用于机器人设备的可指定移动性的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机器人设备，包括能够相对于彼此进行移动的多个组件的运动链；传感器设备，其被配置为捕捉施加于至少一个移动组件上的力和/或力矩；和控制设备，其被配置为作为所捕捉到的力和/或所捕捉到的力矩的函数而以所施加的力的方向控制移动组件中的至少一个的移动。本发明还涉及一种用于操作这样的机器人设备的方法。
【背景技术】
[0002]虽然过去在机器人或机器人设备替代人类工作方面已经做了很多，但是机器人或机器人设备在今天主要被用作辅助的装置。全自动化和手工工作之间的严格划分显得越来越多余。强大的传感器、智能的控制工程以及先进的软件技术被整合到现代的机器人设备之中。对于这些机器人而言，更为常见的可能性是允许在例如外科医生的操作员的掌控之下以被动方式进行移动。与作为助手的机器人设备进行交互的操作者一例如外科医生一在支持机器人的操作期间必须经常执行非常复杂的操作。与此同时，在许多应用中重复相同的操作是非常常见的情形。特别是在医疗干预中，移动速度和轨迹准确性对于操作结果而言是关键所在。现有许多方法用于改进操作者和辅助机器人设备之间的交互。
[0003]例如，US6463361 BI公开了一种机器人系统，其对用户的语音命令进行分析以便移动医疗器械。US6785358 B2同样涉及到分析语音命令以便控制医疗设备，在该情况下特别是X光系统。
[0004]US2013/0110130 Al描述了一种用于医疗机器人设备的控制系统。该控制系统尽管在例如机器人设备的线路或Bowden线缆疲劳的情况下也允许对所期望扭矩进行设置，所述所期望扭矩以所期望强度精确实施。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的技术目标是改进机器人设备的准确性和可靠性，特别是在所述设备与人类操作者进行交互时。
[0006]该目标通过专利的独立权利要求的主题所实现。有利实施例的变化形式从从属权利要求、说明书和附图所得出。
[0007]本发明涉及一种机器人设备，包括能够相对于彼此进行移动的多个组件的运动链，传感器设备和控制设备。在这种情况下，该传感器设备被配置为捕捉施加于移动组件的至少一个上的力和/或力矩。该控制设备被配置为作为该传感器设备所捕捉到的力和/或该传感器设备所捕捉到的力矩的函数而以所施加的力的方向控制移动组件的至少一个的移动。因此，该机器人设备一更确切地是该机器人设备的移动组件的至少一个一能够由操作者进行引导，这是通过所述操作者以所期望的方向在该移动组件上人工施加以力而实现的。
[0008]为了改进在与人类操作者进行交互时的准确性和可靠性，该机器人设备包括第一捕捉设备，其耦合至该控制设备并且为了以无接触的方式捕捉操作者的操作动作而提供。在这种情况下，在正常操作模式中，该控制设备被配置为通过使能或禁用对所捕捉的操作动作所分配的至少一个预定移动而将移动组件的至少一个的移动性指定为该第一捕捉设备所捕捉的操作动作的函数。该机器人设备的移动性的自由度因此能够由操作者经由操作者的操作动作而约束或解锁，所述操作动作被该第一捕捉设备所捕捉。这可以利用所谓的主动约束来实现，其中移动性的自由度通过有选择地激活一个或多个驱动部件和/或一个或多个制动器而被限制。该机器人设备的移动因此能够通过阻碍和/或释放移动组件的指定旋转轴线而被禁用或使能。该机器人设备的控制设备负责所谓的约束处理，即选择性激活。这样的优势在于，操作者并不必中断进行中的动作，特别是引导该机器人设备的移动组件，以便影响该机器人设备的移动性，特别是被引导的移动组件的移动性。正是当移动或操控(即，包括多个不同移动的序列)必须要反复并且以高准确度执行的时候，对移动性的限制会防止移动或操控被不正确地执行并且改进交互的准确性。因此，还可能针对操作者的疲劳提供保护，因为为了正确和/或快速执行移动所需的关注度较少，并且因此交互的可靠性提尚。
[0009]在一种有利的实施例变化形式中，该控制设备被配置为作为该操作动作的函数而使能或禁用至少一组移动。不同组的移动也可以同时被使能或禁用。特别地，可以作出规定以便禁用具有平行于所指定的平面或表面的移动部分的平移移动，和/或禁用在所指定方向的平移移动。在平移移动包括多个移动部分的情况下，还可能仅按照指定禁用和/或使能这些移动部分中的仅一个或多个。如果该机器人设备是医疗机器人设备，则因此例如可能防止沿接合至该运动链或者其一部分的医疗器械的器械轴线出现任何进一步的前行，但是允许撤回，即向后移动。在医疗机器人设备的情况下，还可能禁用具有平行于皮肤表面的移动部分的平移移动。还可能禁用速度超过预定最大速度的平移移动和/或角速度超过预定角速度的旋转移动。还特别有利的是禁用并未围绕指定旋转轴线或指定旋转中心发生的旋转移动。如果该机器人设备是医疗机器人设备，则例如可以仅在它们的旋转中心位于所谓的套管针中心的情况下允许或授权旋转。该套管针中心是套管针的中心，该套管针为凸缘的形式，保持患者身体中的开口或开孔张开，并且该医疗机器人设备的医疗器械通过其被引入到患者之中。尤其是在数量越来越多的微创医疗手术干预中，由套管针保持张开的开口非常小，并且因此围绕并未处于套管针中心的旋转中心的任何移动都非常容易导致对患者的伤害。通过使能或禁用多组移动，例如可能对患者导致伤害所不期望的移动已经在一定程度上被防止，并且因此机器人设备的所期望移动也能够特别精确地执行。例如，这可能在导致远离移动或轨迹的预期路径的移动被禁用并且因此得以被防止的情况下发生，而使得操作者由于一种屏障效应而在所期望的移动中得到辅助。
[0010]在另外的实施例变化形式中，预见到该机器人设备是轻量构造的机器人，其具有小于70kg的质量，尤其是小于35kg。这样的优势在于防止该机器人设备或者其移动组件从对应于所期望的理想移动的移动路径出现任何所不期望的偏离，而这在轻量机器人的情况下由于其适度的质量而导致甚至微小的所不期望的力作用而非常容易发生。
[0011 ] 在特别有利的实施例变化形式中，针对该第一捕捉设备作出规定以包括或者作为语音捕捉设备和/或姿态捕捉设备，并且被配置为捕捉语音指令或姿态作为操作动作。特别地，该姿态捕捉还可以捕捉头部姿态或观看方向作为操作动作。这样的优势在于，并不需要操作者双手以便激活或关闭约束，即禁用或使能预定移动，或者指定移动性。因此，操作者并不必中断对该机器人设备的任何其它手工实施的操作动作或医疗干预。这意味着操作者还能够相对于时间特别准确地控制与机器人设备的交互。
[0012]在优选的实施例变化形式中，针对该机器人设备作出规定，以包括另外的捕捉设备，其耦合至该控制设备并且被用来捕捉另外的操作动作，特别是脚部和/或足跟开关和/或观看方向检测器。该另外的捕捉设备可以被体现为在结构上独立于该第一捕捉设备。独立于操作者双手的该另外的捕捉设备进一步改善了机器人设备和操作者之间的交互。
[0013]在这种情况下，该控制设备可以被配置为被第一捕捉设备所捕捉的操作动作仅在其在该第二捕捉设备所捕捉的另外的操作动作的指定时间间隔内被捕捉的情况下才被考虑。这样的优势在于防止了移动性的错误指定，因为两个技术故障或两个所不期望的操作动作必须要一致以为了发生该错误指定。该机器人设备的可靠性因此在交互中有所提高。
[0014]可替换地，在操作动作涉及到禁用所分配的移动的情况下，可以为被第一捕捉设备所捕捉的操作动作作出规定，以仅在其在与该第二捕捉设备所捕捉的另外的输入的指定时间间隔内被捕捉的情况下才被考虑，并且在该操作动作涉及到使能所分配的移动的情况下，无论该另外的捕捉设备所捕捉的另外的输入如何都被考虑。这样的优势在于，依据以上的实施例变化形式对移动性的任何禁用都经过特定的验证，而移动性的任何释放都能够在没有验证的情况下进行并且因此特别快。这意味着在紧急情况下能够特别快地重新建立完全移动性。
[0015]在另外的实施例变化形式中，该控制设备还被配置而使得该至少一个移动组件的移动性在紧急模式中被限制于至少一个向后移动。在该向后移动中，该运动链的至少一个移动组件特别是该运动链的末端部件与最后执行的移动相反地移动，特别是沿轨迹与最后执行的移动相反。在后者的情况下，该移动还可以包括多个个体移动。该机器人设备因此能够被切换至以上所提到的紧急模式。这样的优势在于，该机器人设备的移