CN113993669A - 估算机器人端部执行器的关节摩擦和跟踪误差 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于估算端部执行器的机器人腕关节中的关节摩擦的计算机化方法。在将机器人腕机械联接至致动器的传输装置中产生力或扭矩的传感器测量。通过将力或扭矩的所述传感器测量应用于封闭形式数学表达式来计算由所述致动器驱动的所述机器人腕关节中的关节摩擦，所述封闭形式数学表达式使传输力或传输扭矩变量与关节摩擦变量相关。还使用封闭形式数学表达式来计算所述端部执行器的跟踪误差，所述封闭形式数学表达式使所述关节摩擦变量与所述跟踪误差相关。本发明还描述并要求保护其他方面。

Description

估算机器人端部执行器的关节摩擦和跟踪误差

本专利申请要求提交于2019年6月7日的较早前申请日期的美国临时申请62/858,937的权益。

技术领域

公开了与机器人系统有关的实施方案。更具体地，公开了与外科机器人系统和用于估算外科机器人工具的端部执行器的关节摩擦和跟踪误差的技术有关的实施方案。

背景技术

内窥镜式外科手术涉及在患者体内查看并使用内窥镜和其他外科工具在体内执行外科手术。例如，腹腔镜式外科手术可使用腹腔镜来进入和观察腹腔。内窥镜式外科手术可使用手动工具和/或具有机器人辅助工具的外科机器人系统来执行。

外科机器人系统可由外科医生远程操作以控制位于手术台处的机器人辅助工具。外科医生可使用位于手术室中的计算机控制台，或者其可以位于不同的城市中，用以命令机器人操纵安装在手术台上的外科工具。机器人控制的外科工具可以是安装在机器人臂上的抓紧器。因此，外科机器人系统可以由外科医生远程控制以在机器人外科手术期间抓紧组织。

外科机器人系统的控制可能需要来自外科医生的控制输入。例如，外科医生可以在她的手中持有用户输入设备(UID)，诸如她操纵的操纵杆或计算机鼠标以生成用于控制命令的信号，该控制命令驱动致动器，从而控制外科机器人系统部件(例如机器人臂)和/或包括其附接到臂的端部执行器的外科工具的运动。

发明内容

在致动器处的命令位置x1(部分地由UID的当前状态或姿态生成)和端部执行器的受控位置(例如角度)x2之间可能存在跟踪误差，该端部执行器通过传输装置机械联接至致动器(以便由致动器驱动)。下文详细说明可如何基于i)传输装置的机械顺从性(或相同的刚度或弹性)的值，以及ii)可以抵抗端部执行器的命令运动的关节摩擦的值，来数学上估算(例如，由编程处理器计算)跟踪误差。

本公开的另一方面是一种用于基于对通过传输装置(该传输装置将机器人腕联接至其致动器)的力的测量(例如，索力测量，表示索中的张力)来估算(例如，计算)机器人腕关节中的关节摩擦或摩擦力的方法。然后可以使用估算的关节摩擦来估算端部执行器的跟踪误差。

在一个方面，需解决的问题是如何测定(例如，估算)关节摩擦的量，然后如何使用所估算的关节摩擦连同例如已知的(例如，假设的)工具顺从性或弹性来估算受控端部执行器的跟踪误差。这种问题的解决方案有助于外科机器人系统的设计者理解并根据需要来减小跟踪误差。这可由设计者选择适合的传输装置刚度值(例如，更大的索刚度)或寻求减小机器人腕中的摩擦扭矩的方式(例如，通过润滑或通过使用不同的材料)来实现。

上述发明内容不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以设想的是，本发明包括所有系统和方法，该系统和方法可由上文概述的各个方面的所有合适组合以及下文具体实施方式中公开并且在随本专利申请提交的权利要求书中特别指出的那些来实施。此类组合具有未在上述发明内容中具体叙述的特定优点。

附图说明

在各种实施方案中，参见附图进行描述。然而，某些实施方案可以在没有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下实施，或者可以与其他已知的方法和配置结合实施。本发明的实施方案因此以举例的方式而非限制的方式在图中示出，在图中类似的附图标号是指类似的元件。应当指出的是，在本公开中提到本发明的“一个”或“一种”实施方案或本公开的“一个”或“一”方面未必是同一实施方案或方面，并且它们是指至少一个。另外，为了简洁和减少附图的总数，可使用给定附图来示出本发明的多于一个实施方案的特征，并且对于给定实施方案可能并非需要附图中的所有元件。

图1是手术场所中的示例性外科机器人系统100的绘画视图。

图2示出了使用具有摩擦和顺从性的示例性简单机械系统的跟踪误差的概念。

图3A和图3B示出了示例性机器人端部执行器，它们包括分别处于闭合状态和打开状态的机器人腕处的一对钳口(用于俯仰自由度)。

图4示出了一对钳口及其机器人腕(用于俯仰自由度)的自由体受力图。

具体实施方式

在以下描述中，列出许多具体细节，诸如特定配置、尺寸和过程，以提供对实施方案的全面理解。在其他情况下，没有特别详细地描述众所周知的工艺和制造技术，以免不必要地模糊描述。本说明书通篇提及的“一个实施方案”、“实施方案”等意指所述的特定特征、结构、配置或特性包括在至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“一个实施方案”、“实施方案”等不一定是指同一实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，具体特征、结构、配置或特性可以任何合适的方式组合。

在整个说明书中使用相对术语可表示相对位置或方向。例如，“远侧”可指示远离参考点(例如，远离操作者)的第一方向。类似地，“近侧”可指示在与第一方向相反的第二方向上(例如，朝向操作者)的位置。然而，提供此类术语是为了建立相对参照系，并非旨在将装置的使用或取向限制为下文各种实施方案中所述的特定配置。

图1是手术场所中的示例性外科机器人系统100的绘画视图。机器人系统100包括用户控制台120、控制塔130以及外科机器人平台111(例如台、床等)处的一个或多个外科机器人臂112。系统100可结合用于对患者102执行外科手术的任何数量的装置、工具或附件。例如，系统100可包括用于执行外科手术的一个或多个外科工具104。外科工具104可包括附接到外科臂112的远侧端部的端部执行器，以用于执行外科规程。

每个外科工具104可在外科手术期间手动操纵、机器人操纵或两者。例如，外科工具104可以是用于进入、查看或操纵患者102的内部解剖结构的工具。在一个实施方案中，外科工具104为可抓紧患者102的组织的抓紧器。外科工具104可由床边操作者106手动控制；或者其可经由其所附接的外科机器人臂112的致动移动而由机器人控制。机器人臂112被示出为台上安装系统，但是在其他构型中，臂112可安装在手推车、天花板或侧壁中，或者安装在另一个合适的结构支撑件中。

一般来讲，远程操作者107(诸如外科医生或其他操作者)可使用用户控制台120远程操纵臂112和/或外科工具104，例如通过远程操作。用户控制台120可位于与系统100的其余部分相同的手术室中，如图1所示。然而，在其他环境中，用户控制台120可位于相邻或附近的房间中，或者其可位于远程位置，例如，在不同的建筑物、城市或国家中。用户控制台120可包括座椅122、脚动控件124、一个或多个手持式用户输入装置UID 126以及至少一个操作者显示器128，该操作者显示器被配置成显示例如患者102体内的手术部位的视图。在示例性用户控制台120中，远程操作者107坐在座椅122中并查看操作者显示器128，同时操纵脚动控件124和手持式UID126，以便远程控制臂112和外科工具104(该外科工具安装在臂112的远侧端部上)。脚动控制件124可以是脚踏板，例如七个踏板，它们在致动时生成运动控制信号。用户控制台120可以包括一个或多个附加输入装置诸如键盘或操纵杆来接收手动输入以控制用户控制台120或外科机器人系统100的操作。

在一些变型中，床边操作者106还可以“床上”模式操作系统100，其中床边操作者106现在位于患者102的一侧并且同时正在操纵机器人驱动的工具(其附接到臂112的端部执行器)，例如，用一只手握持手持式UID126和手动腹腔镜工具。例如，床边操作者的左手可操纵手持式UID 126以控制机器人部件，而床边操作者的右手可操纵手动腹腔镜工具。因此，在这些变型中，床边操作者106可对患者102执行机器人辅助微创手术和手动腹腔镜手术两者。

在示例性规程(外科手术)期间，以无菌方式对患者102进行准备并盖布并实施麻醉。使用已知技术可实现对患者解剖结构的初始触及，诸如通过在皮肤中形成切口。套管针和/或其他外科工具可通过患者的目视入口插入切口中。然后可以将套管针定位在手术部位处(患者体内)。在机器人系统100的臂处于收起构型或缩回构型(以便于触及手术部位)或操作者设定的停留姿态时，可手动地执行对手术部位的初始触及。一旦完成初始触及，就可以执行机器人系统的初始定位或准备，包括将臂112分别对接到它们的套管针，以及将工具(具有端部执行器)分别附接到臂112。接着，外科手术继续，其中用户控制台120处的远程操作者107利用脚动控制件124和UID 126来操纵各种端部执行器以及可能的成像系统，以执行外科手术。还可由身着无菌衣的床边人员(例如，床边操作者106)在手术床或手术台处提供手动辅助，该床边人员可对机器人臂112中的一个或多个机器人臂执行任务，诸如回缩组织、执行手动重新定位和工具更换。也可存在非无菌人员以在用户控制台120处辅助远程操作者107。当规程或外科手术完成时，系统100和/或用户控制台120可被配置或设置成处于便于术后规程(诸如清洁或消毒)以及保健记录经由用户控制台120输入或打印的状态。

在一个实施方案中，远程操作者107手持并移动UID 126，以提供输入命令，从而使机器人系统100中的机器人臂致动器114移动。UID 126可例如经由控制台计算机系统110通信地联接到机器人系统100的其余部分。UID 126可生成对应于UID 126的移动的空间状态信号，例如UID的手持式外壳的位置和取向，并且空间状态信号可以是控制机器人臂致动器114的运动的输入信号。机器人系统100可产生根据空间状态信号的控制信号来控制致动器114的成比例运动。在一个实施方案中，控制台计算机系统110的控制台处理器接收空间状态信号并生成对应的控制信号。基于控制致动器114如何通电以移动臂112的区段或连接件的这些控制信号，包括附接到臂的端部执行器的对应外科工具的移动可模拟UID 126的移动。类似地，远程操作者107与UID 126之间的交互可生成例如抓持控制信号，该抓持控制信号驱动臂112中的致动器，进而导致外科工具(其附接到臂112)的抓紧器的钳口闭合并抓持患者102的组织。

另选地，可以提供UID 126的感测运动以控制外科机器人系统100的其他方面。例如，通过手指离合器检测到的手势可以生成离合器信号以暂停致动器114和对应的外科工具104的运动。例如，当操作者用手指接触UID126的手指离合器时，手指离合器可以生成离合器信号，并且离合器信号可以是用于暂停致动器114的运动的输入信号。类似地，一个或多个电容感应垫可位于UID 126上，并且操作者可触摸电容感应垫以控制内窥镜的相机视图、用户控制台120的显示器上的光标等，同时执行诊断、手术、腹腔镜、或微创外科手术规程、或另一个机器人规程。

外科机器人系统100可包括若干UID 126，其中为控制相应臂112的致动器和外科工具(端部执行器)的每个UID生成相应的控制信号。例如，远程操作者107可移动第一UID126以控制位于左机器人臂中的致动器114的运动，其中致动器通过移动臂112中的连杆、齿轮等来响应。类似地，远程操作者107对第二UID 126的移动控制另一个致动器114的运动，这继而使机器人系统100的其他连杆、齿轮等移动。机器人系统100可包括固定到患者的右侧的床或台的右臂112，以及位于患者的左侧的左臂112。致动器114可包括一个或多个马达，例如容纳在臂中的包括在臂112上的工具驱动外壳内的马达。机械传输装置(部分地在臂112中，特别是在工具驱动外壳中，并且部分地在外科工具的外壳中)将致动器马达联接至端部执行器的关节。控制致动器马达，使得它们驱动端部执行器的关节的旋转以改变抓紧器(端部执行器的一部分)的取向。同一臂112中的若干致动器114的运动可由从特定UID126生成的空间状态信号控制。UID 126也可用于将手指挤压转化成抓紧器的钳口的对应运动。例如，UID 126可生成抓持信号以控制致动器(例如，线性致动器)的运动，该致动器打开或闭合抓紧器的钳口(其在外科工具的远侧端部处)以抓持患者102体内的组织。

在一些方面，平台111和用户控制台120之间的通信可通过控制塔130，该控制塔可将从用户控制台120(并且更具体地从控制台计算机系统110)接收的操作者命令转换成传输到机器人平台111上的臂112的机器人控制命令。控制塔130还可将状态和反馈从平台111传输回用户控制台120。可使用各种数据通信协议中的任何合适的数据通信协议经由有线和/或无线链路通信连接机器人平台111、用户控制台120和控制塔130。任何有线连接可任选地内置于手术室的地板和/或墙壁或天花板中。机器人系统100可向一个或多个显示器提供视频输出，该一个或多个显示器包括手术室内的显示器以及经由互联网或其他网络访问的远程显示器。还可加密视频输出或馈送以确保隐私，并且视频输出的全部或部分可保存到服务器或电子保健记录系统。

应当理解，图1的手术室场景是示例性的，未必能准确地代表某些医疗实践。

跟踪误差

现在参见图2，该图用于说明跟踪误差的概念。它描绘了一个示例性的简单系统，其中力F通过具有刚度k的索拉动质量m。质量与地面之间的摩擦是Ff，并且假设速度恒定(或质量m与F和Ff相比可忽略不计)。这得到结果F＝Ff。在命令位置(x1)和受控位置(x2)之间的跟踪误差为e＝x1-x2，其基本上等于索(弹簧)的伸长。因此，跟踪误差可以由e＝Ff/k给出(忽略质量的外力和惯性力)。这意味着可表明以下几点：误差与摩擦成比例；误差与刚度成反比；并且如果摩擦为零(Ff＝0)，或者刚度是无穷大的(索是刚性的)，则跟踪误差基本上为零e＝0，并且在不存在摩擦的情况下，外部负载(施加在m上)可以与摩擦起相同的作用。在这种情况下，为了减小跟踪误差，应致力于提高刚度k。

一些公式

为了执行控制任务(通过根据存储在诸如微电子存储器的计算机可读存储介质中的指令来配置或编程的微处理器)以控制端部执行器的移动，通常有益的是定义用于与这种移动相关的端部执行器的关节角度的一致坐标系。例如，考虑示例性端部执行器，其包括联接至抓紧器的两个钳口的机器人腕，如图3A和图3B所示，并且其更详细地描述于美国专利10,166,082中，该专利以引用方式并入本文。钳口围绕轴线410枢转，其中钳口角度(θ_jaw)可定义为在两个钳口401A和401B之间的角度，并且偏航角(θ_yaw)定义为在轴线452和平分钳口角度的线之间的角度。因此：

在图3B中的角度与这些新定义的角度之间的转换如下：

将这一新定义的坐标系称为外参关节角度。此外，可对皮带轮几何形状建立以下命名：

a)r₁₁是外皮带轮425A和外皮带轮425C的半径，索405A和索405C分别位于这两个皮带轮上；

b)r₁₂是内皮带轮425B和内皮带轮425D的半径，索405B和索405D分别位于这两个皮带轮上(r₁₁可能等于也可能不等于r₁₂)；

c)r₂₁是索405A所在的一侧的皮带轮415A的半径(参见皮带轮415A的中心和轴线412，如图3A所示)；

d)r₂₂是索405B所在的一侧的皮带轮415A的半径(参见皮带轮415A的中心和轴线412，如图3A所示)；

e)r₃₁是索405C所在的一侧的皮带轮415B的半径；和

f)r₃₂是索405D所在的一侧的皮带轮415B的半径。

虽然在上文示例中，设计是对称的，r₃₁＝r₂₁,r₃₂＝r₂₂并且r₂₁≠r₂₂(如图3A所示)，但在一些其他设计中，可能存在r₃₁＝r₂₁＝r₃₂＝r₂₂，以及r₁₁＝r₁₂。

下式使传输装置中的索张力或索力，Zeta,(ξ_[4×1])与关节扭矩，Tau,(τ_[3×1])相关

Tau_[3×1]＝B_[3×4]·Zeta_[4×1] (3)

其中方阵(B)具有以下形式

和(ξ₁,ξ₂,ξ₃,ξ₄)分别对应于在索405A、405B、405C和405D上的索张力。

在式(3)中，(τ_[3×1])是由索施加的虚拟关节扭矩的向量，其可能导致图3a和图3b所示的关节克服摩擦并且对抗外力(其可能存在于端部执行器上)移动。向量(τ_[3×1])具有三个分量：

τ_[3×1]＝[τ₁ τ₂ τ₃]^T (6)

其中(τ₁)是俯仰关节扭矩，并且(τ₂)和(τ₃)分别是钳口401A和钳口401B的关节扭矩。

使理想索位移(假设索无弹性)和钳口角度相关的运动学关系如下：

q_[4×1]＝[q₁ q₂ q₃ q₄]^T＝B^T·θ_[3×1] (7)

其中(q_[4×1])是含有索405A-405D的理想位移的四元素向量，并且(θ_[3×1])是在图3B中示出的角度向量：

θ_[3×1]＝[θ₁ θ₂ θ₃]^T (8)

在实际情况中，索具有弹性，实际索位移和理想索位移具有如下相关：

ξ_[4×1]＝k(x_[4×1]-B^T·θ_[3×1]) (9)

其中ξ_[4×1]是索张力，k是索的弹性常数，单位为N/m(假设所有索是相似的)，并且(x_[4×1]-B^T·θ_[3×1])是实际索位移x_[4×1]和理想索位移B^T·θ_[3×1]之间的差异。

作为摩擦力和刚度的函数的跟踪误差

从式(7)中，我们得到：

θ_[3×1]＝B^-T·q_[4×1] (10)

对每条索均使用胡克定律(hooks law)，索力与索两侧上的位移具有如下相关：

ξ_[4×1]＝k(x_[4×1]-q_[4×1]) (11)

其中k是索的弹性常数，单位为N/m，刚度的量度(假设所有索是相似的)。

利用公式(10)和(11)，我们得到：

θ_[3×1]＝B^-T·(x_[4×1]-k^-1ξ_[4×1]) (12)

此处θ_[3×1]是实际关节角度的向量。另一方面，由于x_[4×1]是近端处的索位移，B^{- T}x_[4×1]是我们认为使用近端测量获得的关节角度向量。在式(12)中的实际关节角度和这些角度(我们认为所获得的角度)之间的差异是关节角度误差，如下式：

θ_e[3×1]＝B^-T·x_[4×1]-θ_[3×1]＝k^-1B^-Tξ_[4×1] (13)

根据该公式显而易见的是，跟踪误差与刚度k成反比。

为了研究摩擦如何影响跟踪误差，需要使用下式将索力转换为关节扭矩：式(3)：

其中应注意BB^T是大小为3×3的非奇异方阵。此外，

是关节扭矩的向量-参见式(6)。

为了进行下一步，考虑存在抓持力但没有侧向负载的情况，但是这不影响该情况的更一般的适用性。本文考虑该情况仅仅是为了便于说明更广泛的概念。图4示出了两个钳口和近侧腕(用于俯仰自由度，DOF)的自由体受力图，其中∑F₁对∑F₄和∑τ₄是关节处的复合反应力和扭矩，τ_f1是俯仰关节处的摩擦，并且τ_f2和τ_f3分别是Jaw1和Jaw2的关节摩擦。此外，F_g是两个钳口之间的抓持力，并且τ_i是关节扭矩。最后，F_{ext_pitch}和F_{ext_yaw}是施加在钳口尖端处的外侧负载，并且假设其均匀分布在两个钳口上。

围绕俯仰轴线的近侧腕的运动公式如下：

其中τ_{ext_pitch}是由钳口上的外力引起的围绕俯仰轴线的外力旋量。

对于钳口，通常通过保持在钳口之间的物体施加外部负载。因此，假设每个钳口负担一半的负载。结果，我们得到：

在式(15-17)中，右手侧由惯性项、科里奥利力(Coriolis)项、离心力项和重力项构成。然而，当移动部件(腕和钳口)具有非常小的质量和惯性时，与摩擦和驱动扭矩相比，这些项可忽略不计。因此，可忽略公式(15-17)的右手侧。因此，我们将得到：

因此，我们发现关节转矩的向量为：

将该向量回向取代到式(14)中，我们得到：

利用式(2)，外参坐标系中的误差角度将为如下：

取代式(20)，我们得到：

为了消除摩擦和抓持力对跟踪误差的影响，圆括号中的项可进一步分解如下：

上式右手侧的第一项获得摩擦对外参关节角度误差的影响，并且显示跟踪误差与关节摩擦成线性比例。第二项和第三项获得抓持力和外部负载对跟踪误差的影响。

从式(4)和(2.b)中分别替换B和D，并且假设r₃₁＝r₂₁，以及r₃₂＝r₂₂，我们得到：

从式(24)中可得到几项观察结果。可以看出，由于摩擦引起的俯仰和偏航跟踪误差仅受τ_f1，和τ_f2+τ_f3的影响。另一方面，钳口DOF的跟踪误差仅受τ_f2-τ_f3的影响。如预期的，还观察到抓持力仅影响钳口DOF。然而，我们知道在施加抓持期间，钳口是闭合的。因此，实际测得的钳口角度应为零(或应该是接触点处的钳口闭合角)。式(20)的第二项表示的是当钳口闭合时，所读取到的额外的量(作为关节状态)。为了估算关节角度，需要从仅基于索位移和反向运动学得到的估算钳口角度中减去该值。此外，可以考虑施加抓持力的情况的近似/简化。在这种情况下，由于钳口在相同方向上并以相同速度移动，并且钳口销上的力非常相似，因此关节摩擦值也将相似。因此，在这种特殊情况下可以假设

另外，从式(24)右手侧的第三项观察到τ_{ext_pitch}和τ_{ext_yaw}对跟踪误差的影响非常类似于τ_f1和τ_f2+τ_f3。基本上起到在装置的远侧端部上提供阻力的类似作用。在不知道外部负载的量值、并且没有任何远侧传感器的情况下，它们基本上与关节摩擦无法区分。

如在式(24)中所见，需要关节摩擦值(例如，在俯仰关节处为摩擦扭矩的Tauf1，以及分别是Jaw1和Jaw2的关节摩擦的Tauf2和Tauf3)来计算端部执行器的跟踪误差。关节中的摩擦与关节销上的法向力成比例。这些力可随着钳口上的抓持力或外部负载的量值而改变，从而改变摩擦的量。在下文中，探寻摩擦力/扭矩与索力之间的关系，其中可使用传感器来测量索力。

如式(6)所定义，可以使用式(3)来表达驱动扭矩，其作为索力的函数：

求解式(25)以消除驱动扭矩，并且假设r21＝r31且r22＝r32，我们得到：

如上所述，在钳口抓持物体并一起移动的情况下，得出

利用式(26)中的第三个公式，得到可用于估算抓持力的公式：

只要索力测量(通过在传输装置中产生力的传感器测量，将机器人腕机械联接至其致动器)是可用的，就可以由式(26)来计算关节摩擦扭矩，该式是一个封闭形式数学表达式，其使传输力或扭矩变量Zeta1、Zeta2、Zeta3、Zeta4与端部执行器的关节的关节摩擦变量Tauf1、Tauf2、Tauf3相关。然后可将如此计算的关节摩擦值回向替换到式(24)中，该式是一个封闭形式数学表达式，其使关节摩擦变量与跟踪误差相关，例如用于计算端部执行器的估算跟踪误差

设计者然后可以测定合适的索刚度(k)值，或者可以决定减小摩擦扭矩(例如，通过润滑、或使用不同的材料)，作为减小跟踪误差的方式。

虽然已经在上文附图中描述并示出了某些方面，但应当理解，此类描述仅仅是对本发明的说明而非限制，并且本发明不限于所示和所述的特定构造和布置，因为本领域的普通技术人员可以想到各种其他修改。例如，虽然上文描述说明了使用一对腕式枢转钳口来估算关节摩擦、尤其是与控制外科机器人腕的钳口角度和俯仰与偏航相关联的关节摩擦的方法，但是该方法也适用于估算其他类型的外科机器人端部执行器(例如，针式驱动器)中的关节摩擦。因此，本说明书应被视为例示性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种用于估算端部执行器的机器人腕关节中的关节摩擦的计算机化方法，所述方法包括：

a. 在将机器人腕机械地联接至致动器的传输装置中产生力或扭矩的传感器测量；以及

b. 计算由所述致动器驱动的所述机器人腕关节中的关节摩擦，其中所述关节摩擦通过将力或扭矩的所述传感器测量应用于封闭形式数学表达式来计算，所述封闭形式数学表达式使传输力或传输扭矩变量与关节摩擦变量相关。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

a. 使用封闭形式数学表达式来计算所述端部执行器的跟踪误差，所述封闭形式数学表达式使所述关节摩擦变量与所述跟踪误差相关。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述传感器测量为索力测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述索力测量是对多条索的力或张力的测量，所述多条索是将所述机器人腕机械地联接至所述致动器的所述传输装置的一部分。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述封闭形式数学表达式使多个索张力变量与多个关节摩擦扭矩变量相关，其中所述多个关节摩擦扭矩变量表示在所述端部执行器的多个关节处的摩擦。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述端部执行器包括一对枢转钳口，所述一对枢转钳口在它们之间具有钳口角度并且机械地联接至所述腕以由所述致动器驱动，并且所述跟踪误差是指所述钳口角度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述关节摩擦变量表示在所述腕关节处的摩擦。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器测量为索力测量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述索力测量是对多条索的力或张力的测量，所述多条索是将所述机器人腕机械地联接至所述致动器的所述传输装置的一部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述封闭形式数学表达式使多个索张力变量与多个关节摩擦扭矩变量相关，其中所述多个关节摩擦扭矩变量表示在所述端部执行器的多个关节处的摩擦。

11.一种包括计算机可读存储介质的制品，所述计算机可读存储介质具有存储在其中的指令，所述指令配置处理器以估算作为外科工具的一部分的端部执行器的机器人腕关节中的关节摩擦，所述方法包括：

a. 在传输装置中产生力或扭矩的传感器测量，其中所述传输装置将机器人腕机械地联接至致动器，使得所述致动器能够驱动所述机器人腕关节；以及

b. 通过将力或扭矩的所述传感器测量应用于封闭形式数学表达式来计算所述机器人腕关节中的关节摩擦，所述封闭形式数学表达式使传输力或传输扭矩变量与关节摩擦变量相关。

12.根据权利要求11所述的制品，其中所述计算机可读存储介质具有存储在其中的另外的指令，所述另外的指令配置所述处理器以使用封闭形式数学表达式来计算所述端部执行器的跟踪误差，所述封闭形式数学表达式使所述关节摩擦变量与所述跟踪误差相关。

13.根据权利要求12所述的制品，其中所述传感器测量为索力测量。

14.根据权利要求13所述的制品，其中所述索力测量是对多条索的力或张力的测量，所述多条索是将所述机器人腕机械地联接至所述致动器的所述传输装置的一部分。

15.根据权利要求14所述的制品，其中所述封闭形式数学表达式使多个索张力变量与多个关节摩擦扭矩变量相关，其中所述多个关节摩擦扭矩变量表示在所述端部执行器的多个关节处的摩擦。

16.根据权利要求12所述的制品，其中所述端部执行器包括一对枢转钳口，所述一对枢转钳口在它们之间具有钳口角度并且机械地联接至所述机器人腕以由所述致动器驱动，并且所述跟踪误差是指所述钳口角度。

17.根据权利要求16所述的制品，其中所述关节摩擦变量表示在所述机器人腕关节处的摩擦。

18.根据权利要求11所述的制品，其中所述传感器测量为索力测量。

19.根据权利要求18所述的制品，其中所述索力测量是对多条索的力或张力的测量，所述多条索是将所述机器人腕机械地联接至所述致动器的所述传输装置的一部分。

20.根据权利要求19所述的制品，其中所述封闭形式数学表达式使多个索张力变量与多个关节摩擦扭矩变量相关，其中所述多个关节摩擦扭矩变量表示在所述端部执行器的多个关节处的摩擦。

Images