一种系统包括：机器人臂，其具有器械接口；力/扭矩传感器，其用于感测在所述器械接口处的力；机器人控制器，其用于控制所述机器人臂并控制机器人控制参数；以及系统控制器。所述系统控制器执行以下操作：接收时间力/扭矩数据，其中，所述时间力/扭矩数据表示在与用户的协作流程期间随时间的在所述器械接口处的所述力，分析所述时间力/扭矩数据以确定所述用户的当前意图和/或所述协作流程的状态，并且使所述机器人控制器以控制模式控制所述机器人臂，所述控制模式是针对所确定的所述用户的当前意图或所述协作流程的状态而预定义的，其中，所述控制模式确定所述机器人控制参数。所述控制模式确定所述机器人控制参数。所述控制模式确定所述机器人控制参数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于工具和用户相互作用力对协作机器人控制参数的自动选择
[0001]本专利技术涉及机器人，并且特别涉及可以在例如外科手术室中使用的协作机器人以及操作这样的协作机器人的方法。
技术介绍
[0002]协作机器人是与人类在同一空间工作的机器人，它们常常(例如通过力控制)与人类直接互动。这样的协作机器人的示例是这样一种机器人：它包括末端执行器，当人类操纵工具来完成任务时，末端执行器用于保持该工具或者对工具进行工具引导。协作机器人通常被认为是安全的并且不需要专门的安全屏障。随着越来越多的人接受这样的协作机器人，人类期待这些协作机器人有更多的智能和自动化行为。
[0003]协作机器人应当具有先进的感知能力，以便在协议繁重的工作流程中(例如在外科手术室中的那些工作流程中)提供直观的辅助。然而，与人类相比，由于有限的感测模态、质量和带宽反馈，机器人的背景感知非常差。为了使这些机器人能够真正协作，它们需要某种基于环境状态、手头任务和/或用户意图来自主改变其行为的能力。
[0004]因此，期望提供协作机器人和操作协作机器人的方法。特别地，期望提供这样的协作机器人和操作协作机器人的方法，这种协作机器人可以提供基于环境状态、手头任务和/或用户意图来对一个或多个机器人控制参数的自动选择。
技术实现思路
[0005]在本专利技术的一个方面，一种系统包括：机器人臂，其具有一个或多个控制自由度，其中，所述机器人臂包括器械接口；至少一个力/扭矩传感器，其被配置为感测在所述器械接口处的力；机器人控制器，其被配置为控制所述机器人臂以将所述器械接口移动到确定的位置并控制至少一个机器人控制参数；以及系统控制器。所述系统控制器被配置为：接收时间力/扭矩数据，其中，所述时间力/扭矩数据表示在与用户的协作流程期间由所述至少一个力/扭矩传感器感测的随时间的在所述器械接口处的所述力；分析所述时间力/扭矩数据以确定所述用户的当前意图和所述协作流程的状态中的至少一项；并且使所述机器人控制器以控制模式控制所述机器人臂，所述控制模式是针对所确定的所述用户的当前意图或所述协作流程的状态而预定义的，其中，所述控制模式确定至少一个机器人控制参数。
[0006]在一些实施例中，所述器械接口包括工具引导件，所述工具引导件被配置为与能够由所述用户在所述协作流程期间操纵的工具接口连接，并且由所述用户施加到所述器械接口的所述力包括以下各项中的至少一项：(1)在用户操纵所述工具期间间接施加到所述工具引导件的力；(2)由所述用户直接施加到所述工具引导件的力；(3)来自所述机器人的环境的力；以及(4)由所述工具产生的力。
[0007]在一些实施例中，所述系统控制器被配置为将所述时间力/扭矩数据应用于神经网络以确定所述用户的所述当前意图或所述协作流程的所述状态。
[0008]在一些实施例中，所述神经网络被配置为根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户何时用所述工具钻孔，并且还被配置为根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户何时用所述工具锤击。
[0009]在一些实施例中，所述至少一个机器人控制参数控制所述工具引导件抵抗在至少一个方向上施加的所述力所呈现的刚度。
[0010]在一些实施例中，当所述神经网络根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户正在用所述工具锤击时，所述神经网络进一步确定所述工具是正在锤穿骨骼还是正在锤穿组织，其中，当所述工具被确定为正在锤穿组织时，所述控制模式是第一刚度模式，其中，所述机器人控制器控制所述工具引导件以具有第一刚度，并且其中，当所述工具被确定为正在锤穿骨骼时，所述控制模式是第二刚度模式，其中，所述机器人控制器控制所述工具引导件以具有第二刚度，其中，所述第二刚度小于所述第一刚度。
[0011]在一些实施例中，当所述系统改变所述控制模式时，所述系统向所述用户提供警报。
[0012]在一些实施例中，所述系统控制器还被配置为接收辅助数据，所述辅助数据包括以下各项中的至少一项：视频数据、图像数据、音频数据、外科手术计划数据、诊断计划数据，以及机器人振动数据，并且所述系统控制器还被配置为基于所述时间力/扭矩数据和所述辅助数据来确定所述用户的所述当前意图或所述协作流程的所述状态。
[0013]在本专利技术的另一方面，提供了一种用于操作机器人臂的方法，所述机器人臂具有一个或多个控制自由度，其中，所述机器人臂包括器械接口。所述方法包括：接收时间力/扭矩数据，其中，所述时间力/扭矩数据表示在与用户的协作流程期间由力/扭矩传感器感测的随时间的在所述器械接口处的力；分析所述时间力/扭矩数据以确定所述用户的当前意图和所述协作流程的状态中的至少一项；并且以控制模式控制所述机器人臂，所述控制模式是针对所确定的所述用户的当前意图或所述协作流程的状态而预定义的，其中，所述控制模式确定至少一个机器人控制参数。
[0014]在一些实施例中，所述器械接口包括工具引导件，所述工具引导件被配置为与能够由所述用户在所述协作流程期间操纵的工具接口连接，并且其中，所述力/扭矩传感器测量以下各项中的至少一项：(1)在用户操纵所述工具期间由所述用户间接施加在所述工具引导件上的力；(2)由所述用户直接施加到所述工具引导件的力；(3)来自所述机器人的环境的力；以及(4)由所述工具产生的力。
[0015]在一些实施例中，分析所述时间力/扭矩数据以确定所述用户的所述当前意图和所述协作流程的所述状态中的至少一项包括将所述时间力/扭矩数据应用于神经网络以确定所述用户的所述当前意图或所述协作流程的所述状态。
[0016]在一些实施例中，所述神经网络根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户何时用所述工具钻孔，并且还根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户何时用所述工具锤击。
[0017]在一些实施例中，所述至少一个机器人控制参数控制所述工具引导件抵抗在至少一个方向上施加的所述力所呈现的刚度。
[0018]在一些实施例中，当所述神经网络根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户正在用所述工具锤击时，所述神经网络进一步确定所述工具是正在锤穿骨骼还是正在锤穿组织，其中，当所述工具被确定为正在锤穿组织时，所述控制模式是第一刚度模式，其中，所述
工具引导件具有第一刚度，并且其中，当所述工具被确定为正在锤穿骨骼时，所述控制模式是第二刚度模式，其中，所述工具引导件具有第二刚度，其中，所述第二刚度小于所述第一刚度。
[0019]在一些实施例中，所述方法还包括：当所述控制模式改变时，向所述用户提供警报。
[0020]在一些实施例中，所述方法还包括：接收辅助数据，所述辅助数据包括以下各项中的至少一项：视频数据、图像数据、音频数据、外科手术计划数据、诊断计划数据，以及机器人振动数据；并且基于所述时间力/扭矩数据和所述辅助数据来确定所述用户的所述当前意图或所述协作流程的所述状态。
[0021]在本专利技术的又一方面，提供了一种用于控制机器人臂的处理系统，所述机器人臂具有一个或多个控制自由度，其中，所述机器人臂包括器械接口。所述处理系统包括：处理器；以及存储器本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：机器人臂，其具有一个或多个控制自由度，其中，所述机器人臂包括器械接口；至少一个力/扭矩传感器，其被配置为感测在所述器械接口处的力；机器人控制器，其被配置为控制所述机器人臂以将所述器械接口移动到确定的位置并控制至少一个机器人控制参数；以及系统控制器，其被配置为：接收时间力/扭矩数据，其中，所述时间力/扭矩数据表示在与用户的协作流程期间由所述至少一个力/扭矩传感器感测的随时间的在所述器械接口处的所述力，分析所述时间力/扭矩数据以确定所述用户的当前意图和所述协作流程的状态中的至少一项，并且使所述机器人控制器以控制模式控制所述机器人臂，所述控制模式是针对所确定的所述用户的当前意图或所述协作流程的状态而预定义的，其中，所述控制模式确定所述至少一个机器人控制参数。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述器械接口包括工具引导件，所述工具引导件被配置为与能够由所述用户在所述协作流程期间操纵的工具接口连接，并且其中，所述力包括以下各项中的至少一项：(1)在用户操纵所述工具期间间接施加到所述工具引导件的力；(2)由所述用户直接施加到所述工具引导件的力；(3)来自所述机器人的环境的力；以及(4)由所述工具产生的力。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统控制器被配置为将所述时间力/扭矩数据应用于神经网络以确定所述用户的所述当前意图或所述协作流程的所述状态。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述神经网络被配置为根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户何时用所述工具钻孔，并且还被配置为根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户何时用所述工具锤击。5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个机器人控制参数控制所述工具引导件抵抗在至少一个方向上施加的所述力所呈现的刚度。6.根据权利要求5所述的系统，其中，当所述神经网络根据所述时间力/扭矩数据来确定所述用户正在用所述工具锤击时，所述神经网络进一步确定所述工具是正在锤穿骨骼还是正在锤穿组织，其中，当所述工具被确定为正在锤穿组织时，所述控制模式是第一刚度模式，其中，所述机器人控制器控制所述工具引导件以具有第一刚度，并且其中，当所述工具被确定为正在锤穿骨骼时，所述控制模式是第二刚度模式，其中，所述机器人控制器控制所述工具引导件以具有第二刚度，其中，所述第二刚度小于所述第一刚度。7.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述系统改变所述控制模式时，所述系统向所述用户提供警报。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统控制器还被配置为接收辅助数据，所述辅助数据包括以下各项中的至少一项：视频数据、图像数据、音频数据、外科手术计划数据、诊断计划数据，以及机器人振动数据，并且所述系统控制器还被配置为基于所述时间力/扭矩数据和所述辅助数据来确定所述用户的所述当前意图或所述协作流程的所述状态。9.一种操作机器人臂的方法，所述机器人臂具有一个或多个控制自由度，其中，所述机器人臂包括器械接口，所述方法包括：
接收时间力/扭矩数据，其中，所述时间力/扭矩数据表示在与用户的协作流程期间由至少一个力/扭矩传感器感测的随时间的在所述器械接口处的力，分析所述时间力/扭矩数据以确定所述用户的当前意图和所述协作流程的状态中的至少一项，并且以控制模式控制所述机器人臂，所述控制模式是针对所确定的所述用户的当前意图或所述协作流程的状态而预定义的，其中，所述控制模式确定至少一个机器人控制参数。10.根据权利要求9所述的方法，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：
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