立体可视化相机和集成式机器人技术平台制造技术

披露了一种机器人成像设备。机器人成像设备包括机器人臂、立体相机、以及定位于机器人臂与立体相机之间的传感器。传感器传输输出数据，所述输出数据指示操作者施加在立体相机上的平移力和旋转力。机器人成像设备还包括处理器，所述处理器被配置为基于机器人臂的当前位置和传感器的输出数据来确定机器人臂的移动顺序，并基于所确定的移动顺序，通过提供给至少一个关节的一个或多个电机控制信号来使机器人臂的至少一个关节旋转。至少一个关节的旋转基于所检测到的操作者施加的平移力和旋转力来提供机器人臂的动力辅助移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】立体可视化相机和集成式机器人技术平台
技术介绍
外科手术是一门艺术。有成就的艺术家创作的艺术品远远超出了普通人的能力。艺术家使用画笔将多罐涂料转换为生动的图像，这些图像引起了观众强烈而独特的情感。艺术家将普通的文字写在纸上，并将其变成戏剧性的且令人振奋的表演。艺术家掌握乐器使它们发出优美的音乐。类似地，外科医生使用看似普通的手术刀、镊子和探针，创造改变生命的生物学奇迹。像艺术家一样，外科医生也有他们自己的方法和偏好。有抱负的艺术家被教导他们的工艺基础知识。初学者经常遵循规定的方法。随着他们获得经验、信心和知识，他们发展出他们自己的独特技艺以反映出他们自己和他们的个人环境。类似地，医学生被教导外科手术的基础知识。他们关于这些方法上经过严格测试。随着这些学生通过实习和专业实践取得进步，他们会基于他们认为的应该完成外科手术的最好方式来发展基础知识的衍生(仍在医学标准之内)。例如，考虑由不同的知名外科医生执行的相同医疗手术。事件的顺序、起搏、工作人员的安排、工具的放置以及对成像设备的使用在各外科医生之间基于他们的偏好而有所不同。甚至切口的大小和形状对外科医生来说也可能是独一无二的。外科医生的艺术般的独特性和成就使他们厌倦了改变或更改他们的方法的外科手术工具。工具应是外科医生的延伸，同时操作和/或协调同步地操作。决定手术流程或改变外科医生节奏的外科手术工具常常会被丢弃或被修改以使符合要求。在示例中，考虑显微外科手术可视化，其中，某些外科手术涉及的患者结构对于人类来说太小以至于无法用肉眼轻易地看见。对于这些显微外科手术，需要放大以充分观察微观结构。外科医生通常需要可视化工具，这些工具是他们眼睛的自然延伸。的确，显微外科手术可视化的早期工作包括将放大透镜附接到头戴式光学接目镜(称为外科手术放大镜)上。第一副是在1876年开发的。如今外科医生仍在使用大幅改进版本的外科手术放大镜(某些包括光学变焦和集成光源)。图1示出了具有光源102和放大透镜104的一副外科手术放大镜100的图。外科手术放大镜150年来经久不衰可以归因于它们实际上是外科医生眼睛的延伸。尽管外科手术放大镜使用寿命长，但它们并不完美。具有放大透镜和光源的放大镜，比如图1的放大镜100，具有大得多的重量。即使在外科医生的面部前面施加很小的重量，也可能增加不适感和疲劳感，尤其是在持续很久的外科手术中。外科手术放大镜100还包括连接到远程电源的电缆106。电缆有效地起到了链条的作用，从而限制了外科医生在其外科手术执行期间的移动性。另一个显微外科手术可视化工具是外科手术显微镜，也称为手术显微镜。外科手术显微镜的大范围商业发展始于1950年代，目的是更换外科手术放大镜。外科手术显微镜包括光路、透镜和聚焦元件，与外科手术放大镜相比，这些外科手术显微镜提供了更大的放大率。较大的光学元件阵列(以及由此产生的重量)意味着必须将外科手术显微镜与外科医生分离。虽然这种分离为外科医生提供了更多的操作空间，但外科手术显微镜的体积使其占用了患者上方相当大的手术空间，从而减小了外科手术台的大小。图2示出了现有技术的外科手术显微镜200的图。可以想象，外科手术显微镜在手术区域的大小和存在使其容易发生碰撞。为了在显微镜头部201处提供稳定性和刚性，显微镜被连接到相对较大的伸缩臂202和204或其他类似的支撑结构。大的伸缩臂202和204占用了额外的外科手术空间，并降低了外科医生和工作人员的可操作性。总体上，图2所示的外科手术显微镜200可能重达350千克(“kg”)。为了使用外科手术显微镜200观察目标外科手术部位，外科医生直接通过目镜206进行观察。为了减轻外科医生背部的压力，通常将目镜206沿着外科医生的自然视线定位，使用臂202来调整高度。然而，外科医生并不仅通过观察目标外科手术部位来进行手术。目镜206必须被定位成使得外科医生在到患者的工作距离的臂长度内。这种精确定位对于确保外科手术显微镜200成为外科医生的延伸而不是阻碍是至关重要的，尤其是在长时间段使用时。像任何复杂的器械一样，使用外科手术显微镜需要外科医生花费数十至数百小时才能感到舒适。如图2所示，外科手术显微镜200的设计需要从外科医生到目标外科手术部位的大致90°角的光路。例如，需要从目标外科手术部位到显微镜头部201的完全竖直的光路。这意味着每次显微外科手术都必须将显微镜头部201定位在患者的正上方。另外，外科医生必须几乎水平地(或者向下某个微小的角度)向目镜206里看。外科医生的自然倾向是将他的视线引导至外科手术部位处的手。一些外科医生甚至想将其头部移近外科手术部位，以更精确地控制其手部移动。遗憾的是，外科手术显微镜200没有给予外科医生这种灵活性。相反，外科手术显微镜200无情地决定了外科医生在其外科手术执行期间必须将其眼睛放在目镜206上并且将其头部保持在臂长处，同时还要占用患者上方的宝贵外科手术空间。外科医生甚至不能简单地低头看着患者，因为显微镜头部201挡住了外科医生的视线。更糟糕的是，有些外科手术显微镜200包括用于辅助手术人员(例如，助理外科医生、护士或其他临床工作人员)的第二副目镜208。第二副目镜208通常与第一目镜206成直角定位。目镜206与目镜208之间的紧密度决定了助手必须紧靠着外科医生站立(或坐着)，这进一步限制了移动。对于一些喜欢有一定空间进行手术的外科医生来说，这可能会是令人厌烦的。尽管具有放大的益处，但是外科手术显微镜200并不是外科医生的自然延伸。相反，它们是外科手术室里的主导引向器(overbearingdirector)。
技术实现思路
本披露涉及一种包括立体可视化相机和机器人臂的立体机器人系统。示例立体机器人系统被配置为获取目标外科手术部位的立体图像，同时使操作者能够使用机器人臂定位立体可视化相机。如本文所披露的，机器人臂包括机电操作的关节，这些关节提供结构稳定性以使立体可视化相机能够记录高分辨率图像而不会由于相机意外移动而产生抖动或其他伪影。机器人臂还提供了结构灵活性，结构灵活性允许操作者将立体可视化相机定位在不同的位置和/或取向，以获得目标外科手术部位的期望视图。因此，示例立体机器人系统使外科医生能够在适合外科医生的任何位置舒适地完成改变生命的显微外科手术。本披露的立体机器人系统可以相对于最适合外科医生或患者的需要的术野围绕任何数量的取向定位，而没有对可视化设备的物理和机械限制。立体机器人系统被配置为提供机动化关节移动辅助，机动化关节移动辅助使外科医生或其他操作者能够毫不费力地定位立体可视化相机。在一些实施例中，立体机器人系统被配置为基于从定位立体相机的操作者检测到的力来提供机器人臂的机动化辅助移动。立体机器人系统还可以使操作者能够选择目标外科手术部位上的视觉锁定，同时使操作者能够改变立体可视化相机的取向和/或位置。另外地或可替代地，立体机器人系统被配置有一个或多个边界，边界防止立体可视化相机和/或机器人臂接触患者、外科手术工作人员和/或外科手术器械。总体上，立体机器人系统作为外科医生的眼睛的延伸而操作，同时给予外科医生通常自由地进行显微外科手术的自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术要求保护如下内容： /n一种机器人成像设备，包括：/n基部区段，所述基部区段被配置用于连接至固定结构或手推车；/n机器人臂，所述机器人臂包括/n连接到所基部区段的第一端部，/n包括联接接口的第二端部，以及/n将所述第一端部连接至所述第二端部的多个关节和连杆，每个关节包括被配置为使所述关节绕轴线旋转的电机和被配置为传输相应关节的位置的关节传感器；/n立体相机，所述立体相机在所述联接接口处连接至所述机器人臂，所述立体相机被配置为记录目标外科手术部位的左图像和右图像，以产生所述目标外科手术部位的立体图像流；/n传感器，所述传感器定位于所述联接接口处并被配置为检测和传输输出数据，所述输出数据指示操作者施加在所述立体相机上的平移力和旋转力；/n存储器，所述存储器存储至少一个由一个或多个指令和/或数据结构定义的算法，所述指令和/或数据结构至少基于所述机器人臂的当前位置和检测到的平移力和旋转力指定所述机器人臂的每个所述关节的旋转方向、速度和持续时间；以及/n通信地联接至所述传感器和所述机器人臂的至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：/n从所述传感器接收指示所述平移力和所述旋转力的所述输出数据，/n使用所述存储器中的所述至少一个算法，基于所述机器人臂的当前位置和来自所述传感器的输出数据，确定所述机器人臂的移动顺序，以及/n通过提供给所述至少一个关节的一个或多个电机控制信号，基于所确定的移动顺序，使所述机器人臂的至少一个所述关节旋转，/n其中，所述至少一个关节的旋转基于所检测到的所述操作者施加在所述立体相机上的平移力和旋转力，提供所述机器人臂的动力辅助移动。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180427 US 62/663,6891.本发明要求保护如下内容：
一种机器人成像设备，包括：
基部区段，所述基部区段被配置用于连接至固定结构或手推车；
机器人臂，所述机器人臂包括
连接到所基部区段的第一端部，
包括联接接口的第二端部，以及
将所述第一端部连接至所述第二端部的多个关节和连杆，每个关节包括被配置为使所述关节绕轴线旋转的电机和被配置为传输相应关节的位置的关节传感器；
立体相机，所述立体相机在所述联接接口处连接至所述机器人臂，所述立体相机被配置为记录目标外科手术部位的左图像和右图像，以产生所述目标外科手术部位的立体图像流；
传感器，所述传感器定位于所述联接接口处并被配置为检测和传输输出数据，所述输出数据指示操作者施加在所述立体相机上的平移力和旋转力；
存储器，所述存储器存储至少一个由一个或多个指令和/或数据结构定义的算法，所述指令和/或数据结构至少基于所述机器人臂的当前位置和检测到的平移力和旋转力指定所述机器人臂的每个所述关节的旋转方向、速度和持续时间；以及
通信地联接至所述传感器和所述机器人臂的至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
从所述传感器接收指示所述平移力和所述旋转力的所述输出数据，
使用所述存储器中的所述至少一个算法，基于所述机器人臂的当前位置和来自所述传感器的输出数据，确定所述机器人臂的移动顺序，以及
通过提供给所述至少一个关节的一个或多个电机控制信号，基于所确定的移动顺序，使所述机器人臂的至少一个所述关节旋转，
其中，所述至少一个关节的旋转基于所检测到的所述操作者施加在所述立体相机上的平移力和旋转力，提供所述机器人臂的动力辅助移动。


2.如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个处理器被配置为基于来自所述多个关节的关节传感器的输出数据来确定所述机器人臂的当前位置。


3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述传感器包括六自由度触觉力感测装置或转矩传感器中的至少一个。


4.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述立体相机包括至少一个控制臂，所述控制臂具有用于实现所述动力辅助移动的释放按钮，并且
其中，所述至少一个处理器被配置为：
接收指示选择所述释放按钮的输入消息；以及
在接收到与所述释放按钮相关的所述输入消息之后，使用所述传感器的输出数据确定移动顺序。


5.如权利要求1或4所述的设备，进一步包括联接板，所述联接板的第一端部被配置为连接到所述机器人臂的联接接口，第二端部包括第二联接接口，所述第二联接接口被配置为连接到所述立体相机，
其中，所述联接板包括至少一个关节，所述关节包括被配置为传输相应关节的位置的关节传感器和可由所述至少一个处理器根据所述移动顺序控制的电机。


6.如权利要求5所述的设备，其中，所述传感器位于所述联接接口或所述第二联接接口处。


7.如权利要求5所述的设备，其中，所述联接板包括第二关节，所述第二关节使所述操作者能够手动地将所述立体相机在水平取向与竖直取向之间旋转，其中，所述第二关节包括被配置为传输所述第二关节的位置的关节传感器。


8.如权利要求1或4所述的设备，其中，所述立体相机包括壳体，所述壳体包括底侧，所述底侧被配置为在所述联接接口处连接至所述机器人臂。


9.一种机器人成像设备，包括：
机器人臂，所述机器人臂包括
用于连接至固定结构的第一端部，
包括联接接口的第二端部，以及
将所述第一端部连接至所述第二端部的多个关节和连杆，每个关节包括被配置为使所述关节绕轴线旋转的电机和被配置为传输相应关节的位置的关节传感器；
在所述联接接口处连接至所述机器人臂的成像装置，所述成像装置被配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·瑞米瑞兹卢纳，M·韦斯曼，T·P·瑞德尔，G·C·坡尔金，A·B·特瑞帕斯，P·特里，
申请(专利权)人：爱尔康公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH