CN107405174A - 用于马达扭矩补偿的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括接收用于马达的扭矩极限、监测马达的扭矩输出、确定该扭矩输出的扭矩脉动的振幅和相位，以及确定用于马达的补偿扭矩极限，该补偿扭矩极限包括在扭矩极限处的第一分量和在调节的扭矩极限处的第二分量。

Description

用于马达扭矩补偿的系统和方法
相关申请
本专利申请要求2015年3月17日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR MOTORTORQUE COMPENSATION”(用于马达扭矩补偿的系统和方法)的美国非临时专利申请14/660,282的优先权和权益，其全部内容以参考的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及用于马达扭矩补偿的系统和方法，并且更具体地涉及用于有效补偿特定马达的扭矩输出变化的系统和方法。
背景技术
电动马达普遍用于各种应用。此类马达是在被提供电流时生成扭矩(或力，在线性马达的情况下)的电动机器。电动马达可用于各种应用。例如，远程操作手术涉及在各种空间中移动医疗仪器的操纵器臂的使用。处于操纵器臂端部的医疗仪器可由电动马达驱动。例如，缝合器(staplers)仪器可附接到操纵臂的远侧端部。设置在操纵器臂近端的马达可通过驱动轴和万向节的系统连接到缝合器。将马达连接到此类系统对马达施加负荷，导致马达的扭矩输出表现出扭矩脉动(ripple)。扭矩脉动在扭矩输出中创建振荡分量。
传感器系统用于安全且有效地操作马达以提供适应例如用于缝合器的最大组织厚度所需的力。例如，传感器系统可用于确保扭矩输出不超过预定义的扭矩极限。当发生扭矩脉动时，预定义的最大马达扭矩极限可均匀改变以适应扭矩输出的振荡分量。然而，均匀改变最大马达扭矩极限改变缝合器常规地能够适应的组织厚度。需要在适应缝合器适应最大组织厚度需要的力的同时允许马达的安全且有效操作的系统和方法。
发明内容
本发明的实施例由所附的权利要求书总结。
根据一个示例，方法包括接收用于马达的扭矩极限，监测马达的扭矩输出，确定扭矩输出的扭矩脉动的振幅和相位，以及确定用于马达的补偿扭矩极限，补偿扭矩极限包括在扭矩极限处的第一分量和在调节的扭矩极限处的第二分量。
根据一个示例，方法包括监测马达的扭矩输出，接收用于马达的扭矩上限，确定扭矩输出的振荡分量，该振荡分量与扭矩脉动相关联，基于确定的振荡分量调节扭矩上限以创建局部(locally)补偿扭矩上限，以及将扭矩输出与局部补偿扭矩上限进行比较。
根据一个示例，医疗仪器系统包括马达和控制系统，该控制系统包括处理器和存储器，该存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被处理器执行时使控制系统：监测马达的扭矩输出，确定扭矩输出的振荡分量，该振荡分量与扭矩脉动相关联，接收扭矩上限，基于振荡分量调节扭矩上限以创建局部补偿扭矩上限，响应于确定扭矩输出超过局部补偿扭矩上限，将操作失败的指示输出到用户界面。
根据一个示例，医疗仪器系统包括马达和控制系统，该控制系统包括处理器和存储器，该存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被处理器执行时使控制系统：接收用于马达的马达扭矩极限，监测马达的扭矩输出，确定扭矩输出的扭矩脉动的振幅和相位，以及基于扭矩脉动确定用于马达的局部补偿扭矩极限。
附图说明
通过与附图一起阅读下面的具体实施方式更好地理解本公开的各方面。应该强调的是，根据行业的标准实践，各种特征并不是按比例绘制。事实上，为了论述清楚，各种特征的尺寸可任意增大或减小。此外，本公开可在各种示例中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简化和清楚的目的而且其自身不规定所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
图1A是根据本公开的实施例的远程操作医疗系统的示意图。
图1B是根据许多实施例的用于远程操作医疗系统的外科医生控制台的透视图。
图1C是根据许多实施例的远程操作医疗系统电子设备推车的透视图。
图1D是根据本文所述原理的一个示例的患者侧推车的透视图。
图2是根据本文所述原理的一个示例示出通过马达驱动的医疗仪器的图示。
图3A是根据本文所述原理的一个示例示出相对于扭矩极限的扭矩输出的曲线图。
图3B是根据本文所述原理的一个示例示出说明性补偿扭矩极限的图示。
图4是根据本文所述原理的一个示例示出说明性补偿扭矩极限的曲线图。
图5是根据本文所述原理的一个示例示出对扭矩下限的说明性补偿扭矩极限的曲线图。
图6是根据本文所述原理的一个示例示出用于基于扭矩脉动调节扭矩极限的说明性方法的流程图。
具体实施方式
为了增进对本公开的原理的理解，现在将参考图中所示的实施例，并且将使用特定语言来描述图中所示的实施例。但是，应该理解的是不旨在限制本公开的范围。在本发明的各方面的下面的具体实施方式中，为了提供公开的实施例的透彻理解阐述了许多特定细节。然而，本领域技术人员将清楚即使没有这些特定细节也可实践本公开的实施例。没有详细描述在其他情况下熟知的方法、程序、部件和电路以免不必要地模糊本发明的实施例的各方面。
如本公开涉及的本领域技术人员通常想到的，对本公开的原理的所述的装置、仪器、方法和任何进一步应用的任何替换和进一步修改被完全预期。特别地，完全预期关于一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。此外，本文提供的尺寸用于特定示例，并且认为可利用不同大小、尺寸和/或比例以实施本公开的概念。为了避免不需要的描述性重复，根据一个说明性实施例描述的一个或多个部件或动作能够使用或省略为可适用于其他说明性实施例。为了简洁起见，将不会分别描述这些组合的多种迭代。为简化起见，在一些情况下附图中使用相同的附图标记来指代相同或类似部分。
如上所述，为了补偿任何振荡，施加给马达的负荷可导致马达的扭矩输出表现出扭矩脉动。传统上，改变预定义的最大马达扭矩极限以适应扭矩输出的振荡分量。然而，改变最大马达扭矩极限改变由马达提供动力的仪器的有效性。例如，减小最大马达扭矩极限减小缝合器能够适应的组织厚度。根据本文所述的原理，使用动态、自适应的扭矩极限。这种扭矩极限实时补偿扭矩脉动。特别地，接收用于马达的特定操作的扭矩极限。在马达的操作期间，实时确定扭矩脉动的特性。如将更详细描述的，扭矩脉动可基于各种因素实时变化。使用获取的涉及扭矩脉动的信息，实时调节接收的扭矩极限以创建动态扭矩极限。因为扭矩极限动态调节以补偿扭矩输出中的振荡，所以动态扭矩极限还可被称为补偿扭矩极限。因而，使用动态扭矩极限代替初始接收的扭矩极限。如果马达的扭矩输出超过动态扭矩极限，那么控制系统能够响应。例如，控制系统可警示正在由马达驱动的仪器的操作者可出现操作失败。
这种动态扭矩极限的使用可在各种情况下有利。在一个示例中，用于远程操作手术系统的缝合器仪器可由马达驱动。对于缝合器机构的某些操作，可存在对马达的扭矩输出的极限。如果达到此极限，那么其可指示没有正确执行操作，或为了控制组织厚度，输出扭矩不应超过校准极限。因而，远程操作手术系统可被配置为警示使用者可能的操作失败。但是，由于驱动缝合器仪器的马达所承受的扭矩脉动，所以此种警示可被不必要地触发。使用本文所述的动态极限防止此类警示。本文所述的涉及动态扭矩极限的原理在用于远程操作手术系统的缝合器仪器的情境下描述。然而，应该理解的是，此类动态扭矩极限可在涉及监测驱动机械系统的马达的扭矩输出的其他情况中使用。
参考图1A，例如，用于包括诊断、治疗或手术程序的医疗程序的远程操作医疗系统大体上由附图标记10指示。如将描述的，本公开的远程操作医疗系统受到外科医生的远程操作控制。在替代实施例中，远程操作医疗系统可受到被编程为执行程序或子程序的计算机的部分控制。在其他替代实施例中，可使用受到被编程为执行程序或子程序的计算机完全控制的完全自动医疗系统以执行程序或子程序。如图1A所示，远程操作医疗系统10通常包括安装到放置患者P的手术台O或手术台O附近的远程操作组件12。远程操作组件12可被称为患者侧推车。医疗仪器系统14可操作地耦接到远程操作组件12。操作者输入系统16允许外科医生或其他类型的临床医生S查看手术部位的图像或表示手术部位的图像并且控制医疗仪器系统14的操作。
操作者输入系统16可位于外科医生的控制台处，操作者输入系统16一般和手术台O位于相同房间。然而，应该理解的是，外科医生S能够位于与患者P不同的房间或完全不同的建筑中。操作者输入系统16通常包括用于控制医疗仪器系统14的一个或多个控制装置。一个或多个控制装置可包括任意数量的各种输入装置中的一个或多个，诸如手柄、操纵杆、轨迹球、数据手套、触发枪、手动操作控制器、语音识别装置、触摸屏、身体运动或身体呈现传感器等等。在一些实施例中，将为一个或多个控制装置提供成与远程操作组件的医疗仪器相同的自由度，从而为外科医生提供远程呈现、一个或多个控制装置与仪器整合在一起的感知，使得外科医生强烈感到好像出现在手术部位处那样直接控制仪器。在其他实施例中，一个或多个控制装置可具有比相关联的医疗仪器更多或更少的自由度，并且仍然为外科医生提供远程呈现。在一些实施例中，一个或多个控制装置是以六自由度移动的手动输入装置，并且其还可包括用于致动仪器可致动手柄(例如，用于关闭抓握夹爪、将电势施加到电极、输送药物治疗等等)。
当外科医生S通过控制台16查看手术部位时，远程操作组件12支持并且操纵医用仪器系统14。能够由内窥镜15(诸如立体内窥镜)获取手术部位的图像，内窥镜15能够由远程操作组件12操纵以使内窥镜15取向。电子设备推车18能够用于处理通过外科医生控制台16后续显示给外科医生S的手术部位的图像。同时使用的医疗仪器系统14的数量通常将取决于诊断或手术程序和手术室内的空间约束等其他因素。远程操作组件12可包括一个或多个非伺服控制链路的运动结构(例如，可手动设置并且锁定就位的一个或多个链路，通常被称为设置结构)和远程操作操纵器。远程操作组件12包括驱动对医疗仪器系统14的输入的多个马达。这些马达移动以响应来自控制系统(例如控制系统20)的命令。马达包括驱动系统，当耦接到医疗仪器系统14时该驱动系统可使医疗仪器前进到自然产生或手术产生的解剖孔中。其他机动驱动系统可以以多重自由度移动医疗仪器的远侧端部，多重自由度可包括三个线性运动自由度(例如沿X、Y、Z笛卡尔坐标轴的线性运动)和三个旋转运动自由度(例如绕X、Y、Z笛卡尔坐标轴的旋转)。另外，马达能够用于在活检装置的夹爪等中致动用于抓住组织的仪器的可铰接的末端执行器。
远程操作医疗系统10还包括控制系统20。控制系统20包括用于影响医疗仪器系统14、操作者输入系统16和电子系统18之间的控制的至少一个存储器和至少一个处理器(未示出)(并且通常包括多个处理器)。控制系统20还包括编程的指令(例如，存储指令的计算机可读介质)以根据本文公开的方面实施所描述的方法中的一些或全部。虽然在图1A的简化示意中控制系统20被示出为单个框，该控制系统可包括两个或更多个数据处理电路，其中在远程操作组件12上或其附近处任选地执行处理的一部分，在操作者输入系统16等处执行处理的另一部分。可采用各种集中或分散的数据处理架构中的任一种。类似地，编程的指令可被实施为数种独立程序或子例程，或它们可被集成到本文所述的远程操作系统的数种其他方面中。在一个实施例中，控制系统20支持无线通信协议，诸如蓝牙、IrDA、HomeRF、IEEE 802.11、DECT和无线遥测。
在一些实施例中，控制系统20可包括一个或多个伺服控制器，所述伺服控制器从医疗仪器系统14接收力和/或扭矩反馈。响应于该反馈，伺服控制器将信号传输到操作者输入系统16。一个或多个伺服控制器还可传输指示远程操作组件12移动一个或多个医疗仪器系统14的信号，所述医疗仪器系统14经由身体中的开口延伸到患者体内的内部手术部位。可使用任何合适的常规或专用伺服控制器。伺服控制器可独立于远程操作组件12，或者可与远程操作组件12集成。在一些实施例中，提供伺服控制器和远程操作组件作为患者身体附近设置的远程操作手推车的一部分。
远程操作医疗系统10可进一步包括可选的操作和支持系统(未示出)，诸如照明系统、转向控制系统、灌洗系统和/或抽吸系统。在替代的实施例中，远程操作系统可包括超过一个远程操作组件和/或超过一个操作者输入系统。操纵器组件的确切数量将取决于手术程序和手术室内的空间约束等其他因素。操作者输入系统可位于同一位置或它们可设置在独立位置处。多个操作者输入系统允许超过一个操作者以各种组合控制一个或多个操纵器组件。
图1B是外科医生控制台16的透视图。外科医生控制台16包括左眼显示器32和右眼显示器34，其用于将使得能够进行深度感知的手术部位的经协调的立体图呈现给外科医生S。控制台16进一步包括一个或多个输入控制装置36，其转而使远程操作组件12操纵一个或多个工具。输入控制装置36能够提供与它们的相关联的仪器14相同的自由度，从而为外科医生S提供远程呈现或输入控制装置36与仪器14整合在一起的感知，使得外科医生强烈感到在直接控制仪器14。为此，可采用位置、力和触觉反馈传感器(未示出)以通过输入控制装置将来自仪器14的位置、力和触觉感觉传输回外科医生的手。
图1C是电子设备推车18的透视图。电子设备推车18能够与内窥镜15耦接，并且能够包括处理器以处理用于后续显示的捕捉的图像，诸如显示给外科医生控制台处的外科医生，或显示给位于本地和/或远程的另一合适显示器处的外科医生。例如，在使用立体内窥镜的情况下，电子设备推车15能够处理捕捉的图像从而为外科医生呈现手术部位的经协调的立体图像。此协调能够包括相反的图像之间的对准并且能够包括调节立体内窥镜的立体工作距离。作为另一示例，图像处理能够包括使用之前确定的相机校准参数以补偿图像捕捉装置的成像误差，诸如光学像差。电子设备推车18还可包括显示监视器和控制系统20的部件。
图1D是远程操作组件12的透视图，所述远程操作组件12可被称为患者侧推车。所示患者侧推车12提供三个手术工具26和成像装置28的操纵，成像装置28(诸如用于捕捉手术程序的部位的图像的立体内窥镜)。成像装置可通过电缆56传输信号到电子设备推车18。由具有数个关节的远程操作机构提供操纵。成像装置28和手术工具26能够穿过患者身体内的切口被设置和操纵，使得运动的远程中心保持在切口处以最小化切口的大小。当手术工具26设置在成像装置28的视场内时，手术部位的图像能够包括手术工具26的远侧端部的图像。
患者侧推车22包括可驱动的底座58。可驱动的底座58连接到伸缩柱57，所述伸缩柱57允许臂54的高度的调节。臂54可包括旋转关节55，所述旋转关节55既旋转又上下移动。臂54中的每个可连接到取向平台53。取向平台53能够旋转360度。患者侧推车22还可包括用于在水平方向移动取向平台53的伸缩水平悬臂。
在本示例中，臂54中的每个连接到操纵器臂51。操纵器臂51可直接连接到医疗仪器26。操纵器臂51是可远程操作的。在一些示例中，连接到取向平台的臂54不是可远程操作的。更确切地说，在外科医生18用远程操作部件开始操作之前按照需要设置此类臂54。
图2是示出包括由马达210驱动的医疗仪器220的系统200的图示。根据本示例，系统200包括具有控制系统202的底盘224、传感器208和马达210。系统200还包括操纵器臂212，所述操纵器臂212包括驱动系统214。驱动系统214包括驱动轴216和万向节218。驱动系统214将马达210连接到缝合器仪器220。
缝合器仪器220能够用于将组织缝合在一起。缝合器仪器220包括夹紧机构222，所述夹紧机构222在缝合器将组织的两部分缝合在一起之前将那些部分夹紧在一起。因而，这种缝合器仪器222涉及两个主要操作。第一操作是夹紧操作，其中夹紧机构222夹紧将被缝合的组织。第二操作是缝合操作，其中缝合器插入到夹紧的组织中。此缝合器的各种实施例在美国专利申请号14/154,075(2014年1月13日提交)(公开“扭矩补偿”)、美国专利申请号14/154,067(2014年1月13日提交)(公开“夹紧仪器”)；以及美国专利申请号14/154,087(2014年1月13日提交)(公开“马达组件”)中描述，它们以参考的形式全文并入本文。
在本示例中，马达210驱动夹紧机构222。更具体地，马达210的旋转使夹紧机构222执行夹紧操作。通过驱动系统214将由马达210提供的旋转力传递到缝合器仪器220，所述旋转力被称为扭矩。缝合器仪器可包括机构诸如丝杆，所述机构将由马达提供的旋转力转换为由夹紧机构施加的线性力。
驱动系统214包括设置在操纵器臂212内的一组驱动轴216和万向节218。马达210连接到第一驱动轴216-1。因而，马达210的旋转导致第一驱动轴216-1的旋转。第一驱动轴216-1通过第一万向节218-1连接到第二驱动轴216-2。因而，第一万向节218-1将第一驱动轴216-1的旋转运动传递到第二驱动轴216-2。第二驱动轴216-2通过第二万向节218-2连接到第三驱动轴216-3。因而，第二万向节218-2将第二驱动轴216-2的旋转运动传递到第三驱动轴216-3。第三驱动轴216-3连接到缝合器220的夹紧机构222。
当使用万向节时，虽然输入轴的旋转速度是恒定的，但是两个邻近的驱动轴之间的角度使输出驱动轴以变化的速度旋转。例如，第一驱动轴216-1的恒定旋转导致第二驱动轴216-2的变化旋转。类似地，由于第二驱动轴216-2和第三驱动轴216-3之间的角度，所以第三驱动轴216-3的旋转进一步变化。因而，当连接到马达210时，驱动系统214对马达210施加造成扭矩脉动的负荷。扭矩脉动在扭矩输出中创建振荡分量。
控制系统202用于控制马达210并且用于确保马达210的扭矩输出不超过预定义的极限。例如，如果扭矩输出超过此极限，那么这可指示夹紧操作没有正确执行。控制系统202从测量马达210的扭矩输出的传感器208接收数据。然后控制系统202将测量的扭矩输出与扭矩极限进行比较。根据本文所述原理，控制系统202确定扭矩输出的扭矩脉动或振荡分量。控制系统202实时调节扭矩极限以创建动态扭矩极限。然后控制系统202能够将扭矩输出与动态扭矩极限进行比较。这样做以更精确地确定扭矩输出是否可接受并且在控制扭矩极限的基础分量时允许控制器补偿振荡。
控制系统202包括处理器204和存储器206。存储器可包括各种类型的存储器，其包括易失性存储器(诸如随机存取存储器(RAM))和非易失性存储器(诸如固态存储装置)。存储器206可存储计算机可读指令，所述指令在被处理器204执行时使控制系统202执行包括本文所述功能的各种功能。存储器206还可存储表示扭矩输出、扭矩极限、动态扭矩极限和其他数据点的数据。
虽然图2示出控制系统202、传感器208和马达210全部在同一底盘224中，但是其他实施例可以不同地配置。例如，在一些实施例中，控制系统202可位于别处但仍与传感器208通信。另外，虽然图2示出双万向节驱动系统214，但是其他实施例可具有单万向节驱动系统或带有多于两个万向节的驱动系统。
图3A是示出马达(例如，图2的马达210)的扭矩输出310的曲线图300。根据本示例，垂直轴线302表示马达扭矩并且水平轴线314表示时间。曲线图300示出目标扭矩306、扭矩上限304和扭矩下限312。
目标扭矩306表示扭矩水平，所述扭矩水平是希望的，以执行特定操作。例如，为了正确执行夹紧操作，可以知道的是，马达的扭矩输出310应该达到某个扭矩水平。该扭矩水平被定义为目标扭矩306。在一些示例中，目标扭矩306可被定义为扭矩水平的范围。
扭矩上限304表示如果达到则可表示操作没有正确执行的扭矩水平。换句话说，如果扭矩输出310超过此水平，那么其可指示组织没有根据需要被夹紧夹紧机构内。对于缝合器的操作者获知这点可以是重要的，因为如果组织未被适当地夹紧在夹紧机构内，那么不应执行缝合操作。扭矩下限312可执行类似功能。
马达扭矩输出310包括基础分量308和振荡分量，所述振荡分量是扭矩输出310和基础分量308之间的差。基础分量308类似于电信号的直流(DC)分量。振荡分量类似于电信号的交流(AC)分量。振荡分量由马达所承受的扭矩脉动引起。如上所述，由驱动系统施加在马达上的负荷能够导致扭矩脉动。此外，当驱动系统改变位置时，扭矩脉动将受到影响。具体地，随着操纵器臂移动，驱动轴的角度将改变。因为扭矩脉动被驱动轴的角度影响，所以扭矩脉动将随着角度改变而改变。
由马达承受的扭矩脉动其自身可具有若干个分量。扭矩脉动可进一步分解为扭矩谐波。例如，一些扭矩输出可表示1x扭矩谐波、2x扭矩谐波和4x扭矩谐波的组合。扭矩谐波表示扭矩输出中处于空间频率的偏差，该空间频率为马达的一个机械旋转的逆旋转的整数倍。例如，1x扭矩谐波可看起来像转子旋转的一个周期中的单个正弦波。2x扭矩谐波可看起来像转子旋转的一个周期中的两个全正弦波。
希望基础分量308逼近目标扭矩而不超过扭矩上限304。但是，由于扭矩脉动导致的振荡分量，所以扭矩输出310可在时间点316、318超过扭矩极限304。根据本文所述原理，通过局部地改变扭矩极限304以考虑振荡分量来减轻这种问题。在有限持续时间内局部修改扭矩极限(而不是使整个扭矩极限向上平均)允许目标扭矩保持在需要的水平以对驱动的仪器提供最大操作力，例如夹紧最大量组织所需的力。
图3B是示出动态扭矩极限326的曲线图330。根据本示例，调节扭矩极限304以创建动态扭矩极限326。这可通过确定振荡分量的特性诸如周期、相位和振幅320完成。然后可基于这些特性局部调节扭矩极限304以创建动态扭矩极限326。例如，在振荡的周期的一部分内(例如，其中振荡振幅大于基础分量的一部分)振荡的变化的振幅可被添加到扭矩极限。可替换地，在振荡的周期的一部分内振幅的预定百分比可被添加到扭矩极限。可替换地，在振荡的周期的一部分内振荡的峰值振幅可被添加到扭矩极限。在图3B的实施例中，动态扭矩极限具有截取的正弦曲线，但是基于振荡分量的周期、相位和/或振幅提供扭矩极限的本局部变化的其他曲线可用作动态扭矩极限。
在图3B的示例中，动态扭矩上限326作为截取的正弦波出现。具体地，动态扭矩极限具有两种分量。在第一持续时间分量322期间，扭矩极限匹配初始扭矩极限304。然而，在第二持续时间分量324期间，扭矩极限基于检测到的扭矩输出310的振荡分量而增大。因而，在时间点316和318，即使扭矩输出310超过初始扭矩极限304，扭矩输出310也不超过动态扭矩极限326。因而，当系统能够操控振荡时，系统不会错误地指示扭矩输出的相关部分(即基础分量408)已经超过扭矩极限304。在各种实施例中，动态扭矩下限可通过基于振荡分量调节扭矩下限312确定。
图4是示出说明性全正弦动态扭矩极限412的曲线图400。同样，垂直轴线402表示马达扭矩并且水平轴线414表示时间。马达的扭矩输出410包括基础分量408和振荡分量。曲线图400说明目标扭矩406和扭矩极限404。
在该示例中，能够通过将扭矩输出410的振荡分量添加到初始扭矩极限404创建动态扭矩极限412。因而，动态扭矩极限412作为正弦波出现，所述正弦波匹配扭矩输出410的振荡分量。在某些应用中，提供振荡的全周期内的动态扭矩极限可以是有用的。例如，在时间点416尖峰可出现在马达扭矩410的基础分量408中，所述时间点416符合振荡分量的较低部分。即使基础分量408超过扭矩极限404，这也可使扭矩输出410不超过扭矩极限404。在此种情况下，系统应该警示操作者夹紧操作可能已经失败但是系统并不这么做。扭矩输出410超过动态扭矩极限412。然而，使警报基于动态扭矩极限412会适当地指示扭矩输出的相关部分(即基础分量)超过扭矩极限404。
可通过控制系统(例如图2的202)以各种方式执行对扭矩输出410的振荡分量的补偿。控制系统存储扭矩输出410的数字表示和扭矩极限404的数字表示。如果在特定时间点处扭矩输出410的值超过扭矩极限404的值，那么系统能够相应地警示操作者。但是通过如上所述调节扭矩极限404，控制系统本质上调节扭矩输出410的值和扭矩极限404的值之间的数学差。具体地，通过将振荡分量的值或部分值添加至扭矩极限的值，创建动态扭矩极限412。然而，在一些示例中，取代将振荡分量的值添加至扭矩极限404，控制系统能够通过从扭矩输出410的数字表示中减去振荡分量而执行相同的功能。因而，虽然实际的扭矩输出410仍然表现出振荡分量，但是扭矩输出410的数字表示并不表现出振荡分量。因而，从扭矩输出410的数字表示中减去振荡分量以与将振荡分量添加至扭矩极限404相同的方式调节扭矩输出410和扭矩极限404之间的数学差，以创建动态扭矩极限412。
图5是示出用于扭矩下限512的说明性动态扭矩极限510的曲线图500。同样，垂直轴线502表示马达扭矩并且水平轴线504表示时间。马达的扭矩输出508包括基础分量506和振荡分量。在一些情况下，可希望确保扭矩输出不降低到低于某个水平。因而，能够使用扭矩下限512，而不是在图3A、图3B和图4中说明的扭矩上限。与扭矩上限一样，控制系统确定扭矩输出508的振荡分量并且使用涉及振荡分量的信息以创建调节的扭矩下限510。因而，虽然由于扭矩脉动扭矩输出508可降低到低于扭矩下限512，但是扭矩输出不降低到低于动态扭矩下限510。
图6是示出用于基于扭矩脉动调节扭矩极限的说明性方法600的流程图。根据本示例，方法600包括用于接收用于马达的马达扭矩极限的步骤602。如上所述，控制系统可接收用于特定类型的操作(诸如缝合器仪器的夹紧操作)的扭矩极限。扭矩极限基于如果达到则可指示没有成功执行夹紧操作的已知的扭矩水平。
方法600进一步包括用于监测马达的扭矩输出的步骤604。可通过使用连接到马达的传感器完成这一步骤。如上所述，扭矩输出包括基础分量和与扭矩脉动相关联的振荡分量。扭矩脉动可部分地由附加给马达的负荷引起。具体地，可存在将马达连接到夹紧机构的一个或多个万向节的系统。扭矩脉动将被那些万向节的位置的改变影响。因而，扭矩输出被实时监测。
方法600进一步包括用于确定扭矩输出的扭矩脉动的振幅和相位的步骤606。换句话说，扭矩输出的振荡分量的特性被确定。这些特性将随着操纵器臂移位而实时变化，所述操纵器臂承载驱动轴和万向节。因而，实时完成确定振荡分量的振幅和相位。
方法600进一步包括用于确定用于马达的动态扭矩极限的步骤608。可以以上述各种方式完成这一步骤。具体地，扭矩脉动的振幅和相位用于调节接收的扭矩极限以创建动态扭矩极限。在一个示例中，动态扭矩极限作为截取的正弦波出现。在一些示例中，动态扭矩极限作为全正弦波出现。
通过使用本文所述的原理，实现对扭矩输出是否已经超过定义的极限的更精确的确定。在目标扭矩相对接近扭矩极限并且马达承受的扭矩脉动对扭矩输出具有较强效果时的情况下，这能够是甚至更有用的。这能够减少控制系统错误地指示扭矩极限已经被超过或不恰当地避免指示扭矩极限已经被超过的情况。
本发明的实施例中的一个或多个元件可在软件中实施以在计算机系统(诸如控制处理系统)的处理器上执行。当在软件中实施时，本发明的实施例的元件本质上是执行所需任务的编码段。程序或编码段能够存储在处理器可读存储介质或装置中，所述程序或编码段已经通过在传输介质或通信链路上以载波实施的计算机数据信号进行下载。处理器可读存储装置可包括能够存储信息的任何介质，其包括光学介质、半导体介质和磁介质。处理器可读存储装置示例包括电子电路；半导体装置、半导体存储器装置、只读存储器(ROM)、闪存、可擦可编程只读存储器(EPROM)；软盘、CD-ROM、光盘、硬盘或其他存储装置。可经由计算机网络诸如互联网、内联网等下载编码段。
注意到呈现的过程和显示可内在地不涉及任何特定计算机或其他设备。各种通用系统可与根据本文的教导的程序一起使用，或者其可证明构造更专用的设备以执行所述操作是方便的。在权利要求书中各种这些系统的所需结构将作为元件出现。此外，本发明的实施例不参考任何特定编程语言描述。应该理解的是，可使用各种编程语言以实施本文所述的本发明的教导。
虽然本发明的某些示例性实施例已经描述并在附图中示出，但是应该理解的是此类实施例仅是说明性的而不限制广泛的发明，并且因为本领域技术人员可想到各种其他修改，所以本发明的实施例不限于所示和所述的具体构造和布置。

Claims (36)

1.一种方法，其包括：
接收用于马达的扭矩极限；
监测所述马达的扭矩输出；
确定所述扭矩输出的扭矩脉动的振幅和相位；以及
确定用于所述马达的补偿扭矩极限，所述补偿扭矩极限包括在所述扭矩极限处的第一分量和在调节的扭矩极限处的第二分量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调节的扭矩极限是通过基于所述扭矩脉动的所述确定的振幅和相位调节所述扭矩极限确定的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述补偿扭矩极限包括第一持续时间和第二持续时间的交替模式。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述扭矩极限是扭矩上限。
5.根据权利要求1所述的方法，其中监测所述扭矩输出包括从与所述马达相关联的传感器接收信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括响应于确定所述扭矩输出超过所述补偿扭矩极限，将操作失败的指示输出到用户界面。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述马达驱动缝合器夹紧机构。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述马达耦接到包括万向节的驱动系统。
9.一种方法，其包括：
监测马达的扭矩输出；
接收用于所述马达的扭矩上限；
确定所述扭矩输出的振荡分量，所述振荡分量与扭矩脉动相关联；
基于所述确定的振荡分量调节所述扭矩上限以创建局部补偿扭矩上限；以及
将所述扭矩输出与所述局部补偿扭矩上限进行比较。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：响应于确定所述扭矩输出超过所述局部补偿扭矩极限，将操作失败的指示输出到用户界面。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述扭矩极限包括扭矩上限。
12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
接收用于所述马达的扭矩下限；
基于所述确定的振荡分量，调节所述扭矩下限以创建局部补偿扭矩下限；以及
将所述扭矩输出与所述局部补偿扭矩下限进行比较。
13.根据权利要求9所述的方法，其中调节所述扭矩上限基于所述振荡分量。
14.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述振荡分量包括确定所述扭矩脉动的振幅和相位。
15.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述振荡分量利用最小均方技术，最小均方技术即LSM技术。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述马达包括直流(DC)无刷马达。
17.根据权利要求9所述的方法，其中所述马达用于驱动附接到操纵器臂的医疗缝合仪器的夹紧机构。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述操纵臂包括将来自所述马达的旋转力传递到所述医疗缝合仪器的万向节。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述振荡分量根据所述万向节的位置变化。
20.根据权利要求9所述的方法，其中所述扭矩上限基于指示所述夹紧机构可能无法根据需要夹紧组织的扭矩水平。
21.一种医疗仪器系统，其包括：
马达；以及
包括处理器和存储器的控制系统，所述存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被所述处理器执行时使所述控制系统：
监测马达的扭矩输出；
确定所述扭矩输出的振荡分量，所述振荡分量与扭矩脉动相关联；
接收扭矩上限；
基于所述振荡分量调节所述扭矩上限以创建局部补偿扭矩上限；以及
响应于确定所述扭矩输出超过所述局部补偿扭矩上限，将操作失败的指示输出到用户界面。
22.根据权利要求21所述的系统，其进一步包括：
夹紧机构；以及
驱动轴，其将所述马达连接到所述夹紧机构。
23.根据权利要求22所述的系统，其进一步包括：与所述夹紧机构整合的缝合机构，所述缝合机构被配置为缝合被所述夹紧机构夹紧的组织。
24.根据权利要求22所述的系统，其中所述扭矩上限指示所述夹紧机构的可能的失败。
25.根据权利要求22所述的系统，其中所述驱动轴通过使用至少一个万向节被连接到所述夹紧机构。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述振荡分量是所述万向节的位置的函数。
27.根据权利要求25所述的系统，其中考虑到所述振荡分量，所述控制系统被配置为根据所述振荡分量调节所述扭矩上限。
28.一种医疗仪器系统，其包括：
马达；以及
包括处理器和存储器的控制系统，所述存储器包括机器可读指令，所述机器可读指令在被所述处理器执行时使所述控制系统：
接收用于马达的马达扭矩极限；
监测所述马达的扭矩输出；
确定所述扭矩输出的扭矩脉动的振幅和相位；以及
基于所述扭矩脉动，确定用于所述马达的局部补偿扭矩极限。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述局部补偿扭矩极限包括在所述扭矩极限处的第一分量和在调节的扭矩极限处的第二分量。
30.根据权利要求29所述的系统，其中通过基于所述扭矩脉动的所述确定的振幅和相位调节所述马达扭矩极限，确定所述局部补偿极限。
31.根据权利要求28所述的系统，其中所述局部补偿扭矩极限包括第一分量和第二分量的交替模式。
32.根据权利要求28所述的系统，其中为了监测所述扭矩输出，所述控制系统进一步从传感器接收关于所述马达的位置的信息。
33.根据权利要求28所述的系统，其中响应于确定所述扭矩输出超过所述补偿扭矩极限，所述控制系统进一步将操作失败的指示输出到用户界面。
34.根据权利要求28所述的系统，其中所述马达驱动缝合器夹紧机构。
35.根据权利要求28所述的系统，其中所述马达耦接到包括万向节的驱动系统。
36.根据权利要求28所述的系统，其中所述马达扭矩极限是马达扭矩上限。
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