个部分联接到来自一组器械驱动器28的单独的器械驱动器，每个器械驱动器联接到单独的机器人臂的远侧端部。有利于将引导件部分与护套部分同轴对准的器械驱动器28的这种线性布置产生“虚拟导轨”29，该“虚拟导轨”可以通过将一个或多个机器人臂12操纵到不同角度和/或位置而在空间中被重新定位。本文所述的虚拟导轨在附图中使用虚线描绘，并且因此虚线未描绘系统的任何物理结构。器械驱动器28沿着虚拟导轨29的平移使内引导件部分相对于外护套部分伸缩，或者使内窥镜13从患者推进或回缩。虚拟导轨29的角度可基于临床应用或医师偏好来调节、平移和枢转。例如，在支气管镜检查中，如图所示的虚拟导轨29的角度和位置代表了在向医师提供到内窥镜13的通路同时使由内窥镜13弯曲到患者的口中引起的摩擦最小化之间的折衷。

在插入之后，内窥镜13可以使用来自机器人系统的精确命令向下导向患者的气管和肺，直到到达目标目的地或手术部位。为了增强通过患者的肺网络的导航和/或到达期望的目标，可操纵内窥镜13以从外护套部分伸缩地延伸内引导件部分，以获得增强的关节运动和更大的弯曲半径。使用单独的器械驱动器28也允许引导件部分和护套部分彼此独立地被驱动。

例如，可引导内窥镜13以将活检针递送到目标，诸如例如患者肺内的病变或结节。针可沿工作通道向下部署，该工作通道延伸内窥镜的长度以获得待由病理学家分析的组织样本。根据病理结果，可沿内窥镜的工作通道向下部署附加工具以用于附加活检。在识别出结节是恶性的之后，内窥镜13可以通过内窥镜递送工具以切除潜在的癌组织。在一些情况下，诊断和治疗处理可在单独的规程中递送。在这些情况下，内窥镜13也可用于递送基准以“标记”目标结节的位置。在其他情况下，诊断和治疗处理可在相同的规程期间递送。

系统10也可包括可移动塔30，该可移动塔可经由支撑缆线连接到推车11以向推车11提供控制、电子、流体、光学、传感器和/或电力的支持。将此类功能放置在塔30中允许可由操作医师和他/她的工作人员更容易地调节和/或重新定位的更小形状因子的推车11。另外，在推车/台与支撑塔30之间划分功能减少了手术室混乱并且有利于改善临床工作流程。虽然推车11可被定位成靠近患者，但是塔30可以在远程位置中被收起以在规程过程期间不挡道。

为了支持上述机器人系统，塔30可包括基于计算机的控制系统的部件，该基于计算机的控制系统将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质诸如永磁存储驱动器、固态驱动器等内。无论执行是发生在塔30中还是发生在推车11中，这些指令的执行都可控制整个系统或其子系统。例如，当由计算机系统的处理器执行时，指令可致使机器人系统的部件致动相关托架和臂安装件，致动机器人臂，并且控制医疗器械。例如，响应于接收到控制信号，机器人臂的关节中的马达可将臂定位成特定姿势。

塔30还可包括泵、流量计、阀控制器和/或流体通路，以便向可通过内窥镜13部署的系统提供受控的冲洗和抽吸能力。这些部件也可使用塔30的计算机系统来控制。在一些实施方案中，冲洗和抽吸能力可通过单独的缆线直接递送到内窥镜13。

塔30可包括电压和浪涌保护器，该电压和浪涌保护器被设计成向推车11提供经滤波和保护的电力，从而避免在推车11中放置电力变压器和其他辅助电力部件，从而得到更小、更可移动的推车11。

塔30还可包括用于在整个机器人系统10中部署的传感器的支撑装备。例如，塔30可包括用于在整个机器人系统10中检测、接收和处理从光学传感器或相机接收的数据的光电装备。结合控制系统，此类光电装备可用于生成实时图像，以用于在整个系统中部署的任何数量的控制台中显示(包括在塔30中显示)。类似地，塔30还可包括用于接收和处理从部署的电磁(EM)传感器接收的信号的电子子系统。塔30也可用于容纳和定位EM场发生器，以供医疗器械之中或之上的EM传感器进行检测。

除了系统的其余部分中可用的其他控制台(例如，安装在推车顶部上的控制台)之外，塔30还可包括控制台31。控制台31可包括用于医师操作者的用户界面和显示屏，诸如触摸屏。系统10中的控制台通常设计成提供机器人控制以及规程的术前信息和实时信息两者，诸如内窥镜13的导航和定位信息。当控制台31不是医师可用的唯一控制台时，其可由第二操作者(诸如护士)使用以监测患者的健康或生命体征和系统的操作，以及提供规程专用数据，诸如导航和定位信息。在其他实施方案中，控制台30被容纳在与塔30分离的主体中。

塔30可通过一个或多个缆线或连接件(未示出)联接到推车11和内窥镜13。在一些实施方案中，可通过单根缆线向推车11提供来自塔30的支撑功能，从而简化手术室并消除手术室的混乱。在其他实施方案中，特定功能可联接在单独的布线和连接中。例如，尽管可以通过单根缆线向推车提供电力，但也可以通过单独的缆线提供对控制、光学、流体和/或导航的支持。

图2提供了来自图1所示的基于推车的机器人使能的系统的推车的实施方案的详细图示。推车11通常包括细长支撑结构14(通常称为“柱”)、推车基部15以及在柱14的顶部处的控制台16。柱14可包括一个或多个托架，诸如用于支持一个或多个机器人臂12(图2中示出三个机器人臂)的部署的托架17(另选地为“臂支撑件”)。托架17可包括可单独配置的臂安装件，该臂安装件沿垂直轴线旋转以调节机器人臂12的基部，以相对于患者更好地定位。托架17也包括托架接口19，该托架接口允许托架17沿着柱14竖直地平移。

托架接口19通过狭槽诸如狭槽20连接到柱14，这些狭槽被定位在柱14的相对侧上以引导托架17的竖直平移。狭槽20包含竖直平移接口以将托架相对于推车基部15定位并保持在各种竖直高度处。托架17的竖直平移允许推车11调节机器人臂12的到达范围以满足多种台高度、患者尺寸和医师偏好。类似地，托架17上的可单独构造的臂安装件允许机器人臂12的机器人臂基部21以多种构型成角度。

在一些实施方案中，狭槽20可补充有狭槽盖，该狭槽盖与狭槽表面齐平且平行，以防止灰尘和流体在托架17竖直平移时进入柱14的内部腔以及竖直平移接口。狭槽盖可通过定位在狭槽20的竖直顶部和底部附近的成对弹簧卷轴进行部署。盖盘绕于卷轴内，直到被部署成，随着托架17竖直地上下平移，从盖的盘绕状态开始延伸和回缩。当托架17朝向卷轴平移时，卷轴的弹簧负载提供了将盖回缩到卷轴中的力，同时在托架17平移远离卷轴时也保持紧密密封。可使用例如托架接口19中的支架将盖连接到托架17，以确保在托架17平移时盖的适当延伸和回缩。

柱14可在内部包括机构诸如齿轮和马达，这些机构被设计成使用竖直对准的导螺杆以响应于响应用户输入(例如，来自控制台16的输入)生成的控制信号来以机械化方式平移托架17。

机器人臂12通常可包括由一系列连杆23分开的机器人臂基部21和端部执行器22，该一系列连杆由一系列关节24连接，每个关节包括独立的致动器，每个致动器包括可独立控制的马达。每个可独立控制的关节表示机器人臂可用的独立自由度。臂12中的每个臂具有七个关节，并且因此提供七个自由度。多个关节导致多个自由度，从而允许“冗余”的自由度。冗余的自由度允许机器人臂12使用不同的连杆位置和关节角度将其相应的端部执行器22定位在空间中的特定位置、取向和轨迹处。这允许系统从空间中的期望点定位和导向医疗器械，同时允许医师使臂关节运动到远离患者的临床有利位置，以产生更大的接近，同时避免臂碰撞。

推车基部15在地板上平衡柱14、托架17和臂12的重量。因此，推车基部15容纳较重的部件，诸如电子器件、马达、电源以及使得推车能够移动和/或固定的部件。例如，推车基部15包括允许推车在规程之前容易地围绕房间运动的可滚动的轮形脚轮25。在到达适当位置之后，脚轮25可以使用轮锁固定，以在规程期间将推车11保持在适当位置。

定位在柱14的竖直端部处的控制台16允许用于接收用户输入的用户界面和显示屏(或两用装置，诸如例如触摸屏26)两者向医师用户提供术前和术中数据两者。触摸屏26上的潜在术前数据可包括从术前计算机化断层摄影(CT)扫描导出的术前计划、导航和标测数据和/或来自术前患者面谈的记录。显示器上的术中数据可以包括从工具、传感器提供的光学信息和来自传感器的坐标信息以及重要的患者统计，诸如呼吸、心率和/或脉搏。控制台16可被定位和倾斜成允许医师从柱14的与托架17相对的侧面接近控制台。从该位置，医师可以在从推车11后面操作控制台16的同时观察控制台16、机器人臂12和患者。如图所示，控制台16也包括用于辅助操纵和稳定推车11的柄部27。

图3示出了被布置用于输尿管镜检查的机器人使能的系统10的实施方案。在输尿管镜规程中，推车11可被定位成将输尿管镜32(被设计成横穿患者的尿道和输尿管的规程专用内窥镜)递送到患者的下腹部区域。在输尿管镜检查中，可以期望输尿管镜32直接与患者的尿道对准以减少该区域中的敏感解剖结构上的摩擦和力。如图所示，推车11可在台的脚部处对准，以允许机器人臂12定位输尿管镜32，以用于直接线性进入患者的尿道。机器人臂12可从台的脚部沿着虚拟导轨33将输尿管镜32通过尿道直接插入患者的下腹部中。

在插入尿道中之后，使用与支气管镜检查中类似的控制技术，输尿管镜32可被导航到膀胱、输尿管和/或肾中以用于诊断和/或治疗应用。例如，可以将输尿管镜32引导到输尿管和肾中以使用沿输尿管镜32的工作通道向下部署的激光或超声碎石装置来打碎积聚的肾结石。在碎石完成之后，可以使用沿输尿管镜32向下部署的篮移除所得的结石碎片。

图4示出了类似地布置用于血管规程的机器人使能的系统的实施方案。在血管规程中，系统10可被构造成使得推车11可将医疗器械34(诸如可操纵导管)递送到患者的腿部的股动脉中的进入点。股动脉呈现用于导航的较大直径以及到患者的心脏的相对较少的迂回且曲折的路径两者，这简化了导航。如在输尿管镜规程中，推车11可被定位成朝向患者的腿部和下腹部，以允许机器人臂12提供直接线性进入患者的大腿/髋部区域中的股动脉进入点的虚拟导轨35。在插入到动脉中之后，可通过平移器械驱动器28来导向和插入医疗器械34。另选地，推车可以被定位在患者的上腹部周围，以到达另选的血管进入点，诸如肩部和腕部附近的颈动脉和臂动脉。

B.机器人系统–台。

机器人使能的医疗系统的实施方案还可结合患者的台。结合台通过移除推车减少了手术室内的资本装备的量，这允许更多地接近患者。图5示出了被布置用于支气管镜检查规程的这样的机器人使能的系统的实施方案。系统36包括用于将平台38(示出为“台”或“床”)支撑在地板上的支撑结构或柱37。与基于推车的系统非常相似，系统36的机器人臂39的端部执行器包括器械驱动器42，其被设计成通过或沿着由器械驱动器42的线性对准形成的虚拟导轨41来操纵细长医疗器械，诸如图5中的支气管镜40。在实践中，用于提供荧光镜成像的C形臂可以通过将发射器和检测器放置在台38周围而定位在患者的上腹部区域上方。

图6提供了用于讨论目的的没有患者和医疗器械的系统36的另选视图。如图所示，柱37可包括在系统36中示出为环形的一个或多个托架43，一个或多个机器人臂39可基于该托架。托架43可以沿着沿柱37的长度延伸的竖直柱接口44平移，以提供不同的有利点，机器人臂39可以从这些有利点被定位以到达患者。托架43可使用被定位在柱37内的机械马达围绕柱37旋转，以允许机器人臂39进入台38的多个侧面，诸如患者的两侧。在具有多个托架的实施方案中，托架可单独地定位在柱上，并且可独立于其他托架平移和/或旋转。虽然托架43不需要环绕柱37或甚至是圆形的，但如图所示的环形形状有利于托架43围绕柱37旋转，同时维持结构平衡。托架43的旋转和平移允许系统将医疗器械诸如内窥镜和腹腔镜对准到患者身上的不同进入点中。在其他实施方案(未示出)中，系统36可包括具有可调式臂支撑件的患者检查台或床，该可调式臂支撑件呈在患者检查台或床旁边延伸的杆或导轨的形式。一个或多个机器人臂39(例如，经由具有肘关节的肩部)可附接到可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件可被竖直调节。通过提供竖直调节，机器人臂39有利地能够紧凑地收到患者检查台或床下方，并且随后在规程期间升高。

臂39可通过包括一系列关节的一组臂安装件45安装在托架上，该关节可单独地旋转和/或伸缩地延伸以向机器人臂39提供附加的可构造性。另外，臂安装架45可定位在托架43上，使得当托架43适当地旋转时，臂安装架45可定位在台38的同一侧上(如图6所示)、台38的相对侧上(如图9所示)或台38的相邻侧上(未示出)。

柱37在结构上为台38提供支撑，并且为托架的竖直平移提供路径。在内部，柱37可配备有用于引导托架的竖直平移的导螺杆、以及将该托架基于导螺杆的平移机械化的马达。柱37也可将功率和控制信号传送到托架43和安装在其上的机器人臂39。

台基部46具有与图2所示的推车11中的推车基部15类似的功能，容纳较重的部件以平衡台/床38、柱37、托架43和机器人臂39。台基部46也可结合刚性脚轮以在规程期间提供稳定性。在基部46的两侧上，从台基部46的底部开始部署的脚轮可以在相反方向延伸，并且在系统36需要移动时回缩。

继续图6，系统36还可以包括塔(未示出)，该塔使系统36的功能在台与塔之间进行划分以减小台的形状因子和体积。如在先前所公开的实施方案中，塔可以向台提供各种支持功能，诸如处理、计算和控制能力、电力、流体和/或光学以及传感器处理。塔还可以是可移动的，以远离患者定位，从而改善医师的接近并且消除手术室的混乱。另外，将部件放置在塔中允许在台基部中有更多的储存空间，以用于机器人臂的潜在收起。塔还可包括主控制器或控制台，该主控制器或控制台提供用于用户输入的用户界面诸如键盘和/或吊塔，以及用于术前和术中信息诸如实时成像、导航和跟踪信息的显示屏(或触摸屏)。在一些实施方案中，塔还可包括用于待用于注气的气罐的保持器。

在一些实施方案中，台基部可以在不使用时收起和储存机器人臂。图7示出了在基于台的系统的实施方案中收起机器人臂的系统47。在系统47中，托架48可以竖直平移到基部49中以使机器人臂50、臂安装件51和托架48收起在基部49内。基部盖52可以平移和回缩打开以围绕柱53部署托架48、臂安装件51和臂50，并且关闭以收起该托架、该臂安装件和该臂，以便在不使用时保护它们。基部盖52可利用膜54沿着其开口的边缘密封，以防止在闭合时灰尘和流体进入。

图8示出了被构造用于输尿管镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。在输尿管镜检查中，台38可以包括用于将患者定位成与柱37和台基部46成偏角的旋转部分55。旋转部分55可围绕枢转点(例如，位于患者的头部下方)旋转或枢转，以便将旋转部分55的底部部分定位成远离柱37。例如，旋转部分55的枢转允许C形臂(未示出)定位在患者的下腹部上方，而不与台38下方的柱(未示出)竞争空间。通过围绕柱37旋转托架35(未示出)，机器人臂39可以沿着虚拟导轨57将输尿管镜56直接插入患者的腹股沟区域中以到达尿道。在输尿管镜检查中，镫58也可以固定至台38的旋转部分55，以在规程期间支撑患者的腿部的位置，并且允许完全通向患者的腹股沟区域。

在腹腔镜检查规程中，通过患者的腹壁中的一个或多个小切口，可将微创器械插入患者的解剖结构中。在一些实施方案中，微创器械包括用于进入患者内的解剖结构的细长刚性构件，诸如轴。在患者腹腔充气之后，可以引导器械执行外科或医疗任务，诸如抓握、切割、消融、缝合等。在一些实施方案中，器械可以包括窥视镜，诸如腹腔镜。图9示出了被配置用于腹腔镜检查规程的机器人使能的基于台的系统的实施方案。如图9所示，系统36的托架43可被旋转并且竖直调整，以将成对的机器人臂39定位在台38的相对侧上，使得可使用臂安装件45将器械59定位成穿过患者两侧上的最小切口以到达他/她的腹腔。

为了适应腹腔镜检查规程，机器人使能的台系统还可将平台倾斜到期望的角度。图10示出了具有俯仰或倾斜调整的机器人使能的医疗系统的实施方案。如图10所示，系统36可以适应台38的倾斜，以将台的一部分定位在比另一部分距底板更远的距离处。另外，臂安装件45可旋转以匹配倾斜，使得臂39与台38维持相同的平面关系。为了适应更陡的角度，柱37还可以包括伸缩部分60，该伸缩部分允许柱37的竖直延伸以防止台38接触地板或与基部46碰撞。

图11提供了台38与柱37之间的接口的详细图示。俯仰旋转机构61可被构造成能够以多个自由度改变台38相对于柱37的俯仰角。俯仰旋转机构61可以通过将正交轴线1、2定位在柱台接口处来实现，每条轴线由单独的马达3、4响应于电俯仰角命令而致动。沿着一个螺钉5的旋转将使得能够在一条轴线1中进行倾斜调整，而沿着另一个螺钉6的旋转将使得能够沿着另一个轴线2进行倾斜调节。在一些实施方案中，可使用球形关节来在多个自由度上改变台38相对于柱37的俯仰角。

例如，当试图将台定位在特伦德伦伯格卧位(即，将患者的下腹部定位在比患者的下腹部距地板更高的位置)以用于下腹部外科手术时，俯仰调节特别有用。特伦德伦伯格卧位致使患者的内部器官通过重力滑向他/她的上腹部，从而清理出腹腔以使微创工具进入并且执行下腹部外科或医疗规程，诸如腹腔镜前列腺切除术。

图12和图13示出了基于台的外科机器人系统100的另选实施方案的等轴视图和端视图。外科机器人系统100包括可被构造成相对于台101支撑一个或多个机器人臂(参见例如图14)的一个或多个可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，示出了单个可调式臂支撑件105，但附加的臂支撑件可设置在台101的相对侧上。可调式臂支撑件105可被构造成使得其可相对于台101移动，以调节和/或改变可调式臂支撑件105和/或安装到该可调式臂支撑件的任何机器人臂相对于台101的位置。例如，可调式臂支撑件105可相对于台101被调节一个或多个自由度。可调式臂支撑件105为系统100提供高灵活性，包括容易地将一个或多个可调式臂支撑件105和附接到该一个或多个可调式臂支撑件的任何机器人臂收到台101下方的能力。可调式臂支撑件105可从收起位置升高到台101的上表面下方的位置。在其他实施方案中，可调式臂支撑件105可从收起位置升高到台101的上表面上方的位置。

可调式臂支撑件105可提供若干自由度，包括提升、侧向平移、倾斜等。在图12和图13的例示的实施方案中，臂支撑件105被构造成具有四个自由度，这些自由度在图12中用箭头示出。第一自由度允许在z方向(“Z提升”)上调节可调式臂支撑件105。例如，可调式臂支撑件105可包括托架109，该托架被构造成能够沿着或相对于支撑台101的柱102上移或下移。第二自由度可允许可调式臂支撑件105倾斜。例如，可调式臂支撑件105可包括旋转关节，该旋转关节可允许可调式臂支撑件105在特伦德伦伯格卧位与床对准。第三自由度可允许可调式臂支撑件105“向上枢转”，这可用于调节台101的一侧与可调式臂支撑件105之间的距离。第四自由度可允许可调式臂支撑件105沿着台的纵向长度平移。

图12和图13中的外科机器人系统100可包括由安装到基部103的柱102支撑的台。基部103和柱102相对于支撑表面支撑台101。地板轴线131和支撑轴线133在图13中示出。

可调式臂支撑件105可安装到柱102。在其他实施方案中，臂支撑件105可安装到台101或基部103。可调式臂支撑件105可包括托架109、杆或导轨连接件111以及杆或导轨107。在一些实施方案中，安装到导轨107的一个或多个机器人臂可相对于彼此平移和移动。

托架109可通过第一关节113附接到柱102，该第一关节允许托架109相对于柱102移动(例如，诸如沿第一轴线或竖直轴线123上下移动)。第一关节113可向可调式臂支撑件105提供第一自由度(“Z提升”)。可调式臂支撑件105可包括第二关节115，该第二关节为可调式臂支撑件105提供第二自由度(倾斜)。可调式臂支撑件105可包括第三关节117，该第三关节可为可调式臂支撑件105提供第三自由度(“向上枢转”)。可提供附加关节119(在图13中示出)，该附加关节机械地约束第三关节117以在导轨连接件111围绕第三轴线127旋转时保持导轨107的取向。可调式臂支撑件105可包括第四关节121，该第四关节可沿着第四轴线129为可调式臂支撑件105提供第四自由度(平移)。

图14示出了具有安装在台101的相对侧上的两个可调式臂支撑件105A、105B的外科机器人系统140A的端视图。第一机器人臂142A附接到第一可调式臂支撑件105B的杆或导轨107A。第一机器人臂142A包括附接到导轨107A的基部144A。第一机器人臂142A的远侧端部包括可附接到一个或多个机器人医疗器械或工具的器械驱动机构146A。类似地，第二机器人臂142B包括附接到导轨107B的基部144B。第二机器人臂142B的远侧端部包括器械驱动机构146B。器械驱动机构146B可被构造成附接到一个或多个机器人医疗器械或工具。

在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一个或多个机器人臂包括具有七个或更多个自由度的臂。在一些实施方案中，机器人臂142A、142B中的一个或多个机器人臂可包括八个自由度，包括插入轴线(包括插入的1个自由度)、腕部(包括腕部俯仰、偏航和滚动的3个自由度)、肘部(包括肘部俯仰的1个自由度)、肩部(包括肩部俯仰和偏航的2个自由度)以及基部144A、144B(包括平移的1个自由度)。在一些实施方案中，插入自由度可由机器人臂142A、142B提供，而在其他实施方案中，器械本身经由基于器械的插入架构提供插入。

C.器械驱动器和接口。

系统的机器人臂的端部执行器包括(i)器械驱动器(另选地称为“器械驱动机构”或“器械装置操纵器”)，该器械驱动器结合用于致动医疗器械的机电装置；和(ii)可移除或可拆卸的医疗器械，该医疗器械可不含任何机电部件，诸如马达。该二分法可能是由以下所驱动的：对医疗规程中使用的医疗器械进行灭菌的需要；以及由于昂贵的资本装备的复杂机械组件和敏感电子器件而不能对昂贵的资本设备进行充分灭菌。因此，医疗器械可以被设计成从器械驱动器(以及因此从系统)拆卸、移除和互换，以便由医师或医师的工作人员单独灭菌或处置。相比之下，器械驱动器不需要被改变或灭菌，并且可以被覆盖以便保护。

图15示出了示例器械驱动器。定位在机器人臂的远侧端部处的器械驱动器62包括一个或多个驱动单元63，其以平行轴线布置以经由驱动轴64向医疗器械提供受控扭矩。每个驱动单元63包括用于与器械相互作用的单独的驱动轴64，用于将马达轴旋转转换成期望扭矩的齿轮头65，用于生成驱动扭矩的马达66，用以测量马达轴的速度并且向控制电路提供反馈的编码器67，以及用于接收控制信号并且致动驱动单元的控制电路68。每个驱动单元63被独立地控制和机动化，器械驱动器62可向医疗器械提供多个(如图15所示为四个)独立的驱动输出。在操作中，控制电路68将接收控制信号，将马达信号传输至马达66，将由编码器67测量的所得马达速度与期望速度进行比较，并且调制马达信号以生成期望扭矩。

对于需要无菌环境的规程，机器人系统可以结合驱动接口，诸如连接至无菌覆盖件的无菌适配器，其位于器械驱动器与医疗器械之间。无菌适配器的主要目的是将角运动从器械驱动器的驱动轴传递到器械的驱动输入件，同时保持驱动轴与驱动输入件之间的物理分离并且因此保持无菌。因此，示例无菌适配器可以包括旨在与器械驱动器的驱动轴和器械上的驱动输入部配合的一系列旋转输入部和旋转输出部。连接到无菌适配器的由薄的柔性材料(诸如透明或半透明塑料)组成的无菌覆盖件被设计成覆盖资本装备，诸如器械驱动器、机器人臂和推车(在基于推车的系统中)或台(在基于台的系统中)。覆盖件的使用将允许资本装备被定位在患者附近，同时仍然位于不需要灭菌的区域(即，非无菌区)。在无菌覆盖件的另一侧上，医疗器械可以在需要灭菌的区域(即，无菌区)与患者对接。

D.医疗器械。

图16示出了具有成对器械驱动器的示例医疗器械。与被设计成与机器人系统一起使用的其他器械类似，医疗器械70包括细长轴71(或细长主体)和器械基部72。由于其用于由医师进行的手动交互的预期设计而也被称为“器械柄部”的器械基部72通常可以包括可旋转驱动输入部73(例如，插座、滑轮或卷轴)，该驱动输入部被设计成与延伸通过机器人臂76的远侧端部处的器械驱动器75上的驱动接口的驱动输出部74配合。当物理连接、闩锁和/或联接时，器械基部72的配合的驱动输入73可以与器械驱动器75中的驱动输出74共享旋转轴线，以允许扭矩从驱动输出74传递到驱动输入73。在一些实施方案中，驱动输出部74可包括花键，这些花键被设计成与驱动输入部73上的插孔配合。

细长轴71被设计成通过解剖开口或内腔(例如，如在内窥镜检查中)或通过微创切口(例如，如在腹腔镜检查中)来递送。细长轴71可以是柔性的(例如，具有类似于内窥镜的特性)或刚性的(例如，具有类似于腹腔镜的特性)，或者包含柔性部分和刚性部分两者的定制组合。当被设计用于腹腔镜检查时，刚性细长轴的远侧端部可以连接到端部执行器，该端部执行器从由具有至少一个自由度的连接叉形成的关节腕和外科工具或医疗器械(诸如例如，抓握器或剪刀)延伸，当驱动输入部响应于从器械驱动器75的驱动输出部74接收到的扭矩而旋转时，该外科工具可以基于来自腱的力来致动。当设计用于内窥镜检查时，柔性细长轴的远侧端部可包括可操纵或可控制的弯曲节段，该弯曲节段以基于从器械驱动器75的驱动输出74接收到的扭矩而进行关节运动和弯曲。

来自器械驱动器75的扭矩使用腱沿着轴71向下传递到细长轴71。这些单独的腱(诸如牵拉线)可单独地锚定到器械柄部72内的各个驱动输入部73。从柄部72，沿着细长轴71的一个或多个牵拉内腔向下引导腱并且将其锚定在细长轴71的远侧部分处，或锚定在细长轴的远侧部分处的腕部中。在外科规程诸如腹腔镜、内窥镜或混合规程期间，这些腱可以联接到远侧安装的端部执行器，诸如腕部、抓握器或剪刀。在这样的布置下，施加在驱动输入部73上的扭矩将张力传递到腱，从而引起端部执行器以某种方式致动。在一些实施方案中，在外科规程期间，腱可以致使关节围绕轴线旋转，从而致使端部执行器沿一个方向或另一个方向运动。另选地，腱可连接到细长轴71的远侧端部处的抓握器的一个或多个钳口，其中来自腱的张力使抓握器闭合。

在内窥镜检查中，腱可经由粘合剂、控制环或其他机械固定件联接到沿着细长轴71定位(例如，在远侧端部处)的弯曲或关节运动节段。当固定地附接到弯曲节段的远侧端部时，施加在驱动输入部73上的扭矩将沿腱向下传递，从而使较软的弯曲节段(有时称为可关节运动节段或区域)弯曲或进行关节运动。沿着不弯曲节段，可以有利的是，使单独的牵拉内腔螺旋或盘旋，该牵拉腔沿着内窥镜轴的壁(或在内部)导向单独的腱，以平衡由牵拉线中的张力引起的径向力。为了特定目的，可以改变或设计螺旋的角度和/或其间的间隔，其中更紧的螺旋在负载力下呈现较小的轴压缩，而较低的螺旋量在负载力下引起更大的轴压缩，但也呈现限制弯曲。在另一种情况下，可平行于细长轴71的纵向轴线来引导牵拉内腔以允许在期望的弯曲或可关节运动节段中进行受控式关节运动。

在内窥镜检查中，细长轴71容纳多个部件以辅助机器人规程。轴可包括用于将外科工具(或医疗器械)、冲洗件和/或抽吸件部署到轴71的远侧端部处的操作区域的工作通道。轴71也可容纳线和/或光纤以向远侧末端处的光学组件/从远侧末端处的光学组件传递信号，该光学组件可包括光学相机。轴71也可容纳光纤，以将来自位于近侧的光源(诸如发光二极管)的光载送到轴的远侧端部。

在器械70的远侧端部处，远侧末端也可包括用于将供诊断和/或治疗、冲洗和抽吸的工具递送到手术部位的工作通道的开口。远侧末端还可以包括用于相机(诸如纤维镜或数码相机)的端口，以捕获内部解剖空间的图像。相关地，远侧末端还可以包括用于光源的端口，该光源用于在使用相机时照亮解剖空间。

在图16的示例中，驱动轴的轴线以及因此驱动输入部轴线与细长轴的轴线正交。然而，该布置使细长轴71的滚动能力复杂化。沿着细长轴71的轴线滚动该细长轴同时保持驱动输入部73静止会引起当腱从驱动输入部73延伸出去并且进入细长轴71内的牵拉内腔时，腱的不期望的缠结。此类腱的所得缠结可破坏旨在预测柔性细长轴在内窥镜式规程期间的移动的任何控制算法。

图17示出了器械驱动器和器械的另选设计，其中驱动单元的轴线平行于器械的细长轴的轴线。如图所示，圆形器械驱动器80包括四个驱动单元，其驱动输出81在机器人臂82的端部处平行对准。驱动单元和它们各自的驱动输出81容纳在由组件83内的驱动单元中的一个驱动单元驱动的器械驱动器80的旋转组件83中。响应于由旋转驱动单元提供的扭矩，旋转组件83沿着圆形轴承旋转，该圆形轴承将旋转组件83连接到器械驱动器的非旋转部分84。可以通过电接触将电力和控制信号从器械驱动器80的非旋转部分84传送至旋转组件83，该电接触可以通过电刷滑环连接(未示出)的旋转来维持。在其他实施方案中，旋转组件83可以响应于集成到不可旋转部分84中的单独的驱动单元，并且因此不平行于其他驱动单元。旋转机构83允许器械驱动器80允许驱动单元及其相应的驱动输出81作为单个单元围绕器械驱动器轴线85旋转。

与先前所公开的实施方案类似，器械86可以包括细长轴部分88和器械基部87(出于讨论的目的，示出为具有透明的外部表层)，该器械基部包括被构造成接收器械驱动器80中的驱动输出部81的多个驱动输入部89(诸如插座、滑轮和卷轴)。与先前公开的实施方案不同，器械轴88从器械基部87的中心延伸，该器械基部的轴线基本平行于驱动输入部89的轴线，而不是如图16的设计中那样正交。

当联接到器械驱动器80的旋转组件83时，包括器械基部87和器械轴88的医疗器械86与旋转组件83组合地围绕器械驱动器轴线85旋转。由于器械轴88被定位在器械基部87的中心处，因此当附接时器械轴88与器械驱动器轴线85同轴。因此，旋转组件83的旋转使器械轴88围绕其自身的纵向轴线旋转。此外，在器械基部87与器械轴88一起旋转时，连接到器械基部87中的驱动输入部89的任何腱在旋转期间都不缠结。因此，驱动输出部81、驱动输入部89和器械轴88的轴线的平行允许轴在不会使任何控制腱缠结的情况下旋转。

图18示出了根据一些实施方案的具有基于器械的插入架构的器械。器械150可联接到上文所述的器械驱动器中的任一个器械驱动器。器械150包括细长轴152、连接到轴152的端部执行器162和联接到轴152的柄部170。细长轴152包括管状构件，该管状构件具有近侧部分154和远侧部分156。细长轴152沿着其外表面包括一个或多个通道或凹槽158。凹槽158被构造成接纳通过该凹槽的一根或多根线材或缆线180。因此，一根或多根缆线180沿着细长轴152的外表面延伸。在其他实施方案中，缆线180也可穿过细长轴152。该一根或多根缆线180的操纵(例如，经由器械驱动器)导致端部执行器162的致动。

器械柄部170(也可称为器械基部)通常可包括附接接口172，该附接接口具有一个或多个机械输入部174，例如插孔、滑轮或卷轴，该一个或多个机械输入部被设计成与器械驱动器的附接表面上的一个或多个扭矩联接器往复地配合。

在一些实施方案中，器械150包括使细长轴152能够相对于柄部170平移的一系列滑轮或缆线。换句话讲，器械150本身包括基于器械的插入架构，该架构适应器械的插入，从而使对机器人臂的依赖最小化以提供器械150的插入。在其他实施方案中，机器人臂可以很大程度上负责器械插入。

E.控制器。

本文所述的机器人系统中的任一个机器人系统可包括用于操纵附接到机器人臂的器械的输入装置或控制器。在一些实施方案中，控制器可与器械(例如，通信地、电子地、电气地、无线地和/或机械地)联接，使得控制器的操纵例如经由主从控制而致使器械的对应操纵。

图19是控制器182的实施方案的透视图。在本实施方案中，控制器182包括可具有阻抗和导纳控制两者的混合控制器。在其他实施方案中，控制器182可仅利用阻抗或被动控制。在其他实施方案中，控制器182可仅利用导纳控制。通过作为混合控制器，控制器182有利地在使用时可具有较低的感知惯性。

在例示的实施方案中，控制器182被构造成允许操纵两个医疗器械，并且包括两个柄部184。柄部184中的每个柄部连接到万向支架186。每个万向支架186连接到定位平台188。

如图19所示，每个定位平台188包括通过棱柱关节196联接到柱194的SCARA臂(选择顺应性装配机器人臂)198。棱柱关节196被构造成能够沿着柱194(例如，沿着导轨197)平移，以允许柄部184中的每个柄部在z方向上平移，从而提供第一自由度。SCARA臂198被构造成允许柄部184在x-y平面中运动，从而提供两个附加自由度。

在一些实施方案中，一个或多个负荷传感器定位在控制器中。例如，在一些实施方案中，负荷传感器(未示出)被定位在万向支架186中的每个万向支架的主体中。通过提供负荷传感器，控制器182的部分能够在导纳控制下操作，从而在使用时有利地减小控制器的感知惯性。在一些实施方案中，定位平台188被构造用于导纳控制，而万向支架186被构造用于阻抗控制。在其他实施方案中，万向支架186被构造用于导纳控制，而定位平台188被构造用于阻抗控制。因此，对于一些实施方案，定位平台188的平移自由度或位置自由度可依赖于导纳控制，而万向支架186的旋转自由度依赖于阻抗控制。

F.导航和控制。

传统的内窥镜检查可以涉及使用荧光透视(例如，如可以通过C形臂递送的)和其他形式的基于辐射的成像模态，以向操作医师提供腔内指导。相比之下，本公开所设想的机器人系统可以提供基于非辐射的导航和定位装置，以减少医师暴露于辐射并且减少手术室内的装备的量。如本文所用，术语“定位”可以指确定和/或监测对象在参考坐标系中的位置。诸如术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据的技术可以单独地或组合地使用以实现无辐射操作环境。在仍使用基于辐射的成像模态的其他情况下，可以单独地或组合地使用术前标测、计算机视觉、实时EM跟踪和机器人命令数据，以改进仅通过基于辐射的成像模态获得的信息。

图20是示出了根据示例实施方案的估计机器人系统的一个或多个元件的位置(诸如器械的位置)的定位系统90的框图。定位系统90可以是一组被配置成执行一个或多个指令的一个或多个计算机装置。计算机装置可以由上文讨论的一个或多个部件中的处理器(或多个处理器)和计算机可读存储器来体现。通过示例而非限制，计算机装置可以位于图1所示的塔30、图1至图4所示的推车、图5至图14所示的床等中。

如图20所示，定位系统90可包括定位模块95，该定位模块处理输入数据91-94以生成用于医疗器械的远侧末端的位置数据96。位置数据96可以是表示器械的远侧端部相对于参考系的位置和/或取向的数据或逻辑。参考系可以是相对于患者解剖结构或已知对象(诸如EM场发生器)的参考系(参见下文对于EM场发生器的讨论)。

现在更详细地描述各种输入数据91-94。术前标测可以通过使用低剂量CT扫描的集合来完成。术前CT扫描被重建为三维图像，该三维图像被可视化，例如作为患者的内部解剖结构的剖面图的“切片”。当总体上分析时，可以生成用于患者的解剖结构(诸如患者肺网络)的解剖腔、空间和结构的基于图像的模型。可以从CT图像确定和近似诸如中心线几何形状的技术，以形成患者解剖结构的三维体积，其被称为模型数据91(当仅使用术前CT扫描生成时也称为“术前模型数据”)。中心线几何形状的使用在美国专利申请14/523,760中有所讨论，其内容全文并入本文中。网络拓扑模型也可以从CT图像中导出，并且特别适合于支气管镜检查。

在一些实施方案中，器械可配备有相机以提供视觉数据92。定位模块95可处理视觉数据以实现一个或多个基于视觉的位置跟踪。例如，术前模型数据可以与视觉数据92结合使用，以实现对医疗器械(例如，内窥镜或推进通过内窥镜的工作通道的器械)的基于计算机视觉的跟踪。例如，使用术前模型数据91，机器人系统可以基于内窥镜的行进预期路径根据模型生成预期内窥镜图像的库，每个图像连接到模型内的位置。在操作中，机器人系统可以参考该库，以便将在摄像相机(例如，在内窥镜的远侧端部处的相机)处捕获的实时图像与图像库中的那些图像进行比较，以辅助定位。

其他基于计算机视觉的跟踪技术使用特征跟踪来确定相机的运动，并且因此确定内窥镜的运动。定位模块95的一些特征可以识别术前模型数据91中的与解剖内腔对应的圆形几何结构并且跟踪那些几何结构的变化以确定选择了哪个解剖内腔，以及跟踪相机的相对旋转和/或平移运动。拓扑图的使用可以进一步增强基于视觉的算法或技术。

光流(另一种基于计算机视觉的技术)可以分析视觉数据92中的视频序列中的图像像素的位移和平移以推断相机移动。光流技术的示例可以包括运动检测、对象分割计算、亮度、运动补偿编码、立体视差测量等。通过多次迭代的多帧比较，可以确定相机(以及因此内窥镜)的移动和位置。

定位模块95可使用实时EM跟踪来生成内窥镜在全局坐标系中的实时位置，该全局坐标系可被配准到由术前模型表示的患者的解剖结构。在EM跟踪中，包括嵌入在医疗器械(例如，内窥镜工具)中的一个或多个位置和取向中的一个或多个传感器线圈的EM传感器(或跟踪器)测量由定位在已知位置处的一个或多个静态EM场发生器产生的EM场的变化。由EM传感器检测的位置信息被存储为EM数据93。EM场发生器(或发射器)可以靠近患者放置，以产生嵌入式传感器可以检测到的低强度磁场。磁场在EM传感器的传感器线圈中感应出小电流，可以对该小电流进行分析以确定EM传感器与EM场发生器之间的距离和角度。这些距离和取向可以在手术中“配准”到患者解剖结构(例如，手术前模型)，以确定将坐标系中的单个位置与患者的解剖结构的手术前模型中的位置对准的几何变换。一旦配准，医疗器械的一个或多个位置(例如，内窥镜的远侧末端)中的嵌入式EM跟踪器可以提供医疗器械通过患者的解剖结构的进展的实时指示。

机器人命令和运动学数据94也可以由定位模块95使用以提供用于机器人系统的位置数据96。可以在术前校准期间确定从关节运动命令得到的装置俯仰和偏航。在手术中，这些校准测量可以与已知的插入深度信息结合使用，以估计器械的位置。另选地，这些计算可以结合EM、视觉和/或拓扑建模进行分析，以估计医疗器械在网络内的位置。

如图20所示，定位模块95可使用多项其他输入数据。例如，尽管图20中未示出，但利用了形状感测纤维的器械可提供形状数据，定位模块95可使用该形状数据来确定器械的位置和形状。

定位模块95可以组合地使用输入数据91-94。在一些情况下，这样的组合可以使用概率方法，其中定位模块95向根据输入数据91-94中的每个输入数据确定的位置分配置信度权重。因此，在EM数据可能不可靠(如可能存在EM干扰的情况)的情况下，由EM数据93确定的位置的置信度可能降低，并且定位模块95可能更重地依赖于视觉数据92和/或机器人命令和运动学数据94。

如上所讨论的，本文讨论的机器人系统可以被设计成结合以上技术中的一种或多种技术的组合。位于塔、床和/或推车中的机器人系统的基于计算机的控制系统可将计算机程序指令存储在例如非暂态计算机可读存储介质(诸如永久性磁存储驱动器、固态驱动器等)内，该计算机程序指令在执行时致使系统接收并且分析传感器数据和用户命令，生成整个系统的控制信号并且显示导航和定位数据，诸如器械在全局坐标系内的位置、解剖图等。

2.用于改进外部工作空间的系统和方法的介绍。

本公开的实施方案涉及用于改进外部工作空间的系统和方法。有利地，本文所述的系统和方法有助于减轻机器人外科系统的部件之间的碰撞风险。此外，该系统和方法可优化为不同类型的规程提供外科三角测量的能力。

图21描绘了在外科规程中包括插入代表性患者中的套管的代表性腹部200的顶视图。在该实施方案中，套管202a、202b、202c、202d、202e已被定位成使得中心套管202a准许在患者的四个不同象限中进行三角测量。例如，在套管202a、202b和202c之间提供三角测量。在该配置中，窥视镜205可被插入穿过中心套管202a，而第一器械(未示出)可被插入穿过套管202b，并且第二器械(未示出)可被插入穿过套管202c。

根据所执行的外科手术的类型，套管可被放置在患者的不同位置中。在一些外科中，套管可在同一象限中彼此非常靠近地放置。例如，在图21的图像中，考虑套管202b可在不同外科规程中定位在套管202d附近。在这种情况下，尤其是当使用其中两个或更多个臂可并排在同一导轨/臂支撑件上的基于导轨的系统时(如图12中所示)，机器人臂到达套管并且避免工作空间碰撞，同时优化三角测量可能是具有挑战的。因此，本申请描述了用于修改基于台的机器人系统平台的架构以增强外部工作空间并优化用于不同类型的外科规程的三角测量的不同的系统和方法。

图22至图24提供了关于使用本申请的实施方案克服的挑战的进一步细节。图22描绘了基于台的机器人系统的顶部示意图。在一些实施方案中，该系统包括用于支撑患者平台的台100和支撑多个机器人臂142的一对可调式臂支撑件105。在例示的实施方案中，一个可调式臂支撑件105支撑第一机器人臂142a、第二机器人臂142b和第三机器人臂142c，而第二可调式臂支撑件105支撑第四机器人臂142d、第五机器人臂142e和第六机器人臂142f。在一些实施方案中，机器人臂142中的每个机器人臂经由特定颜色或标签来识别，如图中所示。

图23描绘了基于台的机器人系统的机器人臂的包括在机器人臂的近侧联杆与远侧联杆之间形成的平面的透视图。在该图中，一对相邻的可调式机器人臂142a、142b支撑在可调式臂支撑件105上。它们中的每个可调式机器人臂包括近侧联杆232和远侧联杆234以及其间的1个自由度(DOF)肘部。因此，近侧联杆232和远侧联杆234驻留在同一平面143中。在一些实施方案中，虽然在每个机器人臂142a、142b的基部处的关节能够向左或向右偏航平面143，但平面143可保持与可调式臂支撑件105的导轨的顶部正交。尽管具有如图23中所描绘的机器人系统的一些独特优点，包括相对于患者以双侧方式提供机器人臂，但在一些外科设置中，系统可遭遇机器人臂与另一机器人臂、患者、床边配件或床边工作人员之间的碰撞。这些碰撞中的一些碰撞可能来自于扫入由相邻机器人臂的近侧远侧联杆平面143占据的体积中的机器人臂的腕部、器械驱动器或工具。图24描绘了基于台的机器人系统的机器人臂的透视图，其中一个臂扫入另一臂中，如以上段落中所指出。

下文是能够缓解上文所述的挑战的机器人系统的不同实施方案。具体地，系统和相关联方法有助于减小相邻机器人臂之间的碰撞风险，优化外科三角测量并增强总体外部外科工作空间。

A.可调式臂支撑件的水平平移

如上文关于图12所讨论，基于台的机器人系统100可包括可操作地联接到台的柱的一个或多个可调式臂支撑件105。一个或多个可调式臂支撑件105被配置成支撑一个或多个机器人臂142。可调式臂支撑件中的每个可调式臂支撑件可包括若干自由度，包括沿着柱的竖直平移、二头肌卷曲提升(例如，经由连接件111)、沿着患者平台的长度的侧向平移以及倾斜。

除了这些自由度之外，可调式臂支撑件还可有利地包括使得可调式臂支撑件105能够在支撑患者的患者平台的方向上摆动的另一自由度，如图25中所示。换句话讲，可调式臂支撑件的至少一个端部能够水平地摆动或移动到患者平台的方向中。当可调式臂支撑件水平地摆动或移动到患者平台的方向中时，可调式臂支撑件的一个端部被定位成更靠近患者平台，而可调式臂支撑件的第二端部被定位成更远离患者平台。因此，可调式臂支撑件被放置在相对于患者平台的台的侧面的非平行位置中。

由于可调式臂支撑件能够在水平方向上朝向患者摆动(例如，使得可调式臂支撑件不平行于台的侧面)，因此定位在可调式臂支撑件上的机器人臂可相对于患者平台成小于或大于90度的角度。例如，如图25中所示，背景中的三个机器人臂142各自具有可被认为相对于患者平台的台101垂直或为90度的基部，因为这三个机器人臂驻留在笔直或线性导轨/可调式臂支撑件上。相比之下，在图22的前景中将驻留在或支撑在导轨/可调式臂支撑件的顶部上的机器人臂142(为了强调臂支撑件的水平摆动而未示出)可各自具有将相对于患者平台的台101成非垂直角度的基部。在臂支撑件105处于水平摆动位置的情况下，沿着可调式臂支撑件105并排的机器人臂142可有利地朝向难以到达的套管延伸，具有较小的碰撞风险和增强的外科三角测量。

图26描绘了根据一些实施方案的具有向内摆动并联接到机器人臂的可调式臂支撑件的基于台的机器人系统。在例示的实施方案中，一对机器人臂142a、142b附接到可调式臂支撑件105。可调式臂支撑件105已朝向支撑患者的台101向内滚动，使得联接到该可调式臂支撑件的机器人臂142能够到达难以到达的套管，从而优化三角测量和外部工作空间。

图27示出了具有用于摆动可调式臂支撑件的一个或多个旋转关节的基于台的机器人系统的端视图。除了图14中所示的关节之外，机器人外科系统的机器人臂142还可包括可实现机器人臂的水平平移和摆动的一个或多个旋转关节148(图27中所示)。一个或多个旋转关节148可定位在机器人臂的远侧联杆处或附近。旋转关节148允许将可调式臂支撑件联接到柱的连接件/装配关节的一部分旋转或扭转，从而允许可调式臂支撑件的水平平移。在一些实施方案中，可调式臂支撑件的一个端部能够在2度与60度之间水平地摆动，而在其他实施方案中，可调式臂支撑件能够在2度与45度之间水平地摆动。水平摆动的程度可取决于待执行的外科规程的类型以及患者的尺寸和位置。

可提供各种特征来增强患者安全性，即使同时允许可调式臂支撑件在患者的方向上摆动。在一些实施方案中，一个或多个传感器可设置在可调式臂支撑件上以检测对象(例如，患者)是否接近接触可调式臂支撑件。例如，传感器可包括基于位置的传感器或基于力的传感器。在其他实施方案中，一个或多个传感器可设置在可调式臂支撑件上以辅助生成用于碰撞检测和避免碰撞的标测图。例如，可使用一种或多种类型的传感器(例如，包括相机或LIDAR的基于视觉的传感器)来生成患者的代表性模型。通过结合可调式臂支撑件的代表性模型或几何表示使用患者的代表性模型，处理器然后可在运动学上计算可调式臂支撑件与患者之间的近似距离。如果经由传感器和/或运动学计算检测到患者将位于与可调式臂支撑件接触的区域内，则处理器可在零空间中移动可调式臂支撑件以避免与患者接触。

A.弯曲可调式臂支撑件

图28A描绘了具有弯曲可调式臂支撑件的基于台的机器人系统的顶视图。基于台的机器人系统100包括台101，该台经由联杆或连接件(例如，如图12中所示的连接件111)联接到一个或多个可调式臂支撑件105。在本实施方案中，可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件都是弯曲的。这种弯曲使得一个或多个机器人臂142能够沿着可调式臂支撑件105的曲率或半径平移。这有利地允许一个臂142相对于另一臂偏移，使得臂支撑件105上的一个臂142相对于台101成第一角度，并且同一臂支撑件上的第二臂142相对于台101成第二角度，其中第一角度不同于第二角度。例如，在一个实施方案中，机器人臂142可相对于台101成90度，其中第二机器人臂142可相对于台101成小于90度的角度。

可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件可在其端部中的一个端部或两个端部处弯曲。在一些实施方案中，曲率半径可在2度与45度之间或2度与15度之间。在一些实施方案中，可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件能够以上文所讨论的五个自由度中的任一个自由度移动，包括沿着柱的竖直平移、二头肌卷曲提升(例如，经由连接件111)、沿着患者平台的长度的侧向平移、倾斜和水平平移/摆动。

图28B描绘了具有起伏可调式臂支撑件的基于台的机器人系统的顶视图。基于台的机器人系统100包括台101，该台经由联杆或连接件(例如，如图22中所示的连接件111)联接到一个或多个可调式臂支撑件105。在本实施方案中，可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件沿着曲折路径是起伏的。起伏部使得一个或多个机器人臂142能够沿着可调式臂支撑件105的半径平移。这有利地允许一个臂142相对于另一臂偏移，使得臂支撑件105上的一个臂142相对于台101成第一角度，并且同一臂支撑件上的第二臂142相对于台101成第二角度，其中第一角度不同于第二角度。

可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件可在其端部中的一个端部或两个端部处弯曲。在一些实施方案中，沿着曲折路径的曲率半径可在2度与45度之间或2度与15度之间。在一些实施方案中，可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件能够以上文所讨论的五个自由度中的任一个自由度移动，包括沿着柱的竖直平移、二头肌卷曲提升(例如，经由连接件111)、沿着患者平台的长度的侧向平移、倾斜以及水平平移/摆动(如关于图25所公开)。

C.用于进行中间或侧向调节的板/延伸部

图29描绘了包括用于相对于可调式臂支撑件进行机器人臂的中间或侧向调节的延伸部的基于台的机器人系统的顶视图。基于台的机器人系统包括从可调式臂支撑件105延伸的新颖板或延伸部160。延伸部160可呈允许机器人臂142在其上平移的踏板、导轨、轨道或悬臂梁的形式。在一些实施方案中，机器人臂142的基部包括使得能够沿着可调式臂支撑件和/或延伸部平移的棱柱关节。

如图29中所示，延伸部可相对于可调式臂支撑件105向中间(参见延伸部160a)或侧向(参见延伸部160b)定位。延伸部有利地用作机器人臂142的悬臂。这有利地允许一个机器人臂142相对于台彼此侧向偏移。例如，在图29中所示的示例中，一个机器人臂142由中间延伸部160a支撑，而另一机器人臂142支撑在侧向延伸部160b上。因此，机器人臂142相对于彼此(以及相对于台)交错和偏移，因此允许机器人臂142进入外科区域的不同位置，而机器人臂之间碰撞风险较小。在一些实施方案中，延伸部160可固定到可调式臂支撑件105，而在其他实施方案中，延伸部160可与可调式臂支撑件105可移除地附接和拆卸。

D.具有分体式导轨的可调式臂支撑件

图30描绘了包括可调式臂支撑件的基于台的机器人系统，该可调式臂支撑件包括分体式导轨。在该实施方案中，可调式臂支撑件的导轨已被分成两个区段165a、165b。可调式臂支撑件的每个区段165a、165b可支撑一个或多个机器人臂。并且可调式臂支撑件的每个区段165a、165b可联接到可独立调节的联杆或连接件111。不是将基于台的机器人系统100视为具有带有两个区段165a、165b的可调式臂支撑件，而是基于台的机器人系统100可被视为沿着患者床的一侧具有两个或更多个可调式臂支撑件。通过提供两个可独立调节的臂区段165a、165b，这使得定位在第一区段165a上的一个机器人臂能够从定位在第二区段165b上的第二机器人臂侧向地偏移，从而优化臂在外部工作空间中的位置。

在一些实施方案中，可调式臂支撑件的区段165a、165b可对准并集合在一起以形成线性导轨。在一些实施方案中，区段165a、165b可彼此机械地联接。在一些实施方案中，区段165a、165b中的每个区段能够以上文所讨论的五个自由度中的任一个自由度移动，包括沿着柱的竖直平移、二头肌卷曲提升(例如，经由连接件111)、沿着患者平台的长度的侧向平移、倾斜以及水平平移/摆动(如关于图25所公开)。

E.延伸器杆

图31描绘了包括延伸器杆的基于台的机器人系统。在本实施方案中，机器人臂142a、142f中的一个或多个机器人臂被取向成使得每个机器人臂142a、142b的器械驱动器80(上文在图17中讨论)的中心开口被取向成平行于台和/或定位在其上的患者的长通路。机器人臂142a、142f中的一个或两个机器人臂被配置成在其中接纳延伸器杆190。

如图27中所示，延伸器杆190可在第一端部处联接到机器人臂142a、142f中的一个或两个机器人臂。此外，延伸器杆190可在第二端部处联接到套管202(例如，中心套管)。在一些实施方案中，关节179(例如，万向关节)形成在延伸器杆190与套管202之间。延伸器杆190的第二端部可包括用于接纳穿过其中的器械或窥视镜的孔或开口。在图31中所示的实施方案中，通过延伸器杆190并通过套管202接纳窥视镜205。

如图27中所示，机器人臂142a、142f中的一个或两个机器人臂能够轴向地平移延伸器杆190。当延伸器杆190平移进出时，这改变了延伸器杆190与套管202之间的关节，因此导致套管202在俯仰或偏航轴线上枢转。当窥视镜205被接纳在套管202内时，窥视镜205将有利地与套管202一起枢转，从而有利于窥视镜与其他器械之间的优化的三角测量。换句话讲，机器人臂142a、142f中的一个或两个机器人臂—尽管处于台的左侧的远端—能够经由新颖延伸器杆190控制套管202和其中的窥视镜205的俯仰和偏航。有利地，通过使用延伸器杆190，机器人系统能够提供优化的三角测量，同时降低相邻机器人臂之间(例如，诸如，机器人臂142a与142b，或机器人臂142f与机器人臂142e之间)的碰撞风险。

F.用于机器人臂的升降器

在一些实施方案中，可在一个或多个机器人臂的基部处或附近添加高度延伸器或升降器。在一些实施方案中，升降器是静态构件，而在其他实施方案中，升降器是包括一个或多个主动自由度(active degrees of freedom)的动态构件。通过向机器人臂中的一个或多个机器人臂提供升降器，这有助于修改它们的到达范围并减小相对于相邻臂的碰撞风险，从而优化外部工作空间和外科三角测量。

图32描绘了根据一些实施方案的基于台的机器人系统，其中一个或多个机器人臂包括升降器。基于台的机器人系统100包括床柱、基部以及收起在台顶部下方的一个或多个机器人臂142。在本实施方案中，存在六个机器人臂142a、142b、142c、142d、142e、142f。如例示的实施方案中所示，机器人臂142c、142f中的两个机器人臂在其基部处或附近设置有升降器元件220。升降器220有利地提供机器人臂142c、142f与相邻机器人臂之间的高度差，从而降低相邻机器人臂之间的碰撞风险。下文是根据一些实施方案的动态升降器元件的示例实施方案。

图33描绘了根据一些实施方案的包括呈球状肩关节升降器的形式的动态升降器的机器人臂。球状肩关节222定位在机器人臂142的基部144与机器人臂的联杆(近侧联杆232和远侧联杆234)之间。在一些实施方案中，基座144包括使得机器人臂142能够在可调式臂支撑件105的导轨上方平移的棱柱关节。

球状肩关节222是能够以一个或多个自由度移动的动态升降器。在一些实施方案中，球状肩关节222有利地添加一个、两个或三个移动自由度。球状肩关节222可有利地使得能够控制近侧联杆232的起跳角度和取向(平面取向)。

图34描绘了根据一些实施方案的包括呈旋转关节升降器的形式的动态升降器的机器人臂。旋转关节升降器224定位在机器人臂142的基部144与机器人臂的联杆(近侧联杆232和远侧联杆234)之间。如关于图33所指出，基部144包括使得机器人臂142能够在可调式臂支撑件105的导轨上方平移的棱柱关节。

旋转关节升降器224是能够以一个或多个自由度移动的动态升降器。旋转关节升降器224包括第一升降器联杆226，该第一升降器联杆联接到第二升降器联杆228，这两个升降器联杆具有延伸穿过其中的旋转轴线230。在例示的实施方案中，旋转轴线230可与可调式臂支撑件105的导轨成一定角度(例如，基本上正交)。旋转关节升降器224有利地允许近侧-远侧联杆平面143(图23中所示)以附加的自由度重新取向，从而有助于避免碰撞。

图35描绘了根据一些实施方案的包括呈另选的旋转关节升降器的形式的动态升降器的机器人臂。旋转关节升降器234与图34中所示的旋转关节升降器224的类似之处在于其由第一升降器联杆234和第二升降器联杆238构成，这两个升降器联杆具有延伸穿过其中的旋转轴线240。然而，在本实施方案中，旋转轴线240大致沿着/平行于可调式臂支撑件105的导轨延伸。

图36描绘了根据一些实施方案的包括呈棱柱关节升降器的形式的动态升降器的机器人臂。棱柱关节升降器244定位在机器人臂142的基部144与机器人臂142的联杆(近侧联杆232和远侧联杆234)之间。如关于图33所指出，基部144包括使得机器人臂142能够在可调式臂支撑件105的导轨上方平移的棱柱关节。

棱柱关节升降器224是能够以至少一个自由度移动的动态升降器。棱柱关节升降器224包括竖直升降器联杆246，该竖直升降器联杆伸缩地接纳在基部144的开口中。竖直升降器联杆246能够平移进出基部144，从而形成可竖直地调节机器人臂142的高度和到达范围的棱柱关节。

G.具有可变长度的连杆的机器人臂

在一些实施方案中，一个或多个机器人臂可包括具有不同于附近或相邻机器人臂的类似联杆的长度的联杆。例如，在第一机器人臂和第二机器人臂都支撑在可调式臂支撑件上的实施方案中，第一机器人臂可具有在长度上不同于第二机器人臂的近侧联杆的近侧联杆。或者，第一机器人臂可具有在长度上不同于第二机器人臂的远侧联杆的远侧联杆。通过提供具有一个或多个联杆长度差的机器人臂，这有利地修改了一个臂相对于另一臂的总体到达范围并且减小了相邻臂之间的碰撞风险。通过修改特定臂的到达范围，这能够实现增强的工作空间优化和外科三角测量。

图37描绘了根据一些实施方案的基于台的机器人系统，其中一个或多个臂相对于一个或多个其他臂具有不同联杆长度。基于台的机器人系统包括可操作地联接到柱的台101和一对可调式臂支撑件105。在本实施方案中，可调式臂支撑件105中的每个可调式臂支撑件支撑三个机器人臂—一个可调式臂支撑件105支撑机器人臂142a、142b、142c，并且另一可调式臂支撑件105支撑机器人臂142d、142e、142f。如图37中的说明所指出，一个机器人臂142c被升高到其他机器人臂142a、142b上方，在其上它共享可调式臂支撑件105的导轨，而另一机器人臂142f被升高到其他机器人臂142d、142e上方，在其上它共享可调式臂支撑件105的导轨。图38中示出了具有经延伸的联杆长度的机器人臂142。

图38A和图38B描绘了根据一些实施方案的包括可变长度的细长联杆构件的机器人臂。在一些实施方案中，这两个机器人臂142e、142f可共享同一可调式臂支撑件。机器人臂142e、142f中的每个机器人臂包括基部联杆236、近侧联杆232和远侧联杆234。然而，如图所示，机器人臂142f的联杆中的一个或多个联杆可相对于相邻机器人臂142e伸长。例如，在本实施方案中，机器人臂142f的基部联杆236和远侧联杆234都可相对于相邻机器人臂142e的类似联杆增加一定长度。基部联杆236可增加120mm与180mm之间(或根据一些实施方案约150mm)，而远侧联杆可增加40mm与90mm之间(或根据一些实施方案约70mm)。中间的近侧联杆232可具有与相邻机器人臂的近侧联杆相同或相似的长度。通过指定仅某些联杆为细长的，这有助于在实现上文所述的目标的同时最小化不同机器人臂之间的制造变化，包括延伸的范围、碰撞减少以及优化的外部工作空间。除了图38A和图38B中的图像之外，应注意，图37还示出了一个机器人臂142c的基部联杆具有比相邻机器人臂142b更大的高度。

上文所述的系统中的任何一个系统，诸如基于推车的机器人系统(例如，在图2中所描绘)或基于台的机器人系统(例如，在图25中所描绘)，可单独或组合地用于治疗患者。在一些实施方案中，治疗可包括移除潜在的癌组织。在一些实施方案中，能量递送器械可联接到机器人系统以递送能量(例如，RF和微波能量)来消融潜在的癌组织。在其他实施方案中，可提供一个或多个器械以经由基于推车的机器人系统和/或基于台的机器人系统来递送药理学药物以破坏癌组织。在一些实施方案中，药理学药物可包括用于化疗或靶向组织治疗的药物。在一些实施方案中，可递送单克隆抗体和免疫检查点抑制剂。其他类型的细胞疗法、抗肿瘤疫苗和先进的生物技术药物(例如，用于CAR-T细胞疗法)也可经由本文所述的机器人系统递送。

3.实施系统和术语。

本文所公开的具体实施提供了用于优化外部工作空间以减少碰撞风险并增强外科三角测量的系统、方法和设备。

应当指出的是，如本文所用，术语“联接(couple)”、“联接(coupling)”、“联接(coupled)”或词语联接的其他变型形式可以指示间接连接或直接连接。例如，如果第一部件“联接”到第二部件，则第一部件可经由另一个部件间接连接到第二部件或直接连接到第二部件。

上文关于基于台的机器人系统描述的功能可作为一个或多个指令存储在处理器可读介质或计算机可读介质上。术语“计算机可读介质”是指可由计算机或处理器访问的任何可用介质。通过示例而非限制，此类介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪存储器、致密盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或可以用于存储呈指令或数据结构的形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。应当指出的是，计算机可读介质可为有形的和非暂态的。如本文所用，术语“代码”可以指可由计算装置或处理器执行的软件、指令、代码或数据。

本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可彼此互换。换句话讲，除非正在描述的方法的正确操作需要步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

如本文所用，术语“多个”表示两个或更多个。例如，多个部件指示两个或更多个部件。术语“确定”涵盖多种动作，并且因此，“确定”可包括计算、运算、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一种数据结构中查找)、查明等。另外，“确定”可包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。另外，“确定”可包括解析、选择、挑选、建立等。

除非另有明确指明，否则短语“基于”并不意味着“仅基于”。换句话讲，短语“基于”描述“仅基于”和“至少基于”两者。

提供对所公开的具体实施的前述描述以使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些具体实施的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其他具体实施。例如，应当理解，本领域的普通技术人员将能够采用多个对应的替代和等同的结构细节，诸如紧固、安装、联接或接合工具部件的等同方式、用于产生特定致动运动的等同机构、以及用于递送电能的等同机构。因此，本发明并非旨在限于本文所示的具体实施，而是被赋予符合本文所公开的原理和新颖特征的最广范围。

参照以下条款描述了一些实施方案或具体实施：

条款1.一种机器人外科系统，包括：

台，该台用于支撑患者；

可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件联接到该台；和

一个或多个机器人臂，该一个或多个机器人臂联接到该可调式臂支撑件，

其中该可调式臂支撑件能够具有至少一个自由度，使得该可调式臂支撑件能够在该台的方向上以非平行角度摆动。

条款2.根据条款1所述的机器人外科系统，其中，该可调式臂支撑件能够具有至少五个自由度。

条款3.根据条款2所述的机器人外科系统，其中，该至少五个自由度包括竖直平移、二头肌卷曲、侧向平移、倾斜和水平摆动。

条款4.根据条款1至3中任一项所述的机器人外科系统，其中，当该可调式臂支撑件在该台的该方向上水平地摆动时，该可调式臂支撑件的第一端部更靠近该台并且该可调式臂支撑件的第二端部更远离该台。

条款5.根据条款4所述的机器人外科系统，其中，该一个或多个机器人臂包括第一机器人臂和第二机器人臂，其中该第一机器人臂被定位成更靠近该可调式臂支撑件的该第一端部，并且该第二机器人臂被定位成更靠近该可调式臂支撑件的该第二端部。

条款6.根据条款5所述的机器人外科系统，其中，该第一机器人臂联接到窥视镜并且该第二机器人臂联接到器械。

条款7.根据条款5或6所述的机器人外科系统，其中，该第一机器人臂联接到延伸器杆。

条款8.根据条款7所述的机器人外科系统，其中，该延伸器杆的第一端部联接到该第一机器人臂，并且该延伸器杆的第二端部联接到套管。

条款9.根据条款8所述的机器人外科系统，其中，该第一机器人臂能够平移该延伸器杆，以便在俯仰或偏航轴线上移动该套管。

条款10.根据条款1至9中任一项所述的机器人外科系统，其中，该可调式臂支撑件是弯曲的。

条款11.根据条款1至10中任一项所述的机器人外科系统，其中，该可调式臂支撑件是起伏的。

条款12.根据条款1至11中任一项所述的机器人外科系统，还包括位于该可调式臂支撑件上的用于检测外部对象的一个或多个传感器。

条款13.根据条款12所述的机器人外科系统，其中，该一个或多个传感器包括基于视觉的传感器。

条款14.根据条款13所述的机器人外科系统，其中，基于来自该基于视觉的传感器的信息来生成外部对象的标测图。

条款15.根据条款1至14中任一项所述的机器人外科系统，其中，该可调式臂支撑件包括分体式导轨，该分体式导轨包括第一导轨区段和第二导轨区段，其中该第一导轨区段相对于该第二导轨区段是能够独立控制的。

条款16.一种机器人外科系统，包括：

台，该台用于支撑患者；

可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件联接到该台；和

一个或多个机器人臂，该一个或多个机器人臂联接到该可调式臂支撑件，

其中该可调式臂支撑件包括从该可调式臂支撑件向外突出的延伸板。

条款17.根据条款16所述的机器人外科系统，其中，该延伸板从该延伸板的纵向轴线向中间或侧向向外延伸。

条款18.根据条款16或17所述的机器人外科系统，其中，该一个或多个机器人臂包括能够沿着该可调式臂支撑件和该延伸板平移的第一机器人臂。

条款19.根据条款16至18中任一项所述的机器人外科系统，其中，该延伸板包括踏板。

条款20.根据条款16至19中任一项所述的机器人外科系统，其中，该延伸板与该可调式臂支撑件可移除地联接。

条款21.一种机器人外科系统，包括：

台，该台用于支撑患者；

可调式臂支撑件，该可调式臂支撑件联接到该台；和

第一机器人臂和第二机器人臂，该第一机器人臂和该第二机器人臂联接到该可调式臂支撑件；

其中该第一机器人臂相对于该第二机器人臂具有高度差。

条款22.根据条款21所述的机器人外科系统，其中，该第一机器人臂包括升降器。

条款23.根据条款22所述的机器人外科系统，其中，该升降器包括静态升降器。

条款24.根据条款22或23所述的机器人外科系统，其中，该升降器包括呈可致动关节的形式的动态升降器。

条款25.根据条款24所述的机器人外科系统，其中，该动态升降器包括球状肩关节。

条款26.根据条款24或25所述的机器人外科系统，其中，该动态升降器包括棱柱关节。

条款27.根据条款24至26中任一项所述的机器人外科系统，其中，该动态升降器包括形成在第一升降器联杆与第二升降器联杆之间的旋转关节。

条款28.根据条款27所述的机器人外科系统，其中，旋转轴线在该第一升降器联杆与该第二升降器联杆之间延伸。

条款29.根据条款28所述的机器人外科系统，其中，该旋转轴线大致沿着该可调式臂支撑件的长度延伸。

条款30.根据条款28或29所述的机器人外科系统，其中，该旋转轴线大致垂直于该可调式臂支撑件的长度延伸。

条款31.根据条款21至30中任一项所述的机器人外科系统，其中：

该第一机器人臂包括第一基部、第一近侧联杆和第一远侧联杆；并且

该第二机器人臂包括第二基部、第二近侧联杆和第二远侧联杆。

条款32.根据条款31所述的机器人外科系统，其中，该第一基部相对于该第二基部具有高度差。

条款33.根据条款31或32所述的机器人外科系统，其中，该第一远侧联杆相对于该第二远侧联杆具有高度差。

Claims (33)

1.一种机器人外科系统，包括：

台，所述台用于支撑患者；

可调式臂支撑件，所述可调式臂支撑件联接到所述台；和

一个或多个机器人臂，所述一个或多个机器人臂联接到所述可调式臂支撑件，

其中所述可调式臂支撑件能够具有至少一个自由度，使得所述可调式臂支撑件能够在所述台的方向上以非平行角度摆动。

2.根据权利要求1所述的机器人外科系统，其中，所述可调式臂支撑件能够具有至少五个自由度。

3.根据权利要求2所述的机器人外科系统，其中，所述至少五个自由度包括竖直平移、二头肌卷曲、侧向平移、倾斜和水平摆动。

4.根据权利要求1所述的机器人外科系统，其中，当所述可调式臂支撑件在所述台的所述方向上水平地摆动时，所述可调式臂支撑件的第一端部更靠近所述台并且所述可调式臂支撑件的第二端部更远离所述台。

5.根据权利要求4所述的机器人外科系统，其中，所述一个或多个机器人臂包括第一机器人臂和第二机器人臂，其中所述第一机器人臂被定位成更靠近所述可调式臂支撑件的所述第一端部，并且所述第二机器人臂被定位成更靠近所述可调式臂支撑件的所述第二端部。

6.根据权利要求5所述的机器人外科系统，其中，所述第一机器人臂联接到窥视镜并且所述第二机器人臂联接到器械。

7.根据权利要求5所述的机器人外科系统，其中，所述第一机器人臂联接到延伸器杆。

8.根据权利要求7所述的机器人外科系统，其中，所述延伸器杆的第一端部联接到所述第一机器人臂，并且所述延伸器杆的第二端部联接到套管。

9.根据权利要求8所述的机器人外科系统，其中，所述第一机器人臂能够平移所述延伸器杆，以便在俯仰或偏航轴线上移动所述套管。

10.根据权利要求1所述的机器人外科系统，其中，所述可调式臂支撑件是弯曲的。

11.根据权利要求1所述的机器人外科系统，其中，所述可调式臂支撑件是起伏的。

12.根据权利要求1所述的机器人外科系统，还包括位于所述可调式臂支撑件上的用于检测外部对象的一个或多个传感器。

13.根据权利要求12所述的机器人外科系统，其中，所述一个或多个传感器包括基于视觉的传感器。

14.根据权利要求13所述的机器人外科系统，其中，基于来自所述基于视觉的传感器的信息来生成外部对象的标测图。

15.根据权利要求1所述的机器人外科系统，其中，所述可调式臂支撑件包括分体式导轨，所述分体式导轨包括第一导轨区段和第二导轨区段，其中所述第一导轨区段相对于所述第二导轨区段是能够独立控制的。

16.一种机器人外科系统，包括：

台，所述台用于支撑患者；

可调式臂支撑件，所述可调式臂支撑件联接到所述台；和

一个或多个机器人臂，所述一个或多个机器人臂联接到所述可调式臂支撑件，

其中所述可调式臂支撑件包括从所述可调式臂支撑件向外突出的延伸板。

17.根据权利要求16所述的机器人外科系统，其中，所述延伸板从所述延伸板的纵向轴线向中间或侧向向外延伸。

18.根据权利要求16所述的机器人外科系统，其中，所述一个或多个机器人臂包括能够沿着所述可调式臂支撑件和所述延伸板平移的第一机器人臂。

19.根据权利要求16所述的机器人外科系统，其中，所述延伸板包括踏板。

20.根据权利要求16所述的机器人外科系统，其中，所述延伸板与所述可调式臂支撑件可移除地联接。

21.一种机器人外科系统，包括：

台，所述台用于支撑患者；

可调式臂支撑件，所述可调式臂支撑件联接到所述台；和

第一机器人臂和第二机器人臂，所述第一机器人臂和所述第二机器人臂联接到所述可调式臂支撑件，

其中所述第一机器人臂相对于所述第二机器人臂具有高度差。

22.根据权利要求21所述的机器人外科系统，其中，所述第一机器人臂包括升降器。

23.根据权利要求22所述的机器人外科系统，其中，所述升降器包括静态升降器。

24.根据权利要求22所述的机器人外科系统，其中，所述升降器包括呈可致动关节的形式的动态升降器。

25.根据权利要求24所述的机器人外科系统，其中，所述动态升降器包括球状肩关节。

26.根据权利要求24所述的机器人外科系统，其中，所述动态升降器包括棱柱关节。

27.根据权利要求24所述的机器人外科系统，其中，所述动态升降器包括形成在第一升降器联杆与第二升降器联杆之间的旋转关节。

28.根据权利要求27所述的机器人外科系统，其中，旋转轴线在所述第一升降器联杆与所述第二升降器联杆之间延伸。

29.根据权利要求28所述的机器人外科系统，其中，所述旋转轴线大致沿着所述可调式臂支撑件的长度延伸。

30.根据权利要求28所述的机器人外科系统，其中，所述旋转轴线大致垂直于所述可调式臂支撑件的长度延伸。

31.根据权利要求21所述的机器人外科系统，其中：

所述第一机器人臂包括第一基部、第一近侧联杆和第一远侧联杆；并且

所述第二机器人臂包括第二基部、第二近侧联杆和第二远侧联杆。

32.根据权利要求31所述的机器人外科系统，其中所述第一基部相对于所述第二基部具有高度差。

33.根据权利要求31所述的机器人外科系统，其中，所述第一远侧联杆相对于所述第二远侧联杆具有高度差。