【技术领域】 【0001】 公开了涉及机器人系统的实施例。 更具体地,公开了涉及手术机器人系统和对应的用户接口设备的实施例。 【背景技术】 【0002】 内窥镜手术使用内窥镜和其他手术工具在患者体内观察和执行手术。 例如,腹腔镜手术使用腹腔镜进入和观察腹腔。 内窥镜手术可以使用带有手动工具和/或机器人辅助工具的手术机器人系统进行。 【0003】 外科手术机器人系统可以由外科医生远程操作以命令定位在手术台上的机器人辅助工具。 外科医生可以使用位于手术室的计算机控制台,或者可以位于不同的城市并指挥机器人操作安装在手术台上的手术工具。 机器人控制的手术工具可以是安装在机械臂上的内窥镜。 因此,远程外科医生可以使用手术机器人系统来执行内窥镜手术。 【0004】 外科医生可以向手术机器人系统提供输入命令,并且手术机器人系统的一个或多个处理器可以响应于输入命令来控制系统组件。 例如,外科医生可以握住用户输入设备,例如操纵杆或计算机鼠标,以引起手术机器人系统组件的移动,例如机器人系统的致动器、机器人臂和/或手术工具。它可以被操作产生控制信号。 【发明概要】 【0005】 用于外科手术机器人系统的常规用户界面装置包括由外科医生手动操作以将机器人外科手术工具和/或末端执行器耦合到外科手术机器人系统的夹持器,生成输入命令以移动致动器。 外科医生可以在工作空间内移动夹持器,例如连接到夹持器的连杆系统的运动范围,以远程引起致动器的相应运动。 当达到工作空间的极限时,例如,当连杆系统完全伸展时,外科医生可以按下抓取按钮以断开与手术机器人系统的输入。 也就是说,当按下手柄按钮时,手柄可以在工作空间内重新定位,而不会导致致动器移动。 然而,为了致动抓握按钮,外科医生必须施加足够大的力以抵消抓握按钮的复位弹簧力。 例如,外科医生需要按下抓握按钮。 向下的压力也可能导致末端执行器意外移动,因为夹具可能同时被向下压。 夹具的意外移动会导致末端执行器的手术操作不准确。 因此,需要用于机器人手术的用户接口设备能够降低相应远程致动器意外移动的可能性。 【0006】 提供了一种用于控制手术机器人系统的用户界面设备,该系统不需要致动力并且降低了相应致动器意外移动的可能性。 在一个实施例中,用户界面设备包括设备外壳,该设备外壳具有径向对称的抓握表面以允许用户以任何方向舒适地将设备外壳握在手中。 例如,抓握表面可包括具有围绕中心轴线旋转的表面轮廓的旋转表面。 在一个示例中,外壳的表面限定椭圆体,在这种情况下,中心轴可以是椭圆体的纵轴或长轴。 跟踪传感器和/或抓握传感器可以安装在设备外壳内。 跟踪传感器可以响应于设备外壳的移动而生成空间状态信号,并且抓握传感器可以响应于被抓握而生成抓握信号。 空间状态信号可以在设备外壳运动的六个自由度上被跟踪。 然后系统可以使用空间状态信号和抓握信号来控制远程机器人手臂(和安装在手臂上的手术工具)的移动。 例如,空间状态信号可以被输入到手术机器人系统以控制机器人手术工具的运动。 用户接口设备可以包括其中具有电容传感器的手指握把,其用于生成握持信号。 响应于检测,可以使用手指抓握的用户触摸的电容传感器生成抓握信号。 然后系统使用抓握信号来停止手术工具的所有运动,而不管空间状态信号或抓握信号的变化如何。 手指抓握可以被配置为生成抓握信号以在被按下时暂停运动,而不管空间状态信号如何。 【0007】 手指握把安装在设备外壳的边缘,用户伸出的手指可以轻松够到。 电容传感器可以包括围绕中心轴延伸的导电垫。 导电垫是连接到外壳边缘的电极结构的一部分,其电容会响应用户触摸而变化。 可以使用电子传感器电路(例如,包含在外壳内)来检测这种电容变化,电子传感器电路基于检测电容变化生成抓握信号,并且电子传感器电路生成具有两种状态的双稳态信号,用于例如,当检测到电容变化时“抓取激活”,或当未检测到电容变化时“解除武装”。 【0008】 在一个实施例中,手指抓握部也关于中心轴线径向对称。 手指抓握的形状可以让用户轻松触摸电容感应区域(在手指抓握上形成导电垫)。 例如,手指抓握部可以具有截头圆锥形状。 手指抓握电容传感器可包括一个或多个导电垫,该导电垫被围绕截头圆锥形状的电绝缘抓握盖覆盖。 因此,当用户的手指触摸导电垫上的夹具盖时,导电垫的电容发生变化。 【0009】 在一个实施例中,用户接口装置包括用于生成抓握信号的电子处理器。 用户接口设备处理器通过处理电容传感器信号的数字化版本来检测电容的变化,该电容传感器信号例如可以由电容感测放大器电路(其可以被认为是UID处理器的一部分)生成。可以被配置到 当电容变化超过预定阈值电容时,或者当电容变化持续预定时间段时,用户接口设备处理器在用户触摸夹持器盖时输出夹持信号可被确定为已经有效。 这也称为确定是否已经出现预定触摸手势。 然后系统可以使用抓取信号来停止远程机器人手臂(以及附接到手臂的手术工具)的所有运动。 【0010】 以上概述并不是本发明所有方面的详尽清单。 本发明包括所有系统和方法,这些系统和方法可以通过以上总结的各个方面的所有适当组合来实践,以及在下面的详细描述中公开的那些,特别是与申请一起提交的专利。它旨在包括具体是什么权利要求中指出。 此类组合具有上述概述中未具体提及的某些优势。 【图纸简要说明】 【0011】 本发明的实施例以示例的方式而非以限制的方式在附图中进行说明,其中相同的附图标记指示相同的元件。 应当注意,在本公开中对本发明的“一个”或“一个”实施例的引用不一定是相同的实施例,而是旨在表示至少一个实施例。 此外,为了简洁起见和减少附图总数,可以使用给定的图来说明本发明的一个以上实施例的特征,其中图中的所有元素可以代表给定的实现。对于形态学。 【0012】 【图1】 附图说明图1是根据一个实施例的在手术室内的示例性手术机器人系统的图示; 【0013】 【图2】 图4是根据一个实施例的具有手指抓握的用户界面设备的图示; 【0014】 [图3] 附图说明图1是根据一个实施例的用户界面装置的透视图。 【0015】 【图4】 附图说明图1是根据一个实施例的用户接口装置的侧视图。 【0016】 [图5] 图5是根据一个实施例的沿图4的线5-5截取的用户接口设备的剖视图。 【0017】 [图6] 附图说明图1是根据一个实施例的用户接口装置的分解图。 【0018】 【图7A】 图4是根据一些实施例的用户接口设备的指握部的导电垫的透视图; [图 7B] 图4是根据一些实施例的用户接口设备的指握部的导电垫的透视图; [图7C] 图4是根据一些实施例的用户接口设备的指握部的导电垫的透视图; 【0019】 [图8A] 图4A-4D是根据一些实施例的具有各种指握形状的用户接口设备的侧视图; [图8B] 图4A-4D是根据一些实施例的具有各种指握形状的用户接口设备的侧视图; [图8C] 图4A-4D是根据一些实施例的具有各种指握形状的用户接口设备的侧视图; [图8D] 图4A-4D是根据一些实施例的具有各种指握形状的用户接口设备的侧视图; [图8E] 图4A-4D是根据一些实施例的具有各种指握形状的用户接口设备的侧视图; 【0020】 [图9] 附图说明图1是根据一个实施例的手术机器人系统的计算机部分的框图; 【0021】 [图10] 图10是根据一个实施例的具有抓握联动装置的用户界面装置的侧视图; [实施发明的方式] 【0022】 实施例描述了一种用户界面设备 (UID),机器人系统可以使用它来控制移动机器人手臂或工具的致动器。 机器人系统可以是手术机器人系统,机械臂可以是手术机械臂,工具可以是手术工具。 然而,UID 可以被诸如介入心脏系统、视觉系统或飞行器系统之类的其他系统使用以控制其他输出组件。 这些其他系统仅列出了一些可能的应用。 【0023】 在各个实施例中,结合附图进行描述。 然而,可以在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下或者结合其他已知方法和配置来实践特定实施例。 在下面的描述中,阐述了许多具体细节,例如具体配置、尺寸和过程,以便提供对实施例的透彻理解。 在其他情况下,没有具体详细地描述众所周知的工艺和制造技术以免不必要地模糊描述。 在整个说明书中,对“一个实施例”或“一个实施例”等的引用意味着所描述的特定特征、结构、配置或特性适用于至少一个实施例,意在被包括在内。 因此,贯穿本说明书各处出现的短语“一个实施例”或“一个实施例”等不一定都指代相同的实施例。 此外,可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合具体特征、结构、配置或特性。 【0024】 贯穿本说明书使用的相关术语可以指代相对位置或方向。 例如,“远侧”可以指示远离参考点的第一方向,例如,远离用户。 类似地,“近端”可以指代与第一方向相反的第二方向,例如,朝向用户的位置。 然而,提供这样的术语是为了建立相对参考系,并不旨在将 UID 的使用或方向限制为以下各种实施例中描述的特定配置。 【0025】 一方面,可由外科手术机器人系统用来控制致动器的UID包括用户可以容易地触及和致动的指柄。 手指夹可以附接到设备外壳的边缘,使得当用户握住UID时它在用户手指的范围内。 手指夹可以包括形成电容传感器的一部分的导电垫。 当用户用手指握住导电垫时,电容式传感器可以感应到电容变化。 触摸在这里与按压形成对比,因为触摸可能涉及施加基本为零的力。 也就是说,触摸手指握柄比激活按钮需要更小的压力。 因此,可以用零力致动手指抓握以避免机器人末端执行器的意外移动。 【0026】 参考图1,其是手术室内的示例性手术机器人系统100的图示。 手术机器人系统100包括用户控制台120、控制塔130和在手术机器人平台111(例如,桌子、床等)处的一个或多个手术机器人臂112。 系统100可以结合用于对患者102进行手术的任何数量的装置、工具或附件。 例如,系统100可以包括一个或多个用于执行手术的手术工具104。 外科手术工具104可以附接到外科手术机械臂112的远端以用于执行外科手术。 【0027】 每个手术工具104都可以在手术过程中手动操作、机器人操作或两者兼而有之。 例如,手术工具104可以是用于进入、观察或操纵患者102的内部解剖结构的工具。 在一个实施例中,手术工具104包括末端执行器,例如能够抓紧患者102的组织的抓紧器。 手术工具104可以由床边操作者106手动操作。 或者它可以通过与其附接的手术机器人臂112的致动运动而机器人地移动。 尽管机器人手术臂112被示为安装在桌上的系统,但在其他配置中,机器人手术臂112可以安装到手推车、天花板或侧壁,或其他合适的结构支撑。 【0028】 通常,远程操作员107,例如外科医生或其他操作员,可以使用用户控制台120例如通过远程控制来远程操作机器人手术臂112和/或手术工具104。 用户控制台120可以位于与系统100的其余部分相同的手术室中,如图1所示。 然而,在其他环境中,用户控制台120可以位于相邻或附近的房间,或者可以位于远程位置,例如,不同的建筑物、城市或国家。 例如,用户控制台120包括座椅122、脚踏式控制器124、一个或多个手持式用户界面设备、UID 126和至少患者102体内手术部位的图像。可以提供用户显示器128。 在示例性用户控制台 120 中,远程操作员 107 使用一只脚来远程命令手术机器人手臂 112 和手术工具 104(安装在手术机器人手臂 112 的远端)的移动。他坐在座位 122 上并看着用户显示器 128同时操作由计算机操作的控件 124 和手持式 UID 126。 脚踏控制器124可以是脚踏板,例如七个踏板,其在被致动时产生运动命令信号。 用户控制台 120 可以包括一个或多个额外的输入设备,例如键盘或操纵杆(图 9),用于接收手动输入以指导用户控制台 120 或手术机器人系统 100 的其他组件的操作。)。 【0029】 在一些变体中,床边操作员106还可以在“床边”模式下操作系统100,其中床边操作员106(用户)在患者102的一侧并且机器人驱动的工具104(附接到手术机器人臂112)与手动腹腔镜工具同时操作,例如,使用一只手握住的手持式 UID 126。 例如,床边操作员的左手可以操作手持式UID 126来命令机器人部件,而床边操作员的右手可以操作手动腹腔镜工具。 因此,在这些变型中,床边操作员106可以对患者102执行机器人辅助微创手术和手动腹腔镜手术。 【0030】 在示例性程序(外科手术)期间,以无菌方式准备患者102、铺巾并实现麻醉。 当外科手术机器人系统100的外科手术机器人臂112处于收起配置或缩回配置(以促进进入手术部位)时,可以手动执行对手术部位的初始进入。 一旦进入完成,就可以执行机器人系统(包括手术机器人臂112)的初始定位或准备。 然后远程操作员 107 在用户控制台 120 执行手术,使用脚操作控件 124 和 UID 126 来操作各种手术工具和可能的成像系统来执行手术。 在治疗床或治疗台,经过消毒的床边人员,例如床边操作员 106,收回组织,执行手动重新定位,并更换一个或多个手术机器人手臂 112 上的工具。也可以提供手动协助,以便完成诸如以下任务: 非消毒人员也可以出现在用户控制台120处以协助远程操作员107。 当程序或手术完成时,系统 100 和/或用户控制台 120 有助于通过用户控制台 120 进行诸如清洁或消毒之类的术后程序和诸如登记或打印健康护理记录之类的术后程序。它可以是配置为这样做,或者可以设置为促进状态。 【0031】 在一个实施例中,远程操作员107保持并移动UID 126以提供输入命令以在手术机器人系统100内移动一个或多个致动器114。 可能有几组致动器对应于系统的不同机器人驱动部分。 例如,第一组一个或多个致动器114可以移动手术机器人臂112的关节,第二组一个或多个致动器114可以移动手术工具104的末端执行器,等等。可以移动工具 104。 例如,UID 126可以通过计算机系统110通信地耦合到手术机器人系统100的其余部分。 UID 126可以生成对应于UID 126的移动的空间状态信号,例如,UID的手持外壳的位置和方向。 空间状态信号可包括至少一姿态信号及至少一位置信号,并可定义UID 126在六个自由度上的姿态及位置。 空间状态信号可以是由手术机器人系统100的一个或多个处理器用来控制致动器114的移动的输入信号。 手术机器人系统100的一个或多个处理器可以使用空间状态信号或从空间状态信号导出的控制信号来控制致动器114的比例运动。 在一个实施例中,计算机系统110的控制台处理器接收空间状态信号并产生相应的控制信号。 控制信号可以由耦合到手术机器人臂112和/或手术工具104的致动器114的手术系统处理器进一步处理。 基于控制致动器114如何被激励以移动手术机器人臂112的节段或连杆的这些控制信号,附接至手术机器人臂112的相应手术工具被激活。104的移动可以模仿UID 126的移动。 类似地,远程操作员 107 和 UID 126 之间的交互可以例如提供引起末端执行器的抓握或捕获运动的抓握控制信号,例如用抓握器抓握手术工具 104 的钳口的运动。产生闭合并抓住患者102的组织。 【0032】 或者,可以提供UID 126的移动以指导手术机器人系统100的其他动作。 例如,如下所述,由手指抓握检测到的手势可以生成抓握信号以停止与手术机器人臂112和手术工具104相关联的致动器114的运动。 例如,当用户用手指触摸UID 126的手指抓握部时,手指抓握部可以生成抓握信号,该信号指示致动器114和相应手术的所有运动。它也可以是停止所有运动的输入信号手术机械臂112和手术工具104。 当手术机器人手臂112和手术工具104的所有运动停止时,手术机器人手臂112和手术工具104在任何方向上都没有运动并且它们的方向没有变化。 当信号的断言停止致动器114的移动时,抓取信号可被称为“抓取启动信号”。 类似地,当没有检测到用户107的触摸并且致动器114的运动没有暂停时,输入信号可以是“松开信号”。 抓握信号,例如抓握激活信号,无论空间状态信号如何,都可以在断言时暂停机器人手臂和手术工具的运动。 因此,抓握信号有效地覆盖了从空间状态信号导出的致动命令。 在一个实施例中,一个或多个电容感应垫可以定位在 UID 126 上,并且用户正在执行诊断、外科手术、腹腔镜检查或微创外科手术,或另一机器人手术。在两者之间,可以触摸电容感应垫以命令内窥镜相机视图、用户控制台120显示器上的光标等。 【0033】 手术机器人系统100可以包括多个UID 126,其中为每个UID生成由手术机器人系统100的一个或多个处理器使用的相应控制信号以提供相应的手术数据、控制手术机器人臂112和/或致动器114手术工具104。 例如,远程操作员107可以移动第一UID 126以命令左手术机械臂中的致动器114的移动,其中致动器是手术机械臂112中的联动装置;通过移动齿轮等来响应。 类似地,远程操作员107对第二UID 126的移动命令其他致动器114的移动,这又移动手术机器人系统100的其他联动装置、齿轮等。 手术机器人系统100可以包括固定到患者右侧的床或桌子上的右手术机器人臂112,以及位于患者左侧的左手术机器人臂112。 每个手术机器人臂112可具有多个关节并且关节的运动可由一个或多个相应的致动器114致动。 例如,每个致动器114可包括由手术机器人系统100的一个或多个处理器控制的一个或多个马达以驱动手术机器人臂112或手术工具104的关节的旋转。 关节的移动引起臂或工具的连杆或节段的移动,例如,其相对于患者定向附接至手术机器人臂112的手术工具104的内窥镜或抓紧器。 从特定 UID 126 生成的空间状态信号可由手术机器人系统 100 的一个或多个处理器使用,以控制同一手术机器人手臂 112 内的几个致动器 114 的运动。 由 UID 126 生成的输入信号可用于控制每个手术工具捕捉器的移动。 例如,每个UID 126可以与用于致动器运动的一个或多个处理器相关联,例如致动器,例如线性致动器,其打开和关闭手术工具远端处的抓紧器的钳口以抓紧内部的组织患者 102。可以生成相应的抓握信号,该信号可以用于控制患者 102 的移动。 【0034】 在一些方面,平台 111 和用户控制台 120 之间的通信可以通过控制塔 130 进行,它与用户控制台 120(更具体地说,计算机系统 110)的通信可以转换成输出信号,传输到机器人平台111上的手术机器人臂112和手术工具104。 控制塔130还可以将状态和反馈从平台111发送回用户控制台120。 机器人平台 111、用户控制台 120 和控制塔 130 之间的通信连接可以使用各种数据通信协议中的任何合适的有线和/或无线链路。也很好。 任何有线连接都可以可选地并入手术室地板和/或墙壁或天花板。 手术机器人系统100可以向一个或多个显示器提供视频输出,包括手术室中的显示器以及可通过因特网或其他网络访问的远程显示器。 可以对视频输出或视频馈送进行加密以确保隐私,并且可以将全部或部分视频输出存储在服务器或电子健康护理记录系统上。 【0035】 应当理解,图1中的手术室场景是示例性的并且可能不准确地表示特定的医疗过程。 【0036】 参考图2,根据一个实施例,示出了具有手指抓握的UID的图示。 UID 126可以包括由用户107持有的设备外壳202。 例如,用户107可以在几个手指之间握住设备外壳202并在工作空间周围移动UID 126。 工作空间是用户107可以到达的最远的地方。 可能在一定范围内。 如下文将描述的,UID 126可以由用户107移动并且设备外壳202的位置和/或方向可以与手术机器人系统的另一个组件相关联,或者它可以包括检测方向的跟踪传感器。 例如,跟踪传感器可以检测设备外壳202在工作空间内的平移、旋转或倾斜。 跟踪传感器可以包括加速度计和/或陀螺仪或其他惯性传感器。 UID 126在工作空间内的移动可以导致手术机器人系统的手术机器人臂、手术工具或末端执行器(例如,抓紧器或爪)的相应移动。 【0037】 UID 126可以包括夹紧机构以将UID 126的运动与外科手术机器人臂112和/或外科手术工具104的运动分离。 例如,UID 126可以包括安装在设备外壳202上用于抓握手术机器人系统的手指抓握部206。 手指抓握部206可以如此命名是因为它可以通过来自用户107的手指的触摸来激活。 也就是说,当用户107用手指触摸手指抓握部分206时,该触摸可以被检测为抓握输入。 响应于抓握输入而由跟踪传感器检测到的UID 126的移动可能不会被一个或多个处理器用来控制手术机器人系统的移动。 当抓握输入被移除时(当触摸结束时),UID 126 的移动可以再次引起手术机器人系统的相应移动。 即,当松开指夹206时,例如通过从指夹206移开手指,UID 126的移动再次被手术机器人系统100检测并用作运动控制输入。 【0038】 当达到工作空间限制时,UID 126 的抓握机制可以允许用户 107 在工作空间内重新定位 UID 126。 例如,通过在保持UID 126的同时从起始位置沿一个方向完全伸展手臂,用户107可以到达工作空间的界限,例如,工作空间的边缘。 为了在工作空间内重新定位 UID 126 并允许向工作空间的边缘额外移动,用户 107 用食指触摸手指抓握部 206 以迫使机器人系统移动 UID 126。 用户107然后可以将UID 126移回其在工作空间中的起始位置并且通过将食指从手指抓握部206抬起来松开手术机器人系统100。 然后可以通过移动UID 126来执行在第一方向上的额外移动以命令手术机器人臂112的移动。 【0039】 参考图3,根据一个实施例,示出了UID的透视图。 由远程操作员107操纵以命令手术工具104和/或手术机器人臂112的移动的UID 126启用或停用手术机器人系统100的命令部分的远程移动。可以是径向靶向装置。 更具体地,UID 126的设备外壳202可以包括握持在用户107的多个手指之间的抓握表面302。 装置外壳202可具有一个或多个圆形或球形表面轮廓。 例如,设备外壳202可以是大致卵形或蛋形,或者可以是椭圆形。 在一个实施例中,与设备外壳202的脊310后面的部分相比,设备外壳202的在设备外壳202的周边脊310前面的部分可以更短并且轮廓或锥度更小。 因此,装置外壳202的远端部分和近端部分可以具有不同的曲率半径,该曲率半径是从UID 126的纵轴与脊310所在的横向平面相交的点测量的。 【0040】 在一个实施例中,手指把手206安装在外壳端304上。 例如,外壳端304可以是设备外壳202的远端。 外壳端304可以是外壳202远端的第一纵向位置或表面。 例如,该位置可以是外壳的相对端,例如距离近端306最远的外壳202的边缘。 【0041】 手指把手206可从外壳端304向远侧延伸。 将手指抓握部206定位在UID 126的前部允许用户107容易地向前伸手并用食指使用手指抓握,同时将抓握表面302保持在拇指和另一手指之间。可以允许触摸206。 因此,UID 126的尺寸和形状可以被设计成舒适地握在用户107的手中。 在一个实施例中,装置外壳202的近端306和UID 126的远端尖端308之间的纵向距离可以小于3英寸,例如在1-2英寸的范围内。 类似地,最大直径,例如,装置外壳 202 的脊部 310 在横向于近端 306 和远端末端 308 之间的纵向距离的方向上的直径,小于 3 英寸,例如 1-2 英寸。它可以是在英寸范围内。 在一个实施例中,UID 126的纵向距离可以大于设备外壳202的最大直径。 【0042】 经由UID 126输入的命令信号可以通过有线或无线连接传送到计算机系统110。 在一个实施例中,电线312从UID 126的远端尖端308延伸以将UID 126连接到计算机系统110。 电线312可为UID 126供电并将传感器信号(例如,跟踪传感器信号或抓取信号)传送到计算机系统110。 因此,UID 126可以是用于将命令输入计算机系统110的外围设备。 UID 126 可与其他外围输入设备结合使用。 例如,脚踏板开关可以连接到计算机系统110以向手术机器人系统100提供抓握输入。 每个UID 126可以被单独抓取以暂停相应机器人手术臂或手术工具的远程操作,但是每个手术机器人臂或工具可以通过按下脚踏板开关同时被控制。 致动器114的移动因此可以由UID 126和计算机系统110的其他外围输入设备引导。 【0043】 参考图4,根据一个实施例,示出了UID的侧视图。 UID 126的抓握表面302可以包括围绕中心轴404的旋转表面402。 中心轴404可从近端306纵向延伸穿过UID 126至远端头308。 因此,抓握表面302可以是外壳端304和近端306之间的UID 126的外表面。 【0044】 中心轴404可以是对称轴。 即,旋转表面402可包括围绕中心轴线404旋转的抓握表面轮廓406,使得旋转表面关于中心轴线404径向对称。 尽管抓握表面302被示为靠近脊310的虚线区域,但是抓握表面302可以延伸外壳端304和近端306之间的整个距离。 也就是说,虽然抓握表面轮廓406被示为在装置外壳202的一部分上延伸的曲线段,但抓握表面轮廓406从近端306延伸超过抓握表面302到达外壳。它可以延伸到端部304。 随着抓握表面轮廓406绕中心轴线404旋转,旋转表面402形成为具有径向对称特征。 例如,凸起部分310可以是在外壳端304和近端306之间的纵向位置处围绕装置外壳202周向延伸的凸起环。 【0045】 设备外壳202的径向对称性允许用户107舒适地围绕中心轴404旋转UID 126。 例如,用户 107 可以在手指之间旋转设备外壳 202 以生成输入命令信号,该信号被处理以控制安装在手术机器人臂上的手术工具的扭转运动。 另外,UID 126的径向对称性允许用户107在围绕中心轴404的任何位置抓握设备外壳202。 因此,用户107可以舒适地访问和操作UID 126。 【0046】 手指抓握部206也可以关于中心轴线404径向对称。 在一个实施例中,手指把手206包括把手盖410,其具有围绕中心轴线404的第二旋转表面412。 例如,第二旋转表面412可以是截头圆锥形表面,其从外壳端304处的较大直径逐渐变细至远侧末端308附近的较小直径。 截头圆锥形表面可以具有圆锥形的形状,其中去除了圆锥形尖端。 该直径可以在夹具盖410的长度上连续变化。 不管设备外壳202如何被抓握,用户107都可以接触到锥形表面。 即,旋转的第二表面412围绕中心轴线404轮廓化,使得夹持器覆盖物410对用户107具有一致的感觉,而不管用户107在哪里触摸夹持器覆盖物410。可以在所有径向位置处相同。 【0047】 夹持器盖410的截头圆锥形表面作为示例提供而不是限制性的。 夹持器盖410可包含不同的形状。 例如,夹具盖410可以如图8A-8E的任何实施例中所示形成。 【0048】 手指握把206可包括从握把盖410延伸到远侧尖端308的应变消除件414。 应变消除件414可以是具有圆锥形状和中央孔的弹性体部件,电线312可以通过该中央孔进入UID 126。 更具体地,应变消除件414可以支撑从UID 126的远侧尖端308向远侧延伸的电线312。 因此,应力消除件414可以减轻施加在电线312上的横向负载。 在一实施例中,可能不需要应变消除件414。 例如,如果UID 126不包括电线312,则可以省略应变消除件414,例如,当UID 126与计算机系统110无线通信时。 在这种情况下,手指抓握部206可以具有圆锥形外形而不是截头圆锥形外形。 【0049】 参考图5,根据一个实施例,示出了沿图4的线5-5截取的UID的剖视图。 手指握把206的握把盖410可以安装在导电垫502上。 导电垫502可以围绕中心轴404延伸。 例如,中心轴404可以纵向延伸并且导电垫502的外表面可以遵循沿着与纵向轴404正交的横向平面的路径。 该路径可以完全围绕中心轴线404延伸,并且例如横截面轮廓可以是圆形的。 或者,该路径可以部分地围绕中心轴线404延伸,例如轮廓可以是C形的。 在一个实施例中,轮廓扫过至少270度的角度,并且该角度是关于中心轴404测量的。 上述轮廓可以是导电垫502的单个横截面,并且在一个实施例中,轮廓的形状在导电垫502的长度上可以是相同的。 也就是说,沿导电垫502的长度截取的导电垫502的每个横截面可以具有相同的形状,例如圆形。 【0050】 导电垫502可以是符合夹具盖410的内表面的导电材料条。 导电垫502可以包括具有截头圆锥形状的导电膜环。 导电垫502关于中心轴404可以是连续的或不连续的。 例如,可以形成穿过导电垫502的纵向狭缝,使得导电垫502仅部分地围绕中心轴404延伸。 因此,导电垫502可以具有C形横截面。 或者,导电垫502可完全围绕中心轴404延伸。 因此,导电垫502可具有环形横截面。 尽管未示出,但在一个实施例中,导线的一端连接到导电垫 502,另一端连接到读出放大器电路(被视为设备外壳 202 内的 UID 处理器的一部分)。可以耦合到输入,感测放大器电路基于用户手指与导电垫502的接近度或基于用户手指在导电垫502上的触摸来检测导电垫502的静电势。可以生成根据信号变化的感测信号在电线上,它会随着电容的变化而变化。 外壳202内的设备处理器(UID处理器606-参见图6)处理感测信号的数字化版本以确定在导电垫502处是否发生电容变化。 【0051】 手指把手206可包括固定到外壳端304的垫座504。 例如,设备外壳202可以安装在沿中心轴404纵向延伸的UID主体506上。 UID主体506可具有向外壳端304的远侧延伸的远端。 在一个实施例中,垫座504附接到UID主体506的远端,使得垫座504相对于外壳端304固定。 【0052】 在一个实施例中,垫安装部分504关于中心轴线404径向对称。 例如,垫安装部分504可包括围绕中心轴404延伸的外表面,例如垫表面(图6)。 垫表面可以是具有圆锥或截头圆锥形状的旋转表面。 垫表面的形状可以与夹具盖410的外接触表面508相同。 这样,外触摸表面508和垫表面之间的径向距离在垫安装部分504的长度上可以是相同的。 或者,径向距离可随长度变化。 例如,外触摸表面508可以是截头圆锥形的并且垫表面可以是圆柱形的,使得表面之间的距离在垫座504的远端处比在垫座504的近端处更大。它可以在后端变小。 【0053】 导电垫502可以安装在垫座504上。 例如,导电垫502可以结合到垫座504。 更具体地,导电垫502可以定位在垫座504的外表面和夹持器盖410的内表面之间。 相比之下,夹持器盖410可包括向外面向周围环境的外接触表面508。 当用户107的手指触摸夹持器盖410的外触摸表面508时,手指与导电垫502分开夹持器盖410的壁厚。 夹持器盖410可以由介电材料例如塑料形成,使得当用户107的导电手指触摸外触摸表面508时,夹持器盖410的壁将被拉动,电容发生变化。 壁厚可能会受到限制,以确保可以检测到电容的变化。 例如,在内表面和外接触表面508之间的夹具盖410的壁厚可以小于1mm。 因此,夹具盖410和导电垫502在外壳端304处的中心轴404上提供电容传感器。 电容传感器围绕中心轴404延伸。 【0054】 UID 126可以包括其他传感器。 例如,UID 126可以包括安装在设备外壳202内的跟踪传感器510。 更具体地,跟踪传感器510可以安装在UID主体506内。 UID主体506可以包括尺寸适合以滑动或压配合方式配合跟踪传感器510的圆柱形孔。 【0055】 跟踪传感器510可以被配置为响应于设备外壳202的移动而生成一个或多个空间状态信号。 空间状态信号可以对应于UID 126在自由空间中的位置和/或方向。 可以处理空间状态信号以控制外科手术机械臂112的移动。 例如,当用户107在工作空间内向右移动UID 126时,也可以控制安装在手术机械臂上的手术工具由系统的一个或多个处理器向右移动。 类似地,围绕中心轴404旋转UID 126可以类似地使手术工具或手术工具的端部执行器在空间中围绕对应的纵轴旋转。 【0056】 跟踪传感器510可包括加速度计、陀螺仪、磁力计或一个或多个能够将物理运动转换为相应电信号的其他换能器。 例如,跟踪传感器510可以检测一个或多个方向(例如,在XYZ空间或另一合适的坐标系中)、滚动、俯仰和偏航(例如,围绕一个或多个轴或一个轴的旋转。它还可以包括磁性跟踪探头能够测量六个自由度,包括物理位移或平移(围绕上述轴倾斜)。 在一个实施例中,多个跟踪传感器510用于提供检测UID 126位置和/或方向的冗余。 跟踪传感器510可以输出电信号,该电信号可以耦合到空间状态信号,例如被平均。 空间状态信号可由系统100的处理器使用以引起手术机器人臂112和/或手术工具104的移动。 【0057】 跟踪传感器510可以附加地或备选地包括用于跟踪UID 126的位置和/或方向的其他类型的传感器。 例如,跟踪传感器510可以包括一个或多个陀螺仪、加速度计和/或磁力计,其中一些可以是惯性测量单元(IMU)的一部分。 这些和其他合适的传感器可以布置在UID 126的设备外壳202上的印刷电路板内或印刷电路板上。 【0058】 UID 126被描述为具有围绕中心轴404的旋转平面和/或径向对称的特征,这意味着UID 126的组件通过旋转过程形成。注意它不是 例如,具有朝外表面的UID 126的部件可以使用注射成型工艺来制造。 模制过程可以利用具有径向对称轮廓的模具来形成如上所述的表面。 【0059】 参考图6,根据一个实施例示出了UID的分解图。 UID 126的部件可以沿着中心轴404在UID 126的近端306处的帽602和UID 126的远端尖端308处的应变消除件414之间延伸。 更具体地,UID 126的近端306可以搁置在帽盖602上并且UID 126的远侧尖端308可以搁置在应变消除件414上。 UID主体506、设备外壳202、跟踪传感器510、导电垫502、垫座504和夹具盖410在分解图中类似地沿中心轴404分布。 在一个实施例中,导电垫502环绕垫座504的一部分。 更具体地,焊盘安装部分504包括通过形成在导电焊盘502的圆周端之间的纵向槽可见的焊盘表面604。 导电垫502可以安装在垫表面604和夹具盖410的内表面之间的垫底座504上。 【0060】 设备外壳202可以至少部分地由柔性材料或合金形成,例如硅树脂、乳胶或另一种合适的聚合物。 外壳材料可以是医疗级材料并且可以是可消毒的,例如,通过高压灭菌、溶剂擦拭等。 设备外壳202可以从其他UID 126移除以进行处置。 【0061】 UID主体506可以具有圆柱形。 UID主体506可以沿着中心轴404布置在设备外壳202内。 因此,例如,跟踪传感器510可以布置在安装在UID主体506内并且定位在中心轴404上的设备外壳202内。 跟踪传感器510可以检测设备外壳202相对于中心轴404的平移、旋转或倾斜。 【0062】 UID 126可以包括用于接收各种电子组件和/或其他组件的内部空间。 例如,UID 126可以包括安装在设备外壳202内的UID处理器606。 UID处理器606包括用于模拟和数字信号处理的电路,包括用于与电容传感器接口的感测放大器电路和模数转换电路,以及可编程逻辑处理器或可编程逻辑处理器。包括数字处理器的逻辑电路也可以被包括在内。 UID处理器606可以安装在印刷电路板610上,该印刷电路板610具有各种传感器端子以将UID处理器606连接到设备传感器,例如手指握柄206或跟踪传感器510。 电池612可以安装在印刷电路板610上以为UID 126的电子部件供电。 UID处理器606可以容纳在UID主体506的壁内,使得印刷电路板610上的处理器和电连接受到保护免受物理冲击。 【0063】 电线312(未示出)可以沿着中心轴404延伸穿过UID 126的每个部件的中心孔并且连接到UID处理器606。 例如,电线312可以沿着中心轴404延伸穿过应变消除件414、垫座504、跟踪传感器510和UID主体506以连接到UID处理器606或印刷电路板610上的端子。可以附接到 UID处理器606也可以电连接到导电垫502。 例如,导线可以在一端接合到UID处理器606并且在另一端接合到导电垫502。 因此,可以是不同于电线312的电连接器的电线可以在UID处理器606或印刷电路板610与导电垫502之间延伸。 导线的第一端可以连接到UID处理器606或印刷电路板610上的端子,并且导线的第二端可以连接到导电垫502。 导线可以将电容信号传导至UID处理器606,其可以与接地端子进行比较。 接地端子可以在UID处理器606或印刷电路板610上。 因此,UID处理器606被配置为基于通过导线从导电垫502接收到的电容信号来检测和/或测量导电垫502的电容的大小和/或变化。 【0064】 UID 126可以包括其他电路。 作为示例,UID 126可以包括设备外壳202内的跌倒检测传感器。 出于安全原因,可以使用联锁装置来防止 UID 126 掉落时仪器意外移动。 例如,跌倒检测传感器可以响应于在跌倒时进入自由跌落状态而生成跌倒信号。 在一个实施例中,跌倒检测传感器是监测UID 126移动的跟踪传感器(图5)。 当跟踪传感器检测到对应于跌倒情况的运动时,传感器生成抓握信号以停止手术机器人系统100的所有运动。 【0065】 在一个实施例中,UID 126包括设备外壳202内的抓握传感器608。 在一个实施例中,抓握传感器608在被抓握时产生抓握信号。 更具体地,抓握传感器608被配置为响应于对设备外壳202的抓握而生成抓握信号。 因此,抓握传感器608可以检测用户107何时抓握设备外壳202。 除了由跟踪传感器510检测到的六个自由度之外,检测到的抓握可以是UID 126的第七个自由度的感觉。 更具体地,外科手术工具104的末端执行器,例如抓紧器,在空间中具有响应于来自跟踪传感器的定向信号和来自抓握传感器608的抓握信号而改变的姿势和位置。它可以具有变化的抓握配置。 抓握信号可以引起手术机器人系统100的致动器的移动以改变抓握配置。 例如,手术工具104的末端执行器可以包括模拟操作者107的手指运动的手指。 当操作者107抓握装置外壳202时,抓握传感器608可产生抓握信号以关闭锁扣。 当操作者107释放(或不再抓握)设备外壳时,抓握信号可以改变以打开锁扣。 因此,手术机器人系统100可以包括致动器114,其基于抓取信号移动手术工具104的末端执行器,例如抓取器。 【0066】 抓握传感器608可以测量操作者107手指的张开和/或闭合。 抓握传感器608可以是抓握柔性电路。 夹持柔性电路可以是围绕UID主体506的外表面缠绕的印刷电路。 抓握柔性电路可以检测用户107何时抓握设备外壳202。 设备外壳202可以由诸如硅树脂的柔顺材料形成,以便接收用户107的抓握并且是有弹性的。 用户107可以握住设备外壳202作为输入命令以引起机器人手术臂112或手术工具104的移动。 当用户107握住设备外壳202时,设备外壳202可以使握持柔性电路608变形,并且物理变形可以转换成电信号,例如电容信号。 可以处理电信号以检测抓握并发送到UID处理器606,其可以输出对应于用户输入的控制信号,例如和数字电子设备。 系统100的一个或多个处理器可以接收和处理抓握信号以控制手术工具104的移动。 因此可以引起用户107的抓取以夹紧手术机器人臂的末端执行器,例如抓紧器。 【0067】 抓握传感器608可以检测指示抓握的电容变化,或者包括接近传感器以通过其他方式检测与设备外壳202的内壁的接近度(或距离变化)。 抓取传感器608可以包括用于检测接近度变化的任何合适类型的接近度传感器。 例如,把手608可以包括发射和/或检测返回电磁辐射(例如,红外辐射)的光学传感器。 在另一个实施例中,抓握传感器608可以包括电容传感器、超声波传感器、磁传感器、电感传感器或其他合适类型的接近传感器。 【0068】 或者,UID 126可以包括至少一个电容传感器形式的抓握传感器,其被配置为检测设备外壳202和握住外壳的用户的手之间的触摸。 例如,电容式传感器垫可以设置在UID本体506的外表面上以测量用户手持外壳202和UID本体506之间的接近度(或距离变化),可以被配置为检测手对外壳的抓握. 或者,电容传感器可以附接到UID 126的外壳202的内壁或另一个合适的固定基座。 它可以布置在参考点上。 【0069】 图6中所示的组件可以由其他类似组件代替。 例如,在一个实施例中,手指抓握部206的电容式传感器可以具有以下关于图7A-7C描述的任何结构。 类似地,图6中的其他组件可以用其他图中所示的替代实施例代替。 【0070】 参考图7A,根据一个实施例,示出了UID 126的导电焊盘的透视图。 手指握柄206的电容传感器可以包括几个电容垫。 例如,指握部206可以包括安装在垫座504上的导电垫502和第二导电垫702。 每个导电垫502可以是缠绕在垫座504的一部分周围的导电带。 导电带可以是铜带。 第一导电垫502可以是缠绕在垫表面604的一部分例如一半周围的导电胶带,并且第二导电垫702可以缠绕另一部分例如垫表面604。可以存在导电胶带缠绕在下半场了。 因此,每个导电垫可以具有截头圆锥段的形状。 段可以是沿中心轴线404的两个相交纵向平面之间的圆周部分。 导电焊盘502、702可以通过在导电带段的相邻圆周边缘之间延伸的纵向间隙703彼此分开。 【0071】 参考图7B,根据一个实施例,示出了UID 126的导电焊盘502的透视图。 导电垫502可以是导电膜704。 例如,导电膜704可以是铝薄片。 导电膜704可以包裹在焊盘表面604周围。 薄膜可以完全包裹在垫表面604周围,使得薄膜的一个圆周边缘与薄膜的另一个圆周边缘重叠。 或者,圆周端可以由纵向间隙703分开,如图7B所示。 【0072】 参考图7C,根据一个实施例,示出了UID 126的导电焊盘502的透视图。 导电垫502可以是安装在垫座504上的柔性电路706。 柔性电路706可以包括非导电聚合物基板708并且多个印刷焊盘710(导电的)可以设置在聚合物基板708上。 印刷焊盘710可以是通过将导电材料(例如,铜)图案化到聚合物基板708的外表面上而形成的区域。 因此,几个印刷焊盘710可以沿着柔性电路706的外表面提供单独的导电区域。 每个印刷垫710可由UID处理器606单独检测。 例如,相应的电线或电迹线可以在相应的UID处理器606的读出放大器电路(未示出)的相应焊盘和端子之间延伸。 如图 7C 所示,将导电垫 502 分成几个电隔离区域允许 UID 126 检测输入手势,例如滑动,例如滑动手势。 更具体地说,当用户 107 在手指抓握部 206 的外触摸表面 508 上滑动时,电容的变化在第一印刷垫 710a 处发生,然后与第一印刷垫 710a 相邻。可以在第二印刷垫处连续感测到710b。 例如,UID处理器606可以被配置为检测第一导电垫710a和第二导电垫710b中的每一个的电容变化的顺序。 电容的连续变化可以被检测为在垫阵列上的滑动手势。 滑动手势可以是使外科手术机械臂执行预定动作的命令。 【0073】 手指抓握部206可以定位成使得电容传感器不干扰UID 126的正常使用。 例如,电容传感器可以附接至UID 126的远端,超出抓握表面302,用户107通常在该处握住UID 126。 或者,手指抓握部206可以安装在装置外壳202的近端上,例如,在帽602上的近端306处。 在任一种情况下,手指抓握部206都可以在用户107伸出的手指可触及的范围内。 手指抓握部206的外表面可以被成形为降低用户107的手指与手指抓握部206的外触摸表面508之间意外接触的可能性。 下面描述了几种手指抓握部206的形状和配置。 【0074】 参考图8A,示出了具有替代手指抓握形状的UID 126的侧视图。 在一个实施例中,UID 126包括具有径向对称轮廓的设备外壳202,如上所述。 UID 126的手指抓握部分206也可以具有径向对称的轮廓。 在一个实施例中,手指抓握部206包括电容感应区域802和非感应区域804。 电容感测区域802可以是具有下方导电垫502的手指抓握部的一部分。 在图8A-8E中,电容感测区域802由交叉填充的填充标记指示,而非感测区域804由没有填充标记指示。 【0075】 手指抓握部206的第二旋转表面412可具有沿曲线路径从外壳端304延伸到远端尖端308的纵向轮廓。 围绕中心轴线404的第二旋转表面412的半径可沿远侧方向连续减小,使得手指握持部206的直径在外壳端304处最大,在远侧末端308处最小。 在第二旋转表面412上方延伸的曲线路径可以在外壳端304附近向外凸起并且在远侧末端308附近向内凹入。 在一个实施例中,电容感应区域802覆盖邻近外壳边缘304的手指抓握部206的一部分。 例如,电容感测区域802可以在夹持器盖410的外表面的凸面的、面向外的部分上延伸。 向外凸起的部分可以在外壳端304和远侧尖端308之间延伸不超过指柄206的长度的一半。 相比之下,手指握柄206的非感测区域804可以延伸到手指握柄206的凹陷的、面向内的部分上方。 图 8A 中所示的手指夹持器 206 的形状允许用户 107 在移动手术机器人手臂 112 时将伸出的手指放在远侧尖端 308 上,然后缩回伸出的手指。机器人手术手臂 112 的运动可以通过触摸用手指触摸电容感应区802。 【0076】 参考图8B,在一个实施例中,示出了具有替代指握形状的UID 126的侧视图,其中电容感应区域802覆盖指握206的整个外表面。 在一个实施例中,手指抓握部206在外壳端304和远侧尖端308之间具有截头圆锥形轮廓。 截头圆锥形第二旋转表面412可具有从外壳端304到远侧尖端308线性减小的半径。 图8B中所示的手指抓握部206的形状允许用户107触摸手指抓握部206上的任何位置以暂停手术机器人臂112的运动。 【0077】 参考图8C,示出了具有替代手指抓握形状的UID 126的侧视图。 在一个实施例中,手指抓握部206包括靠近外壳端304的圆柱形毂806和位于远侧尖端308处的圆盘部分808。 圆柱形毂806可在外壳端304和盘部分808之间的长度上具有围绕中心轴线404的恒定半径。 类似地,圆盘部分808可以在圆柱形毂806和远侧末端308之间的长度上具有围绕中心轴线404的恒定半径。 如图所示,过渡特征是手指抓握,例如圆柱形轮毂806和圆盘部分808之间的圆角,或者沿着圆盘部分808的外边缘的倒角或弯曲边缘。它可以结合在沿着抓握部分206的过渡位置处。 在一个实施例中,远侧部分具有围绕中心轴线404的圆盘直径810,其大于装置外壳202的最大直径,例如脊310的直径。 电容感测区域802可以沿着盘部分808的外边缘延伸并且不在盘部分808或圆柱形轮毂806的近侧壁上方延伸。 因此,用户107可以将伸出的手指靠在圆柱形毂806或圆盘部分808的近侧壁上,而不触发手指抓握部206。 图 2 中所示的手指抓握 206 的形状可以让您到达那里。 这样的手指伸展可能需要用户107更多的意志力并且因此可以减少误触发手指抓握部206的可能性。 【0078】 参考图8D,示出了具有替代手指抓握形状的UID 126的侧视图。 在一个实施例中,手指抓握部206的第二旋转表面412可以在外壳端304和远侧尖端308之间具有向外凸的形状。 向外凸出的形状可具有围绕中心轴线404的半径,该半径在外壳端304和远侧尖端308之间减小。 手指抓握部206的电容感应区域802可以在手指抓握部206的远侧部分上延伸。 【0079】 参考图8E,示出了具有替代手指抓握形状的UID 126的侧视图。 在一个实施例中,手指抓握部206包括靠近外壳端304的圆柱形毂806和位于远侧尖端308处的圆盘部分808。 圆柱形毂806可在外壳端304和盘部分808之间的长度上具有围绕中心轴线404的恒定半径。 类似地,圆盘部分808可以在圆柱形毂806和远侧末端308之间的长度上具有围绕中心轴线404的恒定半径。 与图8C相反,图8E的圆盘部分808可以不包括过渡特征。 例如,圆盘部分808的外边缘可具有直圆柱形壁而不是弯曲壁。 在一个实施例中,远侧部分具有围绕中心轴线404的圆盘直径810,其小于装置外壳202的最大直径。 电容感测区域802可以沿着盘部分808的外边缘延伸并且可以不延伸超过盘部分808的近侧壁或超过圆柱形轮毂806。 因此,用户107可以将伸出的手指靠在圆柱形毂806或圆盘部分808的近侧壁上,而不触发手指抓握部206。 图8E中所示的手指抓握部206的形状允许用户107伸向圆盘部分808的边缘并触发手指抓握部206。 这样的手指伸展可能需要用户107更多的意志力并且因此可以减少误触发手指抓握部206的可能性。 【0080】 手指抓握部206有利地包括不需要施加力来操作的电容式传感器。 如上所述,需要致动力或压力的致动开关会导致手术机器人臂112的意外移动。 相反,当用户107将手指轻轻地放在把手盖410上时,手指把手206的电容传感器可以被激活。 然而,虽然这种致动可能是有利的,但电容传感器的错误触发应该被避免。 如上所述,手指抓握部206的形状和构造可以降低抓握机构错误触发的可能性。 例如,可以定位导电垫502以在用户107在使用UID 126时不太可能意外触摸到的位置处形成电容感应区域802。 还可以通过要求表明用户意志力的用户手势来降低错误触发的可能性。 【0081】 UID处理器606可以被配置为响应于导电垫502的电容变化确定预定的触摸手势已经由用户107执行。 更具体地,用户107在手柄盖410上的预定触摸手势可以由UID处理器606确定。 在一个实施例中,UID处理器606被配置为当电容变化持续给定时间段时确定给定触摸已经发生。 例如,UID处理器606可以检测到用户107在手指抓握206上的长敲击。 长敲击可以是用户107的手势,其包括将伸出的手指搁置在电容感应区域802上预定的时间段,例如至少0.5秒。 当由UID处理器606检测到的电容变化在预定时间段内大于预定阈值时,UID处理器606可以确定用户107已经触摸了夹具盖410。 因此,UID处理器606可以生成传输到计算机系统110的抓握信号。 如上所述,抓握信号可以是用于暂停手术机器人臂112的运动的抓握激活信号。 【0082】 应当理解,手指抓握部206可以包括一种或多种用于检测用户107的触摸的传感器类型。 更具体地,尽管手指握柄206被描述为主要包括电容传感器,但是手指握柄206用于确定用户107何时触摸了外触摸表面508。可以并入不同类型的传感器。 在一个实施例中,手指夹持器206包括检测用户107手指的存在的接近传感器。 因此,手指抓握部206可以包括发射电磁场或电磁辐射束的发射器和检测来自辐射的返回信号的接收器。 举例来说,手指抓握部206可以包括用于检测用户107的触摸的光发射器和光接收器。 因此,上述实施例提供了具有不同类型传感器的手指握柄,这些传感器基于物体的存在或接近来检测触摸,而不需要检测物体施加在手指握柄上的阈值力206。它包含保持部分206。 【0083】 参考图9,根据一个实施例,示出了手术机器人系统的计算机部分的框图。 手术机器人系统100可以包括UID 126、具有计算机系统110的用户控制台120和机器人组件104,112。 计算机系统110和UID 126具有适用于它们的特定功能的电路,因此所示电路是作为示例而不是作为限制提供的。 【0084】 用户控制台120的一个或多个处理器可以控制手术机器人系统100的部分,例如手术机器人臂112和/或手术工具104。 UID 126通信耦合到计算机系统110和/或手术机器人系统100以控制安装在其上的手术机器人臂112和/或手术工具104的移动。它可以提供由一个或多个处理器处理的输入指令。 例如,UID 126 可以向计算机系统 110 提供电命令信号 902,例如由 UID 处理器 606 响应于来自跟踪传感器 510 或手指​​抓握部 206 的导电垫 502 的信号而生成的空间状态信号。 UID处理器606响应检测到的电容变化。 电信号可以是引起手术机器人系统100的运动或引起手术机器人系统100的静止运动的输入命令。 【0085】 输入电信号可以由UID处理器606经由有线或无线连接发送到计算机系统110的控制台处理器906。 例如,UID 126可以通过电线将命令信号902发送到控制台处理器906。 或者,UID 126可经由无线通信链路将命令信号902发送到控制台处理器906。 无线通信链路可以由计算机系统110和UID 126中的每一个的RF电路建立。 无线通信可以经由射频信号,例如Wi-Fi或短距离信号,例如蓝牙和/或任何合适的无线通信协议。 【0086】 计算机系统110的控制台处理器906可以执行指令以执行上述不同的功能和能力。 用户控制台120的控制台处理器906执行的指令可以从本地存储器(未示出)中检索,本地存储器可以包括非暂时性机器可读介质。 指令是具有控制手术机器人系统100的组件的设备驱动程序的操作系统,例如可操作地耦合到手术机器人臂112或手术工具104的致动器114。它可以是程序的形式. 【0087】 在一个实施例中,控制台处理器906控制用户控制台120的组件。 例如,一个或多个座椅致动器909可以从控制台处理器906接收命令以控制座椅122的移动。 座椅致动器909可以一个或多个自由度移动座椅122,例如向前/向后、靠背倾斜、头枕位置等。 控制台处理器906还可以传输视频数据以在显示器128上呈现。 因此,控制台处理器906可以控制用户控制台120的操作。 对座椅致动器909或控制台处理器906的输入命令可由用户经由脚踏板124或诸如键盘或操纵杆的另一输入装置911输入。 【0088】 控制台处理器906可以经由链路910向手术机器人系统100的其他组件输出控制信号903。 可以发送控制信号903以控制手术机器人系统100的移动。 在一个实施例中,计算机系统110经由有线或无线链路通信地耦合到手术机器人系统100的下游组件,例如控制塔130。 该链路可以将控制信号903发送到一个或多个手术系统处理器912。 例如,至少一个处理器912可以位于控制塔130内并且可以通信地耦合到诸如手术机器人平台111或一个或多个显示器920的系统组件。 外科手术机器人系统100的致动器114可以从外科手术系统处理器912接收控制信号以引起臂112和/或工具104对应于UID 126的运动的运动。 当用户 107 触摸指柄 206 或掉落 UID 126 时,控制信号还可用于通过抓握和/或断开手术机器人系统 100 的互锁来激活机器人组件。您也可以停止锻炼。 【0089】 下面提供了使用具有手指抓握部206的UID 126来引起手术机器人系统100的运动的方法。 应当理解,该方法是对上述动作的总结,并不包括所有描述的动作。 因此,以下描述的方法是通过说明而非限制的方式提供的。 【0090】 在操作中,UID处理器606接收来自跟踪传感器510的空间状态信号和/或来自抓握传感器608的抓握信号。 信号可以由UID处理器606发送到用户控制台120和/或控制塔130的一个或多个处理器。 一个或多个处理器可以处理输入信号并生成输出控制信号。 输出控制信号可以引起致动器114的运动,该运动可以移动臂112和/或工具104。 移动可以基于空间状态信号904和/或抓握信号。 例如,致动器114可以响应于生成空间状态信号904而移动手术机器人臂112。 类似地,致动器114可以响应于抓握信号移动手术工具104。 例如,当抓握信号指示操作者107正在抓握装置外壳202时,手术工具104的抓握器可以关闭。 手术工具104可以连接到臂112,使得致动器114的移动可以移动手术机器人臂112和手术工具104。 【0091】 在操作中,UID处理器606可以检测导电垫502的电容。 在操作中,UID处理器606可以响应于导电垫的电容变化来确定用户的触摸。 UID处理器606可以响应于确定触摸而生成抓握信号902,例如抓握激活信号。 【0092】 手术机器人系统100的一个或多个处理器可以例如经由计算机系统110接收和处理来自UID 126的抓握信号902。 外科手术机器人系统100可以响应于抓握信号902暂停致动器114的一个或多个运动。 不管空间状态信号904和/或抓握信号如何,都可以停止移动。 例如,用户107可以将UID 126移动到新位置而不引起外科手术机械臂112或外科手术工具104的相应移动。 类似地,当手指抓握部206接触时,用户施加的抓握可能会改变,但是手术工具104的抓握器的打开或关闭位置可能没有相应的变化。 因此,可以是触摸传感器的手指夹持器206可以在由UID 126检测到的所有七个自由度中暂停对手术机器人臂112和手术工具104的远程操纵。 【0093】 UID处理器606可以基于检测到的电容来确定其他用户手势。 例如,UID处理器606可以检测第一导电垫502和第二导电垫702中的每一个的一系列电容变化。 例如,第一导电垫502的电容可以在第一次发生变化,而第二导电垫702的电容可以在第一次之后的第二次发生变化。你可以 响应于检测到电容变化的每个序列,UID处理器606可以确定用户107已经执行了滑动手势。 输入信号,例如抓握信号902,可以由UID处理器606响应于确定用户107的滑动手势而生成,并且输入信号由手术机器人系统100的处理器使用。可以用于控制手术机器人系统100的移动或其他动作。 【0094】 参考图10,根据一个实施例,示出了具有抓握联动装置的用户界面设备的侧视图。 手指夹持器206可以结合到具有夹持连杆的UID 126中,该夹持连杆可以由手指握住和操纵以提供手术机器人系统中手术工具的高度灵巧和精确的移动。 例如,UID 126 的替代实施例在美国专利申请 Ser. 这样的UID 126的实施例可以包括多个抓握曲柄1002,其用于命令该申请中描述的手术机器人系统100的运动。 在一个实施例中,手指握把206可以结合到UID 126的替代实施例中以提供上述功能,例如暂停系统操作的功能。 因此,手指抓握部206可以结合到UID 126的任何设计中,并且上述UID 126的各种实施例应当被认为是示例性的而不是限制性的。 【0095】 在前面的说明书中,本发明已经参考其具体示例性实施例进行了描述。 很明显,在不脱离如所附权利要求书所阐明的本发明的更广泛的精神和范围的情况下,可以进行各种修改。 因此,说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。 【实施方式】 (1) 一种用于在手术机器人系统内操纵机器人手术工具的用户界面设备,包括: 设备外壳; 设备外壳内的跟踪传感器被配置为生成多个空间状态信号,这些信号跟踪设备外壳在六个自由度上的运动,多个空间状态信号与机器人相关联。用于控制手术工具的运动; 手指抓握器,配置为在按下时生成抓握信号以暂停机器人手术工具的运动,而不管空间状态信号如何。 (2)进一步包括设备外壳内的抓握传感器,其被配置为生成抓握信号以在被抓握时引起机器人手术工具的抓握运动;当被激活时,无论抓握信号如何都生成抓握信号。 (3)设备外壳具有抓握面,抓握面包括绕中心轴旋转的表面,设备外壳具有外壳端,手指抓握部包括:实施例(1)的用户接口设备,其中手指夹包括安装在外壳端并围绕中心轴延伸的导电垫。 (4)实施例(3)的用户接口设备,其中旋转表面包括围绕中心轴旋转的抓握表面轮廓。 (5)根据实施例(3)的用户,其中手指抓握部分包括固定到外壳端的焊盘安装部分,并且导电焊盘安装在焊盘安装部分上。 (6)一种实施方式,其中手指抓握包括导电垫上的抓握盖,并且抓握盖包括外触摸表面,该外触摸表面具有围绕中心轴旋转的第二表面。根据方面(5)的用户接口设备。 (7)实施例(6)的用户接口设备,其中第二旋转表面是截头圆锥形的。 (8)根据实施例(6)所述的用户接口装置,其中,所述垫座包括垫表面,并且所述导电垫是位于所述垫表面和所述夹具盖之间的导电带。 (9)如(6)所述的用户接口装置,其中,所述垫座包括垫表面,并且所述导电垫是所述垫表面和所述夹具盖之间的柔性电路。 (10)第一电线延伸穿过垫座并电耦合到安装在设备外壳内的用户接口设备处理器; 实施例(6)的用户界面,进一步包括在第一端接合到用户界面设备处理器并且在第二端接合到导电垫设备的第二电线。 (11) 用户接口设备处理器, 测量导电垫的电容; 11.根据实施方式(10)所述的用户接口装置,响应于电容的变化的检测而生成抓握信号。 (12)来自用户接口装置的空间状态信号被手术机器人系统的一个或多个处理器使用以控制多个致动器的比例运动,机器人手术工具包括: 12.实施例(11)的用户接口装置),安装在机器人手术臂上,其中多个致动器耦合到机器人手术臂和机器人手术工具。 (13)实施例(11)的用户界面,其中用户界面设备处理器被配置为当电容变化持续预定时间段时生成抓握信号。 (14)进一步包括安装在焊盘安装部分上的第二导电焊盘,其中用户接口设备处理器控制导电焊盘和第二导电焊盘中的每一个的电容变化顺序; 12.实施例的用户接口设备( 11), 其中用户接口设备被配置为检测 (15)中心轴为对称轴,握持面关于对称轴呈放射状对称,手指握持部包括覆盖在导电垫上的握持罩;根据实施方式(3)所述的用户界面装置。 (16)还包括用户接口设备处理器,其中,用户接口设备处理器: 测量导电垫的电容; 16.根据实施例(15)所述的用户界面装置,被配置为响应于检测到电容变化而生成抓握信号。 (17) 一种手术机器人系统,包括: 一个或多个机器人手术工具,每个都安装在机械臂上; 一个或多个用户接口设备,每个用户接口设备包括: 设备外壳; 跟踪传感器被配置为在六个自由度上跟踪设备外壳的移动并生成多个输入姿势信号以用于操纵相应的机器人手术工具的空间运动; 抓握传感器,被配置为在被抓握时生成用于操纵所述相应的机器人手术工具的抓握运动的抓握信号; 手指抓持器被配置为产生抓持信号以在被按压时暂停相应机器人手术工具的空间运动和抓持运动。 一个或多个处理器通信地耦合到一个或多个用户接口设备和一个或多个机器人手术工具,其中处理器控制输入姿势信号、抓握信号或抓握信号。并且一个或多个处理器被配置成控制基于至少一个信号的机器人手术工具。 (18) 方面 (17),其中手指夹附接到设备外壳的一端,手指夹包括围绕中心轴延伸的导电垫。 (19)进一步包括安装在设备外壳内的用户接口设备处理器,其中用户接口设备处理器 测量导电垫的电容; 19.实施例(18)的手术机器人系统,被配置为响应于检测到电容变化而生成抓取信号。 (20)手指夹包括多个导电垫,用户界面处理器包括: 检测多个导电垫中的每一个的一系列电容变化; 19.根据实施例(18)所述的手术机器人系统,还被配置成基于电容变化的相应序列来确定用户的滑动手势。