背景技术
已知将机器人用于辅助并执行手术。图1例示了通常的手术机器人100，其由底座108、臂102以及器械105构成。底座支撑机器人，并且本身刚性地联接到例如手术室地板、手术室天花板或台车。臂在底座与器械之间延伸。臂借助于沿着其长度的多个柔性接头103铰接，这些柔性接头用于将手术器械定位在相对于患者的期望位置中。手术器械联接到机器人臂的远端104。手术器械在端口107处穿透患者101的身体，以接近手术部位。在其远端处，器械包括用于参加医疗程序的末端执行器106。
图2例示了用于执行机器人腹腔镜手术的通常的手术器械200。手术器械包括底座201，借助于该底座，手术器械连接到机器人臂。轴202在底座201与关节203之间延伸。关节203在末端执行器204中终止。在图2中，一对锯齿状的钳口被例示为末端执行器204。关节203许可末端执行器204相对于轴202移动。期望借助于关节向末端执行器204的运动提供至少两个自由度。
外科医生在典型腹腔镜手术的过程期间使用许多器械。由于该原因，期望使器械在术中可与机器人臂的端部分离和可联接到该端部。机器人臂的控制器需要在任意给定时间知道哪个器械联接到机器人臂。已知将器械电连接到机器人臂，并且使器械经由该电连接向机器人臂信号通知其标识。器械具有与机器人臂的接口交接的接口。在这种情况下，器械接口具有电触点，该电触点连接到机器人臂接口的对应电触点。由此，器械经由该电接口向机器人臂信号通知其标识。
为了降低感染风险，手术室是无菌环境。手术器械在手术之间消毒。然而，机器人臂不是无菌的。为了使机器人臂用于手术室中，必须在机器人臂与手术室的剩余部分之间维持无菌屏障。为了实现这一点，机器人臂被覆盖在无菌手术洞巾中。器械经由无菌手术洞巾上的接口联接到机器人臂。无菌手术洞巾是在单个手术后去除的单次使用物品。由此，期望使无菌手术洞巾的成本最小化。由于该原因，期望通过以下方式来降低无菌手术洞巾的复杂性：消除将电交接结构并入手术洞巾上以使器械接口的电触点交接到机器人臂接口的电触点的需要。
发明内容
根据本发明的方面，提供了一种手术机器人，该手术机器人包括：底座；和臂，其从联接到底座的近端延伸到远端，该远端可经由一系列连杆联接到手术器械，该一系列连杆穿插有关节，臂包括：接收器，其被配置为通过与手术器械的短距离无线通信链路从手术器械接收数据；和接近传感器，其被配置为响应于所述接近传感器检测到所述手术器械的所述接近存在而允许建立所述接收器与所述手术器械的发送器之间的所述短距离无线通信链路。
接近传感器可以包括霍尔传感器。
短距离无线通信链路可以是近场通信链路。
数据可以指示器械的一个或更多个参数的值。这些参数可以包括手术器械类型、手术器械标识、手术器械使用数据以及控制数据。
手术机器人还可以包括数据存储部，并且手术机器人可以被配置为：接收指示手术器械标识的数据；将手术器械标识存储在数据存储部中；随后接收指示手术器械标识和其他参数数据的参数更新；以及如果参数更新的手术器械标识与数据存储部中的手术器械标识匹配，则仅存储参数更新的其他参数数据。
接收器可以被包括在臂收发器内，并且发送器可以被包括在器械收发器内。
控制器可以响应于短距离无线通信链路被建立而控制臂收发器通过短距离无线通信链路来向器械收发器查询数据。
臂收发器可以向器械收发器定期发送指示手术器械使用数据的数据，以存储在器械数据存储部中。
指示手术器械使用数据的数据可以包括指示手术器械的总操作时间、手术器械的使用次数以及手术器械的剩余寿命中的至少一项的数据。
接近传感器可以检测手术器械已经与臂分离的情况，并且控制器可以响应于所检测的分离而控制臂收发器通过短距离无线通信链路向器械收发器发送指示手术器械使用数据的数据。
控制器可以在控制器尚未接收指示手术器械要与臂分离的命令时，响应于所检测到的分离而仅控制臂收发器通过短距离无线通信链路向器械收发器发送指示手术器械使用数据的数据。
控制器可以在所接收数据指示器械的寿命已经到期时防止手术器械的操纵。
臂可以包括机器人臂接口，其用于机械地与手术器械的手术器械接口交接，并且接近传感器可以被定位为与机器人臂接口相邻。
手术机器人还可以包括手术器械，手术器械包括：发送器，其被配置为通过短距离无线通信链路向接收器发送数据；和可检测标签，其被配置为可由接近传感器检测。
可检测标签可以可由霍尔传感器检测。
手术器械还可以包括数据存储部，其被配置为存储指示从臂收发器接收的手术器械使用数据的数据。
手术器械可以包括用于机械地与机器人臂接口的手术器械接口交接，并且可检测标签可以被定位为与手术器械接口相邻，该手术器械接口在手术器械联接到臂时接近接近传感器。
根据本发明的另外方面，提供了一种手术机器人，该手术机器人包括：底座；和臂，其从联接到底座的近端延伸到远端，该远端可经由一系列连杆联接到手术器械，该一系列连杆穿插有关节，臂包括：接收器，其被配置为通过与手术器械的短距离无线通信链路从手术器械接收数据；和接近传感器，其被配置为检测手术器械的接近存在；以及控制器，其被配置为响应于接收器检测到近端发送器根据短距离无线通信协议进行工作并且接近传感器未检测到手术器械的接近存在，发出手术器械未恰当地联接到臂的警报。
控制器还可以被配置为响应于接收器检测到近端发送器根据短距离无线通信协议进行工作并且接近传感器未检测到手术器械的接近存在，防止手术器械的操纵。
附图说明
现在将参照附图用示例的方式描述本发明。在附图中：
图1例示了执行手术程序的手术机器人；
图2例示了已知手术器械；
图3例示了手术机器人；
图4示意性例示了机器人臂上的电路；
图5示意性例示了器械上的电路；
图6是例示了从器械读取数据的方法的流程图；
图7是例示了从器械存储数据的方法的流程图；
图8是例示了检测传感器故障的方法的流程图；
图9a、图9b、图9c以及图9d全部例示了用于记录手术器械使用数据的控制方法的流程图；
图10是例示了将数据写到器械的方法；
图11例示了改变机器人臂的模式的方法；以及
图12例示了被使得与机器人臂接合的器械。
具体实施方式
图3例示了具有臂300的手术机器人，该臂300从联接到底座301的近端延伸。臂包括多个刚性连杆302。连杆由转动接头303耦接。最近端连杆302a由接头303a耦接到底座。它和其他连杆由另外的接头303串联耦接。合适地，腕关节304由四个独立的旋转接头组成。腕关节304将一个连杆(302b)耦接到臂的最远端连杆(302c)。最远端连杆302c处于臂的远端处，并且携带用于手术器械306的联接部305。臂的各接头303具有：一个或更多个马达307，其可以被操作为引起各接头处的旋转运动；和一个或更多个位置和/或转矩传感器308，其提供与该接头处的当前构造和/或负载有关的信息。合适地，马达被设置为接近它们驱动运动的关节，以改善重量分布。为了清晰起见，图3中仅示出了马达和传感器中的一些。臂可以总体如在我们的共同未决专利申请PCT/GB2014/053523描述。
臂终止于联接部305，以与器械306交接。合适地，器械306采取关于图2描述的形式。联接部305包括用于驱动器械的铰接的驱动组件。驱动组件接口的可移动接口元件机械地接合器械接口的对应可移动接口元件，以从机器人臂向器械传递动力。一个器械在通常的手术期间被更换多次。由此，器械在手术期间可联接到机器人臂以及与机器人臂分离。驱动组件接口和器械接口的凸块在被使得接合彼此时帮助它们的对齐，以减少需要由用户对齐它们所具有的准确度。
器械306包括用于执行手术的末端执行器。末端执行器可以采取任意合适的形式。例如，末端执行器可以为光滑钳口、锯齿状钳口、夹子、剪刀、用于缝合的针、照相机、激光器、刀、吻合器、烧灼器、吸引器。如关于图2描述的，器械包括器械轴与末端执行器之间的关节。该关节包括多个接头，其许可末端执行器相对于器械的轴移动。关节中的接头由诸如电缆的驱动元件来致动。这些驱动元件在器械轴的另一端处固定到器械接口的接口元件。由此，机器人臂如下向末端执行器传递动力：驱动组件接口元件的移动使器械接口元件移动，该器械接口元件使驱动元件移动，该驱动元件使关节的接头移动，该关节使末端执行器移动。
用于马达的控制器、转矩传感器以及编码器连同机器人臂一起分配。控制器经由通信总线连接到控制单元309。控制单元309包括处理器310和存储器311。存储器311以非暂时方式存储软件，该软件可由处理器执行以控制马达307的操作，以使得臂300以这里描述的方式操作。具体地，软件可以控制处理器310使得马达(例如，经由分布式控制器)依靠来自传感器308和外科医生命令接口312的输入驱动。控制单元309耦接到马达307，以根据通过执行软件生成的输出来驱动它们。控制单元309耦接到传感器308，以从传感器接收所感测的输入，并且控制单元耦接到命令接口312，以从命令接口接收输入。各耦接例如可以各为电缆或光缆，或者可以由无线连接来提供。命令接口312包括用户以期望方式请求末端执行器的运动可以借以的一个或更多个输入装置。输入装置例如可以为手动可操作机械输入装置(诸如控制柄或控制杆)或非接触输入装置(诸如光学手势传感器)。在存储器311中存储的软件被配置为响应这些输入并且使得臂和器械的接头因此按照预定控制策略移动。控制策略可以包括安全特征，其响应于命令输入减轻臂和器械的运动。由此，总之，命令接口312处的外科医生可以控制器械306以关于执行期望手术程序的这种方式移动。控制单元309和/或命令接口312可以远离臂300。
图4例示了用于检测器械306并与其通信的机器人臂300上的电路400的示意图。图5例示了用于与机器人臂300通信的器械306上的电路500的示意图。
器械发送器501被配置为向机器人臂300发送数据。臂接收器401被配置为接收从器械306发送的数据。该数据指示器械的一个或更多个参数的值。这些参数包括以下内容中的一项、多项或全部：器械类型、器械标识、器械使用数据以及控制数据。控制数据可以包括器械要采用的机器人臂驱动组件的参数。控制数据可以包括机器人臂要采用的器械的参数。例如，控制数据可以包括以下内容中的一项、多项或全部：驱动组件接口元件的功能、器械接口元件的功能、包括最大和最小行程的驱动组件接口元件的行程范围、包括最大和最小行程的器械接口元件的行程范围、驱动组件接口元件的中间/静止位置、器械接口元件的中间/静止位置、包括最大和最小行程的器械接头的行程范围、以及器械接头的中间/静止位置。在一个示例中，数据为代码。代码可以为数字代码。器械参数中的一个或更多个的值嵌入代码内。换言之，器械的一个或更多个参数的值可通过用算法分析代码从代码得到。在另一示例中，数据本身包括器械参数中的一个或更多个的值。在任一示例中，数据可以被加密。
器械发送器501和臂接收器401根据同一短距离无线通信协议来操作。例如，它们可以根据RFID(射频识别)协议来操作。在示例性实施方案中，它们根据具有小于4cm或与4cm相同的范围的协议通信。协议可以具有小于2cm或与2cm相同的范围。协议可以使用NFC(近场通信)。使用如与不是短距离的无线通信协议相对的短距离无线通信协议降低了器械-臂通信干扰手术室中的其他通信链路的可能性。它还降低这些其他通信链路干扰器械-臂通信的可能性。
器械发送器501可以被包括在还包括器械接收器503的收发器502内。臂接收器401可以被包括在还包括臂发送器403的收发器402内。臂发送器403向器械306发送数据，并且器械接收器504接收该数据。臂发送器403和器械接收器503根据与器械发送器501和臂接收器401相同的短距离通信协议来操作。
使用无线通信协议允许器械306在不必须在插入器械和臂的无菌手术洞巾中并入电交接结构的情况下与机器人臂300通信。
设想可以由手术机器人执行的一些操作需要使用紧密接近彼此的两个或更多个手术器械，因此需要使用紧密接近彼此的两个或更多个手术机器人。可预见的是在使用如上提议的短距离通信协议时，一个机器人臂可以在联接到另一机器人臂或被使得与该另一机器人臂联接的器械的范围内。这可能导致机器人臂接收指示未联接到它的器械的一个或更多个参数的值的数据，和/或器械从它未联接到的机器人接收这种数据。
图4的机器人臂电路另外包括接近传感器404。图5的器械电路另外包括可检测标签504。可检测标签504可由接近传感器404来检测。接近传感器404检测可检测标签504的接近存在。接近传感器具有比臂接收器401和器械发送器501的无线通信协议短的范围。接近传感器404可以为诸如霍尔传感器的磁传感器、簧片开关、声传感器、电容传感器、电感传感器以及光传感器中的一种。
在接近传感器是霍尔传感器的示例中，可检测标签504是可由霍尔传感器检测的磁标签。霍尔传感器感测其附近的磁场。霍尔传感器在传感器周围的磁通量密度超过阈值时检测磁标签的接近存在。在传感器周围的磁通量密度超过阈值时，霍尔传感器生成输出电压。
霍尔传感器的阈值和/或内部放大确定霍尔传感器的范围和灵敏度。霍尔传感器的阈值和/或内部放大以及磁标签的强度可以被预定为使得霍尔传感器(在位于机器人臂上时)具有对于其应用所需的范围和灵敏度。
例如，霍尔传感器的阈值和/或内部放大以及磁标签的强度可以被预定为使得霍尔传感器(在位于机器人臂上时)检测在联接到机器人臂的器械上的磁标签，而不检测在联接到相邻机器人臂的器械上的磁标签。霍尔传感器的阈值和磁标签的强度可以都被预定为使得霍尔传感器(在位于机器人臂上时)仅在器械与机器人臂接合时检测到磁标签。在这种情况下，如果器械接口与机器人臂接口错位或在其他方面未适当对接到机器人臂接口，则霍尔传感器不感测到所需的阈值磁通量密度，因此不生成指示已经检测到磁标签的输出电压。
在另一示例中，霍尔传感器的阈值和/或内部放大以及磁标签的强度可以被预定为使得霍尔传感器(在位于机器人臂上时)检测在附近但不是必须联接到机器人臂的器械上的磁标签。例如，霍尔传感器可以在霍尔传感器和磁标签被分开小于10cm时检测磁标签。响应于该检测，器械可以发送指示其参数中的一个或更多个的值的数据(如以下更详细描述的)。该数据由控制器处理，该控制器可以向用户输出这些参数值。这样，可以在将器械对接在机器人臂上之前向用户通知参数值。这给予用户在参数值中的任一个指示不适于将该特定器械与机器人臂接合(例如，是错误器械类型或不具有留给完成手术的足够寿命)时不进行该操作的机会。
霍尔传感器的阈值和磁标签的强度是使得在磁标签离霍尔传感器小于4cm，优选小于1cm，最优选地为小于1mm时由霍尔传感器检测到磁标签。
霍尔传感器的阈值和/或内部放大和/或磁标签的强度可以可动态适于使得霍尔传感器(在位于机器人臂上时)具有对于其应用所需的范围和灵敏度。所需的范围和灵敏度在不同阶段可以不同。例如，在器械和机器人臂的接合之前，可以期望在霍尔传感器与磁标签的距离小于10cm时使霍尔传感器检测到磁标签，但一旦接合器械和机器人臂，则可以期望仅在霍尔传感器与磁标签的间隔小于1mm时使得霍尔传感器检测到磁标签。霍尔传感器的阈值和/或内部放大和/或磁标签的强度可以可动态适于改变用于手术的持续时间期间的这些变化要求的范围和灵敏度。
虽然关于霍尔传感器和磁标签示例来描述，但范围和灵敏度的上述讨论适用于接近传感器和可检测标签的任意组合。
在机器人臂上可以存在两个接近传感器，第一接近传感器检测在小于4cm的间隔处的可检测标签，并且第二接近传感器检测在小于1mm的间隔处的可检测标签。在该示例中，第一接近传感器检测器械何时接近与臂接合，并且第二接近传感器检测器械何时适当对接在臂中。如果第一接近传感器检测到可检测标签而第二接近传感器在不久之后不检测到标签，那么这是器械离机器人臂上的对接位置1mm至4cm之间的指示。换言之，它是器械未适当对接在机器人臂上的指示。例如，器械可能与机器人臂错位。控制器可以通过生成报警信号来响应这种场景。该报警信号可以从机器人臂输出，例如作为报警灯或报警声。另选地，报警信号可以发送到外科医生控制台，以在那里输出，例如作为报警灯或报警声。两个接近传感器中的每一个可以为之前列出的传感器中的任一种。两个接近传感器可以为相同类型，例如都为霍尔传感器。另选地，两个接近传感器可以为不同类型，例如一个为霍尔传感器，一个为光传感器。
机器人臂电路还包括控制器405。控制器405接收接近传感器404的输出407，作为输入406。由此，在上述示例中，控制器接收霍尔传感器的输出电压信号。控制器还接收接收器401的输出409，作为输入408。控制器向臂接收器401和/或臂发送器403输出控制信号410。控制器从而依靠接近传感器的输出407控制臂接收器401和/或臂发送器403的操作。
控制器405包括处理器411、存储器412以及数据存储部413。存储器412以非暂时方式存储软件，该软件可由处理器411执行以控制臂接收器401和/或臂发送器403的操作，以按照这里描述的方式操作。具体地，软件控制处理器411使得启用或停用臂接收器。软件可以控制处理器411使得臂发送器发送指示器械的一个或更多个参数的值的数据。例如，软件可以控制处理器411使得臂发送器向器械发送代码。软件可以控制处理器411生成并发送警报。这些动作响应于接近传感器407的输出和/或来自传感器308和/或外科医生命令接口312的输入来控制。数据存储部413可以存储控制器从数据得到的、器械的参数值，该数据从臂接收器401接收。数据存储部413可以存储如从接近传感器407的输出确定的、器械是否对接臂中的指示。数据存储部413可以并入在存储器412中。在这种情况下，存储器412被逻辑地分成用于数据存储部413的部分和用于存储用于在处理器411上执行的指令的部分。数据存储部413可以被并入为处理器411中的寄存器。数据存储部413可以为一个或更多个缓冲器。
器械电路还包括数据存储部505。数据存储部505存储指示器械306的一个或更多个参数的值的数据。该数据可以如之前描述的为代码。数据存储部505可以存储器械的参数值。数据从数据存储器505检索，以由器械发送器501发送。
下文描述可以使用关于图4和图5描述的电路实施的多个示例性控制方法。
图6例示了第一控制方法的流程图。如在步骤601处所示，在臂300与器械306之间初始没有建立通信链路。控制器405可能已经停止臂接收器401或臂收发器402根据短距离无线通信协议通信。
在步骤602处，接近传感器404检测器械并向控制器405输出检测信号。控制器405将器械对接在机器人臂中的指示存储在数据存储部413中。
在步骤603处，控制器通过以下方式响应检测信号：向臂接收器401或臂收发器402发送控制信号，以使得能够在臂接收器401或臂收发器402与器械发送器501或器械收发器502之间建立短距离无线通信链路。例如，控制信号可以接通臂接收器401的接收功能，从而使得臂接收器能够接收由器械发送器501发送的数据。另选地或另外地，控制信号可以使得臂发送器403请求与器械接收器503的连接。在此之后，在臂与器械之间建立短距离无线通信链路。
一旦已经建立通信链路，则控制器405可以在步骤604处控制臂收发器402向器械发送查询。查询是对器械提供参数数据的请求。请求可以是对一个或更多个特定数据参数，诸如器械的标识或器械类型。请求可以是对由器械存储的所有参数数据的更新。器械收发器502接收来自臂收发器402的请求。
响应于请求，器械收发器502从数据存储部505检索指示所请求参数值的数据，并且向臂收发器402发送该数据。在器械存储所请求参数值可从其得到的代码的示例中，器械收发器通过从数据存储部505检索代码并向臂收发器发送该代码来响应请求。合适地，多个不同参数的值嵌入同一代码内。合适地，所有被请求参数值的值嵌入同一代码内。由此，器械通过发送同一代码来响应对参数值中的任一个或任意组合的请求。另选地，器械可以存储多个代码，在各个代码中嵌入的是不同参数值或参数值的集合。在这种情况下，器械通过发送所请求参数值嵌入的代码来响应对参数值或参数值的组合的请求。另选地，器械可以通过发送所请求参数值嵌入至少一个中的、在数据存储部中存储的所有代码来响应对参数值或参数值的组合的任意请求。
在器械所存储的数据包括参数值本身的示例中，器械收发器通过从数据存储部检索所请求的参数值并向臂收发器发送这些参数值来响应请求。另选地，器械收发器可以通过检索在数据存储部中存储的所有参数值并向臂收发器发送这些参数值来响应请求。
器械收发器可以在向臂收发器发送数据之前加密该数据。另选地，器械可以将数据以加密形式存储在数据存储部中，然后继而发送被加密的数据。在任一情况下，加密密匙为机器人臂控制器405所知。
在步骤605处，臂收发器402从器械接收指示所请求参数值的数据。在步骤606处，控制器405从所接收数据提取所请求参数值。控制器405解密所接收数据(如果它被加密)。在所接收数据是参数值嵌入的代码的情况下，控制器为了确定参数值而将代码输入到算法。算法对代码执行一个或更多个函数。各函数可以确定所请求参数值中的一个或更多个。然后在步骤607处将得到的参数值存储在数据存储部413中。在所接收数据是所请求参数值的情况下，将这些所接收参数值存储在数据存储部413中。
控制器可以使得臂收发器在任意时间在器械中查询参数数据更新。器械如上详细说明的响应。这在图6中由从步骤607环回到步骤604周围的控制方法来例示。
图7例示了第二控制方法的流程图。在臂300与器械306之间建立通信链路。器械发送器501从数据存储部505提取指示器械标识的数据，并且向机器人臂发送该数据。在步骤701处，臂接收器401从器械发送器501接收指示器械标识的数据。臂接收器401向控制器405输出指示所接收器械标识的数据。控制器405从臂接收器401接收指示器械标识的数据。控制器在步骤702处如关于图6描述的从指示器械标识的数据提取器械标识，并且将器械标识存储在数据存储部413中。
随后，在步骤703处，臂接收器401接收参数值更新。参数值更新包括指示器械标识和其他参数值的数据。臂接收器401向控制器405输出所接收的参数值更新。处理器411如在步骤701中接收参数值更新，并且从参数值更新提取器械标识。处理器411从数据存储部413读取所存储的器械标识。处理器411在步骤704处将来自参数值更新的器械标识与所存储的器械标识进行比较。如果来自参数值更新的器械标识匹配所存储的器械标识，那么在步骤705处，处理器从参数值更新提取其他参数值或参数值，并且将这些参数值存储在数据存储部413中。处理器还可以向控制单元309发送参数值。控制单元309可以向外科医生命令接口312发送这些参数值中的一个或更多个。参数值可以显示给外科医生。如果来自参数值更新的器械标识不匹配所存储的器械标识，那么在步骤706处，处理器丢弃参数值更新中的参数值。可选地，在步骤707处，处理器生成警报。该警报可以发送给控制单元309。控制单元309可以在外科医生命令接口312上生成警报。例如，警报可以显示给外科医生。在步骤705之后，方法返回到臂接收另一参数值更新的步骤703。在步骤706之后，方法返回到臂接收另一参数值更新的步骤703。
由此，一旦器械经由步骤701和702向机器人臂注册其标识，则控制器405仅存储从具有该器械标识的器械接收的参数值。由此，即使臂接收器401在未联接到臂的另一器械的通信范围内并从该另一器械接收参数值，控制器也不存储这些参数值，因为与这些参数值关联的器械标识不匹配在数据存储部413中存储的所联接器械的器械标识。
图8例示了第三控制方法的流程图。臂接收器401可操作为根据其短距离无线通信协议接收连接请求和公共广播。这样，臂接收器401检测根据同一短距离无线通信协议进行工作的近端发送器。换言之，这样，臂接收器401检测附近的器械。同时，接近传感器404以以下这种模式操作：它在器械仅适当对接在机器人臂中时检测到器械。
在步骤801处，处理器411分析来自臂接收器401的信号输出，以确定臂接收器401是否检测到附近的器械。不管臂接收器401是否已经检测到附近的器械，处理器411都继续在步骤802和803处分析来自接近传感器404的信号输出，以确定接近传感器404是否检测到器械。另选地，处理器411可以在分析来自臂接收器的输出之前分析来自接近传感器的输出。换言之，处理器411可以在步骤801之前执行步骤802/803。
如果处理器411确定臂接收器401已经检测到器械且接近传感器404也已经检测到器械，那么处理器在步骤804处不生成警报。如果处理器411确定臂接收器401尚未检测到器械且接近传感器404也尚未检测到器械，那么处理器在步骤805处不生成警报。
如果处理器411确定臂接收器401已经检测到器械而接近传感器404尚未检测到器械，那么处理器在步骤806处生成警报。如果处理器411确定臂接收器401尚未检测到器械而接近传感器404已经检测到器械，那么处理器在步骤807处生成警报。在这两个情况下，控制器405向控制单元309发送警报，该控制单元然后可以警告外科医生命令接口312。警报可以指示故障。该故障可以是器械尚未适当对接在机器人臂中。另选地，故障可以是接近传感器发生故障。另外，控制器405或控制单元309可以通过防止手术器械的操纵来响应臂接收器和接近传感器中的仅一个检测到器械。控制器405或控制单元309可以通过由外科医生命令接口312解除手术器械的机器人控制来进行这一点。
在霍尔传感器发生故障时，它可能在没有磁场时生成输出电压或它可能在存在磁场时不生成输出电压。为了避免不准确感测，可以使用两个霍尔传感器。如果两个霍尔传感器不同地读数，那么这是它们中的一个有故障的指示。然而，在该方法中，因为臂接收器401还检测附近的器械，所以仅需要使用一个霍尔传感器，因为霍尔传感器的故障可由臂接收器401检测。
图9a、图9b、图9c以及图9d全部例示了用于记录手术器械使用数据的控制方法的流程图。手术器械通常是多用途器具。它们在手术之间消毒并重复使用。然而，它们确实具有寿命，超过该寿命，它们不适于使用。由此，有用的是将指示手术器械的使用的数据存储部在器械处。在臂300与器械306之间建立通信链路。
在图9a中，器械发送器501从数据存储部505提取指示手术器械的总操作时间的数据，并且向机器人臂发送该数据。在步骤901处，臂接收器401从器械发送器501接收指示总操作时间的数据。臂接收器401向控制器405输出该数据。控制器405从臂接收器401接收该数据。控制器405如关于图6描述的从指示总操作时间的数据提取总操作时间。控制器405然后在步骤902处将总操作时间存储在数据存储部413中。
控制器405还包括计时器414。计时器414在处理器411的控制下操作。处理器411通过在步骤903处控制计时器414开始计时来响应从臂接收器401接收指示总操作时间的数据。控制器然后操作控制环路。控制器在步骤904处确定它是否已经接收要分离器械的命令。如果它尚未接收这种命令，那么它在步骤905处查询计时器414，以查看自启动计时器以来是否已经经过时间T。如果查询的结果是尚未经过时间T，那么控制环路返回到控制器确定是否要分离器械的步骤904。如果要分离器械，那么处理器411在步骤906中从计时器提取自启动计时器以来的经过时间。如果要分离器械或已经经过时间T，那么处理器在步骤907处从数据存储部413提取所存储的总操作时间。在步骤908处，处理器确定总操作时间。总操作时间是所存储的总操作时间加经过的时间。处理器然后将该总操作时间写到数据存储部413。处理器414还可以控制臂发送器403在步骤909处发送指示总操作时间的数据。该数据可以是代码，总操作时间嵌入该代码中。例如，代码可以为数字代码。另选地，指示总操作时间的数据可以包括总操作时间。数据可以在发送之前加密。臂发送器403发送指示总操作时间的数据。器械接收器接收指示总操作时间的数据并将该数据存储部在数据存储部505中。
控制器405可以存储用于手术器械的预定最大操作时间。在步骤902处提取总操作时间时，处理器411可以将总操作时间与最大操作时间进行比较。如果总操作时间超过最大操作时间，则处理器411可以生成警报。如果总操作时间在最大操作时间的时间T’内，则处理器可以生成警报。在任一情况下，警报被发送到控制单元309。控制单元309可以警告外科医生命令接口312。除了警报之外，控制器405或控制单元309可以防止手术器械的操纵。
在图9b中，器械发送器501从数据存储部505提取指示手术器械的剩余寿命的数据，并且向机器人臂发送该数据。在步骤911处，臂接收器401从器械发送器501接收指示剩余寿命的数据。臂接收器401向控制器405输出该数据。控制器405从臂接收器401接收该数据。控制器405如关于图6描述的从指示剩余寿命的数据提取剩余寿命。控制器405然后在步骤912处将剩余寿命存储在数据存储部413中。
处理器411通过在步骤913处控制计时器414开始计时来响应从臂接收器401接收指示剩余寿命的数据。控制器然后操作控制环路。控制器在步骤914处确定它是否已经接收要分离器械的命令。如果它尚未接收这种命令，那么它在步骤915处查询计时器414，以查看自启动计时器以来是否已经经过时间T。如果查询的结果是尚未经过时间T，那么控制环路返回到控制器确定是否要分离器械的步骤914。如果要分离器械，那么处理器411在步骤906中从计时器提取自启动计时器以来的经过时间。如果要分离器械或已经经过时间T，那么处理器在步骤917处从数据存储部413提取所存储的剩余寿命。在步骤918处，处理器确定剩余寿命。剩余寿命是所存储的剩余寿命减经过的时间。处理器然后将该剩余寿命写到数据存储部413。处理器414还可以控制臂发送器403在步骤919处发送指示剩余寿命的数据。该数据可以是代码，剩余寿命嵌入该代码中。例如，代码可以为数字代码。另选地，指示剩余寿命的数据可以包括剩余寿命。数据可以在发送之前加密。臂发送器发送指示剩余寿命的数据。器械接收器接收指示剩余寿命的数据并将该数据存储部在数据存储部505中。
在步骤912处提取剩余寿命时，处理器411可以将剩余寿命与0进行比较。如果剩余寿命小于零或与零相同，则处理器411可以生成警报。如果剩余寿命在0的时间T’内，则处理器可以生成警报。在任一情况下，警报被发送到控制单元309。控制单元309可以警告外科医生命令接口312。除了警报之外，控制器405或控制单元309可以防止手术器械的操纵。
控制器可以使得臂发送器向器械定期发送指示使用数据的数据。例如，控制器可以使得臂发送器每30秒或每分钟或每5分钟发送一次该数据。另外，控制器可以使得数据在任意时间发送到器械。例如，控制器可以使得指示使用数据的数据响应于从控制单元309接收这样做的命令而发送到器械。
在图9c中，器械发送器501从数据存储部505提取指示手术器械的使用次数的数据，并且向机器人臂发送该数据。在步骤921处，臂接收器401从器械发送器501接收指示使用次数的数据。臂接收器401向控制器405输出该数据。控制器405从臂接收器401接收该数据。控制器405如关于图6描述的从指示使用次数的数据提取使用次数。
处理器将使用次数生成为所提取的使用次数加1。处理器然后控制发送器403向器械发送指示使用次数的数据。该数据可以是代码，使用次数嵌入该代码中。例如，代码可以为数字代码。另选地，指示使用次数的数据可以包括使用次数。数据可以在发送之前加密。臂发送器403发送指示使用次数的数据。器械接收器接收指示使用次数的数据并将该数据存储部在数据存储部505中。另外，处理器411可以将使用次数存储在数据存储部413中。
控制器405可以存储用于手术器械的预定最大使用次数。在步骤922处提取使用次数时，处理器411可以将使用次数与最大使用次数进行比较。如果使用次数与最大使用次数相同或超过最大使用次数，则处理器411可以生成警报。警报被发送到控制单元309。控制单元309可以警告外科医生命令接口312。除了警报之外，控制器405或控制单元309可以防止手术器械的操纵。
在图9d中，器械发送器501从数据存储部505提取指示手术器械的剩余使用次数的数据，并且向机器人臂发送该数据。在步骤931处，臂接收器401从器械发送器501接收指示剩余使用次数的数据。臂接收器401向控制器405输出该数据。控制器405从臂接收器401接收该数据。控制器405如关于图6描述的从指示剩余使用次数的数据提取剩余使用次数。
处理器将剩余使用次数生成为所提取的剩余使用次数减1。处理器然后控制发送器403向器械发送指示剩余使用次数的数据。该数据可以是代码，剩余使用次数嵌入该代码中。例如，代码可以为数字代码。另选地，指示剩余使用次数的数据可以包括剩余使用次数。数据可以在发送之前加密。臂发送器403发送指示剩余使用次数的数据。器械接收器接收指示剩余使用次数的数据并将该数据存储部在数据存储部505中。另外，处理器411可以将剩余使用次数存储在数据存储部413中。
在步骤932处提取剩余使用次数时，处理器411可以将剩余使用次数与0进行比较。如果剩余使用次数与0相同或小于0，则处理器411可以生成警报。警报被发送到控制单元309。控制单元309可以警告外科医生命令接口312。除了警报之外，控制器405或控制单元309可以防止手术器械的操纵。
关于图9a、图9b、图9c以及图9d描述的控制方法可以一起用于任意组合中。臂接收器401可以接收指示以下内容的任意组合的数据：总操作时间、剩余寿命、使用次数以及剩余使用次数。例如，臂接收器401可以接收代码，所列使用数据参数的值的组合嵌入该代码中。控制器405然后可以对于这些使用数据参数值执行在图9中描述的对应方法。例如，控制器可以确定手术器械具有1小时的剩余寿命和剩余的2次使用。控制器然后可以在所确定的使用数据参数值中的任一个将在所安排的手术结束之前到期时发出警报。在上述示例中，控制器将在手术被安排为花费长于1小时时发出警报(即使手术器械仍然具有剩余的2次使用)。
机器人臂可以在器械联接到机器人臂之前检查器械的使用数据。操作员可以将在短距离通信协议范围内的器械带到机器人臂，不将器械安装在臂上。例如，可以存在被定位为朝向机器人臂的底座的臂接收器，操作员带来在底座范围内的器械。器械此时可以在无菌包装中。器械向机器人臂发送指示使用数据的数据。机器人臂接收所发送的数据。处理器如上所述的提取并分析使用数据。如果使用数据指示器械的寿命已经到期或没有足够的寿命留给手术的持续，则处理器发出警报。警报可以为臂上的指示器的形式。例如，臂上的灯或噪声。除了警报之外，控制器还可以防止器械安装在机器人臂上。例如，控制器可以防止机器人臂的接口被放置为与器械的可接合构造。
使用数据可以由除了机器人臂之外的装置如在之前段落中描述的来检查。例如，根据短距离通信协议进行工作的接收器可以位于器械存储架上，或者可以为手持读取器。因为接收器不需要为了读取使用数据而与器械接触，所以可以使用包括接收器的非无菌读取器来从无菌器械读取使用数据。例如，在手术期间，技术员可以使用这种读取器来读取当前用于机器人臂上的器械的器械类型(使用这里描述的方法)，然后走到器械存储架并使用读取器(使用这里描述的方法)来定位相同器械类型的另一器械，以用于手术中。还并入根据短距离通信协议进行工作的发送器的这种读取器可以在器械的生产过程期间使用。一旦器械已经被生产并包装在无菌包装中，则可以根据短距离通信协议从读取器的发送器无线地向器械写器械标识。
图10例示了另外控制方法的流程图。初始在臂300与器械306之间建立通信链路。在步骤1001处，接近传感器404检测器械已经与机器人臂分离并因此向控制器405输出信号。处理器411接收指示器械已经与机器人臂分离的、来自接近传感器404的信号。处理器通过在步骤1002处从数据存储部413提取手术器械的使用数据来响应。处理器生成指示所提取使用数据的数据。处理器可以加密该数据。处理器向臂发送器403输出数据，并且控制臂发送器403向器械发送数据。臂发送器403在步骤1003处通过短距离无线通信链路向器械发送数据。器械接收器503接收数据并将其写到数据存储部505。
在步骤1001处检测到器械已经分离的情况之后，控制器405可以确定它是否已经接收指示要将手术器械与机器人臂分离的命令。如果已经接收该命令，那么控制器可以确定它是否已经控制臂发送器响应于命令向器械发送指示使用数据的数据。如果它已经发送指示使用数据的数据，那么控制器可以不执行图10的步骤1002和1003。
该方法确保即使在没有报警的情况下从机器人臂去除器械，也将指示使用数据的数据写到器械。因为臂收发器402和器械收发器502无线通信，所以机器人臂不需要为了向器械发送指示使用数据的数据而与器械接触。由此，因为机器人臂通过使用短距离无线通信链路将指示使用数据的数据立即写到器械来响应，所以通过在不通知机器人臂的情况下去除器械来根本防止指示使用数据的数据被写到器械的尝试失败。
图11例示了用于改变机器人臂的模式的控制方法。在步骤1101处，机器人臂初始处于顺从模式。在顺从模式下，机器人臂通过驱动马达使接头沿力的方向移动来响应一些外力。由此，例如，机器人臂可以通过使得弯管接头沿它被推动的方向移动来响应人推动机器人臂的弯管接头。在非顺从模式下，机器人臂不通过使得机器人臂移动来响应外力。
在步骤1102处，臂接收器401以之前描述的方式检测附近的器械。臂接收器401向控制器405输出该检测。控制器405通过在步骤1103处确定器械是否对接在机器人臂中来响应。控制器405可以将器械是否对接的指示存储在数据存储部413中。另选地，控制器可以查询控制单元309来确定器械是否对接。从数据存储部413或控制单元309，控制器405接收器械是否对接在机器人臂中的指示。如果器械未对接在机器人臂中，则控制器405在步骤1104处将机器人臂的操作模式变为非顺从模式。方法然后返回到步骤1103。一旦控制器已经确定器械对接，则它在步骤1105处将机器人臂的操作模式变回顺从模式。
该方法在器械连接到机器人臂的同时将机器人臂变为非顺从模式。由此，机器人臂随着器械被安装到机器人臂是刚性的，这使得人更容易适当对接器械。
在器械对接到机器人臂的同时，臂接收器401可以检测另一器械。因为器械已经对接在臂中，所以控制器在步骤1103处确定器械已经对接，因此使机器人臂保持在顺从模式。由此，感测另外的器械不使得控制器将机器人臂变为非顺从模式。
两个不同机器人臂可以在步骤1102处检测同一器械。如果这发生，则控制单元309确定器械要与哪个机器人臂对接，并且在步骤1104处仅使得该机器人臂被置于非顺从模式。控制单元309可以通过确定哪个机器人臂通过通信链路接收最强信号来进行这一点，并且将该机器人臂选择为被置于非顺从模式的机器人臂。
图6至图11全部例示了控制方法的流程图。将理解，步骤可以按与所示的顺序不同的顺序来执行。一些步骤可以被省略。
图6至图11的控制方法已经被描述为由控制器405来实施。另选地，控制单元309或控制单元309与控制器405的组合可以执行这些控制方法。
如关于图3描述的，合适地，机器人臂终止于驱动组件。驱动组件接口经由驱动可移动器械接口元件的可移动驱动组件接口元件来接合器械接口。图12例示了机器人臂300与器械306接合所由的示例性机构。在图12中，器械306被使得与机器人臂300接合。机器人臂300终止于驱动组件接口1202。器械306终止于器械接口1201。器械接口元件1203、1204以及1205在器械接口1201内可移动。器械接口元件连接到器械轴中的驱动元件。这些驱动元件铰接在器械远端处的接头。驱动组件接口元件1206、1207以及1208在驱动组件接口1202内可移动。驱动组件接口元件1206、1207以及1208在驱动组件接口1202内可移动。驱动组件接口元件1206、1207以及1208由机器人臂300的致动器驱动。各驱动组件接口元件接合相应的器械接口元件。驱动组件接口元件1208接合器械接口元件1205。驱动组件接口元件1206接合器械接口元件1204。驱动组件接口元件1207接合器械接口元件1203。
在示例性实施方案中，接近传感器404被定位为与驱动组件接口相邻。可检测标签504被定位为与手术器械接口相邻。接近传感器404和可检测标签504的相对位置被选择为使得在手术器械对接在臂上时，可检测标签504在接近传感器404的近端。由此，接近传感器在器械对接在臂上时检测可检测标签。接近传感器和可检测标签的位置可以被选择为使得如果器械未适当对接在臂上，则接近传感器检测不到可检测标签。
申请人将这里描述的各独立特征以及两个或更多个这种特征的任意组合特此独立地公开到以下程度：这种特征或组合能够鉴于本领域技术人员的公知一般知识整体基于本说明书来进行，而不管这种特征或特征的组合是否解决这里公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指示本发明的方面可以由任意这种独立特征或特征的组合构成。鉴于前述说明书，将对本领域技术人员明显的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。