SK9389Y1

SK9389Y1 - Semi-autonomous robotic epilation workplace and laser epilation method performed at this workplace

Info

Publication number: SK9389Y1
Application number: SK522021U
Authority: SK
Inventors: MUDr. Okál František; prof. Ing. Duchoň František, PhD.; Ing. Chovanec Ľuboš, PhD.; Ing. Dekan Martin, PhD.; Ing. Lučan Martin; Mgr. art. Zach Daniel
Original assignee: Slovenská Technická Univerzita V Bratislave; MUDr. Okál František
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-12-07
Also published as: SK522021U1

Abstract

The semi-autonomous robotic epilation workplace comprises a robot intended for use in medical applications, which allows working with a human in a common space, an end effector of the robot comprising a laser epilator being formed by a head (2) adapted for manual manipulation, the workplace further comprising a structured light projector (5) , 3D visual system (4) and workplace control computer (6). The laser epilation method performed at this workplace includes controlling the robot end effector in manual mode by manually guiding the robot end effector over the treated surface and maintaining a predetermined distance of the epilator from this surface based on data processed in the workplace control computer (6) from the 3D visual system (4), or in a semi-autonomous mode, in which the robot performs autonomous laser epilation based on the scanning of the treated surface by a 3D visual system (4) according to the operator's instructions via the workplace control computer (6).

Description

SK 9389 Υ1SK 9389 Υ1

Oblasť technikyThe field of technology

Technické riešenie patrí do oblasti zariadení na laserovú epiláciu a týka sa semiautonómneho robotického epilačného pracoviska a spôsobu laserovej epilácie vykonávaného na tomto pracovisku.The technical solution belongs to the field of laser epilation equipment and concerns a semi-autonomous robotic epilation workplace and the method of laser epilation performed at this workplace.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Počas laserového odstraňovania chĺpkov, epilácie, vstupuje do vlasového folikulu vysoko koncentrované svetlo. Tamje laserové svetlo potom absorbované pigmentom v korienku vlasov a vytvára teplo. To poškodzuje vlasový folikul, a tým brzdí budúci rast vlasov. Na takéto operácie sa bežne využívajú rôzne na tento účel známe laserové zariadenia. Ošetrovanie väčších plôch týmito zariadeniami býva však časovo náročné. V súčasnosti je aj nedostatok kvalifikovaného personálu, ktorý by zvládal vykonávať takéto operácie. Práca je monotónna a ak je obslužný personál unavený, býva aj nepresná. Z toho dôvodu sa táto procedúra na permanentné odstránenie ochlpenia musí opakovať 6- až 8-krát.During laser hair removal, epilation, highly concentrated light enters the hair follicle. There laser light is then absorbed by the pigment in the root of the hair and creates heat. This damages the hair follicle, thereby inhibiting future hair growth. Various laser devices known for this purpose are commonly used for such operations. However, treating larger areas with these devices is time-consuming. Currently, there is also a shortage of qualified personnel who can handle such operations. The work is monotonous and if the service personnel are tired, they tend to be inaccurate. For this reason, this procedure for permanent hair removal must be repeated 6 to 8 times.

Cieľom tohto technického riešenia je v podstatnej miere odstrániť nevýhody doterajšieho stavu techniky.The aim of this technical solution is to substantially eliminate the disadvantages of the current state of the art.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Predmetom tohto technického riešenia je semiautonómne robotické epilačné pracovisko, ktorého podstata spočíva v tom, že zahŕňa robot, ktorý je určený na použitie v medicínskych aplikáciách a umožňuje prácu s človekom v spoločnom priestore, pričom koncový efektor robota obsahujúci laserový epilátor je tvorený hlavicou vybavenou rukoväťou, na ktorej je umiestnený spínač na prepíname ručného režimu koncového efektora robotického ramena, kde pracovisko ďalej zahŕňa projektor štruktúrovaného svetla a 3D vizuálny systém, umiestnené nad pracovným priestorom, a riadiaci počítač pracoviska, ktorý je prepojený s riadiacim počítačom robota, projektorom štruktúrovaného svetla a 3D vizuálnym systémom.The subject of this technical solution is a semi-autonomous robotic epilation workplace, the essence of which is that it includes a robot that is intended for use in medical applications and enables work with a person in a common space, while the end effector of the robot containing a laser epilator is formed by a head equipped with a handle, on which a switch is placed to switch the manual mode of the end effector of the robotic arm, where the workplace further includes a structured light projector and a 3D visual system, located above the work area, and a workplace control computer that is connected to the robot control computer, a structured light projector and a 3D visual system system.

Predmetom tohto technického riešenia je aj spôsob laserovej epilácie vykonávaný na uvedenom pracovisku, ktorého podstata spočíva v tom, že koncový efektor robota je ovládaný v ručnom režime na základe mčného navádzania koncového efektora robota nad ošetrovaný povrch a udržiavania vopred stanovenej vzdialenosti epilátora od tohto povrchu na základe údajov spracovaných riadiacim počítačom pracoviska z 3D vizuálneho systému so súčasným overovaním nadlimitného ožarovania ožarovaného bodu alebo v semiautonómnom režime, kedy robot podľa pokynov operátora cez riadiaci počítač pracoviska vykonáva autonómne laserovú epiláciu, na základe oskenovania ošetrovaného povrchu 3D vizuálnym systémom, ktoré je nasledované segmentáciou ošetrovaného povrchu, kde segmentácia zahŕňa určenie limitov, ďalej skenovanie vo viaceíých krokoch, kde prvý sken je použitý na odhad polohy časti s ošetrovaným povrchom a táto informácia je spojená spolu s informáciou o polohe limitov, medzi limitmi sú potom vygenerované epilačné body zo skenovaného povrchu, pričom trajektórie na epiláciu sú generované postupne v susedných dvojiciach, pričom susedné dve trajektórie sú kolmé na časť s ošetrovaným povrchom a posunuté o vzdialenosť priemeru epilačnej hlavy laserového epilátora, kde každý epilačný bod z trajektórie je definovaný svojou polohou, orientáciou a poradím v rámci trajektórie, pričom už ošetrené body sú uložené do databázy riadiaceho počítača pracoviska. Pracovisko využíva robotizovaný systém pri laserovej epilácii, kde človek - operátor môže bezpečne vstupovať do pracovného priestoru robota. Robotizovaný systém sa vyznačuje aj bezpečným dizajnom koncového efektora robota, čím aj touto časťou vyhovuje bezpečnej práci v prostredí s človekom. Systém pracuje v dvoch modoch. V prvom móde je koncový efektor robota navádzaný ručne operátorom, pričom riadiaci počítač pracoviska vyhodnocuje vzdialenosť od ošetrovaného povrchu kože a zároveň neprekročenie stanoveného počtu viacnásobného ožiarenia rovnakého miesta. V druhom móde pracuje ako semiautonómny systém, v rámci ktorého robot podľa pokynov operátora cez riadiaci počítač pracoviska vykonáva autonómne laserovú epiláciu. Robotizovaný systém tiež optimalizuje svoju činnosť a nevracia sa alebo operátorovi neumožní vrátiť sa na rovnaké miesto a znova ho ožarovať.The subject of this technical solution is also the method of laser hair removal performed at the mentioned workplace, the essence of which is that the end effector of the robot is controlled in manual mode based on the manual guidance of the end effector of the robot over the treated surface and maintaining a predetermined distance of the epilator from this surface based on data processed by the control computer of the workplace from the 3D visual system with simultaneous verification of over-limit irradiation of the irradiated point or in semi-autonomous mode, when the robot performs autonomous laser hair removal according to the operator's instructions via the control computer of the workplace, based on scanning the treated surface by the 3D visual system, which is followed by segmentation of the treated surface , where the segmentation involves determining the limits, then scanning in several steps, where the first scan is used to estimate the position of the part with the treated surface and this information is combined with the information about the position of the limits, between the limits are then generated epilation points from the scanned surface, while trajectories for epilation are generated sequentially in adjacent pairs, while the adjacent two trajectories are perpendicular to the part with the treated surface and shifted by the distance of the diameter of the epilation head of the laser epilator, where each epilation point from the trajectory is defined by its position, orientation and advice within the trajectory, while already treated points are stored in the database of the workplace's control computer. The workplace uses a robotic system for laser epilation, where a human operator can safely enter the robot's workspace. The robotized system is also characterized by a safe design of the end effector of the robot, which also makes this part suitable for safe work in an environment with humans. The system works in two modes. In the first mode, the end effector of the robot is manually guided by the operator, while the control computer of the workplace evaluates the distance from the treated skin surface and at the same time not exceeding the set number of multiple irradiations of the same place. In the second mode, it works as a semi-autonomous system, in which the robot autonomously performs laser epilation according to the operator's instructions via the control computer of the workplace. The robotic system also optimizes its operation and does not return or allow the operator to return to the same location and irradiate it again.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Pracovisko podľa technického riešenia je na názorné vysvetlenie znázornené na pripojených výkresoch, na ktorých obr. 1 znázorňuje celkový pohľad na pracovisko a obr. 2 znázorňuje detail koncového efektora robota.The workplace according to the technical solution is illustrated in the attached drawings, in which fig. 1 shows a general view of the workplace and fig. 2 shows a detail of the end effector of the robot.

SK 9389 Υ1SK 9389 Υ1

Príklady uskutočneniaImplementation examples

Technické riešenie je objasnené na ďalej opísanom príklade uskutočnenia s odkazom na obr. 1 a 2.The technical solution is explained in the further described embodiment with reference to fig. 1 and 2.

Semiautonómne robotické epilačné pracovisko podľa technického riešenia zahŕňa robot určený a certifikovaný na použitie v medicínskych aplikáciách, ktorý spĺňa nároky na prácu s človekom v spoločnom priestore, konkrétne je použitý robot KUKÁ LBR Med. Robot ako jestvujúci celok typicky zahŕňa základňu 7 s riadiacim systémom robota, robotické rameno 1 a riadiaci počítač 3 robota. K robotickému ramenu 1 je pripojený koncový efektor s laserovým epilátorom. Koncový efektor je, podľa obr. 2, tvorený hlavicou 2 prispôsobenou na mčné navádzanie. Hlavica 2 je vybavená úchytom 8 na pripojenie k robotickému ramenu 1 a rukoväťou 9 na mčnú manipuláciu s hlavicou 2. Na rukoväti 9 je výhodne umiestnený spínač 10 na prepíname ručného režimu koncového efektora robotického ramena 1.According to the technical solution, the semi-autonomous robotic hair removal workplace includes a robot designed and certified for use in medical applications, which meets the requirements for working with a person in a common space, specifically the KUKÁ LBR Med robot is used. The robot as an existing unit typically includes a base 7 with a robot control system, a robot arm 1 and a control computer 3 of the robot. An end effector with a laser epilator is connected to robotic arm 1. The end effector is, according to fig. 2, consisting of a head 2 adapted for manual guidance. The head 2 is equipped with a handle 8 for connection to the robotic arm 1 and a handle 9 for manual handling of the head 2. A switch 10 for switching the manual mode of the end effector of the robotic arm 1 is conveniently located on the handle 9.

V hlavici 2 je umiestnený kolimátor 11. Do hlavice 2 je privedené elektrické pripojenie 12 k spínaču 10, optický kábel 13 na vodenie laserového výboja a prívod 14 vzduchu na chladenie. Hlavica 2 obsahuje na pracovnom konci účinný otvor 15 a výstup 16 chladiaceho vzduchu z prívodu 14 chladiaceho vzduchu.A collimator 11 is placed in the head 2. An electrical connection 12 to the switch 10, an optical cable 13 for guiding the laser discharge and an air supply 14 for cooling are brought into the head 2. The head 2 contains an effective opening 15 and an outlet 16 of cooling air from the inlet 14 of cooling air at the working end.

Hlavica 2 má v podstate člnkovitý tvar, pričom rukoväť 9 je integrálnou súčasťou tohto tvaru a umožňuje uchopiť hlavicu 2 pri jej pracovnom konci, na ktorom sa nachádza účinný otvor 15 a výstup 16 chladiaceho vzduchu.The head 2 has basically a boat-shaped shape, while the handle 9 is an integral part of this shape and enables the head 2 to be grasped at its working end, on which the effective opening 15 and outlet 16 of the cooling air are located.

Pracovisko ďalej zahŕňa projektor štruktúrovaného svetla 5, 3D vizuálny systém 4 a riadiaci počítač 6 pracoviska, ktoiý je prepojený s riadiacim počítačom 3 robota. Zariadenie využíva navigačný systém, ktorý je tvorený uvedeným projektorom 5 štruktúrovaného svetla a 3D vizuálnym systémom 4, s lokalizáciou oblastí, ktoré sa majú ošetrovať v spojení so silovo-poddajným robotom certifikovaným na použitie v medicínskych aplikáciách. Zariadenie bolo otestované v laboratórnom prostredí (TRL 4). Zariadenie pracuje v dvoch režimoch.The workplace further includes a projector of structured light 5, a 3D visual system 4 and a control computer 6 of the workplace, which is connected to the control computer 3 of the robot. The device uses a navigation system, which is made up of the aforementioned projector 5 of structured light and a 3D visual system 4, with the localization of the areas to be treated in conjunction with a force-responsive robot certified for use in medical applications. The device was tested in a laboratory environment (TRL 4). The device works in two modes.

V režime ručného navádzania, zapnutím spínača 10 ručného režimu, operátor ručne navádza koncový efektor robota, teda hlavicu 2, pomocou rukoväti 9 nad ošetrovaný povrch ľudského tela, pričom mu algoritmy spracovania údajov z 3D vizuálneho systému 4, ktoré sú vykonávané na riadiacom počítači 6 pracoviska, pomáhajú dodržiavať vopred stanovenú vzdialenosť laserového epilátora, napr. 2 cm, od ošetrovaného povrchu ľudského tela, a zároveň overujú, či ožarovaný bod nebol nadlimitne ožiarený v rámci vykonávanej procedúry.In the manual guidance mode, by turning on the manual mode switch 10, the operator manually guides the end effector of the robot, i.e. the head 2, using the handle 9 over the treated surface of the human body, while the data processing algorithms from the 3D visual system 4, which are executed on the control computer 6 of the workplace , help to maintain the predetermined distance of the laser epilator, e.g. 2 cm, from the treated surface of the human body, and at the same time they verify whether the irradiated point was not irradiated beyond the limit as part of the procedure being performed.

V semiautonómnom režime, kedy je najskôr oskenovaný 3D vizuálnym systémom 4 podľa pokynov operátora cez riadiaci počítač 6 pracoviska ošetrovaný povrch, teda povrch kože, obvykle údu človeka, ale zariadenie je možné v tomto režime použiť aj na chrbát alebo hrudník. Následne je vykonaná segmentácia tohto povrchu ďalej opísaným spôsobom.In semi-autonomous mode, when the treated surface is first scanned by the 3D visual system 4 according to the operator's instructions via the control computer 6 of the workplace, i.e. the surface of the skin, usually a human limb, but the device can also be used on the back or chest in this mode. Subsequently, the segmentation of this surface is performed in the manner described below.

Segmentácia povrchu je určená limitmi v podobe jednoduchých plastických pások obsahujúcich kódové značky, konkrétne AprilTag.The segmentation of the surface is determined by limits in the form of simple plastic strips containing code tags, namely AprilTag.

Skenovanie sa deje vo viacerých krokoch tak, aby sa zabezpečila vysoká konzistencia údajov. Prvý sken je použitý na hrubý odhad polohy údu a táto informácia je spojená spolu s informáciou o polohe kódových značiek.Scanning takes place in multiple steps to ensure high data consistency. The first scan is used for a rough estimate of the position of the limb and this information is combined with the information about the position of the code marks.

Medzi týmito limitmi, t. j. polohy kódových značiek, sa vygenerujú epilačné body zo skenovaného povrchu, pričom trajektórie na epiláciu sa generujú postupne v susedných dvojiciach. Susedné dve trajektórie sú obvykle kolmé na úd a posunuté o vzdialenosť priemeru epilačnej hlavy.Between these limits, i.e. j. positions of code marks, epilation points are generated from the scanned surface, while trajectories for epilation are generated sequentially in adjacent pairs. Adjacent two trajectories are usually perpendicular to the limb and shifted by the distance of the epilation head diameter.

Každý epilačný bod z trajektórie je definovaný svojou polohou, orientáciou a poradím v rámci trajektórie. Robotom už ošetrené body sú uložené do databázy.Each epilation point from the trajectory is defined by its position, orientation and order within the trajectory. Points already treated by the robot are stored in the database.

Operátor si môže v obslužnom softvéri riadiaceho počítača 6 pracoviska zvoliť aj oblasti, kde nechce vykonávať laserovú epiláciu, napr. z dôvodu výskytu znamienok a pod. Vygenerované trajektórie zabezpečujú kolmý pohyb koncového efektora s laserovým epilátorom, napr. v 2 cm vzdialenosti proti ošetrovanému povrchu kože.The operator can also choose areas where he does not want to perform laser hair removal in the operating software of the control computer 6 of the workplace, e.g. due to the occurrence of signs, etc. The generated trajectories ensure the perpendicular movement of the end effector with the laser epilator, e.g. at a distance of 2 cm against the treated skin surface.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Semiautonómne robotické epilačné pracovisko podľa tohto technického riešenia môže byť využité v dermatologických ambulanciách, salónoch krásy a v plastickej chirurgii.The semi-autonomous robotic epilation workplace according to this technical solution can be used in dermatology clinics, beauty salons and in plastic surgery.

SK 9389 Υ1SK 9389 Υ1

Zoznam vzťahových značiek robotické rameno hlavica prispôsobená na ručné navádzameList of related brands robotic arm head adapted to manual guidance

3 riadiaci počítač robota3 robot control computer

3D vizuálny systém projektor štruktúrovaného svetla riadiaci počítač pracoviska základňa robota s riadiacim systémom robota3D visual system structured light projector workplace control computer robot base with robot control system

8 úchyt na pripojenie hlavice rukoväť hlavice spínač ručného režimu kolimátor elektrické pripojenie8 handle for connecting the head head handle manual mode switch collimator electrical connection

13 optický kábel prívod vzduchu na chladenie účinný otvor v hlavici výstup chladiaceho vzduchu z hlavice13 optical cable air supply for cooling effective opening in the head cooling air outlet from the head

Claims

SK 9389 Υ1

CLAIMS FOR PROTECTION

1. A semi-autonomous robotic epilation workplace comprising a robot for use in medical applications and for working with a human in a shared space, characterized in that the end effector of the robot containing the laser epilator is formed by a head (2) equipped with a handle (9) on which a switch is placed (10) for switching the manual mode of the end effector of the robotic arm (1), where the workplace further includes a projector (5) of structured light and a 3D visual system (4) located above the workspace, and a control computer (6) of the workplace, which is connected to the control computer (3) of the robot, the structured light projector (5) and the 3D visual system (4).

2. The method of laser epilation performed at the workplace according to claim 1, characterized in that the end effector of the robot is controlled in manual mode based on the manual guidance of the end effector of the robot over the treated surface and maintaining a predetermined distance of the epilator from this surface on the basis of data processed in the control computer (6) of the workplace from the 3D visual system (4) with simultaneous verification of the over-limit radiation of the irradiated point or in semi-autonomous mode, when the robot, according to the operator's instructions via the control computer (6) of the workplace, performs autonomous laser epilation based on scanning the treated surface by the 3D visual system (4 ), which is followed by the segmentation of the treated surface, where the segmentation includes the determination of the limits, further scanning in several steps, where the first scan is used to estimate the position of the part with the treated surface and this information is combined together with the information about the position of the limits, between the limits are then generated epilation points from the scanned p the surface, while the epilation trajectories are generated successively in adjacent pairs, while the adjacent two trajectories are perpendicular to the part with the treated surface and shifted by the distance of the diameter of the epilation head of the laser epilator, where each epilation point from the trajectory is defined by its position, orientation and order within trajectories, while already treated points are stored in the database of the control computer (6) of the workplace.

2 drawings