阅读说明：本技术 用于控制外科缝合和切割器械的马达速度的系统和方法 ([db:专利名称-en]) 是由 F·E·谢尔顿四世 D·C·耶茨 J·L·哈里斯 于 2018-05-21 设计创作，主要内容包括：提供了一种机动化外科器械。该外科器械包括位移构件。马达联接到位移构件。控制电路联接到马达。位置传感器联接到控制电路。定时器电路联接到控制电路以测量实耗时间。控制电路被配置为能够：从位置传感器接收位移构件的位置；从定时器电路接收实耗时间；以及基于位移构件的位置和实耗时间来控制马达的速度。还公开了一种控制外科器械的马达速度的方法。([db:摘要-en])

用于控制外科缝合和切割器械的马达速度的系统和方法

技术领域

本公开涉及外科器械，并且在各种情况下，涉及被设计成用于缝合和切割组织的外科缝合和切割器械及其钉仓。

背景技术

在机动化外科缝合和切割器械中，可能有用的是，控制切割构件的速度或控制端部执行器的关节运动速度。位移构件的速度可以通过以预先确定的位置间歇测量位移构件的实耗时间或以预先确定的时间间歇测量位移构件的位置来确定。控制可以是开环或闭环。对评估组织状况(诸如组织厚度)以及在击发行程期间调节切割构件的所述速度以说明组织状况，此类测量可能是有用的。组织厚度可通过将切割构件的预期速度与切割构件的实际速度进行比较来确定。在一些情况下，可能有用的是，使所述端部执行器以恒定关节运动速度进行关节运动。在其它情况下，可能有用的是，在端部执行器的扫描范围内的一个或多个区域处，以不同于默认关节运动速度的关节运动速度驱动端部执行器。

在使用机动化外科缝合和切割器械期间，击发切割构件或击发构件上的负载的力作为组织厚度的函数可变化。一般来讲，施加在切割构件或击发构件上的击发力将随着组织厚度增加而增加。因此，可能有必要在切割构件初始放置到闭合砧座狭槽的坡道上时确定初始组织厚度并且基于所确定的组织厚度来设定切割构件的击发速度，以减小击发切割构件或击发构件上的负载的力。还可能期望基于固定时间间隔内的切割构件行程来提供击发马达的连续速度控制，以作为击发施加在切割构件或击发构件上的负载的力的代理。

发明内容

在一个方面，一种外科器械包括位移构件，该位移构件被构造成能够在该外科器械内平移；马达，该马达联接到该位移构件以使该位移构件平移；控制电路，该控制电路联接到该马达；位置传感器，该位置传感器联接到该控制电路，该位置传感器被配置为能够测量该位移构件的该位置；定时器电路，该定时器电路联接到该控制电路，该定时器/计数器电路被配置为能够测量实耗时间；其中该控制电路被配置为能够：从该位置传感器接收该位移构件的该位置；从该定时器电路接收实耗时间；以及基于该位移构件的该位置和该实耗时间来控制该马达的速度。

在另一个方面，该外科器械包括位移构件，该位移构件被构造成能够在该外科器械内平移；马达，该马达联接到该位移构件以使该位移构件平移；控制电路，该控制电路联接到该马达；位置传感器，该位置传感器联接到该控制电路，该位置传感器被配置为能够测量该位移构件的该位置；定时器电路，该定时器电路联接到该控制电路，该定时器/计数器电路被配置为能够测量实耗时间；其中该控制电路被配置为能够：从该位置传感器接收该位移构件的该位置；从该定时器电路接收实耗时间；以及基于该位移构件的该位置和该实耗时间来控制该马达的速度。

在另一个方面，提供了一种控制外科器械的马达速度的方法。该外科器械包括：位移构件，该位移构件被构造成能够在该外科器械内平移；马达，该马达联接到该位移构件以使该位移构件平移；控制电路，该控制电路联接到该马达；位置传感器，该位置传感器联接到该控制电路，该位置传感器被配置为能够测量该位移构件的该位置；定时器电路，该定时器电路联接到该控制电路，该定时器/计数器电路被配置为能够测量实耗时间。该方法包括通过控制电路从位置传感器接收位移构件的位置；通过该控制电路从定时器电路接收实耗时间；以及基于该位移构件的该位置和该实耗时间，通过该控制电路控制马达的速度。

附图说明

本文所述方面的新颖特征在所附权利要求书中进行了详细描述。然而，关于组织和操作方法的这些方面可以结合附图参考下述说明更好地理解。

图1是根据本公开的一个方面的具有操作地联接到其上的可互换轴组件的外科器械的透视图。

图2是根据本公开的一个方面的图1的外科器械的一部分的分解组件视图。

图3是根据本公开的一个方面的可互换轴组件的各部分的分解组件视图。

图4是根据本公开的一个方面的图1的外科器械的端部执行器的分解图。

图5A至图5B是根据本公开的一个方面的跨越两张图纸的图1的外科器械的控制电路的框图。

图6是根据本公开的一个方面的图1的外科器械的控制电路的框图，其示出柄部组件、功率组件之间以及柄部组件和可互换轴组件之间的接口。

图7示出了根据本公开的一个方面的被配置为能够控制图1的外科器械的各方面的控制电路。

图8示出了根据本公开的一个方面的被配置为能够控制图1的外科器械的各方面的组合逻辑电路。

图9示出了根据本公开的一个方面的被配置为能够控制图1的外科器械的各方面的时序逻辑电路。

图10是根据本公开的一个方面的图1的外科器械的绝对定位系统的图，其中绝对定位系统包括含有传感器布置的受控的马达驱动电路布置。

图11是根据本公开的一个方面的绝对定位系统的传感器布置的分解透视图，其示出了控制电路板组件和传感器布置元件的相对对齐。

图12是根据本公开的一个方面的包括磁性旋转绝对定位系统的位置传感器的图。

图13是根据本公开的一个方面的图1的外科器械的端部执行器的剖视图，其示出相对于抓握在端部执行器内的组织的击发构件行程。

图14示出了根据本公开的一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械的框图。

图15示出了绘制根据本公开的一个方面执行的两个示例性位移构件行程的图。

图16是根据本公开的一个方面的描绘作为位移构件行进(d)的函数的马达电流(I)的曲线图。

图17是描绘根据本公开的一个方面的用于控制位移构件的速率的控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。

具体实施方式

本申请的申请人拥有于与其同时提交且各自全文以引用方式并入本文的以下专利申请：

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为CONTROLOF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ONANGLE OF ARTICULATION的代理人案卷号END8191USNP/170054。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为SURGICALINSTRUMENT WITH VARIABLE DURATION TRIGGER ARRANGEMENT的代理人案卷号END8192USNP/170055。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为SYSTEMSAND METHODS FOR CONTROLLING DISPLACEMENT MEMBER MOTION OF A SURGICAL STAPLINGAND CUTTING INSTRUMENT的代理人案卷号END8193USNP/170056。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20提交的标题为SYSTEMSAND METHODS FOR CONTROLLING MOTOR VELOCITY OF ASURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT ACCORDING TOARTICULATION ANGLE OF END EFFECTOR的代理人案卷号END8194USNP/170057。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为SURGICALINSTRUMENT HAVING CONTROLLABLE ARTICULATION VELOCITY的代理人案卷号END8196USNP/170059。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为SYSTEMSAND METHODS FOR CONTROLLING VELOCITY OF A DISPLACEMENT MEMBER OF A SURGICALSTAPLING AND CUTTING INSTRUMENT的代理人案卷号END8197USNP/170060。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为SYSTEMSAND METHODS FOR CONTROLLING DISPLACEMENT MEMBER VELOCITY FOR A SURGICALINSTRUMENT的代理人案卷号END8198USNP/170061。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为CONTROLOF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ONANGLE OF ARTICULATION的代理人案卷号END8222USNP/170125。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING ANDCUTTING INSTRUMENT的代理人案卷号END8199USNP/170062M。

由发明人Raymond E.Parfett等人于2017年6月20日提交的标题为TECHNIQUESFOR CLOSED LOOP CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT的代理人案卷号END8275USNP/170185M。

由发明人Raymond E.Parfett等人于2017年6月20日提交的标题为CLOSED LOOPFEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF ASURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ONMAGNITUDE OF VELOCITY ERROR MEASUREMENTS的代理人案卷号END8268USNP/170186。

由发明人Jason L.Harris等人于2017年6月20日提交的标题为CLOSED LOOPFEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICALSTAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ON MEASURED TIMEOVER A SPECIFIED DISPLACEMENT DISTANCE的代理人案卷号END8276USNP/170187。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为CLOSEDLOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF ASURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ONMEASURED DISPLACEMENT DISTANCE TRAVELED OVER ASPECIFIEDTIME INTERVAL的代理人案卷号END8266USNP/170188。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为CLOSEDLOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF ASURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ONMEASURED TIME OVER A SPECIFIED NUMBER OF SHAFT ROTATIONS的代理人案卷号END8267USNP/170189。

由发明人Jason L.Harris等人于2017年6月20日提交的标题为SYSTEMS ANDMETHODS FOR CONTROLLING DISPLAYING MOTOR VELOCITY FOR A SURGICAL INSTRUMENT的代理人案卷号END8269USNP/170190。

由发明人Jason L.Harris等人于2017年6月20日提交的标题为SYSTEMS ANDMETHODS FOR CONTROLLING MOTOR SPEED ACCORDING TO USER INPUT FOR A SURGICALINSTRUMENT的代理人案卷号END8270USNP/170191。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的标题为CLOSEDLOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ON SYSTEM CONDITIONS的代理人案卷号END8271USNP/170192。

本申请的申请人拥有与其同时提交且各自全文以引用方式并入本文的以下美国设计专利申请：

由发明人Jason L.Harris等人于2017年6月20日提交的标题为GRAPHICAL USERINTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THERE的代理人案卷号END8274USDP/170193D。

由发明人Jason L.Harris等人于2017年6月20日提交的标题为GRAPHICAL USERINTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THERE的代理人案卷号END8273USDP/170194D。

由发明人Frederick E.Shelton,IV等人于2017年6月20日提交的提交标题为GRAPHICAL USER INTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THERE的代理人案卷号END8272USDP/170195D。

示出并描述了某些方面以提供对所公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的理解。在一个示例中示出或描述的特征可以与其它示例的特征结合，并且修改和变型在本公开的范围内。

术语“近侧”和“远侧”是相对于操纵外科器械的柄部的临床医生而言的，其中“近侧”是指更靠近临床医生的部分，并且“远侧”是指位于更远离临床医生的部分。为了方便起见，相对于附图使用的空间术语“竖直”、“水平”、“向上”和“向下”并不意图是限制性的和/或绝对的，因为外科器械可以在许多取向和位置上使用。

提供示例性装置和方法以用于执行腹腔镜式和微创外科手术。然而，这些装置和方法可以在例如包括开放式外科手术的其它外科手术和应用中使用。手术器械可穿过自然孔口或穿过在组织中形成的切口或穿刺孔***。器械的工作部分或端部执行器部分可以直接***身体内或者可以通过进入装置***，该进入装置具有外科器械的端部执行器和细长轴可以推进穿过的工作通道。

图1至图4描绘了用于切割和紧固的马达驱动的外科器械10，其可以重复使用或不重复使用。在所示示例中，外科器械10包括外壳12，该外壳12包括被构造成能够由临床医生抓握、操纵并致动的柄部组件14。外壳12被构造成能够操作地附接到可互换轴组件200，该可互换轴组件具有操作地联接到其上的端部执行器300，该端部执行器被配置为能够执行一种或多种手术任务或外科手术。根据本公开，各种形式的可互换轴组件可以结合机器人式受控的外科系统被有效采用。术语“外壳”可以涵盖容纳或以其它方式操作地支撑至少一个驱动系统的机器人系统的外壳或类似部分，该至少一个驱动系统被配置为能够生成并施加可以用于致动可互换轴组件的至少一个控制运动。术语“框架”可指手持式外科器械的一部分。术语“框架”还可表示机器人控制的外科器械的一部分和/或机器人系统的可用于操作地控制外科器械的一部分。可互换轴组件可以与名称为“SURGICAL STAPLINGINSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS”的美国专利号9,072,535中公开的各种机器人系统、器械、部件和方法一起使用，该文献全文以引用方式并入本文。

图1是根据本公开的一个方面的具有操作地联接到其上的可互换轴组件200的外科器械10的透视图。外壳12包括端部执行器300，该端部执行器300包括被构造成能够在其中操作地支撑外科钉仓304的外科切割和紧固装置。外壳12可以被构造成用于结合可互换轴组件使用，该可互换轴组件包括被适配为支撑不同大小和类型的钉仓、具有不同的轴长度、大小和类型等的端部执行器。外壳12可以与多种可互换轴组件一起使用，包括被配置为能够将其它运动和形式的能量(诸如射频(RF)能量、超声能量和/或运动)施加到被适配为结合各种外科应用和手术使用的端部执行器布置的组件。端部执行器、轴组件、柄部、外科器械和/或外科器械系统可以利用任何合适的一种或多种紧固件来紧固组织。例如，包括可移除地被存储在其中的多个紧固件的紧固件仓能够可移除地***轴组件的端部执行器中和/或附接到轴组件的端部执行器。

柄部组件14可以包括通过螺钉、按扣特征结构、粘合剂等互连的一对可互连的柄部外壳段16、18。柄部外壳段16、18配合以形成可以被临床医生抓握和操纵的***式握持部19。柄部组件14操作地支撑多个驱动系统，该多个驱动系统被配置为能够生成并将控制运动施加到操作地附接到其上的可互换轴组件的对应部分。显示器可以在覆盖件45下方提供。

图2是根据本公开的一个方面的图1的外科器械10的一部分的分解组件视图。柄部组件14可以包括操作地支撑多个驱动系统的框架20。框架20可以操作地支撑“第一”或闭合驱动系统30，该“第一”或闭合驱动系统30可以将闭合和打开运动施加到可互换轴组件200。闭合驱动系统30可以包括诸如由框架20可枢转地支撑的闭合触发器32的致动器。闭合触发器32通过枢轴销33可枢转地联接到柄部组件14以使得闭合触发器32能够由临床医生操纵。当临床医生握持柄部组件14的***式握持部19时，闭合触发器32可以从启动或“未致动”位置枢转到“致动”位置并且更具体地枢转到完全压缩或完全致动位置。

柄部组件14和框架20可以操作地支撑击发驱动系统80，该击发驱动系统80被配置为能够将击发运动施加到附接到其上的可互换轴组件的对应部分。击发驱动系统80可以采用位于柄部组件14的***式握持部19中的电动马达82。例如，电动马达82可以是最大转速为约25,000RPM的DC有刷马达。在其它配置中，马达可包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达、或任何其它合适的电动马达。电动马达82可以由可包括可移除的功率源组92的功率源90供电。可移除的功率源组92可以包括近侧外壳部分94，该近侧外壳部分94被构造成能够附接到远侧外壳部分96。近侧外壳部分94和远侧外壳部分96被构造成能够操作地支撑其中的多个电池98。电池98可以各自包括例如锂离子(LI)或其它合适的电池。远侧外壳部分96被构造成用于以可移除方式操作地附接到控制电路板100，该控制电路板100操作地联接到电动马达82。串联连接的若干电池98可以为外科器械10供电。功率源90可以是可替换的和/或可再充电的。位于覆盖件45下方的显示器43电联接到控制电路板100。可以移除覆盖件45以暴露显示器43。

电动马达82可以包括与齿轮减速器组件84操作地交接的可旋转轴(未示出)，该齿轮减速器组件84被安装成与可纵向移动的驱动构件120上的一组或一排驱动齿122啮合接合。可纵向移动的驱动构件120具有在其上形成的一排驱动齿122，以用于与齿轮减速器组件84的相应驱动齿轮86啮合接合。

在使用中，功率源90所提供的电压极性可沿顺时针方向操作电动马达82，其中由电池施加给电动马达的电压极性可被反转，以便沿逆时针方向操作电动马达82。当电动马达82在一个方向上旋转时，可纵向移动的驱动构件120将在远侧方向“DD”上被轴向地驱动。当电动马达82在相反的旋转方向上被驱动时，可纵向移动的驱动构件120将在近侧方向“PD”上被轴向地驱动。柄部组件14可以包括开关，该开关可以被配置为能够逆转由功率源90施加到电动马达82的极性。柄部组件14可以包括传感器，该传感器被配置为能够检测可纵向移动的驱动构件120的位置和/或可纵向移动的驱动构件120正在移动的方向。

电动马达82的致动由被枢转地支撑在柄部组件14上的击发触发器130控制。击发触发器130可以在未致动位置与致动位置之间枢转。

转回到图1，可互换轴组件200包括端部执行器300，该端部执行器300包括被配置为能够在其中操作地支撑外科钉仓304的细长通道302。端部执行器300可以包括砧座306，该砧座306相对于细长通道302被枢转地支撑。可互换轴组件200可以包括关节运动接头270。端部执行器300和关节运动接头270的构造和操作在美国专利申请公布号2014/0263541中提出，名称为“ARTICULATABLE SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING ANARTICULATION LOCK”，该文献全文以引用方式并入本文。可互换轴组件200可以包括由喷嘴部分202、203构成的近侧外壳或喷嘴201。可互换轴组件200可以包括可以用于闭合和/或打开端部执行器300的砧座306的沿着轴心线SA延伸的闭合管260。

转回到图1，闭合管260朝远侧(方向“DD”)平移以例如响应于以在前述参考美国专利申请公布号2014/0263541中描述的方式致动闭合触发器32而闭合砧座306。砧座306通过朝近侧平移闭合管260来打开。在砧座打开位置，闭合管260运动至其近侧位置。

图3是根据本公开的一个方面的可互换轴组件200的各部分的另一分解组件视图。可互换轴组件200可以包括击发构件220，该击发构件220被支撑以便在脊210内轴向行进。击发构件220包括被构造成能够附接到远侧切割部分或刀杆280的中间击发轴222。击发构件220可以被称为“第二轴”或“第二轴组件”。中间击发轴222可以在远侧端部中包括纵向狭槽223，该纵向狭槽223被构造成能够接收刀杆280的近侧端部282上的插片284。纵向狭槽223和近侧端部282可以被构造成能够允许它们之间的相对移动并且可以包括滑动接头286。滑动接头286可以允许击发构件220的中间击发轴222移动，以在不移动或至少基本上不移动刀杆280的情况下使端部执行器300围绕关节运动接头270做关节运动。一旦端部执行器300已被合适地取向，中间击发轴222便可以朝远侧推进，直到纵向狭槽223的近侧侧壁与插片284接触，以推进刀杆280并击发定位在通道302内的钉仓。脊210在其中具有细长的开口或窗口213，以利于将中间击发轴222组装和***到脊210中。一旦中间击发轴222已被***轴框架中，顶部框架段215就可与轴框架212接合，以封闭其中的中间击发轴222与刀杆280。击发构件220的操作可以见于美国专利申请公布号2014/0263541中。脊210可以被构造成能够可滑动地支撑击发构件220和围绕脊210延伸的闭合管260。脊210可以可滑动地支撑关节运动驱动器230。

可互换轴组件200可以包括离合器组件400，该离合器组件400可以被构造成能够选择性地和可以释放地将关节运动驱动器230联接到击发构件220。离合器组件400包括围绕击发构件220定位的锁定衬圈或锁定套筒402，其中锁定套筒402可以在接合位置和脱离接合位置之间旋转，在接合位置中，锁定套筒402将关节运动驱动器230联接到击发构件220，在脱离接合位置中，关节运动驱动器230没有操作地联接到击发构件220。当锁定套筒402处于接合位置时，击发构件220的远侧移动可以朝远侧移动关节运动驱动器230；并且相应地，击发构件220的近侧移动可以朝近侧移动关节运动驱动器230。当锁定套筒402处于脱离接合位置时，击发构件220的移动未被传输至关节运动驱动器230；并且因此，击发构件220可以独立于关节运动驱动器230移动。喷嘴201可以用于以在美国专利申请公布号2014/0263541中描述的各种方式来使关节运动驱动系统与击发驱动系统操作地接合和脱离接合。

可互换轴组件200可以包括滑环组件600，例如，该滑环组件600可以被构造成能够将电力传导至端部执行器300和/或从该端部执行器传导电力，并且/或者将信号传送至端部执行器300和/或从该端部执行器传送信号。滑环组件600可以包括近侧连接器凸缘604和远侧连接器凸缘601，该远侧连接器凸缘601定位在喷嘴部分202、203中限定的狭槽内。近侧连接器凸缘604可以包括第一面，并且远侧连接器凸缘601可以包括第二面，第二面与第一面相邻定位，并能够相对于第一面移动。远侧连接器凸缘601可以围绕轴心线SA-SA(图1)相对于近侧连接器凸缘604旋转。近侧连接器凸缘604可包括限定在其第一面中的多个同心或至少基本上同心的导体602。连接器607可以安装在远侧连接器凸缘601的近侧面上，并可以具有多个触点，其中每个触点与导体602中的一者对应并与其电接触。这种布置在维持近侧连接器凸缘604与远侧连接器凸缘601之间电接触的同时，允许这两个凸缘之间的相对旋转。例如，近侧连接器凸缘604可以包括电连接器606，该电连接器606可以使导体602与轴电路板进行信号通信。在至少一个示例中，包括多个导体的线束可以在电连接器606与轴电路板之间延伸。电连接器606可以朝近侧延伸穿过被限定在底盘安装凸缘中的连接器开口。名称为“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM”的美国专利申请公开2014/0263551的全文以引用方式并入本文。名称为“STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESSSENSOR SYSTEM”的美国专利申请公开2014/0263552的全文以引用方式并入本文。有关滑环组件600的更多细节可见于美国专利申请公开2014/0263541。

可互换轴组件200可以包括可固定地安装到柄部组件14的近侧部分，以及可以围绕纵向轴线旋转的远侧部分。可旋转的远侧轴部分可以围绕滑环组件600相对于近侧部分旋转。滑环组件600的远侧连接器凸缘601可定位在可旋转的远侧轴部分内。

图4是根据本公开的一个方面的图1的外科器械10的端部执行器300的一个方面的分解图。端部执行器300可以包括砧座306和外科钉仓304。砧座306可以联接到细长通道302。孔199可以限定在细长通道302中，以接收从砧座306延伸的销152，从而允许砧座306相对于细长通道302和外科钉仓304从打开位置枢转到闭合位置。击发杆172被构造成能够纵向平移到端部执行器300中。击发杆172可以由一个实心节段构成，或可以包括层合材料，该层合材料包括钢板叠堆。击发杆172在其远侧端部处包括I形梁178和切割刃182。击发杆172的远侧突出端部可以附接到I型梁178，以在砧座306处于闭合位置时有助于将砧座306与定位在细长通道302中的外科钉仓304间隔开。I形梁178可以包括锋利切割刃182，当通过击发杆172朝远侧推进I形梁178时，该锋利切割刃182用于切断组织。在操作中，I形梁178可以击发或击发外科钉仓304。外科钉仓304可包括模塑的仓体194，该仓体保持多个钉191，这些多个钉安置在钉驱动器192上，这些钉驱动器位于分别向上打开的钉腔195中。楔形滑动件190通过I形梁178朝远侧驱动，从而在外科钉仓304的仓托盘196上滑动。楔形滑动件190使钉驱动器192向上进行凸轮运动，以将钉191挤出成与砧座306变形接触，同时I形梁178的切割刃182切断夹紧的组织。

I形梁178可以包括在击发期间接合砧座306的上部销180。I形梁178可以包括中间销184和底脚186以接合仓体194、仓托盘196和细长通道302的各部分。当外科钉仓304定位在细长通道302内时，限定在仓体194中的狭槽193可以与限定在仓托盘196中的纵向狭槽197以及限定在细长通道302中的狭槽189对齐。在使用中，I形梁178可以滑动穿过对齐的纵向狭槽193、197和189，如图4所示，其中I形梁178的底脚186可以沿着狭槽189的长度接合沿着细长通道302的底表面延伸的沟槽，中间销184可以沿着纵向狭槽197的长度接合仓托盘196的顶表面，并且上部销180可以接合砧座306。当击发杆172朝远侧推进以击发来自外科钉仓304的钉和/或切入在砧座306于外科钉仓304之间捕集的组织时，I形梁178可以分开或限制砧座306与外科钉仓304之间的相对移动。击发杆172和I形梁178可以朝近侧回缩，从而允许砧座306被打开，以释放两个缝合和切断的组织部分。

图5A至图5B是根据本公开的一个方面的跨越两张图纸的图1的外科器械10的控制电路700的框图。主要参见图5A至图5B，柄部组件702可以包括马达714，该马达714可以由马达驱动器715控制，并可以由外科器械10的击发系统采用。在各种形式中，马达714可以是最大转速为约25,000RPM的DC有刷驱动马达。在其它布置方式中，马达714可以包括无刷马达、无绳马达、同步马达、步进马达、或任何其它合适的电动马达。马达驱动器715可以包括例如包括场效应晶体管(FET)719的H桥驱动器。马达714可以由功率组件706供电，该功率组件706可释放地安装到柄部组件200，以用于向外科器械10提供控制功率。功率组件706可以包括电池，该电池可以包括串联连接的、可以用作功率源以为外科器械10供电的多个电池单元。在某些情况下，功率组件706的电池单元可以是可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可以是能够可分离地联接到功率组件706的锂离子电池。

轴组件704可以包括轴组件控制器722，在轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时，该轴组件控制器722可以通过接口与安全控制器和功率管理控制器716通信。例如，接口可以包括第一接口部分725和第二接口部分727，该第一接口部分725可以包括一个或多个用于与对应的轴组件电连接器进行联接接合的电连接器，第二接口部分727可以包括一个或多个用于与对应的功率组件电连接器进行联接接合的电连接器，从而在轴组件704与功率组件706联接到柄部组件702时，允许轴组件控制器722和功率管理控制器716之间进行电通信。可以通过接口传输一个或多个通信信号，以将附接的可互换轴组件704的功率要求中的一个或多个传送到功率管理控制器716。作为响应，功率管理控制器可以依据附接的轴组件704的功率要求调制功率组件706的电池的功率输出，如下文更详细地描述。连接器可以包括开关，这些开关可以在柄部组件702机械联接接合到轴组件704和/或功率组件706，以允许轴组件控制器722与功率管理控制器716之间进行电通信之后被启动。

例如，通过将一个或多个通信信号路由通过位于柄部组件702中的主控制器717，接口可以有利于在功率管理控制器716与轴组件控制器722之间传输这类通信信号。在其它情况下，当轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时，接口可以有利于引导功率管理控制器716与轴组件控制器722之间的通信线穿过柄部组件702。

主控制器717可以是任何单核或多核处理器，诸如由Texas Instruments生产的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，主控制器717可以为例如购自TexasInstruments的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪存存储器或其它非易失性存储器(最多至40MHZ)的片上存储器、用于使性能改善超过40MHz的预取缓冲器、32KB的单循环串行随机存取存储器(SRAM)、装载有

软件的内部只读存储器(ROM)、2KB的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个脉宽调制(PWM)模块、一个或多个正交编码器输入(QEI)模拟、具有12个模拟输入信道的一个或多个12位模数转换器(ADC)、其可用于产品数据表的细节。

安全控制器可以是包括两个基于控制器的系列(诸如TMS570和RM4x)的安全控制器平台，已知同样由Texas Instruments生产的商品名为Hercules ARM Cortex R4。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO 26262安全关键应用等等，以提供先进的集成安全特征件，同时递送可定标的性能、连接性和存储器选项。

功率组件706可以包括功率管理电路，该功率管理电路可以包括功率管理控制器716、功率调制器738和电流感测电路736。在轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时，功率管理电路可以被配置为能够基于轴组件704的功率要求调制电池的功率输出。功率管理控制器716可以被编程以控制功率调制器738调制功率组件706的功率输出，并且电流感测电路736可用于监测功率组件706的功率输出，以便为功率管理控制器716提供与电池的功率输出有关的反馈，使得功率管理控制器716可以调节功率组件706的功率输出以维持理想的输出。功率管理控制器716和/或轴组件控制器722各自可以包括一个或多个可以存储多个软件模块的处理器和/或存储器单元。

外科器械10(图1至图4)可以包括输出装置742，该输出装置742可以包括用于向用户提供感官反馈的装置。此类装置可包括例如视觉反馈装置(例如，LCD显示屏、LED指示器)、音频反馈装置(例如，扬声器、蜂鸣器)或触觉反馈装置(例如，触觉致动器)。在某些情况下，输出装置742可以包括显示器743，该显示器743可以被包含在柄部组件702中。轴组件控制器722和/或功率管理控制器716可以通过输出装置742向外科器械10的用户提供反馈。接口可以被构造成能够将轴组件控制器722和/或功率管理控制器716连接到输出装置742。作为替代，输出装置742可以与功率组件706集成在一起。在这类情况下，当轴组件704联接到柄部组件702时，输出装置742和轴组件控制器722之间的通信可以通过接口实现。

控制电路700包括被配置为能够控制电动外科器械10的操作的电路段。安全控制器段(段1)包括安全控制器和主控制器717段(段2)。安全控制器和/或主控制器717被配置为能够与一个或多个另外的电路段(诸如加速度段、显示器段、轴段、编码器段、马达段和功率段)进行交互。电路段中的每一个可以联接到安全控制器和/或主控制器717。主控制器717还联接到闪存存储器。主控制器717还包括串行通信接口。主控制器717包括联接到例如一个或多个电路段、电池和/或多个开关的多个输入。分段电路可以通过任何合适的电路(诸如电动外科器械10内的印刷电路板组件(PCBA))来实现。应当理解，本文使用的术语“处理器”包括任一种微处理器、处理器、微控制器、控制器，或者将计算机的中央处理单元(CPU)的功能结合到一个集成电路或最多几个集成电路上的其它基础计算装置。主控制器717是多用途的可编程装置，该多用途的可编程装置接受数字数据作为输入，根据存储在其存储器中的指令来处理该输入，并且提供结果作为输出。因为处理器具有内部存储器，所以是顺序数字逻辑的示例。控制电路700可以被配置为能够实现本文所述的过程中的一个或多个。

加速度段(段3)包括加速度计。加速度计被配置为能够检测电动外科器械10的移动或加速度。来自加速度计的输入可以用于转变到休眠模式和从休眠模式转变到其它模式、识别电动外科器械的取向，并且/或者识别外科器械何时已被放下。在一些示例中，加速度段联接到安全控制器和/或主控制器717。

显示器段(段4)包括联接到主控制器717的显示器连接器。显示器连接器通过显示器的一个或多个集成电路驱动器将主控制器717联接到显示器。显示器的集成电路驱动器可以与显示器集成在一起，并且/或者可以与显示器分开定位。显示器可以包括任何合适的显示器，诸如有机发光二极管(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)和/或其它任何合适的显示器。在一些示例中，显示器段联接到安全控制器。

轴段(段5)包括用于联接到外科器械10(图1至图4)的可互换轴组件200(图1和图3)的控件和/或用于联接到可互换轴组件200的端部执行器300的一个或多个控件。轴段包括轴连接器，该轴连接器被配置为能够将主控制器717联接到轴PCBA。轴PCBA包括带有铁电随机存取存储器(FRAM)的低功率微控制器、关节运动开关、轴释放霍尔效应开关和轴PCBAEEPROM。轴PCBA EEPROM包括特定于可互换轴组件200和/或轴PCBA的一个或多个参数、例程和/或程序。轴PCBA可以联接到可互换轴组件200和/或与外科器械10成一体。在一些示例中，轴段包括第二轴EEPROM。第二轴EEPROM包括对应于可以与电动外科器械10交接的一个或多个轴组件200和/或端部执行器300的多个算法、例程、参数、和/或其它数据。

位置编码器段(段6)包括一个或多个磁性角旋转位置编码器。一个或多个磁性角旋转位置编码器被配置为能够识别外科器械10(图1至图4)的马达714、可互换轴组件200(图1和图3)和/或端部执行器300的旋转位置。在一些示例中，磁性角旋转位置编码器可以联接到安全控制器和/或主控制器717。

马达电路段(段7)包括马达714，该马达714被配置为能够控制电动外科器械10(图1至图4)的移动。马达714通过H桥驱动器联接到主微控制器处理器717，该H桥驱动器包括一个或多个H桥场效应晶体管(FET)和马达控制器。H桥驱动器还联接到安全控制器。马达电流传感器与马达串联联接，用于测量马达的电流消耗。马达电流传感器与主控制器717和/或安全控制器进行信号通信。在一些示例中，马达714联接到马达电磁干扰(EMI)滤波器。

马达控制器控制第一马达标记和第二马达标记，以向主处理器717指示马达714的状态和位置。主控制器717通过缓冲器向马达控制器提供脉宽调制(PWM)高信号、PWM低信号、方向信号、同步信号和马达复位信号。功率段被配置为能够向电路段中的每一个提供段电压。

功率段(段8)包括联接到安全控制器、主控制器717和另外的电路段的电池。电池通过电池连接器和电流传感器联接到分段电路。电流传感器被配置为能够测量分段电路的总电流消耗。在一些示例中，一个或多个电压转换器被配置为能够向一个或多个电路段提供预先确定的电压值。例如，在一些示例中，分段电路可以包括3.3V的电压转换器和/或5V的电压转换器。升压转换器被配置为能够提供最高为预先确定的量(诸如，最高至13V)的升压电压。升压转换器被配置为能够在功率密集操作期间提供另外的电压和/或电流，并且被配置为能够防止电压降低状况或低功率状况。

多个开关联接到安全控制器和/或主控制器717。开关可以被配置为能够控制外科器械10(图1至图4)、分段电路的操作并且/或者指示外科器械10的状态。用于紧急救助的应急门开关和霍尔效应开关被配置为能够指示应急门的状态。多个关节运动开关(诸如左侧左关节运动开关、左侧右关节运动开关、左侧中心关节运动开关、右侧左关节运动开关、右侧右关节运动开关和右侧中心关节运动开关)被配置为能够控制可互换轴组件200(图1和图3)和/或端部执行器300(图1和图4)的关节运动。左侧换向开关和右侧换向开关联接到主控制器717。左侧开关(包括左侧左关节运动开关、左侧右关节运动开关、左侧中心关节运动开关和左侧换向开关)通过左挠性连接器联接到主控制器717。右侧开关(包括右侧左关节运动开关、右侧右关节运动开关、右侧中心关节运动开关和右侧换向开关)通过右挠性连接器联接到主控制器717。击发开关、夹持释放开关和轴接合的开关联接到主控制器717。

任何合适的机械开关、机电开关或固态开关可以以任意组合，用于实现多个开关。例如，开关可以是通过与外科器械10(图1至图4)相关联的部件的运动或某个物体的存在来操作的限位开关。此类开关可以用于控制与外科器械10相关联的各种功能。限位开关是由机械地连接到一组触点的致动器构成的机电装置。当某个物体与致动器接触时，该装置操作触点以形成或断开电连接。限位开关不仅耐用、安装简便，还操作可靠，故适用于多种应用和环境。限位开关可确定物体的存在或不存在、经过、定位、以及物体行程的结束。在其它具体实施中，开关可以是在磁场的影响下操作的固态开关，诸如霍尔效应装置、磁阻(MR)装置、巨磁阻(GMR)装置、磁力计及其它。在其它具体实施中，开关可以是在光的影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、红外线传感器、紫外线传感器及其它。同样，开关可以是固态装置，诸如晶体管(例如，FET、结型FET、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、双极型晶体管等)。其他开关可包括无线开关、超声开关、加速度计、惯性传感器及其他。

图6是根据本公开的一个方面的图1的外科器械的控制电路700的另一框图，其示出柄部组件702与功率组件706之间以及柄部组件702与可互换轴组件704之间的接口。柄部组件702可以包括主控制器717、轴组件连接器726和功率组件连接器730。功率组件706可以包括功率组件连接器732、功率管理电路734，该功率管理电路734可以包括功率管理控制器716、功率调制器738和电流感测电路736。轴组件连接器730、732形成接口727。功率管理电路734可以被配置为能够在可互换轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时，基于可互换轴组件704的功率要求调制电池707的功率输出。例如，功率管理控制器716可以被编程以控制功率调制器738调制功率组件706的功率输出，并且电流感测电路736可以用于监测功率组件706的功率输出，以便为功率管理控制器716提供与电池707的功率输出有关的反馈，使得功率管理控制器716可以调节功率组件706的功率输出以维持理想的输出。轴组件704包括联接到非易失性存储器721的轴处理器719和将轴组件704电联接到柄部组件702的轴组件连接器728。轴组件连接器726、728形成接口725。主控制器717、轴处理器719和/或功率管理控制器716可以被配置为能够实现本文所述的过程中的一个或多个。

外科器械10(图1至图4)可以包括向用户输出感官反馈的输出装置742。此类装置可以包括视觉反馈装置(例如，LCD显示屏、LED指示器)、听觉反馈装置(例如，扬声器、蜂鸣器)或触觉反馈装置(例如，触觉致动器)。在某些情况下，输出装置742可以包括显示器743，该显示器743可以被包含在柄部组件702中。轴组件控制器722和/或功率管理控制器716可以通过输出装置742向外科器械10的用户提供反馈。接口727可以被构造成能够将轴组件控制器722和/或功率管理控制器716连接到输出装置742。输出装置742可以与功率组件706集成在一起。当可互换轴组件704联接到柄部组件702时，输出装置742与轴组件控制器722之间的通信可以通过接口725实现。已经描述了用于控制外科器械10(图1至图4)的操作的控制电路700(图5A至图5B和图6)，本公开现在转向外科器械10(图1至图4)和控制电路700的各种配置。

图7示出了控制电路800，该控制电路800被配置为能够控制根据本公开的一个方面的外科器械10(图1至图4)的各方面。控制电路800可以被配置为能够实现本文所述的各种过程。控制电路800可以包括控制器，该控制器包括联接到至少一个存储器电路804的一个或多个处理器802(例如，微处理器、微控制器)。存储器电路804存储在由处理器802执行时致使处理器802执行机器指令以实现本文所述的各种过程的机器可执行指令。处理器802可以是本领域中已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路804可以包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器802可以包括指令处理单元806和运算单元808。指令处理单元可以被配置为能够从存储器电路804接收指令。

图8示出了被配置为能够控制根据本公开的一个方面的外科器械或工具10(图1至图4)的各方面的组合逻辑电路810。组合逻辑电路810可以被配置为能够实现本文所述的各种过程。电路810可以包括有限状态机，该有限状态机包括组合逻辑电路812，该组合逻辑电路812被配置为能够在输入814处接收与外科器械10相关联的数据，通过组合逻辑812处理数据并提供输出816。

图9示出了根据本公开的一个方面的被配置为能够控制外科器械10(图1至图4)的各个方面的时序逻辑电路820。时序逻辑电路820或组合逻辑电路822可以被配置为能够实现本文所述的各种过程。电路820可以包括有限状态机。时序逻辑电路820可以包括例如组合逻辑电路822、至少一个存储器电路824和时钟829。至少一个存储器电路820可以存储有限状态机的当前状态。在某些情况下，时序逻辑电路820可以是同步的或异步的。组合逻辑电路822被狗造成能够从输入826接收与外科器械10相关联的数据，通过组合逻辑电路822处理数据并提供输出828。在其它方面，电路可以包括处理器802和有限状态机的组合以实现本文的各种过程。在其它方面中，有限状态机可以包括组合逻辑电路810和时序逻辑电路820的组合。

各方面可以被实现为制品。该制品可以包括被布置成存储用于执行一个或多个方面的各种操作的逻辑、指令和/或数据的计算机可读存储介质。例如，制品可以包括磁盘、光盘、闪存存储器或固件，这些制品包括适于由通用处理器或专用处理器执行的计算机程序指令。

图10是根据本公开的一个方面的外科器械10(图1至图4)的绝对定位系统1100的图，其中绝对定位系统1100包括含有传感器布置1102的受控的马达驱动电路布置。用于绝对定位系统1100的传感器布置1102提供对应于位移构件1111的位置的独特位置信号。简略地转向图2至图4，在一个方面，位移构件1111表示可纵向移动的驱动构件120(图2)，其包括用于与齿轮减速器组件84的对应驱动齿轮86啮合接合的一排驱动齿122。在其它方面，位移构件1111表示击发构件220(图3)，该击发构件220可以被适配和构造成能够包括一排驱动齿。在另一方面，位移构件1111表示击发杆172(图4)或I形梁178(图4)，击发杆172或I形梁178中的每一者可以被适配和构造成能够包括一排驱动齿。因此，如本文所用，术语位移构件一般用来指外科器械10的任何可移动构件，诸如驱动构件120、击发构件220、击发杆172、I形梁178或任何可以移位的元件。在一个方面，可纵向移动的驱动构件120联接到击发构件220、击发杆172和I形梁178。因此，绝对定位系统1100实际上可以通过跟踪可纵向移动的驱动构件120的线性位移来跟踪I形梁178的线性位移。在各种其它方面，位移构件1111可以联接到适于测量线性位移的任何传感器。因此，可纵向移动的驱动构件120、击发构件220、击发杆172或I形梁178或组合可以联接到任何合适的线性位移传感器。线性位移传感器可包括接触式位移传感器或非接触式位移传感器。线性位移传感器可以包括线性可变差分变压器(LVDT)、差分可变磁阻换能器(DVRT)、滑动电位计、包括可移动磁体和一系列线性布置的霍尔效应传感器的磁性感测系统、包括固定磁体和一系列可移动的线性布置的霍尔效应传感器的磁性感测系统、包括可移动光源和一系列线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或包括固定光源和一系列可移动的线性布置的光电二极管或光电检测器的光学感测系统、或它们的任何组合。

电动马达1120可以包括操作地与齿轮组件1114交接的可旋转轴1116，该齿轮组件1114与一组或一排驱动齿啮合接合地安装在位移构件1111上。传感器元件1126可以操作地联接到齿轮组件1114，使得传感器元件1126的单次旋转对应于位移构件1111的一些线性纵向平移。传动装置和传感器1118的布置可以经由齿条齿轮式布置连接至线性致动器，或者经由正齿轮或其它连接连接至旋转致动器。功率源1129为绝对定位系统1100供电，并且输出指示器1128可以显示绝对定位系统1100的输出。在图2中，位移构件1111表示可纵向移动的驱动构件120，该可纵向移动的驱动构件120包括形成于其上的一排驱动齿122，以用于与齿轮减速器组件84的对应驱动齿轮86啮合接合。位移构件1111表示可纵向移动的击发构件220、击发杆172、I形梁178或它们的组合。

与位置传感器1112相关联的传感器元件1126的单次旋转等同于位移构件1111的纵向线性位移d1，其中d1是在联接到位移构件1111的传感器元件1126的单次旋转之后位移构件1111从点“a”移动到点“b”的纵向线性距离。可以经由齿轮减速连接传感器布置1102，该齿轮减速导致位置传感器1112针对位移构件1111的全行程完成一次或多次旋转。位置传感器1112可以针对位移构件1111的全行程完成多次旋转。

可以单独或结合齿轮减速采用一系列开关1122a-1122n(其中n为大于一的整数)以针对位置传感器1112的不止一次旋转提供独特位置信号。开关1122a-1122n的状态被馈送回控制器1104，该控制器1104应用逻辑以确定对应于位移构件1111的纵向线性位移d1+d2+…dn的独特位置信号。位置传感器1112的输出1124被提供给控制器1104。该传感器布置1102的位置传感器1112可以包括磁性传感器、模拟旋转传感器(如电位差计)、模拟霍尔效应元件的阵列，该模拟霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。

因此，绝对定位系统1100在器械上电时提供位移构件1111的绝对位置，并且不使位移构件1111回缩或推进至如常规旋转编码器可能需要的复位(清零或本位)位置，这些常规旋转编码器仅对马达1120采取的向前或向后的步骤数进行计数以推断装置致动器、驱动棒、刀等等的位置。

可以对控制器1104进行编程以执行各种功能，诸如对刀和关节运动系统的速度和位置的精确控制。在一个方面，控制器1104包括处理器1108和存储器1106。电动马达1120可以是有刷直流马达，其具有齿轮箱以及至关节运动或刀系统的机械链接。在一个方面，马达驱动器1110可以是购自Allegro Microsystems,Inc的A3941。其它马达驱动器可以容易地被替换以在绝对定位系统1100中使用。绝对定位系统1100的更详细描述在2016年4月15日提交的标题为SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING ANDCUTTING INSTRUMENT的美国专利申请号15/130,590中有所描述，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。

控制器1104可以被编程为提供对位移构件1111和关节运动系统的速度和位置的精确控制。控制器1104可以被配置为能够计算控制器1104的软件中的响应。将计算的响应与实际系统的所测量响应进行比较，以获得“观察到的”响应，其用于实际反馈决定。观察到的响应为有利的调谐值，该值使所模拟响应的平滑连续性质与所测量响应均衡，其可感测对系统的外部影响。

绝对定位系统1100可以包括和/或可以被编程以实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。功率源1129将来自反馈控制器的信号转换为对系统的物理输入：在这种情况下为电压。其它示例包括电压、电流和力的脉宽调制(PWM)。除了位置传感器1112所测量的位置之外，可以提供其它传感器1118以测量物理系统的物理参数。在数字信号处理系统中，绝对定位系统1100联接到数字数据采集系统，其中绝对定位系统1100的输出将具有有限分辨率和采样频率。绝对定位系统1100可以包括比较和组合电路，以使用算法(诸如加权平均和理论控制环路)将计算响应与测量响应进行组合，该算法朝向所测量的响应驱动计算响应。物理系统的计算响应将特性如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻考虑在内，以通过得知输入来预测物理系统将有的状态和输出。控制器1104可以是控制电路700(图5A至图5B)。

马达驱动器1110可以是购自Allegro Microsystems，Inc的A3941。A3941驱动器1110为全桥控制器，其用于与针对电感负载(诸如有刷DC马达)特别设计的外部N-信道功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)一起使用。驱动器1110包括独特的电荷泵稳压器，其为低至7V的电池电压提供完整的(>10V)门极驱动并且允许A3941在低至5.5V的减速门极驱动下工作。可以采用自举电容器来提供N-信道MOSFET所需的上述电池供电电压。高边驱动装置的内部电荷泵允许直流(100％占空比)操作。可使用二极管或同步整流在快衰减模式或慢衰减模式下驱动全桥。在慢衰减模式下，电流再循环可穿过高边或低边FET。通过电阻器可调式空载时间保护功率FET不被击穿。整体诊断指示欠压、过热和功率桥故障，并且可被配置为能够在大多数短路情况下保护功率MOSFET。其它马达驱动器可以容易地取代以在绝对定位系统1100中使用。

已描述总体架构以用于针对传感器布置1102实现绝对定位系统1100的各方面，本公开现在转向图11和图12以获取绝对定位系统1100的传感器布置1102的一个方面的描述。图11是根据一个方面的绝对定位系统1100的传感器布置1102的分解透视图，其示出了电路1205和传感器布置1102的元件的相对对齐。绝对定位系统1100的传感器布置1102包括位置传感器1200、磁体1202传感器元件、位移构件1111的每次全行程转动一次的磁体保持器1204、和用于提供齿轮减速的齿轮组件1206。简略地参考图2，位移构件1111表示可纵向移动的驱动构件120，该可纵向移动的驱动构件120包括一排驱动齿122，以用于与齿轮减速器组件84的对应驱动齿轮86啮合接合。转向图1，提供了结构元件(诸如托架1216)以支撑齿轮组件1206、磁体保持器1204和磁体1202。位置传感器1200包括磁性感测元件(诸如，霍尔元件)并且被设置成接近磁体1202。当磁体1202旋转时，位置传感器1200的磁性感测元件确定经过一次旋转的磁体1202的绝对角位置。

传感器布置1102可以包括任何数量的磁性感测元件，诸如根据它们是否测量磁场的总磁场或矢量分量而被分类的磁性传感器。用于产生上述两种类型磁性传感器的技术涵盖物理学和电子学的多个方面。用于磁场感测的技术包括探测线圈、磁通门、光泵、核旋、超导量子干涉仪(SQUID)、霍尔效应、各向异性磁电阻、巨磁电阻、磁性隧道结、巨磁阻抗、磁致伸缩/压电复合材料、磁敏二极管、磁敏晶体管、光纤、磁光，以及基于微机电系统的磁性传感器等。

齿轮组件包括第一齿轮1208和第二齿轮1210，它们啮合接合以提供3:1齿轮齿数比连接。第三齿轮1212围绕轴1214旋转。第三齿轮1212与位移构件1111(或如图2所示的120)啮合接合，并且当位移构件1111沿远侧方向D推进时沿第一方向旋转，并且当位移构件1111沿近侧方向P回缩时沿第二方向旋转。第二齿轮1210也围绕轴1214旋转，因此，第二齿轮1210围绕轴1214的旋转对应于位移驱动构件1111的纵向平移。从而，位移构件1111沿远侧方向D或近侧方向P的一个全行程对应于第二齿轮1210的三次旋转和第一齿轮1208的单次旋转。由于磁体保持器1204联接到第一齿轮1208，磁体保持器1204随着位移驱动构件1111的每个全行程进行一次完整旋转。

位置传感器1200由位置传感器保持器1218支撑，该位置传感器保持器1218限定孔1220，该孔1220适于包含位置传感器1200，该位置传感器1200与在下方旋转的磁体保持器1204内的磁体1202精确对齐。夹具联接到托架1216以及电路1205，并且在磁体1202随磁体保持器1204旋转时保持静止。提供了一种轮毂1222以与第一齿轮1208和磁体保持器1204配合。还示出了联接到轴1214的第二齿轮1210和第三齿轮1212。

图12是根据本公开的一个方面的绝对定位系统1100的位置传感器1200的图，该绝对定位系统包括磁性旋转绝对定位系统。位置传感器1200可以被实现为AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器，其可以购自Austria Microsystems，AG。位置传感器1200与控制器1104交接，以提供绝对定位系统1100。位置传感器1200是低电压和低功率部件，并且包括位于磁体1202上方的位置传感器1200的区域1230中的四个霍尔效应元件1228A、1228B、1228C、1228D(图15和图16)。在芯片上也提供了高分辨率ADC 1232和智能型电源管理控制器1238。提供了CORDIC处理器1236(针对坐标旋转数字计算机(COordinate Rotation DIgitalComputer))，也称为逐位法和Volder算法，以实现简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，其仅需要加法、减法、位位移和表格查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过诸如SPI接口1234的标准串行通信接口传输到控制器1104。位置传感器1200提供12或14位分辨率。位置传感器1200可以是以小QFN 16引脚4×4×0.85mm封装提供的AS5055芯片。

霍尔效应元件1228A、1228B、1228C、1228D位于旋转磁体1202(图11)正上方。霍尔效应是众所周知的效应，并且为了方便起见，本文将不对其进行详细描述，然而，一般来讲，霍尔效应会在电导体上产生横向于导体中的电流的电压差(霍尔电压)和垂直于电流的磁场。霍尔系数被限定为感应电场与电流密度和所施加磁场的乘积的比率。其为从中制备导体的材料的特性，因为其值取决于构成电流的电荷载体的类型、数目和性能。在AS5055位置传感器1200中，霍尔效应元件1228A、1228B、1228C、1228D能够产生电压信号，其指示根据磁体1202经过单次旋转的角度的磁体1202的绝对位置。由CORDIC处理器1236计算角度的这个值(其为独特位置信号)，并且将其以机载方式存储在寄存器或存储器中的AS5055位置传感器1200上。在多种技术中，如在上电时或在由控制器1104发出请求时，向控制器1104提供角度的值，其指示经过一次旋转的磁体1202的位置。

AS5055位置传感器1200在连接至控制器1104时仅需要几个外部部件就可以操作。使用单一功率源的简单应用需要六根电线：两根电线用于电力，并且四根电线1240用于与控制器1104的SPI接口1234。可以加入第七连接，以便向控制器1104发送中断以通知可以读取新的有效角度。在通电时，AS5055位置传感器1200执行完全通电序列，包括一个角度测量。该循环的完成表示为INT输出1242，并且角度值存储在内部寄存器中。一旦设定了这一输出，AS5055位置传感器1200就暂停为休眠模式。控制器1104可以通过SPI接口1234从AS5055位置传感器1200读取角度值来响应于INT输出1242处的INT请求。一旦由控制器1104读取了角度值，就再次清除INT输出1242。由控制器1104通过SPI接口1234向位置传感器1200发送“读取角度”命令也自动使芯片上电并且启动另一个角度测量。控制器1104一完成角度值的读取，就清除INT输出1242并且将新的结果存储在角度寄存器中。通过设定INT输出1242和状态寄存器中的对应标志再次指示角度测量的完成。

由于AS5055位置传感器1200的测量原理，每个上电序列之后，在非常短的时间(～600μs)内仅执行单次角度测量。一个角度的测量一完成，AS5055位置传感器1200就暂停为掉电状态。未实现根据数字平均化的角度值的片上过滤，因为这将需要不止一个角度测量并且因此需要更长上电时间，这在低功率应用中是不期望的。可以通过在控制器1104中对数个角度样品进行平均来减少角度抖动。例如，平均4个采样可以使抖动减少6dB(50％)。

图13是根据本公开的一个方面的外科器械10(图1至图4)的端部执行器2502的剖视图，其示出相对于抓握在端部执行器2502内的组织2526击发行程的I形梁2514。端部执行器2502被构造成能够与在图1至图4中示出的外科器械10一起操作。端部执行器2502包括砧座2516和细长通道2503，其中钉仓2518定位在细长通道2503中。击发杆2520可以沿着端部执行器2502的纵向轴线2515朝远侧和近侧平移。当端部执行器2502未进行关节运动时，端部执行器2502与器械的轴成一直线。包括切割刃2509的I形梁2514在击发杆2520的远侧部分处示出。楔形滑动件2513定位在钉仓2518中。当I形梁2514朝远侧平移时，切割刃2509接触并且可以切割定位在砧座2516与钉仓2518之间的组织2526。而且，I形梁2514接触楔形滑动件2513并朝远侧推动它，从而致使楔形滑动件2513接触钉驱动器2511。钉驱动器2511可以被向上驱动到钉2505中，从而使得钉2505推进穿过组织并进入限定在砧座2516中的凹坑2507中，该凹坑使钉2505成形。

示例性I形梁2514击发行程通过与端部执行器2502对齐的图表2529示出。还示出了示例性组织2526与端部执行器2502对齐。击发构件行程可包括行程开始位置2527和行程结束位置2528。在I形梁2514击发行程期间，I形梁2514可以从行程开始位置2527朝远侧推进到行程结束位置2528。I形梁2514在行程开始位置2527的一个示例性位置处示出。I形梁2514击发构件行程图表2529示出了五个击发构件行程区域2517、2519、2521、2523、2525。在第一击发行程区域2517中，I形梁2514可以开始朝远侧推进。在第一击发行程区域2517中，I形梁2514可以接触楔形滑动件2513并开始使其朝远侧移动。然而，在第一区域中时，切割刃2509可以不接触组织，并且楔形滑动件2513可以不接触钉驱动器2511。在克服静摩擦力之后，在第一区域2517中驱动I形梁2514的力可以是基本上恒定的。

在第二击发构件行程区域2519中，切割刃2509可以开始接触并切割组织2526。而且，楔形滑动件2513可以开始接触钉驱动器2511以驱动钉2505。驱动I形梁2514的力可以开始上升。如图所示，由于砧座2516相对于钉仓2518枢转的方式，起初遇到的组织可以被压缩和/或变薄。在第三击发构件行程区域2521中，切割刃2509可以连续地接触并切割组织2526，并且楔形滑动件2513可以反复接触钉驱动器2511。驱动I形梁2514的力可以在第三区域2521中平稳。通过第四击发行程区域2523，驱动I形梁2514的力可能开始下降。例如，端部执行器2502的对应于第四击发区域2523的部分中的组织可以比更靠近砧座2516的枢转点的组织压缩得更少，从而需要更少的切割力。而且，切割刃2509和楔形滑动件2513可以在第四区域2523中时到达组织2526的端部。当I形梁2514到达第五区域2525时，组织2526可以被完全切断。楔形滑动件2513可以在组织的端部处或附近接触一个或多个钉驱动器2511。可以减小I形梁2514推进通过第五区域2525的力，并且在一些示例中，可以类似于在第一区域2517中驱动I形梁2514的力。在击发构件行程结束时，I形梁2514可以到达行程结束位置2528。图18中的击发构件行程区域2517、2519、2521、2523、2525的定位仅是一个示例。在一些示例中，不同区域可以例如基于砧座2516与钉仓2518之间的组织的定位在沿着端部执行器纵向轴线2515的不同位置处开始。

如上所述并且现在参考图10至图13，可以利用定位在外科器械10(图1至图4)的柄部组件内的电动马达1122使轴组件(包括I形梁2514)的击发系统相对于轴组件的端部执行器2502推进和/或回缩，以便缝合和/或切入捕集在端部执行器2502内的组织。I形梁2514可以期望的速度在或在期望的速度范围内推进或回缩。控制器1104可以被配置为能够控制I形梁2514的速度。控制器1104可以被配置为能够基于例如向电动马达1122供应的电力的各种参数(诸如电压和/或电流)和/或电动马达1122的其它操作参数或外部影响来预测I形梁2514的速度。控制器1104可以被配置为能够基于向电动马达1122供应的电流和/或电压的先前值和/或系统的先前状态(如速度、加速度和/或位置)来预测I形梁2514的当前速度。控制器1104还可以被配置为能够利用例本文所述的绝对定位传感器系统来感测I形梁2514的速度。控制器1104可以被配置为能够将I形梁2514的预测速度与I形梁2514的感测速度进行比较，以确定是否应当增加电动马达1122的功率以便增加I形梁2514的速度和/或减小功率以便减小I形梁2514的速度。名称为“MOTOR-DRIVEN SURGICAL CUTTING INSTRUMENT”的美国专利号8,210,411，其全文以引用方式并入本文。名称为“SURGICAL INSTRUMENT HAVINGRECORDING CAPABILITIES”的美国专利号7,845,537，其全文以引用方式并入本文。

作用在I形梁2514上的力可以使用各种技术来确定。I形梁2514力可以通过测量马达2504电流来确定，其中马达2504电流是基于当I形梁2514朝远侧推进时I形梁2514经历的负载。I形梁2514力可以通过将应变仪定位在驱动构件120(图2)、击发构件220(图2)、I形梁2514(图20的I形梁178)，击发杆172(图2)上、和/或定位在切割刃2509的近侧端部上来确定。I形梁2514力可通过下述方法来确定：在预先确定的实耗时间段T₁之后基于马达2504的当前设定速度监测以预期速度移动的I形梁2514的实际位置，并且在时间段T₁结束时基于马达2504的当前设定速度比较相对于I形梁2514的预期位置的I形梁2514的实际位置。因此，如果I形梁2514的实际位置小于I形梁2514的预期位置，则I形梁2514上的力大于标称力。相反，如果I形梁2514的实际位置大于I形梁2514的预期位置，则I形梁2514上的力小于标称力。I形梁2514的实际位置与预期位置之间的差值与I形梁2514上的力与标称力的偏差成比例。这些技术在代理人案卷号END8195USNP中有所描述，该文献全文以引用方式并入本文。

图14示出了根据本公开的一个方面的被编程为控制位移构件的远侧平移的外科器械2500的框图。在一个方面，外科器械2500被编程为控制位移构件1111诸如I形梁2514的远侧平移。外科器械2500包括端部执行器2502，该端部执行器2502可以包括砧座2516、I形梁2514(包括锋利切割刃2509)和可移除的钉仓2518。例如，参考图1至图13，端部执行器2502、砧座2516、I形梁2514和钉仓2518可以如本文所述构造。

诸如I形梁2514的线性位移构件1111的位置、移动、位移和/或平移可以通过如图10至图12所示并且表示为图14中的位置传感器2534的绝对定位系统1100、传感器布置1102和位置传感器1200测量。由于I形梁2514联接到可纵向移动的驱动构件120，因此I形梁2514的位置可以通过采用位置传感器2534测量可纵向移动的驱动构件120的位置来确定。因此，在以下描述中，I形梁2514的位置、位移和/或平移可以通过本文所述的位置传感器2534来实现。控制电路2510(诸如在图5A和图5B中描述的控制电路700)可以被编程为控制位移构件1111诸如I形梁2514的平移，如结合图10至图12所描述的。在一些示例中，控制电路2510可以包括一个或多个微控制器、微处理器或其它合适的处理器，以用于执行致使一个或多个处理器以所述方式控制位移构件(例如，I形梁2514)的指令。在一个方面，定时器/计数器电路2531向控制电路2510提供输出信号，诸如实耗时间或数字计数，以将如由位置传感器2534确定的I形梁2514的位置与定时器/计数器电路2531的输出相关联，使得控制电路2510可以确定I形梁2514在相对于起始位置的特定时间(t)处的位置。定时器/计数器电路2531可以被配置为能够测量实耗时间、计数外部事件或时间外部事件。

控制电路2510可以生成马达设定点信号2522。马达设定点信号2522可以被提供给马达控制器2508。马达控制器2508可以包括一个或多个电路，这些电路被配置为能够向马达2504提供马达驱动信号2524，以驱动马达2504，如本文所述。在一些示例中，马达2504可以是有刷DC电动马达，诸如在图1、图5B、图10中示出的马达82、714、1120。例如，马达2504的速度可以与马达驱动信号2524成比例。在一些示例中，马达2504可以是无刷直流(DC)电动马达，并且马达驱动信号2524可以包括提供给马达2504的一个或多个定子绕组的脉宽调制(PWM)信号。而且，在一些示例中，可以省略马达控制器2508，并且控制电路2510可以直接生成马达驱动信号2524。

马达2504可以从能量源2512处接收电力。能量源2512可以是或可包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源2512。马达2504可以经由传输装置2506机械联接到I形梁2514。传输装置2506可以包括一个或多个齿轮或其它连杆部件，以将马达2504联接到I形梁2514。位置传感器2534可以感测I形梁2514的位置。位置传感器2534可以是或可包括能够生成指示I形梁2514的位置的位置数据的任何类型的传感器。在一些示例中，位置传感器2534可以包括编码器，该编码器被配置为能够在I形梁2514朝远侧和近侧平移时向控制电路2510提供一系列脉冲。控制电路2510可以跟踪脉冲以确定I形梁2514的位置。可以使用其它合适的位置传感器，包括例如接近传感器。其它类型的位置传感器可以提供指示I形梁2514的运动的其它信号。而且，在一些示例中，可以省略位置传感器2534。在马达2504是步进马达的情况下，控制电路2510可以通过聚集马达2504已被命令执行的步骤的数量和方向来跟踪I形梁2514的位置。位置传感器2534可以位于端部执行器2502中或器械的任何其它部分处。

控制电路2510可以与一个或多个传感器2538通信。传感器2538可以定位在端部执行器2502上并且被适配为与外科器械2500一起操作以测量各种衍生参数，诸如间隙距离与时间、组织压缩与时间、以及砧座应变与时间。传感器2538可以包括例如磁性传感器、磁场传感器、应变仪、压力传感器、力传感器、电感式传感器(诸如涡流传感器)、电阻式传感器、电容式传感器、光学传感器、和/或用于测量端部执行器2502的一个或多个参数的任何其它合适的传感器。传感器2538可以包括一个或多个传感器。

一个或多个传感器2538可以包括应变仪，诸如微应变仪，该应变仪被配置为能够在夹持条件期间测量砧座2516中的应变的量值。应变仪提供电信号，该电信号的幅值随着应变量值而变化。传感器2538可以包括压力传感器，该压力传感器被配置为能够检测由砧座2516与钉仓2518之间的压缩组织的存在生成的压力。传感器2538可以被配置为能够检测位于砧座2516与钉仓2518之间的组织节段的阻抗，该阻抗指示位于其间的组织的厚度和/或填充度。

传感器2538可以被配置为能够测量由闭合驱动系统30施加在砧座2516上的力。例如，一个或多个传感器2538可以位于闭合管260(图3)与砧座2516之间的交互点处，以检测由闭合管施加到砧座2516的闭合力。施加在砧座2516上的力可以表示在砧座2516与钉仓2518之间捕集的组织节段所经历的组织压缩。一个或多个传感器2538可以沿闭合驱动系统30(图2)定位在各种交互点处，以检测由闭合驱动系统30施加到砧座2516的闭合力。一个或多个传感器2538可以在夹持操作期间由如图5A至图5B所述的处理器实时取样。控制电路2510接收实时样本测量值以提供和分析基于时间的信息，并实时评估施加到砧座2516的闭合力。

可以采用电流传感器2536来测量由马达2504消耗的电流。推进I形梁2514所需的力对应于由马达2504消耗的电流。将力转换成数字信号并将其提供给控制电路2510。

使用本文结合图1至图14所公开的器械的物理特性，并且参考图14，控制电路2510可以被配置为能够模拟器械的实际系统在控制器的软件中的响应。可以致动位移构件以将端部执行器2502中的I形梁2514以目标速度或接近目标速度移动。外科器械2500可以包括反馈控制器，该反馈控制器可以是任何反馈控制器中的一者，包括但不限于例如PID、状态反馈、LQR和/或自适应控制器。外科器械2500可以包括功率源，以例如将来自反馈控制器的信号转换为物理输入，诸如外壳电压、脉宽调制(PWM)电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力。

外科器械2500的实际驱动系统被配置为能够通过具有齿轮箱和与关节运动和/或刀系统的机械链路的有刷DC马达驱动位移构件、切割构件或I形梁2514。另一个示例为操作例如可互换轴组件的位移构件和关节运动驱动器的电动马达2504。外部影响是事物如组织、周围身体和摩擦对物理系统的未测量的、不可预测的影响。此类外部影响可以被称为对抗电动马达2504作用的曳力。外部影响诸如曳力可导致物理系统的操作偏离物理系统的期望操作。

在详细说明外科器械2500的各方面之前，应该指出的是，示例性方面的应用或使用并不局限于附图和具体实施方式中所示出的部件的配置和布置的细节。示例性方面可以与其它方面、变型和修改形式一起实现或结合在在一起，并且可以通过多种方式实践或执行。此外，除非另外指明，否则本文所用的术语和表达是为了方便读者而对示例性方面进行描述而所选的，并非为了其限制性的目的。而且，应当理解，以下描述的方面中的一个或多个、方面和/或示例的表达可以与以下描述的其它方面、方面和/或示例的表达中的任何一个或多个组合。

各种示例方面涉及外科器械2500，其包括具有马达驱动的外科缝合和切割具体实施的端部执行器2502。例如，马达2504可以沿端部执行器2502的纵向轴线朝远侧和朝近侧驱动位移构件。端部执行器2502可以包括可枢转的砧座2516，并且当被构造成用于使用时，钉仓2518定位成与砧座2516相对。临床医生可以抓住砧座2516与钉仓2518之间的组织，如本文所述。当准备好使用器械2500时，临床医生可以例如通过按下器械2500的触发器来提供击发信号。响应于击发信号，马达2504可以沿端部执行器2502的纵向轴线将位移构件从近侧行程开始位置朝远侧驱动至行程开始位置远侧的行程结束位置。当位移构件朝远侧平移时，具有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁2514可以切割钉仓2518与砧座2516之间的组织。

在各种示例中，外科器械2500可以包括控制电路2510，该控制电路被编程为例如基于一个或多个组织条件来控制位移构件(诸如I形梁2514)的远侧平移。控制电路2510可以被编程为直接或间接地感测组织条件，诸如厚度，如本文所述。控制电路2510可以被编程为基于组织状况来选择击发控制程序。击发控制程序可以描述位移构件的远侧运动。可以选择不同的击发控制程序以更好地处理不同的组织状况。例如，当存在较厚的组织时，控制电路2510可以被编程为以较低的速度和/或以较低的功率平移位移构件。当存在较薄的组织时，控制电路2510可以被编程为以较高的速度和/或以较高的功率平移位移构件。

在一些示例中，控制电路2510可以针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环配置操作马达2504。基于在行程的开环部分期间器械2500的响应，控制电路2510可以选择击发控制程序。器械的响应可以包括在开环部分期间位移构件的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供给马达2504的能量、马达驱动信号的脉冲宽度之和等。在开环部分之后，控制电路2510可以对位移构件行程的第二部分实现所选择的击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路2510可以基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调制马达2504，以使位移构件以恒定速度平移。

图15示出了绘制根据本公开的一个方面执行的两个示例性位移构件行程的图2580。图2580包括两个轴线。水平轴线2584指示实耗时间。垂直轴线2582表示1形梁2514在行程开始位置2586与行程结束位置2588之间的位置。在水平轴线2584上，控制电路2510可以接收击发信号并开始在t₀处提供初始马达设置。位移构件行程的开环部分是可以在t₀和t₁之间耗用的初始时间段。

第一示例2592示出了当厚组织定位在砧座2516与钉仓2518之间时外科器械2500的响应。在位移构件行程的开环部分期间，例如在t₀和t₁之间的初始时间段期间，I形梁2514可以从行程开始位置2586横穿到位置2594。控制电路2510可以确定位置2594对应于以所选择的恒定速度(V慢)推进I形梁2514的击发控制程序，该所选择的恒定速度由t₁(例如，在闭环部分中)之后的示例2592的斜坡指示。控制电路2510可以通过监测I形梁2514的位置并且调制马达设定点2522和/或马达驱动信号2524来将I形梁2514驱动到速度V慢以维持V慢。第二示例2590示出了当薄组织定位在砧座2516与钉仓2518之间时外科器械2500的响应。

在t₀和t₁之间的初始时间段(例如，开环段)期间，I形梁2514可以从行程开始位置2586横穿到位置2596。控制电路可以确定位置2596对应于以所选择的恒定速度(V快)推进位移构件的击发控制程序。因为示例2590中的组织比示例2592中的组织薄，所以它可以为I形梁2514的运动提供较小的阻力。结果，I形梁2514可以在初始时间段期间横穿行程的较大部分。另外，在一些示例中，较薄的组织(例如，在初始时间段期间横穿的位移构件行程的较大部分)可以对应于初始时间段之后的较高的位移构件速度。

图16是根据本公开的一个方面的描绘作为位移构件行进(d)的函数的马达电流(I)的曲线图5000。现在将还参考图10至图15来描述图16。在图16所示的示例中，水平轴线5002表示I形梁2514在钉仓2518的长度上的位移。例如，水平轴线5002被缩放以表示I形梁2514在钉仓2518(诸如10-60mm的钉仓)的长度X上的位移。曲线图5000的水平轴线5002表示I形梁2514的行进，并且竖直轴线5004表示马达2504消耗的电流(I)。

在一个方面，外科器械2500被编程为控制作为位移构件(例如，在其横穿钉仓2518时的I形梁2514)的位置、位移或行进的函数的击发马达电流(I)。控制电路2510监测位置传感器2534输出以确定I形梁2514的位置。位置传感器2534采用结合图10至图15描述的绝对定位系统1100。在如由定时器/计数器2531测量的预先确定的时间间隔内确定的I形梁2514的位移可以用作施加到I形梁2514的力的代理，以控制I形梁2514的位移速率或速度，从而控制I形梁2514上的击发力。因此，I形梁2514到达已知距离所花费的时间(t)由定时器/计数器2531确定，并且在该时间(t)期间行进的距离由位置传感器2534确定，如结合绝对定位系统1100所描述的。I形梁2514到达已知距离所花费的时间(t)以及在该时间(t)期间行进的距离可以被控制算法或过程采用以使马达电流(I)最大化而无需过度增加I形梁2514上的力负载。这使得能够穿过组织适当地形成钉。

因此，外科器械2500被配置为能够相对于预定义的时间间隔以其当前编程的速度对I形梁2514的预期位移进行持续测量，以作为施加至I形梁2514的力的代理。由I形梁2514行进的测量距离和由I形梁2514行进的预期距离之间的差值乘以一个函数(例如，切割刃2509的摩擦系数、关节运动角度、切割刃2509在行程内的位置)可以被采用来计算I形梁2514上的负载，并且将负载作为反馈提供给控制电路2510和马达控制器2508，以调节马达驱动信号2524当前占空比(例如，PWM)，从而控制马达2504的速度。因此，可以通过马达2504所经历的负载的代理来控制马达2504。

转回到图16所示的曲线图5000，并且还参考图13，图16示出了基于作为I形梁2514的位移的函数的马达电流(I)的三个不同的击发力曲线。第一曲线5006是理想的击发力曲线(以虚线形式示出)，其特征是穿过具有标称组织厚度的组织良好地形成钉。当位移构件通过第一行程区域2517和第二行程区域2519(图13)朝远侧推进(从约0.1X至约0.25X)并且横穿砧座2516的闭合坡道时，马达电流(I)最初迅速增加至峰值电流Imax1。当I形梁2514转换到第三位移构件行程区域2521(图13)时，I形梁2514可以连续地接触并切割组织2526，并且楔形滑动件2513可以反复接触钉驱动器2511。当I型梁2514朝远侧推进并且在第三位移构件行程区域2521中遇到组织电阻负载时，随着较小的组织电阻负载减小，马达电流(I)从峰值电流Imax1稳定地减小。在第三位移构件行程区域2521期间，马达电流(I)表现出微波5012，该微波指示钉被驱动穿过组织并且由砧座2516形成。到第四击发行程区域2523(图13)时，驱动I形梁2514的力开始稳定地减小至零，并且马达电流(I)减小至零。

第二曲线5008是击发力曲线(以点划线形式示出)，其特征是穿过比第一曲线5006中示出的标称组织厚度厚的组织形成钉。随着I形梁2514通过第一位移构件行程区域2517和第二位移构件行程区域2519(图13)朝远侧推进，马达电流(I)迅速增加并达到峰值电流Imax2。随着I形梁2514通过第三行程区域2521(图13)推进，马达电流(I)起微波5014并且位移构件随着I形梁2514到达行程结束而最终降至零。

第三曲线5010是击发力曲线(以实线形式示出)，其特征是穿过比第一曲线5006中示出的标称组织厚度薄的组织形成钉。随着I形梁2514通过第一位移构件行程区域2517和第二位移构件行程区域2519(图13)朝远侧推进，马达电流(I)迅速增加并达到峰值电流Imax3。随着I形梁2514通过第三位移构件行程区域2521(图13)推进，马达电流(I)起微波5016并且随着I形梁2514到达行程结束而最终降至零。

现在参考图13、图14和图16，根据本公开的一方面，将描述用于控制诸如I形梁2514的位移构件的速率的过程。在一个方面，外科器械2500被配置为能够以其当前编程的速度V_EXP、在预定义的时间间隔(t₂-t₁)内对I形梁2514或切割刃2509的预期位置A₁、A₂进行持续测量，以作为施加到I形梁2514的切割刃2509并且相应地施加到I形梁2514的力的代理。在预先确定的时间段(t₂-t₁)期间，I形梁2514所行进的测量距离B、B’和I形梁2514所行进的预期位置A₁、A₂之间的差值乘以一个函数(例如，切割刃2509的摩擦系数、关节运动角度、I形梁2514在行程内的位置)可以被采用来计算I形梁2514上的负载，并且将负载提供为反馈来调节当前占空比(例如PWM)以控制马达2504。因此，可以通过马达2504所经历的负载的代理来控制马达2504。

马达2504的初始速度V_i由控制电路2510在I形梁2514的初始行程区域期间确定，并由马达控制器2508设定，以设定马达2504的初始速度，该初始速度在一个方面可以是基于组织厚度或组织对I形梁2514的阻力。基于位置传感器2534的输出和定时器/计数器电路2531的输出，在时间t₁处确定I形梁2514的初始位置A_o(t₁)。控制电路2510可以基于当前编程的速度V_EXP，在预先确定的时间段(t₂-t₁)内根据组织厚度确定预期位置A₁或A₂，如下所示：

A₁＝A_o+V_EXP(t₂-t₁)；

其中初始位置A_o和预期位置A₁之间的差值为：

A₁-A_o＝δ＝V_EXP(t₂-t₁)。

如果取决于组织厚度的实际位移B₁或B₂偏离预期位移A₁或A₂，则控制电路2510确定使马达2504加速或减速的马达速度调节因子。马达控制器2508施加调节后的马达驱动信号2524以使马达2504加速或减速。当I形梁2514朝远侧推进时，当前编程的速度V_EXP的值基于组织厚度而改变。

首先参考第二曲线5008所描绘的情况，其中组织比预期的厚(例如，相对于曲线5006中所描绘的标称厚度)，则在如由定时器/计数器电路2531测量的时间t₂处如由位置传感器2534测量的I形梁2514的实际位置B₁(t₂)小于由控制电路2510基于初始预期速度V_EXP计算的预期位置A₁(t₂)。控制电路2510确定如果I形梁2514的实际位置B₁(t₂)小于预期位置A₁(t₂)，则组织比预期的厚，并且调节马达速度设定点2522以减小由马达控制器2508提供给马达2504的马达驱动信号2524的电流(I)，从而降低了I形梁2514的速度。马达驱动信号2524的电流(I)减小的量与I形梁2514的实际位置B₁(t₂)和δ₁＝V_EXP(t₂-t₁)之间的差值成比例。简而言之：

如果B₁(t₂)<A₁(t₂)，则组织大于预期值；

使马达电流(I)减小与B₁(t₂)-δ₁成比例的量。

现在参考第三曲线5010所描绘的情况，其中组织比预期的薄(例如，相对于曲线5006中所描绘的标称厚度)，则在如由定时器/计数器电路2531测量的时间t₂处如由位置传感器2534测量的I形梁2514的实际位置B₂(t₂)大于由控制电路2510基于初始速度V_EXP计算的预期位置A₂(t₂)。控制电路2510确定如果I形梁2514的实际位置B₂(t₂)大于预期位置A₂(t₂)，则组织比预期的薄，并且调节马达速度设定点2522以增加由马达控制器2508提供给马达2504的马达驱动信号2524的电流(I)，从而增加了I形梁2514的速度。马达驱动信号2524的电流(I)增加的量与I形梁2514的实际位置B₂(t₂)和δ₂＝V_EXP(t₂-t₁)之间的差值成比例。简而言之：

如果B₂(t₂)>A₂(t₂)，则组织大于预期值；

使马达电流(I)增加与B₂(t₂)-δ₂成比例的量。

图17是描绘根据本公开的一个方面的用于控制诸如I形梁2514的位移构件的速率的控制程序或逻辑配置的过程5100的逻辑流程图。在对图17中的过程5100的以下描述中，还应参考图13、图14和图16。最初，控制电路2510设定5102马达2504的初始速度V_EXP。然后，控制电路2510将马达设定点2522提供给马达控制器2508，该马达控制器2508随后将马达驱动信号2524施加到马达2504。一旦马达速度V_EXP被设定，控制电路2510就在时间t_n处基于位置传感器2534并且基于定时器/计数器电路2531来确定5104例如I形梁2514的位移构件的初始位置A_o。在位移构件是I形梁2514的示例中，在确定5104I形梁2514的初始位置A_o之后，控制电路2510在时间t_n+1处基于当前马达速度V_EXP来确定5106I形梁2514的预期位置A。控制电路2510在时间t_n+1处基于来自定时器/计数器电路2531和位置传感器2534的信息来确定5108I形梁2514的实际位置B。控制电路2510将I形梁2514在t_n+1处的实际位置B和I形梁2514在t_n+1处的预期位置A进行比较5110。

如果I形梁2514在t_n+1处的实际位置B大于I形梁2514在t_n+1处的预期位置A，则过程5100沿着是(Y)分支继续，并且控制电路2510增加马达2504的速度设定点2522。马达速度设定点2522与实际位置B和预期位置A之间的差值成比例地增加。控制电路2510将新的马达速度设定点2522提供给马达控制器2508，该马达控制器2508将新的马达驱动信号2524施加到马达2504以增加马达2504的速度。

如果I形梁2514在t_n+1处的实际位置B小于I形梁2514在t_n+1处的预期位置A，则过程5100沿着否(Y)分支继续，并且控制电路2510减小马达2504的速度设定点2522。马达速度设定点2522与实际位置B和预期位置A之间的差值成比例地减小。控制电路2510将新的马达速度设定点2522提供给马达控制器2508，该马达控制器2508将新的马达驱动信号2524施加到马达2504以减小马达2504的速度。

在I形梁2514在t_n+1处的实际位置B等于I形梁2514在t_n+1处的预期位置A的情况下，则马达2504的速度可以维持在当前设定速度处。此外，应当理解，由于I形梁2514是刚性I形梁2514的一体元件，因此确定I形梁2514的位置和/或平移可以用来确定I形梁2514的位置和/或平移。因此，可以通过确定I形梁2514的位置和/或平移来实现过程5100。

一旦向上或向下调节了新的马达速度，就将I型梁2514的位置与行程结束进行比较5116。如果I形梁2514已到达行程结束，则过程5100结束5118。如果I形梁2514尚未到达行程结束，则过程5100使计数器索引递增5120，并继续直到I形梁2514到达行程结束为止。

本文描述的功能或过程5100可以由本文所述的处理电路中的任何一种来执行，诸如结合图5至图6描述的控制电路700、图7至图9中描述的电路800、810、820、结合图10和图12描述的微控制器1104和/或图14中描述的控制电路2510。

本文所述主题的各个方面在以下编号的实施例中陈述：

实施例1.一种外科器械，包括：位移构件，所述位移构件被构造成能够在所述外科器械内平移；马达，所述马达联接到所述位移构件以使所述位移构件平移；控制电路，所述控制电路联接到所述马达；位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路，所述位置传感器被配置为能够测量所述位移构件的位置；定时器电路，所述定时器电路联接到所述控制电路，所述定时器/计数器电路被配置为能够测量实耗时间；其中所述控制电路被配置为能够：从所述位置传感器接收所述位移构件的所述位置；从所述定时器电路接收实耗时间；以及基于所述位移构件的所述位置和所述实耗时间来控制所述马达的速度。

实施例2.根据实施例1所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：将所述马达的所述速度设定为第一速度；从所述位置传感器接收所述位移构件的初始位置A_o；从所述定时器电路接收对应于所述位移构件的所述初始位置A_o的参考时间t₁；以及基于所述第一速度来确定所述位移构件在时间t₂处的预期位置A₁。

实施例3.根据实施例2所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：从所述位置传感器接收所述位移构件在所述时间t₂处的实际位置B₁；将所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与线性位移传感器在所述时间t₂处的所述预期位置A₁进行比较；以及基于所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁之间的差值来将所述马达的所述速度调节至第二速度。

实施例4.根据实施例3所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁大于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，增加所述马达的所述速度。

实施例5.根据实施例3至实施例4所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁小于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，减小所述马达的所述速度。

实施例6.根据实施例3至实施例5所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：基于所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁之间的差值来确定实际组织厚度调节。

实施例7.根据实施例6所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁大于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，确定所述实际组织厚度小于预期值。

实施例8.根据实施例6至实施例7所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁小于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，确定所述实际组织厚度大于预期值。

实施例9.一种外科器械，包括：I形梁构件，所述I形梁构件被构造成能够在所述外科器械的端部执行器内平移；马达，所述马达联接到所述I形梁构件以在所述端部执行器内平移所述I形梁构件；控制电路，所述控制电路联接到所述马达；位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路，所述位置传感器被配置为能够测量所述I形梁构件的位置；定时器电路，所述定时器电路联接到所述控制电路，所述定时器/计数器电路被配置为能够测量实耗时间；其中所述控制电路被配置为能够：从所述位置传感器接收所述I形梁构件的所述位置；从所述定时器电路接收实耗时间；以及基于所述I形梁构件的所述位置和所述实耗时间来控制所述马达的速度。

实施例10.根据实施例9所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：将所述马达的所述速度设定为第一速度；从所述位置传感器接收所述I形梁构件的初始位置A_o；从所述定时器电路接收对应于所述I形梁构件的所述初始位置A_o的参考时间t₁；以及基于所述第一速度来确定所述I形梁构件在时间t₂处的预期位置A₁。

实施例11.根据实施例10所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：从所述位置传感器接收所述I形梁构件在所述时间t₂处的实际位置B₁；将所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述I形梁构件在所述时间t₂处的预期位置A₁进行比较；以及基于所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁之间的差值来将所述马达的所述速度调节至第二速度。

实施例12.根据实施例11所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁大于所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，增加所述马达的所述速度。

实施例13.根据实施例11至实施例12所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁小于所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，减小所述马达的所述速度。

实施例14.根据实施例11至实施例13所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：基于所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁之间的差值来确定实际组织厚度调节。

实施例15.根据实施例14所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁大于所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，确定所述实际组织厚度小于预期值。

实施例16.根据实施例14至实施例15所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够：当所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁小于所述I形梁构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，确定所述实际组织厚度大于预期值。

实施例17.一种控制外科器械中的马达速度的方法，所述外科器械包括：位移构件，所述位移构件被构造成能够平移；马达，所述马达联接到所述位移构件以使所述位移构件平移；控制电路，所述控制电路联接到所述马达；位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路，所述位置传感器被配置为能够测量所述位移构件的位置；定时器电路，所述定时器电路联接到所述控制电路，所述定时器/计数器电路被配置为能够测量实耗时间，所述方法包括：通过控制电路从位置传感器接收位移构件的位置；通过所述控制电路从定时器电路接收实耗时间；以及基于所述位移构件的所述位置和所述实耗时间，通过所述控制电路控制马达的速度。

实施例18.根据实施例17所述的方法，包括：通过所述控制电路将所述马达的所述速度设定为第一速度；通过所述控制电路从所述位置传感器接收所述位移构件的初始位置A_o；通过所述控制电路从所述定时器电路接收对应于所述位移构件的所述初始位置A_o的参考时间t₁；以及基于所述第一速度，通过所述控制电路确定所述位移构件在时间t₂处的预期位置A₁。

实施例19.根据实施例18所述的方法，包括：通过所述控制电路从所述位置传感器接收所述位移构件在所述时间t₂处的实际位置B₁；通过所述控制电路将所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁进行比较；以及基于所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁之间的差值，通过所述控制电路将所述马达的所述速度调节至第二速度。

实施例20.根据实施例19所述的方法，包括：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁大于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，通过所述控制电路增加所述马达的所述速度。

实施例21.根据实施例19至实施例20所述的方法，包括：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁小于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，通过所述控制电路减小所述马达的所述速度。

实施例22.根据实施例19至实施例21所述的方法，包括：基于所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁与所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁之间的差值，通过所述控制电路确定实际组织厚度调节。

实施例23.根据实施例22所述的方法，包括：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁大于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，通过所述控制电路确定所述实际组织厚度小于预期值。

实施例24.根据实施例22至实施例23所述的方法，包括：当所述位移构件在所述时间t₂处的所述实际位置B₁小于所述位移构件在所述时间t₂处的所述预期位置A₁时，通过所述控制电路确定所述实际组织厚度大于预期值。