DE102012018533B4

DE102012018533B4 - Manipulator for minimally invasive surgery

Info

Publication number: DE102012018533B4
Application number: DE102012018533.2A
Authority: DE
Inventors: Arash Sanagoo
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: DE102012018533A1; WO2014044719A1

Abstract

Manipulator für minimalinvasive Chirurgie, aufweisendeinen Instrumentenhalter (3), der sich entlang einer als Instrumentenachse bezeichneten Längsachse des Instrumentenhalters (3) erstreckt,einen ersten Haltearm (1) mit einem ersten Segment (1a) des ersten Haltearms (1) und einem zweiten Segment (1b) des ersten Haltearmes (1), wobei das erste Segment (1a) des ersten Haltearmes (1) mit dem zweiten Segment (1b) des ersten Haltearmes (1) über ein einachsiges erstes Verbindungsgelenk (21) verbunden ist, das um eine erste Verbindungsachse (51) drehbar ist, welche durch einen auf der Instrumentenachse liegenden Pivotpunkt (4) verläuft,einen zweiten Haltearm (2) mit einem ersten Segment (2a) des zweiten Haltearms und einem zweiten Segment (2b) des zweiten Haltearms, wobei das erste Segment (2a) des zweiten Haltearmes mit dem zweiten Segment (2b) des zweiten Haltearmes über ein einachsiges zweites Verbindungsgelenk (22) verbunden ist, das um eine zweite Verbindungsachse (52) drehbar ist, welche durch den Pivotpunkt (4) verläuft, undwobei das erste Segment (1a) des ersten Haltearmes (1) an einem dem ersten Verbindungsgelenk (21) abgewandten Ende an einem ersten Haltegelenk (11) angeordnet ist, das um eine erste Halteachse (41) drehbar ist, die durch den Pivotpunkt (4) verläuft,wobei das zweite Segment (1b) des ersten Haltearms an einem dem ersten Verbindungsgelenk (21) abgewandten Ende mit dem Instrumentenhalter (3) an einem ersten Ort des Instrumentenhalters (3) über ein einachsiges erstes Gelenk (31) des Instrumentenhalters (3) verbunden ist, das um die Instrumentenachse drehbar ist,wobei das erste Segment (2a) des zweiten Haltearmes (2) an einem dem zweiten Verbindungsgelenk (22) abgewandten Ende an einem zweiten Haltegelenk (12) angeordnet ist, das um eine zweite Halteachse drehbar ist, die durch den Pivotpunkt (4) verläuft,wobei das zweite Segment (2b) des zweiten Haltearms (2) an einem dem zweiten Verbindungsgelenk (22) abgewandten Ende mit dem Instrumentenhalter (3) an einem zweiten Ort des Instrumentenhalters (3) verbunden ist, undweiter aufweisend zumindest einen Antrieb (61, 62), mit dem eine Drehung der Instrumentenachse in zwei Winkelfreiheitsgraden um den Pivotpunkt bewirkbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie erste Halteachse (41) mit der zweiten Halteachse zusammenfällt.Manipulator for minimally invasive surgery, having an instrument holder (3) which extends along a longitudinal axis of the instrument holder (3), referred to as the instrument axis, a first holding arm (1) with a first segment (1a) of the first holding arm (1) and a second segment ( 1b) of the first holding arm (1), wherein the first segment (1a) of the first holding arm (1) is connected to the second segment (1b) of the first holding arm (1) via a uniaxial first connecting joint (21) which is about a first connecting axis (51) which runs through a pivot point (4) lying on the instrument axis, a second holding arm (2) with a first segment (2a) of the second holding arm and a second segment (2b) of the second holding arm, the first Segment (2a) of the second support arm is connected to the second segment (2b) of the second support arm via a uniaxial second connecting joint (22) which is rotatable about a second connecting axis (52), which e runs through the pivot point (4), and wherein the first segment (1a) of the first holding arm (1) is arranged at an end remote from the first connecting joint (21) on a first holding joint (11) which rotates about a first holding axis (41) which runs through the pivot point (4), the second segment (1b) of the first holding arm at an end facing away from the first connecting joint (21) being connected to the instrument holder (3) at a first location of the instrument holder (3) via a uniaxial first joint (31) of the instrument holder (3), which can be rotated about the instrument axis, the first segment (2a) of the second holding arm (2) being connected to a second holding joint (12) at an end remote from the second connecting joint (22). is arranged, which is rotatable about a second holding axis, which runs through the pivot point (4), wherein the second segment (2b) of the second holding arm (2) at an end facing away from the second connecting joint (22) with the instrument holder (3) a n a second location of the instrument holder (3), and further having at least one drive (61, 62) with which the instrument axis can be rotated in two angular degrees of freedom around the pivot point, characterized in that the first holding axis (41) is connected to the second Holding axis collapses.

Description

Die Erfindung betrifft einen Manipulator für die minimalinvasive Chirurgie mit einem Instrumentenhalter, der ein chirurgisches Instrument tragen kann, sowie einem ersten Haltearm mit zwei Segmenten und einem zweiten Haltearm mit zwei Segmenten, wobei jeweils das erste Segment mit dem zweiten Segment über ein einachsiges Verbindungsgelenk verbunden ist. Die Drehachsen der Verbindungsgelenke verlaufen durch einen Pivotpunkt, der auf der Längsachse des Instrumentenhalters liegt. Der erfindungsgemäße Manipulator weist zumindest einen Antrieb, vorzugsweise zwei Antriebe, auf, mit der Instrumentenhalter in zwei Winkelfreiheitsgraden um den Pivotpunkt bewegbar ist.The invention relates to a manipulator for minimally invasive surgery with an instrument holder that can carry a surgical instrument, and a first holding arm with two segments and a second holding arm with two segments, with the first segment being connected to the second segment via a uniaxial connecting joint . The axes of rotation of the connecting joints pass through a pivot point which lies on the longitudinal axis of the instrument holder. The manipulator according to the invention has at least one drive, preferably two drives, with which the instrument holder can be moved in two angular degrees of freedom around the pivot point.

In der minimalinvasiven Chirurgie (MIC) werden kleine, nur wenige Millimeter große Stiche angelegt und ein Trokar durch diese Abdominal-Einschnitte geschoben. Der Chirurg führt seine Instrumente durch den Trokar hindurch und manipuliert sie innerhalb des Abdomens, indem er sie durch den Trokar hinein- und herausschiebt oder um die Trokar-Achse oder um einen Drehmittelpunkt dreht. Der Drehmittelpunkt wird hierbei durch die Einschnitte in den Muskeln der Bauchdecke definiert.In minimally invasive surgery (MIS), small stitches, just a few millimeters in size, are made and a trocar is pushed through these abdominal incisions. The surgeon passes his instruments through the trocar and manipulates them within the abdomen by sliding them in and out through the trocar or rotating them about the trocar axis or about a center of rotation. The center of rotation is defined by the incisions in the muscles of the abdominal wall.

Die Abdominal-Einschnitte liefern keine stabile Bezugsposition, also keinen stabilen Drehmittelpunkt. Bei der minimalinvasiven Chirurgie ist es jedoch erforderlich, den Drehmittelpunkt fest im Raum zu definieren, um ausschließen zu können, dass die Körperwand am Einschnitt zerrissen wird. Der Manipulator sollte daher so ausgelegt sein, dass die Instrumente konstruktionsbedingt nur um diesen virtuellen Drehpunkt gedreht werden können. Hierdurch kann die Verletzung der Weichgewebe im Falle einer Steuerungsstörung ausgeschlossen werden.The abdominal incisions do not provide a stable reference position, i.e. a stable center of rotation. In minimally invasive surgery, however, it is necessary to firmly define the center of rotation in space in order to be able to rule out tearing the body wall at the incision. The manipulator should therefore be designed in such a way that the instruments can only be rotated around this virtual pivot point due to their design. In this way, damage to the soft tissue in the event of a control disorder can be ruled out.

Die DE 694 17 229 T2 beschreibt ein Positioniergerät für einen entfernten Mittelpunkt kugeliger Drehung basierend auf zwei miteinander verbundenen Parallelkinematik-Ketten. Die hier beschriebene Vorrichtung weist jedoch sehr große Abmessungen auf, was zu einer Behinderung des Operationsbereiches führen kann. Darüber hinaus ist die zu bewegende Masse sehr groß, so dass die Vorrichtung schlechte Dynamikeigenschaften aufweist.the DE 694 17 229 T2 describes a positioner for a remote center of spherical rotation based on two interconnected parallel kinematic chains. However, the device described here has very large dimensions, which can lead to an obstruction of the operation area. In addition, the mass to be moved is very large, so that the device has poor dynamic properties.

Die US 2002/0103476 A1 beschreibt ein chirurgisches Instrument für die minimalinvasive Chirurgie, bei welchem eine Doppelparallel-Kinematik mittels Seilzügen angetrieben wird. Die Seilzugkinematik ist hier sehr aufwendig und die Vorrichtung weist sehr große Abmessungen auf und benötigt einen großen Arbeitsraum.the U.S. 2002/0103476 A1 describes a surgical instrument for minimally invasive surgery, in which double-parallel kinematics are driven by cable pulls. The cable kinematics are very complex here and the device has very large dimensions and requires a large working space.

Die DE 430 78 76 C1 beschreibt ein mechanisches Führungssystem basierend auf zwei Kreissegment-Bögen mit Führungsschienen. Die großen Führungsschienen erfordern viel Platz. Darüber hinaus muss ein Operationsroboter in der Lage sein, drei derartige Manipulatoren nebeneinander zu verwenden, was mit der Vorrichtung der DE 430 78 76 C1 nicht möglich ist.the DE 430 78 76 C1 describes a mechanical guidance system based on two circular segment arcs with guide rails. The large guide rails require a lot of space. In addition, a surgical robot must be able to use three such manipulators side by side, what with the device DE 430 78 76 C1 not possible.

Die DE 320 50 85 A1 beschreibt ein stereotaktisches Chirurgiesystem mit einer seriellen kinematischen Kette. Durch die Vielzahl hintereinander angeordneter Verbindungsstellen ist diese Vorrichtung jedoch relativ labil. the DE 320 50 85 A1 describes a stereotactic surgery system with a serial kinematic chain. However, due to the large number of connecting points arranged one behind the other, this device is relatively unstable.

Die US 2007/0173976 A1 beschreibt einen Roboterarm mit einer parallelen sphärischen fünfteiligen Kupplung mit einem entfernten Zentrum einer sphärischen Rotation. Der Roboterarm trägt beweglich eine endoskopische Kamera.the U.S. 2007/0173976 A1 describes a robotic arm with a parallel spherical five-piece coupling with a remote center of spherical rotation. The robot arm movably carries an endoscopic camera.

Die DE 699 18 569 T2 beschreibt eine Vorrichtung zum Handhaben eines medizinischen Werkzeugs innerhalb des Körpers eines Patienten, die zur Verwendung bei medizinischen Vorgängen einschließlich minimal invasiver chirurgischer Operationen geeignet ist.the DE 699 18 569 T2 describes an apparatus for manipulating a medical tool within a patient's body, suitable for use in medical procedures including minimally invasive surgical operations.

Die JP 2006 - 271 749 A beschreibt einen Operationsroboter mit einem Antriebsgerät und einem Hauptkörper. Der Hauptkörper weist eine untere Struktur auf, mit welcher ein Band vom Antriebsgerät verbunden ist. Ein Arm der Vorrichtung weist einen ersten Arm auf, der im Wesentlichen horizontal rotierbar ist und einen zweiten Arm, der im Wesentlichen horizontal rotierbar ist.the JP 2006 - 271 749 A describes a surgical robot having a driving device and a main body. The main body has a lower structure to which a belt from the driving device is connected. An arm of the device has a first arm rotatable substantially horizontally and a second arm rotatable substantially horizontally.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Manipulator für die minimalinvasive Chirurgie anzugeben, der mit einer geringen Baugröße realisierbar ist, eine sichere Fixierung des Drehpunktes eines chirurgischen Instrumentes erlaubt und dabei eine hohe Stabilität aufweist.The object of the present invention is to specify a manipulator for minimally invasive surgery that can be realized with a small size, allows a secure fixation of the pivot point of a surgical instrument and at the same time has a high level of stability.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Manipulator für minimalinvasive Chirurgie nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Manipulators an.This object is achieved by the manipulator for minimally invasive surgery according to claim 1. The dependent claims specify advantageous developments of the manipulator according to the invention.

Erfindungsgemäß wird ein Manipulator für minimalinvasive Chirurgie angegeben, der einen Instrumentenhalter aufweist, der sich entlang einer Längsachse erstreckt. Im Folgenden soll die Längsachse des Instrumentenhalters als Instrumentenachse bezeichnet werden. Vorzugsweise ist der Instrumentenhalter gerade. Er kann beispielsweise als Rohr ausgebildet sein, durch das ein chirurgisches Instrument schiebbar und handhabbar ist.According to the invention, a manipulator for minimally invasive surgery is specified which has an instrument holder which extends along a longitudinal axis. In the following, the longitudinal axis of the instrument holder will be referred to as the instrument axis. Preferably the tool holder is straight. For example, it can be designed as a tube through which a surgical instrument can be pushed and manipulated.

Der erfindungsgemäße Manipulator weist einen ersten Haltearm und einen zweiten Haltearm auf. Dabei weist der erste Haltearm ein erstes und ein zweites Segment auf, wobei das erste Segment und das zweite Segment über ein einachsiges erstes Verbindungsgelenk verbunden sind.The manipulator according to the invention has a first holding arm and a second holding arm. The first holding arm has a first and a second segment, the first segment and the second segment being connected via a uniaxial first connecting joint.

Als einachsiges Gelenk wird allgemein ein Gelenk verstanden, das eine Drehung der durch das Gelenk verbundenen Teile um genau eine Achse zulässt. Im einfachsten Fall kann ein solches einachsiges Element beispielsweise eine zylindrische Verbindung sein, die nur eine Drehung um die Zylinderachse zulässt.A uniaxial joint is generally understood to mean a joint that allows the parts connected by the joint to rotate about exactly one axis. In the simplest case, such a uniaxial element can be, for example, a cylindrical connection that only allows rotation around the cylinder axis.

Das erste Verbindungsgelenk, über welches das erste Segment und das zweite Segment des ersten Haltearmes verbunden sind, ist um genau eine Achse drehbar, nämlich die Achse des ersten Verbindungsgelenkes. Diese soll im Folgenden als Verbindungsachse bezeichnet werden. Dabei ist das erste Verbindungsgelenk so angeordnet, dass diese Verbindungsachse durch den Pivotpunkt verläuft.The first connecting joint, via which the first segment and the second segment of the first holding arm are connected, can be rotated about exactly one axis, namely the axis of the first connecting joint. This will be referred to below as the connection axis. The first connecting joint is arranged in such a way that this connecting axis runs through the pivot point.

Der Pivotpunkt ist jener Punkt, um den der Instrumentenhalter drehbar ist. Der Pivotpunkt ist also der Drehmittelpunkt jeder Drehung des Instrumentenhalters. The pivot point is the point about which the instrument holder can be rotated. So the pivot point is the center of rotation of each rotation of the instrument holder.

Der zweite Haltearm des Manipulators weist ebenfalls ein erstes Segment und ein zweites Segment auf, wobei das erste Segment und das zweite Segment über ein einachsiges zweites Verbindungsgelenk miteinander verbunden sind. Dieses zweite Verbindungsgelenk ist um eine zweite Verbindungsachse drehbar, welche ebenfalls durch den Pivotpunkt verläuft.The second holding arm of the manipulator also has a first segment and a second segment, the first segment and the second segment being connected to one another via a uniaxial second connecting joint. This second connecting joint can be rotated about a second connecting axis, which also runs through the pivot point.

Erfindungsgemäß ist außerdem das erste Segment des ersten Haltearmes an seinem dem ersten Verbindungsgelenk abgewandten Ende an einem einachsigen ersten Haltegelenk angeordnet, welches um eine Achse drehbar ist, die im Folgenden als erste Halteachse bezeichnet wird. Diese erste Halteachse verläuft ebenfalls durch den Pivotpunkt.According to the invention, the first segment of the first holding arm is also arranged at its end facing away from the first connecting joint on a uniaxial first holding joint which is rotatable about an axis which is referred to below as the first holding axis. This first support axis also runs through the pivot point.

Darüberhinaus ist das erste Segment des zweiten Haltearmes an seinem dem zweiten Verbindungsgelenk abgewandten Ende ebenfalls an einem einachsigen Gelenk angeordnet, das im Folgenden als zweites Haltegelenk bezeichnet wird. Dieses ist um eine zweite Halteachse drehbar, die ebenfalls durch den Pivotpunkt verläuft.In addition, the end of the first segment of the second holding arm facing away from the second connecting joint is also arranged on a uniaxial joint, which is referred to below as the second holding joint. This can be rotated about a second holding axis, which also runs through the pivot point.

Das zweite Segment des ersten Haltearmes ist mit seinem dem ersten Verbindungsgelenk abgewandten Ende mit dem Instrumentenhalter über ein einachsiges erstes Gelenk des Instrumentenhalters verbunden. Das erste Gelenk des Instrumentenhalters ist dabei an einem ersten Ort am Instrumentenhalter angeordnet. Dieses erste Gelenk des Instrumentenhalters erlaubt eine Drehung um die Instrumentenachse. Seine Drehachse fällt also mit der Instrumentenachse zusammen.The end of the second segment of the first holding arm facing away from the first connecting joint is connected to the instrument holder via a uniaxial first joint of the instrument holder. The first joint of the instrument holder is arranged at a first location on the instrument holder. This first joint of the instrument holder allows rotation around the instrument axis. Its axis of rotation thus coincides with the axis of the instrument.

Darüberhinaus ist auch das zweite Segment des zweiten Haltearmes an seinem dem zweiten Verbindungsgelenk abgewandten Ende mit dem Instrumentenhalter an einem zweiten Ort des Instrumentenhalters verbunden, vorzugsweise über ein einachsiges zweites Gelenk des Instrumentenhalters, das ebenfalls um die Instrumentenachse drehbar ist. Die Drehachse des zweiten Gelenkes fällt in diesem Fall also mit der Instrumentenachse zusammen. Das zweite Segment kann jedoch auch fest mit dem Instrumentehhalter verbunden sein.In addition, the second segment of the second holding arm is also connected at its end remote from the second connecting joint to the instrument holder at a second location on the instrument holder, preferably via a uniaxial second joint of the instrument holder, which can also be rotated about the instrument axis. In this case, the axis of rotation of the second joint therefore coincides with the axis of the instrument. However, the second segment can also be permanently connected to the instrument holder.

Durch die oben beschriebene Konstruktion ist der Pivotpunkt ortsfest gegenüber jenen Orten, an welchen das erste und das zweite Haltegelenk angeordnet sind. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Haltegelenk an einer tragenden Struktur angeordnet. Der Pivotpunkt ist dann ortsfest gegenüber dieser tragenden Struktur. Eine solche tragende Struktur kann beispielsweise ein Gehäuse sein.Due to the construction described above, the pivot point is stationary with respect to the locations at which the first and second holding joints are arranged. The first and the second holding joint are preferably arranged on a supporting structure. The pivot point is then stationary with respect to this supporting structure. Such a supporting structure can be a housing, for example.

Der erfindungsgemäße Manipulator weist zumindest einen Antrieb auf, vorzugsweise zwei Antriebe, mit dem bzw. mit denen eine Drehung der Instrumentenachse in zwei Winkelfreiheitsgraden um den Pivotpunkt bewirkbar ist. Vorzugsweise ist der zumindest eine Antrieb ortsfest gegenüber dem ersten und dem zweiten Haltegelenk sowie auch gegenüber dem Pivotpunkt. Das bedeutet, dass der oder die Antriebe bei Bewegung des Instrumentenhalters nicht selbst mit bewegt werden. Hierdurch wird die zu bewegende Masse des Manipulators gering gehalten und dadurch die Stabilität vergrößert.The manipulator according to the invention has at least one drive, preferably two drives, with which a rotation of the instrument axis in two angular degrees of freedom about the pivot point can be brought about. The at least one drive is preferably stationary relative to the first and the second retaining joint and also relative to the pivot point. This means that the drive or drives are not themselves moved when the instrument holder is moved. As a result, the mass of the manipulator to be moved is kept low, thereby increasing stability.

Sofern oben von Enden der Segmente die Rede ist, sind diese Enden funktional in dem Sinne zu verstehen, dass das Segment wie eine längliche Verbindung zwischen den beiden Enden wirkt, deren Enden die besagten Enden darstellen. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass die Segmente tatsächlich länglich ausgebildet sind, jedoch ist dies vorteilhaft, um die zu bewegende Masse gering zu halten. Dass ein Gelenk am Ende eines Segments angeordnet ist bedeutet vorzugsweise, dass das Gelenk so angeordnet ist, dass sich das Segment vom Gelenk in nur einer Richtung erstreckt, abgesehen von das Gelenk umgebenden Anteilen des Segments, die der Fixierung des Gelenkes am Segment dienen.If ends of the segments are mentioned above, these ends are to be understood functionally in the sense that the segment acts like an elongate connection between the two ends, the ends of which represent the said ends. It is not absolutely necessary for the segments to actually be elongate, but this is advantageous in order to keep the mass to be moved low. The fact that a joint is arranged at the end of a segment preferably means that the joint is arranged in such a way that the segment extends from the joint in only one direction, apart from the parts of the segment surrounding the joint which serve to fix the joint to the segment.

Da die Drehachsen der Gelenke an den Segmenten sich stets im Pivotpunkt schneiden, sind die Segmente vorteilhaft so gebogen, dass die Drehachsen der Gelenke zueinander in einem solchen Winkel stehen, dass sich die Drehachse im Pivotpunkt schneiden. Vorteilhafterweise können eines oder mehrere der Segmente als Kreissegmente ausgebildet sein, die länglich entlang eines Kreisbogens um den Pivotpunkt verlaufen. Auch ist es möglich, dass eines oder mehrere der Segmente gerade ausgebildet sind und an ihnen die Gelenke aufweisenden Ende so abgeknickt sind, dass die Drehachsen der Gelenke sich im Pivotpunkt schneiden. Darüberhinaus kann man auch eines oder mehrere der Segmente aus zwei geraden, vorzugsweise gleichlangen, Abschnitten zusammengesetzt sein, die so zueinander in einem Winkel stehen, dass sich die Drehachsen an den Enden dieser Abschnitt im Pivotpunkt schneiden.Since the axes of rotation of the joints on the segments always intersect at the pivot point, the segments are advantageously bent in such a way that the axes of rotation of the joints are at such an angle to one another that the axes of rotation intersect at the pivot point. Advantageously, one or several of the segments can be designed as circular segments that run longitudinally along an arc of a circle around the pivot point. It is also possible for one or more of the segments to be straight and for the ends having the joints to be bent in such a way that the axes of rotation of the joints intersect at the pivot point. In addition, one or more of the segments can also be composed of two straight sections, preferably of equal length, which are at an angle to one another in such a way that the axes of rotation at the ends of this section intersect at the pivot point.

Mit dem Pivotpunkt liegt stets der Drehmittelpunkt der Bewegung des Instrumentenhalters im Schnittpunkt der genannten Drehachsen. Die Form der Segmente kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, solange die durch das Segment verbundenen Gelenke so angeordnet sind, dass sich deren Achsen im Pivotpunkt schneiden. Die beschriebene Ausgestaltung der Segmente als Kreissegmente ist besonders vorteilhaft, da sich hier das Kreissegment in einer Kugelschale bewegt, wodurch die Kollision mit anderen Kreissegmenten vermieden werden kann. Das Kreissegment kann durch den Winkel der entsprechenden Drehachsen, den Radius und die Dicke vollständig beschrieben werden.With the pivot point, the center of rotation of the movement of the instrument holder always lies at the intersection of the aforementioned axes of rotation. In principle, the shape of the segments can be selected as desired, as long as the joints connected by the segment are arranged in such a way that their axes intersect at the pivot point. The described configuration of the segments as circle segments is particularly advantageous since the circle segment moves in a spherical shell, which means that collisions with other circle segments can be avoided. The circle segment can be fully described by the angle of the corresponding axes of rotation, the radius and the thickness.

Die Länge der Segmente wird bestimmt durch die Lage der Verbindungsgelenke und der Haltegelenke. Diese können dabei vorteilhaft so angeordnet werden, dass der Instrumentenhalter im durch die vorgesehene Anwendung gegebenen Raumwinkelbereich mit hinreichend großer Präzision und Kraftmoment bewegbar ist.The length of the segments is determined by the position of the connecting joints and the holding joints. These can advantageously be arranged in such a way that the instrument holder can be moved with sufficient precision and moment of force in the solid angle range given by the intended application.

Die erste Halteachse fällt mit der zweiten Halteachse zusammen.The first support axis coincides with the second support axis.

Bevorzugterweise ist das erste Gelenk des Instrumentenhalters am ersten Ort des Instrumentenhalters gegenüber dem zweiten Ort des Instrumentenhalters und gegebenenfalls einem Gelenk am zweiten Ort, beabstandet. Hierdurch wird es möglich, den oder die Antriebe zur Drehung des Instrumentenhalters an den Haltegelenken anzuordnen. Bei einer Beabstandung der Gelenke des Instrumentenhalters können daher die Haltegelenke angetrieben sein. Hierdurch kann die bewegte Masse bei Bewegung des Instrumentenhalters besonders gering gehalten werden, was die Stabilität und Präzision erhöht.Preferably, the first joint of the instrument holder at the first location of the instrument holder is spaced apart from the second location of the instrument holder and optionally a joint at the second location. This makes it possible to arrange the drive or drives for rotating the instrument holder on the holding joints. When the joints of the instrument holder are spaced apart, the holding joints can therefore be driven. As a result, the moving mass can be kept particularly low when the instrument holder is moved, which increases stability and precision.

Vorteilhafterweise hat das erste Haltegelenk einen anderen Abstand vom Pivotpunkt als das zweite Haltegelenk. Hierdurch können die Haltearme so konstruiert werden, dass eine Kollision in allen Lagen ausgeschlossen wird. Darüberhinaus erlaubt es diese Ausführung, zumindest ein Haltegelenk, vorzugsweise beide Haltegelenke, durch den zumindest einen Antrieb, vorzugsweise zwei Antriebe, anzutreiben und dabei den Instrumentenhalter in zwei Winkelfreiheitsgraden zu bewegen.Advantageously, the first holding joint has a different distance from the pivot point than the second holding joint. As a result, the holding arms can be designed in such a way that a collision is ruled out in all positions. In addition, this design allows at least one holding joint, preferably both holding joints, to be driven by the at least one drive, preferably two drives, and to move the instrument holder in two angular degrees of freedom.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Gelenk des Instrumentenhalters, das erste Verbindungsgelenk und das erste Haltegelenk auf einer gemeinsamen Kugelfläche angeordnet und/oder gegebenenfalls das zweite Gelenk des Instrumentenhalters, das zweite Verbindungsgelenk und das zweite Haltegelenk auf einer gemeinsamen Kugelfläche angeordnet, die besonders vorteilhaft einen anderen Radius hat als die Kugelfläche der ersten Gelenke. Die Kugelflächen haben dabei den Pivotpunkt als Mittelpunkt.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the first joint of the instrument holder, the first connecting joint and the first retaining joint are arranged on a common spherical surface and/or, if necessary, the second joint of the instrument holder, the second connecting joint and the second retaining joint are arranged on a common spherical surface which particularly advantageously has a different radius than the spherical surface of the first joints. The spherical surfaces have the pivot point as the center.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der zumindest eine Antrieb ein Antrieb sein, mit dem das erste Segment des ersten Haltearmes um die erste Halteachse antreibbar ist. Vorteilhafterweise kann außerdem ein weiterer Antrieb vorgesehen sein, der nicht mit dem ersten Antrieb identisch ist, mit dem das erste Segment des zweiten Haltearmes um die zweite Halteachse antreibbar ist. In dieser Ausgestaltung kann die Bewegung des Instrumentenhalters so realisiert werden, dass der oder die Antriebe selbst nicht bewegt, also verschoben, werden. Hierdurch kann die zu bewegenden Masse gering gehalten werden. Vorteilhafterweise ist in dieser Ausgestaltung der Erfindung der Instrumentenhalter mit beiden Haltearmen über jeweils ein Gelenk des Instrumentenhalters verbunden.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one drive can be a drive with which the first segment of the first holding arm can be driven about the first holding axis. Advantageously, a further drive can also be provided, which is not identical to the first drive, with which the first segment of the second holding arm can be driven about the second holding axis. In this embodiment, the movement of the instrument holder can be implemented in such a way that the drive or drives themselves are not moved, ie are not displaced. As a result, the mass to be moved can be kept low. Advantageously, in this embodiment of the invention, the instrument holder is connected to both holding arms via a respective joint of the instrument holder.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Manipulator eine lineare Verbindung aufweisen, deren eine Seite ortsfest gegenüber dem ersten und dem zweiten Haltegelenkt ist, und deren andere Seite mit dem Instrumentenhalter verbunden ist. Die lineare Verbindung ist also zwischen einer zu den Haltegelenken ortsfesten Struktur und dem Instrumentenhalter angeordnet. Nimmt man die Haltegelenke als ortsfest an, beispielsweise verbunden mit einer tragenden Struktur, so ist auch das entsprechenden Ende der linearen Verbindung ortsfest, während sich das mit dem Instrumentenhalter verbundenen Ende der linearen Verbindung um dieses Ende dreht, wenn der Manipulator bewegt wird.In an advantageous embodiment of the invention, the manipulator can have a linear connection, one side of which is articulated in a stationary manner with respect to the first and second holding means, and the other side of which is connected to the instrument holder. The linear connection is therefore arranged between a structure that is stationary relative to the holding joints and the instrument holder. Assuming the holding joints to be stationary, e.g. connected to a supporting structure, the corresponding end of the linear linkage is also stationary, while the end of the linear linkage connected to the instrument holder rotates about this end when the manipulator is moved.

Vorteilhafterweise kann die lineare Verbindung mit dem Instrumentenhalter über eine Kardangelenk verbunden sein, dass eine Drehungen des Instrumentenhalters in allen winkelfreiheitsgraden um einen Drehpunkt des Kardangelenks erlaubt, jedoch eine Drehung des Instrumentenhalters um die Instrumentenachse verhindert. Sofern durch die lineare Verbindung nur die Drehung des Instrumentenhalters um die Instrumentenachse verhindert werden soll, kann die lineare Verbindung so ausgestaltet sein, dass sie in allen anderen Freiheitsgraden der Bewegung des Instrumentenhalters beweglich ist, also keine anderen Freiheitsgrade einschränkt. Hierzu kann insbesondere die lineare Verbindung mit ihrem relativ zu den Haltegelenken ortsfesten Ende an einem Kardan- oder Kugelgelenk angeordnet sein. Darüberhinaus kann vorteilhaft die lineare Verbindung in diesem Falle eine veränderliche Länge aufweisen. Beispielsweise kann hierzu die lineare Verbindung durch zwei ineinander verlaufende Teile gebildet sein, die ineinander entlang einer Längsachse der linearen Verbindung verschiebbar sind.Advantageously, the linear connection can be connected to the instrument holder via a cardan joint that allows the instrument holder to rotate in all angular degrees of freedom about a pivot point of the cardan joint, but prevents the instrument holder from rotating about the instrument axis. If only the rotation of the instrument holder around the instrument axis is to be prevented by the linear connection, the linear connection can be configured in this way be that it is movable in all other degrees of freedom of movement of the instrument holder, i.e. it does not restrict any other degrees of freedom. For this purpose, in particular, the linear connection can be arranged with its end that is stationary relative to the holding joints on a cardan or ball joint. Moreover, in this case, the linear connection can advantageously have a variable length. For example, for this purpose the linear connection can be formed by two parts running into one another, which can be displaced into one another along a longitudinal axis of the linear connection.

Sofern durch die lineare Verbindung eine Kraft auf den Instrumentenhalter ausgeübt werden soll, gleichzeitig aber eine Drehung des Instrumentenhalters um die Instrumentenachse nicht verhindert werden soll, kann die lineare Verbindung mit dem Instrumentenhalter auch über ein Kugelgelenk verbunden sein.If a force is to be exerted on the instrument holder by the linear connection, but at the same time a rotation of the instrument holder about the instrument axis is not to be prevented, the linear connection can also be connected to the instrument holder via a ball joint.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der zumindest eine Antrieb die lineare Verbindung antreiben. Dabei wird die Antriebskraft über die lineare Verbindung auf den Instrumentenhalter ausgeübt. Der Antrieb ist dabei wiederum vorteilhafterweise an dem relativ zu den Haltegelenke ortsfesten Ende der linearen Verbindung angeordnet. Der Antrieb kann vorteilshafterweise die lineare Verbindung um eine oder zwei Achsen drehen, die ortsfest gegenüber den Haltegelenken sind.In an advantageous embodiment, the at least one drive can drive the linear connection. The driving force is exerted on the instrument holder via the linear connection. The drive is in turn advantageously arranged on the end of the linear connection which is stationary relative to the holding joints. Advantageously, the drive can rotate the linear linkage about one or two axes which are stationary with respect to the support joints.

Vorteilhafterweise kann die lineare Verbindung hierbei mittels zweier Antriebe um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen angetrieben werden. Dies ermöglicht eine Bewegung des Instrumentenhalters um zwei Winkelfreiheitsgrade um den Pivotpunkt.Advantageously, the linear connection can be driven here by means of two drives about two mutually perpendicular axes. This allows the instrument holder to move by two angular degrees of freedom around the pivot point.

In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die lineare Verbindung nur um eine Achse anzutreiben, die ortsfest zu den Haltegelenke ist, und einen weiteren Antrieb vorzusehen, mittels welchem eine Kraft in der Längsrichtung der linearen Verbindung ausübbar ist. Auch hierdurch kann eine Bewegung des Instrumentenhalters in zwei Winkelfreiheitsgraden bewirkt werden.In an alternative embodiment, it is also possible to drive the linear connection only about an axis that is stationary with respect to the holding joints, and to provide a further drive, by means of which a force can be exerted in the longitudinal direction of the linear connection. This can also cause the instrument holder to move in two degrees of angular freedom.

Es ist vorteilhaft, wenn die lineare Verbindung mit ihrem ortsfesten Ende über ein Kardangelenk mit beispielsweise einer die Haltegelenke tragenden Struktur verbunden ist. Es kann hierbei einer oder zwei der genannten Antriebe auf eine oder zwei der Achsen des Kardangelenkes wirken. Wird also, wie oben beschrieben, die lineare Verbindung um zwei ortsfeste Achsen gedreht, können beide Elemente des Kardangelenkes angetrieben sein. Wird die lineare Verbindung nur um eine Achse gedreht, so ist vorteilhaft nur ein Elemente des Kardangelenkes angetrieben und das andere Element frei beweglich.It is advantageous if the stationary end of the linear connection is connected via a cardan joint to, for example, a structure carrying the holding joints. In this case, one or two of the named drives can act on one or two of the axes of the cardan joint. If, as described above, the linear connection is rotated about two stationary axes, both elements of the cardan joint can be driven. If the linear connection is only rotated about one axis, only one element of the cardan joint is advantageously driven and the other element is freely movable.

Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn beide Elemente des Kardangelenkes angetrieben sind, einer der Antriebe nicht völlig ortsfest ist sondern bei Bewegung durch den anderen Antrieb mitbewegt wird. Vorteilhaft ist der mitbewegte Antrieb jedoch möglichst nah am Kardangelenk angeordnet, so dass das hierbei auftretenden Drehmoment gering ist.It should be noted that when both elements of the cardan joint are driven, one of the drives is not completely stationary but is moved along with the movement by the other drive. Advantageously, however, the drive that is moved along is arranged as close as possible to the cardan joint, so that the torque that occurs is low.

Die genannten Achsen, um welche die lineare Verbindung drehbar ist, stehen vorteilhafterweise senkrecht zur Längsrichtung der linearen Verbindung.The axes mentioned, about which the linear connection can be rotated, are advantageously perpendicular to the longitudinal direction of the linear connection.

Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Manipulator außerdem einen Instrumentenantrieb auf. Bevorzugterweise ist dieser Instrumentenantrieb so aufgebaut, dass die Antriebselemente ortsfest implementiert sind. Die Kraftübertragung kann beispielsweise durch parallel zur Linearachse ausgerichtete, nicht relativ zueinander drehbare Kolben und Zylinder erfolgen. Die Kolben bzw. Zylinder können auf der ortsfesten Seite mit ortsfesten Motoren und auf der Instrumentenhalterseite mit Kupplungen des Instrumentenantriebs verbunden sein und die Kupplungen von außen antreiben.Advantageously, the manipulator according to the invention also has an instrument drive. This instrument drive is preferably constructed in such a way that the drive elements are implemented in a stationary manner. The power can be transmitted, for example, by pistons and cylinders that are aligned parallel to the linear axis and cannot be rotated relative to one another. The pistons or cylinders can be connected to stationary motors on the stationary side and to clutches of the instrument drive on the instrument holder side and drive the clutches from the outside.

Vorteilhafterweise weist der Instrumentenantrieb eine lineare Übertragung auf, deren eines Ende ortsfest relativ zu einer das erste und das zweite Haltegelenk tragenden Struktur ist, und dessen anderes Ende mit dem Instrumentenhalter verbunden ist. Darüberhinaus weist vorzugsweise der Instrumentenantrieb einen Motor auf, der an dem ortsfesten Ende der linearen Übertragungen angreift. Vorteilhafterweise ist die lineare Übertragung so ausgestaltet, dass mit ihr eine durch den Motor ausgeübte Kraft oder ein durch den Motor ausgeübtes Drehmoment zum Instrumentenhalter übertragbar ist.Advantageously, the instrument drive comprises a linear transmission, one end of which is stationary relative to a structure supporting the first and second retaining joints, and the other end of which is connected to the instrument holder. Also preferably, the instrument drive includes a motor engaging the fixed end of the linear transmissions. The linear transmission is advantageously designed in such a way that it can be used to transmit a force exerted by the motor or a torque exerted by the motor to the instrument holder.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die lineare Übertragung eine Stange sein, die mit dem Motor über ein erstes Kardangelenk, hier als erstes Übertragungskardangelenk bezeichnet, verbunden ist und am Instrumentenhalter über ein zweites Kardangelenk, hier als zweites Übertragungskardangelenk bezeichnet, angreift. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die lineare Übertragung eine elastische Verbindung und/oder eine Feder sein oder aufweisen, deren eines Ende mit dem Motor verbunden ist und dessen anderes Ende am Instrumentenhalter angreift.In an advantageous embodiment, the linear transmission may be a rod connected to the motor through a first universal joint, referred to herein as the first transmission universal joint, and engages the instrument holder through a second universal joint, referred to herein as the second transmission universal joint. In a further advantageous embodiment, the linear transmission can be or have an elastic connection and/or a spring, one end of which is connected to the motor and the other end of which acts on the instrument holder.

Vorteilhafterweise greift die Übertragung am Instrumentenhalter an einer Kupplung an, über welche ein gehaltenes Instrument angetrieben wird.Advantageously, the transmission on the instrument holder acts on a clutch, via which a held instrument is driven.

Bevorzugterweise ist eine Länge der linearen Übertragung veränderbar. Sofern die lineare Übertragung als Stange ausgebildet ist, so kann dies beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Stange zwei ineinander verschiebliche Teile aufweist. Die Längenveränderlichkeit kann auch dadurch realisiert sein, dass die lineare Übertragung eine Feder aufweist.A length of the linear transmission is preferably variable. If the linear transmission is in the form of a rod, this can be achieved, for example, by the rod having two parts that can slide into one another. The variability in length can also be realized in that the linear transmission has a spring.

Durch die Längenveränderlichkeit der linearen Übertragung blockiert die lineare Übertragung nicht die Bewegung des Instrumentenhalters. Due to the length variability of the linear transmission, the linear transmission does not block the movement of the instrument holder.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den gezeigten Beispielen genannten Merkmale können auch unabhängig vom konkreten Beispiel realisiert sein.In the following, the invention is to be explained by way of example with reference to a number of figures. The same reference symbols designate the same or corresponding features. The features mentioned in the examples shown can also be implemented independently of the specific example.

Es zeigen:

1 verschiedene Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Manipulators für minimalinvasive Chirurgie mit unterschiedlichen Längen von Segmenten von Haltearmen,
2 einen Manipulator mit unterschiedlichen Möglichkeiten der Anordnung von Antrieben,
3 verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung von Segmenten von Haltearmen,
4 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit einer linearen Verbindung,
5 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit einer angetriebenen linearen Verbindung,
6 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit einer linearen Verbindung, die in einer Winkelrichtung und in ihrer Längsrichtung angetrieben ist,
7 einen erfindungsgemäßen Manipulator, wie in 6 gezeigt, bei dem die lineare Verbindung über ein Kugelgelenk mit dem Instrumentenhalter verbunden ist,
8 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit einer linearen Übertragung zum Antrieb eines Instruments,
9 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit einer linearen Übertragung zum Antrieb eines Instrumentes, wobei die lineare Übertragung elastische Bereiche aufweist, und
10 einen erfindungsgemäßen Manipulator mit einer linearen Übertragung zum Antrieb eines Instrumentes, wobei die lineare Übertragung eine Feder aufweist.

Show it:

1 different embodiment of a manipulator according to the invention for minimally invasive surgery with different lengths of segments of holding arms,
2 a manipulator with different options for arranging drives,
3 various options for designing segments of holding arms,
4 a manipulator according to the invention with a linear connection,
5 a manipulator according to the invention with a powered linear linkage,
6 a manipulator according to the invention with a linear linkage driven in an angular direction and in its longitudinal direction,
7 a manipulator according to the invention, as in 6 shown where the linear linkage is connected to the instrument holder via a ball joint,
8th a manipulator according to the invention with a linear transmission for driving an instrument,
9 a manipulator according to the invention with a linear transmission for driving an instrument, the linear transmission having elastic areas, and
10 a manipulator according to the invention with a linear transmission for driving an instrument, the linear transmission having a spring.

1 zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Manipulator für minimalinvasive Chirurgie. Die in drei Teilfiguren zeigen unterschiedliche Varianten des erfindungsgemäßen Manipulators mit variierenden Längen von Segmenten 1a, 1b, 2a, 2b von Haltearmen 1, 2. 1 shows an example of a manipulator according to the invention for minimally invasive surgery. The three partial figures show different variants of the manipulator according to the invention with varying lengths of segments 1a, 1b, 2a, 2b of holding arms 1, 2.

Der erfindungsgemäße Manipulator weist zunächst einen Instrumentenhalter 3 auf, der sich entlang einer im Folgenden als Instrumentenachse bezeichneten Längsachse des Instrumentenhalters 3 erstreckt. Wie im bezeigten Beispiel dargestellt kann der Instrumentenhalter 3 gerade ausgebildet sein.The manipulator according to the invention initially has an instrument holder 3, which extends along a longitudinal axis of the instrument holder 3, referred to below as the instrument axis. As shown in the example shown, the instrument holder 3 can be straight.

Darüberhinaus weist der erfindungsgemäße Manipulator einen ersten Haltearm 1 auf, der ein erstes Segment 1a und ein zweites Segment 1b aufweist. Dabei ist das erste Segment 1a mit dem zweiten Segment 1b über ein einachsiges erstes Verbindungsgelenk 21 verbunden. Das erste Verbindungsgelenk 21 ist um eine erste Verbindungsachse 51 drehbar, die durch einen Pivotpunkt 4 verläuft. Der Pivotpunkt 4 ist dabei auf dem Instrumentenhalter 3 bzw. der Instrumentenachse angeordnet.In addition, the manipulator according to the invention has a first holding arm 1, which has a first segment 1a and a second segment 1b. In this case, the first segment 1a is connected to the second segment 1b via a uniaxial first connecting joint 21 . The first connecting joint 21 can be rotated about a first connecting axis 51 which runs through a pivot point 4 . The pivot point 4 is arranged on the instrument holder 3 or the instrument axis.

Das erste Segment 1a des erste Haltearmes 1 ist an seinem dem ersten Verbindungsgelenk 21 abgewandten Ende an einem ersten Haltegelenk 11 angeordnet, dass um eine erste Halteachse 41 drehbar ist, die ebenfalls durch den Pivotpunkt 4 verläuft. Darüberhinaus ist das zweite Segment 1b des ersten Haltearmes 1 an seinem dem ersten Verbindungsgelenk 21 abgewandten Ende mit dem Instrumentenhalter 3 an einem ersten Ort des Instrumentenhalters über ein einachsiges erstes Gelenk 31 des Instrumentenhalters verbunden, das um die Instrumentenachse drehbar ist.The first segment 1a of the first holding arm 1 is arranged at its end facing away from the first connecting joint 21 on a first holding joint 11 which can be rotated about a first holding axis 41 which also runs through the pivot point 4 . In addition, the second segment 1b of the first holding arm 1 is connected at its end remote from the first connecting joint 21 to the instrument holder 3 at a first location of the instrument holder via a uniaxial first joint 31 of the instrument holder, which is rotatable about the instrument axis.

In entsprechender Weise weist der zweite Haltearm 2 ein erstes Segment 2a und ein zweites Segment 2b auf, die über ein zweites Verbindungsgelenk 22 miteinander verbunden sind. Das Verbindungsgelenk 22 ist dabei um eine zweite Verbindungsachse 52 drehbar, die durch den Pivotpunkt 4 verläuft.In a corresponding manner, the second holding arm 2 has a first segment 2a and a second segment 2b which are connected to one another via a second connecting joint 22 . The connecting joint 22 can be rotated about a second connecting axis 52 which runs through the pivot point 4 .

Das erste Segment 2a des zweiten Haltearmes 2 ist an seiner dem zweiten Verbindungsgelenk 22 abgewandten Seite an einem zweiten Haltegelenk 12 angeordnet, dass um eine zweite Halteachse drehbar ist. Wie in 1 gezeigt, kann die zweite Halteachse optional mit der ersten Halteachse 41 zusammenfallen. Wichtig ist jedoch nur, dass die zweite Halteachse durch den Pivotpunkt 4 verläuft.The first segment 2a of the second holding arm 2 is arranged on its side facing away from the second connecting joint 22 on a second holding joint 12 which can be rotated about a second holding axis. As in 1 1, the second support axis may optionally coincide with the first support axis 41. However, it is only important that the second holding axis runs through the pivot point 4.

Das zweite Element 2b des zweiten Haltearmes 2 ist an seinem dem zweiten Verbindungsgelenk 22 angewandten Ende mit dem Instrumentenhalter 3 an einem zweiten Ort des Instrumentenhalters verbunden. Die Verbindung kann über ein einachsiges zweites Gelenk 32 des Instrumentenhalters gebildet sein, das um die Instrumentenachse drehbar ist, sie kann aber auch fest sein.The second element 2b of the second holding arm 2 is connected at its end opposite the second connecting joint 22 to the instrument holder 3 at a second location of the instrument holder. The connection can be formed via a uniaxial second joint 32 of the instrument holder be rotatable about the instrument axis, but it can also be fixed.

Im gezeigten Beispiel können alle Segmente 1a, 1b, 2a und 2b als Kreisbögen ausgestaltet sein, deren Kreismittelpunkt durch den Pivotpunkt 4 gebildet wird. Die jeweiligen Gelenke 11, 21, 31, 12, 22, 32 sind dabei jeweils am Ende des entsprechenden Kreisbogens angeordnet.In the example shown, all segments 1a, 1b, 2a and 2b can be designed as arcs of a circle, the center of which is formed by the pivot point 4. The respective joints 11, 21, 31, 12, 22, 32 are each arranged at the end of the corresponding circular arc.

Im gezeigten Beispiel können das erste Gelenk 31 des Instrumentenhalters und gegebenenfalls das zweite Gelenke 32 des Instrumentenhalters, bzw. der erste Ort des Instrumentenhalters und der zweite Ort des Instrumentenhalters, voneinander beabstandet sein. Auch kann der Abstand des ersten Haltegelenkes 11 vom Pivotpunkt 4 unterschiedlich zum Abstand des zweiten Haltegelenkes 12 vom Pivotpunkt 4 sein. Im gezeigten Beispiel können alle Gelenke 11, 21, 31 des ersten Haltearmes 1 auf einer gemeinsamen Kugeloberfläche angeordnet sein, deren Mittelpunkt der Pivotpunkt 4 bildet und alle Gelenke 12, 22, 32 des zweiten Haltearmes 2 können auf einer weiteren Kugeloberfläche angeordnet sein, deren Mittelpunkt ebenfalls der Pivotpunkt 4 ist, wobei der Radius der Kugeloberfläche des zweiten Haltearmes 2 kleiner als jener des ersten Haltearmes 1 ist. Durch eine solche Anordnung kann eine Kollision der Haltearme in jeder Position wirkungsvoll vermieden werden, da sich die Haltearme stets in unterschiedlichen Kugeloberflächen bewegen.In the example shown, the first joint 31 of the instrument holder and possibly the second joint 32 of the instrument holder, or the first location of the instrument holder and the second location of the instrument holder, can be spaced apart from one another. The distance between the first holding joint 11 and the pivot point 4 can also be different from the distance between the second holding joint 12 and the pivot point 4 . In the example shown, all joints 11, 21, 31 of the first holding arm 1 can be arranged on a common spherical surface, the center of which is the pivot point 4, and all joints 12, 22, 32 of the second holding arm 2 can be arranged on another spherical surface, the center of which is is also the pivot point 4, the radius of the spherical surface of the second holding arm 2 being smaller than that of the first holding arm 1. With such an arrangement, a collision of the holding arms can be effectively avoided in any position, since the holding arms always move on different spherical surfaces.

Erfindungsgemäß weist der Manipulator zumindest einen Antrieb 61, 62 auf, mit dem eine Drehung des Instrumentenhalters 3 bzw. der Instrumentenachse in zwei Winkelfreiheitsgraden um den Pivotpunkt bewirkbar ist. Im gezeigten Beispiel kann der Manipulator zwei Antriebe 61 und 62 aufweisen. Dabei ist über den Antrieb 61 das Haltegelenk 11 antreibbar und über den Antrieb 62 das Haltegelenk 12. Über den ersten 1 und den zweiten 2 Haltearm wird dadurch der Instrumentenhalter 3 um den Pivotpunkt 4 bewegt. Unabhängig von der Anordnung der Antriebe 61, 62 ist in der erfindungsgemäßen Konstruktion die Lage der Haltegelenke 11 und 12 stets fest gegenüber der Lage des Pivotpunktes 4. Sind die Haltegelenke 11 und 12 daher ortsfest beispielsweise mit einer tragenden Struktur verbunden, so ist auch der Pivotpunkt 4 konstruktionsbedingt ortsfest.According to the invention, the manipulator has at least one drive 61, 62, with which the instrument holder 3 or the instrument axis can be rotated in two angular degrees of freedom about the pivot point. In the example shown, the manipulator can have two drives 61 and 62 . The holding joint 11 can be driven via the drive 61 and the holding joint 12 can be driven via the drive 62. The instrument holder 3 is thereby moved about the pivot point 4 via the first 1 and the second 2 holding arm. Irrespective of the arrangement of the drives 61, 62, the position of the holding joints 11 and 12 is always fixed in the construction according to the invention in relation to the position of the pivot point 4. If the holding joints 11 and 12 are therefore connected in a fixed position, for example to a supporting structure, the pivot point is also 4 stationary due to construction.

Im gezeigten Beispiel wird durch den ersten Antrieb 61 das erste Segment 1a des ersten Haltearmes 1 angetrieben und durch den zweiten Antrieb 62 das erste Segment 2a des zweiten Haltearmes 2.In the example shown, the first drive 61 drives the first segment 1a of the first holding arm 1 and the second drive 62 drives the first segment 2a of the second holding arm 2.

Die drei Teilbilder der 1 zeigen unterschiedliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators, in denen die Verbindungsgelenke 21, 22 unterschiedlich angeordnet sind. Eine unterschiedliche Anordnung der Verbindungsgelenke 21 und 22 führt zu unterschiedlichen Längen der entsprechenden Segmente 1a, 1b, 2a und 2b. Es ist insbesondere auch möglich, was in 1 nicht gezeigt ist, dass die Verbindungsgelenke 21 und 22 koaxial zueinander angeordnet sind, so dass die erste Verbindungachse 51 und die zweite Verbindungsachse 52 aufeinander liegen.The three partial images 1 show different configurations of the manipulator according to the invention, in which the connecting joints 21, 22 are arranged differently. A different arrangement of the connecting joints 21 and 22 leads to different lengths of the corresponding segments 1a, 1b, 2a and 2b. In particular, it is also possible what in 1 It is not shown that the connecting joints 21 and 22 are arranged coaxially with one another, so that the first connecting axis 51 and the second connecting axis 52 lie on top of one another.

2 zeigt einen Manipulator, auf den die 1 gemachten Aussagen ebenfalls zutreffen. Anders als in 1 sind jedoch hier die Antriebe 61 des ersten Haltearms 1 und 62 des zweiten Haltearmes 2 nicht koaxial angeordnet und die Haltegelenke 11 des ersten Haltearmes und 12 des zweiten Haltearmes sind daher ebenfalls nicht koaxial angeordnet. Dieser Manipulator ist also nicht erfindungsgemäß. Dennoch sind auch hier in beiden Teilbildern die Antriebe 61 und 62 sowie die Haltegelenke 11 und 12 so angeordnet, dass deren Drehachsen wie auch die Drehachsen aller anderen Gelenke durch den Pivotpunkt 4 verlaufen. 2 shows a manipulator on which the 1 statements made also apply. Unlike in 1 However, here the drives 61 of the first holding arm 1 and 62 of the second holding arm 2 are not arranged coaxially and the holding joints 11 of the first holding arm and 12 of the second holding arm are therefore also not arranged coaxially. This manipulator is therefore not in accordance with the invention. Nevertheless, the drives 61 and 62 and the holding joints 11 and 12 are also arranged here in both partial images in such a way that their axes of rotation, like the axes of rotation of all other joints, run through the pivot point 4 .

3 zeigt beispielhaft verschiedene mögliche Ausgestaltungen der in 1 und 2 sowie den anderen Beispielen zum Einsatz kommenden Segmente 1a, 1b, 2a und/oder 2b. Die gezeigten Segmente verlaufen je nach Funktion im Manipulator zwischen den Gelenken 31, 32, 21 oder 22 einerseits und den Gelenken 21, 11, 22 oder 12 anderseits. 3 shows various possible configurations of the in 1 and 2 as well as the other examples used segments 1a, 1b, 2a and / or 2b. Depending on the function in the manipulator, the segments shown run between the joints 31, 32, 21 or 22 on the one hand and the joints 21, 11, 22 or 12 on the other.

Unabhängig von der Form des entsprechenden Segments sind die Gelenke 31, 32, 21 oder 22 und 21, 11, 22 oder 12 am Ende des jeweiligen Segments 1a, 1b, 2a, 2b so angeordnet, dass ihre Drehachsen durch den Pivotpunkt 4 verlaufen.Regardless of the shape of the corresponding segment, the joints 31, 32, 21 or 22 and 21, 11, 22 or 12 are arranged at the end of the respective segment 1a, 1b, 2a, 2b in such a way that their axes of rotation pass through the pivot point 4.

Im linken Bild ist das Segment 1a, 1b, 2a, 2b kreisbogenförmig ausgebildet um den Pivotpunkt 4 als Mittelpunkt.In the image on the left, the segment 1a, 1b, 2a, 2b is formed in the shape of a circular arc around the pivot point 4 as the center.

Im mittleren Teilbild ist das Segment gerade ausgebildet, wobei nur die Enden des Segments so abgeknickt sind, dass die Drehachsen der Gelenke 31, 21, 32, 22 und 21, 11, 22, 12 durch den Pivotpunkt 4 verlaufen.In the middle part of the image, the segment is straight, with only the ends of the segment being bent in such a way that the axes of rotation of the joints 31 , 21 , 32 , 22 and 21 , 11 , 22 , 12 run through the pivot point 4 .

Im rechten Teilbild ist das Segment 1a, 1b, 2a, 2b in seiner Mitte in zwei gleichlange Schenkel abgeknickt, die jeweils gerade sind. Der Winkel zwischen den beiden Schenkeln ist dabei so gewählt, dass die Drehachsen der Gelenke 31, 32, 21, 22 und 21, 11, 22, 12 durch den Pivotpunkt 4 verlaufen. Eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungen der Segmente ist möglich, sofern die Randbedingung erfüllt ist, dass die Drehachsen der Gelenke an den Enden der Segmente durch den Pivotpunkt 4 verlaufen.In the right part of the image, the segment 1a, 1b, 2a, 2b is bent at its center into two legs of equal length, each of which is straight. The angle between the two legs is selected in such a way that the axes of rotation of the joints 31 , 32 , 21 , 22 and 21 , 11 , 22 , 12 run through the pivot point 4 . A large number of other configurations of the segments are possible, provided that the boundary condition is met that the axes of rotation of the joints at the ends of the segments run through the pivot point 4 .

4 zeigt einen erfindungsgemäßen Manipulator, in dem die Anordnung der Haltearme 1 und 2 mit den dazugehörigen Gelenken und Segmenten sowie der Antriebe 61 und 62 der Haltegelenke 11 und 12 jener in 1 gezeigten entspricht. Auf die Beschreibung der 1 soll daher diesbezüglich Bezug genommen werden. 4 shows a manipulator according to the invention, in which the arrangement of the holding arms 1 and 2 with the associated joints and segments as well as the drives 61 and 62 of the holding joints 11 and 12 of those in 1 shown. On the description of 1 should therefore be referred to in this regard.

Zusätzlich zur in 1 gezeigten Ausgestaltung weist der Manipulator in 4 eine lineare Verbindung 401 auf. Darüberhinaus zeigt 4 eine tragende Struktur 402, welche die Antriebe 61 und 62 sowie die Haltegelenke 11 und 12 trägt. Die Antriebe 61, 62 und Haltegelenke 11, 12 sind daher ortsfest relativ zur Struktur 402. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion ist außerdem die tragende Struktur 402 ortsfest gegenüber dem Pivotpunkt 4.In addition to the in 1 shown embodiment, the manipulator in 4 a linear connection 401 on. Furthermore shows 4 a supporting structure 402 which supports the drives 61 and 62 and the holding joints 11 and 12. The drives 61, 62 and holding joints 11, 12 are therefore stationary relative to the structure 402. Due to the construction according to the invention, the supporting structure 402 is also stationary relative to the pivot point 4.

Die lineare Verbindung 401 verläuft nun zwischen der tragenden Struktur 402 einerseits und dem Instrumentenhalter 3 andererseits. Das eine Ende der linearen Verbindung ist also ortsfest gegenüber der tragenden Struktur 402 und den Haltegelenken 11 und 12. Die andere Seite der linearen Verbindung 401 ist mit dem Instrumentenhalter 3 verbunden. Sofern hier wie auch in den anderen Beispielen von einem ortsfesten Ende die Rede ist, so bezeichnet dies bei einem an einem Gelenk angeordneten Element den Drehpunkt des Gelenkes.The linear connection 401 now runs between the supporting structure 402 on the one hand and the instrument holder 3 on the other. One end of the linear connection is therefore stationary with respect to the supporting structure 402 and the holding joints 11 and 12. The other side of the linear connection 401 is connected to the instrument holder 3. Insofar as a stationary end is mentioned here, as in the other examples, this designates the pivot point of the joint in the case of an element arranged on a joint.

Die Verbindung der linearen Verbindung 401 mit dem Instrumentenhalter 3 kann über ein Kardangelenk 403 realisiert sein. Im Allgemeinen wird hier unter einem Kardangelenk ein Gelenk verstanden, das zwei senkrechte zueinander stehende einachsige Gelenke aufweist.The linear connection 401 can be connected to the instrument holder 3 via a cardan joint 403 . In general, a cardan joint is understood to mean a joint that has two uniaxial joints that are perpendicular to one another.

Im in 4 gezeigten Beispiel erlaubt das Gelenk 403 eine Drehung des Instrumentenhalters 3 um eine Achse die senkrecht zur Längsrichtung des Instrumentenhalters 3 und senkrecht zu einer Längsrichtung der linearen Verbindung 401 steht. Darüberhinaus erlaubt Das Gelenk 403 eine Drehung dieser Achse um eine Drehachse, die parallel zur Längsrichtung der linearen Verbindung 401 verläuft. Dieser Freiheitsgrad kann durch die Verbindung des Gelenks 403 mit der linearen Verbindung 401 als einachsiges Gelenk realisiert sein, oder es kann die lineare Verbindung 401 fest mit dem Gelenk 403 verbunden sein und die lineare Verbindung selbst so ausgestaltet sein, dass ihre Enden gegeneinander um die Längsachse der linearen Verbindung 401 drehbar sind.in 4 The example shown allows the joint 403 to rotate the instrument holder 3 about an axis which is perpendicular to the longitudinal direction of the instrument holder 3 and perpendicular to a longitudinal direction of the linear connection 401 . In addition, the articulation 403 allows this axis to rotate about an axis of rotation parallel to the longitudinal direction of the linear link 401. This degree of freedom can be realized by connecting the joint 403 to the linear connection 401 as a uniaxial joint, or the linear connection 401 can be firmly connected to the joint 403 and the linear connection itself can be designed in such a way that their ends face each other around the longitudinal axis of the linear link 401 are rotatable.

Die lineare Verbindung 401 ist im in 4 gezeigten Beispiel durch zwei Segmente realisiert, die ineinander in Richtung der Längsrichtung der linearen Verbindung 401 verschieblich sind. Dadurch ist der Abstand zwischen dem Gelenk 403 und dem ortsfesten Ende der linearen Verbindung 401 variabel.The linear connection 401 is in the in 4 example shown realized by two segments that are slidable into each other in the direction of the longitudinal direction of the linear connection 401. As a result, the distance between the joint 403 and the stationary end of the linear link 401 is variable.

Das an der tragenden Struktur 402 angeordnete Ende der linearen Verbindung 401 ist mit der tragenden Struktur 402 über ein Kardangelenk 404 verbunden, dass eine Drehung der linearen Verbindung 401 um das ortsfeste Ende in allen Winkelfreiheitsgraden erlaubt.The end of the linear connection 401 arranged on the supporting structure 402 is connected to the supporting structure 402 via a cardan joint 404 that allows the linear connection 401 to rotate about the fixed end in all angular degrees of freedom.

In 4 ist die lineare Verbindung 401 lediglich passiv und dient dazu, eine Drehung des Instrumentenhalters 3 um die Instrumentenachse, also seine Längsrichtung, zu verhindern.In 4 the linear connection 401 is merely passive and serves to prevent the instrument holder 3 from rotating about the instrument axis, ie its longitudinal direction.

5 zeigt einen erfindungsgemäßen Manipulator, dessen Aufbau abgesehen von den im Folgenden beschriebenen Unterschieden, jenen des Manipulators in 4 entspricht. 5 shows a manipulator according to the invention, the structure of which, apart from the differences described below, is that of the manipulator in 4 is equivalent to.

Anders als in 4 sind die Haltegelenke 11 und 12 des ersten Haltearmes 1 und des zweiten Haltearmes 2 im in 5 gezeigten Beispiel nicht angetrieben. Eine Bewegung des Instrumentenhalters 3 wird in 5 durch Antriebe 501 und 502 bewirkt, die eine Drehung der linearen Verbindung 401 um deren ortsfestes Ende, also das relativ zur tragenden Struktur 402 feste Ende, bewirken. Wie in 5 gezeigt, können die Antriebe 501 und 502 das Kardangelenk 404 antreiben, über welches die lineare Verbindung 401 mit der tragenden Struktur 402 verbunden ist. In 5 ist für jeden Winkelfreiheitsgrad der linearen Verbindung 401 einer der Antriebe 501 und 502 zuständig. Durch die Antriebe 501 und 502 kann der Instrumentenhalter daher in jede Winkelposition um den Pivotpunkt 4 bewegt werden. Die lineare Verbindung 401 ist hierbei also nicht passiv, wie 4, sondern aktiv angetrieben durch die Antriebe 501 und 502.Unlike in 4 are the holding joints 11 and 12 of the first holding arm 1 and the second holding arm 2 in in 5 shown example not driven. A movement of the instrument holder 3 is 5 by drives 501 and 502, which cause a rotation of the linear linkage 401 about its stationary end, that is to say the end which is fixed relative to the supporting structure 402. As in 5 As shown, the actuators 501 and 502 can drive the universal joint 404 via which the linear linkage 401 is connected to the supporting structure 402. In 5 one of the drives 501 and 502 is responsible for each angular degree of freedom of the linear connection 401 . The instrument holder can therefore be moved into any angular position about the pivot point 4 by the drives 501 and 502 . In this case, the linear connection 401 is not passive, like 4 , but actively driven by the drives 501 and 502.

6 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators, der, bis auf die im Folgenden beschriebenen Unterschiede, dem in 4 gezeigten Manipulator entspricht. 6 shows a further embodiment of the manipulator according to the invention, which, apart from the differences described below, 4 shown manipulator corresponds.

Anders als in 4 gezeigt, weist der in 6 gezeigte Manipulator keine Antriebe der Haltegelenke 11 und 12 auf. Es ist jedoch ein Antrieb 601 vorgesehen, mit dem die lineare Verbindung 401 in einem Winkelfreiheitsgrad antreibbar ist. Darüberhinaus weist die in 6 gezeigte Vorrichtung einen linearen Antrieb 602 auf, der eine Längenänderung der linearen Verbindung 401 bewirken kann. Hierzu weist die lineare Verbindung 401 wiederum zwei Segmente auf, die einander verschieblich sind. Der lineare Antrieb 602 bewirkt dabei die entsprechende Verschiebung. Mittels der Antriebe 601 und 602 kann der Instrumentenhalter 3 in beiden Winkelfreiheitsgraden um den Pivotpunkt 4 bewegt werden.Unlike in 4 shown, the in 6 Manipulator shown no drives of the holding joints 11 and 12. However, a drive 601 is provided with which the linear connection 401 can be driven in one angular degree of freedom. In addition, the in 6 Device shown on a linear drive 602, which can cause a change in length of the linear connection 401. For this purpose, the linear connection 401 again has two segments that can be displaced relative to one another. The linear drive 602 brings about the corresponding displacement. The instrument holder 3 can be moved about the pivot point 4 in both angular degrees of freedom by means of the drives 601 and 602 .

7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators. Die in 7 gezeigte Ausgestaltung entspricht bis auf den folgenden ausgeführten Unterschied der in 6 gezeigten Ausführung. Anders als in 6 ist in 7 die lineare Verbindung 401 mit dem Instrumentenhalter 3 nicht über ein Kardangelenk 403 verbunden, sondern über ein Kugelgelenk 701. Im Gegensatz zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist daher eine Rotation des Instrumentenhalters 3 um die Instrumentenachse möglich. Bezüglich der anderen Eigenschaften der in 7 gezeigten Ausführungsform wird auf 6 Bezug genommen. 7 shows a further exemplary embodiment of the manipulator according to the invention. In the 7 configuration shown corresponds to the following difference of the in 6 shown version. Unlike in 6 is in 7 the linear connection 401 with the instrument holder 3 is not connected via a cardan joint 403, but via a ball joint 701. In contrast to the in 6 The embodiment shown therefore enables the instrument holder 3 to rotate about the instrument axis. Regarding the other properties of the in 7 shown embodiment is on 6 referenced.

8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Manipulators. Bis auf die im Folgenden dargestellten Unterschiede entspricht diese Ausgestaltung der in 6 gezeigten Ausgestaltung. Betreffend der übereinstimmenden Merkmale soll daher auf die Beschreibung zu 6 Bezug genommen werden. 8th shows a further exemplary embodiment of a manipulator according to the invention. Except for the differences presented below, this design corresponds to that in 6 shown configuration. Regarding the matching features should therefore refer to the description 6 be referred to.

Zusätzlich zu der in 6 gezeigten Ausführungsform weist die in 8 gezeigte Ausführungsform einen Instrumentenantrieb auf, mit dem ein vom Instrumentenhalter 3 gehaltenes Instrument antreibbar ist. Der Instrumentenantrieb weist eine lineare Übertragung 803 auf, deren eines Ende im Wesentlichen ortsfest relativ zu der tragenden Struktur 402 ist und deren anderes Ende mit dem Instrumentenhalter 3 verbunden ist.In addition to the in 6 embodiment shown has the 8th The embodiment shown has an instrument drive with which an instrument held by the instrument holder 3 can be driven. The instrument drive has a linear transmission 803 , one end of which is essentially stationary relative to the supporting structure 402 and the other end of which is connected to the instrument holder 3 .

Der Instrumentenantrieb weist einen Antriebsmotor 801 auf, der an der lineare Übertragung 803 angreift. Im gezeigten Beispiel kann der Motor 801 mit der linearen Übertragung 803 beispielsweise über ein Kardangelenk 802 gekoppelt sein, so dass eine vom Motor 801 ausgeübte Kraft oder ein von dem Motor 801 ausgeübtes Drehmoment auf die lineare Übertragung 803 übertragbar ist.The instrument drive has a drive motor 801 which acts on the linear transmission 803 . In the example shown, the motor 801 can be coupled to the linear transmission 803 via a cardan joint 802, for example, so that a force exerted by the motor 801 or a torque exerted by the motor 801 can be transmitted to the linear transmission 803.

Das dem ortsfesten Ende gegenüberliegende Ende der linearen Übertragung 803 greift am Instrumentenhalter 3 an. Es kann dabei insbesondere an einer Kupplung 804 angreifen, über die das Instrument antreibbar ist. Beispielsweise kann hier die lineare Übertragung 803 mit der Kupplung 804 über ein Kardangelenk 805 verbunden sein.The end of the linear transmission 803 opposite the stationary end engages with the instrument holder 3 . In particular, it can act on a coupling 804, via which the instrument can be driven. For example, the linear transmission 803 can be connected to the clutch 804 via a cardan joint 805 here.

Im gezeigten Beispiel kann die lineare Übertragung 803 zwei ineinander verschiebliche Segmente aufweisen, so dass die lineare Übertragung 803 in ihrer Längsrichtung nicht beschränkend wirkt. Um eine Übertragung eines Drehmomentes entlang der linearen Übertragung 803 zu ermöglichen, hat vorzugsweise die lineare Übertragung 803 einen nicht kreisförmigen Querschnitt. Im in 8 gezeigten Beispiel kann der Querschnitt beispielsweise rechteckig oder quadratisch sein. Der Querschnitt wird hierbei in einer Fläche senkrecht zur Längsrichtung der linearen Übertragung 803 betrachtet.In the example shown, the linear transmission 803 can have two segments that can be displaced into one another, so that the linear transmission 803 does not have a restrictive effect in its longitudinal direction. To enable torque to be transmitted along the linear transmission 803, the linear transmission 803 preferably has a non-circular cross-section. in 8th example shown, the cross-section may be rectangular or square, for example. In this case, the cross section is viewed in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the linear transmission 803 .

9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Manipulators. Die in 9 gezeigte Ausgestaltung entspricht dabei jener in 8 gezeigten, mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. 9 shows a further exemplary embodiment of a manipulator according to the invention. In the 9 The configuration shown corresponds to that in 8th shown, except for the differences described below.

Anders als in 8 ist die lineare Übertragung 803 in 9 mit dem Motor 801 nicht über eine Kardangelenk 802 sondern über ein elastisches Element 902. Darüberhinaus ist die lineare Übertragung 803 mit der Kupplung 804 nicht über ein Kardangelenk 805 verbunden, sondern über ein elastisches Element 905. Die anderen Details der in 9 gezeigten Ausführungsform können wie in 8 gezeigt und dort beschrieben ausgestaltet sein.Unlike in 8th is the linear transfer 803 in 9 with the motor 801 not via a universal joint 802 but via an elastic element 902. Furthermore, the linear transmission 803 is not connected to the clutch 804 via a universal joint 805 but via an elastic element 905. The other details of the in 9 shown embodiment can as in 8th be shown and described there configured.

10 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Manipulators entsprechend dem in 9 gezeigten, mit den im Folgenden beschriebenen Unterschieden. Auf die Beschreibung zu 9 soll daher hier Bezug genommen werden. 10 shows a further exemplary embodiment of the manipulator according to the invention in accordance with 9 shown, with the differences described below. towards the description 9 should therefore be referred to here.

Anders in 9 gezeigt ist die lineare Übertragung des Instrumentenantriebs zwischen dem Motor 801 und der Kupplung 804 nicht durch das gerade ineinander verschiebliche Element 803 und die elastischen Elemente 902 und 905 ausgestaltet, sondern durch eine Feder 1003, die am Motor 801 in einer Führung 1002 geführt wird und vor der Kupplung 804 in einer Führung 1005 geführt wird. Wie die linearen Übertragungen in 8 und 9 ermöglicht auch die lineare Übertragung in 10 eine Übertragung eines Drehmomentes vom Motor 801 auf die Kupplung 804. Die Längenänderung der linearen Übertragung, die in den 8 und 9 durch ineinander verschiebliche Elemente bewirkt wird, wird in 10 durch die Feder 1003 bewirkt, deren Länge veränderlich ist. Die anderen Details der in 10 gezeigten Ausgestaltung entsprechend jenen in 8 und 9 gezeigten.different in 9 The linear transmission of the instrument drive between the motor 801 and the clutch 804 is not shown by the element 803, which can be displaced straight into one another, and the elastic elements 902 and 905, but by a spring 1003, which is guided in a guide 1002 on the motor 801 and before of the clutch 804 is guided in a guide 1005. Like the linear transfers in 8th and 9 also allows linear transmission in 10 a transmission of torque from the engine 801 to the clutch 804. The change in length of the linear transmission in the 8th and 9 is effected by elements that can be moved into one another, is in 10 caused by the spring 1003, the length of which is variable. The other details of the in 10 shown configuration corresponding to those in 8th and 9 shown.

Es sei bezüglich der linearen Übertragung, wie sie in den 8, 9 und 10 gezeigt ist, darauf hingewiesen, dass die lineare Übertragung aufweisend den Motor 801, die Kupplung 802, 902, 1002, das lineare Element 803, 903, 1003, die Kopplung 805, 905, 1005 und die Kupplung 804 in den 8, 9 und 10 in Verbindung mit einem Antrieb 601 und 602 gezeigt ist, wobei die lineare Verbindung 401 durch den Antrieb 601 in einem Winkelbereich und durch den Antrieb 602 in einer Längsrichtung angetrieben wird. Die Realisierung der linearen Übertragung ist jedoch vollständig unabhängig von der Realisierung des Antriebs. Die in den 8, 9 und 10 gezeigte lineare Übertragung kann daher auch in Verbindung mit Antrieben, wie sie in den 1, 2, 4 und 5 gezeigt sind, realisiert sein.It is with respect to the linear transmission, as in the 8th , 9 and 10 is shown, noted that the linear transmission comprising the motor 801, the clutch 802, 902, 1002, the linear element 803, 903, 1003, the coupling 805, 905, 1005 and the clutch 804 in the 8th , 9 and 10 is shown in connection with a drive 601 and 602, the linear linkage 401 being driven by drive 601 in an angular range and by drive 602 in a longitudinal direction. However, the implementation of the linear transmission is completely independent of the implementation of the drive. The in the 8th , 9 and 10 Linear transmission shown can therefore also be used in conjunction with drives, as in the 1 , 2 , 4 and 5 are shown can be realized.

Claims

Manipulator for minimally invasive surgery, having an instrument holder (3) which extends along a longitudinal axis of the instrument holder (3) referred to as the instrument axis, a first holding arm (1) with a first segment (1a) of the first holding arm (1) and a second segment (1b) of the first holding arm (1), wherein the first segment (1a) of the first holding arm (1) is connected to the second segment (1b) of the first holding arm (1) via a uniaxial first connecting joint (21) which is about a first connecting axis (51) which runs through a pivot point (4) lying on the instrument axis, a second holding arm (2) with a first segment (2a) of the second holding arm and a second segment (2b) of the second holding arm, the the first segment (2a) of the second holding arm is connected to the second segment (2b) of the second holding arm via a uniaxial second connecting joint (22) which is rotatable about a second connecting axis (52), we lche runs through the pivot point (4), and wherein the first segment (1a) of the first holding arm (1) is arranged at an end remote from the first connecting joint (21) on a first holding joint (11) which pivots about a first holding axis (41 ). uniaxial first joint (31) of the instrument holder (3) which is rotatable about the instrument axis, the first segment (2a) of the second holding arm (2) being connected to a second holding joint (12 ) which is rotatable about a second holding axis which runs through the pivot point (4), the second segment (2b) of the second holding arm (2) being connected to the instrument holder at an end remote from the second connecting joint (22). r (3) at a second location of the instrument holder (3), and further having at least one drive (61, 62) with which the instrument axis can be rotated in two angular degrees of freedom about the pivot point, characterized in that the first holding axis (41) coincides with the second support axis.

manipulator after claim 1 the second segment (2b) of the second holding arm (2) being connected at the second location of the instrument holder (3) via a uniaxial second joint (32) of the instrument holder which is rotatable about the instrument axis.

Manipulator according to one of the preceding claims, wherein the first joint (31) of the instrument holder (3) is spaced at the first location of the instrument holder (3) relative to the second location of the instrument holder (3).

Manipulator according to one of the preceding claims, wherein the at least one drive (61, 62) is a drive (61) with which the first segment (1a) of the first holding arm (1) can be driven about the first holding axis (41) or a drive (62) with which the first segment (2a) of the second holding arm can be driven about the second holding axis.

Manipulator according to one of the preceding claims, wherein the first connecting joint (21), the first holding joint (11) and the first joint (31) of the instrument holder (3) lie on a common spherical surface, the center of which is the pivot point (4) and/or the second connecting joint (22), the second retaining joint (12) and the second joint (32) of the instrument holder (3) lie on a common spherical surface, the center of which is the pivot point (4).

Manipulator according to one of the preceding claims, with a linear connection (401), one side of which is stationary with respect to the first (11) and the second holding joint (12) and the other side of which is connected to the instrument holder (3).

Manipulator according to the preceding claim, wherein the connection (401) is connected to the instrument holder (3) via a universal joint (403) or a ball joint and/or to a structure carrying the first and the second holding joint via a universal joint (403) or a ball joint is connected.

Manipulator according to one of the two preceding claims, wherein the linear connection (401) can be rotated with the at least one drive (501, 502) about at least one axis which is perpendicular to a longitudinal direction of the linear connection (401).

manipulator after one of the Claims 5 until 7 , wherein the manipulator has two of the drives (501, 502), with one of the drives (501) the linear connection (401) being rotatable about an axis which is perpendicular to the longitudinal direction of the linear connection (401) and with the other of the Drives (502) the linear linkage to be rotatable about an axis perpendicular to the longitudinal direction of the linear link (401) and perpendicular to the axis about which the linear link (401) is rotatable with the other drive (501).

manipulator after one of the Claims 5 until 8th wherein the linear linkage (401) only defines the solid angle in which the connection point of the linear linkage (401) with the instrument holder (3) is around the other end of the linear linkage (401).

Manipulator according to one of the linear connections (401), whereby a force can be brought about in the longitudinal direction of the linear connection (401).

Manipulator according to one of the preceding claims, having an instrument drive with which an instrument held by the instrument holder (3) can be driven, the instrument drive comprising a linear transmission (803, 1003) one end of which is stationary relative to a structure (402) supporting the first and second holding joints and the other end of which is connected to the instrument holder (3), and a motor (801 ) engaging at the stationary end of the linear transmission (803, 1003), wherein the linear transmission (803, 1003) is designed in such a way that it can be used to transmit a force exerted by the motor to the instrument holder (3).

Manipulator according to the preceding claim, in which the linear transmission is a rod (803) connected to the motor (801) by a first transmission universal joint (802) and acting on the instrument holder (3) by a second transmission universal joint (805).

manipulator after one of the Claims 11 or 12 wherein the linear transmission is an elastic link or spring (1003) having one end connected to the motor (801) and the other end engaging the instrument holder (3).

manipulator after one of the Claims 11 until 13 , wherein the linear transmission (803, 1003) on the instrument holder (3) acts on a coupling (804), via which a held instrument can be driven and/or can be pushed up and down along the instrument axis.