用于计算机辅助设备的输入控件的触觉轮廓的制作方法

用于计算机辅助设备的输入控件的触觉轮廓
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月30日提交的题为“haptic barrier to indicate operation modes of a computer-assisted instrument”的序列号为63/119,599的美国临时申请的权益。该申请的主题通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及计算机辅助器械的操作，并且更具体地涉及用于计算机辅助设备的输入控件的触觉轮廓/曲线图(profile)。


背景技术：

4.越来越多的设备正在被计算机辅助电子设备所取代。在工业、娱乐、教育和其他设施中尤其如此。作为医疗示例，当今的医院包括在手术室、介入室、重症监护病房、急诊室和/或诸如此类中发现的大量电子设备。例如，玻璃和水银温度计正在被电子温度计取代，静脉滴注管现在包括电子监控器和流量调节器，并且传统的手持式手术和其他医疗器械正在被计算机辅助医疗设备取代。
5.这些计算机辅助设备可用于对材料(诸如患者的组织)执行操作和/或程序。对于许多计算机辅助设备，操作者(诸如外科医生和/或其他医务人员)通常可以使用操作者控制台上的一个或多个控件来操纵输入设备。当操作者在操作者控制台处操作各种控件时，命令被从操作者控制台转发到位于工作空间中的计算机辅助设备，在此处命令被用来定位和/或致动(例如经由可重新定位臂)安装到计算机辅助设备的一个或多个末端执行器和/或工具。以此方式，操作者能够使用末端执行器和/或工具对工作空间中的材料执行一个或多个程序。
6.操作者用来操纵末端执行器和/或工具的控件可以包括握持输入控件。操作者可以在握持输入控件上施加或释放力和/或扭矩以分别闭合或打开握持输入控件。末端执行器和/或工具可以基于施加到握持输入控件的闭合量、力和/或扭矩来执行功能。握持输入控件可以包括弹簧机构，以调节闭合握持输入控件所需的力或扭矩的量和/或在施加到握持输入控件的力或扭矩低于由弹簧机构提供的阻力时使握持输入控件返回到打开位置。
7.由于经由握持输入控件来操作计算机辅助末端执行器和/或工具的远程性质，在某些情况下操作者可能难以直接监控末端执行器和/或工具，和/或监控末端执行器和/或工具正在怎样影响材料。例如，非计算机辅助末端执行器可以基于末端执行器的操作向操作者提供机械实现的物理反馈，诸如通过指示当试图抓握由末端执行器抓握的材料时的阻力大小。经由抓握输入控件控制的计算机辅助末端执行器和/或工具在握持输入控件处不向操作者提供这种物理反馈，从而妨碍操作者监控末端执行器和/或工具和/或末端执行器和/或工具对材料的影响的能力。因此，操作者在使用计算机辅助末端执行器和/或工具时的情境意识(situation awareness)降低。
8.因此，期望用于操作计算机辅助设备(诸如具有经由握持输入控件控制的末端执
行器和/或工具的计算机辅助设备)的改进方法和系统。在一些示例中，可能期望在握持输入控件处向操作者提供关于握持输入控件正在如何影响末端执行器和/或工具的功能的物理反馈，以便帮助确保末端执行器和/或工具可以能够成功地对材料执行期望的程序。


技术实现要素：

9.根据一些实施例，一种计算机辅助设备包括握持输入控件、被配置为支撑器械的可重新定位臂以及一个或多个处理器，一个或多个处理器被配置为检测握持输入控件在握持输入控件的自由度的第一方向上的位置，该自由度具有第一区域、第二区域以及在第一区域和第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于第一区域中，根据第一模式来操作器械；响应于确定所检测的位置处于第三区域中，提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域；以及响应于确定所检测的位置处于第二区域中，根据与第一模式不同的第二模式来操作器械。
10.根据一些实施例，一种方法包括检测握持输入控件在握持输入控件的自由度的第一方向上的位置，该自由度具有第一区域、第二区域以及在第一区域和第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于第一区域中，根据第一模式操作支撑在可重新定位臂上的器械；响应于确定所检测的位置处于第三区域中，提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域；并且响应于确定所检测的位置处于第二区域中，根据与第一模式不同的第二模式操作器械。
11.根据一些实施例，一种计算机辅助设备包括输入控件和一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为检测输入控件在输入控件的第一自由度的第一方向上的位置；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第一区域中，提供第一输出力或扭矩以抵抗输入控件向第一区域中的第一位置的移动；响应于确定输入控件的所检测的位置是第一区域中的第一位置，限制输入控件沿着第一自由度远离第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第二区域中，提供第二输出力或扭矩以抵抗输入控件向第二区域中的第二位置的移动，其中第二输出力或扭矩大于第一输出力或扭矩；以及响应于确定输入控件的所检测的位置是第二区域中的第二位置，限制输入控件沿着第一自由度远离输入控件的第二位置的移动。
12.根据一些实施例，一种方法包括：检测输入控件在输入控件的第一自由度的第一方向上的位置；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第一区域中，提供第一输出力或扭矩以抵抗输入控件向第一区域中的第一位置的移动；响应于确定输入控件的所检测的位置是第一区域中的第一位置，限制输入控件沿着第一自由度远离第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所检测的位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第二区域中，提供第二输出力或扭矩以抵抗输入控件向第二区域中的第二位置的移动，其中第二输出力或扭矩大于第一输出力或扭矩；以及响应于确定输入控件的所检测的位置是第二区域中的第二位置，限制输入控件沿着第一自由度远离输入控件的第二位置的移动。
13.根据一些实施例，一种计算机辅助设备包括输入控件以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为：检测输入控件的位置；响应于确定所检测的位置处于沿着输入控件的第一自由度的第一区域中，基于触觉轮廓向输入控件施加第一力或扭矩；以及基
于所检测的位置处于第一区域中的时间量，修改触觉轮廓的一个或多个属性。
14.根据一些实施例，一种方法包括：检测输入控件的位置；响应于确定所检测的位置处于沿着输入控件的第一自由度的第一区域中，基于触觉轮廓向输入控件施加第一力或扭矩；以及基于所检测的位置处于第一区域中的时间量，修改触觉轮廓的一个或多个属性。
15.根据一些实施例，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，当由一个或多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于促使所述一个或多个处理器执行本文描述的任何一种方法。
附图说明
16.为了能够详细地理解各个实施例的上述特征，可以参考各个实施例对上面简要概括的本发明构思进行更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意的是，附图仅示出本发明构思的典型实施例，因此并不被视为以任何方式限制范围，并且应注意到存在其他同等有效的实施例。
17.图1是根据一些实施例的远程手术系统的示意图；
18.图2是根据一些实施例的如图1所示的操作者工作站的前视图；
19.图3是根据一些实施例的握持输入控件的透视图；
20.图4和图5是根据一些实施例的另一握持输入控件的视图；
21.图6是根据一些实施例的引领件-随动件(leader-follower)系统的框图；
22.图7是根据一些实施例的触觉轮廓的示意图；
23.图8示出根据一些实施例的指示示例器械的功能的示例图形用户界面；
24.图9示出根据一些实施例的指示另一示例器械的功能的示例图形用户界面；
25.图10是根据一些实施例的用于在握持输入控件处提供触觉障碍的方法步骤的流程图；
26.图11是根据一些实施例的包括触觉止动(haptic detent)的触觉轮廓的示意图；
27.图12-图14是根据一些实施例的包括一系列棘轮式(ratcheting)触觉止动的触觉轮廓的示意图；
28.图15是根据一些实施例的包括在触觉止动处的输出力或扭矩的振荡的触觉轮廓的示意图；
29.图16是根据一些实施例的包括触觉峰的触觉轮廓的示意图；
30.图17是根据一些实施例的包括触觉壁的触觉轮廓的示意图；
31.图18a-图18c是根据一些实施例的多级触觉轮廓的示意图。
32.图19是根据一些实施例的用于在输入控件处提供多个触觉止动的方法步骤的流程图；和
33.图20是根据一些实施例的用于在输入控件处提供基于时间的输出的方法步骤的流程图。
具体实施方式
34.说明发明方面、实施例、实施方式或模块的本说明书和附图不应被视为限制——权利要求限定所要保护的发明。可以进行各种机械的、组成的、结构的、电气的和操作的改
变，而不脱离本说明书和权利要求书的精神和范围。在一些情况下，未详细示出或描述众所周知的电路、结构或技术，以免使本发明变得模糊。两个或更多个附图中的相似数字表示相同或相似的元素。
35.在本说明书中，阐述了描述符合本公开的一些实施例的具体细节。阐述了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文公开的具体实施例旨在说明性而非限制性。本领域技术人员可以认识到其他元素也在本公开的范围和精神内，尽管本文没有具体描述这些元素。另外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出和描述的一个或多个特征可以并入其他实施例中，除非另外具体描述或者如果一个或多个特征将使实施例不起作用。
36.此外，本说明书的术语并不旨在限制本发明。例如，空间相对术语——诸如“在
…
之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”和诸如此类——可以用于描述附图所示的一个元素或特征与另一个元素或特征的关系。除了图中所示的位置和取向之外，这些空间相对术语旨在涵盖元素或其操作的不同位置(即方位)和取向(即旋转放置)。例如，如果翻转其中一幅附图的内容，则被描述为在其他元素或特征“下方”或“之下”的元素将是在其他元素或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的位置和取向。设备可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)并且本文使用的空间相对描述符被相应地解释。同样，沿着和围绕各个轴线的移动的描述包括各种特殊元素位置和取向。此外，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有说明。并且，术语“包括”、“包含”、“含有”和类似用语指定存在所陈述的特征、步骤、操作、元素和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作、元素、部件和/或群组。描述为耦接的部件可以电气地或机械地直接耦接，或者它们可以经由一个或多个中间部件间接耦接。
37.只要可行，参考一个实施例、实施方式或模块详细描述的元素可以被包括在未具体示出或描述的其他实施例、实施方式或模块中。例如，如果参考一个实施例详细描述了一个元素并且没有参考第二实施例描述该元素，则该元素仍然可以被要求保护为包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，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素可以被并入到其他实施例、实施方式或方面中，除非另外具体描述，除非该一个或多个元素将使实施例或实施方式不起作用，或者除非两个或更多个元素提供冲突的功能。
38.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，以免不必要地模糊实施例的各方面。
39.本公开描述了计算机辅助设备的各种设备、元件和部分以及元件在三维空间中的状态。如本文所用，术语“位置”是指元件或元件的一部分在三维空间中的方位(例如，沿着笛卡尔x坐标、y坐标和z坐标的三个平移自由度)。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”指的是沿着元件测量的一组位置或取向。如本文所用，并且对于具有可重新定位臂的装置，术语“近侧”是指沿着其运动链朝向计算机辅助设备的底座的方向，而“远侧”是指沿着运动链远离底座的方向。
40.本公开的各方面是参考计算机辅助系统和设备来描述的，计算机辅助系统和设备
可以包括远程操作、远程控制、自主、半自主、机器人和/或诸如此类的系统和设备。此外，本公开的各方面是根据使用手术系统的实施例来描述的，该手术系统诸如由美国加利福尼亚州桑尼维尔市(sunnyvale)的直观外科手术公司(intuitive surgical,inc.)商售的da手术系统。然而，本领域技术人员将理解，本文公开的发明方面可以以各种方式体现和实施，包括机器人和(在适用的情况下)非机器人实施例和实施方式。da手术系统的实施例仅仅是示例性的并且不应被认为是限制本文公开的发明方面的范围。例如，参考手术器械和手术方法描述的技术可以在其他背景下使用。因此，本文描述的器械、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、一般机器人用途、感测或操纵非组织工件、美容改进、人类或动物解剖体成像、收集来自人类或动物解剖体的数据、设置或拆除系统、培训医疗或非医疗人员和/或诸如此类。其他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(无需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，这些技术还可以用于包括或不包括外科手术方面的医学治疗或诊断程序。
41.系统总览
42.图1是根据一些实施例的远程操作手术系统100的示意图。远程操作手术系统100包括操作者工作站(例如外科医生控制台)102和远程操作操纵器设备104。
43.在该示例中，操作者工作站102包括观察器213(图2所示)，在观察器213中在使用系统100的操作程序间显示工作部位的图像。例如，该图像可以由诸如一个或多个显示屏的显示设备显示，并且该图像可以描绘手术程序期间的手术部位。提供支撑件110，操作者112(例如外科医生)可以将他或她的前臂搁置在支撑件110上，同时握持两个输入控件210和212，这两个输入控件包括相应的握持输入控件(如图2所示)，每只手中一个。输入控件被定位在工作空间114中，工作空间114超过支撑件110向内设置。当使用工作站102时，操作者112可以坐在工作站前面的椅子上，将他或她的眼睛放在观察器前面并且握持输入控件，每只手中一个，同时将他或她的前臂搁置在支撑件上110。下面参考图2描述附加细节。
44.远程操作系统100中还包括远程操作操纵器设备104。在外科手术程序中，远程操作操纵器设备104可以被定位成靠近患者(或模拟患者)以进行外科手术，其中远程操作操纵器设备104可以保持静止直至特定手术程序或程序阶段完成。远程操作操纵器设备104可以包括一个或多个臂组件120。在一些示例中，臂组件120中的一个或多个可以被配置为保持图像捕获设备(例如，内窥镜122)，该图像捕获设备可以提供手术部位的一部分的捕获图像。在一些实施例中，捕获的图像可以被传输至工作站102的观察器和/或传输至一个或多个其他显示器，例如耦接至远程操作操纵器设备104的显示器124。在一些示例中，其他臂组件120中的每一个都可以包括手术工具126(其在本文中也可以被称为“器械”)。每个手术工具可以包括手术末端执行器，例如用于处理患者的组织。
45.在该示例中，响应于操作者112在工作站102处对输入控件210和212的操纵，可以促使臂组件120移动并且铰接手术工具126，例如以便操作者112可以通过微创手术孔口在内部手术部位指导手术程序。例如，耦接到臂组件120的一个或多个致动器可以响应于从工作站102接收的控制信号来输出力以引起臂组件的连杆或其他部分以特定自由度移动。工作站102可以在具有远程操作操纵器设备104的房间(例如，手术室或介入室)内使用，或者
可以定位成距远程操作操纵器设备104更远，例如位于与该远程操作操纵器设备不同的位置处。在美国专利号9,050,120中描述了经由操作者工作站和相关联的操作者用户界面操作手术工具的示例，该专利通过引用并入本文。
46.远程操作系统100的一些实施例可以提供不同的操作模式。在一些示例中，在远程操作系统100的非控制模式(例如，安全模式)中，远程操作操纵器设备104的受控运动在断开配置中与工作站102的输入控件210、212断开，使得输入控件210、212的移动和其他操纵不会引起远程操作操纵器设备104的运动。在远程操作系统的控制模式(例如，跟随模式)中，远程操作操纵器设备104的运动可以由工作站102的输入控件210和212以引领件-随动件方式控制，使得例如在外科程序期间输入控件的移动和其他操纵引起远程操作操纵器设备104的运动。在某些情况下，引领件-随动件布置也可以称为主从(master-slave)布置。
47.一些实施例可以是或包括远程操作医疗系统，诸如由美国加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术公司(intuitive surgical,inc.)商售的da手术系统(例如型号is3000或is4000，作为da或da手术系统销售)。然而，本文公开的特征可以以各种方式实现，包括远程操作的实施例，以及在适用情况下非远程操作的(例如，本地控制的)实施例。da手术系统的实施例仅是示例性的并且不应被视为限制本文所公开的特征的范围。例如，在工作部位处具有远程操作操纵器设备的不同类型的远程操作系统可以利用本文描述的致动控制特征。其他非远程操作系统也可以使用一个或多个描述的特征，例如各种类型的控制系统和设备、外围设备等。
48.在一些实施例中，受控的远程操作操纵器设备可以是设备的虚拟表示图(representation)，例如呈现在由耦接到远程操作系统100的计算设备提供的图形模拟中。例如，操作者可以操纵工作站102的输入控件210和212以控制模拟的虚拟空间中的末端执行器的所显示的表示图，类似于仿佛末端执行器是耦接到物理远程操作操纵器设备的物理对象。
49.图2是根据一些实施例的操作者工作站102的前视图。操作者工作站102包括观察器213，在观察器213中可以在使用远程操作系统100的程序期间显示工作部位的图像。例如，可以在手术程序期间显示描绘手术部位的图像。观察器213可以被定位在观察凹部211内，操作者可以将他或她的头部定位在观察凹部211中以观察由观察器213显示的图像。当使用工作站102时，操作者112可以坐在工作站前面的椅子上并将他或她的头部定位在凹口211内，使得他或她的眼睛被定位在观察器213的前面。
50.根据一些实施例，一个或多个存在传感器214可以被定位在操作者工作站102的一个或多个位置处以检测位于工作站102旁边或附近的操作者的存在。在该示例中，存在传感器214可以感测操作者的头部在凹部211内的存在。例如，光学传感器可被用于存在传感器，其中光学传感器包括发射器216和检测器218。发射器216从凹部211的一侧发射红外或其他波长的光束，并且由检测器218在凹部的另一侧检测该光束。当光束被中断而不能被检测器检测到时，系统确定操作者的头部位于凹部内并且操作者处于使用操作者工作站102的输入控件的适当位置。在各种实施例中可以使用附加或替代类型的存在传感器。
51.提供两个输入控件210和212用于操作者操纵。在一些实施例中，每个输入控件210和212可以被配置为控制远程操作操纵器设备104的相关联的臂组件120的运动和功能。例如，输入控件210或212可以以多个自由度移动，从而以对应的自由度移动远程操作操纵器
设备104的相应末端执行器。输入控件210和212被定位在工作空间114中，工作空间114超过支撑件110向内设置。例如，操作者112可以搁置他或她的前臂，同时握持两个输入控件210、212，每只手一个控件。操作者还将他或她的头部定位在观察凹口211内以观察如上所述的观察器213，同时操纵输入控件210和212。下面描述适合与输入控件210和220一起使用的握持输入控件部分的各种示例。
52.工作站102的一些实施例可以包括位于输入控件210和212下方的一个或多个脚控件220。当操作者坐在操作者工作站102处时，脚控件220可以被操作者的脚压下、滑动和/或以其他方式操纵，以将各种命令输入到远程操作系统。在各种实施例中，脚控件220包括多组脚控件，其可以具有不同的颜色并且可以基于它们的颜色来识别(例如，一组蓝色的脚控件和一组黄色的脚控件)。操作者可以压下、滑动和/或以其他方式操纵不同组的脚控件，以将不同的命令输入到远程操作系统。在各种实施例中，远程操作的手术系统100还包括可以经由操作者工作站102控制的电灼发生器(例如，双极发生器、单极发生器)。电灼发生器可以被配置为响应于操作者112在操作者工作站102处进行的输入(例如，响应于操作者对输入控件210和212和/或脚控件220的操纵)而将能量(例如用于凝结和/或密封经由手术工具126操纵的组织的能量)传输至手术工具126。
53.图3是根据一些实施例的握持输入控件的透视图。在一些实施例中，握持输入控件300可以用作如上面参考图1和图2所描述的输入控件210或212的一部分。在一些实施例中，握持输入控件300包括一个或多个万向节机构。
54.握持输入控件300包括手柄302，操作者接触该手柄302以操纵握持输入控件300。在该示例中，手柄302包括两个握把，每个握把包括指环304和握持构件306。两个握持构件306被定位在手柄302的中心部分303的相反侧上，其中握持构件306可以被操作者的手指抓握、把持住或以其他方式接触。两个指环304被附连至握持构件306并且可以用于将手指稳固至相关联的握持构件306。操作者还可以在抓握握持构件306的同时接触手柄302的其他部分。握持构件306被枢转地附连到手柄302的中心部分303。可以由操作者以相关联的自由度308移动每个握持构件306和指环304。例如，可以以夹钳类型的移动同时移动握持构件306(例如，朝向或远离彼此)，使其绕中心部分303枢转。因此，操作者可以“闭合”(握持构件306朝向彼此移动)或“打开”(握持构件306远离彼此移动)握持构件306。在各种实施例中，可以提供单个握持构件306和指环304，或者握持构件306中仅一个能够以自由度308移动，而另一个握持构件306能够相对于手柄302固定。
55.耦接至手柄302的一个或多个传感器(未示出)可以检测握持构件306在其自由度308中的位置，并且将描述该位置的信号发送至远程操作系统100的一个或多个控制电路。控制电路可以向远程操作操纵器设备104提供控制信号。例如，握持构件306在自由度308中的位置可以用于控制远程操作操纵器设备104的末端执行器的各种自由度中的任意自由度。各种实施例可以提供一个或多个主动致动器(例如，马达、音圈等)以在自由度308中输出作用在握持构件306上的主动力。例如，传感器和/或致动器可以被容纳在中心部分303中或壳体309中并且通过传动装置耦接到握持构件306。握持输入控件300的一些实施例还可以在握持构件306和手柄302的中心部分303之间提供一个或多个被动致动器(例如弹簧)，以增强一个或多个主动致动器(例如用以提供握持构件306的特定方向上的附加阻力(例如自由度308中在朝向彼此的方向上的移动))。
56.示例性握持输入控件300的手柄302可以被额外提供有围绕轴线312的旋转自由度310，轴线312大致沿着手柄302的中心部分303的中心延伸。操作者可以使握持构件306作为单个单元绕轴线312旋转，以提供对例如远程操作操纵器设备104的末端执行器或远程操作操纵器设备104的其他元件的控制。
57.一个或多个传感器(未示出)可以耦接至手柄302以检测手柄302在旋转自由度310中的旋转和/或位置。例如，传感器可以向远程操作系统100的一个或多个控制电路发送描述位置的信号，这些控制电路可以如上所述向远程操作操纵器设备104提供控制信号。例如，自由度310可以控制远程操作操纵器设备104的末端执行器的特定自由度，该特定自由度与由握持构件306的自由度308控制的自由度不同。
58.握持输入控件300的一些实施例可以提供一个或多个致动器以在旋转自由度310中输出作用在手柄302(包括握持构件306和指环304)上的力。例如，传感器和/或致动器可以被容纳在壳体309中并且通过延伸穿过手柄302的中心部分303的轴而耦接至手柄302。
59.在各种实施例中，手柄302可以被提供有额外的自由度。例如，可以在肘形连杆324和连杆326之间的旋转耦接件处向手柄302提供围绕轴线322的旋转自由度320，其中肘形连杆324(例如，在壳体309处)被耦接到手柄302。例如，轴线322可以类似于图2中所示的轴线232。类似地可以提供额外的自由度。例如，连杆326可以是肘形的，并且可以在连杆326的另一端和另一连杆(未示出)之间提供旋转耦接件。围绕轴线330的旋转自由度328可以在旋转耦接件处被提供给手柄302。例如，轴线330可以类似于图2中所示的轴线230。在一些示例中，握持输入控件300可以允许手柄302在操作者工作站102的工作空间114内以多个自由度移动，例如，包括三个旋转自由度和三个平移自由度的六个自由度。这允许将手柄302移动到其运动范围内的任何位置和任何取向。与上面针对自由度308和310所描述的类似，可以感测和/或致动一个或多个附加自由度。在一些实施例中，手柄302的每个附加自由度可以控制远程操作操纵器设备104的末端执行器的不同自由度(或其他运动)。
60.图4是根据一些实施例的另一个握持输入控件400的透视图并且图5是该握持输入控件400的侧视图。在一些实施例中，握持输入控件400可以用作如上面参考图1和图2所描述的输入控件210或212的一部分。在一些实施例中，握持输入控件400包括一个或多个万向节机构。在该示例实施例中，握持输入控件400可以在握持输入控件400的自由度中提供力。
61.根据一些实施例，握持输入控件400可以类似于图3所示的握持输入控件300包括几个元件。例如，可以由操作者接触手柄402以操纵握持输入控件400。在该示例中，手柄402包括两个握把，每个握把包括握持构件406a或406b。两个握持构件406a和406b被定位在手柄402的中心部分403的相反侧上，其中握持构件406a和406b可以被操作者的手指抓握、保持或以其他方式接触。例如，手指接触件407a和407b可以分别连接在或形成在握持构件406a和406b的未连接端处，以提供接触操作者的手指的表面。在一些实施例中，与图3的指环304类似的指环(未示出)被附连到握持构件，例如以将操作者的手指稳固至相关联的握持构件406a和406b。
62.握持构件406a和406b分别在旋转耦接件409a和409b处耦接到手柄402的中心部分403，从而允许握持构件相对于中心部分的旋转移动。每个握持构件406a和406b可以例如通过操作者接触握持构件而分别在相关联的自由度408a和408b中移动(参见图5)。例如，在一些实施例中，握持构件406a和406b可以以夹钳类型的移动(例如朝向彼此或远离彼此以分
别“闭合”或“打开”握持构件)同时移动。例如，第一握持构件和第二握持构件可以同时且协调地移动，例如响应于主轴的运动而在相反的方向上移动并且在它们各自的自由度中移动相同的角度量。在各种实施例中，可以提供单个握持构件406a或406b，或者握持构件406a或406b中的仅一个可以在相关联的自由度408a或408b中移动，而另一个握持构件406b或406a可以相对于手柄402固定。在其他实施例中，握持构件可以通过其他机构耦接至手柄，并且可以以线性自由度移动，例如在线性方向上朝向和远离手柄402的中心部分403。
63.一个或多个传感器(图4-图5中未示出)可以被耦接到手柄402和/或握持输入控件400的其他部件，并且可以检测握持构件406a和406b的位置。传感器可以将描述感测到的位置和/或运动的信号发送到远程操作系统100的一个或多个控制电路。在一些模式或实施例中，控制电路可以向远程操作操纵器设备104提供控制信号。例如，握持构件406a和406b在自由度408a和408b中的位置可以用于控制远程操作操纵器设备104的末端执行器的各种自由度中的任一个，本文描述了其一些示例。
64.主动致动器(例如马达、音圈等)411可以被耦接到握持构件406a和406b，并且可以基于由致动器411接收的控制信号在自由度408a和408b中的任一者或两者中在握持构件上输出主动力和/或扭矩。例如，致动器411可以通过主轴450和/或传动装置耦接至握持构件406a和406b。
65.传感器413可以用于感测握持构件406a和406b的运动。传感器413可以感测致动器411的移动部分在其线性运动范围(如下所述)中的位置，这指示握持构件406a和406b在其旋转自由度中的位置。传感器413可以是多种类型的传感器中的任何一种，例如磁性传感器(例如磁性增量线性位置传感器、霍尔效应传感器等)、光学传感器、编码器、电阻传感器等。
66.示例性握持输入控件400的手柄402可以额外地被提供有绕轴线412的旋转自由度410，轴线412大致沿着手柄402的中心部分403的中心延伸。操作者可以使握持构件406a和406b作为单个单元围绕轴线412旋转，以提供对例如远程操作操纵器设备104的末端执行器或远程操作操纵器设备104的其他部件的控制。
67.主动致动器414可以被耦接至手柄402并且在旋转自由度410中在手柄402(包括握持构件406)上输出力。一个或多个传感器可以被耦接至手柄402以检测手柄402在旋转自由度410中的旋转和/或位置。例如，类似于上文所述，传感器可以向远程操作系统100的一个或多个控制电路发送描述位置的信号，这些控制电路可以向远程操作操纵器设备104提供控制信号。在一些示例中，传感器(例如旋转编码器)可以与致动器414耦接以感测致动器414的致动器轴的旋转并且感测手柄绕轴线412的旋转。
68.在各种实施例中，手柄402可以被提供有附加自由度。例如，围绕轴线422的旋转自由度420可以在肘形连杆424和另一连杆(未示出)之间的旋转耦接件处被提供到手柄402，类似于图3的抓握输入控件300的肘形连杆324和连杆326所示。可以如上面针对图3所描述的那样类似地提供附加自由度。在一些示例中，抓握输入控件400可以允许手柄402在操作者工作站102的工作空间114内以多个自由度移动，例如包括三个旋转自由度和三个平移自由度的六个自由度。这允许手柄402移动到其运动范围内的任何位置和任何取向。与上面针对自由度所描述的类似，可以感测和/或致动一个或多个附加自由度。在一些实施例中，手柄402的每个附加自由度可以控制远程操作操纵器设备104的末端执行器的不同自由度。
69.在一些实施例中，手柄402还可以包括例如耦接到中心部分403或耦接到中心部分
403内的机构的一个或多个开关或按钮440。例如，两个按钮440可以各自被定位在轴线412的相反侧上，或者可以提供附加按钮。在一些示例中，按钮440可以例如按照操作者的手指的引导而平行于轴线412滑动，或者该按钮可以被按下。按钮440可以被移动到各种位置以提供特定的命令信号，例如，选择控制台和/或输入控件的功能、选项或模式(例如，如下所述的控制模式或非控制模式)，命令远程操作操纵器设备或其他系统与输入控件进行通信，等等。在示例实施例中，按钮440可以被耦接到磁体。例如，按钮440可以被耦接到平行于轴线412延伸的杆，其中该杆可以包括在其端部处的磁体。磁体由耦接至板430的磁性传感器感测，其中板430被刚性耦接至手柄402的中心部分403。当按钮440被操作者激活时，例如由操作者平行于轴线412滑动时，磁体被移动到磁性传感器感测到的范围内。可以替代性地使用其他类型的传感器，诸如光学传感器、机械开关等。
70.在一些实施例中，触敏感测表面可以被提供在手柄402上，以使用多种类型的传感器(诸如电容传感器、电阻传感器、光学传感器等)中的任一种来感测操作者的触摸。在一些示例中，一个或多个这样的感测表面可以被提供在手柄402的中心部分403上。在另一示例中，感测表面可以被提供在板430的一部分上。可以由操作者的手指轻敲感测表面以提供选择或命令，和/或操作者的(一个或多个)手指在感测表面上的各种手势(例如，挥动、捏合、手指远离彼此移动等)可以被感测以提供不同的选择或命令。
71.如上所述并且在此进一步强调，图4-图6仅是示例，不应该不适当地限制权利要求的范围。输入控件和握持输入控件的其他示例在2019年6月14日提交且2020年1月16日公布为美国专利申请公布号us2020/0015917的题为“actuated grips for controller”的美国专利申请号16/470,114中描述，其通过引用并入本文。
72.图6是根据一些实施例的引领件-随动件系统600的框图。系统600包括引领件设备602，操作者可以操纵该引领件设备602以便控制与引领件设备602通信的随动件设备604。在一些实施例中，引领件设备602可以是图1的操作者工作站102或者可以被包括在图1的操作者工作站102中。更一般地，引领件设备602可以是提供可由操作者物理操纵的输入控件(例如输入控件210和/或212)的任何类型的设备。引领件设备602生成指示一个或多个输入控件在其自由度中的位置、状态和/或变化的控制信号c1至cx。引领件设备602还可以生成指示操作者对物理按钮的选择和其他操纵的控制信号(未示出)。
73.控制系统610可以被包括在引领件设备602中、随动件设备604中、或者单独的设备中，例如引领件设备602和随动件设备604之间的中间设备。在一些实施例中，控制系统610可以被分布在这些设备中的多个设备之中。控制系统610接收控制信号c1至c
x
并且生成致动信号a1至ay，这些致动信号被发送至随动件设备604。控制系统610还可以从随动件设备604接收传感器信号b1至by，这些传感器信号指示各种随动件部件(例如操纵器臂元件)的位置、状态和/或变化。控制系统610可以包括通用部件，诸如处理器612、存储器614以及分别用于与引领件设备602和随动件设备604通信的接口硬件616和618。处理器612可以执行程序代码并且控制系统600的基本操作，并且可以包括各种类型的一个或多个处理器，包括微处理器、专用集成电路(asic)和其他电子电路。存储器614可以存储供处理器执行的指令和其他数据，并且可以包括任何合适的处理器可读存储介质，例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除只读存储器(eeprom)、闪存等。各种其他输入和输出设备也可以被耦接到控制系统610，例如(一个或多个)显示器620，诸如图2的操作者工作站102的观
察器213、图1的显示器和/或图2的脚控件220。
74.如图6所示，控制系统610包括操作者检测模块630、模式控制模块640、控制模式模块650和非控制模式模块660。其他实施例可以使用其他模块，例如力输出控制模块、传感器输入信号模块等。如本文所用，术语“模块”可以指硬件(例如处理器，诸如集成电路或其他电路)和软件(例如，机器或处理器可执行的指令、命令或代码，诸如固件、编程或目标代码)的组合。硬件和软件的组合可以包括仅硬件(即，没有软件元素的硬件元件)、由硬件托管的软件(例如，存储在存储器中并且由处理器或在处理器处执行或解释的软件)或者硬件和托管在硬件上的软件的组合。在一些实施例中，模块630、640、650和660可以使用处理器612和存储器614(例如存储在存储器614和/或连接到控制系统610的其他存储器或存储装置中的程序指令)来实现。
75.模式控制模块640可以检测操作者何时启动系统的控制模式和非控制模式，例如通过操作者选择控件、感测操作者工作站或输入控件处的操作者的存在、感测输入控件的所需操纵等来启动。模式控制模块可以基于一个或多个控制信号c1至cx来设置控制系统610的控制模式或非控制模式。例如，当操作者检测模块630检测到操作者处于使用操作者工作站的适当位置并且信号(例如，一个或多个信号c1至cx)指示操作者已经接触输入控件时，模式控制模块640可以激活控制模式操作。当在输入控件上没有检测到操作者触摸时和/或当操作者没有处于使用输入控件的正确位置时，模式控制模块640可以停用控制模式。例如，模式控制模块640可以通知控制系统610或直接向控制模式模块650发送信息，以防止控制模式模块650生成移动随动件设备604的致动信号a1至an。
76.在一些实施例中，控制模式模块650可以用于控制控制系统610的控制模式。控制模式模块650可以接收控制信号c1至c
x
并且可以生成致动信号a1至ay，致动信号a1至ay控制随动件设备604的致动器并且使其跟随引领件设备602的移动，例如使得随动件设备604的移动对应于引领件设备602的移动的映射。控制模式模块650可以使用任何技术上可行的技术来实现。
77.控制模式模块650还可以用于通过使用输出到用于向输入控件的一个或多个部件(例如握持构件)施加力的(一个或多个)致动器的一个或多个控制信号d1至dx来控制如本文所述的引领件设备602的输入控件上的力，例如输出在输入控件的一个或多个部件上的力。例如，控制信号d1至dx中的一个或多个可以被输出至一个或多个致动器，所述致动器被配置为将力输出至如本文所述的输入控件的握持构件，并且输出至输入控件的一个或多个其他致动器，例如被配置为输出抵抗握持构件闭合的力的致动器、被配置为以控制器的旋转自由度输出力的致动器、被配置为在耦接到输入控件的臂连杆上输出力的致动器等。在一些示例中，控制信号d1至dx可以用于提供力反馈、重力补偿、触觉障碍等。
78.在一些实施例中，非控制模式模块660可以用于控制系统600的非控制模式。在非控制模式中，在引领件设备602的一个或多个自由度中的移动或者引领件设备602的其他操纵对随动件设备604的一个或多个部件的移动没有影响。在一些示例中，当随动件设备604的一部分(例如，随动件臂组件)不由引领件设备602控制而是漂浮在空间中并且可以手动移动时，可以使用非控制模式。对于非控制模式，非控制模式模块660可以允许随动件设备604中的致动器系统自由转动或者可以生成致动信号a1至an，例如以允许臂中的马达或其他致动器抵抗重力支撑臂的预期重量，其中臂中的制动器未接合并且允许臂的手动移动。
例如，在医疗程序中，非控制模式可以允许手术侧助手相对于患者容易地操纵和重新定位一个臂或其他随动件部件，或者直接对臂或随动件部件进行一些其他临床上适当的调节。
79.在一些实施例中，非控制模式可以包括控制系统610的一种或多种其他操作模式。例如，非控制模式可以是选择模式，在该选择模式中输入控件在其自由度中的一个或多个自由度上的移动和/或输入控件的控件的选择(例如图4的按钮440)可以控制例如在由显示器620和/或其他显示设备显示的图形用户界面中的所显示选项的选择。观察模式可以允许输入控件的移动以控制从摄像机提供的显示或者摄像机的移动，所述摄像机可能不被包括在随动件设备604中。控制信号c1到cx可以被非控制模式模块660用来控制这样的元素(例如光标、视图等)，并且控制信号d1到dx可以由非控制模式模块确定以引起在这种非控制模式期间输入控件上的力的输出，例如向操作者指示在这种模式期间发生的交互或事件。
80.在各种实施例中，控制系统610还包括可以被存储在存储器614中的(一个或多个)触觉轮廓622。(一个或多个)触觉轮廓622包括一个或多个输出轮廓，所述输出轮廓将(一个或多个)输入控件的位置(例如输入控件210和/或212在闭合/打开自由度中的位置)映射到输入控件的握持构件处的输出力和/或扭矩。握持构件处的输出力和/或扭矩为操作者为进一步闭合握持构件所施加的力和/或扭矩提供触觉阻力；输出力和/或扭矩对应于操作者为进一步闭合握持构件所需要施加的力和/或扭矩的量。触觉轮廓622可以包括例如针对不同随动件设备604的不同轮廓(例如针对每个工具或器械的轮廓)；针对不同的随动件设备604，对于相同的输入控件位置，输入控件处的输出力或扭矩可以不同。下面结合图7进一步描述触觉轮廓622的示例。
81.在各种实施例中，控制系统610可以基于从引领件设备602接收到的控制信号c1至cx来进一步修改随动件设备604的功能，并且经由引领件设备602向操作者提供包括一个或多个触觉障碍的触觉反馈。控制信号c1至cx可以包括指示引领件设备602处的一个或多个输入控件(例如输入控件210和/或212)在闭合/打开自由度中(例如自由度308或408)的位置、速度和/或类似物的信号。基于如控制信号c1至cx中所指示的(一个或多个)输入控件的位置、速度和/或类似物以及基于与由输入控件控制的随动件设备604相关联的触觉轮廓622，模式控制模块640(或控制系统610中的另一模块)可以基于(一个或多个)输入控件的位置、速度和/或类似物来生成控制信号dl至dx，并且将这些控制信号d1至dx输出至耦接到输入控件的一个或多个致动器(例如致动器411)。这些控制信号dl至dx向(一个或多个)致动器发出信号，以将力或扭矩输出到输入控件的握持构件，如本文所述，其量是基于触觉轮廓622限定的。此外，模式控制模块640可以基于(一个或多个)输入控件的位置、速度和/或类似物来配置随动件设备604的功能模式。控制模式模块650可以基于随动件设备604的配置功能模式并且可选地基于控制信号c1至cx中包括的一个或多个额外输入信号(例如指示不同脚控件220的激活和/或停用的信号)来生成致动信号a1至an。控制模式模块650可以向随动件设备604输出信号a1至an，以通知随动件设备根据配置功能模式来执行某些功能。在一些实施例中，触觉轮廓622的不同部分对应于随动件设备604的不同功能模式以及模式之间的过渡，如下文进一步描述的那样。
82.图7是根据一些实施例的触觉轮廓700的示意图。如图7所示，坐标的x轴是“握持位置”，其对应于输入控件210和/或212(例如输入控件210和/或212的握持输入控件300或400)的闭合/打开自由度，其被表示为绕该自由度的枢轴点的输入控件210和212之间的角
度(例如沿着自由度308围绕中心部分303的握持构件306之间的角度)。然而，在其他实施例中，x轴可以可替代地对应于握持输入控件正被操纵的速度(例如握持输入控件闭合或打开的速度)和/或类似物。y轴是由输入控件210和/或212输出到操作者的手的输出力或扭矩，并且该输出力或扭矩可以被操作者感知为对操作者施加到输入控件210和/或212的力或扭矩的阻力。因此，输出力或扭矩代表操作者需要施加到输入控件210和/或212的握持输入控件以进一步闭合握持输入控件的力或扭矩的量。控制系统610(例如模式控制模块640)可以基于如触觉轮廓700中所示的握持输入控件的位置来生成控制信号(信号d1至dx)；控制系统610将握持输入控件的位置映射到触觉轮廓700中的力或扭矩的量。控制系统610可以将这些控制信号输出至与握持输入控件耦接的一个或多个致动器(例如，致动器411)。这些致动器向握持输入控件输出一定量的力或扭矩以抵抗操作者进一步闭合握持输入控件。在一些实施例中，触觉轮廓700与特定工具和/或器械相关联；可以为不同的工具或器械定义不同的触觉轮廓。在一些实施例中，对于不同的程序、操作者和/或诸如此类来说，触觉轮廓700可以是不同的。
83.应当理解，虽然图7示出了x轴和y轴上的具体值，但这些值是示例性的并且其他合适的值也是可能的。此外，虽然图7将触觉轮廓700示出为具有特定斜率以及分段线性部分的起点和终点的分段线性图表，但触觉轮廓可以包括分段线性部分、分段曲线和/或其与任意数量的部分、节段和/或类似物的任意组合。
84.触觉轮廓700包括第一区域716、第二区域718和第三区域720，其中每个区域对应于握持位置的某些范围。第一区域716从打开握持位置(30度)开始并且沿着第一节段702行进。节段702具有相对平缓的斜率；当握持位置沿着节段702朝向闭合位置行进时，抵抗握持输入控件的进一步闭合的沿着节段702的输出力或扭矩逐渐增加。
85.第一区域716从节段702过渡到节段704，其表示“隆起(bump)”，其是输出力或扭矩的急剧增加并且因此阻碍握持输入控件的进一步闭合。然后，节段704过渡到节段706，节段706具有比节段702更陡的斜率；当握持位置沿着节段706朝向闭合位置行进时，沿着节段706的输出力或扭矩以与节段702相比增加的速率增加。
86.当握持位置继续朝闭合位置行进时，节段706过渡到第二区域718和包括在第二区域718内的触觉障碍峰708。触觉障碍峰708包括输出力或扭矩的急剧增加然后急剧减小。触觉障碍峰708对应于由握持输入控件输出的触觉障碍或触觉止动，操作者必须克服该触觉障碍或触觉止动以进一步将握持输入控件闭合到第三区域720中。触觉障碍峰708中的峰值输出力或扭矩高于区域716或720中的任何输出力或扭矩。在一些实施例中，当操作者通过触觉障碍闭合握持输入控件时，操作者将触觉障碍感知为与由触觉障碍峰708指示的阻力的急剧增加和随后减小相对应的强烈感觉(snapping sensation)。
87.当握持位置继续朝闭合位置行进时，触觉障碍峰708过渡到第三区域720和第三区域720中的节段712。节段712继续节段706的输出力或扭矩斜率，然后过渡到714，714限定了达到闭合位置的恒定输出力或扭矩。
88.在各种实施例中，包括触觉障碍峰708的第二区域718的任一侧上的区域716和720与正在由握持输入控件控制的随动件设备604(例如，工具或器械)的不同功能模式相关联。例如，第一区域716内的握持位置的范围对应于工具或器械的第一模式；当握持输入控件的握持位置处于第一区域716内的范围中时，工具或器械根据第一模式进行操作。第三区域
720内的握持位置范围对应于工具或器械的不同于第一模式的第二模式；当握持输入控件的握持位置处于第三区域720内的范围中时，工具或器械根据第二模式进行操作。第二区域718内的握持位置的范围对应于第一模式和第二模式之间的过渡；操作者克服触觉障碍峰708的触觉障碍并且通过第二区域718中的握持位置的范围闭合握持输入控件，以将工具或器械从第一模式过渡到第二模式。如上所述并在此进一步强调，图7仅仅是示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变化、替代和修改。在一些实施例中，第二区域718可以不具有任何宽度并且可以替代地对应于触觉障碍峰708所在的位置并且在触觉轮廓700中存在中断。在这样的实施例中，第一区域716和第三区域720可以彼此相邻，使得第一区域716和第三区域720之间的过渡发生在触觉障碍峰708所在的位置处。
89.在一些实施例中，当操作者打开握持输入控件并因此将握持位置朝向打开位置改变时，除了忽略触觉障碍峰708之外，遵循触觉轮廓700。相反，节段712过渡到节段710，然后节段710过渡到节段706。因此，当操作者正在打开握持输入控件时，对应于触觉障碍峰708的触觉障碍不存在。正在打开握持输入控件时施加的力或扭矩有助于将握持输入控件推动至打开位置。
90.在一些实施例中，触觉障碍峰708的位置以及相应的第二区域718(如果有的话)可以被定位在沿着触觉轮廓700的其他位置处。在一些示例中，触觉障碍峰708可以被定位在沿着节段706、沿着触觉轮廓700的任何其他节段、与触觉轮廓700的两个或更多个节段重叠和/或诸如此类的任何位置处。
91.现在将描述可以根据基于触觉轮廓622(例如，触觉轮廓700)的不同模式进行操作的工具和/或器械的示例。在各种实施例中，可以由握持输入控件控制的随动件设备604包括可以用于凝结、密封和/或切割材料(诸如医学示例中的组织)的工具和/或器械。操作者可以使用握持输入控件结合其他输入设备(诸如脚控件222)来控制这些工具。此类工具和/或器械的示例包括“脉管密封件延伸(vessel sealer extend)”和“同步密封(synchroseal)”，两者均由美国加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术公司(intuitive surgical,inc.)商售。同步密封工具和其他类似工具的示例操作被描述在2019年6月27日公布的pct国际申请公开号wo2019/126370和美国临时申请号62/947,263中，这两个申请均通过引用并入本文。脉管密封件延伸工具和其他类似工具的示例操作被描述在美国专利号10,524,870和10,835,332中，两者均通过引用并入本文。
92.在一些实施例中，脉管密封件延伸工具以第一模式和第二模式进行操作。在操作者越过触觉障碍闭合握持输入控件之前，该工具以第一模式启动。当处于第一模式时，当操作者激活第一组脚控件222时，凝结能量被发送到脉管密封件延伸工具以凝结由该工具抓握的组织(例如脉管)。操作者可以越过触觉障碍闭合握持输入控件，以将工具的模式从第一模式改变为第二模式。当处于第二模式时，当操作者激活第一组脚控件222时，密封能量被发送到脉管密封件延伸工具以密封组织。在任一模式中，当操作者激活第二组脚控件222时，工具切割组织；该切割功能与工具的活动模式无关。
93.在一些实施例中，同步密封工具也以第一模式和第二模式进行操作。在操作者越过触觉障碍闭合握持输入控件之前，工具以第一模式启动。当处于第一模式时，当操作者激活第一组脚控件222时，凝结能量被发送到同步密封工具以凝结由该工具抓握的组织(例如血管)。当处于第一模式时，当操作者激活第二组脚控件222时，工具不受影响；第二组脚控
件222在该工具的第一模式下没有功能。操作者可以越过触觉障碍闭合握持输入控件，以将工具的模式从第一模式改变为第二模式。当处于第二模式时，当操作者激活第一组脚控件222时，密封能量被发送到同步密封工具以密封组织。当处于第一模式时，当操作者激活第二组脚控件222时，工具“同步”(同时密封和切割)组织。下面的表1说明了脉管密封件延伸工具和同步密封工具在不同模式下的各种功能。
94.表1
[0095][0096]
在一些实施例中，操作者可以通过在越过触觉障碍之前闭合握持输入控件来开始操作脉管密封件延伸工具或同步密封工具，并且按压第一组脚控件以控制该工具根据第一模式施加凝结能量。操作者可以在仍然按压脚控件的同时，越过触觉障碍闭合握持输入控件，并且该工具响应于由操作者越过触觉障碍引起的到第二模式的过渡而施加密封能量。因此，可以越过触觉障碍并且工具可以在脚控件保持按压的同时相应地改变模式。
[0097]
在一些实施例中，图形用户界面(gui)可以基于是否越过触觉障碍来指示工具的活动模式。图8示出根据一些实施例的指示示例器械的功能的示例图形用户界面。图8示出指示脉管密封件延伸工具的功能的gui元素(例如，工具栏或状态栏的部分)。gui元素802包括指示脉管密封件延伸工具的可用功能的标签。当脉管密封件延伸工具被安装(在例如远程操作操纵器设备104处)时，gui元素802-a可以在脉管密封件延伸工具处于第一模式时被显示(例如在显示器124上、在观察器213中)。gui元素802-a包括对应于可由第一组脚控件222激活的凝结功能的“凝结(coag)”标签806，以及对应于可由第二组脚控件222激活的切割功能的“切割(cut)”标签804。当处于第一模式并且第一组脚控件222被激活时，凝结功能被激活。除了“凝结(coag)”标签806被突出显示以指示响应于第一组脚控件222被激活而激活凝结功能之外，gui元素802-b与gui元素802-a是相同的。在越过触觉障碍并且模式已经改变为第二模式之后，可以显示gui元素802-c。在gui元素802-c中，“凝结(coag)”标签806已被替换为“密封(seal)”标签808，指示与第一组脚控件222相关联的功能已改变为密封功能。“切割(cut)”标签804保持相同，指示第二组脚控件222在第二模式中仍然与切割功能相关联。当第一组脚控件222在第二模式下被激活时，“密封(seal)”标签808可以被突出显示以指示密封功能响应于第一组脚控件222被激活而被激活。
[0098]
图9示出根据一些实施例的指示另一示例器械的功能的示例图形用户界面。图9针对同步密封工具图示了与图8中所示的类似的gui元素。当同步密封工具被安装(在例如远程操作操纵器设备104)时，gui元素902-a可以被显示(例如在显示器124上、观察器213上)，同时同步密封工具处于第一模式。gui元素902-a包括对应于可由第一组脚控件222激活的凝结功能的“凝结(coag)”标签906，以及对应于可由第二组脚控件222激活的同步功能的“同步(sync)”标签904。然而，在第一模式中，同步功能不可用，并且因此在第一模式中第二组脚控件222的激活没有影响。当处于第一模式中并且第一组脚控件222被激活时，凝结功能被激活。除了“凝结(coag)”标签906被突出显示以指示凝结功能响应于第一组脚控件222
被激活而被激活之外，gui元素902-b与gui元素902-a是相同的。在越过触觉障碍并且模式已经改变为第二模式之后，可以显示gui元素902-c。在gui元素902-c中，“凝结(coag)”标签906已被替换为“密封(seal)”标签908，指示与第一组脚控件222相关联的功能已改变为密封功能。“同步(sync)”标签904保持相同，指示第二组脚控件222在第二模式中仍然与切割功能相关联。当第一组脚控件222在第二模式下被激活时，“密封(seal)”标签908可以被突出显示以指示密封功能响应于第一组脚控件222被激活而被激活。此外，在第二模式下，同步功能是可用的。因此，当第二组脚控件222在第二模式下被激活时，“同步(sync)”标签904可以被突出显示，如gui元素902-d中所示，以指示同步功能响应于第二组脚控件222被激活而被激活。
[0099]
图10是根据一些实施例的用于在握持输入控件处提供触觉障碍的方法步骤的流程图。虽然这些方法步骤是参考图1至图9的系统来描述的，但本领域技术人员将理解的是，被配置为以任何顺序执行方法步骤的任何系统都落入各个实施例的范围内。在一些实施例中，方法1000的步骤1002-1010中的一个或多个可以至少部分地以存储在一个或多个非瞬态的有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来实现，当该可执行代码由一个或多个处理器(例如处理器612)运行时可以促使一个或多个处理器执行步骤1002-1010中的一个或多个。
[0100]
如图所示，方法1000开始于步骤1002，在此处控制系统610基于施加到握持输入控件的力或扭矩来检测握持输入控件在沿着自由度(dof)的方向上的位置。例如，模式控制模块640接收指示输入控件210和/或212的握持输入控件(例如握持输入控件300或400)沿着闭合/打开自由度的位置的控制信号c1至cx，其中握持输入控件基于操作者施加到握持输入控件的力或扭矩来沿着闭合/打开自由度闭合或打开。在一些实施例中，控制系统610直接检测握持输入控件的位置；控制信号cl至cx直接指示握持位置，并且控制系统610不需要检测操作者施加到握持输入控件的力或扭矩的量和/或方向以检测握持位置。
[0101]
在步骤1004处，控制系统610基于控制信号确定握持输入控件沿着自由度的位置。当握持输入控件的位置处于第一区域中时，则方法1000进行到步骤1006，在此处控制系统610根据第一模式来操作器械。例如，当输入控件210和/或212的位置处于沿着触觉轮廓700的与第一模式相关联的第一区域716中时，则控制系统610根据第一模式来操作工具或器械(例如，脉管密封件延伸、同步密封)。此外，当输入控件210和/或212的位置处于第一区域716中时，控制系统610基于触觉轮廓700(具体地，触觉轮廓700在第一区域716内的部分)生成信号并将该信号输出到致动器411以向输入控件210和/或212输出力，从而抵抗握持输入控件的进一步闭合。然后方法1000返回到步骤1002。
[0102]
当握持输入控件的位置处于第二区域中或者处于对应于触觉障碍峰(诸如触觉障碍峰708)的位置处时，则方法1000进行到步骤1010，在此处控制系统610根据第二模式来操作器械。例如，当输入控件210和/或212的位置处于沿着触觉轮廓700的与第二模式相关联的第三区域720中时，则控制系统610根据第二模式来操作工具或器械。然后方法1000返回到步骤1002。此外，当输入控件210和/或212的位置处于第三区域720中时，控制系统610基于触觉轮廓700(具体地，触觉轮廓700在第三区域720内的部分)生成信号并且将该信号输出到致动器411以向输入控件210和/或212输出力，从而抵抗握持输入控件的进一步闭合。
[0103]
当握持输入控件的位置处于第三区域中时，则方法1000进行到步骤1008，在此处
控制系统610提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域(例如，进一步闭合)。例如，当输入控件210和/或212的位置处于沿着触觉轮廓700的与触觉障碍相关联的第二区域718中时，则控制系统610生成信号并将该信号输出到致动器411以将对应于触觉障碍并根据触觉轮廓700中的触觉障碍峰708的力输出到输入控件210和/或212。然后方法1000返回到步骤1002。
[0104]
触觉轮廓
[0105]
如上所述，触觉轮廓可以包括一个或多个输出轮廓，所述一个或多个输出轮廓将(一个或多个)输入控件的位置(例如输入控件210和/或212在闭合/打开自由度中的位置)映射到在输入控件的握持构件处的输出力和/或扭矩。在一些实施例中，输出轮廓是可为另一触觉轮廓的子集或分量的触觉轮廓，并且因此可以将(一个或多个)输入控件的位置的子集范围映射到输入控件处(例如握持构件处)的输出力和/或扭矩。例如，输出轮廓可以是整体触觉轮廓的一部分。触觉轮廓可以包括一种或多种类型的输出轮廓。下面描述输出轮廓的类型的示例。
[0106]
在一些实施例中，触觉轮廓可以包括具有恒定斜率的线性分量，该恒定斜率可以为零或非零。这种线性分量可以被表示为触觉轮廓的图表上的直线。线性分量的示例包括图7中的节段702(非零斜率)和节段714(零斜率)。根据斜率，线性分量对应于随着输入控件沿着相关自由度的位置变化而恒定的或线性增加或减少的输出力或扭矩。
[0107]
在一些实施例中，触觉轮廓可以包括非线性分量。在非线性分量中，触觉轮廓的斜率随着输入控件的位置而变化。例如，非线性分量可以是类似于指数函数或对数函数的曲线的曲线。
[0108]
在一些实施例中，触觉轮廓可以包括触觉缓冲部(bumper)。触觉缓冲部可以替代机械弹簧缓冲件。在一些实施例中，向输入控件施加触觉轮廓可以模拟两个弹簧的配置。特别地，双弹簧配置包括第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧可以对输入控件的移动提供初始阻力(例如对握持输入控件的闭合的阻力)，并且第二弹簧比第一弹簧更硬(例如提供更大的阻力)，并且其可以指示输入控件位置阈值(例如握持闭合阈值)。第一弹簧可以是机械弹簧或经由输入控件上的触觉反馈模拟的弹簧，并且第二弹簧可以经由输入控件模拟以指示操作者何时超过输入控件位置阈值。在一些实施例中，触觉缓冲部可以包括对应于第一弹簧的第一线性分量，其过渡到与比第一线性分量更高的力或扭矩值相关联的第二线性分量。在一些实施例中，触觉轮廓中的触觉缓冲部可以被实现为输出力或扭矩相对于输入控件位置的急剧增加，类似于触觉轮廓700中的节段704。
[0109]
图11是根据一些实施例的包括触觉止动(haptic detent)的触觉轮廓的示意图。在一些实施例中，触觉轮廓可以包括触觉止动。类似于图7，图11将触觉轮廓1100示出为沿着x-y轴的图表，其中x轴是握持位置并且y轴是由输入控件210和/或212(例如握持输入控件)施加的为操作者的手提供触觉反馈的力或扭矩。
[0110]
触觉轮廓1100包括第一区域1112、第二区域1114和第三区域1116。第一区域1112从打开握持位置行进并且沿着第一节段1102朝向第一部分闭合握持位置1130行进。虽然节段1102被示出为具有零斜率，但是节段1102可以具有类似于触觉轮廓700中的节段702的恒定的、相对缓的斜率。第一区域1112过渡到包括触觉止动的第二区域1114。该触觉止动包括节段1104、1106和1108。节段1104表示当握持位置进入第二区域1114时力或扭矩的急剧增
加并且增加到峰值力或扭矩或者上限力或扭矩1120。
[0111]
然后节段1104从峰值力或扭矩1120过渡到节段1106，节段1106表示当握持位置指示握持输入控件的进一步闭合时力或扭矩的急剧下降，并且从峰值力或扭矩1120下降到谷值力或扭矩或者下限力或扭矩1122。在一些实施例中，谷值力或扭矩1122低于零力或扭矩阈值，该阈值对应于将握持输入控件保持在止动位置1118并且抵抗握持输入控件远离止动位置1118进一步闭合或打开的输出力或扭矩。虽然节段1106被图示为竖直线，但是触觉轮廓中的节段1106可以是具有陡峭的向下斜率的倾斜节段。
[0112]
节段1106从谷值力或扭矩1122过渡到节段1108，节段1108表示力或扭矩相对于握持位置从谷值力或扭矩1122增加到继续抵抗握持输入控件的进一步闭合的更大输出力或扭矩1132。节段1108过渡到节段1110，节段1110是具有零斜率的另一节段。在一些实施例中，节段1110可以具有缓的向上斜率而不是零斜率。相应地，区域1114过渡到第三区域1116；区域1116对应于离开区域1114的触觉止动。
[0113]
虽然触觉轮廓1100将区域1114的触觉止动的谷值力或扭矩1122示出为低于零力阈值(例如，如图所示，定位在y轴上的零力或扭矩之下)，但在一些实施例中，触觉止动的谷值力或扭矩可以高于零力阈值。
[0114]
因为触觉止动将握持输入控件保持在止动位置，所以当操作者移动输入控件经过触觉止动时(例如，从区域1112通过区域1114到达区域1116来闭合握持输入控件)并且然后释放握持输入控件，则触觉轮廓1100将促使握持输入控件仅打开最远到止动位置。在一些实施例中，触觉止动可以被从触觉轮廓中移除，并且因此通过操作者将输入控件移动到与释放或移除触觉止动相关联的位置(例如，将握持输入控件闭合至释放触发位置，该位置可以是例如完全闭合位置或过度闭合位置)，握持输入控件不再被保持在止动位置处。
[0115]
在一些实施例中，触觉轮廓1100的区域1114中的触觉止动可以被动态地修改。控制系统610可以响应于输入控件和/或器械的状态或模式，和/或响应于由操作者做出的附加输入(例如操作者踩在输入脚踏板上)来动态地修改触觉止动区域。该修改可以包括(例如通过改变节段1104、1106和/或1108的斜率)加宽或缩窄区域1114并且相应地加宽或缩窄由触觉止动覆盖的握持位置的范围。该修改可以附加地或替代地包括沿着握持位置轴线将区域1114向左或向右移位，由此将触觉止动与不同的握持位置相关联。
[0116]
在一些实施例中，触觉止动可以在输入控件的一个运动方向上起作用，而在输入控件的另一相反的运动方向上不起作用。例如，区域1114中的触觉止动可以在闭合方向(例如闭合握持输入控件)上起作用，但在打开方向(例如打开握持输入控件)上被移除并且替换为另一个输出轮廓(例如线性分量)。
[0117]
在一些实施例中，触觉止动可以被实现以用于与例如器械相关联的单手指输入控件(例如，用于针驱动器、钩器械、抽吸冲洗器或能量器械的输入控件)或与器械相关联的多手指输入控件(例如用于夹爪器械的输入控件)。例如，触觉止动可以被实现以有利于操作者固定器械的位置(例如以维持器械朝向期望目的地移动的进度)。
[0118]
在一些实施例中，触觉轮廓可以包括可提供棘轮效应的一系列触觉止动。图12-图14是根据一些实施例的包括一系列棘轮式触觉止动的触觉轮廓的示意图。图12示出包括位于触觉轮廓1200的区域1206、1208和1210中的一系列触觉止动的触觉轮廓1200。触觉轮廓1200包括从打开握持位置朝向第一部分闭合握持位置1228行进的节段1202。虽然节段1202
被示出为具有零斜率，但是节段1202可以替代地具有类似于触觉轮廓700中的节段702的恒定的、相对缓的斜率。节段1202过渡到区域1206中的触觉止动。区域1206中的触觉止动过渡到区域1208中的第二触觉止动，并且区域1208中的触觉止动过渡到区域1210中的第三触觉止动。区域1210的触觉止动过渡到节段1204，节段1204是具有零斜率的另一节段。在一些实施例中，节段1204可以具有缓的向上斜率而不是零斜率。
[0119]
在一些实施例中，区域1206、1208和1210中的触觉止动将握持输入控件保持在相应的止动位置。区域1206中的触觉止动可以将握持输入控件保持在第一止动位置1222处并且抵抗握持输入控件远离止动位置1222的进一步闭合或打开。区域1208中的触觉止动可以将握持输入控件保持在第二止动位置1224处并且抵抗握持输入控件远离止动位置1224的进一步闭合或打开。区域1210中的触觉止动可以将握持输入控件保持在第三止动位置1226处并且抵抗握持输入控件远离止动位置1226的进一步闭合或打开。
[0120]
在一些实施例中，可以从触觉轮廓中移除一系列触觉止动中的触觉止动。例如，在触觉轮廓1200中，可以通过操作者将输入控件移动到与区域1206中的触觉止动的释放或移除相关联的位置(例如，区域1208中的触觉止动中的止动位置1224)来移除区域1206中的触觉止动。类似地，可以通过操作者将输入控件移动到与区域1208中的触觉止动的释放或移除相关联的位置(例如，区域1210中的触觉止动中的止动位置1226)来移除区域1208中的触觉止动。在一些实施例中，一系列触觉止动中的最后触觉止动的位置(例如止动位置1226)与该系列中的任何和/或所有先前触觉止动的释放或移除相关联。
[0121]
在一些实施例中，一系列触觉止动中的触觉止动的峰值力或扭矩和/或谷值力或扭矩可以随着止动的变化而变化。图13示出包括位于触觉轮廓1300的区域1306、1308和1310中的一系列触觉止动的触觉轮廓1300。触觉轮廓1300包括从打开握持位置朝向第一部分闭合握持位置1328行进的节段1302。虽然节段1302被示出为具有零斜率，但是节段1302可以替代地具有类似于触觉轮廓700中的节段702的恒定的、相对缓的斜率。节段1302过渡到区域1306中的触觉止动。区域1306中的触觉止动包括在谷值力或扭矩水平处具有恒定斜率(例如零)的死区节段1314，该节段通入区域1308中的后续触觉止动。在区域1308中的触觉止动中，谷值力或扭矩从区域1306中的触觉止动的谷值力或扭矩增加力或扭矩增量1312。区域1308中的触觉止动还包括在谷值力或扭矩水平处的死区节段1316。在一些实施例中，死区节段1314或1316表示这样的位置范围，即在该位置范围中恒定的输出力或扭矩被施加到输入控件，以在过渡到下一个触觉止动的增加的力或扭矩部分之前将输入控件保持在对应的触觉止动内。区域1308中的触觉止动过渡到区域1310中的后续触觉止动。区域1310中的触觉止动过渡到节段1304。如图所示，区域1306、1308和1310中的触觉止动的峰值力或扭矩也随着止动的变化而增加，并且增加的量可以是与增量1312相同的量或不同的量。
[0122]
在一些实施例中，区域1306和1308中的触觉止动将握持输入控件保持在相应的止动位置。区域1306中的触觉止动可以将握持输入控件保持在第一止动位置1322处并且抵抗握持输入控件远离止动位置1322的进一步闭合或打开。区域1308中的触觉止动可以将握持输入控件保持在随后的第二止动位置1324处，并且抵抗握持输入控件远离止动位置1324的进一步闭合或打开。可以通过操作者将输入控件移动到与区域1308中的触觉止动的释放或移除相关联的位置(例如，区域1310中的触觉止动中的止动位置1326)来移除区域1308中的
触觉止动。区域1310中的触觉止动中的位置1326与这一系列中的任何和/或所有先前的触觉止动(例如区域1306和/或1308中的触觉止动)的释放或移除相关联。
[0123]
虽然触觉轮廓1300具有随着止动的变化而增加的峰值和谷值力或扭矩，但在一些实施例中，两者之一可以随着止动的变化而增加，而另一个可以随着止动的变化而保持相同。例如，在触觉轮廓1300中，代替峰值和谷值力或扭矩两者随着止动的变化而增加，谷值力或扭矩可以如图所示随着止动的变化而增加，但是峰值力或扭矩可以替代地随着止动的变化是相同的。可替代地，峰值力或扭矩可以如图所示随着止动的变化而增加，但是谷值力或扭矩可以替代地随着止动的变化是相同的。进一步替代地，峰值力或扭矩和谷值力或扭矩之一可以随着止动的变化而增加，而另一个可以随着止动的变化而减小。在一些实施例中，更陡的谷值力或扭矩(例如进一步低于零力阈值)比更不陡的一个谷值力或扭矩具有更大的保持力或扭矩。
[0124]
图14示出另一触觉轮廓1400，其包括位于触觉轮廓1400的区域1406、1408和1410中的一系列触觉止动。触觉轮廓1400与触觉轮廓1300的相似之处在于峰值力或扭矩和谷值力或扭矩随止动的变化而增加。然而，在触觉轮廓1400中，止动的死区节段位于止动的谷值力或扭矩的最陡部分(例如，谷值力或扭矩1430、1432)之上。例如，区域1406中的触觉止动包括死区节段1414，该死区节段1414处于区域1406中的触觉止动的谷值力或扭矩1430之上并且位于从区域1406中的触觉止动的谷值力或扭矩1430到区域1408中的触觉止动的峰值力或扭矩1434的过渡之间。类似地，区域1408中的触觉止动包括死区节段1416，该死区节段1416处于区域1408中的触觉止动的谷值力或扭矩1432之上。当操作者将输入控件分别移动到区域1406和1408中的触觉止动时，通过在稳定在死区节段中之前产生额外的力或扭矩以协助输入控件移动经过在进入触觉谷处的峰值(例如在进入触觉谷之前的峰值力或扭矩1434)，如图所示在触觉轮廓1400中布置死区节段1414和1416能够为操作者提供更好的机械感觉。
[0125]
在一些实施例中，包括一个或多个时变振荡的触觉轮廓可以被叠加到另一触觉轮廓上。时变振荡基于输入控件的位置而被触发，但随着时间的推移修改另一个触觉轮廓。图15是根据一些实施例的触觉轮廓1500的示意图，其包括棘轮式触觉止动处的输出力或扭矩的振荡。触觉轮廓1500包括区域1506和1508中的触觉止动，在其上可以叠加包括时变振荡的触觉轮廓1512。当操作者使输入控件经过位置1526并且朝向位置1520移动时，随着操作者进一步闭合输入控件，触觉止动向输入控件输出增大的力或扭矩。当操作者使输入控件移动经过触发位置1520时，区域1506中的触觉止动的触觉轮廓1512中的时变振荡被激活。类似地，当操作者使输入控件移动经过触发位置1522时，区域1508中的触觉止动的触觉轮廓1512中的时变振荡被激活。输出力或扭矩围绕与来自底层触觉轮廓的力或扭矩对应的基本力或扭矩振荡。如果握持位置不改变，则基本力或扭矩保持不变。然而，如果操作者继续移动握持位置，则随着操作者继续闭合输入控件，基本力或扭矩会随着底层触觉轮廓跟随触觉止动而变化。如图所示，触觉轮廓1512包括如果操作者的握持闭合速度在经过振荡的触发点的闭合期间是均匀的则将会发生的振荡。振荡可以在触发点之后以设定的时间量振荡，随着时间推移而幅度减小，并且然后停止。在一些实施例中，振荡的初始幅度基于触觉止动的峰值和谷值之间的距离，并且振荡的幅度随时间推移呈指数衰减。在一些实施例中，具有振荡的触觉轮廓可以类似地被叠加在其中峰值和/或谷值力或扭矩随止动的变化而变
化的触觉轮廓(例如触觉轮廓1300或1400)中的触觉止动上。
[0126]
图16是根据一些实施例的包括触觉峰的触觉轮廓的示意图。在一些实施例中，触觉轮廓可以包括触觉峰。类似于图7，图16将触觉轮廓1600示出为沿着x-y轴的图表，其中x轴是握持位置并且y轴是由输入控件210和/或212施加以向操作者的手提供触觉反馈的力或扭矩输出。
[0127]
触觉轮廓1600包括第一区域1612、第二区域1614和第三区域1616。第一区域1612从打开握持位置行进并且沿着第一节段1602朝向第一部分闭合握持位置1630行进。虽然节段1602被示出为具有零斜率，但是节段1602可以具有恒定的、相对缓的斜率，类似于触觉轮廓700中的节段702。第一区域1612过渡到包括触觉峰的第二区域1614。该触觉峰包括节段1604和1606。节段1604表示当握持位置进入第二区域1614时力或扭矩的急剧增加并且增加到峰值力或扭矩或者上限力或扭矩1620。
[0128]
然后，节段1604从峰值力或扭矩1620过渡到节段1606，该节段1606表示在握持位置指示握持输入控件的进一步闭合时力或扭矩的急剧下降，从峰值力或扭矩1620下降到较低的力或扭矩1622。虽然节段1606被图示为竖直线，但在一些实施例中，触觉轮廓中的节段1606可以是具有陡峭的向下斜率的倾斜节段。
[0129]
节段1606从较低的力或扭矩1622过渡到节段1608，其是具有零斜率的另一节段。在一些实施例中，节段1608可以具有缓的向上斜率而不是零斜率。相应地，区域1614过渡到第三区域1616；区域1616对应于区域1614的触觉峰的出口。
[0130]
虽然触觉轮廓1600示出了进入触觉峰(例如进入节段1604)的入口处的力或扭矩与离开触觉峰(例如从节段1606离开)的出口处的力或扭矩相同，但在一些实施例中，触觉峰的入口力或扭矩以及出口力或扭矩可以不同，并且一个可以高于另一个。类似地，进入触觉峰时的力或扭矩和离开触觉峰时的力或扭矩可以相同或不同。
[0131]
在一些实施例中，触觉轮廓700中的触觉障碍峰708类似于触觉轮廓1600中的区域1614中的触觉峰。触觉障碍峰708包括力或扭矩到峰值力或扭矩的急剧增加以及从峰值力或扭矩的急剧减少，如同由区域1614中的节段1604和1606形成的触觉峰一样。
[0132]
在一些实施例中，触觉峰可以被实现以提供关于状态或模式改变的反馈，和/或向操作者提供警报。例如，触觉峰可以被实现在被配置为触发输入控件和/或器械的状态或模式的变化的握持位置处。触觉峰提供了障碍，操作者克服该障碍以便激活状态或模式改变。例如，当操作者使输入控件移动经过触觉峰(例如，从区域1612通过区域1614到区域1616闭合握持输入控件)时，输入控件和/或器械的状态或模式改变将被激活，并且输出到操作者的通过区域1614的输出力或扭矩向操作者提供关于状态或模式改变的反馈。在具体示例中，上面参考图7描述的触觉障碍峰708是提供关于状态或模式改变和/或触发状态或模式改变(例如上述与脉管密封件延伸和同步密封相关连的状态或模式改变)的反馈的触觉峰的示例。因此，触觉峰可以用于限制输入控件的进一步移动，直到操作者想要激活状态或模式改变。
[0133]
在具体示例中，触觉峰可以结合吻合器器械来实现。当操作者正在经由输入控件操作吻合器以夹紧到材料上时，触觉峰可以被实现以向操作者提供阻力。操作者移动输入控件通过触觉峰，以促使吻合器发射(例如u形钉或其他紧固件)到材料内。因此，当吻合器成功夹紧到材料上并且开始u形钉的发射时，触觉峰可以提供反馈。
[0134]
在一些实施例中，触觉峰和触觉止动之间的差异在于，与触觉止动不同，触觉峰不包括低于零力阈值的力或扭矩。触觉峰可以被实现为通过使输入控件移动通过触觉峰(例如通过从区域1612经过区域1614到1616闭合握持输入控件)来促使操作者致力于状态或模式改变，或者通过使输入控件远离触觉峰移动(例如，通过不从区域1612通过区域1614闭合握持输入控件，而是将握持输入控件打开返回区域1612中)来放弃这种改变。而且，在一些实施例中，触觉峰并不旨在将输入控件或器械保持在某个位置。因此，在使输入控件移动通过触觉峰之后，如果操作者释放握持输入控件，则握持输入控件可以由于触觉轮廓施加的触觉力或扭矩而返回到完全打开位置。
[0135]
在一些实施例中，触觉轮廓1600的区域1614中的触觉峰可以被动态地修改。控制系统610可以响应于输入控件和/或器械的状态或模式和/或响应于操作者做出的附加输入(例如操作者踩下输入脚踏板)来动态地修改触觉峰区域。该修改可以包括(例如通过改变节段1604和/或1606的斜率)加宽或缩窄区域1614以及对应地加宽或缩窄由触觉峰覆盖的握持位置范围。该修改可以附加地或替代地包括使区域1614沿着握持位置轴线向左或向右移位，由此将触觉峰与不同的握持位置相关联。
[0136]
在一些实施例中，触觉峰可以在输入控件的一个运动方向上起作用，而在输入控件的另一相反的运动方向上不起作用。例如，区域1614中的触觉峰可以在闭合方向(例如，闭合握持输入控件)上起作用，但在打开方向(例如，打开握持输入控件)上被移除并被替换为另一输出轮廓(例如线性分量)。
[0137]
图17是根据一些实施例的包括触觉壁的触觉轮廓1700的示意图。在一些实施例中，触觉轮廓可以包括触觉壁。触觉壁可以是具有陡峭斜率(例如竖直或接近竖直)的线性分量，其对应于操作者闭合握持输入控件时输出力或扭矩的急剧增加或减少。如图17所示，触觉轮廓1700包括三个节段1702、1704和1706。节段1702和1706具有相对较缓的恒定(零或非零)斜率。节段1702过渡到节段1704，节段1704是触觉壁；节段1704具有陡峭的、几乎竖直的斜率。然后节段1704过渡到节段1706。节段1704的触觉壁相应地提供了抵抗输入控件的移动的另一种类型的触觉障碍。
[0138]
在一些实施例中，可以通过将该壁放置在零力或扭矩阈值的正侧或负侧上来实现用于闭合方向或打开方向的触觉壁。例如，如图17所示的节段1704位于零力或扭矩阈值的正侧上。因此，对应的触觉壁输出抵抗握持输入控件的闭合的力或扭矩。另一方面，位于零力或扭矩阈值的负侧上的壁(例如，在如图所示的x轴上定位在零力或扭矩以下)输出抵抗握持输入控件的打开的力或扭矩。
[0139]
图18a-图18c是根据一些实施例的多阶段触觉轮廓的示意图。在一些实施例中，触觉轮廓可以具有多个阶段，并且触觉轮廓可以根据阶段而采取不同的形式。在一些实施例中，多个阶段对应于输入控件和/或正在由输入控件控制的器械的不同状态或模式。在具体示例中，多阶段触觉轮廓实现了器械的三阶段握持锁定机构。
[0140]
图18a示出触觉轮廓1800的第一阶段1800-a。第一阶段1800-a对应于从完全打开位置1808开始的中性状态。第一阶段1800-a包括从完全打开的握持位置1808朝向第一部分闭合握持位置1810行进的节段1802。节段1802过渡到区域1806中的触觉止动。区域1806中的触觉止动可以将输入控件保持在止动位置1812处。当操作者移动输入控件经过区域1806中的触觉峰到第二部分闭合握持位置1814时，触觉轮廓1800过渡到第二阶段1800-b，其中
区域1806中的触觉止动过渡到节段1804中并且被移除。
[0141]
图18b示出触觉轮廓1800的第二阶段1800-b。第二阶段1800-b包括节段1804，操作者可以沿着节段1804继续闭合握持输入控件。随着操作者进一步闭合握持输入控件，节段1804过渡到区域1816中的触觉止动，该触觉止动将输入控件保持在止动位置1824处。区域1816中的触觉止动过渡到节段1818，然后节段1818过渡到区域1820中的触觉峰。随着操作者在区域1820中的触觉峰进一步闭合握持输入控件，区域1820中的触觉峰过渡到节段1822。响应于操作者闭合握持输入控件经过区域1820中的触觉峰到位置1826，触觉轮廓1800过渡到第三阶段1800-c，其中区域1816中的触觉止动和区域1820中的触觉峰被移除。
[0142]
图18c示出触觉轮廓1800的第三阶段1800-c。第三阶段1800-c对应于解锁状态。第三阶段1800-c包括具有相对缓的斜率的节段1822，操作者可以沿着该节段1822闭合或打开握持输入控件。操作者可以使握持输入控件打开返回到位置1808。当输入控件位置到达位置1808时，触觉轮廓1800过渡回到第一阶段1800-a。
[0143]
如上所示，触觉轮廓可以根据阶段而具有不同的形式，并且当前阶段基于输入控件位置以及可基于输入控件位置来激活或设定的任何状态或模式。更一般地，触觉轮廓可以基于输入控件位置和可选的一个或多个其他参数而动态地改变形式(例如，修改、添加或移除其中的输出轮廓；改变形式)。
[0144]
在一些实施例中，输出轮廓可以基于正在经由输入控件控制的器械而具有不同的输出力或扭矩。也就是说，对于被施加以控制不同器械的同一整体触觉轮廓，整体触觉轮廓内的输出轮廓可以具有不同的最大或最小输出力或扭矩(例如分别是峰值或谷值力或扭矩)，其对应于基于器械的可变触觉刚度。可以通过改变触觉轮廓的高度和/或斜率(例如线性分量的斜率、峰值力或扭矩的值)来实现可变的输出力或扭矩。
[0145]
本文描述的一个或多个特征可以与其他类型的输入控件一起使用。例如，可以使用不接地的输入控件，其可以在空间中自由移动并且与地面断开连接。在一些示例中，类似于手柄302的一个或多个手柄和/或握持构件306可以被耦接到穿戴在操作者的手上并且不接地的机构，从而允许操作者在空间中自由地移动握把。在一些示例中，可以通过将握把耦接在一起并约束它们相对于彼此的运动的机构来感测握把相对于彼此和/或相对于手柄的其他部分的位置。一些实施例可以使用穿戴在操作者的手上的手套结构。此外，一些实施例可以使用耦接到其他结构的传感器来感测空间内的握把，例如使用视频摄像机或可以检测3d空间中的运动的其他传感器。美国专利号8,543,240和8,521,331中描述了不接地的输入控件的一些示例，这两篇专利通过引用并入本文。本文描述的操作者触摸的检测可以与不接地的输入控件一起使用。例如，可以通过耦接到手柄的一个或多个致动器向手柄(例如握把)施加振荡，并且可以与本文所述类似地感测该振荡，以确定手柄是否被操作者接触或抓握。在一些实施例中，除了握持输入控件之外的输入控件是诸如与器械相关联的单手指输入控件(例如用于针驱动器、钩器械、抽吸冲洗器或能量器械的输入控件)。例如，可以实现触觉止动以利于操作者固定器械的位置(例如以维持器械朝向期望目的地的移动进度)。
[0146]
在各种实施例中并且更一般地，触觉轮廓可以基于一个或多个参数来限定要输出和/或施加在输入控件上的力和/或扭矩。也就是说，触觉轮廓可以指定用于将触觉反馈施加到输入控件上的力和/或扭矩以及控制在何时和/或在何处将要沿着输入控件的自由度输出这些力和/或扭矩的相关参数依赖关系(parameter dependency)。下面描述触觉轮廓
和相关参数依赖关系的各种示例。
[0147]
在一些实施例中，触觉轮廓可以是分段的。也就是说，触觉轮廓可以定义要在触觉轮廓的不同预定义节段或部分处输出和/或施加的力和/或扭矩；触觉轮廓可以包括多个节段或部分，每个节段或部分具有针对输入控件的对应位置范围的触觉轮廓。例如，触觉轮廓可以包括为线性但具有不同斜率的多个节段。作为一个示例，触觉轮廓1100包括分别对应于区域1112、1114和1116的分段部分，这些分段部分限定当操作者操作输入控件210和/或212通过这些区域时的输出力和/或扭矩。对应于区域1112、1114和1116的每个部分是针对与握持位置范围对应的其相应区域的相应触觉轮廓。在一些实施例中，一个部分可以连续或不连续地过渡到另一部分。此外，在一些实施例中，不同部分可以具有相似或不同类型的输出轮廓。例如，一个部分可以具有类似于触觉障碍峰708或触觉轮廓1600中的触觉峰的触觉峰，而另一部分可以具有倾斜的线性分量。
[0148]
在一些实施例中，整体触觉轮廓的一部分可以是静态的或动态的。静态部分在操作者对输入控件的整个操纵过程中保持相同。动态部分可以在操作者对输入控件的操纵期间基于一个或多个参数或标准而被修改、添加或移除。例如，可以根据一个或多个参数或标准来修改、添加或移除动态部分，这些参数或标准包括但不限于沿着输入控件的自由度的移动方向、沿着自由度的输入控件位置、事件、状态、模式以及输入控件外部的附加用户输入。在一些实施例中，触觉轮廓可以包括基本触觉轮廓和能够被动态添加或移除的一个或多个动态触觉轮廓。例如，在触觉轮廓1500中，时变振荡的触觉轮廓1512可以被添加(例如叠加)到包括区域1506和1508中的触觉止动的基本轮廓上。在具体示例中，操作者可以进行输入(例如踩脚踏板)，并且作为响应，触觉止动可以被修改(例如调整大小、移位)。
[0149]
在一些实施例中，触觉轮廓可以彼此叠加。特别地，一个触觉轮廓可以被叠加在另一触觉轮廓上，并且当输入控件的位置处于与已叠加的触觉轮廓相关联的位置处时，两个触觉轮廓可以同时起作用。例如，在触觉轮廓1500中，触觉轮廓1512可以被叠加在触觉轮廓的任何部分上。
[0150]
在一些实施例中，触觉轮廓可以是位置相关的。触觉轮廓可以包括基于输入控件沿着输入控件的自由度的位置(例如握持输入控件300或400闭合多少)而被触发或起作用的一个或多个部分。例如，在触觉轮廓1800中，触觉轮廓1800可以呈现对应于不同阶段1800-a至1800-c的不同形式，这取决于操作者已经闭合握持输入控件的程度。
[0151]
在一些实施例中，触觉轮廓可以具有多个触发位置或区域。例如，触觉轮廓1800具有触发到不同阶段的过渡的不同位置。在阶段1800-a中，位置1814触发从阶段1800-a到阶段1800-b的过渡。在阶段1800-b中，位置1826触发从阶段1800-b到阶段1800-c的过渡。在阶段1800-c中，位置1808触发从阶段1800-c返回到阶段1800-a的过渡。
[0152]
在一些实施例中，触觉轮廓可以是速度相关的。触觉轮廓可以包括基于操作者改变输入控件沿着输入控件的自由度的位置的速度或速率(例如操作者打开或闭合握持输入控件300或400的速度有多快)而被触发或起作用的一个或多个部分。也就是说，输入控件沿着自由度的移动速度是触觉轮廓的参数依赖关系。例如，在触觉轮廓700中，相比于操作者以低于阈值的速度闭合握持输入控件300/400的情况，如果操作者以高于阈值的速度闭合握持输入控件300/400，那么触觉障碍峰708可以具有更高的峰值力或扭矩。
[0153]
在一些实施例中，触觉轮廓可以是时间相关的。触觉轮廓可以包括基于流逝的时
间量而被触发或起作用的一个或多个部分。在一些实施例中，基于流逝的时间量而起作用的部分可以基于其他参数(例如，位置)而被触发，但基于流逝的时间量而保持起作用。例如，振荡触觉轮廓1512可以基于输入控件的位置而被触发，但在预定义的时间量内保持起作用(例如力继续振荡)。当该时间量已流逝时，无论输入控件位置如何，或者当输入控件位置已移动超出与触觉轮廓1512相关联的位置范围时，振荡停止。作为另一示例，如果输入控件保持在与特定触觉轮廓相关联的特定位置处或特定位置范围内(例如，与触觉止动或触觉峰相关联的位置或位置范围)超过阈值时间量，则可以修改触觉止动或触觉峰(例如，进一步增加或减小触觉力或扭矩)，以向操作者提供该位置已被保持超过阈值时间量并且操作者应致力于向任一方向移动输入控件的反馈。
[0154]
在一些实施例中，可以基于时间依赖关系来修改触觉轮廓的一个或多个属性。触觉轮廓的可修改属性可以包括但不限于一部分的斜率、触觉轮廓的一部分覆盖的位置或位置范围、轮廓中的力或扭矩的幅度或符号、峰值力或扭矩的水平和/或谷值力或扭矩的水平。在具体示例中，如果输入控件位置保持在同一位置超过阈值时间量，则该位置处的输出力或扭矩可以被动态地改变为不同的输出力或扭矩。
[0155]
在一些实施例中，触觉轮廓可以是状态、模式或事件相关的。触觉轮廓可以包括基于输入控件和/或计算机辅助设备(例如器械)的状态和/或模式或者基于触发事件而被触发或起作用的一个或多个部分。当操作者沿着输入控件的自由度移动输入控件时，输入控件和/或计算机辅助设备的状态或模式可以改变。另外，在输入控件的操作(例如，操作者踩在输入踏板上)期间可能发生一个或多个触发事件。响应于这些状态或模式改变或触发事件，可以修改、添加或移除触觉轮廓中的一部分。在一个示例中，触觉轮廓1800是状态相关的；触觉轮廓1800可以根据当前状态(中性的、锁定的、解锁的)而采取不同的形式，并且可以经由输入控件的操作来改变状态。此外，在一些实施例中，触觉轮廓可以针对器械和/或器械的当前操作模式是特定的，其中操作模式可以通过输入控件外部的其他输入件(例如脚踏板)来设定或修改。
[0156]
在一些实施例中，触觉轮廓可以取决于输入控件沿着自由度的运动方向。例如，可以基于操作者是在闭合还是打开握持输入控件来修改、添加或移除触觉轮廓的一部分。在具体示例中，在触觉轮廓1600中，当操作者正在区域1614中的触觉峰的节段1604上闭合握持输入控件时，操作者可以(例如，通过进一步闭合握持输入件)继续通过触觉峰或(例如，通过打开握持输入控件)回退到节段1602。如果操作者从触觉峰回退，则当操作者打开握持输入控件时，可以修改节段1604和/或节段1602以减小输出力或扭矩。
[0157]
在一些实施例中，输入控件可以具有二维或三维中的多个自由度，并且相应的触觉轮廓可以被应用于两个或更多个自由度中的每一个。施加于自由度的触觉轮廓可以彼此独立地或以耦接的方式施加。例如，具有x、y和z自由度的输入控件可以具有针对那些自由度中的每个自由度的触觉轮廓。作为另一示例，当输入控件沿着一个自由度移动时，可以在其他自由度上增加输出力或扭矩，以便减少输入控件沿着其他自由度的推挤的可能性。
[0158]
应当理解，虽然上述依赖关系是单独描述的，但是触觉轮廓可以取决于任何数量的上述依赖关系。上述依赖关系的任何组合都可以应用于触觉轮廓。
[0159]
图19是根据一些实施例的用于在输入控件处提供多个触觉止动的方法步骤的流程图。尽管参考图1至图18c的一些部分描述了这些方法步骤，但是本领域技术人员将理解，
被配置为以任何顺序执行这些方法步骤的任何系统都落入各种实施例的范围内。在一些实施例中，步骤1902-1910可以用于实现图12-图14的触觉轮廓。在一些实施例中，方法1900的步骤1902-1910中的一个或多个可以至少部分地以存储在一个或多个非瞬态的有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来实现，当可执行代码由一个或多个处理器(例如处理器612)运行时可以促使一个或多个处理器执行步骤1902-1910中的一个或多个。
[0160]
如图所示，方法1900开始于步骤1902，在此处控制系统610检测输入控件在输入控件的自由度(dof)的第一方向上的位置。例如，模式控制模块640接收指示输入控件210和/或212的输入控件(例如握持输入控件300或400)沿着闭合/打开自由度的位置的控制信号c1至cx，其中握持输入控件基于操作者施加到握持输入控件的力或扭矩沿着闭合/打开自由度进行闭合或打开。在一些实施例中，控制系统610直接检测握持输入控件的位置；控制信号c1至cx直接指示握持位置，并且控制系统610不需要检测由操作者施加到握持输入控件的力或扭矩的量和/或方向来检测握持位置。特别地，控制系统610可以检测闭合方向上的握持位置。
[0161]
在步骤1904处，响应于确定检测位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第一区域中，控制系统610提供第一输出力或扭矩以抵抗输入控件移动到第一区域中的第一位置。例如，当控制系统610将触觉轮廓1300施加于输入控件并且确定输入控件在闭合方向上的位置将要处于触觉轮廓1300的区域1306中时，则控制系统610可以激活区域1306中的触觉止动以抵抗输入控件移动到止动位置1322。
[0162]
在步骤1906处，响应于确定输入控件的检测位置是第一区域中的第一位置，控制系统610基于第一区域中的第一位置来限制输入控件沿着第一自由度的移动。例如，当操作者已将握持输入控件闭合到止动位置1322或超过止动位置1322时，控制系统610使用触觉反馈来将输入控件保持在位置1322处。控制系统610限制输入控件在任一方向上远离位置1322的移动(例如握持输入控件抵抗打开经过位置1322)。
[0163]
在步骤1908处，响应于确定检测位置处于输入控件的第一自由度的第一方向上的第二区域中，控制系统610提供第二输出力或扭矩以抵抗输入控件移动到第二区域中的第二位置，其中第二输出力或扭矩大于第一输出力或扭矩。例如，当控制系统610确定输入控件在闭合方向上的位置将要处于触觉轮廓1300的区域1308中时，则控制系统610可以激活区域1308中的触觉止动以抵抗输入控件移动到止动位置1324。
[0164]
在步骤1910处，响应于确定输入控件的检测位置是第二区域中的第二位置，控制系统610基于第二区域中的第二位置来限制输入控件沿着第一自由度的移动。例如，当操作者已将握持输入控件闭合到止动位置1324或超过止动位置1324时，控制系统610使用触觉反馈来将输入控件保持在止动位置1324处。在一些示例中，用于将输入控件保持在该止动位置处的输出力或扭矩可以不同于用于将输入控件保持在较早的止动位置处的力或扭矩，诸如如图13和图14所示，或者是相同的力或扭矩，诸如如图12所示。控制系统610限制输入控件在任一方向上远离位置1324的移动(例如，握持输入控件抵抗打开经过位置1324)。
[0165]
图20是根据一些实施例的用于在输入控件处提供基于时间的输出的方法步骤的流程图。尽管参考图1至图18c的一些部分描述了这些方法步骤，但是本领域技术人员将理解的是，被配置为以任何顺序执行这些方法步骤的任何系统都落入各种实施例的范围内。在一些实施例中，方法2000的步骤2002-2006中的一个或多个步骤可以至少部分地以存储
在一个或多个非瞬态的有形的机器可读介质上的可执行代码的形式来实现，当可执行代码由一个或多个处理器(例如处理器612)运行时可以促使一个或多个处理器执行步骤2002-2006中的一个或多个。
[0166]
如图所示，方法2000开始于步骤2002，在此处控制系统610检测输入控件的位置。例如，模式控制模块640接收指示输入控件210和/或212的输入控件(例如握持输入控件300或400)沿着闭合/打开自由度的位置的控制信号cl至cx，其中握持输入控件基于操作者施加到握持输入控件的力或扭矩来沿着闭合/打开自由度进行闭合或打开。在一些实施例中，控制系统610直接检测握持输入控件的位置；控制信号c1至cx直接指示握持位置，并且控制系统610不需要检测由操作者施加到握持输入控件的力或扭矩的量和/或方向来检测握持位置。
[0167]
在步骤2004处，响应于确定检测位置处于沿着输入控件的第一自由度的第一区域中，控制系统610基于触觉轮廓将包括力或扭矩的触觉输出施加到输入控件。例如，在触觉轮廓1500中，当闭合方向上的位置被确定为在区域1506中时，特别是在位置1526和1520之间，控制系统610可以根据在区域1506中的触觉止动将输出力或扭矩施加到输入控件。作为另一示例，在触觉轮廓1600中，当闭合方向上的输入控件位置被确定为在区域1614中时，控制系统610可以根据区域1614中的触觉峰将输出力或扭矩施加到输入控件。
[0168]
在步骤2006处，基于检测位置处于第一区域中的时间量，控制系统610修改第一触觉轮廓。具体地，控制系统610修改第一触觉轮廓的一个或多个属性。一个或多个属性可以包括但不限于斜率、位置或位置范围、力或扭矩的幅度、峰值力或扭矩水平以及谷值力或扭矩水平。例如，在触觉轮廓1500中，响应于操作者将握持输入控件闭合到位置1520，触觉轮廓1512被触发并且输出力或扭矩根据触觉轮廓1512振荡。当输入控件位置保持在区域1506中时，触觉轮廓1512的一个或多个属性随着时间流逝而被修改；即使输入控件位置保持相同，与振荡输出轮廓1512相关联的振荡也可以随着时间推移而衰减或持续直到自振荡开始以来已经流逝了阈值时间量。作为另一示例，在触觉轮廓1600中，如果闭合方向上的输入控件位置在节段1604上保持超过阈值时间量，则控制系统610可以改变与节段1604相关联的输出力或扭矩(例如，增加力或扭矩的幅度)，以向操作者提供操作者应致力于将输入控件沿着任一方向移出区域1614的反馈。在一些实施例中，修改可以包括针对相同的输入控件位置改变输出力或扭矩(例如通过改变幅度和/或符号)。方法2000可以返回到步骤2002，在此处控制系统610可以检测输入控件的更新位置并且相应地施加触觉输出。
[0169]
总之，用于操作计算机辅助设备的握持输入控件可以包括沿着握持输入控件的自由度的触觉障碍。处理器可以检测握持输入控件沿着自由度的位置。当该位置处于沿着自由度的某个区域中时，处理器提供抵抗握持输入控件移动通过该区域的触觉障碍。在该触觉障碍区域的任一侧，处理器根据不同的模式操作计算机辅助设备(例如器械)。处理器可以经由握持输入控件中的致动器机构在握持输入控件上提供触觉反馈，包括与触觉障碍相关联的触觉反馈。触觉障碍区域的触觉反馈量可以高于触觉障碍区域的任一侧上的触觉反馈量。触觉反馈可以进一步遵循包括基于握持输入控件的位置的不同触觉反馈量的触觉轮廓。
[0170]
另外，在一些实施例中，触觉轮廓可以包括与限制输入控件移动到某些位置相关联的多个部分。触觉轮廓可以包括将输入控件保持在第一位置的第一部分和将输入控件保
持在第二位置的第二部分。第一部分可以提供第一输出力或扭矩以将输入控件保持在与第一部分相关联的位置处，并且第二部分可以提供相同、更小或更大的第二输出力或扭矩以将输入控件保持在与第二部分相关联的位置处。
[0171]
此外，在一些实施例中，可以基于输入控件的位置位于特定位置或位置范围内的时间量来修改触觉轮廓。可以通过修改触觉轮廓的一个或多个属性来修改触觉轮廓。可修改的属性可以包括触觉轮廓的一部分的斜率、输出力或扭矩的幅度，和/或与触觉轮廓的一部分相关联的输入控件的位置或位置范围。
[0172]
所公开的技术的至少一个优点和技术改进是触觉障碍可以被灵活地实现在握持输入控件上。触觉障碍可以用于在操作者试图进一步闭合握持输入控件时提供增加的阻力，诸如可以用于为握持输入控件提供不同的操作区域。所公开的技术的另一个优点和技术改进在于，当握持输入控件的操作改变器械和/或末端执行器的功能时，操作者获得触觉反馈。因此，提高了操作者在控制器械和/或末端执行器时的情境意识。进一步的优点是可以基于时间、状态、模式和其他参数或依赖关系来生成触觉反馈。因此，可以创建复杂的触觉轮廓，并且可以基于复杂的触觉轮廓提供触觉反馈，而无需使用复杂的机械结构，诸如机械弹簧的复杂布置。这些技术优点提供了相对于现有技术方法的一种或多种技术进步。
[0173]
任何权利要求中限定的任何权利要求要素和/或本技术中描述的任何要素以任何方式形式得到的任何组合和所有组合均落入本公开和保护的预期范围内。
[0174]
各种实施例的描述出于说明的目的被呈现，但并不旨在穷尽或限制所公开的实施例。许多修改和变化在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
[0175]
本实施例的各方面可以被体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些都可以在本文中被统称为“模块”、“系统”或“计算机”。另外，本公开中描述的任何硬件和/或软件技术、过程、功能、部件、引擎、模块或系统可以被实现为电路或电路组。此外，本公开的各方面可以采取体现为其上嵌入了计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
[0176]
可以利用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽的列表)将包括以下内容：具有一根或多根电线的电连接件、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备或上述各项的任何适当组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是可包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的程序的任何有形介质。
[0177]
上面参考根据本公开的实施例的方法的流程图和/或框图、装置(系统)和计算机程序产品描述了本公开的各方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用处理器计算机、专用计算机或其他用于生产机器的可编程数据处理装置的处理器。当经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行时，指令使得能够实现在流程图和/或框
图的一个或多个块中指定的功能/动作。这样的处理器可以是但不限于通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或现场可编程门阵列。
[0178]
附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段或代码部分，其包括用于实现(一个或多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在一些替代实施方式中，框中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应当指出的是，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
[0179]
虽然前文涉及本公开的一些实施例，但是可以设想出本公开的其他和进一步的实施例而不脱离本公开的基本范围，并且本公开的范围由所附权利要求确定。

技术特征：
1.一种计算机辅助设备，包括：握持输入控件；被配置为支撑器械的可重新定位臂；以及一个或多个处理器，其被配置为：检测所述握持输入控件在所述握持输入控件的自由度的第一方向上的位置，所述自由度具有第一区域、第二区域以及在所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于所述第一区域中，根据第一模式来操作所述器械；响应于确定所检测的位置处于所述第三区域中，提供触觉障碍以抵抗所述握持输入控件移动通过所述第三区域；响应于确定所检测的位置处于所述第二区域中，根据与所述第一模式不同的第二模式来操作所述器械。2.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述自由度是打开和闭合自由度。3.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述位置包括所述握持输入控件的第一握持构件和第二握持构件之间的角度。4.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中：所述第三区域对应于所述握持输入控件的第一位置；并且所述第一区域与所述第二区域在所述第一位置处彼此相邻。5.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中：所述握持输入控件包括致动器；并且所述一个或多个处理器还被配置为致动所述致动器以在所述握持输入控件上提供触觉反馈。6.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述触觉反馈包括抵抗所述握持输入控件进一步闭合的力或扭矩。7.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述第三区域中的所述触觉反馈的量高于与所述第三区域相邻的所述第一区域或所述第二区域中的所述触觉反馈的量。8.根据权利要求5所述的计算机辅助设备，其中所述触觉反馈是基于触觉轮廓来确定的，所述触觉轮廓标识基于所述握持输入控件的所检测的位置而施加的所述触觉反馈的量。9.根据权利要求8所述的计算机辅助设备，其中所述触觉轮廓包括所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的每个区域中的一个或多个节段。10.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，进一步包括：输入设备；其中，为了根据所述第一模式来操作所述器械，所述一个或多个处理器被配置为响应于所述输入设备的激活而激活所述器械的第一功能；并且其中，为了根据所述第二模式来操作所述器械，所述一个或多个处理器被配置为响应于所述输入设备的激活而激活所述器械的不同于所述第一功能的第二功能。11.根据权利要求1所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个处理器还被配置为：响应于确定所检测的位置处于所述第一区域中，输出指示所述器械以所述第一模式操作的图形用户界面内容；以及
响应于确定所检测的位置处于所述第二区域中，输出指示所述器械以所述第二模式操作的图形用户界面内容。12.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中：所述器械包括脉管密封件工具；为了根据所述第一模式来操作所述器械，所述一个或多个处理器被配置为激活所述脉管密封件工具的凝结功能；以及为了根据所述第二模式来操作所述器械，所述一个或多个处理器被配置为激活所述脉管密封件工具的密封功能。13.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中：所述器械包括同步工具；为了根据所述第一模式来操作所述器械，所述一个或多个处理器被配置为响应于第一输入设备的激活而激活所述同步工具的凝结功能；以及为了根据所述第二模式来操作所述器械，所述一个或多个处理器被配置为：响应于所述第一输入设备的激活而激活所述同步工具的密封功能；以及响应于不同于所述第一输入设备的第二输入设备的激活而激活所述同步工具的同步功能。14.根据权利要求1-11中任一项所述的计算机辅助设备，其中当在所述自由度的打开方向上移动所述握持输入控件时，不在所述第三区域中提供所述触觉障碍。15.一种方法，包括：检测握持输入控件在所述握持输入控件的自由度的第一方向上的位置，所述自由度具有第一区域、第二区域以及在所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于所述第一区域中，根据第一模式来操作支撑在可重新定位臂上的器械；响应于确定所检测的位置处于所述第三区域中，提供触觉障碍以抵抗所述握持输入控件移动通过所述第三区域；以及响应于确定所检测的位置处于所述第二区域中，根据与所述第一模式不同的第二模式来操作所述器械。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述自由度是打开和闭合自由度。17.根据权利要求15所述的方法，其中所述位置包括所述握持输入控件的第一握持构件和第二握持构件之间的角度。18.根据权利要求15所述的方法，其中：所述第三区域对应于所述握持输入控件的第一位置；以及所述第一区域与所述第二区域在所述第一位置处彼此相邻。19.根据权利要求15所述的方法，其中：所述握持输入控件包括致动器；并且所述方法还包括致动所述致动器以在所述握持输入控件提供所述触觉反馈。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述触觉反馈包括抵抗所述握持输入控件进一步闭合的力或扭矩。21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第三区域中的触觉反馈的量高于与所述第
三区域相邻的所述第一区域或所述第二区域中的触觉反馈的量。22.根据权利要求19所述的方法，其中所述触觉反馈是基于触觉轮廓来确定的，所述触觉轮廓标识基于所述握持输入控件的所检测的位置施加的触觉反馈的量。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述触觉轮廓包括所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的每个区域中的一个或多个节段。24.根据权利要求15所述的方法，其中：根据所述第一模式来操作所述器械包括响应于输入设备的激活而激活所述器械的第一功能；以及根据所述第二模式来操作所述器械包括响应于所述输入设备的激活而激活所述器械的不同于所述第一功能的第二功能。25.根据权利要求15所述的方法，还包括：响应于确定所检测的位置处于所述第一区域中，输出指示所述器械以所述第一模式操作的图形用户界面内容；以及响应于确定所检测的位置处于所述第二区域中，输出指示所述器械以所述第二模式操作的图形用户界面内容。26.根据权利要求15所述的方法，其中：所述器械包括脉管密封件工具；根据所述第一模式来操作所述器械包括激活所述脉管密封件工具的凝结功能；并且根据所述第二模式来操作所述器械包括激活所述脉管密封件工具的密封功能。27.根据权利要求15所述的方法，其中：所述器械包括同步工具；根据所述第一模式来操作所述器械包括响应于第一输入设备的激活而激活所述同步工具的凝结功能；并且根据所述第二模式来操作所述器械包括：响应于所述第一输入设备的激活而激活所述同步工具的密封功能；并且响应于不同于所述第一输入设备的第二输入设备的激活而激活所述同步工具的同步功能。28.根据权利要求15所述的方法，其中当在所述自由度的打开方向上移动所述握持输入控件时，不在所述第三区域中提供所述触觉障碍。29.一种计算机辅助设备，包括：输入控件；和一个或多个处理器，其被配置为：检测所述输入控件在所述输入控件的第一自由度的第一方向上的位置；响应于确定所检测的位置处于所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的第一区域中，提供第一输出力或扭矩以抵抗所述输入控件向所述第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所述输入控件的所检测的位置是所述第一区域中的所述第一位置，限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所检测的位置处于所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的
第二区域中，提供第二输出力或扭矩以抵抗所述输入控件向所述第二区域中的第二位置的移动，其中所述第二输出力或扭矩大于所述第一输出力或扭矩；以及响应于确定所述输入控件的所检测的位置是所述第二区域中的所述第二位置，限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述输入控件的所述第二位置的移动。30.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，还包括器械，并且其中所述一个或多个处理器被配置为：基于所检测的位置沿着所述器械的自由度移动所述器械。31.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个处理器被配置为响应于确定所检测的位置是所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的第三区域中的第三位置，停止限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动。32.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，其中用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出不同于用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动的力或扭矩。33.根据权利要求29所述的计算机辅助设备，其中：用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出对应于与所述第一区域相关联的谷值力或扭矩；以及响应于确定所检测的位置处于所述第一区域的第一子集中，提供第三输出力或扭矩以抵抗所述输入控件远离所述第一区域的所述第一子集中的当前位置的移动。34.一种方法，包括：检测输入控件在所述输入控件的第一自由度的第一方向上的位置；响应于确定所检测的位置处于所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的所述第一区域中，提供第一输出力或扭矩以抵抗所述输入控件向所述第一区域中的第一位置的移动；响应于确定所述输入控件的所检测的位置是所述第一区域中的所述第一位置，限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一区域中的所述第一位置的移动；响应于确定所检测的位置处于所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的第二区域中，提供第二输出力或扭矩以抵抗所述输入控件向所述第二区域中的第二位置的移动，其中所述第二输出力或扭矩大于所述第一输出力或扭矩；以及响应于确定所述输入控件的所检测的位置是所述第二区域中的所述第二位置，限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述输入控件的所述第二位置的移动。35.根据权利要求34所述的方法，还包括：基于所检测的位置沿着所述器械的自由度移动器械。36.根据权利要求34所述的方法，还包括：响应于确定所检测的位置是所述输入控件的所述第一自由度的所述第一方向上的第三区域中的第三位置，停止限制所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动。37.根据权利要求34所述的方法，其中用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出不同于用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第二位置的移动的力或扭矩。
38.根据权利要求34所述的方法，其中用于抵抗所述输入控件沿着所述第一自由度远离所述第一位置的移动的力或扭矩输出对应于与所述第一区域相关联的谷值力或扭矩，并且所述方法还包括：响应于确定所述检测位置处于所述第一区域的第一子集中，提供第三输出力或扭矩来抵抗所述输入控件远离所述第一区域的所述第一子集内的当前位置的移动。39.一种计算机辅助设备，包括：输入控件；以及一个或多个处理器，其被配置为：检测所述输入控件的位置；响应于确定所检测的位置处于沿着所述输入控件的第一自由度的第一区域中，基于触觉轮廓向所述输入控件施加第一力或扭矩；以及基于所检测的位置处于所述第一区域中的时间量，修改所述触觉轮廓的一个或多个属性。40.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性的修改将所述第一力或扭矩改变为第二力或扭矩。41.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中为了修改所述一个或多个属性，所述一个或多个处理器被配置为引起所述第一力或扭矩的振荡。42.根据权利要求41所述的计算机辅助设备，其中所述振荡的幅度随时间减小。43.根据权利要求41所述的计算机辅助设备，其中所述振荡的初始幅度基于所述触觉轮廓中的峰值和谷值之间的差。44.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的力或扭矩的幅度。45.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的斜率。46.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的所述输入控件的位置范围。47.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的峰值。48.根据权利要求39所述的计算机辅助设备，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的谷值。49.一种方法，包括：检测输入控件的位置；响应于确定所检测的位置处于沿着所述输入控件的第一自由度的第一区域中，基于触觉轮廓向所述输入控件施加第一力或扭矩；以及基于所检测的位置处于所述第一区域中的时间量，修改所述触觉轮廓的一个或多个属性。50.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性的修改将所述第一力或扭矩改变为第二力或扭矩。51.根据权利要求49所述的方法，还包括：
引起所述第一力或扭矩的振荡。52.根据权利要求51所述的方法，其中所述振荡的幅度随时间减小。53.根据权利要求51所述的方法，其中所述振荡的初始幅度基于所述触觉轮廓中的峰值和谷值之间的差。54.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性包括所述触觉轮廓中的力或扭矩的幅度。55.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的斜率。56.根据权利要求49所述的方法，其中所述一个或多个属性包括与所述触觉轮廓相关联的所述输入控件的位置范围。57.根据权利要求49所述的方法，其中所述一种或多种属性包括所述触觉轮廓中的峰值。58.根据权利要求49所述的方法，其中所述一种或多种属性包括所述触觉轮廓中的谷值。59.一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，当由一个或多个处理器执行时，所述多个机器可读指令适于促使所述一个或多个处理器执行根据权利要求15-28、34-38和49-58中任一项所述的方法。

技术总结
为器械提供触觉障碍的系统和方法包括计算机辅助设备。该计算机辅助设备包括握持输入控件、被配置为支撑器械的可重新定位臂以及一个或多个处理器。一个或多个处理器被配置为：检测握持输入控件在自由度的第一方向上的位置，该自由度具有第一区域、第二区域以及在第一区域和第二区域之间的第三区域；响应于确定所检测的位置处于第一区域中，根据第一模式来操作器械；响应于确定所检测的位置处于第三区域中，提供触觉障碍以抵抗握持输入控件移动通过第三区域；以及响应于确定所检测的位置处于第二区域中，根据第二模式来操作器械。根据第二模式来操作器械。根据第二模式来操作器械。


技术研发人员：阿格拉瓦尔 H-H
受保护的技术使用者：直观外科手术操作公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/9/16