具有碰撞检测的机器人医学设备及其碰撞检测方法与流程

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Dead Man Grip，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US 6550964 B2“Covering device for cover elements which are mobile with relation to the other and radiology machine having such a covering device(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DE 9403972 U1“Kantenschutzprofil(边缘保护轮廓)”中已知。另一种用于碰撞识别的方法从US 5570770 A1“Apparatus,in particular an x-ray examination apparatus,with arrangement for collision protection(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。

还存在基于压电膜的大面积碰撞传感器的第一方案。借助该技术，可以覆盖复杂的几何结构和较大的区域或面积。然而，在碰撞可能发生的外部几何结构上必须到处可以安装和连接相应的传感器膜。该到罩壳或外部几何结构的集成非常昂贵，并且仅有限的供应商掌握了压电膜的加工技术。

技术实现要素：

本发明的任务是提出一种具有碰撞检测的机器人医学设备，其相比于已知的解决方案提供了高度安全性，然而可以成本低廉地实现。此外，本发明的任务是描述一种用于机器人医学设备的碰撞检测的相应方法。

本发明的基本思想是一种具有碰撞检测的机器人医学设备，该设备包括动力学链，该动力学链具有：至少一个支架装置、至少一个铰链装置、可借助至少一个定位装置定位的终端执行件。该设备还包括用于控制至少一个定位装置的计算和控制装置，其中，

-机器人医学设备具有用于确定力和/或转矩的测量装置系统，其中，所述力和/或转矩基本上作用于动力学链的可预先给定的点，并且其中，所述测量装置系统的至少一个测量信号能够传输至计算和控制装置，

-计算和控制装置构建为用于接收所述测量装置系统的至少一个测量信号和用于确定基本上在动力学链的所述点上的作用力和/或作用转矩，并且

-该计算和控制装置构建为根据当前的位置和/或当前的动力学状态确定在动力学链的基本上所述点上的期望力和/或期望转矩，并且根据所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩的差来检测机器人医学设备的碰撞。

本发明的基本思想基于机器人医学设备，其具有动力学链，该动力学链具有至少一个支架装置、至少一个铰链装置和能够通过至少一个定位装置定位的终端执行件。这种可以使用在医学领域中的、下面也简称为系统的机器人设备原则上是已知的，并且例如接近于具有多个轴线或铰链臂的工业机器人结构。支架装置称为动力学链中的第一环节，该第一环节将动力学链的其余环节与环境，例如治疗室中的地板、墙壁或天花板相连。在支架装置与终端执行件，即、动力学链的最后环节之间可以布置一个或多个铰链装置、例如已知的旋转铰链、球形铰链或者线形引导部，并且在铰链装置之间布置其它环节或铰链臂、例如刚性的连接支承件。通过至少一个定位装置、例如其本身已知的电动机可以有控制地移动动力学链的部件，尤其是沿着由铰链装置预先给出的方向来移动。受控的移动引起动力学链和终端执行件的可预先给定的定位。计算和控制装置、例如电子电路或计算机，例如通过输出控制信号，用于控制至少一个定位装置，例如有针对性地改变施加在至少一个定位装置上的电压，并且由此改变动力学链的移动。机器人医学设备还具有测量装置系统，其包括一个或多个传感器，用于确定力和/或转矩或用于辅助该确定，其中，力和/或转矩基本上作用于动力学链的一个可预先给定的点，并且其中测量装置系统的至少一个测量信号可以传输至计算和控制装置，例如通过合适的数据传输装置来传输。这意味着，测量装置系统帮助在可预先给出的或可预定的点处，或换言之，在动力学链的确定的或中央的位置处的力和/或转矩的确定，其中，测量装置系统通常并不在该预先确定的点或中央位置直接测量力和/或转矩。通常，在动力学链的其它点上同样施加或作用有力和转矩，然而在本发明的该基本思想中并不测量它们。测量装置系统的取决于力和/或转矩的至少一个测量信号可以传输至计算和控制装置。计算和控制装置构建为用于接收测量装置系统的至少一个测量信号并且用于实际地确定基本上在动力学链的一个可预先给定的点上的作用力和/或作用转矩。这意味着，测量装置系统测量至少一个力和/或至少一个转矩，并且将所测量的值传输至计算和控制装置，通过该计算和控制装置可以确定基本上在动力学链的该可预先给定的点上的作用力和/或作用转矩。计算和控制装置还可以构建为根据当前位置和/或当前动力学状态来确定基本上在动力学链的所述点上的期望力和/或期望转矩，并且根据所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差检测机器人医学设备的碰撞。除了对于在所述点上作用的力和/或转矩、即实际状态的测量或确定，计算和控制装置还能够确定在该受观察的点上在当前位置或在当前运动中的力，和/或在当前位置或者在当前运动中的转矩、即期望状态。动力学链的当前位置例如通过集成至少一个定位装置的调节参量而已知，当前的运动，即速度、加速度等，例如可以根据至少一个定位装置的调节参量的历史来确定。如果实际和期望状态的值相区别，即相应的值之差不等于0或者大于可预先给定的边界值，则必定有附加的力或者附加的转矩作用于机器人医学设备，如在碰撞情况那样。由此，碰撞的检测是根据所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差来进行的。附加的力或者附加的转矩不必强制作用于在其中通过测量装置系统测量力和/或转矩的点，而是可以通过动力学链的机械耦合还作用于动力学链的另一位置。由此，可以以较小的开销实现大面积的碰撞识别。

优选地，在确定基本上在动力学链的一个点上的作用力和/或作用转矩和/或基本上在动力学链的该点上的期望力和/或期望转矩时考虑动力学模型。

动力学模型有利地是机器人医学设备的数学模型。借助机器人医学设备的各个部件的已知的物理学参量，尤其是几何尺寸、质量分布和其它机械特性或材料特性诸如刚度，例如可以借助控制技术建模的方法获得机器人设备的数学模型。在该建模中，优选地考虑按照Denavit和Hartenberg的变换矩阵。简单的查找表直至复杂的微分等式根据应用的不同而表示合适的方法。动力学模型的输入参量尤其是测量装置系统的测量信号，输出参量是基本上在动力学链的一点上的作用力和/或作用转矩。有利地，可以将同一动力学模型或者其它动力学模型用于确定基本上在在动力学链的该点上的期望力和/或期望转矩。输入参量在此是机器人医学设备的当前位置和/或当前动力学状态，或者是例如通过计算和控制装置传输至至少一个定位装置的调节参量。输出参量是基本上作用于动力学链的所述点上的期望力和/或期望转矩。期望力和/或期望转矩也可以理解为力预计值和/或转矩预计值。在该预计值的计算中由此考虑机器人医学设备的机械结构模型、和/或机器人医学设备的部件的材料特性、和/或机器人医学设备的位置、和/或机器人医学设备的运动、和/或机器人医学设备的加速度。

在一个有利的扩展方案中，测量装置系统包括至少三个力传感器和/或至少三个转矩传感器。

通过该配置，可以在三个空间方向上或者围绕三个空间轴线测量力或者转矩。根据这些测量，可以通过计算和控制装置确定在预定的点上的力和/或转矩。有利地，将至少三个力传感器和/或至少三个转矩传感器线性地彼此独立地布置。力和/或转矩传感器的选择有利地借助在系统的运行中所需的静态和动态力来进行，即最大的所出现的力加上对按标准所需的多重负荷的考虑，以便可靠地覆盖包括例如急停情景在内的全部动态范围。连接至传感器的测量系统同样需要反映整个动态范围，以便一方面不超过测量范围，另一方面实现高精度的分辨率，以便也能在检测到轻微碰撞情况下接收的较小信号。

在另一有利扩展方案中，至少三个力传感器和/或至少三个转矩传感器按圆圈并且彼此相距相同角度地布置。

通过该布置，可以通过至少三个力传感器和/或至少三个转矩传感器特别精确地测量力和/或转矩，尤其是当所述至少三个力传感器和/或至少三个转矩传感器布置在一个平面中，并且作用于机器人医学设备的力和/或转矩通过杠杆效应作用于测量装置系统的力传感器和/或转矩传感器时。

特别有利地，测量装置系统布置在支架装置与由地板、墙壁和天花板构成的组中的静态的环境对象之间。

因为支架装置是机器人医学设备的第一环节，在其上可以连接其它环节，所以在任意位置作用于机器人医学设备的力和转矩会引起测量装置系统的测量值变化。由此，覆盖或者监视整个系统是可能的。相反，如果测量装置系统布置在系统的动力学链中在任意位置上、即并非在支架装置和静态环境对象之间、诸如在C型臂上，则通常仅能部分覆盖或部分监视该系统。这在要求系统的部分监视或者部分监视已足够的情况下也会是有利的。在测量装置系统的布置中重要的是，其位置已知，并且例如可以通过已知的轴线数据来追踪，从而可以动态地适配传感器坐标系的位置和地点。例如，测量装置系统或者力传感器可以成本低廉地由三个或四个标准负荷传感器构成，该系统装配在这些标准负荷传感器上。这意味着，该系统仅经由这些负荷传感器与装配基座和由此与地板、天花板等耦合。由此已经可以计算重力和围绕两个轴线的转矩。

所提出的是，将测量装置系统布置在装配板中。

在该扩展方案中，测量装置系统集成到装配板中。装配板用于将机器人医学设备的支架装置与其环境，例如与手术室的地板紧固。也可以说，动力学链被装配到测量装置系统的传感器上。如果将包括力和转矩传感器的测量装置系统集成到装配板中，则可以测量所有方向上或围绕所有轴线的力和转矩。

另一有利的扩展方案设有，在支架装置与测量装置系统之间布置有至少一个去耦装置。

主要的干扰参量是通过来自外部的振动所形成的。为了消除该干扰参量，可以引入支脚，其将系统类似于扬声器那样与干扰性的振动去耦并且将所希望的系统力在专用的位置上引入到力传感器中。去耦装置用于减小静态环境对象的振动到测量装置系统上的传输，即，其衰减振动。

在本发明的一个替选实施形式中，测量装置系统包括用于测量加速度的加速度传感器，并且所测量的加速度在动力学模型中被考虑。

因为在高系统重量的情况下上面作为示例描述的用于去耦的支脚在结构上并非总能是理想地敏锐的，会有帮助的是将附加安装的振动或加速度传感器尤其安装在假设是静态的环境对象上，例如安装在地板或与地板固定连接的装配板上，其可以记录干扰参量。由于干扰参量而预计的、对系统的影响可以通过计算和控制装置、例如借助相应扩展的动力学模型来计算，并且由此被考虑或补偿。

证明为有利的是，在对至少一个定位装置的控制中考虑碰撞检测。

如之前阐述过那样，对机器人医学设备与环境对象的碰撞的识别或检测是通过将所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩相比较而实现的。如果该差别例如大于可预先给定的阈值，则推断出碰撞。对于碰撞检测的一个简单的考虑可以例如在于，将定位装置控制为使得其不再引起机器人医学设备的进一步的运动，机器人医学设备在运动方面类似于被“冻结”。

一个有利的扩展方案在于，至少一个定位装置的控制使得缩小所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差的数值。

在检测到碰撞之后，将至少一个定位装置控制为使得实现所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差的数值的缩小。即，测量装置系统的传感器系统和借助计算和控制装置来运行的算法除了碰撞监视之外还可以被递归地使用。这意味着，有利的是，将从外部作用的力利用为使得系统沿反向“移位”。例如，当系统沿x轴正向行驶并且突然一个力在该位置上相反地作用时，该系统制动并且可以又反向行驶直至该力又为“0”或者所预期的值。该工作原理在静态中也起作用。当一个力作用，例如原因是操作者真实地触摸该系统并且尝试推移其，则可以用调节力的方式控制位置，方法是，总是尝试将该力驱向“0”。在此要注意的是，系统的运动的自由度可以是很高的，因此应该有利地将该自由度限于纯粹的轴向。例如，可以允许系统的摆摄(英语为“panning”)或者线性行驶，但是旋转至多通过运动形式的主动切换、例如按键的操作来允许。

可以考虑的是，终端执行件包括具有X射线辐射器和X射线探测器的C型臂。例如从US 7,500,784 B2中已知了机器人医学设备，其动力学链的最后环节是C型臂，在C型臂的端部上分别布置有例如为X射线辐射器的辐射源和X射线探测器或X射线图像探测器。因为这种X射线设备具有许多自由度并且在也存在移动的人员的环境中工作，所以使用所描述的碰撞监控是特别值得推荐的。

本发明的另一基本思想是一种用于机器人医学设备的碰撞检测的方法，其中，机器人医学设备包括具有至少一个支架装置、至少一个铰链装置和可借助至少一个定位装置定位的终端执行件的动力学链和用于控制至少一个定位装置的计算和控制装置，其中，该方法包括以下方法步骤：

-通过机器人医学设备的测量装置系统测量至少一个力和/或至少一个转矩，并且将测量装置系统的至少一个测量信号传输至计算和控制装置，

-通过计算和控制装置接收测量装置系统的至少一个测量信号，以及确定基本上在动力学链的可预先给定的点上的作用力和/或作用转矩，以及

-通过计算和控制装置，根据当前的位置和/或当前的动力学状态来确定基本上在动力学链的所述点上的期望力和/或期望转矩，以及根据所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差来检测机器人医学设备的碰撞。

在此，这些方法步骤也可以按照非顺序的形式被运行。例如，在合适的时间特性或定时特性中可能的是，在一个方法步骤中或者在两个方法步骤之间进行并行化，例如以如下形式，采集一个测量值，在该测量值被转换和转发期间采集传感器的下一测量值。或者，在足够的计算能力的条件下例如使用卡尔曼滤波器已经可以进行对未来将使用的期望值的计算，使得在测量值采集的时刻仅还需要求出差。

有利的是，该方法使用之前描述的设备之一。

例如，可以借助机器人医学设备的动力学模型确定基本上在动力学链的所述点上的作用力和/或作用转矩。借助之前描述的根据本发明的设备的部件实施过程的方法步骤同样是可能的，例如在动力学模型中考虑通过测量装置系统的加速度传感器测量的加速度。

此外有利的是，至少部分自动和/或反复地实施该方法。

自动实施的方法提供了如下优点，即，更少地需要操作人员的介入，而这些介入通常是耗时和易出错的。例如，计算和控制装置可以从测量装置系统和动力学模型的测量值中自动计算出基本上在动力学链的所述点上的力和/或转矩。

该方法可以被重复，直至满足了中断标准。该中断标准例如可以理解为按压按键或者到达了重复计数器的可预先给定的计数状态。

通过查询中断标准，可以反复地实施该方法。结合至少部分地自动实施的方法步骤，可以形成基本上连续运行的方法。

下面详细描绘的实施例示出了本发明的优选实施形式。

附图说明

从下面的附图和描述中给出了更多有利的扩展。其中，

图1示出了根据现有技术的机器人医学设备的一个示例；

图2示例性和示意性地描述了根据本发明的机器人医学设备；

图3示意性地以俯视图示出了用于布置四个力传感器的实施例；

图4示意性地以侧视图示出了用于布置四个力传感器的实施例；

图5示意性地以俯视图示出了用于布置四个力传感器和四个转矩传感器的实施例；

图6示意性地以侧视图示出了用于布置四个力传感器和四个转矩传感器的实施例；

图7示意性地示出了机器人医学设备的带有加速度传感器的一个部分的实施例；

图8示例性是示出了根据本发明的用于机器人医学设备的碰撞检测方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了按照现有技术的机器人医学设备10’的示例，其构建为X射线拍摄系统，该X射线拍摄系统具有由六轴工业和曲臂机器人形式的支架保持的终端执行件，在此为C型臂12’，在其端部上安装有X射线辐射源，例如带有X射线管和准直仪的X射线辐射器13’，以及作为图像拍摄单元的X射线探测器14’。借助例如从US 7,500,784 B2已知的、优选具有六个旋转轴和由此六个自由度的曲臂机器人，可以任意地在空间上调整C型臂，例如方法是其围绕在X射线辐射器13’与X射线探测器14’之间的旋转中心旋转。已知的曲臂机器人具有底座或支架，其例如固定装配在地板上。在该底座或支架上以可围绕第一旋转轴线旋转的方式紧固有旋转件。在旋转件上以可围绕第二旋转轴线枢转的方式安装有机器人摆臂，在该机器人摆臂上以可围绕第三旋转轴线旋转的方式紧固有机器人臂。在机器人臂的端部上以可围绕第四旋转轴线旋转的方式安装有机器人手。机器人手具有用于C型臂的紧固元件，其可围绕第五旋转轴线枢转以及围绕与此垂直的第六旋转轴线旋转。X射线探测器14’可以是矩形或者方形、平坦的半导体探测器，其优选由无定形硅(a-Si)支承。然而也可以使用积分的和可能计数的CMOS探测器。在X射线辐射器13’的光路中，在患者支承台的桌板15’上存在待检查的患者作为检查对象16’。在X射线诊断装置上连接有带有成像系统的系统控制单元17’，该成像系统接收和处理X射线探测器14’的图像信号，其中未示出操作元件。X射线图像然后可以在屏幕18’上被观看。

在图2中示例性和示意性地示出了根据本发明的、具有碰撞检测的机器人医学设备10。该机器人医学设备10在该实施例中包括具有支架装置26、两个铰链装置36和36’以及在此用钳子表示的终端执行件12的动力学链，该终端执行件12可以以未示出的、布置在铰链装置36和36’之间的定位装置来定位。铰链装置36和36’实施为旋转铰链，并且连接三个刚性的铰链臂30、30’和30”。铰链臂30的背离铰链装置36的端部与支架装置26连接。为了机械稳定性而通常具有比动力学链的其余部分明显更大的质量的支架装置26经由去耦装置50与用板表示的测量装置系统42连接，其中，所述去耦装置50在此为三个逐渐尖细的、类似于支脚的、按照相同的角度间隔圆圈形地布置的支座。测量装置系统42就其而言借助装配板40与在此为地板的静态环境对象48连接。设备10还包括计算和控制装置20，在此为计算机，其也被实施为用于控制定位装置。测量装置系统42和尤其是测量装置系统42的测量信号用于确定力和/或转矩，其中，该力和/或转矩基本上在动力学链的可预先给定的点上作用。测量装置系统42的测量信号例如通过数据传输装置54、在此为数据缆线传输至计算和控制装置20。计算和控制装置20接收测量装置系统42的测量信号，并且确定在动力学链的该点上的作用力和/或在动力学链的该点上的作用转矩。为此，计算和控制装置20具有动力学模型24。动力学模型24在此是机器人医学设备10的机电数学模型。借助机器人医学设备10的各个机电部件的已知的物理学参量，尤其是几何尺寸、诸如铰链臂30、30’、30”的长度32、32’、32”，质量，质量分布和其它机械特性或材料特性、诸如刚度，可以用控制技术建模的方法来获得机器人设备的数学模型。为了阐明，在图2中用黑点34、34’和34”示意性标出了铰链臂30、30’、30”的重心，并且用环绕的箭头示意性标出了其惯性矩。例如可以将第一铰链臂30的重心34选作动力学链的其中力和/或转矩施加或作用的点。测量装置系统42的测量信号通常并不测量重心34中的力和/或转矩，而是借助例如在去耦装置50上测量并且转发给计算和控制装置20的力和/或转矩以及动力学模型可以确定或算出在重心34上的作用力和/或转矩。计算和控制装置20还构建为，根据当前的位置和/或当前的动力学状态来确定基本上在动力学链的所述点、在此例如在所选的重心34上的期望力和/或期望转矩，并且求出所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差。从该差中可以推断出机器人医学设备10与该设备之外的对象的碰撞。如果所确定的和所预测的力和/或转矩不一致，或者差的绝对值超过了可预先给定的阈值，则可以推断出作用于设备10的附加的力、即碰撞，由此例如可以在屏幕18上输出警报显示。有利地，计算和控制装置20具有计算机程序22，其包括用于碰撞检测的算法。

图3示意性地在俯视图中示出了用于布置四个力传感器44的实施例。这四个力传感器44在该实施例中成本低廉地实施为负荷传感器，其以相同的角度间隔圆圈形地布置在支架装置26与装配板40之间。在支架装置26上连接有动力学链的其余部分(未示出)。机器人医学设备(不算控制和计算装置)由此仅经由负荷传感器与装配基座、即装配板，和由此与环境、即例如与地板、天花板或墙壁耦合。

在图4中，示意性地以侧视图示出了来自图3的实施例。可以识别出在支架装置26与装配板40之间的力传感器44的位置，其中，为了实现更好的测量信号，将未标出的支脚元件布置在支架装置26与力传感器44之间。

图5示意性地用俯视图示出了用于将四个力传感器44和四个转矩传感器46布置在支架装置26下方的实施例。该四个力传感器44和四个转矩传感器46集成到装配板40中，由此可以测量所有六个力方向和转矩方向。

在图6中示意性地用侧视图示出了来自图5的实施例。四个力传感器和四个转矩传感器形成了测量装置系统42，其集成到装配板40中并且布置在支架装置26下方。

图7示意性地示出了根据本发明的机器人医学设备的带有加速度传感器52的一个部分的实施例。包括力传感器和转矩传感器的测量装置系统42又集成到装配板40中并且布置在支架装置26下方。在支架装置26上连接有三个铰链臂30、30’、30”和终端执行件12，其可以通过铰链装置来定位。会负面影响测量装置系统42的测量精度的干扰参量是例如通过振动的地板而造成的振动。地板中的轻微振动由于杠杆原理而意味着对整个系统的很大影响，其通过机器人医学设备的虚线示图来表示。为了消除该影响，可以引入去耦装置50、诸如“支脚”，其将该系统类似于扬声器那样与干扰性振动去耦，并且仅将所希望的系统力在一些位置上导入测量装置系统42。因为示例性地在高系统重量情况下，去耦装置50不能足够有效地作用，或者不能理想地、例如对于去耦足够敏锐地构建，所以在该实施例中附加地将加速度或振动传感器52安装在被认为是静态的环境对象上，在此安装在与地板固定连接的装配板40上。借助加速度传感器52测量干扰参量，其在图7中表示为振动符号。加速度传感器52的测量信号如测量装置系统42的测量信号那样传导至计算和控制装置20，其在此借助相应扩展的动力学模型24计算由于干扰参量而所预计的对系统的影响。所确定的干扰参量在确定基本上在动力学链的点上的作用力和/或在动力学链的该点上的作用转矩时被考虑或补偿。有利地，计算和控制装置20具有计算机程序22，其包括用于补偿干扰参量和用于碰撞检测的算法。

图8最后示例性地示出了用于机器人医学设备的碰撞检测的根据本发明的方法1的流程图。机器人医学设备包括动力学链，其中，动力学链具有至少一个支架装置、至少一个铰链装置和可借助至少一个定位装置定位的终端执行件，机器人医学设备还包括用于控制至少一个定位装置的计算和控制装置。方法1包括方法步骤S1至S4。其以方法步骤S1起动，即“开始”，并且在方法步骤S4后结束，即“结束”。各个方法步骤为：

S1)通过机器人医学设备的测量装置系统测量至少一个力和/或至少一个转矩，将测量装置系统的至少一个测量信号传输至计算和控制装置；

S2)通过计算和控制装置接收测量装置系统的至少一个测量信号，并且确定基本上在动力学链的可预先给定的点上的作用力和/或作用转矩；

S3)通过计算和控制装置，根据当前的位置和/或当前的动力学状态来确定基本上在动力学链的该点上的期望力和/或期望转矩，并且，根据所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差检测机器人医学设备的碰撞；

S4)查询中断条件，并且在不满足中断条件时，即“N”，跳至方法步骤S1，否则，即“J”，中断该方法。

优选地，自动实施所有的或单个的方法步骤。

综合地描述本发明的更多扩展方案和优点。本发明尤其涉及欠(unterbestimmtes)传感器系统，其有利地布置在地板或动力学链的装配点上，以便为了碰撞检测而实现对于运动空间的整体覆盖。

通过在中央的位置上使用力和/或转矩传感器系统以及相应的算法，可以构造用于碰撞检测的可靠的、自监视的系统。于是，例如在地板与动态系统之间的装配板上的传感器装置可以用于监视整个系统，在天花板与动态系统之间用于监视整个系统，或者在系统的动力学链的任意位置上用于监视整个系统或者子系统。有利地，将英语也称为“force sensor system”的力传感器系统集成在系统的动力学链的开端，其中，该力传感器系统甚至可以与英语也称为“mounting plate”的装配板集成。稍后才作用于链的技术方案，例如在C型臂支架基座与实际的C型臂之间的、和由此相对于碰撞仅覆盖特定部分的传感器系统同样也可以是合乎目的的。系统的几何结构和与轴线数据对应的角位置通常是已知的。由此，已经可以建立具有良好精度的模型，通过其可以计算将作用于力传感器系统的力和转矩。

通过相应的算法和动力学模型，可以可靠地、安全地和以高精度来监视机器人医学设备。这些算法通常包括从Denavit-Hartenberg变换中已知的dh参数，即，尤其是轴交角和轴线彼此的距离以及构件或部件的机械特性，诸如重量、重心位置、质量惯性。由此可以随时确定总重心，可能还包括振动特性。从该总重心中可以反推出作用于传感器坐标系的力和转矩，以及由此反推出测量装置系统。两个主部件、传感器系统和算法可以灵活地适配。这意味着，传感器系统例如可以快速地适配于其它法兰连接点、重量和动态影响、诸如较高的加速度。这还适用于例如可以通过通常现有的CAD模型来快速地适配的算法，从而也可以考虑更多个轴线或铰链臂。在期望值和实际值之间的持续比较能够实现可靠的系统，尽管算法复杂，因为每个偏差，不管是通过碰撞还是建模中的错误造成的，都会引起系统的错误状态，并且由此会被识别。实际的测试示出了，在总重量为大约1.5吨的根据本发明的设备的情况下，在距第一轴线2米处已经能够实现50牛的计算上的碰撞力分辨率。

为了将外部影响最小化，合理的是集成振动或加速度传感器，其测量这些影响并且通过各个部件的振动特定来一起计算其影响。

通常，该类型的碰撞检测还可以在医学技术之外的其它领域，例如在工业领域中应用。由此，可以如下描述扩展方案：具有碰撞检测的机器人设备，其包括动力学链，该动力学链具有至少一个支架装置、至少一个铰链装置和可借助至少一个定位装置来定位的终端执行件，并且包括用于控制至少一个定位装置的计算和控制装置，其特征在于，机器人设备具有用于确定力和/或转矩的测量装置系统，其中，该力和/或转矩基本上在动力学链的可预先给定的点上作用，并且其中，测量装置系统的至少一个测量信号可以传输至计算和控制装置；计算和控制装置构建为用于接收测量装置系统的至少一个测量信号和用于确定基本上在动力学链的点上的作用力和/或作用转矩；以及，计算和控制装置构建为用于根据当前位置和/或当前动力学状态确定基本上在动力学链的该点上的期望力和/或期望转矩，并且根据所确定的作用力和/或作用转矩与所确定的期望力和/或期望转矩之差检测机器人设备的碰撞。补充地，类似地在这种机器人设备中还可以设想一个或多个之前描述的特征。