[发明专利]校准手术机器人的器械驱动单元的转矩传感器的方法

说明书

一种通过控制器校准用于电机的转矩传感器的方法包含：确定所述转矩传感器的增益，将所述转矩传感器的转矩读数归零，以已知速率加速所述电机，以及响应于加速所述电机而确定所述电机的惯性。当所述电机处于无负载且未激活状态时发生所述转矩读数的归零，并且当所述电机处于无负载状态时发生所述电机的加速。

背景技术

机器人手术系统已用于微创医疗程序。在医疗程序期间，机器人手术系统由与用户接口介接的外科医生控制。用户接口允许外科医生操控作用于患者的手术器械的末端执行器。用户接口包含输入控制器或手柄，其可通过外科医生移动来控制机器人手术系统。

机器人手术系统通常使用缩放因子来按比例缩小外科医生手部的运动以确定末端执行器在患者体内的所要位置，使得外科医生可在患者体内更精确地移动末端执行器。

在手术程序期间，可能需要增大末端执行器在患者体内的移动的精确度。末端执行器的移动可由手术机器人的器械驱动单元(IDU)控制。IDU的一些移动由电机或致动器控制，所述电机或致动器使用转矩传感器作为安置在IDU内的反馈机构。

在IDU的制造期间，转矩传感器的读数可能存在小变化。所述变化可能与转矩传感器和/或IDU的组装相关。例如当转矩传感器上没有负载时，所述变化可能处于转矩传感器的零位或某一偏移。另外，转矩传感器的增益可能存在变化。

需要一种方法来用于校准IDU的转矩传感器，使得可以精确地控制固定到IDU的末端执行器的移动。

发明内容

在本公开的一个方面，一种通过控制器校准用于电机的转矩传感器的方法包含：确定转矩传感器的增益，将转矩传感器的转矩读数归零，以已知速率加速电机，以及响应于加速电机而确定电机的惯性。当所述电机处于无负载且未激活状态时发生所述转矩读数的归零，并且当所述电机处于无负载状态时发生所述电机的加速。

在各方面，确定转矩传感器的增益包含询问转矩传感器本身的存储器芯片。以已知速率加速电机可包含通过位置传感器测量电机的位置。

在一些方面，所述方法包含在所述电机处于未激活状态时激活另一电机，并且响应于激活另一电机而确定转矩传感器的串扰转矩。

在本公开的另一方面，一种通过控制器校准IDU的转矩传感器的方法包含：确定每个转矩传感器的增益，在每个电机处于无负载且未激活状态时将每个转矩传感器的转矩读数归零，并且确定每个电机的惯性；其中每个转矩传感器与IDU的相应电机相关联。确定每个电机的惯性包含：在无负载状态下以已知速率加速相应电机，其中其它电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过与相应电机相关联的转矩传感器测量相应电机的转矩；以及根据测量的转矩和已知的加速速率来确定相应电机的惯性。

在各方面，确定每个电机的惯性包含通过响应于加速相应电机而测量转矩来确定与相应电机不相关联的每个转矩传感器的串扰转矩。所述方法可包含创建串扰矩阵，所述串扰矩阵包含用于IDU的每个电机的每个转矩传感器的校正因子。

在一些方面，确定每个转矩传感器的增益包含询问每个转矩传感器的存储器芯片。以已知速率加速相应电机可包含通过与相应电机相关联的位置传感器来测量相应电机的位置。

在本公开的另一方面，公开一种通过控制器校准IDU的转矩传感器的方法。所述IDU包含与第一电机相关联的第一转矩传感器、与第二电机相关联的第二转矩传感器、与第三电机相关联的第三转矩传感器以及与第四电机相关联的第四转矩传感器。所述方法包含：确定第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的增益，在第一、第二、第三和第四转矩电机中的每个转矩电机处于无负载且未激活状态时将第一、第二、第三和第四转矩传感器中的每个转矩传感器的转矩读数归零，以及确定第一电机的惯性。确定第一电机的惯性包含：在无负载状态下以第一已知速率加速第一电机，其中第二、第三和第四电机中的每个电机处于无负载且未激活状态；通过第一转矩传感器测量第一电机的转矩；以及根据第一转矩传感器所测量的转矩和加速的第一已知速率来确定第一电机的惯性。