DE4202922A1 - Motorisches stativ - Google Patents

Motorisches stativ

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DE4202922A1
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Juergen Dr Schweizer
Hartmut Gaertner
Joachim Luber
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Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein motorisches Stativ gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Herkömmliche Stative im medizinischen Einsatz bieten die Möglichkeit, diverse Diagnose- oder Therapieinstrumente in bis zu sechs Freiheitsgraden manuell zu positionieren. Ein derartiges manuelles Stativ wird z. B. in der EP-PS 00 23 003 beschrieben. Aufgrund des manuellen Betriebes resultieren jedoch eine Reihe von Nachteilen für den Chirurgen. So erfor­ dern unbeabsichtigte Fehlbewegungen ein zeitaufwendiges und umständliches Nachkorrigieren. Als negativ erweist sich bei mechanisch ausbalancierten Systemen weiterhin, daß diese jeweils nur für ein definiertes Instrumentengewicht exakt ausbalanciert sind. Dies bedeutet, daß eine Änderung des Instrumentengewichtes ein erneutes Ausbalancieren des Stativ­ systems mit einer Genauigkeit von etwa 100 g erfordert. Wäh­ rend einer Operation ist ein derartiges erneutes Ausbalancie­ ren nach einem eventuellen Instrumentenwechsel extrem störend und umständlich. Weiterhin erfordert selbst bei gut ausbalan­ cierten mechanischen Stativsystemen das Beschleunigen bzw. Abbremsen der Instrumentenbewegung eine gewisse beschleuni­ gungsproportionale Bedienkraft, was bei mikrochirurgischen Arbeiten ebenfalls störend wirkt. Schließlich ist mit manuell bewegten Stativen im allgemeinen auch kein stereotaktisches Arbeiten möglich, da exakte Lageinformationen über das momen­ tane Arbeitsfeld üblicherweise nicht erfaßt werden.
Bekannt ist aus der DE-OS 40 32 207 weiterhin ein Operations­ mikroskop, das an einem motorisch angetriebenen Mehrgelenk- Mechanismus angeordnet ist. Mittels geeigneter Weg- und Winkeldetektoren ist somit ein eingeschränkter stereotak­ tischer Einsatz des Operationsmikroskopes möglich. Als nach­ teilig bei diesem System ist jedoch anzusehen, daß keine Sicherungsmaßnahmen beim eventuellen Ausfall der Antriebs­ elektrik bzw. der damit gekoppelten Weg- und Winkeldetektoren vorgesehen sind. So weist der dargestellte Mehrgelenk-Mecha­ nismus keinerlei Massenausgleich auf, der das System beim Ausfall der Antriebseinheiten stabilisieren könnte und ein zumindest eingeschränktes weiteres Verfahren ermöglichen würde. Zudem ist bei einem möglichen Versagen der Antriebe auch ein Ausfall der mit den Antrieben gekoppelten Weg- bzw. Winkeldetektoren die Folge, d. h. unter Umständen resultiert daraus ein kompletter Systemausfall während einer Operation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein motori­ sches Stativ für den medizinischen Einsatz zu schaffen, das den stereotaktischen Einsatz verschiedenster Diagnose- oder Therapieinstrumente ermöglicht. Dabei soll eine höchstmögli­ che Sicherheit und Positionierpräzision sowohl während des normalen Betriebes als auch bei einem eventuellen Ausfall der Antriebseinheiten gewährleistet sein. Insbesondere soll in diesem Fall der manuelle Betrieb eines derartigen Statives noch möglich sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein motorisches Stativ mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der folgenden Unteransprüche. Der erfindungs­ gemäße Aufbau einer geeigneten Antriebseinheit ist Gegenstand des Nebenanspruches 16.
Ein mechanisch grob ausbalanciertes Stativ, bestehend aus mehreren Stativgliedern, Tragarmen bzw. Tragsäulen, wird mit speziellen Antriebseinheiten versehen, die ein definiertes Positionieren verschiedenster medizinischer Diagnose- oder Therapieinstrumente erlauben. Eine Steuereinheit erfaßt hier­ zu laufend die aktuellen Winkelmeßwerte der in den einzelnen Antriebseinheiten angeordneten Winkelgebern und bestimmt daraus die aktuellen Raumkoordinaten des jeweils verwendeten Instrumentes. Über entsprechende Steuersignale der Steuer­ einheit an die einzelnen Antriebseinheiten ist ein definier­ tes Positionieren des Instrumentes möglich. Dabei gibt die Steuereinheit an jede Antriebseinheit bestimmte, anzufahrende Sollwerte vor, die dann von jeder Antriebseinheit in separa­ ten Regelkreisen angefahren werden. Somit wird ein stereotak­ tischer Einsatz verschiedenster medizinischer Diagnose- oder Therapieinstrumente realisierbar. Die Steuereinheit weist des weiteren eine Eingabeschnittstelle auf, die eine Eingabe bestimmter Zielkoordinaten für das verwendete Instrument ermöglicht, welche vom erfindungsgemäßen motorischen Stativ anschließend angefahren werden, bzw. das verwendete Instru­ ment mit Hilfe des erfindungsgemäßen motorischen Statives an die gewünschte Raumposition positioniert wird. Eine derartige Eingabeschnittstelle kann hierbei in verschiedensten Ausfüh­ rungsformen in Kombination mit dem motorischen Stativ einge­ setzt werden. In Frage kommen z. B. dieverse berührungsempfind­ liche Sensoren, die vom Chirurgen bedient werden oder aber optische Systeme bzw. eine Eingabetastatur, welche jeweils zur Vorgabe bestimmter Zielkoordinaten für das erfindungsge­ mäße motorische Stativ dienen.
Die mechanische Ausbalancierung des Gesamtsystems erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform über ein Gelenkparallelo­ gramm mit Ausgleichsgewichten sowie die erfindungsgemäße konstruktive Ausgestaltung bestimmter Tragarme bzw. die ent­ sprechende Anordnung von Ausgleichgewichten. Alternativ wäre auch eine Ausbalancierung mit Federn realisierbar. Damit ist gewährleistet, daß bei einem eventuellen Ausfall der An­ triebseinheiten während einer Operation das Stativ weiterhin zumindest beschränkt einsatzfähig bleibt und manuell bewegt werden kann. Die mechanische Ausbalancierung des Gesamt­ systems kann hierbei mit einer Genauigkeit im kg-Bereich erfolgen. Aus dem erfindungsgemäßen Aufbau der einzelnen Antriebseinheiten, insbesondere der Dimensionierung der Getriebereibung sowie der Verwendung je zweier Winkelgeber pro Antriebseinheit resultieren weitere wichtige Vorteile des erfindungsgemäßen motorischen Statives im Hinblick auf die Einsatzsicherheit. So ist die Getriebereibung der einzelnen Antriebseinheiten derart aufeinander abgestimmt, daß ein Spielraum für das Gewicht des jeweils verwendeten Instrumen­ tes besteht und die mechanische Ausbalancierung auch bei Variation des Instrumentengewichtes noch gegeben ist. Bei der Umrüstung auf ein anderes medizinisches Therapie- oder Dia­ gnoseinstrument während einer Operation ist somit keine zu­ sätzliche weitere mechanische Ausbalancierung nötig, die umständlich bzw. zeitaufwendig wäre. Innerhalb eines defi­ nierten Gewichtsintervalls können demzufolge verschiedenste medizinische Therapie- oder Diagnoseinstrumente in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen motorischen Stativ eingesetzt wer­ den. Weitere sicherheitsrelevante Vorteile resultieren aus der erfindungsgemäßen Verwendung von je zwei Winkelgebern pro Antriebseinheit, von denen einer mit dem jeweiligen Antriebs­ motor gekoppelt ist, während der zweite unabhängig von diesem Antriebsmotor arbeitet und direkt die jeweilige Gelenkbewe­ gung registriert. Neben der laufenden gegenseitigen Meßwert­ kontrolle über die Steuereinheit während des üblichen motori­ schen Betriebes und der daraus resultierenden höheren Posi­ tionsierungsgenauigkeit, ist dadurch weiterhin gewährleistet, daß bei Ausfall des Antriebsmotors eine Meßwerterfassung über den zweiten unabhängigen Winkelgeber möglich ist. Eine Kennt­ nis der aktuellen Instrumentenposition ist somit auch in diesem Fall gewährleistet. Des weiteren ist beim Einsatz eines speziellen Absolut-Winkelgebers sichergestellt, daß auch ohne eventuelle Referenzmessungen immer die aktuellen Winkelmeß­ werte bekannt sind.
Die erwähnte Dimensionierung der Getriebereibung bietet weiterhin den Vorteil, daß auch bei eventueller schiefer Aufstellung des erfindungsgemäßen motorischen Statives ein noch ausbalanciertes System zur Verfügung steht und sich nicht selbständig unkontrolliert bewegt.
Das Fußteil weist des weiteren ein- und ausfahrbare Rollen auf, die ein leichtes Verfahren des gesamten motorischen Statives ermöglichen. In einer bevorzugten Ausführungsform können diese Rollen motorisch ein- und ausgefahren werden.
Insbesondere geeignet ist ein derartiges motorisches Stativ zur Verwendung in Verbindung mit einem Operationsmikroskop innerhalb der stereotaktischen Mikrochirurgie. Jedoch ist auch der stereotaktische Einsatz verschiedener anderer chirurgischer Instrumente in Kombination mit dem erfindungs­ gemäßen motorischen Stativ möglich. In Frage kommen z. B. Endoskope, intra-operative Sonden, Biopsie-Kanülen, chirur­ gische Bohrer oder ähnliche Instrumente.
Weitere Einzelheiten sowie Vorteile des erfindungsgemäßen motorischen Statives ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beigefügten Zeichnungen.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus des erfindungsgemäßen motorischen Statives;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen motorischen Statives;
Fig. 3 den Aufbau einer Antriebseinheit des erfindungs­ gemäßen motorischen Statives.
In Fig. 1 ist ein möglicher Aufbau des erfindungsgemäßen motorischen Statives schematisch dargestellt, wobei die Aus­ balancierung mit Ausgleichsgewichten realisiert wird. Das erfindungsgemäße motorische Stativ ist auf einem Fußteil (1) angeordnet, das an seiner Unterseite motorisch ein- und aus­ fahrbare Rollen (2a, 2b, 2c) besitzt, so daß ein leichtes Verfahren des gesamten motorischen Statives möglich ist. Während des eigentlichen Operationsbetriebes sind diese Rol­ len (2a, 2b, 2c) eingezogen, um einen sicheren Stand des Gesamtsystems zu gewährleisten. Auf dem Fußteil (1) ist eine vertikale Tragsäule (3) angeordnet, auf der wiederum ein erstes Stativglied (4) um eine vertikale Achse A1 über ein erstes Drehgelenk drehbar gelagert ist. Mit Hilfe einer ersten Antriebseinheit kann das Stativglied (4) bzw. die darauf angeordneten weiteren Komponenten des motorischen Stativs um die vertikale Achse A1 definiert gedreht werden. Die erste Antriebseinheit ist im dargestelltenn Ausführungs­ beispiel in die vertikale Tragsäule (3) integriert und in dieser Darstellung nicht sichtbar. Am Stativglied (4) ist ein Gelenkparallelogramm über eine zweite Antriebseinheit (5) und ein zweites Drehgelenk angebracht. Mit dieser zweiten An­ triebseinheit kann das Gelenkparallelogramm um eine horizon­ tale Achse A2 relativ zur vertikalen Tragsäule (3) bzw. dem ersten Stativglied (4) positioniert werden. Das Gelenkpa­ rallelogramm, bestehend aus vier einzelnen Gelenkparallelo­ gramm-Elementen (6, 7, 8, 9) sowie den entsprechenden weite­ ren Drehgelenken (10, 11, 12, 13), die diese Gelenkparallelo­ gramm-Elemente (6, 7, 8, 9) drehbar verbinden, ist über eine dritte Antriebseinheit (14) um die Achse A3 bzw. dazu pa­ rallele Achsen durch die anderen Drehgelenke des Gelenkpa­ rallelogramms verstellbar. Die dritte Antriebseinheit (14) ist am Drehgelenk (13) des Gelenkparallelogramms angeordnet. Alternativ hierzu ist es möglich, die dritte Antriebseinheit zur Verstellung des Gelenkparallelogrammes an den anderen Drehgelenken (10, 11, 12) anzuordnen. Das Gelenkparallelo­ gramm weist Ausbalancier-Gewichte (16, 17) auf, die z. B. an den beiden unteren Drehgelenken (10, 11) angeordnet werden können. Das Gelenkparallelogramm gewährleistet somit die Ausbalancierung um die horizontalen Achsen A2 und A3. Der in Verlängerung des oberen Gelenkparallelogramm-Elementes (9) angeordnete erste Tragarm (15) ist um seine Längsachse A4 drehbar beweglich und über eine vierte Antriebseinheit moto­ risch verstellbar. Hierzu ist der erste Tragarm (15) eben­ falls über ein Drehgelenk mit dem oberen Gelenkparallelo­ gramm-Element (9) verbunden. Die vierte Antriebseinheit ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in das obere Gelenkpa­ rallelogramm-Element (9) integriert und demzufolge in dieser Darstellung nicht sichtbar. Der erste Tragarm (15) ist kon­ struktiv vorzugsweise in doppelt-gekröpfter Bauweise ausge­ führt, so daß für den jeweiligen Benutzer, der unter diesem Tragarm (15) steht, ein möglichst großer Bewegungsspielraum resultiert. Die Ausbalancierung bei Drehung um die Längsachse (14) wird ebenfalls durch die besondere konstruktive Gestal­ tung dieses ersten Tragarmes gewährleistet, was in Fig. 2 deutlich erkennbar ist. Am äußeren Ende des ersten Tragarmes (15) ist ein zweiter Tragarm (16) angeordnet, der mit einer fünften Antriebseinheit (17) um die Achse A5 bewegt werden kann. Mit dem ersten Tragarm (15) ist der zweite Tragarm über ein Drehgelenk verbunden. Der zweite Tragarm (16) weist an einem Ende ein Ausgleichsgewicht (19) auf, am anderen Ende ist ein dritter Tragarm (18) angeordnet, so daß bei Drehung um die Achse A5 eine Ausbalancierung um diese Achse A5 rea­ lisiert ist. Der dritte Tragarm (18) ist motorisch drehbar um seine Längsachse A6, was mit Hilfe einer sechsten Antriebs­ einheit erreicht werden kann, die nicht dargestellt wird und ebenfalls wieder über ein Drehgelenk mit dem zweiten Tragarm (16) verbunden ist. Es ist beispielsweise möglich, die sechs­ te Antriebseinheit im Gehäuse des dritten Tragarmes (18) anzuordnen. An seinem freien Ende besitzt der dritte Tragarm (18) eine Schnittstelle für die verschiedensten medizinischen Therapie- oder Diagnoseinstrumente (20). In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird das verwendete Instrument lediglich sche­ matisch dargestellt.
Die Achsen A4, A5, A6 sind im dargestellten Ausführungsbei­ spiel so im Raum orientiert, daß sie in einem Punkt schneiden und damit die sogenannte Roboterbedingung erfüllt ist.
Der Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen motorischen Statives ist darauf ausgelegt, daß auch beim Ausfall der Antriebs­ einheiten ein mechanisch ausbalanciertes System zur Verfügung steht. Dies wird beispielsweise durch die Ausbalancierung mit Hilfe des Gelenkparallelogramms und den geeigneten Zusatzge­ wichten (10, 11) sowie dem Zusatzgewicht (19) am zweiten Tragarm (16) und die entsprechende konstruktive Gestaltung des ersten Tragarmes (15) erreicht. Durch die Abstimmung der Getriebereibungen in den eingesetzten sechs Antriebseinheiten ist jedoch zusätzlich gewährleistet, daß das Gewicht des jeweiligen Instrumentes in einem bestimmten Gewichtsintervall schwanken kann, ohne den motorischen oder manuellen Einsatz zu beeinträchtigen. Dabei müssen die Getriebereibungen so ausgelegt werden, daß ein manuelles Bedienen des motorischen Statives noch möglich ist. Somit ist beispielsweise ein ra­ scher Instrumentenwechsel während einer Operation möglich, ohne zeitaufwendige Ausbalancier-Prozeduren durchführen zu müssen.
Zum Betrieb des erfindungsgemäßen motorischen Statives ist weiterhin eine Steuereinheit (30) erforderlich, die die einzelnen Antriebseinheiten definiert ansteuert. Diese Steuereinheit (30) wird vorzugsweise über dem Fußteil (1) des erfindungsgemäßen motorischen Statives in einer geeigneten Konsole angeordnet. Um ein definiertes Positionieren des motorischen Statives zu gewährleisten, muß die Steuereinheit (30) laufend die aktuellen Raumkoordinaten des jeweiligen Instrumentes erfassen. Dies erfolgt über laufendes Auslesen der Winkelgeber, die mit jeder Antriebseinheit gekoppelt sind. Bei bekannten geometrischen Abmessungen des motorischen Statives bzw. der Einzelelemente und Stativglieder ist somit die Bestimmung der Instrumentenposition im Stativ-Koordina­ tensystem jederzeit möglich. Ist zudem der Zusammenhang zwi­ schen Stativ-Koordinatensystem und Patienten-Koordinaten­ system bekannt, so ist der stereotaktische Einsatz des erfin­ dungsgemäßen motorischen Statives und des daran angeordneten Instrumentes gewährleistet.
Die Vorgabe bestimmter Zielkoordinaten für das jeweilige Therapie- oder Diagnoseinstrument durch den Chirurgen erfolgt über eine Eingabeschnittstelle, die mit der Steuereinheit gekoppelt ist. Als mögliche Eingabeschnittstellen kommen z. B. berührungsempfindliche Sensoren, optische Systeme, Joysticks oder aber Eingabe-Tastaturen in Frage. Dabei gibt die Steuereinheit für jede Antriebseinheit bestimmte Sollwerte vor, die angefahren werden. Über separate Regelkreise für die jeweiligen Antriebseinheiten werden diese Sollwerte anschließend definiert angefahren.
In Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen motorischen Statives perspektivisch dargestellt. Über dem runden Fußteil (101) ist eine Konsole (103) angeordnet, in der die Steuereinheit untergebracht ist. Die in Fig. 1 sicht­ bare vertikale Tragsäule und das erste Stativglied sind in dieser Darstellung demzufolge nicht erkennbar. Die Konsole (103) ist mit dem ersten Stativglied verbunden und dreht sich mit diesem Stativglied um die erste vertikale Achse A1. Über eine zweite Antriebseinheit (105) und ein Drehgelenk ist ein Gelenkparallelogramm am - nicht dargestellten - ersten Stativglied angeordnet. Das aus vier einzelnen Gelenkparalle­ logramm-Elementen (106, 107, 108, 109) bestehende Gelenkpa­ rallelogramm ist über die zweite Antriebseinheit (105) und das Drehgelenk um eine horizontale Achse A2 relativ zur Kon­ sole (103) bzw. dem Fußteil (101) und dem ersten Stativglied und der vertikalen Tragsäule, die in dieser Darstellung nicht sichtbar sind, beweglich. Die vier einzelnen Gelenkparallelo­ gramm-Elemente (106, 107, 108, 109) sind über in dieser Dar­ stellung nicht sichtbare Drehgelenke in den Ecken des Gelenk­ parallelogramms relativ zueinander beweglich. Das untere Gelenkparallelogramm-Element (107) ist mit einem Ausgleichs­ gewicht zur Ausbalancierung versehen. Das Drehgelenk zwischen den Gelenkparallelogramm-Elementen (106) und (109) ist mit einer dritten Antriebseinheit (104) versehen, mit der eine motorische Relativ-Verstellung des Gelenkparallelogramms in sich möglich ist. Die Drehbewegung erfolgt dabei um eine weitere horizontale Achse A3, die durch das Drehgelenk geht. Auch hier ist eine andere Anordnung der dritten Antriebsein­ heit in einer der anderen Ecken des Gelenkparallelogrammes möglich. In Verlängerung des obersten Gelenkparallelogramm- Element (109) ist ein erster Tragarm (115) über ein Drehge­ lenk angeordnet, der um seine Längsachse A4 mittels einer vierten Antriebseinheit gedreht werden kann. Die Ausbalancie­ rung bei Drehung um die Längsachse A4 wird durch die speziel­ le konstruktive Gestaltung des ersten Tragarmes (115) er­ reicht, was in dieser perspektivischen Darstellung verdeut­ licht wird. Die hierzu erforderliche vierte Antriebseinheit ist in dieser Darstellung nicht erkennbar und kann beispiels­ weise im oberen Gelenkparallelogramm-Element (109) unterge­ bracht werden. Deutlich erkennbar ist in dieser Darstellung der doppelt-gekröpfte Aufbau des ersten Tragarmes (115), der eine optimale Bewegungsfreiheit für den darunter operierenden Chirurgen zur Folge hat. Am äußeren Ende des ersten Tragarmes (115) ist über ein weiteres Drehgelenk ein zweiter Tragarm (116) inklusive einer fünften - nicht dargestellten - An­ triebseinheit montiert. Mit Hilfe des Drehgelenkes und der fünften Antriebseinheit kann der zweite Tragarm (116) um eine weitere Achse A5 gedreht werden. Ein Ende des Tragarmes (116) ist mit Ausgleichsgewichten versehen, während am entgegenge­ setzten Ende ein dritter Tragarm (118) angeordnet ist. Dieser Tragarm (118) wiederum ist um seine Längsachse A6 über ein entsprechendes Drehgelenk und eine sechste - ebenfalls nicht dargestellte - Antriebseinheit motorisch bewegbar. Am Ende dieses Tragarmes (118) befindet sich eine Schnittstelle, an der in diesem Ausführungsbeispiel als medizinisches Therapie- oder Diagnoseinstrument ein Operationsmikroskop (120) befestigt ist.
Anhand von Fig. 3 wird im folgenden der Aufbau der jeweiligen Antriebseinheiten beschrieben, wobei der erfindungsgemäße Aufbau dieser Antriebseinheiten weitere Vorteile für den medizinischen Einsatz bietet. Sämtliche verwendeten Antriebs­ einheiten des erfindungsgemäßen motorischen Statives weisen diesen prinzipiellen Aufbau auf. Eine entsprechende Antriebs­ einheit umfaßt dabei den eigentlichen Antriebsmotor (41), beispielsweise einen Scheibenläufermotor, sowie ein Getriebe (42). Wie bereits erwähnt wird durch die geeignete Abstimmung der Getriebereibungen aller eingesetzten Antriebseinheiten eine zusätzliche mechanische Stabilisierung des gesamten Systems erreicht. Geeignete Getriebe werden z. B. von der Fa. HARMONIC DRIVE unter der Bezeichnung HDGM vertrieben. Neben dem Spielraum für das Instrumentengewicht hat diese Dimensio­ nierung der Getriebereibungen zur Folge, daß auch eine nicht exakt horizontale Aufstellung die Funktionsfähigkeit nicht beeinflußt. Des weiteren umfaßt jede Antriebseinheit eine Bremse (43), mit der eine Positionsfixierung jederzeit mög­ lich ist. Hierzu kann z. B. eine Permanentmagnet-Einscheiben­ bremse verwendet werden. Unter sicherheitsrelevanten Aspekten ist weiterhin wichtig, daß jede Antriebseinheit zwei Winkel­ geber (44a, 44b) umfaßt. Einer der beiden Winkelgeber (44a) ist hierbei direkt mit dem Antriebsmotor (41) gekoppelt, während der zweite Winkelgeber (44b) unabhängig vom Antriebs­ motor (41) arbeitet. Im motorischen Betrieb gewährleistet der Einsatz zweier Winkelgeber eine gegenseitige Überwachung der erfaßten Winkeldaten. Des weiteren ist das motorische Stativ damit beim eventuellen Ausfall eines Winkelgebers weiterhin prinzipiell funktionsfähig. So ist auch beim Ausfall des Antriebsmotors (41) über den unabhängigen zweiten Winkelgeber (44b) eine Koordinatenerfassung prinzipiell möglich. Zudem können evenuelle Getriebetoleranzen dadurch egalisiert wer­ den. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als mit dem Antriebsmotor (41) gekoppelter Winkelgeber (44a) ein herkömm­ licher inkrementeller Winkelgeber verwendet, zu dessen Ein­ satz immer eine vorhergehende Referenzmessung erforderlich ist. Als zweiter - unabhängiger - Winkelgeber (44b) wird ein Code-Drehgeber eingesetzt, der laufend Absolut-Winkelmeßwerte der jeweiligen Gelenkbewegung liefert. Die Verwendung eines derartigen zweiten Winkelgebers bietet weiterhin den Vorteil, daß nach einem eventuellen Ausfall des ersten inkrementellen Winkelgebers kein zweites Referenzieren während der Operation erforderlich ist, sondern immer die aktuellen Winkelwerte direkt zur Verfügung stehen. Weiterhin ist auch bei einem Ausfall der Antriebseinheit jederzeit die Lageinformation gewährleistet. Hierzu geeignete Winkelgeber werden z. B. von der Firma HEIDENHAIN unter der Typenbezeichnung ROC 417 ver­ trieben. Ein Geschwindigkeitsgeber (45) sorgt des weiteren für die Kontrolle der Verfahrgeschwindigkeit des jeweiligen Elementes des erfindungsgemäßen motorischen Statives.
Sämtliche Elemente einer Antriebseinheit sind über ent­ sprechende Signalleitungen mit der Steuereinheit verbunden, die sowohl die aktuellen Daten einliest und entsprechend auswertet, als auch die erforderlichen Steuersignale an die Antriebseinheit gibt. Dabei ist für jede Antriebseinheit ein separater Regelkreis vorgegeben, der das Anfahren bestimmter Sollwerte kontrolliert.

Claims (16)

1. Motorisches Stativ zur Positionierung medizinischer Diagnose- oder Therapieinstrumente, bestehend aus einem Mehrgelenk-Mechanismus mit integrierten Winkelgebern sowie Antriebseinheiten für die einzelnen Gelenke und eine Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrgelenk-Mechanismus zumindest grob mechanisch ausba­ lanciert ist.
2. Motorisches Stativ nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Ausbalancierung Federn und/oder Ausgleichs­ gewichte vorgesehen sind.
3. Motorisches Stativ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß für jede Antriebseinheit mindestens ein Regel­ kreis vorgesehen ist, der das Anfahren vogegebener Soll­ werte kontrolliert.
4. Motorisches Stativ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an einer vertikalen Tragsäule (3), ein Stativ­ glied (4) angeordnet ist, das motorisch um eine vertikale Achse (A1) bewegbar ist, wobei an diesem Stativglied (4) ein motorisch um ein oder mehrere horizontale Achsen (A2, A3) verstellbares Gelenkparallelogramm mitsamt ein oder mehreren Ausgleichsgewichten (10, 11) angeordnet ist, an dem ein motorisch um eine weitere, vorzugsweise seine Längsachse (A4) bewegbarer erster Tragarm (15, 115) an­ geordnet ist, an dem ein zweiter Tragarm (16, 116) in Verlängerung angeordnet ist, der motorisch um eine zur Längsachse (A4) des ersten Tragarmes (15, 115) senkrechte weitere Achse (A5) bewegbar ist, wobei an einem freien Ende dieses zweiten Tragarmes (16, 116) ein dritter Trag­ arm (18, 118) angeordnet ist, der motorisch um seine Längsachse (A6) bewegbar ist und an dessen freien Ende eine Schnittstelle für ein medizinisches Therapie- oder Diagnoseinstrument angeordnet ist.
5. Motorisches Stativ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß für jede Achse, um die eine Drehung möglich ist, eine Antriebseinheit vorgesehen ist, die jeweils einen Antriebsmotor (41) mit Getriebe (42), eine Bremse (43), Geschwindigkeitsgeber (45) sowie zwei Winkelgeber (44a, 44b) umfaßt.
6. Motorisches Stativ nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß pro Antriebseinheit ein mit dem Antriebsmotor (41) gekoppelter inkrementeller Winkelgeber (44a) vor­ gesehen ist sowie ein vom Antriebsmotor (41) unabhängiger Winkelgeber (44b), der absolute Winkelwerte liefert.
7. Motorisches Stativ nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Getriebereibungen der einzelnen Antriebs­ einheiten derart aufeinander abgestimmt sind, daß auch bei einer Variation des Instrumentengewichtes innerhalb eines definierten Gewichtsintervalls ein mechanisch ausbalanciertes Gesamtsystem resultiert.
8. Motorisches Stativ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Steuereinheit (30) vorgesehen ist, die laufend die Winkelwerte der Winkelgeber (44a, 44b) erfaßt und daraus die Koordinaten des medizinischen Diagnose- oder Therapieinstrumentes im Stativ-Koordinatensystem ermittelt, wobei die Steuereinheit (30) des weiteren eine Eingabeschnittstelle zur definierten Vorgabe bestimmter Zielkoordinaten besitzt.
9. Motorisches Stativ nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinheit (30) über dem Fußteil (1, 101) des motorischen Statives angeordnet ist.
10. Motorisches Stativ nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Tragsäule (3) auf einem Fußteil (1) angeordnet ist, das motorisch ein- und ausfahrbare Rollen (2a, 2b, 2c) auf­ weist.
11. Motorisches Stativ nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk­ parallelogramm motorisch sowohl relativ zur vertikalen Tragsäule (3) oder dem Stativglied (4), an dem es an­ geordnet ist als auch motorisch in sich selbst um ein oder mehrere horizontale Achsen (A2, A5) verstellbar ist.
12. Motorisches Stativ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gelenkparallelogramm ein oder mehrere Aus­ gleichsgewichte (10, 11) umfaßt, die derart dimensioniert sind, daß das motorische Stativ bezüglich einer Bewegung um die horizontalen Achsen (A2, A3) ausbalanciert ist.
13. Motorisches Stativ nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß am freien Ende des zweiten Tragarmes (16, 116) mindestens ein Ausgleichsgewicht angeordnet ist und der erste Tragarm derart konstruktiv gestaltet ist, daß das motorische Stativ bezüglich einer Bewgegung um die Längs­ achse (A4) des ersten Tragarmes (15, 115) und/oder um die hierzu senkrechte Achse (A5), um die der zweite Tragarm (16, 116) drehbar ist, ausbalanciert ist.
14. Motorisches Stativ nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Tragarm (15, 115) in doppelt-gekröpfter Bauweise aus­ geführt ist.
15. Motorisches Stativ nach mindestens einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als medizi­ nisches Therapie- oder Diagnoseinstrument ein Operations­ mikroskop (20) vorgesehen ist.
16. Antriebseinheit in einem Mehrgelenk-Mechanismus zum Positionieren medizinischer Diagnose- oder Therapie- instrumente, bestehend aus mindestens einem Antriebsmotor (41) mit Getriebe (42), mindestens einer Bremse (43), mindestens einem Geschwindigkeitsgeber (45) und minde­ stens einem Winkelgeber zum Erfassen der aktuellen Win­ kelmeßwerte, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Winkelgeber (44a, 44b) vorgesehen sind, von denen mindestens einer absolute Winkelwerte liefert.
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