DE102013002813B4

DE102013002813B4 - Haltevorrichtung mit wenigstens einer Klemmbacke für ein chirurgisches Robotersystem

Info

Publication number: DE102013002813B4
Application number: DE102013002813.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gombert; Leopold Krausen; Patrick Rothfuss
Original assignee: RG Mechatronics GmbH
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2033-02-20
Also published as: WO2014127984A1; US10004563B2; DE102013002813A1; US20150374445A1

Abstract

Haltevorrichtung (11) für ein chirurgisches Robotersystem, mit einer Klemmvorrichtung (11') zum lösbaren Halten eines chirurgischen Gegenstandes (12), die zumindest zwei Klemmarme (14', 15') und ein Lagerteil (8) umfasst, an dem wenigstens einer der Klemmarme (14', 15') beweglich gelagert ist, und mit zumindest einem Betätigungselement (18, 19) zum Betätigen des wenigstens einen beweglichen Klemmarms (14', 15'), wobei der zumindest eine bewegliche Klemmarm (14', 15') zumindest zwei Funktionsabschnitte aufweist, von denen ein erster Funktionsabschnitt eine Klemmbacke (14, 15) und ein zweiter Funktionsabschnitt einen Betätigungsfortsatz (20, 21) bildet, der mit dem zugehörigen Betätigungselement (18, 19) zusammenwirkt, und wobei eine Überlastschutzeinrichtung (23) vorgesehen ist, die ein automatisches Öffnen der Klemmvorrichtung (11') erlaubt, wenn eine auf die Klemmvorrichtung (11') einwirkende äußere Kraft (AK, AK') einen Auslösewert erreicht oder überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Betätigungselement (18, 19) im Lagerteil (8) axial beweglich gelagert ist und in einen Innenraum des Lagerteils (8) hineinragt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung mit wenigstens einer Klemmbacke, ausdrücklich für ein chirurgisches Robotersystem, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Haltevorrichtung ist aus der EP 1 931 275 B1 bekannt. Die Haltevorrichtung umfasst eine Klemmvorrichtung zum lösbaren Halten eines chirurgischen Gegenstandes, die zwei Klemmbacken und ein Lagerteil umfasst. An dem Lagerteil ist wenigstens eine der Klemmbacken beweglich gelagert, so dass die Klemmvorrichtung zur Aufnahme des chirurgischen Gegenstandes geöffnet werden kann. Für die Betätigung der wenigstens einen beweglich gelagerten Klemmbacke ist ein Betätigungselement in Form eines schwenkbar gelagerten Hebels an der Haltevorrichtung angebracht. Für einen bestimmungsgemäßen Gebrauch der Haltevorrichtung, beispielsweise in einem Operationssaal, ist die Haltevorrichtung mit einer sterilen Umhüllung versehen. Der schwenkbare Hebel ist dann von der sterilen Umhüllung umgeben, so dass die Umhüllung bei Betätigung des Hebels entlang des Hebelweges mit bewegt wird. Dies kann dazu führen, dass die Schutzhülle bei einer Betätigung des Hebels abgerissen oder beschädigt wird. Ferner ist aus der Veröffentlichung nicht ersichtlich, wie sich eine hohe Krafteinwirkung (Überlast) auf den chirurgischen Gegenstand sowie auf die Klemmbacken auswirkt.
Aus der US 2009/0 247 819 A1 ist eine Haltevorrichtung bekannt, die mit einer Überlastschutzeinrichtung ausgestattet ist, welche ein automatisches Öffnen der Klemmvorrichtung erlaubt, wenn eine auf die Klemmvorrichtung im Bereich der Klemmbacken einwirkende äußere Kraft einen Auslösewert erreicht oder überschreitet. Die hier offenbarte Haltevorrichtung ist allerdings relativ schwer zu bedienen, wenn sie mit einer Schutzhülle umgeben ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Haltevorrichtung zu schaffen, die manuell betätigt werden kann, ohne dabei eine darüber liegende Schutzhülle zu beschädigen. Zudem soll die Haltevorrichtung ein selbsttätiges Lösen des chirurgischen Gegenstands bei Überlast ohne Beschädigung der Klemmvorrichtung bzw. des Gegenstands selbst ermöglichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Haltevorrichtung für ein chirurgisches Robotersystem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß der Erfindung wird eine Haltevorrichtung für ein chirurgisches Robotersystem vorgeschlagen, mit einer Klemmvorrichtung zum lösbaren Halten eines chirurgischen Gegenstandes, die zumindest zwei Klemmarme und ein Lagerteil umfasst, an dem wenigstens einer der Klemmarme beweglich gelagert ist, und mit zumindest einem Betätigungselement zum Betätigen wenigstens eines der Klemmarme, wobei die Haltevorrichtung mit einer sterilen Umhüllung versehen sein kann. Das erfindungsgemäße Betätigungselement ist dabei axial bewegbar am Lagerteil gelagert. Dies hat den Vorteil, dass die Schutzhülle bei einer Betätigung der Haltevorrichtung nur geringfügig strapaziert wird. Darüber hinaus ist die Haltevorrichtung mit einer Überlastschutzeinrichtung ausgestattet, die ein automatisches Öffnen der Klemmvorrichtung erlaubt, wenn eine auf die Klemmvorrichtung im Bereich der Klemmbacken einwirkende äußere Kraft einen Auslösewert erreicht oder überschreitet. Ein von der Haltevorrichtung gehaltener Gegenstand kann somit automatisch – ohne hierzu das Betätigungselement bedienen zu müssen – aus der Klemmvorrichtung gelöst werden. Das Betätigungselement ist vorzugsweise so gelagert, dass es eine rein translatorische Bewegung entlang einer Geraden ausführt, wenn es betätigt wird.
Vorzugsweise wird die axiale Bewegung des Betätigungselements in eine Schwenkbewegung der wenigstens einen Klemmarme umgesetzt.
Die axiale Bewegungsrichtung des Betätigungselements ist im Bereich des Betätigungselements vorzugsweise etwa quer zum Verlauf der sterilen Umhüllung orientiert. Dadurch wird die sterile Umhüllung nicht auf Zug belastet und damit weder eingerissen noch eingeklemmt.
Das Betätigungselement ist vorzugsweise so gelagert, dass zum Betätigen eine reine Druckkraft aufzubringen ist, die von der Umhüllung aus betrachtet – in Richtung Lagerteil orientiert ist.
Erfindungsgemäß weist die Klemmvorrichtung zumindest einen am Lagerteil beweglich gelagerten Arm mit zumindest zwei Funktionsabschnitten auf, von denen ein erster Funktionsabschnitt eine Klemmbacke und ein zweiter Funktionsabschnitt einen Betätigungsfortsatz bildet, der mit dem Betätigungselement zusammenwirkt.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine bewegliche Klemmarm etwa mittig am Lagerteil gelagert, so dass beide Funktionsabschnitte etwa dieselbe Länge aufweisen. Um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis einzustellen, können die Funktionsabschnitte des Klemmarms auch eine unterschiedliche Länge aufweisen. Entsprechend kann der Klemmarm außermittig am Lagerteil bewegbar gelagert sein.
Vorzugsweise ist der beweglich gelagerte Klemmarm einteilig ausgeführt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine Klemmbacke mit einem Federelement in Schließrichtung belastet. Bei geöffneter Klemmvorrichtung kann somit der zu haltende chirurgische Gegenstand zwischen die Klemmbacken gebracht und dann von der federbelasteten Klemmbacke gehalten werden.
Das Federelement ist vorzugsweise als Schraubenfeder, insbesondere Druckfeder, ausgebildet.
Die Überlastschutzeinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens ein auf die Klemmbacke(n) wirkendes Federelement.
Der Auslösewert der ersten Überlastschutzeinrichtung kann z. B. durch verschiedene Federelemente mit unterschiedlicher Federkonstante variiert werden. Wahlweise können auch Mittel zum Einstellen des Auslösewerts, wie z. B. eine Stellschraube, vorgesehen sein.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein einziges Federelement zum Belasten des beweglich gelagerten Klemmarms in Schließrichtung und als Überlastschutzeinrichtung vorgesehen.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann die Haltevorrichtung auch mit einer Überlastschutzeinrichtung ausgestattet sein, die ein automatisches Lösen der Haltevorrichtung von einem Gegenstand, wie z. B. einem Robotersystem, an dem sie montiert ist, ermöglicht, wenn eine auf die Klemmvorrichtung einwirkende äußere Kraft einen Auslösewert erreicht oder überschreitet. In diesem Fall wird quasi die gesamte Haltevorrichtung vom Gegenstand abgerissen, wenn die äußere Krafteinwirkung zu groß ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement über ein Lager, wie z. B. ein Gleitlager, mit wenigstens einem der Klemmarme gekoppelt. Im Falle eines Gleitlagers gleitet ein Abschnitt des Betätigungselements auf einem korrespondieren Element der Klemmvorrichtung, wenn die Haltevorrichtung betätigt wird. Alternativ kann das Lager auch als Rollen- oder Wälzlager ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement mit einem Keilmechanismus gekoppelt, der die translatorische Bewegung des Betätigungselements in eine Schwenkbewegung wenigstens eines der Klemmarme umsetzt.
Vorzugsweise besitzt der Keilmechanismus wenigstens eine Keilfläche, entlang derer sich ein korrespondierendes Element, wie z. B. ein Abschnitt eines Hebelarms, bei Bedienung des Betätigungselements bewegt.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Klemmvorrichtung zwei beweglich gelagerte Klemmarme und ein einziges Betätigungselement zum gleichzeitigen Öffnen und/oder Schließen beider Klemmarme aufweist. Auf einfache Art und Weise ist somit eine Einhandbedienung der Klemmvorrichtung möglich, so dass ein Benutzer mit seiner anderen Hand z. B. den zu haltenden chirurgischen Gegenstand in Eingriff mit den Klemmbacken bringen kann.
Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung kann aber auch zwei beweglich gelagerte Klemmarme aufweisen, wobei für jeden Klemmarm ein separates Betätigungselement vorgesehen ist. Dadurch können beide Klemmarme unabhängig voneinander bedient werden.
Bei der zuletzt genannten Ausführungsform sind die beiden Betätigungselemente vorzugsweise einander gegenüberliegend am Lagerteil angeordnet. Die Betätigungsrichtungen der beiden Betätigungselemente sind vorzugsweise entgegengesetzt orientiert, so dass der Bediener beispielsweise durch Schließen von Daumen und Zeigefinger beide Betätigungselemente betätigen kann. D. h. die Betätigungselemente sind vorteilhafterweise zusammendrückbar angeordnet.
Zwischen den Klemmbacken kann außerdem ein Adapterelement vorgesehen sein, mit dem der Aufnahmequerschnitt zwischen den beiden Klemmbacken hinsichtlich seiner Querschnittsfläche und/oder Querschnittsform an den aufzunehmenden chirurgischen Gegenstand anpassbar ist.
Vorzugsweise sind für unterschiedliche chirurgische Gegenstände unterschiedliche Adapterelemente vorgesehen.
Ein Adapterelement kann flexibel, insbesondere biegsam, ausgebildet sein, um es zwischen den Klemmbacken anordnen zu können. Ein Adapterelement ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Adapterelement Bestandteil einer Umhüllung für die Haltevorrichtung. Das Adapterelement und die Schutzhülle bilden somit ein integrales Bauteil. Das Adapterelement kann z. B. an die Umhüllung angeschweißt oder angeklebt sein. Denkbar wäre auch eine Herstellung aus demselben Material, beispielsweise durch unterschiedliche Dicken der Materialabschnitte für die Umhüllung und das Adapterelement.
Die sterile Umhüllung kann vorzugsweise aus einer Folie und/oder einem Abdecktuch bestehen.
Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmvorrichtung und/oder das Adapterelement zumindest einen Sensor aufweisen, der das Vorhandensein und/oder die ordnungsgemäße Aufnahme des chirurgischen Gegenstandes und/oder des Adapterelements zwischen den Klemmbacken und/oder eine Eigenschaft des Gegenstandes und/oder des Adapterelements detektiert.
Mit einem solchen Sensor kann z. B. festgestellt werden, ob die Überlastschutzeinrichtung ausgelöst wurde, oder ob sich der Gegenstand oder das Adapterelement noch zwischen den Klemmbacken befinden. Wahlweise könnte auch erkannt werden, welches Adapterelement oder welcher Gegenstand zwischen den Klemmbacken angeordnet ist. Um die Präsenz eines Gegenstands und/oder Adapters zu erkennen, kann z. B. ein Kraft- oder Näherungssensor oder ein optischer Sensor verwendet werden. Der Typ des gehaltenen Gegenstands und/oder Adapters kann z. B. mittels bekannter RFID-Technik erkannt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann auch ein Sensor vorgesehen sein, mit dem eine auf die Klemmvorrichtung bzw. das Adapterelement einwirkende Kraft erfasst werden kann. Der Auslösewert der Überlastschutzeinrichtung kann z. B. abhängig von der ermittelten Kraft eingestellt werden.
Bei dem chirurgischen Gegenstand kann es sich um eine Schleuse, eine Trokarhülse, einen Port oder jeden anderen Gegenstand handeln, der für einen chirurgischen Eingriff benötigt wird. Hierzu zählen z. B. auch Endoskope oder andere optische bzw. bilderzeugende Instrumente.
Die in dieser Anmeldung offenbarten Merkmale können für sich alleine und in beliebiger Kombination mit einem anderen beschriebenen Merkmal kombiniert werden. Dies gilt auch für ein Merkmal, welches nur zusammen mit einem anderen beschriebenen und/oder gezeigten Merkmal kombiniert widergegeben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein chirurgisches Robotersystem mit einer Haltevorrichtung,
2 eine Haltevorrichtung mit geschlossener Klemmvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 die Haltevorrichtung nach 2 mit geöffneter Klemmvorrichtung,
4 eine Haltevorrichtung mit geschlossener Klemmvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 die Haltevorrichtung nach 4 mit geöffneter Klemmvorrichtung,
6 eine Haltevorrichtung mit geöffneter Klemmvorrichtung und einem Adapterelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
7 die Haltevorrichtung nach 6 mit geschlossener Klemmvorrichtung,
8 eine Haltevorrichtung mit einem Adapterelement nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
9 eine Haltevorrichtung mit einer Überlastschutzeinrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein schematisch dargestelltes Robotersystem mit einem Roboter 1 und einer daran befestigten chirurgischen Vorrichtung 2. Der Roboter 1 besitzt ein Grundelement 3, eine Robotersteuerung 4, einen Roboterarm mit mehreren Gelenken 5 und mehreren Armelementen 6, sowie als letztes Gelenk einen Roboterkopf 5'. Der Roboterkopf 5' weist ein Kupplungselement auf, an das die chirurgische Vorrichtung 2 über eine komplementär dazu ausgebildete Kupplungseinrichtung 7 angebunden ist.
Die chirurgische Vorrichtung 2 umfasst einen lang gestreckten, verstellbaren Arm 45, an dem eine Schnittstelle 9 zur Befestigung eines chirurgischen Instruments 10 sowie eine Haltevorrichtung 11 zum Halten eines chirurgischen Gegenstandes 12, wie z. B. einer Trokarhülse bzw. Schleuse, vorgesehen sind. Die Haltevorrichtung 11 befindet sich hier am distalen Ende des Arms 45. Die Haltevorrichtung 11 ist fest mit dem verstellbaren Arm 45 verbunden und kann vorzugsweise als bauliche Einheit mit dem verstellbaren Arm 45 ausgebildet sein.
Am distalen Ende des chirurgischen Instruments 10 ist ein Endeffektor 10' vorhanden, wie z. B. eine Schere, ein Greifer, ein Skalpell, etc., der durch den chirurgischen Gegenstand 12 hindurch gesteckt wurde.
Der Roboter 1, die chirurgische Vorrichtung 2 sowie die Haltevorrichtung 11 sind von einer sterilen Umhüllung 13 umgeben, wobei Teile des Instruments 10 und des chirurgischen Gegenstands 12 außerhalb der sterilen Umhüllung 13 liegen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung 11 im Detail. Die Haltevorrichtung 11 umfasst hier ein Lagerteil 8, das abschnittweise als Hohlkörper bzw. kastenförmig ausgebildet sein kann. Am Lagerteil 8 ist eine Klemmvorrichtung 11' angebracht, die zum Halten des Gegenstandes 12 ausgebildet ist.
Die Klemmvorrichtung 11' umfasst zwei Klemmarme 14', 15', die jeweils an einem Lager 16, 17 beweglich am Lagerteil 8 gelagert sind. Im Ausführungsbeispiel sind die Klemmarme 14', 15' schwenkbar am Lagerteil 8 gelagert und weisen ein Lagerauge 16', 17' auf, in das jeweils ein Lagerbolzen eingreift. Jeder Klemmarm 14', 15' hat zwei Funktionsabschnitte, nämlich eine Klemmbacke 14, 15 und einen Betätigungsfortsatz 20, 21, der mit jeweils einem axial bewegbaren Betätigungselement 18, 19 zusammenwirkt. Die Betätigungsfortsätze 20, 21 ragen in den Hohlkörper hinein und verlaufen in der in 2 dargestellten geschlossenen Stellung der Klemmbacken 14, 15 etwa parallel und mit Abstand zueinander. Die beiden Lager 16, 17 sind im Abstand zueinander am Lagerteil 8 angeordnet.
Die Betätigungselemente 18, 19 laufen jeweils durch eine in der Wandung des Lagerteils 8 befindliche Öffnung und sind somit im Lagerteil 8 axial bewegbar geführt. Außerhalb des Lagerteils 8 weisen die Betätigungselemente 18, 19 einen Betätigungsknopf auf. Am anderen Ende kann jedes Betätigungselement 18, 19 eine Betätigungsplatte aufweisen, die über ein Gleitlager 20', 21' mit dem zugehörigen Betätigungsfortsatz 20, 21 zusammenwirkt. An jedem Betätigungsfortsatz 20, 21 kann eine ballig ausgeführte Erhebung vorgesehen sein.
Zum Öffnen der Klemmvorrichtung 11', bzw. zum Bewegen der Klemmbacken 14, 15 in die in 3 dargestellte offene Stellung, werden die Betätigungselemente 18, 19 axial in Richtung der Pfeile PF translatorisch verlagert, wodurch die Klemmarme 14', 15' um ihre Lager 16, 17 schwenken und so die Klemmbacken 14, 15 voneinander weg bewegt werden. Die axiale Bewegungsrichtung der Betätigungselemente 18, 19 ist im Bereich selbiger Betätigungselemente nahezu etwa quer zum Verlauf der sterilen Umhüllung 13 orientiert. Somit wird die Umhüllung 13 dabei lediglich in der Bewegungsrichtung PF ausgelenkt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Betätigungselemente 18, 19 an sich gegenüberliegenden Wandungen des Lagerteils 8 angebracht. Somit sind die Betätigungskräfte in Pfeilrichtung PF in entgegengesetzter Richtung orientiert und wirken als Druckkräfte.
Zwischen den Betätigungsfortsätzen 20, 21 ist ein Federelement 22 angeordnet, das als Druckfeder realisiert ist. Das Federelement 22 ist in der in 2 gezeigten geschlossenen Stellung der Klemmbacken 14, 15 vorgespannt, so dass die Betätigungsfortsätze 20, 21 auseinander gedrückt werden. Die beweglich gelagerten Klemmbacken 14, 15 sind über das Federelement 22 also in Schließrichtung belastet. Werden die Betätigungselemente 18, 19 nun manuell in Richtung der Pfeile PF betätigt, schwenken die Betätigungsfortsätze 20, 21 der Klemmarme 14', 15' nach innen und das Federelement 22 wird zusammengedrückt, wie ein Vergleich der 2 und 3 zeigt. Wenn die Druckkraft dann wieder gelöst wird, drängt das Federelement 22 die Betätigungsfortsätze 20, 21 auseinander. Die Klemmbacken 14, 15 bewegen sich dadurch aufeinander zu, so dass der Gegenstand 12 zumindest teilweise umschlossen klemmend gehalten wird.
Wenn der Gegenstand 12 wieder aus der Klemmvorrichtung 11' entnommen werden soll, kann die Klemmvorrichtung 11' erneut manuell betätigt werden. Alternativ könnte aber auch der Gegenstand 12 mit Kraft aus der Klemmvorrichtung 11' gezogen werden, wodurch sich die Klemmvorrichtung 11' selbsttätig öffnet und den Gegenstand 12 frei gibt. Die Haltevorrichtung 11 umfasst zu diesem Zweck eine Überlastschutzeinrichtung 23, die ein selbsttätiges Öffnen der Klemmvorrichtung 11' erlaubt, wenn auf den zwischen den Klemmbacken 14, 15 gehaltenen chirurgischen Gegenstand 12 eine Arbeitskraft AK, AK' wirkt. Beim Herausziehen des Gegenstands 12 wird dann auf die Klemmbacken 14, 15 eine Kraft F1 ausgeübt, die eine Kraftkomponente F1.1 besitzt, die dazu führt, dass zumindest eine der Klemmbacken 14, 15 um das Lager 16, 17 in Öffnungsrichtung schwenkt. Erreicht oder überschreitet die Kraftkomponente F1.1 den Auslösewert der Überlastschutzeinrichtung 23, wird zumindest eine der Klemmbacken 14, 15 geöffnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Überlastschutzeinrichtung 23 durch das Federelement 22 gebildet. Sowohl für das Schließen der beweglich gelagerten Klemmbacken 14, 15 als auch das automatische Öffnen der Klemmbacken 14, 15 zur Realisierung der Überlastschutzeinrichtung 23 ist ein einziges Federelement 22 vorgesehen. Somit schließt die Überlastsicherung 23 nach einem Auswurf des Gegenstands 12 selbsttätig wieder die Klemmbacken, um ein erneutes Einklemmen des Gegenstands 12 zu verhindern.
Durch die Ausgestaltung der Klemmenspitzen 24, 25 der Klemmbacken 14, 15 kann die Funktionsweise der Überlastschutzeinrichtung 23 beeinflusst werden. Wenigstens eine der Klemmenspitzen 24, 25 ist vorzugsweise so geformt, dass eine Bewegung des Gegenstands 12 in einer zwischen den Klemmbacken 14, 15 verlaufenden Symmetrieebene (im Bild nach oben bzw. unten) zu einer Schwenkbewegung wenigstens einer der Klemmbacken 14, 15 führt.
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Haltevorrichtung 11 anhand von 4 näher erläutert. Gleiche bzw. gleich wirkende Teile sind in den 4 und 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 2 und 3 versehen. Insofern wird auf deren Beschreibung verwiesen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 ist hier nur ein einziges Betätigungselement 18 für die Betätigung beider Klemmbacken 14, 15 vorgesehen. Das Betätigungselement 18 ist mit einem Keilmechanismus 36 verbunden, der einen innerhalb des Lagerteils 8 angeordneten Stempel 37 umfasst, der schräg nach außen verlaufende Keilflächen 38, 39 aufweist, die mit den Betätigungsfortsätzen 20, 21 zusammen wirken. Die Außenflächen 38', 39' des Stempels 37 sind innerhalb des Lagerteils 8 geführt. Die Keilflächen 38, 39 wirken mit Lagerelementen 40, 41 zusammen, die an den Betätigungsfortsätzen 20, 21, den Keilflächen 38, 39 zugewandt, angeordnet sind. Die Lagerelemente 40, 41 können als Gleitlager oder – wie gezeigt – als Wälz- oder Rollenlager ausgeführt sein.
Wird das einzige Betätigungselement 18 in Pfeilrichtung PF bewegt, wird der Stempel 37 linear verschoben, wodurch die Lagerelemente 40, 41 auf den Keilflächen 38, 39 entlang gleiten und durch die schräge Orientierung der Keilflächen 38, 39 die Betätigungsfortsätze 20, 21 entgegen der Kraft des Federelements 22 nach innen bewegen. Dadurch öffnet sich die Klemmvorrichtung 11', wie 5 zeigt. Die axiale Bewegungsrichtung des Betätigungselements 18 ist im Bereich selbigen Betätigungselements nahezu etwa quer zum Verlauf der sterilen Umhüllung 13 orientiert.
Durch Variation des Winkels, den die Keilflächen 38, 39 bezüglich der Außenflächen 38', 39' einnehmen, kann ein Übersetzungsverhältnis für die Betätigung der Klemmbacken 14, 15 eingestellt werden. Je steiler die Keilflächen 38, 39 ausgebildet sind, umso größer ist der zurückzulegende Weg des linear geführten Stempels 37, um die Klemmbacken 14, 15 in die geöffnete Stellung zu bewegen; dabei nimmt die an dem Betätigungselement 18 aufzubringende Betätigungskraft ab. Entsprechendes gilt umgekehrt, je flacher die Keilflächen 38, 39 verlaufen.
Die axiale bzw. translatorische Bewegung des Betätigungselements 18 wird durch den Keilmechanismus 36 in eine Schwenkbewegung der Klemmbacken 14, 15 umgesetzt. Im Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 erfolgt die Umsetzung der axialen bzw. translatorischen Bewegung der Betätigungselemente 18, 19 in die Schwenkbewegung dadurch, dass die Betätigungselemente 18, 19 seitlich außen angeordnet sind. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind zwei beweglich gelagerte Klemmbacken 14, 15 vorhanden, wobei klar wird, dass es für das Öffnen/Schließen der Klemmvorrichtung 11' genügen kann, lediglich eine Klemmbacke 14 oder 15 am Lagerteil 8 beweglich zu lagern. Die andere Klemmbacke 15 oder 14 könnte unbeweglich am Lagerteil 8 gehalten sein. Beim Ausführungsbeispiel nach den 2 und 3 könnte dann auf eines der Betätigungselemente 18 oder 19 verzichtet werden. Entsprechend könnte der Keilmechanismus 36 mit nur einer Keilfläche 38 oder 39 ausgestattet sein.
Wie das erste Ausführungsbeispiel kann auch das in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsbeispiel der Haltevorrichtung 11 mit einer Überlastschutzeinrichtung 23 ausgestattet sein.
Die 6 und 7 zeigen ein Adapterelement 30, das zwischen den Klemmbacken 14, 15 angeordnet werden kann und eine äußere bzw. Umfangskontur aufweist, die an die Innenkontur der Klemmbacken 14, 15 bzw. deren Aufnahmequerschnitt angepasst ist. Das Adapterelement 30 hat einen Grundkörper, der einen offenen Ring darstellt. An den freien Enden des Ringabschnitts sind Fortsätze mit Flügeln 33, 34 vorgesehen. Die Fortsätze 33, 34 erstrecken sich, ausgehend vom ringförmigen Grundkörper, radial nach außen und haben jeweils eine Öffnung, durch die das freie Ende einer Klemmbacke 14, 15 hindurchtreten kann, wenn das Adapterelement 30 zwischen die Klemmbacken 14, 15 eingesetzt wird, wie in 7 gezeigt ist. Angemerkt sei, dass das Adapterelement 30 natürlich auch an den Haltevorrichtungen 11 der 2 bis 5 verwendet werden kann. Um die Reibung zwischen Adapterelement 30 und Klemmbacken 14, 15 zu senken, können im Adapter 30 Wälzkörper, z. B. Kugeln, gelagert sein, die auf den Klemmbacken 14, 15 abrollen. Die Wälzkörper 31, 32 können vorzugsweise in den Fortsätzen 33, 34 gelagert sein.
Die Haltevorrichtung 11 bzw. das Adapterelement 30 kann mit einer Sensorik 35 ausgestattet sein, die beispielsweise mit der Robotersteuerung 4 verbunden ist und die zumindest einen Sensor 42, 43, 44 aufweist. Der Sensor 42 ist an zumindest einer der Klemmbacken 14, 15 angebracht, wohingegen die Sensoren 43, 44 an dem Adapterelement 30 angebracht sind. Die Sensoren 42, 43, 44 sind dazu geeignet, das Vorhandensein und/oder die ordnungsgemäße Aufnahme des chirurgischen Gegenstandes 12 und/oder des Adapterelements 30 zwischen den Klemmbacken 14, 15 und/oder eine Eigenschaft des Gegenstandes 12 und/oder des Adapterelements 30 zu erfassen. Insbesondere kann der Sensor 42 genutzt werden, um festzustellen, ob der Gegenstand 12 ordnungsgemäß zwischen den Klemmbacken 14, 15 angeordnet ist. Der Sensor 43 kann z. B. erfassen, ob ein Adapterelement 30 eingesetzt ist oder nicht und ggf. auch, ob das Adapterelement 30 nach Auslösung der Überlastschutzeinrichtung 23 vollständig freigegeben wurde. Der Sensor 44 kann erfassen, ob ein chirurgischer Gegenstand 12 vom Adapterelement 30 gehalten wird. Außerdem könnte der Sensor 44 auch dazu vorgesehen sein, den Typ des gehaltenen Gegenstandes 12 zu bestimmen.
Wie 8 zeigt, kann der Ringabschnitt des Adapterelements 30 auch dicker ausgebildet sein. Insbesondere kann der Ringabschnitt des Adapterelements 30 derart ausgestaltet sein, dass sein Aufnahmequerschnitt hinsichtlich der Querschnittsfläche und/oder der Querschnittsform – also abweichend von der hier dargestellten Kreisform – an den aufzunehmenden chirurgischen Gegenstand 12 angepasst ist. Somit können z. B. auch eckige oder ovale Gegenstände 12 festgeklemmt werden. Des Weiteren kann das Adapterelement 30 an eine besondere Formgebung des Gegenstandes 12 angepasst sein und z. B. Rillen, Absätze oder dergleichen aufweisen.
Wie in 8 außerdem zu sehen ist, kann das Adapterelement 30 mit der sterilen Umhüllung 13 verbunden oder integraler Bestandteil der Umhüllung 13 sein.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Überlastschutzeinrichtung 23 mit dem Federelement 22 kann eine abgewandelte Überlastschutzeinrichtung 23' vorgesehen sein, wie sie beispielhaft in 9 gezeigt ist. Die Haltevorrichtung 11 ist hier mit speziellen Fortsätzen 27 ausgebildet, die mit einem angrenzenden Zwischenelement 8' (oder direkt mit der chirurgischen Vorrichtung 2) zusammenwirken. Die Fortsätze 27 sind formschlüssig in korrespondierenden Ausnehmungen aufgenommen, die eine Hinterschneidung aufweisen. Die Überlastschutzeinrichtung 23' kann z. B. als Nut/Feder-Verbindung ausgebildet sein. Dadurch wird eine lösbare Verbindung realisiert, die bei Erreichen oder Überschreiten eines Auslösewerts abreißt, so dass die Haltevorrichtung 11 von der chirurgischen Vorrichtung 2 bzw. dem Zwischenelement 8' getrennt wird. Wie 9 zeigt, können eine oder mehrere solcher Verbindungen zwischen Haltevorrichtung 11 und Zwischenelement 8' vorhanden sein.

Claims

Haltevorrichtung (11) für ein chirurgisches Robotersystem, mit einer Klemmvorrichtung (11') zum lösbaren Halten eines chirurgischen Gegenstandes (12), die zumindest zwei Klemmarme (14', 15') und ein Lagerteil (8) umfasst, an dem wenigstens einer der Klemmarme (14', 15') beweglich gelagert ist, und mit zumindest einem Betätigungselement (18, 19) zum Betätigen des wenigstens einen beweglichen Klemmarms (14', 15'), wobei der zumindest eine bewegliche Klemmarm (14', 15') zumindest zwei Funktionsabschnitte aufweist, von denen ein erster Funktionsabschnitt eine Klemmbacke (14, 15) und ein zweiter Funktionsabschnitt einen Betätigungsfortsatz (20, 21) bildet, der mit dem zugehörigen Betätigungselement (18, 19) zusammenwirkt, und wobei eine Überlastschutzeinrichtung (23) vorgesehen ist, die ein automatisches Öffnen der Klemmvorrichtung (11') erlaubt, wenn eine auf die Klemmvorrichtung (11') einwirkende äußere Kraft (AK, AK') einen Auslösewert erreicht oder überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Betätigungselement (18, 19) im Lagerteil (8) axial beweglich gelagert ist und in einen Innenraum des Lagerteils (8) hineinragt.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine beweglich gelagerte Klemmbacke (14, 15) mit einem Federelement (22) in Schließrichtung belastet ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Überlastschutzeinrichtung (23'), die ein automatisches Lösen der Haltevorrichtung (11) vom Roboter (1) erlaubt, wenn eine auf die Klemmvorrichtung (11') einwirkende äußere Kraft (AK, AK') einen Auslösewert erreicht oder überschreitet.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlastschutzeinrichtung (23) ein auf wenigstens eine Klemmbacke (14, 15) wirkendes Federelement (22) umfasst.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schließen der Klemmvorrichtung (11') und für die Überlastschutzeinrichtung (23) ein einziges Federelement (22) vorgesehen ist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (18, 19) über ein Lager, insbesondere ein Gleitlager (20', 21'), mit wenigstens einem der Klemmarme (14', 15') gekoppelt ist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (18, 19) mit einem Keilmechanismus (36) gekoppelt ist, der eine translatorische Bewegung des Betätigungselements (18, 19) in eine Schwenkbewegung wenigstens eines der Klemmarme (14', 15') umsetzt.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (11') zwei beweglich gelagerte Klemmarme (14', 15') und ein einziges Betätigungselement (18) zum gleichzeitigen Öffnen/Schließen beider Klemmarme (14', 15') aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (11') zwei beweglich gelagerte Klemmarme (14', 15') aufweist, wobei für jeden Klemmarm (14', 15') ein separates Betätigungselement (18, 19) vorgesehen ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsrichtungen der beiden Betätigungselemente (18, 19) entgegengesetzt orientiert sind.
Haltevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (18, 19) zusammendrückbar angeordnet sind.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine sterile Umhüllung (13), wobei die axiale Bewegungsrichtung des wenigstens einen Betätigungselements (18, 19) im Bereich des Betätigungselements in etwa quer zum Verlauf der sterilen Umhüllung (13) orientiert ist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klemmbacken (14, 15) ein Adapterelement (30) vorgesehen ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (30) Bestandteil einer Umhüllung (13) für die Haltevorrichtung (11) ist.
Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung (11') und/oder ein Adapterelement (30) zumindest einen Sensor (42, 43, 44) aufweist bzw. aufweisen, der das Vorhandensein und/oder die ordnungsgemäße Aufnahme des chirurgischen Gegenstandes (12) und/oder des Adapterelements (30) zwischen den Klemmbacken (14, 15) und/oder eine Eigenschaft dieses Gegenstandes (12) und/oder des Adapterelements (30) sensiert.