CN120936309A - 手术机器人系统和用于检测器械分离的方法 - Google Patents

Abstract

一种手术机器人系统包括：手术器械，该手术器械具有末端执行器；至少一个联接器，该至少一个联接器在旋转时被配置成致动末端执行器的至少一个功能；以及第一连接器。该系统还包括电外科发电机，该电外科发电机被配置成输出用于激励末端执行器的电外科能量。该系统进一步包括器械驱动单元，该器械驱动单元具有至少一个马达、被配置成测量该至少一个马达的扭矩的扭矩传感器、以及被配置成电联接到第一连接器的第二连接器。该系统包括控制器，该控制器被配置成确定第一连接器与第二连接器之间的连接的状态、启动该至少一个马达以使该至少一个联接器旋转、以及基于启动期间该至少一个马达的扭矩和连接的状态来确定手术器械是否与器械驱动单元分离。

Description

手术机器人系统和用于检测器械分离的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2023年3月17日提交的美国临时专利申请序列号63/452,719的权益，其全部内容通过援引并入本文。

背景技术

手术机器人系统目前正应用于包括微创手术在内的各种外科手术。一些手术机器人系统包括控制手术机械臂的外科医生控制台和具有联接至机械臂并由机械臂致动的末端执行器(例如，夹钳或抓握器械)的手术器械。在操作中，机械臂移动到患者上方的位置，然后经由患者的手术端口或自然孔口将手术器械引导到小切口中，以将末端执行器定位在患者体内的工作部位处。手术机器人系统与各种夹爪式手术器械一起使用，比如夹持器、切割器、电手术血管密封器等。

发明内容

根据本披露内容的一个实施例，披露了一种手术机器人系统。该手术机器人系统包括：手术器械，该手术器械具有末端执行器；至少一个联接器，该至少一个联接器在旋转时被配置成致动末端执行器的至少一个功能；以及第一连接器。该系统还包括电外科发电机，该电外科发电机被配置成输出用于激励末端执行器的电外科能量。该系统进一步包括器械驱动单元，该器械驱动单元具有至少一个马达、被配置成测量该至少一个马达的扭矩的扭矩传感器、以及被配置成电联接到第一连接器的第二连接器。该系统另外包括控制器，该控制器被配置成确定第一连接器与第二连接器之间的连接的状态、启动该至少一个马达以使该至少一个联接器旋转、以及基于该至少一个马达在启动期间的扭矩和第一连接器与第二连接器的连接的状态来确定手术器械是否与器械驱动单元分离。

以上实施例的实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。根据上述实施例的一个方面，末端执行器可以包括一对相对的夹爪，至少一个夹爪可相对于另一个夹爪移动。末端执行器还可以包括往复运动穿过该对相对的夹爪的刀片。手术器械可以包括被配置成使至少一个夹爪移动的第一联接器和被配置成使刀具往复运动的第二联接器。控制器可以进一步被配置成将至少一个马达在启动期间的扭矩与阈值进行比较。控制器还可以被配置成响应于扭矩低于阈值而确定手术器械与器械驱动单元分离。控制器可以另外被配置成响应于确定手术器械与器械驱动单元分离而输出警报。

根据本披露内容的另一个实施例，披露了一种用于检测手术器械与机械臂的分离的方法。该方法包括确定手术器械的第一连接器与联接到器械的器械驱动单元的第二连接器之间的连接的状态。该方法还包括通过控制器启动器械驱动单元的至少一个马达以使器械的至少一个联接器旋转。该方法进一步包括在扭矩传感器处测量该至少一个马达在启动期间的扭矩。该方法另外包括在控制器处，基于该至少一个马达在启动期间的扭矩以及第一连接器和第二连接器的连接的状态来确定手术器械是否与器械驱动单元分离。

以上实施例的实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。根据上述实施例的一个方面，该方法还可以包括将该至少一个马达在启动期间的扭矩与阈值进行比较。该方法可以进一步包括在控制器处响应于扭矩低于阈值而确定手术器械与器械驱动单元分离。该方法可以另外包括响应于确定手术器械与器械驱动单元分离而输出警报。

附图说明

本文中参考附图对本披露内容的不同实施例进行描述，在附图中：

图1是根据本披露内容的实施例的手术机器人系统的示意图，该手术机器人系统包括控制塔、控制台和均设置在可移动推车上的一个或多个手术机械臂；

图2是根据本披露内容的实施例的图1的手术机器人系统的手术机械臂的立体图；

图3是根据本披露内容的实施例的具有安设臂的可移动推车的立体图，该安设臂具有图1的手术机器人系统的手术机械臂；

图4是根据本披露内容的实施例的图1的手术机器人系统的计算机体系结构的示意图；

图5是根据本披露内容的方面的绕手术台定位的图1的可移动推车的平面示意图；

图6是根据本披露内容的实施例的器械驱动单元和手术器械的立体图，其中部件是分离的；

图7是根据本披露内容的实施例的手术器械的远端部分的截面视图；

图8是根据本披露内容的实施例的手术器械的近端部分的截面视图；以及

图9是根据本披露内容的实施例的用于检测手术器械与图6的器械驱动单元的分离的方法。

具体实施方式

参考附图详细描述了本文披露的手术机器人系统的实施例，在附图中，相同的附图标记表示若干个视图中的每个视图中的相同或对应的要素。

参考图1，手术机器人系统10包括控制塔20，该控制塔连接至手术机器人系统10的所有部件(包括外科医生控制台30和一个或多个可移动推车60)。每个可移动推车60包括机械臂40，该机械臂具有与其联接的手术器械50。机械臂40还联接至可移动推车60。机器人系统10可以包括任意数量的可移动推车60和/或任意数量的机械臂40。

手术器械50被配置用于在微创外科手术期间使用。在实施例中，手术器械50可以被配置用于开放式外科手术。在另外的实施例中，手术器械50可以是电外科夹钳，该电外科夹钳被配置成通过将组织压紧在夹爪构件之间并对其施加电外科电流来闭合组织。在又另外的实施例中，手术器械50可以是手术钉合器，该手术钉合器包括一对夹爪，这对夹爪被配置成抓握并夹紧组织、同时部署多个组织紧固件(例如，缝合钉)并切割被钉合的组织。在又另外的实施例中，手术器械50可以是手术夹施加器，该手术夹施加器包括被配置成将手术夹施加到组织上的一对夹爪。

机械臂40中的一个可以包括被配置成捕获手术部位的视频的内窥镜相机51。内窥镜相机51可以是立体内窥镜，该立体内窥镜被配置成捕获手术部位的两个并排(即，左侧和右侧)图像，以生成手术场景的视频流。内窥镜相机51联接至视频处理装置56，该视频处理装置可以设置在控制塔20内。视频处理装置56可以是如下描述的任何计算装置，该计算装置被配置成从内窥镜相机51接收视频馈送并输出经处理的视频流。

外科医生控制台30包括第一显示器32和第二显示器34，该第一显示器显示由设置在机械臂40上的相机51提供的手术部位的视频馈送，该第二显示器显示用于控制手术机器人系统10的用户界面。第一显示器32和第二显示器34可以是允许显示各种图形用户输入的触摸屏。

外科医生控制台30还包括多个用户接口装置，比如脚踏板36和一对手柄控制器38a和38b，用户利用这对手柄控制器来远程控制机械臂40。外科医生控制台进一步包括用于在操作手柄控制器38a和38b时支撑临床医生的手臂的扶手33。

控制塔20包括显示器23(其可以是触摸屏)并且在图形用户界面(GUI)上输出。控制塔20还用作外科医生控制台30与一个或多个机械臂40之间的接口。特别地，控制塔20被配置成基于来自外科医生控制台30的一组可编程指令和/或输入命令来控制机械臂40，以便移动机械臂40和对应的手术器械50，其方式为使得机械臂40和手术器械50响应于来自脚踏板36和手柄控制器38a和38b的输入而执行期望的移动序列。脚踏板36可以用于启用和锁定手部控制器38a和38b、重新定位相机移动和电外科激活/去激活。特别地，脚踏板36可以用于对手部控制器38a和38b执行离合动作。通过踩下脚踏板36中的一个来启动离合，这将手部控制器38a和/或38b与机械臂40和与其附接的对应器械50或相机51断开连接(即，防止移动输入)。这使得用户能够重新定位手部控制器38a和38b，而不会移动(多个)机械臂40和器械50和/或相机51。这在到达手术空间的控制边界时是有用的。

控制塔20、外科医生控制台30和机械臂40中的每一者均包括相应的计算机21、31、41。计算机21、31、41通过使用基于有线或无线通信协议的任何合适的通信网络而彼此互连。如本文所使用的，术语“网络”，无论是复数还是单数，都表示数据网络，包括但不限于互联网、内联网、广域网、或局域网，并且不限于本披露内容所涵盖的通信网络的定义的全部范围。合适的协议包括但不限于传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、数据报协议/互联网协议(UDP/IP)和/或数据报拥塞控制协议(DCCP)。无线通信可以经由一种或多种无线配置来实现，该一种或多种无线配置例如为射频、光、Wi-Fi、蓝牙(一种开放的无线协议，其用于使用短波长无线电波在短距离内在固定装置与移动装置之间交换数据，以创建个人局域网(PAN))、(一套基于IEEE 122.15.4-1203无线个人局域网(WPAN)标准的使用小型低功率数字无线电的高级通信协议的规范)。

计算机21、31、41可以包括任何合适的处理器(未示出)，该处理器可操作地连接至存储器(未示出)，该存储器可以包括易失性的、非易失性的、磁性的、光学的或电的介质中的一种或多种，比如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、非易失性RAM(NVRAM)或闪存。处理器可以是适于执行本披露内容中所描述的操作、计算、和/或指令集的任何适合的处理器(例如，控制电路)，包括但不限于硬件处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、微处理器及其组合。本领域技术人员应理解，可以通过使用适于执行本文中描述的算法、计算和/或指令集的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替处理器。

参考图2，每个机械臂40可以包括多个连杆42a、42b、42c，这些连杆分别在关节44a、44b、44c处互连。如本领域技术人员已知的，可以使用其他构型的连杆和关节。关节44a被配置成将机械臂40固定至可移动推车60并且限定第一纵向轴线。参考图3，可移动推车60包括升降机67和安设臂61，该安设臂为安装机械臂40提供了基座。升降机67允许安设臂61竖直移动。可移动推车60还包括显示器65，该显示器用于显示关于机械臂40的信息。在实施例中，机械臂40可以包括任何类型和/或任何数量的关节。

安设臂61包括第一连杆62a、第二连杆62b和第三连杆62c，这些连杆提供机械臂40的侧向可操纵性。连杆62a、62b、62c在关节63a和63b处互连，每个关节可以包括致动器(未示出)，该致动器用于使连杆62b和62b相对于彼此以及相对于连杆62c旋转。特别地，连杆62a、62b、62c能在其对应的彼此平行的侧向平面中移动，由此允许机械臂40相对于患者(例如，手术台)延伸。在实施例中，机械臂40可以联接至手术台(未示出)。安设臂61包括控制装置，控制装置用于调节连杆62a、62b、62c以及升降机67的移动。在实施例中，安设臂61可以包括任何类型和/或任何数量的关节。

第三连杆62c可以包括可旋转基部64，该可旋转基部具有两个自由度。特别地，可旋转基部64包括第一致动器64a和第二致动器64b。第一致动器64a能绕与第三连杆62c限定的平面垂直的第一固定臂轴线旋转，并且第二致动器64b能绕横向于第一固定臂轴线的第二固定臂轴线旋转。第一致动器64a和第二致动器64b允许对机械臂40进行全三维定向。

关节44b的致动器48b经由带45a联接至关节44c，并且关节44c进而经由带45b联接至关节46b。关节44c可以包括将带45a和45b联接的分动箱，使得致动器48b被配置成使连杆42b、42c中的每一个和固持器46相对于彼此旋转。更具体地，连杆42b、42c和固持器46被动地联接至致动器48b，该致动器强制绕枢转点“P”旋转，该枢转点位于由连杆42a限定的第一轴线与由固持器46限定的第二轴线的交点处。换言之，枢转点“P”是机械臂40的远程运动中心(RCM)。因此，致动器48b控制第一轴线与第二轴线之间的角度θ，从而允许对手术器械50进行定向。由于连杆42a、42b、42c和固持器46经由带45a和45b的互连，连杆42a、42b、42c与固持器46之间的角度也被调节，以实现期望的角度θ。在实施例中，关节44a、44b、44c中的一些或所有关节可以包括致动器，以消除对机械联动装置的需要。

关节44a和44b包括致动器48a和48b，该致动器被配置成通过一系列带45a和45b或其他机械联动装置(比如驱动杆、缆线、或杠杆等)将关节44a、44b、44c相对于彼此驱动。特别地，致动器48a被配置成使机械臂40绕由连杆42a限定的纵向轴线旋转。

参考图2，固持器46限定第二纵向轴线，并且被配置成接纳器械驱动单元(IDU)52(图1)。IDU 52被配置成联接至手术器械50和相机51的致动机构并且被配置成使器械50和/或相机51移动(例如，旋转)并对其进行致动。IDU 52将致动力从其致动器传递到手术器械50，以致动手术器械50的末端执行器140的部件。固持器46包括滑动机构46a，该滑动机构被配置成使IDU 52沿着由固持器46限定的第二纵向轴线移动。固持器46还包括关节46b，该关节使固持器46相对于连杆42c旋转。在内窥镜手术期间，器械50可以穿过由固持器46固持的内窥镜进入端口55(图3)插入。固持器46还包括用于将进入端口55固定至固持器46的端口锁扣46c(图2)。

IDU 52附接至固持器46，随后无菌接口模块(SIM)43附接至IDU 52的远侧部分。SIM 43被配置成将无菌盖布(未示出)固定至IDU 52。然后将器械50附接至SIM 43。然后通过沿着固持器46移动IDU 52来将器械50穿过进入端口55插入。SIM 43包括多个驱动轴，该多个驱动轴被配置成将IDU 52的各个马达的旋转传递到器械50，从而致动器械50。此外，SIM 43在器械50与机械臂40的其他部件(包括IDU 52)之间提供无菌屏障。

机械臂40还包括安设臂61和设置在IDU 52上的多个手动超控按钮53(图1)，该安设臂可以在手动模式下使用。用户可以按压这些按钮53中的一个或多个以使与按钮53相关联的部件移动。

参考图4，手术机器人系统10的计算机21、31、41中的每一个可以包括多个控制器，该多个控制器可以实施在硬件和/或软件中。控制塔20的计算机21包括控制器21a和安全观察器21b。控制器21a从外科医生控制台30的计算机31接收关于手柄控制器38a和38b的当前位置和/或取向以及脚踏板36和其他按钮的状态的数据。控制器21a处理这些输入位置以确定机械臂40的每个关节和/或IDU 52的期望驱动命令，并将这些期望驱动命令传送给机械臂40的计算机41。控制器21a还接收由致动器48a和48b的编码器测得的实际关节角度，并使用该信息来确定力反馈命令，这些力反馈命令被传输回外科医生控制台30的计算机31，以通过手柄控制器38a和38b提供触觉反馈。安全观察器21b对进入控制器21a中以及从该控制器出来的数据执行有效性检查，并且如果检测到数据传输中的错误，则通知系统故障处理程序以将计算机21和/或手术机器人系统10置于安全状态。

计算机41包括多个控制器，即，推车主控制器41a、安设臂控制器41b、机械臂控制器41c、以及器械驱动单元(IDU)控制器41d。推车主控制器41a接收并处理来自计算机21的控制器21a的关节命令，并将其传送给安设臂控制器41b、机械臂控制器41c、以及IDU控制器41d。推车主控制器41a还管理器械交换以及可移动推车60、机械臂40和IDU 52的整体状态。推车主控制器41a还将实际关节角度传送回控制器21a。

关节63a和63b中的每一个以及安设臂61的可旋转基部64是允许用户手动调节的被动关节(即，其中不存在致动器)。关节63a和63b以及可旋转基部64包括制动器，这些制动器由用户脱离接合以配置安设臂61。当制动器接合时，安设臂控制器41b监测关节63a和63b中的每一个以及安设臂61的可旋转基部64的滑动，或者当制动器脱离接合时，该安设臂控制器可以由操作者自由移动，但不会影响其他关节的控制。机械臂控制器41c控制机械臂40的每个关节44a和44b，并计算机械臂40的重力补偿、摩擦补偿、以及闭环位置控制所需的期望马达扭矩。机械臂控制器41c基于计算出的扭矩来计算移动命令。计算出的马达命令然后被传送给机械臂40中的致动器48a和48b中的一个或多个。实际关节位置然后由致动器48a和48b传输回机械臂控制器41c。

IDU控制器41d接收手术器械50的期望关节角度(比如腕部角度和夹爪角度)，并计算IDU 52中的马达的期望电流。IDU控制器41d基于马达位置来计算实际角度，并将这些实际角度传输回推车主控制器41a。

响应于控制机械臂40的手柄控制器(例如，手柄控制器38a)的姿态来控制机械臂40，该姿态通过由控制器21a执行的手眼变换功能被变换为机械臂40的期望姿态。手眼功能以及本文中描述的其他功能被实施在控制器21a或本文中描述的任何其他适合的控制器能执行的软件中。手柄控制器38a中的一个的姿态可以被实施为相对于固定至外科医生控制台30的坐标参考系的坐标位置和滚转-俯仰-左右摇摆(RPY)取向。器械50的期望姿态是相对于机械臂40上的固定系而言的。然后通过由控制器21a执行的缩放功能来缩放手柄控制器38a的姿态。在实施例中，通过缩放功能，可以缩小坐标位置，并且可以放大取向。另外，控制器21a还可以执行离合功能，用于将手柄控制器38a与机械臂40脱离接合。特别地，如果超过某些移动限制或其他界限，则控制器21a停止将来自手柄控制器38a的移动命令传输给机械臂40，并且实质上起到类似虚拟离合器机构的作用，例如，限制机械输入影响机械输出。

机械臂40的期望姿态是基于手柄控制器38a的姿态，然后通过由控制器21a执行的逆向运动学函数传递。逆向运动学函数计算出机械臂40的关节44a、44b、44c的实现由手柄控制器38a输入的经缩放和调节的姿态的角度。计算出的角度然后被传递给机械臂控制器41c，该机械臂控制器包括具有比例微分(PD)控制器的关节轴线控制器、摩擦估计器模块、重力补偿器模块、以及双侧饱和块，该双侧饱和块被配置成限制关节44a、44b、44c的马达的命令扭矩。

参考图5，手术机器人系统10安设在手术台90周围。系统10包括可以编号为“1”至“4”的可移动推车60a-d。在安设期间，推车60a-d中的每一个定位在手术台90周围。推车60a-d的位置和取向取决于多个因素，比如多个进入端口55a-d的放置，这些因素进而取决于正在执行的手术。一旦确定了端口放置，就将进入端口55a-d插入患者体内，并且定位推车60a-d以将器械50和内窥镜相机51插入到对应的端口55a-d中。

在使用期间，机械臂40a-d中的每一个通过将锁扣46c(图2)附接至进入端口55(图3)而附接至插入患者体内的进入端口55a-d中的一个。IDU 52附接至固持器46，随后SIM 43附接至IDU 52的远侧部分。此后，将器械50附接至SIM 43。然后通过沿着固持器46移动IDU52来将器械50穿过进入端口55插入。

参考图6，IDU 52被更详细地示出并且被配置成将动力和致动力从其马达152a、152b、152c、152d传递到器械50以驱动器械50的部件的移动，比如关节运动、旋转、俯仰、横摆、夹紧、切割等。IDU 52还可以被配置用于启动或击发基于电外科能量的器械等(例如，线缆驱动器、皮带轮、摩擦轮、齿条和小齿轮布置等)。

IDU 52包括马达组150和无菌屏障壳体151。马达组150包括用于控制器械50的各种操作的马达152a、152b、152c、152d。器械50可移除地联接至IDU 52。当马达组150的马达152a、152b、152c、152d被致动时，马达152a、152b、152c、152d的驱动传递轴154a、154b、154c、154d的旋转分别被传递至器械50的驱动组件。器械50被配置成将由IDU 52供应的旋转力/移动(例如，经由马达组150的马达152a、152b、152c、152d)转换成线缆或驱动轴的纵向移动或平移，以实现末端执行器140(图7)的各种功能。

马达152a、152b、152c、152d中的每一个包括电流传感器153、扭矩传感器155和编码器传感器157。为简要起见，下面仅描述马达152a的操作。传感器153、155、157监测马达152a的性能。电流传感器153被配置成测量马达152a的电流消耗，并且扭矩传感器155被配置成测量马达扭矩。扭矩传感器155可以是包括一个或多个应变仪的任何力或应变传感器，该一个或多个应变仪被配置成将机械力和/或应变转换成指示由马达152a输出的扭矩的传感器信号。传感器157可以是提供指示马达152a的转数的传感器信号的任何装置，比如机械编码器或光学编码器。由传感器157测量和/或确定的参数可以包括速度、距离、每分钟旋转数、位置等。来自传感器153、155、157的传感器信号被传输到IDU控制器41d，该IDU控制器然后基于传感器信号控制马达152a、152b、152c、152d。特别地，马达152a、152b、152c、152d由致动器控制器159控制，该致动器控制器控制马达152a、152b、152c、152d的输出扭矩和角速度。在实施例中，还可以使用附加的位置传感器，这些附加的位置传感器包括但不限于联接至可移动部件并被配置成检测行进距离的电位计、霍尔效应传感器、加速度计和陀螺仪。在实施例中，单个控制器可以执行IDU控制器41d和致动器控制器159的功能。

参考图6至图8，器械50包括壳体120、从壳体120向远侧延伸的轴130、以及从轴130向远侧延伸的末端执行器140。在壳体120内设置有齿轮箱组件100，该齿轮箱组件与末端执行器140可操作地相关联。器械50的壳体120被配置成选择性地联接至机器人的IDU 52，以使IDU 52的马达152a、152b、152c、152d能够操作器械50的末端执行器140。器械50的壳体120支撑由IDU 52的马达152a、152b、152c、152d机械地致动的驱动组件。器械50的驱动组件可以包括任何适合的电气和/或机械部件以实现驱动力/移动。

器械50在本文中被描述为铰接式电手术夹钳，其被配置用于与机器人手术系统10一起使用。然而，下文详述的根据本披露内容提供的器械50的方面和特征同样适用于与其他合适的手术器械一起使用和/或用于其他合适的手术系统中。

参考图7，器械50包括末端执行器140，该末端执行器分别具有第一夹爪构件142和第二夹爪构件144。每个夹爪构件142、144相应地包括近侧凸缘部分143a、145a和远侧本体部分143b、145b。远侧本体部分143b、145b分别限定相对的组织接触表面146、148。近侧凸缘部分143a、145a绕枢轴160可枢转地彼此联接，并且经由凸轮狭槽组件162(该凸轮狭槽组件包括凸轮销163，该凸轮销可滑动地接纳在分别限定在夹爪构件142、144中的至少一个的近侧凸缘部分143a、145a内的凸轮狭槽内)可操作地彼此联接，以使夹爪构件142能够相对于夹爪构件144和轴130的远侧段132在间隔开位置(例如，末端执行器140的打开位置)与靠近位置(例如，末端执行器140的闭合位置)之间枢转，从而将组织夹持在组织接触表面146、148之间。作为此单侧构型的替代方案，可以提供双侧构型，其中这两个夹爪构件142、144可相对于彼此且相对于轴130的远侧段132枢转。

在实施例中，分别穿过夹爪构件142、144的组织接触表面146、148限定有纵向延伸的刀具通道(未示出)。在这样的实施例中，提供了刀具组件，包括从壳体120穿过轴130延伸到末端执行器140的刀具组件182以及在末端执行器140内设置在夹爪构件142、144之间的刀片184，以便能够分别切割被夹持在夹爪构件142、144的组织接触表面146、148之间的组织。

参考图8，器械50的壳体120包括近侧面板124，该近侧面板协作以将齿轮箱组件100封闭在其中。近侧面板124被配置成接合IDU 52和齿轮箱组件100的延伸穿过板124的多个(例如，四个)联接器170、172、174、176。

齿轮箱组件100被配置成当器械50安装在机器人手术系统10上时与IDU 52可操作地对接。也就是说，IDU 52的马达152a、152b、152c、152d选择性地致动齿轮箱组件100的联接器170至176中的一个或多个，以致动(即，打开和闭合)夹爪构件142和144并且使刀具组件182纵向(即，向近侧或向远侧)穿过夹爪构件142和144往复运动。

参考图7和图8，表面146、148由导电材料(例如，不锈钢)形成并且联接到电外科发电机57，该电外科发电机被配置成输出任何合适的电外科能量以用于处理(例如，血管密封)被夹持在表面146、148之间的组织。发电机57通过电缆190电联接到表面146、148，该电缆具有一根或多根导线，例如两根导线，这些导线中的每一根导线分别联接到表面146、148中的一个。

器械50还包括第一连接器191，该第一连接器可以是一个或多个偏置电接触件，例如，弹簧针或任何其他合适类型的电接触件。IDU 52包括第二配对连接器192(例如，具有被配置成接合弹簧针的一个或多个配对接触条)。连接器191和192被配置成彼此配合以建立电连接，用于在器械50与IDU 52之间提供数据和/或功率信号的传输。有关器械50的部件及其操作的更详细描述可以参考于2016年1月20日提交的发明名称为“Robotic surgicalassemblies and electrosurgical instruments thereof[机器人手术组件及其电手术器械]”的美国专利号10,722,295，该美国专利的全部内容通过援引并入本文。

图9示出了用于检测器械50与IDU 52的分离的方法。该方法可以被实施为可由机器人系统10的任何一个或多个控制器(例如，主控制器21a、IDU控制器41d等)执行的软件指令，该控制器在下文中统称为控制器。在步骤200，控制器检测第一连接器191与第二连接器192的分离。这可以通过检测电通路的断点、电压降或信号传输的任何其他变化来完成。该方法还包括附加的验证步骤，以通过另外验证机械接口(即，IDU 52与器械50之间的机械联接)的操作来确认器械50的分离。

在步骤202，一旦检测到电断点，即，分离的连接器191和192，控制器就验证器械的机械操作。验证包括命令马达152a-d中的一个使联接器170至176中的一个旋转并致动末端执行器140的部件(例如，刀具组件182)。一旦被命令旋转联接器170至176之一，在步骤204，控制器在步骤204监测对应马达152a-d的扭矩，并且将扭矩与指示致动末端执行器170至176的部件的阈值进行比较。阈值可以是由扭矩传感器155测量的指示马达152a-d中的一个使对应的联接器170至176移动的任何最小值。

如果测得的扭矩高于阈值，则在步骤206，当联接器170至176之一被对应的马达152a-d移动时，控制器确定器械50仍然与IDU 52机械地接合。如果测得的扭矩低于阈值，例如0，则在步骤208，控制器确认器械50与IDU 52分离，因为电接口(即，连接器191和192)和机械接口(即，联接器170至176)都被切断。在步骤208之后，控制器可以在监视器之一上输出警报和/或经由器械50断开的音频反馈、触觉反馈或任何其他合适反馈来提供警报。

使用硬止挡件来验证连接可以用于任何电动手术器械中，因为类似的实施方式可以用于许多不同的器械，其中机构的原始位置偏离其硬止挡件，以便在正常使用期间不重复接触该硬止挡件。示例性器械包括使用工字梁的电动钉合器或可以缩回其硬顶的类似机构、使用针切换机构的电动自动缝合器械、或具有在单个方向上展开并且具有位于机构原始位置附近的硬止挡件的其他类似机构的器械。

在另外的实施例中，假联接器，即静止的并且不致动器械50的任何部件的联接器。这将允许IDU 52联接器接合器械50上的假联接器，但是因为这种几何形状固定到器械壳体，所以一旦接合，马达152中的一个将绝不可能旋转。这将允许IDU 52尝试旋转连接到该假联接器的该马达，并且如果马达不超过扭矩阈值，则系统10将知道存在机械断开连接。如果马达超过扭矩阈值，则机械连接仍然接合。

除了扭矩监测之外，该方法还可以监测位置并且基于马达能够旋转的位置来确定是否已经发生机械断开连接。该方法将通过以下方式来操作：将联接器朝硬止挡件旋转，继续旋转直到满足扭矩阈值。如果在马达移动到高于马达角位置期间的任何点处超过阈值，则该方法将确认器械50的分离，然后推断机械断开连接。

分离事件可以被记录为系统10上记录的数据的一部分，使得用户和/或制造商可以稍后返回并查看何时以及是否发生分离事件以分析事件。

应当理解，可以对本文中所披露的实施例进行各种修改。因此，以上描述不应被解释为是限制性的，而是仅作为各个实施例的例证。本领域技术人员将设想在所附权利要求的范围和精神内的其他修改。

Claims (11)

1.一种手术机器人系统，包括：

手术器械，所述手术器械包括：

末端执行器；

至少一个联接器，所述至少一个联接器在旋转时被配置成致动所述末端执行器的至少一个功能；以及

第一连接器；

电外科发电机，所述电外科发电机被配置成输出用于激励所述末端执行器的电外科能量；

器械驱动单元，所述器械驱动单元包括：

至少一个马达；

扭矩传感器，所述扭矩传感器被配置成测量所述至少一个马达的扭矩；以及

第二连接器，所述第二连接器被配置成电联接到所述第一连接器；

控制器，所述控制器被配置成：

确定所述第一连接器与所述第二连接器之间的连接的状态；

启动所述至少一个马达以使所述至少一个联接器旋转；以及

基于所述至少一个马达在启动期间的扭矩以及所述第一连接器和所述第二连接器的连接的状态来确定所述手术器械是否与所述器械驱动单元分离。

2.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其中，所述末端执行器包括一对相对的夹爪，至少一个夹爪可相对于另一个夹爪移动。

3.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其中，所述末端执行器包括往复运动穿过所述一对相对的夹爪的刀片。

4.根据权利要求3所述的手术机器人系统，其中，所述手术器械包括被配置成使所述至少一个夹爪移动的第一联接器和被配置成使所述刀具往复运动的第二联接器。

5.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其中，所述控制器进一步被配置成将所述至少一个马达在启动期间的扭矩与阈值进行比较。

6.根据权利要求5所述的手术机器人系统，其中，所述控制器进一步被配置成响应于所述扭矩低于所述阈值而确定所述手术器械与所述器械驱动单元分离。

7.根据权利要求6所述的手术机器人系统，其中，所述控制器进一步被配置成响应于确定所述手术器械与所述器械驱动单元分离而输出警报。

8.一种用于检测手术器械与机械臂的分离的方法，所述方法包括：

确定手术器械的第一连接器与联接到所述器械的器械驱动单元的第二连接器之间的连接的状态；

通过控制器启动所述器械驱动单元的至少一个马达以使所述器械的至少一个联接器旋转；

在扭矩传感器处测量在启动期间所述至少一个马达的扭矩；以及

在所述控制器处，基于所述至少一个马达在启动期间的扭矩以及所述第一连接器和所述第二连接器的连接的状态来确定所述手术器械是否与所述器械驱动单元分离。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

将所述至少一个马达在启动期间的扭矩与阈值进行比较。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

在所述控制器处，响应于所述扭矩低于所述阈值而确定所述手术器械与所述器械驱动单元分离。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

响应于确定所述手术器械与所述器械驱动单元分离而输出警报。