CN107635488B - 用于力或扭矩极限补偿的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种力或扭矩极限补偿的系统和方法，其包括与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术器械。外科手术器械包括位于器械的远端处的末端执行器、用于操作器械的自由度的驱动单元、耦合到驱动单元的轴、以及在轴中用于将来自驱动单元的力或扭矩耦合到末端执行器和铰接腕的一个或多个驱动机构。为了控制自由度，器械被配置为确定自由度的当前位置，基于当前位置确定力或扭矩极限补偿，基于力或扭矩极限补偿改变一个或多个力或扭矩极限，以及调节经受一个或多个力或扭矩极限的自由度。

Description

用于力或扭矩极限补偿的系统和方法
相关申请
本专利申请要求于2015年5月15日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR FORCEOR TORQUE LIMIT COMPENSATION”的美国临时专利申请62/162,239的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术领域
本公开总体涉及具有关节式臂和末端执行器的设备的操作，并且更具体地涉及末端执行器中的力或扭矩极限补偿。
背景技术
越来越多的设备正被自主和半自主电子设备替代。这在如今具有存在于手术室、介入病房、重症监护病房、急诊室等中的大批自主和半自主电子设备的医院尤其如此。例如，玻璃和水银温度计被电子温度计替代，静脉滴注管线现在包括电子监测器和流量调节器，并且传统的手持式外科手术器械正被计算机辅助医疗设备替代。
使用计算机辅助医疗设备的微创外科手术技术通常试图在最小化对健康组织的损伤的同时执行外科手术规程和/或其他规程。可以通过使用具有外科手术器械的计算机辅助医疗设备来远程执行一些微创规程。对于许多计算机辅助医疗设备，外科医生和/或其他医务人员通常可以使用操作者控制台上的一个或多个控制装置来操纵输入设备。当外科医生和/或其他医务人员在操作者控制台处操作各种控制装置时，将命令从操作者控制台传送到安装有一个或多个末端执行器和/或外科手术器械的患者侧设备。以这种方式，外科医生和/或其他医务人员能够使用末端执行器和/或外科手术器械对患者执行一个或多个规程。根据期望的规程和/或正在使用的外科手术器械，期望的规程可以部分或完全地在使用远程操作的外科医生和/或医务人员的控制下执行和/或在半自主控制下执行，在半自主控制中，外科手术器械可基于外科医生和/或其他医务人员的一个或多个激活动作来执行一系列操作。
无论是以手动方式致动、以远程操作方式致动和/或以半自主方式致动，微创外科手术器械都可以用于各种操作和/或规程，并且可以具有各种配置。许多此类器械包括安装在轴的远端处的末端执行器，该轴可以安装到铰接臂的远端。在许多操作情况下，轴可以被配置为(例如，以腹腔镜方式、以胸腔镜方式和/或类似方式)插入穿过开口(例如，体壁切口、自然孔口和/或类似开口)，以到达远程外科手术部位。在一些器械中，铰接腕机构可以安装到器械的轴的远端，以支撑末端执行器，其中铰接腕提供改变末端执行器相对于轴的纵向轴线的取向的能力。
可以使用不同设计和/或配置的末端执行器来执行不同的任务、规程和功能，以便允许外科医生和/或其他医务人员执行各种外科手术规程中的任何一种。示例包括但不限于烧灼、消融、缝合、切割、吻合(stapling)、融合、封闭等和/或它们的组合。因此，末端执行器能够包括各种部件和/或部件的组合以执行这些外科手术规程。
与微创规程的目标一致，末端执行器的尺寸通常保持尽可能小，同时仍允许其执行其既定任务。保持末端执行器的小尺寸的一种方法是通过使用通常位于患者外部的外科手术器械的近端处的一个或多个输入装置来完成末端执行器的致动。然后可以使用各种齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带和/或类似机构沿外科手术器械的轴传输来自一个或多个输入装置的动作并致动末端执行器。在具有适当的外科手术器械的计算机辅助医疗设备的情况下，在该器械的近端处的传动机构与设置在患者侧设备或患者侧推车的铰接臂上的各种马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压装置、气动装置和/或类似装置接合。马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压装置、气动装置和/或类似装置通常通过主控制器接收控制信号，并在传动机构的近端处提供力和/或扭矩形式的输入，各种齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带和/或类似机构最终传输所述输入以致动传动机构的远端处的末端执行器。
通常期望末端执行器的自由度中的一个或多个被配置为具有默认位置或原始位置，其中在没有主动致动的情况下，预期一个或多个自由度返回到所述默认位置或原始位置。在一些示例中，安全性问题可指示当切割刀片未被使用时，末端执行器的锋利的切割刀片返回到封套的和/或停放的原始位置。这可以减少患者的组织和/或操作末端执行器的医务人员被切割刀片意外切割的可能性。在一些示例中，其他的自由度可以具有满足其他设计和/或安全性问题的原始位置。在一些示例中，外科手术器械和/或末端执行器可以被配置有将力和/或扭矩施加到自由度以使自由度返回到原始位置的限制和/或回位机构。在一些示例中，该限制和/或回位机构可能不利地影响末端执行器的使用，因为必须克服限制和/或回位机构，以便根据需要操作相应的自由度。
因此，期望用于外科手术器械(诸如切割器械)的操作的改进方法和系统。在一些示例中，可能期望包括支持回位功能但是不以其他方式不利地影响外科手术器械的使用的限制和/或回位机构。
发明内容
与一些实施例一致，一种与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术器械包括位于器械的远端处的末端执行器、用于操作器械的自由度的驱动单元、耦合到驱动单元的轴，以及在轴中用于将来自驱动单元的力或扭矩耦合到末端执行器和铰接腕的一个或多个驱动机构。为了控制自由度，器械被配置为确定自由度的当前位置，基于当前位置确定力或扭矩极限补偿，基于力或扭矩极限补偿改变一个或多个力或扭矩极限，以及调节经受一个或多个力或扭矩极限的自由度。
与一些实施例一致，一种操作与计算机辅助医疗设备一起使用的外科手术器械的方法包括确定外科手术器械的自由度的当前位置，基于当前位置确定力或扭矩极限补偿，基于力或扭矩极限补偿改变一个或多个力或扭矩极限，以及调节经受一个或多个力或扭矩极限的自由度。
与一些实施例一致，一种非瞬态机器可读介质包括多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助医疗设备相关联的一个或多个处理器执行时适于使得一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括确定由计算机辅助医疗设备操作的外科手术器械的自由度的当前位置，基于当前位置确定力或扭矩极限补偿，基于力或扭矩极限补偿改变一个或多个力或扭矩极限，以及调节经受一个或多个力或扭矩极限的自由度。
与一些实施例一致，一种计算机辅助医疗设备包括一个或多个处理器、铰接臂，以及耦合到铰接臂的远端的外科手术器械。外科手术器械包括位于外科手术器械的远端处的末端执行器、用于操作外科手术器械的自由度的位于外科手术器械的近端处的驱动单元、耦合到驱动单元的轴，以及在轴中用于将来自驱动单元的力或扭矩耦合到末端执行器和铰接腕的一个或多个驱动机构。计算机辅助医疗设备被配置为确定自由度的当前位置，基于当前位置确定力或扭矩极限补偿，基于力或扭矩极限补偿改变一个或多个力或扭矩极限，以及调节经受一个或多个力或扭矩极限的自由度。
附图说明
图1是根据一些实施例的计算机辅助系统的简化图。
图2是示出根据一些实施例的微创外科手术器械的简化图。
图3是根据一些实施例的图2的外科手术器械的远端的简化透视图。
图4A至图4C是根据一些实施例的图2和图3的末端执行器的简化剖视图。
图5是根据一些实施例的驱动单元的针对自由度的简化透视图。
图6是根据一些实施例的扭矩极限补偿模型的简化图。
图7是根据一些实施例用于表征来自图6的扭矩极限补偿曲线的查找表的简化图。
图8是根据一些实施例的扭矩极限补偿的方法的简化图。
在附图中，具有相同名称的元件具有相同或相似的功能。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了描述与本公开一致的一些实施例的具体细节。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践一些实施例。本文所公开的具体实施例意味着是说明性的而不是限制性的。本领域技术人员可以实现尽管这里没有具体描述但是在本公开的范围和精神内的其他元件。此外，为了避免不必要的重复，除非另有具体描述，或者如果一个或多个特征使得实施例不起作用，否则可以将与一个实施例相关联示出和描述的一个或多个特征并入其他实施例。
图1是根据一些实施例的计算机辅助系统100的简化图。如图1所示，计算机辅助系统100包括具有一个或多个可移动臂或铰接臂120的计算机辅助设备110。一个或多个铰接臂120中的每一个可以支撑一个或多个器械130。在一些示例中，计算机辅助设备110可以与计算机辅助外科手术设备一致。一个或多个铰接臂120可以各自为医疗器械130(诸如外科手术器械、成像设备和/或类似设备)提供支撑。在一些示例中，器械130可以包括末端执行器，所述末端执行器能够但不限于执行夹持、回缩、烧灼、消融、缝合、切割、吻合、融合、封闭等和/或它们的组合。
计算机辅助设备110还可以耦合到操作者工作站(未示出)，操作者工作站可以包括用于操作计算机辅助设备110、一个或多个铰接臂120和/或器械130的一个或多个主控制装置。在一些示例中，一个或多个主控制装置可以包括主操纵器、杠杆、踏板、开关、按键、旋钮、触发器和/或类似装置。在一些实施例中，计算机辅助设备110和操作者工作站可以对应于由加利福尼亚州桑尼维尔市(Sunnyvale,California)的直观外科手术公司(IntuitiveSurgical,Inc.)出售的da
Figure BDA0001468447590000051
外科手术系统。在一些实施例中，具有其他配置、更少或更多铰接臂和/或类似部件的计算机辅助外科手术设备可以与计算机辅助系统100一起使用。
计算机辅助设备110经由接口耦合到控制单元140。接口可以包括一个或多个缆线、光纤、连接器和/或总线，并且还可以包括具有一个或多个网络交换和/或路由设备的一个或多个网络。控制单元140包括耦合到存储器160的处理器150。控制单元140的操作由处理器150控制。另外，尽管示出控制单元140仅具有一个处理器150，但是应当理解，处理器150可以表示控制单元140中的一个或多个中央处理单元、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和/或类似装置。控制单元140可以被实施为添加到计算设备的独立子系统和/或板，或者被实施为虚拟机。在一些实施例中，控制单元140可被包括作为操作者工作站的一部分，并且/或者独立于操作者工作站但与操作者工作站协同操作。
存储器160可以用于存储由控制单元140执行的软件和/或在控制单元140的操作期间使用的一个或多个数据结构。存储器160可以包括一种或多种类型的机器可读介质。一些常见形式的机器可读介质可以包括软盘(floppy disck)、软磁盘(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、任何其他带有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或存储盒和/或处理器或计算机适于从其中进行读取的任何其他介质。
如图1所示，存储器160包括控制应用170，控制应用170可用于支持计算机辅助设备110的自主、半自主和/或远程操作控制。控制应用170可以包括一个或多个应用编程接口(API)，其用于从计算机辅助设备110、铰接臂120和/或器械130接收位置、运动、力、扭矩和/或其他传感器信息；与和其他设备有关的其他控制单元交换位置、运动、力、扭矩和/或防碰撞信息；和/或计划和/或协助计划计算机辅助设备110、铰接臂120和/或器械130的运动。在一些示例中，控制应用170还可在外科手术规程期间支持器械130的自主、半自主和/或远程操作的控制。另外，尽管控制应用170被描绘为软件应用，但可以使用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实施控制应用170。
在一些实施例中，计算机辅助系统100可存在于手术室和/或介入病房中。另外，尽管计算机辅助系统100仅包括具有两个铰接臂120和相应的器械130的一个计算机辅助设备110，但是普通技术人员将理解，计算机辅助系统100可以包括任何数量的计算机辅助设备，其具有在设计上与计算机辅助设备110类似和/或不同的铰接臂和/或器械。在一些示例中，计算机辅助设备中的每一个可以包括更少或更多的铰接臂和/或器械。
图2是示出根据一些实施例的微创外科手术器械200的简化图。在一些实施例中，外科手术器械200可以与图1的器械130中的任何一个一致。如图2所描绘和本文所使用的方向“近侧/近端”和“远侧/远端”有助于描述外科手术器械200的部件的相对取向和位置。远侧/远端通常是指在元件在沿运动链的方向上远离计算机辅助设备(诸如计算机辅助设备110)的基座和/或在外科手术器械200的预期操作使用中最接近外科手术工作部位。近侧/近端通常是指元件在沿运动链的方向上更接近计算机辅助设备的基座和/或计算机辅助设备的铰接臂中的一个。
如图2所示，外科手术器械200包括长轴210，该长轴210用于将位于轴210的远端处的末端执行器220耦合到在轴210的近端处将外科手术器械200安装到铰接臂和/或计算机辅助设备的位置。根据外科手术器械200所用于的特定规程，轴210可以被插入穿过开口(例如，体壁切口、自然孔口和/或类似开口)，以便将末端执行器220放置在位于患者的解剖结构内的远程外科手术部位附近。如图2进一步所示，末端执行器220通常与双夹钳夹持器型末端执行器一致，所述末端执行器在一些实施例中还可包括切割和/或融合或封闭机构，如下面关于图3和图4A至图4C进一步详细描述的。然而，普通技术人员将理解，具有不同末端执行器220的不同外科手术器械200是可能的，并且可以与本文别处所描述的外科手术器械200的实施例一致。
外科手术器械(诸如具有末端执行器220的外科手术器械200)在其操作期间通常依赖于多个自由度(DOF)。根据外科手术器械200和安装有该外科手术器械200的铰接臂和/或计算机辅助设备的配置，可用于定位、定向和/或操作末端执行器220的各种DOF是可能的。在一些示例中，轴210可以沿远侧方向插入和/或沿近侧方向取回以提供插入DOF，其可用于控制末端执行器220被放置在患者的解剖结构内有多深。在一些示例中，轴210可能够围绕其纵向轴线旋转，以提供可用于旋转末端执行器220的滚动DOF。在一些示例中，末端执行器220的位置和/或取向的额外灵活性可以由用于将末端执行器220耦合到轴210的远端的铰接腕230提供。在一些示例中，铰接腕230可以包括一个或多个旋转接头，诸如一个或多个滚动接头、俯仰接头或偏转接头，其可以分别提供可用于控制末端执行器220相对于轴210的纵向轴线的取向的一个或多个“滚动”DOF、“俯仰”DOF和“偏转”DOF。在一些示例中，一个或多个旋转接头可以包括俯仰和偏转接头；滚动、俯仰和偏转接头；滚动、俯仰和滚动接头；和/或类似接头。在一些示例中，末端执行器220还可以包括用于控制末端执行器220的夹钳的打开和关闭的夹持DOF和/或用于控制切割机构的延伸、回缩和/或操作的激活DOF，如在下面进一步描述的。
外科手术器械200还包括位于轴210的近端处的驱动系统240。驱动系统240包括用于将力和/或扭矩引导到外科手术器械200的一个或多个部件，所述力和/或扭矩可以用于操纵由外科手术器械200支持的各种DOF。在一些示例中，驱动系统240可以包括基于从控制单元(诸如图1的控制单元140)接收的信号进行操作的一个或多个马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置。在一些示例中，信号可以包括一个或多个电流、电压、脉冲宽度调制波形和/或类似信号。在一些示例中，驱动系统240可以包括一个或多个轴、齿轮、滑轮、杆、带和/或类似机构，其可以耦合到作为铰接臂(诸如安装有外科手术器械200的铰接臂120中的任何一个)的一部分的相应的马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压装置、气动装置和/或类似装置。在一些示例中，一个或多个驱动输入装置(诸如轴、齿轮、滑轮、杆、带和/或类似机构)可用于从马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压装置、气动装置和/或类似装置接收力和/或扭矩，并且施加这些力和/或扭矩以调节外科手术器械200的各种DOF。
在一些实施例中，可以使用一个或多个驱动机构250将由驱动系统240产生和/或由驱动系统240接收的力和/或扭矩从驱动系统240并沿轴210传递到位于驱动系统240远侧的外科手术器械200的各种接头和/或元件。在一些示例中，一个或多个驱动机构250可以包括一个或多个齿轮、杠杆、滑轮、缆线、杆、带和/或类似机构。在一些示例中，轴210是中空的，并且驱动机构250从驱动系统240穿过轴210的内部到达末端执行器220和/或铰接腕230的对应DOF。在一些示例中，驱动机构250中的每一个可以是设置在类似鲍登缆线(Bowdencable)配置中的中空护套或管腔内的缆线。在一些示例中，缆线和/或管腔的内部可以涂覆有低摩擦涂层，诸如聚四氟乙烯(PTFE)和/或类似材料。在一些示例中，当缆线中的每一个的近端在驱动系统240内被拉动和/或推动时，例如通过围绕绞盘或轴卷绕和/或展开缆线，缆线的远端相应地移动并施加合适的力和/或扭矩来调节末端执行器220、铰接腕230和/或外科手术器械200的DOF中的一个。
图3是根据一些实施例的外科手术器械200的远端的简化透视图。如图3所示，外科手术器械200的远端被描绘为使得示出末端执行器220、铰接腕230和驱动机构250的额外细节。更详细地，末端执行器220包括示出为处于打开位置的对立的(opposing)夹钳310。夹钳310被配置为在打开位置和关闭位置之间移动，使得末端执行器220可以在规程期间被用于夹持和释放位于手术部位的组织和/或其他结构(诸如缝合线)。在一些示例中，夹钳310可以作为单个单元一起操作，其中两个夹钳310同时打开和/或关闭。在一些示例中，夹钳310可以独立地打开和/或闭合，使得例如一个夹钳310可以保持稳定，而另一个夹钳310可以被打开和/或关闭。
图3示出了夹钳310中的每一个的内侧上的夹持表面包括对应的凹槽320，其可以用作切割刀片330的引导件，但凹槽320可以从夹钳310中的一个或多个中省略。当切割刀片330朝向末端执行器220的远端延伸和/或朝向末端执行器220的近端回缩时，凹槽320中的每一个可有助于切割刀片330在切割操作期间的对准和/或定位。切割刀片330的抽出和/或回缩是使用切割刀片330所附接到的驱动部件340完成的。在一些示例中，驱动部件340推动切割刀片330以使切割刀片330延伸并拉动切割刀片330以使切割刀片330回缩。图4A至图4C中示出了切割刀片330的使用和定位，图4A至图4C是根据一些实施例的末端执行器220的简化剖视图。图4A示出了切割刀片330与驱动部件340之间的关系。
末端执行器220还包括位于夹钳310的近端处的停放特征件350。停放特征件350包括驱动部件340和切割刀片330两者都可以通过的开口。停放特征件350被配置为当切割刀片330不使用时为切割刀片330提供安全的储存区域。因此，当切割刀片330未被主动地用作切割操作的一部分时，末端执行器220被配置为使得切割刀片330可以回缩到处于“停放(garaged)”或储存位置的停放特征件350中，在该位置中切割刀片330朝近侧后退到夹钳310的后方，如图4B所示。切割刀片330另外可以延伸到切割刀片330定位在凹槽320之一的远端处或远端附近的位置，如图4C所示。在一些示例中，如图4C所示的切割刀片330的定位可对应于切割刀片330在切割操作期间的位置。
在一些示例中，末端执行器220和外科手术器械200被设计成使得切割刀片330的默认位置或原始位置(home position)在停放特征件350内。停放特征件350的这种布置可以向末端执行器220提供几个特征。在一些示例中，当切割刀片330回缩到停放特征件350中时，切割刀片330的锋利的切割边缘被有效地封套，使得切割刀片330在规程期间不可能意外地切割组织，并且/或者在规程之前和/或规程之后不可能意外地切到操控外科手术器械200和/或末端执行器220的医务人员。在一些示例中，当切割刀片330回缩到停放特征件350中时，也可以在切割刀片330未被主动地用于切割时保护切割刀片330免受损坏，例如意外的钝化。
返回参考图3，在一些实施例中，夹钳310中的每一个的内侧上的夹持表面还可以包括一个或多个任选的电极360。在一些示例中，电极360可用于递送电外科能量以融合保持在夹钳310之间的组织。在一些示例中，电极360可以向末端执行器220提供电烧灼、融合和/或封闭特征，使得可以使用相同的外科手术工具200切割和/或融合/封闭组织。
在一些实施例中，夹钳310、切割刀片330和/或铰接腕230的接头的操作可以使用驱动机构250中的相应驱动机构来实现。在一些示例中，当夹钳310独立地操作时，驱动机构250中的两个驱动机构(每个夹钳310对应一个驱动机构)的远端可以耦合到相应的夹钳310，使得当对应的驱动机构250施加拉力和/或推力(例如，使用缆线、导螺杆和/或类似机构)，相应的夹钳310可以被打开和/或关闭。在一些示例中，当夹钳310一起操作时，两个夹钳310可以耦合到相同的驱动机构250的远端。在一些示例中，驱动部件340可以耦合到对应的驱动机构250的远端，使得施加到对应的驱动机构250的力和/或扭矩可以被传递到驱动部件340的推动运动和/或拉动运动。在一些示例中，额外的驱动机构350可用于操作铰接腕230的滚动、俯仰和/或偏转。
图5是根据一些实施例的驱动单元500针对自由度的简化透视图。根据一些实施例，驱动单元500可以表示图2的驱动系统240中的部件的一部分。如图5所示，驱动单元500基于旋转绞盘510以致动DOF的旋转致动方法。绞盘510耦合到驱动轴520，驱动轴520可以是马达、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置(未示出)的驱动轴。当将扭矩施加到驱动轴520并且驱动轴520和绞盘510旋转时，附接到绞盘510和/或驱动轴520的缆线530可以进一步围绕绞盘510和/或驱动轴520卷绕和/或展开。当缆线530附接到相应的驱动机构(诸如驱动机构250中的任何一个)的近端时，缆线的卷绕和展开可转化为相应的拉力和推力和/或扭矩，其可被施加到位于驱动机构的远端处的末端执行器的DOF。在一些示例中，绞盘510和驱动轴520的旋转以及缆线530的相应卷绕和/或展开可导致夹持器夹钳(诸如夹钳310)的打开和/或关闭、切割刀片(诸如切割刀片330)的延伸和/或回缩、铰接腕接头的弯曲和/或解弯曲和/或类似动作。在一些示例中，监测绞盘510和/或驱动轴520的旋转角度和/或旋转速度还可以提供通过相应的驱动机构耦合到缆线530的相应DOF的当前位置和/或速度的指示。因此，当驱动单元500与外科手术器械200的DOF一起使用时，绞盘510和/或驱动轴520的旋转角度和/或旋转速度可以提供关于夹钳310打开的角度、切割刀片330的位置和/或铰接腕230的俯仰角度和/或偏转角度的有用反馈，这取决于驱动机构250和缆线530中的哪一个被耦合。
因为当DOF未被致动时，通常期望末端执行器中的DOF被配置有默认位置、静止位置和/或原始位置，所以在一些实施例中，驱动单元(诸如驱动单元500)可以包括某种类型的阻力机构和/或限制机构，以将驱动单元500返回到相应的原始位置。在一些示例中，使用DOF的原始位置可以支持外科手术器械(诸如外科手术器械200)的配置，其中夹持夹钳自动关闭和/或大部分关闭，切割刀片回缩到停放特征件中，铰接腕接头被拉直和/或类似动作。如图5所示，驱动单元500包括扭转弹簧540形式的限制机构。扭转弹簧540被示出为在一端550附接到绞盘510并围绕绞盘510卷绕。当绞盘510旋转时，扭转弹簧540的第二端560可以自由旋转，直到其旋转到抵靠可以作为驱动单元500的主体的一部分的止动件570。当在扭转弹簧540的第二端560抵靠止动件570之后绞盘510继续旋转时，扭转弹簧540将开始向绞盘510提供限制和/或回位力和/或扭矩，如由绞盘510的旋转量和扭转弹簧540的弹簧常数所决定。因此，当将较大的旋转量施加到绞盘510时，扭转弹簧540向绞盘510施加增加的回位力和/或扭矩。例如，可以使用绞盘510上的该回位力和/或扭矩来关闭夹持夹钳、回缩切割刀片和/或拉直铰接臂接头。
尽管图5示出了作为围绕绞盘510卷绕的扭转弹簧的限制机构，但是普通技术人员将认识到其他可能的限制机构和/或用于限制机构的配置以实现类似的限制/回位功能。在一些示例中，驱动单元500的主体还可以包括第二止动件，以在与由止动件570产生的回位力和/或扭矩相反的方向上向绞盘510提供回位力和/或扭矩。在一些示例中，扭转弹簧540的第二端560可以安装到驱动单元500的主体，使得在扭转弹簧540开始向绞盘510施加回位力和/或扭矩之前和/或在即使绞盘510没有旋转的情况下扭转弹簧540向绞盘510施加至少一些回位力和/或扭矩之前，不允许扭转弹簧540的任何自由移动。
根据一些实施例，对于末端执行器的DOF，选择适当尺寸的限制机构(诸如扭转弹簧540的弹簧常数)可能对外科手术器械的设计者提出若干挑战。在一些情况下，可能期望选择限制机构的尺寸以克服对DOF的相应驱动单元的期望回位功能的任何可能和/或合理的干扰。在一些示例中，选择限制机构的尺寸以克服任何可能和/或合理的干扰倾向于针对许多可能的操作场景使限制机构的尺寸过大。此外，当限制机构的尺寸增加并且/或者施加的限制和/或回位力和/或扭矩的量随着与原始位置的偏离的增加而增加时，限制和/或回位力和/或扭矩的量可能不利地影响驱动单元操作DOF的能力。在一些示例中，这可能导致DOF的较小的操作裕度，其导致较少的力和/或扭矩可用于驱动DOF执行操作。例如，较少的切割力和/或扭矩可用于施加到切割刀片以执行切割。在一些示例中，一种解决方案是增加耦合到驱动单元的马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置的尺寸并且调节马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置上的力和/或扭矩极限，以补偿必须克服的最大可能的限制和/或回位力和/或扭矩。在一些示例中，这种力和/或扭矩极限的增加可以不与DOF或外科手术器械的某些操作模式一致。另外，增加的力和/或扭矩极限可能导致DOF的操作，该操作导致置于驱动机构上的应力和/或应变增加，其也可能导致驱动机构上的磨损增加、驱动机构的拉伸和/或类似结果。在一些示例中，驱动机构的拉伸可能导致驱动机构和相应的DOF变得超出公差，因此导致根据需要控制DOF的能力降低。
根据一些实施例，不同于增加力和/或扭矩极限以补偿最大可能的限制和/或回位力和/或扭矩，可以使用力和/或扭矩极限补偿分布图，其基于通过限制和/或回位机构施加的预期量的限制和/回位力和/或扭矩来调节力和/或扭矩极限。图6是根据一些实施例的扭矩极限补偿模型600的简化图。另外，尽管在扭矩极限补偿方面描述了模型600，但是普通技术人员将理解，模型600中的概念可以被同等地应用于提供力极限补偿。如图6所示，扭矩极限补偿模型600包括扭矩极限补偿曲线610，该曲线指示可以基于预期的限制和/或回位扭矩来增加DOF上的一个或多个扭矩极限的量。在一些示例中，扭矩极限可以包括扭矩上限，使得可以针对限制和/或回位扭矩保持DOF的期望操作裕度。在一些示例中，当扭矩极限指定在扭矩下限和扭矩上限之间的扭矩范围时，扭矩极限补偿可被应用于扭矩上限和扭矩下限两者。在一些示例中，扭矩极限补偿可用于产生不对称的扭矩极限，使得当克服限制和/或回位扭矩以进一步操纵DOF时使用较高量值的扭矩极限，并且当限制和/或回位扭矩辅助操纵DOF时，使用较低量值的扭矩极限。在一些示例中，使用四个扭矩极限(例如，针对抵抗限制和/或回位扭矩的DOF变化的正扭矩上限和正扭矩下限以及针对由限制和/或回位扭矩辅助的DOF变化的负扭矩下限和负扭矩上限)的DOF控制算法可以通过将扭矩极限补偿添加到四个扭矩极限中的每一个来调节四个扭矩极限中的每一个。
如图6进一步所示，扭矩极限补偿模型600和扭矩极限补偿曲线610被划分为四个一般区域：启动区域620、过渡区域630、操作区域640和饱和区域650。区域620-650中的每一个对应于DOF位置中的不同范围，如由在模型600上描绘的x轴线和x位置值x0、x1、x2、x3和x4所表示。为了讨论图6的目的，将相对于DOF的x位置描述DOF的位置，其中更大的正值位置处于增加预期的限制和/或回位扭矩的方向上，然而，普通技术人员将理解，DOF的位置可以使用任何合适的位置和/或旋转轴线表示，诸如沿着由切割刀片330的凹槽320限定的轴线的位置、夹钳310之间的角度、铰接臂230的俯仰和/或偏转弯曲的量、绞盘510的旋转角度和/或类似基准，并且/或者可以替代地用对应于增加预期的限制和/或回位扭矩的方向的更负的位置值进行表征。
启动区域620对应于从位置x0到位置x1的DOF位置范围，在该范围中未应用任何扭矩极限补偿。在一些示例中，启动区域620可以对应于其中限制和/或回位机构未被应用到DOF的DOF位置范围。在图5的示例中，启动区域620可以对应于在扭转弹簧540的第二端560移动抵靠止动件570之前的绞盘510的旋转位置。在一些示例中，启动区域620可以对应于和/或可以应用于即使DOF可被致动经过x2到达位置x1原始位置也对应于位置x2的情况下的DOF，诸如对于夹持器夹钳，其中原始位置可对应于在大部分路程上关闭夹持器夹钳(x2)，但是不完全关闭夹持器夹钳(x1)。在一些示例中，位置x1可以对应于DOF的零位置和/或负位置，诸如切割刀片在停放特征件内的位置，其中通向停放特征件的入口为位置0。在一些示例中，启动区域的宽度可以在基于相应DOF的范围内大大地变化，其中当根据绞盘旋转测量DOF位置时，x1和x0之间的差多达0.25弧度。
过渡区域630对应于从位置x1到位置x2的DOF位置范围，在该范围中应用了扭矩极限补偿的快速增加。在一些示例中，过渡区域630可以对应于在其中限制和/或回位机构从未接合过渡到接合的DOF位置范围。在图5的示例中，过渡区域630可以对应于恰好在扭转弹簧540的第二端560移动抵靠止动件570之后的绞盘510的旋转位置。在一些示例中，过渡区域630的宽度可以是窄的，以便反映出限制和/或回位机构从未接合位置移动到操作范围640中的位置的快速过渡。在一些示例中，当根据绞盘旋转测量DOF位置时，x2和x1之间的差可以小至0.05弧度或更小。
操作区域640对应于从位置x2到位置x3的DOF位置范围，在该范围中应用扭矩极限补偿的稳定增加以补偿由限制和/或回位机构所施加的增加的限制和/或回位扭矩。在一些示例中，操作区域640可以对应于在其中限制和/或回位机构在DOF位置增加的情况下施加成比例的限制和/或回位扭矩的DOF位置范围。在图5的示例中，操作区域640可以对应于绞盘510的旋转位置，在这些位置处扭转弹簧540基于扭转弹簧540的弹簧常数施加增加的限制和/或回位扭矩。在一些示例中，操作区域640中的扭矩极限补偿曲线610的斜率可以基于扭转弹簧540的弹簧常数。在一些示例中，操作区域640通常是最大区域以反映限制和/或回位机构的通常宽的操作范围。在一些示例中，当根据绞盘旋转测量DOF位置时，x3和x2之间的差可以多达0.7弧度或更多。
饱和区域650对应于从位置x3到至少位置x4的DOF位置范围，在该范围中不期望扭矩极限补偿的进一步增加。在一些示例中，饱和区域650可以对应于可由用于驱动DOF的马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置施加的扭矩的上限，和/或由驱动单元、驱动机构和/或类似装置施加的极限。在一些示例中，x4可以对应于最大DOF位置和/或刚刚经过的最大DOF位置。在图3和图4A至图4C的示例中，x4可以基于切割刀片330的最大延伸长度(使得其在切割操作期间不撞击凹槽320的远端)、夹钳310之间的最大角度、铰接腕230的最大俯仰和/或偏转弯曲和/或类似量。在一些示例中，当根据绞盘旋转测量DOF位置时，x4和x3之间的差可以短至0.15弧度或更短。
在一些示例中，扭矩极限补偿值T1、T2和/或T3可以显著取决于外科手术器械的设计和/或配置。在图3、图4A至图4C和图5的示例中，T1、T2和/或T3可以基于：扭转弹簧540的弹簧常数；相应的DOF位置的实际极限；用于驱动DOF的马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置的尺寸；和/或由驱动单元、驱动机构和/或类似装置施加的极限。
图7是根据一些实施例的可以用于表征扭矩极限补偿曲线610的查找表700的简化图。如图7所示，查找表700包括反映来自扭矩极限补偿曲线的区域边界和对应扭矩极限补偿值的一系列控制点。因此，查找表700包括点(x0,0)、(x1,0)、(x2,T1)、(x3,T2)和(x4,T2)中的每个点。查找表700可以用于支持内插和/或其他曲线拟合算法，以基于当前DOF位置来确定期望的扭矩极限补偿值。在一些示例中，内插可以是基于确定当前DOF位置处于哪个xi值并且使用查找表700的控制点来确定期望的扭矩极限补偿的线性内插。作为示例，考虑当前DOF值为xc的情况，其中x2≤xc≤x3。在这种情况下，扭矩极限补偿Tc可以使用等式1来计算。
Figure BDA0001468447590000141
在一些示例中，可以基于限制和/或回位机构的预期的限制和/或回位行为使用其他内插方法和/或模型，包括非线性模型。在一些示例中，其他模型可以包括使用更高阶内插多项式、曲线拟合(诸如三次样条(cubic splines))和/或类似模型。在一些示例中，可以选择内插模型的复杂性以在内插模型的计算成本和精度之间进行平衡。
如上所讨论的并且在此进一步强调的，图6和图7仅仅是示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。根据一些实施例，可以使用不同的扭矩极限补偿模型。在一些实施例中，扭矩极限补偿曲线可以用更少和/或更多的控制点进行建模。在一些示例中，扭矩极限补偿曲线可以不具有启动区域，甚至可以不具有部分过渡区域，例如当DOF处于原始位置的同时限制和/或回位机构被接合时。在一些示例中，当切割刀片回缩到停放特征件中并且期望使限制和/或回位机构施加回位扭矩时，切割刀片DOF可发生这种情况。在一些示例中，扭矩极限补偿模型可以反映关于可在相对于原始位置的两个方向上操作的DOF的原始位置的对称性，其中通过围绕原始位置在两个方向上施加回位扭矩的限制和/或回位机构施加扭矩。在一些示例中，该扭矩极限补偿模型可以对应于铰接腕，其中俯仰和/或偏转DOF可以具有原始位置，并且末端执行器与外科手术器械的轴对准。在一些示例中，扭矩极限补偿模型还可以包括迟滞，其中根据DOF位置是在增加还是在减少可以使用不同的扭矩极限补偿曲线和/或控制点。
在一些实施例中，扭矩极限补偿模型可以支持其他建模目标。在一些示例中，扭矩极限补偿模型是任选的，并且可以不用于末端执行器的某些操作模式或末端执行器的DOF中的一个或多个。在一些示例中，扭矩极限补偿模型可以考虑由于铰接腕的弯曲造成的DOF的驱动机构的弯折和/或偏移所引起的DOF位置的误差。在一些示例中，扭矩极限补偿曲线和/或控制点可以根据期望进行扭矩极限补偿的外科手术器械和/或外科手术器械的DOF而变化。在一些示例中，可以为外科手术器械的每个模型和每个DOF维持查找表，诸如查找表700。在一些示例中，可以为每个外科手术器械单独确定和/或校准每个DOF的查找表，并且可以在运行时使用相应的外科手术器械的标识符(诸如序列号)来访问每个DOF的查找表。
图8是根据一些实施例的扭矩极限补偿的方法800的简化图。方法800的过程810-860中的一个或多个可以至少部分地以存储在非瞬态有形的机器可读介质上的可执行代码的形式实施，所述代码在由一个或多个处理器(例如，控制单元140中的处理器150)运行时可以使得一个或多个处理器执行过程810-860中的一个或多个。在一些实施例中，方法800可以由应用(诸如控制应用170)执行。在一些实施例中，方法800可以用于调节外科手术器械(诸如外科手术器械200)中的DOF的控制算法的扭矩极限。在一些示例中，DOF可以对应于夹持器夹钳(诸如夹钳310)的打开角度、切割刀片(诸如切割刀片330)的延伸和/或回缩、铰接腕(诸如铰接腕230)的弯曲和/或类似量。在一些实施例中，扭矩极限补偿可以基于扭矩极限补偿模型600进行建模和/或使用类似于查找表700的查找表来实施。在一些实施例中，可以将扭矩极限补偿应用于DOF的一个或多个扭矩极限。在一些实施例中，扭矩极限补偿可以应用到用于马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置的控制算法。
在过程810处，确定DOF的期望位置。基于DOF的控制算法，确定DOF的期望位置。在一些示例中，DOF的期望位置可以对应于DOF的设定点。在一些示例中，可以基于从正在操作DOF所属的外科手术器械(诸如外科手术器械200)的外科医生和/或其他医务人员接收的输入来确定设定点。在一些示例中，外科医生和/或其他医务人员可以操纵操作者控制台的一个或多个主控制装置(诸如一个或多个主操纵器、杠杆、踏板、开关、按键、旋钮、触发器和/或类似机构)来远程操作DOF。在一些示例中，可以基于DOF的位置分布图来确定DOF的设定点，作为可由外科医生和/或其他医务人员触发的自动化和/或半自动化任务的一部分。在一些示例中，DOF可以与夹持器夹钳的夹钳角度、切割刀片的延伸和/或回缩、关节式腕的俯仰和/或偏转角度的弯曲和/或类似量相关联。
在过程820处，确定扭矩极限补偿是否有效。根据外科手术器械和/或末端执行器的DOF和/或操作模式，可能不期望使用扭矩极限补偿。在一些示例中，针对外科手术器械的DOF中的每一个，可以禁用扭矩极限补偿，并且/或者针对外科手术器械的DOF中的每一个，选择性地单独激活和/或停用扭矩极限补偿。在一些示例中，扭矩极限补偿可以被外科医生和/或其他医务人员激活和/或停用，并且/或者可以被控制应用(诸如控制应用170)激活和/或停用。在一些示例中，扭矩极限补偿是否被激活和/或停用的指示可以基于与各个自由度、作为整体的末端执行器、作为整体的外科手术器械和/或作为整体的计算机辅助设备相关联的一个或多个状态变量、标志、布尔值和/或类似量来确定。当未使用扭矩极限补偿时，DOF的扭矩极限可以被设定为DOF的默认水平和/或使用外科手术器械执行的规程和/或任务的默认水平。当扭矩极限补偿不起作用时，使用过程860进行DOF的移动。当扭矩极限补偿有效时，DOF的扭矩极限从过程830开始进行调节。
在过程830处，确定DOF的当前位置。在一些示例中，当通过方法800补偿限制和/或回位扭矩的量时，扭矩极限补偿量可以取决于DOF的当前位置。在图5的示例中，由扭转弹簧540施加的扭矩的量取决于绞盘510和/或轴520的旋转角度(相当于DOF位置)。在一些示例中，可以使用一个或多个位置传感器和/或旋转传感器来测量DOF位置。在一些示例中，传感器可以位于DOF的近侧，并且可以被配置为间接地测量DOF角度。在一些示例中，传感器可以与可用于操纵DOF的一个或多个驱动单元(诸如驱动单元500)相关联。在一些示例中，传感器可以测量绞盘(诸如绞盘510)的旋转角度和/或驱动轴(诸如驱动轴520)的旋转角度。
在过程840处，确定扭矩极限补偿。扭矩极限补偿模型(诸如扭矩极限补偿模型600)被用于基于在过程830期间确定的当前DOF位置来确定要应用的扭矩极限补偿量。在一些示例中，扭矩极限补偿模型可以考虑通过限制和/或回位机构(诸如扭转弹簧540)施加的预期量的限制和/或回位扭矩。在一些示例中，可以基于被移动的DOF、外科手术器械的模型、外科手术器械的标识符(诸如序列号)和/或类似因素来选择要使用的扭矩极限补偿模型。在一些示例中，扭矩极限补偿曲线(诸如扭矩极限补偿曲线610)可用于将当前DOF位置映射到扭矩极限补偿量。在一些示例中，扭矩极限补偿曲线可以使用查找表(诸如查找表700)来建模，其中内插和/或曲线拟合被用于确定查找表中条目之间的扭矩极限补偿量。在一些示例中，内插和/或曲线拟合可以包括线性内插、多项式内插、三次样条建模和/或类似算法。
在过程850处，将扭矩极限补偿应用于扭矩极限。在一些示例中，可以基于在过程840期间确定的扭矩极限补偿量来调节DOF的扭矩极限中的一个或多个。在一些示例中，扭矩极限补偿量可以被添加到DOF的控制算法所使用的扭矩极限中的每一个。在一些示例中，扭矩极限可以包括扭矩上限，使得可以维持DOF的期望操作裕度。在一些示例中，当扭矩极限指定在扭矩下限和扭矩上限之间的扭矩范围时，扭矩极限补偿可以被应用于扭矩上限和扭矩下限两者。在一些示例中，扭矩极限补偿可以用于产生不对称的扭矩极限，使得当克服限制和/或回位扭矩以进一步操纵DOF时使用较高量值的扭矩极限，并且当限制和/或回位扭矩辅助操纵DOF时，使用较低量值的扭矩极限。在一些示例中，使用四个扭矩极限(例如，针对抵抗限制和/或回位扭矩的DOF变化的正扭矩上限和正扭矩下限以及针对由限制和/或回位扭矩辅助的DOF变化的负扭矩下限和负扭矩上限)的DOF控制算法可以具有通过将扭矩极限补偿添加到四个扭矩极限中的每一个来调节的四个扭矩极限中的每一个。
在过程860处，将DOF移动到期望的位置。在一些示例中，命令DOF移动到期望的位置。在一些示例中，通过向马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置发送一个或多个信号(诸如电压、电流、占空比和/或类似信号)，可以命令DOF移动到期望的位置。在一些示例中，通过使用驱动部件、驱动机构、驱动单元和/或致动器(诸如马达、螺线管、伺服机构、主动致动器、液压致动器、气动致动器和/或类似装置)来施加扭矩，可以命令DOF移动到期望的位置。在一些示例中，可基于当扭矩极限补偿有效时在过程850期间确定的扭矩极限和/或当扭矩极限补偿不起作用时先前关于过程820描述的默认扭矩极限来限制施加的扭矩量。
在命令DOF移动之后，可以通过返回到过程810来重复移动和扭矩极限补偿。在一些示例中，方法800的过程循环可以以规则的间隔重复，诸如DOF的控制算法的控制循环速率。
如上所述并在此进一步强调的，图8仅是示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。根据一些实施例，扭矩极限补偿可以应用于位置控制算法以外的其他控制算法，诸如速度控制算法和/或类似算法。在一些示例中，当使用速度控制算法时，可以省略过程810，并且可以修改过程860，以将期望的速度施加到经受由方法800设定的扭矩极限的DOF位置。
控制单元(诸如控制单元140)的一些示例可以包括非暂时有形的机器可读介质，其包括可执行代码，当可执行代码由一个或多个处理器(例如，处理器150)运行时可使得一个或多个处理器执行方法800的过程。可以包括方法800的过程的机器可读介质的一些常见形式为例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任何其他带有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或存储盒和/或适用于由处理器或计算机读取的任何其他介质。
虽然已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开内容中设想了范围广泛的修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用实施例的一些特征而无需相应使用其他特征。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限制，并且权利要求被广义地并且以与本文公开的实施例的范围一致的方式解释是适当的。

Claims (15)

1.一种与计算机辅助设备一起使用的器械，所述器械包括：
末端执行器，其位于所述器械的远端处；
驱动单元，其用于操作所述器械的至少机械自由度；
轴，其将所述末端执行器耦合到所述驱动单元；以及
一个或多个驱动机构，其延伸穿过所述轴，所述一个或多个驱动机构用于将来自所述驱动单元的力或扭矩耦合到至少所述末端执行器；
其中为了控制所述机械自由度，所述器械被配置为：
确定所述机械自由度的当前位置；
基于所述当前位置确定用以调节一个或多个力极限的量或用以调节一个或多个扭矩极限的量；
基于用以调节所述一个或多个力极限的所述量调节所述一个或多个力极限，或基于用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量调节所述一个或多个扭矩极限；以及
使用致动器移动所述机械自由度，其中所述致动器的致动的力或扭矩经受所述一个或多个力极限或所述一个或多个扭矩极限的限制。
2.根据权利要求1所述的器械，其中所述机械自由度与下列项相关联：
所述末端执行器的夹持夹钳的角度；或
所述末端执行器的切割刀片的延伸量。
3.根据权利要求1所述的器械，还包括将所述末端执行器耦合到所述轴的铰接腕，其中所述机械自由度与所述铰接腕的弯曲角度相关联。
4.根据权利要求1所述的器械，其中所述一个或多个力极限或所述一个或多个扭矩极限包括与可以被施加以调节所述机械自由度的最大力或扭矩相关联的上限。
5.根据权利要求1所述的器械，其中所述一个或多个力极限或所述一个或多个扭矩极限包括上限和下限，所述上限和所述下限指定可以被施加以调节所述机械自由度的力或扭矩的范围。
6.根据权利要求1所述的器械，其中在所述驱动单元处测量所述当前位置。
7.根据权利要求1所述的器械，其中使用补偿曲线对所述当前位置与用以调节所述一个或多个力极限的所述量或用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量之间的关系进行建模。
8.根据权利要求7所述的器械，其中所述补偿曲线包括：
过渡区域，在其中所述补偿曲线具有第一斜率；
操作区域，在其中所述补偿曲线具有小于所述第一斜率的第二斜率；以及
饱和区域，在其中用以调节所述一个或多个力极限的所述量或用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量处于最大值。
9.根据权利要求8所述的器械，其中所述补偿曲线还包括启动区域，在其中所述力或扭矩极限补偿为零。
10.根据权利要求7所述的器械，其中所述补偿曲线包括迟滞。
11.根据权利要求7所述的器械，其中所述补偿曲线关于所述机械自由度的原始位置是对称的。
12.根据权利要求1所述的器械，其中使用控制点的查找表对所述当前位置与用以调节所述一个或多个力极限的所述量或用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量之间的关系进行建模。
13.根据权利要求12所述的器械，其中所述查找表和内插被用于基于所述当前位置来确定用以调节所述一个或多个力极限的所述量或用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量。
14.根据权利要求1所述的器械，其中用以调节所述一个或多个力极限的所述量或用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量补偿了施加到所述机械自由度的限制或回位力或扭矩。
15.根据权利要求1所述的器械，其中通过将用以调节所述一个或多个力极限的所述量或用以调节所述一个或多个扭矩极限的所述量添加到所述一个或多个力极限或所述一个或多个扭矩极限中的每一个来改变所述一个或多个力极限或所述一个或多个扭矩极限。
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