[go: up one dir, main page]

CN118043765A - 基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定位的结构系统 - Google Patents

基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定位的结构系统 Download PDF

Info

Publication number
CN118043765A
CN118043765A CN202280066679.7A CN202280066679A CN118043765A CN 118043765 A CN118043765 A CN 118043765A CN 202280066679 A CN202280066679 A CN 202280066679A CN 118043765 A CN118043765 A CN 118043765A
Authority
CN
China
Prior art keywords
display unit
head
computer
repositionable
operator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280066679.7A
Other languages
English (en)
Inventor
M·S·帕拉斯特加里
J·A·格拉瑟
O·格林伯格
P·G·格里菲思
K·李
A·C·汤普森
K·J·瓦扎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intuitive Surgical Operations Inc
Original Assignee
Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intuitive Surgical Operations Inc filed Critical Intuitive Surgical Operations Inc
Publication of CN118043765A publication Critical patent/CN118043765A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/35—Surgical robots for telesurgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/60—Supports for surgeons, e.g. chairs or hand supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
    • F16M11/06—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting
    • F16M11/10—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting around a horizontal axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/18—Heads with mechanism for moving the apparatus relatively to the stand
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/20—Undercarriages with or without wheels
    • F16M11/2092—Undercarriages with or without wheels comprising means allowing depth adjustment, i.e. forward-backward translation of the head relatively to the undercarriage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/20—Undercarriages with or without wheels
    • F16M11/24—Undercarriages with or without wheels changeable in height or length of legs, also for transport only, e.g. by means of tubes screwed into each other
    • F16M11/26—Undercarriages with or without wheels changeable in height or length of legs, also for transport only, e.g. by means of tubes screwed into each other by telescoping, with or without folding
    • F16M11/28—Undercarriages for supports with one single telescoping pillar
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/42—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters with arrangement for propelling the support stands on wheels
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/012—Head tracking input arrangements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/013—Eye tracking input arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/061—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring dimensions, e.g. length
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/065—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring contact or contact pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B2090/364—Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body
    • A61B2090/368—Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body changing the image on a display according to the operator's position
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/372—Details of monitor hardware
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00—Machine learning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

基于代表操作者和显示单元的几何关系的几何参数控制计算机辅助设备的技术包括以下内容。计算机辅助设备包括可重新定位结构系统，该结构系统配置为支持显示单元，该显示单元显示操作者可查看的图像；被物理耦接到可重新定位结构系统的致动器系统；传感器系统，该传感器系统配置为捕获与操作者头部的一部分相关联的传感器数据；以及控制系统。控制系统被配置为：基于传感器数据确定头部的一部分相对于计算机辅助设备的一部分的几何参数，基于几何参数和目标参数确定命令运动，以及基于命令运动命令致动器系统移动可重新定位结构。

Description

基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定 位的结构系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年10月22日提交的标题为“基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定位结构系统”的美国临时申请No.63/270,742的权益，其通过参引并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及电子设备，并且更特别地涉及基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定位结构。
背景技术
计算机辅助电子设备的使用越来越频繁。在工业、娱乐、教育和其它环境中尤其如此。作为医学示例，当今的医疗设施具有在手术操作室、介入治疗室、重症监护病房、急诊室等和/或诸如此类中发现的大量电子设备阵列。这些电子设备中的许多能够自主或半自主运动。人们还知道使用位于用户控制系统处的一个或多个输入设备来控制电子设备的运动和/或操作。作为具体的示例，微创机器人远程外科手术系统允许外科医生在床侧或远程位置对患者进行操作。远程外科手术通常是指使用外科手术系统进行的手术，其中外科医生使用某种形式的远程控制，诸如伺服机构来操纵外科手术器械的移动，而不是直接用手握住和移动器械。
当使用电子设备在工作部位执行任务时，一个或多个成像设备(例如，内窥镜)能够捕获工作部位/工作现场(worksite)的图像，为监控和/或执行任务的操作者提供视觉反馈。(一个或多个)成像设备可以是可控制的以更新工作部位的视图，该视图诸如经由显示单元被提供给操作者。显示单元可以具有透镜和/或显示屏。
为了使用显示单元，操作者定位其眼睛，以便直接或通过一个或多个中间部件看到一个或多个显示屏上显示的图像。然而，当眼睛相对于图像定位在不太理想的方位时，操作者可能对正在显示的图像获得不太理想的视角。不太理想的图像视角的示例影响包括无法看到正在显示的整个图像、看到不能正确融合的立体图像等。因此，操作者可能会感到沮丧、眼睛疲劳、对图像中物品的描绘不准确等。
因此，需要改进的技术，以改善操作者眼睛的定位或取向以及显示单元呈现的图像。
发明内容
与一些实施例一致，计算机辅助设备包括：可重新定位结构系统、致动器系统、传感器系统和控制系统。可重新定位结构系统被配置为物理地耦接到显示单元，并且显示单元被配置为显示操作者可查看的图像。致动器系统被物理耦接到可重新定位结构系统，并且致动器系统可驱动以移动可重新定位结构。传感器系统被配置为捕获与操作者头部的一部分相关联的传感器数据。控制系统被可通信地耦接到致动器系统和传感器系统，并且控制系统被配置为：基于传感器数据，确定头部的一部分相对于计算机辅助设备的一部分的几何参数，基于几何参数和目标参数确定命令运动，以及基于命令运动命令致动器系统移动可重新定位结构系统。几何参数代表操作者的至少一个眼睛相对于由显示单元显示的一个或多个图像的几何关系。与一些实施例一致，计算机辅助设备的一部分选自由以下各项组成的组：显示单元的(一个或多个)部分和可重新定位结构系统的(一个或多个)部分。
与一些实施例一致，一种方法包括基于传感器数据确定操作者的头部的一部分相对于计算机辅助设备的一部分的几何参数。计算机辅助设备包括可重新定位结构系统，其被配置为物理地被耦接到显示单元。显示单元被配置为显示图像。几何参数代表操作者的至少一个眼睛相对于显示单元所显示的(一个或多个)图像的几何关系。该方法进一步包括基于几何参数和目标参数确定命令运动，以及基于命令运动命令致动器系统移动可重新定位结构系统。
其他实施例包括但不限于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，当这些指令被一个或多个处理器执行时，适于使一个或多个处理器执行本文所公开的任何方法。
上述大体描述和以下详细描述本质上是示例性和解释性的，并且旨在提供对本公开的理解而不限制本公开的范围。就此而言，本公开的附加方面、特征和优点对于本领域技术人员来说将从以下详细描述中显而易见。
附图说明
图1是根据各种实施例的包括计算机辅助设备的示例的简化图。
图2是根据各种实施例的示例显示系统的透视图。
图3示出了根据各种实施例的基于几何参数控制可重新定位结构系统的各种方法。
图4图示了根据各种实施例的确定操作者的头部的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数的方法。
图5图示了根据各种实施例的确定操作者的头部的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数的另一种方法。
图6示出了根据各种实施例的确定操作者的头部的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数的另一种方法。
图7图示了根据各种实施例的确定操作者头部的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数的另一种方法。
图8示出了根据各种实施例的用于调整操作者的头部的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数的方法的简化图。
图9示出了根据各种实施例的用于响应进入其中显示单元基于头部力和/或扭矩测量值而被命令移动的模式而调整可重新定位结构系统的方法的简化图。
具体实施方式
说明了本发明的创造性方面、实施例、实施方式例或模块的本说明书和附图不应被视为作为限制——权利要求书限定了受保护的本发明。可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作上的改变，而不背离本说明书和权利要求书的精神和范围。在一些情况下，为了不模糊本发明，未示出或未详细描述周知的电路、结构或技术。两个或多个附图中的相同附图标记代表相同或相似的元件。
在本说明书中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的具体细节。为了提供对实施例的透彻理解，阐述了大量具体细节。然而，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，一些实施例可以在没有一些或所有这些具体细节的情况下实施。本文公开的具体实施例旨在说明而非限制。本领域技术人员可以实现其它元件，这些元件虽然没有在此具体描述，但属于本公开的范围和精神。此外，为了避免不必要的重复，除非另有具体描述，否则与一个实施例相关联地示出和描述的一个或多个特征可以被并入到其它实施例中，除非或者如果该一个或多个特征会使实施例不起作用。
此外，本说明书中的术语无意限制本发明。例如，空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”、“近侧”、“远侧”等，可以用于描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方位和取向之外，这些空间相对术语旨在涵盖元件或其操作的不同方位(即，位置)和取向(即，旋转放置)。例如，如果其中一幅图的内容被翻转，那么被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将在其它元件或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种方位和取向。设备可以以其它方式定向(旋转90度或其它取向)，并且本文使用的空间相对描述语被相应地解释。同样，沿着和围绕各种轴的移动的描述包括各种特殊的元件方位和取向。此外，除非上下文另有说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。并且，术语“包括(comprise、comprising)”、“包含”和类似用语指定了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。被描述为被耦接的部件可以被电耦接或被机械地直接耦接，或者它们可以经由一个或多个中间部件间接耦接。
参照一个实施例、实施方式或模块详细描述的元件，只要实际可行，可以被包括在未具体示出或描述它们的其它实施例、实施方式或模块中。例如，如果参照一个实施例对元件进行了详细描述，而未参照第二个实施例进行描述，则该元件仍然可以被要求保护为被包括在第二个实施例中。因此，为了避免在以下描述中出现不必要的重复，除非另有具体描述，否则与一个实施例、实施方式或应用相关联地示出和描述的一个或多个元件可以被并入其它实施例、实施方式或方面中，除非该一个或多个元件会使一个实施例或实施方式失去功能，或者除非两个或多个元件提供相互冲突的功能。
在一些情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地掩盖本发明实施例的各个方面。
本公开以计算机辅助设备和元件的各种设备、元件和部分在三维空间中的状态来对其进行描述。如本文所用，术语“方位(position)”是指元件或元件的一部分在三维空间(例如，沿笛卡尔x坐标、y坐标和z坐标的三个平移自由度)中的位置。如本文所用，术语“取向”是指元件或元件的一部分的旋转放置(三个旋转自由度——例如，滚动、俯仰和偏航)。如本文所用，术语“形状”是指沿着元件测量的一组方位或取向。如本文所用，对于具有可重新定位臂的设备，术语“近侧”指沿其运动学链朝向计算机辅助设备基座的方向，“远侧”指沿运动学链远离基座的方向。
本公开的各个方面是参考计算机辅助系统和设备进行描述的，计算机辅助系统和设备可以包括远程操作的、遥控的、自主的、半自主的、机器人的和/或诸如此类的系统和设备。此外，本公开的各个方面是以使用医疗系统的实施例来描述的，诸如由加利福尼亚州森尼韦尔市的直观外科手术公司(Intuitive Surgical,Inc.)商售的da外科手术系统(da/>Surgical System)。然而，熟悉情况的人都会明白，本文所公开的创造性方面可以以各种方式体现和实现，包括机器人实施例和，如果适用，非机器人实施例。针对da外科手术系统所描述的实施例仅是示例性的，不应被视为限制本文所描述的创造性方面的范围。例如，参考外科手术器械和外科手术方法所描述的技术可以用于其它场合。因此，本文所描述的器械、系统和方法可以用于人类、动物、人类或动物解剖体的部分、工业系统、通用机器人或远程操作系统。作为进一步的示例，本文所描述的器械、系统和方法可以用于非医疗目的，包括工业用途、通用机器人用途、感测或操纵非组织工件、美容改进、人类或动物解剖体成像、从人类或动物解剖体收集数据、设置或拆卸系统、培训医疗或非医疗人员，和/或类似用途。其它示例应用包括用于对从人类或动物解剖体中取出的组织进行的程序(返回或不返回人类或动物解剖体)，以及用于对人类或动物尸体进行的程序。此外，这些技术还能够用于包括或不包括外科手术方面的医疗治疗或诊断程序。
系统概况
图1是根据各种实施例的计算机辅助设备示例的简化图。在一些示例中，计算机辅助设备是远程操作系统100。在医疗示例中，远程操作系统100能够是远程医疗系统，诸如外科手术系统。如图所示，远程操作系统100包括从动设备(follower device)104。从动设备104由一个或多个引导输入设备控制，下文将详细介绍。包括引导设备(leader device)和从动设备的系统有时也被称为主从(master-slave)系统。图1中还示出了包括工作站102(例如，控制台)的输入系统，在不同的实施例中，输入系统能够以任何适当的形式存在，可以包括工作站，也可以不包括工作站。
在本示例中，工作站102包括一个或多个由操作者108接触和操纵的引导输入设备106。例如，工作站102能够包括供操作者108的手使用的一个或多个引导输入设备106。本示例中的引导输入设备106由工作站102支撑，并且能够机械接地。在一些实施例中，能够提供人体工程学支撑件110(例如，前臂托架)，操作者108能够在其上放置其前臂。在一些示例中，在例程期间，操作者108能够通过使用引导输入设备106命令从动设备104，在从动设备104附近的工作部位处执行任务。
工作站102中还包括显示单元112。显示单元112能够显示供操作者108观看的图像。显示单元112能够以各种自由度移动，以适应操作者108的观看方位和/或作为另一个引导输入设备可选地提供控制功能。在远程操作系统100的示例中，显示的图像能够描绘工作部位，在工作部位处操作者108通过操纵引导输入设备106和/或显示单元112执行各种任务。在一些示例中，显示单元112显示的图像能够被工作站102从布置在工作部位处的一个或多个成像设备接收。在其它示例中，由显示单元112显示的图像能够由显示单元112(或由不同的连接设备或系统)生成，诸如用于工具、工作部位或用户界面部件的虚拟表示。
当使用工作站102时，操作者108能够坐在工作站102前面的椅子或其它支撑件上，将他/她的眼睛定位在显示单元112的前面，操纵引导输入设备106，并根据需要将他/她的前臂放在人体工程学支撑件110上。在一些实施例中，操作者108能够站在工作站或摆出其它姿势，并且显示单元112和引导输入设备106能够调整方位(高度、深度等)以适应操作者108。
远程操作系统100还能够包括从动设备104，它能够被工作站102命令。在医疗示例中，从动设备104能够位于操作台(例如，桌子、床或其它支撑件)附近，患者能够被定位在操作台上。在这种情况下，工作部位能够被提供在操作台上，例如，在患者、模拟患者或模型等(未示出)之上或之中。所示的远程操作从动设备104包括多个操纵器臂120，每个操纵器臂被配置为耦接到器械组件122。器械组件122例如能够包括器械126和被配置为容纳各自器械126的器械架。
在各种实施例中，一个或多个器械126能够包括用于捕获图像的成像设备(例如，光学相机、高光谱相机、超声波传感器等)。例如，器械126中的一个或多个可以是包括成像设备的内窥镜组件，其能够提供所捕获的工作部位的一部分的图像以经由显示单元112显示。
在一些实施例中，能够控制从动操纵器臂120和/或器械组件122，以响应操作者108对引导输入设备106的操纵而移动和铰接器械126，以便操作者108能够在工作部位处执行任务。操纵器臂120和器械组件122是可重新定位的结构的示例，器械和/或成像设备能够被安装在该结构上。计算机辅助设备的(一个或多个)可重新定位结构包括计算机辅助设备的可重新定位结构系统。对于外科手术的示例，操作者能够指引从动操纵器臂120移动器械126，以通过微创孔或自然孔口在内部外科手术部位处执行外科手术程序。
如图所示，控制系统140被提供在工作站102外部，并与工作站102通信。在其它实施例中，控制系统140能够被提供在工作站102中或从动设备104中。当操作者108移动(一个或多个)引导输入设备106时，基于引导输入设备106的移动，包括感测方位和/或取向信息的感测空间信息被提供给控制系统140。控制系统140能够基于接收到的信息和操作者输入确定控制信号或向从动设备104提供控制信号，以控制操纵器臂120、器械组件122和/或器械126的移动。在一个实施例中，控制系统140支持一个或多个有线通信协议(例如，以太网、USB和/或类似协议)和/或一个或多个无线通信协议(例如，蓝牙、IrDA(红外数据通讯)、HomeRF(家庭射频)、IEEE 1002.11、DECT(数位加强式无线通讯系统)、无线遥测和/或类似协议)。
控制系统140能够被实施在一个或多个计算系统上。一个或多个计算系统能够用于控制跟随设备104。此外，一个或多个计算系统能够用于控制工作站102的部件，控制诸如显示单元112的移动。
如图所示，控制系统140包括处理器150和存储控制模块170的存储器160。在一些实施例中，控制系统140可以包括一个或多个处理器、非永久性存储装置(例如，易失性存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、高速缓冲存储器)、永久性存储装置(例如，硬盘、光盘驱动器，诸如光盘(CD)驱动器或数字多功能光盘(DVD)驱动器、闪存等)、通信接口(例如，蓝牙接口、红外接口、网络接口、光学接口等)以及许多其它元件和功能。此外，控制模块170的功能可以在任何技术上可行的软件和/或硬件中实现。
控制系统140的一个或多个处理器中的每个均能够是用于处理指令的集成电路。例如，一个或多个处理器可以是处理器、中央处理单元(CPU)、微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)、张量处理单元(TPU)和或类似物的一个或多个内核或微内核。控制系统140还能够包括一个或多个输入设备，诸如触摸屏、键盘、鼠标、麦克风、触摸板、电子笔或任何其它类型的输入设备。
控制系统140的通信接口能够包括集成电路，用于将计算系统连接至网络(未示出)(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)诸如互联网、移动网络或任何其它类型的网络)和/或另一设备诸如另一计算系统。
此外，控制系统140能够包括一个或多个输出设备，诸如显示设备(例如，液晶显示器(LCD)、等离子显示器、触摸屏、有机LED显示器(OLED)、投影仪或其它显示设备)、打印机、扬声器、外部存储装置或任何其它输出设备。一个或多个输出设备能够与(一个或多个)输入设备相同或不同。存在许多不同类型的计算系统，并且上述(一个或多个)输入和输出设备能够采取其它形式。
在一些实施例中，控制系统140能够被连接至网络或成为网络的一部分。网络可以包括多个节点。控制系统140能够在一个节点或一组节点上被实现。举例来说，控制系统140能够在被连接到其它节点的分布式系统的节点上被实现。作为另一个示例，控制系统140能够在具有多个节点的分布式计算系统上被实现，其中控制系统140的不同功能和/或部件能够位于分布式计算系统内的不同节点上。此外，前述控制系统140的一个或多个元件能够位于远程位置并通过网络连接到其它元件。
呈用于执行本公开的实施例的计算机可读程序代码形式的软件指令能够被，全部或部分地、临时或永久地存储在非暂时性计算机可读介质上，诸如CD、DVD、储存设备、磁盘、磁带、闪存、物理存储器或任何其它计算机可读存储介质。具体而言，软件指令能够对应于计算机可读程序代码，当由(一个或多个)处理器(例如，处理器150)执行时，该计算机可读程序代码被配置成执行本文描述的方法的一些实施例。
在一些实施例中，一个或多个引导输入设备106能够是不接地的(不接地的引导输入设备在运动上不接地，诸如由操作者108的手握持的引导输入设备，无需额外的物理支撑)。这种未接地的引导输入设备能够与显示单元112结合使用。在一些实施例中，操作者108能够使用位于工作部位附近的显示单元112，使得操作者108在观看由显示单元112显示的图像的同时在工作部位手动操作器械，诸如外科手术示例中的腹腔镜器械。
一些实施例能够包括远程操作医疗系统的一个或多个部件，诸如由美国加利福尼亚州森尼维尔市直观外科手术公司商售的da外科手术系统。da/>外科手术系统的实施例仅为示例，不视为对本文所述特征范围的限制。例如，在工作部位具有从动设备的不同类型的远程操作系统以及非远程操作系统能够利用本文描述的特征。
图2为根据不同实施例的计算机辅助设备的示例显示系统200的透视图。在一些实施例中，显示系统200被用在远程操作系统的工作站中(例如，在图1的远程操作系统100的工作站102中)，或者显示系统200能够被用在其它系统中或作为独立系统，例如，以允许操作者查看工作部位或其它物理部位、所显示的虚拟环境等。虽然图2-图7示出了显示系统200的特定配置，但是其它实施例可以使用不同的配置。
如图2所示，显示系统200包括基座支撑件202、臂支撑件204和显示设备206。显示单元206被提供有由支撑连杆机构提供的多个移动自由度，该支撑连杆机构包括基座支撑件202、被耦接到基座支撑件202的臂支撑件204以及被耦接到臂支撑件204的倾斜构件224(下面描述)，其中显示单元206被耦接到倾斜构件224。
基座支撑件202能够是机械接地的竖向构件，例如直接或间接地被耦接至地面，诸如通过搁置或被附接至地板。例如，基座支撑件202能够被机械地耦接到带轮支撑结构210，其被耦接到地面。基座支撑件202包括第一基座部分212和第二基座部分214，它们被耦接成使得第二基座部分214能够相对于第一基座部分212以线性自由度216平移。
臂支撑件204能够是水平构件，其被机械地耦接到基座支撑件202。臂支撑件204包括第一臂部分218和第二臂部220分。第二臂部分220被耦接到第一臂部分218，使得第二臂部分220能够相对于第一臂部分218以第一线性自由度(DOF)222线性平移。
显示设备206能够被机械地耦接到臂支撑件204。显示单元206能够以由第二基座部分214和第二臂部分220的线性平移提供的其它线性DOF而可移动。
在一些实施例中，显示单元206包括显示器，例如一个或多个显示屏、投影仪或类似物，其能够显示数字化图像。在所示的示例中，显示单元206还包括提供观察端口的透镜223，通过该观察端口能够观看显示设备。如本文所使用的，“透镜”是指单个透镜或多个透镜，诸如用于操作者每只眼睛的单独透镜，而“眼睛”是指操作者的单眼或双眼。在实施例中能够使用任何技术上可行的透镜，诸如具有高光焦度(optical power)的透镜。虽然包括通过其观看图像的透镜的显示单元在本文中被描述为参考示例，但是显示单元的一些实施例可以不包括这种透镜。例如，在一些实施例中，显示单元显示的图像能够经由允许观看所显示的图像的开口观看、直接观看显示单元的显示屏显示的图像、或者以任何其它技术上可行的方式观看。
在一些实施例中，显示单元206显示由成像设备(诸如，内窥镜)捕获的工作部位图像(例如医疗示例中的患者内部解剖体)。图像能够替代地描绘计算机生成的工作部位的虚拟表示。图像可以示出从动设备104的器械126的捕获图像或虚拟呈现，同时这些器械126中的一个或多个由操作者经由工作站102的引导输入设备(例如，引导输入设备106和/或显示单元206)控制。
在一些实施例中，显示单元206通过倾斜构件224被旋转耦接到臂支撑件204。在图示示例中，倾斜构件224通过旋转耦接件在第一端处被耦接到臂支撑件204的第二臂部分220，该旋转耦接件被配置为提供倾斜构件224与显示单元206围绕倾斜轴线226相对于第二臂部分220的旋转运动。
本文讨论的各种自由度中的每个都能够是被动的并且需要手动操纵才能移动，或者能够通过一个或多个致动器，诸如通过一个或多个马达、螺线管等来移动。例如，倾斜构件224和显示单元206围绕倾斜轴线226的旋转运动能够由一个或多个致动器驱动，诸如由在倾斜轴线226处或附近被耦接到倾斜构件的马达驱动。
显示单元206能够被旋转地耦接到倾斜构件224并且能够围绕偏航轴线230旋转。例如，从观看由显示单元206显示的图像的操作者的角度来看，旋转能够是横向旋转或左右旋转。在该示例中，显示单元206通过旋转机构被耦接到倾斜构件，旋转机构能够包括约束显示单元206运动的轨道机构。例如，在一些实施例中，轨道机构包括可滑动地接合轨道229的弯曲构件228，从而允许显示单元206通过沿轨道229移动弯曲构件228而围绕偏航轴线旋转。
因此，显示系统200能够为显示单元206提供竖向线性自由度216、水平线性自由度222和旋转(倾斜)自由度227。显示系统200的部件在这些自由度中的协调移动组合允许显示单元206根据操作者的偏好定位在各种方位和取向上。显示单元206在倾斜、水平和竖向自由度中的运动使得显示单元206能够靠近操作者的头部或与操作者的头部保持接触，诸如当显示系统200处于头部输入模式时，操作者通过头部运动提供头部输入。
在头部输入模式中，计算机辅助设备的控制系统基于选自由以下各项构成的组中的至少一个头部输入而命令可重新定位结构系统移动显示单元206：头部运动、头部的施加力和头部的施加扭矩。头部输入可以经由传感器获取，诸如设置在头枕242表面上的压力传感器、嵌入头枕242中或设置在头枕242的力/扭矩传递支撑件中的力和/或扭矩传感器、位于被耦接到头枕242的可重新定位结构中的传感器等。因此，在一些实施例中，操作者能够移动其头部以提供输入，从而控制显示单元206随头部移动，使得显示单元206看起来“跟随”头部运动。在各种实施例中，显示单元206在头部输入模式中的移动能够用于人体工程学调整，以使操作者能够将显示单元206用作用于命令操纵器臂的远程操作的输入设备等。
在各种实施例中，控制系统被配置为无头部输入模式、单一头部输入模式或多种不同的头部输入模式(例如，用于人体工程学调整的第一头部输入模式、用于远程操作的第二头部输入模式等)。在一些实施例中，头部在头部输入模式中的运动能够用于提供对捕获经由显示单元206和/或其它设备显示的图像的成像设备的方位和/或取向的远程操作控制。例如，控制系统能够被配置为使用对头部施加的力和/或扭矩、显示单元206的运动或被耦接到显示单元206的可重新定位结构的运动的测量，从而确定用于这种远程操作控制的远程操作命令。因此，在支持(一个或多个)头部输入模式的各种实施例中，控制系统能够被配置成使得显示单元206的运动与在头部输入模式中提供用于远程操作控制的命令无关，与在头部输入模式中提供用于远程操作控制的命令有关，或者与在第一种模式中提供用于远程操作控制的命令有关而与第二种模式无关。在支持头部输入模式的各种实施例中，控制系统还可以配置一个或多个其它模式，诸如无法通过头部输入命令显示单元206移动的模式，或者根本无法命令显示单元206移动的模式。此外，在一些实施例中，显示单元206由无法重新定位的结构支撑，即无法通过致动器系统进行物理移动。
在具有和不具有头部输入模式的实施例中，并且在以头部输入模式操作时，能够使用显示单元206以外的设备控制一个或多个器械(包含包括捕获经由显示单元206显示的图像的成像设备的器械)的方位和/或取向，诸如经由被操作者的手操纵的引导输入设备106。
示例性地，显示单元206被耦接到头枕242。在各种实施例中，头枕242能够与显示单元206分离或集成在显示单元206内。在一些实施例中，头枕242被耦接到显示单元206的表面，该表面在显示单元206的操作期间面向操作者的头部。头枕242被配置成能够接触操作者的头部，诸如操作者的前额。在一些实施例中，头枕242能够包括头部输入传感器，该传感器感测施加到头枕242或显示单元206的在透镜223上方的区域中的输入。头部输入传感器能够包括各种类型传感器中的任何一种，例如电阻传感器、电容传感器、力传感器、光学传感器等。在一些实施例中，头部输入传感器被配置为在操作者观看图像时与操作者的前额接触。在一些实施例中，头枕242是静态的，并且不会相对于显示单元206的壳体移动。在一些实施例中，头枕242被物理耦接到可重新定位结构系统。也就是说，头枕242被物理耦接到可重新定位结构系统中的至少一个可重新定位结构；在可重新定位结构系统包括多个可重新定位结构的情况下，头枕242可以通过被耦接到多个可重新定位结构中的仅一个来耦接到可重新定位结构系统。
例如，头枕242可以被安装在可重新定位结构(例如，连杆机构、线性滑轨和/或类似结构)上或以其它方式被物理地耦接到可重新定位结构，并且能够通过可重新定位结构的移动而相对于显示单元206的壳体移动。在一些实施例中，可重新定位结构可以通过手动操纵和/或驱动计算机辅助设备的致动器系统的一个或多个致动器的重新配置来移动。显示单元206能够包括一个或多个头部输入传感器，这些传感器感测操作者的头部输入，作为导致成像设备移动的命令，或者以其它方式使得呈现给操作者的图像中的视图更新(诸如通过图形渲染、数字缩放或平摇(panning)等)。此外，在一些实施例和一些操作实例中，所感测到的头部移动用于移动显示单元206以补偿头部移动。因此，即使当操作者执行头部移动以控制由成像设备提供的视图时，操作者头部的方位也能够相对于显示单元206的至少一部分，诸如相对于透镜223保持静止。
可以理解的是，图2仅示出了显示系统配置的示例。支持基于来自操作者的输入的显示单元206移动的替代性配置也是可能的。能够支持显示单元206并为其提供适合应用的自由度和运动范围的任何可重新定位的结构都能够用来代替图2中所示的配置。可移动显示系统的附加示例在标题为“可移动显示系统”的国际专利申请公开No.WO 2021/041249中有所描述，其通过引用并入到本文。
尽管本文主要针对作为接地机械结构(例如，显示系统200)一部分的显示单元206进行了描述，但在其它实施例中，显示单元能够是任何技术上可行的一个或多个显示设备。在所有这些情况下，都能够使用显示单元内部或外部的一个或多个加速度计、陀螺仪、惯性测量单元、相机和/或其它传感器来确定显示单元的方位和/或取向。
基于操作者的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数命令可重新定位结构
能够基于目标几何参数调整显示单元(或显示单元的透镜或头枕，如果显示单元具有透镜或被耦接到头枕的话)以重新定位操作者的(一个或多个)眼睛相对于显示单元所显示的(一个或多个)图像的几何关系。
图3示出了根据各种实施例的用于基于操作者头部的一个或多个部分与计算机辅助设备的一个或多个部分之间的几何参数来控制可重新定位结构系统的可重新定位结构的各种方法。在图3中，头部的一个或多个部分包括操作者的(一个或多个)眼睛，计算机辅助设备的一个或多个部分包括显示系统200的一个或多个部分(例如，其能够是显示系统200的显示单元206的一个或多个部分)。
如图所示，使用传感器数据确定几何参数。该几何参数代表操作者108的一个或多个眼睛(例如，眼睛302)与由显示系统200显示的图像之间的几何关系；例如，该几何关系可以是距操作者108的一个或多个眼睛(例如，眼睛302)和由显示系统200显示的图像的光学距离。几何参数是几何关系的代表，因为几何参数和几何关系之间存在静态变换或可确定的变换。例如，包括操作者的一个或多个眼睛到显示单元壳体特征之间距离的几何参数可以与关于该特征和其它显示单元部件之间的相对几何形状的信息、以及显示单元的光学元件的光学特性一起使用，以表示一个或多个眼睛到由显示单元所显示的(一个或多个)图像之间的光学距离的几何关系。相对几何形状可以通过显示单元的物理设计、校准测量值、被配置为用于检测显示单元配置的传感器或诸如此类得知。作为另一个示例，包括操作者的鼻子与被物理耦接到显示单元的可重新定位结构系统的可重新定位结构的连杆之间的相对位置的几何参数能够用于表示一个或多个眼睛与由显示单元显示的(一个或多个)图像之间的光学偏移的几何关系；操作者眼睛的位置能够从鼻子的位置确定。从传感器或预编程信息(例如，关于连杆长度等)中获得的可重新定位结构的运动学信息能够用来相对于鼻子或眼睛定位显示单元。然后，上述关于显示单元的类似信息能够用于将几何参数与几何关系相关联。如上所述，几何参数可以原封不动地用于确定命令运动，或能够用于在确定命令运动时提供几何关系的中间或最终计算。
作为一个具体示例，几何参数能够包括从操作者108的(一个或多个)眼睛(例如，眼睛302)到显示系统200的一个或多个部分的距离304。为说明起见，在此主要讨论以下示例，距离304是指从操作者的(一个或多个)眼睛(例如，眼睛302)到显示单元(例如，显示单元206)的一个或多个透镜(例如，透镜223)的距离。从(一个或多个)眼睛到透镜的距离在此也称为眼睛到透镜的距离；在这些示例中，一个或多个透镜的每个透镜都位于正在显示的图像位置和至少一个眼睛的预期位置之间。因此，在本文的大部分讨论中，眼到透镜的距离被用作参考示例。在各种实施例中，能够确定任何技术上可行的几何参数，这些参数能够代表操作者的(一个或多个)眼睛相对于显示单元所显示的(一个或多个)图像的几何关系。这些图像能够以显示在显示屏上、从显示屏和眼睛之间的透镜或其它光学元件、或以任何其它技术上可行的方式观看。对于命令运动，可以计算几何关系，也可以不计算几何关系，命令运动能够基于确定的几何参数，或者基于通过使用由几何参数(例如，如果计算出几何关系，则使用几何关系)得出的信息的几何参数。
在一些实施例中，几何参数是头部的一部分相对于计算机辅助设备的一部分的几何参数，其中计算机辅助设备的一部分选自由以下各项构成的组：显示单元的部分和可重新定位结构系统的部分。在一些实施例中，几何参数包括从头部的一部分到计算机辅助设备的一部分的距离。作为一些示例，几何参数能够是操作者头部的(一个或多个)部分到显示单元的(一个或多个)部分的距离、头部的(一个或多个)部分到被物理耦接到显示单元的可重新定位结构系统的(一个或多个)部分的距离、头部的(一个或多个)部分相对于显示单元的(一个或多个)部分的位置、头部的(一个或多个)部分相对于可重新定位结构系统的(一个或多个)部分的位置，和/或类似参数。在一些实施例中，几何参数能够是操作者的至少一个眼睛到显示单元的透镜的距离、至少一个眼睛到显示单元的透镜以外的部分的距离、至少一只眼睛到由显示单元显示的(一个或多个)图像的距离，和/或类似参数。在各种实施例中，前面提到的距离可以是按比例或不按比例的分离距离。在一些实施例中，该距离或代表操作者108的(一个或多个)眼睛相对于由显示单元所显示的(一个或多个)图像的几何关系的另一几何参数，诸如上述几何参数中的一个，其能够以任何技术上可行的方式确定。
显示单元通过被物理耦接到可重新定位结构系统的至少一个可重新定位结构而被物理耦接到可重新定位结构系统。因此，如果可重新定位结构系统包括多个可重新定位结构，则并非所有的多个可重新定位结构都需要被物理耦接到显示单元。
在一些实施例中，头部的一个或多个部分包括至少一个眼睛。在一些实施例中，计算机辅助设备的一个或多个部分(例如，显示系统200)包括选自由以下各项构成组的部分：显示单元的部分(例如，显示单元206)和被配置为物理耦接到显示单元的可重新定位结构系统的部分。在一些实施例中，计算机辅助设备的一个或多个部分包括选自由以下各项构成组的部分：显示单元的透镜、显示单元的壳体、显示单元的显示屏幕表面以及可重新定位结构系统的连杆。
然后，透镜223或显示系统200的(一个或多个)其它部分能够基于目标参数，诸如相对于操作者108的眼睛302或操作者108头部的(一个或多个)其它部分的目标距离(例如，15-20mm)或目标位置来重新定位。在本示例中，根据基于目标参数确定的命令运动移动显示单元206使显示单元206相对于眼睛302移动，从而使眼睛302和由显示单元206显示的图像具有更新的几何关系，该几何关系能够用更新的几何参数表示，其中更新的几何参数与目标参数的差值小于先前的几何参数与目标参数的差值。因此，基于命令运动来移动被耦接到显示单元206的可重新定位结构系统将导致至少一个眼睛相对于图像具有更新的几何关系；更新的几何关系可由更新的几何参数表示，该更新的几何参数与目标参数的差值小于(原始)几何参数。
目标参数是格式与上述几何参数类似的几何参数。但是，目标参数与几何关系的目标相关联，几何关系的目标由在显示系统200操作期间测量的或以其它方式确定的几何参数所表示。例如，目标参数能够基于从透镜223到与透镜223相关联的焦点(未示出)的距离或从透镜223到观察区(未示出)的距离来设定，在观察区内，操作者108的眼睛302能够以可接受的焦距和准确度感知由显示单元206通过透镜223显示的任何信息。基于目标参数重新定位透镜223或显示系统200的(一个或多个)其它部分能够改善操作者108对由显示单元206显示的图像的观察，诸如提高操作者108看到经由显示单元206显示的整个图像的能力和/或看到适当融合的图像的能力，适当融合的图像将由不同眼睛看到的图像组合。目标参数能够部分地基于显示单元中包括的透镜类型、显示单元的一个或多个显示相关特性(例如，显示单元是否包括透镜、使用的显示技术和/或类似技术)、显示单元的物理配置(例如，透镜相对于显示单元的显示屏幕或光学元件的位置)、校准程序和/或操作者偏好以及其他因素而被限定。
在一些实施例中，在操作者108完成对显示单元206的方位的手动调整时，目标参数能够被设定为眼睛302(或者操作者108头部的(一个或多个)其它部分)与显示系统200的(一个或多个)部分(诸如，透镜223)的距离，或者显示系统200的(一个或多个)部分相对于眼睛302的位置。例如，操作者108能够按下按钮、操作手指开关或以其它方式使显示单元206移动，从而使操作者108能够舒适地观看显示的图像。操作者108的这些调整能够成为校准程序的一部分，并且目标参数能够被设定为从眼睛302(或操作者108头部的(一个或多个)其它部分)到显示系统200的(一个或多个)部分的距离(例如，眼睛到透镜的距离)，或者在调整完成时显示系统的(一个或多个)部分相对于眼睛302(或操作者108头部的(一个或多个)其它部分)的位置。
在一些示例中，能够在每个透镜223的后面或其它地方放置相机或其它成像设备，以捕获操作者108的一个或两个眼睛302的图像。图4示出了显示系统200的一个示例配置，其中相机402和404分别被放置在每个透镜223和一个或多个光学元件的后面。根据不同的实施例，每个相机402、404被放置在光学元件后面，光学元件包括半银镜406，半银镜406有助于将相机402和404隐藏起来，使操作者108无法看到。相对于半银镜406，相机402、404然后被放置在远离操作者108的方向上。在一些实施例中，显示图像能够被投射到半银镜406上。在其它实施例中，相机402、404或其它成像设备能够被放置在其它地方。例如，相机能够被放置在显示单元206内不易被操作者108看到的黑暗位置。作为另一示例，能够使用光纤(例如，光纤相机中的光纤)、透镜和/或反射镜将视线引向位于其它地方的一个或多个相机。作为进一步的示例，半银镜406能够被(一个或多个)其它光学元件所取代，并且相机能够被放置在(一个或多个)其它光学元件的后面。
作为示例，在操作中，操作者108的眼睛302与透镜223之间的距离304或如上所述的另一几何参数(例如，眼睛302与显示在半银镜406上的图像之间的距离408)，能够通过估计由相机402和404(或其它相机或成像设备)捕获的图像中操作者108的瞳孔之间的距离(此处也称为“瞳孔间距”)并将所估计的距离与操作者108的瞳孔之间的参考距离进行比较而被确定。应当理解的是，当操作者108的眼睛302远离透镜223和显示系统200的(一个或多个)其它部分移动时，诸如当操作者108移动和/或倾斜其头部远离时，所捕获到的图像中瞳孔之间的距离相对于瞳孔之间的参考距离会减小，反之亦然。能够使用机器学习和/或任何其它计算机视觉技术在捕获的图像中检测到瞳孔。所估计的距离能够以任何技术上可行的方式确定，包括通过将图像的像素中的距离转换为现实世界中的距离。瞳孔间的参考距离能够以任何技术上可行的方式获得，诸如使用市售的设备，其测量操作者108的瞳孔间距，然后将其存储在操作者的配置文件中；使用图形用户界面，其允许操作者108输入其瞳孔间距；和/或在未测量特定操作者的瞳孔间距时使用默认距离。例如，默认距离能够在62-65mm之间。然后，距离304、或上述另一几何参数，能够通过将所估计的距离输入到函数(例如，线性函数、非线性函数)或查找表或其它构造来计算，函数或查找表或其它构造将所估计的距离和参考距离之间的比率与距离304或其它几何参数相关。函数、查找表或其它构造能够以任何技术上可行的方式得到，诸如通过数据的外推或内插，包括通过线性回归。
作为另一示例，距离304、或另一几何参数，能够通过使用类似函数(例如，线性函数、非线性函数)或查找表或其它构造将被捕获的图像中检测到的眼睛302的虹膜或其它不可变特征的尺寸与虹膜或其它不可变特征的参考尺寸进行比较来确定。例如，尺寸能够是虹膜的直径。与参考瞳孔间距类似，在一些实施例中，虹膜或其它不可变特征的参考尺寸能够是测量尺寸、用户输入尺寸或默认尺寸(例如，虹膜平均直径)。在其它实施例中，当不知道特定操作者的瞳孔间距或虹膜或其它不可变特征的尺寸时，不对显示单元206、透镜223或头枕242进行调整以重新定位透镜223相对于操作者108的眼睛302的位置。在更进一步的实施例中，当瞳孔间距或虹膜的尺寸或其它不可变的特征对于操作者108来说不可知时，能够对显示单元206、透镜223或头枕242进行调整以将透镜223或显示系统200的(一个或多个)其它部分重新定位在相对于操作者108的眼睛302的默认目标距离。
在一些示例中，能够在每个透镜223的后面或其它地方放置一对相机或其它成像设备，以捕获操作者108的一个或两个眼睛302的立体图像。图5示出了显示系统200的示例配置，根据各种实施例，其中一对相机502-504和506-508被放置在每个透镜223的后面，并且使用半银镜510将相机502、504、506和508相对于操作者108隐藏。类似于上文结合图4的描述，在一些实施例中，显示图像能够被投射到半银镜510上。在其它实施例中，一对相机能够被放置在其它地方。与上面结合图4的描述类似，在一些实施例中，能够将相机放置在显示单元206内的黑暗位置，能够将相机放置在半银镜以外的光学元件后面，或者能够使用光纤(例如，光纤相机中的光纤)、透镜和/或反射镜将视线引向被放置在其它地方的一个或多个相机。在操作中，经由机器学习和/或任何其它计算机视觉技术，能够基于立体图像中检测到的瞳孔之间的视差来确定操作者108的每个眼睛302与对应透镜223之间的距离，或如上所述的另一几何参数(例如，眼睛302与半银镜510上显示的图像之间的距离408)。当操作者108的每个眼睛302与对应的透镜223或显示系统200的其它部分之间的距离、或每个眼睛的其它几何参数被确定为不同时，能够对不同的距离(或其它几何参数)进行聚合(例如，平均)以确定距离304或被聚合的其它几何参数。
在一些示例中，一个或多个相机能够被定位成捕获操作者108的一个或多个不同视图。图6示出了根据各种实施例的显示系统200的示例配置，其中相机602和604用于捕获操作者108的两个视图的图像。虽然为了说明的目的示出了两个相机602和604，但在一些实施例中，显示系统能够包括一个或一组相机，这些相机被定位成捕获操作者108的任意数量的视图。例如，一些实施例能够包括捕获操作者108的一个视图的单个相机。在操作中，从操作者108的每个眼睛302到对应透镜223的距离，或如上所述的另一几何参数(例如，每个眼睛302与显示屏幕(未示出)上显示的图像之间的距离，其在相机602和604所捕获的图像中)，能够通过缩放相机602或604捕获的图像中，眼睛302或操作者108的头部的(一个或多个)其它部分与对应透镜223或显示系统的(一个或多个)其它部分之间的距离来确定。操作者108的眼睛302和透镜223、或操作者108的(一个或多个)其它部分和显示系统200的(一个或多个)其它部分，能够使用机器学习或任何其它计算机视觉技术在相机602和604所捕获的图像中检测到。假定所捕获的图像内操作者108的深度(即，与观看者的距离)是已知的，则图像中眼睛302与对应透镜223之间、或操作者108的头部的(一个或多个)其它部分与显示系统200的(一个或多个)部分之间的像素距离能够通过与深度成比例的缩放因子进行缩放，以确定眼睛302与对应透镜223之间或操作者108的头部的(一个或多个)其它部分与显示系统200的(一个或多个)其它部分之间的实际距离。
作为仅能够在图像中捕获到操作者108的眼睛302或头部的(一个或多个)其它部分(而不是透镜223或显示系统200的(一个或多个)其它部分)时使用的另一示例，可以执行以下技术。眼睛302和对应透镜223之间的距离或其它几何参数，能够基于眼睛302或操作者108的头部的(一个或多个)其它部分在所捕获的图像中的一个图像中的方位、和显示系统200的对应透镜223或(一个或多个)其它部分的参考方位来确定。当确定操作者108的每个眼睛302或头部部分与显示系统200的对应透镜223或(一个或多个)其它部分之间的距离不同时，能够对不同的距离进行聚合(例如，平均)，以确定距离304或其它几何参数。替代性地，在一些实施例中，能够确定操作者108的一个眼睛302或头部的其它部分与显示系统200的对应透镜223或(一个或多个)其它部分之间的单一距离，并将该单一距离用作距离304或其它几何参数。
在一些示例中，能够使用飞行时间传感器或其它传感器设备来测量与操作者108脸上的点的距离。图7示出了根据各种实施例的其中显示系统200包括显示单元206内的飞行时间传感器702和相机704的示例。飞行时间传感器702能够是任何技术上可行的传感器，其能够发射信号并测量这些信号返回飞行时间传感器702的时间。然后能够将返回时间转换为距离测量值。例如，在一些实施例中，飞行时间传感器702能够是LiDAR(光探测和测距)传感器。在一些实施例中能够用于测量距离的其它传感器设备包括被直接或间接耦接到头部的加速度计或惯性传感器、相机、具有被直接或间接耦接到头部的发射器或接收器的发射器-接收器系统，或它们的组合。在操作中，距离304或如上所述的另一几何参数(例如、操作者的眼睛302与显示屏幕708上显示的图像之间的距离706)，能够通过在相机704(或其它成像设备)所捕获的图像中检测操作者108的眼睛302或头部的(一个或多个)其它部分来确定，并基于与眼睛302或头部的(一个或多个)其它部分相对应的飞行时间测量数据(或其它传感器数据)计算距离304或操作者头部的(一个或多个)其它部分到显示系统200的(一个或多个)部分的距离。能够使用机器学习和/或任何其它计算机视觉技术检测眼睛302或头部的(一个或多个)其它部分，并且能够检测或以其它方式使用飞行时间测量数据中的对应点来确定每个眼睛302与对应透镜223之间的距离，或操作者108的头部的(一个或多个)其它部分到显示系统200的(一个或多个)其它部分的距离。
此外，当针对不同眼睛302的距离或其它参数不同时，能够对针对操作者108的每个眼睛302或头部的部分计算的距离或另一几何参数进行平均以确定距离304或聚合的其它参数。替代性地，在一些实施例中，能够确定操作者108的一个眼睛302或头部的其它部分与显示系统200的对应透镜223或(一个或多个)其它部分之间的单一距离或其它几何参数，并且单一距离能够用作距离304或其它几何参数。
需要注意的是，上文结合图8-图9所描述的由操作者108侧面的相机和飞行时间传感器测量的距离是物理距离。相比之下，上面结合图6-图7所描述的由指向操作者108眼睛302的相机和成对相机测量的距离是光学距离，它能够根据例如操作者108是否戴眼镜而改变。经验表明，基于光学距离对透镜相对于操作者108的眼睛302进行重新定位比基于物理距离进行重新定位更准确。
回到图3，在如上所述的距离304或另一几何参数确定之后，显示系统200的透镜223或(一个或多个)其它部分能够基于目标参数以任何技术上可行的方式相对于操作者108的眼睛302或头部的(一个或多个)其它部分重新定位。在一些示例中，控制模块170能够向显示单元206所被物理耦接到的可重新定位结构系统的关节的致动器的控制器发出命令，以使显示单元206在与操作者108的视线方向平行的“Z”方向上移动。图3示出了显示单元206在“Z”方向(即由内向外)上的增大距离304或另一几何参数的移动306示例。如图所示，显示单元206总体上能够在Z方向上以DOF 322被移动得更接近或更远离操作者108的眼睛302。在一些实施例中，显示单元206也能够是以其它DOF可移动(未示出)。
例如，在一些实施例中，控制模块170能够基于以下各项确定如上所述的距离304、或另一几何参数：所捕获的图像中的所估计的瞳孔间距和将所估计的瞳孔间距和参考瞳孔间距之间的比率与距离304或其它几何参数相关的函数(例如，线性函数或非线性函数)或查找表或其它构造；所捕获的图像中眼睛302的虹膜或其它不可变特征的尺寸；立体图像中检测到的瞳孔之间的视差；在操作者108的头部的侧视图图像中，操作者108的眼睛302或头部的(一个或多个)其他部分与显示系统200的透镜或(一个或多个)其他部分之间的距离；或者对应于操作者108的眼睛302或头部的(一个或多个)其他部分的飞行时间传感器数据，如上文结合图6-图9所描述的。然后，控制模块170能够确定显示单元206的以自由度222由内向外的移动，如上文结合图2所描述的，使得显示系统200的透镜223或(一个或多个)其它部分从相对于操作者108的眼睛302的确定距离304或其它几何参数移动到相对于操作者108的眼睛302的目标距离或另一目标参数。此后，控制模块170能够直接或间接地向一个或多个致动器312发出一个或多个命令，使得显示单元206以上述结合图2描述的线性自由度222线性平移，使得被耦接到第二臂部分的显示单元206根据确定的移动来移动。
在一些实施例中，控制模块170能够进一步命令致动器系统中的另一个致动器按照第二命令运动驱动可重新定位结构系统，并使头枕242相对于显示单元206以与头枕242在没有第二命令运动的情况下会经历的第一命令运动相同的幅度和相反的方向移动(在此也称为“互补运动”)；这种技术能够以一个或多个自由度保持头枕242，诸如头枕242在一个或多个维度上的方位和/或头枕242围绕一个或多个轴线的取向。当操作者108的头部与头枕242接触时，以一个或多个自由度保持头枕242能够减少操作者108头部方位的运动。在这种情况下，头枕242能够相对于操作者108的头部和/或相对于共同参照系诸如世界系保持基本静止，而可重新定位结构的其它关节被移动以移动显示单元206。例如，在一些实施例中，显示系统200包括单个可重新定位结构，其具有能够用于移动显示单元206的若干自由度和能够用于相对于显示单元206移动头枕242的额外自由度，其被示出为自由度320。在其它实施例中，显示单元206能够被安装或以其它方式被物理耦接到可重新定位结构系统的第一可重新定位结构，并且头枕242能够被安装或以其它方式被物理耦接到可重新定位结构的第二可重新定位结构，其使头枕242沿自由度320移动。第二可重新定位结构能够从第一可重新定位结构物理延伸，或与第一可重新定位结构物理分离。图3中显示了头枕242以与示例移动306相同的幅度和相反的方向进行互补运动308的示例，其使头枕242远离显示单元206移动。作为另一示例，当显示单元206的运动朝向操作者108移动时，互补运动能够使头枕242靠近显示单元206移动。由于显示单元206的运动和头枕242的互补运动，能够改变如上所述的距离304或另一几何参数，同时头枕242相对于操作者108保持静止。更一般地说，在一些实施例中，当显示单元206和头枕242的基座在共同参考系中移动时，可重新定位结构系统能够基于命令运动来移动以在共同参考系中以至少一个自由度保持头枕242。控制模块170能够直接或间接地向一个或多个致动器(例如，致动器316)发出一个或多个命令，使头枕242根据互补移动来移动。
在一些实施例中，致动器316是线性致动器，其被配置为沿Z轴移动/调整头枕242的方位，以在平行于透镜223的光学轴线的方向上主动定位操作者108的头部。在操作中，致动器316能够由任何技术上可行的控制系统(诸如控制模块170和/或操作者输入)进行控制，从而移动头枕242。特别地，在一些实施例中，控制系统和/或操作者输入设备能够直接或间接地与致动器316中包括的编码器(未示出)通信，以促使马达旋转滚珠丝杠(ballscrew)(未示出)。随着滚珠丝杠的旋转，被耦接到滑橇(sled)330上的滚珠丝杠螺母(未示出)在轨道(未示出)上沿Z轴移动。滑橇330进而被耦接到头枕242的轴332上，并与导轨滑动连接。因此，头枕242可以沿Z轴移动。虽然本文主要针对滚珠丝杠线性致动器进行了描述，但根据本公开内容，还能够采用其它机构来调整/移动显示单元的头枕。例如，根据本公开，能够采用其它机电或机械、液压、气动或压电致动器来移动显示单元的可调节头枕。作为示例，能够采用齿轮线性致动器或运动学机构/连杆机构来移动头枕242。可移动显示系统的其它示例在美国临时专利申请No.63/270,418中进行了描述，其具有代理人备案号P06424-US-PRV，于2021年10月21日提交，标题为“Adjustable Headrest for a Display Unit(用于显示单元的可调节头枕)”，其通过引用并入本文。
在一些包括透镜或显示屏的实施例中，透镜(例如，透镜223)或显示屏能够与显示单元206的其余部分分开移动。例如，透镜223或显示屏幕能够被耦接到轨道或推车机构，其允许透镜223或显示屏幕相对于显示单元206沿由内到外的方向移动。如本文所使用的，内到外方向是与操作者108的视线方向平行的方向。图3示出了透镜223沿增大的距离304的方向的示例移动310。如图所示，透镜223一般能够在Z方向上以DOF 324靠近或远离操作者108的眼睛302移动。与头枕242类似，在一些实施例中，每个透镜223都被耦接到沿导轨滑动的对应滑橇334上，通过命令对应的致动器314使马达转动滚珠丝杠，能够在Z方向上移动透镜223，滚珠丝杠移动被耦接到滑橇334的滚珠丝杠螺母，滑橇334被耦接到透镜223。在其它实施例中，根据本公开，能够采用替代性机构来相对于显示单元的其它部件(例如，显示单元的壳体)调整/移动显示单元的透镜或显示屏幕。例如，根据本公开，能够采用其它机电或机械、液压、气动或压电致动器来移动透镜或显示屏幕。在一些示例中，控制模块170能够确定透镜223(或显示屏幕)的从相对于操作者108的眼睛302的确定距离304到相对于操作者108的眼睛302的目标距离的由内到外的移动，而不依赖于显示单元206的(一个或多个)其它部件。然后，控制模块170能够直接或间接地向被耦接到透镜的致动器314发出命令，以使透镜223(或显示屏幕)根据所确定的移动而移动。
在一些示例中，头枕242能够相对于显示单元206沿由内到外的方向移动，使得操作者108的与头枕242接触的头部相对于透镜223或显示系统200的(一个或多个)其它部分移动得更近或更远。在一些示例中，控制模块170能够进一步确定透镜223或显示系统200的(一个或多个)其它部分的由内到外的移动，使得操作者108的与头枕242接触的头部相对于透镜223移动，以便眼镜到透镜的距离或另一几何参数从所确定的距离或其它几何参数变为相对于操作者108的眼睛302的目标距离或另一目标参数。然后，控制模块170能够向头枕242被安装到或以其它方式被物理耦接到其上的可重新定位结构的一个或多个关节的控制器发送命令，以根据所确定的移动引起头枕242的移动。例如，基于所确定的移动，控制模块170能够直接或间接地向致动器316发出一个或多个命令，如上文结合头枕242的互补运动所描述的，以移动头枕242，使操作者108的眼睛302相对于透镜223移动到目标距离，或根据另一目标参数移动。更一般地说，在一些实施例中，当显示单元206在共同参考系中移动时，头枕242被物理耦接到其上的可重新定位结构能够基于命令运动来移动，以在共同参考系中以至少一个自由度保持头枕242。尽管本文主要针对头枕242在内到外方向上的移动进行了描述，但在其它实施例中，头枕242还能够在其它方向和/或旋转方向上移动，诸如基于操作者108的眼睛302的运动围绕偏航轴线230移动。
在具有头部输入模式的一些实施例中，当控制系统处于头部输入模式和控制系统不处于头部输入模式时，目标参数不会不同。在具有头部输入模式的一些实施例中，针对可重新定位结构系统移动(例如，移动头枕、移动显示单元206的整体、移动透镜223或显示单元206的(一个或多个)其它部分)而确定的命令运动基于与不处于头部输入模式时所使用的目标参数不同的第二目标参数。这种差异能够是暂时的，并随着在头部输入模式中的时间的流逝而减小，或者在头部输入模式中时部分或完全保持。
头部输入模式能够以任何技术上可行的方式进入。在一些实施例中，头部输入模式能够响应于按钮被按下、由手部输入传感器(例如，手部输入传感器240a-b)感测到的手部输入满足特定标准等而进入。在一些实施例中，当进入头部输入模式时，能够命令可重新定位结构系统通过移动显示单元206、头枕242或显示单元206和头枕242两者来相对于显示单元206重新定位头枕242，以便使头枕242远离显示单元206移动。例如，可以将头枕重新定位到相对于显示单元206的延伸方位。例如，头枕242可以延伸到系统限定的最远延伸。然后，头枕242的延伸能够在头部输入模式中保持不变、或响应于时间的推移、退出头部输入模式或其它触发事件逐渐或逐步减小。作为示例，头枕242可以基于独立于目标参数限定的值，以增大的距离(例如，距显示单元206的最大允许距离)延伸。该值然后能够被降低，其也是独立于目标参数的。在一些实施例中，当进入头部输入模式时，系统能够使用不同于非头部输入模式(“普通”)目标参数的第二目标参数。例如，第二目标参数能够对应于头枕242相对于显示单元206的较大的延伸(例如，最大允许延伸或其它一些限定的延伸)。作为特定的示例，增大的延伸能够对应于头枕242和显示单元206之间25mm的分离距离，而非头部输入的普通目标距离可以是15到20mm。然后，系统能够限定与头枕242相对于显示单元206的更小延伸对应的进一步的目标参数序列，并以与头部输入模式无关联的目标参数(其可以等于普通目标参数)结束。目标参数的序列能够在若干时间步骤内或通过遵循斜坡或任何其它单调时间函数将目标参数从第二目标参数减小到普通目标参数。目标距离或其它目标参数的这种减小在这里也被称为“稳步变化(ratchet)”，因为目标距离或其它目标参数实际上是从增大的距离稳步变化到普通目标距离。例如，系统能够在一时间段内确定进一步目标参数的序列，每个进一步目标参数介于第二目标参数和普通目标参数之间，并且比序列中紧接着的前一个进一步目标参数更接近普通目标参数。然后，控制系统能够在该时间段期间或该时间段后不久，根据基于进一步目标参数值确定的进一步命令运动，命令致动器系统驱动可重新定位结构系统，使得头枕242能够被相应地重新定位。头枕的延伸量或目标参数值的改变能够响应于触发事件，诸如进入头部输入模式后经过一时间段、致动器系统基于第二命令运动已移动第二可重新定位结构后经过限定的持续时间、显示单元206的速度和/或加速度的大小减小到低于速度和/或加速度的阈值大小、或者退出头部输入模式。
在一些实施例中，在进入头部输入模式后，暂时或在整个头部输入模式期间使用另一目标参数来改变系统的行为。例如，另一目标参数可能对应于与非头部输入(“原始”)目标参数相关联的分离距离相比增大的分离距离(例如，最大可接受距离或其它更大的距离)。基于该另一目标参数确定命令运动，并相应地命令致动器系统移动可重新定位的结构系统。
在行为被临时化的情况下，控制系统能够确定目标参数的序列，其对应于将分离距离减小回到如上所描述的非头部输入目标距离。在其它实施例中，目标参数能够在一个步骤中被重新设定为非头部输入目标参数，使得在一个步骤中将增大的距离重新设定为普通目标距离。应该理解的是，目标参数能够被改变，而不考虑对当前几何参数或任何传感器信号的任何确定(例如，能够仅仅响应于进入头部输入模式而改变)。临时使用第二目标参数来增大分离距离能够帮助防止操作者108的头部无意中接触到显示单元206的部分。当显示系统200被配置为在头部输入模式中通过头枕242而不是显示单元206的其它部分接收头部输入(例如，力)时，如果操作者的头部接触到显示单元206的头枕242以外的部分，那么头部提供的一些输入(例如，力、扭矩)能够通过显示单元206的该部分而不是头枕242传输。在这种情况下，头部输入将不会被准确感测，系统响应可能变得错误、非预期或以其它方式失常。
在一些实施例中，目标参数在预定的持续时间内(例如，30秒至几分钟)变为与增大的距离对应的参数，预定持续时间的流逝是触发事件，其导致进一步的目标参数的序列在一时间段内(例如，10至30秒)将对应的分离距离减小回到普通目标距离。在一些实施例中，显示单元206的随操作者的头部的运动的速度大小降低到低于速度阈值大小(例如，每轴0.5rads/s)和/或显示单元206的加速度大小降低到低于加速度阈值大小是触发事件，触发事件导致与目标距离对应的目标参数的序列在一时间段内(例如，2至5秒)减小回到普通目标距离。在这种情况下，当速度超过速度的阈值大小和/或加速度再次超过加速度的阈值大小时，能够暂停减小，直到速度的大小减小到速度的阈值大小以下和/或加速度的大小减小到加速度的阈值大小以下。在更进一步的实施例中，退出头部输入模式或另一模式是触发事件，触发事件会导致与目标距离对应的更多目标参数的序列在一时间段内(例如，2至5秒)不减小回到普通目标距离或其他目标参数。在这种情况下，当计算机辅助设备的控制系统处于头部输入模式时，能够降低用户接触显示单元206的可能性(诸如，用户的面部与显示单元保持距离)。在结合图3描述的示例中，逆运动学能够用于计算与显示单元206和/或显示单元206、头枕242和/或透镜223被物理耦接到其上的可重新定位结构系统相关联的关节的关节速度或方位，这将使显示单元206、头枕242和/或透镜223移动朝向实现命令运动。
在一些实施例中，本文所描述的各种参数，诸如目标参数、时间段、速度和/或加速度的阈值大小、缩放因子等，能够基于透镜的类型、显示单元的类型、可重新定位结构系统的类型、操作者的偏好、工作部位处正在执行的程序的类型、校准程序以及其他因素中的一个或多个来确定。
图8示出了根据各种实施例的用于调整操作者头部的一个或多个部分与显示系统的一个或多个部分之间的几何关系(在图8的示例的部分中使用了距离)的方法800的简化图。方法800的一个或多个过程802-816可以至少部分以存储在非临时、有形、机器可读介质上的可执行代码的形式实现，当由一个或多个处理器(例如，控制系统140中的处理器150)运行时，可执行代码可以使一个或多个处理器执行一个或多个过程802-816。在一些实施例中，方法800可以由一个或多个模块来执行，诸如控制模块170。在一些实施例中，方法800可以包括额外的过程，其未被示出。在一些实施例中，一个或多个过程802-816可以至少部分地由控制系统140的一个或多个模块执行。
如图所示，方法800在过程802处开始，其中接收与操作者(例如，操作者108)的头部相关联的传感器数据。能够接收任何技术上可行的传感器数据，诸如来自相机404、502、504、506、508、602、602、704和/或来自上述结合图6-图9所述配置中的一者的飞行时间传感器702的图像和/或飞行时间数据。
在过程804处，基于传感器数据确定代表操作者的(一个或以上)眼睛相对于显示单元所显示的图像的几何关系的几何参数。上文结合图3描述了几何参数的示例。几何参数能够以任何技术上可行的方式确定，诸如基于下述各项：所捕获图像中的所估计的瞳孔间距和将所估计的瞳孔间距和参考瞳孔间距之间的比率与眼睛到透镜的距离相关的函数(例如，线性函数或非线性函数)或查找表或其他结构；所捕获图像中眼睛的虹膜或其他不可变特征的尺寸；在操作者的头部的侧视图图像中，缩放操作者头部的眼睛或(一个或多个)其他部分与显示系统的(一个或多个)部分之间的距离或位置；或飞行时间传感器数据，如上文结合图5-图9所描述的。如果为操作者的两个眼睛分别确定了几何参数，在一些实施例中能够对这些几何参数进行平均。在其他实施例中，操作者的一个眼睛或头部的其它部分相对于显示系统的(一个或多个)部分的单个几何参数能够被确定，并其在过程804处用作几何参数。
在过程806处，基于在过程804处确定的几何参数和目标参数来确定显示单元、被耦接到显示单元的可重新定位结构系统、头枕(例如，头枕242)或透镜的命令运动。命令运动是在平行于操作者视线方向(例如，图3中的方向Z)的方向上的运动，该运动将显示单元、可重新定位结构系统、头枕或透镜从当前位置移动，以便显示系统的一个或多个部分相对于操作者的眼睛是目标参数(例如，目标距离)，即眼睛相对于显示系统的一个或多个部分的几何参数等于目标参数。在其他实施例中，命令运动能够包括显示单元、可重新定位结构系统、头枕和/或透镜的组合在平行于操作者视线方向的方向上的运动。当确定了用于移动显示单元的命令运动时，还能够确定头枕的互补运动。互补运动在上文结合图3进行了描述。通过根据命令运动移动显示单元和根据互补运动移动头枕，能够在至少一个维度上保持头枕的方位和/或取向。这样做能够帮助减少操作者的头部所需的头部运动量，或者使其头部与头枕接触的操作者的头部方位基本保持不变。
可重新定位结构系统被物理耦接到显示单元、头枕和/或透镜。在过程808处，基于命令运动来致动可重新定位结构系统。在一些实施例中，能够通过向被配置为移动可重新定位结构系统的致动器系统的一个或多个致动器(例如，上面结合图3描述的致动器312、314和/或316)传输信号诸如电压、电流、脉宽调制等，来致动可重新定位结构系统，其中显示单元、可重新定位结构系统、头枕或透镜被安装到或以其他方式所被耦接到该可重新定位结构系统。致动器系统的致动器可以位于可重新定位结构中，或至少部分地与可重新定位结构系统分离，其动力和扭矩通过一个或多个传动部件传递到可重新定位结构系统。在一些实施例中，当显示单元被耦接到其上的第一可重新定位结构基于用于移动显示单元命令运动被致动时，头枕被耦接到其上的第二可重新定位结构能够基于第二命令运动与命令运动同时或在命令运动的一时间段内移动。第二命令运动能够被确定为当显示单元被移动(而不是在共同参照系中以至少一个自由度保持头枕保持)时，在共同参考系诸如世界系中以至少一个自由度保持头枕。
在过程810处，当检测到操作者对显示单元或可重新定位结构系统的方位进行调整时，则在过程812处，基于调整后的显示单元方位或可重新定位结构系统方位重新设定目标参数。尽管过程810-812被显示为过程808之后的过程，但在一些实施例中，目标参数能够基于操作者在任何时候对显示单元或可重新定位结构系统的方位的调整而被重新设定。
替代性地，当在过程814处检测到操作者没有调整显示单元或可重新定位结构系统的方位时，并且在过程816处重新设定目标参数之后，方法800返回到过程802，其中接收与操作者的一个或两个眼睛相关联的附加传感器数据。
图9示出了根据各种实施例的用于响应于进入到模式而调整可重新定位结构系统的方法的简化图，在该模式中显示单元基于头部力和/或扭矩测量值而被命令移动。方法900的一个或多个过程902-908可以至少部分以存储在非暂时性、有形、机器可读介质上的可执行代码的形式实现，当由一个或多个处理器(例如，控制系统140中的处理器150)运行时，可执行代码可以使一个或多个处理器执行一个或多个过程902-908。在一些实施例中，方法900可以由一个或多个模块来执行，诸如控制模块170。在一些实施例中，方法900可以包括额外的过程，这些过程未被示出。在一些实施例中，一个或多个过程902-908可以至少部分地由控制系统140的一个或多个模块执行。
如图所示，方法900在过程902处开始，其中控制系统进入头部输入模式，在该头部输入模式中基于头部施加的力，和/或头部施加的扭矩，和/或头部运动(例如，方位、速度、加速度的变化)驱动显示单元(例如，显示单元206)的方位和/或取向。头部输入可以通过传感器获得的一个或多个测量值来检测。头部输入模式响应于操作者(例如，操作者108)的输入而进入。例如，该模式能够是上文结合图1-图2所述的头部输入模式。头部输入模式能够以任何技术上可行的方式进入，诸如响应于操作者按下按钮、由手部输入传感器(例如，手部输入传感器240a-b)感测到的符合特定标准的手部输入等等。
在过程904处，基于操作者的头部的一个或多个部分(例如，眼睛302)相对于显示系统的一个或多个部分(例如，透镜223)的第一目标参数，致动可重新定位结构，显示单元或头枕(例如，头枕242)被安装或以其他方式被耦接到该可重新定位结构。在一些实施例中，第一目标参数是最大可接受的分离距离，诸如25mm。在一些实施例中，能够执行上文结合图8描述的方法800，以将显示系统或头枕相对于操作者的眼睛移动第一目标参数。
在过程906处，响应于触发事件，基于从第一目标参数跨至第二目标参数的目标参数的序列，致动被耦接到显示单元或头枕的可重新定位结构。在一些实施例中，触发事件是在计算机辅助设备的控制系统已经进入基于头部力和/或扭矩测量值来驱动显示单元的方位的模式之后经过了限定的持续时间。例如，持续时间能够在30秒到几分钟之间。在一些实施例中，触发事件是显示单元的速度大小减小到小于速度阈值大小和/或显示单元的加速度大小减小到小于加速度阈值大小。在这种情况下，当速度超过阈值速度大小和/或加速度再次超过加速度阈值大小时，能够暂停减速，直到速度大小减小到低于速度阈值大小和/或加速度大小减小到低于加速度阈值大小。例如，速度的阈值大小能够是每个轴0.5rads/s。在一些实施例中，触发事件是退出其中基于头部力和/或扭矩测量值驱动显示单元的方位的模式。
在一些实施例中，目标参数所被还原的第二目标参数是普通目标参数，诸如15-20mm的分离距离。在一些实施例中，通过在一时间段(例如，几秒)内经过多个时间步长或通过遵循斜坡或任何其他单调时间函数将目标参数从第一目标参数降低到第二目标参数来稳步变化目标参数。在这种情况下，可以在一时间段内确定第二目标参数和目标参数之间的其他目标参数，并且可以根据基于其他目标参数生成的命令来致动显示单元所被耦接到的可重新定位结构。在其他实施例中，目标距离或另一目标参数可以在单个步骤中直接从最大可接受距离或其他目标参数减小到普通目标距离或普通目标参数(即，可以省略稳步变化)。
如所描述的，在所公开的各种实施例中，通过传感器测量值确定代表操作者的(一个或多个)眼睛相对于计算机辅助设备所显示的(一个或多个)图像的几何关系的几何参数。在一些实施例中，几何参数能够通过以下各项确定：检测相机捕获的图像中的瞳孔、估计瞳孔之间的距离、以及基于所估计的距离、瞳孔之间的参考距离和函数(例如，线性函数或非线性函数)或查找表或其他构造来计算距离。这种函数或查找表或其他构造能够通过数据的外推或内插(包括通过线性回归)来获得。在一些实施例中，能够通过以下各项确定几何参数：在相机捕获的图像中检测虹膜或其他不可变特征、测量虹膜或其他不可变特征的尺寸、并基于虹膜或其他不可变特征的测量的尺寸和参考尺寸计算几何参数。在一些实施例中，几何参数能够基于在成对相机捕捉的立体图像中检测到的瞳孔之间的视差来确定。在一些实施例中，几何参数能够通过检测由操作者两侧的相机或一组相机所捕获图像中操作者的眼睛(或头部的(一个或多个)其他部分)，并缩放图像中眼睛(或头部的(一个或多个)其他部分)与计算机辅助设备的(一个或多个)部分之间的距离或相对位置来确定。在一些实施例中，能够通过在由一个或多个相机捕获的图像中识别操作者的眼睛或头部的(一个或多个)其他部分来确定距离，并基于与眼睛或头部的(一个或多个)其他部分对应的飞行时间传感器数据计算距离。
通过移动显示单元、被物理耦接到显示单元的可重新定位结构系统、相对于显示单元的透镜或相对于显示单元的头枕，基于相对于操作者头部的一个或多个部分的目标参数由确定的几何参数重新定位显示单元的一个或多个部分(例如，透镜)。当显示单元移动时，头枕能够根据互补运动进行移动，从而使操作者的与头枕接触的头部能够保持基本静止。
所公开的技术能够相对于操作者头部的一个或多个部分自动重新定位计算机辅助设备的一个或多个部分。这种重新定位能够使得操作者看到经由计算机辅助设备的显示单元显示的整个图像，并且/或者当显示单元包括透镜时，看到结合了通过不同透镜看到的图像的适当融合图像。此外，能够避免或减轻操作者的眼睛疲劳。此外，当进入头部输入模式时，计算机辅助设备的头枕或一个或多个部分能够被重新定位以远离操作者，从而有助于防止操作者的头部无意中接触显示单元。
控制系统的一些示例，诸如控制系统140可以包括非暂时的、有形的、机器可读介质，其包括可执行代码，当由一个或多个处理器(例如，处理器150)运行时，可执行代码可以使得一个或多个处理器执行方法800、900和/或1000的过程和/或图8、9和/或10的过程。可以包括方法800、900和/或1000的过程和/或图8、9和/或10的过程的机器可读介质的一些常见形式是，例如，软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、任何其它光学介质、打孔卡、纸带、任何其它带孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储芯片或盒式磁带和/或处理器或计算机适于读取的任何其它介质。
尽管已经示出和描述了说明性的实施例，但在前述公开中考虑了广泛的修改、改变和替代，在一些情况下，可以采用实施例的某些特征而无需相应地使用其他特征。本领域的普通技术人员会认识到许多变化、替代方案和修改。因此，本发明的范围应仅受随附权利要求书的限制，权利要求书宜作广义解释，并与本文所公开的实施例的范围相一致。

Claims (43)

1.一种计算机辅助设备，其包括：
可重新定位结构系统，其被配置为被物理耦接到显示单元，所述显示单元被配置为显示操作者能够查看的图像；
致动器系统，其被耦接到所述可重新定位结构系统，所述致动器系统能够驱动以移动所述可重新定位结构系统；
传感器系统，其被配置为捕获与所述操作者的头部的一部分相关联的传感器数据；以及
被通信地耦接到所述致动器系统和所述传感器系统的控制系统，
其中，所述控制系统被配置为：
基于所述传感器数据，确定所述头部的所述一部分相对于所述计算机辅助设备的一部分的几何参数，所述计算机辅助设备的所述一部分选自由所述显示单元的部分和所述可重新定位结构系统的部分构成的组，所述几何参数代表所述操作者的至少一个眼睛相对于由所述显示单元显示的图像的几何关系，
基于所述几何参数和目标参数来确定命令运动，以及
基于所述命令运动，命令所述致动器系统移动所述可重新定位结构系统。
2.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述头部的所述一部分包括所述操作者的眼睛。
3.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中：
所述几何参数和所述目标参数相差第一差值；
基于所述命令运动来移动所述可重新定位结构系统会使所述至少一个眼睛相对于所述图像具有更新的几何关系，所述更新的几何关系能够由更新的几何参数表示；
所述更新的几何参数和所述目标参数相差第二差值；并且
所述第二差值小于所述第一差值。
4.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述计算机辅助设备的所述一部分包括透镜，所述透镜被定位在所述图像的位置和所述至少一个眼睛的预期位置之间。
5.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述几何关系是所述至少一个眼睛和所述图像之间的光学距离。
6.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述几何参数包括从所述头部的所述一部分到所述计算机辅助设备的所述一部分的距离。
7.根据权利要求6所述的计算机辅助设备，其中所述头部的所述一部分包括所述至少一个眼睛。
8.根据权利要求6所述的计算机辅助设备，其中所述显示单元的所述部分和所述可重新定位结构系统的所述部分由以下各项共同组成：
所述显示单元的透镜；
所述显示单元的壳体；
所述显示单元的显示屏表面；以及
所述可重新定位结构系统的连杆。
9.根据权利要求6所述的计算机辅助设备，其中：
所述计算机辅助设备进一步包括传感器，所述传感器被配置为检测关于所述可重新定位结构系统的运动学信息；以及
为了确定所述几何参数，所述控制系统被配置为使用所述运动学信息来确定所述可重新定位结构系统的物理配置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述至少一个眼睛包括第一眼睛和第二眼睛，并且其中确定所述几何参数包括：
基于所述传感器数据来识别所述第一眼睛和所述第二眼睛的瞳孔；
确定所述瞳孔之间的感测距离；以及
基于所述瞳孔之间的所述感测距离和所述瞳孔之间的参考距离来确定所述几何参数。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中确定所述几何参数包括：
基于所述传感器数据来确定所述至少一个眼睛的部件的尺寸；以及
基于所述部件的尺寸和所述部件的参考尺寸来确定所述几何参数。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中确定所述几何参数包括：
基于所述传感器数据来确定所述头部的所述一部分与所述计算机辅助设备的一部分之间的分离距离；以及
使用缩放因子缩放所述分离距离。
13.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其进一步包括：
被配置为接触所述操作者的前额的头枕；
其中，所述可重新定位结构系统包括被配置为支撑所述显示单元的第一可重新定位结构和被耦接到所述头枕且能够驱动以使所述头枕相对于所述显示单元移动的第二可重新定位结构，
其中，基于所述命令运动移动所述可重新定位结构系统的所述致动器系统移动所述第一可重新定位结构，使得所述显示单元在共同参考系中移动，以及
其中，所述控制系统被进一步配置为：
基于所述命令运动来确定第二命令运动，其中根据所述第二命令运动驱动所述第二可重新定位结构，同时基于所述命令运动移动所述第一可重新定位结构使所述头枕在所述共同参考系中以至少一个自由度保持，以及
根据所述第二命令运动来驱动所述第二可重新定位结构。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中：
基于所述命令运动移动所述可重新定位结构系统的所述致动器系统使所述显示单元的透镜相对于所述显示单元的壳体移动。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其进一步包括：
被物理地耦接到所述可重新定位结构系统的头枕，所述头枕被配置为接触所述操作者的前额，其中基于所述命令运动移动所述可重新定位结构系统的所述致动器系统使所述头枕相对于所述显示单元移动。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制系统被配置为通过以下方式确定所述几何参数：
确定多个参数，每个参数与所述操作者的所述头部的一部分相对于所述显示单元或所述可重新定位结构系统的一部分有关；以及
聚合所述多个参数中的参数，以确定所述几何参数。
17.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其进一步包括：
头枕，其中所述可重新定位结构系统包括被配置为支撑所述显示单元的第一可重新定位结构和被物理耦接到所述头枕且能够驱动以使所述头枕相对于所述显示单元移动的第二可重新定位结构；其中
所述控制系统被进一步配置为：
进入头部输入模式，在所述头部输入模式中，所述控制系统基于选自由以下各项组成的组中的至少一个头部输入来命令所述第一可重新定位结构移动所述显示单元：头部运动、所述头部的施加力和所述头部的施加扭矩，以及
响应于所述控制系统进入所述头部输入模式，命令所述第二可重新定位结构将所述头枕远离所述显示单元移动。
18.根据权利要求17所述的计算机辅助设备，其中所述控制系统进一步被配置为，在命令所述第二可重新定位结构将所述头枕远离所述显示单元移动之后：
响应于触发事件，命令所述头枕朝向所述显示单元移动返回。
19.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其进一步包括：
头枕，其中所述可重新定位结构系统包括被配置为支撑所述显示单元的第一可重新定位结构和被耦接到所述头枕且能够驱动以使所述头枕相对于所述显示单元移动的第二可重新定位结构；其中
所述控制系统被进一步配置为：
进入头部输入模式，在所述头部输入模式中，所述控制系统基于选自由以下各项组成的组中的至少一个头部输入来命令所述第一可重新定位结构移动所述显示单元：头部运动、所述头部的施加力和所述头部的施加扭矩，以及
响应于所述控制系统进入所述头部输入模式：
基于与所述目标参数不同的第二目标参数确定第二命令运动，并且
基于所述第二命令运动，命令所述致动器系统移动所述第二可重新定位结构。
20.根据权利要求19所述的计算机辅助设备，其中所述目标参数对应于从所述至少一个眼睛到所述计算机辅助设备的所述一部分的第一目标距离，其中所述第二目标参数对应于从所述至少一个眼睛到所述计算机辅助设备的所述一部分的第二目标距离，并且其中所述第二目标距离大于所述第一目标距离。
21.根据权利要求20所述的计算机辅助设备，其中所述控制系统进一步被配置为，在所述显示单元或所述可重新定位结构系统已经进入所述头部输入模式之后并响应于触发事件：
在一时间段内，确定进一步目标参数的序列，每个进一步目标参数介于所述第二目标参数和所述目标参数之间，并且比所述序列中的紧接着前一进一步目标参数更接近所述目标参数；
在所述时间段内，基于所述进一步目标参数的序列确定进一步命令运动的序列；以及
在所述时间段内，基于所述进一步命令运动的序列，命令所述致动器系统移动所述第二可重新定位结构。
22.根据权利要求21所述的计算机辅助设备，其中所述触发事件包括：
进入所述头部输入模式之后经过第一限定的持续时间；
所述致动器系统已经基于所述第二命令运动移动所述第二可重新定位结构之后经过的第二限定的持续时间；
所述显示单元的速度大小减小到小于速度阈值大小；
所述显示单元的加速度的大小减小到小于加速度的阈值大小；或
所述控制系统退出所述头部输入模式。
23.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述控制系统进一步配置为，响应于所述显示单元的手动重新定位，基于以下各项设定所述目标参数：
在所述手动重新定位完成时，所述头部的所述一部分与所述计算机辅助设备的所述一部分之间的距离；或
在所述手动重新定位完成时，所述头部的所述一部分相对于所述计算机辅助设备的所述一部分的位置。
24.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述显示单元进一步包括光学元件，其中所述传感器系统包括在远离所述操作者的方向上设置在光学元件后面的传感器。
25.根据权利要求1至9中任一项所述的计算机辅助设备，其中所述目标参数基于选自由以下各项组成的组中的至少一个输入确定：
所述显示单元的物理配置；
所述显示单元的光学部件的类型；以及
所述显示单元的显示相关特性。
26.一种用于控制计算机辅助设备的方法，所述计算机辅助设备包括被配置为物理耦接到显示单元的可重新定位结构系统，所述方法包括：
基于传感器数据，确定操作者的头部的一部分相对于所述计算机辅助设备的一部分的几何参数，所述计算机辅助设备的所述一部分选自由所述显示单元的部分和所述可重新定位结构系统的部分构成的组，所述几何参数代表所述操作者的至少一个眼睛相对于由所述显示单元显示的图像的几何关系；
基于所述几何参数和目标参数确定命令运动，以及
基于所述命令运动，命令致动器系统移动所述可重新定位结构系统。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述头部的所述一部分包括所述至少一个眼睛；并且
所述计算机辅助设备的所述一部分包括透镜，所述透镜被定位在所述图像的位置和所述至少一个眼睛的预期位置之间。
28.根据权利要求26所述的方法，其中：
所述几何参数和所述目标参数相差第一差值；
基于所述命令运动移动所述可重新定位结构系统会使所述至少一个眼睛相对于所述图像具有更新的几何关系，所述更新的几何关系能够由更新的几何参数表示；
所述更新的几何参数和所述目标参数相差第二差值；并且
所述第二差值小于所述第一差值。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述几何关系是所述至少一个眼睛和所述图像之间的光学距离。
30.根据权利要求26所述的方法，其中所述几何参数包括从所述头部的所述一部分到所述计算机辅助设备的所述一部分的距离。
31.根据权利要求26所述的方法，其中所述至少一个眼睛包括第一眼睛和第二眼睛，并且其中确定所述几何参数包括：
基于所述传感器数据识别所述第一眼睛和所述第二眼睛的瞳孔；
确定所述瞳孔之间的感测距离；以及
基于所述瞳孔之间的所述感测距离和所述瞳孔之间的参考距离确定所述几何参数。
32.根据权利要求26所述的方法，其中确定所述几何参数包括：
基于所述传感器数据确定所述至少一个眼睛的部件的尺寸；以及
基于所述部件的尺寸和所述部件的参考尺寸确定所述几何参数。
33.根据权利要求26所述的方法，其中确定所述几何参数包括：
基于所述传感器数据确定所述头部的所述一部分与所述计算机辅助设备的所述一部分之间的分离距离；以及
使用缩放因子缩放所述分离距离。
34.根据权利要求26所述的方法，其中所述可重新定位结构系统包括被配置为支撑所述显示单元的第一可重新定位结构和被耦接到头枕且能够驱动以使所述头枕相对于所述显示单元移动的第二可重新定位结构，其中基于所述命令运动移动所述可重新定位结构系统的所述致动器系统移动所述第一可重新定位结构，使得所述显示单元在共同参考系中移动，所述方法进一步包括：
基于所述命令运动确定第二命令运动，其中根据所述第二命令运动驱动所述第二可重新定位结构，同时基于所述命令运动移动所述第一可重新定位结构使所述头枕在共同参考系中以至少一个自由度保持，以及
根据所述第二命令运动驱动所述第二可重新定位结构。
35.根据权利要求26所述的方法，其中所述致动器系统基于所述命令运动移动所述可重新定位结构系统使：
所述显示单元的透镜相对于所述显示单元的壳体移动；或
使所述计算机辅助设备的头枕相对于所述显示单元移动。
36.根据权利要求26所述的方法，其中确定所述几何参数包括：
确定多个参数，每个参数与所述操作者的所述头部的一部分相对于所述显示单元的一部分或所述可重新定位结构系统的一部分有关；以及
聚合所述多个参数中的参数。
37.根据权利要求26所述的方法，其中所述可重新定位结构系统包括被配置为支撑所述显示单元的第一可重新定位结构和能够驱动以使头枕相对于所述显示单元移动的第二可重新定位结构，所述方法进一步包括：
所述计算机辅助设备进入头部输入模式，在所述头部输入模式中，基于选自由以下各项组成的组中的至少一个头部输入命令所述第一可重新定位结构移动所述显示单元：头部运动、所述头部的施加力和所述头部的施加扭矩；以及
响应于进入所述头部输入模式，命令所述第二可重新定位结构将头枕远离所述显示单元移动。
38.根据权利要求26所述的方法，其中所述可重新定位结构系统包括被配置为支撑所述显示单元的第一可重新定位结构和能够驱动以使头枕相对于所述显示单元移动的第二可重新定位结构，所述方法进一步包括：
进入头部输入模式，在所述头部输入模式中，基于选自由以下各项组成的组中的至少一个头部输入命令所述第一可重新定位结构移动所述显示单元：头部运动、所述头部的施加力和所述头部的施加扭矩；以及
响应于进入所述头部输入模式：
基于与所述目标参数不同的第二目标参数确定第二命令运动，以及基于所述第二命令运动命令所述致动器系统移动所述第二可重新定位结构。
39.根据权利要求38所述的方法，其进一步包括，在所述显示单元或所述可重新定位结构系统已经进入所述头部输入模式之后并响应于触发事件：
在一时间段内，确定进一步目标参数的序列，每个进一步目标参数介于所述第二目标参数和所述目标参数之间，并且比所述序列中紧接着前一进一步目标参数更接近所述目标参数；
在所述时间段内，基于所述进一步目标参数确定进一步命令运动的序列；以及
在所述时间段内，基于所述进一步命令运动的序列，命令所述致动器系统移动所述第二可重新定位结构。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述触发事件包括：
在所述显示单元或所述可重新定位结构系统已经进入所述头部输入模式之后，经过第一限定的持续时间；
在所述致动器系统已经基于所述第二命令运动移动所述第二可重新定位结构之后经过的第二限定的持续时间；
所述显示单元的速度大小减小到小于速度阈值大小；
所述显示单元的加速度的大小减小到小于加速度的阈值大小；或
退出所述头部输入模式。
41.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括，响应于所述显示单元的手动重新定位，基于以下各项设定所述目标参数：
所述头部的所述一部分与所述计算机辅助设备的所述一部分之间的距离；或
所述头部的所述一部分相对于所述计算机辅助设备的所述一部分的位置。
42.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括：基于选自由以下各项组成的组中的至少一个输入确定所述目标参数：
所述显示单元的物理配置；
所述显示单元的光学部件的类型；以及
所述显示单元的显示相关特性。
43.一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，当所述多个机器可读指令被一个或多个处理器执行时，适于使所述一个或多个处理器执行根据权利要求26至42中任一项所述的方法。
CN202280066679.7A 2021-10-22 2022-10-21 基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定位的结构系统 Pending CN118043765A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163270742P 2021-10-22 2021-10-22
US63/270,742 2021-10-22
PCT/US2022/047480 WO2023069745A1 (en) 2021-10-22 2022-10-21 Controlling a repositionable structure system based on a geometric relationship between an operator and a computer-assisted device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118043765A true CN118043765A (zh) 2024-05-14

Family

ID=84536118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280066679.7A Pending CN118043765A (zh) 2021-10-22 2022-10-21 基于操作者和计算机辅助设备之间的几何关系控制可重新定位的结构系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240423751A1 (zh)
EP (1) EP4419984A1 (zh)
CN (1) CN118043765A (zh)
WO (1) WO2023069745A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100413478C (zh) * 2002-12-06 2008-08-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于设备的自动定位的装置和方法
JP6756040B2 (ja) * 2016-10-03 2020-09-16 バーブ サージカル インコーポレイテッドＶｅｒｂ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｃ． ロボット手術のための没入型三次元表示
KR20220054617A (ko) 2019-08-23 2022-05-03 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 이동 가능한 디스플레이 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US20240423751A1 (en) 2024-12-26
WO2023069745A1 (en) 2023-04-27
EP4419984A1 (en) 2024-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11534246B2 (en) User input device for use in robotic surgery
KR102709112B1 (ko) 입체 뷰어를 위한 눈 시선 추적을 통합하는 의료 디바이스, 시스템, 및 방법
JPWO2018159338A1 (ja) 医療用支持アームシステムおよび制御装置
CN113905683B (zh) 用于基于用户的注视来确定是否应脱离远程操作的方法
JP2024133585A (ja) 移動可能なディスプレイシステム
CN113853176A (zh) 观察系统的头部移动控制
CN114270089B (zh) 轨道上的可移动显示单元
US20240335245A1 (en) Techniques for adjusting a field of view of an imaging device based on head motion of an operator
US20240000534A1 (en) Techniques for adjusting a display unit of a viewing system
US20240025050A1 (en) Imaging device control in viewing systems
US20240024049A1 (en) Imaging device control via multiple input modalities
CN116528790A (zh) 用于调整观看系统的显示单元的技术
US20240423751A1 (en) Controlling a repositionable structure system based on a geometric relationship between an operator and a computer-assisted device
US12102406B2 (en) System and method for repositioning input control devices
US20240208065A1 (en) Method and apparatus for providing input device repositioning reminders
CN115279292A (zh) 遥操作终止期间的外科医生脱离检测
US20230393544A1 (en) Techniques for adjusting a headrest of a computer-assisted system
EP4493105A1 (en) Temporal non-overlap of teleoperation and headrest adjustment in a computer-assisted teleoperation system
US20240008942A1 (en) Steerable viewer mode activation and de-activation
WO2024021855A1 (zh) 手术机器人及其控制方法、控制装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination