使用模式區(qū)分操作員動(dòng)作的機(jī)器人系統(tǒng)操作模式的用戶選擇的制作方法
【專利摘要】機(jī)器人系統(tǒng)具有多個(gè)用戶可選擇的操作模式。為了選擇操作模式中的一個(gè)，用戶執(zhí)行在多個(gè)用戶可選擇的操作模式中唯一識(shí)別期望的操作模式的區(qū)分動(dòng)作。通過機(jī)器人系統(tǒng)中的處理器實(shí)現(xiàn)的方法識(shí)別區(qū)分動(dòng)作，并將機(jī)器人系統(tǒng)置于用戶所選擇的操作模式。
【專利說明】使用模式區(qū)分操作員動(dòng)作的機(jī)器人系統(tǒng)操作模式的用戶選 擇
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/599, 237(于2012年2月15日提交）的優(yōu)先權(quán)，其 通過引用并入此處。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總體涉及機(jī)器人系統(tǒng)，具體地涉及使用模式區(qū)分操作員動(dòng)作的機(jī)器人系統(tǒng) 操作模式的用戶選擇。

【背景技術(shù)】
[0004] 機(jī)器人系統(tǒng)可以具有若干用戶可選擇的操作模式。用戶可以選擇操作模式的一種 方法是通過菜單驅(qū)動(dòng)的圖形用戶界面（GUI)。盡管該類型的模式選擇非常靈活并且適應(yīng)大 多數(shù)用戶可選擇的操作模式，但是與GUI交互對(duì)于用戶來說可能是耗時(shí)的。例如，如果用戶 的手此時(shí)忙于操縱輸入設(shè)備，則可能不方便把手離開一個(gè)輸入設(shè)備并將它放在另一個(gè)輸入 設(shè)備上，例如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或觸摸板，從而與交互。
[0005] 用戶可以在若干用戶可選擇的操作模式中選擇操作模式的另一種方法是通過發(fā) 出可由語音識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別的語音命令。這種途徑的優(yōu)點(diǎn)是，其相對(duì)迅速并且用戶的手不必 離開此時(shí)正在使用的輸入設(shè)備。然而，該途徑承擔(dān)語音識(shí)別系統(tǒng)的附加成本，以及由語音識(shí) 別系統(tǒng)錯(cuò)誤識(shí)別用戶的口頭命令而產(chǎn)生的可能錯(cuò)誤。
[0006] 用戶可以在若干用戶可選擇的操作模式中選擇操作模式的又一種方法是通過激 活腳踏板。其優(yōu)點(diǎn)是不要求用戶把手從此時(shí)正在使用的輸入設(shè)備移開。然而，當(dāng)存在并非 僅僅幾個(gè)用戶可選擇的操作模式時(shí)，從實(shí)現(xiàn)和可用性的角度看，選擇操作模式所需要的腳 踏板數(shù)量可能變得令人望而卻步。例如，當(dāng)存在四個(gè)用戶可選擇的操作模式并且每一個(gè)腳 踏板只與一個(gè)用戶可選擇的操作模式關(guān)聯(lián)時(shí)，需要四個(gè)腳踏板。這些腳踏板可容易達(dá)到但 它們充分間隔開以避免意外按壓的要求使該途徑令人望而卻步，使得在實(shí)踐中僅可以使用 兩個(gè)或三個(gè)踏板。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的一個(gè)目的是機(jī)器人系統(tǒng)以及在其中實(shí)現(xiàn)的、有 助于用戶選擇操作模式而用戶不必將手從此時(shí)正在使用的輸入設(shè)備移開的方法。
[0008] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的另一個(gè)目的是機(jī)器人系統(tǒng)以及在其中實(shí)現(xiàn)的、有助于 用戶以可靠方式選擇機(jī)器人系統(tǒng)操作模式的方法。
[0009] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的另一個(gè)目的是機(jī)器人系統(tǒng)以及在其中實(shí)現(xiàn)的、有助于 用戶以適時(shí)方式選擇機(jī)器人系統(tǒng)操作模式的方法。
[0010] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的另一個(gè)目的是機(jī)器人系統(tǒng)以及在其中實(shí)現(xiàn)的、有助于 用戶以成本節(jié)約方式選擇機(jī)器人系統(tǒng)操作模式的方法。 toon] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的再一個(gè)目的是機(jī)器人系統(tǒng)以及在其中實(shí)現(xiàn)的、不要求 用于選擇操作模式的設(shè)備數(shù)量和機(jī)器人系統(tǒng)的可用的用戶可選擇的操作模式數(shù)量之間的 --對(duì)應(yīng)的方法。
[0012] 這些目的和附加目的通過本發(fā)明的各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)，其中簡(jiǎn)要地說，一個(gè)方面是可 在多個(gè)操作模式中操作的機(jī)器人系統(tǒng)。機(jī)器人系統(tǒng)包括：一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備，其用于多個(gè) 操作模式中的每一個(gè)；以及處理器，其被配置為通過確定已經(jīng)以區(qū)分選定的操作模式的方 式操縱一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備，由此在多個(gè)操作模式中選擇操作模式。
[0013] 另一個(gè)方面是用于選擇機(jī)器人系統(tǒng)的多個(gè)操作模式中的一個(gè)操作模式的方法。該 方法包括：通過確定已經(jīng)以區(qū)分選定的操作模式的方式操縱用于多個(gè)操作模式中的每一個(gè) 操作模式的一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備，由此在多個(gè)操作模式中選擇操作模式。
[0014] 本發(fā)明的各個(gè)方面的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面結(jié)合附圖的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例的描述中變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1示出采用利用本發(fā)明多方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)的操作室的俯視圖。
[0016] 圖2示出利用本發(fā)明多方面的醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中的入口導(dǎo)向器的遠(yuǎn)端的透視圖， 其中鉸接器械延伸出入口導(dǎo)向器的遠(yuǎn)端。
[0017] 圖3示出利用本發(fā)明多方面的在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中有用的入口導(dǎo)向器的橫截面 視圖。
[0018] 圖4示出利用本發(fā)明多方面的在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中安裝在耦合到機(jī)器人臂組件 的平臺(tái)上的鉸接器械組件的透視圖。
[0019] 圖5示出利用本發(fā)明多方面的在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中可用的控制臺(tái)的前視圖。
[0020] 圖6示出利用本發(fā)明多方面的在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中用于控制和選擇性關(guān)聯(lián)設(shè)備 操縱器到一對(duì)輸入設(shè)備的部件的方框圖。
[0021] 圖7示出利用本發(fā)明多方面的在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的左輸入設(shè)備和右輸 入設(shè)備的參考系以及定義在輸入設(shè)備之間的設(shè)定點(diǎn)。
[0022] 圖8示出利用本發(fā)明多方面的在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中所使用的入口導(dǎo)向器連同遠(yuǎn) 程中心參考系和四個(gè)自由度移動(dòng)的透視圖。
[0023] 圖9示出利用本發(fā)明多方面的用于選擇機(jī)器人系統(tǒng)的多個(gè)操作模式中的一個(gè)操 作模式的方法的流程圖。
[0024] 圖10示出利用本發(fā)明多方面的用于選擇機(jī)器人系統(tǒng)的多個(gè)操作模式中的一個(gè)操 作模式的替換方法的流程圖。
[0025] 圖11示出利用本發(fā)明多方面的在機(jī)器人系統(tǒng)中顯示在顯示屏上以便指示攝像機(jī) 操作模式的模式區(qū)分動(dòng)作的圖形指示。
[0026] 圖12示出利用本發(fā)明多方面的在機(jī)器人系統(tǒng)中顯示在顯示屏上以便指示組合控 制操作模式的模式區(qū)分動(dòng)作的圖形指示。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 盡管醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)在本文中被描述為機(jī)器人系統(tǒng)的示例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本文 中所要求保護(hù)的發(fā)明的各個(gè)方面并非限于這些類型的機(jī)器人系統(tǒng)。
[0028] 圖1示出操作室的俯視圖，在操作室中外科醫(yī)生（"S"）正在采用醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng) 100來對(duì)患者（"P"）執(zhí)行醫(yī)療程序。在該情況下，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)是微創(chuàng)機(jī)器人外科手術(shù) (MIRS)系統(tǒng)，其包括當(dāng)患者在操作臺(tái)52上時(shí)，外科醫(yī)生在一個(gè)或多個(gè)助手（"A"）的幫助 下對(duì)患者執(zhí)行微創(chuàng)診斷或外科手術(shù)程序時(shí)所利用的控制臺(tái)51。
[0029] 多個(gè)鉸接器械由入口導(dǎo)向器（EG) 200經(jīng)單個(gè)入口孔61引入到患者體內(nèi)的作業(yè)部 位?？?1可以是微創(chuàng)切口或人體天然孔口。入口導(dǎo)向器200是圓柱結(jié)構(gòu)，其通過機(jī)器人臂 組件2514(本文也簡(jiǎn)稱為"機(jī)器人臂"）保持或操縱。機(jī)器人臂2514包括設(shè)置臂和入口導(dǎo) 向器操縱器。設(shè)置臂用于將入口導(dǎo)向器200定位在孔61，使得樞軸點(diǎn)在孔處出現(xiàn)。附接到 機(jī)器人臂2514的遠(yuǎn)端的是平臺(tái)2512,平臺(tái)2512上安裝有器械組件2516,使得它們各自的 器械可以延伸通過入口導(dǎo)向器200。每一個(gè)器械組件包括鉸接器械及其器械操縱器。
[0030] 作為示例，圖2示出入口導(dǎo)向器200的透視圖，其中諸如鉸接外科手術(shù)工具器械 231 (T00L1)、241 (T00L2)(本文也簡(jiǎn)稱為"工具"）的鉸接器械以及鉸接立體攝像機(jī)器械 211 (CAM)(本文也簡(jiǎn)稱為"攝像機(jī)"）延伸出其遠(yuǎn)端。攝像機(jī)器械211具有容納在其頂端的 一對(duì)立體圖像捕捉設(shè)備311、312和光維電纜313 (在其近端耦合到光源）。外科手術(shù)工具 231、241具有末端執(zhí)行器（end effector)331、341。盡管僅示出了兩個(gè)工具231、241，但是 入口導(dǎo)向器200可以根據(jù)在患者體內(nèi)的作業(yè)部位執(zhí)行醫(yī)療程序的需要引導(dǎo)附加工具。例 如，如圖3中入口導(dǎo)向器200的橫截面視圖所示，通道351可用于將另一個(gè)鉸接外科手術(shù)工 具延伸通過入口導(dǎo)向器200并通過其遠(yuǎn)端延伸出。通道431、441分別由鉸接外科手術(shù)工具 器械231、241使用，并且通道321用于鉸接攝像機(jī)器械211。
[0031] 每個(gè)鉸接器械包括多個(gè)可致動(dòng)接頭以及耦合到這些接頭的多個(gè)連桿。作為示例， 第二鉸接器械241包括：第一連桿322、第二連桿324和第三連桿326 ;第一接頭323和第二 接頭325 ;以及肘節(jié)接頭327。第一接頭323耦合第一連桿322和第二連桿324,并且第二 接頭325耦合第二連桿324和第三連桿326,使得第二連桿324可以以俯仰（pitch) 292和 偏轉(zhuǎn)（yaw) 293繞第一接頭323樞轉(zhuǎn)，而第一連桿322和第三連桿326保持彼此平行?？梢?類似地構(gòu)造和操作其他工具和攝像機(jī)器械231、251、211。
[0032] 作為示例，圖4示出安裝在機(jī)器人臂2514的遠(yuǎn)端處的平臺(tái)2512上的鉸接器械組 件2516。入口導(dǎo)向器200附接到平臺(tái)2512,使得入口導(dǎo)向器200(連同平臺(tái)2512)可以由 入口導(dǎo)向器操縱器操縱。每個(gè)鉸接器械組件包括鉸接器械及其器械操縱器。例如，示例性 鉸接器械2502a被安裝在致動(dòng)器組件2504上，該致動(dòng)器組件包括用于致動(dòng)鉸接器械的接頭 的多個(gè)致動(dòng)器。器械2502a具有延伸通過其致動(dòng)器組件2504并進(jìn)入入口導(dǎo)向器200的鏡 筒2506。致動(dòng)器組件2504被安裝到線性致動(dòng)器2510 (例如，伺服控制的導(dǎo)螺桿和螺母組件 或滾珠螺桿和螺母組件），該線性致動(dòng)器控制鏡筒2506插入入口導(dǎo)向器200以及從入口導(dǎo) 向器200收回鏡筒2506。在該情況下，器械操縱器2520包括致動(dòng)器組件2504和線性致動(dòng) 器2510。在器械2502a是鉸接器械241的情況下，鏡筒2506的遠(yuǎn)端是圖2中所示的第一連 桿322。第二器械2502b安裝有所示的類似機(jī)構(gòu)。另外，可以類似地安裝鉸接攝像機(jī)器械。
[0033] 作為示例，圖5示出控制臺(tái)51的前視圖?？刂婆_(tái)51具有左輸入設(shè)備（MTML) 41和 右輸入設(shè)備（MTMR)42,用戶可以用他/她的左手和右手分別抓住左輸入設(shè)備41和右輸入設(shè) 備42,從而以多自由度（"D0F"）操縱關(guān)聯(lián)的設(shè)備，例如入口導(dǎo)向器和鉸接器械?？刂婆_(tái)51 上提供了具有腳趾和腳后跟控件的腳踏板44、48?？刂婆_(tái)51內(nèi)提供了處理器43,用于控制 以及本文所描述的其它目的。也提供具有左目鏡46和右目鏡47的立體視覺顯示器45,用 于所顯示的立體圖像，這些圖像產(chǎn)生于由立體攝像機(jī)器械211捕捉并由處理器43處理的圖 像。在立體視覺顯示器45上顯示的立體視圖可以對(duì)應(yīng)于由攝像機(jī)器械211捕捉的圖像，或 者其可以是數(shù)字改變的視圖，以適應(yīng)外科醫(yī)生偏好和/或提供給外科醫(yī)生遠(yuǎn)程呈現(xiàn)。
[0034] 處理器43在醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)中執(zhí)行各種功能。其執(zhí)行的一個(gè)重要功能是經(jīng)由總 線110通過控制信號(hào)轉(zhuǎn)換并傳遞輸入設(shè)備41、42的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，以命令它們關(guān)聯(lián)的操縱器 內(nèi)的致動(dòng)器致動(dòng)它們各自的接頭，使得外科醫(yī)生可以有效地操縱設(shè)備，例如工具器械231、 241、攝像機(jī)器械211和入口導(dǎo)向器200。另一個(gè)功能是執(zhí)行本文所描述的各種方法以及實(shí) 現(xiàn)各種控制器和交叉耦合的控制邏輯。
[0035] 盡管被描述為處理器，但是應(yīng)當(dāng)理解，處理器43可以通過硬件、軟件和固件的任 何組合實(shí)現(xiàn)。而且，本文所描述的它的功能可以由一個(gè)單元執(zhí)行，或者被劃分在不同部件 中，每一個(gè)部件可以繼而由硬件、軟件和固件的任何組合實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，盡管被示為控制 臺(tái)51的一部分，但是處理器43還可以包括分布在整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)個(gè)子單元。
[0036] 題為 "Minimally Invasive Surgical System" 的美國(guó)公開 US 2008/0065108 A1 (通過引用并入此處）提供關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)（例如，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100)的附加細(xì) 節(jié)。
[0037] 諸如醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的機(jī)器人系統(tǒng)可以在多個(gè)操作模式中操作。以下參考圖 6至圖8描述了醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的若干此類操作模式，并且以下參考圖9至圖12描述 了用于在機(jī)器人系統(tǒng)的多個(gè)操作模式中選擇操作模式的方法的示例。
[0038] 作為示例，圖6示出用于在各種操作模式中控制設(shè)備操縱器（和它們各自的設(shè)備） 并且將它們選擇性關(guān)聯(lián)到輸入設(shè)備41、42的部件的方框圖。諸如抓鉗、刀具和針的外科手 術(shù)工具可以用于在患者體內(nèi)的作業(yè)部位處執(zhí)行醫(yī)療程序。在該示例中，兩個(gè)外科手術(shù)工具 231、241用于機(jī)器人式地執(zhí)行程序，并且攝像機(jī)211用于觀察程序。工具231、241和攝像機(jī) 211通過入口導(dǎo)向器200內(nèi)的通道插入。如參考圖1所描述的，利用機(jī)器人臂組件2514的 設(shè)置部分，入口導(dǎo)向器200通過入口孔61插入患者體內(nèi)，并且機(jī)器人臂組件2514的入口導(dǎo) 向器操縱器（EGM) 202可以將入口導(dǎo)向器200朝著將要執(zhí)行醫(yī)療程序的作業(yè)部位操控。設(shè) 備231、241、211、200中的每個(gè)由其自己的操縱器操縱。具體地，攝像機(jī)211由攝像機(jī)操縱 器（ECM) 212操縱，第一外科手術(shù)工具231由第一器械操縱器（PSM1) 232操縱，第二外科手 術(shù)工具241由第二器械操縱器（PSM2)242操縱，并且入口導(dǎo)向器200由入口導(dǎo)向器操縱器 (EGM) 202 操縱。
[0039] 器械操縱器232、242、212中的每個(gè)是如下機(jī)械組件，其承載致動(dòng)器并提供機(jī)械的 無菌接口以將運(yùn)動(dòng)傳輸?shù)狡涓髯缘你q接器械。每個(gè)器械231、241、211是如下機(jī)械組件，其 接收來自其操縱器的運(yùn)動(dòng)并且通過電纜傳輸將該運(yùn)動(dòng)傳送到遠(yuǎn)端鉸接（例如，接頭）。這些 接頭可以是棱柱的（例如，線性運(yùn)動(dòng)）或旋轉(zhuǎn)的（例如，它們繞機(jī)械軸樞轉(zhuǎn)）。此外，器械 可以具有迫使多個(gè)接頭以預(yù)定方式一起移動(dòng)的內(nèi)部機(jī)械約束件（例如，電纜、齒輪、凸輪和 傳送帶等）。每組機(jī)械約束的接頭實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)軸，并且約束件可以被設(shè)計(jì)為與旋轉(zhuǎn)接 頭（例如，嚙合關(guān)節(jié)）配對(duì)。還應(yīng)注意的是，以這種方式，器械可以具有比可用致動(dòng)器更多 的接頭。
[0040] 輸入設(shè)備41、42中的每個(gè)可以選擇性地與設(shè)備211、231、241、200中的一個(gè)關(guān)聯(lián)， 使得關(guān)聯(lián)的設(shè)備可以通過其控制器和操縱器由輸入設(shè)備控制。操作員可以使用本文所描述 的腳踏板44、48中的一個(gè)或兩者以及本文所描述的其他部件和方法執(zhí)行這種選擇。對(duì)于每 個(gè)這種選擇，產(chǎn)生選擇輸入并將其提供到多路復(fù)用器（MUX) 280,多路復(fù)用器也優(yōu)選地由處 理器43實(shí)現(xiàn)。根據(jù)選擇輸入所提供的值（即，1和0的組合）的不同，交叉轉(zhuǎn)換的不同組 合是可選擇的。
[0041] 作為第一示例，到MUX 280的選擇輸入的第一值將左輸入設(shè)備41和右輸入設(shè)備42 置于"工具跟蹤"操作模式，其中左輸入設(shè)備41和右輸入設(shè)備42分別與第一外科手術(shù)工具 241和第二外科手術(shù)工具231關(guān)聯(lián)。因此，在該操作模式下，工具231、241由外科醫(yī)生操縱 輸入設(shè)備41、42,通過它們各自的控制器243 (CTRL2)、233 (CTRL1)和操縱器242、232被遠(yuǎn)程 機(jī)器人式控制，以便當(dāng)導(dǎo)向器200通過其控制器213 (CTRLC)軟鎖定在適當(dāng)位置（in place) 時(shí)，在患者體內(nèi)的作業(yè)部位對(duì)解剖結(jié)構(gòu)執(zhí)行醫(yī)療程序。攝像機(jī)211也可以通過其控制器213 軟鎖定在適當(dāng)位置，或者替換地，其可以移動(dòng)以自動(dòng)追蹤工具231、241的末端執(zhí)行器331、 341的移動(dòng)，使得末端執(zhí)行器保持在攝像機(jī)的視野內(nèi)。在該配置中，MUX 280交叉轉(zhuǎn)換以： 將輸入設(shè)備41的輸出251和輸入252分別連接到工具控制器243的輸入260和輸出261 ; 以及將輸入設(shè)備42的輸出253和輸入254分別連接到工具控制器233的輸入268和輸出 269。以這種方式，輸入設(shè)備41、42可以命令工具241、231的移動(dòng)，并從它們各自的控制器 243、233接收觸覺反饋。
[0042] 當(dāng)外科醫(yī)生要重新定位攝像機(jī)211或入口導(dǎo)向器200時(shí)，左輸入設(shè)備41和右輸入 設(shè)備42中的一個(gè)或兩者可以與攝像機(jī)211或入口導(dǎo)向器200關(guān)聯(lián)，使得外科醫(yī)生可以通過 其各自的控制器（213或203 (CTRLG))和操縱器（212或202)移動(dòng)攝像機(jī)211或入口導(dǎo)向 器200。在該情況下，外科手術(shù)工具231、241中不關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)通過其控制器鎖定在相 對(duì)于入口導(dǎo)向器200的適當(dāng)位置。
[0043] 作為第二示例，到MUX 280的選擇輸入的第二值將左輸入設(shè)備41和右輸入設(shè)備42 中的一個(gè)置于單手?jǐn)z像機(jī)控制模式（本文中簡(jiǎn)稱為"攝像機(jī)"操作模式），其中輸入設(shè)備與 攝像機(jī)211關(guān)聯(lián)。因此，在該模式下，攝像機(jī)器械211由外科醫(yī)生操縱關(guān)聯(lián)的輸入設(shè)備，通過 其控制器213和操縱器212被遠(yuǎn)程機(jī)器人式控制，以便當(dāng)外科手術(shù)工具231、241和入口導(dǎo) 向器200通過其各自的控制器233、243、203軟鎖定在適當(dāng)位置時(shí)，擺正（pose)攝像機(jī)211 的位置。在該配置中，假定輸入設(shè)備41要與攝像機(jī)211關(guān)聯(lián)，MUX 280交叉轉(zhuǎn)換以將輸入 設(shè)備41的輸出251和輸入252分別連接到攝像機(jī)控制器213的輸入262和輸出263。以這 種方式，輸入設(shè)備41可以命令鉸接攝像機(jī)器械211的移動(dòng)，并從其控制器213接收觸覺反 饋。另一個(gè)輸入設(shè)備42此時(shí)可以與另一個(gè)設(shè)備關(guān)聯(lián)，或此時(shí)不與任何其它設(shè)備關(guān)聯(lián)。在后 者的情況下，可以不使用輸入設(shè)備42并優(yōu)選地將其鎖定在適當(dāng)位置，或者替換地，其可以 用于執(zhí)行特定的功能，例如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。
[0044] 作為第三示例，到MUX 280的選擇輸入的第三值將左輸入設(shè)備41和右輸入設(shè)備42 置于"雙手入口導(dǎo)向器定位模式"（本文簡(jiǎn)稱為"入口導(dǎo)向器"操作模式），其中它們作為一 對(duì)輸入設(shè)備與入口導(dǎo)向器200關(guān)聯(lián)。因此，在該模式下，入口導(dǎo)向器200由外科醫(yī)生操縱輸 入設(shè)備41、42,通過其控制器203和操縱器202被遠(yuǎn)程機(jī)器人式控制，以便當(dāng)外科手術(shù)工具 231、241和攝像機(jī)211通過其各自的控制器233、243、213軟鎖定在相對(duì)于入口導(dǎo)向器200 的適當(dāng)位置時(shí)，擺正（即，定位和定向）入口導(dǎo)向器200的位置。在該情況下，輸入設(shè)備41、 42可以協(xié)力用于控制入口導(dǎo)向器200,例如使用"虛擬手把"圖像參考控制技術(shù)，在該技術(shù) 中，輸入設(shè)備41、42的樞軸點(diǎn)之間的中間點(diǎn)用于控制攝像機(jī)器械211的移動(dòng)。在該配置中， MUX 280交叉轉(zhuǎn)換以：將輸入設(shè)備41的輸出251和輸入252分別連接到入口導(dǎo)向器控制器 203的輸入265和輸出266 ;并且還將輸入設(shè)備42的輸出253和輸入254分別連接到入口 導(dǎo)向器控制器203的輸入265和輸出266。入口導(dǎo)向器控制器203包括將分別來自輸入設(shè) 備41、42的輸入251、253進(jìn)行組合以實(shí)現(xiàn)以下參考圖7至圖8如本文所描述的"入口導(dǎo)向 器"操作模式。
[0045] 作為不例，圖7不出輸入設(shè)備41、42的可移動(dòng)參考系。具體地，具有在左手輸入設(shè) 備41頂端處的原點(diǎn)702的笛卡爾坐標(biāo)系定義與左手輸入設(shè)備41關(guān)聯(lián)的第一可 移動(dòng)參考系，并且具有在右手輸入設(shè)備42頂端處的原點(diǎn)712的笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)X M、YM、ZKM 定義與右手輸入設(shè)備42關(guān)聯(lián)的第二可移動(dòng)參考系。在該情況下，每個(gè)輸入設(shè)備還具有由其 用戶手動(dòng)握住的夾子。具體地，輸入設(shè)備41具有夾子701且輸入設(shè)備42具有夾子710。在 單個(gè)設(shè)備操作中，例如在如上所描述的"工具跟蹤"和"攝像機(jī)"操作模式中，夾子的移動(dòng)導(dǎo) 致相對(duì)于固定參考系的輸入設(shè)備的頂端參考系的移動(dòng)，并且導(dǎo)致相對(duì)于入口導(dǎo)向器200的 樞軸點(diǎn)的關(guān)聯(lián)設(shè)備的對(duì)應(yīng)移動(dòng)。在該情況下，固定參考系被定義在控制臺(tái)51的立體視覺顯 示器45處，其中X軸和y軸在立體圖像的平面內(nèi)，而z軸對(duì)應(yīng)于圖像的深度。
[0046] 圖8示出簡(jiǎn)化的（不按比例的）入口導(dǎo)向器200的透視圖。入口導(dǎo)向器200的 形狀為大致圓柱形并且具有沿其長(zhǎng)度在中心伸展的縱向軸Γ。入口導(dǎo)向器200的樞軸點(diǎn) (也稱為遠(yuǎn)程中心（RC))用作具有如圖所示的X、Y和Z軸的固定參考系以及具有如圖所示 的Γ、Υ'和Ζ'軸的入口導(dǎo)向器參考系兩者的原點(diǎn)。如先前所描述的，機(jī)器人臂2514的 設(shè)置臂保持并定位入口導(dǎo)向器200,使得入口導(dǎo)向器200的遠(yuǎn)程中心在患者的入口孔61處。
[0047] 當(dāng)系統(tǒng)100處于"入口導(dǎo)向器"操作模式時(shí)，輸入設(shè)備41、42將通過外科醫(yī)生以特 定的方式移動(dòng)，以命令入口導(dǎo)向器200的移動(dòng)。具體地，當(dāng)期望入口導(dǎo)向器200(以及此時(shí) 設(shè)置在其內(nèi)的鉸接器械）以偏轉(zhuǎn)角Ψ繞處于遠(yuǎn)程中心"RC"處的Ζ軸（其在空間中保持固 定）樞轉(zhuǎn)時(shí)，外科醫(yī)生以相同的方向?qū)⑤斎朐O(shè)備41、42兩者的夾子移動(dòng)到右邊或左邊，這取 決于入口導(dǎo)向器200所旋轉(zhuǎn)的方向（例如，如果到左邊則順時(shí)針方向，如果到右邊則逆時(shí) 針方向）。當(dāng)期望入口導(dǎo)向器200(以及此時(shí)設(shè)置在其內(nèi)的鉸接器械）以俯仰角Θ繞Υ' 軸（其正交于入口導(dǎo)向器200的縱向軸X')樞轉(zhuǎn)時(shí)，外科醫(yī)生以相同的方向向上或向下 移動(dòng)輸入設(shè)備41、42兩者的夾子，使得當(dāng)夾子701、710兩者上移時(shí)，入口導(dǎo)向器200的遠(yuǎn)端 下俯，以及當(dāng)夾子701、710兩者下移時(shí)，入口導(dǎo)向器200的遠(yuǎn)端上仰。當(dāng)期望入口導(dǎo)向器 200(以及此時(shí)設(shè)置在其內(nèi)的鉸接器械）以滾動(dòng)角Φ繞其縱向軸Γ樞轉(zhuǎn)時(shí)，外科醫(yī)生向上 移動(dòng)一個(gè)輸入設(shè)備的夾子，同時(shí)向下移動(dòng)另一個(gè)輸入設(shè)備的夾子，所以夾子繞在輸入設(shè)備 41、42的可移動(dòng)參考系的原點(diǎn)702、712的中間的樞軸點(diǎn)720樞轉(zhuǎn)。最后，當(dāng)期望入口導(dǎo)向器 200以插入/收回或進(jìn)/出"I/O"方向沿其縱向軸Γ線性移動(dòng)時(shí)，外科醫(yī)生以相同的方向 向前或向后移動(dòng)輸入設(shè)備41、42兩者的夾子，使得當(dāng)兩個(gè)夾子向前移動(dòng)時(shí)，入口導(dǎo)向器200 以插入方向向前移動(dòng)，以及當(dāng)兩個(gè)夾子向后移動(dòng)時(shí)，入口導(dǎo)向器200以收回方向向后移動(dòng)。
[0048] 除了上述三種操作模式外，到MUX 280的選擇輸入的第四值將左輸入設(shè)備41和右 輸入設(shè)備42置于第四操作模式（本文簡(jiǎn)稱為"組合（combo)控制"操作模式），其中入口導(dǎo) 向器200通過輸入設(shè)備41、42按先前參考"入口導(dǎo)向器"操作模式所描述的協(xié)力移動(dòng)而被 移動(dòng)。然而，在該模式下，器械231、241的末端執(zhí)行器331、341通過它們各自的控制器233、 243錨定在適當(dāng)位置（S卩，在全局（world)參考系中保持在相同位置和定向）。為了做到這 一點(diǎn)，器械控制器233、243命令它們各自的器械操縱器232、242以適當(dāng)方式致動(dòng)它們各自 的鉸接接頭（例如，器械241的鉸接接頭323、325、327)，以在入口導(dǎo)向器200移動(dòng)時(shí)適應(yīng) 器械的末端執(zhí)行器331、341在適當(dāng)位置的這種錨定。當(dāng)處于"入口導(dǎo)向器"操作模式時(shí)，攝 像機(jī)控制器213命令攝像機(jī)操縱器212將攝像機(jī)211可致動(dòng)接頭軟鎖定在適當(dāng)位置，使得 攝像機(jī)211的圖像捕捉末端可以隨著入口導(dǎo)向器200重新定向而重新定向。在該配置中， MUX 280交叉轉(zhuǎn)換以：將輸入設(shè)備41的輸出251和輸入252分別連接到入口導(dǎo)向器控制器 203的輸入265和輸出266 ;并且還將輸入設(shè)備42的輸出253和輸入254分別連接到入口 導(dǎo)向器控制器203的輸入265和輸出266。入口導(dǎo)向器控制器203包括將分別來自輸入設(shè) 備41、42的輸入251、253進(jìn)行組合以實(shí)現(xiàn)"入口導(dǎo)向器"操作模式的邏輯。在入口導(dǎo)向器 控制器203和器械控制器243、233之間耦合的控制邏輯命令器械控制器243、233命令它們 各自的器械操縱器232、242以適當(dāng)?shù)姆绞街聞?dòng)它們各自的鉸接接頭，以在入口導(dǎo)向器200 移動(dòng)時(shí)適應(yīng)器械的末端執(zhí)行器331、341在適當(dāng)位置的錨定。
[0049] 題為"Medical Robotic System with Coupled Control Modes，' 的美國(guó)公開 2010/0274087 A1 (通過引用并入此處）提供醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)（例如，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100) 中的耦合控制模式的附加細(xì)節(jié)。
[0050] 圖9示出用于選擇機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式的由機(jī)器人系統(tǒng)中的處理器實(shí)施的方 法的流程圖。在方框801中，機(jī)器人系統(tǒng)處于當(dāng)前操作模式。作為示例，當(dāng)前操作模式可以 是機(jī)器人系統(tǒng)的正常操作模式，例如用于對(duì)患者的解剖結(jié)構(gòu)執(zhí)行醫(yī)療程序的"工具跟蹤"操 作模式。
[0051] 在方框802中，該方法確定是否已經(jīng)激活模式切換器，例如控制臺(tái)51的右腳踏板 44,在該情況下，當(dāng)外科醫(yī)生用腳壓下它時(shí)，模式切換器被激活。模式切換器的其它示例包 括輸入設(shè)備41、42上的可壓按鈕，以及到語音識(shí)別系統(tǒng)的語音命令。如果方框802中的確 定為"否"，則方法循環(huán)回到方框801并保持機(jī)器人系統(tǒng)在當(dāng)前操作模式。另一方面，如果方 框802中的確定為"是"，則在方框803中，該方法將機(jī)器人系統(tǒng)置于第一操作模式（本文稱 為默認(rèn)操作模式），例如"組合控制"操作模式。優(yōu)選地，默認(rèn)操作模式是此時(shí)可用于選擇的 用戶可選擇的操作模式中最常選擇的操作模式。通過使該操作模式成為默認(rèn)操作模式，系 統(tǒng)通常會(huì)以期望的操作模式操作而無進(jìn)一步處理延遲。
[0052] 在方框804中，該方法等待直到其檢測(cè)到通過系統(tǒng)用戶操縱一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備 (例如，控制臺(tái)51的可手動(dòng)操縱的輸入設(shè)備41、42)而采取的一些動(dòng)作。在檢測(cè)到已經(jīng)采 取動(dòng)作之后，該方法確定該動(dòng)作是否為第二操作模式（例如，"攝像機(jī)"操作模式）的區(qū)分 動(dòng)作。術(shù)語"區(qū)分動(dòng)作"意思是唯一識(shí)別與此時(shí)所考慮的其他操作模式（其包括機(jī)器人系 統(tǒng)目前正操作的操作模式）相反/不同的操作模式的動(dòng)作。具體地，其為用在所選擇的操 作模式中的而不是用在此時(shí)可用于選擇的任何其他操作模式中的、由系統(tǒng)用戶在輸入設(shè)備 41、42中的一個(gè)或兩個(gè)上執(zhí)行的操縱動(dòng)作。當(dāng)"攝像機(jī)"操作模式和"組合控制"操作模式 是此時(shí)唯一可用于選擇的操作模式時(shí)，圖11和圖12中分別示出用于這兩個(gè)操作模式的區(qū) 分動(dòng)作的示例。如果方框804中的確定為"是"，則在方框805中，該方法將機(jī)器人系統(tǒng)置于 第二操作模式。另一方面，如果方框804中的確定為"否"，則該方法返回到方框802。
[0053] 當(dāng)在第二操作模式中操作時(shí)，在方框806中，該方法確定模式切換器是否仍是激 活的。如果方框806中的確定為"否"，則該方法循環(huán)回到方框802。另一方面，如果方框 806中的確定為"是"，則在方框807中，該方法等待直到其檢測(cè)到通過系統(tǒng)用戶操縱一個(gè)或 多個(gè)輸入設(shè)備（例如，控制臺(tái)51的可手動(dòng)操縱輸入設(shè)備41、42)而采取的一些動(dòng)作。在檢 測(cè)到已經(jīng)采取動(dòng)作之后，該方法確定該動(dòng)作是否為第三操作模式的區(qū)分動(dòng)作。如果方框807 中的確定為"是"，則該方法將機(jī)器人系統(tǒng)置于第三操作模式。另一方面，如果方框807中的 確定為"否"，則該方法循環(huán)回到方框805以保持機(jī)器人系統(tǒng)在第二操作模式。當(dāng)在第三操 作模式中操作時(shí)，在方框809中，該方法確定模式切換器是否仍是激活的。如果方框809中 的確定為"否"，則該方法循環(huán)回到方框802。另一方面，如果方框809中的確定為"是"，則 該方法循環(huán)回到方框808以保持機(jī)器人系統(tǒng)在第三操作模式。
[0054] 注意，在上述方法中，為了恢復(fù)到先前操作模式，必須釋放模式切換器或?qū)ζ浣獬?激活，使得該方法在進(jìn)行到期望的操作模式之前可以一直循環(huán)回到方框802。例如，如果機(jī) 器人系統(tǒng)此時(shí)以第三操作模式操作，而系統(tǒng)用戶期望恢復(fù)到第二操作模式，則系統(tǒng)用戶必 須首先釋放模式切換器，所以該方法跳回到方框802。系統(tǒng)用戶必須接著重新激活模式切換 器并執(zhí)行參考方框804所描述的區(qū)分第二操作模式的動(dòng)作。
[0055] 作為示例，圖10示出用于選擇機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式的由機(jī)器人系統(tǒng)中的處理 器所實(shí)施的替換方法的流程圖。該替換方法修改圖9的方法，以有助于恢復(fù)到先前操作模 式，而不必一直循環(huán)回到方框802。在該方法中，方框801-809以與參考圖9所述的方式大 致相同的方式執(zhí)行，但有以下例外。
[0056] 作為第一例外，如果方框807中的確定為"否"，則在方框911中，該方法等待直到 其檢測(cè)到由操縱一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備（例如，控制臺(tái)51的可手動(dòng)操縱輸入設(shè)備41、42)的 系統(tǒng)用戶采取的一些動(dòng)作，而不是直接循環(huán)回到方框805。在檢測(cè)到已經(jīng)采取動(dòng)作之后，該 方法確定該動(dòng)作是否為第一操作模式的區(qū)分動(dòng)作。如果方框911中的確定為"是"，則該方 法跳回到方框803并將機(jī)器人系統(tǒng)置于第一操作模式。另一方面，如果方框911中的確定 為"否"，則該方法循環(huán)回到方框805以保持機(jī)器人系統(tǒng)在第二操作模式。
[0057] 作為第二例外，如果方框809中的確定為"是"，則在方框912中，該方法等待直到 其檢測(cè)到由操縱一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備（例如，控制臺(tái)51的可手動(dòng)操縱輸入設(shè)備41、42)的 系統(tǒng)用戶采取的一些動(dòng)作，而不是直接循環(huán)回到方框808。在檢測(cè)到已經(jīng)采取動(dòng)作之后，該 方法確定該動(dòng)作是否為第二操作模式的區(qū)分動(dòng)作。如果方框912中的確定為"是"，則該方 法跳回到方框805并將機(jī)器人系統(tǒng)置于第二操作模式。另一方面，如果方框912中的確定 為"否"，則該方法進(jìn)行到方框914。在方框914中，該方法確定該動(dòng)作是否為第一操作模式 的區(qū)分動(dòng)作。如果方框914中的確定為"是"，則該方法跳回到方框803并將機(jī)器人系統(tǒng)置 于第一操作模式。另一方面，如果方框914中的確定為"否"，則該方法循環(huán)回到方框808以 保持機(jī)器人系統(tǒng)在第三操作模式。
[0058] 在如參考圖9所描述的方法的情況下，任何時(shí)候確定已經(jīng)對(duì)模式切換器解除了激 活（即，模式切換器不再是激活的），該方法就返回到方框802。作為對(duì)方框802、806和809 中所作確定的替換，模式切換器的釋放或解除激活可以用作將方法的處理自動(dòng)返回到對(duì)應(yīng) 于圖9和圖10中方框801的處理點(diǎn)的系統(tǒng)中斷。
[0059] 值得指出的是，當(dāng)"組合控制"操作模式或"攝像機(jī)"操作模式為上述方法中的默 認(rèn)操作模式時(shí)，由于在這兩個(gè)操作模式中，末端執(zhí)行器由它們各自的控制器保持在適當(dāng)位 置，因此系統(tǒng)用戶不經(jīng)意移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備將不會(huì)導(dǎo)致無意地移動(dòng)工具231、241的 末端執(zhí)行器331、341。因此，在這兩個(gè)操作模式中，末端執(zhí)行器331、341的不經(jīng)意移動(dòng)擊打 在作業(yè)部位處的物體不是所關(guān)注的問題。
[0060] 到目前為止，在本發(fā)明的各種實(shí)施例的描述中，假定了系統(tǒng)用戶知道哪些用戶可 選擇的操作模式此時(shí)可用于選擇以及用于可用的用戶可選擇的操作模式中的每一個(gè)的至 少一個(gè)區(qū)分動(dòng)作。然而，在實(shí)踐中，不是所有系統(tǒng)用戶都具有該知識(shí)。當(dāng)他們的注意力集中 在使用機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行程序時(shí)，即使有經(jīng)驗(yàn)的用戶也可能不容易記起這樣的信息。因此，優(yōu) 選地，處理器43被配置為在顯示器45上提供這種信息的圖形指示，以幫助系統(tǒng)用戶結(jié)合參 考圖9和圖10所描述的方法為機(jī)器人系統(tǒng)選擇操作模式。
[0061] 優(yōu)選地，參考圖9和圖10所描述的方法在方框804、807、911、912和914中所執(zhí)行 的它們各自的確定中采用常規(guī)閾值水平和/或低通濾波器，以防止用戶不經(jīng)意移動(dòng)一個(gè)或 多個(gè)輸入設(shè)備導(dǎo)致操作模式的無意選擇。當(dāng)閾值水平被包括到這些方框中所做的確定時(shí)， 隨著用戶移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備，該方法還優(yōu)選地提供給用戶感覺反饋，作為在這些方 框中所采取動(dòng)作的一部分，以便執(zhí)行區(qū)分動(dòng)作。以這種方式，用戶知道此時(shí)他或她離閾值水 平多近。這種感覺反饋可以采取控制臺(tái)51的立體顯示器45上的視覺反饋、控制臺(tái)51的立 體聲揚(yáng)聲器411、412上的音頻反饋、以及控制臺(tái)51的輸入設(shè)備41、42上的觸覺反饋中的任 何一個(gè)或任何組合的形式。作為一個(gè)示例，當(dāng)提供輸入設(shè)備41、42上的觸覺反饋時(shí),這種反 饋可以隨一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備41、42的操縱接近閾值水平而在強(qiáng)度上增加。作為另一個(gè)示 例，當(dāng)在立體聲揚(yáng)聲器411、412上提供音頻反饋時(shí)，可以隨一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備41、42的操 縱接近閾值水平提供似乎更靠近用戶或僅僅變得更大聲的立體聲音。
[0062] 圖11和圖12示出可以在機(jī)器人系統(tǒng)的顯示屏（例如，醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)100的立 體視覺顯示器45)上提供的圖形信息的示例，以幫助系統(tǒng)用戶結(jié)合本文所描述的方法選擇 操作模式。盡管在分開的圖中示出，但是優(yōu)選地，此時(shí)可用于用戶選擇的所有操作模式一起 被顯示在立體視覺顯示器45上，使得用戶知道哪些操作模式是此時(shí)用戶可選擇的。
[0063] 具體地，圖11示出右輸入設(shè)備42的右夾子710的圖形表示71(V和指示右夾子 710可以如何移動(dòng)的圖形指示1300,以便當(dāng)用戶可選擇的操作模式由"攝像機(jī)"操作模式和 "組合控制"操作模式組成時(shí)，執(zhí)行用于"攝像機(jī)"操作模式的區(qū)分動(dòng)作。在該示例中，用于 "攝像機(jī)"操作模式的區(qū)分動(dòng)作是右夾子710繞其軸X M的旋轉(zhuǎn)，其為不在"組合控制"操作 模式中執(zhí)行的動(dòng)作，因此將其與"組合控制"模式區(qū)分開。
[0064] 盡管圖11中引用了右夾子，但是系統(tǒng)用戶可以實(shí)際在左夾子或右夾子上執(zhí)行區(qū) 分動(dòng)作。在一個(gè)實(shí)施例中，右夾子710的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致右輸入設(shè)備42與攝像機(jī)移動(dòng)的控制關(guān) 聯(lián)，而左夾子701的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致左輸入設(shè)備41與攝像機(jī)移動(dòng)的控制關(guān)聯(lián)。在另一個(gè)實(shí)施例 中，右夾子或左夾子的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致預(yù)選的輸入設(shè)備與攝像機(jī)移動(dòng)的控制關(guān)聯(lián)。在該情況下， 預(yù)選可以通過系統(tǒng)用戶與圖形用戶界面或本文描述的或在機(jī)器人系統(tǒng)中常用的任何其他 用戶/系統(tǒng)交互裝置交互而執(zhí)行。
[0065] 圖12示出左輸入設(shè)備41的夾子701的圖形表示70Γ和右輸入設(shè)備42的夾子 710的圖形表示710'，以及指示輸入設(shè)備41的夾子701和輸入設(shè)備的夾子42的夾子710 可以如何移動(dòng)的圖形指示1400、1500,以便當(dāng)用戶可選擇的操作模式由"攝像機(jī)"操作模式 和"組合控制"操作模式組成時(shí)，執(zhí)行用于"組合控制"操作模式的區(qū)分動(dòng)作。在該示例中， 用于"組合控制"操作模式的區(qū)分動(dòng)作是夾子701、710兩者在向上方向上的移動(dòng)，其不是例 如在"攝像機(jī)"操作模式中執(zhí)行的動(dòng)作，因此將其與"攝像機(jī)"模式區(qū)分開。
[0066] 圖11中的圖形指示1300包括指示閾值的目標(biāo)1302,以及指示一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè) 備的用戶的操縱離閾值有多靠近或接近的箭頭1301。同樣地，圖12中的圖形指示1400、 1500包括指示閾值的目標(biāo)1402、1502,以及指示一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的用戶的操縱離閾值 多靠近的箭頭1401、1501。盡管圖中所示的箭頭指示已經(jīng)達(dá)到閾值，但是應(yīng)當(dāng)理解，箭頭將 從首先確定指示特性動(dòng)作的移動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)以及這種移動(dòng)達(dá)到在圖9和圖10的方框804、 807、911、912和914中為它們各自的操作模式所確定的閾值的時(shí)間點(diǎn)逐漸變得更長(zhǎng)。
[0067] 圖11和圖12中所示的區(qū)分動(dòng)作可以表示系統(tǒng)用戶可以采取的以進(jìn)入指示的操 作模式的建議動(dòng)作，或者其可以表示系統(tǒng)用戶可以采取的以進(jìn)入指示的操作模式的唯一動(dòng) 作。在前者情況下，系統(tǒng)被編程為響應(yīng)任何區(qū)分動(dòng)作（相對(duì)此時(shí)可用于選擇的所有用戶可 選擇的操作模式）以進(jìn)入指示的操作模式。該選項(xiàng)可以適合于有經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)用戶，他們熟 知此時(shí)可用于用戶選擇的操作模式的合適的區(qū)分動(dòng)作。在后者情況下，系統(tǒng)被編程為響應(yīng) 此時(shí)在立體視覺顯示器45上示出的唯一區(qū)分動(dòng)作，以進(jìn)入指示的操作模式。該選項(xiàng)可以適 合于無經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)用戶，他們?nèi)狈?duì)那些動(dòng)作將被認(rèn)為是用于可用操作模式的區(qū)分動(dòng)作的 了解，并且因此可能對(duì)不經(jīng)意進(jìn)入無意的操作模式感到驚訝。
[0068] 注意，對(duì)于可用的操作模式的不同組合，用于選擇操作模式的區(qū)分動(dòng)作可以不同。 在圖11和圖12的示例中，可用的操作模式為"攝像機(jī)"操作模式和"組合控制"操作模式。 然而，如果可用的操作模式僅包括"工具跟蹤"操作模式和"攝像機(jī)"操作模式，則用于"攝像 機(jī)"操作模式的指示動(dòng)作將不會(huì)將其與在"工具跟蹤"操作模式中可能采用的動(dòng)作區(qū)分開。 在那種情況下，可以最初將"工具"跟蹤操作模式設(shè)定為圖9和圖10的方框801中所示的 當(dāng)前操作模式，并且到"攝像機(jī)"操作模式的切換將要求參考圖9和圖10所描述的模式切 換器。替換地，如果選擇"攝像機(jī)"操作模式為圖9和圖10的方框803中的默認(rèn)操作模式， 則用于"工具跟蹤"模式的區(qū)分動(dòng)作將是輸入設(shè)備41的夾子701或輸入設(shè)備42的夾子710 的擠壓，其為不會(huì)在"攝像機(jī)"操作模式、"組合控制"操作模式或"入口導(dǎo)向器"操作模式中 進(jìn)行的動(dòng)作。
[〇〇69] 盡管已經(jīng)針對(duì)優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明的各個(gè)方面，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明被 賦予在所附權(quán)利要求的全部范圍內(nèi)的完全保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可在多個(gè)操作模式中操作的機(jī)器人系統(tǒng)，所述機(jī)器人系統(tǒng)包括： 一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備，其用于所述多個(gè)操作模式中的每一個(gè)中；以及 處理器，其被配置為通過確定已經(jīng)以區(qū)分選定的操作模式的方式操縱所述一個(gè)或多個(gè) 輸入設(shè)備，在所述多個(gè)操作模式中選擇操作模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人系統(tǒng)，其還包括： 模式切換器，其中所述模式切換器的激活指示所述機(jī)器人系統(tǒng)的當(dāng)前的操作模式可以 被改變； 其中所述處理器被配置為在確定所述模式切換器已經(jīng)被激活并且已經(jīng)以將所述選定 的操作模式與至少所述當(dāng)前的操作模式區(qū)分開的方式操縱所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備之后， 將所述機(jī)器人系統(tǒng)的所述當(dāng)前的操作模式改變到所述選定的操作模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為在所述模式切換器被解除激 活后，將所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式從所述選定的操作模式改變回到先前的操作模式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述模式切換器適于通過操作員的腳激活，并且 所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備中的每一個(gè)適于通過所述操作員的對(duì)應(yīng)的手操縱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為在確定已經(jīng)以將所述先前的 操作模式與至少所述選定的操作模式區(qū)分開的方式操縱所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備之后，將 所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式從所述選定的操作模式改變回到先前的操作模式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過對(duì)所述模式切換器解除 激活、然后重新激活所述模式切換器，將所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式從所述選定的操作模 式改變回到先前的操作模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為在區(qū)分所述選定的操作模式 的、對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱達(dá)到閾值水平之后，改變到所述選定的操作模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為將感覺反饋提供給所述一個(gè) 或多個(gè)輸入設(shè)備的操作員，該感覺反饋指示區(qū)分所述選定的操作模式的、對(duì)所述一個(gè)或多 個(gè)輸入設(shè)備的操縱何時(shí)接近所述閾值水平。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過將觸覺反饋提供在所述 一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備上，將所述感覺反饋提供給所述操作員。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為隨著對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸 入設(shè)備的操縱接近所述閾值水平，使所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備上的所述觸覺反饋在強(qiáng)度上 增加。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過將視覺反饋提供給所 述操作員，將所述感覺反饋提供給所述操作員。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其還包括： 顯示器； 其中所述處理器被配置為通過將圖形指示顯示在所述顯示器上，將所述視覺反饋提供 給所述操作員，以便指示對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱何時(shí)接近所述閾值水平。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為通過將音頻反饋提供給所 述操作員，將所述感覺反饋提供給所述操作員。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其還包括： 顯示器； 其中所述處理器被配置為將一個(gè)或多個(gè)圖形指示顯示在所述顯示器上，其中每一個(gè)圖 形指示指示將所述多個(gè)操作模式中的對(duì)應(yīng)一個(gè)操作模式與所述多個(gè)操作模式中的其他操 作模式區(qū)分開的、對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備包括一對(duì)輸入設(shè)備， 其中所述多個(gè)操作模式包括第一操作模式和第二操作模式，其中在所述第一操作模式中， 該對(duì)輸入設(shè)備都被操縱，而在所述第二操作模式中，該對(duì)輸入設(shè)備中的僅一個(gè)被操縱，使得 當(dāng)該對(duì)輸入設(shè)備中的僅一個(gè)被操作時(shí)，由所述處理器選擇所述第二操作模式。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)操作員以預(yù)定方式操縱該對(duì)輸入設(shè)備中的僅 一個(gè)時(shí)，由所述處理器選擇所述第二操作模式。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)操作員以預(yù)定方式操縱該對(duì)輸入設(shè)備的兩者 時(shí)，由所述處理器選擇所述第一操作模式。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其還包括： 入口導(dǎo)向器； 延伸通過所述入口導(dǎo)向器的鉸接攝像機(jī)器械； 其中所述入口導(dǎo)向器具有沿中心軸的樞軸點(diǎn)，所述中心軸延伸通過所述入口導(dǎo)向器的 近端和遠(yuǎn)端；其中在所述第一操作模式中，所述入口導(dǎo)向器可控地繞所述樞軸點(diǎn)可樞轉(zhuǎn)，以 便響應(yīng)于該對(duì)輸入設(shè)備的預(yù)定移動(dòng)而繞所述樞軸點(diǎn)樞轉(zhuǎn)所述鉸接攝像機(jī)器械；并且其中在 所述第二操作模式中，響應(yīng)于該對(duì)輸入設(shè)備中的關(guān)聯(lián)一個(gè)的移動(dòng)，所述入口導(dǎo)向器是不動(dòng) 的且所述鉸接攝像機(jī)器械的遠(yuǎn)端是可移動(dòng)的。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人系統(tǒng)還包括： 延伸通過所述入口導(dǎo)向器的至少一個(gè)鉸接工具器械，其中通過在所述第一操作模式和 第二操作模式期間所述處理器控制所述至少一個(gè)鉸接工具器械的遠(yuǎn)端的鉸接，所述至少一 個(gè)鉸接工具器械的遠(yuǎn)端可控地保持在相對(duì)于固定參考系的適當(dāng)位置。
20. -種用于選擇機(jī)器人系統(tǒng)的多個(gè)操作模式中的一個(gè)的方法，所述方法包括： 通過確定已經(jīng)以區(qū)分選定的操作模式的方式操縱用于所述多個(gè)操作模式中的每一個(gè) 中的一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備，在所述多個(gè)操作模式中選擇操作模式。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其還包括： 確定模式切換器的激活狀態(tài)，其中所述模式切換器的激活指示所述機(jī)器人系統(tǒng)的當(dāng)前 的操作模式可以被改變；以及 在確定所述模式切換器已經(jīng)被激活并且已經(jīng)以將所述選定的操作模式與至少所述當(dāng) 前的操作模式區(qū)分開的方式操縱所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備之后，將所述機(jī)器人系統(tǒng)的所述 當(dāng)前的操作模式改變到所述選定的操作模式。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其還包括： 在所述模式切換器被解除激活后，將所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式從所述選定的操作模 式改變回到現(xiàn)任的先前的操作模式。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其還包括： 在確定已經(jīng)以將所述先前的操作模式與至少所述選定的操作模式區(qū)分開的方式操縱 所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備之后，將所述機(jī)器人系統(tǒng)的操作模式從所述選定的操作模式改變 回到先前的操作模式。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其還包括： 通過對(duì)所述模式切換器解除激活、然后重新激活所述模式切換器，將所述機(jī)器人系統(tǒng) 的操作模式從所述選定的操作模式改變回到先前的操作模式。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其還包括： 在區(qū)分所述選定的操作模式的、對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱達(dá)到閾值水平之 后，將所述機(jī)器人系統(tǒng)的當(dāng)前的操作模式改變到所述選定的操作模式。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其還包括： 將感覺反饋提供給所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操作員，所述感覺反饋指示區(qū)分所述選 定的操作模式的、對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)第二輸入設(shè)備的操縱何時(shí)接近所述閾值水平。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中將所述感覺反饋提供給所述操作員包括將觸覺 反饋提供在所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備上。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中將所述觸覺反饋提供在所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè) 備上包括使所述觸覺反饋隨著對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱接近所述閾值水平而在 強(qiáng)度上增加。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中將所述感覺反饋提供給所述操作員包括將視覺 反饋提供給所述操作員。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中將所述視覺反饋提供給所述操作員包括將圖形 指示顯示在所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操作員可視的顯示器上，以便向所述操作員指示對(duì) 所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱何時(shí)接近所述閾值水平。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中將所述感覺反饋提供給所述操作員包括將音頻 反饋提供給所述操作員。
32. 根據(jù)權(quán)利要求20的所述方法，其還包括： 將一個(gè)或多個(gè)圖形指示顯示在所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操作員可視的顯示器上，其 中每一個(gè)圖形指示指示將所述多個(gè)操作模式中的對(duì)應(yīng)一個(gè)操作模式與所述多個(gè)操作模式 中的其他操作模式區(qū)分開的、對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備的操縱。
33. -種機(jī)器人系統(tǒng)，其包括： 至少一個(gè)輸入設(shè)備； 入口導(dǎo)向器； 鉸接攝像機(jī)器械，其具有延伸出所述入口導(dǎo)向器的遠(yuǎn)端的圖像捕捉端； 至少一個(gè)鉸接工具器械，其具有延伸出所述入口導(dǎo)向器的所述遠(yuǎn)端的工作端；以及 耦合控制裝置，其用于響應(yīng)于所述至少一個(gè)輸入設(shè)備的移動(dòng)而使所述入口導(dǎo)向器繞樞 軸點(diǎn)樞轉(zhuǎn)，以便重新定向所述入口導(dǎo)向器的所述遠(yuǎn)端和所述鉸接攝像機(jī)器械的所述圖像捕 捉端，同時(shí)通過調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)鉸接工具器械的鉸接來維持所述至少一個(gè)鉸接工具器械 的所述工作端相對(duì)于固定參考系的姿勢(shì)。
【文檔編號(hào)】B25J13/04GK104105577SQ201380008910
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】N·迪奧拉伊蒂, D·H·戈麥斯, P·米特拉, T·穆什圖福 申請(qǐng)人:直觀外科手術(shù)操作公司