一种机器人系统和用于机器人系统中的故障反应、故障隔离和故障弱化的方法技术方案

本申请公开一种机器人系统，该机器人系统具有手臂、手臂处理器、手臂管理器以及系统管理器。每个手臂包括用于控制在手臂中的马达的节点。包括每个手臂处理器的每个节点检测影响节点的故障，在检测到故障时将节点置入安全状态，传送故障通知，诊断故障并且分类故障，以及发送错误消息到管理处理器。该手臂管理器可以检测影响手臂的故障并且也执行故障反应活动。该系统管理器根据故障的分类将其处理为或者系统故障或者局部故障。对于系统故障，故障通知被发送到非失效手臂的手臂处理器，以便非失效手臂被置入安全状态。对于局部故障，弱化操作选项被提供给用户并且如果该故障被分类为可恢复，则恢复选项被提供给用户。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及机器人系统，并且特别涉及在机器人系统中的故障反应、故障隔离以及故障弱化(gracefuldegradation)。
技术介绍
具有一个或更多个用户控制机械手臂的机器人系统被使用在许多应用中。作为一个示例，参见US7865266B2，标题为“CooperativeMinimallyInvasiveTelesurgicalSystem”，其通过引用并入本文。附加示例可以在制造、建造、危险材料处理以及其它应用(例如使用远程操作的那些应用)中被发现。失效或故障可能在机械手臂的操作期间发生在机械手臂中，失效或故障导致全面控制的失去。为了避免这样的失去，故障容错系统可以被使用，比如提供三重冗余的那些系统，所以故障可以容易被确定，并且如果一个组件失效，依然存在的组件仍然可以提供功能。但是，提供多余组件增加系统成本。可替代地，预防性维护技术可以被使用以最小化这类故障的出现(occurrence)。但是，意外的故障仍然可能发生。当在机器人系统中检测到故障或失效时，为了安全原因可以关掉整个系统直到该故障可以被纠正。但是，有时候该机器人系统在弱化状态下仍然可以用于完成主要的或次要的任务。在这种情况下，允许该系统在弱化状态下持续操作可以是有利的。其它时候，该故障可能不是持续的。在这种情况下，清除该故障并且持续充分使用该机器人系统是有可能的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个或多个方面的一个目的是故障处理方案，该故障处理方案在检测故障时确保该系统自动被置入安全状态中。本专利技术的一个或多个方面的另一个目的是故障处理方案，该故障处理方案利于在检测到不能被清除的故障之后该机器人系统的故障弱化。这些和附加目的通过本专利技术的各种方面来被完成，其中简述地，一个方面是一种用于在机器人系统中的故障反应、故障隔离和故障弱化的方法，该机器人系统具有多个机械手臂。该方法包括：检测在多个机械手臂的失效手臂(failedarm)中的故障；将该失效手臂置于安全状态；确定该故障应被看作系统故障还是局部故障；以及只有当该故障将被看作系统故障时，才将多个机械手臂的非失效手臂置于安全状态。另一方面是机器人系统，其包括：多个机械手臂、多个手臂处理器、和管理处理器。每个手臂处理器操作地耦连到多个机械手臂中的相应一个。每个机械手臂具有用于驱动该机械手臂的运动自由度的多个马达。每个机械手臂具有用于控制该机械手臂的相应马达的一个或更多个节点。每个节点和手臂处理器被配置成：检测影响该节点或手臂处理器的故障的出现；在检测到该故障的出现时将该节点或手臂处理器置入安全状态；通过失效手臂传送故障通知(faultnotification)，该失效手臂包括节点或操作地耦连到该手臂处理器；诊断该故障；以及发送包括故障信息的错误消息(errormessage)到该管理处理器。每个节点和手臂处理器也被配置成：在接收来自另一来源的故障通知时，将该节点或手臂处理器置入安全状态。该管理处理器被配置成接收来自失效节点或手臂处理器的错误消息；通过使用在该错误消息中的信息确定该检测故障应被看作系统故障还是局部故障；以及只有当该检测故障将被看作系统故障时，传输故障通知到相应于多个机械手臂的所有非失效手臂(non-failedarm)的手臂处理器。随附的具体实施方式(结合附图)将使本专利技术的各种方面的附加目的、特征和优点变得显而易见。附图说明图1示出具有多个机械手臂的机器人系统的透视图。图2示出该机器人系统的组件的方块图，该机器人系统的组件协同交互以提供在该机器人系统中的故障反应、故障隔离和故障弱化的方面。图3示出用于提供故障反应、故障隔离和故障弱化的方法的流程图。图4示出用于提供故障反应、故障隔离和故障弱化的方法的方面的流程图，该故障反应、故障隔离和故障弱化通过该机器人系统的机械手臂的节点优选被执行。图5示出用于提供故障反应、故障隔离和故障弱化的方法的方面的流程图，该故障反应、故障隔离和故障弱化通过手臂处理器优选被执行，该手臂处理器操作地耦连到该机器人系统的该机械手臂。图6示出用于提供故障反应、故障隔离和故障弱化的方法的方面的流程图，该故障反应、故障隔离和故障弱化通过该机器人系统的系统管理处理器(systemsupervisorprocessor)优选被执行。图7示出用于提供故障反应、故障隔离和故障弱化的方法的方面的流程图，该故障反应、故障隔离和故障弱化通过机器人系统的手臂管理处理器(armsupervisorprocessor)优选被执行。具体实施方式作为示例，图1示出机器人系统1000的透视图，该机器人系统1000包括通过电缆181、182互相通信的用户控制台100、机械手臂车110和视觉车170。该用户控制台100包括立体观察器101、手可操纵的主控制器102、103以及至少一个脚踏板104。该机械手臂车110包括基座120、附连到该基座120的立柱121以及机械手臂111、113、115、117，该机械手臂111、113、115、117附连到该立柱121并且适于保持、移动和操纵可附连的器械112、114、116、118。在图1的示例中，机械手臂111、113、117保持工具器械112、114、118，并且机械手臂115保持立体相机器械116。可替代地，每个机械手臂111、113、115、117可以在工作程序正在进行时保持不同类型的器械或完全不保持器械。作为示例，使用不同成像模态的第二图像采集装置可以取代正由机械手臂111保持的工具器械112。作为另一示例，在所有工作程序或一部分工作程序期间，机械手臂111可以被留下不用，其中没有器械附连到该机械手臂111上。该立体相机器械116采集立体图像，该立体图像作为视频流被持续地传输到视频车170。视频车170在接收立体图像对的同时处理每对立体图像，并且传输所处理的立体图像对到用户控制台100用于实时显示在立体观察器101上。因此，用户可以在通过操纵主控制器102、103和/或脚踏板104中的相关的那些而遥控操纵工具器械112、114、118和/或立体相机器械116时，观察已经被立体相机器械116采集的工作部位的立体图像。主/从控制系统被提供在机器人系统1000中以便于这样的遥控操纵。该机械手臂111、113、115、117可以在竖直方向上(例如，朝向天花板或朝向地板)向上移动或向下移动。每个机械手臂111、113、115、117优选包括操纵器和装置手臂。该操纵器适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在机器人系统中的故障反应、故障隔离和故障弱化的方法，所述机器人系统具有多个机械手臂，所述方法包括：检测在所述多个机械手臂的失效手臂中的故障；将所述失效手臂置入安全状态；确定所述故障应被看作系统故障还是局部故障；以及只有当所述故障将被看作系统故障时，将所述多个机械手臂的非失效手臂置入所述安全状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.17 US 61/891,960;2014.09.25 US 14/496,7681.一种用于在机器人系统中的故障反应、故障隔离和故障弱化的方法，所
述机器人系统具有多个机械手臂，所述方法包括：
检测在所述多个机械手臂的失效手臂中的故障；
将所述失效手臂置入安全状态；
确定所述故障应被看作系统故障还是局部故障；以及
只有当所述故障将被看作系统故障时，将所述多个机械手臂的非失效手臂
置入所述安全状态。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述故障被确定为局部故障的情况下，提供弱化操作选项给所述机器人
系统的用户；以及
在所述故障被确定为可恢复局部故障或可恢复系统故障的情况下，提供恢
复选项给所述用户。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个机械手臂中的每个具有用于
驱动所述机械手臂的相应自由度的多个马达，并且其中将所述失效手臂置入安
全状态包括：
停用用于所述失效手臂的所述多个马达。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个机械手臂中的每个具有用于
停止在所述机械手臂的相应自由度中的运动的多个制动器，并且其中将所述失
效手臂置入安全状态包括：
接合用于所述失效手臂的所述多个制动器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个机械手臂中的每个具有用于
控制一个或更多个马达的一个或更多个节点，所述一个或更多个马达实现所述
机械手臂的相应运动自由度，其中所述检测在所述多个机械手臂的失效手臂中
的故障包括检测在所述失效手臂的节点中的一个节点中的所述故障，并且其中
所述将所述失效手臂置入安全状态包括将所述失效手臂的每个节点置入安全状
态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个机械手臂中的每个具有操作
地耦连到所述机械手臂的手臂处理器，其中所述检测在所述多个机械手臂的失
效手臂中的故障包括检测在所述手臂处理器中的一个手臂处理器的所述故障，
并且其中将所述失效手臂置入安全状态包括将所述手臂处理器置入安全状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测在所述多个机械手臂的失效
手臂中的故障包括监控所述多个机械手臂的协调活动，并且其中所述将所述失
效手臂置入安全状态包括抑制到所述失效手臂的命令。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述故障应被看作系统故障
还是局部故障包括：
诊断所述故障；以及
如果所述故障的诊断表示操作所述非失效手臂是不安全的，则确定所述故
障将被看作系统故障。
9.一种机器人系统包括：
多个机械手臂；
多个手臂处理器，其中所述多个手臂处理器中的每个操作地耦连到所述多
个机械手臂中的相应一个机械手臂；以及
系统管理处理器；
其中每个机械手臂具有用于驱动所述机械手臂的运动自由度的多个马达；
其中每个机械手臂具有用于控制所述机械手臂的相应马达的一个或更多个节
点；其中每个节点和手臂处理器被配置成：检测影响所述节点或手臂处理器的
故障的出现；在检测到所述故障的出现时将所述节点或手臂处理器置入安全状

【专利技术属性】
技术研发人员：C·R·伯恩，V·弗凌，G·K·托特，A·帕特尔，
申请(专利权)人：直观外科手术操作公司，
类型：发明
国别省市：美国;US