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CN107847284B - 用于在机器人手术系统中接收操作员输入的手柄设备 - Google Patents

用于在机器人手术系统中接收操作员输入的手柄设备 Download PDF

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CN107847284B
CN107847284B CN201680041417.XA CN201680041417A CN107847284B CN 107847284 B CN107847284 B CN 107847284B CN 201680041417 A CN201680041417 A CN 201680041417A CN 107847284 B CN107847284 B CN 107847284B
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Abstract

一种用于接收操作员输入的手柄设备包括主体，所述主体具有近端和用于联接到输入设备上的远侧接口末端。第一控制杆附接到所述主体上并且延伸远离所述近端，并且终止于用于接收所述操作员的手指之一的手指握持部，所述第一控制杆是围绕枢转接头可侧向移动远离所述主体的。第二控制杆附接到所述主体上并且延伸远离所述近端，所述第二控制杆终止于用于接收所述操作员的拇指的拇指握持部，所述第二控制杆是围绕枢转接头可侧向移动远离所述主体的。所述控制杆中的至少一个的移动可操作来产生表示所述移动的第一控制信号。所述主体上包括输入控件，所述输入控件位于所述握持部末端之间并且具有致动器表面，所述致动器表面朝向所述手指握持部末端成角度并且被构造用于响应于由所述操作员的手指之一进行的致动而产生第二控制信号。

Description

用于在机器人手术系统中接收操作员输入的手柄设备
发明背景
1.技术领域
本发明总体上涉及机器人手术系统，并且更具体地，涉及一种用于接收用于控制机器人手术系统来执行外科手术的操作员输入的手柄设备。
2.背景技术
机器人手术系统总体上包括操作员接口，所述操作员接口接收来自外科医生的操作员输入并引起外科手术工具在患者体腔内的相应移动以便执行外科手术。例如，操作员可以抓住并移动手柄，同时操作员接口感测手柄的移动。操作员接口和手柄可以操作以便感测响应于操作员的手以若干不同自由度进行的移动的输入，由此提供用于引起外科手术工具模拟操作员的手的移动的输入。诸如与外科手术工具相关联的末端执行器的钳口的打开和闭合等另外的移动也可以响应于在操作员接口处接收的另外的操作员输入来启动。
发明内容
根据一个所披露方面，提供了一种用于在机器人手术系统中接收用于控制外科手术工具的操作员输入的手柄设备。所述设备包括总体上管状的主体，所述主体具有被成型用于由所述操作员的手抓握的近端以及远侧定位的接口末端，所述接口末端被可操作地构造用于联接到用于控制所述外科手术工具的输入设备上。所述设备还包括第一控制杆，所述第一控制杆在第一枢转接头处附接到所述主体上并且沿着所述主体延伸远离所述近端，所述第一控制杆终止于被构造用于接收所述操作员的手指之一的手指握持部末端，所述第一控制杆是围绕所述第一枢转接头可侧向移动远离所述主体的。所述设备还包括第二控制杆，所述第二控制杆在第二枢转接头处附接到所述主体上，所述第二枢转接头在所述主体的与所述第一枢转接头总体上相反的一侧上，所述第二控制杆沿着所述主体延伸远离所述近端并且终止于被构造用于接收所述操作员的拇指的拇指握持部末端，所述第二控制杆是围绕所述第二枢转接头可侧向移动远离所述主体的。所述第一控制杆和所述第二控制杆中的至少一者的移动可操作来产生表示所述移动的第一控制信号。所述设备还包括输入控件，所述输入控件在所述主体的上表面上并且总体上插置在所述手指握持部末端与所述拇指握持部末端之间，所述输入控件具有朝向所述手指握持部末端成角度的致动器表面并且被可操作地构造用于响应于由所述操作员的手指之一对所述致动器表面的致动而产生第二控制信号。
所述第一控制信号可以包括电气控制信号，并且所述设备还可以包括传感器，所述传感器用于响应于所述第一控制杆和所述第二控制杆中的至少一者的侧向移动而产生所述电气控制信号。
所述第一控制信号可以包括联接到所述第一控制杆和所述第二控制杆中的至少一者上的连杆的机械移动。
所述输入控件的所述致动器表面可以被定向成使得当由所述操作员的手在总体上中性位置中抓握时，所述操作员的指节将总体上平行于所述致动器表面。
所述输入控件可以由台面围绕，所述台面被布置成总体上平行于所述输入控件的所述致动器表面。
所述第一枢转接头和所述第二枢转接头可以在所述主体上间隔开一定距离，所述距离对应于普通操作员的拇指与食指的掌指关节之间的距离。
所述第一控制杆和所述第二控制杆可以被设定大小成使得当由普通操作员的手抓握时，对应的杆上的所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端被定位成用于接收所述操作员的手指和拇指的远侧指骨。
所述手指握持部可以被构造用于接收所述操作员的食指，并且所述输入控件的所述致动器表面可以被成角度用于通过所述食指在所述手指握持部与所述输入控件之间移动来致动。
所述手指握持部可以被构造用于接收所述操作员的中指，并且所述输入控件的所述致动器表面可以被成角度用于由所述食指致动。
所述主体的所述近端可以被构造用于接收多个不同的可移除端盖之一，所述可移除端盖有助于根据所述操作员的偏好来构造所述设备。
所述主体的所述近端可以具有修圆形状，所述修圆形状在所述主体被抓握在所述操作员的手中时可操作来接收并支撑所述操作员的手掌的一部分。
所述主体的所述近端可以相对于所述管状主体成角度。
所述管状主体可以具有插置在所述近端与所述接口末端之间的颈部部分，所述颈部部分相对于所述近端具有减小的截面范围。
所述第一控制杆和所述第二控制杆可以机械地联接，这样使得所述控制杆中的一个的移动引起所述控制杆中的另一个的相应的相反侧向移动。
所述第一控制杆和所述第二控制杆可以被安装用于将所述杆中的每一者的所述侧向移动约束到一定范围，所述范围对应于普通操作员的拇指和手指的人类工程学上舒适的侧向移动。
所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端中的至少一者可以包括保持环圈，所述保持环圈被可操作地构造用于保持所述操作员的手指或拇指以用于致动对应的杆。
与所述第一控制杆相关联的所述保持环圈可以包括环圈部分和开放部分，所述开放部分被布置成允许所述操作员的手指在所述手指握持部与所述输入控件之间侧向移动。
所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端中的所述至少一者的所述保持环圈可以被向下定向成处于一定角度，所述角度对应于在将所述主体抓握成使得所述操作员的手掌搁置在所述主体的上表面上时所述操作员的拇指或手指的自然取向。
所述第一控制杆和所述第二控制杆中的每一者可以被布置在所述主体的总体上相反侧上的对应的雕刻部分内，所述雕刻部分各自从所述近端向前朝向所述接口末端延伸，对应的雕刻部分在所述主体从所述近端后方被抓握时可操作来接收所述操作员的手指和拇指。
所述设备可以包括至少一个接近传感器，所述至少一个接近传感器被布置用于感测以下各项中的一项：所述操作员的手抓握所述手柄设备，以及所述操作员的手相对于所述管状主体的位置。
根据另一个所披露方面，提供一种用于在机器人手术系统中接收操作员输入的方法。所述方法涉及：将所述操作员的手接收在总体上管状的主体处，所述管状主体具有被成型用于由所述操作员的手抓握的近端、并且具有被可操作地构造用于联接到所述输入设备上的远侧定位的接口末端。所述方法还涉及：将所述操作员的手指之一接收在第一控制杆的手指握持部末端中，所述第一控制杆在第一枢转接头处附接到所述主体上并且沿着所述主体延伸远离所述近端，所述第一控制杆是围绕所述第一枢转接头可侧向移动远离所述主体的。所述方法进一步涉及：将所述操作员的拇指接收在第二控制杆的拇指握持部末端中，所述第二控制杆在第二枢转接头处附接到所述主体上，所述第二枢转接头在所述主体的与所述第一枢转接头总体上相反的一侧上，所述第二控制杆沿着所述主体延伸远离所述近端并且是围绕所述第二枢转接头可侧向移动远离所述主体的。所述方法还涉及：将所述操作员的手指之一接收在输入控件处，所述输入控件在所述主体的上表面上并且总体上插置在所述手指握持部末端与所述拇指握持部末端之间，所述输入控件具有朝向所述手指握持部末端成角度的致动器表面。所述方法进一步涉及：响应于所述操作员的手指和拇指的侧向打开和闭合移动而在所述接口处产生第一控制信号，所述侧向打开和闭合移动引起所述第一控制杆和所述第二控制杆的相应侧向移动；并且响应于所述输入控件的致动而在所述接口末端处产生第二控制信号。
所述方法可以涉及：在用于控制外科手术工具的输入设备处接收所述第一控制信号，所述第一控制信号可操作来控制与所述外科手术工具相关联的末端执行器的钳口的打开和闭合功能。
所述方法可以涉及：在用于控制外科手术工具的输入设备处接收所述第二控制信号，所述第二控制信号可操作来控制与所述外科手术工具相关联的附加功能。
所述附加功能可以包括：通过所述外科手术工具的所述钳口供应电流以用于对组织进行电烧灼，以及与用于生成手术部位的视图的外科观察系统相关联的功能。
所述方法可以涉及：接收来自至少一个接近传感器的信号，所述至少一个接近传感器被布置用于感测以下各项中的一项：所述操作员的手抓握所述手柄设备，以及所述操作员的手相对于所述管状主体的位置。
在结合附图阅读以下对本发明的具体实施方案的描述时，本发明的其他方面和特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
在说明本发明实施例的附图中，
图1A是根据一个所披露实施例的手柄设备的右侧透视图；
图1B是图1A所示的手柄设备的左侧透视图；
图2是包括图1所示的手柄的输入设备的透视图；
图3A是图1所示的手柄由操作员的手抓握的前视图；
图3B是图1所示的手柄由操作员的手抓握的侧视图；
图4A是图1所示的手柄设备的顶部剖视图，其中第一杆和第二杆处于闭合状态；
图4B是图1所示的手柄设备的顶部剖视图，其中第一杆和第二杆处于打开状态；
图5是根据替代的所披露实施例的手柄设备的右侧透视图；
图6是根据另一个所披露实施例的手柄设备的右侧透视图；
图7A是根据又一个所披露实施例的手柄设备的右侧透视图；
图7B是图7A所示的手柄设备的左侧透视图；
图8是图7A和7B所示的手柄由操作员的手抓握的侧视图；并且
图9是根据一个所披露实施例的机器人手术系统的图形表示。
具体实施方式
参考图1A和1B，总体上以100示出根据本发明的第一实施例的手柄设备。图1A中示出了手柄100的右侧透视图，并且图1B中示出了其左侧透视图。手柄100包括总体上管状的主体102，所述主体具有被成型用于由操作员的手抓握的近端104。在所示实施例中，主体的近端104具有修圆形状，所述修圆形状在主体102被抓握在操作员的手中时可操作来接收并支撑操作员的手掌的一部分。
手柄100还包括远侧定位的接口末端106。参考图2，手柄设备100的接口末端106被构造用于联接到输入设备200上，所述输入设备用于控制与机器人手术系统(未示出)相关联的手术工具。输入设备200包括用于响应于操作员的手204的移动而产生信号的输出端202。在一个实施例中，外科手术工具可以包括如在共同拥有的题为“铰接式工具定位器和使用所述铰接式工具定位器的系统(ARTICULATED TOOL POSITIONER AND SYSTEMEMPLOYING SAME)”的专利申请PCT/CA 2013/001076中详细描述的铰接式工具定位器，所述申请通过引用结合在此。输入设备200可以使用例如从瑞士的Force Dimension公司可获得的Omega系列触觉装置之一来实现。
输入设备200和手柄设备100被构造用于由操作员的右手操作，并且在实践中，还将提供左手输入设备和手柄。左手柄可以被构造为图1所示的右手柄100的镜像，但也可以根据所述设备将要控制的任务的性质来不同地构造。
回顾图1A，手柄100还包括在第一枢转接头110处附接到主体102上的第一控制杆108。第一控制杆108沿着主体102延伸远离近端104。第一控制杆108终止于被构造用于接收操作员的手指之一的手指握持部末端112。在所示实施例中，手指握持部末端112被构造为具有环圈部分132和开放部分134的保持环圈。环圈部分132被构造用于保持操作员的手指，而开放部分134允许操作员的手指容易地从手指握持部末端112移走，以便允许操作员的手指进行独立侧向移动。参考图1B，手柄100还包括第二控制杆114，所述第二控制杆在第二枢转接头116处附接到主体102上，所述第二枢转接头在主体102的与第一枢转接头的总体上相反的一侧上。第二控制杆114也沿着主体延伸远离近端104。第二控制杆114终止于被构造用于接收操作员的拇指的拇指握持部末端118。
第一控制杆108和第二控制杆114在图1A中被示出为处于打开位置并且在图1B中被示出为处于闭合位置。参考图1A，在所示实施例中，主体102包括用于在第一控制杆108处于闭合位置时接收第一控制杆的缺口部分120。参考图1B，主体102还包括缺口部分119，并且杆108被接收在所述缺口中，这样使得当杆处于闭合位置时，杆的表面与主体的表面是总体上相连的。第一控制杆108是围绕第一枢转接头110可侧向移动远离主体102的，并且第二控制杆114是围绕第二枢转接头116可侧向移动远离主体的。
参考图2，操作员的食指206被示出为接合手指握持部末端112，并且操作员的拇指208被示出为接合第二控制杆114的拇指握持部末端118。操作员能够通过对应地利用食指和拇指做出钳式移动来打开和闭合第一控制杆108和第二控制杆114。第一控制杆108和第二控制杆114被设定大小成使得当由普通操作员的手204抓握时，对应杆上的手指握持部末端112和拇指握持部末端118被定位成用于接收操作员的手指206和拇指208的远侧指骨。在这个实施例中，拇指握持部末端118也被构造为具有环圈部分136和开放部分138的保持环圈，并且所述环圈部分被构造用于保持操作员的拇指。可替代地，在其中操作员不必频繁地将拇指从握持部末端移走的应用中，拇指握持部末端118可以被构造为闭环。
手柄100的主体102包括插置在近端104与接口末端106之间的颈部部分103，所述颈部部分相对于近端104具有减小的截面范围。颈部部分103和近端104一起提供灯泡形握持部，当由操作员的手从后方抓握时，所述灯泡形握持部可容易且舒适地被保持。
手柄100还包括位于主体102的上表面上的输入控件122。输入控件122总体上插置在手指握持部末端112与拇指握持部末端118之间并且具有致动器表面126，所述致动器表面朝向手指握持部末端成角度以用于由操作员的手指之一致动。操作员的手204在图3A和3B中被示出为正抓握手柄100。参考图3A，输入控件122的成角度致动器表面126被舒适地定位成用于通过操作员将食指206从手指握持部末端112移动到输入控件122来致动。可替代地，操作员可能偏好在将食指206保持在输入控件122的致动器表面126之上或其附近的同时，使用中指来操作第一控制杆108。在所示实施例中，输入控件的致动器表面126被定向成处于角度α，这样使得当手柄100由操作员的手204在总体上中性位置中抓握时，操作员的指节220和222总体上平行于致动器表面126。在一个实施例中，角度α可以是在约20°与30°之间。手204的中性位置是其中所存在的置于操作员的手腕、前臂和肩部上的应力极小的位置，即，不诱发过度疲劳的舒适位置。
参考图3B，在这个实施例中，当操作员的手在主体102的顶部之上抓握手柄100时，操作员的手204的手掌总体上搁置在主体的近端104处的上表面上。当主体102在与水平轴线210对准的水平定向上被拿着时，拇指握持部末端118也以角度θ向下成角度。角度θ被选择成对应于在操作员的手204处于总体上无应力的方式并且拇指接合拇指握持部末端118的保持环圈部分时拇指208的自然取向。手指握持部末端112可以类似地被定向成处于一定角度，所述角度对应于在接合手指握持部112的保持环圈部分(图3B中不可见)时操作员的手指的自然取向。在一个实施例中，针对操作员的拇指208，角度θ可以是在约10°与25°之间，并且针对操作员的食指206，可以是在约15°与28°之间。
回顾图1A，在所示实施例中，输入控件122由台面(land)124围绕，所述台面被布置成总体上平行于输入控件的致动器表面126。输入控件122可以被构造用于控制外科手术工具或机器人手术系统的数种功能中的任一种。在所示实施例中，输入控件122被构造为摇臂按钮，所述摇臂按钮在输入控件的前部区域128由操作员的手指按压时可操作来控制第一功能并且在输入控件的后部区域130由操作员的手指按压时可操作来控制第二功能。在其他实施例中，输入控件122可以使用被配置用于检测不同用户输入的输入装置或传感器来实现，所述输入装置或传感器是例如轨迹垫或触摸垫、轨迹球、操纵杆、光学传感器或热传感器。输入控件122被配置用于响应于由操作员的手指中之一对致动器表面的致动而产生控制信号。在一个实施例中，输入控件122可以用于控制与机器人手术系统相关联的照明器和/或照相机的操作。
图4A和4B中示出了手柄100的剖视图，其中上盖250的一部分被移除以便揭露与第一控制杆108和第二控制杆114相关联的安装细节。参考图4A，第一控制杆108包括安装在第一枢转接头110上的枢轴末端252以及总体上侧向延伸到手柄100的主体102中的致动器臂254。类似地，第二控制杆114包括安装在第二枢转接头116上的枢轴末端256以及总体上侧向延伸到手柄100的主体102中的致动器臂258。手柄100还包括连杆260，所述连杆包括缝隙261。手柄100还包括引导柱262，所述引导柱被接收在缝隙261中并且允许连杆260在箭头268的方向上往复移动。臂254和256各自在转动接头266处联接到连杆260的远端264上，这样使得第一控制杆108或第二控制杆114中的任一者的移动引起对应臂的移动，进而引起连杆260的移动。臂254和256中的任一者的另外移动还引起所述臂中的另一个的相应移动。第一控制杆108和第二控制杆114因此机械地联接，这样使得控制杆中的一个的移动引起控制杆中的另一个的相应的相反侧向移动。第一控制杆108和第二控制杆114的侧向移动的范围也受缝隙261的长度约束。在一个实施例中，缝隙261被设定大小以便将杆108和114的移动约束到一定范围，所述范围对应于普通操作员的拇指208和手指206的人类工程学上舒适的侧向移动。
参考图4B，第一控制杆108和第二控制器114中的任一者或两者的向外侧向移动因此引起连杆260在由箭头268指示的方向上向前推进。在这个实施例中，手柄100还包括传感器280，所述传感器用于响应于由第一控制杆和第二控制杆中的任一者的侧向移动引起的连杆260的移动而产生第一控制信号。传感器280可以使用线性编码器来实现。在其他实施例中，连杆260的移动可以通过主体102与输入设备200机械地联接，并且可以与所述输入设备机械地对接。
仍然参考图4B，第一枢转接头110和第二枢转接头116在主体上间隔开距离D。在一个实施例中，枢转接头之间的间隔D被选择成对应于与拇指和食指相关联的掌指关节之间的距离(对于普通操作员来说)，由此减小在操作第一控制杆108和第二控制杆114时作用在操作员的手上的应力。当手柄100被抓握在操作员的右手中(其中操作员的手指206接合手指握持部末端112并且操作员的拇指208接合拇指握持部末端118)时，拇指的掌指关节总体上被定位在第二枢转接头116的上方并且手指的掌指关节(即，操作员的指节220)总体上被定位在第一枢转接头110的上方。在被构造用于操作员的左手的手柄100中，拇指握持部末端118和手指握持部末端112将颠倒过来。
参考图5，总体上以300示出手柄设备的替代实施例。手柄300具有主体302，所述主体总体上如图1所示地被构造，但是包括相对于管状主体成角度的主体近端304。在所示实施例中，近端304相对于主体302在总体上侧向方向上成角度，并且被构造用于在抓握手柄300时为操作员的手掌提供支撑表面。参考图6，总体上以320示出手柄设备的另一个实施例。在这个实施例中，手柄320包括可移除端盖324，所述可移除端盖具有与图1所示的近端104总体上类似的形状。可移除端盖324可以被制成是由操作员可容易移除的，以便允许操作员根据他们的个人偏好选择端盖。可移除端盖324是从手柄320的主体322可分离的，并且可以由卡扣连接件、紧固件或其他固定装置保持在主体上。例如，可以提供一组端盖，所述一组端盖包括不同长度的如在324处所示的可移除端盖和/或不同形状的端盖，诸如图5所示的近端304的形状。所述一组端盖可以相对廉价地制造出来并且允许用于各种各样的手掌大小和操作员偏好的构型。
图7中总体上以350示出手柄设备的替代实施例。图7A中示出了主体的右手侧，并且图7B中示出了主体的左手侧。参考图7A，手柄350包括具有近端354和接口末端356的主体352。手柄350还包括如上文结合图1实施例总体上所描述的第一控制杆358和第二控制杆360以及输入控件362。在这个实施例中，手柄350的主体352包括雕刻侧向部分364，并且第一控制杆358被布置在所述雕刻部分上。参考图7B，主体352还包括雕刻侧向部分366，并且第二控制杆360被布置在所述雕刻部分上。雕刻部分364和366被定向成总体上平行于主体352的纵向轴线370。参考图8，总体上平行的雕刻部分364和366(图8中仅部分366可见)允许操作员从后方抓握手柄350。在这个实施例中，操作员的手204的手掌并不像结合手柄100所描述那样搁置在主体352的顶部上。相反地，操作员的手204的手掌置于手柄350的近端354后方并且由所述近端支撑。近端354可以像上文结合图5和图6所描述那样根据操作员的偏好来构造。在图7A、7B和8所示的实施例中，手柄350具有向下延伸的端盖部分，而在其他实施例中，手柄可以具有修圆端盖，诸如图6中在324处所示。
在图7B所示的实施例中，手柄350包括位于第二控制杆360上的多个接近传感器372、374和376。当操作员的手204抓握手柄350时，操作员的拇指208可以根据操作员的偏好相对于主体352向前或向后定位。接近传感器372-376生成用于检测操作员的拇指208的位置的信号，所述信号可以用于提供手柄350正由操作员的手204抓握的指示，并且还提供关于操作员的手在手柄的主体352上的位置的信息。接近传感器372、374和376可以使用各种各样的接近传感器类型(例如光学和/或电容性传感器)中的任一种来实现。
参考图9，总体上以400示出机器人手术系统。机器人手术系统400包括输入控制台402和手术机器人404。输入控件台402包括用于由操作员的右手操作的图2所示的输入设备200和手柄设备100。输入控制台402包括用于由操作员的左手操作的输入设备406和手柄设备408。输入控制台402还包括用于响应于输入设备200和输入设备406的移动和致动而生成控制信号的接口446，所述移动和致动是响应于由操作员在对应手柄100和408处提供的输入而进行的。
手术机器人404包括承载在手术平台410上的机器人致动器412。机器人致动器410控制外科手术工具414和416，所述外科手术工具可以穿过患者420的体壁419中的切口418插入以便接近患者的体腔内的手术部位(未示出)。插图422中更详细地示出了外科手术工具414和416。在所示实施例中，工具414和416各自包括一对相对钳口424和426。例如像外科医生等操作员通过以下方式来对患者420执行手术：经由输入控制台402上的对应手柄100和408操纵第一输入设备200和第二输入设备406，以便控制外科手术工具414和416的移动和操作。机器人致动器410是由处理器电路440控制的，所述处理器电路经由电缆442或其他接口从输入控制台402接收控制信号。处理器电路440解释控制信号以用于控制观察系统428以及工具414和416的移动和操作。例如，手柄100和408的移动由接口446传输到处理器电路440并引起工具414和416的相应移动。用于此目的的示例性工具定位装置和工具在PCT/CA2013/001076中有所描述，所述文献通过引用结合在此。类似地，操作员还操纵控制杆(即，图1A所示的108和114)来引起钳口424和426打开和闭合以用于执行诸如抓握组织、切割和烧灼等手术任务。
在包括接近传感器372、374和376的实施例中，接近信号可以用于基于操作员的手在手柄350上的位置来更精确地解释操作员输入。例如，如果用户进一步靠后抓握手柄350的主体352，用户输入可以按比例缩放以便放大很可能在这个位置中的由操作员的手进行的更小移动。
在这个实施例中，手术机器人404还包括观察系统428，所述观察系统可以包括用于照明患者420的体腔内的手术部位的照明器以及用于生成图像信号的照相机。从观察系统接收的图像信号由处理器电路440传输回到输入控制台402。输入控制台402还包括用于为操作员显示手术部位的图像的显示器。
在一个实施例中，输入控制台402响应于操作员的手指和拇指的侧向打开和闭合移动而在接口446处产生第一控制信号，所述侧向打开和闭合移动引起第一控制杆和第二控制杆的相应侧向移动。表示移动的信号经由电缆442传输并由处理器电路440接收和解释，所述处理器电路产生用于控制工具414和416的对应一对相对钳口424和426的打开和闭合的信号。输入控件122的致动类似地产生第二控制信号，所述第二控制信号由处理器电路440接收并且被解释以便产生用于控制观察系统428的信号。例如，输入控件122的前部区域128的激活可以引起照相机对手术部位进行推摄，而后部区域130的致动可以引起照相机进行拉摄。
上文所描述的手柄100、300和350的实施例在操作员与用于接收操作员输入的输入设备200、406之间提供人类工程学接口。手柄的对应主体被成型并构造用于允许操作员以舒适且无应力的方式抓握手柄，从而减轻操作员疲劳。
虽然已经描述并展示了具体实施例，但这类实施例应当被视为仅仅是对本发明进行说明，而不应当被视为限制如根据所附权利要求书所解释的本发明。

Claims (20)

1.一种用于在机器人手术系统中接收用于控制外科手术工具的操作员输入的手柄设备，所述设备包括：
总体上管状的主体，所述主体具有被成型用于由所述操作员的手抓握的近端以及远侧定位的接口末端，所述接口末端被可操作地构造用于联接到用于控制所述外科手术工具的输入设备上；
第一控制杆，所述第一控制杆在第一枢转接头处附接到所述主体上并且沿着所述主体延伸远离所述近端，所述第一控制杆终止于被构造用于接收所述操作员的手指之一的手指握持部末端，所述第一控制杆是围绕所述第一枢转接头可侧向移动远离所述主体的；
第二控制杆，所述第二控制杆在第二枢转接头处附接到所述主体上，所述第二枢转接头在所述主体的与所述第一枢转接头总体上相反的一侧上，所述第二控制杆沿着所述主体延伸远离所述近端并且终止于被构造用于接收所述操作员的拇指的拇指握持部末端，所述第二控制杆是围绕所述第二枢转接头可侧向移动远离所述主体的，其中，所述第一控制杆和所述第二控制杆中的至少一者的移动可操作来产生表示所述移动的第一控制信号；以及
输入控件，所述输入控件在所述主体的上表面上并且总体上插置在所述手指握持部末端与所述拇指握持部末端之间，所述输入控件具有朝向所述手指握持部末端向下成角度的致动器表面并且被可操作地构造用于响应于由所述操作员的手指之一对所述致动器表面的致动而产生第二控制信号；
其中，所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端中的至少一者包括保持环圈，所述保持环圈被可操作地构造用于保持所述操作员的除拇指之外的手指或拇指以用于致动对应的杆；与所述第一控制杆相关联的所述保持环圈包括环圈部分和开放部分，所述开放部分被布置成允许所述操作员的手指在所述手指握持部与所述输入控件之间侧向移动。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制信号包括电气控制信号，并且所述设备还包括传感器，所述传感器用于响应于所述第一控制杆和所述第二控制杆中的至少一者的侧向移动而产生所述电气控制信号。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制信号包括联接到所述第一控制杆和所述第二控制杆中的至少一者上的连杆的机械移动。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述输入控件的所述致动器表面被定向成使得当由所述操作员的手在总体上中性位置中抓握时，所述操作员的指节将总体上平行于所述致动器表面。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述输入控件由台面围绕，所述台面被布置成总体上平行于所述输入控件的所述致动器表面。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一枢转接头和所述第二枢转接头在所述主体上间隔开一定距离，所述距离对应于普通操作员的拇指与食指的掌指关节之间的距离。
7.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制杆和所述第二控制杆被设定大小成使得当由普通操作员的手抓握时，对应的杆上的所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端被定位成用于接收所述操作员的除拇指之外的手指和拇指的远侧指骨。
8.如权利要求1所述的设备，其中：
所述手指握持部被构造用于接收所述操作员的食指；并且
所述输入控件的所述致动器表面被成角度用于通过所述食指在所述手指握持部与所述输入控件之间移动来致动。
9.如权利要求1所述的设备，其中：
所述手指握持部被构造用于接收所述操作员的中指；并且
所述输入控件的所述致动器表面被成角度用于由所述操作员的食指致动。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述主体的所述近端被构造用于接收多个不同的可移除端盖之一，所述可移除端盖有助于根据所述操作员的偏好来构造所述设备。
11.如权利要求1所述的设备，其中，所述主体的所述近端具有修圆形状，所述修圆形状在所述主体被抓握在所述操作员的手中时可操作来接收并支撑所述操作员的手掌的一部分。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述主体的所述近端相对于所述主体成角度。
13.如权利要求11所述的设备，其中，所述主体具有插置在所述近端与所述接口末端之间的颈部部分，所述颈部部分相对于所述近端具有减小的截面范围。
14.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制杆和所述第二控制杆机械地联接，这样使得所述控制杆中的一个的移动引起所述控制杆中的另一个的相应的相反侧向移动。
15.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制杆和所述第二控制杆被安装用于将所述杆中的每一者的所述侧向移动约束到一定范围，所述范围对应于普通操作员的拇指和除拇指之外的手指的人类工程学上舒适的侧向移动。
16.如权利要求1所述的设备，其中，所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端中的所述至少一者的所述保持环圈被向下定向成处于一定角度，所述角度对应于在将所述主体抓握成使得所述操作员的手掌搁置在所述主体的上表面上时所述操作员的拇指或除拇指之外的手指的自然取向。
17.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一控制杆和所述第二控制杆中的每一者被布置在所述主体的总体上相反侧上的对应的雕刻部分内，所述雕刻部分各自从所述近端向前朝向所述接口末端延伸，对应的雕刻部分在所述主体从所述近端后方被抓握时可操作来接收所述操作员的除拇指之外的手指和拇指。
18.如权利要求1所述的设备，还包括被布置用于感测以下各项中的一项的至少一个接近传感器：
所述操作员的手抓握所述手柄设备；以及
所述操作员的手相对于所述主体的位置。
19.一种用于在机器人手术系统中接收操作员输入的方法，所述方法包括：
将所述操作员的手接收在手柄设备的总体上管状的主体处，所述主体具有被成型用于由所述操作员的手抓握的近端、并且具有被可操作地构造用于联接到输入设备上的远侧定位的接口末端；
将所述操作员的手指之一接收在第一控制杆的手指握持部末端中，所述第一控制杆在第一枢转接头处附接到所述主体上并且沿着所述主体延伸远离所述近端，所述第一控制杆是围绕所述第一枢转接头可侧向移动远离所述主体的；
将所述操作员的拇指接收在第二控制杆的拇指握持部末端中，所述第二控制杆在第二枢转接头处附接到所述主体上，所述第二枢转接头在所述主体的与所述第一枢转接头总体上相反的一侧上，所述第二控制杆沿着所述主体延伸远离所述近端并且是围绕所述第二枢转接头可侧向移动远离所述主体的；
将所述操作员的手指之一接收在输入控件处，所述输入控件在所述主体的上表面上并且总体上插置在所述手指握持部末端与所述拇指握持部末端之间，所述输入控件具有朝向所述手指握持部末端向下成角度的致动器表面；
响应于所述操作员的除拇指之外的手指和拇指的侧向打开和闭合移动而在所述接口处产生第一控制信号，所述侧向打开和闭合移动引起所述第一控制杆和所述第二控制杆的相应侧向移动；并且
响应于所述输入控件的致动而在所述接口末端处产生第二控制信号；
其中，所述手指握持部末端和所述拇指握持部末端中的至少一者包括保持环圈，所述保持环圈被可操作地构造用于保持所述操作员的除拇指之外的手指或拇指以用于致动对应的杆；与所述第一控制杆相关联的所述保持环圈包括环圈部分和开放部分，所述开放部分被布置成允许所述操作员的手指在所述手指握持部与所述输入控件之间侧向移动。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：接收来自至少一个接近传感器的信号，所述至少一个接近传感器被布置用于感测以下各项中的一项：所述操作员的手抓握所述手柄设备，以及所述操作员的手相对于所述主体的位置。
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