DE112009001412B4

DE112009001412B4 - Haltearmvorrichtung für medizinisches Werkzeug

Info

Publication number: DE112009001412B4
Application number: DE112009001412.7T
Authority: DE
Inventors: Katsushige Nakamura; Masao Doi; Tatsuya Hashimoto; Masakazu Nakamura
Original assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Current assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: US8910537B2; JP5135069B2; WO2009150925A1; DE112009001412T5; JP2009297236A; US20110162476A1

Abstract

Haltearmvorrichtung (1) für ein medizinisches Werkzeug, umfassend:eine Basiseinheit (2), die auf einen Boden gesetzt ist;eine Halteeinheit (3), die aufrecht auf der Basiseinheit (2) angeordnet ist;eine erste Armeinheit (4), deren Mittelteil drehbar mit einer dritten Rotationswelle (β3), die in Position an einem oberen Ende der Halteeinheit (3) fixiert ist, gehalten wird;eine zweite Armeinheit (5), deren Basis drehbar an einer ersten Rotationswelle (β1) gehalten wird, deren Rotationszentrum in einer Position an einem ersten Ende der ersten Armeinheit (4) fixiert ist, wobei ein Frontende (18) der zweiten Armeinheit (5) das medizinische Werkzeug (20) hält;ein Gegengewicht (6), das drehbar an einer zweiten Rotationswelle (β2) gehalten wird, deren Rotationszentrum in einer Position an einem zweiten Ende der ersten Armeinheit (4)fixiert ist;eine Kupplung (C), die ausgestaltet ist, um zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Rotationswellen (β1, β2, β3) in einen frei rotierbaren Zustand oder einen fixierten Zustand zu versetzen; undeinen Drehmomentübertragungsmechanismus mit einem schlaufenförmigen Drehmomentübertragungselement (15), das zwischen der ersten und zweiten Rotationswelle (β1, β2) gespannt und dazu ausgestaltet ist, ein Drehmoment des Gegengewichts (6) um die zweite Rotationswelle (β2) und ein Drehmoment der zweiten Armeinheit (5) um die erste Rotationswelle (β1) aufeinander zu übertragen, wobeidie erste Armeinheit (4) um die dritte Rotationswelle (β3) um 180 Grad frei drehbar ist unddie zweite Armeinheit (5) um die erste Rotationswelle (β1) um 180 Grad frei drehbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Haltearmvorrichtung für medizinisches Werkzeug.
HINTERGRUNDTECHNOLOGIE
Auf medizinischem Gebiet werden in den vergangenen Jahren verschiedene Werkzeuge verwendet. Zum Beispiel werden Endoskope, Ultraschallechosonden, Hirnretraktoren, Aspirationsröhren und andere Arten von Werkzeugen verwendet. Solch ein medizinisches Werkzeug muss für einen Patienten in einer geeigneten Position gehalten werden. Hierfür wird eine Haltearmvorrichtung verwendet, die eine parallele Verbindung nutzt.
Die Haltearmvorrichtung dieses Typs hält ein medizinisches Werkzeug an einem Ende eines Arms der parallelen Verbindung (inklusive eines Riemenantriebsmechanismus) und weist ein Gegengewicht an dem anderen Ende des Arms auf. Beispielsweise offenbaren die japanischen ungeprüften Patentanmeldungen Veröffentlichung Nr. 2002-165804 und Nr. 2005-211667 Vorrichtungen, die dazu geeignet sind, ein Gleichgewicht in Bezug auf ein medizinisches Werkzeug aufrechtzuerhalten, das medizinische Werkzeug in einer geforderten Position und einem Winkel einzustellen und den Zustand mit Kupplungen zu fixieren.
JP 2001-300 871 A offenbart eine Haltearmvorrichtung mit sieben Rotationswellen. Drei Rotationswellen treffen sich in einem Punkt als Schulterabschnitt, drei Rotationswellen treffen sich in einem Punkt als Handgelenkabschnitt und eine Rotationswelle bildet einen Ellenbogenabschnitt. Ein Ellenbogensensor zum Erkennen der Position des Ellenbogens des Benutzers ist in der Nähe des Ellenbogenabschnitts angeordnet und der Ellenbogenabschnitt folgt dem Ellenbogen des Benutzers.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Arm des Standes der Technik erreicht jedoch einen kleinen Rotationswinkel, weil die Parallelverbindung, die den Arm hält, ungeeignet ist, die Position oder den Winkel des medizinischen Werkzeugs in weiten Grenzen zu verändern.
Angesichts des Standes der Technik stellt die vorliegende Erfindung eine Haltearmvorrichtung für medizinisches Werkzeug bereit, die dazu geeignet ist, die Position und den Winkel des medizinischen Werkzeugs in weiten Grenzen zu verändern.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABEN
Gemäß eines technischen Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst die Haltearmvorrichtung für medizinisches Werkzeug eine Basiseinheit, die auf einen Boden gesetzt ist, eine Halteeinheit, die aufrecht an der Basiseinheit angeordnet ist, eine Vertikalarmeinheit, deren Mittelteil drehbar gehalten wird, die eine Rotationswelle an einem oberen Ende der Halteeinheit umfasst, eine Horizontalarmeinheit, deren Basis mit einer Rotationswelle an einem oberen Ende der Vertikalarmeinheit drehbar gehalten wird und deren Frontende ein medizinisches Werkzeug hält, ein Gegengewicht, das mit einer Rotationswelle an einem unteren Ende der Vertikalarmeinheit gehalten wird, und eine Kupplung, um optional eine der Rotationswellen in einen Rotationszustand oder einen fixierten Zustand zu versetzen. Die Rotationswelle an dem oberen Ende der Vertikalarmeinheit ist integral mit der Horizontalarmeinheit ausgeführt, die Rotationswelle an dem unteren Ende davon ist mit dem Gegengewicht integral ausgeführt und ein schlaufenähnliches Momentübertragungselement wird zwischen der oberen und unteren Rotationswelle gespannt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Haltearmvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Haltearmvorrichtung illustriert, gesehen aus einem anderen Blickwinkel.
3 ist eine Seitenansicht, welche die Haltearmvorrichtung illustriert.
4 ist eine Frontansicht, welche die Haltearmvorrichtung illustriert.
5 ist eine Draufsicht, welche die Haltearmvorrichtung illustriert.
6 ist eine Seitenansicht, die ein Benutzungsbeispiel der Haltearmvorrichtung illustriert.
7 ist eine Seitenansicht, die ein anderes Benutzungsbeispiel der Haltearmvorrichtung illustriert.
8 ist eine Schnittansicht, die das Innere der Vertikalarmeinheit und Halteeinheit illustriert.
9 ist eine Seitenansicht, die das Innere der Vertikalarmeinhrit illustriert.
10 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand einer Horizontalarmeinheit, die in einer bestimmten Richtung ausgerichtet ist, illustriert.
11 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand der Horizontalarmeinheit, die aufrecht ausgerichtet ist, illustriert.
12 ist eine Seitenansicht, die einen Zustand des horizontalen Arms, der in einer entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist, illustriert.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt werden. Eine Haltearmvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Basiseinheit 2, eine Halteeinheit 3, eine Vertikalarmeinheit 4, eine Horizontalarmeinheit 5 und ein Gegengewicht 6.
Die Basiseinheit 2 weist Laufrollen 14 an vier Ecken auf, um sich entlang eines Bodens zu bewegen, und einen fußförmigen Bremsmechanismus 2a, um die Laufrollen 14 in einer Position an dem Boden zu fixieren.
Die Halteeinheit 3 ist an einer Position aufrecht angeordnet, die von einer Rotationswelle 3A verschoben ist, die in der Mitte der Basiseinheit 2 vorliegt. Die Halteeinheit 3 ist horizontal um die Rotationswelle 3A drehbar. Die Rotationswelle 3A weist ein Kupplung (nicht gezeigt) auf, um die Rotationswelle 3A festzuhalten. Die Kupplung gemäß der Ausführungsform ist eine Kupplung vom Lufttyp, die durch komprimierte Luft angetrieben wird. Es kann eine elektromagnetische Kupplung sein.
Die Halteeinheit 3 weist eine stationäre Halterung 7 auf, die drehbar an der Basiseinheit 2 fixiert ist, und eine bewegliche Halterung 8, die vertikal entlang der stationären Halterung 7 verschiebbar ist.
Wie in 8 illustriert ist, erstreckt sich eine mit einem Gewinde versehene Stange 9 von einem oberen Ende der beweglichen Halterung 8 zu der stationären Halterung 7. Die mit dem Gewinde versehene Stange 9 ist in einem Lager B drehbar und greift in eine Mutter 10 ein, die an der stationären Halterung 7 angeordnet ist.
Ein oberes Ende der mit einem Gewinde versehenen Stange 9 ist mit einem Kegelzahnrad 11 versehen. Das Kegelzahnrad 11 greift in ein anderes Kegelzahnrad 13 ein, das an einer Rotationswelle eines Griffs 12 angeordnet ist. Ein Drehmoment, das auf den Griff 13 angelegt wird, wird durch die Kegelzahnräder 11 und 13 auf die mit dem Gewinde versehene Stange 9 übertragen. Wenn sich die mit dem Gewinde versehene Stange 9 dreht, bewegt sich die bewegliche Halterung 8 entlang der stationären Halterung 7 in vertikaler Richtung.
Ein oberes Ende der Halteeinheit 3 ist mit einer Rotationswelle 4A versehen, die in einer horizontalen Richtung liegt und in einem Lager B drehbar ist. Die Rotationswelle 4A ist integral an einer unteren Mittelposition der Vertikalarmeinheit 4 fixiert. Folglich ist die Vertikalarmeinheit 4 um die Rotationswelle 4A relativ zu der Halterungseinheit 3 drehbar.
Die Rotationswelle 4A ist mit einer Kupplung C versehen, die die Rotation der Rotationswelle 4A durch Druck komprimierter Luft freigibt und arretiert.
An einem oberen und unteren Teil der Vertikalarmeinheit 4 sind Zahnräder 5A und 6A drehbar mit Lagern B angeordnet, die als Rotationswellen dienen. Namentlich weist die Vertikalarmeinheit 4 die Rotationswelle, bei der eine theoretische Achse β1 in Position an dem oberen Ende (ersten Ende) von ihr fixiert ist, und die Rotationswelle, bei der eine theoretische Achse β2 in Position an dem unteren Ende (zweiten Ende) von ihr fixiert ist, auf.
Das Zahnrad 5A an dem oberen Ende ist mit einem Basisende der Horizontalarmeinheit 5 integral ausgeführt und dreht sich in derselben Richtung wie die Horizontalarmeinheit 5. Das obere Zahnrad 5A wird freilaufend rotiert und mit einer in dem Horizontalarm 5 angeordneten Kupplung C arretiert. Das Zahnrad 6A an dem unteren Ende ist integral mit dem Gegengewicht 6 ausgeführt und dreht sich in derselben Richtung wie das Gegengewicht 6. Die Horizontalarmeinheit 5 und das Gegengewicht 6 erstrecken sich in gegenüberliegende Richtungen und sind parallel zueinander. Das Gegengewicht 6 erzeugt ein Drehmoment um die Rotationsachse β2.
Das obere und untere Zahnrad 5A und 6A weisen jeweils Ausnehmungen auf, und um die Zahnräder 5A und 6A ist ein Zahnriemen 15, der als ein Drehmomentübertragungselement dient, gespannt. Das obere und untere Zahnrad 5A und 6A und der Zahnriemen 15 bilden einen Drehmomentübertragungsmechanismus entsprechend einer Parallelverbindung, die aus vertikalen Verbindungselementen (β1-β2), die relativ zu der Vertikalarmeinheit 4 befestigt sind, und Horizontalverbindungen, die Radien der Zahnräder 5A und 6A sind, zusammengestellt ist. Die Vertikalarmeinheit 4 weist ein Verbindungsgehäuse auf, ist aus einem steifen Material hergestellt und weist eine hohle Struktur auf, um die Zahnräder 5A und 6A und den Zahnriemen 15 aufzunehmen.
Ausnehmungen des Zahnriemens 15 greifen in die Ausnehmungen der Zahnräder 5A und 6A ein, um eine Drehung und ein Drehmoment zwischen ihnen korrekt zu übertragen. Als eine Folge wird ohne Rücksicht auf die Lage der Horizontalarmeinheit 5 und Vertikalarmeinheit 4 ein Drehmoment der Horizontalarmeinheit 5 und eines Endoskops 20 um die Drehachse β1 immer durch ein Drehmoment des Gegengewichts 6 um die Rotationsachse β2 kompensiert.
An proximalen Positionen der oberen und unteren Zahnräder 5A und 6A gibt es Spannrollen 16 und 17. Die Spannrollen 16 und 17 sind frei mit Lagern B drehbar und erzeugen zusätzlich zu Spannung, die durch die Vertikalverbindungen (β1-β2), die an der Vertikalarmeinheit 5 fixiert sind, bereitgestellt wird, eine Spannung durch Verjüngen der Abstände zwischen einander zugewandten Teilen des Zahnriemens 15. Das Verjüngen der Abstände des Zahnriemens 15 vergrößert die Kontaktflächen zwischen dem Zahnriemen 15 und den Zahnrädern 5A und 6A, wie in 9 illustriert ist, um eine Drehmomentübertragungsfähigkeit des Zahnriemens 15 zu verbessern.
Ein Frontarm 18 der Horizontalarmeinheit 5 ist frei um eine axiale Linie der Horizontalarmeinheit 5 drehbar und wird zwischen einem freien Zustand und einem arretierten Zustand mit einer Kupplung (nicht gezeigt) umgeschaltet. Ein Ende des Frontarms 18 ist mit einer Befestigung 19 versehen, um ein medizinisches Werkzeug, d.h. das Endoskop 20, zu halten.
Die Befestigung 19 weist einen Schalthebel 21 auf. Ein Benutzer ergreift die Befestigung 19 mit seiner Hand und drückt den Schalthebel 21. Dann wird komprimierte Luft zu allen freien Kupplungen C zugeführt. Wenn der Benutzer die Hand von dem Schalthebel 21 löst, werden alle Kupplungen C arretiert. Folglich hält der Benutzer die Befestigung 19 mit seiner Hand und drückt den Schalthebel 21, um die Haltearmvorrichtung 1 vollständig zu lösen, bewegt das Endoskop 20 zu einer gewünschten Position sowie in einen gewünschten Winkel und löst die Hand von dem Schalthebel 21, um die Position automatisch zu fixieren.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Griff 12 dazu verwendet, die Höhe der Halteeinheit 3 einzustellen und die Position der Horizontalarmeinheit 5 gemäß der Größe eines Patienten zu optimieren.
Die Horizontalarmeinheit 5 und das Gegengewicht 6 drehen sich zusammen mit dem Zahnriemen 15. Wie in 3 illustriert ist, hält das Gegengewicht 6 ein Gleichgewicht der Horizontalarmeinheit 5, und in diesem Zustand wird die Horizontalarmeinheit 5 um die Rotationsachse β1 selbst über mehr als 180 Grad frei gedreht. In der Praxis kann sie innerhalb eines Bereichs gedreht werden, der nicht mit der Halteeinheit 3 in Konflikt gerät.
Wie in 6 und 7 illustriert ist, kann die Vertikalarmeinheit 4 frei um die Rotationsachse β3 selbst über mehr als 180 Grad gedreht werden, so dass eine Kombination der Freiheitsgrade der Vertikalarmeinheit 4 und Horizontalarmeinheit 5 ermöglicht, dass das Endoskop 20 in einem weiten Bereich bewegt wird.
Namentlich kann die Horizontalarmeinheit 5, die in einer bestimmten Richtung (10) ausgerichtet ist, in eine gerade aufrechte Position (11) und eine entgegengesetzt ausgerichtete Position (12) gedreht werden, wie in 10 bis 12 illustriert wird. In jeder der Positionen der 10 und 12 kann die Horizontalarmeinheit 5 ferner abgesenkt werden, wenn sie nicht mit der Halteeinheit 3 interferiert, wodurch der Bewegungsbereich der Horizontalarmeinheit 5 expandiert wird.
Auf diese Weise wird der Rotationswinkelbereich der Horizontalarmeinheit 5 expandiert, um die Position und den Winkel des Endoskops 20, das an dem Frontende der Horizontalarmeinheit 5 gehalten wird, in die Lage zu versetzen, großräumig verändert zu werden. Dies verbessert die Nutzbarkeit der Haltearmvorrichtung 1.
Wie zum Beispiel in 6 illustriert ist, wird die Vertikalarmeinheit 4 in Richtung der Halteeinheit 3 zurückgezogen und die Horizontalarmeinheit 5 wird abgesenkt, um das Endoskop 20 näher an die Halteeinheit 3 zu bringen. Wie in 7 illustriert ist, wird die Vertikalarmeinheit 4 abwärts ausgerichtet und die Horizontalarmeinheit 5 wird angehoben, um das Endoskop 20 einem Patienten von unten zuzuwenden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Zahnriemen 15, der leicht ist, als das Drehmomentübertragungselement verwendet. Dies verringert das Gesamtgewicht der Haltearmvorrichtung 1. Zusätzlich bewirkt der Zahnriemen 15 ein leiseres Betriebsgeräusch, verglichen mit anderen Getriebeübertragungsmechanismen, und ist daher geeignet für eine medizinische Front, die leise sein muss.
Das Drehmomentübertragungselement kann statt des Zahnriemens 15 eine Zahnkette oder jedes andere Element sein.
Effekt der Erfindung
Gemäß des technischen Aspekts der vorliegenden Erfindung werden eine obere und untere Rotationswelle der Vertikalarmeinheit durch das Drehmomentübertragungselement miteinander verbunden. Dies verbreitert den Bereich des Rotationswinkels der Horizontalarmeinheit, so dass die Position eines medizinischen Werkzeugs, das an einem Frontende der Horizontalarmeinheit gehalten wird, großräumig verändert werden kann. Die Horizontalarmeinheit und das Gegengewicht drehen um denselben Winkel, um ein Gleichgewicht durch das Gegengewicht sicherzustellen.
Der Zahnriemen wird als das Drehmomentübertragungselement verwendet, um das Gesamtgewicht und die Betriebsgeräusche der Vorrichtung zu reduzieren. Folglich ist die Vorrichtung für eine medizinische Front geeignet.
Die Vertikalarmeinheit ist mit den Spannrollen versehen, um Abstände zwischen sich gegenüberliegenden Teilen des Zahnriemens zu verjüngen. Dies vergrößert die Kontaktflächen der Rotationswellen und verbessert eine Drehmomentübertragungsfähigkeit.
Das Drehmomentübertragungselement ist von außen nicht direkt berührbar, um die Sicherheit zu erhöhen.

Claims

Haltearmvorrichtung (1) für ein medizinisches Werkzeug, umfassend: eine Basiseinheit (2), die auf einen Boden gesetzt ist; eine Halteeinheit (3), die aufrecht auf der Basiseinheit (2) angeordnet ist; eine erste Armeinheit (4), deren Mittelteil drehbar mit einer dritten Rotationswelle (β3), die in Position an einem oberen Ende der Halteeinheit (3) fixiert ist, gehalten wird; eine zweite Armeinheit (5), deren Basis drehbar an einer ersten Rotationswelle (β1) gehalten wird, deren Rotationszentrum in einer Position an einem ersten Ende der ersten Armeinheit (4) fixiert ist, wobei ein Frontende (18) der zweiten Armeinheit (5) das medizinische Werkzeug (20) hält; ein Gegengewicht (6), das drehbar an einer zweiten Rotationswelle (β2) gehalten wird, deren Rotationszentrum in einer Position an einem zweiten Ende der ersten Armeinheit (4)fixiert ist; eine Kupplung (C), die ausgestaltet ist, um zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Rotationswellen (β1, β2, β3) in einen frei rotierbaren Zustand oder einen fixierten Zustand zu versetzen; und einen Drehmomentübertragungsmechanismus mit einem schlaufenförmigen Drehmomentübertragungselement (15), das zwischen der ersten und zweiten Rotationswelle (β1, β2) gespannt und dazu ausgestaltet ist, ein Drehmoment des Gegengewichts (6) um die zweite Rotationswelle (β2) und ein Drehmoment der zweiten Armeinheit (5) um die erste Rotationswelle (β1) aufeinander zu übertragen, wobei die erste Armeinheit (4) um die dritte Rotationswelle (β3) um 180 Grad frei drehbar ist und die zweite Armeinheit (5) um die erste Rotationswelle (β1) um 180 Grad frei drehbar ist.
Haltearmvorrichtung für ein medizinisches Werkzeug nach Anspruch 1, bei der das Drehmomentübertragungselement (15) ein Zahnriemen ist.
Haltearmvorrichtung für ein medizinisches Werkzeug nach Anspruch 2, umfassend ein Paar Spannrollen (16, 17), die dazu ausgestaltet sind, einen Abstand zwischen Abschnitten des Zahnriemens zu verjüngen, die einander in der ersten Armeinheit (4) gegenüberliegen, und dadurch die Spannung zu erhöhen.
Haltearmvorrichtung für ein medizinisches Werkzeug nach Anspruch 1, bei der die erste Armeinheit (4) ein Verbindungsgehäuse mit einer Hohlstruktur ist, um das Drehmomentübertragungselement (15) aufzunehmen.