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Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf für einen manuell oder motorisch betätigbaren medizinisch-chirurgischen Manipulator aufweisend ein Basisteil, ein gegenüber und an diesem Basisteil um einen ersten Stift schwenkbeweglich ausgeführten Kippkörper und ein an dem Kippkörper angeordnetes und gegenüber dem Kippkörper um einen zweiten Stift, welcher orthogonal zu dem ersten Stift angeordnet ist, schwenkbeweglich ausgeführtes Werkzeug. Das Werkzeug besteht hierbei aus einem ersten und einem zweiten Werkzeugteil, wobei diese Werkzeugteile jeweils eine Betätigungsrolle aufweisen. Die Schwenkbewegungen von Werkzeug sowie Kippkörper erfolgen mittels Zugmitteln und der Arbeitskopf ist weiterhin mit Führungsrollen versehen, über welche die Zugmittel geführt werden. Weiterhin ist der Kippkörper des Arbeitskopfes so ausgeführt, dass er Gleitführungen mit Gleitflächen aufweist. Diese Gleitführungen sind an dem Kippkörper so ausgeformt und die Führungsrollen des Arbeitskopfes in dem Bereich der schwenkbeweglichen Verbindung von Basisteil und Kippkörper sowie die Zugmittel so angeordnet, dass in einer relativen Winkelstellung von Basisteil und Kippkörper, mit einem Relativwinkel in einem Relativwinkelbereich, zwischen Basisteil und Kippkörper die Zugmittel unabhängig dieser Winkelstellung immer einen Kontaktbereich mit den Gleitflächen der Gleitführungen ausbilden und die Zugmittel somit stets mittels der Gleitführungen geführt werden.
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Zur Durchführung minimal-invasiver Eingriffe im Bereich der Bauchhöhle haben sich über Jahre laparoskopische Instrumente etabliert, mittels deren Hilfe unter anderem Gewebemanipulationen unter Verwendung von beispielsweise Greif- oder Schneidmechanismen durchgeführt werden.
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Diese Instrumente werden hierbei meist über eine Stichinzision in den Bauchraum des Patienten eingeführt. Je geringer das hierdurch verursachte Trauma ist, desto schneller erfolgt in der Regel der Genesungsfortschritt des Patienten nach einer Operation.
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Somit stellt es sich als sinnvoll dar, dass der zur Einführung des Instrumentes bzw. der Instrumente notwendige Durchmesser der Öffnung der Bauchhöhle so gering wie möglich ausfällt. Minimale Öffnungsdurchmesser sind überdies selbstredend auch auf anderen chirurgischen Gebieten, wie der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde oder der Neurochirurgie, von hoher Bedeutung. Schlussfolgernd bedingt dies einen möglichst minimalen Durchmesser des Instrumentenschaftes.
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Der Kopf eines solchen Instrumentes, welcher sich an einem Schaftende des Instrumentes befindet und neben dem Werkzeug über ein Abwinkelelement verfügt, welches zwischen Werkzeug und Schaft angeordnet ist, ist üblicherweise so ausgelegt, dass mit diesem zwei aufeinander senkrecht stehende Rotationsfreiheitsgrade abgedeckt werden. Diese zwei Rotationen, d. h. sowohl die Verschwenkung sowie die funktionale Betätigung des Werkzeuges als auch die Verschwenkung des Abwinkelelementes, werden für gewöhnlich über Zugseile realisiert.
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Zur Übertragung der z. B. für die Gewebemanipulation entsprechend notwendigen Kräfte und/oder Momente müssen die Komponenten des Arbeitskopfes, insbesondere die verwendeten Zugseile, Mindestdimensionen aufweisen, um die Kraft- und/oder Momentübertragung unter Berücksichtigung von Sicherheitsfaktoren zu ermöglichen. Im Falle der Zugseile verfügen diese über Durchmesser von üblicherweise 0,4 mm bis 0,5 mm.
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In Hinblick auf den Seildurchmesser und den für die Führung dieser Seile notwendigen Bauraum ergibt sich der Instrumentendurchmesser im Wesentlichen aus der Anzahl sowie der Anordnung der Zugseile des Instrumentes.
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Gemeinhin liegen die Schaftdurchmesser derzeit im Bereich von 5 mm bis 8 mm. Hierbei finden meist 6 Zugseile, jeweils zwei Zugseile für die Verschwenkung eines jeweiligen Werkzeugteiles und zwei Zugseile für die Verschwenkung des gesamten Kopfes, Verwendung. Selbst bei optimaler, in Verbindung mit der bauartspezifisch notwendigen Anordnung der Zugseile bleibt die Anzahl ein für den Schaftdurchmesser des Instrumentes begrenzendes Kriterium. Um unter Beibehaltung dieser Zugseilanzahl einen geringeren Schaftdurchmesser zu erreichen, wäre beispielsweise eine Verringerung des Zugseildurchmessers notwendig, was jedoch gleichzeitig eine Minderung der übertragbaren Kräfte und/oder Momente bedingt.
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Um dies zu vermeiden sind Konzepte notwendig, die die Anzahl an verwendeten Komponenten und damit verbunden, insbesondere an Zugseilen sowie deren kompakte Anordnung im Instrumentenschaft zum Ziel haben. Die im Minimum notwendige Anzahl an Zugseilen beläuft sich dabei auf 4 Seile. Sinnvoll erscheint weiterhin eine Anordnung dieser vier Seile in verschiedenen Ebenen innerhalb des Schaftes, sodass ein möglichst minimaler Bauraumbedarf vorliegt.
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Jelinek, Pessers und Breedveld beschreiben zu dieser Vorgehensweise in der Veröffentlichung „DragonFlex Smart Steerable Laparoscopic Instrument“, ASME: Journal of Medical Devices, 2014; Vol. 8 (1), ein laparoskopisches Instrument, welches über vier Zugseile betätigt wird, wobei jeweils zwei der Zugseile an einem Ende miteinander befestigt sind. Sowohl das Öffnen und Schließen sowie die Schwenkbewegung des Werkzeuges als auch die Schwenkbewegung des Kopfes werden über diese Zugseile verwirklicht, wobei jeweils zwei Zugseile der Betätigung einer Werkzeughälfte dienen. Bei einer gegensinnigen Betätigung der jeweils mit einer Werkzeughälfte verbundenen zwei Zugseile erfolgt eine Schwenkbewegung der entsprechenden Werkzeughälfte. Bei einer gleichsinnigen, jedoch entgegengerichteten Betätigung der mit einer jeweiligen Werkzeughälfte verbundenen Zugseile wird hingegen die zu der Schwenkbewegung der Werkzeughälften senkrecht verlaufende Schwenkbewegung des gesamten Werkzeugkopfes initiiert. Die Zugseile laufen im Bereich der Gelenke des Instrumentes über Gleitführungen, wobei sich die Zugseile hierbei winkelabhängig in einen Bereich außerhalb des Instrumentes erstrecken können und somit nicht stets innerhalb des Schaftes verlaufen. Neben den Gleitführungen für die Zugseile umfassen die Gelenke, die bei dem Instrument Anwendung finden, Abrollflächen, auf denen sich die Gelenkpartner gegenseitig abstützen, eine teils ovale, scheibenförmige Ausformung am ersten Gelenkpartner und einen entsprechenden Eingriff am zweiten Gelenkpartner sowie eine Getriebeverzahnung an beiden der Gelenkpartner. Durch diese konstruktive Ausgestaltung sowie die durch die Zugseile ausgeübten Kräfte wird das Gelenk auf einen Rotationsfreiheitsgrad beschränkt. Die Fertigung der dargestellten Gelenke sowie die Montage des Instrumentes sind durch die gewählte Konstruktion äußerst komplex und die sich teilweise außerhalb des Schaftes erstreckende Seilführung kann sich bezüglich der Funktionssicherheit, z. B. ein Blockieren durch sich verfangendes Gewebe, als ungünstig darstellen.
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Die
US 5792135 A beschreibt ein chirurgisches Instrument, welches ebenfalls mittels vier Zugseilen betätigt wird, wobei die Betätigung hierbei analog zu Jelinek et al. erfolgt. Die Führung der Zugseile ist dabei jedoch nicht über Gleitführungen verwirklicht, sondern unter Verwendung von Führungsrollen. Die Zugseile sind hierbei jedoch nicht in verschiedenen Ebenen, sondern hingegen in lediglich einer Ebene angeordnet, wodurch ein erhöhter Bauraumbedarf generiert wird.
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Die
DE 10 2013 207 248 A1 offenbart überdies ein medizinisch endoskopisches Instrument, dessen Betätigung jedoch über sechs Zugseile realisiert ist, von denen jeweils zwei miteinander verbunden sind. Die Schwenkbewegungen eines an einem Instrumentenkopf des Instrumentes angeordneten Werkzeuges erfolgen hierbei über vier Zugseile, welche je nach Ausführungsform mit einer einteiligen oder zweiteiligen Basis des Instrumentenkopfes verbunden sind. Eine Betätigung des Werkzeuges erfolgt über ein weiteres Zugseil-Paar der sechs Zugseile. Die Führung der Zugseile ist hierbei im Wesentlichen über Gleitführungen umgesetzt.
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In der
US 2014/0276956 A1 ist ein weiteres laparoskopisches Instrument offengelegt, bei welchem zur Betätigung ebenfalls sechs Zugseile genutzt werden und wiederum jeweils zwei der Zugseile an einem Ende verbunden sind. Vier der Zugseile werden dabei über Führungsrollen geführt, wobei jeweils zwei der Seile in verschiedenen Ebenen liegen und diese dem Öffnen und Schließen sowie dem Schwenken des Werkzeuges um die Werkzeugachse dienen. Die Schwenkbewegung des Kopfes, um die zur Schaftachse senkrecht, in Richtung des Schaftradius stehende Kopfachse, wird mittels eines Kugelgelenkes und zwei Zugseilen realisiert, wobei die Führungsrollen zur Umlenkung der vier Zugseile für die Werkzeugbetätigung in diesem Bereich innerhalb des Kugelgelenkkopfes angeordnet sind und hierbei für jeweils zwei der in unterschiedlichen Ebenen liegenden Zugseile drei Führungsrollen verwendet werden. Beidseitig eines Zugseiles ist somit jeweils eine Führungsrolle angeordnet. Von den insgesamt sechs verwendeten Führungsrollen für die vier Zugseile sind jeweils zwei sich gegenüberliegende Rollen über eine Achse miteinander verbunden. Alle verwendeten Zugseile verlaufen innerhalb des Instrumentenschaftes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Arbeitskopf für einen medizinisch-chirurgischen Manipulator zur Verfügung zu stellen, der einen geringen Schaftdurchmesser ermöglicht und dabei eine geringe Komplexität im Bereich der Fertigung sowie der Montage des Arbeitskopfes, bei gleichzeitig hoher Betriebssicherheit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Arbeitskopf gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen 2 bis 13 zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist also ein Arbeitskopf für einen manuell oder motorisch betätigbaren medizinisch-chirurgischen Manipulator vorgesehen, der ein Basisteil, ein gegenüber und an diesem Basisteil um einen ersten Stift schwenkbeweglich ausgeführten Kippkörper und ein an dem Kippkörper angeordnetes und gegenüber dem Kippkörper um einen zweiten Stift, welcher orthogonal zu dem ersten Stift angeordnet ist, schwenkbeweglich ausgeführtes Werkzeug aufweist. Das Werkzeug besteht aus einem ersten und einem zweiten Werkzeugteil, wobei diese Werkzeugteile jeweils eine Betätigungsrolle aufweisen. Die Schwenkbewegungen von Werkzeug sowie Kippkörper erfolgen mittels Zugmitteln. Der Arbeitskopf ist weiterhin mit Führungsrollen versehen, über welche die Zugmittel geführt werden und der Kippkörper des Arbeitskopfes ist so ausgeführt, dass er Gleitführungen mit Gleitflächen aufweist. Die Gleitführungen sind hierbei an dem Kippkörper so ausgeformt und die Führungsrollen des Arbeitskopfes in dem Bereich der schwenkbeweglichen Verbindung von Basisteil und Kippkörper sowie die Zugmittel so angeordnet, dass in einer relativen Winkelstellung von Basisteil und Kippkörper, mit einem Relativwinkel zwischen Basisteil und Kippkörper, die Zugmittel unabhängig dieser Winkelstellung immer einen Kontaktbereich mit den Gleitflächen der Gleitführungen sowie abhängig vom Relativwinkel einen Kontaktbereich mit den Führungsrollen ausbilden und die Zugmittel somit stets mittels der Gleitführungen und winkelabhängig zusätzlich mittels der Führungsrollen geführt werden. Der Arbeitskopf besteht somit im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten, dem Basisteil, dem Kippkörper und dem in zwei Werkzeugteile gliederbaren Werkzeug. Das Werkzeug kann hierbei unter anderem als ein Schneid-, Greif-, Clip-Applikations-, Koagulations- oder Klemmwerkzeug ausgebildet sein und verfügt über Betätigungsrollen. Hierbei kann beispielsweise jeweils ein Werkzeugteil eine Betätigungsrolle aufweisen, wobei diese Betätigungsrollen jeweils eine Ausnehmung aufweisen können, in welche eine an den Zugmitteln potentiell vorhandene Verdickung eingreifen kann. Der Kippkörper sowie das Werkzeug sind jeweils um einen Stift verschwenkbar, wobei die Verschwenkung über die Zugmittel erfolgen kann. Die Führung der Zugmittel erfolgt dabei über Gleitführungen am Kippkörper, welche jeweils über eine Gleitfläche verfügen mit denen die Zugmittel in Kontakt stehen, sowie Führungsrollen. Die Besonderheit der Führung der Zugmittel liegt hierbei in der Kombination aus Gleitführung und Führungsrollen, wobei die Zugmittel unabhängig der relativen Winkelstellung zwischen dem Kippkörper und dem Basisteil sich immer im Kontakt mit den Gleitflächen befinden, jedoch winkelabhängig einen Kontakt mit den Führungsrollen ausbilden. Hierdurch kann sich unter anderem eine kompakte Führung mit minimalem Bauteilaufwand sowie einer einfachen Fertigung und Montage verwirklichen lassen. Weiterhin ist es somit möglich, dass die Führung der Zugmittel so erfolgen kann, dass diese sich nicht in einen Bereich außerhalb des Arbeitskopfes erstrecken.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Arbeitskopfes besteht darin, dass für die Durchführung der Schwenkbewegung des Kippkörpers sowie des Werkzeuges vier Zugmittel verwendet werden und jeweils zwei der Zugmittel ein Zugmittelpaar bilden. Die Verwendung von lediglich vier Zugmitteln, die beispielhaft als Seile ausgeführt sein können, kann dahingehend als besonders vorteilhaft angesehen werden, dass hierdurch eine äußerst platzsparende Anordnung realisiert werden und beispielsweise der Durchmesser des Arbeitskopfes minimiert werden kann. Jeweils zwei Zugmittel dienen z. B. der Betätigung einer Werkzeughälfte. Bei einer gegensinnigen Betätigung der jeweils mit einer Betätigungsrolle einer Werkzeughälfte verbundenen zwei Zugmittel, d. h. einem Zugmittelpaar, könnte eine Schwenkbewegung der entsprechenden Werkzeughälfte erfolgen. Eine Verschwenkung des Werkzeuges und somit beider Werkzeughälften gleichartig, könnte durch eine gleichartige Betätigung der mit einer jeweiligen Werkzeughälfte verbundenen Zugmittelpaare ermöglicht werden. Bei einer gleichsinnigen, jedoch entgegengerichteten Betätigung des mit einer jeweiligen Werkzeughälfte verbundenen Zugmittels würde möglicherweise die zu der Schwenkbewegung der Werkzeughälften senkrecht verlaufende Schwenkbewegung des Kippkörpers und, damit zusammenhängend, des Werkzeuges initiiert.
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Ist eine Weiterbildung so ausgestaltet, dass jeweils zwei der ein Zugmittelpaar bildenden Zugmittel an einem Ende miteinander verbunden sind, so ist dies als äußerst gewinnbringend anzusehen. Hierdurch ließe es sich z. B. vermeiden, dass jeweils die einzelnen Zugmittel an die jeweilige Betätigungsrolle der Werkzeughälfte angebunden werden müssten, sondern lediglich jeweils ein Zugmittelpaar an die entsprechende Betätigungsrolle angebunden werden muss.
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Überdies können die Zugmittel und/oder Zugmittelpaare vorteilhaft eine Verdickung aufweisen. Diese Verdickung könnte in eine in den Betätigungsrollen der Werkzeughälften eingebrachte Aufnahme eingreifen und mittels dieser Ausgestaltung die notwendigen Betätigungs- und Manipulationskräfte über die Zugmittel auf das Werkzeug übertragen werden. Hierbei könnten sowohl die einzelnen Zugmittel jeweils, beziehungsweise ein Zugmittelpaar eine Verdickung aufweisen.
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Sind in einer Weiterbildung die Gleitführungen im Randbereich des Kippkörpers ausgeformt und weist der Kippkörper zumindest zwei Durchbrechungen zur Aufnahme von Stiften auf, so ist dies als besonders zweckmäßig zu betrachten. Über die am Kippkörper vorhandenen zumindest zwei Durchbrechungen kann der Kippkörper vorteilhaft schwenkbeweglich mit dem Basisteil und das Werkzeug schwenkbeweglich mit dem Kippkörper sowie die Führungsrollen vorteilhaft im Bereich zwischen Basisteil und Kippkörper angeordnet werden. Die Gleitführungen sind besonders zweckmäßig im Randbereich angeordnet, wodurch beispielsweise die Zugmittel innerhalb des Arbeitskopfes geführt werden können und sich nicht in einen Bereich außerhalb erstrecken.
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Als ausdrücklich vielversprechend stellt sich dar, wenn der Kippkörper des Arbeitskopfes vier Gleitführungen aufweist, wobei jeweils zwei dieser Gleitführungen auf einer jeweiligen Seite des Kippkörpers angeordnet sind. Mittels vier Gleitführungen lassen sich zum Beispiel die im Minimum notwendigen vier Zugmittel führen, wobei dies durch die Anordnung auf beiden Seiten eine Führung der Zugmittel und somit der verschiedenen Zugmittelgruppen in unterschiedlichen Ebenen ermöglicht.
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Gewinnbringend liegen sich in einer Weiterbildung die auf einer jeweiligen Seite des Kippkörpers ausgeformten Gleitführungen in einer Dimension des Kippkörpers beabstandet, mit ihren Gleitflächen gegengerichtet gegenüber und/oder die jeweils beidseitig des Kippkörpers ausgestalteten Gleitführungen sind flächensymmetrisch zueinander angeordnet. Die auf einer Seite des Kippkörpers befindlichen Gleitführungen liegen sich somit in einem Abstand stirnseitig gegenüber und sind beidseitig, spiegelbildlich angeordnet. Die spiegelbildliche, flächensymmetrische Anordnung ist beispielsweise sowohl durch Spiegelung an einer Mittelebene, welche normal zum ersten Stift, als auch an einer Mittelebene, welche normal zum zweiten Stift mittig durch den Kippkörper verläuft, realisierbar. Durch diese besonders vorteilhafte symmetrische Anordnung der Gleitführungen kann es ermöglicht werden, dass leidglich eine Führungsrolle pro jeweiliger Seite des Kippkörpers zur Führung der Zugmittel benötigt wird.
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Als weithin gewinnbringend ist eine Ausführungsform anzusehen, bei der auf jeweils einer Seite des Kippkörpers eine Führungsrolle angeordnet ist und diese Führungsrollen beidseitig des Kippkörpers zwischen Basisteil und Kippkörper so angeordnet sind, dass die jeweilige Führungsrolle auf einer jeweiligen Seite des Kippkörpers mittig zwischen den jeweiligen Gleitführungen und zu diesen beabstandet realisiert und hierbei koaxial, frei drehbar auf dem ersten Stift angeordnet ist. Die sich demgemäß auf einer jeweiligen Seite des Kippkörpers befindlichen zwei Gleitführungen und eine Führungsrolle können folglich sinngemäß wie die Punkte eines gleichschenkligen Dreieckes zueinander positioniert sein. Hierdurch kann beispielsweise ein simpler konstruktiver Aufbau der Führungskombination aus Gleitführungen und Führungsrollen gewährleistet werden.
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Sind die Gleitflächen der Gleitführungen des Kippkörpers zumindest abschnittsweise gekrümmt und/oder weisen eine ebene Flächenform auf, so können unter anderem die Zugmittel überaus verschleißarm geführt werden. Die Gleitflächen können somit z. B. aus einer Kombination aus einer gekrümmten und einer ebenen, geradlinig verlaufenden Teilfläche bestehen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung verlaufen die Zugmittel beidseitig des Kippkörpers und ein jeweiliges Zugmittelpaar wird über zumindest zwei Gleitführungen geführt, wobei sich zumindest jeweils eine dieser Gleitführungen auf jeweils einer Seite des Kippkörpers befindet und unterdessen die Umlenkung der Zugmittelpaare von der ersten Seite auf die zweite Seite des Kippkörpers über die Betätigungsrollen der Werkzeugteile erfolgt. Durch diese äußerst gewinnbringende Ausführung lassen sich beispielhaft die Schwenkbewegung des Werkzeuges, respektive der einzelnen Werkzeugteile, gegenüber dem Kippkörper sowie die Schwenkbewegung des Kippkörpers gegenüber dem Basisteil mittels lediglich vier Zugmitteln realisieren.
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Im Besonderen ist eine Weiterbildung mit einem Vorteil behaftet, bei der die Umschlingungswinkel der Zugmittel, in Abhängigkeit des Relativwinkels zwischen Kippkörper und Basisteil, um die Gleitführungen des Kippkörpers in einem Bereich von 20° bis 90° und um die Führungsrollen in einem Bereich von 0° bis 110° verlaufen. Hierdurch kann es ferner in einfacher Weise ermöglicht werden, dass die Zugmittel unabhängig des Relativwinkels zwischen Basisteil und Kippkörper in stetem Kontakt zu den Gleitführungen und winkelabhängig in Kontakt zu den Führungsrollen stehen. Der Relativwinkel könnte sich hierbei, je nach Nullstellung, auf welche sich bezogen wird, im Bereich von -90° bis 90° bzw. 0° bis 180° bewegen. Im ersten Fall wäre diese Nullstellung eine nicht abgewinkelte Stellung von Basisteil und Kippkörper. Im zweiten Fall könnte man diese Nullstellung als eine maximal mögliche Abwinkelung zwischen Basisteil und Kippkörper ansehen.
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Befinden sich in Abhängigkeit des Relativwinkels zwischen Kippkörper und Basisteil, in einem Relativwinkelbereich alle, die Zugmittelpaare bildenden Zugmittel mit den Führungsrollen in Kontakt, so ist dies als äußerst zweckmäßig zu betrachten. Der Relativwinkelbereich könnte sich hierbei, ausgehend von einer nicht abgewinkelten Stellung von Kippkörper und Basisteil als Nullstellung, von -20° bis 20° erstrecken. Ausgehend von einer maximal abgewinkelten Stellung als Nullstellung von Kippkörper und Basisteil läge dieser Relativwinkelbereich entsprechend zwischen 70° und 110°. Alle Zugmittel und somit Zugmittelpaare befinden sich gleichzeitig mit den Führungsrollen sowie den Gleitführungen in Kontakt, was vorteilhaft eine hohe Stabilität des Arbeitskopfes und einen optimalen Kraftfluss der auftretenden Manipulationskräfte bewirken könnte.
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Als weiterhin überaus vorteilhaft erweist sich, wenn zwischen den Zugmitteln und den Führungsrollen in Abhängigkeit des Relativwinkels zwischen Kippkörper und Basisteil, in einem Relativwinkelbereich, und der auf das Werkzeug wirkenden Manipulationskräfte Gleiten oder Haften auftritt. Winkelabhängig würden somit die Führungsrollen durch die Zugmittel bei einem Haften dieser an den Führungsrollen in Rotation versetzt oder die Zugmittel gleiten über die Führungsrollen, ohne diese in Rotation zu versetzen. Somit ist stets eine Bewegung der Zugmittel und somit eine Bewegbarkeit des Arbeitskopfes gewährleistet. Beispielsweise könnte dadurch eine Fehlfunktion des Arbeitskopfes vorteilhaft vermieden werden. Der Relativwinkelbereich könnte sich wiederum, ausgehend von einer nicht abgewinkelten Stellung von Kippkörper und Basisteil als Nullstellung, von -20° bis 20° erstrecken. Ginge man von einer maximal abgewinkelten Stellung als Nullstellung von Kippkörper und Basisteil aus, läge dieser Relativwinkelbereich erneut zwischen 70° und 110°.
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Weist das Basisteil zumindest zwei Durchbrechungen zur internen Durchführung der Zugmittel auf, so kann dies als äußerst nützlich betrachtet werden, da hierdurch z. B. eine quasi berührungslose Durchführung der Zugmittel durch das Basisteil in den weiteren Schaftbereich des medizinisch-chirurgischen Manipulators ermöglicht werden kann.
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In vorteilhafter Weise ist ein medizinisch-chirurgischer Manipulator vorgesehen, welcher einen erfindungsgemäßen Arbeitskopf aufweist. Der Arbeitskopf ist hierbei am distalen Ende des medizinisch-chirurgischen Manipulators angeordnet und der Manipulator somit beispielsweise als ein laparoskopisches Instrument ausgebildet.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine schematische Explosionsansicht einer Weiterbildung des Arbeitskopfes;
- 2a eine geschnittene Ansicht des Arbeitskopfes in einer ersten Ausrichtung;
- 2b eine geschnittene Ansicht des Arbeitskopfes in einer zweiten Ausrichtung.
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1 zeigt eine Explosionsansicht einer Weiterbildung des Arbeitskopfes 1 für einen manuell oder motorisch betätigbaren medizinisch-chirurgischen Manipulator. Der Arbeitskopf 1 weist ein Basisteil 2, ein gegenüber und an diesem Basisteil 2 um einen ersten Stift 3 schwenkbeweglich ausgeführten Kippkörper 4 und ein an dem Kippkörper 4 angeordnetes und gegenüber dem Kippkörper 4 um einen zweiten Stift 5, welcher orthogonal zu dem ersten Stift 3 angeordnet ist, schwenkbeweglich ausgeführtes Werkzeug 6 auf. Das Werkzeug 6 besteht aus einem ersten Werkzeugteil 7 und einem zweiten Werkzeugteil 8, wobei diese Werkzeugteile 7, 8 jeweils eine Betätigungsrolle 9 aufweisen. Die Schwenkbewegungen von Werkzeug 6 sowie Kippkörper 4 erfolgen in dieser Weiterbildung mittels vier Zugmitteln 10, 11, 12, 13, wobei jeweils zwei dieser Zugmittel 10, 11, 12, 13 an einem Ende 17, 18 miteinander verbunden sind, ein Zugmittelpaar 19, 20 bilden und ein jeweiliges Zugmittelpaar 19, 20 eine Verdickung 27 aufweist. Der Arbeitskopf 1 ist weiterhin mit Führungsrollen 14 versehen, über welche die Zugmittel 10, 11, 12, 13 geführt werden. Der Kippkörper 4 des Arbeitskopfes 1 ist hierbei so ausgeführt, dass er vier Gleitführungen 15 mit Gleitflächen 16 aufweist, welche hier im Randbereich des Kippkörpers 4 ausgeformt sind und der Kippkörper 4 drei Durchbrechungen 25, 26 zur Aufnahme des ersten Stiftes 3 sowie des zweiten Stiftes 5 aufweist. Zwei dieser Gleitführungen 15 sind dabei auf der ersten Seite 21 des Kippkörpers 4 so realisiert, dass sie sich in einer Dimension des Kippkörpers 4 beabstandet, mit den Gleitflächen 16 gegengerichtet gegenüberliegen und weiterhin die jeweils beidseitig des Kippkörpers 4 ausgestalteten Gleitführungen 15 flächensymmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Gleitflächen 16 der Gleitführungen 15 des Kippkörpers 4 sind zumindest abschnittsweise gekrümmt und weisen ebenso abschnittsweise eine ebene Flächenform auf. Kippkörper 4 und Basisteil 2 stehen in einer relativen Winkelstellung mit einem Relativwinkel α zueinander. Die Gleitführungen 15 an dem Kippkörper 4 sind überdies so ausgeformt und die Führungsrollen 14 des Arbeitskopfes 1 in dem Bereich der schwenkbeweglichen Verbindung von Basisteil 2 und Kippkörper 4 sowie die Zugmittel 10, 11, 12, 13 so angeordnet, dass die Zugmittel 10, 11, 12, 13 unabhängig des Relativwinkels α zwischen Basisteil 2 und Kippkörper 4, immer einen Kontaktbereich mit den Gleitflächen 16 der Gleitführungen 15 sowie abhängig vom Relativwinkel α einen Kontaktbereich mit den Führungsrollen 14 ausbilden und die Zugmittel 10, 11, 12, 13 somit stets mittels der Gleitführungen 15 und winkelabhängig zusätzlich mittels der Führungsrollen 14 geführt werden. In der Weiterbildung ist beidseitig des Kippkörpers 4 zwischen Basisteil 2 und Kippkörper 4 jeweils eine Führungsrolle 14 so angeordnet, dass die jeweilige Führungsrolle 14 auf einer jeweiligen Seite 21, 22 des Kippkörpers 4, hier auf der ersten Seite 21 dargestellt, mittig zwischen den Gleitführungen 15 und zu diesen beabstandet realisiert und hierbei koaxial, frei drehbar auf dem ersten Stift 3 angeordnet ist.
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In den 2a und 2b ist eine geschnittene Ansicht einer Weiterbildung des Arbeitskopfes 1 in zwei Ausrichtungen dargestellt. Die Zugmittel 10, 11, 12, 13 verlaufen beidseitig des Kippkörpers 4 und ein jeweiliges Zugmittelpaar 19, 20 wird über jeweils zwei Gleitführungen 15 geführt, wobei sich jeweils eine dieser Gleitführungen 15 auf jeweils einer Seite 21, 22 des Kippkörpers 4 befindet und unterdessen die Umlenkung der Zugmittelpaare 19, 20 von der ersten Seite 21 auf die zweite Seite 22 des Kippkörpers über die Betätigungsrollen 9 der Werkzeugteile 7, 8 erfolgt. Das Basisteil 2 weist dabei zwei Durchbrechungen 23, 24 zur internen Durchführung der Zugmittel 10, 11, 12, 13 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitskopf
- 2
- Basisteil
- 3
- Stift
- 4
- Kippkörper
- 5
- Stift
- 6
- Werkzeug
- 7
- Werkzeugteil
- 8
- Werkzeugteil
- 9
- Betätigungsrolle
- 10
- Zugmittel
- 11
- Zugmittel
- 12
- Zugmittel
- 13
- Zugmittel
- 14
- Führungsrolle
- 15
- Gleitführung
- 16
- Gleitfläche
- 17
- Ende Zugmittel
- 18
- Ende Zugmittel
- 19
- Zugmittelpaar
- 20
- Zugmittelpaar
- 21
- Seite
- 22
- Seite
- 23
- Durchbrechung
- 24
- Durchbrechung
- 25
- Durchbrechung
- 26
- Durchbrechung
- 27
- Verdickung
- α
- Relativwinkel
