用于计算机辅助设备的输入控件的触觉轮廓的制作方法

本公开总体上涉及计算机辅助器械的操作，并且更具体地涉及用于计算机辅助设备的输入控件的触觉轮廓/曲线图(profile)。

背景技术：

1、越来越多的设备正在被计算机辅助电子设备所取代。在工业、娱乐、教育和其他设施中尤其如此。作为医疗示例，当今的医院包括在手术室、介入室、重症监护病房、急诊室和/或诸如此类中发现的大量电子设备。例如，玻璃和水银温度计正在被电子温度计取代，静脉滴注管现在包括电子监控器和流量调节器，并且传统的手持式手术和其他医疗器械正在被计算机辅助医疗设备取代。

2、这些计算机辅助设备可用于对材料(诸如患者的组织)执行操作和/或程序。对于许多计算机辅助设备，操作者(诸如外科医生和/或其他医务人员)通常可以使用操作者控制台上的一个或多个控件来操纵输入设备。当操作者在操作者控制台处操作各种控件时，命令被从操作者控制台转发到位于工作空间中的计算机辅助设备，在此处命令被用来定位和/或致动(例如经由可重新定位臂)安装到计算机辅助设备的一个或多个末端执行器和/或工具。以此方式，操作者能够使用末端执行器和/或工具对工作空间中的材料执行一个或多个程序。

3、操作者用来操纵末端执行器和/或工具的控件可以包括握持输入控件。操作者可以在握持输入控件上施加或释放力和/或扭矩以分别闭合或打开握持输入控件。末端执行器和/或工具可以基于施加到握持输入控件的闭合量、力和/或扭矩来执行功能。握持输入控件可以包括弹簧机构，以调节闭合握持输入控件所需的力或扭矩的量和/或在施加到握持输入控件的力或扭矩低于由弹簧机构提供的阻力时使握持输入控件返回到打开位置。

4、由于经由握持输入控件来操作计算机辅助末端执行器和/或工具的远程性质，在某些情况下操作者可能难以直接监控末端执行器和/或工具，和/或监控末端执行器和/或工具正在怎样影响材料。例如，非计算机辅助末端执行器可以基于末端执行器的操作向操作者提供机械实现的物理反馈，诸如通过指示当试图抓握由末端执行器抓握的材料时的阻力大小。经由抓握输入控件控制的计算机辅助末端执行器和/或工具在握持输入控件处不向操作者提供这种物理反馈，从而妨碍操作者监控末端执行器和/或工具和/或末端执行器和/或工具对材料的影响的能力。因此，操作者在使用计算机辅助末端执行器和/或工具时的情境意识(situation awareness)降低。

5、因此，期望用于操作计算机辅助设备(诸如具有经由握持输入控件控制的末端执行器和/或工具的计算机辅助设备)的改进方法和系统。在一些示例中，可能期望在握持输入控件处向操作者提供关于握持输入控件正在如何影响末端执行器和/或工具的功能的物理反馈，以便帮助确保末端执行器和/或工具可以能够成功地对材料执行期望的程序。

技术实现思路

1、根据一些实施例，一种计算机辅助设备包括握持输入控件、被配置为支撑器械的可重新定位臂以及一个或多个处理器，一个或多个处理器被配置为检测握持输入控件在握持输入控件的自由度的第一方向上的位置，该自由度具有第一区域、第二区域以及在第一区域和第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于第一区域中，根据第一模式来操作器械；响应于确定所检测的位置处于第三区域中，提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域；以及响应于确定所检测的位置处于第二区域中，根据与第一模式不同的第二模式来操作器械。

2、根据一些实施例，一种方法包括检测握持输入控件在握持输入控件的自由度的第一方向上的位置，该自由度具有第一区域、第二区域以及在第一区域和第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于第一区域中，根据第一模式操作支撑在可重新定位臂上的器械；响应于确定所检测的位置处于第三区域中，提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域；并且响应于确定所检测的位置处于第二区域中，根据与第一模式不同的第二模式操作器械。

3、根据一些实施例，一种计算机辅助设备包括输入控件和一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为检测输入控件在输入控件的第一自由度的第一方向上的位置；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第一区域中，提供第一输出力或扭矩以抵抗输入控件向第一区域中的第一位置的移动；响应于确定输入控件的所检测的位置是第一区域中的第一位置，限制输入控件沿着第一自由度远离第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第二区域中，提供第二输出力或扭矩以抵抗输入控件向第二区域中的第二位置的移动，其中第二输出力或扭矩大于第一输出力或扭矩；以及响应于确定输入控件的所检测的位置是第二区域中的第二位置，限制输入控件沿着第一自由度远离输入控件的第二位置的移动。

4、根据一些实施例，一种方法包括：检测输入控件在输入控件的第一自由度的第一方向上的位置；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第一区域中，提供第一输出力或扭矩以抵抗输入控件向第一区域中的第一位置的移动；响应于确定输入控件的所检测的位置是第一区域中的第一位置，限制输入控件沿着第一自由度远离第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第二区域中，提供第二输出力或扭矩以抵抗输入控件向第二区域中的第二位置的移动，其中第二输出力或扭矩大于第一输出力或扭矩；以及响应于确定输入控件的所检测的位置是第二区域中的第二位置，限制输入控件沿着第一自由度远离输入控件的第二位置的移动。

5、根据一些实施例，一种计算机辅助设备包括输入控件以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为：检测输入控件的位置；响应于确定所检测的位置处于沿着输入控件的第一自由度的第一区域中，基于触觉轮廓向输入控件施加第一力或扭矩；以及基于所检测的位置处于第一区域中的时间量，修改触觉轮廓的一个或多个属性。

6、根据一些实施例，一种方法包括：检测输入控件的位置；响应于确定所检测的位置处于沿着输入控件的第一自由度的第一区域中，基于触觉轮廓向输入控件施加第一力或扭矩；以及基于所检测的位置处于第一区域中的时间量，修改触觉轮廓的一个或多个属性。

7、根据一些实施例，一个或多个非暂时性机器可读介质包括多个机器可读指令，当由一个或多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于促使所述一个或多个处理器执行本文描述的任何一种方法。

技术特征：

1.一种计算机辅助设备，包括：

2.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述自由度是打开和闭合自由度。

3.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述位置包括所述握持输入控件的第一握持构件和第二握持构件之间的角度。

4.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中：

5.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中：

6.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述触觉反馈包括抵抗所述握持输入控件进一步闭合的力或扭矩。

7.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述第三区域中的所述触觉反馈的量高于与所述第三区域相邻的所述第一区域或所述第二区域中的所述触觉反馈的量。

8.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述触觉反馈是基于触觉轮廓来确定的，所述触觉轮廓标识基于所述握持输入控件的所检测的位置而施加的所述触觉反馈的量。

9.根据权利要求8所述的计算机辅助设备，其中所述触觉轮廓包括所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的每个区域中的一个或多个节段。

10.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，进一步包括：

11.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个处理器还被配置为：

12.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中：

13.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中：

14.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中当在所述自由度的打开方向上移动所述握持输入控件时，不在所述第三区域中提供所述触觉障碍。

15.一种方法，包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述自由度是打开和闭合自由度。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述位置包括所述握持输入控件的第一握持构件和第二握持构件之间的角度。

18.根据权利要求15所述的方法，其中：

19.根据权利要求15所述的方法，其中：

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述触觉反馈包括抵抗所述握持输入控件进一步闭合的力或扭矩。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第三区域中的触觉反馈的量高于与所述第三区域相邻的所述第一区域或所述第二区域中的触觉反馈的量。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述触觉反馈是基于触觉轮廓来确定的，所述触觉轮廓标识基于所述握持输入控件的所检测的位置施加的触觉反馈的量。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述触觉轮廓包括所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的每个区域中的一个或多个节段。

24.根据权利要求15所述的方法，其中：

25.根据权利要求15所述的方法，还包括：

26.根据权利要求15所述的方法，其中：

27.根据权利要求15所述的方法，其中：

28.根据权利要求15所述的方法，其中当在所述自由度的打开方向上移动所述握持输入控件时，不在所述第三区域中提供所述触觉障碍。

29.一种计算机辅助设备，包括：

30.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，还包括器械，并且其中所述一个或多个处理器被配置为：

31.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个处理器被配置为响应于确定所检测的位置是所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的第三区域中的第三位置，停止限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动。

32.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，其中用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出不同于用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动的力或扭矩。

33.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，其中：

34.一种方法，包括：

35.根据权利要求34所述的方法，还包括：

36.根据权利要求34所述的方法，还包括：

37.根据权利要求34所述的方法，其中用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出不同于用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动的力或扭矩。

38.根据权利要求34所述的方法，其中用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出对应于与所述第一区域相关联的谷值力或扭矩，并且所述方法还包括：

39.一种计算机辅助设备，包括：

40.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性的修改将所述第一力或扭矩改变为第二力或扭矩。

41.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中为了修改所述一个或多个属性，所述一个或多个处理器被配置为引起所述第一力或扭矩的振荡。

42.根据权利要求41所述的计算机辅助设备，其中所述振荡的幅度随时间减小。

43.根据权利要求41所述的计算机辅助设备，其中所述振荡的初始幅度基于所述触觉轮廓中的峰值和谷值之间的差。

44.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的力或扭矩的幅度。

45.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的斜率。

46.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的所述输入控件的位置范围。

47.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的峰值。

48.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的谷值。

49.一种方法，包括：

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性的修改将所述第一力或扭矩改变为第二力或扭矩。

51.根据权利要求49所述的方法，还包括：

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述振荡的幅度随时间减小。

53.根据权利要求51所述的方法，其中所述振荡的初始幅度基于所述触觉轮廓中的峰值和谷值之间的差。

54.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的力或扭矩的幅度。

55.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的斜率。

56.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的所述输入控件的位置范围。

57.根据权利要求49所述的方法，其中所述一种或多种属性包括所述触觉轮廓中的峰值。

58.根据权利要求49所述的方法，其中所述一种或多种属性包括所述触觉轮廓中的谷值。

59.一种或多种非暂时性机器可读介质，其包括多个机器可读指令，当由一个或多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于促使所述一个或多个处理器执行根据权利要求15-28、34-38和49-58中任一项所述的方法。

技术总结
为器械提供触觉障碍的系统和方法包括计算机辅助设备。该计算机辅助设备包括握持输入控件、被配置为支撑器械的可重新定位臂以及一个或多个处理器。一个或多个处理器被配置为：检测握持输入控件在自由度的第一方向上的位置，该自由度具有第一区域、第二区域以及在第一区域和第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于第一区域中，根据第一模式来操作器械；响应于确定所检测的位置处于第三区域中，提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域；以及响应于确定所检测的位置处于第二区域中，根据第二模式来操作器械。

技术研发人员：V·阿格拉瓦尔,H-H·廖,A·J·佩雷斯罗西洛,K·A·雷耶斯,L·N·维尔纳,K·J·瓦扎
受保护的技术使用者：直观外科手术操作公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15