[发明专利]具有碰撞检测的机器人医学设备及其碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有碰撞检测的机器人医学设备。此外，本发明涉及一种用于机器人医学设备的碰撞检测的相应方法。

背景技术

如今，血管造影、心脏学、神经学和混合手术中的医学诊断和介入系统通常使用所谓的C型臂作为诸如X射线源和X摄像探测器的成像部件的机械支座。该C型臂可以对于2D成像例如借助电机驱动非常灵活地围绕位于患者卧榻上的患者定位。对于3D成像，C型臂可以借助半自动或全自动移动来围绕患者移动，以便拍摄对于重建所需的较多的单个图像。除了常规的、将基于底板或基于天花板的专有机械用于定位成像部件的X射线支架外，近年来还将基于工业机器人的机器人技术用于高精度的定位和动力学。基于多轴动力学和与此关联的、系统运动自由度的提升，对系统安全性的要求也提升了。尤其在人与机器人的协作中，例如在其中人和机器人不仅共享作业空间而且他们还在某物、在此为患者上作业的情景中，存在相互阻碍的风险，带来了可能致命的后果。为了避免损害，必须设有相应的安全措施。这除了所描述的C型臂支架外，还适用于所使用的患者卧榻，以及适用于医学系统的其它的、静态安装的部件，诸如天花板支架、显示器支承器(即所谓的Boom(悬臂))、其它医学模态、辅助机器人或者机器人医疗器械。对于所描述的作业空间，不再存在总能安全排除机器人和参与人员之间的碰撞危险的、起分隔作用的保护装置。由此，应采用其它合适的保护措施，例如在手术台附近减小速度，来避免碰撞或相撞，或者将碰撞的损害结果最小化。然而，因为在诸如手术室的复杂环境中到处且随时会出现接触，所以存在碰撞的剩余风险。为此而设有覆盖大面积的传感器系统。

当前的血管造影系统通常将不同的保护机构集成，其例如包含电子的认可键(英语为DeadManGrip，DMG死人握手)，或者基于软件的碰撞检测措施。下面纵览性地列出至今附加地用作保护机制的、辅助安全的传感器。

通过触发电子按键可以识别对C型臂辐射源或C型臂探测器的弹性安置的、带有例如靠近患者的盖部的壳体部件的碰撞。这种解决方案例如从US6550964B2“Coveringdeviceforcoverelementswhicharemobilewithrelationtotheotherandradiologymachinehavingsuchacoveringdevice(用于遮盖可以相对于彼此运动的元件的遮盖设备以及具有这种遮盖设备的放射仪)”中已知。可以安装在C型臂轮廓上的电开关条在开关条的较强变形后作为阻性的开关元件提供信号，该信号可以用于碰撞识别。相应合适的开关条例如从DE9403972U1“Kantenschutzprofil(边缘保护轮廓)”中已知。另一种用于碰撞识别的方法从US5570770A1“Apparatus,inparticularanx-rayexaminationapparatus,witharrangementforcollisionprotection(具有用于碰撞保护的装置的设备、尤其是X射线检查设备)”中已知，其中，在此监视驱动器的马达电流，以便检测发生的碰撞。此外，将例如基于拉伸测量条或磁场的加速度传感器或力传感器用于碰撞检测。

有利地，这些传感器提供了高的安全性收益，然而，它们难以覆盖大面积地，特别是在复杂成形的壳体部件上成本低廉且同时还可靠集成。为此的示例是电开关条。它们由于其几何形状而仅能单个地并且位置上非常有限地使用。仅大于45度的冲击角就会导致故障行为。此外，在距条带仅数毫米处发生的碰撞就不能被检测了。为了保证大面积覆盖，可以例如将更大数目的开关条带并排排列，涂上泡沫和接下来用极其柔性的漆来细化这些面积。该涂漆后的泡沫覆层是非常昂贵的，当然也不能防止尖锐物体造成的损毁。

另一示例是上面提及的、弹性安置的壳体部件。这些壳体部件必须在任何空间位置、空间取向和在任何常见的运动加速度的条件下起作用。这意味着，这些部件仅允许具有特定的最大重量，因为否则至壳体的、用于在碰撞情况下触发其的回弹力会过大。此外，这些按键总是需要一个调节路径。因为在此也会发生从不同方向对壳体部件的碰撞，所以必须保证在所有方向上的调节路径。这仅能通过非常复杂的、机械上易出错的和昂贵的子结构来实现。此外，必须设置分割线和由此棱边或沟槽来提供这些调节路径，由此，在医学领域中会出现卫生问题，例如涉及清洁或者必须的高开销的密封。