用于运行医学机器人设备的方法和医学机器人设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于运行运动学上超定(Iiberbestimmten)的医学机器人设备的方法，该医学机器人设备具有多个能够在机器人设备周围运动的部件。本发明还涉及一种这样的医学机器人设备。
【背景技术】
[0002]在具有能够在机器人设备周围运动的部件的医学机器人设备中，原则上存在由于可运动的部件(例如机器人设备的运动学链的机械运动部分)与周围的人(例如患者)和物体相撞的危险。该问题会由于不同的因素而被放大，例如当可运动部件位于患者的附近或者可能被引入患者时。即使通过一个或多个医学或外科设备扩展可运动部件，例如通过将这些设备安装在可运动部件上，也提升危险，因为在例如切削工具或凝结设备不适当的运动下，存在伤害患者的可能性。在患者或操作人员(例如医院人员)的不可预见的运动介入医学机器人设备(缩写为机器人设备)的可运动部件的运动中的情况下，也增加了碰撞危险的问题。
[0003]相应地，已知的、未引入到患者内的机器人系统具有例如机械式碰撞检测器，或者首先按照具有降低的可运动部件运动速度的安全运行或安全模式来执行规划的运动。
[0004]已知的引入到患者内的机器人系统按照所谓的远程操纵模式执行，S卩，可运动部件的运动总是直接通过输入设备(所谓的人机接口 HMI)运动。在此，不由机器人系统执行自主运动，从而也直接由操作人员确保碰撞监视。这里的一个例子是Intuitive Surgical的系统DaVinci。其它已知的引入到患者内的机器人系统，例如Hansen公司的CatheterRobot，都只在封闭的解剖学区域运动，例如仅在输尿管中一维运动。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，提高医学机器人设备的安全性，特别是实现一种安全方案，其也能够应用于机器人设备的可自主运动或自主运动的部件。
[0006]该技术问题通过本发明的内容解决。从说明书和附图中还可以得到优选实施方式。
[0007]根据本发明的方法用于运行运动学上超定的医学机器人设备，其具有多个能够在机器人设备周围自主运动的部件。特别可以是运动学上超定的医学机器人设备。例如，所述机器人设备可以具有由多个可运动部件组成的运动链。在运动链的末端构件上可以安装医学设备，特别是外科设备。在此，运动学超定性允许经过不同的运动轨迹或运动路径到达运动终点。
[0008]所述方法具有一系列步骤。首先，向机器人设备提供用于自主运动或制动可运动部件的至少一个子集的规划数据。制动在这里理解为制止或阻止运动，特别是由操作人员直接或间接实施的运动。制动可以是建立或维持阻碍。因此，这里可以实现所谓的“主动约束”，也就是有目的地限制可运动部件在整体运动范围内的运动性。在此情况下，可以通过所述方法支持半自主的整体运动，在该方法中由操作人员移动特定的可运动部件，并且自主制动或运动这些和/或其他可运动部件。
[0009]所述子集也可以是可运动部件的随时间变化的子集。因此，自主运动或制动第一子集的可运动部件之后可以跟有自主运动或制动第二子集。在此，第二子集可以与第一子集完全不同或者仅部分不同。所述提供可以由操作人员进行、自动或半自动地进行。所述规划数据可以包括可运动部件之一通过运动将到达的位置。
[0010]随后的步骤是基于提供的规划数据由机器人设备规划待自主执行的相应的可运动部件的运动或制动。相应的可运动部件在这里是为其提供所述规划数据的子集的可运动部件。在规划范围内，可以评估多个运动路径或运动轨迹，其特别是满足由规划数据确定的边界条件。于是，基于规划数据将这些运动路径之一规定用于待自主执行的可运动部件的运动或制动。
[0011]随后是可视化显示规划的运动或制动。这可以借助显示装置，例如屏幕和/或全息图和/或投影装置进行。下一个步骤是提供操作人员用来影响所规划的运动或制动的单元。该单元既可以是硬件单元，例如紧急停止按钮，也可以是软件单元。最后，根据该影响自主执行运动或制动。因此，由机器人设备规划的运动或制动可以通过机器人设备不变地、改变地执行或者完全不执行。如果机器人设备具有运动学超定性，则允许改变运动或制动，而不必强制改变运动或制动的预定目的或预定的其它特性，例如可运动部件的目的地。
[0012]这具有的优点是，在医学治疗范围内执行真正的机器人运动或制动之前，向操作人员例如以仿真方式展示该运动或制动，从而使操作人员可以检查该运动或制动并且确保机器人不会实施损害患者或人员或物体的运动或制动。因为提供了操作人员用来实施影响的单元，所以操作人员可以按照自身的判断进行干涉，只要他们认为需要。因此，针对具有可自主运动部件的机器人设备也确保了不会由于自主执行运动或制动引起危险情况，因为危险情况能够在实际执行之前优先通过施加影响来避免。这决定性地有助于提高安全性，因为至今的安全机制仅干涉已经进行的自主运动。然而，由于现代机器人设备的高运动速度和操作人员有限的反应能力，总是在出现危险情况后，也就是事后才建立安全性并使损害最小化，而不是避免损害。
[0013]在此也可以设置为，逐步地自主执行运动或制动，并且相应地进行规划、显示和提供，以及必要时也使反复地遍历该自主执行，特别是在此分别规划、显示和执行在整体运动范围内的部分运动或部分制动。这具有的优点是，即使是对于操作人员复杂的流程也可以可理解地显示并且执行，并且通过能够反复地影响所规划的子运动或部分制动来提高了整体运动的安全性。
[0014]在一种优选的实施方式中，用于影响所规划的运动或制动的单元是或者包括用于适配或改变所规划的运动或制动的流程的单元。在此，例如可以直接在可视的显示中改变可视化显示的所规划的运动或制动，例如通过鼠标点击、“拖放”和/或其它软件单元。这具有的优点是，例如按照操作人员估计危险的所规划的运动或制动能够通过操作人员直接适配。如果机器人设备是运动学超定的，则例如可以由可运动部件经过与预先规划的运动不同的运动轨迹到达预定的运动终点，也就是经过所规划的运动的适配后的流程。因此，能够到达运动的原始目标，并且由此实现医学治疗，在该医学治疗范围内进行运动，同时避免危险。相反，简单地中断运动虽然同样提高安全性，但是不会有助于到达实际目标。
[0015]在所述方法的一种优选实施方式中，在自主执行运动或制动之前通过所提供的单元来适配所规划的运动或制动的流程，以及将适配后的所规划的运动或制动可视化显示。也就是可以通过适配流程改变或适配所规划的运动的运动轨迹或者相应的制动。然后，在将适配后的所规划的运动或制动可视化显示之后，相应地自主执行该适配后的所规划的运动或制动。这里也可以反复地适配流程，并且反复地可视化显示适配后的所规划的运动或制动。然后，相应地自主执行最后可视化显示的运动或制动，也就是考虑了全部适配过程的运动。因此，可以通过由操作人员定义的改变后的运动轨迹代替可运动部件的原始运动轨迹。
[0016]在另一种实施方式中，在自主执行运动或制动之前，通过所提供的单元查询操作人员对所规划的运动或制动的确认。在此，只有操作人员执行确认的情况下，才自主执行。确认既可以是明确的确认，也可以是含蓄的确认。明确的确认在这里理解为操作人员的处理要求，在该范围内通过操作处理实现对于确认的肯定或否定结果。含蓄的确认在这里理解为通过操作人员的操作处理提供确认活动的机会，其中，在该机会未被使用而失去，例如在预定时间段之后，自动假设肯定或否定的确认。这具有的优点是，可以实现由操作人员的有责任的确认，从而确保机器人设备不会无监督地