CN108472091A - 机械臂定位 - Google Patents

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Abstract

一种手术机械臂(10)包括安装部分(18)。安装部分(18)包括被构造成用于读取位置标识符(26)的读取器(20)。安装部分(18)装配在包括位置标识符(26)的插座(22)中。从读取器(20)输出的信号允许确定机械臂(10)的位置。

Description

机械臂定位
技术领域
本发明涉及机械臂以及用于定位机械臂的方法。
背景技术
在期望运动的可重复性和/或精度的许多场合中都可以使用结合有机械臂的机器人系统。这种机器人系统的一个示例为机器人手术系统。
特别是在机器人手术系统中，高度期望机械臂的位置是已知的。这使得能够精确地控制臂的运动，从而防止对机械臂附近的对象和/或人造成损伤。在一些系统中，这可以通过将若干机械臂连接至基座单元来实现。因而可以利用基座单元作为参照系来确定这些臂相对于彼此的位置。
该基座单元通常是有若干个机械臂相连的公共基座单元。
在其他系统中，必须在使用之前确定每个机械臂的位置。这可以通过操纵所述臂从而使得所述臂的远端接触环境(诸如在手术台上)的已知点来进行。还可以将位置信息手动输入到机器人系统中。
对于可分离的机械臂，在使用之前进行这些分别校准步骤的需要给系统引入了延迟。在臂从一个地方移动到另一个地方的情况下这些延迟可能变得复杂，这是因为当重新更换臂时在该臂能够使用之前必须再次执行校准步骤。
在操作环境拥挤的情况下在校准步骤中对臂进行操纵可能比较困难或根本不可能。在这些情况下，无法使用臂，或者只能在无法精确地确定臂的位置的情况下使用臂。
需要一种改进的机械臂以及用于定位机械臂的改进方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种机械臂，该机械臂包括被构造成安装在插座中从而支撑所述机械臂的安装部分，所述安装部分包括读取器，该读取器用于读取位置标识符，从而确定所述机械臂的位置。
读取器的设置允许在所述机械臂安装在所述插座中时确定所述机械臂的位置。所述机械臂可以在机器人手术系统中使用。
合适的是，所述机械臂为手术机械臂。
合适的是，所述读取器被构造成与用于处理从所述读取器接收的信号的处理器通信。合适的是，所述读取器被构造成至少部分地通过无线连接与所述处理器通信。这能够使所需布线最少和/或能够增加所述读取器在所述机械臂上的定位灵活性。合适的是，所述读取器被构造成根据所述读取器对所述位置标识符的读取而向所述处理器发送信号。合适的是，所述处理器被构造成从所述读取器接收所述信号并且根据从所述读取器接收的所述信号来确定所述机械臂的位置。
所述机械臂可以包括所述处理器。合适的是，所述处理器被构造成将位置确定的结果发送至被构造成控制所述机械臂的中央控制器。
所述处理器可以被构造成向所述中央控制器发送信息，如从所述读取器接收的信号。所述中央控制器可以被构造成根据从所述处理器接收的信息(例如，根据从所述读取器接收的信号)确定所述机械臂的位置。
合适的是，所述处理器远离所述机械臂。合适的是，被构造成控制所述机械臂的中央控制器包括所述处理器。
合适的是，所述读取器设置在所述安装部分的一部分上，所述一部分被布置成在所述安装部分安装在所述插座中时位于所述插座内。
所述读取器可以设置在所述安装部分的外部位置处，例如设置在外表面上，以允许所述读取器读取邻近所述机械臂或在所述机械臂附近的位置标识符。所述安装部分可以包括窗口，并且所述读取器可以设置在所述安装部分内，从而该读取器能够通过所述窗口读取位置标识符。该布置能够给所述读取器提供一些物理防护，以防止受到碰撞和/或环境条件的影响。
合适的是，所述读取器被构造成以光学和磁性方式中的至少一种读取所述位置标识符。合适的是，所述窗口是光学透明和磁性透明中的至少一种，以允许所述读取器通过所述窗口以光学方式和/或磁性方式进行读取。合适的是，所述窗口为实心材料。所述读取器可以是编码读取器，例如二维码读取器。所述位置标识符可以是光学编码，诸如二维码。设置能够读取取向特定编码(诸如二维码)的读取器，这能够使所述读取器确定附加信息(例如取向信息)以及位置信息。
所述窗口可以包括位于所述安装部分中的孔。整个所述安装部分可以包括所述窗口。合适的是，所述安装部分是透明的，以允许由所述读取器对所述位置标识符进行读取。换言之，整个所述安装部分可以是透明的。整个所述安装部分或所述安装部分一部分可以用作所述窗口。
所述读取器可以被构造成以电磁方式读取所述位置标识符，例如通过无线电波、感应和电容中的至少一种。合适的是，所述窗口是电磁透明的，以允许所述读取器通过所述窗口以电磁方式读取所述位置标识符。如果所述读取器能够通过所述窗口读取所述位置标识符，则认为所述窗口是透明的。
合适的是，所述读取器被构造成读取矩阵条码或二维条码。合适的是，所述位置标识符包括矩阵条码或二维条码。所述读取器可以被构造成读取磁性编码或图案。合适的是，所述位置标识符包括磁性编码或图案。所述读取器可以被构造成读取RFID标识符、感应标识符和电容标识符中的一种或多种。所述位置标识符可以包括RFID标识符、感应标识符和电容标识符中的一种或多种。
所述机械臂可以包括用于照明所述位置标识符的灯。所述灯的设置能够允许所述读取器即使在低光条件下也能够读取所述位置标识符。合适的是，所述安装部分包括所述灯。所述机械臂可以包括用于感测光水平的光传感器。所述灯可以被布置成根据由所述光传感器感测的光水平而开启。所述机械臂可以包括用于给所述读取器、所述灯和所述光传感器中的至少一个供电的本地电源。所述机械臂可以包括电源连接，从而允许所述机械臂连接至用于给所述读取器、所述灯和所述光传感器中的至少一个供电的外部电源。
根据本发明的另一个方面，提供了一种机器人系统，该机器人系统包括：如上限定的机械臂；和被构造成接收所述机械臂的所述安装部分的至少一部分的插座。所述机器人系统可以是手术机器人系统。
根据本发明的另一个方面，提供了一种插座，该插座被构造成接收所述机械臂的所述安装部分的至少一部分。
所述插座可以包括所述位置标识符。合适的是，所述位置标识符设置在所述插座的内部位置，例如，设置在内表面上。该布置允许所述读取器在所述安装部分安装在所述插座中时容易地读取所述位置标识符。该布置还限制了没有安装在所述插座中的机械臂的读取器意外读取所述位置标识符。
所述插座可以被构造成以多个取向接收所述机械臂的所述安装部分。合适的是，所述多个取向围绕将所述安装部分插入到所述插座中的插入轴线旋转地布置。所述插座可以包括多个位置标识符，每个位置标识符对应于所述多个取向中的相应取向。
优选地，所述插座被构造成使得在所述安装部分以所述多个取向中的相应取向安装在所述插座中时，所述多个位置标识符中的相应位置标识符与所述读取器对准。
合适的是，所述插座能在第一位置和第二位置之间移动，从而单个插槽能用来将所述机械臂安装在所述第一位置和所述第二位置。在所述机械臂安装在所述插座中的情况下，所述插座能在所述第一位置和所述第二位置之间移动。合适的是，所述插座包括第一插座窗口，所述读取器能够通过所述第一插座窗口读取位于所述第一位置的第一位置标识符和位于所述第二位置的第二位置标识符中的一个。所述第一插座窗口被构造成在所述安装部分安装在所述插座中时与所述读取器对准。
合适的是，所述插座包括多个插座窗口，所述读取器能够通过所述多个插座窗口读取所述多个位置标识符。合适的是，所述多个插座窗口对应于所述多个位置标识符。换言之，所述多个插座窗口可以对应于所述多个取向。
合适的是，所述多个插座窗口中的至少一个和/或所述第一插座窗口为光学透明和电磁透明中的至少一个，以允许所述读取器以光学方式和/或以电磁方式读取所述位置标识符。合适的是，所述多个插座窗口中的至少一个和/或所述第一插座窗口为实心材料。
合适的是，所述多个插座窗口中的至少一个和/或所述第一插座窗口是电磁透明的，以允许所述读取器例如通过无线电波、感应和电容中的至少一种以电磁方式读取所述位置标识符。
所述插座可以能在安装设备上或沿着安装设备移动，所述安装设备包括多个分度安装位置。所述分度安装位置可以包括所述第一位置和所述第二位置。换言之，所述安装设备可以使所述插座定位在所述安装设备上或沿着所述安装设备的离散安装位置。合适的是，每个分度安装位置设置有相应的位置标识符。所述相应的位置标识符可以设置在所述安装设备的外部位置(例如设置在外表面上)，邻近相应的分度安装位置。
合适的是，所述安装设备为锯齿状轨道。所述插座可以被构造成能定位在沿着所述锯齿状轨道的与所述锯齿状轨道的突起和/或凹部中的至少一些突起和/或凹部邻近的位置。所述锯齿状轨道可以包括在与所述锯齿状轨道的突起和/或凹部中的至少一些突起和/或凹部邻近的位置处的位置标识符。也就是说，所述锯齿状轨道可以包括在与沿着所述锯齿状轨道的可定位所述插座的位置邻近或附近的位置处的位置标识符。
合适的是，所述插座包括用于连接至所述机械臂的电连接的插座电连接。合适的是，所述插座包括信号连接，用于连接至所述机械臂以将信号从所述机械臂传送至被构造成控制所述机械臂的中央控制器。
所述机器人系统可以包括所述处理器。所述机器人系统可以包括所述中央控制器。
根据本发明的另一个方面，提供了一种确定机械臂的位置的方法，所述机械臂包括安装部分，所述安装部分包括读取器，该方法包括：将所述安装部分的至少一部分安装在插座中；利用所述读取器读取位置标识符；以及根据所述读取器对所述位置标识符的读取，确定所述机械臂的位置。
该方法可以包括：从所述读取器向处理器发送信号，；以及在所述处理器处确定所述机械臂的位置。所述处理器可以为远程处理器。
所述机械臂可以包括灯，并且所述方法可以包括：将所述灯开启以照明所述位置标识符；以及在所述灯开启时利用所述读取器读取所述位置标识符。
所述机械臂可以包括光传感器，并且所述方法包括：利用所述光传感器感测光水平；确定所述光水平是否足以照明所述位置标识符以由所述读取器读取；以及如果所述光水平不足以照明所述位置标识符，则将所述灯开启。
上述任意方面的任一个或多个特征可以与上述任意其他方面的任一个或多个特征组合。在可能的情况下，任何设备特征都可以写为方法特征，反之亦然。仅为了简洁起见，没有在这里将其完全写出。
附图说明
现在将参照附图仅以示例方式描述本发明。在附图中：
图1示意性地示出了机械臂；
图2a示意性地示出了插座和机械臂的安装部分；
图2b示意性地示出了安装在图2a的插座中的图2a的安装部分；
图3示出了插座的部分区段；
图4示出了锯齿状轨道；
图5示出了确定机械臂的位置的过程；
图6示出了确定机械臂的位置的另一个过程；
图7示出了确定机械臂的位置的另一个过程；以及
图8示出了确定机械臂的位置的另一个过程。
具体实施方式
机器人手术系统允许手术医生使用一个或多个机械臂精确控制手术器具等。典型地，手术医生在远程工作站而不是直接在患者手术开口处进行工作。使用机械臂允许使用各种手术工具，这些手术工具可以通过比在传统手术中使用的更小的手术开口插入。手术需要的更小手术开口能够改善术后患者恢复时间。
图1中示意性地示出了用于在机器人手术系统中使用的机械臂10。机械臂10包括通过多个接头14联接至彼此的多个臂节段12。用于承载手术工具(未示出)的工具部分16朝向机械臂10的远端设置，并且安装部分18朝向机械臂10的近端设置。在一些示例中，这些接头14是转动接头和移动接头中的一个或另一个。在一些示例中，这些接头14是转动、移动和/或其他形式的接头的一些组合。这些接头14允许工具部分相对于安装部分18移动，从而能够对机械臂10进行控制，以便将由工具部分16承载的工具定位在期望位置和取向。
在一些示例中，由机械臂10的工具部分16承载的手术工具能够在外科手术期间更换。在一些示例中，期望的是将手术工具留在机械臂10上的适当位置，并且转而更换机械臂10。因而，期望的是机械臂10能够容易地安装至机器人手术系统或从机器人手术系统拆下。
在一些示例中，是否要更换由机械臂10的工具部分16承载的手术工具，期望的是改变机械臂10的位置。例如当要在同一手术中在不同手术部位使用机械臂10时或者在同一手术部位但是在不同构造中使用机械臂10时就可能是这种情况。在这些示例中，也期望机械臂10能够容易地安装至机器人手术系统和从机器人手术系统拆下。
在一些示例中，机器人手术系统包括中央控制器，该中央控制器例如从手术工作站接收输入并且向机械臂10输出控制信号以使机械臂10进行期望运动。为了使中央控制器精确地控制机械臂10的运动，期望的是已知机械臂10的位置。因此，在外科手术中使用机械臂10之前，将其位置输入到系统内。
如在一些示例中提到的，在外科手术开始或外科手术期间更换机械臂的情况下，期望的是以最小延迟和/或最大精度将每个机械臂的位置输入至系统。该方法使得能够在外科手术中有效地使用该系统。如果在移动机械臂时引入了较长延迟，则这将延长外科手术的时间，而这不是令人期望的。
机械臂10可安装在插座22中。这在图2中示意性地示出。机械臂10可通过安装部分18安装在插座22中。图2a示出了彼此分离的安装部分18(为了清晰起见，这里省略了机械臂10的其余部分)和插座22，而图2b示出了位于插座22内的安装部分18。在一些示例中，插座22形成了机器人手术系统的一部分。插座22被构造成接收机械臂10的安装部分18的至少一部分从而将机械臂10保持就位。在一些示例中，安装部分18被构造成与插座22相配合。在一些示例中，安装部分18被构造成基本座置在插座22内。这能够通过插座22提供机械臂10的更牢固保持。
在一个示例中，安装部分18为圆柱形并且被构造成在插座22中锁定就位。在一个示例中，安装部分18包括可接收在插座22的凹部或沟槽内的突耳。在将安装部分18在安装方向上插入插座22内时该突耳可被接收在第一沟槽部分中。安装部分18可围绕插入轴线(沿着安装方向)旋转以使得所述突耳能够穿入第二沟槽部分，该第二沟槽部分与第一沟槽部分连通并且相对于第一沟槽部分成角度地构成。第二沟槽部分被构造成保持突耳，从而将安装部分18保持在插座22中。在一个构造中，在安装部分18不围绕插入轴线再次旋转从而致使所述突耳移动到第一沟槽部分内的情况下，安装部分18不可从插座22移除。
也可以使用两个或更多个突耳以及两个或更多个凹部或沟槽。在使用多个突耳和凹部的情况下，优选的是这些突耳沿着安装部分的圆周间隔开，并且这些凹部围绕插座的圆周对应地间隔开。突耳和凹部的相等间隔能够有助于安装部分在插座中的保持稳定性。
类似地，可以在插座上设置一个或多个突耳，并且可以在安装部分上设置对应的一个或多个凹部或沟槽。
用于将安装部分在插座中锁定就位的其他机构对本领域技术人员将是显而易见的。
一种容易且/或精确地确定机械臂10所在的位置的方法是使用位置标识符。位置标识符可以设置在特定位置从而对该位置进行标识。该位置标识符可以唯一地标识该位置。位置标识符可以由读取器读取。由读取器位置读取到标识符表示该读取器位于该特定位置。
在一个示例中，所述读取器被构造成在读取位置标识符时产生信号。该信号被发送至处理器。该处理器被构造成根据该信号确定所述位置。在一个示例中，该处理器被构造成使用该信号来参照查找表，根据该查找表能够确定位置。在另一个示例中，位置标识符可以直接对该位置进行标识，从而使得处理器能够基于该信号确定所述位置。例如，该信号可以提供产生该信号的位置标识符所在的位置的细节。
安装部分18包括用于读取位置标识符的读取器20。在一些示例中，插座22包括位置标识符26(参见图3)。在一些示例中，位置标识符设置在插座的内部位置处，例如设置在内表面27上。安装部分18和插座22被构造成使得在将安装部分18安装在插座22中时，读取器20能够读取位置标识符26。
在一些示例中，位置标识符26被构造成被光学地读取。在一些示例中，位置标识符26附加地或另选地构造成被磁性地读取。读取器20被构造成以光学和磁性中的至少一种来读取位置标识符。例如，位置标识符26可以是光学编码，诸如二维码，并且读取器20可以是光学编码读取器，诸如二维码读取器。在一些示例中，读取器20为照相机。
在一些示例中，位置标识符26被构造成例如借助于无线电波、感应和/或电容以电磁方式被读取。在这些示例中，读取器20被构造例如借助于无线电波、感应和电容中的至少一种以电磁方式读取位置标识符。
在一些示例中，读取器20设置在安装部分18的外表面上。在其他示例中，读取器20设置在安装部分18的内部中，并且安装部分18被构造成使得读取器20能够读取位于安装部分18附近的位置标识符。在一些示例中，安装部分18包括窗口(未示出)，通过该窗口，读取器能够读取位置标识符。设置窗口能够给读取器20提供一些环境保护。在一些示例中，该窗口是实心的，例如为玻璃或塑料，如透明塑料。该窗口被构造成至少部分透明，从而读取器20能够通过该窗口读取位置标识符。换言之，在以光学方式读取位置标识符的情况下，该窗口为至少部分光学透明，从而读取器20能够通过该窗口以光学方式读取位置标识符26。在以磁性方式读取位置标识符的情况下，该窗口为至少部分磁性透明，从而使得读取器20能够通过该窗口以磁性方式读取位置标识符26。
在位置标识符26被构造成以电磁方式被读取时，该窗口为至少部分地电磁透明。
在一些示例中，诸如在插座22是可移动的情况下，位置标识符26不设置在插座22本身上，而是替代地设置在插座22的位置邻近或附近。在一些示例中，在插座22是可移动的情况下，设置多个位置标识符，每个都位于插座22的位置中的一个位置的邻近或附近。
在一些示例中，插座22包括第一插座窗口24(第一插座窗口24在图2a中以虚线示出以表明其是可选的)。第一插座窗口被设置成使得位置标识符26能够由读取器20通过第一插座窗口24进行读取。换言之，当机械臂10安装在插座22中时，读取器20能够通过第一插座窗口读取位置标识符26。参照图2b，图2b示出了安装在插座22中的安装部分18；读取器20与第一插座窗口24对准，并且能够通过第一插座窗口24读取位置标识符。
在一些示例中，第一插座窗口24至少部分地光学和/或磁性透明。这允许读取器20通过第一插座窗口24以光学和/或磁性方式读取位置标识符。在一些示例中，第一插座窗口24是实心的。在一些示例中，第一插座窗口为玻璃或塑料如透明塑料。当安装在插座22中时，这能够给读取器20和/或安装部分18提供一些环境保护。它还能够防止诸如灰尘和/或碎屑之类的环境物质进入插座22内部。
在一些示例中，第一插座窗口24为至少部位地电磁透明。这允许读取器20通过第一插座窗口24以电磁方式读取位置标识符。
在位置标识符26设置在外表面上的情况下，这可以包括通过粘合剂将位置标识符26附着至该外表面，诸如将光学编码和/或磁性编码粘贴到该表面上。它还可以包括将图案(诸如光学编码)蚀刻到该表面中。
将位置标识符26设置在外表面上还可以包括以图案方式磁化该表面或者向该表面附着RFID标识符、感应标识符和电容标识符中的一个或多个。
在一些示例中，包括安装部分18和插座22的机器人系统具有多种构造。在一些示例中，该机器人系统被构造成使得安装部分18能以多个取向安装在插座22中。例如，所述多个取向可以围绕将安装部分18插入到插座22内的插入轴线旋转地布置。在一个示例中，第一取向被布置在从第二取向旋转偏移90度处。在该示例中，机器人系统被构造成使得插座22允许将机械臂10安装在第一取向或第二取向中。这允许在使用机械臂10时具有附加灵活性。在该示例中，第一取向和第二取向中的每个取向都具有与其相关联的相应位置标识符26。这些位置标识符被设置成使得在将机械臂10安装在第一取向时，读取器20能够读取与该第一取向相关联的位置标识符；在将机械臂10安装在第二取向时，读取器20能够读取与第二取向相关联的位置标识符。这样，能够确定机械臂10的位置和取向。
在一些示例中，位置标识符通过被设置在插座22内部(诸如设置在内表面上)而与第一和第二取向相关联。在该示例中，这些位置标识符围绕插座22以90度彼此间隔开地设置。在插座22不可移动时也可以是这种情况。
在一些示例中，位置标识符通过邻近插座22设置或设置在插座22附近而与第一和第二取向相关联。在该示例中，插座22包括第一插座窗口和第二插座窗口，该第二插座窗口与第一插座窗口围绕插座22的轴线间隔开90度旋转。位置标识符中的一个邻近第一插座窗口设置或设置在第一插座窗口设置附近，而位置标识符中的另一个邻近第二插座窗口设置或设置在第二插座窗口附近。这样，当机械臂10以第一取向安装在插座22中时，读取器20能够通过第一插座窗口读取位置标识符中的一个位置标识符。当机械臂10以第二取向安装在插座22中时，读取器20能够通过第二插座窗口读取位置标识符中的另一个位置标识符。
更一般地说，与多个取向(和多个插座窗口(如果存在的话))相关联的多个位置标识符围绕插座的轴线彼此间隔开。根据期望构造，它们无需相等地间隔开。
在一些示例中，读取器20设置在安装部分18上，从而在将安装部分18插入到插座22内时使读取器20与位置标识符(或位置标识符中的相应一个)对准。在一些示例中，位置标识符26或者位置标识符中的至少一个位置标识符被构造成使其能够在安装部分18安装在插座22中时由读取器20读取。在一些示例中，位置标识符26或位置标识符中的至少一个位置标识符被构造成它只能由位于相应位置标识符26的预定范围内的读取器20读取。因此，在位置标识符26被构造成以磁性方式读取时，读取器20需要在其能够读取位置标识符26之前足够近地接近该位置标识符26。这降低了读取器20在没有安装在插座22中时意外读取位置标识符26的可能性。
在位置标识符26被构造成以光学方式读取的情况下，在一些示例中，该位置标识符26设置在它不能由没有安装在插座22中的读取器20容易地读取的位置中。在一些示例中，位置标识符26被设置成使得从读取器20到位置标识符没有直接视线，除非读取器20安装在插座22中。这降低了读取器20在没有安装在插座22中时意外读取位置标识符26的可能性。
在一些示例中，插座22可在第一位置和第二位置之间移动。多于两个的位置也是可能的。在一些示例中，插座22包括至少一个插座窗口24，并且这些位置中的每个位置都具有与其相关联的相应位置标识符26。在一些示例中，位置标识符26邻近或设置在相应位置附近，从而使得该位置标识符能够由安装在插座22中的机械臂10的读取器20通过插座窗口24读取。
在一些示例中，插座22可在沿着安装设备或位于安装设备上的第一和第二位置之间移动。该安装设备被构造成将插座22支撑在第一位置和第二位置中的每个位置处，从而使得机械臂10能够由位于这些位置中的每个位置的插座22保持。这些位置沿着所述安装设备离散地设置。每个位置都可以被认为是单独的安装位置。每个位置具有与其相关联的相应位置标识符。在一些示例中，相应位置标识符设置在安装设备上，从而由通过插座22安装在该相应位置的机械臂10的读取器20进行读取。在一些示例中，这些位置标识符安装在安装设备的外表面上，邻近相应安装位置或在相应安装位置附近。
安装设备的一个示例是锯齿状轨道30，如图4中示意性所示。示出了四个齿状物32，但是可以有更多或更少的齿状物。在图示示例中，插座22被构造成沿着锯齿状轨道30既可定位在突起32处又可定位在凹部处。在其他示例中，插座22和/或锯齿状轨道30可以被构造成使得插座22可定位在突起32或凹部处，或者定位在突起32和凹部中的至少一些处。
为插座22沿着锯齿状轨道30的每个可能位置，设置位置标识符。参照图4，当插座22位于相应突起32处时，多个位置标识符34与插座22对准，并且当插座22位于相应凹部处时，多个位置标识符36与插座22对准。
锯齿状轨道30的设置允许机械臂10与插座22一起沿着锯齿状轨道30移动到方便位置。操作员能够将臂10移动到例如提供最适合接近手术部位的位置(在机器人手术系统的情况下)。一旦定位，则机械臂10的读取器20将读取位于该位置的位置标识符26。这允许自动地确定机械臂10的位置，而无需操作员进一步动作或需要臂10进行任何校准动作。
锯齿状轨道30不必是笔直轨道。只要沿着轨道30的可用位置和/或取向是已知的，则锯齿状轨道30可以采取任何期望形状。锯齿状轨道30可以设置在病床旁边。另选地，锯齿状轨道30可以设置为病床的一部分，例如，设置为病床侧轨道。在另一个另选方案中，锯齿状轨道30可以安装至手术室的另一部分，例如天花板或墙壁。当安装在天花板或墙壁上时，机器臂可以从锯齿状轨道30朝向手术部位垂下。换言之，机械臂可以从锯齿状轨道30朝向手术部位大体向下延伸。
可以提供锯齿状轨道的形状和位置的任何组合。
该方案能够增加能够定位机械臂10的灵活性，并且能够降低能够使用机械臂10之前所需的时间。
在一些示例中，无论位置标识符26设置在插座22内的情况下还是邻近插座22设置或设置在插座22附近，都可能存在不良照明的情况，这会使得难以以光学方式精确地读取位置标识符26。在一些示例中，机械臂10可以包括用于照明位置标识符26的灯19，从而使得位置标识符26能够由读取器20更容易且/或更精确地读取。在一些示例中，安装部分18包括灯19。该布置允许将灯19邻近读取器20设置或设置在读取器20附近。因此，相对较低功率的灯就可以为读取器20读取位置标识符26提供可接收水平的照明。这能够节省功率并且/或降低否则可能被发出的潜在分散光。
读取器20和位置标识符26的环境中的光水平可能发生改变。在一些示例中，机械臂10包括用于感测光水平的光传感器21。在一些示例中，安装部分18包括光传感器21。有利地，光传感器21设置在位置标识符26的附近，从而光传感器21能够感测该位置标识符处的光水平。在一些示例中，灯19被构造成在光传感器21感测到的光水平低于预定阈值时开启。
在一些示例中，设置处理器(未示出)来处理从读取器20和光传感器21中的至少一个接收的信号。在一些示例中，该处理器根据从光传感器21接收的信号来确定是否开启灯19。在一些示例中，该处理器根据从读取器20接收的信号来确定机械臂10的位置。
在一些示例中，机器人系统包括该处理器。在一些示例中，机械臂10包括该处理器。在一些示例中，该处理器远离机械臂10。
在一些示例中，插座22和安装部分18包括用于将插座22和安装部分18电连接在一起的互补附件。这些附件(未示出)允许在插座22(并因此在机器人手术系统)和机械臂10之间传送功率和/或信号。
在一些示例中，机械臂10的安装部分18包括被构造成感测安装部分18何时被安装在插座22中的安装传感器。在一些示例中，读取器20被构造成根据安装传感器感测到安装部分18何时被安装在插座22中而读取位置标识符26。这样，当确定机械臂10已经被安装在插座22中时，读取器对位置标识符进行读取。
在其他实例中，插座22包括灯19、光传感器21和安装传感器中的至少一个。
在一些示例中，机械臂10和机器人手术系统包括无线收发器(或分开的无线发送器和接收器)，该无线收发器用来传送诸如控制信号和来自读取器20和光传感器21的信号之类的信号。
无线收发器(或分开的无线发送器和接收器)也可以用来传送来自安装传感器的信号。另选地或附加地，可以使用有线收发器(或发送器和接收器)来传送任何信号。
参照图5，现在将描述确定机械臂10的位置的方法。首先，将机械臂10安装在插座22中(步骤S01)。然后，读取器20读取位置标识符26(步骤S02)，如上所述，这可以响应于安装传感器感测到机械臂10已经被安装在插座22中而进行。在步骤S03，将信号从读取器20发送至处理器。响应于接收到来自读取器20的信号(该信号表示由读取器20读取的位置标识符26)，处理器确定机械臂10的位置(步骤S04)。
在位置标识符26为编码(或者是光学编码和/或磁性编码)的情况下，可以通过对该编码进行解码(例如通过使用用于已知位置列表的查找表)来确定位置。
如上所述，位置标识符26可以包括RFID标识符、感应标识符和电容标识符中的至少一个。因而，所述编码可以附加地或另选地为RFID编码、感应编码和电容编码中的至少一个。
在一些示例中，所述编码能够标识存储有相关位置和/或取向信息的查找表内的位置。在其他示例中，所述编码可以包含位置和/或取向信息。位置标识符26的取向(例如，编码的取向)能够表示插座22的取向。
在一些示例中，该方法包括将所确定的位置发送至中央控制器(步骤S05)，该中央控制器能够根据所确定的位置对机械臂10执行控制。
现在参照图6，在一个示例中，该方法包括如下步骤。在步骤S01中，将机械臂10安装在插座22中。在步骤S11，光传感器21然后感测光水平是否高于预定阈值。这可以响应于安装传感器感测到机械臂10已经安装在插座22中而进行。如果光水平低于预定阈值，则在步骤S12，将灯19开启，并且读取器20读取位置标识符26(步骤S02)。如果光水平位于预定阈值或高于预定阈值，则该方法直接继续至步骤S02，即读取器20读取位置标识符26。
在步骤S13，确定读取器20是否已经读取位置标识符26。在一个示例中，根据从读取器20向处理器输出的信号来确定位置标识符是否已经被读取。一旦确定位置标识符26已经被读取，则将灯关闭(步骤S14；在灯未开启的情况下将该步骤省略)。然后如之前那样确定机械臂10的位置(步骤S04)。
另外，机械臂可以被构造成响应于确定机械臂被安装在插座22中而将灯19开启。这可以不管光传感器21感测光水平如何都进行。灯19可以响应于来自安装传感器的信号而开启。灯19可以响应于来自于处理器的指令而开启。例如，所述处理器可以被构造成例如通过从安装传感器接收信号来确定机械臂何时被安装至插座22，并且响应于该确定发送指令以将灯19开启。
机械臂可以被构造成响应于确定如下而将灯19关闭：(i)诸如编码之类的标识符已经由读取器20成功地读取；(ii)已经经过预定时间，诸如在将安装部分安装到插座内之后预定时间，或者在将灯开启之后的预定时间；和/或(ii)已经接收到将灯关闭的指令，例如来自所述处理器的指令。
参照图7，在步骤S01，将机械臂10安装在插座22中。响应于确定机械臂被安装在插座中，在步骤S12将灯开启。该确定可以如以上描述的那样进行。读取器20读取位置标识符26(步骤S02)。处理器在步骤S15确定是否经过预定时间段。该预定时间段可以由所述处理器的本地时钟或者与该处理器间隔开并相连的时钟来测量。所述时钟被布置成在安装部分被安装在插座中时开始运行，或者当灯被开启时开始运行。另选地，可以使用预运行时钟信号作为开始时间。处理器被布置成当所述时钟达到预定时间段时或者当当前时钟信号和开始时间之间的差等于或到过预定时间段时确定已经经过该预定时间。
在一些实现中，所述预定时间段是可例如由用户调节的。例如，所述预定时间段为近似5秒。在另一个示例中，该预定时间段为近似2秒。另选地，该预定时间段为近似1秒。该预定时间段可以选择成与读取器20读取位置标识符26所花费的测量时间或平均测量时间相同或略微更大(例如，1.5倍或2倍)。
当例如由所述处理器确定已经经过所述预定时间段(步骤S15)时，在步骤S14将灯关闭。步骤S04被示出为随后发生，但是将理解，可以在位置标识符26由读取器20读取(步骤S02)之后的任何时间确定机械臂的位置。对于该实现以及以上参照图6和以下参照图8描述的实现都是这种情况。
在另一个实现(现在将参照图8描述该实现)中，可以响应于指令而将灯19关闭。初始方法步骤可以为图6所示的过程中的步骤(即，步骤S01、S11、S12、S02和/或S13)和/或图7中所示的过程中的步骤(即，步骤S01、S12、S02和/或S15)中的一些或全部步骤，或者是这些步骤的一些或全部步骤的一些组合。
当灯开启时(无论是响应于开启指令、响应于检测到的光水平和/或响应于检测到机械臂已经安装在插座中而开启)，都可以根据指令将灯19关闭(步骤S16)。该指令可以从处理器接收。该指令可以由处理器自动地发出或响应于用户交互而发出。
步骤S16之后，在步骤S14将灯关闭，并且在步骤S04确定机械臂的位置。如上所述，步骤S04在一些实现中可以更早地执行。该过程不需要在进行位置确定之前等待灯关闭。位置标识符26已经被读取器20读取就继续步骤S04，这能够减少确定机械臂的位置所花费的时间。
以上参照图6至图8的描述提到了开启和关闭灯。在要以光学方式读取位置标识符时这是有用的。不必设置所述灯。在位置标识符不是以光学方式读取的示例中，可以将所述灯省略。对于该灯另选或附加的是，可以设置不同的能量源，该能量源能够使得所述位置标识符能够被读取。例如，在所述位置标识符包括RFID标识符的情况下，所述能量源可以是RF能量源，以激励无源RFID标识符。可以选择其他能量源来匹配以上讨论的其他类型的位置标识符。所述能量源适当地为电磁能量源。
在一些实例中，这些方法步骤的组合也是可行的。
尽管以上在手术机械臂的环境下描述了机械臂，但是这里的原理可比手术机械臂更广泛地应用。这些原理也可以应用于工业机器人或使用机械臂的其他类型的机器人系统(诸如可配置的机器人操纵器)。
由此，申请人将这里描述的每个单独特征孤立地公开或者将两个或更多个这种特征的任何组合公开，该公开的程度使得这些特征或组合能够根据本领域技术人员的一般公知常识总体上基于本申请来执行，而不管这些特征或组合是否解决了这里公开的任何问题，并且不对权利要求的范围构成任何限制。申请人表示，本发明的各个方面可以由任何这种单独特征或特征的组合构成。鉴于上述描述，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种手术机械臂，该手术机械臂包括被构造成安装在插座中从而支撑所述机械臂的安装部分，所述安装部分包括读取器，该读取器用于读取位置标识符，从而确定所述机械臂的位置，
其中，所述读取器设置在所述安装部分的一部分上，所述一部分被布置成在所述安装部分安装在所述插座中时位于所述插座内。
2.根据权利要求1所述的手术机械臂，其中，所述读取器被构造成与用于处理从所述读取器接收的信号的处理器通信，所述读取器被构造成根据所述读取器对所述位置标识符的读取而向所述处理器发送信号。
3.根据权利要求2所述的手术机械臂，其中，所述机械臂包括所述处理器，并且所述处理器被构造成从所述读取器接收所述信号并且根据从所述读取器接收的所述信号确定所述机械臂的位置。
4.根据权利要求3所述的手术机械臂，其中，所述处理器被构造成将位置确定的结果发送至被构造成控制所述机械臂的中央控制器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述读取器被构造成以电磁方式读取所述位置标识符。
6.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述读取器为二维码读取器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述机械臂包括用于照明所述位置标识符的灯。
8.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述机械臂包括用于感测光水平的光传感器。
9.一种手术机器人系统，该手术机器人系统包括：前述权利要求中任一项所述的机械臂；和被构造成接收所述机械臂的所述安装部分的至少一部分的插座。
10.根据权利要求9所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括所述位置标识符。
11.根据权利要求9或10所述的手术机器人系统，其中，所述插座被构造成以多个取向接收所述机械臂的所述安装部分。
12.根据权利要求11所述的手术机器人系统，其中，所述多个取向围绕将所述安装部分插入到所述插座中的插入轴线旋转地布置。
13.根据权利要求11或12所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括多个位置标识符，每个位置标识符对应于所述多个取向中的相应取向。
14.根据权利要求13所述的手术机器人系统，其中，所述插座被构造成使得在所述安装部分以所述多个取向中的相应取向安装在所述插座中时，所述多个位置标识符中的相应位置标识符与所述读取器对准。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述插座能在第一位置和第二位置之间移动，从而单个插座能用来将所述机械臂安装在所述第一位置和所述第二位置。
16.根据权利要求15所述的手术机器人系统，其中，在所述机械臂安装在所述插座中的情况下，所述插座能在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
17.根据权利要求15或16所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括第一插座窗口，所述读取器能够通过所述第一插座窗口读取位于所述第一位置的第一位置标识符和位于所述第二位置的第二位置标识符中的一个。
18.根据权利要求17所述的手术机器人系统，其中，所述第一插座窗口被构造成在所述安装部分安装在所述插座中时与所述读取器对准。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括多个插座窗口，所述读取器能够通过所述多个插座窗口读取所述多个位置标识符。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述多个插座窗口中的至少一个和/或所述第一插座窗口为光学透明和电磁透明中的至少一个，以允许所述读取器以光学方式和/或以电磁方式读取所述位置标识符。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述插座能在安装设备上或沿着安装设备移动，所述安装设备包括多个分度安装位置。
22.根据权利要求21所述的手术机器人系统，其中，每个分度安装位置设置有相应的位置标识符。
23.根据权利要求21或22所述的手术机器人系统，其中，所述安装设备为锯齿状轨道。
24.根据权利要求23所述的手术机器人系统，其中，所述插座被构造成能定位在沿着所述锯齿状轨道的与所述锯齿状轨道的突起和/或凹部中的至少一些突起和/或凹部邻近的位置，并且所述锯齿状轨道包括邻近这些位置的位置标识符。
25.一种确定手术机械臂的位置的方法，所述机械臂包括被构造成安装在插座中从而支撑所述机械臂的安装部分，所述安装部分包括读取器，所述读取器设置在所述安装部分的一部分上，所述一部分被布置成在所述安装部分安装在所述插座中时位于所述插座内，该方法包括：
将所述安装部分的至少一部分安装在所述插座中；
利用所述读取器读取位置标识符；以及
根据所述读取器对所述位置标识符的读取，确定所述机械臂的位置。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述方法包括：从所述读取器向处理器发送信号；以及在所述处理器处确定所述机械臂的位置。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其中，所述机械臂包括灯，并且所述方法包括：将所述灯开启以照明所述位置标识符；以及在所述灯开启时利用所述读取器读取所述位置标识符。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中，所述机械臂包括光传感器，并且所述方法包括：利用所述光传感器感测光水平；确定所述光水平是否足以照明所述位置标识符以由所述读取器读取；以及如果所述光水平足不以照明所述位置标识符，则将所述灯开启。
29.一种基本如本文描述和/或参照附图的手术机械臂。
30.一种基本如本文描述和/或参照附图的手术机器人系统。
31.一种基本如本文描述并且/或者参照附图的确定手术机械臂的位置的方法。

Claims (32)

1.一种手术机械臂，该手术机械臂包括被构造成安装在插座中从而支撑所述机械臂的安装部分，所述安装部分包括读取器，该读取器用于读取位置标识符，从而确定所述机械臂的位置。
2.根据权利要求1所述的手术机械臂，其中，所述读取器被构造成与用于处理从所述读取器接收的信号的处理器通信，所述读取器被构造成根据所述读取器对所述位置标识符的读取而向所述处理器发送信号。
3.根据权利要求2所述的手术机械臂，其中，所述机械臂包括所述处理器，并且所述处理器被构造成从所述读取器接收所述信号并且根据从所述读取器接收的所述信号确定所述机械臂的位置。
4.根据权利要求3所述的手术机械臂，其中，所述处理器被构造成将位置确定的结果发送至被构造成控制所述机械臂的中央控制器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述读取器设置在所述安装部分的一部分上，所述一部分被布置成在所述安装部分安装在所述插座中时位于所述插座内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述读取器被构造成以电磁方式读取所述位置标识符。
7.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述读取器为二维码读取器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述机械臂包括用于照明所述位置标识符的灯。
9.根据前述权利要求中任一项所述的手术机械臂，其中，所述机械臂包括用于感测光水平的光传感器。
10.一种手术机器人系统，该手术机器人系统包括：前述权利要求中任一项所述的机械臂；和被构造成接收所述机械臂的所述安装部分的至少一部分的插座。
11.根据权利要求10所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括所述位置标识符。
12.根据权利要求10或11所述的手术机器人系统，其中，所述插座被构造成以多个取向接收所述机械臂的所述安装部分。
13.根据权利要求12所述的手术机器人系统，其中，所述多个取向围绕将所述安装部分插入到所述插座中的插入轴线旋转地布置。
14.根据权利要求12或13所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括多个位置标识符，每个位置标识符对应于所述多个取向中的相应取向。
15.根据权利要求14所述的手术机器人系统，其中，所述插座被构造成使得在所述安装部分以所述多个取向中的相应取向安装在所述插座中时，所述多个位置标识符中的相应位置标识符与所述读取器对准。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述插座能在第一位置和第二位置之间移动，从而单个插座能用来将所述机械臂安装在所述第一位置和所述第二位置。
17.根据权利要求16所述的手术机器人系统，其中，在所述机械臂安装在所述插座中的情况下，所述插座能在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
18.根据权利要求16或17所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括第一插座窗口，所述读取器能够通过所述第一插座窗口读取位于所述第一位置的第一位置标识符和位于所述第二位置的第二位置标识符中的一个。
19.根据权利要求18所述的手术机器人系统，其中，所述第一插座窗口被构造成在所述安装部分安装在所述插座中时与所述读取器对准。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述插座包括多个插座窗口，所述读取器能够通过所述多个插座窗口读取所述多个位置标识符。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述多个插座窗口中的至少一个和/或所述第一插座窗口为光学透明和电磁透明中的至少一个，以允许所述读取器以光学方式和/或以电磁方式读取所述位置标识符。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的手术机器人系统，其中，所述插座能在安装设备上或沿着安装设备移动，所述安装设备包括多个分度安装位置。
23.根据权利要求22所述的手术机器人系统，其中，每个分度安装位置设置有相应的位置标识符。
24.根据权利要求22或23所述的手术机器人系统，其中，所述安装设备为锯齿状轨道。
25.根据权利要求24所述的手术机器人系统，其中，所述插座被构造成能定位在沿着所述锯齿状轨道的与所述锯齿状轨道的突起和/或凹部中的至少一些突起和/或凹部邻近的位置，并且所述锯齿状轨道包括邻近这些位置的位置标识符。
26.一种确定手术机械臂的位置的方法，所述机械臂包括安装部分，所述安装部分包括读取器，该方法包括：
将所述安装部分的至少一部分安装在插座中；
利用所述读取器读取位置标识符；以及
根据所述读取器对所述位置标识符的读取，确定所述机械臂的位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述方法包括：从所述读取器向处理器发送信号；以及在所述处理器处确定所述机械臂的位置。
28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，所述机械臂包括灯，并且所述方法包括：将所述灯开启以照明所述位置标识符；以及在所述灯开启时利用所述读取器读取所述位置标识符。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，其中，所述机械臂包括光传感器，并且所述方法包括：利用所述光传感器感测光水平；确定所述光水平是否足以照明所述位置标识符以由所述读取器读取；以及如果所述光水平足不以照明所述位置标识符，则将所述灯开启。
30.一种基本如本文描述和/或参照附图的手术机械臂。
31.一种基本如本文描述和/或参照附图的手术机器人系统。
32.一种基本如本文描述并且/或者参照附图的确定手术机械臂的位置的方法。
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