CN107920864B - 用于操控机器人末端执行器的机器人手术系统控制方案 - Google Patents

Abstract

提供一种控制机器人手术系统的方法，其中所述机器人手术系统包括臂，所述臂具有各自耦合到所述臂的带夹爪的器械和接入端口。所述方法包括检测所述器械的位置，且响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的位置之间的距离大于预定距离而打开所述器械的所述夹爪。

Description

用于操控机器人末端执行器的机器人手术系统控制方案

相关申请的交叉引用

本申请主张2015年9月11日申请的美国临时专利申请第62/217,492号的益处和优先权，所述申请的全部公开内容以引用的方式并入本文中。

背景技术

机器人手术系统正越来越多地用于执行微创医疗过程。通常在这类医疗过程期间，将患者置于邻近机器人系统的平台上，且临床医生位于远离机器人手术系统的控制台。临床医生将输入提供到例如输入控制器或把手的用户接口以操控作用于患者的工具，所述工具耦合到机器人系统的臂，所述工具为例如末端执行器。

机器人手术系统可包括支撑机械臂的塔架和至少一个末端执行器，所述末端执行器为例如经由腕部组合件安装到机械臂的镊子或抓握工具。在这类配置中，在医疗过程期间,末端执行器和腕部组合件插入到患者的小切口(经由插管)或自然孔口中以将末端执行器定位在患者身体内的手术部位处。

时常地，当工具从患者身体内的手术部位移除时，工具上包括体液和/或组织。为使器械性能最佳化，体液和/或组织优选地在重新插入到患者中之前从工具移除。尽管手术技术员通常位于床边且负责清理工具，技术员将常常穿戴防护手套或其它服装，即使这是所需要的，但穿戴所述防护手套或其它服装可导致手术期间的低效率。具体地说，随着工具症越来越多地被设计成提高手术精确度，正实施的末端执行器的尺寸逐渐变得越来越小，由此对手术技术员来说，尤其在穿戴防护手套时操控变得更困难。在从患者移除工具之前，工具的末端执行器通常穿过接入端口。这些工具的末端执行器通常必须与接入端口开口对齐以便从接入端口移除工具。举例来说，一对夹爪末端执行器常常必须移动到闭合位置以使夹爪适合通过端口开口。闭合的夹爪使得难以在将工具重新插入到患者中之前清理夹爪。在手术期间需要更容易接入和清理微创手术工具。

发明内容

可操控耦合机器人手术系统的臂的手术器械的末端执行器以使得器械可通过相对狭窄的接入端口开口快速且容易地从患者移除同时仍使器械和其末端执行器能够在重新插入到患者中之前快速清理。器械的位置可相对于器械接入端口使用机器人系统中的位置存在检测或其它传感器来检测，所述器械的位置可包括例如一对夹爪的器械末端执行器的位置。可响应于确定器械与接入端口之间的距离大于预定距离而机电地打开夹爪。

可响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离正在增大而进一步增大器械的夹爪之间的距离。

当器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离增大时，基于器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离的插值，可按比例增大夹爪之间的距离。

可响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离小于预定距离而闭合器械的夹爪。

当器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离减小时，基于器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离的插值，可按比例减小夹爪之间的距离。

如果器械在与接入端口同轴的方向上移动，那么器械的夹爪的打开可包括，基于器械沿与接入端口同轴的方向相对于接入端口的位置的高度变化的插值，增大夹爪之间的距离。

预定距离可包括一定距离范围，且器械的夹爪可响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离在所述距离范围内而保持在闭合位置。

机器人手术系统可包括臂、耦合到臂的拉伸支架、器械、处理器和存储器。拉伸支架可具有近端和远端，且器械可以可拆卸地耦合到拉伸支架且可在近端与远端之间滑动。器械可包括例如夹爪的末端执行器，所述末端执行器可在打开位置与闭合位置之间移动。接入端口在一些情况下可邻近拉伸支架的远端安置于臂上。处理器可以通信方式耦合到臂、拉伸支架和器械。存储器可以通信方式耦合到处理器且包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得处理器检测器械的位置并响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离大于预定距离而打开器械的夹爪。

存储器可进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得处理器响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离正增大而增大器械的夹爪之间的距离。

存储器可进一步包括指令，所述在由所述处理器执行时使得处理器在器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离增大时，基于器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离的插值，按比例逐渐增大夹爪之间的距离。

存储器可进一步包括指令，所述在由所述处理器执行时使得处理器响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离小于预定距离而闭合器械的夹爪。

存储器可进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得处理器在器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离减小时，基于器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离的插值，按比例逐渐减小夹爪之间的距离。

存储器可进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得处理器基于器械的位置沿拉伸支架相对于接入端口的位置的插值，通过增大器械的夹爪之间的距离来打开夹爪。

预定距离可包括一定距离范围，且可响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离在所述距离范围内而将器械的夹爪保持在闭合位置。

非暂时性计算机可读媒体可存储计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于控制机器人手术系统的指令，所述机器人手术系统包括臂，所述臂具有各自耦合到臂的器械和输入端口，所述指令在由处理器执行时可用于检测器械的位置并响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离大于预定距离而打开器械的夹爪。

非暂时性计算机可读媒体可进一步包括指令，所述指令在由处理器执行时进一步使得，响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离正在增大而增大器械的夹爪之间的距离。

非暂时性计算机可读媒体可进一步包括指令，所述指令在由处理器执行时进一步使得，当器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离增大时，基于器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离的插值，按比例逐渐增大夹爪之间的距离。

非暂时性计算机可读媒体可进一步包括指令，所述指令在由处理器执行时进一步使得，响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离小于预定距离而闭合器械的夹爪。

非暂时性计算机可读媒体可进一步包括指令，其中器械的夹爪的闭合包括，当器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离减小时，基于器械的位置相对于接入端口的位置之间的距离，按比例逐渐减小夹爪之间的距离。

器械可在与接入端口同轴的方向上移动，且非暂时性计算机可读媒体可进一步包括指令，所述指令在由处理器执行时进一步使得器械的夹爪的打开包括，基于器械在与接入端口同轴的方向上相对于接入端口的位置的高度的插值，增大夹爪之间的距离。

预定距离可包括一定距离范围，且可响应于确定器械的位置与接入端口的位置之间的距离在所述距离范围内而将器械的夹爪保持在闭合位置。

耦合到机器人手术系统的臂的手术器械的末端执行器还可通过使用位置邻近检测或其它传感器检测末端执行器相对于器械接入端口的位置来操控。响应于末端执行器的所检测到的位置清理接入端口的开口，末端执行器可机电地到不清理接入端口的开口的位置。

本公开的示范性实施例的其它细节和方面将参考所附图式在下文更详细地描述。

附图说明

下文参考图式描述本公开的各种方面，所述图式并入本说明书中且构成本说明书的一部分，其中：

图1是根据本公开的机器人手术系统的示意性说明；

图2是可包括于图1的机器人手术系统中的处于打开位置的臂的侧视图；

图3A和图3B是分别包括处于闭合位置和打开位置的夹爪组合件的末端执行器的透视图，所述末端执行器可用图2的臂实施；

图4是本公开的用于控制图1的机器人手术系统的控制组件的框图；

图5是用于控制图1的机器人手术系统的过程的流程图；以及

图6是可包括于图1的机器人手术系统中的处于闭合位置的臂的侧视图。

具体实施方式

参考图式详细地描述机器人手术系统和手术组合件的实施例，其中相似参考编号指代数个视图中的每个中的相同或对应元件。如本文中所使用，术语“远端”是指手术组合件更接近患者的那部分，而术语“近端”是指手术组合件离患者更远的那部分。

参考图1，机器人手术系统1包括：多个机器人臂2、3，控制装置4和耦合到控制装置4的控制台5。如图1中所图示，手术系统1配置成在躺在患者检查台12上的患者13上用于执行微创手术操作。控制台5包括显示装置6和输入装置7、8。显示装置6设置成显示三维图像，且手动输入装置7、8配置成允许临床医生远距离操控机器人臂2、3。

机器人臂2、3中的每个由通过接合件连接的多个部件组成，且包括连接到对应机器人臂2、3的远端的手术组合件10。在一实施例中，手术组合件10包括支撑末端执行器23的手术器械20。尽管描述了两个机器人臂2、3，但手术系统1可包括多于两个机器人臂2、3。在这点上，额外机器人臂(未图示)同样地连接到控制装置4，且可经由控制台5远距离操控。因此，一个或多个额外手术组件10和/或手术器械20也可附接到额外机器人臂。

机器人臂2、3可由连接到控制装置4的电驱动器(未图示)驱动。根据一实施例，控制装置4配置成例如经由计算机程序来激活驱动器，以使得机器人臂2、3和手术组合件10和/或对应于机器人臂2、3的手术器械20执行通过手动输入装置7、8接收的所要移动。控制装置4还可配置成调控机器人臂2、3的移动和/或驱动器的移动。

控制装置4可控制多个电动机(例如，电动机1…n)，其中每个电动机配置成驱动一个或多个缆线的推动或拉动，所述缆线为例如耦合到手术器械20的末端执行器23的缆线(未图示)。在使用中，当推动和/或拉动这些缆线时，一个或多个缆线影响末端执行器23的操作和/或移动。控制装置4协调各种电动机的激活以协调一个或多个缆线的推动或拉动运动，以便协调一个或多个末端执行器23的操作和/或移动。在一实施例中，除了一个或多个缆线以外或代替一个或多个缆线，每个电动机配置成致动驱动杆或杠杆臂以影响末端执行器23的操作和/或移动。

控制装置4包括适用于执行计算和/或根据一组指令操作的任何合适的逻辑控制电路。控制装置4可配置成经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、LTE等)和/或有线连接来与远程系统“RS”连通。远程系统“RS”可包括与工作站1的各种组件、算法及/或操作相关的数据、指令和/或信息。远程系统“RS”可包括任何合适的电子服务、数据库、平台、云端“C”(参见图1)等等。控制装置4可包括可操作地连接到存储器的中央处理单元。存储器可包括暂时性类型存储器(例如，RAM)和/或非暂时性类型存储器(例如，闪存媒体、磁盘媒体等)。在一些实施例中，存储器是远程系统“RS”的部分，且/或可操作地耦合到远程系统“RS”。

控制装置4可包括用于例如通过驱动器电路而与工作站1的组件介接的多个输入端和输出端。控制装置4可配置成接收输入信号及/或产生输出信号，以控制工作站1的各种组件中的一种或多种(例如，一个或多个电动机)。输出信号可包括算法指令及/或可基于算法指令，所述算法指令可由用户预编程及/或输入。控制装置4可配置成从用户接口(例如，操作控制台5的交换器、按钮、触摸屏等)接收多个用户输入，所述用户接口可耦合到远程系统“RS”。

存储器14可直接地和/或间接地耦合到控制装置4，以存储指令和/或包括来自一个或多个活体的手术前数据的数据库，及/或一个或多个解剖图谱。存储器14可为远程系统“RS”的部分，及/或可操作地连接到远程系统“RS”。

根据一实施例，每个机器人臂2、3的远端配置成将末端执行器23(或其它手术工具)可释放地固持于其中且可配置成接收任何数目个手术工具或器械，例如套针或伸缩器。

现转而参看图2，提供包括用于将手术工具固持到其上的安装组合件210的机器人臂200(类似于机器人臂2、3)的侧视图。机器人臂200由经由接合件连接的三个部件组成。安装组合件210耦合到臂200的远端220，且包括安装装置230和纵向延伸支撑件240。安装装置230由外壳232组成，所述外壳支撑夹持和释放组合件234且配置成选择性地将各种手术工具固持于其中，由此将手术工具固持到机器人臂。尽管安装装置230可适于接纳各种手术工具，但在一实施例中，如本文中将详细论述，安装装置230接纳套针250。套针250通过夹持组合件234的打开配置与关闭配置之间的转换来可释放地固持在安装装置230内。套针250包括插管252且具有接入端口254，所述插管配置成提供到患者内的手术部位的路径，所述接入端口用于接纳器械260的末端执行器265，所述末端执行器可对患者执行手术操作。在一实例中，末端执行器265包括夹爪组合件266。

纵向延伸支撑件240相对于安装装置230的外壳232大体上垂直地延伸，且支撑竖直轨道242。竖直轨道242耦合到支撑件240，且沿支撑件240的长度延伸。竖直轨道242配置成使得器械260可滑动地耦合到其上且与套针250对齐。具体地说，从器械260的杆或轴262延伸的夹爪组合件266与套针250大体上对齐，以使得所述夹爪组合件可插入到套针250的接入端口254中或从套针250的接入端口254移除。根据一实施例，竖直轨道242配置成用于将器械260的夹爪组合件266至少定位在恰好在进入接入端口254之前定位的位置P1与距接入端口254一距离定位的位置P2之间。

器械260的夹爪组合件266配置成可在安置在插管252内的至少位置P1处的闭合位置与当定位于至少位置P2处和/或定位于插管252外部的位置处时的打开位置之间移动。图3A和图3B为分别包括处于闭合位置和打开位置的夹爪组合件366的末端执行器365的透视图。除夹爪组合件366之外，末端执行器365还包括腕部组合件310，夹爪组合件366枢接到所述腕部组合件。夹爪组合件366包括一对夹爪368、370，所述夹爪可使用缆线372操控，所述缆线耦合到滑轮374以用于打开和闭合夹爪368、370。在其它实施例中，器械260可为镊子、剪刀切割工具、老虎钳、吻合器、电外科镊子或包括用于抓握的夹爪类似组件的其它工具。

机器人手术系统10的系统架构400的简化功能框图包括于图4中。系统架构400包括核心模组420、外科医生主要模组430、机械臂模组440和器械模组450。核心模组420充当机器人手术系统1的中央控制器，且协调所有其它模组430、440、450的操作。举例来说，核心模组420将控制装置映射到臂2、3、200，确定当前状态，执行所有运动学和框变换，且转送所得移动命令。在这点上，核心模组420接收和分析来自其它模组430、440、450中的每个的数据，以便将指令或命令提供到其它模组430、440、450以供在机器人手术系统1内执行。尽管描绘为独立模组，但在其他实施例中，模组420、430、440和450中的一个或多个是单一组件。

核心模组420包括模型422、观测器424、碰撞管理器426、控制器428和构架429。模型422包括为受控组件提供抽象表示(基类)的单元，所述受控组件为例如电动机(例如，电动机1…n)和/或臂2、3、200。观测器424基于从其它模组430、440、450接收的输入和输出信号产生状态评估。碰撞管理器426防止已在系统10内注册的组件之间的碰撞。构架429从运动学和动力学视角追踪系统10。举例来说，在一实施例中，运动学事项可实施为正或逆运动学。机构动力学事项可实施为用于模拟系统的组件的动力学的算法。

外科医生主要模组430与控制台5处的外科医生控制装置通信，且将从控制台5接收的输入转送到核心模组420。根据一实施例，外科医生主要模组430将按钮状态和控制装置位置传达到核心模组420，且包括节点控制器432，所述节点控制器包括状态/模式管理器434、故障转移(fail-over)控制器436和N个自由度(“DOF”)的致动器438。

机械臂模组440协调机械臂子系统、臂车子系统、设置臂和器械子系统的操作，以便控制对应臂2、3、200的移动。尽管包括单一机械臂模组440，但应了解，机械臂模组440对应于且控制单一臂。因而，额外机械臂模组440包括于系统10包括多个臂2、3、200的配置中。机械臂模组440包括节点控制器442、状态/模式管理器444、故障转移控制器446和N个自由度(“DOF”)的致动器348。

器械模组450控制附接到臂2、3、200的器械260(图2中展示)的移动。器械模组450配置成对应于且控制单一器械。因此，在包括多个器械的配置中，同样地包括额外器械模组450。在一实施例中，器械模组450获得且传达与末端执行器或夹爪组合件266的位置(所述位置可包括夹爪的间距和偏航角)、夹爪368、370之间的宽度或角度及接入端口254的位置相关的数据。器械模组450具有节点控制器452、状态/模式管理器454、故障转移控制器456和N个自由度(“DOF”)的致动器458。

通过器械模组450收集的位置数据由核心模组420使用，以确定器械260在手术部位内、在插管252内、邻近于接入端口254或在可用空间中的接入端口254上方的时间。核心模组420基于器械260的定位来确定是提供打开还是闭合器械260的夹爪的指令。举例来说，当器械260的位置指示器械260在插管252内时，提供指令以将夹爪组合件266保持在闭合位置。当器械260的位置指示器械260在接入端口254(具体来说，夹爪组合件266)外部时，提供指令以打开夹爪组合件266。

图5是根据一实施例的控制机器人手术系统10，且具体地说控制器械260的方法400的流程图，所述器械耦合到对应臂200。另外参考图2，在系统初始化时，例如在系统启动、重置或重启期间或在系统启动、重置或重启时，臂200和器械260在步骤510处保持在初始位置。在一实施例中，初始位置包括放置在患者检查台12(图1)上方的预定高度的臂200的远端和待控制为放置在接近患者检查台12的位置处的器械260。具体地说，器械260沿竖直轨道242定位，以使得器械260的夹爪组合件266位于插管252外部。举例来说，如图2中所展示，夹爪组合件266可位于距接入端口254的位置P1达距离D的位置P2处。应了解，在其它实施例中，P2可位于不同于图2中所描绘的位置处，且距离D对应于P1与P2之间的任何距离。另外，尽管本文中一般提及为P1与P2之间的距离，但在另一个实施例中，距离D为位置P1与位置P2之间的竖直距离。根据另一实施例，距离D为位置P1与位置P2之间的水平距离。

夹爪组合件266的夹爪368、370移动到打开位置或保持在打开位置。根据夹爪组合件266配置成铰链接合件的实施例，打开位置包括其间的角度大于约0度到约10度的夹爪368、370。在另一实施例中，夹爪368、370之间的最大角度为约45度。在夹爪组合件266配置成夹具的实施例中，夹爪368、370可在打开位置与闭合位置之间移动，其中在一实施例中，夹爪368、370之间的最大预定宽度在约4毫米(mm)到约25mm之间的范围内。在再一实施例中，夹爪368、370可配置成在两个相对于彼此平行的平面中移动(例如，彼此更近和更远)。替代地，夹爪368、370之间的预定宽度大于或小于前述范围。

接着，在步骤504处，输入由系统10接收，指示器械260在与接入端口同轴的方向上移动。器械260的位置的确定可例如由Z滑动件编码器、通过检测安置在竖直轨道242的末端上的传感器与器械260之间的距离、由例如接近开关的接触传感器、由例如激光束的非接触配置等等来确定，所述激光束间杂有器械260。在506处，响应于由系统10接收的指示器械260沿与接入端口同轴的方向移动的输入，确定在P2处的器械260的夹爪组合件266的位置相对于在P1处的接入端口254的位置之间的距离D是否大于预定距离D1。预定距离D1为夹爪368、370打开或闭合的阈值。在一实施例中，预定距离D1为在约10mm与约25mm之间的范围内的值。在另一实施例中，预定距离D1为大于或小于前述范围的值。预定距离D1可由器械的类型和/或由末端执行器定制，且可存储于存储器14中，所述存储器的一部分可与臂200相关联或位于所述臂上或器械260上。

从控制台5接收输入。举例来说，临床医生可在控制台5处的触摸屏上按压实体按钮或虚拟按钮。在另一实施例中，在臂200处接收输入。举例来说，在患者检查台12附近的技术员通过将竖直轨道242拉动到更接近接入端口254或将竖直轨道242推动远离接入端口254来操控竖直轨道242。

如果确定在P2处的器械260的夹爪组合件266的位置相对于在P1处的接入端口254的位置之间的距离D不大于如图5中所展示的预定距离“D1”，那么在步骤508处向器械模组450提供指令以朝向闭合位置移动夹爪368、370。如果确定在P2处的器械260的夹爪组合件266的位置相对于在P1处的接入端口254的位置之间的距离D大于预定距离“D1”，那么在步骤510处向器械模组450提供指令以朝向打开位置移动器械260的夹爪368、370。

根据一实施例，夹爪368、370的闭合量部分地基于夹爪组合件266距接入端口254的距离D。在一实施例中，当在P2处的夹爪组合件266的位置位于P1处或邻近P1时，夹爪368、370大体上闭合(例如，被放置以使得夹爪368、370具有小于接入端口254的直径的宽度)。在另一实施例中，夹爪368、370保持在大体上闭合位置同时位于接入端口254的预定距离范围内，以在插管252外部的空间中限定缓冲区。

当夹爪组合件266更远离接入端口254移动或移动到缓冲区外部时，夹爪368、370逐渐变得更宽直到获得最大宽度。在一实施例中，核心模组420基于夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离包括用于从大体上闭合位置到最大打开位置的夹爪宽度值的插值的查找表或算法，且向器械模组450提供将夹爪368、370打开到所要宽度的指令。根据一实施例，夹爪宽度与夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离成正比。在另一实施例中，当最接近于接入端口254或缓冲区时夹爪宽度相对较小，且夹爪宽度增大的百分比越大，夹爪组合件266经定位距接入端口254或缓冲区越远。在再一实施例中，核心模组420基于夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离包括用于从大体上闭合位置到最大打开位置的夹爪角度值的插值的查找表或算法，且向器械模组450提供将夹爪368、370打开到所要角度的指令。在任何情况下，当夹爪368、370获得其间的最大宽度或角度时，只要夹爪组合件266位于超出触发最大宽度或角度的位置且因此位于距接入端口254比最大距离更大的距离处，夹爪368、370保持在最大宽度或角度。

闭合夹爪368、370以与上述打开顺序类似的方式操作。举例来说，夹爪368、370之间的距离逐渐变得更窄直到获得最小宽度(或大体闭合)。在一实施例中，核心模组420基于夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离使用用于从最大打开位置到大体上闭合位置的夹爪宽度值的插值的查找表或算法，且向器械模组450提供将夹爪368、370闭合到所要宽度的指令。根据一实施例，夹爪宽度与夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离成正比。在另一实施例中，核心模组420基于夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离包括用于从最大打开位置到大体上闭合位置的夹爪角度值的插值的查找表或算法，且向器械模组450提供将夹爪368、370闭合到所要角度的指令。举例来说，在最大宽度处的夹爪368、370呈45度角度的配置中，如果夹爪组合件266位于位置P1与位置P2之间的一半处，那么夹爪368、370将打开到22.5度角度。在另一实施例中，当最接近于接入端口254或缓冲区时夹爪宽度相对较小，且夹爪宽度增大的百分比越大，夹爪组合件266经定位距接入端口254或缓冲区越远。因此，在一实施例中，夹爪368、370的宽度减小得越快，距接入端口254或缓冲区越远。当夹爪368、370获得其间的最小宽度或角度时，只要所述夹爪位于触发最小宽度或角度的位置内且因此位于距接入端口254最小距离处，夹爪368、370保持在最小宽度(或大体上闭合)。在再一实施例中，在用于将夹爪368、370闭合到所要宽度的指令包括于器械模组450中的情况下，夹爪368、370基于夹爪组合件266距接入端口254或缓冲区外部的距离即刻闭合，而非以逐渐的方式闭合。

在任何情况下，在步骤512处，确定夹爪组合件266的位置(P2)是否已相对于接入端口254的位置(P1)发生改变。举例来说，核心模组420向器械模组450提供检测夹爪组合件266相对于接入端口254的位置变化的指令。如果检测到夹爪组合件266的位置变化，那么方法在步骤506处重复。如果未检测到位置变化，那么夹爪368、370保持在先前宽度或角度下。

如上文简单地提到，到系统10中以相对于接入端口254重新定位夹爪组合件266的输入可由旁边的技术员接收。通过实施上文所描述的过程，技术员可沿竖直轨道242手动地移动夹爪组合件266的位置，由此使得夹爪368、370打开或闭合。手动移动可通过沿纵向延伸支撑件物理地推动或拉动竖直轨道242或通过使用按钮(实体或虚拟)而发生以激活配置成定位竖直轨道242的致动系统。

在一实施例中，为了提高系统10的使用期间的安全性，核心模组420配置成使在器械260处接收的输入(例如，通过手动地操控夹爪368、370或通过按压用于打开或闭合夹爪368、370的实体或虚拟按钮来重新定位竖直轨道242、手动打开或闭合夹爪368、370)优先于从控制台5接收的输入。

根据另一实施例，尽管描述为包括竖直轨道242，但其它机器人臂设计省略竖直轨道242，并且实际上包括用于在x、y和z方向上平移器械260，最后使器械260与接入端口254同心对齐的额外组件。在这类配置中，软件强制运动学实施到机械臂模组440中，所述机械臂模组发指令给机械臂和对应器械以在外科医生控制的动作期间通过协调其它接合件(类似于人类手臂)而同心平移到接入端口。还包括指令以用于对技术员的手动移动作出响应，所述手动移动激活系统允许技术员沿z方向(或其它方向)平移臂的模式，同时与臂相关联的电动机抗拒与x、y或z方向中的一个或多个偏离的运动。

本文中所描述的系统还可利用一个或多个控制器来接收各种信息并转化所接收的信息以产生输出。控制器可包括任何类型的计算装置、计算电路，或能够执行存储于存储器中的一系列指令的任何类型的处理器或处理电路。控制器可包括多个处理器和/或多核中央处理单元(CPU)，且可包括任何类型的处理器，例如微处理器、数字信号处理器、微控制器等等。控制器还可包括用以存储数据和/或算法以执行一系列指令的存储器。

本文中所描述的方法、程序、算法或代码中的任一种可转换成编程语言或计算机程序或以编程语言或计算机程序表达。“编程语言”和“计算机程序”包括用于将指令指定给计算机的任何语言，且包括(但不限于)这些语言和其派生语言：汇编程序、Basic、批处理文件、BCPL、C、C+、C++、Delphi、Fortran、Java、JavaScript、机器代码、操作系统命令语言、Pascal、Perl、PL1、脚本语言、Visual Basic、自身指定程序的元语言，以及所有第一代、第二代、第三代、第四代和第五代计算机语言。还包括数据库和其它数据方案，以及任何其它元语言。不对被解译、编译或使用经编译和解译方法两种的语言进行区分。也不对程序的编译版本与源版本进行区分。因此，对编程语言可以多于一种状态存在(例如，源、经编译、对象或经链接)的程序的参考是对任何和所有这类状态的参考。对程序的参考可涵盖实际指令和/或那些指令的意图。

本文中所描述的方法、程序、算法或代码中的任一个可包括在一个或多个机器可读媒体或存储器上。术语“存储器”可包括以通过机器可读的形式提供(例如，存储和/或传输)信息的机制，所述机器为例如处理器、计算机或数字处理装置。举例来说，存储器可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、闪存装置，或任何其它易失性或非易失性存储器存储装置。其上含有的代码或指令可由载波信号、红外信号、数字信号和其它类似信号表示。

虽然已在图式中展示本公开的数个实施例，但并不意图将本公开限于这些实施例，因为希望本公开具有如本领域将允许的广泛的范围且对说明书的理解也是如此。还设想上述实施例的任何组合，且所述组合在所附权利要求书的范围内。因此，上文的描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为特定实施例的例证。所属领域的技术人员将设想在本文所附的权利要求书的范围内的其它修改。

Claims (14)

1.一种机器人手术系统，包括：

臂；

拉伸支架，耦合到所述臂，所述拉伸支架具有近端和远端；

器械，耦合到所述拉伸支架且可在所述近端与所述远端之间移动，所述器械包括可在打开位置与闭合位置之间移动的夹爪；

处理器，与所述臂、所述拉伸支架和所述器械通信；以及

存储器，耦合到所述处理器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得处理单元进行以下操作：

检测所述器械相对于所述器械所通过的器械接入端口的位置；以及

响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的位置之间的距离大于预定距离而打开所述器械的所述夹爪。

2.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述存储器进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：

响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的所述位置之间的所述距离正在增大而增大所述器械的所述夹爪之间的距离。

3.根据权利要求2所述的机器人手术系统，其中所述存储器进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：

当所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离增大时，基于所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离的插值，按比例逐渐增大所述夹爪之间的所述距离。

4.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述存储器进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：

响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的所述位置之间的所述距离小于所述预定距离而闭合所述器械的所述夹爪。

5.根据权利要求4所述的机器人手术系统，其中所述存储器进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：

当所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离减小时，基于所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离的插值，按比例逐渐减小所述夹爪之间的距离。

6.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述存储器进一步包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：

基于所述器械的位置沿所述拉伸支架相对于所述接入端口的所述位置的插值，通过增大所述器械的所述夹爪之间的距离来打开所述夹爪。

7.根据权利要求1所述的机器人手术系统，其中所述预定距离包括一定距离范围，且响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的位置之间的所述距离在所述距离范围内而将所述器械的所述夹爪保持在闭合位置。

8.一种存储计算机程序产品的非暂时性计算机可读媒体，所述计算机程序产品包括用于控制机器人手术系统的指令，所述机器人手术系统包括臂，所述臂具有各自耦合到所述臂的带夹爪的器械和接入端口，所述指令在由处理器执行时可用于：

检测所述器械的位置；以及

响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的位置之间的距离大于预定距离而打开所述器械的所述夹爪。

9.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读媒体，其中所述指令在由所述处理器执行时进一步使得：

响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的所述位置之间的所述距离正在增大而增大所述器械的所述夹爪之间的距离。

10.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读媒体，其中所述指令在由所述处理器执行时进一步使得，当所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离增大时，基于所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离的插值，按比例逐渐增大所述夹爪之间的所述距离。

11.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读媒体，其中所述指令在由所述处理器执行时进一步使得：

响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的所述位置之间的所述距离小于所述预定距离而闭合所述器械的所述夹爪。

12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读媒体，其中所述器械的所述夹爪的所述闭合包括，当所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离减小时，基于所述器械的所述位置相对于所述接入端口的所述位置之间的所述距离的插值，按比例逐渐减小所述夹爪之间的距离。

13.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读媒体，其中：

所述器械可在与所述接入端口同轴的方向上移动；且

所述器械的所述夹爪的所述打开包括，基于所述器械在与所述接入端口同轴的所述方向上相对于所述接入端口的所述位置的高度的插值，增大所述夹爪之间的距离。

14.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读媒体，其中所述预定距离包括一定距离范围，且响应于确定所述器械的所述位置与所述接入端口的位置之间的所述距离在所述距离范围内而将所述器械的所述夹爪保持在闭合位置。

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