DE102012015541A1 - Robotic surgery system for use with instrument assembly having sterilizable drive unit for surgical instrument and manual operation unit, has robot assembly with robot and instrument assembly with instrument that is guided by robot assembly - Google Patents

Robotic surgery system for use with instrument assembly having sterilizable drive unit for surgical instrument and manual operation unit, has robot assembly with robot and instrument assembly with instrument that is guided by robot assembly Download PDF

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Abstract

The robotic surgery system has a robot assembly with a robot (201) and an instrument assembly with an instrument (205) that is guided by the robot assembly. The instrument assembly has an instrument housing with a drive unit housing section (206) containing a cavity designed to hold a drive unit (212), where the drive unit housing section has a seal (213) for the sterile sealing of an insertion opening of the cavity into a dynamic sterile barrier (211) which delimits the cavity in a sterile manner. Independent claims are included for the following: (1) an instrument assembly; (2) a method for assembling an instrument assembly; (3) a sterilizable drive unit for a surgical instrument; (4) a method for sterilizing a drive unit (5) a manual operation unit for an instrument assembly; and (6) a method, particularly optional, populating of a robotic assembly of a robotic surgery system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Chirurgierobotersystem mit einer Roboter- und einer Instrumentenanordnung, eine Instrumentenanordnung für ein solches Chirurgierobotersystem, eine manuelle Betätigungseinheit für eine solche Instrumentenanordnung sowie Verfahren zum Bestücken einer solchen Roboteranordnung mit einem Instrument und eines Instruments mit einer Antriebseinheit.The present invention relates to a surgical robot system having a robot and instrument assembly, an instrument assembly for such a surgical robot system, a manual actuator unit for such instrument assembly, and methods of populating such a robot assembly with an instrument and an instrument having a drive unit.

Aus der deutschen Patentanmeldung 10 2012 008 535.4 der Anmelderin, betreffend ein Chirurgierobotersystem, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen wird, ist ein gattungsgemäßes Chirurgierobotersystem bekannt. 1 zeigt zur Erläuterung exemplarisch ein erfindungsgemäßes Chirurgierobotersystem mit drei Robotern 1, 2, 3, die jeweils ein Instrument 4, 5 bzw. 6 führen, das am proximalen, roboternahen Ende jeweils eine Antriebseinheit und am distalen, roboterfernen Ende einen Endeffektor mit einem oder mehreren Freiheitsgraden zur Positionierung in einem Operationsgebiet 14 aufweisen. Zwischen dem proximalen und distalen Ende erstreckt sich ein Instrumentenschaft 7, 8 bzw. 9, der das Operationsgebiet 14 im Inneren eines Patienten durch eine kleine Öffnung 10, 11 bzw. 12 beispielsweise in einer Bauchdecke 13 erreichen. Nicht dargestellt ist eine haptische Eingabestation, von der aus das Chirurgieroboter-System teleoperiert wird.From the German patent application 10 2012 008 535.4 The Applicant, relating to a surgical robotic system, the disclosure of which is fully incorporated in the disclosure of the present invention, discloses a generic surgical robotic system. 1 shows by way of example by way of example a surgical robotic system according to the invention with three robots 1 . 2 . 3 , each one an instrument 4 . 5 respectively. 6 lead, which at the proximal, robot-near end each have a drive unit and at the distal end remote from the robot an end effector with one or more degrees of freedom for positioning in an operating area 14 exhibit. Between the proximal and distal ends, an instrument shaft extends 7 . 8th respectively. 9 who is the operating area 14 inside a patient through a small opening 10 . 11 respectively. 12 for example, in an abdominal wall 13 to reach. Not shown is a haptic input station, from which the surgical robot system is teleoperiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Chirurgierobotersystem zu verbessern.The object of the present invention is to improve a generic surgical robot system.

Diese Aufgabe wird durch eine Instrumentenanordnung für ein Chirurgierobotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 10 stellt eine Chirurgierobotersystem mit einer solchen Instrumentenanordnung, Anspruch 7 eine manuelle Betätigungseinheit für eine solche Instrumentenanordnung, die Ansprüche 17, 18 ein Verfahren zum Bestücken eines Chirurgierobotersystems bzw. Instruments unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by an instrument arrangement for a surgical robot system having the features of claim 1. Claim 10 provides a surgical robot system with such an instrument assembly, claim 7, a manual actuator unit for such an instrument assembly, the claims 17, 18 a method for loading a surgical robotic system or instrument under protection. The subclaims relate to advantageous developments.

Ein Chirurgierobotersystem nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Roboteranordnung mit einem oder mehreren, insbesondere zwei oder mehr gleich- und/oder zwei oder mehr verschiedenartigen Robotern. In einer Weiterbildung weisen ein oder mehrere Roboter der Roboteranordnung je wenigstens 6, insbesondere wenigstens 7 Freiheitsgrade auf, um ein robotergeführtes Instrument, insbesondere telemanipuliert, zu positionieren.A surgical robot system according to one aspect of the present invention comprises a robot assembly having one or more, in particular two or more, identical and / or two or more different types of robots. In one development, one or more robots of the robot arrangement each have at least 6, in particular at least 7, degrees of freedom in order to position a robot-guided instrument, in particular telemanipulated.

Das Chirurgierobotersystem umfasst weiter eine Instrumentenanordnung bzw. ein Instrumentensystem bzw. -satz nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, die bzw. das bzw. der ein oder mehrere, insbesondere zwei oder mehr gleich- und/oder zwei oder mehr verschiedenartige, Instrumente umfasst, die zur Befestigung an einem Roboter der Roboteranordnung eingerichtet sind, insbesondere eine Instrumentenschnittstelle zur Befestigung an einem Roboter der Roboteranordnung aufweisen. Eine Instrumentenschnittstelle ist in einer Weiterbildung zur lösbaren, insbesondere form- und/oder kraft-, insbesondere reibschlüssigen, Befestigung an einer entsprechenden, insbesondere komplementären Roboterschnittstelle der Roboteranordnung eingerichtet.The surgical robotic system further comprises an instrument assembly or set of instruments according to one aspect of the present invention, comprising one or more, in particular two or more equal and / or two or more different instruments, the for attachment to a robot of the robot arrangement, in particular have an instrument interface for attachment to a robot of the robot assembly. An instrument interface is set up in a development for releasable, in particular positive and / or force, in particular frictional, attachment to a corresponding, in particular complementary robot interface of the robot assembly.

Ein oder mehrere Instrumente der Instrumentenanordnung weisen jeweils einen Instrumentenschaft auf, der zur teilweisen Einführung in einen Patienten vorgesehen ist. Hierzu kann der Schaft abschnittsweise oder über seine gesamte Länge starr oder beweglich, insbesondere gelenkig oder flexibel, ausgebildet sein und/oder eine Länge aufweisen, die wenigstens das 15fache, vorzugsweise wenigstens das 20fache seines maximalen Durchmessers beträgt. Zur kompakteren Darstellung wird auch ein proximaler Flansch des Instrumentenschaftes, der insbesondere zur Befestigung des Instruments am Roboter eine Instrumentenschnittstelle und/oder zur Befestigung einer Antriebseinheit eine entsprechende Antriebsschnittstelle aufweisen kann, als Teil des Instrumentenschaftes bezeichnet.One or more instruments of the instrument assembly each have an instrument shaft provided for partial introduction into a patient. For this purpose, the shaft may be formed in sections or over its entire length rigid or movable, in particular articulated or flexible, and / or have a length which is at least 15 times, preferably at least 20 times its maximum diameter. For a more compact representation, a proximal flange of the instrument shaft, which may have a corresponding instrument interface in particular for fastening the instrument to the robot and / or for fastening a drive unit, may also be referred to as part of the instrument shaft.

In einer Weiterbildung weist der Instrumentenschaft an seinem distalen Ende einen Endeffektor mit einem oder mehreren Freiheitsgraden, insbesondere ein Skalpell, eine Klemme, Zange oder Schere, einen Sender und/oder Empfänger, insbesondere eine Lichtquelle, ein Lichtleiterende und/oder eine Kamera auf. Zur Aktuierung eines oder mehrerer Freiheitsgrade des Instrumentenschafts, insbesondere von Instrumentenschaftteilen relativ zueinander und/oder von einem Endeffektor, kann in einer Weiterbildung ein Antriebsstrang in dem Instrumentenschaft angeordnet sein. Unter einem Antriebsstrang wird vorliegend insbesondere verallgemeinernd eine Anordnung zur mechanischen, pneumatischen, hydraulischen und/oder elektrischen Übertragung von Kräften und/oder Bewegungen verstanden, die in einer Weiterbildung insbesondere ein oder mehrere Zug- und/oder Druckstäbe, Seile, Bänder, Rollen, Getriebe, Hydraulikleitungen und dergleichen aufweisen kann. Diesbezüglich wird auch auf die deutschen Patentanmeldung 10 2012 008 537.0 und die internationalen Patentanmeldungen PCT/EP2012/000358 und PCT/EP2012/000719 der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen werden.In a development, the instrument shaft has at its distal end an end effector with one or more degrees of freedom, in particular a scalpel, a clamp, forceps or scissors, a transmitter and / or receiver, in particular a light source, a light guide end and / or a camera. To actuate one or more degrees of freedom of the instrument shaft, in particular of instrument shaft parts relative to one another and / or of an end effector, a drive train may be arranged in the instrument shaft in a development. In the present case, a drive train is to be understood in general to mean, in particular, an arrangement for the mechanical, pneumatic, hydraulic and / or electrical transmission of forces and / or movements, which in one development comprises, in particular, one or more tension and / or compression rods, cables, belts, gears , Hydraulic lines and the like may have. In this regard is also on the German patent application 10 2012 008 537.0 and the international patent applications PCT / EP2012 / 000358 and PCT / EP2012 / 000719 the applicant whose disclosure content is fully incorporated in the disclosure of the present invention.

Zur Aktuierung von einem oder mehreren Freiheitsgraden des Instrumentenschaftes, insbesondere eines Endeffektors, ist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinheit vorgesehen, die in einer Ausführung modular ausgebildet sein, insbesondere eine mechanische Antriebsschnittstelle zur lösbaren Verbindung mit der Antriebsstranganordnung aufweisen kann. Unter einer modularen Ausbildung wird vorliegend insbesondere eine Ausbildung derart verstanden, dass die modular ausgebildete Einheit als Ganzes bzw. als eine Baueinheit handhabbar, insbesondere mehrfach mit anderen Teilen verbind- bzw. von diesen lösbar ist, und vorzugsweise ein eigenes Gehäuse aufweist.To actuate one or more degrees of freedom of the instrument shaft, in particular an end effector, according to one aspect of the present invention, a drive unit provided, which may be modular in design, in particular may have a mechanical drive interface for releasable connection to the drive train arrangement. In the present case, a modular design is understood to mean, in particular, an embodiment in such a way that the modular unit can be handled as a whole or as a structural unit, in particular repeatedly connected to or detached from other parts, and preferably has its own housing.

In einer Weiterbildung umfasst eine Instrumentenanordnung zwei oder mehr modulare Antriebseinheiten, die wahlweise mit demselben Instrumentenschaft verbindbar sind, und/oder zwei oder mehr Instrumentenschäfte, die wahlweise mit derselben modularen Antriebseinheit verbindbar sind. Insbesondere können die mechanischen Antriebsschnittstellen von einer oder mehreren modularen Antriebseinheiten und die Antriebsstranganordnungen von einem oder mehreren Instrumentenschäften aufeinander abgestimmt und verbindbar, insbesondere komplementär bzw. kongruent ausgebildet sein, beispielsweise miteinander zusammenwirkende Kupplungsmittel aufweisen.In one development, an instrument arrangement comprises two or more modular drive units, which can be connected optionally to the same instrument shaft, and / or two or more instrument shafts, which can be optionally connected to the same modular drive unit. In particular, the mechanical drive interfaces of one or more modular drive units and the drive train arrangements of one or more instrument shafts coordinated and connectable, in particular complementary or congruent, for example, have cooperating coupling means.

Eine Antriebseinheit weist in einer Weiterbildung ein Antriebsteil mit einem oder mehreren Antrieben, die insbesondere je wenigstens einen Motor, insbesondere Elektromotor, ein Getriebe, Stromsensor, Referenz- und Endschalter und/oder einen Positions- und/oder Kraftsensor zur Erfassung einer Position einer Abtriebswelle bzw. einer auf eine Abtriebswelle wirkende Kraft aufweisen können, sowie ein Elektronikteil mit einem oder mehreren Steuer- und/oder Kommunikationsmitteln auf. Ein Steuermittel kann insbesondere zur Steuerung des Antriebsteils, insbesondere von dessen Antrieb(en), eingerichtet sein, ein Kommunikationsmittel zur Kommunikation mit dem Antriebsteil, insbesondere dessen Antrieb(en) und/oder Sensor(en), und/oder zur Kommunikation mit einem Roboter der Roboteranordnung, insbesondere einer (Instrumenten)Steuerung. Entsprechend kann ein Elektronikteil insbesondere die gesamte Antriebs-, insbesondere Leistungselektronik eines oder mehrerer Antriebe des Antriebsteils oder einen Teil davon aufweisen bzw. bilden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Elektronikteil ein oder mehrere Mittel zur Signalverarbeitung, insbesondere von Sensorsignalen des Antriebsteils, aufweisen bzw. bilden.In one development, a drive unit has a drive part with one or more drives, which in particular has at least one motor, in particular an electric motor, a transmission, current sensor, reference and limit switch and / or a position and / or force sensor for detecting a position of an output shaft or a force acting on an output shaft, and an electronic part with one or more control and / or communication means. A control means may in particular be arranged to control the drive part, in particular its drive (s), a communication means for communication with the drive part, in particular its drive (s) and / or sensor (s), and / or for communication with a robot the robot assembly, in particular a (instrument) control. Accordingly, an electronic part can in particular comprise or form the entire drive, in particular power electronics, of one or more drives of the drive part or a part thereof. Additionally or alternatively, an electronic part may comprise or form one or more signal processing means, in particular sensor signals of the drive part.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Elektronikteil einer oder mehrerer Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung modular ausgebildet und weist eine Schnittstelle zur, insbesondere elektrischen und/oder mechanischen, lösbaren Verbindung mit einem Antriebsteil der jeweiligen Antriebseinheit, eine Schnittstelle zur, insbesondere elektrischen und/oder mechanischen, vorzugsweise lösbaren, Verbindung mit dem Instrumentenschaft, und/oder eine Schnittstelle zur, insbesondere elektrischen und/oder mechanischen, vorzugsweise lösbaren, Verbindung mit der Roboteranordnung auf.According to one aspect of the present invention, the electronics part of one or more drive units of the instrument arrangement has a modular design and has an interface to, in particular electrical and / or mechanical detachable connection with a drive part of the respective drive unit, an interface to, in particular electrical and / or mechanical, preferably detachable, connection to the instrument shaft, and / or an interface to, in particular electrical and / or mechanical, preferably detachable, connection to the robot assembly.

Zusätzlich oder alternativ kann auch der Antriebsteil einer oder mehrerer Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung modular ausgebildet sein und eine Schnittstelle zur, insbesondere elektrischen und/oder mechanischen, lösbaren Verbindung mit einem Elektronikteil der jeweiligen Antriebseinheit, eine Schnittstelle zur, insbesondere elektrischen und/oder mechanischen, vorzugsweise lösbaren, Verbindung mit dem Instrumentenschaft, insbesondere dessen Antriebsstrang, und/oder eine Schnittstelle zur, insbesondere elektrischen und/oder mechanischen, vorzugsweise lösbaren, Verbindung mit der Roboteranordnung aufweisen.Additionally or alternatively, the drive part of one or more drive units of the instrument assembly may be modular and an interface to, in particular electrical and / or mechanical detachable connection with an electronic part of the respective drive unit, an interface to, in particular electrical and / or mechanical, preferably detachable , Connection to the instrument shaft, in particular its drive train, and / or an interface to, in particular electrical and / or mechanical, preferably releasable connection to the robot assembly.

Durch diese Aufteilung der mechatronischen Antriebseinheit in einen Elektronikteil und einen Antriebsteil, von denen wenigstens einer modular ausgebildet ist, entsprechend nachfolgend auch als Elektronikmodul bzw. Antriebsmodul bezeichnet wird, und eine Schnittstelle zur lösbaren Verbindung mit dem anderen von dem Elektronik- und dem Antriebsteil aufweist, kann vorteilhaft Gewicht und Volumen der vom OP-Personal handzuhabenden Bauteile reduziert und so die Bedienerfreundlichkeit des Robotersystems verbessert werden. Beispielsweise kann ein Elektronikmodul unabhängig vom Instrument mit einem an dem Instrument fest oder lösbar befestigten Antriebsteil gehandhabt werden und beispielsweise vorab am Roboter befestigt werden oder bei Entfernung des Instruments (zunächst) am Roboter verbleiben.By this division of the mechatronic drive unit into an electronic part and a drive part, of which at least one is modular, is hereinafter also referred to as electronics module or drive module, and has an interface for detachable connection to the other of the electronics and the drive part, can advantageously reduce the weight and volume of the components to be handled by the operating room personnel and thus improve the user-friendliness of the robot system. For example, an electronic module can be handled independently of the instrument with a fixed or releasably attached to the instrument drive part and, for example, be attached in advance to the robot or (removal) of the instrument (initially) remain on the robot.

Aus einer Trennung sämtlicher Elektronikbaugruppen von den Motoren und Sensoren des Antriebsmoduls kann eine hohe Anzahl elektrischer Kontakte zwischen beiden Modulen resultieren. Daher können in einer Ausführung auch ein oder mehrere Steuer- und/oder Kommunikationsmittel, insbesondere Elektronik-Baugruppen, im Antriebsmodul angeordnet sein. Insbesondere kann die Anzahl der Leitungen durch eine Integration der Leistungselektronik und/oder der Stromregelung in das Antriebsmodul gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung reduziert werden.From a separation of all electronic assemblies from the motors and sensors of the drive module can result in a high number of electrical contacts between the two modules. Therefore, in one embodiment, one or more control and / or communication means, in particular electronic assemblies, may be arranged in the drive module. In particular, the number of lines can be reduced by integrating the power electronics and / or the current regulation in the drive module according to a development of the present invention.

Eine Schnittstelle des Elektronikmoduls kann in einer Ausführung insbesondere die mechanische und/oder elektrische Instrumentenschnittstelle zur Befestigung des Instruments durch das Elektronikmodul an einem Roboter der Roboteranordnung bilden. Insbesondere kann das Elektronikmodul fest oder lösbar mit dem Roboter verbunden sein bzw. werden, so dass seine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Antriebsteil und/oder mit dem Instrumentenschaft eine Instrumentenschnittstelle bildet. Ist das Elektronikmodul lösbar über eine Schnittstelle mit dem Roboter verbunden, bildet diese eine (weitere) Instrumentenschnittstelle zur Befestigung des Instruments durch das Elektronikmodul an dem Roboter.In one embodiment, an interface of the electronic module can in particular form the mechanical and / or electrical instrument interface for fastening the instrument by the electronic module to a robot of the robot assembly. In particular, the electronic module can be permanently or detachably connected to the robot, so that its interface for connection to the drive part and / or to the instrument shaft forms an instrument interface. Is this Electronic module releasably connected via an interface with the robot, this forms a (further) instrument interface for attachment of the instrument by the electronic module to the robot.

In einer Ausführung ist das Elektronikmodul sterilisierbar ausgebildet, beispielsweise, indem seine Steuer- und/oder Kommunikationsmittel bis auf die Schnittstelle(n) in einem Gehäuse hermetisch aufgenommen, insbesondere eingeformt sind. Zusätzlich oder alternativ kann es ganz oder teilweise von einer sterilen Hülle umgeben sein, die in einer Weiterbildung auch den Roboter, mit dem das Elektronikmodul verbunden ist, ganz oder teilweise umgeben kann.In one embodiment, the electronic module is designed to be sterilizable, for example, in that its control and / or communication means, except for the interface (s), are hermetically received, in particular molded, in a housing. Additionally or alternatively, it may be completely or partially surrounded by a sterile sheath, which in a further development may also completely or partially surround the robot to which the electronics module is connected.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind eine oder mehrere modulare manuelle Betätigungseinheiten zum wahlweisen Ersetzen einer modularen Antriebseinheit eines Instruments der Instrumentenanordnung des Chirurgierobotersystems vorgesehen. Unter einem wahlweisen Ersetzen wird vorliegend insbesondere verstanden, dass wahlweise eine manuelle Betätigungseinheit anstelle einer motorischen Antriebseinheit an dem Instrument, insbesondere seinem Instrumentenschaft, befestigt wird bzw. wenigstens eine Antriebs- und wenigstens eine Betätigungseinheit so aufeinander abgestimmt sind, dass sie gegeneinander austauschbar sind.According to one aspect of the present invention, one or more modular manual operating units are provided for selectively replacing a modular drive unit of an instrument of the instrument assembly of the surgical robotic system. In this case, an optional replacement is understood in particular to mean that optionally a manual actuation unit is fastened to the instrument, in particular its instrument shaft, instead of a motor drive unit, or at least one drive unit and at least one actuation unit are coordinated with one another such that they are interchangeable.

Insbesondere kann eine manuelle Betätigungseinheit eine mechanische Antriebsschnittstelle zur Verbindung mit einer Antriebsstranganordnung des Instruments aufweisen, die einer mechanischen Antriebsschnittstelle der wahlweise zu ersetzenden Antriebseinheit zur Verbindung mit dieser Antriebsstranganordnung entspricht. Mit anderen Worten kann die Instrumentenanordnung nach diesem Aspekt wenigstens eine manuelle Betätigungseinheit und wenigstens eine modulare Antriebseinheit aufweisen, deren mechanische Antriebsschnittstellen einander entsprechen. Die mechanischen Antriebsschnittstellen der wahlweise an dem Instrument lösbar zu befestigenden Betätigungseinheit und Antriebseinheit können insbesondere jeweils Kupplungsmittel zur Verbindung mit der Antriebsstranganordnung aufweisen, die einander in ihrer Funktion, geometrischen Konfiguration und/oder Anordnung relativ zueinander bzw. zu einem Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung der Betätigungs- bzw. Antriebseinheit an dem Instrument entsprechen.In particular, a manual actuation unit can have a mechanical drive interface for connection to a drive train arrangement of the instrument, which corresponds to a mechanical drive interface of the optionally to be replaced drive unit for connection to this drive train arrangement. In other words, the instrument assembly according to this aspect may comprise at least one manual operating unit and at least one modular drive unit whose mechanical drive interfaces correspond to each other. The mechanical drive interfaces of the actuation unit and drive unit, which can optionally be detachably fastened to the instrument, may in particular each have coupling means for connection to the drive train arrangement, which in their function, geometric configuration and / or arrangement relative to each other or to a fastening means for releasably securing the actuator or drive unit on the instrument correspond.

Die mechanischen Antriebsschnittstellen der Betätigungs- bzw. Antriebseinheit können einander auch in der Anzahl der durch sie aktuierbaren Freiheitsgrade, beispielsweise in der Anzahl der Kupplungsmittel, insbesondere Achsen, entsprechen. Gleichermaßen ist es möglich, dass durch die Betätigungseinheit und die Antriebseinheit unterschiedliche Freiheitsgrade des Instruments, insbesondere eine unterschiedliche Anzahl Freiheitsgrade, aktuierbar ist, beispielsweise, indem an der Stelle einer oder mehrerer Achsen der Antriebsstranganordnung bei der mechanischen Antriebsschnittstelle der Betätigungs- oder der Antriebseinheit kein Kupplungsmittel vorgesehen ist, diese Achse(n) der Antriebsstranganordnung bei angeschlossener Betätigungs- bzw. Antriebseinheit sozusagen blind geschaltet, in einer Ausführung in einer, insbesondere vorgegebenen, Stellung gesperrt, sind. In einer Weiterbildung kann die Aktuierbarkeit einer oder mehrerer Freiheitsgrade der Antriebsstranganordnung durch die manuelle Betätigungseinheit wahlweise gesperrt werden, vorzugsweise, indem ein entsprechender Betätigungsfreiheitsgrad der Betätigungseinheit oder eine entsprechende Achse ihrer mechanischen Antriebsschnittstelle, insbesondere mechanisch, hydraulisch oder elektromagnetisch, wahlweise blockiert wird. In einer Ausführung weist die Betätigungseinheit hierzu eine Blockiervorrichtung mit mechanischen Elementen auf, mit denen einzelne Teile der mechanischen Antriebsschnittstelle, insbesondere Kupplungsmittel, in einer vorgegebenen Position fixierbar sind.The mechanical drive interfaces of the actuating or drive unit can also correspond to one another in the number of degrees of freedom actuatable by them, for example in the number of coupling means, in particular axes. Similarly, it is possible that by the operating unit and the drive unit different degrees of freedom of the instrument, in particular a different number of degrees of freedom can be actuated, for example, by at the location of one or more axes of the drive train arrangement in the mechanical drive interface of the actuating or the drive unit no coupling means is provided, this axis (s) of the drive train arrangement when connected actuation or drive unit so to speak blind connected, locked in a design in one, in particular predetermined, position, are. In a further development, the actuability of one or more degrees of freedom of the drive train arrangement can optionally be blocked by the manual actuation unit, preferably by optionally blocking a corresponding actuation degree of freedom of the actuation unit or a corresponding axis of its mechanical drive interface, in particular mechanically, hydraulically or electromagnetically. In one embodiment, the actuating unit for this purpose has a blocking device with mechanical elements, with which individual parts of the mechanical drive interface, in particular coupling means, can be fixed in a predetermined position.

Ein Vorteil robotergeführter Instrumente ist die Möglichkeit, Freiheitsgrade in das distale Ende zu integrieren, um eine gegenüber manuellen laparoskopischen Instrumenten gesteigerte Beweglichkeit im Eingriffsgebiet zu erreichen. Zugleich wird dem Operateur durch die robotische Führung und Aktuierung des Instruments eine einfache Bedienung der Instrumente ermöglicht. Wenn ein Instrument, das ursprünglich zur manuellen Bedienung ausgebildet ist, an einen Roboter angebunden und mit Hilfe von dessen Freiheitsgrade und/oder einer instrumenteneigenen Antriebseinheit aktuiert wird, kann bei einer Funktionsstörung auf manuelle Operationstechnik konvertiert und mit den gleichen Instrumenten weiteroperiert werden.One advantage of robotic instruments is the ability to integrate degrees of freedom into the distal end to provide increased flexibility in the area of engagement as compared to manual laparoscopic instruments. At the same time, the operator is enabled by the robotic guidance and actuation of the instrument for easy operation of the instruments. When an instrument originally designed for manual operation is connected to a robot and actuated by means of its degrees of freedom and / or an instrument-specific drive unit, in the event of a malfunction, it can be converted to manual operation technique and continue to be operated with the same instruments.

Gemäß dem vorstehend genannten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft ein Instrument mit einer robotisch optimierten Antriebsschnittstelle verwendet werden, indem die mechanische Antriebsschnittstelle der manuellen Betätigungseinheit zur Verbindung mit einer Antriebsstranganordnung des Instruments der mechanischen Antriebsschnittstelle der motorischen Antriebseinheit strukturell nachgebildet wird bzw. entspricht. Auf diese Weise wird eine menschliche Bedienerschnittstelle für ein robotergeführtes Instrument mit distaler Kinematik bereitstellt. Dies kann insbesondere den Vorteil eines einfacheren Aufbaus der Antriebseinheit, einer besseren Skalierbarkeit hinsichtlich der distalen Kinematik sowie eines einheitlichen Steuerkonzepts ergeben.According to the above aspect of the present invention, advantageously, an instrument having a robotically optimized drive interface can be used by structurally replicating the mechanical drive interface of the manual actuator unit for connection to a drive train arrangement of the instrument of the mechanical drive interface of the motor drive unit. In this way, a human operator interface for a robot-guided instrument with distal kinematics is provided. This can result in particular in the advantage of a simpler construction of the drive unit, a better scalability with regard to the distal kinematics and a uniform control concept.

In einer Weiterbildung kann die mechanische Antriebsschnittstelle der manuellen Betätigungseinheit auch elektrische Kontakte aufweisen, über die insbesondere Informationen zwischen Betätigungseinheit und Instrument ausgetauscht werden können und/oder Energie zwischen Betätigungseinheit und Instrument übertragen werden kann, beispielweise von bzw. zu einem Sensor an einem Endeffektor des Instrumentenschaftes.In a further development, the mechanical drive interface of the manual Actuator also have electrical contacts over which particular information between actuator and instrument can be exchanged and / or energy between actuator and instrument can be transmitted, for example, from or to a sensor on an end effector of the instrument shaft.

Gemäß einer Ausführung weist eine manuelle Betätigungseinheit eine Basis auf, die ein Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung an einem oder verschiedenen Instrumenten der Instrumentenanordnung aufweist, und an der ein Handhebel mit einem oder mehreren Freiheitsgraden gelagert ist, dessen Aktuierung, insbesondere skaliert, auf die mechanische Antriebsschnittstelle der Betätigungseinheit übertragen wird, um so den Antriebsstrang bzw. die Freiheitsgrade des mit der Betätigungseinheit lösbar verbundenen Instruments bzw. Instrumentenschaftes zu aktuieren. Unter einer skalierten Übertragung wird insbesondere eine Übertragung verstanden, bei der ein linearer oder rotatorischer Betätigungsweg über- oder untersetzt und/oder kinematisch transformiert wird, insbesondere auf eine andere Achse und/oder von einer translatorischen in eine rotatorische oder von einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung. Das Befestigungsmittel der Basis kann dazu eingerichtet sein, mit einem, insbesondere komplementären, Befestigungsmittel des Instrumentenschaftes zusammenzuwirken, beispielsweise in Form einer Steck-, Rast- und/oder Schraubverbindung.According to one embodiment, a manual operating unit has a base, which has a fastening means for releasable attachment to one or several instruments of the instrument assembly, and to which a hand lever is mounted with one or more degrees of freedom, the actuation, in particular scaled, of the mechanical drive interface of Actuator is transmitted so as to actuate the drive train or the degrees of freedom of releasably connected to the actuator instrument or instrument shaft. A scaled transmission is understood in particular to mean a transmission in which a linear or rotational actuation path is over- or under-geared and / or kinematically transformed, in particular to another axis and / or from a translational to a rotary or from a rotary to a translatory movement , The fastening means of the base may be adapted to cooperate with a, in particular complementary, fastening means of the instrument shaft, for example in the form of a plug-in, latching and / or screw connection.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Instrumentenschnittstelle zur Befestigung eines oder mehrerer Instrumente der Instrumentenanordnung an der Roboteranordnung eine Befestigungssperre auf, die durch eine Antriebseinheit dieses Instruments lösbare ist, insbesondere durch eine an dem Instrumentenschaft befestigte Antriebseinheit, vorzugsweise nur durch eine korrekt an dem Instrumentenschaft befestigte und/oder funktionstüchtige Antriebseinheit.In accordance with one aspect of the present invention, the instrument interface for attaching one or more instruments of the instrument assembly to the robotic assembly has an attachment lock releasable by a drive unit of that instrument, in particular by a drive unit attached to the instrument shaft, preferably only by one correctly on the instrument shaft fixed and / or functional drive unit.

Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Roboter ein nicht funktionstüchtiges Instrument führt.In this way it can be prevented that the robot leads a non-functional instrument.

Die Befestigungssperre kann in einer Ausführung mechanisch und/oder elektromagnetisch wirken, beispielsweise einen verstellbaren Vorsprung oder Riegel aufweisen, der im ausgefahrenen Zustand eine Befestigung an der Roboteranordnung formschlüssig verhindert. Die Befestigungssperre kann in einer Ausführung durch die Antriebseinheit mechanisch und/oder sensorisch aktuiert werden, beispielsweise, indem ein Vorsprung der Antriebseinheit einen Hebel der Befestigungssperre betätigt oder die Antriebseinheit von der Befestigungssperre sensorisch erkannt wird, insbesondere über einen mechanischen Schalter, induktiv, kapazitiv, optisch und/oder mittels RFID. Hierzu kann wenigstens eine Antriebseinheit einen RFID-Transponder aufweisen, die Befestigungssperre einen RFID-Reader.In one embodiment, the fastening lock can act mechanically and / or electromagnetically, for example, have an adjustable projection or latch which, in the extended state, positively prevents attachment to the robot assembly. The attachment lock can be mechanically and / or sensorily actuated in one embodiment by the drive unit, for example, by a projection of the drive unit actuates a lever of the attachment lock or the drive unit is sensory detected by the attachment lock, in particular via a mechanical switch, inductive, capacitive, optical and / or by means of RFID. For this purpose, at least one drive unit can have an RFID transponder, the attachment lock an RFID reader.

Zusätzlich oder alternativ zu einer Befestigungssperre kann die Roboteranordnung ein Anwesenheitserkennungsmittel zum Erkennen einer Anwesenheit einer Antriebseinheit an einem robotergeführten Instrument aufweisen. Hierzu kann insbesondere, vorzugsweise an einem Roboter, insbesondere an einer Schnittstelle des Roboters zur Anbindung der Instrumentenschnittstelle des Instruments, ein, insbesondere mechanischer, induktiver, kapazitiver, optischer und/oder RFID-Sensor bzw. Reader vorgesehen sein.In addition or as an alternative to a fastening lock, the robot arrangement may have a presence detection means for detecting a presence of a drive unit on a robot-guided instrument. For this purpose, in particular, preferably on a robot, in particular on an interface of the robot for connecting the instrument interface of the instrument, a, in particular mechanical, inductive, capacitive, optical and / or RFID sensor or reader may be provided.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Instrumentenmagazin zum Speichern von einem oder mehreren Instrumenten der Instrumentenanordnung vorgesehen, so dass, insbesondere während eines OP-Betriebs, wahlweise nicht benötigte bzw. nicht robotergeführte Instrumenten der Instrumentenanordnung gespeichert bzw. gelagert werden können, insbesondere mit einer modularen Antriebseinheit versehene Instrumente. Zusätzlich oder alternativ kann das Instrumentenmagazin dazu eingerichtet sein, ein oder mehrere Instrumentenschäfte und/oder modulare Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung separat bzw. getrennt voneinander zu speichern. In einer Ausführung kann das Instrumentenmagazin als translatorisches und/oder rotatorisches Wechselmagazin ausgebildet sein, das wahlweise durch translatorische und/oder rotatorische Bewegung verschiedene Instrumente an demselben Ort zur Aufnahme durch einen Roboter der Roboteranordnung positionieren kann.According to one aspect of the present invention, an instrument magazine for storing one or more instruments of the instrument assembly is provided, so that optionally unneeded or not robotically guided instruments of the instrument assembly can be stored or stored, in particular during an OP operation, in particular with a modular drive unit provided instruments. Additionally or alternatively, the instrument magazine can be set up to store one or more instrument shafts and / or modular drive units of the instrument arrangement separately or separately from one another. In one embodiment, the instrument magazine can be designed as a translatory and / or rotary change magazine, which can selectively position various instruments at the same location for recording by a robot of the robot arrangement by means of translatory and / or rotational movement.

Durch ein Instrumentenmagazin kann die Roboteranordnung, insbesondere während einer OP, einfach mit unterschiedlichen Instrumenten bestückt werden. Vorzugsweise ist hierzu eine Kontaktoberfläche des Instrumentenmagazins zur Lagerung der Instrumentenanordnung steril bzw. sterilisierbar ausgebildet oder mit einer sterilen Hülle abgedeckt. Hierbei führt der Roboter der Roboteranordnung das Ablegen bzw. das Entnehmen eines Instrumentes in das bzw. aus dem Instrumentenmagazin vorzugsweise selbsttätig durch, so dass vorteilhafterweise keine zusätzliche Hilfseinrichtung bzw. keinen zusätzlichen Roboter zum Wechseln des Instrumentes notwendig ist.By means of an instrument magazine, the robot arrangement, in particular during an OP, can be easily equipped with different instruments. Preferably, for this purpose, a contact surface of the instrument magazine for storage of the instrument assembly is sterile or sterilizable formed or covered with a sterile sheath. In this case, the robot of the robot arrangement preferably carries out the depositing or removal of an instrument into or out of the instrument magazine automatically, so that advantageously no additional auxiliary device or an additional robot for changing the instrument is necessary.

In einer Weiterbildung weist das Instrumentenmagazin ein Energiezufuhrmittel zur kontaktierenden oder kontaktfreien Energieversorgung von einem oder mehreren in dem Magazin gespeicherten Instrumenten bzw. Antriebseinheiten auf. Eine kontaktfreie Energieversorgung kann beispielsweise mittels einer transformatorischen Magnetanordnung ohne geschlossenen Eisenkern erfolgen, bei der Energiezufuhrmittel und Antriebseinheit(en) Primär- und Sekundarspule(n) aufweisen. Die Energieübertragung kann vorzugsweise im Mittelfrequenzbereich erfolgen. Durch eine kontaktierende oder kontaktfreie Energieversorgung von im Instrumentenmagazin gespeicherten Antriebseinheiten können in einer Ausführung wiederaufladbare Energiespeicher der Antriebseinheiten aufgeladen werden. Entsprechend weisen in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung wiederaufladbare Energiespeicher auf.In one development, the instrument magazine has an energy supply means for contacting or contact-free energy supply of one or more instruments or drive units stored in the magazine. A non-contact power supply can be done, for example, by means of a transformer magnet arrangement without a closed iron core, in which energy supply means and drive unit (s) Primary and secondary coil (s) have. The energy transfer can preferably take place in the middle frequency range. By means of a contacting or contact-free energy supply of drive units stored in the instrument magazine, in one embodiment rechargeable energy stores of the drive units can be charged. Accordingly, in one embodiment of the present invention, one or more drive units of the instrument assembly have rechargeable energy stores.

Zusätzlich oder alternativ zu der Energieversorgung können wenigstens zwei von dem Instrumentenmagazin, der Instrumentenanordnung und der Roboteranordnung, insbesondere Instrumentenmagazin und Instrumentenanordnung, ein Kommunikationsmittel zur uni- oder bidirektionalen drahtgebundenen oder drahtlosen, insbesondere induktiven oder funkbasierten, Kommunikation zwischen den wenigstens zwei von dem Instrumentenmagazin, der Instrumentenanordnung und der Roboteranordnung, insbesondere zwischen Instrumentenmagazin und Instrumentenanordnung, aufweisen. Insbesondere kann wenigstens eines von dem Instrumentenmagazin, der Instrumentenanordnung und der Roboteranordnung einen Sender und wenigstens ein anderes von dem Instrumentenmagazin, der Instrumentenanordnung und der Roboteranordnung einen Empfänger aufweisen. Hierdurch kann beispielsweise ein Status von im Instrumentenmagazin gespeicherten Instrumenten abgefragt und/oder solche Instrumente initialisiert, (re)kalibriert und/oder zurückgesetzt werden. Insbesondere können also Instrumentenmagazin und Instrumentenanordnung, Instrumentenmagazin und Roboteranordnung, insbesondere einer Steuerung der Roboteranordnung, und/oder Instrumentenmagazin und Roboteranordnung, insbesondere einer Steuerung der Roboteranordnung, dasselbe oder unterschiedliche Kommunikationsmittel aufweisen, insbesondere ein oder mehrere vorstehend beschriebene Kommunikationsmittel.In addition or as an alternative to the energy supply, at least two of the instrument magazine, the instrument arrangement and the robot arrangement, in particular instrument magazine and instrument arrangement, a communication means for unidirectional or bidirectional wired or wireless, in particular inductive or radio-based, communication between the at least two of the instrument magazine, the Instrument assembly and the robot assembly, in particular between instrument magazine and instrument assembly, have. In particular, at least one of the instrument magazine, the instrument assembly, and the robot assembly may include a transmitter and at least one of the instrument magazine, the instrument assembly, and the robot assembly may have a receiver. As a result, for example, a status of instruments stored in the instrument magazine can be queried and / or such instruments can be initialized, (re) calibrated and / or reset. In particular, instrument magazine and instrument arrangement, instrument magazine and robot arrangement, in particular a controller of the robot arrangement, and / or instrument magazine and robot arrangement, in particular a controller of the robot arrangement, may have the same or different communication means, in particular one or more communication means described above.

Zur Energieversorgung von an einem robotergeführten Instrument angeordneten Antriebseinheiten sind diese in einer Ausführung über eine sterile Kabelverbindung mit einer stationären Energiequelle verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann eine kontaktfreie Energieversorgung vorgesehen sein, wie sie vorstehend bereits mit Bezug auf die Energieversorgung von in einem Instrumentenmagazin gespeicherten Antriebseinheiten und exemplarisch auch in EP 2 396 796 A1 und EP 2 340 611 A1 beschrieben sind, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen wird. Wie vorstehend beschrieben, kann zusätzlich oder alternativ zu einer Energieversorgung auch eine uni- oder bidirektionale Signalübertragung zwischen einer Antriebseinheit eines robotergeführten instruments und einer Instrumentensteuerung vorgesehen sein, die verallgemeinernd als Teil der Roboteranordnung verstanden wird. Zusätzlich oder alternativ kann, wie vorstehend beschrieben, eine Enegr- und/oder Signalübermittlung auch über eine Schnittstelle der Roboteranordnung und eine damit verbundene Schnittstelle des Elektronik- und/oder des Antriebsteils vorgesehen sein. Daher kann nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung allgemein das Chirurgierobotersystem eine sterile Kabelverbindung, eine Schnittstellenverbindung oder ein kabelloses Energie- und/oder Signalübertragungsmittel zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen der Instrumentenanordnung und der Roboteranordnung oder einem Instrumentenmagazin aufweisen.For power supply of arranged on a robot-guided instrument drive units these are connected in one embodiment via a sterile cable connection to a stationary power source. Additionally or alternatively, a contact-free power supply can be provided, as already described above with reference to the power supply of drive units stored in an instrument magazine and, by way of example, also in US Pat EP 2 396 796 A1 and EP 2 340 611 A1 whose disclosure content is fully incorporated in the disclosure of the present invention. As described above, in addition to or as an alternative to a power supply, a unidirectional or bidirectional signal transmission between a drive unit of a robot-guided instrument and an instrument controller can also be provided, which is generally understood to be part of the robot arrangement. Additionally or alternatively, as described above, an Enegr- and / or signal transmission can also be provided via an interface of the robot assembly and an associated interface of the electronics and / or the drive part. Thus, in accordance with one aspect of the present invention, generally, the surgical robotic system may include a sterile cable connection, interface connection, or wireless energy and / or signal transmission means for power and / or signal transmission between the instrument assembly and the robotic assembly or instrument magazine.

Gleichermaßen ist es möglich, eine Antriebseinheit eines robotergeführten Instruments über dessen Instrumentenschnittstelle durch den Roboter mit Energie zu versorgen.Similarly, it is possible to power a drive unit of a robot-guided instrument via its instrument interface by the robot with energy.

Insbesondere in letzteren Fall kann bei einem Wechsel eines Instruments bzw. einer Antriebseinheit von einem Instrumentenmagazin auf bzw. an einen Roboter und umgekehrt, d. h. bei Anbindung bzw. Ablage des Instruments bzw. der Antriebseinheit deren Energieversorgung unterbrochen werden. Insbesondere für diesen Fall weisen nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere Antriebseinheiten jeweils einen elektrischen Energiespeicher zur, wenigstens temporären, autarken Energieversorgung der Antriebseinheit auf. Der Energiespeicher ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er wenigstens während einer Wechselzeit wenigstens ein Steuer- und/oder Kommunikationsmittel eines Elektronikteils einer Antriebseinheit mit Energie versorgen kann bzw. dass er für wenigstens 10 Sekunden und/oder für höchstens 5 Minuten ein Steuer- und/oder Kommunikationsmittel mit Energie versorgen kann.In particular, in the latter case, when changing an instrument or a drive unit from an instrument magazine on or to a robot and vice versa, d. H. be disconnected when connecting or storage of the instrument or the drive unit whose power supply. In particular, for this case, according to one aspect of the present invention, one or more drive units each have an electrical energy storage for, at least temporary, self-sufficient power supply to the drive unit. The energy store is preferably designed such that it can supply at least one control and / or communication means of an electronic part of a drive unit with energy at least during a changeover time or that it controls and / or for at least 10 seconds and / or for a maximum of 5 minutes Can supply communication means with energy.

In einer Weiterbildung ist es auch möglich, den Energiespeicher so zu dimensionieren bzw. auszubilden, dass er die Antriebseinheit, insbesondere während einer OP bzw. für wenigstens 30 Minuten und/oder für höchstens 5 Stunden autark mit Energie versorgen kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine kabelgebundene Energieversorgung der Instrumente mit entsprechenden räumlichen Beschränkungen und/oder Interferenzen entfallen.In a further development, it is also possible to dimension or form the energy store in such a way that it can independently supply the drive unit with energy, in particular during an OP or for at least 30 minutes and / or for a maximum of 5 hours. In this way, a wired energy supply of the instruments with corresponding spatial restrictions and / or interference can advantageously be dispensed with.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Chirurgierobotersystem einen ersten Kommunikationskanal und einen oder mehrere weitere Kommunikationskanäle zwischen der Roboteranordnung, insbesondere einer Instrumentensteuerung, und einem oder mehreren Instrumenten der Instrumentenanordnung auf. Hierdurch kann insbesondere die Betriebssicherheit erhöht werden.According to one aspect of the present invention, the surgical robot system has a first communication channel and one or more further communication channels between the robot arrangement, in particular an instrument controller, and one or more instruments of the instrument arrangement. As a result, in particular the reliability can be increased.

In einer Weiterbildung arbeiten ein oder mehrere dieser weiteren Kommunikationskanäle auf einem anderen physikalischen Träger bzw. Vermittler als der erste Kommunikationskanal, um nicht nur redundant, sondern diversitär zu diesem zu sein. Beispielsweise kann einer von dem ersten und einem weiteren Kommunikationskanal strom- oder spannungsbasiert ausgebildet sein, der andere von dem ersten und dem weiteren Kommunikationskanal elektromagnetisch, optisch, induktiv oder kapazitiv. Vorzugsweise ist wenigstens ein weiterer Kommunikationskanal nach dem Ruhestromprinzip bzw. derart ausgebildet, dass ein Wegfall eines Signals auf diesem Kommunikationskanal als Fehler identifiziert wird. Wenigstens ein weiterer Kommunikationskanal kann insbesondere nur zur Übertragung von Statusinformationen eingerichtet sein. Vorzugsweise wird die Roboteranordnung und/oder die Instrumentenanordnung, insbesondere die robotergeführte Instrumentenanordnung, sicher stillgesetzt, falls auf wenigstens einem weiteren Kommunikationskanal ein Fehlersignal übertragen wird, worunter verallgemeinernd, wie vorstehend beschrieben, auch der komplementäre Wegfall eines Freigabesignals verstanden wird. In einer Ausführung kann mittels des ersten und/oder eines weiteren Kommunikationskanals die Anwesenheit eines mit der Antriebseinheit bestückten Instruments übertragen bzw. erkannt werden. In a further development, one or more of these further communication channels operate on a different physical carrier or mediator than the first communication channel in order to be not only redundant, but diverse to it. For example, one of the first and another communication channel can be current- or voltage-based, the other of the first and the further communication channel electromagnetically, optically, inductively or capacitively. Preferably, at least one further communication channel is designed according to the quiescent-current principle or in such a way that an omission of a signal on this communication channel is identified as an error. At least one further communication channel can be set up in particular only for the transmission of status information. The robot arrangement and / or the instrument arrangement, in particular the robot-guided instrument arrangement, is preferably safely shut down if an error signal is transmitted on at least one further communication channel, by which generalizing, as described above, also the complementary omission of an enable signal is understood. In one embodiment, the presence of an instrument equipped with the drive unit can be transmitted or detected by means of the first and / or a further communication channel.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Chirurgierobotersystem ein ein- oder mehrteiliges, insbesondere optisches und/oder akustisches, Anzeigemittel auf zum Anzeigen eines Status eines Instruments der Instrumentenanordnung, insbesondere eines Wechselstatus und/oder Betriebsstatus. Unter einem Wechselstatus wird vorliegend insbesondere ein Status eines Instruments verstanden, das gewechselt, d. h. an einem Roboter der Roboteranordnung befestigt oder von diesem getrennt werden soll. Unter einem Betriebsstatus wird vorliegend insbesondere ein Status eines Instruments verstanden, der dessen Betriebsbereitschaft, insbesondere deren (Rest)Dauer, und/oder dessen bisherigen Betrieb, insbesondere dessen bisherige Betriebszeit oder dessen bisherige Einsatzanzahl, beschreibt.According to one aspect of the present invention, a surgical robot system has a one-part or multi-part, in particular visual and / or audible, display means for displaying a status of an instrument of the instrument arrangement, in particular a change status and / or operating status. In the present case, a change status is understood as meaning, in particular, a status of an instrument that has been changed, ie. H. to be attached to or detached from a robot of the robot assembly. In the present case, an operating status is understood to mean in particular a status of an instrument which describes its operational readiness, in particular its (residual) duration, and / or its previous operation, in particular its previous operating time or its previous number of uses.

Auf diese Weise kann dem OP-Personal ein eindeutiger und rascher Überblick zur Verfügung gestellt werden, welche Instrumente demnächst gewechselt werden bzw. zur Verfügung stehen.In this way, the OR staff can be provided with a clear and rapid overview of which instruments will soon be exchanged or available.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum, insbesondere wahlweisen, Bestücken einer Roboteranordnung eines erfindungsgemäßen Chirurgierobotersystems mit einem oder mehreren Instrumenten der Instrumentenanordnung und/oder zum, insbesondere wahlweisen, Bestücken eines oder mehrerer solcher Instrumente mit einer Antriebseinheit.One aspect of the present invention relates to a method for, in particular selectively, equipping a robot arrangement of a surgical robot system according to the invention with one or more instruments of the instrument arrangement and / or for, in particular selectively, equipping one or more such instruments with a drive unit.

Nach einer Ausführung umfasst das Verfahren eine Registrierung eines Instruments durch eine modulare Antriebseinheit bei Kopplung bzw. Verbindung dieser Antriebseinheit mit dem Instrument, insbesondere Instrumentenschaft. Die Registrierung kann insbesondere automatisch erfolgen. In einer Weiterbildung wird dabei, insbesondere nach dem Herstellen einer mechanischen Verbindung von Instrument und Antriebseinheit, eine Kopplung mit einem Instrument von der Antriebseinheit erkannt und ein Registrierungsvorgang zur konkreten Bestimmung des angeschlossenen Instruments aktiviert. Das Instrument kann sich selbst aktiv identifizieren bzw. aktiv Signale bzw. Daten an die Antriebseinheit übermitteln, oder passiv identifiziert werden.According to one embodiment, the method comprises a registration of an instrument by a modular drive unit when coupling or connecting this drive unit to the instrument, in particular instrument shaft. The registration can be done automatically in particular. In a further development, a coupling with an instrument is recognized by the drive unit, in particular after the production of a mechanical connection between the instrument and the drive unit, and a registration process for the concrete determination of the connected instrument is activated. The instrument can actively identify itself or actively transmit signals or data to the drive unit, or be passively identified.

Die in der Antriebseinheit registrierten Instrumentendaten, beispielsweise eine Identifikationsnummer und/oder Spezifikation des Instrumentenschaftes, etwa seine Freiheitsgrade und/oder kinematischen Parameter, insbesondere individuelle Kalibrierdaten, werden in einer Ausführung an die Roboteranordnung bzw. ihrer Instrumentensteuerung übermittelt, vorzugsweise bei Registrierung oder nach Anbindung an einen Roboter.The instrument data registered in the drive unit, for example an identification number and / or specification of the instrument shaft, such as its degrees of freedom and / or kinematic parameters, in particular individual calibration data, are transmitted in one embodiment to the robot arrangement or its instrument control, preferably upon registration or connection a robot.

In einer Ausführung werden Daten registrierter Instrumente in der Roboteranordnung, insbesondere ihrer Instrumentensteuerung, insbesondere in einer Datenbank, abgespeichert und vorzugsweise periodisch oder ereignisgesteuert aktualisiert.In one embodiment, data of registered instruments in the robot arrangement, in particular their instrument control, in particular in a database, are stored and preferably updated periodically or event-controlled.

In einer Ausführung sind ein oder mehrere Instrumente, insbesondere Instrumentenschäfte, der Instrumentenanordnung in einem Instrumentenmagazin ohne Antriebseinheit gespeichert, die Applikation der Antriebseinheit an ein Instrument erfolgt während des Wechselvorgangs. Dafür verfügt das Instrumentenmagazin in einer Weiterbildung über einen Antriebseinheits-Manipulator zur Handhabung der Antriebseinheit während des Instrumentenwechsels. Der Antriebseinheits-Manipulator verfügt vorzugsweise über keine eigenen Bewegungsfreiheitsgrade – mit Ausnahme eines Spannmechanismus für die Antriebseinheit, sämtliche Positionierbewegungen werden von dem bzw. den instrumentenführenden Robotern der Roboteranordnung ausgeführt. Dadurch kann die Anzahl der Antriebseinheiten und/oder die Gesamtzahl der im Robotersystem enthaltenen aktuierten Freiheitsgrade reduziert werden. Zusätzlich kann dieses Konzept den Aufwand zur Energieversorgung der Antriebseinheiten reduzieren, da keine Energieversorgung der im Magazin abgelegten antriebseinheitslosen Instrumente erforderlich ist, es muss in einer Ausführung lediglich die Energieversorgung der Antriebseinheit für den Zeitraum gewährleistet sein, in dem sie nicht am Manipulatorarm adaptiert ist und von dort mit Energie versorgt wird. Die Energieversorgung der Antriebseinheit während dieses Zeitraums kann insbesondere über den Antriebseinheits-Manipulator erfolgen.In one embodiment, one or more instruments, in particular instrument shafts, of the instrument arrangement are stored in an instrument magazine without a drive unit, the application of the drive unit to an instrument takes place during the change process. For this purpose, the instrument magazine in a further development via a drive unit manipulator for handling the drive unit during the instrument change. The drive unit manipulator preferably does not have its own degrees of freedom of movement - with the exception of a drive unit tensioning mechanism, all positioning movements being performed by the instrument-carrying robot (s) of the robot assembly. As a result, the number of drive units and / or the total number of actuated degrees of freedom contained in the robot system can be reduced. In addition, this concept can reduce the effort to power the drive units, since no power supply of the drive unit stored in the magazine instruments is required, it must be ensured in one embodiment, only the power supply of the drive unit for the period in which it is not adapted to the manipulator and of there is supplied with energy. The power supply of the drive unit during This period can be done in particular via the drive unit manipulator.

Um unterschiedliche Antriebseinheiten handhaben zu können, kann der Antriebseinheits-Manipulator optional mit mehreren Greifern, die auch unterschiedlich ausgeprägt sein können, ausgestattet sein. In einer Weiterbildung weist der Antriebseinheits-Manipulator eine oder mehrere translatorische und/oder rotatorische Bewegungsmöglichkeiten auf, um jeweils die benötigte Antriebseinheit bereitzustellen.In order to be able to handle different drive units, the drive unit manipulator can optionally be equipped with a plurality of grippers, which can also be differently pronounced. In one development, the drive unit manipulator has one or more translatory and / or rotational movement possibilities in order to provide the required drive unit in each case.

Zwei oder mehr der vorstehend erläuterten Aspekte und deren Ausführungen und Weiterbildungen können vorteilhafterweise miteinander kombiniert sein.Two or more of the aspects explained above and their embodiments and developments can advantageously be combined with one another.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:

1: ein Chirurgieroboter-System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; 1 : A robotic robotic system according to an embodiment of the present invention;

2A, 2B: ein robotergeführtes Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; 2A . 2 B a robotized instrument instrument assembly according to an embodiment of the present invention;

3: ein robotergeführtes Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; 3 a robotized instrument instrument assembly according to an embodiment of the present invention;

4: eine manuelle Betätigungseinheit einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; 4 a manual operating unit of an instrument assembly according to an embodiment of the present invention;

5A, 5B: das Chirurgieroboter-System der 2A in anderer Blickrichtung (5A) bzw. bei nicht befestigter Antriebseinheit (5B); 5A . 5B : the Surgery Robot System 2A in another direction ( 5A ) or with non-attached drive unit ( 5B );

6: ein Chirurgierobotersystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Instrumentenmagazin; 6 : A surgical robotic system according to an embodiment of the present invention with an instrument magazine;

7(a) bis 8(d): ein erfindungsgemäßes Verfahren zum automatischen Bestücken einer Roboteranordnung mit einem Instrument der Instrumentenanordnung und eines Instruments dieser Instrumentenanordnung mit einer Antriebseinheit nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 7 (a) to 8 (d) a method according to the invention for automatically loading a robot assembly with an instrument of the instrument assembly and an instrument of this instrument assembly with a drive unit according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt, wie einleitend beschrieben, ein Chirurgieroboter-System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit mehreren Robotern 1, 2, und 3, an deren distalem Ende jeweils ein chirurgisches Instrument 4, 5 bzw. 6 einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung lösbar befestigt ist. 1 shows, as described in the introduction, a robotic robot system according to an embodiment of the present invention with multiple robots 1 . 2 , and 3 , at the distal end of each a surgical instrument 4 . 5 respectively. 6 an instrument assembly according to an embodiment of the present invention is releasably attached.

2A, 2B zeigt verschiedene Ausführungen eines robotergeführten Instruments mit unterschiedlichen Antriebseinheiten, die mit dem chirurgischen Instrument bzw. Instrumentenschaft lösbar verbunden sind, um eine einfache Aufbereitung und eine möglichst kostengünstige Ausführung des Instruments zu gewährleisten. Bei der Ausführung gemäß 2A ist die modulare Antriebseinheit 4' intraoperativ vom Instrument wiederholt abtrennbar bzw. kann wiederholt an ein Instrument gefügt werden. Dazu wird die nicht sterile Antriebseinheit 4' präoperativ mit einer sterilen Hülle. Alternativ kann die Antriebseinheit auch als sterilisierbares Modul ausgeführt werden, wodurch die sterile Umhüllung entfallen kann. Im Gegensatz wird bei der Ausführung der 2B eine nicht sterile Antriebseinheit 4'' präoperativ in ein proximales Instrumentengehäuse des Instrumentenschaftes 7' eingesetzt und dieses steril verschlossen. Bei diesem Konzept verbleibt die Antriebseinheit 4'' vorteilhaft während der gesamten Dauer eines operativen Eingriffs in dem proximalen Instrumentengehäuse und wird erst nach dessen Ende und vor der Aufbereitung wieder entnommen. 2A . 2 B shows various embodiments of a robot-guided instrument with different drive units, which are releasably connected to the surgical instrument or instrument shaft to ensure easy processing and the most cost-effective design of the instrument. In the execution according to 2A is the modular drive unit 4 ' can be repeatedly disconnected from the instrument during the operation or can be repeatedly attached to an instrument. This is the non-sterile drive unit 4 ' preoperatively with a sterile sheath. Alternatively, the drive unit can also be designed as a sterilizable module, whereby the sterile enclosure can be omitted. In contrast, in the execution of the 2 B a non-sterile drive unit 4 '' preoperatively in a proximal instrument housing of the instrument shaft 7 ' used and sealed this sterile. In this concept, the drive unit remains 4 '' advantageous during the entire duration of surgery in the proximal instrument housing and is taken again after its end and before the preparation.

Optional kann eine Schnittstelle zwischen Antriebseinheit und Instrumentenschaft eine durch eine Antriebseinheit dieses Instruments lösbare Befestigungssperre aufweisen, mit der verhindert wird, dass versehentlich ein Instrument ohne Antriebseinheit am Roboter adaptiert wird. Beispielsweise kann das proximale Instrumentengehäuse eine mechanische Sperre aufweisen, die bei eingesetzter Antriebseinheit deaktiviert bzw. gelöst wird. Das Instrumentengehäuse lässt sich nur mit deaktivierter Sperre an einem Manipulatorarm adaptieren. Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor beschriebenen mechanischen Sperre bei nicht eingesetzter Antriebseinheit kann das Vorhandensein und/oder die korrekte Position der Antriebseinheit am Instrument mit einer in der Schnittstelle zwischen dem Roboter und der Antriebseinheit integrierten Anwesenheitssensorik überprüft werden.Optionally, an interface between the drive unit and instrument shaft can have a fastening lock which can be released by a drive unit of this instrument, with which it is prevented that an instrument without a drive unit is accidentally adapted to the robot. For example, the proximal instrument housing may have a mechanical lock which is deactivated or released when the drive unit is inserted. The instrument housing can only be adapted to a manipulator arm with the lock disabled. Alternatively or in addition to the mechanical lock described above with the drive unit not inserted, the presence and / or the correct position of the drive unit on the instrument can be checked with a presence sensor integrated in the interface between the robot and the drive unit.

3 zeigt ein robotergeführtes Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Aufteilung der mechatronischen Antriebseinheit in ein Elektronikmodul 20 und ein Antriebsmodul 21. Durch diese Trennung ist es möglich, die Antriebselektronik unabhängig von den Instrumentenantrieben handzuhaben, insbesondere am Roboter anzubringen. Dadurch reduzieren sich Gewicht und Volumen der vom OP-Personal zu handhabenden Module, die Bedienerfreundlichkeit des Systems wird verbessert. 3 shows a robot-guided instrument of an instrument assembly according to an embodiment of the present invention with a division of the mechatronic drive unit in an electronic module 20 and a drive module 21 , This separation makes it possible to handle the drive electronics independently of the instrument drives, in particular to install them on the robot. This reduces the weight and volume of the modules to be handled by the operating room staff and improves the user-friendliness of the system.

Das Elektronikmodul 20 enthält in einer Ausführung die gesamte Antriebselektronik, zumindest jedoch einen Teil davon. So können in dem Elektronikmodul insbesondere Komponenten einer Signalverarbeitung für Sensorsignale, für die Regelung und Ansteuerung von Antriebsmotoren nötige Einheiten und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zum Anschluss an den Roboter enthalten sein. Das Antriebsmodul 21 enthält beispielsweise für jeden Freiheitsgrad des Instruments einen Antriebsmotor, gegebenenfalls ein Untersetzungsgetriebe, ein Sensorsystem zu Geschwindigkeits- und/oder Positionserfassung, und/oder weitere Sensoren, zum Beispiel Kraftsensoren, Momentensensoren, Stromsensoren, Referenz- und Endschalter oder dergleichen.The electronics module 20 contains in one embodiment, the entire drive electronics, but at least a part thereof. Thus, in the electronic module, in particular components of a signal processing for sensor signals, for the control and Control of drive motors necessary units and / or a communication interface for connection to the robot to be included. The drive module 21 For example, for each degree of freedom of the instrument includes a drive motor, optionally a reduction gear, a sensor system for speed and / or position detection, and / or other sensors, for example, force sensors, torque sensors, current sensors, reference and limit switches or the like.

Das Elektronikmodul 20 ist vorzugsweise mit einem Instrumentenadapter 22 am distalen Ende des Roboters 1' angebracht. Der Instrumentenadapter 22 stellt die mechanische Verbindung zwischen Roboter und der Antriebseinheit her und gewährleistet eine wiederholgenaue Positionierung und Fixierung der Antriebseinheit relativ zum distalen Ende des Roboters. Optional stellt der Instrumentenadapter 22 auch die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen der Antriebseinheit und dem Roboter her. Das Elektronikmodul 20 kann entweder als sterilisierbares Modul ausgeführt sein oder von einer sterilen Hülle umgeben sein, die vorteilhaft zugleich den Manipulatorarm einschließt. Exemplarisch sind in 3 durchgezogen bzw. strichliert zwei mögliche Verläufe einer solchen sterilen Hülle 24 dargestellt, die ein nicht steriles Elektronikmodul 20 und einen nicht sterilen Instrumentenadapter 22 zusammen mit dem Roboter 1' (3: strichliert) oder bei sterilem Elektronikmodul 20 und sterilem Instrumentenadapter 22 nur den Roboter 1' (3: durchgezogen) umhüllen.The electronics module 20 is preferably with an instrument adapter 22 at the distal end of the robot 1' appropriate. The instrument adapter 22 establishes the mechanical connection between the robot and the drive unit and ensures a repeatable positioning and fixing of the drive unit relative to the distal end of the robot. Optional is the instrument adapter 22 also the required electrical connections between the drive unit and the robot ago. The electronics module 20 can either be designed as a sterilizable module or surrounded by a sterile sheath, which advantageously also includes the manipulator. Exemplary are in 3 pulled through or dashed two possible courses of such a sterile sheath 24 shown a non-sterile electronic module 20 and a non-sterile instrument adapter 22 together with the robot 1' ( 3 : dashed) or with a sterile electronic module 20 and sterile instrument adapter 22 only the robot 1' ( 3 : pulled through).

Optional eignet sich das beschriebene Elektronikmodul 20 auch für ein Instrument mit integriertem, vom Anwender nicht entnehmbaren Antriebsteil. In diesem Fall können durch die Auslagerung der gesamten oder wesentlichen Teile der Antriebselektronik die Baugröße und Kosten des Instruments reduziert werden.Optionally, the described electronic module is suitable 20 also for an instrument with integrated, not removable by the user drive part. In this case, the size and cost of the instrument can be reduced by outsourcing the entire or essential parts of the drive electronics.

Schematisch ist in 3 auch ein proximaler Flansch 7.1 sowie ein Antriebsstrang 7.2 des Instrumentenschaftes 7' sowie eine elektrische Schnittstelle 20.1 zwischen Elektronik- und Antriebsteil 20, 21 angedeutet.Schematically is in 3 also a proximal flange 7.1 as well as a powertrain 7.2 of the instrument shaft 7 ' as well as an electrical interface 20.1 between electronic and drive part 20 . 21 indicated.

4 zeigt eine manuelle Betätigungseinheit einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die anstelle einer modularen Antriebseinheit (in 4 nicht dargestellt, vgl. etwa 2A, 5A), wie sie beispielsweise vorstehend in 1 bis 3 gezeigt ist, am proximalen Flansch 7.1' des Instrumentenschaftes 7'' befestigbar ist. 4 shows a manual operating unit of an instrument assembly according to an embodiment of the present invention, which instead of a modular drive unit (in 4 not shown, cf. approximately 2A . 5A ), as described for example in above 1 to 3 is shown at the proximal flange 7.1 'of the instrument shaft 7 '' is fastened.

Die Betätigungseinheit dieses Ausführungsbeispiels ist zur manuellen Aktuierung von zwei Bewegungsfreiheitsgraden φ1 und φ2 und eines Arbeitsfreiheitsgrades φe eines Endeffektors am distalen Ende des Instrumentenschafts 7'' eingerichtet. Als Benutzerschnittstelle dient ein Handhebel 31, der in einer Basis bzw. einem Handhebelgehäuse 30 mit den Freiheitsgraden φ'1 und φ'2 gelagert ist. Diese Freiheitsgrade entsprechen in der gezeigten Ausführung den distalen Bewegungsfreiheitsgraden φ1 und φ2 des Instruments. Außerdem ist an dem Handhebel 31 ein weiterer Freiheitsgrad φ'e zur Aktuierung des Arbeitsfreiheitsgrades φe des distalen Endeffektors vorgesehen. Das Handhebelgehäuse 30 weist eine (in 4 nicht erkennbare) mechanische Schnittstelle zur wiederholt lösbaren Ankopplung an den Instrumentenschaft auf, die der mechanischen Schnittstelle der zu ersetzenden (nicht dargestellten) mechatronischen Antriebseinheit entspricht.The actuator unit of this embodiment is for manual actuation of two degrees of freedom of movement φ 1 and φ 2 and a working degree of freedom φ e of an end effector at the distal end of the instrument shaft 7 '' set up. The user interface is a hand lever 31 in a base or hand lever housing 30 is stored with the degrees of freedom φ ' 1 and φ' 2 . In the embodiment shown, these degrees of freedom correspond to the distal degrees of freedom of movement φ 1 and φ 2 of the instrument. Also, on the hand lever 31 a further degree of freedom φ ' e is provided for the actuation of the working degree of freedom φ e of the distal end effector. The hand lever housing 30 has a (in 4 unrecognizable) mechanical interface for repeatedly detachable coupling to the instrument shaft, which corresponds to the mechanical interface of the to be replaced (not shown) mechatronic drive unit.

Des Weiteren enthält das Handhebelgehäuse 30 einen oder mehrere Mechanismen und/oder Getriebe, die die Stellbewegungen des Handhebels 31 in die in der Schnittstelle vorgesehenen Bewegungen umsetzt, optional skaliert und mit den mechanischen Kupplungselementen der Schnittstelle verbindet. Optional kann die Schnittstelle der abnehmbaren Betätigungseinheit auch elektrische Kontakte aufweisen, über die beispielsweise Informationen zwischen Handhebel und Instrument ausgetauscht und/oder Energie zwischen Handhebel und Instrument übertragen werden.Furthermore, the hand lever housing contains 30 one or more mechanisms and / or gears that control the positioning movements of the hand lever 31 converted into the movements provided in the interface, optionally scaled and connected to the mechanical coupling elements of the interface. Optionally, the interface of the removable actuator unit may also have electrical contacts via which, for example, information is exchanged between the hand lever and the instrument and / or energy is transmitted between the hand lever and the instrument.

Optional ist in der Betätigungseinheit eine Möglichkeit zur Beschränkung auf ausgewählte distale Freiheitsgrade, die vom Menschen bedient werden können, vorgesehen. Dazu kann die Schnittstelle der Betätigungseinheit eine Blockiervorrichtung zur mechanischen Fixierung eines oder mehrerer distaler Freiheitsgrade in einer vorgegebenen Gelenkstellung enthalten. Vorzugsweise enthält die Blockiervorrichtung mechanische Elemente, mit denen einzelne Teile der instrumentenseitigen Kupplungselemente in einer vorgegebenen Position fixiert werden können.Optionally, a means for limiting to selected distal degrees of freedom that can be operated by humans is provided in the actuator unit. For this purpose, the interface of the actuating unit may include a blocking device for mechanically fixing one or more distal degrees of freedom in a predetermined joint position. Preferably, the blocking device contains mechanical elements with which individual parts of the instrument-side coupling elements can be fixed in a predetermined position.

5A zeigt das robotergeführte, mit der modularen Antriebseinheit 4' bestückte Roboterchirurgiesystem der 2A aus anderer Blickrichtung. Ebenso wie in 2 und 6 bis 8 ist eine sterile Umhüllung des Roboters zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Diese umschließt den Roboter ganz oder teilweise, insbesondere Teile des sterilen Instrumentenadapters. Bei dieser Ausführung greift die elektrische Schnittstelle 20.2 der Antriebseinheit direkt auf eine elektrische Schnittstelle 22.2 des sterilen Instrumentenadapters 22 (vgl. 3), so dass die Anzahl an zu sterilisierenden Kontakten minimieren und somit die Kontaktzuverlässigkeit gesteigert werden kann. Eine Detailansicht der elektrischen Schnittstelle 22.2 zwischen sterilem Instrumentenadapter und Antriebseinheit ist in 5B dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Fügerichtung F der elektrischen Schnittstelle mit der Fügerichtung der Antriebseinheit in den sterilen Instrumentenadapter vorteilhaft übereinstimmt. Um kleinere Lage- und Maßabweichungen zwischen den Kontaktpaaren auszugleichen, kann die elektrische Schnittstelle vorteilhaft Vorrichtungen zum Toleranzausgleich beinhalten. 5A shows the robot-guided, with the modular drive unit 4 ' equipped robotic surgery system 2A from another perspective. As well as in 2 and 6 to 8th a sterile enclosure of the robot is not shown for clarity. This encloses the robot in whole or in part, in particular parts of the sterile instrument adapter. In this embodiment, the electrical interface engages 20.2 the drive unit directly to an electrical interface 22.2 of the sterile instrument adapter 22 (see. 3 ), so that the number of contacts to be sterilized can be minimized and thus the contact reliability can be increased. A detail view of the electrical interface 22.2 between sterile instrument adapter and drive unit is in 5B shown. It can be seen that the joining direction F of the electrical interface with the joining direction of the drive unit in the sterile instrument adapter advantageously matches. To compensate for minor positional and dimensional deviations between the contact pairs, the electrical interface can advantageously include devices for tolerance compensation.

6 zeigt ein Chirurgierobotersystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Instrumentenmagazin zum wahlweisen Speichern von Instrumenten der Instrumentenanordnung, wie sie beispielsweise vorstehend mit Bezug auf. 1 bis 5 erläutert wurden. 6 FIG. 12 shows a surgical robotic system according to an embodiment of the present invention having an instrument magazine for selectively storing instruments of the instrument assembly, as described above with reference to FIGS. 1 to 5 were explained.

In dem Instrumentenmagazin 40 können vorbereitete Instrumente, insbesondere mit eingesetzter Antriebseinheit, bis zur Verwendung steril aufbewahrt und zugleich mit Energie versorgt werden. Neben der Energieversorgung besteht optional eine Kommunikationsverbindung zwischen den nicht an den Robotern adaptierten Antriebseinheiten und einer (Instrumenten)Steuerung der Roboteranordnung (nicht dargestellt). Das Instrumentenmagazin kann als sterilisierbare Einheit ausgeführt und/oder mit einer sterilen Hülle umschlossen werden, die vorteilhaft als Einwegartikel realisiert sein kann. Das Instrumentenmagazin kann insbesondere zwei oder mehr Aufnahmeschalen für einzelne oder mehrere Instrumentenschäfte 7'', 8' und/oder Antriebseinheiten aufweisen. Durch die Aufnahmeschalen werden die einzelnen Antriebseinheiten an den dafür vorgesehenen Stellen positioniert und die elektrischen Kontakte bzw. andere, insbesondere drahtlose, Energie- und/oder Datenübertragungseinheiten zueinander korrekt ausgerichtet. Gleichermaßen kann das Instrumentenmagazin auch zur freien Ablage von Instrumentenschäften und/oder Antriebseinheiten, insbesondere plattenförmig, ausgebildet sein, d. h. nicht oder nur optional über dedizierte Aufnahmeschalen verfügen. Diese Ausführung ist besonders geeignet für Antriebseinheiten mit drahtloser Energie- und Datenübertragung, bei denen die Energie- und/oder Datenübertragungseinheiten des Instrumentenmagazins rasterförmig angeordnet sein können, so dass beliebige Ablageorte für die Antriebseinheiten möglich sind. Vorteilhaft bei dieser Lösung ist insbesondere die leichtere Reinigung und sterile Abdeckung.In the instrument magazine 40 Prepared instruments, in particular with inserted drive unit, can be kept sterile until use and at the same time be supplied with energy. In addition to the power supply, there is optionally a communication connection between the drive units not adapted to the robots and a (instruments) control of the robot arrangement (not shown). The instrument magazine can be designed as a sterilizable unit and / or enclosed with a sterile sheath, which can be advantageously realized as a disposable article. The instrument magazine can in particular two or more receiving trays for single or multiple instrument shafts 7 '' . 8th' and / or drive units. By means of the receiving shells, the individual drive units are positioned at the locations provided and the electrical contacts or other, in particular wireless, energy and / or data transmission units, are aligned correctly with one another. Equally, the instrument magazine can also be designed for free storage of instrument shafts and / or drive units, in particular plate-shaped, ie they can not or only optionally have dedicated receiving shells. This embodiment is particularly suitable for drive units with wireless energy and data transmission, in which the energy and / or data transmission units of the instrument magazine can be arranged in grid form, so that any storage locations for the drive units are possible. An advantage of this solution is in particular the easier cleaning and sterile cover.

Um ein Instrument bzw. eine Antriebseinheit an einem Roboter zu befestigen, wird sie von dem sterilen Instrumentenmagazin abgenommen. Um auch für die Zeitdauer nach dem Abnehmen von dem Instrumentenmagazins bis zum Adaptieren an einem Roboter die Energieversorgung zumindest der Signalverarbeitungselektronik dieser Antriebseinheit aufrecht zu erhalten, um ein abermaliges Booten und Initialisieren nach der Adaption an einen Manipulatorarm zu vermeiden, weist die Antriebseinheit einen Energiespeicher auf, so dass eine autarke Energieversorgung zumindest der Signalverarbeitungselektronik möglich ist. Dieser Energiespeicher befindet sich in einer Ausführung in der modularen Antriebseinheit und/oder kann bei angeschlossener externer Energieversorgung, insbesondere am Roboter oder im Instrumentenmagazin, regeneriert bzw. aufgeladen werden. Dadurch ist eine einfache Bedienung und Wartung durch das OP-Personal möglich. Gleichermaßen kann die Antriebseinheit auch während der gesamten Dauer eines Eingriffs durch den Energiespeicher versorgt werden. Eine weitere Alternative stellt eine sterile Kabelverbindung zwischen der Roboteranordnung und den adaptierten und/oder nicht adaptierten bzw. an der Roboteranordnung befestigten Instrumenten bzw. Antriebseinheiten zur Energieversorgung und/oder zum Datenaustausch dar. In einer weiteren Ausführung kann eine drahtlose Energieübertragung an Antriebseinheiten vorgesehen sein, die gegenüber insbesondere kabelgebundenen Systemen eine deutlich erhöhte Beweglichkeit der Antriebseinheiten und der Instrumente ermöglichen kann. Vorteilhaft gegenüber einer Versorgung durch einen Energiespeicher sind die geringere Baugröße und das niedrigere Gewicht der Antriebseinheiten. Es können sämtliche elektrische Kontakte entfallen, wodurch sterilen Hüllen deutlich einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden können. Durch den Wegfall steriler elektrischer Kontakte vereinfacht sich zudem die Aufbereitung der Instrumenten bzw. Antriebseinheiten.To attach an instrument or a drive unit to a robot, it is removed from the sterile instrument magazine. In order to maintain the power supply of at least the signal processing electronics of this drive unit for the period of time after removal from the instrument magazine to adapt to a robot in order to prevent repeated booting and initialization after adaptation to a manipulator arm, the drive unit has an energy store, so that a self-sufficient power supply of at least the signal processing electronics is possible. This energy storage device is located in an embodiment in the modular drive unit and / or can be regenerated or charged when the external energy supply is connected, in particular on the robot or in the instrument magazine. This allows easy operation and maintenance by the OR staff. Likewise, the drive unit can also be supplied by the energy store during the entire duration of an intervention. A further alternative is a sterile cable connection between the robot arrangement and the adapted and / or non-adapted instruments or drive units for power supply and / or data exchange attached to the robot arrangement. In a further embodiment, a wireless energy transmission may be provided to drive units, which can allow a significantly increased mobility of the drive units and instruments compared to particular wired systems. Advantageous over a supply by an energy storage are the smaller size and the lower weight of the drive units. It can eliminate all electrical contacts, making sterile cases can be made much easier and cheaper. The elimination of sterile electrical contacts also simplifies the reprocessing of instruments or drive units.

Insbesondere zur Erhöhung der Betriebssicherheit von energetisch und/oder kommunikativ drahtlos angebundenen Antriebseinheiten kann in einer Ausführung zur Statusübermittlung ein zusätzlicher Kommunikationskanal unabhängig vom eigentlichen Kommunikationskanal vorgesehen sein. Dieser zusätzliche Kommunikationskanal arbeitet vorzugsweise nach einem vom eigentlichen Kommunikationskanal unterschiedlichen physikalischen Prinzip, beispielsweise optisch. Er dient vorzugsweise nicht der Übertragung größerer Datenmengen, sondern lediglich dem Austausch von Statusnachrichten zwischen einem Roboter und einer daran befestigten Antriebseinheit. Der zusätzliche Kommunikationskanal verläuft vorzugsweise parallel zu der eigentlichen Datenverbindung. Er kann nach dem Ruhestromprinzip arbeiten, so dass eine Notabschaltung mindestens des betroffenen Roboters und der betroffenen Antriebseinheit eingeleitet werden kann, sobald die Verbindung unterbrochen oder der Status vom Roboter oder Instrument bzw. Antriebseinheit geändert wird.In particular, to increase the reliability of energetically and / or communicatively wirelessly connected drive units, an additional communication channel can be provided independently of the actual communication channel in an embodiment for status transmission. This additional communication channel preferably operates according to a physical principle different from the actual communication channel, for example optically. It preferably does not serve the transmission of larger amounts of data, but only the exchange of status messages between a robot and a drive unit attached thereto. The additional communication channel preferably runs parallel to the actual data connection. It can operate on the quiescent current principle, so that an emergency shutdown of at least the affected robot and the affected drive unit can be initiated as soon as the connection is interrupted or the status of the robot or instrument or drive unit is changed.

Anhand der Figurenfolgen 7(a) bis 8(d) werden nachfolgend Verfahrensschritte eines Verfahrens zum, insbesondere wahlweisen, Bestücken einer Roboteranordnung eines Chirurgierobotersystems mit einem Instrument und eines Instruments mit einer Antriebseinheit nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung näher erläutert.Based on the character sequences 7 (a) to 8 (d) In the following, method steps of a method for, in particular optional, equipping a robot arrangement of a surgical robot system with an instrument and an instrument with a drive unit according to an embodiment of the present invention are explained in greater detail.

Eine Registrierung eines an eine Antriebseinheit angekoppelten Instrumentenschafts kann automatisch erfolgen. Dabei laufen nach dem Herstellen einer mechanischen Verbindung von Instrumentenschaft und Antriebseinheit vorzugsweise einer oder mehrere der folgenden Schritte ab:

  • 1) Eine Kopplung mit einem Instrumentenschaft wird erkannt und ein Registrierungsvorgang zur konkreten Bestimmung des angeschlossenen Instruments aktiviert;
  • 2) Das Instrument bzw. der Instrumentenschaft kann sich selbst identifizieren, insbesondere durch eine aktive Kommunikation zwischen der Antriebseinheit und einem im Instrumentenschaft integrierten Controller, vorzugsweise Mikrocontroller. Alternativ kann ein angekoppeltes Instrument identifiziert werden, insbesondere mittels eines nichtflüchtigen Speicherbaustein, beispielsweise eines EEPROMs, im Instrument, wobei die Informationen von der Antriebseinheit abgefragt werden können.
Registration of an instrument shaft coupled to a drive unit can take place automatically. In this case, after establishing a mechanical connection of instrument shaft and drive unit, preferably one or more of the following steps take place:
  • 1) A coupling with an instrument shaft is detected and a registration process for the concrete determination of the connected instrument is activated;
  • 2) The instrument or the instrument shaft can identify itself, in particular by an active communication between the drive unit and a controller integrated in the instrument shaft, preferably a microcontroller. Alternatively, a coupled instrument can be identified, in particular by means of a non-volatile memory module, such as an EEPROM, in the instrument, wherein the information can be queried by the drive unit.

Ein Instrument bzw. Instrumentenschaft enthält vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Daten: Identifizierungscode, Instrumentenname, Seriennummer, Anzahl der verbleibenden bzw. noch zur Verfügung stehenden Einsätze, Kalibrierparameter zum Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen und/oder kinematische und/oder dynamische Parameter, die einen Instrumententyp charakterisieren, beispielsweise Gewicht, Schwerpunktslage, Trägheitstensor, Ursprung und Orientierung des Endeffektor-Koordinatensystems, kinematikspezifische Transformationsmatrizen, Gelenkwinkelgrenzen bzw. kartesischer Arbeitsraum.

  • 3) Nach einer erfolgreichen Registrierung ist das mit einer Antriebseinheit bestückte Instrument der Roboteranordnung bekannt, so dass einer oder mehrere der folgenden Schritte durchgeführt werden können:
  • 3.1) Weitergabe der Instrumenten-Daten an die Instrumentensteuerung der Roboteranordnung und/oder eine Steuerungsebene der Antriebseinheit, insbesondere an einen Elektronikteil. Dies kann vorzugsweise bereits bei Verbindung von Instrumentenschaft und Antriebseinheit, insbesondere in einem Instrumentenmagazin, oder auch erst bei Verbindung mit dem Roboter erfolgen.
An instrument or instrument cluster preferably contains one or more of the following data: identification code, instrument name, serial number, number of remaining or still available inserts, calibration parameters to compensate for manufacturing and assembly tolerances and / or kinematic and / or dynamic parameters characterize an instrument type, such as weight, centroid, inertia tensor, origin and orientation of the end effector coordinate system, kinematic transformation matrices, joint angle boundaries, and Cartesian workspace, respectively.
  • 3) After a successful registration, the robotic device instrument equipped with a drive unit is known, so that one or more of the following steps can be performed:
  • 3.1) Passing the instrument data to the instrument control of the robot assembly and / or a control plane of the drive unit, in particular to an electronic part. This can preferably take place already when the instrument shaft and the drive unit are connected, in particular in an instrument magazine, or only when connected to the robot.

Ist beispielsweise eine Stromregelung der Antriebseinheit dezentral in dieser implementiert, eine Positionsregelung zentral in der Instrumentensteuerung der Roboteranordnung, kann die Antriebseinheit als Gateway fungieren und alle Instrumentendaten an die Instrumentensteuerung weiterleitet, beispielsweise über einen Feldbus.

  • 3.2) Statusänderung der Antriebseinheit nach Bestätigung durch die Instrumentensteuerung, insbesondere Signalisierung des Status an einen Bediener.
For example, if a current control of the drive unit implemented decentralized in this, a position control centrally in the instrument control of the robot assembly, the drive unit can act as a gateway and forwards all instrument data to the instrument control, for example via a fieldbus.
  • 3.2) Status change of the drive unit after confirmation by the instrument control, in particular signaling the status to an operator.

Alle registrierten Instrumente können in einer Datenbank hinterlegt werden, die während eines Eingriffs laufend aktualisiert werden kann. Diese informationelle Anbindung aller – nicht nur der an der Roboteranordnung adaptierten bzw. befestigten – Instrumente bzw. Antriebseinheiten an die Instrumentensteuerung der Roboteranordnung bietet sowohl für die Ansteuerung der Roboteranordnung als auch für den Anwender einige Vorteile: Der Operateur hat jederzeit einen Überblick der momentan betriebsbereiten Instrumente und deren Status, der Betriebszustand, zum Beispiel „Betriebsbereit”, (verschiedene) Fehlerzustände, abgelaufene Leben und dergleichen, jedes Instruments bzw. jeden Antriebseinheit kann dem OP-Personal signalisiert werden. Dies kann beispielsweise akustisch oder optisch durch eine oder mehrere ein- oder mehrfarbige Signalleuchten, insbesondere LEDs, insbesondere an der Antriebseinheit, erfolgen. Analog können dem Operateur an einer Eingabekonsole die Betriebszustände aller oder einzelner Instrumente bzw. Antriebseinheiten durch entsprechende Einblendungen signalisiert werden.All registered instruments can be stored in a database, which can be constantly updated during an intervention. This informational connection of all - not only adapted or fixed to the robot assembly - instruments or drive units to the instrument control of the robot assembly offers both the control of the robot assembly as well as the user some advantages: The surgeon has always an overview of the currently operational instruments ready and their status, the operating state, for example "ready", (various) fault conditions, expired lives and the like, each instrument or each drive unit can be signaled to the surgical staff. This can be done, for example acoustically or optically by one or more single or multi-color signal lights, in particular LEDs, in particular on the drive unit. Analogously, the operating states of all or individual instruments or drive units can be signaled to the surgeon on an input console by means of corresponding overlays.

Bei einem Instrumentenwechsel kann der Operateur an der Eingabekonsole ein registriertes Instrument zum Einwechseln sowie den Roboter, an den das ausgewählte Instrument adaptiert werden soll, auswählen. Diese Informationen können genutzt werden, um einen manuellen Instrumentenwechsel zu unterstützen und für das OP-Personal einfacher zu gestalten oder einen automatischen Instrumentenwechsel zu initiieren.In the event of a change of instrument, the surgeon may select at the input console a registered instrument for replacement as well as the robot to which the selected instrument is to be adapted. This information can be used to support a manual instrument change and make it easier for the OR staff or to initiate an automatic instrument change.

In einer Ausführung verfügen ein oder mehrere Roboter der Roboteranordnung und/oder ein oder mehrere Instrumente und/oder Antriebseinheit der Instrumentenanordnung über eine Signalvorrichtung, beispielsweise eine, insbesondere mehrfarbige, Signalleuchte. Zur Vorbereitung eines Instrumentenwechsels wird die Signalleuchte des betroffenen Roboters in einer bestimmten Farbe und/oder einer bestimmten Blinksequenz aktiviert. Dadurch wird dem OP-Personal eindeutig signalisiert, welche(r) Roboter von dem anstehenden Instrumentenwechsel betroffen ist bzw. sind. Ebenso wird die Signalleuchte des einzuwechselnden Instruments in einer bestimmten Farbe und/oder einer bestimmten Blinksequenz aktiviert, um dem OP-Personal eindeutig anzuzeigen, welches Instrument einzuwechseln ist. Ebenso kann dem OP-Personal ein erfolgreicher Wechselvorgang durch ein spezielles Farb- oder Blinkmuster der Signalleuchten an Manipulatorarm und Instrument angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer optischen Signalisierung ist auch ein akustisches Signal möglich.In one embodiment, one or more robots of the robot arrangement and / or one or more instruments and / or drive unit of the instrument arrangement have a signal device, for example a signal light, in particular a multicolor signal. In preparation for a change of instrument, the signal light of the affected robot is activated in a specific color and / or a particular flashing sequence. This clearly signals to the OR staff which robot (s) is / are affected by the upcoming instrument change. Likewise, the signal light of the instrument to be loaded is activated in a specific color and / or a particular flashing sequence to clearly indicate to the operating room personnel which instrument is to be exchanged. Similarly, the OR staff can be shown a successful change process by a special color or flashing pattern of the signal lights on manipulator and instrument. Alternatively or in addition to an optical signaling, an acoustic signal is also possible.

7(a) bis 8(d) zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum automatischen Instrumentenwechsel bzw. Bestücken einer Roboteranordnung mit einem Instrument der Instrumentenanordnung sowie eines Instruments mit einer Antriebseinheit. Hierzu weist das Chirurgieroboter-System ein Instrumenten-Wechselmagazin auf, in dem alle benötigten Instrumente einsatzbereit abgelegt sind und bereitgehalten werden. Alle Instrumente sind in dem Wechselmagazin ohne Antriebseinheit abgelegt, da die Applikation der Antriebseinheit an ein Instrument während des Wechselvorgangs erfolgt. Dafür verfügt das Wechselmagazin über einen Antriebseinheits-Manipulator 50 (vgl. 6) zur Handhabung der Antriebseinheiten während des Instrumentenwechsels. Der Antriebseinheits-Manipulator verfügt in einer Ausführung über keine eigenen Bewegungsfreiheitsgrade mit Ausnahme eines Spannmechanismus für die Antriebseinheit, sämtliche Positionierbewegungen werden von dem Roboter ausgeführt. Beispielsweise kann eine Antriebseinheit mit Hilfe dieses Antriebseinheits-Manipulators von einem Instrumentenschaft getrennt und mit einem anderen verbunden werden. Dadurch kann die Anzahl der Antriebseinheiten reduziert werden, da nicht jedes im Wechselmagazin vorhandene Instrument mit einer eigenen Antriebseinheit ausgestattet sein muss. Außerdem erfordert dieses Konzept einen geringeren Aufwand zur Energieversorgung der Antriebseinheiten, da keine Energieversorgung der im Wechselmagazin abgelegten Instrumente erforderlich ist. Es muss lediglich die Energieversorgung der Antriebseinheiten für den Zeitraum gewährleistet sein, in dem sie nicht an einem Roboter adaptiert ist und von dort mit Energie versorgt werden. Die Energieversorgung der Antriebseinheit während dieses Zeitraums kann in einer Ausführung über den Antriebseinheits-Manipulator erfolgen. 7 (a) to 8 (d) shows a method according to the invention for automatic instrument replacement or placement of a robot assembly with an instrument of the instrument arrangement and an instrument with a drive unit. For this purpose, the surgical robot system on an instrument change magazine, in which all the necessary instruments are stored ready for use and are kept ready. All instruments are stored in the change magazine without drive unit, as the application of the drive unit to an instrument during the change process takes place. The change magazine has a drive unit manipulator for this purpose 50 (see. 6 ) for handling the drive units during the instrument change. The drive unit manipulator does not have its own degrees of freedom of movement in one embodiment, with the exception of a tensioning mechanism for the drive unit, all positioning movements are performed by the robot. For example, a drive unit with the aid of this drive unit manipulator can be separated from one instrument shaft and connected to another. As a result, the number of drive units can be reduced since not every instrument present in the changeable magazine has to be equipped with its own drive unit. In addition, this concept requires less effort to power the drive units, since no energy supply to the instruments stored in the removable magazine is required. It is only necessary to ensure the power supply of the drive units for the period in which they are not adapted to a robot and are supplied with energy from there. The power supply of the drive unit during this period can be done in one embodiment via the drive unit manipulator.

In 6, 7 ist ein rotatorisches Instrumenten-Wechselmagazin dargestellt. Gleichermaßen kann ein lineares Instrumenten- Wechselmagazin verwendet werden. Um unterschiedliche Antriebseinheiten handhaben zu können, kann der Antriebseinheits-Manipulator optional mit mehreren Greifern, die auch unterschiedlich ausgeprägt sein können, ausgestattet sein. In diesem Fall verfügt der Antriebseinheits-Manipulator vorzugsweise über eine oder mehrere translatorische und/oder eine oder mehrere rotatorische Bewegungsmöglichkeiten, um jeweils die benötigte Antriebseinheit handzuhaben.In 6 . 7 a rotary instrument change magazine is shown. Similarly, a linear instrument change magazine can be used. In order to be able to handle different drive units, the drive unit manipulator can optionally be equipped with a plurality of grippers, which can also be differently pronounced. In this case, the drive unit manipulator preferably has one or more translatory and / or one or more rotational movement possibilities in order to handle the required drive unit in each case.

7(a) bis (d) zeigt Schritte beim Ablegen eines Instruments in dem Instrumenten-Wechselmagazin, wie sie insbesondere während eines automatischen Werkzeugwechsels erfolgen können. Zunächst wird der Roboter aus dem OP-Gebiet zum Werkzeugmagazin in die Ausgangsposition zur Instrumentenablage verfahren (7(a)). Dann wird die Antriebseinheit an den Antriebseinheits-Manipulator adaptiert bzw. befestigt, in 7(b) beispielhaft dargestellt als Zweibackengreifer. Sofern erforderlich, wird eine Fixierung zwischen Antriebseinheit und Instrument gelöst. Optional erfolgt eine Aufrechterhaltung der Energieversorgung der Antriebseinheit, insbesondere kontaktbehaftet oder kontaktlos, etwa durch den Antriebseinheits-Manipulator. Dann wird der Instrumentenschaft im Wechselmagazin abgelegt (7(c)), wobei die Verbindung zwischen dem und der vom Antriebseinheits-Manipulator fixierten Antriebseinheit gelöst wird. Schließlich fährt der Roboter von dem Wechselmagazin fort, wobei dadurch oder zuvor die Verbindung zwischen Instrumentenschaft und Roboter gelöst wird (7(d)). 7 (a) to (d) shows steps in placing an instrument in the instrument change magazine, such as may occur during an automatic tool change. First, the robot is moved from the surgical area to the tool magazine in the starting position to the instrument tray ( 7 (a) ). Then, the drive unit is adapted to the drive unit manipulator, in 7 (b) exemplified as a two-jaw gripper. If necessary, a fixation between the drive unit and the instrument is achieved. Optionally, the energy supply of the drive unit is maintained, in particular contact-based or contactless, for example by the drive unit manipulator. Then the instrument shaft is stored in the removable magazine ( 7 (c) ), wherein the connection between and fixed by the drive unit manipulator drive unit is released. Finally, the robot continues from the changer magazine, thereby or before the connection between the instrument shaft and robot is solved ( 7 (d) ).

8a) bis (d) zeigt Schritte zum Aufnehmen eines Instruments aus dem Wechselmagazin durch einen Roboter: Zunächst wird das einzuwechselnde Instrument durch Verfahren des Instrumenten-Wechselmagazins bereitgestellt, wobei die Antriebseinheit vom Antriebseinheits-Manipulator in der korrekten Position angeordnet wird (8(a)). Dann wird der Instrumentenschaft am Roboter fixiert (8(b)), der diesen zu der vom Antriebseinheits-Manipulator fixierten Antriebseinheit transportiert, wo diese an dem Instrumentenschaft adaptiert bzw. befestigt wird (8(c)). Die Fixierung der Antriebseinheit im Antriebseinheits-Manipulator wird gelöst. Anschließend ist die eingewechselte Instrument-Antriebs-Einheit einsatzbereit (8(d)) und kann robotergeführt verfahren werden. 8a ) to (d) shows steps for picking up an instrument from the changer magazine by a robot: Firstly, the instrument to be loaded is provided by moving the instrument changer magazine, the drive unit being placed in the correct position by the drive unit manipulator (FIG. 8 (a) ). Then the instrument shaft is fixed to the robot ( 8 (b) ), which transports it to the drive unit fixed by the drive unit manipulator, where it is adapted or attached to the instrument shaft ( 8 (c) ). The fixation of the drive unit in the drive unit manipulator is solved. Afterwards, the replacement instrument-drive unit is ready for use ( 8 (d) ) and can be moved robotically.

Man erkennt, dass in diesen Verfahrensschritten synergetisch einerseits die Roboteranordnung wahlweise mit einem Instrument bestückt wird (vgl. insbesondere 7(c)7(d) Ablage eines robotergeführten Instruments; 8(b) Aufnahme eines gespeicherten Instruments durch einen Roboter), und andererseits ein robotergeführten, in einem Instrumentenmagazin gespeichertes Instrument wahlweise mit einer Antriebseinheit bestückt wird (vgl. insbesondere 7(b)7(c) Trennen der Antriebseinheit; 8(b)8(c) Befestigten der Antriebseinheit am Instrumentenschaft).It can be seen that in these process steps, on the one hand, the robot arrangement is optionally equipped with an instrument (see in particular FIG 7 (c) - 7 (d) Storage of a robot-guided instrument; 8 (b) Recording a stored instrument by a robot), and on the other hand a robot-guided, stored in an instrument magazine instrument is optionally equipped with a drive unit (see, in particular 7 (b) - 7 (c) Separating the drive unit; 8 (b) 8 (c) Attached to the drive unit on the instrument shaft).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1; 1', 2, 31; 1 ', 2, 3
Roboter(anordnung)Robot (assembly)
4; 4'; 4'' 5, 64; 4 '; 4 '' 5, 6
modulare Antriebseinheitmodular drive unit
7; 7'; 7'', 8; 8', 97; 7 '; 7 ", 8; 8 ', 9
Instrumentenschaftinstrument shaft
7.1; 7.1'7.1; 7.1 '
Flanschflange
7.27.2
Antriebsstrangpowertrain
10, 11, 1210, 11, 12
Öffnungopening
1313
Bauchdeckeabdominal wall
1414
Operationsgebietarea of operations
2020
Elektronikmodul (Antriebseinheit)Electronic module (drive unit)
20.1; 20.2, 22.220.1; 20.2, 22.2
Schnittstelleinterface
2121
Antriebsmodul (Antriebseinheit)Drive module (drive unit)
2222
Instrumentenadapterinstrument adapter
2424
sterile Hüllesterile envelope
30 30
Basis (Betätigungseinheit)Base (operating unit)
3131
Handhebel (Betätigungseinheit)Hand lever (operating unit)
4040
Instrumentenmagazintool magazine
5050
Antriebseinheits-ManipulatorDrive unit manipulator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (18)

Instrumentenanordnung für ein Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, mit wenigstens einem Instrument mit einem Instrumentenschaft (7; 7', 7'', 8; 8', 9), der zur teilweisen Einführung in einen Patienten vorgesehen ist, einer Instrumentenschnittstelle zur Befestigung des Instruments an der Roboteranordnung (1; 1', 2, 3), und einer, insbesondere modularen, Antriebseinheit (4; 4', 4'', 5, 6) zur Aktuierung von wenigstens einem Freiheitsgrad (φ1, φ2, φe) des Instrumentenschaftes, insbesondere eines Endeffektors, die ein Antriebsteil mit wenigstens einem Antrieb und ein Elektronikteil mit wenigstens einem Steuer- und/oder Kommunikationsmittel aufweist.A surgical array instrument assembly according to any one of claims 10 to 16, comprising at least one instrument having an instrument shaft ( 7 ; 7 ' . 7 '' . 8th ; 8th' . 9 ) intended for partial introduction into a patient, an instrument interface for attaching the instrument to the robot assembly ( 1 ; 1' . 2 . 3 ), and one, in particular modular, drive unit ( 4 ; 4 ' . 4 '' . 5 . 6 ) for the actuation of at least one degree of freedom (φ 1 , φ 2 , φ e ) of the instrument shaft, in particular an end effector, which has a drive part with at least one drive and an electronic part with at least one control and / or communication means. Instrumentenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektronikteil und/oder ein Antriebsteil wenigstens einer Antriebseinheit modular ausgebildet ist und eine Schnittstelle (20.1, 20.2) zur Verbindung miteinander, dem Instrumentenschaft und/oder der Roboteranordnung aufweist.Instrument arrangement according to the preceding claim, characterized in that an electronic part and / or a drive part of at least one drive unit has a modular design and an interface ( 20.1 . 20.2 ) for connection to each other, the instrument shaft and / or the robot assembly. Instrumentenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikteil sterilisierbar ausgebildet oder wenigstens teilweise von einer sterilen Hülle (24) umgeben ist.Instrument arrangement according to the preceding claim, characterized in that the electronic part is sterilized or at least partially formed by a sterile sheath ( 24 ) is surrounded. Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine modulare manuelle Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zum wahlweisen Ersetzen einer modularen Antriebseinheit (4') eines Instruments der Instrumentenanordnung des Chirurgierobotersystems.Instrument arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized by a modular manual operating unit according to one of claims 7 to 9 for the optional replacement of a modular drive unit ( 4 ' ) of an instrument assembly of the surgical robotic system. Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenschnittstelle zur Befestigung des Instruments an der Roboteranordnung eine durch eine Antriebseinheit dieses Instruments lösbare Befestigungssperre aufweist.Instrument arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the instrument interface for attachment of the instrument to the robot assembly comprises a releasable by a drive unit of this instrument attachment lock. Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinheit einen elektrischen Energiespeicher zur, wenigstens temporären, autarken Energieversorgung der Antriebseinheit aufweist.Instrument arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that a drive unit has an electrical energy storage for, at least temporary, self-sufficient power supply of the drive unit. Manuelle Betätigungseinheit (30) für eine Instrumentenanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine mechanische Antriebsschnittstelle zur Verbindung mit einer Antriebsstranganordnung (7.2) des Instruments, die einer mechanischen Antriebsschnittstelle der wahlweise zu ersetzenden Antriebseinheit (4') zur Verbindung mit dieser Antriebsstranganordnung entspricht.Manual operating unit ( 30 ) for an instrument assembly according to claim 4, characterized by a mechanical drive interface for connection to a drive train arrangement ( 7.2 ) of the instrument, which is a mechanical drive interface of the optionally to be replaced drive unit ( 4 ' ) corresponds to the connection with this drive train arrangement. Manuelle Betätigungseinheit nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Basis (30), die ein Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung an dem Instrument aufweist, und an der ein Handhebel (31) mit wenigstens einem Freiheitsgrad (φ'1, φ'2, φ'e) gelagert ist, dessen Aktuierung, insbesondere skaliert, auf die mechanische Antriebsschnittstelle der Betätigungseinheit übertragen wird.Manual actuation unit according to the preceding claim, characterized by a base ( 30 ), which has a fastening means for releasable attachment to the instrument, and on which a hand lever ( 31 ) is mounted with at least one degree of freedom (φ ' 1 , φ' 2 , φ ' e ) whose actuation, in particular scaled, is transmitted to the mechanical drive interface of the actuating unit. Manuelle Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Betätigungseinheit und die Antriebseinheit, insbesondere wahlweise, unterschiedliche Freiheitsgrade des Instruments, insbesondere eine unterschiedliche Anzahl Freiheitsgrade, aktuierbar sind.Manual actuation unit according to one of claims 7 to 8, characterized in that by the operating unit and the drive unit, in particular optionally, different degrees of freedom of the instrument, in particular a different number of degrees of freedom, can be actuated. Chirurgierobotersystem mit: einer Roboteranordnung mit wenigstens einem Roboter (1; 1', 2, 3); und einer Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.A surgical robotic system comprising: a robot assembly having at least one robot ( 1 ; 1' . 2 . 3 ); and an instrument assembly according to any one of claims 1 to 6. Chirurgierobotersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen ersten Kommunikationskanal und wenigstens einen weiteren Kommunikationskanal zwischen der Roboteranordnung und wenigstens einem Instrument der Instrumentenanordnung.Surgery robotic system according to the preceding claim, characterized by a first communication channel and at least one further communication channel between the robot arrangement and at least one instrument of the instrument arrangement. Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 11, gekennzeichnet durch eine sterile Kabelverbindung, eine Schnittstellenverbindung oder ein kabelloses Energie- und/oder Signalübertragungsmittel zur Energie- und/oder Signalübertragung zwischen der Roboteranordnung und der Instrumentenanordnung.Surgery robotic system according to one of claims 10 to 11, characterized by a sterile cable connection, an interface connection or a wireless energy and / or signal transmission means for energy and / or signal transmission between the robot assembly and the instrument assembly. Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch ein Instrumentenmagazin (40) zum wahlweisen Speichern von wenigstens einem von wenigstens zwei Instrumenten der Instrumentenanordnung.Surgery robotic system according to one of claims 10 to 12, characterized by an instrument magazine ( 40 ) for selectively storing at least one of at least two instruments of the instrument assembly. Chirurgierobotersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen Antriebseinheits-Manipulator (50) zum wahlweisen Bestücken verschiedener Instrumente der Instrumentenanordnung mit einer modularen Antriebseinheit.Surgery robotic system according to the preceding claim, characterized by a drive unit manipulator ( 50 ) for selectively populating various instruments of the instrument assembly with a modular drive unit. Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentenmagazin, die Instrumentenanordnung und/oder die Roboteranordnung ein Kommunikationsmittel zur Kommunikation zwischen wenigstens zwei von dem Instrumentenmagazin, der Instrumentenanordnung und der Roboteranordnung, insbesondere zwischen Instrumentenmagazin und Instrumentenanordnung, aufweisen. Surgery robotic system according to one of claims 10 to 14, characterized in that the instrument magazine, the instrument assembly and / or the robot assembly having a communication means for communication between at least two of the instrument magazine, the instrument assembly and the robot assembly, in particular between instrument magazine and instrument assembly. Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch ein Anzeigemittel zum Anzeigen eines Status eines Instruments der Instrumentenanordnung, insbesondere eines Wechselstatus und/oder Betriebsstatus.Surgery robotic system according to one of Claims 10 to 15, characterized by a display means for indicating a status of an instrument of the instrument arrangement, in particular a change status and / or operating status. Verfahren zum, insbesondere wahlweisen, Bestücken einer Roboteranordnung eines Chirurgierobotersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem Instrument der Instrumentenanordnung des Chirurgierobotersystems.A method of, in particular, selectively populating a robotic assembly of a surgical robotic system according to any one of the preceding claims with at least one instrument of the instrument assembly of the surgical robotic system. Verfahren zum, insbesondere wahlweisen, Bestücken wenigstens eines, insbesondere robotergeführten und/oder in einem Instrumentenmagazin gespeichertes, Instruments eines Chirurgierobotersystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Antriebseinheit.Method for, in particular optional, loading at least one, in particular robot-guided and / or stored in an instrument magazine, instrument of a surgical robot system according to one of the preceding claims with a drive unit.
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