EP4376756A1 - Surgical instrument and control mechanism therefor - Google Patents

Surgical instrument and control mechanism therefor

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Publication number
EP4376756A1
EP4376756A1 EP22757868.9A EP22757868A EP4376756A1 EP 4376756 A1 EP4376756 A1 EP 4376756A1 EP 22757868 A EP22757868 A EP 22757868A EP 4376756 A1 EP4376756 A1 EP 4376756A1
Authority
EP
European Patent Office
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steering
gear
shaft
longitudinal axis
wobble
Prior art date
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Pending
Application number
EP22757868.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jochen Stefan
Sven Axel Grüner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4376756A1 publication Critical patent/EP4376756A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms

Definitions

  • the invention relates to a steering gear of a surgical instrument for bending a tool tip by means of a spatially alignable wobble steering ring, and to a surgical instrument that has such a steering gear.
  • Surgical instruments are known from the prior art, which can be performed manually or by a robot, and which have tools whose tool tip can be pivoted by means of a plurality of interlocking pivoting members. These pivot links are connected to a variety of steering wires or cables to provide fine control of the tool tip. A more even force distribution in all bending directions can be achieved with many thin steering wires compared to a few thicker steering wires. It is known from US Pat. No.
  • 5,454,827 B2 to couple such steering wires to a spatially adjustable swashplate arranged on the proximal side in an actuating unit, which is connected via a rod to a manually operable control lever, so that a movement of the spatially adjustable swashplate results in a corresponding relative movement of the distal-side Pivoting members and thus a pivoting of the tool tip gently caused.
  • the setting angles of two drives can be transmitted directly to the swash plate in order to align them for controlling the tool tip.
  • steering wires are attached to the swash plate so that the tool tip can be continuously and smoothly controlled by aligning the swash plate.
  • the known steering gear has two drive bevel gears offset from one another by 180°, which are arranged on a common axis of rotation, which runs perpendicularly to a longitudinal axis of the instrument, each with an associated motor.
  • the swash plate is arranged between the drive bevel gears and is mounted in a steering ring which is non-rotatably connected to a third bevel gear which meshes with the two drive bevel gears and can be rotated about an axis of rotation which is perpendicular to the longitudinal axis of the instrument and perpendicular to the common axis of rotation of the pinion gears runs.
  • the toothed chain is supplemented by a fourth bevel gear, which is arranged on the axis of rotation of the third bevel gear offset by 180° to the third bevel gear and meshes with the two drive bevel gears, where the steering ring is freely rotatably mounted in the fourth bevel gear.
  • the toothed chain closed in this way ensures that all the bevel gears engage with one another and enables an even distribution of power.
  • the design of the drive for the steering wires with the spatially adjustable swash plate on which the steering wires are mounted has the advantage that this enables a spatially com pact design and only one component has to be moved in order to be able to address all steering wires.
  • US Pat. No. 7,699,855 B2 discloses a surgical instrument which has an interface in order to be able to connect the instrument to a robotic arm. All drives that control the instrument are arranged in the robotic arm. The transfer the angle of rotation of the drives to the instrument takes place via coupling discs in a common separating plane.
  • WO 2014/004242 also describes such an interface, with the drives being installed in the robot arm.
  • the above construction is associated with a complex structure and an indi rect control.
  • the drives are not arranged directly in the surgical instrument, which means that the swash plate is not controlled in a linear manner.
  • US Pat. No. 10,105,128 B2 also discloses a control of such a tool tip; there this is done via a mechanism that includes toothed disc segments and link rods in order to transmit the movement of the drives to the swash plate.
  • the additional task of providing a surgical instrument with an alternative guide for the steering ring is achieved by the surgical instrument having the features of independent claim 11 .
  • the steering gear according to the invention is designed for handling a surgical instrument that has a shaft at the distal end of which there is a bending mechanism for actuating a tool.
  • the steering gear according to the invention can be arranged at the proximal end of the shaft, which has a longitudinal axis B, who the.
  • the steering gear according to the invention has a shaft element which also has a longitudinal axis and which, in a mounting arrangement in which the steering gear and the surgical instrument are mounted on one another, continues the shaft; accordingly, the two longitudinal axes continue each other.
  • the steering gear has a wobble steering ring which is operatively coupled to the distal bending mechanism to control the bending of the same. can become pelted.
  • the wobble steering ring has a central-axial through-opening for a bearing device which is fixed in the axial longitudinal direction on the shaft element of the steering gear and can be rotated about the longitudinal axis B with the shaft element.
  • the steering gear has three motorized drives and provides an operative coupling of the three drives with the wobble steering ring for the transmission of the adjustment angles of the three drives to the wobble steering ring.
  • the wobble steering ring can be aligned spatially with respect to two pivot axes running perpendicular to one another and to the longitudinal axis via the adjustment angle of two of the three drives and can be rotated about the longitudinal axis via the adjustment angle of the third of the three drives.
  • the longitudinal axis of the shaft shaft is identical to the longitudinal axis of the shaft of the surgical instrument into which the steering gear according to the invention can be used.
  • the shaft element which can be arranged at the proximal end of the shaft of the surgical instrument and can continue this shaft, enables the shortest possible axial space and thus a space-saving, compact steering gear.
  • the wobble steering ring can be controlled directly by means of the drive motors. No further deflection mechanisms or gear ratios are necessary, so that the shortest possible transmission chain is possible.
  • Such a direct power transmission which shows a linear transmission behavior, allows a simple software control, so that a precise and reliable control of the component to be controlled is achieved.
  • the bearing device of the wobble steering ring which can be rotated about the longitudinal axis with the shaft element, is a cardanic bearing device which has a universal joint disk arranged in the central-axial through-opening and having at least four radial through-holes offset by 90° to one another, wherein a bearing pin is arranged in each radial through bore.
  • the other two in the through-holes coaxially, ie offset by 180 ° to each other arranged second bearing pins, which form a second pair of bearing pins, connect the universal joint disk with the Shaft element, wherein the first pair of bearing pins is offset by 90° to the second pair of bearing pins.
  • the universal joint disk is pivotably arranged on the shaft element by means of the bearing pin pairs and supports the wobble steering ring so that it can be tilted about the pivot axes and rotated about the longitudinal axis B with the shaft element.
  • the wobble steering ring is thus fixed laterally in space on the shaft element, which is rotatably mounted at both ends, but can be tilted or rotated in all three spatial directions, as a result of which the tool tip can be controlled in a targeted manner.
  • Spherical disc-shaped means here a toroidal, part-spherical or also toroidal outer surface, which is defined by a surface of revolution, which is formed by rotation of an outwardly curved arc of a circle about the longitudinal axis, the center of the circular arc lying on the longitudinal axis and thus any contact point is ideally equidistant to the center of the circle.
  • Effective section is the area of the steering ring that can enter into a force-transmitting operative connection with the contact roller section, i.e. is in direct contact with the force transmitter, e.g. through a frictional operative connection using friction elements, or is in engagement, e.g. through a Gearing or other suitable power-transmitting active connections.
  • the power transmission can take place via a mutual, interlocking toothing as an operative connection instead of via frictional engagement.
  • Contact roller section here means any component that transmits the movement initiated by motors, whether rotary or linear, directly, ie can pass it on to the active section of the steering ring in the sense of a power transmission.
  • the power transmission can take place via an intermeshing tooth system or another suitable operative connection instead of via frictional engagement
  • the steering gear can also have four gear shafts, which are each offset by 90° around the wobble steering ring and are all rotationally driven in the same direction by the third motor.
  • all gear shafts would have to rotate in the same direction for the rotation of the wobble steering ring, and gear shafts arranged in pairs or opposite each other would have to rotate in opposite directions for tilting. This allows a more stable movement of the gear and thus the control of the wobble steering ring, since twice as many contact roller sections with higher traction can apply a higher contact pressure and thus more force to the wobble steering ring.
  • each gear shaft has a drive section which has a circumferentially round-toothed toothed rack section which defines an axial displacement path of each gear shaft and meshes with a pinion (drive pinion) which sits on a drive shaft of the respective motor, wherein the drive shafts define drive axes that are perpendicular to the longitudinal axis and the axes of rotation of the transmission shafts.
  • a movement of a gear shaft initiated by the activation of one of the first two motors causes the drive pinion to engage in the straight teeth of the drive section, as a result of which the gear shaft is linearly displaced within the steering gear, depending on the direction in which the drive shaft rotates the pinion, e.g. B.
  • Drive section means every component that directly absorbs the movement initiated by motors, whether rotary or linear, and converts it into a movement of the transmission shafts.
  • the two transmission shafts are driven in the same direction by the third motor for rotation about the respective axis of rotation.
  • Each transmission shaft preferably has a gear at a free end of the drive section which meshes with a common drive gear which is driven by the third motor via a drive shaft parallel to the longitudinal axis and the axes of rotation.
  • the transmission shafts are therefore jointly driven by the third motor, allowing the swash steering ring to rotate.
  • the gear bewelle enable by synchronizing contact roller sections the rotation of the wobble steering ring and form, if the contact roller sections are designed as rollers, a kind of roller mill, the drum of which corresponds to the wobble steering ring.
  • a force transmission between the contact roller sections of the gear shafts and the active section of the wobble steering ring is provided by frictional engagement.
  • One or both of the friction partners consisting of the active section of the wobble steering ring and the respective contact roller section, have a casing made of a friction-increasing material. Alternatively, they consist entirely of the friction-increasing material.
  • the wobble steering ring can have such a material or only the contact roller sections or both components.
  • the frictional connection enables a constructively simple power transmission through a suitably selected material that applies a specific frictional force.
  • these contact roller sections can be casings, for example stretched hose sections made of an elastomer, such as rubber.
  • the steering gear has a bearing housing with a base plate, the transmission shafts below the two Ge and is arranged parallel to them.
  • the bearing housing has a first side plate which is fixed to the base plate at the end of the contact portions of the gear shafts and has two through-holes for supporting the gear shafts.
  • the bearing housing has a second side plate with two through-holes, through which the drive portion located between the toothed portions and the terminal gears extends and which is fixed to the base plate at the end facing away from the first side plate.
  • the length of the section of the transmission shaft between the toothed section and the terminal gear wheel corresponds at least to the length of the displacement path of the transmission shaft, so that neither the gear wheel nor the toothed section strike the second side plate during the axial movement of the transmission shaft.
  • the bearing housing enables safe storage of the moving components of the steering gear.
  • the shaft element is also rotatably mounted in these two components by means of two ball bearings.
  • the wobble steering ring has a first end face which has a first funnel-shaped recess.
  • a base of the first funnel-shaped recess there are through-holes for the passage of steering wires.
  • the steering wires are preferably mounted in a clamped manner on the wobble steering ring by means of a clamp connection, so that in the event of damage, the steering wires can be easily replaced.
  • This clamping connection can be provided, for example, by a clamping disk that can be arranged in the second funnel-shaped recess.
  • the steering wires can also be glued, welded or soldered to the wobble steering ring in order to achieve a stable fastening of the steering wires. Because the steering wires can be connected directly to the swash steering ring, no further additional components are necessary, such as a separate arrangement of the swash plate in a steering ring, as has been the case in the prior art.
  • the central-axial passage opening of the wobble steering ring extends through the funnel base of the first funnel-shaped recess.
  • the swash control ring has a second end face which has a second funnel-shaped recess.
  • the second funnel-shaped recess has a smaller diameter than the first funnel-shaped recess.
  • the central-axial through-opening extends further through the funnel base of the second funnel-shaped recess, so that there is a continuous linear through-opening around the geometric center of the wobble steering ring through this, in which the cardanic bearing device for mounting the wobble steering ring on the Shaft element can be used.
  • the funnel-shaped recesses allow the swash ring to be flexible in space be tilted without disturbing the course of the steering wires, these can easily follow the movement of the wobble steering ring.
  • a first embodiment of a surgical instrument according to the invention which has a shank, an actuating unit arranged at the proximal end of the shank and a tool arranged at the distal end of the shank with a tool tip that can be bent by means of a distal deflection mechanism, refers to the fact that the tool tip that can be bent by a steering gear according to the invention can be spatially aligned.
  • the steering gear according to the invention allows the surgical instrument to be constructed in a structurally simple and space-saving manner, so that a simple connection to a robot arm can be made possible, in which the movement of the drives can be transmitted directly to the tool tip.
  • the result is an exactly controllable use of the surgical instrument.
  • the actuating element is mounted in the shaft in an axially displaceable manner and is operatively connected to the actuating unit on the proximal side.
  • the distal deflection mechanism of the deflectable tool tip consists of at the distal end of the shank is arranged swivel members, the wires running in the longitudinal direction of the shank steering are connected to the steering gear.
  • the surgical instrument according to the invention has the advantage that many thin steering wires can be used to control the pivotable tool tip and that this control is sensitive, precise and reproducible due to the motorized drive for the spatially adjustable disc on which the steering wires are mounted proximally he follows. Further embodiments as well as some of the advantages associated with these and other embodiments of the steering gear and the surgical instrument will become clearer and better understood through the following detailed description with reference to the accompanying figures. Items or parts thereof that are substantially the same or similar may be given the same reference numbers.
  • the figures are only a schematic representation of an embodiment of the invention.
  • the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective side view of a surgical instrument
  • FIG. 2 shows a perspective view of a steering gear according to the invention with a wobble steering ring
  • FIG. 3 shows another perspective, partially sectioned view of a steering gear according to the invention with a wobble steering ring
  • FIG. 6 is a front view of the steering gear according to the invention.
  • Fig. 7 is a front view of the wobble steering ring with the force transmitters of the gears.
  • Fig. 1 shows schematically a surgical instrument 1 with a hollow shank 2, arranged at the proximal end 3 of the shank 2, shown only schematically Actuate supply unit 4 and arranged at the distal end 5 of the shank 2 tool tip 6 with a tool 7, which is about an axially displaceable actuating element 8 mounted in the shaft 2 can be actuated, which is in operative connection with the actuating unit 4 on the proximal side. bond stands.
  • the actuating unit 4 can be a manually actuated handle or a structural unit designed for robotic use, that is to say it can also be actuated without manual intervention.
  • the tool 7 of the tool tip 6 can be, for example, a tool provided with jaw parts, as shown in FIG.
  • the tool tip 6 can be pivoted relative to the longitudinal axis 10 of the shank 2 via a joint mechanism 9, the joint mechanism 9 consisting of pivoting members 11 arranged at the distal end of the shank 5, which are connected via steering wires 12 running in the longitudinal direction of the shank 2 to a proximal En de 3 of the shaft 2 arranged drive in the form of a steering gear 13 are connected that a movement of the proximal side drive 13 causes a corresponding relative movement of the distal-side pivoting members 11 and thus a pivoting of the tool tip 6.
  • steering wires 12 can also be used functionally, which is why the term steering wires 12 used can also be read and understood synonymously as a steering cable.
  • the axially ver slidably mounted in the shaft 2 actuating element 8 for actuating the tool tip 6 of the tool 7 is formed in the illustrated embodiments as a pull / push rod.
  • the steering gear 13 for the steering wires 12 is a motorized steering gear 13, which has a spatially adjustable wobble steering ring 14, on which the steering wires 12 are mounted in such a way that a displacement of the wobble steering ring 14, preferably via the motorized steering gear 13, is effected via the steering wires 12 causes a pivoting of the tool tip 6.
  • the shank 2 is connected to the motorized steering gear 13 connected.
  • the actuating element 8 for actuating the instrument 7 is axially slidably mounted ver.
  • the steering wires 12 emerging from the shaft 2 at the proximal end 3 of the shaft 2 are fed to a wobble steering ring 14 mounted on the shaft element 21 and set there.
  • the swash -Lenkring 14 for each steering wire 12 an axialpa parallel through hole 30, wherein the steering wires 12 within the through holes 30 are fixed.
  • the steering gear 13 is shown in detail in an embodiment of the invention, the core of the spatially adjustable swash -Lenkring 14 is on which the steering wires 12 are attached so that a displacement of the swash-steering rings 14 over the steering wires 12 mounted on the wobble steering ring 14 causes the tool tip 6 to pivot.
  • the steering wires 12 for pivoting the distal-side pivoting members 11 and the tool tip 6 can be controlled precisely, sensitively in the smallest of steps and also reproducibly by means of the construction via the wobble steering ring 14 .
  • the number of steering wires 12 to be used for a motorized drive 13 can be chosen quite freely, in the example shown, e.g. B. Fig. 6, the wobble steering ring 14 provides ten through holes 30 for the steering wires 12 before.
  • the steering gear 13 has, as can be seen in Fig. 2 and 3, three drives with motors 17, 17 ', 17' with drive axles C, C', C', the drive axles C, C of the first motor 17 and of the second motor 17' are parallel to each other and at right angles to the longitudinal axis B.
  • the drive axis C" of the third motor 17" runs parallel to the longitudinal axis B.
  • the longitudinal axis B is the common axis in the longitudinal direction of the surgical instrument 1 according to FIG. 1 and of the steering gear 13.
  • the shaft 2 of the surgical instrument lies on the longitudinal axis B therein 1 and also a shaft element 21 adjoining the shaft 2, on which the wobble steering ring 14 is arranged.
  • the first two motors 17, 17' each have a drive shaft 17a, 17b, on each of which a pinion 19, 19' is seated.
  • the pinions 19, 19' are each connected to a gear shaft 15, 15', each gear shaft 15, 15' having a contact roller section K and a drive section A on.
  • the gear shafts 15, 15' each have an axis of rotation D, D' which is parallel to the longitudinal axis B and forms a central angle of 90° with the longitudinal axis B, as shown in FIG.
  • each transmission shaft 15, 15' has a circumferentially round toothed rack section 18, 18', with which each pinion 19, 19' meshes.
  • the gearing is straight so that when one or both of the motors 17, 17' rotate their drive shafts 17a, 17b rotate, the pinions 19, 19 'rotate as well, due to the constant engagement in the respective rack sections 18, 18' of the gear shafts 15, 15 'the gear shafts 15, 15' are linearly displaced in the distal or proximal direction, depending on the direction of rotation direction of the drive shafts 17a, 17b.
  • the toothed rack section 18, 18' has a length which corresponds to an axial displacement path of the transmission shaft 15, 15'.
  • the respective contact roller section K of the gear shafts 15, 15' sits in a distal area of the gear shafts 15, 15' and makes tangential contact with a lateral surface of the wobble steering ring 14 at a contact point E, E' on an active surface W, as shown in particular in Fig. 7 can be seen.
  • the effective surface W corresponds to the complete lateral surface of the swash steering ring 14.
  • the geometric shape of the swash steering ring 14 is a symmetrical spherical disk, the geometric center of which lies on the longitudinal axis B.
  • the center forms an isosceles triangle whose legs are each defined by a straight line perpendicular to the longitudinal axis B and to the respective axis of rotation D, D 'through the center of the Ku gel disc and the contact point E, E 'on the effective surface W of the swash -Lenkrings 14 and each have a gimbal pivot axis F, F' defined, which enclose a right angle at the center ei NEN.
  • the wobble steering ring 14 can be tilted in all three spatial directions about these pivot axes F, F'.
  • force transmitters 16, 16' are provided in the contact roller section K, which, as a circumferential rubber coating, accomplish the force transmission via frictional engagement.
  • a material with a high coefficient of friction increases traction and thus the force that can be transmitted to the active surface W, both for tilting and for rotation.
  • each transmission shaft 15, 15' has a gear wheel 25, 25' at its free, proximal end of the drive section A, which meshes with a common drive gear wheel 23.
  • the common drive toothed wheel 23 is driven by the third motor 17′′ via a drive shaft 23′ parallel to the longitudinal axis B and the axes of rotation D, D′, which defines the third drive axis C′′ (see FIG. 5).
  • An axial length of the drive gear 23 is adapted to the axial displacement path of each gear shaft 15, 15', so that the gears 25, 25' remain in mesh with the common drive gear 23 during the linear back and forth movement of the gear shafts 15, 15' .
  • the gears 25, 25' are connected to the transmission shafts 15, 15' via suitable fastening means, here, as can be seen in FIG. so that a slip-free rotation of the gear shafts 15, 15' is possible.
  • the wobble steering ring 14 which is in the form of a symmetrical spherical disc, has two end faces, as can be seen in FIGS. 2 to 6 and in particular in FIG.
  • a first end face 28 is oriented in the distal direction and has a first funnel-shaped recess 28'.
  • the through-holes are 30 for carrying out the steering wires 12 (shown in Fig. 3, 5 to 8) is introduced, as well as a central-axial through-opening 14' of the swash -Lenkrings 14, the extends from the first end face 28 to a second end face 29 also through its funnel, so that the wobble steering ring 14 can be mounted on the shaft element 21.
  • the second end face 29 of the wobble steering ring 14 has a second funnel-shaped recess 29'. This second funnel-shaped recess 29' has a smaller diameter than the first funnel-shaped recess 28' and allows tilting on the shaft element 21.
  • a bearing pin 33 is also arranged in each of the two other radial through-bores of the universal joint disk 10, which are offset by 90° thereto, one of which can be seen in FIG aligned with the corresponding through hole in the universal joint disk 10.
  • two bearing pins 33, 34 arranged offset from one another by 180° form a first and a second pair of bearing pins, with the first pair of bearing pins, from which in 3 a first bearing pin 33 is arranged in the radial through hole 31 of the swash steering ring 14 and in FIG.
  • the two other bearing pins 34 which are offset by 180° from one another, i.e.
  • the universal joint disk 10 is thus pivotably arranged on the shaft element 21 by means of the second bearing pins 34 and supports the wobble steering ring 14 via the bearing pins 33 so that it can be tilted about the pivot axes F, F′. This also transfers the power through the steering gear
  • a bearing housing 20 which has a base plate 22 which is arranged below the two transmission shafts 15,15' and parallel to these, as shown in FIGS. 2, 3 and 4.
  • the base plate 22 is adjoined by a first side plate 24, which is at the end of the contact sections K, K' of the gear shafts 15, 15' and two through-holes 26 (see FIG. 6) for the rotatable positioning of the gear shafts 15 has '15'.
  • roller bearings for example ball bearings, optionally also plain bearings, which are incorporated in the through-holes 26, are preferably provided.
  • the bearing housing 20 has a second side plate 24' with two through-bores 27, through which the drive section A extends between the toothed sections 18, 18' and the terminal gear wheels 25, 25'.
  • the second side plate 24 ′ is fastened to the base plate 22 at the end of the base plate 22 which is remote from the first side plate 24 .
  • the second side plate 24' has a through hole 26' for mounting the drive shaft 23' of the drive gear wheel 23, as can be seen in FIG.
  • the mounting of the shaft element 21 on both sides is also shown there:
  • the second side plate 24' has a further through hole 27' with a bearing ring 38.
  • the housing 20 has a third side plate 24" with a through hole 27" in which a roller bearing 35 is also arranged.
  • the second side plate 24' carries fastening means 37 with which the third motor 17'' is fastened to the bearing housing 20.
  • the length of the fastening means 37 corresponds at least to the length of the gear wheel 23, so that the fastening means 37 keep the displacement movement of the transmission shafts 15, 15' stable.
  • All three motors 17, 17', 17'' can be connected to a power source (external or present in the surgical instrument 1) via electrical connections 36.
  • the present invention provides a steering gear 13 for a surgical instrument 1 with a shaft 2, at the distal end 5 of which there is a bending mechanism 9 for actuating a tool 6, and a surgical instrument 1 with such a steering gear is ready.
  • the steering gear 13 has a shaft element 21 with a longitudinal axis B, which continues the shaft 2 when the steering gear 13 is assembled with the surgical instrument 1 .
  • wobble steering ring 14 which can be operatively coupled to the distal bending mechanism 9 and has a central-axial through opening 14' for a bearing device which is fixed in the axial longitudinal direction on the shaft element 21 of the steering gear 13 and which is connected to the shaft element 21 the longitudinal axis B is rotatable.

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Abstract

The present invention relates to a control mechanism (13) for a surgical instrument (1), which instrument comprises a shaft (2), at the distal end (5) of which shaft an angling mechanism (9) is provided for actuating a tool (6). The present invention also relates to a surgical instrument (1) having such a control mechanism. The control mechanism (13) has a shaft element (21) having a longitudinal axis (B), which shaft element forms an extension of the shaft (2) when the control mechanism (13) and the surgical instrument (1) are assembled. The control mechanism comprises a control ring (14), which can be operatively coupled to the distal angling mechanism (9) and has a central-axial through-opening (14') for a bearing device fixed in the axial longitudinal direction on the shaft element (21) of the control mechanism (13), which bearing device can be rotated about the longitudinal axis (B) together with the shaft element (21). Three motorised drives are provided, which are operatively coupled to the control ring (14) in order to transmit the adjustment angle of the three drives to the control ring (14), wherein the control ring (14) can be aligned, spatially with reference to two pivot axes (F, F') extending perpendicularly to one another and to the longitudinal axis (B), via the adjustment angle of two of the three drives, and can be rotated about the longitudinal axis (B) via the adjustment angle of the third of the three drives.

Description

Chirurgisches Instrument und Lenkgetriebe dafür Surgical instrument and steering gear therefor
Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe eines chirurgischen Instruments zur Abwinkelung einer Werkzeugspitze mittels eines räumlich ausrichtbaren Taumel-Lenkrings, sowie ein chirurgisches Instrument, das ein solches Lenkgetriebe aufweist. The invention relates to a steering gear of a surgical instrument for bending a tool tip by means of a spatially alignable wobble steering ring, and to a surgical instrument that has such a steering gear.
Aus dem Stand der Technik sind chirurgische Instrumente bekannt, die manuell oder von einem Roboter geführt werden können, und die Werkzeuge aufweisen, deren Werkzeug spitze mittels mehrerer ineinandergreifender Schwenkglieder verschwenkt werden kann. Diese Schwenkglieder sind mit einer Vielzahl Lenkdrähte oder -seile verbunden, um eine feinfühlige Steuerung der Werkzeugspitze zu erreichen. Mit vielen dünnen Lenkdrähten gegenüber wenigen dickeren Lenkdrähten kann eine gleichmäßigere Kraftverteilung in alle Abwinkelungsrichtungen erzielt werden. Aus US 5,454,827 B2 ist bekannt, solche Lenkdrähte mit einer proximal seitig in einer Be tätigungseinheit angeordneten räumlich verstellbaren Taumelscheibe zu koppeln, die über eine Stange mit einem manuell betätigbaren Steuerhebel verbunden ist, sodass eine Bewe gung der räumlich verstellbaren Taumelscheibe eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder und somit ein Verschwenken der Werkzeugspitze verur sacht. Surgical instruments are known from the prior art, which can be performed manually or by a robot, and which have tools whose tool tip can be pivoted by means of a plurality of interlocking pivoting members. These pivot links are connected to a variety of steering wires or cables to provide fine control of the tool tip. A more even force distribution in all bending directions can be achieved with many thin steering wires compared to a few thicker steering wires. It is known from US Pat. No. 5,454,827 B2 to couple such steering wires to a spatially adjustable swashplate arranged on the proximal side in an actuating unit, which is connected via a rod to a manually operable control lever, so that a movement of the spatially adjustable swashplate results in a corresponding relative movement of the distal-side Pivoting members and thus a pivoting of the tool tip gently caused.
Ferner ist bekannt, in einem chirurgischen Instrument mit einem kompakten Lenkgetriebe die Stellwinkel von zwei Antrieben direkt auf die Taumelscheibe zu übertragen, um diese zur Steuerung der Werkzeugspitze auszurichten. Dazu werden an der Taumelscheibe Lenkdrähte befestigt, sodass sich die Werkzeugspitze durch Ausrichtung der Taumelschei be stufenlos und flüssig steuern lässt. Dazu weist das bekannte Lenkgetriebe zwei um 180 ° zueinander versetzte Antriebskegelräder auf, die auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind, die senkrecht zu einer Instrumentenlängsachse verläuft, mit jeweils einem zugeordneten Motor auf. Die Taumelscheibe ist zwischen den Antriebskegelrädern ange ordnet und in einem Lenkring gelagert, der drehfest mit einem dritten Kegelrad verbunden ist, das mit den beiden Antriebskegelrädern in Eingriff steht und um eine Drehachse dreh bar ist, die senkrecht zu der Instrumentenlängsachse und senkrecht zu der gemeinsamen Drehachse der Antriebskegelräder verläuft. Die Verzahnungskette wird durch ein viertes Kegelrad ergänzt, das auf der Drehachse des dritten Kegelrads um 180 ° versetzt zum drit ten Kegelrad angeordnet ist und mit den beiden Antriebskegelrädern in Eingriff steht, wo bei der Lenkring frei drehbar im vierten Kegelrad gelagert ist. Die auf diese Weise ge schlossene Verzahnungskette sichert den Eingriff aller Kegelräder miteinander und ermög licht eine gleichmäßig umlaufende Kraftverteilung. It is also known that in a surgical instrument with a compact steering gear, the setting angles of two drives can be transmitted directly to the swash plate in order to align them for controlling the tool tip. For this purpose, steering wires are attached to the swash plate so that the tool tip can be continuously and smoothly controlled by aligning the swash plate. For this purpose, the known steering gear has two drive bevel gears offset from one another by 180°, which are arranged on a common axis of rotation, which runs perpendicularly to a longitudinal axis of the instrument, each with an associated motor. The swash plate is arranged between the drive bevel gears and is mounted in a steering ring which is non-rotatably connected to a third bevel gear which meshes with the two drive bevel gears and can be rotated about an axis of rotation which is perpendicular to the longitudinal axis of the instrument and perpendicular to the common axis of rotation of the pinion gears runs. The toothed chain is supplemented by a fourth bevel gear, which is arranged on the axis of rotation of the third bevel gear offset by 180° to the third bevel gear and meshes with the two drive bevel gears, where the steering ring is freely rotatably mounted in the fourth bevel gear. The toothed chain closed in this way ensures that all the bevel gears engage with one another and enables an even distribution of power.
Die Ausbildung des Antriebs für die Lenkdrähte mit der räumlich verstellbaren Taumel scheibe, an der die Lenkdrähte gelagert sind, hat den Vorteil, dass dies eine räumlich kom pakte Bauweise ermöglicht und nur ein Bauteil bewegt werden muss, um alle Lenkdrähte ansprechen zu können. The design of the drive for the steering wires with the spatially adjustable swash plate on which the steering wires are mounted has the advantage that this enables a spatially com pact design and only one component has to be moved in order to be able to address all steering wires.
In der US 7,699,855 B2 ist ein chirurgisches Instrument offenbart, das eine Schnittstelle aufweist, um das Instrument mit einem Roboter-Arm verbinden zu können. Dabei sind alle Antriebe, die das Instrument steuern, in dem Roboter-Arm angeordnet. Die Übertragung der Drehwinkel von Antrieben zum Instrument erfolgt über Kupplungsscheiben in einer gemeinsamen Trenn-Ebene. US Pat. No. 7,699,855 B2 discloses a surgical instrument which has an interface in order to be able to connect the instrument to a robotic arm. All drives that control the instrument are arranged in the robotic arm. The transfer the angle of rotation of the drives to the instrument takes place via coupling discs in a common separating plane.
Die WO 2014/004242 beschreibt ebenfalls eine solche Schnittstelle, wobei die Antriebe in dem Roboter-Arm verbaut sind. WO 2014/004242 also describes such an interface, with the drives being installed in the robot arm.
Die vorstehende Konstruktion ist verbunden mit einem komplexen Aufbau und einer indi rekten Ansteuerung. Die Antriebe sind nicht in dem chirurgischen Instrument direkt ange ordnet, womit die Ansteuerung der Taumelscheibe nicht linear erfolgt. The above construction is associated with a complex structure and an indi rect control. The drives are not arranged directly in the surgical instrument, which means that the swash plate is not controlled in a linear manner.
Auch US 10,105,128 B2 offenbart eine Ansteuerung einer solchen Werkzeugspitze; dort erfolgt dies über eine Mechanik, die Zahnscheiben-Segmente und Gelenkstangen umfasst, um die Bewegung der Antriebe auf die Taumelscheibe zu übertragen. US Pat. No. 10,105,128 B2 also discloses a control of such a tool tip; there this is done via a mechanism that includes toothed disc segments and link rods in order to transmit the movement of the drives to the swash plate.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Führung des Lenkrings bereitzustellen. Proceeding from this state of the art, it is the object of the present invention to provide an alternative guide for the steering ring.
Diese Aufgabe wird durch ein Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This problem is solved by a steering gear with the features of claim 1.
Die weitere Aufgabe der Bereitstellung eines chirurgischen Instruments mit einer alternati ven Führung des Lenkrings wird durch das chirurgische Instrument mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11 gelöst. The additional task of providing a surgical instrument with an alternative guide for the steering ring is achieved by the surgical instrument having the features of independent claim 11 .
Weiterbildungen bzw. bevorzugte Ausführungsformen des Lenkgetriebes und des chirurgi schen Instruments sind in den Unteransprüchen ausgeführt. Further developments and preferred embodiments of the steering gear and the surgical instrument's are set out in the dependent claims.
Das erfmdungsgemäße Lenkgetriebe ist für die Handhabung eines chirurgischen Instru ments ausgebildet, das einen Schaft aufweist, an dessen distalem Ende eine Abwinke lungsmechanik zur Betätigung eines Werkzeugs vorliegt. Das erfindungsgemäße Lenkge triebe kann am proximalen Ende des Schafts, der eine Längsachse B hat, angeordnet wer den. Gemäß einer ersten Ausführungsform weist das erfmdungsgemäße Lenkgetriebe ein Schaftelement mit ebenfalls einer Längsachse auf, das bei einer Montageanordnung, in der das Lenkgetriebe und das chirurgische Instrument aneinander montiert sind, den Schaft fortsetzt; entsprechend setzen auch die beiden Längsachsen einander fort. The steering gear according to the invention is designed for handling a surgical instrument that has a shaft at the distal end of which there is a bending mechanism for actuating a tool. The steering gear according to the invention can be arranged at the proximal end of the shaft, which has a longitudinal axis B, who the. According to a first embodiment, the steering gear according to the invention has a shaft element which also has a longitudinal axis and which, in a mounting arrangement in which the steering gear and the surgical instrument are mounted on one another, continues the shaft; accordingly, the two longitudinal axes continue each other.
Dabei weist das Lenkgetriebe erfmdungsgemäß einen Taumel -Lenkring auf, der operativ mit der distalen Abwinkelungsmechanik zur Steuerung der Abwinkelung derselben gekop- pelt werden kann. Der Taumel -Lenkring hat eine zentral-axiale Durchgangsöffnung für ei ne Lagervorrichtung, die in axialer Längsrichtung auf dem Schaftelement des Lenkgetrie bes festgelegt ist und mit dem Schaftelement um die Längsachse B rotierbar ist. According to the invention, the steering gear has a wobble steering ring which is operatively coupled to the distal bending mechanism to control the bending of the same. can become pelted. The wobble steering ring has a central-axial through-opening for a bearing device which is fixed in the axial longitudinal direction on the shaft element of the steering gear and can be rotated about the longitudinal axis B with the shaft element.
Das Lenkgetriebe weist erfindungsgemäß drei motorisierte Antriebe auf und stellt eine operative Kopplung der drei Antriebe mit dem Taumel -Lenkring zur Übertragung der Stellwinkel der drei Antriebe auf den Taumel-Lenkring bereit. Dabei kann der Taumel- Lenkring über die Stellwinkel zweier der drei Antriebe räumlich in Bezug auf zwei senk recht zueinander und zu der Längsachse verlaufende Schwenkachsen ausgerichtet werden und kann über den Stellwinkel des dritten der drei Antriebe um die Längsachse rotiert wer den. According to the invention, the steering gear has three motorized drives and provides an operative coupling of the three drives with the wobble steering ring for the transmission of the adjustment angles of the three drives to the wobble steering ring. The wobble steering ring can be aligned spatially with respect to two pivot axes running perpendicular to one another and to the longitudinal axis via the adjustment angle of two of the three drives and can be rotated about the longitudinal axis via the adjustment angle of the third of the three drives.
Hierin ist die Längsachse der Schaftwelle identisch mit der Längsachse des Schafts des chirurgischen Instruments, in das das erfindungsgemäße Lenkgetriebe eingesetzt werden kann. Das Schaftelement, das an das proximale Ende des Schafts des chirurgischen Instru ments angeordnet werden kann und diesen Schaft fortsetzen kann, ermöglicht einen mög lichst kurzen axialen Bauraum und damit ein raumsparendes, kompaktes Lenkgetriebe.Here, the longitudinal axis of the shaft shaft is identical to the longitudinal axis of the shaft of the surgical instrument into which the steering gear according to the invention can be used. The shaft element, which can be arranged at the proximal end of the shaft of the surgical instrument and can continue this shaft, enables the shortest possible axial space and thus a space-saving, compact steering gear.
Vorteilhaft kann der Taumel -Lenkring mittels der Antriebsmotoren direkt angesteuert wer den. Es sind keine weiteren Umlenkmechanismen oder Getriebeübersetzungen notwendig, so dass die kürzest mögliche Übertragungskette ermöglicht wird. Eine solche direkte Kraftübertragung, die ein lineares Übertragungsverhalten zeigt, ermöglicht eine einfache softwaretechnische Steuerung, so dass eine präzise und zuverlässige Steuerung des zu steuernden Bauteils erreicht wird. Advantageously, the wobble steering ring can be controlled directly by means of the drive motors. No further deflection mechanisms or gear ratios are necessary, so that the shortest possible transmission chain is possible. Such a direct power transmission, which shows a linear transmission behavior, allows a simple software control, so that a precise and reliable control of the component to be controlled is achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes ist die mit dem Schaftelement um die Längsachse rotierbare Lagervorrichtung des Taumel-Lenkrings eine kardanische Lagervorrichtung, die eine in der zentral-axialen Durchgangsöffnung an geordnete Kreuzgelenkscheibe mit zumindest vier um jeweils 90 ° zueinander versetzten radialen Durchgangsbohrungen aufweist, wobei in jeder radialen Durchgangsbohrung ein Lagerstift angeordnet ist. Zwei in den Durchgangsbohrungen koaxial, d. h. um 180 ° zuei nander versetzt angeordnete erste Lagerstifte, die ein erstes Lagerstiftepaar bilden, verbin den den Taumel -Lenkring mit der Kreuzgelenkscheibe. Die zwei weiteren in den Durch gangsbohrungen koaxial, d. h. um 180 ° zueinander versetzt angeordneten zweiten Lager stifte, die ein zweites Lagerstiftepaar bilden, verbinden die Kreuzgelenkscheibe mit dem Schaftelement, wobei das erste Lagerstiftepaar um 90 ° versetzt zu dem zweiten Lagerstif tepaar vorliegt. Somit ist die Kreuzgelenkscheibe mittels der Lagerstiftepaare verschwenk- bar auf dem Schaftelement angeordnet und lagert den Taumel-Lenkring, so dass er um die Schwenkachsen verkippt und mit dem Schaftelement um die Längsachse B rotiert werden kann. Der Taumel -Lenkring ist damit auf dem Schaftelement, das beidenends drehbar ge lagert ist, lateral im Raum fixiert, kann aber in alle drei Raumrichtungen verkippt bzw. ge dreht werden, wodurch die Werkzeugspitze gezielt gesteuert werden kann. According to a further embodiment of the steering gear according to the invention, the bearing device of the wobble steering ring, which can be rotated about the longitudinal axis with the shaft element, is a cardanic bearing device which has a universal joint disk arranged in the central-axial through-opening and having at least four radial through-holes offset by 90° to one another, wherein a bearing pin is arranged in each radial through bore. Two first bearing pins arranged coaxially in the through bores, ie offset by 180° from one another and forming a first pair of bearing pins, connect the wobble steering ring to the universal joint disk. The other two in the through-holes coaxially, ie offset by 180 ° to each other arranged second bearing pins, which form a second pair of bearing pins, connect the universal joint disk with the Shaft element, wherein the first pair of bearing pins is offset by 90° to the second pair of bearing pins. Thus, the universal joint disk is pivotably arranged on the shaft element by means of the bearing pin pairs and supports the wobble steering ring so that it can be tilted about the pivot axes and rotated about the longitudinal axis B with the shaft element. The wobble steering ring is thus fixed laterally in space on the shaft element, which is rotatably mounted at both ends, but can be tilted or rotated in all three spatial directions, as a result of which the tool tip can be controlled in a targeted manner.
In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes weist der Taumel-Lenkring eine kugelscheibenförmige Außenmantelfläche als Wirkfläche auf. Fer ner hat das Lenkgetriebe zwei längsaxial verschiebbare Getriebewellen mit jeweils einem Kontaktwalzenabschnitt, wobei die Getriebewellen jeweils eine zu der Längsachse des Schaftelements parallele Drehachse haben, die mit der Längsachse einen Mittelpunktswin kel von 90 ° aufspannen. Dabei kontaktiert der jeweilige Kontaktwalzenabschnitt tangenti al die Wirkfläche des Taumel -Lenkrings an einem Kontaktpunkt, wobei die beiden Schwenkachsen jeweils durch eine Gerade definiert werden, die durch den Mittelpunkt der kugel scheibenförmigen Außenmantelfläche und durch den jeweiligen Kontaktpunkt des jeweiligen Kontaktwalzenabschnitt mit der Wirkfläche verläuft. Der Kontaktwalzenab schnitt wirkt als Kraftübertrager ausgehend von der Bewegung der Getriebewelle auf den Wirkabschnitt des Taumel-Lenkrings. In yet another embodiment of the steering gear according to the invention, the wobble steering ring has a spherical disk-shaped outer lateral surface as the effective surface. Furthermore, the steering gear has two longitudinally axially displaceable gear shafts, each with a contact roller section, the gear shafts each having an axis of rotation parallel to the longitudinal axis of the shaft element, which span a central angle of 90° with the longitudinal axis. The respective contact roller section makes tangential contact with the active surface of the wobble steering ring at a contact point, with the two pivot axes each being defined by a straight line that runs through the center point of the spherical disk-shaped outer lateral surface and through the respective contact point of the respective contact roller section with the active surface. The Kontaktwalzenab section acts as a force transmitter based on the movement of the transmission shaft on the active section of the wobble steering ring.
"Kugelscheibenförmig" meint hierin eine torusartige, teilkugelförmige oder auch toroidiale Außenmantelfläche, die durch eine Rotationsfläche definiert ist, die durch Rotation eines nach außen gewölbten Kreisbogens um die Längsachse gebildet ist, wobei der Kreismittel punkt des umlaufenden Kreisbogens auf der Längsachse liegt und damit jeder Kontakt punkt im Idealfall äquidistant zum Kreismittelpunkt ist. "Spherical disc-shaped" means here a toroidal, part-spherical or also toroidal outer surface, which is defined by a surface of revolution, which is formed by rotation of an outwardly curved arc of a circle about the longitudinal axis, the center of the circular arc lying on the longitudinal axis and thus any contact point is ideally equidistant to the center of the circle.
"Wirkabschnitt" ist hierbei der Bereich des Lenkrings, der mit dem Kontaktwalzenab schnitt eine kraftübertragende Wirkverbindung eingehen kann, also direkt in Kontakt mit dem Kraftübertrager ist, bspw. durch eine Reibschluss-Wirkverbindung mittels Reibele mente, oder in Eingriff steht, bspw. durch eine Verzahnung oder andere geeignete kraft übertragende Wirkverbindungen. So kann alternativ die Kraftübertragung anstatt über Reibschluss über eine gegenseitige, ineinandergreifende Verzahnung als Wirkverbindung erfolgen. "Kontaktwalzenabschnitt" meint hierbei jedes Bauteil, das die von Motoren initiierte Be wegung, egal ob rotatorisch oder linear, direkt überträgt, d. h. auf den Wirkabschnitt des Lenkrings im Sinne einer Kraftübertragung weitergeben kann. Alternativ kann die Kraft übertragung anstatt über Reibschluss über eine ineinandergreifende Verzahnung oder eine andere geeignete Wirkverbindung erfolgen "Effective section" is the area of the steering ring that can enter into a force-transmitting operative connection with the contact roller section, i.e. is in direct contact with the force transmitter, e.g. through a frictional operative connection using friction elements, or is in engagement, e.g. through a Gearing or other suitable power-transmitting active connections. As an alternative, the power transmission can take place via a mutual, interlocking toothing as an operative connection instead of via frictional engagement. "Contact roller section" here means any component that transmits the movement initiated by motors, whether rotary or linear, directly, ie can pass it on to the active section of the steering ring in the sense of a power transmission. Alternatively, the power transmission can take place via an intermeshing tooth system or another suitable operative connection instead of via frictional engagement
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes kann das Lenkgetriebe auch vier Getriebewellen aufweisen, die jeweils um 90 ° versetzt um den Taumel-Lenkring angeordnet sind und alle gleichläufig rotatorisch von dem dritten Motor angetrieben werden. In diesem Fall müssten für die Rotation des Taumel-Lenkrings alle Getriebewellen gleichläufig rotieren und für eine Verkippung jeweils paarig angeordnete bzw. gegenüberliegende Getriebewellen gegenläufig rotieren. Hiermit lässt sich eine weite re stabile Bewegung des Getriebes und damit der Ansteuerung des Taumel -Lenkrings er reichen, da doppelt so viele Kontaktwalzenabschnitte mit einer höheren Traktion einen hö heren Kontaktdruck und damit mehr Kraft auf den Taumel-Lenkring aufbringen können. In an alternative embodiment of the steering gear according to the invention, the steering gear can also have four gear shafts, which are each offset by 90° around the wobble steering ring and are all rotationally driven in the same direction by the third motor. In this case, all gear shafts would have to rotate in the same direction for the rotation of the wobble steering ring, and gear shafts arranged in pairs or opposite each other would have to rotate in opposite directions for tilting. This allows a more stable movement of the gear and thus the control of the wobble steering ring, since twice as many contact roller sections with higher traction can apply a higher contact pressure and thus more force to the wobble steering ring.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes sieht vor, dass jede Getriebewelle einen Antriebsabschnitt hat, der einen umfänglich rundverzahnten Zahn stangenabschnitt aufweist, der einen axialen Verschiebeweg jeder Getriebewelle definiert und mit einem Ritzel (Antriebsritzel) kämmt, das auf einer Antriebswelle des jeweiligen Motors sitzt, wobei die Antriebswellen Antriebssachsen definieren, die senkrecht zu der Längsachse und den Drehachsen der Getriebewellen verlaufen. Eine durch die Ansteue rung eines der ersten beiden Motoren initiierte Bewegung einer Getriebewelle bedingt ein Eingreifen des Antriebsritzels in die Geradverzahnung des Antriebsabschnitts, wodurch die Getriebewelle innerhalb des Lenkgetriebes linear verschoben wird, je nachdem in welche Richtung die Antriebswelle das Ritzel dreht, so z. B. in distale Richtung vor- oder zurück geschoben wird. Demzufolge wird auch der Kontaktwalzenabschnitt in Bezug auf ein dis tales Ende des Lenkgetriebes nach vorne oder zurück geschoben. Durch den bestehenden Reibschluss zwischen Kontaktwalzenabschnitt und Mantelfläche des Taumel -Lenkrings, also dessen Wirkabschnitts, wird durch gezielte Kraftübertragung, der Taumel-Lenkring an dieser Stelle verkippt und zwar um seine jeweilige Kippachse. "Antriebsabschnitt" meint hierbei jedes Bauteil, das die von Motoren initiierte Bewegung, egal ob rotatorisch oder linear, direkt aufnimmt und in eine Bewegung der Getriebewellen umsetzt. A further embodiment of the steering gear according to the invention provides that each gear shaft has a drive section which has a circumferentially round-toothed toothed rack section which defines an axial displacement path of each gear shaft and meshes with a pinion (drive pinion) which sits on a drive shaft of the respective motor, wherein the drive shafts define drive axes that are perpendicular to the longitudinal axis and the axes of rotation of the transmission shafts. A movement of a gear shaft initiated by the activation of one of the first two motors causes the drive pinion to engage in the straight teeth of the drive section, as a result of which the gear shaft is linearly displaced within the steering gear, depending on the direction in which the drive shaft rotates the pinion, e.g. B. is pushed forward or backward in the distal direction. Accordingly, the contact roller portion is also shifted forward or backward with respect to a distal end of the steering gear. Due to the existing frictional connection between the contact roller section and the outer surface of the swash steering ring, i.e. its active section, the swash steering ring is tilted at this point by targeted power transmission, specifically about its respective tilting axis. "Drive section" means every component that directly absorbs the movement initiated by motors, whether rotary or linear, and converts it into a movement of the transmission shafts.
Die beiden Getriebewellen werden in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsge mäßen Lenkgetriebes durch den dritten Motor gleichläufig zur Rotation um die jeweilige Drehachse angetrieben. Dabei weist bevorzugt jede Getriebewelle an einem freien Ende des Antriebsabschnitts ein Zahnrad auf, das mit einem gemeinsamen Antriebszahnrad kämmt, das über eine zur Längsachse und den Drehachsen parallele Antriebswelle von dem dritten Motor angetrieben wird. Die Getriebewellen werden daher gemeinsam von dem dritten Motor angetrieben, wodurch der Taumel-Lenkring rotieren kann. Die Getrie bewellen ermöglichen durch gleichlaufende Kontaktwalzenabschnitte die Rotation des Taumel-Lenkrings und bilden, wenn die Kontaktwalzenabschnitte als Walzen ausgebildet sind, eine Art Rollenmühle, deren Trommel dem Taumel-Lenkring entspricht. In a further embodiment of the steering gear according to the invention, the two transmission shafts are driven in the same direction by the third motor for rotation about the respective axis of rotation. Each transmission shaft preferably has a gear at a free end of the drive section which meshes with a common drive gear which is driven by the third motor via a drive shaft parallel to the longitudinal axis and the axes of rotation. The transmission shafts are therefore jointly driven by the third motor, allowing the swash steering ring to rotate. The gear bewelle enable by synchronizing contact roller sections the rotation of the wobble steering ring and form, if the contact roller sections are designed as rollers, a kind of roller mill, the drum of which corresponds to the wobble steering ring.
In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes wird eine Kraftübertragung zwischen den Kontaktwalzenabschnitten der Getriebewellen und dem Wirkabschnitt des Taumel-Lenkrings durch Reibschluss bereitgestellt. Einer oder beide der Reibungspartner, bestehend aus dem Wirkabschnitt des Taumel -Lenkrings und dem jewei ligen Kontaktwalzenabschnitt, weisen eine Ummantelung aus einem reibungserhöhenden Material auf. Alternativ bestehen sie vollständig aus dem reibungserhöhenden Material. So kann ferner der Taumel -Lenkring ein solches Material aufweisen oder nur die Kontaktwal zenabschnitte oder beide Bauteile. Der Reibschluss ermöglicht eine konstruktiv einfache Kraftübertragung, durch ein entsprechend ausgewähltes Material, das eine bestimmte Rei bungskraft aufbringt. Nach einer einfachen Variante können diese Kontaktwalzenabschnit te Ummantelungen sein, bspw. aufgezogene Schlauchabschnitte aus einem Elastomer, wie bspw. Gummi. In yet another embodiment of the steering gear according to the invention, a force transmission between the contact roller sections of the gear shafts and the active section of the wobble steering ring is provided by frictional engagement. One or both of the friction partners, consisting of the active section of the wobble steering ring and the respective contact roller section, have a casing made of a friction-increasing material. Alternatively, they consist entirely of the friction-increasing material. Furthermore, the wobble steering ring can have such a material or only the contact roller sections or both components. The frictional connection enables a constructively simple power transmission through a suitably selected material that applies a specific frictional force. According to a simple variant, these contact roller sections can be casings, for example stretched hose sections made of an elastomer, such as rubber.
Nach noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes weist das Lenkgetriebe ein Lagergehäuse mit einer Basisplatte auf, die unterhalb der zwei Ge triebewellen und parallel zu diesen angeordnet ist. Das Lagergehäuse hat dabei eine erste Seitenplatte, die an dem Ende der Kontaktabschnitte der Getriebewellen an der Basisplatte befestigt ist und zwei Durchtrittsbohrungen zur Lagerung der Getriebewellen hat. Außer dem weist das Lagergehäuse eine zweite Seitenplatte mit zwei Durchtrittsbohrungen auf, durch die sich der zwischen den Zahnungsabschnitten und den endständigen Zahnrädern liegende Antriebsabschnitt erstreckt und die an dem von der ersten Seitenplatte abgewand ten Ende der Basisplatte an dieser befestigt ist. Die Länge des Abschnitts der Getriebewelle zwischen dem Zahnungsabschnitt und dem endständigen Zahnrad entspricht zumindest der Länge des Verschiebewegs der Getriebewelle, sodass weder das Zahnrad noch der Zah nungsabschnitt bei der axialen Bewegung der Getriebewelle an der zweiten Seitenplatte anschlagen. Durch das Lagergehäuse wird eine sichere Lagerung der beweglichen Bauteile des Lenkgetriebes ermöglicht. Auch das Schaftelement ist in diesen beiden Bauteilen mit tels zweier Kugellager rotierbar gelagert. According to yet another embodiment of the steering gear according to the invention, the steering gear has a bearing housing with a base plate, the transmission shafts below the two Ge and is arranged parallel to them. The bearing housing has a first side plate which is fixed to the base plate at the end of the contact portions of the gear shafts and has two through-holes for supporting the gear shafts. In addition, the bearing housing has a second side plate with two through-holes, through which the drive portion located between the toothed portions and the terminal gears extends and which is fixed to the base plate at the end facing away from the first side plate. The length of the section of the transmission shaft between the toothed section and the terminal gear wheel corresponds at least to the length of the displacement path of the transmission shaft, so that neither the gear wheel nor the toothed section strike the second side plate during the axial movement of the transmission shaft. The bearing housing enables safe storage of the moving components of the steering gear. The shaft element is also rotatably mounted in these two components by means of two ball bearings.
Nach noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkgetriebes weist der Taumel-Lenkring eine erste Stirnfläche auf, die eine erste trichterförmige Ausnehmung hat. In einem Grund der ersten trichterförmigen Ausnehmung liegen Durchtrittsbohrungen zur Durchführung von Lenkdrähten vor. Die Lenkdrähte sind bevorzugt an dem Taumel- Lenkring mittels einer Klemmverbindung klemmend gelagert, damit in einem Fall der Be schädigung die Lenkdrähte einfach ausgetauscht werden können. Diese Klemmverbindung kann bspw. durch eine Klemmscheibe, die in die zweite trichterförmige Ausnehmung an geordnet werden kann, bereitgestellt werden. Die Lenkdrähte können auch mit dem Tau- mel-Lenkring verklebt, verschweißt oder verlötet sein, um eine stabile Befestigung der Lenkdrähte zu erreichen. Dadurch, dass die Lenkdrähte direkt mit dem Taumel-Lenkring verbunden werden können, sind keine weiteren zusätzlichen Bauteile notwendig, wie eine getrennte Anordnung Taumelscheibe in einem Lenkring, wie es im Stand der Technik bis her der Fall ist. According to yet another embodiment of the steering gear according to the invention, the wobble steering ring has a first end face which has a first funnel-shaped recess. In a base of the first funnel-shaped recess there are through-holes for the passage of steering wires. The steering wires are preferably mounted in a clamped manner on the wobble steering ring by means of a clamp connection, so that in the event of damage, the steering wires can be easily replaced. This clamping connection can be provided, for example, by a clamping disk that can be arranged in the second funnel-shaped recess. The steering wires can also be glued, welded or soldered to the wobble steering ring in order to achieve a stable fastening of the steering wires. Because the steering wires can be connected directly to the swash steering ring, no further additional components are necessary, such as a separate arrangement of the swash plate in a steering ring, as has been the case in the prior art.
Ferner erstreckt sich die zentral -axiale Durchgangsöffnung des Taumel-Lenkrings durch den Trichtergrund der ersten trichterförmigen Ausnehmung hindurch. Ferner weist der Taumel-Lenkring eine zweite Stirnfläche auf, die eine zweite trichterförmige Ausnehmung hat. Die zweite trichterförmige Ausnehmung hat einen kleineren Durchmesser als die erste trichterförmige Ausnehmung. Hierbei erstreckt sich die zentral-axiale Durchgangsöffnung weiter durch den Trichtergrund der zweiten trichterförmigen Ausnehmung hindurch, so dass eine durchgängige lineare Durchgangöffnung um den geometrischen Mittelpunkt des Taumel-Lenkrings durch diesen hindurch vorliegt, in der die kardanische Lagervorrichtung zur Lagerung des Taumel -Lenkrings auf dem Schaftelement eingesetzt werden kann.Furthermore, the central-axial passage opening of the wobble steering ring extends through the funnel base of the first funnel-shaped recess. Furthermore, the swash control ring has a second end face which has a second funnel-shaped recess. The second funnel-shaped recess has a smaller diameter than the first funnel-shaped recess. Here, the central-axial through-opening extends further through the funnel base of the second funnel-shaped recess, so that there is a continuous linear through-opening around the geometric center of the wobble steering ring through this, in which the cardanic bearing device for mounting the wobble steering ring on the Shaft element can be used.
Durch die trichterförmigen Ausnehmungen kann der Taumel -Lenkring flexibel im Raum verkippt werden, ohne den Verlauf der Lenkdrähte zu stören, diese können der Bewegung des Taumel-Lenkrings ohne weiteres folgen. The funnel-shaped recesses allow the swash ring to be flexible in space be tilted without disturbing the course of the steering wires, these can easily follow the movement of the wobble steering ring.
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments, das ei nen Schaft, eine am proximalen Ende des Schaftes angeordnete Betätigungseinheit und ein am distalen Ende des Schaftes angeordnetes Werkzeug mit einer mittels einer distalen Ab winkelungsmechanik abwinkelbaren Werkzeugspitze aufweist, bezieht sich darauf, dass die abwinkelbare Werkzeugspitze durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe räumlich ausgerichtet werden kann. A first embodiment of a surgical instrument according to the invention, which has a shank, an actuating unit arranged at the proximal end of the shank and a tool arranged at the distal end of the shank with a tool tip that can be bent by means of a distal deflection mechanism, refers to the fact that the tool tip that can be bent by a steering gear according to the invention can be spatially aligned.
Durch das erfindungsgemäße Lenkgetriebe kann das chirurgische Instrument konstruktiv einfach und platzsparend aufgebaut werden, so dass eine einfache Verbindung zu einem Roboter-Arm ermöglicht werden kann, bei der die Bewegung der Antriebe direkt auf die Werkzeugspitze übertragen werden kann. Folge ist eine exakt steuerbare Verwendung des chirurgischen Instruments. The steering gear according to the invention allows the surgical instrument to be constructed in a structurally simple and space-saving manner, so that a simple connection to a robot arm can be made possible, in which the movement of the drives can be transmitted directly to the tool tip. The result is an exactly controllable use of the surgical instrument.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments ist das Betätigungselement axial verschiebbar in dem Schaft gelagert und steht proximal seitig mit der Betätigungseinheit in Wirkverbindung. Die distale Abwinkelungsmechanik der abwinkelbaren Werkzeugspitze besteht aus an dem distalen Ende des Schaftes ange ordneten Schwenkgliedem, die über die in Längsrichtung des Schaftes verlaufenden Lenk drähte mit dem Lenkgetriebe verbunden sind. Vorteilhaft an dieser Konstruktion des chi rurgischen Instruments gegenüber bekannten Konstruktionen ist, dass nicht nur die Ver wendung einer geringen Anzahl von Lenkdrähten, nämlich von nur vier Lenkdrähten, und eine ausschließlich manuelle Betätigbarkeit der als Antrieb für die Lenkdrähte dienenden räumlich verstellbaren Scheibe möglich ist, sondern dass eine Vielzahl an Lenkdrähten frei gewählt werden und dadurch eine feinfühlige und reproduzierbare Verstellung der distal seitigen Schwenkglieder möglich ist. According to a further embodiment of the surgical instrument according to the invention, the actuating element is mounted in the shaft in an axially displaceable manner and is operatively connected to the actuating unit on the proximal side. The distal deflection mechanism of the deflectable tool tip consists of at the distal end of the shank is arranged swivel members, the wires running in the longitudinal direction of the shank steering are connected to the steering gear. The advantage of this construction of the surgical instrument compared to known constructions is that not only the use of a small number of steering wires, namely only four steering wires, and an exclusively manual actuation of the spatially adjustable disk serving as a drive for the steering wires is possible, but that a large number of steering wires can be freely selected and thus a sensitive and reproducible adjustment of the pivoting links on the distal side is possible.
Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument hat den Vorteil, dass viele dünne Lenk drähte zur Ansteuerung der verschwenkbaren Werkzeugspitze verwendet werden können und diese Ansteuerung aufgrund des motorisierten Antriebs für die räumlich verstellbare Scheibe, an der die Lenkdrähte proximal sei tig gelagert sind, feinfühlig, exakt und reprodu zierbar erfolgt. Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Aus führungsformen des Lenkgetriebes und des chirurgischen Instruments verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleiten den Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. The surgical instrument according to the invention has the advantage that many thin steering wires can be used to control the pivotable tool tip and that this control is sensitive, precise and reproducible due to the motorized drive for the spatially adjustable disc on which the steering wires are mounted proximally he follows. Further embodiments as well as some of the advantages associated with these and other embodiments of the steering gear and the surgical instrument will become clearer and better understood through the following detailed description with reference to the accompanying figures. Items or parts thereof that are substantially the same or similar may be given the same reference numbers. The figures are only a schematic representation of an embodiment of the invention. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
Dabei zeigen: show:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Seitenansicht eines chirurgischen Instru ments, 1 shows a schematic perspective side view of a surgical instrument,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfmdungsgemäßen Lenkgetriebes mit ei nem Taumel -Lenkring, 2 shows a perspective view of a steering gear according to the invention with a wobble steering ring,
Fig. 3 eine weitere perspektivische teilgeschnittene Ansicht eines erfmdungsgemäßen Lenkgetriebes mit einem Taumel -Lenkring, 3 shows another perspective, partially sectioned view of a steering gear according to the invention with a wobble steering ring,
Fig. 4 eine Draufsicht auf das erfmdungsgemäße Lenkgetriebe, 4 shows a plan view of the steering gear according to the invention,
Fig. 5 eine Seitenschnittansicht entlang Längsachse B durch das erfmdungsgemäße Lenkgetriebe, 5 shows a side sectional view along the longitudinal axis B through the steering gear according to the invention,
Fig. 6 eine Vorderansicht des erfmdungsgemäßen Lenkgetriebes, 6 is a front view of the steering gear according to the invention,
Fig. 7 eine Vorderansicht des Taumel -Lenkrings mit den Krafübertragern der Getrie bewellen, und Fig. 7 is a front view of the wobble steering ring with the force transmitters of the gears, and
Fig. 8 eine Schnittansicht des Taumel -Lenkrings. 8 is a sectional view of the wobble steering ring.
Fig. 1 zeigt schematisch ein chirurgisches Instrument 1 mit einem hohlen Schaft 2, einer am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 angeordneten, nur schematisch dargestellten Betäti gungseinheit 4 und einer am distalen Ende 5 des Schaftes 2 angeordneten Werkzeugspitze 6 mit einem Werkzeug 7, das über ein axial verschiebbar im Schaft 2 gelagertes Betäti gungselement 8 betätigbar ist, das proximal seitig mit der Betätigungseinheit 4 in Wirkver- bindung steht. Bei der Betätigungseinheit 4 kann es sich um eine manuell betätigbare Handhabe oder aber um eine für den robotischen Einsatz ausgelegte, also auch ohne manu elles Zutun betätigbare Baueinheit handeln. Bei dem Werkzeug 7 der Werkzeugspitze 6 kann es sich beispielsweise um ein mit Maulteilen versehenes Werkzeug, wie in Fig. 1 dargestellt, oder aber alternativ um ein Endoskop, einen Applikator oder dergleichen han deln (figurativ nicht gezeigt). Die Werkzeugspitze 6 ist über einen Gelenkmechanismus 9 relativ zur Längsachse 10 des Schaftes 2 ver schwenkbar, wobei der Gelenkmechanismus 9 aus am distalen Ende des Schaftes 5 angeordneten Schwenkgliedern 11 besteht, die über in Längsrichtung des Schaftes 2 verlaufende Lenkdrähte 12 so mit einem am proximalen En de 3 des Schaftes 2 angeordneten Antrieb in Form eines Lenkgetriebes 13 verbunden sind, dass eine Bewegung des proximal sei tigen Antriebs 13 eine entsprechende relative Bewe gung der distalseitigen Schwenkglieder 11 und somit ein Verschwenken der Werkzeug spitze 6 verursacht. Auch wenn voranstehend und nachfolgend nur der Begriff Lenkdräh te 12 verwendet wird, können funktional auch Lenkseile verwendet werden, weshalb der verwendete Begriff Lenkdrähte 12 synonym auch als Lenkseil zu lesen und zu verstehen ist. Fig. 1 shows schematically a surgical instrument 1 with a hollow shank 2, arranged at the proximal end 3 of the shank 2, shown only schematically Actuate supply unit 4 and arranged at the distal end 5 of the shank 2 tool tip 6 with a tool 7, which is about an axially displaceable actuating element 8 mounted in the shaft 2 can be actuated, which is in operative connection with the actuating unit 4 on the proximal side. bond stands. The actuating unit 4 can be a manually actuated handle or a structural unit designed for robotic use, that is to say it can also be actuated without manual intervention. The tool 7 of the tool tip 6 can be, for example, a tool provided with jaw parts, as shown in FIG. 1, or alternatively an endoscope, an applicator or the like (not shown in the figures). The tool tip 6 can be pivoted relative to the longitudinal axis 10 of the shank 2 via a joint mechanism 9, the joint mechanism 9 consisting of pivoting members 11 arranged at the distal end of the shank 5, which are connected via steering wires 12 running in the longitudinal direction of the shank 2 to a proximal En de 3 of the shaft 2 arranged drive in the form of a steering gear 13 are connected that a movement of the proximal side drive 13 causes a corresponding relative movement of the distal-side pivoting members 11 and thus a pivoting of the tool tip 6. Even if only the term steering wires 12 is used above and below, steering cables can also be used functionally, which is why the term steering wires 12 used can also be read and understood synonymously as a steering cable.
Das axial ver schiebbar im Schaft 2 gelagerte Betätigungselement 8 zum Betätigen der Werkzeugspitze 6 des Werkzeugs 7 ist bei den dargestellten Ausführungsformen als Zug- /Schubstange ausgebildet. Das Lenkgetriebe 13 für die Lenkdrähte 12 ist motorisiertes Lenkgetriebe 13, das einen räumlich verstellbare Taumel-Lenkring 14 aufweist, an der die Lenkdrähte 12 so gelagert sind, dass eine vorzugsweise über das motorisierte Lenkgetrie be 13 bewirkte Verlagerung des Taumel-Lenkrings 14 über die Lenkdrähte 12 ein Ver schwenken der Werkzeugspitze 6 bewirkt. The axially ver slidably mounted in the shaft 2 actuating element 8 for actuating the tool tip 6 of the tool 7 is formed in the illustrated embodiments as a pull / push rod. The steering gear 13 for the steering wires 12 is a motorized steering gear 13, which has a spatially adjustable wobble steering ring 14, on which the steering wires 12 are mounted in such a way that a displacement of the wobble steering ring 14, preferably via the motorized steering gear 13, is effected via the steering wires 12 causes a pivoting of the tool tip 6.
Bei dem chirurgischen Instrument 1 gemäß Fig. 1 ist der Schaft 2 über ein koaxial zur Längsachse B des Schaftes 2 angeordnetes Schaftelement 21, das als um die Längsachse B des Schaftes 2 rotierbare Schaftwelle 21 am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 angeordnet ist, mit dem motorisierten Lenkgetriebe 13 verbunden. Innerhalb des Schafts 2 und dem sich daran anschließenden Schaftelement 21 ist axial ver schiebbar das Betätigungselement 8 zur Betätigung des Instruments 7 gelagert. In the surgical instrument 1 according to FIG. 1, the shank 2 is connected to the motorized steering gear 13 connected. Within the shaft 2 and the adjoining shaft element 21, the actuating element 8 for actuating the instrument 7 is axially slidably mounted ver.
Die am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 aus dem Schaft 2 austretenden Lenkdrähte 12 werden einem auf dem Schaftelement 21 gelagerten Taumel-Lenkring 14 zugeführt und dort festgelegt. Dazu weist der Taumel -Lenkring 14 für jeden Lenkdraht 12 eine axialpa rallele Durchgangsbohrung 30 auf, wobei die Lenkdrähte 12 innerhalb der Durchgangs bohrungen 30 befestigt sind. The steering wires 12 emerging from the shaft 2 at the proximal end 3 of the shaft 2 are fed to a wobble steering ring 14 mounted on the shaft element 21 and set there. For this purpose, the swash -Lenkring 14 for each steering wire 12 an axialpa parallel through hole 30, wherein the steering wires 12 within the through holes 30 are fixed.
In den Fig. 2 bis 6 ist das Lenkgetriebe 13 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform im Detail gezeigt, wobei das Kernstück der räumlich verstellbarer Taumel -Lenkring 14 ist, an dem die Lenkdrähte 12 so befestigt sind, dass eine Verlagerung des Taumel-Lenk rings 14 über die an dem Taumel-Lenkring 14 gelagerten Lenkdrähte 12 ein Verschwenken der Werkzeugspitze 6 bewirkt. Die Lenkdrähte 12 zum Verschwenken der distalseitigen Schwenkglieder 11 bzw. der Werkzeugspitze 6 können mittels der Konstruktion über den Taumel-Lenkring 14 exakt, feinfühlig in kleinsten Schritten und auch reproduzierbar anzu steuern. Darüber hinaus ist die Anzahl der zu verwendenden Lenkdrähte 12 für einen mo torisierten Antrieb 13 recht frei wählbar, im dargestellten Beispiel, z. B. Fig. 6, sieht der Taumel-Lenkring 14 zehn Durchgangsbohrungen 30 für die Lenkdrähte 12 vor. 2 to 6, the steering gear 13 is shown in detail in an embodiment of the invention, the core of the spatially adjustable swash -Lenkring 14 is on which the steering wires 12 are attached so that a displacement of the swash-steering rings 14 over the steering wires 12 mounted on the wobble steering ring 14 causes the tool tip 6 to pivot. The steering wires 12 for pivoting the distal-side pivoting members 11 and the tool tip 6 can be controlled precisely, sensitively in the smallest of steps and also reproducibly by means of the construction via the wobble steering ring 14 . In addition, the number of steering wires 12 to be used for a motorized drive 13 can be chosen quite freely, in the example shown, e.g. B. Fig. 6, the wobble steering ring 14 provides ten through holes 30 for the steering wires 12 before.
Das Lenkgetriebe 13 weist, wie in Fig. 2 und 3 zu sehen ist, drei Antriebe mit Motoren 17, 17‘, 17" mit Antriebsachsen C, C‘, C" auf, wobei die Antriebsachsen C, C des ersten Mo tors 17 und des zweiten Motors 17' parallel zu einander und in einem rechten Winkel zu der Längsachse B verlaufen. Die Antriebsachse C" des dritten Motors 17" verläuft parallel zu der Längsachse B. Die Längsachse B ist die gemeinsame Achse in Längsrichtung des chirurgischen Instruments 1 nach Fig. 1 sowie des Lenkgetriebes 13. Darin liegt auf der Längsachse B der Schaft 2 des chirurgischen Instruments 1 und ebenso ein sich an den Schaft 2 anschließendes Schaftelement 21, auf dem der Taumel -Lenkring 14 angeordnet ist. The steering gear 13 has, as can be seen in Fig. 2 and 3, three drives with motors 17, 17 ', 17' with drive axles C, C', C', the drive axles C, C of the first motor 17 and of the second motor 17' are parallel to each other and at right angles to the longitudinal axis B. The drive axis C" of the third motor 17" runs parallel to the longitudinal axis B. The longitudinal axis B is the common axis in the longitudinal direction of the surgical instrument 1 according to FIG. 1 and of the steering gear 13. The shaft 2 of the surgical instrument lies on the longitudinal axis B therein 1 and also a shaft element 21 adjoining the shaft 2, on which the wobble steering ring 14 is arranged.
Die ersten beiden Motoren 17, 17' haben je eine Antriebswelle 17a, 17b, auf denen je ein Ritzel 19, 19' sitzt. Die Ritzel 19, 19' stehen mit je mit einer Getriebewelle 15, 15' in Ein griff, wobei jede Getriebewelle 15, 15' einen Kontaktwalzenabschnitt K und einen An triebsabschnitt A aufweist. Die Getriebewellen 15, 15‘ haben jeweils eine zu der Längs achse B parallele Drehachse D, D‘, die mit der Längsachse B einen Mittelpunktswinkel von 90 ° aufspannen, wie in Fig. 6 dargestellt ist. The first two motors 17, 17' each have a drive shaft 17a, 17b, on each of which a pinion 19, 19' is seated. The pinions 19, 19' are each connected to a gear shaft 15, 15', each gear shaft 15, 15' having a contact roller section K and a drive section A on. The gear shafts 15, 15' each have an axis of rotation D, D' which is parallel to the longitudinal axis B and forms a central angle of 90° with the longitudinal axis B, as shown in FIG.
Der Antriebsabschnitt A jeder Getriebewelle 15, 15‘ weist einen umfänglich rundverzahn ten Zahnstangenabschnitt 18, 18‘ auf, mit dem jedes Ritzel 19, 19' kämmt. Die Verzahnung ist gerade, so dass, wenn einer oder beide der Motoren 17, 17' ihre Antriebswellen 17a, 17b rotieren, die Ritzel 19, 19' ebenso rotieren, wobei auf Grund des ständigen Eingriffs in den jeweiligen Zahnstangenabschnitte 18, 18' der Getriebewellen 15, 15' die Getriebewellen 15, 15' linear verschoben werden, in distaler oder proximaler Richtung, je nach Drehrich tung der Antriebswellen 17a, 17b. Der Zahnstangenabschnitt 18, 18‘ hat eine Länge, die einem axialen Verschiebeweg der Getriebewelle 15, 15‘ entspricht. The drive section A of each transmission shaft 15, 15' has a circumferentially round toothed rack section 18, 18', with which each pinion 19, 19' meshes. The gearing is straight so that when one or both of the motors 17, 17' rotate their drive shafts 17a, 17b rotate, the pinions 19, 19 'rotate as well, due to the constant engagement in the respective rack sections 18, 18' of the gear shafts 15, 15 'the gear shafts 15, 15' are linearly displaced in the distal or proximal direction, depending on the direction of rotation direction of the drive shafts 17a, 17b. The toothed rack section 18, 18' has a length which corresponds to an axial displacement path of the transmission shaft 15, 15'.
Der jeweilige Kontaktwalzenabschnitt K der Getriebewellen 15, 15' sitzt in einem distalen Bereich der Getriebewellen 15, 15' und kontaktiert tangential eine Mantelfläche des Tau- mel-Lenkrings 14 an einem Kontaktpunkt E, E‘ auf einer Wirkfläche W, wie insbesondere in Fig. 7 zu sehen ist. Die Wirkfläche W entspricht der kompletten Mantelfläche des Tau- mel-Lenkrings 14. Die geometrische Form des Taumel -Lenkrings 14 ist eine symmetrische Kugelscheibe, deren geometrischer Mittelpunkt auf der Längsachse B liegt. Zusammen mit den Drehachsen D, D' der Getriebewellen 15, 15' bildet der Mittelpunkt ein gleichschenk liges Dreieck, dessen Schenkel jeweils durch eine Gerade definiert werden, die senkrecht zu der Längsachse B und zu der jeweilige Drehachse D, D‘ durch den Mittelpunkt der Ku gelscheibe und den Kontaktpunkt E, E‘ an der Wirkfläche W des Taumel -Lenkrings 14 verläuft und jeweils eine kardanische Schwenkachse F, F‘ definiert, die am Mittelpunkt ei nen rechten Winkel einschließen. Um diese Schwenkachsen F, F' kann der Taumel- Lenkring 14 in alle drei Raumrichtungen verkippt werden. The respective contact roller section K of the gear shafts 15, 15' sits in a distal area of the gear shafts 15, 15' and makes tangential contact with a lateral surface of the wobble steering ring 14 at a contact point E, E' on an active surface W, as shown in particular in Fig. 7 can be seen. The effective surface W corresponds to the complete lateral surface of the swash steering ring 14. The geometric shape of the swash steering ring 14 is a symmetrical spherical disk, the geometric center of which lies on the longitudinal axis B. Together with the axes of rotation D, D 'of the gear shafts 15, 15', the center forms an isosceles triangle whose legs are each defined by a straight line perpendicular to the longitudinal axis B and to the respective axis of rotation D, D 'through the center of the Ku gel disc and the contact point E, E 'on the effective surface W of the swash -Lenkrings 14 and each have a gimbal pivot axis F, F' defined, which enclose a right angle at the center ei NEN. The wobble steering ring 14 can be tilted in all three spatial directions about these pivot axes F, F'.
Um die lineare Bewegung der Getriebewellen 15, 15' auf den Taumel -Lenkring 14 zu über tragen, sind in dem Kontaktwalzenabschnitt K Kraftübertrager 16, 16' vorgesehen, die als umlaufende Gummierung über Reibschluss die Kraftübertragung bewerkstelligen. Ein Ma terial mit hoher Reibungszahl erhöht die Traktion und damit die auf die Wirkfläche W übertragbare Kraft, sowohl für Verkippung, als auch Rotation. In order to transfer the linear movement of the transmission shafts 15, 15' to the wobble steering ring 14, force transmitters 16, 16' are provided in the contact roller section K, which, as a circumferential rubber coating, accomplish the force transmission via frictional engagement. A material with a high coefficient of friction increases traction and thus the force that can be transmitted to the active surface W, both for tilting and for rotation.
Die beiden Getriebewellen 15, 15‘ werden durch den dritten Motor 17“ gleichläufig zur Rotation um die jeweilige Drehachse D, D‘ angetrieben. Dazu weist jede Getriebewelle 15, 15' an ihrem freien, proximalen Ende des Antriebsabschnitts A ein Zahnrad 25, 25 ‘ auf, das mit einem gemeinsamen Antriebszahnrad 23 kämmt. Das gemeinsame Antriebszahn rad 23 wird über eine zu der Längsachse B und den Drehachsen D, D‘ parallelen An triebswelle 23 ‘, die die dritte Antriebsachse C“ definiert, (vgl. Fig. 5) von dem dritten Mo tor 17“ angetrieben. Eine axiale Länge des Antriebszahnrads 23 ist an den axialen Verschiebeweg jeder Ge triebewelle 15, 15‘ angepasst, sodass bei der linearen Vor- und Zurückbewegung der Ge triebewellen 15, 15' die Zahnräder 25, 25 ‘ in Eingriff mit dem gemeinsamen Antriebszahn rad 23 bleiben. Die Zahnräder 25, 25' sind mit den Getriebewellen 15, 15' über geeignete Befestigungsmitte, hier, wie in Fig. 4 zu sehen, Gewindestifte 39, die in radiale Bohrungen in einem ungezahnten Abschnitt der Zahnräder 25, 25 ‘ eingebracht sind, verbunden, so dass eine schlupflose Rotation der Getriebewellen 15, 15' möglich ist. The two gear shafts 15, 15' are driven by the third motor 17'' in the same direction for rotation about the respective axis of rotation D, D'. For this purpose, each transmission shaft 15, 15' has a gear wheel 25, 25' at its free, proximal end of the drive section A, which meshes with a common drive gear wheel 23. The common drive toothed wheel 23 is driven by the third motor 17″ via a drive shaft 23′ parallel to the longitudinal axis B and the axes of rotation D, D′, which defines the third drive axis C″ (see FIG. 5). An axial length of the drive gear 23 is adapted to the axial displacement path of each gear shaft 15, 15', so that the gears 25, 25' remain in mesh with the common drive gear 23 during the linear back and forth movement of the gear shafts 15, 15' . The gears 25, 25' are connected to the transmission shafts 15, 15' via suitable fastening means, here, as can be seen in FIG. so that a slip-free rotation of the gear shafts 15, 15' is possible.
Der Taumel -Lenkring 14 mit der Form einer symmetrischen Kugelscheibe weist zwei Stirnflächen auf, wie in Fig. 2 bis 6 und insbesondere Fig. 8 zu sehen ist. Eine erste Stirn fläche 28 ist in distale Richtung ausgerichtet und hat eine erste trichterförmige Ausneh mung 28'. In einen Grund der ersten trichterförmigen Ausnehmung 28' sind die Durch- trittsb ohrungen 30 zur Durchführung der Lenkdrähte 12 (in Fig. 3, 5 bis 8 gezeigt) einge bracht, sowie eine zentral-axiale Durchgangsöffnung 14' des Taumel -Lenkrings 14, die sich von der ersten Stirnfläche 28 zu einer zweiten Stirnfläche 29 auch durch deren Tricht ergrund erstreckt, so dass der Taumel-Lenkring 14 auf dem Schaftelement 21 gelagert werden kann. Die zweite Stirnfläche 29 des Taumel -Lenkrings 14 weist eine zweite trich terförmige Ausnehmung 29' auf. Diese zweite trichterförmige Ausnehmung 29' hat einen kleineren Durchmesser als die erste trichterförmige Ausnehmung 28' und erlaubt ein Ver kippen auf dem Schaftelement 21. The wobble steering ring 14, which is in the form of a symmetrical spherical disc, has two end faces, as can be seen in FIGS. 2 to 6 and in particular in FIG. A first end face 28 is oriented in the distal direction and has a first funnel-shaped recess 28'. In a base of the first funnel-shaped recess 28 ', the through-holes are 30 for carrying out the steering wires 12 (shown in Fig. 3, 5 to 8) is introduced, as well as a central-axial through-opening 14' of the swash -Lenkrings 14, the extends from the first end face 28 to a second end face 29 also through its funnel, so that the wobble steering ring 14 can be mounted on the shaft element 21. The second end face 29 of the wobble steering ring 14 has a second funnel-shaped recess 29'. This second funnel-shaped recess 29' has a smaller diameter than the first funnel-shaped recess 28' and allows tilting on the shaft element 21.
Der Taumel -Lenkring 14 ist über eine mit der Schaftwelle 21 um die Längsachse B rotier bare kardanische Lagervorrichtung auf dem Schaftelement 21 angeordnet. Die Lagervor richtung weist eine Kreuzgelenkscheibe 10 auf, die in der zentral-axialen Durchgangsöff nung 14' des Taumel-Lenkrings 14 und auf der Schaftwelle 21 angeordnet ist. Die Kreuz gelenkscheibe 10, die in Fig. 2, 3 und insbesondere 5 zu sehen ist, weist vier um jeweils 90 ° zueinander versetzten radialen Durchgangsbohrungen 32 auf, von denen in Fig. 5 zwei koaxiale Durchgangsbohrungen 32 zu sehen sind, in denen jeweils ein Lagerstift 34 ange ordnet ist. Auch in den beiden weiteren, um 90 ° dazu versetzten radialen Durchgangsboh rungen der Kreuzgelenkscheibe 10 ist jeweils ein Lagerstift 33 angeordnet, von denen in Fig. 3 einer zu sehen ist, der sich in eine Durchgangsbohrung 31 in dem Taumel-Lenkring 14 erstreckt, die mit der entsprechenden Durchgangsbohrung in der Kreuzgelenkscheibe 10 fluchtet. So bilden jeweils zwei um 180 ° zueinander versetzt angeordnete Lagerstifte 33, 34 ein erstes und ein zweites Lagerstiftepaar, wobei das erste Lagerstiftepaar, von dem in Fig. 3 ein erster Lagerstift 33 in der radialen Durchgangsbohrung 31 des Taumel- Lenkrings 14 angeordnet und in Fig. 6 beide Lagerstifte 33 zu sehen sind, den Taumel- Lenkring 14 mit der Kreuzgelenkscheibe 10 verbindet. Die zwei weiteren um 180 ° zuei nander versetzt angeordneten, d. h. koaxialen zweiten Lagerstifte 34, die das zweite Lager stiftepaar bilden, verbinden die Kreuzgelenkscheibe 10 mit dem Schaftelement 21, wobei das erste Lagerstiftepaar aus ersten Lagerstiften 33 um 90 ° versetzt zu dem zweiten Lager stiftepaar aus zweiten Lagerstiften 34 vorliegt. Somit ist die Kreuzgelenkscheibe 10 mittels der zweiten Lagerstifte 34 verschwenkbar auf dem Schaftelement 21 angeordnet und lagert über die Lagerstifte 33 den Taumel-Lenkring 14, so dass dieser um die Schwenkachsen F, F' verkippt werden kann. Damit erfolgt auch die Übertragung der durch das LenkgetriebeThe wobble steering ring 14 is arranged on the shaft element 21 via a cardanic bearing device which can be rotated about the longitudinal axis B with the shaft shaft 21 . The bearing device has a universal joint disc 10 which is arranged in the central-axial through-opening 14' of the wobble steering ring 14 and on the shaft shaft 21. The universal joint disk 10, which can be seen in Fig. 2, 3 and in particular 5, has four offset by 90 ° to each other radial through holes 32, of which two coaxial through holes 32 can be seen in Fig. 5, in each of which a Bearing pin 34 is arranged. A bearing pin 33 is also arranged in each of the two other radial through-bores of the universal joint disk 10, which are offset by 90° thereto, one of which can be seen in FIG aligned with the corresponding through hole in the universal joint disk 10. In this way, two bearing pins 33, 34 arranged offset from one another by 180° form a first and a second pair of bearing pins, with the first pair of bearing pins, from which in 3 a first bearing pin 33 is arranged in the radial through hole 31 of the swash steering ring 14 and in FIG. The two other bearing pins 34 which are offset by 180° from one another, i.e. are coaxial and which form the second pair of bearing pins, connect the universal joint disk 10 to the shaft element 21, the first pair of bearing pins consisting of first bearing pins 33 being offset by 90° to the second pair of bearing pins from second bearing pins 34 is present. The universal joint disk 10 is thus pivotably arranged on the shaft element 21 by means of the second bearing pins 34 and supports the wobble steering ring 14 via the bearing pins 33 so that it can be tilted about the pivot axes F, F′. This also transfers the power through the steering gear
13 betätigbaren Rotationsbewegung des Taumel -Lenkrings 14 um die Längsachse B auf das Schaftelement 21 und damit den Schaft 2 über die kardanische Lagervorrichtung mit der Kreuzgelenkscheibe 10 und den beiden Lagerstiftpaaren. 13 operable rotational movement of the wobble steering ring 14 about the longitudinal axis B on the shaft element 21 and thus the shaft 2 via the gimbal bearing device with the universal joint disk 10 and the two pairs of bearing pins.
Die sich bewegenden Bauteile des Lenkgetriebe 13, wie vordergründig Taumel -LenkringThe moving components of the steering gear 13, such as primarily wobble steering ring
14 und Getriebewellen 15, 15' sind in einem Lagergehäuse 20 eingebettet, das eine Basis platte 22 aufweist, die unterhalb der zwei Getriebewellen 15,15‘ und parallel zu diesen an geordnet ist, wie Fig. 2, 3 und 4 zeigen. In distaler Richtung schließt an die Basisplatte 22 eine erste Seitenplatte 24 an, die an dem Ende der Kontaktabschnitte K, K‘ der Getriebe wellen 15, 15‘ vorliegt und zwei Durchtrittsbohrungen 26 (vgl. Fig. 6) zur drehbaren Lage rung der Getriebewellen 15,15‘ hat. Zur Lagerung der Getriebewellen 15,15‘ sind vor zugsweise Wälzlager, beispielsweise Kugellager, gegebenenfalls auch Gleitlager vorgese hen, die in die Durchtrittsbohrungen 26 eingearbeitet sind. In proximaler Richtung weist das Lagergehäuse 20 eine zweite Seitenplatte 24 ‘ mit zwei Durchtrittsbohrungen 27 auf, durch die sich der Antriebsabschnitt A zwischen den Zahnungsabschnitten 18, 18' und den endständigen Zahnrädern 25, 25 ‘ erstreckt. Die zweite Seitenplatte 24 ‘ ist an dem von der ersten Seitenplatte 24 abgewandten Ende der Basisplatte 22 an dieser befestigt. Ferner weist die zweite Seitenplatte 24 ‘ eine Durchtrittsbohrung 26‘ zur Lagerung der Antriebs welle 23 ‘ des Antriebszahnrads 23 auf, wie in Fig. 5 zu sehen. Dort ist auch die beidseitige Lagerung des Schaftelements 21 dargestellt: Zur proximal sei ti gen Lagerung des Schaf telements 21 weist die zweite Seitenplatte 24 ‘ eine weitere Durchtrittsbohrung 27‘ mit ei nem Lagerring 38 auf. Zur distal sei tigen Lagerung des Schaftelements 21 im Bereich des proximalen Endes 3 des Schafts 2 weist das Gehäuse 20 eine dritte Seitenplatte 24“ mit einer Durchtrittsbohrung 27“ auf, in der ebenfalls ein Wälzlager 35 angeordnet ist. 14 and transmission shafts 15, 15' are embedded in a bearing housing 20 which has a base plate 22 which is arranged below the two transmission shafts 15,15' and parallel to these, as shown in FIGS. 2, 3 and 4. In the distal direction, the base plate 22 is adjoined by a first side plate 24, which is at the end of the contact sections K, K' of the gear shafts 15, 15' and two through-holes 26 (see FIG. 6) for the rotatable positioning of the gear shafts 15 has '15'. To support the gear shafts 15, 15', roller bearings, for example ball bearings, optionally also plain bearings, which are incorporated in the through-holes 26, are preferably provided. In the proximal direction, the bearing housing 20 has a second side plate 24' with two through-bores 27, through which the drive section A extends between the toothed sections 18, 18' and the terminal gear wheels 25, 25'. The second side plate 24 ′ is fastened to the base plate 22 at the end of the base plate 22 which is remote from the first side plate 24 . Furthermore, the second side plate 24' has a through hole 26' for mounting the drive shaft 23' of the drive gear wheel 23, as can be seen in FIG. The mounting of the shaft element 21 on both sides is also shown there: For the mounting of the shaft element 21 on the proximal side, the second side plate 24' has a further through hole 27' with a bearing ring 38. For distal storage of the shaft element 21 in the area of the At the proximal end 3 of the shaft 2, the housing 20 has a third side plate 24" with a through hole 27" in which a roller bearing 35 is also arranged.
Ferner trägt die zweite Seitenplatte 24 ‘ Befestigungsmittel 37, mit denen der dritte Motor 17“ an dem Lagergehäuse 20 befestigt ist. Die Länge der Befestigungsmittel 37 entspricht zumindest der Länge des Zahnrades 23, so dass die Befestigungsmittel 37 den Verschie beweg der Getriebewellen 15, 15' stabil halten. Über elektrische Verbindungen 36 können alle drei Motoren 17, 17', 17" mit einer Stromquelle (extern oder in dem chirurgischen In strument 1 vorliegend) verbunden werden. Furthermore, the second side plate 24' carries fastening means 37 with which the third motor 17'' is fastened to the bearing housing 20. The length of the fastening means 37 corresponds at least to the length of the gear wheel 23, so that the fastening means 37 keep the displacement movement of the transmission shafts 15, 15' stable. All three motors 17, 17', 17'' can be connected to a power source (external or present in the surgical instrument 1) via electrical connections 36.
Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln be trachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Die vorliegende Er findung stellt ein Lenkgetriebe 13 für ein chirurgisches Instrument 1 mit einem Schaft 2, an dessen distalem Ende 5 eine Abwinkelungsmechanik 9 zur Betätigung eines Werk zeugs 6 vorliegt, und ein chirurgisches Instrument 1 mit einem solchen Lenkgetriebe be reit. Das Lenkgetriebe 13 hat ein Schaftelement 21 mit einer Längsachse B, das bei einer Montageanordnung des Lenkgetriebes 13 mit dem chirurgischen Instrument 1 den Schaft 2 fortsetzt. Es weist einen Taumel -Lenkring 14 auf, der operativ mit der distalen Abwinke lungsmechanik 9 koppelbar ist und eine zentral-axiale Durchgangsöffnung 14' für eine in axialer Längsrichtung auf dem Schaftelement 21 des Lenkgetriebes 13 festgelegte Lager vorrichtung aufweist, die mit dem Schaftelement 21 um die Längsachse B rotierbar ist. Drei motorisierte Antriebe liegen vor, die operativ mit dem Taumel -Lenkring 14 zur Über tragung der Stellwinkel der drei Antriebe auf den Taumel -Lenkring 14 gekoppelt sind, wo bei der Taumel-Lenkring 14 über die Stellwinkel zweier der drei Antriebe räumlich in Be zug auf zwei senkrecht zueinander und zu der Längsachse B verlaufende Schwenkach sen F, F‘ ausrichtbar ist und über den Stellwinkel des dritten der drei Antriebe um die Längsachse B rotierbar ist. BEZUGSZEICHENLISTE The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations. The present invention provides a steering gear 13 for a surgical instrument 1 with a shaft 2, at the distal end 5 of which there is a bending mechanism 9 for actuating a tool 6, and a surgical instrument 1 with such a steering gear is ready. The steering gear 13 has a shaft element 21 with a longitudinal axis B, which continues the shaft 2 when the steering gear 13 is assembled with the surgical instrument 1 . It has a wobble steering ring 14 which can be operatively coupled to the distal bending mechanism 9 and has a central-axial through opening 14' for a bearing device which is fixed in the axial longitudinal direction on the shaft element 21 of the steering gear 13 and which is connected to the shaft element 21 the longitudinal axis B is rotatable. There are three motorized drives that are operatively coupled to the swash steering ring 14 for transmitting the setting angle of the three drives to the swash steering ring 14, where the swash steering ring 14 spatially relates to the setting angle of two of the three drives two pivot axes F, F' running perpendicular to one another and to the longitudinal axis B can be aligned and can be rotated about the longitudinal axis B via the setting angle of the third of the three drives. REFERENCE LIST
1 Chirurgisches Instrument 1 surgical instrument
2 Schaft 2 shaft
3 Proximales Ende (Schaft) 3 Proximal End (Shaft)
4 Betätigungseinheit 4 operating unit
5 Distales Ende (Schaft) 5 Distal End (Shaft)
6 Werkzeugspitze 6 tool tip
7 Werkzeug 7 tool
8 Betätigungselement 8 actuator
9 Gel enkmechani smu s 9 Gel enkmechani smu s
10 Kardani sehe Lagervorri chtung/Kreuzgel enkscheib e 11 Schwenkglied 12 Lenkdraht 10 Gimbal bearing assembly/cross pivot washer 11 Pivot link 12 Steering wire
13 Lenkgetriebe 13 steering gear
14 Taumel -Lenkring 14' zentrale Durchgangsöffnung des Taumel-Lenkrings für Schaft 214 wobble steering ring 14' central passage opening of the wobble steering ring for shaft 2
15, 15’ Getriebewellen 15, 15' gear shafts
16, 16’ Kraftübertrager 16, 16' power transmitter
17, 17’, 17" Motor 17a, 17b Antriebswelle 17, 17', 17" motor 17a, 17b drive shaft
18, 18’ Z ahnstangenab schnitt 18, 18' rack section
19, 19’ Ritzel 19, 19' sprocket
20 Lagergehäuse 20 bearing housing
21 Schaftelement 21 stem element
22 Gehäusebasis 22 case base
23, 23 ‘ Antriebszahnrad, Antriebswelle 23, 23' drive gear, drive shaft
24, 24’, 24“ Erste/zweite/dritte Seitenplatte 24, 24', 24" 1st/2nd/3rd Sideplate
25, 25’ Zahnrad 25, 25' gear
26 Durchgangsöffnungen erste Seitenplatte 26 through holes first side plate
26‘, 27, 27’ Durchgangsöffnungen zweite Seitenplatte 27“ Durchgangsöffnung dritte Seitenplatte 26', 27, 27' through openings second side plate 27" through opening third side plate
28 Erste Stirnfläche 28' Erste trichterförmige Ausnehmung 28 First face 28' First funnel-shaped recess
29 Zweite Stirnfläche 29 Second face
29' Zweite trichterförmige Ausnehmung 29' Second funnel-shaped recess
30 Durchgangsbohrung Lenkdrähte 30 through hole steering wires
31, 32 Durchgangsbohrungen in Taumel -Lenkring, in Kreuzgelenkscheibe31, 32 through holes in wobble steering ring, in universal joint disk
33, 34 Lagerstifte 33, 34 bearing pins
35 Lagerring 35 bearing ring
36 Elektrische Verbindungen 36 Electrical Connections
37 Befestigungsmittel 37 fasteners
38 Lagerring 38 bearing ring
39 Gewindestift 39 grub screw
A Antrieb sab schnitt A drive section
B Längsachse B longitudinal axis
C, C, C" Antriebsachsen erster/zweiter/dritter Antrieb C, C, C" drive axles first/second/third drive
D, D' Drehachse Antriebswalzen D, D' axis of rotation drive rollers
E, E‘ Kontaktpunkt Kraftübertrager-Wirkfläche E, E' contact point force transmitter effective surface
F, F' Schwenkachsen des Taumel -Lenkrings F, F' Pivoting axes of the wobble steering ring
K Kontaktab schnitt K contact section
W Wirkfläche W effective area

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Lenkgetriebe (13) für ein chirurgisches Instrument (1) mit einem Schaft (2), an dessen distalem Ende (5) eine Abwinkelungsmechanik (9) zur Betätigung eines Werkzeugs (6) vorliegt, wobei das Lenkgetriebe (13) 1. Steering gear (13) for a surgical instrument (1) with a shaft (2), at the distal end (5) of which there is a bending mechanism (9) for actuating a tool (6), the steering gear (13)
- am proximalen Ende (3) des Schafts (2), der eine Längsachse (B) aufweist, anordenbar ist und - Can be arranged at the proximal end (3) of the shaft (2), which has a longitudinal axis (B), and
- ein Schaftelement (21) aufweist, das ebenfalls eine Längsachse (B) hat und das bei einer Montageanordnung des Lenkgetriebes (13) mit dem chirurgisches Instrument (1) den Schaft (2) fortsetzt, und - has a shaft element (21) which also has a longitudinal axis (B) and which continues the shaft (2) when the steering gear (13) is assembled with the surgical instrument (1), and
- einen Taumel-Lenkring (14) aufweist, der operativ mit der distalen Abwinkelungsmechanik (9) zur Steuerung der Abwinkelung derselben koppelbar ist und eine zentral-axiale Durchgangsöffnung (14') für eine in axialer Längsrichtung auf dem Schaftelement (21) des Lenkgetriebes (13) festgelegte Lagervorrichtung, die mit dem Schaftelement (21) um die Längsachse (B) rotierbar ist, aufweist, und- has a wobble steering ring (14) which can be operatively coupled to the distal deflection mechanism (9) for controlling the deflection thereof and a central-axial through-opening (14') for an axially longitudinal passage on the shaft element (21) of the steering gear ( 13) fixed bearing device which is rotatable with the shaft element (21) about the longitudinal axis (B), and
- drei motorisierte Antriebe aufweist und eine operative Kopplung der drei Antriebe mit dem Taumel-Lenkring (14) zur Übertragung der Stellwinkel der drei Antriebe auf den Taumel-Lenkring (14) bereitstellt, wobei der Taumel -Lenkring (14) über die Stellwinkel zweier der drei Antriebe räumlich in Bezug auf zwei senkrecht zueinander und zu der Längsachse (B) verlaufende Schwenkachsen (F, F‘) ausrichtbar ist und über den Stellwinkel des dritten der drei Antriebe um die Längsachse (B) rotierbar ist. - Has three motorized drives and provides an operative coupling of the three drives with the swash steering ring (14) for the transmission of the setting angles of the three drives to the swash steering ring (14), the swash steering ring (14) being adjusted via the setting angles of two of the three drives can be spatially aligned in relation to two pivot axes (F, F') running perpendicular to one another and to the longitudinal axis (B) and can be rotated about the longitudinal axis (B) via the setting angle of the third of the three drives.
2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Schaftelement (21) um die Längsachse (B) rotierbare Lagervorrichtung des Taumel-Lenkrings (14) eine kardanische Lagervorrichtung ist, die eine in der zentral-axialen Durchgangsöffnung (14') angeordnete Kreuzgelenkscheibe (10) mit vier um jeweils 90 ° zueinander versetzten radialen Durchgangsbohrungen (32) aufweist, wobei in jeder radialen Durchgangsbohrung (32) ein Lagerstift (33, 34) angeordnet ist, wobei zwei in den Durchgangsbohrungen (32) koaxial zueinander angeordnete erste Lagerstifte (33) mit dem Taumel -Lenkring (14) verbunden sind und zwei in den um 90 ° versetzten Durchgangsbohrungen (32) koaxial zueinander angeordnete zweite Lagerstifte (34) mit dem Schaftelement (21) verbunden sind. 2. Steering gear according to Claim 1, characterized in that the bearing device of the wobble steering ring (14) which can be rotated about the longitudinal axis (B) with the shaft element (21) is a cardanic bearing device which has a central axial through-opening (14') arranged universal joint disk (10) with four radial through bores (32) offset by 90° to one another, wherein a bearing pin (33, 34) is arranged in each radial through bore (32), two first Bearing pins (33) are connected to the wobble steering ring (14) and two second bearing pins (34) arranged coaxially to one another in the through bores (32) offset by 90° are connected to the shaft element (21).
3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumel -Lenkring (14) eine kugelscheibenförmige Außenmantelfläche als Wirkfläche (W) aufweist, und das Lenkgetriebe (13) zwei längsaxial verschiebbare Getriebewellen (15, 15‘) mit jeweils einem Kontaktwalzenabschnitt (K) mit einem Kraftübertrager (16, 16‘) aufweist, wobei die Getriebewellen (15, 15‘) jeweils eine zu der Längsachse (B) parallele Drehachse (D, D‘) haben, die mit der Längsachse (B) einen Mittelpunktswinkel von 90 ° aufspannen, und wobei der jeweilige Kontaktwalzenabschnitt (K) die Wirkfläche (W) des Taumel- Lenkrings (14) an einem Kontaktpunkt (E; E‘) kontaktiert, wobei die beiden Schwenkachsen (F, F‘) jeweils durch eine Gerade definiert werden, die durch den auf der Längsachse (B) liegenden Mittelpunkt der kugelscheibenförmige Außenmantelfläche und durch den jeweiligen Kontaktpunkt (E, E‘) des jeweiligen Kontaktwalzenabschnitts (K) mit der Wirkfläche (W) verläuft. 3. Steering gear according to Claim 1 or 2, characterized in that the wobble steering ring (14) has a spherical disk-shaped outer lateral surface as the active surface (W), and the steering gear (13) has two gear shafts (15, 15') which can be displaced longitudinally and axially, each with a contact roller section (K) with a force transmitter (16, 16'), wherein the gear shafts (15, 15') each have an axis of rotation (D, D') which is parallel to the longitudinal axis (B) and which forms a central angle with the longitudinal axis (B). of 90°, and with the respective contact roller section (K) contacting the active surface (W) of the wobble steering ring (14) at a contact point (E; E'), with the two pivot axes (F, F') each passing through a straight line are defined, which runs through the center point of the spherical disk-shaped outer lateral surface lying on the longitudinal axis (B) and through the respective contact point (E, E') of the respective contact roller section (K) with the active surface (W).
4. Lenkgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Getriebewelle (15, 15‘) einen Antriebsabschnitt (A) hat, der einen umfänglich rundverzahnten Zahnstangenabschnitt (18, 18‘) aufweist, der einen axialen Verschiebeweg der Getriebewelle (15, 15‘) definiert und mit einem Ritzel (19, 19') kämmt, das auf einer Antriebswelle (17a, 17b) des jeweiligen Motors (17,17‘) sitzt, wobei die Antriebswellen (17a, 17b) Antriebssachsen (C, C‘) definieren, die senkrecht zu der Längsachse (B) und den Drehachsen (D, D‘) der Getriebewellen (15, 15') verlaufen. 4. Steering gear according to Claim 3, characterized in that each gear shaft (15, 15') has a drive section (A) which has a toothed rack section (18, 18') which is circumferentially round-toothed and which defines an axial displacement path of the gear shaft (15, 15'). ) and meshes with a pinion (19, 19') seated on a drive shaft (17a, 17b) of the respective motor (17,17'), the drive shafts (17a, 17b) defining drive axles (C, C'). , which are perpendicular to the longitudinal axis (B) and the axes of rotation (D, D') of the transmission shafts (15, 15').
5. Lenkgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Getriebewellen (15, 15‘) durch den dritten Motor (17“) gleichläufig zur Rotation um die jeweilige Drehachse (D, D‘) angetrieben werden, wobei bevorzugt jede Getriebewelle (15, 15‘) an einem freien Ende des Antriebsabschnitts (A) ein Zahnrad (25, 25 ‘) aufweist, das mit einem gemeinsamen Antriebszahnrad (23) kämmt, das über eine zur Längsachse (B) und den Drehachsen (D, D‘) parallelen Antriebswelle von dem dritten Motor (17“) angetrieben wird. 5. Steering gear according to Claim 3 or 4, characterized in that the two gear shafts (15, 15') are driven by the third motor (17") in the same direction for rotation about the respective axis of rotation (D, D'), with each gear shaft preferably being driven (15, 15') has a gear wheel (25, 25') at a free end of the drive section (A) which meshes with a common drive gear wheel (23) which is connected to the longitudinal axis (B) and the axes of rotation (D, D ') parallel drive shaft is driven by the third motor (17").
6. Lenkgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge des Antriebszahnrads (23) an den axialen Verschiebeweg der Getriebewelle (15, 15‘) angepasst ist. 6. Steering gear according to claim 5, characterized in that an axial length of the drive gear (23) is adapted to the axial displacement path of the gear shaft (15, 15').
7. Lenkgetriebe (13) nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftübertragung zwischen den Kontaktwalzenabschnitten (K) der Getriebewellen (15, 15') und dem Wirkabschnitt (W) des Taumel-Lenkrings (14) durch Reibschluss bereitgestellt wird, wobei zumindest einer der Reibungspartner aus dem Wirkabschnitt (W) des Taumel -Lenkrings (14) und dem jeweiligen Kontaktwalzenabschnitt (K) eine Ummantelung aus einem reibungserhöhenden Material aufweist oder aus einem reibungserhöhenden Material besteht, das bevorzugt ein Elastomer ist. 7. Steering gear (13) according to at least one of Claims 3 to 6, characterized in that force is transmitted between the contact roller sections (K) of the transmission shafts (15, 15') and the active section (W) of the wobble steering ring (14) by frictional engagement is provided, wherein at least one of the friction partners from the active section (W) of the wobble steering ring (14) and the respective contact roller section (K) has a casing made of a friction-increasing material or consists of a friction-increasing material, which is preferably an elastomer.
8. Lenkgetriebe (13) nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (13) ein Lagergehäuse (20) aufweist, das eine Basisplatte (22) aufweist, die unterhalb der zwei Getriebewellen (15,15‘) und parallel zu diesen angeordnet ist, und das 8. Steering gear (13) according to at least one of Claims 3 to 7, characterized in that the steering gear (13) has a bearing housing (20) which has a base plate (22) which is below the two gear shafts (15, 15'). and arranged parallel to them, and that
- eine erste Seitenplatte (24) aufweist, die an dem Ende der Kontaktabschnitte (K,- has a first side plate (24) which is attached to the end of the contact sections (K,
K‘) der Getriebewellen (15,15‘) an der Basisplatte (22) befestigt ist und zwei Durchtrittsbohrungen (26) zur Lagerung der Getriebewellen (15,15‘) aufweist, undK') of the gear shafts (15,15') is attached to the base plate (22) and has two through-holes (26) for mounting the gear shafts (15,15'), and
- eine zweite Seitenplatte (24 ‘) mit zwei Durchtrittsbohrungen (27) aufweist, durch die sich der zwischen den Zahnungsabschnitten (18, 18') und den endständigen Zahnrädern (25, 25‘) liegende Antriebsabschnitt erstreckt, und die an dem von der ersten Seitenplatte (24) abgewandten Ende der Basisplatte (22) an dieser befestigt ist. - has a second side plate (24') with two through-holes (27) through which the drive section lying between the toothed sections (18, 18') and the terminal gears (25, 25') extends, and which on the one from the first Side plate (24) opposite end of the base plate (22) is attached to this.
9. Lenkgetriebe (13) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seitenplatte (24 ‘) Befestigungsmittel (37) trägt, mit denen der dritte Motor (17“) an dem Lagergehäuse (20) befestigt ist. 9. Steering gear (13) according to claim 8, characterized in that the second side plate (24') carries fastening means (37) with which the third motor (17") is fastened to the bearing housing (20).
10. Lenkgetriebe (13) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Taumel -Lenkring (14) eine 10. steering gear (13) according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the swash -Lenkring (14) has a
- erste Stirnfläche (28) aufweist, die eine erste trichterförmige Ausnehmung (28') hat, wobei in einem Grund der ersten trichterförmigen Ausnehmung (28') Durchtrittsbohrungen (41) zur Durchführung von Lenkdrähten vorliegen, und wobei sich die zentral -axiale Durchgangsöffnung (14') des Taumel-Lenkrings (14) durch den Trichtergrund erstreckt, und - has a first end face (28) which has a first funnel-shaped recess (28'), in a base of the first funnel-shaped recess (28') there being through-holes (41) for guiding through steering wires, and in which the central-axial through-opening ( 14') of the swash control ring (14) extends through the bottom of the funnel, and
- zweite Stirnfläche (29) aufweist, die zweite trichterförmige Ausnehmung (29') aufweist, die einen kleineren Durchmesser hat als die erste trichterförmige Ausnehmung (28'), und wobei die zentral-axiale Durchgangsöffnung (14') sich weiter durch den Trichtergrund der zweiten trichterförmigen Ausnehmung (29') erstreckt. - has the second end face (29), the second funnel-shaped recess (29'), which has a smaller diameter than the first funnel-shaped recess (28'), and wherein the central-axial through-opening (14') extends further through the funnel base of the second funnel-shaped recess (29').
11. Chirurgisches Instrument (1), das einen Schaft (2), eine am proximalen Ende (3) des Schaftes (2) angeordnete Betätigungseinheit (4) und ein am distalen Ende (5) des Schaftes (2) angeordnetes Werkzeug (7) mit einer mittels einer distalen Abwinkelungsmechanik (9) abwinkelbaren Werkzeugspitze (6) aufweist, wobei die abwinkelbare Werkzeugspitze (6) durch ein Lenkgetriebe (13) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10 räumlich ausrichtbar ist. 11. Surgical instrument (1), which has a shaft (2), an actuating unit (4) arranged at the proximal end (3) of the shaft (2) and a tool (7) arranged at the distal end (5) of the shaft (2). with a tool tip (6) that can be bent by means of a distal bending mechanism (9), wherein the tool tip (6) that can be bent can be spatially aligned by a steering gear (13) according to at least one of Claims 1 to 10.
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