CN105643621B - 用于使机器人设备运行的方法和机器人设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机器人设备运行的方法，该机器人设备包括具有可运动构件的运动链，该方法包括以下步骤：借助机器人设备的设置在运动链上或运动链周围环境中的传感器，检测多个可运动构件的至少一个特征的各自值(1)；基于所检测到的值确定最大值(2)；利用机器人设备的控制装置对所确定的最大值和预设的第一安全边界值(S)进行比较(3)；如果所确定的最大值处于与第一安全边界值(S)的预设关系中，则对运动链的至少一个特征或其他特征进行调整(4)，从而提高机器人设备的运行安全性。

Description

用于使机器人设备运行的方法和机器人设备

技术领域

本发明涉及一种用于使机器人设备运行的方法，该机器人设备包括具有可运动构件的运动链和多个设置在运动链上的传感器。本发明还涉及一种这样的机器人设备。

背景技术

半自动地或自动地与人协作工作的机器人设备正越来越多地应用于工作领域中。对此有说服力的例子是在医疗领域，在日益流行的微创手术中医疗机器人设备正在被越来越多地应用。由于机器人设备被设立在新的工作领域中，因此也需要新的安全理念，因为为工业机器人定制的传统安全理念在新的应用领域中并不充分或是不适用的。一些新的安全理念已经被执行，例如传感器的冗余设计。

发明内容

本发明的目的在于提高机器人设备的运行安全性，并由此特别是提高位于机器人设备周围环境中的人的安全性。

本发明的目的通过一种用于使机器人设备运行的方法来实现。优选的实施方式由说明书、附图和本文的其他部分给出。

根据本发明的用于运行机器人设备的方法在此包括多个步骤，其中，机器人设备包括一个或多个具有可运动构件的运动链。该方法的一个步骤是借助机器人设备的设置在运动链周围环境上或之中的传感器来检测多个可运动构件的至少一个特征的各自值。下一步骤是基于检测到的值来确定最大值。在此也可以考虑其他的值。该最大值例如可以直接通过各自的绝对值来确定，或者通过各自的相对值来确定，该相对值是指与至少一个特征的各个最大绝对值相关的绝对值。下一步骤是通过机器人设备的控制单元对所确定的最大值和预设的第一安全边界值进行比较。在下一步骤中，如果所确定的最大值处于与第一安全边界值的预设关系中，则对该至少一个特征或其他的特征进行调整。

当所确定的最大值小于第一安全边界值时，则可以对特征进行调整。例如可以这样来调整特征(例如刚度)：如果所确定的特征最大值低于第一安全边界值，则使机器人设备停止运动。例如，当力作为特征低于预设的第一安全边界值时，机器人设备可以被锁定。

该方法的优点在于，机器人设备或机器人设备的可运动构件的无论是有意还是无意的运动，当其在一特征中超过预设的第一安全边界值时，均可以被调整。由此可以防止机器人设备或机器人设备的一个或多个可运动构件的、对处于机器人设备周围环境中的人存在潜在危险的运动。而确定最大值并应用该最大值进行比较在此正好可用于降低在周围环境中受到损伤或损害的危险。由此提高了机器人的运行安全性。

特别是在此可以相对于预设的绝对边界值预先设定第一安全边界值。这也适用于在本发明框架下所描述的其他安全边界值。这样做的优点在于，可以根据机器人设备的新情况或新任务或新使用范围更简单地调整相应的安全边界值。

在一种优选的实施方式中，特征包括作为弹簧减振***的运动链的参数，特别是可运动构件的刚度和/或阻尼，和/或作用于可运动构件上的转矩和/或作用于可运动构件上的力和/或可运动构件的速度和/或可运动构件的加速度。刚度和/或阻尼在此可以包括整个运动链的刚度和/或阻尼。可以使用不同的模型来描述作为弹簧减振***的运动链。其优点在于，可以由此检测并调整可运动构件的运动的重要特征，这些重要特征对于危险程度是决定性的。

在另一种实施方式中，特征可以包括刚度和/或转矩和/或力和/或速度和/或加速度的时间变化。其优点在于，可以通过这些特征准确地检测机器人设备的实际运动。由此也可以准确地对特征进行调整，或者说根据实际事件更好地调整安全边界值。

在另一种实施方式中，在确定最大值时要考虑运动链的可运动构件的几何形状，特别是要考虑运动链的设置在运动链端部上的功能特定的末端节肢或末端执行器的几何形状。功能特定的末端节肢例如可以包括位于运动链端部上的、具有预设的特定功能的可更换工具。特别是可以考虑到一个或多个可运动构件的长度。由此就可以将例如由几何形状所引起的杠杆作用考虑进去，这种杠杆作用会在机器人设备的不同位置上对力和速度产生影响。这样做的优点在于，所确定的最大值能够更好地表述机器人设备周围环境中的真实危害或真实的潜在危害。因此，可以通过第一安全边界值根据真实的需求更好地调整安全裕量。由此进一步提高了机器人设备的安全性。

在一种优选的实施方式中，如果所确定的最大值大于第一安全边界值，则进行调整。该功能“大于”对应于相对于第一安全边界值的预设关系。优选在这里对各自值进行比较，而在说明书的其他地方则是根据能够不考虑例如能够以数值符号表述的方向的量值。当特征包括转矩和/或力和/或速度和/或加速度时是特别有利的，因为该特征的较大值在此通常代表较大的危险。对特征的调整在此可以相应地包括特征的减小，特别是速度和/或加速度的减小。其优点在于，通过第一安全边界值，可以针对特征预先设定容许最大值，这限制了危险或损害，并由此提高了机器人设备的安全性。

在另一种实施方式中，根据运动链的可运动构件的位置和/或方向、特别是运动链的功能特定的末端节肢的位置和/或方向来预先设定第一安全边界值。该位置和/或方向特别是可以相对于其他预先确定的位置和/或方向来确定。其他预设的位置和/或方向例如可以代表其他的设备或人，特别是操作人员或患者。因此，第一安全边界值可以根据可运动构件、特别是功能特定的末端节肢与其他预先确定的位置或相对于该位置的方向的距离来预先设定。在接近所确定的位置和/或相对于该确定位置的方向时，可以通过根据该位置并由此根据距离和/或根据方向预设第一安全边界值来调整特征。其优点在于，可以特别灵活地调整安全边界值，并由此根据情况来实行更好的安全裕量。由此可以使机器人设备的高安全性与能够根据独立存在的空间类型条件进行调整的实践操作结合起来。

在此特别可以进行检查，其中将检查可运动构件的位置位于多个预先确定的空间区域的哪一个中，以及在根据该位置预先设定第一安全边界值时考虑该检查的结果。特别是可以随同考虑可运动构件的与位置相关的方向。预先确定的空间区域可以是被其他设备占据或包围这些设备的空间区域。空间区域也可以是患者体内的被各个解剖结构(例如骨骼和/或器官)占据的空间区域。同样，空间区域可以是患者体内的解剖结构的各个周围范围。在检查中也可以仅仅检查可运动构件的位置是否位于预先确定的空间区域中。

在另一种实施方式中，根据位于运动链的可运动构件之间的关节的关节角度值和/或多个关节的关节角度值的组合来预先设定第一安全边界值(S)。在此可以检查一个或多个关节角度值是否位于一个或多个预设的范围内。其优点在于，可以避免机器人设备或运动链在能够降低机器人设备的运动可能性并由此降低了例如避让可能性的角度范围中的运动。因此可以防止例如关节在所对应的关节不能再进行特定运动的边界范围中运动，并且例如可以通过其他关节运动的组合来补偿，即实现机器人设备的等效运动。

通过适当地定义相应的空间区域并预先设定各个有效的第一安全边界值，可以帮助机器人设备的可运动构件、特别是功能特定的末端节肢或者安装在末端节肢上的工具例如绕开患者的解剖结构，例如敏感的器官或骨骼。其优点在于，使得机器人设备或可运动构件更加难以意外进入不是设计用于可运动构件的空间区域。此外，还可以因此在操作机器人设备时辅助操作人员，并且例如使机器人设备更加难以被错误地引导至预先确定的空间区域中。总体来说由此提高了机器人设备的安全性。

在另一种实施方式中，根据运动链的功能特定的末端节肢来预先设定第一安全边界值。由此可以针对不同的、特别是可更换的末端节肢来预设不同的安全边界值。这对于机器人设备的可更换的末端节肢恰好是有利的，可以自动地根据所使用的各个末端节肢和其各自的潜在危险或潜在伤害来调整相应的安全裕量。

在一种优选的实施方式中，根据预设的作用于机器人设备上的力和/或力矩效应(Kraft-und/oder Momenteinwirkung)和/或根据预设的通过机器人设备施加的力和/或力矩冲击(Kraft-und/oder Momentauswirkung)，预先设定第一安全边界值。通过机器人设备施加的力和/或力矩冲击例如可以是基于安装在功能特定的末端节肢上的工具的力和/或力矩冲击。这种力和/或力矩效应在此既可以通过人(例如患者或患者身体的一部分或操作人员)来实现，也可以通过其他设备来实现。预设的通过机器人设备施加的力和/或力矩冲击同样可以被施加在其他设备或人(例如患者或患者身体的一部分)上。在此，预设的力和/或力矩效应和/或预设的力和/或力矩冲击在运行中，例如在特定的运行阶段中，可以是所要求的或所期望的力和/或力矩效应或力和/或力矩冲击。

这样做的优点在于，通过预先设定第一安全边界值，可以根据机器人设备的不同运行阶段来调整安全裕量。由此也排除了由于不恰当的安全裕量所引起的对运行的损害，例如在运行阶段中出现特别大的力、速度或转矩。还可以因此而特别准确地控制和调整机器人设备在运行阶段意外施加的力和/或力矩冲击，因为对特征的调整不会受到由设备施加的力和/或力矩冲击的干扰。

在此可以设计为，这种预设的力和/或力矩效应通过在机器人设备上的操作行为产生，特别是通过借助操作人员的手来引导机器人设备或运动链而产生，和/或预设的由设备施加的力和/或力矩冲击包括操作行为的结果。这种操作行为在此特别可以是机器人设备的所谓重力补偿模式中的操作行为。在这种操作行为中，根据所检测到的力和/或所检测到的力矩来引起机器人设备在施加力的方向上的运动。在此不考虑重力的影响。因此，通过操作人员用手沿期望的运动方向在可运动构件上施加力，就可以使得机器人设备***作人员引导。这样做的优点在于，可以特别精确地预设设定力和/或力矩效应和力和/或力矩冲击，从而通过对第一安全边界值的预设就可以准确地调整合适的安全裕量。因此，例如也可以就源于外部的相反运动(例如患者的反映)对预设的由机器人施加的力和/或力矩冲击的作用进行补偿。由此减少或排除了适宜的力和/或力矩冲击可能发生的扭曲并进一步提高了机器人设备的安全性。

在一种有利的实施方式中，预先设定特别是更高的第二安全边界值，并且还将所确定的最大值与该第二安全边界值进行比较。在此，当所确定的最大边界值大于第二安全边界值时，向操作人员发送报警信号。该报警信号可以包括光信号和/或声音信号。由此可以有层次地调整机器人设备的特征。其优点在于，操作人员可以针对接近或超过第一安全边界值获得反馈。因此能够引起操作人员的注意，从而提高机器人设备的安全性。此外，在第二安全边界值较高的情况下，可以将机器人设备特征中的非常快速、特别是危险的变化通知操作人员，这种变化很可能无法通过机器人设备足够快地补偿。

也可以设计为，对特征的调整基本上在多个步骤中实现，并在此特别是在一个或多个步骤中分别向操作人员发出警告。其优点在于，可以避免出乎操作人员意料之外的调整。由此也无需再预料操作人员方面的仓促反映，这种反映很可能会导致危险。

在另一种实施方式中，为第一安全边界值预先设定第一值和第二值，并选择第一或第二值作为第一安全边界值用于与最大值的比较。也可以预先设定两个以上的值并从中选出用于第一安全值的值。由此可以对用于机器人设备的两个不同运行模式进行调整，并可以通过对用于第一安全边界值的第一或第二值的选择在这两个模式之间来回切换。特别是还可以实现所谓的“锁定模式(locked mode)”，在这种模式下，作为特征的例如速度的第一值具有负数值，由此使得安全边界值已经超过了静止的机器人设备。随后例如可以将刚度调整至预设的较大的值，从而使得机器人设备实际上被锁定在静止位置。替代地，这种使机器人设备不能运动的“锁定模式”也可以直接被激活。这样做的优点在于提高了机器人设备的灵活性。因此，通过不同模式间的转换或者说来回切换，可以根据情况的变化快速地调整机器人设备，这进一步提高了安全性。

在一种特别有利的实施方式中，根据所检测到的至少一个特征的值来预设第一安全边界值。这可以根据在预设的时间段结束时所检测到的值来实现。因此，例如可以在预设的时间段结束时仅检测到非常低的速度作为特征，并根据该较慢的运动来调整第一安全边界值，因为很明显在目前的运行阶段中所期望的是较低的速度，因此较小的安全边界值是有意义的。还可以实现所谓的起动力矩。这样的起动力矩使得静止的机器人设备在操作行为中只需要一个最小的力(例如3牛顿(N))就可以处于运动中。一旦施加了该最小的力，机器人设备就可以自由地运动。如果操作行为的力低于另一边界值(例如1牛顿)，则机器人设备将再次停止运动。

这样的表现例如可以这样实现：首先将第一安全边界值设置为零或负数值，由此使得该第一安全边界值即使在机器人设备的静止位置中也会被所检测到的最大值超过。因此，具有例如2牛顿的力的操作行为不会导致机器人设备运动。如果现在所检测到的最大值是大于最小值的值，例如大于3牛顿，则将第一安全边界值增大至更高的值，例如10牛顿，并且机器人设备可以自由地移动。如果现在所检测到的最大值低于另一预设的值，例如1牛顿，则安全边界值在此被重新降低至先前的例如负数值，并对特征进行相应的调整。其结果正如前面所提到的那样使得机器人设备静止或被锁定。这样做的优点在于，可以根据运行阶段实现不同的安全缓冲，在这些运行阶段中，特定的值通常对应特定的特征。由此可以使机器人设备的灵活性最大化，并改善安全性。

在另一种有利的实施方式中，即使最大值低于第一安全边界值，换句话说，即使在预设的时间间隔内所检测到的特征的值处于预定的值，也要对特征进行调整。特别是当在预设的时间间隔内所检测到的值代表可运动构件静止时进行调整。由此可以在预设的时间间隔结束而不操作时对特征进行下述形式的调整：禁止机器人设备运动。其优点在于，可以在机器人设备未受到操作的静止阶段防止机器人设备发生无法察觉的轻微运动，即所谓的漂移。

在另一种实施方式中，这种调整包括对围绕运动链的至少一个关节的运动或运动链的多个关节的组合运动的限定，特别是使运动链的关节被锁定(Blockieren)。即，可以限定一个关节的运动或多个关节组合的运动。其优点在于，通过对运动的限定，可以预见到机器人设备针对操作人员的行动，从而降低受伤的风险并提高安全性。通过限定关于组合关节的运动，恰好可以特别灵活地限定机器人设备的行动。因此，也可以通过对一个或多个其他关节的限定来灵活地实现对第一关节的限定，从而能够使机器人设备在被保持限定在对于机器人设备而言最优的参数范围中的情况下运行。由此还可以容易地排除那些对于操作人员或患者而言特别危险的运动。

可以对关于运动链的至少两个、优选两个以上的关节的组合的运动进行限定，从而例如在笛卡尔参考***中限定机器人设备和/或可运动构件、特别是运动链的末端节肢的自由度。该自由度可以是平移和/或旋转的自由度。其优点在于，这种形式的限定对于操作人员而言是特别容易实行的。此外，将许多设备成矩形地设置在笛卡尔参考***中，并因此可以特别容易地在机器人设备面前保护矩形空间区域。这进一步提高了安全性。

在一种有利的实施方式中，在确定最大值时，将检测到的值与利用软件和/或硬件技术预先给出的各个单一边界值关联起来。由此就可以将机器人的与结构或情况相关的设计考虑进来。特别是允许例如将所检测到的各自值换算成与各个最大的单一值(Einzelwert)相关的相对值，从而能够更准确地确定对于实际安全性来说非常重要的最大值。因此，例如可以在0°到180°之间的角度范围内对一关节进行规划，并在0°到20°之间的范围内对另一关节进行规划，从而使得检测到为10°的值对于第二关节要比第一关节更重要。其优点在于，可以将通过特征检测到的运动的实际重要程度加入到对特征的调整中，并由此加入到安全裕量中。

在另一种实施方式中，机器人设备是医疗机器人设备，其被使用在医疗手术和/或医疗诊断过程中。医疗机器人设备特别是是医疗手术设备。由于在这样的设备中安全性扮演着特别重要的角色，因此通过根据本发明的方法取得安全性在此是特别有利的。

在另一种实施方式中，通过患者身体的部分区域、特别是患者的解剖结构的运动来实现预设的作用在机器人设备上的力和/或力矩效应，和/或预设的通过机器人设备施加的力和/或力矩冲击作用在患者身体的部分区域上、特别是患者的解剖结构上。在此，各个力和/或力矩作用，即各个效应或冲击，特别是以预设的力和/或力矩变化为基础。优选将这种力和/或力矩变化标准化为运动链的功能特定的末端节肢所走过路程的预设值。也就是说，可以通过单位路程的力和/或力矩变化来定义预设的力和/或力矩作用。解剖结构可以包括器官和/或肿块和/或骨骼。因此，可以在由于患者身体部分区域的反作用或反应而有力对机器人设备产生影响时对特征进行调整。其优点在于能够防止对部分区域造成伤害。还可以补偿患者的反作用或反应，这种反作用或反应会使得通过机器人设备施加在患者身体的部分区域上的适宜的力和/或力矩冲击出现扭曲。这样做的优点在于能够准确地调整由机器人施加在患者身体的部分区域上的力。因此在两种情况下均降低了对患者的危害并提高了机器人设备的安全性。

本发明还涉及一种机器人设备，其包括可运动构件的运动链和多个设置在该运动链上的传感器。这些传感器被设计用于检测多个可运动构件中的至少一个特征的各自值。机器人设备特别是自动化的机器人设备，优选是局部或完全自动化的机器人设备。安装在功能特定的末端执行器上的工具在此特别视为末端执行器的一部分，并因此被视为运动链的一部分。在此，机器人设备还具有控制装置，该控制装置被设计为，如果检测到的最大值处于与第一安全边界值的预设关系中，则根据所检测到的值来确定最大值。该机器人设备的优点和有利的实施方式与根据本发明方法的优点和有利的实施方式相符。反过来，该装置的优点和有利的实施方式也适用于根据本发明的方法。

因此在一种优选的实施方式中，该机器人设备具有一装置，用于防止机器人设备运动至有人员存在的空间区域中，和/或回避或让位给朝向由机器人占据的空间区域移动的人员，由此使得该机器人设备特别适用于人机器人的协作。这种装置例如可以包括位于机器人设备外表面上的摄像机和/或压力传感器，如同其在基于现有技术的人机器人协作目标中所公知的那样。由此使得机器人设备或机器人设备的可运动构件能够无危险地***作人员引导并控制。其优点在于，使得机器人设备能够特别灵活地适应人机器人协作中变换的要求，并容易地应用于不同的场景中。当应用于不同的场景中时，该机器人设备恰好能够特别有利地提供如同本发明那样的可自动调整或能够容易地进行调整的安全裕量。

在说明书中提到的上述所有特征和特征组合以及接下来将要在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以应用于所给出的各种组合中，而且也可以不偏离本发明框架的情况下应用于其他的组合或者单独使用。因此，虽然未在附图中明确示出并说明但可以通过源于所述实施方式的独立的特征组合来获知并构成的实施方式也被视为已由本发明所包括并公开。

附图说明

下面将参照示意性的视图对本发明的实施例进行详细说明。其中：

图1示出了用于使机器人设备运行的方法的第一示例性实施方式的示意性流程图，

图2示出了用于使机器人设备运行的方法的第二示例性实施方式的示意性流程图，和

图3示出了用于使机器人设备运行的方法的第三示例性实施方式的示意性流程图。

具体实施方式

在这些附图中，相同或功能相同的元件以相同的附图标记表示。

图1示出了用于运行机器人设备的方法的第一示例性实施方式的示意性流程图。机器人设备在此被示例性地构造为用于人机器人协作的机器人设备。该机器人设备具有可运动构件的运动链。根据本发明，在运动链的一端设有例如工具形式的功能特定的末端节肢，用于执行所设计的功能，例如保持、焊接或其他操作。根据本发明，运动链可以在所谓的重力补偿模式下***作人员引导并运动。在本实施例中，这种操作或引导的结果就是该机器人设备使一个或多个可运动构件以各自的速度运动。

在所述实施例中，作为特征的各个可运动构件的速度是在作为第一方法步骤的检测1中利用设置在运动链上的传感器来检测的。确定2随后构成接下来的步骤，在本实施例中，在该步骤中确定可运动构件的各个速度值的最大速度值并将其预设为最大值。然而，在确定2中也可以将运动链的可运动构件的几何形状考虑进去，以便例如能够将垂直于转动轴线的、较长的可运动构件的旋转速度比垂直于旋转轴线以相同速度运动的、较短的可运动构件的速度更大程度地融入到所确定的最大值中。在该实施例中，所确定的最大值代表可运动构件或可运动构件的一部分相对于机器人设备的不运动的机座的最高速度。

然后，通过机器人设备的控制装置执行所确定的最大值与预设的第一安全边界值S(图3)的比较3。如果现在例如机器人设备***作人员过快地引导，或者说被以下述方式引导：运动链的构件快速地运动，使得所确定的最大值超过预设的第一安全边界值，则对所检测的特征(在此为速度)实行调整4。这可以例如通过对运动链的至少一个关节实施制动，或者通过提高运动链的刚度来实现。由此可以排除例如在机器人设备周围环境中的人受到机器人设备的以超过第一安全边界值的速度运动的可运动构件的伤害。

如果所确定的最大值低于预设的安全边界值，则机器人设备执行与操作人员的设计相应的运动，并且在该流程中不会发现操作人员。在所示出的实施例中，该流程被重复或近似连续地进行，从而在对所确定的最大值进行比较之后总是能够重新执行对至少一个特征的各自值(在此为速度)的检测。由此降低了对处于机器人设备周围环境中的人员的伤害。

图2示出了用于运行机器人设备的方法的第二示例性实施方式的示意性流程图。在此，机器人设备仍然包括可运动构件的运动链，并被设计为医疗机器人设备，以便如同在说明书中所描述的那样用于在人机器人协作中的操作。因此，该机器人设备例如可以被应用在外科手术室中，在其周围环境中有着许多人员和设备、特别是还有患者的狭窄环境中。

在该方法中，借助于设置在运动链上的传感器对多个可运动构件的至少一个特征的各自值所进行的检测1被作为第一步骤。在该实施例中再次以速度为特征。在此，对可运动构件的特征的检测1与运动链的可运动构件是否处于运动中无关。在此还附加地检测可运动构件所处的位置。在第二步骤中，基于所检测到的速度值执行对速度的最大值的确定2。在所示出的实施方式中还执行检查5，以检查可运动构件的位置处于多个预先确定的空间区域中的哪一个。也可以只预设一个空间区域，并检查可运动构件是否位于该空间区域中。在本发明中，检查5还涉及到检查预先设定的点，例如机器人设备的末端节肢的工具的点(例如针的端部点)处于哪个空间区域中。预先确定的空间区域可以包括例如解剖结构，例如患者的器官。

在接下来对第一安全边界值进行预设6的步骤中，可以通过考虑检查5的结果在对第一安全边界值的预设6中考虑到功能特定的末端节肢(例如针)在患者身体中的运动所带来的各种潜在危害。因此在该示例中，在预先确定的包括某个器官的第一空间区域中的运动是最危险的。相应地在本发明中，用于机器人设备或运动链的末端节肢在第一空间区域中运动速度的安全边界值是非常小的。还可以完全防止末端节肢或在该实施例中所述的针运动至第一空间区域中，在该空间区域中其所允许的速度为零。

通过预先确定的第二空间区域(其在此包围第一空间区域)，可以利用一第一安全边界值使操作人员获得反馈信号，以使其接近第一空间区域，在此，该第一安全边界值高于第一区域中的第一安全边界值，但同时又低于不同于前两个空间区域的另一个空间区域中的第一安全边界值。通过这种方式，可以根据预设6来预先设定机器人设备的运动路径，机器人设备或功能特定的末端节肢可以在执行对特征的调整4的情况下沿着该运动路径运动。由此，例如可以更加容易地在患者的解剖结构周围引导功能特定的末端节肢或安装在其上面的工具。

即，如果现在采用所描述的根据本发明的方法，则执行以上所述的步骤，并因此在接下来的比较3中，当检测到的最大速度超过各个位置特定的第一安全边界值时，在考虑到机器人设备的一个或多个位置的情况下在调整4中改变所确定的最大值。优选在此也重复或近似连续地执行该方法。由此可以实现持久的安全检查并提高了患者的安全性。

但是，预先确定的空间区域也可以包括患者体外的空间区域，例如可能是敏感且昂贵的医疗设备所在的其他空间区域。相应地，可以通过预设空间区域来防止运动链的可运动构件意外地或以过高的速度运动至这种空间区域中并损害可能在那里的设备或停留在此的人员。

在图3中示出了用于运行机器人设备的方法的第三示例性实施方式的示意性流程图。在此仍然涉及到被设计用于人机器人协作的机器人设备。在此，需要对其各自值进行检测的特征是力F，该力被施加在机器人设备上或施加在机器人设备的运动链的至少一个可运动构件上。在所示出的实施方式中，根据所检测到的值或者说所确定的力F的最大值来执行对第一安全边界值S的预设6。调整4在此是关于刚度进行的。

该方法的第一步骤是对第一安全边界值S的预设6。在接下来的步骤中执行在机器人设备上的力施加7，该力施加既可以归因于操作行为，也可以归因于重力和/或其他因素的影响。然后借助设置在运动链上的传感器，针对作为特征的力F，对多个可运动构件的各自值执行检测1。然后执行确定2，并基于所检测到的力值提供关于力F的最大值。如前所述，通过对所确定的最大值与预设的第一安全边界值S进行比较3，在此也决定了是否应当执行对特征的调整4，在此为对刚度的调整4，并由此阻止运动。

在所示出的实施例中，如果力F的最大值低于第一安全边界值S，则直接继续执行检测1并且不对特征(在此为运动链的刚度)进行调整。但是，如果力F的最大值超过安全边界值S，则如同在另外两个实施例中所做的那样也执行对运动链刚度的调整4，其中，运动链的关节被制动或锁定。然而附加地，现在也可以在这里例如检查力的最大值是否超过某个值，例如第一比较值y。如果是，则在示出的实施例中根据预先确定的规则改变第一安全边界值S。

通过这种方式，例如可以实现两个不同的第一安全边界值，并由此实现所谓的起动力矩。在此，机器人设备只有在施加例如3N的最小力之后才可以运动，但是在施加该最小力之后还能够以更小的力使机器人设备运动，该更小的力低于由最小力定义的阈值，在此为3N。由此，例如可以在以重力补偿模式运行的机器人设备中防止由重力引起的运动链下沉和随之而来的例如对患者的危害。

为了实现这样的起动力矩，在该方法中，在预设6中首先以例如-1N的第一值a来预先设定第一安全边界值S。现在，如果在检测1中通过设置于运动链上的传感器测量出轻微的力，则该力F的相应的最大值已经超过了第一安全边界值S。力F例如可能涉及到重力或在机器人设备上施加有非常弱的压力的操作行为。然后将从对最大值的确定2中得到一值，例如2N，该值高于当前第一值a为-1N的第一安全边界值S。相应地在此执行对刚度的调整4，以便平衡力效应并使机器人设备不再运动。

如果现在发生作用的力F和由此所确定的最大值增大，则首先机器人设备继续不运动，因为由于最大值在此高于如前所述的值a为-1N的第一安全边界值S，因此将继续通过调整4平衡已增大的作用力。但是如果施加在机器人设备上的力F的最大值超过预先确定的比较值y(在此例如为3N)，则改变第一安全边界值S。也就是重新执行对第一安全边界值S的预设6，但这次将利用更高的第二值b，例如为10N。

所施加的力F的最大值(例如3N)从现在起不再超过第一安全边界值S，从而在检测1、确定2和确定3之后不再执行调整4。相应地，机器人设备可以自由地运动。即使该运动的力F下降至低于第一比较值y(其被设计为用于起动力矩的阈值，在此为3N)，也不会在此导致刹车，因为例如为2N的最大值没有超过当前为第二值(例如10N)的第一安全边界值S。因此，在施加了起动力矩所必需的最小力之后，机器人设备也可以相应地在操作行为中以非常小的力来运动。

在此，这种可变化的对第一安全边界值S的预设6可以被扩展为，在安全边界值S设置为第二值b的情况下，检查该运动的力F的最大值是否低于第二比较值z。该第二比较值z例如可以被设置为1N。由此，例如当该运动的力F的最大值降低至第二比较值z以下时，第一安全边界值s可以被重新设置为先前的第一值a，例如-1N。相应地，在该运动的力F的最大值低于第二比较值z(在此为1N)时，将再次调整该运动的力，以使机器人设备不再运动。由此使得必须再次施加起动力矩，以使机器人设备再次运动。

Claims (25)

1.一种用于机器人设备运行的方法，所述机器人设备包括可运动构件的运动链，所述方法包括以下步骤：

借助所述机器人设备的设置在所述运动链上或所述运动链周围环境中的传感器，检测多个所述可运动构件的至少一个特征的各自值(1)；

基于所检测到的值确定最大值(2)；

检查所述可运动构件的位置处于预先确定的多个空间区域的哪一个中(5)；

根据所述运动链的可运动构件的位置和/或方向预设第一安全边界值(S)(6)，在预设所述第一安全边界值(S)时将检查的结果考虑进去；

利用所述机器人设备的控制装置，比较所确定的最大值和预设的第一安全边界值(S)(3)；

如果所确定的最大值处于与所述第一安全边界值(S)的预设关系中，则对所述运动链的至少一个特征进行调整(4)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述特征包括作为弹簧减振***的运动链的参数和/或作用在所述可运动构件上的转矩和/或作用在所述可运动构件上的力(F)和/或所述可运动构件的速度和/或所述可运动构件的加速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述弹簧减振***的运动链的参数是所述可运动构件的刚度和/或阻尼。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在确定最大值(2)时，考虑所述运动链的可运动构件的几何形状。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在确定最大值(2)时，考虑所述运动链的功能特定的末端节肢的几何形状。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

如果所确定的最大值大于所述第一安全边界值(S)，则执行所述调整(4)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

根据所述运动链的功能特定的末端节肢的位置和/或方向，预设所述第一安全边界值(S)(6)。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

根据所述运动链的位于可运动构件之间的关节的关节角度值和/或多个关节的关节角度值的组合，预设所述第一安全边界值(S)。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

根据所述运动链的功能特定的末端节肢，预设所述第一安全边界值(S)(6)。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

根据作用在所述机器人设备上的预设的力和/或力矩效应，和/或根据由所述机器人设备施加的预设的力和/或力矩冲击，预设所述第一安全边界值(S)(6)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述预设的力和/或力矩效应通过在所述机器人设备上的操作行为产生，和/或所述由机器人设备施加的预设的力和/或力矩冲击包括操作行为的结果。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述预设的力和/或力矩效应通过利用操作人员的手对所述机器人设备或运动链的引导产生。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

预先设定更高的第二安全边界值，

并将所确定的最大值与所述第二安全边界值进行比较；并且

当所确定的最大值大于所述第二安全边界值时，向操作人员发出报警信号。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

预先设定用于所述第一安全边界值(S)的第一值(a)和第二值(b)，并

选择所述第一值(a)或所述第二值(b)作为所述第一安全边界值(S)用于与所述最大值的比较。

15.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

根据检测到的所述至少一个特征的值预先设定所述第一安全边界值(S)(6)。

16.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

如果在预设的时间间隔内所检测到的特征的值处于预先确定的值，则即使所述最大值低于所述第一安全边界值(S)，也要对所述特征进行调整，其中，所述预先确定的值代表所述可运动构件的静止。

17.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述调整(4)包括对关于至少一个关节的运动的限定。

18.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述调整(4)包括对关于所述运动链的多个关节的组合运动的限定。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，

所述调整(4)包括锁定所述运动链的关节。

20.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

在确定所述最大值(2)时，将检测到的值与利用软件和/或硬件技术预设的各个单一边界值关联起来。

21.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

所述机器人设备是应用于医疗手术和/或医疗诊断过程中的医疗机器人设备。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，

所述机器人设备是医疗手术设备。

23.根据权利要求10所述方法，其特征在于，

作用在所述机器人设备上的所述预设的力和/或力矩效应通过患者身体的部分区域的运动来实现，和/或由所述机器人设备施加的所述预设的力和/或力矩冲击作用在患者身体的部分区域上，其中，各个力和/或力矩作用以预设的力和/或力矩变化为基础。

24.根据权利要求23的所述方法，其特征在于，

所述患者身体的部分区域是患者的器官和/或解剖结构，其中，将所述预设的力和/或力矩变化标准化为所述运动链的功能特定的末端节肢和/或可运动构件所走过路程的预设值。

25.一种机器人设备，包括：

可运动构件的运动链；

多个传感器，所述传感器设置在所述运动链上或所述运动链的周围环境中，并被设计用于检测多个所述可运动构件的至少一个特征的各自值；

其特征在于设有一控制装置，所述控制装置被设计为，基于所检测到的值确定最大值；检查所述可运动构件的位置处于预先确定的多个空间区域的哪一个中；根据所述运动链的可运动构件的位置和/或方向预设第一安全边界值(S)，在预设所述第一安全边界值(S)时将检查的结果考虑进去；将所确定的最大值与预设的第一安全边界值(S)进行比较；并且，如果所检测到的最大值处于与所述第一安全边界值(S)的预设关系中，则调整所述运动链的至少一个特征。

Images