专利名称：具有摄像机吊杆的远端临场机器人的制作方法
技术领域：
所公开的主题大体上涉及远端临场(tel印resence)领域。
背景技术：
机器人已经被用于范围从有害物质的远程控制到帮助外科手术执行的多种应用。 例如，颁发给Wang等人的美国专利No. 5，762，458公开了一种允许外科医生通过使用机器人控制的仪器来执行微创医疗程序的系统。Wang系统中的机器人臂之一移动具有摄像机的内窥镜。摄像机允许外科医生观察患者的手术区域。由InTouch技术公司、即本申请的受让人以商标RP-7引入的移动机器人已在市场上销售。InTouch机器人由用户在远程站处进行控制。远程站可以是具有允许用户远程控制机器人的移动的操纵杆的个人计算机。机器人和远程站两者具有摄像机、监视器、扬声器和扩音器以允许进行双向视频/音频通信。机器人摄像机向遥控站处的屏幕提供视频图像，使得用户能够观察机器人的周围情况并相应地移动该机器人。InTouch机器人系统能够被医生用来远程地观察和诊断患者。例如，可以在手术室中使用机器人，因此远程操作者能提供对程序的辅助。某些手术室包括安装在吊杆(boom) 上的监视器和/或摄像机。摄像机可以向远程观察者提供图像。摄像机可以位于相对远离手术台的位置处，或者提供不期望的有利位置，使得图像可能不具有令远程用户满意的质量。例如，远程用户可能想要患者的伤口或手术部位的较高质量的图像。另外，存在不具有吊杆安装式摄像机的手术室。所期望的是以成本有效的方式来提供用于此类手术室的远程摄像机功能。
发明内容
一种具有支承监视器并被耦合到移动平台的头部的遥控机器人。该移动机器人还包括通过吊杆耦合到移动平台的辅助摄像机。
图1是机器人系统的图示；
图2是机器人的电气系统的示意图； 图3是机器人的图示； 图4是手术室中的移动机器人的图示； 图5是远程站的图形用户界面。
具体实施例方式公开的是具有支承监视器并被耦合到移动平台的头部的遥控机器人。该移动机器人还包括通过吊杆耦合到移动平台的辅助摄像机。由遥控站来控制移动机器人。举例来说， 可以远程地使机器人在手术室中四处移动。辅助摄像机从吊杆延伸，使得其提供房间内的患者或其它项目的相对近的视图。手术室中的助手可以移动吊杆和摄像机。该吊杆可以连接到机器人头部，所述机器人头部可以由遥控站通过移动机器人头部来远程地移动。可替换地，吊杆可以被连接到机器人的主体并通过移动机器人来远程地移动。更特别地用附图标记来参考附图，图1示出可以用来执行远程访问的机器人系统 10。机器人系统10包括机器人12、基站14和遥控站16。遥控站16可以通过网络18耦合到基站14。举例来说，网络18可以是诸如因特网的分组交换网络或诸如公共交换电话网 (PSTN)或其它宽带系统的电路交换网。基站14可以通过调制解调器20或其它宽带网络接口设备而耦合到网络18。举例来说，基站14可以是无线路由器。可替换地，机器人12可以通过例如卫星具有到网络的直接连接。遥控站16可以包括具有监视器对、摄像机沈、扩音器28和扬声器30的计算机 22。计算机22还可以包含诸如操纵杆或鼠标的输入设备32。控制站16通常位于远离机器人12的地方。虽然仅示出了一个遥控站16，但系统10可以包括多个远程站。通常可由任何数目的远程站16或其它机器人12来控制任何数目的机器人12。例如，一个远程站16 可以耦合到多个机器人12，或者可以将一个机器人12耦合到多个远程站16或多个机器人 12。每个机器人12包括被附接于机器人外壳36的移动平台34。还被附接于机器人外壳36的是摄像机38、监视器40、(一个或多个)扩音器42和(一个或多个)扬声器44。扩音器42和扬声器30可以产生立体声。机器人12还可以具有被无线地耦合到基站14的天线 48的天线46。系统10允许用户在遥控站16处通过输入设备32的操作来移动机器人12。机器人摄像机38被耦合到远程监视器M，使得远程站16处的用户能够观察诸如患者之类的对象。同样地，机器人监视器40被耦合到远程摄像机沈，使得患者能够观察用户。扩音器观和42以及扬声器30和44允许患者与用户之间的可听通信。远程站计算机22可以操作Microsoft OS软件和WINDOWS XP或诸如LINUX之类的其它操作系统。远程计算机22还可以操作视频驱动器、摄像机驱动器、音频驱动器和操纵杆驱动器。可以用诸如MPEG CODEC的压缩软件来传送和接收视频图像。机器人12包括从吊杆52延伸的辅助摄像机50。吊杆52可以具有诸如滑块、弹簧或棘齿关节(joint)的一个或多个被动关节。摄像机50还可以具有被动和/或主动移动机构。这允许某个人相对于机器人12手动地移动摄像机50的位置。辅助摄像机50可以被附接于机器人12的电气系统，使得由摄像机50捕捉的图像经由机器人12被传送至遥控站16。可替换地，摄像机50可以直接无线地向机器人12传送视频以供到基站14的进一步传输。可以用快速释放(quick release)机构(未示出)将摄像机50连接到吊杆52。快速释放机构允许摄像机50被容易地从吊杆52拆卸。摄像机50可以具有电池或允许手持式使用的无线发射机。无线发射机可以向机器人12传送图像以供到远程站14的进一步传输。图2示出机器人12的实施例。每个机器人12可以包括高级控制系统150和低级控制系统152。高级控制系统150可以包括被连接到总线156的处理器154。总线156通过输入/输出(1/0)端口 158耦合到摄像机38。监视器40通过串行输出端口 160和VGA驱动器162耦合到总线156。监视器40可以包括允许用户通过触摸监视屏来输入内容的触摸屏功能。扬声器44通过数模转换器164耦合到总线156。扩音器42通过模数转换器166 耦合到总线156。高级控制器150还可以包含全部被耦合到总线156的随机存取存储器 (RAM)设备168、非易失性RAM设备170和大容量存储设备172。大容量存储设备172可以包含能够被用户在遥控站16处访问的患者的医疗文件。例如，大容量存储设备172可以包含患者的图片。用户、特别是保健提供商可以调出旧图片并在监视器M上进行与由摄像机 38提供的患者的当前视频图像的并排比较。机器人天线46可以被耦合到无线收发机174。 举例来说，收发机174可以依照IEEE 802. Ilb来传送和接收信息。辅助摄像机50可以通过串行输出端口 175耦合到总线156。串行端口 175可以包括通用异步接收机/发射机(“UART”)接口。控制器巧4可以用LINUX OS操作系统进行操作。控制器154还可以连同视频、 摄像机和音频驱动器一起来操作MS WINDOWS以进行与遥控站16的通信。可以使用MPEG CODEC压缩技术来收发视频信息。软件可以允许用户向患者发送电子邮件和进行相反操作， 或者允许患者访问因特网。通常，高级控制器150进行操作以控制机器人12与遥控站16 之间的通信。遥控站16可以包括类似于高级控制器150的计算机。计算机可以具有处理器、存储器、I/O、软件、固件等以便生成、传送、接收和处理信息。高级控制器150可以通过串行端口 176耦合到低级控制电路152。低级控制152 运行机械地对机器人12进行致动的软件例行程序。例如，低级控制152提供对移动平台进行致动以移动机器人12的指令。低级控制152可以从高级控制150接收移动指令。移动指令可以被作为来自遥控站或另一机器人的移动命令来接收。虽然示出了两个控制器，但应理解的是每个机器人12可以具有一个控制器或多于两个控制器，控制高级和低级功能。图3示出了机器人12的实施例。机器人12可以包括被附接于机器人外壳202的完整平台(holonomic platform) 200。完整平台200提供三个自由度以允许机器人12沿任何方向移动。机器人12可以具有支承摄像机38、监视器40和吊杆52的头部204。头部204可以具有两个自由度，使得摄像机38、监视器40和辅助摄像机50可以如箭头所指示地被一起旋转并进行枢转。该系统可以与由受让人加利福尼亚州圣巴巴拉市的InTouch-Health公司以名称RP-7提供的机器人系统相同或类似。该系统还可以与在2005年8月2日授权的美国专利No. 6，925，357中公开的系统相同或类似，其通过引用结合到本文中。如图4所示，可以在具有手术台252的手术室250周围操纵机器人12。房间250 还可以具有位于吊杆256的末端处的监视器2M和由吊杆260支承的灯258。机器人12可以被操作员在远程站(未示出)处移动，使得辅助摄像机50位于手术台252上方。手术室中的人可以手动地调整机器人吊杆52以通过摄像机50来获得期望的视图。远程操作员还可以通过在平移和/或倾斜自由度上对机器人头部204进行致动来移动辅助摄像机50。将辅助摄像机安装在吊杆52的末端上允许摄像机50从优选的有利位置拍摄位于台252上的患者的图片/视频。图5示出可以在遥控站16处显示的显示用户界面(“DUI”)300。DUI 300可以包括显示由机器人的摄像机提供的视频图像的机器人视图区(view field) 302。DUI 300还可以包括显示由远程站16的摄像机提供的视频图像的站视图区304。DUI 300还可以具有显示由机器人的辅助摄像机提供的图片/视频的辅助摄像机区306。DUI可以具有能够被选择的图形按钮(未示出)，以便在区302中显示辅助摄像机图像。当在区302中显示辅助图像时，机器人可以以使可能引起摄像机50的不期望移动的振动及其它干扰最小化的模式进行操作。DUI 300可以是由远程站16的计算机22存储和操作的应用程序的一部分。显示用户界面和由该界面提供的各种特征和功能可以与由RP-7系统提供的DUI相同或类似。可以通过操纵远程站16处的输入设备32来操纵机器人12通过诸如手术室的地点。机器人和遥控站两者处的摄像机和监视器允许患者与(一个或多个)遥控站处的人之间的远程会议。可以由许多不同的用户来控制机器人10。为了适应这一点，机器人可以具有仲裁系统。该仲裁系统可以被集成到机器人12的操作系统中。例如，可以将仲裁技术嵌入高级控制器150的操作系统中。举例来说，可以将用户划分成包括机器人本身、本地用户、护理者、医生、家庭成员或服务提供商的种类。机器人12可以忽略与机器人操作冲突的输入命令。例如，如果机器人撞到墙壁上，则系统可以忽视沿着墙壁方向继续的所有附加命令。本地用户是在物理上与机器人在一起的人。机器人可以具有允许本地操作的输入设备。例如，机器人可以结合接收并解释可听命令的语音识别系统。护理者是远程地监视患者的某个人。医生是能够远程地控制机器人并且还访问包含在机器人存储器中的医疗文件的医疗专业人员。家庭和服务用户远程地访问机器人。服务用户可以通过升级软件或设定操作参数来服务于系统。机器人12可以在两个不同模式独占模式或共享模式中的一个下进行操作。在独占模式下，只有一个用户可获得对机器人的控制。独占模式可以具有分配给每种用户的优先级。举例来说，优先级可以是按照本地、医生、护理者、家庭和随后的服务用户的次序。在共享模式下，两个或更多用户可以共享机器人的访问。例如，护理者可以具有对机器人的访问，护理者然后可以进入共享模式以允许医生也访问机器人。护理者和医生两者能够执行与患者的同时远程会议。系统10可以被用于医生监督，其中远程站处的医生向位于机器人附近的医生提供指令和反馈。例如，远程站处的医生可以观察患者并帮助患者位置处的医生进行诊断。同样地，远程医生可以帮助机器人位置处的医疗程序的执行。仲裁方案可以具有四种机制中的一个通知、超时、排队和回叫(call back)。通知机制可以告知当前用户或请求用户另一用户可以或希望访问机器人。超时机制对某些类型的用户给定规定的时间量以完成对机器人的访问。排队机制是用于访问机器人的有序等待列表。回叫机制通知用户能够访问机器人。举例来说，家庭用户可以接收机器人可被自由使用的电子邮件消息。表I和II示出该机制如何解决来自各种用户的访问请求。表 I
权利要求
1.一种遥控机器人，包括 移动平台；头部，其支承监视器并被耦合到所述移动平台； 吊杆，其被耦合到所述移动平台；以及辅助摄像机，其被耦合到所述吊杆。
2.权利要求1的机器人，还包括被耦合到所述头部的主摄像机。
3.权利要求1的机器人，其中，所述吊杆具有至少一个被动关节。
4.权利要求1的机器人，其中，所述吊杆被连接到所述头部。
5.权利要求4的机器人，其中，所述头部沿着至少两个自由度移动。
6.权利要求1的机器人，还包括被耦合到所述移动平台的扩音器和扬声器。
7.权利要求1的机器人，其中，所述摄像机通过快速释放机构耦合到所述吊杆。
8.一种遥控机器人系统，包括 移动机器人，其包括移动平台；头部，其支承监视器并被耦合到所述移动平台； 吊杆，其被耦合到所述移动平台； 辅助摄像机，其被耦合到所述吊杆；以及遥控站，其控制所述移动机器人。
9.权利要求8的系统，其中，所述移动机器人包括被耦合到所述头部的主摄像机。
10.权利要求7的系统，其中，所述吊杆具有至少一个被动关节。
11.权利要求8的系统，其中，所述吊杆被连接到所述头部。
12.权利要求11的系统，其中，所述头部沿着至少两个自由度移动。
13.权利要求8的系统，还包括被耦合到所述移动平台的扩音器和扬声器。
14.权利要求8的系统，其中，所述遥控站包括被耦合到所述移动机器人的所述监视器的摄像机。
15.权利要求8的系统，其中，所述遥控站显示包括机器人视图区、站视图区和辅助摄像机视图区的显示用户界面。
16.权利要求15的系统，其中，在所述机器人视图区中显示来自所述辅助摄像机的图像。
17.权利要求8的机器人，其中，所述摄像机通过快速释放机构耦合到所述吊杆。
18.权利要求8的机器人，其中，通过所述遥控站来控制所述摄像机的移动。
19.一种用于控制移动机器人的方法，包括 从遥控站向具有监视器的移动机器人传送命令； 响应于所述命令来移动所述移动机器人；以及从被耦合到移动机器人的吊杆的辅助摄像机向遥控站传送图像。
20.权利要求19的方法，还包括移动吊杆和辅助摄像机。
21.权利要求19的方法，还包括从遥控站的摄像机向移动机器人的监视器传送图像。
22.权利要求19的方法，其中，在遥控站的显示用户界面中显示从辅助摄像机传送的图像。
全文摘要
一种具有支承监视器并被耦合到移动平台的头部的遥控机器人。该移动机器人还包括通过吊杆耦合到移动平台的辅助摄像机。该移动机器人由遥控站来控制。举例来说，可以远程地使机器人在手术室中四处移动。辅助摄像机从吊杆延伸，使得其提供房间内的患者或其它项目的相对近的视图。手术室中的助手可以移动吊杆和摄像机。该吊杆可以连接到可以由遥控站远程地移动的机器人头部。
文档编号G06F15/16GK102203759SQ200980141529
公开日2011年9月28日 申请日期2009年8月31日 优先权日2008年10月21日
发明者C·S·乔丹, D·S·桑切斯, K·汉拉罕, M·平特, Y·王 申请人:英塔茨科技公司