EP1440363A2 - Input device in accordance with the parallel kinematic principle and with haptic feedback - Google Patents

Input device in accordance with the parallel kinematic principle and with haptic feedback

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EP1440363A2
EP1440363A2 EP02787352A EP02787352A EP1440363A2 EP 1440363 A2 EP1440363 A2 EP 1440363A2 EP 02787352 A EP02787352 A EP 02787352A EP 02787352 A EP02787352 A EP 02787352A EP 1440363 A2 EP1440363 A2 EP 1440363A2
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EP
European Patent Office
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input device
handle
frame
carrier element
linkage
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EP02787352A
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EP1440363B1 (en
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Albert Schaeffer
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Individual
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Publication of EP1440363B1 publication Critical patent/EP1440363B1/en
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G9/04737—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks with six degrees of freedom
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04766—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks providing feel, e.g. indexing means, means to create counterforce

Definitions

  • Input device based on the parallel kinematic principle and with haptic
  • the present invention relates to an input device based on the parallel kinematic principle and with haptic feedback for a computer, in particular for medical teleoperation with instruments, according to the preamble of claim 1.
  • Such input devices are preferably required for difficult manipulations of objects that a person should not perform on them directly by hand, but remotely using an auxiliary machine or a robot with feeling. These are usually complex activities that require flexible, manual intervention by the operator and for which an exclusively visual control of robot activity is not sufficient.
  • the operator who is usually physically separate from the place of work, receives important additional information that is independent of the visual sensory channel via haptic feedback of the input device.
  • the haptic sensory channel which conveys both tactile and kinesthetic impressions, makes the position, orientation, weight and inertia of the robot and any tool attached, for example, tangible or palpable for the operator.
  • the operator can receive information about the object to be manipulated, such as its size, shape, strength and surface quality.
  • the operator can feel the working environment completely and feel the effect of their distant action - with or without additional visual control.
  • Typical areas of application for such a telenavigation or operation are work in hostile environments such as in nuclear power plants, under water or in space.
  • Control of construction machines, defusing bombs and, in particular, telesurgery are further application examples in which the haptic feedback of a (remote) input device is desired or even absolutely necessary.
  • such input devices can also be used for the computer-aided simulation of manipulations on objects or human bodies described above, for example for experimental, teaching and training purposes.
  • Both the manipulating tool, possibly without a robot, and the object to be processed are only available virtually in a computer or on its screen. In the simplest case, this can be a mouse pointer or a displayed finger on a graphical user interface with push buttons.
  • Such input devices can also be used in combinations of real and virtual manipulation or haptic feedback.
  • the linear actuators or their pull / push rods essentially form a bipod and a tripod, the foot-side ends of which are individually articulated on a common frame
  • the ends of the tips are movably coupled to a likewise rod-shaped carrier element by means of multiple articulations.
  • a pen-like handle is arranged on the carrier element.
  • Hem feedback and two on / off buttons arranged on the handle are available, whereby actuators and buttons are connected to a computer.
  • a major disadvantage of this device is that the delicate structure of the five linear actuators and the handle must be used to actuate it, and the operator's hand or forearm may collide with the actuators. This can cause undesirable control effects, damage to the device or even injuries to the forearm.
  • Also stand only five active degrees of freedom are available and the buttons on the handle of the carrier element only allow the entry of Boolean information.
  • the device connected to a computer unit essentially consists of a parallel-kinematic, six-axis drive and an operating knob.
  • the drive comprises six spindles driven by stepper motors which, when arranged in pairs, form the shape of a tripod, one leg each consisting of two spindles guided approximately parallel to one another.
  • the control knob At the top of the tripod is the control knob, which is coupled to the spindle via a triangular plate.
  • the device has a power transmission option in six degrees of freedom, the control knob itself being passive. Due to the sluggish and gross motor function, the device is not suitable for difficult manipulations, e.g. for handling or remote control of surgical instruments are required. In addition, the range of action of the device is very limited, so that a larger area can only be processed with the aid of corresponding imaging scales greater than one. In addition to the mere navigation of a connected robot, additional tool functions with corresponding haptic feedback are not available with this device.
  • the mobility of the pair of handles forms the fifth degree of freedom.
  • a disadvantage of this input device is the complex and essentially serial structure of the kinematics with the weak points known in the art.
  • corresponding force feedback functions are only intended for the gimbal suspension and for the displacement axis.
  • the swivel range which is limited to a few degrees in the practical version, only allows unsatisfactory degree of realistic laparoscopy.
  • the invention has for its object to provide a parallel kinematic input device with haptic feedback, which provides an active actuation function for a real or virtual tool and allows intuitive, realistic manipulation in a simple manner for many applications.
  • the carrier element has a further grip part which is movable relative to the first grip part.
  • the mutually movable handle parts are coupled via a force-sensitive handle actuator, which is preferably connected to the computer.
  • any handles can be simulated with a second handle part, which forms a corresponding pair of handle parts with the first.
  • These are preferably handles of hand-operated tools and instruments, such as, for example, scissors, pliers, clamps, syringes or any other tools or instruments with comparable gripping surfaces intended for hands or fingers.
  • buttons, sliders or levers in which the focus is less on the gripping purpose and more on an actuation purpose, such as, for example, in a drilling machine, are also conceivable.
  • the pair of handle parts according to the invention is advantageous in that the operator no longer has to adjust to unergonomic control elements or unusual handles.
  • the device according to the invention can be used without any change to a skill that has been painstakingly acquired on appropriate tools. Surgeons in particular, who have to learn the handles for the precise operation of the medical instruments in years of continuous training, benefit from the described solution with two handle parts. Almost every hand-operated tool, for which at least one joint is provided for actuation, can be simulated accordingly with two handle parts that can be moved relative to one another.
  • the direction of actuation of the handle parts is preferably aligned parallel to the longitudinal extent of the carrier element, but can also be perpendicular or at any other angle to it.
  • the handle parts that are movable relative to one another also have haptic feedback by means of an intermediate, force-sensitive handle actuator.
  • Known drives such as electromagnetic linear or stepper motors, can be used as handle actuators.
  • Pneumatic or hydraulic drives are also conceivable for this. It goes without saying that the position of such actuators can be changed or positioned as desired or adjusted in any other way by appropriate control.
  • force-sensitive actuators they have an additional sensor system with which a counteracting load, such as counterforce, moving mass and / or friction, can be determined.
  • the hand or fingers can be adequately reported, for example, when the handle parts are moved towards one another, the resistance to the tool from the machined object that arises during this execution of the tool function. This applies to other types of movement such as moving apart, pivoting or twisting the handle parts corresponding. Of course, it is also possible to simply scan the real or virtual object without processing it.
  • the handle actuator used can have any degree of freedom, preferably the same or the same as the handle parts themselves. It is advantageous if the handle actuator carries and / or guides at least one of the handle parts with corresponding joints at the same time.
  • the handle actuator can be attached to or on the carrier element and partially on the handle parts or only on the handle parts.
  • variable-length linear actuators used can preferably be electromagnetic linear direct drives, but also pneumatic or hydraulic linear direct drives.
  • spindle and rack and pinion drives are conceivable, with only the distance between the articulations being variable and the spindle or the rack in itself being constant in length.
  • force-sensitive actuators these drives also allow regulation of deflection and counteracting load.
  • the linear actuators of the input device according to the invention are connected in a conventional manner by means of articulations, such as a cardan, spherical head or spherical shell joint or an alternative joint to this, both to the frame and to the carrier element in each case in two rotational degrees of freedom or pivotably, the linear actuators or whose actuators and stators together form a tripod.
  • articulations such as a cardan, spherical head or spherical shell joint or an alternative joint to this, both to the frame and to the carrier element in each case in two rotational degrees of freedom or pivotably, the linear actuators or whose actuators and stators together form a tripod.
  • Several individual articulations at one point or in a narrow area, as is the case between the carrier element and the tip of the tripod formed by the linear actuators, are referred to as a multiple articulation.
  • the frame itself can be multi-level or, for example, a simple holder or a flat mounting plate.
  • the support element itself is preferably carried out as a straight rod, for example as a tube or square profile. Furthermore, it is possible to design the carrier element in an arc shape.
  • three further articulations are provided on the frame in addition to the three already present.
  • the further articulation of the carrier element is designed as a second multiple articulation with three individual or combined articulations. It is essential that three additional force-sensitive linear actuators are provided, each of which acts on the second multiple linkage of the support element and on the three further linkages of the frame.
  • the three linear actuators or their actuators and stators essentially form a second tripod.
  • the first multiple linkage is movable relative to the second multiple linkage. This means that the two tips of the tripods can also be moved relative to one another, whereas the six articulations on the frame or the feet of the tripods remain stationary with respect to one another.
  • the six linear actuators or the two tripods functionally form the handle actuator and the two handle parts are each structurally assigned to one of the tripods.
  • the locations of the six articulations on the frame are constant with respect to one another.
  • the multiple linkages on the carrier element and the linear actuators of one tripod coupled to them are movable relative to those of the other tripod. It is sufficient here, for example, if the multiple linkages of the one tripod are arranged to be displaceable in the axial direction of the carrier element. This can be via a variable-length carrier element, such as a cylinder / piston combination, for example, or via a longitudinally constant carrier element with a slide guided thereon.
  • the carrier element can thus essentially consist of two parts that are movable relative to one another, with each part of the carrier element being assigned or attached to a handle part and the multiple linkage of a tripod. It is advantageous on the one hand that the degree of freedom of the multi-part carrier element can be used as a handle joint for the handle parts to be moved. The handle actuator no longer has to guide the handle parts and can therefore be carried out more easily. A particular advantage is the another that the linear actuators, which are divided into two tripods, can completely replace the handle actuator. Sufficient degrees of freedom are available with six linear actuators. In the case of multiple articulations of the support element which are stationary relative to one another, only five degrees of freedom are known to be required for the mathematical definition of the position / load of the input device.
  • the missing information for the handle position / load is obtained from the position / load of the sixth linear actuator. If the handle position / load remains constant during operation, the sixth linear actuator has a positive effect on the precision and reliability due to the mathematical over-determination. In addition, the stability and reliability of the input device according to the invention are increased in this case.
  • the mathematical calculations for controlling or evaluating the position / load are particularly simple if three of the linear actuators form an ideal tripod, at the tips of which the carrier element is articulated. If the axes of the linear actuators meet at least fictitiously in a single intersection and this intersection lies in the axis of the carrier element, trivial calculation methods can be used. With appropriate mathematical consideration, the linear actuators of the tripods can also run towards each other, e.g. if the linkages on the carrier element are arranged next to one another as in the prior art or the axes of rotation of a linkage do not intersect. With a constructive combination of several articulations in the convergence area of the tripods, it is possible to advantageously reduce joint play and also to save costs.
  • the structure of the input device according to the invention consisting of frame, linear actuators and carrier element, can be variably configured depending on the conditions at the installation site. It is thus possible to arrange the section of the carrier element located between the two multiple articulations outside of both tripods, outside of one and within the other tripod, or within both tripods. For experimental purposes or where there is a large amount of space, it is preferable to use the to choose first configuration. For example, in confined spaces, in an installation partially below a desk or in an overhead installation, the latter two options can offer more advantages.
  • the respective frame-side articulation of the two tripods can each span a frame level, which are preferably spaced parallel to one another.
  • the two rack levels can, for example, be designed as rings and be firmly connected to one another via spacers.
  • the mathematical calculations are considerably simplified if the respective frame-side linkages of the tripods are the corner points of two equilateral triangles, in particular if the triangles are spaced parallel to one another, and the straight line connecting the triangular centers of gravity to the triangles and the two triangles around the straight connecting line a sixth full circle, ie are swiveled by 60 degrees.
  • the further articulation on the carrier element is also designed as a second multiple or double articulation.
  • two further force-sensitive linear actuators are provided, each of which acts on the second multiple linkage and on the two further linkages of the frame, the linear actuators essentially forming a bipod and the distance between the two multiple linkages being constant. Grouping into a bipod and a tripod has mathematical advantages.
  • the carrier element itself is constant in length and preferably made in one piece.
  • the handle actuator is arranged kinematically independently of the linear actuators on or on the carrier element, so that in addition to the mobility of the handle parts, five degrees of freedom are also available for general navigation.
  • the rod-shaped carrier element is direct or immediate via its further articulation coupled to the frame.
  • the further articulation of the support element consequently also represents the articulation on the frame.
  • the multiple articulation is movable relative to the further articulation, preferably displaceable relative to one another in the axial direction of the support element.
  • the section of the carrier element which is located between the multiple linkage and the further linkage (frame-side linkage) is preferably variable in length, for example by means of a cylinder / piston combination.
  • the carrier element can also be constant in length, in which case it is necessary that it is designed to be displaceable relative to the further (frame-side) articulation, for example as a toothed rack that can be pivoted at the pivot point.
  • the distance of the two handle parts from the pivot point, ie for further (frame-side) articulation of the carrier element can be changed. This changeability can be described as "immersing" the handles or the instrument in the object to be processed.
  • the handle actuator is arranged directly between the handle parts, ie kinematically independently of the tripod, the three linear actuators are also for the mathematical determination of this additional degree of freedom
  • This simple input device which is formed with only three linear actuators, is ideal for less complex tasks, for example with a simple laparoscopic intervention in an abdominal wall, a longitudinal movement restricted to a given pivot point is no longer a hindrance.
  • the carrier element can be designed as a slide / guide combination, the first part of this combination being firmly connected to the first handle part and the multiple linkage of the carrier element, while the second part is displaceable with respect to the first and to the second handle part and the further ( frame-side) articulation of the support element is connected.
  • the first handle actuator can be on one can be arranged anywhere between the further (frame-side) articulation of the carrier element and the second handle part. For example, when using a rack as the second part of the slide / guide combination, this can be the case directly in the further (frame-side) linkage.
  • the handle actuator can also be interposed or integrated into the support element at its engagement points, the support element then representing a fourth active leg in this section.
  • the calculation method and the construction effort are simplified when the three linear actuators form an ideal tripod, at the tip of which the carrier element is at least fictionally articulated.
  • a further simplification results if the three articulations of the frame and the further articulation (of the frame) of the support element lie in one plane.
  • the three articulations of the frame are preferably the corner points of an equilateral triangle, in the center of gravity of which the further (frame-side) articulation of the carrier element is arranged.
  • the plane or the triangle can also be the frame plane.
  • the two handle parts are arranged such that they can rotate about the support element, a force-sensitive handle rotation actuator being provided, via which at least one of the handle parts is coupled to the support element.
  • the two handle parts are preferably connected to one another in a rotationally fixed manner, so that it is sufficient to couple only one handle part to the handle actuator.
  • the second With a corresponding rotational movement of the first grip part, the second follows the first in a rotationally guided manner around the carrier element.
  • Rotary movements for example that of a screwdriver, are possible.
  • a stepper motor can be used as a force-sensitive rotary handle actuator.
  • the carrier element is embodied in at least three parts, two of the parts being rotatable in the multiple linkage and being coupled to the third part via a force-sensitive rotary handle actuator.
  • the handle parts can each be fastened in a rotationally fixed manner to the first two parts of the carrier element.
  • the carrier element is preferably designed as a slide / guide combination, the slide and guide being non-rotatable with respect to one another and being rotatable as a combination in the multiple articulation and in the axial direction of the carrier element, for example by means of a slewing ring.
  • a stepper motor can in turn be used as the force-sensitive rotary handle actuator. This is switched between the rotatable parts and the third part, the third part being non-rotatable to the second multiple linkage or to the further linkage.
  • the carrier element protrudes from the area formed by the multiple linkage and the further linkage of the carrier element in the axial direction of the carrier element. At least one grip part is arranged outside this area. It is possible to extend the support element on one side beyond this area and to arrange both gripping parts on this one extension, i.e. on one side outside, as well as to extend the support element on both sides and one of the grip parts on each of the opposite extensions, i.e. on both sides outside to arrange.
  • the handle parts can be arranged outside the range of motion of the linear actuators. It is essential that the operator's hand or fingers can no longer collide with the actuators.
  • the linear actuators and the frame can be clearly spaced from the handle parts.
  • the frame and linear actuators in a compact design below and the handle parts above a desk, the carrier element projecting through the frame level and / or table surface. It is also advantageous to encapsulate the frame with the linear actuators, for example against dust and other environmental influences, and to keep only the gripping parts accessible to the operator. Depending on the area of application of the input device according to the invention, it can be advantageous if at least one of the two handle parts has at least one gripping opening, for example for at least one finger, similar to scissors.
  • a real or virtual laparoscopic instrument can be remotely controlled with the input device according to the invention, the handle parts being modeled on those of a laparoscopic instrument.
  • FIG. 1 a perspective view of a first exemplary embodiment with two tripods
  • FIG. 2 a schematic view according to FIG. 1,
  • FIG. 4 a schematic representation of a second exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration
  • FIG. 5 a schematic representation of a third exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration
  • 6 a perspective illustration of a fourth embodiment with only one tripod
  • FIGS. 7 and 8 a schematic illustration of a fifth embodiment with a bipod.
  • Figure 1 shows the basic structure of a particularly preferred embodiment of the input device according to the invention with a fixed frame 10 and a rod-shaped support element 30 movable relative thereto.
  • the frame 10 and the support element 30 are via six independent, adjustable in length and of the same design linear actuators 20 and 21 connected to each other.
  • the frame 10 has a lower and an upper frame ring 11 and 12. These are spaced apart from one another in parallel or congruently via three spacers 13 which are regularly and vertically arranged on them in the circumferential direction.
  • the frame rings 11 and 12 are each with the first ends of the three linear actuators 20 and 21 via only schematically illustrated articulations 41 and 40, of which only two are visible in Figure 1, in two rotational degrees of freedom, such as with ball or universal joints, pivotally connected. It can be seen that the three linkages 40 and the three linkages 41 on the frame rings 11 and 12 form two equilateral triangles which are pivoted relative to one another by 60 degrees.
  • the three linear actuators 20 form a first and the three linear actuators 21 form a second group of three, each in the form of a substantially tapered tripod with a regular base area, the two tripods being opposed to one another and regularly intertwined.
  • the linear ends of the linear actuators 20 and 21, respectively are divided into two at their lower ends by means of multiple articulations 51 and 50, respectively, with the lower end of an articulation element 33 and the lower end of a slide element 31 rotational degrees of freedom, such as with a ball or universal joint, pivotally connected.
  • the articulation element 33 is opposite the multiple articulation 51 or the second ends of the linear actuators 20 in its own axis direction or support element direction provided in a rotationally fixed manner, whereas at the lower end of the slide element 31 an additional rotary joint, not shown, is interposed, which enables the slide element 31 to rotate about its own axis or in the direction of the carrier element with respect to the multiple linkages 50 or the second ends of the linear actuators 21.
  • the swivel joint such as a slewing ring, is preferably structurally combined with the multiple linkage 50.
  • the carrier element 30 also has a guide element 32 which is guided in sections in the tubular slide element 31 in a rotationally fixed manner and is displaceable relative to the latter.
  • a handle rotary actuator or stepper motor 80 is arranged between the lower end of the guide element 32 and the upper end of the articulation element 33. This stepper motor 80 couples the guide element 32 and the slide element 31 to the articulation element 33 so as to be rotatable about the axis of the carrier element.
  • the slide element 31 and the section of the guide element 32 which is located outside the two tripods, form an extension projecting on one side from the area or section of the multiple linkages 50 and 51.
  • the extension penetrates the upper frame ring 11.
  • a first handle part 70 and at the upper end of the guide element 32 a second handle part 71 are fastened, which form a pair of movable handle parts.
  • Both grip parts have gripping openings laterally obstructed by the carrier element 30, the gripping opening of the first grip part 70 being provided for a thumb and the gripping opening of the second grip part 71 for the index and middle fingers of an operator's hand.
  • the multiple linkages 50 and 51 move away from one another. If this is done by pressing the first handle part 70 onto the second handle part 71 without the position and orientation of the second changing in the process, the guide element 32 is displaced to a certain extent by the positionally constant slide element 31 and causes a lengthwise and Change in orientation of the linear actuators 20. If the compression of the handle parts 70 and 71 occurs by pulling the hen the second to the stationary first, the slide element 31 is pulled up along the guide element with the multiple linkage 50, and as a result the length and orientation of the linear actuators 21 change accordingly.
  • the stepper motor 80 provides the rotatability of the two grip parts 70 and 71 about the axis of the carrier element. If both handle parts are rotated about this axis, the slide element 31 and the guide element 32 rotate both with respect to the multiple linkage 50 or the second ends of the linear actuators 21 and also with respect to the linkage element 33 and the multiple linkages 51 or the second ends of the linear actuators 20.
  • this embodiment with the six linear actuators 20 and 21 and the stepper motor 80 over six, i.e. has three translatory and three rotatory active degrees of freedom as well as one active translatory degree of freedom of actuation, the handle actuator being replaced by a combination of the linear actuators and therefore not being able to be represented separately.
  • FIG. 2 shows the first embodiment according to FIG. 1 schematically.
  • the common frame 10 is only hinted at. However, all six frame-side articulations 40 and 41 on the upper frame ring 11 and the lower frame ring 12 can be seen.
  • the two tripods of the linear actuators 20 and 21 are approximately in a symmetrical starting position, the carrier element 30 pointing vertically upwards.
  • the multiple links 50 and 51 are each assigned the second ends of the linear actuators 20 and 21 together.
  • the central axis of the carrier element and the axes of the linear actuators 20 and 21 ideally intersect there in a single point.
  • Each of the linear actuators 20 and 21 can be pivoted at the respective point in two rotational degrees of freedom. After all, is good It can be seen that the slide element 31 is displaceably guided in the guide element 32 and that both the slide element 31 and the guide element 32 protrude through the multiple linkage 50.
  • FIG. 3 also shows the first embodiment according to FIG. 1, but the tripods of the linear actuators 20 and 21 and the carrier element 30 are clearly deflected relative to the position in FIG. 2. It can be seen that the linear actuators 20 have very different lengths, and that the second multiple linkage 51 is located outside the tripod volume of the linear actuators 21.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration, wherein it can be seen that the area of the carrier element 30 between the two multiple linkages 50 and 51 is arranged outside of both tripods. However, the orientation of the two tripods is the same as in the first embodiment; facing each other.
  • FIG. 5 shows a third exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration, wherein it can be seen that the area of the carrier element 30 between the two multiple linkages 50 and 51 is in turn arranged outside both tripods.
  • the two tripods are oriented the same this time; the tips of the tripods point upwards.
  • FIG. 6 shows the basic structure of a fourth advantageous exemplary embodiment of the input device according to the invention, again with a fixed frame 10 and a rod-shaped carrier element 30 movable relative thereto.
  • the frame 10 and the carrier element 30 are only of three independent, adjustable in length and of the same type executed linear actuators 21 connected to each other.
  • the frame 10 is designed as a triangular plate in this embodiment.
  • the lower ends of the linear actuators 20 can be pivoted in three rotational degrees of freedom via three articulations 40, which are only shown schematically connected to the frame 10.
  • the articulations 40 define an equilateral triangle.
  • the three linear actuators 21 form a group of three in the form of an essentially tapered tripod with a regular base area.
  • the upper end of the linear actuators 21 is pivotally connected to the lower end of a slide element 31 of the carrier element 30 in each case in two rotational degrees of freedom via a multiple linkage 50 (not shown).
  • a rotary joint (not shown) is additionally interposed at the lower end of the slide element 31, which enables the slide element 31 to rotate about its own axis with respect to the multiple linkage 50 or the upper ends of the linear actuators 21.
  • the carrier element 30 has a guide element 32 which is guided in sections in the tubular slide element 31 in a rotationally fixed manner and is displaceable relative to the latter.
  • the carrier element additionally has an intermediate element 34, a handle actuator 90 having a translational degree of freedom in the axis of the carrier element being connected between the lower end of the guide element 32 and the upper end of the intermediate element 34.
  • the handle actuator 90 itself can be designed like a linear actuator, whereby this changes or detects the total length of the carrier element 30 between the guide part 32 and the intermediate part 34.
  • a stepper motor 80 is switched on between the lower end of the intermediate element 34 and the upper end of an articulation element 33.
  • the lower end of the articulation element 33 is connected via a further (frame-side) articulation 60 of the support element directly to the frame 10 in two rotational degrees of freedom.
  • the articulation element 33 is in turn provided in a rotationally fixed manner relative to the frame 10.
  • the articulation 60 is arranged in the centroid of the equilateral triangle of the articulations 40.
  • the slide element 31 and the section of the guide element 32 which is located outside the tripod, form one side of the area or section of the multiple linkage 50 and the linkage 60.
  • handle parts 70 and 71 are arranged in the same way, the rotational movement of which, together with the slide element 31 and the guide element 32, is designed in relation to the articulation element 33 and the multiple articulation 50 or the upper ends of the linear actuators 21 as in FIG.
  • the slide element 31 moves downward along the guide element 32 and the distance between the The multiple linkage 50 and the linkage 60 are reduced, the length of the handle actuator 90 and that of the linear actuators 21 being shortened accordingly.
  • the orientation of the linear actuators 21 also changes here.
  • the opening takes place by pulling up the first handle part 70 relative to the second handle part 71 without the spatial position and orientation of the second and the slide element 31 changing, only the guide element is pulled upwards, the distance between the multiple linkage 50 and the Linkage 60 and the lengths and orientations of the linear actuators 21, however, remain constant and only the total length of the guide element 32 is lengthened by the handle actuator 90.
  • the handle parts 70 and 71 are opened by an absolute movement of both handle parts, then in the first case all three linear actuators 21 are changed in length and orientation and the handle actuator 90 is changed in length. If both handle parts 70 and 71, with or without their actuation, are moved together in space, the orientation of the carrier element 30 together with the handle actuator 90 also changes.
  • the handle actuator 90 can therefore also be referred to as the fourth leg of the input device.
  • the rotatability is provided via a handle rotary actuator 80, the handle actuator 90 and the intermediate element 34 being coupled to the rotary movement.
  • the order of the handle actuator and handle rotary actuator along the support element could also be exchanged.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 1 has the three linear actuators 21, the handle rotary actuator or stepper motor 80 and the handle actuator 90 over three, ie over one translatory and two rotational active degrees of freedom as well as over one active translational degree of freedom of actuation.
  • the actuators of the input devices shown in FIGS. 1 and 6 can be connected to a computer (not shown) and, moreover, optionally with a motorized tool.
  • FIGS. 7 and 8 show a fifth embodiment of an input device with a bipod.
  • a frame 10 has an upper frame ring 11, on which two frame-side articulations 40 are provided.
  • a first multiple linkage 50 and a further (frame-side) linkage 60 are provided on a carrier element 30.
  • the frame 10 and the support element 30 are movably connected to one another via two force-sensitive linear actuators 21, the linear actuators being switched on between the articulations 40 and the multiple articulation 50, forming a bipod.
  • An additional force-sensitive linear actuator 21 ′ is arranged on the linkage 40 and takes over the function of the third linear actuator in the fourth exemplary embodiment.
  • Frame upper frame ring lower frame ring spacer linear actuator of the first tripod linear actuator of the second tripod support element slide element guide element articulation element intermediate element frame-side linkage to the second tripod frame-side linkage to the first tripod first multiple linkage on the support element second multiple linkage on the support element further handle part of the handle element first handle part of the handle element first handle part first linkage part Stepper motor handle actuator

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Abstract

Input device comprises a frame (10) and support element (30) that is moved relative to the frame using linear force-sensitive actuators (20, 21). The support element has first (70) and second (71) grip members that can be moved relative to each other. At least one of the grip members has a force-sensitive grip actuator. In an alternative embodiment six linear actuators form two interlaced tripods, the tips of which are articulated to the support element and are mobile relative to each other in the direction of the support element such that the grip actuator is not required. Advantageously a further degree of rotational freedom is provided by means of a stepper motor (80).

Description

Eingabegerät nach parallelkinematischem Prinzip und mit haptischer Input device based on the parallel kinematic principle and with haptic
Rückkopplungfeedback
B e s c h r e i b u n gDescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingabegerät nach parallelkinematischem Prinzip und mit haptischer Rückkopplung für einen Rechner, insbesondere zur medizinischen Teleoperation mit Instrumenten, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an input device based on the parallel kinematic principle and with haptic feedback for a computer, in particular for medical teleoperation with instruments, according to the preamble of claim 1.
Derartige Eingabegeräte werden bevorzugt für diffizile Manipulationen an Gegenständen benötigt, die eine Person an diesen nicht unmittelbar selbst mittels Handkraft, sondern remotiv über eine Hilfsmaschine bzw. einen Roboter mit Gefühl vornehmen soll. Zumeist sind dies komplexe Tätigkeiten, die ein flexibles, manuelles Eingreifen der Bedienperson erfordern und bei denen eine ausschließlich visuelle Kontrolle der Roboteraktivität nicht ausreichend ist. Hierzu erhält die vom Arbeitsort üblicherweise örtlich getrennte Bedienperson über eine haptische Rückkopplung des Eingabegeräts wichtige, vom visuellen Sinneskanal unabhängige Zusatzinformationen. Durch den haptischen Sinneskanal, der sowohl taktile als auch kinästhetische Eindrücke vermittelt, werden für die Bedienperson z.B. die Position, die Orientierung, das Gewicht und die Trägheit des Roboters und eines evtl. aufgesetzten Werkzeuges greif- bzw. fühlbar gemacht. Außerdem kann die bedienende Person Informationen über den zu manipulierenden Gegenstand selbst erhalten, wie z.B. dessen Größe, Form, Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit. Die Bedienperson kann somit mit Hilfe des Roboters und des Eingabegeräts die Arbeitsumgebung vollständig ertasten und die Wirkung ihres entfernten Tuns fühlen - mit oder ohne zusätzlich visueller Kontrolle. Typische Anwendungsbereiche für eine derartige Telenavigation bzw. -Operation sind Arbeiten in lebensfeindlichen Umgebungen wie z.B. in Kernkraftwerken, unter Wasser oder im Weltraum. Steuerung von Baumaschinen, Entschärfung von Bomben sowie insbesondere die Telechirurgie sind weitere Anwendungsbeispiele bei denen die haptische Rückkopplung eines (Fern-)Ein- gabegerätes erwünscht oder sogar unbedingt erforderlich ist. Solche Eingabegeräte können aber auch für die computerunterstütze Simulation oben beschriebener Manipulationen an Gegenständen oder menschlichen Körpern verwendet werden, wie z.B. zu Versuchs-, Lehr- und Trainingszwecken,. Dabei ist sowohl das manipulierende Werkzeug, evtl. ohne Roboter, als auch das zu bearbeitende Objekt lediglich virtuell in einem Computer bzw. auf dessen Bildschirm vorhanden. Im einfachsten Fall kann dies ein Mauszeiger oder ein dargestellter Finger auf einer grafischen Benutzeroberfläche mit Druckknöpfen sein.Such input devices are preferably required for difficult manipulations of objects that a person should not perform on them directly by hand, but remotely using an auxiliary machine or a robot with feeling. These are usually complex activities that require flexible, manual intervention by the operator and for which an exclusively visual control of robot activity is not sufficient. For this purpose, the operator, who is usually physically separate from the place of work, receives important additional information that is independent of the visual sensory channel via haptic feedback of the input device. The haptic sensory channel, which conveys both tactile and kinesthetic impressions, makes the position, orientation, weight and inertia of the robot and any tool attached, for example, tangible or palpable for the operator. In addition, the operator can receive information about the object to be manipulated, such as its size, shape, strength and surface quality. With the help of the robot and the input device, the operator can feel the working environment completely and feel the effect of their distant action - with or without additional visual control. Typical areas of application for such a telenavigation or operation are work in hostile environments such as in nuclear power plants, under water or in space. Control of construction machines, defusing bombs and, in particular, telesurgery are further application examples in which the haptic feedback of a (remote) input device is desired or even absolutely necessary. However, such input devices can also be used for the computer-aided simulation of manipulations on objects or human bodies described above, for example for experimental, teaching and training purposes. Both the manipulating tool, possibly without a robot, and the object to be processed are only available virtually in a computer or on its screen. In the simplest case, this can be a mouse pointer or a displayed finger on a graphical user interface with push buttons.
Selbstverständlich können derartige Eingabegeräte auch in Kombinationen aus realer und virtueller Manipulation bzw. haptischer Rückkopplung eingesetzt werden.Of course, such input devices can also be used in combinations of real and virtual manipulation or haptic feedback.
Es sind bereits Eingabegeräte mit haptischer Rückkopplung für Rechner bekannt. So ist in „A High-Bandwidth Force-Controlled Haptic Interface", C. D. Lee, D. A. Lawrence, L. Y. Pao., Proc. ASME Dynamic Systems and Control Division, DSC- Vol. 69-2, ff. 1299-1308, Orlando, FL, Nov. 2000, (s.a. http://web.archive.org/ 2001*/http://osl-www.colorado.edu/Research/haptic/hapticlnterface.shtml) ein derartiges Eingabegerät mit parallelkinematischem Prinzip beschrieben. Das an der Universität von Colorado entwickelte Gerät weist fünf Linearaktuatoren mit jeweils einem stabförmigen Zug-/Schubelement auf. Die Linearaktuatoren bzw. deren Zug-/Schubstangen bilden im Wesentlichen ein Zwei- und ein Dreibein, deren fußseitige Enden einzeln an einem gemeinsamen Gestell beweglich angelenkt sind und deren spitzseitige Enden jeweils über Vielfachanlenkungen mit einem ebenfalls stabförmigen Trägerelement beweglich gekoppelt sind. Ferner ist auf dem Trägerelement ein stiftähnlicher Griff angeordnet. Insgesamt stehen bei diesem Eingabegerät fünf mechanische Freiheitsgrade mit haptischem Feedback sowie zwei, an dem Griff angeordnete Ein-/Austasten zur Verfügung, wobei Aktuatoren und Tasten mit einem Computer verbunden sind. Ein wesentlicher Nachteil dieses Gerätes besteht darin, dass zur Betätigung in dessen grazile Struktur aus den fünf Linearaktuatoren und dem Griff eingegriffen werden muss, wobei u.U. die Hand oder der Unterarm der Bedienperson mit den Aktuatoren kollidiert. Dies kann unerwünschte Steuereffekte hervorrufen, zur Beschädigung des Geräts oder sogar zu Verletzungen am Unterarm führen. Zudem stehen lediglich fünf aktive Freiheitsgrade zur Verfügung und die Tasten am Griff des Trägerelements erlauben nur die Eingabe boolescher Informationen.Input devices with haptic feedback for computers are already known. Thus, in "A High-Bandwidth Force-Controlled Haptic Interface", CD Lee, DA Lawrence, LY Pao., Proc. ASME Dynamic Systems and Control Division, DSC-Vol. 69-2, ff. 1299-1308, Orlando, FL, Nov. 2000, (see also http://web.archive.org/ 2001 * / http: //osl-www.colorado.edu/Research/haptic/hapticlnterface.shtml) described such an input device with a parallel kinematic principle The device developed at the University of Colorado has five linear actuators, each with a rod-shaped pull / push element. The linear actuators or their pull / push rods essentially form a bipod and a tripod, the foot-side ends of which are individually articulated on a common frame The ends of the tips are movably coupled to a likewise rod-shaped carrier element by means of multiple articulations. Furthermore, a pen-like handle is arranged on the carrier element. In total, there are five mechanical degrees of freedom with haptisc in this input device Hem feedback and two on / off buttons arranged on the handle are available, whereby actuators and buttons are connected to a computer. A major disadvantage of this device is that the delicate structure of the five linear actuators and the handle must be used to actuate it, and the operator's hand or forearm may collide with the actuators. This can cause undesirable control effects, damage to the device or even injuries to the forearm. Also stand only five active degrees of freedom are available and the buttons on the handle of the carrier element only allow the entry of Boolean information.
Bekannt ist zudem eine in den 90er Jahren am Lehrstuhl für Ergonomie der Technischen Universität München ständig weiterentwickelte Vorrichtung mit der Kurzbezeichnung „Spinne". Diese ist u.a. in der Dissertation „Das Aktive Stellteil - ein ergonomisches Bedienkonzept", Bolte Uwe, 1991 , beschrieben (s.a. http:// web.archive.org/web/2001*/http://www.ergonomie.tum.de/~rausch/Spinne/spider. htm). Die mit einer Rechnereinheit verbundene Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem parallelkinematischen, sechsachsigen Antrieb und einem Bedienknauf. Dabei umfasst der Antrieb sechs von Schrittmotoren angetriebene Spindeln, die paarweise angeordnet die Form eines Dreibeins bilden, wobei jeweils ein Bein aus zwei zueinander annähernd parallel geführten Spindeln besteht. An der Spitze des Dreibeines befindet sich der Bedienknauf, der mit den Spindel über eine dreieckige Platte gekoppelt ist. Die Vorrichtung verfügt über eine Kraftrückübertragungsmöglichkeit in sechs Freiheitsgraden, wobei der Bedienknauf selbst passiv ist. Aufgrund der trägen und grobmotorischen Funktionsweise eignet sich die Vorrichtung nicht für diffizile Manipulationen, wie sie z.B. zur Handhabung bzw. zur Femsteuerung von chirurgischen Instrumenten erforderlich sind. Zudem ist der Aktionsbereich der Vorrichtung sehr eingeschränkt, so dass ein größerer Bereich nur mit Hilfe entsprechender Abbildungsmaßstäbe größer eins bearbeitet werden kann. Zusätzliche Werkzeugfunktionen mit entsprechender haptischer Rückkopplung stehen neben der bloßen Navigation eines angeschlossenen Roboters bei dieser Vorrichtung nicht zur Verfügung.Also known is a device in the 1990s at the Chair of Ergonomics at the Technical University of Munich with the short name "Spider". This is described in the dissertation "The Active Actuator - An Ergonomic Operating Concept", Bolte Uwe, 1991 (see also http: // web.archive.org/web/2001*/http://www.ergonomie.tum.de/~rausch/Spinne/spider.htm). The device connected to a computer unit essentially consists of a parallel-kinematic, six-axis drive and an operating knob. The drive comprises six spindles driven by stepper motors which, when arranged in pairs, form the shape of a tripod, one leg each consisting of two spindles guided approximately parallel to one another. At the top of the tripod is the control knob, which is coupled to the spindle via a triangular plate. The device has a power transmission option in six degrees of freedom, the control knob itself being passive. Due to the sluggish and gross motor function, the device is not suitable for difficult manipulations, e.g. for handling or remote control of surgical instruments are required. In addition, the range of action of the device is very limited, so that a larger area can only be processed with the aid of corresponding imaging scales greater than one. In addition to the mere navigation of a connected robot, additional tool functions with corresponding haptic feedback are not available with this device.
Schließlich ist aus der US-PS 5,731,804 und der US-PS 5,805,140 (s.a. http:// web.archive.org/web/2001*/http://www.immersion.com/products/custom/laproimp ulse.shtml#) ein Eingabegerät mit fünf Freiheitsgraden und haptischer Rückkopplung für medizinische Operationszwecke bekannt, bei dem ein Griffpaar eines iaparoskopischen Instruments integriert ist. Bei diesem Gerät werden zwei rotatorische Freiheitsgrade über eine zweiachsige, kardanische Aufhängung zur Verfügung gestellt. Senkrecht zu den Rotationsachsen und in dessen Schnittpunkt wird ein linearer Freiheitsgrad mit einem verschieblichen Trägerelement seriell bereitgestellt. Um dessen Verschiebeachse, in welcher der Schaft des laparoskopischen Instrumentes implementiert ist, besteht eine zusätzliche Rotationsmöglichkeit. Die Beweglichkeit des Griffpaares bildet den fünften Freiheitsgrad. Nachteilig an diesem Eingabegerät ist der aufwendige und im Wesentlichen serielle Aufbau der Kinematik mit den fachbekannten Schwachstellen. Zudem sind lediglich für die kardanische Aufhängung und für die Verschiebeachse entsprechende Force-Feedback-Funktionen vorgesehen. Der in der praktischen Ausführung auf wenige Grad eingeschränkte Schwenkbereich lässt eine realitätsnahe Laparoskopie nur in unbefriedigendem Maße zu.Finally, US Pat. No. 5,731,804 and US Pat. No. 5,805,140 (see also http: // web.archive.org/web/2001*/http://www.immersion.com/products/custom/laproimp ulse.shtml # ) An input device with five degrees of freedom and haptic feedback for medical surgical purposes is known, in which a pair of handles of an iaparoscopic instrument is integrated. With this device, two rotational degrees of freedom are made available via a two-axis, cardanic suspension. A linear degree of freedom with a movable carrier element is perpendicular to the axes of rotation and at its intersection provided serially. There is an additional rotation option around the axis of displacement in which the shaft of the laparoscopic instrument is implemented. The mobility of the pair of handles forms the fifth degree of freedom. A disadvantage of this input device is the complex and essentially serial structure of the kinematics with the weak points known in the art. In addition, corresponding force feedback functions are only intended for the gimbal suspension and for the displacement axis. The swivel range, which is limited to a few degrees in the practical version, only allows unsatisfactory degree of realistic laparoscopy.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein parallelkinematisches Eingabegerät mit haptischer Rückkopplung zu schaffen, das eine aktive Betätigungsfunktion für ein reales oder virtuelles Werkzeug zur Verfügung stellt und ein intuitives, realitätsgetreues Manipulieren in einfacher Weise für viele Anwendungszwecke erlaubt.Based on this prior art, the invention has for its object to provide a parallel kinematic input device with haptic feedback, which provides an active actuation function for a real or virtual tool and allows intuitive, realistic manipulation in a simple manner for many applications.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Eingabegerät oben genannter Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den entsprechend rückbezogenen Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved according to the invention by an input device of the type mentioned above with the characterizing features of claim 1. Advantageous further developments are characterized in the corresponding subordinate claims.
Demgemäß weist das Trägerelement ein weiteres Griffteil auf, das relativ zum ersten Griffteil beweglich ist. Zudem sind die zueinander beweglichen Griffteile über einen vorzugsweise mit dem Rechner verbundenen, kraftsensitiven Griffaktuator gekoppelt. Im Gegensatz zu den bekannten einteiligen Griffen, wie stiftähnliche Griffel oder Knaufe, können mit einem zweiten Griffteil, das mit dem ersten ein korrespondierendes Griffteilpaar bildet, beliebige Griffe nachgebildet werden. Vorzugsweise sind dies Griffe von handbetätigten Werkzeugen und Instrumenten, wie beispielsweise Scheren, Zangen, Zwingen, Spritzen oder jeglichem anderen Werkzeugen bzw. Instrumenten mit vergleichbaren, für Hände oder Finger bestimmten Griffflächen. Auch einfache Tasten, Schieber oder Hebel, bei denen weniger der Greif-, sondern vielmehr ein Betätigungszweck im Vordergrund steht, wie beispielsweise bei einer Bohrmaschine, sind denkbar. Bei dem erfindungsgemäßen Griffteilpaar ist von Vorteil, dass sich die Bedienperson nun nicht mehr auf unergonomische Bedienelemente oder ungewohnte Griffe einstellen muss. Auf eine an entsprechenden Werkzeugen mühsam erworbene Fertigkeit kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Umstellung weiterhin zurückgegriffen werden. Insbesondere Chirurgen, welche sich in einem jahrelangen und ständig anhaltenden Training die Handgriffe für das präzise Bedienen des medizinischen Instrumentariums aneignen müssen, profitieren von der beschriebenen Lösung mit zwei Griffteilen. Nahezu jedes handbetätigte Werkzeug, für das zum Betätigung mindestens ein Gelenk vorgesehen ist, kann mit zwei zueinander beweglichen Griffteilen entsprechend nachgebildet werden. Die Betätigungsrichtung der Griffteile ist dabei vorzugsweise parallel zur Längsausdehnung des Trägerelements ausgerichtet, kann aber auch senkrecht oder in jedem anderen Winkel dazu stehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, Werkzeuge nachzubilden, die keinen eigenen Betätigungsmechanismus aufweisen wie z.B. ein Schraubendreher oder ein Skalpell. Ebenso ist dies auch für Werkzeuge oder Maschinen möglich, die nicht unmittelbar von Hand betätigt werden.Accordingly, the carrier element has a further grip part which is movable relative to the first grip part. In addition, the mutually movable handle parts are coupled via a force-sensitive handle actuator, which is preferably connected to the computer. In contrast to the known one-piece handles, such as pen-like styluses or knobs, any handles can be simulated with a second handle part, which forms a corresponding pair of handle parts with the first. These are preferably handles of hand-operated tools and instruments, such as, for example, scissors, pliers, clamps, syringes or any other tools or instruments with comparable gripping surfaces intended for hands or fingers. Simple buttons, sliders or levers, in which the focus is less on the gripping purpose and more on an actuation purpose, such as, for example, in a drilling machine, are also conceivable. In which The pair of handle parts according to the invention is advantageous in that the operator no longer has to adjust to unergonomic control elements or unusual handles. The device according to the invention can be used without any change to a skill that has been painstakingly acquired on appropriate tools. Surgeons in particular, who have to learn the handles for the precise operation of the medical instruments in years of continuous training, benefit from the described solution with two handle parts. Almost every hand-operated tool, for which at least one joint is provided for actuation, can be simulated accordingly with two handle parts that can be moved relative to one another. The direction of actuation of the handle parts is preferably aligned parallel to the longitudinal extent of the carrier element, but can also be perpendicular or at any other angle to it. Of course, it is also possible to emulate tools that do not have their own actuation mechanism, such as a screwdriver or a scalpel. This is also possible for tools or machines that are not directly operated by hand.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Eingabegeräts ist, dass die zueinander beweglichen Griffteile mittels einem zwischengeschalteten, kraftsensitiven Griffaktuator ebenfalls über eine haptische Rückkopplung verfügen. Als Griffaktuatoren können bekannte Antriebe, wie z.B. elektromagnetische Linear- oder Schrittmotoren eingesetzt werden. Auch pneumatische oder hydraulische Antriebe sind hierfür denkbar. Es versteht sich von selbst, dass die Stellung derartiger Aktuatoren durch entsprechende Ansteuerung beliebig veränder- bzw. positionierbar oder in sonstiger Weise einstellbar ist. Als kraftsensitive Aktuatoren verfügen diese über eine zusätzliche Sensorik, mit der eine entgegenwirkende Last, wie z.B. Gegenkraft, bewegte Masse und/oder Reibung, ermittelt werden kann. Mit Hilfe einer mit dem Griffaktuator verbundenen Rechnereinheit kann beispielsweise beim Aufeinanderzubewegen der Griffteile der dem Werkzeug vom bearbeiteten Gegenstand entgegengebrachte Widerstand, der sich während dieser Ausführung der Werkzeugfunktion ergibt, der Hand bzw. den Fingern adäquat rückgemeldet werden. Für andere Bewegungsarten wie Auseinanderbewegen, Verschwenken oder Verdrehen der Griffteile gilt dies entsprechend. Selbstverständlich ist es auch möglich, den realen oder virtuellen Gegenstand lediglich abzutasten, ohne ihn dabei zu bearbeiten. Der verwendete Griffaktuator kann dabei beliebige Freiheitsgrade aufweisen, vorzugsweise den oder die gleichen wie die Griffteile selbst. Von Vorteil ist, wenn der Griffaktuator mindestens eines der Griffteile mit entsprechenden Gelenken gleichzeitig trägt und/oder führt. Dabei kann der Griffaktuator auf oder an dem Trägerelement und teilweise an den Griffteilen oder nur an den Griffteilen befestigt sein. Das im Stand der Technik für Bearbeitungsmaschinen oftmals eingesetzte parallelkinematische Aufbauprinzip mit mehreren, vorzugsweise identischen Linearaktuatoren, ist für Eingabegeräte bzw. für Ein-/Ausgabegeräte im Allgemeinen wenig bekannt. Dennoch lassen sich auch bei diesen Vorrichtungen gegenüber solchen mit seriellen Kinematiken vergleichbare Vorteile, wie z.B. geringerer Bauteile- und Wartungsbedarf, höhere Präzision und Dynamik sowie einfachere Ansteuerung erzielen. Die verwendeten längenveränderlichen Linearaktuatoren können vorzugsweise elektromagnetische Lineardirektantriebe, aber auch pneumatische oder hydraulische Lineardirektantriebe sein. Ferner sind beispielsweise Spindel- und Zahnstangenantriebe denkbar, wobei lediglich der Abstand der Anlenkungen variabel und die Spindel bzw. die Zahnstange an sich längenkonstant ist. Als kraftsensitive Aktuatoren lassen auch diese Antriebe eine Regelung von Auslenkung und entgegenwirkender Last zu. Die Linearaktuatoren des erfindungsgemäßen Eingabegeräts sind in üblicher Weise mittels Anlenkungen, wie Kardan-, Kugelkopf- oder Kugelschalengelenk oder einem hierzu alternativen Gelenk, sowohl mit dem Gestell als auch mit dem Trägerelement jeweils in zwei rotatorischen Freiheitsgraden bzw. schwenkbeweglich verbunden, wobei die Linearaktuatoren bzw. deren Aktoren und Statoren zusammen ein Dreibein bilden. Mehrere einzelnen Anlenkungen an einer Stelle oder an einem engen Bereich, wie dies zwischen dem Trägerelement und der Spitze des durch die Linearaktuatoren gebildeten Dreibeins der Fall ist, werden als eine Vielfach- anlenkung bezeichnet. Selbstverständlich ist es dem Fachmann auch möglich mehrere solcher Anlenkungen auch tatsächlich konstruktiv zu kombinieren, wodurch sich wiederum Genauigkeits- und Berechnungsvorteile ergeben. Das Gestell selbst kann mehrebenig ausgeführt sein oder beispielsweise eine einfach Halterung oder eine ebene Befestigungsplatte sein. Das Trägerelement an sich ist vorzugsweise als gerader Stab, z.B. als Rohr oder Vierkantprofil, ausgeführt. Ferner ist es möglich, das Trägerelement bogenförmig auszuführen.Another significant advantage of the input device according to the invention is that the handle parts that are movable relative to one another also have haptic feedback by means of an intermediate, force-sensitive handle actuator. Known drives, such as electromagnetic linear or stepper motors, can be used as handle actuators. Pneumatic or hydraulic drives are also conceivable for this. It goes without saying that the position of such actuators can be changed or positioned as desired or adjusted in any other way by appropriate control. As force-sensitive actuators, they have an additional sensor system with which a counteracting load, such as counterforce, moving mass and / or friction, can be determined. With the aid of a computer unit connected to the handle actuator, the hand or fingers can be adequately reported, for example, when the handle parts are moved towards one another, the resistance to the tool from the machined object that arises during this execution of the tool function. This applies to other types of movement such as moving apart, pivoting or twisting the handle parts corresponding. Of course, it is also possible to simply scan the real or virtual object without processing it. The handle actuator used can have any degree of freedom, preferably the same or the same as the handle parts themselves. It is advantageous if the handle actuator carries and / or guides at least one of the handle parts with corresponding joints at the same time. The handle actuator can be attached to or on the carrier element and partially on the handle parts or only on the handle parts. The parallel kinematic construction principle with several, preferably identical linear actuators, which is often used in the prior art for processing machines, is generally little known for input devices or for input / output devices. Nevertheless, these devices can also achieve advantages comparable to those with serial kinematics, such as, for example, lower component and maintenance requirements, higher precision and dynamics, and easier control. The variable-length linear actuators used can preferably be electromagnetic linear direct drives, but also pneumatic or hydraulic linear direct drives. Furthermore, for example, spindle and rack and pinion drives are conceivable, with only the distance between the articulations being variable and the spindle or the rack in itself being constant in length. As force-sensitive actuators, these drives also allow regulation of deflection and counteracting load. The linear actuators of the input device according to the invention are connected in a conventional manner by means of articulations, such as a cardan, spherical head or spherical shell joint or an alternative joint to this, both to the frame and to the carrier element in each case in two rotational degrees of freedom or pivotably, the linear actuators or whose actuators and stators together form a tripod. Several individual articulations at one point or in a narrow area, as is the case between the carrier element and the tip of the tripod formed by the linear actuators, are referred to as a multiple articulation. Of course, it is also possible for the person skilled in the art to actually constructively combine a plurality of such articulations, which in turn results in advantages in terms of accuracy and calculation. The frame itself can be multi-level or, for example, a simple holder or a flat mounting plate. The support element itself is preferably carried out as a straight rod, for example as a tube or square profile. Furthermore, it is possible to design the carrier element in an arc shape.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Patentanspruch 2 sind an dem Gestell neben den drei bereits vorhandenen drei weitere Anlenkungen vorgesehen. Zudem ist die weitere Anlenkung des Trägerelements als eine zweite Vielfachanlenkung mit drei einzelnen oder zusammengefassten Anlenkungen ausgebildet. Wesentlich dabei ist, dass zusätzlich drei weitere kraftsensitive Linearaktuatoren vorgesehen sind, die jeweils an der zweiten Vielfachanlenkung des Trägerelements und an den drei weiteren Anlenkungen des Gestells angreifen. Die drei Linearaktuatoren bzw. deren Aktoren und Statoren bilden dabei im Wesentlichen ein zweites Dreibein. Ferner ist die erste Vielfachanlenkung relativ zur zweiten Vielfachanlenkung beweglich. Das bedeutet, dass die beiden Spitzen der Dreibeine ebenfalls zueinander beweglich sind, wohingegen die sechs gestellseitigen Anlenkungen bzw. die Füße der Dreibeine zueinander ortskonstant bleiben. Erfindungswesentlich ist außerdem, dass die sechs Linearaktuatoren bzw. die beiden Dreibein im Funktionszusammenhang den Griffaktuator bilden und die beiden Griffteile je einem der Dreibeine konstruktiv zugeordnet ist. Wie im Stand der Technik bekannt sind hierbei die Orte der sechs gestellseitigen Anlenkungen zueinander konstant. Die Vielfachanlenkungen am Trägerelement und die an diese gekoppelte Linearaktuatoren des einen Dreibeins sind jedoch gegenüber denen des anderen Dreibeins beweglich. Es genügt hierbei beispielsweise, wenn die Vielfachanlenkungen des einen Dreibeins in Achsrichtung desTrägerelements verschieblich angeordnet sind. Dies kann über ein längenvariables Trägerelement, wie eine z.B. Zylinder/Kolben-Kombination, oder über ein längskonstantes Trägerelement mit einem daran geführten Schieber sein. Das Trägerelement kann somit im Wesentlichen aus zwei zueinander beweglichen Teilen bestehen, wobei jedem Teil des Trägerelements ein Griffteil und die Vielfachanlenkung eines Dreibeins zugeordnet bzw. daran befestigt sind. Dabei ist zum einem vorteilhaft, dass der Freiheitsgrad des mehrteiligen Trägerelements für die zu bewegenden Griffteile als Griffgelenk verwendet werden kann. Der Griffaktuator muss die Griffteile nicht mehr führen und kann entsprechend einfacher ausgeführt werden. Als besonderer Vorteil erweist sich zum anderen, dass die in zwei Dreibeine aufgeteilten Linearaktuatoren den Griffaktuator gänzlich ersetzen können. Hierfür stehen mit sechs Linearaktuatoren ausreichend Freiheitsgrade zur Verfügung. Bei zueinander ortsfesten Vielfachanlenkungen des Trägerelements sind zur mathematischen Definiertheit der Stellung/Last des Eingabegeräts bekanntlich nur fünf Freiheitsgrade erforderlich. Die fehlende Information für die Griffstellung/-Iast wird aus der Stellung/Last des sechsten Linearaktuators gewonnen. Bleibt die Griffstellung/-Iast während der Bedienung konstant, so wirkt sich der sechste Linearaktuator aufgrund der mathematischen Überbestimmung positiv auf die Präzision und Zuverlässigkeit aus. Zudem wird in diesem Fall die Stabilität und die Ausfallsicherheit des erfindungsgemäßen Eingabegeräts erhöht.According to a particularly preferred embodiment according to claim 2, three further articulations are provided on the frame in addition to the three already present. In addition, the further articulation of the carrier element is designed as a second multiple articulation with three individual or combined articulations. It is essential that three additional force-sensitive linear actuators are provided, each of which acts on the second multiple linkage of the support element and on the three further linkages of the frame. The three linear actuators or their actuators and stators essentially form a second tripod. Furthermore, the first multiple linkage is movable relative to the second multiple linkage. This means that the two tips of the tripods can also be moved relative to one another, whereas the six articulations on the frame or the feet of the tripods remain stationary with respect to one another. It is also essential to the invention that the six linear actuators or the two tripods functionally form the handle actuator and the two handle parts are each structurally assigned to one of the tripods. As is known in the prior art, the locations of the six articulations on the frame are constant with respect to one another. However, the multiple linkages on the carrier element and the linear actuators of one tripod coupled to them are movable relative to those of the other tripod. It is sufficient here, for example, if the multiple linkages of the one tripod are arranged to be displaceable in the axial direction of the carrier element. This can be via a variable-length carrier element, such as a cylinder / piston combination, for example, or via a longitudinally constant carrier element with a slide guided thereon. The carrier element can thus essentially consist of two parts that are movable relative to one another, with each part of the carrier element being assigned or attached to a handle part and the multiple linkage of a tripod. It is advantageous on the one hand that the degree of freedom of the multi-part carrier element can be used as a handle joint for the handle parts to be moved. The handle actuator no longer has to guide the handle parts and can therefore be carried out more easily. A particular advantage is the another that the linear actuators, which are divided into two tripods, can completely replace the handle actuator. Sufficient degrees of freedom are available with six linear actuators. In the case of multiple articulations of the support element which are stationary relative to one another, only five degrees of freedom are known to be required for the mathematical definition of the position / load of the input device. The missing information for the handle position / load is obtained from the position / load of the sixth linear actuator. If the handle position / load remains constant during operation, the sixth linear actuator has a positive effect on the precision and reliability due to the mathematical over-determination. In addition, the stability and reliability of the input device according to the invention are increased in this case.
Grundsätzlich ist anzumerken, dass sich die mathematischen Berechnungen bei der Ansteuerung bzw. Auswertung der Stellung/Last besonders einfach gestalten, wenn jeweils drei der Linearaktuatoren ein ideales Dreibein bilden, an deren Spitzen das Trägerelement angelenkt ist. Treffen sich in den Spitzen die Achsen der Linearaktuatoren zumindest fiktiv in einem einzigen Schnittpunkt und liegt dieser Schnittpunkt in der Achse des Trägerelements, kann mit trivialen Bere- chungsmethoden verfahren werden. Unter entsprechender mathematischer Berücksichtigung können die Linearaktuatoren der Dreibeine aber auch windschief aufeinander zulaufen, z.B. wenn die Anlenkungen am Trägerelement wie im Stand der Technik nebeneinander angeordnet sind oder sich die Rotationsachsen einer Anlenkung nicht schneiden. Bei konstruktiver Zusammenfassung mehrerer Anlenkungen im Konvergenzbereich der Dreibeine zu können in vorteilhafter Weise Gelenkspiele verringert und zudem Kosten eingespart werden.Basically, it should be noted that the mathematical calculations for controlling or evaluating the position / load are particularly simple if three of the linear actuators form an ideal tripod, at the tips of which the carrier element is articulated. If the axes of the linear actuators meet at least fictitiously in a single intersection and this intersection lies in the axis of the carrier element, trivial calculation methods can be used. With appropriate mathematical consideration, the linear actuators of the tripods can also run towards each other, e.g. if the linkages on the carrier element are arranged next to one another as in the prior art or the axes of rotation of a linkage do not intersect. With a constructive combination of several articulations in the convergence area of the tripods, it is possible to advantageously reduce joint play and also to save costs.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Struktur der erfindungsgemäßen Eingabegeräts, bestehend aus Gestell, Linearaktuatoren und Trägerelement, je nach Gegebenheiten am Installationsort variabel konfiguriert werden kann. So ist es möglich, den sich zwischen den beiden Vielfachanlenkungen befindlichen Abschnitt des Trägerelements außerhalb beider Dreibeine, außerhalb des einen und innerhalb des anderen Dreibeins, oder innerhalb beider Dreibeine anzuordnen. Zu Versuchszwecken oder bei großem Platzangebot ist vorzugsweise die erste Konfiguration zu wählen. Beispielsweise bei beengten Raumverhältnissen, bei einer Installation teilweise unterhalb eines Schreibtisches oder bei einer Überkopfinstallation können die letzteren zwei Möglichkeiten mehr Vorteile bieten.It is particularly advantageous that the structure of the input device according to the invention, consisting of frame, linear actuators and carrier element, can be variably configured depending on the conditions at the installation site. It is thus possible to arrange the section of the carrier element located between the two multiple articulations outside of both tripods, outside of one and within the other tripod, or within both tripods. For experimental purposes or where there is a large amount of space, it is preferable to use the to choose first configuration. For example, in confined spaces, in an installation partially below a desk or in an overhead installation, the latter two options can offer more advantages.
Die jeweiligen gestellseitigen Anlenkung der beiden Dreibeine können jeweils eine Gestellebene aufspannen, die vorzugsweise parallel zueinander beabstandet sind. Die zwei Gestellebenen können beispielsweise als Ringe ausgeführt und über Abstandshalter fest miteinander verbunden sein. Die mathematischen Berechnungen vereinfachen sich erheblich, wenn die jeweiligen gestellseitigen Anlenkungen der Dreibeine die Eckpunkte zweier gleichseitige Dreiecke sind, insbesondere dann, wenn die Dreiecke parallel zueinander beabstandet sind, und die Verbindungsgerade der Dreiecksschwerpunkte zu den Dreiecken senkrecht steht und die beiden Dreiecke um die Verbindungsgerade um einen sechstel Vollkreis, d.h. um 60 Grad, gegeneinander verschwenkt sind.The respective frame-side articulation of the two tripods can each span a frame level, which are preferably spaced parallel to one another. The two rack levels can, for example, be designed as rings and be firmly connected to one another via spacers. The mathematical calculations are considerably simplified if the respective frame-side linkages of the tripods are the corner points of two equilateral triangles, in particular if the triangles are spaced parallel to one another, and the straight line connecting the triangular centers of gravity to the triangles and the two triangles around the straight connecting line a sixth full circle, ie are swiveled by 60 degrees.
Gemäß einer im Patentanspruch 7 gekennzeichneten alternativen Ausführungsform sind an Stelle von drei weiteren nur zwei weitere Anlenkungen am Gestell vorgesehen. Wie bei der Ausführungsform zuvor ist hier die weitere Anlenkung am Trägerelement ebenfalls als eine zweite Vielfach- bzw. Zweifachanlenkung ausgebildet. Ferner sind zwei weitere kraftsensitive Linearaktuatoren vorgesehen, die jeweils an der zweiten Vielfachanlenkung und an den zwei weiteren Anlenkungen des Gestells angreifen, wobei die Linearaktuatoren im Wesentlichen ein Zweibein bilden und der Abstand zwischen den beiden Vielfachanlenkungen konstant ist. Das Gruppieren in ein Zwei- und ein Dreibein hat wiederum mathematische Vorteile. Das Trägerelement selbst ist längskonstant und vorzugsweise einteilig ausgeführt. Der Griffaktuator ist von den Linearaktuatoren kinematisch unabhängig auf oder an dem Trägerelement angeordnet, so dass neben der Beweglichkeit der Griffteile ebenfalls fünf Freiheitsgrade für die allgemeine Navigation zur Verfügung stehen.According to an alternative embodiment characterized in claim 7, only two further articulations are provided on the frame instead of three more. As in the previous embodiment, the further articulation on the carrier element is also designed as a second multiple or double articulation. Furthermore, two further force-sensitive linear actuators are provided, each of which acts on the second multiple linkage and on the two further linkages of the frame, the linear actuators essentially forming a bipod and the distance between the two multiple linkages being constant. Grouping into a bipod and a tripod has mathematical advantages. The carrier element itself is constant in length and preferably made in one piece. The handle actuator is arranged kinematically independently of the linear actuators on or on the carrier element, so that in addition to the mobility of the handle parts, five degrees of freedom are also available for general navigation.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß Patentanspruch 8 ist das stabförmige Trägerelement über deren weitere Anlenkung direkt bzw. unmittelbar mit dem Gestell gekoppelt. Die weitere Anlenkung des Trägerelements stellt demzufolge zugleich die Anlenkung am Gestell dar. Außerdem ist die Vielfachanlenkung wie im ersten Ausführungsbeispiel relativ zu der weiteren Anlenkung beweglich, vorzugsweise in Achsrichtung des Trägerelements zueinander verschieblich. Neben der Beweglichkeit der Griffteile stehen zwei rotatorische Freiheitsgrade, d.h. Schwenkbeweglichkeit um die weitere Anlenkung des Trägerelements, vorzugsweise in einem Punkt, zu Verfügung. Der Abschnitt des Trägerelements, der sich zwischen der Vielfachanlenkung und der weiteren (gestellseitigen) Anlenkung befindet, ist vorzugsweise längenveränderlich, z.B. mittels einer Zylinder/Kolben-Kombination. Das Trägerelement kann aber auch längenkonstant sein, wobei es dann erforderlich ist, dass dieses gegenüber der weiteren (gestellseitigen) Anlenkung verschieblich, z.B. als eine im Drehpunkt schwenkbare Zahnstange, ausgeführt ist. Mit diesem zusätzlichen linearen Freiheitsgrad in Achsrichtung des Trägerelements kann demnach der Abstand der beider Griffteile zum Schwenkpunkt, d.h. zur weiteren (gestellseitigen) Anlenkung des Trägerelements, verändert werden. Diese Veränderbarkeit kann als „Eintauchen" der Griffe bzw. des Instrumentes in den zu bearbeitenden Gegenstand umschrieben werden. Ist der Griffaktuator unmittelbar zwischen den Griffteilen, d.h. von dem Dreibein kinematisch unabhängig angeordnet, so sind die drei Linearaktuatoren auch für die mathematische Bestimmtheit dieses zusätzlichen Freiheitsgrades ausreichend. Dieses einfache, mit nur drei Linearaktuatoren gebildete Eingabegerät eignet sich hervorragend für weniger komplexe Aufgaben. So ist beispielsweise bei einem einfacheren laparoskopischen Eingriff in einer Bauchdecke eine auf einen vorgegebenen Schwenkpunkt eingeschränkte Längsbeweglichkeit nicht weiter hinderlich.In a further preferred embodiment according to claim 8, the rod-shaped carrier element is direct or immediate via its further articulation coupled to the frame. The further articulation of the support element consequently also represents the articulation on the frame. In addition, as in the first exemplary embodiment, the multiple articulation is movable relative to the further articulation, preferably displaceable relative to one another in the axial direction of the support element. In addition to the mobility of the handle parts, there are two rotational degrees of freedom, ie pivoting mobility around the further articulation of the carrier element, preferably at one point. The section of the carrier element which is located between the multiple linkage and the further linkage (frame-side linkage) is preferably variable in length, for example by means of a cylinder / piston combination. However, the carrier element can also be constant in length, in which case it is necessary that it is designed to be displaceable relative to the further (frame-side) articulation, for example as a toothed rack that can be pivoted at the pivot point. With this additional linear degree of freedom in the axial direction of the carrier element, the distance of the two handle parts from the pivot point, ie for further (frame-side) articulation of the carrier element, can be changed. This changeability can be described as "immersing" the handles or the instrument in the object to be processed. If the handle actuator is arranged directly between the handle parts, ie kinematically independently of the tripod, the three linear actuators are also for the mathematical determination of this additional degree of freedom This simple input device, which is formed with only three linear actuators, is ideal for less complex tasks, for example with a simple laparoscopic intervention in an abdominal wall, a longitudinal movement restricted to a given pivot point is no longer a hindrance.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem Dreibein und dem Griffaktuator je eines der Griffteile zugeordnet ist. Beispielsweise kann das Trägerelement als Schieber/Führungs-Kombination ausgebildet sein, wobei der erste Teil dieser Kombination mit dem ersten Griffteil und der Vielfachanlenkung des Trägerelements fest verbunden ist, während der zweite Teil gegenüber dem ersten verschieblich ist und mit dem zweiten Griffteil und der weiteren (gestellseitigen) Anlenkung des Trägerelements verbunden ist. Der erste Griffaktuator kann hierbei an einer beliebigen Stelle zwischen der weiteren (gestellseitigen) Anlenkung des Trägerelements und dem zweiten Griffteil angeordnet sein. Beispielsweise kann dies bei Verwendung einer Zahnstange als zweites Teil der Schieber/Führungs- Kombination unmittelbar in der weiteren (gestellseitigen) Anlenkung der Fall sein. Alternativ kann der Griffaktuator an seinen Angreifpunkten auch in das Trägerelement zwischengeschaltet bzw. integriert werden, wobei das Trägerelement in diesem Abschnitt dann quasi ein viertes aktives Bein darstellt. Wie bei den vorgenannten Ausführungsformen vereinfachen sich auch bei dieser die Berechnungsmethode und der Konstruktionsaufwand, wenn die drei Linearaktuatoren ein ideales Dreibein bildet, an dessen Spitze das Trägerelement wenigsten fiktiv angelenkt ist.It is particularly advantageous if one of the handle parts is assigned to the tripod and the handle actuator. For example, the carrier element can be designed as a slide / guide combination, the first part of this combination being firmly connected to the first handle part and the multiple linkage of the carrier element, while the second part is displaceable with respect to the first and to the second handle part and the further ( frame-side) articulation of the support element is connected. The first handle actuator can be on one can be arranged anywhere between the further (frame-side) articulation of the carrier element and the second handle part. For example, when using a rack as the second part of the slide / guide combination, this can be the case directly in the further (frame-side) linkage. As an alternative, the handle actuator can also be interposed or integrated into the support element at its engagement points, the support element then representing a fourth active leg in this section. As with the above-mentioned embodiments, the calculation method and the construction effort are simplified when the three linear actuators form an ideal tripod, at the tip of which the carrier element is at least fictionally articulated.
Eine weitere Vereinfachung ergibt sich, wenn die drei Anlenkungen des Gestells und die weitere (gestellseitige) Anlenkung des Trägerelements in einer Ebene liegen. Vorzugweise sind dabei die drei Anlenkungen des Gestells die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks, in dessen Schwerpunkt die weitere (gestellseitige) Anlenkung des Trägerelement angeordnet ist. Die Ebene bzw. das Dreieck kann zugleich Gestellebene sein.A further simplification results if the three articulations of the frame and the further articulation (of the frame) of the support element lie in one plane. The three articulations of the frame are preferably the corner points of an equilateral triangle, in the center of gravity of which the further (frame-side) articulation of the carrier element is arranged. The plane or the triangle can also be the frame plane.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens für sämtliche vorbeschriebenen Ausführungsformen sind die beiden Griffteile um das Trägerelement drehbeweglich angeordnet, wobei ein kraftsensitiver Griffdrehaktuator vorgesehen ist, über den mindestens eines der Griffteile mit dem Trägerelement gekoppelt ist. Vorzugsweise sind die beiden Griffteile miteinander drehfest verbunden, so dass es ausreichend ist, nur ein Griffteil mit dem Griffaktuator zu koppeln. Bei entsprechender Drehbewegung des ersten Griffteils folgt das zweite dem ersten zwangsgeführt in Drehrichtung um das Trägerelement. Durch die Ergänzung eines weiteren rotatorischen Freiheitsgrades erhöht sich die Flexibilität des Eingabegeräts enorm. Es sind Drehbewegung, z.B. die eines Schraubendrehers, möglich. In Kombination mit dem ersten Griffaktuator können komplexe Aufgaben, wie z.B. Schneiden und Aufrollen eines Fadens mit einer Schere, unter haptischer Rückkopplung durchgeführt werden. Als kraftsensitiver Griffdrehaktuator kann ein Schrittmotor eingesetzt werden. In einer alternativen Ausführungsform mit zusätzlichem rotatorischen Freiheitsgrad ist das Trägerelement mindestens dreiteilig ausgeführt, wobei zwei der Teile in der Vielfachanlenkung drehbeweglich sind und über einen kraftsensitiven Griffdrehaktuator mit dem dritten Teil gekoppelt sind. Die Griffteile können jeweils drehfest an den ersten zwei Teilen des Trägerelements befestigt sein. Das Trägerelement ist hierbei vorzugsweise als Schieber/Führungs-Kombination ausgeführt, wobei Schieber und Führung gegeneinander drehfest sind und als Kombination in der Vielfachanlenkung und in Achsrichtung des Trägerelements, z.B. mittels einem Drehkranz, drehbeweglich sind. Als kraftsensitiver Griffdrehaktuator kann wiederum ein Schrittmotor verwendet werden. Dieser ist zwischen den drehbeweglichen Teilen und dem dritten Teil eingeschaltet, wobei das dritte Teil zu der zweiten Vielfachanlenkung bzw. zu der weiteren Anlenkung drehfesten ist.According to an advantageous development of the inventive concept for all of the above-described embodiments, the two handle parts are arranged such that they can rotate about the support element, a force-sensitive handle rotation actuator being provided, via which at least one of the handle parts is coupled to the support element. The two handle parts are preferably connected to one another in a rotationally fixed manner, so that it is sufficient to couple only one handle part to the handle actuator. With a corresponding rotational movement of the first grip part, the second follows the first in a rotationally guided manner around the carrier element. By adding another rotational degree of freedom, the flexibility of the input device increases enormously. Rotary movements, for example that of a screwdriver, are possible. In combination with the first handle actuator, complex tasks such as cutting and rolling up a thread with scissors can be carried out with haptic feedback. A stepper motor can be used as a force-sensitive rotary handle actuator. In an alternative embodiment with an additional rotational degree of freedom, the carrier element is embodied in at least three parts, two of the parts being rotatable in the multiple linkage and being coupled to the third part via a force-sensitive rotary handle actuator. The handle parts can each be fastened in a rotationally fixed manner to the first two parts of the carrier element. The carrier element is preferably designed as a slide / guide combination, the slide and guide being non-rotatable with respect to one another and being rotatable as a combination in the multiple articulation and in the axial direction of the carrier element, for example by means of a slewing ring. A stepper motor can in turn be used as the force-sensitive rotary handle actuator. This is switched between the rotatable parts and the third part, the third part being non-rotatable to the second multiple linkage or to the further linkage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ragt das Trägerelement aus dem Bereich, den die Vielfachanlenkung und die weiterer Anlenkung des Trägerelements bilden, in Achsrichtung des Trägerelements hinaus. Mindestens ein Griffteil ist dabei außerhalb dieses Bereichs angeordnet. Es ist sowohl möglich, das Trägerelement einseitig über diesen Bereich hinaus zu verlängern und beide Greifteile an dieser einen Verlängerung, also einseitig außerhalb anzuordnen, als auch das Trägerelement beidseitig zu verlängern und je eines der Griffteile an je einer der sich gegenüberliegenden Verlängerung, also beidseitig außerhalb anzuordnen. Durch die Verlängerung des Trägerelements können die Griffteile außerhalb des Bewegungsbereiches der Linearaktuatoren angeordnet werden. Von wesentlichem Vorteil ist dabei, dass die Hand oder die Finger der Bedienperson nicht mehr mit den Aktuatoren kollidieren können. Zudem können die Linearaktuatoren und das Gestell deutlich von den Griffteilen beabstandet sein. Beispielsweise ist es möglich, Gestell und Linearaktuatoren in kompakter Bauweise unterhalb und die Griffteile oberhalb eines Schreibtisches anzuordnen, wobei das Trägerelement durch die Gestellebene und/oder Tischoberfläche hindurchragt. Ferner ist es von Vorteil, das Gestell mit den Linearaktuatoren beispielsweise gegen Staub und sonstige Umwelteinflüsse zu kapseln und nur noch die Greifteile der Bedienperson zugänglich zu halten. Je nach Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Eingabegeräts kann es von Vorteil sein, wenn mindestens eines der beiden Griffteile mindestens eine Greiföffnung aufweist, z.B. für wenigstens einen Finger ähnlich wie bei einer Schere.According to a further advantageous development, the carrier element protrudes from the area formed by the multiple linkage and the further linkage of the carrier element in the axial direction of the carrier element. At least one grip part is arranged outside this area. It is possible to extend the support element on one side beyond this area and to arrange both gripping parts on this one extension, i.e. on one side outside, as well as to extend the support element on both sides and one of the grip parts on each of the opposite extensions, i.e. on both sides outside to arrange. By extending the support element, the handle parts can be arranged outside the range of motion of the linear actuators. It is essential that the operator's hand or fingers can no longer collide with the actuators. In addition, the linear actuators and the frame can be clearly spaced from the handle parts. For example, it is possible to arrange the frame and linear actuators in a compact design below and the handle parts above a desk, the carrier element projecting through the frame level and / or table surface. It is also advantageous to encapsulate the frame with the linear actuators, for example against dust and other environmental influences, and to keep only the gripping parts accessible to the operator. Depending on the area of application of the input device according to the invention, it can be advantageous if at least one of the two handle parts has at least one gripping opening, for example for at least one finger, similar to scissors.
Durch Vorhalten mehrere Griffteile, die am Trägerelement entsprechend austauschbar angeordnet sind, kann die Bedienperson je nach Vorliebe und eingesetztem Werkzeug besonders ergonomisch arbeiten. Ferner ist es möglich, die individuellen Griffteile fest zu installieren und neutral zu gestalten. Im letzteren Fall kann vorzugsweise per Knopfdruck zwischen mehreren realen oder virtuellen Werkzeugen und/oder verschiedenen Werkzeugfunktionen umgeschaltet bzw. gewechselt werden.By holding several handle parts, which are arranged on the carrier element so that they can be replaced, the operator can work particularly ergonomically, depending on his preference and the tools used. It is also possible to permanently install the individual handle parts and make them neutral. In the latter case, switching between several real or virtual tools and / or different tool functions is possible, preferably at the push of a button.
Schließlich kann in einer bevorzugten Anwendung mit dem erfindungsgemäßen Eingabegerät ein reales oder virtuelle laparoskopisches Instrument ferngesteuert werden, wobei die Griffteile denjenigen eines laparoskopischen Instrumentes nachgebildet sind.Finally, in a preferred application, a real or virtual laparoscopic instrument can be remotely controlled with the input device according to the invention, the handle parts being modeled on those of a laparoscopic instrument.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below using five exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 : eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels mit zwei Dreibeinen, Fig. 2: eine schematische Darstellung nach Fig. 1 ,1: a perspective view of a first exemplary embodiment with two tripods, FIG. 2: a schematic view according to FIG. 1,
Fig. 3: eine schematische Darstellung nach Fig. 1 ,3: a schematic representation according to FIG. 1,
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei Dreibeinen in alternativer Konfiguration, Fig. 5: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels mit zwei Dreibeinen in alternativer Konfiguration, Fig. 6: eine perspektivische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels mit nur einem Dreibein, und Fig. 7 und 8: eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels mit einem Zweibein.4: a schematic representation of a second exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration, FIG. 5: a schematic representation of a third exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration, 6: a perspective illustration of a fourth embodiment with only one tripod, and FIGS. 7 and 8: a schematic illustration of a fifth embodiment with a bipod.
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Eingabegeräts mit einem feststehenden Gestell 10 und einem relativ dazu beweglichen, stabförmigen Trägerelement 30. Das Gestell 10 und das Trägerelement 30 sind über sechs unabhängige, in ihrer Länge verstellbare und gleichartig ausgeführte Linearaktuatoren 20 und 21 miteinander verbunden. Es ist zu erkennen, dass das Gestell 10 einen unteren und einen oberen Gestellring 11 und 12 aufweist. Diese sind über drei an diesen in Umfangsrichtung regelmäßig und senkrecht angeordneten Abstandshaltern 13 voneinander parallel bzw. deckungsgleich beabstandet. Die Gestellringe 11 und 12 sind jeweils mit den ersten Enden der drei Linearaktuatoren 20 und 21 über lediglich schematisch dargestellte Anlenkungen 41 und 40, von denen in Figur 1 nur zwei sichtbar sind, in zwei rotatorischen Freiheitsgraden, wie z.B. mit Kugeloder Kreuzgelenken, schwenkbeweglich miteinander verbunden. Es ist zu erkennen, dass die drei Anlenkungen 40 und die drei Anlenkungen 41 an den Gestellringen 11 und 12 zwei gleichseitige Dreieck bilden, die gegeneinander um 60 Grad verschwenkt sind.Figure 1 shows the basic structure of a particularly preferred embodiment of the input device according to the invention with a fixed frame 10 and a rod-shaped support element 30 movable relative thereto. The frame 10 and the support element 30 are via six independent, adjustable in length and of the same design linear actuators 20 and 21 connected to each other. It can be seen that the frame 10 has a lower and an upper frame ring 11 and 12. These are spaced apart from one another in parallel or congruently via three spacers 13 which are regularly and vertically arranged on them in the circumferential direction. The frame rings 11 and 12 are each with the first ends of the three linear actuators 20 and 21 via only schematically illustrated articulations 41 and 40, of which only two are visible in Figure 1, in two rotational degrees of freedom, such as with ball or universal joints, pivotally connected. It can be seen that the three linkages 40 and the three linkages 41 on the frame rings 11 and 12 form two equilateral triangles which are pivoted relative to one another by 60 degrees.
Ferner ist ersichtlich, dass die drei Linearaktuatoren 20 eine erste und die drei Linearaktuatoren 21 eine zweite Dreiergruppe, jeweils in Form eines im Wesentlichen spitz zulaufenden Dreibeins mit regelmäßiger Grundfläche bilden, wobei die beiden Dreibeine einander entgegengerichtet und regelmäßig ineinander verschränkt sind. An den Konvergenzbereichen des ersten bzw. zweite Dreibeins sind die Linearaktuatoren 20 bzw. 21 mit ihren zweiten Enden über nicht näher dargestellte Vielfachanlenkungen 51 bzw. 50 mit dem unteren Ende eines Anlenkelements 33 bzw. dem unteren Ende eines Schieberelements 31 des Trägerelements 30 jeweils in zwei rotatorischen Freiheitsgraden, wie z.B. mit einem Kugel- oder Kreuzgelenk, schwenkbeweglich verbunden. Das Anlenkele- ment 33 ist dabei gegenüber der Vielfachanlenkung 51 bzw. den zweiten Enden der Linearaktuatoren 20 in eigener Achsrichtung bzw. Tragerelementrichtung drehfest vorgesehen, wohingegen am unteren Ende des Schieberelements 31 zusätzlich ein nicht dargestelltes Drehgelenk zwischengeschaltet ist, das es dem Schieberelement 31 ermöglicht, sich um die eigene Achse bzw. in Tragerelementrichtung gegenüber der Vielfachanlenkungen 50 bzw. den zweiten Enden der Linearaktuatoren 21 zu drehen. Das Drehgelenk, wie z.B. ein Drehkranz, ist vorzugsweise mit der Vielfachanlenkung 50 baulich kombiniert. Der Figur 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass das Trägerelement 30 auch ein Führungselement 32 aufweist, das abschnittsweise im rohrförmigen Schieberelement 31 drehfest geführt und gegenüber diesem verschieblich vorgesehen ist. Zwischen dem unteren Ende des Führungselements 32 und dem oberen Ende des Anlenkelements 33 ist ein Griffdrehaktuator bzw. Schrittmotor 80, angeordnet. Dieser Schrittmotor 80 koppelt das Führungselement 32 und das Schieberelement 31 mit dem Anlenkelement 33 drehbewegbar um die Trägerelementachse.It can also be seen that the three linear actuators 20 form a first and the three linear actuators 21 form a second group of three, each in the form of a substantially tapered tripod with a regular base area, the two tripods being opposed to one another and regularly intertwined. At the convergence areas of the first and second tripods, the linear ends of the linear actuators 20 and 21, respectively, are divided into two at their lower ends by means of multiple articulations 51 and 50, respectively, with the lower end of an articulation element 33 and the lower end of a slide element 31 rotational degrees of freedom, such as with a ball or universal joint, pivotally connected. The articulation element 33 is opposite the multiple articulation 51 or the second ends of the linear actuators 20 in its own axis direction or support element direction provided in a rotationally fixed manner, whereas at the lower end of the slide element 31 an additional rotary joint, not shown, is interposed, which enables the slide element 31 to rotate about its own axis or in the direction of the carrier element with respect to the multiple linkages 50 or the second ends of the linear actuators 21. The swivel joint, such as a slewing ring, is preferably structurally combined with the multiple linkage 50. It can also be seen from FIG. 1 that the carrier element 30 also has a guide element 32 which is guided in sections in the tubular slide element 31 in a rotationally fixed manner and is displaceable relative to the latter. A handle rotary actuator or stepper motor 80 is arranged between the lower end of the guide element 32 and the upper end of the articulation element 33. This stepper motor 80 couples the guide element 32 and the slide element 31 to the articulation element 33 so as to be rotatable about the axis of the carrier element.
Schließlich bildet das Schieberelement 31 und der Abschnitt des Führungselements 32, der sich außerhalb der beiden Dreibeine befindet, eine einseitig aus dem Bereich bzw. Abschnitt der Vielfachanlenkungen 50 und 51 hinausragende Verlängerung. Zugleich durchdringt die Verlängerung den oberen Gestellring 11. Einseitig an der Verlängerung bzw. am oberen Ende des Schieberelements 31 ist ein erstes Griffteil 70 und am oberen Ende des Führungselements 32 ein zweites Griffteil 71 befestigt, die ein zueinander verschiebbares Griffteilepaar bilden. Beide Griffteile weisen vom Trägerelement 30 seitlich beanstandete Greiföffnungen auf, wobei die Greiföffnung des ersten Griffteiles 70 für einen Daumen und die Greiföffnung des zweiten Griffteiles 71 für den Zeige- und Mittelfinger einer Hand einer Bedienperson vorgesehen ist.Finally, the slide element 31 and the section of the guide element 32, which is located outside the two tripods, form an extension projecting on one side from the area or section of the multiple linkages 50 and 51. At the same time, the extension penetrates the upper frame ring 11. On one side of the extension or at the upper end of the slide element 31, a first handle part 70 and at the upper end of the guide element 32 a second handle part 71 are fastened, which form a pair of movable handle parts. Both grip parts have gripping openings laterally obstructed by the carrier element 30, the gripping opening of the first grip part 70 being provided for a thumb and the gripping opening of the second grip part 71 for the index and middle fingers of an operator's hand.
Werden die beiden Griffteile 70 und 71 durch Handbetätigung beispielsweise zusammengedrückt, so entfernen sich die Vielfachanlenkungen 50 und 51 voneinander. Geschieht dies durch Herunterdrücken des ersten Griffteils 70 auf den zweiten Griffteil 71 , ohne dass sich räumlich Position und Orientierung des zweiten dabei ändert, so wird das Führungselement 32 ein Stück weit durch das ortskonstante Schieberelement 31 verschoben und verursacht über die Vielfachanlenkung 51 eine Längen- und Orientierungsveränderung der Linearaktuatoren 20. Geschieht das Zusammendrücken Griffteile 70 und 71 durch ein Hinraufzie- hen des zweiten zum dabei ortsfesten ersten, so wird das Schieberelement 31 entlang des Führungselements mit der Vielfachanlenkung 50 nach oben gezogen, und infolgedessen verändern sich Länge und Orientierung der Linearaktuatoren 21 entsprechend. Erfolgt das Zusammendrücken der Griffteile 70 und 71 durch eine Absolutbewegung beider Griffteile, so werden alle sechs Linearaktuatoren 20 und 21 in Länge und Orientierung verändert. Das gleiche gilt, wenn beiden Griffteile, ohne diese zu betätigen, gemeinsam im Raum bewegt werden, wobei in diesem besonderen Fall nur die Orientierung des Trägerelements 30 verändert wird und der Abstand zwischen den Vielfachanlenkungen 50 und 51 dann konstant bleibt. Die Drehbewegbarkeit der beiden Griffteile 70 und 71 um die Trägerelementachse ist durch den Schrittmotors 80 vorgesehen. Werden beide Griffteile um diese Achse verdreht, so rotieren das Schieberelement 31 und das Führungselement 32 sowohl gegenüber der Vielfachanlenkung 50 bzw. den zweiten Enden der Linearaktuatoren 21 als auch gegenüber dem Anlenkelement 33 und der Vielfachanlenkungen 51 bzw. den zweiten Enden der Linearaktuatoren 20.If the two handle parts 70 and 71 are pressed together by manual actuation, for example, the multiple linkages 50 and 51 move away from one another. If this is done by pressing the first handle part 70 onto the second handle part 71 without the position and orientation of the second changing in the process, the guide element 32 is displaced to a certain extent by the positionally constant slide element 31 and causes a lengthwise and Change in orientation of the linear actuators 20. If the compression of the handle parts 70 and 71 occurs by pulling the hen the second to the stationary first, the slide element 31 is pulled up along the guide element with the multiple linkage 50, and as a result the length and orientation of the linear actuators 21 change accordingly. If the grip parts 70 and 71 are pressed together by an absolute movement of both grip parts, all six linear actuators 20 and 21 are changed in length and orientation. The same applies if the two handle parts are moved together without actuating them, in this particular case only the orientation of the carrier element 30 is changed and the distance between the multiple linkages 50 and 51 then remains constant. The stepper motor 80 provides the rotatability of the two grip parts 70 and 71 about the axis of the carrier element. If both handle parts are rotated about this axis, the slide element 31 and the guide element 32 rotate both with respect to the multiple linkage 50 or the second ends of the linear actuators 21 and also with respect to the linkage element 33 and the multiple linkages 51 or the second ends of the linear actuators 20.
Bleibt anzumerken, dass dieses Ausführungsbeispiel mit den sechs Linearaktuatoren 20 und 21 und dem Schrittmotor 80 über sechs, d.h. drei translatorische und drei rotatorische aktive Raumfreiheitsgrade sowie über einen aktiven translatorischen Betätigungsfreiheitsgrad verfügt, wobei der Griffaktuator durch Kombination der Linearaktuatoren ersetzt und demnach nicht gesondert darstellbar ist.It should be noted that this embodiment with the six linear actuators 20 and 21 and the stepper motor 80 over six, i.e. has three translatory and three rotatory active degrees of freedom as well as one active translatory degree of freedom of actuation, the handle actuator being replaced by a combination of the linear actuators and therefore not being able to be represented separately.
In Figur 2 ist die erste Ausführungsform gemäß Figur 1 schematisch dargestellt. Das gemeinsame Gestell 10 ist lediglich angedeutet. Es sind jedoch alle sechs gestellseitigen Anlenkungen 40 und 41 an dem oberen Gestellring 11 und dem unteren Gestellring 12 ersichtlich. Die beiden Dreibeine der Linearaktuatoren 20 bzw. 21 befinden sich annähernd in einer symmetrischen Ausgangsstellung, wobei das Trägerelement 30 senkrecht nach oben zeigt. Den Vielfachanlenkung 50 und 51 sind jeweils die zweiten Enden der Linearaktuatoren 20 bzw. 21 gemeinsam zugeordnet. Die zentrale Achse des Trägerelements und die Achsen der Linearaktuatoren 20 bzw. 21 schneiden sich dort idealerweise jeweils in einem einzigen Punkt. Jeder der Linearaktuatoren 20 bzw. 21 ist dem jeweiligen Punkt in zwei rotatorischen Freiheitsgraden schwenkbeweglich. Schließlich ist gut erkennbar, dass das Schieberelement 31 in dem Führungselement 32 verschieblich geführt ist, und dass sowohl das Schieberelement 31 und das Führungselement 32 durch die Vielfachanlenkung 50 hindurchragen.FIG. 2 shows the first embodiment according to FIG. 1 schematically. The common frame 10 is only hinted at. However, all six frame-side articulations 40 and 41 on the upper frame ring 11 and the lower frame ring 12 can be seen. The two tripods of the linear actuators 20 and 21 are approximately in a symmetrical starting position, the carrier element 30 pointing vertically upwards. The multiple links 50 and 51 are each assigned the second ends of the linear actuators 20 and 21 together. The central axis of the carrier element and the axes of the linear actuators 20 and 21 ideally intersect there in a single point. Each of the linear actuators 20 and 21 can be pivoted at the respective point in two rotational degrees of freedom. After all, is good It can be seen that the slide element 31 is displaceably guided in the guide element 32 and that both the slide element 31 and the guide element 32 protrude through the multiple linkage 50.
Figur 3 zeigt ebenfalls die erste Ausführungsform gemäß Figur 1 , jedoch sind die Dreibeine der Linearaktuatoren 20 bzw. 21 und das Trägerelement 30 gegenüber der Stellung in Figur 2 deutlich ausgelenkt. Es ist ersichtlich, dass die Linearaktuatoren 20 stark unterschiedliche Längen aufweisen, und dass sich die zweite Vielfachanlenkung 51 außerhalb des Dreibeinvolumens der Linearaktuatoren 21 befindet.FIG. 3 also shows the first embodiment according to FIG. 1, but the tripods of the linear actuators 20 and 21 and the carrier element 30 are clearly deflected relative to the position in FIG. 2. It can be seen that the linear actuators 20 have very different lengths, and that the second multiple linkage 51 is located outside the tripod volume of the linear actuators 21.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel mit zwei Dreibeinen in alternativer Konfiguration dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass der Bereich des Trägerelements 30 zwischen den beiden Vielfachanlenkungen 50 und 51 außerhalb beider Dreibeine angeordnet ist. Die Orientierung der beiden Dreibeine ist jedoch die selbe wie im ersten Ausführungsbeispiel; aufeinander zugerichtet.FIG. 4 shows a second exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration, wherein it can be seen that the area of the carrier element 30 between the two multiple linkages 50 and 51 is arranged outside of both tripods. However, the orientation of the two tripods is the same as in the first embodiment; facing each other.
In Figur 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel mit zwei Dreibeinen in alternativer Konfiguration dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass der Bereich des Trägerelements 30 zwischen den beiden Vielfachanlenkungen 50 und 51 wiederum außerhalb beider Dreibeine angeordnet ist. Die beiden Dreibeine sind diesmal gleich orientiert; die Spitzen der Dreibeine zeigen jeweils nach oben.FIG. 5 shows a third exemplary embodiment with two tripods in an alternative configuration, wherein it can be seen that the area of the carrier element 30 between the two multiple linkages 50 and 51 is in turn arranged outside both tripods. The two tripods are oriented the same this time; the tips of the tripods point upwards.
Figur 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines vierten vorteilhafte Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Eingabegeräts, wiederum mit einem feststehenden Gestell 10 und einem relativ dazu beweglichen, stabförmigen Trägerelement 30. Das Gestell 10 und das Trägerelement 30 sind jedoch nur über drei unabhängige, in ihrer Länge verstellbare und gleichartig ausgeführte Linearaktuatoren 21 miteinander verbunden. Es ist zu erkennen, dass das Gestell 10 bei diesem Ausführungsbeispiel als dreiecksförmige Platte ausgeführt ist. Die unteren Enden der Linearaktuatoren 20 sind hierbei über drei lediglich schematisch dargestellten Anlenkungen 40 in zwei rotatorischen Freiheitsgraden schwenkbeweglich mit dem Gestell 10 verbunden. Die Anlenkungen 40 definieren ein gleichseitiges Dreieck.FIG. 6 shows the basic structure of a fourth advantageous exemplary embodiment of the input device according to the invention, again with a fixed frame 10 and a rod-shaped carrier element 30 movable relative thereto. However, the frame 10 and the carrier element 30 are only of three independent, adjustable in length and of the same type executed linear actuators 21 connected to each other. It can be seen that the frame 10 is designed as a triangular plate in this embodiment. The lower ends of the linear actuators 20 can be pivoted in three rotational degrees of freedom via three articulations 40, which are only shown schematically connected to the frame 10. The articulations 40 define an equilateral triangle.
Ferner ist ersichtlich, dass die drei Linearaktuatoren 21 eine Dreiergruppe in Form eines im Wesentlichen spitz zulaufenden Dreibeins mit regelmäßiger Grundfläche bilden. An dem Konvergenzbereich des Dreibeins sind die Linearaktuatoren 21 mit ihrem oberen Ende über eine nicht näher dargestellte Vielfachanlenkung 50 mit dem unteren Ende eines Schieberelements 31 des Trägerelement 30 jeweils in zwei rotatorischen Freiheitsgraden schwenkbeweglich verbunden. Wie in Figur 1 ist auch hier am unteren Ende des Schieberelements 31 zusätzlich ein nicht dargestelltes Drehgelenk zwischengeschaltet, das es dem Schieberelement 31 ermöglicht, sich um die eigene Achse gegenüber der Vielfachanlekung 50 bzw. den oberen Enden der Linearaktuatoren 21 zu drehen. Das Trägerelement 30 weist wie in Figur 1 ein Führungselement 32 auf, das abschnittsweise im rohrförmigen Schieberelement 31 drehfest geführt ist und gegenüber diesem verschieblich vorgesehen ist.It can also be seen that the three linear actuators 21 form a group of three in the form of an essentially tapered tripod with a regular base area. At the convergence area of the tripod, the upper end of the linear actuators 21 is pivotally connected to the lower end of a slide element 31 of the carrier element 30 in each case in two rotational degrees of freedom via a multiple linkage 50 (not shown). As in FIG. 1, a rotary joint (not shown) is additionally interposed at the lower end of the slide element 31, which enables the slide element 31 to rotate about its own axis with respect to the multiple linkage 50 or the upper ends of the linear actuators 21. As in FIG. 1, the carrier element 30 has a guide element 32 which is guided in sections in the tubular slide element 31 in a rotationally fixed manner and is displaceable relative to the latter.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in Figur 1 weist das Trägerelement zusätzlich ein Zwischenelement 34 auf, wobei zwischen dem unteren Ende des Führungselements 32 und dem oberen Ende des Zwischenelements 34 ein Griffaktuator 90 mit einem translatorischem Freiheitsgrad in Trägerelementachse eingeschaltet ist. Dabei kann der Griffaktuator 90 selbst wie ein Linearaktuator ausgeführt sein, wobei dieser die Gesamtlänge des Trägerelements 30 zwischen dem Führungsteil 32 und dem Zwischenteil 34 verändert bzw. erfasst. Zwischen dem unteren Ende des Zwischenelements 34 und dem oberen Ende eines Anlenkelements 33 ist, wie in Figur 1 , ein Schrittmotor 80 eingeschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch das untere Ende des Anlenkelements 33 über eine weitere (gestellseitige) Anlenkung 60 des Trägerelements direkt mit dem Gestell 10 in zwei rotatorischen Freiheitsgraden schwenkbeweglich verbunden. In Achsrichtung des Trägerelements ist das Anlenkelement 33 gegenüber dem Gestell 10 wiederum drehfest vorgesehen. Die Anlenkung 60 ist im Flächenschwerpunkt des gleichseitigen Dreiecks der Anlenkungen 40 angeordnet. Wie in Figur 1 bildet das Schieberelement 31 und der Abschnitt des Führungselements 32, der sich außerhalb des Dreibeins befindet, eine einseitig aus dem Bereich bzw. Abschnitt der Vielfachanlenkung 50 und der Anlenkung 60 hinaus- ragende Verlängerung. An der Verlängerung sind in gleicherweise Griffteile 70 und 71 angeordnet, deren Drehbewegbarkeit zusammen mit dem Schieberelement 31 und dem Führungselement 32 gegenüber dem Anlenkelement 33 und der Vielfachanlenkung 50 bzw. den oberen Enden der Linearaktuatoren 21 wie in Figur 1 gestaltet ist.In contrast to the exemplary embodiment in FIG. 1, the carrier element additionally has an intermediate element 34, a handle actuator 90 having a translational degree of freedom in the axis of the carrier element being connected between the lower end of the guide element 32 and the upper end of the intermediate element 34. The handle actuator 90 itself can be designed like a linear actuator, whereby this changes or detects the total length of the carrier element 30 between the guide part 32 and the intermediate part 34. As in FIG. 1, a stepper motor 80 is switched on between the lower end of the intermediate element 34 and the upper end of an articulation element 33. In this exemplary embodiment, however, the lower end of the articulation element 33 is connected via a further (frame-side) articulation 60 of the support element directly to the frame 10 in two rotational degrees of freedom. In the axial direction of the carrier element, the articulation element 33 is in turn provided in a rotationally fixed manner relative to the frame 10. The articulation 60 is arranged in the centroid of the equilateral triangle of the articulations 40. As in FIG. 1, the slide element 31 and the section of the guide element 32, which is located outside the tripod, form one side of the area or section of the multiple linkage 50 and the linkage 60. outstanding extension. On the extension, handle parts 70 and 71 are arranged in the same way, the rotational movement of which, together with the slide element 31 and the guide element 32, is designed in relation to the articulation element 33 and the multiple articulation 50 or the upper ends of the linear actuators 21 as in FIG.
Werden die beiden Griffteile 70 und 71 durch Handbetätigung beispielsweise noch weiter auseinanderbetätigt bzw. geöffnet, in dem nur das zweite Griffteil 71 heruntergedrückt und das erste Griffteil 70 ortskonstant bleibt, so verschiebt sich das Schieberelement 31 entlang des Führungselements 32 nach unten und der Abstand zwischen der Vielfachanlenkung 50 und der Anlenkung 60 verkleinert sich, wobei sich sowohl die Länge des Griffaktuators 90 als auch die der Linearaktuatoren 21 entsprechend verkürzt. Hierbei ändert sich auch die Orientierung der Linearaktuatoren 21.If the two handle parts 70 and 71 are actuated further apart or opened by hand, for example, in which only the second handle part 71 is pressed down and the first handle part 70 remains stationary, then the slide element 31 moves downward along the guide element 32 and the distance between the The multiple linkage 50 and the linkage 60 are reduced, the length of the handle actuator 90 and that of the linear actuators 21 being shortened accordingly. The orientation of the linear actuators 21 also changes here.
Geschieht das Öffnen durch Hochziehen des ersten Griffteiles 70 gegenüber zweiten Griffteil 71 , ohne dass sich dabei die räumlich Position und Orientierung des zweiten und des Schieberelements 31 ändert, so wird nur das Führungselement mit nach oben gezogen, wobei der Abstand zwischen der Vielfachanlenkung 50 und der Anlenkung 60 sowie die Längen und die Orientierungen der Linearaktuatoren 21 jedoch konstant bleiben und nur die Gesamtlänge des Führungselements 32 durch den Griffaktuator 90 verlängert wird. Erfolgt das Öffnen der Griffteile 70 und 71 durch eine Absolutbewegung beider Griffteile, so werden wie im ersten Fall alle drei Linearaktuatoren 21 in Länge und Orientierung und der Griffaktuator 90 in seiner Länge verändert. Werden beide Griffteile 70 und 71 , mit oder ohne deren Betätigung, gemeinsam im Raum bewegt, so verändert sich zudem die Orientierung des Trägerelements 30 zusammen mit dem Griffaktuator 90. Der Griffaktuator 90 kann deswegen auch als viertes Bein des Eingabegerätes bezeichnet werden. Die Drehbewegbarkeit ist wie im Ausführungsbeispiel in der Figur 1 über einen Griffdrehaktuator 80 vorgesehen, wobei der Griffaktuator 90 und das Zwischenelement 34 an die Drehbewegung gekoppelt sind. Allerdings könnte die Reihenfolge von Griffaktuator und Griffdrehaktuator entlang des Trägerelements auch getauscht werden. Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel verfügt mit den drei Linearaktuatoren 21 , dem Griffdrehaktuator bzw. Schrittmotor 80 und dem Griffaktuator 90 über drei, d.h. über einen translatorischen und zwei rotatorischen aktive Raumfreiheitsgraden sowie über einem aktiven translatorischen Betätigungsfreiheits- grad.If the opening takes place by pulling up the first handle part 70 relative to the second handle part 71 without the spatial position and orientation of the second and the slide element 31 changing, only the guide element is pulled upwards, the distance between the multiple linkage 50 and the Linkage 60 and the lengths and orientations of the linear actuators 21, however, remain constant and only the total length of the guide element 32 is lengthened by the handle actuator 90. If the handle parts 70 and 71 are opened by an absolute movement of both handle parts, then in the first case all three linear actuators 21 are changed in length and orientation and the handle actuator 90 is changed in length. If both handle parts 70 and 71, with or without their actuation, are moved together in space, the orientation of the carrier element 30 together with the handle actuator 90 also changes. The handle actuator 90 can therefore also be referred to as the fourth leg of the input device. As in the exemplary embodiment in FIG. 1, the rotatability is provided via a handle rotary actuator 80, the handle actuator 90 and the intermediate element 34 being coupled to the rotary movement. However, the order of the handle actuator and handle rotary actuator along the support element could also be exchanged. The exemplary embodiment shown in FIG. 1 has the three linear actuators 21, the handle rotary actuator or stepper motor 80 and the handle actuator 90 over three, ie over one translatory and two rotational active degrees of freedom as well as over one active translational degree of freedom of actuation.
Die Aktuatoren der in den Figuren 1 und 6 dargestellten Eingabegeräte sind mit einem nicht dargestellten Rechner und darüber hinaus optional mit einem motorisierten Werkzeug verbind bar.The actuators of the input devices shown in FIGS. 1 and 6 can be connected to a computer (not shown) and, moreover, optionally with a motorized tool.
Schließlich zeigen die Figuren 7 und 8 eine fünfte Ausführungsform eines Eingabegerätes mit einem Zweibein. Ein Gestell 10 weist einen oberen Gestellring 11 auf, an dem zwei gestellseitige Anlenkungen 40 vorgesehen sind. An einem Trägerelement 30 sind eine erste Vielfachanlenkung 50 und eine weitere (gestellseitige) Anlenkung 60 vorgesehen. Das Gestell 10 und das Trägerelement 30 sind über zwei kraftsensitive Linearaktuatoren 21 beweglich miteinander verbunden, wobei die Linearaktuatoren jeweils zwischen den Anlenkungen 40 und der Vielfachanlenkung 50, ein Zweibein bildend eingeschaltet sind. An der Anlenkung 40 ist ein zusätzlicher kraftsensitiver Linearaktuator 21 ' angeordnet, der die Funktion des dritten Linearaktuators im vierten Ausführungsbeispiel übernimmt. Finally, FIGS. 7 and 8 show a fifth embodiment of an input device with a bipod. A frame 10 has an upper frame ring 11, on which two frame-side articulations 40 are provided. A first multiple linkage 50 and a further (frame-side) linkage 60 are provided on a carrier element 30. The frame 10 and the support element 30 are movably connected to one another via two force-sensitive linear actuators 21, the linear actuators being switched on between the articulations 40 and the multiple articulation 50, forming a bipod. An additional force-sensitive linear actuator 21 ′ is arranged on the linkage 40 and takes over the function of the third linear actuator in the fourth exemplary embodiment.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Gestell oberer Gestellring unterer Gestellring Abstandshalter Linearaktuator des ersten Dreibeins Linearaktuator des zweiten Dreibeins Trägerelement Schieberelement Führungselement Anlenkelement Zwischenelement gestellseitige Anlenkung zum zweiten Dreibein gestellseitige Anlenkung zum ersten Dreibein erste Vielfachanlenkung am Trägerelement zweite Vielfachanlenkung am Trägerelement weitere (gestellseitige) Anlenkung des Trägerelements erstes Griffteil zweites Griffteil Griffdrehaktuator, Schrittmotor Griffaktuator Frame upper frame ring lower frame ring spacer linear actuator of the first tripod linear actuator of the second tripod support element slide element guide element articulation element intermediate element frame-side linkage to the second tripod frame-side linkage to the first tripod first multiple linkage on the support element second multiple linkage on the support element further handle part of the handle element first handle part of the handle element first handle part first linkage part Stepper motor handle actuator

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Eingabegerät nach parallelkinematischem Prinzip und mit haptischer Rückkopplung für einen Rechner, insbesondere zur medizinischen Teleoperation mit Instrumenten,1. input device based on the parallel kinematic principle and with haptic feedback for a computer, in particular for medical teleoperation with instruments,
- mit einem Gestell (10), das drei Anlenkungen (40) aufweist,- With a frame (10) which has three articulations (40),
- mit einem stabförmigen Trägerelement (30), das eine Vielfachanlenkung (50) und eine weitere Anlenkung (51 ; 60) aufweist,with a rod-shaped carrier element (30) which has a multiple linkage (50) and a further linkage (51; 60),
- wobei das Trägerelement (30) über drei kraftsensitive Linearaktuatoren (21) mit dem Gestell (10) beweglich gekoppelt ist, welche jeweils an der Vielfachanlenkung (50) und an den Anlenkungen (40) des Gestells (10), ein Dreibein bildend angreifen, und- The support element (30) is movably coupled to the frame (10) via three force-sensitive linear actuators (21), which act on the multiple linkage (50) and on the linkages (40) of the frame (10), forming a tripod, and
- wobei das stabförmige Trägerelement (30) zudem mit dem Gestell (10) auch über die weitere Anlenkung (51; 60) beweglich gekoppelt ist,- The rod-shaped support element (30) is also movably coupled to the frame (10) via the further linkage (51; 60),
- und mit einem am Trägerelement angeordneten Griffteil (70) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,- and with a handle part (70) arranged on the support element, and a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- dass das Trägerelement (30) ein weiteres Griffteil (71 ) aufweist, das zum ersten Griffteil (70) beweglich ist,- That the carrier element (30) has a further handle part (71) which is movable to the first handle part (70),
- dass ein kraftsensitiver Griffaktuator (20, 21 ; 90) vorgesehen ist, und- That a force-sensitive handle actuator (20, 21; 90) is provided, and
- dass wenigstens eines der Griffteile (70, 71 ) mit dem kraftsensitiven Griffaktuator (20, 21; 90) gekoppelt ist.- That at least one of the handle parts (70, 71) is coupled to the force-sensitive handle actuator (20, 21; 90).
2. Eingabegerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,2. Input device according to claim 1, characterized in
- dass das Gestell (10) drei weitere Anlenkungen (41 ) aufweist,- That the frame (10) has three further articulations (41),
- dass die weitere Anlenkung des Trägerelements (30) eine zweite Vielfachanlenkung (51) ist,- That the further articulation of the carrier element (30) is a second multiple articulation (51),
- dass drei weitere kraftsensitive Linearaktuatoren (20) vorgesehen sind, die jeweils an der zweiten Vielfachanlenkung (51) und an den weiteren Anlenkungen (41) des Gestells (10), ein zweites Dreibein bildend angreifen,- that three further force-sensitive linear actuators (20) are provided, each of which acts on the second multiple linkage (51) and on the further linkages (41) of the frame (10), forming a second tripod,
- dass die erste Vielfachanlenkung (50) relativ zur zweiten Vielfachanlenkung (51 ) beweglich ist,- That the first multiple linkage (50) is movable relative to the second multiple linkage (51),
- dass die beiden Dreibeine den ersten Griffaktuator (20, 21 ) bilden, und- That the two tripods form the first handle actuator (20, 21), and
- dass die beiden Griffteile (70, 71 ) je einem Dreibein zugeordnet ist. - That the two handle parts (70, 71) are each assigned to a tripod.
3. Eingabegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sich zwischen den beiden Vielfachanlenkungen (50, 51) befindliche Abschnitt des Trägerelements (30) außerhalb beider Dreibeine oder außerhalb des einen und innerhalb des anderen Dreibeins oder innerhalb beider Dreibeine angeordnet ist.3. Input device according to claim 2, characterized in that the section of the carrier element (30) located between the two multiple linkages (50, 51) is arranged outside both tripods or outside one and inside the other tripod or within both tripods.
4. Eingabegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen gestellseitigen Anlenkungen (40, 41 ) der beiden Dreibeine jeweils eine Gestellebene aufspannen.4. Input device according to claim 2, characterized in that the respective frame-side articulations (40, 41) of the two tripods each span a frame level.
5. Eingabegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen gestellseitigen Anlenkungen (40, 41 ) der beiden Dreibeine die Eckpunkte zweier gleichseitiger Dreiecke sind.5. Input device according to claim 4, characterized in that the respective frame-side articulations (40, 41) of the two tripods are the corner points of two equilateral triangles.
6. Eingabegerät nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die gleichseitigen Dreiecke parallel zueinander beabstandet sind, die Verbindungsgerade der Dreiecksschwerpunkte zu den Dreiecken senkrecht steht und die beiden Dreiecke um die Verbindungsgerade um einen sechstel Vollkreis gegeneinander verschwenkt sind.6. Input device according to claim 5, characterized in that the equilateral triangles are spaced parallel to each other, the connecting straight line of the triangular centers of gravity is perpendicular to the triangles and the two triangles are pivoted against each other by a sixth full circle around the connecting straight line.
7. Eingabegerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,7. Input device according to claim 1, characterized in
- dass das Gestell zwei weitere Anlenkungen aufweist,- that the frame has two further articulations,
- dass die weitere Anlenkung des Trägerelements eine zweite Vielfachanlenkung ist,that the further articulation of the carrier element is a second multiple articulation,
- dass zwei weitere kraftsensitive Linearaktuatoren vorgesehen sind, die jeweils an der zweiten Vielfachanlenkung und an den weiteren Anlenkungen des Gestells, ein Zweibein bildend angreifen, und- That two further force-sensitive linear actuators are provided, each of which acts on the second multiple linkage and on the further linkages of the frame, forming a bipod, and
- dass die erste Vielfachanlenkung zur zweiten Vielfachanlenkung einen konstanten Abstand aufweist. - That the first multiple linkage is at a constant distance from the second multiple linkage.
8. Eingabegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (30) über deren weitere Anlenkung (60) direkt mit dem Gestell (10) gekoppelt ist, und dass die Vielfachanlenkung (50) relativ zu der weiteren Anlenkung (60) beweglich ist.8. Input device according to claim 1, characterized in that the carrier element (30) via its further linkage (60) is directly coupled to the frame (10), and that the multiple linkage (50) is movable relative to the further linkage (60) ,
9. Eingabegeräte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dreibein und dem Griffaktuator (90) je eines der Griffteile (70, 71) zugeordnet ist.9. Input device according to claim 8, characterized in that one of the handle parts (70, 71) is assigned to the tripod and the handle actuator (90).
10. Eingabegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gestellseitigen Anlenkungen (40) und die weitere Anlenkung (60) in einer Gestellebene liegen.10. Input device according to claim 8, characterized in that the frame-side articulations (40) and the further articulation (60) lie in a rack level.
11. Eingabegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gestellseitigen Anlenkungen (40) die Eckpunkte eines gleichseitiges Dreieck sind, und die weitere Anlenkung (60) im Schwerpunkt des Dreiecks liegt.11. Input device according to claim 8, characterized in that the frame-side articulations (40) are the corner points of an equilateral triangle, and the further articulation (60) lies in the center of gravity of the triangle.
12. Eingabegerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Griffteile (70, 71) um das Trägerelement (30) drehbeweglich angeordnet sind und dass ein kraftsensitiver Griffdrehaktuator (80) vorgesehen ist, über den mindestens eines der Griffteile (70,71) mit dem Trägerelement (30) gekoppelt ist.12. Input device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the two handle parts (70, 71) are arranged such that they can rotate about the carrier element (30) and that a force-sensitive handle rotary actuator (80) is provided, via which at least one of the handle parts (70 , 71) is coupled to the carrier element (30).
13. Eingabegerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (30) mindestens dreiteilig ist, wobei zwei der Teile (31 , 32) in der Vielfachanlenkung (50) drehbeweglich sind, und über einen kraftsensitiven Griffdrehaktuator mit einem dritten Teil (33) gekoppelt sind. 13. Input device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carrier element (30) is at least in three parts, two of the parts (31, 32) in the multiple linkage (50) being rotatable, and via a force-sensitive handle rotary actuator with a third part (33) are coupled.
14. Eingabegerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (30) in seiner Achsrichtung nur eine Verlängerung oder zwei sich gegenüberliegende Verlängerungen aufweist, die über den Abstand zwischen der Vielfachanlenkung (50) und der weiteren Anlenkung (51 , 60) hinausraget, und dass die nur eine Verlängerung beide Griffteile (70, 71) oder die zwei Verlängerungen je eines der beiden Griffteil (70, 71) aufweisen.14. Input device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carrier element (30) has in its axial direction only one extension or two mutually opposite extensions, which extend over the distance between the multiple linkage (50) and the further linkage (51, 60 ) protrudes, and that the only one extension has both handle parts (70, 71) or the two extensions each have one of the two handle parts (70, 71).
15. Eingabegerät nach mindestens einem der Ansprüche 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (30) durch mindestens eine Gestellebene hindurchreicht.15. Input device according to at least one of claims 4 or 10, characterized in that the carrier element (30) extends through at least one rack level.
16. Eingabegerät nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Griffteile (70, 71) mindestens eine Greiföffnung aufweist.16. Input device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two handle parts (70, 71) has at least one gripping opening.
17. Eingabegerät nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Griffteile (70, 71) gegen ein anderes austauschbar ist.17. Input device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the two handle parts (70, 71) is interchangeable with another.
18. Eingabegerät nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Griffteile (70,71) denjenigen eines laparoskopischen Instrumentes nachgebildet sind und dass das Eingabegerät zur Fernbedienung eines realen oder virtuellen laparoskopischen Instrumentes verwendbar ist. 18. Input device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the two handle parts (70, 71) are modeled on those of a laparoscopic instrument and that the input device can be used for remote control of a real or virtual laparoscopic instrument.
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