外科机器人系统用户界面

背景技术

1.技术领域

本公开总体涉及一种具有一个或多个模块化臂推车的外科机器人系统，该一个或多个模块化臂推车中的每个模块化臂推车支撑机器人臂和用于控制推车及其相应臂的外科控制台。更具体地，本公开涉及一种用于外科机器人系统中的模块化臂推车关于外科手术台的配准、外科控制台的控件的高度调整的系统和方法以及用于显示联接到机器人臂中的一个机器人臂的内窥镜相机的取向的图形用户界面。

2.

外科机器人系统当前用于微创医学过程中。一些外科机器人系统包括外科控制台，该外科控制台控制外科机器人臂和外科器械，该外科器械具有联接到机器人臂并由机器人臂致动的端部执行器(例如，夹钳或抓持器械)。在操作中，将机器人臂移动到患者上方的位置，然后机器人臂将外科器械经由外科手术孔口或患者的天然孔口引导到小切口中，以将端部执行器定位在患者体内的工作部位处。

在利用机器人臂之前，需要对机器人臂取向。因此，需要一种系统来对机器人臂正确取向，并且需要用户界面来向手术室工作人员表示机器人臂的状态。此外，需要可调整的外科控制台和用于显示联接到机器人臂中的一个机器人臂的内窥镜相机的取向的图形用户界面。

发明内容

根据本公开的一个实施方案，一种外科机器人系统包括：外科手术台；多个可移动推车，该多个可移动推车朝向该外科手术台取向，该多个可移动推车中的每个可移动推车包括机器人臂和对准单元，该对准单元被配置成确定该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向；和计算机，该计算机联接到该多个可移动推车中的每个可移动推车并且被配置成计算该多个可移动推车中的每个可移动推车的偏航角。

根据以上实施方案的一个方面，该多个可移动推车中的每个可移动推车基于由该对准单元投影到表面上的对准图案来对准。该计算机被配置成响应于来自该对准单元的确认来将该多个可移动推车中的每个可移动推车的状态设置为对准状态。

根据以上实施方案的另一方面，该多个可移动推车中的每个可移动推车包括多个轮子和多个制动器。该多个可移动推车中的每个可移动推车包括推车控制器，该推车控制器被配置成响应于该多个制动器被接合、对应的可移动推车被对准并且该机器人臂对接到接入端口来将该对应的可移动推车识别为已配准。该推车控制器被配置成响应于该多个制动器中的至少一个制动器已脱离或该机器人臂从该接入端口已卸离来将该对应的可移动推车识别为未配准。

根据以上实施方案的另外的方面，该计算机被配置成输出具有外科手术台表示和该多个可移动推车的多个图形表示的用户界面。该多个图形表示中的每个图形表示显示该偏航角。该计算机被配置成基于该多个可移动推车中的两个相邻可移动推车的偏航角之间的差值来确定该两个相邻可移动推车是否间隔开预定距离。

根据本公开的另一实施方案，公开了一种使机器人臂与外科手术台对准的方法。该方法包括：将多个可移动推车围绕外科手术台放置，该多个可移动推车中的每个可移动推车包括机器人臂；将来自对准单元的对准图案投影到表面上，该对准单元操作地联接到该多个可移动推车中的可移动推车；以及提示用户通过调整该对准单元来操控该对准图案。该方法还包括：接收指示对该对准单元的调整已完成的输入；确定该对准图案相对于代表性坐标系的取向；基于该对准图案的所确定的取向来确定该多个可移动推车中的每个可移动推车的取向；以及在联接到该多个可移动推车的计算机处计算该多个可移动推车中的每个可移动推车的偏航角。

根据以上实施方案的一个方面，投影该对准图案包括投影该对准图案的至少两个部分并且被配置成指示对准方向。

根据以上实施方案的另一方面，该方法还包括激活设置在该对准单元上的输入设备以确认对该对准单元的调整已完成。该方法还可包括响应于来自该对准单元的确认来将该多个可移动推车中的每个可移动推车的状态设置为对准状态。

根据以上实施方案的另一方面，该多个可移动推车中的每个可移动推车包括多个轮子和多个制动器，并且该方法还包括响应于该多个制动器被接合、该多个可移动推车中的可移动推车被对准并且该机器人臂对接到接入端口来将该可移动推车识别为已配准。该方法还可包括响应于该多个制动器中的至少一个制动器已脱离或该机器人臂从该接入端口已卸离来将该可移动推车识别为未配准。

根据以上实施方案的另外的方面，该方法还包括输出具有外科手术台表示和该多个可移动推车的多个图形表示的用户界面。该方法还可包括用该多个图形表示中的每个图形表示显示该偏航角。该方法还可包括基于该多个可移动推车中的两个相邻可移动推车的偏航角之间的差值来确定该两个相邻可移动推车是否间隔开预定距离。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种外科机器人系统。该外科机器人系统包括：外科手术台；控制塔，该控制塔包括第一显示器；和外科控制台，该外科控制台联接到该控制塔并且包括第二显示器。该外科机器人系统还包括多个可移动推车，该多个可移动推车联接到该控制塔并且被配置成可由该外科控制台控制。该多个可移动推车朝向该外科手术台取向。该可移动推车中的每个可移动推车包括具有器械的机器人臂。该外科机器人系统还包括在该第一显示器和该第二显示器上显示的用户界面。该用户界面被配置成显示该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向。

根据以上实施方案的一个方面，该用户界面包括该多个可移动卡推车中的可移动卡推车中的每个可移动卡推车的图形臂表示。该图形臂表示的轮廓、填充或颜色中的一者或多者可用于指定该可移动推车的状态。该图形臂表示可包括偏航角和数字标识符。该图形臂表示可包括指定具有相机的机器人臂的标识符。

根据以上实施方案的另一方面，在第一显示器上显示的用户界面被配置成在设置视图和外科手术视图之间转变。该用户界面可包括多个视图。该多个视图中的一个视图可以是在无图形臂表示的情况下示出该外科手术台的预设置视图。

根据本公开的另一实施方案，公开了一种用于外科机器人系统的图形表示的方法。该方法包括在联接到多个可移动推车的控制塔的第一显示器上显示第一用户界面，该多个可移动推车朝向外科手术台取向。该可移动推车中的每个可移动推车包括机器人臂。该方法还包括在联接到该控制塔和该多个可移动推车的外科控制台的第二显示器上显示第二用户界面。该外科控制台被配置成控制该可移动推车和该机器人臂中的每一者，其中该第一用户界面和该第二用户界面中的每一者被配置成显示该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向。

根据以上实施方案的一个方面，该方法还包括显示该多个可移动推车中的该可移动推车中的每个可移动推车的图形臂表示。该方法还可包括将该图形臂表示的轮廓、填充或颜色中的至少一者修改为该可移动推车的状态。该方法还可包括显示偏航角和数字标识符作为该图形臂表示的一部分。该方法还可包括显示指定具有相机的机器人臂的相机标识符作为该图形臂表示的一部分。

根据以上实施方案的另一方面，该方法还包括在该第一用户界面的设置视图和外科手术视图之间转变。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种外科机器人系统。该外科机器人系统包括可移动推车，该可移动推车包括具有相机的机器人臂和联接到该可移动推车的外科控制台。该外科控制台被配置成移动该相机，该外科控制台包括被配置成显示来自该相机的视频馈送的显示器和显示该相机的取向的取向指示器。

根据本公开的另一实施方案，公开了一种用于显示外科机器人系统中的相机的取向的方法。该方法包括通过外科控制台控制联接到可移动推车的机器人臂的相机的移动。该方法还包括在该外科控制台的显示器上显示来自该相机的视频馈送，以及在该外科控制台的该显示器上显示取向指示器，该取向指示器显示该相机的取向。

根据以上两个实施方案的一个方面，该取向指示器包括旋转指示器和俯仰指示器。该旋转指示器包括可在有界区域内旋转的箭头，以指示该相机围绕由该相机限定的纵向轴线的旋转。该俯仰指示器显示该相机的俯仰的绝对值。该俯仰指示器还可包括将有界区域分叉成下部部分和上部部分的线。该相机的该俯仰的该绝对值可由该有界区域内的该线的竖直移动表示。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种外科机器人系统。该外科机器人系统包括：外科手术台；控制塔，该控制塔包括第一显示器；和外科控制台，该外科控制台联接到该控制塔并且包括第二显示器。该外科机器人系统还包括多个可移动推车，该可移动推车中的每个可移动推车包括机器人臂并且联接到该控制塔并且被配置成可由该外科控制台控制。该多个可移动推车取向成使该机器人臂面朝该外科手术台。该外科机器人系统还包括在该第一显示器和该第二显示器上显示的用户界面。该用户界面被配置成显示该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向。

根据以上实施方案的一个方面，该用户界面包括该可移动推车中的每个可移动推车的图形臂表示。该图形臂表示的轮廓、填充或颜色中的至少一者可用于指定可移动推车的状态。该图形臂表示可包括偏航角和数字标识符。该图形臂表示可包括指定具有相机的机器人臂的相机标识符。

根据以上实施方案的另一方面，在第一显示器上显示的用户界面被配置成在设置视图和外科手术视图之间转变。该用户界面可包括多个视图，其中该多个视图中的一个视图是在无图形臂表示的情况下示出该外科手术台的预设置视图。

根据以上实施方案的另外的方面，该外科系统还包括联接到该外科控制台的第三显示器，该第三显示器被配置成显示该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向。该第三显示器可被配置成显示该机器人臂中的每个机器人臂的标识号和器械。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种用于外科机器人系统的图形表示的方法。该方法在联接到多个可移动推车的控制塔的第一显示器上显示第一用户界面，该可移动推车中的每个可移动推车包括机器人臂并且被取向成使该机器人臂面朝外科手术台。该方法还包括在外科控制台的第二显示器上显示第二用户界面。该外科控制台联接到该控制塔和该多个可移动推车并且被配置成控制该可移动推车和该机器人臂中的每一者。该第一用户界面和该第二用户界面中的每一者被配置成显示该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向。

根据以上实施方案的一个方面，该方法还包括显示该多个可移动推车中的该可移动推车中的每个可移动推车的图形臂表示。该方法还可包括修改该图形臂表示的轮廓、填充或颜色中的至少一者以反映可移动推车的状态。该方法还可包括显示偏航角和数字标识符作为该图形臂表示的一部分。

根据以上实施方案的另一方面，该方法还包括显示指定具有相机的机器人臂的相机标识符作为该图形臂表示的一部分。

根据以上实施方案的另外的方面，该方法还包括在该第一用户界面的设置视图与外科手术视图之间转变。该方法还可包括在该外科控制台的第三显示器上显示第三用户界面。该第三用户界面可被配置成显示该可移动推车和该机器人臂相对于该外科手术台的取向。该第三用户界面可另外或另选地被配置成显示该机器人臂中的每个机器人臂的标识号和器械。

根据本公开的一个实施方案，一种外科机器人系统包括：可移动推车，该可移动推车包括具有相机的机器人臂；和外科控制台，该外科控制台联接到该可移动推车。该外科控制台被配置成移动该相机。该外科控制台还包括显示器，该显示器被配置成显示来自该相机的视频馈送和显示该相机的取向的取向指示器。

根据以上实施方案的一个方面，该取向指示器包括旋转指示器和俯仰指示器。该旋转指示器包括可在有界区域内旋转的箭头，该箭头指示相机围绕由该相机限定的纵向轴线的旋转。该俯仰指示器显示该相机的俯仰的绝对值。该俯仰指示器还可包括将有界区域分叉成下部部分和上部部分的线。该相机的该俯仰的该绝对值可由该有界区域内的该线的竖直移动表示。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种用于显示外科机器人系统中的相机的取向的方法。该方法包括通过外科控制台控制联接到可移动推车的机器人臂的相机的移动。该方法还包括在该外科控制台的显示器上显示来自该相机的视频馈送以及在该外科控制台的该显示器上显示取向指示器，该取向指示器显示该相机的取向。

根据以上实施方案的一个方面，该取向指示器包括旋转指示器和俯仰指示器。该旋转指示器包括可在有界区域内旋转的箭头，该箭头被配置成指示该相机围绕由该相机限定的纵向轴线的旋转。该俯仰指示器显示该相机的俯仰的绝对值。该俯仰指示器包括将有界区域分叉成下部部分和上部部分的线。该相机的该俯仰的该绝对值可由该有界区域内的该线的竖直移动表示。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种外科机器人系统。该外科机器人系统包括控制塔和联接到该控制塔的多个可移动推车，该可移动推车中的每个可移动推车包括机器人臂。该机器人臂中的至少一个机器人臂具有相机。该外科机器人系统还包括外科控制台，该外科控制台联接到该控制塔并且被配置成控制该机器人臂中的每个机器人臂并移动该相机。该外科控制台还包括显示器，该显示器被配置成显示来自该相机的视频馈送和显示该相机的取向的取向指示器。

根据以上实施方案的一个方面，该取向指示器包括旋转指示器和俯仰指示器。该旋转指示器包括可在有界区域内旋转的箭头，以指示该相机围绕由该相机限定的纵向轴线的旋转。该俯仰指示器显示该相机的俯仰的绝对值。该俯仰指示器还可包括将有界区域分叉成下部部分和上部部分的线。该相机的该俯仰的该绝对值可由该有界区域内的该线的竖直移动表示。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种用于控制外科机器人系统的外科控制台。该外科控制台包括：一对手柄控制器，该对手柄控制器被配置成控制该外科机器人系统；和扶手，该扶手被配置成在该对手柄控制器的操作期间支撑临床医生的臂。该扶手可沿着竖直轴线移动。该外科控制台还包括被配置成控制该外科机器人系统的多个脚踏开关。该多个脚踏开关可沿着水平轴线移动。该外科控制台还包括可沿着该竖直轴线移动的显示器。该显示器被配置成显示外科手术部位的视图。该控制台还包括用于调整该显示器沿着该竖直轴线的高度、该扶手沿着该竖直轴线的高度或该脚踏开关沿着该水平轴线的深度中的至少一者的用户界面。

根据以上实施方案的一个方面，该用户界面包括用于输入临床医生身高的临床医生身高调整输入。该外科控制台还可包括计算机，该计算机被配置成基于该临床医生身高来自动计算该显示器沿着该竖直轴线的该高度、该扶手沿着该竖直轴线的该高度或该脚踏开关沿着该水平轴线的该深度中的至少一者。

根据以上实施方案的另一方面，该用户界面包括扶手高度调整输入、脚踏开关深度调整输入和显示器高度调整输入。该扶手高度调整输入、该脚踏开关深度调整输入和该显示器高度调整输入中的每一者包括被配置成选择参数的向上箭头和向下箭头。在达到该参数的相应极限时，可禁用该向上箭头或该向下箭头。

根据本公开的一个实施方案，公开了一种用于调整外科机器人系统的外科控制台的方法。该方法包括通过在外科控制台的显示器上显示的用户界面输入临床医生身高。该显示器可沿着竖直轴线移动。该外科控制台还包括可沿着竖直轴线移动的扶手，以及可沿着水平轴线移动的多个脚踏开关。该方法还包括基于该临床医生身高来调整该显示器沿着该竖直轴线的高度、该扶手沿着该竖直轴线的高度或该脚踏开关沿着该水平轴线的深度中的至少一者。

根据以上实施方案的一个方面，该方法还包括在该用户界面上显示扶手高度调整输入、脚踏开关深度调整输入和显示器高度调整输入。该方法还包括调整该扶手高度调整输入、该脚踏开关深度调整输入和该显示器高度调整输入中的至少一者。该方法还可包括基于哪个输入被调整来调整该显示器沿着该竖直轴线的该高度、该扶手沿着该竖直轴线的该高度或该脚踏开关沿着该水平轴线的该深度中的至少一者。

根据以上实施方案的另一方面，该方法还包括针对该扶手高度调整输入、该脚踏开关深度调整输入和该显示器高度调整输入中的每一者，显示被配置成选择参数的向上箭头和向下箭头。该方法还可包括在达到该参数的相应极限时，禁用该向上箭头或该向下箭头。

附图说明

本文结合附图描述了本公开的各种实施方案，其中：

图1是根据本公开的包括控制塔、控制台和一个或多个外科机器人臂的外科机器人系统的示意图；

图2是根据本公开的图1的外科机器人系统的外科机器人臂的透视图；

图3是根据本公开的具有图1的外科机器人系统的外科机器人臂的设置臂的透视图；

图4是根据本公开的图1的外科机器人系统的计算机架构的示意图；

图5是根据本公开的图1的外科机器人系统的设置臂和机器人臂的透视图；

图6是根据本公开的图1的外科机器人系统的对准图案的示意图；

图7是示出对准单元的部件的框图；

图8是示出根据本公开的方法的流程图；

图9是机器人臂相对于外科手术台的偏航角的示意图；

图10是示出机器人臂相对于外科手术台的偏航角的图形用户界面；

图11是根据本公开的实施方案的在控制塔的显示器上显示的图形用户界面；

图12是根据本公开的实施方案的在控制塔的显示器上显示的图形用户界面；

图13是根据本公开的实施方案的在外科控制台的第二显示器上显示的图形用户界面；

图14是示出在外科机器人臂的设置期间的多个视图的图形用户界面；

图15A至图15D是根据本公开的实施方案的相机的旋转指示器的图形用户界面表示；

图16A至图16D是根据本公开的实施方案的相机的俯仰指示器的图形用户界面表示；

图17A至图17D是根据本公开的实施方案的具有旋转指示器和俯仰指示器的组合取向指示器的图形用户界面表示；并且

图18是根据本公开的实施方案的用于调整外科控制台的人体工程学参数的图形用户界面。

具体实施方式

参考附图详细描述了本发明所公开的外科机器人系统的实施方案，其中若干视图的每个视图中类似的附图标记代表相同或对应的要素。如本文所用，术语“远侧”是指外科机器人系统和/或与患者联接的外科器械的部分，而术语“近侧”是指更远离患者的部分。

术语“应用程序”可包括出于用户的利益而设计来执行功能、任务或活动的计算机程序。例如，应用程序可指作为独立程序或在网络浏览器中本地或远程运行的软件，或本领域的技术人员理解为应用程序的其他软件。应用程序可在控制器或用户设备上运行，包括例如在移动设备、IOT设备或服务器系统上运行。

如下文将详细描述的，本公开涉及一种外科机器人系统，该外科机器人系统包括外科控制台、控制塔和具有联接到设置臂的外科机器人臂的一个或多个可移动推车。外科控制台通过一个或多个接口设备接收用户输入，这些接口设备由控制塔解释为用于移动外科机器人臂的移动命令。该外科机器人臂包括控制器，控制器被配置成处理移动命令并且生成用于激活机械臂的一个或多个致动器的扭矩命令，该扭矩命令进而将响应于移动命令来移动机器人臂。

参考图1，外科机器人系统10包括控制塔20，该控制塔连接到外科机器人系统10的所有部件，外科机器人系统包括外科控制台30和一个或多个机器人臂40。机器人臂40中的每一者包括与其可移除地联接的外科器械50。机器人臂40中的每一者还联接到可移动推车60。

外科器械50被配置成用于在微创外科手术期间使用。在实施方案中，外科器械50可被配置成用于开放式外科手术。在实施方案中，外科器械50可以是被配置成为用户提供视频馈送的内窥镜，诸如内窥镜相机51。在另外的实施方案中，外科器械50可以是被配置成通过在钳口构件之间压缩组织并向其施加电外科电流来密封组织的电外科夹钳。在又另一实施方案中，外科器械50可以是外科缝合器，外科缝合器包括一对钳口，该对钳口被配置成在部署多个组织紧固件(例如，钉)并切割所缝合的组织的同时抓握和夹持组织。

机器人臂40中的一者可包括被配置成捕获外科手术部位的视频的相机51。外科控制台30包括第一显示器32和第二显示器34，第一显示器显示由设置在机器人臂40上的外科器械50的相机51提供的外科手术部位的视频馈送，第二显示器显示用于控制外科机器人系统10的用户界面。第一显示器32和第二显示器34是允许显示各种图形用户输入的触摸屏。

外科控制台30还包括多个用户接口设备，诸如脚踏开关36和由用户用来远程控制机器人臂40的一对手控制器38a和38b。外科控制台还包括用于在操作手柄控制器38a和38b时支撑临床医生手臂的扶手33。

控制塔20包括显示器23，该显示器可以是触摸屏，并且在图形用户界面(GUI)上输出。控制塔20还充当外科控制台30与一个或多个机器人臂40之间的接口。具体地，控制塔20被配置成控制机器人臂40，以诸如基于来自外科控制台30的一组可编程指令和/或输入命令来移动机器人臂40和对应的外科器械50，以使得机器人臂40和外科器械50响应于来自脚踏开关36和手控制器38a和38b的输入来执行期望的移动序列。

控制塔20、外科控制台30和机器人臂40中的每一者包括相应计算机21、31、41。计算机21、31、41使用基于有线或无线通信协议的任何合适的通信网络彼此互连。如本文所用，术语“网络”无论单数还是复数，均表示数据网络，包括但不限于互联网、内联网、广域网或局域网，并且不限于本公开所涵盖的通信网络的定义的全部范围。合适的协议包括但不限于发射控制协议/互联网协议(TCP/IP)、数据报协议/互联网协议(UDP/IP)和/或数据报拥塞控制协议(DCCP)。无线通信可经由一个或多个无线配置来实现，例如，无线电频率、光学、Wi-Fi、蓝牙(一种开放的无线协议，用于使用短波无线电波从固定设备和移动设备在短距离内交换数据，从而创建个人区域网络(PAN))、

计算机21、31、41可包括可操作连接到存储器(未示出)的合适的处理器(未示出)，该处理器可包括易失性、非易失性、磁性、光学或电子介质中的一种或多种，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、非易失性RAM(NVRAM)或闪存存储器。处理器可为适于执行本公开中所述的操作、计算和/或指令集的任何合适处理器(例如，控制电路)，包括但不限于硬件处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、微处理器以及它们的组合。本领域技术人员应当理解，可以通过使用适于执行本文所述的算法、计算和/或指令集的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替处理器。

参考图2，每个机器人臂40中可包括多个连接件42a、42b、42c，该多个连接件分别在接合部44a、44b、44c处互连。接合部44a被配置成将机器人臂40固定到可移动推车60上并且限定第一纵向轴线。参考图3，可移动推车60包括升降器61和设置臂62，该设置臂提供用于安装机器人臂40的基座。升降器61允许设置臂62竖直移动。可移动推车60还包括用于显示与机器人臂40有关信息的显示器69。

设置臂62包括第一连接件62a、第二连接件62b和第三连接件62c，这些连接件提供机器人臂40的横向可操纵性。连接件62a、62b、62c在接合部63a和63b处互连，每个接合部可包括致动器(未示出)，用于使连接件62b和62b相对于彼此和连接件62c旋转。具体地，连接件62a、62b、62c可在它们相应的彼此平行的横向平面中移动，从而允许机器人臂40相对于患者(例如，外科手术台)延伸。在实施方案中，机器人臂40可联接到外科手术台(未示出)。设置臂62包括用于调整连接件62a、62b、62c以及升降器61的移动的控制器65。

第三连接件62c包括具有两个自由度的可旋转基座64。具体地，可旋转基座64包括第一致动器64a和第二致动器64b。第一致动器64a可绕垂直于由第三连接件62c限定的平面的第一固定臂轴线旋转，并且第二致动器64b可绕横向于第一固定臂轴线的第二固定臂轴线旋转。第一致动器64a和第二致动器64b允许机器人臂40的完整三维取向。

参考图2，机器人臂40还包括限定第二纵向轴线并且被配置成接收IDU 52(图1)的保持器46。IDU 52被配置成联接到外科器械50的致动机构和相机51，并且被配置成移动(例如，旋转)并致动器械50和/或相机51。IDU 52将致动力从其致动器传递到外科器械50，以致动外科器械50的部件(例如，端部执行器)。保持器46包括滑动机构46a，该滑动机构被配置成使IDU 52沿由保持器46限定的第二纵向轴线移动。保持器46还包括接合部46b，该接合部使保持器46相对于连接件42c旋转。

机器人臂40还包括设置在IDU 52和设置臂62上的多个手动超控按钮53，这些手动超控按钮可在手动模式下使用。用户可按下一个或按钮53来移动与按钮53相关联的组件。

接合部44a和44b包括致动器48a和48b，致动器被配置成通过一系列皮带45a和45b或其他机械连杆(诸如驱动杆、线缆或杆等)相对于彼此驱动接合部44a、44b、44c。具体地，致动器48a被配置成使机器人臂40绕由连接件42a限定的纵向轴线旋转。

接合部44b的致动器48b经由皮带45a联接到接合部44c，并且接合部44c进而经由皮带45b联接到接合部46c。接合部44c可包括联接皮带45a和45b的分动箱，使得致动器48b被配置成使连接件42b、42c中的每一者和保持器46中相对于彼此旋转。更具体地，连接件42b、42c和保持器46被动地联接到致动器48b，该致动器强制执行围绕枢转点“P”旋转，该枢转点位于由连接件42a限定的第一轴线与由保持器46限定的第二轴线的交叉处。因此，致动器48b控制第一轴线与第二轴线之间的角度θ，从而允许外科器械50的取向。由于连接件42a、42b、42c和保持器46经由皮带45a和45b互连，还调整了连接件42a、42b、42c和保持器46之间的角度，以便实现期望的角度θ。在实施方案中，接合部44a、44b、44c中的一些或全部接合部可包括致动器，以消除对机械连杆的需要。

参考图4，外科机器人系统10的计算机21、31、41中的每一者可包括可在硬件和/或软件中具体体现的多个控制器。控制塔20的计算机21包括控制器21a和安全观测器21b。控制器21a从外科控制台30的计算机31接收关于手控制器38a和38b的当前位置和/或取向以及脚踏开关36和其他按钮的状态的数据。控制器21a处理这些输入位置以确定机器人臂40和/或IDU 52的每个接合部的期望驱动命令，并且将这些命令传送到机器人臂40的计算机41。控制器21a还接收实际接合角度并使用该信息来确定传输回外科控制台30的计算机31的力反馈命令，以通过手控制器38a和38b提供触觉反馈。安全观测器21b对进入和离开控制器21a的数据执行有效性检查，并且如果检测到数据传输中的错误，则通知系统故障处理器，以将计算机21和/或外科机器人系统10置于安全状态。

计算机41包括多个控制器，即主推车控制器41a、设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和器械驱动单元(IDU)控制器41d。主推车控制器41a接收和处理来自计算机21的控制器21a的接合命令并且将这些命令传送到设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和IDU控制器41d。主推车控制器41a还管理器械交换以及可移动推车60、机器人臂40和IDU 52的总体状态。主推车控制器41a还将实际接合部角度传送回控制器21a。

设置臂控制器41b控制接合部63a和63b中的每一者，以及设置臂62的可旋转基座64，并且针对俯仰轴线计算期望的马达移动命令(例如，马达扭矩)并控制制动器。机器人臂控制器41c控制机器人臂40的每个接合部44a和44b，并且计算机器人臂40的重力补偿、摩擦补偿和闭环位置控制所需的期望马达扭矩。机器人臂控制器41c基于计算的扭矩来计算移动命令。然后将计算的马达命令传送到机器人臂40中的致动器48a和48b中的一个或多个致动器。然后将实际接合位置通过致动器48a和48b传输回机器人臂控制器41c。

IDU控制器41d接收外科器械50的期望接合部角度，诸如腕部和钳口角度，并且计算IDU 52中的马达的期望电流。IDU控制器41d基于马达位置来计算实际角度并且将实际角度传输回主推车控制器41a。

机器人臂40被进行如下控制。首先，控制机器人臂40的手控制器(例如手控制器38a)的姿势通过主推车控制器21a执行的手眼转换功能转换成机器人臂40的期望姿势。手眼功能以及本文描述的其它功能体现在可由控制器21a或本文描述的任何其它合适的控制器执行的软件中。手控制器38a中的一个手控制器的位姿可体现为相对于固定到外科控制台30的坐标参考系的坐标位置和滚转-俯仰-偏航(“RPY”)取向。器械50的期望位姿相对于机器人臂40上的固定参考系。然后通过由控制器21a执行的缩放函数来缩放手控制器38a的位姿。在实施方案中，通过缩放函数，坐标位置按比例缩小并且取向按比例放大。另外，控制器21a还执行离合函数，其使手控制器38a与机器人臂40脱离。具体地，如果超出某些移动限值或其他阈值，则控制器21a停止将来自手控制器38a的移动命令传输到机器人臂40，并且实质上如同虚拟离合器机构一样起作用，例如限制机械输入影响机械输出。

机器人臂40的期望位姿基于手控制器38a的位姿，并且然后通过由控制器21a执行的逆运动学函数传递。逆运动学函数计算机器人臂40的接合部44a、44b、44c的角度，该角度实现了通过手控制器38a的经缩放和调整的位姿输入。然后将所计算的角度传递到机器人臂控制器41c，该机器人臂控制器包括具有比例微分(PD)控制器、摩擦估计器模块、重力补偿器模块和双侧饱和块的接合部轴线控制器，该接合部轴线控制器被配置成限制接合部44a、44b、44c的马达的所命令的扭矩。

参考图5，机器人臂40联接到设置臂300，所述设置臂与设置臂62大体上相同。设置臂300进一步安装到可移动推车60。设置臂300包含联接到可移动推车60的设置臂基座302。设置臂300进一步包含通过致动器(未示出)彼此联接的多个可移动连接件，从而允许设置臂300移动到各种配置中。确切地说，设置臂300包含第一设置连接件304、第二设置连接件306和联接组合件308。联接组合件308配置成联接到机器人臂40。

设置臂基部302配置成将设置臂300紧固到外科手术台(未示出)或可移动推车12。第一设置连接件304可在接头310处相对于设置臂基座302围绕轴线“A-A”360°旋转。第二设置连接件306可在接头312处相对于第一设置连接件304围绕轴线“B-B”旋转。联接组合件308可在接头314处相对于第二设置连接件306围绕轴线“C-C”旋转。联接组合件308进一步可围绕轴线“D-D”从约0°旋转到约90°。

设置臂300包含联接到设置臂300且确切地说联接到接头314的对准单元316。对准单元316与控制塔20可操作地连通。在实施方案中，对准单元316可直接联接到联接组合件308。对准单元316被配置成确定设置臂300和机器人臂40相对于代表坐标系11的取向，所述代表坐标系是由计算机21生成的构造并用以例如通过照相机和/或内窥镜将机器人臂40中的每一个放置和取向到临床医生视角。确切地说，对准单元316用以为机器人臂40创建共用参考对准并确定机器人臂40相对于代表坐标系11的偏航取向。如本文所使用，术语“偏航”表示机器人臂40围绕垂直于地面的纵轴的移动。

机器人臂40的每个连接件和设置臂300的每个设置连接件的取向在计算中用以使机器人臂40的移动与外科控制台30处的输入设备，例如手动输入18，的移动对准。对准单元316包含光单元412(参见图6)，所述光单元配置成将对准图案318投影到水平表面上。将可对准图案318投影到水平表面上，诸如外科手术台、地板、患者或任何其他表面。只要投影到表面上的对准图案318由临床医生或计算设备可见和可辨别，那么所述表面可以不是完全水平的。因此，可使用任何非竖直表面。

对准单元316具有可旋转主体320，其允许用户手动旋转对准单元316并调整对准图案318的角度，以便使对准图案318与代表坐标系11对准。在实施方案中，对准单元316可包含指示器316a，例如其表面上的印刷标记或图像以指示前向方向或相关于患者的方向。在另外的实施方案中，对准图案318可以是具有方向指示的线。在实施方案中，对准图案318可包括第一部分324和第二部分322。对准图案318的第二部分322可以指示前向方向或手术器械50和机器人臂40的最接近患者的一部分，且第二部分322可以指示后向方向或手术器械50和机器人臂40的最远离患者的一部分。第二部分322与第一部分324可在视觉上不同，如颜色和/或图案不同以允许更易于区分。在示例性实施方案中，第二部分322可以是绿色且第一部分324可以是红色。在实施方案中，第二部分322可以是蓝色且第一部分324可以是黄色，以允许由色盲人士更易于区分。在另外的实施方案中，第二部分322与第一部分324可具有不同的图案，如第一部分324或第二部分322中的一个可为实线的而另一个可为虚线的。

参考图6，外科手术台100示出为上面设置有患者“P”。图6还示出相对于外科手术台100取向的多个对准图案318a、318b、318c、318d。外科手术台100可用作用于通过使其相应对准单元316中的每一个对准来对机器人臂40进行取向的参考点。参考点可以是在对准期间保持静止的任何对象；诸如外科手术台100、患者“P”、墙壁、地板上的标记或甚至其他对准图案318中的任一者。四个机器人臂40的对准单元316投影对准图案318a、318b、318c、318d。对准图案318a由附接到固持相机和/或内窥镜的机器人臂40的对准单元316投影。当正确取向时，对准图案318b、318c、318d平行于且与对准图案318a面朝相同方向，该对准图案从固持如图案402、404和406中所示出的相机和/或内窥镜的机器人臂40投影。图案408示出未对准的对准图案318a、318b、318c、318d，对准图案318c相对于对准图案318a和318b横向且对准图案318d在与对准图案318a和318b相对的方向上取向。虽然图案406示出了平行对准的图案318a、318b、318c、318d，而系统10将正确地协调外科医生控制的相对于相机视图的运动，但它将产生不正确的床图图形，因为所有臂将被显示为与它们的实际偏航成90度。

在实施方案中，对准单元316包含安置于对准单元316上的输入设备326，所述输入设备可以是按钮或任何其他用户接口设备。输入设备326可由用户致动以向控制塔20和/或外科控制台30指示对设置臂300和/或对准单元316的调整已完成。如图7中所描绘，对准单元316包含光单元412、传感器414和连接器416。对准单元316还可包含并有各种电子部件的印刷电路板。传感器414可以是任何合适的编码器、电位计、旋转可变差动变压器，或任何其它种类的旋转位置传感器。在实施方案中，光单元412以一种或多种颜色投影数个不同对准图案318，包含各种形状、数字、字母和/或符号，以帮助识别对准单元316的取向和/或方向。光单元412可包含可配置成发出激光的光源，例如一个或多个发光二极管，以及任选投影图案或透镜，其将发出的光塑形成对准图案318。传感器414用以确定对准图案318的角度。传感器414可配置成测量对准单元316的旋转，其接着用以确定机器人臂40相对于代表坐标系11的取向。确切地说，当对准单元316是被用户旋转时，传感器414确定对准图案318的角度并将此角度与机器人臂40的位置相关。

连接器416将对准单元316与控制塔20、外科控制台30和机器人臂40的计算机21、31和41可操作地联接，并允许将数据和信息传送到对准单元316和控制塔20、外科控制台30和机器人臂40并从对准单元316和控制塔20、外科控制台30和机器人臂40传送数据和信息。在实施方案中，连接器416可为有线连接(例如，USB)，或连接器416可包括与控制塔20和/或外科控制台30无线通信的无线发射器/接收器，该控制塔和/或外科控制台还可包括无线发射器/接收器。无线通信可以是射频、光学、

图8描绘用于使机器人臂40的与代表坐标系11对齐对准的说明性方法的流程图500。实际上，当在步骤502处设置系统时，向用户显示用于将可移动推车60邻近于代表性坐标系11定位的指令，该可移动推车包括设置臂300、机器人臂40和外科器械50。用户接着通过操控设置连接件304、306和联接组合件308调整设置臂300以使设置臂300与代表坐标系11对准。在实施方案中，设置连接件304、306可由用户手动调整。在另一实施方案中，设置连接件304、306可包含配置成致动设置连接件304、306的多个致动器(未示出)。多个马达可受可由用户操作的控制设备(未示出)控制。如果重新定位机器人臂40，激活输入设备326，或如果对准单元316检测到机器人臂40的偏航改变，那么可提示用户根据所公开的方法重新对齐机器人臂40与代表坐标系11。在步骤504中，在用户相对于代表坐标系11调整设置臂300后，对准单元316配置成通过光单元将对准图案318投影到代表坐标系11上。投影的对准图案318可具有高强度，使得对准图案318对用户可见。一旦可移动推车60停止并且推车制动器(未示出)接合，就可自动激活对准单元316。

在步骤506中，用户通过调整对准单元316来操控对准图案318。确切地说，用户可旋转对准单元316，这使得对准图案318也旋转。在实施方案中，对准图案318可以是直线。在另外的实施方案中，光单元投影两种或多于两种颜色的光以指示取向和/或方向。在步骤508处，一旦用户完成调整对准单元316，那么用户激活安置于对准单元316上的输入设备326，以向控制塔20和/或外科控制台30指示调整已完成且设置臂300与代表坐标系11恰当地对准。在实施方案中，可移动推车60对接或以其他方式连接到控制塔20。在步骤510处，控制塔20和/或外科控制台30确定对准图案318相对于代表坐标系11的取向。确切地说，对准单元316包含传感器(未示出)，其用以确定投影的对准图案318相对于对准单元316的位置的角度。在步骤512处，基于对准图案318相对于代表坐标系11的取向，控制塔20和/或外科控制台30确定设置臂300和/或机器人臂40相对于代表坐标系11的位置和取向。在步骤514处，在确定机器人臂40的取向后，控制塔20和/或外科控制台30使机器人臂40相对于代表坐标系的移动和取向与配置成操控机器人臂的手动输入18的移动相关。

根据本公开的外科机器人系统10被配置成执行配准过程，以使多个可移动推车60和附接的机器人臂40中的每一者的取向相对于空间中的中心点(诸如外科手术台100(图9))相关(例如，配准)。在配准过程期间，系统10基于机器人臂40的偏航角φ(在水平平面中)和俯仰角θ(图2)来确定机器人臂的相对取向。如上所述，偏航角可由机器人臂40和设置臂62控制，并且俯仰角(例如，角度)可由机器人臂40控制。机器人臂40中的每个机器人臂的偏航角v和俯仰角θ的配准确保来自外科控制台30的手控制器38a和38b的手柄运动正确映射到第一显示器32上的外科器械50的自然运动(例如，手控制器38a向左移动对应于外科器械50在第一显示器32上向左移动)。系统10并且特别是控制塔20的计算机21被配置成执行算法，该算法基于从对准单元316输入的偏航角φ(如上文关于图5至图8所述)和基于接合部44a、44b、44c的位置的俯仰角θ来计算每个机器人臂60的配准角(例如，偏航角φ和俯仰角θ)。在角度已配准之后，该算法还确定机器人臂40和对应的可移动推车60何时已配准，并处理用于控制对准单元316和在臂推车显示器69(图2)上显示偏航角φ的事件逻辑。此外，向控制塔20和外科控制台30发送已配准和未配准的通知，以指示每个可移动推车60的配准状态。在执行外科机器人系统10的远程机器人操作之前，手术室工作人员也确认配准。

主推车控制器41a被配置成执行配准过程，并处理可移动推车60和机器人臂40的各种配准状态的设置。主推车控制器41a被配置成当满足以下条件时将可移动推车60设置为配准状态：1)制动器68中的一个或多个制动器被激活以防止可移动推车60的移动；2)附接到可移动推车60的机器人臂40相对于外科手术台100对准；以及3)机器人臂40的外科器械50联接到插入患者腹腔中的接入端口或套管针(未示出)。

相反，主推车控制器41a被配置成当满足以下条件时将可移动推车60设置为未配准状态：1)制动器68中的一个或多个制动器被停用以允许可移动推车60的移动；以及2)机器人臂40的外科器械50从端口或套管针分离。

主推车控制器41a还被配置成当对准单元316对准(如上文关于图5至图8所述)并且输入设备326被激活时，将可移动推车60设置为对准状态。在对准状态下，对准单元316被停用并停止发射对准图案318。

控制器21a协调手术室团队接口(ORTI)与可移动推车60的主推车控制器41a之间的通信。ORTI显示在控制塔20的显示器23以及第二显示器34上。控制器21a还被配置成在对机器人臂40启用远程操作之前确认机器人臂40中的每个机器人臂被配准，并且被进一步配置成基于配准的角度来确定两个相邻的机器人臂40何时彼此太靠近。控制器21a接收每个机器人臂40的配准状态，并向可移动推车60和ORTI中的每一者的的主推车控制器41a发布数据，指示哪些机器人臂40已被用户确认，并且如果机器人臂40放置得太靠近则发出警告。

控制器21a确定可移动推车60和机器人臂40何时已配准，计算配准的偏航角φ，并处理用于控制对准单元316和在可移动推车60的推车显示器69上显示配准偏航角的事件逻辑。此外，发送已配准和未配准的通知以指示可移动推车60和机器人臂40的配准状态。可移动推车60和机器人臂40的配准在远程操作之前由手术室工作人员确认。

图9示出系统10并且特别是可移动推车60和机器人臂40的示意图，如由用于存储机器人臂40中的每个机器人臂(例如，机器人臂40的第一连接件42a的纵向轴线)相对于外科手术台100的偏航角φ的控制器21a表示。尽管图9中仅示出一组可移动推车60和机器人臂40，但可使用多个可移动推车60和对应的机器人臂40。图9示出具有从0°至360°的刻度的圆形标度102，其与手术台100的顶部一起取向。在图9中，机器人臂40被示出为具有约60°的偏航角φ。

圆形标度102和其上所示的对准角遵循右手定则(例如，逆时针)，并且基于从对准图案318到机器人臂40的第一连接件42a的角度来限定。当对准图案318的第二部分322在前向方向上与由第一连接件42a限定的纵轴对准时，角度为零。相反，对于系统设置和用户界面110(图10)，对准角为顺时针限定的。当第二部分322与机器人臂40的第一连接件42a的反向方向对准时，角度为零。

通过使用以下式(I)将对准图案318相对于外科手术台100的原始角转换为转换的对准角来确定偏航角：

(I)对准角＝mod(3*π-原始对准角，2*π)

在式(I)中，mod函数为取模运算，求3*π与原始对准角之间的差除以2*π后的余数。然后使用转换的对准角以使用式(II)计算偏航角：

(II)偏航角＝转换的激光角-总和(当前向量-初始向量)

在式(II)中，初始向量为在对准前设置臂62的连接件62a、62b、62c之间的初始设置臂角度的3x1向量，并且当前向量为对应于处于后对准状态的设置臂62的3x1向量。当机器人臂40在其对准后移动时，更新当前向量，从而计算新的偏航角。如图10所示，在用户界面110(例如，床图)上显示机器人臂40中的每个机器人臂的偏航角。用户界面110可显示在控制塔20的第一显示器32和/或可移动推车60的推车显示器69上。

当可移动推车60连同机器人臂40最初转变到对准状态时，偏航角等于对准角。随着设置臂62在手动平面运动期间移动以相对于外科手术台100定位机器人臂40时，旋转接合部63a和63b围绕其垂直于地板的单独旋转轴线旋转，因此每个接合部63a和63b额外地有助于机器人臂40的基座接合部44a的旋转。

参考图10，用户界面110是ORTI的一部分，并且包括机器人臂40中的每个机器人臂的图形臂表示112。图形臂表示112中的每个图形臂表示显示臂标识号114和配准的偏航角116。另外，图形臂表示112以各种颜色和/或其他指示器显示，以指示机器人臂40的状态。

在设置期间，每个机器人臂40和可移动推车的初始默认状态被设置为禁用状态，直到制动器68已接合，此时主推车控制器41a转变为启用状态并进入未对准子状态。在进入未对准子状态时，对准单元316的激光强度被设置为高。一旦对准图案318与外科手术台100对准并且输入设备326(例如，激光按钮)被用户按下，激光强度被设置为关闭，并且主推车控制器41a转变到对准状态。在进入对准状态时，使用上述式(I)转换原始对准角。然后使用转换的角来使用式(II)计算偏航角。

当处于对准状态时，主推车控制器41a转变为未配准的子状态，其中在进入时，指示何时在用户界面110上显示偏航角的标记被设置为真。当机器人臂40对接时，即机器人臂40的外科器械50联接到端口或套管针时，主推车控制器41a转变为配准状态，显示偏航角标记被设置为假，并且配准标记被设置为真。如果在任何时候，在对准状态下，可移动推车60和机器人臂40的手动模式被激活，则显示偏航角标记被设置为真。否则，如果手动模式未激活并且主推车控制器41a处于配准状态，则显示偏航角被设置为假。每次主推车控制器41a进入配准状态时，配准计数值增加一。

总之，如果满足所有以下条件，则机器人臂40被配准：制动器68开启，机器人臂40与外科手术台100对准，并且机器人臂40对接，例如机器人臂40的外科器械50联接到端口或套管针。相反，机器人臂40可能在任何以下条件下变得未配准：机器人臂40变得未对接或制动器68已被释放。

控制塔20的控制器21a在任何机器人臂40被配准为彼此太靠近(例如，间隔开最小距离)时提供通知，并且控制器21a处理来自ORTI的配准确认的接收。如果两个偏航角之间的差值小于预定阈值，则控制器21a确定两个相邻的机器人臂40是否彼此靠近。如果机器人臂40彼此太靠近，则用户可固定床边配置或忽略通知。

控制器21a向用户发送指定机器人臂40中的哪两个机器人臂太靠近的通知。可针对已配准且不处于手动模式的机器人臂40发送通知。控制器21a清除针对未配准、处于手动平面或不再太靠近的机器人臂40的通知。

参考图11和图12，用户界面120的另一实施方案包括用户界面110的类似元素。与图10的界面110类似，用户界面120包括床图121，该床图示出了围绕外科手术台100设置的机器人臂40中的每个机器人臂的图形臂表示122。

床图121允许用户快速识别臂40与患者的关系。床图121示出臂40相对于外科手术台100和患者的放置。图形臂表示122中的每个图形臂表示显示推车标识号124，即1-4(图11)，该推车标识号表示可移动推车60、机器人臂40和设置臂62。在控制塔20的显示器23上显示的用户界面120包括如图11所示的设置视图和如图12所示的外科手术视图。图11的设置视图示出了用户界面120的放大视图，并且图12的外科手术视图是用户界面120最小化视图，使得用户界面120不干扰来自相机51的外科手术视图。另外，与图13的用户界面150类似，用户界面120包括顶部的功能区125，该功能区示出了机器人臂40中的每个机器人臂的状态。

在系统10的使用期间显示床图121的三个实例。在设置期间(图11)和外科手术期间(图12)，在控制塔20的显示器23上为操作团队显示第一实例。在设置期间，用户可触摸臂设置引导按钮127以切换到图11的设置视图，其中床图121被放大。如图13所示，床图121还作为外科医生辅助用户界面150的一部分显示在外科控制台30的第二显示器34上。用户界面允许临床医生查看带有机器人臂40中的每个机器人臂的图形臂表示122的床图121，类似于功能区125。

参考图14，示出了机器人臂40中的每个机器人臂在其使用期间的配准和指定的进度。可在控制塔20的显示器23上的设置视图(图11)期间显示该进度。具体地，图14示出了用户界面120的进度视图。第一视图130是预设置视图，其在无图形臂表示122的情况下示出外科手术台100。

中间设置视图包括第二视图132，其中第一机器人臂40连接到控制塔20。标识号124被分配给图形臂表示122，该图形臂表示以虚线轮廓示出，因为机器人臂40尚未被确认。另外，还示出了图形臂表示122的偏航角126。在第三视图134中，机器人臂40已被确认，但仍然未被分配。这通过从虚线轮廓到实线填充的图形臂表示122的转变来示出。

中间初始化视图包括第四视图138，其中图形臂表示122从实线填充表示转变为实线未填充表示。这说明机器人臂已被确认并被分配给主要点。第五视图140示出了已连接、已配准和已分配的所有机器人臂40，其中图形臂表示122a-122d中的每个图形臂表示分别被编号为1-4。另外，第四图形臂表示122d包括用于保持机器人臂40的相机的指定123，例如，使用围绕臂的编号指定的实心填充圆。

内部操作视图包括具有四个图形臂表示122a-122d的第六视图142，其中活动机器人臂40使用第一填充或颜色方案来指定，而备用的机器人臂40保持与第五视图140中相同的指定。示出活动机器人臂40的填充颜色(即图形臂表示122a和122b)可以是与第三视图134的实心填充表示不同的颜色组合，以避免混淆。在显示器23、32和34中的每个显示器上显示的图形用户界面120可利用图14的指定来示出机器人臂40中的每个机器人臂的状态。

参考图13，除床图121之外，外科医生辅助用户界面150还示出三个机器人臂40中的每个机器人臂的图形表示152a-152c。图形表示152a-152c中的每个图形表示包括标识号154a-154c和器械类型156a-156c，因为在所描绘的场景中，仅三个机器人臂40连接。用户界面150还包括取向指示器160。取向指示器160示出了相机51的旋转和俯仰指示，其示出了相机51的旋转和俯仰指示。相机51可以是立体相机并提供外科手术部位的实时视频流。相机51的俯仰和旋转由手控制器38a或38b中的一个手控制器控制。因此，随着手控制器38a或38b围绕其纵向轴线旋转、竖直移动和/或横向移动，该运动被相机51(即，由机器人臂40和/或IDU 52)复制。由于相机51设置在受限外科手术部位内，因此相机51的取向可能会使在显示器23或第一显示器32上观察其馈送的临床医生感到困惑。

取向指示器160是旋转和俯仰指示器的组合。取向指示器160的旋转指示器161包括设置在有界区域164内的箭头162。随着相机51的旋转，箭头162在有界区域164内旋转，示出了相机51的旋转。参考图15A至图15D，随着相机51的旋转，外科控制台30的第一显示器32上的视图也旋转。相机51的旋转也由取向指示器160上的箭头162示出。在图15A中，相机51以朝上的取向旋转。在图15B中，相机51从图15A的位置顺时针旋转90°。在图15C中，相机51从图15B的位置顺时针旋转90°。在图15D中，相机51从图15C的位置顺时针旋转90°。如图15A至图15D所示，箭头162的方向与相机51的视图匹配。

参考图16A至图16D，取向指示器160的俯仰指示器163包括分叉有界区域164的线166。俯仰指示器163示出了相机51的俯仰的绝对值。线166下方的下部部分166A代表地板或地面，而线166上方的上部部分166b表示天花板或天空。因此，当相机51如图16A所示水平俯仰时，部分166a和166b相同。俯仰的“绝对值”表示下部部分166a始终在底部显示。因此，当相机51向前俯仰超过0°+10°时，以及当相机沿相反方向向后俯仰超过0°-10°时(即，围绕其竖直轴线在锥体上的任何位置俯仰)，指示器上所示的下部部分166a的量相同。如图13、图16A至图16D和图17A至图17D所示，旋转指示器161和俯仰指示器163均形成取向指示器160的一部分。

参考图17A至图17B，临床医生在旋转相机51时以及在平移相机51时“拖动工作空间”。在图17A中，临床医生使用手控制器38a和38b将方向盘“逆时针转动”15°，然后降低它们以升高相机51的视野。相机51顺时针旋转(当从相机51后面观察时)，但旋转指示器和屏幕上的图像的旋转方向与临床医生的手的方向相同。在图17B中，临床医生顺时针转动手控制器38a和38b，直到相机51已旋转90°，然后升高手控制器38a和38b以降低内窥镜视野。相机51本身逆时针旋转，但旋转指示器161和屏幕上的图像跟随临床医生的手。

参考图13，除床图121之外，临床医生辅助用户界面150示出了附加元件。具体地，用户界面150示出了四个机器人臂40中的每个机器人臂的图形表示152a-152d。图形表示150a-150d中的每个图形表示包括标识号154a-c和器械类型156a-156c，因为在所描绘的场景中，仅三个机器人臂40连接。用户界面150还包括取向指示器160。取向指示器160示出了相机51的旋转和俯仰指示。相机51可以是立体相机并提供外科手术部位的实时视频流。相机51的俯仰和旋转由手控制器38a或38b中的一个手控制器控制。因此，随着手控制器38a或38b围绕其纵向轴线旋转、竖直移动和/或横向移动，该运动被相机51(即，由机器人臂40和/或IDU 52)复制。由于相机51设置在受限外科手术部位内，因此相机51的取向可能会使在显示器23或第一显示器32上观察其馈送的临床医生感到困惑。

取向指示器160是旋转和俯仰指示器的组合。取向指示器160的旋转指示器161包括设置在有界区域164内的箭头162。箭头162可旋转0°至360°，使得随着相机51围绕其纵向轴线旋转，箭头162在有界区域164内旋转，示出了相机51的旋转。参考图15A至图15D，随着相机51的旋转，外科控制台30的第一显示器32上的视图也旋转。相机51的旋转也由取向指示器160上的箭头162示出。

参考图16A至图16D，取向指示器160的俯仰指示器163包括分叉有界区域164的线166。俯仰指示器163示出了相机51的俯仰的绝对值。线166下方的下部部分166A代表地板或地面，而线166上方的上部部分166b表示天花板或天空。因此，当相机51如图16A所示水平俯仰时，部分166a和166b相同。俯仰的“绝对值”表示下部部分166a始终在底部显示。因此，当相机51向前俯仰超过例如0°+10°时，以及当相机51沿相反方向向后俯仰超过例如0°-10°时(即，围绕其竖直轴线在锥体上的任何位置俯仰)，指示器上所示的下部部分166a的量相同。因此，图16B和图16D的俯仰指示器163示出了下部部分166a和上部部分166b的相同量(例如，绝对值)，仅箭头162与相机51的方向不同。随着相机51倾斜，线166在有界区域164内竖直移动。如图13、图16A至图16D和图17A至图17D所示，旋转指示器161和俯仰指示器163均形成取向指示器160的一部分。

参考图17A至图17B，在使用期间，临床医生可拖动外科控制台30的显示器32上所示的工作空间。当相机51同时旋转和平移时，拖动工作空间。在图17A中，临床医生使用手控制器38a和38b将相机51逆时针转动15°，并且由于竖直轴控制反转，还降低手控制器38a和38b以升高相机51的视野。相机51顺时针旋转(当从相机51后面观察时)，但旋转指示器和屏幕上的图像的旋转方向与临床医生的手的方向相同。在图17B中，临床医生顺时针转动手控制器38a和38b，直到相机51已旋转90°，然后升高手控制器38a和38b以降低内窥镜视野。相机51本身逆时针旋转，但旋转指示器161和屏幕上的图像跟随临床医生的手。

参考图1，外科控制台30的某些部件可被重新配置成向临床医生提供定制的人体工程学配合。具体地，第一显示器32的高度是可调整的，该显示器向临床医生提供从相机51到外科手术部位的3D视图。另外，扶手33的高度也是可调整的。此外，脚踏开关36的深度是可调整的。修改人体工程学参数(即第一显示器32的高度、扶手33的高度和脚踏开关36的深度)的任何组合允许临床医生获得舒适的位置。第一显示器32、扶手33和脚踏开关36中的每一者可设置在一个或多个轨道或其他机构上，这些轨道或机构提供第一显示器32、扶手33和脚踏开关36沿着其相应移动轴线的移动。在实施方案中，第一显示器32和扶手33可沿着竖直轴线移动，并且脚踏开关36可沿着水平轴线移动。在另外的实施方案中，第一显示器32、扶手33和脚踏开关36可沿着多个轴线移动和/或可使用球形接合部、臂和其他合适的机构围绕枢轴点旋转。

可在外科控制台30的初始化期间调整人体工程学参数中的每个人体工程学参数，例如，在外科控制台30的校准之后。参考图18，用于配置外科控制台30的用户界面170显示在第一显示器32上。临床医生可分别使用向上箭头172a和向下箭头172b来通过临床医生高度调整输入172输入他/她的身高。外科控制台30的计算机31包括查找表，计算机31使用该查找表基于输入的身高来将人体工程学参数中的每个人体工程学参数设置为来自查找表的推荐参数。具体地，对于特定身高范围，查找表存储人体工程学参数中的每个人体工程学参数，然后计算机31利用这些参数来自动计算和/或调整以下人体工程学参数中的一个或多个人体工程学参数：第一显示器32的高度、扶手33的高度和脚踏开关36的深度。在实施方案中，用户界面170还可包括用于调整人体工程学参数中的每个人体工程学参数的物理按钮(未示出)。这些按钮可设置在扶手33上。

临床医生还可手动改变人体工程学参数中的每个人体工程学参数。用户界面170包括扶手高度调整输入174、脚踏开关深度调整输入176和显示器高度调整输入178。调整输入174、176、178中的每个调整输入包括向上箭头174a、176a、178a、向下箭头174b、176b、178b以及扶手33、脚踏开关36和显示器32各自的图形表示174c、176c、178c。临床医生可调整调整输入174、176、178中的每个调整输入。

人体工程学参数可以0-10标度或任何其他合适的范围表示。在调整期间，当值达到下限或上限时，用于调整得更高或更低的对应按钮(例如，向上箭头174a、176a、178a或向下箭头174b、176b、178b)会灰显或以其他方式禁用，其中任何输入(例如，触摸)对人体工程学参数都没有影响。用户界面170还包括下一步按钮180和调整按钮182。如果临床医生不调整任何设置，则下一步按钮180最初可用于触摸。一旦临床医生调整设置，下一步按钮180就变为禁用，并且临床医生接触调整按钮182，使得外科控制台30可进行输入的调整。类似地，如果计算机31用于自动计算人体工程学参数，则按下调整按钮182启动外科控制台30而不是计算机31的自动调整。

应当理解，可对本发明所公开的实施方案作出各种修改。在实施方案中，传感器可设置在机器人臂的任何合适部分上。因此，以上说明不应理解为限制性的，而是仅作为各种实施方案的例示。本领域的技术人员能够设想在本文所附权利要求书的范围和实质内的其它修改。