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

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DE102012015541A1 DE201210015541 DE102012015541A DE102012015541A1 DE 102012015541 A1 DE102012015541 A1 DE 102012015541A1 DE 201210015541 DE201210015541 DE 201210015541 DE 102012015541 A DE102012015541 A DE 102012015541A DE 102012015541 A1 DE102012015541 A1 DE 102012015541A1
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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 with a robot and a tool assembly, a tool assembly for such a surgical robot system, a manual operating unit for such a tool assembly and method for assembling such a robot assembly with an instrument and an instrument with a drive unit.
  • Aus der From the deutschen Patentanmeldung 10 2012 008 535.4 German patent application 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. of the applicant, relating to a surgical robot system, the disclosure of which is fully incorporated into the disclosure of the present invention, a generic surgical robot system is known. 1 1 zeigt zur Erläuterung exemplarisch ein erfindungsgemäßes Chirurgierobotersystem mit drei Robotern shows an example for explaining an inventive surgical robot system with three robots 1 1 , . 2 2 , . 3 3 , die jeweils ein Instrument Each an instrument 4 4 , . 5 5 bzw. or. 6 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 lead, which on the proximal, robot proximal end in each case a drive unit and on the distal, robot distal end an end effector by one or more degrees of freedom for positioning in an operating area 14 14 aufweisen. respectively. Zwischen dem proximalen und distalen Ende erstreckt sich ein Instrumentenschaft Between the proximal and distal end of which a tool shaft extends 7 7 , . 8 8th bzw. or. 9 9 , der das Operationsgebiet That the operation area 14 14 im Inneren eines Patienten durch eine kleine Öffnung inside a patient through a small opening 10 10 , . 11 11 bzw. or. 12 12 beispielsweise in einer Bauchdecke for example in an abdominal wall 13 13 erreichen. to reach. Nicht dargestellt ist eine haptische Eingabestation, von der aus das Chirurgieroboter-System teleoperiert wird. Not shown is a haptic input station, the surgical robot system is operated from the tele from.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Chirurgierobotersystem zu verbessern. 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. This object is solved by a tool assembly for a surgical robot system having the features of claim 1. 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. Claim 10 provides a surgical robot system with such instrument assembly of claim 7, a manual operating unit for such a tool assembly which claims 17, 18, a method for populating a surgical robot system or instrument under protection. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen. The dependent claims 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. A surgical robot system according to one aspect of the present invention includes a robot assembly having one or more, in particular two or more AC and / or two or more different types of robots. 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. In a further development, one or more robots of the robotic assembly depending at least 6, in particular at least 7 degrees of freedom to move a robot-guided tool, in particular telemanipuliert.
  • 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. The surgical robotic system further comprises a tool arrangement and a tool system or -SATZ according to one aspect of the present invention, which includes the or or one or several, in particular two or more AC and / or two or more different types of instruments, which in particular an instrument interface for attachment to a robot, the robot assembly are adapted for mounting on a robot, the robot assembly, comprise. 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. An instrument interface is in a further development for the releasable, in particular positive and / or non-positive, in particular frictionally, furnished 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. One or more instruments of the instrument assembly each have an instrument shaft, which is intended for partial insertion into a patient. 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. For this purpose, the shaft may in sections or over its entire length be rigidly or movably, in particular an articulated or flexible, constructed and / or have a length that is at least 15 times, preferably at least 20 times its maximum diameter. 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. For more compact representation is also a proximal flange of the instrument shaft which may have a corresponding drive interface in particular for fixing the instrument to the robotic instrument interface and / or for fixing a drive unit, designated 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. In a development of the instrument shaft at its distal end has an end effector on with one or more degrees of freedom, in particular a scalpel, a clip, pliers or scissors, a transmitter and / or receiver, in particular a light source, a light guide end and / or a camera. 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. For actuation of one or more degrees of freedom of the instrument shaft, in particular the instrument shaft parts relative to each other and / or of an end effector, in one development, a drive train may be disposed in the instrument shaft. 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. Under a drive train arrangement for mechanical, pneumatic, hydraulic and / or electrical transmission of forces and / or movements will be understood in the present case in particular generalized, in a further particular one or more tension and / or compression rods, ropes, belts, rolls, gears may comprise hydraulic lines and the like. Diesbezüglich wird auch auf die In this regard, on the deutschen Patentanmeldung 10 2012 008 537.0 German patent application 10 2012 008 537.0 und die internationalen Patentanmeldungen and the International Patent Applications PCT/EP2012/000358 PCT / EP2012 / 000358 und and PCT/EP2012/000719 PCT / EP2012 / 000719 der Anmelderin verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen werden. the Applicant referenced, the disclosures of which are fully incorporated into 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. For actuation of one or more degrees of freedom of the instrument shaft, in particular of an end effector, according to one aspect of the present invention, a drive unit is provided, which can be of modular design, in one embodiment, in particular a mechanical drive interface may comprise for releasable connection to the drive train assembly. 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. Under a modular training particular training is herein understood such that the modular unit formed handled as a whole or as a unit, in particular multiple binding with other parts or of this is releasable and preferably has a separate 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. In a further development comprises a tool arrangement, two or more modular drive units that are selectively connectable to the same instrument shaft, and / or two or more instrument shafts, which are connectable selectively with the same modular drive unit. 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 particular, the mechanical drive interface may be formed of one or several matched modular drive units and the drive train arrangements of one or more instrument shafts to each other and connected, in particular complementary or congruent, for example, have mutually 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. A drive unit has, in a development, a drive part with one or more drives, in particular, each or at least one motor, particularly an electric motor, a gear, current sensor, reference and limit switches and / or position and / or force sensor for detecting a position of an output shaft . a force acting on a driven shaft may have, as well as an electronics part with one or more control and / or communication means on. 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. A control means may, in particular for controlling the driving part, in particular from the drive to be (s) adapted to provide a communication means for communicating with the driving part, in particular its drive (s) and / or sensor (s), and / or for communication with a robot the robot arrangement, in particular a (instruments) control. Entsprechend kann ein Elektronikteil insbesondere die gesamte Antriebs-, insbesondere Leistungselektronik eines oder mehrerer Antriebe des Antriebsteils oder einen Teil davon aufweisen bzw. bilden. Accordingly, an electronic part can, in particular the entire drive, in particular power electronics of one or more drives of the driving portion or a part thereof comprise or form. Zusätzlich oder alternativ kann ein Elektronikteil ein oder mehrere Mittel zur Signalverarbeitung, insbesondere von Sensorsignalen des Antriebsteils, aufweisen bzw. bilden. Additionally or alternatively, an electronic part, one or more signal processing means, in particular sensor signals of the drive member comprise or form.
  • 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 electronic part of one or more drive units of the instrument assembly is modular and has an interface for, in particular electrical and / or mechanical, detachable connection to a drive member of the respective drive unit, an interface, in particular electrical and / or mechanical, preferably detachable connection to the instrument shaft, and / or an interface for, in particular electrical and / or mechanical, preferably releasable connection with 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 driving part of one or more drive units of the instrument assembly may be constructed modularly and an interface for, in particular electrical and / or mechanical, detachable connection to an electronics part of the respective drive unit, an interface for, in particular electrical and / or mechanical, preferably removable , connection to the instrument shaft, in particular its drive train, and / or an interface for, in particular electrical and / or mechanical, preferably removable, having connection with 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. has by this division of the mechatronic drive unit in an electronic part and a drive part, one of which is modular constructed, at least, is accordingly also referred to as an electronic module and drive module, and an interface for detachable connection to the other of the electronics and the drive member, may advantageously reduced weight and volume of the handled by the operating room staff members and so the ease of use of the robot system can be improved. 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. For example, an electronic module and can be handled, for example, be pre-attached to the robot or upon removal of the instrument (initially) remain on the robot regardless of the instrument with an instrument mounted on the fixed or releasably driving part.
  • Aus einer Trennung sämtlicher Elektronikbaugruppen von den Motoren und Sensoren des Antriebsmoduls kann eine hohe Anzahl elektrischer Kontakte zwischen beiden Modulen resultieren. From a separation of all electronic assemblies of the motors and sensors of the drive module can be a high number of electrical contacts between the two modules result. Daher können in einer Ausführung auch ein oder mehrere Steuer- und/oder Kommunikationsmittel, insbesondere Elektronik-Baugruppen, im Antriebsmodul angeordnet sein. Thus, in one embodiment, one or more control and / or communication means, in particular electronic modules can be arranged in the drive module. 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. In particular, the number of leads by integration of the power electronics and / or power control can be reduced in the driving module according to a further embodiment 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. An interface of the electronic module may include in particular the mechanical and / or electrical instrument interface for securing the instrument through the electronic module to a robot, the robot assembly in an embodiment. 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. In particular, the electronics module may be fixed or detachably connected to the robot or to be such that its interface for connection with the drive member and / or the instrument shaft forms an instrument interface. 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. The electronic module is removably connected via an interface to the robot, this is a (further) forms instrument interface for securing the instrument through the electronic module on 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. In one embodiment, the electronics module is configured sterilized, for example, by its control and / or communication means to the interface (s) added in a hermetic housing, in particular integrally formed. 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. Additionally or alternatively it may be completely or partially surrounded by a sterile sheath that may also surround the robot, with which the electronic module is connected entirely or partially in a development.
  • 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. According to one aspect of the present invention, one or more modular units manual operation for selectively replacing a modular drive unit of an instrument, the instrument assembly of the surgical robot system are provided. 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. Under an optional replacement is presently understood in particular, that, optionally, a manual operating unit is fixed, instead of a motor drive unit to the instrument, in particular its instrument shaft and at least one drive and at least one actuating unit are coordinated so 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. In particular, a manual operating unit may comprise a mechanical drive interface for connection to a power train arrangement of the instrument, which corresponds to a mechanical drive interface selectively to replace the drive unit for connection to the drive train assembly. Mit anderen Worten kann die Instrumentenanordnung nach diesem Aspekt wenigstens eine manuelle Betätigungseinheit und wenigstens eine modulare Antriebseinheit aufweisen, deren mechanische Antriebsschnittstellen einander entsprechen. In other words, the instrument assembly may include at least a manual operating unit and at least one modular drive unit, the mechanical drive interfaces correspond to each other according to this aspect. 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. The mechanical drive interface releasably selectively on the instrument to be fastened operation unit and the drive unit may, in particular each having coupling means for connection to the drive train assembly to each other relative to each other in their function, geometric configuration and / or arrangement or to a fastening means for releasably securing the actuating correspond to or drive unit to the instrument.
  • 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. The mechanical drive interfaces of the actuating or drive unit can each other in the number of degrees of freedom aktuierbaren through it, for example in the number of coupling means, in particular axes, respectively. 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. Similarly, it is possible that by the operation unit and the drive unit different degrees of freedom of the instrument, in particular, a different number is aktuierbar degrees of freedom, 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 drive unit no coupling agent is provided, said axis (n) of the drive train arrangement in the connected actuating or drive unit as it were switched blindly in one embodiment in a particular predetermined locked position, are. 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 one development, the Aktuierbarkeit one or more degrees of freedom of the drive train assembly by the manual operating unit can be selectively blocked, preferably by a corresponding actuator degree of freedom of the actuator unit or a corresponding axis of their mechanical drive interface, in particular mechanically, hydraulically or electromagnetically, is selectively blocked. 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. In one embodiment, for this purpose, the actuating unit has a blocking device having 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. One advantage robot-guided tools is the ability to integrate degrees of freedom in the distal end, to achieve over manual laparoscopic instruments increased mobility engaged area. Zugleich wird dem Operateur durch die robotische Führung und Aktuierung des Instruments eine einfache Bedienung der Instrumente ermöglicht. At the same time the surgeon is by the robotic guidance and actuation of the instrument allows for easy operation of the instruments. 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. When an instrument, which is originally designed for manual operation, connected to a robot, and is actuated by means of its degrees of freedom and / or an instrument own drive unit, can be converted in case of malfunction on manual operation art and further operates 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. According to the above aspect of the present invention, an instrument with a robotically optimized drive interface may be used to advantage by the mechanical drive interface the manual operating unit for connection to a power train arrangement of the instrument of the mechanical drive interface of the motor drive unit is simulated structurally respectively. Auf diese Weise wird eine menschliche Bedienerschnittstelle für ein robotergeführtes Instrument mit distaler Kinematik bereitstellt. In this manner, human operator interface for a robot-guided tool with distal kinematics provides. Dies kann insbesondere den Vorteil eines einfacheren Aufbaus der Antriebseinheit, einer besseren Skalierbarkeit hinsichtlich der distalen Kinematik sowie eines einheitlichen Steuerkonzepts ergeben. This particular can give the advantage of a simpler construction of the drive unit, a better scalability with respect to the distal kinematics as well as a single 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 of the mechanical drive interface the manual operating unit can also have electrical contacts on the particular information between actuator unit and the instrument can be exchanged and / or energy between the actuating unit and the instrument can be transmitted, for example to or from 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. According to one embodiment includes a manual operation unit has a base having a fastening means for releasable attachment to one or various instruments of the instrument assembly, and on which a hand lever is mounted with one or more degrees of freedom, the actuation, in particular scaled to the mechanical drive interface the actuating unit is transmitted to aktuieren so the drive train or the degrees of freedom of the instrument or instrument shaft detachably connected to the actuator unit. 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. Under a scaled transfer transmission is understood in particular, in a linear or rotary actuation exceeds or falls below sets and / or transformed kinematically, in particular on a different axis and / or a translatory to rotary or a rotary into a translatory movement , 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. The fastening means of the base may be configured with a, in particular complementary, co-operating fixing 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. According to one aspect of the present invention, the instrument interface for mounting one or more instruments of the instrument assembly of the robot arrangement, a fastening lock, which is releasable by a driving unit of this instrument, in particular by a fixed to the instrument shaft drive unit, preferably only by a correctly to the instrument shaft fortified 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 performs 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. The fastening lock can act mechanically and / or electromagnetically, in one embodiment, for example, have an adjustable projection or latch which prevents a form-locking attachment to the robotic assembly in the extended state. 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. The fastening lock can be actuated mechanically and / or by sensors in one embodiment by the drive unit, for example, by a projection of the drive unit actuates a lever of the fastening block or the drive unit is detected by sensors of the fastening lock, particularly via a mechanical switch, inductive, capacitive, optical and / or by means of RFID. Hierzu kann wenigstens eine Antriebseinheit einen RFID-Transponder aufweisen, die Befestigungssperre einen RFID-Reader. For this purpose, at least one driving unit having 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. Additionally or alternatively, to a mounting block, the robot assembly can have a presence detection means for detecting a presence of a drive unit to a robot-controlled tool. 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. For this purpose, in particular, preferably be provided on a robot, in particular at an interface of the robot for connecting the instrument interface of the instrument, one, in particular mechanical, inductive, capacitive, optical and / or RFID-sensor or reader.
  • 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. can be according to one aspect of the present invention, a tool magazine for storing one or more instruments of the instrument assembly is provided so that, particularly during a surgical operation, optionally not needed or no robot-controlled instruments of the instrument assembly saved or stored, in particular with a modular drive unit provided instruments. 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. Additionally or alternatively, the instrument magazine may be adapted to store one or more instrument shafts and / or modular drive units of the instrument assembly or separately from each other. 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. In one embodiment, the tool magazine can be formed as a translatory and / or rotatory exchangeable magazine which can selectively position by translatory and / or rotational movement of various instruments in the same location for pickup by a robot, the robot assembly.
  • Durch ein Instrumentenmagazin kann die Roboteranordnung, insbesondere während einer OP, einfach mit unterschiedlichen Instrumenten bestückt werden. By an instrument magazine, the robot assembly can, particularly during an operation can be easily equipped with different instruments. Vorzugsweise ist hierzu eine Kontaktoberfläche des Instrumentenmagazins zur Lagerung der Instrumentenanordnung steril bzw. sterilisierbar ausgebildet oder mit einer sterilen Hülle abgedeckt. a contact surface of the tool magazine for storing the instrumentation for this purpose is preferably sterile or sterilizable formed or covered by a sterile sheath. 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. Here, the robot of the robot system preferably performs the storing or the withdrawal of an instrument in and out of the tool magazine through automatically, so that, advantageously, no additional auxiliary means or no additional robot to change of 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. In a further development, the tool magazine to a power supply means for contacting or contact-free energy supply of one or more stored in the magazine instruments or drive units. Eine kontaktfreie Energieversorgung kann beispielsweise mittels einer transformatorischen Magnetanordnung ohne geschlossenen Eisenkern erfolgen, bei der Energiezufuhrmittel und Antriebseinheit(en) Primär- und Sekundarspule(n) aufweisen. having a contact-free energy supply can for example take place by means of a transformer magnet assembly without closed iron core, wherein the power supply means and the drive unit (s) primary and secondary coil (s). Die Energieübertragung kann vorzugsweise im Mittelfrequenzbereich erfolgen. The energy transfer can preferably be in the medium frequency range. Durch eine kontaktierende oder kontaktfreie Energieversorgung von im Instrumentenmagazin gespeicherten Antriebseinheiten können in einer Ausführung wiederaufladbare Energiespeicher der Antriebseinheiten aufgeladen werden. By a contacting or non-contact power supply stored in the instrument magazine drive units rechargeable energy store of the drive units can be charged in one embodiment. Entsprechend weisen in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung wiederaufladbare Energiespeicher auf. According to the instrument assembly point in an embodiment of the present invention, one or more drive units rechargeable energy storage.
  • 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. Additionally or alternatively to the power supply, at least two of the tool magazine, the tool assembly and the robot assembly, particularly tool magazine and tool assembly, a communication means for uni- or bi-directional wired or wireless, in particular inductive or radio-based, communication between the at least two of the tool magazine, the instrument assembly and the robot assembly, in particular between the instrument and instrument assembly magazine have. 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. In particular, one can at least by the instrument magazine, the tool assembly and the robot assembly having a transmitter and at least one other of the tool magazine, the tool assembly and the robot assembly comprises a receiver. Hierdurch kann beispielsweise ein Status von im Instrumentenmagazin gespeicherten Instrumenten abgefragt und/oder solche Instrumente initialisiert, (re)kalibriert und/oder zurückgesetzt werden. In this way, a status stored in the instrument magazine instruments, for example, queried and / or instruments initialized, calibrated (right) and / or reset. 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 particular, therefore, in particular a control of the robot arrangement, the same or different communication means may tool magazine and tool assembly, tool magazine and robot assembly, particularly a controller of the robot assembly, and / or instrument magazine and robot assembly, comprise, 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. For the energy supply of which is arranged on a robot-guided tool drive units these are connected in one embodiment a sterile cable connection to a stationary power source. 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 Additionally or alternatively, a non-contact power supply may be provided, as already mentioned with reference to the supply of energy stored in a tool magazine drive units and by way of example in EP 2 396 796 A1 EP 2396796 A1 und and EP 2 340 611 A1 EP 2340611 A1 beschrieben sind, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen wird. the disclosure of which is fully incorporated into the disclosure of the present invention are described. 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. As described above, a unidirectional or bidirectional signal transmission between a drive unit of a robot-controlled instrument and an instrument controller may be provided additionally or alternatively to a power supply, which is generalized understood as part of the robot assembly. 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. Additionally or alternatively, a Enegr- and / or signal transmission as described above may also be provided via an interface of the robot arrangement and an associated interface electronics and / or the drive member. 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. Therefore, the surgical robot system may according to one aspect of the present invention generally have a sterile cable connection, an interface connection, or a wireless energy and / or signal transmission means for energy and / or signal transmission between the tool assembly and the robot assembly or a tool 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 supply power to a drive unit of a robot-controlled instrument over the instrument interface by the robot.
  • Insbesondere in letzteren Fall kann bei einem Wechsel eines Instruments bzw. einer Antriebseinheit von einem Instrumentenmagazin auf bzw. an einen Roboter und umgekehrt, dh bei Anbindung bzw. Ablage des Instruments bzw. der Antriebseinheit deren Energieversorgung unterbrochen werden. In particular, in the latter case, the power supply may be interrupted during a change of an instrument or a drive unit of an instrument magazine or to a robot, and vice versa, ie when connection or storage of the instrument or the drive unit. 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. In particular for this case have, in one aspect of the present invention, one or more drive units in each case an electrical energy storage device for at least temporary, self-sufficient energy supply of the drive unit. 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. The energy storage device is preferably designed such that it can supply an electronic part of a drive unit with energy during a switching time, at least one control and / or communication means at least and that it comprises a control for at least 10 seconds, and / or for a maximum of 5 minutes, and / or can provide means of communication 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. In a further development it is also possible to dimension the energy storage or form so that it can supply the drive unit, in particular during an operation or for at least 30 minutes and / or for more than 5 hours autonomy of energy. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine kabelgebundene Energieversorgung der Instrumente mit entsprechenden räumlichen Beschränkungen und/oder Interferenzen entfallen. In this way, a wired power supply of the instruments with corresponding spatial restrictions and / or interference can advantageously be omitted.
  • 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. According to one aspect of the present invention, the surgical robot system comprising a first communication channel, and one or more further communication channels between the robot assembly, particularly an instrument control, and one or more instruments of the instrument assembly. Hierdurch kann insbesondere die Betriebssicherheit erhöht werden. In this way, the operational reliability can be increased in particular.
  • 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. In a development of one or more of these additional communication channels operate on a different physical carrier or intermediary as the first communication channel to be not only redundant, but diversely about this. 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. For example, may be a current from the first and a further communication channel or formed based voltage, the other of the first and further communication channel electromagnetic, optical, inductive or capacitive. Vorzugsweise ist wenigstens ein weiterer Kommunikationskanal nach dem Ruhestromprinzip bzw. derart ausgebildet, dass ein Wegfall eines Signals auf diesem Kommunikationskanal als Fehler identifiziert wird. Preferably, a further communication channel to the quiescent current principle, or in such a manner is at least formed such that a loss of a signal is identified on this communication channel as an error. Wenigstens ein weiterer Kommunikationskanal kann insbesondere nur zur Übertragung von Statusinformationen eingerichtet sein. At least one other communication channel may be established in particular only for the transmission of status information. 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. Preferably, the robot assembly and / or the tool assembly, in particular the robot-guided tool array safely stopped if an error signal is transmitted to at least one other communication channel, of which in general terms, as described above, and the complementary eliminating an enable signal is meant. 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 one embodiment, the presence of a populated with the drive unit Instruments can be transmitted or detected by 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. According to one aspect of the present invention, a surgical robot system, a single- or multi-part, in particular optical and / or acoustic, display means for displaying a status of an instrument of the instrument assembly, in particular a change status and / or operation status. Unter einem Wechselstatus wird vorliegend insbesondere ein Status eines Instruments verstanden, das gewechselt, dh an einem Roboter der Roboteranordnung befestigt oder von diesem getrennt werden soll. Under a particular status change a status of an instrument is to be understood in the present case, the change, that is attached to a robot, the robot arrangement or to be separated therefrom. 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. Under an operating status, a status in particular of an instrument is to be understood herein that describes the operational readiness, in particular the (residual) duration, and / or its previous operation, in particular the accumulated operating time or the number of previous use.
  • 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 a clear and quick overview can be provided to the surgical staff, which instruments are changed or soon 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, in particular selectively, mounting a robotic assembly of a surgical robot system according to the invention with one or more instruments of the instrument assembly and / or, in particular selectively, mounting of one or more of 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. According to one embodiment, the method comprises a registration of an instrument by a modular drive unit for coupling or connection of this drive unit with the instrument, in particular the instrument shaft. Die Registrierung kann insbesondere automatisch erfolgen. Registration can be done in particular automatically. 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. In a further development, a coupling is in this case, especially after forming a mechanical connection of the instrument and the drive unit are detected with an instrument from the drive unit and activates a registration process to the specific determination of the connected instrument. Das Instrument kann sich selbst aktiv identifizieren bzw. aktiv Signale bzw. Daten an die Antriebseinheit übermitteln, oder passiv identifiziert werden. The instrument can actively identify and actively transmit signals or data to the drive unit, or 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 registered in the driving unit instrument data, such as an identification number and / or specification of the instrument shaft, about its degrees of freedom and / or kinematic parameters, in particular, individual calibration data are transmitted in an embodiment of the robot assembly or its Instrument control, preferably on when registering or after 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 assembly, particularly their instrument control are, in particular in a database, stored and preferably periodically or event-controlled updated.
  • 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. In one embodiment, one or more instruments, especially instrument shafts, the instrument assembly are stored in a tool magazine without drive unit, the application of the drive unit to an instrument is performed during the change operation. Dafür verfügt das Instrumentenmagazin in einer Weiterbildung über einen Antriebseinheits-Manipulator zur Handhabung der Antriebseinheit während des Instrumentenwechsels. For this, the tool magazine has, in a development of a drive unit manipulator for manipulating the drive unit during the tool change. 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. The drive unit manipulator preferably has no own degrees of freedom - with the exception of a tensioning mechanism for the drive unit, all positioning movements are performed by the instrument and the leading robots, the robot assembly. Dadurch kann die Anzahl der Antriebseinheiten und/oder die Gesamtzahl der im Robotersystem enthaltenen aktuierten Freiheitsgrade reduziert werden. This can reduce the number of drive units and / or the total number of the actuated degrees of freedom contained in the robot system. 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. In addition, this approach can reduce the effort required to power the drive units, because there is no power supply to the data stored in the magazine drive unit without instruments is required, only the power supply to the drive unit for the period it has to be guaranteed in a version in which it is not adapted to the manipulator arm and there is supplied with energy. Die Energieversorgung der Antriebseinheit während dieses Zeitraums kann insbesondere über den Antriebseinheits-Manipulator erfolgen. The energy supply of the drive unit during this period which may take over 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 order to handle different drive units, the drive unit manipulator can be optionally equipped with multiple grippers that can be pronounced differently. In einer Weiterbildung weist der Antriebseinheits-Manipulator eine oder mehrere translatorische und/oder rotatorische Bewegungsmöglichkeiten auf, um jeweils die benötigte Antriebseinheit bereitzustellen. In a further development, the drive unit manipulator to one or more translational and / or rotational movement of ways to provide each of the drive unit necessary.
  • Zwei oder mehr der vorstehend erläuterten Aspekte und deren Ausführungen und Weiterbildungen können vorteilhafterweise miteinander kombiniert sein. Two or more of the aspects described above and the embodiments and developments can be advantageously combined.
  • Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Further advantages and features emerge from the dependent claims and the embodiments. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert: This is shown, partially in schematic form:
  • 1 1 : ein Chirurgieroboter-System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; : A surgical robotic system according to an embodiment of the present invention;
  • 2A 2A , . 2B 2 B : ein robotergeführtes Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; : A robot-guided tool assembly of an instrument according to an embodiment of the present invention;
  • 3 3 : ein robotergeführtes Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; : A robot-guided tool assembly of an instrument according to an embodiment of the present invention;
  • 4 4 : eine manuelle Betätigungseinheit einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; : A manual operation unit of an instrument assembly according to an embodiment of the present invention;
  • 5A 5A , . 5B 5B : das Chirurgieroboter-System der : The surgical robotic system 2A 2A in anderer Blickrichtung ( (In a different viewing direction 5A 5A ) bzw. bei nicht befestigter Antriebseinheit ( () Or not mounted drive unit 5B 5B ); );
  • 6 6 : ein Chirurgierobotersystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Instrumentenmagazin; : A surgical robot system according to an embodiment of the present invention with a tool magazine;
  • 7(a) 7 (a) bis to 8(d) 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. : An inventive method for automatically mounting a robotic assembly having an instrument of instrument assembly, and an instrument of this instrument assembly with a drive unit according to an embodiment of the present invention.
  • 1 1 zeigt, wie einleitend beschrieben, ein Chirurgieroboter-System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit mehreren Robotern shows, as described in the introduction, a surgical robot system according to an embodiment of the present invention with a plurality of robots 1 1 , . 2 2 , und , and 3 3 , an deren distalem Ende jeweils ein chirurgisches Instrument , At the distal end of a surgical instrument, respectively 4 4 , . 5 5 bzw. or. 6 6 einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung lösbar befestigt ist. a tool assembly is releasably attached according to an embodiment of the present invention.
  • 2A 2A , . 2B 2 B 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. shows different embodiments of a robot-guided tool with different drive units which are releasably connected to the surgical instrument or the instrument shaft, in order to ensure easy processing and a cost-effective design of the instrument. Bei der Ausführung gemäß In the embodiment of 2A 2A ist die modulare Antriebseinheit is the modular drive unit 4' 4 ' intraoperativ vom Instrument wiederholt abtrennbar bzw. kann wiederholt an ein Instrument gefügt werden. intraoperatively repeatedly detachable from the instrument and can be repeatedly joined to an instrument. Dazu wird die nicht sterile Antriebseinheit For this purpose, the non-sterile drive unit 4' 4 ' präoperativ mit einer sterilen Hülle. preoperatively with a sterile sheath. Alternativ kann die Antriebseinheit auch als sterilisierbares Modul ausgeführt werden, wodurch die sterile Umhüllung entfallen kann. Alternatively, the drive unit can be designed as a sterilizable module, whereby the sterile wrap can be omitted. Im Gegensatz wird bei der Ausführung der In contrast, in the execution of the 2B 2 B eine nicht sterile Antriebseinheit a non-sterile drive unit 4'' 4 '' präoperativ in ein proximales Instrumentengehäuse des Instrumentenschaftes preoperatively in a proximal instrument housing of the instrument shaft 7' 7 ' eingesetzt und dieses steril verschlossen. used and this sterile manner. Bei diesem Konzept verbleibt die Antriebseinheit In this concept, the drive unit remains 4'' 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. advantageous during the duration of a surgical procedure in the proximal instrument housing and is removed again after the end of and prior to processing.
  • 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. Optionally, an interface between the drive unit and the instrument shaft may have a releasable by a driving unit of this instrument attachment lock, is prevented with that accidentally an instrument without drive unit is adapted to the robot. Beispielsweise kann das proximale Instrumentengehäuse eine mechanische Sperre aufweisen, die bei eingesetzter Antriebseinheit deaktiviert bzw. gelöst wird. For example, the proximal instrument housing may have a mechanical lock that is disabled in the drive unit inserted or released. Das Instrumentengehäuse lässt sich nur mit deaktivierter Sperre an einem Manipulatorarm adaptieren. The instrument housing can be adapted only with deactivated lock on a manipulator arm. 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. Alternatively, or in addition to the previously described mechanical lock while no drive unit, the presence and / or the correct position of the drive unit on the instrument with a built in the interface between the robot and the drive unit the presence sensor can be checked.
  • 3 3 zeigt ein robotergeführtes Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Aufteilung der mechatronischen Antriebseinheit in ein Elektronikmodul shows a robot-guided tool assembly of an instrument according to an embodiment of the present invention with a division of the mechatronic drive unit in an electronic module 20 20 und ein Antriebsmodul and a drive module 21 21 . , Durch diese Trennung ist es möglich, die Antriebselektronik unabhängig von den Instrumentenantrieben handzuhaben, insbesondere am Roboter anzubringen. By this separation, it is possible to handle the electronic drive unit independently of the instrument drives to install in particular on the robot. Dadurch reduzieren sich Gewicht und Volumen der vom OP-Personal zu handhabenden Module, die Bedienerfreundlichkeit des Systems wird verbessert. This weight and volume to be handled by the operating room staff modules can reduce the user friendliness of the system is improved.
  • Das Elektronikmodul The electronic module 20 20 enthält in einer Ausführung die gesamte Antriebselektronik, zumindest jedoch einen Teil davon. contains them, the entire drive electronics, but at least a part in an embodiment. 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. Thus, in particular components of a signal processing for the sensor signals may be included for the regulation and control of drive motors required units and / or a communications interface for connection to the robot in the electronics module. Das Antriebsmodul The drive module 21 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. includes, for example, for each degree of freedom of the instrument a drive motor, possibly a reduction gear, a sensor system to speed and / or position detection, and / or further sensors, for example force sensors, torque sensors, current sensors, reference and limit switches or the like.
  • Das Elektronikmodul The electronic module 20 20 ist vorzugsweise mit einem Instrumentenadapter is preferably provided with an instrument adapter 22 22 am distalen Ende des Roboters of the robot at the distal end 1' 1' angebracht. appropriate. Der Instrumentenadapter The instrument adapter 22 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. provides the mechanical connection between the robot and the drive unit and ensures repeatable positioning and fixing of the drive unit relative to the distal end of the robot. Optional stellt der Instrumentenadapter Optionally, the instrument adapter 22 22 auch die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen der Antriebseinheit und dem Roboter her. also the necessary electrical connections between the drive unit and the robot forth. Das Elektronikmodul The electronic module 20 20 kann entweder als sterilisierbares Modul ausgeführt sein oder von einer sterilen Hülle umgeben sein, die vorteilhaft zugleich den Manipulatorarm einschließt. can either be designed as a sterilizable module or be surrounded by a sterile sheath enclosing the manipulator arm at the same time advantageous. Exemplarisch sind in are exemplary in 3 3 durchgezogen bzw. strichliert zwei mögliche Verläufe einer solchen sterilen Hülle pulled or broken lines two possible paths of such a sterile sleeve 24 24 dargestellt, die ein nicht steriles Elektronikmodul shown that a non-sterile electronic module 20 20 und einen nicht sterilen Instrumentenadapter and a non-sterile instrument adapter 22 22 zusammen mit dem Roboter together with the robot 1' 1' ( ( 3 3 : strichliert) oder bei sterilem Elektronikmodul : Dashed line), or in sterile electronics module 20 20 und sterilem Instrumentenadapter and sterile instrument adapter 22 22 nur den Roboter only the robot 1' 1' ( ( 3 3 : durchgezogen) umhüllen. : Solid) envelop.
  • Optional eignet sich das beschriebene Elektronikmodul Optionally, the electronic module described is 20 20 auch für ein Instrument mit integriertem, vom Anwender nicht entnehmbaren Antriebsteil. also for an instrument with built-in, non-removable by the user driving part. In diesem Fall können durch die Auslagerung der gesamten oder wesentlichen Teile der Antriebselektronik die Baugröße und Kosten des Instruments reduziert werden. In this case, the size and cost of the instrument can be reduced by outsourcing of all or substantially all of the drive electronics.
  • Schematisch ist in is schematically in 3 3 auch ein proximaler Flansch a proximal flange 7.1 7.1 sowie ein Antriebsstrang and a powertrain 7.2 7.2 des Instrumentenschaftes the instrument shaft 7' 7 ' sowie eine elektrische Schnittstelle and an electrical interface 20.1 20.1 zwischen Elektronik- und Antriebsteil between electronics and driving part 20 20 , . 21 21 angedeutet. indicated.
  • 4 4 zeigt eine manuelle Betätigungseinheit einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die anstelle einer modularen Antriebseinheit (in shows a manual actuating unit of an instrument assembly according to an embodiment of the present invention, instead of a modular drive unit (in 4 4 nicht dargestellt, vgl. not shown, see. etwa approximately 2A 2A , . 5A 5A ), wie sie beispielsweise vorstehend in ), Such as those described in 1 1 bis to 3 3 gezeigt ist, am proximalen Flansch As shown, the proximal flange 7.1 7.1 ' des Instrumentenschaftes 'Of the tool shank 7'' 7 '' befestigbar ist. can be attached.
  • Die Betätigungseinheit dieses Ausführungsbeispiels ist zur manuellen Aktuierung von zwei Bewegungsfreiheitsgraden φ 1 und φ 2 und eines Arbeitsfreiheitsgrades φ e eines Endeffektors am distalen Ende des Instrumentenschafts The operation unit of this embodiment is φ for manual actuation of two degrees of freedom φ 1 and 2 and a working degree of freedom φ e of an end effector at the distal end of the instrument shaft 7'' 7 '' eingerichtet. set up. Als Benutzerschnittstelle dient ein Handhebel a hand lever is used as a user interface 31 31 , der in einer Basis bzw. einem Handhebelgehäuse , In a base station or a hand-lever housing 30 30 mit den Freiheitsgraden φ' 1 und φ' 2 gelagert ist. with degrees of freedom φ 1 'and φ' 2 is mounted. Diese Freiheitsgrade entsprechen in der gezeigten Ausführung den distalen Bewegungsfreiheitsgraden φ 1 und φ 2 des Instruments. These degrees of freedom correspond to the embodiment shown, the distal degrees of freedom φ 1 and φ 2 of the instrument. Außerdem ist an dem Handhebel In addition to the hand lever 31 31 ein weiterer Freiheitsgrad φ' e zur Aktuierung des Arbeitsfreiheitsgrades φ e des distalen Endeffektors vorgesehen. a further degree of freedom φ 'e to the actuation of the working degree of freedom φ e of the distal end effector is provided. Das Handhebelgehäuse The hand lever housing 30 30 weist eine (in comprises a (in 4 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. unrecognizable) mechanical interface for repeatedly releasable 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 Further includes the hand lever housing 30 30 einen oder mehrere Mechanismen und/oder Getriebe, die die Stellbewegungen des Handhebels one or more mechanisms and / or gearing, the adjusting movements of the hand lever 31 31 in die in der Schnittstelle vorgesehenen Bewegungen umsetzt, optional skaliert und mit den mechanischen Kupplungselementen der Schnittstelle verbindet. reacting in the space provided in the interface moves, optional scales and combines with the mechanical coupling elements of the interface. 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. Optionally, the interface of the detachable operating unit can also have electrical contacts via which, for example, information between the hand lever and instrument exchange and / or power between the hand lever and instrument are transmitted.
  • Optional ist in der Betätigungseinheit eine Möglichkeit zur Beschränkung auf ausgewählte distale Freiheitsgrade, die vom Menschen bedient werden können, vorgesehen. optionally in the actuator unit is a way of limitation of selected distal degrees of freedom, which can be operated by humans, are provided. Dazu kann die Schnittstelle der Betätigungseinheit eine Blockiervorrichtung zur mechanischen Fixierung eines oder mehrerer distaler Freiheitsgrade in einer vorgegebenen Gelenkstellung enthalten. For this purpose, the interface of the operation unit may include a locking device for mechanical fixing of one or more degrees of freedom in a predetermined distal joint position included. Vorzugsweise enthält die Blockiervorrichtung mechanische Elemente, mit denen einzelne Teile der instrumentenseitigen Kupplungselemente in einer vorgegebenen Position fixiert werden können. Preferably, the locking device includes mechanical elements that individual parts of the instrument-side coupling elements can be fixed in a predetermined position.
  • 5A 5A zeigt das robotergeführte, mit der modularen Antriebseinheit shows the robot-guided, with the modular drive unit 4' 4 ' bestückte Roboterchirurgiesystem der tipped robotic surgery system 2A 2A aus anderer Blickrichtung. from a different viewing direction. Ebenso wie in Just as in 2 2 und and 6 6 bis to 8 8th ist eine sterile Umhüllung des Roboters zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. is not shown, a sterile envelope of the robot for clarity. Diese umschließt den Roboter ganz oder teilweise, insbesondere Teile des sterilen Instrumentenadapters. This encloses the robot completely or partially, in particular parts of the instrument sterile adapter. Bei dieser Ausführung greift die elektrische Schnittstelle In this embodiment, the electrical interface accesses 20.2 20.2 der Antriebseinheit direkt auf eine elektrische Schnittstelle the drive unit directly onto an electrical interface 22.2 22.2 des sterilen Instrumentenadapters the sterile instrument adapter 22 22 (vgl. (see. 3 3 ), so dass die Anzahl an zu sterilisierenden Kontakten minimieren und somit die Kontaktzuverlässigkeit gesteigert werden kann. ) So that minimize the number of contacts to be sterilized, and the contact reliability can be increased, therefore. Eine Detailansicht der elektrischen Schnittstelle A detailed view of the electrical interface 22.2 22.2 zwischen sterilem Instrumentenadapter und Antriebseinheit ist in between sterile instrument adapter and drive unit is in 5B 5B dargestellt. shown. Es ist zu erkennen, dass die Fügerichtung F der elektrischen Schnittstelle mit der Fügerichtung der Antriebseinheit in den sterilen Instrumentenadapter vorteilhaft übereinstimmt. It can be seen that the joining direction F of the electrical interface with the joining direction of the drive unit into the sterile instrument adapter matches advantageous. Um kleinere Lage- und Maßabweichungen zwischen den Kontaktpaaren auszugleichen, kann die elektrische Schnittstelle vorteilhaft Vorrichtungen zum Toleranzausgleich beinhalten. To compensate for minor positional and dimensional variations between the contact pairs, the electrical interface devices include advantageous for tolerance compensation.
  • 6 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. shows a surgical robot system according to an embodiment of the present invention with a tool magazine for selectively storing instruments of the instrument assembly, as described for example above with reference to FIG. 1 1 bis to 5 5 erläutert wurden. were explained.
  • In dem Instrumentenmagazin In the tool magazine 40 40 können vorbereitete Instrumente, insbesondere mit eingesetzter Antriebseinheit, bis zur Verwendung steril aufbewahrt und zugleich mit Energie versorgt werden. can prepared instruments, in particular with an inserted drive unit, are kept sterile until use at the same time and supplied with power. Neben der Energieversorgung besteht optional eine Kommunikationsverbindung zwischen den nicht an den Robotern adaptierten Antriebseinheiten und einer (Instrumenten)Steuerung der Roboteranordnung (nicht dargestellt). In addition to the power supply a communications link between the non-adapted on the robots and a drive units (instruments) controlling the robotic assembly is optional (not shown). Das Instrumentenmagazin kann als sterilisierbare Einheit ausgeführt und/oder mit einer sterilen Hülle umschlossen werden, die vorteilhaft als Einwegartikel realisiert sein kann. The instrument tray can be designed as a sterilizable unit and / or enclosed with a sterile sheath that may be advantageously realized as a disposable article. Das Instrumentenmagazin kann insbesondere zwei oder mehr Aufnahmeschalen für einzelne oder mehrere Instrumentenschäfte The instrument tray can in particular two or more cradles for single or multiple instrument shafts 7'' 7 '' , . 8' 8th' und/oder Antriebseinheiten aufweisen. and / or drive units. 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. By receiving trays the individual drive units are positioned at the intended locations and the electrical contacts or other, in particular wireless, power and / or data transmission units to one another properly aligned. Gleichermaßen kann das Instrumentenmagazin auch zur freien Ablage von Instrumentenschäften und/oder Antriebseinheiten, insbesondere plattenförmig, ausgebildet sein, dh nicht oder nur optional über dedizierte Aufnahmeschalen verfügen. Similarly, the instrument tray can also for free storage of instrument shafts and / or drive units, in particular a plate, may be formed, that is not, or have only optional dedicated cradles. 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. This embodiment is particularly suitable for drive units with wireless power and data transmission in which the energy and / or data transmission units of the tool magazine may be arranged like a grid, so that any storage locations for the drive units are possible. Vorteilhaft bei dieser Lösung ist insbesondere die leichtere Reinigung und sterile Abdeckung. The advantage of this solution is particularly the easier cleaning and sterile cover.
  • Um ein Instrument bzw. eine Antriebseinheit an einem Roboter zu befestigen, wird sie von dem sterilen Instrumentenmagazin abgenommen. In order to attach a tool or a power unit to a robot, it is removed from the sterile instrument magazine. 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. In order to obtain also for the period of time after removal from the tool magazine to adapt to a robot, the power supply at least to the signal processing electronics of the drive unit upright to avoid was repeatedly booting and initialization after the adaptation of a manipulator arm, the drive unit has an energy storage, so that a self-sufficient energy supply at least of the signal processing electronics is possible. 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. This energy storage is in one embodiment in the modular drive unit and / or if an external power supply, in particular to the robot or the tool magazine, regenerated or to be charged. Dadurch ist eine einfache Bedienung und Wartung durch das OP-Personal möglich. Enabling simple operation and maintenance by the surgical staff is possible. Gleichermaßen kann die Antriebseinheit auch während der gesamten Dauer eines Eingriffs durch den Energiespeicher versorgt werden. Similarly, the drive unit may be powered by the energy storage device during the entire duration of an intervention. 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. Another alternative is a sterile cable connection between the robot assembly and adapted and / or non-adapted or mounted to the robotic assembly tools or drive units for supplying power and / or for data exchange. In a further embodiment of a wireless power transmission may be provided at the drive units, that could allow against particular wired systems, a significantly increased range of motion of the drive units and the instruments. Vorteilhaft gegenüber einer Versorgung durch einen Energiespeicher sind die geringere Baugröße und das niedrigere Gewicht der Antriebseinheiten. Advantageous over a supply through an energy storage device, the smaller size and lower weight of the drive units. Es können sämtliche elektrische Kontakte entfallen, wodurch sterilen Hüllen deutlich einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden können. It may be omitted all the electrical contacts, making sterile envelopes can be carried out much easier and cheaper. Durch den Wegfall steriler elektrischer Kontakte vereinfacht sich zudem die Aufbereitung der Instrumenten bzw. Antriebseinheiten. By eliminating sterile electrical contacts is also the preparation of the instruments or drive units simplified.
  • 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. In particular, to increase the operational safety of energy and / or communicatively wirelessly connected drive units in one execution to the status transmission, an additional communication channel can be independent of the actual communication channel is provided. Dieser zusätzliche Kommunikationskanal arbeitet vorzugsweise nach einem vom eigentlichen Kommunikationskanal unterschiedlichen physikalischen Prinzip, beispielsweise optisch. This additional communication channel preferably operates according to a different communication channel from the actual physical principle, for example, optically. Er dient vorzugsweise nicht der Übertragung größerer Datenmengen, sondern lediglich dem Austausch von Statusnachrichten zwischen einem Roboter und einer daran befestigten Antriebseinheit. It preferably does not serve to transfer larger amounts of data, but only the exchange of status messages between a robot and an attached driving unit. Der zusätzliche Kommunikationskanal verläuft vorzugsweise parallel zu der eigentlichen Datenverbindung. The additional communications channel is preferably parallel to the actual data connection. 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. It can operate on the principle of power, so that an emergency shutdown at least the robot in question and the drive unit in question 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 With reference to FIG consequences 7(a) 7 (a) bis to 8(d) 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. The method steps of a method, in particular selectively, mounting a robotic assembly of a surgical robot system with an instrument and an instrument with a drive unit are explained in detail according to an embodiment of the present invention below.
  • Eine Registrierung eines an eine Antriebseinheit angekoppelten Instrumentenschafts kann automatisch erfolgen. A registration of a coupled to a drive unit instrument shaft can be done automatically. Dabei laufen nach dem Herstellen einer mechanischen Verbindung von Instrumentenschaft und Antriebseinheit vorzugsweise einer oder mehrere der folgenden Schritte ab: In this case take place after the production of a mechanical connection of the instrument shaft and the drive unit, preferably one or more of the following steps:
    • 1) Eine Kopplung mit einem Instrumentenschaft wird erkannt und ein Registrierungsvorgang zur konkreten Bestimmung des angeschlossenen Instruments aktiviert; 1) A coupling with an instrument shaft is detected and activates a registration process to the specific determination of the connected instrument;
    • 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. 2) The instrument or the instrument shaft can identify itself, in particular by an active communication between the drive unit and a built-in instrument shaft controller, preferably a microcontroller. 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. Alternatively, a coupled instrument can be identified, in particular by means of a non-volatile memory device, such as an EEPROM in the instrument, wherein the information can be retrieved from 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. A tool or instrument shaft preferably contains one or more of the following data: identification code, instrument name, serial number, number of remaining and still available inserts, calibration parameters for the compensation of manufacturing and assembly tolerances and / or kinematic and / or dynamic parameters characterize a type of instrument, such as weight, center of gravity, inertia tensor, origin and orientation of the end effector coordinate system kinematic-specific transformation matrices, joint angle limits or Cartesian workspace.
    • 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) After successful registration, which is equipped with a drive unit instrument of the robotic assembly known so that one or more of the following steps can be performed:
    • 3.1) Weitergabe der Instrumenten-Daten an die Instrumentensteuerung der Roboteranordnung und/oder eine Steuerungsebene der Antriebseinheit, insbesondere an einen Elektronikteil. 3.1) transfer of the instrument data to instrument control the robot arrangement and / or a control plane of the drive unit, in particular to an electronic part. Dies kann vorzugsweise bereits bei Verbindung von Instrumentenschaft und Antriebseinheit, insbesondere in einem Instrumentenmagazin, oder auch erst bei Verbindung mit dem Roboter erfolgen. This can preferably be done even at connection of the instrument shaft and drive unit, especially in a tool 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. Is implemented locally in this example, a power regulation of the drive unit, a position control centrally in the instrument controlling the robotic assembly, can act, the drive unit as a gateway and forwards all instrument data to instrument control, for example via a field bus.
    • 3.2) Statusänderung der Antriebseinheit nach Bestätigung durch die Instrumentensteuerung, insbesondere Signalisierung des Status an einen Bediener. 3.2) status change of the drive unit to be confirmed by the instrument controller, in particular the status of signaling to an operator.
  • Alle registrierten Instrumente können in einer Datenbank hinterlegt werden, die während eines Eingriffs laufend aktualisiert werden kann. All registered instruments can be stored in a database that can be updated continuously during surgery. 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. This informational connection of all - not only the adapted to the robot arrangement or fixed - tools or drive units to the instrument control the robotic assembly provides both for driving the robotic assembly as well as for the user several advantages: The operator always has an overview of the currently operational tools and their status, the operating state, for example, "Ready", (different) error conditions, expired life, etc., of each instrument or each drive unit may be signaled to the surgical staff. Dies kann beispielsweise akustisch oder optisch durch eine oder mehrere ein- oder mehrfarbige Signalleuchten, insbesondere LEDs, insbesondere an der Antriebseinheit, erfolgen. This can be done, for example acoustically or optically through one or more single or multi-colored signal lamps, in particular LEDs, in particular on the drive unit. Analog können dem Operateur an einer Eingabekonsole die Betriebszustände aller oder einzelner Instrumente bzw. Antriebseinheiten durch entsprechende Einblendungen signalisiert werden. Analogously, the surgeon from a command console, the operating states of all or individual tools or drive units are indicated by corresponding impressions.
  • 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. For an instrument, the surgeon can change a registered instrument for exchanging and the robot to which the selected instrument will be adapted to the input console, to select. 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. This information can be used to support a manual tool changes and to make easier for the OR staff or initiate an automatic tool 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. In one embodiment, one or more robots of the robot arrangement and / or include one or more instruments and / or drive unit of the tool assembly via a signaling device, for example, a particular multi-colored, signal light. Zur Vorbereitung eines Instrumentenwechsels wird die Signalleuchte des betroffenen Roboters in einer bestimmten Farbe und/oder einer bestimmten Blinksequenz aktiviert. In preparation for a tool change, the signal light of the robot concerned is activated in a specific color and / or a specific flashing sequence. Dadurch wird dem OP-Personal eindeutig signalisiert, welche(r) Roboter von dem anstehenden Instrumentenwechsel betroffen ist bzw. sind. This provides the operating room personnel is a clear signal that (r) robot is affected by the impending change of instruments or are. 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. Similarly, the signal light for the instrument to be loaded in a specific color and / or a specific blink sequence is activated in order to clearly indicate to the operating personnel, which instrument is to be loaded. Ebenso kann dem OP-Personal ein erfolgreicher Wechselvorgang durch ein spezielles Farb- oder Blinkmuster der Signalleuchten an Manipulatorarm und Instrument angezeigt werden. Similarly, a successful change process can be indicated by a particular color or blinking pattern of the signal lights on manipulator and instrument the surgical staff. Alternativ oder zusätzlich zu einer optischen Signalisierung ist auch ein akustisches Signal möglich. Alternatively, or in addition to an optical signaling an acoustic signal is possible.
  • 7(a) 7 (a) bis to 8(d) 8 (d) zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum automatischen Instrumentenwechsel bzw. Bestücken einer Roboteranordnung mit einem Instrument der Instrumentenanordnung sowie eines Instruments mit einer Antriebseinheit. shows an inventive method for automatic tool change of a robot or mounting assembly with an instrument of the instrument assembly, and an instrument with a drive unit. Hierzu weist das Chirurgieroboter-System ein Instrumenten-Wechselmagazin auf, in dem alle benötigten Instrumente einsatzbereit abgelegt sind und bereitgehalten werden. For this purpose, the surgical robotic system to instrument change magazine in which all the necessary instruments are in use and are kept ready. Alle Instrumente sind in dem Wechselmagazin ohne Antriebseinheit abgelegt, da die Applikation der Antriebseinheit an ein Instrument während des Wechselvorgangs erfolgt. All instruments are in the changing magazine without drive unit, since the application of the drive unit is an instrument during the changing process. Dafür verfügt das Wechselmagazin über einen Antriebseinheits-Manipulator For this, the changing magazine has a drive unit manipulator 50 50 (vgl. (see. 6 6 ) zur Handhabung der Antriebseinheiten während des Instrumentenwechsels. ) For handling the drive units during the tool change. 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. The drive unit manipulator has in one embodiment, no own degrees of freedom with the exception of a clamping mechanism for the drive unit, all positioning movements performed by the robot. Beispielsweise kann eine Antriebseinheit mit Hilfe dieses Antriebseinheits-Manipulators von einem Instrumentenschaft getrennt und mit einem anderen verbunden werden. For example, a drive unit can be separated by means of this drive unit manipulator of an instrument shaft and connected to one another. Dadurch kann die Anzahl der Antriebseinheiten reduziert werden, da nicht jedes im Wechselmagazin vorhandene Instrument mit einer eigenen Antriebseinheit ausgestattet sein muss. This can reduce the number of drive units, as not every present in the changing magazine instrument must be equipped with its own drive unit. Außerdem erfordert dieses Konzept einen geringeren Aufwand zur Energieversorgung der Antriebseinheiten, da keine Energieversorgung der im Wechselmagazin abgelegten Instrumente erforderlich ist. In addition, this approach requires less effort to energize the drive units, because there is no power supply to the data stored in the changer magazine instruments is required. 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. It must only be guaranteed, in which it is not adapted to a robot and are supplied from there with energy, the energy supply to the drive units for the period. Die Energieversorgung der Antriebseinheit während dieses Zeitraums kann in einer Ausführung über den Antriebseinheits-Manipulator erfolgen. The energy supply of the drive unit during this period can take place in an execution via the drive unit manipulator.
  • In In 6 6 , . 7 7 ist ein rotatorisches Instrumenten-Wechselmagazin dargestellt. a rotatory instrument change magazine is shown. Gleichermaßen kann ein lineares Instrumenten- Wechselmagazin verwendet werden. Similarly, a linear instrument changing magazine can be used. Um unterschiedliche Antriebseinheiten handhaben zu können, kann der Antriebseinheits-Manipulator optional mit mehreren Greifern, die auch unterschiedlich ausgeprägt sein können, ausgestattet sein. In order to handle different drive units, the drive unit manipulator can be optionally equipped with multiple grippers that can be pronounced differently. 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 this case the drive unit manipulator preferably comprises one or more translational and / or rotational movement of one or more resources to each handle the drive unit necessary.
  • 7(a) 7 (a) bis (d) zeigt Schritte beim Ablegen eines Instruments in dem Instrumenten-Wechselmagazin, wie sie insbesondere während eines automatischen Werkzeugwechsels erfolgen können. to (d) shows steps in placing an instrument in the instrument change magazine, as they can in particular be carried out during an automatic tool change. Zunächst wird der Roboter aus dem OP-Gebiet zum Werkzeugmagazin in die Ausgangsposition zur Instrumentenablage verfahren ( First, the robot out of the operating area is moved to the tool magazine in the starting position for the instrument holder ( 7(a) 7 (a) ). ). Dann wird die Antriebseinheit an den Antriebseinheits-Manipulator adaptiert bzw. befestigt, in Then, the drive unit is adapted to drive the manipulator unit and secured in 7(b) 7 (b) beispielhaft dargestellt als Zweibackengreifer. exemplified as two-jaw gripper. Sofern erforderlich, wird eine Fixierung zwischen Antriebseinheit und Instrument gelöst. If necessary, a fixation between the drive unit and the instrument is achieved. Optional erfolgt eine Aufrechterhaltung der Energieversorgung der Antriebseinheit, insbesondere kontaktbehaftet oder kontaktlos, etwa durch den Antriebseinheits-Manipulator. Optional carried out maintaining the energy supply of the drive unit, in particular with contact or without contact, for example by the drive unit manipulator. Dann wird der Instrumentenschaft im Wechselmagazin abgelegt ( Then the instrument shaft is placed in the changing magazine ( 7(c) 7 (c) ), wobei die Verbindung zwischen dem und der vom Antriebseinheits-Manipulator fixierten Antriebseinheit gelöst wird. wherein the connection between the drive unit and the fixed by the manipulator driving unit is released). Schließlich fährt der Roboter von dem Wechselmagazin fort, wobei dadurch oder zuvor die Verbindung zwischen Instrumentenschaft und Roboter gelöst wird ( (Finally, the robot from the changing magazine continues, thereby the connection between the instrument shank and the robot is previously dissolved or 7(d) 7 (d) ). ).
  • 8a 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 ( ) To (d) shows steps for receiving an instrument from the changing magazine by a robot: First, the einzuwechselnde instrument is provided by moving the instrument change magazine, wherein the drive unit by the drive unit manipulator is placed in the correct position ( 8(a) 8 (a) ). ). Dann wird der Instrumentenschaft am Roboter fixiert ( Then, the instrument shaft is fixed to the robot ( 8(b) 8 (b) ), der diesen zu der vom Antriebseinheits-Manipulator fixierten Antriebseinheit transportiert, wo diese an dem Instrumentenschaft adaptiert bzw. befestigt wird ( (), Which transports it to the fixed unit by the drive manipulator driving unit, where it is adapted to the instrument shaft or fastened 8(c) 8 (c) ). ). Die Fixierung der Antriebseinheit im Antriebseinheits-Manipulator wird gelöst. The fixing of the drive unit in the drive unit manipulator is released. Anschließend ist die eingewechselte Instrument-Antriebs-Einheit einsatzbereit ( Subsequently, the substitute instrument drive unit is ready for use ( 8(d) 8 (d) ) und kann robotergeführt verfahren werden. ) And can be robot-guided procedures.
  • Man erkennt, dass in diesen Verfahrensschritten synergetisch einerseits die Roboteranordnung wahlweise mit einem Instrument bestückt wird (vgl. insbesondere It is apparent that in these process steps synergistically on the one hand, the robot assembly is optionally equipped with an instrument (see. In particular 7(c) 7 (c) - 7(d) 7 (d) Ablage eines robotergeführten Instruments; Depositing a robot-controlled instrument; 8(b) 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 Receiving a stored instrument by a robot), and on the other hand, a robot-guided, stored in a tool magazine instrument is optionally equipped with a drive unit (see. In particular 7(b) 7 (b) - 7(c) 7 (c) Trennen der Antriebseinheit; Disconnecting the drive unit; 8(b) 8 (b) 8(c) 8 (c) Befestigten der Antriebseinheit am Instrumentenschaft). Attached to the drive unit on the instrument shaft).
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1; 1; 1', 2, 3 1 ', 2, 3
    Roboter(anordnung) Robot (assembly)
    4; 4; 4'; 4 '; 4'' 5, 6 4 '' 5, 6
    modulare Antriebseinheit modular drive unit
    7; 7; 7'; 7 '; 7'', 8; 7 '', 8; 8', 9 8 ', 9
    Instrumentenschaft instrument shaft
    7.1; 7.1; 7.1' 7.1 '
    Flansch flange
    7.2 7.2
    Antriebsstrang powertrain
    10, 11, 12 10, 11, 12
    Öffnung opening
    13 13
    Bauchdecke abdominal wall
    14 14
    Operationsgebiet area of ​​operations
    20 20
    Elektronikmodul (Antriebseinheit) Electronic module (drive unit)
    20.1; 20.1; 20.2, 22.2 20.2, 22.2
    Schnittstelle interface
    21 21
    Antriebsmodul (Antriebseinheit) Drive module (drive unit)
    22 22
    Instrumentenadapter instrument adapter
    24 24
    sterile Hülle sterile wrap
    30 30
    Basis (Betätigungseinheit) Base (actuator unit)
    31 31
    Handhebel (Betätigungseinheit) Hand lever (operation unit)
    40 40
    Instrumentenmagazin tool magazine
    50 50
    Antriebseinheits-Manipulator Drive unit manipulator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Claims (18)

  1. Instrumentenanordnung für ein Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, mit wenigstens einem Instrument mit einem Instrumentenschaft ( Instrument assembly for a surgical robot system according to any one of claims 10 to 16, (with at least one instrument comprising an instrument shaft 7 7 ; ; 7' 7 ' , . 7'' 7 '' , . 8 8th ; ; 8' 8th' , . 9 9 ), der zur teilweisen Einführung in einen Patienten vorgesehen ist, einer Instrumentenschnittstelle zur Befestigung des Instruments an der Roboteranordnung ( ), Which is intended for partial insertion into a patient (an instrument interface for securing the instrument to the robotic assembly 1 1 ; ; 1' 1' , . 2 2 , . 3 3 ), und einer, insbesondere modularen, Antriebseinheit ( ), And, in particular modular drive unit ( 4 4 ; ; 4' 4 ' , . 4'' 4 '' , . 5 5 , . 6 6 ) zur Aktuierung von wenigstens einem Freiheitsgrad (φ 1 , φ 2 , φ e ) des Instrumentenschaftes, insbesondere eines Endeffektors, die ein Antriebsteil mit wenigstens einem Antrieb und ein Elektronikteil mit wenigstens einem Steuer- und/oder Kommunikationsmittel aufweist. ) For actuation of at least one degree of freedom (φ 1, φ 2, φ e) of the instrument shaft, in particular an end effector comprising a drive part having at least one drive and an electronic part having at least one control and / or communication means.
  2. Instrumentenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektronikteil und/oder ein Antriebsteil wenigstens einer Antriebseinheit modular ausgebildet ist und eine Schnittstelle ( Instrument assembly according to the preceding claim, characterized in that an electronic part and / or a driving part is formed at least one modular drive unit and an interface ( 20.1 20.1 , . 20.2 20.2 ) zur Verbindung miteinander, dem Instrumentenschaft und/oder der Roboteranordnung aufweist. ) For connection to each other, the instrument shaft and / or the robot assembly.
  3. Instrumentenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikteil sterilisierbar ausgebildet oder wenigstens teilweise von einer sterilen Hülle ( Instrument assembly according to the preceding claim, characterized in that the electronic part is formed can be sterilized or at least partially (by a sterile sheath 24 24 ) umgeben ist. ) Is surrounded.
  4. 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 ( Instrument assembly according to any one of claims 1 to 3, characterized by a modular manual operating unit according to one of claims 7 to 9 for selectively replacing a modular drive unit ( 4' 4 ' ) eines Instruments der Instrumentenanordnung des Chirurgierobotersystems. ) Of an instrument of the instrument assembly of the surgical robot system.
  5. 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 assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the instrument interface for securing the instrument to the robot arrangement has a releasable by a driving unit of this instrument attachment lock.
  6. 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 assembly according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a driving unit comprises an electrical energy storage device for at least temporary, self-sufficient energy supply of the drive unit.
  7. Manuelle Betätigungseinheit ( Manual operating unit ( 30 30 ) für eine Instrumentenanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine mechanische Antriebsschnittstelle zur Verbindung mit einer Antriebsstranganordnung ( ) (For a tool assembly according to claim 4, characterized by a mechanical drive interface for connection to a power train arrangement 7.2 7.2 ) des Instruments, die einer mechanischen Antriebsschnittstelle der wahlweise zu ersetzenden Antriebseinheit ( ) Of the instrument, the mechanical drive interface selectively to replace the drive unit ( 4' 4 ' ) zur Verbindung mit dieser Antriebsstranganordnung entspricht. ) Corresponds to the connection with this power train arrangement.
  8. Manuelle Betätigungseinheit nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Basis ( Manual operating unit according to the preceding claim, characterized by a base ( 30 30 ), die ein Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung an dem Instrument aufweist, und an der ein Handhebel ( ) Having a fastening means for releasable attachment to the instrument, and the (a hand lever 31 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. ) With at least one degree of freedom (φ '1, φ' 2, φ 'e) is mounted, the actuation, in particular scales, is transmitted to the mechanical drive interface of the actuator unit.
  9. 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 actuator according to one of claims 7 to 8, characterized in that, are aktuierbar by the actuating unit and the drive unit, in particular selectively, different degrees of freedom of the instrument, in particular a different number of degrees of freedom.
  10. Chirurgierobotersystem mit: einer Roboteranordnung mit wenigstens einem Roboter ( Surgical robot system comprising: a robotic assembly having at least one robot ( 1 1 ; ; 1' 1' , . 2 2 , . 3 3 ); ); und einer Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. and an instrument assembly according to any one of claims 1 to. 6
  11. Chirurgierobotersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen ersten Kommunikationskanal und wenigstens einen weiteren Kommunikationskanal zwischen der Roboteranordnung und wenigstens einem Instrument der Instrumentenanordnung. Surgical robot system according to the preceding claim, characterized by a first communication channel and at least one further communication channel between the robot assembly and at least one instrument of instrument assembly.
  12. 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. Surgical robot system according to any 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.
  13. Chirurgierobotersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch ein Instrumentenmagazin ( Surgical robot system according to any one of claims 10 to 12, characterized by a tool magazine ( 40 40 ) zum wahlweisen Speichern von wenigstens einem von wenigstens zwei Instrumenten der Instrumentenanordnung. ) For selectively storing at least one of at least two instruments, the instrument assembly.
  14. Chirurgierobotersystem nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen Antriebseinheits-Manipulator ( Surgical robot system according to the preceding claim, characterized by a drive unit manipulator ( 50 50 ) zum wahlweisen Bestücken verschiedener Instrumente der Instrumentenanordnung mit einer modularen Antriebseinheit. ) For selectively mounting various instruments of the instrument assembly with a modular drive unit.
  15. 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. Surgical robot system according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the tool magazine, the tool arrangement and / or the robotic assembly having a communication means for communication between at least two of the tool magazine, the tool assembly and the robot assembly, in particular between the instrument magazine and tool array.
  16. 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. Surgical robot system according to any one of claims 10 to 15, characterized by a display means for displaying a status of an instrument of the instrument assembly, in particular a change status and / or operation status.
  17. 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, mounting a robotic assembly of a surgical robot system according to any one of the preceding claims with at least one instrument of the instrument assembly of the surgical robot system.
  18. 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. A method of, in particular selectively, mounting at least one, in particular robot-guided and / or stored in a tool magazine of a surgical instrument robot system according to any one of the preceding claims with a drive unit.
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