机器人驱动模块的实时监测制造技术

本申请涉及机器人驱动模块的实时监测。外科机器人系统包括机器人臂，该机器人臂具有一个或多个接合部，每个接合部具有马达以及至少一个扭矩传感器和速度传感器。该系统还包括主控制器，该主控制器向马达输出驱动命令，从而致动马达。该系统还包括安全观测器，该安全观测器接收来自传感器的马达的测量的速度，计算观测的速度，以及基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。检测至少一个接合部的操作中的故障。检测至少一个接合部的操作中的故障。

【技术实现步骤摘要】
机器人驱动模块的实时监测
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年5月28日提交的美国专利临时申请号63/194,270的权益和优先权。前述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。


[0003]本公开大体上涉及外科机器人系统，并且具体地涉及被配置成使外科机器人臂的各种部件移动的驱动模块，即致动器。更具体地，本公开涉及一种用于实时监测机器人驱动模块以检测故障的系统和方法。

技术介绍

[0004]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)。在操作中，将机器人臂移动到患者上方的位置，然后机器人臂将外科器械经由外科手术孔口或患者的天然孔口引导到小切口中，以将端部执行器定位在患者体内的工作部位处。机器人臂的操作可以在其操作期间被连续监测，以检测机器人臂的各种部件(诸如其致动器)的故障。

技术实现思路

[0005]根据本公开的一个实施方案，公开了外科机器人系统。外科机器人系统包括机器人臂，该机器人臂包括具有马达和至少一个传感器的至少一个接合部。该系统还包括主控制器，该主控制器被配置成向马达输出驱动命令，即扭矩命令，以致动马达。该系统还包括安全观测器，该安全观测器被配置成：接收来自传感器的测量的速度，计算观测的速度，以及基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。
[0006]上述实施方案的具体实施可包括一个或多个以下特征。根据以上实施方案的一个方面，安全观测器被进一步配置成响应于检测到故障而向主控制器输出错误。传感器中的一者或多者可以包括接合部扭矩传感器，该接合部扭矩传感器被配置成测量至少一个接合部的接合部扭矩。传感器中的一者或多者还可以包括马达传感器，该马达传感器被配置成测量马达的马达扭矩。安全观测器可以被进一步配置成基于接合部扭矩和马达扭矩来计算观测的速度。安全观测器可以被进一步配置成计算观测的速度与测量的速度之间的速度差。安全观测器可以被进一步配置成将速度差与速度误差范围进行比较。安全观测器可以被进一步配置成响应于速度差超出速度误差范围而检测故障。
[0007]根据本公开的另一个实施方案，公开了用于控制外科机器人的方法。该方法包括在主控制器处将驱动命令输出到机器人臂的至少一个接合部的马达以致动马达。该方法还包括使用至少一个传感器测量马达的速度以及在安全观测器处接收来自至少一个传感器的测量的速度。该方法还包括在安全观测器处计算观测的速度以及在安全观测器处基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。
[0008]上述实施方案的具体实施可包括一个或多个以下特征。根据以上实施方案的一个方面，该方法还可以包括：在接合部扭矩传感器处测量至少一个接合部的接合部扭矩；以及在马达传感器处测量马达的马达扭矩。该方法还可以包括：基于接合部扭矩和马达扭矩来计算观测的速度；以及计算观测的速度与测量的速度之间的速度差。该方法还可以包括：将速度差与速度误差范围进行比较；以及响应于速度差超出速度误差范围而检测故障。
[0009]根据本公开的另一个实施方案，公开了外科机器人系统。外科机器人系统包括机器人臂，该机器人臂包括具有马达以及至少一个扭矩传感器和速度传感器的至少一个接合部。该系统还包括主控制器，该主控制器被配置成向马达输出驱动命令以致动马达。该系统还包括安全观测器，该安全观测器被配置成接收来自速度传感器的测量的速度和来自至少一个扭矩传感器的至少一个扭矩测量值；基于至少一个扭矩测量值计算观测的速度；以及基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。
[0010]上述实施方案的具体实施可包括一个或多个以下特征。根据以上实施方案的一个方面，安全观测器被进一步配置成响应于检测到故障而向主控制器输出错误。扭矩传感器中的一者或多者可以包括接合部扭矩传感器，该接合部扭矩传感器被配置成测量至少一个接合部的接合部扭矩。扭矩传感器中的一者或多者可以包括马达传感器，该马达传感器被配置成测量马达的马达扭矩。安全观测器被进一步配置成基于接合部扭矩和马达扭矩来计算观测的速度。安全观测器被进一步配置成计算观测的速度与测量的速度之间的速度差。安全观测器被进一步配置成将速度差与速度误差范围进行比较。安全观测器被进一步配置成响应于速度差超出速度误差范围而检测故障。
附图说明
[0011]本文结合附图描述了本公开的各种实施方案，其中：
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]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；
[0016]图5是根据本公开的图2的外科机器人臂的致动器的剖视图；
[0017]图6是根据本公开的示意性安全观测器系统；
[0018]图7是根据本公开的在安全观测器中实施的算法的流程图；并且
[0019]图8是根据本公开的用于检测集成接合部模块的故障的方法的流程图。
具体实施方式
[0020]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、个人计算机或服务器系统上运行。
[0021]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。
[0022]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中的每一者包括与其可移除地联接的外科器械50。机器人臂40中的每一者还联接到可移动推车60。
[0023]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可以是被配置成为用户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。在另外的实施方案中，外科器械50可以是外科缝合器，该外科缝合器包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外科机器人系统，所述外科机器人系统包括：机器人臂，所述机器人臂包括具有马达和至少一个传感器的至少一个接合部；主控制器，所述主控制器被配置成向所述马达输出驱动命令以致动所述马达；和安全观测器，所述安全观测器被配置成：接收来自所述至少一个传感器的所述马达的测量的速度；计算所述马达的观测的速度；以及基于所述观测的速度和所述测量的速度检测所述至少一个接合部的操作中的故障。2.根据权利要求1所述的外科机器人系统，其中，所述安全观测器被进一步配置成响应于检测到所述故障而向所述主控制器输出错误。3.根据权利要求1所述的外科机器人系统，其中，所述至少一个传感器包括接合部扭矩传感器，所述接合部扭矩传感器被配置成测量所述至少一个接合部的接合部扭矩。4.根据权利要求3所述的外科机器人系统，其中，所述至少一个传感器还包括至少一个马达传感器，所述至少一个马达传感器被配置成确定所述马达的马达扭矩。5.根据权利要求4所述的外科机器人系统，其中，所述安全观测器被进一步配置成基于所述接合部扭矩和所述马达扭矩来计算所述观测的速度。6.根据权利要求5所述的外科机器人系统，其中，所述安全观测器被进一步配置成：计算所述观测的速度与所述测量的速度之间的速度差；以及将所述速度差与速度误差范围进行比较。7.根据权利要求6所述的外科机器人系统，其中，所述安全观测器被进一步配置成响应于所述速度差超出所述速度误差范围而检测所述故障。8.根据权利要求3所述的外科机器人系统，其中，所述安全观测器被进一步配置成基于所述接合部扭矩和所述驱动命令的所命令的马达扭矩来计算所述观测的速度。9.一种外科机器人系统，所述外科机器人系统包括：机器人臂，所述机器人臂包括具有马达以及至少一个扭矩传感器和速度传感器的至少一个接合部；主控制器，所述主控制器被配置成向所述马达输出驱动命令以致动所述马达；和安全观测器，所述安全观测器被配置成：接收来自所述速度传感器的所述马达的测量的速度和来自所述至少一个扭矩传感器的至少一个扭矩测量值；基于所述至少一个扭矩测量值计算所述马达的观测的速度；以及基于所述观测的速度和所述测量的速度检测所述至少一个接合部的操作中的故障。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：