-
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein medizinisches Robotersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
-
Aus
US 2011/0071542 A1 ist ein medizinisches Robotersystem bekannt, bei dem über eine teleskopartig ineinander schiebbare Linearführung ein chirurgisches Instrument in eine Öffnung in einen zu behandelnden Körper eingeführt oder aus dieser Öffnung wieder herausgeführt werden kann. Somit kann während eines chirurgischen Eingriffs ein weitgehend automatisierter Austausch bzw. Wechsel des chirurgischen Instruments erfolgen.
-
Nachteilig an solchen bekannten Systemen ist, dass die aus der Körperöffnung herausgezogene Linearführung einen überstehenden Bereich aufweist, durch welchen die Bewegungsfreiheit des Roboterarms vermindert und ebenso die Bewegungsfreiheit weiterer Roboterarme oder des anwesenden medizinischen Personals eingeschränkt wird. Weiterhin ist bei bekannten Systemen nachteilig, dass sich nach dem Herausziehen des chirurgischen Instruments die Lage der Öffnung ändern kann, was ein automatisiertes Wiedereinführen des chirurgischen Instruments verhindert.
-
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein möglichst kompaktes medizinisches Gerät zu schaffen, welches nach Entnahme einfach wieder in eine Öffnung in einen Körper einführbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein medizinisches Gerät mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein medizinisches Robotersystem mit den im Anspruch 20 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
-
Erfindungsgemäß weist das medizinische Gerät mindestens eine entlang ihrer Längsachse längenveränderbare Führung mit einem ersten Endelement und einem zweiten Endelement auf. Das erste und zweite Endelement sind in Richtung der Längsachse relativ zueinander bewegbar und über zumindest ein, vorzugsweise zumindest zwei Bandelemente miteinander verbunden, wobei die Bandelemente die Winkellage zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement fixieren. Das erste Endelement ist dabei an einem proximalen Ende der längenveränderbaren Führung angeordnet, während das zweite Endelement an einem distalen Ende der längenveränderbaren Führung angeordnet ist. Bei Änderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement kann sich die Länge des Bandelementes oder der Bandelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement ändern. So bleiben die Bandelemente zur Kraftübertragung zwischen dem ersten und zweiten Endelement vorzugsweise stets gestreckt, um in jeder Abstandsposition die Winkellage zwischen den Endelementen zu fixieren.
-
Die Bandelemente können bevorzugt jeweils mit einem Endelement fest verbunden und an dem jeweils anderen Endelement zur Längenänderung beweglich geführt sein.
-
Die Bandelemente dienen dazu, die Winkellage zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement auch bei Änderung des Abstandes zwischen den beiden Endelementen konstant zu halten. Die Verbindung des ersten und des zweiten Endelementes über die Bandelemente bewirkt, dass, wenn eines der Endelemente in seiner Lage im Raum fixiert ist, das andere Endelement seine Winkellage relativ zu dem einen Endelement, welches fixiert ist, nicht mehr ändern kann, da die Bandelemente derart angeordnet sind, dass die beiden Endelemente so aneinander fixiert sind, dass ihre Winkellage sich nicht ändern kann. Das erste und das zweite Endelement weisen beispielsweise einander zugewandte Flächen auf, wobei die Flächennormalen der einander zugewandten Flächen über die Verbindung der Bandelemente stets die gleiche Winkelstellung relativ zueinander behalten.
-
Das medizinische Gerät und insbesondere die längenveränderbare Führung kann beispielsweise einem Zuführen eines an dem ersten Endelement angeordneten chirurgischen Instruments zu einem Körper, an dem das zweite Endelement angeordnet ist, dienen. Das zweite Endelement ist dabei beispielsweise an einem Zugang an dem Körper angeordnet und das chirurgische Instrument ist an dem ersten Endelement angeordnet bzw. geführt. Durch die fixierte Winkellage zwischen erstem und zweitem Endelement ist auch die Winkellage zwischen dem Zugang und dem chirurgischen Instrument fixiert. Beispielsweise kann an dem zweiten Endelement ein Trokar befestigt sein, welcher in den Zugang eingesetzt ist. Ist das chirurgische Instrument in den Trokar eingesetzt, kann dieses mit dem Trokar gemeinsam Schwenkbewegungen um den Trokarpunkt, d. h. dem Lagerpunkt des Trokars im Körper ausführen. Wenn das chirurgische Instrument aus dem Trokar entnommen wird, wird das chirurgische Instrument gemeinsam mit dem ersten Endelement, an welchem das chirurgische Instrument vorzugsweise fixiert bzw. geführt ist, von dem zweiten Endelement weg bewegt. Dabei verlängern sich die Bandelemente und stellen dann, wenn das chirurgische Instrument aus dem Trokar entnommen ist, sicher, dass die Winkellage zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement auch bei Bewegung des medizinischen Instrumentes mit dem ersten Endelement oder Bewegung des zweiten Endelementes an dem Körper beibehalten wird, sodass das chirurgische Instrument nachfolgend ohne Probleme allein durch Linearbewegung wieder in den Trokar eingeführt werden kann. Die längenveränderbare Führung gemäß der Erfindung stellt somit insbesondere sicher, die Flucht und Ausrichtung der Längsachse eines chirurgischen Instrumentes und eines Zugangs bzw. eines Trokars auch bei Entnahme des chirurgischen Instrumentes aus dem Zugang bzw. Trokar beizubehalten, um das Wiedereinführen des chirurgischen Instrumentes zu erleichtern.
-
Bevorzugt ist das Bandelement bzw. sind die Bandelemente jeweils in einer ersten Richtung quer zu ihrer Längserstreckung biegbar. Jedes Bandelement kann somit aus der Richtung seiner Längserstreckung heraus gebogen werden. Somit ist es möglich, beispielsweise an dem ersten oder zweiten Endelement die Bandelemente zur Längenänderung umzulenken bzw. aufzurollen. Die Bandelemente können dabei zur Verkürzung ihrer Längserstreckung in einen Raum umgelenkt oder in einem Bereich aufgerollt werden, in dem sie die Bewegungsfreiheit des medizinischen Geräts nicht beeinträchtigen. Durch die Umlenkung oder das Aufrollen der Bandelemente können die Bandelemente aus dem Raum zwischen den beiden Endelementen heraus bewegt werden und so kann der Abstand zwischen den beiden Endelementen verkürzt werden.
-
In einer zweiten Richtung quer zu seiner Längserstreckung ist das zumindest eine Bandelement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform biegesteif ausgebildet, sodass in dieser Richtung Kräfte bzw. Momente aufgenommen werden können, um die Winkellage zwischen dem ersten Endelement und dem zweiten Endelement zu fixieren.
-
Besonders bevorzugt sind zumindest zwei Bandelemente vorgesehen, die jeweils in einer zweiten Richtung quer zu ihrer ersten Richtung biegesteif ausgebildet sind, wobei in dem Erstreckungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement die zweite Richtung des einen Bandelements und die zweite Richtung des anderen Bandelements zueinander gewinkelt sind. Das bedeutet, dass die zweiten Richtungen, in welchen die Bandelemente aufgrund der Biegesteifigkeit Querkräfte aufnehmen, zueinander gewinkelt sind. So können die beiden Bandelemente gemeinsam dazu dienen, Querkräfte vorzugsweise in allen Richtungen quer zur Längserstreckung der Bandelemente aufzunehmen. Aufgrund der Biegbarkeit der Bandelemente in der ersten Richtung ist es dennoch möglich, die einzelnen Bandelemente zur Verkürzung der Länge zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement umzubiegen, insbesondere aufzurollen. Gleichzeitig wird durch zumindest zwei Bandelemente gemeinsam zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement eine biegesteife Struktur geschaffen, welche es ermöglicht, die Winkellagen des ersten und des zweiten Endelementes zueinander zu fixieren.
-
Um eine biegesteife Ausgestaltung in einer Querrichtung erreichen zu können, sind die Bandelemente vorzugsweise streifenförmig ausgebildet und weisen in der zweiten biegesteifen Richtung eine größere Quererstreckung auf als in der hierzu rechtwinkligen ersten Richtung. So kann das Bandelement beispielsweise als flacher Kunststoff- oder Metallstreifen ausgebildet sein, welcher in eine Richtung aufgerollt werden kann und in der Richtung seiner langen Quererstreckung eine Biegesteifigkeit aufweist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Richtungen der mindestens zwei Bandelemente in dem Erstreckungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement zueinander rechtwinklig angeordnet. Die rechtwinklige Anordnung der Bandelemente bildet eine sehr stabile Anordnung, da so die zweite, biegesteife Richtung eines Bandelements jeweils der biegbaren ersten Richtung des anderen Bandelements entgegenwirkt, und so die beiden Bandelemente gemeinsam eine in alle Richtungen quer zu ihrer Längserstreckung biegesteife Struktur bilden können.
-
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei, vorzugsweise drei oder vier Bandelemente seilartig ausgebildet und zwischen dem ersten und zweiten Endelement paarweise zueinander beabstandet angeordnet. Seilartig ausgebildete Bandelemente weisen grundsätzlich biegbare Eigenschaften in alle Querrichtungen auf, wobei sie aber auch eine biegesteife Richtung aufweisen können. Die seilartigen Bandelemente können durch Seile, Drähte, Drahtgebilde, Schnüre oder Ähnliches gebildet sein.
-
Eine beabstandete, insbesondere paarweise beabstandete, Anordnung der seilartigen Bandelemente bewirkt, dass ein Verkippen der Endelemente, welche durch die Bandelemente miteinander verbunden sind, um eine Achse, welche sich quer zu dem Abstand zwischen den Seilelementen erstreckt, nicht möglich ist. Die so angeordneten Seilelemente können daher trotz ihrer biegbaren bzw. aufwickelbaren Struktur die Endelemente in einer Richtung quer zur Längsrichtung der Führung in ihrer Winkellage fixieren. Entsprechend ermöglicht die Anordnung von mehreren derartigen seilartigen Bandelementen, beispielsweise drei oder vier Bandelementen, welche jeweils in einer Richtung quer zur Längsachse voneinander beabstandet sind, eine Fixierung der Endelemente in ihrer Winkellage bezüglich aller sich quer zu dieser Längsachse erstreckenden möglichen Schwenkachsen. Bei der Anordnung von drei Bandelementen sind jeweils zwei Bandelemente voneinander beabstandet, sodass insgesamt eine dreieckige Anordnung der drei Bandelemente zueinander geschaffen wird. Wenn vier Bandelemente angeordnet sind, sind diese bevorzugt in einer viereckigen Anordnung voneinander beabstandet. Auch so ist eine Fixierung der beiden Endelemente in allen Winkellagen möglich, welche ein Verschwenken eines der Endelemente zu dem anderen Endelement verhindert.
-
Bevorzugt sind die zumindest zwei Bandelemente zumindest in ihrem Erstreckungsbereich zwischen den beiden Endelementen fest oder lösbar miteinander verbunden. Die einzelnen Bandelemente sind somit nicht nur über die Endelemente miteinander verbunden, sondern sie weisen auch untereinander noch direkte Verbindungen entlang der Längserstreckung der längenveränderbaren Führung auf. Insbesondere bei Krafteinwirkungen ist somit die relative Anordnung der Bandelemente zueinander stabilisiert. Eine lösbare Verbindung zwischen den Bandelementen hat den Vorteil, dass die Bandelemente beim Verkürzen des Abstandes zwischen den beiden Endelementen voneinander getrennt und so unabhängig voneinander aus dem Raum zwischen den Endelementen herausgeführt und/oder aufgewickelt werden können. Bei einer festen Verbindung der Bandelemente miteinander können die Bandelemente bei Verkürzung des Abstandes zwischen dem ersten und zweiten Endelement z. B. in ihrer Winkellage zueinander verändert werden, sodass ihre gegenseitige Stabilisierung aufgehoben wird und sie gemeinsam aus dem Bereich zwischen den Endelementen herausgeführt und/oder aufgerollt werden können.
-
Zwischen den Bandelementen sind bevorzugt Verbindungselemente angeordnet, welche die Bandelemente vorzugsweise lösbar verbinden. Zumindest im Bereich zwischen den beiden Endelementen sind vorzugsweise solche Verbindungselemente entlang der Längserstreckung der Bandelemente angeordnet, wobei vorzugsweise die Verbindung zumindest zwischen einem der Bandelemente und den Verbindungselementen, beispielsweise bei Änderung der Länge der längenvariablen Führung, wieder gelöst werden kann. Die Verbindungselemente können dabei mit den Bandelementen kraft- und/oder formschlüssig verbunden sein. Vorteilhaft sind sie derart mit zumindest einem der Bandelemente verbunden, dass die Bandelemente einerseits die auf die Führung wirkenden Kräfte aufnehmen können und andererseits beispielsweise bei Änderung der Länge der Führung einfach voneinander getrennt werden können. Dies kann z. B. nach Art eines Reißverschlusses erfolgen.
-
Bevorzugt sind die Verbindungselemente jeweils mit einem Bandelement fest verbunden. Sie müssen somit nicht einzeln zur Verbindung zwischen den Bandelementen angeordnet werden, sondern werden gemeinsam mit zumindest einem der Bandelemente zugeführt. Die Verbindungselemente müssen somit nur noch mit einem oder mehreren weiteren Bandelementen in Verbindung treten. Dieses kann beispielsweise in oder am ersten Endelement erfolgen, sodass im Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement die Bandelemente über alle Verbindungselemente verbunden sind. Zum Verkürzen des Abstands zwischen den Endelementen können die Verbindungselemente dann wieder von dem weiteren Bandelement getrennt werden.
-
Besonders bevorzugt greifen zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement die zumindest zwei Bandelemente selber ineinander. So erfolgt die Verbindung nicht über zusätzliche Verbindungselemente, sondern die Bandelemente weisen zumindest entlang ihrer Längserstreckung zwischen den beiden Endelementen eine vorzugsweise durchgängige Verbindung durch direktes Ineinandergreifen auf. Dazu sind an den Bandelementen bevorzugt zueinander korrespondierende Eingriffselemente ausgebildet, welche vorzugsweise lösbar ineinander greifen. Dabei sind die Eingriffselemente vorzugsweise so ausgebildet, dass sie zum Verkürzen des Abstandes zwischen den beiden Endelementen an zumindest einem Endelement außer Eingriff treten können. Dazu kann beispielsweise an einem Endelement ein Führungselement vorgesehen sein, welches die Eingriffselemente bei Verlängerung des Abstandes mit der Zuführung der Bandelemente ineinander führt und zur Verkürzung außer Eingriff bringt.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an einem Bandelement eine Nut ausgebildet, in welche eine an dem anderen Bandelement ausgebildete Feder eingreift. Zumindest im Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement sind die beiden Bandelemente über die Nut und die Feder miteinander verbunden. An zumindest einem Endelement kann die Verbindung zwischen Nut und Feder gelöst werden. D. h. bei Verkürzung des Abstandes zwischen den beiden Endelementen werden die Nut und die Feder an einem Endelement auseinander bewegt bzw. gelöst, sodass die Bandelemente dort aus dem Raum zwischen den Endelementen herausgeführt und/oder aufgerollt werden können. Vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden Endelementen, so werden die zumindest zwei Bandelemente vorzugsweise am ersten Endelement einander angenähert, bis die Feder in die Nut eingreifen kann und eine formschlüssige Verbindung gebildet ist.
-
Bevorzugt sind die zumindest zwei Bandelemente derart zueinander angeordnet, dass sie einen Innenraum umschließen. Insbesondere wenn die Bandelemente jeweils streifenförmig ausgebildet sind, können die Bandelemente mit ihren langen Quererstreckungen einen solchen Innenraum begrenzen bzw. umschließen. Die Bandelemente liegen sich dabei zumindest teilweise gegenüber. Bei Änderung des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement ändert sich auch die Länge des den Innenraum ausbildenden Teils der Bandelemente. Die Anordnung kann einerseits die stabile Ausbildung der längenveränderbaren Führung verbessern. Andererseits kann der umschlossene Innenraum weitere Instrumente oder Bauteile, z. B. ein am ersten Endelement angeordnetes endoskopisches Instrument aufnehmen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zumindest zwei Bandelemente einstückig miteinander ausgebildet. Die Bandelemente sind vorzugsweise nicht nur im Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement fest miteinander verbunden, sondern sie weisen insgesamt eine einstückige Gestalt bzw. stoffschlüssige Verbindung miteinander auf. Die einstückige Ausbildung ermöglicht eine höhere Stabilität. Zum Wegführen bzw. Aufwickeln beim Verkürzen des Abstandes zwischen den beiden Endelementen kann z. B. die Winkellage der Bandelemente zueinander so geändert werden, dass die biegesteifen Richtungen aller Bandelemente parallel zueinander gerichtet sind, sodass die Bandelemente alle in derselben Richtung weggeführt und/oder aufgerollt werden können.
-
Die Bandelemente können in ihrer einstückigen Ausbildung vorzugsweise sowohl eine zueinander nicht gewinkelte Stellung als auch eine zueinander gewinkelte Stellung einnehmen, wobei in der gewinkelten Stellung entsprechend den vorhergehenden Ausführungen die Winkellage der Endelemente zueinander fixiert wird. Die zweiten biegesteifen Richtungen der unteren Bandelemente können dabei in derart unterschiedliche Richtungen zeigen, dass die beiden Bandelemente einander gegenseitig versteifen. In der nicht gewinkelten Stellung der beiden Bandelemente ist ein Umlenken der beiden Bandelemente in eine gemeinsame Richtung möglich.
-
Besonders bevorzugt ist am ersten Endelement oder proximalseitig davon ein Umformelement ausgebildet, welches das oder die Bandelemente in ihre, die Winkellage zwischen den Endelementen fixierende, Position lenkt. D. h., das Umformelement dient dazu, ein Bandelement aus einer Ruheposition, in welcher es beispielsweise aufgerollt ist, in den Bereich zwischen den Endelementen einzuführen und dort in eine Position zu bringen, in welcher es die Winkellage zwischen den beiden Endelementen fixiert oder gemeinsam mit weiteren Bandelementen die Winkellage des ersten Endelementes zu dem zweiten Endelement fixiert. Das Umformelement kann z. B. die zumindest zwei Bandelemente aus einer Lage, in welcher ihre biegesteifen Richtungen parallel zueinander gerichtet sind, in eine Lage verformen bzw. bewegen, in welcher die biegesteifen Richtungen wie oben beschrieben gewinkelt zueinander sind. Das Umformelement kann beispielsweise eine Biegung oder ein Knicken der Bandelemente relativ zueinander bewirken.
-
Insbesondere bei der einstückigen Ausbildung der zumindest zwei Bandelemente ermöglicht das Umformelement, dass die Bandelemente in einer biegbaren Stellung an dem ersten Endelement angeordnet sein können, während durch das Umformen bzw. Umlenken die Bandelemente in dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement in einer biegesteifen Stellung zueinander angeordnet sind.
-
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist mindestens ein Bandelement als Kette aus einzelnen Kettengliedern zusammengesetzt, wobei die einzelnen Kettenglieder bevorzugt beweglich miteinander verbunden sind. Benachbarte Kettenglieder weisen an ihrer Verbindung dabei eine Drehachse auf, um welche die Kettenglieder zueinander verschwenkt werden können. Dabei sind alle Drehachsen vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, d. h. die Kette hat vorzugsweise eine erste, biegbare Richtung, in welche die Kettenglieder jeweils verkippt bzw. gedreht werden können. In der zweiten hierzu bevorzugt rechtwinkligen Richtung hingegen ist die Kette im Wesentlichen starr bzw. biegesteif.
-
Weiter bevorzugt sind zumindest zwei Bandelemente als Ketten ausgebildet und in dem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement greifen die Kettenglieder der ersten Kette und die Kettenglieder der zweiten Kette ineinander. Die Ausbildung der Bandelemente als Ketten ermöglicht eine besonders biegesteife Anordnung. Die Kettenglieder weisen dabei bevorzugt Eingriffselemente auf, über welche sie gegenseitig ineinandergreifen. Bevorzugt sind die Kettenglieder dabei zueinander derart angeordnet, dass die ersten, biegbaren Richtungen der Ketten und/oder die zweiten, biegesteifen Richtungen jeweils zueinander gewinkelt, vorzugsweise rechtwinklig sind. Durch das Ineinandergreifen der Kettenglieder stabilisieren sich die beiden Bandelemente gegenseitig. Der Eingriff ist vorzugsweise lösbar, sodass die beiden Ketten auseinanderbewegt werden können, um sie beim Verkürzen des Abstandes zwischen den beiden Endelementen aus dem Bereich zwischen den Endelementen herauszuführen und beispielsweise aufzuwickeln.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist am ersten Endelement oder proximalseitig des ersten Endelements mindestens ein Umlenkelement und/oder ein Aufrollelement derart angeordnet, dass das zumindest eine Bandelement zur Längenänderung jeweils in Richtung seiner ersten Richtung umlenkbar und/oder aufrollbar ist. Das Bandelement kann somit aus dem Bereich zwischen den Endelementen herausgelenkt oder aufgerollt werden. Wenn mehrere Bandelemente angeordnet sind, ist vorzugsweise für jedes Bandelement ein entsprechendes Umlenk- bzw. Aufrollelement vorhanden.
-
Das Aufrollelement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, zumindest ein Bandelement entlang seiner biegbaren, ersten Richtung aufzurollen. Die so aufgerollten Bandelemente nehmen einen minimalen Platz ein. Vorteilhaft können Bandelemente zuerst über ein Umlenkelement umgelenkt werden und dann auf einem Aufrollelement aufgerollt werden. Je nach Ausbildung der Bandelemente können an einem Endelement, vorzugsweise an dem ersten Endelement ein oder mehrere Aufrollelemente und/oder Umlenkelemente angeordnet sein. Sind die Bandelemente beispielsweise fest miteinander oder einstückig verbunden, so kann ein einzelnes Aufroll- und/oder Umlenkelement zum Umlenken bzw. Aufrollen der Bandelemente ausreichen.
-
Vorteilhaft sind die Umlenk- und/oder Aufrollelemente an dem Endelement derart angeordnet, dass beim Verkleinern des Abstands des ersten Endelements zu dem zweiten Endelement die Bandelemente direkt aufgerollt bzw. umgelenkt werden. Beim Vergrößern des Abstandes werden sie wieder abgerollt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Bandelement so angeordnet, dass es ein stabförmiges Stützelement umfänglich umwickelt. Das stabförmige Stützelement ist dabei vorzugsweise an dem ersten Endelement, sich von diesem distalwärts erstreckend angeordnet. Sind zumindest zwei Bandelemente vorgesehen, so umwickeln die Bandelemente dieses Stützelement vorzugsweise gegenläufig derart, dass bei Vergrößerung des Abstands zwischen erstem und zweitem Endelement die einander umwickelnden Bandelemente von dem Stützelement in distaler Richtung heruntergeschoben werden, wobei die Bandelemente sich in ihrer umfänglich umwickelnden Stellung gegenseitig überlappen und stützen. So wird durch die sich umwickelnden Bandelemente eine sich selbst stabilisierende biegesteife Struktur geschaffen, welche die Winkellage zwischen dem ersten und zweiten Endelement auch ohne das Stützelement im Inneren stabilisiert. Zum Verkürzen des Abstandes zwischen den beiden Endelementen werden die beiden Bandelemente voneinander abgewickelt und vorzugsweise aufgerollt, sodass der Abstand zwischen den Endelementen so verkürzt werden kann. Dabei schiebt sich die gewickelte Struktur der Bandelemente vom distalen Ende her wieder auf das Stützelement auf und wird vorzugsweise am proximalen Ende des Stützelementes abgewickelt.
-
Besonders bevorzugt sind die mindestens zwei Bandelemente als vorzugsweise zueinander gegenläufige Wendeln ausgebildet, wobei im Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement das eine Bandelement das andere Bandelement umfänglich umwickelt. Die Wendeln werden vorzugsweise durch spiralförmiges Aufwickeln auf ein Stützelement, wie es oben beschrieben wurde, erzeugt. Die spiralförmige Wicklung kann durch eine überlagerte Dreh- und Linearbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement erreicht werden. Zum Verkürzen des Abstandes zwischen den Endelementen wird entsprechend eine Bewegung in umgekehrter Richtung durchgeführt, wobei die Bandelemente von dem Stützelement abgewickelt und in geeigneter Weise beispielsweise auf einem Aufwickelelement aufgewickelt werden. Die Bandelemente sind vorzugsweise als flache Blech- oder Kunststoffstreifen ausgebildet. Unter Verwendung zweier gegenläufig gewickelter Bandelemente kann eine Struktur geschaffen werden, welche Biegemomente um zwei Achsen übertragen kann. Ferner kann durch die Anordnung eines dritten Bandelements in einer dritten Wicklung zusätzlich die Übertragung von weiteren Biegemomenten erreicht werden. So kann die Positionierung zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement nicht nur in zwei Winkellagen, sondern zusätzlich in der Winkellage um die Längsachse zwischen den beiden Endelementen fixiert werden. Da die Bandelemente jedoch dennoch in einer Richtung biegbar sind, ist es möglich, sie aufzurollen, um den Abstand zwischen den Endelementen zu verkürzen.
-
Alternativ kann zumindest ein Bandelement vorgesehen sein, welches eine fest eingeprägte Wendelform aufweist. Ein solches gewendeltes Bandelement kann Querkräfte quer zur Längsachse aufnehmen und so allein die Winkellage zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement fixieren. Alternativ können auch mehrere solche Bandelemente verwendet werden. Ein solches Bandelement kann aus seiner Wendelform heraus unter elastischer Verformung ausgelenkt und aufgewickelt werden, um den Abstand zwischen den beiden Endelementen zu verkürzen. Wenn das Bandelement wieder freigegeben wird, d. h. beispielsweise abgewickelt wird, kehrt es dann selbsttätig in die eingeprägte Wendelform zurück.
-
Vorteilhaft weist das erste Endelement eine Aufnahme für ein chirurgisches Instrument auf. Das chirurgische Instrument, beispielsweise ein endoskopisches Instrument, kann dabei mit einem distalen Ende in Richtung des zweiten Endelements der längenveränderbaren Führung gerichtet angeordnet werden, sodass bei Verkürzen des Abstands der beiden Endelemente das chirurgische Instrument gezielt zu dem zweiten Endelement hingeführt werden kann. Durch die fixierte Winkellage zwischen dem ersten und zweiten Endelement wird dabei das chirurgische Element in definierter Richtung entlang der Längsachse der längenveränderbaren Führung zu dem zweiten Endelement hingeführt. Ist dabei das zweite Endelement fest, beispielsweise an einem Körperzugang, angeordnet, so kann das chirurgische Instrument derart ausgerichtet geführt werden, dass mit Verkürzen der längenveränderbaren Führung das chirurgische Instrument in den Zugang eingeführt werden kann. Durch die längenveränderbare Führung wird sichergestellt, dass auch bei Entnahme des chirurgischen Instrumentes aus dem Zugang dieses sicher wieder in diesen eingeführt werden kann, indem die Winkellage zwischen dem ersten Endelement, in welchem das chirurgische Instrument geführt ist, und dem zweiten Endelement, an welchem der Zugang gelegen ist, derart fixiert bleibt, dass der Zugang mit der Bewegungsachse des Instruments in Längsrichtung fluchtet.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Endelement eine Aufnahme für einen Trokar auf. Indem der Trokar an dem zweiten Endelement befestigt bzw. fixiert wird, kann durch die längenveränderbare Führung sichergestellt werden, dass die Winkellage zwischen dem Trokar und dem ersten Endelement, in welchem vorzugsweise ein chirurgisches Instrument geführt wird, auch bei Längenänderung gleich bleibt.
-
Vorteilhaft sind die Aufnahme für den Trokar und die Aufnahme für das chirurgische Instrument an dem ersten und zweiten Endelement zueinander fluchtend angeordnet. Ist beispielsweise ein endoskopisches Instrument in der Aufnahme für das chirurgische Instrument angeordnet und ein Trokar in der Aufnahme für den Trokar angeordnet, so ist aufgrund der fixierten Winkellage zwischen erstem und zweitem Endelement sichergestellt, dass bei Verkürzen der längenveränderbaren Führung das endoskopische Instrument aufgrund der fluchtenden Lage in den Trokar eingeführt wird.
-
Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus ein medizinisches Robotersystem, welches zumindest ein medizinisches Gerät gemäß der vorangehenden Beschreibung aufweist. Das medizinische Robotersystem ist beispielsweise durch einen medizinischen Roboterarm gebildet, welcher ein chirurgisches Instrument bewegt. Das Robotersystem dient dabei der präzisen Führung und Handhabung des chirurgischen Instrumentes.
-
Besonders bevorzugt ist die mindestens eine längenveränderbare Führung als Linearführung ausgebildet, wobei an der Linearführung am zweiten Endelement eine Aufnahme für einen Trokar angeordnet ist und an dem ersten Endelement mindestens ein Antriebselement dazu ausgebildet ist, eine Längenänderung des zumindest einen Bandelementes, welche die Endelemente verbindet, zu steuern.
-
Das erste Endelement, welches vorzugsweise an dem Robotersystem bzw. dem Roboterarm befestigt ist, wird von dem Robotersystem bewegt, während das zweite Endelement vorzugsweise am Körper bzw. am Zugang zum Inneren des Körpers fixiert ist. Wenn das erste und das zweite Endelement auseinander bewegt werden, d. h. sich der Abstand zwischen beiden in Längsrichtung vergrößert, werden die Bandelemente verlängert, vorzugsweise abgewickelt. Dies kann über das Antriebselement oder selbsttätig durch Zug auf die Bandelemente geschehen. Werden die Endelemente wieder aufeinander zu bewegt, d. h. der Abstand zwischen beiden in Längsrichtung verkürzt, werden die Bandelemente mittels des Antriebselementes vorzugsweise wieder aufgewickelt und in ihrer Länge so verkürzt, dass sie dem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement entsprechen. Dies kann z. B. durch einen elektrischen Antrieb oder durch Federkraft erfolgen. Vorzugsweise werden die Bandelemente dabei stets unter Zugspannung gehalten bzw. gestreckt gehalten, sodass sie gemeinsam die Winkellage zwischen erstem und zweitem Endelement fixieren.
-
So kann beispielsweise ein am ersten Endelement angeordnetes endoskopisches Instrument in den am zweiten Endelement befindlichen Trokar eingeführt werden, da diese so stets zueinander fluchtend gehalten werden. Aufgrund der winkelfesten Ausrichtung des ersten Endelements zu dem zweiten Endelement ist das Einführen des endoskopischen Instruments in den Trokar ohne weitere Kontrolle der Ausrichtung des Trokars möglich.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen längenveränderbaren Robotersystems mit einer Linearführung,
-
2 eine perspektivische Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
-
3a eine perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
-
3b eine weitere perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß 3a,
-
4 eine perspektivische Teilansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
-
5a–g perspektivische Ansichten von Verbindungen von Bandelementen alternativ zu den Ausführungsformen gemäß 3a bis 4,
-
6a–d Querschnitte alternativer Ausführungsformen der Verbindung zweier Bandelemente einer längenveränderbaren Führung,
-
7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der längenveränderbaren Führung gemäß 6d,
-
8a–i schematische Querschnitte weiterer alternativer Ausführungsformen erfindungsgemäßer längenveränderbarer Führungen,
-
9 eine perspektivische Teilansicht einer längenveränderbaren Führung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung,
-
10 eine perspektivische Teilansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung,
-
11a–c perspektivische Teilansichten einer weiteren Ausführungsform einer längenveränderbaren Führung,
-
12 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform alternativ zu 11a–c,
-
13a, b eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer a) auseinandergezogenen und b) zusammengeschobenen Stellung, und
-
14 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform alternativ zu der Ausführungsform gemäß 13a, b.
-
Ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen medizinischen Geräts ist schematisch in 1 gezeigt. Schematisch ist ein Körper 2 mit einem Zugang 4 gezeigt, in welchem ein Trokar 6 angeordnet ist. Ein medizinisches Robotersystem 8 weist einen Roboterarm 10 auf, über welchen beispielsweise ein endoskopisches Instrument 11 in den Trokar 6 eingeführt und im Körper 2 positioniert werden kann. Zwischen dem Roboterarm 10 und dem Trokar 6 ist eine längenveränderbare Linearführung 12 angeordnet, welche über ein erstes, proximales Endelement 14 an dem Roboterarm 10 befestigt ist und über ein zweites, distales Endelement 16 an dem Trokar 6 befestigt ist. Das erste Endelement 14 wird von dem Roboterarm 10 gemeinsam mit dem endoskopischen Instrument 11 bewegt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement 14, 16 ist mindestens ein Bandelement derart angeordnet, dass das erste Endelement 14 und das zweite Endelement 16 relativ zueinander stets eine fixierte Winkellage behalten. Die längenveränderbare Linearführung 12 erstreckt sich ausgehend von dem Zugang 4 entlang der Achse X. Wird durch den Roboterarm 10 die Winkellage des ersten Endelements 14 verändert, wird dabei aufgrund der fixierten Winkellage zwischen dem ersten Endelement 14 und dem zweiten Endelement 16 wird dabei auch die Winkellage des zweiten Endelements 16 und somit auch die Winkellage des Trokars 6 im Zugang 4 an die veränderte Winkellage des ersten Endelements 14 angepasst. D. h. ein an dem ersten Endelement 14 angeordnetes endoskopisches Instrument oder eine mit dem Endelement 14 verbundene Führung für ein endoskopisches Instrument verbleiben weiterhin fluchtend zu dem Trokar 6 ausgerichtet, auch wenn das endoskopische Instrument 11 nicht in den Trokar eingesetzt ist.
-
Die Länge der längenveränderbaren Linearführung 12 entlang der Achse X ist veränderbar. D. h. das erste Endelement 14 kann dem zweiten Endelement 16 angenähert werden oder von diesem weiter beabstandet werden. Beispielsweise kann so das am ersten Endelement 14 angeordnete endoskopische Instrument entlang der Achse X in den Trokar 6 eingesetzt werden oder aus dem Trokar 6 herausgeführt werden. Bei Änderung der Länge der längenveränderbaren Linearführung 12 wird auch der Abschnitt des mindestens einen Bandelements zwischen dem ersten Endelement 14 und dem zweiten Endelement 16 verlängert oder verkürzt. Auch bei geänderter Länge der längenveränderbaren Linearführung 12 weisen das erste Endelement 14 und das zweite Endelement 16 weiterhin zueinander eine fixierte Winkellage auf.
-
Ist die Linearführung 12 in ihrer kürzesten möglichen Stellung, d. h. das erste Endelement 14 liegt möglichst nah oder direkt an dem zweiten Endelement 16 an, so ist das endoskopische Instrument vollständig in den Trokar 6 eingeführt. Wird nun die Linearführung 12 durch das medizinische Robotersystem 8 verlängert, d. h. die längenveränderbare Linearführung 12 wird von dem Roboterarm 10 auseinandergezogen, so befindet sich zwischen den beiden Endelementen 14, 16 ein Abschnitt des Bandelementes, welcher die beiden Endelemente 14, 16 in fixierter Winkellage zueinander verbindet. Bei Verlängerung der Linearführung 12 kann das endoskopische Instrument aus dem Trokar 6 herausbewegt werden. Der Trokar 6 bleibt dabei mit dem zweiten Endelement 16 der Linearführung 12 verbunden und über die Linearführung 12 zu dem Endelement 14 in der Winkellage ausgerichtet.
-
Im Folgenden werden unterschiedliche Ausführungsformen der Bandelemente und der längenveränderbaren Linearführung beispielhaft näher erläutert. Dabei kann die anhand von 1 prinzipiell beschriebene Linearführung 12 beispielhaft in einer der nachfolgend beschriebenen Weise ausgestaltet sein.
-
Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen längenveränderbaren Linearführung bzw. Führung 20 ist in 2 als Prinzipskizze dargestellt. Sie weist ein proximales, erstes Endelement 22 und ein distales zweites Endelement 24 auf. Das erste Endelement 22 und das zweite Endelement 24 sind über vier als Seile 26 ausgebildete, sich parallel zueinander erstreckende Bandelemente verbunden. Jedes Seil 26 ist mit einem Ende mit dem zweiten Endelement 24 verbunden.
-
Das erste Endelement 22 weist vier als Rollen 28 ausgebildete Aufrollelemente auf, wobei jedes der Seile 26 jeweils auf eine der Rollen 28 aufgerollt werden kann. Die vier Seile 26 sind mit dem zweiten Endelement 24 an vier voneinander beabstandeten Befestigungspunkten verbunden, sodass die Seile 26 an den Endpunkten eines Quadrates gelegen sind. Die Rollen 28 sind dabei an dem ersten Endelement 22 entsprechend so angeordnet, dass sie genauso voneinander beabstandet sind wie die Befestigungspunkte der Seile 26 an dem zweiten Endelement 24. Wenn das erste Endelement 22 und das zweite Endelement 24 in axialer Richtung derart voneinander beabstandet sind, dass die Seile 26 zwischen ihnen gespannt sind, so können die Seile 26 die Winkellage zwischen dem ersten Endelement 22 und dem zweiten Endelement 24 gegenüber Kipp- bzw. Schwenkbewegungen der Endelemente 22, 24 um ihre Mittelpunkte fixieren. D. h., wenn beispielsweise das erste Endelement 22 in seiner Winkellage fixiert angeordnet ist, so kann das zweite Endelement 24 aufgrund der Seile 26 nicht relativ zu dem ersten Endelement 22 verkippt werden.
-
An dem zweiten Endelement 24 ist zentriert zwischen den vier Seilen 26, d. h. im Zentrum des zweiten Endelements 24, eine Trokaraufnahme 30 ausgebildet. In Richtung der Längsachse X der längenveränderbaren Führung 20 ausgerichtet, weist das erste Endelement 22 eine zu der Trokaraufnahme 30 entlang der Längsachse X fluchtende Instrumentenaufnahme 32 auf.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das erste Endelement 22 und das zweite Endelement 24 durch die vier Seile 26 zueinander derart lagefixiert angeordnet, dass bei einem Verschwenken oder Verkippen des ersten Endelements 22 um eine Achse quer zur Längsachse X der längenveränderbaren Führung 20 dieses Verkippen über die vier Seile 26 auf das zweite Endelement 24 übertragen wird und so beide Endelemente 22, 24 mit fixierter Winkellage zueinander verkippt bzw. verschwenkt werden bzw. ein Verkippen beider Endelemente 22, 24 unterbunden wird. Insbesondere kann ein unerwünschtes Verschwenken des Trokars verhindert werden. Eine Neuausrichtung des ersten Endelements 22 kann beispielsweise durch einen mit dem ersten Endelement 22 verbundenen Roboterarm 10 (vgl. 1) erfolgen. Somit ist sichergestellt, dass bei einer Lageänderung des ersten Endelementes 22 oder des zweiten Endelements 24 die Trokaraufnahme 30 eine zu der Instrumentenaufnahme 32 fluchtende Stellung behält. Wird die längenveränderbare Führung 20 verkürzt, so nähern sich das erste Endelement 22 und das zweite Endelement 24 sowie die Instrumentenaufnahme 32 und die Instrumentenaufnahme 32 einander an. So kann beispielsweise ein in der Instrumentenaufnahme 32 angeordnetes endoskopisches Instrument in einen in der Trokaraufnahme 30 angeordneten Trokar eingeführt werden, was aufgrund der fluchtenden Ausrichtung der beiden Endelemente 22 und 24 über die Führung 20 erleichtert wird.
-
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in den 3a und 3b dargestellt. Zwischen einem ersten Endelement 34 und einem zweiten Endelement 36 der dort gezeigten längenveränderbaren Führung 33 sind zwei Bandelemente in Form von Bändern 38a, 38b angeordnet. Beide Bänder 38a, b weisen dieselbe streifenartige Ausbildung auf, d. h. sie weisen in diesem Beispiel gleiche Dicken und gleiche Breiten auf und sind z. B. aus Blech, z. B. Edelstahlblech, hergestellt, sie können aber auch aus Materialien wie Naturkautschuk, Silikon oder aus Kunststoff hergestellt sein, die eine biegsame Ausbildung in eine Richtung und eine biegesteife Ausbildung in eine andere Richtung ermöglichen. Auch müssen beide Bänder 38a, 38b nicht zwingend denselben Querschnitt, insbesondere gleiche Dicken und Breiten, aufweisen.
-
Zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement 34, 36 sind die Bänder 38a, 38b T-förmig, insbesondere also rechtwinklig zueinander angeordnet. Eine entlang der Längserstreckung X der längenveränderbaren Linearführung bzw. Führung 33 verlaufende Stirnseite des zweiten Bandes 38b grenzt dabei an eine Seitenfläche 39 des ersten Bands 38a mittig verlaufend an. In dem ersten Endelement 34 sind jeweils zwei senkrecht zueinander stehende Führungen ausgebildet, durch welche die beiden Bänder 38a und 38b in der beschriebenen Ausrichtung geführt sind. Zwei an dem ersten Endelement 34 und zueinander senkrecht angeordnete, drehbare Rollen 40 dienen dazu, die Führung 33 in ihrer Länge entlang der Längsachse X ändern zu können. Dabei ist jeweils ein Band 38a, 38b auf eine der Rollen 40 aufrollbar. Die Drehachsen der Rollen 30 sind dabei jeweils senkrecht zu einer ersten Richtung der Bänder 38a, 38b angeordnet, in welcher diese biegbar und somit aufrollbar sind.
-
Die biegbare, erste Richtung des Bandes 38a ist rechtwinklig zu der ersten, biegbaren Richtung des Bandes 38b angeordnet. Die beiden Bänder 38a, 38b weisen weiterhin jeweils eine zweite, biegesteife Richtung auf, welche sowohl quer zur Längserstreckung des jeweiligen Bandes 38a, 38b als auch quer zu dessen erster Richtung ausgebildet ist. Durch die rechtwinklige Anordnung der beiden Bandelemente 38a, 38b ist die erste, biegsame Richtung des Bandes 38a parallel zu der zweiten, biegesteifen Richtung des Bandelements 38b angeordnet. Die erste, biegsame Richtung des Bandes 38b ist parallel zu der zweiten, biegesteifen Richtung des Bandes 38a angeordnet. Diese Anordnung der beiden Bandelemente 38a, 38b zueinander ermöglicht eine insgesamt biegesteife Ausbildung der längenveränderbaren Führung 33 zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement 34, 36 in jede Richtung quer zur Längsachse X der längenveränderbaren Führung 33, da die beiden Bänder 38a, 38b sich gegenseitig versteifen. So wird auch in diesem Ausführungsbeispiel über die Bänder 38a, 38b die Winkellage zwischen dem Endelement 34 und 36 fixiert, sodass diese stets fluchtend gehalten werden können.
-
Durch ein abschnittsweises Aufrollen der Bänder 38a, 38b wird die längenveränderbare Führung 33 verkürzt, d. h. der Abstand zwischen dem ersten Endelement 34 und dem zweiten Endelement 36 wird durch Aufrollen von Längsabschnitten der Bänder 38a, 38b verkleinert. Ein Abrollen aufgerollter Abschnitte der Bänder 38a, 38b von den Rollen 40, erfolgt durch Wegbewegen des ersten Endelements 34 vom zweiten Endelement 36, also einem Vergrößern des Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement 34, 36, beispielsweise durch den in 1 dargestellten Roboterarm 10.
-
Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht grundlegend dem in 3a, 3b gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei weitere Umlenkrollen 42, 44 derart von den Rollen 40 beabstandet angeordnet sind, dass die beiden Bänder 38a, 38b jeweils an den Rollen 40 rechtwinklig aus der Längsrichtung X umgelenkt werden und an den zu den Rollen 40 beabstandet angeordneten Umlenkrollen 42, 44 noch einmal umgelenkt werden. Somit wird ein Aufrollen der Bänder 38a, 38b entbehrlich und gleichzeitig können die Bänder 38a, 38b in einen Bereich außerhalb der Längsachse X der längenveränderbaren Führung 33 gelenkt werden, in welchem die Bänder 38a, 38b die Bewegungsfreiheit von anderen, beispielsweise von medizinischen Geräten, Personen und/oder Robotersystemen, nicht behindern.
-
Die in 3a, 3b und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen Bandelemente auf, welche zwischen dem ersten Endelement und dem zweiten Endelement bevorzugt aneinander anliegen und so einander versteifen. Die Bandelemente können aber zusätzlich auch miteinander verbunden sein.
-
Die in den 5a bis 5g als Prinzipskizzen dargestellten Ausführungsbeispiele dienen der Veranschaulichung, wie flache Bänder (z. B. die in 3 und 4 gezeigten Bänder 38a, 38b) ausgebildete Bandelemente einer erfindungsgemäßen längenveränderbaren Führung über Mitnahmeelemente 50a–50g und Mitnehmer 52a–52g miteinander verbunden sein können. Das in 5a gezeigte Ausführungsbeispiel weist ein an einem ersten Band als Zylinder 50a ausgebildetes Mitnahmeelement auf, welches formschlüssig in eine im Querschnitt rechteckig ausgebildete Ausnehmung 52a eines Mitnehmers eines zweiten Bandes eingreifen kann. Das Mitnahmeelement kann aber auch als Quader 50b ausgebildet sein, um zusammen mit einer rechteckig ausgebildeten Ausnehmung 52b eine zumindest quer zur Längserstreckung der längenveränderbaren Führung formschlüssige Verbindung auszubilden (5b). Weiterhin alternativ kann ein zylinderförmiges Mitnahmeelement 50c an einem, einem Mitnehmer 52c zugewandten, Ende einen halbkugelförmigen Rundkopf 54 aufweisen, und der Mitnehmer 52c weist eine zu dem Rundkopf 54 formschlüssige Rundausnehmung auf (5c).
-
Ein Ende eines Mitnahmeelements 50d kann, wie anhand des Ausführungsbeispiels in 5d gezeigt, auch als Kugel 56 ausgebildet sein, und ein damit zu verbindender Mitnehmer 52d kann eine sich parallel zur Längserstreckung eines den Mitnehmer 52d aufweisenden Bandes erstreckende Ausnehmung in Form eines Halbzylinderabschnitts aufweisen, an dessen von dem Band abgewandten Seite eine rechteckige Ausnehmung ausgebildet ist. Die zylinderförmige Ausnehmung weist einen Durchmesser auf, welcher dem Durchmesser der Kugel 56 entspricht, während die rechteckige Ausnehmung eine Breite aufweist, welche einem Durchmesser des zylinderförmigen Teils des Mitnahmeelements 50d entspricht. Alternativ kann ein Mitnahmeelement 50e eine zylindrische Ausbildung aufweisen (5e), welche sich parallel zur Längsachse des Bandes erstreckt.
-
In der in 5f dargestellten alternativen Ausführungsform, weisen sowohl der Mitnehmer 52f als auch das Mitnahmeelement 50f jeweils ein sich quer zur Längserstreckung der Bänder erstreckendes Hakenelement auf, welche zu einem formschlüssigen Ineinandergreifen ausgebildet sind. Weiterhin alternativ kann die Verbindung von Bändern über eine Schwalbenschwanzverbindung zwischen einem als Nut 52g ausgebildeten Mitnehmer und einem als eine zu der Nut 52g formschlüssigen Feder 50g ausgebildeten Mitnahmeelement erfolgen (5g).
-
Die in den 5a bis 5g gezeigten Verbindungsbeispiele über Mitnahmeelemente 50a–g und Mitnehmer 52a–g sind entlang der Längserstreckung X der Bänder jeweils fest mit einem von diesen verbunden. Sie können aber auch von den Bändern lösbar sein. So können zwischen den Bändern mehrere Verbindungselemente 50a–g, 52a–g lösbar angeordnet sein, über welche die Bänder zwischen einem ersten und einem zweiten Endelement miteinander verbunden sind. Durch ein Ineinandergreifen der Bänder wird eine größere Festigkeit der Struktur zwischen den Endelementen der Linearführung erreicht.
-
In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist eine längenveränderbare Linearführung bzw. Führung eines erfindungsgemäßen medizinischen Gerätes ein Verbindungselement 58 entlang seiner Längsachse X auf, über welches ein erstes Band 60 und ein zweites Band 62 miteinander verbunden sind (6a bis 6d). Vorzugsweise ist das Verbindungselement 58 als streifenförmiges Element ausgebildet, welches sich über die gesamte Länge der längenveränderbaren Führung erstreckt. Bei dem in 6a gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Verbindungselement 58 zwei zueinander gewinkelte Ausnehmungen auf, wobei in eine Ausnehmung an einer ersten Längsseite 64 des Verbindungselements 58 eine entlang der Längserstreckung des Bandes 60 verlaufende Seitenkante 66 des Bandes 60 eingreift. An einem von der ersten Längsseite 64 abgewandten zweiten Längsseite 68 des Verbindungselements 58 ist die zweite Ausnehmung quer zu der ersten ausgebildet. Die zweite Ausnehmung ist zu einer Seitenfläche des Verbindungselements 58 hin geöffnet. In diese zweite Ausnehmung greift eine Seitenkante 69 des zweiten Bandes 62 ein. Die beiden Bänder 60, 62 sind somit L-förmig angeordnet und über das Verbindungselement 58 miteinander verbunden.
-
In einer alternativen Ausführungsform weist eine in 6b im Querschnitt dargestellte längenveränderbare Linearführung ein, wie vorhergehend beschriebenes, erstes Band 60 und ein zweites Band 62‘ auf, welches gegenüber dem in 6a dargestellten zweiten Band 62 an einer dem ersten Band 60 zugewandten Seitenfläche 70 eine im Bandquerschnitt T-förmig ausgebildete Nut aufweist, welche an der Seitenfläche 70 quer zur Längserstreckung X des Bandes mittig angeordnet ist. Es wäre jedoch auch eine aus der Mitte versetzte Anordnung möglich.
-
Auch bei dieser Ausführungsform ist ein streifenförmiges Verbindungselement 58‘ vorgesehen, welches eine dem ersten Band 60 zugewandte erste Längsseite 64 aufweist, an welcher eine Nut zum Eingriff der Seitenkante 66 des ersten Bandes 60 angeordnet ist. Ein von der ersten Längsseite 64 abgewandte zweite Längsseite 68‘ weist eine quer zur Banderstreckung im Querschnitt T-förmig ausgebildete Auskragung auf, welche in die T-förmige Nut am zweiten Band 62‘ eingreift.
-
In einer zu der in 6b gezeigten Ausführungsform abgewandelten Ausführungsform weist ein Verbindungselement 58‘‘ eine dem ersten Band 60‘ zugewandte, hakenförmig ausgebildete erste Längsseite 64‘ auf, welche zu einem formschlüssigen Eingriff in eine korrespondierende Ausnehmung an der Seitenkante 66‘ des ersten Bandes 60‘ ausgebildet ist (6c).
-
Alternativ zu den in 6a–c gezeigten Ausführungsbeispielen weist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6d ein zweites Band 62‘‘ an einer einem ersten Band 60‘‘ zugewandten Seitenfläche 70 ein Verbindungselement 72a mit zwei Seitenteilen auf, welche eine halbzylindrische Ausnehmung 74 bilden, welche sich parallel zur Längserstreckung X des zweiten Bands 62‘‘ erstreckt. Rechtwinklig zu dem zweiten Band 62‘‘ ist das erste Band 60‘‘ angeordnet, welches an einer dem zweiten Band 62‘‘ zugewandten Seitenkante 66‘‘ ein als zylindrische Wulst ausgebildetes Verbindungselement 72b aufweist, dessen Durchmesser kleiner als der Radius der halbzylindrischen Ausnehmung 74 des Verbindungselements 72a ist. Das wulstförmige Verbindungselement 72b kann somit in die Ausnehmung am Verbindungselement 72a eingreifen und eine lösbare Verbindung zwischen dem ersten Band 60‘‘ und dem zweiten Band 62‘‘ ausbilden.
-
All die in den 5 und 6 gezeigten Verbindungsmöglichkeiten zwischen zwei Bändern können vorzugsweise so ausgebildet sein, dass die Verbindung lösbar ist, d. h., dass sie beim Verkürzen bzw. Aufwickeln der Bänder getrennt wird, um die Bänder in der vorangehend beschriebenen Weise umlenken zu können. Der Eingriff zwischen den Bändern kann dabei beispielsweise durch elastische Verformung der Eingriffs- bzw. Verbindungselemente erfolgen.
-
Die in 6d dargestellte Verbindung ist in 7 als Ausführungsbeispiel einer längenveränderbaren Linearführung 90 detaillierter dargestellt. Die längenveränderbare Linearführung 90 weist ein erstes Band 60‘‘ auf, welches an einer, einem zweiten Band 62‘‘ zugewandten, Seitenkante bzw. Stirnkante 66‘‘ einen Wulst 76 entlang der Längserstreckung X der längenveränderbaren Führung 90 als Eingriffselement aufweist. Das zweite Band 62‘‘ ist senkrecht zu dem ersten Band 60‘‘ angeordnet und weist an der dem ersten Band 60‘‘ zugewandten Seitenfläche 70 zwei mittig entlang der Längserstreckung X verlaufende Auskragungen 78 auf, welche das anhand 6d beschriebene Verbindungselement 72a bilden. Die beiden Auskragungen 78 sind dabei derart voneinander beabstandet, dass sie zwischen sich eine Nut 80 ausbilden. Der Wulst 76 des ersten Bands 60‘‘ kann derart zwischen die beiden Auskragungen 78 in die Nut 80 eingreifen, dass die beiden Auskragungen 78 den eingreifenden Wulst 76 umschließen.
-
Zum Aneinanderfügen wird die Nut 80 dabei durch elastische Verformung der Auskragungen aufgeweitet. Die elastische Verformung ergibt sich vorzugsweise direkt beim Aufrollen des Bandes 60‘‘ auf die Rolle 82. Sind sowohl das erste Band 60‘‘ als auch das zweite Band 62‘‘ jeweils mit einem Längsabschnitt auf Rollen 82 aufgewickelt, so greift beim Abrollen dieser Längsabschnitte der Wulst 76 in die Nut 80. Werden Längsabschnitte der Bänder 60‘‘, 62‘‘ aufgerollt, so treten der Wulst 76 und die Nut 80 entlang dieser Längsabschnitte außer Eingriff, sodass entlang dieses Abschnitts die Bänder 60‘‘, 62‘‘ wieder voneinander getrennt sind und die Abschnitte getrennt aufgerollt werden können.
-
In den Prinzipskizzen gemäß 8a bis 8i sind beispielhaft verschiedene Anordnungsmöglichkeiten von zwei oder mehr Bändern bzw. Bandelementen 84a, 84b gezeigt, welche z. B. ähnlich den vorhergehend beschriebenen Bandelementen 60, 62 ausgebildet sein können. Bei dem in 8a dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei als Bänder 84a, 84b ausgebildete Bandelemente T-förmig angeordnet.
-
Eine alternative, weiterhin rechtwinklige Anordnung von zwei Bändern 84a, 84b ist eine L-förmige Anordnung, bei welcher an einer gemeinsamen Kontaktstelle 86 die Bänder 84a und 84b jeweils mit einer Stirnkante aneinander anstoßen (8b).
-
Eine doppelt T-förmige Anordnung von 3 Bändern ist in 8c gezeigt. Zwei Bänder 84a sind dabei zueinander parallel erstreckend angeordnet, während ein Band 84b zwischen den beiden Bändern 84a rechtwinklig zu diesen angeordnet ist und an seinen Seitenkanten jeweils über Kontaktstellen 86 mit den beiden parallel verlaufenden Bändern 84a mittig ihrer gegenseitig zugewandten Seitenflächen Verbindung steht.
-
Eine kreuzförmige Anordnung von insgesamt vier der vorhergehend beschriebenen Bänder 84a, 84b ist in 8d gezeigt. Die Bänder 84a, 84b sind dabei jeweils mit einem ihrer Seitenkante an einer gemeinsamen mittigen Kontaktstelle 86 verbunden. Die zwei Bänder 86a und die zwei Bänder 86b sind paarweise zueinander in Richtung ihrer Quererstreckung fluchtend angeordnet, wobei diese Paare zueinander rechtwinklig angeordnet sind.
-
Bei einer weiteren in 8e dargestellten Ausführungsform sind insgesamt vier paarweise gleich oder gleich ausgebildete Bänder 84a und 84b zueinander derart rechtwinklig angeordnet, dass die Bänder 84a, 84b im Querschnitt gemeinsam ein Rechteck bilden, welches einen Innenraum 88 umgibt. Weisen alle Bänder 84a, 84b die gleiche Breite quer zu ihrer Längserstreckung auf, so bilden sie im Querschnitt ein Quadrat. Ein Band 84a liegt dabei an seinen Seitenkanten über Kontaktstellen 86 jeweils an Bändern 84b an und umgekehrt. So kann z. B. ein endoskopisches Instrument an dem ersten, proximalen Endelement innerhalb des Innenraums 88 angeordnet sein und mit einem an einem distalen, zweiten Endelement angeordneten Trokar fluchten. Das endoskopische Instrument ist somit durch die Längserstreckung der Linearführung im Innenraum 88 vor äußeren Einflüssen geschützt angeordnet.
-
Das in 8f dargestellte Ausführungsbeispiel weist zwei Bänder 84a auf, welche an einer gemeinsamen Kontaktstelle 86 einander V-förmig berührend angeordnet sind, d.h. die beiden Bänder 84a erstrecken sich jeweils von der Kontaktstelle 86 weg und weisen im Querschnitt zwischen sich einen inneren Winkel kleiner als 180°, insbesondere einen Winkel zwischen etwa 45° bis 90° auf.
-
Zusätzlich kann ein drittes Band 84b über zwei Kontaktstellen 86 an den von der Kontaktstelle 86 abgewandten Stirnkanten der in V-Form angeordneten Bänder 84a angeordnet sein, wodurch sich insgesamt eine im Querschnitt dreieckige Anordnung der Bänder 84a, 84b ergibt (8g). Innerhalb der Längserstreckungen der Bänder 84a, 84b zwischen erstem und zweitem Endelement ist somit auch hier ein Innenraum 88 ausgebildet, durch welchen beispielsweise ein endoskopisches Instrument geschützt hindurchgeführt werden kann.
-
Bei dem in 8h dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Bänder 84a derart zueinander gewinkelt bzw. sternförmig angeordnet, dass alle drei Bänder 84b an einer ihrer Seitenkanten quer zu ihrer Längserstreckung eine gemeinsame Kontaktstelle 86 aufweisen. Zwischen jeweils zwei benachbarten Bändern 84b ist dabei ein Winkel von 120° ausgebildet. Die Bänder könnten aber alternativ auch in einem anderen Winkel zueinander, d. h. unregelmäßig gewickelt angeordnet sein.
-
Bei der in 8i dargestellten Ausführungsform, welche eine Kombination der Ausführungsformen in 8g und 8h darstellt, weisen drei äußere Bänder 84a die in 8g dargestellte dreieckige Anordnung auf. In dem von den Bändern 84a umschlossenen Innenraum 88 sind drei, im Vergleich zu den Bändern 84a in ihrer Querstreckung schmaler ausgebildete, Bänder 84b angeordnet, wobei die drei Bänder 84b zueinander die aus dem Ausführungsbeispiel der 8h bekannte Anordnung mit einer gemeinsamen Kontaktstelle 86 aufweisen. An ihrem von der Kontaktstelle 86 abgewandten Seitenkanten sind die Bänder 84b mit den drei Bändern 84a über Kontaktstellen 86 verbunden, welche gleichzeitig die Kontaktstellen der Bänder 84a zueinander ausbilden.
-
Bei den vorhergehend in 8a bis 8i dargestellten Ausführungsformen sind die Bänder bzw. Bandelemente und/oder die Verbindungselemente, welche die Kontaktstelle 86 bilden, zwischen dem ersten und dem zweiten Endelement an den Kontaktstellen lösbar miteinander verbunden, d. h. die Kontaktstellen stellen einen Eingriff her, über welchen die Bandelemente und/oder die Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Ein solcher Eingriff kann beispielsweise entsprechend den in 5 bis 7 gezeigten Beispielen erfolgen. Im Sinne der Erfindung können sie aber auch zumindest teilweise fest miteinander verbunden oder nur einander anliegend sein. Besonders bevorzugt können die in den genannten Figuren dargestellten Verbindungen durchgängig entlang der Längserstreckung der längenveränderbaren Führung erfolgen, ähnlich dem Beispiel in 7.
-
Den in 8a bis 8i gezeigten Anordnungen ist gemeinsam, dass die Bandelemente bzw. Bänder 84a und 84b zueinander gewinkelt angeordnet werden. So ergänzen sich die biegesteifen Richtungen der Bänder, welche jeweils in Richtung ihrer langen Quererstreckung verläuft, so, dass die Bänder 84a, 84b sich gegenseitig versteifen und idealerweise eine Anordnung bilden, welche in allen Richtungen quer zur Längsachse X der Linearführung biegesteif ist. Bei Trennung der Bänder voneinander können diese jeweils in ihrer biegbaren Richtung, wie oben anhand der 3a, 3b und 4 beschrieben, aufgerollt bzw. umgelenkt werden. Dabei werden die Bänder an ihren Kontaktstellen 86 vorzugsweise voneinander getrennt, was über lösbare Verbindungselemente geschehen kann, welche beispielsweise wie anhand von 5, 6 und 7 beschrieben ausgebildet sein können.
-
In der in 9 schematisch dargestellten Ausführungsform weist eine längenveränderbare Linearführung 90 gegenüber den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen nur ein einzelnes Bandelement bzw. Band 92 auf, welches proximal eines ersten Endelements 94 auf einer damit drehbeweglich verbundenen Rolle 96 aufgewickelt werden kann. An dem ersten Endelement 94 ist eine bogenförmige Führung in Form eines bogenförmigen Langlochs 98 ausgebildet, welches von dem Bandelement 92 durchgriffen ist. Dabei wird durch das bogenförmig ausgebildete Langloch 98 das Band 92 derart umgeformt bzw. gewinkelt, dass distalseitig des ersten Endelements 94 die voneinander abgewandten Seitenenden des Bandes 92 zwei Schenkel bilden, welche zueinander einen Winkel von etwa 90° zueinander aufweisen. Die gewinkelte Anordnung des Bandes 92 ist mit der in 8b gezeigten L-förmigen Anordnung der Bänder 84a, 84b zu vergleichen. Aufgrund der 90°-Stellung der voneinander abgewandten Schenkel stabilisieren diese sich gegenseitig, da die biegesteifen Richtungen der beiden Schenkel gewinkelt zueinander sind.
-
In einem in 10 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Bandelemente jeweils durch eine Kette 100, 102 gebildet. Die Kette 100 besteht aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Kettengliedern 104, welche alle gleich ausgebildet sind. Die einzelnen Kettenglieder 104 sind starr ausgebildet. An einer gemeinsamen Drehachse Y sind zwei benachbarte Kettenglieder 104 jeweils miteinander drehbeweglich verbunden, diese Verbindung ermöglicht die Flexibilität der Kette 100 in einer Querrichtung quer zu der Längsachse X der Linearführung.
-
Die Kette 102 besteht analog zur Kette 100 aus gleich ausgebildeten Kettengliedern 106, welche jeweils über Drehachsen Y’ drehbar miteinander verbunden sind. Die Kette 100 ist senkrecht zur Kette 102 angeordnet, d. h. die Ketten 100, 102 weisen eine im Querschnitt T-förmige Anordnung auf. Dabei sind an den einzelnen Kettengliedern 106 der Kette 102 mittig zu ihrer parallel zur Drehachse Y verlaufenden Quererstreckung Verbindungselemente 108 ausgebildet. Die Kettenglieder 104 der Kette 100 weisen an ihrer der Kette 102 zugewandten Stirnkante jeweils ein Verbindungselement 110 auf. Die Verbindungselemente 108, 110 weisen jeweils ein mit einem Vorsprung und einer Ausnehmung versehenes Kopfelement auf, wobei der Vorsprung eines Verbindungselements 108 in die Ausnehmung des benachbarten Verbindungselementes 110 eingreifen kann. Die Ketten 100, 102 sind auf jeweils eine Rolle 112 aufrollbar. Beim Abrollen der aufgerollten Abschnitte der Ketten 100, 102 von den Rollen 112 greift ein Verbindungselement 110 der Kette 102 in ein benachbartes, distalwärtiges Verbindungselement 108 der anderen Kette 100 ein. So werden die Ketten fest in ihrer gewinkelten Ausrichtung miteinander verbunden. Beim Wiederaufwickeln wird die Verbindung wieder gelöst.
-
Eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung ist als Prinzipskizze in den 11a bis 11c gezeigt. Die dort gezeigte längenveränderbare Führung 114 weist an einem in den Figuren nicht gezeigten ersten Endelement zwei Rollen 116 auf, auf welchen jeweils ein Band 118a, b aufgewickelt ist. Dabei zeigt 11c die Anordnung beider Bänder 118a und 118b, während in 11a allein die Anordnung des Bandes 118a und in 11b allein die Anordnung des Bandes 118b gezeigt ist. Eine als Stützelement ausgebildete Stange 120 ist distalseitig an dem ersten Endelement, sich in Richtung der Längserstreckung X der längenveränderbaren Führung 114 erstreckend, angeordnet. Die beiden Rollen 116 sind bzgl. Ihrer Längsachsen zueinander rechtwinklig angeordnet und weisen gegenüber der Längsachse X der längenveränderbaren Führung 114 einen Winkel von jeweils ca. 45° auf. Die Längsachse X entspricht einer Drehachse, an welcher die beiden Rollen 116 entgegengesetzt drehbar gelagert sind.
-
Um die Stange 120 werden sowohl das Band 118a als auch das Band 118b außenumfänglich schraubenförmig gewickelt. Die Umwicklungsrichtung des Bandes 118a um die Stange 120 ist dabei entgegengesetzt zu der Umwicklungsrichtung des Bandes 118b (vergleiche 11a, 11b). Während des Abrollens des Bandes 118a von der Rolle 116, d. h. bei einem Auseinanderziehen der längenveränderbaren Führung beispielsweise durch ein medizinisches Robotersystem, wird diese gleichzeitig um die Längsachse X der längenveränderbaren Führung im Uhrzeigersinn gedreht. Das von der Rolle 116 abgewickelte Band 118a umwickelt somit die Stange 120, wobei von der Stange 120 gleichzeitig ein distalseitiger Abschnitt des Bandes 118a entlang der Längsrichtung X der längenveränderbaren Führung heruntergeschoben wird. Gleichzeitig wird das Band 118b abgerollt, wobei diese Rolle 116 um die Längsachse X der längenveränderbaren Führung 114 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Dabei umwickelt das Band 118b die Stange 120 sowie das Band 118a in entgegengesetzter Richtung. Die Stange 120 erstreckt sich nicht über die gesamte axiale Länge der Linearführung, sondern bildet lediglich eine Aufwickelhilfe und die Bandelemente bzw. Bänder 118, 118b, welche um die Stange 120 gewickelt worden sind, werden bei weiterer Verlängerung der Linearführung 114 vom distalen Ende der Stange 120 heruntergeschoben. Insgesamt führt das gegenläufige Umwickeln der beiden Bänder 118a, 118b um die Stange 120 zu einer sich gegenseitig stabilisierenden Ausbildung der Bandelemente 118a, 118b entlang der Längserstreckung X der längenveränderbaren Führung 114, welche eine fixierte Winkellage zwischen einem ersten, proximalen Endelement und einem distalen, zweiten Endelement (beide nicht dargestellt) im Sinne der vorhergehenden Ausführungen bewirkt. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform weist die längenveränderbare Führung keine Stange 120 auf, sondern die Bänder 118a, 118b umwickeln sich selber, ohne dabei an einem Stützelement angeordnet zu werden.
-
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zu dem in den 11a bis 11c gezeigten Bandelements 118a alternativen Bandelementes bzw. Bandes 122. Dieses Band 122 hat eine fest eingeformte Wendelstruktur. Ist ein solches Band 122 auf einer Rolle proximalseitig am ersten Endelement der längenveränderbaren Führung aufgerollt, so verformt es sich während des Abrollens von seiner Rolle aufgrund elastischer Rückstellkräfte in seine ursprüngliche Wendelform zurück. In dieser Wendelform ist das Band 122 geeignet, die Winkellage zwischen zwei Endelementen der Linearführung beizubehalten bzw. zu fixieren. In einer Abwandlung dieser Ausführungsform können zwei entsprechend wendelförmige Bänder 122 eingesetzt werden. Ähnlich zu der in den 11a bis 11c gezeigten Ausführungsform weist die längenveränderbare Führung anstelle der Bänder 118a, b zwei wendelförmige Bänder 122 gegenläufiger Wendelform auf. Die beiden wendelförmigen Bänder können sich beim Abrollen von den Rollen 116, wenn sie ihre Wendelform einnehmen, ineinander verschlingen und dabei gegenseitig stützen.
-
In den bisher beschriebenen Ausführungsformen gemäß 3–8 sind Verbindungselemente zwischen mehreren Bandelementen zu deren Verbindung angeordnet. Alternativ können die Verbindungselemente aber auch quer zur Längserstreckung der Bandelemente diese umfänglich umgebend angeordnet sein. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in den 13a und 13b schematisch dargestellt. An einem ersten Endelement 124 einer längenveränderbaren Führung 126 sind zwei zueinander senkrecht angeordnete drehbare Rollen 128 angeordnet. Das erste Endelement 124 weist in Richtung der Längsachse X der längenveränderbaren Führung 126 eine im Querschnitt T-förmige Durchgangsöffnung auf. welche von zwei Bandelementen in Form von Bändern 130a, 130b durchgriffen wird, wobei die Bänder 130a, 130b jeweils auf einer der Rollen 128 aufrollbar sind. Die beiden Bänder 130a, 130b sind, wie schon vorhergehend beschrieben, mit einem distal an der längenveränderbaren Führung 126 angeordneten zweiten Endelement 132 verbunden. Zwischen dem ersten Endelement 124 und dem zweiten Endelement 132, also entlang der längenveränderbaren Führung 124, sind die beiden Bänder 130a, 130b zueinander T-förmig angeordnet und versteifen sich so gegenseitig
-
Entlang der Längserstreckung der Bänder 130a, 130b zwischen dem ersten Endelement 124 und dem zweiten Endelement 132 sind plattenförmige Verbindungselemente 134 angeordnet, welche eine T-förmige Ausnehmung aufweisen, durch welche die Bänder 130a, 130b geführt sind. Die Verbindungselemente 134 sind somit gegenüber den vorhergehend beschriebenen Verbindungselementen nicht direkt zwischen den beiden Bändern 130a, 130b angeordnet, sondern umgreifen diese formschlüssig.
-
Wird die längenveränderbare Führung 126 verkürzt, so nähern sich die Verbindungselemente 134 einander an. In der kürzesten Stellung der längenveränderbaren Führung 126 (13b) liegen die Verbindungselemente 134 bevorzugt im Wesentlichen aneinander an oder weisen den kleinsten möglichen Abstand zueinander auf. Beim Verlängern der längenveränderbaren Führung 126 können die Verbindungselemente 134 über geeignete Mitnehmer an den Bändern 130a, 130b auseinander bewegt werden. Solche Mitnehmer werden im Prinzip anhand des weiteren Ausführungsbeispiels gemäß 14 beschrieben.
-
Die längenveränderbare Führung 138 gemäß 14 weist proximalseitig ein erstes Endelement 124 auf. Das Band 136 ist fest mit einem zweiten Endelement 132 am distalen Ende einer längenveränderbaren Führung 138 verbunden. Entlang der Längserstreckung des Bandes 136 sind einzelne Mitnehmer 140 treppenstufenartig angeordnet, d. h. die Mitnehmer 140 sind sowohl entlang der Längserstreckung X des Bandes 136 als auch derart quer zueinander beabstandet, dass sie nicht auf einer Geraden parallel zu der Längserstreckung X des Bandes 136 liegen. Das in 14 gezeigte Ausführungsbeispiel weist vier Verbindungselemente 142 auf, welche das Band 136 umfänglich umgreifen. Entsprechend sind vier Mitnehmer 140 an dem Band 136 derart treppenstufenartig angeordnet, dass im auseinandergezogenen Zustand der längenveränderbaren Führung 138, d. h. wenn das erste Endelement 124 den größtmöglichen Abstand zu dem zweiten Endelement 132 aufweist, an jedem Mitnehmer 140 ein Verbindungselement 142 anliegt. Die Verbindungselemente 142 sind über als Zugfedern wirkende Spiralfedern 144 jeweils mit einem benachbarten Verbindungselement 142 und/oder einem benachbarten Endelement 124, 136 verbunden.
-
Das dem ersten Endelement 124 benachbarte Verbindungselement 142 weist sowohl zu dem Band 136 als auch zu drei der vier Mitnehmer 140 formschlüssige Ausnehmungen auf. Wird die längenveränderbare Führung 138 aus ihrer kürzesten Stellung, d. h. aus dem kleinstmöglichen Abstand zwischen dem ersten Endelement 124 und dem zweiten Endelement 132 heraus verlängert, so wird das Band 160 von einer hier nicht gezeigten Rolle abgerollt, wobei sich die Mitnehmer 140 gemeinsam mit dem Band 136 in Richtung der Längsachse X bewegen. Der erste Mitnehmer 140, welcher in 14 unten gelegen ist, kann sich dabei aufgrund der ausgebildeten Ausnehmungen in den ersten drei Verbindungselementen 142 durch diese hindurch bewegen und kommt erst an dem vierten Verbindungselement 142 zur Anlage und bewegt dieses in axialer Richtung X mit. Entsprechend kann sich der zweite Mitnehmer 140 durch die ersten zwei Verbindungselemente 142 durch entsprechende Ausnehmungen hindurch bewegen, ohne dass diese Verbindungselemente 142 mitbewegt werden. Der Mitnehmer 140 kommt erst an dem dritten Verbindungselement 142 zur Anlage und bewegt dieses mit. Entsprechend kann sich der dritte Mitnehmer 140 durch eine Ausnehmung in dem ersten Verbindungselement 142 hindurch bewegen und nimmt erst das zweite Verbindungselement 142 mit. Der vierte Mitnehmer 140 kommt schließlich an dem ersten Verbindungselement 142 zur Anlage, um dieses mitzubewegen. Entsprechend könnten noch mehr als vier Mitnehmer 140 und Verbindungselemente 142 vorgesehen sein, wobei dann eine entsprechende Anordnung von Ausnehmungen in den Verbindungselementen 142 ausgebildet werden müsste. Beim Auseinanderbewegen der Verbindungselemente 142 spannen sich die Schraubenfedern 144, sodass diese die Verbindungselemente dann in ihrer Ausgangslage zurück bewegen können, wenn das Band 136 wieder aufgewickelt wird.
-
Allen vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass mehrere Bandelemente derart angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig stabilisieren, um Kraftübertragungen in mehreren Richtungen zu ermöglichen und so zwei Endelemente in ihrer Winkellage zueinander zu fixieren. Gleichzeitig sind die Bandelemente so ausgebildet, dass sie in zumindest einer Richtung biegbar sind, um aufgewickelt oder umgelenkt zu werden und so die längenveränderbare Linearführung zu verkürzen. Dabei ist zu verstehen, dass die mehreren Bandelemente auch von einem einzigen Bandelement gebildet werden können, welches entsprechend umgeformt wird, sodass es in zwei Richtungen Kräfte übertragen kann. Durch Umformung kann dieses eine Bandelement in eine Lage bzw. Form gebracht werden, in welcher es eine Aufwicklung zulässt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Körper
- 4
- Zugang
- 6
- Trokar
- 8
- medizinisches Robotersystem
- 10
- Roboterarm
- 12
- längenveränderbare Linearführung
- 14
- erstes, proximales Endelement
- 16
- zweites, distales Endelement
- 20
- längenveränderbare Führung
- 22
- erstes Endelement
- 24
- zweites Endelement
- 26
- Seil
- 28
- Rolle
- 30
- Trokaraufnahme
- 32
- Instrumentenaufnahme
- 33
- längenveränderbare Führung
- 34
- erstes Endelement
- 36
- zweites Endelement
- 38a, b
- Band
- 39
- Seitenfläche
- 40
- Rolle
- 42
- Rolle
- 50a–g
- Mitnahmeelement
- 52a–g
- Mitnehmer
- 54
- Rundkopf
- 56
- Kugel
- 58
- Verbindungselement
- 60, 60', 60''
- erstes Band
- 62, 62', 62''
- zweites Band
- 64, 64'
- erste Längsseite
- 66, 66', 66''
- Seitenkante
- 68, 68'
- zweite Längsseite
- 70
- Seitenfläche
- 72a, b
- Verbindungselement
- 74
- Ausnehmung
- 76
- Wulst
- 78
- Auskragung
- 80
- Nut
- 82
- Rolle
- 84a, b
- Bandelement
- 86, 86'
- Kontaktstelle
- 88, 88'
- Innenraum
- 90
- längenveränderbare Linearführung
- 92
- Band
- 94
- erstes Endelement
- 96
- Rolle
- 98
- Langloch
- 100
- Kette
- 102
- Kette
- 104
- Kettenglied
- 106
- Kettenglied
- 108
- Verbindungselement
- 110
- Verbindungselement
- 112
- Rolle
- 114, 114'
- längenveränderbare Führung
- 116
- Rolle
- 118a,
- Band
- 120
- Stange
- 122
- Band
- 124
- erstes Endelement
- 126
- längenveränderbare Führung
- 128
- Rolle
- 130a, b
- Band
- 132
- zweites Endelement
- 134
- Verbindungselement
- 136
- Band
- 138
- längenveränderbare Führung
- 140
- Mitnehmer
- 142
- Verbindungselement
- 144
- Spiralfeder
- X
- Achse
- Y, Y'
- Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2011/0071542 A1 [0002]
