CN110267617B - 手术器械接合检测 - Google Patents

Abstract

一种手术机器人，其包括经由一系列中间关节式机械臂连杆连接到远侧机械臂连杆的机械臂基座。机械臂接口附接到远侧机械臂连接件。机械臂接口接合手术器械的器械接口，并且包括器械接合源和器械接合检测器。器械接合检测器配置为仅当器械接合源通过耦合器耦合到器械接合检测器时检测器械接合源。

Description

手术器械接合检测

背景技术

使用机器人来辅助和进行手术是已知的。图1示出了典型的手术机器人100，其包括基座108、臂102和器械105。基座支撑机器人，并且其自身刚性地附接到例如手术室地板、手术室天花板或推车。臂在基座与器械之间延伸。臂通过多个柔性接头103沿其长度铰接，柔性接头103用于将手术器械相对于患者定位在期望的位置。手术器械附接到机械臂的远侧端104。手术器械在端口107处刺穿患者101的身体，以便进入手术部位。在其远侧端，该器械包括用于在医疗程序中接合的端部执行器106。

图2示出了用于进行机器人腹腔镜手术的典型手术器械200。手术器械包括基座201，手术器械通过基座201连接到机械臂。轴202在基座201与关节203之间延伸。关节203终止于端部执行器204。在图2中，示出了一对锯齿状夹爪作为端部执行器204。关节203允许端部执行器204相对于轴202移动。期望通过关节来为端部执行器204的运动提供至少两个自由度。

外科医生在典型的腹腔镜手术过程期间使用许多器械。为此，手术机器人通常具有在手术中可以从机械臂的端部拆卸并且可以附接到机械臂的端部的器械。期望存在一种机构，该机构在器械用于在手术部位处操纵之前检测到器械已经附接到机械臂。

在器械上集成磁体并且在机械臂上集成用于检测来自磁体的磁场的传感器是已知的。当器械附接到机械臂时，传感器检测磁体。尽管这种方法检测到器械已经附接到机械臂，但是其没有检测器械是否已经与机械臂正确地接合。已附接但未对准的器械也会被传感器检测。

因此，需要一种能够检测到器械已经附接到并且正确接合到机械臂的手术机器人。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种手术机器人，其包括：机械臂基座，其经由一系列中间关节式机械臂连杆连接到远侧机械臂连杆；机械臂接口，其附接到远侧机械臂连杆，机械臂接口配置为接合手术器械的器械接口，机械臂接口包括：器械接合源；和器械接合检测器，其配置为仅当器械接合源通过耦合器耦合到器械接合检测器时检测器械接合源。

器械接合检测器可以仅在器械接口和机械臂接口接合时经由耦合器检测器械接合源。

器械接合源和器械接合检测器可以是短程的，并且仅能够通过位于器械接合源和器械接合检测器两者近侧的耦合器耦合。

手术机器人还可以包括控制器，该控制器配置为响应于器械接合检测器检测到器械接合源而确定手术器械的器械接口与机械臂接口接合。

控制器可以配置为响应于器械接合检测器检测到器械接合源而修改手术机器人的操作模式。

手术机器人可以包括接收器，该接收器配置为通过与手术器械的短程无线通信链路从手术器械接收数据，其中，控制器配置为通过使得能够建立接收器与手术器械的发送器之间的短程无线通信链路来响应于器械接合检测器检测到器械接合源。

手术机器人可以包括发送器，该发送器配置为通过短程无线通信链路将数据发送到手术器械，其中，控制器配置为通过将对数据的请求从发送器发送到手术器械来响应于器械接合检测器检测到器械接合源。

器械接合源可以是磁体，而器械接合检测器可以是霍尔传感器。

磁体可以与机械臂接口上的霍尔传感器间隔开，使得磁体仅当通过位于磁体和霍尔传感器近侧的导磁耦合器耦合到霍尔传感器时可以被霍尔传感器检测。

器械接合源可以是光源，而器械接合检测器可以是光传感器。

来自光源的光可以被引导远离光传感器，使得来自光源的光仅当被提供从光源到光传感器的光路的耦合器引导到光传感器上时可以被光传感器检测到。

器械接合源和器械接合检测器可以共同为传感器阵列，该传感器阵列配置为由位于传感器阵列近侧的金属阵列耦合器激活。

传感器阵列可以包括多个传感器，并且传感器阵列可以配置为当多个传感器的预定模式被激活时被激活。

控制器可以配置为根据多个传感器的激活的预定模式识别手术器械。

传感器阵列可以是电容式传感器阵列。传感器阵列可以是感应式传感器阵列。

耦合器可以在机械臂接口的外部。

手术机器人还可以包括手术器械，该手术器械包括器械接口。

机械臂接口可以包括耦合器。

器械接口可以包括耦合器。

手术机器人还可以包括用于遮盖机械臂的手术帘，该帘包括耦合器。

耦合器可以配置为连接器械接合源与器械接合检测器之间的电路。

器械接口可以包括器械发送器，该器械发送器配置为通过短程无线通信链路发送数据。

器械接口可以包括器械接收器，该器械接收器配置为从机械臂接口接收数据请求，并且器械发送器可以配置为通过将所请求的数据发送到手术机器人来响应来自机械臂接口的数据请求。

耦合器可以位于能够相对于机械臂接口移动的可移动特征上。器械接口可以包括突起，使得当器械接口和机械臂接口接合时，突起朝向机械臂接口推动可移动特征，从而使得耦合器将器械接合源耦合到器械接合检测器。

耦合器可以是导磁的。

耦合器可以提供从光源到光传感器的光路。

器械接口可以包括可以在脱离配置与接合配置之间移动的接合机构，其中，耦合器仅当器械接口和机械臂接口接合并且接合机构处于接合配置时提供从光源到光传感器的光路。

耦合器可以包括在接合机构上的一系列开口，这些开口配置为仅当该机构处于接合配置时对准以形成光路。

耦合器可以是金属阵列。

金属阵列可以具有与多个传感器的预定模式匹配的模式。

附图说明

现在将参考附图以示例的方式描述本发明。在附图中：

图1示出了进行外科手术的手术机器人；

图2示出了已知的手术器械；

图3示出了手术机器人；

图4示意性地示出了机械臂上的电路；

图5示意性地示出了器械上的电路；

图6是示出用于检测器械并且响应于器械检测的控制方法的流程图；

图7示出了图4和图5的电路的磁性示例；

图8a、8b和8c示出了图4和图5的电路的光路示例；

图9示出了图4和图5的电路的传感器阵列示例；和

图10示出了图9的传感器阵列和金属阵列的布置。

具体实施方式

图3示出了具有臂300的手术机器人，臂300从附接到基座301的近侧端延伸。该臂包括多个刚性连杆302。连杆通过旋转接头303耦合。最近侧的连杆302a通过接头303a耦合到基座。它和其他连杆通过接头303中的其他接头串联耦合。适当地，腕部304由四个单独的旋转接头构成。腕部304将一个连杆(302b)耦合到臂的最远侧连杆(302c)。最远侧连杆302c位于臂的远侧端并且承载用于手术器械306的附接件305。臂的每个接头303具有一个或多个电机307和一个或多个位置和/或扭矩传感器308，电机307可以操作来引起相应接头处的转动运动，传感器308提供关于该接头处的当前配置和/或负载的信息。适当地，电机布置在它们驱动其运动的接头的近侧，以便改善重量分布。为了清楚起见，在图3中仅示出了电机和传感器中的一些。臂大致可以如我们的共同未决专利申请PCT/GB2014/053523中所述。

臂终止于用于与器械306对接的附接件305中。适当地，器械306采取关于图2所描述的形式。附接件305包括用于对器械的关节进行驱动的驱动组件。驱动组件接口的可移动接口元件机械地接合器械接口的对应可移动接口元件，以便将驱动从机械臂传递到器械。在典型的手术期间，一个器械与另一个器械互换若干次。因此，器械在该手术期间可以附接到机械臂并且可以从机械臂拆卸。当驱动组件接口和器械接口彼此接合时，驱动组件接口和器械接口的特征帮助它们对准，以便降低它们需要由用户对准的精度。

器械306包括用于进行操作的端部执行器。末端执行器可以采用任何合适的形式。例如，端部执行器可以是光滑钳口、锯齿状钳口、夹持器、一对剪、用于缝合的针、相机、激光器、刀、缝合器、烧灼器、抽吸器。如关于图2所述，器械包括器械轴与端部执行器之间的关节。关节包括允许端部执行器相对于器械的轴移动的几个接头。关节中的接头由驱动元件(比如缆线)致动。这些驱动元件在器械轴的另一端处固定到器械接口的接口元件。因此，机械臂如下地将驱动传递到端部执行器：驱动组件接口元件的移动使器械接口元件移动，该器械接口元件使驱动元件移动，驱动元件使关节的接头移动，关节使端部执行器移动。

用于电机、扭矩传感器和编码器的控制器与机械臂一起分布。控制器经由通信总线连接到控制单元309。控制单元309包括处理器310和存储器311。存储器311以非瞬态方式存储软件，该软件可以由处理器执行来控制电机307的操作，从而使臂300以本文描述的方式操作。具体地，软件可以控制处理器310来引起电机(例如经由分布式控制器)根据来自传感器308和来自外科医生命令接口312的输入来驱动。控制单元309耦合到电机307，用于根据由软件的执行生成的输出来驱动电机307。控制单元309耦合到用于从传感器接收感测到的输入的传感器308，并且耦合到用于从其接收输入的命令接口312。各个耦合件可以例如分别是电缆或光缆，或者可以通过无线连接来提供耦合。命令接口312包括一个或多个输入装置，用户可以借此以期望的方式请求端部执行器的运动。输入装置可以例如是可以手动操作的机械输入装置(比如控制手柄或操纵杆)或者非接触式输入装置(比如光学姿态传感器)。存储在存储器311中的软件配置为响应于这些输入并且按照预定的控制策略引起臂和器械的接头相应地移动。控制策略可以包括响应于命令输入而对臂和器械的运动进行缓和的安全特征。因此，总之，命令接口312处的外科医生可以控制器械306以进行期望的外科手术的方式移动。控制单元309和/或命令接口312可以远离臂300。

图4示出了机械臂300上的用于检测器械306的示例性电路400的示意图。图5示出了器械306上的用于由机械臂300检测的示例性电路500的示意图。

示例性电路400包括接合源401和接合检测器402。接合源401和接合检测器402都可以位于机械臂接口上。它们被机械臂用来检测器械306何时接合在机械臂上。可选地，机械臂能够经由接收器403从器械接收通信和/或经由发送器404向器械发送通信。接收器403和/或发送器404都可以位于机械臂接口上。

电路400还描绘了控制器405。控制器405包括处理器406、存储器407和数据存储408。控制器405可以是上述分布式控制器中的一个，其位于机械臂上，例如位于机械臂接口上或附近。或者，控制器405可以与控制单元309相同，控制单元309可以位于机械臂上或远离机械臂。控制器405在输入410处接收来自接合检测器402的输出409。控制器还在输入412处接收接收器403的输出411。输入410和412两者都是处理器406的输入。处理器输出到存储器407并从存储器407接收输入。处理器输出到数据存储408并从数据存储408接收输入。存储器407以非瞬态方式存储软件，该软件可以由处理器执行来按本文描述的方式控制机械臂的操作模式。处理器向发送器404和/或接收器403输出控制信号413。控制器从而根据接合检测器402的输出来控制臂发送器404和/或臂接收器403的操作。数据存储408可以存储控制器已经从接收自臂接收器403的数据导出的器械参数值。数据存储408可以存储根据接合检测器402的输出确定的器械是否对接在臂中的指征。数据存储408可以并入存储器407内。在这种情况下，存储器407在逻辑上被划分为用于数据存储408的区段和用于存储在处理器406上执行的指令的区段。数据存储408可以并为处理器406中的寄存器。数据存储408可以是一个或多个缓冲器。

示例性电路500包括耦合器501。耦合器501可以位于器械接口上。或者，如下文进一步论述，耦合器501可以位于机械臂接口或手术帘上。在所有这些示例中，耦合器501用于将接合源401耦合到接合检测器402，从而使得机械臂能够检测到器械306接合在机械臂上。可选地，器械能够经由接收器502从机械臂接收通信和/或经由发送器503向机械臂发送通信。接收器502和/或发送器503两者都可以位于器械接口上。电路500还描绘了数据存储504。数据存储504存储指征器械306的一个或多个参数的值的数据。数据存储504可以存储器械的参数值。从数据存储504检索数据以通过器械发松器503发送。接收器502输出到数据存储504，并且发送器503从数据存储504接收输入。

接合检测器402配置为仅当接合源通过耦合器501耦合到接合检测器时检测接合源401。当耦合器未定位成将接合源耦合到接合检测器时，接合检测器不检测接合源。耦合器501位于器械接口或手术帘或机械臂接口上的如下位置，该位置使得仅当器械接口与机械臂接口正确接合时，耦合器501将接合源401耦合到接合检测器402。器械接口和机械臂接口在对准时正确接合。当器械接口元件和驱动组件接口元件接合并且可以操作来将驱动从机械臂传递到器械时，器械接口和机械臂接口正确地接合。因此，如果器械接口和机械臂接口未对准，则耦合器将不会将接合源耦合到接合检测器。附接到不同机械臂的附近器械的耦合器将不会将接合源耦合到接合检测器。

在耦合器501位于机械臂接口上或覆盖机械臂的手术帘上的示例中，耦合器可以位于可移动特征上。在耦合器在机械臂接口上的情况下，可移动特征相对于机械臂接口移动。当器械接口和机械臂接口未接合时，可移动特征被定位成使得耦合器不将接合源401耦合到接合检测器402。在耦合器在帘上的情况下，可移动特征相对于帘移动。当帘已经施加到机械臂上时(以便在非无菌机械臂与无菌操作环境之间提供无菌屏障)，可移动特征位于机械臂接口的近侧并且相对于帘和机械臂接口两者移动。当器械接口和机械臂接口未接合时(在它们之间具有帘)，可移动特征被定位成使得耦合器不将接合源401耦合到接合检测器402。

在耦合器在机械臂接口或帘上的这些示例中，器械接口包括突起。突起位于器械接口上，使得当器械接口和机械臂接口正确地接合时，突起推动可移动特征部，以使得耦合器定位成将接合源401耦合到接合检测器402。

通过将耦合器结合到帘上，这使得控制器405能够确定帘已经被正确地施加到机械臂接口以及器械接口和机械臂接口已经正确地接合。只有当所有三个部件正确对准和接合时，接合检测器才会检测到接合源。

耦合器501可以借助于其与接合源401及接合检测器402的接近度而将接合源401耦合到接合检测器402。例如，接合源和/或接合检测器可以是短程的并且在机械臂接口上间隔开，使得接合源在接合检测器的范围之外，并且因此接合检测器不直接检测接合源。当器械接口接合在机械臂接口中时，耦合器定位成充分接近器械接合源和器械接合检测器，使得耦合器能够将接合源耦合到接合检测器，以使接合检测器检测接合源。例如，这可以通过在接合源与接合检测器之间连接电路来实现。

在另一示例中，耦合器501可以通过将接合源401的特性放大到接合检测器402可以检测到的水平来将接合源401耦合到接合检测器402。例如，接合检测器可能仅能够检测到接合源401的高于阈值水平的特性。在没有耦合器501的情况下，接合检测器402所暴露的水平低于阈值水平。当器械接口与机械臂接口接合时，耦合器充分放大特性，使得接合检测器402暴露于超过阈值水平的特性水平，并且因此接合检测器检测到接合源。

在另一示例中，耦合器501可以借助于将接合源401的发射重新引导到接合检测器402来将接合源401耦合到接合检测器402。源发射可以是定向的，并且被引导远离接合检测器402，使得接合检测器不直接检测接合源。当器械接口接合在机械臂接口中时，源发射被朝向耦合器501引导。耦合器501被设计成重新引导源发射，使得其被朝向接合检测器402引导，从而使得接合检测器能够检测到来自接合源的发射。

适当地，器械发送器503、器械接收器502、机械臂接收器403和机械臂发送器404根据相同的短程无线通信协议操作。例如，它们可以根据RFID(射频识别)协议来操作。在示例性实施方式中，它们根据具有小于或等于4cm的范围的协议进行通信。该协议可以具有小于或等于2cm的范围。该协议可以使用NFC(近场通信)。与非短程的无线通信协议相反，使用短程无线通信协议降低了器械臂通信干扰手术室中的其他通信链路的可能性。它还降低了那些其他通信链路干扰器械臂通信的可能性。

图6示出了由图4和图5的电路实施的方法。接合检测器402向控制器405输出信号。该信号指征接合检测器是否检测到接合源。接合检测器402可以连续地输出信号。在这种情况下，信号可以具有两种状态：第一状态和第二状态，第一状态指征接合检测器当前没有检测到接合源，第二状态指征接合检测器当前正在检测接合源。或者，接合检测器402可以仅在检测到接合源时输出信号。或者，接合检测器402可以仅在未检测到接合源时输出信号。

在步骤601，控制器确定接合检测器是否已经检测到接合源。如果答案为否，则控制器返回到步骤601。在以上第一示例中，否通过第一状态的信号来指征。处理器可以将来自接合检测器的接收信号与存储在数据存储408中的复制信号进行比较，并且如果接收信号与复制第一状态信号匹配，则确定接合检测器没有检测到接合源。在第二示例中，否通过信号的缺少来指征。在第三示例中，否通过信号的存在来指征。如果答案为是，则在步骤602，控制器确定器械接口正确地接合在机械臂接口中。在以上第一示例中，是通过第二状态的信号来指征。处理器可以将来自接合检测器的接收信号与存储在数据存储408中的复制信号进行比较，并且如果接收信号与复制第二状态信号匹配，则确定接合检测器已经检测到接合源。在第二示例中，是通过信号的存在来指征。在第三示例中，是通过信号的缺少来指征。在步骤604，控制器可以在数据存储408中存储器械对接在机械臂中的指征。

在步骤603，控制器通过修改机器人的操作模式来响应于确定器械接口正确地接合在机械臂接口中。例如，在步骤601之前，机械臂可能已经处于操作模式，在该操作模式中在机械臂300与器械306之间没有建立通信链路。这可能是因为通信链路尚未建立。或者，这可能是因为控制器405已经禁用了臂发送器404和/或臂接收器403根据短程无线通信协议进行通信。响应于确定器械接口正确地接合在机械臂接口中，控制器可以使得能够在臂接收器403或臂收发器414与器械发送器503或器械收发器505之间建立短程无线通信链路。例如，控制信号可以接通臂接收器403的接收功能，从而使得臂接收器403能够接收由器械发送器503发送的数据。替代地或附加地，控制信号可以使臂发送器404请求与器械接收器502的连接。在此之后，在臂与器械之间建立短程无线通信链路。

在步骤606，控制器405可以控制臂收发器414向器械发送查询。臂收发器414通过向器械发送查询来进行响应。器械接收器502接收该查询。在步骤607，器械通过从数据存储504检索所请求的数据并将所请求的数据从器械发送器503发送到机械臂来响应对查询的接收。臂接收器403接收所请求的数据并将其输出到控制器405。该查询可以是请求器械提供指征器械的一个或多个参数的值的数据。这些参数包括以下一个、多个或全部：器械类型、器械身份、器械使用数据和控制数据。

器械使用数据可以包括以下中的一个、多个或全部：器械已经使用的次数、器械在期满之前剩余的使用次数、器械的总运行时间、器械在期满之前剩余的总运行时间、使用的寿命、剩余的寿命。

控制数据可以包括器械要采用的机械臂驱动组件的参数。控制数据可以包括机械臂要采用的器械的参数。例如，控制数据可以包括以下中的一个、多个或全部：驱动组件接口元件的功能、器械接口元件的功能、驱动组件接口元件的包括最大行程和最小行程的行程范围、器械接口元件的包括最大行程和最小行程的行程范围、驱动组件接口元件的空档/静止位置、器械接口元件的空档/静止位置、器械接头的包括最大行程和最小行程的行程范围和器械接头的空档/静止位置。

在一个示例中，数据是代码。该代码可以是数字代码。器械的一个或多个参数的值被嵌入在代码内。换句话说，器械的一个或多个参数的值可以通过用算法分析代码而从代码导出。在另一示例中，数据本身包括器械的一个或多个参数的值。在任一示例中，数据可以被加密。

在步骤608，控制器405从接收数据中提取所请求的参数值。然后将导出的参数值存储在数据存储408中。如果所接收的数据被加密，则控制器405解密所接收的数据。在所接收的数据是其中嵌入参数值的代码的情况下，控制器将该代码输入到算法，以便确定参数值。该算法对代码执行一个或多个功能。每个功能可以确定一个或多个所请求的参数值。

可选地，在步骤609，控制器405可以响应于其从器械接收到的数据来修改机械臂的操作模式。例如，控制器可以通过以下方式改变机械臂的操作模式：接合器械的操纵模式(其中机械臂可以操作来控制器械的端部执行器的操纵)、脱离器械的操纵模式、接合专用于从器械接收的数据中识别的器械类型的操纵模式(即，专用于该器械是一对夹持器、一对剪刀、手术刀等)、使得能与器械进行通信链路、禁用与器械进行通信链路、接合机械臂的顺应模式(其中，机械臂通过控制肢体/关节在所施加的外力的方向上移动而响应于对机械臂的该肢体/关节的手动施加的外力)、接合机械臂的非顺应模式。

可选地，在步骤610，控制器405可以响应于其从器械接收到的数据而生成警报。例如，可以响应于以下中的一个或多个来生成警报：器械身份与期望的器械身份不匹配、器械类型与机械臂不兼容和器械使用数据指征器械没有足够的剩余寿命来执行操作。

应当理解，图6的流程图的步骤可以以与所示顺序不同的顺序来执行。可以省略一些步骤。

图7示出了接合源、接合检测器和耦合器布置的示例性实施方式。在该示例中，接合源401是磁体或电磁体701。接合检测器402是感测磁场的传感器702。例如，接合检测器可以是霍尔传感器。耦合器703是导磁的。耦合器可以具有高磁导率。例如，耦合器可以具有磁导率μ≥1x10^-5H/m。耦合器可以具有磁导率μ≥1x10^-3H/m。换句话说，耦合器是感应器材料。耦合器可以由Mu金属构成。

磁体701和传感器702都位于机械臂的远侧端上。磁体与传感器充分间隔开，使得传感器702由于隔离并且由于传感器的灵敏度而不能检测到磁体701。传感器702仅能够当通过机械臂的端部外部的另一磁敏感材料耦合到磁体701时检测磁体701。该另一磁敏感材料定位成充分接近磁体701和传感器702，以使传感器702能够检测磁体701。耦合器703可以位于器械705的近侧端上。或者，如上所述，耦合器703可以位于手术帘上或机械臂接口上。磁体701、传感器702和耦合器703的位置使得当器械接口接合到机械臂接口时，耦合器703在磁体701和传感器702的近侧。磁体701的磁通量被捕获在耦合器703中。耦合器703从而连接磁体701与传感器702之间的电路。传感器702由此检测磁体701。如参考图4所描述的，传感器702将该检测的指征输出到控制器405。

图8a、图8b和图8c示出了接合源、接合检测器和耦合器布置的进一步示例性实施方式。在这些示例中，接合源是光源801(比如LED)，而接合检测器是光传感器802。耦合器提供从光源到光传感器的光路。

光源801和光传感器802两者都位于机械臂的远侧端上。图8b示出了光源和光传感器位于机械臂上的相同位置的示例。图8c示出了光源和光传感器在机械臂上间隔开的示例。在两个示例中，来自光源801的光被引导远离光传感器802，使得光传感器802由于隔离而不能检测来自光源801的光。光传感器802仅能够当光被耦合器重新引导到光传感器上时检测来自光源的光。

在图8的示例中，当器械从机械臂脱离时，不提供从光源801到光传感器802的光路。然而，当器械接口与机械臂接口接合时，提供从光源801到光传感器802的光路。在两个示例中，器械接口包括接合机构，如图8a所示，该接合机构可以在脱离配置与接合配置之间移动。在脱离配置中，在光源与光传感器之间不提供光路。然而，当接合机构处于接合配置中并且当接合机构与机械臂接合时，在光源与光传感器之间提供光路。

图8a示出了器械接口的两个视图。上图示出了从器械接口805的外壳上方观察的视图。下图示出了穿过器械接口的横截面。接合机构包括连接到按钮807的闩锁806。在下图中描绘的接合配置中，闩锁将器械接口保持到机械臂接口。为了脱离接合机构，在箭头所示的方向上朝向彼此按压按钮。按钮可以是手动操作的。在按压按钮时，闩锁朝向彼此移动。当按钮被完全按压时，接合机构处于脱离配置。这从机械臂接口释放器械接口。然后可以将器械接口从机械臂接口移除。当按钮被释放时，接合机构返回到接合配置。

通过按压按钮以将接合机构移动到如上所述的脱离配置中，器械接口可以与机械臂接口接合。然后可以将闩锁806安置在机械臂接口的内侧。然后可以释放按钮，使得接合机构返回到接合配置。器械接口由此接合在机械臂接口中。闩锁806的最初接合机械臂接口的面808可以成如图8a所示的角度。在器械接口与机械臂接口对准并接触并且接合机构处于接合配置的情况下，在垂直于按钮按压方向的方向A上施加的力使得闩锁移动到与机械臂接口接合的配置中。单独采取这一行动，即在不按压按钮807的情况下，可以足以将接合机构从未接合在机械臂接口中的接合配置移动到图8a所示的机械臂接口中的接合配置。或者，可以与按压按钮807相结合地在方向A上推动器械接口，以便将接合机构从其未接合在机械臂接口中的接合配置移动到图8a所示的在机械臂接口中的接合配置。

图8b和图8c两者都示出了这样的示例，其中，当接合机构被致动时，接合机构的两个部分相对于彼此移动，每个部分为预期在它们允许光穿过它们的一个区域中的光提供屏障。当接合机构处于脱离配置时，允许光在两个部分中穿过它们的区域不对准，因此不存在经由这两个部分通过接合机构的光路。当接合机构处于接合配置中时，允许光在两个部分中穿过它们的区域对准，因此存在经由这两个部分通过接合机构的光路。

在图8b的示例中，这两个部分是板809、810，板809、810中的每一者连接到按钮807中的不同一者。每个板包括孔811、812，孔811、812使得光能够穿过板。图8b的下图示出了处于接合机构的接合配置的板。该视图垂直于图8b的上图中的视图。在接合配置中，板809、810重叠，使得孔811、812对准。因此，提供了穿过板809、810的光路。器械接口包括对光进行反射的反射器813。反射器813被定位和定向成使得穿过对准的孔811、812朝向反射器的光之后被反射器反射回穿过孔811、812。当器械接口在接合配置中利用接合机构正确地接合在机械臂接口中时，光源801相对于板809、810定位，使得从光源801发射的光被引导通过孔811、812到达反射器813，并且光传感器802相对于板809、810定位，使得从反射器813反射并被引导通过孔811、812的光被光传感器802感测。当器械接口和机械臂接口未正确地接合时，光源801、光传感器802、孔811和812以及反射器813未全部对准。因此，从光源801发射的光未被光传感器802检测到。如参考图4所述，传感器802将检测到的光以及因此检测到的接合的指征输出到控制器405。

在图8c的示例中，两个部分是板814、815，板814、815中的每一者连接到按钮807中的不同一者。每个板包括两个孔816a、816b、817a、817b，这两个孔816a、816b、817a、817b使得光能够穿过它们。图8c的下图示出了处于接合机构的接合配置中的板。该视图垂直于图8c的上图中的视图。图8c右侧的图也示出了处于接合机构的接合配置中的板。该视图垂直于图8c的上图中的视图，并且还垂直于图8c的下图中的视图。在接合配置中，板814、815重叠，使得孔816a、817a对准并且孔816b、817b对准。因此，通过板814、815提供两个光路。器械接口包括重新引导光的棱镜818。棱镜818被定位和定向成使得通过对准孔817b、816b朝向棱镜的光被棱镜重新引导通过对准的孔816a、817a。当器械接口在接合配置中与接合机构正确地接合在机械臂接口中时，光源801相对于板814、815定位，使得从光源801发射的光被引导通过孔817b、816b到达棱镜818，并且光传感器802相对于板814、815定位，使得被棱镜818重新引导并被引导通过孔816a、817a的光被光传感器802感测。当器械接口和机械臂接口未正确地接合时，光源801、孔817b、816b和棱镜818未全部对准和/或光传感器802、孔816a、817a和棱镜818未全部对准。因此，从光源801发射的光未被光传感器802检测到。如参考图4所述，传感器802将检测到的光以及因此检测到的接合的指征输出到控制器405。

尽管图8b示出了一对对准的孔并且图8c示出了两对对准的孔，但应当理解，可以使用任意数量的对准的孔结合任意数量的反射器、棱镜和/或光导管来提供从机械臂接口通过器械接口并回到机械臂接口的光路。

图9示出了接合源、接合检测器和耦合器布置的另一示例性实施方式。在该示例中，接合源401和接合检测器402是传感器阵列902。例如，传感器阵列902可以是电容式传感器阵列或电感式传感器阵列。耦合器903是金属阵列。

接合源和接合检测器是相同的部件，即机械臂接口上的相同传感器阵列。当金属阵列耦合器足够接近传感器阵列时，传感器阵列由金属阵列耦合器激活。金属阵列耦合器可以在器械接口上、手术帘上或机械臂接口上。金属阵列耦合器充分接近传感器阵列，以当器械接口和机械臂接口接合时激活传感器阵列。如果器械接口和机械臂接口未正确地接合，则金属阵列耦合器未充分地接近机械臂接口上的传感器阵列以激活传感器阵列。

在传感器阵列是电容式传感器阵列的示例中，被金属阵列修改的电场由电容式传感器阵列检测。在传感器阵列是感应式传感器阵列的示例中，感应式传感器阵列可以包括电感线圈。通过感应式传感器阵列来检测由金属阵列修改的磁场。在任一示例中，可以仅通过与金属阵列903接触来激活传感器阵列901。只有当器械接口与机械臂接口正确地接合时，才能实现这种接触。如参考图4所述，传感器901将检测到金属阵列的指征输出到控制器405。

传感器阵列901可以配置为如果传感器阵列的传感器的预定模式被激活，则仅生成指征器械接口和机械臂接口接合的信号。如果除了预定模式的传感器之外的传感器被激活，则指征器械接合的信号不被激活。这通过减少传感器阵列被除金属阵列之外的某物激活的可能性来增加器械检测机构的鲁棒性和可靠性。例如，操作者的手或甚至灰尘或湿气可能激活传感器阵列901的传感器。然而，这些不可能仅激活预定模式的传感器。

耦合器903的金属垫可以布置为激活传感器阵列901的传感器中的一些而非全部。当器械接口与机械臂接口接合时，激活的传感器处于预定模式。当器械接口没有正确地与机械臂接合时，例如如果机械臂部分地附接或未对准，则激活的传感器不处于预定模式。

图10示出了一些示例性传感器阵列和对应的金属阵列。金属阵列具有与上述预定模式匹配的模式。在每种情况下，只有当器械接口与机械臂接口正确地接合时，金属阵列和传感器阵列才对准，以便引起金属阵列激活传感器阵列的传感器的预定模式。

图10a示出了具有四个传感器的传感器阵列901，而图10b示出了具有两个金属垫的对应金属阵列903。金属垫和传感器各自具有相同的形状和尺寸。金属垫A和B定位成使得当器械接口与机械臂接口正确地接合时，它们分别激活传感器1和4。当器械接口与机械臂接口正确地接合时，传感器2和3不被金属阵列激活。

图10c示出了具有两个传感器的传感器阵列901，而图10d示出了具有一个金属垫的对应金属阵列903。金属垫A具有与传感器2相同的尺寸和形状。金属垫A定位成使得当器械接口与机械臂接口正确地接合时，金属垫A激活传感器2。当器械接口与机械臂接口正确地接合时，传感器1不被金属阵列激活。

图10e示出了具有五个传感器的传感器阵列901，而图10f示出了具有四个金属垫的对应金属阵列903。金属垫A与传感器1的形状和尺寸匹配，金属垫B与传感器2的形状和尺寸匹配，金属垫C与传感器3的形状和尺寸匹配，而金属垫D与传感器4的形状和尺寸匹配。金属垫A、B、C和D定位成使得它们在器械接口与机械臂接口正确地接合时分别激活传感器1、2、3和4。当器械接口与机械臂接口正确地接合时，传感器5不被金属阵列激活。

传感器阵列可以具有激活的传感器的多个预定模式，响应于这些模式，传感器阵列配置为生成指征器械接口与机械臂接口接合的信号。每个预定模式可以指征器械的参数，比如器械身份或器械的器械类型。除了参照图4描述的接合指征之外或者代替参照图4描述的接合指征，接合检测器可以配置为向控制器405输出该器械参数的指征。

例如，图10a的传感器阵列可以具有三种预定模式：(i)仅激活传感器1，(ii)仅激活传感器4，和(iii)激活传感器1和4。相应地，器械耦合器903可以是仅具有金属垫A、仅具有金属垫B或具有金属垫A和B的金属阵列。应当理解，传感器阵列可以设置有比图10所示的传感器更多的离散传感器，以便检测另外的预定模式。

机械臂收发器414可以包括RFID天线线圈。器械收发器505可以包括RFID标签。RFID天线线圈询问RFID标签，响应于RFID标签，RFID标签将器械的身份提供给机械臂。在传感器阵列是感应式传感器阵列的示例中，RFID天线线圈可以是感应式传感器阵列。类似地，RFID标签可以是金属阵列耦合器。

本文描述的器械接合检测机构的主要部件位于机械臂接口上而不是器械接口上。该器械是消耗品，其被使用直到其到期，然后被处置。器械的寿命通常是几次操作。因此，在此描述的示例将大部分部件并且因此将器械接合检测机构的成本定位在机械臂而非器械上。

本申请人在此单独公开了这里描述的每个单独特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，只要这些特征或组合能够根据本说明书作为整体根据本领域技术人员的公知常识来执行，而不管这些特征或特征的组合是否解决了这里公开的任何问题，并且不限于权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单独特征或特征组合组成。鉴于前面的描述，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (22)

1.一种手术机器人，其包括：

机械臂基座，其经由一系列中间关节式机械臂连杆连接到远侧机械臂连杆；

机械臂接口，其附接到所述远侧机械臂连杆，所述机械臂接口配置为接合手术器械的器械接口，所述机械臂接口包括：

器械接合源；和

器械接合检测器，其与所述器械接合源间隔开使得所述器械接合源在所述器械接合检测器的范围之外，并且配置为仅当所述器械接合源通过耦合器耦合到所述器械接合检测器时检测所述器械接合源；和

控制器，所述控制器配置为响应于所述器械接合检测器检测到所述器械接合源而确定手术器械的器械接口与所述机械臂接口接合。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述器械接合检测器配置为仅当所述器械接口和所述机械臂接口接合时经由所述耦合器检测所述器械接合源。

3.根据权利要求1或2所述的手术机器人，其中，所述器械接合源和所述器械接合检测器是短程的并且仅能够通过位于所述器械接合源和所述器械接合检测器两者近侧的耦合器耦合。

4.根据权利要求1或2所述的手术机器人，其中，所述控制器配置为响应于所述器械接合检测器检测到所述器械接合源而修改所述手术机器人的操作模式。

5.根据权利要求1或2所述的手术机器人，其中，所述手术机器人包括接收器，所述接收器配置为通过与所述手术器械的短程无线通信链路从所述手术器械接收数据，其中，所述控制器配置为通过使得能够建立所述接收器与所述手术器械的发送器之间的短程无线通信链路来响应于所述器械接合检测器检测到所述器械接合源。

6.根据权利要求5所述的手术机器人，其中，所述手术机器人包括发送器，所述发送器配置为通过所述短程无线通信链路将数据发送到所述手术器械，其中，所述控制器配置为通过将对数据的请求从所述发送器发送到所述手术器械来响应于所述器械接合检测器检测到所述器械接合源。

7.根据权利要求1或2所述的手术机器人，其中，所述器械接合源是磁体，并且所述器械接合检测器是霍尔传感器并且，所述磁体与所述机械臂接口上的所述霍尔传感器间隔开，使得所述磁体仅当通过位于所述磁体和所述霍尔传感器近侧的导磁耦合器耦合到所述霍尔传感器时能够被所述霍尔传感器检测。

8.根据权利要求1或2所述的手术机器人，其中，所述器械接合源是光源，并且所述器械接合检测器是光传感器。

9.根据权利要求8所述的手术机器人，其中，来自所述光源的光被引导远离所述光传感器，使得来自所述光源的光仅当被提供从所述光源到所述光传感器的光路的耦合器引导到所述光传感器上时能够被所述光传感器检测到。

10.根据权利要求1或2所述的手术机器人，其中，所述器械接合源和所述器械接合检测器共同为传感器阵列，所述传感器阵列配置为由位于所述传感器阵列近侧的金属阵列耦合器激活。

11.根据权利要求10所述的手术机器人，其中，所述传感器阵列包括多个传感器，并且所述传感器阵列配置为当所述多个传感器的预定模式被激活时被激活。

12.根据当基于权利要求11所述的手术机器人，其中，所述控制器配置为根据所述多个传感器的激活的预定模式来识别所述手术器械。

13.根据权利要求10所述的手术机器人，其中，所述传感器阵列是电容式传感器阵列和感应式传感器阵列中的一者。

14.根据权利要求6所述的手术机器人，还包括手术器械，所述手术器械包括器械接口。

15.根据权利要求14所述的手术机器人，其中，所述机械臂接口包括所述耦合器。

16.根据权利要求14所述的手术机器人，其中，所述器械接口包括所述耦合器。

17.根据权利要求14所述的手术机器人，还包括用于遮盖所述机械臂的手术帘，所述帘包括所述耦合器。

18.根据权利要求15所述的手术机器人，其中，所述耦合器配置为连接所述器械接合源与所述器械接合检测器之间的电路。

19.根据权利要求15所述的手术机器人，其中，所述器械接口包括器械发送器，所述器械发送器配置为通过所述短程无线通信链路发送数据。

20.根据权利要求19所述的手术机器人，其中，所述器械接口包括器械接收器，所述器械接收器配置为从所述机械臂接口接收数据请求，并且其中，所述器械发送器配置为通过将所请求的数据发送到所述手术机器人来响应来自所述机械臂接口的数据请求。

21.根据权利要求15所述的手术机器人，其中，所述耦合器位于能够相对于所述机械臂接口移动的可移动特征上，并且其中，所述器械接口包括突起，使得当所述器械接口和所述机械臂接口接合时，所述突起朝向所述机械臂接口推动所述可移动特征，从而使得所述耦合器将所述器械接合源耦合到所述器械接合检测器。

22.根据权利要求15所述的手术机器人，其中，所述耦合器是金属阵列。

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