用于翻转远程操作的外科机器人系统中的器械的方法和应用与流程

用于翻转远程操作的外科机器人系统中的器械的方法和应用


背景技术：
1.技术领域
1.本公开总体涉及一种具有一个或多个模块化臂推车的外科机器人系统，该一个或多个模块化臂推车中的每个模块化臂推车支撑机器人臂和用于控制推车及其相应臂的外科控制台。更具体地，本公开涉及一种系统和方法，该系统和方法用于通过使用经由外科控制台的手柄控制器输入的翻转命令使由机器人臂保持的器械围绕纵向轴线旋转大约180
°
来翻转该器械。
2.2.相关领域背景
3.外科机器人系统当前用于微创医学过程中。一些外科机器人系统包括外科控制台，该外科控制台控制外科机器人臂和外科器械，该外科器械具有联接到机器人臂并由机器人臂致动的端部执行器(例如，夹钳或抓持器械)。外科控制台包括使用外科控制台向临床医生提供触觉反馈的控制器。在某些情况下，特别是在使用非对称器械(诸如弯曲刀片器械)期间出现的情况下，需要一种外科机器人系统，该外科机器人系统能够在不以镜像移动翻转手柄控制器的情况下(即，围绕纵向轴线180
°
)翻转器械，因为这需要麻烦的双离合移动。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种外科机器人系统，该外科机器人系统允许对可通过联接到可移动推车的机器人臂移动的器械进行远程操作。机器人臂和器械通过具有两个手柄控制器的外科控制台来控制，该两个手柄控制器中的每个手柄控制器与一个器械配对。该器械反映手柄控制器的移动。然而，存在临床医生可能需要翻转端部执行器的许多情况。如本文所用，翻转器械表示通过围绕纵向轴线(即，滚动方向)向器械施加180
°
偏移来改变器械的取向。当使用不对称端部执行器(诸如弯曲尖端器械)时，钳口的曲率需要与切割、解剖或抓持方向对准。对于烧灼工具而言，用钳口的顶部或弯曲部分施加能量也是有用的。在这些情况下，这些弯曲尖端器械可以在相反方向上重新对准，其中钳口的曲率面向外部。通过翻转端部执行器，触发医生控制台上的器械翻转解决了这个问题。
5.本公开还增加了对称尖端器械在轴向滚动方向上的运动范围，这是由于在具有挑战性的手术工作空间设置期间以解剖结构为目标时在滚动轴线上的机械硬停止而发生的。本公开提供了一种独特的控制方案，该独特的控制方案使用外科控制台的手柄控制器以在以下情况启动器械翻转：当用户通过踩下脚踏板在医生控制台上抓住手柄控制器时，并且当用户使手柄控制器围绕缩放的接合角度旋转大约 /-135
°
时。旋转缩放因子可以对应于由用户在外科控制台的医生交互式显示器上选择的值或者在选择阈值角度之后由外科控制台自动选择的值。
6.具体地，根据本公开的器械翻转算法允许医生在正确的取向上使用弯曲尖端器械(诸如剪刀)。如果在没有一种轻松翻转器械的方法的情况下将弯曲尖端器械以未对准的状
态连接到机器人臂，则这将严重妨碍弯曲尖端器械的有效性。同样地，如果器械正接近旋转接合极限，并且无法从医生控制台启动器械翻转，则临床工作人员必须取出器械，然后重新插入，这增加了手术的时间。根据本公开的器械翻转算法解决了这些问题并且提高了系统的可用性和效率。
7.根据本公开的一个实施方案，外科机器人系统包括机器人臂，该机器人臂具有器械驱动单元和能够由器械驱动单元围绕器械轴线旋转的外科器械。该系统还包括外科控制台，该外科控制台包括至少一个手柄控制器，该至少一个手柄控制器具有能够围绕手柄轴线旋转的手柄并且被配置成接收用于移动外科器械的用户输入。该系统还包括控制器，该控制器被配置成接收用户输入并且响应于用户输入而指示机器人臂翻转外科器械，其中用户输入是手柄围绕手柄轴线的旋转角度，该旋转角度小于外科器械的约180
°
的旋转角度。
8.根据上述实施方案的一个方面，手柄的旋转角度为约110
°
至约160
°
。器械驱动单元被配置成使外科器械从中心位置旋转多圈，直到达到机械极限。控制器还被配置成确定外科器械在与手柄的旋转相同的方向上的旋转是否会遇到机械极限。控制器还被配置成响应于遇到机械极限的确定而在与手柄的旋转相反的方向上旋转外科器械。
9.根据上述实施方案的另一个方面，控制器还被配置成将手柄的旋转角度的用户输入缩放至外科器械的旋转角度。外科控制台还包括显示器，该显示器被配置成显示用于选择手柄的旋转角度的阈值的用户界面。控制器还被配置成计算缩放因子，以缩放手柄的旋转角度的用户输入。外科控制台还包括脚踏板，该脚踏板在被致动时被配置成抓住至少一个手柄控制器，以防止用户输入移动外科器械，直到脚踏板被释放。
10.根据本公开的另一个实施方案，公开了一种外科机器人系统。该系统包括机器人臂，该机器人臂包括器械驱动单元和外科器械，该外科器械联接到器械驱动单元并且可通过器械驱动单元围绕器械轴线旋转。该系统还包括外科控制台，该外科控制台具有至少一个手柄控制器，该至少一个手柄控制器具有能够围绕手柄轴线旋转的手柄并且被配置成接收用于移动外科器械的用户输入；以及脚踏板，该脚踏板被配置成抓住至少一个手柄控制器。该系统还包括控制器，该控制器被配置成接收用户输入并且响应于用户输入指示机器人臂通过将外科器械旋转180
°
来翻转外科器械，其中用户输入包括在脚踏板以小于180
°
的旋转角度被致动的同时围绕手柄轴线旋转至少一个手柄控制器。
11.根据上述实施方案的一个方面，手柄的旋转角度为约110
°
至约160
°
。器械驱动单元被配置成使外科器械从中心位置旋转多圈，直到达到机械极限。控制器还被配置成确定外科器械在与手柄的旋转相同的方向上的旋转是否会遇到机械极限。控制器还被配置成响应于遇到机械极限的确定而在与手柄的旋转相反的方向上旋转外科器械。控制器还被配置成将手柄的旋转角度的用户输入缩放至外科器械的旋转角度。外科控制台包括显示器，该显示器被配置成显示用于选择手柄的旋转角度的阈值的用户界面。控制器还被配置成计算缩放因子，以缩放手柄的旋转角度的用户输入。
12.根据本公开的另一个实施方案，公开了一种用于控制外科机器人系统的方法。该方法包括致动外科控制台的脚踏板以使外科控制台的手柄控制器脱离对外科器械的控制，并且在脚踏板以小于180
°
的旋转角度被致动的同时围绕手柄旋转轴线旋转手柄控制器的手柄。该方法还包括在控制器处确定旋转角度是否超过阈值旋转角度，并且响应于旋转角度超过阈值旋转角度而使外科器械绕器械轴线旋转180
°
。
13.根据上述实施方案的一个方面，阈值旋转角度为约110
°
至约160
°
。该方法还包括确定外科器械在与手柄的旋转相同的方向上的旋转是否会遇到机械极限；以及响应于遇到机械极限的确定而在与手柄的旋转相反的方向上旋转外科器械。
附图说明
14.本文结合附图描述了本公开的各种实施方案，其中：
15.图1是根据本公开的实施方案的包括控制塔、控制台和一个或多个外科机器人臂的外科机器人系统的示意图；
16.图2是根据本公开的实施方案的图1的外科机器人系统的外科机器人臂的透视图；
17.图3是根据本公开的实施方案的具有图1的外科机器人系统的外科机器人臂的设置臂的透视图；
18.图4是根据本公开的实施方案的图1的外科机器人系统的计算机架构的示意图；
19.图5是根据本公开的实施方案的图1的外科机器人系统的手柄控制器的侧视图；并且
20.图6是根据本公开的实施方案的使用图5的手柄控制器执行器械翻转的方法的流程图。
具体实施方式
21.参考附图详细描述了本发明所公开的外科机器人系统的实施方案，其中若干视图的每个视图中类似的附图标记代表相同或对应的要素。如本文所用，术语“远侧”是指外科机器人系统和/或与患者联接的外科器械的部分，而术语“近侧”是指更远离患者的部分。
22.术语“应用程序”可包括出于用户的利益而设计来执行功能、任务或活动的计算机程序。例如，应用程序可指作为独立程序或在网络浏览器中本地或远程运行的软件，或本领域的技术人员理解为应用程序的其他软件。应用程序可在控制器或用户设备上运行，包括例如在移动设备、iot设备或服务器系统上运行。
23.如下文将详细描述的，本公开涉及一种外科机器人系统，该外科机器人系统包括外科控制台、控制塔和具有联接到设置臂的外科机器人臂的一个或多个可移动推车。外科控制台通过一个或多个接口设备接收用户输入，这些接口设备由控制塔解释为用于移动外科机器人臂的移动命令。该外科机器人臂包括控制器，控制器被配置成处理移动命令并且生成用于激活机械臂的一个或多个致动器的扭矩命令，该扭矩命令进而将响应于移动命令来移动机器人臂。
24.参考图1，外科机器人系统10包括控制塔20，该控制塔连接到外科机器人系统10的所有部件，外科机器人系统包括外科控制台30和一个或多个机器人臂40。机器人臂40中的每个机器人臂包括与其可移除地联接的外科器械50。机器人臂40中的每个机器人臂还联接到可移动推车60。
25.外科器械50被配置成用于在微创外科手术期间使用。在实施方案中，外科器械50可被配置成用于开放式外科手术。在实施方案中，外科器械50可以是被配置成为临床医生提供视频馈送的内窥镜，诸如内窥镜相机51。在另外的实施方案中，外科器械50可以是被配置成通过在钳口构件之间压缩组织并向其施加电外科电流来密封组织的电外科夹钳。在又
另一实施方案中，外科器械50可以是外科缝合器，外科缝合器包括一对钳口，该对钳口被配置成在部署多个组织紧固件(例如，钉)并切割所缝合的组织的同时抓握和夹持组织。
26.机器人臂40中的一者可包括被配置成捕获外科手术部位的视频的相机51。外科控制台30包括第一显示器32和第二交互式显示器34，第一显示器显示由设置在机器人臂40上的外科器械50的相机51提供的外科手术部位的视频馈送，第二交互式显示器显示用于控制外科机器人系统10的用户界面。第一显示器32和第二显示器34是允许显示各种图形用户输入的触摸屏。
27.外科控制台30还包括多个用户接口设备，诸如由用户使用以远程控制机器人臂40的脚踏板36和一对手柄控制器38a和38b。外科控制台还包括用于在操作手柄控制器38a和38b时支撑临床医生手臂的扶手33。
28.控制塔20包括显示器23，该显示器可以是触摸屏，并且在图形用户界面(gui)上输出。控制塔20还充当外科控制台30与一个或多个机器人臂40之间的接口。具体地，控制塔20被配置成控制机器人臂40，以例如基于来自外科控制台30的一组可编程指令和/或输入命令来移动机器人臂40和对应的外科器械50，以使得机器人臂40和外科器械50响应于来自脚踏板36和手柄控制器38a和38b的输入来执行期望的移动序列。
29.控制塔20、外科控制台30和机器人臂40中的每一者包括相应计算机21、31、41。计算机21、31、41使用基于有线或无线通信协议的任何合适的通信网络彼此互连。如本文所用，术语“网络”无论单数还是复数，均表示数据网络，包括但不限于互联网、内联网、广域网或局域网，并且不限于本公开所涵盖的通信网络的定义的全部范围。合适的协议包括但不限于传输控制协议/因特网协议(transmission control protocol/internet protocol，tcp/ip)、数据报协议/因特网协议(datagram protocol/internet protocol，udp/ip)和/或数据报拥塞控制协议(datagramcongestion control protocol，dccp)。无线通信可经由一个或多个无线配置实现，例如，无线电频率、光学、wi-fi、蓝牙(一种开放无线协议，用于使用短波无线电波从固定设备和移动设备在短距离内交换数据，从而创建个人局域网络(pan))、(一套高级通信协议的规范，使用基于针对无线个人局域网络(wpan)的ieee 122.15.4-2003标准的小型低功率数字无线电)。
30.计算机21、31、41可包括能够操作地连接到存储器(未示出)的合适处理器(未示出)，该处理器可包括易失性、非易失性、磁性、光学或电子介质中的一种或多种，诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、电可擦除可编程rom(eeprom)、非易失性ram(nvram)或闪存存储器。处理器可为适于执行本公开中所述的操作、计算和/或指令集的任何合适处理器(例如，控制电路)，包括但不限于硬件处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、中央处理单元(cpu)、微处理器以及它们的组合。本领域技术人员应当理解，可以通过使用适于执行本文所述的算法、计算和/或指令集的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替处理器。
31.参考图2，每个机器人臂40中可包括多个连接件42a、42b、42c，该多个连接件分别在接合部44a、44b、44c处互连。接合部44a被配置成将机器人臂40固定到可移动推车60上并且限定第一纵向轴线。参考图3，可移动推车60包括升降器61和设置臂62，该设置臂提供用于安装机器人臂40的基座。升降器61允许设置臂62竖直移动。可移动推车60还包括用于显示与机器人臂40有关信息的显示器69。
32.设置臂62包括第一连接件62a、第二连接件62b和第三连接件62c，这些连接件提供机器人臂40的横向可操纵性。连接件62a、62b、62c在接合部63a和63b处互连，每个接合部可包括致动器(未示出)，用于使连接件62b和62b相对于彼此和连接件62c旋转。具体地，连接件62a、62b、62c可在它们相应的彼此平行的横向平面中移动，从而允许机器人臂40相对于患者(例如，外科手术台)延伸。在实施方案中，机器人臂40可联接到外科手术台(未示出)。设置臂62包括用于调整连接件62a、62b、62c以及升降器61的移动的控制器65。
33.第三连接件62c包括具有两个自由度的可旋转基座64。具体地，可旋转基座64包括第一致动器64a和第二致动器64b。第一致动器64a可绕垂直于由第三连接件62c限定的平面的第一固定臂轴线旋转，并且第二致动器64b可绕横向于第一固定臂轴线的第二固定臂轴线旋转。第一致动器64a和第二致动器64b允许机器人臂40的完整三维取向。
34.参考图2，机器人臂40还包括限定第二纵向轴线并且被配置成接收idu 52(图1)的保持器46。idu 52被配置成联接到外科器械50的致动机构和相机51，并且被配置成移动(例如，旋转)并致动器械50和/或相机51。idu 52将致动力从其致动器传递到外科器械50，以致动外科器械50的部件(例如，端部执行器)。保持器46包括滑动机构46a，该滑动机构被配置成使idu 52沿由保持器46限定的第二纵向轴线移动。保持器46还包括接合部46b，该接合部使保持器46相对于连接件42c旋转。
35.机器人臂40还包括设置在idu 52和设置臂62上的多个手动超控按钮53，这些手动超控按钮可在手动模式下使用。临床医生可以按下按钮53中的一个或多个按钮以使与按钮53相关联的部件移动。
36.接合部44a和44b包括致动器48a和48b，致动器被配置成通过一系列皮带45a和45b或其他机械连杆(诸如驱动杆、线缆或杆等)相对于彼此驱动接合部44a、44b、44c。具体地，致动器48a被配置成使机器人臂40绕由连接件42a限定的纵向轴线旋转。
37.接合部44b的致动器48b经由皮带45a联接到接合部44c，并且接合部44c进而经由皮带45b联接到接合部46c。接合部44c可包括联接皮带45a和45b的分动箱，使得致动器48b被配置成使连接件42b、42c中的每一者和保持器46中相对于彼此旋转。更具体地，连接件42b、42c和保持器46被动地联接到致动器48b，该致动器强制执行围绕远程中心点“p”的旋转，该远程中心点位于由连接件42a限定的第一轴线与由保持器46限定的第二轴线的交叉处。因此，致动器48b控制第一轴线与第二轴线之间的角度θ，从而允许外科器械50的取向。由于连接件42a、42b、42c和保持器46经由皮带45a和45b互连，所以还调整了连接件42a、42b、42c和保持器46之间的角度，以便实现期望的角度θ。在实施方案中，接合部44a、44b、44c中的一些或全部接合部可包括致动器，以消除对机械连杆的需要。
38.参考图4，外科机器人系统10的计算机21、31、41中的每一者可包括可在硬件和/或软件中具体体现的多个控制器。控制塔20的计算机21包括控制器21a和安全观测器21b。控制器21a从外科控制台30的计算机31接收关于手柄控制器38a和38b的当前位置和/或取向以及脚踏板36和其他按钮的状态的数据。控制器21a处理这些输入位置以确定机器人臂40和/或idu 52的每个接合部的期望驱动命令，并且将这些命令传送到机器人臂40的计算机41。控制器21a还接收实际接合角度并使用该信息来确定传输回外科控制台30的计算机31的力反馈命令，以通过手柄控制器38a和38b提供触觉反馈。手柄控制器38a和38b包括一个或多个输出触觉反馈的触觉反馈振动设备。安全观测器21b对进入和离开控制器21a的数据
执行有效性检查，并且如果检测到数据传输中的错误，则通知系统故障处理器，以将计算机21和/或外科机器人系统10置于安全状态。
39.计算机41包括多个控制器，即主推车控制器41a、设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和器械驱动单元(idu)控制器41d。主推车控制器41a接收和处理来自计算机21的控制器21a的接合命令并且将这些命令传送到设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和idu控制器41d。主推车控制器41a还管理器械交换以及可移动推车60、机器人臂40和idu 52的总体状态。主推车控制器41a还将实际接合部角度传送回控制器21a。
40.设置臂控制器41b控制接合部63a和63b中的每一者，以及设置臂62的可旋转基座64，并且针对俯仰轴线计算期望的马达移动命令(例如，马达扭矩)并控制制动器。机器人臂控制器41c控制机器人臂40的每个接合部44a和44b，并且计算机器人臂40的重力补偿、摩擦补偿和闭环位置控制所需的期望马达扭矩。机器人臂控制器41c基于计算的扭矩来计算移动命令。然后将计算的马达命令传送到机器人臂40中的致动器48a和48b中的一个或多个致动器。然后将实际接合位置通过致动器48a和48b传输回机器人臂控制器41c。
41.idu控制器41d接收外科器械50的期望接合部角度，诸如腕部和钳口角度，并且计算idu 52中的马达的期望电流。idu控制器41d基于马达位置来计算实际角度并且将实际角度传输回主推车控制器41a。
42.机器人臂40被进行如下控制。首先，对机器人臂40进行控制的手柄控制器(例如手柄控制器38a)的位姿通过控制器21a执行的手眼转换功能被转换成机器人臂40的期望位姿。手眼功能以及本文描述的其他功能体现在可由控制器21a或本文描述的任何其他合适的控制器执行的软件中。手柄控制器38a中的一个手柄控制器的位姿可体现为相对于坐标参考系的坐标位置和滚转-俯仰-偏航(“rpy”)取向，该坐标参考系固定到外科控制台30。器械50的期望位姿相对于机器人臂40上的固定参考系。然后通过由控制器21a执行的缩放函数来缩放手柄控制器38a的位姿。在实施方案中，通过缩放函数，坐标位置按比例缩小并且取向按比例放大。另外，控制器21a还执行离合函数，其使手柄控制器38a与机器人臂40脱离。具体地，如果超出某些移动限值或其他阈值，则控制器21a停止将来自手柄控制器38a的移动命令传输到机器人臂40，并且实质上如同虚拟离合器机构一样起作用，例如限制机械输入影响机械输出。
43.机器人臂40的期望位姿基于手柄控制器38a的位姿，并且然后通过由控制器21a执行的逆运动学函数传递。逆运动学函数计算机器人臂40的接合部44a、44b、44c的角度，该角度实现了通过手柄控制器38a的经缩放和调整的位姿输入。然后将所计算的角度传递到机器人臂控制器41c，该机器人臂控制器包括具有比例微分(pd)控制器、摩擦估计器模块、重力补偿器模块和双侧饱和块的接合部轴线控制器，该接合部轴线控制器被配置成限制接合部44a、44b、44c的马达的所命令的扭矩。
44.参照图1，手柄控制器38a和38b的移动导致器械50的移动。为了简化本公开的描述，仅参考手柄控制器38a，并且手柄控制器38b可以被配置成以类似的方式操作。在实施方案中，脚踏板36中的一个脚踏板(即，离合器脚踏板36a)被配置成调节手柄控制器38a的移动输入信号。器械50和/或机器人臂40的移动基于预定的缩放因子进行调节，该预定的缩放因子可以由离合器脚踏板36a调节。在实施方案中，在完全打开位置和完全接合位置之间将离合器脚踏板36a踩下一半同样将来自手柄控制器38a的任何输入缩放一半，使得器械50和
机器人臂40行进的距离减半。在另外的实施方案中，将离合器脚踏板36a完全向下踩至完全接合位置保持机器人臂40和器械50静止，以允许在不移动器械50和/或机器人臂40的情况下移动手柄控制器38a。
45.参考图5，手柄控制器38a包括手柄组件100，该手柄组件连接到连杆102，该连杆具有水平连杆104和一对垂直连杆106和108。连杆101允许输入水平移动命令和垂直移动命令。手柄组件100包括：第一框架110，该第一框架在第一万向节111处旋转地联接到连杆102；第二框架112，该第二框架在第二万向节113处旋转地联接到第一框架110；以及手柄114，该手柄在第三万向节115处联接到第二框架112。手柄114被配置成围绕穿过第三万向节115的纵向(即，滚动)轴线“h-h”旋转。手柄114围绕滚动轴线“h-h”的旋转赋予器械50围绕其纵向(即，滚动)轴线“i-i”的旋转(图2)。
46.器械50围绕滚动轴线“i-i”的旋转由旋转器械50的idu 52完成。idu 52被配置成使器械50围绕滚动轴线“i-i”旋转多圈，直到达到机械极限。在实施方案中，器械50可以从中心位置 /-360
°
旋转到 /-1080
°
。如本文所用，符号“ /
‑”
后面跟着度数表示以逆时针方向或顺时针方向旋转该度数。因此，即使器械50可以在外科手术期间连续旋转多圈，有时也会达到机械极限。系统10，特别是控制器21a被配置成控制idu 52以在通过翻转器械50达到机械极限的那些情况下旋转器械50。
47.具体地，控制器21a通过指示idu 52在与机械极限相反的轴向方向上将器械旋转 /-180
°
来翻转器械50。该特征避免遇到在滚动轴线“h-h”上的机械硬停止，并且因此增加了运动范围。当临床医生经由脚踏板36a抓住手柄控制器38a并且使手柄114围绕滚动轴线“h-h”旋转任何合适的角度(该角度可以小于实际翻转角度或器械旋转角度(即，180
°
))以允许更容易地输入移动命令时，可以启动器械翻转。手柄旋转角度可以为约110
°
至约160
°
,在实施方案中该手柄旋转角度在任一方向上可为约120
°
至约150
°
。在另外的实施方案中，手柄旋转角度可以为 /-135
°
。这允许临床医生指示器械50将被翻转(即，旋转180
°
),而实际上没有将手柄114旋转该度数。控制器21a被配置成以缩放因子缩放手柄旋转角度输入(该手柄旋转角度输入小于器械旋转角度(即，180
°
))，以实现器械50的翻转。
48.在实施方案中，虽然器械翻转命令可以在任一方向上(例如， /-135
°
)，但是只要器械的180
°
旋转不会达到机械极限，则器械50的实际旋转可以在翻转方向上完成。因此，器械50的旋转在手柄114的旋转方向上进行，除非器械50的旋转达到机械极限(在这种情况下，器械50在允许器械50旋转的相反方向上旋转180
°
)。
49.在外科手术期间，当手柄114可以在滚动轴线“h-h”的舒适工作范围(例如，自然的手握位置)内时，idu 52可以接近机械接合极限。控制器21a允许临床医生使用器械翻转功能来将手柄控制器38a上的idu 52的工作范围重新限定到idu 52的活动范围的新区域。当使用弯曲尖端器械时，这一点很明显，这些弯曲尖端器械在插入时最初可以指向与临床医生需要的方向相反的方向。通过使用器械翻转功能，将器械50(包括端部执行器)旋转180
°
，以将端部执行器指向期望方向。器械翻转功能启动器械翻转算法，该器械翻转算法体现在由控制器21a执行的软件指令中，并且处理用于何时施加预设轴向旋转偏移以及在哪个方向上施加预设轴向旋转偏移的逻辑。然后向idu 52施加轴向旋转。在实施方案中，响应于器械翻转命令，轴向旋转可以不由idu 52瞬时地施加到器械50，而是在手柄114的短暂运动之后可以将器械50旋转到新取向。用于执行旋转的指令体现在由主推车控制器41a执行的软
件指令中。
50.参考图6，指令翻转算法的方法首先检查以确保器械50与idu 52接合并且主推车控制器41a与器械50通信。该验证由主控制器41a执行。然后，主推车控制器41a检查手柄控制器38a或38b中的哪一个手柄控制器被分配给被控制的器械50。
51.接着，控制器21a查找离合器脚踏板36a的离合器状态的变化。具体地，控制器21a监听来自离合器脚踏板36a的离合器输入和基于要求器械翻转的手柄114的移动的特定输入命令。用于启动器械翻转的输入命令是手柄114围绕滚动轴线“h-h”旋转超过阈值旋转角度，该阈值旋转角度在任一方向上可以为从约90
°
至约160
°
,并且在实施方案中在任一方向上可以为135
°
。基于这些输入，控制器21a选择并输出器械翻转角度为 180
°
、-180
°
或0
°
。如果未连接器械50，则翻转角被重置为0
°
。如果手柄114的旋转角度小于启动翻转功能的阈值角度，则仅旋转手柄114而不旋转器械50。
52.器械50的旋转方向还通过确定在与手柄114相同的方向上的旋转是否会导致idu 52达到机械极限来验证。如果是这种情况，则idu 52在相反的方向旋转器械50，以实现器械50的翻转。
53.缩放因子和用于启动器械翻转的阈值角度可以是可调节的。缩放因子可以被调节，使得将抓住的手柄控制器38a在第一方向(例如，顺时针方向)上旋转超过阈值可以触发缩放的增加，而在相反的方向上旋转可以触发缩放的减少。这种调节也可以只针对由手柄控制器38a控制的器械50，使得缩放因子不被施加到手柄控制器38b。可以通过显示在交互式显示器34上的用户界面(例如，设置菜单)来调节对缩放和用于启动器械翻转的阈值角度进行的调节。由于器械翻转为约180
°
，因此可响应于临床医生选择期望阈值角度由控制器21a自动设置缩放因子。
54.在实施方案中，其它旋转阈值可用作控制器械50的命令。这些次级旋转阈值可以高于器械翻转阈值。当接合时，次级旋转阈值可用于自动执行由器械50和idu 52执行的各种其它功能。在实施方案中，这些功能包括在器械更换的准备中校正和打开器械钳口，当被抓住时根据手柄114运动的方向放松或收紧器械电缆张力，以及当仍然在外科控制台30处接合的同时通过手在手柄控制器38a和38b上启用或禁用内窥镜滚动，而不是通过交互式显示器34改变该设置。
55.应当理解，可对本发明所公开的实施方案作出各种修改。在实施方案中，传感器可设置在机器人臂的任何合适部分上。因此，以上说明不应理解为限制性的，而是仅作为各种实施方案的例示。本领域的技术人员能够设想在本文所附权利要求书的范围和实质内的其它修改。