手术机器人臂的看门狗电路的制作方法

手术机器人臂的看门狗电路


背景技术：

1.使用机器人来辅助和执行手术是已知的。图1示出了典型的手术机器人系统。手术机器人100由基座102、臂104和器械106组成。基座支撑机器人，并且本身可以刚性地附接到例如手术室地面、手术室天花板或推车。臂在基座与器械之间延伸。臂借助于沿其长度的多个柔性关节108而铰接，所述多个柔性关节用于将手术器械相对于患者定位在期望位置。手术器械附接到机器人臂的远端。手术器械在端口处穿透患者的身体，以便进入手术部位。手术器械包括通过关节铰接连接到远端末端执行器110的轴。末端执行器参与手术程序。在图1中，所示的末端执行器为一对钳口。外科医生经由远程外科医生控制台112控制手术机器人100。外科医生控制台包括一个或多个外科医生输入装置114。这些可以采用手动控制器或脚踏板的形式。外科医生控制台还包括显示器116。
2.控制系统118将外科医生控制台112连接到手术机器人100。控制系统从外科医生输入装置接收输入，并将这些输入转换成控制信号以移动机器人臂104的关节和末端执行器110。控制系统将这些控制信号发送至机器人。机器人臂104上的关节控制器驱动关节108相应地移动。
3.机器人臂104可包括检测臂中的故障的机器人臂控制器。臂中的故障通信网络将检测到的故障发信号通知机器人臂104上的关节控制器。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个方面，提供了一种手术机器人，包括：手术机器人臂，所述手术机器人臂包括一组关节和关节控制器，所述关节控制器被配置成驱动所述一组关节中的关节；以及手术机器人臂控制器，所述手术机器人臂控制器包括处理器和看门狗电路，所述处理器被配置成在通信链路上将关节驱动信号发送至所述关节控制器，所述看门狗电路被配置成：从所述处理器接收序列值；确定每个所接收的序列值是否与预定序列中的下一个期望值匹配；以及如果所接收的序列值与所述预定序列中的下一个期望值不匹配，则禁用所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路。
5.所述看门狗电路可以被配置成：对从接收到序列值起消逝的时间进行计数；将消逝的时间与超时值进行比较；以及如果在接收到另一序列值之前所述消逝的时间超过所述超时值，则禁用所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路。
6.所述手术机器人可包括在所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路上的开关，所述开关的状态可由所述看门狗电路控制，其中所述看门狗电路可以被配置成打开所述开关以禁用所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路。
7.所述通信链路可以是以太网链路，并且所述开关可以是以太网开关。
8.所述关节控制器可以被配置成：对从所述处理器接收通信起消逝的时间进行计数；将消逝的时间与另一超时值进行比较；以及如果在从所述处理器接收到另一通信之前所述消逝的时间超过所述另一超时值，则进入故障状态。
9.如果所述关节控制器被配置成驱动的关节在所述关节控制器进入所述故障状态
时是静止的，则所述关节控制器可以将所述关节保持在适当位置。
10.如果所述关节控制器被配置成驱动的关节在所述关节控制器进入所述故障状态时在移动，则所述关节控制器可以将所述关节减速到停止，然后将所述关节保持在适当位置。
11.在禁用所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路时，所述看门狗电路可以被配置成将预设的关节驱动信号发送至所述关节控制器，这些预设的关节驱动信号使得所述关节控制器将所述关节保持在适当位置。
12.在禁用所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路时，所述看门狗电路可以被配置成复位所述处理器。
13.在被复位时，所述处理器可以被配置成在所述复位之后的预定时间向所述看门狗电路发送预定启动序列值。
14.在禁用所述处理器与所述关节控制器之间的通信链路时，所述看门狗电路可以被配置成发出警报。
15.所述预定序列可以是格雷码。
16.所述看门狗电路可以被配置成在运行中生成所述预定序列。
17.所述处理器可以被配置成在运行中生成所述序列值，并将所述序列值发送至所述看门狗电路。
18.所述手术机器人臂控制器可以(i)集成在所述手术机器人臂中，或(ii)集成到用于支撑所述手术机器人臂的支撑件中。
19.所述手术机器人臂可包括一组关节控制器，每个关节控制器被配置成驱动所述一组关节中的相应关节，并且所述处理器可以被配置成在所述通信链路上将关节驱动信号发送至每个关节控制器。
20.所述关节控制器可以线性链连接在一起，使得禁用所述通信链路防止关节驱动信号从所述处理器被发送到每个关节控制器。
21.所述手术机器人臂可包括一组关节控制器，每个关节控制器被配置成驱动所述一组关节中的相应关节，并且所述处理器可以被配置成在所述处理器与每个关节控制器之间的相应通信链路上将关节驱动信号发送至该关节控制器。
22.如果所接收的序列值与所述预定序列的对应值不匹配，则所述看门狗电路可以被配置成禁用所述处理器与所述一组关节控制器之间的每个通信链路。
23.每个关节控制器可以被配置成：对从所述处理器接收通信起消逝的时间进行计数；将消逝的时间与另一超时值进行比较；以及如果在从所述处理器接收到另一通信之前所述消逝的时间超过所述另一超时值，则进入故障状态。
附图说明
24.现在将参考附图以举例的方式描述本发明。在附图中：
25.图1示出了用于执行手术程序的手术机器人系统；
26.图2示出了手术机器人；
27.图3示出了示例性手术机器人臂控制器；
28.图4示出了手术机器人臂控制器的看门狗电路的示例性内部部件；
29.图5是描绘由手术机器人臂控制器的看门狗电路执行的方法的流程图；以及
30.图6是描绘由手术机器人臂的关节控制器执行的方法的流程图。
具体实施方式
31.下文描述了图1中所示的类型的手术机器人系统。该手术机器人系统包括一个或多个手术机器人臂和手术器械，以及远程外科医生控制台。远程外科医生控制台经由控制系统连接到手术机器人臂，所述控制系统包括远离手术机器人臂定位的中央控制器。
32.图2示出了示例性手术机器人200。机器人包括基座201，当正在执行手术程序时，所述基座固定在适当位置。适当地，基座201安装到底盘。在图2中，底盘是推车202。此推车可以是用于将机器人安装在床高处的床头推车。替代地，底盘可以是安装在天花板上的装置或安装在床上的装置。
33.机器人臂203从机器人的基座201延伸到用于附接到手术器械205的末端204。臂是柔性的。它借助于沿着其长度的多个柔性关节206来铰接。在关节之间是刚性臂连杆207。适当地，关节是回转关节。机器人臂在基座与末端之间具有至少七个关节。图2中所示的机器人臂200在基座201与末端204之间总共具有八个关节。该关节包括一个或多个滚动关节(其沿着臂连杆的纵向方向在关节的任一侧上具有旋转轴线)、一个或多个俯仰关节(其具有横向于前一臂连杆的纵向方向的旋转轴线)，以及一个或多个偏航关节(其具有横向于前一臂连杆的纵向方向并且还横向于共同定位的俯仰关节的旋转轴线的旋转轴线)。在图2的实例中，关节206a、206c、206e和206h是滚动关节；关节206b、206d和206f是俯仰关节；并且关节206g是偏航关节。关节从机器人臂的基座201到机器人臂的末端204的顺序依次是：滚动、俯仰、滚动、俯仰、滚动、俯仰、偏航、滚动。图2中不存在介入关节。在基座远端的机器人臂的端部可以通过臂的一个或多个关节的移动相对于基座铰接。
34.手术机器人臂可以与图2中所示的不同地接合。例如，臂可以具有少于八个或多于八个关节。臂可以包括允许除了关节的相应侧之间的旋转之外的运动的关节，例如一个或多个伸缩关节。
35.手术机器人臂包括一组电机208。每个电机208驱动关节206中的一个或多个。在图2的实例中，单独的电机208驱动每个关节206。替代地，手术机器人臂可以包括以下各项的任何组合：若干电机，其中的每个电机驱动单个关节；以及若干电机，其中的每个电机驱动两个或更多个关节。电机208由关节控制器209控制。在图2的实例中，单独的关节控制器209驱动每个电机208。替代地，手术机器人臂可以包括以下各项的任何组合：若干关节控制器，其中的每一个驱动单个关节；以及若干关节控制器，其中的每一个驱动两个或更多个关节。
36.机器人臂还可包括一系列传感器。对于每个关节，这些传感器可包括用于感测关节的位置的位置传感器；和/或用于感测驱动关节的电机的位置的另一位置传感器；和/或用于感测围绕关节的旋转轴线施加的扭矩的扭矩传感器。用于关节的这些传感器中的一个或任何组合可以与用于该关节的电机集成。机器人臂还可包括电流传感器。传感器的输出被传递到控制系统。
37.手术器械205附接到机器人臂203的末端处的驱动组件。此附接点一直在患者外部。手术器械205具有细长轮廓，其中轴横跨在其近端与其远端之间，所述近端附接到机器人臂，所述远端接近患者体内的手术部位。手术器械可以被构造成与臂的关节206h的旋转
轴线线性平行地延伸。例如，手术器械可以沿着与臂的关节206h的旋转轴线重合的轴线延伸。
38.手术器械的近端和器械轴可以相对于彼此刚性，并且在附接到机器人臂时相对于机器人臂的远端刚性。向患者体内做出切口，通过所述切口插入端口。手术器械可通过端口穿透患者身体，以便进入手术部位。替代地，手术器械可以通过身体的自然腔道穿透身体以接近手术部位。在器械的近端处，轴连接到器械接口。器械接口与机器人臂的远端处的驱动组件接合。具体地说，器械接口的各个器械接口元件各自接合驱动组件的相应各个驱动组件接口元件。器械接口可以与驱动组件可释放地接合。器械可以手动地从机器人臂上拆卸，而不需要任何工具。这使得在操作期间器械能够快速地从驱动组件上拆卸，并且附接另一个器械。
39.在手术器械的远端处，器械轴的远端由铰接联接件连接到末端执行器。末端执行器在手术部位处参与手术程序。末端执行器可以是例如一对钳口、一对单极剪子、持针器、有孔抓握器或手术刀。铰接联接件包括若干关节。这些关节使得末端执行器的姿态能够相对于器械轴的方向改变。
40.传动力以任何合适的方式从机器人臂传输到末端执行器。例如，机器人臂的末端处的驱动组件可包括器械驱动关节210，该器械驱动关节经由上述相应接口元件将传动力从手术机器人臂传递到器械接口，且由此传递到器械关节。
41.控制系统将外科医生控制台连接到一个或多个手术机器人。该控制系统包括如图1中示出为118的类型的中央控制器。中央控制器包括处理器和存储器。存储器以非暂态方式存储可以由处理器执行的软件代码，以使处理器以本文描述的方式控制外科医生控制台和一个或多个手术机器人臂和器械。
42.所述控制系统还包括用于每个手术机器人的手术机器人臂控制器。手术机器人臂控制器与手术机器人位于一处。手术机器人臂控制器211可以位于手术机器人臂203中。手术机器人臂控制器可以集成在手术机器人臂203的壳体内。替代地，手术机器人臂控制器212可以位于手术机器人臂的支撑件或底盘中。例如，手术机器人臂控制器212可以位于手术机器人臂安装到的推车中。替代地，手术机器人臂控制器可以分布在手术机器人臂203和底盘两者上。
43.手术机器人臂控制器包括处理器和存储器。存储器以非暂态方式存储可以由处理器执行的软件代码，以使处理器以本文描述的方式控制外科医生控制台和一个或多个手术机器人臂和器械。
44.控制系统将从外科医生控制台的外科医生输入装置接收的命令转换为驱动信号。此转换由中央控制器和与外科医生输入装置相关联的手术机器人臂的手术机器人臂控制器中的一个或组合执行。驱动信号被发送至手术机器人臂的关节控制器和/或与外科医生输入装置相关联的手术器械。这些关节控制器相应地驱动关节电机。由此驱动关节以使末端执行器采用由外科医生输入装置命令的期望位置。响应于外科医生输入装置的操纵，由此由控制系统控制手术器械的操控。
45.除了将驱动信号发送至其相关联的手术机器人臂的关节控制器之外，手术机器人臂控制器还执行故障检测。图3示出了用于检测处理器中的故障的示例性手术机器人臂控制器，所述处理器生成被发送至关节控制器的驱动信号。
46.图3的手术机器人臂控制器300包括处理器301、存储器302和看门狗电路303。处理器301连接到存储器302。处理器301具有连接到看门狗电路305的输入的输出305。处理器具有与手术机器人臂的一个或多个关节控制器307、308、309的通信链路304。此通信链路304可以是物理介质。例如，通信链路304可以是电缆。通信链路304可以是以太网链路。例如，通信链路304可以是ethercat链路。处理器301在通信链路304上将驱动信号发送至关节控制器307、308、309。
47.在图3所描绘的实例中，关节控制器307、308和309以菊花链形式连接在一起。换句话说，它们以线性链连接在一起。链中的第一关节控制器是关节控制器307。关节控制器307在通信链路304上接收用于关节控制器307、308和309中的每一个的通信。关节控制器307读取用于其的通信，并将通信路由到关节控制器308和309。每个关节控制器继而执行相同的操作。
48.在替代配置中，关节控制器307、308和309经由各个通信链路独立地连接到处理器301。在此替代配置中，处理器301在处理器与每个关节控制器之间的单个通信链路上将关节驱动信号发送至该关节控制器。
49.开关310位于通信链路304的线路中。对于通信链路是以太网链路的情况，开关是以太网开关。看门狗电路303将控制信号306输出到开关310。
50.出于故障检测的目的，看门狗电路303监视处理器301的输出305。在检测到故障时，看门狗电路303禁用处理器301与关节控制器之间的通信链路304。通过图3的电路，这通过看门狗电路303控制开关310打开来实现。
51.现在将参考图4所示的手术机器人臂控制器的示例性详细结构和图5的流程图更详细地描述看门狗电路303的操作。
52.处理器301生成值序列，并在信号线305上将其传输到看门狗电路303。该值序列是预定序列。该预定序列可以是格雷码序列。格雷码是两个连续值相差仅一个位的序列。下表示出了格雷码序列的连续值。该格雷码序列是2位指示器。序列中的每个值都是两个位，具有表中所示的位值。
[0053][0054][0055]
格雷码序列包括这四个值的重复循环，即，11、10、00、01、11、10、00、01、11等。处理器在设定时间从序列中的一个值转变到下一个值。例如，转变之间的时间t可以是0.5微秒《t《2微秒。转变之间的时间可为1微秒。
[0056]
处理器可以在运行中生成值序列。换句话说，在处理器已将值传输到看门狗电路之后，其接着继续生成序列中的下一个值。然后，它将此下一个值传输到看门狗电路，然后生成序列中的下一个值。替代地，处理器301可以将预定值序列存储在存储器302中。在这种情况下，处理器从存储器302依次读取每个值并将该值传输到看门狗电路303。
[0057]
图4的看门狗电路303包括序列匹配器401和看门狗状态机402。序列匹配器401可包括存储器403、处理器404和比较器逻辑405。尽管存储器403示出为在序列匹配器401内
部，但其可替代地位于看门狗电路303内但在序列匹配器401外部。例如，存储器403可以是ram存储器。存储器403可以存储从处理器301接收的每个序列值。适当地，存储器403保持存储最近从处理器301接收的至少两个序列值。存储器403可以仅存储最近从处理器301接收的两个序列值。在此情况下，在接收到另一序列值时，两个当前存储的序列值中的最早序列值不再被存储，且另一序列值被存储。这可以例如在循环缓冲器中实施，其中在新接收的值被写入缓冲器时，覆盖最早存储的值。
[0058]
下文描述了序列匹配器401可以确定从处理器301接收的序列值是否与预定序列的下一个期望值匹配的两种示例性方式。
[0059]
在第一实例中，序列匹配器401从处理器301接收序列值(n)。序列匹配器401从存储器403检索在当前接收的序列值(n)之前接收的两个序列值(n-1、n-2)。因此，序列匹配器401具有三个连续接收的序列值：n-2、n-1和n。序列匹配器401的比较器405比较三个接收的序列值以确定：(i)序列值n与序列值n-1相差恰好一个位；以及(ii)序列值n的两个位与序列值n-2的位不同。如果这两个条件均为正确的，则比较器405确定序列值n与预定序列中的下一个期望值匹配。如果这些条件中的一个或两个不正确，则比较器405确定序列值n与预定序列中的下一个期望值不匹配。比较器的输出是两个值中的一个：第一值指示所接收的序列值n与预定序列中的下一个期望值匹配；第二值指示所接收的序列值n与预定序列中的下一个期望值不匹配。序列匹配器将比较器输出输出到看门狗状态机402。
[0060]
在此第一实例中，比较器可由模拟逻辑实施。例如，比较器可以由一个或一组高增益差动放大器实施。在这种情况下，可以从序列匹配器中省略处理器404。
[0061]
在第二实例中，处理器404生成预定序列。处理器404可以如上文关于处理器301所述在运行中生成预定序列的每个值。替代地，预定序列值可以存储在存储器403中。然后，处理器从存储器302依次读取每个值。序列匹配器以与处理器301从序列中的一个值转变到下一个值相同的速率生成预定序列值。因此，处理器301和序列匹配器401均根据以相同速率生成相同序列值的相同协议操作。处理器301和序列匹配器401在它们生成预定序列时最初同步。序列匹配器401从处理器301接收序列值。在比较器405处，序列匹配器将从处理器301接收的序列值与由序列匹配器保持的预定序列的当前值进行比较。比较器的输出是两个值中的一个：第一值指示序列值匹配；第二值指示序列值不匹配。序列匹配器将比较器输出输出到看门狗状态机402。
[0062]
看门狗电路可以复位处理器301和序列匹配器401。在这种情况下，由处理器301和序列匹配器401实施的协议可以规定预定序列中的特定序列值是复位后的第一个序列值。因此，在复位之后，处理器301生成与序列匹配器401预期接收的序列值相同的序列值作为下一个序列值。另外，协议可以规定在复位之后在设定时间生成该序列值。因此，在复位之后，处理器301和序列匹配器401同步。
[0063]
看门狗状态机可包括计时器406和比较器逻辑407。来自处理器301的序列值作为控制信号输入到计时器406。在从处理器301接收到序列值时，计时器重新启动406。比较器407将从计时器输出的时间信号与超时值t’进行比较。超时值t’可以在50μs《t’《100μs的范围内。超时值t’可以在1500μs《t’《2000μs的范围内。比较器407的输出是两个值中的一个：第一值指示从计时器输出的时间信号小于超时值t’；并且第二值指示从计时器输出的时间信号大于超时值t’。
[0064]
计时器406可以实施为从看门狗状态机402外部的振荡器接收时钟信号的电路。振荡器可以在看门狗电路303外部，但在手术机器人臂控制器内部。在从处理器301接收到序列值之后，计时器根据所接收的时钟信号确定消逝的时间。
[0065]
看门狗状态机402具有向开关310、警报器408和处理器301的控制输出。看门狗状态机能够经由控制信号306改变开关310的状态，以便启用或禁用从处理器301到关节控制器的通信链路304。
[0066]
看门狗状态机能够将控制信号输出到警报器408以使警报器生成警报信号。此警报信号可以是以下中的任何一个或组合：手术机器人臂上的可见警报，例如光；从手术机器人臂传播的可听警报，例如警报声；被传送到中央控制器以输出到外科医生控制台的警报信号。警报器408向看门狗状态机402发送识别警报状态的信号412。看门狗状态机可以在控制输出409上向处理器301发送识别警报状态的信号。
[0067]
看门狗状态机402能够在控制输出上向处理器301发送复位信号。此复位信号或从看门狗状态机402发送至处理器301的后续信号可识别复位的原因。例如，该原因可以被识别为从处理器301接收的预定序列中的误差。该原因可以被识别为与从处理器301接收的预定序列无关的原因。看门狗状态机402还能够向开关310发送信号，以在通信链路304上输出到关节控制器。
[0068]
通常，看门狗电路303由现场可编程门阵列(fpga)实施。
[0069]
图5的流程图示出了看门狗电路303可以通过其操作的方法。
[0070]
在步骤501处，看门狗电路确定是否已从处理器301接收到下一个序列值。如果答案为是，则在步骤502处看门狗状态机402重新启动计时器406。如果答案为否，则方法继续步骤503。在步骤503处，看门狗电路的比较器407确定自从处理器301接收到最后一个序列值以来消逝的时间是否超过超时值t’。如果答案为否，则方法返回到步骤501。如果答案为是，则方法前进到步骤504，稍后将更详细地描述该步骤。
[0071]
在步骤502处接收到下一个序列值并重新启动计时器之后，方法前进到步骤505。在步骤505处，序列匹配器确定所接收的序列值是否与预定序列中的下一个期望值匹配。如果答案为否，则方法继续步骤504，稍后将更详细地描述该步骤。如果答案为是，则方法继续步骤506。在步骤506处，看门狗状态机403确定自从处理器301接收到最后一个序列值以来消逝的时间是否超过超时值t’。如果答案为是，则方法前进到步骤504，稍后将更详细地描述该步骤。如果答案为否，则方法前进到可选步骤507。在步骤507处，序列匹配器生成预定序列中的下一个值。如上文所述，此生成可以是运行中计算。替代地，所述生成可以从存储器读取下一个值。替代地，如果序列匹配器使用上述第一实例的方法确定从处理器301接收的序列值是否与预定序列中的下一个期望值匹配，则可以省略步骤507。在步骤507之后，所述方法返回到步骤501。
[0072]
如果：(i)在从处理器301接收到下一个序列值之前，自从处理器301接收到最后一个序列值以来消逝的时间超过超时值t’，或(ii)所接收的序列值与预定序列中的下一个期望值不匹配，则看门狗状态机通过实施步骤504中阐述的动作508以及动作509、510和511中的一个或组合进行响应。步骤508处的第一个动作是禁用处理器301与关节控制器之间的通信链路304。这可以如上文所述通过向开关310发送控制信号来实现，所述控制信号将开关310的状态改变为“open(打开)”，从而中断从处理器301到关节控制器的通信路径304。从处
理器301输出的通信信号不通过打开的开关。在如图3所示的以线性方式连接多个关节控制器的情况下，打开开关310防止处理器301向所有关节控制器发送驱动信号。在一个或多个关节控制器经由各个通信链路独立地连接到处理器301的情况下，看门狗状态机禁用每个通信链路。例如，看门狗状态机可以控制每个通信链路的直列式开关。看门狗状态机打开每个通信链路上的开关，从而防止处理器301向所有关节控制器发送驱动信号。直列式开关可以由分组路由器实施。分组路由器具有连接到处理器301的输入链路和若干输出链路，每个输出链路连接到不同的关节控制器。分组路由器从处理器301接收分组中的驱动信号，每个分组预期用于关节控制器中的特定一个。分组路由器分析每个所接收的分组以确定目标关节控制器，然后在到该目标关节控制器的输出链路上将该分组路由到目标关节控制器。分组路由器可包括单个开关，该单个开关在由看门狗状态机打开时禁用到不同关节控制器的所有输出链路。
[0073]
在已禁用处理器301与关节控制器之间的通信链路304之后，看门狗电路可以将预设的关节驱动信号发送至关节控制器。看门狗电路可以在通信链路304上将预设的关节驱动信号发送至关节控制器。例如，看门狗电路可以在线路411上将预设的关节驱动信号输出到开关310。看门狗电路控制开关310的操作，以使线路411上的预设的驱动信号被路由到通信链路304。这些预设的关节驱动信号可以使关节控制器将它们控制的关节保持在适当位置。如果关节在其相关联的关节控制器从看门狗电路接收到预设的关节驱动信号时在移动，则该关节控制器可以将关节减速到停止，然后将关节保持在适当位置。如果关节在其相关联的关节控制器从看门狗电路接收到预设的关节驱动信号时是静止的，则该关节控制器可以将关节保持在该位置。预设的关节驱动信号可以使关节控制器将命令关节的最后一个运动反向。预设的关节驱动信号可以使关节控制器将关节驱动到预定安全位置。
[0074]
在步骤510处，看门狗电路303复位处理器510。为此，看门狗电路在控制线路409上将复位控制信号发送至处理器301。在复位之后，处理器开始根据序列协议再次生成预定序列，如上所述。
[0075]
在步骤511处，看门狗电路303发出警报。为此，看门狗电路在控制线路410上将控制信号发送至警报器408。此控制信号使警报器408生成上述类型的警报信号。
[0076]
图5的流程图中描绘的步骤不一定以所示顺序实施。例如，步骤502和505可以同时发生，或者步骤505可以在步骤502之前发生。不需要看门狗电路执行图5的所有步骤。例如，看门狗电路可以被配置成确定所接收的序列值是否与预定序列中的下一个期望值匹配，但不确定是否在超时值t’之前接收到所接收的序列值。相反，看门狗电路可以被配置成确定是否在超时值t’之前接收到所接收的序列值，但不确定所接收的序列值是否与预定序列中的下一个期望值匹配。
[0077]
每个关节控制器307、308、309可以如参考图6的流程图所述的那样操作。在步骤601处，关节控制器确定是否已在通信链路304上接收到通信。在正常操作中，此通信是来自处理器301的一个或多个驱动信号命令。如果对步骤601的回答为是，则关节控制器前进到步骤602和603。在步骤602处，关节控制器执行通信所需的任何动作。例如，在从处理器301接收到驱动信号命令时，关节控制器根据所接收的驱动信号驱动其相关联的关节电机。在步骤603处，关节控制器重新启动计时器。因此，计时器对自从处理器301接收到最后通信以来消逝的时间进行计数。在已重新启动计时器之后，关节控制器前进到步骤604。如果对步
骤601的回答为否，则关节控制器前进到步骤604。
[0078]
在步骤604处，关节控制器确定自从处理器301接收到最后通信以来消逝的时间是否超过另一超时值t”。超时值t”可以存储在关节控制器外部的存储器中，并且参考值可以发送至关节控制器以进行比较。关节控制器可包括比较器，其将计时器的当前值与超时值t”进行比较。超时值t”可以在2000μs《t”《5000μs的范围内。比较器的输出是两个值中的一个：第一值指示从计时器输出的时间信号小于超时值t”；第二值指示从计时器输出的时间信号大于超时值t”。如果对步骤604的回答为否，也就是说，由计时器输出的时间信号小于超时值t”，则关节控制器返回到步骤601。如果对步骤604的回答为是，也就是说，由计时器输出的时间信号大于超时值t”，则关节控制器进行到步骤605。
[0079]
在步骤605处，关节控制器进入故障状态。然后，所述方法进行到步骤606，在该步骤，关节控制器将其驱动的关节保持在适当位置。如果关节控制器驱动的关节在关节控制器进入故障状态时是静止的，则关节控制器将关节保持在该静止位置。如果关节控制器驱动的关节在关节控制器进入故障状态时在移动，则关节控制器将关节减速到停止，然后将关节保持在该停止位置。关节控制器可以使用驱动每个关节的电机的电流控制来实施该关节的这种减速。关节控制器接着可使用电机的电流控制来维持电机的转子的位置，并且因此维持关节的位置。关节控制器可被配置成通过执行这些动作以使其控制的关节保持在适当位置来对进入故障状态进行响应。替代地，响应于在通信链路304上从看门狗电路303接收的预设驱动信号，关节控制器可以使其控制的关节保持在适当位置，或者停止然后保持在适当位置。
[0080]
关节控制器不需要执行图6的所有步骤。例如，关节控制器可以不被配置为在确定在给定时间段内在通信链路304上尚未接收到通信后进入故障状态。相反，一旦看门狗电路已禁用处理器301与关节控制器之间的通信链路并且已启用看门狗电路与关节控制器之间的通信链路，关节控制器控制的关节保持在适当位置的结果就可仅通过看门狗电路经由通信链路304上的通信来命令关节控制器将关节保持在适当位置而实现。
[0081]
本文所述的方法和电路使手术机器人臂在由手术机器人臂控制器中的看门狗电路确定手术机器人臂控制器的处理器故障时锁定在固定位置。该故障通过违反从处理器发送至看门狗电路的预定序列来检测。处理器被配置成将所述预定序列连续地发送至看门狗电路。因此，违反该预定序列的传输指示处理器出现故障。看门狗电路通过禁用处理器与手术机器人臂的关节控制器之间的用于将驱动信号传输至关节控制器的通信链路来使手术机器人臂锁定在固定位置。
[0082]
一般来讲，机器人臂中的故障使用专用故障通信网络来发信号通知。此网络具有传输故障信号的唯一功能。本文所述的方法和电路避免需要专用故障通信网络。相反，在故障的情况下，处理器与关节控制器之间的用于将驱动信号从处理器传输到关节控制器的通信链路被操纵以执行以下功能中的一者或多者：(i)防止处理器301将驱动信号发送至关节控制器；(ii)向关节控制器指示故障；以及(iii)将预设的驱动信号发送至关节控制器以将关节保持在适当位置。因此，通信链路304用于传送驱动信号和传送故障信号两者。不需要额外的通信网络仅用于故障通信。
[0083]
本文所述的机器人可以用于除手术之外的目的。例如，端口可以是制造物品如汽车发动机中的检查端口，并且机器人可以控制观察工具以观察发动机内部。
[0084]
申请人在此独立地公开了本文描述的每个单独的特征以及两个或更多个这种特征的任意组合，只要这些特征或组合能够基于本说明书作为一个整体根据本领域技术人员的公知常识来实施，而不管这些特征或特征的组合是否解决本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单个特征或特征组合组成。鉴于以上描述，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。