DE102012013242A1

DE102012013242A1 - Chirurgische Instrumentenanordnung

Info

Publication number: DE102012013242A1
Application number: DE201210013242
Authority: DE
Inventors: Sebastian Lohmeier; Wolfgang Schober; Sven Brudniok
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-09

Abstract

Eine erfindungsgemäße chirurgische Instrumentenanordnung weist eine modulare motorische Antriebseinheit (1), die eine Abtriebsanordnung mit wenigstens einem Abtriebselement (10A, 10B; 100; 1000) aufweist; und einen Instrumentenschaft (2), der lösbar mit der Antriebseinheit verbindbar ist und eine Antriebsanordnung mit wenigstens einem Eintriebselement (20A, 20B; 200; 2000) auf, wobei die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels einer mechanischen Schnittstelle miteinander koppelbar sind, die wenigstens eine einseitige Bindung (10A–20A, 10B, 20B); einen Zapfen (100) und eine Aussparung, wobei der Zapfen in der Aussparung radial, insbesondere elastisch und/oder durch wenigstens einen separaten Körper (100.1), aufweitbar ist, und/oder zwischen dem Zapfen und der Aussparung ein in radialer Richtung wellenförmiger Spalt ausgebildet ist, in dem eine radial verschiebbare, axial feste Zwischenelementanordnung (100.7) angeordnet ist; und/oder einen Kipphebel (1000) aufweist; und/oder wobei die chirurgische Instrumentenanordnung eine Sterilbarriere (3), die dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit zu umhüllen und zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet zu werden, und die im Bereich der mechanischen Schnittstelle eine, insbesondere vorgespannte, Lose (3.2; 3.3; 3.4) in einer Verstellrichtung der Ab- und Antriebsanordnung, eine berührungslose translatorisch verschiebbare Dichtung (3.5), ein Ausgleichmittel zum Toleranzausgleich (3.1) und/oder einen Elementfortsatz (3.6) aufweist, der lösbar mit einem von einer Ab- und einem Eintriebselementbasis (11; 21) verbindbar ist, welches die Sterilbarriere zerstörend durchgreift; und/oder ein Befestigungselement (4) zur lösbaren Verbindung mit der Antriebseinheit aufweist, welches dazu vorgesehen ist, auf einer der Antriebseinheit abgewandten Oberfläche der Sterilbarriere angeordnet zu werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine chirurgische Instrumentenanordnung, ein Manipulatorchirurgiesystem mit einer solchen manipulatorgeführten Instrumentenanordnung sowie ein Verfahren zum Bestücken eines Manipulators eines solchen.
Beispielsweise aus der EP 1 015 068 A1 ist ein Manipulatorchirurgiesystem mit einem manipulatorgeführten chirurgischen Instrument bekannt, dessen Freiheitsgrade durch eine Antriebsstranganordnung im Manipulator aktuiert werden, was insbesondere in Hinblick auf Sterilitätsanforderungen die Anbindung des Instruments an den Manipulator erschwert.
Die DE 10 2009 060 987 A1 offenbart ein chirurgisches Manipulatorinstrument mit einer eigenen Antriebseinheit zur Aktuierung von Freiheitsgraden des Instruments, das eine mechanische Schnittstelle mit einem Kupplungselement aufweist, das in eine Hinterschnitt-Ausbuchtung eines weiteren Kupplungselements eingreift, ohne auf Sterilitätsanforderungen einzugehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes chirurgisches Instrument zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine chirurgische Instrumentenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 11 bzw. 12 gelöst. Anspruch 13 stellt ein Manipulatorchirurgiesystem mit einer solchen Instrumentenanordnung unter Schutz, Anspruch 14 ein Verfahren zum Bestücken eines Manipulators eines solchen Manipulatorchirurgiesystems. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine, insbesondere manipulatorgeführte, chirurgische Instrumentenanordnung eine modulare motorische Antriebseinheit auf, die eine Abtriebsanordnung mit einem oder mehreren Abtriebselementen aufweist. Unter einem Abtriebselement wird vorliegend insbesondere ein ein- oder mehrteiliges Element bzw. Bauteil verstanden, welches durch einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, der Antriebseinheit direkt oder indirekt akuier- bzw. in einer Verstellrichtung verstellbar und dazu vorgesehen ist, einen Freiheitsgrad des Instruments zu aktuieren. Die Antriebseinheit kann in einer Ausführung kabellos oder kabelbasiert mit Energie versorgt und/oder gesteuert werden.
Die Instrumentenanordnung weist weiter einen Instrumentenschaft auf, der in einer Ausführung dazu vorgesehen ist, teilweise in einen Patienten eingeführt zu werden, insbesondere durch eine Öffnung zur minimalinvasiven Chirurgie, insbesondere auch Endoskopie. Der Instrumentenschaft kann ganz oder teilweise steif oder flexibel ausgebildet sein und/oder einen Endeffektor aufweisen, insbesondere ein Skalpell, eine Schere, Zange, Klemme, ein optisches Aufnahme- und/oder Beleuchtungsmittel, insbesondere ein Lichtleiter-Ende, ein CCD-Chip (sogenanntes „chip-on-the-tip Endoskop), eine LED oder dergleichen. Insofern kann insbesondere auch ein aktuierbares, insbesondere abwinkelbares, Endoskop einen Instrumentenschaft im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellen. Ein Instrumentenschaft im Sinne der vorliegenden Erfindung weist allgemein einen oder mehrere Freiheitsgrade auf, insbesondere einen oder mehrere Freiheitsgrade zum Positionieren, insbesondere Orientieren, und/oder zum Betätigen eines Endeffektors. In einer Weiterbildung weist er zwei, drei oder mehr Freiheitsgrade, insbesondere Drehfreiheitsgrade, zum Orientieren und/oder einen oder mehrere, insbesondere maximal einen, Freiheitsgrad zum Betätigen, insbesondere Öffnen bzw. Schließen, eines Endeffektors auf. Zur Aktuierung weist er eine Antriebsanordnung mit einem oder mehreren Eintriebselementen auf. Unter einem Eintriebselement wird vorliegend insbesondere ein ein- oder mehrteiliges Element bzw. Bauteil verstanden, welches durch ein zugeordnetes Abtriebselement der Antriebseinheit direkt oder indirekt akuier- bzw. in einer Verstellrichtung verstellbar und dazu vorgesehen ist, einen Freiheitsgrad des Instruments zu aktuieren. Es kann hierzu insbesondere uni- oder bidirektional mit dem Endeffektor gekoppelt sein, in einer Ausführung mechanisch, insbesondere mittels eines oder mehrerer Seilzüge, Stangen, Zahnräder, hydraulisch, pneumatisch oder dergleichen, wobei unter einer unidirektionalen Koppelung insbesondere eine Koppelung derart verstanden wird, dass der Freiheitsgrad durch eine Verstellung des Eintriebselements nur in einem Richtungssinn aktuierbar ist, beispielsweise durch einen Seilzug nur in einer Zugrichtung, unter einer bidirektionalen Koppelung entsprechend insbesondere eine Koppelung derart, dass der Freiheitsgrad durch eine Verstellung des Eintriebselements gegensinnig aktuierbar ist, beispielsweise durch eine Schubstange in Zug- und Druckrichtung.
Der Instrumentenschaft ist lösbar mit der Antriebseinheit verbindbar, die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels einer mechanischen Schnittstelle miteinander koppelbar. In einer Weiterbildung ist der Instrumentenschaft lösbar mit der Antriebseinheit verbunden, die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels der mechanischen Schnittstelle miteinander gekoppelt. Die Instrumentenanordnung wird dann auch kurz als Instrument bezeichnet. In einer Ausführung können jedoch auch zwei oder mehr verschiedene Antriebseinheiten und/oder zwei oder mehr verschiedene Instrumentenschäfte vorgesehen sein, die wahlweise mit einem Instrumentenschaft bzw. einer Antriebseinheit verbindbar sind und sich insbesondere in der Anzahl der aktuierbaren Freiheitsgrade unterscheiden können. Zur kompakteren Darstellung wird daher vorliegend im Allgemeinen von einer Instrumentenanordnung im Sinne eines Satzes von einer oder mehr Antriebseinheiten und einem oder mehr Instrumentenschäften gesprochen, die lösbar miteinander verbindbar bzw. verbunden sind.
Die Instrumentenanordnung bzw. das Instrument, insbesondere die Antriebseinheit oder der Instrumentenschaft, ist in einer Ausführung lösbar an einem Manipulator befestigt und kann hierzu in einer Weiterbildung eine entsprechende Anbindungsschnittstelle aufweisen. Entsprechend betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Bestücken eines Manipulators, wobei eine Antriebseinheit und ein Instrumentenschaft lösbar miteinander verbunden und ihre Ab- und die Antriebsanordnung mittels der mechanischen Schnittstelle miteinander gekoppelt werden. Der Manipulator kann in einer Ausführung ein oder mehrere, insbesondere wenigstens sechs, vorzugsweise sieben oder mehr Freiheitsgrade aufweisen, um das Instrument (redundant) zu führen, insbesondere seinen Endeffektor in einem Patienten zu positionieren.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Ausgestaltung der mechanischen Schnittstelle, mittels der Ab- und Antriebsanordnung miteinander koppelbar bzw. gekoppelt sind.
Nach einem Aspekt weist diese Schnittstelle je eine einseitige Bindung zwischen einem oder mehreren Paaren einander zugeordneter Ab- und Eintriebselemente auf. Unter einer einseitigen Bindung bzw. Koppelung wird vorliegend insbesondere, wie in der Mechanik üblich, verstanden, dass ein Ab- und ein Eintriebselement derart miteinander gekoppelt sind, dass eine Bewegung des einen von dem Ab- und dem Eintriebselement in einer Richtung bzw. einem Richtungssinn zwangsgeführt eine Bewegung des anderen von dem Ab- und dem Eintriebselement bewirkt, eine Bewegung des einen von dem Ab- und dem Eintriebselement in der entgegengesetzten Richtung bzw. dem Gegensinn hingegen keine zwangsgeführte Bewegung des anderen von dem Ab- und dem Eintriebselement bewirkt. Insbesondere kann eine einseitige Bindung dadurch gekennzeichnet sein, dass zwischen Ab- und Eintriebselement direkt oder indirekt nur Druckkräfte und keine Zugkräfte übertragbar sind, wobei vorliegend zur kompakteren Darstellung auch antiparallele Kräftepaare, d. h. Drehmomente, verallgemeinernd als Kräfte bezeichnet werden. Eine einseitige Bindung kann entsprechend dadurch gekennzeichnet sein, dass zwischen Ab- und Eintriebselement direkt oder indirekt nur ein Drehmoment in einer Richtung übertragbar ist, in der Gegenrichtung hingegen, wenigstens im Wesentlichen, kein Drehmoment übertragbar ist. Unter einer zweiseitigen Bindung wird vorliegend entsprechend insbesondere verstanden, dass gegensinnige Bewegungen von Ab- oder Eintriebselement zwangsgeführt auf das jeweils andere Element übertragen werden, insbesondere, dass zwischen Ab- und Eintriebselement direkt oder indirekt Druck- und Zugkräfte bzw. gegensinnige Drehmomente übertragbar sind.
Eine solche einseitige Bindung kann vorteilhaft über eine Sterilbarriere hinweg wirken. Insbesondere können in einer Ausführung ein Ab- und ein zugeordnetes Eintriebselement auf gegenüberliegenden Seiten einer Sterilbarriere angeordnet sein und diese kontaktieren, wobei wenigstens eines von dem Ab- und Eintriebselement nicht mit der Sterilbarriere verbunden ist bzw. sich von dieser lösen kann. Auf diese Weise kann einfach und kompakt eine Sterilbarriere zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet werden.
Nach einem Aspekt weist die mechanische Schnittstelle, mittels der Ab- und Antriebsanordnung miteinander koppelbar bzw. gekoppelt sind, je wenigstens eine Aussparung, die in einem Element von einem oder mehreren Paaren einander zugeordneter Ab- und Eintriebselemente ausgebildet ist, und je einen Zapfen auf, der an dem anderen Element dieses Paares ausgebildet und in diese Aussparung einführbar bzw. eingeführt ist. Insbesondere können also ein oder mehrere Abtriebselemente je einen oder mehrere Zapfen und ihnen zugeordnete Eintriebselemente entsprechende Aussparungen aufweisen. Gleichermaßen können ein oder mehrere Eintriebselemente je einen oder mehrere Zapfen und ihnen zugeordnete Abtriebselemente entsprechende Aussparungen aufweisen.
Nach einem Aspekt sind der bzw. die Zapfen in der jeweiligen Aussparung radial, insbesondere elastisch und/oder durch separate Körper, aufweitbar bzw. aufgeweitet, so dass der Zapfen in der Aussparung, insbesondere axial- und/oder drehfest, fixierbar bzw. fixiert ist. In einer Ausführung kann ein Zapfen durch das radiale Aufweiten reibschlüssig in der Aussparung fixiert werden bzw. sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Zapfen durch das radiale Aufweiten formschlüssig in der Aussparung fixiert werden bzw. sein. Eine Sterilbarriere kann insbesondere zwischen Zapfen und Aussparung angeordnet, insbesondere geklemmt, sein bzw. werden und so einfach und kompakt zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet werden.
In einer Ausführung ist ein Klemmmittel zum radialen Aufweiten eines oder mehrerer in je eine Aussparung eingeführter Zapfen der mechanischen Schnittstelle vorgesehen. Dieses Klemmmittel kann in einer Weiterbildung manuell oder mechanisch aktuiert werden, insbesondere durch einen eigenen, vorzugsweise elektromotorischen, Klemmmittelantrieb. Es kann insbesondere mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektromagnetisch aktuiert werden. Beispielsweise kann ein Klemmmittelantrieb derart weg- oder kraftgesteuert werden, dass er nach einem Einführen des Zapfens in die Aussparung, insbesondere durch eine Verstellung bzw. Aktuierung der Antriebsanordnung, diesen radial aufweitet. Der Zapfen kann ein- oder mehrteilig mit dem Ab- bzw. Eintriebselement ausgebildet sein, insbesondere als separater und/oder elastischer Körper, der mit dem übrigen Ab- bzw. Eintriebselement lösbar oder unlösbar, insbesondere stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verklebt sein kann.
Zur elastischen radialen Aufweitung kann der Zapfen, insbesondere dessen elastischer Körper, in einer Weiterbildung aus Kunststoff, insbesondere Polyurethan und/oder Silikon hergestellt sein. Zur nicht-elastischen Aufweitung kann der Zapfen ein oder mehrere separate, insbesondere lamellenartige, Körper aufweisen, die radial verschieblich, insbesondere um eine Achse radial nach außen verschwenkbar oder translatorisch verschiebbar, in dem Zapfen bzw. übrigen Ab- bzw. Eintriebselement geführt sind und durch radiale Verschiebung nach außen, insbesondere durch Verschwenken, dieses im Sinne der vorliegenden Erfindung radial aufweiten können.
In einer Ausführung kann der Zapfen eine durchgehende oder sacklochartige Innenbohrung aufweisen, die beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch mit Druck beaufschlagt wird, um den Zapfen radial aufzuweiten. Ein Stift des Klemmmittels kann eine Durchgangsbohrung in dem Zapfen durchgreifen und auf einer einem Klemmmittelantrieb gegenüberliegenden Seite einen Flansch aufweisen, dessen Durchmesser größer ist als die Durchgangsbohrung. Durch Spannen des Flansches durch den Klemmmittelantrieb zu diesem hin kann der Zapfen zwischen Flansch und Klemmmittelantrieb axial komprimiert werden, so dass dieser sich radial aufweitet. Gleichermaßen kann der Stift eine sich in axialer Richtung radial erweiternde, insbesondere konische, Kontur aufweisen, so dass eine axiale Verschiebung des Stiftes im Zapfen diesen radial aufweitet, insbesondere elastisch oder durch Verschieben von separaten Körpern radial nach außen.
Nach einem anderen Aspekt ist zwischen der Aussparung und dem in diese eingeführten Zapfen ein in radialer Richtung wellenförmiger Spalt ausgebildet, in dem eine Zwischenelementanordnung mit einem oder mehreren Zwischenelementen angeordnet ist, die – insbesondere durch einen fest mit der Antriebseinheit oder dem Instrumentenschaft verbundenen Käfig – radial verschiebbar und axial fest geführt sind. Wird nun der Zapfen (die Aussparung) axial verschoben, verschiebt sich entsprechend auch dessen (deren) wellenförmige, der Aussparung (dem Zapfen) zugewandte Außen(Innen)wand. Dies verstellt formschlüssig die entsprechenden Zwischenelemente in radialer Richtung, die ihrerseits formschlüssig eine entsprechende Axialverschiebung der Aussparung (des Zapfens) erzwingen. Auf diese Weise kann insbesondere eine Axialverschiebung von Zapfen bzw. Aussparung auf die Aussparung bzw. den Zapfen formschlüssig zwangsgeführt übertragen werden. Eine Sterilbarriere kann wiederum insbesondere zwischen Zapfen und Aussparung, insbesondere zwischen Zapfen und Zwischenelementanordnung oder zwischen Zwischenelementanordnung und Aussparung angeordnet, insbesondere geklemmt, sein bzw. werden und so einfach und kompakt zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet werden.
Nach einem Aspekt weist die mechanische Schnittstelle je einen Kipphebel zur Koppelung von einem oder mehreren Paaren von Ab- und Eintriebselementen auf. Unter einem Kipphebel wird vorliegend in fachüblicher Weise insbesondere ein Hebel verstanden, welcher an einer Stelle, insbesondere einem Ende, drehbar gelagert und an einer hiervon axial beabstandeten Stelle, insbesondere einem gegenüberliegenden Ende, formschlüssig durch eine dreh- oder verschiebbare Kulisse zwangsgeführt wird. Eine Sterilbarriere kann insbesondere zwischen Kipphebel und Kulisse angeordnet, insbesondere geklemmt, sein bzw. werden und so einfach und kompakt zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet werden. Insbesondere kann ein Abtriebselement als Kipphebel und ein zugeordnetes Eintriebselement als Kulisse ausgebildet sein. Gleichermaßen kann ein Eintriebselement als Kipphebel und ein zugeordnetes Abtriebselement als Kulisse ausgebildet sein.
In einer Ausführung eines der vorgenannten Aspekte können ein oder mehrere Abtriebselemente der Abtriebsanordnung translatorisch verstellbar geführt bzw. aktuierbar sein. Beispielsweise kann ein Abtriebselement eine Abtriebsachse eines Linearmotors bilden oder mit einer solchen gekoppelt sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Eintriebselemente der Antriebsanordnung translatorisch verstellbar geführt bzw. aktuierbar sein. Beispielsweise kann ein Eintriebselement eine Stange, die mit einem Endeffektor gelenkig verbunden ist, bilden oder mit einer solchen gekoppelt sein. Gleichermaßen kann ein Eintriebselement auch beispielsweise mit einem Zugseil zur Aktuierung eines Instrumentenfreiheitsgrades verbunden sein.
Gleichermaßen können ein oder mehrere Abtriebselemente der Abtriebsanordnung rotatorisch verstellbar geführt bzw. aktuierbar sein. Beispielsweise kann ein Abtriebselement eine Abtriebsachse eines Drehmotors bilden oder mit einer solchen gekoppelt sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Eintriebselemente der Antriebsanordnung rotatorisch verstellbar geführt bzw. aktuierbar sein. Beispielsweise kann ein Eintriebselement eine Welle sein, auf die ein Zugseil zur Aktuierung eines Instrumentenfreiheitsgrades aufwickelt.
In einer Ausführung eines der vorgenannten Aspekte sind ein oder mehr Abtriebselemente derart mit einem Koppelmittel gekoppelt, dass eine translatorische Bewegung von dem Koppelmittel in eine rotatorische Bewegung von dem Element umgesetzt wird. Gleichermaßen können ein oder mehr Abtriebselemente derart mit einem Koppelmittel gekoppelt sein, dass eine rotatorische Bewegung von dem Koppelmittel in eine translatorische Bewegung von dem Element umgesetzt wird.
Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehr Eintriebselemente derart mit einem (weiteren) Koppelmittel gekoppelt sein, dass eine translatorische Bewegung von dem Element in eine rotatorische Bewegung von dem Koppelmittel umgesetzt wird. Gleichermaßen können ein oder mehr Eintriebselemente derart mit einem (weiteren) Koppelmittel gekoppelt sein, dass eine rotatorische Bewegung von dem Element in eine translatorische Bewegung von dem Koppelmittel umgesetzt wird.
In einer Weiterbildung kann ein Koppelmittel ein Drehschublager aufweisen, insbesondere ein in einer Kulisse translatorisch verschiebbares Drehgelenk. Zusätzlich oder alternativ kann ein Koppelmittel einen drehbar gelagerten Hebel oder eine drehbar gelagerte Wippe bzw. einen Hebel mit einem Drehlagerpunkt aufweisen, der zwischen zwei Abgriffen, beispielsweise weiteren Drehlagerpunkten, Seilbefestigungen oder dergleichen angeordnet ist. Insbesondere auf diese Weise kann eine rotatorische Bewegung des Koppelmittels mechanisch in eine translatorische Bewegung eines Ab- oder Eintriebselements umgesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Koppelmittel eine Verzahnung aufweisen, insbesondere zwei ineinandergreifende bzw. miteinander kämmende Verzahnungen, von denen in einer Weiterbildung eine rotatorisch und die andere ebenfalls rotatorisch, insbesondere als kämmende Stirnverzahnung, oder translatorisch, insbesondere als Schnecken- bzw. Zahnstangenverzahnung, beweglich gelagert ist.
In einer Ausführung eines der vorgenannten Aspekte weist der Instrumentenschaft einen Flansch auf, wobei die mechanische Schnittstelle auf einer endeffektorzugewandten Fläche dieses Flansches angeordnet ist. In einer Weiterbildung weist die Antriebseinheit eine entsprechende Aussparung zur Durchführung des Instrumentenschaftes auf, was vorliegend auch als Hinterlader-Anordnung bezeichnet wird. Gleichermaßen kann die mechanische Schnittstelle auf einer endeffektorabgewandten Fläche dieses Flansches angeordnet sein, so dass die Antriebseinheit ebenfalls auf einer endeffektorabgewandten Seite des Instrumentenschaftes angeordnet sein kann, was vorliegend auch als Vorderlader-Anordnung bezeichnet wird. In einer alternativen Gestaltung kann die mechanische Schnittstelle auf einer seitlichen Fläche des Flansches des Instrumentenschaftes angeordnet sein, was vorliegend auch als Seitenlader-Anordnung bezeichnet wird.
Insbesondere, wenn die mechanische Schnittstelle eine einseitige Bindung aufweist, können in einer Ausführung ein oder mehrere Abtriebselemente und/oder ein oder mehrere Eintriebselemente entgegen ihrer jeweiligen Verstellrichtung vorgespannt sein, insbesondere durch ein Federmittel. Auf diese Weise kann auch bei einer einseitigen Bindung ein Element dem anderen durch das Federmittel auch entgegen der Bindungsrichtung nachgeführt werden. Auch bei zweiseitigen Bindungen, beispielsweise einem radial aufgeweiteten Zapfen, einer Zwischenelementanordnung oder einem Kipphebel, kann eine Vorspannung eines Ab- oder Eintriebselementes entgegen seiner Verstellrichtung vorteilhaft Spiel reduzieren.
Gleichermaßen kann, insbesondere, wenn zwischen einem Ab- und einem zugeordneten Eintriebselement eine einseitige Bindung ausgebildet ist, ein weiteres Ab- und zugeordnetes Eintriebselement vorgesehen sein, dessen einseitige Bindung ein zu dem einen Ab- und Eintriebselement gegensinnig ist. Mit anderen Worten kann zur gegensinnigen Aktuierung bzw. Aktuierung eines Freiheitsgrades in zwei entgegengesetzten Richtungen je ein Paar gegensinnig wirkender Ab- bzw. Eintriebselemente vorgesehen sein. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass eine Aktuierung eines Abtriebselementes eines Paares das andere Abtriebselement dieses Paares, insbesondere mechanisch zwangsgeführt, gegensinnig aktuiert bzw. verstellt. Auch bei zweiseitigen Bindungen, beispielsweise einem radial aufgeweiteten Zapfen, einer Zwischenelementanordnung oder einem Kipphebel, kann ein gegensinnig wirkendes weiteres Ab- und Eintriebselement vorgesehen sein, um vorteilhaft eine redundante und präzise Aktuierung des Freiheitsgrades darzustellen.
Insbesondere, wenn durch ein Paar gegensinnig wirkender Ab- bzw. Eintriebselemente eine statische Überbestimmtheit vorliegt, kann in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Ausgleichmittel zum Toleranzausgleich vorgesehen sein. Ein solches Toleranzmittel kann insbesondere eine elastische Nachgiebigkeit eines Ab- oder Eintriebselements, insbesondere in dessen Verstellrichtung, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein mit einem Ab- oder Eintriebselement gekoppeltes Koppelmittel eine elastische Nachgiebigkeit in Verstellrichtung des Elements aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Sterilbarriere, die zwischen Ab- und Eintriebselement angeordnet ist, eine elastische Nachgiebigkeit aufweisen. Eine elastische Nachgiebigkeit kann insbesondere durch ein elastisches Material, welches im normalen Betrieb makroskopische Deformationen zeigt, und/oder durch eine entsprechende Formgebung bzw. biegeweiche Gestaltung, insbesondere eine lokale Materialverdünnung, vorzugsweise Einschnürung, definiert bzw. gebildet sein. Gleichermaßen kann ein Ausgleichsmittel auch eine, insbesondere vorgespannte, in Verstellrichtung verschiebbare Lagerung bzw. Lagerachse, insbesondere eines mit einem Ab- oder Eintriebselement gekoppelten, Koppelmittels aufweisen. Auch ohne statische Überbestimmtheit kann ein solcher Toleranzausgleich vorteilhaft sein, um beispielsweise Montage- oder Fertigungstoleranzen in einer kinematischen Kette auszugleichen.
In einer Ausführung eines der vorgenannten Aspekte kann eine Stirnseite eines Abtriebselements und/oder eine Stirnseite eines Eintriebselements eben ausgebildet sein, insbesondere, um vorteilhaft eine größere Kontaktfläche darzustellen. Gleichermaßen können eine Stirnseite eines Abtriebselements und/oder eine Stirnseite eines Eintriebselements ballig ausgebildet sein, insbesondere, um vorteilhaft einen wohldefinierten Kontaktbereich darzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Stirnseite eines Ab- oder Eintriebselements wenigstens einen Vorsprung und eine dieser zugewandten Stirnseite eines damit koppelbaren bzw. gekoppelten Ein- bzw. Abtriebselements eine entsprechende Aussparung aufweisen, in die dieser Vorsprung eingreift.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Sterilität des Instruments. Hierzu weist nach einem Aspekt, der mit einem oder mehreren der vorstehenden Aspekte bzw. Ausführungen kombiniert sein kann, die Instrumentenanordnung bzw. das Instrument eine Sterilbarriere auf, die dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit, insbesondere luftdicht, zu umhüllen und zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet zu werden, bzw. welche die Antriebseinheit steril umhüllt und zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet ist. Die Sterilbarriere kann in einer Weiterbildung folienartig und/oder als Einmal- bzw. Wegwerfartikel ausgebildet sein.
Nach einem Aspekt weist die Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle eine Lose in einer Verstellrichtung der Ab- und Antriebsanordnung auf. Die Lose kann in einer Ausführung durch eine Stulpe gebildet sein, die sich in einer axialen Verstellrichtung erstreckt und bei einer axialen Verstellung von Ab- bzw. Eintriebselement auf- bzw. abrollt bzw. umstülpt. Unter Lose wird vorliegend verallgemeinernd insbesondere eine Materialreserve der Sterilbarriere verstanden, um, insbesondere translatorische, Verstellbewegungen von Ab- bzw. Eintriebselementen zu kompensieren bzw. mitzumachen, die in einem Verstellzustand gefaltet bzw. gerollt gespeichert und in einem anderen Verstellzustand enfaltet bzw. entrollt ist.
In einer Ausführung kann die Lose vorgespannt ausgebildet sein. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die Lose sich bei einer Verstellbewegung bzw. Aktuierung des Ab- bzw. Eintriebselements gegen die Vorspannung elastisch verformt und bei gegensinniger Bewegung zurückstellt. Insofern wird vorliegend zur kompakteren Darstellung insbesondere ein Mehrmaterial, das zur Kompensation einer Stellbewegung eines Ab- bzw. Eintriebselements vorgesehen ist, verallgemeinernd als Lose bezeichnet, die gleichermaßen vorgespannt oder vorspannungsfrei bzw. lose sein kann. In einer Weiterbildung weist die Lose einen Faltenbalg auf, dessen Faltung eine Vorspannung in eine Grundkonfiguration induziert. Die Faltung bzw. der Faltenbalg kann sich in einer Ausführung in Verstellrichtung und/oder transversal bzw. quer zu dieser erstrecken, wodurch entsprechende Grundkonfigurationen und Verformungen dargestellt werden können.
Nach einem Aspekt weist die Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle wenigstens eine berührungslose translatorisch verschiebbare Dichtung auf. Diese kann insbesondere als Spalt- oder Labyrinthdichtung ausgebildet und vorzugsweise teleskopierbar sein, d. h. zwei oder mehr axial gegeneinander verschiebbare und abgedichtete Teile, insbesondere Ringe, vorzugsweise konzentrische Ringe, aufweisen. Vorteilhafterweise können durch solche berührungslose translatorische Dichtungen dissipationsärmere Verstellbewegungen dargestellt werden. In einer Weiterbildung erfolgt in einer berührungslosen translatorischen Dichtung eine Kraftübertragung über die Sterilbarriere hinweg und nicht durch diese hindurch.
Wie bereits vorstehend erläutert, kann die Sterilbarriere ein Ausgleichmittel zum Toleranzausgleich, insbesondere eine elastische Nachgiebigkeit aufweisen. In einer Weiterbildung kann sie hierzu insbesondere eine lokale Wandaufdickung in einem Kontaktbereich eines Ab- und/oder Eintriebselements, insbesondere einer einseitigen Bindung, aufweisen, um so mehr elastischen Weg zur Verfügung zu stellen. In einer Weiterbildung die elastische Nachgiebigkeit, insbesondere eine lokale Wandaufdickung, eine höhere Steifigkeit aufweisen als ein sie umgebender Bereich der Sterilbarriere, um das Übertragungsverhalten zu verbessern. Hierzu kann die Sterilbarriere in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung im Kontaktbereich eines Ein- und/oder Abtriebselements eine lokale Werkstoffänderung aufweisen, insbesondere lokal einen Werkstoff mit einer höheren oder niedrigeren Steifigkeit als in einer Umgebung des Kontaktbereichs.
Nach einem Aspekt weist die Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle wenigstens einen Elementfortsatz auf. Dieser ist in einer Ausführung lösbar mit einer Abtriebselementbasis verbindbar bzw. verbunden, welche die Sterilbarriere zerstörend durchgreift und zusammen mit dem Elementfortsatz ein Abtriebselement bildet. Gleichermaßen kann ein Elementfortsatz lösbar mit einer Eintriebselementbasis verbindbar bzw. verbunden sein, welche die Sterilbarriere zerstörend durchgreift und zusammen mit dem Elementfortsatz ein Eintriebselement bildet. Beispielsweise kann eine sterile, insbesondere sterilisierte Eintriebselementbasis der Antriebsanordnung des sterilen Instrumentenschaftes zerstörend die Sterilbarriere durchgreifen und auf der instrumentenschaftabgewandten Seite mit dem Elementfortsatz verbunden werden, der dann innerhalb der Sterilbarriere bzw. sterilen Hülle mit dem zugeordneten Abtriebselement gekoppelt wird. Gleichermaßen kann ein steriler Elementfortsatz instrumentenschaftseitig steril kontaktierend an der Sterilbarriere angeordnet werden, bevor eine Abtriebselementbasis diese zerstörend durchgreift und auf der instrumentenschaftzugewandten Seite mit dem Elementfortsatz verbunden wird. Auf diese Weise kann jeweils die Sterilität des Instrumentenschaftes bei Ankopplung einer selbst nicht sterilen, durch die Sterilbarriere umhüllten Antriebseinheit gewahrt werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Befestigung von Antriebseinheit und Instrumentenschaft aneinander. Hierzu weist nach einem Aspekt, der mit einem oder mehreren der vorstehenden Aspekte bzw. Ausführungen kombiniert sein kann, die Instrumentenanordnung bzw. das Instrument ein Befestigungselement zur lösbaren Verbindung mit der Antriebseinheit auf, welches dazu vorgesehen ist, vorzugsweise ausschließlich von außen auf einer der Antriebseinheit abgewandten Oberfläche der Sterilbarriere angeordnet zu werden bzw. welches ausschließlich auf einer der Antriebseinheit abgewandten Oberfläche der Sterilbarriere angeordnet ist. Das Befestigungselement kann lösbar, insbesondere form- oder reibschlüssig, oder unlösbar mit dem Instrumentenschaft verbunden, beispielsweise mit diesem verclipst oder integral ausgebildet sein. Die Sterilbarriere ist in einer Ausführung wenigstens im Kontaktbereich mit dem Befestigungselement, vorzugsweise im Bereich der kompletten mechanischen Schnittstelle, geschlossen, insbesondere kann sie zwischen Rastvorsprüngen und/oder -aussparungen von Antriebseinheit und Befestigungselement zerstörungs- bzw. öffnungsfrei geklemmt sein. Auf diese Weise muss bei einer Befestigung des Instrumentenschaftes an der umhüllten Antriebseinheit keine Abdichtung erfolgen. In einer Weiterbildung ist das Befestigungselement entsprechend dichtungsfrei bzw. dichtungslos ausgebildet.
Das Befestigungselement kann insbesondere separat als steriler Einmalartikel oder sterilisierbarer Adapter ausgebildet und an der Antriebseinheit reib- und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Clipsverbindung, befestigbar bzw. befestigt sein. Insbesondere in Kombination mit einer einseitigen Bindung können so Befestigungs- und Kopplungsfunktionalität getrennt und auf Befestigungselement und Schnittstelle aufgeteilt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1: eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2 bis 6: mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
7: verschiedene Ausführungen der einander zugewandten Stirnseiten der Ab- und Eintriebselemente der mechanischen Schnittstellen der 1 bis 6;
8 bis 10: Ausgleichsmittel zum Toleranzausgleich;
11 bis 15: verschiedene Ankopplungen eines instrumentenschaftseitigen Antriebsstranges an eine erfindungsgemäße mechanische Schnittstelle;
16: mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
17 bis 19: verschiedene Ausführungen von Zapfen und Aussparung der Schnittstelle der 16;
20: eine Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
21: eine Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
22: einen Zapfen und ein Klemmmittel der Instrumentenanordnung der 21;
23: Schritte des weggesteuerten Ankoppelvorgangs der Instrumentenanordnung der 21;
24: mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
25: Schritte des weggesteuerten Ankoppelvorgangs der Instrumentenanordnung der 24;
26: verschiedene Anordnungen bzw. Fügerichtungen eines Instrumentenschafts an eine Antriebseinheit einer Instrumentenanordnung nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
27 bis 29: mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
30: mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit einer Sterilbarriere, die eine Lose in Verstellrichtung aufweist;
31: mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit einer Sterilbarriere, die eine berührungslose translatorisch verschiebbare Dichtung aufweist;
32: eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Sterilbarriere, die einen Elementfortsatz aufweist, der lösbar mit einer Ab- oder Eintriebselementbasis verbunden ist; und
33: eine Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Befestigungselement in Form eines sterilen Adapters 4.
1 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit zwei gegensinnigen Abtriebselementen 10A, 10B einer Abtriebsanordnung einer modularen motorischen Antriebseinheit 1. Diese sind mit zwei Eintriebselementen 20A bzw. 20B einer Antriebsanordnung eines Instrumentenschaftes 2 gekoppelt. Eine Sterilbarriere 3 umhüllt die Antriebseinheit 1 und ist zwischen dieser und dem Instrumentenschaft 2 angeordnet.
Ab- und Eintriebselemente 10A, 10B bzw. 20A, 20B sind in der Antriebseinheit 1 bzw. dem Instrumentenschaft 2 translatorisch verstellbar geführt.
Die Abtriebselemente 10A, 10B sind mit einem als Wippe 10C ausgebildeten Koppelmittel derart gekoppelt, dass eine rotatorische Bewegung von dem Koppelmittel 10C, die in 1 durch einen Drehpfeil angedeutet ist, in eine translatorische Bewegung der Elemente 10A, 10B umgesetzt wird. Das Koppelmittel 10C kann beispielsweise mit einer Abtriebswelle eines Elektromotors der Antriebseinheit 1 verbunden oder über ein Getriebe gekoppelt sein (nicht dargestellt).
In ähnlicher Weise sind die Eintriebselemente 20A, 20B mit einem als Wippe 20C ausgebildeten weiteren Koppelmittel derart gekoppelt, dass eine translatorische Bewegung der Elemente 20A, 20B in eine rotatorische Bewegung von dem Koppelmittel 20C umgesetzt wird. An dem Koppelmittel 20C können beispielsweise axial voneinander beabstandet Zugseile oder Schubstangen des Instrumentenschaftes 2 befestigt sein, durch die ein Freiheitsgrad eines Endeffektors aktuiert, beispielsweise eine Schere geöffnet oder ein Skalpell verdreht wird (nicht dargestellt). Gleichermaßen kann die rotatorische Bewegung des Koppelmittels 20C beispielsweise über Zahnräder übertragen oder – etwa über ein Schneckengetriebe – wieder in eine translatorische Bewegung umgesetzt werden.
Sowohl Ab- und zugeordnetes Eintriebselement 10A, 20A bzw. 10B, 20B untereinander als auch die Abtriebselemente 10A, 10B und das Koppelmittel 10C sowie die Eintriebselemente 20A, 20B und das weitere Koppelmittel 20C sind jeweils durch eine einseitige Bindung miteinander gekoppelt. Man erkennt, dass das Doppelmittel 10C auf die Abtriebselemente 10A, 10B, diese auf die Eintriebselemente 20A, 20B und diese wiederum auf das weitere Koppelmittel 20C nur Druckkräfte übertragen können.
Die Ab- und Eintriebselemente sind in der Ausführung als Stößel ausgebildet, die entlang ihrer Längsachsen verstellt werden, beispielsweise durch einen Linearaktor oder eine Gelenkkinematik. Zwischen den Stößeln befindet sich die Sterilbarriere 3. Da mit einem Stößelpaar nur Druckkräfte übertragen werden können, wird durch das zweite Stößelpaar eine geschlossene kinematische Schleife gebildet. Das zweite Stößelpaar wird gegensinnig zum ersten bewegt, so dass Antriebskräfte in beiden Richtungen übertragen werden können. Allgemein ist daher in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in der mechanischen Schnittstelle eine Parallelogramm-Kinematik vorgesehen.
Das Ankoppeln des Instrumentenschaftes an die Antriebseinheit gestaltet sich einfach und kann alternativ entlang oder quer zur Bewegungs- bzw. Verstellrichtung der Stößel 10A–20B erfolgen. Die Stößel 10A, 10B der Antriebseinheit 1 sind von der Sterilbarriere 3 bedeckt. Der Instrumentenschaft 2 wird so an die Antriebseinheit 1 gefügt, dass sich die Stößel 10A, 20A bzw. 10B, 20B, anfänglich in einem gewissen Abstand, gegenüberliegen. Anschließend wird die Abtriebsseite auf die Antriebsseite gedrückt. Die Winkelstellung der Kipphebel bzw. Wippe 10C, 20C ist hierbei beliebig, da sich die Stellungen beider Seiten während des Koppelvorgangs angleichen.
2 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit der vorstehend erläuterten Ausführung übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
In der Ausführung der 1 herrscht Gleitkontakt zwischen den Koppelmitteln 10C, 20C und Stößeln 10A, 10B bzw. 20A, 20B, wobei die Reibkräfte unter anderem von der Hebelstellung und den Kontaktflächen, insbesondere deren Geometrie und Oberfläche, abhängen. Daher ist in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie exemplarisch in 2 dargestellt ist, in wenigstens einem einseitigen Kontakt eines Koppelmittels (in 2 beispielhaft: 10C, 20C) und Ab- bzw. Eintriebselements (in 2 beispielhaft: 10A, 10B bzw. 20A, 20B) eine Rolle 30 angeordnet, wodurch die Reibung verringert werden kann.
3 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
In den Ausführung der 1, 2 sind die Abtriebselemente 10A, 10B und das Koppelmittel 100 sowie die Eintriebselemente 20A, 20B und das weitere Koppelmittel 20C jeweils durch eine einseitige Bindung mit Gleit- (1) bzw. Rollkontakt (2) miteinander gekoppelt. In einer Ausführung, die exemplarisch in 3 gezeigt ist, ist hingegen wenigstens ein Abtriebselement (in 3 beispielhaft: 10A, 10B) und ein Koppelmittel (in 3 beispielhaft: 10C) und/oder wenigstens ein Eintriebselement (in 3 beispielhaft: 20A, 20B) und ein (weiteres) Koppelmittel (in 3 beispielhaft: 20C) durch wenigstens eine Koppelstange (in 3 beispielhaft: 40) miteinander gekoppelt, die gelenkig mit dem Koppelmittel bzw. Element verbunden ist.
4 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Bei dieser Ausführung ist zur Aktuierung eines Freiheitsgrades nur ein Stößelpaar 10A, 20A zur Kraftübertragung vorgesehen. Anstelle eines weiteren Paares aus Ab- und Eintriebselement ist das Eintriebselement 20A entgegen seiner Verstellrichtung durch eine Feder 50 vorgespannt. Diese stellt bei Wegnahme einer in Verstellrichtung aktuierenden Kraft bzw. bei aktuierter Bewegung des Abtriebselements entgegen dieser Verstellrichtung das Stößelpaar 10A, 20A entgegen der Verstellrichtung zurück.
5 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
In einer Ausführung, die exemplarisch in 5 gezeigt ist, ist wenigstens eine Kopplung zwischen einem Abtriebselement (in 5 beispielhaft: 10A, 10B) und einem Koppelmittel (in 5 beispielhaft: 10C) als Spindelantrieb mit gegenläufig bewegten Schiebehülsen ausgebildet. Das vorzugsweise als Gewindespindel ausgebildete Koppelmittel (in 5 beispielhaft: 10C) weist in einer Ausführung je einen Abschnitt mit Rechts- und Linksgewinde, auf denen jeweils ein als Spindelmutter ausgebildetes Abtriebselement (in 5 beispielhaft: 10A bzw. 10B) sitzt. Durch eine Drehung der Gewindespindel 10C werden die Spindelmuttern 10A, 10B gegenläufig bewegt. Die Muttern können, beispielsweise mit einer antriebseinheitsfesten Führungsschiene 10D, gegen Verdrehen gesichert sein.
Zur Verdeutlichung ist in 5 links ein perspektivischer Teilschnitt der Schnittstelle, in der Mitte bzw. rechts eine Seitansicht bei unterschiedlichen Stellungen der Abtriebselemente 10A, 10B gezeigt.
6 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
In einer Ausführung, die exemplarisch in 6 gezeigt ist, sind wenigstens ein Abtriebselement (in 6 beispielhaft: 10A, 10B) und ein Koppelmittel (in 6 beispielhaft: 10C) und/oder wenigstens ein Eintriebselement (in 6 beispielhaft: 20A, 20B) und ein (weiteres) Koppelmittel (in 6 beispielhaft: 20C) durch ein Zahnstangengetriebe gekoppelt. Hierzu sind in einer Weiterbildung Koppelmittel (in 6 beispielhaft: 10C, 20C) als Ritzel ausgebildet, mit denen die als Zahnstangen ausgebildeten Abtriebselemente (in 6 beispielhaft: 10A, 10B) bzw. Eintriebselemente (in 6 beispielhaft: 20A, 20B) jeweils gegensinnig kämmen und so eine rotatorische in eine translatorische Bewegung umsetzen. Da sie auf gegenüberliegenden Seiten des Ritzels angeordnet sind bewegen sie sich gegensinnig. Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung die Ein- und/oder Abtriebselemente entgegen ihrer Verstellrichtung bzw. aufeinander zu vorgespannt sind, kann dadurch vorteilhaft auch Umkehrspiel in den Zahneingriffen 10A–10C, 10B–10C, 20A–20C bzw. 20B–20C reduziert bzw. eliminiert werden.
7 zeigt verschiedene Ausführungen der einander zugewandten Stirnseiten der Ab- und Eintriebselemente 10A, 10B bzw. 20A, 20B der Ausführungen der 1 bis 6, die eben oder ballig ausgebildet sind und/oder einen Vorsprung zum Eingreifen in eine Aussparung in der anderen Stirnseite aufweisen: Dabei zeigt 7(a) zwei ebene Stirnseiten bzw. Kontaktflächen, die einen (einseitig gebundenen) Flächenkontakt bilden, 7(b) eine ballige und eine ebene Stirnseite, die einen Punktkontakt bilden, 7(c) einen kugelförmigen Vorsprung, der in eine kegelige Bohrung bzw. Aussparung eingreift und einen Ringkontakt bildet, 7(d) einen kegelförmigen Vorsprung, der in eine kegelige Bohrung bzw. Aussparung eingreift und einen Flächenkontakt bildet, sowie 7(e) zwei ballige Stirnseiten bzw. Kontaktflächen, die einen Punktkontakt bilden.
Um eine möglichst hohe Übertragungsgenauigkeit und Steifigkeit zu gewährleisten, sollten Abweichungen in der Position und Orientierung der Kontaktflächen vermieden werden. Mögliche Ursachen für derartige Abweichungen sind Fertigungs- und Montagetoleranzen, sowie Abweichungen in der Positionierung des Instruments zur Antriebseinheit durch den Anwender. Deshalb weist in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wenigstens eine einseitige Bindung einen Punktkontakt zwischen Ab- und Eintriebselement auf.
8 bis 10 zeigen Ausgleichmittel zum Toleranzausgleich. Dabei zeigt 8 einen Ausgleich von Positions- und Orientierungsabweichungen der Stößel-Kontaktflächen durch gezielt eingebrachte Nachgiebigkeiten. In einer Ausführung, die exemplarisch in 8(a) angedeutet ist, ist eine Nachgiebigkeit durch eine biegeweiche Gestaltung eines Ab- und/oder Eintriebselements (in 8(a) beispielsweise 10A oder 20A) ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann eine Nachgiebigkeit durch eine elastische Deformation der Sterilbarriere ausgebildet sein, wie dies exemplarisch in 8(b) angedeutet ist. Die Sterilbarriere ist vorzugsweise ganz oder teilweise aus einem Elastomer hergestellt. Die biegeweiche Gestaltung eines Ab- und/oder Eintriebselements, wie in 8(a) gezeigt, kann insbesondere in Hinblick auf das Übertragungsverhalten vorteilhaft sein. Allgemein kann eine Nachgiebigkeit in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine progressive Federkennlinie aufweisen, um so kleinere Toleranzen zu kompensieren und zugleich bei größeren Stellbewegungen eine relativ steife Übertragung zu gewährleisten.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Nachgiebigkeit in einem Koppelmittel vorgesehen sein, wie dies exemplarisch in 8(c) gezeigt ist. Aufgrund der geschlossenen kinematischen Kette handelt es sich prinzipiell um ein statisch überbestimmtes System. Um Fertigungs- und Montagetoleranzen in der kinematischen Kette auszugleichen und Spielfreiheit herzustellen, werden Längenunterschiede der Stößelpaare durch eine biegeweiche Gestaltung eines Koppelmittels kompensiert.
In einer Ausführung, die exemplarisch in 9 angedeutet ist, weist ein Ausgleichmittel zum Toleranzausgleich ein in Verstellrichtung (vertikal in 9) verschiebbares Lager bzw. eine in Verstellrichtung verschiebbare Lagerachse eines Koppelmittels (in 9 beispielhaft: 10C) auf. Dieses ist hierzu in einer Ausführung in einem Schlitten, der innerhalb der Antriebseinheit verschieblich angeordnet ist, drehbar gelagert. Dieses Schublager ermöglicht eine Verschiebung in Richtung der Stößelbewegung. In dieser Richtung wird, beispielsweise durch eine Feder oder durch statische Verstellung, eine Kraft aufgebracht, die die Stößelpaare in der Schnittstelle gegeneinander vorspannt (in 9 durch den strichlierten Kraftpfeil angedeutet).
10 zeigt einen Ausgleich von Längentoleranzen zwischen den Stößelpaaren durch Nachgiebigkeiten in der Sterilbarriere, wie sie vorstehend bereits mit Bezug auf 8(b) erläutert wurden. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, die exemplarisch in 10 angedeutet ist, ist in die Sterilbarriere ein nachgiebiges Ausgleichselement 3.1 integriert. Durch Kompression dieses Elements wird eine Vorspannung in der kinematischen Schleife aufgebaut und gleichzeitig durch eine unterschiedliche Stauchung Längenunterschiede ausgeglichen. Insbesondere, damit nicht zu große Nachgiebigkeiten eingeführt werden, die sich ungünstig auf das Regelungsverhalten auswirken können, weist das Ausgleichselement 3.1 in einer Weiterbildung ein progressives Federverhalten auf. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Werkstoffwahl und/oder geometrische Gestaltung der Sterilbarriere erreicht werden.
11 bis 15 zeigen insbesondere verschiedene vorteilhafte Ankopplungen eines instrumentenschaftseitigen Antriebsstranges an eine erfindungsgemäße mechanische Schnittstelle, wie sie beispielsweise vorstehend mit Bezug auf 1 bis 10, aber auch nachfolgend mit Bezug auf die weiteren Figuren, beschrieben ist. Dabei zeigt 11 eine Ankopplung eines Seilzuges 60 an die Eintriebselemente. Um einen Freiheitsgrad des Instrumentenschafts, insbesondere eines Endeffektors (nicht dargestellt), beid- bzw. gegensinnig zu aktuieren, ist im Instrumentenschaft mit der drehbar gelagerten Wippe 20C eine kinematische Schleife zwischen den beiden Stößeln 20A, 20B gebildet. In der gezeigten Ausführung sind die Stößel jeweils mit einem Dreh-Schublager 20D an die Wippe gekoppelt. Mit der Wippe ist eine Seilrolle fest verbunden, die von dem Seilzug 60 umschlungen wird. In einer Weiterbildung ist auch eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen Rolle und Seilzug möglich. Durch eine geeignete Wahl des Seilrollendurchmessers kann optional eine Anpassung des Schnittstellen-Hubs an den erforderlichen Seilhub vorgenommen werden. Neben dem dargestellten zylindrischen Querschnitt der Seilrolle sind auch andere, insbesondere ellipsenartige, Querschnitte möglich.
12 zeigt eine Ankopplung eines instrumentenseitigen Seilzuges 60 an die mechanische Schnittstelle nach einer weiteren Ausführung. Dabei ist die Seilrolle, die ein Element eines Koppelmittels im Sinne der vorliegenden Erfindung bildet, zusätzlich mit einer Verzahnung 20E versehen, die mit einem verzahnten Abschnitt eines instrumentenseitigen Stößels (in 12 beispielhaft: 20B) kämmt. Die zusätzliche Übersetzung dieser Zahnradstufe erlaubt vorteilhaft eine noch bessere Anpassung des Stößelhubs an den Seilhub.
In den beiden Ausführungen der 11, 12 ist der Seilzug 60 geschlossen. In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung, die exemplarisch in 13, 14 und 15 angedeutet ist, kann ein Freiheitsgrad auch durch einen offenen Seilzug (in 13 beispielhaft: 60) oder durch Schubstangen (nicht dargestellt) aktuiert werden, dessen Enden mit Eintriebselementen (in 13 beispielhaft: 20A, 20B) oder einem damit gekoppelten Koppelmittel gekoppelt sein können. Dabei sind bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie exemplarisch in 14, 15 angedeutet ist, die Enden des Seilzugs 60 über zusätzliche Seilwippen an die mechanische Schnittstelle bzw. deren Eintriebselemente 20A, 20B gekoppelt. Über das Verhältnis der Hebelarme jeder Wippe kann vorteilhafterweise der Seilhub angepasst werden. Um eine Änderung der erforderlichen Seillänge zu vermeiden, können die Hebelverhältnisse der beiden Seilwippen gleich sein. In 14, 15 sind die beiden Lagerstellen der Seilwippen zur besseren Übersichtlichkeit versetzt zueinander dargestellt. In einer Ausführung können diese Lagerungen der Seilwippen koaxial zusammenfallen. Bei der Ausführung der 14 wird die geschlossene kinematische Schleife zwischen Ab- und Eintriebselementen durch eine weitere instrumentenseitige Wippe gebildet, die jeweils über ein Dreh-Schublager 20D mit den instrumentenseitigen Stößeln 20A, 20B gekoppelt ist. Bei der Ausführung der 15 ist auf diese zusätzliche Wippe verzichtet und stattdessen die Vorspannung der Schnittstelle über den Seilzug aufbaut, durch den ohnehin eine geschlossene kinematische Schleife vorliegt. Insbesondere auf diese Weise kann allgemein nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Vorspannung der mechanischen Schnittstelle auch zur Vorspannung eines instrumentenschaftseitigen Seilzugs verwendet werden, wodurch sich die Komplexität des instrumentenseitigen Antriebsstrangs reduziert. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass in den gezeigten Ausführungen die Zuordnung von Ab- und Eintriebselementen rein beispielhaft ist und insbesondere auch Anordnungen bzw. Merkmale eines Abtriebselements einer Ausführung auch mit Anordnungen bzw. Merkmale eines Eintriebselements einer anderen Ausführung kombiniert sein können. So kann beispielsweise in der Ausführung der 14 anstelle der eintriebsseitigen Drehschublager 20D analog zu der abtriebsseitigen Anordnung auch eine Anordnung bzw. Kopplung mit Koppelstangen (vgl. abtriebsseitige Koppelstange 40 in 14) denkbar.
16 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird. Bei dieser Ausführung weist die Schnittstelle ein Abtriebselement in Form eines Zapfens 100 und ein Eintriebselement mit einer Aussparung 200 auf, wobei der Zapfen in der Aussparung durch ein Klemmmittel radial elastisch aufweitbar ist. Diese Ausführung eignet sich zur Übertragung von Zug- und Druckkräften. Nachfolgend wird exemplarisch eine translatorische Aktuierung bzw. Verstellung der mechanischen Schnittstelle erläutert, die mechanische Schnittstelle kann jedoch auch zur Übertragung von rotatorischen oder überlagerten translatorischen und rotatorischen Bewegungen verwendet werden.
Der Antriebszapfen 100 ist translatorisch verstellbar in der Antriebseinheit 1 geführt und aktuiert und in eine instrumentenschaftseitigen Aussparung in Form einer Kupplungsbuchse 200 eingeführt. Die dünnwandige Sterilbarriere 3 ist zwischen Antriebseinheit und Instrumentenschaft angeordnet.
Die Verbindung von Antriebszapfen 100 und Kupplungsbuchse 200 kann kraft- oder formschlüssig und ab- oder unabhängig vom Instrumentenantrieb erfolgen. Vorteilhafterweise können Komponenten mit höherer Komplexität und engeren Toleranzen in der Antriebseinheit angeordnet werden, so dass diese Schnittstellen insbesondere auch für preiswerte Einweginstrumentenschäfte vorteilhaft sind. Positionierung und Befestigung des Instrumentenschafts relativ zur Antriebseinheit erfolgen in einer Weiterbildung durch eine separate Funktionseinheit, wie nachfolgend beschrieben. Die Lagerung der Kupplungselemente ist deshalb vorzugsweise so gewählt, dass hohe Anforderungen an die Form- und Lagetoleranzen vermieden werden und die Verbindung von Ab- und Eintriebselement, wenigstens im Wesentlichen, zwangsfrei erfolgt. Der Antriebszapfen ist daher in einer Weiterbildung in der Antriebseinheit mit einem fünfwertigen Schublager geführt, d. h. es sind nur Verschiebungen entlang der Längsachse möglich. Die Lagerung der Kupplungsbuchse im Instrumentenschaft hat in radialer Richtung Spiel, d. h. die Kupplungsbuchse ist in radialer Richtung nicht eindeutig geführt. Sofern der Instrumentenschaft nicht an der Antriebseinheit angekoppelt ist, gewährleistet die Radiallagerung, dass die Kupplungshülse mit hinreichender Genauigkeit vorpositioniert ist und während der Handhabung und Reinigung nicht gelöst werden kann. Sobald der Instrumentenschaft an die Antriebseinheit gekoppelt ist, hat diese Lagerung keine Funktion. Dann übernimmt das Schublager des Antriebszapfens auch die Lagerung des instrumentenschaftseitigen Eintriebselements. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine zwangsfreie Verbindung erreicht, ohne dass sich die beiden Lagerungen verspannen. Die Lagerung der Kupplungsbuchse im Instrumentenschaft verfügt in einer Weiterbildung über zwei Anschläge in axialer bzw. Verstellrichtung. Somit kann der benötigte Arbeitshub für jeden Instrumentenschaft individuell festgelegt und die Antriebseinheit für verschiedene Instrumentenschäfte verwendet werden.
Durch die geometrische Gestaltung der Kupplungselemente erfolgt die radiale Ausrichtung der Kupplungsbuchse 200 zum Antriebszapfen 100 automatisch. Somit ist nur eine Fügebewegung in Richtung der Antriebsbolzen erforderlich. Dadurch wird vorteilhafterweise der Instrumentenschaftwechsel während eines chirurgischen Eingriffs erleichtert und ist in kürzerer Zeit durchführbar.
In 17, 18 sind verschiedene vorteilhafte Ausführungen von Antriebszapfen und Kupplungsbuchse dargestellt, insbesondere eine flache (17(d)), konische (17(c)), sphärisch (17(b)) und eine elliptische (17(a)) Stirnseite des Antriebszapfens, die jeweils mit verschiedenen Einführgeometrie der instrumentenschaftseitigen Kupplungsbuchse kombiniert sein können, insbesondere einer zylindrischen (18(d)) Sacklochbohrung, insbesondere mit einem oder mehreren Absätzen (18(c)), einer Fase (18(b)) oder Verrundung (18(a)).
19 zeigt verschiedene Koppelungen von Zapfen 100 und Aussparung 200: bei einer Ausführung, die exemplarisch in 19(a), (b) und (d) angedeutet ist, sind Zapfen und Aussparung reibschlüssig durch elastisches Aufweiten eines, insbesondere einteilig (19(d)) oder mehrteilig (19(a), (b)) ausgebildeten, Antriebszapfens gekoppelt, der hierzu einen elastischen Körper (in 19(a), (b) beispielhaft: 100.1) aufweisen kann, dessen Durchmesser durch elastische Verformung mittels eines Klemmmittels (in 19(a), (b), (d): 100.2) vergrößert wird. Bei einer Ausführung, die exemplarisch in 19(c) angedeutet ist, sind Zapfen und Aussparung zusätzlich oder ausschließlich formschlüssig durch elastisches Aufweiten eines ein- oder mehrteilig ausgebildeten Antriebszapfens gekoppelt. In einer Ausführung, die in 19(c) exemplarisch in Kombination mit dem Formschluss dargestellt ist, weist ein Klemmmittel (in 19(c) beispielhaft: 100.2) eine konische Außenform auf und ist im Zapfen 100 axial verstellbar, um diesen von innen radial aufzuweiten. In den Ausführungen der 19(a), (b) weist das Klemmmittel 100.2 hingegen einen Flansch auf, um den elastischen Zapfen durch axiale Kompression radial aufzuweiten. In der Ausführung der 19(d) ist das Klemmmittel 100.2 hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet, der Zapfen 100 wird durch Druckbeaufschlagung von innen radial aufgeweitet.
Eine sterile Schutzhülle 3 ist zwischen Zapfen und Aussparung angeordnet und ermöglicht aufgrund ihrer Elastizität den vorstehend beschrieben Form- oder Reibschluss. Wie an anderer Stelle ausgeführt, wird auch bei dieser Ausführung eine Bewegung der (unsterilen) Antriebseinheit auf einen (sterilen) Instrumentenschaft nicht durch eine Aussparung in der Sterilbarriere hindurch, sondern über die geschlossene Sterilbarriere hinweg übertragen, was die sterile Handhabung erleichtert.
Die Klemmbewegung bzw. das Klemmmittel (in 19 beispielhaft: 100.2) kann von dem Instrumentenantrieb abhängig oder davon unabhängig betätigt werden.
20(a) zeigt exemplarisch eine Antriebseinheit 1 mit drei Abtriebselementen in Form von Zapfen, 20(b) einen damit koppelbaren Instrumentenschaft 2 mit drei Eintriebselementen, die entsprechende Aussparungen aufweisen. In einer Ausführung kann ein Zapfen eines Ab- oder Eintriebselements nicht-elastisch radial aufweitbar sein und hierzu ein oder mehrere radial verschieblich geführte, vorzugsweise lamellenartige, separate Körper (in 20(a) beispielsweise 100.1) aufweisen, wie dies exemplarisch in 20(a) dargestellt ist.
21 bis 23 zeigen Schnitte durch eine Antriebseinheit 1 und einen damit gekoppelten Instrumentenschaft 2 mit einer (Hub)Zapfen-Schnittstelle nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Schematisch angedeutet sind insbesondere ein Klemmmittelantrieb in Form eines Elektromotors 100.3 und eine Gewindespindel 100.2, beispielsweise ein Wälzschraubtrieb, eines Klemmmittels, ein Hubzapfen 100 und eine instrumentenschaftseitige Kupplungsbuchse mit einer Aussparung 200. Die Gewindespindel 100.2, beispielsweise eines Kugel- oder Rollengewindetriebs, wird von dem Elektromotor 100.3 weggesteuert angetrieben. Die Gewindespindel ist durch eine Spindellagerung in der Antriebseinheit 1 gelagert. Eine mit der Gewindespindel 100.2 kämmende Spindelmutter 100.4 ist drehfest mit dem Hubzapfen 100 verbunden. Der Hubzapfen ist seinerseits in einem Schublager 100.5 geführt, das nur eine Translation in Axialrichtung zulässt und sämtliche Radialkräfte und Momente aufnimmt. Zum Reib- oder Formschluss (vgl. insb. 19) weist der Zapfen 100 mehrere separate Körper in Form von lamellenartigen Spannhebeln 100.1 auf, die gleichmäßig am Umfang des Hubzapfens verteilt sind. Die Spannhebel 100.1 sind am distalen Ende des Hubzapfens 100 (rechts in 22) drehbar in diesem gelagert und hierdurch radial verschieblich geführt, so dass eine radiale Auslenkung der Spannhebel zu einer kraft- oder formschlüssigen Klemmung des Hubzapfens in der instrumentenseitigen Kupplungsbuchse führt. Die Auslenkung der Spannhebel erfolgt weggesteuert durch eine Steuerkontur, die in die Gewindespindel integriert sein kann, wie exemplarisch in 21 bis 23 angedeutet.
23 zeigt Schritte des weggesteuerten Koppelvorgangs von Abtriebsanordnung und Antriebsanordnung mittels der mechanischen Schnittstelle miteinander, und zwar eine Situation vor dem Ankoppeln von Ab- und Eintriebselement 100, 200 (23(a)), ein Herstellen der Klemmung nach Einführen des Antriebszapfens in die Kupplungsbuchse (23(b)) und ein Aufrechterhalten der Klemmung über den gesamten Stellbereich durch mechanische Zwangsführung der Spannhebel.
23(a) zeigt die Situation vor dem Ankoppeln. Die Antriebseinheit 1 ist durch eine sterile Hülle 3 abgedeckt und der Instrumentenschaft an der Antriebseinheit 1 fixiert. Der Antriebszapfen 100 ist in eine untere Grenzlage gefahren. Eine Druckfeder 200.1 im Instrumentenschaft unterstützt den Kopplungsvorgang, indem sie sicherstellt, dass sich die Kupplungsbuchse 200 ebenfalls in einer unteren Grenzlage befindet. 23(b) zeigt die Situation unmittelbar nach dem Ankoppeln. Durch Ausfahren des Zapfens 100 aus der Antriebseinheit 1 wird dieser in die Kupplungsbuche des Instrumentenschafts eingeführt. Anschließend werden die Spannhebel 100.1 zwangsgeführt durch die auf die Gewindespindel 100.2 aufgebrachte Steuerkontur radial ausgefahren und dadurch die reib- oder formschlüssige Verbindung hergestellt. Wie in 23(c) gezeigt, wird diese mechanische Verbindung durch eine mechanische Zwangsführung der Spannhebel 100.1 im gesamten Arbeitsbereich des Instrumentenschafts aufrechterhalten, im Ausführungsbeispiel bei translatorisch verstell- bzw. aktuiertem Zapfen 100 (vertikal in 23).
24 zeigt mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Bei der Ausführung der 24 ist der Hubzapfen- bzw. Klemmmittelantrieb kraftgesteuert, die Klemmkraft wird im Gegensatz zur Ausführung der 21 bis 24 nicht durch eine vom Stellantrieb des Abtriebselements bzw. Zapfens abhängige Zwangsführung aufgebracht. Die Kopplung zwischen Ab- und Eintriebselement wird durch elastisches Aufweiten des Antriebszapfens 100 hergestellt und kann kraft- oder formschlüssig erfolgen. Durch Verspannen eines Klemmmechanismus bzw. -mittels wird der Antriebszapfen radial aufgeweitet. In der Ausführung der 24 weist das Klemmmittel hierzu einen Rastkugelmechanismus auf, in einer nicht dargestellten Abwandlung kann es beispielsweise einen Spreizdorn, einen Kniehebel-Mechanismus oder eine Sternscheibe aufweisen. Um die Klemmkraft über den gesamten Stellbereich aufrecht zu erhalten, ist das Klemmmittel in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie exemplarisch in 24 angedeutet ist, allgemein so gestaltet, dass es über einen kinematischen Totpunkt verfügt. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass es einen kinematischen Bereich gibt, in dem das Klemmmittel stabil geöffnet bleibt bzw. Ab- und Eintriebselement nicht koppelt, und einen weiteren, von diesem durch einen Totpunkt getrennten kinematischen Bereich, in dem das Klemmmittel stabil geschlossen bleibt bzw. Ab- und Eintriebselement koppelt. In der Ausführung der 24 weist das Klemmmittel hierzu mehrere am Umfang des Antriebszapfens 100 verteilte Rastkugeln 100.6 und einen Betätigungsstift 100.2 mit einem Kugelkopf auf, dessen Durchmesser größer ist als der durch die nicht radial aufgeweiteten Rastkugeln definierte Innenring. Das Klemmmittel wird betätigt bzw. aktuiert, indem der Betätigungsstift 100.2 in den Antriebszapfen 100 vorgeschoben und somit die Rastkugeln 100.6 radial nach außen gedrückt werden. Dadurch wird ein separater elastischer Körper in Form einer Dehnhülse 100.1 im Durchmesser aufgeweitet, die ausgeklinkt oder geschlitzt sein kann, um die Betätigungskraft möglichst gering zu halten. Diese Hülse vermeidet vorteilhaft Punktkontakt zwischen den Rastkugeln und der Sterilbarriere, die den Zapfen 100 umhüllt (nicht dargestellt), und ermöglicht eine gleichmäßigere Anpresskraft über eine möglichst große Kontaktfläche. Dadurch kann die Kontaktsteifigkeit erhöht und die Flächenpressung der Sterilbarriere minimiert werden. Der Betätigungsstift 100.2 wird über den Totpunkt des Rastkugelmechanismus hinaus vorgeschoben, so dass die Rastkugeln hinter dem Kugelkopf des Betätigungsstiftes geringfügig radial nach innen zurückstellen, um die Klemmkraft stabil aufrecht zu erhalten.
Als Stellantrieb zur Aktuierung des Ab- bzw. Eintriebselements kann insbesondere ein Spindelantrieb dienen, wie er beispielsweise mit Bezug auf 22 erläutert wurde, wobei der Klemmmechanismus bzw. das Klemmmittel abhängig oder unabhängig vom Stellantrieb aktuiert werden kann. Im ersteren Fall wirkt die Vorschubbewegung der Antriebseinheit auf den Betätigungsstift 100.2, wie mit Bezug auf 23 erläutert.
25 zeigt Schritte des kraftgesteuerten Koppelvorgangs von Abtriebsanordnung und Antriebsanordnung mittels der mechanischen Schnittstelle der 24 miteinander, in 23 entsprechender Darstellung, auf die ergänzend Bezug genommen wird. 25(a) zeigt die Situation vor dem Einkoppeln. Die Antriebseinheit 1 ist durch eine sterile Hülle abgedeckt und der Instrumentenschaft an der Antriebseinheit fixiert. Der Antriebszapfen 100 ist in eine untere Grenzlage gefahren. 25(b) zeigt die Situation unmittelbar nach dem Ankoppeln: Um den Antriebszapfen zuverlässig in die Kupplungsbuche des Instrumentenschafts einzuführen, wird das Abtriebselement 100 gegen einen Endanschlag im Instrumentenschaft gefahren und der Kupplungsmechanismus ausgelöst bzw. das Klemmmittel betätigt. Die Rastkugeln 100.6 werden von dem Betätigungsstift 100.2 radial nach außen gedrückt und so die mechanische Verbindung von Ab- und Eintriebselement hergestellt. Wie in 25(c) gezeigt, wird die mechanische Verbindung im gesamten Arbeitsbereich des Instruments aufrechterhalten, da der Totpunkt des Klemmmechanismus überwunden ist.
Bei einer Instrumentenanordnung nach der vorliegenden Erfindung kann der Instrumentenschaft insbesondere einen Flansch aufweisen, wobei die mechanische Schnittstelle auf einer endeffektorzugewandten, endeffektorabgewandten oder seitlichen Fläche dieses Flansches angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Antriebseinheit 1 als „Hinterlader”, „Vorderlader” oder „Seitenlader” ausgebildet sein.
Zur Erläuterung sind in 26 vorteilhafte Fügerichtungen eines Instrumentenschafts an eine Antriebseinheit einer Instrumentenanordnung nach verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Nach einer Ausführung, die exemplarisch in 26(a) angedeutet ist, wird der Instrumentenschaft entlang der Einführrichtung des Instruments in den Patienten an die Antriebseinheit gefügt, was daher als „Hinterlader” bezeichnet wird. In einer anderen Ausführung, die exemplarisch in 26(b) angedeutet ist, wird der Instrumentenschaft entgegen der Einführrichtung des Instruments in den Patienten an die Antriebseinheit gefügt, was entsprechend als „Vorderlader” bezeichnet wird. In einer anderen Ausführung, die exemplarisch in 26(c) angedeutet ist, wird der Instrumentenschaft quer zur Einführrichtung des Instruments in den Patienten an die Antriebseinheit gefügt, was als „Seitenlader” bezeichnet wird. Bei der in 26 gezeigten Instrumentenanordnung kann es sich insbesondere um eine der mit Bezug auf eine der anderen Figuren erläuterte Ausführung handeln, so dass auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.
27 zeigt eine mechanische Schnittstelle einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, und zwar in einer perspektivischen Ansicht (27(a)), und zwei Schnitten in unterschiedlichen Hubstellungen (27(b), (c)). Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Bei dieser Ausführung ist zwischen dem Zapfen und der Aussparung ein in radialer Richtung wellenförmiger Spalt ausgebildet, in dem eine radial verschiebbare, axial feste Zwischenelementanordnung angeordnet ist, um eine translatorische Bewegung über eine Sterilbarriere hinweg zu übertragen.
Hierzu ist der Zapfen 100 mit umlaufender Einkerbung und eine instrumentenschaftseitige Kupplungsbuche 200 mit einem umlaufenden Ringprofil auf der Innenseite ausgebildet. Zapfen und Kupplungsbuchse sind so gestaltet, dass sich im gefügten Zustand zwischen diesen Bauteilen ein, vorzugsweise äquidistanter, wellenförmiger Spalt ausbildet. In diesen Spalt sind stabförmige Zwischenelemente 100.7 einer Zwischenelementanordnung eingebracht, die in einer Käfighülse 100.8 raumfest gelagert und nur in radialer Richtung verschieblich sind. Die dünne, folienartige Sterilbarriere (nicht dargestellt) ist zwischen Kupplungsbuche und Käfighülse angeordnet. Durch Verschieben des Zapfens 100 in axialer Richtung (vertikal in 27) wird der antriebsseitige Teil des wellenförmigen Spalts zwischen Zapfen und Kupplungsbuchse verschoben. Durch die kinematischen Zwänge in der Schnittstelle wird die Kupplungsbuchse zusammen mit dem Zapfen axial bzw. translatorisch verschoben, wie in der Figurenfolge 27(b) → (c) angedeutet. In einer Weiterbildung können die Zwischenelemente der Zwischenelementanordnung hülsenförmig ausgebildet sein, an deren Stirnseiten Kugeln drehbar angeordnet sind, um den Reibungswiderstand zu reduzieren.
28, 29 zeigen mechanische Schnittstellen von Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Bei diesen Ausführungen weist die mechanische Schnittstelle einen Kipphebel auf, um insbesondere eine translatorische Antriebsbewegung über eine Sterilbarriere hinweg zu übertragen. Ein besonderer Vorzug dieses Konzepts ist eine einfache Gestaltung der Sterilbarriere: Sie muss lediglich für die Kippbewegungen des Hebels ausgelegt sein und kann in einer Weiterbildung daher als Kunststoff-Formteil, beispielsweise aus thermoplastischem Elastomer oder Silikon, insbesondere als tiefgezogene Folie, einfach hergestellt werden. Der Neigungswinkel des Hebels kann in einer Ausführung von einem Drehantrieb verstellt werden, insbesondere einem Elektromotor, gegebenenfalls mit zwischengeschaltetem Getriebe. Die Sterilbarriere kann die gesamte Antriebseinheit einhüllen und auch über den Hebel gestülpt sein. In einer nicht dargestellten Weiterbildung kann ein Hebel (in 28, 29 beispielhaft: 1000) allgemein auf seiner kontakt- bzw. sterilbarrierenabgewandten Seite (unten in 28, 29) über sein Drehlager hinaus verlängert und dort mit einem Antrieb bzw. einem instrumentenschaftseitigen Antriebsstrang, beispielsweise einem Zugseil oder einem Gestänge, gekoppelt sein.
Der Kipphebel (in 28, 29 beispielhaft: 1000) ist in einer Ausführung allgemein formschlüssig mit einem Kupplungsteil gekoppelt, insbesondere kann er, wie in den Ausführungen der 28, 29 angedeutet, in einer Nut eines Kupplungsteils (in 28, 29 beispielhaft: 2000) geführt sein. Der Kipphebel kann insbesondere mit einem Abtriebselement der Abtriebsanordnung der Antriebseinheit gekoppelt sein oder ein solches darstellen, das Kupplungsteil entsprechend mit einem Antriebselement der Antriebsanordnung des Instrumentenschafts gekoppelt sein oder ein solches darstellen. Gleichermaßen kann umgekehrt auch der Kipphebel mit einem Antriebselement der Antriebsanordnung des Instrumentenschafts gekoppelt sein oder ein solches darstellen, das Kupplungsteil entsprechend mit einem Abtriebselement der Abtriebsanordnung der Antriebseinheit gekoppelt sein oder ein solches darstellen.
Das Kupplungsteil 2000 kann in einer Ausführung, die exemplarisch in 28 angedeutet ist, durch ein Schublager 2000.1 translatorisch verstellbar geführt sein. Somit wird die Drehbewegung des Kipphebels 1000 beispielsweise im Instrumentenschaft als translatorische Bewegung abgegriffen bzw. in der Antriebseinheit als translatorische Bewegung aufgeprägt. Die Kinematik dieser Schnittstelle ist nichtlinear und wird daher in einer Weiterbildung rechnerisch bzw. in der Antriebseinheitssteuerung kompensiert.
Indem ein Kipphebel in einer Weiterbildung kardanisch gelagert ist, können auch Bewegungen in zwei Freiheitsgraden übertragen werden. Hierzu ist beispielsweise die Abbildung der 28 als Schnittdarstellung in zwei zueinander senkrechten Ebenen zu denken. Durch eine optionale zusätzliche Verschiebbarkeit des Kipphebels entlang seiner Längsachse (vertikal in 28) kann eine Schnittstelle mit Kipphebel zur Aktuierung von drei Freiheitsgraden ausgebildet sein.
In einer anderen Ausführung, die exemplarisch in 29 angedeutet ist, kann das mit dem Kipphebel formschlüssig gekoppelte Kupplungsteil ebenfalls drehbar gelagert sein bzw. in einem Drehlager geführt sein. Auch diese Ausführung kann zur Aktuierung von zwei oder mehr Freiheitsgraden erweitert sein, wie dies vorstehend mit Bezug auf 28 erläutert wurde.
Die Figuren 30 bis 32 zeigen Instrumentenanordnungen nach weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit einer Sterilbarriere, die – wenigstens im OP-Betrieb – eine Antriebseinheit umhüllt und zwischen der Antriebseinheit und einem mit diesem mittels einer mechanischen Schnittstelle gekoppelten Instrumentenschaft angeordnet ist. Antriebseinheit, Instrumentenschaft und/oder mechanische Schnittstelle können insbesondere solcher der anderen Ausführungen und Figuren sein, so dass mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale durch identische Bezugszeichen bezeichnet sind und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Die Sterilbarriere kann allgemein insbesondere einteilig und/oder als Folienschlauch ausgeführt sein. In einer Weiterbildung ist die Sterilbarriere luftdicht ausgebildet bzw. umhüllt die Antriebseinheit luftdicht. Wie insbesondere nachfolgend mit Bezug auf die 30 bis 32 beschrieben, erfolgt nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Übertragung einer Antriebs- bzw. Stellbewegung von einem Ab- auf ein Eintriebselement nicht durch eine Öffnung in der Sterilbarriere hindurch, sondern über die in diesem Bereich geschlossene Sterilbarriere hinweg.
In einer Ausführung, die in zwei Varianten in 30 dargestellt ist, weist die Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle wenigstens eine, insbesondere im Bereich jedes Abtriebselements je eine, vorgespannte Lose in einer Verstellrichtung der Ab- und Antriebsanordnung auf. Die vorgespannte Lose ist in einer Weiterbildung als elastischer Faltenbalg, insbesondere als Elastomer-Faltenbalg ausgebildet, vorzugsweise als Wellmembran (in 30(a) beispielhaft: 3.2) oder Wellbalg (in 30(b) beispielhaft: 3.3), der direkt in die sterile Hülle integriert bzw. einteilig mit dieser ausgebildet, insbesondere ur- oder umgeformt, ist. In einer anderen Ausführung, die als Variante in 30(c) dargestellt ist, weist die Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle wenigstens eine, insbesondere im Bereich jedes Abtriebselements je eine, nicht vorgespannte Lose in einer Verstellrichtung der Ab- und Antriebsanordnung auf. Diese, wenigstens im Wesentlichen nicht vorgespannte, Lose ist in einer Weiterbildung als, vorzugsweise elastische, Stulpe, insbesondere als Thermoplast- oder Elastomer-Stulpe (in 30(c) beispielhaft: 3.4) ausgebildet, die direkt in die sterile Hülle integriert bzw. einteilig mit dieser ausgebildet, insbesondere ur- oder umgeformt, ist.
30(a) zeigt eine Ausführung als ebene Wellmembran 3.2, 30(b) als Wellbalg 3.3, dessen Querschnitt insbesondere zylindrisch oder kegelförmig sein kann. Beide Faltenbalge speichern Lose in Verstellrichtung (vertikal in 30), in die durch die Faltung bzw. vorgeformten Wellen eine rückstellende Vorspannung eingeprägt ist, die bei Aktuierung des Abtriebselements (in 30 beispielsweise 10A, 100 oder 1000) in Verstellrichtung den auftretenden Hub kompensiert.
In einer anderen Ausführung, die in drei Varianten in 31 dargestellt ist, weist die Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle wenigstens eine, insbesondere im Bereich jedes Abtriebselements je eine, berührungslose translatorisch verschiebbare Dichtung auf (in 31 beispielhaft: 3.5). Diese kann in einer Weiterbildung, die exemplarisch in 31(a) angedeutet ist, als axial verschiebliche Spaltdichtung ausgebildet sein. Gleichermaßen kann sie in einer Weiterbildung, die exemplarisch in 31(b) angedeutet ist, als Labyrinthdichtung ausgebildet sein. Wie exemplarisch in 31(c) angedeutet, kann eine translatorisch verschiebbare Dichtung vorzugsweise teleskopierbar sein, insbesondere als ein- oder mehrstufige Teleskophülse (in 31(c) beispielhaft: dreistufig).
32 zeigt eine weitere Ausführung der Sterilbarriere im Bereich der mechanischen Schnittstelle, insbesondere wenigstens eines, vorzugsweise jedes Ab- bzw. Eintriebselements, die sich durch eine sehr einfache Struktur und Fertigung auszeichnet. Die Sterilbarriere weist für wenigstens ein, vorzugsweise jedes Ab- oder Eintriebselement einen sterilen Elementfortsatz auf, der lösbar mit einer Elementbasis verbindbar ist, welche die Sterilbarriere zerstörend durchgreift. Wie in der Figurenfolge 32(a) → 32(b) angedeutet, durchgreift exemplarisch eine Abtriebselementbasis 11 zerstörend die Sterilbarriere 3 und wird mit ihrem Durchtrittsbereich lösbar mit einem sterilen Elementfortsatz 3.6 zu einem Abtriebselement verbunden, wie es beispielsweise als 10A, 10B, 100 oder 1000 in den anderen Ausführungen und Figuren erläutert ist. Gleichermaßen kann umgekehrt auch eine Eintriebselementbasis 21 zerstörend die Sterilbarriere 3 durchgreifen und mit ihrem Durchtrittsbereich lösbar mit einem sterilen Elementfortsatz 3.6 zu einem Eintriebselement verbunden werden, wie es beispielsweise als 20A, 20B, 200 oder 2000 in den anderen Ausführungen und Figuren erläutert ist.
In einer Ausführung, die exemplarisch in 32 angedeutet ist, weist die Sterilbarriere im Bereich der sie durchgreifenden Elementbasen je eine, vorzugsweise ringförmige, Aufdickung 3.7 auf, beispielsweise durch aufgeklebte Kunststoffscheiben, urgeformte lokale Wandstärkenvergrößerungen und/oder lokaler Werkstoffänderung. In der Mitte des verstärkten Bereichs kann die Sterilbarriere wieder als dünne Membran ausgeführt sein. Nach dem Einhüllen der Antriebseinheit wird, wie beschrieben, beispielsweise auf einen Zapfen der sterile Fortsatz 3.6 gefügt. Hierzu wird die dünne Membran der Sterilbarriere im Inneren des Verstärkungsrings durchstoßen. Die Fixierung des sterilen Fortsatzes kann insbesondere reib-, stoff- und/oder formschlüssig, schlüssig beispielsweise durch eine Schraub- oder Bajonettverbindung erfolgen oder auch als Kugelsperrbolzen ausgeführt sein.
33 zeigt eine Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer Sterilbarriere 3, die – wenigstens im OP-Betrieb – eine Antriebseinheit 1 umhüllt und zwischen der Antriebseinheit und einem mit diesem mittels einer mechanischen Schnittstelle gekoppelten Instrumentenschaft 2 angeordnet ist. Antriebseinheit 1, Instrumentenschaft 2 und/oder mechanische Schnittstelle 3 können insbesondere solcher der anderen Ausführungen und Figuren sein, so dass mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale durch identische Bezugszeichen bezeichnet sind und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen und im Übrigen auf die gesamte Beschreibung Bezug genommen wird.
Die Instrumentenanordnung weist ein Befestigungselement in Form eines sterilen Adapters 4 zur lösbaren Verbindung des Instrumentenschafts 2 an der Antriebseinheit 1 auf, welcher auf einer der Antriebseinheit abgewandten Oberfläche der Sterilbarriere angeordnet wird bzw. ist.
Die Antriebseinheit 1, die in der in 33 dargestellten Ausführung beispielhaft mehrere Hubzapfen 100 aufweist, wird von der sterilen Hülle 3 umschlossen. In der sterilen Hülle sind die Abdeckungen für die Abtriebselemente integriert, in der in 33 dargestellten Ausführung beispielhaft als Elastomer-Faltenbälge wie vorstehend mit Bezug auf 30 erläutert. Nachdem die Antriebseinheit von der Sterilbarriere umschlossen wurde, wird der sterile Adapter 4 von außen an der steril verpackten Antriebseinheit fixiert. Der Adapter 4 interagiert somit nicht mit den Abtriebselementen 100, sondern stellt lediglich eine mechanische Schnittstelle zur Befestigung des Instrumentenschafts 2 an der umhüllten Antriebseinheit 1 zur Verfügung. Diese Trennung von mechanischer Kopplung von Ab- und Eintriebselementen einerseits (durch die mechanische Schnittstelle) und der mechanischen Befestigung von Antriebseinheit und Instrumentenschaft andererseits (durch das Befestigungselement bzw. den Adapter) erleichtert die sterile Handhabung der Instrumentenanordnung. In einer Ausführung, die exemplarisch in 33 angedeutet ist, ist der Adapter 4 form- und/oder reibschlüssig, beispielsweise durch Rast- bzw. Clipverbindungen, mit Instrumentenschaft und Antriebseinheit verbindbar bzw. verbunden, wobei die sterile Hülle 3 auch zwischen Rastvorsprüngen und -aussparungen von Antriebseinheit und Adapter dicht bzw. durchgangsfrei ist, um so die Sterilität zu wahren.
Die vorstehenden Instrumentenanordnungen sind in einer Weiterbildung robotergeführt bzw. zur Befestigung an einem Manipulator eines Manipulatorchirurgiesystems eingerichtet. Insbesondere kann hierzu die Antriebseinheit 1, der Instrumentenschaft 2 und/oder ein Befestigungselement bzw. ein Adapter 4 eine entsprechend eingerichtete Befestigungsschnittstelle aufweisen, beispielsweise entsprechende Aussparungen, Verriegelungen oder dergleichen.
Vorstehend wurden insbesondere Komponenten einer erfindungsgemäßen Instrumentenanordnung beschrieben, wobei jedoch auch Verfahren zum Bestücken eines Manipulators eines Manipulatorchirurgiesystems umfasst sind, bei denen eine modulare motorische Antriebseinheit und ein Instrumentenschaft lösbar miteinander verbunden und dabei die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels der mechanischen Schnittstelle miteinander gekoppelt werden, wie beispielsweise in den Figurenfolgen 23(a) → 23(b) → 23(c), 25(a) → 25(b) → 25(c) und 32(a) → 32(b) sowie den Montagepfeilen in 26 und 33.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinheit
2: Instrumentenschaft
3: Sterilbarriere
3.1: Ausgleichselement
3.2: Wellmembran (vorgespannte Lose)
3.3: Wellbalg (vorgespannte Lose)
3.4: Elastomer-Stulpe (Lose)
3.5: translatorisch verschiebbare Dichtung
3.6: steriler Fortsatz
3.7: Aufdickung
4: Adapter (Befestigungselement)
10A, 10B: Abtriebselement (Abtriebsanordnung)
10C: Koppelmittel
10D: Führungsschiene
11: Abtriebselementbasis
20A, 20B: Eintriebselement (Antriebsanordnung)
20C: Koppelmittel
20D: Dreh-Schublager
20E: Verzahnung
21: Eintriebselementbasis
30: Rolle
40: Koppelstange
50: Feder
60: Seilzug
100: Zapfen (Abtriebselement)
100.1: Dehnhülse/Spannhebel (elastischer/separater Körper)
100.2: Gewindespindel/Betätigungsstift (Klemmmittel)
100.3: Elektromotor
100.4: Spindelmutter
100.5: Schublager
100.6: Rastkugeln
100.7: Zwischenelement(anordnung)
100.8: Käfighülse
200: Kupplungsbuchse mit Aussparung (Eintriebselement)
200.1: Druckfeder
1000: Kipphebel (Ab-/Eintriebselement)
2000: Kupplungsteil (Ein-/Abtriebselement)
2000.1: Schublager

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

EP 1015068 A1 [0002]
DE 102009060987 A1 [0003]

Claims

Chirurgische Instrumentenanordnung, mit einer modularen motorischen Antriebseinheit (1), die eine Abtriebsanordnung mit wenigstens einem Abtriebselement (10A, 10B; 100; 1000) aufweist; und einem Instrumentenschaft (2), der lösbar mit der Antriebseinheit verbindbar ist und eine Antriebsanordnung mit wenigstens einem Eintriebselement (20A, 20B; 200; 2000) aufweist, wobei die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels einer mechanischen Schnittstelle miteinander koppelbar sind, die wenigstens eine einseitige Bindung (10A–20A, 10B, 20B); einen Zapfen (100) und eine Aussparung, wobei der Zapfen in der Aussparung radial, insbesondere elastisch und/oder durch wenigstens einen separaten Körper (100.1), aufweitbar ist, und/oder zwischen dem Zapfen und der Aussparung ein in radialer Richtung wellenförmiger Spalt ausgebildet ist, in dem eine radial verschiebbare, axial feste Zwischenelementanordnung (100.7) angeordnet ist; und/oder einen Kipphebel (1000) aufweist.
Instrumentenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens ein Ab- und/oder Eintriebselement translatorisch oder rotatorisch verstellbar geführt ist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Ab- und/oder Eintriebselement derart mit einem Koppelmittel (10C, 20C) gekoppelt ist, dass eine von einer translatorischen oder rotatorischen Bewegung von dem einen von dem Element und dem Koppelmittel in die andere von einer translatorischen oder rotatorischen Bewegung von dem anderen von dem Element und dem Koppelmittel umgesetzt wird.
Instrumentenanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Koppelmittel ein Drehschublager (20D) und/oder eine Verzahnung (20E) aufweist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Instrumentenschaft einen Flansch aufweist, und wobei die mechanische Schnittstelle auf einer endeffektorzugewandten (26(a)), endeffektorabgewandten (26(b)) oder seitlichen Fläche (26(c)) dieses Flansches angeordnet ist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtriebsanordnung und/oder die Antriebsanordnung wenigstens ein Paar gegensinniger Ab- bzw. Eintriebselemente aufweist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Ausgleichmittel (3.1) zum Toleranzausgleich.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Ab- und/oder Eintriebselement entgegen seiner Verstellrichtung vorgespannt ist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine von einander zugewandten Stirnseiten eines Ab- und eines damit koppelbaren Eintriebselements eben oder ballig ausgebildet sind und/oder einen Vorsprung zum Eingreifen in eine Aussparung in der anderen Stirnseite aufweisen.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Klemmmittel (100.2) zum radialen Aufweiten eines in eine Aussparung eingeführten Zapfens der mechanischen Schnittstelle.
Chirurgische Instrumentenanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer modularen motorischen Antriebseinheit (1), die eine Abtriebsanordnung mit wenigstens einem Abtriebselement (10A, 10B; 100; 1000) aufweist, einem Instrumentenschaft (2), der lösbar mit der Antriebseinheit verbindbar ist und eine Antriebsanordnung mit wenigstens einem Eintriebselement (20A, 20B; 200; 2000) aufweist, wobei die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels einer mechanischen Schnittstelle miteinander koppelbar sind, und mit einer Sterilbarriere (3), die dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit zu umhüllen und zwischen der Antriebseinheit und dem Instrumentenschaft angeordnet zu werden, und die im Bereich der mechanischen Schnittstelle eine, insbesondere vorgespannte, Lose (3.2; 3.3; 3.4) in einer Verstellrichtung der Ab- und Antriebsanordnung, eine berührungslose translatorisch verschiebbare Dichtung (3.5), ein Ausgleichmittel zum Toleranzausgleich (3.1) und/oder einen Elementfortsatz (3.6) aufweist, der lösbar mit einem von einer Ab- und einem Eintriebselementbasis (11; 21) verbindbar ist, welches die Sterilbarriere zerstörend durchgreift.
Chirurgische Instrumentenanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer modularen motorischen Antriebseinheit (1), die eine Abtriebsanordnung mit wenigstens einem Abtriebselement (10A, 10B; 100; 1000) aufweist, einem Instrumentenschaft (2), der lösbar mit der Antriebseinheit verbindbar ist und eine Antriebsanordnung mit wenigstens einem Eintriebselement (20A, 20B; 200; 2000) aufweist, wobei die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels einer mechanischen Schnittstelle miteinander koppelbar sind, einer Sterilbarriere (3), die dazu vorgesehen ist, die Antriebseinheit zu umhüllen, und mit einem Befestigungselement (4) zur lösbaren Verbindung mit der Antriebseinheit, welches dazu vorgesehen ist, auf einer der Antriebseinheit abgewandten Oberfläche der Sterilbarriere angeordnet zu werden.
Manipulatorchirurgiesystem mit wenigstens einem Manipulator und wenigstens einer manipulatorgeführten Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Antriebseinheit (1) und Instrumentenschaft (2) miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Bestücken eines Manipulators eines Manipulatorchirurgiesystems nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine modulare motorische Antriebseinheit (1) und ein Instrumentenschaft (2) der Instrumentenanordnung lösbar miteinander verbunden und die Abtriebsanordnung und die Antriebsanordnung mittels der mechanischen Schnittstelle miteinander gekoppelt werden.