Die
Erfindung bezieht sich auf ein Operations-Assistenz-System gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 1.The
The invention relates to an operation assistance system according to the preamble
Claim 1.
Systeme
dieser Art sind bekannt ( DE
103 52 197 ) und werden beispielsweise bei gattungsbildende
Druckschrift minimal invasiven Eingriffen oder Operationen zur Führung von
Hilfsinstrumenten, wie z. B. Kameras usw. verwendet.Systems of this type are known ( DE 103 52 197 ) and are used, for example, in genus-forming document minimally invasive procedures or operations to guide auxiliary instruments, such. As cameras, etc. used.
Bekannt
ist weiterhin ein chirurgisches Roboter-System bzw. ein Operations-Assistenz-System ( WO 03/051218 A1 ) mit mehreren,
eine Kinematik bildenden und gelenkig miteinander verbundenen Armen,
von denen jeweils der äußere Arm
ein medizinisches Instrument trägt.
Die Bewegung der Arme erfolgt hydraulisch, und zwar über ein
manuell betätigbares
hydraulisches Steuerelement und über
hydraulische Verstärkereinheiten.Also known is a surgical robot system or an operation assistance system ( WO 03/051218 A1 ) with a plurality of kinematically forming and articulated arms, each of which carries the outer arm of a medical instrument. The movement of the arms is hydraulic, via a manually operable hydraulic control and hydraulic booster units.
Bekannt
ist weiterhin ( DE
100 63 030 C1 ), bei einem aus mehreren Armgliedern bestehenden medizinischen
Roboterarm wenigstens ein Armglied und ein dieses Armglied mit einem
weiteren anschließenden
Armglied verbindendes Gelenk aus einem nicht metallischen Material
herzustellen, um einen Einsatz, insbesondere auch einen platzsparenden Einsatz
in einem Tomografen zu ermöglichen.It is also known ( DE 100 63 030 C1 ), at least one arm member and a connecting this arm member with another subsequent arm member joint made of a non-metallic material in order to allow use, in particular a space-saving use in a tomograph in a medical arm consisting of several arm members.
Bekannt
sind schließlich
Stative ( EP 0 855 002
B1 ) zur Halterung und Nachführung eines Mikroskops, beispielsweise
eines Operations-Mikroskops.Tripods ( EP 0 855 002 B1 ) for holding and tracking a microscope, such as a surgical microscope.
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Operations-Assistenz-System insbesondere
auch für
minimalinvasive Interventionen oder Operationen aufzuzeigen, welches
sich durch eine besonders stabile Ausgestaltung bei geringer Masse
sowie durch eine hohe Funktionstüchtigkeit
auszeichnet. Zur Lösung dieser
Aufgabe ist ein System entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. task
The invention is in particular an operation assistance system
also for
to show minimally invasive interventions or surgeries
by a particularly stable design with low mass
as well as a high degree of functionality
distinguished. To solve this
Task is a system according to claim 1 formed.
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind sämtliche
Arme des Systems bzw. der Kinematik dieses System jeweils als Hohlkörper ausgebildet.
Zumindest der äußere Arm
besteht dabei aus einem Werkstoff, der eine hohe Stabilität und Belastbarkeit
gewährleistet,
zur Erzielung einer möglichst
geringen Masse ein möglichst
geringes spezifisches Gewicht besitzt sowie zugleich auch für bildgebende
oder bilderzeugende Medien, beispielsweise für Röntgenstrahlen, Magnetfelder
oder elektromagnetische Wellen ein neutraler Werkstoff ist. Als
Werkstoff für
die als Hohlkörper
ausgebildeten Arme wird vorzugsweise ein faserverstärkter, beispielsweise kohlefaserverstärkter Kunststoff
verwendet.at
a preferred embodiment
The invention are all
Arms of the system or the kinematics of this system each formed as a hollow body.
At least the outer arm
consists of a material that has a high stability and load capacity
guaranteed
to achieve as much as possible
low mass one possible
has low specific weight and at the same time also for imaging
or image-forming media, for example for X-rays, magnetic fields
or electromagnetic waves is a neutral material. When
Material for
as a hollow body
trained arms is preferably a fiber-reinforced, for example carbon fiber reinforced plastic
used.
Weiterbildungen,
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen
und aus den Figuren.Further developments,
Advantages and applications
The invention will become apparent from the following description of
embodiments
and from the figures.
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:The
Invention will be described below with reference to the figures of an embodiment
explained in more detail. It
demonstrate:
1 in
perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung; 1 in perspective a device according to the invention;
2 in
perspektivischer Darstellung einen inneren sowie äußeren Arm
der Vorrichtung der 1, und zwar jeweils teilweise
geöffnet; 2 in perspective view of an inner and outer arm of the device 1 , each partially open;
3 in
Teildarstellung eine Tragsäule
sowie den inneren Arm im Bereich eines Gelenks zwischen dem inneren
Arm und der Trägsäule; 3 in partial view, a support column and the inner arm in the region of a joint between the inner arm and the support column;
4 in
vereinfachter Darstellung die Lagerung und den Antrieb der Tragsäule für die Schwenkbewegung
um eine vertikale Achse (Hochachse); 4 in a simplified representation, the storage and the drive of the support column for the pivoting movement about a vertical axis (vertical axis);
5 in
Detaildarstellung eine Klemmvorrichtung zur Fixierung der Vorrichtung
der 1 an einer Werkzeugschiene eines OP-Tisches; 5 in detail a clamping device for fixing the device of 1 on a tool rail of an operating table;
6 in
vereinfachter Darstellung einen als Klipp ausgebildeter Werkzeughalter; 6 in a simplified representation of a trained as a clip tool holder;
7 in
einem vereinfachten Funktions- oder Blockdiagramm einen hydraulischen
Schwenkantrieb zur Verwendung bei der Vorrichtung der 1. 7 in a simplified functional or block diagram of a hydraulic pivot drive for use in the device of 1 ,
Die
in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung
dient als Operations-Assistenz- oder
Roboter-System bei medizinischen Interventionen bzw. Operationen
zur Führung
von Geräten
oder Endeffektoren, beispielsweise zum Führen eines mit einer Kamera 2 versehenen
Endoskops 3, welches über
eine kleinformatige Operationsöffnung
(Trokar) in einen Operationsraum innerhalb eines Patientenkörpers eingeführt ist.The in the figures generally with 1 The designated device serves as a surgical assistant or robot system in medical interventions or operations for guiding devices or end effectors, for example for guiding one with a camera 2 provided endoscope 3 , which is introduced via a small-sized surgical opening (trocar) in an operating room within a patient's body.
Die
Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Basis oder
einem Gehäuse 4,
in welchem die wesentlichen Funktions- und Steuerelemente der Vorrichtung 1 untergebracht
sind und welches seitlich an einem Operationstisch 5 bzw.
an einer dortigen Werkzeugschiene 5.1 befestigbar ist,
und zwar bei der darstellten Ausführungsform über zwei manuell betätigbare
Klemmeinrichtungen 6, die an einer gemeinsamen Seite des
Gehäuses 4 gegeneinander versetzt
vorgesehen sind.The device 1 essentially consists of a base or a housing 4 in which the essential functional and control elements of the device 1 are housed and which laterally on an operating table 5 or on a local tool rail 5.1 is fastened, in the illustrated embodiment of two manually operable clamping devices 6 on a common side of the housing 4 are provided offset from each other.
Wie
insbesondere die 5 deutlich zeigt, besteht jede
Klemmeinrichtung 6 bei der dargestellten Ausführungsform
u. a. aus einem Hand- oder Schwenkhebel 7, der mit einem
Ende an einem Bolzen 8 befestigt ist, welcher um seine
parallel zur Längserstreckung
der Werkzeugschiene 5.1 verlaufende Achse in einem Lagerstück 9 der
Klemmeinrichtung 6 schwenkbar gelagert und an dem weiterhin ein
Exzenter 10 vorgesehen ist. Letzterer wirkt über einen
Abschnitt 11.1 aus Kunststoff auf einen Spannarm 11 ein,
der an einem Ende im Lagerstück 9 um eine
Achse parallel zur Achse des Bolzens 8 schwenkbar gelagert
ist (Lagerbolzen 12). Am anderen Ende ist der Spannarm 11 greiferartig
mit einer Abwinklung 11.2 versehen ist. Oberhalb des Spannarmes 11 bildet
das Lagerstück 9 eine
nach unten hin offene hackenartige Aufnahme 9.1, mit der
das Gehäuse 4 und
damit die Vorrichtung 1 insgesamt von oben her auf die
im Querschnitt rechteckförmige Werkzeugschiene 5.1 aufgesetzt
werden kann, sodass die Vorrichtung 1 bereits bei noch
nicht gespannten Klemmeinrichtungen 6 am OP-Tisch 5 hängend gehalten
ist. Durch Spannen der jeweiligen Klemmvorrichtung 6 bzw.
des Spannarmes 11 mit dem mit dem Hebel 7 betätigten Exzenter 10 erfolgt das
Festklemmen der Vorrichtung 1 an der Werkzeugschiene 5.How the particular 5 clearly shows, there is every clamping device 6 in the illustrated embodiment, inter alia, from a hand or pivoting lever 7 with one end on a bolt 8th which is attached to its parallel to the longitudinal extent of the tool rail 5.1 extending axis in a bearing piece 9 the clamping device 6 pivotally mounted and continue to an eccentric 10 is provided. The latter acts over a section 11.1 made of plastic on a clamping arm 11 one at the end in the bearing piece 9 about an axis parallel to the axis of the bolt 8th is pivotally mounted (bearing pin 12 ). At the other end is the tension arm 11 claw-like with a bend 11.2 is provided. Above the tension arm 11 forms the bearing piece 9 a chop-like receptacle open at the bottom 9.1 with which the case 4 and with it the device 1 overall from above on the rectangular cross-section tool rail 5.1 can be placed, so that the device 1 already with not yet clamped clamping devices 6 at the operating table 5 is kept hanging. By tensioning the respective clamping device 6 or the clamping arm 11 with the lever 7 operated eccentric 10 the clamping of the device takes place 1 on the tool rail 5 ,
Über die
Oberseite des Gehäuses 4 steht eine
Säule 13 der
Vorrichtung 1 bzw. der Kinematik dieser Vorrichtung vor.
Diese Säule 13 ist
durch einen im Gehäuse 4 untergebrachten
elektromotorischen Antrieb 14 um eine vertikale Achse VA
(Hochachse) gesteuert dreh- bzw. schwenkbar. Der Antrieb 14 besteht
im Wesentlichen aus einem Elektromotor 15, der über ein
Getriebe 16 mit sehr hoher Untersetzung, d. h. mit einer
Untersetzung beispielsweise in der Größenordnung von 1:1600 eine
Hohlwelle 17 antreibt, so dass 1600 Umdrehungen der Motorwelle eine
volle Umdrehung der Hohlwelle 17 bewirken. Die beidendig
offene Hohlwelle 17 trägt
an ihrem oberen, Ende ein Lagerstück 18 trägt, welches
die Basis der Säule 13 bildet.
Das Getriebe 16 dient bei der dargestellten Ausführungsform
zugleich als Lager für
die die Hohlwelle 17 bzw. für die Säule 13 am Gehäuse 4.Over the top of the case 4 there is a pillar 13 the device 1 or the kinematics of this device. This pillar 13 is through one in the housing 4 housed electric motor drive 14 controlled about a vertical axis VA (vertical axis) rotatable or pivotable. The drive 14 consists essentially of an electric motor 15 that has a gearbox 16 with a very high reduction, ie with a reduction, for example, in the order of 1: 1600 a hollow shaft 17 drives, making 1600 revolutions of the motor shaft one full turn of the hollow shaft 17 cause. The double-ended hollow shaft 17 carries at its upper, end a bearing piece 18 carries, which is the base of the pillar 13 forms. The gear 16 serves in the illustrated embodiment at the same time as a bearing for the hollow shaft 17 or for the column 13 on the housing 4 ,
Im
Bereich des oberen Endes der Tragsäule 13 ist an dieser über ein
Gelenk 19 das eine bzw. untere Ende eines inneren Armes 20 angelenkt.
Das im Wesentlichen aus einem Gelenkbolzen 19.1 und zugehörigen Lagern
bestehende Gelenk 19 ist dabei so ausgebildet, dass der
Arm 20 mit seinem unteren Ende in das obere, offene Ende
der Säule 13 hineinreicht,
und dort von der Säule 13 gabelartig
umschlossen ist. Der als Hohlkörper
aus einem leichten, aber stabilen Werkstoff, z. B. aus faserverstärktem Kunststoff,
beispielsweise aus glasfaserverstärktem oder kohlefaserverstärktem Kunststoff
hergestellte Arm 20 ist in Armlängsrichtung gekrümmt ausgebildet,
und zwar an der Armoberseite 20.1 konvex und an der Armunterseite 20.2 konkav.In the area of the upper end of the support column 13 is at this over a joint 19 the one or lower end of an inner arm 20 hinged. This essentially consists of a hinge pin 19.1 and associated bearings existing joint 19 is designed so that the arm 20 with its lower end in the upper, open end of the column 13 reaches in and there from the pillar 13 is enclosed in a forked manner. As a hollow body of a lightweight but stable material, eg. B. made of fiber-reinforced plastic, for example made of glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic arm 20 is curved in Armlängsrichtung formed, on the arm top 20.1 convex and at the bottom of the arm 20.2 concave.
An
dem der Tragsäule 13 entfernt
liegenden Ende des Armes 20 ist an diesem über ein
Gelenk 21 der äußere Arm 22 angelenkt.
Das Gelenk 21 besteht im Wesentlichen aus Lagerelementen
und einem Gelenkbolzen 21.1, der beidendig aus dem Arm 20 herausgeführt ist.
Mit einem aus dem Arm 20 herausgebührten Ende des Gelenkbolzens 21.1 ist
das eine Ende des Armes 22 in geeigneter Weise über ein nicht
dargestelltes Verbindungssystem drehfest, aber abnehmbar verbunden.
Der ebenfalls als Hohlkörper aus
einem leichten, aber stabilen Werkstoff, z. B. aus faserverstärktem Kunststoff,
beispielsweise aus glasfaserverstärktem oder kohlefaserverstärktem Kunststoff
ausgebildete Arm 22 ist in Armlängsrichtung gekrümmt, und
zwar an der Armoberseite 22.1 konkav und an der Armunterseite 22.2 konvex.
Durch die beschriebene Ausbildung des Gelenks 21 ist es
möglich,
anstelle des Armes 22, der bei der Darstellung der 1 an
dem vorderen, aus dem Arm 20 herausgeführten Ende des Gelenkbolzens 21.1 gehalten
ist, einen entsprechenden Arm zu verwenden, der im Wesentlichen
die selbe Form wie der Arm 22 aufweist, sich jedoch von
dem Arm 22 dadurch unterscheidet, dass er bei der Darstellung
der 1 an dem über
die Rückseite
des Armes 20 vorstehenden Ende des Gelenkbolzens 21.1 befestigbar
ist.At the support column 13 distant end of the arm 20 is at this over a joint 21 the outer arm 22 hinged. The joint 21 consists essentially of bearing elements and a hinge pin 21.1 , at the end of his arm 20 led out. With one out of the arm 20 Out-bumped end of the pivot pin 21.1 That's one end of the arm 22 suitably connected via a non-illustrated connection system rotatably but removably connected. The also as a hollow body of a lightweight but stable material, eg. B. made of fiber-reinforced plastic, for example made of glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic arm 22 is curved in Armlängsrichtung, on the arm top 22.1 concave and at the bottom of the arm 22.2 convex. By the described training of the joint 21 it is possible, instead of the arm 22 who in the presentation of the 1 on the front, out of the arm 20 led out end of the hinge pin 21.1 is held to use a corresponding arm, which is essentially the same shape as the arm 22 However, it is from the arm 22 differs in that he in the representation of the 1 at the over the back of the arm 20 projecting end of the hinge pin 21.1 is fastened.
An
dem dem Arm 20 entfernt liegenden Ende des Armes 22 ist
mittels eines Gelenks 23 der kürzere Schenkel 24.1 eines
L-förmigen
Werkzeugträgers 24 frei
drehbar gelagert, und zwar um eine Achse parallel zur Längserstreckung
des längeren
Schenkels 24.1 dieses Werkzeugträgers 24. An dem dem Schenkel 24.1 entfernt
liegenden Ende ist am Werkzeugträger 24 ein
als Klipp ausgebildeter Werkzeughalter 25 vorgesehen, an
welchem das Endoskop 3 durch Verrasten lösbar befestigt
ist und der seinerseits mittels eines Gelenks 26 um eine
Achse senkrecht zur Achse des Gelenks 23 dreh- und schwenkbar
ist.On the arm 20 distant end of the arm 22 is by means of a joint 23 the shorter leg 24.1 an L-shaped tool carrier 24 freely rotatably mounted, namely about an axis parallel to the longitudinal extent of the longer leg 24.1 this tool carrier 24 , At the thigh 24.1 remote end is on the tool carrier 24 a trained as a clip tool holder 25 provided on which the endoscope 3 is releasably secured by latching and in turn by means of a hinge 26 about an axis perpendicular to the axis of the joint 23 is rotatable and pivotable.
Bei
der dargestellten Ausführungsform
sind die Schwenkachsen der Gelenke 19, 21 und 23 parallel
oder im Wesentlichen parallel zueinander orientierte horizontale
oder im Wesentlichen horizontale Achsen. Die Gelenke 23 und 26 sind
freie Gelenke, d. h. diese Gelenke ermöglichen ein freies Schwenken
des Werkzeugträgers 24 relativ
zum Arm 22 bzw. des Halters 25 relativ zum Werkzeugträger 24.In the illustrated embodiment, the pivot axes of the joints 19 . 21 and 23 parallel or substantially parallel horizontal or substantially horizontal axes. The joints 23 and 26 are free joints, ie these joints allow free pivoting of the tool carrier 24 relative to the arm 22 or the holder 25 relative to the tool carrier 24 ,
Die
Gelenke 19 und 21 bilden hingegen jeweils gesteuerte
Achsen für
eine gesteuerte hydraulisch betätigte
Schwenkbewegung, und zwar unter Verwendung jeweils eines hydraulischen
Antriebs in Form eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 27 und
unter Verwendung eines Weg- oder Hubsensors 28, mit dem
die Hubstellung des Hydraulikzylinders 27 bzw. dessen Kolbenstange 27.1 erfasst
wird und der ein entsprechendes Steuersignal an eine u. a. auch
sämtliche
Antriebe der Vorrichtung 1 steuernd und im Gehäuse 4 untergebrachte
Steuereinrichtung 29 liefert.The joints 19 and 21 In contrast, each form controlled axes for a controlled hydraulically actuated pivoting movement, in each case using a hydraulic drive in the form of a double-acting hydraulic cylinder 27 and using a displacement or stroke sensor 28 , with which the stroke position of the hydraulic cylinder 27 or its piston rod 27.1 is detected and the corresponding control signal to a ua all drives of the device 1 controlling and in the case 4 housed control device 29 supplies.
Für die vom
Gelenk 19 gebildete gesteuerte Achse (Schwenkachse) wirkt
der Hydraulikzylinder 27 zwischen der Säule 13 bzw. dem Lagerelement 18 und
einem gegenüber
dem Gelenkbolzen 19.1 radial versetzten Lagerpunkt 30,
der innerhalb des Armes 20 im Bereich des unteren Endes
dieses Armes vorgesehen ist. Der Hydraulikzylinder (27)
ist, gegebenfalls mit dem Sensor (28), in der Säule (18)
untergebracht.For those of the joint 19 formed controlled axis (pivot axis) acts the hydraulic cylinder 27 between the column 13 or the bearing element 18 and one opposite the hinge pin 19.1 radially offset bearing point 30 who is inside the arm 20 is provided in the region of the lower end of this arm. The hydraulic cylinder ( 27 ), if necessary with the sensor ( 28 ), in the column ( 18 ) housed.
Für die von
dem Gelenk 21 gebildete gesteuerte Achse (Schwenkachse)
ist der zugehörige
Hydraulikzylinder 27, gegebenenfalls mit dem Sensor (28),
im Inneren des Armes 20 aufgenommen und wirkt zwischen
einem Lagerpunkt 31 im Inneren des Armes 22 und
einem gegenüber
der Achse des Gelenks 21 radial versetzten kurbelartigen
Abschnitt des Gelenkbolzens 21.1.For those of the joint 21 formed controlled axis (pivot axis) is the associated hydraulic cylinder 27 , if necessary with the sensor ( 28 ), inside the arm 20 recorded and acts between a bearing point 31 inside the arm 22 and one opposite the axis of the joint 21 radially offset crank-like portion of the hinge pin 21.1 ,
Die
Hydraulikzylinder 27 sind jeweils Bestandteil eines Hydraulik-Antriebs 32,
der in der 7 im Detail dargestellt ist,
wobei für
jede von dem Gelenk 19 bzw. 21 gebildete Achse
ein eigenständiger
Hydraulik-Antrieb 32 vorgesehen ist. Zentraler Bestandteil
des Hydraulikantriebs 32 ist eine von einem Elektromotor 33 angetriebene
Pumpe 33, die für eine
reversierende Arbeitsweise ausgebildet ist. Die beiden Anschlüsse der
Pumpe 24 sind jeweils über ein
als Rückschlagventil
ausgeführtes
Saugventil 35 bzw. 36 mit einer an einen Tank 37 für ein hydraulisches
Fluid, beispielsweise für
Hydrauliköl
führende Saugleitung 38 und 39 verbunden,
und zwar derart, dass die Saugventile 35 bzw. 36 für einen
Fluidstrom aus dem Tank 37 öffnen, für einen Fluidstrom in entgegen
gesetzter Richtung aber sperren.The hydraulic cylinders 27 are each part of a hydraulic drive 32 , the Indian 7 shown in detail, wherein for each of the joint 19 respectively. 21 formed axle an independent hydraulic drive 32 is provided. Central component of the hydraulic drive 32 is one of an electric motor 33 driven pump 33 , which is designed for a reversing operation. The two connections of the pump 24 are each via a designed as a check valve suction valve 35 respectively. 36 with one to a tank 37 for a hydraulic fluid, for example, hydraulic oil leading suction line 38 and 39 connected, in such a way that the suction valves 35 respectively. 36 for a fluid flow out of the tank 37 open, but block for a fluid flow in the opposite direction.
Die
beiden Anschlüsse
der Pumpe 34 sind weiterhin über ein Rückschlagventil 40 bzw. 41 mit
jeweils einer Zylinderkammer 42 bzw. 43 des Hydraulikzylinders 27 verbunden.
Die Rückschlagventile 40 und 41 sind
dabei so ausgebildet, dass sie für
einen Fluidstrom von der Pumpe 34 an die betreffende Zylinderkammer 42 bzw. 43 öffnen, für einen
Fluidstrom in umgekehrter Richtung aber sperren.The two connections of the pump 34 continue to have a check valve 40 respectively. 41 each with a cylinder chamber 42 respectively. 43 of the hydraulic cylinder 27 connected. The check valves 40 and 41 are designed so that they are for a fluid flow from the pump 34 to the relevant cylinder chamber 42 respectively. 43 open, but block for a fluid flow in the reverse direction.
Jede
Zylinderkammer 42 und 43 ist über ein eigenständiges durch
Beaufschlagung mit Druck entsperrbares Ventil 44 bzw. 45 an
eine in den Tank 37 führende
Leitung 46 bzw. 47 angeschlossen. Diese entsperrbaren
Ventile 44 und 45, die bei der dargestellten Ausführungsform
entsperrbare Rückschlagventile
sind, sind so ausgeführt,
dass bei einem Hydraulikdruck in der Zylinderkammer 42 das
der Zylinderkammer 43 zugeordnete Ventil 45 bzw.
umgekehrt bei einem Hydraulikdruck in der Zylinderkammer 43 das
der Zylinderkammer 42 zugeordnete Ventil 44 öffnet. Parallel
zu den Ventilen 44 und 45 und den zugehörigen Leitungen 46 und 47 ist
jeweils eine an den Tank 37 führende Leitung 48 mit
einem Überdruckventil 49 vorgesehen.
Zur Messung und Überwachung
des Druckes in den Zylinderkammern 42 und 43 sind
weiterhin zwei Drucksensoren 50 und 51 vorgesehen,
die jeweils ein vom Druck abhängiges Messsignal
an die Steuereinrichtung 29 liefern.Every cylinder chamber 42 and 43 is a self-contained valve that can be unlocked by pressure 44 respectively. 45 to one in the tank 37 leading line 46 respectively. 47 connected. These unlockable valves 44 and 45 , which are non-returnable check valves in the illustrated embodiment, are designed so that at a hydraulic pressure in the cylinder chamber 42 that of the cylinder chamber 43 associated valve 45 or vice versa at a hydraulic pressure in the cylinder chamber 43 that of the cylinder chamber 42 associated valve 44 opens. Parallel to the valves 44 and 45 and the associated lines 46 and 47 is one to the tank 37 leading line 48 with a pressure relief valve 49 intended. For measuring and monitoring the pressure in the cylinder chambers 42 and 43 are still two pressure sensors 50 and 51 provided, each of which is a pressure-dependent measurement signal to the control device 29 deliver.
Zum
Bewegen der Kolbenstange des Hydraulikzylinders 27 in der
einen bzw. anderen Richtung werden der Motor 33 und damit
die Pumpe 34 in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben. Soll
zur entsprechenden Steuerung der Schwenkbewegung des Armes 20 um
die Achse des Gelenks 19 bzw. des Armes 22 um
die Achse des Gelenks 21 die Kolbenstange des zugehörigen Hydraulikzylinders 27 ausgefahren
werden, so wird über
den Motor 33 die Pumpe 34 so angetrieben, dass
z. B. über
das Saugventil 36 Hydraulikfluid aus dem Tank angesaugt
und über
das sich öffnende
Rückschlagventil 44 in
die Zylinderkammer 42 gefördert wird. Über das geöffnete Ventil 25 kann
dabei das in der Zylinderkammer 43 befindliche Hydraulikfluid
an den Tank 37 zurückfließen. Für eine Bewegung
der Kolbenstange 27.1 in umgekehrter Richtung wird die
Pumpe 34 über
den Elektromotor 33 so angetrieben, dass sie über das
Saugventil 35 Hydraulikfluid aus dem Tank 37 ansaugt
und über
das sich öffnende
Rückschlagventil 41 in
die Zylinderkammer 43 fördert. Über das geöffnete Ventil 44 kann
das aus der Zylinderkammer 42 verdrängte Fluid an den Tank 37 zurückfließen.To move the piston rod of the hydraulic cylinder 27 in one direction or the other will be the engine 33 and with it the pump 34 driven in one direction or the other. To the appropriate control of the pivoting movement of the arm 20 around the axis of the joint 19 or the arm 22 around the axis of the joint 21 the piston rod of the associated hydraulic cylinder 27 be extended, so will be over the engine 33 the pump 34 driven so that z. B. via the suction valve 36 Hydraulic fluid sucked from the tank and the opening check valve 44 in the cylinder chamber 42 is encouraged. About the open valve 25 can do this in the cylinder chamber 43 located hydraulic fluid to the tank 37 flow back. For a movement of the piston rod 27.1 in the opposite direction, the pump 34 over the electric motor 33 so driven that they are over the suction valve 35 Hydraulic fluid from the tank 37 sucks and over the opening check valve 41 in the cylinder chamber 43 promotes. About the open valve 44 Can this from the cylinder chamber 42 displaced fluid to the tank 37 flow back.
Durch
entsprechende Ansteuerung des Motors 33 können Geschwindigkeit
und/oder Größe der Schwenkbewegungen
um die Gelenke 19 und 21 sehr exakt gesteuert
werden, und zwar beispielsweise durch eine Pulsweitenmodulation
des den Motor 33 ansteuernden Gleichstroms. Durch die Pulsweitenmodulation
wird auch eine von der Stellgeschwindigkeit zumindest weitestgehend
unabhängige
Stellkraft erreicht.By appropriate control of the engine 33 can speed and / or size of the pivoting movements around the joints 19 and 21 be controlled very precisely, for example by a pulse width modulation of the engine 33 driving direct current. The pulse width modulation also achieves an actuating force that is at least largely independent of the actuating speed.
Die
von den Drucksensoren 50 und 51 gelieferten Messsignale
dienen u. a. beispielsweise u. a. auch zur Fehlererkennung. Da der
Arm 22 als Hohlkörper
ausgebildet ist und keine Antriebselemente enthält, also eine äußerst geringe
Masse aufweist, ist möglich,
die von den Sensoren 50 und 51 gelieferten Messsignale
des Hydraulikantriebs 32 des Gelenks 21 für eine Messung
und/oder Überwachung
derjenigen Kräfte
zu nutzen, die auf das Endoskop 3 und damit auf den Patienten
einwirken, beispielsweise für Überwachungszwecke
bzw. zur Vermeidung von den Patienten gefährdenden Situationen.The of the pressure sensors 50 and 51 supplied measuring signals serve, inter alia, for example, also for error detection. Because the arm 22 is formed as a hollow body and contains no drive elements, that has an extremely low mass is possible, that of the sensors 50 and 51 supplied measuring signals of the hydraulic drive 32 of the joint 21 to use for a measurement and / or monitoring of those forces acting on the endoscope 3 and thus act on the patient, for example, for monitoring purposes or to avoid situations endangering the patient.
Durch
die Verwendung von endsperrbaren Rückschlagventilen 44 und 45 ist
ein schnelles und verzögerungsfreies
Ansprechen dieser den Rückfluss
des Fluids in den Tank 37 ermöglichenden Ventile gewährleistet,
sodass insbesondere auch stoßartige
Bewegungen der Kolbenstange 27 vermieden sind.By using stop-lock check valves 44 and 45 is a fast and instantaneous response to this the fluid's backflow into the tank 37 enabling valves so that in particular also shock tiger movements of the piston rod 27 are avoided.
Ebenso
wie die von den Hydraulikzylindern 27 gebildeten Antriebe 32 weist
auch der die Drehbewegung der Säule 13 um
die vertikale Achse VA steuernde Antrieb 14 wenigstens
einen mit der Steuereinrichtung 29 zusammenwirkenden Sensor
auf, der ein der jeweiligen Drehstellung entsprechendes Signal liefert.
Dieser Sensor ist z. B. von einem Winkelgeber an dem Elektromotor 15 gebildet,
der beispielsweise jeweils nach einem vorgegebenem Winkelbereich der
Drehbewegung des Elektromotors 15 einen elektrischen Impuls
liefert, sodass auch in Folge der hohen Untersetzung des Getriebes 16 eine
extrem genaue Steuerung der Dreh- oder Schwenkbewegung der Säule 13 um
die Achse VA möglich
ist. Zusätzlich zu
einem derartigen, am Elektromotor 15 vorgesehenen Sensor
kann auch ein die aktuelle Dreh- oder Schwenkstellung der Säule 13 erfassender
Sensor verwendet sein.As well as those of the hydraulic cylinders 27 formed drives 32 also shows the rotation of the column 13 drive controlling the vertical axis VA 14 at least one with the control device 29 cooperating sensor, which supplies a signal corresponding to the respective rotational position. This sensor is z. B. from an angle sensor to the electric motor 15 formed, for example, in each case after a predetermined angular range of rotation of the electric motor 15 provides an electrical impulse, so that also due to the high reduction of the transmission 16 extremely precise control of the pivotal movement of the column 13 around the axis VA is possible. In addition to such, on the electric motor 15 provided sensor can also be a current rotary or pivotal position of the column 13 be used sensing sensor.
Sämtliche
Hydraulik-Leitungen sowie elektrische Messleitungen der Hydraulikantriebe 32 für die von
den Gelenken 19 und 21 gebildeten gesteuerten Achsen
sind durch die Hohlwelle 17 hindurchgeführt, sodass beim Drehen bzw.
Schwenken der Säule 13 um
die Achse VA lediglich begrenzte Verwindungen dieser Leitungen und
Schläuche
auftreten, jedoch keine Längenverschiebungen
in den Schläuchen oder
Leitungen.All hydraulic lines and electrical measuring lines of the hydraulic drives 32 for those of the joints 19 and 21 formed controlled axes are through the hollow shaft 17 passed so that when turning or pivoting the column 13 only limited twisting of these lines and hoses occur around the axis VA, but no length shifts in the hoses or lines.
Eine
Besonderheit des hydraulischen Antriebes 32 besteht auch
darin, dass bis auf den Hydraulik-Zylinder 27 sämtliche
Elemente dieses Antriebs einschließlich der Pumpe 34,
des Elektromotors 33, der verschiedenen Rückschlag-
und Steuerventile sowie der Sensoren 50 und 51 im
Gehäuse 4 untergebracht
sind und lediglich zwei Leitungen 52 und 53 von
dem Gehäuse 4 durch
die Hohlwelle 17 an den jeweiligen Hydraulik-Zylinder 27 führen.A special feature of the hydraulic drive 32 It is also true that except for the hydraulic cylinder 27 all elements of this drive including the pump 34 , the electric motor 33 , the various check and control valves as well as the sensors 50 and 51 in the case 4 are housed and only two lines 52 and 53 from the case 4 through the hollow shaft 17 to the respective hydraulic cylinder 27 to lead.
Zur
Einstellung der Null- oder Ausgangsposition des Systems im Bezug
auf den Patienten bzw. auf die Operationsöffnung, durch die das Endoskop 3 in
den Operationsbereich eingeführt
werden soll, ist am freien Ende des Armes 22 ein stabförmiger Registriertaster 54 vorgesehen,
der an seinem vom Arm 22 wegstehenden Ende als Kugelkopf
ausgebildet ist. Dieses Ende des starr am Arm 22 vorgesehenen Registriertasters 54 weist
eine definierte Lage zu Bezugs- oder Ausgangsstellungen der gesteuerten Achsen
der Vorrichtung 1 auf und wird vor der Operation an denjenigen
Bereich des auf dem OP-Tisch bereits platzierten Patienten herangeführt, an
dem (Bereich) dann die Operationsöffnung bzw. der Trokar zum
Einführen
des Endoskops 3 vorgesehen werden sollen. Über die
den verschiedenen Achsen zugeordneten Sensoren wird der so Registriertasters 54 eingestellte
Zustand der Vorrichtung 1 bzw. deren Kinematik als Ausgangsposition
für die
weitere Ansteuerung in der Steuereinrichtung 29 registriert.To set the zero or home position of the system with respect to the patient or surgery opening through which the endoscope passes 3 to be introduced into the operating area is at the free end of the arm 22 a rod-shaped registration button 54 provided by his arm 22 wegstehende end is designed as a ball head. This end of the rigid arm 22 provided registration button 54 has a defined position to reference or home positions of the controlled axes of the device 1 and is brought to the area of the patient already placed on the operating table prior to the operation, at the (area) then the surgical opening or the trocar for inserting the endoscope 3 should be provided. The sensors assigned to the different axes become the registration button 54 set state of the device 1 or their kinematics as a starting position for the further control in the control device 29 registered.
Die
Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.The
The invention has been described above with reference to an exemplary embodiment.
-
11
-
Vorrichtung
bzw. Operations-Assistenz-Roboter bzw. Systemcontraption
or surgery assistant robot or system
-
22
-
Kameracamera
-
33
-
Endoskopendoscope
-
44
-
Gehäusecasing
-
55
-
OP-TischOperating table
-
5.15.1
-
Werkzeugschienetool bar
-
66
-
Klemmvorrichtungclamping device
-
77
-
Schwenkhebelpivoting lever
-
88th
-
Bolzenbolt
-
99
-
Lagerstückstock items
-
9.19.1
-
Aufnahmeadmission
-
1010
-
Exzentereccentric
-
1111
-
Spannarmclamping arm
-
11.111.1
-
elastischer
Bereich am Spannarm 11 elastic area on the tensioning arm 11
-
11.211.2
-
abgewinkeltes
Spannarmendeangled
Spannarmende
-
1212
-
Lagerbolzenbearing bolt
-
1313
-
Säulepillar
-
1414
-
elektromotorischer
Antriebelectromotive
drive
-
1515
-
Elektromotor
mit Sensorelectric motor
with sensor
-
1616
-
Getriebetransmission
-
1717
-
Hohlwellehollow shaft
-
1818
-
Lagerelementbearing element
-
1919
-
Gelenkjoint
-
19.119.1
-
Gelenkbolzenhinge pins
-
2020
-
Armpoor
-
20.120.1
-
ArmoberseiteArmoberseite
-
20.220.2
-
ArmunterseiteArmunterseite
-
2121
-
Gelenkjoint
-
21.121.1
-
Gelenkbolzenhinge pins
-
2222
-
Armpoor
-
2323
-
Gelenkjoint
-
2424
-
Werkzeugträgertool carrier
-
24.1,
24.224.1,
24.2
-
Schenkelleg
-
2525
-
Halterholder
-
2626
-
Gelenkjoint
-
2727
-
Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
-
27.127.1
-
Kolbenstangepiston rod
-
2828
-
Hubsensorstroke sensor
-
2929
-
Steuereinrichtungcontrol device
-
30,
3130
31
-
Lagerpunktbearing point
-
3232
-
Hydraulikantriebhydraulic drive
-
3333
-
Elektromotorelectric motor
-
3434
-
Hydraulikpumpehydraulic pump
-
35,
3635,
36
-
Rückschlagventil
bzw. Saugventilcheck valve
or suction valve
-
3737
-
Tanktank
-
38,
3938
39
-
Saugleitungsuction
-
40,
4140
41
-
Rückschlagventilcheck valve
-
42,
4342
43
-
Zylinderkammercylinder chamber
-
44,
4544
45
-
endsperrbares
Ventilendsperrbares
Valve
-
46,
4746
47
-
Rückschlagventilcheck valve
-
4848
-
Leitungmanagement
-
4949
-
ÜberdruckventilPressure relief valve
-
50,
5150,
51
-
Drucksensorpressure sensor
-
52,
5352
53
-
Leitungmanagement
-
5454
-
RegistriertasterJoin Aster
