以内。控制器的另一选择是在第一限制和/或第二 限制被外科医生克服的情况下关停或关断扩孔器。
[0099] 在步骤S9中，外科医生通过用如例如美国专利申请No. 11/750,807(公布No. US 2008/0004633)中所述的追踪探针接触骨盆检查点来验证在髋白追踪阵列与骨盆12之间 的配准（即，几何关系）仍有效，所述美国专利申请于2007年5月18日提交并且以引用的 方式整体并入本文。如果配准降级（例如，因为髋臼追踪阵列在扩孔期间受到冲撞），那么 对骨盆12进行重新配准。配准验证可在外科医生想要检查髋白配准的完整性的任何时间 执行。
[0100] 在步骤SlO中，使用耦合于机器人臂30的冲击器工具（如操作构件300或操作构 件400)将假体组件316植入经过扩孔的髋白22上。如上文结合操作构件300、400所述， 外科医生从末端执行器40移除扩孔器，将适当操作构件（例如笔直或偏心冲击器）连接至 末端执行器40,并将假体组件316 (例如髋白杯28a)附接于操作构件。外科医生接着手动 操作机器人臂30(如图IOB中所示）以将假体组件316冲击至髋臼22上。在外科医生冲 击假体组件316的同时，机器人臂30基于手术计划提供触觉引导，其限制外科医生移动手 术工具的能力以确保在将假体组件316冲击至髋白22上时耦合于手术工具的假体组件316 的实际姿态实质上对应于计划姿态500。在一个实施方案中，控制器经过编程以比较假体组 件316的目标姿态（例如计划姿态500和/或启动区510)与由手术工具啮合的假体组件 316的实际姿态，并产生使力系统允许手术工具在移动范围内移动并且提供触觉反馈以限 制外科医生手动移动手术工具超出移动范围的能力的控制信号。移动范围例如可相对于将 假体组件316植入解剖结构上时假体组件316的期望方面进行界定，所述方面如角度（例 如扭转角、倾角）、轴、取向、旋转中心、边界和/或深度。触觉反馈接着可阻止外科医生对手 术工具的移动，所述移动会引起在假体组件316实际姿态的至少一个方面与假体组件316 目标姿态的相应期望方面之间出现实质性偏差。触觉反馈可在外科医生朝植入位点移动假 体组件316时施加并且优选在外科医生将假体组件316植入解剖结构上时维持。因此，髋 臼杯28a可植入到髋白22上，使得髋白杯28a的倾斜准确度、扭转准确度和旋转中心实质 上对应于手术计划。
[0101] 以与上文结合步骤S8 (扩孔）所述相同的方式，在冲击步骤SlO期间，显示器装置 9可示出计划姿态500、启动区510、解剖结构的图像512、514和手术工具的图像。然而，在 冲击期间，图像520b代表假体组件316,而非切削元件116。另外，如上文结合步骤S8所述， 控制器可在冲击程序期间在手术工具的实际姿态的至少一部分与目标姿态的启动区510 的至少一部分相符时启动触觉反馈。同样如上文结合步骤S8所述，如果外科医生移动末端 执行器40克服了触觉反馈，那么控制器可起始手术工具的自动控制以使实际姿态的至少 一个方面与目标姿态的相应期望方面实质上对准。
[0102] 在步骤Sll中，外科医生将股骨组件26安装于股骨14上，并且在步骤S12中，外 科医生确定腿长和股骨偏离。如图14F中所示，显示器装置9可显示所植入髋白组件28的 图像522和所植入股骨组件26的图像524。另外，如图14G中所示，在手术程序期间的任 何时间，显示器装置9都可以示出与进展和/或结果相关的数据。例如，在步骤S8中的扩 孔和/或步骤SlO中的冲击后，与经过扩孔的髋臼22 (或所植入的髋臼杯28a)的实际位置 相关的数据525可包括例如表示患者解剖结构的三个正交平面（即，内/外、上/下和前/ 后）中的实际位置和计划位置之间的误差的数值数据。
[0103] 停放配置
[0104] 手术系统5优选构造成例如在手术程序期间在外科医生未主动使用机器人臂30 来执行任务时停放或容纳机器人臂30。停放配置适用于机器人臂30的可移动构件，如铰接 臂34或如例如在美国专利No. 6, 322, 567中所述的用于追踪物体的仪器连接（例如机械追 踪臂），所述美国专利以引用的方式整体并入本文。在停放配置中，可移动构件紧固于安全 位置，且防止可移动构件的工作端（例如手术工具）漂移到手术程序的无菌区以外。
[0105] 手术系统5优选构造成占连接到机器人臂30的物体的不同重量。如上文所说明， 机器人臂30构造成允许使用者（例如外科医生）手动移动铰接臂34以允许在空间中操纵 耦合于铰接臂34的物体（例如接纳的操作构件）并由此使用耦合的物体促进任务（例如骨 切削、植入物冲击）的执行。铰接臂34适于耦合于多种可互换物体，如第一物体和第二物 体。第一物体可为例如操作构件100或操作构件200,且第二物体可为操作构件300或操作 构件400 (或反之亦然）。因为操作构件100、200、300、400具有不同配置和功能，所以它们 也可能具有实质上不同的重量。举例来说，在一个实施方案中，第二物体的重量比第一物体 的重量大至少三倍。在另一实施方案中，第二物体的重量比第一物体的重量的大至少百分 之三十六。在另一实施方案中，第二物体的重量比第一物体的重量的大至少百分之五十二。 在另一实施方案中，第二物体的重量比第一物体的重量的大至少百分之九十四。在另一实 施方案中，操作构件100的重量为约360克，操作构件200的重量为约460克，操作构件300 的重量为约490克，且操作构件400的重量为约700克。因此，停放配置构造成容纳具有实 质上不同的重量的机器人臂30的有效负荷。
[0106] 停放配置可使用制动器达成。在操作时，制动器限制可移动构件的至少一部分的 手动移动。例如，制动器限制铰接臂34的至少一部分的手动移动以抑制耦合物体在空间中 的操纵。因为铰接臂34在单一手术程序期间与多种操作构件一起使用，所以制动器应在铰 接臂34耦合于第一物体时和在铰接臂34耦合于第二物体时都有效，而不需要在机械上对 制动器进行重新构造，该重新构造将扰乱手术工作流程。制动可使用机械和/或电气组件 的任何适合组合实施。在一个实施方案中，制动器是虚拟制动器。与实体制动器相反，虚拟 制动器不包括常规机械制动组件。相反，如下文所说明，虚拟制动使用控制器和机器人臂30 的力系统来实施。
[0107] 在一个实施方案中，虚拟制动通过控制力系统的一个或多个致动器以对铰接臂的 一个或多个接头施加保持转矩（即制动力）来实施。施加保持转矩是基于铰接臂34相对 于制动区的位置，其中制动器构造成在外科医生将铰接臂34的至少一部分（如一个或多个 接头）移动至制动区中时啮合。具体地说，制动器构造成仅在接头（或多个接头）处于制 动区中时施加制动力。举例来说，制动器可构造成基于制动区限制接头（或多个接头）的 手动移动，所述制动区可例如由接头（或多个接头）的位置界定。在一个实施方案中，制动 区是铰接臂34的接头J的规定角运动范围a并且还可包括铰接臂34的其它接头的角运 动范围。角运动范围a可为使铰接臂34处于期望停放配置的任何运动范围。举例来说， 图15示出处于实质上水平位置的接头J。在此实施方案中，为使接头J停放于实质上垂直 位置，将接头J从水平位置移动至垂直位置。在一个实施方案中，实质上垂直位置的角运动 范围a为约+/-15度。在其它实施方案中，角运动范围a可为例如约+/-15度、约+/-30 度或约180+/-30度。在一个实施方案中，最远接头可具有约+/-30度或约180+/-30度的 角运动范围a。制动器可构造成在外科医生将接头J移动至制动区中时啮合（和使接头J 保持在制动区中）。举例来说，外科医生将接头J从水平位置沿方向V移动约90度，直至接 头J的位置处于角运动范围a内。当接头J的位置处于角运动范围a内时，控制器产生 控制接头J的致动器以施加保持转矩的信号。当施加保持转矩时，制动器啮合且接头J停 留锁定在适当位置。当接头J移动至此制动区时，控制器优选还产生控制铰接臂34的一个 或多个其它接头的致动器以施加保持转矩从而产生多个被制动的接头的信号。因而，铰接 臂34的总体位置锁定于停放配置。外科医生接着可安全地放任铰接臂34不加照料，更换 操作构件，或执行任何其它任务而不用担心手术工具会漂移到无菌区以外或干扰患者或手 术室中的其它设备。尽管以上描述得出当接头J处于角运动范围a内时制动器啮合，但制 动器还可构造成仅当多个接头在其各别角运动范围内移动时啮合。
[0108] 制动器的松开也可基于制动区。在一个实施方案中，制动器构造成在外科医生将 至少一个被制动的接头（如接头J)移到所述特定接头的制动区以外时松开。例如，为了松 开制动器，外科医生用足以克服接头J的所施加的保持转矩或制动力的力移动铰接臂34。 制动力的量级足够小以使得外科医生能够手动移动铰接臂34以克服该制动力。制动力可 根据特定外科医生和/或特定手术程序进行调整，并且不同接头可具有不同的制动力。例 如，制动力可在约5至12Nm范围内。举例来说，在一个实施方案中，第一接头（即，最近接 头）可具有约6Nm的制动力，第二接头可具有约12Nm的制动力，第三接头可具有约9Nm的 制动力，第四接头可具有约IlNm的制动力，第五接头可具有约7Nm的制动力，且第六接头 (即，最远接头）可具有约5Nm的制动力。当接头J移出制动区进入非制动区610中时，控 制器产生控制接头J(和任何其它被制动的接头）的致动器以中断保持转矩的施加的信号。 外科医生接着可自由地移动铰接臂34。在一个实施方案中，制动区与非制动区610之间存 在重叠以防止制动器的意外释放。另外或替代地，制动器可构造成独立于制动区松开。例 如，如果铰接臂34包括一个或多个被制动的接头和至少一个未制动的接头，如肘节接头W， 那么制动器可构造成在外科医生例如通过扭转肘节接头W手动移动未制动接头时松开。尽 管以上描述得出当接头J移出角运动范围a内时制动器松开，但制动器还可构造成仅当多 个接头移出其各别角运动范围内时松开。
[0109] 保持转矩实施方案的一个优势在于制动在接头空间中实施，并且各个别接头致动 器可具有独特的保持转矩限制。例如，较重接头可能需要较大的保持转矩，因为除制动外， 保持转矩还须补偿作用于接头上的重力。相反，轻重量的接头可具有相对较小的保持转矩， 因为较轻接头需要较小的重力补偿。此差别可用于促进制动的松开。具体地说，因为外科 医生较易于手动移动具有较低保持转矩的接头，所以可使用较轻接头的移动来触发虚拟制 动的松开。
[0110] 在另一实施方案中，虚拟制动在笛卡尔空间（Cartesian space)中使用触觉物体 实施。除了制动区由触觉物体而非接头的角运动范围界定以外，触觉物体实施方案与保 持转矩实施方案类似。如2006年2月21日提交的美国专利申请No. 11/357, 197(公布 NO.US2006/0142657)(其据此以引用的方式整体并入本文）中所说明，触觉物体是由力和 /或转矩（即力反馈）与位置之间的映射所界定的虚拟物体。触觉物体配准于实体空间并 界定在实体空间中的虚拟边界。可界定触觉物体以使得虚拟边界具有适于特定手术程序 的任何期望尺寸、形状和位置。以与骨切削期间启动的虚拟切削边界类似的方式，铰接臂 34的指定部分移动超出虚拟边界受到由力系统施加的力反馈限制。当使用触觉物体作为 虚拟制动器时，触觉物体充当附接于铰接臂34的末端的手术工具或其它设备的"虚拟皮套 (virtual holster)"，并且由力系统施加的力反馈为制动力。如图16A和16B中所示，虚拟 皮套包括虚拟边界600 (第一区）和由虚拟边界600界定的内区605 (第二区）。当外科医 生在虚拟边界600内部手动移动手术工具时，控制器控制力系统限制铰接臂34的运动以使 得手术工具维持在虚拟皮套的虚拟边界600以内。
[0111] 在保持转矩实施方案中，因为与接头J在制动区内的位置无关地施加恒定保持转 矩，所以制动力在制动区内实质上是连续的。因而，随着外科医生在制动器中移动接头J，铰 接臂34具有平滑连续