一种微创手术机器人控制终端及机器人系统

1.本发明涉及医疗手术设备技术领域，尤其涉及一种微创手术机器人控制终端及机器人系统。


背景技术：

2.手术机器人作为机器人技术与医疗手术技术结合的成功典范，使得医生在非近距离接触情况下依然能够进行手术操作，改善了医生进行微创手术的工作环境，有关手术机器人的研究越来越受到相关科研人员的重视。
3.cn104382689a提供了一种同时用于成像和手术的飞秒激光系统。所述系统包括样品模块、飞秒激光手术模块和二次谐波信号成像模块；其中飞秒激光手术模块用于飞秒激光角膜切削手术，飞秒激光手术模块设有飞秒激光振荡器；飞秒激光振荡器产生的激光光源照射到样品模块的样品上产生二次谐波信号，通过二次谐波信号成像模块采集所述二次谐波信号成像，用于观测飞秒激光角膜切削效果。本发明可以应用于实际手术中，并且可以清晰地观测飞秒激光角膜切削效果，而不必对现有手术系统做过大改动。
4.口腔手术作为医疗手术的一种，其特点是手术操作空间小、操作精度高。目前，口腔手术机器人的设计研究正处于起步阶段，相关手术机器人控制台的设计研发较少，且已有的控制台存在结构复杂、成本高昂、缺乏人机交互等问题，不合理的手术机器人控制台设计还会影响医生手术过程中的操作精度。因此，现有技术仍有亟待解决的至少一个或多个技术问题。
5.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

6.针对现有技术之不足，本发明提供了一种微创手术机器人控制终端及机器人系统，其特点是结构简单、功能完善、组成部件的功能设计更加符合人机工程学，从而提高医生手术过程中的操作舒适度，在非近距离接触的工作条件下能够满足手术操作精度的要求，以能够解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种微创手术机器人控制终端及机器人系统，至少包括：
8.脚踏离合部，用于切断主从手间的信号通信；
9.主手手柄，其用于驱动至少一个同其耦连的从手；
10.手臂支架，其可活动地耦接至主手手柄，用于操作者手臂的容置与姿态调整；
11.显示控制部，其用于控制主手手柄与同主手手柄耦连的至少一个从手；
12.多轴机械臂，其按照基于显示控制部驱动而调整自身空间位置的方式通信耦连于
显示控制部；
13.以及耦连至多轴机械臂的影像显示屏，其用于实时显示病人口腔内部的手术区域影像。
14.优选地，当操作者通过显示控制部建立主手手柄与任一从手间的信号通信之时，系统至少能够根据当前通信耦连于彼此不同的主手手柄的任意两个从手的器具类型以通过调用与器具类型对应的运动方案的方式来规划其中任一从手于手术区域内的活动空间。对于微创口腔手术此类对于操作精度要求极其严格的操作环境来说，手术器件在口腔内的固有活动空间十分有限，若不严格控制手术器件的运动模式或移动路径则极易使多个手术器件之间产生物理及功能干扰，物理干扰例如相互的碰撞不仅容易致使手术器件的损坏，同时碎裂部分会对患者口腔造成严重伤害。本发明中在操作者驱动不同的从手手术器件运行以执行相应手术操作时，系统将依据具体的从手器件类型从系统数据库调用预先配置的与当前从手类型对应的运动方案，以规划或限制任一从手于患者口腔内部的运动空间，从而防止从手运动时形成彼此间的物理或功能干扰，影响手术实施甚至造成人身伤害。其次，对于一些仪器设备操作不熟练的操作者来说，能够客观被动地限制其对从手手术器件的操控范围或空间，一方面不仅能够降低手术事故的发生概率，另一方面通过从手移动过程中彼此呈现出的活动空间和/或间距的表现状态，有助于其学习或补充手术操作规范以及设备使用规范方面的知识，尤其是对于一些缺乏大型手术经验的从业者而言，能够帮助或引导其在一个合理的操作空间进行安全的手术。此外，当经验不足或是仪器设备操作不熟练的操作者需要借助口腔手术机器人进行相应的手术模拟或实验时，也可以通过本发明的控制台来调用其他操作者的配置方案以学习或借鉴手术操作过程中相应类型从手的运动方式。
15.优选地，当操作者通过显示控制部控制分别与彼此不同的主手手柄通信耦连的任意两个从手运动时，系统可允许的当前两个从手的活动空间是保持在与器具类型对应的运动方案所规定的活动区间和/或活动间距内的。
16.优选地，当操作者通过显示控制部控制分别与彼此不同的主手手柄通信耦连的任意两个从手运动时，系统可允许的其中一个从手的行进速率是与该从手和其中另一从手的间距彼此关联的，并且行进速率是随着任意两个从手间的空间距离的改变而线性/非线性递变的。特别地，不同类型的从手器件由于其各自性质而具备彼此不同的风险程度或损害等级，本发明中将从手按照其具体类型所对应的风险等级进行划分，有助于操作者或医生提前配置相应的手术方案以及规划及控制对应从手的运动方式，以在微创口腔手术过程中严格把控各手术器件的运行，控制彼此间的空间位置，从而减少器件、设备以及系统损坏，同时降低手术事故的发生概率，以及提高手术的效率及效果。同时，对于不同类型的手术器具按情况进行不同活动空间以及间距的划分，以提高对于不同手术器件的操作控制之准确度，从而防止手术器件的使用不当而造成非预期的器械损毁或人身危险等。
17.优选地，主手手柄包括布设在控制台台面的第一操作手柄和第二操作手柄，且第一操作手柄和/或第二操作手柄是以其中心轴线偏离台面边缘至预设角度的方式进行配置的。
18.优选地，第一操作手柄和/或第二操作手柄耦接有至少一个从手，其中，至少一个从手包括手术钳、飞秒激光切割器和/或内窥镜。
19.优选地，脚踏离合部布设于控制台底部且与操作者彼此相对的一侧，其中，脚踏离合部包括：
20.第一主手柄通信控制踏板，用于切断第一操作手柄与同其耦接的至少一个从手间的信号通信；
21.第二主手柄通信控制踏板，用于切断第二操作手柄与同其耦接的至少一个从手间的信号通信；
22.激光切割器控制踏板，用于切断飞秒激光切割器与同其耦接的第一操作手柄或第二操作手柄间的信号通信；
23.急停踏板，用于整个控制系统的急停制动。
24.优选地，第一操作手柄耦连并驱动的至少一个从手包括至少一个手术钳；
25.第二操作手柄耦连并驱动的至少一个从手包括飞秒激光切割器和内窥镜；
26.并且至少一个从手作为末端执行器分别耦接至对应的从手机械臂。
27.优选地，手臂支架按照能够以主手手柄为基点而转动的方式耦连至主手手柄和控制台台面，
28.其中，
29.手臂支架包括彼此耦连的支撑架体和手臂托架，其中，支撑架体远离于手臂托架的一端耦连至控制台台面，手臂托架远离于支撑架体的一端耦连至主手手柄。
30.优选地，手臂托架至少部分被构造为适应于操作者手臂轮廓的沟槽，该沟槽用于容置及承托操作者手臂。
31.优选地，显示控制部布设于控制台台面，且显示控制部包括：
32.彼此耦连的可活动的第一支撑杆和第二支撑杆；
33.触摸屏，用于提供过程控制和显示之功能；
34.其中，第一支撑杆耦连至控制台台面，触摸屏配置在第二支撑杆端部。
35.优选地，多轴机械臂布设在控制台台面，且多轴机械臂由多个彼此耦连且可独立驱动的机械轴体构成，以使得多轴机械臂能够基于通过显示控制部下达的驱动指令而完成在至少三个自由度上的移动。
36.优选地，控制台台面设置有一形状匹配于触摸屏的容置槽，以使得在系统处于待机之时，触摸屏能够基于耦连的可活动的第一支撑杆和第二支撑杆而被收纳至容置槽。本发明中具有高集成度、所占空间小，人机交互感强，操作者在通过本发明开展微创口腔手术时，能够方便快捷地调整各手术器件的工作位置，并且能够自由调整显示设备与自身的空间位置关系，从而满足于个人视觉及使用习惯，使操作者处于相对舒服的工作环境下，一方面不仅减轻了操作者的工作强度，同时提高了手术的效率及安全；此外，各部件之间具有较高的协调性，使得操作者处于忙碌状态时，可借助于控制台的各操作端的位置关系，充分发挥四肢及大脑的协同关系，不仅提高了工作效率，同时也降低手术过程中对于医生及患者的人身伤害风险。
37.优选地，脚踏离合部包括用于执行涉及本安操作之切断的本安制动部和用于执行涉及危险操作之切断的保安制动部，并且本安制动部和保安制动部被配置为除接通位置和断开位置之外还具备至少一个中性位置，其中，
38.保安制动部是基于显示控制部所确定的相应状态在接通位置、断开位置和至少一
个中性位置之间进行切换的，以使得在至少一个中性位置的保安制动部能够执行不同于断开位置的涉及危险操作之切断操作；
39.本安制动部是基于不同于切换至断开位置的外力操作而在接通位置、断开位置和至少一个中性位置之间进行切换，以使得在至少一个中性位置的本安制动部能够执行不同于断开位置的涉及本安操作之切断操作。
40.优选地，显示控制部响应于至少一个主手手柄从执行不涉及激光操作的第一操作切换至涉及激光操作的第二操作时或者响应于至少一个主手手柄执行涉及激光操作的第二操作而将脚踏离合部的相应本安制动部切换至该本安制动部处于第一激活状态的中性位置，且在相应本安制动部处于第一激活状态的中性位置时，本安制动部处于有待激活状态，
41.和/或将脚踏离合部的相应保安制动部切换至该保安制动部处于第二激活状态的中性位置，且在相应保安制动部处于第二激活状态的中性位置时，保安制动部处于待命激活状态。本发明创造性地将脚踏离合部划分为本安制动部和保安制动部，其中，能够用于执行涉及本安操作之切断的本安制动部和用于执行涉及危险操作之切断的保安制动部分别具备至少一个中性位置，在该中性位置，系统将以更高频率和精度记录涉及各运动部件的位置、行程和姿态等，从而当在该中性位置，操作人员以明显更高的加速度或以明显更深的踩踏深度来踩下相应踏板时，本安制动部能够在记录下当前行程位置和/或姿态的情况下对耦接从手(例如抓取机械手)的主手手柄进行制动，从而可以明显减少停止之后的重启时间，以减少或避免手术台上的病人无效等待。
42.此外，对于保安制动部处于中性位置而言，系统将在电气方面对紧急停止飞秒激光器做好充分准备，例如在电路上将与当前手术操作无关的电气部件断开，以避免紧急停车带来的电流冲击，这是因为飞秒激光切割器是瞬时功率极高的部件，瞬时急停时若没有预先接通泄流旁路(例如设置有尾流二极管的泄压通道)，则会出现瞬间击穿某些电气部件的风险，仅以更换保险丝为例，就需要以十分钟为单位的手术暂停，引入了不必要的手术风险和感染风险(例如因为设备维护人员进入所引发)。此外，系统的中控单元将预先断开与当前手术操作无关的电气部件，也有助于减小电路惯性，将断路时间缩短至最小，对于飞秒激光手术这样的高危手术而言，其安全性得以巨大提升。
附图说明
43.图1是本发明提供的一种优选实施方式的微创手术机器人控制终端及机器人系统的结构示意图之一；
44.图2是本发明提供的一种优选实施方式的微创手术机器人控制终端及机器人系统的结构示意图之二；
45.图3是本发明提供的一种优选实施方式的手臂支架的结构示意图；
46.图4是本发明提供的一种优选实施方式的显示控制部的结构示意图；
47.图5是本发明提供的一种优选实施方式的微创手术机器人控制终端及机器人系统的工作原理图。
48.附图标记列表
49.1：脚踏离合部；2：主手手柄；3：手臂支架；4：显示控制部；5：多轴机械臂；6：影像显
示屏；11：第一主手柄通信控制踏板；12：第二主手柄通信控制踏板；13：激光切割器控制踏板；14：急停踏板；31：支架杆体；32：手臂托架；41：第一支撑杆；42：第二支撑杆；43：触摸屏。
具体实施方式
50.下面结合附图1-附图5进行详细说明。
51.本发明提供了一种微创手术机器人控制终端及机器人系统，如图1所示，该控制终端或系统具体被构造为一控制台，且该控制台可用于针对飞秒激光微创口腔手术机器人之控制。具体地，如图1和图2所示，该控制终端或系统可以包括以下部件之一：
52.脚踏离合部1，其配置在控制台底部，用于切断主从手间的信号通讯；
53.主手手柄2，其包括至少两个对称配置在控制台台面上的操作手柄，用于操纵或驱动至少一个与其耦接的从手；
54.手臂支架3，其按照可活动方式与主手手柄2和控制台台面耦接，以实现其自身在控制台台面所在平面内的转动；
55.显示控制部4，其配置于控制台台面，并至少用于建立主手手柄2与至少一个从手间的信号通信；
56.多轴机械臂5，其配置在控制台台面一侧，并与显示控制部4通信耦连，以能够通过显示控制部4控制该机械臂5的空间位置；
57.以及影像显示屏6，其耦连于机械臂5末端，用于实时显示关于病人口腔内部的手术区域影像。
58.根据一种优选实施方式，如图2所示，脚踏离合部1可以包括第一主手柄通信控制踏板11、第二主手柄通信控制踏板12、激光切割器控制踏板13以及急停踏板14。各踏板依次间隙并排布设在控制台的底部。且优选地，第一主手柄通信控制踏板11、第二主手柄通信控制踏板12、激光切割器控制踏板13以及急停踏板14朝向于医生所在方向设置。
59.特别地，现有技术通常会采用手刹方式来急停设备，而在医生忙碌时，其双手通常都被占用，而无法同时进行额外操作，甚至有时个别手术患者需要医生长时间利用双手进行频繁操作，此时若有紧急事故发生需要医生暂停手术操作，则往往医生不能及时进行操作，在本发明中将手刹采用脚踏板形式布设在操作者脚部附近，能够充分释放医生的手部以及大脑压力，当紧急事件发生时，其只需要踩下相应的急停踏板就能立即中断整个控制台及相应手术器件的运行，使得系统对于突发事件的响应速率更加及时，医生能够简单迅速地应对突发事件，并且脚踏方式也避免了医生手忙脚乱之时，误拉手刹或者意外移动其他正处于工作状态的手术器械，从而对患者以及医生自身都有可能造成极大程度的危险。
60.此外，飞秒激光具有极其高额的能量，其瞬时功率高达百万亿瓦，是普通激光/射线或是其他能量体的数倍之多，相比于其他手术钳等器件而言，其带来的伤害往往更加严重且致命，因此对于飞秒激光切割器的使用尤其慎重，特别是需要严格控制其输出功率及相应的输出时间和/或频率，而微创口腔手术的手术环境也较为特殊，口腔内部组织结构也是很脆弱的，其内部包含有大量极其重要的神经、细胞、骨骼及肌肉等等，因此对于飞秒激光切割器的控制使用需要提到非常高的优先级，本发明特意将飞秒激光切割器的通信运行通过一个独立的激光切割器控制踏板13来控制，从而提升飞秒激光切割器的通信切断速率，以最大限度地降低飞秒激光切割器可能带来的巨大伤害。且激光切割器控制踏板13优
选与急停踏板14设置在同侧，能够降低误操的概率，因为例如左、右大脑驱动左右侧躯干执行彼此不同的动作命令时，总会存在相应的模仿或是不可抗拒的动作行为，例如，左手画圆与右手画方同时执行通常认为是不可能完成的，因为这不符合大脑的逻辑思维及控制习惯，因此当医生忙碌时，右脚频繁切换踏板之间的操作时，左脚可能会产生意料之外的不自主的踩动，而当激光切割器控制踏板13与急停踏板14分设两侧时，可能会导致激光切割器控制踏板13或急停踏板14中的任一被非预期地踩下，这将会造成极大风险，而当其设置在同侧时，通常大脑驱动单侧腿部执行相应动作时，是不易产生失误的，并且优选地可将内窥镜等风险较小的手术用器件设置在同侧，而将诸如飞秒激光切割器等较为危险的手术器件设置在另一侧。
61.根据一种优选实施方式，第一主手柄通信控制踏板11可用于切断布设在控制台台面其中一端的第一操作手柄与同其耦接的至少一个从手间的信号通信。第二主手柄通信控制踏板12则可用于切断与第一操作手柄彼此对称，且布设在控制台台面另一端的第二操作手柄与同其耦接的至少另一个从手间的信号通信。激光切割器控制踏板13可用于切断飞秒激光切割器与同其耦接的第一操作手柄或第二操作手柄间的信号通信。急停踏板14则用于提供紧急停止的功能。
62.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，主手手柄2可以包括两个关于控制台台面呈对称分布的操作手柄。且优选地，操作手柄为touch手柄。特别地，当操作者以自然状态将其手臂放置于控制台台面上时，双手手臂并非垂直于台面边缘，而为了适应于操作者手臂的自然姿态，更加贴合手臂自然放置及静止时的曲线，以符合人体工程学设计，主手手柄2是以偏离垂直于台面边缘的垂线一定角度倾斜配置于台面上的。例如，该角度可以为15
°
～30
°
。
63.进一步地，为了便于理解，将布设在控制台台面第一端(例如左端)的其中一个操作手柄定义为第一操作手柄，而在控制台台面第二端(例如右端)的另一个操作手柄定义为第二操作手柄。第一操作手柄和第二操作手柄均各自耦接有至少一个从手(图中未示出)，该从手为手术用器械，且各手术用器械作为末端执行器分别耦接在对应的从手机械臂之上。具体地，第一操作手柄耦接并通过显示控制部4进行驱动的从手可包括两个手术钳，第二操作手柄耦接并通过显示控制部4进行驱动的从手可包括一个飞秒激光切割器、一个内窥镜。优选地，各从手可通过各自耦接的touch手柄进行操控。
64.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，控制台台面边缘处设置有与主手手柄2位置对应的手臂支架3，该手臂支架3大致呈“l”型，且该呈“l”型的手臂支架3其中一端耦接至控制台台面底部，而另一端则耦接至主手手柄2。具体地，手臂支架3按照可活动方式与主手手柄2和控制台台面耦接，以实现其自身在控制台台面所在平面内的转动。进一步地，如图3所示，手臂支架3可由大致呈“l”型的支架杆体31和配置支架杆体31端部的手臂托架32连接组成。而进一步地，可在支架杆体31与控制台台面的连接处设置铰接件，以及在手臂托架32与主手手柄2外围的连接面上设置滑轨等组件，使得整个手臂支架3能够以支架杆体31和手臂托架32各自连接后形成的一轴线为转轴进行转动。优选地，手臂托架32至少部分被构造为向内凹陷的沟槽，该沟槽可用于容置操作者的手臂，且沟槽可被设计为适应于操作者手臂轮廓的弧形沟槽。
65.且可选地，支架杆体31和手臂托架32之间可以为铰接。手臂托架32作为手臂支撑
件，在与支架杆体31相连后，能够基于支架杆体31与控制台台面间的活动连接关系，使操作者手臂在一定平面范围内绕台面进行转动，而手臂托架32与支架杆体31活动连接，例如铰接，使得当操作者手臂置于手臂托架32上时，能够以支架杆体31支撑点为中心进行一定幅度内的自转，由此，使得操作者的手臂能够自由活动及操作的空间大大提升，并且借助于手臂托架32的承托作用，减轻了医生长时间手术操作的疲劳，尤其帮助其放松手臂。
66.根据一种优选实施方式，如图4所示，显示控制部4作为本发明控制台的核心控制元件，其可由第一支撑杆41、第二支撑杆42以及触摸屏43组成。具体地，触摸屏43通过相互耦连的可活动的第一支撑杆41和第二支撑杆42与控制台台面相连。特别地，控制台台面中部设置有一与触摸屏43形状匹配的容置槽，在手术控制台处于待机期间，可通过调节第一支撑杆41和第二支撑杆42以将触摸屏43收纳至该容置槽内；而在通过控制台执行微创口腔手术期间，操作者能够通过第一支撑杆41及第二支撑杆42来调节触摸屏43与自身的相对位置关系。
67.根据一种优选实施方式，显示控制部4可用于控制整个手术控制台的启停以及相关器械部件的运动。对于初次使用本发明控制台的操作者，需要先通过显示控制部4创建个人信息账户，并且在操作者使用控制台的过程中，显示控制部4可按照与操作者的个人信息账户相关联的方式将操作者的各项操作信息进行存储。特别地，当操作者下次使用该手术控制台时，可以首先登录个人信息账户，系统将自动同步该个人信息账户下的各项操作信息，例如可同步各手术器件的初始化位置信息，以为手术前的手术器件初始化配置提供便利。
68.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，在控制台台面一端设置有由多个机械轴体彼此耦连的多轴机械臂5，其末端耦连有影像显示屏6，该影像显示屏6作为操作者的主视觉界面能够显示由内窥镜拍摄到的实时手术区域影像。进一步地，各机械轴体之间活动连接，例如铰接，并且各机械轴体可独立驱动。由此，通过驱动多轴机械臂5的各个机械轴体能够控制影像显示屏6沿水平及竖直方向进行移动，例如使影像显示屏6上下、左右以及前后移动，以能够调节影像显示屏6与操作者间的相对位置关系，从而适宜于操作者的个人使用习惯以及视觉行为习惯等。
69.根据一种优选实施方式，在手术过程中，考虑到每个主手手柄2每次只能控制一个从手，因而本发明通过在控制台底部设置脚踏离合部1来实现主从手的切换控制。具体地，第一主手柄通信控制踏板11主要用于中断第一操作手柄与当前所控制从手的信号通信；第二主手柄通信控制踏板12主要用于中断第二操作手柄与当前所控制从手的信号通信；激光切割器控制踏板13主要用于控制飞秒激光切割器的开关；急停踏板14用于控制手术过程中手术器件移动的紧急停止，以为手术过程中的安全性提供了保障。
70.根据一种优选实施方式，在手术进行中，当用于中断主、从手信号通信的对应脚踏板被踩下后，此时对应主、从手控制的通信信号被中断，移动相应主手时将无法控制当前从手的移动。接着显示控制部4将响应对应事件，即触摸屏43上显示对应主、从手的控制界面，操作者可在控制界面上选择对应切换从手，此时主手手柄2恢复与切换从手之间的信号通信，即为主、从手切换成功。特别地，当第一主手柄通信控制踏板11和/或第二主手柄通信控制踏板12均被踩下时，两个主手手柄2都将中断与同其耦接的至少一个从手之间的信号通信，并且此时表示手术结束。
71.根据一种优选实施方式，图5示出了一种本发明的微创手术机器人控制终端及机器人系统的工作原理图。具体地，在手术开始前，操作者首先通过显示控制部4进入相应的操作控制界面，并于控制界面登录个人信息账户，系统将根据数据库内的数据信息判断当前操作者是否为初次使用者，并响应所确定的操作者身份信息来控制主、从手的初始化运行，其中，若当前操作者非初次使用者，则系统将根据该操作者的历史操作信息通过自动调用与之对应的历史配置方案的方式来初始化主、从手的相对空间位置，以使得有相应使用历史的操作者不需要每次重复术前的设置准备工作；而若当前操作者为初次使用者时，系统将当前操作者的身份信息录入数据库进行储存，并由当前操作者通过显示控制部4调整影像显示屏5与其自身的相对空间位置关系，以及初始化主、从手的空间位置关系，同时系统会将当前操作者的各项操作记录形成与当前操作者的身份信息彼此关联的配置方案，以使得当该使用者后续再次登录使用本发明的控制台时，当系统获取其身份信息之时，系统能够自动为其匹配并调用相应的配置方案，以省去额外的设置准备工作。
72.进一步地，如图5所示，待主、从手的初始化准备工作完成后，操作者可通过显示控制部4来驱动或控制各主、从手运转以实施口腔手术，且在此期间，当操作者需要进行主、从手切换时，系统将根据第一主手柄通信控制踏板11或第二主手柄通信控制踏板12的制动状态来中断并确定各控制踏板各自对应的主、从手间的通信状态，其中，激光切割器控制踏板13可用于直接切断飞秒激光切割器与其对应的主手手柄2间的通信，而急停踏板14用于手术过程中对整个控制台及相关手术器件的紧急制动；原有主、从手间的通信切断后，操作者可通过显示控制部4来建立切换后的主、从手间的信号通信。此外，当操作者同时踩下第一主手柄通信控制踏板11和第二主手柄通信控制踏板12时，系统认定手术结束，且各主手手柄2与同其耦接的至少一个从手间的通信被切断，并保持当前空间位置不变，以在后续指令下达时再次启动该控制台。
73.根据一种优选实施方式，在手术进行过程中，当操作者想要同时或是交替使用布设在控制台台面两端的两个主手手柄2进行手术操作时，考虑到手术安全及使用规范，当操作者通过第一操作手柄驱动同其耦接的至少一个从手，例如手术钳运作时，若同时操作者需要利用耦接至第二操作手柄的至少另一个从手，例如飞秒激光切割器进行相关手术操作时，耦接至彼此不同的两个主手手柄2的多个从手之间的运动模式是根据各从手彼此的间距而变化的。具体地，由于微创口腔手术的环境比较特殊，手术器件需要进行操作或覆盖的区域很小，因此极其微小的抖动或偏离对于患者口腔内部安全而言都有巨大影响，而在手术过程中，不可避免地需要同时或者频繁交替操作不同主手手柄2以利用多个手术器件。例如一些情况下需要手术钳和飞秒激光切割器协同配合使用以完成口腔手术，而在此过程中，当操作者同时操作两个不同的主手手柄2以控制例如手术钳和飞秒激光切割器一同运转时，可能会存在两个从手器械在物理及功能方面的相互干扰。因此优选地，当由两个彼此不同的主手手柄2操纵的从手同时或交替运动时，操作者对其中任一主手手柄2及其对应的从手进行位置调整时，系统将根据该从手与其中另一主手手柄2对应的从手间的距离，以及两从手各自的器件类型，来限定从手的移动路径或活动范围。并且所述限定从手的移动路径或活动范围是基于预先存储于系统数据库内的手术器件信息，以及按照操作者个人使用习惯或手术规定所预先设定的范围阈值来完成的。且范围阈值通常可由医生或操作员根据手术经验及手术规范等进行设定。
74.根据一种优选实施方式，例如当通过彼此不同的主手手柄2操纵的两个从手为手术钳和飞秒激光切割器时，通常认为这类手术器件对于手术安全的影响是最大的，因此当操作者分别控制手术钳和飞秒激光切割器工作时，两手术器件的活动范围是始终保持在第一预设区间(例如以厘米为单位的某一数值区间)之内的。并且当两手术器件有相互靠近的趋势时，随着操作者的驱动使其彼此的间距缩减，系统将随之线性/非线性降低其中任一手术器件的移动速率，以降低两手术器件产生物理或功能干扰的概率，进而防止其产生物理碰撞或功能干扰时对患者口腔安全及人身安全的危害。即，系统将随彼此不同的任意两个从手之间的间距的缩减而线性/非线性降低其中任一处于移动状态下的从手的移动速率。特别地，尤其是对于微创口腔手术此类对于手术精度极其严格的操作环境来说，手术器件在口腔内的固有活动空间本身就十分有限，因此若不严格控制手术器件的运动模式或移动路径则极易使多个手术器件之间产生物理及功能干扰，物理干扰例如相互的碰撞不仅容易致使手术器件的损坏，同时碎裂部分会对患者口腔造成严重伤害。另一方面，功能干扰例如手术钳阻挡飞秒激光切割器对于待治疗部位的正常照射/辐射，不仅影响手术效率及效果，同时由于例如飞秒激光切割器等具备高额能量的手术器件也会在非物理接触的情况下对其它手术器件产生预期外的损害，而这些无论是对于设备运行维护、患者的人身安全而言都是不希望发生的。
75.根据一种优选实施方式，当通过彼此不同的主手手柄2操纵的两个从手例如为手术钳和内窥镜时，当前两手术器件的活动范围可保持在第二预设区间(例如以毫米为单位的某一数值区间)之内。换而言之，基于通过彼此不同的主手手柄2操纵的多个从手的具体器件类型，操作者可控制或系统可允许的彼此不同的两个从手的活动空间或移动路径是在预设区间内进行的，并且任一从手的移动速率是基于其与另一从手的间距而不断变化的。
76.根据一种优选实施方式，基于耦接至彼此不同的两个主手上的任意两个从手的器件类型，操作者通过任一主手及对应从手控制手术器件运行时的活动范围或移动路径及其移动速率是根据任意两个从手类型的异同来确定的。在本发明中，根据手术器件的风险程度，将飞秒激光微创口腔手术用从手(手术器件)按类型分别划分为一类从手、二类从手以及三类从手。例如，内窥镜为一类从手，手术钳为二类从手，飞秒激光切割器为三类从手。特别地，一类从手、二类从手以及三类从手对应的风险等级依次增大。
77.根据一种优选实施方式，若当前控制的耦接于彼此不同的两个主手上的任意两个从手类型分别为一类从手和二类从手时，操作者可控制或系统可允许的当前两个从手的活动范围处于第一活动区间内，或是当前两个从手的空间位置始终处于不小于第一间距的状态。进一步地，若当前两个从手类型分别为一类从手和三类从手时，操作者可控制或系统可允许的当前两个从手的活动范围处于第二活动区间内，或是当前两个从手的空间位置始终处于不小于第二间距的状态。而若当前两个从手类型分别为二类从手和三类从手时，操作者可控制或系统可允许的当前两个从手的活动范围处于第三活动区间内，或是当前两个从手的空间位置始终处于不小于第三间距的状态。
78.优选地，将从手按照风险等级进行划分，有助于操作者或医生提前配置相应的手术方案以及规划及控制对应从手的运动方式，以在微创口腔手术过程中严格把控各手术器件的运行，控制彼此间的空间位置，从而减少器件、设备以及系统损坏，同时降低手术事故的发生概率，以及提高手术的效率及效果。
79.换而言之，基于耦接至彼此不同的两个主手上的任意两个从手的具体器具类型，操作者在交替或同时控制任一从手运动时，系统可允许的当前从手的活动范围是根据从手类型的改变而有所不同的。且优选地，基于不同类型从手各自对应的风险等级，上述活动区间和/或间距可根据风险等级的累加程度而呈现线性/非线性递变的趋势。例如，一类从手和二类从手之间的第一间距大于一类从手和三类从手之间的第二间距。特别地，与从手的具体器具类型相关的活动区间和/或间距可预先存储于系统数据库中，并同步建立与之对应的数据表。在操作者启动本发明的控制系统，并通过显示控制部4建立相关主、从手之间的信号通信后，系统将依据当前耦连于彼此不同的两个主手的任意两个从手的具体器具类型，以调用数据库中与当前两个从手类型对应的数据表所包含的运动方案的方式来规划其中任一从手的运动路径，以及限定当前两个从手的活动区间和/或间距。且进一步地，在操作者后续控制相应从手实施微创口腔手术的过程中，任一从手的运动路径始终是遵循对应活动区间和/或间距的。
80.优选地，将不同风险类型的从手与相应的活动区间和/或间距相互关联并预先建立有关数据表或数据库，当操作者启动系统并欲通过主手控制从手的运动时，系统能够预先为任一从手的运行提前限定或规划相关的运动路径，以确保各从手间的独立或同步运动始终是处于一定的安全阈值空间内的。并且所述提前限定或规划相关的运动路径能够避免操作者在使用过程中不严格遵守手术器件的使用规范以及手术规定等，从而避免从手之间产生物理或功能上的冲突或干扰，导致手术事故的发生以及仪器设备的损坏，以减少操作者主观情况下可能发生的一些高危操作，例如某些操作者可能会过分信任于个人的手术经验或者行为习惯，在一些特定手术场合下，强行控制两个从手过分靠近或远离都极有可能导致手术事故发生以及仪器设备的损坏。其次，对于一些仪器设备操作不熟练的操作者来说，能够客观被动地限制其对从手手术器件的操控范围或空间，一方面不仅能够降低手术事故的发生概率，另一方面通过从手移动过程中彼此呈现出的活动空间和/或间距的表现状态，有助于其学习或补充手术操作规范以及设备使用规范方面的知识，尤其是对于一些缺乏大型手术经验的从业者而言，能够帮助或引导其在一个合理的操作空间进行安全的手术。此外，当经验不足或是仪器设备操作不熟练的操作者需要借助口腔手术机器人进行相应的手术模拟或实验时，也可以通过本发明的控制台来调用其他操作者的配置方案来学习或借鉴手术操作过程中相应类型从手的运动方式。
81.根据一种优选实施方式，所述不同类型的任意两个从手对应的活动区间和/或间距还可根据各从手的具体规格尺寸等进行配置。具体地，例如对于不同长度、重量及体积的手术钳而言，其在患者口腔内部的固有活动空间几乎已知且固定，然而由于尺寸因素的影响，大小不同的手术钳在移动的过程中因其和相邻或周边手术器件的位置关系，其实际运动时的运动路径往往会受到一定限制，尤其是通常例如对于本身尺寸规格就较大的手术钳而言，其能够移动的范围就相对较小，而且在移动距离固定的情况下，往往比尺寸较小的手术钳更容易触碰到其它手术器件，甚至是非预期地触碰到非手术部位之外的其它口腔组织部位。且优选地，与从手的具体规格尺寸相关的活动区间和/或间距可由操作者预先存储于系统数据库中，并同步建立与之对应的数据表。在操作者启动本发明的控制系统，并通过显示控制部4建立相关主、从手之间的信号通信后，系统将依据当前耦连于彼此不同的两个主手的任意两个从手的具体规格尺寸，通过调用数据库中与当前两个从手规格尺寸对应的数
据表所包含的运动方案的方式来规划其中任一从手的运动路径，以及限定当前两个从手的活动区间和/或间距。
82.特别地，将任意两个从手彼此间的活动区间和/或间距依据具体的规格尺寸进行配置或划分，以能够基于各从手固有的活动空间更加准确地限定任一从手移动时的路径，并在确定各从手的规格尺寸及固有活动空间的基础下充分发挥各从手的功能，同时避免其与其它手术器件和/或口腔组织部位产生非预期的接触或物理及功能干扰，确保微创口腔手术过程中对于各从手器件的精准操作及把控，降低手术事故发生以及仪器设备损坏的概率。
83.根据一种优选实施方式，为了更为安全地操作飞秒激光手术机器人，在本发明中，脚踏离合部1被配置为具备接通位置、断开位置以及介于接通位置和断开位置之间或之外的至少另一个中间位置。
84.具体地，断开位置例如是制动踏板被踩踏至第一预设位置或是产生预设行程时其对应的空间位置，在该断开状态下，各主从手处于非工作状态，即在机械和电气方面处于完全分离或断线状态。接通位置则是相应制动踏板未被踩踏，各主从手处于正常工作状态。而特别地，中间位置是由系统根据各操作部的动作经分析确定的。例如可由系统的中控单元(以软件和/或硬件的形式嵌入在显示控制部4内)根据相应制动踏板的位移/行程或是使相应制动踏板产生一定位移/行程的瞬时加速度而所确定的介于接通和断开位置之间或之外的其它至少一个空间位置。例如正常切除或切换主从手间信号通信时，操作者会以一趋近平缓稳定的速度踩踏踏板；而当操作者以瞬时猛踩下踏板时，则该猛踩动作一般代表优先级或重要性较高的指令，故可作为中间位置。再譬如，一般将踏板踩踏至一定深度后，主从手间的信号通信便解除，继续踩踏则会触碰深层的类似安全保险一类的部件，此时该位置也可作为中间位置。
85.进一步地，脚踏离合部1的至少一个中间位置对应有彼此不同的第一激活状态、第二激活状态以及第三激活状态。譬如，“第一激活状态”为“有待激活状态”，“第二激活状态”为“待命激活状态”，以及“第三激活状态”为“即刻激活状态”。各激活状态主要体现于机械和/或电气连接方面的不同，例如有待激活状态为机械连通准备完毕，而电气上处于待命状态。待命激活状态为电气准备完毕，而机械上处于待机停靠状态。而即刻激活状态则为机械和电气均已完成相关待机准备工作，处于随时激活/启动状态。
86.根据一种优选实施方式，脚踏离合部1包括用于执行涉及本安操作之切断的本安制动部和用于执行涉及危险操作之切断的保安制动部。具体地，本安制动部例如包括本发明的第一主手柄通信控制踏板11和第二主手柄通信控制踏板12，其主要用于任意主从手间的信号切除或切换。保安制动部例如则包括激光切割器控制踏板13和急停踏板14，其主要涉及高危手术器件例如飞秒激光器切割器的通信切除，以及整个控制系统的紧急停止。为了便于理解和说明，将涉及本安操作的操作定义为第一操作，将涉及危险操作的操作定义为第二操作。具体地，本安操作包括主从手切换及运动切断，危险操作包括控制飞秒激光切割器运行和/或系统紧急停止。
87.根据一种优选实施方式，在本发明中，在其中一个主手手柄2执行不涉及飞秒激光操作的第一操作时，所述脚踏离合部1的本安制动部和保安制动部的中性位置不被激活。
88.根据一种优选实施方式，在其中一个主手手柄2执行涉及激光操作的第二操作时，
所述脚踏离合部1的本安制动部的中性位置处于第一激活状态，即此时本安制动部处于“有待激活状态”；而所述脚踏离合部1的保安制动部的中性位置处于第二激活状态，即此时保安制动部处于“待命激活状态”。
89.换而言之，系统的中控单元能够响应于至少一个主手手柄2从执行不涉及激光操作的第一操作切换至涉及激光操作的第二操作时或者响应于至少一个主手手柄2执行涉及激光操作的第二操作而将脚踏离合部1的相应本安制动部切换至该本安制动部处于第一激活状态的中性位置，其中，在处于第一激活状态的中性位置时，该相应本安制动部处于有待激活状态。
90.根据一种优选实施方式，系统的中控单元能够响应于至少一个主手手柄2从执行不涉及激光操作的第一操作切换至涉及激光操作的第二操作时或者响应于至少一个主手手柄2执行涉及激光操作的第二操作将脚踏离合部1的相应保安制动部切换至该保安制动部处于第二激活状态的中性位置，其中，在该相应保安制动部处于第二激活状态的中性位置时，该相应保安制动部处于待命激活状态。
91.根据一种优选实施方式，在其中一个主手手柄2执行涉及激光操作的第二操作并且另一个主手手柄2执行不涉及激光操作的第一操作时，所述脚踏离合部1的本安制动部和保安制动部的中性位置处于第二激活状态，即此时本安制动部和保安制动部均处于“待命激活状态”。
92.根据一种优选实施方式，在主手手柄2执行涉及激光操作的第二操作并且另一个主手手柄2执行涉及激光操作的第二操作时，所述脚踏离合部1的中性位置处于第三激活状态，即本安制动部和保安制动部均处于“即刻激活状态”，即主手手柄2的操作被系统拒绝。
93.根据一种优选实施方式，系统的中控单元能够根据构成脚踏离合部1的至少一个制动踏板的状态和/或至少一个所述主手手柄2的状态来切换至少一个所述脚踏离合部1的通断位置。在本发明中，脚踏离合部1中的保安制动部具备除接通位置和断开位置之外的至少一个中性位置，并且该保安制动部是基于中控单元所确定的相应状态在接通位置、断开位置和至少一个中性位置之间进行切换的，以使得在至少一个中性位置的保安制动部能够执行不同于断开位置的涉及危险操作之切断操作。
94.另一方面，脚踏离合部1中的本安制动部同样具备除接通位置和断开位置之外的至少一个中性位置，且该本安制动部能够基于外力操作而在接通位置、断开位置和至少一个中性位置之间进行切换，其中，所述本安制动部是基于不同于切换至断开位置的外力操作而切换至至少一个中性位置的，从而所述本安制动部执行不同于断开位置的涉及本安操作之切断操作。
95.根据一种优选实施方式，本安制动部的激活方式包括：在中性位置时的机械激活方式：当更深地踩踏以至于踩下了踏板之下的保险开关时，本安制动部才执行不同于断开位置的涉及本安操作之切断操作。以及在中性位置时的电子激活方式：以明显更高的加速度踩踏踏板时，本安制动部才执行不同于断开位置的涉及本安操作之切断操作。
96.根据一种优选实施方式，在飞秒激光设备使用中，本安制动部和保安制动部都可以通过紧急停止操作来切断电气和机械连接，从而让系统立即结束高能激光束的施加，进而避免事故发生，例如不当操作对人体部位造成不可逆转的伤害。然而，紧急停止意味着主手手柄2与从手机械分离，且这种分离所对应的电机行程位置可能会因为紧急停止的时间
不同步而丢失，系统的中控单元所记录的位置和操作都变得不可信。因此，每次紧急停止之后的设备复位都是非常费时费力的精密工作，倘若病人此时处于麻醉之中，这就意味着手术风险陡增。在实际使用时，医生通常不敢采取紧急停止操作，这也意味着手术会以更为保守的操作来完成，最佳手术位置是很难达到的，也就出现了每台手术的最终效果存在明显不同。
97.对此，本发明创造性地将脚踏离合部1划分为本安制动部和保安制动部，其中，能够用于执行涉及本安操作之切断的本安制动部和用于执行涉及危险操作之切断的保安制动部分别具备至少一个中性位置，在该中性位置，系统的中控单元将以更高频率和精度记录涉及各运动部件的位置、行程和姿态等，从而当在该中性位置，操作人员以明显更高的加速度或以明显更深的踩踏深度来踩下相应踏板时，本安制动部能够在记录下当前行程位置和/或姿态的情况下对耦接从手(例如抓取机械手)的主手手柄2进行制动，从而可以明显减少停止之后的重启时间，以减少或避免手术台上的病人无效等待。
98.此外，对于保安制动部处于中性位置而言，中控单元将在电气方面对紧急停止飞秒激光器做好充分准备，例如在电路上将与当前手术操作无关的电气部件断开，以避免紧急停车带来的电流冲击，这是因为飞秒激光切割器是瞬时功率极高的部件，瞬时急停时若没有预先接通泄流旁路(例如设置有尾流二极管的泄压通道)，则会出现瞬间击穿某些电气部件的风险，仅以更换保险丝为例，就需要以十分钟为单位的手术暂停，引入了不必要的手术风险和感染风险(例如因为设备维护人员进入所引发)。此外，系统的中控单元将预先断开与当前手术操作无关的电气部件，也有助于减小电路惯性，将断路时间缩短至最小，对于飞秒激光手术这样的高危手术而言，其安全性得以巨大提升。
99.根据一种优选实施方式，本安制动部和保安制动部均具备彼此不同的“第一激活状态”、“第二激活状态”以及“第三激活状态”，且本安制动部和保安制动对应的各激活状态与主手手柄2所执行的涉及本安操作的第一操作和涉及危险操作的第二操作相关。
100.特别地，在其中一个主手手柄2执行不涉及飞秒激光操作的第一操作时，本安制动部和保安制动部的中性位置不被激活。此时由于不涉及飞秒激光切割器等高危器件使用，且仅有单个主手手柄2在执行相应操作，因此当前操作所具备的风险程度是较低的，故本安制动部和保安制动部各自对应的中性位置不被激活。而中性位置不被激活意味着系统的中控单元不必为后续的当前主从手间的机械和/或电气断路预先做好充分准备，因为预先进行机械和/电气准备需要使有关部件处于待机启动状态，而持续的待机准备则需要源源不断的功耗，由于“其中一个主手手柄2执行不涉及飞秒激光操作的第一操作”此种情况带来的风险几乎是最小的，因此过度的预先准备是不必要的，一方面不仅减少系统维持待机准备工作期间的持续消耗，另一方面也减少不必要的数据统计及运算，因为例如在中性位置，系统的中控单元将以更高频率和精度记录涉及各运动部件的位置、行程和姿态等，以在后续重启时基于预先记录的位置、行程和姿态等，使断开的手术器件重新恢复通信，而这期间存储的大量关于手术钳一类的较低风险手术器件的位置、行程和姿态等信息而言，对于整个手术过程的进度影响以及安全影响是较低的，并且即便是从完全切断状态对其进行重新启动，由于重启产生的电流冲击而导致数据失真或丢失对于此类手术器件而言是可以接受的。
101.进一步地，在其中一个主手手柄2执行涉及飞秒激光操作的第二操作时，本安制动
部的中性位置处于第一激活状态，即此时本安制动部处于“有待激活状态”；而保安制动部的中性位置处于第二激活状态，即此时保安制动部处于“待命激活状态”。特别地，由于涉及到飞秒激光切割器等高危器件使用，且仅有单个主手手柄2在执行相应操作，因此当前操作具备一定程度的安全风险，并主要来自于飞秒激光切割器。此时本安制动部处于“有待激活状态”，而保安制动部处于“待命激活状态”。由于涉及飞秒激光切割器的相关操作，因此保安制动部处于优先级较高的“待命激活状态”，以能够基于更为迅速的响应速率而切断飞秒激光切割器与相应主手手柄2间的通信，而同时本安制动部处于优先级较低的“有待激活状态”，这是考虑到在优选不直接切断飞秒激光切割器的情况(例如非飞秒激光切割器本体产生的直接影响，而是由其它从手器件间接导致或反映在飞秒激光切割器的影响)下，可以通过本安制动部以更为保守地切断及控制其它从手的方式来降低反映在飞秒激光切割器之上的可能出现的危险及干扰。而无论“有待激活状态”还是“待命激活状态”，相较于现有的接通和断开状态而言，由于在机械和/或电气方面预先做有相应切除准备，使得主从手间的通信切除响应速率显著提高，以确保整个手术器件运动控制过程的精准性以及及时性，譬如较大的时间控制延迟以及物理惯性使得手术器件的实际停靠位置偏离预定点位，此类偏差对于患者口腔内部极其微小的手术操作环境而言影响是巨大的。
102.根据一种优选实施方式，当至少两个主手手柄2都在执行相应的从手操作，并且其中一个主手手柄2执行涉及飞秒激光操作的第二操作时，本安制动部和保安制动部均处于优先级较高的“待命激活状态”。而进一步地，当至少两个主手手柄2欲执行相应的涉及飞秒激光操作的第二操作时，所述脚踏离合部1的中性位置处于第三激活状态，即本安制动部和保安制动部均处于“即刻激活状态”，此时主手手柄2的操作被系统拒绝。即，随着欲驱动从手的数量和/或类型增多，以及对应操作可能产生的风险等级的累加，本安制动部和/或保安制动部的中性位置所对应的激活状态随之变化，并且表现为随操作难度和风险程度的提升，各激活状态对应的切断响应速率随之加快。
103.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。