CN111200986B - 用于末端执行器位置设定点校正的***和方法 - Google Patents

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Abstract

末端执行器位置设定点校正包括具有末端执行器的器械以及控制单元。在一些实施例中，控制单元将末端执行器致动到第一位置，确定致动水平，基于致动水平确定偏移，基于偏移调整位置设定点，并且将末端执行器致动到经调整的位置设定点。在一些实施例中，控制单元致动末端执行器，确定致动水平，并且确定致动水平是否高于阈值。响应于确定致动水平高于阈值，控制单元确定末端执行器的位置，标识与所确定的位置相关联的标称位置，基于标称位置和所确定的位置确定偏移，基于偏移调整位置设定点，并将末端执行器致动到经调整的位置设定点。

Description

用于末端执行器位置设定点校正的***和方法
相关申请
本公开要求享有2017年11月2日提交的题为“用于末端执行器设定点校正的***和方法(Systems and Methods for End Effector Set Point Correction)”的美国临时专利申请号62/580,751的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的方面涉及远程操作的和机器人***中的末端执行器的控制，并且更具体地涉及用于末端执行器位置设定点校正的***和方法。
背景技术
越来越多的装置被自主和半自主电子装置取代。在当今的医院中尤其如此，在手术室、介入套件、重症监护病房、急诊室等中发现了大量的自主和半自主电子装置。例如，传统的手动外科手术器械已被计算机辅助医疗装置取代。
使用计算机辅助医疗装置的微创外科手术技术通常试图执行外科手术和/或其他程序，同时使对健康组织的损害最小化。通过使用带有手术器械的计算机辅助医疗装置，可以远程执行一些微创手术。对于许多计算机辅助医疗装置，外科医生和/或其他医务人员通常可以使用操作员控制台上的一个或多个控件来操纵输入装置。当外科医生和/或其他医务人员在操作员控制台上操作各种控件时，命令从操作员控制台中继到安装有一个或多个末端执行器和/或手术器械的患者侧装置。以这种方式，外科医生和/或其他医务人员能够使用末端执行器和/或手术器械对患者执行一个或多个程序。取决于期望的程序和/或使用中的手术器械，可以在外科医生和/或医务人员使用远程操作的控制下和/或在手术器械可以基于外科医生和/或其他医务人员的一项或多项激活动作执行一系列操作的半自主控制下，部分地或全部地执行期望的程序。
无论是手动、远程操作和/或半自主致动的微创外科手术器械都可以用于各种操作和/或程序中，并且可以具有各种构造。许多这样的器械包括末端执行器，该末端执行器安装在轴的远端，该轴可以安装到关节臂/铰接臂的远端。在许多操作场景中，轴可以被配置为通过开口(例如，体壁切口、自然孔口等)***(例如，腹腔镜地，胸腔镜地等)以到达远程手术部位。
不同设计和/或构造的末端执行器可以用于执行不同的任务、程序和功能，以允许外科医生和/或其他医务人员执行各种外科手术中的任何一种。示例包括但不限于烧灼、消融、缝合、切割、吻合(钉合，stapling)、融合、密封等，和/或其组合。因此，末端执行器可包括各种部件和/或部件的组合以执行这些外科手术。
与微创手术的目标一致，末端执行器的尺寸通常保持较小。保持末端执行器尺寸较小的一种方法是通过在手术器械的近端使用一个或多个输入来实现末端执行器的致动，其中近端通常位于患者的外部。然后可以使用各种传动部件，诸如齿轮、杠杆、滑轮、缆索、杆、皮带、带等，以沿着外科手术器械的轴传递来自一个或多个输入的动作并致动末端执行器。如果是带有适当手术器械的计算机辅助远程操作医疗装置，则器械接口近端的传动机构直接或间接通过其他传动部件与一个或多个致动器(诸如设置在患者侧装置或患者侧推车的关节臂上的各种马达，螺线管，伺服装置，主动致动器，液压***，气动***等)。致动器接收响应于通过主控制器提供的用户命令而产生的控制信号，并在传动机构的近端向器械提供涉及力和/或扭矩的输入；各种传动元件最终在传动机构的远端处进行传动以致动末端执行器。
随着计算机辅助手术***(诸如由Intuitive Surgical商业化的达芬奇手术***)的出现，微创手术发生了革命性变化。达芬奇手术***的一项创新是高准确度、高精度地控制末端执行器，诸如手术器械的末端执行器。当期望对末端执行器进行更精细和更准确的控制时，尽管末端执行器之间发生变化，末端执行器随时间变化等，但对于控制***来说，准确地致动末端执行器也变得很重要。
因此，有利的是，尽管末端执行器之间存在差异，但具有能够精确地致动末端执行器的控制***，更具体地说，具有能够对用于致动末端执行器的位置设定点进行校正的控制***将是有利的。
发明内容
以下概述介绍了本发明主题的某些方面，以提供基本的理解。该概述不是本发明主题的广泛概述，并且不旨在标识关键或重要元素或描绘本发明主题的范围。尽管此概述包含与发明主题的各个方面和实施例相关的信息，但其唯一目的是以一般形式呈现一些方面和实施例以作为下面更详细描述的序言。
根据一些实施例，一种用于致动器械的***包括：器械，其具有末端执行器以及用于致动末端执行器的驱动机构；和控制单元。控制单元被配置为使用驱动机构将末端执行器致动到第一位置，确定致动水平，基于所确定的致动水平确定位置偏移，基于位置偏移调整位置设定点，并且使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的位置设定点。
根据一些实施例，一种使用控制单元致动器械的末端执行器的方法包括：使用驱动机构将末端执行器致动到第一位置，确定致动水平，基于所确定的致动水平来确定位置偏移，基于位置偏移调整位置设定点，并且使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的位置设定点。
根据一些实施例，一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助装置相关联的一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：使用驱动机构将计算机辅助装置的器械的末端执行器致动到第一位置，确定致动水平，基于所确定的致动水平确定位置偏移，基于位置偏移调整位置设定点，并使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的位置设定点。
根据一些实施例，一种用于致动器械的***包括：器械，其具有末端执行器以及用于致动末端执行器的驱动机构；和控制单元。控制单元被配置为使用驱动机构来致动末端执行器，确定在致动期间的致动水平，并且确定该致动水平是否高于阈值致动。控制单元还被配置为：响应于确定致动水平高于阈值致动，确定末端执行器的位置，标识与末端执行器的确定的位置相关联的标称位置，基于末端执行器的标称位置和确定的位置来确定位置偏移，基于位置偏移调整位置设定点，并且使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的位置设定点。
根据一些实施例，一种使用控制单元来致动器械的末端执行器的方法包括：使用驱动机构来致动末端执行器，在致动期间确定致动水平，以及确定该致动水平是否高于阈值致动。该方法还包括：响应于确定致动水平高于阈值致动，确定末端执行器的位置，标识与末端执行器的确定的位置相关联的标称位置，基于末端执行器的标称位置和确定的位置来确定位置偏移，基于位置偏移调整位置设定点，并且使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的位置设定点。
根据一些实施例，一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助装置相关联的一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：使用驱动机构致动计算机辅助装置的器械的末端执行器，在致动期间确定致动水平，以及确定该致动水平是否高于阈值致动。该方法还包括：响应于确定致动水平高于阈值致动，确定末端执行器的位置，标识与末端执行器的确定的位置相关联的标称位置，基于末端执行器的标称位置和确定的位置来确定位置偏移，基于位置偏移调整位置设定点，并且使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的位置设定点。
根据一些实施例，一种用于致动器械的***包括：器械，其具有末端执行器以及用于致动末端执行器的驱动机构；和控制单元。控制单元被配置为使用驱动机构通过击发序列(firing sequence)来致动末端执行器，确定在击发序列期间花费的总致动(aggregateactuation)，基于总致动来确定对致动器的参考位置的调整，并存储经调整的参考位置以供在未来致动期间使用。
根据一些实施例，一种使用控制单元致动器械的末端执行器的方法，包括：使用驱动机构通过击发序列来致动末端执行器，确定在击发序列期间花费的总致动，基于总致动确定对致动器的参考位置的调整，并存储经调整的参考位置以供在未来致动期间使用。
根据一些实施例，一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有多个机器可读指令，所述机器可读指令在由与计算机辅助装置相关联的一个或多个处理器执行时适于使一个或多个处理器执行一种方法。该方法包括：使用驱动机构通过击发序列来致动计算机辅助装置的器械的末端执行器，确定在击发序列期间花费的总致动，基于总致动来确定对致动器的参考位置的调整，并存储经调整的参考位置以供在未来致动期间使用。
根据一些实施例，一种用于致动器械的***包括：器械，其具有末端执行器以及用于致动末端执行器的驱动机构；和控制单元。控制单元被配置为加载末端执行器的参考位置，相对于参考位置移动击发序列的第一位置设定点，使用驱动机构朝着第一位置设定点致动末端执行器，确定在致动到第一位置设定点期间的致动水平，确定致动水平是否高于阈值致动，通过击发序列致动末端执行器，确定在击发序列期间花费的总致动，基于总驱动确定对致动器的参考位置的调整，并存储经调整的参考位置以供在将来的致动期间使用。控制单元还被配置为：响应于确定致动水平高于阈值致动，确定末端执行器的位置，标识与末端执行器的确定的位置相关联的标称位置，基于末端执行器的标称位置和确定的位置来确定位置偏移，基于位置偏移调整第一位置设定点，并且使用驱动机构将末端执行器致动到经调整的第一位置设定点。
附图说明
图1为根据一些实施例的计算机辅助***的简化图。
图2为示出根据一些实施例的器械的简化图。
图3为根据一些实施例的图2的末端执行器的简化图。
图4和图5为根据一些实施例的用于致动末端执行器的驱动机构的简化截面图。
图6为根据一些实施例的用于响应于器械中的弹性变形来校正末端执行器的位置设定点的方法的简化图。
图7为根据一些实施例的用于响应于器械中的变化来校正末端执行器的位置设定点的方法的简化图。
图8为根据一些实施例的用于末端执行器的标称位置设定点位置的简化图。
图9为根据一些实施例的一种用于通过器械的重复操作来校正末端执行器的位置设定点的方法的简化图。
通过参考下面的详细描述，可以最好地理解本公开的实施例及其优点。应当理解，相同的附图标记用于标识一个或多个附图中示出的相同元件，其中，附图中的陈列是出于说明本公开的实施例的目的而不是为了限制本公开的实施例。
具体实施方式
说明各发明方面、实施例、实施方式或应用的该描述和附图不应被视为定义了受保护的本发明的权利要求的限制。在不脱离本说明书和权利要求的精神和范围的情况下，可以进行各种机械、组成、结构、电气和操作上的改变。在某些情况下，未详细示出或描述公知的电路、结构或技术，以免模糊本发明。在两个或更多个图中的相同标号表示相同或相似的元件。
在该描述中，阐述了描述根据本公开的一些实施例的具体细节。阐述了许多具体细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部具体细节的情况下实施一些实施例。本文公开的具体实施例为说明性的而非限制性的。本领域技术人员可以实现其他元件，虽然这里没有具体描述，但是在本公开的范围和精神内。另外，为了避免不必要的重复，结合一个实施例示出和描述的一个或多个特征可以结合到其他实施例中，除非另外特别描述或者如果一个或多个特征使得实施例不起作用。
此外，本描述的术语并不旨在限制本发明。例如，空间相对术语，诸如“在……下方”、“在下面”、“下部”、“在……上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”等，可用于描述一个元件或特征与图中所示的另一个元件或特征的关系。这些在空间上相对的术语除了图中所示的位置和取向之外，还旨在涵盖使用或操作中的装置的不同位置(即位置)和取向(即旋转位置)。例如，如果图中的装置被反转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将在其他元件或特征“上方”或“上面”。因此，示例性术语“在下面”可以包括上方和下方的取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他取向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。同样，沿着和围绕各种轴线的运动说明包括各种特殊的装置位置和取向。另外，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。并且，术语“包含”、“包括”、“具有”等规定了所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或增加。被描述为联接的部件可以为电或机械直接联接的，或者它们可以经由一个或多个中间部件间接联接。
只要可行，在没有具体示出或描述元件的其他实施例、实施方式或应用中，可以包括参考一个实施例、实施方式或应用详细描述的元件。例如，如果参考一个实施例详细描述了一个元件，而未参考第二实施例对它进行描述，则该元件仍可以被要求包括在第二实施例中。因此，为了避免在以下描述中不必要的重复，除非另外具体说明，否则与一个实施例、实施方式或应用相关联示出和描述的一个或多个元件可以被结合到其他实施例、实施方式或方面中，除非一个或多个元件将使实施例或实施方式不起作用，或者除非两个或更多个元件提供冲突的功能。
在某些情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊实施例的各方面。
本公开根据其在三维空间中的状态描述了各种器械和器械的部分。如本文所用，术语“位置”是指对象或对象的一部分在三维空间中的位置(例如，沿笛卡尔x、y和z坐标的三个平移自由度)。如本文所用，术语“取向”是指对象或对象的一部分的旋转放置(三个旋转自由度-例如，侧倾、俯仰和偏转)。如本文所用，术语“姿势”是指对象或对象的一部分在至少一个平移自由度中的位置以及对象或对象的一部分在至少一个旋转自由度中的取向(最多六个自由度)。如本文所用，术语“形状”是指沿对象测量的一组姿势、位置或取向。
本发明的各方面主要是通过使用由加利福尼亚州桑尼维尔市的IntuitiveSurgical公司出售的da手术***(具体而言，是以da/>XiTM手术***销售的型号IS4000)的实施方式进行描述。然而，有知识的人将理解，本文公开的发明方面可以以各种方式来实施和实现，包括机器人以及(如果适用)非机器人实施例和实施方式。da/>手术***(例如，以da/>XTM手术***商业出售的型号IS4000；型号IS4200)的实施方式仅为示例性的，并且不应视为限制本文公开的发明方面的范围。例如，对手术器械和手术方法的任何引用都是非限制性的，因为本文所述的器械和方法可用于动物，人尸体，动物尸体，人或动物解剖学的一部分，非手术诊断，工业***和通用机器人或远程操作***。
图1为根据一些实施例的计算机辅助***100的简化图。如图1所示，计算机辅助***100包括具有一个或多个可动或关节臂(铰接臂，articulated arm)120的计算机辅助装置110。一个或多个关节臂120中的每者可支撑一个或多个器械130。在一些示例中，计算机辅助装置110可以与计算机辅助手术装置一致。一个或多个关节臂120可各自为诸如外科手术器械、成像装置等的医疗器械130提供支撑。医疗器械130的示例包括用于与组织、成像或感测装置等相互作用的手术器械。在一些示例中，器械130可包括末端执行器，其能够但不限于执行抓握、缩回、烧灼、烧蚀、缝合、切割、吻合、融合、密封等，和/或其组合。
计算机辅助装置110经由接口耦合至控制单元140。该接口可以包括一个或多个无线链路、缆线、连接器和/或总线，并且还可以包括具有一个或多个网络交换和/或路由装置的一个或多个网络。控制单元140包括耦合至存储器160的处理器150。控制单元140的操作由处理器150控制。并且尽管示出了控制单元140仅具有一个处理器150，但是应当理解，处理器150可以代表控制单元140中的一个或多个中央处理单元(CPU)、多核处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等。控制单元140可以被实现为添加到计算装置的独立子***和/或板，或者被实现为虚拟机。在一些实施例中，控制单元可以被包括为操作员工作站的一部分和/或与操作员工作站分开但与操作员工作站协同操作。
存储器160可以用于存储由控制单元140执行的软件和/或在控制单元140的操作期间使用的一个或多个数据结构。存储器160可以包括一种或多种类型的机器可读介质。机器可读介质的一些常见形式可包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光学介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒和/或处理器或计算机适合从中读取的任何其他介质。
如图1所示，存储器160包括控制应用170，该应用可用于支持计算机辅助装置110的自主、半自主和/或远程操作控制。控制应用170可以包括一个或多个应用程序编程接口(API)，其用于从计算机辅助装置110、关节臂120和/或器械130及其末端执行器接收位置、运动、力、扭矩和/或其他传感器信息，与其他控制单元交换有关其他装置的位置、运动、力、扭矩和/或避免碰撞信息，和/或计划和/或协助计算机辅助装置110、关节臂120和/或器械130运动计划。在一些示例中，控制应用170还支持在外科手术过程或其他操作期间对器械130及其末端执行器的自主、半自主和/或远程操作控制。并且尽管控制应用170被描绘为软件应用，但是控制应用170可以可选地使用硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实现。
在一些实施例中，计算机辅助***100可以在手术室和/或介入套件中找到。并且，尽管计算机辅助***100仅包括具有两个关节臂120的一个计算机辅助装置110，但是本领域的普通技术人员将理解，计算机辅助***100可以包括任意数量的具有与计算机辅助装置110的设计类似和/或不同的关节臂和/或末端执行器的装置。在一些示例中，每个装置可以包括更少或更多的关节臂和/或末端执行器。在一些示例中，计算机辅助装置110可以与达芬奇手术***一致。
图2为示出根据一些实施例的器械200的简化图。在一些实施例中，器械200可以与图1的任何器械130一致。如图2中所描绘并且如本文中所使用的方向“近侧”和“远侧”有助于描述器械200的部件的相对取向和位置。远侧通常指的是来自用户、用于保持器械200的计算机辅助装置(诸如计算机辅助装置110)的基座的沿着运动链的方向更远的元件，和/或器械200的预期操作用途中最接近工作部位的位置。近侧通常指的是沿着运动链朝着计算机辅助装置的基座、用户或保持器械200的机器和/或用于保持器械200的计算机辅助装置的一个关节臂的方向更近的元件。
如图2所示，器械200包括长轴210，长轴210将位于轴210的远端的末端执行器220联接至将器械200安装至轴210的近端处的关节臂和/或计算机辅助装置的位置。取决于使用器械200的特定程序，轴210可以穿过患者或工作部位中的开口(例如，体壁切口，自然孔口，进入口等)***，以便将末端执行器220放置在远程手术或工作部位附近。如图2进一步所示，末端执行器220通常与两爪抓爪式末端执行器一致，在一些实施例中，该执行器还可以包括切割和/或吻合机构，如下面相对于图3更详细地描述的。然而，本领域的普通技术人员将理解，具有不同的末端执行器220，诸如具有除了吻合钉(staples)以外的紧固件的末端执行器的不同器械200是可能的，并且可以与本文中其他地方所描述的器械200的实施例一致。
诸如具有末端执行器220的器械200之类的器械在其操作期间通常使用多个自由度(DOF)。取决于器械200和其安装到的关节臂和/或计算机辅助装置的构造，可以使用各种DOF来定位、定向和/或操作末端执行器220。在一些示例中，轴210可沿远侧方向***和/或沿近侧方向后退以提供***DOF，该DOF可用于控制末端执行器220放置在工作部位内的深度。在一些示例中，轴210可能够绕其纵向轴线旋转以提供可用于旋转末端执行器220的侧倾DOF。在一些示例中，可以通过位于轴210和器械200的近侧的一个或多个关节和/或连杆(诸如，关节臂120的关节和连杆)来提供末端执行器220的位置和/或取向的附加灵活性。在一些示例中，可选的关节腕230可用于将末端执行器220联接至轴210的远端。在一些示例中，关节腕230可以可选地包括一个或多个旋转关节，诸如一个或多个可提供一个或多个“侧倾”、“俯仰”和“偏转”DOF的侧倾、俯仰或偏转关节，其分别用于控制末端执行器220相对于轴210的纵向轴线的取向。在一些示例中，一个或多个旋转关节可包括俯仰和偏转关节；侧倾、俯仰和偏转关节，俯仰和侧倾关节等。在一些示例中，末端执行器220还包括用于控制末端执行器220的钳口的打开和闭合的夹头DOF和/或用于控制吻合和切割机构的伸展、缩回和/或操作的激活DOF，如下面进一步详细描述的。
器械200还包括位于轴210的近端的驱动***240。驱动***240包括用于将力和/或扭矩引入器械200的一个或多个部件，该部件可用于操纵由器械200支持的各种DOF。在一些示例中，驱动***240可以可选地包括一个或多个马达、螺线管、伺服装置、主动致动器、液压***、气动***等，其基于从控制单元诸如图1的控制单元140接收到的信号进行操作。在一些示例中，信号可以包括一种或多种电流、电压、脉冲宽度调制的波形等。在一些示例中，驱动***240可以可选地包括一个或多个轴、齿轮、滑轮、杆、带等，其可以联接到相应的马达、螺线管、伺服装置、主动致动器、液压***、气动***，和/或它们为安装有器械200的关节臂的一部分，诸如任何关节臂120。在一些示例中，一个或多个驱动输入，诸如轴、齿轮、滑轮、杆、带等，用于接收来自马达、螺线管、伺服装置、主动致动器、液压***、气动***等的力和/或扭矩，并施加这些力和/或扭矩以调整器械200的各种DOF。在此讨论中，“力”和“扭矩”有时分别用于表示线性力、旋转扭矩(转矩)和/或两者(如适用)。
在一些实施例中，使用一个或多个驱动机构250将由驱动***240生成的和/或由驱动***240接收的力和/或扭矩从驱动***240沿着轴210传递到位于驱动***240远侧的器械200的各种关节和/或元件。在一些示例中，一个或多个驱动机构250可以可选地包括一个或多个齿轮、杠杆、滑轮、缆索、杆、带等。在一些示例中，轴210为中空的，并且驱动机构250沿着轴210的内部从驱动***240传递到末端执行器220和/或关节腕230中的相应的DOF。在一些示例中，每个驱动机构250可以可选地为以鲍登缆索状构造布置在中空护套或管腔内部的缆索。在一些示例中，缆索和/或管腔的内部可以可选地涂覆有低摩擦涂层，诸如聚四氟乙烯(PTFE)等。在一些示例中，随着每根缆索的近端在驱动***240内被拉动和/或推动，诸如通过围绕绞盘或轴缠绕和/或解开，缆索的远端相应地移动并施加合适的力和/或扭矩来调整末端执行器220、关节腕230和/或器械200的一个或多个DOF。驱动***240和驱动机构的另外的实施例在下面参考图4和图5进一步详细讨论。
图3为根据一些实施例的末端执行器220的简化图。如图3所示，器械200或末端执行器220的远端包括用于钳口闭合和组织吻合的机构。并且尽管示出并描述了具有一个固定的和一个可动的钳口的末端执行器220，但是本领域的普通技术人员将理解，器械200的远端可以被修改为使用两个可动的钳口。应当进一步理解，尽管以下描述是在抓握和吻合器械的上下文中，但是如此描述的各方面可以适用于具有或不具有切割特征的器械、支持融合而不是吻合的器械等。
图3示出了在致动之前的末端执行器220的侧视剖视图，从而示出了处于打开位置的末端执行器220的钳口。如图所示，末端执行器220包括通常被固定的第一钳口310。钳口310被设计成接收可更换的吻合盒(吻合钉盒)320，吻合盒320保持多个吻合钉330和多个吻合钉推动器340。吻合盒320被设计为可替换的，通过在使用一个或多个吻合钉330之后移除第一吻合盒320并将其替换为具有一组新的吻合钉330的第二吻合盒320，从而可以重新使用末端执行器220以进一步执行程序。并且，尽管吻合盒320被示出具有六个均一大小的吻合钉330和六个吻合钉推动器340，但是本领域普通技术人员将理解更少或更多的吻合钉、多排吻合钉、大小和/或长度不同的吻合钉都是可能的。
如图3进一步所示，末端执行器220还包括第二钳口360，该第二钳口可绕枢轴点(未示出)在其近端附近移动。在吻合器械的情况下，第二钳口360可以可替代地称为砧座360。在图3所示的实施例中，砧座360包括过渡边缘370，过渡边缘370被构造成使得在末端执行器220的初始致动时，砧座360与钳口310之间的间隙迅速减小，直到诸如组织的材料被夹持在砧座360与钳口310之间。末端执行器220的致动通过往复元件350从末端执行器220的近端到末端执行器220的远端的移动来实现。往复元件350联接到一个或多个驱动机构250的远端。
往复元件350包括滑板352和凸缘354，并且可选的切割刀片356联接在滑板352和凸缘354之间。当致动末端执行器220进行吻合时，随着往复运动元件350被驱动机构250推动，滑板352在钳口310和吻合盒320内被推进。滑板352包括楔形的前端或远端，使得当前端遇到每个吻合钉推动器340时，前端将吻合钉推动器340推向相应的吻合钉330。该动作导致通过抓握材料击发每个吻合钉330。尽管滑板352在其前缘处显示为单个楔块，但滑板352可以可选地包括单独的楔块，以用于吻合盒320中不同排的吻合钉330和吻合钉推动器340。在一些实施例中，吻合钉推动器340为可选的，并且滑板352的前缘直接推向吻合钉330。当滑板352在钳口310和吻合盒320内被推进时，凸缘354在砧座360内被推进。
根据一些实施例，末端执行器220被设计成使用容纳不同长度的吻合钉330的吻合盒320来操作。从图3可以推断出，滑板352在其前缘遇到吻合钉推动器340(或者当不使用稳定的推动器340时为吻合钉330)中的第一者之前行进的距离基于吻合钉长度而变化。例如，首先遇到较长的吻合钉330，而相对于较短的吻合钉330，滑板352的向远侧的运动较小。因此，滑板352的长度在遇到第一吻合钉推动器340(或吻合钉330)之前行进可用于确定吻合盒320中的吻合钉330的长度。在一些示例中，当检测到用于致动往复元件350的力或扭矩的增加时，可以通过检测滑板352和/或往复元件350的位置来确定吻合钉长度。然而，因为用于通过材料击发吻合钉330的力的量可能是高度可变的(例如，由于在第一吻合钉的位置处没有材料，具有变化的厚度和/或韧性的材料等)，定位在滑板352上的棘爪358和吻合盒320中的相应棘爪380用于确保当滑板352遇到第一吻合钉推动器340(或第一吻合钉330)时，致动力或扭矩的最小增加。在一些实施例中，还可以包括附加机构(未示出)以检测吻合盒320的不存在和/或吻合钉330已经被击发的吻合盒320的存在。在一些示例中，棘爪380的位置还可用于标识吻合盒320的其他特征，诸如吻合钉样式，吻合钉排数和/或线。在一些示例中，可以使用两个或更多个棘爪来表示期望增加的致动来指示吻合钉的长度、吻合钉的样式、吻合钉的排数等的位置的模式。在2017年9月8日提交并公开了“吻合钉机重新装填检测和标识”的共同拥有的国际专利申请号PCT/US2017/50747中，更详细地描述了使用棘爪和其他机构来检测吻合钉长度和/或其他吻合盒状态，其公开内容通过引用并入本文。
另外，当凸缘354的前远端遇到过渡边缘370时，凸缘354引起砧座360和钳口310之间的间隙的初始快速闭合。切割刀片356位于滑板352和凸缘354的远端的稍微近侧，使得任何抓握材料的切割都在吻合钉330的击发之后。
图4为根据一些实施例的用于致动末端执行器的驱动机构400的简化截面图。如图4所示，驱动机构400包括用于将推和/或拉致动力和/或扭矩传递到末端执行器430的缆索驱动机构。驱动***410位于驱动机构400的近端，并经由中空轴420联接至末端执行器430。在一些示例中，驱动***410可以与驱动***240一致，中空轴420可以与轴210一致和/或末端执行器430可以与末端执行器220一致。驱动***410包括被配置为旋转近侧滑轮440的一个或多个致动器，诸如一个或多个马达、伺服装置等。缆索450被缠绕在近侧滑轮440上，该缆索沿着中空轴420向远侧延伸，并且在其远端缠绕在远侧滑轮460上。缆索450形成为围绕近侧滑轮440和远侧滑轮460的环，并且被充分地教导，以使得缆索450在被驱动***410围绕近侧滑轮440和远侧滑轮460沿一个方向或另一方向拉动时不会滑动。在一些示例中，缆索450可以为盘管、编织缆索、缆线等。
使用诸如卷边、夹具、螺栓等的附接硬件475将梭子470附接到缆索450。当缆索450围绕近侧滑轮440和远侧滑轮460被拉动时，梭子470沿着中空轴420向近侧和/或向远侧运动。致动杆480被安装到梭子470上，该致动杆480将梭子470在其近端处的运动耦合至末端执行器430的可移动部件490。在一些示例中，可移动部件490可以与往复元件350一致。因此，响应于驱动***410中的致动器的近侧滑轮440的旋转，可移动部件490能够向近侧和向远侧移动，以致动末端执行器430的DOF。例如，DOF可以对应于钳口夹持、吻合钉击发等。
图5为根据一些实施例的用于致动末端执行器的另一驱动机构500的简化截面图。如图5所示，驱动机构500包括用于将推和/或拉致动力和/或扭矩传递到末端执行器530的皮带驱动机构。驱动***510位于驱动机构500的近端，并经由中空轴520联接至末端执行器530。在一些示例中，驱动***510可以与驱动***240一致，中空轴520可以与轴210一致和/或末端执行器530可以与末端执行器220一致。驱动***510包括被配置为旋转近侧滑轮540的一个或多个致动器，诸如一个或多个马达、伺服装置等。皮带550被缠绕在近侧滑轮540上，该皮带沿着中空轴520向远侧延伸，并且在其远端缠绕在远侧滑轮560上。皮带550形成为围绕近侧滑轮540和远侧滑轮560的环，并且被充分地教导，以使得皮带550在被驱动***510围绕近侧滑轮540和远侧滑轮560沿一个方向或另一方向拉动时不会滑动。在一些示例中，皮带550可以为连接板、网眼等。
致动杆580使用诸如卷边、夹具、螺栓、铆钉等的附接硬件570被附接到皮带580。当皮带550围绕近侧滑轮540和远侧滑轮560被拉动时，致动杆580沿着中空轴520向近侧和/或向远侧运动。末端执行器530的可移动部件590被安装到致动杆580的远端。在一些示例中，可移动部件590可以与往复元件350一致。因此，响应于驱动***510中的致动器的近侧滑轮540的旋转，可移动部件590能够向近侧和向远侧移动，以致动末端执行器530的DOF。例如，DOF可以对应于钳口夹持、吻合钉击发等。
在2017年9月8日提交并公开了“使用挠性张力构件的推挽式手术器械末端执行器致动”的共同拥有的国际专利申请号PCT/US2017/50760中更详细地描述了驱动机构(诸如驱动机构400和500)的其他实施方式，其公开内容通过引用并入本文。
在理想的操作和材料条件下，可以使用驱动机构诸如驱动机构400和/或500以每次致动之间的位置完全精确地重复致动末端执行器诸如末端执行器220。然而，实际上，末端执行器和/或驱动机构不是理想的。制造上的变化可能导致末端执行器和/或驱动机构的部件的大小和/或公差不同。另外，用于制造末端执行器和/或驱动机构的材料可能不是理想的刚性，并且可能会受到拉伸、压缩和/或打滑，这可能导致末端执行器和/或驱动机构产生塑性和/或弹性变形。此外，重复的致动可能导致磨损，从而可能影响末端执行器的进一步致动。结果，驱动***(诸如驱动***240、410和/或510)的执行器中的已知运动可能导致末端执行器在不同的致动下的DOF不会产生相同的运动量，或者不同末端执行器的相应DOF产生相同的运动量。这可能会导致末端执行器的不完全击发(例如，最远侧的吻合钉330可能无法完全击发，切割刀片356可能无法完成切割等)、过早的击发(例如，在完全抓握材料之前先击发或部分击发吻合钉)等。在一些示例中，对于具有100mm长范围的DOF的末端执行器，这些变化在每次致动时可以大至0.05至0.5mm，并且高达1.5mm或更大。在一些示例中，这些变化可以大于具有相同长度的吻合钉的不同吻合盒320之间或具有不同长度的吻合钉的吻合盒之间的棘爪380的位置差，其可以接近0.5mm至1.0mm。在一些示例中，在操作期间，当以高达1000N的力致动末端执行器时，末端执行器的弹性变形可以在0.1mm至6.0mm的范围内变化。因此，用于补偿和/或校正这些变化的***和方法是合乎需要的，从而在使用给定末端执行器的多个致动和/或在相同类型的不同末端执行器上可以获得高准确度和高精度。
图6为根据一些实施例的用于响应于器械中的弹性变形来校正末端执行器的位置设定点的方法600的简化图。方法600的过程610-650中的一者或多者可以至少部分地以存储在非暂时性有形机器可读介质上的可执行代码的形式来实现。当由一个或多个处理器(例如，控制单元140中的处理器150)运行时，该可执行代码可以使一个或多个处理器执行过程610-650中的一者或多者。在一些实施例中，方法600可以由诸如控制应用170的应用执行。在一些实施例中，方法600可被用于通过响应于在驱动机构诸如驱动机构400和/或500中检测到的弹性变形校正一个或多个位置设定点，来控制往复元件诸如往复元件350的致动。在一些实施例中，方法600的处理顺序可以以与图6的流程图所暗示的顺序不同的顺序发生。在一些示例中，过程610和620可以同时执行和/或过程640和/或650可以同时执行。
在过程610，将末端执行器致动到第一位置。在一些示例中，可以通过将一个或多个控制信号发送到致动器(诸如驱动***240、410和/或510中的致动器)来致动末端执行器诸如末端执行器220。然后，驱动机构诸如驱动机构250、400和/或500可以将致动器的致动传递到末端执行器中的DOF。在一些示例中，DOF可以对应于往复元件诸如往复元件350的远侧和/或近侧运动。第一位置可以对应于用于DOF的控制单元中的位置控制回路的已知设定点。在一些示例中，第一位置可以进一步对应于往复元件向第一期望位置的运动。在一些示例中，第一位置可以对应于由两个棘爪(诸如棘爪358和380)的相互作用指示的位置。在一些示例中，可以通过跟踪末端执行器的运动链、跟踪末端执行器上的一个或多个基准标记、检测阈值以上和/或以下的致动水平等来检测到达第一位置。在一些示例中，第一位置可以对应于末端执行器、驱动机构、驱动***等的零和/或其他参考位置。
在过程620处，确定致动水平。为了将末端执行器致动到第一位置，驱动***和驱动机构可能必须施加不同程度的致动，这取决于被致动的特定末端执行器、由末端执行器操纵的材料的类型和/或量等。例如，为了将末端执行器致动到第一位置，更硬的材料被抓握或大量的材料被抓握可能需要更高的致动水平。在一些示例中，可以通过测量和/或计算由致动器在驱动***中吸取并使用电流传感器检测到的电流量、由致动器施加并使用力或转矩传感器检测到的力或扭矩和/或指示致动水平的其他因素来确定致动水平。在一些示例中，电流、力、扭矩等中的两者或更多者的组合可以用于确定致动水平。
在过程630处，确定校正位置偏移。在一些示例中，在过程620期间确定的致动水平可以指示由滑动、挠曲、拉伸等引起的驱动机构中的弹性变形的量。例如，由于致动器施加更大的力或扭矩以将DOF移动到第一位置而导致的更高致动水平可能导致更高的滑动、挠曲和/或拉伸量，这导致DOF实际未达到第一位置。在一些示例中，致动水平可以与滑动、挠曲和/或拉伸的量成比例，并且为到达第一位置时的误差(例如，不足量)的量度。在一些示例中，可以通过使用根据公式1的弹簧模型对驱动机构进行建模来确定位置误差的量，其中F对应于致动水平，k为弹簧建模常数，以及x为位置误差的量。
F＝k·x 公式1
在一些示例中，当致动水平F对应于所施加的力时，k可以在50,000至200,000N/m的范围内。使用公式1和在过程620期间确定的致动水平(F)，计算x并且其对应于校正位置偏移，该校正位置偏移为DOF到达实际第一位置的进一步致动距离的量。在一些示例中，可以基于末端执行器或器械的类型来设置建模常数k。在一些示例中，可以凭经验为每个末端执行器和/或器械确定建模常数k，并存储在末端执行器或器械中的存储器中，和/或可以基于末端执行器或器械的标识符使用控制单元可访问的表格和/或数据库来确定建模常数k。
在过程640处，基于在过程630期间确定的校正位置偏移来调整位置设定点。末端执行器的进一步致动可以包括将末端执行器驱动到第一位置和/或其他位置(诸如完整的远侧位置，以便击发吻合盒中的所有吻合钉和/或完成切割操作)。这些位置中的每个位置可以对应于位置设定点，该位置设定点可以通过将校正位置偏移添加到位置设定点以获得校正的位置偏移来校正。例如，可以通过校正位置偏移来调整用于在过程610中“到达”第一位置的设定点，以确定与执行器必须致动驱动机构以实际到达第一位置的实际量相对应的经调整的位置设定点。
在过程650处，将末端执行器致动到在过程640期间确定的经调整的位置设定点。在一些示例中，过程650的致动可以类似于过程610期间使用的致动。在一些示例中，对经调整的设定点的致动可另外经受电流、力、扭矩和/或类似限制。在一些示例中，可以将经调整的位置设定点设置为位置控制回路的新位置设定点。一旦将末端执行器致动到经调整的位置设定点，就可以通过返回到过程620以确定用于调整另一位置设定点的新的致动水平来调整附加的位置设定点。
如上所述并在此进一步强调，图6仅为不应当不当地限制权利要求范围的示例。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。在一些实施例中，方法600可以使用其他方法来将校正应用于致动。在一些示例中，过程640与650之间的附加过程可以在随后使用过程650将末端执行器致动至经调整的位置设定点之前将末端执行器致动至未调整的位置设定点。在一些示例中，在完成过程650之后，方法600可以返回到过程640以基于先前确定的校正位置偏移来调整另一位置设定点。在一些示例中，在完成过程650之后，方法600可以返回到过程610，在该过程中，末端执行器被致动到第二位置，然后过程620-650被用于对致动施加进行校正，使得使用用于第二位置的经调整的位置设定点使末端执行器到达第二位置。以这种方式，针对末端执行器的致动曲线中的每个位置设定点进行位置设定点调整。在一些示例中，过程620-650可以在到达第一位置之前被应用一次或多次，以使得可以在末端执行器被完全致动到第一位置之前调整第一位置的位置设定点。
图7为根据一些实施例的用于响应于器械中的变化来校正末端执行器的位置设定点的方法的简化图。方法700的过程710-780中的一者或多者可以至少部分地以存储在非暂时性有形机器可读介质上的可执行代码的形式来实现。当由一个或多个处理器(例如，控制单元140中的处理器150)运行时，该可执行代码可以使一个或多个处理器执行过程710-780中的一者或多者。在一些实施例中，方法700可以由诸如控制应用170的应用执行。在一些实施例中，方法700可被用于通过响应于在末端执行器的致动期间检测到的变化(诸如由于弹性变形，塑性变形，末端执行器变化等)而校正一个或多个位置设定点，来控制往复运动元件诸如往复式元件350的致动。在一些实施例中，方法700的处理顺序可以以与图7的流程图所暗示的顺序不同的顺序发生。在一些示例中，过程710-730可以同时执行和/或过程770和780可以同时执行。
在过程710处，致动末端执行器。在一些示例中，可以通过将一个或多个控制信号发送到致动器(诸如驱动***240、410和/或510中的致动器)来致动末端执行器诸如末端执行器220。然后，驱动机构诸如驱动机构250、400和/或500可以将致动器的致动传递到末端执行器中的DOF。在一些示例中，DOF可以对应于往复元件诸如往复元件350的远侧和/或近侧运动。在一些示例中，末端执行器被致动以在第一方向上(诸如，在往复运动元件350的示例中向远侧)移动DOF。
在过程720处，确定致动水平。为了致动末端执行器，驱动***和驱动机构可能必须施加不同程度的致动，这取决于被致动的特定末端执行器、由末端执行器操纵的材料的类型和/或量等。例如，为了将末端执行器致动到第一位置，更硬的材料被抓握或大量的材料被抓握可能需要更高的致动水平。当末端执行器在过程710期间被致动时，致动水平被周期性地和/或不断地监测。在一些示例中，可以通过测量和/或计算由致动器在驱动***中吸取并使用电流传感器检测到的电流量、由致动器施加并使用力或转矩传感器检测到的力或扭矩和/或指示致动水平的其他因素来确定致动水平。在一些示例中，电流、力、扭矩等中的两者或更多者的组合可以用于确定致动水平。
在过程730处，确定在过程720期间确定的致动水平是否高于阈值。在一些示例中，阈值可以对应于与被致动的末端执行器的DOF范围内的可检测位置相关联的致动水平的增加。在图3的示例中，致动水平增加到阈值之上可能对应于棘爪358到达棘爪380，在此处发生的致动水平的增加使棘爪358移动经过棘爪380。在一些示例中，阈值是可配置的，并且可以基于末端执行器的类型、过程的类型、***纵的材料的类型、操作者的偏好等来设置。在一些示例中，可以凭经验为每个末端执行器和/或器械确定阈值，并存储在末端执行器或器械中的存储器中，和/或可以基于末端执行器或器械的标识符使用控制单元可访问的表格和/或数据库来确定。当致动水平未超过阈值时，通过返回到过程710，进一步执行末端执行器的致动。当致动水平超过阈值时，在过程740的开始在进一步执行末端执行器之前，确定末端执行器的位置偏移。
在过程740处，确定末端执行器的位置。在一些示例中，可以通过跟踪末端执行器的运动链、跟踪末端执行器上的一个或多个基准标记、跟踪执行器中的运动量等来确定末端执行器的位置。在一些示例中，可以相对于末端执行器、驱动机构、驱动***等的零和/或其他参考位置来确定末端执行器的位置。
在过程750处，确定末端执行器的预期位置。在过程740期间确定的末端执行器的位置可不对应于末端执行器的预期位置，诸如被定位用于具有特定长度吻合钉的吻合盒320的棘爪380的位置，用于检测吻合盒320的不存在的位置和/或用于检测吻合钉330已经被击发的吻合盒320的存在的机构的位置。在一些示例中，在过程740期间确定的末端执行器的位置与末端执行器的预期位置之间的差可能是由于弹性变形、塑性变形、变形中的偏差、末端执行器变化等。
根据一些实施例，可以使用预期末端执行器位置和范围的模型来根据过程740期间确定的末端执行器位置来确定预期末端执行器位置。图8为根据一些实施例的用于末端执行器的标称位置设定点位置的简化图。如图8所示，末端执行器的DOF被划分为多个非重叠范围810-850，每个范围810-850对应于通过过程730检测到的致动水平的增加触发的末端执行器的标称位置。在一些示例中，区域810可以对应于吻合盒的不存在可以触发致动水平增加的DOF的位置的范围，区域820-840可以对应于棘爪针对不同的吻合钉长度来触发致动水平的增加的DOF的位置的相应范围，和/或范围850可以对应于可以检测到先前使用的吻合盒的DOF的位置的范围。范围810-850中的每者还与对应的标称位置815-855相关联，该标称位置815-855可以代表末端执行器在每个对应范围810-850中的最可能的预期位置。在一些示例中，可以凭经验确定范围810-850中的每个范围的位置、大小和标称位置815-855，诸如通过测量末端执行器、吻合盒和/或器械之间的变化并使用测量的分布来确定最可能的范围810-850和标称位置815-855。
返回参考图7和过程750，通过将在过程740期间确定的末端执行器的位置与范围810-850中的每者进行比较，来确定末端执行器的预期位置。当在过程740期间确定的末端执行器的位置落入范围810-850中的一者内时，该范围的标称位置815-855代表末端执行器的预期位置。在一些实施例中，当在过程740期间确定的末端执行器的位置不落在范围810-850中的任何范围内时，控制单元可以选择最近的范围、中止方法700、警告操作者、要求操作者澄清和/或其任何组合。
在过程760处，基于在过程740期间检测到的末端执行器的位置和在过程750期间确定的末端执行器的标称位置来确定校正位置偏移。在一些示例中，通过从末端执行器的标称位置减去末端执行器的位置来确定校正位置偏移，因为这表示在过程740期间确定的末端执行器的位置最有可能是从其实际位置获得的量，如增加的致动水平所导致的棘爪或其他特征的位置所指示的。在一些示例中，校正位置偏移也可以由基于末端执行器的理论或经验表征的预期最大偏差来界定。
在过程770处，基于在过程760期间确定的校正位置偏移来调整位置设定点。末端执行器的进一步致动可包括将末端执行器驱动到一个或多个位置(诸如完整的远侧位置，以便击发吻合盒中的所有吻合钉和/或完成切割操作)。这些位置中的每者可以对应于位置设定点，该位置设定点可以通过将校正位置偏移添加到位置设定点以获得经调整的位置偏移来进行调整，该经调整的位置偏移可以更准确地反映致动器必须致动驱动机构以实际到达所需的位置设定点的实际量。
在过程780处，将末端执行器致动到在过程770期间确定的经调整的位置设定点。在一些示例中，过程780的致动可以类似于过程710期间使用的致动，除了该致动发生在经调整的设定点而不是基于致动水平。在一些示例中，经调整的位置设定点可以为用于DOF的控制单元中的位置控制回路的设定点。在一些示例中，对经调整的设定点的致动可另外经受电流、力、扭矩和/或类似限制。一旦将末端执行器致动到经调整的位置设定点，就可以通过返回到过程780来调整附加的位置设定点。
图9为根据一些实施例的一种用于通过器械的重复操作来校正末端执行器的位置设定点的方法900的简化图。方法900的过程910-960中的一者或多者可以至少部分地以存储在非暂时性有形机器可读介质上的可执行代码的形式来实现。当由一个或多个处理器(例如，控制单元140中的处理器150)运行时，该可执行代码可以使一个或多个处理器执行过程910-960中的一者或多者。在一些实施例中，方法900可以由诸如控制应用170的应用执行。在一些实施例中，方法900可用于通过将往复运动元件致动到相对于往复运动元件的参考位置的一个或多个位置设定点来控制往复运动元件诸如往复运动元件350的致动。在一些实施例中，方法900的处理顺序可以以与图9的流程图所暗示的顺序不同的顺序发生。在一些示例中，过程920和930可以迭代和/或同时执行。在一些示例中，过程940可以与过程930同时执行。
在过程910，加载末端执行器的参考位置。为了说明各个末端执行器之间的差异，为各个末端执行器分配了自己的参考位置。参考位置可以说明制造变化、在末端执行器上的磨损和/或应力(例如，由于塑性变形)和/或类似情况。在一些示例中，参考位置可以被认为是末端执行器的零位置。在一些示例中，参考位置被存储在末端执行器或器械中的存储器中，和/或可以基于末端执行器或器械的标识符使用控制单元可访问的表格和/或数据库来确定。
在过程920处，相对于参考位置设置一个或多个位置设定点。一个或多个位置设定点对应于作为末端执行器被致动以执行击发序列的击发序列的一部分的一个或多个位置。在一些示例中，方法600的第一位置可以对应于一个或多个位置设定点中的一者。击发序列的一个或多个位置设定点中的每者相对于参考位置被设置，使得针对被控制的特定末端执行器调整一个或多个设定点的预期位置。
在过程930处，使用在过程期间设置的一个或多个位置设定点，通过击发序列致动末端执行器。在一些示例中，可以通过将一个或多个控制信号发送到致动器(诸如驱动***240、410和/或510中的致动器)来致动末端执行器诸如末端执行器220。然后，驱动机构诸如驱动机构250、400和/或500可以将致动器的致动传递到末端执行器中的DOF。在一些示例中，DOF可以对应于往复元件诸如往复元件350的远侧和/或近侧运动。在一些示例中，一个或多个位置设定点中的每者可以进而用作用于DOF的控制单元中的位置控制回路的设定点。在一些示例中，对经调整的设定点的致动可另外经受电流、力、扭矩和/或类似限制。
在过程940处，确定用于击发序列花费(expended)的总致动。当在过程930期间通过击发序列致动末端执行器时，监测末端执行器的致动水平。在一些示例中，可以通过测量和/或计算由致动器在驱动***中吸取并使用电流传感器检测到的电流量、由致动器施加并使用力或转矩传感器检测到的力或扭矩和/或指示致动水平的其他因素来确定致动水平。在一些示例中，电流、力、扭矩等中的两者或更多者的组合可以用于确定致动水平。在一些示例中，可以通过在执行击发序列时随时间积分致动水平来确定总致动。在一些示例中，可以通过将总致动初始化为零然后将以固定间隔获得的总水平添加到总致动来执行积分。然后，在一些示例中，然后总致动可以可选地乘以固定间隔的长度。在一些示例中，可变长度间隔可以可替换地被使用，其中每个相应的总水平乘以其相应的间隔的长度。在一些示例中，可以使用其他数值积分技术，包括梯形方法，龙贝格积分，辛普森规则等。在一些示例中，总致动的量可以基于末端执行器的类型、使用末端执行器操纵的材料的类型、正在执行的程序等而变化。在一些示例中，当致动水平基于一段时间内的力时，总致动可以在从1000至8000N·s的范围内。
在过程950处，确定对参考位置的调整。在一些示例中，在过程940期间确定的总致动提供了施加到末端执行器的应力的近似值，并且可以预测在末端执行器和/或用于致动末端执行器的驱动机构中发生的塑性变形的量。在一些示例中，可以通过使用根据公式2的模型对驱动机构进行建模来确定对参考位置的调整，其中，c为弹簧建模常数。在一些示例中，然后通过将对参考位置的调整添加到在处理910期间加载的参考位置来确定经调整的参考。
∑(致动水平)·c＝调整 公式2
在一些示例中，当致动水平对应于施加的力时，c可以在从3×10-5至6×10-5mm/(N·s)的范围内。在一些示例中，可以基于末端执行器或器械的类型来设置建模常数c。在一些示例中，可以凭经验为每个末端执行器和/或器械确定建模常数c，并存储在末端执行器或器械中的存储器中，和/或可以基于末端执行器或器械的标识符使用控制单元可访问的表格和/或数据库来确定建模常数c。
在过程960处，存储在过程960期间确定的经调整的参考位置，并替换在过程910期间加载的参考位置。在一些示例中，经调整的参考位置被存储在末端执行器或器械的存储器中和/或表格和/或数据库中，在该存储器中它与末端执行器或器械的标识符相关联。
然后可以通过附加的击发序列来致动末端执行器，其中参考位置被调整以通过重复方法900来教导附加的击发序列。
如上文所讨论并且在此进一步强调的，图6、图7和图9仅为示例，其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。在一些实施例中，方法900可以与方法600和/或700结合使用，其中方法900为每个击发序列提供对参考位置的调整说明决塑性变形和/或其他磨损，并且所使用的方法600和/或700在击发序列期间进行附加校正，以说明击发序列期间的附加变化(例如在吻合盒中)和/或弹性变形。
控制单元的一些示例(诸如控制单元140)可以包括非暂时性的、有形的机器可读介质，其包括可执行代码，该可执行代码当由一个或多个处理器(例如，处理器150)运行时，可以使一个或多个处理器执行方法600、700和/或900的过程。可包括方法600、700和/或900的过程的机器可读介质的一些常见形式为，例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、任何其他光学介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或盒和/或处理器或计算机适合从中读取的任何其他介质。
尽管已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开中可以预期广泛的修改、改变和替换，并且在一些情况下，可以采用各实施例的一些特征而无需相应地使用其他特征。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求限制，并且应当理解，权利要求应当以与本文公开的实施例的范围一致的方式广泛地解释。

Claims (111)

1.一种用于致动器械的***，所述***包括：
致动器；
器械，其包括末端执行器和驱动机构，所述驱动机构用于响应于所述致动器对所述驱动机构的致动而致动所述末端执行器；以及
控制单元，其被配置为：
使用所述驱动机构和所述致动器将所述末端执行器致动到第一位置；
确定所述致动器的致动水平以将所述末端执行器致动到所述第一位置；
基于确定的致动水平，确定位置偏移；
确定位置设定点，所述位置设定点对应于所述末端执行器要被驱动到的第二位置；
基于所述位置偏移，调整所述位置设定点；以及
使用所述驱动机构将所述末端执行器致动到经调整的位置设定点以将所述末端执行器移动到所述第二位置。
2.根据权利要求1所述的***，其中，为了调整所述位置设定点，所述控制单元被配置为将所述位置偏移添加到所述位置设定点以确定所述经调整的位置设定点。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制单元还被配置为在将所述末端执行器致动到所述经调整的位置设定点之前将所述末端执行器致动到所述位置设定点。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述第一位置相对于参考位置被确定。
5.根据权利要求1所述的***，其中，所述控制单元还被配置为在所述末端执行器被完全致动到所述第一位置之前，基于所述致动水平来调整所述第一位置的设定点。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的***，其中，所述末端执行器为吻合装置。
7.根据权利要求6所述的***，其中，所述吻合装置被配置为接收可更换的吻合盒。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的***，其中，所述致动水平为所述致动器的电流、力或扭矩。
9.根据权利要求8所述的***，其中，所述致动器为马达或伺服装置。
10.根据权利要求1至5中的任一项所述的***，其中，为了确定所述位置偏移，所述控制单元被配置为通过弹簧常数缩放所述确定的致动水平。
11.根据权利要求10所述的***，其中，所述弹簧常数凭经验确定。
12.根据权利要求10所述的***，其中，所述弹簧常数被存储在所述末端执行器中。
13.根据权利要求10所述的***，其中，所述弹簧常数被存储在所述器械中。
14.根据权利要求10所述的***，其中，所述弹簧常数从表格或数据库中检索。
15.根据权利要求10所述的***，其中，所述弹簧常数基于由所述末端执行器操纵的材料、被执行的过程、器械的类型以及末端执行器的类型中的一者或多者来确定。
16.一种非暂时性计算机可读介质，在其上存储多个机器可读指令，所述指令在由与计算机辅助装置相关联的一个或多个处理器执行时适于使所述一个或多个处理器执行使用控制单元致动器械的末端执行器的方法，所述方法包括：
使用驱动机构和致动器将所述末端执行器致动到第一位置；
确定所述致动器的致动水平以将所述末端执行器致动到所述第一位置；
基于确定的致动水平，确定位置偏移；
确定位置设定点，所述位置设定点对应于所述末端执行器要被驱动到的第二位置；
基于所述位置偏移，调整所述位置设定点；以及
使用所述驱动机构将所述末端执行器致动到经调整的位置设定点以将所述末端执行器移动到所述第二位置。
17.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述末端执行器为吻合装置。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述吻合装置被配置为接收可更换的吻合盒。
19.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述致动水平为所述致动器的电流、力或扭矩。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述致动器为马达或伺服装置。
21.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中，确定所述位置偏移包括通过弹簧常数缩放所述确定的致动水平。
22.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述弹簧常数凭经验确定。
23.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述弹簧常数被存储在所述末端执行器中。
24.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述弹簧常数被存储在所述器械中。
25.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，还包括从表格或数据库中检索所述弹簧常数。
26.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述弹簧常数基于由所述末端执行器操纵的材料、被执行的过程、器械的类型以及末端执行器的类型中的一者或多者来确定。
27.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中，调整所述位置设定点包括：将所述位置偏移添加到所述位置设定点，以确定所述经调整的位置设定点。
28.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，还包括在将所述末端执行器致动到所述经调整的位置设定点之前将所述末端执行器致动到所述位置设定点。
29.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第一位置相对于参考位置被确定。
30.根据权利要求16所述的非暂时性计算机可读介质，还包括在所述末端执行器被完全致动到所述第一位置之前，基于所述致动水平来调整所述第一位置的设定点。
31.一种用于致动器械的***，所述***包括：
器械，其包括末端执行器和用于致动所述末端执行器的驱动机构；以及
控制单元，其被配置为：
使用所述驱动机构致动所述末端执行器；
确定致动期间的致动水平；
确定所述致动水平是否高于阈值致动；并且
响应于确定所述致动水平高于所述阈值致动：
确定所述末端执行器的位置；
标识与所述末端执行器的确定的位置相关联的标称位置；
基于所述末端执行器的所述标称位置和所述确定的位置，确定位置偏移；
基于所述位置偏移，调整位置设定点，其中所述位置设定点对应于所述末端执行器要被驱动到的位置；并且
使用所述驱动机构将所述末端执行器致动到经调整的位置设定点。
32.根据权利要求31所述的***，其中，所述阈值致动凭经验确定。
33.根据权利要求31所述的***，其中，所述阈值致动被存储在所述末端执行器中。
34.根据权利要求31所述的***，其中，所述阈值致动被存储在所述器械中。
35.根据权利要求31所述的***，其中，所述阈值致动从表格或数据库中检索。
36.根据权利要求31所述的***，其中，所述阈值致动基于由所述末端执行器操纵的材料、被执行的过程、器械的类型以及末端执行器的类型中的一者或多者来确定。
37.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，所述末端执行器为吻合装置。
38.根据权利要求37所述的***，其中，所述吻合装置被配置为接收可更换的吻合盒。
39.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，所述致动水平为所述致动器的电流、力或扭矩。
40.根据权利要求39所述的***，其中，所述致动器为马达或伺服装置。
41.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，所述末端执行器的位置对应于所述末端执行器上的棘爪。
42.根据权利要求38所述的***，其中，所述末端执行器的位置对应于吻合盒上的棘爪。
43.根据权利要求42所述的***，其中，所述棘爪标识吻合盒中的吻合钉的长度、吻合钉已经被击发的吻合盒或吻合盒的不存在。
44.根据权利要求38所述的***，其中，为了确定所述标称位置，所述控制单元被配置为：
确定所述末端执行器的所述确定的位置在多个范围中的哪个范围内；以及
在所述末端执行器的所述确定的位置所在的所述多个范围中的第一范围内，选择一个标称位置作为所述标称位置。
45.根据权利要求44所述的***，其中，所述多个范围中的每一个对应于吻合盒中的吻合钉的长度。
46.根据权利要求44所述的***，其中，所述多个范围中的一个范围对应于所述末端执行器中的吻合盒的不存在。
47.根据权利要求44所述的***，其中，所述多个范围中的一个范围对应于吻合钉已经被击发过的吻合盒。
48.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，所述位置偏移为所述末端执行器的所述标称位置与所述确定的位置之间的差。
49.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，为了调整所述位置设定点，所述控制单元被配置为将所述位置偏移添加到所述位置设定点。
50.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，所述阈值致动为可配置的。
51.根据权利要求31至36中的任一项所述的***，其中，所述控制单元还被配置为在将所述末端执行器致动到所述经调整的位置设定点之前将所述末端执行器致动到所述位置设定点。
52.一种非暂时性计算机可读介质，在其上存储多个机器可读指令，所述指令在由与计算机辅助装置相关联的一个或多个处理器执行时适于使所述一个或多个处理器执行使用控制单元致动器械的末端执行器的方法，所述方法包括：
使用驱动机构致动所述末端执行器；
确定致动期间的致动水平；
确定所述致动水平是否高于阈值致动；以及
响应于确定所述致动水平高于所述阈值致动：
确定所述末端执行器的位置；
标识与所述末端执行器的确定的位置相关联的标称位置；
基于所述末端执行器的所述标称位置和所述确定的位置，确定位置偏移；
基于所述位置偏移，调整位置设定点，其中所述位置设定点对应于所述末端执行器要被驱动到的位置；以及
使用所述驱动机构将所述末端执行器致动到经调整的位置设定点。
53.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述末端执行器为吻合装置。
54.根据权利要求53所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述吻合装置被配置为接收可更换的吻合盒。
55.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述致动水平为所述致动器的电流、力或扭矩。
56.根据权利要求55所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述致动器为马达或伺服装置。
57.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述末端执行器的位置对应于所述末端执行器上的棘爪。
58.根据权利要求54所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述末端执行器的位置对应于吻合盒上的棘爪。
59.根据权利要求58所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述棘爪标识吻合盒中的吻合钉的长度、吻合钉已经被击发的吻合盒或吻合盒的不存在。
60.根据权利要求54所述的非暂时性计算机可读介质，其中，确定所述标称位置包括：
确定所述末端执行器的所述确定的位置在多个范围中的哪个范围内；以及
在所述末端执行器的所述确定的位置所在的所述多个范围中的第一范围内，选择一个标称位置作为所述标称位置。
61.根据权利要求60所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述多个范围中的每一个对应于吻合盒中的吻合钉的长度。
62.根据权利要求60所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述多个范围中的一个范围对应于所述末端执行器中的吻合盒的不存在。
63.根据权利要求60所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述多个范围中的一个范围对应于吻合钉已经被击发过的吻合盒。
64.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述位置偏移为所述末端执行器的所述标称位置与所述确定的位置之间的差。
65.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，调整所述位置设定点包括将所述位置偏移添加到所述位置设定点。
66.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述阈值致动为可配置的。
67.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述阈值致动凭经验确定。
68.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述阈值致动被存储在所述末端执行器中。
69.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述阈值致动被存储在所述器械中。
70.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，还包括从表格或数据库中检索所述阈值致动。
71.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述阈值致动基于由所述末端执行器操纵的材料、被执行的过程、器械的类型以及末端执行器的类型中的一者或多者来确定。
72.根据权利要求52所述的非暂时性计算机可读介质，还包括在将所述末端执行器致动到所述经调整的位置设定点之前将所述末端执行器致动到所述位置设定点。
73.一种用于致动器械的***，所述***包括：
器械，其包括末端执行器和用于致动所述末端执行器的驱动机构；以及
控制单元，其被配置为：
加载所述末端执行器的参考位置；
相对于所述参考位置移动击发序列的第一位置设定点；
使用所述驱动机构朝所述第一位置设定点致动所述末端执行器；
确定在致动到所述第一位置设定点期间的致动水平；
确定所述致动水平是否高于阈值致动；并且
响应于确定所述致动水平高于所述阈值致动：
确定所述末端执行器的位置；
标识与所述末端执行器的确定的位置相关联的标称位置；
基于所述末端执行器的所述标称位置和所述确定的位置，确定位置偏移；
基于所述位置偏移，调整所述第一位置设定点，其中所述第一位置设定点对应于所述末端执行器要被驱动到的位置；以及
使用所述驱动机构将所述末端执行器致动到经调整的第一位置设定点；
通过所述击发序列致动所述末端执行器；
确定在所述击发序列期间花费的总致动；
基于所述总致动，确定对致动器的参考位置的调整；以及
存储经调整的参考位置，以供在未来致动期间使用。
74.根据权利要求73所述的***，其中，所述位置偏移为所述末端执行器的所述标称位置与所述确定的位置之间的差。
75.根据权利要求73所述的***，其中，为了调整所述第一位置设定点，所述控制单元被配置为将所述位置偏移添加到所述第一位置设定点。
76.根据权利要求73所述的***，其中，所述阈值致动为可配置的。
77.根据权利要求73所述的***，其中，所述阈值致动凭经验确定。
78.根据权利要求73所述的***，其中，所述阈值致动被存储在所述末端执行器中。
79.根据权利要求73所述的***，其中，所述阈值致动被存储在所述器械中。
80.根据权利要求73所述的***，其中，所述阈值致动从表格或数据库中检索。
81.根据权利要求73所述的***，其中，所述阈值致动基于由所述末端执行器操纵的材料、被执行的过程、器械的类型以及末端执行器的类型中的一者或多者来确定。
82.根据权利要求73所述的***，其中，所述控制单元还被配置为在将所述末端执行器致动到所述经调整的第一位置设定点之前将所述末端执行器致动到所述第一位置设定点。
83.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述末端执行器为吻合装置。
84.根据权利要求83所述的***，其中，所述吻合装置被配置为接收可更换的吻合盒。
85.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述末端执行器的位置对应于所述末端执行器上的棘爪。
86.根据权利要求84所述的***，其中，所述末端执行器的位置对应于吻合盒上的棘爪。
87.根据权利要求86所述的***，其中，所述棘爪标识吻合盒中的吻合钉的长度、吻合钉已经被击发的吻合盒或吻合盒的不存在。
88.根据权利要求84所述的***，其中，为了确定所述标称位置，所述控制单元被配置为：
确定所述末端执行器的所述确定的位置在多个范围中的哪个范围内；以及
在所述末端执行器的所述确定的位置所在的所述多个范围中的第一范围内，选择一个标称位置作为所述标称位置。
89.根据权利要求88所述的***，其中，所述多个范围中的每一个对应于吻合盒中的吻合钉的长度。
90.根据权利要求88所述的***，其中，所述多个范围中的一个范围对应于所述末端执行器中的吻合盒的不存在。
91.根据权利要求88所述的***，其中，所述多个范围中的一个范围对应于吻合钉已经被击发过的吻合盒。
92.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，为了确定所述总致动，所述控制单元被配置为：
间隔地确定所述致动器的致动水平；以及
累积在每个间隔确定的所述致动水平。
93.根据权利要求92所述的***，其中，所述致动水平为所述致动器的电流、力或扭矩。
94.根据权利要求92所述的***，其中，所述致动器为马达或伺服装置。
95.根据权利要求92所述的***，其中，所述控制单元还被配置为按所述间隔的持续时间来缩放在每个间隔处的所述致动水平。
96.根据权利要求92所述的***，其中，每个间隔为固定的持续时间。
97.根据权利要求73所述的***，其中，为了确定对所述参考位置的调整，所述控制单元被配置为以一常数缩放所述总致动。
98.根据权利要求97所述的***，其中，所述常数凭经验确定。
99.根据权利要求97所述的***，其中，所述常数被存储在所述末端执行器中。
100.根据权利要求97所述的***，其中，所述常数被存储在所述器械中。
101.根据权利要求97所述的***，其中，所述常数从表格或数据库中检索。
102.根据权利要求97所述的***，其中，所述常数基于由所述末端执行器操纵的材料、被执行的过程、器械的类型以及末端执行器的类型中的一者或多者来确定。
103.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述经调整的参考位置被存储在所述末端执行器中。
104.根据权利要求73至82中任一项所述的***，其中，所述经调整的参考位置被存储在所述器械中。
105.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述经调整的参考位置被存储在表格或数据库中。
106.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述控制单元还被配置为从所述末端执行器或所述器械中的存储器加载所述参考位置。
107.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述控制单元还被配置为从表格或数据库中加载所述参考位置。
108.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述击发序列包括所述末端执行器的一个或多个位置设定点。
109.根据权利要求108所述的***，其中，所述控制单元还被配置为相对于所述参考位置确定所述一个或多个位置设定点。
110.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述经调整的参考位置代替所述参考位置。
111.根据权利要求73至82中的任一项所述的***，其中，所述参考位置为所述末端执行器的零点。
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