CN110177482A - 用于美容机器人的可变形端部执行器 - Google Patents

Abstract

一种装置(506，515，516)，用于确保用于美容应用的机器人(530)的安全操作，包括改装最初不是为这种应用设计的机器人。在一些实施例中，机器人(530)用于将睫毛延长部(502)自动放置到受试者(301)的自然睫毛上。在一些实施例中，安全屏障(515，516，521)由物理屏障(515，516)或光幕(521)提供。在其它实施例中，使用容易变形的端部执行器。

Description

用于美容机器人的可变形端部执行器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月16日提交并且名称为“Machine for Beauty Salon（用于美容院的机器）”的美国临时申请号No. 62/423,000的权益。该申请的全部内容以引用的方式并入到本文中。

技术领域

本发明涉及自动施加睫毛延长部的过程。

背景技术

睫毛延长部在全世界越来越受欢迎。睫毛延长部通常与所谓的“人造睫毛”或“人造睫毛结构”的区别在于它们一对一地附接在自然睫毛纤维上的事实。“人造睫毛”是一整套睫毛纤维(通常用于一只眼睛)，它连接到背衬材料(睫毛纤维近端的薄条带)，背衬材料附接在眼睑上。因此，这一过程更简单，并且特别提供用于家庭使用。然而，睫毛延长部通常由美容技师用氰基丙烯酸酯粘合剂费力地一次一根地粘合到每根自然睫毛纤维上。延长部可能具有分支，诸如美国专利No. 8,127,774中所示，并且有一些与附近睫毛联锁的机制，诸如美国专利No. 8,113,218中所公开。

首次施加睫毛延长部时，预约可能需要相当长的时间，持续长达两个小时。在预约期间，必须用镊子以正确的取向拾取每根睫毛延长部，蘸上粘合剂，并且然后放置在受试者的自然睫毛纤维之一上，直到发生粘附。因为这种大量的劳动花费美容院的钱，并且因为所需的时间长度和成本使一些顾客望而却步，所以提出了一些节省劳动力的装置。一种这样的装置是美国专利申请公开No. 2014/0261514中公开的手持睫毛分配器。也有关于托盘的省力建议，在托盘上放置来自工厂的延长部，诸如可见于在美国专利No.8,701,685。这些托盘旨在克服这样一个事实，即不仅是该过程的粘附步骤对人来说是困难的。仅仅用一把镊子把睫毛延长部捡起来都是很有挑战性的。此外，已经提出，通过为每个延长部提供用于将延长部附接到自然睫毛纤维上的预安装的热收缩管件，可以省去粘合剂的处理和将延长部浸入粘合剂中的步骤。这里描述的本发明适用于所有睫毛延长部，无论是分支的、联锁的还是其它的，并且适用于所有粘附到自然睫毛上的方法，无论是通过粘合剂、热收缩管还是其它方法。

因此，需要一种更有效地安装睫毛延长部的方法，其将减少安装睫毛延长部的时间和成本。此外，需要这种系统应该是明显安全的，使得延长部的接收者对该程序有信心。很难创造一个与人接触但能保证安全的机器人系统。这里公开的机器人系统提供了这样的安全性，但其成本比通常所说的“本质安全”或“协作”机器人低得多。通过使用冗余反馈(在反馈装置出现故障时消除轴失控)，以及通过对系统上使用的所有软件进行广泛的代码审查以及验证和校验测试，通常可以保证此类系统的安全性。加利福尼亚森尼维尔市（Sunnyvale, California）的Intuitive Surgical® Corporation的da Vinci®机器人和加利福尼亚圣何塞（San Jose）的Restoration Robotics^TM, Inc.的ARTAS® 机器人就是这种系统的示例。

例如，ARTAS®机器人是基于一种工业机器人手臂的版本，这种手臂很贵，但是对于人-机器人协作来说被评定为安全的。此外，所有可能对附近的人造成不安全状况的软件都需要细致的审查和测试。不利的是，这再次增加了成本，并减少了编程人员重用大多数商业和开源软件库和工具的机会。很难保证此类软件的安全性，并且对于医疗装置来说，它被诸如U.S. FDA等监管机构视为“来历不明的软件”，并且几乎不可能用于任何影响人类安全的应用。

这里描述的发明通过使用新颖的策略来制造与人安全接触的机器人来解决这个问题。它不仅适用于睫毛延长的工作，也适用于可以由机器人对人受试者执行的其它程序。

发明内容

睫毛延长部的安装可以通过机器人机构自动完成，无需由人手动施加即可放置延长部。然而，除非使用极其昂贵和复杂的故障安全机器人机构，否则应提供一个安全系统，以确保在机器人发生故障时延长过程的安全性。本发明的主题是结合使用固有安全的端部执行器和附连在机器人机构上的安全屏障。还公开了一种特定的端部执行器，其能够抓握睫毛延长部并在人面部附近操作，而如果端部执行器接触到人，则不会有伤害人的风险。本发明也适用于其它美容领域，并且给出了与激光皮肤程序、纹身、喷绘等固有安全操作相关的实施例。

当结合附图时，从下面对本发明优选实施例的详细描述中，本发明的附加目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中相同的附图标记在几个视图中指代共同的部分。

附图说明

图1示出了手动睫毛延长。

图2示出了一个六轴机器人执行自动睫毛延长。

图3A示出了本发明的最简单的实施例，其形式为固有安全的端部执行器。

图3B是图3A的一部分的放大视图。

图3C示出了端部执行器抓握睫毛延长部。

图4示出了与机器人一起使用的端部执行器。

图5示出了机器人发生故障的失控状态，但由于使用了端部执行器，受试者仍然安全。

图6描绘了使用光幕代替物理屏障的替代实施例。

图7A示出了端部执行器的另一个尖端，它更好地支撑睫毛延长部。

图7B是替代尖端的侧视图。

图7C示出了与替换尖端一起使用的弯管。

图8A示出了端部执行器尖端的另一种变型，其允许睫毛延长部的替代取向。

图8B是图8A端部执行器尖端的侧视图。

图8C示出了图8A和8B的端部执行器尖端抓握睫毛延长部。

图8D示出了图7A和7B的端部执行器尖端抓握睫毛延长部。

图9A描绘了另一个实施例，其中端部执行器尖端发生变化，以更好地固定睫毛延长部的取向。

图9B描绘了另一个实施例，其中端部执行器尖端发生变化，以更好地固定睫毛延长部的取向。

图9C描绘了另一个实施例，其中端部执行器尖端发生变化，以更好地固定睫毛延长部的取向。

图10A示出了弯头端部执行器，其允许远侧90度右转，从而进一步更远地重新定向睫毛延长部。

图10B示出了装有弹簧的弯头端部执行器，其克服了与图10A的弯头端部执行器相关的摩擦限制。

图11A更详细地示出了装有弹簧的弯头端部执行器。

图11B示出了从绳索上释放张力的装有弹簧的弯头端部执行器。

图11C是装有弹簧的弯头端部执行器的环形绳索的局部前视图。

图12示出了一种装有弹簧的弯头端部执行器变体，它提供了另一取向选项。

图13示出了双弯头端部执行器，其以与图3A-3C的端部执行器相同角度取向提供了降低的柱状强度。

图14示出了一个引导弹簧弯头端部执行器，它是图12的装有弹簧的弯头端部执行器的变型。

图15示出了一个引导弯头端部执行器，它类似于图13的双弯头端部执行器，但稍小一些。

图16示出了一个小直径端部执行器。

图17示出了适用于前述端部执行器的非常简单的致动配置。

图18示出了一种完全不同类型的端部执行器，一种使用静电荷抓握睫毛延长部的电粘合端部执行器。

图19A描绘了用于美容院中的机器人的另一种固有安全的端部执行器。

图19B描绘了用于美容院中的机器人的附加固有安全的端部执行器。

图19C描绘了用于美容院机器人的另一种固有安全的端部执行器。

图20示出了固有安全的气刷系统，该系统连接到用于美容院中的机器人上。

图21示出了一种在使用中并且由机器人控制的固有安全的指甲油涂抹器。

图22示出了与刷一起使用的SCARA机器人，呈不同的固有安全配置。

图23示出了图22的装置的替代实施例，但是与封壳内的机器人一起使用。

图24示出了与上面给出的配置类似的配置如何可与激光器一起使用，从而利用激光器进行美容治疗。

图25示出了图24的替代实施例，其中使用LED模块来提供皮肤疗法。

图26示出了一种可用于纹身的变型。

图27示出了容许压力大于40N/cm²的人体区域。

图28A是装有弹簧的弯头端部执行器的顶部（capstone）实施例的侧视图，该实施例与睫毛隔离探针一起工作，以为受试者提供固有安全的睫毛延长。

图28B是图28A实施例的前视图。

具体实施方式

本发明有几个实施例。讨论始于比较的背景和睫毛延长的相当简单的实施例。接下来，将讨论睫毛延长端部执行器的各种改进，接着讨论使用静电抓持的变型。然后，将给出将相同的基本安全系统用于其它美容应用的几个实施例。最后，给出了用于睫毛延长的示例性实施例。

以下描述阐述了许多具体的配置、参数等。然而，应该认识到，这种描述并不旨在限制本发明的范围，而是仅提供为示例性实施例的描述。

在以下描述中，当使用术语“睫毛”时，它意指人的一根或多根自然睫毛纤维。当使用术语“睫毛延长部”或“延长部”时，它意指人造睫毛延长部。

背景和最简单的实施例

首先考虑图1，这是一个相当简单的图，表明目前睫毛延长的方法。在该过程中，美容师(未示出)使用镊子500来操纵睫毛延长部502。在将粘合剂施加到睫毛延长部502之后，美容师将睫毛延长部502与受试者301的睫毛505的自然睫毛对准，并等待直到粘合剂固化。通过培训美容师确保了这种操作的安全性，美容师花了很多时间学习将延长部施加到特制人体模型上。然而，与紧邻受试者301的眼睛操作镊子500相关联的危险是显而易见的：即使睫毛延长中使用的锋利镊子轻微擦伤眼睛也可能导致严重伤害。

现在机器人技术和计算机视觉的进步，使得预想自动睫毛延长成为可能。虽然不是本发明的具体目的，但是简要叙述这种系统的主要特征将是有帮助的，并且在图2中示出了一个系统。这里，机器人530由大致近似于人类手臂的六个致动器组成。这种配置在机器人学领域很常见，并且通常被称为六轴机器人手臂。机器人530终止于镊子安装件531，镊子安装件531将镊子500安装至机器人530并致动镊子500。在这种设计中，镊子500简单地与美容师使用的镊子相同。镊子500抓握睫毛延长部502，并且机器人530将睫毛延长部502排列在睫毛505中的单根睫毛旁边。计算机视觉系统504提供睫毛505的准确位置。

为这种设计提供安全性包括确保机器人530不会意外地将镊子500推到受试者301的头部中，并且尤其是不会推入受试者301的眼睛内。这种机器人是存在的。例如，外科手术机器人近年来变得越来越普遍，并与锋利的外科手术工具一起用于患者体内。然而，这种设计有几个困难。首先，很大的冗余会建立到硬件系统内；典型地，至少提供了感测和计算方面的冗余。这增加了机器人的成本和复杂性。第二，应该更加关注软件；生产安全关键软件的过程是众所周知的，但是需要大量的时间，大大增加了开发成本。第三，许多这样的系统是由人直接操作的，而不是自主操作的，这增加了一层安全性，原因是操作人员可以检查机器人的行为。最后，这些过程通常排除了更复杂的计算技术，诸如机器学习和人工智能，确切的说与计算机视觉常一起使用的复杂技术类型。这是因为很难证明这些技术是正确地工作，并且在任何情况下都将继续正确地工作。

由于这些原因，如果有一种方法可以使用更便宜、更常规的机器人来执行轻美容类型的工作而不牺牲安全性，那将是合乎需要的。也就是说能否设计出本质安全的机器人而不会带来这些额外的困难毕竟，有许多相对便宜的小型机器人是为工业应用而构建的，它们可以执行诸如睫毛延长之类的任务，但是它们在应用方面的限制是需要在人周围使用的足够的安全性。本文公开的发明是一种解决美容应用中所需的小而轻的有效载荷这一问题的装置。当然，应该注意的是，有许多安全方案可以单独使用或者与这里公开的实施例结合使用，以向受试者提供期望的安全水平。

考虑图3A-3C，其示出了本发明的一个相当简单的实施例。端部执行器506由管511和绳索510组成。绳索510包括任何能够承受紧密弯曲的中等拉伸强度绳索。例如，合成线、单丝钓鱼线和绞合钓鱼线都是这种绳索的示例，而没有任何限制。如图3B所示，通过在绳索510的顶部形成环并将该环穿在睫毛延长部502上，并且然后将绳索510拉紧在睫毛延长部502上，如图3C所示，睫毛延长部502可以被端部执行器506抓握。因为端部执行器506仅用于拾取睫毛延长部502，所以它不需要具有大的结构刚性。事实上，睫毛延长部502的重量很小，使得与端部执行器506的重量相比可以忽略不计。优选地，端部执行器506的主要结构部件，即管511，由薄的聚合物制成。例如，稍微刚性的低密度聚乙烯管或聚丙烯管都是很好的选择。事实上，已经发现由聚丙烯制成的普通鸡尾酒吸管是很好的选择，但是所使用的具有足够小的截面使得管511只有在提升其自身重量加上睫毛延长部502的重量时是刚性的任何弹性材料都将是足够的。管511的直径应该足够大以使绳索510穿过，并且足够小以使睫毛延长部502横跨管511的直径搁置。在实践中，大约0.1英寸(大约2.5毫米)的直径是非常有效的，但这只是一个说明性示例，并不意味着限制本发明的范围。此外，管511可以是非圆形或非闭合截面，并且实际上旨在是任何类型的支柱，例如，方形管或“C”形截面通常也可以工作。

使用中的端部执行器506在图4中示出。这里，机器人530已经改装成带有管安装件532，管安装件532将端部执行器506连接到机器人530。端部执行器506在间隙517处穿过物理屏障515突出，但是管安装件532和机器人530都不能适配穿过间隙517。因此，很容易看到受试者310受到保护免于机器人530除端部执行器506之外的所有部分的伤害。物理屏障515是安全屏障的第一个示例，并且可以由足够强以抵抗机器人530的最大冲击的任何材料制成——金属和高冲击强度塑料（如聚碳酸酯）非常合适。在间隙517不够大的一些实施例中，简单地是在机器人530或管安装件532上形成更大的特征，并将间隙517扩大相应的量。在一些实施例中，提供人限制器516以防止受试者301过于靠近物理屏障515。如果间隙517扩大，这可能是合乎需要的，因为即使机器人530不能完全适配穿过间隙517，机器人530的拐角也可能到达穿过间隙517。因此，机器人530、端部执行器506、物理屏障515和人限制器516构成本质安全的机器人系统，即使机器人530本身对于人类使用不是本质安全的。在未来的实施例中可以看出，在特定实施例中这些部件中的一些可以省略并且在其它实施例中可以包括特定的拓展，但是，一般来说，有可能改装机器人，使其具有适当的端部执行器和屏障，从而变得本质安全。

图5示出了机器人530无意中在接触点520用端部执行器506接触受试者301的情况下的结果。尽管机器人设计中的良好的实践应该限制这种情况的发生，但是在本领域中众所周知的是，在例如机器人外科手术装置中没有采取极端预防措施的情况下，端部执行器506可能在某个点接触受试者301。然而，因为端部执行器506由轻质柔性塑料制成，所以端部执行器506简单地弯曲，对受试者301只造成轻微的伤害。此外，机器人530已经接触物理屏障515，这阻止了进一步的运动。因此，图5的实施例示出了一种用于人受试者附近的固有安全的机器人系统，其中安全性是通过机械手段而不是冗余和严格的软件控制来提供的。

在图6所示的另一个实施例中，物理屏障515已经被光幕521代替，光幕521是第二种类型的安全屏障。光幕在自动化设备领域中是众所周知的，包括一系列与接收器配对的光发射器。在图6中，光幕521中的每个圆圈代表从端部观看的一对发射器和接收器。在典型操作中，当一对光断开时，光幕521切断电源(或接合其它安全系统)。然而，在该实施例中，期望端部执行器506应该穿过光幕521而不触发光幕521，而机器人530和管安装件532不能。这可以通过在任何一次允许打断不超过一对发射器与接收器(或一些其它预定义数量的发射器和接收器)之间的光路来实现。这样，如果机器人530试图离开其允许的操作区域，则有可能切断电源(或接合安全系统)，而不需要物理屏障。只要软件本身满足安全关键标准，就可以用硬件或软件电路通过计数断开路径的数量来构建这种光幕。在一些实施例中，使用如图5所示的物理屏障和如图6所示的光幕的混合方案。在一些实施例中，光幕521是优选的，原因是它不干扰计算机视觉系统504。

通常，机器人530设置有控制器529。由于机器人机构的控制器在本领域中是众所周知的，控制器529从显示各种机器人的其它图中被省略。然而，应当理解，控制器529在不失一般性的情况下代表用于控制机器人530的电子器件和计算设备。这包括用于控制机器人的各种马达和致动器的电力电子器件。此外，控制器529被配置为与计算机视觉系统504使用的相机和机器人530使用的任何传感器通信。控制器529还包括计算系统，该计算系统可以包括但不限于下列一个或多个：微控制器、微型计算机、微处理器、现场可编程门阵列（FPGA）、图形处理单元（GPU）或专用集成电路（ASIC）。控制器529包括用于将机器人530的运动与从计算机视觉系统504接收的数据相协调并且然后在睫毛延长和下面描述的各种其它美容程序期间执行所描述的运动的软件。这里描述的各种光幕可以与控制器529通信，或者可以包括单独的系统以确保安全性。在一些实施例中，控制器529是计算机视觉系统504的一部分。在其它实施例中，计算机视觉系统504包括它自己的处理。一般来说，这里的计算机视觉系统504旨在包括被配置为对环境2D或3D成像的任何传感器或传感器组。使用计算机视觉系统在视觉上协调机器人和/或端部执行器的运动通常被称为视觉伺服。在这样的视觉伺服系统中，机器人530使用来自计算机视觉系统504的信息来校正其内部位置模型，该模型原本通常通过关节位置传感器创建。优点是关节位置传感器在每个关节处增加误差，附加误差随着机器人的每个附加关节而累积，其中计算机视觉系统504是输出位置的绝对测量。在一些实施例中，控制器529可用于计算机视觉系统504和机器人530，或者专用计算系统可通信地用于每一个。

端部执行器的改进

可以对端部执行器506进行各种改进。首先，应该注意到(参考图3)，如果绳索510被拉得太远，则相对容易意外地将睫毛延长部502拉入管511内。因为睫毛延长部502非常柔软，所以这样做只需要很小的力。因此，在图7A和7B的实施例中，平砧端部执行器525包括带有两个孔的平坦顶部，以允许绳索510通过。这样，睫毛延长部502不能被拉得太远，并且实际上，施加以拉动绳索510的更大的力将允许更大的夹紧力施加到睫毛延长部502上。在图7B中，平砧端部执行器525的侧视图示出了内部隐藏的线和腔526。设置腔526的目的仅仅是允许平砧端部执行器525保持低质量，并使管511具有低抗弯曲强度，从而使其安全。然而，腔526应该足够小，以在推动绳索510以释放睫毛延长部502时不允许绳索510变弯。如果腔526的直径足够小并且绳索510足够硬，则已经发现非常轻微地推动绳索510将会破坏绳索510与平砧端部执行器525的尖端处的小孔之间的摩擦。这将释放睫毛延长部502，并且是非常罕见的有助于推动线绳的情况。

在另一个实施例中，管511可以弯曲以产生弯管524，如图7C所示。弯管524的优点在于，如果弯管524冲击受试者301，那么轻微的预弯曲显著降低了塌缩弯管524所需的力(有时该力被称为管的“柱状强度”)。当然，在这种情况下，由于绳索510穿过平砧端部执行器525中的孔时施加在绳索510上的轻微摩擦，所以释放睫毛延长部502稍微更加困难。

图8A-8C示出了另一种变型。在一些实施例中，优选以一定角度呈现睫毛延长部502。这可以通过图8A和8B的前视图和侧视图中所示的成角度砧端部执行器550来实现。因为睫毛延长部502将与成角度砧表面551相切，在成角度砧表面551处绳索510跨睫毛延长部502牵拉(见图8C)，所以在与具有平砧表面527的平砧端部执行器525(见图8D)相比时，成角度砧端部执行器550以一定角度固持睫毛延长部502。

在图9A-9C所示的另外三个实施例中，其它砧拓扑结构具有其它优点。在这些图中，睫毛延长部502用虚线示出，并且为了保持清楚，绳索510示出为延伸。在图9A中，带凹槽的砧端部执行器535包括定位睫毛延长部502的凹槽536。测试表明，带凹槽的砧端部执行器535产生了睫毛延长部502的特别可靠的取向。图9B示出了鞍形砧端部执行器540，其包括鞍形表面541，该鞍形表面541为睫毛延长部502提供平滑的搁置位置，而凹口542定位睫毛延长部502。图9C示出了带凹口的砧端部执行器545，其包括类似于图8A-8C的实施例的成角度砧和弯曲凹口546形式的凹槽，该凹槽有助于定位睫毛延长部502。带凹口的砧端部执行器545还包括斜切面547，以允许更接近操作表面。应当注意，这些实施例的直径都大约为0.1英寸。一般而言，发现各种凹槽，无论截面是尖锐的还是弯曲的，其横截面尺寸应大致小于睫毛延长部的横截面尺寸。随着凹槽变得更小，凹槽趋向于不再“抓持”睫毛延长部；随着它变得越来越大，绳索不再夹紧睫毛延长部。因为睫毛延长的直径从50微米变化到200微米，所以5微米到150微米的范围是优选的。

在一些实施例中，希望以更大的角度呈现睫毛延长部502。如图10A所示，这可以通过在端部执行器的端部设置弯头来实现。弯头端部执行器555包括端部附近的管519中的90度的弯曲部(应当理解，这里讨论的各种尖端实施例都可以包括更长的管，诸如端部执行器506的管，即使这些管在每个图中仅部分示出)。然而，这种设计是有问题的。在如此大的角度下，当绳索510被推动时，绳索510使用的大部分材料将倾向于在弯曲部处卡滞，并且不释放睫毛延长部502。

这个缺点在另一个实施例中得到解决，装有弹簧的弯头端部执行器556，其在图10B中显示为没有弹簧。装有弹簧的弯头端部执行器556包括包含在管520中的内壁557。更多细节包括在图11A的截面图中，示出了穿过装有弹簧的弯头端部执行器556的截面。该视图包括弹簧558，弹簧558产生非常小的力，刚好足以延伸环形绳索561。应当注意，因为装有弹簧的弯头端部执行器556的直径为0.1至0.2英寸的数量级，所以使用非常小的压缩弹簧来实现弹簧558。然而，这种弹簧很容易从制造商诸如加利福尼亚的Century Spring^TMCorporation of Commerce购买到，并且事实上，这种弹簧可以见于大多数点击动作圆珠笔中。在图11A中，环形绳索561被示出处于张力下，被向图的左侧拉，并夹紧睫毛延长部502。弹簧558在连接部559处连接到环形绳索561，并且在这种情况下弹簧558被轻微压缩。除了夹紧睫毛延长部502之外，环形绳索561中还需要额外的张力来抵消来自弹簧558的力。在图11B中，张力已经从环形绳索561释放，并且已经松弛。这也允许弹簧558稍微延伸，沿箭头554的方向推动连接部559并释放睫毛延长部502。在侧视图中很难看到环形绳索561的拓扑结构，并且因此提供了图11C的部分前视图，描绘了环形绳索561的配置。

在一些实施例中，进一步有利的是，通过围绕第二轴将睫毛延长部502再转动90度来提供不同的端部执行器取向，以产生装有弹簧的弯头端部执行器变体569。这种配置可以通过在图11A-11C的实施例中径向旋转环形绳索561来实现,侧向装有弹簧的弯头端部执行器569的确切实施例在图12中示出。该实施例使用绳索565和弹簧566，它们在连接点567处系在一起。这些元件包含在管522内。应当注意，上面给出的各种砧布置不一定相互排斥。例如，上面给出的成角度或带凹口的砧可用于弯头端部执行器中的任一个。

前述实施例中的若干实施例提供了以相对于管511的中心轴成一定角度地固持睫毛延长部502的方式。这是有用的，原因是可以期望以特定角度抓握或放置睫毛延长部502，通常是因为管511如何被定向的运动范围限制。这在直觉上是显而易见的，管511由于其质量小而易于定向，但是到达所有可能的取向会给机器人的运动范围带来不必要的负担。此外，在许多实施例中，也使用计算机视觉系统504，并且将计算机视觉系统504安装在端部执行器附近是有利的。然而，从计算机视觉系统504的视角来看，直的端部执行器，诸如端部执行器506，会遮挡睫毛延长部502。这就是各种弯头端部执行器(诸如装有弹簧的弯头端部执行器556)有用的地方：管的轴杆偏离端部执行器的尖端，从而允许清晰地观察。

可以使用固持睫毛延长部502的其它变型，以确保指向受试者301的眼睛的端部执行器的端部没有尖锐的尖端。图13示出了一个这样的实施例，其中描绘了双弯头端部执行器744。这里，管746弯曲两次，弹簧745在连接点748处连接到绳索747。除了附加的弯曲部749之外，这种布置类似于端部执行器556。当期望睫毛延长部502的抓握取向类似于平砧端部执行器525产生的抓握取向时，双弯头端部执行器744是有用的。但是，双弯头端部执行器744具有额外的好处，即双弯曲部降低了总的柱状强度，降低了使管746弯曲所需的与受试者301的接触力。

弯头端部执行器的另一种变型是引导弹簧弯头端部执行器720，在图14中示出。这里，管722包括弹簧腔724，弹簧腔724包含弹簧723，弹簧723是如先前实施例中的压缩弹簧(尽管本领域技术人员将注意到，可以重新配置该实施例以使用拉伸弹簧)。弹簧723推动柱塞725，柱塞725在连接点727处联结到绳索721。结果，绳索721被偏压以从管722中推出并释放睫毛延长部502，除非绳索721保持张紧，如先前的实施例。提供内壁726，使得绳索721在张紧时，通常沿着柱塞725的轴杆拉动，而不是正交于柱塞725的轴杆拉动，正交于柱塞725的轴杆拉动可能会卡滞柱塞725。该实施例可以产生稍微平滑的弹簧运动，在先前的实施例中，弹簧线性作用而不是围绕弯曲部作用。

在另一个实施例中，图15示出了引导弯头端部执行器730，其包括围绕绳索731的管733。弹簧734在连接点736推动绳索731，通常偏压绳索731以释放睫毛延长部502，类似于前述实施例。可以看出，引导弯头端部执行器730具有与双弯头端部执行器744相似的总体几何形状，但是第二弯曲部在尖端732处实现，而不是在图13中的第二弯曲部750处实现。

在图16的另一个相当简单的实施例中，小直径端部执行器742具有非常小的内部通路，刚好大到允许绳索741通过。虽然这是通过简单地使管740的内径非常小来实现的，但是也可以通过使用两个嵌套的管来实现，一个具有管740的外径，而第二内管具有管740的内径，这将比管740减轻总重量。不管构造如何，该实施例的优点是绳索741在较小的内部通路内不太可能像在前面的实施例中那样往回在自身上成环。这允许省略弹簧，简化了设计。尽管如此，当需要释放睫毛延长部502时，这种设计可能更易于卡滞。在一些实施例中，在管740内使用润滑来帮助减少这种卡滞。

对于所有上述实施例，张力(并且有时是压缩)在各种绳索中产生。有许多方式可以在绳索中产生张力(和轻微的压缩)。此外，假定使用较小的力来保持睫毛延长部502，则所使用的张力较小，并且为个位数牛顿的数量级。应当注意，这也足以克服上述各种装有弹簧的实施例中产生的弹簧力。在图17所示的相当简单的示例性实施例中，具有定子572、转子571和电线573的线性马达570在绳索510中产生期望的张力。定子572通过底板575附连到端部执行器506的近端。底板575然后连接到机器人576的端部。当然，本领域已知有许多方式来产生这种张力，包括产生线性运动的各种装置，诸如线性无刷马达、音圈马达、线性有刷马达、螺线管、气压缸等。还可以使用旋转装置，诸如电动马达，与卷轴、机构或杠杆结合，将旋转马达的运动转换成线性运动，以张紧绳索510。当然，虽然这里已经示出了相当简单的端部执行器506，但是这种马达布置同样完全适用于上述其它实施例。允许绳索选择性张紧的这种部件集合在这里通常被称为致动器574。应该注意的是，这整个环形绳索致动器集合的优点之一是，它们可以相对于睫毛延长部502的重量以较大的力拉动(个位数牛顿明显大于睫毛延长部502的重量)。这是有用的，原因是睫毛延长部502可以粘附到供应板上，并且需要相当大的力来移除。

在一些实施例中，在机器人576与底板575之间提供附加的致动器。这些致动器可用于对端部执行器506的取向进行微调。典型地，这些致动器将用于调节围绕Y轴577、X轴578和Z轴579中一个或多个的角度取向。这在其中机器人没有足够的自由度来任意定向端部执行器506的实施例中特别有用。在一些实施例中，这些致动器甚至可以调节沿着X轴577、Y轴578和Z轴579中一个或多个的平移。这些致动器通常在端部执行器506的近侧，像致动器574一样，并且从设计固有安全的机器人系统的角度来看，应该被认为是机器人的一部分，原因是如果它们与受试者接触，则它们会伤害受试者。

静电抓握

在另一个实施例中，端部执行器不使用绳索来固持睫毛，而是使用静电力。在干燥的气候中，静电力能够固持毛发，这对于任何留长发的人来说都是不证自明的：人的头发经常会附着于在干燥天气期间带静电的衣服和物体上。这种特性有时被称为电粘附。图18示出了电粘附端部执行器601的简单实施例，其中非导电管611由静电发生器600A相对于地面602有意带静电。闭合电致动开关604将管尖端电极609连接到静电发生器600A。通过从机器人控制器驱动电致动开关604，机器人可以选择性地将睫毛延长部502吸引到非导电管611。非导电管611应该是不导电的，使得尖端电极609沉积的静电荷不会通过机器人607迅速消散返回。此外，电致动旁路开关605被提供给接地管尖端电极609，并因此释放睫毛延长部502。在一些实施例中，提供电致动的反向开关606，以将管尖端电极609连接到反向极性静电发生器600B，并主动排斥睫毛延长部502，以帮助其释放。当然，应该理解，在任何时候只有一个开关应该闭合，以使静电发生器不会短路。

在一些实施例中，睫毛延长部的供应可以带电，如在被充电的延长部供应部603中，其包括被充电的延长部基座608和反向极性静电发生器600b。对延长部预充电可以增加拾取时睫毛延长部502与非导电管611之间的吸引力。当然，应该注意确保被充电的睫毛延长部供应部603中的睫毛延长部被足够地间隔开，以允许一次吸引不超过一根睫毛延长部。在一些实施例中，被充电的延长部供应部603包括个别的迹线，使得每根睫毛延长部的电荷可以独立控制，并且因此一次只有一根睫毛被吸引到管611。

在实践中，这种静电抓持器也可以通过控制受试者301的相对电荷来拓展。也就是说，可能希望保持人睫毛上的电荷与睫毛延长部502的电荷在大致相等的电位，使得当非导电管611靠近时睫毛延长部502不会受到干扰。然后，人睫毛上的电荷可以与非导电管611上的电荷同步逆转，以实现顺利转移。类似的技术可以用于将粘合剂转移到睫毛延长部上。一般来说，这种方案的优点是不需要移动件来抓握睫毛，降低了机器的复杂性。主要缺点是，与先前提出的环形绳索实施例相比，抓握力非常小，并且可能受到环境湿度的影响。最后，在实际应用中，电荷(并且更重要的是电流)应适当控制在人类安全耐受范围内。但是，当然，普遍的经验教导我们，静电充电和放电可能不舒服，但一般来说并不危险。

睫毛延长以外的应用

在一些实施例中，其它仪器与机器人结合使用。这些端部执行器可以在管安装件532处附连到机器人530上。例如，在图19A中，示出了刷端部执行器580。在优选实施例中，刷端部执行器580是用于涂人受试者指甲的指甲刷，但是它也可以是例如睫毛刷。如上所述，它应该由轻质柔性管制成，该柔性管在冲击受试者301的身体时会变弯。在图19B中，空气压缩机583将空气压缩到罐584中，然后空气通过空气软管586分布。简单的管581只不过是由机器人530保持并用于分配空气的管。这在干燥受试者301身体上的湿表面，诸如在美容程序期间变湿的头发或皮肤时可能是合乎需要的。气刷591也连接到压缩机583，并且类似于普通的商用气刷。为了使气刷591顶端的质量最小，在气刷591的近端上，在至机器人530的连接点处或该连接点后面，设置有涂剂储集器590。气刷喷嘴592是唯一相当大的远侧质量，并产生涂剂喷射594。在连接到压缩机583的两个实施例中，设置阀593。阀593旨在受机器人530控制，使得涂剂或空气的分配与机器人的运动协调发生。在一些实施例中，气刷591喷射水而不是涂剂，允许选择性地润湿人体的一部分。在一些实施例中，这种水喷射用于在睫毛延长过程中加速氰基丙烯酸酯粘合剂的固化。在一些实施例中，涂剂可以包括喷雾晒黑溶液，并用于施加喷雾晒黑剂。

在图19C的最后一个实施例中，示出了探针595。探针595简单地包括具有凿刻端部的管，并且可以用于帮助睫毛分离。它可以具有尖锐的端部，但是具有非常低的弯曲强度，当探针595被适当地朝向受试者301定向使用时，这是有利的。

现在考虑图20，它示出了图19B中所示实施例的一种变型。这里，气刷705代表常规的气刷，除了如上所述，阀593由机器人709控制，机器人709仅被部分示出。这里，常规气刷705产生连贯流703，该连贯流703可以在一定距离处施加。则在某种意义上，连贯流703是端部执行器本身，其方式与先前实施例中端部执行器主要由管组成的方式相同。这允许机器人709不靠近受试者650，从而只要受试者650不到达机器人709的空间，就保持安全。这可以通过提供光幕701来确保，如果受试者650阻挡光幕701，则光幕701将禁用机器人709。为了实现这一点，连贯流703的密度应该保持在会中断光幕701的阈值以下。在一些实施例中，流703的连贯性可以通过对涂剂进行静电充电并使受试者650接地来保持，使得涂剂通过静电荷主动附着到受试者650上。在该实施例中，可能希望涂剂是粘在人体皮肤上的粉末，如许多种类的化妆品的情况，而不是涂剂。本领域技术人员将注意到，根据机器人709的速度及其紧急停止电路的速度，如图4或图21所示，由“死区空间”或“安全区”分隔的两个屏障可用于提供充分的安全性。

在图21所示的实施例中，机器人530被配置为使用类似于刷端部执行器580的指甲油涂抹器660来将指甲油涂抹到受试者650上。同样，因为指甲油涂抹器660被制成非常弱，所以如果它与受试者650接触，则它将弯曲而不会对受试者650造成伤害。在这个实施例中，两个光幕用于确保安全性，这两个光幕都是安全屏障类型。如果机器人530同时打断两条或更多条光路，则机器人光幕691禁用机器人530。类似地，如果受试者650(或任何其它物体)同时打断两条或更多条光路，则受试者光幕696禁用机器人530。在一些实施例中，仅使用一个光幕并省去受试者光幕696就足够了。然而，通常，两个光幕是优选的，因为它在受试者手650与机器人530之间提供了“死区空间”或“安全区”，使得机器人530可以在触及受试者650之前减速，并且使得机器人530和受试者650不能在机器人光幕691处接触。还应当注意，在一些实施例中，机器人光幕691的使用可与图4所示的物理屏障515互换。

在一些实施例中，可以使用机器人的运动范围限制来提供安全性。也就是说，本质上，如果受试者被限制在机器人不能到达但连接到机器人的固有安全的端部执行器可以到达的区域，则所得系统变得固有安全。对于一些机器人，诸如迄今为止所示的六轴机器人，很难在其运动范围的限制附近操作，原因是机器人的许多关节将接近奇点，这在机器人学技术领域中是有问题的。然而，一些机器人系统，诸如直角坐标型和SCARA式机器人，具有控制竖直(通常称为“Z”)轴的单个致动器。这使得很容易确立机器人在竖直空间中的运动范围，并操作它接近其在竖直空间中的行程终点。因此，很容易将人限制在机器人主体不能进入的竖直空间。

这种实施例如图22所示。最初，注意SCARA机器人652。如典型的SCARA机器人一样，SCARA机器人652由布置在水平面中的三个致动旋转自由度组成，第四竖直(“Z”)轴与最终旋转自由度同轴布置。因此，很容易看到联接到SCARA输出联动件654的任何端部执行器的竖直移位将使其竖直运动仅由第四竖直轴控制。因为硬止动件655设置输出联动件654沿箭头657方向的最大位移，所以很容易看出SCARA输出联动件654和计算机视觉系统504都不能移位到虚线653以下。因此，可以通过仅提供受试者光幕696来确保受试者650的安全性，使得受试者650不能到达SCARA机器人652的操作区域中。当然，刷端部执行器580也应该是固有安全的，因为如果它接触受试者650，它将容易弯曲。可能希望进一步包括物理屏障665，以阻止受试者650进入机器人接近的某个区域。这是因为在刷端部执行器580不需要到达的区域中设置物理屏障比在这里使用光幕更便宜。限制对这些区域的接近还可以允许放置诸如指甲涂剂供应部663的供应部。

图23示出了该实施例的另一种变型，其示出了封装机器人机构(未示出)的封壳201的左侧。这里，可以看出，在该实施例中，存在不需要门的进入窗口249。进入窗口249是一个窗口，通过该窗口，受试者的手可以被呈现以涂他或她的指甲。进入窗口249允许进入子封壳250，子封壳250显示为从封壳底板207突出。子封壳250具有它自己的底板251。子封壳250在机器人机构(在图23的视图中不可见，但是在封壳201内)的工作区域之下，使得如果机器人在镊子254中固持工具，诸如指甲油涂抹器，则指甲油涂抹器可以触及放在底板251上的受试者的手，但是镊子254不能触及手。这确保了在机器人机构发生故障时受试者的安全性，因为人不太可能会被柔性指甲油涂抹器击打而受伤。该系统利用安装在子封壳250与主封壳201之间的开口253处的光幕装置252确认受试者没有将他或她的手移动到机器人机构的工作区域中。光幕252并不沿着开口253的整个长度延伸，使得镊子254所固持的指甲油涂抹器能够接近受试者的指甲，而不会打断光幕252，打断光幕将会停止该装置。然而，可以看出，如果不打断光幕252并停止该装置，则受试者用他或她的手接近主封壳201将是极其困难的。在实践中，使用者可以将指甲油放入标准瓶子中，标准瓶子带有标准涂抹器类型的盖子，松开涂抹器帽，以便它们可以被镊子254抓住(镊子254可以被制造成具有特殊特征，以使这种操作更容易)。使用者然后可以指示受试者将他或她的手放在子封壳250的底板251上，他或她的指甲位于机器人机构的可接近区域。然后，机器人可以将涂抹器从指甲油瓶缩回，通过像人一样在指甲油瓶开口边缘上运行来调节涂抹器上的液体量，前进到开口253，并前进以将指甲油涂抹到受试者的指甲上。本领域技术人员将会注意到，机器人可以在指甲油上涂抹指甲油顶涂层，并涂抹指甲油去除剂(以修改指甲)。甚至有可能向机器人机构提供纺织垫，以便在将指甲油去除剂涂抹到整个指甲上之后，它可以去除指甲油。然而，去除指甲油对人来说比涂抹指甲油容易得多，所以机器人执行这项任务可能没有意义。

在图24所示的又一实施例中，激光单元670通过联接器672联接到机器人530。激光单元670可以包括用于毛发去除、嫩肤、纹身去除或其它美容或医学皮肤治疗的激光器。尽管有各种类型的激光器用于这些目的，但是所使用的激光器的确切类型对于该实施例并不重要，因为这些激光器中的任何一个都可以适合用于机器人530。这里，仅提供机器人光幕691，因为激光单元670相当钝，并且由于与激光单元670偶然接触而给受试者650带来的风险相当小(这只能是瞬间的，因为打断机器人光幕691将禁用机器人530)。还值得注意的是，在该实施例中，与上面允许的单个光束不同，可能不允许机器人光幕691的个别光束被打断，因为激光673不会打断机器人光幕691的任何光束。可以看出，激光673由激光单元670(以及因此机器人530)的取向引导，以帮助从受试者650去除不明智的纹身674。在某种意义上，该实施例是有效的，原因是激光673充当端部执行器，并且不能机械地伤害人。还重要的是注意该实施例的限制。首先，受试者650和附近的任何其它人的眼睛不应该被定向成使得激光673可以到达他们。这可以通过墨镜或护罩来实现。其次，并且更重要的是，应该提供一个监测激光剂量的监督系统。这是因为机器人530没有被构建成具有确保其不会停留在单一位置持续不安全时间所需的极端安全等级。这种监督系统应该监测递送到特定皮肤区域的激光辐射的剂量，并且如果剂量超过规定量，则关闭激光单元670。

在一些实施例中，激光单元670可以用LED模块666代替，如图25所示，LED模块666用于皮肤治疗。LED皮肤治疗变得越来越受欢迎，特定波长的光用于杀死细菌(例如治疗痤疮)，并且其它波长的光被认为可以加速皮肤的愈合和收紧。当前LED皮肤治疗模块提供相当广泛的覆盖面或需要大量的人工应用。然而，本发明可以允许更有针对性的治疗。计算机视觉系统504可用于自动识别目标区域，机器人530通过机器人适配器667引导LED模块666的取向。然后，将LED光668施加到受试者301的特定区域。这里，机器人光幕669根据LED光668的特定间隔要求来定制，但是通常包括类似的安全屏障。LED模块666类似于商业LED皮肤治疗系统或可以与商业LED皮肤治疗系统相同，但是也可以被修改成更聚焦，使得LED光668可以被更好地引导。在一些实施例中，提供了监督系统，如在先前的激光实施例中一样，但是如果LED光668强度足够低以至于即使误瞄准也不会伤害受试者301，这可能是不需要的。

在图26所绘制的另一个实施例中，纹身机680通过梁684(类似于上面的各种管，是一种支柱)连接到机器人689。因为纹身机680比睫毛延长部或指甲油重得多(纹身机通常重为100克的数量级)，所以以前使用的非常弱的管不能固持纹身机680。然而，纹身机通常不在眼睛附近工作，并且梁684可以被设计成使得当以低加速度操作时，它将准确地定位纹身机680，但是如果机器人689试图将纹身机680驱动到受试者650内，则它将在安全载荷量下弯曲。替代地，梁684可以被设计成硬的但易碎，使得当机器人689试图将纹身机680驱动到受试者650内时，梁684将断裂。如图26所示，梁684是弯曲的(使得梁684不太硬)，并且通过球形制动件693在机器人端联动件695中保持在适当位置，球形制动件693被弹簧柱塞692压在适当位置(机器人端部联动件595的前面被省略以示出这些细节)。在沿着梁684的载荷过大的情况下，球形制动件693按压弹簧柱塞692，允许梁684沿着箭头697方向移动，从而减小载荷(即，该机构提供断开连接部)。在一些实施例中，还提供了开关694。在梁684移位经过开关694的情况下，开关694被切换，并且这被配置为禁用机器人689。在一些实施例中，开关694可以是机械开关、光电二极管和灯、或者霍尔效应开关或本领域已知的任何其它类似开关。

如前所述，光幕688防止机器人689或计算机视觉系统504的部件触及受试者650。纹身机本身可能有些令人畏惧，尤其是考虑到从纹身机680突出的纹身针686。在第一修改中，通过将针止挡件681附连到纹身机680，可以部分缓解该问题。为了说明清楚，纹身机680和针止挡件681都是独立再现的。针止挡件681防止除尖锐尖端683之外的所有其它部分穿透受试者650的皮肤——这是纹身艺术家通过手工使用的技能所实现的。在一些实施例中，针止挡件681可以结合到纹身机680中。针止挡件681的主要用途是消除机器人689失控状态可能导致受试者650被纹身针686刺伤的可能性。当然，在这种情况下，尖锐尖端683仍然可以穿透受试者650的皮肤，但是由于这是纹身过程的预期结果，尖锐尖端683已经被消毒，并且损伤可以忽略不计。正常操作然后包括纹身机根据给机器人689的指令施加期望的纹身687。机器人689还可以通过计算机视觉系统504进一步监测进度。

然而，仅仅罩住纹身针686不足以提供期望的安全程度。因为纹身机680可以具有相当大的质量，并且因为梁684相当硬，所以失控状态可能导致对人体的某些部分(例如像眼睛)的伤害。然而，身体的其它部分，诸如手臂和腿，将是安全的，不会受伤。将机器人的应用区域(通过屏障或有限的机器人运动范围)适当限制到身体的这些区域可以提供固有的安全性。

前面的讨论提出了一个重要的观点——什么是固有安全的问题取决于所讨论的人体部位。这在直觉上是显而易见的——眼睛可以承受比前臂小得多的力(或压力，如果力按面积标准化的话)，而不会造成伤害。方便的是，这一概念已经被广泛地应用于诸如这里描述的那些协同机器人系统的设计中。例如，考虑下面的表1，该表摘自根据德国社会事故保险职业安全与健康研究所（the Institute for Occupational Safety and Health ofthe German Social Accident Insurance）发布的机械导引（machinery directive）的BG/BGIA风险评估建议(2009版，2011年修订)。

表1：根据身体模型的身体区域的力、压力和身体变形常数的极限值：

表1中的最低容许压力在颈前部上，为10 N/cm²，仅大腿/膝盖和臀部容许压力的八分之一。该表没有指示眼睛表面的容许压力，但是可以假定它们非常低。然而，在眼睑上使用一薄层橡胶提供额外保护的内部测试表明，1至2 mm厚的橡胶层可以提供足以将表面压力降低到可容忍水平的力分布。所得表面压力估计在2 N/cm²到10 N/cm²之间。取下限表示人体上允许的压力范围(假设眼睛上设置一层薄保护层)为2至80N/cm²。

因此，如果峰值加速度在使用过程中受到限制，则梁684将在合理的载荷下断开或以其它方式塌缩，光幕688使机器人远离受试者，并且机器人的应用局限于具有较高压力容限的人体区域，则可以设计出如图26所示的用于纹身应用的本质安全的机器人系统。例如，图27作为身体前部710和身体后部711上的阴影区域粗略地示出了容限大于40 N/cm²的身体区域(即，在最大报告容限的50%至100%内的区域)。很明显，身体的大部分部位，并且尤其是通常被纹身的身体的大部分部位，都在这些阴影区域内(尽管应该注意的是，这些数据推测不包括像膝盖或生殖器的背面等部位，并且这些区域应该合理地排除在外)。因此，确定图26的装置安全的过程只不过是确保最糟糕的可能碰撞产生不超过40N/cm²的表面压力。

此外，应该注意的是，基于内部收集的关于容许的眼睛表面压力的数据，可以使用类似的策略来确保前面讨论的睫毛延长机构的安全性。在最广泛的实施例中，可以提供覆盖受试者眼睑并增加眼睛的局部容许的表面压力的覆盖物。

最终示例性实施例

在本发明实施例的最后一个示例中，考虑图28A和图28B，其示出了睫毛延长机器人的前视图和侧视图，该睫毛延长机器人通过使用先前讨论的装有弹簧的弯头端部执行器556而是固有安全的。机器人617在图的顶部是部分可见的，并且应该理解为具有足够的自由度来提供对远侧安装的元件的操纵。例如，六轴臂或SCARA型机器人就足够了。机器人617的远侧是大特征618，其刚性地安装在机器人617上，并且不能以任何取向适配穿过物理屏障610中的间隙。物理屏障610，像物理屏障515一样，是安全屏障的另一个示例。计算机视觉系统612和致动器组623安装在大特征618的远侧(或者替代地在一些实施例中直接安装在机器人617上)。计算机视觉系统612通常被定向成使得它可以对人睫毛区域616成像，并且虚线614大致指示该视场的中心。当然，尽管有大的特征618，机器人617也可以改变计算机视觉系统612的取向，以适当地对准该视场。致动器组623连接到一对睫毛隔离探针625，这对睫毛隔离探针625类似于探针595，但是具有更复杂的形状。该形状具有两条主要曲线，在侧视图中可见的尖端曲线613和在前视图中可见的主体曲线626。提供尖端曲线613，使得睫毛隔离探针625的尖锐尖端不能在睫毛隔离探针625的主体触及受试者301之前触及受试者301。这将允许由细管或相对柔顺的材料制成的睫毛隔离探针625在对受试者301造成损伤之前弯曲，即使它们无意中接触受试者301。然而，睫毛隔离探针301可以执行它们分离受试者301的睫毛的目的，因为几乎不需要用力来推动人的睫毛。提供主体曲线626，使得计算机视觉系统612可以在该过程期间看到睫毛延长部502和人睫毛，否则视野将被遮挡。

装有弹簧的弯头端部执行器556也连接到致动器组623。因为装有弹簧的弯头端部执行器556在其尖端附近具有弯头，所以装有弹簧的弯头端部执行器556，像睫毛隔离探针625一样，在观察睫毛延长部502时不会遮挡视觉系统612的视野，例如，如果替代地使用端部执行器506，将会出现遮挡的情况。装有弹簧的弯头端部执行器556也被设计成使得其尖端不指向受试者的眼睛。从图28B的前视图的检查中可以明显看出这一点。因为装有弹簧的弯头端部执行器556由细管制成，所以装有弹簧的弯头端部执行器556将弯曲而不会伤害受试者301，即使它无意中接触受试者301的面部或眼睛。装有弹簧的弯头端部执行器556和睫毛隔离探针625都可以由致动器组623额外地平移和/或定向，以便在机器人617提供粗略位置和可能的取向之后提供任何所需的微调。然而，这种微调基本上不会改变致动器组623的形状和取向。也就是说，忽略装有弹簧的弯头端部执行器556和睫毛隔离探针625，致动器组623的主体不会移动到足以显著减小其与人受试者301的分隔的程度。这很重要，原因是致动器组623可以适配在物理屏障610的外部。

图28A和28B中还提供了人限制器：设置在受试者301头部上方的人限制器621A，以及设置在受试者301略微前方的人限制器621B和621C。人限制器621A-621C防止人受试者301进入致动器组623的主体和计算机视觉系统612突出超过物理屏障610的区域。以这种方式，确保了当机器人617撤回到物理屏障610内并且然后让机器人617将致动器组623的主体和/或计算机视觉系统612推到受试者301的头部中时，受试者301不能紧邻物理屏障610中的间隙地移动他或她的头部。虚线624总体上表示致动器组623的主体和计算机视觉系统612的行程限制，并且因此，在此之上的区域是由人限制器621A-621C强制的受试者301的粗略禁止进入区域。在一些实施例中，人限制器621A-621C可以包括更完整的面部保护罩，并且在一些实施例中，可以包括除了受试者301的眼睛周围之外的受试者301与机器人617之间的几乎完整的封闭区，使得受试者301不能将他或她的手伸入机器人617。应该强调的是，这是所希望的，因为机器人617不能保证对于人交互是完全安全的，即使装有弹簧的弯头端部执行器556和睫毛隔离探针625对于人交互是安全的。如在先前给出的实施例中，这展示了如何能改装未被评定为在人周围使用的机器人，以变得固有安全并被安全地用于美容应用。

在一些实施例中，上面给出的相同的装置可以用于延长眉毛而不是睫毛，因为眉毛具有与睫毛相当相似的性质。

基于以上所述，很明显，本发明提供了一种更有效地执行美容程序的方法，诸如安装睫毛延长部，其减少了安装睫毛延长部的时间和成本。本发明的系统和方法显然是安全的，使得受试者可以对程序有信心。尽管参考优选实施例进行了描述，但是应当容易理解在不脱离本发明精神的情况下，可以对本发明进行各种改变或修改。总的来说，本发明仅旨在受以下权利要求的范围限制。

Claims (32)

1.一种本质安全的机器人系统，其被配置为对人受试者执行任务，所述系统包括:

机器人；

在所述人受试者与所述机器人之间的安全屏障，其中所述安全屏障被配置为禁止所述人受试者与所述机器人之间的相互作用，从而防止所述机器人伤害所述人受试者；

附连到所述机器人的至少一个端部执行器，其中所述端部执行器被配置为延伸穿过所述安全屏障，并且在接触所述人受试者时容易变形，从而防止所述至少一个端部执行器伤害所述人受试者。

2.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器包括来自激光器的光。

3.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器包括柔性支柱或管。

4.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器包括指甲油刷。

5.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器包括安装在柔性支柱上的纹身装置。

6.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述安全屏障包括至少一个光幕。

7.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器包括来自喷射装置的喷射流。

8.根据权利要求7所述的本质安全的机器人系统，其中，所述喷射流包括喷雾晒黑溶液。

9.根据权利要求7所述的本质安全的机器人系统，其中，所述喷射流包括皮肤治疗溶液。

10.根据权利要求7所述的本质安全的机器人系统，其中，所述喷射流包括用于干燥所述人受试者的毛发的干燥空气。

11.根据权利要求7所述的本质安全的机器人系统，其中，所述喷射流包括用于加速氰基丙烯酸酯粘合剂的固化的潮湿空气。

12.根据权利要求1所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器包括用于皮肤治疗的聚焦光。

13.根据权利要求3所述的本质安全的机器人系统，其中，所述柔性支柱或管在远端具有砧，所述砧具有至少两个孔，所述至少一个端部执行器还包括穿过所述至少两个孔延伸以形成所述砧远侧的环的柔性绳索，所述柔性绳索延伸穿过所述柔性支柱或管到达所述柔性支柱或管的近端，所述至少一个端部执行器还包括位于所述柔性支柱或管近端处的致动器，并且所述致动器被配置为选择性地拉动所述柔性绳索以选择性地改变所述环的尺寸。

14.根据权利要求13所述的本质安全的机器人系统，其中，所述砧具有横截面为横跨5-150微米的凹槽。

15.根据权利要求13所述的本质安全的机器人系统，其中，所述砧沿着至少一个轴不正交于所述柔性支柱或管的中心轴。

16.根据权利要求13所述的本质安全的机器人系统，其中，所述柔性支柱或管不是直的。

17.根据权利要求13所述的本质安全的机器人系统，其中，所述柔性支柱或管具有大于45度的弯曲部。

18.根据权利要求13所述的本质安全的机器人系统，其中，所述至少一个端部执行器还包括弹簧机构，所述弹簧机构被配置为增加所述环的尺寸。

19.一种本质安全的机器人系统，被配置为对人受试者执行任务，所述系统包括:

机器人；

围绕所述机器人的第一安全屏障，其中所述第一安全屏障被配置为禁止所述机器人操作超过所述第一安全屏障；

围绕所述人受试者的第二安全屏障，其中所述第二安全屏障被配置为如果所述人受试者离开所述第二安全屏障，则禁止所述人受试者出来超过所述第二安全屏障或禁止所述机器人的操作；

第一安全屏障和第二安全屏障之间的空间，包括安全区；

附连到所述机器人的至少一个端部执行器，其中所述端部执行器被配置为延伸穿过第一安全屏障和第二安全屏障，并且在接触所述人受试者时容易变形，其中所述安全区仅能由所述至少一个端部执行器穿过，从而禁止所述人受试者与所述机器人之间的直接相互作用，并且保护所述人受试者免受伤害。

20.根据权利要求19所述的本质安全的机器人系统，其中，所述第二安全屏障被配置为允许人受试者的解剖结构的一部分突出，使得所述至少一个端部执行器能够接近所述部分。

21.根据权利要求20所述的本质安全的机器人系统，其中，所述部分包括所述人受试者的至少一根睫毛。

22.根据权利要求20所述的本质安全的机器人系统，其中，所述部分包括所述人受试者的毛发。

23.根据权利要求20所述的本质安全的机器人系统，其中，所述部分包括容许压力大于40N/cm²的人体的任何区域。

24.一种本质安全的机器人系统，被配置为在人受试者的区域上执行任务，所述系统包括:

机器人；

在所述人受试者与所述机器人之间的安全屏障，其中所述安全屏障被配置为禁止所述人受试者与所述机器人之间的相互作用；

对应于所述区域的安全加载定义的容许载荷或压力；

附连到所述机器人的至少一个端部执行器，其中所述至少一个端部执行器被配置为延伸穿过所述安全屏障，并且当被加载到不超过所述容许载荷或压力时塌缩，并且所述至少一个端部执行器被所述安全屏障限制在所述区域。

25.一种用机器人、联接到所述机器人的端部执行器和安全屏障对人受试者执行美容程序的方法，所述方法包括:

为所述美容程序选择所述人受试者的区域；

定义所述区域的容许载荷或压力；

定向所述机器人和所述安全屏障以限制接近所述区域；

将所述端部执行器配置为在不超过所述容许载荷或压力的情况下塌缩；和

执行所述程序。

26.一种本质安全的端部执行器，其被配置为与在人受试者周围操作的机器人一起使用，所述端部执行器包括:

能由所述机器人定向的柔性支柱，其中所述柔性支柱包括:

砧，沿所述柔性支柱设置在远侧；

柔性绳索，其被配置为形成用于抵靠所述砧抓紧的环；以及

至少一个近侧致动器，其被配置为致动所述柔性绳索，其中所述端部执行器的近侧致动导致远侧抓持，但是所述端部执行器与所述人受试者之间的接触不会伤害所述人受试者。

27.根据权利要求26所述的本质安全的端部执行器，其中，所述砧具有砧表面，所述砧表面沿着至少一个轴不正交于所述柔性支柱的中心轴。

28.根据权利要求26所述的本质安全的端部执行器，其中，所述柔性支柱包括弯头，所述弯头沿着所述柔性支柱基本上在远侧，但是在所述砧近侧。

29.根据权利要求26所述的本质安全的端部执行器，还包括远侧安装的弹簧，所述弹簧被配置为在没有致动的情况下打开所述环。

30.根据权利要求26所述的本质安全的端部执行器，其中，所述机器人包括至少一个近侧致动器，所述近侧致动器被配置为额外地定向所述端部执行器。

31.一种本质安全的端部执行器，被配置为操纵睫毛延长部，所述端部执行器包括:

柔性非导电支柱，其被配置为由机器人定向；和

静电电位发生器，被配置为对所述端部执行器的远侧部选择性地充电，其中对所述端部执行器的远侧部选择性地充电基于电粘附将所述睫毛延长部暂时地粘附到所述端部执行器。

32.一种本质安全的机器人系统，被配置为对人受试者执行任务，所述系统包括:

机器人；

在所述人受试者与所述机器人之间的至少一个光幕，其中所述光幕包括电路，所述电路被配置为当预定义数量的光路同时断开时禁用所述机器人，从而防止所述机器人伤害所述人受试者；

附连到所述机器人的至少一个端部执行器，其中所述至少一个端部执行器被配置为延伸穿过所述至少一个光幕并断开少于所述预定义数量的光路，所述至少一个端部执行器被配置为在接触所述人受试者时容易变形，从而防止所述至少一个端部执行器伤害所述人受试者，并且所述机器人或所述机器人的一部分被配置为在延伸穿过所述至少一个光幕时断开多于所述预定义数量的光路。