[发明专利]借助手势控制来控制机器人系统的控制装置和方法

说明书

本发明涉及用于控制机器人系统(11)的控制装置(25,28,29)，该机器人系统具有至少一个机器人手臂(14,18)，在该机器人手臂上固定有具有末端执行器(17,21)的外科器械(15,19)，其中，控制装置(25,28,29)包括图像采集系统(25,28)，它记录下至少一只手(30L,30R)的控制设定并分析和转化为用于该机器人系统(11)的一个或多个部件的相应控制指令。为了简化且尤其直观地设计机器人系统(11)的控制而提出设有控制单元(25)，它确定外科器械(15,19)的末端执行器(17,21)的取向和/或位置和/或张角作为一个或多个第一参数，且还确定至少一只手(30L,30R)的取向和/或位置和/或张角作为一个或多个第二参数，在其中一个或多个所述第一参数不同于各自对应的第二参数的情况下阻止末端执行器(17,21)的手动控制，且在其中一个或多个所述第一参数与各自对应的第二参数一致的情况下准许手势控制，从而能通过手来操作外科器械(15,19)。

技术领域

本发明涉及控制具有至少一个机器人手臂的机器人系统的控制装置，在机器人手臂上安装有具有末端执行器的外科器械，以及涉及借助手势控制来控制这样的机器人系统的方法。

背景技术

目前，对人体的外科手术越来越多地以微创法在手术机械手的辅助下进行。根据手术类型，手术机械手可以装备不同的外科器械例如内窥镜、切割刀具、镊钳或缝合工具。在外科手术中，这些工具借助一个或多个机械手经闸门被插入患者身体。在外科手术过程中，外科器械由外科医生通过机器人系统的输入装置例如手势控制用图像处理系统来控制。

对于外科手术应用，采用了各种不同的器械，例如内窥镜、腹腔镜器械、切割器械、夹取工具、拿持工具、接合工具或缝合器械以及其它手术工具。在外科器械或手术工具的远端上有真正的末端执行器例如解剖刀、剪、针、刮刀、锉刀、夹钳、照相机等。该末端执行器例如可以借助绳索驱动机构或借助集成在器械柄杆中的操纵部件来操作。

在具有手势控制用输入装置的机器人系统中，使用者可通过人工控制设定来控制该外科器械及其末端执行器。在此情况下，机器人系统的输入装置包括照相机，其在预定的图像采集区域内拍摄使用者所做出的手势。照相机所拍下的图像数据被图像处理单元(软件)处理并被转化为用于机器人系统的被控部件的相应控制指令。在已知的手势控制中，使用者一般可以规定动态手势如运动或静态手势如举手，用于控制机器人系统的某个部件。所述被控部件一般在屏幕上被显示给使用者，从而他能观察机器人系统对控制设定的反应。

US 6 424 885 B1公开了一种用于微创手术的机器人系统，其包括用以控制该外科器械的多个手动输入装置。与所述控制相关地出现以下问题：输入装置的取向应当与外科器械的末端执行器的取向一致。为此，在US 6,424,885 A中采用了被称为“映射”的方法。如图1所示，输入装置1包括两个铰接固定在主体2上的肢节4、5，其可以借助手的手指收合或张开。在肢节4、5手动操作时，使显示于右侧的被控末端执行器6的工作件9、10相应运动。输入装置1的位置由点P1来确定。输入装置1的取向由纵轴3来确定，该纵轴延伸经过两个肢节4、5之间的点P1和主体2。与此相似，末端执行器6的取向通过在工作件9和10之间延伸的轴8来规定。借助前述的“映射”方法，输入装置1的取向可以与末端执行器的取向一致，从而两个轴3和8在相同方向上延伸。

但是，US 6 424 885 B1所述的“映射”方法只适用于将输入装置1的取向与末端执行器的取向校准。但它不适用于将手的取向、位置和/或张角与末端执行器的取向、位置和/或张角校准。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种包括手势控制装置的机器人系统，其中，使用者能简单快速地使其手的状态适应于被控物体的状态。

通过如独立权利要求所述的特征来完成本发明的任务。由从属权利要求得到本发明的其它实施方式。