CN115003242A - 手术机器人系统中的功率分配 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术机器人系统，其包含至少一个可移动推车，所述至少一个可移动推车包含具有手术器械的机器人臂。所述系统另外包含控制塔，所述控制塔具有至少一个组件和经由线缆联接到所述至少一个可移动推车的电源系统。所述电源系统包含：塔式电源机箱，其被配置成将第一直流电供应到所述至少一个可移动推车；功率分配单元，其被配置成将第二直流电供应到所述至少一个组件；第一不间断电源，其联接到所述塔式电源机箱；和第二不间断电源，其联接到所述功率分配单元。所述控制塔另外包含启动控制器，所述启动控制器被配置成控制所述电源系统在多个功率阶段之间转变。

Description

手术机器人系统中的功率分配

背景技术

手术机器人系统当前正用于微创医疗程序。一些手术机器人系统包含控制手术机器人臂的手术控制台和具有联接到机器人臂并且由其致动的末端执行器(例如，钳子或抓握器械)的手术器械。此类机器人系统由具有多个供电轨和备份单元的复杂供电系统供电。因此，需要用于手术机器人系统以控制复杂供电的流线型功率管理。

发明内容

本公开提供一种手术机器人系统，其包含多个组件，即控制塔、控制台和一个或多个手术机器人臂，所述手术机器人臂中的每一个安置在可移动推车上并且包含手术器械。控制塔包含电源系统，其将功率分配给可移动推车中的每一个以及附接到其的其相应机器人臂。电源系统包含多个不间断电源(“UPS”)，它们为手术机器人系统的各种组件提供备份功率。UPS中的一个为可移动推车以及其相应手术机器人臂提供功率，并且另一个UPS为控制塔的各种组件如网络开关、计算机等供电。控制塔包含启动控制器，其通过三个阶段中的一个控制控制塔和UPS来协调控制塔以及进而整个手术机器人系统的激活/停用序列。在第一阶段，控制塔处于空闲状态，在第二阶段，控制塔和手术机器人系统处于活动状态并且准备进行手术，并且在第三阶段，控制塔处于关断状态。

根据本公开的一个实施例，公开一种手术机器人系统，其包含至少一个可移动推车，所述至少一个可移动推车包含具有手术器械的机器人臂。系统另外包含控制塔，控制塔具有至少一个组件和经由线缆联接到至少一个可移动推车的电源系统。电源系统包含：塔式电源机箱，其被配置成将第一直流电供应到至少一个可移动推车；功率分配单元，其被配置成将第二直流电供应到至少一个组件；第一不间断电源，其联接到塔式电源机箱；和第二不间断电源，其联接到功率分配单元。控制塔另外包含启动控制器，启动控制器被配置成控制电源系统在多个功率阶段之间转变。

根据上述实施例的一个方面，控制塔另外包含显示器，所述显示器被配置成显示图形用户接口和联接到至少一个输入装置的通信接口。功率阶段包含第一空闲阶段、第二活动阶段和第三关断阶段。第二不间断电源包含第一输出和第二输出，其中第二不间断电源的第一输出联接到功率分配单元，并且第二不间断电源的第二输出联接到启动控制器、显示器和通信接口。在第一空闲阶段期间，启动控制器被配置成激活联接到塔式电源机箱的第一不间断电源的输出和第二不间断电源的第一输出。

根据上述实施例的另一方面，控制塔与联接到第一不间断电源的第一交流电输入和联接到第二不间断电源的第二交流电输入联接。启动控制器另外被配置成检测第一交流电输入和第二交流电输入的断开连接。启动控制器另外被配置成响应于断开连接的检测而关闭第一不间断电源和第二不间断电源。启动控制器还被配置成在显示器上输出警报。启动控制器又另外被配置成响应于用户输入而从第一空闲阶段切换到第二活动阶段。

根据上述实施例的另外的方面，在第二活动阶段期间，启动控制器另外被配置成激活第二不间断电源的第一输出以对功率分配单元加电。在第三关断阶段期间，启动控制器另外被配置成显示用于将至少一个可移动推车与控制塔断开连接的指令的图形用户接口。启动控制器还被配置成关闭联接到塔式电源机箱的第一不间断电源的输出和联接到功率分配单元的第二不间断电源的第一输出。

根据本公开的另一实施例，公开一种手术机器人系统。手术机器人系统包含：至少一个可移动推车，其包含具有手术器械的机器人臂；和控制塔，其联接到第一交流电输入和第二交流电输入。控制塔包含：至少一个组件和经由线缆联接到至少一个可移动推车的电源系统。电源系统包含：塔式电源机箱，其被配置成将第一直流电供应到至少一个可移动推车；功率分配单元，其被配置成将第二直流电供应到至少一个组件；第一不间断电源，其联接到第一交流电输入并且包含被配置成向塔式电源机箱供电的第一输出；和第二不间断电源，其联接到第二交流电输入并且包含被配置成向功率分配单元供电的第一输出。控制塔另外包含启动控制器，其被配置成控制电源系统在第一空闲阶段、第二活动阶段和第三关断阶段之间转变。

根据上述实施例的一个方面，控制塔另外包含显示器，所述显示器被配置成显示图形用户接口和联接到至少一个输入装置的通信接口。第二不间断电源包含联接到启动控制器、显示器和通信接口的第二输出。启动控制器另外被配置成检测第一交流电输入和第二交流电输入的断开连接。启动控制器还被配置成响应于断开连接的检测而关闭第一不间断电源和第二不间断电源。启动控制器又另外被配置成在显示器上输出警报并且转变到第一空闲阶段。

附图说明

在本文中参考附图描述本公开的实施例，其中：

图1是根据本公开的包含控制塔、控制台和一个或多个手术机器人臂的手术机器人系统的示意性说明；

图2是根据本公开的图1的手术机器人系统的手术机器人臂的透视图；

图3是根据本公开的具有图1的手术机器人系统的手术机器人臂的设置臂的透视图；

图4是根据本公开的图1的手术机器人系统的计算机架构的示意图；并且

图5是根据本公开的电源的示意性电路图。

具体实施方式

参考附图详细描述本公开的手术机器人系统的实施例，其中相似的附图标记指代若干视图中的每一个视图中的相同或对应的元件。如本文所用，术语“远侧”是指手术机器人系统的更靠近患者的部分和/或与其联接的手术器械，而术语“近侧”是指远离患者的部分。

术语“应用程序”可以包含被设计成执行功能、任务或活动以使用户受益的计算机程序。应用程序可以指例如作为独立程序或在网络浏览器中本地或远程运行的软件，或本领域的技术人员将其理解为应用程序的其它软件。应用程序可在控制器上或在用户装置上运行，包含例如在移动装置、IOT装置或服务器系统上运行。

如下文将详细描述，本公开涉及一种手术机器人系统，其包含手术控制台、控制塔和一个或多个可移动推车，所述可移动推车具有联接到设置臂的手术机器人臂。手术控制台通过一个或多个接口装置接收用户输入，用户输入由控制塔解释为用于移动手术机器人臂的移动命令。手术机器人臂包含控制器，所述控制器被配置成处理移动命令并产生用于启动机器人臂的一个或多个致动器的扭矩命令，所述致动器继而将响应于移动命令而移动机器人臂。

参考图1，手术机器人系统10包含控制塔20，所述控制塔连接到手术机器人系统10的所有组件，包含手术控制台30和一个或多个机器人臂40。机器人臂40中的每一个包含可拆卸地联接到其上的手术器械50。机器人臂40中的每一个还联接到可移动推车60。

手术器械50被配置成用于在微创手术程序期间使用。在实施例中，手术器械50可被配置成用于开放式手术程序。在实施例中，手术器械50可为被配置成为用户提供视频反馈的内窥镜。在另外的实施例中，手术器械50可为电手术钳，其被配置成通过压缩钳口构件之间的组织并且向其施加电手术电流来密封组织。在又另外的实施例中，手术器械50可为手术缝合器，包含被配置成在部署多个组织紧固件例如钉并且切割缝合组织的同时抓住和夹住组织的一对钳口。

机器人臂40中的每一个可包含被配置成捕捉手术部位的视频的相机51。相机51可为立体相机并且可与手术器械50一起安置在机器人臂40上。手术控制台30包含：第一显示器32，其显示由安置在机器人臂40上的手术器械50的相机51提供的手术部位的视频反馈；和第二显示器装置34，其显示用于控制手术机器人系统10的用户接口。手术控制台30还包含多个用户接口装置，如由用户使用以远程控制机器人臂40的脚踏板36和一对手柄控制器38a和38b。

控制塔20包含显示器23，其可为触摸屏，并且在图形用户接口(GUI)上输出。控制塔20还用作手术控制台30与一个或多个机器人臂40之间的接口。确切地说，控制塔20被配置成基于可编程指令集和/或来自手术控制台30的输入命令而控制机器人臂40，以便移动机器人臂40和对应手术器械50，其方式是使得机器人臂40和手术器械50响应于来自脚踏板36和手柄控制器38a和38b的输入而执行期望移动序列。

控制塔20、手术控制台30和机器人臂40中的每一个包含相应计算机21、31、41。计算机21、31、41使用基于有线或无线通信协议的任何合适的通信网络来彼此互连。如本文所用，术语“网络”无论是复数还是单数都表示数据网络，包含但不限于因特网、内联网、广域网或局域网，并且不限于如本公开所涵盖的通信网络的完整定义范围。合适的协议包含但不限于传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、数据报协议/因特网协议(UDP/IP)和/或数据报拥塞控制协议(DCCP)。可经由一个或多个无线配置，例如射频、光学方式、Wi-Fi、蓝牙(用于短距离交换数据、使用短长度无线电波、来自固定和移动装置、创建个人局域网(PAN)的开放式无线协议、

(基于用于无线个人局域网(WPAN)的IEEE 802.15.4-2003标准的使用小型、低功率数字无线电的一套高级通信协议的规范))实现无线通信。

计算机21、31、41可包含以可操作方式连接到存储器(未示出)的任何合适的处理器(未示出)，所述存储器可包含易失性、非易失性、磁性、光学或电子媒体中的一个或多个，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、非易失性RAM(NVRAM)或快闪存储器。处理器可以是适于执行本公开中描述的操作、计算和/或指令集的任何合适的处理器(例如，控制电路)，包含但不限于硬件处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、微处理器和其组合。本领域的技术人员将理解，可以通过使用适于执行本文描述的算法、计算和/或指令集的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来取代处理器。

参考图2，机器人臂40中的每一个可包含多个连杆42a、42b、42c，所述多个连杆分别在接头44a、44b、44c处互连。接头44a被配置成将机器人臂40紧固到可移动推车60并限定第一纵轴。参考图3，可移动推车60包含升降机61和设置臂62，所述设置臂提供用于安装机器人臂40的基座。升降机61允许设置臂62竖直地移动。可移动推车60还包含用于显示与机器人臂40有关的信息的显示器69。

设置臂62包含第一连杆62a、第二连杆62b和第三连杆62c，这些连杆实现机器人臂40的侧向机动性。连杆62a、62b、62c在接头63a和63b处互连，每个接头可包含用于使连杆62b与62b相对于彼此和连杆62c旋转的致动器(未示出)。确切地说，连杆62a、62b、62c可在其彼此平行的对应侧向平面上移动，由此允许机器人臂40相对于患者(例如，手术台)延伸。在实施例中，机器人臂40可联接到手术台(未示出)。设置臂62包含用于调整连杆62a、62b、62c以及升降机61的移动的控制件65。

第三连杆62c包含具有两个自由度的可旋转基座64。确切地说，可旋转基座64包含第一致动器64a和第二致动器64b。第一致动器64a可围绕垂直于由第三连杆62c限定的平面的第一固定臂轴旋转，且第二致动器64b可围绕横向于第一固定臂轴的第二固定臂轴旋转。第一致动器64a和第二致动器64b允许机器人臂40的全三维定向。

机器人臂40还包含安置在器械驱动单元52和设置臂62上的多个手动超控按钮53，其可在手动模式下使用。用户可按下一个或按钮53来移动与按钮53相关联的组件。

参考图2，机器人臂40还包含固持器46，所述固持器限定第二纵轴并且被配置成接收手术器械50的器械驱动单元52(图1)，所述器械驱动单元被配置成联接到手术器械50的致动机构。器械驱动单元52将致动力从其致动器转移到手术器械50以致动手术器械50的组件(例如，末端执行器)。固持器46包含滑动机构46a，所述滑动机构被配置成沿着由固持器46限定的第二纵轴移动器械驱动单元52。固持器46还包含接头46b，所述接头使固持器46相对于连杆42c旋转。

接头44a和44b包含致动器48a和48b，所述致动器被配置成通过一系列带45a和45b或其它机械连杆机构相对于彼此驱动接头44a、44b、44c，所述机械连杆机构例如驱动杆、线缆或杠杆等。确切地说，致动器48a被配置成使机器人臂40围绕由连杆42a限定的纵向轴线旋转。

接头44b的致动器48b通过带45a联接到接头44c，且接头44c又通过带45b联接到接头46c。接头44c可包含联接带45a与45b的分动箱，使得致动器48b被配置成使连杆42b、42c中的每一个与固持器46相对于彼此旋转。更确切地说，连杆42b、42c和固持器46被动地联接到致动器48b，所述致动器围绕枢轴点“P”实施旋转，所述枢轴点“P”位于由连杆42a限定的第一轴线与由固持器46限定的第二轴线的相交点处。因此，致动器48b控制第一轴线和第二轴线之间的角度θ，从而允许对手术器械50进行定向。由于连杆42a、42b、42c与固持器46通过带45a和45b互连，还调整连杆42a、42b、42c与固持器46之间的角度以便实现期望的角度θ。在实施例中，接头44a、44b、44c中的一些或全部可包含致动器以避免需要机械连杆机构。

参考图4，手术机器人系统10的计算机21、31、41中的每一个可包含多个控制器，所述控制器可以硬件和/或软件实施。控制塔20的计算机21包含控制器21a和安全观察器21b。控制器21a从手术控制台30的计算机31接收关于手柄控制器38a和38b的当前位置和/或定向以及脚踏板36和其它按钮的状态的数据。控制器21a处理这些输入位置以确定机器人臂40的每个接头和/或器械驱动单元52所需的驱动命令，并将这些命令传达到机器人臂40的计算机41。控制器21a还接收回实际接头角度并使用此信息，以确定被传输回到手术控制台30的计算机31的力反馈命令并通过手柄控制器38a和38b提供触觉反馈。安全观察器21b对进出控制器21a的数据进行有效性检查，并在检测到数据传输中存在错误的情况下通知系统故障处理器将计算机21和/或手术机器人系统10置于安全状态。

计算机41包含多个控制器，即主推车控制器41a、设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和器械驱动单元(IDU)控制器41d。主推车控制器41a接收并处理来自计算机21的控制器21a的接头命令，并将其传达给设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和IDU控制器41d。主推车控制器41a还管理器械交换以及可移动推车60、机器人臂40和器械驱动单元52的总体状态。主推车控制器41a还将实际接头角度传送回到控制器21a。

设置臂控制器41b控制接头63a和63b中的每一个以及设置臂62的可旋转底座64，并针对俯仰轴计算期望电机移动命令(例如，电机扭矩)并控制制动器。机器人臂控制器41c控制机器人臂40的每个接头44a和44b，并且计算机器人臂40的重力补偿、摩擦补偿和闭环位置控制所需的期望电机扭矩。机器人臂控制器41c基于计算出的扭矩而计算移动命令。接着将计算出的电机命令传达到机器人臂40中的致动器48a和48b中的一个或多个。接着通过致动器48a和48b将实际接头位置传输回到机器人臂控制器41c。

IDU控制器41d接收手术器械50的期望接头角度，例如手腕和颚角度，并计算用于器械驱动单元52中的电机的期望电流。IDU控制器41d基于电机位置而计算实际角度并且将实际角度传输回到主推车控制器41a。

机器人臂40被控制如下。最初，控制机器人臂40的手柄控制器例如手柄控制器38a的姿势通过由控制器21a执行的手眼转换功能转换成机器人臂40的期望姿势。手眼功能以及本文描述的其它功能体现在可由控制器21a或本文描述的任何其它合适的控制器执行的软件中。手柄控制器38a中的一个的姿势可体现为相对于坐标参考框架的坐标位置和滚转-俯仰-偏航(“RPY”)定向，所述坐标参考框架固定到手术控制台30。器械50的期望姿势与机器人臂40上的固定框架相关。然后，通过由控制器21a执行的缩放功能来缩放手柄控制器38a的姿势。在实施例中，通过缩放功能缩小坐标位置并放大定向。另外，控制器21a还执行离合功能，所述功能使手柄控制器38a与机器人臂40脱离。确切地说，如果超出某些移动限制或其它阈值，那么控制器21a停止将移动命令从手柄控制器38a传输到机器人臂40，并且实质上起到虚拟离合器机构的作用，例如限制来自影响机械输出的机械输入。

机器人臂40的期望姿势为基于手柄控制器38a的姿势，并且然后由控制器21a执行的逆运动学函数传递。逆运动学函数计算机器人臂40的接头44a、44b、44c的角度，所述角度实现由手柄控制器38a输入的缩放和调整的姿势。计算的角度然后传递到机器人臂控制器41c，其包含具有比例-微分(PD)控制器、摩擦估计器模块、重力补偿器模块和双侧饱和块的接头轴线控制器，所述双侧饱和块被配置成限制接头44a、44b、44c的电机的命令扭矩。

参考图5，机器人系统10包含容纳在控制塔20中的电源系统200。可移动推车60中的每一个电联接到电源系统200。电源系统200包含功率输入模块202，其联接到一个或多个AC线路输入204a、204b、204c。AC线路输入204a-c中的每一个包含分别经由保险丝205a、205b、205c彼此联接以提供过电流保护的线路和中性连接。另外，AC线路输入204a-c中的每一个还分别包含保护接地连接207a、207b、207c。功率输入模块202还包含等电位端子203以提供共同接地。

AC线路输入204a和204b中的每一个出于电气安全目的还分别联接到电源系统200和控制塔20的对应隔离变压器206a和206b并且联接到为各种组件提供备份电功率的不间断电源(“UPS”)208和209。确切地说，UPS 208和209分别联接到塔式电源机箱(“TPSC”)210和功率分配单元(“PDU”)212。

UPS 208和209中的每一个可具有多个独立可控的AC功率输出，如输出208a、209a和209b。特别地，UPS 208通过输出208a向TPSC 210供电。TPSC 210被配置成联接到可移动推车60，使得TPSC 210输出直流电，这为机器人臂40和可移动推车60的电机和其它机电致动器供电。

UPS 209具有两个功率输出209a和209b。输出209b向控制塔20的电子组件供电，如联接到各种外围输入装置(例如，键盘、触摸板、鼠标、触摸屏等)的通信接口216a(例如，USB集线器)、启动控制器216b和显示器23。通信接口216a还联接到UPS 208和209并且允许与启动控制器216b通信。启动控制器216b可为控制塔20的计算机21的一部分。输出209a将电功率供应到PDU 212，并且AC线路输入204c穿过脚踏开关仿真器213将电功率供应到电手术发生器214，所述脚踏开关仿真器用于将激活信号提供到电手术发生器214。

EPO开关211d也位于功率输入模块202上，并且允许操作员通过UPS 208和209快速关闭整个控制塔20的功率，以及通过脚踏开关仿真器213关闭电手术发生器214的功率。UPS208和209以及脚踏开关仿真器213中的每一个分别联接到对应紧急断电(“EPO”)连接211a、211b、211c，从而允许UPS 208和209断开连接。当EPO开关211d被激活时，来自UPS 208和209以及脚踏开关仿真器213的AC功率输出的开关打开，以断开到控制塔20以及由TPSC 210供电的任何可移动臂60的功率。

PDU 212为脚踏开关仿真器213以及控制塔20和计算机21的各种控制、输入装置和通信组件供电。由输出209a供电的控制塔20的组件包含控制器21a、安全观察器21b、可视化系统21c、服务路由器21d、第一网络开关21e、第二网络开关21e、光源21g、相机控制单元21h和其它辅助设备(未示出)。第一网络开关21e和第二网络开关21f可为任何合适的局域网装置，为有线的，如以太网或无线的，如WiFi。第一网络开关21e和第二网络开关21f还互连控制塔20、手术控制台30、机器人臂40和电源系统200。

启动控制器216b被配置成以低功率模式操作并且监测UPS 208和209以确定电源系统200是否仍连接到AC线路输入204a、204b、204c。因此，当手术机器人系统10关断时，例如在手术程序完成时，允许启动控制器216b继续操作。在AC线路输入204a、204b、204c断开连接的情况下，启动控制器216b还被配置成控制UPS 208和209完全断开以保存电池电量。

在AC线路输入204a、204b、204c在手术程序期间与电源系统200断开连接的情形下，UPS 208和209被配置成维持到连接到电源系统200的组件的AC功率，直到启动控制器216b发起包含UPS 208和209的所有系统组件在操作员控制下的关断为止，或如果UPS 208和209即将耗尽。

如果AC线路输入204a、204b、204c与电源系统200断开连接，那么启动控制器216b被配置成监测UPS 208和209并且检测AC线路输入204a、204b、204c的断开连接。启动控制器216b还被配置成命令UPS 208和209在短延迟之后关断以允许从意外断开连接恢复。

TPSC 210在穿过UPS 208连接到AC线路输入204a时可操作。TPSC 210被配置成连接到可移动推车60以向其和机器人臂40提供功率。TPSC 210被配置成检测其是否连接到可移动推车60，使得电功率在TPSC 210附接到其之后供应到可移动推车60。因此，如果AC线路输入204a与TPSC 210断开连接并且TPSC 210未连接到可移动推车60，那么TPSC 210命令UPS 208断开并且保存电池电量。

当可移动推车60连接到TPSC 210时，TPSC 210被配置成检测可移动推车60连接到哪一端口并且启用来自AC/DC转换器(未示出)的相应输出以将功率供应到可移动推车60。类似地，当可移动推车60与TPSC 210断开连接时，TPSC 210被配置成检测可移动推车60与哪一端口断开连接并且停用为可移动推车60供电的来自AC/DC转换器的相应输出。

TPSC 210还被配置成监测UPS 208并且检测AC线路输入204a、204b、204c的损失。TPSC 210被配置成命令UPS 208在短延迟时段之后关断以允许从意外断开连接恢复。

根据本公开的电源系统200提供更快的启动时间并且更好地保存UPS 208和209中的电池的充电状态。另外，UPS 208和209以及TPSC 210被配置成监测功耗。在手术机器人系统10的操作期间并且在故障检测和处置期间收集并且使用此数据。启动控制器216b还被配置成访问此数据。

电源系统200被配置成以多个功率阶段操作，如下文另外详细描述的。最初，AC线路输入204a、204b、204c连接到电源系统200，而无需手术机器人系统10经设置或用于手术程序。当AC线路输入204a和204b连接到控制塔20时，UPS 208和209正在为其相应电池充电。TPSC 210和启动控制器216b此时也可操作并且监测其相应UPS 208和209以确定AC线路输入204a和204b是否连接。启动控制器216b还监测是否从例如系统激活按钮24接收到系统激活信号以发起系统启动。在实施例中，系统激活按钮24可安置在控制塔20和/或手术控制台30上。

手术机器人系统10的操作以三个系统功率阶段发生。在第一空闲阶段期间，手术机器人系统10处于空闲状态并且AC线路输入204a、204b、204c通过功率输入模块202插入控制塔20。在此空闲状态期间，与在第二活动阶段期间，即在手术操作模式期间相比，控制塔20从其AC线路输入204a、204b、204c连接中吸取的功率要少得多。此外，从控制塔20发出的噪声可较低，因为冷却装置可运行较慢或断开，因为功耗将低于在第二活动阶段期间的功耗。

在第一阶段期间，UPS 208和209中的电池被充电，而手术机器人系统10没有被主动使用。UPS 209的输出209b接通并且向通信接口216a、启动控制器216b和显示器23提供功率。启动控制器216b还通过USB向UPS 208和209发送信号，以阻止由输出208a、209a、209b供电的下游组件的功率输出，不同之处在于上面指定的那些，即通信接口216a、启动控制器216b和显示器23。

当控制塔20处于第一阶段时，来自连接到TPSC 210的UPS 208的AC功率输出208a断开。来自连接到PDU 212的UPS 209的AC功率输出209a也断开。启动控制器216b、显示器23和通信接口216a通电，包含外围输入装置(例如，激活按钮24、触摸屏、键盘、鼠标等)。UPS上的USB端口活动以允许UPS响应从启动控制器216b发送的任何命令。这允许启动控制器216b、显示器23和经由通信接口216a联接的输入装置维持足够的功能性供用户对接和完全开启手术机器人系统10。

在第一阶段以及后期阶段期间，如果控制塔20与AC线路输入204a、204b、204c断开连接，那么在启动控制器216b上运行的软件检测到这种情况并且经由通信接口216a命令UPS 208和209断开以节省电池电量。启动控制器216b还向用户提供控制塔20已与AC线路输入204a、204b、204c断开连接以及如果AC线路输入204a、204b、204c在预设的超时时段(例如，约1分钟)内未重新连接到控制塔20，那么UPS 208和209将关闭的警报和消息。如果AC线路输入204a、204b、204c在预设超时时段内未重新连接，那么启动控制器216b进入第三阶段，即关断阶段。通知和自动关断过程处理AC线路输入204a、204b、204c与控制塔20的任何意外断开连接。

如果控制塔20与AC线路输入204a、204b、204c完全断开连接并且来自UPS 208和209的所有输出208a、209a、209b分别断开，那么UPS 208和209中的电池上的唯一负载将为其自身的自放电，这相对较低。这保存电池电量，使得控制塔20将准备好在控制塔20下次通电时使用。这还将导致更少的电池充电/放电循环，从而延长UPS 208和209的电池的使用寿命。当控制塔20恢复供电时，通过将控制塔20插入AC线路输入204a、204b、204c并且经由其控制面板接通UPS 208和209，在启动控制器216b上运行的软件命令UPS 208和209断开到TPSC 210和PDU 212的负载，以重新建立空闲状态，即返回到第一阶段。在启动控制器216b上运行的软件还向用户提供关于需要采取什么动作来准备控制塔20进行手术的信息。

为了开始使用手术机器人系统10进行手术，用户将按下控制塔20上的激活按钮24。这开始转变到第二活动阶段，在此期间手术机器人系统10准备好执行手术。为了从第一阶段转变到第二阶段，用户通过激活按钮24和/或经由系统GUI来激活手术机器人系统10。特别地，在激活按钮24之后，在启动控制器216b上运行的软件在显示器23上向用户输出指令，这可请求用户执行某些步骤以开始系统初始化，如通过进入GUI输入中的一个或多个或使用键盘/鼠标/触摸板。启动控制器216b被配置成在继续进行过程的后续步骤之前确认已遵循GUI上显示的必要步骤和指令。启动控制器216b经由通信接口216a发送第一命令以接通到UPS 209的AC功率，并且继而接通通过PDU 212接收功率的设备。启动控制器216b还向连接到TPSC 210的UPS 208发送第二命令以接通TPSC 210。一旦控制塔20被激活，手术机器人系统10就处于第二阶段，并且然后可用于进行手术。

手术完成后，用户可进入第三阶段，即手术机器人系统10的关断。用户通过显示器23上的GUI激活手术机器人系统10的关断。特别地，在启动控制器216b上运行的软件向用户提供指令以使连接可移动推车60和手术控制台30的任何线缆与控制塔20断开连接并且执行任何附加步骤从而使手术机器人系统10返回到第一阶段的空闲状态。在启动控制器216b确认可移动推车60已断开连接并且已执行其它步骤之后，启动控制器216b软件还向控制塔20中的其它计算节点发送适当的关断命令，并且然后通过命令TPSC 210和PDU 212的相应UPS 208和209断开适当的输出208a和209a来关闭到TPSC 210和PDU 212的AC功率。在实施例中，启动控制器216b还可命令UPS 209循环其AC功率，使得启动控制器216b、显示器23和通信接口216a重新启动，即冷启动。这将擦除在第二活动阶段期间的手术程序期间使用的任何网络配置。

应理解的是，可以对本文公开的实施例进行各种修改。在实施例中，传感器可以安置在机器人臂的任何合适的部分上。因此，以上描述不应解释为限制性的，而仅仅是作为各种实施例的例证。本领域技术人员将在所附权利要求的范围和精神内设想其它修改。

Claims (20)

1.一种手术机器人系统，其包括：

至少一个可移动推车，其包含具有手术器械的机器人臂；和

控制塔，其包含：

至少一个组件；

电源系统，其经由线缆联接到所述至少一个可移动推车，所述电源系统包含：

塔式电源机箱，其被配置成将第一直流电供应到所述至少一个可移动推车；

功率分配单元，其被配置成将第二直流电供应到所述至少一个组件；

第一不间断电源，其联接到所述塔式电源机箱；和

第二不间断电源，其联接到所述功率分配单元；和

启动控制器，其被配置成控制所述电源系统在多个功率阶段之间转变。

2.根据权利要求1所述的手术机器人系统，其中所述控制塔另外包含显示器，所述显示器被配置成显示图形用户接口和联接到至少一个输入装置的通信接口。

3.根据权利要求2所述的手术机器人系统，其中所述多个功率阶段包含第一空闲阶段、第二活动阶段和第三关断阶段。

4.根据权利要求3所述的手术机器人系统，其中所述第二不间断电源包含第一输出和第二输出。

5.根据权利要求4所述的手术机器人系统，其中所述第二不间断电源的所述第一输出联接到所述功率分配单元，并且所述第二不间断电源的所述第二输出联接到所述启动控制器、所述显示器和所述通信接口。

6.根据权利要求5所述的手术机器人系统，其中在所述第一空闲阶段期间，所述启动控制器被配置成激活联接到所述塔式电源机箱的所述第一不间断电源的输出和所述第二不间断电源的所述第一输出。

7.根据权利要求6所述的手术机器人系统，其中所述控制塔与联接到所述第一不间断电源的第一交流电输入和联接到所述第二不间断电源的第二交流电输入联接。

8.根据权利要求7所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成检测所述第一交流电输入和所述第二交流电输入的断开连接。

9.根据权利要求8所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成响应于所述断开连接的检测而关闭所述第一不间断电源和所述第二不间断电源。

10.根据权利要求9所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成响应于所述断开连接的检测而在所述显示器上输出警报。

11.根据权利要求3所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成响应于用户输入而从所述第一空闲阶段切换到所述第二活动阶段。

12.根据权利要求4所述的手术机器人系统，其中在所述第二活动阶段期间，所述启动控制器另外被配置成激活所述第二不间断电源的所述第一输出以对所述功率分配单元加电。

13.根据权利要求4所述的手术机器人系统，其中在所述第三关断阶段期间，所述启动控制器另外被配置成显示用于将所述至少一个可移动推车与所述控制塔断开连接的指令的图形用户接口。

14.根据权利要求13所述的手术机器人系统，其中在所述第三关断阶段期间，所述启动控制器另外被配置成关闭联接到所述塔式电源机箱的所述第一不间断电源的输出和联接到所述功率分配单元的所述第二不间断电源的所述第一输出。

15.一种手术机器人系统，其包括：

至少一个可移动推车，其包含具有手术器械的机器人臂；和

控制塔，其联接到第一交流电输入和第二交流电输入，所述控制塔包含：

至少一个组件；

电源系统，其经由线缆联接到所述至少一个可移动推车，所述电源系统包含：

塔式电源机箱，其被配置成将第一直流电供应到所述至少一个可移动推车；

功率分配单元，其被配置成将第二直流电供应到所述至少一个组件；

第一不间断电源，其联接到所述第一交流电输入并且包含被配置成向所述塔式电源机箱供电的第一输出；和

第二不间断电源，其联接到所述第二交流电输入并且包含被配置成向所述功率分配单元供电的第一输出；和

启动控制器，其被配置成控制所述电源系统在第一空闲阶段、第二活动阶段和第三关断阶段之间转变。

16.根据权利要求15所述的手术机器人系统，其中所述控制塔另外包含显示器，所述显示器被配置成显示图形用户接口和联接到至少一个输入装置的通信接口。

17.根据权利要求16所述的手术机器人系统，其中所述第二不间断电源包含联接到所述启动控制器、所述显示器和所述通信接口的第二输出。

18.根据权利要求16所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成检测所述第一交流电输入和所述第二交流电输入的断开连接。

19.根据权利要求18所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成响应于所述断开连接的检测而关闭所述第一不间断电源和所述第二不间断电源。

20.根据权利要求19所述的手术机器人系统，其中所述启动控制器另外被配置成在所述显示器上输出警报并且转变到所述第一空闲阶段。

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