用于医学技术的机器人系统的轨迹规划技术方案

本发明专利技术涉及一种用于医学技术的机器人系统(1)的轨迹规划的方法，机器人系统具有多个自由度，根据本发明专利技术，机器人系统(1)的第一部件的姿势可独立于机器人系统(1)的第二部件的姿势改变，通过针对每自由度测量初始值确定初始状态。基于初始状态确定第一部件的至少两个离散参考点(19a、19b、19c、19d)相对彼此的位置信息以及第二部件的至少两个另外的离散参考点(20a、20b、20v、20d、20e、20f)相对彼此的另外的位置信息。根据初始状态、位置信息和另外的位置信息，针对机器人系统(1)规划轨迹，其将机器人系统(1)从初始状态转移到目标状态。此外，本发明专利技术涉及一种机器人装置和计算机程序产品。发明专利技术涉及一种机器人装置和计算机程序产品。发明专利技术涉及一种机器人装置和计算机程序产品。

【技术实现步骤摘要】
用于医学技术的机器人系统的轨迹规划


[0001]本专利技术涉及一种用于针对具有多个自由度的医学技术的机器人系统的轨迹规划的方法，其中，机器人系统的第一部件的姿势可独立于机器人系统的第二部件的姿势改变，并且其中，通过针对每个自由度获得初始值确定机器人系统的初始状态。本专利技术还涉及一种机器人装置，其具有带有多个自由度的医学技术的机器人系统，该机器人系统具有带有多个致动器的致动器系统，其中，致动器系统设置为独立于机器人系统的第二部件的姿势改变机器人系统的第一部件的姿势，并且还具有测量系统，测量系统设置为针对每个自由度测量初始值。本专利技术还涉及用于数据处理的装置以及计算机程序。

技术介绍

[0002]在具有多个独立部件、例如成像系统和病床的医学技术的机器人系统中会导致部件相对彼此非常复杂的位置，这会使接触病人变难或不可能。这尤其在紧急情况下不利，例如需要由医务人员对病人进行心肺复苏时。
[0003]用于轨迹规划的传统方法计算机器人系统的关键表面之间的距离，并且随后进行迭代。这就是说，机器人系统的状态略微改变，重新计算改变后的距离并将其与预定的极限值比较。如果其中一个距离低于相应的极限值，则放弃状态的该改变并采取状态的其他改变。如果遵守极限值，则从改变的状态开始继续。这重复进行，直到达到可接受的最终状态。
[0004]这些方法的缺点是，由于其迭代的特点，其在规划出轨迹之前需要相对较长的时间。此外，这种运动对医务人员是不可预测的或者是难以预测的。这也可以适用于最终状态。此外，用于轨迹规划的计算工作量因此也非常大，因为整个表面之间的距离必须被多次计算。此外需要用于机器人系统的精确的表面模型。
[0005]由文献EP 3 693 137 A1已知一种用于制造路径规划模块和用于运行机器人的方法。路径规划模块具有人工智能部件，其根据预定的输入数据和训练目标预定值被训练，以区分机器人的不安全运动和安全运动并确定从机器人的初始姿势到相应目标的相应路径。
[0006]由文献DE 101 53 787B4已知一种X射线诊断设备，带有布置在设备车上的可多电机式调节的支架，带有X射线源和与X射线源相对布置的X射线接收器的C型弓架沿周向可手动移动地支承在支架上。该支架具有用于确定C型弓架相对于支架的相对位置的装置。轴控制器控制支架的电机式调节与支架中C型弓架的手动移动同步，使得对检查对象中的目标点满足针对X射线成像几何的预定条件。
[0007]由文献DE 10 2012 200 686 A1已知一种用于将X射线装置相对于成像装置定位的方法，其具有以下方法步骤：
[0008]‑
S1)借助成像装置得到在成像装置自己的参考坐标系中的图像数据集；
[0009]‑
S2)获得图像数据集中的坐标并确定针对X射线装置的第一定位数据，以便考虑第一定位数据的通过X射线装置拍摄的X射线图像包括在对应于图像数据集中的坐标的坐标处的图像信息；
[0010]‑
S3)将第一定位数据传输给X射线装置；
[0011]‑
S4)确定在X射线装置自己的参考坐标系中检查区域的位置并根据成像装置自己的参考坐标系到X射线装置的参考坐标系中的变换确定第二定位数据；
[0012]‑
S5)根据第二定位数据定位X射线装置。

技术实现思路

[0013]本专利技术要解决的技术问题是改进用于具有多个自由度的具有两个或更多可以相互独立移动的部件的医学技术的机器人系统的轨迹规划，以便尤其减少规划时间和/或计算工作量和/或对待提供的机器人系统的模型的要求。
[0014]该技术问题通过一种用于针对具有多个自由度的医学技术的机器人系统的轨迹规划的方法解决。有利的实施方式是本申请的内容。
[0015]本专利技术基于的想法是，轨迹规划基于机器人系统的部件上的离散参考点的位置信息。
[0016]根据本专利技术的第一方面建议一种用于带有多个自由度的医学技术的机器人系统的轨迹规划的方法。该机器人系统具有第一部件和第二部件，其中，第一部件的姿势可独立于第二部件的姿势改变，例如通过机器人系统的多个致动器改变。机器人系统的初始状态被确定，方式是针对所述多个自由度的每个自由度获得、尤其测量初始值，尤其通过或借助机器人系统的测量系统进行测量。基于初始状态，尤其通过至少一个计算单元确定第一部件的至少两个尤其预定的离散的参考点相对于彼此的位置信息。基于初始状态，尤其通过所述至少一个计算单元确定第二部件的至少两个尤其预定的离散的另外的参考点相对于彼此的另外的位置信息。根据初始状态、位置信息和另外的位置信息，尤其通过所述至少一个计算单元规划针对机器人系统的轨迹，该轨迹将机器人系统从初始状态转移到目标状态，尤其机器人系统的预定的目标状态。
[0017]机器人系统和至少一个计算单元可以是机器人装置的组成部分。机器人系统通常可以理解为由一个或多个机器人构成的系统。机器人在此可以理解为设备，其具有一个或多个可移动的部分，这些部分基于两个或更多、优选三个或更多运动轴线自由移动，其中，所述移动自动进行，例如基于相应的编程，并且必要时可以通过机械的、动态的或其他限制装置被限制。运动轴线在此可以包括线性运动轴线和/或旋转轴线。每个轴线可以理解为自由度。
[0018]医学技术的机器人系统可以理解为设置为执行医学应用的机器人系统。在此，这尤其可以是用于医学成像的系统，例如基于X射线的成像，和/或用于执行或辅助医学干预或者说医学介入(或手术)。例如，计算机断层扫描系统或血管影造影系统，尤其用于干预性血管造影的系统可以设计成医学技术的机器人系统。
[0019]根据本专利技术对其轨迹进行规划的医学技术的机器人系统具有多个自由度，即三个或更多自由度或者运动轴线。在此，多个自由度中的至少一个第一自由度涉及第一部件，多个自由度中的至少一个第二自由度涉及第二部件。至少一个第一自由度的整体确定第一部件的姿势，并且至少一个第二自由度的整体确定第二部件的姿势。所述姿势在此尤其可以理解成三个相应的空间坐标、即平移位置，和三个相应的位置角度、即旋转位置的整体。但部件的全部六个平移和旋转位置不一定可以独立改变或相互改变。例如，单个的平移位置和/或旋转位置可以通过相应部件的设计或通过其他边界条件确定。其中一个部件的姿势
也可以称为相应部件的状态，第一和第二部件的姿势共同称为机器人系统的状态。
[0020]第一部件和第二部件可以属于机器人系统的两个不同的机器人，如机器人支架(也被称为机器人三脚架)和机器人式的病床(也被称为患者台)。但是第一部件和第二部件也可以是同一机器人的部分。在两种情况中，第一部件的姿势都能独立于第二部件的姿势改变。换句话说，第一部件的姿势可以在给定的参考坐标系中改变，第二部件的姿势在同一参考坐标系中可以保持不变，或者反之亦然。然而这不排除第一部件和第二部件的姿势同时改变。
[0021]机器人系统例如可以具有致动器系统，其包含多个致动器，例如电机，还包含用于控制致动器的相应的控制系统。通过多个致动器的相应控制，第一和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于医学技术的机器人系统(1)的轨迹规划的方法，该机器人系统具有多个自由度，其中，机器人系统(1)的第一部件的姿势可独立于机器人系统(1)的第二部件的姿势改变，并且其中，通过针对每个自由度获得、尤其测量初始值来确定机器人系统(1)的初始状态，其中，
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基于初始状态确定第一部件的至少两个离散参考点(19a、19b、19c、19d)相对彼此的位置信息；
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基于初始状态确定第二部件的至少两个另外的离散参考点(20a、20b、20c、20d、20e、20f)相对彼此的另外的位置信息；
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根据初始状态、位置信息和另外的位置信息规划用于针对机器人系统(1)轨迹，该轨迹将机器人系统(1)从机器人系统(1)的初始状态转移到目标状态；
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机器人系统(1)包括具有第一部件的医学成像模态；
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机器人系统(1)包括具有第二部件的病床(3)；
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其中，第一部件相当于用于基于X射线的成像的C型臂(7)或者刚性地固定在C型臂(7)上；并且
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其中，至少两个参考点(19a、19b、19c、19d)中的第一参考点(19a)对应于C型臂(7)的中心，至少两个参考点(19a、19b、19c、19d)中的第二参考点(19b、19c)位于一条线上，该线将C型臂(7)的X射线探测器(9)和C型臂(7)的X射线准直器(8)相连并延伸经过C型臂(7)的中心；其特征在于，
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根据从第一参考点(19a)指向第二参考点(19b，19c)的第一参考矢量规划用于机器人系统(1)的轨迹；
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根据初始状态计算第二参考矢量，第二参考矢量垂直于病床(3)的支撑板(11)，和/或计算第三参考矢量，第三参考矢量平行于支撑板(11)；
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【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：