机器人外科手术系统扭矩传感感测技术方案

一种验证仪器驱动单元的反作用扭矩传感器的扭矩测量的方法包括控制器，其接收验证信号，产生可接受的扭矩范围，接收扭矩信号，将扭矩信号与可接受的扭矩范围进行比较，以及如果由马达施加的扭矩处于可接受的扭矩范围外，则停止马达。验证信号指示由马达汲取的电流，并且扭矩信号指示由马达施加的扭矩。

Torque sensing of robotic surgical system

Torque measurement method to drive the reaction torque sensor unit a verification device includes a controller, which receives the authentication signal produced acceptable torque range, receiving torque signal, the torque signal and acceptable torque range are compared, and if the torque exerted by the motor torque in the acceptable range, then stop motor. The signal indicates the current drawn by the motor, and the torque signal indicates the torque applied by the motor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人外科手术系统扭矩传感感测相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月16日提交的美国临时专利申请号62/180,124的权益和优先权，其全部公开内容以引用方式并入本文中。
技术介绍
机器人外科手术系统已经用于微创医疗手术中。在这样的医疗手术期间，机器人外科手术系统由与用户界面交互的外科医生控制。用户界面允许外科医生操纵作用于患者的端部执行器。用户界面具有可由外科医生移动以控制机器人外科手术系统的输入控制器或手柄。机器人外科手术系统的端部执行器定位于连接到机器人臂的外科手术仪器的端部。每个端部执行器都可以由仪器驱动单元(IDU)操纵。IDU可以具有驱动马达，该驱动马达与端部执行器相关联并且被构造成使端部执行器围绕相应的轴线运动或者致动端部执行器的特定功能(例如，端部执行器的钳夹的接近、枢转等)。机器人外科手术系统中的安全系统监测驱动马达电流。如果所测得的马达电流超过预设的安全阈值，则将推测到故障并且马达将被关闭。这些系统检测不同类型的故障的能力有限，因为它们没有考虑马达输出的实际力。需要能够识别与纯高电流消耗相关的故障以外的不同类型故障的稳健的仪器驱动单元故障检测。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，验证仪器驱动单元的扭矩传感器的扭矩测量可以包括接收指示由仪器驱动单元的马达汲取的电流的验证信号。可以基于验证信号识别可接受的扭矩范围。扭矩测量可以与可接受的扭矩范围进行比较。如果扭矩测量处于可接受的扭矩范围外，则可停止马达。在一些方面，该方法可以包括利用与马达电隔离的反作用扭矩传感器来测量由马达施加的扭矩。反作用扭矩传感器可以将扭矩信号传输到控制器。该方法还可以包括当由马达施加的扭矩处于可接受的扭矩范围外时产生故障信号。产生故障信号可以包括以临床医生可听、可视或触控反馈的形式向临床医生提供反馈。在一些方面，传感器可以将验证信号传输到控制器。传感器可以测量由马达汲取的电流以产生验证信号。在本专利技术的另一方面，一种用于仪器驱动单元的马达的控制电路包括传感器、反作用扭矩传感器和控制器。传感器被配置成检测由马达汲取的电流，并且反作用扭矩传感器被配置成检测由马达施加的扭矩。控制器与传感器和反作用扭矩传感器通信并且被配置成控制马达。控制器被配置成将由马达汲取的检测到的电流与由马达施加的检测到的扭矩进行比较，以验证检测到的扭矩处于由马达汲取的检测到的电流的可接受的扭矩值范围内。在一些方面，控制电路包括与马达电连通的马达能量源。马达能量源可以与反作用扭矩传感器电隔离。传感器可以被配置成检测由马达从马达能量源汲取的电流。在一些方面，反作用扭矩传感器被配置成检测由马达施加的扭矩引起的机械特性。机械特性可以是应变。在本专利技术的另一方面，机器人外科手术系统的仪器驱动单元包括固定板、第一马达、第一反作用扭矩传感器、第一传感器和第一控制器。第一马达具有第一驱动轴，并且第一反作用扭矩传感器围绕第一驱动轴设置以将第一马达固定到固定板。第一反作用扭矩传感器被配置成检测由第一马达传递的扭矩。第一传感器被配置成检测由第一马达汲取的电流。第一控制器被配置成控制第一马达。第一控制器与第一传感器和第一反作用扭矩传感器通信。第一控制器被配置成将由第一马达汲取的检测到的电流与由第一马达传递的检测到的扭矩进行比较，以验证检测到的扭矩处于由第一马达汲取的检测到的电流的可接受的扭矩值范围内。在一些方面，仪器驱动单元包括第二马达、第二反作用扭矩传感器和第二传感器。第二马达具有第二驱动轴，并且第二反作用扭矩传感器围绕第二驱动轴设置以将第二马达固定到固定板。第二反作用扭矩传感器被配置成检测由第二马达传递的扭矩。第二传感器被配置成检测由第二马达汲取的电流。第一控制器被配置成控制第二马达。第一控制器与第二传感器和第二反作用扭矩传感器通信。第一控制器被配置成将由第二马达汲取的检测到的电流与由第二马达传递的检测到的扭矩进行比较，以验证检测到的扭矩处于由第二马达汲取的检测到的电流的可接受的扭矩值范围内。在一些方面，仪器驱动单元包括第三马达、第三反作用扭矩传感器、第三传感器和第二控制器。第三马达具有第三驱动轴，并且第三反作用扭矩传感器围绕第三驱动轴设置以将第三马达固定到固定板。第三反作用扭矩传感器被配置成检测由第三马达传递的扭矩。第三传感器被配置成检测由第三马达汲取的电流。第二控制器被配置成控制第三马达。第二控制器与第三传感器和第三反作用扭矩传感器通信。第二控制器被配置成将由第三马达汲取的检测到的电流与由第三马达传递的检测到的扭矩进行比较，以验证检测到的扭矩处于由第三马达汲取的检测到的电流的可接受的扭矩值范围内。下面参考附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例的更多细节和方面。附图说明下面参考附图描述本专利技术的各个方面，附图被并入并构成本说明书的一部分，其中：图1是用户界面和机器人系统的示意图；图2是图1的机器人系统的仪器驱动单元的侧视横截面图；图3是沿着图2的剖面线3-3截取的横截面图；图4是图2的仪器驱动单元的控制电路的示意图；以及图5是示出控制图1的仪器驱动单元的方法的流程图。具体实施方式现在参考附图详细描述本专利技术的实施例，其中在若干视图的每个视图中，相同的附图标记表示相同或相应的元件。如本文所使用，术语“临床医生”是指医生、护士或任何其他护理提供者，并且可以包括支援人员。在整个说明书中，术语“近侧”是指最靠近临床医师的装置部分或其部件，而术语“远侧”是指离临床医师最远的装置部分或其部件。本专利技术通常涉及一种用于机器人外科手术系统的仪器驱动单元(IDU)，其包括扭矩传感器(例如主传感器)，该扭矩传感器测量由马达施加的扭矩并向驱动马达的控制器提供扭矩信号。IDU还包括辅助传感器，该辅助传感器测量马达的输入以向控制器提供验证信号。控制器将扭矩信号和验证信号进行比较以确保扭矩传感器正常工作。如果扭矩信号在用于给定的验证信号的可接受的值范围外，则控制器产生故障信号和/或停止机器人外科手术系统。如本文详细描述，IDU包括作为主传感器的反作用扭矩传感器。然而，可以设想的是，主传感器可以是直列式扭矩传感器。参考图1，示出了机器人外科手术系统1，其包括机器人系统10、处理单元30和用户界面40。机器人系统10通常包括连杆12和机器人基座18。连杆12可移动地支撑外科手术仪器，该外科手术仪器具有构造成作用于组织上的端部执行器或工具20。连杆12可以呈每一个具有多个部件13的臂的形式。多个部件13中的部件13a具有端部14，该端部支撑构造成作用于组织的端部执行器或工具20。另外，部件13a的端部14可以包括用于对外科手术部位“S”进行成像的成像装置16。连杆12的多个部件13中的每一个可以围绕接头15彼此连接。用户界面40通过处理单元30与机器人基座18通信。用户界面40包括被配置成显示三维图像的显示装置44。显示装置44显示外科手术部位“S”的三维图像，其可包括由定位于部件13a的端部14上的成像装置16撷取的数据和/或包括由定位于外科手术室周围的成像装置撷取的数据(例如定位于外科手术部位“S”内的成像装置，定位于患者“P”附近的成像装置，定位于成像臂52的远端处的成像装置56)。成像装置(例如成像装置16、56)可以撷取外科手术部位“S”的视觉图像、红外图像、超声图像、X射线图像、热图像和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种验证仪器驱动单元的扭矩传感器的扭矩测量的方法，所述方法包括：接收指示由所述仪器驱动单元的马达汲取的电流的验证信号；基于所述验证信号识别可接受的扭矩范围；将所述扭矩测量与所述可接受的扭矩范围进行比较；以及如果所述扭矩测量处于所述可接受的扭矩范围外，则停止所述马达。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.16 US 62/180,1241.一种验证仪器驱动单元的扭矩传感器的扭矩测量的方法，所述方法包括：接收指示由所述仪器驱动单元的马达汲取的电流的验证信号；基于所述验证信号识别可接受的扭矩范围；将所述扭矩测量与所述可接受的扭矩范围进行比较；以及如果所述扭矩测量处于所述可接受的扭矩范围外，则停止所述马达。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括利用与所述马达电隔离的反作用扭矩传感器测量由所述马达施加的所述扭矩，所述反作用扭矩传感器将扭矩信号传输到执行所述比较的控制器。3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括当所述扭矩测量处于所述可接受的扭矩范围外时产生故障信号。4.根据权利要求3所述的方法，其中产生所述故障信号包括向临床医生提供反馈，所述反馈是可听的、可视的、触控的或其组合。5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括利用传感器产生所述验证信号，所述传感器将所述验证信号传输到控制器。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括利用所述传感器测量由所述马达汲取的电流。7.一种用于仪器驱动单元的马达的控制电路，所述控制电路包括：传感器，其被配置成检测由所述马达汲取的电流；反作用扭矩传感器，其被配置成检测由所述马达施加的扭矩；以及控制器，其与所述传感器和所述反作用扭矩传感器通信并且被配置成控制所述马达，所述控制器被配置成将由所述马达汲取的所述检测到的电流与由所述马达施加的所述检测到的扭矩进行比较，以验证所述检测到的扭矩处于由所述马达汲取的所述检测到的电流的可接受的扭矩值范围内。8.根据权利要求7所述的控制电路，其进一步包括与所述马达电连通的马达能量源，所述马达能量源与所述反作用扭矩传感器电隔离。9.根据权利要求8所述的控制电路，其中所述传感器被配置成检测由所述马达从所述马达能量源汲取的电流。10.根据权利要求7所述的控制电路，其中所述反作用扭矩传感器被配置成检测由所述马达施加的扭矩引起的机械特性。11.根据权利要求10所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：布罗克·科普，菲力·伊尔卡，马克·麦克劳德，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国,US