CN108836486B - 具有用于控制容纳在远侧的多个马达的远程电流控制器的医疗机器人系统 - Google Patents

具有用于控制容纳在远侧的多个马达的远程电流控制器的医疗机器人系统 Download PDF

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Abstract

一种医疗机器人系统包括操纵器，其具有形成马达致动接头可移动的壳体的链节。用于致动接头的马达和用于感测马达状态的传感器被容纳在由操纵器的相应链节或其他结构形成的一个或多个远侧壳体中。位置控制器被容纳在近侧壳体中并向容纳在中间壳体中的远程电流控制器提供用于马达的电流命令，并通过使用提供的电流命令和马达的感测状态生成马达的驱动信号。

Description

具有用于控制容纳在远侧的多个马达的远程电流控制器的医 疗机器人系统
本申请是于2014年8月8日提交的名称为“具有用于控制容纳在远侧的多个马达的远程电流控制器的医疗机器人系统”的中国专利申请201480043359.5(PCT/US2014/050347)的分案申请。
技术领域
本发明大体涉及医疗机器人系统，并且具体地涉及具有用于控制多个容纳在远侧的马达的远程电流控制器的医疗机器人系统。
背景技术
医疗机器人系统，诸如用于执行微创外科手术程序的系统，提供超过传统开放外科手术技术的许多益处，包括更少的痛苦、更短的住院日、更快地恢复正常活动、最小的伤疤、减少的恢复时间和对组织更小的损伤。因此，对这种医疗机器人系统的需求是强烈的且日益增长的。
这种医疗机器人系统的一个示例是来自da
Figure BDA0001739109970000011
Surgical System fromIntuitive Surgical,Inc.,of Sunnyvale,California(加利福尼亚桑尼维尔的直观外科手术公司的
Figure BDA0001739109970000012
外科手术系统)，其是微创机器人外科手术系统。
Figure BDA0001739109970000013
外科手术系统具有带有从操纵器的许多机器人手臂，当外科医生正在查看已经被图像捕获装置捕获的外科手术部位的显示屏幕上的图像时，从操纵器响应于由外科医生操作的关联主控制器的移动而移动附接医疗装置，诸如图像捕获装置和直观外科手术公司专有的
Figure BDA0001739109970000014
铰链外科手术器械。
在医疗机器人系统中提供了多个马达以致动从操纵器以及它们的附接医疗装置的相应自由度。作为一个示例，题为“Camera Referenced Control in a MinimallyInvasive Surgical Apparatus(微创外科设备中的摄像机参考控制)”的U.S.6,424,885描述了主/从控制系统，其用于通过响应于关联主控制器的移动来移动其操纵器而控制附接医疗装置的位置和取向，该申请通过引用的方式并入本文。
在实践中，多个马达可以分布在机器人手臂内的各个位置处，以便靠近它们分别致动的接头或其他机械元件。出于控制目的，感测马达状态的传感器通常靠近它们的相应马达而被定位。为简化实施方式，可以有利地紧邻马达的传感器定位马达的电流控制器。然而，在马达及其传感器设置在小壳体中的情况下，试图将电流控制器放置在与其马达相同的壳体中可以导致空间和/或加热问题。
发明内容
因此，本发明的一个或多个方面的一个目标在于马达控制系统的布置，其满足性能和稳定性要求同时克服医疗机器人系统中的空间限制。
本发明的一个或多个方面的另一个目标在于马达控制系统的布置，其满足性能和稳定性要求同时避免医疗机器人系统中的过热问题。
这些以及附加目标由本发明的各个方面实现，其中简单地说，一个方面为分布式控制系统，其用于控制多个马达以致动机器人操纵装置的移动，分布式控制系统包含：多个传感器，其耦接到多个马达用于感测多个马达的状态，其中多个传感器和多个马达设置在一个或多个远侧壳体中；以及远程电流控制器，其适于从位置控制器接收指示多个马达的命令位置的电流命令、接收多个马达的感测状态的信息、通过使用接收的电流命令和接收的多个马达的感测状态的信息生成用于多个马达的各马达驱动信号以及将各马达驱动信号传输到多个马达；其中位置控制器设置在近侧壳体中，并且其中远程电流控制器设置在近侧壳体和一个或多个远侧壳体之间的中间壳体中。
另一个方面为机器人系统，其包含：一个或多个远侧壳体，其容纳多个马达和多个传感器，其中多个传感器耦接到多个马达用于感测多个马达的状态；近侧壳体，其容纳位置控制器，其中位置控制器生成指示多个马达的命令位置的电流命令；以及中间壳体，其容纳远程电流控制器，其中中间壳体位于近侧壳体和一个或多个远侧壳体之间，并且其中远程电流控制器适于：接收电流命令、接收多个马达的感测状态的信息、使用接收的电流命令和接收的多个马达的感测状态的信息生成用于多个马达的各马达驱动信号以及经由各信号线将各马达驱动信号传输到多个马达。
根据以下结合附图的描述，本发明的各个方面的附加目标、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1图示说明医疗机器人系统的透视图。
图2图示说明可用于医疗机器人系统中的替代患者侧推车。
图3图示说明被包括以作为医疗机器人系统中的机器人手臂的部分的操纵器的透视图。
图4图示说明可包括在医疗机器人系统中的可附接器械的透视图。
图5图示说明在医疗机器人系统中包括的主/从控制系统的方框图。
图6图示说明在医疗机器人系统中包括的接头控制系统的方框图。
图7图示说明在医疗机器人系统中包括的网络马达控制系统的第一布置的方框图。
图8图示说明在医疗机器人系统中包括的网络马达控制系统的第二布置的方框图。
图9图示说明在医疗机器人系统中包括的网络马达控制系统的混合布置的一部分的方框图。
具体实施方式
作为一个示例，图1图示说明医疗机器人系统1000的透视图，其包括通过电缆181、182彼此通信的外科医生控制台100、患者侧推车110和视觉推车170。外科医生控制台100包括立体观片灯101、可手动操纵的主控制器102、103和至少一个脚踏板104。患者侧推车110包括基座120和机器人手臂111、113、115和117，机器人手臂适于保持、移动和操纵可拆卸的可附接医疗装置。
在图1的示例中，机器人手臂111、113和117保持外科手术器械112、114和118，并且机器人手臂115保持立体式内窥镜116。替代地，当正在执行医疗程序时，机器人手臂111、113、115和117中的每一个可以保持不同类型的医疗装置或者根本不保持医疗装置。作为一个示例，诸如超声换能器的第二图像捕获装置可以代替正在由机器人手臂111保持的外科手术器械112。作为另一个示例，在外科手术程序的全部或一部分期间，在没有医疗装置附接到机器人手臂111时，机器人手臂111可以被闲置不使用。
立体式内窥镜116捕获立体图像，其作为视频流被连续地传输到视觉推车170。视觉推车170在接收时处理每对立体图像，并将处理的立体图像对传输到外科医生控制台100用于基本上实时地在立体观片灯101上显示。因此，外科医生可以查看已经被立体式内窥镜116捕获的工作部位的立体图像，同时通过操纵主控制器102、103和/或脚踏板104中关联的一些来遥控机器人操纵外科手术器械112、114和118和/或立体式内窥镜116。在医疗机器人系统1000中提供了主/从控制系统以促进这种遥控机器人操纵。
机器人手臂111、113、115和117可以相对于基座120在垂直方向上单独地向上或向下移动(例如，朝向天花板或朝向地板)。机器人手臂111、113、115和117中的每一个优选地包括操纵器和调定手臂(set-up arm)。操纵器适于保持医疗装置并围绕枢轴点操纵医疗装置。调定手臂适于在空间中水平地平移操纵器，使得操纵器保持的医疗装置和医疗装置的枢轴点也在空间中水平地平移。
作为一个示例，图2图示说明替代和优选患者侧推车110’，其具有彼此类似地被构造的机器人手臂111’、113’、115’和117’，使得每个手臂可以保持并操纵所示的外科手术器械中的任一个。手臂111’、113’、115’和117’中的每一个通常还轻于且在尺寸上小于其患者侧推车110的对应手臂。此外，不同于它们的患者侧推车110的对应手臂，机器人手臂111’、113’、115’和117’可以相对于它们的基座120’在垂直方向上一致向上或向下移动。
作为一个示例，图3图示说明表示为机器人手臂111’、113’、115’和117’的操纵器的操纵器200。操纵器200适于保持可拆卸的可附接医疗装置250(未示出)。在该示例中，医疗装置250可以是图像捕获装置，诸如立体式内窥镜或超声换能器。替代地，医疗装置250可以是医疗器具，诸如外科手术器械或工具。图4示出示例性医疗装置250。操纵器200进一步适于相对于在枢轴点255处相交的正交X、Y和Z轴线以俯仰、偏航、旋转和进/出(I/O)自由度移动医疗装置250。当医疗装置250包括可控制地定向医疗装置250的远侧末端的腕部机构和/或在医疗装置250的远侧末端处的可致动末端效应器时，操纵器200进一步适于致动腕部机构和/或医疗装置250的末端效应器的自由度。
操纵器200包含多个连接的链节和接头。链节231在接头211处耦接到调定手臂的近侧末端230。链节231还附接到链节201，使得链节231的纵向轴线232与Z轴线一致。链节201、202、203和204在接头212、213和214处耦接在一起，如图所示。
偏航马达221被容纳在链节231中，使得当致动马达221时，链节231在接头211处围绕其纵向轴线232转动。作为链节231围绕其纵向轴转动的结果，医疗装置250可插入通过的套管263在枢轴点255处围绕Z轴线以偏航角252转动。
俯仰马达222被容纳在链节201中，使得当致动马达222时，通过使用传统内部机械组件，诸如采用电缆和/或平坦金属带的那些组件，可以导致链节202相对于链节201在接头212处转动、链节202相对于链节203在接头213处转动和链节204相对于链节203在接头214处转动。链节201、202、203和204被约束为一致地移动，使得当致动马达222时，导致套管263在枢轴点255处围绕Y轴线以俯仰角251转动。
进/出(I/O)马达223被容纳在链节204中，使得当致动马达223时，导致滑架262沿导轨261移动。在链节204中或链节204上提供导轨以便平行于链节204的纵向轴线延伸。套管263附接到链节204的远侧末端204。当将医疗装置250插入套管263并附接到滑架262时，马达223的致动导致滑架262沿进/出方向移动(如箭头254所指示)，以及当将轴801插入在套管263中且由套管263引导时，导致附接的医疗装置250的轴801沿X轴线移动。多个马达224被容纳在滑架262中以致动医疗装置250的相应自由度。作为一个示例，多个马达224中的第一马达被提供以致动传动装置，当传动装置被致动时，导致医疗装置250围绕其纵向轴线转动(如在图4中由箭头253指示)。如图3和图4所示，X轴线与医疗装置250的纵向轴线一致、Z轴线与链节231的纵向轴线232一致且Y轴线正交于X轴线和Z轴线。作为另一个示例，当医疗装置250具有带有两个自由度(诸如在俯仰方向和偏航方向上定向医疗装置250的远侧末端)的腕部接头806时，多个马达224中的第二马达和第三马达被提供以分别致动两个自由度。作为又一个示例中，当医疗装置250具有带有一个自由度(诸如一对钳夹的打开和关闭)的可致动末端效应器802时，多个马达224中的第四马达被提供以致动自由度。
图4示出医疗装置250的示例，其中医疗装置250是外科手术器械，其具有用于附接到滑架262的接口808、可插入套管263的轴801、腕部机构806和末端效应器802。如从接口808的下面可见，在接口808上提供机械接口810以便当医疗装置250附接到滑架262时，机械地将操纵器200的多个马达224耦接到医疗装置250中的机械元件，机械元件转化马达224的运动256以致动医疗装置250的相应自由度。
作为一个示例，图5图示说明主/从控制系统300的方框图，其中操作者操纵主控制器301(诸如主控制器102、103中的一个)以通过从操纵器200将医疗装置250的移动命令到期望状态。可以在医疗机器人系统1000中提供类似的主/从控制系统，用于响应于当时与那些医疗装置关联的主控制器的操作者操纵来控制由其他从操纵器保持的其他医疗装置。主控制器301将其接头状态信息提供给主正向运动学单元302。主正向运动学方框302将主控制器301的接头的感测状态映射为医疗装置250的期望状态。从逆向运动学方框303然后将医疗装置250的期望状态映射到从操纵器200和/或医疗装置250的接头位置，这将使得医疗装置250处于期望状态。接头位置控制器304然后将从操纵器200和医疗装置250的期望接头位置
Figure BDA0001739109970000061
转化为电流命令
Figure BDA0001739109970000062
用于驱动从操纵器200中的马达以将它们的相应接头致动到它们的期望接头位置。沿途提供反馈以促进医疗装置250的平稳控制。
作为一个示例，图6图示说明接头控制系统400的方框图，所述接头控制系统用于控制致动从操纵器200或医疗装置250的接头410的马达401。可以在医疗机器人系统1000中提供类似的接头控制系统，用于控制致动从操纵器200或医疗装置250的其他接头的其他马达。在当前示例中，马达401优选地为由电流控制器402控制的三相无刷直流(DC)马达。电流控制器402从接头位置控制器304接收电流命令IC，并生成其向三相无刷DC马达401的相应马达绕组提供的脉冲宽度调制电压信号Va、Vb和Vc。传感器处理单元403包括一个或多个传感器，诸如霍尔效应传感器和/或旋转编码器，其感测马达401的转子角R并将感测的转子角R的信息反馈回电流控制器402。还可以将感测的转子角R直接反馈回接头位置控制器304，或者如图所示通过电流控制器402间接地反馈回接头位置控制器304。电流控制器402以通过使用用于相位调整的感测的转子角R反馈以及通过使用内部感测的输出电压Va、Vb和Vc和/或电流ia、ib和ic(即，流入马达绕组的电流)的传统方式响应于电流命令IC生成脉冲宽度调制电压信号Va、Vb和Vc，用于电流控制反馈。
作为一个示例，图7图示说明可以包括在医疗机器人系统1000中以控制其机器人手臂中的一个的移动的网络马达控制系统的第一布置500的方框图。在该布置中，电流控制器(例如，402-1、402-2)优选地在操纵器200中的它们的相应马达(例如，401-1、401-2)的本地或至少邻近操纵器200中的它们的相应马达(例如，401-1、401-2)。电流控制器(例如，402-1、402-2)中的每一个具有相应的发送器/接收器(例如，404-1、404-2)。在该示例中，发送器/接收器(例如，404-1、404-2)在菊花链中网络连接到接头位置控制器304。因此，电流控制器402-1的发送器/接收器404-1经由通信链路501与接头位置控制器304通信，电流控制器402-2的发送器/接收器404-2经由通信链路502与电流控制器402-1的发送器/接收器404-1通信，并且下一个电流控制器的下一个发送器/接收器经由链路503与电流控制器402-2的发送器/接收器404-2通信等。其他通信方案也被认为是可用的，诸如星形模式以及星形链路和菊花链链路的混合组合。
因此，在这种菊花链布置中，菊花链中的每一个发送器/接收器(例如，404-1、404-2)从相邻上游/下游发送器/接收器接收信息包，并检查信息包中的目标字段以确定包是否预期用于其电流控制器。如果目标字段指示其电流控制器是目标，则发送器/接收器然后将接收的信息包传送到其电流控制器，或者如果目标字段指示其电流控制器不是目标，则发送器/接收器将接收的信息包传送到相邻下游/上游发送器/接收器(即，如果从相邻上游发送器/接收器接收包，则目标在更下游，或者如果从相邻下游发送器/接收器接收包，则目标在更上游)。
虽然仅示出两个马达401-1、401-2，但是应当认识到，操纵器200中的所有马达的所有电流控制器可以以这种方式联网。如在本文中将理解的，术语“本地”意指电流控制器在与其马达和传感器处理单元相同的壳体内。作为本地电流控制器的示例，在图3中，马达222的电流控制器(及其发送器/接收器)在印刷电路板730上，印刷电路板730与马达222一起被容纳在链节201中。因而，由于链节201充当封闭印刷电路板730和马达222的壳体，所以印刷电路板730上的电流控制器在其马达222的本地。
作为一个示例，图8图示说明可以包括在医疗机器人系统1000中的网络马达控制器系统的第二布置600的方框图。在该布置中，单个电流控制器610远离马达(例如，401-3、401-4)，其中单个电流控制器610在操纵器200中为马达提供脉冲宽度调制电流信号。如在本文中将理解的，术语“远程”意指电流控制器在与马达不同的壳体中，其中电流控制器为马达提供脉冲宽度调制电流信号。作为远程电流控制器的示例，在图3中，在被容纳在链节202中的印刷电路板740上提供远程电流控制器(及其发送器/接收器)，而电流控制器为其提供脉冲宽度调制电流信号的马达223、224被分别容纳在链节204和滑架262中。因此，由于印刷电路板740上的远程电流控制器位于与马达不同的壳体中，所以其远离马达，其中远程电流控制器为马达提供脉冲宽度调制电流。特别地，在壳体中设置马达，该壳体在远程电流控制器的壳体中的马达的远侧。
传感器处理单元(例如，403-3、403-4)被提供用于感测马达(例如，401-3、401-4)的状态。远程电流控制器610和传感器处理单元(例如，403-3、403-4)在菊花链中与远程电流控制器610的发送器/接收器615网络连接。为了使传感器处理单元(例如，403-3、403-4)在菊花链网络上通信，为传感器处理单元(例如，403-3、403-4)中的每一个提供发送器/接收器(例如，611-3、611-4)以形成远侧传感器处理单元(例如，612-3、612-4)。因此，远程电流控制器610的发送器/接收器615经由通信链路601与接头位置控制器304通信、传感器处理单元403-3的发送器/接收器611-3经由通信链路602与电流控制器610的发送器/接收器615通信、传感器处理单元403-4的发送器/接收器611-4经由通信链路603与传感器处理单元403-3的发送器/接收器611-3通信以及菊花链中的下一个传感器处理单元的下一个发送器/接收器经由通信链路604与传感器处理单元403-4的发送器/接收器611-4通信等。
使用包交换协议经由菊花链网络优选传送包中的信息。作为这种包交换协议的示例，参见题为“Synchronous Data Communication(同步数据通信)”的美国8,054,752，其通过引用并入本文。为了在从接头位置控制器304到远程电流控制器610的通信中使电流命令与它们的预期马达关联，在包中的数据字段中提供电流命令并且在包中的目标字段中识别电流命令预期用于的马达。同样地，为了在从远侧传感器处理单元(例如，612-3、612-4)到远程电流控制器610的通信中使传感器信息与它们的相应马达关联，在包中的数据字段中提供传感器信息并且在包中的源字段中识别传感器信息应用于的马达。在后一种情况下，在目标字段中识别远程电流控制器610。远程电流控制器610的发送器/接收器615和远侧传感器处理单元(例如，612-3、612-4)之间的通信链路(例如，602、603和604)优选地为高速通信链路，以确保系统性能和稳定性要求。
可在网络马达控制系统的第二布置600中限定两个控制回路。通过接头位置控制器304的处理周期限定“位置回路”以及通过远程电流控制器610的处理周期限定“电流回路”。在一个实施例中，“位置回路”大约为750μs(微秒)回路且“电流回路”大约为25μs回路。这允许接头位置控制器304在其处理周期的每一个期间服务所有的机器人手臂电流控制器，诸如远程电流控制器610和/或电流控制器402-1(即，直至其接收下一个接头位置命令
Figure BDA0001739109970000081
集)。这还允许远程电流控制器610从其远侧传感器处理单元(例如，612-3、612-4)接收位置数据，并在其处理周期的每一个期间为其控制的马达(例如，401-3、401-4)中的每一个生成马达控制信号(例如，621-3、621-4)(即，直至其接收下一个电流命令
Figure BDA0001739109970000082
集)。
远程电流控制器610经由各信号线(例如，多组信号线621-3、621-4)将一组脉冲宽度调制电流信号提供到其控制的马达(例如，401-3、401-4)中的每一个。通常，每组信号线包括用于连接到三相无刷DC马达的相应绕组的三个电压/电流线。电流和/或电压传感器优选地包括在远程电流控制器610中，以感测通过每个信号线汲取的电流和/或施加在每个信号线上的电压。感测的电流可以以传统方式用于远程电流控制器610中的电流控制目的。
除了如本文描述的网络马达控制系统的第一布置500和第二布置600之外，还可以在医疗机器人系统1000中采用组合第一布置和第二布置的方面的混合布置。当那些方面比第二布置600的方面更有利时，这种混合系统允许第一布置500的方面的使用，反之亦然。例如，当空间和加热问题最小时，第一布置500的方面可以有利于实现目的。另一方面，当空间和加热为特定问题时，第二布置600的方面可为有利的。
返回参考图3，操纵器200包括网络马达控制系统的混合布置。混合布置组合图7的第一布置500的方面和图8的第二布置600的方面。
图7的第一布置500用于操纵器200的俯仰和偏航控制。特别地，在印刷电路板730上提供偏航电流控制器(例如，402-1)及其相应发送器/接收器(例如，404-1)，以使用来自偏航传感器处理单元721(例如，403-1)的反馈控制偏航马达221(例如，401-1)。在印刷电路板730上提供俯仰电流控制器(例如，402-2)及其相应发送器/接收器(例如，404-2)，以使用来自俯仰传感器处理单元722(例如，403-2)的反馈控制俯仰马达222(例如，401-2)。在该示例中，可以在患者侧推车110’的基座120’中以分布式方式整体地或部分地设置接头位置控制器304。可选地，可以在医疗机器人系统1000的其他部分中，诸如在视觉推车170中和外科医生控制台100中以分布式方式整体地或部分地设置接头位置控制器304。进一步地，由于偏航和电流控制器(例如，402-1和402-2)被设置在相同的印刷电路板上，所以它们还可共享相同的发送器/接收器，而不是具有它们自己的单独发送器/接收器。
为实现目的使俯仰和偏航电流控制器邻近它们的相应马达可以是有利的。另一方面，由于链节201为相对大的且可以容易地容纳印刷电路板730，所以将俯仰和偏航电流控制器放置在链节201中呈现出非常小的空间要求问题。此外，由于该链节位于操纵器200的近侧末端处，所以通过将俯仰和偏航电流控制器放置在链节201中，由俯仰和偏航控制器生成的热不存在问题。因而，相比更多的远侧链节202、203和204，链节201进一步远离当时正被治疗的患者。进一步地，由于链节201与更多的远侧链节202、203和204相比相对较大，所以其具有更多的内部容积和外部表面区域以驱散由链节容纳的俯仰和偏航电流控制器生成的任何热。
相反，I/O马达223设置在链节204的远侧末端处。由于该位置靠近患者且在空间上受到限制，所以靠近马达223定位其电流控制器将呈现出加热问题。进一步地，在滑架262中容纳致动医疗装置250的相应自由度的马达224。由于滑架262的内部在空间上尤其受到限制，并且进一步地由于滑架262可以朝向链节204的远侧末端移动以便靠近患者，所以在滑架262中容纳马达224的电流控制器还可以呈现出加热问题，这可以导致对患者造成伤害或者降低部件的操作寿命。
因此，期望在不同于链节204的壳体中容纳马达223的电流控制器。此外，期望在不同于滑架262的壳体中容纳马达224的电流控制器。相反，期望在与远侧传感器处理单元的相应马达相同的壳体中容纳远侧传感器处理单元(例如，612-3、612-4)，因为它们的传感器应靠近马达以感测马达的转子角。此外，与通过远程电流控制器610的操作生成的热量相比，通过它们的发送器/接收器单元(例如，611-3、611-4)生成的热量相对小。
因而，可以应用图8的第二布置600的方面，使得远程电流控制器(例如，610)可以被实施用于马达223和马达224的电流控制。然而，在这种情况下，不是使远程电流控制器610的发送器/接收器615与接头位置控制器304直接通信，诸如图6所示，而是使远程电流控制器610的发送器/接收器615在菊花链网络中经由通信链路503与印刷电路板730上的偏航电流控制器(例如，402-2)的发送器/接收器(例如，404-2)直接通信，诸如图7和图9所示。
为了实现图9的布置900，为马达223和马达224提供电流控制的远程电流控制器610与其发送器/接收器615一起被提供在印刷电路板740上，印刷电路板740被容纳在链节202中。这对于远程电流控制器610是优选壳体，因为链节202是比链节204大的壳体且其尤其大于滑架262，使得通过链节202生成的热具有更多的内部容积和外部表面区域以进行驱散。此外，链节202进一步远离患者。因而，在链节202内生成的任何热不太可能导致对患者造成不适和伤害。通过传感器723紧邻马达223提供用于I/O马达223的远侧传感器处理单元(例如，612-3)，其中在印刷电路板750上执行处理和通信。此外，通过传感器紧邻马达224提供用于马达224的远侧传感器处理单元，其中在滑架262中的印刷电路板724上执行处理和通信，使得远侧传感器处理单元也紧邻它们的相应马达224。因此，在该示例中，在诸如患者侧推车110’的基座120’的近侧壳体中容纳接头位置控制器304。在诸如链节204和滑架262的远侧壳体中容纳远侧传感器处理单元612-3、612-4。在诸如链节202的中间壳体(即，近侧壳体和远侧壳体之间的壳体)中容纳远程电流控制器610及其发送器/接收器615。
虽然已经关于优选实施例描述了本发明的各个方面，但是应理解，本发明有权在随附权利要求的完整范围内受到全面保护。

Claims (9)

1.一种机器人系统，其包括：
接头位置控制器；以及
操纵器，其包括：
多个壳体，所述多个壳体中的每个壳体通过可旋转接头耦接到所述多个壳体中的相邻壳体；
多个马达和多个传感器处理单元，所述多个马达和所述多个传感器处理单元被容纳在所述多个壳体中的一个或多个壳体中，
其中在装置被所述操纵器保持时，所述多个马达中的每个马达耦接到所述装置，从而致动所述装置的相应自由度，以及
其中所述多个传感器处理单元感测所述多个马达的状态并将所感测的状态转化为数字可发送信息；以及
远程电流控制器，其被容纳在所述多个壳体中与容纳所述多个马达和所述多个传感器处理单元的所述多个壳体中的所述一个或多个壳体不同的壳体中，所述远程电流控制器被配置为：
从所述接头位置控制器接收指示所述多个马达的命令位置的命令，
从所述多个传感器处理单元接收所述数字可发送信息，
利用所接收的命令和所接收的数字可发送信息生成用于所述多个马达的各自的马达驱动信号，以及
经由各自的信号线将所述各自的马达驱动信号提供给所述多个马达。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，
其中所述数字可发送信息包括所述多个马达的转子角的信息。
3.根据权利要求1所述的机器人系统，
其中所述装置具有轴、远侧尖端和将所述远侧尖端耦接到所述轴的腕部机构；并且
其中所述多个马达包含用于致动所述腕部机构的相应自由度的一个或多个马达。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，
其中所述装置具有末端效应器；并且
其中所述多个马达包含用于致动所述末端效应器的相应自由度的一个或多个马达。
5.根据权利要求1所述的机器人系统，
其中所述远程电流控制器通过在菊花链网络中包括的多个通信链路与所述多个传感器处理单元通信；并且
其中所述位置控制器通过所述菊花链网络中的近侧通信链路与所述远程电流控制器通信。
6.根据权利要求5所述的机器人系统，
其中所述菊花链网络包括基于包的网络。
7.根据权利要求1所述的机器人系统，
其中所述多个马达包括一个或多个无刷DC马达；并且
其中所述各自的马达驱动信号是脉冲宽度调制电流信号。
8.根据权利要求1所述的机器人系统，其进一步包括：
基座结构，所述基座结构封闭所述接头位置控制器；以及
机器人手臂，其包括调定手臂和所述操纵器，其中所述调定手臂的一端耦接到所述基座结构，并且其中所述调定手臂的另一端耦接到所述操纵器。
9.根据权利要求1所述的机器人系统，其进一步包括：
主控制器，其可操作地耦接到所述接头位置控制器，使得所述接头位置控制器响应于从所述主控制器接收的输入生成指示所述多个马达的命令位置的所述命令。
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