CN112107276A - 医疗操作设备和用于控制操作设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医疗操作设备，具有：用于容纳器械的器械保持件；机器人操作单元，机器人操作单元承载器械保持件；控制装置，所述控制装置具有用于控制机器人操作单元的操作控制单元和用于控制器械的器械控制单元，其中，控制装置具有针对至少一个输入设备的接口；输入设备，所述输入设备与接口联接，其中，输入设备在第一运行模式中能够用于控制器械，在第二运行模式中能够用于控制机器人操作单元；以及释放开关，用于激活第二运行模式，在第二运行模式中，机器人操作单元能够对在输入设备上的输入指令做出响应地行驶。本发明还涉及一种用于控制操作设备的方法。

Description

医疗操作设备和用于控制操作设备的方法

技术领域

本发明涉及一种医疗操作设备和一种用于控制操作设备的方法，其中，该操作设备具有机器人操作单元，该机器人操作单元承载用于容纳器械的器械保持件，所述器械例如是观察器械，并且操作控制装置设置用于控制机器人操作单元，该机器人操作单元可以通过输入设备得到控制。

背景技术

由US 2015/0085084 A1已知一种被设计为观察器械的医疗器械，这种医疗器械被设计用于从体外拍摄人或动物身体上的物场的图像，其中，该器械具有杆和布置在杆的远端上的、用于拍摄物场图像的观察光学器件，其中，观察光学器件被设计为具有至少一个用于拍摄物场立体图像的电子图像传感器的立体光学器件，并且所述器械具有光学单元，所述光学单元包括观察光学器件，并且光学单元能够围绕大致平行于观察光学器件的视向的第一旋转轴线转动。

这种用于从体外观察物场的观察器械称为外窥镜。此外，已知如下的器械，特别是观察器械，其被设计为用于在人或动物体内拍摄图像的内窥镜。

从US 2017/0163972 A1已知一种观察装置，这种观察装置具有观察器械和设计为用于控制观察器械的多轴输入模块的输入设备。输入设备类似于所谓的空间鼠标地设计。US 2017/0163972 A1教导了使用输入设备来控制图像拍摄参数以及控制图像再现参数。图像拍摄参数例如涉及焦点调节。图像再现参数例如涉及数字变焦。

按照该文献的方式，元件的远端是朝向观察对象(例如患者)的端部。相反，元件的近端是背离远端并且因此也背离观察对象的元件。在手持式器械中，近端通常面向器械的操纵者。在借助操作单元引导的器械的情况下，有时但并非必须地将器械容纳在操作单元的近端区域中，例如容纳在壳体上。

此外，例如由US5,696,837A已知一种所谓的远程操作系统或远程操纵系统，其中，呈观察器械等形式的器械被通过操纵器保持并得到远程控制。

医疗器械(例如呈内窥镜或外窥镜形式的观察器械)原则上可以是手持式或手动引导的。这具有的优点是，用户可以直观而且直接地适配看视方向、物场或图像截面以及图像检测的其他参数，方式为：通过将器械相应地定位在空间中。

然而，还已知如下的系统，其中，器械不是手持式或手持式，而是被容纳在三脚架或悬臂上。这样做的优点是，不需要操纵者将器械手动以所需的位置和定向保持。在此可以设想的是，将器械位置不变地布置，从而例如可以在手术期间在预选的物场中持续地观察到一个且为同一图像截段。

另外，也可以考虑将器械布置在操作单元或操纵器(也称为马达驱动的保持系统或机器人)上，以便利用操作单元的运动自由度来对器械移动和调整取向。

以这种方式，在不是直接手持或手动引导的器械的情况下，也可以改变位置、定向和/或图像截段。但是，为此还需要进行操纵，以促使器械进行期望的运动。

然而，通常已经设置有用于这样的器械的操纵元件，例如用于控制图像检测系统的图像检测参数和/或图像再现参数的操纵元件，所述图像检测系统具有带有图像传感器的观察器械和用于图像再现的相应显示器。这意味着，即使没有器械的额外移动，也已经可以设想为其设置有各种操纵元件的各种操作方式。

但是，在使医疗工作自动化或以机械方式支持医疗工作时，需要注意的是，这些系统本身应该能够直观、简单且安全地操纵。特别是在远程医疗系统或机器人系统的情况下，必须考虑到：通常不可能直接反馈给操纵者。与纯手工的手动操作相比，如果操纵者没有立即意识到由当前执行的操纵指令触发何种活动的话，则可能导致错误操纵。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于，提出一种能够对多种功能进行直观且低差错的控制的医疗操作设备以及一种用于控制该操作设备的方法。优选的是，能够利用可概览的数量的输入设备或输入可行方案来控制多个不同的功能。优选地，这能够以没有不利的相互作用/交叉的方式进行。优选地，操纵足够单义明确或者说一一对应，以减少错误操纵的风险。

优选的是，操作设备被以如下方式设计，使得在操纵/控制期间不会过度偏离实际或者说原本的活动。

此外，在本发明的范围内，应当给出一种操作设备，该操作设备对用户/外科医生的工作条件加以优化并有助于用户保持概览。

根据本发明的第一方面，该目的通过一种医疗操作设备来实现，该医疗操作设备具有以下特征：

用于容纳器械的器械保持件，

承载器械保持件的机器人操作单元，

控制装置，所述控制装置具有用于控制机器人操作单元的操作控制单元和用于控制器械的器械控制单元，其中，所述控制装置具有用于至少一个输入设备的接口，

输入设备，所述输入设备与接口联接，其中，所述输入设备可以在第一运行模式中用于控制器械，以及在第二运行模式中用于控制机器人操作单元，以及

释放开关，用于激活第二运行模式，在第二运行模式中，机器人操作单元可以在对输入设备上的输入指令做出响应的情况下移动。

以这种方式完全实现了基于本发明的目的。

根据本发明，借助控制装置的设计和释放开关确保了：操纵者仅有意地而不是无意地以第二运行模式来运行操作设备。这增加了运行操作设备时的安全性。在第一运行模式中，操纵者基本上可以控制保持在器械保持件上的器械的功能。例如在观察器械的情况下，这可以涉及能够独立于机器人操作单元得到控制的图像拍摄参数和/或图像再现参数。

相反，在第二运行模式中，机器人操作单元用于例如改变器械在空间中的位置和/或定向。在示例性地用于在患者附近进行医学诊断和/或治疗的情况下，这还可以包括器械相对于患者的相对运动。相反，第一运行模式不包括或基本上不包括器械与患者之间的相对运动。因此，在第二运行模式中，存在的主要是由于器械的移动而引起的一定的潜在风险。第二运行模式例如用于在使用观察器械时通过器械相对于观察对象的移动来改变显示的图像截段。

因此，在这种背景下设置为，操纵者只能通过操作释放开关有意地激活第二运行模式。按照这种方式防止了：操纵者在第一运行模式中无意地激活机器人操作单元以控制(移动)器械。在操纵操作设备时的安全等级得以提高。

尽管如此，操纵者可以使用一个且为同一输入设备来控制机器人操作设备的各种功能。这适用于通过操作控制单元控制的机器人操作单元的功能。但是，这也适用于由器械控制单元控制的器械的功能。

以这种方式，可以使操作单元可能的话或在任何情况下移动的功能与不使操作单元移动的功能之间分离。这增加了安全性。这尤其适用于操纵者间接控制操作单元(例如，无需直接看到器械)并且在此根据所显示的图像而不一定根据操作单元的元件和器械的具体运动来定向。

机器人操作单元也可以称为远程医疗操作单元。即使原则上可以设想完全或部分自动地运行操作单元，但是至少在示例性实施方式中，由操纵者/操作员进行控制。

通常，当使用观察器械时，输入设备可用于通过操纵者输入来操纵显示的图像截段。这可以包括运动(推移或旋转运动)。然而，也可以设想转动(旋转)和放大/缩小(图像比例的变焦或改变)。此外，可以设想的是，通过输入设备来操控用于调节焦平面(对焦平面)的焦点驱动装置。

输入设备不仅可以用于控制器械，还可以用于控制机器人操作单元。这极大地简化了操纵者的操纵。并非一定需要使用两个单独的输入设备。

器械控制单元可以称为CCU/控制器/控制台。在示例性实施方式中，用于操纵(移动)图像截段的输入设备通过接口与器械控制单元联接。换句话说，这意味着用于操作控制单元的控制指令(根据信号技术)从输入设备通过器械控制单元传输到操作单元。此外，可以通过CCU将要移动的单元(例如，外窥镜)的图像设置方案(变焦、聚焦、ROI位置和图像定向)的状态转发给操作单元。然后，操作单元可以相应地做出反应，例如通过在定向设置方案改变时更改移动方向，或在焦点设置方案改变时改变枢转半径。

该控制装置可以是分散布置的，并且相应地包括用于控制器械的器械控制单元和用于控制机器人操作单元的单独的操作控制单元，器械控制单元和操作控制单元彼此通信。不言而喻地，分散布置的设计方案也可以虚拟地(以软件方式)实现。然而，至少在示例性实施方式中，可以设想器械控制单元和操作控制单元在硬件方面的分离。按照这种方式，器械控制单元(CCU/控制台)仍可通用，即也适用于手持式/手动引导的器械。

根据操作设备的示例性设计方案，该器械被设计为观察器械。例如，观察器械是用于从体外观察身体的器械。这不应理解为限制性的。在替代配置中，观察器械是用于观察身体内部的器械，例如内窥镜或腹腔镜。然而，也可以设想将不是观察器械的其他器械保持在机器人操作单元的器械保持件上。

根据操作设备的示例性设计方案，输入设备可以与控制装置联接，其中，该控制装置能够与器械和机器人操作单元联接，并且控制装置接在输入设备和容纳在器械保持件上的器械之间。换句话说，在示例性设计方案中，控制装置在信号技术方面接在输入设备和器械之间。在该实施例中，在使用控制装置的情况下，在输入设备和器械之间进行信号交换。

至少在示例性设计方案中，第一运行模式和第二运行模式都使用相同的线路和信号路径。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置在信号技术方面相对于输入设备和机器人操作单元布置在中间，即布置在输入设备和机器人操作单元之间。此外，在该构造中，就信号技术而言，器械控制单元布置在观察器械与输入设备之间。信号通过器械控制单元传递或者说转发，或者在必要时甚至构成回路。

在一示例性设计方案中，还设置为：输入设备(当直接在观察器械上控制图像拍摄参数的情况下)可以在信号技术上通过机器人操作单元与观察器械连接。

本发明的一个方面基于以下事实：操作控制单元根据观察器械的参数来控制机器人操作单元。这尤其可以涉及观察器械的观察头/摄像机头的参数。例如，操作控制单元可以根据给定的放大倍数(变焦倍数、焦距或物距)确定机器人操作单元的构件的运动速度。例如，通过变焦倍率很大或物距很小时(对应于详细的表示)，可以降低机器人操作单元的行驶速度。因此，能够以例如小的变焦倍率或大的物距(对应概览图示)来提高机器人操作单元的行驶速度。

本发明的一方面涉及参数或特征值的使用，所述参数或特征值表征了观察器械及其运行，以通过操作控制单元控制机器人操作单元。因此，所使用的信号和信息存在交叉，并且可能会产生相互影响。

尽管如此，至少在示例性设计方案中设置为：观察器械和器械控制单元可以与操作设备分开地单独使用。这尤其适用于所谓的手持式/手动引导的应用。因此，一方面，可以利用操作单元与观察器械之间或操作控制单元与器械控制单元之间的协同作用。另一方面，观察器械可以继续独立地使用，而不一定必须设置操作单元。

根据操作设备的另一示例性设计方案，释放开关具有两个状态0和I，第一状态0是原始状态，第二状态I是对应第二运行模式的激活状态。因此，释放开关具有至少一个具备两个(或更多个)开关级的输入元件。第一状态0例如对应于操纵者对释放开关没有作用/操作的状态。

通过作用于释放开关的输入元件上，可以将释放开关从第一状态0转换到第二状态I。在第二状态下，激活第二运行模式，以便操纵者可以通过输入设备来控制操作单元。

根据操作设备的另一示例性设计方案，释放开关还具有第三状态II，特别是当通过施加操作力而从第一状态0被激活时，释放开关通首先能够转换到第二状态I，然后当操作力增大时，能够转换到第三状态II，并且在释放开关的第一状态0和第三状态II中，对机器人操作单元的控制均被锁定。按照这种方式，进一步提高了运行安全性。此功能也可以称为应急功能。例如，如果操纵者施加了过大的操作力，则释放开关转换到第三状态II，在该状态下，第二运行模式(用于通过输入设备对操作单元加以控制)被停用。

例如，考虑到操纵者无意中作用于释放开关的情况。例如，在脚踏开关的情况下，这可能会因为操纵者无意踩踏脚踏开关的输入元件而发生。换句话说，操纵者必须将释放开关保持在第二状态I，以便能够通过输入设备来控制操作单元以移动器械。如果施加更大的力，则第二运行模式被停用。当无意地用很大力作用于释放开关时，也会发生这种情况。

换句话说，例如，定义具有上边界和下边界的力范围，其中，释放开关处于第二状态I中，以释放第二运行模式。如果操纵者以较小的力作用于释放开关上，释放开关保持在第一状态0。第二运行模式不被释放。相反，如果操纵者用较大的力作用于释放开关上，则超出了力范围的上边界。释放开关切换到第三状态II。不释放第二运行模式或停用第二运行模式。按照这种方式，可以进一步减少错误操纵的风险。

根据操作设备的另一示例性设计方案，释放开关的第二状态I就释放开关的输入元件的开关位置而言，位于第一状态0和第三状态II之间。

根据操作设备的另一示例性设计方案，释放开关直接与控制装置的对应于机器人操作单元的操作控制单元连接。按照这种方式，实现了专有的安全装置(释放控制器)，不能简单地通过软件将其避开/停用。这进一步提高了安全性。

例如，释放开关固定地与操作设备的控制装置接线，特别是与那里的安全装置接线。就信号而言，释放开关直接与安全装置/释放控制器联接。这降低了操作的风险。换句话说，可以将释放开关和/或安全装置分散地设计(借助分散的并且必要时专有的元件)。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计用于，在第二运行模式中借助器械控制单元为操作控制单元的机器人操作单元提供通过输入设备检测到的控制指令。由此，考虑到以下事实：器械、例如观察器械原则上也可以在没有机器人操作单元的情况下使用，例如用于手持式/手动引导应用。在这种情况下，输入设备主要用于器械控制。在这方面，在示例性设计方案中设置有输入设备与器械控制单元的联接。将输入设备用于控制操作单元(也就是产生通过操作设备来处理的操纵信号)的方案，在第二运行模式中进行，并且借助释放开关来实现。

根据操作设备的另一示例性设计方案，用于机器人操作单元的控制指令在第二运行模式中经由器械控制单元传输，该器械控制单元转发控制指令。也考虑到以下事实：至少在示例性设计方案中，该器械也可以在没有机器人操作单元的情况下独立使用。同时，控制装置具有简单的结构，其中，充分考虑到运行安全性和避免错误操纵。

根据操作设备的另一示例性设计方案，输入设备被设计为多轴输入设备，其中，输入设备检测到呈至少两个轴上的推移运动或枢转运动的形式的操作运动，并且操作运动被转换为用于机器人操作单元的控制指令。

根据操作设备的另一示例性设计方案，机器人操作单元包括具有多个联接构件的多构件动力装置，其中，控制装置被设计用于，借助内插将运动预设值转换为针对联接构件的运动轴线的控制指令。按照这种方式，还可以通过在输入设备上进行操作来以简单的方式控制多轴操作单元。多构件动力装置例如是串行动力装置。不言而喻，也可以使用并行或混合的串并行动力装置。

根据操作设备的另一示例性设计方案，机器人操作单元包括具有多个联接构件的串行动力装置，这些联接构件由控制装置的操作控制单元控制。由此，观察器械能够以很大的运动自由度受控地在给定的空间中行驶。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计用于，对器械的当前位置和定向加以存储并根据需要调用。这种功能也可以称为保存和调取(Save-and-Recall)功能。按照这种方式，操纵者可以设置至少一个行程点，如果需要，可以从器械的中间占据的位置再次接近该行程点。可以设想的是，在输入设备上为此提供特殊的功能键，以便保存位置并稍后调用。

该功能也可以称为调取功能。另外，可以设想的是，当同时使用观察器械时，除了器械的空间位置外，还存储其图像参数(例如变焦、焦点值和ROI位置)，并且在必要时，可以通过相应的指令(“Recall(调取)”)下，再次调用并设定。这也适用于不是观察器械的此类器械的参数。

通常，调取功能可以涉及其他参数，例如与焦点位置、变焦、图像截段(具有平移功能)有关的参数以及诸如对比度、亮度和滤镜之类的其他图像设置方案。这意味着器械或观察器械的其他参数也可以使用此功能保存并根据需要调用。

该功能可以通过释放开关与释放关联。因此可以考虑，仅当释放开关释放操作设备的第二运行模式时才允许保存和调取。

在示例性设计方案中，该功能包括根据需要存储并行驶到确定的位置和定向，而无需定义由此经过的路径。在另一示例性设计方案中，该功能在一定程度上包括“后退行驶”，其中，操作单元不仅行驶到位置/方位，而且还沿相反方向走过临时的移动路径。这类方案可以例如在所谓的直接控制模式中使用。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计成存储器械的多个预定位置和定向，以便根据需要调用这些位置和定向。按照这种方式，保存和调取功能可以根据需要移动到多个位置/定向。可以通过输入设备进行控制。原则上可以考虑使用多个输入设备，即例如触摸显示器和/或键盘。按照这种方式，可以轻松、直接地做出带有多个选择可行方案的选择决策。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计成在直接控制模式中运行机器人操作单元，以便使器械在空间中移动和调整取向，其中，通过作用于操作单元的与器械相邻的元件，能够生成机器人操作单元上的操纵指令，并且操作控制单元设计成以如下方式控制机器人操作单元，使得观察器械跟随所引起的运动。

这种直接控制模式(“Direct Drag Mode”)尤其可以用于观察器械相对于物体或物场的粗略定位。只要以适当的方式操控机器人操作单元，则可以直接在器械保持件上或至少在观察器械附近进行准手动的调节。

因此，在这种模式中，可以将带有其上容纳的观察器械的器械固定件在空间中准手动地移动和调整取向，该控制装置设计为将机器人操作单元自主地保持在当前位置/定向，但以通过直接抓握和移动的方式来实现手动操作(准手动)的移动

可以设想的是，在直接控制模式中以检测操纵指令的方式监控机器人操作单元的动力链中元件/构件的驱动。因此可以产生所述“跟随运动”。换句话说，机器人操作单元本身在直接控制模式中用作输入设备。

在这种模式中，从机器人操作单元的角度来看，由于直接在机器人操作单元上直接引发和控制移动，因此不一定需要广泛地查询与观察器械有关的信息。

直接控制模式可以包括操纵者在机器人操作单元的构件上直接施加力，其中，该构件优选地与器械保持件相邻。以这种方式，机器人操作单元本身用作输入设备。

根据操作设备的另一示例性设计方案，设置有用于在直接控制模式中控制机器人操作单元的操纵元件，其中，该操纵元件具有用于产生用于直接控制模式的释放信号的传感器。也就是换句话说，对于直接控制模式，不一定需要通过释放开关释放第二运行模式。例如，传感器被设计为一种接近传感器或触摸传感器。

优选地，一个且为同一输入元件(例如蘑菇状按钮或类似于游戏摇杆的操纵杆)用于在直接控制模式中检测引发的运动，但也(例如通过集成的传感器)用于释放直接控制模式。

不言而喻的是，根据一种替代的实施方式，直接控制模式的释放也可以通过单独的元件、即单独的释放开关来实现，用于直接控制模式的释放开关不一定要与用于第二运行模式的释放开关一致。

根据另一示例性设计方案，当在直接控制模式和使用单独的输入设备的情况下的控制之间进行切换时，经由释放开关设置重新的释放。这样可以确保在直接控制模式中的直接控制与通过输入设备进行的间接控制之间单义明确或者说一一对应的切换。

在该设计方案的示例性改进中，设置有具有输入元件的输入设备，以便在直接控制模式中对操作单元加以控制并因此对观察器械加以控制。输入设备例如直接布置在操作单元的元件上，并且优选地邻近器械保持件或所容纳的器械。输入设备或其输入元件本身原则上可以简单地保持。可以涉及的是手柄，操纵者可以通过该手柄通过拉、压或类似方式来移动/操纵操作单元。

根据操作设备的另一示例性设计方案，机器人操作单元被安装在小车上，其中，仅当小车(或小车的移动)被锁定时，才能够控制机器人操作单元用以移动器械。该措施进一步提高了安全性。按照这种方式，避免了小车相对于患者的相对运动，这也会导致器械相对于患者的相对运动。

可以通过锁卡或支撑件造成锁阻。例如，可以考虑如下的支撑件，其以如下程度提升小车(或可替换地为车架)，使得小车停住。锁卡/支撑件的功能可以通过驻停传感器进行监控。支撑件通常也可以被称为行驶锁卡。

在操作设备的另一设计方案中，还设置有传感器(锁阻传感器)，该传感器监控小车的行驶锁卡，以便确定向控制装置或安全装置发出的相应信号。在示例性设计方案中，锁阻传感器经由分立的电路与控制装置的安全装置连接。例如，锁阻传感器可以固定地被安全装置替代。提供使用专有元件的设计方案。以这种方式，可以防操作地监控对小车的锁卡。

可以设想的是，在电路方面将释放开关与锁阻传感器组合在一起，以捆绑安全功能。在这里，至少在示例性设计方案中，也提供了元件的分立电路、设计和联接。

根据操作设备的另一示例性设计方案，接口可以与多个输入设备联接，通过该输入设备可以控制机器人操作单元，这些输入设备能够具有不同的优先级。按照这种方式，可以实现所需的冗余。例如，在紧急情况下，一个主输入设备可以否定另一个或解除其指令。

此外，操作设备可以由一起工作的不同人员控制。可以设想的是，在医疗过程中，分阶段地由不同的人执行针对操作设备控制的指令管理。此外，可以设想的是，不同的输入设备相对于患者或其支撑部布置在不同的地点/位置上。这样可以从不同的角度进行控制。

如上所述，可以设想不同的运行模式。基本上，这还包括使用各种类型的输入设备进行的操作。于是，可以设想的是，通过单手输入设备来控制操作设备。此外，可以设想的是，通过触摸显示器和/或结合显示器的键盘来控制操作设备。另外，可以设想的是，操作设备、特别是其机器人操作单元至少以直接控制模式通过直接对操作单元本身进行力干预而加以控制。不言而喻，根据所选择的控制类型，并不一定能够控制操作设备的所有功能。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计用于检测图像传感器的给定的取向，并据此在输入设备坐标系和操作单元的坐标系之间进行对应。操作单元的坐标系反映了图像传感器的定向。因此，所述定向描述了图像传感器的水平线或转动位置。

换句话说，至少在一些示例性设计方案中，可以设想的是，输入设备的左右轴引起显示的图像截段的左右移动。同样，输入设备的前后轴线可以引起所显示的图像截段的前后运动或上下运动。例如，这也适用于相应的旋转运动。与图像传感器的当前定向有关的信息例如从观察器械传输到控制装置。

现在，在保持图像传感器的定向(所显示图像截段的人造水平线)不变的前提下执行机器人操作单元的控制。在操作单元的不同轴上进行的运动的相应插补(内插)有助于保持这种对应关系。

根据操作设备的另一示例性设计方案，观察器械具有用于检测图像传感器的定向的定向传感器。以此方式，可以在信号技术方面来检测人造水平线或特定于图像传感器的坐标系。

在另一个示例性设计方案中，图像传感器的给定的定向是通过显示器间接检测的，其中，借助所显示的图像截段来定义期望的定向(水平位置)。原则上，也可以考虑通过用于旋转/扭转图像传感器的驱动装置的控制间接地检测图像传感器的定向。因此，定向不是由传感器检测，而是从驱动装置的额定预设值中得出。

特别是在具有观察通道的图像传感器(单图像传感器)的情况下，也可以设想的是水平线的纯数字转动和检测。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计用于，在考虑到观察器械的给定取向情况下，来控制机器人操作单元，使得观察器械可以沿着球壳面或球壳面分段移动。运动可以沿着球壳或球壳分段、以相对于枢转点至少基本恒定的半径实现。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计用于，在观察器械行驶运动时，在考虑到运动轨迹的情况下，适配图像传感器的取向。以此方式，可以实现光轴与枢转点(至少在其附近的区域中)的对准。观察器械，特别是其图像传感器，相对于圆形运动的中心沿径向取向。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计为在考虑到观察器械的给定定向的情况下控制机器人操作单元，使得观察器械可以沿着平行于观察平面的平面移动。优选地，这在考虑到观察器械、特别是其图像传感器的取向的情况下实现。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计成以如下方式控制操作单元，使得通过操作单元的内插运动，可以使器械绕平行于图像传感器布置的虚拟倾斜轴枢转。按照这种方式，可以“模拟”具有可变视向的器械(观察器械)。因此，没有集成的转动驱动装置的器械也可以提供这种自由度或这种功能。不言而喻地，这种功能尤其对于布置在患者体外的器械是可以设想的。

可以设想的是，在替代实施例中，设置有具有可变视向和相应的(内部)驱动装置的器械，其中，对驱动装置的控制也通过输入设备进行。按照这种方式，可以直观地控制转动驱动装置。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置构造成用于：检测器械的类型并且根据所探测的类型来操控机器人操作单元。例如，这包括：通过操作控制单元对操作单元的控制以及通过器械控制单元对器械类型的检测/确定。

例如，控制装置被设计成例如借助识别信息(ID)识别不同类型的器械，其中，借助所述控制装置使用适合于相应类型的器械的配置来控制操作单元和器械。根据另一示例性设计方案，器械保持件被设计成容纳不同的器械。在器械保持件上例如布置有与器械就信号技术方面联接的接口，因此可以通过该接口查询配置信息和/或识别信息。

根据操作设备的另一示例性设计方案，图像传感器可以在设计为观察器械的器械中旋转。这尤其涉及垂直于图像传感器的图像平面的轴。具有立体图像传感器的示例性设计方案使用这种功能。原则上可以设想使图像传感器手动扭转。然而，也可以设想，为图像传感器提供转动/旋转驱动装置。图像传感器的可转动性使图像能够竖立。

根据操作设备的另一示例性设计方案，观察器械具有立体图像传感器，特别是具有两个图像采集器。在这种情况下，经由图像传感器的可转动性实现的正像是有利的。以这种方式，可以实现观察通道与人眼区域的对准。也可以设想具有两个以上图像采集器的实施方式，例如如果两个采集器分别对应一个光谱范围(可见光、红外光等)。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计用于，在图像传感器的定向和用于在输入设备上的输入的运动轴线之间建立对应关系，使得通过再现单元示出的图像截段的移动方向与输入设备上的方向预设值保持一致。以此方式，操纵者不需要在不同的坐标系/方位之间进行想象中的对准。操纵者可以首先将他自己在显示的图像截段上定向，以便以所需的方式移动图像截段。

相应地，借助控制装置对操纵指令(方向指令和行驶指令)的执行包括坐标变换，该坐标变换在操作单元被操控时得到考虑。运动轴线例如对应于相应的运动自由度(向前、向后、向右、向左等)。

根据操作设备的另一示例性设计方案，输入设备被设计为多轴输入设备，优选地被设计为单手多轴输入设备，该输入设备允许至少两个轴以推移运动或枢转运动的形式进行操纵运动，以检测用以使图像截段沿着球面运动的运动信号。输入设备例如可以设计为所谓的3D鼠标。通过对输入设备、特别是对输入设备的操作元件的适当作用，图像截段例如沿着球面或球面分段的运动得到控制。从再现单元的显示装置、也就是显示器的观看者的角度来看，具有图像传感器的输入设备二维地沿着曲面的展开部移动。不言而喻，实现了在三维空间中的真实的运动。此外，在另一种模式中可以设想的是，通过操纵运动来控制图像截段沿着平行于物平面的平面的运动。从再现单元的观看者的角度来看，显示的图像截段移动。

因此，可以设想的是，在输入设备中设置有可以在不同的轴线上运动的输入元件，其中，该运动(例如沿着两个或更多个轴线的平移运动，以及沿着两个或更多个轴线的旋转运动或枢转运动)可以通过合适的传感器来检测并转换为控制指令。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置将输入设备的两个或更多个运动轴线与图像传感器的给定的定向对准，使得输入设备的输入元件的操纵运动导致显示的图像截段的方向相同的运动。这样可以确保操纵者可以直观地通过向左、向右、向上/向前或向下/向后的运动控制所需的运动。操纵者不必担心坐标变换。这由控制装置完成。

换句话说，例如向右的枢转运动可以实现观察器械沿着曲面向右运动，同时保持物距和图像传感器的定中心。类似地，向左的枢转运动使观察器械沿曲面向左运动。此外，例如向右的直线运动可引起观察器械沿着平行于物平面的平面向右移动。同样，向左的直线运动会导致观察器械沿平行平面向左移动。但是，相对于物平面的物距保持不变。

根据操作设备的另一示例性设计方案，输入设备构造为单手输入设备，其中，输入设备检测至少呈围绕纵轴的旋转或沿纵轴的平移的形式的操纵运动，以便检测用以控制变焦功能和用于焦点设置的移动信号。因此，输入设备可以执行其他功能。在仅一个运行模式中，能够以简单的方式控制多种功能(运动、放大倍数等)。然而，也可以设想的是，提供不同的运行模式以允许单义明确的控制。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计为执行初始化程序，以便检测与所保持的观察器械有关的配置信息，其中，该初始化优选地具有经由器械控制单元的查询，以及将配置信息传输到操作控制单元以及在对操作单元的控制下予以考虑。

以此方式，控制装置可以确定：例如当前将哪种类型的观察器械固定在机器人操作单元上。观察器械的类型例如涉及其尺寸、其图像传感器的参数、交换数据的能力，用于旋转图像传感器的可能的转动位置以及用于检测图像传感器的转动位置的可能的传感器等。

术语初始化过程不应理解为仅是一次性过程。初始化过程可以重复执行，例如对于每个特定的治疗或诊断任务，例如在启动控制装置时，或者对于操作设备的每次改装时执行。初始化过程也可以有针对性地自动进行，例如定期重复。相反，可以设想的是，操纵者可以有意地启动初始化过程。

换句话说，可以例如在初始化过程中确定偏移量的类型，其中，在控制机器人操作单元时，用于机器人操作单元的控制装置(操作控制单元)使用该偏移量。该偏移量例如描述了图像传感器相对于操作单元的元件的位置。偏移量可以描述观察器械的几何形状/伸展。以此方式，可以精确地控制观察器械的图像传感器，以便根据需要移动图像截段。

例如，可以设想的是，通过操作释放开关来启动初始化过程中固有的查询，以激活第二运行模式。初始化过程也可以称为设置过程。因此，可以设想使用不同的照相机系统/观察器械。数据(配置信息)可以直接由观察器械提供。可替代地，观察器械可以通过其ID来识别，基于该ID来查询来自数据库的数据。

根据操作设备的另一示例性设计方案，控制装置被设计为根据需要镜像所显示的图像截段，在输入设备上的操纵指令的实现考虑了这种镜像。能够以这种方式提供快翻模式。

例如围绕水平或垂直轴发生镜像。例如，当另一位操纵者接管对操作单元的控制时，这种镜像可能发生，从先前负责的操纵者的角度来看，该操纵者位于患者的相对的侧面上。

根据另一方面，本发明的目的通过一种用于控制操作设备的方法来实现，该操作设备包括机器人操作单元，该机器人操作单元具有器械保持件以及容纳于其上的、具有用于检测对象平面的图像截段的图像传感器的器械，其中，该方法具有以下步骤：

在器械保持件上提供器械，

通过控制装置对器械和机器人操作单元进行控制，其中，这种控制在应用输入设备的情况下进行，其中，输入设备可以在第一运行模式中用于控制器械，以及在第二运行模式中用于控制机器人操作单元，以及

激活第二运行模式，在该第二运行模式中，通过操作释放开关，可以在对输入设备上的输入指令做出响应的情况下来移动机器人操作单元。

以这种方式也完全实现了本发明的目的。

根据该方法的另一示例性设计方案，释放开关可以根据所施加的操作力以第一状态0、第二状态I和第三状态II运行，其中，第二状态I是对应第二运行模式的激活状态，其中，在第一状态0和第三状态II中，第二运行模式被停用，并且当释放开关被切换时，第二状态I介于第一状态0和第三状态II之间。

可以设想的是，使用所述方法用于控制医疗操作设备。可以设想的是，将该方法用于外科手术和/或诊断过程。但是，也可以设想的是，将该方法用于外科手术和/或诊断过程以外的过程。因此，也可以考虑不使用该方法对人体或动物体进行手术/诊断过程的示例性设计方案。

不言而喻地，该控制方法可以类似于操作设备的示例性构造来改进，反之亦然。换句话说，与操作设备有关的示例性设计方案和改进的主题也可以成为此处描述的方法的相应设计方案的主题。

不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上述的本发明的特征以及以下将要说明的特征不仅可以在每种情况下指示的组合中使用，还能够以其他组合或单独使用。

附图说明

通过以下参考附图对几个优选实施例的描述，来获得本发明的其他特征和优点。其中：

图1示出用于观察患者的物场的医疗操作设备的实施方式的透视图；

图2以不同的视图定向示出根据图1的操作设备的另一透视图；

图3示出在观察器械的观察头和再现单元中的图像传感器的示意性简化局部视图，以示出图像定向；

图4示出类似于图3的另一图示，具有通过图像传感器的旋转而修正的图像定向；

图5示出带有观察器械的操作设备的实施方式的局部透视图，以示出操作设备的示例性功能；

图6示出具有观察器械的操作设备的实施方式的另一局部透视图，以示出另一示例性功能；

图7示出具有观察器械的操作设备的实施方式的另一局部透视图，以示出另一示例性功能；

图8示出包括两个输入设备的装置的示意图，这两个输入设备可以在操作设备中用于控制目的；

图9示出操作设备的实施方式的简化的局部透视图，该操作设备具有用作释放开关的输入元件；

图10示出带有观察器械的操作设备的实施方式的另一局部透视图，以示出另一示例性功能；

图11示出在未安装状态下具有可容纳在其上的观察器械的器械保持件的侧视图；

图12以装配状态示出根据图11的装置的另一视图；

图13示出用以图示操作设备的实施方式的基本设计的示意性框图；

图14示出用以图示说明用于控制器械的操作设备的方法的实施方式的示意性简化框图；以及

图15示出用以示出用于控制器械的操作设备的方法的另一实施方式的另一示意性简化框图，。

具体实施方式

图1使用透视图概述了总体上用10表示的操作设备。操作设备10也可以称为医疗操作设备。在图1所示的示例性设计方案中，操作设备10被对应于或者说配设给支撑在桌子14上的患者12。操作设备10可以用于治疗、手术和/或诊断目的。但是，也可以考虑将其用于非治疗、非手术和/或非诊断目的。这可以包括在练习或模拟中使用。

在所示的实施例中，操作设备10用于观察物场16。物场16例如是患者身体12的一部分。为了图示表达的目的，在至少一些所示的附图中，由字母P表示物场16。这不应理解为限制性的。

在图1所示的实施例中，物场16被布置在患者身体12的外部。因此，在该示例性设计方案中，操作设备10用于从体外观察身体。可以设想替代的示例性设计方案，其中，操作设备10可以用于观察身体的内部，也就是说，例如用于内窥镜或腹腔镜观察。

通常，操作设备10用于在可见电磁光谱的范围内或在相邻的边缘范围内的光学观察。因此，在基本的示例性设计方案中，这是使用白光、红外辐射或UV辐射进行观察的问题。人眼可见的光(白光)在380nm至780nm的光谱范围内。近红外范围内的辐射在约780nm至1400nm的范围内。所谓的近紫外光或者说长波紫外光(也称为黑光或UVA光)在约315至380nm的范围内。所谓的中波UV光(也称为UVB光)在约280nm至315nm的范围内。

前述区域可用于白光观察以及PDD应用(光动力诊断)和PDT应用(光动力疗法)。这也可以包括荧光观察。在这种情况下，也可以考虑使用吲哚菁绿(ICG)在近红外范围内进行荧光观察。

操作设备10包括平台22，所述平台大致设计为行驶小车或小车24。这不应理解为限制性的。然而，至少在示例性设计方案中，设置为平台22可以被移动。这增加了灵活性和适用于各种应用程序。因此，平台22被设计为例如具有底架26的小车24。如图1所示，除了底架26之外，小车24还包括所谓的支撑件28或相应的支撑单元。

支撑件28用于在操作设备10的操作期间保护小车24免于不期望的运动。因此，支撑件28可以用来顶起小车24。可替代地或另外地设置成：阻挡底架26的车轮，这是按照驻车制动器的方式。小车24的状态(移动的或被顶起的/被固定的)可以通过合适的传感器来监控，以便仅在确保小车24不会意外移动的情况下才释放对操作设备10的操作。不言而喻地，小车24也能够以另一种方式被锚固/固定，以使操作设备10能够安全地运行。

此外，平台22具有壳体30，所述壳体容纳操作设备10的元件/单元。这产生了紧凑、清晰的设计。此外，简化了操作设备10的清洁。可替代地，也可以考虑架子或架子小车的设计。在示例性设计方案中，用于操作设备10的基本控制单元被布置在小车24的壳体30中。这意味着平台22是可移动的，因此其可以在不同的位置或在不同的空间中使用。不言而喻，例如为了能量供应、信号供应和/或媒体供应的目的，平台22或小车24仍然与环境关联。

平台22或形成平台的行驶小车24承载操作单元34。在所示的示例性设计方案中，操作单元34被设计为马达驱动的操作单元，例如机器人操作单元。可替代地，操作单元34可以被称为远程操纵器单元。相应地，平台22构成操作单元34的基础。至少在示例性设计方案中，用于操作单元34的控制装置布置在平台22上或其壳体30中。

操作单元34被设计成承载/保持器械36。器械36可以通过操作单元34由电机移动。因此，操作单元34可以被称为器械36的远程操纵器。器械36例如是医疗器械。至少在示例性构造中，器械36被设计为观察器械38。观察器械38例如是用于从体外观察患者12的器械，也就是说，与患者12的身体相距一定距离。这种观察器械38可被设计并指定为外窥镜。但是，也可以考虑将观察器械38设计为用于观察患者身体12的内部的器械，例如设计为腹腔镜或内窥镜。

器械36被容纳在器械保持件40上。器械36优选被可拆卸地容纳在器械保持件40上。换句话说，器械36原则上也可以从器械保持件上分离并且因此从操作单元34上分离。由此，可以设想，在手持式/手动引导的替代应用中操作器械36。在下文中，特别是出于说明的原因，假定器械36用作用于观察物场16的观察器械38，特别是用作用于观察患者12中的物场16的医疗观察器械38。。

在图1中，附图标记44以虚线示出控制装置44，该控制装置44被容纳在平台22上。作为示例，平台22具有带有机架框架的小车24，该机架包括壳体30的形式的包壳。因此，控制装置44可以被接收并保持在该机架框架上。

至少在示例性设计方案中，控制装置44具有操作控制单元46和器械控制单元48。操作控制单元46和器械控制单元48可以是分散的、基本上独立的控制单元/控制模块。换句话说，可以将多个装置彼此组合以形成控制装置44。然而，也可以设想以如下方式设计控制装置44，使得操作控制单元46和器械控制单元48至少部分地使用通用的硬件/计算技术。换句话说，可以设想分散地和/或一体地设计控制单元46、48。混合形式是可以考虑的。

为了控制操作设备10并且特别是与控制装置44交互作用，设置有用于操纵者(例如操纵者或助手)的各种输入设备。例如，设置有输入设备50，其被设计为单手输入设备。例如，输入设备50被设计为所谓的3D鼠标，至少类似于3D鼠标。换句话说，输入设备50可以被设计用于沿多个空间轴检测操纵者的输入并因此检测控制指令，其中，该输入仅通过作用在单个输入元件上的一只手来执行。输入设备50优选既用于控制机器人操作单元34，又用于控制观察器械38，或者用于控制由观察器械38拍摄的图像的再现。在这种情况下，再次参考US 2017/0163972 A1，其示出使用单手输入设备来控制图像拍摄参数和用于控制图像再现参数。

另一输入设备52被设计为所谓的触摸显示器，即触摸屏。因此，输入设备52可以用于选择决策、常规设置和类似功能。原则上，还可以通过输入设备52控制机器人操作单元34。例如，设计为触摸显示器的输入设备52可以用于进行与器械36(观察器械38)有关的常规设置。例如，这还包括选择观察器械38的当前类型。此外，可以通过输入设备52选择和/或输入用于运行观察器械38的运行参数。

另一输入设备54例如被设计为脚踏开关。脚踏开关可由操纵者操作，对此无需用手。设计为脚踏开关的输入设备54尤其可以用作释放开关。脚踏开关的设计不应理解为限制性的。

基本上，输入设备54设置用于，在需要时仅在操纵者的明确指令下释放确定的功能/操作。换句话说，输入设备可以防止确定的功能被无意地触发。以这种方式，尤其是机器人操作单元34可以被安全地操纵。这尤其涉及器械保持件40(其上容纳有器械36)相对于患者12或桌子14的运动。当存在经由输入设备54的另外的释放信号时，这种运动才会可行。另外，用作释放开关的输入设备54可以与安全控制器(释放控制器)联接。

此外，操作设备10的图1中所示的设计方案还包括另一输入设备56，其被设计为按钮或按键。输入设备56原则上可以设计为紧急停止按钮。相应地，输入设备56可以中断操作设备10、尤其是机器人操作单元34的当前动作。然而，也可以设想的是，将类似于先前描述的输入设备54的输入设备56设计为用于激活(实现)确定的功能的释放开关。这两种实施方式都增加了运行操作设备10时的安全性。

在图1所示的操作设备10的示例性设计方案中，另一输入设备58直接设置在机器人操作单元34中。输入设备58布置在器械保持件40上或附近。在所谓的直接控制模式中，输入设备58用于准直接地控制/推移单元34进而还有观察器械38。换句话说，操纵者可以在直接控制模式(也称为直接拖动模式)中，通过拉动或枢转/旋转例如设计成手柄状、蘑菇形、或纽扣式的形式的输入设备58而以简单的方式、准手动地控制观察器械38。

在直接控制模式中，操作单元34由控制装置44或其操作控制单元46以如下方式运行，以使机器人操作单元34直接遵循操纵指令。以此方式，操纵者具有直接或几乎直接在空间中操纵观察器械38的印象或者说感觉。操作单元34跟随操纵者的运动，即控制指令。只要操纵者结束控制运动，则操作单元34保持在当前选择的位置，并且因此将其保持在空间中，并且因此也将观察器械38相应地保持在空间中。在直接控制模式中，能够以如下方式操控操作单元34，以便对于操纵者在直接作用于输入设备58时必须克服限定的力。

在示例性设计方案中，输入设备50通过悬臂62连接到平台22。悬臂62可以具有可调节的各种构件。因此，可以根据情况设置输入设备50的人体工程学上有利的位置。优选的是，输入设备50、52、54、56、58在信号技术上(也就是说，经由数据线或可能通过无线电)间接或直接与控制装置44联接。这可以包括与操作控制单元46和/或器械控制单元48的联接。

图1和图2示出机器人操作单元34的示例性设计方案。操作单元34具有基架68，该基架68布置在设计为小车34的平台22上。换句话说，操作单元34至少在图1和图2中所示的实施例中可以移动。

操作单元34具有运动链70，在平台22上的基架68形成该运动链的基础。操作单元34被设计为开放运动链。换句话说，运动链70具有多个构件，这些构件串联布置并且彼此联接。

操作单元34具有圆形传送盘(Karussell)72，该圆形传送盘72被容纳/存放在基架68上。圆形传送盘72可以例如相对于基架68扭转(绕竖直轴线)。因此，在圆形传送盘72和基架68之间设有铰链74。铰链74限定了(在示例性设计方案中沿竖向的)旋转轴线。基架68形成操作设备34的运动链70的近端。器械保持件40形成操作设备34的运动链的远端。

摇臂76与圆形传送盘72相接，并且经由铰链78联接到圆形传送盘72，参见图2。铰链78限定出(在示例性设计方案中为水平的)旋转轴线。还设置有臂80，该臂80通过铰链82联接到摇臂76。铰链82限定了旋转轴线。在运动链70中，接着的是被称为手84的元件，该元件通过铰链86联接至臂80(参见图2)。铰链86限定出旋转轴线。

在器械保持件40的根据图1和图2的实施例中，用于容纳观察器械38的器械保持件40连接到标为手84的元件上。器械保持件40通过铰链88连接到称为手84的元件上。铰链88限定出竖向轴线。器械保持件40可相对于手84或臂80绕铰链88所限定的轴线旋转。此外，可以设想的是，与定义出旋转轴线的铰链90相比，器械保持件40可绕其纵向轴线旋转。根据图2的图示不应理解为限制性的。

在示例性实施方式中，分别为铰链74、78、82、86、88、90配设驱动装置。该驱动装置例如是直接驱动装置或伺服驱动装置。这些驱动装置未在图2中详细显示。

不言而喻，操作单元34也可以与图1和图2中所示的实施例不同地设计。例如，这适用于运动链70中的构件的数量和/或相邻构件之间的实际自由度或运动轴线。至关重要的是，可以使用机器人操作单元34相对于患者12或桌子14在至少两个自由度上移动观察器械38。优选的是，操作单元34使观察器械38能够以四个、五个、六个甚至七个自由度移动。不言而喻地，可以使用具有更多或更少的构件以及具有不同运动自由度的机器人操作单元。通常如下选择可动(通常是可枢转的)轴的数量，使得能够为器械36提供所需的自由度。

图3和图4通过简化的示意图示出观察器械38的标记为100的观察头的示例性设计方案。参见图2，观察器械38具有壳体96。杆98从壳体96开始朝向观察器械38的远端方向延伸。观察头100布置在远端处。图3和图4仅示出具有操作头100的观察器械38的远端。

从图3和图4还可以看出，至少在示例性设计方案中，为观察头100或安装在其中的图像传感器设置有旋转自由度(参见双箭头102)。因此，相对于光轴104的正像(图像旋转)是可行的，对此参见图2。为此。具有观察头100的观察器械38被设计为观察视场112(参见图2和图5)并且在视场112中，在拍摄区域114中检测图像截段116。这在物体平面或物场16(见图1)中实现。视场112由观察头100的光学成像系统限定。

视场112和安装在观察头100中的图像传感器(一个或多个传感器)限定出(可行的)拍摄区域114。拍摄区域114不能大于视场112。拍摄区域114被例如通过一个或多个图像传感器和成像光学器件的尺寸定义。图像截段116基本上可以对应于拍摄区域114。然而，至少在示例性运行模式中，还可以设想，图像截段116被有意地选择为小于拍摄区域114。这一方面在数字变焦中是可以设想的。此外，可以选择图像截段116小于拍摄区域114，以使拍摄区域114边缘区域中(也就是说在内置图像传感器的边缘)的可能成像错误/显示错误得到避免或至少降至最低。

为了检测图像截段116或拍摄区域114，观察器械38具有图像传感器118。在图3和图4中所示的实施例中，安装了立体图像传感器118。因此，图像传感器118具有第一传感器120和第二传感器122。传感器120、122例如被设计为CCD图像传感器、CMOS图像传感器等。传感器120、122各自具有多个检测像素。不言而喻的是，图像传感器118原则上也可以被设计为仅具有一个观察通道的(单)图像传感器。每个附图标记124标明传感器120、122的中心。

为了再现拍摄的图像，设置有再现单元128。再现单元128包括例如显示器或类似的显示装置。再现单元128在示例的设计方案中，被设计为用于立体图像的图像再现。因此，再现单元128可以被设计为3D显示器。可以设想使用辅助工具(3D眼镜)观看显示器以实现立体效果的设计。然而，也可以设想这样的设计，其中，再现单元128被设计为头戴式显示器(HMD)，例如被设计为视频眼镜。

立体图像传感器118能够进行立体观察，甚至可能进行3D观察。这通过两个传感器120、122之间的偏移量来实现，该偏移量适合于观察者的右眼和左眼之间的偏移量。按照这种方式，观看时会给人以空间的印象。然而，立体图观察需要两个传感器120、122以确定的方式对准，即沿着(人造)水平线140对准，这适配于再现单元128的位置并且间接适配于观察者的眼睛或眼睛区域的位置。

在图3中所示的状态下，再现单元128以第一取向显示图像截段130。这通过图像传感器118相对于观察头100的定向获得，并且总体上由观察器械38相对于患者12中的物场16的定向获得。图3中对图像截段130的图示使用示例(字母P)示出适当的取向，其中，观察者难以直接理解并且尤其是分配方向。观察者希望使用图像截段132的图4中所示的取向。图3中的图像截段130的取向由图像传感器118的给定方向得出，参见水平线140。

为了以期望的方式对准所显示的图像截段132，需要旋转具有传感元件120、122的图像传感器118，参见图4中图像传感器118的水平线140的定向。为此，设置有旋转自由度102，可以进行正像。对于立体图像传感器特别有利的是，利用图像传感器118相对于观察头100围绕光轴104的可转动性来实现正像。然而，对于仅具有一个观察通道的单色图像传感器118，例如在所使用的图像传感器的给定尺寸(例如纵横比)方面，也可以产生优点。

在示例性实施方式中，观察头100具有位置传感器/取向传感器142，用于检测图像传感器118相对于观察头100或观察器械38的杆98的转动位置。在此基础上，可以根据图像传感器118的实际取向来设置图像截段130、132的所希望的取向。

基本上可以设想的是，使图像传感器118绕其光轴104手动旋转。在替代配置中，还可以考虑使用驱动装置144，以使图像传感器118绕光轴104旋转。只要使用驱动装置144，则方向传感器142可以集成到驱动装置144中。然而，也可以设想的是，从用于控制驱动装置144的控制数据中得出图像传感器118的转动位置/定向。因此，如果驱动装置144被赋予针对旋转运动的一定的转动增量，则至少反过来知道图像传感器118的目标定向。

不言而喻地，电子/数字的正像也是可以设想的，所检测和显示的图像截段是数字旋转的。然而，这在保持立体功能的同时，在立体观察中几乎是不可行的。然而，在示例性实施方式中，可以设想数字微调或精细对准。

不言而喻地，观察器械38原则上也可以通过机器人操作单元34对准，以便对准所显示的图像截段130、132。然而，这通常会导致观察器械38或操作单元34挡路，并且对于外科医生和/或第三方可能受到妨碍不能直接看到操作区域/对象场。此外，在许多情况下，其他器械必须可以进入操作区域。因此，机械手操作单元34以尽可能少地干扰工作流程的方式规则地对准，使得图像传感器118可能必须使用自由度102旋转，以便以期望的方式竖立图像。

然而，通过图像传感器118的旋转进行的这种对准/正像可能导致不能直观地控制机器人操作单元34。例如，如果观察者/操纵者通过输入设备50以方向指令和行程指令的形式指定控制指令，以便通过操作单元34移动观察器械38，则观察者/操纵者有规律地面向所显示的图像截段116(也参见图3和4中的附图标记130、132)。然而，图像截段116中的图案的取向通常与输入设备50的操作轴(例如，右-左-前-后)不相关。在这种情况下，输入设备50上的向右运动不一定使得显示的图像截段116向右移动。

图3和图4进一步示出示例性设计方案，其中，所显示的图像或所显示的图像截段116、132小于传感器120、122的理论上可用的拍摄区域114。如果仅显示各个拍摄区域114的一部分，从理论上讲，可以在拍摄区域114内移动显示的图像截段116。这在图4中通过移位的图像截段134和标为136的坐标系来表示。此外，如已经指出的那样，这使得所谓的数字变焦至少在边界内成为可能。

图3中的拍摄区域114的定向(关于由再现单元128显示的图像截段116、130)表明，在数字图像旋转的情况下，较大的拍摄区域114也是有利的。因此，显示的图像截段116、130能够以给定的纵横比或通常以给定的再现单元128的构形的情况下旋转，而不会例如在再现单元128的角部遗漏。

选择小于拍摄区域114的图像截段116、132的可能性导致如下的情况，其中，所显示的图像截段116、132的当前中心或当前中心点不对应于传感器120、122的中心点124，运行操作设备10时必须考虑到这一点。

根据本发明的一个方面，提出了插入坐标变换，以便能够直观地控制用于移动器械36或观察器械38的操作单元34。这种方案例如实现了：在显示的图像截段116上的控制中定向，尤其是在其定向方面。

额外参考图5对此进行说明。图5示出如下的状态，其中，观察器械38的观察头100中的图像传感器(未明确示出)以如下方式围绕光轴104对准，使得在再现单元128中以期望的方向显示所显示图像截段116。现在，此定向是控制机器人操作单元34的基础。

操作单元34的控制例如通过输入设备50的操纵元件154进行。例如，操纵元件154是按钮状、板状或圆盘状。但是，操纵元件154也可以类似于操纵杆来设计。替代地，操纵元件154可以类似于所谓的旋转按钮来设计。操纵元件154具有不同的运动轴线或输入轴线。通过操纵者以期望的方式作用在操作元件154上，可以经由这些输入轴产生控制指令。操纵元件154优选构造为多轴操纵元件。相应地，操纵元件154例如构造成用于检测沿多个直线轴线156、158、160的运动。总共可以设想六个自由度，例如三个平移自由度和三个旋转自由度。

作为示例，轴线156可以被称为平移轴线。作为示例，轴156对应于X方向。可以沿着轴线156引起推移/直线运动。不言而喻的是，操作元件154只能沿着轴线156偏转很小的程度。例如，轴线158可以被称为平移轴线。作为示例，将轴线158对应于Y方向。可以沿着轴线158引起推移/直线运动。不言而喻的是，操作元件154只能沿着轴线158以小程度地偏转。例如，轴线160可以被称为提升轴线。轴160例如对应于Z方向。可以沿着轴线160引起推移/直线运动。当然，操作元件154只能沿着轴线160偏转很小的程度。

也就是换句话说，通过操作元件154沿着轴线156、158的微小运动，可以引起观察器械38的观察头100在一个平面(大约为X-Y平面)中的平移运动。

升降轴线160例如可以用于改变观察器械38与物场16之间的物距(图6和7中的附图标记196)。原则上也可以考虑沿升降轴线160(Z方向)控制焦点驱动装置。

此外，根据图5中所示的实施例的操纵元件154还具有枢转轴线或旋转轴线162、164、166。枢转轴线162描述了绕轴线156的枢转运动，也就是说绕X轴的枢转运动。枢转轴线164描述了绕轴线158，即例如绕Y轴线的枢转运动。枢转轴线或旋转轴线166描述了绕轴线160，也就是说绕Z轴线的枢转运动/旋转运动。

枢转轴线162、164可以例如用于使容纳在机器人操作单元34上的观察器械38相对于物场16倾斜。这通过在对围绕枢转162、164的枢转运送做出响应下对操作单元34的相应控制来进行，其中，操纵者在操作元件154上进行枢转运动。在一个示例性设计方案中，观察器械38围绕焦点枢转，即设定的工作距离枢转(枢转运动(Pivotbewegung))。

旋转轴线166例如可以用于控制观察器械38的焦点驱动装置。原则上也可以设想，响应于操纵者输入(转动运动)地改变在观察器械38和物场16之间的工作距离/物距(图6和7中的附图标记196)。可以使用释放开关在这些运行方式之间切换。例如，轴160用于改变工作距离，而轴166用于控制焦点驱动装置。相反，可以设想使用轴160用于控制焦点驱动装置，使用轴166来改变工作距离。

原则上可以设想，使操纵元件154在多个空间方向上可偏转地设计。这为操纵者带来了单义明确或者说一一对应的操纵。但是也可以考虑例如借助合适的力传感器来检测在操纵元件154上的力作用。在这种情况下，操作元件154不必一定在宏观上偏转。相反，它在微观上是可偏转的。以此方式，也可以对运动加以检测并将其分配给轴156、158、160、162、164、166，并在此基础上将其转换为控制指令。

输入设备50具有例如按钮或按钮形式的其他操作元件170。按照这种方式，可以控制其他功能。特别地，确定的指令可以被确认。此外，可以设想通过操作元件170之一来选择输入设备50的当前运行模式。操纵元件的另一种可能的用途是存储操作单元34或观察器械38的当前位置，如果需要的话，从此时已假定的位置出发接近该存储位置。位置的存储和对先前存储的位置的接近都可以通过操作元件170来实现。接近先前保存的位置可以限于目标位置。可替代地，能够以使得先前使用的运动路径“向后”行驶的方式来接近先前存储的位置。

根据图5中所示的示例配置，进行坐标变换或定向/坐标系的比较，以简化控制。

在图5中，投影到物场16中的双箭头176、178示出反映图像传感器的取向的坐标系。因此，在图5所示的运行模式中期望响应于输入设备50上的操纵指令而在平面180中移动观察器械38并且进而移动物场16。在平面180中的这种移动是通过内插和相应地控制机械手操作单元34的运动链70的构件而发生的。

所产生的运动轴线186、188在显示在再现单元128上的图像截段116中显示。在所示的示例性运行模式中，将输入设备50上的轴156对应于所产生的轴线186。输入设备50被对应于图像截段116中的所产生的轴线188。因此，以这样的方式控制机器人操作单元34，使得：在输入元件154左右移动期间，所显示的图像截段116同样向右或向左移动。此外，机器人操作单元34以如下方式被操作：当在输入元件154上前后移动时，显示图像截段116沿着所指示的轴线188上下移动。这种操作是直观的，并且可以在观察再现单元128上的显示图像截段116的同时进行。

但是，该运行模式要求，检测观察头100中图像传感器的当前定向(弯曲的双箭头102)并在控制机器人操作单元34时考虑该方向(参见双箭头176、178)。这尤其是适用于使用立体图像传感器118(参见图2和3)的情况时。在图5中，例如，图像传感器118的水平线140(再次参见图2和3，还参见图5中的双箭头176)平行于内插轴线176对准。这种对准当在平面180中所需X-Y运动的轨迹的内插是被考虑到。换句话说，在输入设备50上执行操纵指令时，最好进行坐标转换，以使轴线156、176、186关于对操作单元34的控制指令方面彼此平行对准，以及轴线158、178、188关于对操作单元34的控制指令方面彼此平行地对准。然后，能够以简单的方式在平面180上移动显示的图像截段116。

因此，操纵者可以独立于操作单元34或观察器械38的外部取向/位置地在再现单元128的显示器上在图像截段116的取向方面定向，以便通过在输入设备50的对应的输入轴156、158上的操纵者输入在至少两个轴上直观地控制图像截段116。

至少在示例性实施方式中，在该特殊行驶模式期间不考虑输入设备50的操作元件154的其他自由度，从而实现了在平面180中的理想或几乎理想的运动。

不言而喻，也可以设想其他运行模式，例如空间模式或3D模式，其中，观察器械38在三个或更多空间轴(平移轴/直线轴和枢转/旋转轴线)上的空间控制/运动借助输入设备50实现。

图5示出如下的模式，在该模式中，观察器械38尽可能平行地移动距被观察的物场16一定距离地移动。物距(再次参见图6和图7中的附图标记196)保持基本相同。

除此之外，图6还示出另一模式，其中观察器械38相对于物场16中的枢转点194沿着弯曲路径或弯曲的面/壳移动。例如，枢转点194是反映了物场16的一部分的图像截段116的中心。至少在示例性设计方案中，在考虑到恒定的物距196的情况下，沿着弯曲的壳(例如球壳或半球壳)进行运动。

换句话说，观察器械38的运动可以沿着内插的弯曲的轴线198、200进行，该弯曲的轴线198、200被对应于球面202(球或球分段)。例如，在不被理解为限制性的情况下，轴线198被对应于0度经度，而轴线200被对应于90度经度。沿着球面202/在球面202上的移动在保持与选定枢转点194上的光轴104对准的同时进行。枢转点194可以由所观察的图像截段116的当前中心产生。但是枢转点194也可以在图像截段116中偏心地布置和选择。原则上，枢转点194也可以称为焦点。

在示例性实施方式中，观察器械38在观察头100中具有观察光学器件204。作为示例，为观察光学器件204配设有用于焦点调节的焦点驱动装置206。焦点驱动装置206用于使观察光学器件204的焦距适应所选的工作距离/物距196，从而以足够的清晰度对当前观察的物场16进行成像。对焦点驱动装置206的控制可以手动和/或自动地实现。

至少在示例性实施方式中，观察器械38还具有用于确定物距196的测量装置208。按照这种方式，可以确定当前的物距196。在观察器械38沿着图6所示的弯曲轨迹或面202的运动中，物距196应保持恒定。然而为此，至少在一些实施例中，首先必须确定物距196。这是通过测量装置208完成的。

在替代实施例中，控制装置44可以经由观察光学器件204或焦点驱动装置206的当前运行参数间接确定物距196。换句话说，观察光学器件204的特定状态能够推知特定的物距196。

例如，使用输入设备50的枢转轴线162、164来控制沿弯曲轴线198、200的行驶运动。换句话说，操作元件154绕X轴线156(枢转轴线162)的枢转可以控制沿弯曲轴线198的运动。相应地，使操作元件154绕Y轴线158(枢转轴线164)枢转可以控制沿弯曲的轴线200的运动。在图6中由弯曲的双箭头210、212指示出在再现单元128上所显示的图像截段116的所产生的运动。当然，再现单元128通常具有平面的屏幕。在这方面，箭头210、212仅出于图示的原因而弯曲。

换句话说，操作设备10的在图6中所示的模式实现了图像截段116的中心与观察器械38一起绕转，观察器械38以其光轴104保持与中心对准。类似于行星方式，观察器械38可以绕中心旋转，其中，光轴104保持例如沿径向与中心对准。

再次是这样的情况，特别是在立体图像传感器118(图3和图4)的情况下，确定图像传感器118的当前方向(水平线140)，并且例如通过坐标变换在控制中加以考虑，使得操纵者可以直观地在所显示的图像截段116上定向。在使用枢转轴线162、164的情况下检测到的控制脉冲导致所显示的图像截段116沿着所产生的轴线/路径210、212的相同方向的运动。操作被显著简化。

原则上可以设想，将枢转点194也定位在显示的图像截段116的中心。这可以伴随有这样的事实，即枢转点194最终也与图像传感器118的传感器120、122的中心124重合(参照图3)。按照这种方式，能够实现双重中心对准。

如以上结合图4已经阐释那样，其中，所显示的图像截段116的中心与传感器120、122的中心124一致。但是，在这种情况下，可以设想的是，将枢转点194选择在传感器120、122的中心。因此，在枢转点194与传感器120、122的实际中心124之间存在偏移量。控制装置44、特别是操作控制装置46在观察器械38沿着弯曲路径198、200进行运动控制时考虑到该偏移量。然而，控制的目的是将选定的枢转点194保持在显示图像截段116的中心。

然而，也可以设想，故意选择不在显示图像截段116的中心的枢转点214。因此，在显示的图像截段116的中心和所选择的偏心枢转点214之间存在偏移量。理论上，选择偏心的锚点作为观察器械在曲面202上的运动的中心。控制装置44、特别是操作控制装置46可以设计用于：在移动过程中，保持该在再现单元128的显示器上可见的偏移量。换句话说，在这种模式中，观察器械38的光轴104故意不与旋转中心对准，即为偏离中心的枢转点214。

不言而喻，当操纵者既平移地(轴156、158)又旋转地(轴162、164)移动操作元件154时，在图5和图6中所示的运行模式可以组合。然而，也可以设想将两种运行模式彼此分开。因此，存在并行移位模式、枢转模式和组合模式。例如，可以使用输入设备50上的操作元件170或以其他方式来选择相应的模式。

图7示出使用输入设备50来控制光学观察器械38的其他功能。例如，输入设备50的升降轴线160可以用于引起物距196的变化，参见内插的轴线222。当观察头100随摄像头118移近物平面/物场16时，通过此功能可以放大(细节提高)或提高成像比例。

工作距离/物距196的变化结果由所示的图像截段116中的双箭头226、228、230表示。当工作距离减小时，显示的图像显得更大。当工作距离增加时，显示的图像显得变小。按照这种方式，相应地从结果来看，可以实现变焦功能。这可以通过操纵操作元件154来完成。一方面，这可以包括沿着升降轴线160(Z轴线)的压或拉。然而，也可以设想通过使操作元件154绕Z轴160(旋转轴线166)旋转来实现该功能。

至少在示例性实施方式中，需要使物体宽度与观察头100的光学单元相适配，使得图像在选定的物体距离上也显得清晰。为此，输入设备50的操作元件154的运动自由度之一(参见轴线160、166)也可以用于控制焦点驱动装置。

在替代实施例中，具有可变焦距的光学单元被安装在观察头100中，从而可以实现光学变焦。在替代实施例中，所谓的数字变焦至少在边界内内是可能的。当再现的图像截段116小于图像传感器的理论上可行的拍摄区域114或小于光学结构组件的视场时，尤其是这种情况。然后，拍摄和/或再现的图像截段116可以在由拍摄区域114指定的边界内至少一定程度地变化，以便实现放大的详细显示或缩小的概览表示。

此外，可以设想的是，将数字变焦与用于提供放大/缩小的图像截段的替代措施相关联，以使得能够经由一个且为同一输入设备50直观地控制这种放大功能。在使用输入设备50来通过使观察器械38沿着内插轴222移动以改变物距196的模式基本上可以与图5和图6中描述的模式同时使用。然而，也可以设想将各个模式彼此分开以便实现单义明确的操纵。

此外，在示例性实施方式中，可以设想：根据所选择的变焦级别或所选择的工作距离/物距196来选择机器人操作单元的移动速度，并因此选择容纳在其上的观察器械38的移动速度。因此，如果选择放大的显示(高变焦倍率，小物距或大图像比例)，则观察器械38可以更缓慢地移动。按照这种方式，观察者仍然可以很好地检测变化的图像截段116。相反，如果选择缩小的显示(小变焦倍数，大物距或小图像比例)，则观察器械38可以更快地移动。这是可行的，因为显示的图像截段116覆盖了物场16的较大区域。

图8示出多个输入设备244、252可以经由接口238联接到控制装置44、即操作控制单元46或器械控制单元48。在图8中，输入设备244、252分别是具有输入元件246、254的单手输入设备，该输入元件可以在各种空间轴上被操作以产生控制指令，对此参见分配给输入元件246、254的坐标系248、256。可能需要多个输入设备244、252，以在操作环境中对于不同操纵者实现操纵。一方面，这可以涉及对机器人操作单元34的控制。此外，这可以涉及对观察器械38的控制，例如用于图像拍摄参数和/或图像再现参数的控制。

不言而喻，具有接口238的控制装置44使用适当的激活/优先级/等级，以便清楚地定义当前正在使用输入设备244、252中的哪个。以这种方式，例如，可以定义主要输入设备244和次要输入设备252，主要输入设备244具有更高的优先级。因此，当使用主要输入设备244时，次要输入设备252被停用或者其指令被忽略。可以考虑用于定义当前使用的输入设备的其他措施。

原则上，可以通过各种类型的输入设备来控制医疗操作设备10，参见图1中的输入设备50、52、54、56和58。图8示出相同类型的两个输入设备244、252。然而，这不应被理解为限制性的。

与输入设备244、252的当前位置和定向无关地，当控制机器人操作单元34时，其用户都可以将自己在再现单元128的当前图像截段116上定向。换句话说，输入设备244、252的坐标系248、256与显示的图像截段116的所产生的运动轴线186、188对准。

还可以设想的是，为不同的用户提供不同的再现单元128，例如不同的显示器或HMD(头带设备)。这可以包括用户在分配给他们的再现单元上使用分别显示的图像截段116的不同取向(旋转取向)的情况。然后，可以使相应的输入设备244、252或其坐标系248、256与图像截段的相应定向一致，以便能够直观地移动图像截段。这可以大大简化不同操纵者的操纵。特别是在医疗环境中，可以设想到不同的人参与了医疗程序。因此，可以设想的是，在相关方之间的医疗过程中，改变对于操作设备10或机器人操作单元34的操纵的责任。

图9结合图1示出释放过程，该释放过程用于在运行操作设备10、特别是机器人操作单元34时提高安全性。为此，设置有安全装置262，其也可以称为释放控制器。安全装置262可以被设计为控制装置44的组件，参见图9中的具有操作控制单元46和器械控制单元48的控制装置44的示意图。

机器人操作单元34可以通过输入设备50来控制，从而运动链70的构件被移动以便移动观察器械38。这在错误或不正确操作的情况下具有相当显著的效果。因此，在示例性实施方式中，使用释放开关来提供附加的释放过程。释放开关例如是输入设备54或其输入元件264。输入元件264被设计为例如脚踏开关。释放开关具有双重功能，因为一方面释放开关能够释放机器人操作单元34的运动，另一方面能够用于在对观察单元38和机器人操作单元34的控制之间来回切换。

不言而喻，布置在平台22上的输入设备56(见图1)原则上也可以用作释放开关。因此，安全装置262可以被设计为使得只有在通过输入设备54激活了相应模式的情况下，才可以对操作单元34进行控制。

安全装置262确保仅可能有意操纵观察器械38的当前位置。可以避免不正确的操纵/无意的控制。

在示例性实施方式中，输入设备54与安全装置262固定接线。换句话说，安全装置262可以是分立的安全装置，其不仅通过软件在控制装置44中实现。按照这种方式，安全装置262被独立地设计。操作变得更加困难。输入设备54的固定联接(硬连线)使得操作该输入设备变得困难。

输入设备54或其输入元件264具有至少两个开关位置。第一开关位置(阶段0)例如对应于未操作状态。在这种状态下，输入设备50不能用于控制和移动操作单元34。输入设备50至少在操作单元34的控制方面是无效的。第二开关位置(阶段I)可以实现使关于输入设备50被激活的状态，使得由控制装置44来处理输入设备50上的指令，以控制和移动操作单元34。

为了进一步提高安全性，至少在示例性实施方式中设置有第三阶段(阶段II)，该第三阶段也可以称为应急模式/应急阶段。在该实施例中，第二阶段(阶段I)设置在第一阶段(阶段0)和第三阶段(阶段II)之间。换句话说，操纵者必须施加一定的最小力，以使释放开关的输入元件264从第一阶段(停用状态)进入第二阶段(激活状态)。但是，该操作力不得超过规定的最大力。当超过最大力时，释放开关的输入元件264从第二阶段(激活状态)进入第三阶段(停用状态或紧急状态)。因此必须施加限定的操作力，该操作力在最小力和最大力之间的范围内，以便能够经由输入设备50控制机器人操作单元34。

该设计进一步提高了安全性。即，如果输入设备54形式的释放开关无意地以很高的力操作时，则输入设备50也不必为了操纵指令而被释放。取而代之地，激活状态/释放状态(第二阶段或阶段I)被通过或跳过，输入设备54移动到第三阶段(阶段II)。

当然，释放开关也能够另外的方式设计。因此，可以设想仅在第一级(0级)和第二级(I级)下有意地运行释放开关。可以设置附加的操纵元件，例如必须与释放开关一起操作的附加的操纵元件。在图9中所示的实施例中，释放开关被设计为脚踏开关形式的输入设备54。不言而喻地，手动开关也可以用作释放开关。

图10示出操作设备10，尤其是操作单元34的另一种示例性的运行模式。图10还可以被称为直接控制模式。在直接控制模式中，不通过输入设备50对机器人操作单元34进行控制，参见图10中标记为286的实线框。

取而代之地，在直接控制模式中，直接通过在操作单元34的运动链70的元件上的操纵或干预控制操作单元34。为此，在图10中所示的实施例中设置了输入设备58，所述输入设备具有呈手柄或按钮形式的输入元件270。操纵者可以抓住输入元件270并使其在空间中移动。具有输入元件270的输入设备58例如布置在机器人操作单元34的器械保持件40上，也就是说布置在所容纳的观察器械38的附近。输入设备58也可以被称为作为直接控制输入设备。

至少在示例性实施方式中，输入设备58在输入元件270中具有传感器272，该传感器272检测例如操纵者的手的接近或存在。以这种方式，可以在直接控制模式中经由输入设备58释放对操作单元34的控制。

可以设想的是，在使用输入设备58的输入元件270中的传感器272释放直接控制模式时，省去了额外的释放(参见在图1和9中用作释放开关的输入设备54)。这是可以设想的，因为操纵者可以通过输入设备58直接或几乎直接影响容纳在器械保持件40上的观察器械38的位置和定向。在这种情况下，操作是清晰而直接的。

在直接控制模式中，操纵者施加到输入设备58的输入元件270上的力脉冲和行程脉冲通过操作控制单元46(参见图1)得到检测和评估，其中，从而机器人操作单元的元件的驱动装置以这样的方式控制，使得机器人操作单元34连同器械保持件40和其上容纳的观察器械38跟随在输入设备58上所产生的运动。不言而喻地，在直接控制模式中，两者可以实现容纳在操作单元34上的观察器械38的平移运动和旋转运动/枢转运动。

可以例如通过监控操作单元34的运动链70的各个轴驱动装置来实现对操纵脉冲的检测。可以在轴驱动装置中感觉到操纵脉冲并因此对其加以检测。可替代地，可以将相应的传感器对应于轴驱动装置。

替代地或附加地，可以设想的是，输入设备58类似于输入设备50地设有其自身的运动自由度和相应的传感器，以便检测偏转。还可以设想在输入设备58中或其输入元件270中设置力传感器/变形传感器，以便检测：操纵者想要如何利用观察器械38移动操作单元34。

控制装置44，特别是操作控制单元46，以直接控制模式控制操作单元34，使得操作单元跟随操纵者在直接控制输入设备58上的运动脉冲，并且当操纵者不再在输入设备58上作用时，当前的位置和/或定向被保持。以这种方式，操纵者可以准手动地移动观察器械38，其中，实现了无中介而且直接的反馈。

在图10中，输入坐标系278被分配给输入设备58的输入元件270。为此对准的坐标系280示出用于通过输入设备58上的操纵脉冲来移动观察器械38的所产生的、内插的运动。由于输入设备和观察器械38之间的接近性，因此观察器械38直接跟随输入设备58上的操纵脉冲。

操作控制单元46能够以如下方式运行，使得当操纵者在直接控制模式中在输入设备58上被操作时感觉到一定的但不是太大的阻力(制动扭矩)。这样可以在直接控制模式中进行灵敏的运动和位置指定。

还可以设想的是，在直接控制模式中，通过控制装置44，特别是通过其操作控制单元46，来记录操作设备34的由操纵者通过输入设备58手动控制的移动路径，并且在必要时“向后”起动。按照这种方式，控制装置44、特别是其操作控制单元46可以提供返回功能。因此，设备可以从当前位置开始移动到起始位置或已保存的其他位置。基本上在其他控制模式中也可以设想这一点，而不仅仅是直接控制模式。所选择的功能的存储和调用可以例如经由输入设备50上的操作元件170或经由其他操作元件来控制。

图11和图12示出观察器械38在操作单元34的器械保持件40的固定方案。在图11中，将观察器械38从器械保持件40上拆下。在图12中，将观察器械38固定在器械保持件40上。除了在观察器械38和器械保持件40之间的机械联接之外，还通过接口292、294设置信号技术上的联接。观察器械的接口被标记为292。操作单元34方面的接口被标记为294。因此，信号联接也可以与机械联接一起发生。

与观察器械38的固定有关地，操作设备10的控制装置44因此可以经由接口292、294确定观察器械38是哪种器械。这种识别可以用于操作单元34的特定于器械类型的基本设置(参数组)。例如，在控制机器人操作单元34时，可以考虑到观察器械的给定尺寸。可以设想使用接口292、294来交换与用于观察头100上的图像传感器(在图11和图12中未明确示出)的转动驱动装置300有关的信息。也可以设想的是，获得关于图像传感器的当前定向/转动位置的信息。

图像信息也可以经由接口292、294传输的信息、也就是所监控的图像截段或拍摄区域的图像信号。另外，传输可用于机器人操作单元34的运行的信息。

可以设想的是，观察器械38包含可以经由接口292、294查询的识别信息(ID)。因此，控制装置44然后可以基于该信息例如查询与观察器械38有关的参数组，例如在数据库中查询。此外，可以设想的是，观察器械38本身通过接口292、294提供该信息。

图11和图12中所示的设计涉及在观察器械38与一方面的操作控制单元46以及另一方面器械控制单元48之间的信息交换。在操作单元34的介入下，传输相应的信号/信息。

图13借助示意图示出操作设备10的示例性功能配置/系统架构的框图。从结构角度来看，图10中所示的操作设备10可以基本上对应于操作设备10的参照图1至12所示的设计。

操作设备10具有观察分段306、器械控制分段308和操作分段310。这些分段306、308、310是功能上划分的分段。这些分段不一定是在结构上划分的分段。观察分段306包括容纳在保持器40上的观察器械38。用于直接控制模式的输入分段58也对应于观察分段306。输入设备58具有例如用于激活直接控制模式的传感器。

观察分段306与操作分段310的机械连接是通过机器人操作单元34实现。例如，设置有手84，其承载着器械保持件40，见图2。操作单元34还包括分配给操作分段310的基座或基架68。操作分段310还包括用于控制操作单元34的操作控制单元46。第六操作单元40设有用于能量供应的接口318。接口318也可以用于信息交换和/或介质供应。

此外，在结构上还为操作分段310配设了输入设备52，该输入设备例如设计为触摸显示器。输入设备52与操作控制单元46进而还有(全局)控制装置44联接。操纵部段310还包括安全装置262，其也可以称为释放控制器。安全装置262例如联接到设计为释放开关的输入设备54。就信号而言，安全装置262例如联接到操作控制单元46，以便激活或阻止操作控制单元46进而还有操作单元34的运行模式。

在根据图13的实施例中，安全装置262进一步联接至锁定传感器328，该锁定传感器328监控承载操作单元34或小车24的平台22是否被制动和紧固。至少在示例性实施方式中，这也是释放操作单元34运动的条件。

器械控制分段308主要包括器械控制单元48，即用于监控和控制观察器械38的CCU/控制台。因此，器械控制单元48通过至少一条信号线连接到观察器械38。此外，在根据图13的示例性实施方式中，设置有光源320，该光源320为了照明目的而联接至观察器械38。

图13还示出观察分段306、器械控制分段308和操作分段310之间的信号交换或信息交换的线路。

此外，至少一个输入设备50、244、252经由合适的接口联接至器械控制单元48。可以提供多个输入设备50、244、252，以便使不同的操纵者可以控制操作设备10。器械控制单元48和至少一个输入设备50、244、252被设计成使得它们也可以在观察器械38的手动引导的模式中，用于控制目的。换句话说，器械控制单元48协调图像检测以及必要时的图像再现。同样地，至少一个输入设备50、244、252可用于控制图像拍摄参数和图像再现参数。

然而，根据图13所示的实施例设置为，至少一个与器械控制单元48联接的输入设备50、244、252额外地用于控制机器人操作单元34。为此，器械控制单元48与操作控制单元46连接，例如通过用于交换信息的接口322连接。接口322也可以被称为网络接口或数据总线接口。

该配置使得：在输入设备50、244、252可用于控制机器人操作单元34以移动容纳在其上的观察器械38的模式中，器械控制单元48本身并不被大规模地处理相应的控制信号，而是经由接口322传递给操作控制单元46。这种模式例如在使用安全装置262的情况下通过设计为释放开关54的输入设备来释放。

这种设计的优点在于，器械控制单元48可以进一步独立地和自主地用于例如以手持/手动引导的模式控制观察器械38。这也适用于直接联接到器械控制单元48的可行的输入设备50。在没有操作单元34及其操作控制单元46的情况下，这也是可能的。

然而，可以通过使用一个且为同一输入设备50的情况下通过提供机器人操作单元34来控制扩展的使用范围。因此，并非绝对必须为了控制操作单元34而提供额外的输入设备50。输入设备50能够以各种模式用于器械控制和操作控制。

特别可以设想的是，输入设备50是多轴输入设备。这样的输入设备(例如参见所谓的3D鼠标)非常适合两种控制模式。这具有的优点是，可以将相同的布置方式用于观察器械38的手持操作和由机器人操作单元34支持的运行。不一定需要对观察器械38和与其对应的器械控制单元48进行两次投资。仍然确保了操作设备10与机器人操作单元34的扩展布置的简单而又安全操纵。

本发明的另一方面涉及通过控制装置44、特别是通过其操作控制单元46来使用观察器械38的当前运行参数或常规参数，以控制机器人操作单元34。可以设想的示例构造方案是，其中，机器人操作单元34的行驶速度取决于观察器械38的运行参数。例如这会影响当前的物距。在大物距的情况下，可以选择高行驶速度来移动观察器械38，在小物距的情况下，可以选择低行驶速度来移动观察器械38。

参照图14，使用示意性框图示出用于控制操作设备的方法的示例性实施方式。该操作设备可以是医疗操作设备。但是，它也可以是非医疗操作设备。

该方法包括步骤S10，该步骤包括提供器械以及将其布置在机器人操作单元上的器械保持件上。该器械例如是观察器械。接下来是步骤S12，该步骤包括利用输入设备对操作设备的控制，其中，控制与机器人操作单元和/或器械的控制相关。换句话说，针对控制装置或输入设备有不同的运行模式。例如，控制装置包括用于控制器械的器械控制单元和用于控制机器人操作单元的操作控制单元。该输入设备既可以用来控制机器人操作单元，也可以用来控制器械。

在另一步骤S14中，监控释放开关。释放开关是例如脚踏开关。其他设计是可能的。释放开关可以具有不同的位置/状态。

在步骤S16中，确认：释放开关处于第一状态0还是第二状态I。第一状态0对应于未激活状态。第二状态I对应于激活状态。例如，操纵者可以施加一定的操作力以将释放开关从第一状态0改变为第二状态I。

如果释放开关处于第一状态0，则进入步骤S18。因此，输入设备处于第一运行模式。可以在第一运行模式中控制器械。然而，在第一运行模式中，未设置用于移动器械的机器人操作单元的控制方案。这使得：在第一运行模式中，减少或避免了器械与目标对象(例如观察对象)之间的相对运动。

然而，如果在步骤S16中确认：释放开关处于第二状态I，则接着进行步骤S20。在步骤S20中，可以在第二运行模式中运行输入设备。因此，在第二运行模式中，输入设备可以用于控制机器人操作单元来移动器械。但是这只有在通过操作释放开关而明显释放后才可行。以这种方式，只能通过对释放开关额外的释放来激活第二运行模式。这降低了无意地激活第二运行模式的可能性。

图15使用示意性框图来示出用于控制操作设备的方法的另一示例性设计方案。图15中所示的方法基于图14所示的设计。关于步骤S10至S14，因此参考结合图14的上述说明。

图15中所示的设计方案使用释放开关，其具有三个状态/位置0、I和II。因此，在步骤S16中确定释放开关是处于第一状态0、处于第二状态I还是处于第三状态II。第一状态0对应于非激活状态。第二状态I对应于激活状态。当操纵者在释放开关上的操作力超过定义的极限时，达到第三状态II。按照这种方式，可以进一步减少错误操纵的风险。即，如果释放开关无意地被很大的力操作时，则释放开关从第一状态0经由第二状态I至第三状态II。换句话说，操纵者必须将操作力保持在一定范围内，以产生并保持释放开关的第二状态I。换句话说，释放开关设计成三个阶段，第二阶段(激活第二运行模式)在第一阶段和第三阶段之间。

只要在步骤S16中发现释放开关处于第一状态0，则进入步骤S18。在步骤S18中，输入设备处于第一运行模式。只要在步骤S16中发现释放开关处于第二状态I，则进入步骤S20。在步骤S20中，输入设备处于第二运行模式。

只要在步骤S16中发现释放开关处于第三状态II，则进入步骤S22。步骤S22基本上可以被设计为紧急停止功能。因此，当释放开关处于第三状态时，操作设备的至少部分功能被停用。可替代地，可以设想的是，释放开关的第三状态II类似于第一状态0地保持。因此，输入设备处于第一运行模式中(参见步骤S22和S18之间的可选虚线)。

使用释放开关提高了运行安全性。可以减少错误操纵的风险。器械释放后，可使用输入设备来控制器械相对于目标对象/患者的相对运动，该输入设备用于控制器械自身的功能。

Claims (21)

1.一种医疗操作设备，具有：

用于容纳器械(36)的器械保持件(40)；

机器人操作单元(34)，所述机器人操作单元承载器械保持件(40)；

控制装置(44)，所述控制装置具有用于控制机器人操作单元(34)的操作控制单元(46)和用于控制器械(36)的器械控制单元(48)，其中，控制装置(44)具有针对至少一个输入设备(50)的接口(238)；

输入设备(50)，所述输入设备与接口(238)联接，其中，输入设备(50)在第一运行模式中能够用于控制器械(36)，在第二运行模式中能够用于控制机器人操作单元(34)；以及

释放开关(54)，用于激活第二运行模式，在第二运行模式中，机器人操作单元(34)能够对在输入设备(50)上的输入指令做出响应地行驶。

2.根据权利要求1所述的操作设备，其中，输入设备(50)能够与控制装置(44)联接，控制装置(44)能够与器械(36)以及与机器人操作单元(34)联接，并且控制装置(44)相对于输入设备(50)以及相对于容纳在器械保持件(40)上的器械(36)接在中间。

3.根据权利要求1所述的操作设备，其中，控制装置(44)在信号技术上相对于输入设备(50)以及机器人操作单元(34)接在中间。

4.根据权利要求1所述的操作设备，其中，释放开关(54)具有两种状态(0、I)，其中，第一状态(0)是初始状态，并且第二状态(I)是对应第二运行模式的激活状态。

5.根据权利要求4所述的操作设备，其中，释放开关(54)具有第三状态(II)。

6.根据权利要求5所述的操作设备，其中，释放开关(54)在激活时，从第一状态(0)出发，通过施加操作力而能够首先转换到第二状态(I)，并且之后在操作力提高时，能够转换到第三状态(II)，并且在释放开关(54)的第一状态(0)以及第三状态(II)中，对机器人操作单元(34)的控制被锁定。

7.根据权利要求1所述的操作设备，其中，释放开关(54)直接与配设给机器人操作单元(34)的操作控制单元(46)连接。

8.根据权利要求1所述的操作设备，其中，所述控制装置(44)被构造用于，在第二运行模式中将通过输入设备(50)检测到的、用于机器人操作单元(34)的控制指令通过器械控制单元(48)提供给操作控制单元(46)。

9.根据权利要求8所述的操作设备，其中，用于机器人操作单元(34)的控制指令在第二运行模式中，借助传递控制指令的器械控制单元(48)传输。

10.根据权利要求1所述的操作设备，其中，输入设备(50)设计为多轴输入设备(50)，并且对呈推移运动或枢转运动形式的操纵运动沿至少两个轴(156、158、160、162、164、166)加以检测，并且操纵运动被转换为用于机器人操作单元(34)的控制指令。

11.根据权利要求10所述的操作设备，其中，机器人操作单元(34)包括多构件式的动力装置(70)，所述动力装置具有多个联接构件(72、76、80、84)，所述控制装置(44)构造用于，将运动预殴值借助内插转换成针对联接构件(72、76、80、84)的运动轴线的控制指令。

12.根据权利要求1所述的操作设备，其中，所述控制装置(44)被设计用于，对器械(36)的当前位置和定向加以存储以及必要时调用。

13.根据权利要求12所述的操作设备，其中，所述控制装置(44)被设计用于，对器械(36)的多个规定的位置和定向加以存储，以便在需要时调用所述位置和定向。

14.根据权利要求1所述的操作设备，其中，控制装置(44)设计用于，对操作单元(34)以如下方式操控：使得器械(36)借助操作单元(34)的内插的运动而能够围绕虚拟的倾斜轴枢转，所述倾斜轴平行于图像传感器(118)地布置。

15.根据权利要求1所述的操作设备，其中，所述控制装置(44)被设计用于，使机器人操作单元(34)以直接控制模式运行，以便使器械(36)在空间中运动并且调整取向，其中，能够通过在操作单元(34)的与器械相邻的元件(40)上的作用来产生机器人操作单元(34)上的操纵指令，并且操作控制单元(46)被设计用于，以如下方式操控机器人操作单元(34)：使得器械(36)跟随所引发的运动。

16.根据权利要求15所述的操作设备，其中，操纵元件(270)设置用于在直接控制模式中控制机器人操作单元(34)，并且操纵元件(270)具有用于产生对应直接控制模式的释放信号的传感器(272)。

17.根据权利要求1所述的操作设备，其中，机器人操作单元(34)装配在小车(24)上，并且仅当小车(24)被锁定时，才实现对机器人操作单元(34)的操控，以驱动器械(36)。

18.根据权利要求1所述的操作设备，其中，接口(238)能够与多个输入设备(244、252)联接，通过所述多个输入设备能够控制机器人操作单元(34)，所述输入设备(244、252)能够具有不同的优先级。

19.根据权利要求1所述的操作设备，其中，所述器械(36)设计为观察器械(38)，并且布置在器械保持件(40)上。

20.一种用于控制操作设备的方法，所述操作设备包括：具有器械保持件(40)和容纳于器械保持件上的器械(36)的机器人操作单元(34)，所述方法具有下列步骤：

在器械保持件上提供器械(36)，

借助控制装置(44)来控制器械(36)和机器人操作单元(34)，其中，所述控制在利用输入设备(50)的情况下实现，其中，输入设备(50)在第一运行模式中能够用于控制器械(36)，并且在第二运行模式中能够用于控制机器人操作单元(34)，以及

通过操作释放开关(54)来激活第二运行模式，在第二运行模式中，机器人操作单元(34)能够对在输入设备(50)上的输入指令做出响应地行驶。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，释放开关(54)能够根据所施加的操作力而以第一状态(0)、第二状态(I)和第三状态(II)运行，其中，第二状态(I)是对应第二运行模式的激活状态，其中，在第一状态(0)中和在第三状态(II)中，停用第二运行模式，并且在切换释放开关(54)时，第二状态(I)相对于第一状态(0)和第三状态(II)布置在中间。

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