DE102022102805A1 - Manipulator for robotic surgery and sterile unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Manipulator für die robotische Chirurgie, umfassend eine Instrumentenantriebseinheit (20) und eine Sterileinheit (10) zum Ankoppeln eines chirurgischen Instruments (30), wobei die Sterileinheit (10) eine Basis (11) mit mindestens einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Übertragungskörper (12) mit einer ersten Koppelstruktur und einen ersten Befestigungsmechanismus zum Verbinden der Sterileinheit (10) mit der Instrumentenantriebseinheit (20), aufweist. Die Instrumentenantriebseinheit (20) weist mindestens einen Antrieb (21) auf, der dem mindestens einen Übertragungskörper (12) zugeordnet ist und einen Antriebskörper umfasst, der eine zu der ersten Koppelstruktur komplementäre zweite Koppelstruktur aufweist. Die erste und die zweite Koppelstruktur bilden dabei zusammen einen Ausrichtungsmechanismus, so dass der mindestens eine Übertragungskörper (12) entsprechend der ihm zugeordneten zweiten Koppelstruktur ausgerichtet wird, während die Sterileinheit (10) mit der Instrumentenantriebseinheit (20) verbunden wird. Um das Ausrichten zu erleichtern, wird eine der ersten und zweiten Koppelstrukturen durch einen eine ersten keilförmigen Ausnehmung und die andere der ersten und der zweiten Koppelstrukturen durch einen der ersten keilförmigen Ausnehmung entsprechenden ersten Keil gebildet ist.The invention relates to a manipulator for robotic surgery, comprising an instrument drive unit (20) and a sterile unit (10) for coupling a surgical instrument (30), the sterile unit (10) having a base (11) with at least one rotatably mounted about an axis of rotation Transmission body (12) having a first coupling structure and a first attachment mechanism for connecting the sterile unit (10) to the instrument drive unit (20). The instrument drive unit (20) has at least one drive (21) which is associated with the at least one transmission body (12) and includes a drive body which has a second coupling structure which is complementary to the first coupling structure. The first and the second coupling structure together form an alignment mechanism, so that the at least one transmission body (12) is aligned in accordance with the second coupling structure assigned to it, while the sterile unit (10) is connected to the instrument drive unit (20). To facilitate alignment, one of the first and second coupling structures is formed by a first wedge-shaped recess and the other of the first and second coupling structures is formed by a first wedge corresponding to the first wedge-shaped recess.
Description
Die Erfindung betrifft einen Manipulator für die robotische Chirurgie, der eine Instrumentenantriebseinheit und eine Sterileinheit zum Ankoppeln eines chirurgischen Instruments umfasst, wobei die Sterileinheit eine Basis mit mindestens einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Übertragungskörper mit einer ersten Koppelstruktur und einen ersten Befestigungsmechanismus, mit dem die Sterileinheit mit der Instrumentenantriebseinheit verbunden wird, aufweist.The invention relates to a manipulator for robotic surgery, which comprises an instrument drive unit and a sterile unit for coupling a surgical instrument, the sterile unit having a base with at least one transmission body, which is mounted such that it can rotate about an axis of rotation, with a first coupling structure and a first fastening mechanism with which the sterile unit connected to the instrument drive unit.
Die Instrumentenantriebseinheit weist mindestens einen Antrieb mit einem Antriebskörper auf, der dem mindestens einen Übertragungskörper zugeordnet ist und eine zu der ersten Koppelstruktur komplementäre zweite Koppelstruktur aufweist. Die erste und die zweite Koppelstruktur bilden zusammen einen Ausrichtungsmechanismus, so dass der mindestens eine Übertragungskörper entsprechend der ihm zugeordneten zweiten Koppelstruktur ausgerichtet wird, während die Sterileinheit mit der Instrumentenantriebseinheit verbunden wird. Durch das Ausrichten, welches durch ein Aufeinandertreffen der ersten und der zweiten Koppelstrukturen beim Verbinden der Sterileinheit mit der Instrumentenantriebseinheit hervorgerufen wird, werden die Koppelstrukturen so zueinander orientiert und in Kontakt gebracht, dass sie eine Übertragung eines vom Antrieb erzeugten Drehmoments auf den zugeordneten Übertragungskörper erlauben. Die Sterileinheit erlaubt so, das Drehmoment durch eine Sterilbarriere hindurch auf ein an die Sterileinheit gekoppeltes Instrument zu übertragen. Die erste und die zweite Koppelstruktur sind dabei so gestaltet, dass sie eine parallel zur Drehachse auf die Sterileinheit und/oder die Instrumentenantriebseinheit wirkende Kraft aufnehmen und durch ihre Form in eine Ausrichtbewegung des Übertragungskörpers und/oder des Antriebkörpers umwandeln.The instrument drive unit has at least one drive with a drive body, which is assigned to the at least one transmission body and has a second coupling structure that is complementary to the first coupling structure. The first and the second coupling structure together form an alignment mechanism, so that the at least one transmission body is aligned in accordance with the second coupling structure assigned to it, while the sterile unit is connected to the instrument drive unit. The alignment, which is caused by the first and second coupling structures meeting when the sterile unit is connected to the instrument drive unit, causes the coupling structures to be oriented to one another and brought into contact in such a way that they allow a torque generated by the drive to be transmitted to the associated transmission body. The sterile unit thus allows the torque to be transmitted through a sterile barrier to an instrument coupled to the sterile unit. The first and the second coupling structure are designed in such a way that they absorb a force acting parallel to the axis of rotation on the sterile unit and/or the instrument drive unit and convert it into an alignment movement of the transmission body and/or the drive body through their shape.
Ferner betrifft die Erfindung eine Sterileinheit zum sterilen Verbinden einer Instrumentenantriebseinheit, die mindestens einen Antrieb umfasst, wobei der mindestens eine Antrieb einen Antriebskörper mit einer ersten Koppelstruktur aufweist, mit einem chirurgischen Instrument, das mindestens einen Abtrieb umfasst, wobei der mindestens eine Abtrieb dem mindestens einen Antrieb zugeordnet ist und der mindestens eine Abtrieb einen Abtriebskörper mit einer vierten Koppelstruktur aufweist. Die Sterileinheit umfasst dabei eine Basis mit mindestens einem jeweils um eine Drehachse drehbar gelagerten Übertragungskörper, einen ersten Befestigungsmechanismus, mit dem die Sterileinheit mit der Instrumentenantriebseinheit verbunden wird, sowie einen zweiten Befestigungsmechanismus, mit dem das Instrument mit der Sterileinheit verbunden wird. Der mindestens eine Übertragungskörper weist eine zu der ersten Koppelstruktur komplementäre zweite Koppelstruktur und eine zu der vierten Koppelstruktur komplementäre dritte Koppelstruktur auf. Der mindestens eine Übertragungskörper befindet sich in einem gekoppelten Zustand der Sterileinheit zwischen dem mindestens einen Antrieb und dem mindestens einen Abtrieb.Furthermore, the invention relates to a sterile unit for the sterile connection of an instrument drive unit, which comprises at least one drive, the at least one drive having a drive body with a first coupling structure, with a surgical instrument, which comprises at least one output, the at least one output being connected to the at least one Drive is assigned and the at least one output has an output body with a fourth coupling structure. The sterile unit comprises a base with at least one transfer body mounted rotatably about an axis of rotation, a first fastening mechanism with which the sterile unit is connected to the instrument drive unit, and a second fastening mechanism with which the instrument is connected to the sterile unit. The at least one transmission body has a second coupling structure that is complementary to the first coupling structure and a third coupling structure that is complementary to the fourth coupling structure. The at least one transmission body is in a coupled state of the sterile unit between the at least one drive and the at least one output.
Telemanipulatoren werden seit vielen Jahrzehnten erfolgreich in den verschiedensten Umgebungen eingesetzt, die ein Mensch nicht ohne weiteres erreichen kann. Dies betrifft Weltraumanwendungen, Unterwasseranwendungen, Atomreaktoren und vor allem auch chirurgische Anwendungen.Telemanipulators have been used successfully for many decades in a wide variety of environments that humans cannot easily reach. This applies to space applications, underwater applications, nuclear reactors and, above all, surgical applications.
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Disziplin der laparoskopischrobotischen Chirurgie etabliert, welche Konzepte der Robotik mit denen der virtuellen Realität verbindet, so dass ein Arzt minimalinvasive Eingriffe am Patienten unter Ausnutzung seiner Augen-Hand-Koordination durchführen kann.In the past decades, the discipline of laparoscopic robotic surgery has been established, which combines concepts of robotics with those of virtual reality, so that a doctor can carry out minimally invasive procedures on the patient using his hand-eye coordination.
Bei der manuell-laparoskopischen Chirurgie werden Instrumente eingesetzt, welche einen langen Schaft besitzen, an dessen distalen Ende sich ein Endeffektor, z.B. Greifer oder Schere, und an dessen proximalen Ende sich ein Handgriff befindet. Letzterer weist einen Hebel, Knopf oder einen ähnlichen Mechanismus auf, mit dessen Hilfe der Endeffektor bewegt werden kann. Die Handhabung solcher Instrumente gestaltet sich schwierig, da sie durch einen kleinen Einschnitt am Patienten geführt in ihrer Bewegungsfreiheit stark eingeschränkt sind. Auch ist es schwierig für den Arzt, sich zu orientieren, da ein in der Regel abweichender Blickwinkel des Endoskops kompensiert werden muss.In manual laparoscopic surgery, instruments are used which have a long shaft with an end effector, e.g. gripper or scissors, at the distal end and a handle at the proximal end. The latter has a lever, knob or similar mechanism that can be used to move the end effector. The handling of such instruments is difficult, since they are guided through a small incision in the patient and their freedom of movement is severely restricted. It is also difficult for the doctor to orientate himself, since a generally deviating viewing angle of the endoscope has to be compensated for.
Diese Schwierigkeit kann durch einen Telemanipulator gelöst werden. Ein solcher besteht aus mehreren Roboterarmen, den Manipulatoren, und in der Regel zwei Eingabegeräten, eines für jede Hand. Einer der Manipulatoren hält und steuert ein Endoskop, die anderen jeweils ein chirurgisches Instrument. Durch entsprechende Transformationen kann ein mit den Manipulatoren und Eingabegeräten verbundener Computer für den Chirurgen den Eindruck schaffen, dass er aus Richtung des Endoskops auf die Operationsstelle schaut und die Endeffektoren der Instrumente seine Hände sind. Auf diese Weise kann er seine Augen-Hand-Koordination ausnutzen und effektiv arbeiten.This difficulty can be solved by using a telemanipulator. Such a robot consists of several robotic arms, the manipulators, and usually two input devices, one for each hand. One of the manipulators holds and controls an endoscope, the others each a surgical instrument. Through appropriate transformations, a computer connected to the manipulators and input devices can give the surgeon the impression that he is looking at the surgical site from the direction of the endoscope and that the end effectors of the instruments are his hands. This allows him to use his hand-eye coordination and work effectively.
Während im OP-Saal die Eingabegeräte eines Telemanipulators in der Regel von dem Patienten entfernt angeordnet sind, müssen die Manipulatoren nah an den Patienten heran. Dieser Bereich ist jedoch zwingend steril zu halten, um eine Kontamination der Wunden des Patienten mit Keimen möglichst zu verhindern. Dazu werden die Manipulatoren mittels aus Kunststoff gefertigter Sterilfolien verpackt. Dies ist für die Instrumente jedoch nicht möglich, so dass diese meist direkt sterilisiert werden. Dabei kommen Instrumente zum Einsatz, die nach ihrer Verwendung erneut sterilisiert oder nach einmaliger Nutzung entsorgt werden.While the input devices of a telemanipulator are generally located away from the patient in the operating room, the manipulators have to be close to the patient. However, this area must be kept sterile to prevent contamination of the patient's wounds with germs to prevent. For this purpose, the manipulators are packaged using sterile foils made of plastic. However, this is not possible for the instruments, so that they are usually sterilized directly. Instruments are used that are sterilized again after use or disposed of after a single use.
Im Stand der Technik hat sich daher etabliert, Manipulatoren von chirurgischen Robotersystemen mit einer Instrumentenantriebseinheit auszustatten, welche mit Sterilfolie verpackt wird. Um nun die Instrumente mit dieser betreiben zu können, werden unter anderem Steriladapter eingesetzt, die mittels Übertragungskörpern ein Drehmoment von den Antrieben der Instrumentenantriebseinheit auf die Abtriebe des Instruments übertragen. Diese Komponenten werden in der Regel formschlüssig miteinander gekoppelt, was wiederum ein Ausrichten der Übertragungskörper zu den Antrieben und schließlich zu den Abtrieben des Instruments erfordert.It has therefore become established in the prior art to equip manipulators of surgical robot systems with an instrument drive unit which is packed in sterile foil. In order to be able to operate the instruments with this, sterile adapters are used, among other things, which transmit a torque from the drives of the instrument drive unit to the drives of the instrument by means of transmission bodies. As a rule, these components are coupled to one another in a form-fitting manner, which in turn requires the transmission bodies to be aligned with the drives and finally with the drives of the instrument.
Eine Lösung für dieses Problem ist aus der
Die
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sterileinheit für ein chirurgisch robotisches System bereitzustellen, die ermöglicht, die Übertragungskörper antriebs- und abtriebsseitig leichter verbinden zu können.It is therefore the object of the invention to provide a sterile unit for a surgical robotic system which makes it possible to connect the transmission bodies more easily on the input and output sides.
Die Aufgabe wird durch für einen eingangs erläuterten Manipulator dadurch gelöst, dass die eine der ersten und zweiten Koppelstrukturen durch eine erste keilförmige Ausnehmung und die andere der ersten und der zweiten Koppelstrukturen durch einen der ersten keilförmigen Ausnehmung entsprechenden ersten Keil gebildet ist. Auf diese Weise wird das Ausrichten der Übertragungskörper deutlich erleichtert, da der erste Keil an zwei Seiten der durch die erste keilförmige Ausnehmung gebildeten Koppelstruktur entlanggeführt wird bzw. alternativ da die durch die erste keilförmige Ausnehmung gebildete Koppelstruktur über den ersten Keil gleitet. Die die Ausrichtung bewirkenden Kräfte wirken vor allem am Rand der auszurichtenden Koppelstruktur, so dass der Krafteintrag verbessert und damit das Verbinden der Sterileinheit mit der Instrumentenantriebseinheit allgemein erleichtert wird.The object is achieved by a manipulator explained in the introduction in that one of the first and second coupling structures is formed by a first wedge-shaped recess and the other of the first and second coupling structures is formed by a first wedge corresponding to the first wedge-shaped recess. In this way, the alignment of the transmission body is made much easier because the first wedge is guided along two sides of the coupling structure formed by the first wedge-shaped recess or alternatively because the coupling structure formed by the first wedge-shaped recess slides over the first wedge. The forces effecting the alignment act primarily on the edge of the coupling structure to be aligned, so that the application of force is improved and the connection of the sterile unit to the instrument drive unit is generally facilitated.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übertragungskörper oder der Antriebskörper zylinderförmig. Auf diese Weise kann ein Übertragungskörper leichter innerhalb der Basis gedreht und zu dem zugehörigen Antriebskörper ausgerichtet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der erste Keil nicht mehr über eine durch die erste keilförmige Ausnehmung gebildete Fläche gleiten muss, sondern über die durch diese gebildeten Kanten an dem entsprechenden Antriebs- oder Übertragungskörper. Auf diese Weise können der erste Keil wie auch die erste keilförmige Ausnehmung besser zueinander ausgerichtet werden.In an advantageous embodiment, the transmission body or the drive body is cylindrical. In this way, a transfer body can be more easily rotated within the base and aligned with the associated drive body. A further advantage is that the first wedge no longer has to slide over a surface formed by the first wedge-shaped recess, but over the edges formed by this on the corresponding drive or transmission body. In this way, the first wedge as well as the first wedge-shaped recess can be better aligned with one another.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste Keil an einer Keilspitze einen Zapfen auf, während an der ersten keilförmigen Ausnehmung eine zu dem Zapfen komplementäre Nut vorhanden ist. Die Aufgabe des Übertragungskörpers ist die Weitergabe eines Drehmoments, welches es von dem Antrieb aufnimmt. Dieses Drehmoment wirkt in senkrechter Richtung zur Drehachse des Übertragungskörpers, so dass der Zapfen und die zugehörige Nut eine verbesserte Übertragung des Drehmoments erlauben. Die Nut muss dabei nicht zwingend der Form des Zapfens entsprechen, solange sie den Zapfen vollständig aufnimmt und das Drehmoment bestmöglich weitergegeben werden kann.In a further advantageous embodiment, the first wedge has a peg at a wedge tip, while a groove complementary to the peg is present on the first wedge-shaped recess. The task of the transmission body is to transmit a torque that it absorbs from the drive. This torque acts in a direction perpendicular to the axis of rotation of the transmission body, so that the pin and the associated groove improve the transmission of the torque allow. The groove does not necessarily have to correspond to the shape of the pin, as long as it completely accommodates the pin and the torque can be passed on in the best possible way.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zapfen als Quader ausgebildet ist, der an zwei von dem ersten Keil abgewandten langen Kanten gefast oder abgerundet ist. Die gefasten Kanten erleichtern das Gleiten des Zapfens über die an der ersten keilförmigen Ausnehmung befindlichen Kanten.It is particularly advantageous if the pin is designed as a cuboid which is chamfered or rounded on two long edges facing away from the first wedge. The chamfered edges facilitate the sliding of the pin over the edges located on the first wedge-shaped recess.
Das Übereinandergleiten des ersten Keils und der Kanten an der keilförmigen Ausnehmung kann weitergehend vorteilhaft derart ausgestaltet werden, dass an der ersten keilförmigen Ausnehmung mehrere Gleitflächen ausgebildet sind. Bei den Gleitflächen handelt es um Fasen, die an den Kanten des Übertragungs- oder des Antriebskörpers im Bereich der keilförmigen Ausnehmung vorgesehen werden. Idealerweise erstrecken sich die Fasen entlang der gesamten keilförmigen Ausnehmung.The sliding of the first wedge and the edges on the wedge-shaped recess can also advantageously be designed in such a way that a plurality of sliding surfaces are formed on the first wedge-shaped recess. The sliding surfaces are chamfers that are provided on the edges of the transmission or drive body in the area of the wedge-shaped recess. Ideally, the chamfers extend along the entire wedge-shaped recess.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Manipulator außerdem ein chirurgisches Instrument, welches mindestens ein dem mindestens einen Übertragungskörper zugeordneten Abtrieb aufweist. Die Sterileinheit weist dabei zusätzlich einen zweiten Befestigungsmechanismus, mit dem das Instrument mit der Sterileinheit verbunden wird, auf. Die Sterileinheit wird so zwischen der Instrumentenantriebseinheit und dem Instrument platziert und die Übertragungskörper erlauben die Weitergabe eines Drehmoments von den Antrieben auf die zugehörigen Abtriebe des Instruments. Die Sterileinheit ist dabei selbst Teil einer Sterilbarriere, die den manipulatorseitigen Bereich von dem Operationsbereich steril abschirmt. Die Anzahl der Antriebe, Übertragungskörper und Abtriebe kann je nach Anwendung angepasst werden. So wird in der Regel die Anzahl der Antriebe zum Zwecke der Austauschbarkeit mit der Anzahl der Übertragungskörper übereinstimmen, es sind aber auch Anpassungen möglich, sofern ein Instrument eine von der Anzahl der Antriebe oder der Übertragungskörper verschiedene Anzahl an Freiheitsgraden eines Endeffektors hat. Die Anzahl der Freiheitsgrade ist dabei abhängig von der Beweglichkeit und den Funktionen des am Instrument befindlichen Endeffektors: Ein Endoskop kann beispielsweise einen einzigen Freiheitsgrad aufweisen, während ein Klammerinstrument in fünf Freiheitsgraden beweglich sein kann.In a further advantageous embodiment, the manipulator also includes a surgical instrument which has at least one output drive associated with the at least one transmission body. The sterile unit additionally has a second attachment mechanism, with which the instrument is connected to the sterile unit. The sterile unit is thus placed between the instrument drive unit and the instrument, and the transmission bodies allow torque to be transmitted from the drives to the associated drives of the instrument. The sterile unit is itself part of a sterile barrier that shields the area on the manipulator side from the operating area in a sterile manner. The number of drives, transmission bodies and outputs can be adjusted depending on the application. As a rule, the number of drives will match the number of transmission bodies for the purpose of interchangeability, but adjustments are also possible if an instrument has a number of degrees of freedom of an end effector that differs from the number of drives or transmission bodies. The number of degrees of freedom depends on the mobility and the functions of the end effector located on the instrument: an endoscope, for example, can have a single degree of freedom, while a stapling instrument can be movable in five degrees of freedom.
Der mindestens eine Übertragungskörper umfasst außerdem vorteilhaft eine dritte Koppelstruktur und der mindestens eine Abtriebskörper eine zur dritten Koppelstruktur komplementäre vierte Koppelstruktur. Die dritte Koppelstruktur und die vierte Koppelstruktur bilden zusammen einen zweiten Ausrichtungsmechanismus, so dass der mindestens eine Abtriebskörper entsprechend der ihm entsprechenden dritten Koppelstruktur ausgerichtet wird, wenn das Instrument an der Sterileinheit befestigt wird, während die Sterileinheit bereits mit der Instrumentenantriebseinheit verbunden ist. Jeder Abtrieb kann den am Instrument befindlichen Endeffektor in einem Freiheitsgrad bewegen.The at least one transmission body also advantageously comprises a third coupling structure and the at least one driven body comprises a fourth coupling structure which is complementary to the third coupling structure. The third coupling structure and the fourth coupling structure together form a second alignment mechanism so that the at least one driven body is aligned according to the third coupling structure corresponding to it when the instrument is attached to the sterile unit while the sterile unit is already connected to the instrument drive unit. Each output can move the end effector located on the instrument in one degree of freedom.
Bei einer solchen Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, wenn die eine der dritten oder vierten Koppelstrukturen durch eine an dem Übertragungskörper oder an dem Abtriebskörper vorhandene, zweite keilförmige Ausnehmung und die andere der dritten oder der vierten Koppelstrukturen durch einen der zweiten keilförmigen Ausnehmung entsprechenden zweiten Keil gebildet ist, da die Ausrichtung der Abtriebskörper durch eine verbesserte Übertragung des Drehmoments analog der oben beschriebenen Ausführung ermöglicht wird.In such a configuration, it is particularly advantageous if one of the third or fourth coupling structures is formed by a second wedge-shaped recess on the transmission body or on the driven body and the other of the third or fourth coupling structures is formed by a second wedge corresponding to the second wedge-shaped recess is, since the alignment of the output body is made possible by an improved transmission of the torque analogous to the embodiment described above.
Ferner ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung derart beschaffen, dass die erste und die dritte Koppelstruktur als erste und zweite keilförmige Ausnehmungen sowie zueinander um 90° versetzt an dem Übertragungskörper ausgebildet sind. Diese Ausführung ist besonders kompakt. Hier ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Keil jeweils mittig eine Aussparung aufweisen. Dies ermöglicht, die erste und die zweite keilförmige Ausnehmung so an dem Übertragungskörper anzuordnen, dass sie sich überschneiden. Eine so entstehende Öffnung muss dann mit Material ausgefüllt werden, um die sterile Abtrennung zu erhalten. Durch die Aussparungen am ersten und am zweiten Keil wird es ermöglicht, die Übertragungskörper kompakter zu gestalten.Furthermore, a particularly advantageous embodiment is such that the first and the third coupling structure are formed as first and second wedge-shaped recesses and offset from one another by 90° on the transmission body. This version is particularly compact. It is also particularly advantageous here if the first and the second wedge each have a recess in the middle. This makes it possible to arrange the first and the second wedge-shaped recess on the transmission body in such a way that they overlap. An opening created in this way must then be filled with material in order to maintain the sterile separation. The cutouts on the first and second wedges make it possible to make the transmission bodies more compact.
Die Aufgabe wird ferner bei einer eingangs beschriebene Sterileinheit dadurch gelöst, dass die zweite Koppelstruktur durch eine erste keilförmige Ausnehmung oder durch einen ersten Keil gebildet ist. Ein Ausrichten des Übertragungskörpers wird so im Vergleich zum bekannten Stand der Technik deutlich vereinfacht.The object is also achieved in a sterile unit as described above in that the second coupling structure is formed by a first wedge-shaped recess or by a first wedge. Alignment of the transfer body is thus significantly simplified compared to the known prior art.
Es ist dabei von Vorteil, die dritte Koppelstruktur als zweite Ausrichtungsstruktur auszubilden, welche den mindestens einen Übertragungskörper relativ zu der vierten Koppelstruktur ausrichtet, wenn die Sterileinheit mit dem Instrument verbunden wird und dabei besonders vorteilhaft die dritte Koppelstruktur durch eine zweite keilförmige Ausnehmung oder durch einen zweiten Keil gebildet ist. Damit wird ermöglicht, den mindestens einen Übertragungskörper auch zum zugehörigen Abtriebskörper auszurichten oder, wenn der Übertragungskörper zum Beispiel durch Kontakt mit dem zugehörigen Antrieb blockiert wird, den entsprechenden Abtriebskörper der Abtriebe des Instruments wie oben beschrieben an dem Übertragungskörper auszurichten.It is advantageous to form the third coupling structure as a second alignment structure, which aligns the at least one transfer body relative to the fourth coupling structure when the sterile unit is connected to the instrument, and the third coupling structure is particularly advantageous through a second wedge-shaped recess or through a second Wedge is formed. This makes it possible to also align the at least one transmission body with the associated output body or, if the transmission body is blocked, for example by contact with the associated drive, the corresponding output body of the outputs of the instrument as above described to align on the transmission body.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:
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1 einen Manipulator mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
2 eine Antriebseinheit, eine Sterileinheit und ein chirurgische Instrument in einer Explosionsdarstellung, -
3A die Sterileinheit aus2 in einer ersten Ansicht, -
3B die Sterileinheit aus2 in einer zweiten Ansicht, -
4 das chirurgische Instrument aus2 , -
5A ,5B zwei Varianten der ersten und zweiten Koppelstruktur, -
6 eine Kombination aus Antrieb, Übertragungskörper und Abtrieb.
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1 a manipulator with the device according to the invention, -
2 a drive unit, a sterile unit and a surgical instrument in an exploded view, -
3A the sterile unit off2 in a first view, -
3B the sterile unit off2 in a second view, -
4 the surgical instrument2 , -
5A ,5B two variants of the first and second coupling structure, -
6 a combination of drive, transmission body and output.
Das chirurgische Instrument 30 setzt sich ferner aus einem Instrumentengehäuse 31 und einen Instrumentenschaft 32 zusammen. An einem distalen Ende des Instrumentenschafts 32 ist hier ein Endeffektor 35 in Form eines Greifers angeordnet. Allgemein können sämtliche Typen von Endeffektoren 35 eingesetzt werden, so zum Beispiel Scheren, Klammernahtinstrumente oder Dissektoren. Alternativ kann auch, wie in
Die Instrumentenantriebseinheit 20 umfasst ein Antriebsgehäuse 22, in dem fünf Antriebe 21 untergebracht sind, welche jeweils einen Antriebskörper mit einer zweiten Koppelstruktur und einen hier nicht sichtbaren Motor aufweisen, wobei es sich in der Regel um Elektromotoren handelt, die ein Drehmoment erzeugen. Die zweite Koppelstruktur ist dabei außerhalb des Antriebsgehäuses 22 angeordnet, wobei eine genauere Beschreibung ihrer Struktur weiter unten erfolgt. Das vom Motor erzeugte Drehmoment wird durch die jeweiligen Antriebskörper mit jeweils der zweiten Koppelstruktur auf die Übertragungskörper 12 übertragen und von diesen an hier verdeckte Abtriebe des Instruments 30 weitergegeben, um den Endeffektor 35 zu bewegen. Die Instrumentenantriebseinheit 20 umfasst neben den Antrieben 21 und dem Antriebsgehäuse 22 ein oder mehrere erste Befestigungselemente 23, welche die Sterileinheit 10 an der Instrumentenantriebseinheit 20 befestigen. Dazu ist an der Sterileinheit 10 wiederum ein komplementärer, in dieser Abbildung verdeckter, erster Befestigungsmechanismus vorhanden. Auf der dem Instrument 30 zugewandten Seite der Sterileinheit 10 befindet sich ein zweiter Befestigungsmechanismus 14, welcher wiederum ermöglicht, das chirurgische Instrument 30 an der Sterileinheit 10 zu befestigen. Diese Verbindung kann mittels eines Auslösemechanismus 33 gelöst werden.The
In den
Die Übertragungskörper 12 werden in jeweils eine Durchgangsöffnung der Basis 11 eingebracht, wobei es verschiedene Möglichkeiten zur konkreten Ausgestaltung gibt. So kann die Basis 11 zweiteilig gestaltet werden, so dass die Übertragungskörper 12 zwischen den beiden Teilen der Basis 11 aufgenommen werden. Alternativ sind, wie in
Nicht dargestellt aber ebenso möglich sind weitere, anders geformte Übertragungskörper 12 oder ein elektrischer Kontakt zum Leiten von Stromsignalen durch die Sterileinheit 10. Ferner ist an der der Instrumentenantriebseinheit 20 zugewandten Seite der Basis 11 der Sterileinheit 10 vorzugsweise eine Befestigungsfläche 15 vorhanden. Hier wird mittels Kleben oder Schweißen eine Sterilfolie angebracht, welche zusammen mit der Sterileinheit 10 eine Sterilbarriere 60 formt. Eine weitere fachübliche Möglichkeit, die Sterilfolie einzubringen, besteht darin, die Basis 11 zweiteilig zu gestalten, so dass die Sterilfolie zwischen die zwei Teile geklemmt wird.Other, differently shaped
Um das Instrument 30 mit der Sterileinheit 10 zu verbinden sind ein oder mehrere zweite Befestigungselemente 36 vorhanden, die in den zweiten Befestigungsmechanismus 14 greifen, so dass das Instrument 30 an der Sterileinheit 10 gehalten wird. Mittels des Auslösemechanismus 33 können die zweiten Befestigungselement 36 bewegt werden und so die Verbindung zwischen Instrument 30 und Sterileinheit 10 lösen. Die Gestaltung der zweiten Befestigungselemente 36 und des zweiten Befestigungsmechanismus 14 ist jedoch im Allgemeinen frei wählbar.In order to connect the
Die
Der Übertragungskörper 12 weist in
Es ist in
Im Folgenden soll der Vorgang des Verbindens des Übertragungskörpers 12 und des Antriebskörpers 25 näher erläutert werden. Sind der Zapfen 44 und die Nut 45 nicht zueinander ausgerichtet, führt das beim Zusammenführen des Übertragungskörpers 12 mit dem Antriebskörper 25 dazu, dass der Keil 43 bzw. der Zapfen 44 mit den Kanten des Antriebskörpers 25 an der keilförmigen Ausnehmung 42 in Kontakt treten. Da der Übertragungskörper 12 frei um die Drehachse 48 gelagert ist, der jeweils zugehörige Motor des Antriebs 21 jedoch ein größeres Trägheitsmoment aufweist oder gar aktiv gebremst wird, wird der Übertragungskörper 12 entlang der Kanten des Antriebskörpers 25 geführt, ohne dass dieser selbst wesentlich ausgelenkt wird. Dabei kommt es durch die gewölbte Form an der keilförmigen Ausnehmung 42 dazu, dass sich der Übertragungskörper 12 zu Drehen beginnt, bis die erste und die zweite Koppelstruktur, also hier der Keil 43 und die keilförmige Ausnehmung 42 formschlüssig aneinander liegen. Nun kann ein von dem Antrieb 21 erzeugtes Drehmoment auf den Übertragungskörper 12 übertragen werden. Da das Drehmoment senkrecht zur Drehachse 48 wirkt, wird die Übertragung wie oben beschrieben durch Nut 45 und Zapfen 44 verbessert.The process of connecting the
Die
Die Nuten 45a, 45b der ersten und der dritten Koppelstruktur liegen in einer Ebene, so dass es in der Mitte des Übertragungskörpers 12 zu einer Überschneidung kommt. Um hier keinen Durchbruch der Sterilbarriere 60 zu schaffen, die das gesamt System ungeeignet für den Einsatz in der Chirurgie machen würde, ist diese Überschneidung mit Material ausgefüllt. Dabei kommt es zu einer Erhöhung innerhalb beider Nuten 45a, 45b. Um dieser Erhöhung Rechnung zu tragen, sind an beiden Zapfen 44a, 44b entsprechende Aussparungen 47a, 47b vorhanden. Dadurch kann der Übertragungskörper 12 und damit auch die gesamte Sterileinheit 10 besonders kompakt ausgeführt werden.The
Das Verbinden des Übertragungskörpers 12 mit dem Antriebskörper 25 erfolgt analog wie es bereits mit Bezug auf
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Sterileinheitsterile unit
- 1111
- BasisBase
- 1212
- Übertragungskörpertransmission body
- 1313
- erster Befestigungsmechanismusfirst attachment mechanism
- 1414
- zweiter Befestigungsmechanismussecond attachment mechanism
- 1515
- Befestigungsflächemounting surface
- 2020
- Instrumentenantriebseinheitinstrument drive unit
- 2121
- Antriebdrive
- 2222
- Antriebsgehäusedrive housing
- 2323
- erstes Befestigungselementfirst fastener
- 2424
- Motorengine
- 2525
- Antriebskörperdrive body
- 3030
- chirurgisches Instrumentsurgical instrument
- 3131
- Instrumentengehäuseinstrument case
- 3232
- Instrumentenschaftinstrument shaft
- 3333
- Auslösemechanismustrigger mechanism
- 3434
- Abtriebdownforce
- 3535
- Endeffektorend effector
- 3636
- zweites Befestigungselementsecond fastener
- 3737
- Abtriebskörperoutput body
- 4242
- keilförmige Ausnehmungwedge-shaped recess
- 42a42a
- erste keilförmiger Ausnehmungfirst wedge-shaped recess
- 42b42b
- zweite keilförmige Ausnehmungsecond wedge-shaped recess
- 4343
- Keilwedge
- 43a43a
- erster Keilfirst wedge
- 43b43b
- zweiter Keilsecond wedge
- 44, 44a, 44b44, 44a, 44b
- Zapfencones
- 45, 45a, 45b45, 45a, 45b
- Nutgroove
- 4646
- Gleitflächesliding surface
- 47a, 47b47a, 47b
- Aussparungrecess
- 4848
- Drehachseaxis of rotation
- 5050
- Manipulatormanipulator
- 6060
- Sterilbarrieresterile barrier
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 3119328 B1 [0010]EP 3119328 B1 [0010]
- EP 3099265 B1 [0011]EP 3099265 B1 [0011]
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- 2022-02-07 DE DE102022102805.4A patent/DE102022102805A1/en active Pending
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2023
- 2023-02-06 WO PCT/EP2023/052862 patent/WO2023148381A1/en unknown
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