使用者启动的手术安装平台的断开式离合的制作方法
【专利说明】使用者启动的手术安装平台的断开式离合
[0001] 发明背景
[0002] 微创医疗技术旨在减少诊断或手术过程中损伤的无关联组织的量，从而减少患者 恢复时间、不适和有害的副作用。例如，微创手术的一个作用是减少的医院术后恢复时间。 由于标准手术的平均住院时间通常显著长于相似的微创手术的平均住院时间，微创技术使 用的增加每年可节省数百万美元的医院费用。虽然在美国每年进行的许多手术可潜在地以 微创的方式进行，但由于微创手术器械和掌握它们所涉及的额外的手术训练的限制，只有 一部分目前手术利用这些具有优势的技术。
[0003] 已经开发了微创机器人手术或远程手术系统来提高外科医生的灵巧性和避免传 统微创技术的一些限制。在远程手术中，外科医生利用一些形式的远程控制（例如，自动控 制装置等）来操纵手术器械移动，而不是直接用手握住和移动器械。在远程手术系统中，可 在手术工作台向外科医生提供手术部位的图像。在观察显示器上的手术部位二维或三维图 像的同时，外科医生通过操纵主控装置对患者进行手术过程，主控装置进而控制自动控制 装置操作的器械的运动。
[0004] 用于远程手术的自动控制装置通常接受来自两个主控器（对应于外科医生的每 一只手）的输入信息，并可包括两只或更多只机器人手臂，手术器械安装于机器人手臂的 每一只上。主控器与相关的机器人手臂以及器械组件之间的操作连通通常通过控制系统 实现。该控制系统通常包括至少一个处理器，处理器将输入命令从主控器递送至相关机器 人手臂和器械组件，并在例如力反馈等情况下从器械和手臂组件返回至相关的主控器。机 器人手术系统的一个实例是可从Calif, Sunnyvale的Intuitive Surgical, Inc.获得的 DA V丨NCI?系统。
[0005] 多种结构布置可用于在机器人手术过程中在手术部位支撑手术器械。从动联动 装置（driven linkage)或"从动装置（slave)"通常被称作机器人手术操纵器，在微创 机器人手术过程中用作机器人手术操纵器的示例性联动装置的布置描述于美国专利号 7, 594, 912、6, 758, 843、6, 246, 200、和5, 800, 423中，其全部公开内容通过引用并入本文 中。这些联动装置通常利用平行四边形布置来保持具有轴的器械。这种操纵器结构可约 束器械的移动，使得器械围绕位于沿着刚性轴长度的空间内的操纵的远程中心枢轴转动。 通过将操纵的远程中心与内部手术部位的切口点对准（例如，与在腹腔镜手术过程中腹壁 处的套管针或插管对准），手术器械的末端执行器通过使用操纵器联动装置移动轴的近端 而被安全定位，不对腹壁强加潜在危险的力量。可选的操纵器结构描述于例如美国专利号 7, 763, 015、6, 702, 805、6, 676, 669、5, 855, 583、5, 808, 665、5, 445, 166 和 5, 184, 601 中，其 全部公开内容通过引用并入本文中。
[0006] 多种结构布置也可用于在机器人手术过程中在手术部位支撑和定位机器人手术 操纵器和手术器械。支撑联动装置机构有时称为装配（set-up)关节或装配关节手臂，其通 常用于将每个操纵器定位并对准患者体内各自的切口点。支撑联动装置机构促进手术操纵 器对准期望的手术切口点和目标解剖机构。示例性支撑联动装置机构描述于美国专利号 6, 246, 200和6, 788, 018中，其全部公开内容通过引用并入本文中。
[0007] 虽然新的远程手术系统和装置已被证明是高效和有优势的，但仍然期望进一步的 改进。一般而言，可期望改进的微创机器人手术系统。如果这些改进的技术增加机器人手 术系统的效率和易用性，则将是尤其有益的。例如，提高可操纵性、增加手术室内的空间利 用率、提供更快和更容易的装配、在使用过程中阻止机器人装置间的碰撞和/或降低这些 新的手术系统的机械复杂性和尺寸是尤其有益的。
[0008] 发明概述
[0009] 下文呈现本发明一些实施方式的简要概述，从而提供本发明的基本理解。此概述 并非本发明的全面概览。其不旨在确定本发明关键/极其重要的要素或圈定本发明的范 围。其唯一目的是以简要的形式呈现本发明的一些实施方式，作为接下来呈现的更加详细 说明的开端。
[0010] 本发明总体提供改进的机器人和/或手术装置、系统和方法。本文所述的运动学 联动装置结构和相关的控制系统尤其有利于帮助系统使用者在准备使用一一包括准备对 特定的患者的手术过程时布置机器人结构。本文所述的示例性机器人手术系统可具有一个 或多个运动学联动装置的子系统，其被配置以帮助对准操纵器结构与手术工作部位。这些 装配系统的关节可以是主动驱动式、被动式（使得在治疗上使用操纵器时这些关节被手动 地铰接并随后锁定成期望的配置）或二者的混合。本文所述的机器人系统实施方式可利用 装配模式，其中一个或多个关节通过制动器或关节驱动系统而最初保持静止。制动器或驱 动系统限制意外的铰接，但使用者可通过手动地利用超过关节（一个或多个）的手动铰接 阈值的力、扭矩等推动联动装置来手动地铰接关节。一旦关节（一个或多个）开始移动，处 理器可通过改变传送至制动器或驱动系统的信号而以更少的使用者作用力促进铰接。当使 用者获得期望的配置时，系统可从关节（一个或多个）速度低于阈值任选地达期望的停顿 时间来感应使用者已经完成重新配置。然后系统可再次阻止关节意外的铰接。停顿时间可 帮助避免倒转方向时锁定联动装置，并且系统可提供"锁销（detent) "样手动铰接，其不限 于机械上预定义的锁销关节配置。本发明的实施方式提供使用者界面，该界面是直观的，并 且可尤其良好地适用于手动移动在机器人手术系统或类似中支撑多个手术操纵器的平台 而不必添加额外的输入装置。
[0011] 在第一方面，本发明提供配置机器人系统的方法。该方法包括响应针对联动装置 低于期望铰接阈值的第一手动作用力而阻止系统联动装置自第一姿势的手动铰接。响应铰 接联动装置超过期望铰接阈值的第二手动作用力而促进联动装置从第一姿势向第二姿势 手动移动。响应联动装置的手动移动而确定第二姿势。联动装置自第二姿势的手动移动受 到阻止。
[0012] 因此，在第一方面，提供配置机器人系统的方法。该方法包括响应针对联动装置的 第一手动作用力而阻止系统联动装置自第一姿势的手动铰接，促进联动装置从第一姿势向 第二姿势的手动移动，响应联动装置的手动移动而确定第二姿势，和阻止联动装置自第二 姿势的手动移动。该阻止步骤响应针对联动装置低于期望铰接阈值的第一手动作用力。该 促进步骤响应针对联动装置超过期望铰接阈值的第二手动作用力。
[0013] 在其它示例性实施方式中，关节传感器可感应施加至关节的第一手动作用力的第 一扭力矩，且处理器可通过确定驱动信号而阻止手动铰接，该驱动信号被配置以对联动装 置引起反扭力矩而对抗第一扭力矩，以便促使联动装置返回至第一姿势。在进一步的实施 方式中，关节传感器也可感应施加至关节的第二手动作用力的第二扭力矩，且处理器可配 置以确定第二作用力超过期望的铰接阈值。例如，在一些实施方式中，铰接阈值可为扭力 矩阈值，且通过确定第二扭力矩超过阈值扭力矩，处理器可确定第二作用力超过期望的铰 接阈值。响应超过期望的铰接阈值的第二作用力，处理器可改变驱动信号，以便降低反扭力 矩，使得第一扭力矩足以手动地移动操纵器。
[0014] 在该方法的一些实施方式中，处理器响应超过期望铰接阈值的第二作用力，可通 过向驱动信号添加摩擦补偿分量而改变驱动信号，以便减轻联动装置向第二姿势的手动移 动的摩擦。
[0015] 在其它实施方式中，通过确定手动移动的速度低于阈值速度可确定第二姿势。此 外，通过确定手动移动的速度保持低于阈值速度达阈值停顿时间也可确定第二姿势，以便 促进倒转移动方向而不阻止手动移动。
[0016] 在进一步实施方式中，配置机器人系统的方法包括响应针对操纵器低于期望铰接 阈值的第三手动作用力而用驱动信号驱动处于第二姿势的联动装置，以便阻止联动装置自 第二姿势的手动移动。
[0017] 上述示例性方法可用于配置手术机器人系统。例如，联动装置可为具有近侧基座 和平台以及布置在其之间的关节的装配结构。平台可支撑多个手术操纵器，其中每个操纵 器可为器械夹持器，其被配置以可释放地接收手术器械。手动移动可为改变多个操纵器相 对于手术部位的位置的移动。在其它实例中，联动装置可包括在具有可释放地接收手术器 械的夹持器的手术操纵器中。手术操纵器也可包括被配置用于可释放地接收插管的插管接 口。操纵器可进一步被配置以在临近插管的开口内可枢轴转动地移动器械轴，以便在微创 手术开口内操纵器械的末端执行器。配置方法可进一步包括响应插管安装至插管接口用超 过期望铰接阈值的手动作用力阻止关节的手动铰接。
[0018] 在其它方面，提供机器人系统。机器人系统包括具有关节的联动装置、连接至联动 装置的驱动器或制动器系统以及与驱动器或制动器系统相连接的处理器。处理器可被配置 以响应针对联动装置低于期望铰接阈值的第一手动作用力而将信号传送至驱动器或制动 器系统，以便阻止联动装置自第一姿势的手动铰接。处理器可响应铰接联动装置的超过期 望铰接阈值的第二手动作用力而改变信号。改变的信号可被配置为促进联动装置自第一姿 势向第二姿势的手动移动。处理器也可响应联动装置的手动移动而确定第二姿势，并可将 信号传送至驱动系统，以便阻止联动装置自第二姿势的手动移动。
[0019] 在另外的示例性实施方式中，机器人系统进一步包括连接至关节的关节传感器。 关节传感器可被配置以感应施加至关节的第一手动作用力的第一扭力矩。处理器可被配置 以确定信号，以便施加反扭力矩至联动装置而对抗第一扭力矩，并促使联动装置返回至第 一姿势。在具体的实施方式中，驱动器或制动器系统可包括驱动系统。进一步，关节传