用于機器人設備的可指定移動性的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人設備，包括能夠相對于彼此進行移動的多個組件的運動鏈；傳感器設備，其被配置為捕捉施加于至少一個移動組件上的力和/或力矩；和控制設備，其被配置為作為所捕捉到的力和/或所捕捉到的力矩的函數而以所施加的力的方向控制移動組件中的至少一個的移動。本發(fā)明還涉及一種用于操作這樣的機器人設備的方法。
【背景技術】
[0002]雖然過去在機器人或機器人設備替代人類工作方面已經做了很多，但是機器人或機器人設備在今天主要被用作輔助的裝置。全自動化和手工工作之間的嚴格劃分顯得越來越多余。強大的傳感器、智能的控制工程以及先進的軟件技術被整合到現代的機器人設備之中。對于這些機器人而言，更為常見的可能性是允許在例如外科醫(yī)生的操作員的掌控之下以被動方式進行移動。與作為助手的機器人設備進行交互的操作者一例如外科醫(yī)生一在支持機器人的操作期間必須經常執(zhí)行非常復雜的操作。與此同時，在許多應用中重復相同的操作是非常常見的情形。特別是在醫(yī)療干預中，移動速度和軌跡準確性對于操作結果而言是關鍵所在。現有許多方法用于改進操作者和輔助機器人設備之間的交互。
[0003]例如，US6463361 BI公開了一種機器人系統(tǒng)，其對用戶的語音命令進行分析以便移動醫(yī)療器械。US6785358 B2同樣涉及到分析語音命令以便控制醫(yī)療設備，在該情況下特別是X光系統(tǒng)。
[0004]US2013/0110130 Al描述了一種用于醫(yī)療機器人設備的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)盡管在例如機器人設備的線路或Bowden線纜疲勞的情況下也允許對所期望扭矩進行設置，所述所期望扭矩以所期望強度精確實施。

【發(fā)明內容】

[0005]因此，本發(fā)明的技術目標是改進機器人設備的準確性和可靠性，特別是在所述設備與人類操作者進行交互時。
[0006]該目標通過專利的獨立權利要求的主題所實現。有利實施例的變化形式從從屬權利要求、說明書和附圖所得出。
[0007]本發(fā)明涉及一種機器人設備，包括能夠相對于彼此進行移動的多個組件的運動鏈，傳感器設備和控制設備。在這種情況下，該傳感器設備被配置為捕捉施加于移動組件的至少一個上的力和/或力矩。該控制設備被配置為作為該傳感器設備所捕捉到的力和/或該傳感器設備所捕捉到的力矩的函數而以所施加的力的方向控制移動組件的至少一個的移動。因此，該機器人設備一更確切地是該機器人設備的移動組件的至少一個一能夠由操作者進行引導，這是通過所述操作者以所期望的方向在該移動組件上人工施加以力而實現的。
[0008]為了改進在與人類操作者進行交互時的準確性和可靠性，該機器人設備包括第一捕捉設備，其耦合至該控制設備并且為了以無接觸的方式捕捉操作者的操作動作而提供。在這種情況下，在正常操作模式中，該控制設備被配置為通過使能或禁用對所捕捉的操作動作所分配的至少一個預定移動而將移動組件的至少一個的移動性指定為該第一捕捉設備所捕捉的操作動作的函數。該機器人設備的移動性的自由度因此能夠由操作者經由操作者的操作動作而約束或解鎖，所述操作動作被該第一捕捉設備所捕捉。這可以利用所謂的主動約束來實現，其中移動性的自由度通過有選擇地激活一個或多個驅動部件和/或一個或多個制動器而被限制。該機器人設備的移動因此能夠通過阻礙和/或釋放移動組件的指定旋轉軸線而被禁用或使能。該機器人設備的控制設備負責所謂的約束處理，即選擇性激活。這樣的優(yōu)勢在于，操作者并不必中斷進行中的動作，特別是引導該機器人設備的移動組件，以便影響該機器人設備的移動性，特別是被引導的移動組件的移動性。正是當移動或操控(即，包括多個不同移動的序列)必須要反復并且以高準確度執(zhí)行的時候，對移動性的限制會防止移動或操控被不正確地執(zhí)行并且改進交互的準確性。因此，還可能針對操作者的疲勞提供保護，因為為了正確和/或快速執(zhí)行移動所需的關注度較少，并且因此交互的可靠性提尚。
[0009]在一種有利的實施例變化形式中，該控制設備被配置為作為該操作動作的函數而使能或禁用至少一組移動。不同組的移動也可以同時被使能或禁用。特別地，可以作出規(guī)定以便禁用具有平行于所指定的平面或表面的移動部分的平移移動，和/或禁用在所指定方向的平移移動。在平移移動包括多個移動部分的情況下，還可能僅按照指定禁用和/或使能這些移動部分中的僅一個或多個。如果該機器人設備是醫(yī)療機器人設備，則因此例如可能防止沿接合至該運動鏈或者其一部分的醫(yī)療器械的器械軸線出現任何進一步的前行，但是允許撤回，即向后移動。在醫(yī)療機器人設備的情況下，還可能禁用具有平行于皮膚表面的移動部分的平移移動。還可能禁用速度超過預定最大速度的平移移動和/或角速度超過預定角速度的旋轉移動。還特別有利的是禁用并未圍繞指定旋轉軸線或指定旋轉中心發(fā)生的旋轉移動。如果該機器人設備是醫(yī)療機器人設備，則例如可以僅在它們的旋轉中心位于所謂的套管針中心的情況下允許或授權旋轉。該套管針中心是套管針的中心，該套管針為凸緣的形式，保持患者身體中的開口或開孔張開，并且該醫(yī)療機器人設備的醫(yī)療器械通過其被引入到患者之中。尤其是在數量越來越多的微創(chuàng)醫(yī)療手術干預中，由套管針保持張開的開口非常小，并且因此圍繞并未處于套管針中心的旋轉中心的任何移動都非常容易導致對患者的傷害。通過使能或禁用多組移動，例如可能對患者導致傷害所不期望的移動已經在一定程度上被防止，并且因此機器人設備的所期望移動也能夠特別精確地執(zhí)行。例如，這可能在導致遠離移動或軌跡的預期路徑的移動被禁用并且因此得以被防止的情況下發(fā)生，而使得操作者由于一種屏障效應而在所期望的移動中得到輔助。
[0010]在另外的實施例變化形式中，預見到該機器人設備是輕量構造的機器人，其具有小于70kg的質量，尤其是小于35kg。這樣的優(yōu)勢在于防止該機器人設備或者其移動組件從對應于所期望的理想移動的移動路徑出現任何所不期望的偏離，而這在輕量機器人的情況下由于其適度的質量而導致甚至微小的所不期望的力作用而非常容易發(fā)生。
[0011 ] 在特別有利的實施例變化形式中，針對該第一捕捉設備作出規(guī)定以包括或者作為語音捕捉設備和/或姿態(tài)捕捉設備，并且被配置為捕捉語音指令或姿態(tài)作為操作動作。特別地，該姿態(tài)捕捉還可以捕捉頭部姿態(tài)或觀看方向作為操作動作。這樣的優(yōu)勢在于，并不需要操作者雙手以便激活或關閉約束，即禁用或使能預定移動，或者指定移動性。因此，操作者并不必中斷對該機器人設備的任何其它手工實施的操作動作或醫(yī)療干預。這意味著操作者還能夠相對于時間特別準確地控制與機器人設備的交互。
[0012]在優(yōu)選的實施例變化形式中，針對該機器人設備作出規(guī)定，以包括另外的捕捉設備，其耦合至該控制設備并且被用來捕捉另外的操作動作，特別是腳部和/或足跟開關和/或觀看方向檢測器。該另外的捕捉設備可以被體現為在結構上獨立于該第一捕捉設備。獨立于操作者雙手的該另外的捕捉設備進一步改善了機器人設備和操作者之間的交互。
[0013]在這種情況下，該控制設備可以被配置為被第一捕捉設備所捕捉的操作動作僅在其在該第二捕捉設備所捕捉的另外的操作動作的指定時間間隔內被捕捉的情況下才被考慮。這樣的優(yōu)勢在于防止了移動性的錯誤指定，因為兩個技術故障或兩個所不期望的操作動作必須要一致以為了發(fā)生該錯誤指定。該機器人設備的可靠性因此在交互中有所提高。
[0014]可替換地，在操作動作涉及到禁用所分配的移動的情況下，可以為被第一捕捉設備所捕捉的操作動作作出規(guī)定，以僅在其在與該第二捕捉設備所捕捉的另外的輸入的指定時間間隔內被捕捉的情況下才被考慮，并且在該操作動作涉及到使能所分配的移動的情況下，無論該另外的捕捉設備所捕捉的另外的輸入如何都被考慮。這樣的優(yōu)勢在于，依據以上的實施例變化形式對移動性的任何禁用都經過特定的驗證，而移動性的任何釋放都能夠在沒有驗證的情況下進行并且因此特別快。這意味著在緊急情況下能夠特別快地重新建立完全移動性。
[0015]在另外的實施例變化形式中，該控制設備還被配置而使得該至少一個移動組件的移動性在緊急模式中被限制于至少一個向后移動。在該向后移動中，該運動鏈的至少一個移動組件特別是該運動鏈的末端部件與最后執(zhí)行的移動相反地移動，特別是沿軌跡與最后執(zhí)行的移動相反。在后者的情況下，該移動還可以包括多個個體移動。該機器人設備因此能夠被切換至以上所提到的緊急模式。這樣的優(yōu)勢在于，該機器人設備的移