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Die Erfindung betrifft einen Roboterarm, der insbesondere zur direkten Mensch-Roboter-Interaktion geeignet ist.
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Roboterarme eines Robotersystems weisen eine beispielsweise stationäre Roboterbasis auf. Mit der Roboterbasis sind insbesondere mehrere miteinander verbundene Armelemente seriell verbunden. Die Verbindungen zwischen der Roboterbasis und dem ersten Armelement sowie die Verbindung zwischen den Armelementen sind jeweils gelenkig ausgebildet. Mit dem letzten, das heißt dem am weitesten von der Roboterbasis entfernten, Armelement ist eine Halteeinrichtung verbunden. Die Halteeinrichtung dient zur Aufnahme eines Endeffektors. Hierbei handelt es sich bei einem Medizinroboter um ein medizinisches Gerät und bei einem Industrieroboter um eine Handhabungsvorrichtung wie einen Greifer, eine Schweißeinrichtung und dergleichen.
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Grundsätzlich besteht bei Roboterarmen die Problematik, dass der Raum, in dem sich der Roboterarm bewegen kann, gesichert sein muss, so dass keine Kollisionen, insbesondere keine Kollisionen mit Benutzern, auftreten können. Dieses Problem ist bei Leichtbauroboterarmen, wie beispielsweise den unter dem Markennamen ”DLR LBR III”, ”KUKA LBR iiwa” und ”DLR MIRO” vertriebenen Produkten durch eine integrierte Sensorik gelöst. Hierbei handelt es sich um gelenk-/abtriebsseitige Drehmomentsensoren an den Gelenken, durch die ein Kontakt mit der Umgebung, wie einem Mensch, unverzüglich detektiert und durch die Betriebssoftware des Roboters entsprechend reagiert wird. Zusammen mit dem geringen Eigengewicht der Roboterarme erlaubt dies bei Verwendung entsprechender Regelungskonzepte, wie beispielsweise einer Impedanzregelung, eine sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Hierbei ist es möglich, dass sich der Mensch innerhalb des Roboter-Arbeitsraums aufhält. Des Weiteren ist aufgrund der bei Leichtbauroboterarmen vorgesehen Sensorik eine direkte Interaktion des Benutzers mit dem Roboter möglich. Beispielsweise kann der Benutzer Nullraumbewegungen des Roboters, oder ein manuelles Führen des Armes beim Programmieren von Bewegungen mittels Playback-Verfahren etc. durchführen.
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Insbesondere um einen Roboterarm zur direkten Mensch-Roboter-Interaktion nutzen zu können, ist die Eingabe von Daten, beispielsweise beim manuellen Führen des Armes, wünschenswert. Bei bekannten Industrierobotersystemen erfolgt die Eingabe über externe Geräte. Dies ist aufwändig und muss oft von zwei Personen durchgeführt werden.
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US 7,819,859 beschreibt ein Kontrollsystem für die direkte reibungs- und massenträgheitskompensierte Benutzerinteraktion des Nutzers mit dem Roboterarm eines Chirurgierobotersystems. Hierbei wird manuell ein chirurgisches Instrument am Ort des chirurgischen Eingriffs positioniert. In einem ersten Schritt löst der Benutzer, wie der Assistenzarzt, die Bremse des zu bewegenden Arms durch Drücken eines Schalters und verbindet den Arm mit einem Trokar. Nach dem Loslassen des Schalters schließt die Bremse wieder und fixiert die translationale Position des Trokars. Im zweiten Schritt entkoppelt der Benutzer, wie der Assistenzarzt, durch Drücken eines zweiten Schalters der am oder nahe dem Roboterarm angeordnet ist, diesen Roboterarm von der Chirurgenkonsole, um so den Roboterarm beim Einführen des Instruments in den Trokar reibungs- und massenträgheitskompensiert frei bewegen zu können.
US 7,819,859 beschreibt somit eine spezielle Anwendung des Führens eines Roboterarms durch einen Benutzer wie einen Assistenzarzt durch Lösen und Fixieren von Bremsen.
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DE 10 2004 054 867 beschreibt einen mit sensorischer Intelligenz ausgestatteten Roboter. Dieser kann auf von außen aufgebrachte Kräfte reagieren. Zum Wechseln von Betriebsmodi besitzt der Roboterarm eine an der Struktur des Roboterarms angeordnete Bedienstelle. Diese weist beispielsweise ein Display und eine Bedientaste auf. Hierdurch ist es für den Arzt möglich, mit Hilfe der Bedienschnittstelle medizinische Applikationen direkt zu steuern.
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Des Weiteren ist aus
DE 10 2013 019 869 ein Roboterarm mit wenigstens einem manuell betätigbaren Eingabemodul bekannt. Dieses Eingabemodul dient zur Steuerung des Roboters durch den Benutzer. Das Eingabemodul kann an unterschiedlichen Armmodulen montiert werden. Ferner können die Anzahl und die Position der Eingabemodule an den Einsatzzweck des Roboters angepasst werden. Inwiefern eine Datenverarbeitung erfolgt, ist nicht beschrieben.
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Ein ferner bekanntes Robotersystem ist das Robotersystem, das unter dem Markennamen ”KUKA LBR iiwa” vertrieben wird. Dieses Robotersystem besitzt im Roboterarm einen Knopf sowie einen Ring aus LED-Leuchten am Werkzeugflansch. Der Roboter kann manuell der Reihe nach zu mehreren Punkten bewegt werden. Diese Punkte werden durch Drücken des Knopfes gespeichert. Durch Farbwechsel am LED-Ring wird signalisiert, dass ein Speichern des Punktes erfolgt ist. Anschließend kann der Roboterarm die gespeicherten Punkte automatisch abfahren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Roboterarm, insbesondere zur direkten Mensch-Roboter-Interaktion, zu schaffen, bei dem die Dateneingabe einfach durchführbar ist und eine flexible Nutzung möglich ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Roboterarm gemäß Anspruch 1.
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Der erfindungsgemäße Roboterarm weist eine beispielsweise stationär angeordnete Roboterbasis auf. Diese kann jedoch alternativ auch über ein gesondertes System verschiebbar angeordnet sein. Mit der Roboterbasis ist ein erstes Armelement gelenkig verbunden. Mit dem ersten Armelement sind sodann vorzugsweise ein oder mehrere weitere Armelemente jeweils gelenkig verbunden, so dass eine kettenartige Verbindung von Roboterbasis und mehreren Armelementen realisiert ist. Das letzte Armelement, das heißt, das am weitesten von der Roboterbasis entfernte Armelement ist ferner gelenkig mit einer Halteeinrichtung verbunden. Die Halteeinrichtung dient zur Aufnahme eines Endeffektors, wie beispielsweise eines chirurgischen Instruments, einer Handhabungseinrichtung, eines Schweißgerätes oder dergleichen. Des Weiteren ist innerhalb der Roboterbasis und der Armelemente eine Datenübertragungseinrichtung vorgesehen. Bei einem derartigen roboterinternen Kommunikationsnetz handelt es sich beispielsweise um ein Feldbus-System. Beispielsweise wird bei dem Roboterarm ”DLR MIRO” ein SpaceWire-Feldbus verwendet. Hierbei erfolgt die Umwandlung eines Schaltsignals in ein digitales Signal beispielweise auf einer Umsetzerplatine, einer GPIO-Platine.
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Nach der Umwandlung des Schaltersignals in ein digitales Signal kann es ebenso wie die übrigen Sensorsignale (welche entweder in den Sensoren selbst oder in den Digitalelektroniken des Roboters in Digitalsignale umgewandelt wurden) mit der im Roboter integrierten Elektronik verarbeitet werden.
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Erfindungsgemäß ist an zumindest einer Außenseite der Roboterbasis und/oder zumindest eines der Armelemente eine insbesondsere frei programmierbare Informationseingabeeinrichtung angeordnet. Durch die unmittelbare Anordnung einer Informationseingabeeinrichtung in diesen Bereichen ist die Informationseingabeeinrichtung auf einfache Weise zugänglich und platzsparend. Insofern können von einem Bediener in unterschiedlichen Bediensituationen, bei der eine Mensch-Roboter-Interaktion stattfindet, Informationen eingegeben werden.
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Erfindungsgemäß sind zur Vereinfachung der Handhabung des Roboters die mindestens eine, insbesondere die mehreren Informationseingabeeinrichtungen frei programmierbar. Ferner kann vorzugsweise eine applikationsspezifische Belegung der Informationseingabeeinrichtungen erfolgen. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall möglich, ohne dass Modifikationen an der Roboterhardware vorgenommen werden müssen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, mittels der insbesondere frei programmierbaren Informationseingabeeinrichtung auch externe Geräte zu steuern. Diese sind hierzu direkt oder über eine zwischengeschaltete Elektronik wie die GPIO-Platine an das Kommunikationsnetzwerk des Robotersystems (bestehend aus Roboter(n), Eingabegerät(en), Werkzeug(en) etc.) angebunden. Die Steuerung kann hierbei unmittelbar über die Informationseingabeeinrichtung erfolgen. Möglich ist es auch, die Steuerung der externen Geräte für die Informationseingabeeinrichtung mittelbar vorzunehmen. Hierbei ist es bevorzugt, dass beispielsweise eine Steuereinrichtung oder eine andere Datenverarbeitungseinrichtung zwischengeschaltet ist, um die externen Geräte zu Steuern und/oder eine Kommunikation zwischen den externen Geräten und der Informationseingabeeinrichtung herzustellen.
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Insbesondere aufgrund der freien Programmierbarkeit der Informationseingabeeinrichtung ist ein äußerst flexibel einsetzbarer Roboterarm geschaffen. Durch einfache Umprogrogrammierung einzelner Informationseingabeeinrichtungen kann der Roboterarm für unterschiedliche Anwendungen umprogrammiert werden.
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Drei Einsatzbeispiele im medizinischen Bereich:
- 1. Nutzung des Schalters (Informationseingabeeinrichtung) im Verlauf des MIRS(minimal invasive robotische Telechirurgie)-Workflows: Hands-on-Modus zum Anfahren des Trokarpunktes durch Halten des Buttons aktivieren; Trokarpunkt bestätigen; Roboter in Startposition fahren, um ungestört den Trokar setzen zu können; Impedanzregler zum Einführen des Instruments in den Patienten aktivieren; Nullraumbewegung aktivieren, während der Roboter im Teleoperationsmodus ist.
- 2. Nutzung des Schalters (Informationseingabeeinrichtung) beim Führen einer Ultraschallsonde: Hands-on-Modus zum Anfahren des Startpunktes der Ultraschalluntersuchung durch Halten des Buttons aktivieren; Erreichen des Startpunktes bestätigen; Impedanzregler zum Erreichen einer bestimmten Andruckkraft aktivieren; Automatisiertes Abfahren des Untersuchungsgebietes zur Bilderzeugung starten.
- 3. Wundauswaschung mit Wasserstrahl: Instrumentenspitze wird an verschiedenen Punkten des geplanten Arbeitsbereiches mit der Patientenoberfläche in Kontakt gebracht, wobei jeweils durch einen Buttondruck die aktuelle Roboterpose gespeichert wird (hier ist die Echtzeitfähigkeit entscheidend); aus den angetasteten Punkten wird das Oberflächenmodell berechnet, auf welchem das Robotersystem dann die Bahnen des Wasserstrahlinstrumentes plant.
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Aufgrund der erfindungsgemäß hohen Flexibilität ist es ferner möglich, eine Echtzeitfähigkeit zu realisieren. Dies ist vor allem auf Grund der Einbindung der Eingabegeräte in die echtzeitfähige SpaceWire-Kommunikation des Roboters möglich. Das GPIO-Board ist FPGA basiert, wobei bei seinem Design auf Echtzeitfähigkeit geachtet wurde. In der derzeitigen Implementierung im MIRO digitalisiert es die Eingabesignale und leitet es mittels eines proprietären Protokolls über drei LVDS (low voltage differential signaling lines) an die Digitalelektronik des Roboterarms weiter. Diese behandelt das von der GPIO kommende Signal wie jedes andere Sensorsignal und leitet sie über das SpaceWire Kommunikationsnetz weiter, welches wiederum echtzeitfähig ist, da hierüber auch für die Regelung kritische Signale wie Drehmomente und Gelenkpositionen laufen. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt auf Rechnern mit dem Echtzeit-Betriebssystem QNX.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Informationseingabeeinrichtung um einen Schalter, einen Taster, einen Touchscreen oder dergleichen. Hierdurch ist auf einfache Weise und unmittelbar beispielsweise ein Ändern der Regelungsmodi, ein Speichern von Positionen, ein Steuern eines Instrumenten- oder Werkzeuginterfaces, wie beispielsweise das Lösen eines Magnetverschlusses, das Öffnen eines Klemmmechanismuses etc. möglich. Auch bei Playbackverfahren ist die entsprechende Programmierung auf einfache Weise durch das erfindungsgemäße Anordnen der Informationseingabeeinrichtung an einer Außenseite der Roboterbasis und/oder zumindest eines der Armelemente für den Programmierer möglich. Hierbei fährt der Programmierer durch eine direkte Führung des Roboterarms die vorgegebene Bahn ab, die sodann vom Roboter wiederholt wird, wobei mittels der Informationseingabeeinrichtungen beispielsweise bestimmte Punkte auf einfache Weise gespeichert werden können. Hierdurch sind unterschiedliche Eingabemöglichkeiten je nach Anwendungsfall möglich.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Informationseingabeeinrichtung mit der innerhalb der Roboterbasis und den Armelementen angeordneten Datenübertragungseinrichtung verbunden ist. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Nutzung des roboterinternen Kommunikationsnetzwerks möglich. Eine zusätzliche Verkabelung ist nicht oder nur in geringem Umfang erforderlich. Des Weiteren ist hierdurch eine einfache Integration in die Kommunikationsinfrastruktur des Roboters gegeben. Dies vereinfacht die Instandhaltung und erlaubt das aufwandsarme Nachrüsten von Informationseingabeeinrichtungen bei vorhandenen Roboterarmen. Hierdurch ist eine Integration von durch den Benutzer gemachten Eingaben in den Echtzeitkontext des Roboters möglich. Die Echtzeitfähigkeit erlaubt zeitkritische Applikationen, wie das Abtasten einer Oberfläche. Auch ist das Anordnen einer derartigen Informationseingabeeinrichtung kostengünstig realisierbar, da eine Umsetzerplatine beispielsweise mehrere derartige Einrichtungen einbinden kann und die Einzelkomponenten der Schalter preisgünstig sind.
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Beispielsweise ist es auch möglich, bei bestimmten Applikationen, wie z. B. der minimalinvasiven Telechirurgie, die Funktionen im Operationsverlauf, d. h. beim Durchschreiten des entsprechenden Workflows, zu ändern. Hierbei ist es möglich, dass die GPIO-Platine das gleichzeitige Drücken mehrerer Informationseingabeeinrichtungen detektiert. Hierdurch kann eine Shift-Funktionalität implementiert werden, da hier die Anzahl der Funktionen die Anzahl an Informationseinrichtungen übersteigt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine insbesondere lückenlose Integration der Informationseingabeeinrichtung in die Roboteraußenhülle. Hierzu ist es bevorzugt, dass die Informationseingabeeinrichtung in einer Ausnehmung einer Roboteraußenhülle angeordnet ist, die das mindestens eine Armelement und/oder die Roboterbasis umgibt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass die Informationseingabeeinrichtung von der Eingabeoberfläche abgesehen, innerhalb des Armelements bzw. der Roboterbasis angeordnet ist. Bevorzugt ist es daher, dass eine Außenseite, das heißt insbesondere die Eingabeoberfläche der Informationseingabeeinrichtung mit einer Außenseite der Roboteraußenhülle insbesondere stufenfrei abschließt. Insbesondere ist durch eine derartige integrierte Anordnung der Informationseingabeeinrichtung ein Vorsehen zusätzlicher Öffnungen, die ggf. den mechanischen Schutz des Roboterinneren beeinträchtigen würde und ggf. auch die elektromagnetische Verträglichkeit beeinträchtigen würde, vermieden. Auch ist die Elektronik der Informationseingabeeinrichtung geschützt. Aufgrund des bevorzugten Abschließens mit der Außenseite der Roboteraußenhülle ist ein Beschädigen, ein Abreißen, ein Hängenbleiben und dergleichen der Informationseingabeeinrichtung im Betrieb vermieden.
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Insbesondere wenn es sich bei der Informationseingabeeinrichtung um einen Taster, Schalter oder dergleichen handelt, ist es bevorzugt, dass ein Tastelement der Informationseingabeeinrichtung innerhalb des Armelements oder der Roboterbasis angeordnet ist. Hierbei ist das Tastelement in bevorzugter Ausführungsform mit einer Tragstruktur, insbesondere dem Skelett des Roboterarms, verbunden bzw. an dieser befestigt. Das Tastelement ist somit vollständig innerhalb des Roboterarms angeordnet und somit beispielsweise von Verunreinigungen etc. geschützt. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Informationseingabeeinrichtung ein auf das Tastelement wirkendes Bestätigungselement aufweist. Das Betätigungselement ist hierbei vorzugsweise nicht fest mit dem Tastelement verbunden. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, auf einfache Weise das Betätigungselement zu demontieren, ohne dass elektrische Anschlüsse wie Kabel oder dergleichen abgeklemmt oder entfernt werden müssen. Das Bestätigungselement selbst kann elastisch gehalten sein, so dass dies nach einem Betätigen stets in die Ausgangslage zurückgelangt. Dies kann beispielsweise durch ein ggf. in das Tastelement integrierte Federelement oder eine elastische Aufnahme erfolgen. Hierbei ist eine elastische Aufnahme, beispielsweise mit der Roboteraußenhülle verbunden.
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Besonders bevorzugt ist es, dass der Benutzer von dem Betätigungselement ein haptisches Feedback, insbesondere über das Betätigen des Betätigungselements, erhält. Hierdurch ist die Benutzung insbesondere bei durch eine Schutzfolie oder dergleichen abgedeckten Betätigungselementen deutlich vereinfacht. Ein haptisches Feedback ist insbesondere auch bei nicht gut sichtbaren Betätigungselementen vorteilhaft. Ferner hat ein haptisches Feedback den Vorteil, dass sich der Bediener auf anderes konzentrieren kann und nicht, beispielsweise durch einen Blick zu dem Betätigungselement, kontrollieren muss, ob eine Betätigung erfolgt ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Informationseingabeeinrichtung, insbesondere das Betätigungselement der Informationseingabeeinrichtung, von einer Schutzfolie überdeckt. Dies ist insbesondere beim Einsatz des Roboters im Bereich der Medizin in steriler Umgebung vorteilhaft. Das Vorsehen einer Schutzfolie hat den Vorteil, dass der Einsatz des Roboters in sterilem Umfeld möglich ist. Des Weiteren ist es besonders bevorzugt, dass die Schutzfolie elektrisch leitfähig ist. Durch eine entsprechende elektrische Anbindung der elektrisch leitfähigen Schutzfolie kann eine statische Aufladung oder dergleichen vermieden werden, so dass die elektromagentische Verträglichkeit des Roboterarms weiterhin besteht. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Schutzfolie unmittelbar mit dem Skelett des Roboters oder mit einer Gehäuseinnenseite, die mit EMV-Lack behandelt ist, verbunden sein. Das Skelett bzw. die Gehäuseinnenseite sind hierzu geerdet. Auch ist durch das Vorsehen einer derartigen elektrisch leitfähigen Schutzfolie der Austritt elektromagnetischer Wellen ausgeschlossen welche z. B. durch Motorströme erzeugt werden können.
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Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist an zumindest einer Außenseite der Rotoberbasis und/oder zumindest einer Außenseite der Armelemente eine Informationsausgabeeinrichtung angeordnet. Hierdurch kann insbesondere nach erfolgter Dateneingabe eine Rückmeldung an den Benutzer gegeben werden. Hierbei kann es sich um ein haptisches Feedback, um eine Anzeige auf einem Bildschirm oder um eine Statusleuchte, wie eine oder mehrere Status-LED, handeln. Die Informationsausgabeeinrichtung kann hierbei in bevorzugter Ausführungsform in die Informationseingabeeinrichtung integriert sein. Dies ist beispielsweise bei einem Touchscreen auf einfache Weise möglich. Bei einer Statusleuchte kann diese beispielsweise als Hinterleuchtung eines Schalters ausgebildet sein.
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Der erfindungsgemäße Roboterarm weist insbesondere den Vorteil auf, dass durch die Integration der Informationseingabeeinrichtung in das Kommunikationsnetzwerk der Robotersystems auf einfache Weise eine Ansteuerung externer Hardware, wie beispielsweise ein Ansteuern von mit der Halteeinrichtung verbundenen Endeffektoren möglich ist. Die entsprechende Hardware ist hierzu in das Kommunikationsnetzwerk des Roboters eingebunden. Hierfür kann eine zusätzliche GIPO-Platine verwendet werden die die externe Hardware an das Kommunikationsnetzwerk des Roboters anbindet. Insbesondere ist dies aufgrund der bevorzugten Verbindung mit der roboterinternen Datenübertragungseinrichtung in Echtzeit möglich, wobei die roboterinterne Datenübertragung in echtzeitfähig erfolgt und die GPIO-Platine einen echtzeitfähigen Zugang zu dieser Datenübertragung ermöglicht.
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Aufgrund der Anordnung der Informationseingabeeinrichtung ist es insbesondere auch nur durch eine Bedienperson möglich, auf einfache Weise im Rahmen einer Mensch-Roboter-Interaktion Daten einzugeben. Die Bedienung ist sehr einfach. Es erfolgt eine unmittelbare und eindeutige Rückmeldung über den Betriebszustand des robotischen Systems an den Benutzer. Je nach Anwendung ist es hierdurch insbesondere möglich, auf zusätzliche Ausgabegeräte die Monitore oder dergleichen, zu verzichten.
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Insbesondere beim Einsatz des Roboters in chirurgischem Umfeld ist eine regelmäßige Desinfektion erforderlich. Aufgrund der Integration der Informationseingabeeinrichtung und insbesondere des Vorsehens einer Schutzfolie ist eine Desinfektion ohne weiteres möglich, ohne dass hierbei eine Beschädigung von innerhalb des Roboters angeordneten Bauteilen erfolgt.
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Insbesondere im chirurgischen Umfeld werden Roboterarme häufigen mit sterilen Kunststofffolien (Drapes) umhüllt, um eine Kontamination des Operationsfeldes zu vermeiden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Informationseingabeeinrichtungen ist dennoch eine einfache Benutzung der Informationseingabeeinrichtungen möglich. Durch die Rückstellung kann der Benutzer zudem auch ein haptisches Feedback über die Betätigung der Informationseingabeeinrichtungen erhalten.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Platzbedarf äußerst gering ist, da die Informationseingabeeinrichtungen in den hinsichtlich seiner Außenmaße nahezu unveränderten Roboterarm integriert werden können.
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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Informationseingabevorrichtung bei drehmomentgesteuerten Leichtbaurobotern verwendbar. Besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung im Bereich medizinischer Anwendungen. Beispielsweise kann für die Diagnose das reproduzierbare Führen eines Ultraschalltransducers programmiert werden. So kann der Arzt auf einfache Weise angeben, wann die Anpresskraft für ein gutes Bild ausreichend ist. Ferner kann der Arzt auf einfache Weise das Abfahren einer Strecke in vorgegebener Geschwindigkeit steuern. Auch für die Therapie mit Einarmsystemen wie beispielsweise der Nadelführung bei der Biopsie, ist der erfindungsgemäße Roboterarm gut geeignet. Auch ein Instrumentenwechsel und dergleichen kann insbesondere durch Assistenten des Arztes, wie beispielsweise einer OP-Schwester, auf einfache Weise durchgeführt werden. Ferner ist der Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi, z. B. zwischen Telemanipulation und manuellem direktem Bewegen des Roboters auf einfache Weise möglich.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 und 2: schematische perspektivische Ansichten eines Roboterarms und
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3 eine schematische Schnittansicht einer in eine Roboteraußenhülle eingebauten Informationseingabeeinrichtung.
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Ein Roboterarm weist eine Roboterbasis 10 auf, die über ein Gelenk 12 mit einem ersten Armelement 14 verbunden ist. Das erste Armelement 14 ist über ein weiteres Gelenk 12 mit dem letzten Armelement 16 verbunden. Gegebenenfalls kann der Roboterarm auch mehrere Armelemente aufweisen, die jeweils wieder über Gelenke mit einander verbunden sind. Mit dem letzten Armelement 16 ist eine Halteeinrichtung 18 verbunden. Die Halteeinrichtung 18 dient zur Aufnahme von Endeffektoren wie medizinischen Geräten bei Medizinrobotern oder Montageeinrichtungen, Schweißeinrichtungen etc. bei Industrierobotern.
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Erfindungsgemäß sind in bevorzugter Ausführungsform mehrere Informationseingabeeinrichtungen an der Außenseite der Roboterbasis 10 oder der Armelemente 14, 16 oder der Halteeinrichtung 18 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Außenseite der Roboterbasis 10 drei Informationseingabeeinrichtungen 20 vorgesehen. Bei diesen handelt es sich beispielsweise um Taster oder Schalter oder einen Touchscreen. Eine weitere Informationseingabeeinrichtung 22 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Außenseite des ersten Armelements 14 vorgesehen. Des Weiteren ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Informationseingabeeinrichtung 24 an einer Außenseite der Halteeinrichtung 18 vorgesehen, wobei es sich bei der dargestellten Halteeinrichtung 18 um eine besondere Ausgestaltung eines Armelements handelt, da auch das Halteelement 18 wiederum gelenkig mit dem Armelement 16 verbunden ist.
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In 3 ist als Beispiel einer Informationseingabeeinrichtung schematisch in einer Schnittansicht ein Schalter dargestellt. Der Schalter ist in einer Ausnehmung 26 der Roboteraußenhülle 28 angeordnet. In der Ausnehmung 26 ist ein Halteelement 29 des Schalters fixiert. Das Halteelement 29 weist eine Öffnung 30 auf, in der ein insbesondere rotationssymmetrisch und tellerförmig ausgebildetes Betätigungselement 32 angeordnet ist. Das Betätigungselement 32 weist einen tellerförmigen Kopf 34 und einen sich ins Innere 36 eines Roboterarms 14, 16 oder der Roboterbasis 10 erstreckenden zylindrischen Ansatz 38 auf.
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Der zylindrische Ansatz 38 des Betätigungselements 32 berührt im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Tastelement 40. Das Tastelement 40 ist auf einer Platine 42 angeordnet. Diese ist über die GPIO-Platine mit der vorhandenen Datenübertragungseinrichtung des Roboters verbunden. Die Platine 42 ist zusammen mit dem Tastelement 40 über eine Befestigungseinrichtung 44 mit der Tragstruktur bzw. dem Skelett des Rotorarms verbunden und an dieser gehalten.
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Eine Außenseite 46 der Informationseingabeeinrichtung ist derart angeordnet, dass sie mit einer Außenseite 48 der Roboteraußenhülle 28 insbesondere stufenfrei abschließt.
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Des Weiteren ist zum Schutz vor Verunreinigungen und um ein Austreten elektromagnetischer Wellen zu verhindern und somit die EMV-Verträglichkeit sicher zu stellen die Öffnung 30 des Halteelements 29 mit einer Schutzfolie 50 überdeckt. Die Schutzfolie 50 verhindert ferner ein Eindringen von Feuchtigkeit, Schmutzpartikeln etc. ins Innere 36 des Roboterarms.
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Da keine feste bzw. eine einfach lösbare Verbindung zwischen dem Betätigungselement 32 und dem Tastelement 40 besteht, ist auf einfache Weise beispielsweise eine Demontage des äußeren Teils des Schalters oder der Roboteraußenhülle möglich, ohne elektrische Kontakte des Tastelements entfernen zu müssen.
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Die Eingabeeinrichtung kann externe Geräte steuern, sofern sie an das Kommunikationsnetzwerk des Robotersystems angebunden sind. Die Geräte müssen hierzu nicht physisch mit dem Roboter, an welchem sich die Eingabeeinrichtung befindet, verbunden sein (in minimal invasiver Chirurgie z. B. Ansteuern der Lichtquelle des Endoskops, welches sich in einem separaten Schrank befindet.)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7819859 [0005, 0005]
- DE 102004054867 [0006]
- DE 102013019869 [0007]
