用于控制外科缝合和切割器械的位移构件的速度的系统和方法
阅读说明：本技术 用于控制外科缝合和切割器械的位移构件的速度的系统和方法 (System and method for controlling the speed of a displacement member of a surgical stapling and cutting instrument ) 是由 F·E·谢尔顿四世 D·C·耶茨 J·L·哈里斯 于 2018-05-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种机动化外科器械。该外科器械包括：位移构件；马达,该马达联接到位移构件,该马达能够操作以使位移构件平移；控制电路,该控制电路联接到马达；以及位置传感器,该位置传感器联接到控制电路。该控制电路被配置为能够接收位置传感器的指示位移构件的至少一个位置的位置输出,以及控制马达的速度以使位移构件以与位置输出相对应的多个速度平移。该多个速度中的每一个保持在预定区域中。(The invention discloses a motorized surgical instrument. The surgical instrument includes: a displacement member; a motor coupled to the displacement member, the motor operable to translate the displacement member; a control circuit coupled to the motor; and a position sensor coupled to the control circuit. The control circuit is configured to receive a position output of the position sensor indicative of at least one position of the displacement member, and control a speed of the motor to translate the displacement member at a plurality of speeds corresponding to the position output. Each of the plurality of speeds is maintained in a predetermined region.)
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。位移构件的速度可通过测量在位移构件的预定位置间隔处的实耗时间或测量位移构件在预定时间间隔处的位置来确定。该控制可为开环的或闭环的。此类测量可用于评估组织状况诸如组织厚度，并且在击发行程期间调整切割构件的速度以考虑组织状况。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，以恒定关节运动速度使端部执行器进行关节运动。在其它情况下，可能有用的是，以与端部执行器的扫描范围内的一个或多个区域处的默认关节运动速度不同的关节运动速度来驱动端部执行器。
在机动化外科缝合和切割器械的使用期间，可能的是，基于切割构件的位置或击发行程期间的击发，切割构件或击发构件所经受的击发力可显著不同。一般来讲，第一区域是负载最高的区域，而最后一个区域是负载最小的区域。因此，可能期望的是，基于击发系统所经受的击发力负载，将击发行程限定为每个区域中具有不同切割构件推进速度的不同区域，并且基于切割构件沿着击发行程的位置来改变切割构件的击发速度。期望在切割构件或击发构件处于最高负载下的第一区域中以最慢速度设定击发速度，并且增大每个后续区域中的速度。可能期望通过测量通过马达的电流、将切割构件推进到预定距离的时间、预定时间内切割构件的位移、或用于在马达上负载的任何代理的任何组合确定组织厚度或组织间隙，来设定第一区域中的速度。
发明内容
在一个方面，本公开提供了一种外科器械。所述外科器械包括位移构件；马达，所述马达联接到所述位移构件，所述马达能够操作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；以及位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路；其中所述控制电路被配置为能够：接收所述位置传感器的指示所述位移构件的至少一个位置的位置输出；以及控制所述马达的速度以使所述位移构件以与所述位置输出相对应的多个速度平移，其中所述多个速度中的每一个保持在预定区域中。
在另一方面，所述外科器械包括位移构件；马达，所述马达联接到所述位移构件，所述马达能够操作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；以及位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路；其中所述控制电路被配置为能够：接收所述位置传感器的指示所述位移构件的至少一个位置的位置输出；以及驱动所述马达以使所述位移构件以与所述位移构件的位置相对应的位移构件速度平移。
在另一方面，所述外科器械包括位移构件；马达，所述马达联接到所述位移构件，所述马达能够操作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；以及位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路；其中所述控制电路被配置为能够：接收所述位置传感器的位置输出，所述位置输出指示所述位移构件沿着近侧位置与远侧位置之间的距离的至少一个位置；以及以与所述位置输出相对应的多个占空比驱动所述马达，其中所述多个占空比中的每一个保持在所述近侧位置与所述远侧位置之间的预定区域中。
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两者的这些方面可结合附图参考下述说明更好地理解。
图1为根据本公开的一个方面的具有操作地联接到其的可互换轴组件的外科器械的透视图。
图2为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为根据本公开的一个方面的可互换轴组件的部分的分解组件视图。
图4为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视图。
图5A-图5B为根据本公开的一个方面的跨越两个图片的图1的外科器械的控制电路的框图。
图6为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，其示出柄部组件和功率组件之间、以及柄部组件和可互换轴组件之间的接口。
图7示出被配置为能够控制根据本公开的一个方面的图1的外科器械的各方面的控制电路。
图8示出被配置为能够控制根据本公开的一个方面的图1的外科器械的各方面的组合逻辑电路。
图9示出被配置为能够控制根据本公开的一个方面的图1的外科器械的各方面的时序逻辑电路。
图10为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示，其中绝对定位系统包括具有传感器布置的受控马达驱动电路布置。
图11为根据本公开的一个方面的绝对定位系统的传感器结构的分解透视图，其示出控制电路板组件和传感器元件布置的相对对齐。
图12为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示。
图13为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，其示出相对于夹持在端部执行器内的组织的击发构件行程。
图14示出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示。
图16描绘根据本公开的一个方面的两个图示，其示出闭合图1的外科器械的砧座的作为闭合行程位移(d)的函数的闭合力(FTC)和击发图1的外科器械的作为时间的函数的击发力(FTF)。
图17示出根据本公开的一个方面的逻辑流程图，其示出可由外科器械(例如，外科器械的控制电路)执行以实现I形梁击发行程的控制程序或逻辑配置的过程的示例。
图18为根据本公开的一个方面的示出I形梁的作为击发行程位移(d)的函数的速度(v)的图示。
图19A为根据本公开的一个方面的表示击发控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图19B为根据本公开的一个方面的表示击发控制程序或逻辑配置的过程的逻辑流程图。
图20描绘根据本公开的一个方面的两个图示，其示出击发图1的外科器械的作为时间的函数的击发力(FTF)和驱动I形梁的马达的作为I形梁位移(d)的函数的马达占空比(速度％)。
图21描绘根据本公开的一个方面的两个图示，其示出驱动I形梁的马达的作为I形梁位移(d)的函数的马达占空比(速度％)和作为I形梁位移(d)的函数的脉宽调制(PWM)。
图22描绘根据本公开的一个方面的两个图示，其示出闭合图1的外科器械的砧座的作为时间的函数的闭合力和击发图1的外科器械的作为时间的函数的击发力。
图23示出根据本公开的一个方面的砧座。
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日提交的标题为SYSTEMSAND METHODS FOR CONTROLLING MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT ACCORDING TO ARTICULATION 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SYSTEMSAND METHODS FOR CONTROLLING MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT的代理人案卷号END8195USNP/170058；
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 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 A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ON MAGNITUDE 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 SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ON MEASURED TIME OVER 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 A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ON MEASURED DISPLACEMENT DISTANCE TRAVELED OVER A SPECIFIEDTIME 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 A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT BASED ON MEASURED 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。
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 THEREOF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 THEREOF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日提交的标题为GRAPHICAL USER INTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THEREOF的代理人案卷号END8272USDP/170195D。
示出并描述某些方面以提供对所公开装置和方法的结构、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与其它示例的特征组合，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”、“上”和“下”并非旨在是限制性的和/或绝对的，因为外科器械可在许多取向和位置下使用。
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，此类装置和方法可用于其它外科手术和应用，包括例如开放式外科手术。外科器械可通过自然孔口或穿过形成于组织中的切口或穿孔***。例如，这些器械的工作部分或端部执行器部分可直接或者可通过进入装置***身体中，该进入装置具有外科器械的端部执行器和细长轴可推进穿过的工作通道。
图1-图4描绘用于切割和紧固的马达驱动的外科器械10，其可以或可以不重复使用。在例示的示例中，外科器械10包括外壳12，该外壳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被构造成能够可操作地附接到可互换轴组件200，该可互换轴组件具有可操作地联接到其上的端部执行器300，该端部执行器被构造成能够执行一种或多种手术任务或外科手术。根据本公开，可结合机器人控制的外科系统有效地采用各种形式的可互换轴组件。术语“外壳”可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构配置为能够生成并施加可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以可操作的方式控制外科器械的一部分。可互换轴组件可与名称为“SURGICAL STAPLING INSTRUMENTSWITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS”的美国专利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，该专利以引用方式全文并入本文。
图1为根据本公开的一个方面的具有可操作地联接到其的可互换轴组件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可被构造用于结合可互换轴组件使用，这些可互换轴组件包括端部执行器，该端部执行器适于支撑不同尺寸和类型的钉仓，具有不同的轴长度、尺寸和类型。外壳12可与多种可互换轴组件一起使用，这些组件包括被构造成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/或运动施加到适于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可包括通过螺钉、按扣特征结构、粘合剂等互连的一对可互连柄部外壳段16、18。柄部外壳段16、18配合以形成可由临床医生握持和操纵的***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控制运动并将其施加到操作地附接到其上的可互换轴组件的对应部分。显示器可提供于覆盖件45下方。
图2为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，该系统可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可包括致动器诸如由框架20可枢转地支撑的闭合触发器32。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)可从起动或“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可采用位于柄部组件14的***式握持部19中的电动马达82。马达82可为最大旋转速度为大约25,000RPM的DC有刷马达。在其它构造中，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可由可包括可移除电源组92的功率源90供电。可移除电池组92可包括被配置为能够附接到远侧外壳部分96的近侧外壳部分94。近侧外壳部分94和远侧外壳部分96被构造成能够可操作地支撑其中的多个电池98。电池98可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被构造用于以可移除方式可操作地附接到控制电路板100，该控制电路板操作地联接到电动马达82。串联连接的若干电池98可给外科器械10供电。功率源90可为可替换的和/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。可移除覆盖件45以暴露显示器43。
电动马达82可包括与齿轮减速器组件84操作地交接的可旋转轴(未示出)，该齿轮减速器组件被安装成与可纵向移动驱动构件120上的一组或一齿条的驱动齿122啮合接合。可纵向移动的驱动构件120具有在其上形成以用于与齿轮减速器组件84的对应驱动齿轮86啮合接合的一齿条的驱动齿122。
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。当沿一个方向旋转电动马达82时，可纵向移动的驱动构件120将沿远侧方向“DD”轴向地驱动。当沿相反的旋转方向驱动电动马达82时，可纵向移动的驱动构件120将沿近侧方向“PD”轴向地驱动。柄部组件14可包括开关，该开关可被配置为能够使由功率源90施加到电动马达82的极性反转。柄部组件14可包括被构造成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可在未致动位置和致动位置之间枢转。
转回到图1，可互换轴组件200包括端部执行器300，该端部执行器包括被构造成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可包括相对于细长通道302可枢转地支撑的砧座306。可互换轴组件200可包括关节运动接头270。端部执行器300和关节运动接头270的构造和操作阐述于名称为ARTICULATABLE SURGICAL INSTRUMENTCOMPRISING AN ARTICULATION LOCK的美国专利申请公布号2014/0263541中，该文献以引用方式全文并入本文。可互换轴组件200可包括由喷嘴部分202、203构成的近侧外壳或喷嘴201。可互换轴组件200可包括沿着轴轴线SA延伸的可用于闭合和/或打开端部执行器300的砧座306的闭合管260。
转回到图1，闭合管260朝远侧(方向“DD”)平移以例如响应于闭合触发器32的致动而闭合砧座306，其方式描述于前述参考文献美国专利申请公布2014/0263541中。通过使闭合管260朝近侧平移来打开砧座306。在砧座打开位置，闭合管260运动至其近侧位置。
图3为根据本公开的一个方面的可互换轴组件200的部分的另一分解组件视图。可互换轴组件200可包括被支撑用于在脊210内的轴向行进的击发构件220。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可被称为“第二轴”和/或“第二轴组件”。中间击发轴222可包括位于远侧端部中的被构造成能够接收刀杆280的近侧端部282上的突片284的纵向狭槽223。纵向狭槽223和近侧端部282可被构造成能够允许它们之间的相对移动，并且可包括滑动接头286。滑动接头286可允许击发构件220的中间击发轴222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进行关节运动。一旦端部执行器300已合适地取向，中间击发轴222便可朝远侧推进，直到纵向狭槽223的近侧侧壁接触突片284以推进刀杆280并击发定位在通道302内的钉仓为止。脊210在其中具有细长开口或窗口213，以便于将中间击发轴222组装和***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的操作可见于美国专利申请公布号2014/0263541中。脊210可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可包括被构造成能够选择性地且可释放地将关节运动驱动器230联接到击发构件220的离合器组件400。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可在接合位置和脱离接合位置之间旋转，在接合位置，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，关节运动驱动器230未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的远侧移动可使关节运动驱动器230朝远侧移动；并且相应地，击发构件220的近侧移动可使关节运动驱动器230朝近侧移动。当锁定套筒402处于脱离位置时，击发构件220的移动不传输到关节运动驱动器230；并且因此，击发构件220可独立于关节运动驱动器230移动。喷嘴201可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可包括滑环组件600，该滑环组件可被构造成能够例如将电力传导到端部执行器300和/或从该端部执行器传导电力，和/或将信号传达到端部执行器300和/或从该端部执行器传达信号。滑环组件600可包括定位在限定于喷嘴部分202、203中的狭槽内的近侧连接器凸缘604和远侧连接器凸缘601。近侧连接器凸缘604可包括第一面，并且远侧连接器凸缘601可包括与第一面相邻且可相对于第一面移动的第二面。远侧连接器凸缘601可围绕轴轴线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可安装在远侧连接器凸缘601的近侧面上，并且可具有多个触点，其中每个触点对应于导体602中的一个并与之电接触。这种布置在保持近侧连接器凸缘604和远侧连接器凸缘601之间的电接触的同时允许这它们之间的相对旋转。近侧连接器凸缘604可包括可例如使导体602与轴电路板进行信号通信的电连接器606。在至少一个实例中，包括多个导体的线束可在电连接器606和轴电路板之间延伸。电连接器606可朝近侧延伸穿过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可包括可固定地安装到柄部组件14的近侧部分，以及可围绕纵向轴线旋转的远侧部分。可旋转远侧轴部分可围绕滑环组件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为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的分解视图。端部执行器300可包括砧座306和外科钉仓304。砧座306可联接到细长通道302。例如，开孔199可限定在细长通道302中，以接收从砧座306延伸的销152，以便允许砧座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被构造成能够纵向地平移到端部执行器300中。击发杆172可由一个实心区段构造，或可包括层压材料，该层压材料包括钢板堆叠。击发杆172包括I形梁178和在其远侧端部处的切割刃182。击发杆172的远侧突出端部可附接到I形梁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可包括在通过击发杆172朝远侧推进I形梁178时用于切断组织的锋利切割刃182。在操作中，I形梁178可致动或击发外科钉仓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由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切断被夹持的组织。
I形梁178可包括在击发期间接合砧座306的上部销180。I形梁178可包括接合仓体194、仓托盘196和细长通道302的各部分的中间销184和底部基座186。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可滑动穿过对齐的纵向狭槽193、197和189，其中，如图4所示，I形梁178的底部基座186可沿着狭槽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可接合砧座306。在击发杆172朝远侧推进以从外科钉仓304击发钉和/或切入捕获在砧座306和外科钉仓304之间的组织时，I形梁178可隔开或限制砧座306和外科钉仓304之间的相对移动。击发杆172和I形梁178可朝近侧回缩，从而允许打开砧座306，以释放两个缝合和切割的组织部分。
图5A-图5B为根据本公开的一个方面的跨越两个拉幅片的图1的外科器械10的控制电路700的框图。主要参考图5A-图5B，柄部组件702可包括马达714，该马达可由马达驱动器715控制，并且可由外科器械10的击发系统使用。在各种形式中，马达714可为最大旋转速度为大约25,000RPM的DC有刷驱动马达。在其它布置中，马达714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。马达驱动器715可包括例如包括场效应晶体管(FET)719的H桥驱动器。马达714可由功率组件706供电，该功率组件可释放地安装到柄部组件200，以用于将控制功率提供到外科器械10。功率组件706可包括电池，该电池可包括串联连接的可用作给外科器械10供电的功率源的多个电池单元。在某些情况下，功率组件706的电池单元可为可替换的和/或可再充电的。在至少一个示例中，电池单元可为可以可分离地联接到功率组件706的锂离子电池。
轴组件704可包括可在轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时通过接口与安全控制器和功率管理控制器716通信的轴组件控制器722。例如，接口可包括第一接口部分725和第二接口部分727，该第一接口部分可包括用于与对应轴组件电连接器联接接合的一个或多个电连接器，该第二接口部分可包括用于与对应功率组件电连接器联接接合的一个或多个电连接器，从而在轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702允许在轴组件控制器722和功率管理控制器716之间进行电通信。可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达到功率管理控制器716。作为响应，功率管理控制器可根据附接的轴组件704的功率要求来调节功率组件706的电池的功率输出，如下文更详细地描述。连接器可包括开关，这些开关可在柄部组件702机械联接接合到轴组件704和/或功率组件706以允许在轴组件控制器722和功率管理控制器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，接口可便于在功率管理控制器716和轴组件控制器722之间传输此类通信信号。在其它情况下，在轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时，接口可便于通过柄部组件702进行的功率管理控制器716和轴组件控制器722之间的直接通信线路。
主控制器717可为任何单核或多核处理器，诸如由Texas Instruments提供的商品名为ARM Cortex的那些处理器。在一个方面，主控制器717可为例如购自TexasInstruments的LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F处理器内核，其包括：256KB的单循环闪速存储器或其它非易失性存储器(最高至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
安全控制器可为包括两个基于控制器的系列诸如已知同样由Texas Instruments生产且商品名为Hercules ARM Cortex R4的TMS570和RM4x的安全控制器平台。安全控制器可被配置为专门用于IEC 61508和ISO26262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可包括功率管理电路，该功率管理电路可包括功率管理控制器716、功率调节器738和电流感测电路736。功率管理电路可被配置为能够在轴组件704和功率组件706联接到柄部组件702时基于轴组件704的功率要求来调节电池的功率输出。功率管理控制器716可被编程为控制功率组件706的功率输出的功率调节器738，并且电流感测电路736可用于监视功率组件706的功率输出，以将关于电池的功率输出的反馈提供到功率管理控制器716，使得功率管理控制器716可调整功率组件706的功率输出以保持期望输出。功率管理控制器716和/或轴组件控制器722各自可包括可存储多个软件模块的一个或多个处理器和/或存储器单元。
外科器械10(图1-图4)可包括输出装置742，该输出装置可包括用于将感官反馈提供给用户的装置。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可包括显示器743，该显示器可包括在柄部组件702中。轴组件控制器722和/或功率管理控制器716可通过输出装置742将反馈提供给外科器械10的用户。接口可被构造成能够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可替代地与功率组件706成一体。在此类情况下，在轴组件704联接到柄部组件702时，输出装置742和轴组件控制器722之间的通信可通过接口来实现。
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。电路段中的每一个均可联接到安全处理器和/或主控制器717。主控制器717还联接到闪速存储器。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端。分段电路可通过任何合适的电路诸如例如电动外科器械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是多用途可编程装置，其接收数字数据作为输入，根据存储在其存储器中的指令来对其进行处理，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可被配置为能够实施本文所述的过程中的一者或多者。
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用于转变到休眠模式和从休眠模式转变到其它模式、标识电动外科器械的取向，和/或标识何时已放下外科器械。在一些示例中，加速度段联接到安全处理器和/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与显示器集成，和/或可与显示器分开定位。显示器可包括任何合适的显示器，诸如例如有机发光二极管(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处理器。
轴段(段5)包括用于联接到外科器械10(图1-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。轴段包括被构造成能够将主控制器717联接到轴PCBA的轴连接器。轴PCBA包括带有铁电随机存取存储器(FRAM)、关节运动开关、轴释放霍尔效应开关和轴PCBA EEPROM的低功率微控制器。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包括对应于可与加电外科器械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标识外科器械10(图1-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联接到安全处理器和/或主控制器717。
马达电路段(段7)包括被配置为能够控制电动外科器械10(图1-图4)的移动的马达714。马达714通过包括一个或多个H桥场效应晶体管(FET)的H桥驱动器和马达控制器的主微控制器处理器717。H桥驱动器也联接到安全控制器。马达电流传感器与马达串联联接，以测量马达的电流消耗。马达电流传感器与主控制器717和/或安全处理器进行信号通信。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，以向主控制器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将段电压提供到电路段中的每一个。
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感测器联接到分段电路。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将预先确定的电压值提供到一个或多个电路段。例如，在一些示例中，分段电路可包括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至预先确定的量诸如例如最高至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。这些开关可被配置为能够控制外科器械10(图1-图4)的分段电路的操作，和/或指示外科器械10的状态。用于应急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(诸如例如左侧向左关节运动开关、左侧向右关节运动开关、左侧向中心关节运动开关、右侧向左关节运动开关、右侧向右关节运动开关和右侧向中心关节运动开关)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(包括左侧向左关节运动开关、左侧向右关节运动开关、左侧向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(包括右侧向左关节运动开关、右侧向右关节运动开关、右侧向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任意组合使用以实现该多个开关。例如，开关可为通过与外科器械10(图1-图4)相关联的部件的运动或对象的存在来操作的限位开关。此类开关可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，开关可为在磁场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、磁力计等等。在其它具体实施中，开关可为在光影响下操作的固态开关，诸如光学传感器、红外传感器、紫外传感器等等。同样，开关可为固态装置，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)。其它开关可包括无线开关、超声开关、加速度计、惯性传感器及其它。
图6为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和功率组件706之间以及柄部组件702和可互换轴组件704之间的接口。柄部组件702可包括主控制器717、轴组件连接器726和功率组件连接器730。功率组件706可包括功率组件连接器732、功率管理电路734，该功率管理电路可包括功率管理控制器716、功率调节器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的功率要求来调节电池707的功率输出。功率管理控制器716可被编程为控制功率组件706的功率输出的功率调节器738，并且电流感测电路736可用于监视功率组件706的功率输出，以将关于电池707的功率输出的反馈提供到功率管理控制器716，使得功率管理控制器716可调整功率组件706的功率输出以保持期望输出。轴组件704包括联接到非易失性存储器721的轴处理器719和轴组件连接器728以将轴组件704电联接到柄部组件702。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可被配置为能够实施本文所述的过程中的一者或多者。
外科器械10(图1-图4)可包括用于将感官反馈提供给用户的输出装置742。此类装置可包括视觉反馈装置(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可包括显示器743，该显示器可包括在柄部组件702中。轴组件控制器722和/或功率管理控制器716可通过输出装置742将反馈提供给外科器械10的用户。接口727可被构造成能够为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可与功率组件706成一体。在可互换轴组件704联接到柄部组件702时，输出装置742和轴组件控制器722之间的通信可通过接口725来实现。在描述用于控制外科器械10(图1至图4)的操作的控制电路700(图5A-图5B和图6)后，本公开现在转向外科器械10(图1-图4)和控制电路700的各种配置。
图7示出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-图4)的各方面的控制电路800。控制电路800可被配置为能够实施本文所述的各种过程。控制电路800可包括控制器，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存储当由处理器802执行时致使处理器802执行机器指令以实施本文所述的各种过程的机器可执行指令。处理器802可为本领域已知的多种单核或多核处理器中的任一种。存储器电路804可包括易失性存储介质和非易失性存储介质。处理器802可包括指令处理单元806和运算单元808。指令处理单元可被配置为能够从存储器电路804接收指令。
图8示出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-图4)的各方面的组合逻辑电路810。组合逻辑电路810可被配置为能够实施本文所述的各种过程。电路810可包括有限状态机，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，并且提供输出816。
图9示出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-图4)的各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可被配置为能够实施本文所述的各种过程。电路820可包括有限状态机。时序逻辑电路820可包括例如组合逻辑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可为同步的或异步的。组合逻辑电路822被配置为能够在输入826处接收与外科器械10相关联的数据，通过组合逻辑电路822处理数据，并且提供输出828。在其它方面，电路可包括处理器802和有限状态机的组合以实施本文的各种过程。在其它方面，有限状态机可包括组合逻辑电路810和时序逻辑电路820的组合。
各方面可实现为制造制品。制造制品可包括被布置为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，制造制品可包括有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磁盘、光盘、闪速存储器或固件。
图10为根据本公开的一个方面的外科器械10(图1-图4)的绝对定位系统1100的图示，其中绝对定位系统1100包括有包括传感器布置1102的受控马达驱动电路布置。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。简单地转到图2-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啮合接合的驱动齿122的齿条。在其它方面，位移构件1111表示击发构件220(图3)，其可被适配和配置为包括驱动齿的齿条。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)，它们中的每一者均可被适配和构造成能够包括一齿条的驱动齿。因此，如本文所用，术语位移构件通常用于指外科器械10的任何可移动的构件诸如驱动构件120、击发构件220、击发杆172、I形梁178或可进行移位的任何元件。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或它们的组合可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可包括与齿轮组件1114可操作地对接的可旋转轴1116，该齿轮组件安装成与位移构件1111上的一组或齿条的驱动齿啮合接合。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的单周旋转对应于位移构件1111的某段线性纵向平移。传动装置和传感器1118的布置可经由齿条和小齿轮布置连接到线性致动器，或者经由正齿轮或其它连接连接到旋转致动器。功率源1129将电力供应到绝对定位系统1100，并且输出指示器1128可显示绝对定位系统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包括形成于其上用于与齿轮减速器组件84的对应驱动齿轮86啮合接合的一齿条的驱动齿122。位移构件1111表示可移动纵向的击发构件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的单周旋转等同于位移构件1111的纵向线性位移d1，其中d1为在联接到位移构件1111的传感器元件1126的单周旋转之后位移构件1111从点“a”移动到点“b”的纵向线性距离。传感器布置1102可经由齿轮减速来连接，该齿轮减速使得位置传感器1112针对位移构件1111的全行程完成一周或多周旋转。位置传感器1112可针对位移构件1111的全行程完成多周旋转。
一系列开关1122a-1122n(其中n为大于一的整数)可单独或结合齿轮减速使用以针对位置传感器1112的多于一周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，该微控制器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。传感器布置1102的位置传感器1112可包括磁性传感器、模拟旋转传感器如电位差计、模拟霍尔效应元件的阵列，这些霍尔效应元件的阵列输出位置信号或值的独特组合。
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，而不使位移构件1111回缩或推进到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、刀等的位置。
在各个方面，控制器1104可被编程为执行各种功能，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可为带有齿轮箱和连接到关节运动或刀系统的机械的有刷DC马达。在一个方面，马达驱动器1110可为购自Allegro Microsystems,Inc.的A3941。其它马达驱动器可容易地被替换用于绝对定位系统1100中。绝对定位系统1100的更详细说明描述于2016年4月15日提交的名称为SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTINGINSTRUMENT的美国专利申请号15/130,590中，其整个公开内容以引用方式并入本文。
控制器1104可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可包括和/或可被编程为实现反馈控制器，诸如PID、状态反馈和自适应控制器。电源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)。除了由位置传感器1112测量的位置之外，其它传感器1118可被设定为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所计算响应与所测量响应进行组合，该加权平均和理论控制环路朝向所测量响应驱动所计算响应。物理系统的所计算响应考虑性质如质量、惯性、粘性摩擦、电感电阻等，以通过得知输入来预测物理系统的状态和输出。控制器1104可为控制电路700(图5A-图5B)。
驱动器1110可为购自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，为低至7V的电池电压提供完整(>10V)选通驱动并且允许A3941在低至5.5V的减速选通驱动下操作。自举电容器可用于提供N-通道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，并且可被构造成能够在大多数短路情况下保护功率MOSFET。其它马达驱动器可容易地替代以用于绝对定位系统1100中。
在描述用于针对传感器布置1102实现绝对定位系统1100的各方面后，本公开现在转向图11和图12以获得对绝对定位系统1100的传感器布置1102的一个方面的描述。图11为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，其示出电路1205以及传感器布置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的每次全冲程进行转动的磁体保持器1204以及用于提供齿轮减速的齿轮组件1206。简单地参考图2，位移构件1111可表示可纵向移动的驱动构件120，该可纵向移动的驱动构件包括用于与齿轮减速器组件84的对应驱动齿轮86啮合接合的一齿条的驱动齿122。参考图11，结构元件诸如托架1216被设置为支撑齿轮组件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接近磁体1202放置。在磁体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可包括任何数目的磁性感测元件，诸如例如根据它们是测量磁场的总磁场还是矢量分量进行分类的磁性传感器。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传感器等。
齿轮组件包括啮合接合以提供3:1齿轮齿数比连接的第一齿轮1208和第二齿轮1210。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)并且在位移构件1111沿远侧方向D推进时沿第一方向旋转而在位移构件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，并且因此，第二齿轮1210围绕轴1214的旋转对应于位移构件1111的纵向平移。因此，位移构件1111沿远侧方向D或近侧方向P中的一个全行程对应于第二齿轮1210的三周旋转和第一齿轮1208的单周旋转。由于磁体保持器1204联接到第一齿轮1208，因此磁体保持器1204随着位移构件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限定适于包含与在下方磁体保持器1204内旋转的磁体1202精确对齐的位置传感器1200的开孔1220。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。轮毂1222被设置为与第一齿轮1208和磁体保持器1204配合。还示出联接到轴1214的第二齿轮1210和第三齿轮1212。
图12为根据本公开的一个方面的用于绝对定位系统1100的包括磁性旋转绝对定位系统的位置传感器1200的图示。位置传感器1200可被实现为购自AustriaMicrosystems,AG的AS5055EQFT单片磁性旋转位置传感器。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为低电压且低功率部件，并且包括在位置传感器1200的位于磁体1202(图15和图16)上方的区域1230中的四个霍尔效应元件1228A、1228B、1228C、1228D。高分辨率ADC 1232和智能功率管理控制器1238也设置在芯片上。CORDIC处理器1236(用于坐标旋转数字计算机(COordinate Rotation DIgitalComputer))，也称为逐位法和Volder算法，被设定为实施简单有效的算法来计算双曲线函数和三角函数，这些函数仅需要加法操作、减法操作、位位移操作和表查找操作。角位置、报警位和磁场信息通过标准串行通信接口诸如SPI接口1234传输到控制器1104。位置传感器1200提供12或14位的分辨率。位置传感器1200可为以小型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，本文将不详细描述，然而，一般来讲，霍尔效应在横向于导体中的电流和垂直于电流的磁场的电导体上产生电压差(霍尔电压)。霍尔系数被定义为感应电场与电流密度和所施加磁场的乘积之比。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，该电压信号根据磁体1202经过单周旋转之后的角度指示磁体1202的绝对位置。由CORDIC处理器1236计算的为独特位置信号的角度的这个值存储在寄存器或存储器中的AS5055位置传感器1200上。例如在上电时或在控制器1104请求时，以多种技术向控制器1104提供角度的值，该值指示磁体1202经过一次转动的位置。
AS5055位置传感器1200在连接到控制器1104时仅需要几个外部部件即可操作。使用单一电源的简单应用需要六根电线：两根电线用于电力，四根电线1240用于与控制器1104的SPI接口1234。可加入第七连接，以便向控制器1104发送中断以通知可读取新的有效角度。在上电时，AS5055位置传感器1200执行完全上电序列，包括一个角度测量。该循环的完成表示为INT输出1242，并且将角度值存储在内部寄存器中。一旦设定该输出，AS5055位置传感器1200就暂停为休眠模式。控制器1104可通过SPI接口1234从AS5055位置传感器1200读取角度值来对INT输出1242处的INT请求作出响应。一旦控制器1104读取角度值，即再次清除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”指令也自动地使芯片上电并且开始另一个角度测量。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。角度测量的完成再次通过设定INT输出1242和状态寄存器中的对应标志来指示。
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。对一个角度的测量一完成，AS5055位置传感器1200就暂停为下电状态。未实施通过数字平均进行的角度值的片上过滤，因为这将需要多于一个角度测量，并且因此需要更长的上电时间，这在低功率应用中是不期望的。可通过在控制器1104中对若干角度样品进行平均来减少角度抖动。例如，对四个样品进行平均可使抖动减少6dB(50％)。
图13为根据本公开的一个方面的外科器械10(图1-图4)的端部执行器2502的剖视图，其示出相对于夹持在端部执行器2502内的组织2526的I形梁2514击发行程。端部执行器2502被构造成能够与图1至图4所示的外科器械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可沿着端部执行器2502的纵向轴线2515朝远侧和朝近侧平移。当端部执行器2502未进行关节运动时，端部执行器2502与器械的轴成一线。包括切割刃2509的I形梁2514示出在击发杆2520的远侧部分处。楔形滑动件2513定位在钉仓2518中。在I形梁2514朝远侧平移时，切割刃2509接触并可切割定位在砧座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并将其朝远侧推动，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击发行程由与端部执行器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示出在行程开始位置2527的一个示例性位置处。I形梁2514击发构件行程图表2529示出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可开始朝远侧推进。在第一击发行程区域2517中，I形梁2514可接触楔形滑动件2513并开始朝远侧移动。然而，在第一区域中，切割刃2509可不接触组织，并且楔形滑动件2513可不接触钉驱动器2511。在克服静摩擦力之后，在第一区域2517中驱动I形梁2514的力可为基本上恒定的。
在第二击发构件行程区域2519中，切割刃2509可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的力可开始斜线上升。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可连续地接触并切割组织2526，并且楔形滑动件2513可重复地接触钉驱动器2511。驱动I形梁2514的力可在第三区域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可在第四区域2523中到达组织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。使I形梁2514推进通过第五区域2525的力可减小，并且在一些示例中，可类似于在第一区域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的定位仅为一个示例。在一些示例中，不同区域可例如基于组织在砧座2516与钉仓2518之间的定位而沿着端部执行器纵向轴线2515在不同位置处开始。
如上所论述并且现在参考图10-图13，可利用定位在外科器械10(图1-图4)的柄部组件内的电动马达1122来使轴组件的击发系统包括I形梁2514相对于轴组件的端部执行器2502推进和/或回缩，以便缝合和/或切入捕获在端部执行器2502内的组织。I形梁2514可以期望速度或在期望速度的范围内推进或回缩。控制器1104可被配置为能够控制I形梁2514的速度。控制器1104可被配置为能够基于例如供应到电动马达1122的功率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可被配置为能够基于供应到电动马达1122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可被配置为能够利用本文所述的绝对定位传感器系统来感测I形梁2514的速度。控制器可被配置为能够将I形梁2514的所预测速度与I形梁2514的所感测速度进行比较，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/或是否应当减小功率以便减小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 HAVING RECORDINGCAPABILITIES”的美国专利号7,845,537，其全文以引用方式并入本文。
可利用各种技术来确定作用在I形梁2514上的力。I形梁2514力可通过测量马达2504电流来确定，其中马达2504电流基于I形梁2514在朝远侧推进时所经受的负载。I形梁2514力可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(I形梁178，图20)、击发杆172(图2)，和/或定位在切割刃2509的近侧端部上。可通过监测以基于马达2504在预先确定的实耗时间段T1之后的当前设定速度的预期速度移动的I形梁2514的实际位置并且将I形梁2514的实际位置与基于时间段T1结束处马达2504的当前设定速度的I形梁2514的预期位置进行比较来确定I形梁2514力。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。相反地，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的实际位置和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。此类技术描述于代理人案卷号END8195USNP中，该文献以引用方式全文并入本文。
图14示出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，该端部执行器可包括砧座2516、I形梁2514(包括锋利切割刃2509)和可移除钉仓2518。端部执行器2502、砧座2516、I形梁2514和钉仓2518可例如参考图1至图13如本文所述进行构造。
衬件位移构件1111诸如I形梁2514的位置、移动、位移和/或平移可由绝对定位系统1100、传感器布置1102以及如图10-图12所示并且在图14中表示为位置传感器2534的位置传感器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/或平移可通过本文所述的位置传感器2534来实现。控制电路2510诸如图5A和图5B所述的控制电路700可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-图12所述。在一些示例中，控制电路2510可包括用于执行致使一个或多个处理器以所描述的方式来控制位移构件例如I形梁2514的指令的一个或多个微控制器、微处理器或其它合适的处理器。在一个方面，定时器/计数器电路2531将输出信号诸如实耗时间或数字计数提供到控制电路2510，以使如由位置传感器2534确定的I形梁2514的位置与定时器/计数器2531的输出相关，使得控制电路2510可确定I形梁2514在特定时间(t)处相对于起始位置的位置。定时器/计数器2531可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可被提供到马达控制器2508。马达控制器2508可包括一个或多个电路，这些电路被配置为能够将马达驱动信号2524提供到马达2504，以驱动马达2504，如本文所述。在一些示例中，马达2504可为有刷DC马达，诸如图1、图5B、图10所示的马达82、714、1120。例如，马达2504的速度可与马达驱动信号2524的电压成比例。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可从能量源2512接收电力。能量源2512可为或包括电池、超级电容器或任何其它合适的能量源2512。马达2504可经由传动装置2506机械地联接到I形梁2514。传动装置2506可包括用于将马达2504联接到I形梁2514的一个或多个齿轮或其它连杆部件。位置传感器2534可感测I形梁2514的位置。位置传感器2534可为或包括能够生成指示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可包括编码器，该编码器被配置为能够在I形梁2514朝远侧和朝近侧平移时将一系列脉冲提供到控制电路2510。控制电路2510可跟踪脉冲以确定I形梁2514的位置。可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，可省略位置传感器2534。在马达2504为步进马达的情况下，控制电路2510可通过聚集马达2504已被指示执行的步的数目和方向来跟踪I形梁2514的位置。位置传感器2534可位于端部执行器2502中或器械的任何其它部分处。
控制电路2510可与一个或多个传感器2538通信。传感器2538可定位在端部执行器2502上并且适于与外科器械2500一起操作以测量各种导出参数，诸如间隙距离对时间、组织压缩与时间、以及砧座应变对时间。传感器2538可包括磁性传感器、磁场传感器、应变计、压力传感器、力传感器、电感传感器诸如涡流传感器、电阻传感器、电容传感器、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可包括一个或多个传感器。
一个或多个传感器2538可包括被配置为能够在夹持状况期间测量砧座2516中的应变的量值的应变仪，诸如微应变仪。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所生成的压力。传感器2538可被配置为能够检测位于砧座2516与钉仓2518之间的组织区段的阻抗，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可位于闭合管260(图3)和砧座2516之间的交互点处，以检测由闭合管260施加到砧座2516的闭合力。施加在砧座2516上的力可表示捕获在砧座2516与钉仓2518之间的组织区段所经受的组织压缩。一个或多个传感器2538可沿着闭合驱动系统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可在夹持操作期间由如图5A-图5B所述的处理器实时地取样。控制电路2510接收实时样品测量值以提供和分析基于时间的信息，并且实时地评估施加到砧座2516的闭合力。
可采用电流传感器2536来测量马达2504所消耗的电流。推进I形梁2514所需的力对应于马达2504所消耗的电流。将力转换为数字信号并将其提供给处理器2510。
使用本文结合图1-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。可致动位移构件以使端部执行器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可包括反馈控制器，该反馈控制器可为任何反馈控制器中的一种，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可包括用于将来自反馈控制器的信号转换为物理输入诸如例如外壳电压、脉宽调制(PWM)电压、频率调制电压、电流、扭矩和/或力的功率源。
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/或刀系统的机械连接的有刷DC马达来驱动位移构件、切割构件或I形梁2514。另一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。这种外部影响可被称为相对电动马达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。
在详细解释外科器械2500的各个方面之前，应当指出的是，示例性方面在应用或使用上并不限于附图和说明中所示的零件的构造和布置的细节。示例性方面可单独实施，也可与其它方面、变型和修改结合实施，并且可以各种方式实践或执行。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，并非为了限制性的目的。而且，应当理解，下述方面、方面和/或示例的表达中的一者或多者可与其它下述方面、方面和/或示例的表达中的任一者或多者组合。
各种示例性方面涉及外科器械2500，其包括带有马达驱动的外科密封和切割工具的端部执行器2502。例如，马达2504可沿着端部执行器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可包括可枢转砧座2516，并且当被构造用于使用时，钉仓2518与砧座2516相对定位。临床医生可握持砧座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可沿着端部执行器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到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，带有定位在远侧端部处的切割元件的I形梁2514可切割钉仓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状况来控制位移构件诸如I形梁2514的远侧平移。控制电路2510可被编程为直接或间接地感测组织状况诸如厚度，如本文所述。控制电路2510可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可被编程为使位移构件以较低速度和/或以较低功率平移。当存在较薄的组织时，控制电路2510可被编程为使位移构件以较高速度和/或以较高功率平移。
在一些示例中，控制电路2510可针对位移构件的行程的第一开环部分初始以开环构型来操作马达2504。基于在行程的开环部分期间器械2500的响应，控制电路2510可选择击发控制程序。器械的响应可包括位移构件在开环部分期间的平移距离、在开环部分期间耗用的时间、在开环部分期间提供到马达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可针对位移构件行程的第二部分实施所选击发控制程序。例如，在行程的闭环部分期间，控制电路2510可基于以闭环方式描述位移构件的位置的平移数据来调节马达2504，以使位移构件以恒定速度平移。
图15示出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示2580。图2580包括两个轴线。水平轴线2584指示实耗时间。竖直轴线2582指示I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为在t0与t1之间可能耗用的初始时间段。
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与t1之间的初始时间段期间，I形梁2514可从行程开始位置2586横穿到位置2594。控制电路2510可确定位置2594对应于击发控制程序，该击发控制程序以所选恒定速度(V慢)推进I形梁2514，该速度由示例2592在t1之后(例如，在闭合回路部分中)的斜率指示。控制电路2510可通过监测I形梁2514的位置并调节马达设定点2522和/或马达驱动信号2524来将I形梁2514驱动到速度V慢以保持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与t1之间的初始时间段(例如，开环时间段)期间，I形梁2514可从行程开始位置2586横穿到位置2596。控制电路可确定位置2596对应于击发控制程序，该击发控制程序以所选恒定速度(V快)推进位移构件。因为示例2590中的组织比示例2592中的组织薄，所以它可向I形梁2514的运动提供较小的阻力。因此，I形梁2514可在初始时间段期间横穿行程的较大部分。而且，在一些示例中，较薄组织(例如，在初始时间段期间横穿的位移构件行程的较大部分)可对应于初始时间段之后的较高位移构件速度。
参考图16，图示6040绘出在闭合行程期间施加以使端部执行器2502围绕夹持在砧座2516与钉仓2518之间的组织闭合的力的示例，该闭合力作为闭合行程位移(d)的函数绘出。图示6040包括两个轴线。竖直轴线6042指示闭合端部执行器2502的以牛顿(N)为单位的闭合力(FTC)。水平轴线6044指示闭合构件诸如像闭合管260(图1)行进以造成端部执行器2502闭合的距离。在闭合行程期间，闭合管260朝远侧(方向“DD”)平移以例如响应于闭合触发器32(图1)的致动而相对于钉仓2518移动砧座2516，其方式描述于前述参考文献美国专利申请公布2014/0263541中。在其它实例中，闭合行程涉及响应于闭合触发器32的致动而相对于砧座移动钉仓。在其它实例中，闭合行程涉及响应于闭合触发器32的致动而移动钉仓和砧座。
图示6040指示闭合端部执行器260的闭合力(FTC)随着闭合管2502朝远侧行进而增大。闭合力(FTC)在闭合管260从起始位置行进距离(d)时达到最大力(Fmax)。在许多方面与端部执行器2502类似的端部执行器300将组织压缩至对应于最大力(Fmax)的最大阈值。最大力(Fmax)至少部分地取决于由端部执行器2502夹持的组织的厚度。在一个示例中，闭合构件被配置为能够行进约0.210"(5.334mm)的距离(d1)以达到约160磅力(711.715牛顿)的最大力(Fmax)。
图16还描绘图示6046，其绘出施加以击发外科器械2500的击发力(FTF)的示例。在外科器械2500的击发行程期间，可施加击发力(FTF)以推进I形梁2514。图示6046包括两个轴线。竖直轴线6048指示在击发行程期间施加以推进I形梁2514的以牛顿(N)为单位的力。I形梁2514被配置为能够在击发行程期间推进刀2509并促动驱动器2511部署钉2505。水平轴线6050指示以秒为单位的时间。
I形梁2514从起始时间(t＝0)推进。当闭合端部执行器2502的闭合力(FTC)达到最大力时(Fmax)，启动I形梁2514的推进。替代地，如图22所示，可在开始击发行程之前施加等待时段。等待时段允许流体从压缩组织流出，这降低压缩组织的厚度，从而产生最大力(Fmax)的减小。
图示6046指示击发外科器械2500的击发力(FTF)在最高峰6052的顶部处增大到最大力(F2)。当楔形滑动件2513时，最大力(F2)处于击发行程的初始段处。最低峰6054的顶部表示出现在击发行程的最终段处的最大力(F1)。在楔形滑动件2513与远侧钉驱动器2511接合期间，将最大力(F1)施加到I形梁2514。此外，在击发行程的中间段处出现在峰6052与峰6054之间的中间峰6056概述在击发行程的中间段期间击发外科器械2500所需的击发力(FTF)的向下斜坡6053。向下斜坡6053在与最高峰6052的顶部处的最大力(F1)相对应的时间(t1)处开始。向下斜坡6053大体上源自随着I形梁2514将楔形滑动件2513推进通过击发行程的超过时间(t1)的中间部分而逐渐减小了负载。
图17示出逻辑流程图，其示出可由外科器械2500(例如，控制电路2510)执行以响应于组织状况和/或钉仓类型来实现I形梁行程的控制程序或逻辑配置的过程6030的一个示例。控制电路2510可接收6031击发信号。击发信号可从触发器32(图1)或其它合适的致动装置接收6031。例如，临床医生可放置端部执行器2502，将组织夹持在砧座2516与钉仓2518之间，然后致动触发器32以开始I形梁行程。触发器32可被配置为能够在致动时将击发信号提供到控制电路2510。
响应于击发信号，控制电路2510可提供6032初始马达设置。例如，初始马达设置可以是提供给马达控制器2508的马达设定点2522。马达控制器2508可以将初始马达设定点2522转换成PWM信号、电压信号或其它合适的马达驱动信号以驱动马达2504。在一些示例中，(例如，当控制电路2510直接生成马达驱动信号2524时)，初始马达设置可以是直接提供给马达2504的马达驱动信号2524。初始马达设置可与特定马达速度、功率或其它合适的变量相对应。在马达2504是有刷直流马达的一些示例中，初始马达设置可以是具有恒定电压的信号。在马达为有刷DC马达的一些示例中，初始马达设置可为具有恒定相位、占空比等的信号或信号组。
控制电路2510可接收6036I形梁构件移动数据。E构件梁移动数据可包括描述I形梁2514的位置和/或移动的信息(例如，来自位置传感器2534)。虽然接收6036I形梁构件移动数据可为过程6030的一部分，但在一些示例中，控制电路2510可在I形梁2514运动的同时接收6036I形梁构件移动数据。例如，当位置传感器2534为编码器时，控制电路2510可在I形梁2514正移动时从编码器接收脉冲信号，其中每个脉冲信号表示运动量。而且，在马达2504为步进马达的示例中，控制电路2510可基于控制电路2510指示马达2504执行的总步数来导出I形梁构件移动数据。
I形梁构件移动数据可指示I形梁2514在初始时间段期间移动的距离，这可反映组织状况，诸如存在于砧座2516与钉仓2518之间的组织的厚度和/或韧性，因为不同类型的组织将提供不同水平的阻力。例如，较厚或较坚韧的组织可以为刀和钉提供更大的机械阻力。更大的机械阻力可能导致马达2504运行得更慢，同时初始马达设置保持基本恒定。相似地，较薄或较弱的组织可以为刀和钉提供较小的机械阻力。这可能导致马达运行更快并且移动更远的距离，同时初始马达设置保持基本恒定。
在提供初始马达设置之后，器械2500可在区域1的诊断第一部分(1a)中以开环构型运行，如图18所示。例如，马达驱动信号2524可以保持基本恒定。因此，马达2504的实际特性诸如马达速度可基于包括组织状况(例如，组织厚度、组织韧性等)的因素而漂移。例如，当在砧座2516与钉仓2518之间存在更厚或更坚韧组织时，组织可向刀和/或钉提供更大的机械阻力，这在马达设置保持基本恒定时可能趋于减缓I形梁2514的速度。
控制电路2510可被配置为能够针对I形梁行程的开环部分保持初始马达设置。在图17的示例中，I形梁行程的开环部分可继续，直到I形梁2514已横穿初始距离为止。因此，控制电路2510可被配置为能够保持初始马达设置，直到I形梁已横穿初始距离为止。初始距离可以是，例如，击发行程开始位置与击发行程结束位置之间的总距离的预先确定部分(例如，1/6、1/4、1/3等)。在一个示例中，初始开环距离为区域1的第一初始部分(1a)，其自行程开始位置2527(图13)跨越约0.200"(5.08毫米)的距离。控制电路2510可根据所接收I形梁构件移动数据确定6034I形梁2514是否已横穿初始距离。如果否，则控制电路2510可继续提供6032初始马达设置并且接收6036另外的I形梁构件移动数据。
在一些示例中，初始开环距离为区域1a的诊断第一部分(1a)，其跨越选自约1毫米至约10毫米范围内的距离。在一些示例中，初始开环距离跨越选自约3毫米至约7毫米范围内的距离。
如果控制电路2510确定6034I形梁已横穿初始距离，则过程6030可继续。在一些示例中，控制电路2510可在横穿初始距离的同时保持运行的计数器或定时器2531(图14)。当控制电路2510确定I形梁已横穿初始距离时，控制电路2510可停止定时器2531。控制电路2510可确定6039初始距离上的I形梁速度。控制电路2510可通过将初始距离除以横穿该距离所需的时间来获得I形梁速度。
替代地，在一些示例中，开环部分可为初始时间段，其也可称为开环时间段。初始时间段可为任何合适的长度，包括例如100毫秒。位置传感器例如像位置传感器2534(图14)可在初始时间段期间跟踪I形梁2514的位置。控制电路2510可确定初始时间段内的I形梁速度。控制电路2510可通过将I形梁2514在初始时间段期间横穿的距离除以初始时间段来获得I形梁速度。I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)中的速度可指示组织状况诸如存在于砧座2516与钉仓2518之间的组织的厚度和/或韧性。
替代地，在一些示例中，由马达2504在开环部分中消耗的电流(I)可用于评估组织状况，诸如存在于砧座2516与钉仓2518之间的组织的厚度和/或韧性。传感器诸如像电流传感器可用于跟踪由马达2504在开环部分中消耗的电流(I)。电流传感器2536的一个示例在图14中示出。
现在返回图17，控制电路2510可例如基于在区域1的诊断第一部分(1a)中所确定的I形梁速度和/或马达2504在开环部分中所消耗的电流(I)来选择6038击发控制程序或配置。控制电路2510可执行6041所选击发控制程序或逻辑配置。
在一些示例中，击发控制程序可确定I形梁2514在I形梁行程的其余部分期间的移动的目标值。图18示出图示6100，该图示绘出针对三个示例性I形梁行程6106、6108、6110的速度对沿着击发行程行进的距离，这些示例性I形梁行程可通过在6038处所选的击发控制程序来实现。图示6100包括两个轴线。水平轴线6102表示以毫米为单位的击发行程位移。竖直轴线6104指示I形梁2514以毫米/秒为单位的速度。如图所示，在图18中，示例6106、6108、6110最初在击发行程距离的区域1的诊断第一部分(1a)中具有相同的I形梁速度。
在图18的示例6106中，击发控制程序被配置为能够将I形梁2514的速度保持处于预定恒定或基本上恒定的速度。该恒定速度可基于I形梁在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动来选择。在一些示例中，击发控制程序可包括以恒定功率驱动I形梁2514。控制电路2510可实现6041先前选择6038的击发控制程序或逻辑配置。例如，控制电路2510可通过监测由位置传感器2534指示的I形梁2514的位置并且调节马达设定点2522和/或马达驱动信号2524来以恒定速度驱动I形梁2514，以保持恒定速度。类似地，控制电路2510可通过监测由马达2504消耗的电压和/或电流并且调节马达设定点2522和/或马达驱动信号2524来以恒定功率驱动击发构件2514，以保持恒定功率消耗。
如上文结合图16的图示6046所述，击发力(FTF)随着I形梁2514在击发行程期间被推进而逐渐减小。这样，击发I形梁2514的击发力(FTF)在击发行程开始处通常高于击发行程的中间处，并且在击发行程的中间处通常高于击发行程的结束处。在击发行程的其中I形梁2514经受更高负载的部分中保持I形梁2514的减小的速度改善了马达2504和能量源2512的性能。首先，在击发行程期间由马达2504消耗的总电流(I)得以减少，这延长了能量源2512(图14)的寿命。其次，在击发行程的具有较高负载的部分中减小I形梁2514的速度可保护马达2504免于停转。增大的阻力可致使马达2504停转。停转是马达停止旋转时的状况。当负载扭矩大于马达轴扭矩时，会发生这种状况。
为了减小施加到I形梁2514的负载或击发力(FTF)，控制电路2510采用替代击发控制程序。替代击发控制程序中的两个在图18的示例6108、6110中表示。图19B示出逻辑流程图，其示出可由外科器械2500(例如，控制电路2510)在6041处选择6038和执行6041以响应于组织状况和/或钉仓类型来实现I形梁行程的控制程序或逻辑配置的过程6131的一个示例。击发过程6131可包括以随着I形梁2514沿着击发行程推进而线性地增大的速度驱动I形梁2514，如图18的示例6108所示。
控制电路2510控制6132马达2504在起始点6101处的预定位置处达到起始速度(v1)。通过在I形梁2514沿着击发行程推进时将马达设定点2522和/或马达驱动信号2524调节为产生I形梁2514的速度的线性或基本上线性增大，控制电路2510在I形梁2514沿着击发行程推进时按以预定速率线性地增大的速度驱动6134I形梁2514。保持6135I形梁2514的速度速率，直到击发行程结束为止。
控制电路2510可监测由位置传感器2534指示的I形梁2514的位置和由定时器2531指示的时间。来自位置传感器2534和定时器2531的数据可由控制电路2510使用以在沿着击发行程的离散位置处对I形梁2514的速度进行取样。取样速度可与预定阈值进行比较以确定如何调节马达设定点2522和/或马达驱动信号2524以在I形梁2514沿着击发行程推进时产生I形梁2514的速度的线性或基本上线性增大。在一些示例中，I形梁2520的速度以1毫米的间隔进行取样。
在一些示例中，绝对定位系统1100(图10-图12)可用于感测I形梁2514的位置，并且I形梁2520的速度以由传感器元件1126的一次或多次旋转限定的间隔进行取样。
在一些示例中，控制电路2510被配置为能够在I形梁2514被推进通过击发行程时以恒定或基本上恒定的速率增大I形梁2514的速度。I形梁2514的速度的增大速率可基于I形梁在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动来选择。在一个示例中，可采用查找表以基于表示I形梁在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动的测量结果来确定I形梁2514的速度的增大速率。
如图18所示，I形梁2514的速度的线性增大在起始点6101处开始，该起点表示在区域1的第二部分(1b)的开始处的预定位置处的起始速度(v1)。起始速度v1也可基于I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动来确定。在一个示例中，可采用查找表以基于表示I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动的测量结果来确定起始速度v1。值得注意的是，示例6108的起始速度(v1)显著低于示例6110的恒定速度，这在示例6108中产生减小的击发力(FTF)。
控制电路2510还可被配置为能够基于组织状况来确定I形梁2514的起始速度v1和/或速度的增大速率。如上所述，组织状况诸如存在于砧座2516与钉仓2518之间的组织的厚度和/或韧性可影响I梁2514的移动，因为不同类型的组织将提供不同水平的阻力。例如，较厚或较坚韧的组织可向I形梁2520提供更大的机械阻力。更大的机械阻力可能导致马达2504运行得更慢，同时初始马达设置保持基本恒定。类似地，较薄或较弱的组织可向I形梁2520提供较小的机械阻力。这可能导致马达运行更快并且移动更远的距离，同时初始马达设置保持基本恒定。
在图18的示例6110中，击发控制程序可包括在击发行程内的多个离散或连续部分或区域处以多个恒定的或基本上恒定的速度驱动或保持I形梁2514，以在I形梁2514被推进通过击发行程时减小负载或击发力(FTF)。击发行程距离划分为三个区域：区域1、区域2和区域3。I形梁2514在区域1中经受的负载大于区域2，并且I形梁2514在区域2中经受的负载大于区域3。为了减小击发力(FTF)，如图18的示例6110所示，I形梁2514在区域1、区域2和区域3中分别以三个恒定或基本上恒定的速度v1、v2和v3驱动。
在一些示例中，区域的数目和对应速度可大于或小于三个，这取决于钉仓尺寸和/或组织状况。图18中I形梁行程区域的定位仅为一个示例。在一些示例中，不同区域可例如基于组织在砧座2516与钉仓2518之间的定位而沿着端部执行器纵向轴线2515在不同位置处开始。
图19A示出逻辑流程图，其示出可由外科器械2500(例如，控制电路2510)在6041处选择6038和执行6041以响应于组织状况和/或钉仓类型来实现I形梁行程的控制程序或逻辑配置的过程6111的一个示例。在I形梁2514经受最高负载的区域1中，I形梁2514以缓慢的恒定或基本上恒定的速度(v1)驱动。控制电路2510控制6114马达2504在起始点6101(图18)处达到速度(v1)，该起始点表示区域1的第二部分(1b)的开始处的预定位置。对于区域1的从起始点6101处开始的其余部分，控制电路2510将I形梁2514的速度保持6116处于速度(v1)。在6115处，如果I形梁2514位于区域1中，则控制电路2510将I形梁2514的速度保持6116处于速度(v1)。然而，如果I形梁2514不再位于区域1中，则控制电路2510控制6117马达2504以在表示区域2中的预定位置的起始点6103(图18)处达到速度(v2)。值得注意的是，速度(v1)显著低于示例6106的恒定速度，这相对于示例6106减小示例6110的击发力(FTF)。
在I形梁2514经受中间负载的区域2中，I形梁2514保持6119处于高于区域2的其余部分的速度(v1)的恒定或基本上恒定的速度(v2)。如果控制电路2510确定6118I形梁2514处于区域2中，则控制电路2510将I形梁2514的速度保持6119处于速度(v2)。然而，如果I形梁2514不再位于区域2中，则控制电路2510控制6120马达2504以在表示区域3中的预定位置的起始点6105(图18)处达到预定速度(v3)。控制电路2510保持6121速度(v3)，直到I形梁2514到达行程6122结束为止。
如上所述，控制电路2510可通过监测由位置传感器2534指示的I形梁2514的位置并调节马达设定点2522和/或马达驱动信号2524来以恒定速度驱动I形梁2514，以保持恒定速度。
控制电路2510可基于I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动来选择速度(v1)、速度(v2)和/或速度(v3)。在一些示例中，控制电路2510可基于在区域1的诊断第一部分(1a)中所确定的I形梁速度和/或由马达2504在开环部分中所消耗的电流(I)来选择速度(v1)、速度(v2)和/或速度(v3)。在一个示例中，可采用查找表以基于表示I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动的测量结果来确定速度(v1)、速度(v2)和/或速度(v3)。
在一个示例中，控制电路2510可基于I形梁2514在击发行程的一个或多个先前区域中的移动来选择击发行程的区域的恒定或基本上恒定的速度。例如，控制电路2510可基于I形梁2514在第一区域中的移动来选择第二或中间区域的速度。而且，控制电路2510可基于I形梁2514在第一区域和/或第二区域中的移动来选择第三区域的速度。
如图18的示例所指示，控制电路2510可被配置为能够保持从速度(v1)到区域2的初始部分中的较高速度(v2)的线性或基本上线性的过渡。控制电路2510可以恒定速率增大I形梁2514的速度，以产生从速度(v1)到较高速度(v2)的线性或基本上线性的过渡。替代地，控制电路2510可被配置为能够保持从速度(v1)到区域2的初始部分中的较高速度(v2)的非线性过渡。
此外，控制电路2510可被配置为能够保持从速度(v2)到区域3的初始部分中的较高速度(v3)的线性或基本上线性的过渡。控制电路2510可以恒定速率增大I形梁2514的速度，以产生从速度(v2)到较高速度(v3)的线性或基本上线性的过渡。替代地，控制电路2510可被配置为能够保持从速度(v2)到区域3的初始部分中的较高速度(v3)的非线性过渡。
如图20的图示6230所示，击发力(FTF)随着I形梁2514在击发行程期间被推进而逐渐减小。这样，施加到I形梁2514的击发力(FTF)在击发行程开始处通常高于击发行程的中间处，并且在击发行程的中间处通常高于击发行程的结束处。在击发行程的其中I形梁2514经受更高负载的部分中以减小的或低占空比运行马达2504改善了马达2504和能量源2512的性能。如上所述，在击发行程期间由马达2504消耗的总电流(I)得以减少，这延长了能量源2512(图14)的寿命。其次，在击发行程的具有较高负载的部分中以减小的占空比运行马达2504可保护马达2504免于停转。
在一些示例中，击发控制程序可基于I形梁2514沿着击发行程的位置来确定马达2504的占空比的目标值。图20示出图示6200，该图示绘出针对三个示例性击发行程6206、6208、6210的马达2504的占空比对沿着击发行程行进的距离，这些示例性击发行程可通过在6038处所选的击发控制程序来实现。在图示6200中，水平轴线6202表示以毫米为单位的击发行程位移。竖直轴线6204指示以百分比表示的马达2504的占空比。如图所示，在图20中，示例6206、6208、6210最初在击发行程距离的区域1的诊断第一部分(1a)中具有相同的占空比。图20示出图示6230，该图示包括分别与图示6200的示例6206、6208和6210相对应的示例6206’、6208’和6210’。在图示6200中，水平轴线6234表示以秒为单位的时间。竖直轴线6232指示在I形梁2514被推进通过击发行程时施加的击发力(FTF)。
在图20的示例6206中，击发控制程序被配置为能够以预定恒定或基本上恒定的占空比运行马达2504。该恒定占空比可基于I形梁在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动来选择。示例6206'表示在击发行程期间以预定恒定或基本上恒定的占空比来运行马达2504相关联的击发力(FTF)。
为了减少负载或击发力(FTF)，如示例6208'和6210'的击发力(FTF)分布所示，在6038处选择与图示6100的示例6208和6210相对应的替代击发控制程序。如图示6230所示，示例6208'和6210'具有比实例6206'低的击发力(FTF)分布，和比实例6206’的最大力阈值(F3)低的最大力阈值(F1)和(F2)。
示例6210'表示与以闭环运行马达2504相关联的击发力(FTF)分布。在行程的闭环部分期间，控制电路2510可基于描述I形梁2514的位置的平移数据来调节马达2504的占空比。在闭环期间，控制电路2510被配置为能够在I形梁2514沿着击发行程推进时逐渐地增大马达2504的占空比。
控制电路2510可监测由位置传感器2534指示的I形梁2514的位置。来自位置传感器2534的数据可由控制电路2510使用以设定马达2504的占空比。在一些示例中，马达2504的占空比由控制电路2510以1毫米的间隔进行改变。在一个示例中，控制电路2510被配置为能够在I形梁2514被推进通过击发行程时保持马达2504的占空比的基本上线性的增大。
在一些示例中，绝对定位系统1100(图10-图12)可用于感测I形梁2514的位置，并且马达2504的占空比可基于通过传感器元件1126的一次或多次旋转所评估的I形梁2514的位置来设定。
在一些示例中，控制电路2510被配置为能够在I形梁2514被推进通过击发行程时以基本上恒定的速率增大马达2504的占空比。马达2504的占空比的增大速率可基于I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)中的诊断时间(t1)期间的移动来选择。在一个示例中，可采用查找表以基于表示I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)中的诊断时间(t1)期间的移动的测量结果来确定I形梁2514的速度的增大速率。
在一个示例中，可采用查找表以基于表示I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动的测量结果来确定马达2504的占空比。控制电路2510还可被配置为能够基于组织状况确定马达2504在I形梁2514的沿着击发行程的各种位置处的占空比。如上所述，组织状况诸如存在于砧座2516与钉仓2518之间的组织的厚度和/或韧性可影响I梁2514的移动，因为不同类型的组织将提供不同水平的阻力。
替代示例6208'表示与在击发行程内的多个离散或连续部分或区域处以多个恒定或基本上恒定的占空比运行马达2504相关联的减小的击发力(FTF)分布。如上文结合图示6100所述，击发行程距离被分成三个区域：区域1、区域2和区域3。I形梁2514在区域1中经受的负载大于区域2，并且I形梁2514在区域2中经受的负载大于区域3。为了减小击发力(FTF)，马达2504以分别在区域1、区域2和区域3的点6201、6203和6205的预定位置处设定的三个不同占空比运行，如图20所示。在一些示例中，区域数目和对应占空比可大于或小于三个，这取决于钉仓尺寸和/或组织状况。图20中的I形梁行程区域的定位仅为一个示例。在一些示例中，不同区域可例如基于组织在砧座2516与钉仓2518之间的定位而沿着端部执行器纵向轴线2515在不同位置处开始。
在I形梁2514经受最高负载的区域1中，马达2504以低占空比运行。如图20的示例6208所指示，控制电路2510被配置为能够例如对于区域1的从点6201开始的其余部分将马达2504的占空比保持处于约45％，该点表示区域1的第二部分(1b)的开始处的预定位置。
在I形梁2514经受中间负载的区域2中，马达2504以大于在区1中所保持占空比的中间占空比运行。在区域2开始时，控制电路2510被配置为能够将马达2504的占空比增大至预定占空比，该预定占空比由控制电路2510针对区域2的其余部分保持处于恒定或基本上恒定的值。如图20的示例6208所指示，控制电路2510被配置为能够例如对于区域2的从点6203开始的其余部分将马达2504的占空比保持处于约75％，该点表示预定位置。
在I形梁2514经受最低负载的区域3中，马达2504以大于区域2中所保持占空比的占空比运行。在区域3开始时，控制电路2510被配置为能够将马达2504的占空比增大至预定占空比，该预定占空比由控制电路2510针对区域3的其余部分保持处于恒定或基本上恒定的值。如图20的示例6208所指示，控制电路2510被配置为能够针对区域3的从点6205开始的其余部分将马达2504的占空比保持处于例如约100％，该点表示预定位置。
控制电路2510可基于I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动来选择区域1、2和3的占空比。在一些示例中，控制电路2510可基于在区域1的诊断第一部分(1a)中所确定的I形梁速度和/或由马达2504在开环部分中所消耗的电流(I)来选择区域1、2和3的占空比。在一个示例中，可采用查找表以基于表示I形梁2514在区域1的诊断第一部分(1a)期间的移动的测量结果来确定区域1、2和3的占空比。
虽然示例6208的击发控制程序或逻辑配置描绘了具有在45％、75％和100％下的恒定的或基本上恒定的占空比的三个步骤，但本公开还预期其它占空比。在一个示例中，如图21的图示6300所示，击发控制程序可包括在击发行程的第一区域中以约33％的占空比、在击发行程的第二区域中以约66％的占空比以及在击发行程的第三区域处以约100％的占空比运行马达2504。例如，可将不同的占空比设定为从沿着击发行程的不同I形梁位置处开始。
在一个示例中，控制电路2510可基于马达2504在击发行程的一个或多个先前区域中的占空比的移动来选择击发行程的区域的马达2504的恒定或基本上恒定的占空比。例如，控制电路2510可基于第一区域中的占空比来选择第二或中间区域的占空比。而且，控制电路2510可基于第一区域和/或第二区域中的占空比来选择第三区域的占空比。
图示6300示出针对示例性击发行程6310的马达2504的占空比对沿着击发行程行进的距离的曲线图，该示例性击发行程可通过6038处所选的击发控制程序来实现。在图示6300中，水平轴线6302表示以毫米为单位的击发行程位移。竖直轴线6304指示以百分比表示的马达2504的占空比。如图21所示，示例6310指示在击发行程的区域1中以约33％的占空比、在击发行程的区域2中以约66％的占空比以及在击发行程的区域3处以约100％的占空比运行马达2504。本公开预期在区域1、区域2和/或区域3处的占空比的其它值。
在一个示例中，马达2504可在击发行程的初始区域中以选自约25％至约50％范围内的占空比运行。在一个示例中，马达2504可在击发行程的中间区域中以选自约50％至约80％范围内的占空比运行。在一个示例中，马达2504可在击发行程的最后区域中以选自约75％至约100％范围内的占空比运行。
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。图21还示出描绘示例6360的图示6350，该示例指示与示例6310的区域1、区域2和区域3的马达占空比相对应的脉宽调制信号。图示6350包括两个轴线。水平轴线6354表示以毫米为单位的击发行程位移。竖直轴线6352指示脉宽调制信号。
示例6310的击发控制程序可根据I形梁2514沿着击发行程的位置来改变供应到马达2504的信号的脉宽。在区域1中可保持第一脉宽。在区域2中可保持大于第一脉宽的第二脉宽。在区域3中可保持大于第二脉宽的第三脉宽。
在各种示例中，击发行程的上述区域1、2和3可距离相等或基本上相等。换句话讲，三个区域中的每一者可为I形梁2514在击发行程期间行进的总距离的约三分之一。在其它示例中，击发行程距离可分成距离相等或不同的多于或少于三个区域。
参考图22，图示6400绘出在闭合行程期间施加以使端部执行器2502相对于夹持在砧座2516与钉仓2518之间的组织闭合的力的示例6408，该闭合力作为时间的函数绘出。图示6400包括两个轴线。竖直轴线6402指示闭合端部执行器2502的以牛顿(N)为单位的闭合力(FTC)。水平轴线6404指示以秒为单位的时间。在闭合行程期间，闭合管260朝远侧(方向“DD”)平移以例如响应于闭合触发器32(图1)的致动而相对于钉仓2518移动砧座2516，其方式描述于前述参考文献美国专利申请公布2014/0263541中。在其它实例中，闭合行程涉及响应于闭合触发器32的致动而相对于砧座移动钉仓。在其它实例中，闭合行程涉及响应于闭合触发器32的致动而移动钉仓和砧座。
示例6408指示闭合端部执行器2502的闭合力(FTC)在以时间(t0)结束的初始夹持时间段期间增大。闭合力(FTC)在时间(t0)处达到最大力(F3)。例如，初始夹持时间段可为约一秒。可在启动击发行程之前施加等待时段。等待时段允许流体从由端部执行器2502压缩的组织流出，这降低了压缩组织的厚度，从而在砧座2516与钉仓2518之间产生较小间隙并且在等待时段结束时产生减小的闭合力(F1)。在一些示例中，通常采用选自约10秒至约20秒范围内的等待时段。在示例6408中，采用约15秒的时间段。该等待时段之后是击发行程，该击发行程通常持续一定时间段，该时间段通常持续例如选自例如约3秒至约5秒范围内的时间段。闭合力(FTC)随着I形梁2514相对于端部执行器推进通过击发行程而减小。
图22还示出图示6450，该图示绘出在外科器械2500的击发行程期间施加以推进I形梁2514的力的三个实例6456、6458、6460。图6450包括两个轴线。竖直轴线66452指示在击发行程期间施加以推进I形梁2514的以牛顿(N)为单位的力。I形梁2514被构造成能够能够在击发行程期间推进刀2509并促动驱动器2511部署钉2505。水平轴线6050指示以秒为单位的时间。
I形梁2514在起始时间(t＝0)处从行程开始位置2527(图13)推进到行程结束位置2528(图13)。在I形梁2514被推进通过击发行程时，闭合组件将钉仓2518和砧座2516的控制移交至击发组件，这导致击发力(FTF)增大以及闭合力(FTC)减小。
在替代示例6406中，采用更硬的砧座6410(图23)。示例6406的砧座6410的刚度大于示例6408的砧座的刚度。同与示例6408的砧座相关联的最大闭合力(F3)和(F1)相比，较硬的砧座6410在时间(t0)处产生更大的最大闭合力(F4)并且在等待时段结束时产生更大的(F2)。由于增大的刚度，示例6410的砧座6406远离压缩组织挠曲或弯曲的能力小于示例6408的砧座的能力。因此，在整个闭合行程中，示例6406的砧座6410经受比示例6408的砧座大的负载。
图6450的示例6456和6458分别为与图6400的示例6406和6408相对应的击发力(FTF)。示例6406和5458的更硬的砧座6410在遇到比示例6408和6456的砧座大的闭合力(FTC)分布时经受更小的击发力(FTF)分布。在示例6456和6458中，击发力(FTF)分布由于砧座6410的增大的刚度而减小了约20％。在增大砧座的刚度时可采用各种技术，如2019年12月21日提交的标题为SURGICAL INSTRUMENT WITH MULTIPLE FAILURE RESPONSE MODES的美国专利申请序列号15/385,922中所述，该专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
更硬的砧座6410具有细长砧座主体6412，该细长砧座主体具有上部主体部分6414，该上部主体部分具有附接到其的砧座帽6416。在图22所描绘的方面中，砧座帽6416为大致矩形形状，并且具有外帽周边6418。砧座帽6416的周边6418被构造成能够能够***穿过形成于上部主体部分中的对应形状的开口，并且接收在砧座主体6412的轴向延伸的内部凸缘部分上。砧座主体6412和砧座帽6416可由有利于焊接的合适的金属制成。第一焊缝6420可围绕砧座帽6416的整个帽周边6418延伸，或者它可仅沿着砧座帽6416的长边6422而不沿着其远侧端部6424和/或近侧端部6426定位。第一焊缝6418可为连续的，或者其可为不连续的或间断的。
示例6458的有效击发力(FTF)分布可通过与更硬的砧座6410组合采用击发控制程序进一步改善，如示例6460所示，该击发控制程序可在6038(图17)处选择。与前述示例6108、6110、6208或6210相关联的任何击发控制程序均可与更硬的砧座6410一起使用，以产生更有效的击发力分布。在示例6460的方面，更硬的砧座6410与击发控制程序组合，该击发控制程序初始地以较快速度运行I形梁2514，之后当遇到较厚组织时速度较慢。相对于示例6456和6458的对应时间(t2)、(t3)，更硬的砧座6410和击发程序的组合可产生达到最大击发力(FTF)的更短的时间(t1)。此外，相对于示例6456和6458的对应时间(t5)和(t6)，该组合可产生到达击发行程的行程结束位置2528(图13)的更短时间(t4)。如图示6450所示，与示例6458的最大值(FTF)相比，该组合产生最大(FTF)的另外20％的减小。在一些示例中，所选击发控制程序被配置为能够使击发行程的第一部分中的I形梁2514的速度相对于与示例6458结合使用的速度减少约三分之一。
本文所述的功能或过程6030、6111、6131可由本文所述的任何处理电路诸如结合图5-图6所述的控制电路700、图7-图9中所述的电路800、810、820、结合图10和图12所述的微控制器1104和/或图14中所述的控制电路2510来执行。
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；马达，所述马达联接到所述位移构件，所述马达能够操作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；以及位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路；其中所述控制电路被配置为能够：接收所述位置传感器的指示所述位移构件的至少一个位置的位置输出；以及控制所述马达的速度以使所述位移构件以与所述位置输出相对应的多个速度平移，其中所述多个速度中的每一个保持在预定区域中。
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在第一区域中将所述位移构件的平移保持处于第一速度并且在第二区域中保持处于第二速度，并且其中所述第二区域在所述第一区域远侧。
实施例3.根据实施例2所述的外科器械，其中，所述第二速度大于所述第一速度。
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在第三区域中将所述位移构件的平移保持处于第三速度，并且其中所述第三区域在所述第二区域远侧。
实施例5.根据实施例4所述的外科器械，其中，所述第三速度大于所述第二速度。
实施例6.根据实施例2至实施例5所述的外科器械，还包括联接到所述控制电路的定时器电路，其中所述定时器电路被配置为能够测量所述位移构件平移到预定初始位置期间所消耗的时间。
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基于在所述位移构件平移到所述预定初始位置期间所消耗的时间来确定所述第一速度。
实施例8.根据实施例1至实施例7所述的外科器械，还包括端部执行器，所述端部执行器包括容纳多个钉的钉仓，并且其中所述位移构件从近侧位置平移到远侧位置致使这些钉从所述钉仓部署。
实施例9.根据实施例1至实施例8所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够基于由所述马达经受的力或电流来确定所述第一速度。
实施例10.一种外科器械，包括：位移构件；马达，所述马达联接到所述位移构件，所述马达能够操作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；以及位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路；其中所述控制电路被配置为能够：接收所述位置传感器的指示所述位移构件的至少一个位置的位置输出；以及驱动所述马达以使所述位移构件以与所述位移构件的位置相对应的位移构件速度平移。
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使所述位移构件速度从起始速度以线性率增大。
实施例12.根据实施例11所述的外科器械，还包括联接到所述控制电路的定时器电路，其中所述定时器电路被配置为能够测量所述位移构件平移到预定初始位置期间所消耗的时间。
实施例13.根据实施例12所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够基于在所述位移构件平移到所述预定初始位置期间所消耗的时间来确定所述起始速度。
实施例14.根据实施例10至实施例13所述的外科器械，还包括端部执行器，所述端部执行器包括容纳多个钉的钉仓，并且其中所述位移构件从近侧位置平移到远侧位置致使这些钉从所述钉仓部署。
实施例15.根据实施例10至实施例14所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够基于由所述马达经受的力或电流来确定所述第一速度。
实施例16.一种外科器械，包括：位移构件；马达，所述马达联接到所述位移构件，所述马达能够操作为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；以及位置传感器，所述位置传感器联接到所述控制电路；其中所述控制电路被配置为能够：接收所述位置传感器的位置输出，所述位置输出指示所述位移构件沿着近侧位置与远侧位置之间的距离的至少一个位置；以及以与所述位置输出相对应的多个占空比驱动所述马达，其中所述多个占空比中的每一个保持在所述近侧位置与所述远侧位置之间的预定区域中。
实施例17.根据实施例16所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够在第一区域中以第一占空比驱动所述马达以及在第二区域中以第二占空比驱动所述马达，并且其中所述第二区域在所述第一区域远侧。
实施例18.根据实施例17的外科器械，其中，所述第二占空比大于所述第一占空比。
实施例19.根据实施例18所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够在第三区域中以第三占空比驱动所述马达，并且其中所述第三区域在所述第二区域远侧。
实施例20.根据实施例19所述的外科器械，其中，所述第三占空比大于所述第二占空比。
实施例21.根据实施例17至实施例20所述的外科器械，还包括联接到所述控制电路的定时器电路，其中所述定时器电路被配置为能够测量所述位移构件平移到预定初始位置期间所消耗的时间。
实施例22.根据实施例21所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够基于在所述位移构件平移到所述预定初始位置期间所消耗的时间来确定所述第一占空比。
实施例23.根据实施例16至实施例22所述的外科器械，其中，所述控制电路被配置为能够基于由所述马达经受的力或电流来确定所述第一速度。