在機器人系統中的故障反應、故障隔離和故障弱化的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明總體涉及機器人系統，并且特別涉及在機器人系統中的故障反應、故障隔 離以及故障弱化(graceful degradation) 〇
【背景技術】
[0002] 具有一個或更多個用戶控制機械手臂的機器人系統被使用在許多應用中。作為一 個不例，參見US7865266B 2,標題為"Cooperative Minimally Invasive Telesurgical System"，其通過引用并入本文。附加示例可以在制造、建造、危險材料處理以及其它應用 (例如使用遠程操作的那些應用）中被發現。
[0003] 失效或故障可能在機械手臂的操作期間發生在機械手臂中，失效或故障導致全面 控制的失去。為了避免這樣的失去，故障容錯系統可以被使用，比如提供三重冗余的那些系 統，所以故障可以容易被確定，并且如果一個組件失效，依然存在的組件仍然可以提供功 能。但是，提供多余組件增加系統成本。可替代地，預防性維護技術可以被使用以最小化這 類故障的出現(occurrence)。但是，意外的故障仍然可能發生。
[0004] 當在機器人系統中檢測到故障或失效時，為了安全原因可以關掉整個系統直到該 故障可以被糾正。但是，有時候該機器人系統在弱化狀態下仍然可以用于完成主要的或次 要的任務。在這種情況下，允許該系統在弱化狀態下持續操作可以是有利的。其它時候，該 故障可能不是持續的。在這種情況下，清除該故障并且持續充分使用該機器人系統是有可 能的。
【發明內容】
[0005] 因此，本發明的一個或多個方面的一個目的是故障處理方案，該故障處理方案在 檢測故障時確保該系統自動被置入安全狀態中。
[0006] 本發明的一個或多個方面的另一個目的是故障處理方案，該故障處理方案利于在 檢測到不能被清除的故障之后該機器人系統的故障弱化。
[0007] 這些和附加目的通過本發明的各種方面來被完成，其中簡述地，一個方面是一種 用于在機器人系統中的故障反應、故障隔離和故障弱化的方法，該機器人系統具有多個機 械手臂。該方法包括:檢測在多個機械手臂的失效手臂(failed arm)中的故障;將該失效手 臂置于安全狀態;確定該故障應被看作系統故障還是局部故障；以及只有當該故障將被看 作系統故障時，才將多個機械手臂的非失效手臂置于安全狀態。
[0008] 另一方面是機器人系統，其包括:多個機械手臂、多個手臂處理器、和管理處理器。 每個手臂處理器操作地耦連到多個機械手臂中的相應一個。每個機械手臂具有用于驅動該 機械手臂的運動自由度的多個馬達。每個機械手臂具有用于控制該機械手臂的相應馬達的 一個或更多個節點。每個節點和手臂處理器被配置成:檢測影響該節點或手臂處理器的故 障的出現;在檢測到該故障的出現時將該節點或手臂處理器置入安全狀態;通過失效手臂 傳送故障通知(fault notification)，該失效手臂包括節點或操作地親連到該手臂處理 器;診斷該故障；以及發送包括故障信息的錯誤消息（error message)到該管理處理器。每 個節點和手臂處理器也被配置成:在接收來自另一來源的故障通知時，將該節點或手臂處 理器置入安全狀態。該管理處理器被配置成接收來自失效節點或手臂處理器的錯誤消息； 通過使用在該錯誤消息中的信息確定該檢測故障應被看作系統故障還是局部故障；以及只 有當該檢測故障將被看作系統故障時，傳輸故障通知到相應于多個機械手臂的所有非失效 手臂（non-failed arm)的手臂處理器。
[0009] 隨附的【具體實施方式】(結合附圖）將使本發明的各種方面的附加目的、特征和優點 變得顯而易見。
【附圖說明】
[0010] 圖1示出具有多個機械手臂的機器人系統的透視圖。
[0011] 圖2示出該機器人系統的組件的方塊圖，該機器人系統的組件協同交互以提供在 該機器人系統中的故障反應、故障隔離和故障弱化的方面。
[0012] 圖3示出用于提供故障反應、故障隔離和故障弱化的方法的流程圖。
[0013] 圖4示出用于提供故障反應、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應、故障隔離和故障弱化通過該機器人系統的機械手臂的節點優選被執行。
[0014] 圖5示出用于提供故障反應、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應、故障隔離和故障弱化通過手臂處理器優選被執行，該手臂處理器操作地耦連到該機 器人系統的該機械手臂。
[0015] 圖6示出用于提供故障反應、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應、故障隔離和故障弱化通過該機器人系統的系統管理處理器（system supervisor processor)優選被執行。
[0016] 圖7示出用于提供故障反應、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應、故障隔離和故障弱化通過機器人系統的手臂管理處理器（arm supervisor processor)優選被執行。
【具體實施方式】
[0017] 作為示例，圖1示出機器人系統1000的透視圖，該機器人系統1000包括通過電纜 181、182互相通信的用戶控制臺100、機械手臂車110和視覺車170。該用戶控制臺100包括立 體觀察器101、手可操縱的主控制器102、103以及至少一個腳踏板104。該機械手臂車110包 括基座120、附連到該基座120的立柱121以及機械手臂111、113、115、117，該機械手臂111、 113、115、117附連到該立柱121并且適于保持、移動和操縱可附連的器械112、114、116、118。
[0018] 在圖1的示例中，機械手臂111、113、117保持工具器械112、114、118，并且機械手臂 115保持立體相機器械116。可替代地，每個機械手臂111、113、115、117可以在工作程序正在 進行時保持不同類型的器械或完全不保持器械。作為示例，使用不同成像模態的第二圖像 采集裝置可以取代正由機械手臂111保持的工具器械112。作為另一示例，在所有工作程序 或一部分工作程序期間，機械手臂111可以被留下不用，其中沒有器械附連到該機械手臂 111 上。
[0019] 該立體相機器械116采集立體圖像，該立體圖像作為視頻流被持續地傳輸到視頻 車170。視頻車170在接收立體圖像對的同時處理每對立體圖像，并且傳輸所處理的立體圖 像對到用戶控制臺100用于實時顯示在立體觀察器101上。因此，用戶可以在通過操縱主控 制器102、103和/或腳踏板104中的相關的那些而遙控操縱工具器械112、114、118和/或立體 相機器械116時，觀察已經被立體相機器械116采集的工作部位的立體圖像。主/從控制系統 被提供在機器人系統1000中以便于這樣的遙控操縱。
[0020] 該機械手臂111、113、115、117可以在豎直方向上(例如，朝向天花板或朝向地板） 向上移動或向下移動。每個機械手臂111、113、115、117優選包括操縱器和裝置手臂。該操縱 器適于保持器械并且圍繞樞軸點操縱該器械。該裝置手臂適于在空間中水平平移操縱器， 以便操縱器保持的器械和器械的樞軸點也在空間中水平平移。
[0021] 作為示例，圖2示出機器人系統1000的組件的方塊圖，該機器人系統1000的組件協 同交互以執行在機器人系統1000中的故障反應、故障隔離和故障弱化的各種方面。每個機 械手臂111、113、115、117均包括一個或更多個節點。每個節點控制一個或更多個馬達，該馬 達驅動在機械手臂中的接頭(joint)和/或連桿機構（I inkage)以影響機械手臂的運動自由 度。每個節點也控制用于停止馬達旋轉的一個或更多個制動器。
[0022] 作為示例，機械手臂111具有多個馬達(例如，21，23,25,27)、多個制動器(例如， 22,24,26,28)以及多個節點（例如，211，212,213)。每個節點211，212控制單個馬達/制動器 對。另一方面，節點213控制兩個馬達/制動器對。其它節點（未示出）可以控制多于兩個馬 達/制動器對。傳感器處理單元214被包括以提供馬達位移傳感器信息到節點213用于控制 目的。盡管在機械手臂111中