WO2015139674A1

WO2015139674A1 - Robotersystem

Info

Publication number: WO2015139674A1
Application number: PCT/DE2014/200696
Authority: WO
Inventors: Frank Wehrheim
Original assignee: Richard Wolf Gmbh
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2015-09-24
Also published as: DE102014205159A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem, insbesondere für medizinische Eingriffe, mit mindestens einem Roboter (3) mit einem Roboterarm (2), der zum Anschluss und zur Steuerung eines endoskopischen Schaftinstrumentes (1) ausgebildet ist, welches einen mit mindestens einem Freiheitsgrad bewegbaren Instrumentenkopf aufweist, wobei der Roboter (3) ein Mehrachsenroboter ist, und die Bewegung des Schaftinstruments (1) und des Instrumentenkopfes durch die Bewegung des Roboterarmes (2) gesteuert ist.

Description

Robotersystem

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Robotersystem, insbesondere für medizinische Eingriffe und ein Instrument, insbesondere ein endoskopisches Instrument oder Technoskop für ein solches Robotersystem. Ein Robotersystem für medizinische Eingriffe zählt beispielsweise aus US 7,398,707 B2 zum Stand der Technik. Das Robotersystem weist einen Roboterarm auf, der zum Anschluss und zur Steuerung eines endoskopischen Schaftinstruments ausgebildet ist, welches ein mit mindestens einem Freiheitsgrad bewegbaren Instrumentenkopf aufweist, wobei der Roboter ein Mehrachsenroboter ist. Zwar ist der Roboterarm in die für das Instrument während der Operation erforderliche Stellung verbringbar, doch handelt es sich hierbei um einen während der Operation starren Arm, der über Antriebe mit dem eigentlichen Schaftinstrument verbunden ist, die dafür sorgen, dass je nach Steuerung der Antriebe der Instrumentenkopf und/oder das daran befindliche Werkzeug den Vorgaben des Operateurs entsprechend bewegt werden. Der Nachteil dieses bekannten Robotersystems ist es, dass die damit verwendbaren Schaftinstrumente ausschließlich in Verbindung mit dem Robotersystem einsetzbar sind, das heißt, dass bei Ausfall des Systems oder bei Störungen mit anderen Schaftinstrumenten weitergearbeitet werden muss, die aus- schließlich für den manuellen Betrieb bestimmt sind.

Schaftinstrumente bestehen typischerweise aus einem lang gestreckten starren oder flexiblen Schaft, an dessen distalen Schaftende (werkzeug- seitiges Ende) ein Instrumentenkopf angeordnet ist, der ein Werkzeug, z. B. eine Zange, Schere oder dergleichen trägt. Proximalseitig (bediensei- tig) ist meist eine Handhabe vorgesehen, mit welcher das Werkzeug vom proximalen Ende aus gesteuert werden kann, oder ein Anschluss für einen Roboterarm.

Um insbesondere bei Instrumenten mit starrem Schaft die Anwen- dungsmöglichkeiten zu erweitern, zählt es zum Stand der Technik, den Instrumentenkopf um eine oder vorzugsweise zwei typischerweise senkrecht zueina nder und quer zur Instrumentenlä ngsachse angeordnete Querachsen schwenkbar am Schaft anzuordnen. Hierdurch werden die Freiheitsgrade der Bewegung des Werkzeuges erhöht und damit die Anwendungsmöglichkeiten des Instrumentes verbessert. Allerdings wird durch diese weiteren Freiheitsgrade die Bedienung des Instrumentes von Hand praktisch nicht mehr möglich. Derartige Instrumente sind daher typischerweise nur zum Anschluss a n einen Roboter bestimmt und vorgesehen, wie dies beispielsweise a us US 6,685,698 B2 zum Sta nd der Technik zä hlt. Ein grundsätzliches Problem solcher für robotische Anwendungen ausgelegten Instrumente ist es jedoch, dass diese für eine manuelle Betätigung praktisch nicht mehr geeignet sind. Dies führt dazu, dass beim Ausfall des robotischen Systems entweder ein Ersatzsystem verwendet werden muss, was in der Regel a us Kostengründen nicht vorha nden ist oder a ber die Operation auf konventionelle Weise fortgesetzt werden muss, mit allen damit verbundenen Gefa hren und Nachteilen, insbesondere bei chirurgischen Eingriffen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufga be zugrunde, ein Robotersystem zu schaffen, das die Eigenschaften eines um mehrere Achsen bewegbaren Roboterarms nicht nur bei der Positionierung des Schaftinstruments, sondern a uch während der Operation besser ausnutzt und zum anderen ein Schaftinstrument zu schaffen, das neben der reinen Werkzeug beweg ung weitere Freiheitsgrade der Bewegung zulässt, das jedoch nicht nur über ein robotisches System, sondern a uch vom Operateur direkt manuell gesteuert werden ka nn. Diese Aufgabe wird, soweit es das Robotersystem angeht, gemäß der Erfindung durch ein Robotersystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Soweit es den instrumentenseitigen Teil der Aufgabe angeht, wird dieser durch ein Schaftinstrument mit den in An- spruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Hierbei können die in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegebenen Merkmale jeweils für sich, aber auch in geeigneter Kombination die erfindungs- gemäße Lösung gemäß Anspruch 1 bzw. gemäß Anspruch 5 weiter ausgestalten.

Das erfindungsgemäße Robotersystem, welches nicht ausschließlich für medizinische Eingriffe vorgesehen ist, weist mindestens einen Roboter mit einem Roboterarm auf, der zum Anschluss und zur Steuerung eines endoskopischen Schaftinstruments ausgebildet ist, welches einen mit mindestens einem Freiheitsgrad bewegbaren Instrumentenkopf aufweist, wobei der Roboter ein Mehrachsenroboter ist. Gemäß der Erfindung wird die Bewegung des Schaftinstruments und des Instrumenten- kopfes durch die Bewegung des Roboterarms gesteuert.

Grundgedanke des erfindungsgemäßen Robotersystems ist es, den Roboterarm nicht nur zum Positionieren des Schaftinstruments mit quasi starrem Arm während des Einsatzes zu benutzen, sondern vielmehr die Bewegung des Roboterarms gezielt zu nutzen, nicht nur um das Schaftinstrument zu bewegen, sondern auch den Instrumentenkopf. Es ist also gemäß der Erfindung ein Robotersystem vorgesehen, bei welchem der Instrumentenkopf des Schaftinstruments nicht wie beim Stand der Technik durch einen motorischen Antrieb am Roboterarm, sondern vielmehr durch die Bewegung des Roboterarms selbst gesteuert ist. Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass das System mehr Freiheitsgrade als beim Stand der Technik aufweisen kann und dass insbeson- dere das in diesem Zusammenhang verwendete Schaftinstrument nicht ausschließlich für den robotischen Betrieb ausgelegt sein muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, das eine sterile Schnittstelle zwischen Roboterarm und Instrument gut zu realisieren ist, da nicht eine Vielzahl von Antrieben zu koppeln ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Bewegung des Schaftinstruments und des Instrumentenkopfes ausschließlich durch die Bewegung des Roboterarms gesteuert, wobei gemäß der Erfindung das Instrument ein Widerlager aufweist, welches vorteilhaft durch einen bei solchen medizinischen Eingriffen typischerweise verwendeten Trokar gebildet ist. Es versteht sich, dass der Trokar entsprechend festzulegen ist, damit dieser nicht durch den Roboterarm in der Bauchdecke bewegt wird. Vorzugsweise ist dabei das Widerlager durch einen Trokardrehpunkt gebildet, sodass das Instrument um diesen Drehpunkt herum mit Hilfe des Roboterarms praktisch beliebig bewegt werden kann. Der Trokar übernimmt somit eine wesentliche Widerlagerfunktion, welche es gemäß der Erfindung ermöglicht, eine Vielzahl von Freiheitsgraden des Roboterarms zur Steuerung des Schaftinstrumentes während des Eingriffs zu nutzen.

Dabei ist es gemäß der Erfindung von wesentlichem Vorteil, wenn der Roboter mindestens einen Freiheitsgrad mehr hat, als das Instrument. Vorzugsweise sollte der Roboterarm diesen Mehrfreiheitsgrad aufwei- sen, um das Instrument entsprechend vorteilhaft ansteuern zu können, insbesondere auch Ausweichbewegungen durchführen zu können, wenn ein bestimmter Punkt auf der Bahn des Roboterarms durch ein Hindernis verbaut ist. Wenn, was vorteilhaft ist, das Robotersystem in Verbindung mit einem Schaftinstrument eingesetzt werden soll, welches ein bewegbares Werkzeug, wie beispielsweise eine Zange oder Schere aufweist, dann ist es vorteilhaft, wenn die Werkzeug beweg ung und vorzugsweise nur die Werkzeug beweg ung durch einen Antrieb gesteuert ist, der im proximalen Teil des Schaftinstruments angeordnet ist oder roboterarmseitig angeordnet ist und durch den Anschluss zwischen Roboterarm und Schaf- tinstrument übertragen wird. Es kann sich also um einen beispielsweise elektromotorischen Antrieb am distalen Ende des Roboterarms handeln, der beim Einkuppeln des Schaftinstruments mit den entsprechenden Antriebsmitteln des Schaftinstruments zur Bewegung des Werkzeugs, also zum Öffnen und Schließen einer Zange oder Schere vorge- sehen ist. Wenn ein solcher Antrieb, was gemäß der Erfindung alternativ vorgesehen sein kann, instrumentenseitig vorhanden ist, dann ist roboterarmseitig lediglich für eine sichere mechanische Festlegung des Schaftinstruments und für die Zurverfügungstellung der erforderlichen Antriebsenergie zu sorgen. Dies vereinfacht die Realisierung einer steri- len Schnittstelle.

Das erfindungsgemäße Schaftinstrument, das insbesondere als endoskopisches Instrument, aber auch als Technoskop oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein kann und zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Robotersystem ausgebildet ist, weist einen langgestreckten, typischerweise, aber nicht notwendigerweise, starren Schaft auf, mit einem am distalen Schaftende angeordneten Instrumentenkopf mit einem daran angeordneten bewegbaren Werkzeug, welches über eine am proximalen Schaftende angeordnete Steuervorrichtung mittels einer Handhabe steuerbar ist. Dabei ist der Instrumentenkopf über mindestens eine Achse, typischerweise eine Querachse zur Längsachse des Instrumentes schwenkbar am distalen Schaftende angelenkt. Zur Übertragung der Steuerfunktionen für das Werkzeug sowie für die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes sind Zugmittel vorge- sehen, welche im Schaft geführt sind und die die entsprechenden Instrumententeile distalseitig und proximalseitig wirkverbinden. Dabei ist zur Steuerung der Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes gegen- über dem Schaft vorgesehen, nicht nur den Instrumentenkopf gegenüber dem Schaft schwenkbar anzuordnen, sondern darüber hinaus auch zumindest einen Teil der Steuervorrichtung gegenüber dem Schaft schwenkbar anzuordnen, um mittels der Schwenkbewegung der Steuervorrichtung zwischen Handhabe und Schaft die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes zu steuern.

Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung ist es, für die Steuerung der Schwenkbewegung oder Schwenkbewegungen bei mehreren Schwenkachsen entsprechende Schwenkbewegungen bzw. Bewegungen um Schwenkachsen am proximalen Instrumentenende mit der Steuervorrichtung zwischen Handhabe und proximalen Schaftende vorzusehen. Eine solche Steuerung ist zum einen technisch recht einfach umsetzbar, hat zum anderen aber den Vorteil, dass sie sowohl mit- tels eines robotischen Systems angesteuert werden kann, als auch sehr praktikabel von Hand erfolgen kann, wenn eine Handhabe angeschlossen ist. Bei geeigneter Ausrichtung der Schwenkachsen und Dimensionierung der Hebel für die Zugmittel kann damit das Instrument so gestaltet werden, dass durch eine Schwenkbewegung des Handha- benteils gegenüber dem Schaft eine gleichsinnige oder auch gegensinnige Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes gegenüber dem Schaft erfolgt. Eine solche Bewegung ist ohne weiteres manuell koordinierbar und damit sowohl durch einen Operateur/Bediener selbst, als auch durch ein robotisches System steuerbar.

Dabei ist das Instrument zweckmäßig erweise mit einer lösbar gekuppelten Handhabe ausgestattet, um je nach Einsatzzweck dieses entweder durch die Handhabe oder robotisch durch den Automaten ansteuern zu können. Alternativ kann das robotische System auch so ausgebildet sein, dass es die Handhabe selbst ansteuert. Grundsätzlich können zwischen Schaft und Instrumentenkopf ein oder mehrere Schwenkachsen vorgesehen sein, deren Anordnungen von den Anforderungen an das Instrument abhängen. Diese Achsen können parallel, schräg oder quer zueinander liegen. Sie werden jedoch vorteilhaft quer zur Längsachse des Schaftes angeordnet sein, die Längsachse des Schaftes schneiden oder mit Abstand dazu quer verlaufen. Solche Anordnungen zählen zum Stand der Technik und sind beispielsweise aus US 6,685,698 B2 bekannt, auf die insoweit nur beispielhaft hingewiesen wird.

Alle im Folgenden gemachten Angaben hinsichtlich Schwenkwinkel, Lage von Achsen und dergleichen beziehen sich auf ein Instrument in lang gestreckter Form, bei dem sowohl der Instrumentenkopf als auch die Steuervorrichtung mit angeschlossener Handhabe wie bei einem starren Instrument in einer Linie mit der Längsachse des Schaftes liegen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Instrumentenkopf um zwei vorzugsweise um 90° versetzt zueinander angeordnete Achsen schwenkbar, wobei die Steuervorrichtung bzw. die daran angeschlossene Handhabe dann ebenfalls um zwei vorzugsweise ebenfalls in gleicher Weise versetzt zueinander angeordnete Achsen zur Steuerung der Schwenkbewegungen des Instrumentenkopfes schwenkbar ist. Ein solches Instrument, bei dem der Instrumentenkopf um zwei in Richtung der Längsachse des Instrumentes gesehen um 90° zueinander versetzte Schwenkachsen schwenkbar ist, ist insbesondere vorteilhaft, da damit der Kopf und somit insbesondere das am Kopf befindliche Werkzeug um etwa 360° um die Instrumentenachse herum bewegt werden kann, so dass ohne Bewegung des Schaftes auch Orte neben der Längsachse des Schaftes mit dem Werkzeug er- reichbar sind. Eine solche universelle Bewegbarkeit kann eingeschränkt werden, wenn beispielsweise die Schwenkachsen im spitzen Winkel zueinander oder parallel zueinander liegen, um dann in einem kleinen Bereich eine höhere Bewegungsfreiheit des Werkzeug köpf es zu erreichen, beispielsweise um retrograd zu schneiden.

Insbesondere für die manuelle Handhabung ist es von Vorteil, wenn die Schwenkachsen der Steuervorrichtung in gestreckter Instrumentenstellung die Längsachse des Schaftes schneiden. Diese können die Längsachse mit Abstand zueinander schneiden, was zu einer schlanken Bauform in diesem Bereich führt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Schwenkachsen so angeordnet sind, dass sie nicht nur die Längsachse des Schaftes, sondern auch einander schneiden. Eine solche Anordnung macht die Handhabung besonders einfach und unkompliziert, da dann die Handhabe gegenüber dem Schaft quasi um einen Punkt in der Steuervorrichtung herum schwenkbar ist und somit die Achsen als solche bei der Handhabung nicht mehr oder zumindest nur geringfügig wahrgenommen werden.

Um eine schlanke Bauweise des Instrumentes zu gewährleisten, insbesondere im Schaftbereich, erfolgt die Steuerung sowohl des Werkzeuges als auch der Schwenkbewegungen des Instrumenten-kopfes ge- genüber dem Schaft durch Zugmittel, typischerweise durch im Schaft geführte Zugdrähte. Um diese proximalseitig entsprechend ansteuern und führen zu können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Steuerscheibe vorgesehen, an der Zugmittel umfänglich geführt und festgelegt sind und die zur Steuerung einer Schwenkbewegung des Werkzeug kopfes vorgesehen ist. Dabei ist diese mindestens eine Steuerscheibe in der Steuervorrichtung so angeordnet, dass sie um die Schwenkachse zwischen Schaft und Handhabe zusammen mit der Handhabe schwenkbar ist. Diese Steuerscheibe überträgt somit die Schwenkbewegung der Handhabe um die Schwenk- achse auf ein Zugmittel, das dann am distalen Ende die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes entsprechend steuert. Steuerscheibe im Sinne der Erfindung ist zweckmäßiger-, aber nicht notwendigerweise eine runde Scheibe. Das Grundprinzip ist, dass ein Zugmittel über einen Hebelarm um einen Drehpunkt, nämlich die Schwenkachse geführt wird, wobei der Hebelarm durch die Steuer- scheibe gebildet wird. Dabei muss die Scheibe nicht notwendigerweise kreisrund sein, es kann durch entsprechende Formgebung, beispielsweise elliptisch, gezielt eine schwenk-winkelabhängige Kraft Übersetzung vorgesehen sein. Auch muss die Scheibe sich nicht um 360° um die Schwenkachse erstrecken, in der Regel genügt ein Segment, welches den vorgesehenen Schwenkwinkel überstreicht.

Vorteilhaft sind zwei Steuerscheiben zur Steuerung der Schwenkbewegungen des Instrumentenkopfes vorgesehen, die jeweils um eine Schwenkachse der Steuervorrichtung zwischen Schaft und Handhabe zusammen mit der Handhabe schwenkbar sind. Die Steuerscheiben sind vorzugsweise in Längsrichtung des Instrumentes gesehen um 90° versetzt zueinander angeordnet, entsprechend der Anordnung der Schwenkachsen. Dabei müssen Schwenkachsen zwischen dem Instrumentenkopf und dem Schaft nicht notwendigerweise analog zwischen Schaft und Handhabe vorgesehen sein, es ist jedoch zweckmäßig, diese an beiden Instrumentenenden entsprechend anzuordnen, um eine einfache manuelle Bedienbarkeit zu gewährleisten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine weitere Steuerscheibe an der Steuervorrichtung vorgesehen, an der die Zugmittel zur Bewegungssteuerung des Werkzeugs umfänglich geführt und festgelegt sind, wobei mindestens ein Griffteil der Handhabe mit der weiteren Steuerscheibe bewegungsgekoppelt ist, um auf diese Weise durch Bewegung des Griffteils ein Werkzeugteil entsprechend zu be- wegen. Auch bei dieser Steuerscheibe kann das Kraft/Wegverhältnis durch Änderung der Hebellänge über den Winkel gezielt eingestellt werden, so dass beispielsweise bei einer Zange oder Schere kurz vor dem Endpunkt der Bewegung die Kraft am höchsten ist und z. B. danach wieder abfällt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- scheibe zur Bewegungssteuerung des Werkzeuges so angeordnet, dass deren Drehachse mit Abstand zur Instrumentenlängsachse angeordnet ist und an einer längsverschiebbar in der Steuervorrichtung bzw. im Handhabenteil geführten Steuerstange angekoppelt ist, deren anderes Ende mit dem Griffteil verbunden ist. Derartige Steuerstangen sind bei endoskopischen Instrumenten zur Werkzeugsteuerung bekannt, so dass für ein so ausgebildetes Instrument Handhaben nach dem Stand der Technik eingesetzt werden können. Insbesondere wenn die Handhabe lösbar am Instrument angebracht ist, was vorteilhaft ist, dann können standardisierte Handhaben Verwendung finden, wie sie auch bei In- strumenten Verwendung finden, bei denen der Instrumentenkopf nicht schwenkbar, sondern starr am Schaft angeordnet ist.

Eine besonders kompakte distalseitige Bauform des Instrumentes ergibt sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung am Instrumenten- köpf ein zweischenkeliges Werkzeug, beispielsweise eine Zange oder eine Schere angeordnet ist, dessen Schenkel um eine gemeinsame Achse schwenkbar sind, die zugleich eine Schwenkachse des Instrumentenkopfes bildet. Bei einer solchen kompakten Bauausführung ist allerdings durch geeignete Steuerungsmittel dafür Sorge zu tragen, dass die Betätigung des Werkzeugs einerseits, das heißt das aufeinander zu und voneinander weg schwenken der Werkzeugschenkel unabhängig von der Schwenkbewegung gesteuert werden kann, da andernfalls eine manuelle Betätigung des Schaftinstruments nicht oder zumindest schwierig möglich ist. Für eine solche distale Instrumenten- ausbildung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine gemeinsame Steuerscheibe zur Steuerung der Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes und des Werkzeugs um die gemein- same Schwenkachse vorgesehen ist, die zur Steuerung des Werkzeugs in Richtung der Instrumentenlängsachse verschiebbar in der Steuervorrichtung gelagert ist und zur Steuerung der Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes bzw. hier des Werkzeuges schwenkbar innerhalb der Steuervorrichtung gelagert ist. Eine solche Anordnung ist konstruktiv besonders vorteilhaft, da die Steuervorrichtung sehr schlank bauen kann, was insbesondere bei der Verwendung mehrerer Roboterarme mit daran angeschlossenen Schaftinstrumenten Vorteile mit sich bringt. Zur Steuerung sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe zwei gegenläufig distalwärts führende Zugmittel sowie zwei gegenläufig proximalwärts führende Zugmittel angebracht, wobei die proximalwärts führenden Zugmittel jeweils über eine Umlenkrolle und von dort ebenfalls distal- wärts geführt sind, wobei die Umlenkrollen an einem Bauteil gelagert sind, welches diese Steuerscheibe drehbar und längsverschiebbar aufnimmt. Dabei sind die distalwärts führenden Zugmittel vorteilhaft durch beispielsweise einen Zugdraht gebildet, der die Steuerscheibe um beispielsweise 180° umschlingt und dessen Enden distalwärts geführt sind, zum Instrumentenkopf hin. Die zur Umlenkrolle geführten Zugmittel sind vorteilhaft ebenfalls durch einen Zugdraht gebildet, der ebenfalls um die Steuerscheibe geführt ist, dessen Enden jedoch jeweils über eine Umlenkrolle dann distalwärts geführt sind. Da die Steuerscheibe mit ihren darum geführten Zugmitteln längsverschiebbar angeordnet ist, die Zugmittel jedoch den dadurch erforderlichen Längenausgleich nicht ermöglichen, ist die erfindungsgemäße doppelte Zugmittelführung an der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe vorgesehen, welche einen selbsttätigen Längenausgleich erzeugt, da die beiden distalwärts gerichteten Zugmittel beim Verschieben der Steuerscheibe um ein Maß verlängert oder verkürzt werden, um welches die proximalwärts führenden Zugmittel verlängert oder verkürzt werden. Durch die Umlenkung wird dabei erreicht, dass alle Zugmittel distalwärts führen und in der Summe stets längenausgeglichen sind, sodass bei entsprechender dis- talseitiger Scheibenanordnung und Anbindung der Zugmittel unabhängig von der Schwenk- oder Längsverstellung der Steuerscheibe gesichert ist, dass die Zugmittel längenausgeglichen und gespannt sind. Es kann somit eine geschlossene Schlinge eingesetzt werden, die alle vier Zugmittel bildet.

Dabei ist es gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn die unmittelbar distalwärts geführten Zugmittel, also die Zugmittel, die mit der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe bewegungsverbunden sind und ohne Umlenkung distalwärts führen, mit Steuermitteln für die Schenkel am Instrumentenkopf bewegungsverbunden sind, um auf diese Weise die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes zu steuern. Dabei sind die Steuermittel gemäß der Erfindung vorteilhaft ebenfalls durch Steuerscheiben gebildet, die jeweils mit einem Schenkel bewegungsverbunden sind, wobei jede Steuerscheibe mit einem von der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe ausgehenden Zugmittel und einem von der Umlenkrolle ausgehenden Zugmittel gegenläufig, das heißt zu beiden Seiten der Scheibe verbunden sind, derart, dass beim Drehen der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe um ihre Drehachse die mit den Schenkeln verbundenen Steuerscheiben in derselben Richtung schwenken. Aus einer solchen Anordnung ergibt sich dann, dass beim Längsverschieben dieser Steuerscheibe die Schenkel zueinander um- bzw. voneinander weggeschwenkt werden, so wie dies zum Öffnen und Schließen eines Zangenmauls oder einer Schere erforderlich ist.

Herstellungstechnisch besonders günstig ist es, wenn die Steuerscheiben Teil eines Steuermoduls bilden, welches die Steuervorrichtung bein- haltet und distalseitig mit Schaft und proximalseitig vorzugsweise lösbar mit der Handhabe verbunden ist. Ein solches Modul kann dann nach Art eines Baukastens zwischen Schaft und Handhabe angeordnet wer- den, wenn entsprechende Gelenkverbindungen zwischen Instrumentenkopf und Schaft vorgesehen sind. Ist dies hingegen nicht der Fall, können mit den gleichen Bauteilen konventionelle Instrumente hergestellt werden. Darüber hinaus ist es fertigungstechnisch kostengünstig möglich, unterschiedliche Steuermodule zur Verfügung zu stellen, welche beispielsweise für spezielle Operationsmethoden angepasst sind, ohne das Instrument in seiner Gesamtheit neu konstruieren zu müssen.

Das distalseitig am Instrumentenkopf vorgesehene Werkzeug ist vorteil- haft eines mit zwei zueinander schwenkbaren Maulteilen, wie dies beispielsweise bei Zangen und Scheren üblich ist. Die Handhabe weist dann zweckmäßig erweise zwei zueinander schwenkbare Griffteile zur Steuerung dieser Maulteile auf, wobei zueinander schwenkbare Teile nicht notwendigerweise bedeuten müssen, dass beide Teile zum In- strument schwenkbar sein müssen, es reicht vielmehr aus, wenn insbesondere handhabenseitig nur ein Teil schwenkbar angeordnet ist und das andere Griffteil fest mit dem Instrument verbunden ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l in stark vereinfachter schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Schaftinstrument, angeschlossen an den

Roboterarm eines Roboters,

Fig. 2 den werkzeugteilseitigen Teil des Instrumentes in vergrößerter perspektivischer Darstellung,

Fig. 3 den bedienerseitigen Teil des Instrumentes mit einer

Handhabe zum manuellen Bedienen,

Fig. 4 die Darstellung nach Fig. 3 ohne Schutzverkleidungen, Fig. 5 in vergrößerter schematischer Schnittdarstellung das Steuermodul zwischen Handhabe und Instrumentenschaft längs der Schnittlinie V-V in Fig. 6,

Fig. 6 eine gegenüber Fig. 5 um 90° gedrehte Seitenansicht, Fig. 7 das Steuermodul in Explosionsdarstellung, Fig. 8 ein Teil des Steuermoduls in zusammengesetzter Form, Fig. 9 einen weiteren Teil des Steuermoduls in zusammengesetzter Form, Fig. 10 den werkzeugseitigen Teil einer weiteren Ausführungsvariante des Instruments in vergrößerter perspektivischer Darstellung, Fig. 1 1 den bedienerseitigen Teil des Instruments nach Fig. 10 mit einer Handhabe zum manuellen Bedienen, ohne Schutzverkleidungen,

Fig. 12 in vergrößerter perspektivischer Darstellung das Steuermodul des Instruments gemäß Fig. 1 1 ,

Fig. 13 das Steuermodul gemäß Fig. 12 in Explosionsdarstellung, und Fig. 14 in schematischer Darstellung die Verknüpfung der instru- mentenkopfseitigen und steuervorrichtungsseitigen Steuerscheiben in unterschiedlichen Funktionen. Wie die Darstellungen nach Fig. 1 und Fig. 3 verdeutlichen, kann das dargestellte Schaftinstrument 1 wahlweise an einen Roboterarm 2 eines Roboters 3 oder an eine Handhabe 4 zur manuellen Betätigung angeschlossen werden. Bei dem Roboter 3 handelt es sich um einen an me- dizinische Anforderungen angepassten Industrieroboter, nämlich einen Mehrachsenroboter mit insgesamt sieben Freiheitsgraden, von denen einer ein Antriebsfreiheitsgrad ist. Bei dem dargestellten Schaftinstrument 1 handelt es sich um eine endoskopische Zange, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Das Schaftinstrument 1 weist einen lang gestreckten Schaft 5 auf, an dessen distalen (werkzeugseitigen) Ende ein Instrumentenkopf 6 angeordnet ist, der ein bewegbares Werkzeug in Form einer Zange 7 trägt, deren Maulteile um eine Achse 8 schwenkbar sind, die in der in Fig. 2 dargestellten langgestreckten Stellung die Längsachse 9 des Instrumentes, die zugleich die Schaftachse bildet, im Winkel von 90° schneidet.

Der Instrumentenkopf 6 ist gelenkig am Schaft 5 angebracht und weist ein erstes, schaftnahes Gelenk 10 auf, und im kurzen Abstand distalsei- tig dahinter ein zweites werkzeugnahes Gelenk 1 1 . Mittels des Gelenks 1 1 kann die Zange 7 unabhängig von der Schwenkstellung des Zan- genmauls um eine Achse 12 aus der in Fig. 2 dargestellten langgestreckten Stellung geschwenkt werden, und zwar um etwa 90° zu jeder Seite. Die Schwenkachse 12 ist parallel zur Achse 8 mit Abstand dazu angeordnet und schneidet die Längsachse 9 des Instrumentes 1 . Proximalwärts dazu ist eine Achse 13 angeordnet, die ebenfalls die Längsachse 9 schneidet und mit Abstand zur Achse 12 und um 90° versetzt dazu angeordnet ist. Durch die Gelenke 10 und 1 1 , die jeweils eine Schwenkbewegung um 180°, d. h. um 90° zur einen bzw. zur anderen Seite der Längsachse 9 erlauben, ist es möglich, die Zange 7 aus der in Fig. 2 dargestellten gestreckten Stellung in jede beliebige Zwischenstellung bis zu einer Stellung quer zur Längsachse 9 und das um 360° um die Achse 9 herum zu bewegen, ohne das Instrument 1 selbst zu bewegen. Die Steuerung der Zange sowie der Schwenkbewegungen der Gelenke 10 und 1 1 erfolgt jeweils über Zugmittel in Form von Drähten, die durch den Schaft 5 hindurch geführt sind. Für jedes Gelenk 10, 1 1 sowie für die Zange ist ein Paar von Drähten vorgesehen, wie dies bei Zugmittelsteuerungen üblich ist.

Damit kann das Instrument, wie in Fig. 1 dargestellt, neben der eigentlichen Werkzeugsteuerung, also der Schwenkbewegung der Zangen- maulteile um die Achse 8, so gesteuert werden, dass der distale Instrumentenkopf 6 auch um die Achsen 12 und 13 schwenkbar ist. Darüber hinaus ist der Schaft 5 selbst drehbar, wodurch der Instrumentenkopf 6 um die Längsachse 9 des Instrumentes drehbar ist. Weiterhin kann das Instrument um den in Fig. 1 dargestellten Trokardrehpunkt 14 ge- schwenkt werden, wie dies durch die beiden Doppelpfeile 17 und 18 in Fig. 1 angedeutet ist. In Richtung des Doppelpfeils 15 kann das Instrument darüber hinaus durch den Trokardrehpunkt 14 längsverschoben werden, wodurch sich einschließlich der Bewegungssteuerung der Zange insgesamt sieben Freiheitsgrade ergeben, die mit Ausnahme der Zangensteuerung durch die Bewegung des Roboterarms 2 selbst gesteuert werden. Dabei bildet der Trokardrehpunkt 14 ein Widerlager. Lediglich die Zange selbst wird durch einen Antrieb gesteuert, der am Ende des Roboterarms 2 des Roboters 3 sitzt und mittels einer Kupplung in der Instrumentenaufnahme 1 6 übertragen wird. Instrumentenseitig bildet ein Steuermodul 19, welches am proximalen Ende des Schaftes 5 vorgesehen ist, die Steuervorrichtung, welche die Roboterarmbewegungen bzw. die Bewegungen einer Handhabe 20 zur Steuerung des Instrumentenkopfes 6 umsetzt. Die Bewegungen in Richtung der Doppelpfeile 15, 17 und 18 hingegen werden durch den Roboterarm 2 di- rekt gesteuert. Das Schaf†ins†rumen† 1 kann wahlweise mit seinem Steuermodul 19 in die Instrumentenaufnahme 1 6 am Ende des Roboterarms 2 des Roboters 3 oder von der Handhabe 20 aufgenommen werden. Bei Aufnahme in der Handhabe 20 kann das Instrument 1 manuell gesteuert wer- den. Der Instrumententeil 21 , bestehend aus dem Instrumentenkopf 6 mit Werkzeug 7, dem Schaft 5 und dem daran anschließenden Steuermodul 19 können also wahlweise in der Instrumentenaufnahme 1 6 des Roboterarms 2 festgelegt werden, um vom Roboter 3 betätigt und gesteuert zu werden oder aber proximalseitig mit einer Handhabe 20 ver- sehen werden, die in dieser Form auch für starre endoskopische Instrumente Verwendung findet und einen Pistolengriff aufweist mit einer Fin- gerausnehmung 22 und einer Daumenausnehmung 23, die durch entsprechende Bewegung von Finger und Daumen bewegt werden können. Hierdurch erfolgt in der Handhabe 20 eine Schwenkbewegung um eine Achse 24, durch die eine Steuerstange 25 bewegt wird, die lösbar in der Handhabe 20 festgelegt ist und durch deren Längsverschieben das Werkzeug, hier also die Zange 7, bewegungsgesteuert wird. Weiterhin ist der Instrumententeil 21 drehbar gegenüber der Handhabe 20 gelagert, so dass durch Drehen des Handrades 26 der Instrumententeil 21 um die Längsachse 9 des Instrumentes gedreht werden kann.

Das Steuermodul 19, welches proximalseitig an den Schaft 5 anschließt und in welchem die Steuerdrähte für die Schwenkbewegung um die Achse 12 und 13 sowie der Zangenmaulteile um die Achse 8 festgelegt sind, ist mit einer faltenbalgähnlichen Manschette 27 und daran anschließend mit einem kastenartigen Verkleidungsteil im Bereich zwischen dem proximalen Schaftende und dem Handrad 26 versehen, um einen dichten Abschluss der darunter befindlichen Steuermechanik nach außen hin sicherzustellen und deren Funktion zu schützen. Bei der Darstellung nach Fig. 4 ist diese Manschette 27 mit den weiteren Verkleidungsteilen entfernt, so dass die Mechanik des Steuermoduls 19 sichtbar ist. Funktion und Aufbau des Steuermoduls 19 ist anhand der Fig. 4 - 9 dargestellt und erläutert. Das Steuermodul 19 weist ein schaftseitiges Anschlussteil 28 auf, welches in das proximale Ende des Schaftes 5 eingreift und in welchem die insgesamt sechs Steuerdrähte 29 - 34 seitlich herausgeführt sind. Dieses Anschlussteil 28 ist fest mit dem Schaft 5 verbunden und proximalwärts zu einer Lagergabel 35 ausgebildet, die mittels eines Zapfens 37 eine Steuerscheibe 36 aufnimmt, die zusammen mit dem proximal daran anschließenden Bauteilen einschließlich der Handhabe 20 um eine Achse X schwenkbar ist. Am Umfang dieser Steuerscheibe 36 sind die Enden der Steuerdrähte 29 und 30 festgelegt. Diese Steuerdrähte 29 und 30 sind durch das Anschlussteil 28 und den Schaft 5 nach Art eines Bowdenzuges geführt und steuern die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes 6 um die Schwenkachse 13.

Die Steuerscheibe 36 ihrerseits ist fest verbunden mit einem Anschlussteil 38, welches proximalseitig ebenfalls als Lagergabel 39 ausgebildet ist, in welcher mittels eines Zapfens 40 eine Steuerscheibe 41 um eine Drehachse Y drehbar gelagert ist. An der Steuerscheibe 41 sind die Steuerdrähte 31 und 32 festgelegt, die bis zum Anschlussteil 38 bowdenzugar- tig geführt sind und mit denen die Schwenkbewegung um die Schwenkachse 12 steuerbar ist. Durch Drehung der Steuerscheibe 36 um die Drehachse Y, d. h. um den Zapfen 40, wird die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes 6 um die Schwenkachse 12 gesteuert.

Die Steuerscheibe 41 ist drehfest mit einem sich proximalwärts erstreckenden Anschlussteil 42 verbunden, an dessen proximalen Ende das Handrad 26 festgelegt ist und an den sich lösbar die Handhabe 20 bzw. die Instrumentenaufnahme 1 6 anschließt. In diesem Anschlussteil 42 ist die Steuerscheibe 25 längsverschiebbar gelagert, deren distales Ende über einen Zapfen 43 mit einem Hebelarm 44 verbunden ist, der Teil einer Sfeuerscheibe 45 bildet, an welcher die Steuerdrähte 33 und 34 festgelegt sind. Die Steuerscheibe 45 ist mit Abstand zur Längsachse des Instrumentes um einen Zapfen 46 drehbar gelagert, der in einer Lagergabel 47 angeordnet ist, welche sich radial nach außen und proximal von dem die Steuerstange 25 umgebenden Teil des Anschlussteils 42 erstreckt und die Steuerscheibe 45 um den Zapfen 46 und die Achse Z drehbar auf- nimmt. Die Steuerdrähte 33 und 34 sind auch hier, wie insbesondere Fig. 6 verdeutlicht, bowdenzugähnlich bis nahe zum Umfang der Steuerscheibe 45 geführt. Die Steuerscheibe 45 ist doppelgängig ausgelegt, d. h. ein Steuerdraht 33 ist an einem Teil der Scheibe und der andere Steuerdraht 34 an dem daneben angeordneten Teil der Scheibe fest- gelegt. Hierdurch kann der Umschlingungswinkel der Steuerdrähte vergrößert werden und somit über einen großen Drehwinkel eine hohe Kraft übertragen werden.

Wie die vorstehend beschriebene Mechanik des Steuermoduls 19 ver- deutlicht, kann durch Schwenkbewegung des Handhabenteils 20 um das proximale Ende des Schaftes 5, sei es um die Achse X oder um die Achse Y der distalseitige Instrumentenkopf 6 um die Schwenkachse 13 bei Schwenkbewegung um X und um die Schwenkachse 12 bei Schwenkbewegung um Y bewegt werden. Die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes folgt also der Schwenkbewegung der Handhabe 20 um die entsprechenden Schwenkachsen X bzw. Y. In der beschriebenen Ausführung sind die Achsen X und Y in gestreckter Lage des Instrumentes um 90° versetzt zueinander und beabstandet, bezogen auf die Längsachse 9 des Instrumentes. Eine besonders vorteilhafte Hand- habung ergibt sich, wenn die Achsen X und Y sich mit der Längsachse 9 des Instrumentes in einem Punkt schneiden, wodurch allerdings die radial zur Längsachse gesehene Baugröße des Steuermoduls 19 zunimmt. Die Stellung des Zangenmauls wird durch die Steuerscheibe 45 gesteuert, die über die Steuerstange 25 mit der Handhabe 20 bewegungsgekoppelt ist, so dass je nach Stellung der Ausnehmungen 22 und 23 zuei- nander die Steuerstange 25 innerhalb des Anschlussteils 42 mehr oder weniger weit längsverschoben wird, wodurch die Steuerscheibe 45 bewegt und damit über die Steuerdrähte 33 und 44 die Schwenkbewegung der Zangenmaulteile um die Achse 8 gesteuert wird. Anhand der Figuren 10 bis 14 ist eine alternative Instrumentenausbildung dargestellt, die jedoch in gleicher Weise wahlweise in der Instrumentenaufnahme 1 6 am Ende des Roboterarms 2 oder der Handhabe 20 zur manuellen Instrumentensteuerung aufgenommen werden kann. Bei dem dort dargestellten Schaftinstrument 50 ist distalseitig eines langgestreckten Schaftes 51 ein Instrumentenkopf 52 angebracht, der eine Zange 53 trägt. Der Instrumentenkopf 52 ist in gleicher Weise wie der Instrumentenkopf 6 um eine Achse 13 schwenkbar. Die Steuerung erfolgt in gleicher Weise über Steuerdrähte. Im Unterschied zu der eingangs beschriebenen Ausführungsform ist jedoch bei dem Schaf- tinstrument 50 die weitere Schwenkachse, um welche der Instrumentenkopf 52 bzw. hier konkret nur die Zange 53 schwenkbar ist, dieselbe, um welche die Maulteile 55 und 56 der Zange schwenkbar sind. Bei dem Schaftinstrument 50 fallen somit die Schwenkachsen 8 und 12 der vorherigen Ausführungsform zu einer gemeinsamen Schwenkachse 54 zusammen. Die Maulteile 55 und 56 der Zange 53 sind jeweils mit einer Steuerscheibe 57 fest verbunden, die über durch den Schaft 51 geführte Seilzüge gesteuert werden. Die Steuerscheibe 57 mit dem zugehörigen Maulteil 55 bzw. 56 ist unabhängig von der anderen Steuerscheibe 57 drehbar um die Achse 54 gelagert, sodass sowohl die Schwenkbe- wegung des Werkzeugs, also der Zange 53 um die Achse 54, als auch die Werkzeug beweg ung selbst, das heißt das Öffnen und Schließen des Zangenmauls, über dieselben Seilzüge gesteuert wird. Um diese Steuerfunktionen, das Schwenken des Instrumentenkopfes um die Achse 14, das Schwenken der Zange 53 um die Achse 54 und das Öffnen und Schließen der Zange 53 zu steuern, sind insgesamt sechs Steuerdrähte Sl bis S6 durch den Schaft 51 geführt und in einem Steuermodul 58 am proximalen Ende des Schaftes 51 belegt. Das Steuermodul 58 ist in ähnlicher Weise ausgebildet, wie das Steuermodul 19. Wie bei der ersten Ausführungsform verbindet das proximale Ende des Schaftes 51 wahlweise mit der Handhabe 20 zur Handsteuerung des Instruments oder der Instrumentenaufnahme 1 6 des Roboterarms 2 zur Steuerung durch den Roboterarm 2. Schaftseitig ist auch hier ein Anschlussteil 28 vorgesehen, das im proximalen Ende des Schaftes 51 sitzt und durch welches die Steuerdrähte aus dem Schaft 51 herausgeführt sind. Innerhalb dieses Anschlussteils ist eine Steuerscheibe 36 drehbar gelagert, an der zwei Steuerdrähte S5 und S6 festgelegt oder, wie in der dargestellten Ausführungsform durchgehend über den Außenumfang geführt sind. Diese Steuerscheibe 36 ist fest verbunden mit einem im Wesentlichen W-förmigen Bauteil 59, welches sich im Wesentlichen quer zur Scheibe 36 erstreckt und zusammen mit der Steuerscheibe 36 in der proximalwärts gerichteten Gabel des Anschlussteils 28 um die Drehachse X schwenkbar gelagert ist.

Das W-förmige Bauteil 59 weist an den gegenüberliegenden Innenseiten seiner äußeren Schenkel nahe den proximalen Enden eine Dreh- achse Z sowie drehbar gelagerte Umlenkrollen 60 auf, über welche Steuerdrähte geführt sind, deren Funktion weiter unten noch beschrieben ist. Das W-förmige Bauteil 59 weist zwei innere, quer zu den äußeren Schenkeln gerichtete und voneinander beabstandete Schenkel auf, in denen in Richtung der Längsachse 9 des Instrumentes endseitig ge- schlossene Nuten vorgesehen sind, in denen ein Zapfen 61 drehbar und in Längsrichtung des Instruments verschiebbar geführt ist, auf dem eine Steuerscheibe 62 sitzt, über welche die Bewegung der Maulteile 65 und 66 steuernde Steuerdrähte geführt sind.

Diese Steuerscheibe 62 ist mittels einer Gabel 63 und einem diese durchsetzenden Zapfen 64 mit einer Bohrung im distalen Ende Steuerstange 25 verbunden, die mittels der Handhabe 20 oder des Antriebs am Ende des Roboterarms 2 der Instrumentenaufnahme 1 6 in Richtung W innerhalb des Steuermoduls 58 verschiebbar ist. Die innenliegenden Schenkel des W-förmigen Bauteils 59 sind mit einem Anschlussbauteil 65 drehfest verbunden, an welchen das Handrad 26 drehbar gelagert ist, welches zusammen mit dem proximalen Ende der Steuerstange 25 den Anschluss des Schaftinstruments 50 bildet. Die Steuerscheibe 62 ist als Doppelscheibe ausgebildet, sie wird durch Verschieben der Steuerstange 25 in Richtung W in entsprechender Richtung innerhalb des Steuermoduls 56 verschoben, wodurch die darauf umlaufenden Steuerdrähte, die distalwärts geführt sind, angezogen und die auf der in Fig. 12 hinteren Scheibe liegenden Steuerdrähte, welche zu den Umlenkrollen 60 geführt und dort um 180° umgelenkt und dann distalwärts geführt sind, angespannt werden, bzw. umgekehrt je nachdem ob die Steuerstange 25 distalwärts oder proximalwärts verschoben wird.

Weiterhin ist die Steuerscheibe 62 um die Drehachse Y schwenkbar, was durch Schwenken des distalen Teils des Steuermoduls, also des Anschlussbauteils 65 mit Handrad 26 und Steuerstange 25 erfolgt. Wäh- rend die Bewegung der Steuerstange 25 in Richtung W zum Öffnen o- der Schließen des Zangenmauls wirkt, erfolgt durch das Schwenken das Anschlussbauteils 65 um die Achse Y eine gleichzeitige Verschwenkung beider Maulteile 55, 56 um die Schwenkachse 54, dabei bleibt die Stellung der Maulteile 55 und 56 zueinander unverändert.

Durch Schwenken des W-förmigen Bauteils 59 zusammen mit dem Anschlussbauteil 65 um die Drehachse X wird die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes 52 um die Schwenkachse 13 gesteuert, wie dies im Einzelnen anhand der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben ist. Anhand von Fig. 14 ist die Steuerkinematik des vorbeschriebenen Instruments im Einzelnen dargestellt, wobei die fünf oberen Darstellungen A, B, C, D und E jeweils die Ansteuerung im Steuermodul 58 darstellen, wohingegen die unteren Darstellungen die entsprechenden Bewegungen des Instrumentenkopfes 54 bzw. Maulteile 55 und 56 darstellen. Die distalen und proximalen Instrumententeile sind über insgesamt sechs Steuerdrähte Sl bis S6, die durch den Schaft 51 geführt sind, verbunden und bilden die Steuerungsverbindung zwischen den Instrumententeilen. Die Steuerdrähte sind als umlaufende endlose Drahtschlingen ausgebildet, wobei die um die Steuerscheibe 36 umlaufend geführten Steu- erdrähte S5 und S6 eine geschlossene Schlinge bilden, die distalseitig um eine Steuerscheibe geführt sind, welche den Instrumentenkopf 52 trägt und diesen um die Drehachse 13 schwenkt, wie dies in Fig. 14E dargestellt ist. Die Steuerdrähte Sl bis S4 bestehen aus einer geschlossenen Schlinge, welche zunächst den proximalwärts gerichteten Teil der Steuerscheibe 62 umschlingt, sodass sich Steuerdrähte S l und S3 ergeben, die jeweils um eine der beiden Steuerscheiben 57 geführt sind, denen ein Maulteil 55 bzw. 56 zugeordnet ist. Die von den Steuerscheiben 57 proximalwärts laufenden Steuerdrähte S2 und S4 sind jeweils zu den Umlenkrollen 60 geführt, umschlingen diese um etwa 180°, um dann den distalwärts gerichteten Teil der Steuerscheibe 62 zu umschließen, wo diese auch verbunden sind. Wenn die Steuerscheibe 62 für das Anschlussbauteil 65, wie in Fig. 14A dargestellt, im Uhrzeigersinn um die Achse Y geschwenkt wird, werden die Steuerdrähte S2 und S3 proximalwärts gezogen, die Steuerdrähte Sl und S4 distalwärts, und zwar jeweils um den gleichen Weg, sodass das Seilsystem insgesamt längenausgeglichen ist und gespannt bleibt und damit der Friktionsantrieb über die Scheiben gewährleistet ist. Wie Fig. 14A unten verdeutlicht, schwenken daraufhin die Steuerscheiben 57 bzw. die daran befestigten Maulteile 55 und 56 in der Figur entgegen dem Uhrzeigersinn, jedoch gleich weit, sodass sich die Stellung der Maulteile 55 und 56 zueinander nicht verändert. Wenn, wie in Fig. 14B dargestellt ist, die Schwenkbewegung um die Achse Y im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, so werden die Drahtseile Sl und S4 proximalwärts bewegt, wohingegen die Drahtseile S2 und S3 distalwärts laufen. Die Maulteile 55 und 56 schwenken mit den Steuerscheiben 57 um die Achse 54 entgegen dem Uhrzeigersinn, auch hier bleibt die Stellung der Maulteile 55 und 56 zueinander unverändert. Zur Steuerung der Zange 53 ist die Steuerstange 25 in Längsrichtung des Instrumentes 50, also in Richtung W zu verschieben. Dies ist anhand der Fig. 14C und 14D dargestellt. Bei Fig. 14C wird die Steuerscheibe 62 proximalwärts bewegt, wodurch die Drahtseile Sl und S3 proximalwärts und die Drahtseile S2 und S4 distalwärts bewegt werden. Die Steuer- Scheiben 57 am Instrumentenkopf 52 schwenken nun gegensinnig, sodass die Zange 53 öffnet. Beim Verschieben der Steuerstange 25 in distaler Richtung wird die Steuerscheibe 62 distalwärts bewegt, wodurch die Steuerdrähte S2 und S4 proximalwärts gezogen werden, wohingegen die Steuerdrähte Sl und S3 sich distalwärts bewegen. Entspre- chend verhalten sich die davon umschlungenen Steuerscheiben 57 mit den Maulteilen 55 und 56, die bei dieser Bewegung schließend angesteuert werden.

Schließlich zeigt Fig. 14E die Schwenkbewegung des Instrumentenkop- fes 52, die um die Schwenkachse 13 gesteuert wird, indem der proximale Teil des Steuermoduls 58 um die Achse X geschwenkt wird, wodurch die Steuerscheibe 36 in Fig. 14E im Uhrzeigersinn bewegt wird und die zugeordnete Steuerscheibe am distalen Ende, welche die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes 52 um die Achse 13 steuert, im Gegenuhrzeigersinn. Da die Schwenkachsen 54 und 13 voneinander beabstandet sind, ändert sich durch die Schwenkbewegung des Instru- mentenkopfes um die Schwenkachse 13 die Stellung der Maulteile 55 und 56 zueinander, da beim Abwinkeln des Kopfes ein Paar der um die Steuerscheiben 57 geführten Steuerdrähte verkürzt und das andere entsprechend verlängert wird.

Bezugszeichenliste

1 - Schaf†ins†rumen†

2 - Roboterarm

3 - Roboter

5 - Schaft

6 - Instrumentenkopf

7 - Zange

8 - Achse von 7

9 - Längsachse des Instrumentes

10 - erstes Gelenk schaftnah

1 1 - zweites Gelenk Werkzeug nah

12 - Achse von 1 1

13 - Achse von 10

14 - Trokardrehpunkt

1 5 - Richtung

1 6 - Instrumentenaufnahme

1 7 - Doppelpfeil

18 - Doppelpfeil

1 9 - Steuermodul

20 - Handhabe

21 - lösbarer Instrumententeil

22 - Fingerausnehmung

23 - Daumenausnehmung

24 - Schwenkachse

25 - Steuerstange

26 - Handrad

27 - Manschette

28 - Anschlussteil Steuerdrähte

35 Lagergabel

36 Steuerscheibe

37 Zapfen

38 Anschlussteil

39 Lagergabel

40 Zapfen

41 Steuerscheibe

42 Anschlussteil

43 Zapfen

44 Hebelarm

45 Steuerscheibe

46 Zapfen

47 Lagergabel

50 Schaftinstrument

51 Schaft

52 Instrumentenkopf

53 Zange

54 Schwenkachse

55 Maulteil

56 Maulteil

57 Steuerscheibe

58 Steuermodul

59 W-förmiges Bauteil

60 Umlenkrollen

61 Zapfen

62 Steuerscheibe 63 Gabel

64 Zapfen

65 Anschlussbauteil

W Steuerrichtung

Drehachsen im Steuermodul

S l

S2

S3

Steuerdrähte

S4

S5

S6 J

Claims

Ansprüche

Robotersystem, insbesondere für medizinische Eingriffe, mit mindestens einem Roboter (3) mit einem Roboterarm (2), der zum An- schluss und zur Steuerung eines endoskopischen Schaftinstrumentes (1 , 50) ausgebildet ist, welches einen mit mindestens einem Freiheitsgrad bewegbaren Instrumentenkopf (6, 52) aufweist, wobei der Roboter (3) ein Mehrachsenroboter ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Schaftinstruments ( 1 , 50) und des Instrumentenkopfes (6, 52) durch die Bewegung des Roboterarmes (2) gesteuert ist.

Robotersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Schaftinstruments ( 1 , 50) und des Instrumentenkopfes (6, 52) ausschließlich durch die Bewegung des Roboterarmes (2) gesteuert ist, wobei das Instrument ein Widerlager ( 14) aufweist, welches durch ein Trokar, vorzugsweise durch einen Tro- kardrehpunkt ( 14) gebildet ist.

3. Robotersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (3), insbesondere der Roboterarm (2) mindestens einen Freiheitsgrad mehr als das Schaftinstrument ( 1 , 50) hat.

Robotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Instrumentenkopf (6, 52) ein bewegbares Werkzeug (7, 53) angeordnet ist und dass die Werkzeugbewegung durch einen Antrieb gesteuert ist, der im proximalen Teil des Schaftinstrumentes ( 1 , 50) angeordnet ist oder roboter- armseitig angeordnet ist und durch den Anschluss zwischen Roboterarm (2) und Schaftinstrument ( 1 , 50) übertragen wird. Schaftinstrument, insbesondere endoskopisches Instrument oder Technoskop für ein Robotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem langestreckten Schaft (5, 51 ), mit einem am distalen Schaftende um mindestens eine Achse ( 12, 13, 54) schwenkbar angeordneten Instrumentenkopf (6, 52) mit einem daran angeordneten bewegbaren Werkzeug (7, 53), und mit einer am proximalen Schaftende angeordneten Steuervorrichtung ( 19, 58) zur Steuerung der Werkzeugbewegung, mit im Schaft (5, 51 ) geführten Zugmitteln (29 - 34, S l - S6) zur Übertragung von Steuerfunktionen von der Steuervorrichtung ( 19, 58) zum Instrumentenkopf (6, 52), wobei zumindest ein Teil der Steuervorrichtung ( 19, 58) um mindestens eine Achse (X, Y,) schwenkbar ist und mittels der Schwenkbewegung des Teils der Steuervorrichtung ( 19, 58) die Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes (6, 52) gesteuert ist.

Instrument nach Anspruch 5, bei dem der Instrumentenkopf (6, 52) um zwei vorzugsweise um 90° versetzt zueinander angeordnete Achsen (12, 13, 54) schwenkbar ist, bei dem die Steuervorrichtung (19, 58) zwei vorzugsweise ebenfalls um 90° versetzte Schwenkachsen (X, Y) zur Steuerung der Schwenkbewegungen des Instrumentenkopfes (6, 52) aufweist.

Instrument nach Anspruch 6, bei dem die Schwenkachsen (X, Y) der Steuervorrichtung ( 19, 58) in gestreckter Instrumentenstellung die Längsachse (9) des Schaftes (5, 51 ) schneiden.

Instrument nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Schwenkachsen (X, Y) der Steuervorrichtung ( 19) einander schneiden.

9. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Steuerscheibe (36, 41 , 45, 57, 62) vorgesehen ist, an der Zugmittel (29 - 34, Sl - S6) umfänglich geführt und festge- legt sind, die zur Steuerung einer Schwenkbewegung des Werkzeugkopfes (6, 52)/Werkzeuges (7, 53) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Steuerscheibe (36, 41 , 45, 57, 62) um die mindestens eine Schwenkachse (X, Y, Z) der Steuervorrichtung ( 19) dreh- bar ist.

10. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwei Steuerscheiben (36, 41 , 57, 62) zur Steuerung der Schwenkbewegungen des Instrumentenkopfes (6) vorgesehen sind, die jeweils um eine Schwenkachse (X, Y) schwenkbar sind.

Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuervorrichtung ( 19) eine weitere Steuerscheibe (45) aufweist, an der die Zugmittel (33, 34) zur Bewegungssteuerung des Werkzeugs (7) umfänglich geführt und festgelegt sind.

Instrument nach Anspruch 1 1 , bei dem die die Drehachse (Z) der weiteren Steuerscheibe (45) mit Abstand zur Instrumentenlängsachse (9) angeordnet ist und die Steuerscheibe (45) an einer längsverschiebbar in der Steuervorrichtung ( 19) geführten Steuerstange (26) angekoppelt ist, deren anderes Ende mit einem Griffteil einer Handhabe (20) verbunden ist. 13. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Instrumentenkopf ein zweischenkeliges Werkzeug (53) angeordnet ist, dessen Schenkel (55, 56) um eine gemeinsame Achse (54) schwenkbar sind, die zugleich eine Schwenkachse (54) des Instrumentenkopfes bildet, und dass eine gemeinsame Steuerscheibe (62) zur Steuerung der Schwenkbewegung des Instrumentenkopfes und des Werkzeugs (53) um die gemeinsame Schwenkachse (54) vorgesehen ist, die zur Steuerung des Werkzeugs (53) in Richtung der Instrumentenlängsachse (9) verschiebbar in der Steuervorrichtung (58) gelagert ist.

Instrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe (62) zwei gegenläufig distalwärts führende Zugmittel (Sl , S3) sowie zwei gegenläufig proximalwärts führende Zugmittel (S2, S4) angebracht sind, und dass die proximalwärts führenden Zugmittel (S2, S4) jeweils über eine Umlenkrolle (60) und von dort distalwärts geführt sind, wobei die Umlenkrollen (60) an einem Bauteil (59) gelagert sind, welches diese Steuerscheibe (62) drehbar und längsverschiebbar aufnimmt.

Instrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die distalwärts geführten Zugmittel (Sl , S3), die mit der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe (62) bewegungsverbunden sind, mit Steuermitteln (57) für die Schenkel (55, 56) am Instrumentenkopf bewegungsverbunden sind.

Instrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel durch Steuerscheiben (57) gebildet sind, die jeweils mit einem Schenkel (55, 56) bewegungsverbunden sind, wobei jede Steuerscheibe (57) mit einem von der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe (62) ausgehenden Zugmittel (Sl , S3) und einem von einer Umlenkrolle (60) ausgehenden Zugmittel (S2, S4) gegenläufig verbunden sind, derart, dass beim Drehen der verschiebbar gelagerten Steuerscheibe (62) die mit den Schenkeln (55, 56) verbundenen Steuerscheiben (57) in dieselbe Richtung schwenken.

Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuerscheiben (36, 41 , 45, 57, 62) Teil eines Steuermoduls ( 19, 58) sind, welches distalseitig mit dem Schaft (5, 51 ) und proximal- seitig vorzugsweise lösbar mit der Handhabe (20) verbunden ist.

18. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Werkzeug (7, 53) zwei zueinander schwenkbare Maulteile (55, 56) aufweist und die Handhabe (20) zwei zueinander schwenkbare Griffteile zur Steuerung der Maulteile (55, 56) aufweist.