[发明专利]确定机器人工作区域的方法和系统在审

专利信息
申请号: 201480042750.3 申请日: 2014-07-22
公开(公告)号: CN105407828A 公开(公告)日: 2016-03-16
发明(设计)人: 贝恩德·贡贝尔 申请(专利权)人: 高姆技术有限责任公司
主分类号: A61B34/32 分类号: A61B34/32;B25J9/16
代理公司: 北京方安思达知识产权代理有限公司 11472 代理人: 王宇杨;杨青
地址: 德国塞*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 确定 机器人 工作 区域 方法 系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于确定工作区域(机器人能在其中引导工具)的方法以及根据权利要求11的前序部分的机器人系统。

背景技术

以下将参照的已知机器人系统包括输入装置如操纵杆或图像采集系统,其由使用者手动操作以使机器人运动或执行某些动作。使用者所输入的控制设定值此时被输入装置转换为由一个或多个机器人执行的相应控制指令。已知的输入装置一般具有多个传感器,它们检测使用者的控制设定值并转换成相应的控制信号。控制信号接着在控制或调节回路中被进一步处理,其最终产生调节信号,借此控制机器人或安装在机器人上的工具的执行器,从而机器人或工具执行使用者所期望的动作。

在外科手术机器人应用中通常限定一个规定的工作区域,在该工作区域中该外科医生能移动并操作该外科器械。如果外科医生尝试使外科器械移动离开预定的工作区域,则这由外科手术机器人自动发现和阻止。因此,外科医生只能处理在该工作区域内的器官或组织。由此能够阻止在外科手术中无意损伤在真正的手术区域外的器官或组织。

EP2384714A1例如描述了一种限定用于外科手术-机器人系统的工作区域的方法。据此,外科医生可以定下虚拟切割平面,其穿过待手术的组织(以三维方式显示)。在此,虚拟切割平面与该组织的相交面限定了该工作区域。

发明内容

现在,本发明的任务是提出用于限定工作区域的替代方法以及替代装置。

根据本发明,通过如权利要求1以及如权利要求11所给出的特征来完成该任务。由从属权利要求得到本发明的其它实施方式。

本发明提出一种借助图像采集装置确定工作区域的方法,机器人能在所述工作区域中引导安装于机器人上的工具。在此,首先通过调整图像采集装置的位置和/或调节图像采集装置的焦距来确定图像采集装置的可视空间。该可视空间此时限定了以下空间:该图像采集装置在该空间内可以拍摄图像。即,该可视空间通过可被图像采集装置采集的所有(反射)光线的光束来确定。随后,求出与可视空间侧边界相关的几何数据并且最终将该工作区域确定到取决于可视空间侧边界的空间区域。为了确定某个工作区域,使用者如外科医生只须以期望的方式定位该图像采集装置和/或调节出期望的焦距并且最好确认所述调节。随后,机器人系统的控制单元根据该图像处理装置的位置和/或焦距自动求出工作区域。如果图像采集装置所拍摄的图像完整地显示在监视器上,则可以在监视器上监测整个允许的工作区域。

当使用者如此控制机器人系统即工具或其末端执行器到达工作区域边界时,最好自动停止所述运动。这种停止原则上可以在边界处或距边界预定距离处进行。工具或末端执行器的位置例如可以通过图像采集装置或其它合适的传感器装置来识别。

前述图像采集装置最好包括照相机并且能例如以内窥镜形式构成。

该可视空间如所述那样通过可由图像采集装置采集的所有光线来确定。位于几何可视空间外的物体因此可能无法由该图像采集装置采集到。原则上,几何可视空间可具有截然不同的形状(取决于图像采集装置当前所用的光学系统)。因为一般采用圆形的光学系统,故可视空间一般呈圆锥形状。

在本文范围内,“机器人”尤其是指具有一个或多个关节臂的任何机械,所述关节臂可借助一个或多个执行器如电动机运动。

根据本发明,该工作区域最好被限定到这样的空间区域,其至少部分且最好完全位于可视空间的侧边界内。

根据本发明的第一实施方式,该工作区域例如可被如此确定:其侧边界对应于可视空间的侧边界。即,在此情况下,该工作区域与该可视空间的体积重合。如果可视空间例如呈圆锥形,则该工作区域由圆锥形面限定。此时,机器人或工具的侧向自由运动度取决于机器人或工具被引导的深度(即距光学系统的距离)。深度越大,圆锥形横截面、进而侧向自由运动度越大。

根据本发明的第二实施方式,该工作区域被限定到这样的空间区域,其位于可视空间内并且小于该可视空间的体积。在圆锥形可视空间的情况下,该工作区域例如可以是安置在可视空间内的“金字塔”。

该工作区域最好具有矩形的横截面。由此可以使该工作区域匹配于该图像采集装置所拍摄的图像显示于其上的矩形屏幕的规格。该工作区域最好被如此确定,即屏幕的侧边界同时也体现为工作区域的边界。因此,外科医生可以在屏幕上监视整个工作区域。

为了使工作区域匹配于矩形屏幕,例如可以如此调节在工作区域的一定深度处的矩形横截面的对角线,即它对应于在该位置上的圆锥形可视空间的直径。在监视器上所显示的图像的边界于是对应于该工作区域的边界。

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