[實用新型]用于運動捕捉和控制機(jī)器人工具的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820304620.8
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN209884200U
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F.格拉澤;H.莫尼奇
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子保健有限責(zé)任公司
• 主分類號: A61B8/08
• 分類號: A61B8/08;A61B8/00;A61B34/20;A61B90/00
• 代理公司: 11105 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 陳钘

本實用新型涉及用于一種控制機(jī)器人醫(yī)療工具(4)的系統(tǒng)(3)。系統(tǒng)(3)包括機(jī)器人醫(yī)療工具(4)，運動捕捉設(shè)備(5)和控制單元(6)。運動捕捉設(shè)備(5)被配置為捕捉目標(biāo)物(2,10)的運動。控制單元(6)被配置為根據(jù)被捕捉到的運動相對于目標(biāo)物(2,10)調(diào)整機(jī)器人工具(4)。為了促進(jìn)機(jī)器人工具的改進(jìn)的控制和改進(jìn)的工作流程，該運動捕捉設(shè)備(5)是超聲波設(shè)備(5)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及用于運動捕捉和用于控制機(jī)器人醫(yī)療工具的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為了精確使用機(jī)器人工具操縱物體或與目標(biāo)物相互作用，必須以相當(dāng)?shù)木瓤刂漆t(yī)療工具。本領(lǐng)域中的已知系統(tǒng)和方法利用外部視覺追蹤系統(tǒng)，其包括攝像機(jī)和物理標(biāo)記。標(biāo)記物理附接到目標(biāo)物，且于是可通過直接視線利用攝像機(jī)追蹤且可由此被可被用于追蹤目標(biāo)物的動作或運動。物理標(biāo)記的使用以及標(biāo)記和攝像機(jī)之間的直接視線的要求常常是限制性的且不期望的。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于幫助改進(jìn)機(jī)器人工具的控制和改進(jìn)工作流程。

這個目的通過具有相應(yīng)的獨立權(quán)利要求的特征的系統(tǒng)和方法而實現(xiàn)。具有本實用新型的有效改進(jìn)的有益實施例被示出在其他專利權(quán)利要求中，以及在下列描述和附圖中。

依照本實用新型的系統(tǒng)包括機(jī)器人醫(yī)療工具，運動捕捉設(shè)備和控制單元。該運動捕捉設(shè)備被配置為捕捉目標(biāo)物的動作或運動，同時該控制單元被配置為根據(jù)捕捉到的運動或動作調(diào)整且由此控制機(jī)器人工具。

對于本實用新型和說明書在“運動”和“動作”之間應(yīng)該沒有區(qū)別。然而，應(yīng)理解這些術(shù)語可指示整個目標(biāo)物的運動或僅僅目標(biāo)物的一部分的運動。

在本實用新型的術(shù)語中，機(jī)器人工具應(yīng)理解為能夠自動執(zhí)行一系列復(fù)雜動作的設(shè)備或機(jī)器。這些動作可包括機(jī)器人工具或其一部分在三維空間中的運動和定位，機(jī)械地引導(dǎo)其他設(shè)備或操作者，操縱被追蹤的目標(biāo)物和/或與目標(biāo)物相互作用，等等。有利地，機(jī)器人工具可為計算機(jī)可編程的，以便允許事先規(guī)定要被執(zhí)行的動作。

機(jī)器人工具還可被描述為醫(yī)療機(jī)器人。由此，機(jī)器人工具可包括工具頭部，其是或包括機(jī)器人工具的，被用于操縱目標(biāo)物或與目標(biāo)物互相作用的部分。該工具頭部可有利地被更換以允許更大的適應(yīng)性和使用各種機(jī)器人工具。工具頭部的實例可包括探頭和鉆頭。

該控制單元通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈路連接到機(jī)器人工具以及超聲波設(shè)備。這些數(shù)據(jù)鏈路被一方面用于從超聲波設(shè)備發(fā)射表示被捕捉的運動的數(shù)據(jù)到控制單元，且從控制單元發(fā)送相應(yīng)控制信號或指令到機(jī)器人工具。數(shù)據(jù)鏈路還可以是雙向的，以使得數(shù)據(jù)能的雙向交換。例如這可實現(xiàn)反饋控制系統(tǒng)。還有利的是，控制單元被配置以控制超聲波設(shè)備，例如自動地跟隨機(jī)器人工具的運動。這有利地使它可總是且自動地精確捕捉目標(biāo)物的特定部分(最接近機(jī)器人工具和/或包含機(jī)器人工具和目標(biāo)物之間的相互作用的點或區(qū)域)的動作。這進(jìn)而允許相對于目標(biāo)物特別精確地調(diào)整機(jī)器人工具。控制單元可包括至少一個微控制器，微處理器，存儲介質(zhì)，和/或接口以執(zhí)行期望的動作。

該超聲波設(shè)備可包括超聲波頭部或探頭。這個超聲波頭部可被定位為與要被追蹤的目標(biāo)物接觸。作為示例且在沒有限制本實用新型的情況下，對于本實用新型的特別有利地使用情況是例如在脊柱外科手術(shù)期間追蹤病人的運動。在這個使用中，精確的捕捉和追蹤任何病人移動和相應(yīng)地補(bǔ)償病人移動的控制或調(diào)整機(jī)器人工具是特別重要的。使用超聲波設(shè)備，例如可檢測病人的骨材料，例如脊柱或特定脊椎，且由此捕捉和追蹤上述骨骼或病人的任何運動。這個被捕捉和/或追蹤的移動-或相應(yīng)的數(shù)據(jù)-于是被處理以產(chǎn)生用于機(jī)器人工具的相應(yīng)的控制信號。通過這些控制信號，機(jī)器人工具可被保持在相對于病人(或更具體地說相對于由超聲波設(shè)備檢測到的個別骨骼)的預(yù)期位置中。

超聲波設(shè)備可在不同超聲波頻率下操作。不同頻率可適用于捕捉和/或追蹤不同目標(biāo)物和/或不同運動，且可由此按具體情況選擇。作為示例，使用2 和15MHz之間的頻率的超聲波設(shè)備可提供3和0.4mm之間的橫向分辨率和 0.8和0.15mm之間的軸向分辨率。