6的一半移到更加靠近光敏换能器158的位置，另一半移到远离光敏换能器158的位置， 从而导致了不同的移位距离。因此，可以使T y与光束的x坐标的移位相关，例如，xl、x3和 /或x4的移位。
[0105] 当围绕z轴施加转矩以寸，从而使得准直器156围绕z轴进行绕轴旋转时，光束 的每个都顺时针或者逆时针发生等同移位。因此，能够使1；与任何两个形心之间的连线的 斜率的偏移相关。因而，例如，能够使T z与任何一对光束的x、y坐标相关，包括x3、y3以及 x4、y4〇
[0106] 最终，控制器48能够基于这六个与光束的形心的位移相关的坐标（例如，xl、y2、 x3、y3、x4、y4)来计算施加至力/转矩传感器组件52的三个力F x、Fy、Fz以及三个转矩T x、 Ty、Tz。力和转矩的计算依赖于多重线性回归模型以及先前对力/转矩传感器组件52的校 准。
[0107] 力/转矩传感器组件52的校准包括对力/转矩传感器组件52施加已知的力和转 矩组。其包括针对每个所施加的力和转矩收集六个坐标Xl、y2、x3、y3、x4、y4的每个的值， 这样将针对F x、Fy、Fz、Tx、Ty、1；的每个产生多个数据集。之后，针对每个轴建立力/转矩输 出的数据阵列，其中，输出在正交轴清零（zeroed out in)，以限定解。之后计算多重线性回 归，从而采用最小二乘法解出特定轴的一行A值，例如，Ax = (XTX)It。针对所有的三个 轴实施这一针对力和转矩的计算，从而总共得到六个值。一旦对力/转矩传感器组件52进 行了校准，就可以采用下述校准矩阵计算力和转矩（其中，〇是小偏移项）：
[0108]
[0109] 因而，控制器48能够采用线性代数和形心值来确定施加至力/转矩传感器组件52 的三个力F x、Fy、Fz和三个转矩T x、Ty、Tz。之后将这些力和转矩值转发至与操纵器控制器48 集成的其它模块。这些其他模块采用所述力和转矩数据来调节操纵器30的操作。
[0110] IV?多级分辨率
[0111] 如图5A所示，力/转矩传感器组件52在单个换能器当中提供了两级灵敏度。将 灵敏度定义为机械力/转矩数据测量结果的分辨率。例如，在一个实施例中，第一级俘获最 小值和最大值范围为零（〇)到五（5)镑的力，其最高上界不大于十（10)镑。第二级俘获最 小值和最大值范围为五（5)镑到五十（50)镑的力，其最高上界不大于一百（100)镑。
[0112] 在转向器板56内对每个弹簧装置102进行尺寸设定和配置，从而实现用于确定施 加至器械32的力和/或转矩的两级灵敏度，由此提供力/转矩测量的不同分辨率。
[0113] 在一个实施例中，在最初向力/转矩传感器组件52施加相对较低的力和转矩时， 板簧部件（即脚部118)在第一级弹簧位移中发生挠曲。弯折114不发生挠曲。板簧106 的挠曲与施加至力/转矩传感器组件52的复合力和转矩的幅度成线性比例，因而提供了力 /转矩传感器组件52的第一级灵敏度，如图5A所示。
[0114] -旦所施加的力和转矩的幅度达到了第一级的最大值，至少一对脚部118将向外 挠曲到使所述脚部与相邻平面98毗邻的程度，因而避免了进一步的挠曲，并由此终止了第 一级弹簧位移。更大的力和转矩的施加将导致蛇形弹簧104在第二级弹簧位移中发生挠 曲。应当认识到当发生这一事件时，弹簧躯干110中的一个或两个将扩张，即处于拉伸状态 下，而其他躯干110则处于压缩状态下。由于弹簧布置件的结构的原因，这些弹簧扩展和压 缩还是与施加至力/转矩传感器组件52的复合力和转矩的幅度成线性比例，因而提供了力 /转矩组件52的第二级灵敏度，如图5A所示。
[0115] 应当认识到第一级和第二级灵敏度与具有不同弹簧应变率的蛇形弹簧104和板 簧106相关。在一些实施例中，可以将板簧106配置为提供第二级灵敏度，而蛇形弹簧104 则提供第一级灵敏度，即，对蛇形弹簧104或板簧106中的哪一个具有较大的弹簧应变率进 行切换。在这样的实施例中，当一个躯干110受到的压缩使得所有的柱销120都被紧压在蛇 形弹簧104的元件之间时，将阻止蛇形弹簧104发生进一步的挠曲，从而结束蛇形弹簧104 的第一级位移。尔后，在第二级位移中压缩相关的板簧106,直到齿78中的一个或多个在齿 槽94中达到最底部从而阻碍了任何进一步的位移为止。
[0116] 如前面讨论的，操纵器控制器48利用力/转矩传感器组件52生成的力和转矩来 控制致动器46的移动，继而控制器械32的移动。操纵器控制器48可以将这两个不同分辨 率的力/转矩测量结果用于各种不同目的。
[0117] V.组件
[0118] 首先通过使柱销120中的第二个柱销座落到柱销沟槽136内来对力/转矩传感器 组件52进行组装。之后，放置柱销外壳基座122,从而使躯干110座落到基座沟槽134内。 接下来，安置处于相邻位置的柱销120。之后，将帽124放置到柱销外壳基座122上，从而将 柱销120固定就位。侧壁130在相邻柱销120的末端以及在柱销外壳基座122的侧面之上 延伸。重复该过程直到每个蛇形弹簧104与被柱销外壳122固定就位的柱销配合好为止。 将柱销120和蛇形弹簧104的尺寸设定为在蛇形弹簧104静止时（即，在扩展或压缩之前）， 存在一定的间隔使得在柱销120阻止进一步的弹簧致动之前蛇形弹簧104能够在所述间隔 内发生挠曲。
[0119] 一旦将柱销120安置到了柱销外壳122内，就将准直器156和光管160安置到转 向器板56的内轮毂70内。首先使准直器156座落到台阶84上。接下来使光管160座落 到沟槽86内。将光管160安置为使光管160的头部166在远端与准直器156隔开。
[0120] 将印刷电路板184安置到圆形部分140内。采用紧固件（未示出）将印刷电路板 184附接至圆形部分140。之后，将电压调节器186、光敏换能器158和光源154安置到圆 形部分140的远端面上。使电压调节器186和光敏换能器158在圆形部分140上处于中央 位置。将光敏换能器158附接至电压调节器186的远端面。一旦将这些部件固定至了底板 58,就紧固外轮毂72将其固定至底板58。
[0121] -旦将转向器板56固定至底板58,就将顶板54附接至内轮毂70。具体而言，螺 纹紧固件穿过第一通孔62和互补的轮廓通孔80。这样就完成了力/转矩传感器组件52的 组装。
[0122] 如图3所示，一旦组装了力/转矩传感器组件52,就将底板58安装至操纵器30。 之后，将安装板60固定至顶板54,将器械32安装到器械底座36。
[0123] VI.其他实施例
[0124] 在一些实施例中，可以以替代方式利用形心坐标来计算力和转矩。但是，基本原理 仍然是相同的，即，随着负载被施加至器械32而导致的光束的形心在光敏换能器158上的 移动与施加至力/转矩传感器组件52的力和转矩的六个分量相关。下文将描述一个这样 的实施例。
[0125] 参考图17,作为操纵器30的初始化的部分，为与操纵器控制器48集成的存储器提 供定义距离R的数据。距离R是从力/转矩传感器组件52的中心C到能量施加器50的距 离。更具体而言，距离R是从力/转矩传感器组件52的中心C到器械32的任何工具或切 割附件的远端顶端的距离。这里，将远端顶端理解为是能量施加器50的钻。对于所述钻而 言，距离R是力/转矩传感器组件52的中心C到所述钻的形心51的距离。可以采用导航 指示器（未示出）确定距离R，其中通过导航系统220跟踪所述导航指示器的位置和取向。
[0126] 操纵器控制器48将距离R分解成其x、y、z轴分量，即分别分解为距离rx、r y和r z。 将这些距离分量存储到所述存储器内。可以将上述过程看作是在所述存储器内提供和存储 传感器初始状态数据的步骤（即图18A的步骤260)的部分。
[0127] 在图14A中，在力/转矩传感器组件52处于空载状态时通过法向孔172、174、176、 178发射的光束的形心的位置分别被表示为190、192、194、196。出于简化的原因，在图14A 和14B中都没有示出与穿过倾斜孔180、182的光束相关的点。
[0128] 在图18A的步骤262中，控制器48确定延伸穿过法向孔172、174、176、178的每个 光束在传感器上的空载状态位置。将这些位置中的每个定义为位置在本文当 中，上标"U"表示变量的空载位置。下标"m"表示识别指定四个光束中的哪一个。
[0129] 而且，在步骤262中，控制器48确定当力/转矩传感器组件52处于空载状态时延 伸穿过独立的倾斜孔180、182的光束的传感器上位置。这些位置是穿过倾斜孔180、182的 光束的形心的位置切。下标"p"识别指定两个光束中的哪一个。
[0130] 在图18A的步骤264中，控制器48计算两个倾斜光束之间的传感器上位置之间的 距离，即两个点.之间的距离。将图 13A所示的该距离称为距离ZADJU。
[0131] 控制器48基于每个光束的形心位置（初始形心）为每个光束分配帧位置的初始 起点。对于每个光束而言，其为位置(丨S?y@。这里，上标"S"表示时间帧位置的起
始。对于第一时间帧而言，将每个射束的帧位置的起始设成光束的空载传感器上位置。换 目之：
[0132]
[0133]
[0134] 操纵器控制器48在步骤266中计算通过法向孔172、174、176、178的光束中的两 者的形心位置之间的连线的斜率。通常，控制器48确定在射束的形心位置之间延伸的两条 连线的斜率。因而，控制器48确定图14A中的连线198和200的斜率。连线198是标识通 过法向孔172和178的光束的形心的点190和196之间的连线。连线200是标识通过法向 孔174和174的光束的形心的点192和194之间的连线。任意地，斜率Sf是连线198的斜 率的角，斜率S2s是连线200的斜率的角。将斜率定义为基于从图14A中的点190到点196 的x/y变化的上升/行程（rise/run)。
[0135] 基于来自光敏换能器158的信号，控制器48在步骤268中确定光束的帧末传感器 上位置，例如，最终形心位置。如上所述，在力/转矩传感器组件52处于负载状态时，准直 器156相对于空载状态处于偏移位置，因为内轮毂70的偏移导致了准直器156的位置的类 似偏移。这意味着与力/转矩传感器组件52处于空载状态时相比穿过准直器156的光束 照射光敏换能器158上的不同位置。
[0136] 在图14B中，点202表示第一射束的形心从点190发生的偏移。点204表示第二 射束的形心从点192的位置发生的偏移。点206表示第三射束的形心从点194的位置发生 的偏移。点208表示第四射束的形心从点196的位置发生的偏移。
[0137] 采用与执行步骤262所采用的过程相同的过程来执行步骤268。因此，作为步骤 268的执行结果，控制器48具有与法向孔172、174、176、178相关的四个光束中的每个的位 置数据在本文中，上标"E "表示帧末位置数据或者与所述一个或多个光束 相关的变量。
[0138] 作为准直器156的位置偏移的结果，延伸穿过倾斜孔180、182的光束的传感器上 位置也发生了位置偏移。通过图13A和13B之间的差异表示这些位置的变化。因此，作为步 骤268的部分，基于来自光敏换能器158的帧末信号，控