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Die Erfindung betrifft einen Haltearm für medizinische Zwecke zum Halten eines chirurgischen Assistenzsystems, mit einem proximalen Ende zum Befestigen des Haltearms an einer Basis und einem distalen Ende zum Aufnehmen des chirurgischen Assistenzsystems; zwei oder mehr Armsegmenten und zwei oder mehr Gelenken, mittels denen die Armsegmente gelenkig miteinander verbunden sind, wobei jedes Gelenk mittels einer Bedieneinrichtung freigebbar und arretierbar ist; einer ersten Schnittstelle an dem proximalen Ende zum Verbinden des Haltearm mit einer Energiequelle sowie mit einer externen Steuereinheit zum Übertragen von Signalen an den und von dem Haltearm; einer zweiten Schnittstelle an dem distalen Ende zum Koppeln des Haltearms mit dem Assistenzsystem zum Steuern des Assistenzsystems; und einer Übertragungseinrichtung, welche innerhalb des Haltearms angeordnet ist und die erste Schnittstelle mit der zweiten Schnittstelle zum Übertragen von Energie und Signalen zwischen den Schnittstellen verbindet. Ferner betrifft die Erfindung ein System aus dem Haltearm und einem Assistenzsystem.
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Haltearme der eingangs genannten Art sind bereits seit längerem bekannt und werden in der Chirurgie insbesondere dazu eingesetzt, einen Operateur von statischer Haltearbeit zu entlasten. Ein derartiger Haltearm wird eingesetzt, um ein mechatronisches Assistenzsystem und/oder ein chirurgisches Instrument zu halten, wie etwa einen Manipulator, ein Endoskop, eine Klemme und dergleichen. Insbesondere zum Halten von Endoskopen haben sich die eingangs genannten Haltearme bewährt. Bei der endoskopischen Chirurgie bedient ein Operateur in der Regel mit beiden Händen ein Instrument, während ein Assistent das Endoskop hält, um das Operationsfeld über einen Bildschirm sichtbar zu machen. Das Halten des Endoskops über einen längeren Zeitraum, ist sehr ermüdend. Aus diesem Grund werden vermehrt Haltearme eingesetzt.
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Eine solcher Haltearm ist beispielsweise aus
DE 195 26 915 B4 bekannt. Die dort offenbarte Haltevorrichtung für medizinische Zwecke weist ein Anschlussteil und einen Halter für chirurgische Werkzeuge sowie einen zwischen dem Halter und dem Anschlussteil angeordneten Arm auf. Der Arm ist mit dem Halter und dem Anschlussteil oder mit einem benachbarten Arm über ein Gelenk verbunden und mit einer pneumatisch betätigbaren Vorrichtung zur wahlweisen Festlegung und Lösung der Gelenke gekoppelt, wobei diese Vorrichtung die Gelenke unter Einwirkung einer eine Bremskraft auf das Gelenk ausübenden mechanischen Feder festlegt und wobei die Vorrichtung gegen die Kraft dieser Feder pneumatisch in einen das Gelenk freigebenden Zustand überführbar ist. An dem Halter am proximalen Ende des Arms ist ein Betätigungsorgan angeordnet, mittels dessen Hilfe ein Ventil öffenbar ist, sodass die einzelnen Gelenke des Arms verstellt werden können. Bei Loslassen des Betätigungsorgans wird das Ventil wieder geschlossen, sodass die Gelenke festgelegt sind.
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Ein ähnlicher Haltearm ist in
EP 1 958 587 B1 offenbart. Der dort offenbarte Haltearm weist ebenfalls mehrere Gelenke auf, und zur Betätigung der Gelenke ist ein berührungssensitiver Sensor vorgesehen. Dieser Sensor ist am Haltearm benachbart zum medizinischen Instrument angeordnet, sodass bei Ergreifen des medizinischen Instruments der Operator in Kontakt mit dem berührungssensitiven Sensor kommt, wodurch die Gelenke des Haltearms freigegeben werden.
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Beide oben genannten Haltearme sind sogenannte passive Haltearme, die ausschließlich gebremste Gelenke aufweisen, jedoch keine aktiven Antriebe in den Gelenken. Die Gelenke sind aufgrund der Betätigung der Bedieneinrichtung freigebbar und bei Loslassen dieser wieder arretiert.
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Ein weiterer derartiger Haltearm ist in
DE 10 2011 004 926 A1 offenbart. Der Haltearm weist mehrere Armsegmente sowie mehrere Gelenke auf, mittels derer die einzelnen Armsegmente miteinander gekoppelt sind. Der Haltearm gemäß
DE 10 2011 004 926 A1 weist ferner eine erste Schnittstelle an dem proximalen Ende auf, um den Haltearm mit einer Normschiene eines Operationstisches zu koppeln. Die erste Schnittstelle ist im Wesentlichen gemäß einer Klemme ausgebildet. Darüber hinaus weist der Haltearm eine Schnittstelle am distalen Ende auf, die ebenfalls als Klemme ausgebildet ist und dazu dient, ein Endoskop aufzunehmen. Auch wenn sich dieser Arm grundsätzlich gut zum reinen Halten von Endoskopen eignet, besteht dennoch ein Bedarf, den Einsatzbereich solcher Haltearme flexibler zu gestalten, insbesondere an verschiedene Aufgaben anzupassen. Ferner ist es wünschenswert, die Sicherheit derartiger Haltearme dahingehend zu verbessern, dass ein Verletzungsrisiko eines Patienten während einer Operation, bei der der Haltearm eingesetzt wird, verringert wird.
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Ein Haltearm mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist weiterhin aus
DE 10 2014 016 823 der hiesigen Anmelderin bekannt.
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Bei solchen Haltearmen besteht der Bedarf, verschiedene Assistenzsysteme anschließen zu können. Insbesondere ist abhängig von der Art der Operation bzw. der Art der Halteaufgabe erforderlich, verschiedene solche Systeme anschließen zu können. Darüber hinaus haben verschiedene Hersteller verschiedene Schnittstellen, und es ist bevorzugt, dass diese verschiedenen Assistenzsysteme, wie insbesondere Instrumente und dergleichen, an dem Haltearm anschließbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Haltearm der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem ein mechatronisches Assistenzsystem auf einfache Art und Weise anschließbar ist und weiterhin die Einsatzmöglichkeiten vergrößert sind.
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Die Aufgabe wird beim Haltearm der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die zweite Schnittstelle eine erste Arretiereinrichtung zum Arretieren eines passiven Assistenzsystems und eine zweite Arretiereinrichtung zum Arretieren eines mechatronischen Assistenzsystems aufweist.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass an ein und dieselbe Schnittstelle, nämlich die zweite Schnittstelle am distalen Ende des Haltearms, sowohl passive als auch mechatronische, also aktive, Assistenzsysteme angeschlossen werden. Passive Assistenzsysteme sind Assistenzsysteme, die keine elektronischen Aktuatoren, Sensoren oder dergleichen aufweisen, und insbesondere keine robotischen Komponenten haben. Unter mechatronischen Assistenzsystemen werden vorliegend solche Assistenzsysteme verstanden, die robotische Bauelemente haben, wie insbesondere Aktuatoren oder Sensoren.
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Passive Assistenzsysteme benötigen allein eine definierte mechanische Kopplung, während robotische Assistenzsysteme zusätzlich eine elektronische Schnittstelle benötigen, um elektrische Energie und Signale empfangen und senden zu können. Indem an der zweiten Schnittstelle zwei verschiedene Arretierungseinrichtungen vorgesehen sind, ist es möglich, die entsprechende Arretiereinrichtung den Bedürfnissen des jeweiligen Assistenzsystems anzupassen. Dabei ist bevorzugt, dass die erste und zweite Arretiereinrichtung räumlich getrennt sind.
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Bezüglich der Ausgestaltung der Übertragungseinrichtung sowie interner Datenübertragung und einer Steuerung des Haltearms wird insbesondere auf
DE 10 2014 016 823 verwiesen. Der hierin beschriebene Haltearm weist in seiner Grundstruktur (Übertragungseinrichtung und Steuerung) dieselben Elemente auf, und insofern wird bezüglich der Offenbarung auf dieses Dokument Bezug genommen und dessen Offenbarungsgehalt durch Referenz hierin mit einbezogen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die ersten und zweiten Arretiereinrichtungen einen elektrischen Kontakt auf. Durch entsprechende Betätigung des Kontakts ist dann mittels des Haltearms erfassbar, ob ein passives oder ein mechatronisches Assistenzsystem an der Schnittstelle angeschlossen ist. Der Haltearm weist dazu vorzugsweise eine interne Steuerung auf. Der elektrische Kontakt ist beispielsweise so ausgebildet, dass er bei entsprechender Aufnahme eines Assistenzsystems geschlossen ist.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass der Haltearm ein Schloss zum Versperren und Freigeben der ersten und/oder zweiten Arretiereinrichtung aufweist. Vorzugsweise ist das Schloss dazu eingerichtet, die erste und zweite Arretiereinrichtung wechselseitig freizugeben. Das Schloss dient dazu, die Arretiereinrichtungen freizugeben und zu sperren. Ist eine Arretiereinrichtung freigegeben, kann mittels dieser Arretiereinrichtung ein entsprechendes Assistenzsystem aufgenommen werden. Ist anderenfalls die Arretiereinrichtung gesperrt, ist es nicht möglich, ein Assistenzsystem aufzunehmen oder von dem Haltearm zu entfernen. Das Schloss ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die ersten und zweiten Arretiereinrichtungen wechselseitig freizugeben. Das heißt, ist die erste Arretiereinrichtung freigegeben und kann somit ein passives Assistenzsystem aufgenommen werden, ist gleichzeitig die zweite Arretiereinrichtung versperrt, und ein mechatronisches Assistenzsystem kann nicht aufgenommen werden. Hierdurch wird eine Fehlbedienung verhindert, und ein passives Assistenzsystem kann beispielsweise nicht fälschlicherweise an die zweite Arretiereinrichtung angeschlossen werden. Nach Aufnahme eines entsprechenden Assistenzsystems an den ersten oder zweiten Arretiereinrichtungen wird die entsprechende Arretiereinrichtung mittels des Schlosses versperrt. Das bedeutet in dieser Ausführungsform im Umkehrschluss, dass, wenn beispielsweise ein passives Assistenzsystem aufgenommen ist, nach Aufnahme und Versperren der Arretiereinrichtung die zweite Arretiereinrichtung freigegeben ist. Dies hat den Vorteil, dass dann keine Fehlbestimmung durch die Steuerung des Haltearms erfolgen kann, dahingehend dass irrtümlicherweise bestimmt wird, dass ein mechatronisches Assistenzsystem aufgenommen ist.
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Vorzugsweise weist das Schloss ein um die Längsachse des entsprechenden Armsegments erstes rotierbares Freigabeelement auf. Da die zweite Schnittstelle am distalen Armsegment angeordnet ist, ist die Längsachse die Längsachse des distalen Armsegments. Ist das Armsegment im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, ist die Längsachse die Rotationsachse des zylindrischen Armsegments. Anderenfalls ist die Längsachse die Zentralachse der geometrischen Form des letzten Armsegments. Es kann in Ausführungsformen aber auch denkbar sein, dass das Freigabeelement um eine zur Längsachse parallele Achse rotierbar ist. Das erste rotierbare Freigabeelement ist vorzugsweise für die erste Arretiereinrichtung vorgesehen und zwischen einer ersten Position, in der die erste Arretiereinrichtung freigegeben ist, und einer zweiten Position, in der die erste Arretiereinrichtung versperrt ist, rotierbar.
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Vorzugsweise ist das Freigabeelement ringförmig und weist wenigstens einen Griffabschnitt zum manuellen Ergreifen und Rotieren auf. Ein ringförmiges Freigabeelement hat den Vorteil, dass es auf einfache Art und Weise um das entsprechende Armsegment des Haltearms angeordnet werden kann und ferner durch einen Bediener leicht zu ergreifen ist. Der Griffabschnitt kann beispielsweise als Lasche, Vorsprung oder Ausnehmung ausgebildet sein. Der Griffabschnitt dient zum besseren manuellen Ergreifen des Rings und Rotieren des Rings. Ferner kann an dem Griffabschnitt auch abgelesen werden, ob der Ring bereits rotiert wurde oder nicht, das heißt, ob er sich in der ersten oder zweiten Position befindet. Hierdurch wird die Sicherheit insgesamt verbessert.
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Vorzugsweise ist das erste Freigabeelement in den versperrten Zustand vorgespannt. Im Ruhezustand ist also die erste Arretiereinrichtung versperrt, und zum Aufnehmen eines entsprechenden passiven Assistenzsystems ist es zunächst erforderlich, das Freigabeelement in die erste Position zu verbringen. Ferner wird hierdurch sichergestellt, dass, wenn ein passives Assistenzsystem an der Schnittstelle aufgenommen ist, die Arretiereinrichtung stets versperrt ist, sodass im Betrieb ein irrtümliches Entfernen des passiven Assistenzsystems verhindert ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Schloss ein in Richtung der Längsachse des entsprechenden Armsegments zweites linear bewegbares Freigabeelement aufweist. Bezüglich der Längsachse gilt das oben Gesagte. Das zweite Freigabeelement ist vorzugsweise für die zweite Arretiereinrichtung vorgesehen. Gemäß dieser Ausführungsform ist für jede Arretiereinrichtung ein Freigabeelement vorgesehen, wobei das erste Freigabeelement rotierbar ist und das zweite Freigabeelement entlang einer linearen Bewegungsbahn bewegbar ist. Die beiden Freigabeelemente haben also verschiedene Bewegungsbahnen, und somit ist für jede Gattung von Assistenzsystemen, passiven Assistenzsystemen und mechatronischen Assistenzsystemen, eine eigene Bewegungsbahn vorgesehen. Auch hiermit wird die Sicherheit weiter verbessert. Es kann auch Ausführungsformen geben, in denen ein einziges Freigabeelement sowohl rotierbar als auch linear bewegbar ist. In solchen Ausführungsformen ist dann eine Bewegungsbahn jeweils der ersten oder zweiten Arretiereinrichtung zugeordnet.
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In einem zweiten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe bei einem System mit einem Haltearm nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines Haltearms gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie einem passiven Assistenzsystem dadurch, dass das passive Assistenzsystem wenigstens einen sich axial erstreckenden Vorsprung aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit der ersten Arretiereinrichtung zum Arretieren des passiven Assistenzsystems an dem Haltearm zusammenzuwirken.
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In einem dritten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe bei einem System mit einem Haltearm nach wenigstens einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines Haltearms gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie einem mechatronischen Assistenzsystem dadurch, dass das mechatronische Assistenzsystem ein linear bewegliches Freigabeelement zum Zusammenwirken mit der zweiten Arretiereinrichtung aufweist. Gemäß dieser Lösung ist das zweite Freigabeelement nicht an dem Haltearm angeordnet, sondern an dem mechatronischen Assistenzsystem. Es kann aber auch Ausführungsformen geben, bei denen das zweite Freigabeelement an dem Haltearm angeordnet ist. Das zweite Freigabeelement ist vorzugsweise Teil des Schlosses.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Haltearms gemäß der Erfindung;
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2 eine perspektivische Detailansicht eines letzten Armsegments mit zweiter Schnittstelle;
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3a eine Frontalansicht der Schnittstelle aus 2 mit der zweiten Arretiereinrichtung in freigegebenem Zustand;
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3b ein Detail aus 3a;
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4a eine Frontalansicht der Schnittstelle aus 2 mit der ersten Arretiereinrichtung im freigegebenen Zustand;
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4b ein Detail aus 4a;
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5 eine schematische teilweise ausgebrochene Seitenansicht der Schnittstelle;
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6a eine schematische teilweise ausgebrochene Seitenansicht der zweiten Arretiereinrichtung im gesperrten Zustand;
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6b die Ansicht aus 6a mit der zweiten Arretiereinrichtung im freigegebenen Zustand;
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7 eine perspektivische Ansicht eines Systems mit Haltearm und einem passiven Assistenzsystem, im abgenommenen Zustand;
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8 eine perspektivische Ansicht des passiven Assistenzsystems aus 7;
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9 ein System mit Haltearm und passivem Assistenzsystem in perspektivischer Ansicht;
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10 eine Explosionsdarstellung des Systems aus 9 mit einem medizinischen Instrument für das passive Assistenzsystem;
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11 eine Variante zu 9; und
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12 eine Explosionsdarstellung eines Systems mit einem mechatronischen Assistenzsystem.
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1 zeigt einen Haltearm 1 für medizinische Zwecke, insbesondere zum Halten eines chirurgischen mechatronischen Assistenzsystems und/oder chirurgischen Instruments. Der Haltearm 1 weist ein proximales Ende 2 und ein distales Ende 4 auf. An dem proximalen Ende 2 sind eine erste Schnittstelle 6 und eine mechanische Schnittstelle 7 ausgebildet. Die Schnittstelle 7 dient dazu, den Haltearm 1 an einer Basis, wie insbesondere an einem Operationstisch, zu befestigen. Die Schnittstelle 7 dient zur Übergabe von Energie sowie zur Kopplung des Haltearms 1 mit einer externen Steuereinheit. An dem distalen Ende 4 ist eine zweite Schnittstelle 8 vorgesehen, über die ein passives und ein mechatronisches Assistenzsystem, wie insbesondere ein Manipulator, an den Haltearm 1 koppelbar ist. Vorzugsweise wird hier ein Manipulator zum Halten und Manipulieren eines Endoskops angeordnet.
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Der Haltearm 1 gemäß 1 weist sieben Armsegmente 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 auf, die jeweils im Wesentlichen stabförmig sind und bis auf das letzte Armsegment 22 alle im Wesentlichen eine gleiche Länge aufweisen. Die sieben Armsegmente 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 sind jeweils mit Gelenken 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 miteinander gekoppelt, wobei das nullte Gelenk 11 den Haltearm 1 mit der Basis koppelt. Die Gelenke 13, 15, 17, 19, 21, 23 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel sämtlich als rotatorische Gelenke mit jeweils einem Freiheitsgrad ausgebildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dem nullten Segment 10 das nullte Gelenk 11 zugeordnet, dem ersten Armsegment 12 das erste Gelenk 13 zugeordnet, dem zweiten Armsegment 14 das zweite Gelenk 15 zugeordnet, dem dritten Armsegment 16 das dritte Gelenk 17 zugeordnet, dem vierten Armgelenk 18 das vierte Gelenk 19 zugeordnet, dem fünften Armsegment 20 das fünfte Gelenk 21 zugeordnet, und dem sechsten Armsegment 22 ist das sechste Gelenk 23 zugeordnet. Das Gelenk 11 ist als translatorisches Gelenk ausgebildet, sodass das Armsegment 10 teleskopartig verlängerbar ist, um so den Haltearm 1 in der Höhe zu verstellen. Die Gelenke 13, 15, 17, 19, 21, 23 weisen jeweils Schwenkachsen A1, A2, A3, A4, A5, A6 auf, wobei jeweils benachbarte Gelenke Schwenkachsen haben, die senkrecht zueinander sind. Hierdurch wird eine einfache Positionierung des distalen Endes 4 im Raum erreicht.
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Der Haltearm 1 gemäß 1 weist ferner eine Bedieneinrichtung 28 auf. Mittels der Bedieneinrichtung 28 ist der Haltearm 1 in eine gewünschte Pose verbringbar, wobei die Bedieneinrichtung 28 dazu eingerichtet ist, bei Kontakt zwischen einer Bedienperson und einem der sieben Armsegmente das zugeordnete Gelenk freizugeben. Dazu weist die Bedieneinrichtung 28 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sieben Kontaktabschnitte 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 auf, wobei an jedem Armsegment 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 jeweils ein Kontaktmittel 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 angeordnet ist. So ist am nullten Armsegment 10 ein nulltes Kontaktmittel 30 angeordnet, am ersten Armsegment 12 ein erstes Kontaktmittel 32, am zweiten Armsegment 14 ein zweites Kontaktmittel 34, am dritten Armsegment 16 ein drittes Kontaktmittel 36, am vierten Armsegment 18 ein viertes Kontaktmittel 38, am fünften Armsegment 20 ein fünftes Kontaktmittel 40 und am sechsten Armsegment 22 ein sechstes Kontaktmittel 42 angeordnet.
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Ferner ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass jedes Kontaktmittel 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 jeweils zwei im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnete Kontaktmittelelemente 30a, 30b, 32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b aufweist. Die Kontaktmittel 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42 dienen dazu, einen Kontakt eines Bedieners mit dem entsprechenden Armsegment 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 zu erfassen. Beim Ergreifen eines Armsegments 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 kommt der Bediener in Kontakt mit beiden Kontaktmittelelementen 30a, 30b bis 42a, 42b, und nur bei Kontakt mit beiden Kontaktmittelelementen 30a, 30b bis 42a, 42b eines Kontaktmittels 30 bis 42 wird das zugeordnete Gelenk freigegeben. Das heißt, beim Ergreifen des ersten Armsegments 12 und gleichzeitigem Inkontaktkommen mit den beiden Kontaktmittelelementen 32a, 32b wird durch die Bedieneinrichtung 28 das erste Gelenk 13 freigegeben. Dadurch ist es möglich, dass der Bediener den Haltearm 1 beziehungsweise die Armsegmente 12 bis 22 um die Achse A1 verschwenken kann. Bei Loslassen eines der beiden oder beider Kontaktmittelelemente 32a, 32b wird das Gelenk 13 wieder arretiert, und ein Verschwenken um die Achse A1 ist nicht mehr möglich. Auch bei einer unbeabsichtigten Berührung nur eines der beiden Kontaktmittelelemente 32a, 32b, beispielsweise mit einem Arm oder Ellenbogen des Bedieners, wird das Gelenk 13 nicht freigegeben, und der Haltearm 1 bleibt im arretierten Zustand und hält seine Pose.
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Entsprechendes gilt für das zweite Armsegment 14. Auch hier weist das zweite Kontaktmittel 34 zwei Kontaktmittelelemente 34a, 34b auf, die im Wesentlichen gegenüberliegend umfänglich an dem Armsegment 14 vorgesehen sind. Bei Ergreifen dieses Armsegments 14 und Inkontaktkommen mit den beiden Kontaktmittelelementen 34a, 34b wird dieser Kontakt durch die Bedieneinrichtung 28 erfasst, und das dem Armsegment 14 zugeordnete Gelenk 15 freigegeben. Nun ist ein Verschwenken um die Achse A2 möglich, sodass das distale Ende 4, bezogen auf 1, nach oben beziehungsweise unten verschwenkt werden kann. Gleichzeitig bleiben alle weiteren Gelenke 13, 17, 19, 21, 23 arretiert, sodass in diesen keine Bewegung stattfindet.
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Die Bedieneinrichtung 28 kann dazu einen Controller oder Mikroprozessor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen Kontakt zwischen Kontaktmittelelementen 30a, 30b bis 42a, 42b zu erfassen und in elektrische Signale zu übertragen.
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Die Kontaktmittel 30 beziehungsweise die Kontaktmittelemente 30a, 30b bis 42a, 42b sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel als berührungsempfindliche Sensoren ausgebildet und erfassen einen Druck eines Kontakts zwischen dem Bediener und dem entsprechenden Kontaktmittelelement 30a, 30b bis 42a, 42b. Vorzugsweise sind die Kontaktmittelelemente 30a, 30b bis 42a, 42b als kapazitive berührungsempfindliche Sensoren ausgebildet.
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Bei dem dargestellten Haltearm 1 ist es auch möglich, dass ein Bediener zwei Armsegmente, beispielsweise das Armsegment 14 und das Armsegment 18, gleichzeitig ergreift und so gleichzeitig die Kontaktmittelelemente 34a, 34b und 38a, 38b kontaktiert. Folglich werden die Gelenke 15 und 19 freigegeben, und ein Verschwenken sowohl um die Achse A2 als auch um die Achse A4 ist möglich. Bei dieser gleichzeitigen Freigabe ist es möglich, eine Winkelorientierung der Armsegmente 18 und 20 im Raum beizubehalten, während nur die Armsegmente 34, 36 verschwenkt werden. So ist auch eine translatorische Bewegung des distalen Endes 4 möglich. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Haltearms werden bei dem gleichzeitigen Kontaktieren von zwei Armsegmenten, gemäß diesem Beispiel der Armsegmente 14 und 18 nicht die Gelenke 15 und 19 freigegeben, sondern alle zwischen diesen Armsegmenten 14 und 18 liegenden Gelenke, also gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Gelenke 17 und 19. Das Gelenk 15 bleibt arretiert. Der Haltearm 1 kann nun so in seiner Pose verändert werden, dass eine Rotation um die Achse A3 und die Achse A4 möglich ist. Dies ist eine besonders intuitive Bedienung des Haltearms. Entsprechend werden, beispielsweise bei dem Kontakt zwischen Bediener und den Haltearmsegmenten 12 und 20, die Gelenke 15, 17, 19 und 21 freigegeben.
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Weiterhin ist in der 1 zu erkennen, dass der Haltearm 1 über eine Gewichtskompensationseinrichtung 50 verfügt. Die Gewichtskompensationseinrichtung 50 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Gasdruckfederelement auf, welches mit dem Armsegment 14 und dem Armsegment 12 gekoppelt ist. Alternativ kann die Gewichtskompensationseinrichtung auch einen Seilzug und/oder ein ausbalanciertes Gegengewicht aufweisen. Bei dem Haltearm 1 gemäß 1 lastet auf dem Gelenk 15 um seine Rotationsachse A2 das größte Moment. Folglich ist es bevorzugt, genau dieses Gelenk 15 mittels der Gewichtskompensationseinrichtung 50 abzustützen. Bei Freigabe des Gelenks 15, durch Kontaktieren des Armsegments 14, wird also ein Gewicht, welches auf dem Armsegment 14 lastet, aufgrund der weiteren Armsegmente 16, 18, 20, 22 und eines an der Schnittstelle 8 angeordneten Manipulators durch die Gewichtskompensationseinrichtung 50 abgestützt, sodass das distale Ende 4 bei Ergreifen des Segments 14 nicht sofort „absackt“.
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2 illustriert zunächst das Armsegment 22 des Haltearms 1. Das Kontaktmittel 42 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ringförmig um die Längsachse L des Armsegments 22 angeordnet und weist zwei Kontaktabschnitte 42a, 42b auf, wobei bei Drücken dieser das Armsegment 22 um die Längsachse L rotierbar ist. An dem distalen Ende 4 ist eine Schnittstelle 8 vorgesehen, die zur Aufnahme eines medizinischen Assistenzsystems 200, 202, 204 (vgl. 7 bis 12) ausgebildet ist. Die Schnittstelle 8 weist zunächst eine Stirnseite 60 auf, von der sich zentral ein Funktionskörper 62 erstreckt. Der Funktionskörper 62 ist insbesondere für mechatronische Assistenzsysteme 204 (vgl. 12) vorgesehen und für passive Assistenzsysteme 200, 202 insbesondere zur Kraftmomentenaufnahme gedacht. Der Funktionskörper 62 weist einen sich leicht konisch verjüngenden Grundkörper 64 auf, der eine flache Stirnseite 66, zwei abgeflachte Seiten 68a, 68b sowie abgerundete Ober- und Unterseiten 70a, 70b aufweist. Die Seiten 68a, 68b und Unter- und Oberseiten 70a, 70b dienen insbesondere als Stützflächen für ein passives Assistenzsystem 200, 202. Ein passives Assistenzsystem (vgl. 7 und 8) weist ebenfalls einen leicht kegelstumpfförmig oder konisch zulaufenden Grundkörper 210 auf, der eine flache Stirnseite 212 hat. Von der flachen Stirnseite 212 erstrecken sich Formschlusselemente 214a, 214b, die zur Aufnahme eines medizinischen Instruments 216 (vgl. 10) dienen können. Die Formschlusselemente 214a, 214b sind standardisiert und mit Hilfe ihrer ist eine Vielzahl verschiedener medizinischer Instrumente an dem passiven Assistenzsystem 200 aufnehmbar.
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Auf einer Rückseite 220 weist das passive Assistenzsystem 200 einen Hohlraum 222 auf, der seitlich durch ebene Flächen 224a, 224b begrenzt ist. An Ober- und Unterseite bezogen auf 8 sind abgerundete Vorsprünge 226a, 226b vorgesehen. Die Seitenflächen 224a, 224b sowie die Vorsprünge 226a, 226b wirken gemeinsam mit den entsprechenden Flächen 68a, 68b, 70a, 70b des Grundkörpers 62 zusammen. Sie liegen daran formschlüssig an. Durch diese Konfiguration ist in radialer sowie in zur Längsachse L senkrechter Richtung ein Formschluss erreicht, und Kräfte und Momente sind übertragbar.
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Zur Befestigung des passiven Assistenzsystems 200 an der Schnittstelle 8 weist die Schnittstelle 8 eine erste Arretiereinrichtung 230 auf. Die erste Arretiereinrichtung 230 umfasst zwei im Wesentlichen gegenüberliegend zur Längsachse L angeordnete Ausnehmungen 232, 234 (vgl. insbesondere 3a und 4a). In diesen Ausnehmungen 232, 234 sitzt jeweils ein Kontakt 236, 238, der mit einer entsprechenden Steuerung des Haltearms 1 verbunden ist und bei Kontakt zwischen dem Assistenzsystem 200 und den entsprechenden Kontakten 236, 238 bestimmt, dass es sich um ein passives aufgenommenes Assistenzsystem handelt.
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Zum Versperren der ersten Arretiereinrichtung 230 ist ein Schloss 240 vorgesehen. Das Schloss 240 umfasst ein Verschlusselement, das hier als eine Lochscheibe 242 ausgebildet ist, die hinter der Stirnseite 60 angeordnet ist und um die Längsachse L verdrehbar ist. In der Lochscheibe 242 sind gegenüberliegend Langlöcher 244, 246 ausgebildet, die einen Pilzkopfabschnitt 244a, 246a und einen verjüngten Abschnitt 244b, 246b aufweisen.
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An dem Assistenzsystem 200 sind an dem Grundkörper 210 entsprechende Vorsprünge 250a, 250b angeordnet, die einen Kopf 252a, 252b und einen hintergreifbaren verjüngten Abschnitt 254a, 254b aufweisen. Die Köpfe 252a, 252b bzw. der Pilzkopfabschnitt 244a, 246a sind so ausgebildet, dass der Kopf 252a, 252b durch den Pilzkopfabschnitt 244a, 246a gelangen kann. Der Kopf 252a, 252b kann allerdings nicht durch den verjüngten Abschnitt 244b, 246b treten. Dementsprechend ist in 4a, 4b der freigegebene Zustand dargestellt, während in den 3a, 3b der versperrte Zustand dargestellt ist. In dem Zustand gemäß den 4a, 4b ist es möglich, das Assistenzsystem 200 an der Schnittstelle 8 anzuordnen, derart, dass die Vorsprünge 250a, 250b durch die entsprechenden Ausnehmungen 244, 246, nämlich durch den Pilzkopfabschnitt 244a, 246a, geführt werden können. Wird dann die Lochscheibe 242 dann verdreht, nämlich um die Längsachse L rotiert, kommt der verjüngte Abschnitt 244b, 246b in Eingriff mit den Köpfen 252a, 252b und arretiert diese in der ersten Arretiereinrichtung 230. Ein Entfernen des Assistenzsystems 200 von der Schnittstelle 8 ist dann nicht mehr möglich und formschlüssig verhindert.
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Zum Betätigen der ersten Arretiereinrichtung 230 weist das Schloss 240 ein Freigabeelement 256 auf, welches als ringförmiger Körper, der um die Längsachse L drehbar ist, ausgebildet ist. Es sitzt in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 direkt hinter der Stirnfläche 60 und weist zwei Griffabschnitte 258a, 258b auf. Der Ring 256 ist mit der Lochscheibe 242 gekoppelt und verdreht diese. In dem versperrten Zustand (vgl. 3a, 3b) sind die beiden Griffabschnitte, die als vorspringende Griffe ausgebildet sind, in etwa auf 10 bzw. 2 Uhr bezogen auf die Längsachse L angeordnet. Das Freigabeelement 256 ist in die Position, wie in 3a, 3b gezeigt, vorgespannt. Hierzu ist im Inneren eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder, vorgesehen. Wird nun das Freigabeelement 256 rotiert, und zwar im Uhrzeigersinn, kommt der erste Griffabschnitt 258 etwa auf 3 Uhr und der zweite Griffabschnitt 258b etwa auf 11 Uhr. In dieser Position ist die erste Arretiereinrichtung 230 freigegeben.
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Die zweite Schnittstelle 8 weist weiterhin eine zweite Arretiereinrichtung 260 auf. Die zweite Arretiereinrichtung 260 ist zum Arretieren von mechatronischen Assistenzsystemen 206 (vgl. 12) vorgesehen. Die zweite Arretiereinrichtung 260 weist an den Seitenflächen 68a, 68b des Grundkörpers 64 miteinander korrespondierende Führungsnuten 262a, 262b auf. Ferner weist die zweite Arretiereinrichtung 260 eine Ausnehmung 264 in der Stirnfläche 60 der Schnittstelle 8 auf. In der Ausnehmung 264 ist ein Kontakt 266 angeordnet.
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Wie sich insbesondere aus dem Vergleich der 3a und 3b ergibt, ist die Ausnehmung 264 mittels der Lochscheibe 242 versperrbar, sodass, wenn die erste Arretiereinrichtung 230 freigegeben ist (vgl. 4a) die zweite Arretiereinrichtung 260 versperrt ist, nämlich die Ausnehmung 264 versperrt ist. Ist allerdings die erste Arretiereinrichtung 230 versperrt (vgl. 3a) ist die zweite Arretiereinrichtung 260 freigegeben und der Kontakt 266 zugänglich.
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Die Führungsnuten 262a, 262b sind im Wesentlichen L-förmig gebildet und weisen einen Abschnitt 268 auf, der in etwa parallel zur Längsachse L verläuft (vgl. 5). Daran anschließend weisen die Führungsnuten 262a, 262b einen Abschnitt 270 auf, der in etwa senkrecht zur Längsachse L verläuft und etwa im rechten Winkel zum Abschnitt 268. Am Ende des Abschnitts 270 ist ein Anschlag 272 vorgesehen.
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Das mechatronische Assistenzsystem (vgl. 12) weist eine zentrale Ausnehmung 274 auf, wobei sich gegenüberliegend an Seiten der Ausnehmung 274 Vorsprünge 276a, 276b senkrecht zur Längsachse L erstrecken. Diese Vorsprünge korrespondieren mit den Führungsnuten 262a, 262b und sind in ihrem Durchmesser und ihrer Höhe so bemessen, dass sie spielfrei an dem Anschlag 272 zu liegen kommen. Beim Aufstecken des mechatronischen Assistenzsystems 204 ist dieses also zunächst in Richtung der Längsachse L zu bewegen, und zwar so, dass die Vorsprünge 276a, 276b mit den Führungsnuten 262a, 262b in Eingriff kommen. Dabei werden die Vorsprünge 276a, 276b zunächst in dem Abschnitt 268 geführt und dann das gesamte mechatronische Assistenzsystem 204 senkrecht zur Längsachse L bewegt, bis die Vorsprünge 276a, 276b mit dem Anschlag 272 in Eingriff kommen (vgl. 5).
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Zum Versperren bzw. Freigeben weist nun die zweite Arretiereinrichtung 260 ein Freigabeelement 278 auf, welches mit der Öffnung 264 korrespondiert. Das Freigabeelement 278 ist im Wesentlichen stiftförmig ausgebildet (vgl. 6a, 6b) und mit einem Schiebegriff 280 an dem mechatronischen Assistenzsystem 204 gekoppelt. Es ist zwischen einer zurückgezogenen Position (vgl. 6b), in welcher es nicht in Eingriff mit der Ausnehmung 264 steht, und einer vorgeschobenen Position (vgl. 6a), in welcher es in die Ausnehmung 264 eingreift, bewegbar. Es verläuft im montierten Zustand in etwa parallel zur Längsachse L. Hierdurch ist die zweite Arretiereinrichtung 260 versperrbar. Ist das Freigabeelement 278 in der vorgeschobenen Position und greift es in die Ausnehmung 264 ein, steht dabei in Kontakt mit dem Kontakt 266 (vgl. 6a), kann das mechatronische Assistenzsystem 204 nicht mehr von der Schnittstelle 8 entfernt werden. Denn dazu müsste das mechatronische Assistenzsystem 204 zunächst senkrecht zur Längsachse L bewegt werden, sodass die Vorsprünge 276a, 276b durch den Abschnitt 270 der Führungsnuten 262a, 262b gelangen. Dies ist jedoch aufgrund des Eingriffs des Freigabeelements 276 und der Ausnehmung 264 nicht möglich. Durch den Schiebegriff 280, der durch einen Bediener wahrnehmbar ist, kann ein Bediener auch leicht an dem mechatronischen Assistenzsystem 204 erkennen, ob es sich im freigegeben oder gesperrten Zustand befindet.
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Das Bewegen des mechatronischen Assistenzsystems 204 senkrecht zur Längsachse L, während die Vorsprünge 276a, 276b in dem Abschnitt 270 verlaufen, hat noch einen weiteren Zweck. An dem Grundkörper 64 sind am oberen Abschnitt elektrische Kontakte 290 angeordnet. Diese elektrischen Kontakte 290 sind Steckkontakte, die mit entsprechenden Gegenkontakten 292 am mechatronischen Assistenzsystem 204 zusammenwirken. Um den Steckkontakt zwischen den Kontakten 290, 292 herzustellen, ist der Kontakt 292 senkrecht (von oben) zum Kontakt 290 zu bewegen. Durch die Bewegung der Vorsprünge 276a, 276b entlang des Abschnitts 270 wird also der elektrische Kontakt zwischen den Kontakten 292, 290 hergestellt.
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In 11 ist eine Variante des passiven Assistenzsystems 202 dargestellt. Im Wesentlichen ist das passive Assistenzsystem 202 ausgebildet wie das passive Assistenzsystem 200 und weist ebenso einen Grundkörper 210 sowie eine Stirnfläche 212 auf. Auch die Verbindung zwischen dem Assistenzsystem 202 und der Schnittstelle 8 ist identisch zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 7, 8, 9 und 10.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus den 7 bis 10 weist das passive Assistenzsystem 202 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 11 nicht die beiden Formschlusselemente 214a, 214b auf, sondern einen zentralen Gewindeschaft 300. Dieser Gewindeschaft 300 dient dazu, dass weitere medizinische Instrumente dort aufgeschraubt werden können.
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Insgesamt ist es mit der erfindungsgemäßen Schnittstelle, an der zwei Arretiereinrichtungen 230, 260 vorgesehen sind, also möglich, sowohl ein mechatronisches Assistenzsystem 204 als auch ein passives Assistenzsystem 202 aufzunehmen. Beide sind formschlüssig arretiert und mittels eines Schlosses zusätzlich versperrbar. Im versperrten Zustand sind die Assistenzsysteme 200, 202, 204 nicht mehr von der Schnittstelle abnehmbar.
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Indem das passive Assistenzsystem 200, 202 im Wesentlichen napfförmig gebildet ist und den konischen Grundkörper 210 aufweist, verdeckt es ferner im montierten Zustand die elektrischen Kontakte 290 des mechatronischen Assistenzsystems 206 und schützt diese so. Die zweite Arretiereinrichtung 260 ist also auch dann, wenn ein passives Assistenzsystem 200, 202 an der ersten Arretiereinrichtung 230 aufgenommen ist, vollständig abgedeckt und vor Kontamination und dergleichen geschützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19526915 B4 [0003]
- EP 1958587 B1 [0004]
- DE 102011004926 A1 [0006, 0006]
- DE 102014016823 [0007, 0013]
