WO2012110317A2 - Gelenkarm mit feststellmechanismus - Google Patents

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WO2012110317A2
WO2012110317A2 PCT/EP2012/051657 EP2012051657W WO2012110317A2 WO 2012110317 A2 WO2012110317 A2 WO 2012110317A2 EP 2012051657 W EP2012051657 W EP 2012051657W WO 2012110317 A2 WO2012110317 A2 WO 2012110317A2
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WO
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articulated arm
locking mechanism
drive unit
joint
positioning robot
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PCT/EP2012/051657
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English (en)
French (fr)
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WO2012110317A3 (de
Inventor
Nicholas Demetris CHEROUVIM
Johannes Reinschke
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms
    • A61B2090/508—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms with releasable brake mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to an articulated arm for retaining tion of surgical instruments.
  • a posi onierroboter is specified with an articulated arm according to the invention
  • Previously known holding systems are limited to mechanical holders of various embodiments, eg rods and plates with simple mechanical clamps and joints, as well as hinged rods with lockable joints. For example, the joints are locked by compressed air.
  • the user must operate them with two hands. The operation with two hands is necessary both for positioning the retractors or instruments as well as for locking the joints, for example by screws or the operation of pneumatic knobs.
  • the bad operability limits the application especially for chirurgi ⁇ specific interventions.
  • a particular disadvantage is that for servicing tion of various fixtures turn assistant staff is needed.
  • Previously used in surgery articulated arms and Garrun ⁇ gene for surgical instruments, in particular retractors must be manually positioned by the user.
  • the task is to specify a robot-guided articulated arm that does not pose a safety risk for use as a support during surgical procedures.
  • the articulated arm according to the invention is used in particular for holding ⁇ tion of surgical instruments.
  • the articulated arm has at least one joint between two Gelenkarmabitesen.
  • the articulated arm has at least one drive unit and at least one locking mechanism.
  • At the ⁇ drive unit is characterized in that it is able to apply a Drehmo ⁇ ment, which is sufficient for the movement of the articulated arm straight.
  • the design of the Gelenkarman ⁇ drive with a drive that can exert only a small force, is a crucial safety aspect for the use of the articulated arm in surgery.
  • the drive with Torque has the advantage that, if the articulated arm is moved in the wrong direction, a slight resistance is sufficient to stop it or to move it back.
  • the locking mechanism then ensures sufficient stability in the locked state of the articulated arm.
  • Such articulated arms can comprise any number of joints.
  • the embodiment with only two hinges and a ball joint is of great advantage for easy handling, since the degrees of freedom of movement are minimized.
  • the first two joints are preferably hinges which allow movement of the first two Gelenkarmabitese in a horizontal plane parallel to the tray table. Accordingly, it is particularly advantageous to design the articulated arm only for a two-dimensional movement, ie, a first and second Gelenkarmab mustard via a rotary joint on a central mast and both Gelenkarmabitese are connected to each other via another hinge so that these two Gelenkarmabitese in a plane parallel to the Operating table can be moved.
  • This two-dimensional movement initially serves only for horizontal positioning ⁇ tion at a predetermined height.
  • the small number of joints has the advantage that the control is easy lent borrowed, in particular a very precise control of each joint.
  • a third joint is attached, which may be a ball joint for movement in three dimensions.
  • the drive unit is designed so that a maximum torque of 5 Nm can be applied. This upper limit of the force
  • the drive unit has the advantage that a person can not be injured by the articulated arm.
  • the articulated arm can also be guided manually for fine positioning.
  • a state is switchable in that the joints are passive, i. are not driven, but the locking mechanisms are still solved so are open.
  • the drive unit of the articulated arm is designed so that it can move the articulated arm for positioning in an active state, but in a passive state "back-drivable", that is restorable. That in the passive state, in particular, a manual application of force by a human user to the articulated arm or to an instrument held by the articulated arm is sufficient to return it against the driven movement.
  • the locking mechanism is not active, i. The articulated arm is not locked.
  • the drive unit is also designed so that even in the active state in which the articulated arm is moved, this is manually reset. This has the advantage that at no time, contrary to the will of the user, can the articulated arm make a movement that could be dangerous to a user or a patient.
  • the locking mechanism is in particular designed such that the at least one joint of the articulated arm remains fixed in an arre ⁇ oriented state at least under a tensile force of up to 4 kilograms. That is, the Feststellmechanis ⁇ mus must ensure the stability of the position of the articulated arm in the locked state, up to a tugging tensile force of 10 kilograms thereto. This has the advantage that the articulated arm can not be moved out of the adjusted position by accidental accidental contact or by abutment thereon. Due to the use of drives with very low engine power so a locking mechanism is summarized at each joint. The joints thereby become dual-mode joints according to the invention, which can be switched to a passive and to an active state. The circuit of the locking mechanism can be actuated electromechanically or electropneumatically.
  • the dual-mode joints ie the joints with locking mechanism allow two states:
  • the passive state is the arre ⁇ oriented state in which the articulated arm is held at a fixed position.
  • the Arretiermecha ⁇ mechanisms of the joints are released and the joints can be moved ⁇ who.
  • all drives used allow a vomverfahrbar- ability, ie they are "back-drivable". In this case, the drives used are reset in the off state. It is particularly advantageous is when the drives are designed from ⁇ that they themselves are resettable in operation by a manu ⁇ economic intervention by the user.
  • the locking mechanism of the articulated arm on a gear and a mandrel on a traversing mechanism is connected to a first Gelenkarmabites and the mandrel on the traversing mechanism with a second Gelenkarmabites.
  • the movement mechanism is configured to move the mandrel between the teeth of the gear, and thus to effect a frictional connection of the two Gelenkarmabitese.
  • the ⁇ se type of locking mechanism has the advantage of special stability.
  • this has a braking surface and a brake pad on a traversing mechanism.
  • the braking surface can be analogous to the gear may be arranged on the first Gelenkarmabites and the brake pad with the traversing mechanism on the second Gelenkarmabites be arranged.
  • the movement mechanism is adapted so to press the brake pad to the braking surface to move ⁇ and to this, that the required stability of the joint described is ensured in the locked state.
  • Another alternative embodiment of the Feststellme ⁇ mechanism comprises a brake disc, which is connected to the first Ge ⁇ steering arm portion and a brake disc, the verbun ⁇ a shaft with the second Gelenkarmabites ⁇ is the.
  • This second brake disc can be moved via a Verfahrme ⁇ mechanism on the first brake disc and pressed against this, which in turn takes place the locking of the two Gelenkarmabitese.
  • the Feststelloder locking mechanism is mechanically executed.
  • the two articulated arm by a gear and a mandrel are mechanically connected together, in one alternative, the locking takes place due to Maisrei ⁇ bung.
  • the locking with a gear is advantageous for swivel joints.
  • the gear wheel is arranged concentrically to Drehge ⁇ steering.
  • the mandrel, which can protrude through a traversing mechanism in the gear is biased in a particular embodiment, for example by a spring and thus can lock the hinge very quickly by releasing the spring in a desired position.
  • the actuation of the spring can for example be electromagnetically.
  • all the locking mechanisms are provided in addition to the electrical switchability with a manually operated mechanical switch, which allows to open the joint. This in turn represents a Si ⁇ cherheitsvorlotung.
  • Locking based on contact friction can have two very different designs.
  • a swivel joint with braking surface which is similar to the gear concentric is arranged to the rotary joint.
  • a brake pad is moved and pressed analogously to the mandrel.
  • the actuation of the brake pad can also be electromagnetically. This can also be biased by a spring to allow quick locking.
  • an actuation of the brake pad by a pneumatic cylinder is advantageous, especially when used in surgery, since a compressed air supply is ensured in an operating ⁇ hall.
  • a bias by a spring this is in particular designed such that it is biased by a drive for opening the Ge ⁇ steering and then the movement of the brake pad for locking the joint takes place by the spring force.
  • the lock can also be done by pressing together two brake discs.
  • a brake disc is arranged on a shaft perpendicular to this, which runs centrally within the rotary joint and is connected to one of the joint ⁇ armabitese, wherein the second brake disc, which is pressed against the first, is fixedly connected to the second Ge ⁇ steering arm section.
  • This embodiment has a higher contact surface of the braking surfaces.
  • brake surfaces different rubber surfaces are suitable. In general, high coefficient of friction surfaces are suitable.
  • both discs are firmly connected with j Weils a Gelenkarmabites. While the first brake disc is rigidly verbun with the first Gelenkarmabites, the second is perpendicular to the first to be movable Also in the version with the brake discs, the movable disc Liehe be actuated electrically or pneumatically who the.
  • a Ku gelumlaufspindel can be used for the electric drive. With such a spindle drive sufficiently high holding forces can be effected. Alternatively, the actuation with a pneumatic cylinder is possible again. By the compressed air is also exercised by a sufficiently high force on the brake disc. The actuation of the joints and the actuation of the locking mechanisms can be done electrically.
  • an electric motor can be used in conjunction with a transmission.
  • the actuation of the joints takes place exclusively for positioning the articulated arm without resistance to ⁇ addition to the movement friction in the joints must be overcome.
  • the force needed to hold retractors is not applied by the articulated arm drive. Holding the retractor hook is only possible in the locked state.
  • the articulated arm drive is specifically designed in its force on the friction and inertia of the joints ⁇ .
  • the joints are preferably not without ⁇ stateless. A certain resistance in the joints, even in the passive state, ie in the opened state of the Arretierme- mechanisms, is advantageous for the stability in case of accidental abutment of the articulated arm.
  • the articulated arm according to the invention is particularly suitable for being used in a positioning robot. By using drive mechanisms of very low torque, safe use of these articulated arms in surgery is possible.
  • the positioning robot has a sensor unit which, for example, comprises a pressure or tensile force sensor.
  • a safety function for example, an emergency shutdown is possible.
  • the robot arm is so arre ⁇ animalbar by his dual-mode joints so that it can be moved with low driving force.
  • This has the advantage that the robot arm is fully remotely movable and also different positions can be approached automatically, eg by prior input or calculation of the positions in a surgery planning program.
  • motion functions can be implemented in such a way that the articulated arm is intelligently can act gent.
  • the positioning robot is configured to implement remote control commands are received, to ⁇ gene and this by means of the drive unit inletsvorgän ⁇ ge of the articulated arm. Ie to one or more at ⁇ drive units of the joints of the articulated arm are given Steuerbe ⁇ missing.
  • the remote control has the advantage that a user, who is a surgeon in particular, does not have to operate the robot manually, eg via input keys.
  • the positioning robot is e.g. connected via a data connection with a control unit.
  • this operating unit has at least one foot switch and the data connection is, for example, a cable connection or wireless.
  • the positioning robot may be configured to receive acoustic remote control signals, in particular voice commands.
  • a further embodiment of the remote control is done, for example, via a data connection to a motion sensor unit.
  • the motion sensor unit is camera-based and configured to generate remote control commands from the gestures of a user.
  • a position can be determined and this position can be approached by the robot.
  • a completely remote-controlled and partially preprogrammed positioning by a derarti ⁇ gen positioning robot is possible.
  • the arms may be attached to a common central mast, wherein the hinges of the first Gelenkab ⁇ section are attached to this mast at different heights.
  • each articulated arm is arranged on a separate mast.
  • the masts can be arranged laterally on the storage table or on a separate stand. This stand can be mounted on the floor or ceiling. It is advantageous that the vertical masts do not protrude beyond the articulated arms so as not to hinder the user as much as possible.
  • the height of the masts is expediently adjustable. However, this adjustment can take place before an application, ie before a surgical procedure.
  • the height adjustment can mechanically or electromagnetically actuated, hydraulic or pneumatic.
  • FIG. 1 shows an articulated arm
  • FIG. 2 shows an arrangement of a plurality of articulated arms
  • FIG. 3 shows a further arrangement of a plurality of articulated arms
  • FIG. 4 shows a swivel joint with locking mechanism
  • Figure 5 shows a swivel joint with a Zahnradfeststellme ⁇ mechanism open
  • FIG. 6 shows a rotary joint with a locked gear locking mechanism
  • FIG. 7 shows a swivel joint with an opened locking mechanism
  • FIG. 8 shows a swivel joint with locked locking mechanism
  • FIG. 9 shows a swivel joint with an open disk brake locking mechanism
  • FIG. 10 shows a swivel joint with locked disc brake locking mechanism.
  • the articulated arm 10 is attached to a central mast 20.
  • This mast 20 may be part of a positio ⁇ nierroboters or a delivery table 40th
  • Each hinge ⁇ arm 10 may be attached to a separate mast 20.
  • a plurality of articulated arms 10 can be attached to a central mast 20.
  • the electrical supply of the articulated arm 10 preferably takes place via the central mast 20.
  • the articulated arm 10 shown in FIG. 1 has three articulated arm sections 21, 22, 23, which are connected to one another via joints 12, 13.
  • the first Gelenkarmabêt 21 is attached via a hinge 11 to the central mast 20.
  • the joint 11 is a hinge, about which the first joint arm portion 21 is rotatable perpendicular to the central mast 20 in a Ebe ⁇ ne.
  • the second Gelenkarmabites 22 joins in particular via a further pivot 12 to the first Gelenkarmabites 21, which may also be referred to as Ellenbogenge ⁇ steering 12. That is, the second and the overall lenkarmabites 22 in the same plane as the first Ge ⁇ lenkarmabêt 21 is movable about the pivot 12th
  • the swivel joint 12, so to speak, represents the elbow of the articulated arm, above which the horizontal distance to the central mast is determined. is adjustable.
  • the height of the horizontal plane in which the first two Gelenkarmabitese 21, 22 move adjusted over the height of the central mast 20.
  • the second joint arm piece 22 is adjoined by a further joint 13, a third articulated arm portion 23.
  • the third joint 13 may in turn be a rotary joint, which is rotatable perpendicular to the second Gelenkarmabites.
  • the third joint 13 is designed as a ball joint and has three degrees of freedom.
  • FIGS 2 and 3 show arrangements of a plurality of articulated arms 10 on a storage table 40, which serves in particular for storing a Letsob ectes 50.
  • a storage table 40 which serves in particular for storing a Letsob ectes 50.
  • articulated arms 10 are particularly suitable for holding instruments or refractors during surgical interventions. Then comes a patient 50 on the table 40, ie to lie on the operating table. Laterally of the operating table 40, a central mast 20 or more holding masts 31, 32, 33 is mounted for the articulated arms 10. These may be attached laterally to the operating table 40 or belong to a separate stand.
  • the articulated arms can be part of a positio ⁇ nierroboters which is operated by the surgeon.
  • the several ⁇ ren articulated arms 10 are mounted in particular at different heights relative to the storage table 40 so that they do not restrict their movement and there are no collisions of the articulated arms 10.
  • the first two Gelenkarmabmalee 21, 22 of each articulated arm 10 via a pivot joint 12 are connected so that they form an angle within a plane parallel to the storage table 40.
  • the height adjustability of the articulated arms 10 via the masts 20, 31-33 is advantageous for the adaptation of the mounting height relative to the examination object 50, which may also be different in size.
  • the joints 13, which are in particular ball joints the respective third Gelenkarmab- sections 23 are particularly accurately positioned. These may be di ⁇ rectly configured as refractors or have a clamping device for any surgical instrument on ⁇ .
  • FIG. 4 initially shows in simplified form the principle of the locking mechanism:
  • a first articulated arm section LI is connected to a second articulated arm section L2 via a hinge 11, 12, 13.
  • a locking mechanism with a traversing mechanism 51 for a movable part 52, which then forms the adhesion to the first Gelenkarmabrough LI.
  • This movable part 52 can engage in a gear 53 in the form of a mandrel 52 or can be pressed onto a braking surface 63 in the form of a brake pad 62.
  • Figures 5 and 6 show the locking mechanism in the form of a gear in the open ( Figure 5) and in the closed ( Figure 6) form.
  • the first Gelenkarmabexcellent LI a gear concentric with the pivot 11, 12.
  • the traversing mechanism 51 is attached to the mandrel 52. Engages the mandrel 52 in the locked state in the gear 53, the Gelenkarmabitese LI and L2 are frictionally ver ⁇ together.
  • the solution of a Feststellme ⁇ mechanism shown in Figures 7 and 8 shows a first articulated arm portion LI, is via an articulation, in particular a rotary joint 11, 12 connected to a second articulated arm portion L2.
  • the Gelenkarmab- section LI ends in a circular shaft perpendicular to
  • Figures 9 and 10 show an alternative locking device for a hinge 11, 12 connecting a first LI and second L2 Gelenkarmabites with each other.
  • a planar structure is provided on the first Gelenkarmabites LI, on which a brake disk 74 has been mounted, pa ⁇ rallel to the plane in which the Gelenkarmabitese LI, L2 are movable ⁇ bar.
  • the Gelenkarmabites LI has a circular passage through which a shaft 72 can be performed perpendicular to the brake disc 74. This shaft
  • the shaft 72 is connected to the second Gelenkarmabites L2 and has, after the implementation of a second brake disc 73, which is arranged parallel to the first brake disc 74.
  • the shaft 72 can by a prime mover 71 perpendicular to

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Abstract

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist ein Gelenkarm mit mindestens einer Antriebseinheit, die in einem aktiven Zustand den Gelenkarm positionieren kann aber in einem passiven Zustand manuell zurückstellbar ist. Insbesondere ist der Antrieb durch manuelle Krafteinwirkung auf ein vom Gelenkarm gehaltenes Instrument bewegbar, was ein entscheidender Sicherheitsaspekt ist. Mittels eines Feststellmechanismus kann der Gelenkarm arretiert und gegen versehentliche Bewegung gesichert werden. Der Gelenkarm ist in einem programmierbaren Positionierroboter einsetzbar.

Description

Beschreibung
Gelenkarm mit Feststellmechanismus
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gelenkarm zur Halte rung von chirurgischen Instrumenten. Daneben wird ein Positi onierroboter mit einem erfindungsgemäßen Gelenkarm angegeben
Im Bereich der Chirurgie-Assistenzsysteme, z.B. in der klas¬ sischen, nicht-minimalinvasiven Chirurgie im Bauch- oder Brustkorbraum, wird vermehrt darauf abgezielt medizinisches Personal durch technische Hilfssysteme zu ersetzen, wo es aufgrund von Konzentrationsschwächen oder Ermüdungserscheinungen eines Menschen zu Störungen und Komplikationen eines chirurgischen Eingriffs kommen kann. Ein Beispiel dafür ist die Halterung von Wundhaken, die so in den Operationszugang eingesetzt werden, dass dieser offen gehalten wird. Auch andere chirurgische Instrumente, die während der Operation in einer festen Position gehalten werden müssen, werden Vorzugs weise von mechanischen Haltern und nicht von medizinischem Hilfspersonal gehalten.
Bisher bekannte Haltesysteme beschränken sich auf mechanisch Halter verschiedener Ausführungsformen, z.B. Gestänge und Platten mit einfachen mechanischen Klemmen und Gelenken, sowie Gelenkstangen mit arretierbaren Gelenken. Beispielsweise werden die Gelenke auch durch Druckluft arretiert. Für den Einsatz dieser mechanischen Halter muss der Anwender diese mit zwei Händen bedienen. Die Bedienung mit zwei Händen ist sowohl zur Positionierung der Wundhaken oder Instrumente nötig als auch zur Arretierung der Gelenke, z.B. durch Schrauben oder die Betätigung von Druckluftknöpfen. Die schlechte Bedienbarkeit schränkt die Anwendung besonders für chirurgi¬ sche Eingriffe ein. Besonders nachteilig ist, dass zur Bedie nung verschiedener Haltevorrichtungen wiederum Hilfspersonal benötigt wird. Bisher in der Chirurgie eingesetzte Gelenkarme und Halterun¬ gen für chirurgische Instrumente, insbesondere Wundhaken, müssen vom Anwender manuell positioniert werden. Um eine Po¬ sitionierung automatisch vorzunehmen, kann für industrielle Anwendungen auf Industrieroboter zurückgegriffen werden, nicht aber für den Einsatz in der Chirurgie. Diese Industrie¬ roboter können von einem Anwender ferngesteuert oder fest programmiert sein. Dabei werden für die Bewegung von Gelenkarmen jedoch Antriebe eingesetzt, die ein hohes Drehmoment aufbringen können. Entweder werden Motoren mit hohem Drehmoment und kleinen Getrieben oder Motoren mit geringem Drehmoment und einem Getriebe zur Erzeugung eines höheren Drehmo¬ ments eingesetzt. In beiden Fällen ist der Antrieb dazu ge¬ eignet, relativ hohe Kräfte aufzubringen und den Roboterarm auch über Widerstände hinweg zu bewegen. Derartige Industrie¬ roboter können daher nicht in der Chirurgie eingesetzt werden, da diese ein zu hohes Sicherheitsrisiko darstellen.
Aufgabe ist es einen robotergeführten Gelenkarm anzugeben, der für den Einsatz als Halterung bei chirurgischen Eingriffen kein Sicherheitsrisiko bedeutet.
Die Aufgabe ist durch einen Gelenkarm gemäß dem Patentanspruch 1 sowie durch einen Positionierroboter gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Gelenkarm dient insbesondere zur Halte¬ rung von chirurgischen Instrumenten. Der Gelenkarm weist mindestens ein Gelenk zwischen zwei Gelenkarmabschnitten auf. Des Weiteren weist der Gelenkarm mindestens eine Antriebseinheit sowie mindestens einen Feststellmechanismus auf. Die An¬ triebseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein Drehmo¬ ment aufzubringen vermag, das für die Bewegung des Gelenkarms gerade ausreichend ist. Die Ausgestaltung des Gelenkarman¬ triebs mit einem Antrieb, der nur eine geringe Kraft ausüben kann, ist ein entscheidender Sicherheitsaspekt für den Einsatz des Gelenkarms in der Chirurgie. Der Antrieb mit gerin- gern Drehmoment hat den Vorteil, dass bei falscher Bewegung des Gelenkarmes ein geringer Widerstand ausreicht diesen zu stoppen oder zurück zu bewegen. Der Feststellmechanismus gewährleistet dann eine ausreichende Stabilität im arretierten Zustand des Gelenkarms.
Derartige Gelenkarme können beliebig viele Gelenke umfassen. Die Ausgestaltung mit nur zwei Drehgelenken und einem Kugelgelenk ist jedoch von großem Vorteil für eine einfache Hand- habung, da die Bewegungsfreiheitsgrade minimiert sind. Die ersten beiden Gelenke sind vorzugsweise Drehgelenke, die eine Bewegung der ersten beiden Gelenkarmabschnitte in einer horizontalen Ebene parallel zum Ablagetisch erlauben. Besonders vorteilhaft ist es dementsprechend den Gelenkarm nur für eine zweidimensionale Bewegung auszugestalten, d.h. das ein erster und zweiter Gelenkarmabschnitt über ein Drehgelenk an einem zentralen Mast und beide Gelenkarmabschnitte über ein weiteres Drehgelenk so miteinander verbunden sind, dass diese beiden Gelenkarmabschnitte in einer Ebene parallel zu dem Operationstisch bewegt werden können. Diese zweidimensionale Bewegung dient zunächst nur zur horizontalen Positio¬ nierung in einer vorbestimmten Höhe. Die geringe Anzahl an Gelenken hat den Vorteil, dass die Ansteuerung einfach mög- lieh ist, insbesondere eine sehr präzise Ansteuerung jedes einzelnen Gelenks.
Am Ende des zweiten Gelenkarmabschnitts ist vorteilhafterwei¬ se noch ein drittes Gelenk angebracht, welches ein Kugelge- lenk zur Bewegung in drei Dimensionen sein kann. An diesem
Gelenk ist nur noch ein relativ kurzer Gelenkarmabschnitt angebracht, der insbesondere eine Halterung umfasst über die Instrumente am Gelenkarm montiert werden können oder der dritte Gelenkarmabschnitt selbst stellt einen Wundhaken dar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinheit so ausgestaltet, dass maximal ein Drehmoment von 5 Nm aufgebracht werden kann. Diese Obergrenze der Kraft der Antriebseinheit hat den Vorteil, dass einem Menschen durch den Gelenkarm keine Verletzung zugefügt werden kann.
Neben der elektrisch aktuierten Positionierung eines chirur- gischen Instruments durch den Gelenkarm kann der Gelenkarm für die Feinpositionierung auch manuell geführt werden. Dazu ist ein Zustand schaltbar, indem die Gelenke passiv sind, d.h. nicht angetrieben werden, die Arretiermechanismen jedoch noch gelöst also offen sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebseinheit des Gelenkarms so ausgestaltet, dass sie in einem aktiven Zustand den Gelenkarm zur Positionierung bewegen kann, aber in einem passiven Zustand "back-drivable" , also zurückstellbar ist. D.h. in dem passiven Zustand reicht insbesondere eine manuelle Krafteinwirkung eines menschlichen Anwenders auf den Gelenkarm oder auf ein vom Gelenkarm gehaltenes Instrument aus, diesen entgegen der angetriebenen Bewegung zurückzustellen. Dabei ist der Feststellmechanismus aber nicht aktiv, d.h. der Gelenkarm ist nicht arretiert.
Insbesondere ist die Antriebseinheit auch so ausgestaltet, dass selbst in dem aktiven Zustand, in dem der Gelenkarm bewegt wird, dieser manuell zurückstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass zu keiner Zeit der Gelenkarm entgegen des Willens des Anwenders eine Bewegung ausführen kann, die einem Anwender oder einem Patienten gefährlich werden könnte.
Der Feststellmechanismus ist insbesondere so ausgestaltet, dass das mindestens eine Gelenk des Gelenkarms in einem arre¬ tierten Zustand mindestens unter einer Zugkraft von bis zu 4 Kilogramm festgestellt bleibt. D.h. der Feststellmechanis¬ mus muss die Stabilität der Position des Gelenkarms in dem arretierten Zustand gewährleisten, bis zu einer daran angrei- fenden Zugkraft von 10 Kilogramm. Dies hat den Vorteil, dass der Gelenkarm nicht durch eine zufällige ungewollte Berührung oder durch ein Anstoßen daran aus der eingestellten Position bewegt werden kann. Aufgrund des Einsatzes von Antrieben mit sehr geringer Motorkraft wird also ein Feststellmechanismus an jedem Gelenk um- fasst. Die Gelenke werden dadurch zu erfindungsgemäßen Dual- Mode-Joints, die in einen passiven und in einen aktiven Zustand schaltbar sind. Die Schaltung des Arretiermechanismus kann elektromechanisch oder elektropneumatisch aktuiert werden .
Die Dual-Mode-Joints , d.h. die Gelenke mit Arretiermechanis¬ mus erlauben zwei Zustände: Der passive Zustand ist der arre¬ tierte Zustand, in dem der Gelenkarm an einer festen Position gehalten wird. In dem aktiven Zustand sind die Arretiermecha¬ nismen der Gelenke gelöst und die Gelenke können bewegt wer¬ den. Die Bewegung der Gelenke erfolgt über einen zentralen oder mehrere lokal an den Gelenken angebrachte Antriebe. Alle eingesetzten Antriebe erlauben jedoch eine Rückverfahrbar- keit, d.h. sie sind "back-drivable" . In diesem Fall sind die verwendeten Antriebe im ausgeschalteten Zustand zurückstellbar. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Antriebe so aus¬ gestaltet sind, dass sie selbst im Betrieb durch einen manu¬ ellen Eingriff des Anwenders zurückstellbar sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Feststellmechanismus des Gelenkarms ein Zahnrad und einen Dorn an einem Verfahrmechanismus auf. Dabei ist das Zahnrad mit einem ersten Gelenkarmabschnitt und der Dorn an dem Verfahrmechanismus mit einem zweiten Gelenkarmabschnitt verbunden. An dem Gelenk können Dorn und Zahnrad ineinander greifen. Dabei ist der Verfahrmechanismus ausgestaltet den Dorn zwischen die Zähne des Zahnrads zu bewegen, und so einen Kraftschluss der beiden Gelenkarmabschnitte zu bewirken. Die¬ se Art des Feststellmechanismus hat den Vorteil besonderer Stabilität .
In einer alternativen Ausgestaltung des Feststellmechanismus weist dieser eine Bremsfläche und einen Bremsklotz an einem Verfahrmechanismus auf. Dabei kann die Bremsfläche analog zu dem Zahnrad an dem ersten Gelenkarmabschnitt angeordnet sein und der Bremsklotz mit dem Verfahrmechanismus an dem zweiten Gelenkarmabschnitt angeordnet sein. Der Verfahrmechanismus ist dazu ausgestaltet, den Bremsklotz auf die Bremsfläche zu¬ zubewegen und an diese so anzupressen, dass die beschriebene erforderliche Stabilität des Gelenks im arretierten Zustand gewährleistet ist.
Eine weitere alternative Ausgestaltungsform des Feststellme¬ chanismus umfasst eine Bremsscheibe, die mit dem ersten Ge¬ lenkarmabschnitt verbunden ist und eine Bremsscheibe, die über einen Schaft mit dem zweiten Gelenkarmabschnitt verbun¬ den ist. Diese zweite Bremsscheibe kann über einen Verfahrme¬ chanismus auf die erste Bremsscheibe bewegt und an diese an- gepresst werden, wodurch wiederum die Arretierung der beiden Gelenkarmabschnitte erfolgt.
Zu den Arretiermechanismen: Grundsätzlich ist der Feststelloder Arretiermechanismus mechanisch ausgeführt. In einer Va¬ riante werden die zwei Gelenkarmabschnitte über ein Zahnrad und einen Dorn miteinander mechanisch verbunden, in einer Alternative erfolgt die Arretierung aufgrund von Kontaktrei¬ bung. Die Arretierung mit einem Zahnrad ist von Vorteil für Drehgelenke. Dabei ist das Zahnrad konzentrisch zum Drehge¬ lenk angeordnet. Der Dorn, der durch einen Verfahrmechanismus in das Zahnrad ragen kann, ist in einer besonderen Ausführungsform z.B. durch eine Feder vorgespannt und kann somit durch Lösen der Feder sehr schnell in einer gewünschten Position das Gelenk arretieren. Die Aktuierung der Feder kann z.B. elektromagnetisch erfolgen. Vorzugsweise sind alle Arretiermechanismen zusätzlich zur elektrischen Schaltbarkeit mit einem manuell bedienbaren mechanischen Schalter versehen, der erlaubt, das Gelenk zu öffnen. Dies stellt wiederum eine Si¬ cherheitsvorkehrung dar.
Die Arretierung auf Basis von Kontaktreibung kann zwei sehr unterschiedliche Aus führungs formen haben. Zum einen ein Drehgelenk mit Bremsfläche, die ähnlich zum Zahnrad konzentrisch zum Drehgelenk angeordnet ist. Auf diese wird analog zum Dorn ein Bremsklotz zubewegt und angepresst. Auch die Aktuierung des Bremsklotzes kann elektromagnetisch erfolgen. Dieser kann auch durch eine Feder vorgespannt sein, um ein schnelles Arretieren zu ermöglichen. Aber auch eine Aktuierung des Bremsklotzes durch einen Pneumatikzylinder ist von Vorteil, besonders beim Einsatz in der Chirurgie, da in einem Operations¬ saal eine Druckluftversorgung gewährleistet ist. Beim Einsatz einer Vorspannung durch eine Feder ist diese insbesondere so ausgestaltet, dass sie durch einen Antrieb zum Öffnen des Ge¬ lenks vorgespannt wird und die Bewegung des Bremsklotzes zum Arretieren des Gelenks dann durch die Federkraft erfolgt. Zum anderen kann die Arretierung auch durch Aufeinanderpressen von zwei Bremsscheiben erfolgen. Dabei ist eine Bremsscheibe an einem Schaft senkrecht zu diesem angeordnet, der zentral innerhalb des Drehgelenks verläuft und mit einem der Gelenk¬ armabschnitte verbunden ist, wobei die zweite Bremsscheibe, die auf die erste angedrückt wird, fest mit dem zweiten Ge¬ lenkarmabschnitt verbunden ist. Diese Ausgestaltungsform weist eine höhere Kontaktfläche der Bremsflächen auf. Als Bremsflächen sind verschiedene Gummioberflächen geeignet. Im Allgemeinen sind Oberflächen mit hohem Reibungskoeffizient geeignet .
Auch m dieser Variante sind beide Bremsscheiben fest mit j weils einem Gelenkarmabschnitt verbunden. Während die erste Bremsscheibe starr mit dem ersten Gelenkarmabschnitt verbun den ist, ist die zweite senkrecht auf die erste zu bewegbar Auch in der Ausführung mit den Bremsscheiben kann die beweg liehe Bremsscheibe elektrisch oder pneumatisch aktuiert wer den. Insbesondere kann für den elektrischen Antrieb eine Ku gelumlaufspindel eingesetzt werden. Mit einem derartigen Spindelantrieb können ausreichend hohe Haltekräfte bewirkt werden. Alternativ ist wieder die Aktuierung mit einem Pneu matikzylinder möglich. Über die Druckluft ist auch dadurch eine ausreichend hohe Kraft auf die Bremsscheibe ausübbar. Die Aktuierung der Gelenke sowie die Aktuierung der Feststellmechanismen kann elektrisch erfolgen. Dazu kann ein Elektromotor in Verbindung mit einem Getriebe eingesetzt werden. Die Aktuierung der Gelenke erfolgt jedoch ausschließlich zur Positionierung des Gelenkarms ohne einen Widerstand zu¬ sätzlich zur Bewegungsreibung in den Gelenken überwunden werden muss. Beispielsweise wird die Kraft, die für das Halten von Wundhaken nötig ist, nicht durch den Gelenkarmantrieb aufgebracht. Das Halten des Wundhakens wird erst im arretier- ten Zustand möglich. Der Gelenkarmantrieb ist in seiner Kraft spezifisch auf die Reibung und Trägheit der Gelenke ausge¬ richtet. Die Gelenke sind jedoch vorzugsweise nicht wider¬ standslos. Ein gewisser Widerstand in den Gelenken, selbst im passiven Zustand, d.h. im geöffneten Zustand der Arretierme- chanismen, ist von Vorteil für die Stabilität bei ungewolltem Anstoßen am Gelenkarm.
Der erfindungsgemäße Gelenkarm ist besonders dafür geeignet in einem Positionierroboter eingesetzt zu werden. Durch den Einsatz von Antriebsmechanismen sehr geringen Drehmoments ist ein sicherer Einsatz dieser Gelenkarme in der Chirurgie möglich.
Insbesondere weist der Positionierroboter eine Sensoreinheit auf, die beispielsweise einen Druck- oder Zugkraftsensor um- fasst. Mittels einer derartigen Sensoreinheit ist die Imple¬ mentierung einer Sicherheitsfunktion, z.B. einer Notabschaltung, möglich. Der Roboterarm ist also durch seine Dual-Mode-Joints so arre¬ tierbar, dass er mit geringer Antriebskraft bewegt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Roboterarm vollständig fernsteuerbar bewegbar ist und auch verschiedene Positionen selbsttätig angefahren werden können, z.B. durch vorherige Eingabe oder Berechnung der Positionen in einem Chirurgieplanungsprogramm. Und durch die verschiedenen Sensoren, z.B. Druck-, Zug- und/oder optische Sensoren, können Bewegungsfunktionen so implementiert sein, dass der Gelenkarm intelli- gent agieren kann. So wird die Verwendung und Handhabung durch einen Chirurgen für diesen stark vereinfacht und Positioniervorgänge beschleunigt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Positionierroboter ausgestaltet, Fernsteuerbefehle zu empfan¬ gen und diese mittels der Antriebseinheit in Bewegungsvorgän¬ ge des Gelenkarms umzusetzen. D.h. an eine oder mehrere An¬ triebseinheiten der Gelenke des Gelenkarms werden Steuerbe¬ fehle gegeben. Die Fernsteuerung hat den Vorteil, dass ein Anwender, der insbesondere ein Chirurg ist, den Roboter nicht manuell, z.B. über Eingabetasten, betätigen muss.
Dazu ist der Positionierroboter z.B. über eine Datenverbindung mit einer Bedieneinheit verbunden. Diese Bedieneinheit weist insbesondere mindestens einen Fußschalter auf und die Datenverbindung ist beispielsweise eine Kabelverbindung oder drahtlos ausgeführt.
Alternativ kann der Positionierroboter ausgestaltet sein, akustische Fernsteuersignale, insbesondere Sprachbefehle, zu empfangen .
Eine weitere Ausgestaltung der Fernsteuerung geschieht bei- spielsweise über eine Datenverbindung zu einer Bewegungssen- soreinheit. Die Bewegungssensoreinheit ist kamerabasiert und ausgestaltet, aus der Gestik eines Anwenders Fernsteuerbefeh- le zu generieren.
Beispielsweise kann so durch eine Bewegungserfassung von Handbewegungen des Anwenders eine Positionierung erfolgen. Alternativ kann aufgrund von 3D-Aufnahmen, z.B. mittels einer Stereokamera oder eines Computertomographen, eine Position ermittelt werden und diese Position durch den Roboter angefahren werden. So wird eine vollständig ferngesteuerte und zum Teil vorprogrammierte Positionierung durch einen derarti¬ gen Positionierroboter möglich. Bei der Anordnung von mehreren Gelenkarmen an einem Operationstisch oder allgemein einem Ablagetisch ist es von Vorteil, diese in unterschiedlichen Höhen anzubringen, so dass sich die Bewegungen der Arme in unterschiedlichen Ebenen abspielen. Dazu können die Arme an einem gemeinsamen zentralen Mast angebracht sein, wobei die Drehgelenke des ersten Gelenkab¬ schnitts an unterschiedlichen Höhen an diesem Mast befestigt sind. Alternativ ist jeder Gelenkarm an einem eigenen Mast angeordnet. Die Masten können seitlich an dem Ablagetisch oder an einem separaten Ständer angeordnet sein. Dieser separate Ständer kann auf dem Boden oder an der Decke montiert sein. Von Vorteil ist es, dass die vertikalen Masten nicht über die Gelenkarme hinausragen um den Anwender möglichst nicht zu behindern. Die Höhe der Masten ist zweckdienlicherweise verstellbar. Diese Verstellung kann jedoch zeitlich vor einer Anwendung, d.h. vor einem chirurgischen Eingriff geschehen. Die Höheneinstellung kann mechanisch aber auch elektromagnetisch aktuiert, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen .
Beim Einsatz von mehreren Gelenkarmen mit nur jeweils zwei Gelenkarmabschnitten sind diese vorzugsweise so angeordnet und werden immer so positioniert, dass das Ellbogengelenk möglichst weit von der Position entfernt ist, an der das chi¬ rurgische Instrument bzw. der dritte Gelenkarmabschnitt gehalten werden soll. Somit ist gewährleistet, dass der An¬ wender nicht durch die Arme an sich behindert ist. Auch ist in dem Positionierroboter implementierbar, dass für jede Position der jeweils naheste Gelenkarm verwendet wird.
Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die Figuren 1 bis 10 der ange¬ hängten Zeichnung beschrieben:
Figur 1 zeigt einen Gelenkarm,
Figur 2 zeigt eine Anordnung mehrerer Gelenkarme,
Figur 3 zeigt eine weitere Anordnung mehrerer Gelenkarme,
Figur 4 zeigt ein Drehgelenk mit Feststellmechanismus, Figur 5 zeigt ein Drehgelenk mit einem Zahnradfeststellme¬ chanismus geöffnet,
Figur 6 zeigt ein Drehgelenk mit einem arretierten Zahnradfeststellmechanismus ,
Figur 7 zeigt ein Drehgelenk mit geöffnetem Feststellmechanismus ,
Figur 8 zeigt ein Drehgelenk mit arretiertem Feststellmechanismus ,
Figur 9 zeigt ein Drehgelenk mit geöffnetem Scheibenbrem- senfeststellmechanismus und
Figur 10 zeigt ein Drehgelenk mit arretiertem Scheibenbrem- senfeststellmechanismus .
Anhand der in Figur 1 gezeigten Aus führungs form eines Gelenk- arms 10 können dessen grundsätzlicher Aufbau und Teile beschrieben werden. Der Gelenkarm 10 ist an einem zentralen Mast 20 befestigt. Dieser Mast 20 kann Teil eines Positio¬ nierroboters oder eines Ablagetisches 40 sein. Jeder Gelenk¬ arm 10 kann an einem separaten Mast 20 befestigt sein. Alter- nativ können an einem zentralen Mast 20 auch mehrere Gelenkarme 10 angebracht werden. Vorzugsweise erfolgt über den zentralen Mast 20 die elektrische Versorgung des Gelenkarms 10. Der in Figur 1 gezeigte Gelenkarm 10 weist drei Gelenkarmab¬ schnitte 21, 22, 23 auf, die über Gelenke 12, 13 miteinander verbunden sind. Der erste Gelenkarmabschnitt 21 ist über ein Gelenk 11 an dem zentralen Mast 20 befestigt. Insbesondere ist das Gelenk 11 ein Drehgelenk, worüber der erste Gelenk- armabschnitt 21 senkrecht zum zentralen Mast 20 in einer Ebe¬ ne drehbar ist. Der zweite Gelenkarmabschnitt 22 schließt sich insbesondere über ein weiteres Drehgelenk 12 an den ersten Gelenkarmabschnitt 21 an, welches auch als Ellenbogenge¬ lenk 12 bezeichnet werden kann. D.h., das auch der zweite Ge- lenkarmabschnitt 22 in der gleichen Ebene wie der erste Ge¬ lenkarmabschnitt 21 über das Drehgelenk 12 bewegbar ist. Das Drehgelenk 12 stellt sozusagen den Ellenbogen des Gelenkarms dar, worüber der horizontale Abstand zum zentralen Mast ein- stellbar ist. Vorzugsweise wird die Höhe der horizontalen Ebene in der sich die ersten beiden Gelenkarmabschnitte 21, 22 bewegen, über die Höhe des zentralen Mastes 20 eingestellt. An das zweite Gelenkarmstück 22 schließt sich über ein weiteres Gelenk 13 ein dritter Gelenkarmabschnitt 23 an. Das dritte Gelenk 13 kann wiederum ein Drehgelenk sein, welches senkrecht zum zweiten Gelenkarmabschnitt drehbar ist. Vorzugsweise ist das dritte Gelenk 13 aber als Kugelgelenk ausgestaltet und weist drei Freiheitsgrade auf.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Anordnungen von jeweils mehreren Gelenkarmen 10 an einem Ablagetisch 40, der insbesondere zur Ablage eines Untersuchungsob ektes 50 dient. In der Anwendung sind derartige Gelenkarme 10 besonders geeignet, bei chirur- gischen Eingriffen Instrumente oder Refraktoren zu halten. Dann kommt ein Patient 50 auf dem Ablagetisch 40, d.h. auf dem Operationstisch zu liegen. Seitlich des Operationstisches 40 ist ein zentraler Mast 20 oder mehrere Haltemasten 31, 32, 33 für die Gelenkarme 10 angebracht. Diese können seitlich am Operationstisch 40 befestigt sein oder zu einem separaten Ständer gehören. Die Gelenkarme können Teil eines Positio¬ nierroboters sein, der vom Operateur bedient wird. Die mehre¬ ren Gelenkarme 10 werden insbesondere auf unterschiedlicher Höhe relativ zum Ablagetisch 40 angebracht, so dass diese sich in ihrer Bewegung nicht einschränken und es zu keinen Kollisionen der Gelenkarme 10 kommt. Dafür sind die ersten beiden Gelenkarmabschnitte 21, 22 eines jeden Gelenkarms 10 über ein Drehgelenk 12 so verbunden, dass sie einen Winkel innerhalb einer Ebene parallel zum Ablagetisch 40 bilden. Die Höhenverstellbarkeit der Gelenkarme 10 über die Masten 20, 31-33 ist von Vorteil für die Anpassung der Halterungshöhe relativ zum Untersuchungsobjekt 50, welches auch unterschied¬ lich groß sein kann. Über die Gelenke 13, die insbesondere Kugelgelenke sind, sind die jeweils dritten Gelenkarmab- schnitte 23 besonders genau positionierbar. Diese können di¬ rekt als Refraktoren ausgestaltet sein oder aber eine Klemmvorrichtung für ein beliebiges chirurgisches Instrument auf¬ weisen. Um trotz der Rückstellbarkeit des Antriebs der Gelenke 11-13 eine Arretierung zu gewährleisten, die starr genug ist, ein versehentliches Anstoßen am Gelenkarm auszuhalten, sind an allen Gelenken 11-13 der Gelenkarme 10 Feststellmechanismen vorgesehen. Die verschiedenen Aus führungs formen der Feststellmechanismen sind in den Figuren 4 bis 10 gezeigt.
Figur 4 zeigt zunächst vereinfacht das Prinzip des Feststell- mechanismus: Ein erster Gelenkarmabschnitt LI ist mit einem zweiten Gelenkarmabschnitt L2 über ein Gelenk 11, 12, 13 verbunden. An dem zweiten Gelenkarmabschnitt L2 befindet sich ein Feststellmechanismus mit einem Verfahrmechanismus 51 für ein bewegliches Teil 52, welches dann den Kraftschluss zu dem ersten Gelenkarmabschnitt LI bildet. Dieses bewegliche Teil 52 kann in Form eines Dorn 52 in ein Zahnrad 53 greifen oder in Form eines Bremsklotzes 62 auf eine Bremsfläche 63 ge- presst werden. Die Figuren 5 und 6 zeigen den Feststellmechanismus in Form eines Zahnrads in geöffneter (Figur 5) und in geschlossener (Figur 6) Form. Dabei weist der erste Gelenkarmabschnitt LI ein Zahnrad konzentrisch zu dem Drehgelenk 11, 12 auf. An dem Gelenkarmabschnitt L2, der sich über das Drehgelenk 11, 12 relativ zum Gelenkarmabschnitt LI bewegen lässt, ist der Verfahrmechanismus 51 mit dem Dorn 52 angebracht. Greift der Dorn 52 im arretierten Zustand in das Zahnrad 53, sind die Gelenkarmabschnitte LI und L2 kraftschlüssig miteinander ver¬ bunden .
Die in den Figuren 7 und 8 gezeigte Lösung eines Feststellme¬ chanismus zeigt einen ersten Gelenkarmabschnitt LI, der über ein Gelenk, insbesondere ein Drehgelenk 11, 12 mit einem zweiten Gelenkarmabschnitt L2 verbunden ist. Der Gelenkarmab- schnitt LI endet in einem kreisrunden Schaft senkrecht zum
Gelenkarmabschnitt LI, um den herum der Gelenkring des zwei¬ ten Gelenkarmabschnitts L2 angeordnet ist. Konzentrisch zu diesem Gelenkring weist der Schaft am Ende des ersten Gelenk- armabschnitts LI eine Bremsfläche 63 auf. Auf diese Bremsflä¬ che 63 wird der Bremsklotz 62 von dem Feststellantrieb 61 angedrückt. Durch die Oberflächenbeschaffenheit der Bremsfläche 63 und des Bremsklotzes 62 wird ein kraftschlüssiger Verbund der beiden Gelenkarmabschnitte LI und L2 im arretierten Zustand erzeugt, wie er in der Figur 8 gezeigt ist.
Die Figuren 9 und 10 zeigen eine alternative Feststellvorrichtung für ein Drehgelenk 11, 12, das einen ersten LI und zweiten L2 Gelenkarmabschnitt miteinander verbindet. Dabei ist an dem ersten Gelenkarmabschnitt LI ein flächiger Aufbau vorgesehen, auf das eine Bremsscheibe 74 montiert wurde, pa¬ rallel zur Ebene in der die Gelenkarmabschnitte LI, L2 beweg¬ bar sind. Des Weiteren weist der Gelenkarmabschnitt LI eine kreisrunde Durchführung auf, durch die ein Schaft 72 senkrecht zur Bremsscheibe 74 geführt werden kann. Dieser Schaft
72 ist mit dem zweiten Gelenkarmabschnitt L2 verbunden und weist nach der Durchführung eine zweite Bremsscheibe 73 auf, die parallel zur ersten Bremsscheibe 74 angeordnet ist. Der Schaft 72 kann durch einen Primärantrieb 71 senkrecht zur
Ebene, in der die zwei Gelenkarmabschnitte LI, L2 einen Win¬ kel bilden, bewegt werden und somit die zweite Bremsscheibe
73 auf die erste Bremsscheibe 74 anpressen.

Claims

Gelenkarm (10) zur Halterung von chirurgischen Instrumenten (23) mit:
- mindestens einem Gelenk (11, 12, 13) zwischen zwei Armabschnitten (20 - 23),
- mindestens einer Antriebseinheit sowie
- mindestens einem Feststellmechanismus,
wobei die Antriebseinheit ausgestaltet ist, ein für die Bewegung des Gelenkarms (10) gerade ausreichendes Dreh¬ moment aufzubringen.
Gelenkarm (10) nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheit ausgestaltet ist nicht mehr als 5 Nm Drehmoment aufzu¬ bringen .
Gelenkarm (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Antriebseinheit ausgestaltet ist, in einem aktiven Zustand den Gelenkarm (10) zu positionieren und wobei die Antriebseinheit in einem passiven Zustand manuell zu¬ rückstellbar ist, insbesondere durch manuelle Krafteinwirkung auf ein vom Gelenkarm (10) gehaltenes Instrument (23) bewegbar ist, wobei in diesen Zuständen der mindestens eine Feststellmechanismus nicht greift.
Gelenkarm (10) nach Anspruch 3, wobei die Antriebseinheit auch in dem aktiven Zustand manuell zurückstellbar ist.
Gelenkarm (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Feststellmechanismus so ausges¬ taltet ist, dass das mindestens eine Gelenk (11, 12, 13) in einem arretierten Zustand unter einer Zugkraft von mindestens 4 kg festgestellt bleibt.
Gelenkarm (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Feststellmechanismus ein Zahnrad (53) und einen Dorn (52) an einem Verfahrmechanismus (51) umfasst .
7. Gelenkarm (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Feststellmechanismus eine Brems¬ fläche (63) und einen Bremsklotz (62) an einem Verfahrmechanismus (61) umfasst.
8. Gelenkarm (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Feststellmechanismus eine erste Bremsscheibe (74) und eine zweite Bremsscheibe (73) an einem Schaft (72) mit Verfahrmechanismus (71) umfasst.
9. Positionierroboter mit mindestens einem Gelenkarm (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Positionierroboter nach Anspruch 9, der mindestens eine Sensoreinheit, insbesondere einen Druck- oder Zugkraft¬ sensor aufweist, mittels der eine Sicherheitsfunktion implementierbar ist.
11. Positionierroboter nach einem der Ansprüche 9 oder 10, der ausgestaltet ist, Fernsteuerbefehle zu empfangen und diese mittels der mindestens einen Antriebseinheit in Be¬ wegungsvorgänge des mindestens einen Gelenks (11, 12, 13) umzusetzen .
12. Positionierroboter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, der über eine Datenverbindung mit einer Bedieneinheit verbunden ist, wobei die Bedieneinheit mindestens einen Fu߬ schalter aufweist und wobei die Datenverbindung als eine Kabelverbindung oder drahtlos ausgeführt ist.
13. Positionierroboter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, der ausgestaltet ist, akustische Fernsteuersignale, insbeson¬ dere Sprachbefehle, zu empfangen.
14. Positionierroboter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, der über eine Datenverbindung mit einer Bewegungssensoreinheit verbunden ist, wobei die insbesondere kamerabasierte Bewegungssensoreinheit ausgestaltet ist, aus der Gestik eines Anwenders Fernsteuerbefehle zu generieren.
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