DE102012008537A1

DE102012008537A1 - Chirurgierobotersystem

Info

Publication number: DE102012008537A1
Application number: DE201210008537
Authority: DE
Inventors: Sebastian Lohmeier; Wolfgang Schober
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Chirurgierobotersystem weist einen Roboter und eine Instrumentenanordnung mit einer Antriebseinheit mit wenigstens einem Drehantrieb (7, 8, 9) mit einem Elektromotor und einer Antriebswelle (10, 13, 15; 106, 107, 108) mit einem Koppelteil (31, 32, 33; 200, 201, 202; 300, 301, 302) zur Koppelung mit einer Antriebswelle des Instruments, einem Instrument mit einem Instrumentenschaft (3) und einer Antriebswelle (16, 17, 18; 109, 110, 111; 404, 405, 406) mit einem Koppelteil (34, 35, 36; 203, 204, 205; 303, 304, 305) zur Koppelung mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit, und einer Instrumenten-Schnittstelle mit einer die Antriebseinheit umschließenden Hülle (5, 501) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Chirurgierobotersystem mit einem Roboter und einer daran befestigten Instrumentenanordnung, eine solche Instrumentenanordnung mit einer Antriebseinheit, einem Instrument und einer Instrumenten-Schnittstelle sowie eine solche Antriebseinheit, ein solches Instrument und eine solche Instrumenten-Schnittstelle, sowie eine Hülle, insbesondere einer solchen Instrumenten-Schnittstelle, und ein Verfahren zu deren Applizierung.
Chirurgische Instrumente sollen möglichst steril sein. Auf der anderen Seite sind Roboter, bedingt beispielsweise durch Schmiermittel, Abtrieb und dergleichen, nur schwer sterilisierbar.
Aus der WO 2009/061915 A2 ist daher ein Roboter mit einer Adapteraufnahme bekannt, an der ein Adapter einer sterilen Hülle befestigt ist, die den Roboter umhüllt. Auf der sterilen, roboterabgewandten Seite ist ein Instrument befestigt, dessen Endeffektor durch Seilzüge im Instrumentenschaft aktuiert wird.
Hierzu sind Scheiben, die in dem sterilen Adapter nebeneinander drehbar gelagert sind, mit Gegenscheiben gekoppelt, die in den Roboterarm integriert sind. Die Drehantriebe zur Aktuierung der Gegenscheiben sind in der Roboterbasis angeordnet, die Antriebsmomente werden durch Seilzüge in dem Roboterarm übertragen, so dass das antriebslose Instrument leicht handhabbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Chirurgierobotersystem zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Chirurgierobotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 2 stellt eine Instrumentenanordnung eines solchen Chirurgierobotersystems unter Schutz, Anspruch 6, 10 bzw. 15 eine Antriebseinheit, ein Instrument bzw. eine Instrumenten-Schnittstelle einer solchen Instrumentenanordnung, Anspruch 18 bzw. 19 eine Hülle, insbesondere für eine solche Instrumenten-Schnittstelle, bzw. ein Verfahren zu deren Verwendung. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Chirurgierobotersystem
Ein Chirurgierobotersystem nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen oder mehrere Roboter. Ein Roboter kann in einer Ausführung sechs oder mehr Gelenke, insbesondere Drehgelenke, aufweisen, wobei mehr als sechs Gelenke eine vorteilhafte Positionierung des redundanten Roboters ermöglichen können. Der bzw. die Roboter weisen in einer Ausführung eine Steuerung auf. Dabei können mehrere Roboter eine gemeinsame Zentralsteuerung oder Einzelsteuerungen aufweisen, die zur kompakteren Darstellung gemeinsam ebenfalls als eine Steuerung der Roboter bezeichnet wird. Ein Roboter kann in einer Ausführung an einem Operationstisch angeordnet, insbesondere lösbar befestigt, sein.
An einem oder mehreren Robotern des Chirurgierobotersystems ist jeweils eine Instrumentenanordnung nach einem nachfolgend erläuterten Aspekt der vorliegenden Erfindung befestigt. In einer Ausführung ist eine Instrumentenanordnung lösbar an einem Roboter befestigt, insbesondere formschlüssig, reibschlüssig und/oder magnetisch, insbesondere elektromagnetisch. In einer Ausführung weist die Instrumentenanordnung, insbesondere eine Antriebseinheit der Instrumentenanordnung, ein Gehäuse auf, welches an einer Außenseite des Roboters, insbesondere einem Roboter(end- bzw. -werkzeug)flansch, befestigt, beispielsweise verschraubt, verrastet oder geklemmt, ist. Zusätzlich oder alternativ kann insbesondere eine Instrumenten-Schnittstelle und/oder ein Instrument der Instrumentenanordnung an der Außenseite des Roboters, insbesondere einem Roboter(end- bzw. -werkzeug)flansch, befestigt sein.
Instrumentenanordnung
Eine Instrumentenanordnung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist entsprechend zur Befestigung an einem Roboter eingerichtet bzw. als robotergeführte Instrumentenanordnung ausgebildet. Sie umfasst eine Antriebseinheit, ein Instrument und eine Instrumenten-Schnittstelle nach einem der nachfolgend erläuterten Aspekte der vorliegenden Erfindung.
Indem die, vorzugsweise als Ganzes tragbar ausgebildete, Instrumentenanordnung selber die Antriebseinheit aufweist, kann vorteilhaft eine Übertragung von Antriebskräften von dem Roboter selber auf das Instrument entfallen, der Roboter daher kleiner bauen, was insbesondere die Kooperation mehrerer schlanker Roboter in einem begrenzten Operationsgebiet ermöglichen kann. Zudem kann die Antriebseinheit vorteilhafterweise einfach an unterschiedliche Instrumente angepasst oder auch ausgewechselt werden. Sie ist vorzugsweise als eigenständiges bzw. vom Roboter unabhängiges Modul ausgebildet.
In einer Ausführung umfasst eine Instrumentenanordnung zwei oder mehr verschiedene Antriebseinheiten und/oder zwei oder mehr verschiedene Instrumente, die wahlweise, insbesondere modulartig, mit einem Instrument bzw. einer Antriebseinheit zu einer an dem Roboter befestigten Instrumentenanordnung verbindbar sind. Verschiedene Antriebseinheiten bzw. Instrumente können sich insbesondere in der Anzahl und/oder Leistung aktuierter Freiheitsgrade unterscheiden. So kann beispielsweise eine Antriebseinheit mit drei aktuierten Freiheitsgraden wahlweise mit einem Instrument mit einem oder zwei aktuierten Freiheitsgraden und zwei bzw. einem nicht aktuierten, d. h. ungenutzen bzw. blinden Freiheitsgrad, und mit Instrumenten mit drei aktuierten Freiheitsgraden verbunden werden, die unterschiedliche Endeffektoren aufweisen.
Instrument und Antriebseinheit sind lösbar miteinander verbunden, wobei zwischen Antriebseinheit und Instrument eine Instrumenten-Schnittstelle angeordnet ist. Instrument und Antriebseinheit können insbesondere form-, reib-, stoffschlüssig und/oder magnetisch, vorzugsweise elektromagnetisch aneinander und/oder an der dazwischen angeordneten Instrumenten-Schnittstelle befestigt sein. Insbesondere kann die Instrumenten-Schnittstelle mit der Antriebseinheit und/oder dem Instrument verschraubt, verrastet, geklemmt oder auch verklebt sein, wobei die Klebestelle als Soll-Trennstelle ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinheit mit dem Instrument verschraubt, verrastet oder geklemmt sein. In einer Ausführung weist die Instrumenten-Schnittstelle einen formstabilen Flansch zur Befestigung der Antriebseinheit und/oder des Instruments auf. Die Antriebseinheit ist in einer Ausführung an einem proximalen bzw. endeffektorfernen Ende des Instruments angeordnet.
Antriebseinheit
Eine Antriebseinheit nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen oder mehrere, insbesondere drei oder vier, Drehantriebe mit je wenigstens einer Antriebswelle auf. In einer Ausführung weisen ein oder mehrere Drehantriebe der Antriebseinheit je einen oder mehrere Elektromotoren, insbesondere Gleich- oder Wechselstrommotoren, mit einem Stator und einem Rotor auf. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Drehantriebe der Antriebseinheit je einen oder mehrere Hydraulikmotoren und/oder Piezo-Antriebe aufweisen, die die jeweiligen Antriebswelle(n) antreiben bzw. mit einem Drehmoment beaufschlagen können. Die Antriebswelle kann insbesondere ein Rotor bzw. Läufer eines Elektro- und/oder Hydraulikmotors sein. In einer Ausführung weist ein Drehantrieb ein, vorzugsweise koaxiales, Getriebe, insbesondere ein Umlaufgetriebe, vorzugsweise ein Planeten- oder Harmonic-Drive-Getriebe auf, wobei die Antriebswelle eine Abtriebs- bzw. Ausgangswelle des Getriebes sein kann. In einer anderen Ausführung ist ein Drehantrieb als Direktantrieb ausgebildet. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die Antriebswelle direkt durch ein, insbesondere hydraulisch, elektrisch und/oder (elektro)magnetisch erzeugtes, Antriebsdrehmoment ohne zwischengeschaltetes Getriebe beaufschlagt wird. Insbesondere ein solcher Direktantrieb kann in einer Ausführung selbsthemmungsfrei ausgebildet sein. Hierdurch kann vorteilhaft das instrument mit angeflanschter Antriebseinheit aus einem Patienten entfernt werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Drehantrieb einen, insbesondere koaxialen, Sensor, insbesondere einen an- und/oder abtriebsseitigen Drehzahl- und/oder Drehmomentsensor aufweisen.
Die Antriebswelle weist ein Koppelteil zur Koppelung mit einer Antriebswelle des Instruments auf, das drehfest mit der Antriebswelle ist. Es kann in einer Ausführung axialfest mit der Antriebswelle, insbesondere integral mit dieser, ausgebildet sein. In einer anderen Ausführung ist das Koppelteil axial verschieblich an der Antriebswelle angeordnet, insbesondere formschlüssig, beispielsweise mittels einer Passfeder, einer Keilverzahnung, eines Zahn- oder Polygonwellenprofils oder dergleichen. In einer Weiterbildung ist das Koppelteil axial vorgespannt, insbesondere durch ein Federmittel gegen die an der Antriebseinheit befestigte Instrumenten-Schnittstelle oder das an der Antriebseinheit befestigte Instrument. Hierdurch kann insbesondere eine Axialtoleranz kompensiert und/oder eine Anpresskraft für eine reibschlüssige Verbindung dargestellt werden.
Eine oder mehrere Antriebswellen sind in einer Ausführung als Hohlwellen ausgebildet. In einer Ausführung weist die Antriebseinheit eine oder mehrere Antriebswellen auf, die jeweils konzentrisch bzw. koaxial in einer sie umgebenden Antriebs-Hohlwelle angeordnet, insbesondere gelagert sind. Zur kompakteren Darstellung wird dabei jeweils die Antriebswelle, die in einer anderen Antriebswelle angeordnet ist, als innere Antriebswelle, die andere Antriebswelle als äußere Antriebswelle bezeichnet. Weist beispielsweise die Antriebseinheit in einer Ausführung drei Antriebswellen auf, so bildet die innerste Antriebswelle, die ebenfalls als Antriebs-Hohlwelle ausgebildet sein kann, eine innere Antriebswelle, die sie umgebende mittlere Antriebswelle eine äußere Antriebswelle und zugleich eine (weitere) innere Antriebswelle, die sie umgebende äußerste Antriebswelle eine (weitere) äußere Antriebswelle. In gleicher Weise kann die Antriebseinheit auch vier oder mehr konzentrische Antriebs-Hohlwellen aufweisen.
In einer Ausführung sind ein oder mehrere Drehantriebe koaxial zu ihrer jeweiligen Antriebswelle, insbesondere einer gemeinsamen Drehachse koaxialer Antriebswellen angeordnet. Insbesondere können ein oder mehrere Drehantriebe fluchtend hintereinander angeordnet sein. Gleichermaßen können ein oder mehrere Drehantriebe parallel in radialer. und/oder Umfangsrichtung versetzt zu ihren Antriebswellen, insbesondere einer gemeinsamen Drehachse koaxialer Antriebswellen angeordnet und mit diesen insbesondere über ein Stirn- oder Reibradgetriebe gekoppelt sein. Gleichermaßen können ein oder mehrere Drehantriebe winkelig, insbesondere rechtwinkelig, zu ihrer jeweiligen Antriebswelle, insbesondere einer gemeinsamen Drehachse koaxialer Antriebswellen angeordnet und mit diesen insbesondere über ein Schnecken-, Schrauben- oder Kronenradgetriebe gekoppelt sein.
Die Antriebseinheit kann jeweils drahtlos oder leitungsgebunden mit einer Energiequelle und/oder der Steuerung verbunden sein. In einer Ausführung umhüllt die nachfolgend erläuterte Hülle der Instrumenten-Schnittstelle auch, wenigstens teilweise, eine Energie- und/oder Signalleitung der Antriebseinheit.
Instrument
Ein Instrument nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Instrumentenschaft auf, an dessen distalem bzw. antriebseinheitsabgewandten Ende ein ein- oder mehrteiliger Endeffektor angeordnet sein kann, insbesondere ein Skalpell, Zangen- bzw. Scherenschenkel oder dergleichen.
Das Instrument ist in einer Ausführung ein Endo- bzw. minimal-invasives chirurgisches Instrument („MIC”), insbesondere ein endoskopisches, beispielsweise laparoskopisches oder thorakoskopisches. Insbesondere kann der Instrumentenschaft dazu vorgesehen bzw. eingerichtet sein, durch einen Eintritt, der vorzugsweise im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Instrumentenschaftes entspricht, insbesondere durch einen Trokar, in den Patienten eingeführt und dort aktuiert zu werden.
Der Endeffektor kann ein oder mehrere Freiheitsgrade aufweisen. Insbesondere können ein oder mehrere Teile des Endeffektors je ein oder zwei Drehfreiheitsgrade um Drehachsen aufweisen, die vorzugsweise senkrecht zur Schaftachse stehen. Beispielsweise kann ein zweiteiliger Endeffektor eine Zange bzw. Schere darstellen, deren Schenkel gegensinnig um dieselbe Drehachse verschwenken.
Zur Aktuierung des Endeffektors weist das Instrument eine oder mehrere Antriebswellen, insbesondere eine Antriebswelle zur Aktuierung jeden Freiheitsgrades, in einer Ausführung also insbesondere ein, zwei oder drei Antriebswellen auf.
Die Antriebswelle weist ein Koppelteil zur Koppelung mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit auf, das drehfest mit der Antriebswelle ist. Es kann in einer Ausführung axialfest mit der Antriebswelle, insbesondere integral mit dieser ausgebildet, sein. In einer anderen Ausführung ist das Koppelteil axial verschieblich an der Antriebswelle angeordnet, insbesondere formschlüssig, beispielsweise mittels einer Passfeder, einer Keilverzahnung, eines Zahn- oder Polygonwellenprofils oder dergleichen. In einer Weiterbildung ist das Koppelteil axial vorgespannt, insbesondere durch ein Federmittel gegen die an dem Instrument befestigte Instrumenten-Schnittstelle oder die an dem Instrument befestigte Antriebseinheit.
Eine oder mehrere Antriebswellen sind in einer Ausführung als Hohlwellen ausgebildet. In einer Ausführung weist die Antriebseinheit eine oder mehrere Antriebswellen auf, die jeweils konzentrisch bzw. koaxial in einer sie umgebenden Antriebs-Hohlwelle angeordnet, insbesondere gelagert sind.
Indem die (innerste) Antriebswelle des Instruments als Antriebs-Hohlwelle ausgebildet ist, wird in einer Ausführung vorteilhaft ein Ein- bzw. Durchführen eines Zusatz-Instruments ermöglicht.
In einer Ausführung fluchten miteinander gekoppelte Antriebswellen von Antriebseinheit und Instrument miteinander. In einer Ausführung ist(sind) die Antriebswelle(n) koaxial, insbesondere fluchtend oder parallel versetzt zu dem Instrumentenschaft angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung eine radial kompakte Bauform erreicht werden. In einer anderen Ausführung ist(sind) die Antriebswelle(n) winkelig, insbesondere rechtwinkelig, zu dem Instrumentenschaft angeordnet. Hierdurch kann in einer Ausführung die Antriebseinheit winkelig, insbesondere rechtwinkelig, zu dem Instrumentenschaft angeordnet werden.
In einer Ausführung weist das Instrument ein instrumentenseitiges Umsetzungsgetriebe zur Umsetzung einer Rotation einer oder mehrerer Antriebswellen in eine entsprechende Translation eines bzw. mehrerer Zug- und/oder Schubmittel auf. Ein Zugmittel kann insbesondere ein oder mehrere, insbesondere gegenläufige, Seil-, Riemen- oder Bandtrumme aufweisen, ein Zug- und/oder Schubmittel ein oder mehrere, insbesondere gegenläufige, Zug- und/oder Schubstangen.
In einer Ausführung weist das Umsetzungsgetriebe eine, insbesondere für eine oder mehrere Antriebswellen der Antriebseinheit je eine, Kulissenführung auf. Eine Kulissenführung umfasst nach einer Ausführung eine Schiebehülse, die relativ zum Instrumentenschaft drehfest und axial verschieblich gelagert ist, insbesondere an dem Instrumentenschaft oder einer umgebenden Antriebshohlwelle. In einer von der Schiebehülse und der Antriebswelle ist eine, insbesondere gegen die Axialrichtung geneigte, Kulisse bzw. Nut ausgebildet, in der ein Passelement, insbesondere eine Passfeder, von dem anderen von der Schiebehülse und der Antriebswelle formschlüssig geführt ist. Auf diese Weise wird eine Drehung der Antriebswelle in eine axiale Translation der Schiebehülse umgesetzt, die so insbesondere ein Zug- und/oder Schubmittel aktuieren kann.
Wenn in einer Ausführung eine Antriebswelle in einer Antriebshohlwelle gelagert ist, kann in einer Weiterbildung eine mit einer Antriebswelle gekoppelte Schiebehülse einer Kulissenführung zugleich ein Radiallager, insbesondere ein Loslager, zwischen dieser und einer benachbarten Antriebswelle bilden. Ein Festlager einer Antriebswelle ist vorzugsweise an einem antriebseinheitszugewandten bzw. proximalen Ende des Instrumentenschaftes angeordnet
In einer Ausführung ist das Umsetzungsgetriebe in einer antriebseinheitszugewandten bzw. proximalen Hälfte des Instrumentenschaftes angeordnet. In einer anderen Ausführung ist das Umsetzungsgetriebe in einer antriebseinheitsabgewandten bzw. distalen Hälfte des Instrumentenschaftes angeordnet. Hierdurch kann vorteilhafterweise die Aktuierung über einen großen Bereich des Instrumentenschaftes durch die Zug- und/oder Schubmittel bzw. durch die Antriebswellen übertragen werden.
Zusatz-Instrument
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Instrumentenanordnung ein Zusatz-Instrument auf, welches, insbesondere lösbar, durch das Instrument der Instrumentenanordnung, insbesondere ein Führungsrohr des Instruments ein- bzw. durchgeführt, insbesondere mit Radialspiel oder einer Radialpassung eingesteckt, ist. Hierzu kann das Zusatz-Instrument in einer Ausführung rohrförmig ausgebildet und starr oder flexibel sein. Das Instrument kann entsprechend in einer Ausführung ein, insbesondere starres, Führungsrohr aufweisen, welches, insbesondere zentrisch, in dem Instrumentenschaft angeordnet sein und/oder sich – wenigstens im Wesentlichen – über die gesamte Innenlänge des Instrumentenschaftes erstrecken kann. In einer Weiterbildung kann eine (innerste) Antriebshohlwelle des Instruments als Führungsrohr fungieren bzw. ein Führungsrohr bilden.
Das Zusatz-Instrument kann in einer Ausführung als Führung für gasförmige und/oder flüssige Medien, insbesondere als Saug- und/oder Zufuhrpassage, und/oder als elektrischer und/oder Lichtwellenleiter ausgebildet sein, um beispielsweise Spül- oder Wasserstrahlchirurgie-Medien, insbesondere unter Unter- bzw. Überdruck, ab- bzw. zuzuführen, Laser- und/oder Beleuchtungslicht und/oder Strom in den Patienten zu leiten und/oder optische und/oder elektrische Signale aus ihm herauszuführen.
In einer Ausführung kann das Zusatz-Instrument auf einer der Antriebseinheit abgewandten Seite der Instrumentenschnittstelle durch das Instrument eingeführt sein, so dass es vorteilhafterweise nicht gegen die Antriebseinheit steril abgegrenzt werden muss. In einer anderen Ausführung ist das Zusatz-Instrument durch die Antriebseinheit, insbesondere eine (innerste) Antriebshohlwelle der Antriebseinheit eingeführt.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Zusatz-Instrument kann ein Antriebsmittel zum Betätigen eines Endeffektors, insbesondere lösbar, durch das Instrument der Instrumentenanordnung, insbesondere eine (innerste) Antriebshohlwelle des Instruments eingeführt, insbesondere mit Radialspiel oder einer Radialpassung eingesteckt, sein. Hierzu kann das Antriebsmittel in einer Ausführung rohrförmig ausgebildet und starr oder flexibel sein. Das Antriebsmittel kann insbesondere ein oder mehrere Zug- und/oder Schubmittel und/oder ein oder mehrere Drehwellen aufweisen.
Instrumenten-Schnittstelle
Eine Instrumenten-Schnittstelle nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine die Antriebseinheit, insbesondere hermetisch bzw. steril, umschließende Hülle auf. Die Hülle ist in einer Ausführung flexibel, insbesondere folienartig. In einer Ausführung ist die Hülle auf der antriebseinheitsabgewandten Außenseite steril oder sterilisierbar.
Auf diese Weise kann die Antriebseinheit, die aufgrund von Abrieb, Schmiermittel, temperatur- und/oder feuchtigkeitsempfindlicher Komponenten oder dergleichen nur schwer sterilisierbar sein kann, gegen die Operationsumgebung steril abgeschirmt werden, wobei die Aktuierung durch bzw. über die Schnittstelle in das, vorteilhafterweise einfach sterilisierbare, Instrument übertragen wird.
In einer Ausführung sind Koppelteile einer oder mehrerer Antriebswellen der Antriebseinheit und entsprechender, insbesondere koaxialer, Antriebswellen des Instruments magnetisch miteinander gekoppelt. Insbesondere in diesem Fall kann die Instrumenten-Schnittstelle durch eine einfache Folie gebildet werden, wobei vorzugsweise ein Luftspalt zwischen den magnetisch miteinander gekoppelten Koppelteilen ausgebildet ist.
In einer Ausführung weist die Instrumenten-Schnittstelle ein oder mehrere drehbare Zwischenelemente auf, die dazu eingerichtet sind, mit je einem Koppelteil einer Antriebswelle der Antriebseinheit und einem Koppelteil einer Antriebswelle des Instruments, insbesondere reib- oder formschlüssig, gekoppelt zu sein, wenn die Schnittstelle zwischen Antriebseinheit und Instrument angeordnet, insbesondere an Antriebseinheit und/oder Instrument befestigt ist.
Die Anordnung der Zwischenelemente entspricht vorzugsweise der Anordnung der Antriebswellen bzw. ihrer Koppelteile. Sind also in einer Ausführung die Antriebswellen von Antriebseinheit und/oder Instrument konzentrisch, so sind insbesondere auch die Zwischenelemente konzentrisch zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise, wie vorstehend erläutert, jeweils ein, insbesondere ringförmiges, inneres Zwischenelement, konzentrisch in einem äußeren ringförmigen Zwischenelement angeordnet, insbesondere gelagert ist. In einer Weiterbildung sind die Zwischenelemente abgedichtet gelagert, beispielsweise durch Lagerringe, die Labyrinthdichtungen aufweisen oder dergleichen. Unter abgedichtet wird dabei vorliegend insbesondere steril im medizinischen Sinne verstanden, insbesondere derart abgedichtet, dass feste, vorzugsweise auch flüssige, insbesondere auch gasförmige Elemente einer vorgegebenen Größe die Dichtung höchstens in einer vorgegebenen Höchstmenge bzw. -rate, die auch gleich Null sein kann, überwinden können.
Die Instrumenten-Schnittstelle kann einen formstabilen Flansch zur Befestigung der Antriebseinheit und/oder des Instruments aufweisen, in dem die Zwischenelemente, insbesondere abgedichtet, drehbar gelagert sind.
Zur reibschlüssigen Koppelung können Zwischenelemente und Koppelteile von Antriebseinheit und/oder Instrument Kontaktflächen aufweisen, die einander berühren, wenn die Instrumenten-Schnittstelle zwischen Antriebseinheit und Instrument angeordnet ist und Instrument und Antriebseinheit direkt und/oder über die Instrumenten-Schnittstelle verbunden sind. Zur formschlüssigen Koppelung können solche Kontaktflächen ineinander eingreifende Vorsprünge und Aussparungen bzw. komplementäre Absätze aufweisen. Insbesondere können an einem von einem Koppelteil und einem Zwischenelement ein oder mehrere Vorsprünge bzw. Absätze angeordnet sein, die in Aussparungen bzw. komplementäre Absätze in dem anderen von dem Koppelteil und dem Zwischenelement formschlüssig eingreifen, wenn die Instrumenten-Schnittstelle, insbesondere ein formstabiler Flansch der Instrumenten-Schnittstelle, an der Antriebseinheit bzw. dem Instrument angeordnet ist. Vorzugsweise können Koppelteil und Zwischenelement miteinander kämmende Stirn-, insbesondere Hirth-Verzahnungen aufweisen.
Die Reib- oder Formschluss-Kontaktflächen können in einer Ausführung kegelförmig ausgebildet sein. Hierdurch kann vorteilhaft eine Selbstzentrierung und/oder, insbesondere in Kombination mit axial verschieblichen, vorzugsweise vorgespannten, Koppelteilen, eine Kompensation einer Axialtoleranz erreicht werden.
In einer Ausführung weist die Hülle eine Innendurchführung für ein durch das Instrument und die Antriebseinheit der Instrumentenanordnung eingeführtes Zusatz-Instrument auf. Diese Innendurchführung kann schlauchartig ausgebildet sein und eine inner(st)e Antriebshohlwelle der Antriebseinheit durchgreifen. In einer Weiterbildung ist sie abgedichtet, insbesondere drehbar, mit einem inner(st)en, mit der Antriebshohlwelle gekoppelten Zwischenelement der Instrumenten-Schnittstelle verbunden.
In einer Weiterbildung weist die Innendurchführung einen Blindstopfen und einen Abschlussring auf. In einem Ausgangs- bzw. Montagezustand ist der Blindstopfen an einem Ende der Innendurchführung befestigt, verschließt diese und deckt einen Umfangsbereich der Innendurchführung ab. Der Blindstopfen kann dann durch die Antriebseinheit gezogen werden, so dass er durch eine Austrittsöffnung der Hülle aus dieser austritt und entfernt werden kann. Anschließend kann der Abschlussring an dem Umfangsbereich der Innendurchführung befestigt werden, der durch Entfernen des Blindstopfens freigelegt wurde, und zudem die Austrittsöffnung der Hülle verschließen. Auf diese Weise kann eine torusartige Hülle mit einer sterilen Außenoberfläche zur Verfügung gestellt werden, in deren Ringraum die Antriebseinheit angeordnet und so steril gegen die OP-Umgebung abgegrenzt ist, und deren Durchgangsöffnung zur Einführung des Zusatz-Instruments zur Verfügung steht.
Die vorstehend erläuterte Weiterbildung eignet sich insbesondere für die vorstehend erläuterte Antriebseinheit mit einer Antriebs-Hohlwelle. Sie kann gleichermaßen zum, insbesondere sterilen, Umhüllen eines Roboters mit einem Werkzeugflansch verwendet werden, der eine Hohlwelle aufweist. Unter einem (sterilen) Umhüllen wird vorliegend insbesondere ein teilweises oder vollständiges bzw. allseitig geschlossenes, insbesondere hermetisches, Abdecken bzw. Umschließen verstanden.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist daher eine Hülle, die insbesondere eine oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Hülle der Instrumenten-Schnittstelle aufweisen kann, allgemein eine schlauchartige Innendurchführung zum Durchführen durch eine Hohlwelle eines Roboters oder einer vorstehend erläuterten Antriebseinheit und durch eine Austrittsöffnung der Hülle auf, wobei die Innendurchführung einen Blindstopfen und einen ein- oder mehrteiligen Abschlussring zur Befestigung an der Austrittsöffnung und einen, insbesondere äußeren, Umfangs- bzw. Mantelflächenbereich der Innendurchführung aufweist, der durch Entfernen des Blindstopfens frei wird. Die Innendurchführung kann insbesondere drehbar an der Hülle gelagert oder integral mit dieser ausgebildet sein. Sie kann insbesondere starr oder flexibel ausgebildet sein. Zur kompakteren Darstellung wird auch eine starre rohrförmige Innendurchführung verallgemeinernd als schlauchartig bezeichnet.
Zum Umhüllen des Roboters oder der Antriebseinheit wird zunächst die mit dem Blindstopfen versehene Innendurchführung durch die Hohlwelle und die Austrittsöffnung der Hülle durchgeführt. Der Blindstopfen, der vorzugsweise eine geschlossene Außenstirnseite und/oder eine rohrartige Mantelfläche aufweist, verhindert dabei eine Verschmutzung des Inneren der schlauchartigen Innendurchführung und des durch ihn abgedeckten Umfangsbereichs der Innendurchführung. Gleichermaßen kann auch die Innendurchführung zunächst stirnseitig verschlossen sein, wobei der Verschlussbereich anschließend abgetrennt wird. Um das Durchführen zu erleichtern, kann der Blindstopfen eine starre oder flexible Einführhilfe, insbesondere eine Schnur oder einen Stab, aufweisen.
Anschließend wird der Blindstopfen entfernt und der Abschlussring an dem Umfangsbereich der Innendurchführung befestigt, der durch das Entfernen des Blindstopfens frei geworden ist. Wie vorstehend beschrieben, kann der Abschlussring, der starr oder flexibel ausgebildet sein kann, in einer Weiterbildung an der Austrittsöffnung der Hülle befestigt werden und diese – bis auf die Innendurchführung – verschließen. Ein an dem Umfangsbereich der Innendurchführung befestigter Teil des Abschlussringes kann insbesondere drehbar an einem an der Austrittsöffnung der Hülle befestigten Teil des Abschlussringes gelagert oder integral bzw. einteilig mit diesem ausgebildet sein.
Der Umfangsbereich der Innendurchführung, der durch das Entfernen des Blindstopfens frei geworden ist, wurde durch den Blindstopfen vor Verschmutzung beim Durchführen geschützt. Unter einem Befestigen an dem Umfangsbereich wird vorliegend insbesondere ein Befestigen derart, dass der Umfangsbereich in Längsrichtung der Innendurchführung gesehen ganz oder teilweise von dem Abschlussring abgedeckt ist, verstanden. Der Umfangsbereich, der durch das Entfernen des Blindstopfens frei geworden ist, kann in Längsrichtung ein- oder beidseitig über den Abschlussring hinausragen. Gleichermaßen kann der Abschlussring außer dem Umfangsbereich, der durch das Entfernen des Blindstopfens frei geworden ist, oder einem Teil dieses Umfangsbereichs auch einen Umfangsbereich der Innendurchführung abdecken, der zuvor nicht von dem Blindstopfen abgedeckt war. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1: einen Teil einer Instrumentenanordnung eines Chirurgierobotersystems nach einer Ausführung der Erfindung in einem perspektivischen Schnitt;
2: ein instrumentenseitiges Umsetzungsgetriebe nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3: das Umsetzungsgetriebe der 2 in einem anderen perspektivischen Schnitt;
4: einen Schnitt einer Kegelkupplung einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
5: weitere Ausführungen einer solchen Kegelkupplung;
6: eine Wellenkupplung einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
7: einen Schnitt dieser Wellenkupplung der 6;
8: eine Magnetkupplung einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
9: die Magnetkupplung der 8 in einem Schnitt;
10: in zwei perspektivischen Ansichten ein Umsetzgetriebe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
11: einen vergrößerten Schnitt des Umsetzgetriebes der 10;
12: ein Instrument nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem distalen Umsetzgetriebe in einer perspektivischen Gesamtansicht (oben) bzw. einem vergrößerten Teilschnitt (unten);
13: eine Instrumenten-Schnittstelle nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
14: die Instrumenten-Schnittstelle der 13 mit verbundenem Blindstopfen;
15: die Instrumenten-Schnittstelle der 14 mit entferntem Blindstopfen;
16: die Instrumenten-Schnittstelle der 15 mit verbundenem Abschlussring;
17: die Instrumenten-Schnittstelle der 16 mit ankoppelndem Instrument;
18: eine Instrumentenanordnung mit einem eingeführten Zusatz-Instrument nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
19: einen Teil eines Instruments einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
20: einen Teil eines Instruments einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
21A, 21B: ein Umhüllen eines Roboters mit einer Hülle nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt einen Teil einer Instrumentenanordnung eines Chirurgierobotersystems nach einer Ausführung der Erfindung in einem perspektivischen Schnitt.
Die Instrumentenanordnung umfasst ein Instrument 1, eine damit verbundene Antriebseinheit 2 und eine zwischen Antriebseinheit und Instrument angeordnete Instrumenten-Schnittstelle mit einer sterilen Hülle 5.
In diesem Ausführungsbeispiel fallen die Drehachsen der Antriebseinheit mit einer Schaftachse des Instruments zusammen. Dieses Konzept eignet sich insbesondere für Instrumente, die mit Zug-/Druckstangen aktuiert werden.
Das sterile chirurgische Instrument 1 ist auf der in 1 linken, die Antriebseinheit 2 auf der in 1 rechten Seite dargestellt. Das Instrument 1 ist über einen Anschlussflansch 4 an einem proximalen Ende des Instrumentenschafts 3 mit einem Gehäuse 6 der Antriebseinheit 2 mechanisch lösbar verbunden. Die Antriebseinheit 2 ist von einer sterilen Hülle 5 umgeben, um die Kontamination des Operationsgebiets zu verhindern.
Im Gehäuse 6 der Antriebseinheit 2 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel drei unabhängige Drehantriebe mit jeweils einer Antriebswelle 10,13 bzw. 15 und einem zugehörigen Elektromotor 7, 8 bzw. 9. Die Antriebswellen 10, 13, 15 sind als Hohlwellen ausgeführt und zueinander koaxial angeordnet. Antriebswelle 10 ist an einer Lagerstelle 11 im Gehäuse 6 vollwertig gelagert. Die innere Antriebswelle 13 ist mit einem Lager 12 in der Antriebswelle 10, die Antriebswelle 15 mit einem Lager 14 in der Antriebswelle 13 gelagert. Dieses Konzept ermöglicht vorteilhaft einen vor allem in radialer Richtung sehr kompakten Aufbau der trennbaren Instrument-Schnittstelle.
In einer Mehrroboter-Anwendung kann somit das Risiko von Kollisionen zwischen einzelnen Robotern aufgrund des geringeren zulässigen Mindestabstands zwischen den Instrumenten deutlich reduziert werden.
Die symbolischen Darstellungen der Elektromotoren 7, 8, 9 beinhalten weitere für einen geregelten Betrieb erforderliche Komponenten wie beispielsweise Getriebe und/oder Sensoren. Bevorzugte Ausführungen sind konzentrisch angeordnete Motoreinheiten, die entweder als Direktantriebe oder als Motoren mit nachgeschaltetem Untersetzungsgetriebe, zum Beispiel Planetengetrieben oder Harmonic-Drive Getrieben realisiert sein können.
In einer nicht dargestellten Abwandlung können die Drehantriebe radial versetzte Elektromotoren, die die Antriebswellen jeweils mit einem Stirnrad- oder Reibradgetriebe antreiben, oder orthogonal versetzte Elektromotoren aufweisen, die die Antriebswellen jeweils mit einem Schnecken-, Schraubenrad-, oder Kronenradgetriebe antreiben.
Die ineinander geschachtelten Antriebswellen 10, 13 und 15 werden auf Instrumentenseite in Form der Antriebswellen 16, 17 bzw. 18 fortgeführt, die ebenfalls als Hohlwellen ausgeführt und zueinander koaxial angeordnet sind. Die Lagerung der instrumentenseitigen Antriebswellen 16, 17 und 18 ist als Fest-Los-Lagerung ausgebildet, wobei Festlager 28, 29 und 30 am proximalen Ende des Instrumentenschafts 3 angeordnet sind. Welle 16 ist an der Lagerstelle 28 im Instrumentenschaft 3 radial und axial gelagert. Die innenliegende Antriebswelle 17 ist mit dem Lager 29 in der Antriebswelle 16, die Antriebswelle 18 mit dem Lager 30 in Welle 17 abgestützt. Als Loslager fungieren Schiebehülsen 23, 24 und 25, die zugleich Bestandteile eines instrumentenseitigen Umsetzgetriebes 22 zur Umwandlung der rotatorischen Antriebsbewegung in eine translatorische Bewegung von Zug- und/oder Schubmittel 26, 39 bzw. 40 (vgl. 10). Diese übertragen schließlich die Antriebsbewegung zu den Instrumenten- bzw. Endeffektorfreiheitsgraden am distalen Ende des Instrumentenschafts 3.
1 zeigt exemplarisch nur ein Zug- und/oder Schubmittel 26, wenngleich für jeden Freiheitsgrad des Instruments ein eigenes Übertragungsglied vorgesehen ist.
Beispiele für derartige Zug- und/oder Schubmittel sind Seilzüge, Bowdenzüge oder Zug-/Druckstangen.
Zur Verbindung der Antriebswellen 10, 13 und 15 der Antriebseinheit mit den instrumentenseitigen Antriebswellen 16, 17 und 18 ist ein Kupplungsmechanismus vorgesehen, der zugleich eine Sterilbarriere zwischen dem Instrument und der unsterilen Antriebseinheit darstellt. Die in 1 exemplarisch dargestellte Kupplung ist eine Kegel-Kupplung, die die Antriebsmomente durch Reib- oder Formschluss überträgt.
Durch dieses Konstruktionsprinzip können auch die in der koaxialen Anordnung innenliegenden Antriebswellen 15 und 18 als Hohlwellen ausgeführt werden. Somit verbleibt im Zentrum des Instrumentenschafts 3 ausreichend Platz, um weitere Antriebsmittel, beispielsweise einen Bowdenzug, eine Drehwelle mit biegsamem Abschnitt im Bereich eines Mehrfachgelenks zum Antrieb eines Endeffektors und/oder ein Zusatz-Instrument, insbesondere eine elektrische Leitung, einen Schlauch oder dergleichen durchzuführen. Eine weitere mögliche Anwendung dieses Konstruktionsprinzips ist das Einführen von chirurgischen Spezial-Instrumenten durch das Zentrum des Instrumentenschafts.
Um die Sterilität der durch die Instrumentenmitte durchgeführten Elemente auch im Bereich der Antriebseinheit 2 zu gewährleisten, erstreckt sich die Sterilbarriere mit einer Innendurchführung in Form eines sterilen Führungsrohrs 27 durch die gesamte Antriebseinheit 2, wie nachfolgend beschrieben.
2 zeigt ein instrumentenseitiges Umsetzungsgetriebe 100 nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der Antriebswellen- und Schaftachse orthogonal sind. Diese Anordnung eignet sich besonders für Instrumente, die mit Seilzügen aktuiert werden. Sie kann jedoch auch für Instrumente mit Zug-/Druckstangen eingesetzt werden, indem die instrumentenseitigen Getriebe zur Umsetzung der Rotation einer Antriebswelle in eine Translation eines Zug- und/oder Schubmittels beispielsweise als Schubkurbelmechanismus realisiert sein kann.
Am proximalen Ende des Instruments 101 befindet sich ein Gehäuse 104, das mit dem Instrumentenschaft 103 unlösbar verbunden ist. Das Instrument 101 ist am proximalen Ende mit der Antriebseinheit 102 (dessen Gehäuse nicht dargestellt ist) über eine Sterilbarriere 105 verbunden. Die Antriebswellen 106, 107 und 108 sind in der Antriebseinheit 102 koaxial angeordnet, um möglichst kompakte Abmessungen zu erreichen. Sie werden auf Instrumentenseite jeweils als Seilrolle 109, 110 bzw. 111 fortgeführt. Die Verbindung der Wellenstücke geschieht jeweils mit den sterilen Kupplungs-Zwischensegmenten 116, 117 und 118, die zueinander drehbar sind.
Ein Kupplungs-Zwischenelement 118 der außenliegenden Antriebswelle 106 ist mit der Sterilbarriere 105 verbunden und in dieser drehbar gelagert. Im Ausführungsbeispiel sind die Antriebswellen von Antriebseinheit und Instrument mittels einer Stirnzahnkupplung formschlüssig gekoppelt, die mit Bezug auf 6 genauer beschrieben wird.
Die Seilzüge 112, 113 und 114, die die Instrument-Freiheitsgrade aktuieren, sind um die instrumentenseitigen Seilrollen bzw. Antriebswellen 109, 110 bzw. 111 gewickelt, sodass der Kraftfluss zwischen den Antriebswellen 106, 107 und 108 und den Instrument-Freiheitsgraden geschlossen ist. Optional kann eine Rohrdurchführung 115 vorgesehen sein, die beispielsweise zur Führung eines Zusatz-Instruments, insbesondere von Medienleitungen, zum distalen Ende des Instrumentenschafts 103 verwendet werden kann.
Lösbare Kupplung mit Sterilbarriere für mindestens einen rotatorischen Antriebsstrang
Zur Anbindung des Instruments an die Antriebseinheit ist ein einfach lösbarer Kupplungsmechanismus vorgesehen, der zugleich die Sterilbarriere zwischen dem Instrument und der unsterilen Antriebseinheit darstellt.
4 zeigt in einem Schnitt die Kegelkupplung des Ausführungsbeispiels der 1 mit Sterilbarriere. Die Kupplungsanordnung überträgt die Antriebsmomente von den Antriebswellen 10, 13 und 15 durch Reib- oder Formschluss auf die instrumentenseitigen Antriebswellen 16, 17 und 18. An den proximalen Enden der instrumentenseitigen Hohlwellen 16, 17 und 18 sind Koppelteile in Form von Aussenkegel 34, 35 und 36 angeordnet, die mit der jeweiligen Hohlwelle fest verbunden sind. An den distalen Enden der Antriebswellen 10, 13 und 15 sind Koppelteile 31, 32, 33 mit Innenkegeln angeordnet. Die Verbindung der Wellenenden erfolgt über kegelförmige Zwischenelemente 19, 20 bzw. 21, die als Sterilbarriere fungieren. Diese Elemente sind miteinander und auch mit der Sterilbarriere 5 abgedichtet verbunden. Diese Verbindungen dienen lediglich der einfachen Handhabung bei der Installation der Sterilbarriere, lassen aber ansonsten alle zur Funktion erforderlichen Bewegungen der Zwischenelemente zu, insbesondere eine Drehung mit den Antriebswellen. Zugleich stellen diese Zwischenelemente 19, 20 bzw. 21 eine Spalt- bzw. Labyrinthdichtung zwischen den Koppelteilen dar.
Die an den Antriebswellen 10, 13 und 15 angeordneten Koppelteile 31, 32, 33 sind jeweils mit einer Welle drehfest, jedoch axial verschieblich verbunden, zum Beispiel durch ein Zahn- oder Polygonwellenprofil. Somit kann die zur Kraftübertragung nötige axiale Vorspannkraft beispielsweise durch Federn, die auf die antriebsseitigen Koppelteile wirken, aufgebracht werden. Zugleich wird ein möglicher Axialversatz zwischen den antriebs- und instrumentenseitigen Wellenabschnitten ausgeglichen.

Anstelle der Kombination von antriebsseitigen Innenkegeln und instrumentenseitigen Aussenkegeln sind für jede Paarung einer inneren und einer äußeren Antriebswelle von Antriebseinheit und Instrument noch weitere Anordnungen denkbar, die in 5 skizziert sind:

Koppelteil 31/32/33, 34/35/36	Fig. 5 oben links	Fig. 5 oben rechts	Fig. 5 unten links	Fig. 5 unten rechts
innere Antriebshohlwelle der Antriebseinheit	Innenkegel	Außenkegel	Innenkegel	Außenkegel
innere Antriebshohlwelle des Instruments	Innenkegel	Außenkegel	Innenkegel	Außenkegel
äußere Antriebshohlwelle der Antriebseinheit	Außenkegel	Innenkegel	Innenkegel	Außenkegel
äußere Antriebshohlwelle des Instruments	Außenkegel	Innenkegel	Innenkegel	Außenkegel

6 zeigt eine Wellenkupplung mit Sterilbarriere, die die Antriebsmomente formschlüssig über Stirnverzahnungen zum Beispiel eine Hirth-Verzahnung von den Antriebswellen 10, 13 und 15 auf die instrumentenseitigen Antriebswellen 16, 17 und 18 überträgt, 7 einen Schnitt dieser Wellenkupplung. Die Wellenkupplung kann anstelle der Kegelkupplung der 4, 5 insbesondere bei einer Instrumentenanordnung nach 1 oder 2, 3 vorgesehen sein.
Hierzu sind an den proximalen Koppelteilen der instrumentenseitigen Hohlwellen 16, 17 und 18 Stirnverzahnungen 203, 204, 205 aufgebracht, die mit der jeweiligen Hohlwelle fest verbunden sind. An den distalen Enden der Antriebswellen 10, 13, 15 sind Koppelteile in Form von Schiebehülsen mit Stirnverzahnung 200, 201, 202 angeordnet. Die Verbindung der Wellenenden erfolgt über hülsenartige Zwischenelemente 206, 207 und 208 mit beidseitiger Stirnverzahnung, die als Sterilbarriere fungieren. Die Zwischenhülsen 206, 207, 208 sind durch die Halteringe 209, 210, 211 untereinander und mit der Sterilbarriere 5 verbunden. Auch die Innendurchführung bzw. das sterile Führungsrohr 27 ist auf diese Weise mit der innersten Zwischenhülse 208 verbunden, sodass die gesamte Anordnung eine Sterilbarriere mit Spaltdichtungen darstellt. Die Zwischenhülsen 206, 207, 208 dienen lediglich der einfachen Handhabung bei der Installation der Sterilbarriere, lassen aber ansonsten alle zur Funktion erforderlichen Bewegungen zu. Sie fungieren als Spalt- bzw. Labyrinthdichtungen.
Die auf den Antriebswellen 10, 13 und 15 angeordneten Schiebehülsen 200, 201, 202 sind jeweils mit den Wellen drehfest, jedoch axial verschieblich verbunden, beispielsweise durch ein Zahn- oder Polygonwellenprofil. Somit kann die zur Kraftübertragung nötige axiale Vorspannkraft beispielsweise durch Federn, die auf die Schiebehülsen 200, 201, 202 wirken, aufgebracht werden. Zugleich wird ein möglicher Axialversatz zwischen den antriebs- und instrumentenseitigen Wellenabschnitten ausgeglichen.
Eine weitere Variante einer Wellenkupplung mit Sterilbarriere ist die in 8 gezeigte Magnetkupplung. Die Wellenkupplung kann anstelle der Kegel- bzw. Wellenkupplung der 4 bis 7 insbesondere bei einer Instrumentenanordnung nach 1 oder 2, 3 vorgesehen sein.
An den distalen Enden der Antriebswellen 10, 13 und 15 sind jeweils Koppelteile in Form von Magnetringen 200, 201 bzw. 202 fixiert. Analog sind auf den instrumentenseitigen Hohlwellen 16, 17 und 18 jeweils Koppelteile in Form von Magnetringen 203, 204 bzw. 205 fixiert. Alle Magnetringe 200 bis 205 sind sektorweise magnetisiert und mit, vorzugsweise kleinem, Axialabstand bzw. Luftspalt zueinander ausgerichtet, um möglichst hohe Antriebsmomente übertragen zu können. Die Höhe des übertragbaren Moments hängt neben dem Luftspalt auch von der magnetischen Feldstärke und der Anzahl der Magnetsektoren ab.
9 zeigt die Magnetkupplung mit Sterilbarriere in einem Schnitt. Die Magnetringe sind mit minimalem Axialabstand zueinander ausgerichtet, um möglichst hohe Antriebsmomente übertragen zu können. Ein vorteilhaftes Merkmal dieses Kupplungsprinzips ist die einfache Gestaltung der sterilen Hülle 5. Aufgrund des geringen axialen Luftspalts der Magnetkupplung kann eine einfache Folie verwendet werden und erfordert kein spezielles Formteil.
Umsetzen der Bewegungsart Rotation – Translation auf Instrumentenseite
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden ausschließlich Drehantriebe verwendet. Die Antriebsstränge in robotergeführten chirurgischen Instrumenten verwenden jedoch aufgrund des engen Bauraums im Instrumentenschaft überwiegend Seilzüge oder Zug-/Druckstangen zur Übertragung der Antriebsbewegungen zum distalen Ende des Instruments. Daher ist nach vorstehend beschriebener trennbarer Instrumenten-Schnittstelle ein instrumentenseitiges Umsetzgetriebe 22 vorgesehen, um die rotatorische Antriebsbewegung in eine translatorische Bewegung der Seilzüge oder Zug-/Druckstangen zu wandeln.
10 zeigt in zwei perspektivischen Ansichten ein Umsetzgetrieb 22 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei dem für jede Antriebswelle eine eigene Schiebehülse vorgesehen ist. Im hier dargestellten Fall setzen die drei Schiebehülsen 23, 24 und 25 die Drehung der Antriebswellen 16, 17 und 18 in eine Translation der Zug- und/oder Schubmittel 26, 39 und 40 um. Die Schiebehülsen 23, 24 und 25 fungieren zugleich als distales Loslager für die Hohlwellen 16, 17 bzw. 18. Die Schiebehülsen selbst verfügen nur über einen translatorischen Freiheitsgrad, der die Verschiebung entlang der Schaftachse zulässt. Die Einschränkung der Freiheitsgrade der Schiebehülsen 23, 24 und 25 wird durch Nut-Führungen 41, 42, 43 erreicht, die ineinander geschachtelt sind. Die Schiebehülsen 23, 24 und 25 sind derart ineinander gesteckt, dass eine außen liegende Hülse die Lagerung der innen liegenden Hülse übernimmt. Dadurch wird eine sehr kompakte Bauform erreicht.
Entsprechend ist die äußere Schiebehülse 23 im Instrumentenschaft 3 gelagert. Eine Übergangspassung zwischen der Hülse 23 und dem Schaft 3 dient als Radiallagerung. Eine Drehung der Hülse 23 wird durch eine an der Hülse 23 fixierte Passfeder 41 blockiert, die in einer Nut, die in den Instrumentenschaft 3 eingebracht ist, gleitet. Die Schiebehülse 24 ist in der äußeren Schiebehülse 23 gelagert. Eine Übergangspassung zwischen Hülse 24 und Hülse 25 dient als Radiallagerung. Eine Drehung der Hülse 24 wird durch die Nutführung 42 blockiert. Die innere Schiebehülse 25 ist in der Schiebehülse 24 gelagert. Eine Übergangspassung zwischen Hülse 25 und Hülse 24 dient als Radiallagerung. Eine Drehung der Hülse 25 wird durch die Nutführung 43 blockiert.
Die Ankopplung der Antriebswellen an die Schiebehülsen erfolgt mit einer Nutführung, deren Funktionsweise exemplarisch mit Bezug auf die innenliegende Hohlwelle 18 und 11 erläutert wird, die einen vergrößerten Schnitt zeigt. Am distalen Ende von Hohlwelle 18 ist eine wendelförmige Nut 37 eingebracht. Ein Stift 38, der an der Schiebehülse 25 fixiert ist, greift formschlüssig in die Wendelnut 37 ein. Somit führt eine Drehung der Hohlwelle 18 zu einer Verschiebung der Hülse 25 entlang der Schaftachse und somit auch zu einer Verstellbewegung des Zug- und/oder Schubmittels 26. Am distalen Ende der Schiebehülsen 23, 24 und 25 sind die Zug- und/oder Schubmittel 26, 39 und 40 angebunden, die die Antriebsbewegung zu den Instrumentenfreiheitsgraden bzw. einem Endeffektor am distalen Ende des Instrumentenschafts 3 übertragen.
Ein Vorteil dieser Lösung ist, dass die Antriebsbewegungen, insbesondere Stellwinkel und Winkelgeschwindigkeit, innerhalb eines jeden Instruments an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden können, da die Steigung der Kulissenführung das Übersetzungsverhältnis und den Arbeitsbereich bestimmt. Somit kann die Antriebseinheit für eine möglichst große Anzahl verschiedenartiger Instrumente eingesetzt und die Wirtschaftlichkeit und Benutzerfreundlichkeit gesteigert werden.
Anstelle der in 10, 11 dargestellten proximalen Anordnung kann das Umsetzgetriebe alternativ auch am distalen Ende des Instruments, also möglichst nahe an der Instrumentenkinematik und dem Endeffektor angeordnet werden. 12 zeigt ein Instrument 400 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem distalen Umsetzgetriebe in einer perspektivischen Gesamtansicht (oben in 12) bzw. einem vergrößerten Teilschnitt (unten in 12).
Das Umsetzgetriebe befindet sich am distalen Ende des Instruments 400 und damit nahe an der Instrumentenkinematik 402 und dem Endeffektor 403. Die Aktuation des distalen Gelenks 402, das im gezeigten Beispiel als Parallelkinematik ausgeführt ist, geschieht mit Zug- und/oder Schubmitteln in Form von Koppelstangen 408 und 409, die mit dem Segment, das den Endeffektor trägt, drehbar verbunden sind. Die jeweils anderen Enden der Koppelstangen 408 und 409 sind mit den Schiebehülsen 406 und 407 drehbar verbunden, die zum Einstellen der Gelenkwinkel entlang der Schaftachse verfahren werden. Die Schiebehülsen 406 und 407 sind mit den Hohlwellen 404 bzw. 405 verbunden, wobei die Umsetzung der rotatorischen Antriebsbewegung in die translatorische Vorschubbewegung der Hülse mit der mit Bezug auf 10, 11 beschriebenen Kulissenmechanik erfolgt. Im Zentrum der inneren Hohlwelle 405 verbleibt ausreichend Platz, um Antriebsmittel, beispielsweise einen Bowdenzug oder eine Drehwelle mit biegsamem Abschnitt im Bereich des Mehrfachgelenks zum Antrieb des Endeffektors 403 und/oder ein Zusatz-Instrument, insbesondere elektrische Zuleitungen, Schläuche oder dergleichen durchzuführen.
Im Gegensatz zu den bei üblichen Instrumenten der minimal-invasiven Roboterchirurgie verwendeten Seilzügen wird die Antriebsleistung von der Antriebseinheit zur Instrumentenspitze bei dieser Ausführung mit zum Instrumentenschaft koaxialen Hohlwellen übertragen. Daraus kann eine deutlich höhere Belastbarkeit und Steifigkeit des Antriebsstrangs gegenüber Seilzügen oder dünnen Vollwellen resultieren, weshalb vorteilhafterweise höhere Antriebskräfte übertragen werden können. Somit empfiehlt sich diese Ausführung besonders für Instrumente, bei denen höhere Prozesskräfte auftreten, z. B. Klammernahtgeräte.
Sterilbarriere zwischen Antriebseinheit und Instrument
Einige Komponenten der Antriebseinheit halten den Umweltbedingungen während eines Sterilisationsprozesses nicht stand. Deshalb weist die Instrumenten-Schnittstelle eine sterile Hülle auf, die die Antriebseinheit im Betrieb abdeckt. Neben der Hülle, die das Gehäuse der Antriebseinheit sicher umschließt und üblicherweise als Folienschlauch ausgeführt ist, soll die Instrumenten-Schnittstelle zwischen Antriebseinheit und Instrument die Übertragung von mechanischer Leistung und elektrischen Signalen ermöglichen und zugleich die Kontamination des Operationsfeldes durch die unsterile Antriebseinheit verhindern.
13 zeigt einen Überblick der Instrumenten-Schnittstelle 500 mit verschiedenen Teilkomponenten, die beispielsweise bei der Instrumentenanordnung der 1 vorgesehen sein kann.
Die Instrumenten-Schnittstelle 500 weist eine sterile Folienhülle 501 auf, die das Gehäuse der Antriebseinheit 2 umschließt, einen formstabilen Flansch bzw. Instrumententräger 5, der zur Koppelung der Antriebsstränge beispielsweise die mit Bezug auf 4 beschriebenen kegelförmigen Zwischenelementen 19, 20, 21 aufweist, sowie eine Innendurchführung in Form des Führungsrohrs 27. Ein Abschlussring 503 verbindet das Führungsrohr 27 mit der Folienhülle 501. Um die Sterilität des Führungsrohrs 27 beim Einführen in die Antriebseinheit 2 zu wahren, ist das Führungsrohr 27 an seinem proximalen Ende zunächst mit einem Blindstopfen 502 verschlossen, der einen Teil der Mantelfläche mit abdeckt. Die Instrumenten-Schnittstelle 500 ist als Komplett-Baugruppe konzipiert, bei der alle Einzelteile zu einer Einheit verbunden sind. Dadurch wird die Handhabung stark vereinfacht. Im Falle der mit Bezug auf 8 erläuterten Magnetkupplung ist eine Folie als Sterilbarriere bzw. Instrumenten-Schnittstelle zwischen den Wellenabschnitten ausreichend.
Die weiteren 14 bis 17 veranschaulichen das sterile Einpacken der Antriebseinheit und den Anschluss eines chirurgischen Instruments an diese. Als erster Schritt (vgl. 14) wird der Instrumententräger 5 auf die Antriebseinheit gesetzt. Zugleich wird das sterile Führungsrohr 27 in die Hohlwelle sowie die Zwischenstücke 19, 20, 21 der Wellenkupplungen in die Antriebseinheit 2 eingeführt und die Folienhülle über die Antriebseinheit 2 gestreift. Dann wird der Blindstopfen 502, der nach dem Durchschieben des sterilen Führungsrohrs 27 durch die Hohlwelle der Antriebseinheit 2 unsteril ist, durch einen unsterilen Mitarbeiter des OP-Teams vom Führungsrohr 27 abgezogen und entsorgt (vgl. 15). Da der Blindstopfen 502 auch einen Teil der Mantelfläche des Führungsrohrs 27 abdeckt, bleibt der Abschnitt des Führungsrohrs 27, der aus der Antriebseinheit 2 ragt, steril. Schließlich wird die sterile Hülle durch Fügen des Abschlussrings 503 auf das Führungsrohr 27 abgeschlossen (vgl. 16). 17 zeigt schließlich das Andocken eines chirurgischen Instruments 1 an die steril verpackte Antriebseinheit 2.
Führen von zusätzlichen Antriebssträngen und/oder Zusatz-Instrumenten durch den Instrumentenschaft zum distalen Ende des Instruments
Neben der einfachen mechanischen Gestaltung der trennbaren Instrument-Schnittstelle bietet die koaxiale Anordnung aller Antriebswellen den Vorteil, dass das Zentrum von Antriebseinheit und Instrument frei sind, um zusätzliche Antriebsmittel, zum Beispiel Seilzüge, Bowdenzüge und/oder Drehwellen, zum Betätigen des Endeffektors durchzuführen. Zum Beispiel kann ein Bowdenzug doppelt verwendet werden: Die Hülle dient der Übertragung einer ersten, die Seele der Übertragung einer weiteren Betätigungskraft. Es können auch elektrische Leitungen für Monopolar- oder Bipolarinstrumente, oder Saug- und Spülschläuche in der Mitte des Instrumentenschafts geführt werden. Gleichermaßen können auch andere Zusatz-Instrumente durch den Roboter geführt werden, zum Beispiel Lichtwellenleiter für Laseranwendungen oder flexible Instrumente zur Argon-Plasma Koagulation, für die Kryo-Chirurgie oder Wasserstrahl-Chirurgie, die häufig für Tumorresektionen eingesetzt werden.
18 zeigt eine Instrumentenanordnung mit einem ein- bzw. durchgeführten starren oder flexiblen Zusatz-Instrument.
Hierzu wird das Zusatz-Instrument 504 nach Anlegen der sterilen Hülle 501 durch das Führungsrohr 27 von hinten durch die Antriebseinheit 2 bis zum distalen Ende des Instruments 1 vorgeschoben und in dieser Lage fixiert. Anschließend kann das Zusatz-Instrument 504 wie ein gewöhnliches robotergeführtes Instrument verwendet werden und mit den vom Instrument 1 bereitgestellten Freiheitsgraden im Operationsgebiet bewegt werden. Neben der Eignung für starre und flexible Zusatz-Instrumente ist ein Vorteil dieser Lösung, dass kein zusätzlicher Bauraum im Bereich der trennbaren Instrument-Schnittstelle benötigt wird, um das Zusatz-Instrument 504 in den Instrumentenschaft einzuführen.
19 zeigt einen Teil eines Instruments einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, die sich insbesondere für flexible Zusatz-Instrumente eignet. Hier wird das Zusatz-Instrument 507 nicht durch die Antriebseinheit 2, sondern durch einen gebogenen Rohrabschnitt 506 eingeführt, der am Instrumentenschaft 505 unmittelbar vor der Antriebseinheit 2 bzw. Instrumenten-Schnittstelle angeordnet ist. Bei dieser Lösung kann die sterile Hülle 501 einfacher gestaltet sein, da das Zusatz-Instrument 507 nicht von hinten durch die Antriebseinheit geführt wird.
20 zeigt einen Teil eines Instruments einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, bei der Antriebs- und Schaftachse orthogonal sind. Hier können sowohl starre als auch flexible Zusatz-Instrumente ein- bzw. durchgeführt werden. Das Zusatz-Instrument 508 wird durch ein Führungsrohr 115 von hinten durch das Gehäuse 104 bis zum distalen Ende des Instrumentenschafts 103 vorgeschoben und fixiert. Anschließend kann das ZusatzInstrument 508 wie ein gewöhnliches robotergeführtes Instrument verwendet werden und mit den vom Instrument 100 bereitgestellten Freiheitsgraden im Operationsgebiet bewegt werden. Auch hier ist kein Bauraum am proximalen Ende des Instrumentenschafts nötig, um das Zusatz-Instrument 508 einzuführen.
Die Antriebseinheit stellt die mechanische Antriebsleistung für alle aktiven Freiheitsgrade des chirurgischen Instruments zur Verfügung. Sie befindet sich am proximalen Ende des Instruments und ist als eigenständiges Modul konzipiert, das sich als Antrieb unterschiedlicher Instrumente eignet. Um eine Kontamination des Operationsgebiets zu vermeiden, ist die Antriebseinheit mit einer sterilen Schutzhülle hermetisch abgeschlossen.
Die trennbare Instrumenten-Schnittstelle befindet sich zwischen der Antriebseinheit und dem chirurgischen Instrument. Ihre primäre Aufgabe ist die mechanische Anbindung des chirurgischen Instruments an die Antriebseinheit. Sie stellt zum einen den Kraftfluss zwischen den Funktionseinheiten Antrieb und Instrument her und sorgt für eine exakte und wiederholgenaue Relativ-Positionierung und Fixierung dieser Einheiten. Um die benötigte mechanische Leistung auf das Instrument zu übertragen, umfasst die trennbare Instrumenten-Schnittstelle außerdem lösbare Kupplungen, die den Kraftfluss zwischen den Einzelantrieben in der Antriebseinheit und den Antriebssträngen im Instrument herstellen. Um die Sterilität des chirurgischen Instruments unter allen Umständen zu gewährleisten, fungiert die trennbare Instrumenten-Schnittstelle zugleich als Sterilbarriere zwischen der unsterilen Antriebseinheit und einem sterilen Instrument.
Vorteilhafterweise ist das Ankoppeln eines chirurgischen Instruments einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung einfach und erfordert keine vertieften Fachkenntnisse des Robotersystems. Die trennbare Instrumenten-Schnittstelle nach einer Ausführung erlaubt vorteilhafterweise das wiederholbar zuverlässige Einkoppeln des Instruments einschließlich aller Kraftübertragungselemente ohne visuelle Kontrolle. Die Schnittstelle kann vorzugsweise eine oder mehrere Antriebsbewegungen von einer Antriebseinheit auf ein chirurgisches Instrument übertragen, während die Sterilität auf Instrumentenseite gewahrt bleiben kann. Antriebseinheit und/oder trennbare Instrumenten-Schnittstelle beanspruchen vorteilhafterweise einen geringen Bauraum, um insbesondere bei einem System mit mehreren Robotern die Kollisionsgefahr zu minimieren. Um die Leistungsfähigkeit des robotergeführten Instruments aus regelungstechnischer Sicht zu verbessern, ist die Übertragung von mechanischer Antriebsenergie auf das chirurgische Instrument möglichst spiel- und schlupffrei ausgebildet.
21A, 21B zeigen ein Umhüllen eines Roboters mit einer Hülle nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Roboter, dessen Roboterhand in 21A, 21B teilweise angedeutet ist, weist eine Hohlwelle auf. Durch diese wird eine schlauchartige Innendurchführung 27 einer Hülle 501 geführt, die eine Austrittsöffnung 507 aufweist. Das durchgeführte Ende der Innendurchführung 27 ist anfangs, beispielsweise klemmschlüssig, mit einem Blindstopfen 502 abgedeckt, der eine geschlossene Stirnfläche und eine rohrartige Mantelfläche aufweist, um das Innere und einen stirnseitigen Umfangsbereich der Innendurchführung 27 vor Verschmutzung beim Durchführen zu schützen.
Der Blindstopfen 502 wird durch die Hohlwelle und die Austrittsöffnung 507 durchgeführt (21A) und anschließend entfernt. An dem, dadurch freigewordenen Umfangsbereich der Innendurchführung 27 und dem Rand der Austrittsöffnung 507 wird, wiederum beispielsweise klemmschlüssig, ein steriler Abschlussring 503A, 503B befestigt (21B). So kann in einfacher Weise eine sterile Umhüllung des Roboters mit Hohlwelle bzw. gleichermaßen der Antriebseinheit einer Instrumentenanordnung dargestellt werden.
Im Ausführungsbeispiel ist die Innendurchführung 27 an ihrem dem Blindstopfen 502 bzw. Abschlussring 503 entgegengesetzten Ende (unten in 21A, 21B) drehhab an der Hülle 501 gelagert, beispielsweise wie vorstehend mit Bezug auf die Zwischenelemente der Instrumenten-Schnittstelle beschrieben. Der Abschlussring ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein an dem Umfangsbereich der Innendurchführung befestigter Teil 503A des Abschlussringes drehbar an einem an der Austrittsöffnung der Hülle befestigten Teil 503B des Abschlussringes gelagert ist. Auf diese Weise ist die Innendurchführung 27 als ganzes drehbar an der Hülle 501 gelagert und kann insbesondere mit einem durch die Hohlwelle bewegten Zusatz-Instrument mitgedreht werden. In einer (nicht dargestellten) Abwandlung kann die Innendurchführung auch integral bzw. einstückig mit der Hülle ausgebildet und/oder mittels eines einteiligen Abschlussringes verbunden sein, wobei eine eventuelle Drehung der Hohlwelle beispielsweise durch Lose der Innendurchführung bzw. Hülle kompensiert werden kann.
Bezugszeichenliste

1, 100, 101, 400: Instrument
2, 102: Antriebseinheit
4: Anschlussflansch
3, 103, 505: Instrumentenschaft
5, 105, 501: (sterile) Hülle
6, 104: Gehäuse
7, 8, 9: Elektromotor
11, 12, 14, 28, 29, 30: Lagerstelle
19, 20, 21, 206, 207, 208: Zwischenelement
22: Umsetzungsgetriebe
23, 24, 25, 37, 38, 200, 201, 202, 406, 407: Schiebehülse (Kulissenführung)
26, 39, 40: Zug-/Schubmittel
31–36, 200–205, 300–305: Stirnverzahnung (Koppelteil)
27, 115: (steriles) Führungsrohr
37: Wendelnut
38: Stift
41, 42, 43: Nut-Führung
10, 13, 15, 16, 17, 18, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 404, 405, 406: Antriebswelle
402: Instrumentenkinematik
403: Endeffektor
408, 409: Koppelstange
100: instrumentenseitiges Umsetzungsgetriebe
112, 113, 114: Seilzüge
115: Führungsrohr
116, 117, 118: Kupplungszwischensegment
209, 210, 211: Haltering
500: Instrumenten-Schnittstelle
501: (sterile) Folienhülle
502: Blindstopfen
503: Abschlussring
504, 507, 508: Zusatz-Instrument
506: Rohrabschnitt
507: Austrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/061915 A2 [0003]

Claims

Chirurgierobotersystem mit: einem Roboter; und einer, insbesondere lösbar, an dem Roboter befestigten Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5.
Instrumentenanordnung zur, insbesondere lösbaren, Befestigung an dem Roboter eines Chirurgierobotersystems nach Anspruch 1, mit: einer Antriebseinheit (2; 102) nach einem der Ansprüche 6 bis 9; einem Instrument (1; 100; 400) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, das mit der Antriebseinheit lösbar verbunden ist; und einer Instrumenten-Schnittstelle (5, 500) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, die zwischen Antriebseinheit und Instrument angeordnet ist.
Instrumentenanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Zusatz-Instrument (504) und/oder ein Antriebsmittel zum Betätigen eines Endeffektors, welches, insbesondere lösbar, durch das Instrument der Instrumentenanordnung eingeführt ist.
Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebswelle (10, 13, 15; 106, 107, 108) der Antriebseinheit und eine Antriebswelle (16, 17, 18; 109, 110, 111; 404, 405, 406) des Instruments koaxial, insbesondere fluchten angeordnet sind.
Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koppelteil (300, 301, 302) einer Antriebswelle der Antriebseinheit und ein Koppelteil (303, 304, 305) einer Antriebswelle des Instruments magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Antriebseinheit (2; 102) für eine Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit wenigstens einem Drehantrieb (7, 8, 9) mit einer Antriebswelle, insbesondere Antriebs-Hohlwelle (10, 13, 15; 106, 107, 108), mit einem Koppelteil (31, 32, 33; 200, 201, 202; 300, 301, 302) zur Koppelung mit einer Antriebswelle des Instruments.
Antriebseinheit nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine innere Antriebswelle, insbesondere Antriebs-Hohlwelle, die konzentrisch in einer äußeren Antriebs-Hohlwelle angeordnet, insbesondere gelagert ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Drehantrieb koaxial, insbesondere fluchtend oder parallel versetzt, oder winkelig, insbesondere rechtwinkelig, zu seiner Antriebswelle angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelteil axial verschieblich, insbesondere vorgespannt, an der Antriebswelle angeordnet ist.
Instrument (1; 100; 400) für eine Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einem Instrumentenschaft (3) und wenigstens einer Antriebswelle, insbesondere Antriebs-Hohlwelle (16, 17, 18; 109, 110, 111; 404, 405, 406), mit einem Koppelteil (34, 35, 36; 203, 204, 205; 303, 304, 305) zur Koppelung mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit.
Instrument nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch wenigstens eine innere Antriebswelle, insbesondere Antriebs-Hohlwelle, die konzentrisch in einer äußeren Antriebs-Hohlwelle angeordnet, insbesondere gelagert ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle koaxial, insbesondere fluchtend oder parallel versetzt, oder winkelig, insbesondere rechtwinkelig, zu dem Instrumentenschaft angeordnet ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch ein Umsetzungsgetriebe zur Umsetzung einer Rotation einer Antriebswelle in eine Translation eines Zug- und/oder Schubmittels.
Instrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzungsgetriebe eine Kulissenführung (23, 24, 25, 37, 38) aufweist und/oder in einer antriebseinheitszu- oder -abgewandten Hälfte des Instrumentenschaftes angeordnet ist.
Instrumenten-Schnittstelle für eine Instrumentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Hülle (5, 501), insbesondere nach Anspruch 18, zum Umhüllen der Antriebseinheit der Instrumentenanordnung.
Instrumenten-Schnittstelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (5, 501) eine Innendurchführung (27) für ein durch das Instrument und die Antriebseinheit der Instrumentenanordnung eingeführtes Zusatz-Instrument aufweist.
Instrumenten-Schnittstelle nach einem der Ansprüche 15 bis 16, gekennzeichnet durch wenigstens ein drehbares, insbesondere kegelförmiges, Zwischenelement (19, 20, 21; 206, 207, 208) zur reib- oder formschlüssigen Koppelung mit dem Koppelteil einer Antriebswelle der Antriebseinheit und/oder des Instruments.
Hülle mit einer schlauchartigen Innendurchführung zum Durchführen durch eine Hohlwelle eines Roboters oder einer Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und durch eine Austrittsöffnung (507) der Hülle, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchführung einen Blindstopfen (502) und einen Abschlussring (503) zur Befestigung an einem Umfangsbereich der Innendurchführung aufweist, der durch Entfernen des Blindstopfens frei wird.
Verfahren zum Umhüllen eines Roboters oder einer Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9 mittels einer Hülle nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Blindstopfen (502) versehene Innendurchführung durch eine Hohlwelle und die Austrittsöffnung der Hülle durchgeführt, anschließend entfernt und der Abschlussring (503) an dem Umfangsbereich der Innendurchführung befestigt wird, der durch das Entfernen des Blindstopfens frei geworden ist.