校准手术机器人的器械驱动单元的转矩传感器的方法技术

一种通过控制器校准用于电机的转矩传感器的方法包含：确定所述转矩传感器的增益，将所述转矩传感器的转矩读数归零，以已知速率加速所述电机，以及响应于加速所述电机而确定所述电机的惯性。当所述电机处于无负载且未激活状态时发生所述转矩读数的归零，并且当所述电机处于无负载状态时发生所述电机的加速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】校准手术机器人的器械驱动单元的转矩传感器的方法
技术介绍
机器人手术系统已用于微创医疗程序。在医疗程序期间，机器人手术系统由与用户接口介接的外科医生控制。用户接口允许外科医生操控作用于患者的手术器械的末端执行器。用户接口包含输入控制器或手柄，其可通过外科医生移动来控制机器人手术系统。机器人手术系统通常使用缩放因子来按比例缩小外科医生手部的运动以确定末端执行器在患者体内的所要位置，使得外科医生可在患者体内更精确地移动末端执行器。在手术程序期间，可能需要增大末端执行器在患者体内的移动的精确度。末端执行器的移动可由手术机器人的器械驱动单元(IDU)控制。IDU的一些移动由电机或致动器控制，所述电机或致动器使用转矩传感器作为安置在IDU内的反馈机构。在IDU的制造期间，转矩传感器的读数可能存在小变化。所述变化可能与转矩传感器和/或IDU的组装相关。例如当转矩传感器上没有负载时，所述变化可能处于转矩传感器的零位或某一偏移。另外，转矩传感器的增益可能存在变化。需要一种方法来用于校准IDU的转矩传感器，使得可以精确地控制固定到IDU的末端执行器的移动。
技术实现思路
在本公开的一个方面，一种通过控制器校准用于电机的转矩传感器的方法包含：确定转矩传感器的增益，将转矩传感器的转矩读数归零，以已知速率加速电机，以及响应于加速电机而确定电机的惯性。当所述电机处于无负载且未激活状态时发生所述转矩读数的归零，并且当所述电机处于无负载状态时发生所述电机的加速。在各方面，确定转矩传感器的增益包含询问转矩传感器本身的存储器芯片。以已知速率加速电机可包含通过位置传感器测量电机的位置。在一些方面，所述方法包含在所述电机处于未激活状态时激活另一电机，并且响应于激活另一电机而确定转矩传感器的串扰转矩。在本公开的另一方面，一种通过控制器校准IDU的转矩传感器的方法包含：确定每个转矩传感器的增益，在每个电机处于无负载且未激活状态时将每个转矩传感器的转矩读数归零，并且确定每个电机的惯性；其中每个转矩传感器与IDU的相应电机相关联。确定每个电机的惯性包含：在无负载状态下以已知速率加速相应电机，其中其它电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过与相应电机相关联的转矩传感器测量相应电机的转矩；以及根据测量的转矩和已知的加速速率来确定相应电机的惯性。在各方面，确定每个电机的惯性包含通过响应于加速相应电机而测量转矩来确定与相应电机不相关联的每个转矩传感器的串扰转矩。所述方法可包含创建串扰矩阵，所述串扰矩阵包含用于IDU的每个电机的每个转矩传感器的校正因子。在一些方面，确定每个转矩传感器的增益包含询问每个转矩传感器的存储器芯片。以已知速率加速相应电机可包含通过与相应电机相关联的位置传感器来测量相应电机的位置。在本公开的另一方面，公开一种通过控制器校准IDU的转矩传感器的方法。所述IDU包含与第一电机相关联的第一转矩传感器、与第二电机相关联的第二转矩传感器、与第三电机相关联的第三转矩传感器以及与第四电机相关联的第四转矩传感器。所述方法包含：确定第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的增益，在第一、第二、第三和第四转矩电机中的每个转矩电机处于无负载且未激活状态时将第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的转矩读数归零，以及确定第一电机的惯性。确定第一电机的惯性包含：在无负载状态下以第一已知速率加速第一电机，其中第二、第三和第四电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过第一转矩传感器测量第一电机的转矩；以及根据第一转矩传感器所测量的转矩和加速的第一已知速率来确定第一电机的惯性。在各方面，所述方法包含确定第二电机的惯性、确定第三电机的惯性以及确定第四电机的惯性。确定第二电机的惯性包含：在无负载状态下以第二已知速率加速第二电机，其中第一、第三和第四电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过第二转矩传感器测量第二电机的转矩；以及根据第二转矩传感器所测量的转矩和加速的第二已知速率来确定第二电机的惯性。确定第三电机的惯性包含：在无负载状态下以第三已知速率加速第三电机，其中第一、第二和第四电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过第三转矩传感器测量第三电机的转矩；以及根据第三转矩传感器所测量的转矩和加速的第三已知速率来确定第三电机的惯性。确定第四电机的惯性包含：在无负载状态下以第四已知速率加速第四电机，其中第一、第二和第三电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过第四转矩传感器测量第四电机的转矩；以及根据第四转矩传感器所测量的转矩和加速的第四已知速率来确定第四电机的惯性。在一些方面，确定第一电机的惯性包含响应于加速第一电机而确定第二、第三和第四转矩传感器的串扰转矩。确定第二电机的惯性可包含响应于加速第二电机而确定第一、第三和第四转矩传感器的串扰转矩。确定第三电机的惯性可包含响应于加速第三电机而确定第一、第二和第四转矩传感器的串扰转矩。确定第四电机的惯性可包含响应于加速第四电机而确定第一、第二和第三转矩传感器的串扰转矩。在某些方面，所述方法包含创建串扰矩阵，所述串扰矩阵包含用于第一、第二、第三和第四电机中的每个电机的转矩的第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的校正因子。所述方法可包含在手术程序期间利用串扰矩阵来校正第一、第二、第三或第四电机中的至少一个电机的转矩。在特定方面，确定第一电机的惯性包含响应于加速第一电机而确定第二、第三和第四转矩传感器的串扰转矩。确定第一、第二、第三和第四转矩传感器的增益可包含询问到达第一、第二、第三和第四转矩传感器的存储器芯片。以已知速率加速第一电机可包含通过与第一电机相关联的位置传感器来测量第一电机的位置。此外，在一致的程度上，本文描述的任何方面可与本文描述的任何或所有其它方面结合使用。附图说明下文参考附图描述本公开的各种方面，所述附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分，其中：图1是根据本公开的机器人手术系统的用户控制台和手术机器人的示意性说明；图2是图1的手术机器人的示范性臂的一端的侧视图，包含安装到所述臂的IDU；图3是图2的IDU的纵向截面；图4是图3的IDU的示范性转矩换能器；图5是图4的转矩换能器的支柱的放大局部视图，包含应变计；以及图6是根据本公开的校准用于手术程序的IDU的转矩换能器的方法的流程图。具体实施方式现在参考附图详细描述本公开的实施例，其中在若干视图中的每一个视图中，相同附图标号标示相同或对应元件。如本文中所使用，术语“诊治者”是指医生、护士或任何其他医护人员，且可包含辅助人员。在整个说明书中，术语“近侧”是指更靠近诊治者或手术机器人的装置或装置组件的部分，且术语“远侧”是指离诊治者或手术机器人较远的装置或装置组件的部分。另外，如本文所使用，术语“位姿”应理解成意指物体在空间中的位置和方向。此外，如本文所用，术语“中性”应理解成意指未经缩放。本公开总体上涉及一种校准手术机器人的器械驱动单元(IDU)的转矩换能器的方法。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过控制器校准用于电机的转矩传感器的方法，所述方法包括：/n确定所述转矩传感器的增益；/n当所述电机处于无负载未激活状态时将所述转矩传感器的转矩读数归零；/n在无负载状态下以已知速率加速所述电机；以及/n响应于加速所述电机，确定所述电机的惯性。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190415 US 62/833,8331.一种通过控制器校准用于电机的转矩传感器的方法，所述方法包括：
确定所述转矩传感器的增益；
当所述电机处于无负载未激活状态时将所述转矩传感器的转矩读数归零；
在无负载状态下以已知速率加速所述电机；以及
响应于加速所述电机，确定所述电机的惯性。


2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述转矩传感器的所述增益包含询问所述转矩传感器的存储器芯片。


3.根据权利要求1所述的方法，其中以所述已知速率加速所述电机包含通过位置传感器来测量所述电机的位置。


4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
在所述电机处于所述未激活状态的情况下激活另一电机；以及
响应于激活所述另一电机，确定所述转矩传感器的串扰转矩。


5.一种通过控制器校准IDU的转矩传感器的方法，每个转矩传感器与所述IDU的相应电机相关联，所述方法包括：
确定所述转矩传感器中的每个转矩传感器的增益；
当所述电机中的每个电机处于无负载未激活状态时，将所述转矩传感器中的每个转矩传感器的转矩读数归零；以及
确定所述电机中的每个电机的惯性包含:
在其它电机中的每个电机处于无负载未激活状态的情况下，在无负载状态下以已知速率加速相应电机；
通过与所述相应电机相关联的转矩传感器来测量所述相应电机的转矩；以及
根据所测量转矩和加速的所述已知速率，确定所述相应电机的所述惯性。


6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述电机中的每个电机的所述惯性包含通过响应于加速所述相应电机而测量转矩来确定不与所述相应电机相关联的每个转矩传感器的串扰转矩。


7.根据权利要求6所述的方法，其还包括创建串扰矩阵，所述串扰矩阵包含用于所述IDU的每个所述电机的每个所述转矩传感器的校正因子。


8.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述转矩传感器中的每个转矩传感器的所述增益包含询问所述转矩传感器中的每个转矩传感器的存储器芯片。


9.根据权利要求5所述的方法，其中以所述已知速率加速所述相应电机包含通过与所述相应电机相关联的位置传感器来测量所述相应电机的位置。


10.一种通过控制器校准IDU的转矩传感器的方法，所述IDU包含与第一电机相关联的第一转矩传感器、与第二电机相关联的第二转矩传感器、与第三电机相关联的第三转矩传感器和与第四电机相关联的第四转矩传感器，所述方法包括：
确定所述第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的增益；
当所述第一、第二、第三和第四电机中的每个电机处于无负载未激活状态时，将所述第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的转矩读数归零；以及
确定所述第一电机的惯性包含:
在所述第二、第三和第四电机中的每个电机处于无负载未激活状态的...

【专利技术属性】
技术研发人员：海门·卡帕迪亚，里哈德·莱克，马克·麦克劳德，萧泽铭，迈克尔·热姆洛克，
申请(专利权)人：柯惠LP公司，
类型：发明
国别省市：美国;US