具有攝像機吊杆的遠端臨場機器人的製作方法
2023-10-31 20:29:02 2
專利名稱：具有攝像機吊杆的遠端臨場機器人的製作方法
技術領域：
所公開的主題大體上涉及遠端臨場(tel印resence)領域。
背景技術：
機器人已經被用於範圍從有害物質的遠程控制到幫助外科手術執行的多種應用。 例如，頒發給Wang等人的美國專利No. 5，762，458公開了一種允許外科醫生通過使用機器人控制的儀器來執行微創醫療程序的系統。Wang系統中的機器人臂之一移動具有攝像機的內窺鏡。攝像機允許外科醫生觀察患者的手術區域。由InTouch技術公司、即本申請的受讓人以商標RP-7引入的移動機器人已在市場上銷售。InTouch機器人由用戶在遠程站處進行控制。遠程站可以是具有允許用戶遠程控制機器人的移動的操縱杆的個人計算機。機器人和遠程站兩者具有攝像機、監視器、揚聲器和擴音器以允許進行雙向視頻/音頻通信。機器人攝像機向遙控站處的屏幕提供視頻圖像，使得用戶能夠觀察機器人的周圍情況並相應地移動該機器人。InTouch機器人系統能夠被醫生用來遠程地觀察和診斷患者。例如，可以在手術室中使用機器人，因此遠程操作者能提供對程序的輔助。某些手術室包括安裝在吊杆(boom) 上的監視器和/或攝像機。攝像機可以向遠程觀察者提供圖像。攝像機可以位於相對遠離手術臺的位置處，或者提供不期望的有利位置，使得圖像可能不具有令遠程用戶滿意的質量。例如，遠程用戶可能想要患者的傷口或手術部位的較高質量的圖像。另外，存在不具有吊杆安裝式攝像機的手術室。所期望的是以成本有效的方式來提供用於此類手術室的遠程攝像機功能。
發明內容
一種具有支承監視器並被耦合到移動平臺的頭部的遙控機器人。該移動機器人還包括通過吊杆耦合到移動平臺的輔助攝像機。
圖1是機器人系統的圖示；
圖2是機器人的電氣系統的示意圖； 圖3是機器人的圖示； 圖4是手術室中的移動機器人的圖示； 圖5是遠程站的圖形用戶界面。
具體實施例方式公開的是具有支承監視器並被耦合到移動平臺的頭部的遙控機器人。該移動機器人還包括通過吊杆耦合到移動平臺的輔助攝像機。由遙控站來控制移動機器人。舉例來說， 可以遠程地使機器人在手術室中四處移動。輔助攝像機從吊杆延伸，使得其提供房間內的患者或其它項目的相對近的視圖。手術室中的助手可以移動吊杆和攝像機。該吊杆可以連接到機器人頭部，所述機器人頭部可以由遙控站通過移動機器人頭部來遠程地移動。可替換地，吊杆可以被連接到機器人的主體並通過移動機器人來遠程地移動。更特別地用附圖標記來參考附圖，圖1示出可以用來執行遠程訪問的機器人系統 10。機器人系統10包括機器人12、基站14和遙控站16。遙控站16可以通過網絡18耦合到基站14。舉例來說，網絡18可以是諸如網際網路的分組交換網絡或諸如公共交換電話網 (PSTN)或其它寬帶系統的電路交換網。基站14可以通過數據機20或其它寬帶網絡接口設備而耦合到網絡18。舉例來說，基站14可以是無線路由器。可替換地，機器人12可以通過例如衛星具有到網絡的直接連接。遙控站16可以包括具有監視器對、攝像機沈、擴音器28和揚聲器30的計算機 22。計算機22還可以包含諸如操縱杆或滑鼠的輸入設備32。控制站16通常位於遠離機器人12的地方。雖然僅示出了一個遙控站16，但系統10可以包括多個遠程站。通常可由任何數目的遠程站16或其它機器人12來控制任何數目的機器人12。例如，一個遠程站16 可以耦合到多個機器人12，或者可以將一個機器人12耦合到多個遠程站16或多個機器人 12。每個機器人12包括被附接於機器人外殼36的移動平臺34。還被附接於機器人外殼36的是攝像機38、監視器40、(一個或多個)擴音器42和(一個或多個)揚聲器44。擴音器42和揚聲器30可以產生立體聲。機器人12還可以具有被無線地耦合到基站14的天線 48的天線46。系統10允許用戶在遙控站16處通過輸入設備32的操作來移動機器人12。機器人攝像機38被耦合到遠程監視器M，使得遠程站16處的用戶能夠觀察諸如患者之類的對象。同樣地，機器人監視器40被耦合到遠程攝像機沈，使得患者能夠觀察用戶。擴音器觀和42以及揚聲器30和44允許患者與用戶之間的可聽通信。遠程站計算機22可以操作Microsoft OS軟體和WINDOWS XP或諸如LINUX之類的其它作業系統。遠程計算機22還可以操作視頻驅動器、攝像機驅動器、音頻驅動器和操縱杆驅動器。可以用諸如MPEG CODEC的壓縮軟體來傳送和接收視頻圖像。機器人12包括從吊杆52延伸的輔助攝像機50。吊杆52可以具有諸如滑塊、彈簧或棘齒關節(joint)的一個或多個被動關節。攝像機50還可以具有被動和/或主動移動機構。這允許某個人相對於機器人12手動地移動攝像機50的位置。輔助攝像機50可以被附接於機器人12的電氣系統，使得由攝像機50捕捉的圖像經由機器人12被傳送至遙控站16。可替換地，攝像機50可以直接無線地向機器人12傳送視頻以供到基站14的進一步傳輸。可以用快速釋放(quick release)機構(未示出)將攝像機50連接到吊杆52。快速釋放機構允許攝像機50被容易地從吊杆52拆卸。攝像機50可以具有電池或允許手持式使用的無線發射機。無線發射機可以向機器人12傳送圖像以供到遠程站14的進一步傳輸。圖2示出機器人12的實施例。每個機器人12可以包括高級控制系統150和低級控制系統152。高級控制系統150可以包括被連接到總線156的處理器154。總線156通過輸入/輸出(1/0)埠 158耦合到攝像機38。監視器40通過串行輸出埠 160和VGA驅動器162耦合到總線156。監視器40可以包括允許用戶通過觸摸監視屏來輸入內容的觸控螢幕功能。揚聲器44通過數模轉換器164耦合到總線156。擴音器42通過模數轉換器166 耦合到總線156。高級控制器150還可以包含全部被耦合到總線156的隨機存取存儲器 (RAM)設備168、非易失性RAM設備170和大容量存儲設備172。大容量存儲設備172可以包含能夠被用戶在遙控站16處訪問的患者的醫療文件。例如，大容量存儲設備172可以包含患者的圖片。用戶、特別是保健提供商可以調出舊圖片並在監視器M上進行與由攝像機 38提供的患者的當前視頻圖像的並排比較。機器人天線46可以被耦合到無線收發機174。 舉例來說，收發機174可以依照IEEE 802. Ilb來傳送和接收信息。輔助攝像機50可以通過串行輸出埠 175耦合到總線156。串行埠 175可以包括通用異步接收機/發射機(「UART」)接口。控制器巧4可以用LINUX OS作業系統進行操作。控制器154還可以連同視頻、 攝像機和音頻驅動器一起來操作MS WINDOWS以進行與遙控站16的通信。可以使用MPEG CODEC壓縮技術來收發視頻信息。軟體可以允許用戶向患者發送電子郵件和進行相反操作， 或者允許患者訪問網際網路。通常，高級控制器150進行操作以控制機器人12與遙控站16 之間的通信。遙控站16可以包括類似於高級控制器150的計算機。計算機可以具有處理器、存儲器、I/O、軟體、固件等以便生成、傳送、接收和處理信息。高級控制器150可以通過串行埠 176耦合到低級控制電路152。低級控制152 運行機械地對機器人12進行致動的軟體例行程序。例如，低級控制152提供對移動平臺進行致動以移動機器人12的指令。低級控制152可以從高級控制150接收移動指令。移動指令可以被作為來自遙控站或另一機器人的移動命令來接收。雖然示出了兩個控制器，但應理解的是每個機器人12可以具有一個控制器或多於兩個控制器，控制高級和低級功能。圖3示出了機器人12的實施例。機器人12可以包括被附接於機器人外殼202的完整平臺(holonomic platform) 200。完整平臺200提供三個自由度以允許機器人12沿任何方向移動。機器人12可以具有支承攝像機38、監視器40和吊杆52的頭部204。頭部204可以具有兩個自由度，使得攝像機38、監視器40和輔助攝像機50可以如箭頭所指示地被一起旋轉並進行樞轉。該系統可以與由受讓人加利福尼亞州聖巴巴拉市的InTouch-Health公司以名稱RP-7提供的機器人系統相同或類似。該系統還可以與在2005年8月2日授權的美國專利No. 6，925，357中公開的系統相同或類似，其通過引用結合到本文中。如圖4所示，可以在具有手術臺252的手術室250周圍操縱機器人12。房間250 還可以具有位於吊杆256的末端處的監視器2M和由吊杆260支承的燈258。機器人12可以被操作員在遠程站(未示出)處移動，使得輔助攝像機50位於手術臺252上方。手術室中的人可以手動地調整機器人吊杆52以通過攝像機50來獲得期望的視圖。遠程操作員還可以通過在平移和/或傾斜自由度上對機器人頭部204進行致動來移動輔助攝像機50。將輔助攝像機安裝在吊杆52的末端上允許攝像機50從優選的有利位置拍攝位於臺252上的患者的圖片/視頻。圖5示出可以在遙控站16處顯示的顯示用戶界面(「DUI」)300。DUI 300可以包括顯示由機器人的攝像機提供的視頻圖像的機器人視圖區(view field) 302。DUI 300還可以包括顯示由遠程站16的攝像機提供的視頻圖像的站視圖區304。DUI 300還可以具有顯示由機器人的輔助攝像機提供的圖片/視頻的輔助攝像機區306。DUI可以具有能夠被選擇的圖形按鈕(未示出)，以便在區302中顯示輔助攝像機圖像。當在區302中顯示輔助圖像時，機器人可以以使可能引起攝像機50的不期望移動的振動及其它幹擾最小化的模式進行操作。DUI 300可以是由遠程站16的計算機22存儲和操作的應用程式的一部分。顯示用戶界面和由該界面提供的各種特徵和功能可以與由RP-7系統提供的DUI相同或類似。可以通過操縱遠程站16處的輸入設備32來操縱機器人12通過諸如手術室的地點。機器人和遙控站兩者處的攝像機和監視器允許患者與(一個或多個)遙控站處的人之間的遠程會議。可以由許多不同的用戶來控制機器人10。為了適應這一點，機器人可以具有仲裁系統。該仲裁系統可以被集成到機器人12的作業系統中。例如，可以將仲裁技術嵌入高級控制器150的作業系統中。舉例來說，可以將用戶劃分成包括機器人本身、本地用戶、護理者、醫生、家庭成員或服務提供商的種類。機器人12可以忽略與機器人操作衝突的輸入命令。例如，如果機器人撞到牆壁上，則系統可以忽視沿著牆壁方向繼續的所有附加命令。本地用戶是在物理上與機器人在一起的人。機器人可以具有允許本地操作的輸入設備。例如，機器人可以結合接收並解釋可聽命令的語音識別系統。護理者是遠程地監視患者的某個人。醫生是能夠遠程地控制機器人並且還訪問包含在機器人存儲器中的醫療文件的醫療專業人員。家庭和服務用戶遠程地訪問機器人。服務用戶可以通過升級軟體或設定操作參數來服務於系統。機器人12可以在兩個不同模式獨佔模式或共享模式中的一個下進行操作。在獨佔模式下，只有一個用戶可獲得對機器人的控制。獨佔模式可以具有分配給每種用戶的優先級。舉例來說，優先級可以是按照本地、醫生、護理者、家庭和隨後的服務用戶的次序。在共享模式下，兩個或更多用戶可以共享機器人的訪問。例如，護理者可以具有對機器人的訪問，護理者然後可以進入共享模式以允許醫生也訪問機器人。護理者和醫生兩者能夠執行與患者的同時遠程會議。系統10可以被用於醫生監督，其中遠程站處的醫生向位於機器人附近的醫生提供指令和反饋。例如，遠程站處的醫生可以觀察患者並幫助患者位置處的醫生進行診斷。同樣地，遠程醫生可以幫助機器人位置處的醫療程序的執行。仲裁方案可以具有四種機制中的一個通知、超時、排隊和回叫(call back)。通知機制可以告知當前用戶或請求用戶另一用戶可以或希望訪問機器人。超時機制對某些類型的用戶給定規定的時間量以完成對機器人的訪問。排隊機制是用於訪問機器人的有序等待列表。回叫機制通知用戶能夠訪問機器人。舉例來說，家庭用戶可以接收機器人可被自由使用的電子郵件消息。表I和II示出該機制如何解決來自各種用戶的訪問請求。表 I
權利要求
1.一種遙控機器人，包括 移動平臺；頭部，其支承監視器並被耦合到所述移動平臺； 吊杆，其被耦合到所述移動平臺；以及輔助攝像機，其被耦合到所述吊杆。
2.權利要求1的機器人，還包括被耦合到所述頭部的主攝像機。
3.權利要求1的機器人，其中，所述吊杆具有至少一個被動關節。
4.權利要求1的機器人，其中，所述吊杆被連接到所述頭部。
5.權利要求4的機器人，其中，所述頭部沿著至少兩個自由度移動。
6.權利要求1的機器人，還包括被耦合到所述移動平臺的擴音器和揚聲器。
7.權利要求1的機器人，其中，所述攝像機通過快速釋放機構耦合到所述吊杆。
8.一種遙控機器人系統，包括 移動機器人，其包括移動平臺；頭部，其支承監視器並被耦合到所述移動平臺； 吊杆，其被耦合到所述移動平臺； 輔助攝像機，其被耦合到所述吊杆；以及遙控站，其控制所述移動機器人。
9.權利要求8的系統，其中，所述移動機器人包括被耦合到所述頭部的主攝像機。
10.權利要求7的系統，其中，所述吊杆具有至少一個被動關節。
11.權利要求8的系統，其中，所述吊杆被連接到所述頭部。
12.權利要求11的系統，其中，所述頭部沿著至少兩個自由度移動。
13.權利要求8的系統，還包括被耦合到所述移動平臺的擴音器和揚聲器。
14.權利要求8的系統，其中，所述遙控站包括被耦合到所述移動機器人的所述監視器的攝像機。
15.權利要求8的系統，其中，所述遙控站顯示包括機器人視圖區、站視圖區和輔助攝像機視圖區的顯示用戶界面。
16.權利要求15的系統，其中，在所述機器人視圖區中顯示來自所述輔助攝像機的圖像。
17.權利要求8的機器人，其中，所述攝像機通過快速釋放機構耦合到所述吊杆。
18.權利要求8的機器人，其中，通過所述遙控站來控制所述攝像機的移動。
19.一種用於控制移動機器人的方法，包括 從遙控站向具有監視器的移動機器人傳送命令； 響應於所述命令來移動所述移動機器人；以及從被耦合到移動機器人的吊杆的輔助攝像機向遙控站傳送圖像。
20.權利要求19的方法，還包括移動吊杆和輔助攝像機。
21.權利要求19的方法，還包括從遙控站的攝像機向移動機器人的監視器傳送圖像。
22.權利要求19的方法，其中，在遙控站的顯示用戶界面中顯示從輔助攝像機傳送的圖像。
全文摘要
一種具有支承監視器並被耦合到移動平臺的頭部的遙控機器人。該移動機器人還包括通過吊杆耦合到移動平臺的輔助攝像機。該移動機器人由遙控站來控制。舉例來說，可以遠程地使機器人在手術室中四處移動。輔助攝像機從吊杆延伸，使得其提供房間內的患者或其它項目的相對近的視圖。手術室中的助手可以移動吊杆和攝像機。該吊杆可以連接到可以由遙控站遠程地移動的機器人頭部。
文檔編號G06F15/16GK102203759SQ200980141529
公開日2011年9月28日 申請日期2009年8月31日 優先權日2008年10月21日
發明者C·S·喬丹, D·S·桑切斯, K·漢拉罕, M·平特, Y·王 申請人:英塔茨科技公司