CN106456257A - 手术机器人手臂支撑***及使用方法 - Google Patents

手术机器人手臂支撑***及使用方法 Download PDF

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Abstract

手术机器人手臂支撑***可以包括基座和用于将机器人手臂联接至支撑***的至少一个柱和/或连接件。基座可以构造成至少部分地围绕手术台。至少一个柱可以具有支撑在基座上的第一端和构造成支撑机器人手臂的第二端。所述至少一个柱可以构造为联接至手术台。连接件可以支撑在支撑***和联接的机器人手臂之间的机械和/或电连接。电连接可以配置为识别机器人手臂连接件中的与至少一个机器人手臂连接的至少一个机器人手臂连接件。每个机器人手臂连接件可以构造为将连接的机器人手臂的一部分保持在距离基座的预定位置处。

Description

手术机器人手臂支撑***及使用方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月13日提交的美国临时专利申请第61/992,277号的权益和优先权，上述专利申请的全部公开通过引用合并于此。
背景技术
机器人手术***已经用于微创医疗手术中。一些机器人手术***包括控制台和多个机器人手臂。包括末端执行器(例如钳子或抓握工具)的手术器械可安装至一个或多个机器人手臂。机器人手臂向手术器械提供用于其操作和移动的机械动力。每个机器人手臂可以包括可操作地连接至手术器械的器械驱动单元。
机器人手术***包括在手术期间可用的三个或更多个机器人手臂。这些臂定位在患者旁边的不同位置，以使得在臂的端部处的器械能够***不同的套管针。在一些情况下，每个臂直接安装至做手术的患者所定位的手术台上。在其它情况下，这些臂安装至可移动手推车，手推车沿着手术台旁被推到期望的位置。
这些安装的可选的方法需要使用位置传感器和其它部件来在臂的定位期间识别每个臂相对于其它臂和/或摄像机的位置。这增加了机器人手臂的成本和复杂性。另外，难以创建用于将机器人手臂紧固地安装至不同类型的手术台以防止臂在手术期间不经意地移动的通用接口。
需要以如下方式定位手术机器人手臂：使得可以在没有额外的位置传感器或其它部件的情况下确定每个臂与其它臂和/或摄像机的相对位置。还需要独立于所使用的手术台来紧固地固定机器人手臂的位置，使得臂在手术期间不太可能移动。
发明内容
机器人手臂支撑***可以最初定位在手术台旁的地板上。支撑***可以具有成形为手术台的一个或多个部分的形状。臂支撑***可以包括用于将每个机器人手臂电连接和/或机械连接至臂支撑***的两个或更多个电和/或机械连接件。在臂支撑***上，每个连接件可以位于距离其它连接件的已知距离处。这些已知距离可用于在不需要额外的位置传感器的情况下快速计算连接至支撑***的每个臂的相对位置。
电连接件还可以用于向和从每个机器人手臂传输电力、指令和信号。这可以消除对沿着手术室的地板延伸到每个机器人手臂的额外电缆的需要。这些额外电缆可能对手术室工作人员造成绊倒的危险。
支撑***可以具有至少部分地围绕床的U形、L形、O形或其它形状。支撑***可以包括模块件，一旦床已经定位在手术室中，这些模块件可以联接在一起。这些模块件还可以预先组装和/或预先定位在手术室中，然后手术台可以相对于支撑***移动到期望的位置。这些模块件可以是可调节的，以适应不同的手术台尺寸和类型。
手术机器人手臂支撑***可以包括：基座，其构造成至少部分地围绕手术台；在基座上的两个或更多个机器人手臂连接件；以及电连接，其构造为识别机器人手臂连接件中的与至少一个机器人手臂连接的至少一个机器人手臂连接件。电连接可以布置在连接的机器人手臂和基座之间。
每个机器人手臂连接件可以构造成将连接的机器人手臂的一部分保持在距离基座的预定位置处。每个机器人手臂连接件可以包括机械连接，所述机械连接限制所述连接的机器人手臂的至少一部分相对于基座的移动。
可以包括存储器并且其可以配置为存储两个或多个机器人手臂连接件的地点信息。可以包括处理单元并且其可以配置为通过所存储的地点信息来计算连接至不同的机器人手臂连接件的至少两个机器人手臂的位置。处理单元可以配置为基于计算的位置将手术机器人手臂支撑***的输入装置的移动与附加至机器人手臂的器械的对应的移动或来自与机器人手臂中的一个联接的摄像机的显示图像的对应的移动对齐(align)。
电连接可以配置为通过与至少一个机器人手臂连接件相关联的唯一标识符来识别机器人手臂连接件中的至少一个，以检测机器人手臂联接件，和/或识别联接至至少一个机器人手臂连接件的特定机器人手臂。
基座可以包括至少一个模块化连杆，所述模块化连杆选择性地能够附接至至少一个其它模块化连杆。
基座可以包括多于一个连杆，并且在一些情况下，可以包括至少三个模块化连杆。至少一个模块化连杆可以具有当至少三个模块化连杆附接在一起时与至少两个其它模块化连杆的纵向轴线垂直的纵向轴线。
在一些情况下，至少一个模块化连杆能够沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节基座的尺寸。在一些情况下，每个模块化连杆能够沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节基座的至少宽度和长度。
一种方法可以包括将手术机器人手臂连接至在手术机器人手臂支撑***基座上的两个或更多个机器人手臂连接件中的至少一个；并且识别手术机器人手臂所连接至的至少一个机器人手臂连接件。手术机器人手臂支撑***基座可以构造成至少部分地围绕手术台。
可以机械地限制连接的机器人手臂的至少一部分相对于基座的移动，作为将手术机器人手臂与至少一个机器人手臂连接件相连接的一部分。可以实现连接的机器人手臂和手术机器人手臂支撑***基座之间的电连接，作为将机器人手臂与至少一个机器人手臂连接件相连接的一部分。
可以通过存储在存储器中的关于机器人手臂连接件的地点信息来计算连接至不同机器人手臂连接件的至少两个机器人手臂的位置。
可以基于所计算的位置而将手术机器人手臂支撑***的输入装置的移动与附加至连接的机器人手臂中的一个的器械或摄像机的对应的移动对齐。
实现在机器人手臂和连接所述臂的机器人手臂连接件之间的电连接的电路可以使得能够识别每个连接的机器人手臂和连接每个所识别的机器人手臂的机器人手臂连接件。
两个或更多个模块化连杆可以围绕手术台联接在一起，以形成手术机器人手臂支撑***基座。可以将模块化连杆中的至少一个沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节基座相对于手术台的尺寸。
可以通过处理装置处理来自配置为检测所述连杆中的至少一个的移动的位置传感器的信号。可以通过处理来识别至少一个连杆的检测到的移动量。可以将所识别的检测到的移动量与阈值进行比较。当比较的量超过阈值时可以触发通知。
一种手术机器人手臂支撑***可以包括配置成至少部分地围绕手术台的基座。所述手术***还可以包括至少一个柱，所述至少一个柱具有通过基座上的机械和/或电连接件支撑的第一端和支撑机器人手臂的第二端。所述柱可以认为是机器人手臂的一部分，或者它可以是可从机器人手臂分离的单独部件。
所述基座可以包括彼此连接并且可相对于彼此选择性地调节的多个连杆。每个连杆可以包括一个或多个电和/或机械连接件，机器人手臂可以连接至所述电和/或机械连接件。多个连杆可以包括第一L形连杆和第二L形连杆。第一L形连杆可以具有第一腿和第二腿。第二L形连杆可以具有第一腿和第二腿。第一L形连杆的第一腿和第二L形连杆的第一腿可以彼此连接并限定穿过其中的第一轴线。第一和第二L形连杆能够沿着第一轴线相对于彼此移动，以调节基座的宽度。
在实施例中，多个连杆还可以包括第一直线连杆和第二直线连杆。第一直线连杆可以连接至第一L形连杆的第二腿。可以通过第一L形连杆的第二腿和第一直线连杆限定垂直于第一轴线的第二轴线。第一直线连杆能够沿着第二轴线相对于第一L形连杆的第二腿移动以调节基座的长度。第二直线连杆可以连接至第二L形连杆的第二腿。可以通过第二L形连杆的第二腿和第二直线连杆限定垂直于第一轴线的第三轴线。第二直线连杆能够沿着第三轴线相对于第二L形连杆的第二腿移动。
基座可以具有矩形构造。
在一些情况下，柱可以包括将其第一端和第二端可活动地连接至彼此的接头。所述至少一个柱的第一端和第二端能够沿着沿至少一个柱限定的轴线相对于彼此移动。所述接头可以构造成可滑动地联接至手术台的轨道。
在实施例中，所述至少一个柱的第一端和第二端中的一个可以构造成可滑动地联接至手术台的轨道。所述至少一个柱的第一端可以可枢转地联接至基座。
在本公开的另一个方案中，提供了一种支撑手术机器人手臂的方法。所述方法包括提供手术机器人手臂支撑***。所述支撑***包括基座、至少一个第一柱和至少一个第二柱。所述基座构造成至少部分地围绕手术台。每个柱具有支撑在基座上的第一端和构造为支撑机器人手臂的第二端。这些柱构造为联接至手术台。所述方法还包括：将支撑***的基座定位成至少部分地围绕手术台；将至少一个第一柱联接至手术台的第一轨道；将至少一个第二柱联接至手术台的第二轨道；并且将机器人手臂联接至每个柱的第二端。
在实施例中，所述方法还可以包括选择性地调节所述支撑***的基座的宽度或长度中的至少一个。所述方法还可以包括使基座的多个连杆相对于彼此轴向移动。多个连杆中的每一个可以支撑其上的相应的柱。所述基座的多个连杆可以包括第一L形连杆和第二L形连杆。第一L形连杆可以具有第一腿和第二腿。第二L形连杆可以具有第一腿和第二腿。第一L形连杆的第一腿和第二L形连杆的第一腿可以彼此连接并限定穿过其中的第一轴线。所述方法还可以包括使第一和第二L形连杆沿着第一轴线相对于彼此移动以调节基座的宽度。
在实施例中，基座的多个连杆还可以包括第一直线连杆和第二直线连杆。所述第一直线连杆可以连接至第一L形连杆的第二腿。可以通过第一L形连杆的第二腿和第一直线连杆限定垂直于第一轴线的第二轴线。所述第二直线连杆可以连接至第二L形连杆的第二腿。可以通过第二L形连杆的第二腿和第二直线连杆限定垂直于第一轴线的第三轴线。所述方法还可以包括：使第一直线连杆沿着第二轴线相对于第一L形连杆的第二腿移动以调节基座的第一长度；以及使第二直线连杆沿着第三轴线相对于第二L形连杆的第二腿移动以调节基座的第二长度。
在实施例中，所述方法还可以包括调节基座的构造以对应手术台的轮廓。
在本公开的一些方案中，所述方法还可以包括使每个柱的第一端相对于每个柱的第二端围绕其相应的接头运动。所述方法还可以包括使每个柱的第一端和第二端沿着沿相应的柱延伸的轴线相对于彼此移动。
可以想到的是，所述方法还可以包括沿着手术台的轨道滑动每个柱的第二端。所述方法还可以包括相对于基座枢转每个柱的第一端。
所述方法还可以包括：处理来自配置为检测连杆中的至少一个连杆的移动的位置传感器的信号和/或来自配置为识别至少一个柱或机器人手臂的角度对齐变化的角度传感器的信号。可以通过处理的直线传感器信号来识别检测到的移动量。可以通过处理的角度传感器信号来识别至少一个柱或机器人手臂的角度对齐变化量。可以将所识别的检测到的移动量和角度对齐变化量与相应的阈值进行比较。当比较的量中的一个或更多个超过其相应的阈值时，可以触发一个或更多个通知。
在本公开的另一个方案中，提供了一种手术机器人手臂支撑***的另一实施方式。所述支撑***包括基座和多个柱。所述基座具有构造成至少部分地围绕手术台的矩形构造。所述基座包括第一、第二和第三连杆。所述第一连杆具有第一端和第二端并且在其间限定第一轴线。所述第二连杆可活动地联接至第一连杆的第一端并且沿其限定第二轴线。所述第二轴线垂直于第一轴线。所述第二连杆能够沿第二轴线相对于第一连杆轴向移动，以调整基座的第一长度。所述第三连杆可活动地联接至第一连杆的第二端并且沿其限定第三轴线。所述第三轴线垂直于第一轴线。所述第三连杆能够沿第三轴线相对于第一连杆轴向移动，以调整基座的第二长度。多个柱中的每个柱支撑在基座的第二和第三连杆中的一个上，并且构造为联接至机器人手臂。多个柱构造为联接至手术台。多个柱中的每个柱包括接头。
在实施例中，所述第一连杆的第一端和第二端能够沿第一轴线相对于彼此轴向移动，以调节基座的宽度。
在实施例中，手术机器人手臂支撑***可以包括构造成至少部分地围绕手术台的基座以及在基座上的两个或更多个机器人手臂连接件。每个机器人手臂连接件可以将连接的机器人手臂的一部分保持在距离基座的预定位置。手术机器人手臂支撑***还可以包括识别至少一个机器人手臂连接件的检测器，其中至少一个机器人手臂连接至所述至少一个机器人手臂连接件。
每个机器人手臂连接件可以包括限制所连接的机器人手臂的至少一部分相对于基座的移动的机械连接。每个机器人手臂连接件还可以包括在所连接的机器人手臂和手术机器人支撑***之间的电连接。
手术机器人支撑***还可以包括存储两个或更多个机器人手臂连接件的地点信息的存储器。手术机器人支撑***还可以包括处理单元，所述处理单元配置为通过存储在存储器中的地点信息来计算连接至不同机器人手臂连接件的至少两个机器人手臂的位置。
所述处理单元还可以配置为将手术机器人支撑***的输入装置的移动与附加至机器人手臂的器械的对应的移动或来自联接至机器人手臂中的一个的摄像机的显示图像的对应的移动对齐。该对齐可以根据所计算的机器人手臂的位置来确定。
所述检测器可以包括电路，所述电路配置为通过与至少一个机器人手臂连接件相关联的唯一标识符来识别机器人手臂连接件中的至少一个。所述检测器可以包括在至少一个机器人手臂连接件处的传感器。所述传感器可以配置为检测联接至连接件的机器人手臂。所述传感器还可以配置为识别联接至至少一个机器人手臂连接件的特定机器人手臂。
手术机器人支撑***的基座可以包括至少一个模块化连杆，所述模块化连杆可选择性地附加至至少一个其它模块化连杆。在一些情况下，所述基座可以包括至少三个模块化连杆，其中至少一个模块化连杆具有当三个模块化连杆附接在一起时垂直于至少两个其它模块化连杆的纵向轴线的纵向轴线。
模块化连杆中的至少一个可沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节基座的尺寸。在一些情况下，每个模块化连杆可以沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节基座的至少宽度和长度。
手术机器人手臂可以连接至在手术机器人手臂支撑***基座上的两个或更多个机器人手臂连接件中的至少一个。所述基座可以构造成至少部分地围绕手术台。可以使用传感器、逻辑、检测器、电路或其它装置来自动识别与手术机器人手臂连接的机器人手臂连接件。
将手术机器人手臂与至少一个机器人手臂连接件相连接的一部分可以包括机械地限制所连接的机器人手臂的至少一部分相对于基座的移动。将机器人手臂与至少一个机器人手臂连接件相连接的一部分可以包括实现连接的机器人手臂和手术机器人支撑***之间的电连接。
可以通过存储的关于机器人手臂连接件的地点信息来自动计算连接至不同机器人手臂连接件的至少两个机器人手臂的位置。手术机器人支撑***的输入装置的移动可以基于所计算的位置而与附加至所连接的机器人手臂中的一个的器械或摄像机的对应的移动自动对齐。
可以使用传感器、逻辑、检测器、电路或其它装置来自动识别每个连接的机器人手臂和连接每个所识别的机器人手臂的机器人手臂连接件。
两个或更多个模块化连杆可围绕手术台联接在一起以形成手术机器人手臂支撑***基座。模块化连杆中的至少一个可以沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节基座相对于手术台的尺寸。
手术机器人手臂支撑***可以包括至少一个直线传感器和/或至少一个角度传感器。所述直线传感器可以配置为识别由于至少一个连杆的移动导致的位置变化。处理装置可以配置为当所识别的位置变化超过阈值时触发通知。
角度传感器可以配置为识别至少一个柱或机器人手臂的角度对齐变化。处理装置可以配置为当所识别的角度对齐变化超过阈值时触发通知。
以下参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例的进一步的细节和方案。
附图说明
在此参照附图描述本公开的实施例，其中：
图1是第一示例性手术机器人支撑***和手术台的立体图；
图2是图1所示的支撑***的剖视图；
图3是图1所示的支撑***的立体图，示出了手术操作；
图4是第二示例性手术机器人支撑***的示意性俯视图；
图5是第三示例性手术机器人支撑***的示意性俯视图；和
图6是示例性框图。
如本文所用的，术语平行和垂直应理解为包括与精确地平行和精确地垂直在上至约+10度或-10度的范围内基本上平行和基本上垂直的相对构造。
具体实施方式
参考附图详细描述本公开的手术机器人支撑***及其使用方法的实施例，其中在附图中，在几个视图中的每一个中，相同的附图标记指代相同或对应的元件。在本文中使用的术语“远侧”是指支撑***的较远离支撑***所定位的地板的那部分，而术语“近侧”是指支撑***的较靠近所述地板的那部分。
转向图1至图3，提供了手术机器人手臂支撑***10。支撑***10构造为定位在手术室的地板“F”上并且至少部分地围绕手术台“ST”。支撑***10大体包括基座20和从基座20垂直地且向上地延伸的多个柱40a、40b、40c、40d。如下面更详细地描述的，每个柱40a、40b、40c、40d构造为在其中或其上支撑机器人手臂60a、60b、60c、60d并且联接至手术台“ST”。
支撑***10的基座20定大小和定尺寸为至少部分地围绕手术台“ST”。基座20具有构造成容纳或环绕手术台“ST”的周边的大致矩形构造。可以设想，基座20可以不同地构造，以匹配各种尺寸的手术台的轮廓或至少部分地围绕各种尺寸的手术台。例如，在一些实施例中，基座20可以是圆形、椭圆形、正方形、三角形、椭球形、多边形、均匀的、非均匀的和/或锥形。因此，形成基座20的各种部件中的一些或全部可以根据需要或期望而具有直线、弓形或其它轮廓。
基座20包括多个连杆，例如，彼此连接并且相对于彼此可选择性地调节以调节基座20的总宽度和总长度的第一L形连杆22a、第二L形连杆22b、第一直线连杆22c和第二直线连杆22d。因此，基座20的尺寸可以调节以更好地适应手术台的特定尺寸、支撑在手术台上的患者的尺寸和/或外科医生的偏好。此外，附接至对应的连杆22a、22b、22c、22d的柱40a、40b、40c、40d可以通过多个连杆22a、22b、22c、22d的相对移动而相对于手术台“ST”在多个选定位置之间移动。
第一和第二L形连杆22a、22b各自包括第一腿22a1、22b1和第二腿22a2、22b2。第一腿22a1、22b1连接至相应的第二腿22a2、22b2，使得L形连杆22a、22b一起形成基本上正方形的构造。L形连杆22a、22b的第一腿22a1、22b1限定穿过其中的第一纵向轴线“X1”(参见图2)。第一腿22a1、22b1具有构造为对应于手术台“ST”的宽度的可调节长度。第一腿22a1、22b1可相对于彼此沿着第一纵向轴线“X1”移动。具体地，第一腿22a1、22b1可以相对于彼此在接近位置和各种间隔开的位置之间移动。
基座20包括第一联接部24a，第一联接部24a将对应的第一和第二L形连杆22a、22b的第一腿22a1、22b1相互连接，从而使得可以选择性地调节第一腿22a1、22b1的相对位置。在一些实施例中，第一联接部24a可以是伸缩特征件或布置成可彼此滑动的嵌套管的形式。还可以想到，例如，相应的第一和第二L形连杆22a、22b的第一腿22a1、22b1通过各种紧固接合(诸如螺纹接合)而可活动地连接至彼此。
第一直线连杆22c连接至第一L形连杆22a的第二腿22a2。垂直于第一纵向轴线“X1”的第二纵向轴线“X2”(参见图2)限定为通过第一直线连杆22c和第一L形连杆22a的第二腿22a2。第一直线连杆22c可沿着第二纵向轴线“X2”相对于第一L形连杆22a的第二腿22a2移动，以调节基座20的第一长度“L1”。基座20包括类似于第一联接部24a的第二联接部24b，第二联接部24b将第一直线连杆22c和第一L形连杆22a的第二腿22a2相互连接，使得可以选择性地调节第一直线连杆22c和第一L形连杆22a的第二腿22a2的相对位置。在一些实施例中，第二联接部24b可以是伸缩特征件或布置成可彼此滑动的嵌套管的形式。
第二直线连杆22d连接至L形连杆22b的第二腿22b2。垂直于第一轴线“X1”并平行于第二轴线“X2”的第三轴线“X3”(参见图2)限定为通过第二直线连杆22d和第二L形连杆22b的第二腿22b2。第二直线连杆22d可相对于第二L形连杆22b的第二腿22b2沿第三轴线“X3”移动。基座20包括类似于第二联接部24b的第三联接部24c，第三联接部24c将第二直线连杆22d和第二L形连杆22b的第二腿22b2相互连接，使得可以选择性地调节第二直线连杆22d和第二L形连杆22b的第二腿22b2的相对位置。在一些实施例中，第三联接部24c可以是伸缩特征件或布置成可彼此滑动的嵌套管的形式。可以设想，例如，连杆20a、20b、20c、20d可以不同地构造，诸如，非直线的、弓形、锥形、波浪形和/或弯曲的。
如上所述，支撑***10包括多个柱40a、40b、40c、40d，例如，所述多个柱40a、40b、40c、40d连接至基座20并且构造成联接至手术台，诸如手术台“ST”。每个柱40a、40b、40c、40d具有相应的第一端40a1、40b1、40c1、40d1，相应的第二端40a2、40b2、40c2、40d2，并且沿着其限定相应的纵向轴线“Y”。第一端40a1、40b1、40c1、40d1分别支撑在连杆20a、20b、20c、20d上，并且第二端40a2、40b2、40c2、40d2各自构造成支撑相应的机器人手臂60a、60b、60c、60d。机器人手臂60a、60b、60c、60d设计为且适于对躺在手术台“ST”上的患者“P”执行手术操作。机器人手臂60a、60b、60c、60d可以各自包括具有用于执行至少一种功能的末端执行器64的手术器械62。机器人手臂60a、60b、60c、60d可由布置在柱40a、40b、40c、40d中的且连接至控制装置(未示出)的电驱动器(未示出)驱动。
支撑***10可以包括一个或多个角编码器或传感器41，以识别一个或多个柱40a、40b、40c、40d相对于另一个物体的角度，所述另一个物体包括但不限于基座20、手术台ST、或患者P。来自角度传感器41的信号可以用于辅助柱40和/或机器人手臂60的正确的角度对齐。可以通过将期望的角位置与从角度传感器41获得的实际角位置进行比较然后基于差提供反馈来给出对齐辅助。例如，如果来自角度传感器41的信号指示柱40和/或机器人手臂60处于过度锐角，则可以触发和/或传输指示应该增加角度的通知。在一些情况下，通知可以提供特定的推荐角度变化，或者通知可以更泛泛地识别柱40和/或机器人手臂60不是处于正确的角度对齐，例如通过激活警告灯、发出警报和/或显示警告消息。
柱40a、40b、40c、40d的第一端40a1、40b1、40c1、40d1和第二端40a2、40b2、40c2、40d2可分别沿着相应的轴线“Y”相对于彼此移动。柱40a、40c的第二端40a2、40c2各自构造为可滑动地联接至手术台“ST”的沿手术台“ST”的第一侧延伸的第一轨道“R1”(参见图1)。柱40b、40d的第二端40b2、40d2各自构造为可滑动地联接至手术台“ST”的沿手术台“ST”的第二侧延伸的第二轨道“R2”(参见图1)。因此，在柱40a、40b、40c、40d附接至手术台“ST”的情况下，手术台“ST”可沿平行于纵向轴线“Y”的方向升高和/或降低。在一些实施例中，例如，柱40a、40b、40c、40d包括机械驱动器(未示出)，诸如，曲柄、电动机、绞盘、千斤顶等，所述机械驱动器构造为相对于第一端40a1、40b1、40c1、40d1驱动第二端40a2、40b2、40c2、40d2的轴向移动，以驱动手术台“ST”的升高和/或降低。可以设想，例如，柱40a、40b、40c、40d经由各种联接机构(诸如，C形钩、磁性联接器等)可滑动地联接至第一和第二轨道“R1”、“R2”。
支撑***10可包括一个或多个直线编码器或传感器43，以识别一个或多个柱40a、40b、40c、40d的第一端40a1、40b1、40c1、40d1和第二端40a2、40b2、40c2、40d2中的一个或多个相对于彼此和/或另一个物体的位置。来自一个或多个直线传感器43的信号可用于在柱40沿相应的轨道R1、R2滑动时，辅助柱40a、40b、40c和40d中的一个或多个的正确定位。可以通过将期望位置与从一个或多个直线传感器43获得的实际位置进行比较然后基于差提供反馈来给出定位辅助。例如，如果来自直线传感器43的信号指示柱40还没有滑动到期望的位置，则可以触发通知以指示应当移动柱40。在一些情况下，例如，通知可以提供移动柱40的特定推荐距离，或者通知可以更泛泛地识别柱40不处于正确位置，诸如，通过激活警告灯、发出警报和/或显示警告消息。
一些支撑***10可以包括角度传感器41和直线传感器43，尽管其它***10可以仅包括角度传感器41、仅包括直线传感器43、或者既不包括角度传感器41也不包括直线传感器43。包括角度传感器41和直线传感器43两者可以提供对一个或多个柱40的角度对齐和正确定位的额外验证。
继续参考图1，每个柱40a、40b、40c、40d包括第一接头44a、第二接头44b和第三接头44c。例如，接头44a、44b、44c可以具有一个或多个自由度并且可以构造成诸如转向节接头、丝口接头、销接头、扁销接头、螺栓接头、螺钉接头、焊接接头、万向接头等。第一接头44a将柱40a、40b、40c、40d的相应的第一端40a1、40b1、40c1、40d1和第二端40a2、40b2、40c2、40d可活动地连接至彼此。在一个实施例中，第一接头44a可滑动地联接至手术台“ST”的轨道“R1”。以这种方式，手术台“ST”可以在多个方位之间枢转(例如，倾斜)。
每个柱40a、40b、40c、40d的第二接头44b为柱40a、40b、40c、40d提供增加的自由度。第一端40a1、40b1、40c1、40d1各自包括将柱40a、40b、40c、40d分别可枢转地联接至连杆22a、22b、22c、22d的第三接头44c。虽然柱40a、40b、40c、40d示出和描述为具有三个接头，但是应当理解，柱40a、40b、40c、40d可以包括更多或更少的接头。
在操作中，基座20定位成至少部分地围绕手术台“ST”。具体地，基座20相对于手术台“ST”定向，使得第一和第二L形连杆22a、22b的第一腿22a1、22b1邻近并平行于手术台“ST”的脚或头，并且第一和第二L形连杆22a、22b的第二腿22a2、22b2和第一和第二直线连杆22c、22d邻近并平行于手术台“ST”的相应侧。基座20可包括附接至其底表面的轮(未示出)，使得基座20可相对于手术台“ST”滚动到地板“F”上的选定位置。在一些实施例中，充气垫(未示出)附接至基座20以提供手术室工作人员可以站立的软表面。
在一些情况下，可能需要调节基座20的构造(例如，长度和/或宽度)以对应于特定手术台的轮廓。因此，第一和第二L形连杆22a、22b可以沿着第一纵向轴线“X1”相对于彼此移动，以调节基座20的宽度“W”。第一直线连杆22c可以相对于第一L形连杆22a的第二腿22a2沿着第二纵向轴线“X2”移动，以调节基座20的第一长度“L1”。第二直线连杆22d可以沿着第三纵向轴线“X3”相对于第二L形连杆22b的第二腿22b2移动，以调节基座20的第二长度“L2”。
在基座20布置围绕手术台“ST”并处于选定构造的情况下，柱40a、40b、40c、40d的第二端40a2、40c2或接头44a联接至手术台“ST”的第一轨道“R1”，并且柱40b、40d的第二端40b2、40d2或接头44a联接至第二轨道“R2”。机器人手臂60a、60b、60c、60d分别联接或***柱40a、40b、40c、40d的第二端40a2、40b2、40c2、40d2。可以想到，柱40a、40b、40c、40d包含电源和用于机器人手臂60a、60b、60c、60d的通信的装置。当柱40a、40b、40c、40d与第一和第二轨道“R1”、“R2”联接时，手术台“ST”可以相对于基座20枢转(例如，倾斜)、降低和/升高至选定位置。还可以调节基座20的长度“L1”和/或“L2”以使柱40a、40b、40c、40d相对于轨道“R1”和/或“R2”沿着轨道“R1”和/或“R2”滑动到选定位置。基座20可以调节或重新构造为具有相对小的总尺寸或占用面积、具有相对大的总尺寸或占用面积、或者其间的任何尺寸。
参考图4，提供了类似于上文关于图1至图3描述的支撑***10的可选的手术机器人支撑***100。支撑***100包括基座120和类似于上文关于图1至图3讨论的柱40a、40b、40c、40d的多个柱140a、140b、140c、140d。例如，基座120具有构造成至少部分地围绕手术台(诸如，手术台“ST”)的矩形构造。
基座120包括第一直线连杆122a、第二直线连杆122b和第三直线连杆122c。第一直线连杆122a具有第一端122a1和第二端122a2，并且第一直线连杆122a在第一端122a1和第二端122a2之间限定第一纵向轴线“A1”。第一直线连杆122a的第一端122a1和第二端122a2可沿着第一纵向轴线“A1”相对于彼此轴向移动，以调节基座20的宽度“W”。第二直线连杆122b可活动地联接至第一直线连杆122a的第一端122a1并沿其限定第二纵向轴线“A2”。第二纵向轴线“A2”垂直于第一纵向轴线“A3”。第二直线连杆122b可沿着第二纵向轴线“A2”相对于第一直线连杆122a轴向移动，以调节基座120的第一长度“L1”。第三直线连杆122c可活动地联接至第一直线连杆122a的第二端122a2并沿其限定第三纵向轴线“A3”。第三纵向轴线“A3”垂直于第一纵向轴线“A1”并平行于第二纵向轴线“A2”。第三直线连杆122c可沿着第三纵向轴线“A3”相对于第一直线连杆122a轴向移动，以调节基座120的第二长度“L2”。在一些实施例中，第二和第三直线连杆122b、122c中的每一个包括至少两段，所述至少两段可相对于彼此轴向移动，以调节基座120的第一和/或第二长度“L1”、“L2”。
柱140a、140b、140c、140d构造为联接至手术台“ST”。每个柱140a、140b、140c、140d具有第一端和第二端。柱140a、140b、140c、140d的第一端分别支撑在第二和第三连杆122b、122c上。柱140a、140b、140c、140d的第二端各自构造为联接至机器人手臂60a、60b、60c、60d。
在操作中，基座120定位成至少部分地围绕手术台“ST”。具体地，基座120相对于手术台“ST”定向，使得第一直线连杆122a邻近并平行于手术台“ST”的脚或头，并且第二和第三直线连杆122b、122c邻近并平行于手术台的“ST”的相应侧。在一些情况下，可能需要调节基座120的构造(例如，长度和/或宽度)以对应特定手术台的轮廓。因此，第一直线连杆122a的第一端122a1和第二端122a2可以沿着第一纵向轴线“A1”相对于彼此移动，以调节基座120的宽度“W'”。第二直线连杆122b可以沿着第二纵向轴线“A2”相对于第一直线连杆122a移动，以调节基座120的第一长度“L1”。第三直线连杆122c还可以沿着第三纵向轴线“A3”相对于第一直线连杆122a移动，以调节基座120的第二长度“L2”。
在基座120布置为围绕手术台“ST”并且处于选定构造的情况下，柱140a、140c联接至手术台“ST”的第一侧，并且柱140b、140d联接至手术台“ST”的第二侧。机器人手臂60a、60b、60c、60d分别联接或***柱140a、140b、140c、140d的第二端。当柱140a、140b、140c、140d与手术台“ST”联接时，手术台“ST”可以枢转(例如，倾斜)、降低和/或升高到选定位置。还可以调节基座120的长度“L1”和/或“L2”，以将柱140a、140b、140c、140d沿着手术台“ST”相对于手术台“ST”的第一和/或第二侧滑动到选定位置。
参考图5，提供了类似于上文关于图1至图4描述的支撑***10和100的第二可选的手术机器人支撑***200。支撑***200包括基座220和多个连接件260。每个连接件260可以包括在支撑***200和相应的连接的机器人手臂之间的机械连接261和/或电连接262，其中，例如，所述机器人手臂诸如为图3中所示的机器人手臂60a-d。
机械连接261可以包括将机器人手臂相对于其相应的连接件260保持在已知位置的机构、开口、狭槽、闩锁、接头、夹具、沟槽、外形、力或装置。每个机器人手臂可以包括类似于柱40a-d的通过机械连接261联接至连接件260的柱。紧固件可以用于将柱保持在正确位置。也可以仅通过柱和基座220之间的摩擦力而不需要任何额外的机械紧固件将柱保持在正确位置。
电连接262可以包括用于在连接的机器人手臂和联接至基座220的处理单元264之间传输电信号的电导体、传感器和/或电路。电连接262可以包括用于在机器人手臂和与基座220相关联的支撑***200的处理单元264之间传输电力和/或数据信号的导体。这些信号可以用于在手术期间驱动机器人手臂和/或附接至机器人手臂的器械(例如，图3所示的末端执行器64)。这些信号还可以包含用于识别机器人手臂、末端执行器64和/或机器人手臂所联接至的连接件260的信息。一些信号还可以通过来自机器人手臂和/或附接至机器人手臂的末端执行器64的数据编码，并且传输回支撑***200的处理单元264。编码的数据可以由支撑***200使用以改善***性能或执行另一个任务。
图6示出了支撑***200中的一些部件的框图。支撑***200可以包括配置为存储机器人手臂连接件260的地点信息的存储器272。处理单元264可以配置为通过存储在存储器272中的地点信息来计算连接至不同机器人手臂连接件260的至少两个机器人手臂的位置。处理单元264可以联接至基座220、存储器272和输入装置268。处理单元264可以使用从基座220、存储器272和/或输入装置268获得的信息以在手术期间驱动机器人手臂和/或附接至机器人手臂的器械(例如，图3所示的末端执行器64)。
电连接262还可以包括配置成识别已经连接至特定机器人手臂的特定连接件260的检测器或者是上述检测器的形式。检测器可以包括传感器、导体和/或电路。例如，当机器人手臂联接至特定连接件260时，可以向每个机器人手臂和连接件260分配由检测器读取的唯一标识符。
在一些情况下，电连接262可以包括导体，导体传播包含关于机器人手臂或机器人手臂所附接至的特定连接件260的识别信息的电信号。例如，当关于机器人手臂和/或机器人手臂所附接至的特定连接件260的识别信息被从传感器、存储器或机器人手臂上的其它源获得并且然后被从机器人手臂通过电连接262传输至基座时，可能发生上述情况。电连接262还可以包括发送和/或接收来自机器人手臂或其它源的有线或无线信号的发射器和/或接收器。
检测器可以包括检测机器人手臂与特定连接件260的联接和/或唯一地识别不同的机器人手臂的传感器或者为上述传感器的形式。一旦已经识别每个机器人手臂的特定连接件260，就可以计算每个机器人手臂相对于其它臂的位置。该信息然后可以被用于将输入装置268(例如，计算机)的移动与联接至一个机器人手臂的器械或末端执行器64的对应的移动或由手术医生在显示屏上看到的来自摄像机270的图像的对应的移动对齐。
支撑***200可以包括可以感测机器人手臂是否已经正确地附接至特定连接件260的一个或多个传感器。这些传感器可以是但不必一定是机械连接261或电连接262的一部分。可以根据从传感器接收的信号来传达关于机器人手臂至特定连接件260的附接状态的通知。例如，如果臂没有正确地附接至特定连接件260，则可以触发与不正确附接相关联的视觉指示器、可听声音和/或通知消息以警告人，从而可以采取合适的补救措施。视觉指示器可以是物理装置的一部分，例如位于臂和/或特定连接件260上或附近的用于指示臂正确地附接(例如，绿光)还是没有正确地附接(例如，红光)的红/绿光，或者视觉指示器可以是虚拟物：通知消息、虚拟光或其它指示符显示在显示屏上。
例如，基座220可以具有至少部分地围绕手术台(诸如手术台“ST”)的矩形U形构造。基座220可以包括延伸宽度W的第一模块化直线连杆222a、延伸长度L1的第二模块化直线连杆222b、以及延伸可以与长度L1相同或不同长度L2的第三模块化直线连杆222c。
每个模块化连杆222a-c可以选择性地附接至其它连杆222a-c并且可以从其拆卸。例如，连杆222a可以在附接点231处附接至连杆222b，并且连杆222a可在附接点232处附接至连杆222c。在其它示例中，可以提供不同的附接点。第一直线连杆222a可以具有分别垂直于第二和第三连杆222b和222c的纵向轴线“A2”和“A3”的纵向轴线“A1”。第一直线连杆222a的一个或多个部分可以沿着第一纵向轴线“A1”相对于彼此轴向移动，以调节基座220的宽度“W”。类似地，第二和第三连杆222b和222c的一个或多个部分可以沿着相应的纵向轴线“A2”和“A3”轴向移动，以调节基座220的长度“L1”和“L2”。
每个连杆222可以联接至可以感测两个或更多个连杆是否正确地联接在一起的一个或多个传感器。可以根据从一个或多个传感器接收的关于连杆联接状态的信号来传达关于两个或更多个连杆的联接状态的通知。例如，如果其中一个连杆没有正确地联接，则可以触发与不正确联接的连杆相关联的视觉指示器、可听声音和/或通知消息，以警告人关于不正确的联接，从而可以采取合适的补救行动。视觉指示器可以是物理装置的一部分，诸如位于连杆附近的提供关于连杆的状态信息的红/绿光，或者视觉指示器可以是虚拟物：其在显示屏上的呈现为通知消息、虚拟光、或其它指示器。
应当理解，可以对本文公开的实施例进行各种修改。因此，上述描述不应解释为限制性的，而仅仅是各种实施例的示例。本领域技术人员将想到在所附权利要求的范围和构思内的其它修改。

Claims (21)

1.一种手术机器人手臂支撑***，包括：
基座，其构造成至少部分地围绕手术台；
在所述基座上的多个机器人手臂连接件，每个机器人手臂连接件构造成将连接的机器人手臂的一部分保持在距离所述基座的预定位置处；以及
电连接，其配置为识别机器人手臂连接件中的与至少一个机器人手臂连接的至少一个机器人手臂连接件。
2.根据权利要求1所述的手术机器人手臂支撑***，其中每个机器人手臂连接件包括机械连接，所述机械连接限制连接的机器人手臂的至少一部分相对于所述基座的移动。
3.根据权利要求2所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述电连接布置在所述连接的机器人手臂和所述基座之间。
4.根据权利要求1所述的手术机器人手臂支撑***，还包括：
存储器，其配置为存储所述多个机器人手臂连接件的地点信息；以及
处理单元，其配置为通过所存储的地点信息来计算连接至不同的机器人手臂连接件的至少两个机器人手臂的位置。
5.根据权利要求4所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述处理单元还配置为基于计算的位置将所述手术机器人手臂支撑***的输入装置的移动与附加至机器人手臂的器械的对应的移动或来自与机器人手臂中的一个联接的摄像机的显示图像的对应的移动对齐。
6.根据权利要求1所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述电连接配置为通过与至少一个机器人手臂连接件相关联的唯一标识符来识别机器人手臂连接件中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述电连接配置成检测机器人手臂联接。
8.根据权利要求7所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述电连接还配置为识别联接至所述至少一个机器人手臂连接件的特定机器人手臂。
9.根据权利要求1所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述基座包括至少一个模块化连杆，所述模块化连杆选择性地能够附接至至少一个其它模块化连杆。
10.根据权利要求1所述的手术机器人手臂支撑***，其中所述基座包括至少三个模块化连杆，至少一个模块化连杆具有当所述至少三个模块化连杆附接在一起时与至少两个其它模块化连杆的纵向轴线垂直的纵向轴线。
11.根据权利要求10所述的手术机器人手臂支撑***，其中，所述模块化连杆中的至少一个能够沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节所述基座的尺寸。
12.根据权利要求11所述的手术机器人手臂支撑***，其中每个模块化连杆能够沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节所述基座的至少宽度和长度。
13.一种方法，包括：
将手术机器人手臂连接至多个机器人手臂连接件中的至少一个，所述多个机器人手臂连接件在构造成至少部分地围绕手术台的手术机器人手臂支撑***基座上；并且
识别与所述手术机器人手臂连接的至少一个机器人手臂连接件。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括机械地限制连接的机器人手臂的至少一部分相对于基座的移动，作为将手术机器人手臂与至少一个机器人手臂连接件相连接的一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括实现连接的机器人手臂和手术机器人手臂支撑***基座之间的电连接，作为将机器人手臂与至少一个机器人手臂连接件相连接的一部分。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括通过所存储的关于机器人手臂连接件的地点信息来计算连接至不同机器人手臂连接件的至少两个机器人手臂的位置。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所计算的位置而将手术机器人手臂支撑***的输入装置的移动与附加至连接的机器人手臂中的一个的器械或摄像机的对应的移动对齐。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括识别每个连接的机器人手臂和与每个所识别的机器人手臂连接的机器人手臂连接件。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括围绕所述手术台联接多个模块化连杆，以形成所述手术机器人手臂支撑***基座。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述模块化连杆中的至少一个沿着其相应的纵向轴线轴向移动，以调节所述基座相对于所述手术台的尺寸。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
处理来自配置为检测所述连杆中的至少一个的移动的位置传感器的信号；
通过处理的直线传感器信号来识别检测到的移动量；
将所识别的检测到的移动量与阈值进行比较；并且
当所比较的量超过所述阈值时触发通知。
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