DE3002665A1 - Ausgleichsanordnung fuer einen manipulator eines laserstrahlmessers - Google Patents

Ausgleichsanordnung fuer einen manipulator eines laserstrahlmessers

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DE3002665A1 DE19803002665 DE3002665A DE3002665A1 DE 3002665 A1 DE3002665 A1 DE 3002665A1 DE 19803002665 DE19803002665 DE 19803002665 DE 3002665 A DE3002665 A DE 3002665A DE 3002665 A1 DE3002665 A1 DE 3002665A1
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Description

· JOITJLJa A PAIi
PAT E N TAN WALTJi
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-177Al ■ D I Pl.-1 N O, W. CITLH · D R. RER. NAT. K. H O TFM AM N ■ 0 I PL. -I N G. W. LC H N
DIPL.-ING. K. FDCHSLE ■ DR. REK. ΝΛΤ. Β. HANSEN ARABELLASTRASSEJt(STERNHAUS) . D-BOOO MONCH EN Cl · TELEFON (Oü?) 911087 · TE LEX 05· 5961? (PATH E)
Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan
Ausgleichsanordnung für einen Manipulator eines Laserstrahlmessers
Die Erfindung betrifft eine Ausgleichsanordnung für einen Manipulator beispielsweise eines Laserstrahlmessers, bei welchem das Drehmoment des Laserstrahlmessers innerhalb des zulässigen Bewegungsbereichs in einem ausgeglichenen Zustand gehalten wird, so daß die Handhabung der Anordnung wesentlich verbessert wird.
Ein Manipulator eines Laserstrahlmessers ist eine Vorrichtung, bei welcher mehrere hohle Lichtleiteranordnungen unterschiedlicher Länge mit Hilfe von Spiegeln miteinander verbunden sind, um eine einzige flexible Lichtleiteranordnung zum Einführen und Fokussieren von durch einen Laseroszillator abgegebenen Laserstrahlen auf eine gewünschte Position zu schaffen.
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Das Gewicht eines derartigen Manipulators beträgt üblicherweise mehrere Kilogramm. Der zur Halterung des Manipulators vorgesehene dynamische Drehpunkt ist in der Nachbarschaft des Eintrittsendes der Laserstrahlen angeordnet. Die Position des Schwerpunkts des Manipulators wird bei der Betätigung des Manipulators in unregelmäßiger Weise verschwenkt, so daß infolgedessen das Drehmoment des Manipulators bezüglich des genannten Drehpunktes ebenfalls in unregelmäßiger Weise verändert wird. Um dies zu kompensieren, kann eine Gegengewichtsanordnung vorgesehen v/erden, deren Hauptzweck darin besteht, ein ausgewähltes Gewicht an einer bzüglich des Drehpunkts dem Manipulator gegenüberliegenden Seite zu schaffen, um den letzteren zu stützen und dadurch eine Drehmomentungleichheit als Folge der Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators zu beseitigen.
Übliche Gegengewichtsanordnungen für ein Laserstrahlmesser sind gemäß der US-PS 3 913 582 derart ausgebildet, daß das Drehmoment sich nur in einem ausgeglichenen Zustand befindet, wenn der Manipulator in einer vorgegebenen einzigen Stellung ist. Eine derartige übliche Gegengewichtsanordnung hat folgende Nachteile.
1. kann sie keine Drehmomentausgleichsstörung beseitigen, die infolge der Bewegung des Manipulatorschwerpunkts eintritt.
2. wird das Drehmoment erhöht oder erniedrigt, abhängig von der Größe der Verschwenkung des Manipulatorschwerpunkts aus seiner Ausgangsstellung. Diese Drehmomentausgleichsstorung erzeugt einen hohen Widerstand gegenüber einer von einer Bedienungsperson ausgeübten manuellen Bewegung bei der Handhabung des Manipulators. Dies stellt bei chirurgischen Eingriffen einen erheblichen Nachteil dar, da dadurch der Operateur an einer Konzentration auf die üblicherweise erforderlichen schwierigen Operationstechniken gehindert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentausgleichsstörung zu beseitigen, die durch eine Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators bei dessen Betätigung verursacht wird, indem in Verbindung mit der Betätigung des Manipulators ständig ein Gegengewichtssystera gesteuer.t wird.
Ferner soll durch die Erfindung die Handhabung des Manipulators bei groben und feinen Operationsvorgängen durch die Beseitigung von unausgeglichenen Drehmomenten verbessert werden.
Schließlich soll durch die Erfindung der DrehmomentausgMch des Manipulators zu jedem Zeitpunkt stabil gehalten werden, wodurch der mehrere Gelenkstellen aufweisende Spiegel- Kopplungsmechanismus gegenüber großen Kräften geschützt ist und die erforderliche äußerst hohe Stabilität der Laserlxchtleiteranordnung und ihrer optischen Achse aufrecht erhalten wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Ausgleichsanordnung für einen Manipulator eines Laserstrahlmessers durch eine Ausgleichseinrichtung für den Manipulator gelöst, die an dem Manipulator an einem Drehpunkt gekoppelt und derart angeordnet ist, daß in einer Ausgangsposition derselben ein Drehmomentgleichgewicht^ bezüglich Manipulator und Ausgleichseinrichtung am Drehpunkt aufrecht erhalten ist und die Schwerpunkte des Manipulators und der Ausgleichseinrichtung in der gleichen vertikalen Ebene liegen, und daß beim Betrieb der Ausgleichsanordnung eine Ebene,längs welcher sich der Schwerpunkt des Manipulators bewegt,parallel zu einer Ebene liegt, längs
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welcher sich der Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung derart bewegU, daß eine Drehmomentungleichheit als Folge der Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators in allen Positionen innerhalb des Bewegungsbereichs des Manipulators eliminiert wird. Gemäß einer Ausführungsform weist die Ausgleichseinrichtung einen Ausgleichsarmabschnitt auf, der geometrisch ähnlich einem entsprechenden Manipulatorarmabschnitt . ausgebildet ist. Der Ausgleichsarmabschnitt ist fest mit einem Ende eines Arms eines Manipulatorarmabschnitts verbunden. Das Gewicht des Ausgleichsarmabschnittes ist derart bemessen, daß sich der Ausgleichsarmabschnitt im Drehmomentgleichgewicht mit dem Manipulatorarmabschnitt befindet, wobei ein Ende des Arms des Manipulatorabschnitts als Drehpunkt dient. Ein drehbarer Manipulatorarm ist mit einem Kopplungspunkt verbunden, so daß er um einen endseitigen Arm des Ausgleichsarmabschnittes gedreht werden kann.Die Länge und das Gewicht.des drehbaren Arms ist so bemessen, daß ein Drehmomentgleichgewicht gegenüber einem entsprechenden drehbaren Arm des Manipulators, bezogen auf den Drehpunkt,aufrecht erhalten wird. Ferner sind ein Stab und Schwenkverbindungen vorgesehen,um die Enden des Stabes jeweils mit den drehbaren Armen des Manipulators und der Ausgleichseinrichtung derart zu verbinden, daß ein vierseitiges Parallelogramm an allen Positionen des Manipulators gebildet wird, wobei die Ecken des Parallelogramms durch die Enden des Stabs und die Verbindungen der drehbaren Arme mit den entseitigen Armen gebildet werden. Auf diese Weise wird ein Drehmomentgleichgewicht bei der Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators erhalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform v/eist die Ausgleichsanordnung einen Arm auf, der mit einem Ende eines Arms des Manipulatorarmabschnitts am Drehpunkt fest verbunden ist.
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Die Länge und das Gewicht des Arms sind derart bemessen, daß sich der Arm im Drehmomentgleichgewicht mit dem Manipulatorarmabschnitt am Drehpunkt befindet. Der erste Arm der Ausgleichseinrichtung ist fest mit einem Ende des Arms des Manipulatorarmabschnitts verbunden, der sich parallel zu einem entsprechenden Arm des Manipulatorarmabschnitts erstreckt. Ein zweiter Arm der Ausgleichseinrichtung ist derart befestigt, daß er um einen Verbindungspunkt in einer Ebene drehbar ist, in der der erste Arm und ein drehbarer Arm des Manipulators liegen. Die Länge und das Gewicht des zweiten Arms sind derart bemessen, daß der Arm in Drehmomentgleichgev/icht mit dem drehbaren Arm des Manipulators, bezogen auf den Drehpunkt,gebracht wird. Ferner sind ein und Schwenkverbindungen vorgesehen, die die Enden des Stabes jeweils drehbar mit den drehbaren Armen des Manipulators und der Ausgleichseinrichtung verbinden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Ausgleichsanordnung ist ein Ausgleichsarmabschnitt fest mit einem Ende eines ersten Manipulatorarms am Drehpunkt verbunden. Der Ausgleichsarmabschnitt weist eine 90°- Krümmung an einer Verbindungsstelle am ersten Arm des Ausgleichsarmabschnitts auf, die eine Verlängerung des ersten Manipulatorarms bildet, wobei an der Krümmung ein erstes Ende eines zweiten Arms des Ausgleichsarmabschnitts befestigt ist, der parallel zu einem zweiten, mit dem ersten Arm des Manipulators verbundenen Arms liegt. Ein drehbarer Arm ist bei der Ausgleichseinrichtung vorgesehen und derart befestigt, daß er drehbar um ein ^wpi.tf.s Knclo des zweiten Arms des Ausgleichsarmabschnittc drehbar ist und zwar parallel zu einer Ebene, die durch einen drehbaren Arm des Manipulators gebildet wird, der mit einem Ende eines dritten Arms des Manipulators verbunden ist, dessen
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anderes Ende am zweiten Arm des Manipulators befestigt ist, sowie durch eine Linie zwischen dem Drehpunkt und der Verbindungsstelle zwischen dem drehbaren Arm des Manipulators und dem dritten Arm desselben. Die Länge und das Gewicht des drehbaren Arms des Ausgleichsarmabschnitts sind derart bemessen, daß ein Drehmomentgleichgewicht am Manipulator, bezogen auf den Drehpunkt, aufrecht erhalten wird. Ein Arm ist ferner fest mit einem dritten Arm des Manipulators verbunden und es sind ein Stab und Schwenkverbindungen vorgesehen, welche die Enden des Stabes jeweils mit dem Arm verbinden, der fest am dritten Arm des Manipulators und dem drehbaren Arm der Ausgleichseinrichtung befestigt ist. Ein vierseitiges Parallelogramm wird durch die Enden des Stabs, den Verbindungspunkt des dritten Arms des Manipulators und des damit verbundenen Arms, und dem Drehpunkt gebildet, wobei das Parallelogramm bei allen Positionen des Manipolators beibehalten wird.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen erörtert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer dynamisch ausgeglichenen Ausgleichsanordnung,
Figur 2 ein Diagramm zur Beschreibung des dynamischen Ausgleichs der Ausgleichsanordnung,
Figur 3 ein Diagramm, welches die Projektion des Schwerpunkts einer Ausgleichseinrichtung und eines Manipulators auf eine X-Y-Ebene darstellt,
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Figur 4 eine perspektivische Darstellung des dynamischen Ausgleichs bei einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ausgleichsanordnung,
Figur 5 eine perspektivische Darstellung des dynamischen Ausgleichs bei einem weiteren Ausführungsbeispiel "der erfindungsgemäßen Ausgleichsanordnung und
Figur 6 eine perspekivische Darstellung des dynamischen Ausgleichs bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfiindungsgemäßen Ausgleichsanordnung.
Die erfindungsgemäße Ausgleichsanordnung für ein Laserstrahlmesser wird nun unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
Figur 1 zeigt den dynamischen Ausgleich des Manipulators, für ein Laserstrahlmesser. Der von einem Oszillator 1 abgegebene Laserstrahl gelangt über einen inneren reflektierenden Spiegel an einen Austrittspunkt N und anschließend über einen Arm NO zu einem Drehpunkt O. Anschließend tritt der Laserstrahl durch die Arme OP,PQ,QR und RS, damit er den Manipulatorkopfabschnitt am Ende S des Arms RS erreicht. Eine Spiegelanordnung ist in jeden Verbindungspunkt O,P,Q,R,S der Arme angeordnet, um den Laserstrahl um 90° abzulenken. Der Manipulator-Kopfabschnitt kam in die gewünschte Stellung im Operationsgebiet bewegt werden, indem eine entsprechende Kombination von Drehbewegungen der drei Arme ΝΟ,ΟΡ und QR vorgenommen wird.
Es wurden bereits eine Vielzahl von Verfahren zum Einführen eines Laserstrahls in eine gewünschte Stellung im Operationsgebiet mittels einer mehrere Gelenke aufweisenden Spiegel-
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Kopplungsanordnung vorgeschlagen. Ein typischen, bekanntes Verfahren ist in Fig. 1 erläutert. Der Manipulator ist mit dem Laseroszillator an einem Ende N des Arms NO verbunden. Das dynamische System wird durch ein symmetrisches Drehsystem um den Arm NO, d.h. die Z-AChSe7 gebildet. Daher kann eine Analyse des dynamischen Systems zweckmäßig bezüglich einer X-Y-Ebene erfolgen, -wobei der Manipulatorarm OE die X-Achse bildet und eine Verbindungslinie zwischen den Punkten OR die Y-Achse darstellt.
Figur 1 zeigt einen Zustand des Manipulators, bei dem der Armabschnitt OPQR in der X-Y-Ebene liegt und senkrecht zur Z-Achse und wobei der Arm RS sich nach unten parallel zur Z~7\chse erstreckt. Diese Position wird ansChHeBeIId7WO erforderlich, als"Ausgangsposition" bezeichnet. Der Schwerpunkt GQ des Manipulators liegt an einem inneren Unterteilungspunkt eines Segments, das den Schwerpunkt G1 des Armabschnitts OPQR und den Schwerpunkt G2 des Arms RS verbindet. Jedoch wird die Frage des Schwerpunkts Gn im allgemeinen durch die Handhabung des Manipulators in komplexer Weise verändert. Die Projektion G des Schwerpunkts G auf die X-Y-Ebene wird längs eines Segments AB parallel zur Y-Achse verschoben, veil sich der Schwerpunkt G2 längs eines Bogens S- G2 S,,.mit dem Mittelpunkt R bewegt. Dies beruht auf die Drehung des Arms QR und hängt keineswegs von den Winkelstellungen der Arme NO und OP ab.
Figur 2 stellt eine Projektion des Systems nach Fig. 1 auf die X-Y-Rhpnp dar, dip. für die Beschreibung des dynamischen Ausgleichs der Ausgleichsanordnung brauchbar; ist. Der Zweck der Anordnung der Ausgleichsanordnung liegt darin, ein Drehmomentungleichgewicht als Folge der Bewegung des Schwerpunkts
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des Manipulators zu beseitigen. Zunächst liegt der Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung in der Ausgangsposition im Punkt M auf einer Geraden,die die Projektion des Schwerpunkts auf der X-Y-Ebene und den Drehpunkt 0 verbindet, womit ein Gewicht W„ geliefert wird, welches durch die Ausgleichsbeziehung Wx OM = W χ OG bestimmt wird, wobei W das Gesamtgewicht des Manipulators darstellt.
Wie vorausgehend beschrieben wurde, bewegt sich die Projektion G längs des Segments AB parallel zur Y-Achse. Bewegt sich daher der Schwerpunkt des Manipulators von seiner Ausgangsposition in eine Position G1, so ist es erforderlich, daß sich der Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung zu einem Punkt M1 bewegt und zwar auf einer Geraden, die die Projektion G' und den Drehpunkt 0 verbindet und daß ein Gewicht W1 , welches durch die Ausgleichsbeziehung W' χ OM = W χ OG' bestimmt ist, zur Anwendung kommt.
In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen GOM und G1OM1 dynamische Systeme in einem ersten Ausgleichszustand in der Ausgleichsposition und in einem zweiten Ausgleichszus'tand nach der Bewegung des Schv/ernunkts. Der Schwerpunkt des Manipulators wird .kontinuierlich längs des Segments AB bewegt. Um zu jeder Zeit ein Drehmomentgleichgewicht aufrecht zu erhalten, ist es notwendig, während der Verschwenkung vom dynamischen System GOM zum dynamischen System G'OM' das Drehmomentgleichgewicht kontinuierlich beizubehalten. Jedoch ist eine kontinuierliche Beibehaltung des Drehmomentgleichgewichts durch gleichzeitige Veränderung des Gewichts der Ausgleichseinrichtung und der Länge der Arme derselben zwar theoretisch möglich, aber nicht zweckmäßig.
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Figur 3 zeigt den dynamischen Ausgleich einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinrichtung, bei welcher das Gewicht W der Ausgleichseinrichtung unverändert bleibt, wobei das Drehmomentgleichgewicht des Manipulators ständig beibehalten wird, unabhängig von der Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators, womit ein Drehmomentungleichgewicht als Folge der Bewegung des Schwerpunkts zu allen Zeiten verhindert wird.
Fig. 3 stellt eine Projektion des Systems nach Fig. 1 auf die X-Y-Ebene, ähnlich wie bei Fig. 2 dar. Das Segment AB7 das parallel zur Y-Achse liegt, bildet den Bewegungsbereich der Projektion G des Schwerpunkts des Manipulators auf die X-Y-Ebene. Die besonderen Merkmale der erfindungsgemäßen Ausgleichsanordnung werden nun erläutert.
Das Segment GG', längs welchem sich der Schwerpunkt des Manipulators bewegt, liegt parallel zum Segment M M1, längs welchem der Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung bewegt wird. Die Punkte G,0 und M liegen auf einer Geraden und die Punkte G1, 0 und M1 liegen auf einer anderen Geraden. Darüberhinaus wird das Dreieck GO G1 bezogen auf den Drehpunkt 0 geometrisch ähnlich zum Dreieck MO M1 gehalten. Das Gewicht W1 der Ausgleichseinrichtung wird erhalten, indem das Gewicht W des Manipulators durch den reziproken Wert des Ähnlichkeitsverhältnisses der vorausgehend erwähnten Dreiecke multipliziert wird.
Figur 4 stellt den dynamischen Ausgleich bei einer Aus— führungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichsgleichsanordnung dar. Die Ausgleichsanordnung weist einen Ausgleichsarmabschnitt OP1 Q" R1 auf, der geometrisch ähnlich dem Manipulatorarm·
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abschnitt OPQR ausgebildet und fest mit einem Ende O des Arms OP verbunden ist. Der Armabschnitt OPQ1 R1 wird mit einem Gewicht belastet, welches den Abschnitt im Drehmomentgleichgewicht mit dem Armabschnitt OPQR mit dem Punkt 0 als Drehpunkt hält. Ferner ist ein Arm R1S' vorhanden, welcher am Verbindungspunkt R' des Arms Q1R' derart befestigt ist, daß er um den Arm Q1R1 drehbar ist, wobei die Länge und das Gewicht des Arms R1S1 derart bemessen werden, daß ein ' Drehmoment gleich rrevicht mit den Arm RS7, bezogen auf den Drehpunkt 0 , vorliegt.. Schwenkverbindungen L und L' sind jeweils an den Armen RS und R1 S1 oder an deren Verlängerungen vorgesehen. Ferner ist die Ausgleichsanordnung mit einem Stab LL1 versehen, welcher mittels eines verschiebbaren Halterungspunkts Lo,der sich auf der Verlängerung des Arms NO befindet, befestigt ist. Der Stab LL1 bildet mit den Punkten R und R1 ein Rechteck RLL1R1. Das Rechteck RLL1R' wird als Parallelogramm aufrechterhalten , so daß die Bewegung des Arms RS als Folge der Betätigung des Manipulators unmittelbar mit der Bewegung des Arms R1S' derart gekoppelt ist, daß zu jedem Zeitpunkt ein Drehmomentgleichgewicht der beiden Arme gegenüber dem Drehpunkt 0 aufrechterhalten wird.
Der Manipulatorarmabschnitt OPQR ist über den Drehpunkt fest mit dem Ausgleichsarmabschnitt OP'Q1R1 verbunden, der geometrisch ähnlich zu ihm ausgebildet ist. Diese beiden Armabschnitte werden als einzelne Einheit um die /irine NO und PP1 gedreht. Der Manipulatorarm RS und der Ausgleichsarm R1S' sind über den Stab LL' drehbar miteinander verbunden und bilden das Parallelogram RLL1R1. Daher beseitigen der Manipulator und die Ausgleichseinrichtung ein Drehmomentungleichgewicht des Systems bei einer Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators. Auf diese Weise wird das in Verbindung
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rait Figur 3 beschriebene Drehmomentglcichgewicht zufriedenstellend erhalten.
Beim Stab LL',der den Arm RS mit dem Arm R1S' verbindet, können die Längen der Arme RS und R1S' beliebig lange bemessen werden, solange sie das Parallelogramm RLL1R1 bilden. Der Stab LL1 kann über dem Drehpunkt gem. Fig. 4 oder unterhalb desselben angeordnet werden. Der Stab LL1 ist vorgesehen, um die Drehung des Arms RS auf den Arm R1S' zu übertragen , um diesen unter Aufrechterhaltung des Drehmomentgleichgewichts zu drehen. Daher ist es nictit inner notwendig, die Schweißverbindung L am Arm RS oder an der Verlängerung desselben gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 vorzusehen. Somit kann ein Arm TL gemäß Fig. 6, der nachfolgend beschrieben wird, ähnlich dem Teil RL fest mit dem Arm QR verbunden werden, der die Drehachse des Manipulators darstellt oder mit der Verlängerung des Arms QR in solcher Weise,daß die Punkt R,L, L1 und R1 jederzeit ein Parallelogramm bilden.
Figur 5 zeigt den dynamischen Ausgleich bei einer weiteren Ausführung jer erfindungsgemäßen Ausgleichsanordnung. Diese Ausfuhrungsform der Ausgleichsanordnung weist einen Arm OM1 auf, der fest mit einem Ende O eines Manipulatorarms OP verbunden ist, wobei die Länge und das Gewicht des Arms OM. derart bestimmt werden, daß sich dor Arm im Drehmomentgleichgewicht mit einem Manipulatorarmabschnitt OPQR,bezogen auf den Punkt 0 als Drehpunkt befindet. Ferner ist ein Armabschnitt OR1S1 vorhanden, der einen Arm OR' aufweist, welcher mit einem Ende 0 des Arms OP verbunden und parallel zum Arm PQ und einem Arm R1S1 liegt, der drehbar an einer Verbindung R1 in einer Ebene SROR1 angelenkt ist, wobei die Länge und
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das Gewicht des Arms R1S1 derart bemessen sind, daß sich der Arm irn Drehmomentgleichgewicht mit dem Arm RS,bezogen auf den Drehpunkt O befindet. Die Ausgleichsanordnung weist ferner Gelenke L u„ L1 auf, die jeweils an den Armen RS und R1S1 oder an deren Verlängerungen angeordnet sind und es ist ein Stab LL1 vorhanden, der völlig analog entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 vorgesehen ist.
Somit sind der Manipulator armabschnitt- OPQR und der Ausgleichsarm OM.. fest miteinander verbunden, so daß sie ein Drehmomentgleichgewicht zueinander bezüglich des Drehpunkts 0 aufweisen, während der Manipulatorarm RS und der Ausgleichsarm R1 S' über den Stab LL1 miteinander verbunden sind und das Parallelogramm RLL1R1 bilden. Daher arbeiten Manipulator und Ausgleichseinrichtung zusammen,um jegliches Drehmomentungleichgewicht, das durch die Bewegung des Manipulators verursacht ist, zu beseitigen. Damit werden die Drehmomentgleichgewichtsbedingungen, die mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben worden sind, völlig erfüllt. In ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 kann die Position des Gelenks L im Einklang mit der anschließend beschriebenen Ausführungsform nach Fig. 6 geändert werden.
Fig. 6 stellt den dynamischen Ausgleich bei einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgleichsanordnung dar. Diese Ausführung weist einen Armabschnitt OP1P' auf, der fest mit einem Ende 0 eines Manipulatorarms OP verbunden ist und um 9O° gekrümmt ist, so daß er parallel zum Arm OP verläuft, sowie einen Arm P1S", der um eine Verbindung P1 in einer zur Ebene SRO parallelen Ebene schwenkbar verbunden ist. Die Länge und das Gewicht des Arms T1S1 werden derart festgelegt, daß
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sich diese im Drchmomentgleichgewicht mit dem gesamten Manipulator mit Punkt O als Drehpunkt befindet. Der Arm P1T1 liegt parallel zum Arm PQ und die Position des Arms P1 T1 ist derart, daß die LInIe7 längs welcher der Schwerpunkt der Ausgleichseinrichtung durch die Drehung des Arms p'S' bewegt wird, mit der Bewegungslinie MM1 des Schwerpunkts zusammenfällt, die in Verbindung mit Figur 3 beschrieben wurde. Die Anordnung weist ferner einen Stab LLf auf, der einen Arm TL hat, welcher fest mit einem Arm GR an einem Punkt am drehbaren Arm QR oder einer Verlängerung desselben verbunden ist. Per Stab LL' weist ferner ein Gelenk L und ein : Gelenk .L1 am Arm T1S1 auf. Die Gelenke L und L1 sind miteinander durch einen verschiebbaren Halterungspunkt Lo an der Verlängerung des Arras NO derart gekoppelt, daß ein Parallelogramm TLL1T1 aufrecht erhalten wird. Somit wird die Drehung des Arms RS des Manipulators über den Stab LL1 auf den Arm T1 S1 der Ausgleichseinrichtung übertragen und entsprechend wird ein Drehmomentungleichgewicht als Folge der Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators völlig beseitigt, wodurch der Drehmomentgleichgewichtsbeziehung, die in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wurde, genügt wird.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 4, 5 und ist es unnötig, den verschiebbaren Halterungspunkt Lo vorzusehen, falls der Stab LL1 stark genug ist, um sich geradlinig zu halten. Zur Erhöhung der Festigkeit des Verbindungsstabs LL1 können zusätzliche Verbindungsstäbe, ähnlich dem Stab LL1, oberhalb und unterhalb des Drehpunkts 0 vorgesehen sein, die zusammenwirken-· In diesem Falle wird die gleiche Wirkung erhalten. Ferner kann der Verbindungsstab durch
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einen oberen und einen unteren Stab gebildet werden, die durch einen drehbaren, zusätzlichen Stab verbunden werden, der parallel zum Arm RS liegt, womit ebenfalls die gleiche Wirkung erzielbar ist. Wie aus den vorausgehend aufgeführten Ausführungsbeispiel hervorgeht, wird bei dem erfindungsgemäßen Laserstrahlmesser eine Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators,die durch die von der Bedienungsperson veranlaßten Bewegung des Manipulatorarms verursacht wird,genau ausgeglichen, so daß ein durch die Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators verursachtes Momentungleichgewicht beseitigt wird und zu jeden Zeitpunkt eine sehr ruhige mechanische Bewegung erhalten wird. Daher kann die Bedienungsperson unbehindert und ruhig den Laserstrahl in die gewünschte Position im Operationsfeld lenken. Die Erfindung wird deshalb als erheblicher Beitrag auf dem Arbeitsgebiet klinischer Operationen angesehen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Ausgleichsanordnung zum Betrieb mit dem Manipulator eines Laserstrahlmessers, bei welchem das Drehmoment des Laserstrahlmessers im gesamten Bewegungsbereich des Messers in einem ausgeglichenen Zustand gehalten wird, so daß die Bewegung des Laserstrahlmessers über den gesamten Bereich ruhig erfolgt und die Steuerbarkeit des Messers in hohem Maße verbessert ist. Die Ausgleichsanordnung gemäß der Erfindung ist mit dem Manipulator an einem Drehpunkt verbunden. Die Schwerpunkte des Manipulators und der Ausgleichsanordnung liegen in der gleichen Vertikalebene. Der Schwerpunkt der Ausgleichsanordnung wird parallel zur Bewegung npq Schwerpunkts des Manipulators bewegt. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen
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weist die Ausgleichcanordnungen Arniabschnitte auf, die geometrisch ahn]ich der Armanordnung des Manipulators ausgebildet sind. Ein drehbarer Arm der Ausgleichsanordnung ist über Gelenkverbindungen mit dem entsprechenden drehbaren Arm des Manipulators zwecks Aufrechterhaltung eines dynamischen Ausgleichs verbunden.
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Claims (4)

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1. Ausgleichsanordnung für einen Manipulator eines Laserstrahlraessers, gekennzeichnet durch eine Ausgleichseinrichtung für den Manipulator eines Laserstrahlinessc-rs, bei welchem das Drehmoment des Laserstrahlmessers innerhalb dos Zulri33iyeii B"=:Wt:yünyobt:j.t:ici:& in «intfiii Gieiuiiuew.i.cll L.:s ^Ub Land ue — halten wird, so daß die Handhabung der Anordnung wesentJich verbessert wird.
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2.) Ausgleichsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung einen Ausgleichsarm aufweist, der geometrisch ähnlich einem entsprechenden Manipulatorarmabschnitt ausgebildet und fest mit einem Ende eines Arms des Manipulatorarmabschnitts· verbunden ist, wobei das Gewicht des Ausgleichsarmabschnitts so bemessen ist, daß es sich im Drehmomentgleichgewicht mit dem Manipulatorarmabschnitt befindet und das eine Ende des Arms des Manipulatorabschnit.tes als Drehpunkt dient, ein drehbarer Manipulatorarm mit einem Verbindungspunkt verbunden ist, so daß er um einen endseitigen Arm des Ausgleichsarmabschnitts drehbar ist, und Länge und Gewicht des drehbaren Arms derart bemessen sind, daß sie sich im Drehmomentgleichgewicht mit einem entsprechenden drehbaren Arm des Manipulators bezüglich des genannten Drehpunkts (O) befinden, und ferner einen Stab und SclrwaiJcverbinduncfen zur jeweiligen Verbindung der Enden des Stabs mit den drehbaren Armen des Manipulators und der Ausgleichseinrichtung zwecks Bildung eines vierseitigen Parallelogramms in allen Stellungen des Manipulators, wobei die Ecken des Parallelogramms durch die Enden des Stabes und die Verbindungsstellen der drehbaren Arme mit den Armenden gebildet v/erden, um ein als Folge der Bewegung des Schwerpunkts des Manipulators auftretendes Drehmomentungleichgewicht zu beseitigen.
3. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Arm, der fest an einem Ende eines Arms des Manipulatorarmabschnitts am Drehpunkt O befestigt ist, wobei die Länge und das Gewicht dieses Arms derart gewählt sind,daß ein Drehmomentgleichgewicht mit dem Manipulator armabschnitt am Drehpunkt erhalten wird, wobei
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ein erster Arm der Ausgleichseinrichtung fest mit dem genannten Ende des Arms des Manipulatorarmabschnitts verbunden ist und sich parallel zu einem entsprechenden Arm des Manipulatorarmabschnitts erstreckt, ferner ein zweiter Arm der Ausgleichseinrichtung derart befestigt ist, daß er um einen Verbindungspunkt in einer Ebene drehbar ist, in welcher der erste Arm und ein drehbarer Arm des Manipulators liegen, wobei die Länge und das Gewicht des zweiten Arms derart gewählt ist, daß er im Drehmomentgleichgewicht mit dem drehbaren Arm des Manipulators bezogen auf den Drehpunkt ist, und ferner ein Stab und Schwenkverbindungen vorgesehen sind, um die Enden des Stabes jeweils drehbar mit den drehbaren Armen des Manipulators und der Ausgleichsanordnung zu verbinden.
4. Ausgleichsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ausgleichsarmabschnitt, der fest mit einem Ende des ersten Manipulatorarms am Drehpunkt lO) befestigt ist und eine 90 -Krümmung an einem Verbindungspunkt an einem ersten Arm des Ausgleichsarmabschnitts aufweist, der eine Verlängerung des Manipulatorarms bildet, an dem ein erstes Ende eines zweiten Arms des Ausgleichsarmabschnitt befestigt ist, das parallel zu einem zweiten Arm des Manipulators angeordnet ist, der mit dem ersten Manipulatorarm verbunden ist, durch einen drehbaren Arm, der derart befestigt ist, daß er um ein zweites Ende des zweiten Jvrms des Ausgleichsarmabschnitts parallel zu einer Ebene drehbar ist, die durch einen drehbaren Arm des Manipulators gebildet wird, der mit einem Ende eines dritten Arms des Manipulators verbunden ist, dessen anderes Ende am zweiten Arm des Manipulators befestigt ist, sowie durch eine Linie zwischen dem Drehpunkt
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und dem Verbindungspunkt zwischen dem drehbaren Arm des Manipulators und dem dritten Arm, wobei die Länge und das Gewicht des drehbaren Arms so bemessen sind, daß ein Drehmomentgleichgewicht mit dem Manipulator bezüglich des Drehpunkts aufrecht erhalten bleibt, durch einen fest mit dem dritten Arm des Manipulators verbundenen Arm und einen Stab und Schwenkverbindungen, welche die Enden des Stabs jeweils mit dem genannten Arm verbinden, der fest mit dem dritten Arm des Manipulators und dem drehbaren Arm der Ausgleichseinrichtung verbunden ist, wobei ein vierseitiges Parallelogramm durch die Enden des Stabs , den Verbindungspunkt des dritten Arms des Manipulators und dem damit verbundenen Arm, sowie dem Drehpunkt gebildet wird, und das Parallelogramm in allen Positionen des Manipulators beibehalten wird.
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DE3002665A 1979-01-29 1980-01-25 Laserstrahlmessermanipulator Expired DE3002665C2 (de)

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DE3002665A Expired DE3002665C2 (de) 1979-01-29 1980-01-25 Laserstrahlmessermanipulator

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JPS55101256A (en) 1980-08-01
DE3002665C2 (de) 1986-08-07
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