阅读说明：本技术 具有夹持连杆的用户界面装置 (User interface device with clamping link ) 是由 J.萨瓦尔 A.A.L.沈 于 2018-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明题为“具有夹持连杆的用户界面装置”。本发明描述了用于操纵外科机器人系统中的机器人外科工具的用户界面装置。用户界面装置可包括装置主体,所述装置主体含有跟踪传感器以响应于所述装置主体的移动而生成空间状态信号。所述空间状态信号可用于控制外科机器人系统致动器的空间运动。若干夹持连杆可枢转地联接到所述装置主体。夹持连杆位移传感器可监测所述夹持连杆相对于所述装置主体的移动,并且响应于所述移动而生成夹持信号。所述夹持信号可用于控制安装在所述外科机器人系统致动器上的机器人外科工具的夹持运动。还描述并要求保护其他实施方案。(The invention provides a user interface device with a clamping link. A user interface device for manipulating a robotic surgical tool in a surgical robotic system is described. A user interface device may include a device body containing a tracking sensor to generate a spatial status signal in response to movement of the device body. The spatial state signal may be used to control spatial movement of a surgical robotic system actuator. A number of clamp links are pivotably coupled to the device body. A clamp link displacement sensor may monitor movement of the clamp link relative to the device body and generate a clamp signal in response to the movement. The clamp signal may be used to control a clamping motion of a robotic surgical tool mounted on the surgical robotic system actuator. Other embodiments are also described and claimed.)

具有夹持连杆的用户界面装置

技术领域

公开了与机器人系统相关的实施方案。更具体地讲，公开了与外科机器人系统和对应用户界面装置相关的实施方案。

背景技术

内窥镜外科手术涉及检查患者身体并且使用内窥镜和其他外科工具在身体内执行外科手术。例如，腹腔镜外科手术可使用腹腔镜进入腹腔并查看腹腔。可使用手动工具和/或具有机器人辅助工具的外科机器人系统执行内窥镜外科手术。

可由外科医生远程地操作外科机器人系统以控制位于手术台处的机器人辅助工具。外科医生可使用位于手术室中的计算机控制台，或其可位于不同城市中，以命令机器人操纵安装在手术台上的外科工具。机器人控制的外科工具可为安装在机器人臂上的抓钳。因此，可由远程外科医生控制外科机器人系统以在机器人手术期间抓取组织。

外科机器人系统的控制可能需要来自外科医生的控制输入。例如，外科医生可在其手中握持用户输入装置（诸如操纵杆或计算机鼠标），该外科医生操纵该用户输入装置以生成控制命令的信号，这些控制命令控制外科机器人系统部件（例如机器人系统的致动器、机器人臂和/或外科工具）的运动。

发明内容

现有用户输入装置包括用于命令外科机器人系统的手动控制器。手动控制器可包括夹持件，外科医生操纵该夹持件以远程地命令联接到外科工具的致动器的运动。此外，外科医生可操纵夹持件的手柄以命令外科工具的钳口。然而，现有手动控制器不允许精确的手指操纵，诸如夹持件的旋转、滚动或扭转。现有手动控制器不向外科医生提供与钳口夹持构型（例如，钳口是处于闭合构型还是打开构型）相关的触觉反馈。此外，现有手动控制器不能够将钳口锁定在适当位置，并且可能需要外科医生对夹持手柄施加恒定夹持力。因此，现有手动控制器所命令的移动的灵巧度和精确度可受限制，并且现有手动控制器可引起用户疲劳。

提供了用于操纵外科机器人系统中的机器人外科工具的用户界面装置，该用户界面装置可提供用于控制机器人致动器和/或机器人外科工具的高度灵巧、精确的移动的命令信号。在一个实施方案中，用户界面装置包括联接到装置主体的若干个（例如，至少三个）夹持连杆。每个夹持连杆可包括枢转地联接到装置主体的夹持曲柄、在装置主体上方滑动的滑块、以及枢转地联接在夹持曲柄与滑块之间的从动件臂。因此，可将夹持曲柄紧捏在用户手指之间以改变装置主体上的滑块的位置。可通过夹持连杆位移传感器来测量滑块的位置以生成用于操纵外科机器人系统的机器人外科工具的夹持运动的夹持信号。用户界面装置还可包括跟踪传感器，例如，用于响应于装置主体的移动而生成空间状态信号（例如，输入姿态信号）的六自由度电磁***（例如其装置主体上）。一个或多个处理器可使用空间状态信号来控制外科机器人系统的致动器或机器人外科工具的空间运动。因此，用户界面装置可用于控制机器人致动器和/或机器人外科工具的高度灵巧、精确的移动。

在一个实施方案中，具有夹持连杆的用户界面装置包括双稳态闩锁机构。当完全向内紧捏夹持连杆时，双稳态闩锁机构可将夹持连杆保持在闭合位置中。一旦夹持连杆处于闭合位置，就可通过再次向内紧捏夹持连杆而将夹持连杆从闭合位置释放并且向外延伸到打开位置。双稳态闩锁机构允许用户将机器人外科工具的抓钳保持在完全闭合位置中，而不需要用户不断紧捏用户界面装置。因此，结合在用户界面装置中的双稳态闩锁机构降低了操作者将经历手疲劳的可能性。

以上发明内容不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以设想，本发明包括可利用以上总结的各个方面的所有合适组合来实施的所有系统和方法，以及以下

具体实施方式

中所公开及随本申请一同提交的权利要求书中特别指出的那些系统和方法。此类组合具有未在以上发明内容中明确叙述的特定优点。

附图说明

本发明的实施方案在附图中是以示例的方式而不是以限制的方式来示出的，在附图中，类似的附图标记指示类似的元件。应当注意，本公开中对本发明的“一个”实施方案的提及并不一定指同一实施方案，并且它们表示至少一个实施方案。另外，为了简明及减少附图总数的目的，可使用给定附图来示出本发明的不止一个实施方案的特征，并且对于给定实施方案而言可能不需要附图中的所有元件。

图1是根据一个实施方案的手术场所中的示例外科机器人系统的图示视图。

图2是根据一个实施方案的处于打开构型的用户界面装置的透视图。

图3是根据一个实施方案的处于打开构型的用户界面装置的侧视图。

图4是根据一个实施方案的处于打开构型的用户界面装置的端视图。

图5是根据一个实施方案的处于打开构型的用户界面装置的、沿图4的线5-5截取的剖视图。

图6是根据一个实施方案的处于闭合构型的用户界面装置的透视图。

图7是根据一个实施方案的用户界面装置的双稳态闩锁机构的透视图。

图8是根据一个实施方案的用户界面装置的若干触敏表面的侧视图。

图9是根据一个实施方案的处于闭合构型的用户界面装置的、沿图6的线9-9截取的剖视图。

图10是根据一个实施方案的使用用户界面装置来控制外科机器人系统的方法的流程图。

图11是根据一个实施方案的使用用户界面装置来控制外科机器人系统的方法的流程图。

图12是根据一个实施方案的外科机器人系统的计算机部分的框图。

图13是根据一个实施方案的被手持的处于打开构型的用户界面装置的透视图。

具体实施方式

实施方案描述了用于提供控制机器人系统所使用的命令信号的用户界面装置(UID)。机器人系统可为外科机器人系统。然而，UID信号可用于控制其他系统，诸如介入性心脏病学系统、视觉系统或飞机系统，仅举几种可能的应用。

在各种实施方案中，参照附图进行描述。然而，可在不使用一个或多个这些具体细节或与其他已知的方法和构型相结合的情况下实施某些实施方案。在以下的描述中，为了提供实施方案的透彻理解而阐述了许多具体细节，诸如具体构型、尺寸和工艺。在其他情况下，为了避免不必要地使本说明书变得不清楚，没有对熟知的工艺和制造技术进行特别详细的描述。在整篇说明书中对“一个实施方案”、“实施方案”等的提及意指所述特定特征、结构、配置或特性包括在至少一个实施方案中。因此，整篇说明书的各个不同地方出现的短语“一个实施方案”或“实施方案”等不一定都指同一实施方案。此外，特定特征、结构、构型或特性可以以任何合适的方式结合在一个或多个实施方案中。

整篇说明书中相关术语的使用可表示相对位置或方向。例如，“远侧”可指示远离参考点（例如，远离用户）的第一方向。类似地，“近侧”可指示沿与第一方向相反的第二方向（例如朝向用户）的位置。提供此类术语是为了确立相对参考框架，但是此类术语并非旨在将UID的使用或取向局限于下文各种实施方案中所述的具体构型。

在一个方面，用于操纵外科机器人系统中的机器人外科工具的UID包括若干夹持连杆，这些夹持连杆可用手指握持并***纵以提供外科机器人系统的机器人外科工具的高度灵巧、精确的移动。可将这些夹持连杆安装在装置主体上，该装置主体含有跟踪传感器以生成输入信号，该输入信号用于控制使机器人外科工具移动的致动器的移动。可将这些夹持连杆紧捏在打开位置与闭合位置之间，并且机器人外科工具可进行对应移动。例如，机器人外科工具可包括抓钳，并且抓钳的钳口可在打开位置与闭合位置之间移动以抓取组织。在闭合位置中，夹持连杆可锁定到闩锁位置中，因此抓钳的钳口可保持闭合而不需要用户持续紧捏夹持连杆。因此，UID可用于提供机器人外科工具的高度灵巧且精确的控制。

参见图1，这是手术场所中的示例外科机器人系统100的图示视图。机器人系统100包括用户控制台120、控制塔130以及外科机器人平台111（例如，台、床等）处的一个或多个外科机器人臂112。系统100可结合用于对患者102执行外科手术的任何数量的装置、工具或附件。例如，系统100可包括用于执行外科手术的一个或多个外科工具104。外科工具104可为附接到外科臂112的远侧端部的端部执行器，以便执行外科手术。

每个外科工具104可在外科手术期间手动地操纵、通过机器人操纵或两者兼有。例如，外科工具104可为用于进入、查看或操纵患者102的内部解剖结构的工具。在一个实施方案中，外科工具104是可抓取患者102的组织的抓钳。外科工具104可由床边操作者106手动操作；或其可经由与之附接的外科机器人臂112的致动移动，通过机器人操纵。机器人臂112被示出为在台上安装的系统，但是在其他构型中，臂112可被安装在手推车、天花板或侧壁中或另一种合适的结构支撑件中。

一般来讲，远程操作者107（诸如外科医生或其他操作者）可使用用户控制台120来远程地操纵臂112和/或外科工具104（例如，通过远程操作）。用户控制台120可位于与系统100的其余部分相同的手术室中，如图1所示。然而在其他环境中，用户控制台120可位于相邻或附近的房间中，或其可在远程位置（例如，在不同的建筑物、城市或国家中）。用户控制台120可包括座椅122、用脚操作的控件124、一个或多个手持式用户界面装置、UIDS 126和至少一个用户显示器128，所述至少一个用户显示器被配置为显示例如患者102体内的外科手术部位的视图。在示例用户控制台120中，远程操作者107坐在座椅122中并查看用户显示器128，同时操纵用脚操作的控件124和手持式UID 126以便远程地命令臂112并操纵外科工具104（其安装在臂112的远侧端部上）。用脚操作的控件124可为脚踏开关，诸如七个踏板，其在被致动时生成运动控制信号。用户控制台120可包括一个或多个附加界面装置（图12），诸如键盘或操纵杆，以接收手动输入，从而命令用户控制台120或外科机器人系统100的操作。

在一些变型中，床边操作者106还可在“床上方”模式下操作系统100，其中床边操作者106（用户）此时在患者102的一侧并同时地例如利用握持在一只手中的手持式UID 126来操纵机器人驱动的工具（附接到臂112的端部执行器）并操纵手动式腹腔镜工具。例如，床边操作者的左手可操纵手持式UID 126以命令机器人部件，而床边操作者的右手可操纵手动式腹腔镜工具。因此，在这些变型中，床边操作者106可同时对患者102执行机器人辅助微创外科手术和手动腹腔镜外科手术。

在示例规程（外科手术）期间，以无菌的方式为患者102进行术前预备并且覆上盖布以实现麻醉。可在机器人系统100的臂处于收起构型或抽出构型时手动地执行向外科手术部位的初始进入（以便于进入外科手术部位）。一旦完成进入，便可执行机器人系统（包括其臂112）的初始定位或准备。接下来，外科手术继续如下进行：用户控制台120处的远程操作者107利用用脚操作的控件124和UID 122来操纵各种端部执行器和可能的成像系统以执行外科手术。还可由穿无菌手术衣的床边人员（例如，床边操作者106）在手术床或手术台处提供手动辅助，该床边人员可对一个或多个机器人臂112执行诸如牵开组织、执行手动重新定位以及工具更换等任务。还可以存在非无菌人员以在用户控制台120处协助远程操作者107。当规程或外科手术完成时，系统100和/或用户控制台120可被配置或设定为处于某状态以便于术后规程，诸如经由用户控制台120来进行的清洁或灭菌以及保健记录输入或打印输出。

在一个实施方案中，远程操作者107保持并移动UID 126以提供输入命令，从而移动机器人系统100中的机器人臂致动器114。UID 126可例如经由控制台计算机系统110来通信地联接到机器人系统100的其余部分。UID 126可生成与UID 126的移动相对应的空间状态信号，例如UID的手持式外壳的位置和取向，并且空间状态信号可为用于控制机器人臂或工具致动器114的运动的输入信号。例如，跟踪传感器可生成输入姿态信号以便控制对应外科工具的空间运动。机器人系统100可使用源自空间状态信号的控制信号来控制致动器114的成比例的运动。在一个实施方案中，一个或多个处理器（例如控制台计算机系统110的控制台处理器）接收空间状态信号并生成对应控制信号。基于这些控制信号（其控制致动器114如何被通电以移动臂112的区段或链节），附接到臂的对应外科工具的移动可模拟UID126的移动。类似地，远程操作者107与UID 126之间的交互可生成例如夹持控制信号，该夹持控制信号使外科工具的抓钳的钳口闭合并夹持患者102的组织。例如，所述一个或多个处理器可被配置为基于输入姿态信号和夹持信号中的至少一者来控制外科工具，如下所述。

或者，可提供UID 126的运动以控制外科机器人系统100的其他方面。例如，手指离合器所检测的手势可生成离合器信号以暂停致动器114和对应外科工具104的运动。例如，当用户用手指触摸UID 126的手指离合器时，手指离合器可生成离合器信号，并且离合器信号可为输入信号以暂停致动器114的运动。类似地，一个或多个电容感测垫可位于UID 126上，并且用户可触摸电容感测垫以命令内窥镜的相机视图、用户控制台120的显示器上的光标等，同时执行诊断、外科、腹腔镜或微创外科手术或者另一种机器人手术。

外科机器人系统100可包括若干UID 126，其中对每个UID生成相应控制信号，这些控制信号控制相应臂112的致动器和外科工具（端部执行器）。例如，远程操作者107可移动第一UID 126以命令左机器人臂中的致动器114的运动，其中致动器通过移动该臂112中的连杆、齿轮等来作出响应。类似地，远程操作者107对第二UID 126的移动能命令另一个致动器114的运动，继而移动机器人系统100的其他连杆、齿轮等。机器人系统100可包括固定到患者右侧的床或台上的右臂112，以及处于患者左侧的左臂112。致动器114可包括一个或多个电机，所述一个或多个电机受到控制，使得它们驱动臂112的接头的旋转，以便例如相对于患者改变附接到该臂的外科工具的内窥镜或抓钳的取向。相同臂112中的若干致动器114的运动可受到由特定UID 126生成的空间状态信号的控制。UID 126还可命令相应外科工具抓钳的运动。例如，每个UID 126可生成相应夹持信号以控制致动器（例如，线性致动器）的运动，该运动在外科工具的远侧端部处打开或闭合抓钳的钳口以夹持患者102体内的组织。

在一些方面，平台111与用户控制台120之间的通信可通过控制塔130，该控制塔可将从用户控制台120（且更具体地从控制台计算机系统110）接收到的用户命令翻译成机器人控制命令，然后将机器人控制命令传输到机器人平台111上的臂112。控制塔130还可将来自平台111的状态和反馈传输回用户控制台120。机器人平台111、用户控制台120和控制塔130之间的通信连接可使用多种数据通信协议中的任何合适数据通信协议经由有线和/或无线链路来进行。任何有线连接可任选地内置到手术室的地板和/或墙壁或天花板中。机器人系统100可将视频输出提供到一个或多个显示器，包括在手术室内的显示器以及可经由互联网或其他网络访问的远程显示器。视频输出或馈送还可以被加密以确保隐私，并且全部或部分视频输出可以被保存到服务器或电子保健记录系统。

应当理解，图1中的手术室场景是示例性的，并且可能无法准确地表示某些医疗实践。

参见图2，根据一个实施方案示出了处于打开构型的用户界面装置的透视图。UID126可包括供用户（例如远程操作者107）握持的夹持结构。例如，UID 126可包括从定位在中心的装置主体204向外延伸的若干夹持连杆202。用户可将夹持连杆202的部分握持在若干手指之间，并且在工作空间内移动UID 126。工作空间可为用户的触及范围。

在一个实施方案中，装置主体204在纵向方向上沿中心轴线206延伸。例如，装置主体204可从近侧端部208纵向地延伸，当用户握持夹持连杆时，该近侧端部通常凹入用户107的手内。装置主体204可延伸到具有面向前面的表面的远侧端部210。装置主体204可被分段成若干部分。装置主体204的远侧部分可包括装置头部212，该装置头部具有围绕中心轴线206延伸的外表面。装置头部212的外表面可为圆柱形的，并且可围绕腔体。装置头部212内的腔体可接收用于跟踪UID 126的移动的跟踪传感器214。更具体地讲，跟踪传感器214可安装在装置主体204内。跟踪传感器214可固定到装置头部212，因此跟踪传感器214可经历与装置头部212相同的移动。

如下所述，跟踪传感器214可被配置为跟踪UID 126的装置主体的移动并且生成输入空间状态信号以控制外科工具的运动。可响应于装置主体204的移动而生成输入空间状态信号。跟踪传感器214可在用户107移动UID 126时检测装置主体204的位置和/或取向，并且所检测的位置和/或取向可与外科机器人系统100的控制相关联。例如，跟踪传感器214可检测工作空间内的装置主体204的若干自由度中的运动，例如在一个或多个方向上的平移、围绕一个或多个轴线的旋转或相对于一个或多个轴线的倾斜。跟踪传感器214可包括加速度计和/或陀螺仪或其他惯性传感器。跟踪传感器214可包括六自由度位置传感器。例如，位置传感器可为包括部件（例如，线圈）的电磁跟踪传感器，这些部件具有对周围磁场作出响应并且可例如由跟踪系统测量的参数以确定传感器的位置或取向。跟踪传感器214可包括光学***部件，该光学***部件具有可在图像中识别的标记图案以确定传感器的位置或取向。跟踪系统可结合到用户控制台120中，并且可通过有线或无线链路连接到跟踪传感器214。所检测到的UID 126在工作空间内的移动可引起外科机器人系统100的端部执行器或工具的对应移动，诸如夹持运动或抓取运动，例如抓钳的抓取移动或钳口的夹持移动。

由远程操作者107操作以命令外科工具104和/或臂112的UID 126可符合人体工程学。例如，UID 126可包括彼此成一定角度从中心轴线206径向向外延伸的若干（例如，至少三个）夹持连杆202。因此，用户107可将夹持连杆202舒适地握持在伸展拇指、食指和中指之间。每个夹持连杆可包括夹持曲柄216，该夹持曲柄具有待由用户107的手指按压的外部夹持表面。夹持曲柄216可在对应枢轴（图5）处枢转地联接到装置主体204，使得用户107的手指向夹持曲柄216施加的压力可使夹持曲柄216径向向内朝装置主体204移动。例如，夹持连杆202可在近侧端部208附近连接到装置主体204。

夹持曲柄216的移动可引起夹持连杆202的其他部件的移动。每个夹持连杆202可为滑块-曲柄机构，并且夹持连杆202可具有连接到装置主体204的接地端（夹持曲柄216的枢轴）。每个夹持连杆202可包括从动件臂218，该从动件臂在对应枢轴处枢转地联接到夹持曲柄216。此外，从动件臂218可从夹持曲柄216径向向内延伸到滑块220。从动件臂218可在对应枢转接头处枢转地联接到滑块220。夹持曲柄216可在枢转接头处接地至装置主体204，而滑块220可以可滑动地联接到装置主体204。

参见图3，根据一个实施方案示出了处于打开构型的用户界面装置的侧视图。滑块220可以可滑动地联接到装置主体204的轴部分。轴部分可包括主体表面302，并且滑块220可安装在主体表面302上。作为示例，滑块220可为具有内部通道的套环，该内部通道包括比主体表面302的外轮廓略大的横截面轮廓。套环可具有主体表面302上方的滑动配合件以在滑块主体接头处将滑块220连接到装置主体204。因此，滑块220可沿中心轴线206在装置主体204的远侧端部210与近侧端部208之间移动。

夹持连杆202可共用相同滑块220。例如，夹持机构可具有三个或更多个互连的夹持连杆202的阵列。互连的夹持连杆202可具有在相应接地端处连接到装置主体204的相应夹持曲柄216，并且夹持连杆202可具有连接到相同滑块220的相应从动件臂218。因此，当夹持曲柄216中的一个夹持曲柄径向向内朝装置主体204移动时，对应夹持连杆202可朝远侧推动滑块220以将其他夹持曲柄216朝装置主体204拉动。即，夹持连杆202可互连，使得任何一个夹持曲柄216的致动都会引起所有夹持曲柄216的致动以及滑块220的对应移动。

滑块220的运动可受到偏压元件304的对抗。偏压元件304可具有能够相对于彼此移动的第一端部306和第二端部308。偏压元件可为被动或主动元件。例如，偏压元件304可为被动元件，诸如具有相对于彼此移动的端部的复位弹簧。复位弹簧可为压缩弹簧或张紧弹簧，具体取决于弹簧的安装位置。例如，复位弹簧的端部可朝彼此移动（例如，就压缩弹簧而言此时弹簧储存能量，或就张紧弹簧而言此时弹簧释放能量）以及远离彼此移动（例如，就压缩弹簧而言此时弹簧释放能量，或就张紧弹簧而言此时弹簧储存能量）。复位弹簧可预加载在装置主体204与滑块220之间。例如，偏压元件304的第一端部306可压靠或以其他方式连接到装置头部212的近侧表面，并且第二端部308可压靠或以其他方式连接到滑块220的远侧表面。偏压元件304可使滑块220朝向和/或远离第一端部306移动。例如，当偏压元件304是压缩弹簧并且用户107已将夹持曲柄216紧捏到闭合位置时，如果用户107释放夹持曲柄216，则偏压元件304可展开以朝近侧推动滑块220并且迫使夹持曲柄216径向向外朝向打开位置。类似地，当偏压元件304是安装在滑块220的近侧表面与近侧端部208之间的张紧弹簧时，偏压元件304可将滑块220从处于夹持连杆202的闭合构型的行程终点位置拉动到处于夹持连杆202的打开构型的打开位置。更具体地讲，当用户107从闭合位置释放夹持曲柄216时，偏压元件304可迫使滑块220和夹持连杆202到达打开位置。

在一个实施方案中，偏压元件304是主动元件，诸如具有连接到装置主体204的第一端部306和连接到滑块220的第二端部308的线性致动器。线性致动器可包括安装在UID126磁芯中的线性电机。线性电机可朝向或远离彼此驱动第一端部306和第二端部308以使滑块220相对于装置头部212朝远侧和朝近侧移动。如上文针对复位弹簧所述，当用户107将夹持曲柄216从闭合位置释放时，线性致动器可对滑块220施加恢复力，以使滑块220和夹持连杆202朝打开位置移动。此外，线性致动器可向用户107提供力反馈。向用户提供的力反馈或运动可为与向靶组织部位施加的夹持力相对应的触感反馈机制，例如触觉反馈。通过驱动靠向滑块220，线性致动器可给予用户107这样的感觉：夹持曲柄216正紧捏在某物上。更具体地讲，线性致动器可提供阻力以模拟用户107例如使用钳子手动紧捏患者102的组织时用户将感受到的阻力。线性致动器可以以一定量的力驱动夹持曲柄216靠向用户的手指，以指示用户向组织施加的力的量。因此，用户107可基于线性致动器通过夹持连杆202向用户的手指施加的反作用力来获知器械向组织施加的力有多大。

参见图4，根据一个实施方案示出了处于打开构型的用户界面装置的端视图。每个夹持曲柄216可沿着相应平面402从装置主体204延伸。平面402可纵向地延伸并且沿着平行于中心轴线206的线相交。例如，平面402可沿着中心轴线206相交。在一个实施方案中，夹持连杆202围绕中心轴线206旋转对称。因此，平面402围绕中心轴线206可为等角的。作为示例，如图4所示，当UID 126包括六个夹持连杆202的圆形阵列时，夹持连杆202可沿着六个平面402分布，这六个平面彼此沿圆周分开60度的角度，因此夹持结构是相对于中心轴线206的径向对称机构。

UID 126的夹持连杆202可分成对称组。在一个实施方案中，夹持结构包括围绕中心轴线206均匀分布的第一组夹持连杆404。更具体地讲，第一组夹持连杆404可为三个或更多个夹持连杆202的第一圆形阵列。当第一组包括三个夹持连杆202时，每个夹持连杆202的相应夹持曲柄216可沿着与其他平面402分开120度的相应平面402延伸。UID 126可包括第二组夹持连杆406。第二组夹持连杆406可围绕中心轴线206均匀分布。第二组夹持连杆406可为三个或更多个夹持连杆202的第二圆形阵列，并且第二圆形阵列可相对于第一组夹持连杆404的第一圆形阵列交替地相对于中心轴线206定位。更具体地讲，第二组的每个夹持曲柄216可在第一组的一对相邻夹持曲柄216之间延伸。因此，第二组406包括在第一组夹持连杆404的相应平面402之间从装置主体204延伸的至少一个夹持曲柄216。如下所述，每组夹持连杆可生成用于控制外科机器人系统100的不同非夹持功能的信号。然而当用户107紧捏在任何夹持曲柄216上时，这些组可协调地打开和闭合以生成控制外科机器人系统100的夹持功能的信号。即，当用户107紧捏夹持曲柄216时，夹持连杆202可朝闭合位置移动并且滑块220沿着中心轴线206的位置可改变。滑块位置的改变可被检测为输入以引起夹持器控制信号的对应输出。

参见图5，根据一个实施方案示出了处于打开构型的用户界面装置的、沿图3的线5-5截取的剖视图。UID 126的每个夹持连杆202可为由公共滑块220互连的滑块-曲柄机构。如上所述，夹持曲柄216可在装置-曲柄接头502处连接到近侧端部208附近的装置主体204。装置-曲柄接头502可为具有单自由度（围绕枢轴线旋转）的旋转接头504以允许夹持曲柄216相对于中心轴线206径向向内地以及径向向外地枢转。从动件臂218可桥接在夹持曲柄216与滑块220之间。更具体地讲，从动件臂218可在从动件-曲柄接头506处连接到夹持曲柄216，并且从动件臂218可在从动件-滑块接头508处连接到滑块220。与装置-曲柄接头502一样，从动件-曲柄接头506和从动件-滑块接头508可为旋转接头504以允许从动件臂218相对于中心轴线206枢转并改变角度。例如，当从动件臂218枢转到更平行于中心轴线206的取向中时，滑块220可沿着装置主体204的主体表面302朝远侧推进。相比之下，当从动件臂218枢转到增大中心轴线与臂218的长度之间的角度的取向中时，滑块220可沿着主体表面302朝近侧推进。

主体表面302可为装置轴516的外表面。装置轴516可为在装置头部212与近侧端部208之间延伸的装置主体204的圆柱形轴部分。装置轴516可沿着中心轴线206延伸，因此主体表面302可围绕中心轴线206延伸。滑块220可包括围绕中心轴线206延伸的套环。滑块220与主体表面302之间的界面可为棱柱接头514。更具体地讲，滑块220可在滑块-主体接头512处连接到主体表面302，并且滑块-主体接头512可为棱柱接头514。滑块220围绕中心轴线206的旋转可受到从动件臂218的限制，因此滑块220可具有沿着中心轴线206的单自由度（轴向）。

可监测滑块220沿着中心轴线206的位移。在一个实施方案中，UID 126包括夹持连杆位移传感器518。位移传感器518可为位移检测传感器以检测和/或测量滑块220在主体表面302上方的位置或运动。例如，夹持连杆位移传感器518可为朝滑块220的远侧表面发出辐射能量的光学位移传感器。夹持连杆位移传感器518可检测从远侧表面反射的能量。该传感器可基于所接收的能量来确定滑块220的远侧表面与装置头部212之间的纵向距离。更具体地讲，夹持连杆位移传感器518可使用光学感测技术来确定主体表面302上的滑块220的轴向位置。其他传感器类型可用于确定装置轴516上的滑块220的轴向位置。夹持连杆位移传感器518可被配置为基于滑块220的位移或位置来生成输出信号。考虑到滑块220移动对应于夹持曲柄216的移动，该输出信号可称为夹持信号，该夹持信号可响应于夹持连杆202的移动而生成。因此，当用户107紧捏夹持连杆202时，可生成夹持信号并将其输出到外科机器人系统101以控制外科工具104的一部分（例如，抓钳的钳口）的移动。夹持连杆位移传感器518可电连接到安装在装置主体204内的其他电子器件。例如，装置主体204内的电源可对夹持连杆位移传感器518供电。类似地，夹持连杆位移传感器518可将数据传送到安装在装置主体204内的UID处理器520。UID处理器520可处理传感器数据并且将对应信号（例如，夹持信号）传送到计算机系统110。

UID 126可包括内部体积以接收各种电子器件（包括UID处理器520）。UID处理器520可包括用于模拟和数字信号处理的电路（包括用于与电容传感器对接的感测放大器电路和模数转换电路）以及逻辑电路（包括可编程逻辑或可编程数字处理器）。UID处理器520可安装在具有各种传感器端子的印刷电路板上以将UID处理器520连接到装置传感器，例如跟踪传感器214或夹持连杆位移传感器518。电池可安装在印刷电路板上以对UID 126的电子部件供电。电线（未示出）可沿着中心轴线206延伸穿过UID 126的每个部件的中心孔以连接到UID处理器520。例如，电线可沿着中心轴线206从跟踪传感器214或夹持连杆位移传感器518延伸穿过装置轴516和装置头部212以附接到UID处理器520或印刷电路板上的端子。UID处理器520可电连接到其他传感器，例如导电垫或手指离合器（图8）。电线可将电容信号传导到UID处理器520，该UID处理器可相当于接地端子。接地端子可位于UID处理器520或印刷电路板上。因此，UID处理器520可被配置为检测导电垫或手指离合器的电容变化以触发下述功能。

参见图6，根据一个实施方案示出了处于闭合构型的用户界面装置的透视图。当用户107将夹持曲柄216紧捏到闭合位置时，夹持曲柄216的面向横向的表面可彼此邻接。邻接的夹持曲柄可具有组合形成大致球状外轮廓的外表面。更具体地讲，限定夹持曲柄216的外表面的外封套可具有一个或多个倒圆或球状表面轮廓。例如，封套可为大致卵形或蛋形，或其可为椭圆体。在闭合构型中，UID 126可具有由位于每个夹持曲柄216上的脊弧组合形成的圆周脊602。脊602可提供触觉基准点，即指示已知夹持位置的特征。即，脊602可为供用户夹持的参考特征。

处于闭合构型的夹持曲柄216的封套可包括具有围绕中心轴线206回转的表面轮廓的回转表面。在一种情况下，封套限定椭圆体，并且中心轴线206可为椭圆体的纵轴或长轴。与脊602背面的封套的一部分相比，圆周脊602前方的封套的一部分可更短并且具有渐变性更小的轮廓或锥度。因此，封套的远侧部分和近侧部分可具有不同曲率半径，这些曲率半径从UID 126的中心轴线206与横向平面相交的点测得，脊602以闭合构型定位在该横向平面上。这种轮廓可为用户107提供舒适的夹持表面。此外，由处于闭合构型的夹持曲柄216的组合外表面提供的回转表面对于手指操纵来说可能更好。即，当UID 126闭合时，回转表面允许UID 126在用户107的手指之间滚动，以生成控制机器人臂112的端部执行器和/或外科工具104的夹持器钳口的扭转运动的信号。因此，处于闭合构型的UID 126的回转表面实现了外科机器人系统100的高度灵巧、精确的移动以及控制。

UID 126也能在处于打开或部分闭合构型时提供高度灵巧、精确的移动。夹持曲柄216的弯曲外表面可在处于所有构型时在用户的手指之间滚动，从而可提供舒适的夹持表面。

参见图7，根据一个实施方案示出了用户界面装置的双稳态闩锁机构的透视图。用户107可能需要在执行外科手术的同时将夹持曲柄216在闭合位置处保持一段时间。例如，用户107可能需要在延长的时间段内将外科工具的夹持器钳口锁定在闭合状态。为了防止手疲劳，UID 126可包括双稳态闩锁机构702以将夹持曲柄216锁定在闭合位置中，直到用户107准备好往回朝解锁状态（例如，打开位置）释放这些夹持曲柄。

UID 126可在内部结合双稳态闩锁机构702。例如，双稳态闩锁机构702的部件可介于滑块220的内表面与装置主体204的外表面（例如，装置轴516）之间。因此，图7可为局部剖视图以揭示滑块220的内表面下方的装置主体204的外表面。

双稳态闩锁机构702可结合推-退机构(push-push mechanism)。当夹持曲柄216完全闭合、然后松开时，推-退机构可将夹持连杆202锁定在闭合构型中。当夹持曲柄216再次从闭合构型完全闭合、然后释放时，推-退机构可解锁夹持连杆202以将UID 126释放到打开构型。因此，双稳态闩锁机构702可为紧捏以锁定且再次紧捏以释放的机构。

在一个实施方案中，双稳态闩锁机构702可包括沿着凸轮706移动的凸轮从动件704。凸轮从动件704和凸轮706可结合到滑块220或装置主体204中。然而，凸轮从动件704和凸轮706可不结合在相同部件中，例如不同时结合在滑块220或装置主体204中。作为示例，凸轮706可集成在装置轴516中，并且凸轮从动件704可安装在滑块220上，该滑块骑跨在装置轴516上方。凸轮从动件704可位于滑块220的内表面与装置轴516的外表面之间。凸轮从动件704和凸轮706可相对于彼此移动。

凸轮从动件704可包括平行于中心轴线206延伸的纵向悬臂部分。凸轮从动件704还可包括叉臂部分，该叉臂部分从悬臂部分的一端径向向内朝中心轴线206延伸。该叉臂部分可延伸到凸轮706中。更具体地讲，凸轮706可包括装置轴516的外表面中所形成的凹槽，并且叉臂部分可位于凹槽内。

凸轮706的凹槽可沿着环形路径延伸。例如，该路径可具有凹槽的最近侧位置处的开闩位置708、凹槽的最远侧位置处的行程终点位置710、以及最近侧位置与最远侧位置之间的凹槽的位置处的闩锁位置712。该路径可在逆时针方向上从开闩位置708延伸到行程终点位置710，然后延伸到闩锁位置712。该路径继续在逆时针方向上沿着凹槽延伸，返回到开闩位置708处的起点。因此，该路径可为闭合路径。

当夹持连杆202在闭合构型与打开构型之间移动时，凸轮从动件704可围绕凹槽移动。例如，当用户107紧捏夹持连杆202时，凸轮从动件704可在开闩位置708、行程终点位置710和闩锁位置712之间移动。在打开构型中，在夹持曲柄216径向地延伸的情况下，凸轮从动件704的叉臂部分可位于凹槽的开闩位置708处。当用户107将夹持曲柄216夹紧在若干手指之间时，夹持曲柄216在打开构型（图2）与闭合构型（图6）之间朝装置主体204枢转。当UID126转变为闭合构型时，凸轮从动件704可沿着凹槽在开闩位置708与行程终点位置710之间移动。当用户107松开夹持曲柄216上的夹持而允许复位弹簧304使滑块220偏压时，夹持曲柄216远离装置主体204在闭合位置与锁定位置之间枢转。即，当凸轮从动件704从行程终点位置710移动到闩锁位置712时，夹持曲柄216径向向外移动到锁定位置。因此，与在锁定位置中相比，夹持曲柄216在闭合位置中可更接近中心轴线206。

当夹持曲柄216处于闭合位置或锁定位置中的任一位置时，夹持连杆202可处于闭合构型。夹持曲柄216从闭合位置向锁定位置的径向移动可忽略不计。例如，夹持曲柄216的外表面可组合以在闭合位置和锁定位置两者处形成椭圆体封套。然而，在锁定位置处，不需要用户107紧捏夹持曲柄216以保持夹持连杆202处于闭合构型。因此，当凸轮从动件704的叉臂处于闩锁位置712时，用户107可通过扭转或滚动夹持曲柄216来操纵UID 126。

为了使夹持曲柄216开闩，用户107可朝中心轴线206紧捏夹持曲柄216。在凸轮从动件704的叉臂部分处于闩锁位置712时夹持曲柄216的径向向内移动可迫使凸轮从动件704在逆时针方向上沿着凸轮706的凹槽移动。可迫使叉臂到达闩锁位置712远侧的第二行程终点位置714。当叉臂处于第二行程终点位置714时，夹持曲柄216可处于闭合位置。当夹持曲柄216从闭合位置松开时，凸轮从动件704可在第二行程终点位置714至开闩位置708之间跟随凹槽。

凸轮706中的凹槽的区段可处于不同高度以使凸轮从动件704在特定方向上偏压。例如，当凸轮从动件704到达第二行程终点位置714时，凹槽的底层可掉落以使凸轮从动件704掉落在第二行程终点位置714与开闩位置708之间的凹槽的区段上。当凸轮从动件704返回到开闩位置708时，夹持曲柄216可再次处于打开位置。与在锁定位置处相比，在打开位置处，夹持曲柄216离中心轴线206更远。即，与在打开位置处相比，夹持曲柄216在锁定位置处可更接近中心轴线206。

图7所示及上文所述的双稳态闩锁机构702包括提供夹持连杆202的双稳态闩锁的一种推-退机构。可使用其他推-退机构。在任何情况下，推-退机构可包括在用户107将夹持曲柄216紧捏到行程终点时将其自身锁定在闭合构型中的机构，并且当用户107再次紧捏该机构时，夹持曲柄216朝打开位置释放。

双稳态闩锁机构702可包括向用户107指示UID 126的状态的特征。例如，双稳态闩锁机构702可包括卡扣特征以指示凸轮从动件704已到达行程终点位置710。当凸轮从动件704的叉臂部分从更高的凹槽底层下降到行程终点位置710处的更低的凹槽底层时，可发出可听卡扣声音或与卡扣相关联的物理触觉振动。咔嗒声音或感觉可指示已到达行程终点位置710。于是用户107获知可释放夹持曲柄216以将UID 126锁定在闭合构型中。可在夹持曲柄216的其他位置处实现类似卡扣特征。例如，卡扣特征可在凸轮从动件704到达第二行程终点位置714时发出咔嗒声以向用户107指示UID 126被开闩并且夹持曲柄216可径向向外延伸。

为了使用外科器械执行外科手术，用户107可能需要获知外科工具的夹持器钳口何时完全闭合。例如，外科工具可为具有夹持器的针驱动器，并且闭合UID 126的夹持曲柄216可映射到器械钳口闭合。因此，当用户107感觉到来自卡扣特征的咔嗒声时，向用户107通知器械钳口已到达行程终点状态，例如完全夹持状态。

可使用上述线性致动器执行夹持连杆202的类似闩锁。例如，线性致动器可受到控制以在确定滑块220沿着装置轴516到达行程终点位置时停止致动。当用户107再次紧捏夹持曲柄216时，滑块220可推进到行程终点位置（这可由UID处理器520检测到），并且线性致动器可受到控制以使滑块220返回到更近侧的位置并允许夹持曲柄216径向向外展开。因此，可以机械方式和/或机电方式执行UID 126的双稳态闩锁。

参见图8，根据一个实施方案示出了用户界面装置的若干触敏表面的侧视图。UID126可包括若干触敏表面。触敏表面可包括响应于用户107的触摸而生成信号的电容元件和/或导电元件。因此，通过触摸UID 126上的预定位置，用户107可命令外科机器人系统100的特定功能。这些功能可为非夹持功能。

在一个实施方案中，UID 126包括离合器机构以使UID 126的移动与外科机器人系统100的控制解耦。离合器机构可称为手指离合器。手指离合器之所以这样称谓，是因为其可通过用户107的手指的触摸来致动。在一个实施方案中，手指离合器802可安装在装置主体204的一个区域（如虚线所指示）上或集成在该区域中。例如，装置头部212可包括手指离合器802。手指离合器802可包括装置头部212的触敏外表面，该触敏外表面允许用户107暂停由UID 126操纵的单独器械的远程操作。即，当用户107触摸手指离合器802时，该触摸可被检测为离合器输入。响应于离合器输入，可中断与跟踪传感器214所检测到的UID 126的移动相对应的控制信号。当离合器输入被移除时（当触摸结束时），UID 126的移动可再次引起外科机器人系统100的对应移动。即，当手指离合器802松开（例如通过从手指离合器802移除手指）时，可再次检测到UID移动并且该UID移动被输入到外科机器人系统100作为运动控制输入。

UID 126的手指离合器802可允许用户107在已达到工作空间的极限时将UID 126重新定位在工作空间内。例如，通过在保持UID 126的同时使臂在一定方向上从起始位置完全延伸，用户107可到达工作空间的极限，例如工作空间的边缘。为了将UID 126重新定位在工作空间内并允许工作空间边缘的方向上的附加移动，用户107可用食指触摸手指离合器802以使外科机器人系统100与UID 126的移动断开连接。然后用户107可将UID 126往回移动到工作空间内的起始位置，并且通过从手指离合器802抬高食指来松开外科机器人系统100。随后可通过移动UID 126来执行第一方向上的附加移动，从而操纵外科机器人系统100的运动。

参见图9，根据一个实施方案示出了处于闭合构型的用户界面装置的、沿图6的线9-9截取的剖视图。手指离合器802可包括安装在导电垫904上方的离合器盖902。导电垫904可围绕中心轴线206延伸。例如，中心轴线206可纵向地延伸，而导电垫904的外表面可跟随沿着与纵向轴线正交的横向平面的路径。该路径可完全围绕中心轴线206延伸，例如，横向平面上的轮廓可为圆形。或者，该路径可部分地围绕中心轴线206延伸，例如，该轮廓可为c形。在一个实施方案中，该轮廓在至少270度的角度范围内扫掠，其中该角度围绕中心轴线206测得。上述轮廓可为导电垫904的单一横向切片，并且在一个实施方案中，该轮廓的形状在导电垫904的长度内可相同。即，沿着导电垫904的长度截取的导电垫904的每个横向切片可为相同形状，例如就圆柱形导电垫904而言为圆形。

虽然未示出，但在一个实施方案中，电线可将一端的导电垫904接合到另一端的感测放大器电路的输入（装置主体204内的UID处理器520的部件）。感测放大器电路可产生根据电线上的信号而改变的感测信号。该信号可因导电垫904的电容基于用户手指与导电垫904的接近度或基于用户手指在导电垫904上方的装置头部212的触敏部分上的触摸改变而改变。UID处理器520可处理感测信号的数字化版本以确定导电垫904处是否已出现电容变化。UID处理器520可响应于检测到导电垫904的电容变化而生成离合器信号。可响应于导电垫904上的电容读数超过预定阈值而生成离合器信号。

导电垫904可位于跟踪传感器214的外表面与离合器盖902的内表面之间。相比之下，离合器盖902可包括向外面朝周围环境的外部触摸表面。当用户107的手指触摸离合器盖902的外部触摸表面时，该手指与导电垫904相隔离合器盖902的壁厚度。离合器盖902可由介电材料（例如，塑料）形成，因此当用户107的导电手指触摸外部触摸表面时，离合器盖902的壁两端的电容将改变。在另一个实施方案中，离合器盖902可由导电材料制成。壁的厚度可受到限制以确保电容的变化可检测。例如，内表面与外部触摸表面之间的离合器盖902的壁厚度可小于1mm。因此，离合器盖902和导电垫904在装置头部212处的中心轴线206上提供电容传感器。

仍参见图9，手指离合器802可位于UID 126的正常抓取区域之外。例如，手指离合器802可位于用户在正常操作期间握持的夹持曲柄216的外表面远侧。然而，当用户操纵UID126时，手指离合器802可在用户107的手指可触及的范围内。因此，在正常操作期间，用户107可伸展手指以触摸手指离合器802并将离合器信号传输到外科机器人系统100。

再次参见图8，附加触敏区域和电容传感器可用于命令UID的不同功能。在一个实施方案中，UID 126包括安装在夹持连杆202的夹持曲柄216上的至少一个夹持曲柄电容感测垫804。例如，夹持曲柄电容感测垫804可在脊602与夹持曲柄216的远侧末端之间包括夹持曲柄216的外表面。外表面的触敏区域可覆盖下层夹持曲柄电容感测垫804（图9）。更具体地讲，夹持曲柄电容感测垫804的构造可类似于上述手指离合器802的构造。此外，与手指离合器802一样，UID处理器520可电联接到夹持曲柄电容感测垫804以检测夹持曲柄电容感测垫804的电容变化。当UID处理器520检测到高于预定阈值的电容时，UID处理器520可生成对应控制信号。对应控制信号可用于控制外科机器人系统100的若干预定功能之一，如下所述。

UID 126高度灵巧且用手指操纵，并且存在用户107在外科手术期间掉落UID 126的可能性。出于安全原因，可使用联锁来防止UID 126掉落时的意外器械移动。例如，掉落检测传感器可响应于掉落时进入自由落体状态而生成掉落信号。掉落检测传感器可为跟踪传感器214，其可监测UID 126的移动。当跟踪传感器214检测到与掉落状态相对应的移动时，传感器生成联锁断开信号以暂停或断开UID 126与外科机器人系统100之间的联锁。

在一个实施方案中，UID处理器520响应于夹持曲柄电容感测垫804的电容值而生成的控制信号可用于控制UID 126与外科机器人系统100的各功能之间的联锁。更具体地讲，夹持曲柄电容感测垫804可用于检测用户107是否握持UID 126或UID 126是否已掉落。当用户107握持UID 126时，UID 126的移动可联锁到外科机器人系统100的移动，例如跟踪传感器214所检测到的UID 126的移动可转换为机器人臂112的对应移动。相比之下，当检测到UID 126的掉落状态时，可暂停或断开UID 126与外科机器人系统100移动之间的联锁。

UID处理器520可监测夹持曲柄电容感测垫804的电容以检测用户107是否握持UID126。UID处理器520可连续监测第一夹持曲柄216上的夹持曲柄电容感测垫804以及另一个夹持曲柄216上的一个或多个电容感测垫。例如，UID处理器520可监测夹持曲柄电容感测垫804以及第二夹持曲柄216上的第一电容感测垫806。响应于UID处理器520检测到一个或多个电容感测垫的电容在预定时间段内低于预定阈值，UID处理器520可确定UID 126处于掉落状态。例如，当电容在至少五毫秒内降到设定阈值以下时，UID处理器520可生成联锁断开信号。如本文所用，术语“联锁断开”可意指例如响应于不可接受的事件或动作而暂停外科机器人系统100的一部分的远程操作。UID 126可将联锁断开信号传输到外科机器人系统100以暂停机器人臂112和/或外科工具104的远程操作。

仍参见图8，UID 126可在每个夹持曲柄216的外表面上包括至少一个电容感测垫。至少一个夹持曲柄216可在外表面上具有若干电容感测垫。例如，夹持曲柄216可包括第一电容感测垫806、第二电容感测垫808和/或第三电容感测垫810。电容感测垫可顺序地安装或布置在夹持曲柄216的外表面上。例如，第一电容感测垫806可在外表面上的第二电容感测垫808远侧，并且第二电容感测垫808可在第三电容感测垫810远侧。

在一个实施方案中，夹持曲柄电容感测垫804的线性阵列可由UID处理器520监测以检测轻扫手势。用户107可通过在夹持曲柄216的外表面上方轻扫手指来输入轻扫手势。该轻扫可引起第一夹持曲柄电容感测垫806、第二夹持曲柄电容感测垫808和/或第三夹持曲柄电容感测垫810的相应电容的变化序列。UID处理器520可将该变化序列检测为垫阵列上方的轻扫手势。轻扫手势可用于命令各种输出。例如，轻扫手势可触发控制信号以使机器人臂112执行预定操作。或者，轻扫手势可命令用户控制台120的图形用户界面(GUI)的一些元件。例如，用户107可轻扫夹持曲柄216的外表面作为控制输入来导航菜单、滚动所显示的视图、从所显示的视图放大和缩小、或控制GUI的其他方面。

可分配一些或所有夹持曲柄216上的电容感测垫来控制附加功能。例如，UID处理器520所检测到的触摸或轻扫手势可触发控制信号以使外科工具104输送能量。更具体地讲，外科工具104可为能量器械，例如激光器或紫外光源，并且可检测到预定触摸输入而触发能量器械的激活。

在一个实施方案中，用于命令外科工具夹持器的打开和闭合的夹持曲柄216可与用于命令其他功能（诸如GUI控件或能量输送控件）的夹持曲柄216交替。作为示例，第一组夹持连杆404可用于命令外科工具夹持器的打开和闭合。此外，第一组夹持连杆404可提供掉落检测以检测UID 126的掉落状态并且在UID 126未由用户107握持时传输联锁断开信号。相比之下，第二组夹持连杆406可用于命令外科机器人系统100的其他功能。如上所述，第二组406的夹持曲柄216可定位在第一组404的相邻夹持曲柄216之间。因此，第一组404和第二组406的夹持曲柄216在UID 126的所有旋转取向上均可触及。

跟踪传感器214可被配置为响应于装置主体204的移动而生成空间状态信号。空间状态信号可对应于自由空间中的UID 126的位置和/或取向。空间状态信号可控制外科机器人系统100（诸如机器人臂112）的运动。例如，当用户107在工作空间内向右移动UID 126时，机器人臂112的端部执行器可受到控制以也向右移动。类似地，使UID 126围绕中心轴线206旋转可操纵端部执行器以类似地在空间中围绕对应纵向轴线旋转。

跟踪传感器214可包括能够将物理移动转换为对应电信号的加速度计、陀螺仪、磁力计或一个或多个其他换能器。例如，跟踪传感器214可包括能够测量UID 126的六个自由度的磁跟踪探针，这六个自由度包括物理位移（例如，XYZ空间或另一个合适坐标系中的平移）、滚动、俯仰和偏航。在一个实施方案中，使用若干跟踪传感器214来提供UID 126的位置和/或取向检测的冗余。跟踪传感器214可输出电信号，并且该电信号可组合（例如平均）为空间状态信号。可提供空间状态信号以控制外科机器人系统100的运动。

通过UID 126输入的控制信号可通过有线或无线连接传送到计算机系统110。在一个实施方案中，电线从UID 126的远侧末端（例如，从远侧端部210）延伸以将UID 126连接到计算机系统110。电线可向UID 126供电并且可将传感器信号（例如，空间状态信号、夹持信号、联锁断开信号、离合器信号等）输送到计算机系统110。因此，UID 126可为用于向计算机系统110输入命令的***装置。UID 200可与其他***输入装置组合使用。例如，脚踏开关可连接到计算机系统110以向外科机器人系统100提供离合器输入。每个UID 126可被单独地咬合以暂停相应机器人臂112或相应外科工具104的抓钳的远程操作，而相应机器人臂112或外科工具104可通过按压脚踏开关同时被咬合。因此，致动器114的移动可由UID及计算机系统110的其他***输入装置操纵。

参见图10，根据一个实施方案示出了使用用户界面装置来控制机器人系统的方法的流程图。所示方法对应于操纵UID 126以实现机器人臂112和/或外科工具104的移动的用户107。例如，所示方法可对应于命令外科工具104的抓钳以抓取患者102的组织的用户107。

使用用户界面装置操纵外科机器人系统中的机器人外科工具的方法可包括跟踪用户界面装置在六个自由度的空间中的移动。在操作1002处，UID 126的跟踪传感器214生成表示UID 126的移动的空间状态信号，例如输入姿态信号。空间状态信号可输出到UID处理器520。UID处理器520从跟踪传感器214接收空间状态信号。UID处理器520可分析或修改该信号，并且将所得的空间状态信号输出到用户控制台120。用户控制台120继而可将空间状态信号传输到外科机器人系统100。

除了跟踪UID在空间中的移动之外，还可检测UID的一个或多个夹持连杆的移动。在操作1004处，UID 126的夹持连杆位移传感器518生成夹持信号以便控制外科工具的夹持运动。夹持信号可表示UID 126的夹持连杆202的移动。夹持连杆位移传感器518可检测滑块220相对于装置主体204的参考点（例如，装置头部212的近侧表面）的运动或位置。所检测的位置信息可输出到UID处理器520。UID处理器520可基于从夹持连杆位移传感器518接收到的信号来检测夹持连杆202相对于UID 126的装置主体204的移动。UID 126可分析或修改该信号，以生成所得的夹持信号并将其输出到用户控制台120。用户控制台120继而可将夹持信号传输到外科机器人系统100。

在操作1006处，外科机器人系统100的一个或多个处理器经由计算机系统110从UID 126接收空间状态信号（例如，输入姿态信号）或夹持信号中的一者或多者。可经由与计算机系统110的有线或无线连接来接收控制信号。控制信号可输入到与机器人臂112的致动器114和/或外科工具104相关联的机载处理器。因此，可处理空间状态信号和夹持信号以分别引起机器人臂112和外科工具104的移动。

在操作1008处，外科机器人系统100基于空间状态信号或夹持信号中的至少一者来移动致动器114或联接到致动器114的外科工具104。可响应于空间状态信号来移动外科机器人系统100的致动器114。例如，空间状态信号可表示UID 126在工作空间内的从左到右移动。致动器114可对应地以从左到右平移机器人臂112的端部执行器的方式移动。类似地，可响应于夹持信号来移动外科机器人系统100的外科工具104。例如，夹持信号可表示用户107紧捏夹持连杆202时夹持曲柄216的径向向内移动。操纵外科工具104的抓钳的致动器可对应地以使抓钳的钳口在夹紧运动中径向向内移动的方式移动。因此，机器人臂112和外科工具104可基于UID 126的操纵来远程操作以使外科工具的抓钳抓取患者102的组织。

参见图11，根据一个实施方案示出了使用用户界面装置来控制机器人系统的方法的流程图。所示方法对应于安全联锁的激活以防止用户107掉落UID 126时外科机器人系统100的非期望移动。

在操作1102处，UID处理器520检测安装在UID 126的夹持连杆202上的夹持曲柄电容感测垫804的电容变化。夹持曲柄电容感测垫804可位于脊602远侧的夹持曲柄216的外表面上。例如，当用户107掉落UID 126时，用户107的手指可失去与夹持曲柄电容感测垫804的接触，并且失去接触可改变所检测到的夹持曲柄电容感测垫804的电容。

在操作1104处，UID处理器520可响应于检测到夹持曲柄电容感测垫804的电容变化而生成联锁断开信号。UID处理器520可基于所检测到的电容变化来确定UID 126处于掉落状态。即，UID处理器520可确定UID 126已掉落或不再由用户107握持。响应于确定掉落状态，UID处理器520可生成联锁断开信号。UID处理器520可将联锁断开信号传输到用户控制台120的计算机系统110。用户控制台120继而可将联锁断开信号传输到外科机器人系统100。

在操作1106处，由外科机器人系统100从UID处理器520接收联锁断开信号。可经由与计算机系统110的有线或无线连接来接收联锁断开信号。联锁断开信号可输入到与机器人臂112的致动器和/或外科工具104相关联的机载处理器。

在操作1108处，外科机器人系统100响应于联锁断开信号而暂停致动器114或联接到致动器114的外科工具104的移动。不论空间状态信号如何，均可暂停外科机器人系统100的移动。更具体地讲，当UID 126掉到地上时，其经历旋转和平移移动，该移动在UID跟踪传感器214所生成的空间状态信号中表示。外科机器人系统100可接收空间状态信号并且在联锁断开信号被断言时忽略空间状态信号。类似地，不论夹持信号如何，均可暂停外科机器人系统100的移动。更具体地讲，当UID 126触地时，夹持曲柄216可在该冲击作用下被迫径向向内移动。外科机器人系统100可接收夹持信号并且在联锁断开信号被断言时忽略夹持信号。因此，当用户107掉落UID 126时，联锁断开信号可防止外科机器人系统100的非期望或潜在有害移动。

参见图12，根据一个实施方案示出了外科机器人系统的计算机部分的框图。外科机器人系统可包括具有计算机系统110和一个或多个UID 126的用户控制台120。计算机系统110和UID 126具有适用于特定功能的电路，因此图示电路是以示例而不是限制的方式提供的。

用户控制台120可控制外科机器人系统100的部分，例如机器人臂112和/或外科工具104。UID 126可通信地联接到计算机系统110和/或外科机器人系统100以提供输入命令来控制外科机器人系统100。例如，UID 126可将电控制信号1202传送到计算机系统110，例如UID处理器520响应于来自跟踪传感器214的信号而生成的空间状态信号、UID处理器520响应于来自夹持连杆位移传感器518的信号而生成的夹持信号、UID处理器520响应于所检测到的手指离合器802的导电垫904的电容变化而生成的离合器信号、以及UID处理器520响应于所检测到的夹持曲柄电容感测垫804、806、808或810的电容变化而生成的联锁断开信号。电信号可为输入命令以引起外科机器人系统100的运动或暂停外科机器人系统100的运动。

可由UID处理器520经由有线或无线连接将输入电信号传输到计算机系统110的控制台处理器1206。例如，UID 126可经由电线1204将控制信号1202传输到控制台处理器1206。或者，UID 126可经由无线通信链路将控制信号1202传输到控制台处理器1206。可由计算机系统110和UID 126的相应RF电路建立无线通信链路。无线通信可经由射频信号，例如Wi-Fi或短程信号和/或合适的无线通信协议（诸如蓝牙）。

计算机系统110的控制台处理器1206可执行指令以实现上述不同功能和性能。可从本地存储器1208检索用户控制台120的控制台处理器1206所执行的指令，该本地存储器可包括非暂态机器可读介质。这些指令可为具有装置驱动程序的操作系统程序的形式以控制外科机器人系统100的部件，例如操作地联接到机器人臂112或外科工具104的致动器114。

在一个实施方案中，控制台处理器1206控制用户控制台120的部件。例如，一个或多个座椅致动器1209可从控制台处理器1206接收命令以控制座椅122的移动。座椅致动器1209可在一个或多个自由度中（诸如向前/向后、靠背倾斜、靠枕位置等）移动座椅122。控制台处理器1206还可传输视频数据以便在显示器128上呈现。因此，控制台处理器1206可控制用户控制台120的操作。可由用户经由脚踏开关124或另一个界面装置1211（诸如键盘或操纵杆）输入对座椅致动器1209或控制台处理器1206的输入命令。

控制台处理器1206可经由链路1210将控制信号1202输出到外科机器人系统100。可传输控制信号1202以控制外科机器人系统100的移动。计算机系统110可经由有线或无线链路来通信地联接到外科机器人系统100，以将控制信号1202输出到一个或多个外科机器人系统处理器1212。例如，至少一个处理器1212可位于控制塔130中，并且可通信地联接到系统部件，诸如外科机器人平台111或一个或多个显示器1220。外科机器人系统100的致动器114可从外科系统处理器1212接收控制命令，以在用户107触摸手指离合器802或掉落UID126时，通过咬合和/或断开外科机器人系统100的联锁来引起与UID 126的移动相对应的运动或暂停外科机器人系统100的运动。

参见图13，根据一个实施方案示出了被手持的处于打开构型的用户界面装置的透视图。UID 126握持在用户的手中，其中夹持曲柄216处于完全打开位置。UID 126允许用户的精确手指操纵。即，用户的手可旋转、滚动或扭转控制夹持件。此外，当用户的手朝轴线206向内夹紧或紧捏夹持曲柄216时，夹持曲柄216可向外科医生提供触觉反馈。因此，UID126提供了增强的移动灵巧度和精确度。

在前面的说明中，已经参照本发明的具体的示例性实施方案描述了本发明。显而易见的是，可以对其做出各种修改，而不脱离在以下权利要求中所阐述的本发明的较宽实质和范围。因此，说明书和附图应当被认为是示例性意义而不是限制性意义。