机器人驱动模块的实时监测的制作方法

机器人驱动模块的实时监测
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2021年5月28日提交的美国专利临时申请号63/194,270的权益和优先权。前述申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
3.本公开大体上涉及外科机器人系统，并且具体地涉及被配置成使外科机器人臂的各种部件移动的驱动模块，即致动器。更具体地，本公开涉及一种用于实时监测机器人驱动模块以检测故障的系统和方法。


背景技术：

4.外科机器人系统当前用于微创医学过程中。一些外科机器人系统包括外科控制台，该外科控制台控制外科机器人臂和外科器械，该外科器械具有联接到机器人臂并由机器人臂致动的端部执行器(例如，夹钳或抓持器械)。在操作中，将机器人臂移动到患者上方的位置，然后机器人臂将外科器械经由外科手术孔口或患者的天然孔口引导到小切口中，以将端部执行器定位在患者体内的工作部位处。机器人臂的操作可以在其操作期间被连续监测，以检测机器人臂的各种部件(诸如其致动器)的故障。


技术实现要素：

5.根据本公开的一个实施方案，公开了外科机器人系统。外科机器人系统包括机器人臂，该机器人臂包括具有马达和至少一个传感器的至少一个接合部。该系统还包括主控制器，该主控制器被配置成向马达输出驱动命令，即扭矩命令，以致动马达。该系统还包括安全观测器，该安全观测器被配置成：接收来自传感器的测量的速度，计算观测的速度，以及基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。
6.上述实施方案的具体实施可包括一个或多个以下特征。根据以上实施方案的一个方面，安全观测器被进一步配置成响应于检测到故障而向主控制器输出错误。传感器中的一者或多者可以包括接合部扭矩传感器，该接合部扭矩传感器被配置成测量至少一个接合部的接合部扭矩。传感器中的一者或多者还可以包括马达传感器，该马达传感器被配置成测量马达的马达扭矩。安全观测器可以被进一步配置成基于接合部扭矩和马达扭矩来计算观测的速度。安全观测器可以被进一步配置成计算观测的速度与测量的速度之间的速度差。安全观测器可以被进一步配置成将速度差与速度误差范围进行比较。安全观测器可以被进一步配置成响应于速度差超出速度误差范围而检测故障。
7.根据本公开的另一个实施方案，公开了用于控制外科机器人的方法。该方法包括在主控制器处将驱动命令输出到机器人臂的至少一个接合部的马达以致动马达。该方法还包括使用至少一个传感器测量马达的速度以及在安全观测器处接收来自至少一个传感器的测量的速度。该方法还包括在安全观测器处计算观测的速度以及在安全观测器处基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。
8.上述实施方案的具体实施可包括一个或多个以下特征。根据以上实施方案的一个方面，该方法还可以包括：在接合部扭矩传感器处测量至少一个接合部的接合部扭矩；以及在马达传感器处测量马达的马达扭矩。该方法还可以包括：基于接合部扭矩和马达扭矩来计算观测的速度；以及计算观测的速度与测量的速度之间的速度差。该方法还可以包括：将速度差与速度误差范围进行比较；以及响应于速度差超出速度误差范围而检测故障。
9.根据本公开的另一个实施方案，公开了外科机器人系统。外科机器人系统包括机器人臂，该机器人臂包括具有马达以及至少一个扭矩传感器和速度传感器的至少一个接合部。该系统还包括主控制器，该主控制器被配置成向马达输出驱动命令以致动马达。该系统还包括安全观测器，该安全观测器被配置成接收来自速度传感器的测量的速度和来自至少一个扭矩传感器的至少一个扭矩测量值；基于至少一个扭矩测量值计算观测的速度；以及基于观测的速度和测量的速度检测至少一个接合部的操作中的故障。
10.上述实施方案的具体实施可包括一个或多个以下特征。根据以上实施方案的一个方面，安全观测器被进一步配置成响应于检测到故障而向主控制器输出错误。扭矩传感器中的一者或多者可以包括接合部扭矩传感器，该接合部扭矩传感器被配置成测量至少一个接合部的接合部扭矩。扭矩传感器中的一者或多者可以包括马达传感器，该马达传感器被配置成测量马达的马达扭矩。安全观测器被进一步配置成基于接合部扭矩和马达扭矩来计算观测的速度。安全观测器被进一步配置成计算观测的速度与测量的速度之间的速度差。安全观测器被进一步配置成将速度差与速度误差范围进行比较。安全观测器被进一步配置成响应于速度差超出速度误差范围而检测故障。
附图说明
11.本文结合附图描述了本公开的各种实施方案，其中：
12.图1是根据本公开的实施方案的包括控制塔、控制台和一个或多个外科机器人臂的外科机器人系统的示意图；
13.图2是根据本公开的实施方案的图1的外科机器人系统的外科机器人臂的透视图；
14.图3是根据本公开的实施方案的具有图1的外科机器人系统的外科机器人臂的设置臂的透视图；
15.图4是根据本公开的实施方案的图1的外科机器人系统的计算机架构的示意图；
16.图5是根据本公开的图2的外科机器人臂的致动器的剖视图；
17.图6是根据本公开的示意性安全观测器系统；
18.图7是根据本公开的在安全观测器中实施的算法的流程图；并且
19.图8是根据本公开的用于检测集成接合部模块的故障的方法的流程图。
具体实施方式
20.术语“应用程序”可包括出于用户的利益而设计来执行功能、任务或活动的计算机程序。例如，应用程序可指作为独立程序或在网络浏览器中本地或远程运行的软件，或本领域的技术人员理解为应用程序的其他软件。应用程序可在控制器或用户设备上运行，包括例如在移动设备、个人计算机或服务器系统上运行。
21.如下文将详细描述的，本公开涉及一种外科机器人系统，该外科机器人系统包括
外科控制台、控制塔和具有联接到设置臂的外科机器人臂的一个或多个可移动推车。外科控制台通过一个或多个接口设备接收用户输入，这些接口设备由控制塔解释为用于移动外科机器人臂的移动命令。该外科机器人臂包括控制器，控制器被配置成处理移动命令并且生成用于激活机械臂的一个或多个致动器的扭矩命令，该扭矩命令进而将响应于移动命令来移动机器人臂。
22.参考图1，外科机器人系统10包括控制塔20，该控制塔连接到外科机器人系统10的所有部件，外科机器人系统包括外科控制台30和一个或多个机器人臂40。机器人臂40中的每一者包括与其可移除地联接的外科器械50。机器人臂40中的每一者还联接到可移动推车60。
23.外科器械50被配置成用于在微创外科手术期间使用。在实施方案中，外科器械50可被配置成用于开放式外科手术。在实施方案中，外科器械50可以是被配置成为用户提供视频馈送的内窥镜，诸如内窥镜相机51。在另外的实施方案中，外科器械50可以是被配置成通过在钳口构件之间压缩组织并向其施加电外科电流来密封组织的电外科夹钳。在另外的实施方案中，外科器械50可以是外科缝合器，该外科缝合器包括一对钳口，该对钳口被配置成在部署多个组织紧固件(例如，钉)并切割所缝合的组织时抓持和夹紧组织。
24.机器人臂40中的一个机器人臂可包括被配置成捕获外科手术部位的视频的内窥镜相机51。内窥镜相机51可以是立体内窥镜，该立体内窥镜被配置成捕获外科手术部位的两个并排(即左右)图像以产生外科手术场景的视频流。内窥镜相机51联接到视频处理设备56，该视频处理设备可以设置在控制塔20内。视频处理设备56可以是如下文所描述的任何计算设备，该计算设备被配置成接收来自内窥镜相机51的视频馈送，基于本公开的深度估计算法执行图像处理以及输出经处理的视频流。
25.外科控制台30包括第一显示器32和第二显示器34，第一显示器显示由设置在机器人臂40上的外科器械50的相机51提供的外科手术部位的视频馈送，第二显示器显示用于控制外科机器人系统10的用户界面。第一显示器32和第二显示器34是允许显示各种图形用户输入的触摸屏。
26.外科控制台30还包括多个用户接口设备，诸如脚踏板36和由用户用来远程控制机器人臂40的一对手柄控制器38a和38b。外科控制台还包括用于在操作手柄控制器38a和38b时支撑临床医生手臂的扶手33。
27.控制塔20包括显示器23，该显示器可以是触摸屏，并且在图形用户界面(gui)上输出。控制塔20还充当外科控制台30与一个或多个机器人臂40之间的接口。具体地，控制塔20被配置成控制机器人臂40，以例如基于来自外科控制台30的一组可编程指令和/或输入命令来移动机器人臂40和对应的外科器械50，以使得机器人臂40和外科器械50响应于来自脚踏板36和手柄控制器38a和38b的输入来执行期望的移动序列。
28.控制塔20、外科控制台30和机器人臂40中的每一者包括相应计算机21、31、41。计算机21、31、41使用基于有线或无线通信协议的任何合适的通信网络彼此互连。如本文所用，术语“网络”无论单数还是复数，均表示数据网络，包括但不限于互联网、内联网、广域网或局域网，并且不限于本公开所涵盖的通信网络的定义的全部范围。合适的协议包括但不限于发射控制协议/互联网协议(tcp/ip)、数据报协议/互联网协议(udp/ip)和/或数据报拥塞控制协议(dccp)。无线通信可经由一个或多个无线配置来实现，例如，无线电频率、光
学、wi-fi、蓝牙(一种开放的无线协议，用于使用短波无线电波从固定设备和移动设备在短距离内交换数据，从而创建个人区域网络(pan))、(一种使用基于针对无线个人区域网络(wpan)的ieee122.15.4-2003标准的小型低功率数字无线电的一套高级通信协议的规范)。
29.计算机21、31、41可包括可操作连接到存储器(未示出)的合适的处理器(未示出)，该处理器可包括易失性、非易失性、磁性、光学或电子介质中的一种或多种，诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、电可擦除可编程rom(eeprom)、非易失性ram(nvram)或闪存存储器。处理器可为适于执行本公开中所述的操作、计算和/或指令集的任何合适处理器(例如，控制电路)，包括但不限于硬件处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、中央处理单元(cpu)、微处理器以及它们的组合。本领域技术人员应当理解，可以通过使用适于执行本文所述的算法、计算和/或指令集的任何逻辑处理器(例如，控制电路)来代替处理器。
30.参考图2，每个机器人臂40中可包括多个连接件42a、42b、42c，该多个连接件分别在接合部44a、44b、44c处互连。接合部44a被配置成将机器人臂40固定到可移动推车60上并且限定第一纵向轴线。参考图3，可移动推车60包括升降器61和设置臂62，该设置臂提供用于安装机器人臂40的基座。升降器61允许设置臂62竖直移动。可移动推车60还包括用于显示与机器人臂40有关信息的显示器69。
31.设置臂62包括第一连接件62a、第二连接件62b和第三连接件62c，这些连接件提供机器人臂40的横向可操纵性。连接件62a、62b、62c在接合部63a和63b处互连，每个接合部可包括致动器(未示出)，用于使连接件62b和62b相对于彼此和连接件62c旋转。具体地，连接件62a、62b、62c可在它们相应的彼此平行的横向平面中移动，从而允许机器人臂40相对于患者(例如，外科手术台)延伸。在实施方案中，机器人臂40可联接到外科手术台(未示出)。设置臂62包括用于调节连接件62a、62b、62c以及升降器61的移动的控制器65。
32.第三连接件62c包括具有两个自由度的可旋转基座64。具体地，可旋转基座64包括第一致动器64a和第二致动器64b。第一致动器64a可绕垂直于由第三连接件62c限定的平面的第一固定臂轴线旋转，并且第二致动器64b可绕横向于第一固定臂轴线的第二固定臂轴线旋转。第一致动器64a和第二致动器64b允许机器人臂40的完整三维取向。
33.接合部44b的致动器48b经由皮带45a联接到接合部44c，并且接合部44c进而经由皮带45b联接到接合部46c。接合部44c可包括联接皮带45a和45b的分动箱，使得致动器48b被配置成使连接件42b、42c中的每一者和保持器46中相对于彼此旋转。更具体地，连接件42b、42c和保持器46被动地联接到致动器48b，该致动器强制执行围绕枢转点“p”旋转，该枢转点位于由连接件42a限定的第一轴线与由保持器46限定的第二轴线的交叉处。因此，致动器48b控制第一轴线与第二轴线之间的角度θ，从而允许外科器械50的取向。由于连接件42a、42b、42c和保持器46经由皮带45a和45b互连，还调整了连接件42a、42b、42c和保持器46之间的角度，以便实现期望的角度θ。在实施方案中，接合部44a、44b、44c中的一些或全部接合部可包括致动器，以消除对机械连杆的需要。
34.接合部44a和44b包括致动器48a和48b，致动器被配置成通过一系列皮带45a和45b或其它机械连杆(诸如驱动杆、线缆或杆等)相对于彼此驱动接合部44a、44b、44c。具体地，致动器48a被配置成使机器人臂40绕由连接件42a限定的纵向轴线旋转。
35.参考图2，机器人臂40还包括限定第二纵向轴线并且被配置成接收器械驱动单元(idu)52(图1)的保持器46。idu 52被配置成联接到外科器械50的致动机构和相机51，并且被配置成移动(例如，旋转)并致动器械50和/或相机51。idu 52将致动力从其致动器传递到外科器械50，以致动外科器械50的部件(例如，端部执行器)。保持器46包括滑动机构46a，该滑动机构被配置成使idu 52沿由保持器46限定的第二纵向轴线移动。保持器46还包括接合部46b，该接合部使保持器46相对于连接件42c旋转。在内窥镜过程期间，器械50可以通过由保持器46保持的内窥镜孔口55(图3)插入。
36.机器人臂40还包括设置在idu 52和设置臂62上的多个手动超控按钮53(图1和5)，这些手动超控按钮可以在手动模式下使用。用户可以按下按钮53中的一个或多个按钮以使与按钮53相关联的部件移动。
37.参考图4，外科机器人系统10的计算机21、31、41中的每一者可包括可在硬件和/或软件中具体体现的多个控制器。控制塔20的计算机21包括主控制器21a和安全观测器21b。控制器21a从外科控制台30的计算机31接收关于手柄控制器38a和38b的当前位置和/或取向以及脚踏板36和其它按钮的状态的数据。控制器21a处理这些输入位置以确定机器人臂40和/或idu52的每个接合部的期望驱动命令，并且将这些命令传送到机器人臂40的计算机41。控制器21a还接收由致动器48a和48b的编码器测量的实际接合部角度并使用该信息来确定传输回外科控制台30的计算机31的力反馈命令，以通过手柄控制器38a和38b提供触觉反馈。安全观测器21b对进入和离开控制器21a的数据执行有效性检查，并且如果检测到数据传输中的错误，则通知系统故障处理器，以将计算机21和/或外科机器人系统10置于安全状态。在实施方案中，安全观测器21b可以体现为可由控制器21a执行的软件，而并非单独的控制器。
38.计算机41包括多个控制器，即主推车控制器41a、设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和器械驱动单元(idu)控制器41d。主推车控制器41a接收和处理来自计算机21的控制器21a的接合命令并且将这些命令传送到设置臂控制器41b、机器人臂控制器41c和idu控制器41d。主推车控制器41a还管理器械交换以及可移动推车60、机器人臂40和idu 52的总体状态。主推车控制器41a还将实际接合部角度传送回控制器21a。
39.设置臂控制器41b控制接合部63a和63b中的每一者，以及设置臂62的可旋转基座64，并且针对俯仰轴线计算期望的马达移动命令(例如，马达扭矩)并控制制动器。机器人臂控制器41c控制机器人臂40的每个接合部44a和44b，并且计算机器人臂40的重力补偿、摩擦补偿和闭环位置控制所需的期望马达扭矩。机器人臂控制器41c基于计算的扭矩计算移动命令。然后将计算的马达命令传送到机器人臂40中的致动器48a和48b中的一个或多个致动器。然后将实际接合位置通过致动器48a和48b传输回机器人臂控制器41c。
40.idu控制器41d接收外科器械50的期望接合部角度，诸如腕部和钳口角度，并且计算idu 52中的马达的期望电流。idu控制器41d基于马达位置计算实际角度并且将实际角度传输回主推车控制器41a。
41.响应于控制机器人臂40的手柄控制器(例如，手柄控制器38a)的位姿来控制机器人臂40，该位姿通过由控制器21a执行的手眼变换函数变换为机器人臂40的期望位姿。手眼函数以及其他函数体现于可由控制器21a或本文所述的任何其他合适的控制器执行的软件中。手柄控制器38a中的一个手柄控制器的位姿可以体现为相对于固定到外科控制台30的
坐标参考系的坐标位置和滚转-俯仰-偏航(“rpy”)取向。器械50的期望位姿相对于机器人臂40上的固定参考系。然后通过由控制器21a执行的缩放函数来缩放手柄控制器38a的位姿。在实施方案中，通过缩放函数，坐标位置按比例缩小并且取向按比例放大。另外，控制器21a还执行离合函数，其使手柄控制器38a与机器人臂40脱离。具体地，如果超出某些移动限值或其他阈值，则控制器21a停止将来自手柄控制器38a的移动命令传输到机器人臂40，并且实质上如同虚拟离合器机构一样起作用，例如限制机械输入影响机械输出。
42.机器人臂40的期望位姿基于手柄控制器38a的位姿，并且然后通过由控制器21a执行的逆运动学函数传递。逆运动学函数计算机器人臂40的接合部44a、44b、44c的角度，该角度实现了通过手柄控制器38a的经缩放和调整的位姿输入。然后将所计算的角度传递到机器人臂控制器41c，该机器人臂控制器包括具有比例微分(pd)控制器、摩擦估计器模块、重力补偿器模块和双侧饱和块的接合部轴线控制器，该接合部轴线控制器被配置成限制接合部44a、44b、44c的马达的所命令的扭矩。
43.机器人臂控制器41c还被配置成通过机器人臂40的刚性连接件结构，即连接件42a、42b、42c来估计施加在接合部44a和44b上的扭矩。接合部44a和44b中的每一者容纳致动器48a和48b。由于机器人臂40的重量很大，因此可以使用高扭矩来移动机器人臂40。然而，可能需要调整扭矩以防止损坏或损伤。这对于在机器人臂40与外部物体(诸如其他机器人臂、患者、人员、手术室设备等)碰撞期间限制扭矩特别有用。
44.为了确定外部扭矩对机器人臂40的影响，机器人臂控制器41c最初计算摩擦损耗、重力、惯性，并且随后确定外部扭矩的影响。一旦计算出外部扭矩，机器人臂控制器41c就确定环境力是否超出指示与外部物体的碰撞的预定阈值，并采取预防措施，诸如在预定距离内终止在检测到碰撞的方向上的移动，减速和/或使移动反向(例如，在相反方向上移动)。
45.在下文关于图5描述了传感器测量和基于传感器测量的计算，该图示出了集成接合部模块100。集成接合部模块100可以用作致动器48a、48b、64a、64b，并且用作接合部63a和63b内的致动器。集成接合部模块100包括轴102，该轴充当集成接合部模块100的其他部件(即马达104和谐波齿轮箱106)的支撑结构。马达104可以是任何电动马达，其可以由ac或dc能量供电，诸如有刷马达、无刷马达、步进马达等。马达104联接到谐波齿轮箱106，该谐波齿轮箱可以是谐波驱动齿轮，该谐波驱动齿轮被配置成提供具有接近零齿隙的大减速比、高扭矩能力和高效率。谐波齿轮箱106可以包括同心输入轴和输出轴(未示出)，并且可以包括波发生器106a，该波发生器设置在具有外齿轮表面的柔轮106b内，该柔轮继而设置在具有内齿轮表面的刚轮106c内。当马达104驱动波发生器106a时，可由弹性材料(诸如不锈钢)形成的柔轮106b也旋转。柔轮106b具有比刚轮106c更少的齿，因此对于波发生器106a的每个全旋转，柔轮106b旋转小于全旋转，这降低了输出速度。谐波齿轮箱106继而联接到带45a或45b中的一者。
46.集成接合部模块100还包括传感器组件，该传感器组件用于监测集成接合部模块100的性能以提供对其的反馈和控制。具体地，集成接合部模块100包括联接到马达104的编码器108。编码器108可以是提供指示马达104的旋转次数的传感器信号的任何设备，诸如机械编码器或光学编码器。马达104还可以包括其他传感器，诸如被配置成测量马达104的电流消耗的电流传感器、用于测量马达扭矩的马达扭矩传感器105等。旋转次数可用于确定各个接合部44a、44b、44c的速度和/或位置控制。由编码器108测量和/或确定的参数可以包括
速度、距离、每分钟转数、位置等。集成接合部模块100还包括接合部扭矩传感器110，该接合部扭矩传感器可以是任何力或应变传感器，该力或应变传感器包括一个或多个应变计，该一个或多个应变计被配置成将机械力和/或应变转换成指示由谐波齿轮箱106施加的扭矩的传感器信号。来自编码器108和接合部扭矩传感器110的传感器信号被传输到计算机41，然后该计算机基于传感器信号控制机器人臂40的接合部44a、44b、44c中的每一者的速度、角度和/或位置。在实施方案中，附加位置传感器还可以用于确定机器人臂40和设置臂62的移动和取向。合适的传感器包括但不限于联接到可移动部件并且被配置成检测行进距离的电位计、霍尔效应传感器、加速度计和陀螺仪。
47.参考图6，安全观测器21b被示出为处理来自集成接合部模块100的传感器信号。集成接合部模块100输出来自电子部件201(例如，电流传感器)和机械部件202(例如，马达扭矩传感器105、接合部扭矩传感器110、编码器108等)的传感器信号。传感器信号被示出为输出200a。输出200a通过与控制器21a的有线(例如，或任何其他基于以太网的现场总线系统)或无线连接提供。控制器21a利用输出200a来控制如上所述的集成接合部模块100，例如，将驱动命令传输到集成接合部模块100，该集成接合部模块继而实现所命令的位姿。驱动命令被示出为输入200b。
48.安全观测器21b将输出200a与输入200b进行比较以确定是否存在故障，该故障包括通信故障、电子部件201故障、机械部件202故障(例如，扭矩传感器读数误差)、马达104故障(例如，所施加的扭矩误差)等。
49.根据一个实施方案，安全观测器21b被配置成通过基于来自接合部扭矩传感器110的接合部扭矩传感器测量值与所命令的马达扭矩之间的差值来计算总扭矩误差来确定故障，该所命令的马达扭矩基于来自控制器21a的驱动命令。
50.根据另一实施方案，安全观测器21b被配置成通过从驱动系模拟估计马达104的速度来确定故障。然后将所估计的速度与由编码器108测量的马达104的实际速度进行比较。驱动系模型可以由以下公式(1)表示：
51.1)
52.其中τ
m,d
是基于致动器输入的所命令的马达扭矩并且可以基于由马达104产生的磁场来测量，τm是基于致动器输出的所测量的马达扭矩，b是马达104和谐波齿轮箱106的惯性，是加速度，τ
fric
是马达104和谐波齿轮箱106的摩擦力，并且τj是基于致动器输出的接合部扭矩，并且使用表示机械应变的接合部扭矩传感器110来测量。观测器可以使用τ
m,d
或τm来实现。
53.另外，马达104和谐波齿轮箱106的摩擦力τ
fric
可以通过以下公式(2)表示：
54.2)
55.因此，τ
fric
是库仑摩擦的总和，表示为,该库仑摩擦力的总和基于运动方向并且取决于负载，并且是取决于速度的粘滞摩擦力。
56.基于以上公式，观测器模型基于驱动系模型，但是将传感器误差并入公式中。因此，观测器模型可以由以下公式(3)以及公式(4)至公式(6)中的各个误差表示：
57.3)
58.4)τ
error
＝τ
s,error-τ
m,error
59.5)τ
m,d
＝τm+τ
m,error
60.6)τs＝τj+τ
s,error
61.因此，τ
error
是接合部扭矩误差τ
s,error
与致动器输入误差τ
m,error
之间的差值。观测器模型可用于使用公式(7)确定所观测的(即，所估计的)速度：
62.7)
63.如图7所示，示出了用于确定速度误差的方法的流程图，该速度误差基于实际速度与(使用观测器模型确定的)观测的速度的差值来确定。具体地，速度观测器基于τ
m,d
和τ
sm
计算观测的速度。然后也可以将速度误差与速度误差限值的范围进行比较，以确定该误差是否足以发出警报和/或停止操作。
64.本公开还提供修改在安全观测器21b中实现的观测器模型以增加其带宽。具体地，观测器模型的动力学限于或等于驱动系模型，该驱动系模型相对较慢，尤其是在速度误差检测要求的上下文中来看时。因此，可以通过降低对机械粘滞摩擦力的变化的灵敏度来更新观测器模型以增加动力学。这可以通过考虑动摩擦力来实现，该动摩擦力被添加到如公式(8)所示的观测器模型的两侧，该公式基于以上公式(3)。
65.8)
66.类似地，可以使用以下公式(9)计算观测的速度，该公式基于以上公式(7)：
67.9)
68.参考图8描述了用于检测接合部模块100的所施加的扭矩的故障的方法。来自手柄控制器38a的移动命令作为特定驱动命令由控制器21a输出到集成接合部模块100。驱动命令指示马达104输出特定扭矩以实现所命令的移动。当马达104被致动时，各种传感器(例如，电流传感器、马达扭矩传感器105、接合部扭矩传感器110、编码器108等)向控制器21a和安全观测器21b提供反馈，该反馈包括电流、马达扭矩、传感器扭矩和马达速度。具体地，安全观测器21b接收马达104的测量的速度。
69.安全观测器21b还基于误差调整后的马达扭矩τ
m,d
和误差调整后的接合部扭矩τs来计算如上所述的观测的速度(参见图7)。安全观测器21b还计算测量的速度与观测的速度之间的差值。然后将差值与范围限值进行比较，如式(10)所示：
70.10)
71.正和负的值表示误差量，该误差量表示由于集成接合部模块100的所施加的扭矩和/或扭矩传感器读数的故障而导致的测量的速度与观测的速度之间的不匹配。因此，如果速度误差在限值内，则集成接合部模块100可以继续操作。然而，如果速度误差在限值外，则安全观测器21b将错误输出到控制器21a，该控制器可以根据任何规定的方法处理该错误，诸如停止机器人臂40的操作和/或在显示器上输出错误等。
72.应当理解，可对本发明所公开的实施方案作出各种修改。在实施方案中，传感器可
设置在机器人臂的任何合适部分上。因此，以上说明不应理解为限制性的，而是仅作为各种实施方案的例示。本领域的技术人员能够设想在本文所附权利要求书的范围和实质内的其它修改。