CN114072090A - 具有安全和协同感测控制的机器人外科系统 - Google Patents

具有安全和协同感测控制的机器人外科系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114072090A
CN114072090A CN202080046669.8A CN202080046669A CN114072090A CN 114072090 A CN114072090 A CN 114072090A CN 202080046669 A CN202080046669 A CN 202080046669A CN 114072090 A CN114072090 A CN 114072090A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
robotic
control circuit
robotic arm
end effector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080046669.8A
Other languages
English (en)
Inventor
F·E·谢尔顿四世
J·L·哈里斯
C·E·埃克特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cilag GmbH International
Original Assignee
Cilag GmbH International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US16/454,707 external-priority patent/US11547468B2/en
Priority claimed from US16/454,726 external-priority patent/US11399906B2/en
Application filed by Cilag GmbH International filed Critical Cilag GmbH International
Publication of CN114072090A publication Critical patent/CN114072090A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B17/07207—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously the staples being applied sequentially
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/11—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis
    • A61B17/1114—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis of the digestive tract, e.g. bowels or oesophagus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/11—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis
    • A61B17/115—Staplers for performing anastomosis in a single operation
    • A61B17/1155—Circular staplers comprising a plurality of staples
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B17/295—Forceps for use in minimally invasive surgery combined with cutting implements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B17/320092—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A61B18/1445—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps at the distal end of a shaft, e.g. forceps or scissors at the end of a rigid rod
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/1815—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using microwaves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/25—User interfaces for surgical systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Master-slave robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/90—Identification means for patients or instruments, e.g. tags
    • A61B90/98—Identification means for patients or instruments, e.g. tags using electromagnetic means, e.g. transponders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/085—Force or torque sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689—Teleoperation
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/67—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for remote operation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/147—Structural association of two or more printed circuits at least one of the printed circuits being bent or folded, e.g. by using a flexible printed circuit
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00026—Conductivity or impedance, e.g. of tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00039—Electric or electromagnetic phenomena other than conductivity, e.g. capacity, inductivity, Hall effect
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00057—Light
    • A61B2017/00061—Light spectrum
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022—Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00084—Temperature
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00115—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00115—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output
    • A61B2017/00119—Electrical control of surgical instruments with audible or visual output alarm; indicating an abnormal situation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00199—Electrical control of surgical instruments with a console, e.g. a control panel with a display
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00221—Electrical control of surgical instruments with wireless transmission of data, e.g. by infrared radiation or radiowaves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017—Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00225—Systems for controlling multiple different instruments, e.g. microsurgical systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A61B2017/00398—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like using powered actuators, e.g. stepper motors, solenoids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0046—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with a releasable handle; with handle and operating part separable
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/0046—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with a releasable handle; with handle and operating part separable
    • A61B2017/00473—Distal part, e.g. tip or head
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
    • A61B2017/00725—Calibration or performance testing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00681—Aspects not otherwise provided for
    • A61B2017/00734—Aspects not otherwise provided for battery operated
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B2017/07214—Stapler heads
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B2017/07214—Stapler heads
    • A61B2017/07257—Stapler heads characterised by its anvil
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B2017/07214—Stapler heads
    • A61B2017/07271—Stapler heads characterised by its cartridge
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B2017/07214—Stapler heads
    • A61B2017/07278—Stapler heads characterised by its sled or its staple holder
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/068—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
    • A61B17/072—Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B2017/07214—Stapler heads
    • A61B2017/07285—Stapler heads characterised by its cutter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/32007—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with suction or vacuum means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/320072—Working tips with special features, e.g. extending parts
    • A61B2017/320074—Working tips with special features, e.g. extending parts blade
    • A61B2017/320075—Working tips with special features, e.g. extending parts blade single edge blade, e.g. for cutting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/320072—Working tips with special features, e.g. extending parts
    • A61B2017/320078—Tissue manipulating surface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B2017/320084—Irrigation sleeves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B17/320092—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw
    • A61B2017/320094—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw additional movable means performing clamping operation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/32—Surgical cutting instruments
    • A61B17/320068—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A61B17/320092—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw
    • A61B2017/320095—Surgical cutting instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic with additional movable means for clamping or cutting tissue, e.g. with a pivoting jaw with sealing or cauterizing means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00053—Mechanical features of the instrument of device
    • A61B2018/00172—Connectors and adapters therefor
    • A61B2018/00178—Electrical connectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00601—Cutting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/00607—Coagulation and cutting with the same instrument
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00571—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body for achieving a particular surgical effect
    • A61B2018/0063—Sealing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00642—Sensing and controlling the application of energy with feedback, i.e. closed loop control
    • A61B2018/00648—Sensing and controlling the application of energy with feedback, i.e. closed loop control using more than one sensed parameter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00666—Sensing and controlling the application of energy using a threshold value
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00791—Temperature
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00827—Current
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00773—Sensed parameters
    • A61B2018/00875—Resistance or impedance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00898—Alarms or notifications created in response to an abnormal condition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00982—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body combined with or comprising means for visual or photographic inspections inside the body, e.g. endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00988—Means for storing information, e.g. calibration constants, or for preventing excessive use, e.g. usage, service life counter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00994—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body combining two or more different kinds of non-mechanical energy or combining one or more non-mechanical energies with ultrasound
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1226—Generators therefor powered by a battery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1246—Generators therefor characterised by the output polarity
    • A61B2018/1253—Generators therefor characterised by the output polarity monopolar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1246—Generators therefor characterised by the output polarity
    • A61B2018/126—Generators therefor characterised by the output polarity bipolar
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/1206—Generators therefor
    • A61B2018/1293—Generators therefor having means to prevent interference
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/04—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating
    • A61B18/12—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by heating by passing a current through the tissue to be heated, e.g. high-frequency current
    • A61B18/14—Probes or electrodes therefor
    • A61B18/1442—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps
    • A61B2018/1452—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps including means for cutting
    • A61B2018/1455—Probes having pivoting end effectors, e.g. forceps including means for cutting having a moving blade for cutting tissue grasped by the jaws
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/1815—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using microwaves
    • A61B2018/1823—Generators therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2059—Mechanical position encoders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072—Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
    • A61B2090/031—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety torque limiting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/065—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring contact or contact pressure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/066—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring torque
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0801—Prevention of accidental cutting or pricking
    • A61B2090/08021—Prevention of accidental cutting or pricking of the patient or his organs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/08—Accessories or related features not otherwise provided for
    • A61B2090/0818—Redundant systems, e.g. using two independent measuring systems and comparing the signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3937—Visible markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2217/00—General characteristics of surgical instruments
    • A61B2217/002—Auxiliary appliance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2217/00—General characteristics of surgical instruments
    • A61B2217/002—Auxiliary appliance
    • A61B2217/005—Auxiliary appliance with suction drainage system
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2217/00—General characteristics of surgical instruments
    • A61B2217/002—Auxiliary appliance
    • A61B2217/007—Auxiliary appliance with irrigation system
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2218/00—Details of surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2218/001—Details of surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body having means for irrigation and/or aspiration of substances to and/or from the surgical site
    • A61B2218/002—Irrigation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2218/00—Details of surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2218/001—Details of surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body having means for irrigation and/or aspiration of substances to and/or from the surgical site
    • A61B2218/007—Aspiration
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2218/00—Details of surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2218/001—Details of surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body having means for irrigation and/or aspiration of substances to and/or from the surgical site
    • A61B2218/007—Aspiration
    • A61B2218/008—Aspiration for smoke evacuation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0261—Strain gauges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B46/00—Surgical drapes
    • A61B46/10—Surgical drapes specially adapted for instruments, e.g. microscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/30—Devices for illuminating a surgical field, the devices having an interrelation with other surgical devices or with a surgical procedure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/90—Identification means for patients or instruments, e.g. tags
    • A61B90/94—Identification means for patients or instruments, e.g. tags coded with symbols, e.g. text
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/04—Assemblies of printed circuits
    • H05K2201/047—Box-like arrangements of PCBs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/20—Details of printed circuits not provided for in H05K2201/01 - H05K2201/10
    • H05K2201/2018—Presence of a frame in a printed circuit or printed circuit assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/36—Assembling printed circuits with other printed circuits
    • H05K3/366—Assembling printed circuits with other printed circuits substantially perpendicularly to each other

Abstract

本发明公开了一种用于控制机器人端部执行器的系统。该系统包括机械臂、外科工具，该外科工具包括具有能够进行关节运动的臂和夹持钳口的端部执行器。工具驱动器联接到外科工具，并且马达联接到工具驱动器并且被构造成能够驱动外科工具。传感器被配置成能够感测施加到端部执行器的外力。中央控制电路被配置成能够控制工具驱动器。中央控制电路被配置成能够从传感器接收感测的参数，从马达接收感测的马达电流(I)，以及基于感测参数和马达电流(I)控制工具驱动器。

Description

具有安全和协同感测控制的机器人外科系统
背景技术
本公开涉及机器人外科系统。机器人外科系统可包括中央控制单元、外科医生的命令控制台以及具有一个或多个机械臂的机器人。机器人外科工具可以可释放地安装到机械臂上。机器人外科工具的数量和类型可以取决于外科规程的类型。机器人外科系统可以在外科规程期间与一个或多个显示器和/或一个或多个手持式外科器械结合使用。
附图说明
各个方面的特征在所附权利要求书中进行了特别描述。然而，通过参考以下结合如下附图所作的说明可最好地理解各个方面(有关手术组织和方法)及其进一步的目的和优点。
图1是根据本公开的至少一个方面的由计算机实现的交互式外科系统的框图。
图2是根据本公开的至少一个方面的用于在手术室中执行外科规程的外科系统。
图3是根据本公开的至少一个方面的与可视化系统、机器人系统和智能器械配对的外科集线器。
图4是根据本公开的至少一个方面的机器人外科系统的示意图。
图4A示出了根据本公开的一个方面的机械臂的另一示例和可释放地联接到机械臂的工具组件的另一示例。
图5是根据本公开的至少一个方面的图4的机器人外科系统的控制部件的框图。
图6是根据本公开的至少一个方面的在外科规程过程期间的机器人外科系统的示意图，该机器人外科系统包括多个集线器和交互式辅助显示器。
图7是根据本公开的至少一个方面的图6的交互式辅助显示器的详细视图。
图8示出了根据本公开的至少一个方面的包括模块化通信集线器的外科数据网络，该模块化通信集线器被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到云。
图9是根据本公开的至少一个方面的计算机实现的交互式外科系统。
图10示出了根据本公开的至少一个方面的包括耦接到模块化控制塔的多个模块的外科集线器。
图11示出了根据本公开的至少一个方面的通用串行总线(USB)网络集线器装置的一个方面。
图12示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械或工具的控制系统的逻辑图。
图13示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的控制电路。
图14示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的组合逻辑电路。
图15示出了根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路。
图16示出了根据本公开的至少一个方面的包括多个马达的外科器械或工具，该多个马达可被激活以执行各种功能。
图17是根据本公开的至少一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械的示意图。
图18示出了根据本公开的至少一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械的框图。
图19是根据本公开的至少一个方面的被配置成能够控制各个功能的外科器械的示意图。
图20是根据本公开的至少一个方面的被配置成能够提供无电感器调谐以及其他益处的发生器的简化框图。
图21示出了根据本公开的至少一个方面的发生器的示例(其为图20的发生器的一种形式)。
图22为根据本公开的一个方面的机器人外科系统的示意图。
图23是根据本公开的至少一个方面的在机器人外科系统中实施的用于基于马达电流(I)和外部感测参数来控制机器人外科工具的算法的图形图示。
图24示出了根据本公开的至少一个方面的在低侧向张力下抓持组织的马达驱动的电动机器人外科工具的远侧部分。
图25示出了根据本公开的至少一个方面的在高向下张力下抓持组织的马达驱动的电动机器人外科工具的远侧部分。
图26是根据本公开的至少一个方面的在机器人外科系统中实施的算法的图形图示，该算法用于监测马达组内的一个马达的控制电路的参数，以影响马达组内的相邻马达控制电路的控制。
图27示出了根据本公开的至少一个方面的被定位在附接到机械臂的线性滑动件上的马达驱动的电动机器人外科工具。
图28示出了根据本公开的至少一个方面的处于第一位置A的第一机械臂。
图29示出了根据本公开的至少一个方面的处于第二位置B的第二机械臂。
图30示出了根据本公开的至少一个方面的位于机械臂的基座或手术室(OR)台处的力板的一个方面，以测量x、y、z轴上的反作用矢量负载。
图31是根据本公开的至少一个方面的在机器人外科系统中实施的用于将机器人基座的反作用矢量负载与机械臂的x、y、z轴马达负载进行比较的算法的图形图示。
图32是描绘根据本公开的至少一个方面的用于基于感测的施加到端部执行器的外部作用力的参数来控制机器人端部执行器致动马达的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图33是描绘根据本公开的至少一个方面的用于监测一个马达组控制电路以调节相邻马达控制电路的速率、电流或扭矩的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图34是描绘控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图，所述控制程序或逻辑配置用于感测由机器人外科工具旋转马达或线性滑动件施加的力，以及基于该外部施加的扭矩连同由机器人外科工具致动马达产生的夹紧力来控制钳口到钳口的控制力。
图35示出了根据本公开的至少一个方面的用于利用视觉系统跟踪确认端部执行器运动学状态的机器人外科系统和方法。
图36示出了根据本公开的至少一个方面的用于利用视觉系统跟踪确认端部执行器运动学状态的机器人外科系统和方法。
图37示出了根据本公开的至少一个方面的用于检测固定轴的远侧端部的位置和到预期位置的直线行进路径的机器人外科系统和方法。
图38示出了根据本公开的至少一个方面的用于机器人外科系统的跟踪系统，该跟踪系统基于当端部执行器的远侧端部从第一位置行进到第二位置时的速度来限定端部执行器的远侧端部的多个行进路径。
图39是根据本公开的至少一个方面的用于检测图38中描绘的跟踪系统中的错误以及端部执行器的远侧端部的速度的对应变化的算法的图形图示。
图40示出了根据本公开的至少一个方面的用于验证局部控制电路的输出以及发射控制信号的系统。
图41是描绘根据本公开的至少一个方面的无线初级和次级验证反馈系统的控制程序或逻辑配置的过程的流程图。
图42是根据本公开的至少一个方面的用于比较马达控制信号、安全验证信号和马达电流的算法的图形图示。
图43是描绘根据本公开的至少一个方面的由于通信丢失导致的马达控制器关闭而引起的马达控制器重启过程的控制程序或逻辑配置的过程的流程图。
图44是描绘根据本公开的至少一个方面的用于由于命令或验证信号丢失而控制马达控制器的控制程序或逻辑配置的过程的流程图。
图45是描绘根据本公开的至少一个方面的利用多个独立感测系统的机器人外科系统的流程图。
图46是根据本公开的至少一个方面的用于控制初级机械臂以及检测和验证次级机械臂的机器人外科系统。
图47是根据本公开的至少一个方面的图46中描绘的系统的详细视图。
图48示出了根据本公开的至少一个方面的用于机器人外科系统的定位和取向系统，该定位和取向系统包括端部执行器到端部执行器的定位和取向。
图49是根据本公开的至少一个方面的图48中描绘的端部执行器到端部执行器定位和取向系统的透视图。
图50示出了根据本公开的至少一个方面的具有定位和取向的全局和局部控制的图48和图49中描绘的第二机械臂中的一个第二机械臂。
图51示出了根据本公开的至少一个方面的具有轴的机电机器人外科工具，该轴具有远侧端部和在患者组织附近安装到轴的端部执行器。
图52示出了根据本公开的至少一个方面的组织附近的端部执行器。
图53是根据本公开的至少一个方面的作为时间的函数的钳口温度和钳口与周围组织的接近度的图形图示。
图54是根据本公开的至少一个方面的包括嵌入其中的RF电极和数据传感器的柔性电路67600的一个方面的横剖视图。
图55示出了根据本公开的至少一个方面的具有钳口构件、柔性电路和设置在每个柔性电路上的分段电极的端部执行器。
图56是根据本公开的至少一个方面的端部执行器的横剖视图，该端部执行器包括可旋转钳口构件、柔性电路和相对于钳口构件沿竖直取向定位的超声刀，其中组织位于钳口构件和超声刀之间。
图57A示出了根据本公开的至少一个方面的具有下钳口或超声刀以及上钳口或夹持构件的端部执行器，所述下钳口或超声刀和上钳口或夹持构件被构造成能够将组织夹持在其间。
图57B示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器以及因此刀片被提升，如箭头示意性地示出的(箭头中的一个箭头被标记)，并且组织被切割，使得组织的一部分与端部执行器分离。
图58示出了根据本公开的至少一个方面的表示阻抗值的轨迹曲线和表示端部执行器的刀片对于不同类型组织的提升速度的对应曲线的曲线图的两个示例。
图59示出了根据本公开的至少一个方面的机器人外科系统的端部执行器。
图60示出了根据本公开的至少一个方面的邻近端部执行器的实施方案耦接的传感器组件，该端部执行器包括切割机器人外科工具(例如，组织钻孔机器人外科工具)。
图61A示出了根据本公开的至少一个方面的切割机器人外科工具的远侧端部，该切割机器人外科工具的远侧端部不与组织接触并且因此组织不对切割机器人外科工具的远侧端部施加力。
图61B示出了根据本公开的至少一个方面的切割机器人外科工具的与组织接触的远侧端部，并且组织对切割机器人外科工具的远侧端部施加力。
图61C示出了根据本公开的至少一个方面的切割机器人外科工具的延伸穿过组织并且不再与组织接触的远侧端部。
图62示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器，该端部执行器被提升或成角度以使由组织施加在超声刀上的力增大，从而在端部执行器沿切割组织的方向推进时帮助切割组织。
图63示出了根据本公开的至少一个方面的联接到第一机械臂的第一机器人外科工具组件的第一端部执行器和联接到第二机械臂的第二机器人外科工具组件的第二端部执行器。
图64示出了根据本公开的至少一个方面的躺在手术室台上的患者，其中机器人控制的圆形缝合器插入患者的直肠残端中。
图65示出了根据本公开的至少一个方面的相对于硬解剖参考的限制性机器人外科工具引起的组织加载。
图66示出了以与箭头指示的正确插入方向成一定角度不正确地插入的机器人外科工具。
图67示出了在箭头指示的方向上正确插入的机器人外科工具。
图68是根据本公开的至少一个方面的作为时间t的函数的手术室台上的测量的扭矩和机器人外科工具定位和取向的图形图示。
图69A示出了根据本公开的至少一个方面的保持砧座轴并在结肠上施加第一组织张力Fg1的抓紧器装置。
图69B示出了根据本公开的至少一个方面的图69A中所示的抓紧器装置，其中砧座轴延伸到圆形缝合器的轴中，圆形缝合器已经进一步延伸到结肠和直肠残端中。
图69C示出了根据本公开的至少一个方面的图69B所示的抓紧器装置，其中砧座轴被释放并且结肠上的组织张力Fg3被降低。
图69D示出了根据本公开的至少一个方面的图69C所示的抓紧器装置，其中砧座轴被释放并且结肠上的组织张力Fg4在可接受的范围内。
图70是根据本公开的至少一个方面的控制内部结肠抓紧器装置和圆形缝合器的轴两者的机械臂以实现可接受的组织张力的图形图示。
图71是根据本公开的至少一个方面的机器人圆形缝合器闭合系统的砧座轴速率和负载控制的图形图示。
图72是根据本公开的至少一个方面的将组织抓持在砧座和钉仓之间的外科缝合器的砧座夹持控制系统以及砧座上的力F砧座的示意图。
图73是根据本公开的至少一个方面的将组织抓持在砧座和钉仓之间的图72中描绘的外科缝合器的组织切割构件控制系统以及在切割组织时刀上的力F刀的示意图。
图74是根据本公开的至少一个方面的砧座马达的示意图。
图75是根据本公开的至少一个方面的刀马达的示意图。
图76是根据本公开的至少一个方面的用于拮抗或协同控制如图72-75所示的砧座夹持控制系统和组织切割构件控制系统的算法的图形图示。
图77是描绘根据本公开的至少一个方面的用于相对于第二机械臂控制第一机械臂的控制程序或逻辑配置的过程的流程图。
图78是描述根据本公开的至少一个方面的控制程序或逻辑配置的过程的流程图，所述控制程序或逻辑配置用于基于从联接到第二外科工具的第二机械臂的控制参数的马达应用所产生的端部执行器的运动的冗余计算来验证联接到第一机械臂的第一外科工具的端部执行器钳口的位置或速度。
图79是示出根据本公开的至少一个方面的基于在控制圆形缝合器的机器人外科工具驱动器内测量的另一参数，对控制圆形缝合器机器人外科工具的机器人外科工具驱动器的至少一个操作参数进行控制的控制程序或逻辑配置的过程的流程图。
图80是根据本公开的至少一个方面的具有连接安装凸缘和马达凸缘的主体的扭矩换能器。
图81是示出根据本公开的至少一个方面的控制器械驱动单元的方法的流程图。
图82是根据本公开的至少一个方面的机器人外科组件的器械驱动单元保持器的前透视图，其中器械驱动单元和外科器械联接到该保持器。
图83A是根据本公开的至少一个方面的图82的器械驱动单元的马达组的侧透视图，其中集成电路处于第二配置并且与马达组件分离。
图83B是根据本公开的至少一个方面的图82的器械驱动单元的马达组的侧透视图，其中集成电路处于第二配置并且与马达组件分离。
图84是根据本公开的至少一个方面的通过确定机器人外科工具驱动器和机械臂/系统内的扭矩来限制患者上的组合功能负载的图形图示。
图85是根据本公开的至少一个方面的通过确定机器人外科工具驱动器和机械臂/系统内的扭矩来限制患者上的组合功能负载的系统和方法的流程图。
图86示出了根据本公开的至少一个方面的马达组。
图87是根据本公开的至少一个方面的用于监测与马达的操作相关联的外部参数的温度控制算法的图形图示。
图88是根据本公开的至少一个方面的作为时间t的函数的马达的磁场强度(B)的图形图示。
图89是根据本公开的至少一个方面的作为时间t的函数的马达温度的图形图示。
图90是根据本公开的至少一个方面的作为马达温度(T)的函数的磁场强度(B)的图形图示。
图91示出了根据本公开的至少一个方面的包括第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板的挠曲线轴组件。
图92是根据本公开的至少一个方面的图91所示的挠曲线轴组件的详细视图。
图93示出了根据本公开的至少一个方面的具有多个腔导线控制特征部以在旋转期间保持线束的取向和顺序的内部接收器。
图94示出了根据本公开的至少一个方面的线束。
图95示出了根据本公开的至少一个方面的位于马达组本地的半自主马达控制器。
图96是根据本公开的至少一个方面的图95中描绘的弹簧加载柱塞的详细视图。
图97示出了根据本公开的至少一个方面的用于在外科机器人和包括多个马达的马达组之间传输电力的无线电力系统。
图98是根据本公开的至少一个方面的用于在图97中描绘的机器人和马达组之间传输电力的无线电力系统的图示。
图99是根据本公开的至少一个方面的信息传输系统的框图。
图100总体上描绘了根据本公开的至少一个方面的用于向医疗装置提供电力的系统。
图101示出了根据本公开的至少一个方面的外科器械。
图102示出了根据本公开的至少一个方面的包括用于发射控制信号的控制电路的电接口。
图103示意性地示出了根据本公开的至少一个方面的电外科系统，其包括耦合在微波发生器组件和微波能量递送装置之间的电场电容耦合器模块。
图104示出了根据本公开的至少一个方面的细长连杆或滑轨，其包括多向运动机构，该多向运动机构被构造成能够沿着细长连杆或滑轨的纵向轴线轴向移动外科器械，以及围绕其纵向轴线旋转外科器械。
图105A和图105B示出了根据本公开的至少一个方面的多向运动机构的第一马达“M1”和第二马达“M2”，该多向运动机构被致动以沿逆时针方向旋转左旋导向螺钉和右旋导向螺钉两者，从而导致嵌齿轮和所附接的外科器械沿着图105B中箭头“C”指示的顺时针方向旋转。
图106示出了根据本公开的至少一个方面的能够连接到接口面板或托架的机器人外科组件，所述接口面板或托架可滑动地安装到导轨上。
图107示出了根据本公开的至少一个方面的外科组件的外科器械保持器，该外科器械保持器用于致动器械驱动单元的主体的旋转以及支撑外科器械的外壳。
图108示出了根据本公开的至少一个方面的图107所示的外科组件的外科器械保持器，所述外科器械保持器用于致动器械驱动单元的主体的旋转以及支撑外科器械的外壳。
图109示出了根据本公开的至少一个方面的器械驱动单元。
图110是描绘根据本公开的至少一个方面的用于控制机械臂的控制程序或逻辑配置的过程的流程图。
具体实施方式
本申请的申请人拥有与本申请同日提交的以下美国专利申请，这些专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·标题为“METHOD OF USING A SURGICAL MODULAR ROBOTIC ASSEMBLY”的代理人案卷号END9105USNP1/190145-1M；
·标题为“SURGICAL SYSTEMS WITH INTERCHANGEABLE MOTOR PACKS”的代理人案卷号END9106USNP1/190146-1；
·标题为“COOPERATIVE ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS”的代理人案卷号END9107USNP1/190147-1；
·标题为“HEAT EXCHANGE SYSTEMS FOR ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS”的代理人案卷号END9108USNP1/190148-1；
·标题为“DETERMINING ROBOTIC SURGICAL ASSEMBLY COUPLING STATUS”的代理人案卷号END9108USNP2/190148-2；·标题为“ROBOTIC SURGICAL ASSEMBLY COUPLINGSAFETY MECHANISMS”的代理人案卷号END9108USNP3/190148-3；
·标题为“ROBOTIC SURGICAL SYSTEM WITH SAFETY AND COOPERATIVE SENSINGCONTROL”的代理人案卷号END9109USNP1/190149-1；
·标题为“ROBOTIC SURGICAL SYSTEM FOR CONTROLLING CLOSE OPERATION OFEND-EFFECTORS”的代理人案卷号END9109USNP2/190149-2；
·标题为“ROBOTIC SURGICAL SYSTEM WITH LOCAL SENSING OF FUNCTIONALPARAMETERS BASED ON MEASUREMENTS OF MULTIPLE PHYSICAL INPUTS”的代理人案卷号END9109USNP3/190149-3；
·标题为“COOPERATIVE OPERATION OF ROBOTIC ARMS”的代理人案卷号END9110USNP1/190150-1；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT DRIVE SYSTEMS”的代理人案卷号END9111USNP1/190151-1；
·标题为“SURGICAL INSTRUMENT DRIVE SYSTEMS WITH CABLE-TIGHTENINGSYSTEM”的代理人案卷号END9111USNP2/190151-2；
·标题为“VISUALIZATION SYSTEM WITH AUTOMATIC CONTAMINATION DETECTIONAND CLEANING CONTROLS”的代理人案卷号END9112USNP1/190158-1；以及
·标题为“MULTI-ACCESS PORT FOR SURGICAL ROBOTIC SYSTEMS”的代理人案卷号END9112USNP2/190158-2；
本专利申请的申请人拥有于2018年12月4日提交的以下美国专利申请，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文：
·标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION，PROCESSING，STORAGE AND DISPLAY”的美国专利申请序列号16/209,385；
·标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION”的美国专利申请序列号16/209,395；
·标题为“METHOD OF CLOUD BASED DATA ANALYTICS FOR USE WITH THE HUB”的美国专利申请序列号16/209,403；
·标题为“METHOD OF ROBOTIC HUB COMMUNICATION，DETECTION，AND CONTROL”的美国专利申请序列号16/209,407；
·标题为“METHOD OF HUB COMMUNICATION，PROCESSING，DISPLAY，AND CLOUDANALYTICS”的美国专利申请序列号16/209,416；
·标题为“METHOD OF COMPRESSING TISSUE WITHIN A STAPLING DEVICE ANDSIMULTANEOUSLY DISPLAYING THE LOCATION OF THE TISSUE WITHIN THE JAWS”的美国专利申请序列号16/209,423；
·标题为“METHOD OF USING REINFORCED FLEXIBLE CIRCUITS WITH MULTIPLESENSORS TO OPTIMIZE PERFORMANCE OF RADIO FREQUENCY DEVICES”的美国专利申请序列号16/209,427；
·标题为“METHOD OF SENSING PARTICULATE FROM SMOKE EVACUATED FROM APATIENT，ADJUSTING THE PUMP SPEED BASED ON THE SENSED INFORMATION，ANDCOMMUNICATING THE FUNCTIONAL PARAMETERS OF THE SYSTEM TO THE HUB”的美国专利申请序列号16/209,433；
·标题为“METHOD FOR SMOKE EVACUATION FOR SURGICAL HUB”的美国专利申请序列号16/209,447；
·标题为“METHOD FOR CONTROLLING SMART ENERGY DEVICES”的美国专利申请序列号16/209,453；
·标题为“METHOD FOR SMART ENERGY DEVICE INFRASTRUCTURE”的美国专利申请序列号16/209,458；
·标题为“METHOD FOR ADAPTIVE CONTROL SCHEMES FOR SURGICAL NETWORKCONTROL AND INTERACTION”的美国专利申请序列号16/209,465；
·标题为“METHOD FOR SITUATIONAL AWARENESS FOR SURGICAL NETWORK ORSURGICAL NETWORK CONNECTED DEVICE CAPABLE OF ADJUSTING FUNCTION BASED ON ASENSED SITUATION OR USAGE”的美国专利申请序列号16/209,478；
·标题为“METHOD FOR FACILITY DATA COLLECTION AND INTERPRETATION”的美国专利申请序列号16/209,490；以及
·标题为“METHOD FOR CIRCULAR STAPLER CONTROL ALGORITHM ADJUSTMENTBASED ON SITUATIONAL AWARENESS”的美国专利申请序列号16/209,491。
在详细说明外科装置和发生器的各个方面之前，应该指出的是，示例性示例的应用或使用并不局限于附图和具体实施方式中所示出的部件的构造和布置的细节。示例性示例可单独实施，或与其他方面、变更形式和修改形式结合在一起实施，并可以各种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对例示性示例进行描述而所选的，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其他方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。
参见图1，计算机实现的交互式外科系统100包括一个或多个外科系统102和基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置105的远程服务器113的云104)。每个外科系统102包括与可包括远程服务器113的云104通信的至少一个外科集线器106。在一个示例中，如图1中所示，外科系统102包括可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112，它们被配置成能够彼此通信并且/或者与集线器106通信。在一些方面，外科系统102可包括M数量的集线器106、N数量的可视化系统108、O数量的机器人系统110和P数量的手持式智能外科器械112，其中M、N、O和P为大于或等于一的整数。
图3示出了用于对平躺在外科手术室116中的手术台114上的患者执行外科规程的外科系统102的示例。机器人系统110在外科规程中用作外科系统102的一部分。机器人系统110包括外科医生的控制台118、患者侧推车120(外科机器人)和外科机器人集线器122。当外科医生通过外科医生的控制台118观察外科部位时，患者侧推车120可通过患者体内的微创切口来操纵至少一个可移除地耦接的外科工具117。外科部位的图像可通过医学成像装置124获得，该医学成像装置可由患者侧推车120操纵以定向成像装置124。机器人集线器122可用于处理外科部位的图像，以随后通过外科医生的控制台118显示给外科医生。
其他类型的机器人系统可容易地适于与外科系统102一起使用。适用于本公开的机器人系统和外科工具的各种示例在2017年12月28日提交的标题为“ROBOT ASSISTEDSURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,339中有所描述，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
由云104执行并且适用于本公开的基于云的分析的各种示例描述于2017年12月28日提交的标题为“CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS”的美国临时专利申请序列62/611,340中，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
在各种方面，成像装置124包括至少一个图像传感器和一个或多个光学部件。合适的图像传感器包括但不限于电荷耦接装置(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
成像装置124的光学部件可包括一个或多个照明源和/或一个或多个透镜。一个或多个照明源可被引导以照明外科场地的多部分。一个或多个图像传感器可接收从外科场地反射或折射的光，包括从组织和/或外科器械反射或折射的光。
一个或多个照明源可被配置成能够辐射可见光谱中的电磁能以及不可见光谱。可见光谱(有时被称为光学光谱或发光光谱)是电磁光谱中对人眼可见(即，可被其检测)的那部分，并且可被称为可见光或简单光。典型的人眼将对空气中约380nm至约750nm的波长作出响应。
不可见光谱(即，非发光光谱)是电磁光谱的位于可见光谱之下和之上的部分(即，低于约380nm且高于约750nm的波长)。人眼不可检测到不可见光谱。大于约750nm的波长长于红色可见光谱，并且它们变为不可见的红外(IR)、微波和无线电电磁辐射。小于约380nm的波长比紫色光谱短，并且它们变为不可见的紫外、x射线和γ射线电磁辐射。
在各种方面，成像装置124被配置用于微创规程中。适用于本公开的成像装置的示例包括但不限于关节镜、血管镜、支气管镜、胆道镜、结肠镜、细胞检查镜、十二指镜、肠窥镜、食道-十二指肠镜(胃镜)、内窥镜、喉镜、鼻咽-肾内窥镜、乙状结肠镜、胸腔镜和子宫内窥镜。
在一个方面，成像装置采用多光谱监测来辨别形貌和底层结构。多光谱图像是捕获跨电磁波谱的特定波长范围内的图像数据的图像。可通过滤波器或通过使用对特定波长敏感的器械来分离波长，特定波长包括来自可见光范围之外的频率的光，例如IR和紫外。光谱成像可允许提取人眼未能用其红色，绿色和蓝色的受体捕获的附加信息。多光谱成像的使用在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,341的标题“Advanced Imaging Acquisition Module”下更详细地描述，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。在完成外科任务以对处理过的组织执行一个或多个先前所述测试之后，多光谱监测可以是用于重新定位外科场地的有用工具。
不言自明的是，在任何外科期间都需要对手术室和外科设备进行严格灭菌。在“外科室”(即，手术室或治疗室)中所需的严格的卫生和灭菌条件需要所有医疗装置和设备的最高可能的无菌性。该灭菌过程的一部分是需要对接触患者或穿透无菌区的任何物质进行灭菌，包括成像装置124及其附接件和部件。应当理解，无菌区可被认为是被认为不含微生物的指定区域，诸如在托盘内或无菌毛巾内，或者无菌区可被认为是已准备用于外科规程的患者周围的区域。无菌区可包括被恰当地穿着的擦洗的团队成员，以及该区域中的所有设备和固定装置。
在各种方面，可视化系统108包括一个或多个成像传感器、一个或多个图像处理单元、一个或多个存储阵列、以及一个或多个显示器，它们相对于无菌区进行策略布置，如图2中所示。在一个方面，可视化系统108包括用于HL7、PACS和EMR的界面。可视化系统108的各种部件在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,341的标题为“Advanced Imaging Acquisition Module”下有所描述，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
如图2中所示，主显示器119被定位在无菌区中，以对在手术台114处的操作者可见。此外，可视化塔111被定位在无菌区之外。可视化塔111包括彼此背离的第一非无菌显示器107和第二非无菌显示器109。由集线器106引导的可视化系统108被配置成能够利用显示器107、109和119来将信息流协调到无菌区内侧和外侧的操作者。例如，集线器106可使可视化系统108在非无菌显示器107或109上显示由成像装置124记录的外科部位的快照，同时保持外科部位在主显示器119上的实时馈送。非无菌显示器107或109上的快照可允许非无菌操作者例如执行与外科规程相关的诊断步骤。
在一个方面，集线器106被进一步配置成能够将由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈路由至无菌区内的主显示器119，其中可由操作台上的无菌操作者查看。在一个示例中，输入可以是对显示在非无菌显示器107或109上的快照的修改形式，该非无菌显示器可通过集线器106路由至主显示器119。
参见图2，外科器械112作为外科系统102的一部分在外科规程中使用。集线器106被进一步配置成能够协调流向外科器械112的显示器的信息流。例如，在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,341，其公开内容全文以引用方式并入本文。由非无菌操作者在可视化塔111处输入的诊断输入或反馈可由集线器106路由至无菌区内的外科器械显示器115，其中外科器械112的操作者可观察到该输入或反馈。适用于外科系统102的示例性外科器械描述于2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,341的标题“Surgical Instrument Hardware”下，该专利的公开内容以引用方式全文并入本文。
现在参见图3，集线器106被描绘为与可视化系统108、机器人系统110和手持式智能外科器械112通信。集线器106包括集线器显示器135、成像模块138、发生器模块140、通信模块130、处理器模块132和存储阵列134。在某些方面，如图3中所示，集线器106还包括排烟模块126和/或抽吸/冲洗模块128。
在外科规程期间，用于密封和/或切割的对组织的能量施加通常与排烟、抽吸过量流体和/或冲洗组织相关联。来自不同来源的流体管线、功率管线和/或数据管线通常在外科规程期间缠结。在外科规程期间解决该问题可丢失有价值的时间。断开管线可需要将管线与其相应的模块断开连接，这可需要重置模块。集线器模块化壳体136提供用于管理功率管线、数据管线和流体管线的统一环境，这减小了此类管线之间缠结的频率。
本公开的各方面提供了用于外科规程中的外科集线器，该外科规程涉及将能量施加到外科部位处的组织。外科集线器包括集线器壳体和能够可滑动地接纳在集线器壳体的对接底座中的组合发生器模块。对接底座包括数据触点和功率触点。组合发生器模块包括座置在单个单元中的超声能量发生器部件、双极RF能量发生器部件和单极RF能量发生器部件中的两个或更多个。在一个方面，组合发生器模块还包括排烟部件，用于将组合发生器模块连接到外科器械的至少一根能量递送缆线、被配置成能够排出通过向组织施加治疗能量而产生的烟雾、流体和/或颗粒的至少一个排烟部件、以及从远程外科部位延伸至排烟部件的流体管线。
在一个方面，流体管线是第一流体管线，并且第二流体管线从远程外科部位延伸至可滑动地接纳在集线器壳体中的抽吸和冲洗模块。在一个方面，集线器壳体包括流体接口。
某些外科规程可需要将多于一种能量类型施加到组织。一种能量类型可更有利于切割组织，而另一种不同的能量类型可更有利于密封组织。例如，双极发生器可用于密封组织，而超声发生器可用于切割密封的组织。本公开的各方面提供了一种解决方案，其中集线器模块化壳体136被配置成能够容纳不同的发生器，并且有利于它们之间的交互式通信。集线器模块化壳体136的优点之一是使得能够快速地移除和/或更换各种模块。
本公开的方面提供了在涉及将能量施加到组织的外科规程中使用的模块化外科壳体。模块化外科壳体包括第一能量发生器模块，该第一能量发生器模块被配置成能够生成用于施加到组织的第一能量，和第一对接底座，该第一对接底座包括第一对接端口，该第一对接端口包括第一数据和功率触点，其中第一能量发生器模块可滑动地运动成与该功率和数据触点电接合，并且其中第一能量发生器模块可滑动地运动出与第一功率和数据触点的电接合，
对上文进行进一步描述，模块化外科壳体还包括第二能量发生器模块，该第二能量发生器模块被配置成能够生成不同于第一能量的第二能量以用于施加到组织，和第二对接底座，该第二对接底座包括第二对接端口，该第二对接端口包括第二数据和功率触点，其中第二能量发生器模块可滑动地运动成与功率和数据触点电接合，并且其中第二能量发生器可滑动地运动出于第二功率和数据触点的电接触。
此外，模块化外科壳体还包括在第一对接端口和第二对接端口之间的通信总线，其被配置成能够有利于第一能量发生器模块和第二能量发生器模块之间的通信。
参考图3，本公开的各方面被呈现为集线器模块化壳体136，其允许发生器模块140、排烟模块126和抽吸/冲洗模块128的模块化集成。集线器模块化壳体136还有利于模块140、126、128之间的交互式通信。发生器模块140可为具有集成的单极部件、双极部件和超声部件的发生器模块，该部件被支撑在可滑动地插入到集线器模块化壳体136中的单个外壳单元中。在各种方面，集线器模块化壳体136可被配置成能够有利于多个发生器的插入和对接到集线器模块化壳体136中的发生器之间的交互通信，使得发生器将充当单个发生器。
在一个方面，集线器模块化壳体136包括具有外部和无线通信接头的模块化功率和通信底板，以实现模块140、126、128的可移除附接以及它们之间的交互通信。
在各种方面，成像模块138包括集成视频处理器和模块化光源，并且适于与各种成像装置一起使用。在一个方面，成像装置由可装配有光源模块和相机模块的模块化外壳构成。外壳可为一次性外壳。在至少一个示例中，一次性外壳可移除地耦接到可重复使用的控制器、光源模块和相机模块。光源模块和/或相机模块可根据外科规程的类型选择性地选择。在一个方面，相机模块包括CCD传感器。在另一个方面，相机模块包括CMOS传感器。在另一个方面，相机模块被配置用于扫描波束成像。同样，光源模块可被配置成能够递送白光或不同的光，这取决于外科规程。
在外科规程期间，从外科场地移除外科装置并用包括不同相机或不同光源的另一外科装置更换外科装置可为低效的。暂时失去对外科场地的视线可导致不期望的后果。本公开的模块成像装置被配置成能够允许在外科规程期间中流更换光源模块或相机模块，而不必从外科场地移除成像装置。
在一个方面，成像装置包括具有多个通道的管状外壳。第一通道被配置成能够可滑动地接纳相机模块，该相机模块可被配置用于与第一通道按扣配合接合。第二通道被配置成能够可滑动地接纳光源模块，该光源模块可被配置用于与第二通道按扣配合接合。在另一个示例中，相机模块和/或光源模块可在其相应通道内旋转到最终位置。可采用螺纹接合代替按扣配合接合。
在各种示例中，多个成像装置被放置在外科场地中的不同位置以提供多个视图。成像模块138可被配置成能够在成像装置之间切换以提供最佳视图。在各种方面，成像模块138可被配置成能够集成来自不同成像装置的图像。
适用于本公开的各种图像处理器和成像装置描述于2011年8月9日公布的标题为“COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR”美国专利7,995,045中，该专利全文以引用方式并入本文。此外，2011年7月19日公布的标题为“SBI MOTION ARTIFACT REMOVALAPPARATUS AND METHOD”的美国专利7,982,776描述了用于从图像数据中移除运动伪影的各种系统，该专利全文以引用方式并入本文。此类系统可与成像模块138集成。此外，2011年12月15日公布的标题为“CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREALAPPARATUS”的美国专利申请公布2011/0306840和2014年8月28日公布的标题为“SYSTEMFOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE”的美国专利申请公布2014/0243597，以上专利中的每个全文以引用方式并入本文。
机器人外科系统
一种示例性机器人外科系统描绘于图4和图5中。参考图4，机器人外科系统13000包括机械臂13002、13003，控制装置13004以及耦接到控制装置13004的控制台13005。如图4所示，外科系统13000被配置用于躺在患者台13012上的患者13013身上，以进行微创外科手术。控制台13005包括显示装置13006和输入装置13007、13008。显示装置13006被设置为显示三维图像，并且手动输入装置13007、13008被配置为允许临床医生远程操纵机械臂13002、13003。用于外科医生的控制台诸如控制台13005的控件在2016年10月27日提交的标题为机器人外科系统接口的触觉反馈(HAPTIC FEEDBACK FOR A ROBOTIC SURGICALSYSTEM INTERFACE)的国际专利公布WO2017/075121中进一步描述，该专利公布全文以引用方式并入本文。
机械臂13002、13003中的每个由通过接合部连接的多个构件构成，并且包括外科组件13010，该外科组件连接到对应的机械臂13002、13003的远侧端部。对多个臂的支持在2016年11月11日提交的标题为外科机械臂支撑系统和使用方法(SURGICAL ROBOTIC ARMSUPPORT SYSTEMS AND METHODS OF USE)的美国专利申请公布2017/0071693中进一步描述，该专利申请公布全文以引用方式并入本文。各种机械臂构型在2016年9月6日提交的标题为用于操纵机器人端部执行器的机器人外科控制方案(ROBOTIC SURGICAL CONTROLSCHEME FOR MANIPULATING ROBOTIC END EFFECTORS)的国际专利公布WO2017/044406中进一步描述，该专利公布全文以引用方式并入本文。在一个示例中，外科组件13010包括支撑端部执行器13023的外科器械13020。尽管描绘了两个机械臂13002、13003，但外科系统13000可包括单个机械臂或多于两个机械臂13002、13003。附加的机械臂同样连接到控制装置13004，并且可经由控制台13005远程操纵。因此，一个或多个附加的外科组件13010和/或外科器械13020也可以附接到附加的机械臂。
机械臂13002、13003可以由连接到控制装置13004的电驱动器驱动。根据一个示例，控制装置13004被配置为例如经由计算机程序激活驱动器，使得机械臂13002、13003以及对应于机械臂13002、13003的外科组件13010和/或外科器械13020执行通过手动输入装置13007、13008接收的所需移动。控制装置13004还可被配置为调节机械臂13002、13003和/或驱动器的移动。
控制装置13004可以控制多个马达(例如，马达1...n)，每个马达被配置成能够驱动一根或多根缆线(诸如耦接到外科器械13020的端部执行器13023的缆线)的推动或拉动。在使用中，随着这些缆线被推动和/或拉动，所述一根或多根缆线会影响端部执行器13023的操作和/或移动。控制装置13004协调各个马达的激活，以协调一根或多根电缆的推动或拉动运动，从而协调一个或多个端部执行器13023的操作和/或移动。例如，通过机器人组件诸如外科组件13010进行的端部执行器的关节运动在2016年6月6日提交的标题为机器人外科系统的腕部和钳口组件(WRIST AND JAW ASSEMBLIES FOR ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS)的美国专利申请公布2016/0303743和2016年3月8日提交的标题为测量机器人外科系统的连接器构件的健康状况(MEASURING HEALTH OF A CONNECTOR MEMBER OF A ROBOTICSURGICAL SYSTEM)的国际专利公布WO2016/144937中进一步描述，所述专利公布中的每个均全文以引用方式并入本文。在一个示例中，作为一根或多根电缆的补充或替代，每个马达被配置为致动驱动杆或杠杆臂，以影响端部执行器13023的操作和/或移动。
外科器械的驱动器构型诸如外科端部执行器的驱动器布置在2016年5月10日提交的标题为耦接器械驱动单元和机器人外科器械(COUPLING INSTRUMENT DRIVE UNIT ANDROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT)的国际专利公布WO2016/183054、2016年6月15日提交的标题为机器人外科系统扭矩换能感测(ROBOTIC SURGICAL SYSTEM TORQUE TRANSDUCTIONSENSING)的国际专利公布WO2016/205266、2016年6月16日提交的标题为通过双向耦接控制机器人外科器械(CONTROLLING ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENTS WITH BIDIRECTIONALCOUPLING)的国际专利公布WO2016/205452和2016年9月22日提交的标题为机器人外科系统的弹性外科接口(ELASTIC SURGICAL INTERFACE FOR ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS)的国际专利公布WO2017/053507中进一步描述，这些专利公布中的每个全文以引用方式并入本文。外科器械与驱动器的模块化附接在2016年6月20日提交的标题为机器人外科组件(ROBOTICSURGICAL ASSEMBLIES)的国际专利公布WO2016/209769中进一步描述，该专利公布全文以引用方式并入本文。外科器械驱动器和接口的外壳构型在2016年3月9日提交的标题为机器人外科系统、器械驱动单元和驱动组件(ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS，INSTRUMENT DRIVEUNITS，AND DRIVE ASSEMBLIES)的国际专利公布WO2016/144998中进一步描述，该专利公布全文以引用方式并入本文。与机械臂13002、13003一起使用的各种外科器械构型在2016年9月21日提交的标题为“SURGICAL ROBOTIC ASSEMBLIES AND INSTRUMENT ADAPTERSTHEREOF”的国际专利公布WO2017/053358和2016年9月21日提交的标题为“ROBOTICSURGICAL ASSEMBLIES AND INSTRUMENT DRIVE CONNECTORS THEREOF”的国际专利公布WO2017/053363中进一步描述，所述专利公布中的每个全文以引用方式并入本文。与机械臂13002、13003一起使用的双极器械构型在2016年9月23日提交的标题为机器人外科组件及其机电器械(ROBOTIC SURGICAL ASSEMBLIES AND ELECTROMECHANICAL INSTRUMENTSTHEREOF)的国际专利公布WO2017/053698中进一步描述，该专利公布全文以引用方式并入本文。与机械臂13002、13003一起使用的轴布置在2016年12月19日提交的标题为“ROBOTICSURGICAL SYSTEMS AND INSTRUMENT DRIVE ASSEMBLIES”的国际专利公布WO2017/116793中进一步描述，该专利公布全文以引用方式并入本文。
控制装置13004包括适于执行计算并且/或者根据一组指令进行操作的任何合适的逻辑控制电路。控制装置13004可被配置成能够经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、LTE等)和/或有线连接与远程系统“RS”通信。远程系统“RS”可包括与系统13000的各种部件、算法和/或操作有关的数据、指令和/或信息。远程系统“RS”可包括任何合适的电子服务、数据库、平台、云“C”(参见图4)等。控制装置13004可包括可操作地连接到存储器的中央处理单元。存储器可包括暂态型存储器(例如，RAM)和/或非暂态型存储器(例如，闪存介质、磁盘介质等)。在一些示例中，存储器是远程系统“RS”的一部分并且/或者可操作地耦接到远程系统“RS”。
控制装置13004可包括多个输入和输出，用于诸如通过驱动器电路与系统13000的部件交接。控制装置13004可被配置为接收输入信号并且/或者生成输出信号以控制系统13000的各种部件(例如，一个或多个马达)中的一个或多个。输出信号可包括并且/或者可基于可以由用户预先编程和/或输入的算法指令。控制装置13004可被配置成能够从可耦接到远程系统“RS”的用户界面(例如，操作控制台13005的开关、按钮、触摸屏等)接受多个用户输入。
存储器13014可以直接地和/或间接地耦接到控制装置13004，以存储包括来自生物和/或解剖图谱的术前数据的指令和/或数据库。存储器13014可以是远程系统“RS”的一部分并且/或者可操作地耦接到远程系统“RS”。
根据一个示例，每个机械臂13002、13003的远侧端部被配置为将端部执行器13023(或其它外科工具)可释放地固定在其中，并且可被配置为接纳任意数量的外科工具或器械，诸如套管针或牵开器。
机器人外科系统13010的系统架构13400的简化功能框图描绘于图5中。系统架构13400包括核心模块13420、外科医生主模块13430、机械臂模块13440和器械模块13450。核心模块13420用作机器人外科系统13000的中央控制器，并且协调所有其它模块13430、13440、13450的操作。例如，核心模块13420将控制装置映射到臂13002、13003，确定当前状态，执行所有运动学和帧变换，并且转发所得到的移动命令。就这一点而言，核心模块13420从其它模块13430、13440、13450中的每个接收数据并进行分析，以便向其它模块13430、13440、13450提供指令或命令以在机器人外科系统13000内执行。尽管被描绘为单独的模块，但在其它示例中，模块13420、13430、13440和13450中的一个或多个是单个部件。
核心模块13420包括模型13422、观测器13424、碰撞管理器13426、控制器13428和骨架13429。模型13422包括为受控部件提供抽象表示(基类)的单元，所述受控部件诸如马达(例如，马达1...n)和/或臂13002、13003。观测器13424基于从其它模块13430、13440、13450接收的输入和输出信号来创建状态估计。碰撞管理器13426防止已在系统13010内注册的部件之间的碰撞。骨架13429从运动学和动力学的角度跟踪系统13010。例如，在一个示例中，运动学项目可以实现为正向运动学或逆向运动学。动力学项目可以实现为用于对系统部件的动力学进行建模的算法。
外科医生主模块13430在控制台13005处与外科医生控制装置通信，并且将从控制台13005接收的输入转发到核心模块13420。根据一个示例，外科医生主模块13430将按钮状态和控制装置位置传送至核心模块13420，并且包括节点控制器13432，该节点控制器包括状态/模式管理器13434、故障切换控制器13436和N自由度(“DOF”)致动器13438。
机械臂模块13440协调机械臂子系统、臂推车子系统、装置臂和器械子系统的操作，以便控制对应臂13002、13003的移动。尽管包括单个机械臂模块13440，但应当理解，机械臂模块13440对应于并控制单个臂。因此，附加的机械臂模块13440包括在其中系统13010包括多个臂13002、13003的构型中。机械臂模块13440包括节点控制器13442、状态/模式管理器13444、故障切换控制器13446和N自由度(“DOF”)致动器13348。
器械模块13450控制附接到臂13002、13003的器械和/或工具部件的移动。器械模块13450被配置为对应于并控制单个器械。因此，在其中包括多个器械的构型中，同样包括附加的器械模块13450。在一个示例中，器械模块13450获得并传送与端部执行器或钳口组件的位置(可包括钳口的俯仰角和偏航角)、钳口的宽度或钳口之间的角度以及入口的位置有关的数据。器械模块13450具有节点控制器13452、状态/模式管理器13454、故障切换控制器13456和N自由度(“DOF”)致动器13458。
核心模块13420使用由器械模块13450收集的位置数据确定器械何时在外科部位内、在插管内、与入口相邻或在自由空间的入口上方。核心模块13420可基于器械的钳口的位置确定是否提供打开或闭合钳口的指令。例如，当器械的位置指示器械在插管内时，提供指令以将钳口组件保持在闭合位置。当器械的位置指示器械在入口之外时，提供指令以打开钳口组件。
机器人外科系统诸如图4和图5所示的外科机器人系统的附加特征和操作在以下参考文献中进一步描述，这些参考文献中的每个均全文以引用方式并入本文：
·2016年6月6日提交的美国专利申请公布2016/0303743，其标题为机器人外科系统的腕部和钳口组件(WRIST AND JAW ASSEMBLIES FOR ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS)；
·2016年11月11日提交的美国专利申请公布2017/0071693，其标题为外科机械臂支撑系统和使用方法(SURGICAL ROBOTIC ARM SUPPORT SYSTEMS AND METHODS OF USE)；
·2016年3月8日提交的国际专利公布WO2016/144937，其标题为测量机器人外科系统的连接器构件的健康状况(MEASURING HEALTH OF A CONNECTOR MEMBER OF AROBOTIC SURGICAL SYSTEM)；
·2016年3月9日提交的国际专利公布WO2016/144998，其标题为机器人外科系统、器械驱动单元和驱动组件(ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS，INSTRUMENT DRIVE UNITS，ANDDRIVE ASSEMBLIES)；
·2016年5月10日提交的国际专利公布WO2016/183054，其标题为耦接器械驱动单元和机器人外科器械(COUPLING INSTRUMENT DRIVE UNIT AND ROBOTIC SURGICALINSTRUMENT)；
·2016年6月15日提交的国际专利公布WO2016/205266，其标题为机器人外科系统扭矩换能感测(ROBOTIC SURGICAL SYSTEM TORQUE TRANSDUCTION SENSING)；
·2016年6月16日提交的国际专利公布WO2016/205452，其标题为通过双向耦接控制机器人外科器械(CONTROLLING ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENTS WITH BIDIRECTIONALCOUPLING)；·2016年6月20日提交的国际专利公布WO2016/209769，其标题为机器人外科组件(ROBOTIC SURGICAL ASSEMBLIES)；
·2016年9月6日提交的国际专利公布WO2017/044406，其标题为用于操纵机器人端部执行器的机器人外科控制方案(ROBOTIC SURGICAL CONTROL SCHEME FORMANIPULATING ROBOTIC END EFFECTORS)；
·2016年9月21日提交的国际专利公布WO2017/053358，其标题为外科机器人组件及其器械适配器(SURGICAL ROBOTIC ASSEMBLIES AND INSTRUMENT ADAPTERS THEREOF)；
·2016年9月21日提交的国际专利公布WO2017/053363，其标题为机器人外科组件及其器械驱动器连接器(ROBOTIC SURGICAL ASSEMBLIES AND INSTRUMENT DRIVECONNECTORS THEREOF)；
·2016年9月22日提交的国际专利公布WO2017/053507，其标题为机器人外科系统的弹性外科接口(ELASTIC SURGICAL INTERFACE FOR ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS)；
·2016年9月23日提交的国际专利公布WO2017/053698，其标题为机器人外科组件及其机电器械(ROBOTIC SURGICAL ASSEMBLIES AND ELECTROMECHANICAL INSTRUMENTSTHEREOF)；
·2016年10月27日提交的国际专利公布WO2017/075121，其标题为机器人外科系统接口的触觉反馈控制(HAPTIC FEEDBACK CONTROLS FOR A ROBOTIC SURGICAL SYSTEMINTERFACE)；
·2016年12月19日提交的国际专利公布WO2017/116793，其标题为机器人外科系统和器械驱动组件(ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS AND INSTRUMENT DRIVE ASSEMBLIES)。
本文所公开的机器人外科系统和特征可以与图4和图5的机器人外科系统一起使用。读者还应当认识到，本文所公开的各种系统和/或特征也可以与替代外科系统一起使用，所述替代外科系统包括例如计算机实现的交互式外科系统100、计算机实现的交互式外科系统200、机器人外科系统110、机器人集线器122和/或机器人集线器222。
在各种情况下，机器人外科系统可包括机器人控制塔，该机器人控制塔可容纳该系统的控制单元。例如，机器人外科系统13000(图4)的控制单元13004可座置在机器人控制塔内。机器人控制塔可包括机器人集线器，诸如机器人集线器122(图2)或机器人集线器222(图9)。这样的机器人集线器可包括用于与一个或多个发生器(诸如超声发生器和/或射频发生器)和/或一个或多个模块(诸如成像模块、抽吸模块、冲洗模块、排烟模块和/或通信模块)耦接的模块化接口。
机器人集线器可包括态势感知模块，该态势感知模块可被配置为合成来自多个源的数据以确定对外科事件的适当响应。例如，态势感知模块可以确定外科规程的类型、外科规程中的步骤、组织的类型和/或组织特征，如本文进一步所述。此外，这样的模块可以基于所合成的数据向机器人系统推荐特定的行动方案或可能的选择。在各种情况下，包括分布在整个机器人系统中的多个传感器的传感器系统可以向态势感知模块提供数据、图像和/或其它信息。这种态势感知模块可结合到控制单元中，诸如控制单元13004。在各种情况下，态势感知模块可以例如从非机器人外科集线器和/或云(诸如外科集线器106(图1)、外科集线器206(图10)、云104(图1)和/或云204(图9))获得数据和/或信息。外科系统的态势感知在2017年12月28日提交的标题为交互式外科平台(INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM)的美国临时专利申请序列号62/611,341和2017年12月28日提交的标题为基于云的医学分析(CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS)的美国临时专利申请序列号62/611,340中进一步公开，这些临时专利申请中的每个的公开内容全文以引用方式并入本文。
在某些情况下，在外科规程期间的某些时间和/或在某些持续时间内激活外科工具可能会引起组织创伤并且/或者可能延长外科规程。例如，机器人外科系统可以利用具有能量递送表面的电外科工具，该能量递送表面应当仅在满足阈值条件时通电。在一个示例中，应当仅在能量递送表面与适当的组织或目标组织接触时激活能量递送表面。作为另一个示例，机器人外科系统可以利用应当仅在满足阈值条件时(诸如，当存在适当体积的流体时)激活的抽吸元件。由于可视性限制、不断演变的情况以及机器人外科规程期间众多的移动部件，临床医生可能难以确定和/或监测外科部位处的某些状况。例如，可能难以确定电外科工具的能量递送表面是否与组织接触。还可能难以确定特定的抽吸压力对于抽吸端口附近的流体体积是否足够。
此外，可以在某些机器人外科规程中使用多个外科装置。例如，机器人外科系统可以在外科规程期间使用一个或多个外科工具。另外，在外科规程期间也可以使用一个或多个手持式器械。外科装置中的一个或多个可包括传感器。例如，多个传感器可定位在外科部位和/或手术室周围。包括一个或多个传感器的传感器系统可被配置为检测外科部位处的一个或多个状况。例如，来自传感器系统的数据可以确定是否正在使用安装到外科机器人的外科工具和/或是否应当激活外科工具的特征。更具体地，传感器系统可以例如检测电外科装置是否被定位成与组织邻接接触。又如，传感器系统可以检测外科工具的抽吸元件是否正在向外科部位处的流体施加足够的抽吸力。
当处于自动激活模式时，机器人外科系统可基于从传感器系统接收的数据、图像和/或其它信息自动激活一个或多个外科工具的一个或多个特征。例如，在检测到电外科工具正在使用中(例如，被定位成与组织邻接接触)时，可以激活电外科工具的能量递送表面。又如，当抽吸端口被移动至与流体接触时，可以激活外科工具上的抽吸元件。在某些情况下，可基于所感测的状况来调节外科工具。
结合有自动激活模式的机器人外科系统可基于在外科部位处检测到的状况来自动提供特定于场景的结果。特定于场景的结果例如可以是基于结局的，并且可以简化临床医生的决策制定过程。在某些情况下，这种自动激活模式可以提高临床医生的效率和/或效果。例如，机器人外科系统可以聚合数据以汇编外科部位和/或外科规程的更完整的视图，以便确定最佳的可能行动方案。除此之外或另选地，在临床医生较少制定决策的情况下，临床医生可以更好地专注于其它任务并且/或者可以更有效地处理其它信息。
主要参考图6和图7，集线器13380、13382包括无线通信模块，使得在两个集线器13380、13382之间建立无线通信链路。另外，机器人集线器13380与无菌场内的交互式辅助显示器13362、13364进行信号通信。集线器13382与手持式外科器械13366进行信号通信。如果外科医生13371朝向患者13361并在无菌场内移动(如附图标记13371’所示)，外科医生13371可以使用无线交互式显示器13362、13364中的一个远离远程命令控制台13370操作机器人13372。无菌场内的多个辅助显示器13362、13364允许外科医生13371移动远离远程命令控制台13370，而不会丢失重要的外科规程信息和对其中使用的机器人工具的控制。
交互式辅助显示器13362、13364允许临床医生离开远程命令控制台13370进入无菌场，同时保持对机器人13372的控制。例如，交互式辅助显示器13362、13364允许临床医生同时对电动手持式外科器械13366和机器人外科系统保持协同和/或协调控制。在各种情况下，信息在机器人外科系统、一个或多个电动手持式外科器械13366、外科集线器13380、13382和交互式辅助显示器13362、13364之间传送。此类信息可包括例如机器人外科系统和/或电动手持式外科器械的显示器上的图像，机器人外科系统和/或电动手持式外科器械的参数，和/或用于机器人外科系统和/或电动手持式外科器械的控制命令。
在各种情况下，机器人外科系统的控制单元(例如，机器人外科系统13110的控制单元13113)被配置成能够将至少一个显示元素从外科医生的命令控制台(例如，控制台13116)传送至交互式辅助显示器(例如，显示器13362、13364)。换句话讲，将外科医生控制台处的显示内容的一部分复制到交互式辅助显示器的显示内容上，从而将机器人显示器与交互式辅助显示器集成在一起。将机器人显示器复制到交互式辅助显示器的显示内容上允许临床医生离开远程命令控制台，而不会丢失在此显示的视觉图像。例如，交互式辅助显示器13362、13364中的至少一个可以显示来自机器人的信息，诸如来自机器人显示器和/或外科医生的命令控制台13370的信息。
在各种情况下，交互式辅助显示器13362、13364被配置为控制和/或调节机器人外科系统的至少一个操作参数。此类控制可以自动地和/或响应于临床医生输入而发生。通过与交互式辅助显示器13362、13364上的触敏屏幕和/或按钮进行交互，临床医生能够输入命令来控制一个或多个机器人工具的移动和/或功能。例如，当利用手持式外科器械13366时，临床医生可能希望将机器人工具13374移动到不同的位置。为了控制机器人工具13374，临床医生将输入施加到交互式辅助显示器13362、13364，并且相应交互式辅助显示器13362、13364将临床医生输入传送至机器人集线器13380中的机器人外科系统的控制单元。
在各种情况下，位于机器人外科系统的远程命令控制台13370处的临床医生可以手动超控由一个或多个交互式辅助显示器13362、13364上的临床医生输入所发起的任何机器人命令。例如，当从一个或多个交互式辅助显示器13362、13364接收到临床医生输入时，位于远程命令控制台13370处的临床医生可以允许发出命令并且执行所需功能，或者临床医生可通过与远程命令控制台13370交互并禁止发出命令来超控命令。
在某些情况下，无菌场内的临床医生可能需要请求许可，以控制机器人13372和/或安装在其上的机器人工具13374。远程命令控制台13370处的外科医生13371可以同意或拒绝临床医生的请求。例如，外科医生可以接收指示另一位临床医生正在请求操作手持式外科器械和/或与交互式辅助显示器13362、13364进行交互的许可的弹出消息或其它通知。
在各种情况下，机器人外科系统诸如机器人外科系统13000(图4)、13400(图5)、13360(图6)的处理器和/或外科集线器13380、13382例如被编程为具有机器人外科系统的预先批准的功能。例如，如果来自交互式辅助显示器13362、13364的临床医生输入对应于预先批准的功能，则机器人外科系统允许交互式辅助显示器13362、13364控制机器人外科系统并且/或者不禁止交互式辅助显示器13362、13364控制机器人外科系统。如果来自交互式辅助显示器13362、13364的临床医生输入不对应于预先批准的功能，则交互式辅助显示器13362、13364不能命令机器人外科系统执行所需功能。在一个实例中，机器人集线器13370和/或外科集线器13382中的态势感知模块被配置为指示和/或影响交互式辅助显示器何时可以向机器人外科系统发出控制运动。
在各种情况下，交互式辅助显示器13362、13364在与机器人外科系统的一部分接触时可以对机器人外科系统的一部分进行控制。例如，当交互式辅助显示器13362、13364与机器人工具13374接触时，将授予交互式辅助显示器13362、13364对所接触的机器人工具13374的控制。然后，临床医生可以利用交互式辅助显示器13362、13364上的触敏屏幕和/或按钮输入命令，以控制所接触的机器人工具13374的移动和/或功能。该控制方案允许临床医生重新定位机械臂，重新加载机器人工具并且/或者以其它方式重新配置机器人外科系统。以与上述类似的方式，位于机器人外科系统的远程命令控制台13370处的临床医生13371可以手动超控由交互式辅助显示器13362、13364发起的任何机器人命令。
在一个方面，机器人外科系统包括处理器和通信地耦接到该处理器的存储器，如本文所述。存储器存储能由处理器执行的指令以从控制台接收第一用户输入并从移动无线控制模块接收第二用户输入，从而控制机器人外科工具的功能，如本文所述。
在各个方面，本公开提供了一种控制电路，该控制电路从控制台接收第一用户输入并从移动无线控制模块接收第二用户输入，从而控制机器人外科工具的功能，如本文所述。在各个方面，本公开提供了一种存储计算机可读指令的非暂态计算机可读介质，该计算机可读指令在被执行时使机器从控制台接收第一用户输入并从移动无线控制模块接收第二用户输入，从而控制机器人外科工具的功能，如本文所述。
机器人外科系统可包括被配置为在外科规程期间协助临床医生的多个机械臂。每个机械臂可以独立于其它机械臂进行操作。由于每个机械臂独立操作，因此它们之间可能缺乏通信，这可能会增加组织受到创伤的风险。例如，在一个机械臂被配置为施加比被配置为由第二机械臂施加的力更强且方向不同的力的情况下，可能导致组织创伤。例如，当第一机械臂向组织施加强回缩力，而第二机械臂被配置为将组织刚性地保持在适当位置时，可能会发生组织创伤和/或撕裂。
在各种情况下，一个或多个传感器附接到机器人外科系统的每个机械臂。所述一个或多个传感器被配置为在机械臂的操作期间感测施加到周围组织的力。此类力可包括例如保持力、回缩力和/或拖动力。每个机械臂的传感器被配置为将所检测到的力的大小和方向传送至机器人外科系统的控制单元。控制单元被配置为分析所传送的力并设置最大负载的极限，以避免在外科部位中对组织造成创伤。例如，如果由第二机械臂施加的回缩或拖动力增大，则控制单元可以最小化由第一机械臂施加的保持力。
图4a示出了机械臂13120和可释放地联接到机械臂13120的工具组件13130的示例。机械臂13120可使相关联的工具组件13130沿一个或多个机械自由度(例如，所有六个笛卡尔自由度，五个或更少的笛卡尔自由度等)支撑和移动。
机械臂13120可在机械臂13120的远侧端部处包括工具驱动器13140，该工具驱动器可辅助控制与工具组件13130相关联的特征结构。机械臂13120还可以包括可移动工具引导件13132，该可移动工具引导件可以相对于工具驱动器13140回缩和延伸。工具组件13130的轴可以平行于可移动工具引导件13132的螺纹轴延伸，并且可以延伸穿过可移动工具引导件13132的远侧端部特征部13133(例如，环)并进入患者体内。
为了在使用外科系统的同时提供无菌手术区域，可以在无菌外科手术区域中的外科系统的致动部分(例如，机械臂13120)与外科器械(例如，工具组件13130)之间放置阻隔件。无菌部件诸如器械无菌适配器(ISA)也可布置在工具组件13130与机械臂13120之间的连接接口处。ISA布置在工具组件13130与机械臂13120之间可确保工具组件13130和机械臂13120具有无菌联接点。这允许从机械臂13120移除工具组件13130以在外科手术过程中与其他工具组件13130交换而不损害无菌外科手术区域。
工具组件13130可以从工具驱动器13140的顶侧装载，其中工具组件13130的轴被定位在沿工具驱动器13140的侧面形成的轴接纳通道13144中。当工具组件13130联接到工具驱动器13140时，轴接纳通道13144允许沿工具组件13130的中心轴线延伸的轴沿着工具驱动器13140的中心轴线延伸。在其他示例中，轴可延伸通过工具驱动器13140中的开口，或两个部件可以各种其他构型配合。
如上所述，机器人外科系统可以包括一个或多个机械臂，其中每个机械臂具有与其联接的工具组件。每个工具组件可以包括端部执行器，端部执行器具有多种特征部中的一种或多种特征部，诸如用于辅助执行外科规程的一个或多个工具。例如，端部执行器可以包括可用于对组织进行穿孔或切割(例如，产生切口)的切割或钻孔工具。
此外，一些端部执行器包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以感测与端部执行器或组织相关联的各种特性。每个机械臂和端部执行器可以由控制系统控制，以帮助产生期望的切割或孔并防止不期望的组织切割。作为控制机械臂的替代方案(或除了控制机械臂之外)，应当理解，控制系统可控制工具本身或工具组件。
与机械臂的移动相关联的一个或多个方面可以由控制系统控制，诸如移动的方向或速度。例如，当钻穿组织时，机械臂可以被控制为利用切割工具执行类似于手提钻的移动。此类类似于手提钻的移动可以包括机械臂沿着轴线(例如，大致垂直于被穿孔组织的轴线)以快速运动向上和向下移动，同时还使切割工具朝向组织沿向下方向推进，以最终用切割工具(例如，超声刀)对组织进行穿孔。当在机器人外科规程中执行此类移动时，不仅很难看到被穿孔的组织从而确定切割工具的相对位置，而且很难确定切割工具何时已经完成对组织的穿孔。切割工具相对于组织的这种位置可包括切割工具接近或尚未接触组织，切割工具向下钻进或切入组织，以及切割工具延伸穿过组织或已穿透组织。对于控制机械臂或机器人外科系统的用户来说，这些位置可能难以确定哪些位置可能由于过度或未充分穿透组织而导致对患者的潜在伤害，以及导致较长的规程时间。因此，为了减少规程时间和手术错误，机器人外科系统包括与至少一个传感器组件通信的控制系统，所述至少一个传感器组件被配置成能够感测施加在端部执行器或切割工具的远侧端部处的力。控制系统由此可以基于这些感测的力来确定和控制与机械臂的移动相关联的一个或多个适当方面，诸如何时在组织中钻孔或切割，如以下将更详细描述的。
尽管本文详细描述了用于对组织进行穿孔的切割工具，但是与控制系统通信的本公开的传感器组件可以在任何数量的机器人外科系统中实现，以用于检测用于执行任何数量的各种规程的任何数量的各种工具和/或端部执行器，而不脱离本公开的范围。此外，机械臂可以执行任何数量的移动，以使用包括本文描述的传感器组件和控制系统的机器人外科系统对组织进行穿孔或切割，并且不限于组织的锤击(jackhammering)或钻孔。
在2016年8月16日提交的标题为“CONTROL OF ADVANCEMENT RATE ANDAPPLICATION FORCE BASED ON MEASURED FORCES”的美国专利申请15/237,753中进一步描述了图4A和另外的示例，其全部公开内容以引用方式并入本文。
下述专利的全部公开内容据此以引用方式整体并入本文：
·2011年5月27日提交的标题为“SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITHROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS”的美国专利9,072,535，该美国专利于2015年7月7日公布；
·2012年6月28日提交的标题为“DIFFERENTIAL LOCKING ARRANGEMENTS FORROTARY POWERED SURGICAL INSTRUMENTS”的美国专利9,072,536，该美国专利于2015年7月7日公布；
·2012年6月28日提交的标题为“FLEXIBLE DRIVE MEMBER”的美国专利9,204,879，该美国专利于2015年12月8日公布；
·2012年6月28日提交的标题为“INTERCHANGEABLE CLIP APPLIER”美国专利9,561,038，该美国专利于2017年2月7日公布；
·2014年9月5日提交的标题为“MULTIPLE SENSORS WITH ONE SENSOR AFFECTINGA SECOND SENSOR’S OUTPUT OR INTERPRETATI0N”的美国专利9,757,128，该美国专利于2017年9月12日公布；
·2015年3月6日提交的标题为“OVERLAID MULTI SENSOR RADIO FREQUENCY(RF)ELECTRODE SYSTEM TO MEASURE TISSUE COMPRESSION”的美国专利申请序列号14/640,935，现为美国专利申请公布2016/0256071；
·2016年12月16日提交的标题为“MODULAR BATTERY POWERED HANDHELDSURGICAL INSTRUMENT WITH SELECTIVE APPLICATION OF ENERGY BASED ON TISSUECHARACTERIZATION”的美国专利申请15/382,238，现为美国专利申请公布2017/0202591；以及
·2016年8月16日提交的标题为“CONTROL OF ADVANCEMENT RATE ANDAPPLICATION FORCE BASED ON MEASURED FORCES”的美国专利申请15/237,753。
本文公开的外科装置、系统和方法可以用各种不同的机器人外科系统和外科装置来实施。外科装置包括机器人外科工具和手持式外科器械。读者将容易理解，本文公开的某些装置、系统和方法不限于机器人外科系统内的应用。例如，可在没有机器人外科系统的情况下实施用于通信、检测和/或控制外科装置的某些系统、装置和方法。
外科网络
图8示出了包括模块化通信集线器203的外科数据网络201，该模块化通信集线器被配置成能够将位于医疗设施的一个或多个手术室中的模块化装置或专门配备用于外科操作的医疗设施中的任何房间连接到基于云的系统(例如，可包括耦接到存储装置205的远程服务器213的云204)。在一个方面，模块化通信集线器203包括与网络路由器通信的网络集线器207和/或网络交换机209。模块化通信集线器203还可耦接到本地计算机系统210以提供本地计算机处理和数据操纵。外科数据网络201可被配置为无源的、智能的或交换的。无源外科数据网络充当数据的管道，从而使得其能够从一个装置(或区段)转移到另一个装置(或区段)以及云计算资源。智能外科数据网络包括附加特征部，以使得能够监测穿过外科数据网络的流量并配置网络集线器207或网络交换机209中的每个端口。智能外科数据网络可被称为可管理的集线器或交换机。交换集线器读取每个包的目标地址，并且然后将包转发到正确的端口。
位于手术室中的模块化装置1a-1n可耦接到模块化通信集线器203。网络集线器207和/或网络交换机209可耦接到网络路由器211以将装置1a-1n连接至云204或本地计算机系统210。与装置1a-1n相关联的数据可经由路由器传输到基于云的计算机，用于远程数据处理和操纵。与装置1a-1n相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。位于相同手术室中的模块化装置2a-2m也可耦接到网络交换机209。网络交换机209可耦接到网络集线器207和/或网络路由器211以将装置2a-2m连接至云204。与装置2a-2n相关联的数据可经由网络路由器211传输到云204以用于数据处理和操纵。与装置2a-2m相关联的数据也可被传输至本地计算机系统210以用于本地数据处理和操纵。
应当理解，可通过将多个网络集线器207和/或多个网络交换机209与多个网络路由器211互连来扩展外科数据网络201。模块化通信集线器203可被包含在模块化控制塔中，该模块化控制塔被配置成能够接纳多个装置1a-1n/2a-2m。本地计算机系统210也可包含在模块化控制塔中。模块化通信集线器203连接到显示器212以显示例如在外科规程期间由装置1a-1n/2a-2m中的一些获得的图像。在各种方面，装置1a-1n/2a-2m可包括例如各种模块，诸如耦接到内窥镜的成像模块138、耦接到基于能量的外科装置的发生器模块140、排烟模块126、抽吸/冲洗模块128、通信模块130、处理器模块132、存储阵列134、连接到显示器的外科装置、和/或可连接到外科数据网络201的模块化通信集线器203的其他模块化装置中的非接触传感器模块。
在一个方面，外科数据网络201可包括将装置1a-1n/2a-2m连接至云的(一个或多个)网络集线器、(一个或多个)网络交换机和(一个或多个)网络路由器的组合。耦接到网络集线器或网络交换机的装置1a-1n/2a-2m中的任何一个或全部可实时收集数据并将数据传输到云计算机中以进行数据处理和操纵。应当理解，云计算依赖于共享计算资源，而不是使用本地服务器或个人装置来处理软件应用程序。可使用“云”一词作为“因特网”的隐喻，尽管该术语不受此限制。因此，本文可使用术语“云计算”来指“基于互联网的计算的类型”，其中将不同的服务(诸如服务器、存储器和应用程序)递送至位于外科室(例如，固定、运动、临时或现场手术室或空间)中的模块化通信集线器203和/或计算机系统210以及通过互联网连接至模块化通信集线器203和/或计算机系统210的装置。云基础设施可由云服务提供方维护。在这种情况下，云服务提供方可以是协调位于一个或多个手术室中的装置1a-1n/2a-2m的使用和控制的实体。云计算服务可基于由智能外科器械、机器人和位于手术室中的其他计算机化装置所收集的数据来执行大量计算。集线器硬件使得多个装置或连接能够连接到与云计算资源和存储器通信的计算机。
对由装置1a-1n/2a-2m所收集的数据应用云计算机数据处理技术，外科数据网络提供改善的外科结果，减小的成本和改善的患者满意度。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来观察组织状态以评估在组织密封和切割规程之后密封的组织的渗漏或灌注。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些来识别病理学，诸如疾病的效应，使用基于云的计算检查包括用于诊断目的的身体组织样本的图像的数据。这包括组织和表型的定位和边缘确认。可采用装置1a-1n/2a-2m中的至少一些使用与成像装置和技术(诸如重叠由多个成像装置捕获的图像)集成的各种传感器来识别身体的解剖结构。由装置1a-1n/2a-2m收集的数据(包括图像数据)可被传输到云204或本地计算机系统210或两者以用于数据处理和操纵，包括图像处理和操纵。可分析数据以通过确定是否可继续进行进一步治疗(诸如内窥镜式干预、新兴技术、靶向辐射、靶向干预和精确机器人对组织特异性位点和状况的应用来改善外科规程结果。此类数据分析可进一步采用结果分析处理，并且使用标准化方法可提供有益反馈以确认外科治疗和外科医生的行为，或建议修改外科治疗和外科医生的行为。
在一个具体实施中，手术室装置1a-1n可通过有线信道或无线信道连接至模块化通信集线器203，这取决于装置1a-1n至网络集线器的配置。在一个方面，网络集线器207可被实现为在开放式系统互连(OSI)模型的物理层上工作的本地网络广播装置。该网络集线器提供与位于同一手术室网络中的装置1a-1n的连接。网络集线器207以包的形式收集数据，并以半双工模式将其发送至路由器。网络集线器207不存储用于传输装置数据的任何媒体访问控制/互联网协议(MAC/IP)。装置1a-1n中的仅一个可一次通过网络集线器207发送数据。网络集线器207没有关于在何处发送信息并在每个连接上广播所有网络数据以及通过云204向远程服务器213(图9)广播所有网络数据的路由表或智能。网络集线器207可以检测基本网络错误诸如冲突，但将所有信息广播到多个端口可带来安全风险并导致瓶颈。
在另一个具体实施中，手术室装置2a-2m可通过有线信道或无线信道连接到网络交换机209。网络交换机209在OSI模型的数据链路层中工作。网络交换机209是用于将位于相同手术室中的装置2a-2m连接到网络的多点广播装置。网络交换机209以帧的形式向网络路由器211发送数据并且以全双工模式工作。多个装置2a-2m可通过网络交换机209同时发送数据。网络交换机209存储并使用装置2a-2m的MAC地址来传输数据。
网络集线器207和/或网络交换机209耦接到网络路由器211以连接到云204。网络路由器211在OSI模型的网络层中工作。网络路由器211产生用于将从网络集线器207和/或网络交换机211接收的数据包发射至基于云的计算机资源的路由，以进一步处理和操纵由装置1a-1n/2a-2m中的任一者或所有收集的数据。可采用网络路由器211来连接位于不同位置的两个或更多个不同的网络，诸如例如同一医疗设施的不同手术室或位于不同医疗设施的不同手术室的不同网络。网络路由器211以包的形式向云204发送数据并且以全双工模式工作。多个装置可以同时发送数据。网络路由器211使用IP地址来传输数据。
在一个示例中，网络集线器207可被实现为USB集线器，其允许多个USB装置连接到主机。USB集线器可以将单个USB端口扩展到多个层级，以便有更多端口可用于将装置连接到主机系统计算机。网络集线器207可包括用于通过有线信道或无线信道接收信息的有线或无线能力。在一个方面，无线USB短距离、高带宽无线无线电通信协议可用于装置1a-1n和位于手术室中的装置2a-2m之间的通信。
在其他示例中，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由蓝牙无线技术标准与模块化通信集线器203通信，以用于在短距离(使用ISM频带中的2.4至2.485GHz的短波长UHF无线电波)从固定装置和运动装置交换数据以及构建个人局域网(PAN)。在其他方面，手术室装置1a-1n/2a-2m可经由多种无线或有线通信标准或协议与模块化通信集线器203通信，包括但不限于Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、长期演进(LTE)和Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、及其以太网衍生物、以及指定为3G、4G、5G和以上的任何其他无线和有线协议。计算模块可包括多个通信模块。例如，第一通信模块可专用于较短距离的无线通信诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信模块可专用于较长距离的无线通信，诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
模块化通信集线器203可用作手术室装置1a-1n/2a-2m中的一者或全部的中心连接，并且处理被称为帧的数据类型。帧携带由装置1a-1n/2a-2m生成的数据。当模块化通信集线器203接收到帧时，其被放大并发射至网络路由器211，该网络路由器通过使用如本文所述的多个无线或有线通信标准或协议将数据传输到云计算资源。
模块化通信集线器203可用作独立装置或连接到兼容的网络集线器和网络交换机以形成更大的网络。模块化通信集线器203通常易于安装、配置和维护，使得其成为对手术室装置1a-1n/2a-2m进行联网的良好选项。
图9示出了由计算机实现的交互式外科系统200。由计算机实现的交互式外科系统200在许多方面类似于由计算机实现的交互式外科系统100。例如，由计算机实现的交互式外科系统200包括在许多方面类似于外科系统102的一个或多个外科系统202。每个外科系统202包括与可包括远程服务器213的云204通信的至少一个外科集线器206。在一个方面，由计算机实现的交互式外科系统200包括模块化控制塔236，该模块化控制塔连接到多个手术室装置，诸如例如智能外科器械、机器人和位于手术室中的其他计算机化装置。如图10中所示，模块化控制塔236包括耦接到计算机系统210的模块化通信集线器203。如图9的示例中所示，模块化控制塔236耦接到成像模块238(该成像模块耦接到内窥镜239)、耦接到能量装置241的发生器模块240、排烟器模块226、抽吸/冲洗模块228、通信模块230、处理器模块232、存储阵列234、任选地耦接到显示器237的智能装置/器械235和非接触传感器模块242。手术室装置经由模块化控制塔236耦接到云计算资源和数据存储。机器人集线器222也可连接到模块化控制塔236和云计算资源。装置/器械235、可视化系统208等等可经由有线或无线通信标准或协议耦接到模块化控制塔236，如本文所述。模块化控制塔236可耦接到集线器显示器215(例如，监测器、屏幕)以显示和叠加从成像模块、装置/器械显示器和/或其他可视化系统208接收的图像。集线器显示器还可结合图像和叠加图像来显示从连接到模块化控制塔的装置接收的数据。
图10示出了包括耦接到模块化控制塔236的多个模块的外科集线器206。模块化控制塔236包括模块化通信集线器203(例如，网络连接性装置)和计算机系统210，以提供例如本地处理、可视化和成像。如图10中所示，模块化通信集线器203可以分层配置连接以扩展可连接到模块化通信集线器203的模块(例如，装置)的数量，并将与模块相关联的数据传输至计算机系统210、云计算资源或两者。如图10中所示，模块化通信集线器203中的网络集线器/交换机中的每个包括三个下游端口和一个上游端口。上游网络集线器/交换机连接至处理器以提供与云计算资源和本地显示器217的通信连接。与云204的通信可通过有线或无线通信信道进行。
外科集线器206采用非接触传感器模块242来测量手术室的尺寸，并且使用超声或激光型非接触测量装置来生成外科室的标测图。基于超声的非接触传感器模块通过发射一阵超声波并在其从手术室的围墙弹回时接收回波来扫描手术室，如在2017年12月28日提交的标题为“INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM”的美国临时专利申请序列62/611,341中的标题“Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room”下所述，该临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文，其中传感器模块被配置为确定手术室的大小并调节蓝牙配对距离限制。基于激光的非接触传感器模块通过发射激光脉冲、接收从手术室的围墙弹回的激光脉冲，以及将发射脉冲的相位与所接收的脉冲进行比较来扫描手术室，以确定手术室的尺寸并调节蓝牙配对距离限制。
计算机系统210包括处理器244和网络接口245。处理器244经由系统总线耦接到通信模块247、存储装置248、存储器249、非易失性存储器250和输入/输出接口251。系统总线可为若干类型的总线结构中的任一者，该总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、和/或使用任何各种可用总线架构的本地总线，包括但不限于9位总线、工业标准架构(ISA)、微型Charmel架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子器件(IDE)、VESA本地总线(VLB)、外围部件互连(PCI)、USB、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)、小型计算机系统接口(SCSI)或任何其他外围总线。
控制器244可为任何单核或多核处理器，诸如由德克萨斯器械公司(TexasInstruments)提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，处理器可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(高达40MHz)的片上存储器、用于改善40MHz以上的执行的预取缓冲器、32KB单循环序列随机存取存储器(SRAM)、装载有
Figure BDA0003432657480000391
软件的内部只读存储器(ROM)、2KB电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、和/或一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，处理器244可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供高级集成安全特征部，同时递送可定标的执行、连接性和存储器选项。
系统存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。基本输入/输出系统(BIOS)(包含诸如在启动期间在计算机系统内的元件之间传输信息的基本例程，)存储在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器可包括ROM、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、EEPROM或闪存。易失存储器包括充当外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。此外，RAM可以多种形式可用，诸如SRAM、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDRSDRAM)增强SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接Rambus RAM(DRRAM)。
计算机系统210还包括可移除/不可移除的、易失性/非易失性的计算机存储介质，诸如例如磁盘存储器。磁盘存储器包括但不限于诸如装置如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-60驱动器、闪存存储卡或内存条。此外，磁盘存储器可包括单独地或与其他存储介质组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器诸如光盘ROM装置(CD-ROM)、光盘可记录驱动器(CD-R驱动器)、光盘可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字通用磁盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了有利于磁盘存储装置与系统总线的连接，可使用可移除或非可移除接口。
应当理解，计算机系统210包括充当用户与在合适的操作环境中描述的基本计算机资源之间的中介的软件。此类软件包括操作系统。可存储在磁盘存储装置上的操作系统用于控制并分配计算机系统的资源。系统应用程序利用操作系统通过存储在系统存储器或磁盘存储装置中的程序模块和程序数据来管理资源。应当理解，本文所述的各种部件可用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
用户通过耦接到I/O接口251的(一个或多个)输入装置将命令或信息输入到计算机系统210中。输入装置包括但不限于指向装置，诸如鼠标、触控球、触笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏垫、卫星盘、扫描仪、电视调谐器卡、数字相机、数字摄像机、幅材相机等。这些和其他输入装置经由(一个或多个)接口端口通过系统总线连接到处理器。(一个或多个)接口端口包括例如串口、并行端口、游戏端口和USB。(一个或多个)输出装置使用与(一个或多个)输入装置相同类型的端口。因此，例如，USB端口可用于向计算机系统提供输入并将信息从计算机系统输出到输出装置。提供了输出适配器来说明在其他输出装置中存在需要特殊适配器的一些输出装置(如监测器、显示器、扬声器和打印机。输出适配器以举例的方式包括但不限于提供输出装置和系统总线之间的连接装置的视频和声卡。应当指出，其他装置或装置诸如(一个或多个)远程计算机的系统提供了输入能力和输出能力两者。
计算机系统210可使用与一个或多个远程计算机(诸如(一个或多个)云计算机)或本地计算机的逻辑连接在联网环境中操作。(一个或多个)远程云计算机可为个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的器具、对等装置或其他公共网络节点等，并且通常包括相对于计算机系统所述的元件中的许多或全部。为简明起见，仅示出了具有(一个或多个)远程计算机的存储器存储装置。(一个或多个)远程计算机通过网络接口在逻辑上连接到计算机系统，并且然后经由通信连接物理连接。网络接口涵盖通信网络诸如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3、令牌环/IEEE 802.5等。WAN技术包括但不限于点对点链路、电路交换网络如综合业务数字网络(ISDN)及其变体、分组交换网络和数字用户管线(DSL)。
在各种方面，图10的计算机系统210、成像模块238和/或可视化系统208、和/或图9-10的处理器模块232可包括图像处理器、图像处理引擎、媒体处理器、或用于处理数字图像的任何专用数字信号处理器(DSP)。图像处理器可采用具有单个指令、多数据(SIMD)或多指令、多数据(MIMD)技术的并行计算以提高速度和效率。数字图像处理引擎可执行一系列任务。图像处理器可为具有多核处理器架构的芯片上的系统。
(一个或多个)通信连接是指用于将网络接口连接到总线的硬件/软件。虽然示出了通信连接以便在计算机系统内进行示例性澄清，但其也可位于计算机系统210的外部。连接到网络接口所必需的硬件/软件仅出于示例性目的包括内部和外部技术，诸如调制解调器，包括常规的电话级调制解调器、电缆调制解调器和DSL调制解调器、ISDN适配器和以太网卡。
图11示出了根据本公开的一个方面的USB网络集线器300装置的一个方面的功能框图。在例示的方面，USB网络集线器装置300采用得克萨斯器械公司(Texas Instruments)的TUSB2036集成电路集线器。USB网络集线器300是根据USB 2.0规范提供上游USB收发器端口302和多达三个下游USB收发器端口304、306、308的CMOS装置。上游USB收发器端口302为差分根数据端口，其包括与差分数据正(DM0)输入配对的差分数据负(DP0)输入。三个下游USB收发器端口304、306、308为差分数据端口，其中每个端口包括与差分数据负(DM1-DM3)输出配对的差分数据正(DPI-DP3)输出。
USB网络集线器300装置用数字状态机而不是微控制器来实现，并且不需要固件编程。完全兼容的USB收发器集成到用于上游USB收发器端口302和所有下游USB收发器端口304、306、308的电路中。下游USB收发器端口304、306、308通过根据附接到端口的装置的速度自动设置转换速率来支持全速度装置和低速装置两者。USB网络集线器300装置可被配置为处于总线供电模式或自供电模式，并且包括用于管理功率的集线器功率逻辑312。
USB网络集线器300装置包括串行接口引擎310(SIE)。SIE 310是USB网络集线器300硬件的前端，并处理USB规范第8章中描述的大多数协议。SIE 310通常包括多达交易级别的信令。其处理的功能可包括：包识别、事务排序、SOP、EOP、RESET和RESUME信号检测/生成、时钟/数据分离、不返回到零反转(NRZI)数据编码/解码和数位填充、CRC生成和校验(令牌和数据)、包ID(PID)生成和校验/解码、和/或串行并行/并行串行转换。310接收时钟输入314并且耦接到暂停/恢复逻辑和帧定时器316电路以及集线器中继器电路318，以通过端口逻辑电路320、322、324控制上游USB收发器端口302和下游USB收发器端口304、306、308之间的通信。SIE 310经由接口逻辑耦接到命令解码器326，以经由串行EEPROM接口330来控制来自串行EEPROM的命令。
在各种方面，USB网络集线器300可将配置在多达六个逻辑层(层级)中的127功能连接至单个计算机。此外，USB网络集线器300可使用提供通信和电力分配两者的标准化四线电缆连接到所有外装置。功率配置为总线供电模式和自供电模式。USB网络集线器300可被配置成能够支持四种功率管理模式：具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的总线供电集线器，以及具有单独端口功率管理或成套端口功率管理的自供电集线器。在一个方面，使用USB电缆将USB网络集线器300、上游USB收发器端口302插入USB主机控制器中，并且将下游USB收发器端口304、306、308暴露以用于连接USB兼容装置等。
外科器械硬件
图12示出了根据本公开的一个或多个方面的外科器械或工具的控制系统470的逻辑图。系统470包括控制电路。控制电路包括微控制器461，该微控制器包括处理器462和存储器468。例如，传感器472、474、476中的一个或多个向处理器462提供实时反馈。由马达驱动器492驱动的马达482可操作地耦接可纵向运动的位移构件以驱动I形梁刀元件。跟踪系统480被配置成能够确定纵向可运动的位移构件的位置。将位置信息提供给处理器462，该处理器可被编程或配置成能够确定可纵向运动的驱动构件的位置以及击发构件、击发杆和I形梁刀元件的位置。附加马达可设置在工具驱动器接口处，以控制I形梁击发、闭合管行进、轴旋转和关节运动。显示器473显示器械的多种操作条件并且可包括用于数据输入的触摸屏功能。显示在显示器473上的信息可叠加有经由内窥镜式成像模块获取的图像。
在一个方面，微处理器461可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在一个方面，微控制器461可为购自例如德克萨斯器械公司(Texas Instruments)的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器核心，其包括256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(高达40MHz)的片上存储器、用于改善高于40MHz的性能的预取缓冲器、32KB单循环SRAM、装载有
Figure BDA0003432657480000421
软件的内部ROM、2KB电EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC，其细节可见于产品数据表。
在一个方面，微控制器461可包括安全控制器，该安全控制器包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)，已知同样由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO26262安全关键应用等等，以提供高级集成安全特征部，同时递送可定标的执行、连接性和存储器选项。
可对控制器461进行编程以执行各种功能，诸如对刀和关节运动系统的速度和位置的精确控制。在一个方面，微控制器461包括处理器462和存储器468。电动马达482可为有刷直流(DC)马达，其具有齿轮箱以及至关节运动或刀系统的机械链路。在一个方面，马达驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems，Inc)的A3941。其他马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。绝对定位系统的详细描述在2017年10月19日公布的标题为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR CONTROLLING ASURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT”的美国专利申请公布2017/0296213中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。
微控制器461可被编程为提供对位移构件和关节运动系统的速度和位置的精确控制。微控制器461可被配置成能够计算微控制器461的软件中的响应。将计算的响应与实际系统的所测量响应进行比较，以获得“观察到的”响应，其用于实际反馈决定。观察到的响应为有利的调谐值，该值使所模拟响应的平滑连续性质与所测量响应均衡，这可检测对系统的外部影响。
在一个方面，马达482可由马达驱动器492控制并可被外科器械或工具的击发系统采用。在各种形式中，马达482可为具有大约25,000RPM的最大旋转速度的有刷DC驱动马达。在其他布置方式中，马达482可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达或任何其他合适的电动马达。马达驱动器492可包括例如包括场效应晶体管(FET)的H桥驱动器。马达482可通过可释放地安装到柄部组件或工具外壳的功率组件来供应功率，以用于向外科器械或工具供应控制功率。功率组件可包括电池，该电池可包括串联连接的、可用作功率源以为外科器械或工具提供功率的多个电池单元。在某些情况下，功率组件的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为锂离子电池，其可耦接到功率组件并且可与功率组件分离。
驱动器492可为可购自Allegro微系统公司(Allegro Microsystems，Inc)的A3941。A3941 492为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷DC马达)特别设计的外部N信道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器492包括独特的电荷泵调整器，其为低至7V的电池电压提供完整的(＞10V)栅极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减小的栅极驱动下操作。可采用自举电容器来提供N信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。综合诊断提供欠压、过热和功率桥故障的指示，并且可被配置成能够在大多数短路条件下保护功率MOSFET。其他马达驱动器可容易地被替换以用于包括绝对定位系统的跟踪系统480中。
跟踪系统480包括根据本公开的一个方面的包括位置传感器472的受控马达驱动电路布置方式。用于绝对定位系统的位置传感器472提供对应于位移构件的位置的独特位置信号。在一个方面，位移构件表示纵向可运动的驱动构件，其包括用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合的驱动齿的齿条。在其他方面，位移构件表示击发构件，该击发构件可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。在又一个方面，位移构件表示击发杆或I形梁，每一者可被适配和配置成能够包括驱动齿的齿条。因此，如本文所用，术语位移构件通常用于指外科器械或工具的任何可运动的构件诸如驱动构件、击发构件、击发杆、I形梁或可进行移位的任何元件。在一个方面，可纵向运动的驱动构件耦接到击发构件、击发杆和I形梁。因此，绝对定位系统实际上可通过跟踪可纵向运动的驱动构件的线性位移来跟踪I形梁的线性位移。在各种其他方面，位移构件可耦接到适于测量线性位移的任何位置传感器472。因此，可纵向运动的驱动构件、击发构件、击发杆或I形梁或它们的组合可耦接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可运动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括固定磁体和一系列可运动的线性布置的霍尔效应传感器的磁感测系统、包括可运动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、包括固定光源和一系列可运动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。
电动马达482可包括可操作地与齿轮组件交接的可旋转轴，该齿轮组件与驱动齿的组或齿条啮合接合安装在位移构件上。传感器元件可以可操作地耦接到齿轮组件，使得位置传感器472元件的单次旋转对应于位移构件的一些线性纵向平移。传动装置和传感器的布置方式可经由齿条和小齿轮布置方式连接至线性致动器，或者经由直齿齿轮或其他连接连接至旋转致动器。功率源为绝对定位系统供应功率，并且输出指示器可显示绝对定位系统的输出。位移构件表示纵向可运动驱动构件，该纵向可运动驱动构件包括形成于其上的驱动齿的齿条，以用于与齿轮减速器组件的对应驱动齿轮啮合接合。位移构件表示可纵向运动的击发构件、击发杆、I形梁或它们的组合。
与位置传感器472相关联的传感器元件的单次旋转等同于位移构件的纵向线性位移d1，其中d1为在耦接到位移构件的传感器元件的单次旋转之后位移构件从点“a”运动到点“b”的纵向线性距离。可经由齿轮减速连接传感器布置方式，该齿轮减速使得位置传感器472针对位移构件的全行程仅完成一次或多次旋转。位置传感器472可针对位移构件的全行程完成多次旋转。
可单独或结合齿轮减速采用一系列开关(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器472的多于一次旋转提供独特位置信号。开关的状态被馈送回微控制器461，该微控制器应用逻辑以确定对应于位移构件的纵向线性位移d1+d2+...dn的独特位置信号。位置传感器472的输出被提供给微控制器461。该传感器布置方式的位置传感器472可包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
位置传感器472可包括任何数量的磁性感测元件，诸如例如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探查线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等等。
在一个方面，用于包括绝对定位系统的跟踪系统480的位置传感器472包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器472可被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems，AG)。位置传感器472与微控制器461进行交互以提供绝对定位系统。位置传感器472为低电压和低功率部件，并且包括位于磁体上方的位置传感器472的区域中的四个霍尔效应元件。在芯片上还提供了高分辨率ADC和智能功率管理控制器。提供了坐标旋转数字计算机(CORDIC)处理器(也被称为逐位法和Volder算法)以执行简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、数位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口(诸如串行外围接口(SPI)接口)被传输到微控制器461。位置传感器472提供12或14位分辨率。位置传感器472可为以小QFN 16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。
包括绝对定位系统的跟踪系统480可包括并且/或者可被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入：在这种情况下为电压。其他示例包括电压、电流和力的PWM。除了由位置传感器472所测量的位置之外，可提供一个或多个其他传感器来测量物理系统的物理参数。在一些方面，一个或多个其他传感器可包括传感器布置方式，诸如在2016年5月24日发布的标题为“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利9,345,481中所述的那些，该专利全文以引用方式并入本文；2014年9月18日公布的标题为“STAPLE CARTRIDGETISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公布2014/0263552，该专利全文以引用方式并入本文；以及2017年6月20日提交的标题为“TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROLOF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT”的美国专利申请序列15/628,175，该专利申请全文以引用方式并入本文。在数字信号处理系统中，绝对定位系统耦接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统可包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法驱动计算响应朝向所测量的响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入预测物理系统的状态和输出。
因此，绝对定位系统在器械上电时提供位移构件的绝对位置，并且不使位移构件回缩或推进至如常规旋转编码器可需要的复位(清零或本位)位置，这些编码器仅对马达482采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。
传感器474(诸如，例如应变仪或微应变仪)被配置成能够测量端部执行器的一个或多个参数，诸如例如在夹持操作期间施加在砧座上的应变的幅值，该幅值可以指示施加到砧座的闭合力。将测得的应变转换成数字信号并提供给处理器462。另选地或除了传感器474之外，传感器476(诸如负载传感器)可以测量由闭合驱动系统施加到砧座的闭合力。传感器476诸如负载传感器可以测量在外科器械或工具的击发行程中施加到I形梁的击发力。I形梁被配置成能够接合楔形滑动件，该楔形滑动件被配置成能够使钉驱动器向上凸轮运动以将钉推出以与砧座变形接触。I形梁还包括锋利切割刃，当通过击发杆向远侧推进I形梁时，该切割刃可用于切断组织。另选地，可以采用电流传感器478来测量由马达482消耗的电流。推进击发构件所需的力可对应于例如由马达482消耗的电流。将测得的力转换成数字信号并提供给处理器462。
在一种形式中，应变仪传感器474可用于测量由端部执行器施加到组织的力。应变计可耦接到端部执行器以测量被端部执行器处理的组织上的力。用于测量施加到由端部执行器抓握的组织的力的系统包括应变仪传感器474，诸如例如微应变仪，其被配置成能够测量例如端部执行器的一个或多个参数。在一个方面，应变仪传感器474可测量在夹持操作期间施加到端部执行器的钳口构件上的应变的幅值或量值，这可指示组织压缩。将测得的应变转换成数字信号并将其提供到微控制器461的处理器462。负载传感器476可测量用于操作刀元件例如以切割被捕获在砧座和钉仓之间的组织的力。可采用磁场传感器来测量捕获的组织的厚度。磁场传感器的测量值也可被转换成数字信号并提供给处理器462。
微控制器461可使用分别由传感器474、476测量的组织压缩、组织厚度和/或闭合端部执行器所需的力的测量值来表征击发构件的所选择的位置和/或击发构件的速度的对应值。在一种情况下，存储器468可存储可由微控制器461在评估中所采用的技术、公式和/或查找表。
外科器械或工具的控制系统470还可包括有线或无线通信电路以与模块化通信集线器通信，如图8至图11中所示。
图13示出了根据本公开的一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的控制电路500。控制电路500可被配置成能够实现本文所述的各种过程。控制电路500可以包括微控制器，该微控制器包括耦接到至少一个存储器电路504的一个或多个处理器502(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路504存储机器可执行指令，这些机器可执行指令在由处理器502执行时使处理器502执行机器指令以实现本文所述的各种过程。处理器502可以是本领域中已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路504可包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器502可包括指令处理单元506和运算单元508。指令处理单元可被配置成能够从本公开的存储器电路504接收指令。
图14示出了组合逻辑电路510，该组合逻辑电路被配置成能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具的各方面。组合逻辑电路510可被配置成能够实现本文所述的各种过程。组合逻辑电路510可包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑部件512，该组合逻辑部件被配置成能够在输入514处接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑部件512处理数据并提供输出516。
图15示出了根据本公开的一个方面的被配置成能够控制外科器械或工具的各方面的时序逻辑电路520。时序逻辑电路520或组合逻辑部件522可被配置成能够实现本文所述的各种过程。时序逻辑电路520可包括有限状态机。时序逻辑电路520可包括例如组合逻辑部件522、至少一个存储器电路524和时钟529。至少一个存储器电路524可存储有限状态机的当前状态。在某些情况下，时序逻辑电路520可以是同步的或异步的。组合逻辑522被配置成能够从输入526接收与外科器械或工具相关联的数据，通过组合逻辑522处理数据并提供输出528。在其他方面，电路可包括处理器(例如，处理器502，图13)和有限状态机的组合以实现本文的各种方法。在其他方面，有限状态机可包括组合逻辑电路(例如，组合逻辑电路510，图14)和时序逻辑电路520的组合。
图16示出了包括可被激活以执行各种功能的多个马达的外科器械或工具。在某些情况下，第一马达可被激活以执行第一功能，第二马达可被激活以执行第二功能，并且第三马达可被激活以执行第三功能。在某些情况下，机器人外科器械600的多个马达可被单独地激活以导致端部执行器中的击发运动、闭合运动、和/或关节运动。击发运动、闭合运动、和/或关节运动可例如通过轴组件被传输到端部执行器。
在某些情况下，外科器械系统或工具可包括击发马达602。击发马达602可操作地耦接到击发马达驱动组件604，该击发马达驱动组件可被配置成能够将由马达602生成的击发运动传输到端部执行器，具体地用于使I形梁元件移位。在某些情况下，由马达602生成的击发运动可使例如钉从钉仓部署到由端部执行器捕获的组织内并且/或者使I形梁元件的切割刃被推进以切割所捕获的组织。I形梁元件可通过反转马达602的方向而回缩。
在某些情况下，外科器械或工具可包括闭合马达603。闭合马达603可以可操作地耦接到闭合马达驱动组件605，该闭合马达驱动组件被配置成能够将由马达603生成的闭合运动传输到端部执行器，具体地用于移置闭合管以闭合砧座并且压缩砧座和钉仓之间的组织。闭合运动可使例如端部执行器从打开配置转变成接近配置以捕获组织。端部执行器可通过反转马达603的方向而转变到打开位置。
在某些情况下，外科器械或工具可包括例如一个或多个关节运动马达606a、606b。马达606a、606b可以可操作地耦接到相应的关节运动马达驱动组件608a、608b，该关节运动马达驱动组件可被配置成能够将由马达606a、606b生成的关节运动传输到端部执行器。在某些情况下，关节运动可使端部执行器相对于轴进行关节运动，例如。
如上所述，外科器械或工具可包括多个马达，该多个马达可被配置成能够执行各种独立功能。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可被单独地或独立地激活以执行一个或多个功能，而其他马达保持非活动的。例如，关节运动马达606a、606b可被激活以使端部执行器进行关节运动，而击发马达602保持非活动的。另选地，击发马达602可被激活以击发多个钉并且/或者推进切割边缘，而关节运动马达606保持非活动的。此外，闭合马达603可与击发马达602同时激活，以使闭合管和I形梁元件朝远侧推进，如下文更详细地描述。
在某些情况下，外科器械或工具可包括公共控制模块610，该公共控制模块可与外科器械或工具的多个马达一起使用。在某些情况下，公共控制模块610每次可调节多个马达中的一个。例如，公共控制模块610可单独地耦接到外科器械的多个马达并且可从外科器械的多个马达分离。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可共用一个或多个公共控制模块诸如公共控制模块610。在某些情况下，外科器械或工具的多个马达可独立地和选择性地接合公共控制模块610。在某些情况下，公共控制模块610可从与外科器械或工具的多个马达中的一个交接切换到与外科器械或工具的多个马达中的另一个交接。
在至少一个示例中，公共控制模块610可在可操作地接合关节运动马达606a、606b和可操作地接合击发马达602或闭合马达603之间选择性地切换。在至少一个示例中，如图16中所示，开关614可在多个位置和/或状态之间运动或转变。在第一位置616中，开关614可将公共控制模块610电耦接到击发马达602；在第二位置617中，开关614可将公共控制模块610电耦接到闭合马达603；在第三位置618a中，开关614可将公共控制模块610电耦接到第一关节运动马达606a；并且在第四位置618b中，开关614可将公共控制模块610电耦接到例如第二关节运动马达606b。在某些情况下，单独的公共控制模块610可同时电耦接到击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b。在某些情况下，开关614可为机械开关、机电开关、固态开关、或任何合适的开关机构。
马达602、603、606a、606b中的每个可包括扭矩传感器以测量马达的轴上的输出扭矩。可以任何常规方式感测端部执行器上的力，诸如通过钳口的外侧上的力传感器或通过用于致动钳口的马达的扭矩传感器来感测端部执行器上的力。
在各种情况下，如图16中所示，公共控制模块610可包括马达驱动器626，该马达驱动器可包括一个或多个H桥FET。马达驱动器626可例如基于得自微控制器620(“控制器”)的输入来调制从功率源628传输到耦接到公共控制模块610的马达的功率。在某些情况下，当马达耦接到公共控制模块610时，可例如采用微控制器620来确定由马达消耗的电流，如上所述。
在某些情况下，微控制器620可包括微处理器622(“处理器”)和一个或多个非暂态计算机可读介质或存储单元624(“存储器”)。在某些情况下，存储器624可存储各种程序指令，这些程序指令在被执行时可使处理器622执行本文所述的多个功能和/或计算。在某些情况下，存储器单元624中的一个或多个可例如耦接到处理器622。
在某些情况下，功率源628可例如用于为微控制器620供应功率。在某些情况下，功率源628可包括电池(或者“电池组”或“功率组”)，诸如锂离子电池，例如。在某些情况下，电池组可被配置成能够可释放地安装到柄部以用于给外科器械600供应功率。多个串联连接的电池单元可用作功率源628。在某些情况下，功率源628可为例如可替换的和/或可再充电的。
在各种情况下，处理器622可控制马达驱动器626以控制耦接到公共控制器610的马达的位置、旋转方向、和/或速度。在某些情况下，处理器622可发信号通知马达驱动器626，以停止和/或停用耦接到公共控制器610的马达。应当理解，如本文所用的术语“处理器”包括任何合适的微处理器、微控制器、或将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合在一个集成电路或至多几个集成电路上的其他基础计算装置。处理器是多用途的可编程装置，该装置接收数字数据作为输入，根据其存储器中存储的指令来处理输入，然后提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是时序数字逻辑的示例。处理器的操作对象是以二进制数字系统表示的数字和符号。
在一种情况下，处理器622可为任何单核或多核处理器，诸如已知的由德克萨斯器械公司(Texas Instruments)生产的商品名为ARM Cortex的那些。在某些情况下，微控制器620可为例如可从德州器械公司(Texas Instruments)购得的LM 4F230H5QR。在至少一个示例中，Texas Instruments LM4F230H5QR为ARM Cortex-M4F处理器芯，其包括：256KB的单循环闪存或其他非易失性存储器(高达40MHz)的片上存储器、用于改善高于40MHz的性能的预取缓冲器、32KB的单循环SRAM、装载有
Figure BDA0003432657480000521
软件的内部ROM、2KB的EEPROM、一个或多个PWM模块、一个或多个QEI模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位ADC、以及易得的其他特征部。可容易地换用其他微控制器，以与模块4410一起使用。因此，本公开不应限于这一上下文。
在某些情况下，存储器624可包括用于控制可耦接到公共控制器610的外科器械600的马达中的每个的程序指令。例如，存储器624可包括用于控制击发马达602、闭合马达603和关节运动马达606a、606b的程序指令。此类程序指令可使处理器622根据来自外科器械或工具的算法或控制程序的输入来控制击发、闭合和关节运动功能。
在某些情况下，一个或多个机构和/或传感器诸如传感器630可以用于警示处理器622应当在特定设定中使用的程序指令。例如，传感器630可警示处理器622使用与击发、闭合和关节运动端部执行器相关联的程序指令。在某些情况下，传感器630可包括例如可以用于感测开关614的位置的位置传感器。因此，处理器622可以在例如通过传感器630检测到开关614处于第一位置616时使用与击发端部执行器的I形梁相关联的程序指令；处理器622可在例如通过传感器630检测到开关614处于第二位置617时使用与闭合砧座相关联的程序指令；并且处理器622可在例如通过传感器630检测到开关614处于第三位置618a或第四位置618b时使用与使端部执行器进行关节运动相关联的程序指令。
图17是根据本公开的一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科工具的机器人外科器械700的示意图。机器人外科器械700可被编程或配置成能够控制位移构件的远侧/近侧平移、闭合管的远侧/近侧位移、轴旋转、以及具有单个或多个关节运动驱动连杆的关节运动。在一个方面，外科器械700可被编程或配置成能够单独地控制击发构件、闭合构件、轴构件、和/或一个或多个关节运动构件。外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够控制马达驱动的击发构件、闭合构件、轴构件、和/或一个或多个关节运动构件。
在一个方面，机器人外科器械700包括控制电路710，该控制电路被配置成能够经由多个马达704a-704e来控制端部执行器702的砧座716和I形梁714(包括锋利切割刃)部分，可移除钉仓718、轴740、以及一个或多个关节运动构件742a、742b。位置传感器734可被配置成能够向控制电路710提供I形梁714的位置反馈。其他传感器738可被配置成能够向控制电路710提供反馈。定时器/计数器731向控制电路710提供定时和计数信息。可提供能量源712以操作马达704a-704e，并且电流传感器736向控制电路710提供马达电流反馈。马达704a-704e可通过控制电路710在开环或闭环反馈控制中单独操作。
在一个方面，控制电路710可包括用于执行使一个或多个处理器执行一个或多个任务的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器731向控制电路710提供输出信号，诸如耗用的时间或数字计数，以将如由位置传感器734确定的I形梁714的位置与定时器/计数器731的输出相关联，使得控制电路710可确定I形梁714在特定时间(t)相对于起始位置的位置或I形梁714处于相对于起始位置的特定位置时的时间(t)。定时器/计数器731可被配置成能够测量所耗用的时间、对外部事件计数或对外部事件计时。
在一个方面，控制电路710可被编程为基于一个或多个组织条件来控制端部执行器702的功能。控制电路710可以被编程为直接或间接地感测组织条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路710可被编程为基于组织条件选择击发控制程序或闭合控制程序。击发控制程序可描述位移构件的远侧运动。可选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，控制电路710可被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路710可被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。闭合控制程序可控制由砧座716施加到组织的闭合力。其他控制程序控制轴740和关节运动构件742a、742b的旋转。
在一个方面，控制电路710可生成马达设定点信号。马达设定点信号可被提供给各种马达控制器708a-708e。马达控制器708a-708e可包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达704a-704e提供马达驱动信号，以驱动马达704a-704e，如本文所述。在一些示例中，马达704a-704e可为有刷DC电动马达。例如，马达704a-704e的速度可与相应的马达驱动信号成比例。在一些示例中，马达704a-704e可为无刷DC马达，并且相应的马达驱动信号可包括提供给马达704a-704e的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可省略马达控制器708a-708e，并且控制电路710可直接生成马达驱动信号。
在一些示例中，控制电路710可最初针对位移构件的行程的第一开环部分以开环配置操作马达704a-704e中的每个。基于在行程的开环部分期间机器人外科器械700的响应，控制电路710可选择处于闭环配置的击发控制程序。器械的响应可包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达704a-704e中的一者的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路710可对位移构件行程的第二部分实现所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路710可基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达704a-704e中的一者，以使位移构件以恒定速度平移。
在一个方面，马达704a-704e可从能量源712接收功率。能量源712可为由主交流功率源、电池、超级电容器或任何其他合适的能量源驱动的DC功率源。马达704a-704e可经由相应的传动装置706a-706e机械地耦接到单独的可运动机械元件，诸如I形梁714、砧座716、轴740、关节运动742a和关节运动742b。传动装置706a-706e可包括一个或多个齿轮或其他连杆部件，以将马达704a-704e耦接到可运动机械元件。位置传感器734可感测I形梁714的位置。位置传感器734可为或包括能够生成指示I形梁714的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器734可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁714朝远侧和朝近侧平移时向控制电路710提供一系列脉冲。控制电路710可跟踪脉冲以确定I形梁714的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁714的动作的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器734。在马达704a-704e中的任一个是步进马达的情况下，控制电路710可以通过聚合马达704已被命令执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁714的位置。位置传感器734可位于端部执行器702中或器械的任何其他部分处。马达704a-704e中的每个的输出包括用于感测力的扭矩传感器744a-744e，并且具有用于感测驱动轴的旋转的编码器。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动击发构件诸如端部执行器702的I形梁714部分。控制电路710向马达控制708a提供马达设定点，该马达控制向马达704a提供驱动信号。马达704a的输出轴耦接到扭矩传感器744a。扭矩传感器744a耦接到与I形梁714耦接的传动装置706a。传动装置706a包括可运动机械元件诸如旋转元件和击发构件，以控制I形梁714沿端部执行器702的纵向轴线朝远侧和近侧的运动。在一个方面，马达704a可耦接到刀齿轮组件，该刀齿轮组件包括刀齿轮减速组，该刀齿轮减速组包括第一刀驱动齿轮和第二刀驱动齿轮。扭矩传感器744a向控制电路710提供击发力反馈信号。击发力信号表示击发或移位I形梁714所需的力。位置传感器734可被配置成能够将I形梁714沿击发行程的位置或击发构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702可包括被配置成能够向控制电路710提供反馈信号的附加传感器738。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708a提供击发信号。响应于击发信号，马达704a可沿端部执行器702的纵向轴线将击发构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。在击发构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁714朝远侧推进以切割位于钉仓718和砧座716之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够驱动闭合构件，诸如端部执行器702的砧座716部分。控制电路710向马达控制708b提供马达设定点，该马达控制向马达704b提供驱动信号。马达704b的输出轴耦接到扭矩传感器744b。扭矩传感器744b耦接到与砧座716耦接的传动装置706b。传动装置706b包括可运动机械元件诸如旋转元件和闭合构件，以控制砧座716从打开位置和闭合位置的运动。在一个方面，马达704b耦接到闭合齿轮组件，该闭合齿轮组件包括被支撑成与闭合正齿轮啮合接合的闭合减速齿轮组。扭矩传感器744b向控制电路710提供闭合力反馈信号。闭合力反馈信号表示施加到砧座716的闭合力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。端部执行器702中的附加传感器738可向控制电路710提供闭合力反馈信号。可枢转砧座716被定位成与钉仓718相对。当准备好使用时，控制电路710可向马达控制708b提供闭合信号。响应于闭合信号，马达704b推进闭合构件以抓持砧座716和钉仓718之间的组织。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使轴构件诸如轴740旋转，以使端部执行器702旋转。控制电路710向马达控制708c提供马达设定点，该马达控制向马达704c提供驱动信号。马达704c的输出轴耦接到扭矩传感器744c。扭矩传感器744c耦接到耦接到轴740的传动装置706c。传动装置706c包括可运动机械元件诸如旋转元件，以控制轴740顺时针或逆时针旋转高达360°和360°以上。在一个方面，马达704c耦接到旋转传动装置组件，该旋转传动装置组件包括管齿轮区段，该管齿轮区段形成于(或附接到)近侧闭合管的近侧端部上，以通过可操作地支撑在工具安装板上的旋转齿轮组件可操作地接合。扭矩传感器744c向控制电路710提供旋转力反馈信号。旋转力反馈信号表示施加到轴740上的旋转力。位置传感器734可被配置成能够将闭合构件的位置作为反馈信号提供给控制电路710。附加传感器738诸如轴编码器可向控制电路710提供轴740的旋转位置。
在一个方面，控制电路710被配置成能够使端部执行器702进行关节运动。控制电路710向马达控制708d提供马达设定点，该马达控制向马达704d提供驱动信号。马达704d的输出耦接到扭矩传感器744d。扭矩传感器744d耦接到耦接到关节运动构件742a的传动装置706d。传动装置706d包括可运动的机械元件诸如关节运动元件，以控制端部执行器702±65°的关节运动。在一个方面，马达704d耦接到关节运动螺母，该关节运动螺母可旋转地轴颈连接在远侧脊部的近侧端部部分上并且通过关节运动齿轮组件在其上可旋转地驱动。扭矩传感器744d向控制电路710提供关节运动力反馈信号。关节运动力反馈信号表示施加到端部执行器702的关节运动力。传感器738(诸如关节运动编码器)可向控制电路710提供端部执行器702的关节运动位置。
在另一方面，机器人外科系统700的关节运动功能可包括两个关节运动构件或连杆742a、742b。这些关节运动构件742a、742b由机器人接口(齿条)上的单独的盘驱动，所述单独的盘由两个马达708d、708e驱动。当提供单独的击发马达704a时，关节运动连杆742a、742b中的每个可相对于另一个连杆进行拮抗驱动，以便在头部未运动时向头部提供阻力保持运动和负载，并且在头部进行关节运动时提供关节运动。当头部旋转时，关节运动构件742a、742b以固定的半径附接到头部。因此，当头部旋转时，推拉连杆的机械优点发生变化。机械优点的该变化对于其他关节运动连杆驱动系统可更明显。
在一个方面，一个或多个马达704a-704e可包括具有齿轮箱的有刷DC马达和与击发构件、闭合构件或关节运动构件的机械链路。另一个示例包括操作可运动机械元件诸如位移构件、关节运动连杆、闭合管和轴的电动马达704a-704e。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可被称为曳力，其相对电动马达704a-704e中的一个作用。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
在一个方面，位置传感器734可被实现为绝对定位系统。在一个方面，位置传感器734可包括磁性旋转绝对定位系统，该磁性旋转绝对定位系统被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(Austria Microsystems，AG)。位置传感器734可与控制电路710进行交互以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并耦接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，控制电路710可与一个或多个传感器738通信。传感器738可被定位在端部执行器702上并且适于与机器人外科器械700一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间以及砧座应变与时间。传感器738可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、负载感测器、压力传感器、力传感器、扭矩传感器、电感式传感器诸如涡流传感器、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器702的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器738可包括一个或多个传感器。传感器738可位于钉仓718平台上，以使用分段电极来确定组织位置。扭矩传感器744a-744e可被配置成能够感测力诸如击发力、闭合力和/或关节运动力等。因此，控制电路710可感测(1)远侧闭合管所经历的闭合负载及其位置，(2)在齿条处的击发构件及其位置，(3)钉仓718的上面具有组织的部分，以及(4)两个关节运动杆上的负载和位置。
在一个方面，一个或多个传感器738可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座716中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器738可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座716和钉仓718之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器738可被配置成能够检测位于砧座716与钉仓718之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于两者间的组织的厚度和/或完全性。
在一个方面，传感器738可实现为一个或多个限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁电阻(GMR)装置、磁力计等等。在其他具体实施中，传感器738可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其他具体实施中，传感器738可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等等。
在一个方面，传感器738可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座716上的力。例如，一个或多个传感器738可位于闭合管和砧座716之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座716的闭合力。施加在砧座716上的力可表示在砧座716和钉仓718之间捕获的组织区段所经历的组织压缩。一个或多个传感器738可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座716的闭合力。一个或多个传感器738可在夹持操作期间由控制电路710的处理器实时取样。控制电路710接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座716的闭合力。
在一个方面，电流传感器736可用于测量由马达704a-704e中的每个所消耗的电流。推进可运动机械元件(诸如I形梁714)中的任一者所需的力对应于由马达704a-704e中的一个所消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给控制电路710。控制电路710可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器702中的I形梁714以目标速度或接近目标速度运动。机器人外科系统700可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、线性平方(LQR)和/或自适应控制器。机器人外科器械700可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换成物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。附加细节公开于2017年6月29日提交的标题为“CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUESFOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT”的美国专利申请序列15/636,829中，该专利全文以引用方式并入本文。
图18示出了根据本公开的一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械750的框图。在一个方面，外科器械750被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械750包括端部执行器752，该端部执行器可包括砧座766、I形梁764(包括锋利切割刃)和可移除钉仓768。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、运动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和位置传感器784来测量。由于I形梁764耦接到可纵向运动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量可纵向运动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可以被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移。在一些示例中，控制电路760可包括用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在特定时间(t)相对于起始位置的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量所耗用的时间、对外部事件计数或对外部事件计时。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774，以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可省略马达控制器758，并且控制电路760可直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762处接收功率。能量源762可为或包括电池、超级电容器或任何其他合适的能量源。马达754可经由传动装置756机械地耦接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754耦接到I形梁764的一个或多个齿轮或其他连杆部件。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定I形梁764的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的动作的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可通过聚合马达754已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁764的位置。位置传感器784可位于端部执行器752中或器械的任何其他部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可被定位在端部执行器752上并且适于与外科器械750一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间以及砧座应变与时间。传感器788可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器752的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。
一个或多个传感器788可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓768之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于两者间的组织的厚度和/或完全性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
电流传感器786可以用于测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给控制电路760。
控制电路760可被配置成能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可致动位移构件以将端部执行器752中的I形梁764以目标速度或接近目标速度运动。外科器械750可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、LQR和/或自适应控制器。外科器械750可包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换为物理输入，诸如外壳电压、PWM电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。
外科器械750的实际驱动系统被配置成能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械连接件的有刷直流马达来驱动位移构件、切割构件或I形梁764。另一个示例是操作例如可互换轴组件的位移构件和关节运动驱动器的电动马达754。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可以被称为与电动马达754相反地作用的曳力。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。
各种示例性方面涉及外科器械750，该外科器械包括带有马达驱动的外科缝合和切割工具的端部执行器752。例如，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线朝远侧和朝近侧驱动位移构件。端部执行器752可包括可枢转砧座766，并且当被配置成能够用于使用时，钉仓768被定位成与砧座766相对。临床医生可握持砧座766与钉仓768之间的组织，如本文所述。当准备好使用器械750时，临床医生可例如通过按下器械750的触发器来提供击发信号。响应于击发信号，马达754可沿端部执行器752的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动到行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，带有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁764可切割钉仓768与砧座766之间的组织。
在各种示例中，外科器械750可包括控制电路760，该控制电路被编程为基于一个或多个组织状况控制位移构件(诸如I形梁764)的远侧平移。控制电路760可以被编程为直接或间接地感测组织条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路760可被编程为基于组织条件来选择击发控制程序。击发控制程序可描述位移构件的远侧运动。可选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，控制电路760可被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路760可被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。
在一些示例中，控制电路760可最初针对位移构件的行程的第一开环部分以开环配置来操作马达754。基于在行程的开环部分期间器械750的响应，控制电路760可选择击发控制程序。器械的响应可包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达754的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路760可对位移构件行程的第二部分实施所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路760可基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达754，以使位移构件以恒定速度平移。附加细节公开于2017年9月29日提交的标题为“SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT”的美国专利申请序列15/720,852中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
图19是根据本公开的一个方面的被配置成能够控制各种功能的外科器械790的示意图。在一个方面，外科器械790被编程为控制位移构件诸如I形梁764的远侧平移。外科器械790包括端部执行器792，该端部执行器可以包括砧座766、I形梁764和可移除钉仓768，该可移除钉仓可以与RF仓796(以虚线示出)互换。
在一个方面，传感器788可被实现为限位开关、机电装置、固态开关、霍尔效应装置、MR装置、GMR装置、磁力计等等。在其他具体实施中，传感器638可被实现为在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、IR传感器、紫外线传感器等等。同样，开关可为固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、MOSFET、双极型晶体管等)。在其他具体实施中，传感器788可包括无电导体开关、超声开关、加速度计和惯性传感器等。
在一个方面，位置传感器784可被实现为绝对定位系统，该绝对定位系统包括被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可购自澳大利亚奥地利微电子公司(AustriaMicrosystems，AG)。位置传感器784可与控制电路760进行交互以提供绝对定位系统。位置可包括位于磁体上方并耦接到CORDIC处理器的霍尔效应元件，该CORDIC处理器也被已知为逐位方法和Volder算法，提供该CORDIC处理器以实现用于计算双曲线函数和三角函数的简单有效的算法，双曲线函数和三角函数仅需要加法操作、减法操作、数位位移操作和表格查找操作。
在一个方面，I形梁764可被实现为包括刀主体的刀构件，该刀主体将组织切割刀片可操作地支撑在其上，并且该I形梁还可包括砧座接合插片或特征部以及通道接合特征部或脚部。在一个方面，钉仓768可被实现为标准(机械)外科紧固件仓。在一个方面，RF仓796可被实现为RF仓。这些和其他传感器布置在2017年6月20日提交的共同拥有的标题为“TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING ANDCUTTING INSTRUMENT”的美国专利申请序列15/628,175中描述，该专利全文以引用方式并入本文。
线性位移构件诸如I形梁764的位置、运动、位移和/或平移可通过绝对定位系统、传感器布置和表示为位置传感器784的位置传感器来测量。由于I形梁764耦接到可纵向运动的驱动构件，因此I形梁764的位置可通过采用位置传感器784测量可纵向运动的驱动构件的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁764的位置、位移和/或平移可通过如本文所述的位置传感器784来实现。控制电路760可以被编程为控制位移构件诸如I形梁764的平移，如本文所述。在一些示例中，控制电路760可包括用于执行使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁764)的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其他合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器781向控制电路760提供输出信号，诸如耗用时间或数字计数，以将如由位置传感器784确定的I形梁764的位置与定时器/计数器781的输出相关联，使得控制电路760可确定I形梁764在特定时间(t)相对于起始位置的位置。定时器/计数器781可被配置成能够测量所耗用的时间、对外部事件计数或对外部事件计时。
控制电路760可生成马达设定点信号772。马达设定点信号772可被提供给马达控制器758。马达控制器758可包括一个或多个电路，这些电路被配置成能够向马达754提供马达驱动信号774，以驱动马达754，如本文所述。在一些示例中，马达754可为有刷DC电动马达。例如，马达754的速度可与马达驱动信号774成比例。在一些示例中，马达754可为无刷DC电动马达，并且马达驱动信号774可包括提供给马达754的一个或多个定子绕组的PWM信号。而且，在一些示例中，可省略马达控制器758，并且控制电路760可直接生成马达驱动信号774。
马达754可从能量源762处接收功率。能量源762可为或包括电池、超级电容器或任何其他合适的能量源。马达754可经由传动装置756机械地耦接到I形梁764。传动装置756可包括用于将马达754耦接到I形梁764的一个或多个齿轮或其他连杆部件。位置传感器784可感测I形梁764的位置。位置传感器784可为或包括能够生成指示I形梁764的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器784可包括编码器，该编码器被配置成能够在I形梁764朝远侧和朝近侧平移时向控制电路760提供一系列脉冲。控制电路760可跟踪脉冲以确定I形梁764的位置。可使用其他合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其他类型的位置传感器可提供指示I形梁764的动作的其他信号。而且，在一些示例中，可省略位置传感器784。在马达754是步进马达的情况下，控制电路760可通过聚合该马达已被指示执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁764的位置。位置传感器784可位于端部执行器792中或器械的任何其他部分处。
控制电路760可与一个或多个传感器788通信。传感器788可被定位在端部执行器792上并且适于与外科器械790一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间以及砧座应变与时间。传感器788可包括磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器和/或用于测量端部执行器792的一个或多个参数的任何其他合适的传感器。传感器788可包括一个或多个传感器。
一个或多个传感器788可包括应变仪诸如微应变仪，该应变仪被配置成能够在夹持条件期间测量砧座766中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器788可包括压力传感器，该压力传感器被配置成能够检测由砧座766和钉仓768之间的压缩组织的存在所生成的压力。传感器788可被配置成能够检测位于砧座766与钉仓768之间的组织区段的阻抗，该阻抗指示位于两者间的组织的厚度和/或完全性。
传感器788可被配置成能够测量由闭合驱动系统施加在砧座766上的力。例如，一个或多个传感器788可位于闭合管和砧座766之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座766的闭合力。施加在砧座766上的力可表示在砧座766和钉仓768之间捕获的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器788可沿闭合驱动系统定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统施加到砧座766的闭合力。一个或多个传感器788可在夹持操作期间由控制电路760的处理器部分实时取样。控制电路760接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座766的闭合力。
电流传感器786可以用于测量由马达754消耗的电流。推进I形梁764所需的力对应于由马达754消耗的电流。将力转换成数字信号并提供给控制电路760。
当RF仓796代替钉仓768被装载在端部执行器792中时，RF能量源794耦接到端部执行器792并且被施加到RF仓796。控制电路760控制RF能量到RF仓796的递送。
附加细节公开于2017年6月28日提交标题为“SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITHSTAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE，AND METHOD OF USING SAME”的美国专利申请序列15/636,096，该专利全文以引用方式并入本文。
图20是被配置成能够提供无电感器调谐以及其他益处的发生器800的简化框图。发生器800的附加细节在2015年6月23日发布的标题为“SURGICAL GENERATOR FORULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES”的美国专利9,060,775中进行了描述，该专利申请全文以引用方式并入本文。发生器800可包括患者隔离级802，所述患者隔离级经由电力变压器806与非隔离级804通信。电力变压器806的次级绕组808容纳在隔离级802中，并且可包括分接配置(例如，中心分接或非中心分接配置)来限定驱动信号输出端810a、810b、810c，以将驱动信号递送至不同的外科器械，诸如例如超声外科器械、RF电外科器械和包括能够单独或同时递送的超声能量模式和RF能量模式的多功能外科器械。具体地，驱动信号输出端810a、810c可将超声驱动信号(例如，420V均方根(RMS)驱动信号)输出到超声外科器械，并且驱动信号输出端810b、810c可将RF电外科驱动信号(例如，100V RMS驱动信号)输出到RF电外科器械，其中驱动信号输出端810b对应于电力变压器806的中心抽头。
在某些形式中，超声驱动信号和电外科驱动信号可同时提供至不同的外科器械和/或提供至单个外科器械诸如具有将超声能和电外科能两者传递至组织的能力的多功能外科器械。应当理解，提供给专用电外科器械和/或组合的多功能超声/电外科器械的电外科信号可以是治疗或亚治疗水平信号，其中亚治疗信号可用于例如监测组织或器械状况并向发生器提供反馈。例如，超声信号和RF信号可从具有单个输出端口的发生器单独地或同时递送，以便向外科器械提供期望的输出信号，如将在下文更详细地讨论。因此，发生器可组合超声能量和电外科RF能量并且将组合的能量递送到多功能超声/电外科器械。双极电极可被放置在端部执行器的一个或两个钳口上。除了电外科RF能量之外，一个钳口可由超声能量同时驱动。超声能量可用于解剖组织，而电外科RF能量可用于脉管密封。
非隔离级804可包括功率放大器812，该功率放大器具有连接到功率变压器806的初级绕组814的输出。在某些形式中，功率放大器812可包括推挽放大器。例如，非隔离级804还可包括逻辑装置816用于向数字-模拟转换器(DAC)电路818供应数字输出，而该数字-模拟转换器(DAC)电路继而将对应的模拟信号供应至功率放大器812的输入。在某些形式中，例如除其他逻辑电路之外，逻辑装置816可包括可编程门阵列(PGA)、FPGA、可编程逻辑装置(PLD)。因此，通过经由DAC电路818控制功率放大器812的输入，逻辑装置816可控制在驱动信号输出端810a、810b、810c处出现的驱动信号的多个参数(例如，频率、波形形状、波形振幅)中的任一个。在某些形式中，如下所述，逻辑装置816连同处理器(例如，以下所述的DSP)可实施多个基于DSP的算法和/或其他控制算法，以控制发生器800所输出的驱动信号的参数。
可通过开关模式调节器820(例如，功率转换器)将功率供应至功率放大器812的功率轨。在某些形式中，开关模式调节器820例如可包括可调式降压调节器。例如，非隔离级804还可包括第一处理器822，在一种形式中，该第一处理器可包括DSP处理器，例如诸如购自Analog Devices(Norwood，MA)的Analog Devices ADSP-21469SHARC DSP，但在各种形式中可采用任何合适的处理器。在某些形式中，DSP处理器822可响应于由DSP处理器822经由ADC电路824从功率放大器812接收的电压反馈数据来控制对开关模式调节器820的操作。在一种形式中，例如，DSP处理器822可经由ADC电路824作为输入接收由功率放大器812放大的信号(例如，RF信号)的波形包络。随后，DSP处理器822可控制开关模式调节器820(例如，经由PWM输出)，使得被提供至功率放大器812的干线电压跟踪经放大信号的波形包络。通过基于波形包络以动态方式调制功率放大器812的干线电压，功率放大器812的效率相对于固定干线电压放大器方案可显著升高。
在某些形式中，逻辑装置816连同DSP处理器822可实施数字合成电路诸如直接数字合成器控制方案，以控制发生器800所输出驱动信号的波形形状、频率和/或振幅。在一种形式中，例如，逻辑装置816可以通过调用存储在动态更新的查找表(LUT)诸如RAM LUT中的波形样本来实现DDS控制算法，该查找表可以嵌入到FPGA中。该控制算法尤其可用于如下超声应用，其中超声换能器诸如超声换能器可由其谐振频率下的纯正弦式电流驱动。因为其他频率可激发寄生谐振，因此最小化或减小动态支路电流的总失真可相应地最小化或减小不利的谐振效应。因为由发生器800输出的驱动信号的波形形状受输出驱动电路(例如，电力变压器806、功率放大器812)中所存在的各种畸变源的影响，因此基于驱动信号的电压和电流反馈数据可被输入到算法诸如由DSP处理器822实现的误差控制算法中，该算法通过适当地在动态、正在进行的基础上(例如实时)对存储在LUT中的波形样本进行预先畸变或修改来补偿畸变。在一种形式中，对LUT样本所施加的预先畸变量或程度可根据所计算的动态支路电流与期望的电流波形形状之间的误差而定，其中所述误差可基于逐一样本确定。以该方式，预先失真的LUT样本在通过驱动电路进行处理时，可使动态支路驱动信号具有所期望的波形形状(例如，正弦形状)，以最佳地驱动超声换能器。因此，在此类形式中，当考虑到畸变效应时，LUT波形样本将不呈现驱动信号的期望波形形状，而是呈现要求最终产生动态支路驱动信号的期望波形形状的波形形状。
非隔离级804还可包括经由相应的隔离变压器830、832耦接到电力变压器806的输出的第一ADC电路826和第二ADC电路828，以用于分别对发生器800所输出的驱动信号的电压和电流进行采样。在某些形式中，ADC电路826、828可被配置成能够以高速(例如，80兆次采样每秒(MSPS))进行采样，以允许对驱动信号进行过采样。在一种形式中，例如ADC电路826、828的采样速度可允许驱动信号的约200x(根据频率而定)的过采样。在某些形式中，可通过经由二路式多路复用器电路接收输入电压和电流信号的单个ADC电路执行ADC电路826、828的采样操作。通过在发生器800的形式中使用高速采样，除可实现其他事物之外，还可实现对流过动态支路的复杂电流的计算(这在某些形式中可用于实施上述基于DDS的波形形状控制)、对采样信号进行精确的数字滤波，以及以高精度计算实际功耗。由ADC电路826、828输出的电压和电流反馈数据可由逻辑装置816接收及处理(例如，先进先出(FIFO)缓冲器、多路复用器)并被存储于数据存储器中，以供例如DSP处理器822后续检索。如上所述，电压和电流反馈数据可用作算法的输入用于以动态行进方式使LUT波形样本预先失真或修改。在某些形式中，这可能需要基于在获取电压和电流反馈数据对时由逻辑装置816输出的对应LUT样本来索引每个存储的电压和电流反馈数据对，或者以其他方式与该对应LUT样本相关联。以此方式使LUT样本和电压和电流反馈数据同步有助于预失真算法的准确计时和稳定性。
在某些形式中，可使用电压和电流反馈数据来控制驱动信号的频率和/或振幅(例如，电流振幅)。在一种形式中，例如，可使用电压和电流反馈数据来确定阻抗相位。然后，可控制驱动信号的频率以最小化或减小所确定阻抗相位和阻抗相位设定点(例如，0°)之间的差值，从而最小化或减小谐波失真的影响，并且相应地提高阻抗相位测量精确度。相位阻抗和频率控制信号的确定可在DSP处理器822中实现，例如，其中频率控制信号作为输入被提供至由逻辑装置816实施的DDS控制算法。
在另一形式中，例如可监测电流反馈数据，以便将驱动信号的电流振幅保持在电流振幅设定点。电流幅值设定点可被直接指定或基于特定的电压幅值和功率设定点而间接地确定。在某些形式，可通过DSP处理器822中的控制算法诸如例如比例积分微分(PID)控制算法来实现对电流振幅的控制。控制算法为了适当控制驱动信号的电流振幅而控制的变量可包括例如：存储在逻辑装置816中的LUT波形样本的定标和/或经由DAC电路834的DAC电路818(其为功率放大器812提供输入)的最大定标输出电压。
非隔离级804还可包括第二处理器836用于除别的之外还提供用户界面(UI)功能。在一种形式中，UI处理器836可包括例如购自Atmel Corporation，San Jose，California的具有ARM 926EJ-S核的Atmel AT91SAM9263处理器。UI处理器836所支持的UI功能的示例可包括听觉和视觉用户反馈、与外围装置(例如，经由USB接口)的通信、与脚踏开关的通信、与输入装置(例如，触摸屏显示器)的通信、以及与输出装置(例如，扬声器)的通信。UI处理器836可(例如，经由SPI总线)与DSP处理器822和逻辑装置816通信。尽管UI处理器836可主要支持UI功能，然而在某些形式中，其也可与DSP处理器822配合以减缓风险。例如，UI处理器836可进行编程以监测用户输入和/或其他输入(例如，触摸屏输入、脚踏开关输入、温度传感器输入)的各种方面并且可在检测到错误状态时使发生器800的驱动输出无效。
在某些形式中，例如DSP处理器822与UI处理器836两者可确定并监测发生器800的操作状态。对于DSP处理器822，发生器800的操作状态例如可指示DSP处理器822实施的是哪些控制和/或诊断过程。对于UI处理器836，发生器800的操作状态例如可指示：UI的哪些元素(例如，显示屏、声音)呈现给用户。相应的DSP处理器822和UI处理器836可独立地保持发生器800的当前操作状态并识别和评估当前操作状态的可能转变。DSP处理器822可用作此关系中的主体并确定何时会发生操作状态间的转变。UI处理器836可注意到操作状态间的有效转变并可证实特定的转变是否适当。例如，当DSP处理器822命令UI处理器836转变至特定状态时，UI处理器836可证实所要求的转变是有效的。如果UI处理器836确定所要求的状态间转变是无效的，则UI处理器836可使发生器800进入失效模式。
非隔离级804还可包括控制器838，以用于监测输入装置(例如，用于接通和断开发生器800的电容触摸传感器、电容触摸屏)。在某些形式中，控制器838可包括至少一个处理器和/或与UI处理器836通信的其他控制器装置。在一种形式中，例如控制器838可包括处理器(例如，可从Atmel购得的Meg168 8位控制器)，所述处理器被配置成能够监测通过一个或多个电容触摸传感器提供的用户输入。在一种形式中，控制器838可包括触摸屏控制器(例如可从Atmel购得的QT5480触摸屏控制器)，以控制和管理从电容触摸屏对触摸数据的采集。
在某些形式中，当发生器800处于“功率关”状态时，控制器838可继续接收操作功率(例如，通过来自发生器800的功率源的线，诸如以下所述的功率源854)。以此方式，控制器838可继续监测输入装置(例如，位于发生器800的前面板上的电容式触摸传感器)，以用于接通和断开发生器800。当发生器800处于功率关状态时，如果检测到用户“接通/断开”输入装置的激活，则控制器838可唤醒功率源(例如，启用功率源854的一个或多个DC/DC电压转换器856的操作)。因此控制器838可开始使发生器800转变到“功率开”状态的序列。相反，当发生器800处于功率开状态时，如果检测到“接通/断开”输入装置的激活，则控制器838可开始使发生器800转变至功率关状态的序列。在某些形式中，例如，控制器838可向UI处理器836报告“接通/断开”输入装置的激活，该处理器继而实施所需的过程序列以使发生器800转变至功率关状态。在此类形式中，控制器838可能不具有在建立起功率开状态之后从发生器800去除功率的独立能力。
在某些形式中，控制器838可使发生器800提供听觉或其他感观反馈，以警示用户功率开或功率关序列已开始。可在功率开或功率关序列开始时以及在与序列相关联的其他过程开始之前提供此类警示。
在某些形式中，隔离台802可包括器械接口电路840以例如在外科器械的控制电路(例如，包括手持件开关的控制电路)与非隔离台804的部件(诸如逻辑装置816、DSP处理器822和/或UI处理器836)之间提供通信接口。器械接口电路840可经由保持隔离级802和非隔离级804之间的合适的电气隔离程度的通信链路(诸如例如基于IR的通信链路)与非隔离级804的部件交换信息。例如，可使用由隔离变压器供电的低压降电压调整器为器械接口电路840供应功率，该低压降电压调整器从非隔离级804被驱动。
在一种形式中，器械接口电路840可包括与信号调节电路844通信的逻辑电路842(例如，逻辑电路、可编程逻辑电路、PGA、FPGA、PLD)。信号调节电路844可被配置成能够从逻辑电路842接收周期性信号(例如，2kHz的方波)，以生成具有相同频率的双极性询问信号。例如，可使用由差分放大器馈送的双极电流源生成询问信号。该询问信号可被传送到外科器械控制电路(例如，通过使用将发生器800连接到外科器械的缆线中的导体对)并被监测，以确定控制电路的状态或配置。控制电路可包括多个开关、电阻器和/或二极管，以修改询问信号的一个或多个特性(例如，振幅、整流)，使得可基于该一个或多个特性唯一地辨别控制电路的状态或配置。在一种形式中，例如信号调节电路844可包括ADC电路，以用于产生由于询问信号通过控制电路而出现在控制电路输入中的电压信号的样本。随后，逻辑电路842(或非隔离级804的部件)可基于ADC电路样本来确定控制电路的状态或配置。
在一种形式中，器械接口电路840可包括第一数据电路接口846，以实现逻辑电路842(或器械接口电路840的其他元件)与设置于外科器械中的或换句话讲与外科器械相关联的第一数据电路之间的信息交换。在某些形式中，例如，第一数据电路可设置于整体地附接到外科器械手持件的缆线中，或设置于用于使特定的外科器械类型或模型与发生器800交接的适配器中。第一数据电路可以任何合适的方式实施且可根据包括(例如)本文关于第一数据电路所述的任何合适的协议与发生器通信。在某些形式中，第一数据电路可以包括非易失性存储装置诸如EEPROM装置。在某些形式，第一数据电路接口846可与逻辑电路842分开地实施并包括合适的电路(例如，离散的逻辑装置、处理器)，以实现逻辑电路842与第一数据电路之间的通信。在其他形式中，第一数据电路接口846可与逻辑电路842形成一体。
在某些形式中，第一数据电路可存储与相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其他类型的信息。该信息可被器械接口电路840(例如，由逻辑电路842)读取、被传输至非隔离级804的部件(例如，传输至逻辑装置816、DSP处理器822和/或UI处理器836)，以用于经由输出装置呈现给用户和/或用于控制发生器800的功能或操作。另外，任何类型的信息均可经由第一数据电路接口846(例如，使用逻辑电路842)被传送至第一数据电路以存储于其中。此类信息例如可包括其中使用外科器械的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。
如此前所述，外科器械可从手持件拆卸(例如，多功能外科器械可从手持件拆卸)以促进器械可互换性和/或处置性。在此类情形中，常规发生器的识别所使用特定器械构型和相应地优化控制和诊断过程的能力可受限。然而，从兼容性角度来看，通过对外科器械添加可读数据电路来解决此问题是有问题的。例如，设计外科器械来保持与缺少必备数据读取功能的发生器的向后兼容可能由于例如不同的信号方案、设计复杂性和成本而不切实际。本文所述器械的形式通过使用数据电路来解决这些问题，所述数据电路可经济地实施于现有外科器械中并具有最小的设计变化，以保持外科器械与电流发生器平台的兼容性。
另外，发生器800的形式可实现与基于器械的数据电路的通信。例如，发生器800可被配置成能够与器械(例如，多功能外科器械)中所包含的第二数据电路通信。在一些形式中，第二数据电路可以类似于本文所述的第一数据电路的方式实施。器械接口电路840可包括用于实现该通信的第二数据电路接口848。在一种形式中，第二数据电路接口848可包括三态数字接口，然而也可使用其他接口。在某些形式中，第二数据电路通常可为用于传输和/或接收数据的任何电路。在一种形式中，例如第二数据电路可存储与相关联的特定外科器械相关的信息。此类信息可包括例如型号、序列号、其中已使用外科器械的多个操作、和/或任何其他类型的信息。
在一些形式中，第二数据电路可存储关于相关联的超声换能器、端部执行器或超声驱动系统的电性能和/或超声性能的信息。例如，第一数据电路可指示老化频率斜率，如本文所述。附加地或另选地，任何类型的信息均可经由第二数据电路接口848(例如，使用逻辑电路842)被传送至第二数据电路以存储于其中。此类信息例如可包括其中使用外科器械的操作的更新数目和/或其使用的日期和/或时间。在某些形式中，第二数据电路可传输由一个或多个传感器(例如，基于器械的温度传感器)采集的数据。在某些形式中，第二数据电路可从发生器800接收数据并基于所接收的数据向用户提供指示(例如，发光二极管指示或其他可视指示)。
在某些形式中，第二数据电路和第二数据电路接口848可被配置成能够使得可实现逻辑电路842与第二数据电路之间的通信而无需为此提供附加的导体(例如，将手持件连接至发生器800的缆线的专用导体)。在一种形式中，例如可使用实施于现有缆线(诸如，用于将询问信号从信号调节电路844传输至手持件中的控制电路的导体中的一个)上的单总线通信方案而使信息以通信方式到达和离开第二数据电路。以此方式，可最小化或减少原本可能必要的外科器械的设计变化或修改。此外，因为在共用物理通道上实施的不同类型的通信可为频带分离的，所以第二数据电路的存在对于不具有必备数据读取功能的发生器而言可为“隐形的”，因此能够实现外科器械的向后兼容性。
在某些形式中，隔离级802可包括至少一个阻挡电容器850-1，所述至少一个阻挡电容器连接到驱动信号输出端810b以防止DC电流流向患者。例如，可要求信号阻塞电容器符合医疗规则或标准。尽管相对而言单电容器设计中很少出现失效，然而此类失效可具有负面后果。在一种形式中，可设置有与阻挡电容器850-1串联的第二阻挡电容器850-2，其中例如通过ADC电路852来监测从阻挡电容器850-1、850-2之间的点发生的电流泄漏，以对泄漏电流所感应的电压进行采样。这些样本例如可由逻辑电路842接收。基于泄漏电流的变化(如电压样本所指示的)，发生器800可以确定阻挡电容器850-1、850-2中的至少一个何时失效，从而提供优于具有单点失效的单电容器设计的益处。
在某些形式中，非隔离级804可包括功率源854用于在适当的电压和电流下递送DC功率。功率源可包括例如400W的功率源用于递送48VDC的系统电压。功率源854还可包括一个或多个DC/DC电压转换器856，以用于接收功率源的输出，以在发生器800的各种部件所需的电压和电流下产生DC输出。如以上结合控制器838所述，当控制器838检测到用户激活“接通/断开”输入装置以启用DC/DC电压转换器856的操作或唤醒DC/DC电压转换器时，DC/DC电压转换器856中的一个或多个可从控制器838接收输入。
图21示出了发生器900的示例，该发生器是发生器800(图21)的一种形式。发生器900被配置成能够将多个能量模态递送到外科器械。发生器900提供用于独立地或同时将能量递送到外科器械的RF信号和超声信号。RF信号和超声信号可单独或组合提供，并且可同时提供。如上所述，至少一个发生器输出端可通过单个端口递送多种能量模态(例如，超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)，并且这些信号可分开或同时被递送到端部执行器以处理组织。
发生器900包括耦接到波形发生器904的处理器902。处理器902和波形发生器904被配置成能够基于存储在耦接到处理器902的存储器中的信息来生成多种信号波形，为了本公开清楚起见而未示出该存储器。与波形相关联的数字信息被提供给波形发生器904，该波形发生器包括一个或多个DAC电路以将数字输入转换成模拟输出。模拟输出被馈送到放大器1106以用于信号调节和放大。放大器906的经调节和放大的输出耦接到功率变压器908。信号通过功率变压器908耦接到患者隔离侧中的次级侧。第一能量模态的第一信号被提供给被标记为ENERGY1和RETURN的端子之间的外科器械。第二能量模态的第二信号耦接到电容器910两端并被提供给被标记为ENERGY2和RETURN的端子之间的外科器械。应当理解，可输出超过两种能量模态，并且因此下标“n”可被用来指定可提供多至n个ENERGYn端子，其中n是大于1的正整数。还应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可提供多至“n”个返回路径RETURNn。
第一电压感测电路912耦接到被标记为ENERGY1和RETURN路径的端子的两端，以测量两者间的输出电压。第二电压感测电路924耦接到被标记为ENERGY2和RETURN路径的端子的两端，以测量两者间的输出电压。如图所示，电流感测电路914与功率变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置，以测量任一能量模态的输出电流。如果为每种能量模态提供不同的返回路径，则应在每个返回支路中提供单独的电流感测电路。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给相应的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器918。功率变压器908(非患者隔离侧)的初级侧上的隔离变压器916、928、922的输出被提供给一个或多个ADC电路926。ADC电路926的数字化输出被提供给处理器902用于进一步处理和计算。可采用输出电压和输出电流反馈信息来调节提供给外科器械的输出电压和电流，并且计算输出阻抗等参数。处理器902和患者隔离电路之间的输入/输出通信通过接口电路920提供。传感器也可通过接口电路920与处理器902电通信。
在一个方面，阻抗可由处理器902通过将耦接在被标记为ENERGY1/RETURN的端子两端的第一电压感测电路912或耦接在被标记为ENERGY2/RETURN的端子两端的第二电压感测电路924的输出除以与电力变压器908的次级侧的RETURN支路串联设置的电流感测电路914的输出来确定。第一电压感测电路912和第二电压感测电路924的输出被提供给单独的隔离变压器916、922，并且电流感测电路914的输出被提供给另一隔离变压器916。来自ADC电路926的数字化电压和电流感测测量值被提供给处理器902以用于计算阻抗。例如，第一能量模态ENERGY1可以是超声能量，并且第二能量模态ENERGY2可以是RF能量。然而，除了超声和双极或单极RF能量模态之外，其他能量模态还包括不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等。而且，虽然图21所示的示例示出了可为两种或更多种能量模态提供单个返回路径RETURN，但在其他方面，可为每种能量模态ENERGYn提供多个返回路径RETURNn。因此，如本文所述，超声换能器阻抗可通过将第一电压感测电路912的输出除以电流感测电路914的输出来测量，并且组织阻抗可通过将第二电压感测电路924的输出除以电流感测电路914的输出来测量。
如图21中所示，包括至少一个输出端口的发生器900可包括具有单个输出端和多个分接头的功率变压器908，以例如根据正在被执行的组织处理类型以一种或多种能量模态(诸如超声、双极或单极RF、不可逆和/或可逆电穿孔和/或微波能量等等)的形式向端部执行器提供功率。例如，发生器900可用更高电压和更低电流递送能量以驱动超声换能器，用更低电压和更高电流递送能量以驱动RF电极以用于密封组织，或者用凝固波形递送能量以用于使用单极或双极RF电外科电极进行点凝固。来自发生器900的输出波形可被操纵、切换或滤波，以向外科器械的端部执行器提供频率。超声换能器与发生器900输出端的连接将优选地位于被标记为ENERGY1和RETURN的输出端之间，如图21所示。在一个示例中，RF双极电极与发生器900输出端的连接将优选地位于被标记为ENERGY2和RETURN的输出端之间。在单极输出的情况下，优选的连接将是ENERGY2输出端的有源电极(例如，铅笔或其他探头)以及连接至RETURN输出端的合适的返回垫。
附加细节公开于2017年3月30日公布的标题为“TECHNIQUES FOR OPERATINGGENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICALINSTRUMENTS”的美国专利申请公布2017/0086914中，该专利申请全文以引用方式并入本文。
机器人外科系统可用于微创医学规程。在此类医疗手术期间，患者可被放置在与机器人外科系统相邻的平台上，并且外科医生可定位在远离平台和/或远离机器人的控制台处。例如，外科医生可定位在围绕外科部位的无菌场之外。外科医生经由控制台处的输入装置向用户界面提供输入以操纵联接到机器人系统的臂的外科工具。输入装置可以是机械输入装置，诸如控制柄或操纵杆，或非接触式输入装置，诸如光学手势传感器。
机器人外科系统可包括支撑一个或多个机械臂的机器人塔。至少一个外科工具(例如，端部执行器和/或内窥镜)可以安装到机械臂上。例如，外科工具可被配置为经由进行关节运动的腕部组件相对于相应的机械臂进行关节运动并且/或者经由线性滑动机构相对于机械臂平移。在外科规程期间，外科工具可例如经由插管或套管针插入患者的小切口中，或者插入患者的自然孔中，以将外科工具的远侧端部定位在患者体内的外科部位处。除此之外或另选地，在某些情况下，机器人外科系统可用于开放式外科规程中。
机器人外科系统15000的示意图描绘于图22中。机器人外科系统15000包括中央控制单元15002、外科医生的控制台15012、包括一个或多个机械臂15024的机器人15022，以及可操作地耦接到控制单元15002的主显示器15040。外科医生的控制台15012包括显示器15014和至少一个手动输入装置15016(例如，开关、按钮、触摸屏、操纵杆、万向节等)，所述手动输入装置允许外科医生远程操纵机器人15022的机械臂15024。读者应当理解，可以采用附加的和另选的输入装置。
中央控制单元15002包括可操作地耦接到存储器15006的处理器15004。处理器15004包括用于与机器人外科系统15000的部件交接的多个输入和输出。处理器15004可被配置为接收输入信号并且/或者生成输出信号以控制机器人外科系统15000的各种部件中的一个或多个(例如，一个或多个马达、传感器和/或显示器)。输出信号可包括并且/或者可基于可以由外科医生或另一临床医生预先编程和/或输入的算法指令。处理器15004可被配置为接受来自用户诸如控制台15012上的外科医生的多个输入，并且/或者可以与远程系统交接。存储器15006可以直接地和/或间接地耦接到处理器15004，以存储指令和/或数据库。
机器人15022包括一个或多个机械臂15024。每个机械臂15024包括一个或多个马达15026，并且每个马达15026耦接到一个或多个马达驱动器15028。例如，可以分配给不同的驱动器和/或机构的马达15026可座置在托架组件或外壳中。在某些情况下，在马达15026和一个或多个驱动器15028中间的变速器可允许马达15026与一个或多个驱动器15028的耦接和脱离。驱动器15028可被配置为实现一种或多种外科功能。例如，一个或多个驱动器15028可负责通过旋转机械臂15024和/或其连杆和/或接合部来移动机械臂15024。另外，一个或多个驱动器15028可耦接到外科工具15030，并且可以实现例如关节运动、旋转、夹持、密封、缝合、通电、击发、切割和/或打开。在某些情况下，外科工具15030可以是可互换的和/或可替换的。机器人外科系统和外科工具的示例在本文中进一步描述。
读者将会容易地认识到，计算机实现的交互式外科系统100(图1)和计算机实现的交互式外科系统200(图9)可以结合机器人外科系统15000。除此之外或另选地，机器人外科系统15000可包括计算机实现的交互式外科系统100和200的各种特征和/或部件。
在一个示例中，机器人外科系统15000可包括机器人系统110(图2)，该机器人系统包括外科医生的控制台118、外科机器人120和机器人集线器122。除此之外或另选地，机器人外科系统15000可以与另一个集线器诸如外科集线器106通信。在一个实例中，机器人外科系统15000可结合到外科系统中，诸如计算机实现的交互式外科系统100(图1)或计算机实现的交互式外科系统200(图9)。在这种情况下，机器人外科系统15000可以分别与云104或云204以及外科集线器106或外科集线器206相互作用。在某些情况下，机器人集线器或外科集线器可包括中央控制单元15002并且/或者中央控制单元15002可以与云通信。在其它情况下，外科集线器可以体现为与中央控制单元15002分开并且可以与中央控制单元15002通信的分立单元。
现在，描述转到包括用于控制机器人工具驱动器的算法的机器人外科系统。在一个方面，该算法控制机械臂的远侧部分并且保持用于驱动模块化机器人外科工具的马达外壳。在各种方面，以下机器人外科工具驱动器控制算法通常涉及：(1)用于安全和协同地操作机器人外科系统的感测和控制算法，(2)控制机器人外科系统的部件之间的紧密交互，以及(3)通过测量多于一个物理输入来局部感测功能参数。下文描述的各种机器人外科工具驱动器控制算法可以在机器人外科平台诸如参考图1-22所描述的机器人外科平台中实施。因此，在整个说明书中，为了简明起见，将参考图22描述机器人外科系统的操作，该图示出了机器人外科系统15000的示意图，该机器人外科系统包括中央控制单元15002(即，中央控制电路)、外科医生的控制台15012，包括一个或多个机械臂15024的机器人15022、以及可操作地耦接到中央控制电路15002的主显示器15040。应当理解，中央控制电路15002可以被实施为如本文所定义的控制电路。
具有安全和协同感测控制的机器人外科系统
在各种方面，本公开提供了结合安全和协同感测/控制算法的机器人外科系统。除了施加在马达和/或马达控制电路上的外力之外，该算法还基于马达和/或马达控制电路内的感测参数来控制机器人工具驱动器马达。在一个方面，机器人控制的外科端部执行器致动马达可基于感测的施加到端部执行器的外部施加的力的参数来控制。在一个方面，外部施加的力可以由机械臂相对于端部执行器感测。在另一方面，通过与内部产生的力相比解析地面响应力，可从外科端部执行器内感测外部导出的控制力。在又一方面，外部导出的控制力可以测量为机械臂本身内的反作用力。除了施加在马达和/或马达控制电路外部的力之外，用于基于马达和/或马达控制电路内的感测参数来控制机器人外科工具驱动器马达的算法的这些和其他变型在下文中描述，并且可以在以上参考图1-22描述的机器人平台上实施。
图23是根据本公开的至少一个方面的在机器人外科系统中实施的用于基于马达电流(I)和外部感测参数来控制机器人外科工具的算法的图形图示6000。在所示的方面，机器人外科工具是联接到能够进行关节运动的臂的端部执行器。端部执行器包括用于抓持组织的夹具。在各种方面，外部感测参数包括机器人工具臂力F臂、机器人工具夹持臂扭矩T臂或机器人工具夹持力F夹具以及其他参数。图形图示6000包括三个单独的曲线图6002、6004、6006。第一曲线图6002描绘了作为时间t的函数的机械臂力F臂或机器人夹持臂扭矩T臂，第二曲线图6004描绘了作为时间t的函数的马达电流(I)，并且第三曲线图6006描绘了作为时间t的函数的机器人工具夹持臂力F夹具。
图24示出了根据本公开的至少一个方面的在低侧向张力下抓持组织6012的马达驱动的电动机器人外科工具6010的远侧部分。在低侧向张力下抓持组织6012的机器人外科工具6010的状态在图23中所描绘的三个曲线图6002、6004、6006中用实线表示。机器人外科工具6010包括臂6024、端部执行器6016和在臂和端部执行器之间的能够进行关节运动的接合部6014。端部执行器6016包括两个钳口6018、6020，以用于将组织6012夹持在所述两个钳口之间，并且在马达和/或马达控制电路的控制下向组织6012施加夹持力F夹具A，从而导致低的宏观张力。施加到组织6012的侧向力F组织A的方向由箭头6022指示。沿箭头6023指示的方向施加在臂6024上的向下力F臂A使扭矩T钳口A施加在端部执行器6016和钳口6018、6020上。
图25示出了根据本公开的至少一个方面的在高向下张力下抓持组织6026的马达驱动的电动机器人外科工具6010的远侧部分。在高向下张力下抓持组织6026的机器人外科工具6010的状态在图23中所描绘的三个曲线图6002、6004、6006中用虚线表示。夹持力F夹具B通过由马达控制电路控制的马达施加到组织6026。夹持力F夹具B导致高宏观张力。施加到组织6026的向下力F组织B的方向由箭头6028指示。施加到机器人外科工具6010的臂6024上的向下力F臂B导致扭矩T钳口B在箭头6029指示的方向上施加到端部执行器6016和钳口6018、6020上。
力F组织A、F钳口A可以由位于端部执行器6016的钳口6018、6020内的一个或多于一个的应变仪传感器感测。臂力F臂可以由位于关节运动接合部6014或臂6024上的应变仪传感器感测。扭矩T钳口A可以由位于关节运动接合部6014处的扭矩传感器来感测。同样，力F组织B、F夹具B可由位于端部执行器6016的钳口6018、6020内的一个或多于一个的应变仪传感器感测，并且力F臂B可由位于关节运动接合部6014或臂6024上的应变仪传感器感测。扭矩T钳口B可以由位于关节运动接合部6014处的扭矩传感器来感测。力和扭矩传感器的输出可以通过图9、图10、图12和图16-22中所示的电路中的一个或多于一个的电路来实现。关于图80-100和在2016年12月16日提交的共同拥有的美国专利公布2017/0202591A1中的说明书中的相关描述，描述了用于将传感器实施到端部执行器6016的钳口6018、6020中的各种技术，该文献通过引用整体并入本文。
现在将结合图24-25中描绘的马达驱动的电动机器人外科工具6010来描述图23中描绘的三个曲线图6002、6004、6006。根据本公开的至少一个方面，图23中描绘的第一曲线图6002描绘了作为时间t的函数的施加到臂6024的臂力6003、6005(F臂)或臂扭矩T臂。以实线示出的第一臂力6003(F臂)是当电动机器人外科工具6010在低侧向张力下抓持组织6012时施加到臂6024的力，如图24中描绘的。第一臂力6003(F臂)在所示的时间段内保持恒定。以虚线示出的第二臂力6005(F臂)是当电动机器人外科工具6010在高向下张力下抓持组织6026时施加到臂6024的力，如图25所示。第二臂力6005(F臂)也在所示的时间段内保持恒定。如图所示，施加到臂6024的低侧向张力臂力6003(F臂)低于施加到臂6024的高向下张力臂力6005(F臂)。
图23中描绘的第二曲线图6004描绘了根据本公开的至少一个方面的作为时间(t)的函数的由马达汲取的电流6007、6009(I)。两个马达电流6007、6009(I)分别表示针对图24-25中描绘的两种不同状态的由机器人外科工具6010的马达汲取的电流(I)。以实线示出的第一马达电流6007(I)是当机器人外科工具6010在低侧向张力下抓持组织6012时由马达汲取的马达电流，如图24所示，并且以虚线示出的第二马达电流6009(I)是当机器人外科工具6010在高向下张力下抓持组织6026时由马达汲取的电流，如图25所示。如图所示，马达电流6007、6009(I)两者在初始时间段内从零斜升，然后在所示时间段期间稳定到常数。在所示的时间段内，第一电流6007(I)低于第二马达电流6009。
图23中描绘的第三曲线图6006示出了根据本公开的至少一个方面的作为时间(t)的函数的施加到端部执行器6016的钳口6018、6020的两个夹持力F夹具。以实线示出的第一夹持力6011(F夹具)是在低侧向张力下施加到组织6012的力。以虚线示出的第二夹持力6013(F夹具)是在高向下张力下施加到组织6026的力。出于比较的目的，第一夹持力6011和第二夹持力6013(F夹具)在所示的时间段内基本相等。
现在参考图23-25，第一夹持力6011(F夹具A)和第二夹持力6013(F夹具B)(或施加到组织6012、6026的不同压力)基于钳口6018、6020相对于端部执行器6016的旋转取向，因此基于扭矩T钳口A、T钳口B并因此基于由电动机器人外科工具6010感测的施加到组织6012、6026上的第一夹持力和第二夹持力6011(F夹具A)、6013(F夹具B)。在一个方面，由电动装置6010感测的第一夹持力6011(F夹具A)和第二夹持力6013(F夹具B)可以被比较，然后基于该比较补偿由驱动马达的致动产生的马达扭矩。然后，可以基于由马达控制电路感测的第一马达电流6007和第二马达电流6009(I)、由马达产生的到其地面的扭矩以及施加在机器人外科系统上的组织力6011(F夹具A)、6013(F夹具B)的组合来影响马达控制电路。
在没有限制的情况下，机器人外科工具6010可以是马达驱动的外科缝合器、超声装置、电外科装置，或将缝合器、超声装置和电外科装置的一个或多个特征结合在单个组合装置中的组合装置。在一个示例中，机器人外科工具6010是马达驱动的缝合器，其包括线性致动器，该线性致动器包括纵向可往复运动的击发杆，以打开和闭合钳口6018、6020，驱动钉穿过组织6012、6026，以及驱动刀穿过夹持在钳口6018、6020之间的组织6012、6026的缝合部分。在线性致动器中，致动器的线性击发速率由马达控制，并且因此可以通过控制马达的速度来控制致动器的击发速率。当在端部执行器6016的钳口6018、6020之间感测到厚组织6012、6026时，可以减小致动器的击发速率，并且当通过比较由推进马达引起的机器人外科工具6010感测的扭矩差异感测到宏观组织张力时，可以进一步限制击发速率。在较高的宏观组织张力状态下较慢的击发速率通过在击发期间随着压力波纵向地靠近远侧端部移动而在缝合和切割组织6012、6026之前允许组织有更多的时间通过蠕动来稳定来改善钉形成。
在另一个示例中，可以基于与组织6012、6026的初始接触和组织压缩速率来限制产生合适的致动力以将钳口6018、6020夹持在组织6012、6026上所需的能量。可基于由组织6012、6026施加在刀上的外部施加的宏观张力进一步减小能量，所述宏观张力是由在夹持时通过提升组织6012、6026而感测的支撑力引起的。通过比较，由缝合器器械感测的扭矩和由致动马达产生的扭矩的差异。
以下部分描述了一种用于监测马达控制电路以及调节相邻马达控制电路的速率、电流或扭矩的机器人外科系统。图26是根据本公开的至少一个方面的在机器人外科系统中实施的算法的图形图示6030，该算法用于监测马达组内的一个马达的控制电路的参数，以影响马达组内的相邻马达控制电路的控制。图形图示6030包括三个单独的曲线图6032、6034、6036。第一曲线图6032描绘了作为时间(t)的函数的发生器6070(图27)的阻抗6035(Z)，第二曲线图6036描绘了作为时间(t)的函数的由夹持钳口马达6040(图27)施加的钳口夹持力6038(Fc)，并且第三曲线图6036描绘了作为时间(t)的函数的由刀马达6046施加的刀推进力6044(F刀)。
图27示出了根据本公开的至少一个方面的被定位在附接到机械臂6052的线性滑动件6074上的马达驱动的电动机器人外科工具6050。马达驱动的电动机器人外科工具6050包括夹持钳口马达6040，以打开和闭合端部执行器6060的钳口6056、6058。马达驱动的电动机器人外科工具6050还包括刀马达6046以推进和回缩刀6064。端部执行器6060包括用于将RF能量递送到夹持在钳口6056、6058之间的组织的电极以及用于在组织被RF能量适当密封后切割组织的刀6064。马达驱动的电动机器人外科工具6050还包括臂6066和能够进行关节运动的接合部6068。电力从通过电缆6072耦接到马达驱动的电动机器人外科工具6050的发生器6070递送到马达驱动的电动机器人外科工具6050。操作马达6040、6046的电源也可以通过电缆6072耦接。
现在参考图26-27，图26中所示的第一曲线图6032描绘了作为在预先确定的时间段上从t0开始的时间(t)的函数的发生器6070阻抗6035(Z)。阻抗6035(Z)最初是非零值，在通过钳口6056、6058中的电极施加由发生器6070供应的RF能量时，随着通过将钳口6056、6058夹持在组织上施加压力，该阻抗减小。随着RF能量和夹持压力降低组织的液体含量，阻抗6034(Z)降低并变平一段时间，直到组织开始充分加热和脱水，从而导致阻抗6035(Z)增加。在时间t1，阻抗6035(Z)达到预先确定的最大值6037，该最大值可以用于触发多种功能。例如，一个功能是切断由发生器6070供应的能量以在切割之前停止加热组织。阻抗6035(Z)曲线类似于浴缸，并且可称为“浴缸曲线”。
仍然参考图26-27两者，图26中所示的第二曲线图6034描绘了由夹持钳口马达6040施加的作为时间(t)的函数的钳口夹持力6038(Fc)。在时间t0，夹持钳口力6038(Fc)最初是零以上的第一值Fc1。在时间段t1内，随着组织被加热，夹持钳口力6038(Fc)在时间t1非线性地减小到低于第一值Fc1的第二值Fc2。这与第一曲线图6032中的最大阻抗(Z)值6037重合。Fc1与Fc2的比率可以选择为大于预先确定的阈值，如下所示：
Figure BDA0003432657480000831
使得当阻抗6035(Z)从t0变化到t1时，夹持钳口力6038(Fc)从Fc1非线性地下降到Fc2，此时来自发生器6070的能量被切断，并且刀马达6046被致动，如第三曲线图6042所示。
仍然参考图26-27，图26中所示的第三曲线图6044描绘了由刀马达6046施加的作为时间(t)的函数的刀推进力6044(F刀)。在t0和t1之间，在阻抗6035(Z)达到预先确定的最大值6037之前，刀马达6046关闭，并且因此刀推进力6043(F刀)为零。当阻抗6035(Z)达到预先确定的最大值6037并且比率
Figure BDA0003432657480000832
大于预先确定的阈值时，由发生器6070供应的RF能量被切断，并且刀马达6046被致动以推进刀6064以切割位于端部执行器6060的钳口6056、6058之间的组织。
仍然参考图26-27两者，马达驱动的电动外科机器人工具6050可以被配置成能够基于被命令与钳口夹持马达6040并行地操作的关节运动马达的致动力、速率或加速度来限制钳口夹持马达6040产生的夹紧力。此外，除了其他电力方法之外，可以使用监测保持固定的组织压缩所需的夹持力来通知刀运动(例如，启动时间、速度等)。
图28-29示出了根据本公开的至少一个方面的机器人外科系统和用于感测由机器人外科工具旋转马达组件或线性滑动件施加的力以及基于外部施加的扭矩以及由机器人外科工具致动马达产生的夹紧力来控制钳口-钳口的力。如图28-29中所描绘的，感测第一力和第二力或反作用以准确地测量累积施加的力。图28示出了根据本公开的至少一个方面的处于第一位置A的第一机械臂6080。机械臂6080包括可旋转地安装在基座6084上的旋转部分6082、关节运动部分6086和线性滑动部分6088。马达驱动的外科机器人工具6090附接到线性滑动件6091。马达驱动的外科机器人工具6090装置可以是本文公开的马达驱动的装置中的任一个，包括例如图24、图25和图27中所描绘的马达驱动的外科机器人工具6010、6050，但不限于此。马达驱动的外科机器人工具6090包括马达组6092、轴6094和包括第一钳口6098和第二钳口6099的端部执行器6096。机械臂6080的基座6084包括力板6093，以用于测量反作用矢量负载扭矩TA和提升被抓持在端部执行器6096的钳口6098、6099内的组织所需的负载力F1。钳口6098、6099被定位在距离机械臂6080的基座6084距离x1、y1、z1的位置。
图29示出了根据本公开的至少一个方面的处于第二位置B的第二机械臂6100。机械臂6100包括可旋转地安装在基座6104上的旋转部分6102、关节运动部分6106和线性滑动部分6108。马达驱动的外科机器人工具6110附接到线性滑动件6108。马达驱动的外科机器人工具6110可以是本文公开的马达驱动的装置中的任一个，包括例如图24、图25和图27中所描绘的马达驱动的外科机器人工具6010、6050，但不限于此。马达驱动的外科机器人工具6110包括马达组6112、轴6114和包括第一钳口6118和第二钳口6119的端部执行器6116。机械臂6100的基座6104包括力板6122，以用于测量反作用矢量负载扭矩TB和提升被抓持在端部执行器6116的钳口6118、6119内的组织所需的负载力F2。钳口6118、6119被定位在距离机械臂6100的机器人基座6104距离x2、y2、z2的位置。
图30示出了根据本公开的至少一个方面的位于机械臂6080、6100的基座处或手术室(OR)台处的力板6093、6122的一个方面，以测量x、y、z轴上的反作用矢量负载。参考图28-30，将感测阵列集成或附接到患者或OR台使得能够直接测量身体相对于公共参考位置抵抗的力。这使得机械臂6080、6100能够不仅确定由马达驱动的机器人外科工具6090、6110施加的力，而且能够通过身体输入的阻力负载来影响该测量。这还使得能够确定由致动器的操纵引起的总体宏观组织张力，诸如钳口6098、6099的力F1和钳口6118、6119的力F2。下面参考图31描述机器人基座6084、6104的反作用矢量负载与机械臂6080、6100的x、y、z马达负载的比较。
图31是根据本公开的至少一个方面的在机器人外科系统6080、6100中实施的用于将机器人基座6084、6104的反作用矢量负载与机械臂6080、6100的x、y、z轴马达负载进行比较的算法的图形图示6130。现在参考图28-31，图31中描绘的第一曲线图6132示出了根据本公开的至少一个方面的沿着机器人基座6084的x轴线的反作用矢量负载6134与沿着机器人马达6092的x轴线的机器人马达负载6136的比较。图31中描绘的第二曲线图6142示出了根据本公开的至少一个方面的沿着机器人基座6084的y轴线的反作用矢量负载6138和沿着机器人马达6092的y轴线的机器人马达负载6140的比较。图31中描绘的第三曲线图6152示出了根据本公开的至少一个方面的沿着机器人基座6084的z轴线的反作用矢量负载6142与沿着机器人马达6092的z轴线的马达负载6144的比较。如第一曲线图6132中所示，沿着机器人基座6084和机器人马达6092的x轴线的矢量负载6134和马达负载6136通常各自跟踪。类似地，如第三曲线图6152中所示，沿着机器人基座6154和机器人马达6156的z轴线的矢量负载6142和马达负载6144通常也相互跟踪。然而，如第二曲线图6142中所示，在时间t1和t2之间，在沿着机器人基座6144和机器人马达6146的y轴线的反作用矢量负载6138和马达负载6140之间存在偏离6141。当由中央控制电路15002(图22)感测到偏离6141时发出编码器警告。
相对于公共参考的力的次级测量的替代方案可以包括组织应变的光学测量和基于生理和解剖组织参数的预定义虚模量的利用。就这一点而言，可以利用组织特性表格来基于被操纵的光学感测的组织来创建组织的有效模量。该应变可与局部施加的机器人外科工具力一起使用以确定引起的总体宏观组织张力。
下文参考图32-33描述的过程流程图6160、6180、6190参考图23-25和参考图1-22描述的机器人平台来描述。具体地，图17示出了根据本公开的一个方面的被配置成能够操作本文所述的外科机器人外科工具的机器人外科器械700的示意图。此外，图22示出了机器人外科系统15000的示意图，该机器人外科系统包括中央控制电路15002、外科医生的控制台15012、包括一个或多个机械臂15024的机器人15022以及可操作地耦接到中央控制电路15002的主显示器15040。中央控制电路15002包括耦接到存储器15006处理器15004。应当理解，中央控制电路15002可以被实施为如本文所定义的控制电路。
图32是描绘根据本公开的至少一个方面的用于基于感测的施加到端部执行器的外部作用力的参数来控制机器人端部执行器致动马达的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图6160。流程图6160描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。进一步参考图22-25和图32，根据流程图6610描绘的过程，中央控制电路15002被配置成能够从位于机器人外科工具15030(诸如图24-25中描绘并在图23中图示的电动机器人外科工具6010)上的外部传感器接收6162感测参数。外部传感器被配置成能够感测相对于端部执行器6016的外部施加的力。中央控制电路15002被配置成能够从马达15026接收6164感测的马达电流(I)。中央控制电路15002被进一步配置成能够基于接收到的感测参数和接收到的马达电流(I)来控制6166马达驱动器15028。在一个方面，外部传感器可包括：应变仪，以用于感测施加到端部执行器6016的外力，诸如侧向或向下的组织力F组织、臂力F臂或夹持力F夹具；扭矩传感器，以用于感测施加到端部执行器6016的扭矩，诸如T钳口。在一个方面，控制6166包括基于钳口6018、6020相对于扭矩T的旋转取向以及因此感测的由例如组织6012、6026施加在机器人外科工具或马达驱动的电动装置6010上的力来调节端部执行器6016夹持臂压力P。中央控制电路15002被进一步配置成能够致动6168驱动马达15026，比较6170感测的外力，以及补偿6172由驱动马达15026的致动产生的马达扭矩。
仍然参考图22和图32，中央控制电路15002被进一步配置成能够在感测到厚组织被击发时控制线性推进马达15026的速率，并且当通过比较由电动外科机器人外科工具6010感测的和由推进马达15026引起的扭矩差感测到宏观组织张力时进一步限制线性推进马达15026的速率。中央控制电路15002被进一步配置成能够基于与组织的初始接触以及组织压缩的速率来限制能量夹持臂致动力。中央控制电路15002被进一步配置成能够基于感测的由组织在刀片上的外部施加的宏观张力进一步减小能量夹持臂致动力，并且中央控制电路15002被进一步配置成能够比较由电动外科机器人外科工具6010感测的扭矩和由推进马达15026产生的扭矩的差异。
图33是描绘根据本公开的至少一个方面的用于监测一个马达组控制电路以调节相邻马达控制电路的速率、电流或扭矩的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图6180。流程图6180描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。进一步参考图22、图25-26、图33，根据由流程图6680描绘的过程，中央控制电路15002被配置成能够接收6182来自位于机器人外科工具15030上的第一马达15026(m1)控制电路的感测参数，该机器人外科工具例如是图26中描绘并在图25中图形描绘的马达驱动的电动机器人外科工具6050，以调节6184位于机器人外科工具15030上的第二马达15026(m2)控制电路的参数。第一马达和第二马达15026(m1、m2)可以位于机器人外科工具15030的同一马达组内。第二马达15026(m2)的调节参数可以是例如马达速率、马达电流或马达扭矩。在一个方面，中央控制电路15002被进一步配置成能够基于被命令与钳口致动马达15026(m2)并行地操作的关节运动马达15026(m1)的致动力、速率或加速度来限制6186由钳口致动马达15026(m2)(例如，夹紧马达)产生的夹紧力。在另一方面，中央控制电路15002被进一步配置成能够监测6188通过钳口致动马达15026(m2)维持固定压缩所需的夹持力，以及基于监测到的夹持力通知6189刀运动(例如，启动时间、速度等)。
图34是描绘控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图6190，所述控制程序或逻辑配置用于感测由机器人外科工具旋转马达或线性滑动件施加的力，以及基于该外部施加的扭矩连同由机器人外科工具致动马达产生的夹紧力来控制钳口到钳口的控制力。流程图6190描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22、图28-31和图34，中央控制电路15002被配置成能够接收6192机器人基座6084、6104的反作用矢量负载，以及接收6194机械臂6080、6100的马达负载，如图28-30中所描绘的并在图31中图形描绘的。中央控制电路15002被进一步配置成能够将机器人基座6084、6104的反作用矢量负载与机械臂6080、6100的马达负载进行比较6196，以确定6198由机械臂6080、6100施加的力。中央控制电路15002被进一步配置成能够在在机器人基座6084、6104的反作用矢量负载与机械臂6080、6100的马达负载之间感测到偏离时产生6199警告。
用于控制端部执行器的闭合操作的机器人外科系统
在各种方面，本公开提供了机器人外科系统，其用于基于机械臂相对于另一机械臂的关系，采用所述一个机械臂位置相对于另一机械臂位置的距离、取向或定位的距离、取向或定位来修改所述一个机械臂的机器人外科工具驱动器的控制算法。在一个方面，本公开提供了用于通过采用臂-臂关系的参数作为实现机器人工具驱动器功能的手段来平衡一个机器人外科工具相对于另一个机器人外科工具的操作运动学状态以进行操作的机器人外科系统和方法。在另一方面，本公开提供了用于基于一个机械臂相对于另一个机械臂的竖直取向来调节所述一个机械臂相对于所述另一个机械臂的拮抗关系的机器人外科系统和方法。在另一方面，本公开提供了用于基于另一个机械臂的取向来调节一个机械臂的扭矩极限或马达电流极限的机器人外科系统和方法，所述另一个机械臂邻近所述一个机械臂并且相对于所述一个机械臂以某个角度定位。
在各种方面，本公开提供了基于来自马达控制参数的应用的所得移动的冗余计算来验证钳口位置或速度的机器人外科系统和方法。在一个方面，可以通过位于机械臂或机器人外科工具内的冗余感测阵列来实施验证。在另一方面，可以通过视觉跟踪和比较分析来实施验证。
在各种方面，本公开提供了基于在用于控制圆形缝合器的机器人外科工具驱动器内测量的另一参数来控制用于控制圆形缝合器的机器人外科工具驱动器的至少一个操作参数的机器人外科系统和方法。在一个方面，操作参数可以是马达电流、取决于砧座轴、其驱动器或切割构件的位置、量值和力的回缩。
在一个方面，本公开提供具有臂-臂关联以提供端部执行器的紧密操作控制的机器人外科系统和方法。在另一方面，可以采用用于一个臂的调节算法来补偿相对于另一个臂的基座位置的臂位置。在另一方面，可以采用运动学状态控制调节参数来补偿臂-臂偏差。例如，可以采用3D相机来生成端部执行器的相对位置(为每个机器人外科工具建立坐标系，然后相对于机器人外科工具的感知位置定位机器人外科工具)。这些位置可以用于反向计算相对于通用初始位置(universal home)的感知位置。来自臂和来自相机的测量值的差异可以用于通知每个机器人外科工具的运动算法。在另一方面，可以采用如在3D相机监视器上确定的端部执行器相对位置的比较计算来验证机械臂接合部角度和臂附接位置。
再一个方面，本公开提供了包括冗余通信连接或感测装置以验证机器人外科工具的功能的运动学状态的机器人外科系统和方法。就这一点而言，采用安全算法来验证预期定位和取向。图35-39中示出了用于跟踪器械和验证机器人外科工具的机器人控制运动的视觉系统的各个方面。
图35示出了根据本公开的至少一个方面的用于利用视觉系统7004跟踪确认端部执行器7002运动学状态的机器人外科系统7000和方法。系统7000包括具有反射器或反射标记7012、7018、7019的端部执行器7002，以验证机器人控制运动。端部执行器7002联接到第一机械臂。系统7000还包括视觉系统7004，该视觉系统包括具有至少一个波动波长发射器7008的光学观测仪7006。视觉系统7004联接到第二机械臂。端部执行器7002包括表面上的反射标记7012、7108、7019，这些反射标记可以由视觉系统7004扫描。反射标记7012、7018、7019可以形成在端部执行器7002的表面上，或者可以施加到端部执行器7002的表面。在一个方面，端部执行器7002的轴7010包括设置在其上的全局反射标记7012，并且端部执行器7002的上钳口7014包括设置在其上的局部反射标记7018，并且端部执行器7002的下钳口7016包括设置在其上的局部反射标记7019。反射标记7012、7018、7019涂覆有聚合物以允许预定义波长的反射率。装备有全局反射标记7012和局部反射标记7018、7019的端部执行器7002基于全局反射标记7012和局部反射标记7018、7019的位置和取向限定端部执行器7002的位置。全局反射标记7012和局部反射标记7018、7019可以用聚合物材料涂覆或封装，该聚合物材料允许预定义波长的光的反射率大于其他波长在一个方面，波长可以被选择为在可见光谱内部或外部。另选地，如果在可见光谱内选择波长则可以采用显示算法来在图像显示给用户之前，从图像中去除或消除从全局反射标记7012和局部反射标记7018、7019反射的聚光灯。在一个方面，反射标记7012、7018、7019可以直接形成或印刷在端部执行器7002的表面上，或者可以以贴纸的形式施加到端部执行器7002的表面或机械臂的其他部分。
在一个方面中，使用波动波长发射器7008的光学观测仪7006可以采用速率响应的一部分来仅寻找光学观测仪7006的视野内的反射标记7012、7018、7019。光学观测仪7006的视野内的反射标记7012、7018、7019可以用于验证端部执行器7002在手术期间使用时的预期距离、取向和运动，而完全不需要用户意识。
图36示出了根据本公开的至少一个方面的用于利用视觉系统7004跟踪确认端部执行器7002、7003运动学状态的机器人外科系统7020和方法。系统7020包括两个端部执行器7002、7003，所述两个端部执行器分别包括全局反射器或反射标记7012、7013和局部反射器或反射标记7018、7019、7021、7023，以验证机器人控制运动。两个端部执行器7002、7003联接到第一机械臂和第三机械臂。系统7020还包括视觉系统7004，视觉系统包括具有至少一个波动波长发射器7008的光学观测仪7006，所述至少一个波动波长发射器将光反射离开反射标记7012、7013、7018、7019、7021、7023。视觉系统7004联接到第二机械臂。每个端部执行器7002、7003的特征在于以虚线示出的机器人感测位置7036、7038和以实线示出的视觉验证位置7040、7042。因此，基于由局部反射标记7019反射的光确定第一端部执行器7002的机器人感测位置7036和第二端部执行器7003的视觉验证位置7042之间的距离x1。同样，基于由局部反射标记7012反射的光确定第一端部执行器7002的视觉验证位置7040与第二端部执行器7003的机器人感测位置7038之间的距离x2。到关键结构7044的距离d1是在第二端部执行器7003的机器人感测位置7038到关键结构之间确定的，而到关键结构7044的距离d2是在第二端部执行器7003的视觉验证位置7042到关键结构7044之间确定的第一端部执行器7002和关键结构7044之间的距离的确定可以以类似的方式确定。关键结构7044位于被认为是高风险区域7048的边界7046内。低风险区域7050位于边界7046外部。
在一个方面，波动波长发射器7008成像源可以包括常规白光源。在这种情况下，反射标记7012、7018标识符可以是反射性的并且具有预定义的颜色(即，白色或绿色)。在这种情况下，创建用于显示给用户的图像将包括消除明亮的反射，同时仍使视觉系统7004能够跟踪并关联机械臂和端部执行器7002的运动，并且最小化由反射引起的用户的注意力分散。
图37示出了根据本公开的至少一个方面的用于检测固定轴7062的远侧端部7060的位置7032和到预期位置7034的直线行进路径7064的机器人外科系统7030和方法。在此，机械臂7066附接到套管针7068，该套管针被示出为穿过体腔的壁7070插入。套管针7068可以围绕远程运动中心7072(RCM)旋转。固定轴7062的远侧端部7060最初被定位在由坐标x1、y1、z1表示的第一位置7032，并且在套管针7068被机械臂7066围绕RCM7072旋转预先确定的角旋转后，固定轴7062的远侧端部7060的直线行进路径7064被定位在由坐标x2、y2、z2表示的第二位置7034。
图38示出了根据本公开的至少一个方面的用于机器人外科系统的跟踪系统7080，该跟踪系统基于当端部执行器7083的远侧端部7082从第一位置7084行进到第二位置7086时的速度来限定端部执行器7083的远侧端部7082的多个行进路径7081。端部执行器联接到机械臂。端部执行器7083的远侧端部7082的第一位置7084由坐标x1、y1、z1表示，并且端部执行器7083的远侧端部7082的第二位置7086由坐标x2、y2、z2表示。端部执行器7083的远侧端部7082可以沿着最佳行进路径7088以全速从第一位置7084行进到第二位置7086，然而，如果端部执行器7083的远侧端部7082从全速减慢，其可以沿着可接受的行进路径7090从第一位置7084行进到第二位置7086。如果沿着不可接受的行进路径7092检测到端部执行器7083的远侧端部7082，则端部执行器7083的远侧端部7082被停止。
图39是根据本公开的至少一个方面的用于检测图38中描绘的跟踪系统7080中的错误以及端部执行器7083的远侧端部7082的速度的对应变化的算法的图形图示7100。第一曲线图7102描绘作为时间的函数的检测的误差Et，并且第二曲线图7104是作为时间的函数的端部执行器7083的远侧端部7082的速度V。检测的误差Et由以下给出：
Figure BDA0003432657480000911
在跟踪系统7080中检测到的误差Et(偏离预期的程度)可能导致改变和逐步升级的响应以校正相关性或禁止附带损害。如第一曲线图7102所示，当检测到的误差Et低于第一误差阈值7106时，端部执行器7083的远侧端部7082在最佳行进路径7088的范围内，并且可以全速7108移动，如第二曲线图7104所示。当检测到的误差Et在第一误差阈值7106和第二误差阈值7110之间时，端部执行器7083的远侧端部7082在可接受的行进路径7090的范围内，并且可以以比全速7108更慢的速度7112移动，如第二曲线图7104所示。当检测到的误差Et超过第二误差阈值7110时，端部执行器7082的远侧端部7081处于不可接受的行进路径7092中，并且停止7114，如第二曲线图7104所示。
现在参考图35-39，端部执行器7002、7003、7083动作的相关性可以通过验证机器人正在指示端部执行器7002、7003、7083移动通过的运动到端部执行器7002、7003、7083上的局部反射标记7012、7013、7018、7019、7021、7023运动反射的所检测的运动来确定。如果运动不直接相关，则机器人可递增通过一系列对策，包括例如基于系统对规程、外科医生或装置风险的情境意识来连续执行对策步骤或逐步升级响应以规避对策步骤。对策可包括例如减慢致动系统的处于风险部分的推进；向用户标识问题；将初级控制测量从初级装置切换到次级视觉测量装置；或关闭和重新校准子系统；等等。
机器人外科系统可以采用概率评估来确定用检测到的偏差操作的过程中的风险水平。该风险概率可以考虑各个方面，诸如偏差的量值、偏差是增加还是减少、与关键解剖结构或步骤的接近度、该特定子系统导致堵塞或不能消除情况的风险等。
机器人外科系统可以被配置成能够记录这些偏差，随时间跟踪这些偏差，以及将结果信息供应给机器人控制塔和分析云或远程系统。偏差的记录(Documentation)和跟踪可以使得能够更新系统控制算法，该系统控制算法可以补偿或更新未来系统对类似问题的响应。检测到的偏差也可以用于重新校准运行中(on-the-fly)的控制系统的某些元件，以允许其更新较小的检测到的相关问题。
在各种方面，参考图22，本公开提供了一种机器人外科系统15000，其包括中央控制电路15002，该中央控制电路被配置成能够比较多个感测阵列输出，以允许机器人外科系统15000确定机器人外科系统15000的哪个部件在预期方式之外操作。在一个方面，中央控制电路15002被配置成能够将主马达15026(m1)控制传感器与次级传感器进行比较，以验证例如主马达15026(m1)的运动。
仍然参考图22，在一个方面，通过中央控制电路15002将虚拟计算位置的初级控制器(诸如中央控制电路15002)与位于机器人外科工具传感器上的次级控制器进行比较，以确定初级控制器中的算法是否在其正常操作范围之外操作。次级控制阵列可以包括检测机器人或端部执行器的返回或支撑结构中的负载或扭矩。该分析可以包括基于另一个马达15026(m2)的某些功能的激活来比较一个马达15026(m1)的拮抗支持。其可以通过本地行程结束开关或其他离散的电子指示器来指示。
仍然参考图22，可以将压电晶体阵列放置在机器人外科系统15000的已知位置(例如，机器人外科工具的末端、OR台上的特定位置、套管针、患者身上的贴片等)上，以使得能够计算物体彼此之间的距离。这将创建局部坐标系，该局部坐标系可以固定到全局坐标系(例如，机器人；X-Y-Z)或主臂/机器人外科工具。在一个方面，在至少两个压电晶体以已知的间隔距离位于相同的不可变形的物体上并且至少一个压电晶体位于远侧末端上的情况下，可以确定校准常数以解决由于污染引起的局部阻抗的变化。在一个方面，在至少两个压电晶体以已知的间隔距离位于相同的不可变形物体上的情况下，可以建立矢量来确定端部执行器的位置，而不需要离散的端部执行器晶体或传感器。
仍然参考图22，在一个方面，根据本公开的机器人外科系统15000可以包括完全自主的安全测量系统，该安全测量系统可以被配置成能够与控制阵列并行地运行。如果自主系统通过其自主传感器检测到超出预定义量的偏差，则自主系统可以限制或关闭受影响的系统，直到该偏差被解决。安全系统可以包括其自己的传感器，或者其可以采用从共享传感器到初级控制系统的原始数据，初级控制系统为共享传感器提供次级路径以传输相关信息。
仍然参考图22，在各种方面，机器人外科系统15000包括用于每个可互换系统的局部安全协同处理或处理器，如参考图40-44所述。现在转到图40，示出了根据本公开的至少一个方面的用于验证局部控制电路的输出以及发射控制信号的系统7120。系统7120包括无菌外壳7122和包括多个马达7125a-7125d的马达组7124。在例示的方面，无菌外壳7122包括开孔7126a-7126d，以接纳多个马达7125a-7125d。无菌外壳7122还包括半自主马达控制电路7128a-7128d(仅示出了7128a和7128b)，马达7125a-7125d中的每个马达对应一个马达控制电路。对于每个马达7125a-7125d，控制电路7128a-7128d中的每个控制电路包括初级控制和反馈通信电路7130a-7130d(仅示出了7130a和7130b)和次级独立验证通信电路7132a-7132d(仅示出了7132a和7132b)。初级控制和反馈通信电路7130a-7130d和次级独立验证通信电路7132a-7132d经由对应的天线7140a-7140d(仅示出了7140a和7140b)与马达7125a-7125d通信。初级控制和反馈通信电路7130a将无线通信控制信号7134a发射到马达组7124，并且经由天线7140a从马达组7124接收无线通信反馈信号7136。次级独立验证通信电路7132b经由天线7140b发射次级无线控制验证信号7138b。
仍然参考图40，局部电流和电压可以由位于每个局部控制电路内的一组传感器以及对旋转编码器信息和其他传感器的访问来提供。传感器包括例如扭矩传感器、应变仪、加速器、霍尔传感器，这些传感器的输出都独立地提供给次级处理器，以验证引起的运动。传感器输出与所请求的初级控制和反馈通信电路7130a-7130d相信是正确的运动相关。
图41是描绘根据本公开的至少一个方面的无线初级和次级验证反馈系统的控制程序或逻辑配置的过程的流程图7150。流程图7150描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22和图41，用户向机器人外科系统15000输入7152控制运动，如图22所示。主控制器7154或中央控制电路15002被配置成能够接收7153用户输入信号并将通知7156发送到安全处理器7158。主控制器7154被配置成能够从安全处理器7158接收7160通知，以及经由滑动连接或另选地经由无线连接向马达15026发出7162操作命令。主控制器7154被配置成能够经由无线连接或滑动连接向半自主马达控制器7168发出7164用于马达控制的请求7166。半自主马达控制器7168被配置成能够接收请求7166并将控制信号7170发送到一个或多于一个传感器7172以控制马达的功率。一个或多于一个传感器7172被配置成能够生成7174对马达操作的响应。一个或多于一个传感器7172可以包括例如编码器、力传感器、扭矩传感器、加速度计等。响应7174经由无线连接或另选地有线连接作为初级验证反馈信号提供给半自主马达控制器7168以及作为次级验证反馈信号7176提供给安全处理器7158。安全处理器7158基于次级验证反馈信号7176向主控制器7154提供通知7160。
图42是根据本公开的至少一个方面的用于比较马达控制信号、安全验证信号和马达电流的算法的图形图示7180。第一曲线图7181描绘了主马达控制信号7183与时间的关系。第二曲线图7185描绘了安全验证信号7187与时间的关系。第三曲线图7189描绘了马达电流信号7182与时间的关系。如果测量信号与控制信号之间存在差异，则向初级控制系统提供警告标志。如果差异持续长于预定义时间或其量值超过预定义阈值，则控制器到马达的链接被中断并且马达被关闭。现在，以下参考第一曲线图7181、第二曲线图7185和第三曲线图7189描述四个单独的状况。
在第一状况下，在时间t3，存在如初级控制信号7183的区段7184中所示的初级控制信号7183的丢失，例如，其中初级控制信号7183或反馈信号表现出间歇行为。然而，在时间t3，安全验证信号7187没有丢失，如安全验证信号7187的区段7186所示。因此，马达命令不被中断，并且马达继续操作，如马达电流信号7182的区段7188中所示。
在第二状况下，在时间t6，初级控制信号7183没有丢失，如初级控制信号7183的区段7190所示。然而，在时间t6，在t＜xms阈值的时间段内存在安全验证信号7187的暂时丢失，如安全验证信号7187的区段7192所示。因此，马达命令不被中断，并且马达继续操作，如马达电流信号7182的区段7194中所示。
在第三状况下，在时间t7存在初级控制信号7183的丢失，如初级控制信号7183的区段7196所示。然而，在时间t7，安全验证信号7187没有丢失，如安全验证信号7187的区段7198所示。因此，马达命令不被中断，并且马达继续操作，如马达电流信号7182的区段7200中所示。
在第四状况下，在时间t10，如在初级控制信号7183的区段7202中所示，存在初级控制信号7183的丢失，并且在时间t7，如在安全验证信号7187的区段7204中所示，也存在安全验证信号7187的丢失。因此，马达命令被中断，并且马达停止，如在马达电流信号7182的区段7206中所示。
图43是描绘根据本公开的至少一个方面的由于通信丢失导致的马达控制器关闭而引起的马达控制器重启过程的控制程序或逻辑配置的过程的流程图7210。流程图7210描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22和图43，根据流程图7210描绘的过程，中央控制电路15002被配置成能够检测7212马达控制器由于通信信号的丢失而关闭。中央控制电路15002被配置成能够确定7214通信信号是否在预定义时间内恢复。当通信信号在预定义时间内恢复时，中央控制电路15002被配置成能够沿着“是”分支继续并且重启马达控制器7216。当通信信号在预定义时间内未恢复时，中央控制电路15002被配置成能够沿着“否”分支继续并且重启7218或重置通信信号。然后，中央控制电路15002被配置成能够确定7220通信信号是否恢复。当通信信号恢复时，中央控制电路15002被配置成能够沿着“是”分支继续并且重启7216马达控制器。当通信信号未被恢复时，中央控制电路15002被配置成能够沿着“否”分支继续并且向用户报告7222错误并且在重启马达控制器之前要求用户干预。
图44是描绘根据本公开的至少一个方面的用于由于命令或验证信号丢失而控制马达控制器的控制程序或逻辑配置的过程的流程图7230。流程图7230描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22和图44，根据流程图7230描绘的过程，中央控制电路15002被配置成能够检测7232命令信号丢失或检测7234验证信号丢失。当检测7232到命令信号丢失或检测7234到验证信号丢失时，中央控制电路15002被配置成能够确定7236是否存在对应的信号丢失。当存在对应的信号丢失时，中央控制电路15002被配置成能够沿着“是”分支继续并且关闭7238马达控制器。当没有对应的信号丢失时，中央控制电路15002被配置成能够沿着“否”分支继续并且继续7240半自主控制马达控制器。
根据流程图7210、7230描绘的过程的各个方面，每个子控制器可以包括单独的安全处理器或过程，其按照系统的预期来监督系统的功能。当机器人具有内置控制器的可移除和可更换的马达组时，这变得更加重要。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其利用受控马达和机器人外科工具运动的次级确认来检测和补偿系统中的差异和系统的老化。在一个方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其用于机械输出的运行中次级源监测和控制信号的调节以补偿检测到的差异。在一个方面，可以通过次级过程采用用于确认安全处理器的有效控制功能的子系统的相同次级测量或运动、工作和输出，以将初级控制信号与所测量的次级测量信号同步。这将允许子系统补偿老化电子器件和马达，同时提供预期的最终输出。可以采用该技术来补偿机械子系统中的运动学状态差异和系统中的公差差异和倾斜(slop)。如果将次级测量与预期控制信号进行比较，然后使用误差项来调节初级控制信号以将比较降低到预定义极限以下，则将允许针对每个子系统和每个马达组单独地调节控制信号。
图45是描绘根据本公开的至少一个方面的利用多个独立感测系统的机器人外科系统的流程图。现在参考图45，该图描绘了机器人外科系统的流程图。该流程图可以被例如机器人外科系统利用。在各种情况下，两个独立的感测系统可被配置成能够检测外科部件诸如机械臂和/或外科机器人外科工具的一部分的位置和/或取向。第一感测系统或初级感测系统可以依赖于机械臂的马达和/或马达驱动器上的扭矩和/或负载传感器。第二感测系统或次级感测系统可以依赖于机械臂和/或外科机器人外科工具上的磁性和/或飞行时间传感器。第一感测系统和第二感测系统被配置为独立且并行地操作。例如，在步骤66502处，第一感测系统确定机器人部件的位置和取向，并且在步骤66504处，将所检测到的位置和取向传送至控制单元。同时，在步骤66506处，第二感测系统确定机器人部件的位置和取向，并且在步骤66508处，将所检测到的位置和取向传送至控制单元。
在步骤66510处，将机器人部件的独立确定的位置和取向传送至中央控制电路，诸如传送至机器人控制单元和/或外科集线器。在比较位置和/或取向时，可以在步骤66512处优化机器人部件的控制运动。例如，独立确定的位置之间的差异可用于提高控制运动的准确度和精度。在某些情况下，控制单元可以基于来自次级感测系统的反馈来校准控制运动。来自初级感测系统和次级感测系统的数据可以由集线器和/或存储在云中的数据聚合，以进一步优化机器人外科系统的控制运动。可以参考美国专利申请序列号15/940,711，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在各种方面，本公开提供了一种具有分级控制方案的机器人外科系统，以使独立臂或器械操作的运动相关联。在一个方面，控制臂中的一个控制臂可以被定义为主轴臂，其他臂在该主轴臂下相对于该主轴臂进行验证。参考图45-46描述用于检测初级控制臂和验证次级机械臂的各种技术。
图46是根据本公开的至少一个方面的用于控制初级机械臂以及检测和验证次级机械臂的机器人外科系统7250。机器人外科系统7250包括具有传感器7253的主坐标塔7252，以确定主坐标塔7252相对于其他机械臂7254a-7254d的位置，从而符合其他机械臂7254a-7254d的位置、运动和取向。主坐标塔7252确定OR台7256的占有面积、其他机械臂7254a-7254d的位置和取向、机器人端部执行器7258a、7258b的位置和取向(显示为距离d1)以及相邻机器人部件7259的位置和取向(显示为d2)。在一个方面，初级传感器7257可以被定位在OR台7256上。
图47是根据本公开的至少一个方面的图46中描绘的系统7250的详细视图。如图47中所描绘的，内窥镜控制机械臂7260被选择为主坐标机械臂以确定次级机械臂7262的位置和取向。内窥镜控制机械臂7260包括内窥镜臂7264以保持和引导安装在配备有内窥镜7266的线性滑动件7284上的机器人外科工具7275。内窥镜7266被配置成能够在光学观测仪视野7268中产生立体cos阵列7265。内窥镜控制机械臂7260还包括安装在内窥镜控制机械臂7260的固定部件7272上的磁场发生器7270，以产生磁场7271。内窥镜控制机械臂7260确定次级机械臂7262相对于内窥镜控制机械臂7260在x、y、z坐标系中的总体取向7274。次级机械臂7262包括安装在线性滑动件7286上的机器人外科工具7277，该线性滑动件配备有包括端部执行器7276的机动外科缝合器7279。
现在参考图46-47，在一个方面，系统7250可以通过使用内窥镜控制臂7260作为主控制机械臂来光学实施。系统7250可以包括用于可视化的立体cos阵列7265以及次级传感器7270、7278两者，以确定相邻机器人结构(诸如次级机械臂7262)的接近度。超声传感器可以围绕由内窥镜7266产生的立体cos阵列7265的周边定位，以防止串扰，并且允许内窥镜7266同时主动探查(ping)相邻机器人部件7259(诸如次级机械臂7262)的距离、尺寸和取向。在一个方面，系统7250可以包括阻抗传感器与磁场发生器7270的集成，以产生磁场7271。在一个方面，系统7250可以包括位于主坐标机械臂7260(例如，内窥镜控制臂7260)上的RFID 7278(有源和/或无源RFID传感器两者)。
在一个方面，系统7250可以包括无源方法，该无源方法包括内窥镜臂7264，该内窥镜臂被配置成能够生成将由相邻机器人端部执行器7276或机械臂7262的通信阵列接收的RF唤醒信号，并且被配置成能够以测量的信号强度和方向方面进行响应，以允许内窥镜臂7264计算相邻装置(诸如位于次级机械臂7262上的端部执行器7276)的位置。
在另一方面，作为无源方法的替代，系统7250可以包括有源方法，其中磁场发生器7270用于产生磁场7271，以在相邻的RF发射器7280内产生功率，并且允许其将信号发射回主内窥镜控制臂7260装置，诸如内窥镜7265。然后，主装置(例如，内窥镜7265)将计算返回信号的信号强度并读取其标识符，以便确定什么装置正在响应以及该装置位于何处。在有源方法中，内窥镜控制臂7260可以具有用于RF信号的RF发射器7280和接收反弹回来的信号的接收器7282两者。这将允许其确定相邻结构的尺寸、位置和取向。
在各种方面，本公开还提供了一种机器人外科系统和方法，其用于通过将端部执行器到端部执行器定位和取向作为用于操作附接到端部执行器的控制臂的控制手段来控制和操作附接到端部执行器的控制臂。图48-50示出了根据本公开的各个方面的端部执行器到端部执行器的通信和感测以控制机械臂运动。
图48示出了根据本公开的至少一个方面的用于机器人外科系统的定位和取向系统7290，该定位和取向系统包括端部执行器7318到端部执行器7320的定位和取向。在例示的示例中，定位和取向系统7290包括第一机械臂7292、第二机械臂7294和第三机械臂7296。应当理解，定位和取向系统7290可以包括至少两个机械臂和多于三个机械臂，但不限于此。机械臂7292、7294、7296包括安装到线性滑动件7304、7306、7308的线性机器人外科工具7298、7300、7302。第一机械臂7292包括视觉系统，诸如视觉内窥镜7299。内窥镜7299的远侧端部包括用于发射和接收各种波长的光的光学器件，包括例如如先前关于图35、图36、图47所讨论的cos阵列。第二机械臂7294和第三机械臂7296各自包括机器人控制的机器人外科工具7300、7302，这些机器人控制的机器人外科工具包括端部执行器7318、7320，这些端部执行器用于外科缝合和切割、超声密封和切割、电外科密封和切割、或者缝合和切割、超声密封和切割以及电外科密封和切割的组合机械臂7292、7294、7296中的每个机械臂的线性机器人外科工具7298、7300、7302由驱动器15028控制，该驱动器由如参考图22所述的中央控制电路15002控制，以推进和回缩机器人外科工具7298、7302、7304。机械臂7292、7294、7296被示出为定位在躺在OR台7326上的患者7324的体壁7322内。空间包络7328或保护带设置在机械臂7292、7294、7296与患者7324的体壁7322之间。机械臂7292、7294、7296被配置成能够确定每个机械臂7292、7294、7296和OR台7326的x、y、z坐标空间中的总体定位和取向7330、7332、7334。
视觉系统的内窥镜7299被配置成能够确定端部执行器7318、7320的定位和取向，包括端部执行器7318、7320之间的距离d1。第二机械臂7294的某些部分相对于其他第一机械臂7292和第三机械臂7296被控制。类似地，第三机械臂7296的某些部分相对于第一机械臂7292和第二机械臂7294被控制。
图49是根据本公开的至少一个方面的图48中描绘的端部执行器到端部执行器定位和取向系统7290的透视图。透视图示出了端部执行器7318、7320之间的体内距离d1。透视图还示出了任意机械臂7292、7294、7336之间的体外距离d2。
图50示出了根据本公开的至少一个方面的具有定位和取向的全局和局部控制的图48和图49中描绘的第二机械臂中7294的一个第二机械臂。图50中描绘的机械臂7294代表配备有例如作为视觉系统的一部分的视觉内窥镜7299的第一机械臂7292，并且还代表第三机械臂7296。机械臂7294包括线性机器人外科工具7300，该线性机器人外科工具由线性机器人外科工具驱动器7310驱动和致动，该线性机器人外科工具驱动器包括马达组并控制局部移动。机器人外科工具7300包括端部执行器7318。机械臂7294包括第一可枢转臂7340、第二可枢转臂7342和第三可枢转臂7344，第一可枢转臂、第二可枢转臂和第三可枢转臂枢转以限定如图所示的角度θ、β、α。整个机械臂7294围绕由Z限定的轴线旋转。线性机器人外科工具驱动器7310使机器人外科工具7300的轴7346推进和回缩Δ。机械臂7294控制全局移动Z、θ、β。α。线性机器人外科工具驱动器7310控制局部移动Δ，其中固定机器人外科工具7300的轴7346的远侧端部7348是全局控制与局部控制之间的分界线7348。
现在参考图48-50，可以基于端部执行器7318、7320相对于彼此的位移来控制机器人控制臂7292、7294、7296运动的某些部分。中央控制电路15002(图22)可以使用任何两个端部执行器7318、7320之间的距离d1的相对接近，而不是基于用户输入将线性机器人外科工具驱动器7310致动预定义的距离Δ。
仍然参考图48-50，所示的端部执行器7318到端部执行器7320定位和取向系统7290可以包括视觉系统内窥镜7299，以直接确定端部执行器7318、7320的距离d1、d2(图49)、速度和取向。内窥镜7299被配置成能够遵循用户输入运动，以及根据需要调节机器人控制臂7292运动的运动，以及将端部执行器7318、7320相对于局部坐标系移动。
如图48中所描绘的，提供了用于定位和取向系统7290的3D空间包络7328，以减少机械臂7292、7294、7296与患者7324的体壁7322之间的碰撞。利用限定的公共坐标系，可以针对每个机械臂7292、7294、7296限定批准的空间包络7328。每个机械臂7292、7294、7296被给予3D空间包络7328，在该3D空间包络中允许机械臂操作。从另一个机械臂7292、7294、7296、“主”控制系统中央控制电路15002(图22)或通信系统中的所有参与者(图1-22)请求退出该空间包络7328的任何需要。如果批准机构同意，可以为所有机械臂7292、7294、7296分配新的调节的包络。因此，定位和取向系统7290的控制系统不必协商每个单独的运动，只需要大规模的运动。这最大限度地减少了计算要求并简化了碰撞。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，该机器人外科系统和方法被配置成能够基于机器人轴或机械臂测量的宏观轴/端部执行器扭矩来调节组织张力。机器人外科系统和方法还提供用于操作能量机器人外科工具的自动化技术。机器人外科系统和方法还基于能量装置端部执行器的确定温度提供控制边界和警告的调节。
在一个方面，机器人外科系统和方法提供刀片/端部执行器温度的高光谱成像测量。图51示出了根据本公开的至少一个方面的具有轴67503的机电机器人外科工具，该轴具有远侧端部67502和在患者组织67506附近安装到轴67503的端部执行器67504。端部执行器67504包括钳口67507、67508，其中钳口67507为超声刀的形式。轴67503和端部执行器67506是机器人外科系统的一部分，并且可安装在机电臂上。机器人外科系统可包括内窥镜，诸如双目镜67512，其具有至少一个视觉传感器67510。所示的视觉传感器67510设置在双目镜67512的远侧端部。所示的视觉传感器67510是红外传感器，但是视觉传感器可以是CCD、CMOS等。视觉传感器67510可被配置成能够检测端部执行器67504的至少一部分(诸如，端部执行器67504的超声刀67507)的温度Tb和/或邻近端部执行器67504的患者组织67506的温度Tt。
在一个方面，控制器可被配置成能够将超声刀的温度Tb与患者组织的温度Tt进行比较，并且针对端部执行器67504的不同温度确定距离阈值67514、67516和67518。距离阈值67514、67516和67518可表示组织67506和/或端部执行器67504的各种安全和/或无害距离，诸如被加热的端部执行器67504可被定位但不会对组织67506造成损伤的距患者组织67506的最近距离。例如，距离阈值67514可表示具有温度T1的端部执行器67504可相对于患者组织67506被定位的最近位置；距离阈值67516可表示具有温度T2的端部执行器67504可相对于患者组织67506被定位的最近位置；并且距离阈值67518可表示具有温度T3的端部执行器67504可相对于患者组织67506被定位的最近位置。
温度T1低于温度T2，温度T2低于温度T3。温度T1、T2、T3可直接表示超声刀67507的温度Tb，或者可表示超声刀的温度Tb与组织的温度Tt之间的比较温度。红外传感器诸如Melexis MLX90621可集成到双目镜67512和/或端部执行器67504中，并且可用于将端部执行器温度与相邻组织温度进行比较以准确地指示温度。该过程可发生在使用端部执行器影响组织之前和/或期间和/或之后。除了距离阈值之外或代替距离阈值，还可使用基于力限制的力阈值。
虽然图51示出了测量距端部执行器67504的阈值距离，但是也可测量距周围组织的距离。例如，图52示出了根据本公开的至少一个方面的组织67506附近的端部执行器67504。然而，阈值距离67550、67552和67554是相对于组织67506而不是如图51中所描绘的端部执行器67504来测量的。因此，端部执行器67504距组织67506的安全阈值距离可根据端部执行器67504的温度而变化。
如图52所示，控制器可被配置成能够促进端部执行器67504基于温度在距组织不同的距离处朝向患者组织67506移动。当端部执行器67504的温度处于最高点时(在图52的曲线图67700的最左侧示出)，被加热的端部执行器67504设置在距患者组织67506最远的位置处(在图53的曲线图67702的最左侧示出)。因此，曲线图67702示出了T2距离阈值67704。T2距离阈值67704是具有温度T2的被加热端部执行器67504可到达患者组织67506但不会造成损伤的最近距离。随着端部执行器67504的温度随时间降低，端部执行器67504可更靠近组织67506但不会损伤组织67506。在67706处，端部执行器67504处于足够低的温度，能够触及组织67506但不会对组织67506造成损伤(在曲线图67700、67702的最右侧示出)。
参考曲线图67702，在时间67708，机器人外科系统可被配置成能够阻止端部执行器67504朝向组织67506推进，直到端部执行器67504的温度进一步降低。例如，曲线图67702所示的线67710表示当端部执行器67504的温度低于温度67712时端部执行器67504相对于患者组织67506的最近接近度。当端部执行器67504的温度具有温度T1时，机器人外科系统可被配置成能够在距离67514处阻止端部执行器67504朝向患者组织67506移动。距离67514由图53的曲线图67702中的线67710表示。在67716，机器人外科系统可被配置成能够停止端部执行器67504朝向组织67506移动。曲线图67702的虚线67714是端部执行器67504的速度的示例性图示。当端部执行器67504接近组织67506时，端部执行器67504的速度可被配置成能够减小以确保控制器和整个机器人系统可将端部执行器67504停止在选定的距离阈值处。在一些变型中，可向机器人外科系统的操作者提供警报，警告被加热的端部执行器67504已经达到阈值距离。可以参考美国专利申请序列号15/238,001，现为美国专利申请公布2018/0049792，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在一个方面，本公开提供了一种使用固有频率偏移来测量刀片温度的机器人外科系统和方法。在一个方面，采用内部轴温度传感器来感测来自端部执行器的热通量。
在一个方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其包括具有热传感器的集成柔性电路，以测量机器人外科工具的机构和部件的部件温度。图54是根据本公开的至少一个方面的包括嵌入其中的RF电极和数据传感器的柔性电路67600的一个方面的横剖视图。柔性电路67600可以安装到RF夹持臂67602的右侧部分或左侧部分，所述RF夹持臂由导电材料诸如金属制成。在RF夹持臂67602下方，向下(竖直)力/压力传感器67606a、67606b嵌入在层压层67604下方。横向力/压力传感器67608位于向下(竖直)力/压力传感器67606a、67606b层下方，并且温度传感器67610位于横向力/压力传感器67608下方。电极67612电耦接到发生器并且被配置成能够将RF能量施加到位于下方的组织67614。
现在转向图55，端部执行器67800包括钳口构件67802、柔性电路67804a、67804b和设置在每个柔性电路67804a、67804b上的分段电极67806a、67806b。每个分段电极67806a、67806b包括若干片段。如图所示，第一分段电极67806a包括第一分段电极片段67808a和第二分段电极片段67808b，并且第二分段电极67806b包括第一分段电极片段67810a和第二分段电极片段67810b。钳口构件67802由金属制成并传导热以维持钳口构件67802冷却。柔性电路67804a、67804b中的每个柔性电路包括导电元件67814a、67814b，这些导电元件由金属或其他电导体材料制成并且通过电绝缘层压件与金属钳口构件67802电绝缘。导电元件67814a、67814b耦接到位于轴组件、柄部组件、换能器组件或电池组件中的电路。
图56是端部执行器67900的横剖视图，该端部执行器包括可旋转钳口构件67902、柔性电路67904和相对于钳口构件沿竖直取向定位的超声刀67906，其中组织67908位于钳口构件67902和超声刀67906之间。超声刀67906包括用于增强组织解剖的旁瓣部分67910a、67910b和用于增强组织密封的均匀部分67912a、67912b。在图56中所描绘的竖直取向上，超声刀67908被配置用于组织解剖。
柔性电路67904包括电极，该电极被配置成能够将高频(例如，RF)电流递送到被抓持在钳口构件67902和超声刀67906之间的组织67908。在一个方面，电极可以是如本文结合图55所描述的分段电极。柔性电路67904耦接到高频(例如，RF)电流驱动电路。在例示的示例中，柔性电路电极67904耦接到高频(例如，RF)电流能量源的正极，并且超声刀67906耦接到高频(例如，RF)电流能源的负(例如，返回)极。应当理解，在一些构型中，正极和负极可以颠倒，使得柔性电路67904电极耦接到负极，并且超声刀67906耦接到正极。超声刀67906声学地耦接到超声换能器。在操作中，采用高频(例如，RF)电流来密封组织67908，并且超声刀67906用于使用超声振动解剖组织。可以参考美国专利申请序列号15/382,238，现为美国专利申请公布2017/0202591，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在一个方面，本公开提供了一种用于自动调节机器人驱动轴以控制切割技术的机器人外科系统和方法。图57A和图57B示出了根据所描述的技术的机器人外科系统的端部执行器68400的实施方案。如图57A中所描绘的，端部执行器68400包括下钳口或超声刀68410和上钳口或夹持构件68420，所述下钳口或超声刀和上钳口或夹持构件被构造成能够将组织夹持在其间。在此示例中，示出了当组织68430被夹持在刀片和夹持构件68410、68420之间时端部执行器68400在操作中。在例示的示例中，组织68430是血管的形式。然而，本领域技术人员将理解，组织可以是任何其他类型的组织。
在操作中，如图57A中所描绘的，当夹持构件68420接近刀片68410并且组织68430被夹持在其间时，将超声能量施加到组织68430。图57A通过示例示出当组织68430的烧灼完成时与组织68430接合的端部执行器68400。所描述的技术可用于凝结和烧灼组织，并且这些过程可互换使用。用超声能量处理组织涉及通过烧灼破坏组织，这导致组织的凝结——使组织中的蛋白质变性和组织脱水。为了在组织68430上产生有效密封，组织以受控的方式被烧灼和凝结。因此，组织的产生包括在烧灼期间对许多参数的精确控制，诸如功率水平、由端部执行器的钳口施加在组织上的压力、超声刀的提升速度以及其他参数。
如上所述，图57A示出了当组织68430的烧灼完成时的端部执行器68400。如图57A中所描绘的，刀片和夹持构件68410、68420被示出为与组织68430接触。当机器人外科系统确定组织68430的烧灼完成时，外科系统使端部执行器68400被提升，使得刀片68410执行穿过组织的(最终)切割。图57B示出了端部执行器68400(以及因此刀片68410)被提升，如箭头示意性地示出的(箭头中的一个箭头被标记为68414a)，并且组织68430被切割，使得组织68432的一部分与端部执行器68400分离(切割组织68430的另一部分未被标记)。
图58示出表示阻抗值的轨迹曲线和表示端部执行器的刀片对于不同类型组织的提升速度的对应曲线的曲线图的两个示例。阻抗曲线表示当端部执行器(诸如图57A和图57B中的端部执行器68400)用于在端部执行器与组织接触时将超声能量施加到组织时测量的组织阻抗值。提升速度曲线(在某些情况下可以是线性的)表示一旦具有某些特性的组织的烧灼被确定为完成，端部执行器可以自动提升的相应速度。
图58示出了一种类型的组织诸如较大(较厚)脉管或其他类型的组织的阻抗曲线68510。图58还示出了另一种类型的组织诸如较小(较薄)脉管或其他类型的组织的阻抗曲线68520。曲线68510、68520可以使用组织阻抗值(z)作为时间(t)的函数来构建。如图所示，曲线68510、68520两者具有类似于浴缸的形状。具体地，不管它们的具体形状和长度如何，曲线68510、68520遵循初始(相对较高)组织阻抗减小的时间段，该时间段之后可以是平坦区(plateau)，然后是组织的电阻抗增大。曲线68510、68520在达到特定阈值阻抗值的第一时间点t1和第二时间点t2处终止。这些指示组织烧灼过程的完成，在完成组织烧灼过程后，外科系统可以引起端部执行器的提升。应当理解，时间点t1、t2在这里被称为“第一”和“第二”，仅仅是为了描述的目的，并且不表示任何顺序。可以参考美国专利申请序列号15/237,691，现为美国专利申请公布2018/0049798，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统，其包括基于感测的在组织结构上牵拉超声钳口的推进速率和压力的能量控制。图59示出了根据本公开的至少一个方面的机器人外科系统的端部执行器69400。端部执行器69400被配置成通过向其施加一种或多种形式的能量(例如，超声波和/或RF)来切割和密封组织。端部执行器69400包括上钳口或夹持构件69410和下钳口或刀片69420，所述上钳口或夹持构件和下钳口或刀片被构造成能够将组织夹持在其间或以其他方式接触组织。端部执行器也可以在组织上移动，其中刀片69420的外表面被定位成与组织接触。端部执行器可以沿着组织推进、拖曳或以其他方式移动，以产生穿过其中的切口或其他特征。末端执行器还包括应变仪69430。
在一些实施方案中，端部执行器69400可以适于感测一个或多个参数，例如施加在端部执行器69400上的力F。图58通过示例示出当端部执行器69400在箭头69401的方向上沿着组织69440移动(例如，拖曳)时的位置。在该示例中，如图所示，当组织69440被切割时，端部执行器69400沿方向69401移动，使得产生切口。应变仪69430可以被配置成能够测量由组织69440施加在端部执行器69400(例如，刀片69420)上的力F。具体地，应变仪69430经受弯曲负载，该弯曲负载对应于施加到端部执行器69400(例如，刀片69420)的力F。在例示的示例中，组织69440是肠系膜组织的形式。然而，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，组织69440可以是任何其他类型的组织。可以参考美国专利申请序列号15/237,700，现为美国专利申请公布2018/0049817，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
图60示出了根据本公开的至少一个方面的邻近端部执行器69050的实施方案耦接的传感器组件69000，该端部执行器包括切割机器人外科工具69060(例如，组织钻孔机器人外科工具)。如图60中所描绘的，传感器组件69000联接到轴69040的一部分，其中端部执行器69050位于轴69040的远侧端部处。施加到切割机器人外科工具69060的远侧端部的力通过传感器组件69000在轴69040中感测。轴69040和端部执行器69050可以是联接到机器人外科系统的机械臂的机器人外科工具组件的一部分，其中传感器组件69000与控制系统通信。因此，该控制系统可以控制机械臂并且因此控制切割机器人外科工具69060的移动，以便使用切割机器人外科工具69060来执行组织的切割或钻孔。如图60中所描绘的，切割机器人外科工具69060(其可以是超声波引导件)具有细长圆柱形主体，该细长圆柱形主体被构造成能够诸如通过将细长圆柱形主体的远侧端部抵靠和穿过组织来锤击以穿刺或切割穿过组织从而在组织中钻孔。尽管在图60中描绘了切割机器人外科工具69060具有细长圆柱形主体，但是切割机器人外科工具69060可以具有任何数量的各种形状和特征，以用于切割、穿刺组织或在组织中形成切口，而不脱离本公开的范围。
图61A-61C示出了钻穿组织69100的切割机器人外科工具69060的示例。如图61A中所描绘的，切割机器人外科工具69060的远侧端部不与组织69100接触，并且因此组织69100不对切割机器人外科工具69060的远侧端部施加力。控制系统可检测没有施加力来开始或增加机械臂在组织69100方向上的推进，以帮助切割进入组织69100。如图61B中所描绘的，切割机器人外科工具69060的远侧端部与组织69100接触，并且组织69100对切割机器人外科工具69060的远侧端部施加力。当切割机器人外科工具69060推进通过组织时，可以将各种力施加到切割机器人外科工具69060的远侧端部，这些力可以由控制系统监测，以用于确定机械臂的适当移动速度(例如，锤击速度、切割机器人外科工具的推进速度等)。控制系统对机械臂的控制可以基于这样确定的适当速度，以帮助有效切割组织69100。如图61C中所描绘的，切割机器人外科工具69060的远侧端部正在延伸穿过组织69100并且不再与组织69100接触。因此，组织69100不对切割机器人外科工具69060的远侧端部施加力。控制系统可以检测没有施加力以减少(包括停止)机械臂的推进或移动，这可以防止对相邻组织的不期望的切割或钻孔。因此，控制系统可以基于当前和过去感测的力和速度来确定适当的移动速度和方向。
图62示出了根据本公开的至少一个方面的端部执行器，该端部执行器被提升或成角度以使由组织施加在超声刀69140上的力增大，从而在端部执行器69200沿切割组织69145的方向推进时帮助切割组织69145。这种提升或倾斜可由控制系统收集来自传感器69160的数据并确定组织69145不具有在期望或最佳张力范围内的张力而引起。因此，控制系统可以调节机械臂在推进方向(例如，以切割组织)上的移动速度(包括停止移动)，或者调节端部执行器69200相对于组织的取向(例如，角度、提升和/或降低端部执行器69200)。例如，如果控制系统确定张力过低，则控制系统可以降低机械臂在推进方向上的移动速度，或者移动端部执行器69200，使得其被提升或成角度以在组织69145中产生更大的张力。基于所确定的组织张力，控制系统可以确定和控制递送到超声刀69140或从超声刀接收的适当能量密度。例如，如果确定组织张力低于阈值，则可以增加机械臂的推进速度。相反，停止或减慢机械臂的推进可以进一步减小张力。因此，如果组织张力高于阈值，则可以减少机械臂的速度以防止对组织的损伤。此外，(例如，经由钳口闭合)施加到组织的压缩在组织张力高于阈值时可增大以及/或者附加功率可施加到组织以加速切割，从而有助于减小组织张力。
图63示出了根据本公开的至少一个方面的联接到第一机械臂的第一机器人外科工具组件69220的第一端部执行器69210和联接到第二机械臂的第二机器人外科工具组件69240的第二端部执行器69230的实施方案。第一端部执行器69210联接到第一机器人外科工具组件69220的第一轴69215的远侧端部，并且包括能够在打开构型和闭合构型之间移动的一对钳口69217。在闭合构型或部分闭合构型中，该对钳口69217在其间固定组织69250的一部分，如图63中所描绘的。该对钳口69217与第一传感器69260通信，第一传感器被配置成能够测量被部分地捕获在该对钳口69217之间的组织69250中的张力。第一传感器69260与机器人外科系统的控制系统通信，并且控制系统可以检测和监测由第一传感器69260收集的测量值。基于此类测量值，控制系统可以确定和控制与第一机械臂或第二机械臂相关联的各种移动参数中的一个或多个移动参数，以有效地和高效地切割组织69250。第一传感器可以包括各种传感器中的一个或多个传感器(诸如应变仪)，并且可以被定位在沿着第一端部执行器69210或第一机器人外科工具组件69220的任何数量的位置中，以用于测量组织69250中的张力。例如，上文(诸如关于图62)所论述的任何组织张力测量特征部和机构可以在该实施方案中实施以测量组织69250中的张力。
如图63中所描绘的，第二端部执行器69230被定位在第二机器人外科工具组件69240的第二轴69232的远侧端部处。第二端部执行器69230包括切割机器人外科工具或刀片69235，该切割机器人外科工具或刀片可以被推进到组织69250中以切割组织。切割机器人外科工具69235可以包括用于辅助切割组织的任何数量的特征部，包括上文所论述的用于切割组织的任何特征部，诸如图62中描绘的刀片69140。切割机器人外科工具69235与第二传感器69270通信，该第二传感器被配置成能够测量施加在切割机器人外科工具69235上的力的量。第二传感器69270与控制系统通信，控制系统可以检测和监测由第二传感器69270测量的施加的力。基于此类测量的力，控制系统可以确定与第一机械臂或第二机械臂相关联的各种移动参数中的一个或多个移动参数，以有效地和高效地切割组织69250。第二传感器69270可以包括各种传感器中的一个或多个传感器(诸如应变仪)，并且可以被定位在沿着第二端部执行器69230或第二机器人外科工具组件69240的任何数量的位置中，以用于测量沿切割机器人外科工具69235的施加的力。例如，上文(诸如关于图61A-61C和图62)所讨论的任何力测量特征部和机构可以在该实施方案中实施以用于测量施加在切割机器人外科工具69235上的力。可以参考美国专利申请序列号15/237,753，现为美国专利申请公布2018/0049822，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在各种方面，图64-68示出了根据本公开的多个方面的圆形缝合器控制，以允许外科医生进行功能性操作，同时还控制内部装置。图64示出了根据本公开的至少一个方面的躺在OR台7402上的患者7400，其中机器人控制的圆形缝合器7404插入患者7400的直肠残端7406中。圆形缝合器7404由机械臂7408控制并由机器人外科工具驱动器7410驱动。OR台7402包括多个负载感测器7410以测量x、y、z坐标空间中的扭矩和负载。
控制机械臂7408以使直肠残端7406相对于腹部内侧的残端位置、延伸和取向的量度的宏观张力最小化。图65示出了根据本公开的至少一个方面的相对于硬解剖参考的限制性机器人外科工具7404引起的组织加载。在例示的示例中，机器人外科工具7404是插入直肠残端7406中至邻接柔韧解剖结构7412的第一深度D1的圆形缝合器。圆形缝合器机器人外科工具7404沿箭头7414指示的方向插入直肠残端7406中。当圆形缝合器机器人外科工具7404插入直肠残端7406并在第一深度D1接触柔韧解剖结构7412时，柔韧解剖结构7412处于张力下，并且可以被测量为在机器人外科工具7404上引起的扭矩T。当机器人外科工具7404达到最大深度DMax时，柔韧解剖结构7412处于最大张力下，该最大张力对应于在机器人外科工具7404上引起的最大扭矩TzMax。可以通过机器人外科工具7404基于由负载感测器7410在患者7400或OR台7402上测量的扭矩T相比于相对地面的反作用负载来测量由机器人外科工具7404在柔韧解剖结构7412上引起的扭矩T。
在确定了机器人外科工具7404和硬的解剖参考(在这种情况下为骨盆和骨骼系统)之间的相对扭矩之后，可预先限定限值，以在操纵或插入电动圆形缝合器机器人外科工具7404期间防止机器人外科工具7404或机器人外科工具驱动器7410超过该限值。如图65中所描绘的，当在机器人工具7404上引起的扭矩达到最大扭矩TzMax时，机器人外科工具7404稍微回缩以处于理想的组织张力。
图66和图67示出了根据本公开的各个方面的将机器人外科工具7404插入直肠残端7406。如图66中所描绘的，机器人外科工具7404被示出为以与由箭头7414指示的适当插入方向成角度地不正确地插入。这是不合适的，并且导致力F1和F2在机器人外科工具7404上引起可以测量的扭矩T。如图67中所描绘的，机器人外科工具7404被示出为在箭头7414指示的方向上正确插入。当机器人外科工具7404被适当地插入时，在机器人外科工具7404上引起的扭矩T最小。
图68是根据本公开的至少一个方面的作为时间t的函数的OR台7402上的测量的扭矩T和机器人外科工具7404定位和取向的图形图示7420。现在将结合图64-68描述三个曲线图。第一曲线图7422描绘了作为时间t的函数的x轴上的测量扭矩Tx以及相对于x轴的机器人外科工具7404位置和取向角度。如图所示，扭矩Tx曲线7428和x轴角度7430关于0扭矩和0°角度参考线7432随时间几乎没有波动。因此，没有通过机械臂7408和机器人外科工具驱动器7410进行的机器人外科工具7404调节。
第二曲线图7424描绘了作为时间t的函数的y轴上的测量扭矩Ty以及相对于y轴的机器人外科工具7404位置和取向角度。如图所示，当扭矩Ty达到最大扭矩TyMax限值7434时，中央控制电路15002(图22)调节机器人外科工具7404的角度，直到扭矩Ty下降到最大扭矩TyMax限值7434以下并且相对于y轴的角度下降到0°。
第三曲线图7426描绘了作为时间t的函数的在z轴上的测量扭矩Tz以及相对于z轴的机器人外科工具7404位置和取向角度，该机器人外科工具位置和取向角度对应于插入直肠残端7406中的机器人外科工具7404的深度(cm)。在此，随着进入直肠残端7406的深度，扭矩Tz保持在由参考线7436指示的理想范围内，直到扭矩Tz达到上限值7438，在该点处，中央控制电路15002(图22)控制机械臂7408并且由机器人外科工具驱动器7410驱动以回缩机器人外科工具7404以减小组织张力。
图69A-69D是描述当砧座7503的轴7504的位置接近圆形缝合器7404的延伸轴7500时，圆形缝合器机器人外科工具7404的轴7500的控制的序列。图69A-69D描绘了用于位于结肠7510中的抓紧器装置7508和位于直肠残端7406中的圆形缝合器7404的延伸轴7500的协同相互作用的组合的多臂控制运动阈值。因此，当机械臂推进圆形缝合器7404的轴7500和砧座轴7504时，结肠7510上的组织张力Fg和直肠残端7406上的组织张力Fr被测量，并且圆形缝合器7404的轴7500和砧座轴7504被调节以最小化组织张力Fg、Fr中的每一者。
现在参考图64-70，图70是根据本公开的至少一个方面的控制内部结肠抓紧器装置7508和圆形缝合器7404的轴7500两者的机械臂以实现可接受的组织张力的图形图示7520。现在还参考图69A-69D，第一曲线图7522描绘了作为时间t的函数的结肠7510上的组织张力7523(Fg)，并且第二曲线图7524描绘了直肠残端7406上的组织张力7525(Fr)。时间t1-t4对应于图69A-69D中描绘的规程状态。
仍然参考图64-70，如图69A中所描绘的，根据本公开的至少一个方面，抓紧器装置7508保持砧座轴7502并在结肠7510上施加第一组织张力Fg1。圆形缝合器7404的延伸轴7500位于直肠残端7406中并且在直肠残端7406上施加第一组织张力Fr1。如图70中所描绘的第一曲线图7522和第二曲线图7524所示，在时间t1，张力Fg1低于结肠7510上的可接受的组织张力阈值7526，并且张力Fr1低于直肠残端7406上的可接受的组织张力阈值7528。
仍然参考图64-70，如图69B中所描绘的，根据本公开的至少一个方面，抓紧器装置7508已将砧座轴7502延伸到圆形缝合器7404的轴7506中，该圆形缝合器已被进一步延伸到结肠7510和直肠残端7406中。第二组织张力Fg2被施加在结肠7510上，并且第二组织张力Fr2被施加在直肠残端7406上。在这种情况下，施加在结肠7510上的第二组织张力Fg2过高。因此，中央控制电路15002(图22)控制机械臂和线性驱动装置以降低结肠7510上的组织张力Fg2。如图70中所描绘的第一曲线图7522和第二曲线图7524所示，在时间t2，张力Fg2已经增加到结肠7510上的可接受的组织张力阈值7526之上，并且张力Fr2保持在直肠残端7406上的可接受的组织张力阈值7528之下。
仍然参考图64-70，如图69C中所描绘的，根据本公开的至少一个方面，抓紧器装置7508释放砧座轴7502，并且结肠7510上的组织张力Fg3减小。然而，直肠残端7406上的组织张力Fr3现在过高。因此，中央控制电路15002(图22)控制机械臂和线性驱动装置以降低直肠残端7406上的组织张力Fr3。如图70中所描绘的第一曲线图7522和第二曲线图7524所示，在时间t3，张力Fg3已经降低到结肠7510上的可接受的组织张力阈值7526以下，并且张力Fr3已经增加到直肠残端7406上的可接受的组织张力阈值7528以上。
仍然参考图64-70，如图69D中所描绘的，根据本公开的至少一个方面，抓紧器装置7508已经释放砧座轴7502，并且结肠7510上的组织张力Fg4在可接受的范围内。直肠残端7406上的组织张力Fr4也在可接受的范围内，并且该规程可完成。如图70中所描绘的第一曲线图7522和第二曲线图7524所示，在时间t4，张力Fg4已经保持在结肠7510上的可接受的组织张力阈值7526以下，并且张力Fr3已经降低到直肠残端7406上的可接受的组织张力阈值7528以下。因此，中央控制电路15002(图22)确定圆形缝合器7404准备好击发。
仍然参考图64-70，如图69A-69D和图70所示，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其用于检测适当的机器人外科工具-机器人外科工具的联接负载，诸如组织张力Fg、Fr，以确定砧座7503是否正确地安放在圆形缝合器7404上。本公开还提供了一种控制控制抓紧砧座轴7502的抓紧器装置7508的内部机械臂和控制圆形缝合器7404的轴7506的外部机械臂两者的宏观组织张力Fg、Fr的方法，以防止定位组织负载Fg、Fr超过预定义的阈值7526、7528。
参考图64-71，在各种方面，本公开提供了一种用于控制圆形缝合器7404的砧座7503回缩的速率和负载的机器人外科系统和方法。图71是根据本公开的至少一个方面的机器人圆形缝合器7404闭合系统的砧座轴7502速率和负载控制的图形图示7530。第一曲线图7532描绘了作为时间(t)的函数的砧座7503间隙7540。砧座7503间隙在时间t0时最大。间隙7540在当砧座7503回缩的速度7544最高时的t0和t1之间急剧减小，如第三曲线图7536所示。在时间t1和t2之间，随着砧座7503回缩的速度7544减小，间隙7541以较慢的速率减小。在时间t2和t3之间，随着砧座7503回缩的速度7544甚至进一步减小，间隙7543以甚至更慢的速率减小。
仍然参考图64-71，第二曲线图7534描绘了作为时间t的函数的砧座7503的压缩力7542(磅)，并且第四曲线图7538描绘了作为时间t的函数的马达电流7546(安培)。马达电流7546与组织压缩力7542成比例地增加。马达控制电流7546或组织压缩7542的检测可用于显示组织的初始压缩负载，然后监测压缩7542的进展。在一个方面，本公开提供了一种机器人外科系统，其基于钉驱动器或切割刀片的推进而拮抗地控制砧座7503回缩压缩7542。
仍然参考图64-71，第三曲线图7536描绘了作为时间t的函数的砧座7503回缩的速度7544。将机器人圆形缝合器7404套管针的回缩速率和力限制在预定义的第一阈值以下防止砧座7503从套管针意外脱离。当砧座首先被安放到第一组织压缩7550时，砧座7503的回缩速率将以第一接近速率7548移动，然后当组织压缩7554进展发生并且组织压缩超过第一阈值7551时以比第一速率7548慢的第二速率7552移动，并且如果组织压缩7558超过预定义的阈值7557或者马达电流7546超过预定义的阈值7560则以比第二速率7552慢的第三速率7556移动。最后，如果电流或组织压缩超过最大预定义阈值7562，则停止。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其用于基于机器人外科工具的另一受控参数来控制钉驱动器的推进速率，该另一受控参数诸如基于砧座夹持系统的钉驱动器的控制速率和阈值。在一个方面，中央控制电路15002(图22)被配置成能够基于由支撑圆形缝合器7404的机械臂测量的宏观组织张力Tg、Tr来限制钉驱动器的推进速率。在一个方面，中央控制电路15002(图22)被配置成能够基于用于将砧座7503保持在适当位置并由组织压缩产生的马达电流来限制驱动器的推进速率。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其用于基于通过砧座夹持系统中的马达电流测量的反作用负载来控制切割刀片的推进的速率或负载极限。图72-76示出了根据本公开的至少一个方面的砧座夹持控制系统和组织切割构件控制系统的拮抗控制。
图72是根据本公开的至少一个方面的将组织7604抓持在砧座7606和钉仓7608之间的外科缝合器7602的砧座夹持控制系统7600以及砧座7606上的力F砧座的示意图。刀7610被构造成能够朝远侧推进以切割组织7604。图表7600还示出了砧座7608上的力F砧座和组织7604的力F组织。
图73是根据本公开的至少一个方面的将组织7604抓持在砧座7606和钉仓7608之间的图72中描绘的外科缝合器7602的组织切割构件控制系统7620以及在切割组织7604时刀7610上的力F刀的示意图。
图74是根据本公开的至少一个方面的砧座马达7632的示意图7630。砧座马达7632是图72中描绘的砧座夹持控制系统7600的元件。砧座马达7632被构造成能够打开和闭合砧座7606。
图75是根据本公开的至少一个方面的刀马达7642的示意图7640。刀马达7642被构造成能够推进和回缩图72-73中描绘的刀7610。
图76是根据本公开的至少一个方面的用于拮抗或协同控制如图72-75所示的砧座夹持控制系统7600和组织切割构件控制系统7620的算法的图形图示7650。第一曲线图7652描绘了作为时间t的函数的砧座力F砧座。正常的砧力7660(F占座)用虚线表示，并且加载的砧座力7662(F砧座)用实线表示。第二曲线图7654描绘了作为时间t的函数的刀力F刀。正常的刀力7664(F刀)用虚线示出，并且加载的刀力7666(F刀)用实线示出。第三曲线图7656描绘了作为时间t的函数的砧座马达速度V砧座马达。正常的砧座马达速度7668(V砧座马达)用虚线示出，并且加载的砧座马达速度7670(V砧座马达)用实线示出。第四曲线图7658描绘了作为时间t的函数的刀马达速度V刀马达。正常的刀马达速度7672(V刀马达)用虚线示出，并且加载的刀马达速度7674(V刀马达)用实线示出。如本文所述，拮抗控制是当砧座马达7632和刀马达7634的速度V沿相反方向调节时，而协同控制是当砧座马达7632和刀马达7642的速度V沿相同方向调节时。
现在参考图72-76，在时间间隔T1，砧座7606上的力7676过高。因此，通过中央控制电路15002(图22)以拮抗的方式增加7678加载的砧座马达速度7670(V砧座马达)以及降低7680加载的刀马达速度7674(V刀马达)，以与砧座夹持控制系统7600协同。
仍然参考图72-76，在时间间隔T2，刀7610上的力7682过高。因此，通过中央控制电路15002(图22)以协同的方式增加7684加载的砧座马达速度7670(V砧座马达)以及还增加7686加载的刀马达速度7674(V刀马达)，以与组织切割构件控制系统7620协同。
仍然参考图72-76，在时间间隔T3，砧座7606上的力7688过低。因此，通过中央控制电路15002(图22)以协同的方式降低7690加载的砧座马达速度7670(V砧座马达)以及降低7692加载的刀马达速度7674(V刀马达)，以与砧座夹持控制系统7600协同。
仍然参考图72-76，在各种方面，在若干个机器人外科工具配置(例如，外科缝合器-切割器)中，端部执行器功能中的多于一个端部执行器功能在操作期间彼此机械地联接。在一个方面，外科缝合器-切割器的砧座马达7632和刀马达7642系统通常联接并同时操作以闭合砧座7606(闭合)并推进刀7610，同时在击发操作期间从钉仓7608(击发)驱动钉。在这种情况下，使用两个系统的砧座马达7632和工具马达7642中的一者作为其他系统的操作的量度或在一些情况下允许一个系统互补或抵抗另一系统的推进将是有帮助的。
仍然参考图72-76，在各种方面，两个机械联接的系统(诸如砧座马达7632和刀马达7642)的协同或拮抗操作将使得一个系统能够辅助整个端部执行器所需的力分布。如图76中所描绘的，如果由组织引起的负载过低而不能在给定的预期推进和扭矩速率的情况下抵抗一个系统的推进，则一个系统也可以抑制另一个系统的自由操作，从而提高控制和保持的灵敏度。
仍然参考图72-76，在各种方面，两个机械联接的系统(诸如砧座马达7632和刀马达7642)的协同或拮抗操作可通过非对称使用用于推进的互补和/或拮抗系统以及用于回缩的另一变型来实施。以这种方式，机械联接的系统可以以拮抗的方式限制推进的速度，然后通过逆转到协同的回缩方式来确保回缩，在协同的回缩方式中，两个系统一起工作以确保适当的回缩而没有系统退化。
在各种方面，参考图22，下文关于图77-79描述的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。
图77是描绘根据本公开的至少一个方面的用于相对于第二机械臂控制第一机械臂的控制程序或逻辑配置的过程的流程图7700。第一机械臂包括第一机器人外科工具和第一机器人外科工具驱动器。第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器。流程图7700描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22和图77，在一个方面，由流程图7700描绘的过程可由中央控制电路15002执行，其中中央控制电路15002被配置成能够确定7702第一机械臂的位置。中央控制电路15002被配置成能够确定7704第二机械臂的位置。中央控制电路15002被配置成能够确定第一机械臂相对于第二机械臂的距离、取向、位置。中央控制电路15002被配置成能够基于第一机械臂的位置相对于第二机械臂的位置来修改第一机械臂的控制算法7706。在一个方面，中央控制电路15002基于第二机械臂相对于第一机械臂的位置来修改7706第一机械臂的第一机器人外科工具驱动器的控制算法。在另一方面，中央控制电路15002被配置成能够基于第一机械臂和第二机械臂的相对位置来修改第一机械臂或第二机械臂的机器人外科工具驱动器的控制算法7706。在另一方面，中央控制电路15002被配置成能够基于第一机械臂相对于第二机械臂的参数来平衡7708联接到第一机械臂的第一机器人外科工具相对于第二机械臂的操作运动学状态，以实现第一机器人外科工具驱动器或第二机器人外科工具驱动器的功能。在另一方面，中央控制电路15502被配置成能够基于第一机械臂相对于第二机械臂的竖直取向来调节7710第一机械臂与第二机械臂之间的拮抗关系。在另一方面，中央控制电路15002被配置成能够基于第二机械臂的取向来调节7712第一机械臂的扭矩极限或马达电流极限，该第二机械臂邻近第一机械臂并且相对于第一机械臂成一角度。
图78是描述根据本公开的至少一个方面的控制程序或逻辑配置的过程的流程图7800，所述控制程序或逻辑配置用于基于从联接到第二外科工具的第二机械臂的控制参数的马达应用所产生的端部执行器的运动的冗余计算来验证联接到第一机械臂的第一外科工具的端部执行器钳口的位置或速度。第一机械臂包括第一机器人外科工具、第一机器人外科工具驱动器和用于确定端部执行器的位置的第一传感器。第二机械臂包括第二机器人外科工具、第二机器人外科工具驱动器和用于独立于第一传感器确定端部执行器的位置的第二传感器。流程图7800描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22和图78，在一个方面，由流程图7800描绘的过程可由中央控制电路15002执行，其中中央控制电路15002被配置成能够基于第一传感器确定7802端部执行器的位置。中央控制电路15002被配置成能够基于第二传感器确定7804端部执行器的位置。中央控制电路15002被配置成能够基于由第一传感器确定的位置和第二传感器确定的位置来验证7806端部执行器的位置。在一个方面，第一传感器包括设置在第一机械臂上的第一传感器阵列，并且第二传感器包括设置在第二机械臂上的第二传感器阵列，其中第二传感器阵列对第一传感器阵列是冗余的。中央控制电路15002被配置成能够通过第一传感器阵列确定7808端部执行器的位置，并且通过第二冗余传感器阵列验证7810端部执行器的位置。在一个方面，第一传感器是第一机械臂的内部坐标跟踪系统，并且第二传感器是联接到第二机械臂的光学跟踪系统。在此方面，中央控制电路15002被配置成能够基于第一机械臂的内部坐标跟踪系统来确定端部执行器的位置，基于第二机械臂的光学跟踪系统确定端部执行器的位置，并且将由内部坐标跟踪系统确定的端部执行器的位置与光学跟踪系统确定的端部执行器的位置进行比较以验证端部执行器的位置。在一个方面，第一传感器设置在靠近第一机械臂和第二机械臂的主坐标塔上，其中主坐标塔与中央控制电路15002通信，该中央控制电路被配置成能够确定第一机器人外科工具和第二机器人外科工具的坐标。在一个方面，第一机器人外科工具包括第一端部执行器，并且第二机器人外科工具包括第二端部执行器，并且中央控制电路15002被配置成能够确定第一端部执行器和第二端部执行器之间的相对位置。在一个方面，中央控制电路被配置成能够确定第一机械臂与第二机械臂之间的位置。
图79是示出根据本公开的至少一个方面的基于在控制圆形缝合器的机器人外科工具驱动器内测量的另一参数，对控制圆形缝合器机器人外科工具的机器人外科工具驱动器的至少一个操作参数进行控制的控制程序或逻辑配置的过程的流程图7900。机械臂包括圆形缝合器机器人外科工具、机器人外科工具驱动器和用于测量控制圆形缝合器的外科工具驱动器内的参数传感器。流程图7900描绘的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002执行的一系列机器可执行指令。现在参考图22和图79，在一个方面，由流程图7900描绘的过程可以由中央控制电路15002执行，其中中央控制电路15002被配置成能够确定7902机器人外科工具的第一操作参数并且基于该测量值确定机器人外科工具的第二参数。在一个方面，中央控制电路15002被配置成能够测量7904由机器人外科工具在组织上引起的组织负载。中央控制电路15002被配置成能够确定7906解剖参考。中央控制电路15002被配置成能够基于机器人外科工具在组织上引起的测量负载来确定7908机器人外科工具上的操作参数。中央控制电路15002被配置成能够限制7910相对于解剖参考在组织上引起的负载。中央控制电路15002被配置成能够基于相对于解剖参考在组织上引起的负载来控制7912机器人外科工具的回缩速率。在一个方面中，中央控制电路15502被配置成能够基于在患者或配备有负载传感器阵列的手术室台上测量的扭矩，基于机器人外科工具相比于相对地面的反作用负载，测量由外科机器人工具在柔韧结构上引起的扭矩。在一个方面，外科机器人工具的操作参数是马达电流，并且机器人外科工具的回缩速率取决于砧座轴、驱动器或圆形缝合器的切割构件的位置、量值和力。
具有基于多个物理输入的测量值的功能参数的局部感测的机器人外科系统
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其用于以冗余方式监测机器人外科工具的状态，以通过测量监测机器人外科工具和机械臂的两个不同物理特性的至少两个单独的传感器来验证机器人外科工具的操作。在一个方面，使用物理参数中的一个物理参数来实现另一物理参数的量度。在另一方面，传感器中的至少一个传感器位于机器人外科工具上，并且另一个传感器位于控制臂上的无菌阻隔件的另一侧上。在另一方面，两种不同的物理特性可以是马达扭矩、马达电流、马达的安装外壳中的应变、无菌阻隔件安装特征部上的应变、臂对台的反作用负载、患者相对于台的反作用负载、台上的负载分布、机械臂或其任何接合部内的扭矩或合力。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其具有电力传输、马达控制和模块化马达组的监测的双模态。电力传输都能够围绕马达组的主旋转轴线电耦合到固定布线模块，而与马达组的取向无关。三个(电力传输、马达控制、数据监测)中的至少一个包括有线连接，其余耦合是无线的。在另一方面，有线连接包括外壳内的管理特征部以防止捆绑或缠结。在另一方面，电力传输是在其一侧或两侧上的固定导线附接件之间的无线电力传输。无线通信或电力传输可以通过至少两个导线径向导线阵列耦合，所述至少两个导线径向导线阵列在阵列之间具有预定义对准。第一阵列被定位在机器人外科工具驱动器的一部分上，而另一个阵列联接到无菌阻隔件外壳内的马达组。在另一方面，对准垂直于由无菌阻隔件蛤壳的管状主体限定的轴线。这种配置将使得马达组能够相对于机器人外科工具驱动器旋转超过一整圈，同时维持阵列的对准。在另一方面，耦合阵列能够在机器人外科工具的无菌部分和控制臂的非无菌部分之间传输电力或RF通信，同时在马达组的整个旋转过程中保持恒定的信号强度或传输强度。在另一方面，附接的模块化机器人外科工具组件能够通过无菌阻隔件接收高速数据通信和中等瓦特电力传输。
在各种方面，本公开提供了一种用于感测马达参数或响应参数以监测或控制由马达施加到机器人外科工具的力的机器人外科系统和方法。例如，在一个方面，中央控制电路15002(图22)被配置成能够感测马达扭矩和/或马达电流，以确定施加到马达的负载并推断施加到机器人外科工具的负载。例如，可以单独感测马达力以隔离特定的力耦合、马达扭矩和地面响应。采用隔离的力耦合的测量值来确定总施加力。每个单独的马达附接位置可以被器械化并且用于确定通过单独的马达施加在机器人外科工具或器械上的力。
图80是根据本公开的至少一个方面的具有连接安装凸缘和马达凸缘的主体的扭矩换能器。扭矩换能器安装在马达上。现在参考图80，公开了扭矩换能器60600。扭矩换能器60600包括安装凸缘60610、马达凸缘60630和将安装凸缘60610和马达凸缘60630互连的主体60620。安装凸缘60610由径向突起部60613的环形成，安装凸缘各自限定用于接纳紧固件的紧固件孔60614，以将安装凸缘60610固定到固定板。安装凸缘60610限定径向突起部60613中的每个径向突起部之间的凹陷部60616。凹陷部60616可用于将布线路由到应变仪60640或在器械驱动单元(IDU)与适配器之间。附加地或另选地，凹陷部60616可以提供通向马达凸缘60630的紧固件的驱动器入口。安装凸缘60610可以包括安置特征部或环60612，该安置特征部或环朝远侧延伸以相对于安装板安置或定位扭矩换能器60600。
主体60620是大致圆柱形的并且由在安装和马达凸缘60610、60630之间延伸的多个撑条60628形成，以限定通过主体60620的通道60622。撑条60628被构造成能够响应于围绕换能器轴线施加的扭矩而偏转或挠曲。撑条包括与安装和马达凸缘60610、60630中的每个安装和马达凸缘相邻的低应力区域60624和低应力区段60626之间的高应力区域60626。主体60620包括设置在撑条60628中的至少一个撑条的高应力区域中的应力计60640。可以参考美国专利申请序列号15/887,391，现为美国专利申请10,213,266，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
如果每个马达具有单独隔离的轴向施加力、横向施加力和径向施加力的测量，则可以通过使用机器人外科工具、机器人外科工具驱动器和机械臂本身内的其他马达来监测和解析一个系统的操作(即，击发)。这些力的总和可以用作初级测量的马达响应负载的次级构象(conformation)测量。
如果这些负载不确认彼此的运动，则可能会在患者或OR台上产生引起的负载。这可以通过合力的另一测量来检测，或者组织内的应变可以被光学监测。
这些总的引起的力以及耦合的控制力可以用作对操作马达的控制参数的次级安全措施。如果差值变得超过预定义阈值，则马达控制参数可能受到限制(减慢、降低扭矩等)，直到该差值减小。如果该差值继续升高，则系统的响应可以逐步升级，并且包括停止马达的反向动作。
可以将单独的马达扭矩与马达控制器的电流测量值进行比较，以产生能够验证所施加的扭矩的反馈回路。图81是示出根据本公开的至少一个方面的控制器械驱动单元的方法的流程图。参考图81，公开了一种验证具有传感器60152的器械驱动单元的初级传感器或反作用扭矩换能器60068的扭矩测量值的方法60200。最初，控制器60126接收指令信号以旋转马达。响应于指令信号，控制器60126向马达发送控制信号以旋转驱动轴。
在马达旋转时，马达从马达能量源汲取电流。通过传感器60152测量此电流60210。传感器60152产生指示所测量的电流的验证信号60212，并且将验证信号60214传输到控制器60126。另外，在马达旋转时，反作用扭矩换能器测量60220由马达施加的扭矩。反作用扭矩换能器生成60222指示所测量的扭矩的扭矩信号并且将扭矩信号传输60224到控制器60126。
控制器60126接收60230验证信号并生成可接受的扭矩范围，对于给定的验证信号，马达可以施加60240该扭矩范围。然后，控制器60126从反作用扭矩换能器接收扭矩信号，并且将该扭矩信号与可接受的扭矩范围进行比较60250。如果该扭矩信号处于可接受的扭矩范围内，则控制器60126继续60255向马达发送控制信号以旋转驱动轴。相反，如果该扭矩信号在可接受的扭矩范围之外，则控制器60126通过发送控制信号或停止发送控制信号来停止60260马达的旋转。然后，控制器60126生成60262故障信号，该故障信号指示由马达施加的扭矩在扭矩值的可接受范围之外。故障信号可以是听觉的、视觉的、触觉的或其任何组合，以警告临床医生故障。可以参考国际专利申请序列号PCT/US2016/037478，现为国际专利申请公布WO/2016/205266，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
通过耦合到马达操作的感测系统测量的扭矩可不仅用于确保它们处于可接受的范围内，而且它们还可以代替马达电流和用于改变控制电路诸如中央控制电路15002(图22)的参数的装置使用或与马达电流和用于改变控制电路的参数的装置组合使用。差值的量值、差值已经存在的时间量、差值的增加或减少以及总扭矩或总马达电流的量值可以用于确定系统与其响应之间的误差。然后可以采用此误差来加速、减慢、增加占空比，或者甚至限制到马达的控制信号。
除了机器人外科工具和马达的整体控制之外，还可以采用马达-马达控制器的此闭环控制，以确保更可预测的响应，抑制过度施加，并且改善机器人外科工具的安全控制。这可潜在地预测发生堵塞、碰撞等，并且限制系统造成的损坏。
在各种方面，本公开提供了用于感测在马达的支撑框架中产生的合力的系统和方法，作为所施加的马达力的代表。感应通过马达安装框架施加的扭矩和力矩，以确定马达组施加的六个自由度的力。可以分离由机器人外科工具施加到机器人接口和患者两者的力。
图82是根据本公开的至少一个方面的机器人外科组件的器械驱动单元保持器的前透视图，其中器械驱动单元和外科器械联接到该保持器。图83A是根据本公开的至少一个方面的图82的器械驱动单元的马达组的侧透视图，其中集成电路处于第二配置并且与马达组件分离。图83B是根据本公开的至少一个方面的图82的器械驱动单元的马达组的侧透视图，其中集成电路处于第二配置并且与马达组件分离。
参考图82，机器人外科系统包括外科组件，该外科组件包括与机械臂联接或联接到机械臂的器械驱动单元保持器(下文称为“IDU保持器”)61102，IDU 61100能够联接到IDU保持器61102，并且外科器械61010能够联接到IDU 61100。外科组件的IDU保持器61102保持IDU 61100和外科器械61010，并且可操作地将IDU 61100联接到机械臂。IDU保持器61102包括接口面板或托架61104和从托架61104的端部垂直延伸的外部外壳部分61108。托架61104支撑或容纳马达“M”，马达从控制装置接收控制和电力。托架61104可滑动地安装到机械臂的导轨上，并且可以经由马达驱动的链条或皮带(未示出)沿着导轨移动。IDU 61100不可旋转地联接到IDU保持器61102的托架61104，并且因此伴随托架61104沿着机械臂的导轨滑动。
参考图82、图83A和图83B，IDU 61100的马达组61122包括示例性马达组件61200和集成电路61300。预期马达组61122可以包括支撑在马达组件61200中的任何数量的马达61150。进一步设想，马达61150可以布置成矩形形式，使得其相应驱动轴(未示出)彼此平行并且全部在共同方向上延伸。每个马达61150的驱动轴可以可操作地与外科器械61010的相应从动轴交接以独立地致动外科器械61010的从动轴。
在本文例示的示例性实施方案中，马达组61122包括支撑在马达组件61200中的四个马达61150。马达组件61200可包括设置在其远侧端部61202处的远侧安装凸缘61210和设置在其近侧端部61204处的近侧安装结构或框架61220。近侧安装结构61220包括横跨在四个支柱61204a-d之间的四个撑条61220a-d，其中近侧安装结构61220限定马达组件61200的近侧端部61204。虽然本文示出和描述四个支柱61204a-d，但是预期可以根据需要提供任何数量的支柱。而且，虽然支柱61204a-d在本文中以矩形配置布置和示出，但是应当理解，任何配置都是可预期的并且在本发明的范围内。
参考图83B，示出了马达组件61201的另一示例性实施方案，其包括远侧安装凸缘61210、近侧安装盖61250和约束件61260。近侧安装盖61250被构造成能够搁置并嵌套在集成电路61300上方，并且包括四个接合区域61252a-d，所述四个接合区域被构造成能够分别与支柱61204a-d相对应。约束件61260被构造成能够搁置并嵌套在近侧安装盖61250和集成电路61300上方，其中至少一个夹子特征部61262选择性地接合近侧安装盖61250的至少一个壁61254。在一个实施方案中，螺钉61204穿过约束件61260的相应螺钉孔61266a-d和相应的接合区域61252a-d，并且螺纹接合相应的支柱61204a-d，从而将约束件61260和近侧安装盖61250固定到支柱61204a-d。
集成电路61300包括多个壁或电路板61320a-d和互联部或集线器61330(图83A)，其中每个电路板61320a-d直接或间接地耦接到互联部61330。集成电路61300包括耦接在第二电路板61320b的相对侧上的第三电路板61320c和第四电路板61320d。应当理解，集成电路61300的电路板61320a-d和互联部61330可以以任何数量的结构组合配置，例如，第一电路板、第二电路板、第三电路板和第四电路板61320a-d并排耦接，其中第一电路板、第二电路板、第三电路板或第四电路板61320a-d中的一个电路板进一步耦接到互联部61330的第一电路板、第二电路板、第三电路板或第四电路板61331a-d的一侧。在另一个示例性实施方案中，第一电路板61320a和第三电路板61320c可以耦接到互联部61330的第一侧61331a和第三侧61331c，并且第二电路板61320b和第四电路板61320d可以耦接到互联部61330的第二侧61331b和第四侧61331d。第二电路板61320b具有低电噪声，而第三电路板61320c和第四电路板61320d具有相对高的电噪声。可以参考国际专利申请序列号PCT/US2017/034394，现为国际专利申请公布WO/2017/205576，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在一个方面，机器人外科工具-机器人外科工具驱动器模块化附接还可具有在机械臂或机器人外科工具驱动器的马达受到限制之前维持的负载阈值的限制。机器人外科工具与机器人外科工具驱动器之间的交接可以具有与联接件的附接方向对应的非对称的最大约束负载，并且因此在实现马达控制参数之前的阈值也可以是非对称的。由模块化接合部抵抗的力可以被分成不同自由度(DOF)，并且每个力相对于预定义限制被监测。这些限制可以首先是任选的，然后当负载增加到第一阈值以上然后增加到第二阈值以上时是强制的。基于DOF和相对于机器人外科工具及其附接的取向、或者端部执行器力方向，某些方向上的力可以更高或者被忽略。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科系统和方法，其用于通过基于机器人外科工具组件的测量的位置和取向以及其与在机器人外科工具驱动器附接位置处测量的合成负载的比较来确定由马达施加的扭矩、马达的机械益处，从而限制患者的组合功能性负载。如果组合功能负载超过预定义阈值，则限制马达组的马达和臂保持在该阈值以下。
图84-85示出了根据本公开的各个方面的用于限制机器人外科工具控制运动的组合功能操作负载。图84是根据本公开的至少一个方面的通过确定机器人外科工具驱动器和机械臂/系统内的扭矩来限制患者上的组合功能负载的图形图示8000。第一曲线图8002描绘了作为时间t的函数的马达速度8004。第二曲线图8006描绘了作为时间的函数的估计组织力8008。以实线示出的第一曲线8010表示由机器人外科工具驱动器施加到组织的估计力，并且以虚线示出的第二曲线8014表示由机械臂系统施加到组织的估计力。现在参考第一曲线图8002和第二曲线图8006，基于估计的组织力8008调节马达速度8004。在t0和t1之间，当估计的组织力曲线8010、8014两者都低于第一力阈值8016(F1)时，中央控制电路15002(图22)将马达速度8004设置为最大速度8018(Vmax)。如果估计的组织力曲线8010、8014中的任一者上升到第一力阈值8016(F1)以上，如t1处所示，并且保持在第二最大力阈值8020(Fmax)以下，则中央控制电路15002将马达速度8004设置为较低值8022(V2)，并且控制单元15002发出警告信号以采取行动。如果估计的组织力曲线8010、8014中的任一者继续朝向第二力阈值8020(Fmax)上升，如t2和t3之间所示，则马达速度8004由中央控制电路15002设置为甚至更低的值8024(V1)，并且中央控制电路15002继续发出警告信号以采取行动。如果估计的组织力曲线8010、8014中的任一者上升到第二力阈值8020(Fmax)以上，如t3处所示，则通过由中央控制电路15002将马达速度8004设置为零8026来关闭马达。
图85是根据本公开的至少一个方面的通过确定机器人外科工具驱动器和机械臂/系统内的扭矩来限制患者上的组合功能负载的系统和方法的流程图8100。流程图8100的左侧8101描绘了机器人外科工具驱动器测量8102，并且流程图8100的右侧8103描绘机械臂/系统测量8104。转到机器人外科工具驱动器测量8102，中央控制电路15002(图22)测量8106以维持位置。中央控制电路15002知道8108几何形状，并且因此知道机器人系统的机械优势。中央控制电路15002采用测量8106和知识8108来计算8110实际组织负载。现在转到机械臂/系统测量8104，中央控制电路15002测量8112马达扭矩以维持位置。中央控制电路15002知道8114几何形状，并且因此知道机器人系统的机械优势。中央控制电路15002采用测量8112和知识8114来计算8116实际机器人系统负载。然后，中央控制电路15002将计算的8110实际组织负载与计算的8116实际机器人系统负载进行比较8118，并且确定组织上的估计力。因此，因此通过确定机器人外科工具驱动器和机械臂/系统内的扭矩来限制患者上的组合功能负载。检测系统可兼作主动约束装置来减少过度应变条件。
在各种方面，本公开提供了一种用于感测和可调节地约束支撑件以免进一步应变的机器人外科系统和方法。在一个方面，感测系统还起到主动约束器的作用，以减少过度应变的情况。在其初始操作模式下，感测系统处于主动约束模式，其中电势随着感测系统受到应变而改变。感测系统可以布置成阵列。然而，阵列还能够接收信号，并且从该信号产生约束力以限制感测阵列的进一步变形。此类感测系统的一个示例被称为电活性聚合物(EAP)。EAP基于施加的电势改变形状(伸长或收缩)。如在EAP的物理应变中所表现的，这种相同的效果导致可测量的电参数变化。感测系统可以首先用于被动模式以测量马达支撑框架的变形。然后，当达到预定义的应变水平时，将电势施加到聚合物，使其进一步收缩或膨胀以产生抑制感测系统上以及因此马达支撑框架上的任何进一步应变的第二力耦合。在被动约束模式中，可以利用导电聚合物，使得如果马达支撑框架上的合力超过某个限值，则导电聚合物将充分变形以减少/限制传导并停止马达。
在各种方面，本公开提供了一种用于监测与马达的操作相关联的外部参数的机器人外科系统和方法。柔性电路或热电偶可以附接到马达的外部或附接到一组四个马达的中心，以监测马达组的操作温度。图86-87示出了根据本公开的各个方面如何基于马达组的温度来调节马达控制参数。
图86示出了根据本公开的至少一个方面的马达组8200。马达组8200包括包含在马达外壳8204内的多个马达8202。具有温度测量电子器件的柔性电路8206可以附接到每个马达8202，或者可以位于马达外壳8204内部，以测量马达8202或马达组8200作为单元的热输出。在一个方面，热电偶可以附接到马达8202或位于外壳8204内部，以测量马达8202或马达组8200的热输出。
图87是根据本公开的至少一个方面的用于监测与马达的操作相关联的外部参数的温度控制算法的图形图示8210。第一曲线图8212描绘了当马达8202的速度随时间变化时作为时间t的函数的马达温度8214。设置第一温度阈值8213(T1)以提供温度警告并采取预防步骤。第二温度阈值8219(T2)被设置为如果被超过则关闭马达8202。第二曲线图8216描绘了作为时间t的函数的马达速度8218。参考第一曲线图8212和第二曲线图8216，从时间t0到t1，马达速度8218被设置为最大速度8220。这个操作阶段可以与刀在接触组织和击发钉之前的推进相一致。在此时间段期间，马达温度8214上升，直到其在时间t1越过8215第一温度阈值8213(T1)。当马达温度8214越过第一温度阈值8213(T1)时，中央控制电路15002(图22)发出温度警告以采取预防步骤。在时间t1和t2之间，缝合器被击发，并且马达速度8218被降低到“跛行模式”速度8222，其中马达8202被减慢或其功能被限制。在此时间段期间，马达温度继续上升，直到在时间t2达到第二温度阈值8219(T2)。在时间t2，马达8202被暂时暂停，并且马达速度8218被设置为零速度8224，直到马达温度8214下降到第二阈值8219(T2)以下，并且开始具有向下趋势，直到时间t3，此时马达速度8218恢复“跛行模式”速度8226。在时间t4，马达温度8214以向下趋势越过8217第一温度阈值8213(T1)，并且马达速度8218再次被设置为最大速度8228。
仍然参考图86-87，在一个方面，如果马达组8200或所附接的控制电子器件超过第一预定义的阈值8213(T1)，机器人外科系统15000(图22)的中央控制电路15002(图22)可以调节其控制和通风，以便限制马达组8200内的进一步热积聚。如果马达组8200超过第二较高温度阈值8219(T2)，中央控制电路可以开始限制马达组8200的马达电流和操作负载，以防止进一步的热积聚。最后，如果温度超过第三阈值T3(未示出)，则中央控制电路15002可以完全关闭马达组8200，要求马达组8200在重启之前冷却到预先确定的温度以下。
在另选的温度控制算法中，中央控制电路15002(图22)可以在操作之间暂停马达8202或限制马达8202的占空比，而不是降低由机器人外科系统施加的操作负载。中央控制电路15002(图22)监测马达组8200的温度，并且在马达8202越过预先确定的温度阈值T1、T2、T3......Tn之前向用户提供警告，以减轻在外科规程或外科规程的特定步骤期间马达8202的完全关闭。在一个方面，在外科规程或外科规程的特定步骤期间(其可以通过情境意识来通知)，将基于所执行的风险评估来通知用户机器人外科工具所采取的动作(例如，缝合器击发等)，以确定允许装置前进的最佳路线：关闭、进入减慢或限制功能的跛行模式、仅允许当前步骤完成等。
图88是根据本公开的至少一个方面的作为时间t的函数的马达8202的磁场强度8302(B)的图形图示8300。图89是根据本公开的至少一个方面的作为时间t的函数的马达温度8306的图形图示8304。图90是根据本公开的至少一个方面的作为马达温度(T)的函数的磁场强度(B)的图形图示8308。曲线8310表示磁场强度相对于马达温度变化的变化率
Figure BDA0003432657480001271
其中T1是启动(冷)时的马达温度，T2是在校准/操作期间具有运行的冷却风扇的马达温度，并且T3是在校准/操作期间没有运行的冷却风扇的马达温度。测量磁场强度(B)和温度(T)使得能够计算dB/dT，dB/dT可以是磁体(马达)健康矢量的更好指示。
现在参考图22和图86-90，在一个方面，中央控制电路15002(图22)在马达校准期间调制主动冷却(例如，打开或关闭冷却风扇)并检测温度变化作为评估马达磁体健康的方式。中央控制电路15002不仅学习马达8202的绝对温度，而且学习马达8202的热响应。例如，马达8202的功能可能受到转子的磁场强度(B)的劣化的影响。磁场强度(B)和温度T两者的测量可导致用于基于绝对值或范围评估马达8202的健康状况的指南；然而，测量作为温度T的函数的磁场强度(B)的响应(即所得到的
Figure BDA0003432657480001281
)还提供了一种改进的方式来通过确定或预测马达8202如何或是否趋向于异常操作范围来评估磁体的健康，即使当磁场强度(B)或温度T在正常操作范围内时。
参考图22和图86-90，在一个方面，位于马达组8200内的电子电路被配置成能够监测电磁场。如果磁场强度(B)超过可能干扰马达操作的通信、控制或感测的预定义阈值，则中央控制电路15002(图22)可以关闭到马达组8200的电力。在一个方面，可以基于外部施加和监测的磁场强度(B)来修改马达控制算法。在一个方面，集成霍尔效应传感器或感应传感器可以位于马达组8200内以检测磁场。马达8202的受控激活可以基于检测由霍尔效应传感器或感应传感器检测到的预定义的磁场指纹或功能相互作用，然后检测外部磁场并修改控制算法以从测量值中消除内部磁场或外部磁场的影响。可以将所得磁场与预定义阈值进行比较，以基于外部施加的磁场的强度确定反应。
仍然参考图22和图86-90，在一个方面，对磁场测量值的反应可以包括中央控制电路15002(图22)减慢或停止马达8202。其还可以包括对马达操作的次级非磁性测量的依赖，或者其可以导致向用户注释该问题。除了确定任何外部磁场是否不当地影响马达8202的感测或操作之外，还可以由中央控制电路15002监测和采用附加的次级被动措施以控制马达8202的功能方面以防止干扰。在其他方面，马达8202的外部部分可以耦合到压电传感器，以监测马达8202操作的声学特性。在其他方面，马达8202的外部部分可以耦接到压电传感器以测量外壳8204的振动以监测马达8202操作。
在各种方面，本公开提供了一种用于检测机器人外科系统15000(图22)中的接地故障的机器人外科系统和方法。如果中央控制电路15002(图22)感测浮动接地、泄漏电流或其中机器人、机器人外科工具或机器人外科工具驱动器现在是机器人外科系统15000的一部分的其他电路污染，中央控制电路15002将关闭机械臂。监测机器人、机器人外科工具或工具驱动器的接地状况可用于防止意外的烧灼损伤。在一个方面，接地状况可由将单极器械短接到机械臂或机器人外科工具的接地路径上或通过与单极装置的电容性耦合而发生。对地面状况的响应可以包括例如防止施加RF能量、使机械臂分开以移除接口、防止机械臂或机器人外科工具的进一步运动或调节电路以消除或引起电短路。
在一个方面，本公开的机器人外科系统15000(图22)提供了一种用于检测机器人外科工具相对于机器人外科工具驱动器的旋转角度和其已经旋转的次数两者的传感器。中央控制电路15002可以采用机器人外科工具旋转次数的这种连续监测，以防止机器人外科工具的过度施加。在一个方面，具有多回路绕组和接触臂的电阻元件可以被配置成能够进行径向移动和纵向移动两者，使得当装置旋转时电阻改变。随着机器人外科工具一直旋转达若干次，该阻力继续下降。在各种方面，本公开的机器人外科系统15000(图22)还提供用于校准装载机器人外科工具的系统和方法。
返回参考图22，在各种方面，本公开提供了机器人外科系统15000和用于旋转机器人外科工具15030的方法。在一个方面，本公开提供了一种用于管理可旋转模块化机器人外科工具15030与机器人外科工具驱动器15028的固定径向位置之间的电连接的设备和方法。此类机器人外科工具15030旋转能力的实施需要将电力和通信信号从中央控制电路15002传输到机器人外科工具驱动器15028和机器人外科工具15030。
现在关于图91-92讨论具有盘绕长度以允许机器人外科工具旋转的硬连线系统的一个示例。参考图91-92，挠曲线轴组件62200包括根据本公开的至少一个方面的第一印刷电路板62212、第二印刷电路板62214和第三印刷电路板62216。第一印刷电路板62212、第二印刷电路板62214和第三印刷电路板62216是刚性电路板，而不是柔性电路。在一些实施方案中，第一印刷电路板62212、第二印刷电路板62214和第三印刷电路板62216可以是柔性电路以及/或者可与第一柔性电路62210一体地形成。第一印刷电路板62212连接到器械驱动单元(IDU)保持器的印刷电路板，使得第一印刷电路板62212相对于IDU固定。第一印刷电路板62212连接到第一柔性电路62210的第一端部部分62210a以将电力和数据传输到第一柔性电路62210。第一印刷电路板62212连接到第一柔性电路62210的第一端部部分62210a以将电力和数据传输到第一柔性电路62210。第一印刷电路板62212具有电连接器，例如，母连接器62212a，该母连接器被配置成能够耦接到IDU保持器的印刷电路板的对应公电连接器(未明确示出)。在一些实施方案中，可以使用导线代替母连接器62212a。预期任何公开的电连接器可以是零插入力(“ZIF”)连接器。
挠曲线轴组件62200的第二印刷电路板62214和第三印刷电路板62216各自设置在第一柔性电路62210的中间部分62210c内，并且各自连接到第一柔性电路62210的第二端部部分62210b。第二印刷电路板62214被配置成能够将电力从第一印刷电路板62212传输到IDU的马达组件。第二印刷电路板62214具有电连接器，例如，母连接器62214a，该母连接器被配置成能够耦接到集成电路62120的第一公电连接器62128。第三印刷电路板62216邻近第二印刷电路板62214设置，并且被配置成能够将数据从第一印刷电路板62212传输到IDU和/或外科器械的各种部件。第三印刷电路板62216具有电连接器，例如，母连接器62216a，该母连接器被配置成能够耦接到集成电路62120的第二公电连接器。母连接器62214a和公连接器62216a可以是引脚/位置连接器，例如40引脚连接器。
继续参考图91-92，挠曲线轴组件62200的第二柔性电路62220具有连接到第一印刷电路板62212的第一端部部分的第一端部部分62220a，以及邻近第一印刷电路板62212的第二端部部分设置的第二端部部分62220b，以限定围绕第一柔性电路62210的U形中间部分62220c。第二柔性电路62220的第一端部部分62220a、第二端部部分62220b固定到IDU的平台62116。可以参考国际专利申请序列号PCT/US2017/035607，现为国际专利申请公布WO/2017/210516，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在一个方面，可以采用导线管理系统来控制导线的缠绕以及控制其处于未缠绕状态。在一个方面，可以采用弹簧偏置包裹系统来对旋转马达单元进行导线控制。在一个方面，可以提供弹簧元件，其在装置反向旋转回到其热位置时使导线重新缠绕。心轴上的弹簧偏置保持线束卷起时的张力，以管理导线。导线管理系统可以具有进入盘绕状态的弹簧偏置，使得系统在反向旋转时能够容易地重新盘绕。在另一方面，外壳可以包括导线控制通道，该导线控制通道仅允许导线在第二线轴上从一个受控取向移动到另一受控取向，而不会在其间成束或缠结。柔性电路导线可以包含柔性导线本身内的结构元件，以防止扭结、扭转或意外盘绕。
在各种方面，本公开提供了一种内部接收器腔，以使得线束能够以受控方式退绕，以便允许其折叠而不是扭转和捆绑。图93-94示出了根据本公开的至少一个方面的具有多个腔8304、8306导线控制特征部以在旋转期间保持线束8308的取向和顺序的内部接收器8300。布线控制外壳8302可以包括第一腔8304和第二腔8306，第一腔和第二腔用于将线束8308储存在其完全回缩状态，并且当线束8308展开时，线束包含在第二腔8306内，以防止缠结和与其自身的意外的相互作用。第一内部接收器腔8304包括弹簧偏置旋转线轴8312，以允许线束8308以受控方式退绕，以便允许其折叠而不是扭转和捆绑。
图94示出了根据本公开的至少一个方面的线束8308。线束8308包括四个旋转柔性电路8310和具有电触点8314的弹簧偏置旋转线轴8312。电触点8314将固定布线8316连接到电路面板连接器8318，该电路面板连接器用于连接到电路面板。
图95-98示出了根据本公开的至少一个方面的位于具有安全电路的马达组8402本地的半自主马达控制器8400。半自主马达控制器8400提供与控制电路上的元件以及位于马达组8402本地的半自主连续马达控制的无限旋转电力传输和通信。
图95示出了根据本公开的至少一个方面的位于马达组8402本地的半自动马达控制器8400。在一个方面，马达组8402是模块化可旋转马达组8402。半自主马达控制器8400位于无菌区8406中，并且经由无线通信电路8412、8414与非无菌区8408安全处理器8410无线通信。无菌阻隔件8405将无菌区8406与非无菌区8408分离。在例示的示例中，马达组8402的马达外壳8416包含多至四个马达8418。滑环连接器系统8419包括多个滑环电迹线8420，所述多个滑环电迹线设置在马达外壳8416的外部部分上。多个弹簧加载的柱塞8422与对应的滑环电迹线8420电接触。该配置提供了在无菌蛤壳式外壳8424内的马达外壳8416的＞360°旋转。位于无菌蛤壳式外壳8424内的是到机器人外科工具驱动器15028(图22)仓的非旋转接触接口连接器8426。在各种方面，滑环连接器系统8419通过弹簧加载的触点8422和耦接到连接器8426的电线8427在马达组8402和无菌阻隔件8405之间提供旋转接口。在一个方面，滑环连接器系统8419包括一系列可旋转电迹线8420和弹簧加载的触点8422，该弹簧加载的触点允许马达组8402旋转，同时仍保持电接触。
图96是根据本公开的至少一个方面的图95中描绘的弹簧加载柱塞8422的详细视图。弹簧加载的柱塞8422包括螺纹外壳8428和内部弹簧8430，以将电触点8432偏置成与设置在马达外壳8416的外部部分上的滑环电触点8421电连通。位于电触点8432的末端处的钩8434防止电触点8432后退到螺纹外壳8428中，并且位于电触头8432的基部的凸缘8435防止电触点8432通过螺纹外壳8428的远侧端部8436弹出。电触点8432通过电线8427将滑环电迹线8420连接到连接器8426。
图97示出了根据本公开的至少一个方面的用于在外科机器人和包括多个马达8502的马达组8504之间传输电力的无线电力系统8500。由合适的材料诸如AL-Mn-Fe或Fe-Si-DL等制成的磁屏蔽件8506提供磁屏蔽，以防止马达组8504的无菌外壳8508外部的磁场干扰。无线电力传输线圈布置包括电力发射器线圈8510和电力接收器线圈8512，以在外科机器人与马达组8504之间传输电力。第一组线圈包括被定位在机器人外科工具驱动器托架内的电力发射器线圈8510和电力接收器线圈8512，并且第二组线圈包括当安放在机器人外科工具驱动器15028(图22)中时被定位在马达组8504内邻近第一组线圈的电力发射器线圈和电力接收器线圈，并且无菌阻隔件8405(图95)被定位第一组线圈和第二组线圈之间。电力发射器线圈8510和电力接收器线圈8512可以在允许马达8505围绕其旋转的同一轴线上具有同心构型。这将允许完整的360°+旋转和任何旋转次数而不迫使系统反向旋转回到开始位置。在这种配置中，电力发射器线圈8510和电力接收器线圈8512被机械地限制以维持预先建立的对准。中等功率的Qi标准允许在小于2英寸直径的包络中进行5W-15W的电力传输，这将允许电力发射器线圈8510和电力接收器线圈8512系统被定位在四马达8505马达组8504布置的顶部上，而不需要额外的空间。
图98是根据本公开的至少一个方面的用于在图97中描绘的机器人8502和马达组8504之间传输电力的无线电力系统8500的图示8600。现在参考图97-98，第一无线电力传输线圈8510将电力传输到无线电力接收器线圈8512以向马达组8504供应电力。加速器8602耦合到无线电力接收器线圈8512。电力加速器8602电耦合到升压控制器8604，该升压控制器电耦合到无线电力接收器线圈8512和马达控制电路8606。马达控制电路8606电耦合到马达8505。马达控制电路8606和马达8505两者都电耦合到无线电力接收器线圈8512。
现在参考图95-98，可以提供可再充电中间蓄电池以改善无线电力传输的容量与其提供高电流汲取多马达同时操作的能力之间的配对关系。蓄电池可以位于马达组8504内，以防止电力中断、电压骤降，并处理高电流汲取操作。
参考图99，描绘了根据本公开的至少一个方面的信息传输系统的框图。系统62040包括发射单元62050和体内器械或机械臂62060。发射单元62050可以与能量源62052和存储单元62054可操作地通信。机械臂62060可以包括接收单元62062、能量存储单元62064、器械控制电子单元62066、存储单元62068和LED指示单元62070。发射单元62050可以经由通信链路62042与机械臂62060的接收单元62062通信。
当然，可以使用若干种不同类型的连接部件或通信链路将发射单元62050连接到接收单元62062。如本文所用，“连接部件”可以旨在指系统62040的至少两个部件之间的有线连接或无线连接，其提供用于部件之间的信息和/或电力的传输和/或交换。连接部件可以可操作地耦合控制台/显示器(未示出)和机器人器械，以允许例如机器人器械的电源部件与例如控制台上的视觉显示器之间的通信。可以参考美国专利申请序列号13/024,503，现为美国专利申请9,107,684，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
图100总体上描绘了根据本公开的至少一个方面的用于向医疗装置62102提供电力的系统62100。预期医疗装置62102可以包括几乎任何类型的电动医疗装置，包括但不限于切割/烧灼机器人外科工具、冲洗/吸引机器人外科工具、可视化机器人外科工具、记录和/或打印装置等。医疗装置62102设置有电子电路62104和谐振接收器62106。电子电路62104可以包括用于操作医疗装置62102的任何电子电路/电路。电子电路62104电耦合到谐振接收器62106。
图100中还描绘了包括谐振发射器62110的电力发射单元62108。预期谐振发射器62110产生从电力发射单元62108发射的谐振磁场62112(由同心线描绘)。谐振接收器62106被“调谐”到与谐振磁场62112相同的频率，使得当谐振接收器62106移动到谐振磁场62112内的位置时，在谐振接收器62106与谐振发射器62110之间发生强谐振耦合。在一个有利实施方案中，谐振耦合包括瞬逝静止近场。虽然发射器/接收器可以包括几乎任何类型的谐振结构，但是预期在有利的实施方案中，电磁谐振系统可以包括介电盘和电容性负载传导导线回路。这种布置提供了用于相对较大且有效的电力传输的强耦合以及与附近其他非谐振环境物体相对较弱的相互作用的优点。可以参考美国专利申请序列号12/425,869，现为美国专利申请9,526,407，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
现在参考图101，根据本公开的至少一个方面提供外科器械63010。外科器械63010包括柄部63020、适配器63030和一次性加载单元63040。适配器63030包括在其近侧端部处的柄部连接器63032，并且柄部63020限定适配器接收器63026，以用于接收柄部连接器63032，以将适配器63030可释放地联接到柄部63020。一次性装载单元63040包括在其近侧端部处的装载单元连接器63042，并且适配器63030限定邻近其远侧端部的装载单元接收器63036，以将一次性装载单元63040可释放地联接到适配器63030。一次性装载单元63040包括端部执行器组件63140，该端部执行器组件包括第一钳口构件63142和第二钳口构件63144，第一钳口构件和第二钳口构件中的每一者能够相对于彼此移动并且被构造成能够作用于组织。
电接口63050设置在适配器接收器63026和柄部连接器63032内。电接口63050是非接触式电接口，其在适配器接收器63026与柄部连接器63032之间将能量从柄部63020传输到适配器63030，并且将数据信号从适配器63030和/或一次性装载单元63040传输到柄部63020。预期控制信号由电接口63050从柄部63020传输到适配器63030。柄部63020可以包括显示器63025，该显示器被配置成能够将来自适配器63030和/或一次性装载单元63040的数据信号的信息显示给外科器械63010的用户。
现在参考图102，电接口63050可以包括根据本公开的至少一个方面的用于传输控制信号的控制电路63060。控制电路63060包括近侧控制线圈63062和远侧控制线圈63064，当适配器63030的柄部连接器63032被接收在柄部63020的适配器接收器63026内时，该近侧控制线圈和远侧控制线圈形成控制变压器63068。近侧控制线圈63062设置在柄部63020的突起部内，与近侧线圈63052相邻但与其电屏蔽。远侧控制线圈63064被定位成邻近适配器63030的凹陷部并且邻近远侧线圈63054，但是与远侧线圈63054电屏蔽。应当理解，控制变压器63068与数据变压器63058电屏蔽或隔离，使得数据信号不干扰控制信号。
来自柄部63020的处理器63022的控制信号被传输到其控制信号处理器63067。控制信号处理器63067基本上类似于数据信号处理器63057，并且将来自处理器63022的控制信号转换为高频控制信号以用于跨控制变压器63068传输。高频控制信号从控制信号处理器63067传输到近侧控制线圈63062。近侧控制线圈63062从柄部63020的能量源63024接收能量。还预期近侧控制线圈63062从单独且不同的能量源(未示出)接收能量。由近侧控制线圈63062接收的能量被感应地跨控制变压器63068传输到远侧控制线圈63064。可以参考美国专利申请序列号14/522,873，现为美国专利申请10,164,466，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
图103示意性地示出了根据本公开的至少一个方面的电外科系统(总体示出为63400)，其包括耦合在微波发生器组件63486和微波能量递送装置63410之间的电场电容耦合器模块63420。
微波发生器组件63486包括发电电路63402，该发电电路产生并提供来自DC电源63404的DC电力和来自信号发生器63406的微波频率信号。微波发生器组件63486包括放大器单元63408，并且可以包括处理单元63482，该处理单元通信地耦合到放大器单元63408，并且被配置成能够控制放大器单元63408将由信号发生器63406产生的微波频率信号放大到期望的功率水平。来自DC电源63404的DC电力和来自信号发生器63406的微波频率信号被供应到放大器单元63408。放大器单元63408可以包括一个或多个微波信号放大器，所述一个或多个微波信号放大器被配置成能够例如基于从处理单元63482接收的一个或多个信号将微波频率信号从第一功率水平放大到至少一个第二功率水平。
从微波放大器单元63408输出的微波频率信号被供应到传输线63411的连接到发生器连接器63409的第一端部。在一些实施方案中，传输线63411的第二端部连接到微波能量递送装置63410的递送装置连接器63412。可以另外地或另选地提供合适的柔性、半刚性或刚性传输线(例如，电缆组件63019)，以将微波能量递送装置63410电耦合到电场电容耦合器模块和/或发生器连接器63409。微波频率信号穿过装置传输线63414到达微波能量递送装置63410的远侧端部处的天线63416。可以参考美国专利申请序列号14/022,535，现为美国专利申请9,106,270，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在各种方面，本公开提供了与电力连接不同的返回路径上的通信。可以使用用于控制和感测的数据返回的光学双向通信路径来实现有线电力传输，该光学双向通信路径被配置为混合电和光学数据、电力和控制路径。
在一个方面，无线通信的高速替代方案可以包括马达组与机器人外科工具驱动器之间的光学传输系统。这可以通过在组件的可旋转侧上产生大致圆形的LED激光环来实施。这将允许接收器是机器人外科工具驱动器侧上的静止元件，该静止元件将总是具有到光环的一部分的对准通路并且因此能够从旋转部件接收高速高分辨率数据。
在一个方面，两组光环和接收器可以耦合到两个系统之间，使得能够以非接触方式进行高速双向通信。这将允许在系统的任何模块化方面之间以密封方式传输和接收数据，从而使得由于流体介质内的接合部的污染或饱和而短路或丢失信号的可能性最小化。
在各种方面，本公开提供了有线和无线RF通信系统的组合，以实现与单个控制路径相结合的双数据返回路径。在一个方面，本公开提供了一种可以用单个控制路径实现的混合双路径传感器路径。在另一方面，本公开提供了一种用于通信和返回传感器数据的混合直接连接电源电路和无线接口。就这一点而言，电力传输可经由如本文所述的有线或无线成对线圈系统来实现，并且去往和来自模块化机器人外科工具的通信可以无线地实现。
在一个方面，无线阵列的天线接收器可以被定位在马达组的暴露部分上距感应线圈一定距离处，从而使来自电力传输的干扰量最小化。天线阵列位于马达组的在外科部位外部的部分上，并且是连接到无菌阻隔件并且继而又通过穿过无菌阻隔件的触点连接到机器人外科工具模块的柔性电路。
电子电路、导线路径和连接被隔离并密封。电触点可以包括绝缘塑料的圆周唇缘，以确保即使系统浸入导电流体中也能使串扰或信号损失最小。这种混合布置可以被配置成能够在所有时间提供控制马达组件的闭环控制电路。传感器数据的双路径返回将允许系统验证已处理数据的完整性并允许其使用安全算法来监测预期操作和驱动系统的所得运动。
在各种方面，本公开提供了一种机器人外科工具旋转机构。在一个方面，机器人外科工具旋转机构采用机器人外科工具驱动器线性驱动轴来联接上升和下降以及旋转。
参考图104，根据本公开的至少一个方面，细长连杆或滑轨64040包括多向运动机构64100，该多向运动机构被构造成能够沿着细长连杆或滑轨64040的纵向轴线轴向移动外科器械，以及围绕其纵向轴线旋转外科器械。机械臂的多向运动机构64100通常包括左旋导向螺钉64102、右旋导向螺钉64104和能够沿导向螺钉64102、64104轴向移动但防止相对于导向螺钉64102、64104旋转的滑块64110。左旋导向螺钉具有左旋螺钉螺纹，并且右旋导向螺钉具有右旋螺钉螺纹，使得导向螺钉64102、64104的螺钉螺纹在相反方向上扭转。导向螺钉64102、64104以彼此平行的关系设置在细长连杆或滑轨64040中限定的腔64042内导向螺钉64102、64104能够在细长连杆或滑轨64040内旋转，同时还被轴向约束在细长连杆或滑轨64040内。
导向螺钉64102、64104各自包括可旋转地连接到细长连杆或滑轨64040的第一端部的相应第一端部64102a、64104a和相应的第二端部64102b、64104b。导向螺钉64102、64104的第二端部64102b、64104b具有马达或联接到马达，例如，第一罐马达“M1”和第二罐马达“M2”。在一些实施方案中，齿轮、通用轴、柔性轴、制动器和/或编码器可以与马达“M1”、“M2”相关联。马达“M1”、“M2”驱动导向螺钉64102、64104的旋转，并且经由电缆或无线连接电连接到控制装置，该控制装置被配置成能够独立地控制马达“M1”、“M2”的致动。
多向运动机构64100的滑块64110可滑动地设置在细长连杆或滑轨64040的腔64042内并且可操作地联接到导向螺钉64102、64104。滑块64110具有大致矩形的形状，但是预期滑块64110可以采用任何合适的形状。滑块64110限定穿过其中的第一通路64112以及穿过其中的第二通路64114，该第一通路具有延伸穿过其中的左旋导向螺钉64102，该第二通路具有延伸穿过其中的右旋导向螺钉64104。滑块64110进一步限定在其侧面中的开口64116。滑块64110被构造成能够联接到外科器械64200，使得滑块64110相对于导向螺钉64102、64104以及沿着导向螺钉的轴向移动导致外科器械64200的对应轴向移动。
参考图105A和图105B，根据本公开的至少一个方面，为了使嵌齿轮64140和所附接的外科器械沿图105B中描绘的箭头“C”所指示的顺时针方向旋转，多向运动机构64100的第一马达“M1”和第二马达“M2”被致动以沿逆时针方向旋转左旋导向螺钉64102和右旋导向螺钉64104两者。当左旋导向螺钉64102沿逆时针方向旋转时，第一螺母64120趋向于沿着由图105A中描绘的箭头“D”所指示的向上方向或近侧方向移动，而当右旋导向螺钉64104沿逆时针方向旋转时，第二螺母64130趋向于沿着由图105A中描绘的箭头“E”所指示的向下方向或远侧方向移动。由于第一螺母64120和第二螺母64130在相反的纵向方向上被驱动，因此不会导致滑块64110的运动，并且第一螺母64120和第二螺母64130开始与导向螺钉64102、64104一体地逆时针旋转，而不是相对于导向螺钉64102、64104逆时针旋转。第一螺母64120和第二螺母64130在逆时针方向上的旋转驱动嵌齿轮64140在顺时针方向上的旋转。当外科器械不可旋转地接纳在嵌齿轮64140内时，嵌齿轮64140的顺时针旋转使外科器械64200与其一起旋转。可以参考国际专利申请序列号PCT/US2017/019241，现为国际专利申请公布WO/2017/147353，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在各种方面，本公开提供了机器人外科工具围绕到机器人外科工具驱动器的无菌阻隔件连接的支撑轴承旋转。现在转到图106，根据本公开的至少一个方面，机器人外科组件66100能够连接到接口面板或托架66042，该接口面板或托架可滑动地安装到导轨66040上。托架66042支撑或容纳从控制装置接收控制和电力的马达66044。托架66042可以经由马达驱动的链条或皮带等沿着导轨66040移动。另选地，托架66042可以经由螺纹杆/螺母布置沿着导轨66040移动。例如，托架66042可以支撑螺纹螺母或套环，该螺纹螺母或套环接纳穿过其中的螺纹杆。在使用中，当螺纹杆旋转时，使螺纹套环以及继而使托架66042沿导轨66040平移。联接件66046等连接到马达66044的驱动轴，并且可以在马达66044致动时顺时针旋转或逆时针旋转。虽然描述了链条/皮带或螺纹杆和套环布置，但是可以设想，可以使用能够实现预期功能的任何其他系统(例如，电缆驱动器、滑轮、摩擦轮、齿条和小齿轮布置等)。
托架66042可以可旋转地支撑联接凸缘内的马达轴线齿轮或滑轮66118(例如，正齿轮)和张紧齿轮或滑轮66120。驱动皮带66122等围绕滑轮、马达轴线滑轮和张紧滑轮66120延伸。马达轴线滑轮能够连接到马达66044的联接件66046，并且在致动马达66044时由马达驱动。因此，在使用中，当马达66044被致动时，马达66044驱动联接件66046，联轴件驱动马达轴线滑轮，继而驱动皮带66122，并且继而旋转滑轮。可以参考国际专利申请序列号PCT/US2017/033899，现为国际专利申请公布WO/2017/205308，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
现在转到图107和图108，根据本公开的至少一个方面，外科组件65100的外科器械保持器65102用于致动器械驱动单元65110的主体65114的旋转以及支撑外科器械65200的外壳65202。外科器械保持器65102包括后构件或托架65104，以及从托架65104的端部垂直延伸的外部构件65106。在一些实施方案中，外部构件65106可以相对于托架65104并且从托架65104的各个部分以各种角度延伸。托架65104具有第一侧以及与第一侧相对的第二侧65108b。托架65104的第一侧可拆卸地连接到机械臂的导轨65040。外科组件65100被构造成能够使得外科器械保持器65102可以沿着机械臂的导轨65040滑动或平移。托架65104的第二侧65108b被构造成能够连接到器械驱动单元65110。在一些实施方案中，托架65104的第二侧65108b可以限定纵向轨道(未示出)，该纵向轨道被构造用于可滑动地接纳器械驱动单元65110。
外科器械保持器65102的托架65104在其中支撑或容纳马达，诸如罐马达“M”。马达“M”从控制装置接收控制和电力，以选择性地旋转器械驱动单元65110的内部外壳或主体65114。马达“M”具有纵向延伸穿过托架65104的马达轴65109，该托架驱动地连接到器械驱动单元65110的齿轮。具体地，马达轴65109包括用于选择性地连接到器械驱动单元65110的齿轮的齿轮65109a，以实现器械驱动单元65110的主体65114围绕其纵向轴线“X”的旋转。
参考图108，器械驱动单元65110包括设置在器械驱动单元65110的主体65114的近侧端部65114a处并且固定在器械驱动单元65110的外部外壳65112内的板或凸缘65116。板65116具有第一部分65116a和从第一部分65116a横向延伸的第二部分65116b。板65116的第一部分65116a限定通过其厚度的环形腔65118。主体65114的近侧端部65114a延伸穿过板65116的环形腔65118并且能够在其中旋转。板65116的第二部分65116b径向延伸超过器械驱动单元65110的主体65114的近侧端部65114a的周边。
器械驱动单元65110还包括从动耦合器65120、第一齿轮65130、以及设置在从动耦合器65120和第一齿轮65130之间以将从动耦合器65120的旋转运动传输至第一齿轮65130的第二齿轮65140。从动耦合器65120、第一齿轮65130和第二齿轮65140中的每一者个可旋转地支撑在板65116上或与板设置在一起。具体地，从动耦合器65120和第二齿轮65140可旋转地支撑在板65116的第二部分65116b内，并且第一齿轮65130可旋转地设置在板65116的第一部分65116a上。因此，从动耦合器65120和第二齿轮65140各自从主体65114的纵向轴线“X”横向偏移，并且第一齿轮65130与主体65114的纵向轴线“X”同轴。从动耦合器65120具有从板65116的顶表面65117a朝近侧延伸的第一端部65120a，以及从板65116的底表面65117b朝远侧延伸的第二端部65120b。从动耦合器65120的第一端部65120a呈齿轮(例如，正齿轮)的形式，该齿轮具有与第二齿轮65140啮合接合的带齿的外表面65122。从动耦合器65120的第二端部65120b呈齿轮(例如，冠状齿轮)的形式，该齿轮具有向下突出的齿，该向下突出的齿被构造成能够与外科器械保持器65102的马达轴65109的齿轮65109a(图104)的齿轮齿不可旋转地相互啮合。
在操作中，在外科规程之前或期间，器械驱动单元65110可以联接到外科器械65200和外科器械保持器65102。具体地，外科器械65200的外壳65202的近侧端部不可旋转地连接到器械驱动单元65110的主体65114的远侧端部65114b。具有附接到其上的外科器械65200的器械驱动单元65110相对于外科器械保持器65102定位，以将器械驱动单元65110的从动耦合器65120的第二端部或齿轮65120b与外科器械保持器65102的马达轴65109的齿轮65109a可操作地联接。在器械驱动单元65110可操作地联接到外科器械保持器65102的情况下，外科器械保持器65102的马达“M”可被致动以最终实现外科器械65200在外科器械保持器65102的外部构件65106内旋转。
如图109中所描绘的，提供了根据本公开的至少一个方面的器械驱动单元。器械驱动单元65410包括外部外壳(未示出)、主体65414、板65416、第一齿轮65430和从动耦合器65420，每个都类似于上述器械驱动单元65110的对应部件。不同于如器械驱动单元65110的情况那样在从动耦合器65420和第一齿轮65430之间具有齿轮-齿轮连接，器械驱动单元65410的主体65414包括围绕从动耦合器65420和第一齿轮65430设置的皮带或条带65419，以使从动耦合器65420与第一齿轮65430可旋转地互连。皮带65419具有外表面65419a和限定多个齿轮齿的内表面65419b。皮带65419的齿轮齿与从动耦合器65420的带齿的外表面65420a和第一齿轮65430的齿啮合接合，使得从动耦合器65420的旋转使皮带65419旋转，这导致第一齿轮65430的旋转以实现主体65414围绕其纵向轴线旋转。可以参考国际专利申请序列号PCT/US2017/034206，现为国际专利申请公布WO/2017/205481，其全部内容通过引用结合于此，用于进一步的详细讨论。
在各种方面，参考图22，下文关于图110描述的过程可以表示为存储在存储器15006中并且由图22中描绘的机器人外科系统15000的中央控制电路15002的处理器15004执行的一系列机器可执行指令。
图110是描绘根据本公开的至少一个方面的用于控制机械臂的控制程序或逻辑配置的过程的流程图8700。机械臂包括机器人外科工具、机器人外科工具驱动器和设置在机械臂上以冗余地监测机械臂的状态并验证外科机器人工具的操作的至少两个传感器。所述至少两个独立的传感器监测机械臂的两个不同的物理特性，以验证机器人外科工具的操作。现在参考图22和图110，在一个方面，由流程图8700描绘的过程可由中央控制电路15002执行，其中中央控制电路15002被配置成能够基于来自第一传感器的读数来测量8702机械臂的第一物理特性。中央控制电路15002被配置成能够基于来自第二传感器的读数来测量8704机械臂的第二物理特性。该中央控制电路15002被配置成能够基于机械臂的第一物理特性的第一测量值和第二物理特性的第二测量值来确定8706机械臂的状态。中央控制电路15002被配置成能够确定8708机器人外科工具的操作，并且基于机械臂的所测量的第一物理特性和第二物理特性来验证8710机器人外科工具的操作。在一个方面，中央控制电路15002采用物理参数来实现第二物理特性的测量。在一个方面，第一传感器设置在无菌阻隔件的无菌区侧上的机器人外科工具上，并且第二传感器位于机械臂的位于无菌阻隔件的非无菌侧上的部分上。在一个方面中，两种不同的物理特性可以包括马达扭矩、马达电流、马达的安装外壳中的应变、无菌阻隔件安装特征部上的应变、机械臂对手术台的反作用负载、患者相对于手术台的反作用负载、手术台上的负载分布、以及/或者机械臂或其任何接合部内的扭矩或合力。
本文所述主题的各个方面在以下实施例中阐述：
实施例1-一种用于控制机器人端部执行器的系统，所述系统包括：机械臂；外科工具，所述外科工具包括端部执行器，所述端部执行器包括能够进行关节运动的臂和夹持钳口；工具驱动器，所述工具驱动器联接到所述外科工具；马达，所述马达联接到所述工具驱动器并且被构造成能够驱动所述外科工具；传感器，所述传感器被配置成能够感测施加到所述端部执行器的外力；以及中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够控制所述工具驱动装置。所述中央控制电路被配置成能够从所述传感器接收感测的参数，从所述马达接收感测的马达电流(I)，以及基于所述感测参数和所述马达电流(I)控制所述工具驱动器。
实施例2-根据实施方案1所述的系统，其中所述传感器被配置成能够感测施加到所述端部执行器的外力。
实施例3-根据实施例2所述的系统，其中所述外力包括施加到所述夹持钳口的力、施加到所述臂的力或施加到所述臂的扭矩中的任一者或它们的任何组合。
实施例4-根据实施例1到3中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述夹持钳口的旋转取向来调节所述端部执行器夹持钳口上的所述力。
实施例5-根据实施例1至4中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够致动所述马达，比较所感测的外力，以及补偿通过所述马达的致动而产生的马达扭矩。
实施例6-根据实施例1至5中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于组织厚度来控制联接到所述马达的刀的线性推进速率，所述组织厚度基于由所述工具驱动器感测的扭矩差异来感测。
实施例7-根据实施例1至6中任一项所述的系统，其中所述端部执行器包括电极，并且其中所述中央控制电路被配置成能够基于组织压缩速率来限制夹持臂致动力。
实施例8-根据实施例1至7中任一项所述的系统，其中所述端部执行器包括电极，并且其中所述中央控制电路被配置成能够基于外部施加到所述端部执行器的宏观张力来减小夹持臂致动力。
实施例9-一种用于控制机器人马达控制电路的系统，所述系统包括：机械臂；第一马达控制电路，所述第一马达控制电路电耦合到第一马达；第二马达控制电路，所述第二马达控制电路电耦合到第二马达，其中所述第二马达与所述第一马达相邻；传感器，所述传感器电耦合到所述第一马达控制电路并且电耦合到所述第一马达，所述传感器被配置成能够感测所述第一马达的参数；以及中央控制电路，所述中央控制电路电耦合到所述第一马达控制电路和所述第二马达控制电路。所述中央控制电路被配置成能够接收由所述传感器感测的所述第一马达的所述参数并且基于由所述传感器感测的所述第一马达的所述参数来调节所述第二马达控制电路的参数。
实施例10-根据实施例9所述的系统，其中第二马达调节参数中由所述第二马达控制电路调节的参数包括所述第二马达的速率、由所述第二马达汲取的电流、或由所述第二马达施加的扭矩中的任一者或它们的任意组合。
实施例11-根据实施例9或10所述的系统，其中所述第一马达联接到端部执行器并且被构造成能够使所述端部执行器进行关节运动，其中所述第二马达联接到所述端部执行器并且被构造成能够致动所述端部执行器的钳口，并且其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一马达的致动力、速率或加速度来限制由所述第二马达产生的夹持力。
实施例12-根据实施例11所述的系统，其中所述第一马达和所述第二马达被联接以并行操作。
实施例13-根据实施例11或12所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够控制所述第二马达以维持由所述端部执行器钳口施加的固定夹持力，以及基于所述固定夹持力来控制联接到所述第二马达的刀的推进或回缩。
实施例14-一种机器人外科系统，其包括机械臂、马达驱动的外科机器人工具和中央控制电路。所述机械臂包括具有力板的基座、可旋转地安装到所述基座的旋转部分、关节运动部分和线性滑动件。所述马达驱动的外科机器人工具附接到所述线性滑动件，其中所述马达驱动的外科机器人工具包括马达、轴和包括第一钳口和第二钳口的端部执行器，并且其中所述力板被构造成能够测量施加到所述机械臂的负载。所述中央控制电路被配置成能够基于所测量的负载确定施加到所述机械臂的累积负载。
实施例15-根据实施例14所述的机器人外科系统，其中所述端部执行器的第一钳口和第二钳口被定位在距所述基座预先确定的距离处。
实施例16-根据实施例14或15所述的机器人外科系统，其中所述力板被构造成能够测量所述旋转部分的反作用矢量负载扭矩TA和所述马达的马达负载力F1。
实施例17-根据实施例16所述的机器人外科系统，其中所述中央控制电路被配置成能够接收由所述力板测量的所述反作用矢量负载扭矩TA，以及接收所述马达的所述马达负载力F1，以及基于所述反作用矢量负载扭矩TA和所述负载力F1确定施加在所述机械臂上的累积力。
实施例18-根据实施例17所述的机器人外科系统，其中所述中央控制电路被配置成能够比较所述反作用矢量负载扭矩TA和所述马达负载力F1，并且确定由所述机械臂施加的力。
实施例19-根据实施例17或18所述的机器人外科系统，其中所述中央控制电路被配置成能够在感测所述反作用矢量负载扭矩TA和所述马达负载力F1之间的偏离时生成警告。
实施例20-一种用于相对于第二机械臂控制第一机械臂的系统，所述系统包括：第一机械臂，所述第一机械臂包括第一机器人外科工具和第一机器人外科工具驱动器；第二机械臂，所述第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器；以及中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够与所述第一机械臂和所述第二机械臂通信，所述中央控制电路被进一步配置成能够确定所述第一机械臂的位置，确定所述第二机械臂的位置，确定所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的位置，基于所述第一机械臂的所述位置相对于所述第二机械臂的所述位置的关系来修改用于所述第一机械臂的控制算法。
实施例21-根据实施例20所述的系统，其中为了确定所述第一机械臂的所述位置相对于所述第二机械臂的所述位置的关系，所述中央控制电路被进一步配置成能够确定所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的所述位置的距离、取向或定位或其组合。
实施例22-根据实施例20或21所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第二机械臂相对于所述第一机械臂的位置来修改所述第一机器人外科工具驱动器的控制算法。
实施例23-根据实施例20或21所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂和所述第二机械臂的相对位置来修改所述第一机器人外科工具驱动器或所述第二机器人外科工具驱动器的控制算法。
实施例24-根据实施例20至23中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的参数来平衡所述第一机器人外科工具的操作运动学状态，以实现所述第一机器人外科工具驱动器或所述第二机器人外科工具驱动器的功能。
实施例25-根据实施例20至24中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的竖直取向来调节所述第一机械臂与所述第二机械臂之间的拮抗关系。
实施例26-根据实施例20至25中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第二机械臂的取向来调节所述第一机械臂的扭矩极限，所述第二机械臂邻近所述第一机械臂并且相对于所述第一机械臂成一定角度。
实施例27-根据实施例20至26中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第二机械臂的取向来调节所述第一机械臂的马达电流极限，所述第二机械臂邻近所述第一机械臂并且相对于所述第一机械臂成一定角度。
实施例28-一种用于验证机器人外科工具的状态的系统，所述系统包括：第一机械臂，所述第一机械臂包括第一机器人外科工具和第一机器人外科工具驱动器，其中所述第一机器人外科工具包括端部执行器；第一传感器，所述第一传感器用于确定所述端部执行器的位置；第二机械臂，所述第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器；第二传感器，所述第二传感器用于独立于所述第一传感器确定所述端部执行器的位置；以及中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够与所述第一机械臂和所述第二机械臂通信，所述中央控制电路被进一步配置成能够基于所述第一传感器确定所述第一端部执行器的位置，基于所述第二传感器确定所述第一端部执行器的位置，基于由所述第一传感器确定的所述位置和所述第二传感器确定的所述位置来验证所述端部执行器的所述位置。
实施例29-根据实施例28所述的系统，其中所述第一传感器包括设置在所述第一机械臂上的第一传感器阵列，并且所述第二传感器包括设置在所述第二机械臂上的第二传感器阵列，其中所述第二传感器阵列对所述第一传感器阵列是冗余的。
实施例30-根据实施例29所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够通过所述第一传感器阵列确定所述端部执行器的位置，并且通过冗余的第二传感器阵列验证所述端部执行器的所述位置。
实施例31-根据实施例28所述的系统，其中所述第一传感器是所述第一机械臂的内部坐标跟踪系统，并且所述第二传感器是联接到所述第二机械臂的光学跟踪系统。
实施例32-根据实施例31所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂的所述内部坐标跟踪系统来确定所述端部执行器的位置，基于所述第二机械臂的所述光学跟踪系统确定所述端部执行器的位置，并且将由所述内部坐标跟踪系统确定的所述端部执行器的所述位置与所述光学跟踪系统确定的所述端部执行器的所述位置进行比较，以及基于所述比较的结果来验证所述端部执行器的所述位置。
实施例33-根据实施例28所述的系统，其中所述第一传感器设置在靠近所述第一机械臂和所述第二机械臂的主坐标塔上，其中所述主坐标塔与所述中央控制电路通信，其中所述中央控制电路被配置成能够确定所述第一机器人外科工具和所述第二机器人外科工具的坐标。
实施例34-根据实施例28至33中任一项所述的系统，其中所述第一机器人外科工具包括第一端部执行器，并且所述第二机器人外科工具包括第二端部执行器，并且所述中央控制电路被配置成能够确定所述第一端部执行器和所述第二端部执行器之间的相对位置。
实施例35-根据实施例28至34中任一项所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够确定所述第一机械臂与所述第二机械臂之间的位置。
实施例36.一种用于控制机器人外科工具驱动器的操作参数的系统，所述机器人外科工具驱动器基于在所述机器人外科工具内测量的另一参数来控制机器人外科工具，所述系统包括：机械臂，所述机械臂包括机器人外科工具和机器人外科工具驱动器；传感器，所述传感器用于测量控制所述机器人外科工具的所述外科工具驱动器内的参数；第二机械臂，所述第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器；第二传感器，所述第二传感器独立于所述第一传感器确定所述端部执行器的位置；以及中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够与所述机械臂通信，所述中央控制电路被进一步配置成能够确定所述机器人外科工具的操作参数，基于测量值确定所述机器人外科工具的参数，测量所述机器人外科工具在组织上引起的组织负载，确定解剖参考，限制相对于所述解剖参考在所述组织上引起的所述负载，以及基于相对于所述解剖参考在所述组织上引起的所述负载来控制所述机器人外科工具的回缩速率。
实施例37-根据实施例36所述的外科系统，其中所述机器人外科工具包括圆形缝合器。
实施例38-根据实施例36或37所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于在所述患者或配备有负载传感器阵列的手术室台上测量的扭矩，基于所述机器人外科工具相比于相对地面的反作用负载，测量由所述外科机器人工具在柔韧结构上引起的扭矩。
实施例39-根据实施例36至38中任一项所述的系统，其中所述外科机器人工具的所述操作参数是所述机器人外科工具的所述马达电流和所述回缩速率。
实施例40-一种用于控制机械臂的系统，所述系统包括：机械臂，所述机械臂包括机器人外科工具、机器人外科工具驱动器和设置在所述机械臂上以冗余地监测所述机械臂的状态并验证所述外科机器人工具的操作参数的至少两个传感器；以及中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够：基于来自所述第一传感器的读数来测量所述机械臂的第一物理特性；基于来自所述第二传感器的读数来测量所述机械臂的第二物理特性；以及基于所述机械臂的所述第一物理特性的第一测量值和所述第二物理特性的第二测量值来确定所述机械臂的状态。
实施例41-根据实施例40所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够确定所述机器人外科工具的操作，并且基于所述机械臂的所测量的第一物理特性和第二物理特性来验证所述机器人外科工具的操作。
实施例42-根据实施例40或41所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一物理参数实现所述第二物理特性的测量。
实施例43-根据实施例40至42中任一项所述的系统，其中所述第一传感器设置在无菌阻隔件的无菌区侧上的所述机器人外科工具上，并且所述第二传感器位于所述机械臂的位于所述无菌阻隔件的非无菌侧上的部分上。
实施例44-根据实施例40至43中任一项所述的系统，其中所述两种不同的物理特性包括马达扭矩、马达电流、所述马达的安装外壳中的应变、无菌阻隔件安装特征部上的应变、所述机械臂对所述手术台的反作用负载、所述患者相对于所述手术台的反作用负载、所述手术台上的负载分布、以及/或者所述机械臂或接合部内的扭矩或合力或其任何组合。
实施例45-一种外科机器人系统，包括：机械臂，所述机械臂包括：机器人外科工具；机器人外科工具驱动器，所述机器人外科工具驱动器位于托架内；模块化可旋转马达组，所述模块化可旋转马达组位于无菌外壳中，所述模块化可旋转马达组包括马达；电力传输系统，所述电力传输系统用于将电力传输到所述模块化可旋转马达组，其中所述电力传输系统电耦合到所述模块化可旋转马达组，而与所述模块化可旋转马达组相对于固定布线模块围绕所述马达组的主旋转轴线的取向无关；通信电路；以及中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够监测所述马达组，其中所述电力传输系统、马达控制或数据监测中的至少一者包括有线连接，并且所述电力传输系统、马达控制或数据监测中的至少一者包括无线连接。
实施例46-根据实施例45所述的系统，还包括磁屏蔽件，以防止所述模块化可旋转马达组的所述无菌外壳外部的磁场干扰。
实施例47-根据实施例45或46所述的系统，其中所述电力传输还包括无线电力传输线圈布置，所述无线电力传输线圈布置包括电力发射器线圈和电力接收器线圈，以在所述外科机器人与所述模块化可旋转马达组之间传输电力。
实施例48-根据实施例47所述的系统，其中第一组电力发射器线圈和电力接收器线圈被定位在所述机器人外科工具驱动器托架内，并且第二组电力发射器线圈和电力接收器线圈当被安放在所述机器人外科工具驱动器中时在所述马达组内邻近所述第一组电力发射器线圈和电力接收器线圈定位，并且所述无菌阻隔件被定位所述第一组电力发射器线圈和电力接收器线圈和所述第二组电力发射器线圈和电力接收器线圈之间。
实施例49-根据实施例48所述的系统，其中所述电力发射器线圈和所述电力接收器线圈在所述马达所围绕旋转的轴线上具有同心构型。
实施例50-根据实施例47至49中任一项所述的系统，其中所述无线电力系统包括耦合到所述无线电力接收器线圈的电力加速器。
实施例51-根据实施例50所述的系统，其中所述无线电力系统包括电耦合到所述电力加速器、所述无线电力接收器线圈和马达控制电路的升压控制器。
实施例52-根据实施例45至51中任一项所述的系统，还包括可再充电中间蓄电池，以改善无线电力传输的容量与提供高电流汲取多马达同时操作的能力之间的配对关系。
实施例53-根据实施例52所述的系统，其中所述可再充电中间蓄电池位于所述马达组内以防止电力中断、电压骤降，并处理高电流汲取操作。
实施例54-根据实施例45至53中任一项所述的系统，其中所述有线连接包括布线控制外壳，所述布线控制外壳包括位于所述布线控制外壳内的弹簧偏置旋转线轴，以防止电线的捆绑或缠结。
实施例55-一种半自主马达控制器，包括：机械臂，所述机械臂包括机器人外科工具驱动器；可旋转马达组，所述可旋转马达组包括外壳；无线通信电路；电力传输电路；马达控制电路，所述马达控制电路被配置成能够经由所述无线通信电路无线地通信；滑环连接器系统，所述滑环连接器系统包括设置在所述外壳的外部部分上的多个滑环电迹线，其中所述滑环连接器系统被配置成能够耦接到所述无线通信电路或所述电力传输电路；多个弹簧加载的柱塞，所述多个弹簧加载的柱塞被配置成能够与所述对应的滑环电迹线进行电接触，以提供所述可旋转马达组的所述外壳的大于360°旋转；以及蛤壳式外壳，所述蛤壳式外壳包括联接到机器人外科工具驱动器仓的非旋转接触接口连接器。
实施例56-根据实施例55所述的半自主马达控制器，其中所述无线通信电路或所述电力传输电路通过至少两个径向导线阵列耦合，所述至少两个径向导线阵列在第一阵列和第二阵列之间具有预定义对准。
实施例57-根据实施例56所述的半自主马达控制器，其中第一径向阵列被定位在所述机器人外科工具驱动器的一部分上，并且所述第二径向阵列联接到所述可旋转马达组。
实施例58-根据实施例56或57所述的半自主马达控制器，其中所述第一阵列和所述第二阵列之间的所述预定义对准垂直于由所述蛤壳式外壳限定的轴线。
实施例59-根据实施例56所述的半自主马达控制器，其中所述可旋转马达组、滑环连接器和弹簧加载的柱塞使得所述可旋转马达组能够相对于所述机器人外科工具驱动器旋转超过一整圈，并且维持所述第一阵列和所述第二阵列的对准。
尽管已举例说明和描述了多个形式，但是申请人的意图并非将所附权利要求的范围约束或限制在此类细节中。在不脱离本公开的范围的情况下，可实现对这些形式的许多修改、变型、改变、替换、组合和等同物，并且本领域技术人员将想到这些形式的许多修改、变型、改变、替换、组合和等同物。此外，另选地，可将与所描述的形式相关联的每个元件的结构描述为用于提供由所述元件执行的功能的器件。另外，在公开了用于某些部件的材料的情况下，也可使用其他材料。因此，应当理解，上述具体实施方式和所附权利要求旨在涵盖属于本发明所公开的形式范围内的所有此类修改、组合和变型。所附权利要求旨在涵盖所有此类修改、变型、改变、替换、修改和等同物。
上述具体实施方式已经由使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或方法的各种形式。只要此类框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作，本领域的技术人员就要将其理解为此类框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作都可以单独和/或共同地通过多种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来实施。本领域的技术人员将会认识到，本文公开的形式中的一些方面可作为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，或作为实际上它们的任何组合全部或部分地在集成电路中等效地实现，并且根据本公开，设计电路系统和/或编写软件和/或硬件的代码将在本领域技术人员的技术范围内。另外，本领域的技术人员将会认识到，本文所述主题的机制能够作为多种形式的一个或多个程序产品进行分布，并且本文所述主题的例示性形式适用，而不管用于实际进行分布的信号承载介质的具体类型是什么。
用于编程逻辑以执行各种所公开的方面的指令可存储在系统中的存储器内，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、高速缓存、闪存存储器或其他存储器。此外，指令可经由网络或通过其他计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可包括用于存储或传输以机器(例如，计算机)可读形式的信息的任何机构，但不限于软盘、光学盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存存储器、或经由电信号、光学信号、声学信号或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在因特网上传输信息时使用的有形的、机器可读存储装置。因此，非暂态计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
如本文任一方面所用，术语“控制电路”可指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，计算机处理器，该计算机处理器包括一个或多个单独指令处理内核、处理单元，处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、场可编程门阵列(FPGA))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件、以及它们的任何组合。控制电路可以集体地或单独地实现为形成更大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，如本文所用，“控制电路”包括但不限于具有至少一个离散电路的电子电路、具有至少一个集成电路的电子电路、具有至少一个专用集成电路的电子电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备的电子电路(如，至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的通用计算机，或至少部分地实施本文所述的方法和/或设备的由计算机程序配置的微处理器)、形成存储器设备(如，形成随机存取存储器)的电子电路，和/或形成通信设备(如，调节解调器、通信开关或光电设备)的电子电路。本领域的技术人员将会认识到，可以模拟或数字方式或它们的一些组合实施本文所述的主题。
如本文的任何方面所用，术语“逻辑”可指被配置成能够执行前述操作中的任一者的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可体现为记录在非暂态计算机可读存储介质上的软件包、代码、指令、指令集和/或数据。固件可体现为在存储器装置中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
如本文任一方面所用，术语“部件”、“系统”、“模块”等可指计算机相关实体、硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
如本文任一方面中所用，“算法”是指导致所期望结果的有条理的步骤序列，其中“步骤”是指物理量和/或逻辑状态的操纵，物理量和/或逻辑状态可(但不一定)采用能被存储、转移、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。常用于指这些信号，如位、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
网络可包括分组交换网络。通信装置可能够使用所选择的分组交换网络通信协议来彼此通信。一个示例性通信协议可包括可能够允许使用传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)进行通信的以太网通信协议。以太网协议可符合或兼容电气和电子工程师学会(IEEE)于2008年12月发布的标题为“IEEE 802.3 Standard”的以太网标准和/或本标准的更高版本。另选地或附加地，通信装置可能够使用X.25通信协议彼此通信。X.25通信协议可符合或兼容由国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)发布的标准。另选地或附加地，通信装置可能够使用帧中继通信协议彼此通信。帧中继通信协议可符合或兼容由国际电报电话咨询委员会(CCITT)和/或美国国家标准学会(ANSI)发布的标准。另选地或附加地，收发器可能够使用异步传输模式(ATM)通信协议彼此通信。ATM通信协议可符合或兼容ATM论坛于2001年8月发布的名为“ATM-MPLS Network Interworking2.0”的ATM标准和/或该标准的更高版本。当然，本文同样设想了不同的和/或之后开发的连接取向的网络通信协议。
除非上述公开中另外明确指明，否则可以理解的是，在上述公开中，使用术语如“处理”、“估算”、“计算”、“确定”、“显示”的讨论是指计算机系统或类似的电子计算装置的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换成相似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。
一个或多个部件在本文中可被称为“被配置成能够”、“可配置成能够”、“可操作/可操作地”、“适于/可适于”、“能够”、“可适形/适形于”等。本领域的技术人员将会认识到，除非上下文另有所指，否则“被配置成能够”通常可涵盖活动状态的部件和/或未活动状态的部件和/或待机状态的部件。
术语“近侧”和“远侧”在本文中是相对于操纵外科器械的柄部部分的临床医生来使用的。术语“近侧”是指最靠近临床医生的部分，术语“远侧”是指远离临床医生定位的部分。还应当理解，为简洁和清楚起见，本文可结合附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”等空间术语。然而，外科器械在许多取向和方位中使用，并且这些术语并非是限制性的和/或绝对的。
本领域的技术人员将认识到，一般而言，本文、以及特别是所附权利要求(例如，所附权利要求的正文)中所使用的术语通常旨在为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包含”应解释为“包含但不限于”等)。本领域的技术人员还应当理解，如果所引入权利要求表述的具体数目为预期的，则此类意图将在权利要求中明确表述，并且在不存在此类叙述的情况下，不存在此类意图。例如，为有助于理解，下述所附权利要求可含有对介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求。然而，对此类短语的使用不应视为暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入权利要求表述将含有此类引入权利要求表述的任何特定权利要求限制在含有仅一个这样的表述的权利要求中，甚至当同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”通常应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；这也适用于对用于引入权利要求表述的定冠词的使用。
另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，本领域的技术人员应当认识到，此种叙述通常应解释为意指至少所叙述的数目(例如，在没有其他修饰语的情况下，对“两个叙述”的裸叙述通常意指至少两个叙述、或两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，此类构造意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一者等”的惯例的那些情况下，一般而言，此类构造意在具有本领域的技术人员将理解所述惯例的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一者的系统”应当包括但不限于具有仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域的技术人员还应当理解，通常，除非上下文另有指示，否则无论在具体实施方式、权利要求或附图中呈现两个或更多个替代术语的转折性词语和/或短语应理解为涵盖包括所述术语中的一者、所述术语中的任一个或这两个术语的可能性。例如，短语“A或B”通常将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求，本领域的技术人员将会理解，其中表述的操作通常可以任何顺序进行。另外，尽管以一个或多个序列出了各种操作流程图，但应当理解，可以不同于所示顺序的其他顺序执行各种操作，或者可同时执行所述各种操作。除非上下文另有规定，否则此类替代排序的示例可包括重叠、交错、中断、重新排序、增量、预备、补充、同时、反向，或其他改变的排序。此外，除非上下文另有规定，否则像“响应于”、“相关”这样的术语或其他过去式的形容词通常不旨在排除此类变体。
值得一提的是，任何对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”的提及均意指结合所述方面所述的具体特征部、结构或特征包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的各种位置出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例中”、“在一个范例中”不一定都指同一方面。此外，具体特征部、结构或特征可在一个或多个方面中以任何合适的方式组合。
本说明书提及和/或在任何申请数据表中列出的任何专利申请，专利，非专利公布或其他公开材料均以引用方式并入本文，只要所并入的材料在此不一致。因此，并且在必要的程度下，本文明确列出的公开内容代替以引用方式并入本文的任何冲突材料。据称以引用方式并入本文但与本文列出的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分，将仅在所并入的材料与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下并入。
概括地说，已经描述了由采用本文所述的概念产生的许多有益效果。为了举例说明和描述的目的，已经提供了一个或多个形式的上述具体实施方式。这些具体实施方式并非意图为详尽的或限定到本发明所公开的精确形式。可以按照上述教导内容对本发明进行修改或变型。选择和描述的一个或多个形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域的普通技术人员能够利用适用于预期的特定用途的各种形式和各种修改。与此一同提交的权利要求书旨在限定完整范围。

Claims (59)

1.一种用于控制机器人端部执行器的系统，所述系统包括：
机械臂；
外科工具，所述外科工具包括端部执行器，所述端部执行器包括能够进行关节运动的臂和夹持钳口；
工具驱动器，所述工具驱动器联接到所述外科工具；
马达，所述马达联接到所述工具驱动器并且被构造成能够驱动所述外科工具；
传感器，所述传感器被配置成能够感测施加到所述端部执行器的外力；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够控制所述工具驱动器；
其中所述中央控制电路被配置成能够：
从所述传感器接收感测的参数；
从所述马达接收感测的马达电流(I)；以及
基于所述感测参数和所述马达电流(I)控制所述工具驱动器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器被配置成能够感测施加到所述端部执行器的外力。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述外力包括施加到所述夹持钳口的力、施加到所述臂的力或施加到所述臂的扭矩中的任一者或它们的任何组合。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述夹持钳口的旋转取向来调节所述端部执行器夹持钳口上的所述力。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够致动所述马达，比较所感测的外力，以及补偿通过所述马达的致动而产生的马达扭矩。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于组织厚度来控制联接到所述马达的刀的线性推进速率，所述组织厚度基于由所述工具驱动器感测的扭矩差异来感测。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述端部执行器包括电极，并且其中所述中央控制电路被配置成能够基于组织压缩速率来限制夹持臂致动力。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述端部执行器包括电极，并且其中所述中央控制电路被配置成能够基于外部施加到所述端部执行器的宏观张力来减小夹持臂致动力。
9.一种用于控制机器人马达控制电路的系统，所述系统包括：
机械臂；
第一马达控制电路，所述第一马达控制电路电耦合到第一马达；
第二马达控制电路，所述第二马达控制电路电耦合到第二马达，其中所述第二马达与所述第一马达相邻；
传感器，所述传感器电耦合到所述第一马达控制电路并且电耦合到所述第一马达，所述传感器被配置成能够感测所述第一马达的参数；
中央控制电路，所述中央控制电路电耦合到所述第一马达控制电路和所述第二马达控制电路；
其中所述中央控制电路被配置成能够：
接收由所述传感器感测的所述第一马达的所述参数；以及
基于由所述传感器感测的所述第一马达的所述参数来调节所述第二马达控制电路的参数。
10.根据权利要求9所述的系统，其中第二马达调节参数中由所述第二马达控制电路调节的参数包括所述第二马达的速率、由所述第二马达汲取的电流、或由所述第二马达施加的扭矩中的任一者或它们的任意组合。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一马达联接到端部执行器并且被构造成能够使所述端部执行器进行关节运动，其中所述第二马达联接到所述端部执行器并且被构造成能够致动所述端部执行器的钳口，并且其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一马达的致动力、速率或加速度来限制由所述第二马达产生的夹持力。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一马达和所述第二马达被联接以并行操作。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够控制所述第二马达以维持由所述端部执行器钳口施加的固定夹持力，以及基于所述固定夹持力来控制联接到所述第二马达的刀的推进或回缩。
14.一种机器人外科系统，包括：
机械臂，所述机械臂包括：
基座，所述基座包括力板；
旋转部分，所述旋转部分可旋转地安装到所述基座；
关节运动部分；以及
线性滑动件；以及
马达驱动的外科机器人工具，所述马达驱动的外科机器人工具附接到所述线性滑动件，其中所述马达驱动的外科机器人工具包括马达、轴和包括第一钳口和第二钳口的端部执行器；
其中所述力板被构造成能够测量施加到所述机械臂的负载；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够基于所测量的负载确定施加到所述机械臂的累积负载。
15.根据权利要求14所述的机器人外科系统，其中所述端部执行器的第一钳口和第二钳口被定位在距所述基座预先确定的距离处。
16.根据权利要求14所述的机器人外科系统，其中所述力板被构造成能够测量所述旋转部分的反作用矢量负载扭矩TA和所述马达的马达负载力F1。
17.根据权利要求16所述的机器人外科系统，其中所述中央控制电路被配置成能够：
接收由所述力板测量的所述反作用矢量负载扭矩TA；以及
接收所述马达的所述马达负载力F1；以及
基于所述反作用矢量负载扭矩TA和所述负载力F1确定施加在所述机械臂上的累积力。
18.根据权利要求17所述的机器人外科系统，其中所述中央控制电路被配置成能够：
比较所述反作用矢量负载扭矩TA和所述马达负载力F1；以及
确定由所述机械臂施加的力。
19.根据权利要求17所述的机器人外科系统，其中所述中央控制电路被配置成能够在感测所述反作用矢量负载扭矩TA和所述马达负载力F1之间的偏离时生成警告。
20.一种用于相对于第二机械臂控制第一机械臂的系统，所述系统包括：
第一机械臂，所述第一机械臂包括第一机器人外科工具和第一机器人外科工具驱动器；
第二机械臂，所述第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够与所述第一机械臂和所述第二机械臂通信，所述中央控制电路被进一步配置成能够：
确定所述第一机械臂的位置；
确定所述第二机械臂的位置；
确定所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的位置；
基于所述第一机械臂的所述位置相对于所述第二机械臂的所述位置的关系来修改用于所述第一机械臂的控制算法。
21.根据权利要求20所述的系统，其中为了确定所述第一机械臂的所述位置相对于所述第二机械臂的所述位置的关系，所述中央控制电路被进一步配置成能够确定所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的所述位置的距离、取向或定位或其组合。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第二机械臂相对于所述第一机械臂的位置来修改所述第一机器人外科工具驱动器的控制算法。
23.根据权利要求20所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂和所述第二机械臂的相对位置来修改所述第一机器人外科工具驱动器或所述第二机器人外科工具驱动器的控制算法。
24.根据权利要求20所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的参数来平衡所述第一机器人外科工具的操作运动学状态，以实现所述第一机器人外科工具驱动器或所述第二机器人外科工具驱动器的功能。
25.根据权利要求20所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一机械臂相对于所述第二机械臂的竖直取向来调节所述第一机械臂与所述第二机械臂之间的拮抗关系。
26.根据权利要求20所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第二机械臂的取向来调节所述第一机械臂的扭矩极限，所述第二机械臂邻近所述第一机械臂并且相对于所述第一机械臂成一定角度。
27.根据权利要求20所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第二机械臂的取向来调节所述第一机械臂的马达电流极限，所述第二机械臂邻近所述第一机械臂并且相对于所述第一机械臂成一定角度。
28.一种用于验证机器人外科工具的状态的系统，所述系统包括：
第一机械臂，所述第一机械臂包括第一机器人外科工具和第一机器人外科工具驱动器，其中所述第一机器人外科工具包括端部执行器；
第一传感器，所述第一传感器用于确定所述端部执行器的位置；
第二机械臂，所述第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器；
第二传感器，所述第二传感器用于独立于所述第一传感器确定所述端部执行器的位置；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够与所述第一机械臂和所述第二机械臂通信，所述中央控制电路被进一步配置成能够：
基于所述第一传感器确定所述第一端部执行器的位置；
基于所述第二传感器确定所述第一端部执行器的位置；
基于由所述第一传感器确定的所述位置和所述第二传感器确定的所述位置来验证所述端部执行器的所述位置。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一传感器包括设置在所述第一机械臂上的第一传感器阵列，并且所述第二传感器包括设置在所述第二机械臂上的第二传感器阵列，其中所述第二传感器阵列对所述第一传感器阵列是冗余的。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够通过所述第一传感器阵列确定所述端部执行器的位置，并且通过冗余的第二传感器阵列验证所述端部执行器的所述位置。
31.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一传感器是所述第一机械臂的内部坐标跟踪系统，并且所述第二传感器是联接到所述第二机械臂的光学跟踪系统。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够：
基于所述第一机械臂的所述内部坐标跟踪系统来确定所述端部执行器的位置；
基于所述第二机械臂的所述光学跟踪系统确定所述端部执行器的位置；以及
将由所述内部坐标跟踪系统确定的所述端部执行器的所述位置与所述光学跟踪系统确定的所述端部执行器的所述位置进行比较；以及
基于比较的结果来验证所述端部执行器的所述位置。
33.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一传感器设置在靠近所述第一机械臂和所述第二机械臂的主坐标塔上，其中所述主坐标塔与所述中央控制电路通信，其中所述中央控制电路被配置成能够确定所述第一机器人外科工具和所述第二机器人外科工具的坐标。
34.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一机器人外科工具包括第一端部执行器，并且所述第二机器人外科工具包括第二端部执行器，并且所述中央控制电路被配置成能够确定所述第一端部执行器和所述第二端部执行器之间的相对位置。
35.根据权利要求28所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够确定所述第一机械臂与所述第二机械臂之间的位置。
36.一种用于控制机器人外科工具驱动器的操作参数的系统，所述机器人外科工具驱动器基于在所述机器人外科工具内测量的另一参数来控制机器人外科工具，所述系统包括：
机械臂，所述机械臂包括机器人外科工具和机器人外科工具驱动器；
传感器，所述传感器用于测量控制所述机器人外科工具的所述外科工具驱动器内的参数；
第二机械臂，所述第二机械臂包括第二机器人外科工具和第二机器人外科工具驱动器；
第二传感器，所述第二传感器用于独立于所述第一传感器确定所述端部执行器的位置；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够与所述机械臂通信，所述中央控制电路被进一步配置成能够：
确定所述机器人外科工具的操作参数；
基于测量值确定所述机器人外科工具的参数；
测量所述机器人外科工具在组织上引起的组织负载；
确定解剖参考；
限制相对于所述解剖参考在所述组织上引起的所述负载；以及
基于相对于所述解剖参考在所述组织上引起的所述负载来控制所述机器人外科工具的回缩速率。
37.根据权利要求36所述的系统，其中所述机器人外科工具包括圆形缝合器。
38.根据权利要求36所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于在所述患者或配备有负载传感器阵列的手术室台上测量的扭矩，基于所述机器人外科工具相比于相对地面的反作用负载，测量由所述外科机器人工具在柔韧结构上引起的扭矩。
39.根据权利要求36所述的系统，其中所述外科机器人工具的所述操作参数是所述机器人外科工具的所述马达电流和所述回缩速率。
40.一种用于控制机械臂的系统，所述系统包括：
机械臂，所述机械臂包括机器人外科工具、机器人外科工具驱动器和设置在所述机械臂上以冗余地监测所述机械臂的状态并验证所述外科机器人工具的操作参数的至少两个传感器；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够：
基于来自所述第一传感器的读数来测量所述机械臂的第一物理特性；
基于来自所述第二传感器的读数来测量所述机械臂的第二物理特性；以及
基于所述机械臂的所述第一物理特性的第一测量值和所述第二物理特性的第二测量值来确定所述机械臂的状态。
41.根据权利要求40所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够：
确定所述机器人外科工具的操作；以及
基于所述机械臂的所测量的第一物理特性和第二物理特性来验证所述机器人外科工具的所述操作。
42.根据权利要求40所述的系统，其中所述中央控制电路被配置成能够基于所述第一物理参数实现所述第二物理特性的测量。
43.根据权利要求40所述的系统，其中所述第一传感器设置在无菌阻隔件的无菌区侧上的所述机器人外科工具上，并且所述第二传感器位于所述机械臂的位于所述无菌阻隔件的非无菌侧上的部分上。
44.根据权利要求40所述的系统，其中两种不同的物理特性包括马达扭矩、马达电流、所述马达的安装外壳中的应变、无菌阻隔件安装特征部上的应变、所述机械臂对所述手术台的反作用负载、所述患者相对于所述手术台的反作用负载、所述手术台上的负载分布、以及/或者所述机械臂或接合部内的扭矩或合力或其任何组合。
45.一种外科机器人系统，包括：
机械臂，所述机械臂包括：
机器人外科工具；
机器人外科工具驱动器，所述机器人外科工具驱动器位于托架内；
模块化可旋转马达组，所述模块化可旋转马达组位于无菌外壳中，所述模块化可旋转马达组包括马达；
电力传输系统，所述电力传输系统用于将电力传输到所述模块化可旋转马达组，其中所述电力传输系统电耦合到所述模块化可旋转马达组，而与所述模块化可旋转马达组相对于固定布线模块围绕所述马达组的主旋转轴线的取向无关；
通信电路；以及
中央控制电路，所述中央控制电路被配置成能够监测所述马达组；
其中所述电力传输系统、马达控制或数据监测中的至少一者包括有线连接，并且所述电力传输系统、马达控制或数据监测中的至少一者包括无线连接。
46.根据权利要求45所述的系统，还包括磁屏蔽件，以防止所述模块化可旋转马达组的所述无菌外壳外部的磁场干扰。
47.根据权利要求45所述的系统，其中所述电力传输还包括无线电力传输线圈布置，所述无线电力传输线圈布置包括电力发射器线圈和电力接收器线圈，以在所述外科机器人与所述模块化可旋转马达组之间传输电力。
48.根据权利要求47所述的系统，其中第一组电力发射器线圈和电力接收器线圈被定位在所述机器人外科工具驱动器托架内，并且第二组电力发射器线圈和电力接收器线圈当被安放在所述机器人外科工具驱动器中时在所述马达组内邻近所述第一组电力发射器线圈和电力接收器线圈定位，并且无菌阻隔件被定位所述第一组电力发射器线圈和电力接收器线圈和所述第二组电力发射器线圈和电力接收器线圈之间。
49.根据权利要求48所述的系统，其中所述电力发射器线圈和所述电力接收器线圈在所述马达所围绕旋转的轴线上具有同心构型。
50.根据权利要求47所述的系统，其中所述无线电力系统包括耦合到所述无线电力接收器线圈的电力加速器。
51.根据权利要求50所述的系统，其中所述无线电力系统包括电耦合到所述电力加速器、所述无线电力接收器线圈和马达控制电路的升压控制器。
52.根据权利要求45所述的系统，还包括可再充电中间蓄电池，以改善无线电力传输的容量与提供高电流汲取多马达同时操作的能力之间的配对关系。
53.根据权利要求52所述的系统，其中所述可再充电中间蓄电池位于所述马达组内以防止电力中断、电压骤降，并处理高电流汲取操作。
54.根据权利要求45所述的系统，其中所述有线连接包括布线控制外壳，所述布线控制外壳包括位于所述布线控制外壳内的弹簧偏置旋转线轴，以防止电线的捆绑或缠结。
55.一种半自主马达控制器，包括：
机械臂，所述机械臂包括机器人外科工具驱动器；
可旋转马达组，所述可旋转马达组包括外壳；
无线通信电路；
电力传输电路；
马达控制电路，所述马达控制电路被配置成能够经由所述无线通信电路无线地通信；
滑环连接器系统，所述滑环连接器系统包括设置在所述外壳的外部部分上的多个滑环电迹线，其中所述滑环连接器系统被配置成能够耦接到所述无线通信电路或所述电力传输电路；
多个弹簧加载的柱塞，所述多个弹簧加载的柱塞被配置成能够与所述对应的滑环电迹线进行电接触，以提供所述可旋转马达组的所述外壳的大于360°旋转；以及
蛤壳式外壳，所述蛤壳式外壳包括联接到机器人外科工具驱动器仓的非旋转接触接口连接器。
56.根据权利要求55所述的半自主马达控制器，其中所述无线通信电路或所述电力传输电路通过至少两个径向导线阵列耦合，所述至少两个径向导线阵列在第一阵列和第二阵列之间具有预定义对准。
57.根据权利要求56所述的半自主马达控制器，其中第一径向阵列被定位在所述机器人外科工具驱动器的一部分上，并且所述第二径向阵列联接到所述可旋转马达组。
58.根据权利要求56所述的半自主马达控制器，其中所述第一阵列和所述第二阵列之间的所述预定义对准垂直于由所述蛤壳式外壳限定的轴线。
59.根据权利要求56所述的半自主马达控制器，其中所述可旋转马达组、滑环连接器和弹簧加载的柱塞使得所述可旋转马达组能够相对于所述机器人外科工具驱动器旋转超过一整圈，并且维持所述第一阵列和所述第二阵列的对准。
CN202080046669.8A 2019-06-27 2020-06-03 具有安全和协同感测控制的机器人外科系统 Pending CN114072090A (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/454,737 2019-06-27
US16/454,707 US11547468B2 (en) 2019-06-27 2019-06-27 Robotic surgical system with safety and cooperative sensing control
US16/454,726 2019-06-27
US16/454,726 US11399906B2 (en) 2019-06-27 2019-06-27 Robotic surgical system for controlling close operation of end-effectors
US16/454,737 US11376082B2 (en) 2019-06-27 2019-06-27 Robotic surgical system with local sensing of functional parameters based on measurements of multiple physical inputs
US16/454,707 2019-06-27
PCT/IB2020/055251 WO2020260999A1 (en) 2019-06-27 2020-06-03 Robotic surgical system with safety and cooperative sensing control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114072090A true CN114072090A (zh) 2022-02-18

Family

ID=74044289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080046669.8A Pending CN114072090A (zh) 2019-06-27 2020-06-03 具有安全和协同感测控制的机器人外科系统

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11376082B2 (zh)
EP (1) EP3989861A1 (zh)
CN (1) CN114072090A (zh)
WO (1) WO2020260999A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210113218A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-22 Osteomed Llc Temperature sensor for a bone drill
WO2023221706A1 (zh) * 2022-05-16 2023-11-23 深圳康诺思腾科技有限公司 医疗器械、手术机器人及手术机器人的控制系统
WO2024046147A1 (zh) * 2022-08-31 2024-03-07 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 一种外科手术系统及力反馈方法

Families Citing this family (139)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070084897A1 (en) 2003-05-20 2007-04-19 Shelton Frederick E Iv Articulating surgical stapling instrument incorporating a two-piece e-beam firing mechanism
US9060770B2 (en) 2003-05-20 2015-06-23 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Robotically-driven surgical instrument with E-beam driver
US11890012B2 (en) 2004-07-28 2024-02-06 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising cartridge body and attached support
US11246590B2 (en) 2005-08-31 2022-02-15 Cilag Gmbh International Staple cartridge including staple drivers having different unfired heights
US10159482B2 (en) 2005-08-31 2018-12-25 Ethicon Llc Fastener cartridge assembly comprising a fixed anvil and different staple heights
US7669746B2 (en) 2005-08-31 2010-03-02 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Staple cartridges for forming staples having differing formed staple heights
US8186555B2 (en) 2006-01-31 2012-05-29 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Motor-driven surgical cutting and fastening instrument with mechanical closure system
US11793518B2 (en) 2006-01-31 2023-10-24 Cilag Gmbh International Powered surgical instruments with firing system lockout arrangements
US8708213B2 (en) 2006-01-31 2014-04-29 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical instrument having a feedback system
US7845537B2 (en) 2006-01-31 2010-12-07 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical instrument having recording capabilities
US8684253B2 (en) 2007-01-10 2014-04-01 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical instrument with wireless communication between a control unit of a robotic system and remote sensor
US20080169332A1 (en) 2007-01-11 2008-07-17 Shelton Frederick E Surgical stapling device with a curved cutting member
US11564682B2 (en) 2007-06-04 2023-01-31 Cilag Gmbh International Surgical stapler device
US8931682B2 (en) 2007-06-04 2015-01-13 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Robotically-controlled shaft based rotary drive systems for surgical instruments
US11849941B2 (en) 2007-06-29 2023-12-26 Cilag Gmbh International Staple cartridge having staple cavities extending at a transverse angle relative to a longitudinal cartridge axis
RU2493788C2 (ru) 2008-02-14 2013-09-27 Этикон Эндо-Серджери, Инк. Хирургический режущий и крепежный инструмент, имеющий радиочастотные электроды
US8210411B2 (en) 2008-09-23 2012-07-03 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Motor-driven surgical cutting instrument
US9386983B2 (en) 2008-09-23 2016-07-12 Ethicon Endo-Surgery, Llc Robotically-controlled motorized surgical instrument
US9005230B2 (en) 2008-09-23 2015-04-14 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Motorized surgical instrument
US8608045B2 (en) 2008-10-10 2013-12-17 Ethicon Endo-Sugery, Inc. Powered surgical cutting and stapling apparatus with manually retractable firing system
US11849952B2 (en) 2010-09-30 2023-12-26 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising staples positioned within a compressible portion thereof
US9386988B2 (en) 2010-09-30 2016-07-12 Ethicon End-Surgery, LLC Retainer assembly including a tissue thickness compensator
US9629814B2 (en) 2010-09-30 2017-04-25 Ethicon Endo-Surgery, Llc Tissue thickness compensator configured to redistribute compressive forces
US10945731B2 (en) 2010-09-30 2021-03-16 Ethicon Llc Tissue thickness compensator comprising controlled release and expansion
US9700317B2 (en) 2010-09-30 2017-07-11 Ethicon Endo-Surgery, Llc Fastener cartridge comprising a releasable tissue thickness compensator
US11812965B2 (en) 2010-09-30 2023-11-14 Cilag Gmbh International Layer of material for a surgical end effector
AU2012250197B2 (en) 2011-04-29 2017-08-10 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Staple cartridge comprising staples positioned within a compressible portion thereof
US9072535B2 (en) 2011-05-27 2015-07-07 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical stapling instruments with rotatable staple deployment arrangements
MX350846B (es) 2012-03-28 2017-09-22 Ethicon Endo Surgery Inc Compensador de grosor de tejido que comprende cápsulas que definen un ambiente de baja presión.
RU2014143258A (ru) 2012-03-28 2016-05-20 Этикон Эндо-Серджери, Инк. Компенсатор толщины ткани, содержащий множество слоев
US9101358B2 (en) 2012-06-15 2015-08-11 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Articulatable surgical instrument comprising a firing drive
US9289256B2 (en) 2012-06-28 2016-03-22 Ethicon Endo-Surgery, Llc Surgical end effectors having angled tissue-contacting surfaces
US20140001231A1 (en) 2012-06-28 2014-01-02 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Firing system lockout arrangements for surgical instruments
US20140005640A1 (en) 2012-06-28 2014-01-02 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical end effector jaw and electrode configurations
MX368026B (es) 2013-03-01 2019-09-12 Ethicon Endo Surgery Inc Instrumento quirúrgico articulable con vías conductoras para la comunicación de la señal.
US20150053746A1 (en) 2013-08-23 2015-02-26 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Torque optimization for surgical instruments
BR112016023807B1 (pt) 2014-04-16 2022-07-12 Ethicon Endo-Surgery, Llc Conjunto de cartucho de prendedores para uso com um instrumento cirúrgico
JP6636452B2 (ja) 2014-04-16 2020-01-29 エシコン エルエルシーＥｔｈｉｃｏｎ ＬＬＣ 異なる構成を有する延在部を含む締結具カートリッジ
US20150297222A1 (en) 2014-04-16 2015-10-22 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Fastener cartridges including extensions having different configurations
BR112016023825B1 (pt) 2014-04-16 2022-08-02 Ethicon Endo-Surgery, Llc Cartucho de grampos para uso com um grampeador cirúrgico e cartucho de grampos para uso com um instrumento cirúrgico
BR112017004361B1 (pt) 2014-09-05 2023-04-11 Ethicon Llc Sistema eletrônico para um instrumento cirúrgico
US9924944B2 (en) 2014-10-16 2018-03-27 Ethicon Llc Staple cartridge comprising an adjunct material
US10517594B2 (en) 2014-10-29 2019-12-31 Ethicon Llc Cartridge assemblies for surgical staplers
US10085748B2 (en) 2014-12-18 2018-10-02 Ethicon Llc Locking arrangements for detachable shaft assemblies with articulatable surgical end effectors
US11154301B2 (en) 2015-02-27 2021-10-26 Cilag Gmbh International Modular stapling assembly
US10441279B2 (en) 2015-03-06 2019-10-15 Ethicon Llc Multiple level thresholds to modify operation of powered surgical instruments
US10433844B2 (en) 2015-03-31 2019-10-08 Ethicon Llc Surgical instrument with selectively disengageable threaded drive systems
US10105139B2 (en) 2015-09-23 2018-10-23 Ethicon Llc Surgical stapler having downstream current-based motor control
US11890015B2 (en) 2015-09-30 2024-02-06 Cilag Gmbh International Compressible adjunct with crossing spacer fibers
US10285699B2 (en) 2015-09-30 2019-05-14 Ethicon Llc Compressible adjunct
US10292704B2 (en) 2015-12-30 2019-05-21 Ethicon Llc Mechanisms for compensating for battery pack failure in powered surgical instruments
US11213293B2 (en) 2016-02-09 2022-01-04 Cilag Gmbh International Articulatable surgical instruments with single articulation link arrangements
US10448948B2 (en) 2016-02-12 2019-10-22 Ethicon Llc Mechanisms for compensating for drivetrain failure in powered surgical instruments
US10357247B2 (en) 2016-04-15 2019-07-23 Ethicon Llc Surgical instrument with multiple program responses during a firing motion
US20170296173A1 (en) 2016-04-18 2017-10-19 Ethicon Endo-Surgery, Llc Method for operating a surgical instrument
US20180168625A1 (en) 2016-12-21 2018-06-21 Ethicon Endo-Surgery, Llc Surgical stapling instruments with smart staple cartridges
JP7010956B2 (ja) 2016-12-21 2022-01-26 エシコン エルエルシー 組織をステープル留めする方法
US10675026B2 (en) 2016-12-21 2020-06-09 Ethicon Llc Methods of stapling tissue
US10307170B2 (en) 2017-06-20 2019-06-04 Ethicon Llc Method for closed loop control of motor velocity of a surgical stapling and cutting instrument
US10779820B2 (en) 2017-06-20 2020-09-22 Ethicon Llc Systems and methods for controlling motor speed according to user input for a surgical instrument
US11484310B2 (en) 2017-06-28 2022-11-01 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising a shaft including a closure tube profile
USD906355S1 (en) 2017-06-28 2020-12-29 Ethicon Llc Display screen or portion thereof with a graphical user interface for a surgical instrument
US10932772B2 (en) 2017-06-29 2021-03-02 Ethicon Llc Methods for closed loop velocity control for robotic surgical instrument
US11944300B2 (en) 2017-08-03 2024-04-02 Cilag Gmbh International Method for operating a surgical system bailout
US11974742B2 (en) 2017-08-03 2024-05-07 Cilag Gmbh International Surgical system comprising an articulation bailout
US10842490B2 (en) 2017-10-31 2020-11-24 Ethicon Llc Cartridge body design with force reduction based on firing completion
US10779826B2 (en) 2017-12-15 2020-09-22 Ethicon Llc Methods of operating surgical end effectors
US11369368B2 (en) 2017-12-21 2022-06-28 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising synchronized drive systems
US11207065B2 (en) 2018-08-20 2021-12-28 Cilag Gmbh International Method for fabricating surgical stapler anvils
US11696761B2 (en) 2019-03-25 2023-07-11 Cilag Gmbh International Firing drive arrangements for surgical systems
US11903581B2 (en) 2019-04-30 2024-02-20 Cilag Gmbh International Methods for stapling tissue using a surgical instrument
US11376083B2 (en) 2019-06-27 2022-07-05 Cilag Gmbh International Determining robotic surgical assembly coupling status
US11607278B2 (en) 2019-06-27 2023-03-21 Cilag Gmbh International Cooperative robotic surgical systems
US11413102B2 (en) 2019-06-27 2022-08-16 Cilag Gmbh International Multi-access port for surgical robotic systems
US11399906B2 (en) 2019-06-27 2022-08-02 Cilag Gmbh International Robotic surgical system for controlling close operation of end-effectors
US11723729B2 (en) 2019-06-27 2023-08-15 Cilag Gmbh International Robotic surgical assembly coupling safety mechanisms
US11278362B2 (en) 2019-06-27 2022-03-22 Cilag Gmbh International Surgical instrument drive systems
US11369443B2 (en) 2019-06-27 2022-06-28 Cilag Gmbh International Method of using a surgical modular robotic assembly
US11547468B2 (en) 2019-06-27 2023-01-10 Cilag Gmbh International Robotic surgical system with safety and cooperative sensing control
US11207146B2 (en) 2019-06-27 2021-12-28 Cilag Gmbh International Surgical instrument drive systems with cable-tightening system
US11612445B2 (en) 2019-06-27 2023-03-28 Cilag Gmbh International Cooperative operation of robotic arms
US11684434B2 (en) 2019-06-28 2023-06-27 Cilag Gmbh International Surgical RFID assemblies for instrument operational setting control
US11350938B2 (en) 2019-06-28 2022-06-07 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising an aligned rfid sensor
US11771419B2 (en) 2019-06-28 2023-10-03 Cilag Gmbh International Packaging for a replaceable component of a surgical stapling system
US11701111B2 (en) 2019-12-19 2023-07-18 Cilag Gmbh International Method for operating a surgical stapling instrument
US20210268649A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 Ati Industrial Automation, Inc. Controlling Contact Force in a Machine Tool
US11660090B2 (en) 2020-07-28 2023-05-30 Cllag GmbH International Surgical instruments with segmented flexible drive arrangements
USD1013170S1 (en) 2020-10-29 2024-01-30 Cilag Gmbh International Surgical instrument assembly
US11896217B2 (en) 2020-10-29 2024-02-13 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising an articulation lock
US11779330B2 (en) 2020-10-29 2023-10-10 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising a jaw alignment system
US11931025B2 (en) 2020-10-29 2024-03-19 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising a releasable closure drive lock
US11744581B2 (en) 2020-12-02 2023-09-05 Cilag Gmbh International Powered surgical instruments with multi-phase tissue treatment
US11737751B2 (en) 2020-12-02 2023-08-29 Cilag Gmbh International Devices and methods of managing energy dissipated within sterile barriers of surgical instrument housings
US11849943B2 (en) 2020-12-02 2023-12-26 Cilag Gmbh International Surgical instrument with cartridge release mechanisms
US11944296B2 (en) 2020-12-02 2024-04-02 Cilag Gmbh International Powered surgical instruments with external connectors
US11890010B2 (en) 2020-12-02 2024-02-06 Cllag GmbH International Dual-sided reinforced reload for surgical instruments
US11793514B2 (en) 2021-02-26 2023-10-24 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising sensor array which may be embedded in cartridge body
US11701113B2 (en) * 2021-02-26 2023-07-18 Cilag Gmbh International Stapling instrument comprising a separate power antenna and a data transfer antenna
US11730473B2 (en) 2021-02-26 2023-08-22 Cilag Gmbh International Monitoring of manufacturing life-cycle
US11696757B2 (en) 2021-02-26 2023-07-11 Cilag Gmbh International Monitoring of internal systems to detect and track cartridge motion status
US11950777B2 (en) 2021-02-26 2024-04-09 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising an information access control system
US11812964B2 (en) 2021-02-26 2023-11-14 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising a power management circuit
US11749877B2 (en) 2021-02-26 2023-09-05 Cilag Gmbh International Stapling instrument comprising a signal antenna
US11723657B2 (en) 2021-02-26 2023-08-15 Cilag Gmbh International Adjustable communication based on available bandwidth and power capacity
US20220273303A1 (en) * 2021-02-26 2022-09-01 Ethicon Llc Staple cartridge comrising a sensing array and a temperature control system
US11744583B2 (en) 2021-02-26 2023-09-05 Cilag Gmbh International Distal communication array to tune frequency of RF systems
US11751869B2 (en) 2021-02-26 2023-09-12 Cilag Gmbh International Monitoring of multiple sensors over time to detect moving characteristics of tissue
EP4304509A2 (en) * 2021-03-11 2024-01-17 Covidien LP Surgical robotic system for realignment of wristed instruments
US11717291B2 (en) 2021-03-22 2023-08-08 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising staples configured to apply different tissue compression
US11826042B2 (en) 2021-03-22 2023-11-28 Cilag Gmbh International Surgical instrument comprising a firing drive including a selectable leverage mechanism
US11826012B2 (en) 2021-03-22 2023-11-28 Cilag Gmbh International Stapling instrument comprising a pulsed motor-driven firing rack
US11759202B2 (en) 2021-03-22 2023-09-19 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising an implantable layer
US11737749B2 (en) 2021-03-22 2023-08-29 Cilag Gmbh International Surgical stapling instrument comprising a retraction system
US11806011B2 (en) 2021-03-22 2023-11-07 Cilag Gmbh International Stapling instrument comprising tissue compression systems
US11723658B2 (en) 2021-03-22 2023-08-15 Cilag Gmbh International Staple cartridge comprising a firing lockout
US11786239B2 (en) 2021-03-24 2023-10-17 Cilag Gmbh International Surgical instrument articulation joint arrangements comprising multiple moving linkage features
US11832816B2 (en) 2021-03-24 2023-12-05 Cilag Gmbh International Surgical stapling assembly comprising nonplanar staples and planar staples
US11896218B2 (en) 2021-03-24 2024-02-13 Cilag Gmbh International Method of using a powered stapling device
US11903582B2 (en) 2021-03-24 2024-02-20 Cilag Gmbh International Leveraging surfaces for cartridge installation
US11857183B2 (en) 2021-03-24 2024-01-02 Cilag Gmbh International Stapling assembly components having metal substrates and plastic bodies
US11849945B2 (en) 2021-03-24 2023-12-26 Cilag Gmbh International Rotary-driven surgical stapling assembly comprising eccentrically driven firing member
US11896219B2 (en) 2021-03-24 2024-02-13 Cilag Gmbh International Mating features between drivers and underside of a cartridge deck
US11793516B2 (en) 2021-03-24 2023-10-24 Cilag Gmbh International Surgical staple cartridge comprising longitudinal support beam
US11744603B2 (en) 2021-03-24 2023-09-05 Cilag Gmbh International Multi-axis pivot joints for surgical instruments and methods for manufacturing same
US11786243B2 (en) 2021-03-24 2023-10-17 Cilag Gmbh International Firing members having flexible portions for adapting to a load during a surgical firing stroke
US11849944B2 (en) 2021-03-24 2023-12-26 Cilag Gmbh International Drivers for fastener cartridge assemblies having rotary drive screws
EP4319672A1 (en) * 2021-04-08 2024-02-14 Covidien LP Surgical instruments, systems and attachments therefor utilizing vibration feedback
EP4322882A1 (en) * 2021-04-14 2024-02-21 Covidien LP Robotic remote center of motion with active portal/trocar manipulation
US11826047B2 (en) 2021-05-28 2023-11-28 Cilag Gmbh International Stapling instrument comprising jaw mounts
CN113491573A (zh) * 2021-06-08 2021-10-12 汕头大学医学院第一附属医院 一种组合式电外科手术器械
US11931026B2 (en) 2021-06-30 2024-03-19 Cilag Gmbh International Staple cartridge replacement
US11974829B2 (en) 2021-06-30 2024-05-07 Cilag Gmbh International Link-driven articulation device for a surgical device
WO2023052936A1 (en) * 2021-09-29 2023-04-06 Cilag Gmbh International Systems for controlling cooperative surgical instruments with variable surgical site access trajectories
US20230096268A1 (en) * 2021-09-29 2023-03-30 Cilag Gmbh International Methods for Controlling Cooperative Surgical Instruments
US11937816B2 (en) 2021-10-28 2024-03-26 Cilag Gmbh International Electrical lead arrangements for surgical instruments
US11686028B1 (en) * 2021-12-30 2023-06-27 CreateMe Technologies LLC System and method for automated joining of fabric pieces
CN114800495B (zh) * 2022-04-14 2023-07-04 深圳职业技术学院 一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统
CN114947950B (zh) * 2022-08-01 2022-10-28 中国科学院自动化研究所 并联超声机器人及超声诊疗系统
WO2024031099A1 (en) * 2022-08-05 2024-02-08 Liquid Wire Llc Devices, systems, and methods for pressure mapping a foot of a user

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120101488A1 (en) * 2010-10-26 2012-04-26 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical instrument with magnetic clamping force
US20160256184A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-08 Ethicon Endo-Surgery, Llc Powered surgical instrument
CN108135588A (zh) * 2015-09-23 2018-06-08 伊西康有限责任公司 具有基于与马达电流相关的电气参数的马达控件的外科缝合器
CN108174626A (zh) * 2015-09-23 2018-06-15 伊西康有限责任公司 具有基于力的马达控件的外科缝合器
US20190059986A1 (en) * 2017-08-29 2019-02-28 Ethicon Llc Methods, systems, and devices for controlling electrosurgical tools

Family Cites Families (121)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5383860A (en) 1993-03-02 1995-01-24 M.I.S. Technology International, Inc. Two-part conductive cannula with adaptive disposable non-invasive element
US5662615A (en) 1995-09-01 1997-09-02 Blake, Iii; Joseph W. Valve and valve cartridge for trocar
US5807338A (en) 1995-10-20 1998-09-15 United States Surgical Corporation Modular trocar system and methods of assembly
US6331181B1 (en) 1998-12-08 2001-12-18 Intuitive Surgical, Inc. Surgical robotic tools, data architecture, and use
EP1473049B1 (en) 1997-05-28 2006-08-23 United States Surgical Corporation Trocar seal system
US6537290B2 (en) 2001-03-05 2003-03-25 Edwards Lifesciences Corporation Sealing access cannula system
US7083626B2 (en) 2002-10-04 2006-08-01 Applied Medical Resources Corporation Surgical access device with pendent valve
US20050059934A1 (en) 2003-04-25 2005-03-17 Thomas Wenchell Surgical access apparatus
US7134587B2 (en) 2003-12-30 2006-11-14 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Knife retraction arm for a curved cutter stapler
US7479106B2 (en) 2004-09-30 2009-01-20 Boston Scientific Scimed, Inc. Automated control of irrigation and aspiration in a single-use endoscope
US7163525B2 (en) 2004-12-17 2007-01-16 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Duckbill seal protector
US8444602B2 (en) 2005-09-09 2013-05-21 Cook Medical Technologies Llc Hemostatic valve system
WO2007075844A1 (en) 2005-12-20 2007-07-05 Intuitive Surgical, Inc. Telescoping insertion axis of a robotic surgical system
EP2037794B1 (en) 2006-06-13 2021-10-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Minimally invasive surgical system
US7995045B2 (en) 2007-04-13 2011-08-09 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Combined SBI and conventional image processor
US8931682B2 (en) 2007-06-04 2015-01-13 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Robotically-controlled shaft based rotary drive systems for surgical instruments
US7982776B2 (en) 2007-07-13 2011-07-19 Ethicon Endo-Surgery, Inc. SBI motion artifact removal apparatus and method
US9526407B2 (en) 2008-04-25 2016-12-27 Karl Storz Imaging, Inc. Wirelessly powered medical devices and instruments
US8197446B2 (en) 2008-06-25 2012-06-12 Tyco Healthcare Group Lp Access cannula with hinge restrictor
US8054184B2 (en) 2008-07-31 2011-11-08 Intuitive Surgical Operations, Inc. Identification of surgical instrument attached to surgical robot
US20110306840A1 (en) 2009-01-30 2011-12-15 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Controllable magnetic source to fixture intracorporeal apparatus.
US8491533B2 (en) 2009-10-08 2013-07-23 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Trocar assembly
US8951248B2 (en) 2009-10-09 2015-02-10 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical generator for ultrasonic and electrosurgical devices
US9107684B2 (en) 2010-03-05 2015-08-18 Covidien Lp System and method for transferring power to intrabody instruments
JP2011194011A (ja) 2010-03-19 2011-10-06 Fujifilm Corp 画像撮像装置
KR101911843B1 (ko) 2010-08-02 2018-10-25 더 존스 홉킨스 유니버시티 도구 교환 인터페이스 및 협동 수술 로봇들용 제어 알고리즘
DE102010043584A1 (de) 2010-11-08 2012-05-10 Kuka Laboratories Gmbh Medizinscher Arbeitsplatz
US9072535B2 (en) 2011-05-27 2015-07-07 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical stapling instruments with rotatable staple deployment arrangements
US8912746B2 (en) 2011-10-26 2014-12-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgical instrument motor pack latch
US11871901B2 (en) 2012-05-20 2024-01-16 Cilag Gmbh International Method for situational awareness for surgical network or surgical network connected device capable of adjusting function based on a sensed situation or usage
US9597104B2 (en) 2012-06-01 2017-03-21 Covidien Lp Handheld surgical handle assembly, surgical adapters for use between surgical handle assembly and surgical end effectors, and methods of use
US10039440B2 (en) 2012-06-11 2018-08-07 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for cleaning a minimally invasive instrument
US9561038B2 (en) 2012-06-28 2017-02-07 Ethicon Endo-Surgery, Llc Interchangeable clip applier
US9072536B2 (en) 2012-06-28 2015-07-07 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Differential locking arrangements for rotary powered surgical instruments
US20140005718A1 (en) 2012-06-28 2014-01-02 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Multi-functional powered surgical device with external dissection features
US9572552B1 (en) 2012-08-09 2017-02-21 Integrated Medical Systems International, Inc. Battery pack for power surgical hand piece with heat dissipating means
US9106270B2 (en) 2012-10-02 2015-08-11 Covidien Lp Transmitting data across a patient isolation barrier using an electric-field capacitive coupler module
US10582832B2 (en) 2013-01-17 2020-03-10 Stryker Corporation System for altering functions of at least one surgical device dependent upon information saved in an endoscope related to the endoscope
EP2950702B1 (en) 2013-01-29 2017-08-16 Olympus Corporation Endoscope
US10098527B2 (en) 2013-02-27 2018-10-16 Ethidcon Endo-Surgery, Inc. System for performing a minimally invasive surgical procedure
US9345481B2 (en) 2013-03-13 2016-05-24 Ethicon Endo-Surgery, Llc Staple cartridge tissue thickness sensor system
JP6541640B2 (ja) 2013-03-15 2019-07-10 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド ソフトウェア構成可能なマニピュレータ自由度
US10149680B2 (en) 2013-04-16 2018-12-11 Ethicon Llc Surgical instrument comprising a gap setting system
US10588706B2 (en) 2013-08-05 2020-03-17 Intuitive Surgical Operations, Inc. Devices, systems, and methods for surgical instrument reprocessing
US9937626B2 (en) 2013-12-11 2018-04-10 Covidien Lp Wrist and jaw assemblies for robotic surgical systems
US10213266B2 (en) 2014-02-07 2019-02-26 Covidien Lp Robotic surgical assemblies and adapter assemblies thereof
EP3581138B1 (en) 2014-03-17 2022-10-05 Intuitive Surgical Operations, Inc. Latch to secure teleoperated surgical instrument to actuator
US10164466B2 (en) 2014-04-17 2018-12-25 Covidien Lp Non-contact surgical adapter electrical interface
CN106456257B (zh) 2014-05-13 2019-11-05 柯惠Lp公司 手术机器人手臂支撑系统及使用方法
CA2957832A1 (en) 2014-08-13 2016-02-18 Covidien Lp Robotically controlling mechanical advantage gripping
US9737301B2 (en) 2014-09-05 2017-08-22 Ethicon Llc Monitoring device degradation based on component evaluation
JP6634446B2 (ja) 2014-10-23 2020-01-22 コヴィディエン リミテッド パートナーシップ 外科手術用ポートアセンブリを使用して外科手術用器具を制御する方法および装置
US10052044B2 (en) 2015-03-06 2018-08-21 Ethicon Llc Time dependent evaluation of sensor data to determine stability, creep, and viscoelastic elements of measures
AU2016229868B2 (en) 2015-03-10 2020-03-12 Covidien Lp Robotic surgical systems, instrument drive units, and drive assemblies
CA2977413A1 (en) 2015-03-10 2016-09-15 Covidien Lp Measuring health of a connector member of a robotic surgical system
US10653489B2 (en) 2015-05-11 2020-05-19 Covidien Lp Coupling instrument drive unit and robotic surgical instrument
CA2987061C (en) 2015-06-08 2024-01-02 Covidien Lp Mounting device for surgical systems and method of use
WO2016201303A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 The Johns Hopkins University Cooperatively-controlled surgical robotic system with redundant force sensing
CN112294439A (zh) 2015-06-16 2021-02-02 柯惠Lp公司 机器人外科手术系统扭矩传感感测
CN107771063B (zh) 2015-06-19 2020-12-04 柯惠Lp公司 机器人外科手术组件
CN107787207B (zh) 2015-06-19 2021-05-25 柯惠Lp公司 利用双向耦接控制机器人手术器械
US10779897B2 (en) 2015-06-23 2020-09-22 Covidien Lp Robotic surgical assemblies
EP3346940B1 (en) 2015-09-11 2021-08-18 Covidien LP Robotic surgical system control scheme for manipulating robotic end effctors
EP3352700A4 (en) 2015-09-25 2019-07-03 Covidien LP ELASTIC SURGICAL INTERFACE FOR SURGICAL ROBOTIC SYSTEMS
WO2017053358A1 (en) 2015-09-25 2017-03-30 Covidien Lp Surgical robotic assemblies and instrument adapters thereof
US10898280B2 (en) 2015-09-25 2021-01-26 Covidien Lp Robotic surgical assemblies and electromechanical instruments thereof
US10806454B2 (en) 2015-09-25 2020-10-20 Covidien Lp Robotic surgical assemblies and instrument drive connectors thereof
US11058475B2 (en) 2015-09-30 2021-07-13 Cilag Gmbh International Method and apparatus for selecting operations of a surgical instrument based on user intention
US10058393B2 (en) 2015-10-21 2018-08-28 P Tech, Llc Systems and methods for navigation and visualization
EP3367948B1 (en) 2015-10-30 2024-04-24 Covidien LP Haptic fedback controls for a robotic surgical system interface
EP3397189A4 (en) 2015-12-29 2019-09-04 Covidien LP ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS AND INSTRUMENT DRIVE ASSEMBLIES
US11229450B2 (en) 2016-01-15 2022-01-25 Cilag Gmbh International Modular battery powered handheld surgical instrument with motor drive
US11229471B2 (en) 2016-01-15 2022-01-25 Cilag Gmbh International Modular battery powered handheld surgical instrument with selective application of energy based on tissue characterization
JP6886982B2 (ja) 2016-02-26 2021-06-16 コヴィディエン リミテッド パートナーシップ ロボット手術システム及びそのロボットアーム
US11607239B2 (en) 2016-04-15 2023-03-21 Cilag Gmbh International Systems and methods for controlling a surgical stapling and cutting instrument
CN109152614B (zh) 2016-05-26 2021-09-10 柯惠Lp公司 器械驱动单元
EP3463147A4 (en) 2016-05-26 2020-01-22 Covidien LP ROBOTIC SURGICAL ARRANGEMENTS AND INSTRUMENT DRIVE UNITS THEREFOR
CN109152617B (zh) 2016-05-26 2021-11-02 柯惠Lp公司 机器人手术组合件
CA3023280A1 (en) 2016-06-03 2017-12-07 Covidien Lp Robotic surgical assemblies and instrument drive units thereof
JP7079238B2 (ja) 2016-07-14 2022-06-01 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 機械的ロックアウトを有する滅菌アダプタを含む手術装置
US10231775B2 (en) 2016-08-16 2019-03-19 Ethicon Llc Robotic surgical system with tool lift control
US10390895B2 (en) 2016-08-16 2019-08-27 Ethicon Llc Control of advancement rate and application force based on measured forces
US10398517B2 (en) 2016-08-16 2019-09-03 Ethicon Llc Surgical tool positioning based on sensed parameters
US10813703B2 (en) 2016-08-16 2020-10-27 Ethicon Llc Robotic surgical system with energy application controls
CN109996507B (zh) 2016-11-11 2023-04-04 直观外科手术操作公司 具有手术器械磨损跟踪的远程操作手术系统
US10881399B2 (en) 2017-06-20 2021-01-05 Ethicon Llc Techniques for adaptive control of motor velocity of a surgical stapling and cutting instrument
US11298128B2 (en) 2017-06-28 2022-04-12 Cilag Gmbh International Surgical system couplable with staple cartridge and radio frequency cartridge, and method of using same
US10932772B2 (en) 2017-06-29 2021-03-02 Ethicon Llc Methods for closed loop velocity control for robotic surgical instrument
US20200405421A1 (en) 2017-07-31 2020-12-31 Transenterix Surgical, Inc. Contactless data and power transmission for surgical robotic system
US10743872B2 (en) 2017-09-29 2020-08-18 Ethicon Llc System and methods for controlling a display of a surgical instrument
US10751087B2 (en) 2017-09-29 2020-08-25 Ethicon Llc Radial biasing devices for trocar assembly
US11969142B2 (en) 2017-12-28 2024-04-30 Cilag Gmbh International Method of compressing tissue within a stapling device and simultaneously displaying the location of the tissue within the jaws
US11559308B2 (en) 2017-12-28 2023-01-24 Cilag Gmbh International Method for smart energy device infrastructure
US11304699B2 (en) 2017-12-28 2022-04-19 Cilag Gmbh International Method for adaptive control schemes for surgical network control and interaction
US11576677B2 (en) 2017-12-28 2023-02-14 Cilag Gmbh International Method of hub communication, processing, display, and cloud analytics
US11109866B2 (en) 2017-12-28 2021-09-07 Cilag Gmbh International Method for circular stapler control algorithm adjustment based on situational awareness
US20190206564A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Method for facility data collection and interpretation
US11589888B2 (en) 2017-12-28 2023-02-28 Cilag Gmbh International Method for controlling smart energy devices
US11559307B2 (en) 2017-12-28 2023-01-24 Cilag Gmbh International Method of robotic hub communication, detection, and control
US11389164B2 (en) 2017-12-28 2022-07-19 Cilag Gmbh International Method of using reinforced flexible circuits with multiple sensors to optimize performance of radio frequency devices
US20190201594A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Method of sensing particulate from smoke evacuated from a patient, adjusting the pump speed based on the sensed information, and communicating the functional parameters of the system to the hub
US20190206569A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Method of cloud based data analytics for use with the hub
US11937769B2 (en) 2017-12-28 2024-03-26 Cilag Gmbh International Method of hub communication, processing, storage and display
US11659023B2 (en) 2017-12-28 2023-05-23 Cilag Gmbh International Method of hub communication
US20190201045A1 (en) 2017-12-28 2019-07-04 Ethicon Llc Method for smoke evacuation for surgical hub
US10166082B1 (en) 2018-05-18 2019-01-01 Verb Surgical Inc. System and method for controlling a robotic wrist
US20200015907A1 (en) * 2018-07-16 2020-01-16 Ethicon Llc Integration of imaging data
US11419616B2 (en) * 2019-03-22 2022-08-23 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11278362B2 (en) 2019-06-27 2022-03-22 Cilag Gmbh International Surgical instrument drive systems
US11376083B2 (en) 2019-06-27 2022-07-05 Cilag Gmbh International Determining robotic surgical assembly coupling status
US11723729B2 (en) 2019-06-27 2023-08-15 Cilag Gmbh International Robotic surgical assembly coupling safety mechanisms
US11547468B2 (en) 2019-06-27 2023-01-10 Cilag Gmbh International Robotic surgical system with safety and cooperative sensing control
US11612445B2 (en) 2019-06-27 2023-03-28 Cilag Gmbh International Cooperative operation of robotic arms
US11207146B2 (en) 2019-06-27 2021-12-28 Cilag Gmbh International Surgical instrument drive systems with cable-tightening system
US11413102B2 (en) 2019-06-27 2022-08-16 Cilag Gmbh International Multi-access port for surgical robotic systems
US11369443B2 (en) 2019-06-27 2022-06-28 Cilag Gmbh International Method of using a surgical modular robotic assembly
US11399906B2 (en) 2019-06-27 2022-08-02 Cilag Gmbh International Robotic surgical system for controlling close operation of end-effectors
US20200405401A1 (en) 2019-06-27 2020-12-31 Ethicon Llc Visualization system with automatic contamination detection and cleaning controls
US11013569B2 (en) 2019-06-27 2021-05-25 Cilag Gmbh International Surgical systems with interchangeable motor packs
US11607278B2 (en) 2019-06-27 2023-03-21 Cilag Gmbh International Cooperative robotic surgical systems
US20200405415A1 (en) 2019-06-27 2020-12-31 Ethicon Llc Heat exchange systems for robotic surgical systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120101488A1 (en) * 2010-10-26 2012-04-26 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical instrument with magnetic clamping force
US20160256184A1 (en) * 2015-03-06 2016-09-08 Ethicon Endo-Surgery, Llc Powered surgical instrument
CN108135588A (zh) * 2015-09-23 2018-06-08 伊西康有限责任公司 具有基于与马达电流相关的电气参数的马达控件的外科缝合器
CN108174626A (zh) * 2015-09-23 2018-06-15 伊西康有限责任公司 具有基于力的马达控件的外科缝合器
US20190059986A1 (en) * 2017-08-29 2019-02-28 Ethicon Llc Methods, systems, and devices for controlling electrosurgical tools

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210113218A1 (en) * 2019-10-16 2021-04-22 Osteomed Llc Temperature sensor for a bone drill
US11553931B2 (en) * 2019-10-16 2023-01-17 Osteomed Llc Temperature sensor for a bone drill
WO2023221706A1 (zh) * 2022-05-16 2023-11-23 深圳康诺思腾科技有限公司 医疗器械、手术机器人及手术机器人的控制系统
WO2024046147A1 (zh) * 2022-08-31 2024-03-07 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 一种外科手术系统及力反馈方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11376082B2 (en) 2022-07-05
WO2020260999A1 (en) 2020-12-30
EP3989861A1 (en) 2022-05-04
US20230320776A1 (en) 2023-10-12
US20200405405A1 (en) 2020-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11376082B2 (en) Robotic surgical system with local sensing of functional parameters based on measurements of multiple physical inputs
US11547468B2 (en) Robotic surgical system with safety and cooperative sensing control
US11399906B2 (en) Robotic surgical system for controlling close operation of end-effectors
CN111566743B (zh) 用于检测端部执行器组织分布不规则性的外科系统
JP7225247B2 (ja) ロボット支援型外科用プラットホームのための感知構成
EP3506274B1 (en) Surgical systems for detecting end effector tissue distribution irregularities
JP7258891B2 (ja) ロボット支援外科用プラットフォームのための自動ツール調整
US20220287782A1 (en) Method of using a surgical modular robotic assembly
JP7322032B2 (ja) 発射又はクランプの感知されたパラメータに基づいて、切断部材の力、前進速度、及び全体的なストロークを調節するように構成された、動力式ステープル留め装置
JP7263367B2 (ja) 外科用器具カートリッジセンサアセンブリ
JP7322030B2 (ja) 可変出力カートリッジセンサアセンブリ
US11376083B2 (en) Determining robotic surgical assembly coupling status
US20200405408A1 (en) Robotic surgical assembly coupling safety mechanisms
CN111542894B (zh) 用于智能电动外科缝合的安全系统
CN111527562A (zh) 用于机器人辅助外科平台的驱动布置
US20200405415A1 (en) Heat exchange systems for robotic surgical systems
JP2023106542A (ja) 周術期情報に基づいてエンドエフェクタパラメータを調節するためのシステム
CN111512388B (zh) 用于智能电动外科缝合的安全系统
JP7263365B2 (ja) 分離可能なアレイ要素を有する容量結合型リターンパスパッド
CN111556728B (zh) 根据感测到的闭合参数控制外科器械
CN111511306A (zh) 具有组织标记组件的外科器械

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination