在機(jī)器人系統(tǒng)中的故障反應(yīng)、故障隔離和故障弱化的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明總體涉及機(jī)器人系統(tǒng)，并且特別涉及在機(jī)器人系統(tǒng)中的故障反應(yīng)、故障隔 離以及故障弱化(graceful degradation) 〇
【背景技術(shù)】
[0002] 具有一個(gè)或更多個(gè)用戶控制機(jī)械手臂的機(jī)器人系統(tǒng)被使用在許多應(yīng)用中。作為一 個(gè)不例，參見(jiàn)US7865266B 2,標(biāo)題為"Cooperative Minimally Invasive Telesurgical System"，其通過(guò)引用并入本文。附加示例可以在制造、建造、危險(xiǎn)材料處理以及其它應(yīng)用 (例如使用遠(yuǎn)程操作的那些應(yīng)用）中被發(fā)現(xiàn)。
[0003] 失效或故障可能在機(jī)械手臂的操作期間發(fā)生在機(jī)械手臂中，失效或故障導(dǎo)致全面 控制的失去。為了避免這樣的失去，故障容錯(cuò)系統(tǒng)可以被使用，比如提供三重冗余的那些系 統(tǒng)，所以故障可以容易被確定，并且如果一個(gè)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(tǒng)成本?？商娲?，預(yù)防性維護(hù)技術(shù)可以被使用以最小化這 類故障的出現(xiàn)(occurrence)。但是，意外的故障仍然可能發(fā)生。
[0004] 當(dāng)在機(jī)器人系統(tǒng)中檢測(cè)到故障或失效時(shí)，為了安全原因可以關(guān)掉整個(gè)系統(tǒng)直到該 故障可以被糾正。但是，有時(shí)候該機(jī)器人系統(tǒng)在弱化狀態(tài)下仍然可以用于完成主要的或次 要的任務(wù)。在這種情況下，允許該系統(tǒng)在弱化狀態(tài)下持續(xù)操作可以是有利的。其它時(shí)候，該 故障可能不是持續(xù)的。在這種情況下，清除該故障并且持續(xù)充分使用該機(jī)器人系統(tǒng)是有可 能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的一個(gè)目的是故障處理方案，該故障處理方案在 檢測(cè)故障時(shí)確保該系統(tǒng)自動(dòng)被置入安全狀態(tài)中。
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面的另一個(gè)目的是故障處理方案，該故障處理方案利于在 檢測(cè)到不能被清除的故障之后該機(jī)器人系統(tǒng)的故障弱化。
[0007] 這些和附加目的通過(guò)本發(fā)明的各種方面來(lái)被完成，其中簡(jiǎn)述地，一個(gè)方面是一種 用于在機(jī)器人系統(tǒng)中的故障反應(yīng)、故障隔離和故障弱化的方法，該機(jī)器人系統(tǒng)具有多個(gè)機(jī) 械手臂。該方法包括:檢測(cè)在多個(gè)機(jī)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(tài);確定該故障應(yīng)被看作系統(tǒng)故障還是局部故障；以及只有當(dāng)該故障將被看 作系統(tǒng)故障時(shí)，才將多個(gè)機(jī)械手臂的非失效手臂置于安全狀態(tài)。
[0008] 另一方面是機(jī)器人系統(tǒng)，其包括:多個(gè)機(jī)械手臂、多個(gè)手臂處理器、和管理處理器。 每個(gè)手臂處理器操作地耦連到多個(gè)機(jī)械手臂中的相應(yīng)一個(gè)。每個(gè)機(jī)械手臂具有用于驅(qū)動(dòng)該 機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)自由度的多個(gè)馬達(dá)。每個(gè)機(jī)械手臂具有用于控制該機(jī)械手臂的相應(yīng)馬達(dá)的 一個(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)和手臂處理器被配置成:檢測(cè)影響該節(jié)點(diǎn)或手臂處理器的故 障的出現(xiàn);在檢測(cè)到該故障的出現(xiàn)時(shí)將該節(jié)點(diǎn)或手臂處理器置入安全狀態(tài);通過(guò)失效手臂 傳送故障通知(fault notification)，該失效手臂包括節(jié)點(diǎn)或操作地親連到該手臂處理 器;診斷該故障；以及發(fā)送包括故障信息的錯(cuò)誤消息（error message)到該管理處理器。每 個(gè)節(jié)點(diǎn)和手臂處理器也被配置成:在接收來(lái)自另一來(lái)源的故障通知時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)或手臂處 理器置入安全狀態(tài)。該管理處理器被配置成接收來(lái)自失效節(jié)點(diǎn)或手臂處理器的錯(cuò)誤消息； 通過(guò)使用在該錯(cuò)誤消息中的信息確定該檢測(cè)故障應(yīng)被看作系統(tǒng)故障還是局部故障；以及只 有當(dāng)該檢測(cè)故障將被看作系統(tǒng)故障時(shí)，傳輸故障通知到相應(yīng)于多個(gè)機(jī)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(shí)施方式】(結(jié)合附圖）將使本發(fā)明的各種方面的附加目的、特征和優(yōu)點(diǎn) 變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1示出具有多個(gè)機(jī)械手臂的機(jī)器人系統(tǒng)的透視圖。
[0011] 圖2示出該機(jī)器人系統(tǒng)的組件的方塊圖，該機(jī)器人系統(tǒng)的組件協(xié)同交互以提供在 該機(jī)器人系統(tǒng)中的故障反應(yīng)、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(yīng)、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(yīng)、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應(yīng)、故障隔離和故障弱化通過(guò)該機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械手臂的節(jié)點(diǎn)優(yōu)選被執(zhí)行。
[0014] 圖5示出用于提供故障反應(yīng)、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應(yīng)、故障隔離和故障弱化通過(guò)手臂處理器優(yōu)選被執(zhí)行，該手臂處理器操作地耦連到該機(jī) 器人系統(tǒng)的該機(jī)械手臂。
[0015] 圖6示出用于提供故障反應(yīng)、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應(yīng)、故障隔離和故障弱化通過(guò)該機(jī)器人系統(tǒng)的系統(tǒng)管理處理器（system supervisor processor)優(yōu)選被執(zhí)行。
[0016] 圖7示出用于提供故障反應(yīng)、故障隔離和故障弱化的方法的方面的流程圖，該故障 反應(yīng)、故障隔離和故障弱化通過(guò)機(jī)器人系統(tǒng)的手臂管理處理器（arm supervisor processor)優(yōu)選被執(zhí)行。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 作為示例，圖1示出機(jī)器人系統(tǒng)1000的透視圖，該機(jī)器人系統(tǒng)1000包括通過(guò)電纜 181、182互相通信的用戶控制臺(tái)100、機(jī)械手臂車110和視覺(jué)車170。該用戶控制臺(tái)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(gè)腳踏板104。該機(jī)械手臂車110包 括基座120、附連到該基座120的立柱121以及機(jī)械手臂111、113、115、117，該機(jī)械手臂111、 113、115、117附連到該立柱121并且適于保持、移動(dòng)和操縱可附連的器械112、114、116、118。
[0018] 在圖1的示例中，機(jī)械手臂111、113、117保持工具器械112、114、118，并且機(jī)械手臂 115保持立體相機(jī)器械116?？商娲?，每個(gè)機(jī)械手臂111、113、115、117可以在工作程序正在 進(jìn)行時(shí)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(tài)的第二圖像 采集裝置可以取代正由機(jī)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(jī)械手臂111可以被留下不用，其中沒(méi)有器械附連到該機(jī)械手臂 111 上。
[0019] 該立體相機(jī)器械116采集立體圖像，該立體圖像作為視頻流被持續(xù)地傳輸?shù)揭曨l 車170。視頻車170在接收立體圖像對(duì)的同時(shí)處理每對(duì)立體圖像，并且傳輸所處理的立體圖 像對(duì)到用戶控制臺(tái)100用于實(shí)時(shí)顯示在立體觀察器101上。因此，用戶可以在通過(guò)操縱主控 制器102、103和/或腳踏板104中的相關(guān)的那些而遙控操縱工具器械112、114、118和/或立體 相機(jī)器械116時(shí)，觀察已經(jīng)被立體相機(jī)器械116采集的工作部位的立體圖像。主/從控制系統(tǒng) 被提供在機(jī)器人系統(tǒng)1000中以便于這樣的遙控操縱。
[0020] 該機(jī)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(dòng)或向下移動(dòng)。每個(gè)機(jī)械手臂111、113、115、117優(yōu)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(diǎn)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(diǎn)也在空間中水平平移。
[0021] 作為示例，圖2示出機(jī)器人系統(tǒng)1000的組件的方塊圖，該機(jī)器人系統(tǒng)1000的組件協(xié) 同交互以執(zhí)行在機(jī)器人系統(tǒng)1000中的故障反應(yīng)、故障隔離和故障弱化的各種方面。每個(gè)機(jī) 械手臂111、113、115、117均包括一個(gè)或更多個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制一個(gè)或更多個(gè)馬達(dá)，該馬 達(dá)驅(qū)動(dòng)在機(jī)械手臂中的接頭(joint)和/或連桿機(jī)構(gòu)（I inkage)以影響機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)自由 度。每個(gè)節(jié)點(diǎn)也控制用于停止馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的一個(gè)或更多個(gè)制動(dòng)器。
[0022] 作為示例，機(jī)械手臂111具有多個(gè)馬達(dá)(例如，21，23,25,27)、多個(gè)制動(dòng)器(例如， 22,24,26,28)以及多個(gè)節(jié)點(diǎn)（例如，211，212,213)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)211，212控制單個(gè)馬達(dá)/制動(dòng)器 對(duì)。另一方面，節(jié)點(diǎn)213控制兩個(gè)馬達(dá)/制動(dòng)器對(duì)。其它節(jié)點(diǎn)（未示出）可以控制多于兩個(gè)馬 達(dá)/制動(dòng)器對(duì)。傳感器處理單元214被包括以提供馬達(dá)位移傳感器信息到節(jié)點(diǎn)213用于控制 目的。盡管在機(jī)械手臂111中