[发明专利]机器人臂的主动反向驱动

说明书

一种机器人外科系统包括：至少一个机器人臂，该至少一个机器人臂包括至少一个活动关节和被配置为驱动该至少一个活动关节的致动器；和控制器，该控制器被配置为生成第一信号，该第一信号包括具有第一频率的第一振荡波形并且由具有第二频率的第二振荡波形调制，其中第二频率高于第一频率。该致动器被配置为基于第一信号驱动至少一个活动关节，以至少部分地补偿该至少一个活动关节中的摩擦。

技术领域

本发明整体涉及机器人外科手术的领域，并且更具体地，涉及用于协助机器人臂的反向驱动的新的和有用的系统和方法。

背景技术

微创外科手术(MIS)诸如腹腔镜式外科手术涉及旨在外科规程期间减少组织损伤的技术。例如，腹腔镜式手术通常涉及在患者体内(例如，在腹腔中)形成多个小切口，并且通过切口将一个或多个外科手术器械(例如，端部执行器、至少一个摄像机等)引入到患者体内。然后可使用引入的外科手术器械执行外科手术规程，其中可视化辅助由摄像机提供。

一般来讲，MIS提供多种有益效果，诸如减少患者瘢痕、减轻患者疼痛、缩短患者恢复期并且降低与患者恢复相关联的医疗费用。在一些实施方案中，MIS可用机器人系统来执行，该机器人系统包括用于基于来自操作者的命令操纵外科手术器械的一个或多个机器人臂。例如，机器人臂可在其远侧端部处支撑各种装置，诸如外科手术端部执行器、成像装置、用于提供进入患者的体腔和器官的插管等。机器人臂和外科手术器械可控制用于执行微创外科手术。

通常，机器人外科系统中的机器人臂包括使机器人臂能够运动的一个或多个关节。例如，至少一个关节可由包括马达、齿轮系、一个或多个传感器等的致动器组件驱动。此外，致动器组件可以被反向驱动，诸如由于用户对机器人臂施加手动推力以重新定位机器人臂的关节和/或其他关节。然而，由于因素诸如齿轮系中的高齿轮比和/或交接机械部件之间的高摩擦，机器人臂中的一个或多个关节可在被反向驱动时经历高摩擦，从而需要较大力来克服高摩擦并反向驱动致动器组件。例如，这可使用户难以手动重新定位臂。因此，期望具有用于协助机器人臂的反向驱动的系统和方法。

发明内容

一般来讲，在一些变型形式中，一种用于协助具有至少一个活动关节的机器人外科臂的运动的方法可包括：生成调制信号，该调制信号包括具有第一频率的第一振荡波形并且由具有第二频率的第二振荡波形调制；以及基于调制信号驱动至少一个活动关节中的致动器，以至少部分地补偿至少一个活动关节中的摩擦。第二频率可高于第一频率。此外，该方法可包括：检测至少一个活动关节的运动；生成不同于调制信号的第二信号；以及基于第二信号驱动至少一个活动关节中的致动器，以至少部分地补偿关节中的摩擦。

此外，一般来讲，在一些变型形式中，机器人外科系统可包括：至少一个机器人臂，该至少一个机器人臂包括至少一个活动关节和被配置为驱动至少一个活动关节的致动器；和控制器，该控制器被配置为生成调制信号，其中该致动器被配置为基于调制信号驱动至少一个活动关节，以至少部分地补偿至少一个活动关节中的摩擦。调制信号可包括具有第一频率的第一振荡波形并且由具有第二频率的第二振荡波形调制，其中第二频率高于第一频率。在一些变型形式中，该系统可包括至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为检测至少一个活动关节的运动。在检测到关节运动时，控制系统可被配置为生成不同于调制信号的第二信号，并且致动器可被配置为基于第二信号驱动至少一个活动关节，以至少部分地补偿关节中的摩擦。

调制信号的第一振荡波形和/或第二振荡波形可以是例如正弦波。在一些变型形式中，第一振荡波形的第一频率可介于约1Hz和约5Hz之间(例如，约2Hz)。第二振荡波形的第二频率可小于或等于约200Hz(例如，约100Hz)。第一信号和/或第二信号可为基于动态摩擦模型(例如，库仑摩擦模型、粘性摩擦模型)的，使得例如第二信号可与至少一个活动关节的速度大致成比例，以继续至少部分地补偿关节中的摩擦。