CN116792493A - 传动丝失效监控装置及手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传动丝失效监控装置及手术机器人系统，所述传动丝失效监控装置包括：检测单元与控制单元，所述检测单元用于与所述弧形运动机构的传动丝连接，并用于检测获取所述传动丝的传动状态参数；所述控制单元将所述传动状态参数与预设阈值进行比较，若所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配，则判断所述传动丝失效。如此配置，传动丝失效监控装置通过检测单元的设置，能够检测获取传动丝的传动状态参数，由此控制单元能够将该传动状态参数与预设阈值进行比较，从而判断传动丝是否失效，有效地对传动丝的预紧力的变化情况进行了监测，能够判断传动丝是否失效，提高了整个手术机器人系统的安全性。

Description

传动丝失效监控装置及手术机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种传动丝失效监控装置及手术机器人系统。

背景技术

在一些手术机器人系统中，例如单臂腹腔镜手术机器人系统的患者台车系统中，通过设置弧形运动机构来实现一定工作空间，以实现手术操作。

由于弧形运动机构的运动方向为沿弧形延伸，弧形运动机构的传动一般通过传动丝(如钢丝绳)实现，然而传动丝的预紧力的变化情况难以进行检测，传动丝一旦失效，将使得整个调整臂部件存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传动丝失效监控装置及手术机器人系统，以解决现有的弧形运动机构中传动丝的预紧力的变化情况难以进行检测的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种传动丝失效监控装置，其包括：检测单元与控制单元；

所述检测单元用于与所述弧形运动机构的传动丝连接，并用于检测获取所述传动丝的传动状态参数；所述控制单元将所述传动状态参数与预设阈值进行比较，若所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配，则判断所述传动丝失效。

可选的，所述检测单元包括势能件、压丝轮和位移传感器；

所述压丝轮沿第一方向可移动地设置，并具有初始位置，所述势能件向所述压丝轮施加朝向所述初始位置的势能力，以使所述压丝轮在未受外力时处于所述初始位置；其中所述第一方向垂直于所述弧形运动机构的轴向；所述压丝轮用于供所述传动丝绕设，并用于在所述传动丝的预紧力作用下离开所述初始位置而沿所述第一方向移动；

所述传动状态参数包括所述压丝轮相对于所述初始位置的相对位置数据，所述位移传感器用于检测所述压丝轮的移动并获取所述相对位置数据。

可选的，所述相对位置数据包括到位信息或未到位信息，所述位移传感器包括检测部和随动部，其中所述随动部设置在所述压丝轮和所述势能件中的一者上，所述检测部沿所述第一方向的设置位置与预设位置相适配，所述预设位置根据压丝轮在受预定压力时所处位置与所述初始位置的距离设定；

所述随动部随所述压丝轮或所述势能件沿所述第一方向移动，至与所述检测部的位置对准时，触发所述检测部输出所述到位信息；当所述相对位置数据包含所述到位信息时，所述传动状态参数与所述预设阈值相匹配；否则所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配。

可选的，所述相对位置数据包含所述压丝轮的位置相对于所述初始位置的位移量；所述传动状态参数包括基于所述位移量而得到的所述传动丝的长度变化量；所述预设阈值为所述传动丝在所述压丝轮受预定压力时所处位置时所产生的长度变化量；

所述位移传感器包括检测部和随动部，其中所述随动部设置在所述压丝轮和所述势能件中的一者上，所述随动部随所述压丝轮或所述势能件沿所述第一方向移动，所述检测部用于实时地检测并获取所述随动部的位置信息，从而得到所述位移量；

当所述传动丝的长度变化量不大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值相匹配；当所述传动丝的长度变化量大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配。

可选的，所述检测单元包括沿所述第一方向延伸的容置槽，所述容置槽沿所述第一方向具有相对的顶壁和底壁；所述压丝轮包括中心轴，所述中心轴沿所述第一方向可移动地设置在所述容置槽中；所述势能件包括沿所述第一方向设置弹簧，所述弹簧容置于所述容置槽中，所述弹簧分别与所述中心轴和所述底壁连接；所述压丝轮在未受外力时，所述弹簧向所述中心轴施加弹力而使所述中心轴抵靠于所述顶壁，所述压丝轮处于所述初始位置。

可选的，所述检测单元包括第一编码器、第二编码器和第一传动组件；

所述第一编码器设置于所述弧形运动机构的驱动组件，所述第一编码器用于获取所述驱动组件的驱动量；

所述第二编码器通过所述第一传动组件与所述弧形运动机构的弧形臂连接，所述第二编码器用于获取所述弧形臂的运动量；

所述传动状态参数包括所述运动量与所述驱动量的比值和所述第一传动组件的传动比的差值的绝对值；

当所述绝对值不大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值相匹配；当所述绝对值大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配。

可选的，所述第一传动组件包括相啮合的第一齿轮和第一弧形齿条；所述第一齿轮与所述第二编码器连接，所述第一弧形齿条设置于所述弧形臂，并用于随所述弧形臂运动；或者，所述第一传动组件包括拉线；所述拉线的一端与所述第二编码器连接，另一端与所述弧形臂连接，并用于随所述弧形臂运动。

可选的，还包括制动单元；所述制动单元包括制动器和第二传动组件；所述制动器通过所述第二传动组件与所述弧形运动机构的弧形臂连接；

所述控制单元在判断所述传动丝失效时，向所述制动器发送制动信号；

所述制动器在收到所述制动信号后，通过所述第二传动组件对所述弧形臂进行制动。

可选的，所述第二传动组件包括相啮合的第二齿轮和第二弧形齿条；所述第二齿轮与所述制动器连接，所述第二弧形齿条设置于所述弧形臂，并用于随所述弧形臂运动；所述制动器在收到所述制动信号后，限制所述第二齿轮转动；或者；

所述第二传动组件包括从动卷丝件和从动丝；所述从动卷丝件与所述制动器连接，所述从动丝的一端与所述弧形臂连接，另一端卷绕于所述从动卷丝件；所述制动器在收到所述制动信号后，限制所述从动卷丝件转动。

为解决上述技术问题，本发明提供还一种手术机器人系统，其包括弧形运动机构以及如上所述的传动丝失效监控装置；

所述弧形运动机构包括弧形臂和传动丝，所述弧形臂与所述传动丝连接，并用于在所述传动丝的驱动下运动。

综上所述，在本发明提供的传动丝失效监控装置及手术机器人系统中，所述传动丝失效监控装置包括：检测单元与控制单元，所述检测单元用于与所述弧形运动机构的传动丝连接，并用于检测获取所述传动丝的传动状态参数；所述控制单元将所述传动状态参数与预设阈值进行比较，若所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配，则判断所述传动丝失效。

如此配置，传动丝失效监控装置通过检测单元的设置，能够检测获取传动丝的传动状态参数，由此控制单元能够将该传动状态参数与预设阈值进行比较，从而判断传动丝是否失效，有效地对传动丝的预紧力的变化情况进行了监测，能够判断传动丝是否失效，提高了整个手术机器人系统的安全性。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明实施例的手术机器人系统的应用场景示意图；

图2是本发明实施例的调整臂部件的示意图；

图3是本发明实施例的弧形运动机构的示意图；

图4是本发明实施例的弧形运动机构的另一角度的示意图；

图5是本发明实施例的检测单元的一个优选示例的示意图，其中检测部包括对射光耦组件；

图6是图5所示的检测单元安装于基座上的示意图；

图7是本发明实施例的检测单元的一个优选示例的示意图，其中检测部包括测距传感器；

图8是本发明实施例的检测单元的另一个优选示例的示意图，其中第一传动组件为齿轮齿条传动；

图9是本发明实施例的检测单元的另一个优选示例的示意图，其中第一传动组件为拉线传动；

图10是本发明实施例的制动单元的一个优选示例的示意图；

图11a是图10所示的制动单元的制动器与第二齿轮的示意图；

图11b是图10所示的制动单元的的制动器和主动齿轮的示意图；

图12是图10所示的制动单元的第二弧形齿条与弧形臂的示意图；

图13是本发明实施例的制动单元的另一个优选示例的示意图；

图14是图13所示的制动单元的从动卷丝件和从动丝的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点。术语“近端”和“远端”在本文中相对于操作者诸如外科医生或临床医生来定义。术语“近端”是指元件的更靠近操作者的位置，并且术语“远端”是指元件的更远离操作者的位置。此外，如在本发明中所使用的，“安装”、“相连”、“连接”，一元件“设置”于另一元件，应做广义理解，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。

本发明的目的在于提供一种传动丝失效监控装置及手术机器人系统，以解决现有的弧形运动机构中传动丝的预紧力的变化情况难以进行检测的问题。以下参考附图进行描述。

图1示出了一个手术机器人系统的应用场景，手术机器人系统包括患者台车100，患者台车100包括调整臂部件110，调整臂部件110包括两组弧形运动机构120。请结合参考图2，两组弧形运动机构120的轴线汇交于一点A，该点A即为调整臂部件110的运动中心(即不动点)。在保证不动点的位置不变的前提下，通过两组弧形运动机构120围绕各自轴线的转动，来实现一定的工作空间，以此实现手术操作。

请结合参考图3和图4，在一个示范例中，弧形运动机构120包括基座121、弧形臂122、驱动组件123和传动丝124。弧形臂122的延伸方向为围绕弧形运动机构120的轴线的弧形，并且，弧形臂122围绕弧形运动机构120的轴线周向可转动地设置于基座121上。可以理解的，对于弧形臂122自身而言，弧形臂122能够沿自身的延伸方向相对于基座121进退移动。驱动组件123设置在基座121上，驱动组件123例如包括电机125和卷丝筒126，卷丝筒126优选沿平行于弧形运动机构120的轴线的方向可转动地设置于基座121上，电机125能够驱动卷丝筒126正反转动。进一步的，传动丝124的一端与弧形臂122连接，传动丝124的另一端盘绕于卷丝筒126上，这样卷丝筒126的转动即可通过收拉传动丝124而驱动弧形臂122转动。一些实施例中，可在弧形臂122的延伸方向的两端分别设置两根传动丝124，该两根传动丝124沿相同的方向盘绕于卷丝筒126上，这样卷丝筒126的正反转动可以分别通过两根传动丝124驱动弧形臂122正反转动。当然另一些实施例中，也可以将两根传动丝124盘绕于卷丝筒126上的部分连接起来，其构成一整根传动丝，同样可以实现正反两个方向的传动。可选的，传动丝124可通过压丝块压紧固定在弧形臂122上。

研究发现，由于压紧块对传动丝124存在预紧力，使得传动丝124存在截面断裂失效的可能。此外，由于传动丝124的传动原理，其与弧形臂122的表面是相切压紧的，而弧形臂122的表面并不是光滑无摩擦的表面，因此弧形臂122的表面会对传动丝124产生摩擦，从而致使传动丝124存在断裂失效的可能。而传动丝124一旦断裂失效，将导致弧形臂122不再受控，形成安全隐患。由于传动丝124的断裂位置并无法确定，其可能发生在传动丝124整个延伸长度上的任意位置，这给传动丝124的失效监测带来了困难。

基于上述研究，本发明实施例提供一种传动丝失效监控装置，其用于弧形运动机构120，传动丝失效监控装置包括：检测单元200与控制单元；检测单元200用于与弧形运动机构120的传动丝124连接，并用于检测获取传动丝124的传动状态参数；控制单元将传动状态参数与预设阈值进行比较，若传动状态参数与预设阈值不匹配，则判断传动丝124失效。

如此配置，传动丝失效监控装置通过检测单元200的设置，能够检测获取传动丝124的传动状态参数，由此控制单元能够将该传动状态参数与预设阈值进行比较，从而判断传动丝124是否失效，有效地对传动丝124的预紧力的变化情况进行了监测，能够判断传动丝124是否失效，提高了整个手术机器人系统的安全性。

下面结合若干实施例，对本发明实施例的传动丝失效监控装置进一步进行说明。

请参考图3至图7，在一个实施例中，检测单元200包括势能件210、压丝轮220和位移传感器230；压丝轮220沿第一方向可移动地设置，并具有初始位置，势能件210向压丝轮220施加朝向初始位置的势能力，以使压丝轮220在未受外力时处于初始位置；其中第一方向垂直于弧形运动机构120的轴向；压丝轮220用于供传动丝124绕设，并用于在传动丝124的预紧力作用下离开初始位置而沿第一方向移动；传动状态参数包括压丝轮220相对于初始位置的相对位置数据，位移传感器230用于检测压丝轮220的移动并获取相对位置数据。

如图3和图4所示，第一方向垂直于弧形运动机构120的轴向，例如可以为弧形运动机构120的径向(图4中大致沿竖直方向)，当然在其它的一些实施例中，第一方向也可以平行于弧形运动机构120的径向，或与弧形运动机构120的径向成一定的角度，只要第一方向大致沿着弧形臂122的弧线延伸方向所在平面即可。请参考图4，以基座121的左侧为例进行说明，传动丝124从盘绕于卷丝筒126上开始，先绕过压丝轮220，再绕经导向轮127后沿弧形臂122向左延伸，最终被固定在弧形臂122上。这样传动丝124在预紧力的作用下会对压丝轮220产生向下(即朝向弧形臂122)的作用力。该作用力能够推动压丝轮220向下离开初始位置而产生移动，直至与势能件210向压丝轮220施加的势能力相平衡的位置。

可以理解的，通过位移传感器230对压丝轮220的位置进行监测，获取压丝轮220移动后相对于初始位置的相对位置数据，就可以大致获知传动丝124的预紧力或长度变化量。容易理解的，倘若传动丝124与弧形臂122的连接处松脱，或传动丝124自身断开，则传动丝124上的预紧力消失，压丝轮220将在势能件210的推动下回归至初始位置。

请参考图5，在一个可替代的示范例中，检测单元200包括沿第一方向延伸的容置槽240。可选的，检测单元200包括压丝轮安装座249，容置槽240开设在压丝轮安装座249上。压丝轮安装座249则固定设置在基座121上。进一步的，容置槽240沿第一方向具有相对的顶壁241和底壁242；压丝轮220包括中心轴221，中心轴221沿第一方向可移动地设置在容置槽240中；势能件210包括沿第一方向设置弹簧，弹簧容置于容置槽240中，弹簧分别与中心轴221和底壁242连接；压丝轮220在未受外力时，弹簧向中心轴221施加弹力而使中心轴221抵靠于顶壁241，压丝轮220处于初始位置。压丝轮220在传动丝124的预紧力的作用下能够克服弹簧的弹力并离开顶壁241。反之若传动丝124上的预紧力消失，则压丝轮220在弹簧的弹力推动下抵靠于顶壁241。可以理解的，在其它的一些实施例中，势能件210还可包括磁性部件等，其向压丝轮220施加磁势能。本领域技术人员可根据现有技术进行理解和设置。

可选的，控制单元的一种控制逻辑是根据压丝轮220在受预定压力时所处位置与初始位置的距离设定一个预设位置，位移传感器230检测压丝轮220的移动时并不需要检测得到压丝轮220的实时的位移量，而只需要获知压丝轮220是否被传动丝124压下并到达预设位置。当压丝轮220移动后的位置在预设位置之下或与预设位置持平时(即压丝轮220移动后的位置与初始位置的距离不小于预设位置与初始位置的距离)，则认为传动丝124的预紧力不小于预定压力，判断传动丝124处于正常状态。而倘若压丝轮220移动后的位置在预设位置之上，则说明传动丝124的预紧力小于预定压力，判断传动丝124失效。

在这样的控制逻辑下，位移传感器230所输出的相对位置数据可以包括到位信息或未到位信息，并可进一步二值化为1和0。此时预设阈值可以被设定为1，当相对位置数据包含到位信息时，其与预设阈值均为1而相匹配，此时控制单元判断传动丝124的预紧力正常，传动丝124处于正常状态。而当相对位置数据包含未到位信息时，其与预设阈值不匹配，控制单元判断传动丝124失效。当然，未到位信息也可以视作悬空或空缺信息，在没有输出到位信息时，相对位置数据可以自动置0，同样视作与预设阈值不匹配。

基于上述控制逻辑，请参考图5和图6，可选的，位移传感器230包括检测部231和随动部232，其中随动部232设置在压丝轮220和势能件210中的一者上，检测部231则设置在压丝轮安装座249或基座121上，并且检测部231沿第一方向的设置位置与预设位置相适配。随动部232能够随压丝轮220或势能件210沿第一方向移动，至与检测部231的位置对准时，触发检测部231输出到位信息。否则，当随动部232未与检测部231的位置对准时，检测部231输出未到位信息。

如图5和图6所示，在一个示范例中，随动部232设置在压丝轮220的中心轴221上，随动部232例如可以是一个片状件。检测部231设置在基座121上，检测部231例如可以是对射光耦组件，在片状件随压丝轮220沿第一方向移动至与对射光耦组件的位置对准时，阻挡光耦的对射，从而触发对射光耦组件输出到位信息(例如为第一电平)。反之片状件离开对射光耦组件的位置时，光耦能实现对射，对射光耦组件输出未到位信息(例如为第二电平)，第一电平和第二电平例如可以为一组相反的电平信号，如一者为高电平，另一者为低电平。

可选的，控制单元的另一种控制逻辑是根据压丝轮220的位置相对于初始位置的位移量推算出传动丝124的长度变化量，并根据传动丝124的长度变化量来对传动丝124的预紧力状态进行判断。可以理解的，压丝轮220的位置是基于传动丝124的预紧力而产生的，而传动丝124的预紧力能够反映其自身的长度变化量。故而通过检测压丝轮220的位移量，即可推算出传动丝124的长度变化量。

该控制逻辑下，相对位置数据包含压丝轮220的位置相对于初始位置的位移量；传动状态参数包括基于位移量而得到的传动丝124的长度变化量；预设阈值为传动丝124在压丝轮220受预定压力时所处位置时所产生的长度变化量。

当传动丝124的长度变化量不大于预设阈值时，说明传动丝124的长度变化合适，传动丝124的预紧力合适，传动状态参数与预设阈值相匹配；此时控制单元判断传动丝124处于正常状态。

当传动丝124的长度变化量大于预设阈值时，说明传动丝124可能存在松脱或断裂，传动状态参数与预设阈值不匹配；此时控制单元判断传动丝124处于失效状态。

基于上述控制逻辑，请参考图7，可选的，位移传感器230包括检测部231和随动部232，其中随动部232设置在压丝轮220和势能件210中的一者上，检测部231则设置在压丝轮安装座249或基座121上。随动部232能够随压丝轮220或势能件210沿第一方向移动，检测部231能够实时地检测并获取随动部232的位置信息，从而得到压丝轮220的位移量。

在一个示范例中，随动部232设置在压丝轮220的中心轴221上，随动部232例如可以是一个片状件。检测部231设置在基座121上，检测部231为测距传感器，例如可以是光电测距传感器或超声波测距传感器。随动部232对应于测距传感器的检测方向，故而测距传感器能够检测到随动部232的位移量，从而得到压丝轮220的位移量。

进一步的，根据传动丝124上的预紧力可将传动丝124的失效状态分为至少两个档位，相应地，预设阈值也可以被细分为至少两个档位，以适配于传动丝124的至少两个失效状态。以一个将传动丝124的失效状态分为两个档位的实施例为例进行说明，失效状态的两个档位分别为松脱状态和断裂状态。相对应的，基于传动丝124在不同状态下长度变化量的不同，预设阈值包括第一阈值e1和第二阈值e2，其中第一阈值e1小于第二阈值e2。第一阈值e1代表传动丝124变形量比较严重，但未超过传动丝124理论最大变形值；第二阈值e2代表传动丝124变形非常严重或者断裂，已超过理论的最大变形量。

当传动丝124的长度变化量不大于第一阈值e1时，说明传动丝124的长度变化合适，传动丝124的预紧力合适，传动状态参数与预设阈值相匹配；此时控制单元判断传动丝124处于正常状态。

当传动丝124的长度变化量大于第一阈值e1并小于第二阈值e2时，可以认为传动丝124已产生松脱而进入松脱状态。当传动丝124的长度变化量不小于于第二阈值e2时，可以认为传动丝124已产生断裂而进入断裂状态。综上，通过位移传感器230获取压丝轮220的位移量的方式，能够更精准的对传动丝124的状态进行监测。

优选的，检测单元200包括两个势能件210和两个位移传感器230，两个位移传感器230分别沿压丝轮220的轴向设置于压丝轮220的两端，并分别与一个势能件210连接。控制单元能够获取两个位移传感器230所检测获取的相对位置数据，并根据该两个相对位置数据得到两个传动状态参数，并分别与预设阈值进行比较。只要根据任一个位移传感器230所检测获取的相对位置数据所得到的传动状态参数与预设阈值不匹配，则判断传动丝124失效。优选的，若根据某一个位移传感器230所检测获取的相对位置数据所得到的传动状态参数与预设阈值不匹配，但根据另一个位移传感器230所检测获取的相对位置数据所得到的传动状态参数与预设阈值匹配，说明此时至少一个位移传感器230存在故障。故而控制单元还优选输出故障报警信号。检测单元200包括两个势能件210和两个位移传感器230的方式，实现了双路检测，提高了系统检测的可靠性，防止单一位移传感器230失效而无法实现检测的情况发生。

请参考图8和图9，在一个实施例中，检测单元200包括：第一编码器310、第二编码器320和第一传动组件330；第一编码器310设置于弧形运动机构120的驱动组件123，第一编码器310用于获取驱动组件123的驱动量；第二编码器320通过第一传动组件330与弧形运动机构120的弧形臂122连接，第二编码器320用于获取弧形臂122的运动量；传动状态参数包括运动量与驱动量的比值和第一传动组件330的传动比的差值的绝对值；当绝对值不大于预设阈值时，传动状态参数与预设阈值相匹配；当绝对值大于预设阈值时，传动状态参数与预设阈值不匹配。

如图8所示，在一个示范例中，第一传动组件330包括相啮合的第一齿轮331和第一弧形齿条332；第一齿轮331与第二编码器320连接，第一弧形齿条332设置于弧形臂122，并用于随弧形臂122运动。

可选的，第一编码器310设置在电机125或卷丝筒126上，其能够反馈电机125或卷丝筒126的转动角度，亦即驱动组件123的驱动量。第二编码器320固定设置在基座121上，第一齿轮331与第二编码器320同轴连接，第一弧形齿条332为沿弧形臂122的周向延伸方向固定设置于弧形臂122上的从动齿条，在弧形臂122围绕其自身轴线转动时，第一弧形齿条332也跟随产生转动，从而通过第一齿轮331带动第二编码器320转动，第二编码器320即能够反馈弧形臂122的转动角度，亦即弧形臂122的运动量。容易理解的，此时第一传动组件330的传动比可根据第一齿轮331与第一弧形齿条332的齿比等参数得到。

如图9所示，在另一个示范例中，第一传动组件330包括拉线333；拉线333的一端与第二编码器320连接，另一端与弧形臂122连接，并用于随弧形臂122运动。可选的，在该示范例中，第二编码器320为拉线式编码器，其能够监测拉线333的位移量，从而获知弧形臂122的转动角度，亦即弧形臂122的运动量。此时第一传动组件330的传动比可根据拉线式编码器自身的参数获知。

可以理解的，第一编码器310所反馈的是驱动组件123的驱动量，而第二编码器320所反馈的是弧形臂122的运动量，驱动量与运动量两者的比值i1理论上应该与第一传动组件330的传动比i2相同。即理想状态下，运动量与驱动量的比值i1和第一传动组件330的传动比i2的差值应为0。然而由于传动丝124能够产生一定的拉伸，因此可根据所选择的传动丝124的性能参数将预设阈值e3设置为大于0的某个值。即当|i2-i1|≤e3时，传动状态参数与预设阈值相匹配，说明传动丝124的正常，控制单元判断传动丝124处于正常状态。反之当|i2-i1|＞e3时，传动状态参数与预设阈值不匹配，说明传动丝124松脱或者断裂；控制单元判断传动丝124处于失效状态。

优选的，请参考图10至图14，传动丝失效监控装置还包括制动单元400；制动单元400包括制动器410和第二传动组件420；制动器410通过第二传动组件420与弧形运动机构120的弧形臂122连接；控制单元在判断传动丝124失效时，向制动器410发送制动信号；制动器410在收到制动信号后，通过第二传动组件420对弧形臂122进行制动。保证在传动丝124失效的情况下，整个弧形运动机构120处于静止的安全状态。

可选的，制动器410为电磁摩擦式制动器，其在通电时处于打开状态，而在断电时处于制动状态。制动器410在未收到来自控制单元发送的制动信号时，处于打开状态。在收到制动信号后，即断电而转换至制动状态。

请参考图11a、图11b和图12，在一个示范例中，第二传动组件420包括相啮合的第二齿轮421和第二弧形齿条422；第二齿轮421与制动器410连接，第二弧形齿条422设置于弧形臂122，并用于随弧形臂122运动；制动器410在收到制动信号后，限制第二齿轮421转动。可选的，第二传动组件420还包括与制动器410同轴连接的主动齿轮423，第二齿轮421分别与主动齿轮423和第二弧形齿条422啮合。制动器410在处于打开状态时，允许主动齿轮423转动。制动器410在处于制动状态时，主动齿轮423即被限制转动，由此通过第二齿轮421和第二弧形齿条422实现对弧形臂122的制动。

请参考图13和图14，在另一个示范例中，第二传动组件420包括从动卷丝件424和从动丝425；从动卷丝件424与制动器410连接，从动丝425的一端与弧形臂122连接，另一端卷绕于从动卷丝件425；制动器410在收到制动信号后，限制从动卷丝件424转动。一些实施例中，可在弧形臂122的延伸方向的两端分别设置两根从动丝425，该两根从动丝425沿相同的方向盘绕于从动卷丝件424上，弧形臂122正反转动时可分别通过两根从动丝425带动从动卷丝件424正反转动。当然另一些实施例中，也可以将两根从动丝425盘绕于从动卷丝件424上的部分连接起来，其形如一根从动丝425。进一步的，从动卷丝件424与制动器410同轴连接，制动器410在处于打开状态时，允许从动卷丝件424转动。此时弧形臂122的正反转动可通过从动丝425带动从动卷丝件424转动，故而弧形臂122的正反转动不受影响。制动器410在处于制动状态时，从动卷丝件424即被限制转动。此时弧形臂122受到从动丝425的牵拉阻碍而无法转动，从而实现制动。

本发明实施例还提供一种手术机器人系统，其包括弧形运动机构120以及如上述的传动丝失效监控装置；弧形运动机构120包括弧形臂122和传动丝124，弧形臂122与传动丝124连接，并用于在传动丝124的驱动下运动。

在本发明提供的传动丝失效监控装置及手术机器人系统中，传动丝失效监控装置包括：检测单元与控制单元，检测单元用于与弧形运动机构的传动丝连接，并用于检测获取传动丝的传动状态参数；控制单元将传动状态参数与预设阈值进行比较，若传动状态参数与预设阈值不匹配，则判断传动丝失效。如此配置，传动丝失效监控装置通过检测单元的设置，能够检测获取传动丝的传动状态参数，由此控制单元能够将该传动状态参数与预设阈值进行比较，从而判断传动丝是否失效，有效地对传动丝的预紧力的变化情况进行了监测，能够判断传动丝是否失效，提高了整个手术机器人系统的安全性。

需要说明的，上述若干实施例之间可相互组合。上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种传动丝失效监控装置，用于弧形运动机构，其特征在于，包括：检测单元与控制单元；

所述检测单元用于与所述弧形运动机构的传动丝连接，并用于检测获取所述传动丝的传动状态参数；所述控制单元将所述传动状态参数与预设阈值进行比较，若所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配，则判断所述传动丝失效。

2.根据权利要求1所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，所述检测单元包括势能件、压丝轮和位移传感器；

所述压丝轮沿第一方向可移动地设置，并具有初始位置，所述势能件向所述压丝轮施加朝向所述初始位置的势能力，以使所述压丝轮在未受外力时处于所述初始位置；其中所述第一方向垂直于所述弧形运动机构的轴向；所述压丝轮用于供所述传动丝绕设，并用于在所述传动丝的预紧力作用下离开所述初始位置而沿所述第一方向移动；

所述传动状态参数包括所述压丝轮相对于所述初始位置的相对位置数据，所述位移传感器用于检测所述压丝轮的移动并获取所述相对位置数据。

3.根据权利要求2所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，所述相对位置数据包括到位信息或未到位信息，所述位移传感器包括检测部和随动部，其中所述随动部设置在所述压丝轮和所述势能件中的一者上，所述检测部沿所述第一方向的设置位置与预设位置相适配，所述预设位置根据压丝轮在受预定压力时所处位置与所述初始位置的距离设定；

所述随动部随所述压丝轮或所述势能件沿所述第一方向移动，至与所述检测部的位置对准时，触发所述检测部输出所述到位信息；当所述相对位置数据包含所述到位信息时，所述传动状态参数与所述预设阈值相匹配；否则所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配。

4.根据权利要求2所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，所述相对位置数据包含所述压丝轮的位置相对于所述初始位置的位移量；所述传动状态参数包括基于所述位移量而得到的所述传动丝的长度变化量；所述预设阈值为所述传动丝在所述压丝轮受预定压力时所处位置时所产生的长度变化量；

所述位移传感器包括检测部和随动部，其中所述随动部设置在所述压丝轮和所述势能件中的一者上，所述随动部随所述压丝轮或所述势能件沿所述第一方向移动，所述检测部用于实时地检测并获取所述随动部的位置信息，从而得到所述位移量；

当所述传动丝的长度变化量不大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值相匹配；当所述传动丝的长度变化量大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配。

5.根据权利要求2所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，所述检测单元包括沿所述第一方向延伸的容置槽，所述容置槽沿所述第一方向具有相对的顶壁和底壁；所述压丝轮包括中心轴，所述中心轴沿所述第一方向可移动地设置在所述容置槽中；所述势能件包括沿所述第一方向设置弹簧，所述弹簧容置于所述容置槽中，所述弹簧分别与所述中心轴和所述底壁连接；所述压丝轮在未受外力时，所述弹簧向所述中心轴施加弹力而使所述中心轴抵靠于所述顶壁，所述压丝轮处于所述初始位置。

6.根据权利要求1所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，所述检测单元包括第一编码器、第二编码器和第一传动组件；

所述第一编码器设置于所述弧形运动机构的驱动组件，所述第一编码器用于获取所述驱动组件的驱动量；

所述第二编码器通过所述第一传动组件与所述弧形运动机构的弧形臂连接，所述第二编码器用于获取所述弧形臂的运动量；

所述传动状态参数包括所述运动量与所述驱动量的比值和所述第一传动组件的传动比的差值的绝对值；

当所述绝对值不大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值相匹配；当所述绝对值大于所述预设阈值时，所述传动状态参数与所述预设阈值不匹配。

7.根据权利要求6所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，所述第一传动组件包括相啮合的第一齿轮和第一弧形齿条；所述第一齿轮与所述第二编码器连接，所述第一弧形齿条设置于所述弧形臂，并用于随所述弧形臂运动；或者，所述第一传动组件包括拉线；所述拉线的一端与所述第二编码器连接，另一端与所述弧形臂连接，并用于随所述弧形臂运动。

8.根据权利要求1所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，还包括制动单元；所述制动单元包括制动器和第二传动组件；所述制动器通过所述第二传动组件与所述弧形运动机构的弧形臂连接；

所述控制单元在判断所述传动丝失效时，向所述制动器发送制动信号；

所述制动器在收到所述制动信号后，通过所述第二传动组件对所述弧形臂进行制动。

9.根据权利要求8所述的传动丝失效监控装置，其特征在于，

所述第二传动组件包括相啮合的第二齿轮和第二弧形齿条；所述第二齿轮与所述制动器连接，所述第二弧形齿条设置于所述弧形臂，并用于随所述弧形臂运动；所述制动器在收到所述制动信号后，限制所述第二齿轮转动；或者；

所述第二传动组件包括从动卷丝件和从动丝；所述从动卷丝件与所述制动器连接，所述从动丝的一端与所述弧形臂连接，另一端卷绕于所述从动卷丝件；所述制动器在收到所述制动信号后，限制所述从动卷丝件转动。

10.一种手术机器人系统，其特征在于，包括弧形运动机构以及根据权利要求1～9中任一项所述的传动丝失效监控装置；

所述弧形运动机构包括弧形臂和传动丝，所述弧形臂与所述传动丝连接，并用于在所述传动丝的驱动下运动。