CN114746044A - 检测手术机器人系统中的触发 - Google Patents

Abstract

一种手术机器人系统，所述手术机器人系统用于识别所述手术机器人系统中的条件的触发，所述系统包括：第一机器人臂；控制器；以及第一布线装置，所述第一布线装置被配置成提供所述第一机器人臂与所述控制器之间的电连接，所述第一布线装置包括：第一电联接件，所述第一电联接件包括被配置成产生选择性电断开的电路；第二电联接件；第一传感器，所述第一传感器被配置成测量来自所述第一电联接件的第一电输出；和第二传感器，所述第二传感器被配置成测量来自所述第二电联接件的第二电输出；其中所述控制器被配置成通过比较所述第一电输出和所述第二电输出来检测所述条件的触发。

Description

检测手术机器人系统中的触发

技术领域

本发明涉及控制机器人臂，并且具体地涉及检测机器人臂中的保护性停止功能的激活。

背景技术

目前正在开发用于对人类患者执行手术的手术机器人系统。这些系统通常包括具有由外科医生远程控制的机器人臂的一个或多个手术机器人。外科医生从控制台后面控制各个手术机器人，并且使用这些机器人操纵患者的身体。手术机器人系统的使用为患者提供了许多优点，包括住院时间更短、疼痛和不适减少、恢复时间更快和疤痕最小。然而，为了使这些机器人成为人类外科医生的可行备选和替代，它们必须耐受错误，并且必须能够在他们操作时执行高水平的系统控制。

被设计成在手术机器人系统内使用的手术机器人可包括保护性停止机制，该保护性停止机制被引入以确保在遇到特定触发条件时可以安全地停止机器人。触发条件可以在机器人外部，例如机器人与机器人系统中的另一机器人的预期碰撞，或者替代性地，也可以在机器人内部，例如电缆故障。当保护性停止被激活时，机器人的运动停止，但电流继续流过其电机。如果在手术期间激活保护性停止，该功能为外科医生提供解决触发条件的时间窗口，如果这是可行的，则不使患者受到可能因紧急停止引起的伤害。为了给系统施加保护性停止，必须有用于检测该功能已在一个或多个手术机器人中激活的设备。

发明内容

根据第一方面，提供一种手术机器人系统，所述手术机器人系统用于识别所述手术机器人系统中的条件的触发，所述系统包括：第一机器人臂；控制器；以及第一布线装置，所述第一布线装置被配置成提供所述第一机器人臂与所述控制器之间的电连接，所述第一布线装置包括：第一电联接件，所述第一电联接件包括被配置成产生选择性电断开的电路；第二电联接件；第一传感器，所述第一传感器被配置成测量来自所述第一电联接件的第一电输出；以及第二传感器，所述第二传感器被配置成测量来自所述第二电联接件的第二电输出；其中所述控制器被配置成通过比较所述第一电输出和所述第二电输出来检测所述条件的触发。

所述第一电联接件还可以包括第一电缆对和第二电缆对。

所述第二电联接件还可以包括第三电缆对和第四电缆对。

所述电缆对可以是以太网对。

所述第一电联接件的电路可包括开关，所述开关被配置成使得当其未激活时，处于闭合配置。

所述第一电联接件的电路还可以包括被配置成改变通过所述电路的电流的限制器。

所述第二电联接件还可以包括固定电阻器。

所述控制器可以被配置成响应于由所述手术机器人发出保护性停止功能而检测所述条件的触发。

所述控制器可包括在外科医生控制台内。

所述系统还可以包括多个机器人臂。

所述第一布线装置可以在第一端处连接到第二布线装置并且在第二端处连接到第三布线装置，其中；所述第二布线装置被配置成提供第二机器人臂与所述控制器之间的电连接；以及所述第三布线装置被配置成提供第三机器人臂与所述控制器之间的电连接。

所述第一布线装置可以与所述第二布线装置和所述第三布线装置两者电隔离。

所述第一布线装置可以通过变压器分别在所述第一端和所述第二端处联接到所述第二布线装置和所述第三布线装置。

所述第一布线装置、所述第二布线装置和所述第三布线装置的电联接件可以并联地布置。

所述第一传感器可以被配置成检测所述第一电联接件中的选择性电断开。

所述第二传感器可以被配置成提供所述第一机器人臂电连接到所述手术机器人的指示。

所述第一电流可以施加到所述第一电联接件，并且第二电流可以施加到所述第二电联接件，所述第一电流和所述第二电流数值相等。

所述第一电输出和所述第二电输出可以是电压。

所述第一电输出和所述第二电输出可以是电流。

根据第二方面，提供了一种用于检测手术机器人系统中的条件的触发的方法，所述方法包括：将第一电流施加到第一布线装置的第一电联接件，所述第一布线装置被配置成提供所述第一机器人臂与控制器之间的电连接，所述第一电联接件包括被配置成产生选择性电断开的电路；将第二电流施加到所述第一布线装置的第二电联接件；测量来自所述第一电联接件的第一电输出；测量来自所述第二电联接件的第二电输出；以及通过比较所述第一电输出和所述第二电输出来检测所述条件的触发。

具体实施方式

现在将参考附图以举例的方式描述本发明。在附图中：

图1示出了手术机器人系统；

图2示出了用于识别手术机器人中的保护性停止的激活的系统；

图3示出了用于识别包括多个手术机器人的手术机器人系统中的保护性停止的激活的系统；

图4示出了图3中图示的手术机器人系统的更详细实例；

图5示出了图4中图示的手术机器人系统的实例的电路图；

图6示出了图4中图示的手术机器人系统的替代实例的电路图；

图7是图示用于识别保护性停止功能的触发的方法的流程图。

以下公开内容涉及图1中所示的类型的手术机器人系统100。机器人系统100用于对患者101执行手术，并且包括多个手术机器人102、103、104。尽管在图1中机器人系统被图示为包括三个手术机器人，但应了解，所述系统可替代地包括任何数目个手术机器人。每个手术机器人102、103、104包括用于对患者101执行手术的机器人臂105、106、107以及用于检测关于臂的内部或外部故障的感测电路。机器人102、103、104还经由例如电缆108、109、110的电连接连接到外科医生控制台111。外科医生控制台111由外科医生112操作，并且用于控制手术机器人102、103、104的机器人臂105、106、107的移动。

手术机器人102、103、104各自包括保护性停止，该保护性停止被配置成在检测到触发条件时停止每个机器人的相应臂105、106、107相对于患者101的移动。保护性停止功能不同于紧急停止功能，因为当它停止机器人的运动时，仍然存在通过其电路的电流。此功能对于在具有手术应用的机器人中使用是重要的，因为当触发保护性停止时，机器人可能在患者的体内。因此，优选的是手术机器人的臂保持在适当位置并且不仅仅被关闭，这可能对患者造成不希望的伤害。触发条件可以由位于每个臂上的感测电路检测到触发条件来自动激活。替代地，在外科医生或手术室工作人员观察到预期触发条件时，可以激活保护性停止。手术机器人系统的每个手术机器人102、103、104都应包括其自身的保护性停止，使得可以独立地评估和考虑每个机器人的安全性。每个机器人的保护性停止必须具有防故障功能，这样，如果机器人的任何部件出现故障，就可以安全地停止。

如果手术机器人系统中的手术机器人102、103、104中的一个的保护性停止失效，除了停止未能确保针对一个机器人检测到的错误不会影响其它机器人的操作的机器人之外，停止系统的剩余机器人也很重要。除此之外，向整个系统施加保护性停止将允许外科医生有时间解决已经激活保护性停止功能的触发，而不必继续操作系统。

图2示出了用于检测手术机器人中的保护性停止的激活的示例性系统200。此示例性系统包括电连接到外科医生控制台202的一个手术机器人201。在此实例中，系统200的一些部件包括在手术机器人201内，其它部件包括在外科医生控制台202内。手术机器人201可以对应于如图1所示的机器人102、103、104中的任一个，外科医生控制台202可以对应于控制台111。系统的手术机器人201包括机器人臂203和第一布线装置204。第一布线装置204电连接到机器人臂203和外科医生控制台202两者。布线装置204还包括第一电联接件205和第二电联接件206。第一电联接件205包括被配置成产生选择性电断开的电路207。虽然布线装置204在图2中图示为包括在手术机器人201内，但应了解，此布线装置的一个或多个部件可替代地位于手术机器人外部。

手术机器人201还包括保护性停止，该保护性停止被配置成在检测到触发条件时停止机器人的臂202相对于机器人正在其上操作的患者的移动。保护性停止可包括在第一布线装置204内，或者可在此布线装置外部且电连接到此布线装置。

外科医生控制台202包括电连接到第一电联接件205和第二电联接件206两者的控制器208。外科医生控制台202还包括两个传感器：第一传感器209和第二传感器210。第一传感器209电连接到第一电联接件205，并且被配置成测量来自该联接件的第一电输出。第二传感器210电连接到第二电联接件206，并且被配置成测量来自此联接件的第二电输出。控制器208电连接到第一传感器209和第二传感器210两者，并且被配置成通过比较由第一传感器209测量的第一电输出与由第二传感器210测量的第二电输出来检测条件的触发。

图3示出了替代实例，其中手术机器人系统300包括多个手术机器人301、302、303。虽然图3示出了包括在手术机器人系统300内的三个手术机器人，但应了解，任何替代数目个手术机器人可包括在系统内。手术机器人301、302、303可以对应于图1中所示的手术机器人102、103、104。手术机器人系统的每个手术机器人301、302、303电连接到外科医生控制台304，该控制台可以对应于图1中所示的控制台111。在图3所示的布置中，每个手术机器人301、302、303直接连接到外科医生控制台。在手术机器人系统的替代布置中，手术机器人可以串联连接或以“菊花链”布置连接。在此替代布置中，仅系列中的第一手术机器人直接连接到外科医生控制台。在另一替代方案中，手术机器人可以混合布置连接，所述混合布置包括两个先前描述的布置的任何组合。每个手术机器人301、302、303包括位于该机器人301、302、303上的对应机器人臂305、306、307。

第一手术机器人301包括电连接到第一机器人臂305和外科医生控制台304两者的第一布线装置308。第二机器人臂包括电连接到第二机器人臂306和外科医生控制台304两者的第二布线装置309。第三手术机器人303包括电连接到第三机器人臂307和外科医生控制台304两者的第三布线装置310。由于第一布线装置、第二布线装置、第三布线装置与控制台304之间的电连接，第一布线装置308连接到第二布线装置309和第三布线装置310两者。虽然布线装置308、309、310在图3中示为包括在对应的手术机器人301、302、303内，但应了解，这些布线装置的部件中的一个或多个可以替代地位于手术机器人的外部。

第一布线装置308还包括第一电联接件311和第二电联接件314。第一电联接件311包括被配置成产生选择性电断开的电路317。第二布线装置309还包括第三电联接件312和第四电联接件315。第三电联接件312包括被配置成产生选择性电断开的电路318。第三布线装置310还包括第五电联接件313和第六电联接件316。第五电连接件313包括被配置成产生选择性电断开的电路319。

每个手术机器人301、302、303还包括保护性停止，该保护性停止被配置成在检测到触发条件时停止机器人的臂305、306、307相对于机器人正在其上操作的患者的移动。保护性停止可包括在相应手术机器人的第一布线装置308、309、310内，或者可在这些布线装置的外部且电连接到这些布线装置。

在此实例中，外科医生控制台304包括电连接到电联接件311-316的控制器320。外科医生控制台304还包括两个传感器：第一传感器321和第二传感器322。第一传感器321电连接到第一电连接件311、第三电连接件312和第五电连接件313，并且被配置成测量来自这些联接件的一个或多个第一电输出。第二传感器322电连接到第二电连接件314、第四电连接件315和第六电连接件316，并且被配置成测量来自这些联接件的一个或多个第二电输出。控制器320电连接到第一传感器321和第二传感器322两者。控制器320被配置成检测手术机器人301、302、303中的一个或多个上的保护性停止的激活。控制器320通过将由第一传感器321测量的一个或多个第一电输出与由第二传感器322测量的一个或多个第二电输出进行比较来执行此操作。

第一传感器321可以测量一个电输出，该电输出是从第一、第三和第五电联接件获得的电输出的聚合值。替代地，传感器321可以测量三个电输出：第一、第三和第五电联接件中的每一个的一个值。第二传感器322可以测量一个电输出，该电输出是从第二、第四和第六电联接件获得的电输出的聚合值。替代地，传感器322可以测量三个电输出：第二、第四和第六电联接件中的每一个的一个值。尽管在图3中，系统被图示为包括两个传感器，但是其可替代地包括六个传感器；每个用于测量来自每个电联接件的电输出。任何替代数目个传感器都可以用来执行对来自手术机器人301、302、303的电输出的测量。

图4提供了图3中所示的手术机器人系统的更详细实例。图4中的系统包括三个手术机器人401、302、403，它们可以与如图3所示的手术机器人301、302、303相当。相应地，第一机器人臂405、第二机器人臂406和第三机器人臂407可以与图3的第一机器人臂305、第二机器人臂306和第三机器人臂307相当。第一布线装置408、第二布线装置409和第三布线装置410可以与图3的第一布线装置308、第二布线装置309和第三布线装置310相当。与图3所示的系统一样，第一布线装置408包括第一电联接件411和第二电联接件414。第二布线装置409包括第三电联接件412和第四电联接件415。第三布线装置410包括第五电联接件413和第六电联接件416。虽然布线装置408、409、410在图4中示为包括在对应的手术机器人401、402、403内，但应了解，这些布线装置的部件中的一个或多个可以替代地位于手术机器人的外部。

与图3一样，每个手术机器人401、402、403还包括保护性停止，该保护性停止被配置成在检测到触发条件时停止机器人的臂405、406、407相对于机器人正在其上操作的患者的移动。保护性停止可包括在相应手术机器人的第一布线装置408、409、410内，或者可在这些布线装置的外部且电连接到这些布线装置。

在图4中，第一布线装置408的第一电联接件411还包括第一电缆对417和第二电缆对420。第一电缆对和第二电缆对由电路423电连接，该电路被配置成产生选择性电断开。第一布线装置408的第二电联接件414还包括第三电缆对426和第四电缆对429，并且不包括被配置成产生选择性电断开的任何电路。相应地，第二布线装置409的第三电联接件412还包括第五电缆对418和第六电缆对421。第五和第六电缆对由电路424电连接，该电路被配置成产生选择性电断开。第二布线装置409的第四电联接件415还包括第七电缆对427和第八电缆对430，并且不包括被配置成产生选择性电断开的任何电路。此外，第三布线装置410的第五电联接件413还包括第九电缆对419和第十电缆对422。第九和第十电缆对由电路425电连接，该电路被配置成产生选择性电断开。第三布线装置410的第六电联接件416还包括第十一电缆对428和第十二电缆对431，并且不包括被配置成产生选择性电断开的任何电路。

外科医生控制台404包括第一传感器432和第二传感器433。第一传感器432电连接到第一电联接件411、第三电联接件412和第五电联接件413，并且被配置成测量来自这些联接件的第一电输出。第二传感器433电连接到第二电联接件414、第四电联接件415和第六电联接件416，并且被配置成测量来自这些联接件的第二电输出。外科医生控制台404还包括电连接到第一传感器432和第二传感器433两者的控制器434。控制器434被配置成检测手术机器人401、402、403中的一个或多个中的保护性停止功能的激活。控制器434通过将由第一传感器432测量的第一电输出与由第二传感器433测量的第二电输出进行比较来执行此操作。尽管在图4中，系统被图示为包括两个传感器，但是其可替代地包括六个传感器；每个用于测量来自每个电联接件的电输出。

与图3一样，传感器432、433可以测量一个电输出，该电输出是从与它们电连接的相应电联接件获得的电输出的聚合值。替代地，传感器432、433可以测量每个电联接件的不同电输出。尽管在图4中，系统被图示为包括两个传感器，但是其可替代地包括六个传感器；每个用于测量来自每个电联接件的电输出。任何替代数目个传感器都可以用来执行对来自手术机器人401、402、403的电输出的测量。

图5示出了图2中图示的手术机器人系统的实例的电路图。图5示出了图4的第一布线装置408，其包括第一电联接件501和第二电联接件502。第一电联接件501和第二电联接件502可对应于图4中的第一布线装置的第一联接件411和第二联接件414。第一电联接件和第二电联接件的第一端位于外科医生控制台503处，该外科医生控制台可与如图1所示的控制台111相当。因此，第一电联接件和第二电联接件由外科医生控制台503供电。联接件可由控制台的控制器供电。第一电联接件和第二电联接件的第二端位于手术机器人504处，该手术机器人可以与如图1所示的手术机器人102、103、104中的任一个相当。第一电联接件501还包括第一电缆对505和第二电缆对506。第二电联接件502还包括第三电缆对507和第四电缆对508。

第一电缆对505和第二电缆对506借助于电路电连接，该电路被配置成产生选择性电断开。也就是说，该电路可以被配置成根据其布置选择性地断开和重新连接第一电缆对505和第二电缆对506。在图5中，此电路示出为开关509。提供开关以实现手术机器人504的保护性停止功能。开关位于第一电缆对505与第二电缆对506之间，以便在这两个电缆对之间产生选择性电断开。开关可以是按压开关，并且可以由外科医生手动激活。替代地，开关可通过手术机器人504中的电路自动激活。开关可以是能够在第一电缆对505与第二电缆对506之间产生断开的任何替代类型的开关。开关可以是常闭开关。使用常闭开关使得当手术机器人在使用时且在保护性停止被激活之前，电流能够在第一电缆对与第二电缆对之间供应。在替代布置中，开关509可以联接到机器人臂，使得保护性停止功能可以由手术室工作人员激活。第一电缆对505与第二电缆对506之间的电连接还包括电流限制器。在图5中，此电流限制器被图示为电阻器510。电阻器510可以是可变电阻器。可变电阻器可以用于控制通过电路的电流，并且使得第一电联接件501的电路能够适应由于开关509打开而通过电路的电流的变化。

在图5中，电阻器510示出为与开关509串联连接。在替代布置中，电阻器510可以与开关509并联连接。在此替代布置中，当开关509闭合时，电流仍能够围绕电路流动。这是有利的，因为它使得保护性停止功能的激活能够与电缆断开相区分。也就是说，保护性停止的激活可以通过电流的预定下降(例如，下降4mA)来识别，而不是电流的完全断开(0V)。

第三电缆对507和第四电缆对508借助于共同电路电连接；然而，此电路不包括被配置成产生选择性电断开的部件。因此，第三和第四电缆对始终彼此电连接，使得电流可以从第三对507传递到第四对508。被配置成电连接第三和第四电缆对的电路包括电流限制器。在图5中，此电流限制器被图示为电阻器511。该电阻器可以是固定电阻器。第三和第四电缆对之间不需要可变电阻器，因为这些对之间的连接不包括用于生成选择性电断开的电路，并且因此不需要电流控制。

手术机器人系统的机器人臂可以由外科医生控制台供电，或者替代性地可以由手术机器人系统中的第二臂供电。当手术机器人系统布置成使得机器人臂串联连接或以“菊花链”布置连接时，将发生这些替代方案中的第二替代方案。当机器人臂通电时，第一电流I₁在第一电缆对505的第一端处供应到第一电联接件501。此第一电流还可被称为中心抽头，以附图标记512示出。当开关509闭合时，电流可以从第一电缆对505流到第一电联接件501的第二电缆对506。第二电流I₂也在第三电缆对507的第一端处供应到第二电联接件502。此第二电流通过附图标记513示出。第二电流可以从第三电缆对507流动到第二电联接件502的第四电缆对508。

外科医生控制台包括第一传感器514和第二传感器515。第一传感器514和第二传感器515可以对应于图4中的第一传感器432和第二传感器433。第一传感器514在其第一端处电连接到第一电联接件501的第二电缆对506，并且被配置成测量来自第一电联接件501的第一电输出。在图5所示的示例中，该第一电输出是电压V₁。由于第一传感器514电连接到第二电缆对506，并且第二电缆对506位于开关509的输出处，因此由传感器514测量的电压V₁根据开关是打开还是闭合而改变。更具体地说，如果开关闭合，电压V₁具有第一非零值，并且如果其打开，则具有第二值。在图5所示的布置中，此第二值将为零。在电阻器510与开关509并联连接的替代布置中，第二值将是低于第一非零值的非零值。因此，第一传感器514能够检测由开关509的打开激活的第一电联接件501中的选择性电断开。第二传感器515在其第一端处电连接到第二电联接件502的第四电缆对508，并且被配置成测量来自第二电联接件502的第二电输出。在图5所示的示例中，此第二电输出是电压V₂，其通过附图标记515示出。

图5中所示的布线装置与第一手术机器人相关联。所述布线装置可以在其第一端处电联接到第二手术机器人的第二布线装置。所述布线装置还可以或替代地在其第二端处联接到第三手术机器人的布线装置。在此实例中，第二布线装置被配置成提供第二机器人臂与控制器之间的电连接，并且第三布线装置被配置成提供第三机器人臂与控制器之间的电连接。在图5中，布线装置包括电路，该电路被配置成将第一、第二、第三和第四电缆对与第二和第三手术机器人的第二和/或第三布线装置的电缆对电隔离。更具体地，每个电缆对包括在其第一端处的第一变压器518、520、522、524和在其第二端处的第二电缆对519、521、523、525。实现与该配置的隔离，因为电力不能从变压器的一侧传递到另一侧。这种隔离防止高电流通过相邻布线装置传递到患者或机器人臂的安全关键部件。这防止对患者或对手术机器人系统造成损害。

第一传感器514和第二传感器515连接到控制器(未示出)。控制器被配置成比较由这些传感器测量的电输出。当手术机器人由外科医生控制台供电时，由第二传感器515测量的来自第二电联接件502的第二电压V₂具有非零值。由于第二电联接件502不包括被配置成产生选择性电断开的电路，所以只要手术机器人502由控制台503供电，第二电压V₂就应保持恒定。当手术机器人由系统供电时，除非保护性停止被激活，否则第一电压V₁是非零的并且与V₂是相同的值。在图5所示的手术机器人系统的布置中，当保护性停止被激活并且常闭开关被打开时，电流不再能传递到第一电联接件的第二电缆对506。在电阻器与常闭开关并联连接的替代布置中，输入电流穿过与开关相对的电阻器。这导致输出电流减小。

使用上述方法，第二传感器515可用于提供机器人臂504正由控制台503供电的指示。如果第二电压V₂的值不是零，则机器人臂被供电。如果第二电压V₂为零，则机器人臂未被供电。第一传感器514用于检测手术机器人的保护性停止是否已激活。更具体地，当机器人臂由控制台供电但开关509已被激活时，保护性停止被激活。因此，在V₁为零且V₂不为零时的特定情况下已经发生保护性停止。如果控制器确定V₁与V₂之间的电压差非零，则保护性停止已激活。替代性地，控制器可以简单地测量电压V₁和V₂，并且可以单独地将这些电压与存储在外科医生控制台处的预定预期值进行比较，以确定保护性停止是否已激活。

电缆对505–508可以是以太网对，使得电缆对的组合形成以太网电缆。以太网电缆比替代电缆类型有利地提供带宽和可靠性改进。这些电缆也易于定制，与其他商业替代产品相比，具有设计的改进。

图6示出了图4中图示的系统的(图5中示出的实例的)替代实例的电路图。在图6中，系统的每个手术机器人的第一和第二布线装置布置在两个单独的电路中，使得第一、第三和第五电联接件并联布置，并且第二、第四和第六电联接件并联布置。第一、第二和第三手术机器人的第一、第二和第三布线装置分别示为附图标记601、602和603。第一手术机器人601、第二手术机器人602和第三手术机器人603可对应于图4的第一机器人401、第二机器人402和第三机器人403。第一、第二和第三布线装置的第一、第三和第五电联接件在第一电路604中并联布置。第一、第二和第三布线装置的第二、第四和第六电联接件在第二电路605中并联布置。

第一电路604的每个电联接件包括被配置成产生选择性电断开606、607、608的电路和电流限制器609、610、611。也就是说，每个电路606、607、608可以被配置成根据其布置选择性地断开电流流动并将其重新连接到其相应电流限制器609、610、611。被配置成产生选择性电断开的电路可以是开关。开关可以是常闭的，使得电流可以在其对应开关未激活时通过电路的每个电联接件。提供开关以实现对应布线装置601、602、603的每个手术机器人的保护性停止功能。电流限制器可以是电阻器，并且特别地可以是可变电阻器。可变电阻器可以用于控制通过电路的电流，并且使得第一电路604的电路能够适应由于开关606、607、608中的一个或多个打开而通过电路的电流的变化。第一电路604中的每个布线装置601、602、603的限制器可以基本上相同。

第二电路605的每个电联接件还包括电流限制器612、613、614。电流限制器可以是电阻器，并且特别地可以是固定电阻器。固定电阻器可用于第二电路605中，因为此电路不包括被配置成产生选择性电断开的任何电路，因此不应经受电流值的突然意外变化。第二电路605中的每个布线装置601、602、603的电阻器的电阻值可以相同或基本上相同。

第一电路604和第二电路605各自由电源615、616供电。电源可以位于外科医生控制台处，该控制台可以对应于如图1所示的控制台111。第一电路604还包括用于测量来自电路604的第一电输出的第一传感器617。第二电路605还包括用于测量来自电路605的第二电输出的第二传感器618。第一传感器617和第二传感器618可以是电流传感器，并且被配置成分别测量第一电路和第二电路中的电流。第一传感器617和第二传感器618也可以与电源一起位于外科医生控制台处。

在使用中，第一电压V₁由电源615施加到第一电路604，第二电压V₂由电源616施加到第二电路605。这些电压在第一电路604中引发第一初始电流I₁，在第二电路605中引发第二初始电流I₂。由于第一和第二电路并联布置，这些电路中的每一个电路中的电流值等于通过电路的每个电联接件的并联线的电流的各个值的总和。由于第二电路605不包括被配置成产生选择性电断开的任何电路，并且假设电阻器612、613、614中的每一个的固定电阻相同或基本上相同，通过电路605的电流I₂确定有多少手术机器人连接到系统。第一电路604用于确定在连接到系统的手术机器人中的一个或多个中是否已激活保护性停止。当在布线装置601、602、603中激活保护性停止时，打开与此机器人相关联的常闭开关。这断开通过电路604中的并联线中的一个的电流流动。因此，电流不穿过位于与开路开关相同的并联线上的电阻器，因此电路中的总电阻减小。例如，如果第一布线装置601的开关606打开，则电流不穿过此布线装置的对应电阻器609。因此，只有第二布线装置602和第三布线装置603的电阻器610、611对电路的整体电阻有贡献。电路604上电阻的减小导致电流增加。电流I₁由第一传感器617测量。

第一传感器617和第二传感器618两者电连接到控制器(未示出)。控制器被配置成接收由传感器617、618两者记录的测量值，并且比较这些测量值。如上所述，只要所有手术机器人已经连接到系统并因此由系统供电，第二电路605中的电流I₂就保持恒定。因此，如果控制器确定第一电流I₁与第二电流I₂之间的差，则表明在布线装置中的一个或多个中已激活保护性停止。因此，图6的系统允许检测手术机器人系统中的手术机器人中的保护性停止的激活。仅根据此检测无法识别已经激活保护性停止的特定手术机器人。然而，如果手术机器人系统还包括主动通信信道，这可以与图6中描述的电路组合使用以识别已经激活其保护性停止的手术机器人。与图5所示的系统的实例一样，图6所示的布线装置可以是以太网电缆。

图7示出了用于识别手术机器人系统的手术机器人中的保护性停止功能的触发的方法。在步骤701，将第一电流I₁施加到第一布线装置的第一电联接件。在步骤702，将第二电流I₂施加到第一布线装置的第二电联接件。在步骤701、702处施加第一和第二电流，或替代地可在不同时间施加。在步骤703，由第一传感器测量来自第一电联接件的第一电输出。在步骤704，由第二传感器测量来自第二电联接件的第二电输出。在步骤703和704中测量第一和第二电输出可以同时测量，或者替代性地可以不同时间测量。第一和第二电输出可以是电压，如参考图5中所图示的实例描述的。第一和第二电输出可替代地是电流，如参考图6中所图示的实例描述的。在步骤705，由控制器比较第一电输出和第二电输出。在步骤706，控制器确定在手术机器人中是否已经激活保护性停止。如上所述，通过将电输出彼此比较或通过将每个输出与预定预期值进行比较来进行此确定。如果确定在机器人中已激活保护性停止，则方法前进到步骤707，其中控制器向整个系统施加保护性停止。这可以通过单独地激活手术机器人系统中剩余的每个机器人的保护性停止来完成。如果确定保护性停止未被激活，则在步骤708处，控制器不采取进一步的动作。图7中所示的方法可以连续地或替代地以规则间隔重复。也就是说，第一和第二电输出可以连续地测量，只要第一和第二电流分别施加到第一和第二电联接件。替代性地，在施加第一和第二电流时，可以规则间隔测量电输出。这样，可以由控制器连续地比较来自电联接件的电输出，以确定保护性停止是否已激活。

本文所述的手术机器人系统能够使手术机器人系统整体确定在系统的手术机器人中的一个中已激活保护性停止。在已激活特定机器人的保护性停止的情况下，例如该机器人的布线中已出现故障的情况下，优选停止系统中的所有手术机器人，而不仅仅是已激活保护性停止的手术机器人。通过提示系统整体保护性停止的激活，所述系统被配置成响应以停止系统的所有机器人且防止代表这些机器人的任何进一步动作的发生，直到触发保护性停止激活的事件已解决为止。

所描述的系统避免了需要使用机器人系统的通信信道或数据链路来传达关于保护性停止激活的信息。如果通信信道或数据链路出现问题，则这可能很有用。在某些情况下，这些电路中可能有导致保护性停止激活的错误。

图5和图6中描述的两个实例说明不包括任何有源电路部件的电路。因此，所述系统是完全无源的，因此对失效具有高度耐受。这在系统的准确且可靠的控制对于患者的安全是很重要的手术机器人领域中是有用的。

申请人在此独立地公开了本文描述的每个单独的特征以及两个或更多个这种特征的任意组合，只要这些特征或组合能够基于本说明书作为一个整体根据本领域技术人员的公知常识来实施，而不管这些特征或特征的组合是否解决本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单个特征或特征组合组成。鉴于前述描述，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (20)

1.一种手术机器人系统，所述手术机器人系统用于识别所述手术机器人系统中的条件的触发，所述系统包括：

第一机器人臂；

控制器；以及

第一布线装置，所述第一布线装置被配置成提供所述第一机器人臂与所述控制器之间的电连接，所述第一布线装置包括：

第一电联接件，所述第一电联接件包括被配置成产生选择性电断开的电路；

第二电联接件；

第一传感器，所述第一传感器被配置成测量来自所述第一电联接件的第一电输出；以及

第二传感器，所述第二传感器被配置成测量来自所述第二电联接件的第二电输出；

其中所述控制器被配置成通过比较所述第一电输出和所述第二电输出来检测所述条件的触发。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一电联接件还包括第一电缆对和第二电缆对。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述第二电联接件还包括第三电缆对和第四电缆对。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的系统，其中所述电缆对是以太网对。

5.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述第一电联接件的电路包括开关，所述开关被配置成使得当其未激活时，处于闭合配置。

6.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述第一电联接件的电路还包括被配置成改变通过所述电路的电流的限制器。

7.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述第二电联接件还包括固定电阻器。

8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制器被配置成响应于由所述手术机器人发出保护性停止功能而检测所述条件的触发。

9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述控制器包括在外科医生控制台内。

10.根据任一前述权利要求所述的系统，其还包括多个机器人臂。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一布线装置在第一端处连接到第二布线装置并且在第二端处连接到第三布线装置，其中；

所述第二布线装置被配置成提供第二机器人臂与所述控制器之间的电连接；并且

所述第三布线装置被配置成提供第三机器人臂与所述控制器之间的电连接。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一布线装置与所述第二布线装置和所述第三布线装置两者电隔离。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一布线装置通过变压器分别在所述第一端和所述第二端处联接到所述第二布线装置和所述第三布线装置。

14.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中所述第一布线装置、所述第二布线装置和所述第三布线装置的电联接件并联地布置。

15.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述第一传感器被配置成检测所述第一电联接件中的选择性电断开。

16.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述第二传感器被配置成提供所述第一机器人臂电连接到所述手术机器人的指示。

17.根据任一前述权利要求所述的系统，其中第一电流施加到所述第一电联接件，并且第二电流施加到所述第二电联接件，所述第一电流和所述第二电流数值相等。

18.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述第一电输出和所述第二电输出是电压。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的系统，其中所述第一电输出和所述第二电输出是电流。

20.一种用于检测手术机器人系统中的条件的触发的方法，所述方法包括；

将第一电流施加到第一布线装置的第一电联接件，所述第一布线装置被配置成提供第一机器人臂与控制器之间的电连接，所述第一电联接件包括被配置成产生选择性电断开的电路；

将第二电流施加到所述第一布线装置的第二电联接件；

测量来自所述第一电联接件的第一电输出；

测量来自所述第二电联接件的第二电输出；以及

通过比较所述第一电输出和所述第二电输出来检测所述条件的触发。

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