具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所描述的，手术机器人驱动侧电机产生的动力通过齿轮减速箱、机械耦合机构到达执行侧的旋转轴，旋转轴再通过齿轮啮合从动轮转化为牵拉末端手术器械(末端执行器)的动力。系统含有齿轮减速箱和传动耦合机构和主从动轮齿轮啮合，存在机械空程间隙，这给系统运行精确控制带来较大误差。

因此以下实施例，在驱动侧电机齿轮减速箱的输出轴安装磁铁，基座内与该磁铁对应的位置安装非接触式磁性旋转编码器，执行侧旋转轴从动齿轮轴心处安装磁铁，在基座内与该磁铁对应的位置安装非接触式磁性旋转编码器，利用磁铁和非接触式磁性旋转编码器获取驱动侧输出的转速和执行侧输出的转速。

通过基座上设置的SPI接口(串行外设接口)，实时读取上述两个位置非接触式磁性旋转编码器获取的数据，依靠基座内主控板上搭载的MCU内置滤波算法、间隙消除补偿算法进一步修正电机的旋转位置，确保电机旋转位置与末端器械运动的精确性，同时依靠执行侧磁铁与驱动侧非接触式磁性旋转编码器的间距可以实时判断执行侧机构是否安装良好，以保证器械运行时的安全性和可靠性。

实施例一：

如图1-3所示，一种手术机器人的电机闭环控制装置，包括与基座1连接的执行侧2，执行侧2与驱动侧可拆卸连接，驱动侧输出机构设有第一磁铁，基座1内与第一磁铁对应的位置设有第一传感器；执行侧从动轮轴心处设有第二磁铁，基座内与第二磁铁对应的位置安装第二传感器，两组传感器分别获取驱动侧输出的转速和执行侧输出的转速。

本实施例中，第一传感器和第二传感器均为非接触式磁性旋转编码器。

驱动侧包括与基座1连接的电机和驱动侧输出机构3，本实施例中驱动侧输出机构3为齿轮减速箱，电机连接齿轮减速箱输出驱动手术机器人末端执行器动作的动力，驱动侧输出机构3的输出轴上安装第一磁铁。

第一传感器位于基座1内与第一磁铁对应的位置，第一传感器在第一磁铁的影响下获取驱动侧输出的转速。

执行侧包括安装在外壳内的主动轮22和从动轮23，主动轮22连接转轴21，驱动侧输出机构3的输出轴与转轴21可拆卸连接，传递驱动侧的动力，转轴21带动主动轮22运动，主动轮22与从动轮23啮合，从动轮23输出驱动侧的动力。

执行侧还具有末端执行器24，从动轮23与末端执行器24连接。

从动轮23的轴心处设有第二磁铁，执行侧位于驱动侧顶部时，第二传感器位于基座内与第二磁铁对应的位置。

第二传感器在第二磁铁的影响下获取执行侧从动轮输出的转速。

上述结构中，两处传感器均位于驱动侧的基座内部，且均为非接触式磁性旋转编码器，在磁场的作用下获取转速数据的过程不需要执行侧与传感器本体发生直接连接，有利于执行侧的灭菌操作和无菌隔离，能够利用基座上的串口将两组传感器获取的数据直接导出，获取执行侧转速的过程不再需要导线，能够满足手术器械的无菌隔离要求。

本实施例中的非接触式磁性旋转编码器，其核心技术为霍尔传感器，芯片参数如下：

AS5145是一种12位可编程、非接触式磁性旋转编码器，用于360度全回转角度的精确测量。是一种片上系统，将霍尔元件、模拟前端和数字信号处理集成在一个单一的设备中。要测量角度，只需要一个简单的双极磁铁，在芯片的中心旋转。磁铁可以放置在集成电路的两侧。绝对角度测量提供即时指示的磁体的角位置的分辨率0.08790＝每转4096个位置。

实施例二：

本实施例提供了基于上述检测装置实现手术机器人的电机闭环控制方法，包括以下步骤：

获取驱动侧输出的转速数据和执行侧从动轮的转速数据；

通过滤波算法判断转速是否超出阈值，若超出阈值则经间隙消除算法后，控制电机旋转至设定位置。

滤波算法的原理：

非接触式磁性旋转编码器测得的旋转角为12Bit数字量，会存在一定的量化偏差和抖动，本实施例通过过采样和数字滤波进行数据处理，减小误差，使之跟接近真实值，更精确，这些经过处理的传感器数据会作为间隙消除程序的输入数据。

间隙消除算法(程序)的原理：

启动电机时，处理器记录驱动侧和执行侧经过滤波算法处理的旋转编码器数据，处理器以一定周期，循环读取驱动侧和执行侧经过滤波算法处理的旋转编码器数据作比对，获得电机传动间隙的机械空程，作为本次运行动作的修正因子，按如下公式执行间隙消除：

α＝β+θ；

α：执行侧目标转动角度；

β：驱动侧电机旋转角度设定值；

θ：间隙消除修正因子。

上述处理过程中，旋转编码器的数据处理更加准确，利用获得的间隙消除因子，对电机执行实时控制。

编码器在运动过程中的每一个位置都有一个确定的数字码作为位置的对应，本实施例的驱动侧和执行侧获取的传感器数据中，两组编码器的数字码一一对应，代表着驱动侧和执行侧的旋转位置一一对应，如果驱动侧的某一个旋转位置没有与执行侧对应，那么说明该位置下的执行侧出现了“机械空程”，则代表驱动侧位置的一个或几个数字码无法被执行侧对应，需要人为的“修正因子”来消除这部分“机械空程”。

因此，本实施例中，驱动侧的输出结构(即第一磁铁安装处)与执行侧的第二磁铁安装处的传动比是1:1，驱动侧与执行侧采用相同的非接触式磁性旋转编码器，所以在没有间隙的情况下，驱动侧和执行侧的数字码的增量是一致的，即驱动则变化几个数字量，执行侧也变化同样的数字量，也就是上文中描述的“两组编码器的数字码一一对应”，监测增量的方式不受限于传感器机械安装误差和机械传动误差，只要驱动侧和执行侧增量一致就认为间隙被消除。同样的，由于机械间隙的存在，执行侧可能跟驱动侧的增量不一致，因此引入修正的过程能够最大限度的减小传动机构的误差，从而提升运动控制精度。

处理器可以集成在手术机器人本体中，不限制具体的规格型号；通过磁铁和非接触式磁性旋转编码器实现了驱动侧和执行侧隔离，同时检测两者速度，通过软件算法消除传动机构机械空程间隙，以最大限度减小传动机构的误差，提升运动控制精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。