DE112020004335T5

DE112020004335T5 - Chirurgisches Werkzeug, Chirurgieunterstützungssystem und chirurgische Bedienungseinheit

Info

Publication number: DE112020004335T5
Application number: DE112020004335.5T
Authority: DE
Inventors: Kazuhito WAKANA
Original assignee: Sony Group Corp
Current assignee: Sony Group Corp
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2022-08-11
Also published as: WO2021049345A1; US20220338946A1; JPWO2021049345A1; CN114340519A

Abstract

Zur Bereitstellung eines chirurgischen Werkzeugs, das ein Arbeitsorgan zum Öffnen und Schließen, wie z. B. eine Zange, aufweist und so konstruiert ist, dass es eine kleine Größe und ein geringes Gewicht aufweist, weist das chirurgische Werkzeug Folgendes auf: einen Schaft (102); eine Querachsenrotationseinheit (401), die mit einem Ende des Schafts (102) verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist; eine Rollachsenrotationseinheit (402), die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit (401) drehbar ist; und eine Greifeinheit (403), die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit (402) linear beweglich ist, und das chirurgische Werkzeug weist ferner ein Paar Backen (405a, 405b) auf, die an dem unteren Ende der Rollachsenrotationseinheit (402) in der Richtung der zweiten Achse angebracht sind und sich in Verbindung mit einer Linearbewegung der Greifeinheit (403) in die Richtung der zweiten Achse öffnen und schließen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die in dieser Beschreibung offenbarte Technologie (die im Folgenden als „die vorliegende Offenbarung“ bezeichnet wird) bezieht sich auf ein chirurgisches Werkzeug beispielsweise zur Verwendung in einem chirurgischen Roboter, ein Chirurgieunterstützungssystem und eine chirurgische Bedienungseinheit.
STAND DER TECHNIK
Die Fortschritte der letzten Jahre in der Robotertechnik sind bemerkenswert, und Roboter werden nun weitreichend an Arbeitsstätten in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Beispielsweise wird im medizinischen Bereich verstärkt ein chirurgischer Master-Slave-Roboter eingesetzt. Diese Art von chirurgischem Roboter ist so konstruiert, dass ein Bediener, wie z. B. ein Chirurg, von der Master-Seite aus ein oder mehrere chirurgische Werkzeuge, die in einer Slave-Vorrichtung enthalten sind, bedient. Des Weiteren gibt es als ein bekanntes Verfahren zur Steuerung eines Master-Slave-Systems ein bilaterales Verfahren, mit dem eine Slave-Vorrichtung von einer Master-Vorrichtung bedient wird und zur gleichen Zeit der Zustand der Slave-Vorrichtung an die Master-Vorrichtung zurückgemeldet wird (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
Ein Arbeitsorgan mit einem Öffnungs- und Schließmechanismus, wie z. B. einer Zange, ist an dem Ende eines in einer Slave-Vorrichtung befestigten chirurgischen Werkzeugs vorgesehen. Ferner wird, da angenommen wird, dass ein chirurgisches Werkzeug bei einer Operation in einer Körperhöhle, auf einer Körperfläche oder dergleichen verwendet werden soll, in hohem Maße gewünscht, dass das Ende eines chirurgischen Werkzeugs mehrere Freiheitsgrade aufweist, einen kleinen Durchmesser aufweist, eine kleine Größe aufweist und ein geringes Gewicht aufweist. Insbesondere wird gewünscht, dass das Ende des chirurgischen Werkzeugs insgesamt drei Freiheitsgrade aufweist, wobei es sich um zwei Freiheitsgrade für Drehung und einen Freiheitsgrad für Öffnen und Schließen handelt. Ferner wird aufgrund der Miniaturisierung von chirurgischen Werkzeugen oftmals ein Antriebsverfahren, bei dem ein Kabel verwendet wird, zur Handhabung des Endes eines chirurgischen Werkzeugs eingesetzt (siehe beispielsweise Patentschriften 2-4).
LISTE BEKANNTER SCHRIFTEN
PATENTSCHRIFTEN

Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2019-34002
Patentschrift 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 09-542671
Patentschrift 3: JP 2018-534100 W
Patentschrift 4: JP 2019-501699 W
Patentschrift 5: WO 2018/163680

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Eine Aufgabe der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung besteht in der Bereitstellung eines chirurgischen Werkzeugs, das ein Arbeitsorgan zum Öffnen und Schließen, wie z. B. eine Zange, aufweist, so konstruiert ist, dass es eine kleine Größe und ein geringes Gewicht aufweist, und in einem chirurgischen Roboter verwendet wird, und der Bereitstellung eines Chirurgieunterstützungssystems und einer chirurgischen Bedienungseinheit.
LÖSUNGEN DER PROBLEME
Ein erster Aspekt der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist
ein chirurgisches Werkzeug, das Folgendes aufweist:

einen Schaft;
eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist;
eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und
eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.

Das chirurgische Werkzeug gemäß dem ersten Aspekt weist ferner ein Paar Backen auf, die an dem unteren Ende der Rollachsenrotationseinheit in der Richtung der zweiten Achse angebracht sind und sich in Verbindung mit einer Linearbewegung der Greifeinheit in die Richtung der zweiten Achse öffnen und schließen.
Die Greifeinheit wird durch die Zugkraft, die in dem Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln erzeugt wird, wenn ein erster Motor eine erste Antriebswinde dreht, linear in die Richtung der zweiten Achse bewegt, und das Paar Backen öffnet und schließt sich dann in Verbindung mit der Linearbewegung. Eine Drehung der Rollachsenrotationseinheit um die zweite Achse wird hingegen durch die Zugkraft bewirkt, die in dem Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln erzeugt wird, wenn ein zweiter Motor eine zweite Antriebswinde dreht.
Ferner wird, wenn ein dritter Motor eine dritte Antriebswinde in die positive Richtung oder die Umkehrrichtung dreht, der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln oder der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in die Längsachsenrichtung des Schafts gezogen, und somit dreht sich die Querachsenrotationseinheit um die erste Achse.
Ferner ist ein zweiter Aspekt der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung
ein Chirurgieunterstützungssystem, das ein chirurgisches Werkzeug und einen Arm, an dem das chirurgische Werkzeug angebracht ist, aufweist,
wobei das chirurgische Werkzeug Folgendes aufweist:

Des Weiteren ist ein dritter Aspekt der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung
eine chirurgische Bedienungseinheit, die ein chirurgisches Werkzeug und eine Griffeinheit, an der das chirurgische Werkzeug angebracht ist, aufweist,
wobei das chirurgische Werkzeug Folgendes aufweist:

WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Durch die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein chirurgisches Werkzeug bereitzustellen, das ein Arbeitsorgan zum Öffnen und Schließen, wie z. B. eine Zange, aufweist, eine geringere Anzahl an Komponenten aufweist, einen kleineren Durchmesser aufweist und in einem chirurgischen Roboter verwendet wird, und ein Chirurgieunterstützungssystem und eine chirurgische Bedienungseinheit bereitzustellen.
Es wird angemerkt, dass die vorteilhaften Wirkungen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, lediglich beispielhaft sind und die vorteilhaften Wirkungen, die durch die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung erbracht werden, nicht darauf beschränkt sind. Des Weiteren kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung in einigen Fällen zusätzlich zu den obigen vorteilhaften Wirkungen zusätzliche vorteilhafte Wirkungen aufweisen.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen und die ausführlichen Beschreibungen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
Figurenliste

1 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte äußere Konfiguration einer chirurgischen Werkzeugeinheit 100 zeigt.
2 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte äußere Konfiguration der chirurgischen Werkzeugeinheit 100 zeigt.
3 ist eine Ansicht der chirurgischen Werkzeugeinheit 100 von sechs Seiten.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit.
5 ist eine vergrößerte Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit.
6 ist eine auseinandergezogene Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit.
7 ist eine vergrößerte Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit (wobei eine Querachsenrotationseinheit 401 und ein Schaft 102 transparent dargestellt werden).
8 ist eine Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit von sechs Seiten.
9 ist ein Schaubild, das eine Rollachsenrotationseinheit 402, eine Greifeinheit, eine Stange 404 und ein Paar Backen 405a und 405b zeigt.
10 ist ein Schaubild, das Querschnitte der Rollachsenrotationseinheit 402, der Greifeinheit, der Stange 404 und des Paars Backen 405a und 405b zeigt.
11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endes der Stange 404 und des Paars Backen 405a und 405b.
12 ist ein Schaubild, das eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit in der Nähe einer ersten Achse zeigt.
13 ist ein Schaubild, das einen Mechanismus zeigt, bei dem ein Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b an der Greifeinheit 403 gesichert wird.
14 ist ein Schaubild, das einen Mechanismus zeigt, bei dem ein Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b an der Rollachsenrotationseinheit 402 gesichert wird.
15 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte Anordnung von Aktuatoren in einer Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit zeigt.
16 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Backen 405a und 405b öffnen und schließen.
17 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Backen 405a und 405b öffnen und schließen.
18 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Backen 405a und 405b öffnen und schließen.
19 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um eine zweite Achse dreht.
20 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse dreht.
21 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse dreht.
22 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse dreht.
23 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse dreht.
24 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht.
25 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht.
26 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht.
27 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht.
28 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht.
29 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem drei Achsen gleichzeitig in dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit angetrieben werden.
30 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem drei Achsen gleichzeitig in dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit angetrieben werden.
31 ist ein Schaubild, das einen Zustand zeigt, in dem drei Achsen gleichzeitig in dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit angetrieben werden.
32 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Betriebsvorgang zeigt, bei dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht.
33 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Betriebsvorgang zeigt, bei dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse dreht.
34 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Betriebsvorgang des Greifens der Backen 405a und 405b zeigt.
35 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Betriebsvorgang des Drehens einer Backe zeigt.
36 ist ein Schaubild, das einen beispielhaften Betriebsvorgang des Drehens einer Backe zeigt.
37 ist ein Schaubild, das einen Querschnitt einer Rollachsenrotationseinheit 3700 gemäß einer Modifikation zeigt.
38 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte Querschnittskonfiguration der Rollachsenrotationseinheit 3700 unter Verwendung eines FBG-Sensors zeigt.
39 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte äußere Konfiguration eines chirurgischen Roboters 3900 unter Verwendung einer chirurgischen Werkzeugeinheit zeigt.
40 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte äußere Konfiguration einer Bedienungseinheit 4000 zeigt.

DURCHFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
In der nachstehenden Beschreibung wird die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung in der folgenden Reihenfolge unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

A. Probleme bei einer chirurgischen Werkzeugeinheit
B. Beispielhafte Konfiguration einer chirurgischen Werkzeugeinheit
C. Betriebsvorgänge einer chirurgischen Werkzeugeinheit
D. Modifikationen der Rollachsenrotationseinheit
E. Modifikationen der chirurgischen Werkzeugeinheit
F. Beispielhafte Anwendungen der chirurgischen Werkzeugeinheit
G. Wirkungen

A. Probleme bei einer chirurgischen Werkzeugeinheit
Ein chirurgisches Werkzeug zur Verwendung in einem chirurgischen Roboter weist vorzugsweise insgesamt drei Freiheitsgrade auf, wobei es sich um zwei Freiheitsgrade für Drehung und einen Freiheitsgrad für Öffnen und Schließen an dem Ende handelt. Beispielsweise weist ein chirurgisches Werkzeug einer bekannten Art ein Arbeitsorgan zum Öffnen und Schließen, das mit einem Paar gegenüberliegender Backen ausgebildet ist, ein Handgelenk, das das Arbeitsorgan stützt, und einen Schaft, der eine Längsachse aufweist und das Handgelenk mit seinem Ende verbindet, auf. Diese Art von chirurgischem Werkzeug weist eine Freiheitsgradkonfiguration auf, die Folgendes aufweist: eine erste Achse zum Drehen des Handgelenks um die Hochachse, beispielsweise bezüglich des Endes des Schafts; eine zweite Achse zum Drehen der Ausrichtung des Arbeitsorgans um die Querachse, beispielsweise bezüglich des Handgelenks; und eine dritte Achse (einen Schaft zum Öffnen und Schließen) zum Öffnen und Schließen der Backen (siehe beispielsweise Patentschriften 2-4). Im Falle solch einer Freiheitsgradkonfiguration sind die erste Achse und die zweite Achse aufgrund von Beschränkungen des Bewegungsbereich jedes Glieds beide auf eine Bewegung innerhalb von ungefähr ±90 Grad beschränkt.
Im Falle eines chirurgischen Werkzeugs, das normalerweise durch einen Trokar in eine Körperöffnung eingeführt wird, wie z. B. bei laparoskopischer Chirurgie, muss der Durchmesser des chirurgischen Werkzeugs an seinem Ende kleiner gestaltet sein. Somit weist das chirurgische Werkzeug gemäß obiger Beschreibung vorzugsweise eine Konfiguration auf, die eine erste Achse beispielsweise zum Drehen des Handgelenks um die Höhenachse bezüglich des Endes des Schafts und eine zweite Achse beispielsweise zum Drehen der Ausrichtung des Arbeitsorgans um die Querachse bezüglich des Handgelenks aufweist.
Im Falle eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung bei Operationen an der Körperoberfläche oder in der Nähe der Körperoberfläche hingegen sind die Beschränkungen hinsichtlich Reduzierung des Durchmessers an dem Ende lockerer, es ist jedoch ein größerer Bewegungsbereich erforderlich.
Somit schlägt diese Beschreibung nachstehend eine chirurgische Werkzeugeinheit vor, die insgesamt drei Freiheitsgrade, wobei es sich um zwei Freiheitsgrade für Drehung und einen Freiheitsgrad für Öffnen und Schließen an dem Ende handelt, hat und einen größeren Bewegungsbereich erzielt. Eine chirurgische Werkzeugeinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise zur Verwendung bei Operationen an der Körperoberfläche oder in der Nähe der Körperoberfläche vorgesehen, eines ihrer Ziele ist jedoch die Erzielung eines größeren Bewegungsbereichs.
Insbesondere weist eine chirurgische Werkzeugeinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Schaft mit einer Längsachse, eine Querachsenrotationseinheit, eine Rollachsenrotationseinheit und eine Greifeinheit auf. Der Schaft stützt die Querachsenrotationseinheit an ihrem Ende, so dass sich die Querachsenrotationseinheit um eine parallel zur Querachse verlaufende erste Achse drehen kann. Die Querachsenrotationseinheit stützt hingegen die Rollachsenrotationseinheit drehbar um eine zur Rollachse parallel verlaufende zweite Achse. Des Weiteren kann die Rollachsenrotationseinheit die Greifeinheit, die mit einem Paar Backen, die sich öffnen und schließen können, ausgebildet ist, stützen. Dementsprechend hat die chirurgische Werkzeugeinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung drei Freiheitsgrade: einen Rotationsfreiheitsgrad der Querachsenrotationseinheit zum Drehen um die erste Achse bezüglich des Endes des Schafts; einen Rotationsfreiheitsgrad der Rollachsenrotationseinheit zum Drehen um die zweite Achse bei Stützung durch die Querachsenrotationseinheit; und einen Freiheitsgrad für Öffnen und Schließen des Paars von Backen.
Wie nachstehend beschrieben wird, hat bei der chirurgischen Werkzeugeinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung die Querachsenrotationseinheit einen Bewegungsbereich von ±80 Grad um die erste Achse, und die Rollachsenrotationseinheit hat einen Bewegungsbereich von -140 bis 150 Grad um die zweite Achse. Beispielsweise kann man sagen, dass in einem Fall, in dem die chirurgische Werkzeugeinheit bei Operationen an der Körperoberfläche oder in der Nähe der Körperoberfläche verwendet wird, diese Bewegungsbereiche groß genug sind. Es wird angemerkt, dass der maximale Öffnungs- und Schließwinkel des Paars von Backen beispielsweise 20 Grad beträgt.
Bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen wird Zugkraft durch Kabel zum Antreiben der Querachsenrotationseinheit, der Rollachsenrotationseinheit und der Greifeinheit (oder der Backen) verwendet. D. h., die Kraft jedes auf der Fußseite (der Seite des proximalen Endes) des Schafts angeordneten Aktuators wird auf die Querachsenrotationseinheit, die Rollachsenrotationseinheit und die Greifeinheit auf der Endseite (der distalen Endseite) durch Kabel übertragen.
Ferner können bei einem Kraftübertragungsmechanismus, bei dem Kabel verwendet werden, mehrere Riemenscheiben, wie z. B. Winden, zum Anlegen von Kraft an die Kabel oder Umwandeln der Kräfte von den Kabeln in axiale Kräfte und Umlenkriemenscheiben zur Verwendung zum Anpassen der Anordnung der Kabel in dem Schaft und Anlegen einer konstanten Spannung an die Kabel verwendet werden.
B. Beispielhafte Konfiguration einer chirurgischen Werkzeugeinheit
1 und 2 zeigen eine beispielhafte äußere Konfiguration einer chirurgischen Werkzeugeinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ferner zeigt 3 eine Ansicht der chirurgischen Werkzeugeinheit von sechs Seiten. Eine chirurgische Werkzeugeinheit 100, die in der Zeichnung gezeigt wird, weist einen hohlen Schaft 102 mit einer Längsachse, einen Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit an einem Ende des Schafts 102 und eine Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit an dem anderen Ende des Schafts 102 auf. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der chirurgischen Werkzeugeinheit 100. 2 zeigt den Schaft 102 und die Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit transparent, um das Innere davon sichtbar zu machen.
Der Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit weist eine Querachsenrotationseinheit, die um eine zur Querachse parallele erste Achse bezüglich des Schafts 102 drehbar ist, eine Rollachsenrotationseinheit, die von der Querachsenrotationseinheit drehbar um eine zur Rollachse parallele zweite Achse gestützt wird, und eine Greifeinheit, die von der Rollachsenrotationseinheit gestützt wird, auf. Die Greifeinheit weist ein Paar Backen, die geöffnet und geschlossen werden können, auf. Die zweite Achse befindet sich jedoch an einer von der ersten Achse versetzten Position.
Jeder bewegliche Abschnitt des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit wird durch die Zugkraft eines Kabels angetrieben. Ferner sind Aktuatoren zum Ziehen der jeweiligen Kabel in der Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform werden elektromagnetische rotatorische Motoren als die Aktuatoren verwendet. Gemäß der Darstellung in 2 werden mehrere Kabel zum Antreiben der Querachsenrotationseinheit, der Rollachsenrotationseinheit und der Greifeinheit des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit durch den Schaft 102 eingeführt. Ferner sind drei Motoren zum Ziehen der jeweiligen Kabel zum Antreiben der Querachsenrotationseinheit, der Rollachsenrotationseinheit und der Greifeinheit in der Antriebseinheit 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit vorgesehen.
4 und 5 zeigen den Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit in vergrößertem Maßstab (die Blickrichtung ist jedoch zwischen 4 und 5 verschieden). Ferner zeigt 6 eine auseinandergezogene Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit. Gemäß der Darstellung in 6 weist der Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit eine Querachsenrotationseinheit 401, eine Rollachsenrotationseinheit 402, eine Greifeinheit 403, eine Stange 404, ein Paar Backen 405a und 405b, die an dem unteren Ende der Stange 404 angebracht sind, einen Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und einen Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b auf. Es wird darauf hingewiesen, dass in 7 die Querachsenrotationseinheit 401 und der Schaft 102 transparent gezeigt werden und die Anordnung der jeweiligen Kabel in der Nähe des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit sichtbar gemacht wird. Ferner zeigt 8 eine Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit von sechs Seiten. Es wird angemerkt, dass die jeweiligen Aktuatoren zum Ziehen des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b in der Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit angeordnet sind, jedoch wird dieser Aspekt später genauer beschrieben.
Wie in 4 gezeigt wird, wird die Querachsenrotationseinheit 401 an einem Abschnitt in der Nähe des Endes des Schafts 102 dahingehend gestützt, sich um die zur Querachse parallele erste Achse drehen zu können. Wie aus 6 und 7 ersichtlich ist, weist die Querachsenrotationseinheit 401 eine hohle zylindrische Form auf, wobei ihr Drehmittelpunkt die zur Rollachse parallele zweite Achse ist. Die Rollachsenrotationseinheit 402 wird dann in den Hohlzylinder der Querachsenrotationseinheit 401 eingeführt. Dadurch wird die Rollachsenrotationseinheit 402 von der Querachsenrotationseinheit 401 dahingehend gestützt, sich um die zweite Achse drehen zu können. Die Rollachsenrotationseinheit 402 dreht sich um die zweite Achse durch die Zugkraft des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b, jedoch wird dieser Aspekt später genauer beschrieben.
Wie in 4 gezeigt wird, ist eine Schiene, die die Bewegung der Greifeinheit 403 beschränkt, in der Richtung der zweiten Achse auf der Rückfläche der Rollachsenrotationseinheit 402 vorgesehen. Dementsprechend kann sich die Greifeinheit 403 in einem vorbestimmten Bereich in die Richtung der zweiten Achse (oder die vertikale Richtung) entlang der Schiene bewegen. Die Greifeinheit 403 bewegt sich durch die Zugkraft des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b in die Richtung der zweiten Achse, jedoch wird dieser Aspekt später genauer beschrieben.
9 zeigt die Rollachsenrotationseinheit 402, die Greifeinheit, die Stange 404 und das Paar von Backen 405a und 405b aus dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit entfernt. Ferner ist 10 eine Querschnittsansicht der Rollachsenrotationseinheit 402, der Greifeinheit, der Stange 404 und des Paars von Backen 405a und 405b entlang einer Ebene, die zur ersten Achse orthogonal ist und die zweite Achse umfasst.
Die Rollachsenrotationseinheit 402 weist eine Durchgangsbohrung auf, die in die Richtung der zweiten Achse durchdringt, und die Stange 404 wird in die Durchgangsbohrung eingeführt. Der obere Endabschnitt der Stange 404 wird dahingehend von der Greifeinheit 403 gestützt, über ein Lager drehbar zu sein. Das Lager weist eine Struktur auf, die eine in der Richtung der zweiten Achse angelegte Last stützt. Die Stange 404 ist um die zweite Achse bezüglich der Greifeinheit 403 drehbar, bewegt sich jedoch nicht in die Richtung der zweiten Achse bezüglich der Greifeinheit 403. Dementsprechend bewegt sich, wenn sich die Greifeinheit 403 linear in die Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit 402 bewegt, die Stange 404 zusammen mit der Greifeinheit 403 auch linear in die Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit 402.
11 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endes der Stange 404 und des Paars von Backen 405a und 405b.
Die Backen 405a und 405b haben Formen, die im Wesentlichen symmetrisch um die zweite Achse sind. Sowohl die Backe 405a als auch die Backe 405b können sich um einen Schaft 1101 zum Öffnen und Schließen, der an dem Ende der Rollachsenrotationseinheit 402 ausgebildet ist, drehen. Des Weiteren ist in jeder der Backen 405a und 405b eine längliche Lochnut 1102 hinter dem Schaft 1101 zum Öffnen und Schließen ausgebildet. Ferner wird ein Stift 1103, der von dem Ende der Stange 404 vorragt, in jede der länglichen Lochnuten 1102 der Backen 405a und 405b eingeführt. Die Längsachsen der jeweiligen länglichen Lochnuten 1102 der Backen 405a und 405b sind in zueinander entgegengesetzte Richtungen bezüglich der zweiten Achse geneigt, und eine Wandfläche jeder der länglichen Nuten 1102 bildet einen Nocken, der eine lineare Bewegung in die Richtung der zweiten Achse in eine Bewegung in die Öffnungs/SchließRichtung der Backen 405a und 405b umwandelt.
Wie oben beschrieben wird, bewegt sich die Stange 404 zusammen mit der Greifeinheit 403 linear in die Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit 402. Der Stift 1103 bewegt sich integral mit der Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse (bei der es sich um die vertikale Richtung der Papierfläche handelt) hin und her. Da sich der Stift 1103 dahingehend hin- und herbewegt, in jedes der länglichen Nutenlöcher 1102 zu gleiten, müssen die jeweiligen länglichen Nutenlöcher 1102 die Stange 404 (oder die zweite Achse) an der derzeitigen Position des Stifts 1103 überqueren. Des Weiteren sind die Längsachsen der jeweiligen länglichen Lochnuten 1102 der Backen 405a und 405b in zueinander entgegengesetzte Richtungen bezüglich der zweiten Achse geneigt, und eine Wandfläche jeder der länglichen Lochnuten 1102 bildet einen Nocken. Somit drehen sich in Abhängigkeit von der Linearbewegung des Stifts 1103 in die Richtung der zweiten Achse die Backe 405a und die Backe 405b in zueinander entgegengesetzte Richtungen bezüglich des Schafts 1101 zum Öffnen und Schließen. Dies ist der Mechanismus, bei dem die Backe 405a und die Backe 405b durch eine Linearbewegung der Stange 404 in die Richtung der zweiten Achse geöffnet und geschlossen werden. Die Struktur zum Öffnen und Schließen der Backe 405a und der Backe 405b ist jedoch nicht darauf beschränkt, und einige andere Mechanismen könnten dazu verwendet werden, eine Öffnungs- und Schließbewegung der Backe 405a und der Backe 405b mit einer Linearbewegung der Stange 404 in die Richtung der zweiten Achse zu bewirken.
Als Nächstes werden die Mechanismen, die die Zugkraft der Kabel zum Bewirken einer Drehbewegung der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse, einer Drehbewegung der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse und einer Öffnungs- und Schließbewegung der Backen 405a und 405b verwenden, genauer beschrieben.
Wie in 4-7 gezeigt wird, weist die chirurgische Werkzeugeinheit 100 den Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und den Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b auf. Die jeweiligen Aktuatoren zum Ziehen des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b sind in der Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit angeordnet, jedoch wird dieser Aspekt später genauer beschrieben.
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit, durch den der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b in der Nähe der ersten Achse hindurchgehen. Ferner zeigt 13 einen Mechanismus, bei dem der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b an der Greifeinheit 403 gesichert wird. Ferner zeigt 14 einen Mechanismus, bei dem der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b an der Rollachsenrotationseinheit 402 gesichert wird.
Unter Bezugnahme auf 13 wird der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b an einem Kabelverbindungsabschnitt 1301, der in der Greifeinheit 403 ausgebildet ist, an der Greifeinheit 403 gesichert. Unter Bezugnahme auf 4, 6 und 13 wird der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b so angeordnet, dass er aus entgegengesetzten Richtungen um eine Greifriemenscheibe GP, die auf der Rückfläche der Querachsenrotationseinheit 401 drehbar gestützt wird, gewickelt wird und in einer U-Form umgelegt wird.
Ferner wird unter Bezugnahme auf 12 das erste Vorwärts-Kabel C1a in die Richtung der ersten Achse gezogen. Die Richtung des Kabels C1a wird jedoch durch eine erste Umlenkriemenscheibe IP11a, die die erste Achse als ihre Drehachse nutzt, in eine zur ersten Achse orthogonale Richtung gewechselt, und ferner wird die Anordnung des Schafts 102 so angepasst, dass das erste Vorwärts-Kabel C1a durch eine erste angrenzende Umlenkriemenscheibe IP12a, die an die erste Umlenkriemenscheibe IP11a angrenzt und eine zur ersten Achse parallele Drehachse hat, durch den Schaft 102 eingeführt wird. Gleichermaßen wird das erste Rückwärts-Kabel C1b in die Richtung der zweiten Achse gezogen. Die Richtung des Kabels C1b wird jedoch durch eine erste Umlenkriemenscheibe IP11b, die die erste Achse als ihre Drehachse verwendet, in eine zur ersten Achse orthogonale Richtung gewechselt, und ferner wird die Anordnung so angepasst, dass das erste Rückwärts-Kabel C1b durch eine erste angrenzende Umlenkriemenscheibe IP12b, die an die erste Umlenkriemenscheibe IP11b angrenzt und eine zur ersten Achse parallele Drehachse hat, durch den Schaft 102 eingeführt wird.
Nach dem Einführen durch den Schaft 102 wird der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b dann von einem in der Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit angeordneten Aktuators gezogen. Bei dieser Ausführungsform wird der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b durch einen einzigen Motor (einen ersten Motor M1) durch ein Kabelschlaufenverfahren, das später genauer beschrieben wird, angetrieben. Alternativ dazu können das erste Vorwärts-Kabel C1a und das erste Rückwärts-Kabel C1b dahingehend konstruiert sein, von individuellen Motoren gezogen zu werden.
Der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b wird an dem Kabelverbindungsabschnitt 1301 (oben beschrieben) an der Greifeinheit 403 gesichert. Dementsprechend geht die Greifeinheit 403, wenn das erste Vorwärts-Kabel C1a gezogen wird, in der Richtung der zweiten Achse entlang der Schiene (oben beschrieben) an der Rückfläche der Querachsenrotationseinheit 401 herauf. Des Weiteren geht die Greifeinheit 403, wenn das erste Rückwärts-Kabel C1b gezogen wird, in der Richtung der zweiten Achse hinab. Die Stange 404 wird von der Greifeinheit 403 an dem Endabschnitt (oben beschrieben) gestützt und bewegt sich in der Richtung der zweiten Achse zusammen mit der Greifeinheit 403 hin und her. Somit wird ein Freiheitsgrad für Öffnen und Schließen der Backen 405a und 405b erzielt.
Die Rollachsenrotationseinheit 402 weist eine Rollachsenwinde RC in der Nähe des mittigen Abschnitts in der Richtung der zweiten Achse auf. Unter Bezugnahme auf 6 und 14 werden das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b aus zueinander entgegengesetzten Richtungen um die Rollachsenwinde RC gewickelt, und jedes der Kabel wird an einem Endabschnitt an der Rollachsenrotationseinheit 402 gesichert. Insbesondere werden unter Bezugnahme auf 14 das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b so um die Rollachsenwinde RC gewickelt, dass sie einander um nahezu 180 Grad um die zweite Achse überlagern. Somit wird ein Bewegungsbereich von ±150 Grad der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse erzielt.
Hier ragen gemäß der Darstellung in 12 bei der Querachsenrotationseinheit 401 Stifte von Abschnitten in der Nähe von Punkten, durch die das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b hindurchgehen, vor. Die Höhen der jeweiligen Stifte in der Richtung der zweiten Achse sind im Wesentlichen gleich. Das zweite Vorwärts-Kabel C2a wird um die Rollachsenwinde RC gewickelt, nachdem es über die Oberseite des Stifts geführt wird, und das zweite Rückwärts-Kabel C2b wird um die Rollachsenwinde RC gewickelt, nachdem es unter den Stift geführt wird. Dementsprechend werden das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b so um die Rollachsenwinde RC gewickelt, dass sie nicht miteinander in Kontakt kommen, während sie in der Höhenrichtung der zweiten Achse voneinander getrennt sind, jedoch einander um nahezu 180 Grad um die zweite Achse überlagern (siehe 14). Demzufolge verheddern sich das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b nicht, wenn die Rollachsenrotationseinheit 402 um ±150 Grad um die zweite Achse angetrieben wird.
Ferner wird unter Bezugnahme auf 12 das zweite Vorwärts-Kabel C2a in eine zur Richtung der zweiten Achse orthogonale Richtung gezogen. Die Richtung des Kabels C2a wird jedoch durch eine zweite Umlenkriemenscheibe IP21a, die die erste Achse als ihre Drehachse nutzt, in eine zur ersten Achse orthogonale Richtung gewechselt, und ferner wird die Anordnung so angepasst, dass das zweite Vorwärts-Kabel C2a durch eine zweite angrenzende Umlenkriemenscheibe IP22a, die an die zweite Umlenkriemenscheibe IP21a angrenzt und eine zur ersten Achse parallele Drehachse hat, durch den Schaft 102 eingeführt wird. Gleichermaßen wird das zweite Rückwärts-Kabel C2b in eine zur Richtung der zweiten Achse orthogonale Richtung gezogen. Die Richtung des Kabels C2b wird jedoch durch eine zweite Umlenkriemenscheibe IP21b, die die erste Achse als ihre Drehachse verwendet, in eine zur ersten Achse orthogonale Richtung gewechselt, und ferner wird die Anordnung so angepasst, dass das zweite Rückwärts-Kabel C2b durch eine zweite angrenzende Umlenkriemenscheibe IP22b, die an die zweite Umlenkriemenscheibe IP21b angrenzt und eine zur ersten Achse parallele Drehachse hat, durch den Schaft 102 eingeführt wird.
Nach dem Einführen durch den Schaft 102 wird der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b dann von einem in der Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit angeordneten Aktuator gezogen. Bei dieser Ausführungsform wird der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b durch einen einzigen Motor (einen zweiten Motor M2) durch ein Kabelschlaufenverfahren, das später genauer beschrieben wird, angetrieben. Alternativ dazu können das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b dahingehend konstruiert sein, von individuellen Motoren gezogen zu werden.
Das zweite Vorwärts-Kabel C2a und das zweite Rückwärts-Kabel C2b werden aus zueinander entgegengesetzten Richtungen um die Rollachsenrotationseinheit 402 gewickelt (oben beschrieben). Dementsprechend kann dafür gesorgt werden, dass sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse vorwärts dreht, wenn das zweite Vorwärts-Kabel C2a gezogen wird. Des Weiteren kann dafür gesorgt werden, dass sich die Rollachsenrotationseinheit 402 in der Rückwärtsrichtung um die zweite Achse dreht, wenn das zweite Rückwärts-Kabel C2b gezogen wird. So wird ein Rotationsfreiheitsgrad des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit um die zweite Achse erzielt.
Es wird angemerkt, dass, wie aus 7 und 12 ersichtlich ist, die Umlenkriemenscheiben IP11a, IP11b, IP21a und IP21b alle die erste Achse als die Drehachse verwenden. Die angrenzenden Umlenkriemenscheiben IP12a, IP12b, IP22a und IP22b hingegen haben alle dieselbe Drehachse, die zur ersten Achse parallel ist. Ferner wird in dem Schaft 102 die Anordnung durch die obigen jeweiligen Umlenkriemenscheiben so angepasst, dass der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b auf der oberen Seite hindurchgeht und der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b auf der unteren Seite hindurchgeht.
Ferner wird unter Bezugnahme auf 4, 7, 12 und andere der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b aus der Richtung, die zu der Richtung, in der der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b um die Umlenkriemenscheiben IP11a und IP11b gewickelt wird, entgegengesetzt ist, um die Umlenkriemenscheiben IP21a und IP21b gewickelt. Somit werden, wenn der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b gezogen wird (oder in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 rückwärts bewegt wird) und wenn der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b rückwärts bewegt wird, Drehkräfte in entgegengesetzten Richtungen um die erste Achse an die Querachsenrotationseinheit 401 angelegt.
Dementsprechend ist es durch selektives Ziehen des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b oder des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b möglich, eine Drehbewegung der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse zu bewirken und einen Rotationsfreiheitsgrad des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit um die zweite Achse zu erzielen.
C. Betriebsvorgänge einer chirurgischen Werkzeugeinheit
15 stellt eine beispielhafte Anordnung der Aktuatoren in der Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit und Verfahren zum Ziehen der Kabel mit den jeweiligen Aktuatoren dar.
Wie in 15 gezeigt wird, sind ein erster Motor M1, ein zweiter Motor M2 und ein dritter Motor M3 vorgesehen. Ferner sind eine erste bis dritte Motorwinde MC1, MC2 und MC3 als Antriebswinden an den Ausgangswellen des ersten bis dritten Motors M1 bis M3 angebracht.
Obgleich angenommen wird, dass ein rotatorischer Motor für jeden des ersten bis dritten Motors M1 bis M3 verwendet wird, kann auch ein Motor mit einer Drehzahlreduktionsvorrichtung verwendet werden. Es wird am stärksten bevorzugt, elektromagnetische rotatorische Motoren als den ersten bis dritten Motor M1 bis M3 zu verwenden. Es ist jedoch auch möglich, einige andere Arten von Aktuatoren zu verwenden, die die Antriebswinden drehen können.
Der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b wird über Umlenkriemenscheiben IP13a und IP13b um die erste Motorwinde MC1 gewickelt. Der erste Motor M1 kann die erste Motorwinde MC1 dahingehend in die positive Richtung drehen, eine Zugkraft an den ersten Vorwärts-Kabelsatz C1a anzulegen. In diesem Fall bewegt sich die Greifeinheit 403 bezüglich der Querachsenrotationseinheit 401 und der Rollachsenrotationseinheit 402 herauf. Dementsprechend kann sich auch die Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse herauf bewegen, und ein Betriebsvorgang zum Schließen der Backen 405a und 405b kann bewirkt werden. Ferner bewegt sich in einem Fall, in dem der erste Motor M1 die erste Motorwinde MC1 dahingehend in die negative Richtung dreht, eine Zugkraft an den ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabelsatz C1b anzulegen, die Greifeinheit 403 bezüglich der Querachsenrotationseinheit 401 und der Rollachsenrotationseinheit 402 hinab. Dementsprechend bewegt sich auch die Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse hinab, und ein Betriebsvorgang zum Öffnen der Backen 405a und 405b kann bewirkt werden. Kurz gesagt spielt der erste Motor M1 eine Rolle beim Öffnen und Schließen der Backen 405a und 405b.
16 bis 18 zeigen einen Zustand, in dem sich die Backen 405a und 405b öffnen und schließen. In einem Beispiel, das in 16 gezeigt wird, wird die erste Motorwinde MC1 von dem ersten Motor M1 maximal in die positive Richtung gedreht, und die Greifeinheit 403 und die Stange 404 werden durch die Zugkraft des ersten Vorwärts-Kabels C1a maximal angehoben, so dass die Backen 405a und 405b geschlossen werden. Ferner bewegen sich in einem Beispiel, das in 17 gezeigt wird, die Greifeinheit 403 und die Stange 404 geringfügig hinab, und der Öffnungswinkel der Backen 405a und 405b beträgt 10 Grad. In einem Beispiel, das in 18 gezeigt wird, wird hingegen die erste Motorwinde MC1 von dem ersten Motor M1 maximal in die negative Richtung gedreht, und die Greifeinheit 403 und die Stange 404 werden durch die Zugkraft des ersten Rückwärts-Kabels C1b abgesenkt, so dass der Öffnungswinkel zwischen den Backen 405a und 405b 20 Grad beträgt.
Ferner wird unter Bezugnahme auf 15 der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b über Umlenkriemenscheiben IP23a und IP23b um die zweite Motorwinde MC2 gewickelt. Dementsprechend kann, wenn der zweite Motor M2 die zweite Motorwinde MC2 dahingehend in die positive Richtung dreht, eine Zugkraft an den zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabelsatz C2a anzulegen, dafür gesorgt werden, dass sich die Rollachsenrotationseinheit 402 in der positiven Richtung um die zweite Achse dreht. Des Weiteren kann, wenn der zweite Motor M2 die zweite Motorwinde MC2 dahingehend in die negative Richtung dreht, eine Zugkraft an den zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabelsatz C2a anzulegen, dafür gesorgt werden, dass sich die Rollachsenrotationseinheit 402 in der Umkehrrichtung um die zweite Achse dreht. Kurz gesagt spielt der zweite Motor M2 eine Rolle beim Drehen der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse, die zur Rollachse parallel ist.
19-23 zeigen einen Zustand, in dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse dreht. In einem Beispiel, das in 19 gezeigt wird, wird die zweite Motorwinde MC2 von dem zweiten Motor M2 maximal in die positive Richtung gedreht, und die Rollachsenrotationseinheit 402 wird durch die Zugkraft des zweiten Vorwärts-Kabels C2a 150 Grad um die zweite Achse vorwärtsgedreht. In 20-22 hingegen wird die zweite Motorwinde MC2 von dem zweiten Motor M2 allmählich in die negative Richtung gedreht, und der Drehwinkel der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse wird durch die Zugkraft des zweiten Rückwärts-Kabels C2b allmählich auf 75 Grad, 0 Grad und -75 Grad reduziert. Ferner wird in einem Beispiel, das in 23 gezeigt wird, die zweite Motorwinde MC2 von dem zweiten Motor M2 maximal in die negative Richtung gedreht, und die Rollachsenrotationseinheit 402 wird durch die Zugkraft des zweiten Vorwärts-Kabels C2b -140 Grad in der Umkehrrichtung um die zweite Achse gedreht.
Der dritte Motor M3 spielt eine Rolle beim Drehen der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse, die zur Querachse parallel ist, dieser Aspekt wird jedoch später genauer beschrieben.
Wie bereits erwähnt, wird der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b aus der Richtung, die zu der Richtung, in der der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b um die Umlenkriemenscheiben IP11a und IP11b gewickelt wird, entgegengesetzt ist, um die Umlenkriemenscheiben IP21a und IP21b gewickelt. Somit werden, wenn der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b gezogen wird (oder in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 rückwärts bewegt wird) und wenn der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b rückwärts bewegt wird, Drehkräfte in entgegengesetzten Richtungen um die erste Achse an die Querachsenrotationseinheit 401 angelegt.
Dementsprechend ist es durch selektives Ziehen des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b oder des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b möglich, eine Drehbewegung der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse zu bewirken und einen Rotationsfreiheitsgrad des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit um die zweite Achse zu erzielen.
Unter Bezugnahme auf 15 wird der erste Motor M1 auf einer ersten Gleitbasis SB1, die in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 gleitet, gestützt, und der zweite Motor M2 wird auf einer zweiten Gleitbasis SB2, die in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 gleitet, gestützt. Ferner wird ein Satz von dritten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C3a und C3b über dritte Umlenkriemenscheiben IP3a und IP3b um die dritte Motorwinde MC3 gewickelt. Das andere Ende des dritten Vorwärts-Kabels C3a wird dann an der ersten Gleitbasis SB1 gesichert, und das andere Ende des dritten Rückwärts-Kabels C3b wird an der zweiten Gleitbasis SB2 gesichert.
Dementsprechend kann der dritte Motor M3 die dritte Motorwinde MC3 dahingehend in die positive Richtung drehen, eine Zugkraft an das dritte Vorwärts-Kabel C3a anzulegen. In diesem Fall bewegt sich die erste Gleitbasis SB1 zurück zu der Fußseite (wobei es sich um das proximale Ende handelt) des Schafts 102, und die zweite Gleitbasis SB2 bewegt sich vorwärts zu der Endseite (wobei es sich um das distale Ende handelt) des Schafts 102. Der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b bewegt sich dann rückwärts, und der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b bewegt sich vorwärts. Dadurch dreht sich die Querachsenrotationseinheit 401 in der positiven Richtung um die erste Achse.
Der dritte Motor M3 kann hingegen die dritte Motorwinde MC3 dahingehend in die negative Richtung drehen, eine Zugkraft an das dritte Rückwärts-Kabel C3b anzulegen. In diesem Fall bewegt sich die zweite Gleitbasis SB2 rückwärts zu der Fußseite (wobei es sich um das proximale Ende handelt) des Schafts 102, und die erste Gleitbasis SB1 bewegt sich vorwärts zu der Endseite (wobei es sich um das distale Ende handelt) des Schafts 102. Der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b bewegt sich dann vorwärts, und der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b bewegt sich rückwärts. Dadurch dreht sich die Querachsenrotationseinheit 401 in der negativen Richtung um die erste Achse.
24-28 zeigen einen Zustand, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht. In einem Beispiel, dass in 24 gezeigt wird, dreht sich der dritte Motor M3 maximal in der positiven Richtung, und die erste Gleitbasis SB1 wird durch die Zugkraft des dritten Vorwärts-Kabels C3a maximal rückwärts bewegt. Dadurch dreht sich die Querachsenrotationseinheit 401 80 Grad um die erste Achse.
In 25-27 hingegen wird die dritte Motorwinde MC3 von dem dritten Motor M3 allmählich in die negative Richtung gedreht, und die zweite Gleitbasis SB2 wird durch die Zugkraft des dritten Rückwärts-Kabels C3b allmählich rückwärts bewegt. Dadurch dreht sich die Querachsenrotationseinheit 401 allmählich in der negativen Richtung um die erste Achse, und der Drehwinkel verringert sich allmählich auf 40 Grad, 0 Grad und -40 Grad.
Ferner dreht sich in einem Beispiel, das in 28 gezeigt wird, der dritte Motor M3 maximal in der negativen Richtung, und die zweite Gleitbasis SB2 wird durch die Zugkraft des dritten Rückwärts-Kabels C3b maximal rückwärts bewegt. Dadurch dreht sich die Querachsenrotationseinheit 401 -80 Grad um die erste Achse.
Des Weiteren wirken sich bei dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit die Drehbewegung der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse, die Drehbewegung der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse und die Greifbewegung des Paars Backen 405a und 405b (oder die Linearbewegung der Greifeinheit 403 in der Richtung der zweiten Achse) nicht störend aufeinander aus, und die drei Achsen können gleichzeitig angetrieben werden.
29-31 zeigen einen Zustand, in dem die drei Achsen in dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit gleichzeitig angetrieben werden.
In einem Beispiel, das in 29 gezeigt wird, wird die dritte Motorwinde MC3 durch den dritten Motor M3 in die positive Richtung gedreht, und die erste Gleitbasis SB1 wird durch die Zugkraft des dritten Vorwärts-Kabels C3a rückwärts bewegt, so dass dafür gesorgt wird, dass sich die Querachsenrotationseinheit 401 40 Grad um die erste Achse dreht.
Hingegen werden in einem Beispiel, das in 30 gezeigt wird, in einem Zustand, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 40 Grad um die erste Achse gedreht hat, die Backen 405a und 405b weiter geöffnet bis zu einem Öffnungswinkel von 20 Grad. In diesem Fall dreht der erste Motor M1 die erste Motorwinde MC1 dahingehend in die negative Richtung, den ersten Rückwärts-Kabelsatz C1b zu ziehen. Dadurch bewegt sich die Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse hinab, und somit wird eine Öffnungsbewegung der Backen 405a und 405b bewirkt.
Ferner wird in einem Beispiel, das in 31 gezeigt wird, in einem Zustand, in dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 40 Grad um die erste Achse gedreht hat und die Backen 405a und 405b bis zu einem Öffnungswinkel von 20 Grad geöffnet sind, dafür gesorgt, dass sich die Rollachsenrotationseinheit 402 45 Grad um die zweite Achse in der positiven Richtung dreht. In diesem Fall wird die zweite Motorwinde MC2 von dem zweiten Motor M2 in die positive Richtung gedreht, und der Betriebsvorgang, bei dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 45 Grad um die zweite Achse nach vorne dreht, wird durch die Zugkraft des zweiten Vorwärts-Kabels C2a bewirkt.
Die Betriebsvorgangsverfahren bei dem Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit sind nachstehend zusammengefasst.
Betriebsvorgang an der ersten Achse:
Wenn die dritte Motorwinde MC3 von dem dritten Motor M3 gedreht wird, wird eine Zugkraft in einem Kabel des Satzes von dritten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C3a und C3b erzeugt, und die erste Gleitbasis SB1 und die zweite Gleitbasis SB2 können in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 vorwärts und rückwärts bewegt werden. Dadurch bewegt sich der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b oder der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b vorwärts, und der jeweils andere bewegt sich rückwärts. Dementsprechend kann dafür gesorgt werden, dass sich die Querachsenrotationseinheit 401 in der positiven Richtung oder der Umkehrrichtung um die erste Achse dreht, wie in 24-28 gezeigt wird.
Betriebsvorgang an der zweiten Achse:
Wenn die zweite Motorwinde MC2 von dem zweiten Motor M2 gedreht wird, wird in einem Kabel des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b eine Zugkraft erzeugt, und es kann dafür gesorgt werden, dass sich die Rollachsenrotationseinheit 402 in der positiven Richtung und der Umkehrrichtung um die zweite Achse dreht. Dadurch wird ein Betriebsvorgang des Drehens der Greifeinheit 403 um die zweite Achse bewirkt.
Betriebsvorgang des Greifens:
Die Backen 405a und 405b können sich um den Schaft 1101 zum Öffnen und Schließen, der an dem Ende der Rollachsenrotationseinheit 402 ausgebildet ist, drehen und sich in zueinander entgegengesetzten Richtungen entsprechend einer Linearbewegung der Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse um den Schaft 1101 zum Öffnen und Schließen drehen. Wenn die erste Motorwinde MC1 von dem ersten Motor M1 gedreht wird, wird dann eine Zugkraft in einem Kabel des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b zum Anheben oder Absenken der Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse erzeugt. Somit wird ein Betriebsvorgang des Öffnens und Schließens der Backen 405a und 405b bewirkt.
Als Nächstes wird die Beziehung zwischen Betriebsvorgängen des ersten bis dritten Motors M1 bis M3 und Betriebsvorgängen des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit beschrieben.
32 zeigt einen beispielhaften Betriebsvorgang, bei dem sich die Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse dreht. Hier ist die Zeichnung eine Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit bei Betrachtung aus einer parallel zur ersten Achse verlaufenden Richtung. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung wird der Radius jeder der Umlenkriemenscheiben P11a, P11b, P21a und P21b, die die erste Achse als die Drehachse verwenden, mit R_Querachse dargestellt, und der Drehwinkel der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse ist θ_Querachse. Ferner wird der Grad an Verschiebung eines Kabels von einer vorbestimmten Bezugsposition in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 mit X dargestellt.
Ferner zeigt 33 einen beispielhaften Betriebsvorgang, bei dem sich die Rollachsenrotationseinheit 402 (oder die Backen 405a und 405b) um die zweite Achse dreht (drehen) . Hier ist die Zeichnung eine Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit bei Betrachtung aus einer parallel zur zweiten Achse verlaufenden Richtung. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung wird der Riemenscheibenradius der Rollachsenwinde RC mit R_Rollachse dargestellt, und der Drehwinkel der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse ist θ_Rollachse.
Ferner zeigt 34 einen beispielhaften Betriebsvorgang des Greifens, bei dem sich die Backen 405a und 405b zum Öffnen und Schließen um den Schaft zum Öffnen und Schließen drehen. Hier ist die Zeichnung eine Ansicht des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit bei Betrachtung aus einer parallel zur ersten Achse verlaufenden Richtung. Wie bereits mit Bezug auf 11 beschriebenen wurde, öffnen und schließen sich die Backen 405a und 405b entsprechend einer Linearbewegung der Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse. Der Öffnungswinkel der Backen 405a und 405b wird mit θ_Greif dargestellt.
35 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem Schaft zum Öffnen und Schließen der Backen und dem Stift, der an dem Ende der Stange 404 vorgesehen ist und in den in den Backen ausgebildeten länglichen Nutlöchern gleitet. In 35 zeigt die linke Seite eine komplette Backe, und die rechte Seite zeigt den Abschnitt in der Nähe des Schafts zum Öffnen und Schließen in vergrößertem Maßstab. Es wird angemerkt, dass, obgleich in der Zeichnung ein Beispiel für die Backe 405a gezeigt wird, dasselbe auf die Backe 405b zutrifft. Die Zeichnung zeigt einen Zustand, in dem die Backen 405a und 405b geschlossen sind. Wenn die Backen 405a und 405b geschlossen sind, wird der Abstand von der Mitte des Schafts zum Öffnen und Schließen zu dem Stift an dem Ende der Stange 404 (in 35 nicht gezeigt) mit x₀ dargestellt, und der Neigungswinkel der Längsachse des länglichen Nutlochs bezüglich der zweiten Achse ist ao. Ferner stellt L die Höhe eines rechtwinkligen Dreiecks dar, dessen Schrägseite ein Liniensegment des Abstands x₀, das die Mitte des Schafts zum Öffnen und Schließen mit dem Stift an dem Ende der Stange 404 verbindet, ist.
Die Wandfläche des in der Backe ausgebildeten langen Nutenlochs bildet eine Nockenfläche, und der Stift an dem Ende der Stange 404 gleitet entlang der Wandfläche des länglichen Nutenlochs. Wie oben beschrieben wird, wird, wenn sich die Greifeinheit 403 herauf bewegt und sich auch die Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse heraufbewegt, ein Betriebsvorgang zum Schließen der Backen 405a und 405b durchgeführt. Wenn sich die Greifeinheit 403 hingegen hinab bewegt und sich auch die Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse hinabbewegt, wird ein Betriebsvorgang zum Öffnen der Backen 405a und 405b durchgeführt. 36 zeigt einen Zustand, in dem sich die Stange 404 (in 36 nicht gezeigt) in der Richtung der zweiten Achse hinab bewegt und sich der Abstand von der Mitte des Schafts zum Öffnen und Schließen zu dem Stift an dem Ende der Stange 404 von x₀ zu x ändert. In 36 zeigt die linke Seite eine komplette Backe, und die rechte Seite zeigt den Abschnitt in der Nähe des Schafts zum Öffnen und Schließen in einem vergrößerten Maßstab. Der Öffnungswinkel der Backe zu diesem Zeitpunkt wird mit θ_Greif/2 dargestellt, und der Neigungswinkel der Längsachse des länglichen Nutenlochs bezüglich der zweiten Achse ist α. Ferner stellt L die Höhe eines rechtwinkligen Dreiecks mit einer Schrägseite des Abstands x₀ zwischen der Mitte des Schafts zum Öffnen und Schließen und dem Stift an dem Ende der Stange 404 dar. Zu diesem Zeitpunkt wird die Verschiebung (xo-x) der Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse wie in der nachstehend gezeigten Gleichung (1) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 1] $x_{0} - x = \frac{L}{s i n (α_{0})} - \frac{L}{s i n (\frac{1}{2} θ Greif + α_{0})}$
Unter erneuter Bezugnahme auf 32-34 wird die Erläuterung fortgesetzt. Sowohl der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b als auch der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b wird durch den Antrieb des ersten bis dritten Motors M1 bis M3 in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 vorwärts und rückwärts bewegt. In der nachstehenden Beschreibung werden die Grade der Verschiebung der jeweiligen Kabel von der vorbestimmten Bezugsposition in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 mit X_C1a, X_C1b, X_C2a und X_C2b dargestellt.
Die Beziehungen zwischen den Verschiebungsgraden X_C1a, X_C1b, X_C2a und X_C2b der jeweiligen Kabel und dem Drehwinkel Θ_Querachse der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse, dem Drehwinkel θ_Rollachse der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse und dem Öffnungswinkel θ_Greif der Backen 405a und 405b werden wie in den folgenden Gleichungen (2) bis (5) ausgedrückt.
[Mathematische Formel 2] $X_{C 1 a} = - R_{Querachse} \cdot θ_{Querachse} + \frac{L}{s i n (α_{0})} - \frac{L}{s i n (\frac{1}{2} θ_{Greif} + α_{0})}$

[Matematische Formel 31] $X_{C 1 b} = - R_{Querachse} \cdot θ_{Querachse} + \frac{L}{s i n (α_{0})} - \frac{L}{s i n (\frac{1}{2} θ_{Greif} + α_{0})}$

[Mathematische Formel 4] $X_{C 2 a} = R_{Querachse} \cdot θ_{Querachse} - R_{Rollachse} \cdot θ_{Rollachse}$

[Mathematische Formel 5] $X_{C_{2 b}} = R_{Querachse} \cdot θ_{Querachse} + R_{Rollachse} \cdot θ_{Rollachse}$
Die zweiten Terme und die dritten Terme der rechten Seiten der Gleichungen (2) und (3), die oben gezeigt werden, entsprechen dem Grad der Verschiebung der Stange 404 in der Richtung der zweiten Achse, die oben in Gleichung (1) gezeigt wird.
Ferner werden der Drehwinkel θ_Querachse der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse, der Öffnungswinkel θ_Greif der Backen 405a und 405b und der Drehwinkel θ_Rollachse der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse wie in den folgenden Gleichungen (6) bis (8) ausgedrückt.
Mathematische Formel 6 $θ_{Querachse} = \frac{(X_{C_{2 a}} + X_{C_{2 b}}) - (X_{C_{1 a}} + X_{C_{1 b}})}{2}$

[Mathematische Formel 7] $θ_{Greif} = 2 s i n^{- 1} (\frac{2 L}{X_{C_{1 b}} - X_{C_{1 a}}}) - 2 α_{0}$

[Mathematische Formel 8] $θ_{Querachse} = \frac{X_{C_{2 b}} + X_{C_{2 a}}}{2}$
Dementsprechend ist es durch Verschieben des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b in einem vorbestimmten Grad auf Basis der obigen Gleichungen (6) bis (8) möglich, einen gewünschten Winkel an jeder Achse zu erzielen.
Wie aus Gleichung (7) ersichtlich ist, sind lediglich die Verschiebungsgrade X_C1a und X_C1b des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b bei dem Öffnungswinkel θ_Greif der Backen 405a und 405b involviert. Gleichermaßen sind, wie aus Gleichung (8) ersichtlich ist, lediglich die Verschiebungsgrade X_C2a und X_C2b des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b bei dem Drehwinkel θ_Rollachse der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse involviert.
Ferner wird, wie aus Gleichung (6) ersichtlich ist, der Drehwinkel θ_Querachse der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse durch die Differenz zwischen den Verschiebungsgraden X_C1a und X_C1b des Satzes von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und den Verschiebungsgraden X_C2a und X_C2b des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b bestimmt.
D. Modifikationen der Rollachsenrotationseinheit
37 zeigt einen Querschnitt einer Rollachsenrotationseinheit 3700 gemäß einer Modifikation. Die Rollachsenrotationseinheit 3700, die in der Zeichnung gezeigt wird, ist in einen inneren Schaftabschnitt 3701 des chirurgischen Werkzeugs und einen äußeren Abdeckabschnitt 3702 des chirurgischen Werkzeugs in der oben beschriebenen „Rollachsenrotationseinheit 402“ unterteilt. Der Schaftabschnitt 3701 des chirurgischen Werkzeugs hat eine hohle zylindrische Form, und die Stange 404 ist darin eingeführt. Der Abdeckabschnitt 3702 des chirurgischen Werkzeugs hingegen weist eine hohle zylindrische Form mit einem Innendurchmesser, der größer gleich jenem des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs ist, auf, und der Schaftabschnitt 3701 des chirurgischen Werkzeugs ist darin eingeführt. Ferner ist die Rollachsenwinde RC an der Außenperipherie des Abdeckabschnitts 3702 des chirurgischen Werkzeugs ausgebildet, und der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b (in 37 nicht gezeigt) wird um die Rollachsenwinde RC gewickelt. Des Weiteren sind in 37 die Außenperipherie des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs und die Innenwandfläche des Abdeckabschnitts 3702 des chirurgischen Werkzeugs an dem Abschnitt, der von einem gestrichelten Kreis umgeben ist, verbunden. Durch diesen Verbindungsabschnitt wird die Drehkraft um die zweite Achse von dem Abdeckabschnitt 3702 des chirurgischen Werkzeugs auf den Schaftabschnitt 3701 des chirurgischen Werkzeugs übertragen.
Auf der Endseite (der distalen Endseite) des Verbindungsabschnitts, der von dem gestrichelten Kreis umgeben ist, sind die Außenperipherie des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs und die Innenwandfläche des Abdeckabschnitts 3702 des chirurgischen Werkzeugs geringfügig voneinander getrennt, und es gibt einen Zwischenraum dazwischen. Unter Nutzung dieses Zwischenraums sind Dehnungsdetektionselemente 3703 an verschiedenen Abschnitten an der Außenperipherie des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs angebracht. Dann wird arithmetische Verarbeitung von Detektionssignalen der jeweiligen Dehnungsdetektionselemente 3703 durchgeführt, so dass die an die Backen 405a und 405b an dem Ende des chirurgischen Werkzeugs angelegte externe Kraft berechnet werden kann. Da die Außenperipherie des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs und die Innenwandfläche des Abdeckabschnitts 3702 des chirurgischen Werkzeugs nicht miteinander in Kontakt sind, bevor der von dem gestrichelten Kreis umgebene Verbindungsabschnitt erreicht wird, wird jegliche externe Kraft nicht an die Befestigungspositionen der Dehnungsdetektionselemente 3703 angelegt, mit Ausnahme der Backen 405a und 405b an dem Ende des chirurgischen Werkzeugs.
In dem in 37 gezeigten Beispiel ist ein Paar Dehnungsdetektionselemente 3703a und 3703b an gegenüberliegenden Seiten in einer orthogonal zur Rollachse verlaufenden Richtung (beispielsweise „Y-Richtung“) an der Fläche des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs angebracht. In solch einem Fall wird arithmetische Verarbeitung an jedem Detektionssignal des Paars Dehnungsdetektionselemente 3703a und 3703b durchgeführt, so dass das Ausmaß der Dehnung des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs in der Y-Richtung berechnet werden kann. Dieses Ausmaß der Dehnung kann in die externe Kraft umgewandelt werden, die an die Backen 405a und 405b in der Y-Richtung angelegt wird. Ferner sind in einem Fall, in dem die externe Kraft, die an die Backen 405a und 405b in der X-Richtung angelegt wird, berechnet werden soll, auch ein Paar Dehnungsdetektionselemente (in 37 nicht gezeigt) an gegenüberliegenden Seiten in der X-Richtung an der Fläche des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs zur Durchführung der Messung angebracht. Es wird angemerkt, dass an den Positionen der jeweiligen Dehnungsdetektionselemente 3703a und 3703b in dem Schaftabschnitt 3701 des chirurgischen Werkzeugs Dehnungserzeugungsstrukturen ausgebildet sein können.
Hier können die Dehnungsdetektionselemente 3703a und 3703b in der Technik allseits bekannte Detektionselemente, wie z. B. kapazitive Sensoren, Halbleiter-Dehnungsmessstreifen oder Folien-Dehnungsmessestreifen, sein.
Alternativ dazu können mit optischen Fasern hergestellte Faser-Bragg-Gitter(FBG)-Sensoren für die Dehnungsdetektionselemente 3703a und 3703b verwendet werden. Hier ist ein FBG-Sensor ein Sensor, der durch Schneiden eines Beugungsgitters (eines Gitters) entlang der Längsachse einer optischen Faser gebildet wird, und in der Lage ist, eine Änderung in den Abständen zwischen Beugungsgittern aufgrund einer Ausdehnung oder eines Zusammenziehens, die mit einer Dehnung oder Temperaturänderung, die durch eine wirkende Kraft bewirkt wird, einhergeht, zu detektieren und die Änderung in den Abständen als eine Änderung in der Wellenlänge des reflektierten Lichts von einfallendem Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbandes (Bragg-Wellenlänge) zu betrachten. Die Änderung in der Wellenlänge, die vom FBG-Sensor detektiert wird, kann dann in Dehnung, Spannung oder Temperaturänderung, die der Grund ist, umgewandelt werden. Ein FBG-Sensor, der eine optische Faser verwendet, weist einen kleinen Übertragungsverlust auf (oder wird nicht leicht durch Rauschen von außerhalb beeinflusst) und kann somit eine hohe Detektionsgenauigkeit in jeglicher denkbarer Umgebung beibehalten. Ferner weist ein FBG-Sensor auch den Vorteil auf, dass er in der Lage ist, mit Sterilisationsumgebungen und Umgebungen mit hohem Magnetfeld umzugehen, die zur medizinischen Behandlung notwendig sind (siehe beispielsweise Patentschrift 5).
38 zeigt eine beispielhafte Querschnittskonfiguration der Rollachsenrotationseinheit 3700 in einem Fall, in dem FBG-Sensoren für die Dehnungsdetektionselemente verwendet werden. In dem Beispiel, das in der Zeichnung gezeigt wird, werden unter Verwendung des Zwischenraums zwischen der Außenperipherie des Schaftabschnitts 3701 des chirurgischen Werkzeugs und der Innenwandfläche des Abdeckabschnitts 3702 des chirurgischen Werkzeugs zwei optische Fasern 3801 und 3802 in der Richtung der Rollenachse von der oberen Endfläche der Rollachsenrotationseinheit 3700 eingeführt. Die zwei optischen Fasern 3801 und 3802 werden dann auf den gegenüberliegenden Seiten in der Y-Richtung angeordnet. Ferner sind in den jeweiligen optischen Fasern 3801 und 3802 in den Abschnitten, die durch die Bezugszeichen 3803 bzw. 3804 gekennzeichnet sind, Gitter ausgebildet und können als Dehnungsdetektionselemente funktionieren. Es wird angemerkt, dass Dehnungserzeugungsstrukturen in der Nähe der Gitter 3803 und 3804 an dem Schaft 3701 des chirurgischen Werkzeugs ausgebildet sein können.
E. Modifikationen der chirurgischen Werkzeugeinheit
E-1. Modifikationen des Verfahrens zum Antrieb der Kabel
Es wird am stärksten bevorzugt, elektromagnetische rotatorische Motoren als den ersten bis dritten Motor M1 bis M3 zu verwenden. Es ist jedoch auch möglich, einige andere Arten von Aktuatoren zu verwenden, die die Antriebswinden drehen können. Beispiele für andere Modifikationen der Aktuatoren, die die Kabel ziehen, können die Folgenden umfassen.

- Piezoelektrische Linearbewegungsultraschallmotoren
- Piezoelektrische rotatorische Ultraschallmotoren
- Hydraulische Linearmotoren
- Hydraulische rotatorische Motoren
- Polymere Linearaktuatoren
- Elektromagnetische Linearmotoren
- Formgedächtnislegierungen

Ferner können unabhängig davon, welche Art von Aktuator eingesetzt wird, die Aktuatoren mit einer Drehzahlreduktionsvorrichtung, einem Positionsdetektor und einem Notbremsmechanismus ausgestattet sein. Hier umfassen Beispiele für die Drehzahlreduktionsvorrichtungen Untersetzungsgetriebe, Wellenuntersetzungsgetriebe, Planetenraduntersetzungsgetriebe, Paradoxon-Planetenraduntersetzungsgetriebe, Kabelreduzierungsvorrichtungen, Traktionsreduzierungsvorrichtungen, Kugelgewindetriebe, Gleitspindeln und Schneckengetriebe. Ferner umfassen Beispiele für die Positionsdetektoren magnetische Codierer, optische Codierer und Potentiometer.
E-2. Modifikationen der Form der Backen
In allen Zeichnungen sind die Backen aus praktischen Gründen in einfacher Form gezeichnet. In der Praxis kann die Form der Backen in Abhängigkeit von dem Verwendungszweck der chirurgischen Werkzeugeinheit geändert werden. Beispielsweise können die folgenden Formen eingesetzt werden.

- Zangen
- Bipolare Zangen
- Scheren
- Klammergeräte

E-3. Modifikationen des Schafts
Der Schaft 102 ist idealerweise ein starrer Körper, kann jedoch ein elastisches Glied, wie z. B. ein flexibles Endoskop, sein. Ferner wird der Einfachheit halber in jeder Zeichnung der Schaft 102 mit einer einfachen hohlen zylindrischen Form gezeigt. Der Schaft muss jedoch nicht zwangsläufig eine zylindrische Form aufweisen. Beispielsweise kann ein Querschnitt des Schafts 102 eine polygonale Form oder eine elliptische Form aufweisen, oder seine Querschnittsform kann sich auf halbem Wege in der Längsachsenrichtung ändern.
E-4. Modifikationen der Kabel
Ein Kabel kann ein Bündel aus Metalldrähten, ein Harzbündel oder ein Gemisch aus mehreren Materialien, wie z. B. Metalldrähten und Harz, sein. Des Weiteren kann ein Schaft 102, der mit einem Metall mit einer hohen Festigkeit gebildet ist, an einem Kabelabschnitt verwendet werden, der innerhalb des Schafts 102 oder dergleichen angeordnet ist und nicht gebogen werden muss, und kann an ein flexibles Kabel, das an einem Abschnitt mit einer Biegung verwendet wird, angeschlossen sein. Auf diese Weise kann ein Kabel gebildet werden. Beispiele für Ersatzmöglichkeiten für die Kabel umfassen die folgenden.

- Metall- oder Harzdrähte
- Drähte, die durch Verflechten von dünnen Metall- oder Harzdrähten mit einem kleinen Durchmesser erhalten werden

E-5. Modifikationen der Umlenkriemenscheiben
In den oben beschriebenen Beispielen werden die Umlenkriemenscheiben zur Anpassung der Anordnung der Kabel verwendet. Bei der Verwendung von Umlenkriemenscheiben kann die Gleitreibung zu dem Zeitpunkt, an dem die Kabel gezogen werden, reduziert werden, und ein leichtgängiger Betrieb kann durchgeführt werden. In einem Fall, in dem die Gleitreibung reduziert werden soll, können Umlenkriemenscheiben, die jeweils ein Drehlager aufweisen, verwendet werden.
Die Verwendung von Umlenkriemenscheiben vergrößert jedoch die Größe des Mechanismus und erhöht die Anzahl an Komponenten. Somit können zur weiteren Reduzierung der Größe des Endabschnitts 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit Kabel entlang in dem Mechanismus ausgebildeten Führungsnuten ohne jegliche Umlenkriemenscheibe angeordnet werden.
F. Beispielhafte Anwendungen der chirurgischen Werkzeugeinheit
F-1. Beispielhafte Anwendung bei einem chirurgischen Roboter (System für rechnergestützte Chirurgie)
39 zeigt eine beispielhafte äußere Konfiguration eines chirurgischen Roboters 3900 unter Verwendung einer chirurgischen Werkzeugeinheit gemäß dieser Ausführungsform. Der in den Zeichnungen gezeigte chirurgische Roboter 3900 weist einen Arm 3901 mit einer mehrgliedrigen Struktur auf, und eine chirurgische Werkzeugeinheit 3902 ist an dem Ende des Arms 3901 angebracht. Die chirurgische Werkzeugeinheit 3902 kann austauschbar sein. Der chirurgische Roboter 3900 wird beispielsweise bei der laparoskopischen Chirurgie verwendet, und der Endabschnitt 101 der chirurgischen Werkzeugeinheit wird durch einen Trokar (nicht gezeigt) in eine Bauchhöhle eingeführt, um einen Betriebsvorgang, wie z. B. Ergreifen und Schneiden eines betroffenen Teils durchzuführen.
Der in der Zeichnung gezeigte chirurgische Roboter 3900 wird beispielsweise als die Slave-Vorrichtung bei einem Master-Slave-System verwendet, und der Arm 3901 und die chirurgische Werkzeugeinheit 3902 werden gemäß einer Anweisung von der Master-Vorrichtung (nicht gezeigt) angetrieben. Ferner wird bei dieser Art von Master-Slave-System beispielsweise ein bilaterales Steuerverfahren angewendet.
Es wird angemerkt, dass der Arm 3901 ein Roboter mit einer beliebigen Art von Mechanismus sein kann, wie z. B. ein Polarroboter, ein zylindrischer Roboter, ein kartesischer Roboter, ein Vertikal-Gelenkroboter, ein Horizontal-Gelenkroboter, ein Parallelroboter oder ein RCM(Remote Center of Motion)-Roboter.
Ferner ist in einem Fall, in dem das Chirurgieunterstützungssystem 3900 ein chirurgischer Roboter zur Unterstützung von laparoskopischer Chirurgie ist, der Arm 3901 vorzugsweise ein Vertikal-Gelenkarm oder ein RCM-Arm, dessen RCM sich an einer von dem Antriebsdrehmittelpunkt weg liegenden Position befindet und eine (Fixpunkt-) Schwenkbewegung durchführt, um Kompaktheit des Mechanismus, Einfachheit der Erzeugung einer Schwenkbewegung an einer Trokarstelle und dergleichen zu erzielen.
Ferner kann, obgleich 39 eine beispielhafte Konfiguration eines chirurgischen Roboters zeigt, an dem lediglich eine chirurgische Werkzeugeinheit angebracht werden kann, die vorliegende Technologie auch auf einen chirurgischen Roboter einer Art, bei der mehrere chirurgische Werkzeugeinheiten zur Durchführung von laparoskopischer Chirurgie gleichzeitig angebracht sein können, angewendet werden.
F-2. Anwendbarkeit auf eine Bedienungseinheit
40 zeigt eine beispielhafte äußere Konfiguration einer Bedienungseinheit 4000 unter Verwendung einer chirurgischen Werkzeugeinheit gemäß dieser Ausführungsform. Die Bedienungseinheit 4000 weist eine Griffeinheit 4001, die von einem Benutzer direkt gehalten und von Hand bedient wird, auf, und eine chirurgische Werkzeugeinheit 4002 ist an dem Ende der Griffeinheit 4001 angebracht. Die chirurgische Werkzeugeinheit 4002 kann austauschbar sein.
Die Griffeinheit 4001 kann einen Joystick 4003 aufweisen, der beispielsweise dahingehend mit einem Daumen bedient werden kann, eine gewünschte Ausrichtungslage des Endabschnitts der chirurgischen Werkzeugeinheit der chirurgischen Werkzeugeinheit 4002 festzulegen. Die Griffeinheit 4001 kann auch einen Knopf 4004 aufweisen, der dahingehend mit einem Zeigefinger gedrückt werden kann, eine Anweisung eines Betriebsvorgangs zum Öffnen und Schließen der Backen auszugeben.
Eine Steuerung (nicht gezeigt) kann in der Griffeinheit 4001 installiert sein. Diese Steuerung berechnet den Drehwinkel θ_Querachse der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse, den Drehwinkel θ_Rollachse der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse und den Öffnungswinkel θ_Greif der Backen 405a und 405b entsprechend dem Ausmaß der Betätigung des Joysticks 4003 oder des Knopfs 4004. Diese Winkel werden in das Ausmaß an Drehung der jeweiligen Motoren umgewandelt, und ein Steuersignal wird an die Antriebseinheit 103 der chirurgischen Werkzeugeinheit ausgegeben.
G. Wirkungen
Bei der chirurgischen Werkzeugeinheit 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Drehung um die zweite Achse, die zur Rollachse der Rollachsenrotationseinheit 402 parallel ist, der Freiheitsgrad des distalen Endes (jedoch ist der Freiheitsgrad des Greifens der Backen nicht eingeschlossen). Somit kann ein größerer Bewegungsbereich erzielt werden. Insbesondere hat die Querachsenrotationseinheit 401 einen Rotationsfreiheitsgrad zum Drehen von etwa ±80 Grad um die erste Achse, die zur Querachse parallel ist, und die Rollachsenrotationseinheit 402 hat einen Rotationsfreiheitsgrad von etwa ±150 Grad um die zweite Achse.
Ferner wird bei der chirurgischen Werkzeugeinheit 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung der Öffnungswinkel θ_Greif des Paars Backen 405a und 405b durch die Differenz bei der Verschiebung in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 zwischen dem ersten Vorwärts-Kabel C1a und dem ersten Rückwärts-Kabel C1b bestimmt (siehe beispielsweise obige Gleichung (7)). Des Weiteren wird der Drehwinkel θ_Rollachse der Rollachsenrotationseinheit 402 um die zweite Achse durch die Differenz der Verschiebung in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 zwischen dem zweiten Vorwärts-Kabel C2a und dem zweiten Rückwärts-Kabel C2b bestimmt (siehe beispielsweise die obige Gleichung (8)). Ferner wird der Drehwinkel θ_Querachse der Querachsenrotationseinheit 401 um die erste Achse durch die Differenz bei dem durchschnittlichen Wert der Verschiebung in der Längsachsenrichtung des Schafts 102 zwischen dem Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C1a und C1b und dem Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln C2a und C2b bestimmt (siehe beispielsweise die obige Gleichung (6)).
Kurz gesagt ist das Steuermodell für die chirurgische Werkzeugeinheit 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung einfach. Also ist, wenn die chirurgische Werkzeugeinheit 100 in einem chirurgischen Roboter verwendet wird (siehe 39), die Steuerung einfach. Wenn die chirurgische Werkzeugeinheit 100 in einer Bedienungseinheit verwendet wird (siehe 40), ist die Bedienung für den Bediener einfach.
Ferner ist die chirurgische Werkzeugeinheit 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung mit Dehnungsdetektionselementen (siehe 37 und 38) ausgestattet, die an der Rollachsenrotationseinheit 402 vorgesehen sind und somit die externe Kraft, die an die Backen an dem Ende angelegt wird, detektieren können. In diesem Fall kann auch der Abstand von der ersten Achse zu der Backe an dem Ende kurz sein.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung wurde bisher eingehend unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass der Fachmann Modifikationen und Substitutionen an den Ausführungsformen vornehmen kann, ohne den Schutzumfang der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
In dieser Beschreibung sind hauptsächlich Ausführungsformen beschrieben worden, bei denen die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein chirurgisches Werkzeug zur Verwendung in einem chirurgischen Roboter angewendet wird. Der Erfindungsgegenstand der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf Roboter in verschiedenen anderen Gebieten als der Medizintechnik angewendet werden, wie z. B. Roboter für Präzisionsarbeiten. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auch auf eine Greifbedienungseinheit und eine Präzisionsarbeitsvorrichtung angewendet werden, die ein Benutzer bei gleichzeitigem Festhalten mit einer Hand bedienen kann.
Kurz gesagt ist die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung anhand von Beispielen beschrieben worden, und die Beschreibungen in dieser Beschreibung sind nicht als Beschränkung aufzufassen. Die Ansprüche sind für das Verständnis des Erfindungsgegenstands der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung zu berücksichtigen.
Es wird angemerkt, dass die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auch in den nachstehend beschriebenen Konfigurationen ausgeführt sein kann.

(1) Chirurgisches Werkzeug, das Folgendes aufweist:
- einen Schaft;
- eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist;
- eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und
- eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.
(2) Chirurgisches Werkzeug nach (1), wobei sich die zweite Achse an einer von der ersten Achse versetzten Position befindet.
(3) Chirurgisches Werkzeug nach einem von (1) und (2), das ferner Folgendes aufweist:
- ein Paar Backen, die an einem unteren Ende der Rollachsenrotationseinheit in der Richtung der zweiten Achse angebracht sind und sich in Verbindung mit einer Linearbewegung der Greifeinheit in die Richtung der zweiten Achse öffnen und schließen.
(4) Chirurgisches Werkzeug nach (3), wobei die Greifeinheit eine Stange stützt, durch die die Rollachsenrotationseinheit in die Richtung der zweiten Achse eingeführt wird, und das Paar Backen von einem Schaft zum Öffnen und Schließen in der Nähe des unteren Endes der Rollachsenrotationseinheit gestützt werden und einen Nocken aufweisen, der eine lineare Bewegung der Stange in die Richtung der zweiten Achse in eine Bewegung in eine Öffnungs- und Schließrichtung umwandelt.
(5) Chirurgisches Werkzeug nach (4), das ferner Folgendes aufweist:
- einen Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln, der die Greifeinheit in die Richtung der zweiten Achse zieht; und
- einen Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln, der die Rollachsenrotationseinheit um die zweite Achse zieht.
(6) Chirurgisches Werkzeug nach (5), wobei der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln einen an der Greifeinheit gesicherten Abschnitt hat und so angeordnet ist, dass er in der Richtung der zweiten Achse über eine Greifriemenscheibe, die an der Rollachsenrotationseinheit vorgesehen ist, umgelegt wird.
(7) Chirurgisches Werkzeug nach (5) oder (6), wobei der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln um eine Rollachsenwinde, die an der Rollachsenrotationseinheit vorgesehen ist, gewickelt wird.
(8) Chirurgisches Werkzeug nach (7), wobei ein Vorwärts-Kabel und ein Rückwärts-Kabel des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln dahingehend um die Rollachsenwinde gewickelt werden, einander um 180 Grad um die zweite Achse aus entgegengesetzten Richtungen zu überlagern und nicht miteinander in Kontakt zu sein, während sie in einer Höhenrichtung der zweiten Achse getrennt sind.
(9) Chirurgisches Werkzeug nach einem von (5) bis (8), das ferner Folgendes aufweist:
- eine erste Umlenkriemenscheibeneinheit, die den Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in eine Längsachsenrichtung des Schafts wechselt; und
- eine zweite Umlenkriemenscheibeneinheit, die den Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in die Längsachsenrichtung des Schafts wechselt.
(10) Chirurgisches Werkzeug nach (9), wobei die erste Umlenkriemenscheibeneinheit eine erste Umlenkriemenscheibe, die sich um die erste Achse dreht, und eine erste angrenzende Umlenkriemenscheibe, die an die erste Umlenkriemenscheibe angrenzt und eine parallel zur ersten Achse verlaufende Drehachse hat, aufweist, und die zweite Umlenkriemenscheibeneinheit eine zweite Umlenkriemenscheibe, die sich um die erste Achse dreht, und eine zweite angrenzende Umlenkriemenscheibe, die an die zweite Umlenkriemenscheibe angrenzt und eine parallel zur ersten Achse verlaufende Drehachse hat, aufweist.
(11) Chirurgisches Werkzeug nach (10), wobei der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln aus einer zu einer Richtung, in der der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln um die erste Umlenkriemenscheibe gewickelt wird, entgegengesetzten Richtung um die zweite Umlenkriemenscheibe gewickelt wird.
(12) Chirurgisches Werkzeug nach (11), das ferner Folgendes aufweist:
- einen ersten Aktuator, der eine erste Antriebswinde dreht und den Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in eine Längsachsenrichtung des Schafts zieht; und
- einen zweiten Aktuator, der eine zweite Antriebswinde dreht und den Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in die Längsachsenrichtung des Schafts zieht.
(13) Chirurgisches Werkzeug nach (12), das ferner Folgendes aufweist:
- eine erste Gleitbasis, die den ersten Aktuator und die erste Antriebswinde sichert und in der Längsachsenrichtung des Schafts gleitet;
- eine zweite Gleitbasis, die den zweiten Aktuator und die zweite Antriebswinde sichert und in der Längsachsenrichtung des Schafts gleitet;
- einen dritten Aktuator, der eine dritte Antriebswinde dreht; und
- einen Satz von dritten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln, der um die dritte Antriebswinde gewickelt wird, wobei Enden der dritten Vorwärts- und Rückwärts-Kabel an der ersten Gleitbasis bzw. der zweiten Gleitbasis gesichert werden, wobei
- eine Vorwärts- und Rückwärts-Bewegung der ersten Gleitbasis und der zweiten Gleitbasis durch eine Drehung der dritten Antriebswinde bewirkt wird.
(14) Chirurgieunterstützungssystem, das ein chirurgisches Werkzeug und einen Arm, an dem das chirurgische Werkzeug angebracht ist, aufweist, wobei das chirurgische Werkzeug Folgendes aufweist:
- einen Schaft;
- eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist;
- eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und
- eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.
(15) Chirurgische Bedienungseinheit, die ein chirurgisches Werkzeug und eine Griffeinheit, an der das chirurgische Werkzeug angebracht ist, aufweist, wobei das chirurgische Werkzeug Folgendes aufweist:
- einen Schaft;
- eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist;
- eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und
- eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.

Bezugszeichenliste

100: Chirurgische Werkzeugeinheit
101: Endabschnitt der chirurgischen Werkzeugeinheit
102: Schaft
103: Antriebseinheit der chirurgischen Werkzeugeinheit
3900: Chirurgischer Roboter
3901: Arm
3902: Chirurgische Werkzeugeinheit
4000: Bedienungseinheit
4001: Griffeinheit
4002: Chirurgische Werkzeugeinheit
4003: Joystick
4004: Knopf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201934002 [0003]
JP 09542671 [0003]
JP 2018534100 W [0003]
JP 2019501699 W [0003]
WO 2018/163680 [0003]

Claims

Chirurgisches Werkzeug, das Folgendes aufweist: einen Schaft; eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist; eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 1, wobei sich die zweite Achse an einer von der ersten Achse versetzten Position befindet.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: ein Paar Backen, die an einem unteren Ende der Rollachsenrotationseinheit in der Richtung der zweiten Achse angebracht sind und sich in Verbindung mit einer Linearbewegung der Greifeinheit in die Richtung der zweiten Achse öffnen und schließen.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 3, wobei die Greifeinheit eine Stange stützt, durch die die Rollachsenrotationseinheit in die Richtung der zweiten Achse eingeführt wird, und das Paar Backen von einem Schaft zum Öffnen und Schließen in der Nähe des unteren Endes der Rollachsenrotationseinheit gestützt werden und einen Nocken aufweisen, der eine lineare Bewegung der Stange in die Richtung der zweiten Achse in eine Bewegung in eine Öffnungs- und Schließrichtung umwandelt.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 4, das ferner Folgendes aufweist: einen Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln, der die Greifeinheit in die Richtung der zweiten Achse zieht; und einen Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln, der die Rollachsenrotationseinheit um die zweite Achse zieht.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 5, wobei der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln einen an der Greifeinheit gesicherten Abschnitt hat und so angeordnet ist, dass er in der Richtung der zweiten Achse über eine Greifriemenscheibe, die an der Rollachsenrotationseinheit vorgesehen ist, umgelegt wird.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 5, wobei der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln um eine Rollachsenwinde, die an der Rollachsenrotationseinheit vorgesehen ist, gewickelt wird.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 7, wobei ein Vorwärts-Kabel und ein Rückwärts-Kabel des Satzes von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln dahingehend um die Rollachsenwinde gewickelt werden, einander um 180 Grad um die zweite Achse aus entgegengesetzten Richtungen zu überlagern und nicht miteinander in Kontakt zu sein, während sie in einer Höhenrichtung der zweiten Achse getrennt sind.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 5, das ferner Folgendes aufweist: eine erste Umlenkriemenscheibeneinheit, die den Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in eine Längsachsenrichtung des Schafts wechselt; und eine zweite Umlenkriemenscheibeneinheit, die den Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in die Längsachsenrichtung des Schafts wechselt.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 9, wobei die erste Umlenkriemenscheibeneinheit eine erste Umlenkriemenscheibe, die sich um die erste Achse dreht, und eine erste angrenzende Umlenkriemenscheibe, die an die erste Umlenkriemenscheibe angrenzt und eine parallel zur ersten Achse verlaufende Drehachse hat, aufweist, und die zweite Umlenkriemenscheibeneinheit eine zweite Umlenkriemenscheibe, die sich um die erste Achse dreht, und eine zweite angrenzende Umlenkriemenscheibe, die an die zweite Umlenkriemenscheibe angrenzt und eine parallel zur ersten Achse verlaufende Drehachse hat, aufweist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 10, wobei der Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln aus einer zu einer Richtung, in der der Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln um die erste Umlenkriemenscheibe gewickelt wird, entgegengesetzten Richtung um die zweite Umlenkriemenscheibe gewickelt wird.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 11, das ferner Folgendes aufweist: einen ersten Aktuator, der eine erste Antriebswinde dreht und den Satz von ersten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in eine Längsachsenrichtung des Schafts zieht; und einen zweiten Aktuator, der eine zweite Antriebswinde dreht und den Satz von zweiten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln in die Längsachsenrichtung des Schafts zieht.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 12, das ferner Folgendes aufweist: eine erste Gleitbasis, die den ersten Aktuator und die erste Antriebswinde sichert und in der Längsachsenrichtung des Schafts gleitet; eine zweite Gleitbasis, die den zweiten Aktuator und die zweite Antriebswinde sichert und in der Längsachsenrichtung des Schafts gleitet; einen dritten Aktuator, der eine dritte Antriebswinde dreht; und einen Satz von dritten Vorwärts- und Rückwärts-Kabeln, der um die dritte Antriebswinde gewickelt wird, wobei Enden der dritten Vorwärts- und Rückwärts-Kabel an der ersten Gleitbasis bzw. der zweiten Gleitbasis gesichert werden, wobei eine Vorwärts- und Rückwärts-Bewegung der ersten Gleitbasis und der zweiten Gleitbasis durch eine Drehung der dritten Antriebswinde bewirkt wird.
Chirurgieunterstützungssystem, das ein chirurgisches Werkzeug und einen Arm, an dem das chirurgische Werkzeug angebracht ist, aufweist, wobei das chirurgische Werkzeug Folgendes aufweist: einen Schaft; eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist; eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.
Chirurgische Bedienungseinheit, die ein chirurgisches Werkzeug und eine Griffeinheit, an der das chirurgische Werkzeug angebracht ist, aufweist, wobei das chirurgische Werkzeug Folgendes aufweist: einen Schaft; eine Querachsenrotationseinheit, die mit einem Ende des Schafts verbunden ist und um eine erste Achse drehbar ist; eine Rollachsenrotationseinheit, die gestützt wird und um eine zweite Achse bezüglich der Querachsenrotationseinheit drehbar ist; und eine Greifeinheit, die gestützt wird und in der Richtung der zweiten Achse bezüglich der Rollachsenrotationseinheit linear beweglich ist.