機器人系統及操作與製造機器人系統相關方法本申請案與機器人系統有關、且更具體地與具有遠程驅動的自主模式的機器人系統、以及操作及形成這種機器人系統的方法有關。
疾病通常在工作場所散佈，但對於使用電動儀器（例如超音波、氣動式拋光機及鑽頭）的牙科專業人員來說，暴露的風險可能明顯高得多。細菌及病毒可以經由這些類型的處理產生的飛濺物、氣溶膠及微粒碎片迅速傳播。也就是說，例如藉由超音波、鑽孔及氣動式拋光處理產生的氣溶膠、微粒碎片及飛濺物可能含有唾液、血液、細菌及病原體。一旦空氣傳播，氣溶膠顆粒可能會在環境中逗留一小時或更長，而微粒碎片及飛濺物可能最終會落在治療區域周圍的表面上。例如，這會造成普通感冒及流感病毒、皰疹病毒、致病性鏈球菌或葡萄球菌、嚴重急性呼吸道症候群（SARS）及肺結核（TB）傳染的風險，對牙科專業人員來說是主要風險。
此外，在使用這種電動儀器進行牙科療程時，患者通常處於斜躺位置，並且牙科專業人員必須扭曲並靠近患者的嘴、或操縱小型手持鏡子，以在療程正在進行時能夠查看療程。在使用與引導機器人系統接合的儀器進行療程的情況下就是這種情況。因此，這樣的牙科療程對於牙科專業人員來說通常是麻煩的、非使用者友善的且非人體工學的、並且可能增加牙科專業人員暴露於由療程產生的有害氣溶膠及微粒物質的風險。
因此，存在需要一種機器人系統（在某些情況下，牙科機器人系統），尤其是針對牙科專業人員，該機器人系統藉由限制牙科專業人員暴露於牙科/顎面療程引起的氣溶膠及微粒碎片以促使有效調節傳染病及污染物的傳染。還存在對允許牙科專業人員以使用者友善、距離遠以及符合人體工學方式進行牙科/顎面療程的機器人系統的需求。這樣的機器人系統較佳地應該是有效而不限制牙科工具的移動性或牙科工具對牙科/顎面結構的可及性，同時允許牙科專業人員進行牙科/顎面結構而不必太靠近牙科工具與牙科/顎面結構之間的實際交互作用。
上述以及其他需求由本揭露內容的態樣滿足，在一個特定態樣中，提供了一種機器人系統，該機器人系統包括具有遠端的追蹤臂，該遠端被設置為與在或相鄰於一部位或在該部位接收的對象的參考位置通信，其中參考位置以與追蹤臂的近端成一關係而被設置在三維空間中。機器手臂具有與其遠端接合的療程工具，其中療程工具具有與其接合的末端效應器，末端效應器具有適於與部位或對象交互作用的遠端，並且機器手臂具有以與追蹤臂的近端成已知關係而被設置的近端。控制器包括處理器及記憶體，其中控制器被設置為與追蹤臂、機器手臂及療程工具可操作地通信。控制器被設置以經由機械手臂及追蹤臂確定療程工具與三維空間中的參考位置之間的實際空間關係，其中實際空間關係包括相對於參考位置的療程工具的末端效應器的遠端的位置。控制器更被設置為藉由根據操作計劃並基於實際空間關係調節機械手臂的移動以將療程工具引導至與部位或對象鄰近的集結位置。操作計劃包括末端效應器往返於部位或對象以及末端效應器在部位處或對象上執行的療程期間經歷的路徑。致動器被設置為與療程工具成間隔開關係且被設置以與控制器通信。致動器被設置用於致動控制器以根據操作計劃引導機器手臂自主地從集結位置移動療程工具，以用於末端效應器與部位或對象交互作用並用於療程工具相對於參考位置而在部位處或對象上使用末端效應器執行療程。
本揭露內容的另一態樣提供了一種操作機器人系統的方法，其中這種方法包括將追蹤臂的遠端設置為與在或相鄰於一部位或在該部位接收的對象的參考位置通信，參考位置以與追蹤臂的近端成一關係而被設置在三維空間中。療程工具被設置為與機器手臂的遠端接合，其中療程工具具有與其接合的末端效應器，末端效應器具有適於與部位或對象交互作用的遠端，並且機器手臂具有以與追蹤臂的近端成已知關係而被設置的近端。使用包括處理器及記憶體並以與追蹤臂、機器手臂及療程工具可操作地通信而設置的控制器，經由機器手臂及追蹤臂確定在三維空間中療程工具與參考位置之間的實際空間關係，其中實際空間關係包括相對於參考位置的療程工具的末端效應器的遠端的位置。根據操作計劃並基於實際空間關係，藉由使用控制器裝置調節機器手臂的移動，將療程工具引導至鄰近於部位或對象的集結位置。操作計劃包括末端效應器往返於部位或對象以及末端效應器在部位處或對象上執行的療程期間經歷的路徑。以與療程工具成間隔開關係並與控制器通信而設置的致動器被致動以致動控制器以根據操作計劃引導機器手臂自主地從集結位置移動療程工具，以用於末端效應器與部位或對象交互作用並用於療程工具相對於參考位置而在部位處或對象上使用末端效應器執行療程。
本揭露內容的又一態樣提供了一種形成機器人系統的方法，其中這種方法包括設置機器手臂，使得其近端以與追蹤臂的近端成已知關係而被設置，其中追蹤臂具有適於與在或相鄰於一部位或在該部位接收的對象的參考位置通信的遠端，參考位置以與追蹤臂的近端成一關係而被設置在三維空間中。療程工具與機器手臂的遠端接合，其中療程工具具有與其接合的末端效應器，並且末端效應器具有適於與部位或對象交互作用的遠端。控制器，包括處理器及記憶體的控制器被設置為與追蹤臂、機器手臂及療程工具可操作地通信。控制器被設置以經由機器手臂及追蹤臂確定在三維空間中療程工具與參考位置之間的實際空間關係，其中實際空間關係包括相對於參考位置的療程工具的末端效應器的遠端的位置。根據操作計劃並基於實際空間關係，藉由調節機器手臂的移動，將療程工具引導至鄰近於部位或對象的集結位置。操作計劃包括末端效應器往返於部位或對象以及末端效應器在部位處或對象上執行的療程期間經歷的路徑。致動器被設置為與療程工具成間隔開關係並與控制器通信，使得致動器被設置為致動控制器以根據操作計劃引導機器手臂自主地從集結位置移動療程工具，以用於末端效應器與部位或對象交互作用並用於療程工具相對於參考位置而在部位處或對象上使用末端效應器執行療程。 因此，本揭露內容包括但不限於以下範例性實施方式：
範例性實施方式1：一種機器人系統，包括：具有遠端的追蹤臂，該遠端被設置為與在或相鄰於一部位或在該部位接收的對象的參考位置通信，該參考位置以與該追蹤臂的近端成一關係而被設置在三維空間中；機器手臂，具有與其遠端接合的療程工具，該療程工具具有與其接合的末端效應器，該末端效應器具有適於與該部位或該對象交互作用的遠端，該機器手臂具有以與該追蹤臂的該近端成已知關係而被設置的近端；控制器，包括處理器及記憶體，該控制器被設置為與該追蹤臂、該機器手臂及該療程工具可操作地通信，該控制器被設置以：經由該機器手臂及該追蹤臂而確定該療程工具與該三維空間中的該參考位置之間的實際空間關係，該實際空間關係包括相對於該參考位置的該療程工具的該末端效應器的該遠端的位置；以及藉由根據操作計劃並基於該實際空間關係調節該機械手臂的移動以將該療程工具引導至與該部位或該對象相鄰的集結位置，該操作計劃包括該末端效應器在該部位或該對象上執行的該療程期間以及該末端效應器往返於該部位或該對象上所經歷的路徑；以及致動器，被設置為與該療程工具成間隔開關係且被設置以與該控制器通信，該致動器被設置用於致動該控制器以根據該操作計劃引導該機器手臂自主地從該集結位置移動該療程工具，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用並用於該療程工具相對於該參考位置而在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式2：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該控制器與該療程工具間隔開，並且該控制器包括該致動器。
範例性實施方式3：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該致動器與該控制器分離並且隔開。
範例性實施方式4：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該致動器是藉由該致動器與該療程工具之間的屏障而與該療程工具隔開。
範例性實施方式5：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該控制器被設置以：在該部位或該對象上的該療程完成、或回應於該致動器致動該控制器以將該療程工具縮回至與該部位或該對象間隔開的縮回位置，引導該機器手臂自主地將該療程工具移回至該集結位置或該縮回位置。
範例性實施方式6：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該控制器被設置以：在該療程工具處於該集結位置下，相對於該參考位置的移動，改變該療程工具與該參考位置之間的該實際空間關係。
範例性實施方式7：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該控制器被設置以：根據該操作計劃，在該控制器引導該機器手臂自主地從該集結位置移動該療程工具時，相對於該參考位置的移動，改變該療程工具與該參考位置之間的該實際空間關係，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用或用於該療程工具在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式8：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，包括與該控制器通信、並且與該機器手臂可操作地接合、在該機器手臂與該療程工具之間可操作地接合、或與該療程工具可操作地接合的驅動單元，該驅動單元回應於該致動器的致動以經由該控制器而與該機器手臂配合以根據該操作計劃自主地從該集結位置移動該療程工具，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用並用於該療程工具在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式9：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該機器手臂包括多個互連的臂段，該臂段具有與其接合的一或更多位置感測器，以及其中該控制器被設置為從來自該一或更多位置感測器的位置資料確定：相對於該機器手臂的該近端，該療程工具的該末端效應器的該遠端的該位置。
範例性實施方式10：任一在前的範例性實施方式或其組合的系統，其中該追蹤臂包括多個互連的臂段，該臂段具有與其接合的一或更多位置感測器，以及其中該控制器被設置為從來自該一或更多位置感測器的位置資料確定：相對於該追蹤臂的該近端，該追蹤臂的該遠端的位置。
範例性實施方式11：一種操作機器人系統的方法，該方法包括：將追蹤臂的遠端設置為與在或相鄰於一部位或在該部位接收的對象的參考位置通信，該參考位置以與該追蹤臂的近端的一關係而被設置在三維空間中；設置與機器手臂的遠端接合的療程工具，該療程工具具有與其接合的末端效應器，該末端效應器具有適於與該部位或該對象交互作用的遠端，以及該機器手臂具有以與該追蹤臂的該近端成已知關係而被設置的近端；使用包括處理器及記憶體且被設置為與該追蹤臂、該機器手臂及該療程工具可操作地通信的控制器以經由該機械手臂及該追蹤臂來確定該療程工具與該三維空間中的該參考位置之間的實際空間關係，該實際空間關係包括相對於該參考位置的該療程工具的該末端效應器的該遠端的位置；藉由根據操作計劃並基於該實際空間關係、使用該控制器裝置調節該機器手臂的移動以將該療程工具引導至與該部位或該對象相鄰的集結位置，該操作計劃包括該末端效應器往返該部位或該對象以及該末端效應器在該部位處或該對象上執行的該療程期間經歷的路徑；以及致動被設置為與該療程工具成間隔開關係且與該控制器通信的致動器，以致動該控制器根據該操作計劃引導該機器手臂自主地從該集結位置移動該療程工具，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用並用於該療程工具相對於該參考位置而在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式12：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中致動該致動器包括致動該控制器中包括的該致動器，且該控制器與該療程工具間隔開。
範例性實施方式13：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中致動該致動器包括致動該致動器且該致動器與該控制器分離並且間隔開。
範例性實施方式14：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中致動該致動器包括致動該致動器且該致動器是藉由該致動器與該療程工具之間的屏障而與該療程工具間隔開。
範例性實施方式15：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，包括：在該部位或該對象上的該療程完成、或回應於該致動器致動該控制器以將該療程工具縮回至與該部位或該對象間隔開的縮回位置，由該控制器引導該機器手臂自主地將該療程工具移回至該集結位置或該縮回位置。
範例性實施方式16：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，包括：在該療程工具處於該集結位置下，由該控制器相對於該參考位置的移動改變該療程工具與該參考位置之間的該實際空間關係。
範例性實施方式17：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，包括由該控制器：根據該操作計劃，在該控制器引導該機器手臂自主地從該集結位置移動該療程工具時，相對於該參考位置的移動，改變該療程工具與該參考位置之間的該實際空間關係，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用或用於該療程工具在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式18：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中致動該致動器包括致動該致動器以致動驅動單元，該驅動單元與該控制器通信、並且與該機器手臂可操作地接合、在該機器手臂與該療程工具之間可操作地接合、或與該療程工具可操作地接合，該驅動單元回應於該致動器的致動以經由該控制器而與該機器手臂配合以根據該操作計劃自主地從該集結位置移動該儀器，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用並用於該療程工具在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式19：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中該機器手臂包括多個互連的臂段，該臂段具有與其接合的一或更多位置感測器，以及其中確定該實際空間關係包括使用該控制器以從來自該一或更多位置感測器的位置資料確定：相對於該機器手臂的該近端，該療程工具的該末端效應器的該遠端的該位置。
範例性實施方式20：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中該追蹤臂包括多個互連的臂段，該臂段具有與其接合的一或更多位置感測器，以及其中確定該實際空間關係包括使用該控制器以從來自該一或更多位置感測器的位置資料確定：相對於該追蹤臂的該近端，該追蹤臂的該遠端的位置。
範例性實施方式21：一種形成機器人系統的方法，包括：設置機器手臂，使得該機器手臂的近端以與追蹤臂的近端成已知關係而被設置，該追蹤臂具有的遠端適於要與在或相鄰於一部位或在該部位接收的對象的參考位置通信，該參考位置以與該追蹤臂的近端成一關係而被設置在三維空間中；將療程工具與該機器手臂的遠端接合，該療程工具具有與其接合的末端效應器，該末端效應器具有適於與該部位或該對象交互作用的遠端；設置控制器，該控制器包括處理器及記憶體且與該追蹤臂、該機器手臂及該療程工具可操作地通信，該控制器被設置以：經由該機械手臂及該追蹤臂來確定該療程工具與該三維空間中的該參考位置之間的實際空間關係，該實際空間關係包括相對於該參考位置的該療程工具的該末端效應器的該遠端的位置；藉由根據操作計劃並基於該實際空間關係調節該機器手臂的移動以將該療程工具引導至與該部位或該對象相鄰的集結位置，該操作計劃包括該末端效應器往返於該部位或該對象以及該末端效應器在該部位處或該對象上執行的該療程期間經歷的路徑；以及設置與該療程工具成間隔開關係且與該控制器通信的致動器，使得該致動器被設置以致動該控制器根據該操作計劃引導該機器手臂自主地從該集結位置移動該療程工具，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用並用於該療程工具相對於該參考位置而在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式22：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該致動器包括設置該致動器被包括在該控制器中且將該控制器設置為與該療程工具間隔開。
範例性實施方式23：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該致動器包括設置該致動器使得該致動器與該控制器分離並且間隔開。
範例性實施方式24：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該致動器包括設置該致動器使得該致動器是藉由該致動器與該療程工具之間的屏障而與該療程工具間隔開。
範例性實施方式25：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該控制器包括設置該控制器以：在該部位或該對象上的該療程完成、或回應於該致動器致動該控制器以將該療程工具縮回至與該部位或該對象間隔開的縮回位置，引導該機器手臂自主地將該療程工具移回至該集結位置或該縮回位置。
範例性實施方式26：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該控制器包括設置該控制器以：在該療程工具處於該集結位置下，相對於該參考位置的移動改變該療程工具與該參考位置之間的該實際空間關係。
範例性實施方式27：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該控制器包括設置該控制器以：根據該操作計劃，在該控制器引導該機器手臂自主地從該集結位置移動該療程工具時，相對於該參考位置的移動，改變該療程工具與該參考位置之間的該實際空間關係，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用或用於該療程工具在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式28：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中設置該致動器包括設置該致動器以致動驅動單元，該驅動單元與該控制器通信、並且與該機器手臂可操作地接合、在該機器手臂與該療程工具之間可操作地接合、或與該療程工具可操作地接合，該驅動單元被設置以回應於該致動器的致動以經由該控制器而與該機器手臂配合以根據該操作計劃自主地從該集結位置移動該儀器，以用於該末端效應器與該部位或該對象交互作用並用於該療程工具在該部位處或該對象上使用該末端效應器執行該療程。
範例性實施方式29：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中該機器手臂包括多個互連的臂段，該臂段具有與其接合的一或更多位置感測器，以及其中設置該控制器包括設置該控制器以從來自該一或更多位置感測器的位置資料確定：相對於該機器手臂的該近端，該療程工具的該末端效應器的該遠端的該位置。
範例性實施方式30：任一在前的範例性實施方式或其組合的方法，其中該追蹤臂包括多個互連的臂段，該臂段具有與其接合的一或更多位置感測器，以及其中設置該控制器包括設置該控制器以從來自該一或更多位置感測器的位置資料確定：相對於該追蹤臂的該近端，該追蹤臂的該遠端的位置。
本揭露內容的這些及其他特徵、態樣及優點將從閱讀在下文中被簡要描述的以下詳細描述連同所附圖式而變得明顯。本揭露內容包括本揭露內容中闡述的兩個、三個、四個或更多個特徵或元素的任何組合，無論這些特徵或元素是否在本文的特定實施方式描述中明確結合或以其他方式描述。本揭露內容旨在整體地閱讀，使得本揭露內容的任何可分離特徵或元素在其任何態樣及實施方式中都應被視為預期的，即可組合的，除非本揭露內容的上下文另有明確規定。
將理解，這裡提供的概述僅僅是為了概括一些實例態樣的目的，以提供對本揭露內容的基本理解。因此，將理解上述實例態樣僅僅是實例並且不應以任何方式被解釋為縮小本揭露內容的範圍或精神。將理解，本揭露內容的範圍包括許多潛在態樣，除了本文概述的那些之外，其中一些將在下文進一步描述。此外，本文揭露內容的這些態樣的其他態樣及優點將從結合所附圖式的以下詳細描述中變得明顯，所附圖式以實例的方式示出了所描述的態樣的原理。
現在將在下文中參考所附圖式更全面地描述本揭露內容，其中示出了本揭露內容的一些但不是所有態樣。實際上，本揭露內容可以用許多不同形式體現並且不應被解釋為限於本文闡述的態樣；相反，提供這些態樣，使得此揭露內容將滿足適用的法律要求。相同的數字始終指相同的元素。
圖1示意性地示出了根據本揭露內容的一個態樣的機器人系統100。這種系統包括具有末端效應器300的療程工具200，末端效應器300適於與部位25或在部位25處接收的對象50交互作用。部位25可以是顎面結構或牙齒結構，並且對象50可以是牙齒、牙科植體/牙冠等。
儘管本揭露內容的態樣包括將機器人系統與顎面/牙體形態或顎面結構相關的實例，但本領域中具有通常知識者將理解，在一些態樣中，提及顎面/牙體形態或顎面/牙齒結構僅是提供與/由所揭露的療程工具/末端效應器及/或機器人系統交互作用的對象的實例。否則，本文對「對象」的引用是指向並明確指非人類對象。在一些實例中，這樣的非人類對象是顎面/牙體形態模型或顎面/牙齒結構模型或此類形態或結構的其他非人類表示或複製品。實施本文揭露的系統及方法以例如為牙科專業人員提供方便且有效的訓練工具或訓練規定，以發展他們關於本文所述的療程及工具的技能。此外，本文揭露的及所請的任何方法特別針對本文描述的及所請的系統的控制及操作，其中此類方法不特別指對人進行手術的方法，而是針對與之前指出的訓練程序相關的機器人系統及/或療程工具及末端效應器的操作。
此外，雖然本揭露內容的態樣說明了涉及顎面/牙體形態學的範例療程，但本領域中具有通常知識者將理解，本文揭露的機器人系統及方法的概念可適用於不涉及牙科手術的其他手術療程，諸如，例如，骨科手術、耳鼻喉科（ENT）手術及神經外科手術。因此，本文呈現的揭露內容的態樣僅僅是所揭露概念的適用性的範例並且不旨在以任何方式進行限制。即，除了牙科手術之外，本文揭露的機器人系統的態樣還可以另外適用於患者的各個部位以促進其他類型的手術。
在一些態樣中，例如在圖1及圖2中所示，療程工具200是鑽孔裝置並且末端效應器300是鑽頭或研磨頭。在其他態樣中，療程工具200是超音波清潔器並且末端效應器300是清潔尖端。在又其他態樣中，療程工具200是氣動拋光器並且末端效應器300是拋光尖端。療程工具200與機器人系統100的關節式機器手臂750的遠端725接合，並且療程工具200的末端效應器300適於與部位25及/或在該部位接收的對象50交互作用。
可以包含或包括專用計算機並且至少包括處理器及記憶體的控制器800被設置為與關節式機器手臂750、療程工具200及基準標記900通信（參見例如圖3）。基準標記900適於接合在或鄰近於部位25或對象50的參考位置10。控制器800例如被設置為在末端效應器300移動以與部位25或對象50交互作用期間確定末端效應器300相對於基準標記900的設置。控制器800進一步被設置為引導關節式機器手臂750相對於與參考位置10接合的基準標記900、直接相對於末端效應器300的設置而實體控制或調節療程工具200的可允許移動，以例如在機器人療程期間考慮並適應部位25或對象50的移動。例如，在一些態樣中，控制器800被實施以制定包括療程工具200/末端效應器300被引導以穿過路徑進入到部位25或對象50附近（即，到集結位置）、並且遠離集結位置/部位25或對象50的計劃、療程或操作、以及的後續路徑，沿著該後續路徑，療程工具200/末端效應器300被操縱成與部位25或對象50交互作用，用末端效應器300（在某些情況下，在已建立的軌跡中）執行該計劃/療程/操作。
根據本揭露內容的態樣，制定的計劃/療程/操作詳細說明了療程工具200/末端效應器300沿著到集結位置的路徑的移動（包括軌跡）、以及朝向且與部位25或對象50接合，雖然關節式機器手臂750（具有附接到其遠端725的療程工具200）包括允許療程工具200根據計劃/療程/操作而沿著允許的途徑或路徑被手動移動的結構及調節功能性。然而，經由關節式機器手臂750，療程工具200在可允許的途徑或路徑之外的手動移動受到限制、阻礙或以其他方式防止。
在一些態樣（參見例如圖1）中，追蹤臂1050的遠端1025與基準標記900實體接合。追蹤臂1050是與關節式機器手臂750隔開並且分離的元件。此外，與控制器800通信的追蹤臂1050因此被設置為與控制器800協作，以用於控制器800（即，經由關節式機器手臂750及追蹤臂1050)確定基準標記900/參考位置10與末端效應器300之間的空間關係。在其他態樣（例如，參見圖2）中，機器人系統100包括與追蹤臂1050的遠端1025接合的檢測器1000，其中追蹤臂1050是與關節式機器手臂750隔開並且分離的元件。追蹤臂1050及檢測器1000被設置為與控制器800通信。檢測器1000進一步被設置為與追蹤臂1050協作，以用於追蹤臂1050將檢測器1000定位為和與參考位置10接合的基準標記900呈間隔開的關係，以檢測基準標記900並與控制器800協作以（經由關節式機器手臂750和追蹤臂1050）確定基準標記900/參考位置10與末端效應器300之間的空間關係。在特定範例態樣中，檢測器1000是電檢測器、機電檢測器、電磁檢測器、光學檢測器、紅外線檢測器或其組合。
在一些態樣中，關節式機器手臂750具有近端720並且與遠端725相對。一或更多感測器730與關節式機器手臂750可操作地接合且被設置以感測與關節式機器手臂750關聯的位置資料。例如，一或更多感測器730與關節式機器手臂750的多個臂構件其中之一、及/或與在臂構件之間或臂構件與關節式機器手臂750的其他元件之間（例如，在關節式機器手臂750的近端720與基座構件715之間）接合的關節接合。以此方式，由一或更多感測器730感測的位置資料包括例如在三維空間中關節式機器手臂750及/或其元件的空間關係（例如，方位、位置等）。在一些情況下，空間關係是相對於安裝有關節式機器手臂750的近端720的基座構件715而被確定。因此，在一些態樣中，一或更多感測器730與關節式機器手臂750接合，使得由該一或更多感測器730感測的位置資料至少表明：在三維空間中、並且在一些情況下相對於關節式機器手臂750的基座構件715/近端720，至少關節式機器手臂750的遠端725的空間位置。在三維空間中，療程工具200/末端效應器300的位置與從一或更多感測器730的位置資料確定的關節式機器手臂750的遠端725的位置以及療程工具200與關節式機器手臂750的遠端725的接合相關、已知或從其確定或以其他方式與之關聯。這樣，相對於機器手臂750的近端720，末端效應器300的遠端的位置從來自一或更多個位置感測器730的位置資料而被確定。
在一些態樣中，追蹤臂1050具有近端1020並且與遠端1025相對。一或更多感測器1030與追蹤臂1050可操作地接合並且被設置以感測與追蹤臂1050關聯的位置資料。例如，一或更多感測器1030與追蹤臂1050的多個臂構件其中之一、及/或與在臂構件之間或臂構件與追蹤臂1050的其他元件之間(例如，在追蹤臂1050的近端1020與基座構件715之間)接合的關節接合。以此方式，由一或更多感測器1030感測的位置資料包括例如在三維空間中追蹤臂1050及/或其元件的空間關係(例如，方位、位置等)。在一些情況下，空間關係是相對於安裝有追蹤臂1050的近端1020的基座構件715而被確定。因此，在一些態樣中，一或更多感測器1030與追蹤臂1050接合，使得由一或更多感測器1030感測的位置資料至少表明：在三維空間中、並且在一些情況下相對於基座構件715/追蹤臂1050的近端1020，至少追蹤臂1050的遠端1025的空間位置。在三維空間中，參考位置10的位置與從一或更多感測器1030的位置資料確定的追蹤臂1050的遠端1025的位置、以及基準標記900/參考位置10與追蹤臂1050的遠端1025之間的實體接合、或由與追蹤臂1050的遠端1025接合的檢測器1000對基準標記900/參考位置10的檢測相關、已知或從其確定或以其他方式與之關聯。也就是說，追蹤臂1050的遠端1025相對於其近端1020的位置從來自一或更多位置感測器1030的位置資料而被確定。
因此，根據一些態樣，機器人系統100包括具有遠端1025的追蹤臂1050，該遠端1025被設置為與在或相鄰於部位25或在部位25處接收的對象50的參考位置10通信。參考位置10以與追蹤臂1050的近端1020成一關係而被設置在三維空間中。機器手臂750具有與其遠端725接合的療程工具200，其中療程工具200具有與其接合的末端效應器300，以及其中末端效應器300的遠端適於與部位25或對象50交互作用。機器手臂750的近端720以與追蹤臂1050的近端1020成已知關係而被設置。
控制器800被設置為與追蹤臂1050、機器手臂750及療程工具200可操作地通信，其中控制器800被設置以經由機器手臂750及追蹤臂1050來確定在三維空間中療程工具200與參考位置10之間的實際空間關係，以及其中實際空間關係包括療程工具200的末端效應器300的遠端相對於參考位置10的位置。控制器800進一步被設置為藉由根據操作計劃並基於實際空間關係調節機器手臂750的移動以將療程工具200引導至鄰近於部位25或對象50的集結位置，其中操作計劃包括末端效應器300往返於部位25或對象50以及末端效應器300在部位25處或對象50上執行療程的期間經歷的路徑。
在本揭露內容的特定態樣中，致動器1350以與療程工具200間隔開的關係而被設置、並且設置以與控制器800通信。致動器1350進一步被設置以致動控制器800，以用於控制器800引導機器手臂750自主地從集結位置移動療程工具200，並且根據操作計劃，使末端效應器300與部位25或對象50交互作用，以及使療程工具200相對於參考位置10在部位25處或在對象50上使用末端效應器300執行療程。亦即，在由致動器1350的致動來致動自主模式時，在療程工具200相對於部位25/對象50而被設置在集結位置下，促使控制器800根據操作計劃引導機器手臂750自主移動療程工具200（即，回應控制器800，由機器手臂750的結構移動，無需手動操控療程工具200或機器手臂750)，以用於末端效應器300與部位25或對象50交互作用、以及用於療程工具200使用末端效應器300在部位25處或對象50上執行療程。在一些情況下，致動標記1300（參見，例如圖1、圖2及圖4至圖6）與控制器800可操作地接合；並且被設置以：在療程工具200被放置在集結位置時、在致動器1350被致動時、及/或在警示是適當的、必要的及/或期望的其他情況下，提供例如視覺標記、聽覺標記或其他適當的警示。
根據本揭露內容的這些態樣，致動器1350與末端效應器300及部位25/對象50之間的交互作用的附近分離，同樣允許使用者/操作者在進行療程時與該附近分離，且因此限制或消除牙科專業人員暴露於該療程產生的氣溶膠及微粒碎片。也就是說，這樣的機器人系統100允許使用者/操作者以使用者友善、距離遠且符合人體工學方式進行療程，而不限制療程工具的移動性或療程工具/末端效應器對部位25/對象50的可及性。
在特定態樣中，例如，如圖4所示，控制器800與療程工具200/末端效應器300間隔開，並且控制器800包括與其接合或被包含在其中的致動器1350。例如，具有致動器1350的控制器800可被設置為與機器手臂750/追蹤臂1050分開及/或遠離機器手臂750/追蹤臂1050。在其他態樣中，如圖5所示，致動器1350與控制器800分離並且間隔開。亦即，控制器800可以但不是必須與機器人系統100間隔開且分離地設置，但致動器1350本身與控制器800間隔開且分離，這仍然允許自主模式在距末端效應器300與部位25/對象50之間的交互作用的近處的距離處被致動。在仍是其他態樣中，例如，如圖6所示，致動器1350是由在其與療程工具200之間的屏障1600而與療程工具200隔開。
在一些態樣中，控制器800被設置以在對部位25或對象50上的療程完成時引導機器手臂750自主地將療程工具200移回集結位置或與部位25或對象50間隔開的縮回位置。在其他態樣中，可以回應於致動器1350致動控制器800以將療程工具200縮回至縮回位置而致動自主移除。
在其他態樣中，由於控制器800在療程期間與參考位置10及療程工具200/末端效應器300兩者保持通信，因此，控制器800被設置為相對於參考位置10的移動且療程工具200處於集結位置而改變療程工具200與參考位置10之間的實際空間關係。亦即，參考位置10的位置在療程期間被監控，並且由機器人系統100執行的計劃及/或療程被更新以考慮並適應在療程期間參考位置10的任何移動，並且療程工具200/末端效應器300的經計劃的路徑也相應地調整。尤其是，控制器800被設置為：在機器手臂750被控制器800引導以從集結位置（例如，在自主模式下）自主地移動療程工具時，根據操作計畫、相對於參考位置10的移動改變療程工具200與參考位置10之間的實際空間關係，以用於末端效應器300與部位25或對象50交互作用、或用於療程工具200在部位25處或在對象50上使用末端效應器300執行療程。
在一些態樣中，驅動單元1400被設置為與控制器800通信、並且與機器手臂750可操作地接合、在機器手臂750與療程工具200之間可操作地接合、及/或與療程工具200可操作地接合。在這樣的態樣中，驅動單元1400回應於致動器1350的致動以經由控制器800而與機器手臂750協作，以根據操作計劃自主地從集結位置移動療程工具200，以用於效應器300與部位25或對象50交互作用、並用於療程工具200使用末端效應器300在部位25處或對象50上執行療程。亦即，控制器800與驅動單元1400協作以在自主模式下驅動機器手臂750。
例如，如圖7所示，本揭露內容的另一態樣提供了一種操作機器人系統100的方法。這種方法包括將追蹤臂1050的遠端1025設置為與在或鄰近於部位25或在部位25處接收的對象50的參考位置10通信，其中參考位置10以與追蹤臂1050的近端1020成一關係而被設置在三維空間中（方塊7-100）。具有與其接合的末端效應器300的療程工具200被設置為與機器手臂750的遠端725接合，其中末端效應器300的遠端適於與部位25或對象50交互作用，以及其中機器手臂750的近端720以與追蹤臂1050的近端1020成已知關係而被設置（方塊7-110）。使用控制器800（包括處理器和記憶體、並且被設置為與追蹤臂1050、機器手臂750及療程工具200可操作地通信），經由機器手臂750及追蹤臂1050而確定在三維空間中療程工具200與參考位置10之間的實際空間關係，其中實際空間關係包括療程工具200的末端效應器300的遠端相對於參考位置10的位置（方塊7-120）。
根據操作計劃並基於實際空間關係，藉由使用控制器裝置800調節機器手臂750的移動，將療程工具200引導至鄰近於部位25或對象50的集結位置，其中操作計劃包括末端效應器300往返於部位25或對象50以及末端效應器300在部位25處或對象50上執行的療程期間經歷的路徑（方塊7-130）。致動器1350被致動，其中致動器1350被設置為與療程工具200成間隔開關係並與控制器800通信，以致動控制器800根據操作計劃引導機器手臂750自主地從集結位置移動療程工具200，以用於末端效應器300與部位25或對象50交互作用，以及用於療程工具200相對於參考位置10而在部位25處或對象50上使用末端效應器300執行療程（方塊7-140）。
例如，如圖8所示，本揭露內容的另一態樣提供了一種形成機器人系統100的方法，其中這樣的方法包括設置機器手臂750，使得其近端720以與追蹤臂1050的近端1020成已知關係而被設置，其中追蹤臂1050具有遠端1025，該遠端1025適於與在或鄰近於部位25、或在部位25處接收的對象50的參考位置10通信，其中參考位置10以與追蹤臂1050的近端1020成一關係而被設置在三維空間中（方塊8-100）。療程工具200與機器手臂750的遠端725接合，其中療程工具200具有與其接合的末端效應器300，末端效應器300具有適於與部位25或對象50交互作用的遠端（方塊8-110）。
控制器800（包括處理器及記憶體）被設置為與追蹤臂1050、機器手臂750及療程工具200可操作地通信（方塊8-120），其中控制器800被設置以經由機器手臂750及追蹤臂1050來確定在三維空間中療程工具200與參考位置10之間的實際空間關係，實際空間關係包括療程工具200的末端效應器300的遠端相對於參考位置10的位置。控制器800進一步被設置為藉由根據操作計劃並基於實際空間關係調節機器手臂750的移動以將療程工具200引導至鄰近於部位25或對象50的集結位置，其中操作計劃包括末端效應器300往返於部位25或對象50以及末端效應器300在部位25處或對象50上執行的療程期間經歷的路徑。致動器1350被設置為與療程工具200成間隔開關係並且與控制器800通信，使得致動器1350被設置為致動控制器800以根據操作計劃引導機器手臂750自主地從集結位置移動療程工具200，以用於末端效應器300與部位25或對象50交互作用以及用於療程工具200相對於參考位置10而在部位25處或在對象50上使用末端效應器300執行療程（方塊8-130）。
受益於在前的描述及相關圖式中呈現的教導，這些揭露的實施方式所屬領域中具有通常知識者將會想到於此闡述的本發明的許多修飾及其他實施方式。因此，應理解，本發明的實施方式不限於所揭露的具體實施方式，並且修飾及其他實施方式旨在被包括在本發明的範圍內。此外，儘管前述描述及相關圖式在元素及/或功能的某些範例性組合的上下文中描述了範例性實施方式，但是應理解，在不背離本揭露內容的範圍下，可以由替代實施方式提供不同元件及/或功能的組合。就此方面，例如，與上面明確描述的那些不同的元件及/或功能的組合也被設想在本揭露內容範圍內。儘管在此使用了特定的術語，但它們僅用於一般性及描述性的意義，而不是為了限制的目的。
應理解，雖然這裡可以使用術語第一、第二等來描述各種步驟或計算，但是這些步驟或計算不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一種操作或計算與另一種操作或計算區分開來。例如，第一計算可以被稱為第二計算，並且類似地，第二步驟可以被稱為第一步驟，而不背離本揭露內容的範圍。如本文使用的，術語「及/或」及「/」符號包括一個或更多相關列出的項目的任一及所有組合。
如本文使用的，單數形式「一（a）」、 「一（an）」以及「該（the）」旨在也包括複數形式，除非上下文另有明確指示。 將進一步理解，術語「包括」、「包含」、「含有」及/或「包含有」，當在本文中使用時，指定所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但不排除存在或添加一或更多其他特徵、整數、步驟、操作、元素、組件及/或其群組。因此，本文使用的術語僅是為了描述特定實施方式的目的，並不旨在限制。
10:參考位置 25:部位 50:對象 100:機器人系統 200:療程工具 300:末端效應器 715:基座構件 720:機器手臂的近端 725:機器手臂的遠端 730、1030:感測器 750:機器手臂 800:控制器 900:基準標記 1000:檢測器 1020:追蹤臂的近端 1025:追蹤臂的遠端 1050:追蹤臂 1300:致動標記 1350:致動器 1400:驅動單元 1600:屏障
已經如此以通用術語描述了本揭露內容，現在將參考所附圖式，這些圖式不一定按比例繪製，並且其中： 圖1及圖2示意性地示出了由本揭露內容的方法態樣實施的機器人系統的替代態樣； 圖3示意性地示出如圖1及圖2所示的機器人系統與部位/對象之間的範例性交互作用； 圖4至圖6示意性地示出了根據本揭露內容態樣的用於致動如圖1及圖2所示的機器人系統的自主模式的遠端致動器的替代設置； 圖7示意性地示出了根據本揭露內容的一個態樣的操作如圖1及圖2所示的機器人系統的方法；以及 圖8示意性地示出了根據本揭露內容的另一態樣的形成如圖1及圖2所示的機器人系統的方法。
10:參考位置
25:部位
50:對象
100:機器人系統
200:療程工具
300:末端效應器
715:基座構件
720:機器手臂的近端
725:機器手臂的遠端
730、1030:感測器
750:機器手臂
800:控制器
900:基準標記
1020:追蹤臂的近端
1025:追蹤臂的遠端
1050:追蹤臂
1300:致動標記
1350:致動器
1400:驅動單元