[發(fā)明專利]借助手勢控制來控制機(jī)器人系統(tǒng)的控制裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480054314.8
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN105636542B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 貝恩德·貢貝爾;利奧波德·博克·克勞森;理查德·羅伯茨;安德拉斯·阿斯奎
• 申請（專利權(quán)）人: ABB·AG（瑞士）公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;B25J13/08;A61B17/00
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;楊青

本發(fā)明涉及用于控制機(jī)器人系統(tǒng)(11)的控制裝置(25,28,29)，該機(jī)器人系統(tǒng)具有至少一個機(jī)器人手臂(14,18)，在該機(jī)器人手臂上固定有具有末端執(zhí)行器(17,21)的外科器械(15,19)，其中，控制裝置(25,28,29)包括圖像采集系統(tǒng)(25,28)，它記錄下至少一只手(30L,30R)的控制設(shè)定并分析和轉(zhuǎn)化為用于該機(jī)器人系統(tǒng)(11)的一個或多個部件的相應(yīng)控制指令。為了簡化且尤其直觀地設(shè)計機(jī)器人系統(tǒng)(11)的控制而提出設(shè)有控制單元(25)，它確定外科器械(15,19)的末端執(zhí)行器(17,21)的取向和/或位置和/或張角作為一個或多個第一參數(shù)，且還確定至少一只手(30L,30R)的取向和/或位置和/或張角作為一個或多個第二參數(shù)，在其中一個或多個所述第一參數(shù)不同于各自對應(yīng)的第二參數(shù)的情況下阻止末端執(zhí)行器(17,21)的手動控制，且在其中一個或多個所述第一參數(shù)與各自對應(yīng)的第二參數(shù)一致的情況下準(zhǔn)許手勢控制，從而能通過手來操作外科器械(15,19)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及控制具有至少一個機(jī)器人手臂的機(jī)器人系統(tǒng)的控制裝置，在機(jī)器人手臂上安裝有具有末端執(zhí)行器的外科器械，以及涉及借助手勢控制來控制這樣的機(jī)器人系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)

目前，對人體的外科手術(shù)越來越多地以微創(chuàng)法在手術(shù)機(jī)械手的輔助下進(jìn)行。根據(jù)手術(shù)類型，手術(shù)機(jī)械手可以裝備不同的外科器械例如內(nèi)窺鏡、切割刀具、鑷鉗或縫合工具。在外科手術(shù)中，這些工具借助一個或多個機(jī)械手經(jīng)閘門被插入患者身體。在外科手術(shù)過程中，外科器械由外科醫(yī)生通過機(jī)器人系統(tǒng)的輸入裝置例如手勢控制用圖像處理系統(tǒng)來控制。

對于外科手術(shù)應(yīng)用，采用了各種不同的器械，例如內(nèi)窺鏡、腹腔鏡器械、切割器械、夾取工具、拿持工具、接合工具或縫合器械以及其它手術(shù)工具。在外科器械或手術(shù)工具的遠(yuǎn)端上有真正的末端執(zhí)行器例如解剖刀、剪、針、刮刀、銼刀、夾鉗、照相機(jī)等。該末端執(zhí)行器例如可以借助繩索驅(qū)動機(jī)構(gòu)或借助集成在器械柄桿中的操縱部件來操作。

在具有手勢控制用輸入裝置的機(jī)器人系統(tǒng)中，使用者可通過人工控制設(shè)定來控制該外科器械及其末端執(zhí)行器。在此情況下，機(jī)器人系統(tǒng)的輸入裝置包括照相機(jī)，其在預(yù)定的圖像采集區(qū)域內(nèi)拍攝使用者所做出的手勢。照相機(jī)所拍下的圖像數(shù)據(jù)被圖像處理單元(軟件)處理并被轉(zhuǎn)化為用于機(jī)器人系統(tǒng)的被控部件的相應(yīng)控制指令。在已知的手勢控制中，使用者一般可以規(guī)定動態(tài)手勢如運動或靜態(tài)手勢如舉手，用于控制機(jī)器人系統(tǒng)的某個部件。所述被控部件一般在屏幕上被顯示給使用者，從而他能觀察機(jī)器人系統(tǒng)對控制設(shè)定的反應(yīng)。

US 6 424 885 B1公開了一種用于微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)，其包括用以控制該外科器械的多個手動輸入裝置。與所述控制相關(guān)地出現(xiàn)以下問題：輸入裝置的取向應(yīng)當(dāng)與外科器械的末端執(zhí)行器的取向一致。為此，在US 6,424,885 A中采用了被稱為“映射”的方法。如圖1所示，輸入裝置1包括兩個鉸接固定在主體2上的肢節(jié)4、5，其可以借助手的手指收合或張開。在肢節(jié)4、5手動操作時，使顯示于右側(cè)的被控末端執(zhí)行器6的工作件9、10相應(yīng)運動。輸入裝置1的位置由點P1來確定。輸入裝置1的取向由縱軸3來確定，該縱軸延伸經(jīng)過兩個肢節(jié)4、5之間的點P1和主體2。與此相似，末端執(zhí)行器6的取向通過在工作件9和10之間延伸的軸8來規(guī)定。借助前述的“映射”方法，輸入裝置1的取向可以與末端執(zhí)行器的取向一致，從而兩個軸3和8在相同方向上延伸。

但是，US 6 424 885 B1所述的“映射”方法只適用于將輸入裝置1的取向與末端執(zhí)行器的取向校準(zhǔn)。但它不適用于將手的取向、位置和/或張角與末端執(zhí)行器的取向、位置和/或張角校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種包括手勢控制裝置的機(jī)器人系統(tǒng)，其中，使用者能簡單快速地使其手的狀態(tài)適應(yīng)于被控物體的狀態(tài)。

通過如獨立權(quán)利要求所述的特征來完成本發(fā)明的任務(wù)。由從屬權(quán)利要求得到本發(fā)明的其它實施方式。