WO2012031919A1 - Instrument system for an endoscopy robot - Google Patents

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WO2012031919A1
WO2012031919A1 PCT/EP2011/064780 EP2011064780W WO2012031919A1 WO 2012031919 A1 WO2012031919 A1 WO 2012031919A1 EP 2011064780 W EP2011064780 W EP 2011064780W WO 2012031919 A1 WO2012031919 A1 WO 2012031919A1
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WO
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instrument
arm
movement
elements
instrument system
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Application number
PCT/EP2011/064780
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Inventor
Ronny BÄRWINKEL
Oliver Hornung
Karl-Heinz Maier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
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    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2901—Details of shaft
    • A61B2017/2908—Multiple segments connected by articulations
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    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
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    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A61B2034/306—Wrists with multiple vertebrae

Definitions

  • Instrument system for an endoscopic robot The invention relates to an instrument system for an Endo ⁇ skopieroboter.
  • a corresponding instrument is located on a manipulator arm of an endoscopic robot.
  • the actual guidance of the instrument is therefore assumed by the robot or its system control.
  • a known endoscopic robot is e.g. the system “Da Vinci” of the company “Intuitive Surgical”.
  • the flexibility in terms of the movement possibilities of the instruments used plays a crucial role.
  • the instrument should Thus, when used in the patient by a variety of degrees of freedom for their robot-controlled movement options are distinguished. Since, in particular, the passage area through the patient, namely the trocar usually passing through the abdominal wall, offers only little room for maneuver, instruments used in the patient must have a small installation space. Due to the small installation space and the required many degrees of freedom, a complex construction of the instruments is complex. It is therefore known to offer many different intervention-specific designs for instruments in order to be able to respond flexibly to operating conditions. Lowest system costs and complexity with maximum controllability, intuitiveness and sterilisability are therefore desirable with such a scalable approach.
  • the scalability refers to the various, intervention-specific designs for instruments which, in addition, must cover workspaces of different sizes. The problem here, however, is that the scalability comes with very difficult to control system diversity.
  • the instruments available for an endoscopic robot, from which a respective one can be selected for a medical procedure form an instrument system.
  • the object of the invention is to specify an improved instrument system for an endoscopic robot.
  • the object of the invention is achieved by an instrument system for a, having a manipulator endoscopy robot.
  • the instrument system has various components, wherein the components can be combined according to a modular principle to a medical instrument.
  • the instrument in turn can be attached to the manipulator arm.
  • the instrument system comprises the following components:
  • At least one medical processing head serving to carry out a medical procedure in a patient.
  • At least one arm element which can be coupled to the machining head or, in the case of several arm elements, to other arm elements.
  • At least one of the arm members in this case has a coupling ⁇ element.
  • the coupling element is the Armele ⁇ ment and thus also attached to this coupled Armelemen ⁇ te and the coupled machining head on the manipulator arm.
  • the instrument system is designed such that at least one component has a moving element, wherein the Be ⁇ wegungselement from the robot endoscopy is adjustable.
  • the instrument system or its components is / are designed such that each completed from the components instrument has at least one movement element.
  • the invention is based on the idea of an improved instrument system for an endoscopic robot propose that enables even more degrees of freedom than be ⁇ knew rigid instruments. The manipulator arms can then offer less room for maneuver, making it easier and space-saving.
  • the expression "at least" in connection with the machining head and the arm element is to be understood such that the instrument system results in an actual modular system from which at least two different instruments can be created. So, for example, only need to contain a single processing ⁇ head at least two arm members may be provided. If at least one arm member is provided, min ⁇ least two machining heads are provided.
  • the instruments ⁇ system is therefore designed so that it provides a respective combined individually instrument for a respective special of several medical procedures. The one ⁇ individual components are therefore reusable normally. After disassembling a first instrument, the components can then be reused in eg another compilation for another instrument.
  • each completed In ⁇ instrument having at least one moving element in such a way to be understood that thus at least the machining head or at least one arm element necessary in each instrument has at least one movement element.
  • the arm members are in this case play a rod at ⁇ , and thus extend along a central longitudinal axis. These then have at their respective longitudinal ends couplings for other arm elements, the manipula ⁇ torarm or the machining head.
  • Moving elements are, for example rotary, pivotal or rotary joints or telescopes, which act in ⁇ nergur of a component or between two components as the connection member. For example, therefore, a rotation of two halves of an arm member to each other about the central longitudinal axis by a rotary joint within the arm member is possible.
  • a hinge at the longitudinal end of an arm element allows its pivoting with respect to adjacent components.
  • an exemplary instrument has, for example between the coupling element and the machining head on two ge ⁇ switched in series or connected arm members, which both in terms of the manipulator arm and with each other and with respect to the machining head are movable.
  • a modular robot or instrument system in which the rotational and shear axes can be freely configured with respect to the possibilities of movement of the machining head, depending on the selection of the components according to the modular system.
  • the instrument itself is movable, ie the working head is movable relative to the manipulator arm. This movement must not be supplied from the manipulator itself, so it can be launched simp ⁇ cher and less mobile.
  • the hard-to-use system diversity through a ⁇ handle specific design of the manipulation kinematics described above with respect to the working head through this modular concept of an instrument system in its complexity with respect to the endoscopic robot - without instrument - greatly reduced.
  • an instrument system which holds a principle of axle types and lengths of the link arm members on hand to combine them according to need any in a ⁇ instrument.
  • the instrument system according to the invention as a modular micromanipulation system offers the advantages of scalability, a reduction of the complexity of the endoscopic robot by means of an instrument system that can be generated from the instrument system and therefore a system variety.
  • By configuring an appropriate instrument from the instrument system a specific optimal engagement Achskonfigura ⁇ tion for the movement of the machining head is possible.
  • the system costs are reduced. Due to the ability to disassemble into individual components, the individual components can be better sterilized, although a complex instrument is available for each intervention.
  • the moving elements of the completed instrument befin ⁇ during the conduct of the medical procedure is usually within the patient, that is seen from the manipulator arm from beyond the Trokar to equipment.
  • the movement of the instrument itself is thus completely within the patient.
  • the manipulator then serves eg only for coarse positioning and alignment of the instrument near a body region to be treated.
  • the manipulator remains immovable. The movement for the implementation of the measure is carried out solely from the instrument or its movement elements.
  • Conceivable for the movement elements are that they are operated by the Ro ⁇ boter from or moved is.
  • mechanically operated clutches for power transmission are then provided in the components such as cables and at the connection points of the components.
  • the movement element has an electric drive.
  • the drive is on site at the movement element itself or in the UNMIT ⁇ ately.
  • the instrument has an electric drive even locally, ie directly locally on the moving element.
  • the endoscopic robot supplies only the energy or the control signal for activating the drive via the manipulator arm in order to cause the movement of the movement element.
  • Elaborate mechanism for transmitting a movement generated in the robot on the instrument for example, operated by the endoscopy robot cables, ent ⁇ fall thus in the instrument.
  • an electrical connection must be made only. In other words, therefore electrically operated in their interior operated or driven instruments are pre ⁇ suggested.
  • a separate drive is as a rule assigned to each movement element.
  • Each drive can be supplied via a separate on ⁇ control line, for example. More favorable, however, are usually piping systems with bus intelligence.
  • all movement elements are then connected in series only on a single bus. In the instrument, only one bus must run ver ⁇ . For example, then pass three electrical lines to the instrument, namely two lines for positive and negati ⁇ ve voltage and a signal or bus line.
  • the instrument system includes at least one arm element a set of similar arm elements in different lengths.
  • the instrument system includes at least two arm members, wherein said the arm elements ⁇ movement elements with different degrees of Freedom ⁇ its possible movement characteristics. For example, there are two rod-shaped arm members, one of which has hinges at both ends and another has a torsion hinge between the two ends.
  • the instrument system contains an output unit for transmitting a movement property of the movement element to the endoscopy robot.
  • an output unit is assigned to each movement element of the overall system, so that each movement element can transmit its movement property to the endoscopic robot.
  • the endoscopic robot then knows the movement properties of the respective instrument. Has a replenished tool several motion ⁇ elements in the sense of a kinematic chain, thus resulting combined movement characteristics of the interconnected moving elements with regard to the kinematic chain.
  • the output unit for example, then transmits the combined BEWE ⁇ supply property, ie, the movement property of the currently completed instrument and transmits it to the skopieroboter endo-. This is then informed about the full range of motion of the instrument.
  • the movement element is assigned a memory communicating with the output unit, and the memory element stores the movement characteristic of the movement element.
  • ⁇ is permanently assigned to the moving member whose moving status as Informa ⁇ tion, so that for determining thenesssmög ⁇ possibilities of a single element or of the instrument single ⁇ Lich the respective memory must be read out.
  • the Memory are, for example, arranged locally in the respective arm element or machining head concerned. Together by ⁇ menSSA of the components of the instrument so that also the completed instrument includes allfoldsinfor ⁇ mation in the existing memories.
  • the memory may be in the form of an RFID chip so that an RFID receiver placed on the instrument arm can read out and utilize the motion information of the entire kinematic chain of the instrument when inserting the instrument.
  • the components themselves thus have a decentralized Intel ⁇ ligence in the form of motion information of their movement elements.
  • the sum of the individual information results in the movement information of all available movement axes of the instrument.
  • a corresponding instrument can thus register itself, for example, on a communication bus of the endoscopic robot.
  • a central, higher-level robot control system recognizes by a corresponding logon on the bus, which types of axes in the overall kinematic chain are connected to the processing head in what way. Thereby, the ge ⁇ entire kinematics of the system is known and the desired Ar ⁇ beitsraumlagen the working head can be calculated and ⁇ controls.
  • the instrument system has a computing device which is embodied as follows: It receives a specification for a desired range of motion for the machining head relative to the instrument arm.
  • the computing device is known all the geometry information of all components and the motion characteristics of all movement elements that are present in the instrument system. Out of all this, the computational Direction a combination of a processing head and one or more arm elements as an instrument, wel ⁇ Ches then met as a completed instrument the specification.
  • Geometry information is here, for example, the information necessary for the mobility of the instrument or processing ⁇ head information about lengths, angles and dimensions of the components.
  • the default with the associated working space requirements for the instrument or manipulation system automates the bestge ⁇ suitable combination of components or the best ⁇ suitable joint combination of a planning system in the form of computing device proposed for preoperative planning in mind.
  • a selected instrument can then also be simulated on a computer.
  • An example workflow for a medical degree ⁇ takeover with the help of the instrument system according to the invention is as follows: A doctor gives different information about a planned operation in a planning system, for example in the form of the aforementioned computing device, one. Data includes, for example, which operation is to be performed and the body dimensions of the patient. The planning system then proposes the modules of the instrument system to be used, that is to say the components, and in which order these are combined to form an instrument. The thus completed instrument is then connected to the Ma ⁇ nipulatorarm of the endoscopic robot. The individual components of the instrument 46 are connected to a central control unit of the endoscopic robot via the memory integrated in the instrument.
  • the robot arm is controlled in such a relationship as ⁇ out that the instrument is inserted through a trocar into the patient.
  • the operation can then be Runaway ⁇ leads.
  • the instrument to be used can also be assembled from the experience of the surgeon from the available components - ie without automatic suggestion by the planning system.
  • Fig. 1 shows an inventive instrument system
  • the instrument system 2 which comprises a total of eight components 4.
  • the components 4 are divided into two processing heads 6 and six arm elements 8.
  • the Bear ⁇ processing head 6a here is a pair of scissors, the processing head 6b a gripper.
  • the arm elements 8 are bar-shaped straight with respective central longitudinal axes 10.
  • a first arm Element 8a has at its one longitudinal end 12a a coupling ⁇ element 14, which will be explained in more detail below.
  • At its opposite longitudinal end 12b there is a connecting element 16.
  • the remaining components 4 also have respective connecting elements 16.
  • two connection ⁇ elements 16 can be joined together to produce a mechanical connection between the components. 4 All connecting elements 16 are the same in the sense that ver ⁇ different components 4 can be joined behind the other via the connecting elements 16 in series.
  • the connecting elements 16 also have a Gelenkfunkti ⁇ on with a respective axis of rotation 18. If two connecting elements 16 are joined together, the axes of rotation 18 coincide, and the respective components 4 can be pivoted in the direction of the double arrow 20 about the common axis of rotation 18 relative to one another.
  • the connecting elements 16 thus also constitute a movement element 17.
  • the arm elements 8b-d also form a set 22 of similar components 4, which differ only in their respective axial length 1, ie the spacing of the end-side connecting elements 16 and are otherwise identical. Likewise, all components 4 of the set 22 have a rigid longitudinal body with end-side
  • Connecting elements 16 which are all the same orientation with respect to their axes of rotation 18.
  • the two arm elements 8e, f differ with regard to their degrees of freedom or possibilities of movement.
  • these additional movement elements 17 in the form of a rotary joint 24 and a buckling joint 26 are divided into two longitudinal halves or parts.
  • the rotary joint 24 allows the rotation of the two parts of the arm member 8e about the central longitudinal axis 10 in the direction of Double arrows 28.
  • the spatial positions of the end axes of rotation 18 can be changed to each other.
  • the articulated joint 26 allows a pivoting of the two parts of the arm member 8f about the pivot axis 30, so ⁇ thereby also tilting of the respective axes of rotation 18, in turn in the direction of the double arrow 28, to each other is possible.
  • the arm members 8e, f thus differ so ⁇ well with each other and in relation to the set 22 of Armele- elements 8 by the number and nature of their degrees of freedom of the movement elements 17th
  • FIG. 2 shows a detail of a patient 32, namely his abdominal wall 34 and interior 36.
  • a medical procedure is carried out on the patient 32 in a minimally invasive manner. Therefore, a trocar 38 was minimally invasively placed in the abdominal wall 34.
  • the medical procedure is a minimally invasive performed with Hil ⁇ fe an endoscopy robot 40, from which a manipulator arm le ⁇ diglich shown 42nd At the front end 44 of the manipulator arm 42, a medical instrument 46 is attached.
  • the instrument 46 is composed of selected components 4 of the instrument system 2.
  • the arm element 8a is connected as a first arm element to a second in the form of the arm element 8b via their respective mutually facing connecting elements 16.
  • the arm member 8f is mounted as a third arm ⁇ element.
  • the arm member 8f is finally connected to the processing ⁇ head 6a in the form of scissors.
  • the instrument 46 has 4 degrees of freedom, namely four movement elements 17. Three of these are formed from the six connecting elements 16 connected in pairs and represented by the three respective axes of rotation 18. The fourth degree of freedom is provided by the articulated joint 26 as a movement element. ment 17 formed with the pivot axis 30.
  • the Composite ⁇ te instrument 46 ends at the end arm member 8a with the coupling element 14, which is fastened in the end 44 of the manipulator arm 42 and therefore serves to secure the entire home struments 46th About the coupling element 14, the arm ⁇ element 8a with respect to its central longitudinal axis 10 rotatably held in the manipulator arm 42. However, this is the part of the ene doskopieroboters 40 rotatable about the central longitudinal axis 10 so that ⁇ for the movement of the instrument, a further, but-provided endoscopy robot 40 degree of freedom is given here 46th
  • the movement function of the respective machining head 6, in this case the opening and closing of the scissors, is not regarded as a movement element 17 in the sense of the present invention. This movement does not relate to the actual mobility of the movable instrument 46, but solely to the possible actuation of the machining head 6 or its special tool, which is also possible with known rigid instruments.
  • the four movement elements 17 of the instrument 46 are driven by the endoscopy robot via cables and mechanical couplings.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which each movement element 17 is assigned on site a separate electric drive 48 in the form of an electric motor.
  • the respective Be ⁇ movement of the instrument 46 about the three rotation axes 18 Bezie ⁇ hung, the pivot axis 30 is thus created in each case directly at the place of the respective moving element.
  • the drives 48 are thus integrated in the respective components 4.
  • the drives 48 are supplied via power, not shown, electrical Zulei ⁇ , which run in the interior of the instrument 46, with energy and control signals.
  • the interface of the electrical lines of the instrument 46 to the manipulator arm 42 is located in the region of the coupling element 14. This is accomplished by not shown contacts on the arm member 8a and mating contacts at the end 44 of the manipulator arm 42. stelligt. The contacts and mating contacts come in Einset ⁇ zen of the instrument 46 in the manipulator arm 42 into contact.
  • FIG. 2 also shows, in a further embodiment, an output unit 50 belonging to the instrument system 2, which transmits a movement characteristic B of the instrument 46 generated from the instrument system 2 to the endoscopic robot 40.
  • the latter has on the knowledge sämtli ⁇ cher degrees of freedom of the instrument currently in use 46 relative to the pivot axis 30 and the axes of rotation 18 and their interaction on the geometry of the arm members 8 and of the machining head. 6
  • an unillustrated operator of the instrument system 2 notifies the components 4 of the output unit 50 currently used in the instrument 46 or combined therewith. This then determines thearchitectesin ⁇ formation B from the stored in her knowledge of the motion properties of the respective components. 6
  • each component 4 or each movement element 17 is assigned its own memory 52. In each case a corresponding movement property B of the respective individual movement ⁇ elements 17 is stored.
  • the memory 52 of the components 6 used to communicate with the output unit 50 and transmit the respective in the instrument 46 existing or available ste ⁇ Henden motion characteristics B automatically without a user having to enter it, to the output unit 50. This then determines again the movement information B of the entire instrument 46, taking into account the resulting kinematic chain.
  • FIG. 2 shows a further embodiment in which the instrument system 2 also comprises a computing device 54.
  • a user for example, not shown, planning the medi ⁇ cal measure medical doctor, gives before the start of the measure a default V m the computing device 54 a.
  • This specification V describes the movement characteristics B desired by it, which is to fulfill an instrument 46 to be created.
  • the computing device 54 determines from the well-known, available in the instrument system 2 components 4 and their respective movement characteristics B derer motion elements 17 a suitable selection of components 4, which are then finally combined to the instrument 46 to the requested motion property B according to the specification V to fulfill.

Abstract

An instrument system (2), for an endoscopy robot (40) having a manipulator arm (42), contains the following components (4) that can be combined according to a modular construction principle to form a medical instrument (46) to be secured on the manipulator arm (42): at least one medical working head (6) for carrying out a medical measure in a patient (32), at least one arm element (8), which can be coupled to the working head (6) and/or to other arm elements (8), wherein at least one of the arm elements (8) has a coupling element (14) for securing on the manipulator arm (42), and wherein at least one component (6) has a movement element (17) that can be adjusted by the endoscopy robot (40), in such a way that each completed instrument (46) also has at least one movement element (17).

Description

Beschreibung description
Instrumentensystem für einen Endoskopieroboter Die Erfindung betrifft ein Instrumentensystem für einen Endo¬ skopieroboter . Instrument system for an endoscopic robot The invention relates to an instrument system for an Endo ¬ skopieroboter.
Im Bereich der klinischen Chirurgie nehmen minimalinvasive Eingriffe einen zunehmend größeren Stellenwert ein. Noch vor wenigen Jahren wurden selbst für kleine chirurgische Eingriffe relativ große Bereiche des Situs eröffnet, um eine Naviga¬ tion des Chirurgen durch natürliche Landmarken zu ermöglichen. Es lässt sich beobachten, dass heute eine Vielzahl dieser Eingriffe mittels Laparoskopie und optischer Unterstüt- zung in Form von Endoskopie durchgeführt wird. In einigen Be¬ reichen der Medizin, z.B. der Urologie, Gynäkologie oder Kardiologie, hat inzwischen die robotergestützte Chirurgie als Weiterentwicklung der klassischen Laparoskopie Einzug gehalten und ist dabei, sich durchzusetzen. In the field of clinical surgery, minimally invasive interventions are becoming increasingly important. A few years ago, relatively large areas of the situs were opened to allow a Naviga ¬ tion of the surgeon by natural landmarks even for minor surgical procedures. It can be observed that today a large number of these procedures are performed by means of laparoscopy and optical support in the form of endoscopy. In some ¬ Be rich in medicine, including urology, gynecology and cardiology, in the meantime, the robotic surgery has kept as a further development of the classic laparoscopy feeder and is going to prevail.
Bei der Laparoskopie im klassischen Sinne werden Instrumente, welche zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme im Inneren eines Patienten dienen, durch einen Trokar zumindest teilweise in den Patienten eingeführt und dabei von einem Chirurgen händisch bedient bzw. geführt. In laparoscopy in the classical sense, instruments which serve to carry out a medical procedure inside a patient are introduced at least partially into the patient by a trocar and are operated or guided manually by a surgeon.
Bei der robotergestützten Chirurgie befindet sich ein entsprechendes Instrument an einem Manipulatorarm eines Endosko- pieroboters. Die eigentliche Führung des Instruments über- nimmt daher der Roboter bzw. dessen Anlagensteuerung. DerIn robot-assisted surgery, a corresponding instrument is located on a manipulator arm of an endoscopic robot. The actual guidance of the instrument is therefore assumed by the robot or its system control. Of the
Chirurg steuert wiederum lediglich den Roboter mit Hilfe eines Bedieninterfaces. Ein bekannter Endoskopieroboter ist z.B. das System "Da Vinci" der Firma "Intuitive Surgical". Für die Akzeptanz der robotergestützten oder -assistiertenIn turn, the surgeon merely controls the robot with the aid of a user interface. A known endoscopic robot is e.g. the system "Da Vinci" of the company "Intuitive Surgical". For the acceptance of the robot-assisted or -assisted
Chirurgie in der medizinischen Praxis spielt die Flexibilität in Bezug auf die Bewegungsmöglichkeiten der verwendeten Instrumente eine entscheidende Rolle. Das Instrument sollte sich also beim Einsatz im Patienten durch eine Vielzahl an Freiheitsgraden für deren robotergesteuerte Bewegungsmöglichkeiten auszeichnen. Da insbesondere der Durchtrittsbereich durch den Patienten, nämlich der in der Regel die Bauchdecke durchsetzende Trokar nur wenig Bewegungsspielraum bietet, müssen verwendete, in den Patienten einzuführende Instrumente einen kleinen Bauraum aufweisen. Aufgrund des kleinen Bauraumes und den geforderten vielen Freiheitsgraden ist ein komplexer Aufbau der Instrumente aufwändig. Bekannt ist es daher, viele verschiedene eingriffsspezifische Bauformen für Instrumente anzubieten, um flexibel auf Operationsgegebenheiten eingehen zu können. Geringste Systemkosten und Komplexität bei höchster Beherrsch- barkeit, Intuitivität und Sterilisierbarkeit sind bei einem solchen skalierbaren Ansatz daher wünschenswert. Die Skalierbarkeit bezieht sich auf die verschiedenen, eingriffsspezifischen Bauformen für Instrumente die darüber hinaus auch unterschiedlich große Arbeitsräume abdecken müssen. Problema- tisch ist jedoch hierbei, dass die Skalierbarkeit mit nur sehr schwer beherrschbarer Systemvielfalt eingeht. Surgery in medical practice, the flexibility in terms of the movement possibilities of the instruments used plays a crucial role. The instrument should Thus, when used in the patient by a variety of degrees of freedom for their robot-controlled movement options are distinguished. Since, in particular, the passage area through the patient, namely the trocar usually passing through the abdominal wall, offers only little room for maneuver, instruments used in the patient must have a small installation space. Due to the small installation space and the required many degrees of freedom, a complex construction of the instruments is complex. It is therefore known to offer many different intervention-specific designs for instruments in order to be able to respond flexibly to operating conditions. Lowest system costs and complexity with maximum controllability, intuitiveness and sterilisability are therefore desirable with such a scalable approach. The scalability refers to the various, intervention-specific designs for instruments which, in addition, must cover workspaces of different sizes. The problem here, however, is that the scalability comes with very difficult to control system diversity.
Bekannt ist es daher, z.B. aus dem o.g. System "Da Vinci", die geforderte Beweglichkeit nicht im Instrument selbst vor- zusehen, sondern durch den außerhalb des Patienten befindlichen Teil des Endoskopieroboters , nämlich den Manipulatorarm zu realisieren. Der Manipulatorarm stellt also die wesentliche extrakorporale Positioniereinheit für das Instrument dar. Das Instrument selbst ist mehr oder weniger starr und auch starr am Manipulatorarm befestigt. Der Durchtrittspunkt durch den Trokar bildet hierbei in der Regel einen Pivotpunkt für die zur Verfügung stehenden Bewegungen. Bewegbar am Instrument ist allenfalls dessen unmittelbarer Arbeitskopf, z.B. in Form einer betätigbaren Schere oder eines Greifers, also mit nur einem einzigen Freiheitsgrad, nämlich Öffnen oder Schließen derselben. Das bekannte System "Da Vinci" weist bis zu vier Manipulator¬ arme auf, welche individuell bewegbar sind. Um die o.g. Frei¬ heitsgrade der Instrumentenbewegung zu realisieren, sind diese aufwendig konstruiert und benötigen für ihre Bewegung ein großes Raumvolumen. It is therefore known, for example, from the above-mentioned system "Da Vinci", not to provide the required mobility in the instrument itself, but rather by the part of the endoscopic robot located outside the patient, namely to realize the manipulator arm. The manipulator thus represents the essential extracorporeal positioning for the instrument. The instrument itself is more or less rigid and also rigidly attached to the manipulator. The passage point through the trocar usually forms a pivot point for the available movements. Movable on the instrument is at most its immediate working head, for example in the form of an operable scissors or a gripper, so with only a single degree of freedom, namely opening or closing the same. The known system "Da Vinci" has up to four manipulator ¬ arms, which are individually movable. To realize the above mentioned free ¬ degrees of freedom of the instrument movement, these are complicated construction and require for their movement, a large volume of space.
Die für einen Endoskopieroboter zur Verfügung stehenden Instrumente, aus denen ein jeweiliges für eine medizinische Maßnahme gewählt werden kann, bilden ein Instrumentensystem. The instruments available for an endoscopic robot, from which a respective one can be selected for a medical procedure, form an instrument system.
Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Instrumentensystem für einen Endoskopieroboter anzugeben. The object of the invention is to specify an improved instrument system for an endoscopic robot.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Instrumentensystem für einen, einen Manipulatorarm aufweisenden Endoskopieroboter. Das Instrumentensystem weist verschiedene Komponenten auf, wobei die Komponenten nach einem Baukastenprinzip zu einem medizinischen Instrument kombinierbar sind. Das Instrument wiederum ist am Manipulatorarm befestigbar. Das Instrumentensystem umfasst folgende Komponenten: The object of the invention is achieved by an instrument system for a, having a manipulator endoscopy robot. The instrument system has various components, wherein the components can be combined according to a modular principle to a medical instrument. The instrument in turn can be attached to the manipulator arm. The instrument system comprises the following components:
- Mindestens einen medizinischen Bearbeitungskopf, wobei die¬ ser zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem Patienten dient. At least one medical processing head, the latter serving to carry out a medical procedure in a patient.
- Mindestens ein Armelement, das am Bearbeitungskopf oder im Fall mehrerer Armelemente an anderen Armelementen ankoppelbar ist .  - At least one arm element which can be coupled to the machining head or, in the case of several arm elements, to other arm elements.
- Mindestens eins der Armelemente weist dabei ein Kupplungs¬ element auf. Mit Hilfe des Kupplungselements ist das Armele¬ ment und damit auch weitere an diesem angekoppelte Armelemen¬ te und der angekoppelte Bearbeitungskopf am Manipulatorarm zu befestigen . - At least one of the arm members in this case has a coupling ¬ element. With the help of the coupling element is the Armele ¬ ment and thus also attached to this coupled Armelemen ¬ te and the coupled machining head on the manipulator arm.
Das Instrumentensystem ist derart ausgelegt, dass mindestens eine Komponente ein Bewegungselement aufweist, wobei das Be¬ wegungselement vom Endoskopieroboter verstellbar ist. Das Instrumentensystem bzw. dessen Komponenten ist/sind dabei derart gestaltet, dass jedes aus den Komponenten komplettierte Instrument mindestens ein Bewegungselement aufweist. Die Erfindung beruht auf der Idee, ein verbessertes Instru- mentensystem für einen Endoskopieroboter vorzuschlagen, das selbst mehr Bewegungsfreiheitsgrade ermöglicht als die be¬ kannten starren Instrumente. Die Manipulatorarme können dann weniger Bewegungsspielraum bieten, dadurch einfacher und platzsparender konstruiert werden. The instrument system is designed such that at least one component has a moving element, wherein the Be ¬ wegungselement from the robot endoscopy is adjustable. The instrument system or its components is / are designed such that each completed from the components instrument has at least one movement element. The invention is based on the idea of an improved instrument system for an endoscopic robot propose that enables even more degrees of freedom than be ¬ knew rigid instruments. The manipulator arms can then offer less room for maneuver, making it easier and space-saving.
Durch eigenbewegliche Instrumente ist auch die Einsparung von Manipulatorarmen möglich, da an einem Arm mehrere Instrumente gehalten werden können, die dann dennoch wegen ihrer Eigenbeweglichkeit relativ zueinander bewegbar sind. By self-moving instruments and the saving of manipulator arms is possible because on one arm several instruments can be kept, which are then still movable because of their own mobility relative to each other.
Durch eine Kombination eines beweglichen Instruments mit einem entsprechenden Manipulatorarm entsteht ein, je nach Verteilung der Freiheitsgrade auf Manipulatorarm und Instrument zumindest teilweise intrakorporal agierender Endoskopierobo¬ ter . By a combination of a movable instrument with a corresponding manipulator arm arises, depending on the distribution of the degrees of freedom on the manipulator arm and instrument at least partially intracorporeal acting Endoskopierobo ¬ ter.
Der Ausdruck "mindestens" im Zusammenhang mit dem Bearbeitungskopf und dem Armelement ist derart zu verstehen, dass das Instrumentensystem einen tatsächlichen Baukasten ergibt, aus dem mindestens zwei verschiedene Instrumente erstellbar sind. Ist also beispielsweise nur ein einziger Bearbeitungs¬ kopf enthalten müssen mindestens zwei Armelemente vorgesehen sein. Ist mindestens ein Armelement vorgesehen, so sind min¬ destens zwei Bearbeitungsköpfe vorhanden. Das Instrumenten¬ system ist damit derart gestaltet, dass es für eine jeweilige spezielle von mehreren medizinischen Maßnahmen ein jeweiliges individuell zusammenstellbares Instrument liefert. Die ein¬ zelnen Komponenten sind daher in der Regel wiederverwendbar. Nach dem Zerlegen eines ersten Instruments können die Komponenten dann in z.B. anderer Zusammenstellung für ein weiteres Instrument wiederverwendet werden. The expression "at least" in connection with the machining head and the arm element is to be understood such that the instrument system results in an actual modular system from which at least two different instruments can be created. So, for example, only need to contain a single processing ¬ head at least two arm members may be provided. If at least one arm member is provided, min ¬ least two machining heads are provided. The instruments ¬ system is therefore designed so that it provides a respective combined individually instrument for a respective special of several medical procedures. The one ¬ individual components are therefore reusable normally. After disassembling a first instrument, the components can then be reused in eg another compilation for another instrument.
Die erfindungsgemäße Bedingung, dass jedes komplettierte In¬ strument mindestens ein Bewegungselement aufweist, ist derart zu verstehen, dass also mindestens der Bearbeitungskopf oder mindestens ein in jedem Instrument notwendiges Armelement mindestens ein Bewegungselement aufweist. The condition of the invention that each completed In ¬ instrument having at least one moving element in such a way to be understood that thus at least the machining head or at least one arm element necessary in each instrument has at least one movement element.
Um zu dem Baukastenprinzip zu gelangen, weisen die unter Umständen mehreren Bearbeitungsköpfe und Armelemente gleiche bzw. zusammenpassende Verbindungselemente auf, durch welche die Komponenten in verschiedenen Kombinationen zusammenfügbar und wieder zerlegbar sind. Die Armelemente sind hierbei bei¬ spielsweise stabförmig, und erstrecken sich damit entlang einer Mittellängsachse. Diese besitzen dann an ihren jeweiligen Längsenden Kupplungen für andere Armelemente, den Manipula¬ torarm oder den Bearbeitungskopf. Bewegungselemente sind z.B. Dreh-, Schwenk- oder Rotationsgelenke oder Teleskope, die in¬ nerhalb einer Komponente oder zwischen zwei Komponenten als Verbindungsglied wirken. z.B. ist also eine Rotation zweiter Hälften eines Armelements zueinander um die Mittellängsachse durch ein Rotationsgelenk innerhalb des Armelements möglich. Ein Drehgelenk am Längsende eines Armelements dagegen erlaubt dessen Verschwenkung bezüglich benachbarter Komponenten. In order to arrive at the modular principle, may have the same number of processing heads and arm elements the same or matching fasteners through which the components are assembled in different combinations and again dismantled. The arm members are in this case play a rod at ¬, and thus extend along a central longitudinal axis. These then have at their respective longitudinal ends couplings for other arm elements, the manipula ¬ torarm or the machining head. Moving elements are, for example rotary, pivotal or rotary joints or telescopes, which act in ¬ nerhalb of a component or between two components as the connection member. For example, therefore, a rotation of two halves of an arm member to each other about the central longitudinal axis by a rotary joint within the arm member is possible. A hinge at the longitudinal end of an arm element, however, allows its pivoting with respect to adjacent components.
Ein beispielhaftes Instrument weist dann z.B. zwischen dem Kupplungselement und dem Bearbeitungskopf zwei in Reihe ge¬ schaltete beziehungsweise verbundene Armelemente auf, welche sowohl bezüglich des Manipulatorarms als auch untereinander als auch bezüglich des Bearbeitungskopfes beweglich sind. Then an exemplary instrument has, for example between the coupling element and the machining head on two ge ¬ switched in series or connected arm members, which both in terms of the manipulator arm and with each other and with respect to the machining head are movable.
Vorgeschlagen wird gemäß der Erfindung also ein modulares Roboter- beziehungsweise Instrumentensystem, bei welchem die Dreh- und Schubachsen bezüglich der Bewegungsmöglichkeiten des Bearbeitungskopfes je nach Auswahl der Komponenten nach Baukastensystem frei konfiguriert werden können. Das Instrument selbst ist beweglich, d.h. der Arbeitskopf ist relativ zum Manipulatorarm beweglich. Diese Bewegung muss nicht vom Manipulatorarm selbst geliefert werden, weshalb dieser einfa¬ cher und weniger beweglich ausgeführt werden kann. Die oben beschriebene schwer zu handhabende Systemvielfalt durch ein¬ griffsspezifische Auslegung der Manipulationskinematiken bezüglich des Arbeitskopfes wird durch dieses modulare Konzept eines Instrumentensystems in seiner Komplexität bezüglich des Endoskopieroboters - ohne Instrument - stark reduziert. According to the invention, therefore, a modular robot or instrument system is proposed, in which the rotational and shear axes can be freely configured with respect to the possibilities of movement of the machining head, depending on the selection of the components according to the modular system. The instrument itself is movable, ie the working head is movable relative to the manipulator arm. This movement must not be supplied from the manipulator itself, so it can be launched simp ¬ cher and less mobile. The hard-to-use system diversity through a ¬ handle specific design of the manipulation kinematics described above with respect to the working head through this modular concept of an instrument system in its complexity with respect to the endoscopic robot - without instrument - greatly reduced.
Denkbar ist beispielsweise ein Instrumentensystem, welches einen Grundsatz von Achstypen und Gliedlängen der Armelemente vorrätig hält, um diese je nach Bedarf beliebig zu einem In¬ strument zu kombinieren. Das erfindungsgemäße Instrumenten¬ system als modulares Mikromanipulationssystem bietet die Vorteile der Skalierbarkeit, eine Reduktion der Komplexität des Endoskopieroboters durch eine aus dem Instrumentensystem erzeugbare Instrumenten- und daher Systemvielfalt. Durch Konfiguration eines geeigneten Instruments aus dem Instrumentensystem ist eine eingriffsspezifische optimale Achskonfigura¬ tion für die Beweglichkeit des Bearbeitungskopfes möglich. Die Systemkosten werden gesenkt. Durch die Zerlegbarkeit in einzelne Komponenten sind die Einzelkomponenten besser sterilisierbar, obschon für den jeweiligen Eingriff ein komplexes Instrument zur Verfügung steht. It is conceivable, for example, an instrument system which holds a principle of axle types and lengths of the link arm members on hand to combine them according to need any in a ¬ instrument. The instrument system according to the invention as a modular micromanipulation system offers the advantages of scalability, a reduction of the complexity of the endoscopic robot by means of an instrument system that can be generated from the instrument system and therefore a system variety. By configuring an appropriate instrument from the instrument system, a specific optimal engagement Achskonfigura ¬ tion for the movement of the machining head is possible. The system costs are reduced. Due to the ability to disassemble into individual components, the individual components can be better sterilized, although a complex instrument is available for each intervention.
Die Bewegungselemente des fertiggestellten Instruments befin¬ den sich während der Durchführung der medizinischen Maßnahme in der Regel innerhalb des Patienten, d.h. vom Manipulatorarm aus gesehen jenseits der Trokardurchführung . Die Bewegung des Instruments selbst erfolgt damit vollständig innerhalb des Patienten. Der Manipulatorarm dient dann z.B. nur noch zur Grobpositionierung und -ausrichtung des Instruments nahe einer zu behandelnden Körperregion. Während der Durchführung der Maßnahme bleibt dann der Manipulatorarm unbeweglich. Die Bewegung für die Durchführung der Maßnahme erfolgt alleine aus dem Instrument bzw. dessen Bewegungselementen. The moving elements of the completed instrument befin ¬ during the conduct of the medical procedure is usually within the patient, that is seen from the manipulator arm from beyond the Trokardurchführung. The movement of the instrument itself is thus completely within the patient. The manipulator then serves eg only for coarse positioning and alignment of the instrument near a body region to be treated. During the implementation of the measure then the manipulator remains immovable. The movement for the implementation of the measure is carried out solely from the instrument or its movement elements.
Denkbar für die Bewegungselemente ist es, dass diese vom Ro¬ boter aus bedient bzw. bewegt werden. Hierzu sind dann in den Komponenten z.B. Seilzüge und an den Verbindungsstellen der Komponenten mechanisch betätigbare Kupplungen zur Kraftübertragung vorgesehen. In einer bevorzugten Aus führungs form weist das Bewegungselement einen elektrischen Antrieb auf. Der Antrieb befindet sich vor Ort im Bewegungselement selbst oder in dessen unmit¬ telbarer Nähe. Mit anderen Worten besitzt das Instrument selbst dann vor Ort, d.h. direkt lokal am Bewegungselement einen elektrischen Antrieb. Der Endoskopieroboter liefert über den Manipulatorarm lediglich die Energie bzw. das Steuersignal zur Ansteuerung des Antriebs, um die Bewegung des Bewegungselements zu verursachen. Aufwendige Mechanik zur Übertragung einer im Roboter erzeugten Bewegung auf das Instrument, z.B. vom Endoskopieroboter betätigte Seilzüge, ent¬ fallen damit im Instrument. Zwischen Instrument und Manipula¬ torarm muss lediglich eine elektrische Verbindung hergestellt werden. Mit anderen Worten werden also elektrisch aktiv in ihrem Inneren betätigte bzw. angetriebene Instrumente vorge¬ schlagen. Weist ein Instrument mehrere Bewegungselemente auf, ist in der Regel jedem Bewegungselement ein eigener Antrieb zugeordnet. Jeder Antrieb kann z.B. über eine separate An¬ steuerleitung versorgt werden. Günstiger sind in der Regel jedoch Leitungssysteme mit Bus-Intelligenz. Hier sind alle Bewegungselement dann lediglich an einem einzigen Bus in Reihe geschaltet. Im Instrument muss nur ein einziger Bus ver¬ laufen. Z.B. reichen dann drei elektrische Leitungen zum Instrument aus, nämlich zwei Leitungen für positive und negati¬ ve Spannung und eine Signal- beziehungsweise Bus-Leitung. Conceivable for the movement elements are that they are operated by the Ro ¬ boter from or moved is. For this purpose, mechanically operated clutches for power transmission are then provided in the components such as cables and at the connection points of the components. In a preferred embodiment, the movement element has an electric drive. The drive is on site at the movement element itself or in the UNMIT ¬ ately. In other words, the instrument has an electric drive even locally, ie directly locally on the moving element. The endoscopic robot supplies only the energy or the control signal for activating the drive via the manipulator arm in order to cause the movement of the movement element. Elaborate mechanism for transmitting a movement generated in the robot on the instrument, for example, operated by the endoscopy robot cables, ent ¬ fall thus in the instrument. Between the instrument and door arm Manipula ¬ an electrical connection must be made only. In other words, therefore electrically operated in their interior operated or driven instruments are pre ¬ suggested. If an instrument has several movement elements, a separate drive is as a rule assigned to each movement element. Each drive can be supplied via a separate on ¬ control line, for example. More favorable, however, are usually piping systems with bus intelligence. Here all movement elements are then connected in series only on a single bus. In the instrument, only one bus must run ver ¬. For example, then pass three electrical lines to the instrument, namely two lines for positive and negati ¬ ve voltage and a signal or bus line.
In einer bevorzugten Aus führungs form enthält das Instrumentensystem zu mindestens einem Armelement einen Satz gleichartiger Armelemente in verschiedenen Längen. Mit anderen Worten existieren von einem Typ Armelement mit einer bestimmten Funktionalität, z.B. zwei Drehgelenken am jeweiligen Ende, mindestens zwei verschiedene Armelemente mit unterschiedli¬ chen Längen, d.h. Abständen der Drehgelenke. Die gesamte Instrumentenlänge und dessen Bewegungsspielraum können so leicht bei prinzipiell gleicher Bewegungsfunktionalität auf bestimmte Patientendimensionen angepasst werden. In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form enthält das Instrumentensystem mindestens zwei Armelemente, wobei die Arm¬ elemente Bewegungselemente mit unterschiedlichen Freiheits¬ graden ihrer möglichen Bewegungseigenschaften aufweisen. Zum Beispiel existieren zwei stabförmige Armelemente, von denen eines an beiden Enden Drehgelenke aufweist und ein anderes zwischen den beiden Enden ein Torsionsgelenk aufweist. Durch die Verwendung der unterschiedlichen Armsegmente können dann andere Freiheitsgrade für die Instrumentenbewegung bei glei¬ chen Abmessungen erreicht werden. In a preferred embodiment, the instrument system includes at least one arm element a set of similar arm elements in different lengths. In other words, exist from a type arm element with a specific functionality, for example, two hinges at the respective end, at least two different arm elements with unterschiedli ¬ chen lengths, ie distances of the hinges. The entire instrument length and its range of motion can be easily adapted to specific patient dimensions with basically the same movement functionality. In a further preferred disclosed embodiment, the instrument system includes at least two arm members, wherein said the arm elements ¬ movement elements with different degrees of Freedom ¬ its possible movement characteristics. For example, there are two rod-shaped arm members, one of which has hinges at both ends and another has a torsion hinge between the two ends. By using the different arm segments then other degrees of freedom for the instrument movement can be achieved in Glei ¬ chen dimensions.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form enthält das Instrumentensystem eine Ausgabeeinheit zur Übermittlung einer Bewegungseigenschaft des Bewegungselements an den Endoskopie- roboter. In der Regel ist dabei jedem Bewegungselement des Gesamtsystems eine Ausgabeeinheit zugeordnet, sodass jedes Bewegungselement seine Bewegungseigenschaft an den Endosko- pieroboter übermitteln kann. Je nach verwendetem Instrument beziehungsweise Bewegungselement kennt sodann der Endoskopie- roboter die Bewegungseigenschaften des jeweiligen Instrumentes. Weist ein komplettiertes Instrument mehrere Bewegungs¬ elemente im Sinne einer kinematischen Kette auf, so ergeben sich kombinierte Bewegungseigenschaften der verschalteten Bewegungselemente im Hinblick auf die kinematische Kette. Die Ausgabeeinheit übermittelt dann z.B. die kombinierte Bewe¬ gungseigenschaft, d.h. die Bewegungseigenschaft des aktuell komplettierten Instruments und übermittelt diese an den Endo- skopieroboter . Dieser ist dann über die vollständigen Bewegungsmöglichkeiten des Instruments informiert. In a further preferred embodiment, the instrument system contains an output unit for transmitting a movement property of the movement element to the endoscopy robot. As a rule, an output unit is assigned to each movement element of the overall system, so that each movement element can transmit its movement property to the endoscopic robot. Depending on the instrument or movement element used, the endoscopic robot then knows the movement properties of the respective instrument. Has a replenished tool several motion ¬ elements in the sense of a kinematic chain, thus resulting combined movement characteristics of the interconnected moving elements with regard to the kinematic chain. The output unit, for example, then transmits the combined BEWE ¬ supply property, ie, the movement property of the currently completed instrument and transmits it to the skopieroboter endo-. This is then informed about the full range of motion of the instrument.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form ist dem Bewegungselement ein mit der Ausgabeeinheit kommunizierender Speicher zugeordnet, im Speicher ist die Bewegungseigenschaft des Bewegungselements gespeichert. Mit anderen Worten ist je¬ dem Bewegungselement dessen Bewegungseigenschaft als Informa¬ tion fest zugeordnet, sodass zur Ermittlung der Bewegungsmög¬ lichkeiten des einzelnen Elements oder des Instruments ledig¬ lich die jeweiligen Speicher ausgelesen werden müssen. Die Speicher sind beispielsweise im jeweiligen betreffenden Armelement oder Bearbeitungskopf lokal angeordnet. Durch Zusam¬ mensetzen der Komponenten zum Instrument beinhaltet damit auch das komplettierte Instrument die gesamte Bewegungsinfor¬ mation in den vorhandenen Speichern. Zum Beispiel kann der Speicher in Form eines RFID-Chips ausgebildet sein, sodass ein am Instrumentenarm platzierter RFID-Empfänger beim Einsetzen des Instruments die Bewegungsinformation der gesamten kinematischen Kette des Instruments auslesen und verwerten kann . In a further preferred embodiment, the movement element is assigned a memory communicating with the output unit, and the memory element stores the movement characteristic of the movement element. In other words, depending ¬ is permanently assigned to the moving member whose moving status as Informa ¬ tion, so that for determining the Bewegungsmög ¬ possibilities of a single element or of the instrument single ¬ Lich the respective memory must be read out. The Memory are, for example, arranged locally in the respective arm element or machining head concerned. Together by ¬ mensetzen of the components of the instrument so that also the completed instrument includes all Bewegungsinfor ¬ mation in the existing memories. For example, the memory may be in the form of an RFID chip so that an RFID receiver placed on the instrument arm can read out and utilize the motion information of the entire kinematic chain of the instrument when inserting the instrument.
Die Komponenten selbst besitzen damit eine dezentrale Intel¬ ligenz in Form der Bewegungsinformation ihrer Bewegungselemente. Bei einem komplettierten Instrument ergibt sich so als Summe der Einzelinformationen die Bewegungsinformation sämtlicher verfügbarer Bewegungsachsen des Instruments. Bei der Anbringung des Instruments am Instrumentenarm wird durch das Instrument die bereits vorhandene kinematische Kette des Ro¬ botersystems durch die Bewegungsmöglichkeiten des Instruments erweitert beziehungsweise letztere in das System integriert. Ein entsprechendes Instrument kann sich damit z.B. selbst an einem Kommunikationsbus des Endoskopieroboters anmelden. Ein zentrales, übergeordnetes Robotersteuerungssystem erkennt durch eine entsprechend erfolgte Anmeldung am Bus, welche Achstypen in der kinematischen Gesamtkette bis zum Bearbeitungskopf auf welche Art verbunden sind. Dadurch ist die ge¬ samte Kinematik des Systems bekannt und die gewünschten Ar¬ beitsraumlagen des Arbeitskopfes können berechnet und ange¬ steuert werden. The components themselves thus have a decentralized Intel ¬ ligence in the form of motion information of their movement elements. With a completed instrument, the sum of the individual information results in the movement information of all available movement axes of the instrument. When mounting the instrument to the instrument arm the existing kinematic chain of the Ro ¬ botersystems is extended by the movement possibilities of the instrument or the latter integrated into the system through the instrument. A corresponding instrument can thus register itself, for example, on a communication bus of the endoscopic robot. A central, higher-level robot control system recognizes by a corresponding logon on the bus, which types of axes in the overall kinematic chain are connected to the processing head in what way. Thereby, the ge ¬ entire kinematics of the system is known and the desired Ar ¬ beitsraumlagen the working head can be calculated and ¬ controls.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form weist das Instrumentensystem eine Recheneinrichtung auf, welche folgendermaßen ausgebildet ist: Es empfängt eine Vorgabe für einen gewünschten Bewegungsspielraum für den Bearbeitungskopf relativ zum Instrumentenarm. Der Recheneinrichtung sind alle Geometrieinformation aller Komponenten und die Bewegungseigenschaften aller Bewegungselemente, die im Instrumentensystem vorhanden sind, bekannt. Aus all dem schlägt die Rechenein- richtung eine Kombination eines Bearbeitungskopfes und eines beziehungsweise mehrerer Armelemente als Instrument vor, wel¬ ches dann als komplettiertes Instrument die Vorgabe erfüllt. Geometrieinformationen sind hier beispielsweise die für die Beweglichkeit des Instruments beziehungsweise Bearbeitungs¬ kopfes notwendigen Informationen über Längen, Winkel und Abmessungen der Komponenten. Mit anderen Worten wird also nach einer präoperativen Planung im Sinne der Vorgabe mit den dazugehörigen Arbeitsraumanforderungen für das Instrument beziehungsweise Manipulationssystem automatisiert die bestge¬ eignete Kombination von Komponenten beziehungsweise die best¬ geeignete Gelenkkombination von einem Planungssystem in Form der Recheneinrichtung vorgeschlagen. Ein gewähltes Instrument kann dann auch an einer Recheneinrichtung simuliert werden. In a further preferred embodiment, the instrument system has a computing device which is embodied as follows: It receives a specification for a desired range of motion for the machining head relative to the instrument arm. The computing device is known all the geometry information of all components and the motion characteristics of all movement elements that are present in the instrument system. Out of all this, the computational Direction a combination of a processing head and one or more arm elements as an instrument, wel ¬ Ches then met as a completed instrument the specification. Geometry information is here, for example, the information necessary for the mobility of the instrument or processing ¬ head information about lengths, angles and dimensions of the components. In other words the default with the associated working space requirements for the instrument or manipulation system automates the bestge ¬ suitable combination of components or the best ¬ suitable joint combination of a planning system in the form of computing device proposed for preoperative planning in mind. A selected instrument can then also be simulated on a computer.
Hier ist auch denkbar, dass z.B. eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn gewünschte Vorgaben mit dem vorliegenden Instrumentensystem nicht erfüllbar sind. Here it is also conceivable that e.g. an error message is issued if desired specifications can not be fulfilled with the present instrument system.
Ein beispielhafter Arbeitsablauf für eine medizinische Ma߬ nahme unter Zuhilfenahme des erfindungsgemäßen Instrumentensystems sieht wie folgt aus: Ein Arzt gibt verschiedene Daten zu einer geplanten Operation in ein Planungssystem, z.B. in Form der o.g. Recheneinrichtung, ein. Daten sind z.B., welche Operation auszuführen ist und die Körpermaße des Patienten. Das Planungssystem schlägt dann die zu verwendenden Module des Instrumentensystems vor, also die Komponenten, und in welcher Reihenfolge diese zu einem Instrument zusammengesetzt werden. Das so komplettierte Instrument wird dann an den Ma¬ nipulatorarm des Endoskopieroboters angeschlossen. Über die im Instrument integrierten Speicher melden sich die einzelnen Komponenten des Instruments 46 an einer zentralen Steuereinheit des Endoskopieroboters an. Diese ermittelt aus den in den Speichern gespeicherten Bewegungsinformationen der im Instrument verfügbaren Bewegungselemente die Gesamtkinematik des Endoskopieroboters in Verbindung mit dem Instrument, also über die gesamte entstandene kinematische Kette vom Roboter bis zum Bearbeitungskopf. Jede einzelne Komponente besitzt also eine eindeutige Identi¬ tät, mit der sie sich an einer Steuereinheit des Endoskopie- roboters anmelden kann. Die Steuereinheit verfügt dann über die entsprechenden Informationen zu dieser Identität, um die Gesamtkinematik des Roboterarms mit Instrument zu ermitteln. In dieser Aus führungs form ist also die o.g. Ausgabeeinheit zur Ermittlung beziehungsweise Übermittlung der Bewegungseigenschaften in die Steuereinheit des Endoskopieroboters in¬ tegriert . An example workflow for a medical degree ¬ takeover with the help of the instrument system according to the invention is as follows: A doctor gives different information about a planned operation in a planning system, for example in the form of the aforementioned computing device, one. Data includes, for example, which operation is to be performed and the body dimensions of the patient. The planning system then proposes the modules of the instrument system to be used, that is to say the components, and in which order these are combined to form an instrument. The thus completed instrument is then connected to the Ma ¬ nipulatorarm of the endoscopic robot. The individual components of the instrument 46 are connected to a central control unit of the endoscopic robot via the memory integrated in the instrument. This determines the total kinematics of the endoscopic robot in connection with the instrument from the movement information stored in the memory of the movement elements available in the instrument, that is to say over the entire kinematic chain that has originated from the robot to the machining head. So every single component has a unique identi ¬ ty with which they can log on to a control unit of endoscopic robot. The control unit then has the corresponding information about this identity to determine the overall kinematic of the robotic arm with instrument. In this off so the above output unit is integrated to determine or transmit the motion characteristics in the control unit of the endoscopic robot ¬ leadership form.
Anschließend wird der Roboterarm derart gesteuert beziehungs¬ weise geführt, dass das Instrument über einen Trokar in den Patienten eingeführt wird. Die Operation kann dann durchge¬ führt werden. Subsequently, the robot arm is controlled in such a relationship as ¬ out that the instrument is inserted through a trocar into the patient. The operation can then be Runaway ¬ leads.
In einer alternativen Vorgehensweise kann jedoch das zu verwendende Instrument auch nach Erfahrung des Operateurs aus den zur Verfügung stehenden Komponenten - also ohne automatischen Vorschlag durch das Planungssystem - zusammengesetzt werden . In an alternative approach, however, the instrument to be used can also be assembled from the experience of the surgeon from the available components - ie without automatic suggestion by the planning system.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze: For a further description of the invention reference is made to the embodiments of the drawings. They show, in each case in a schematic outline sketch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Instrumentensystem und Fig. 1 shows an inventive instrument system and
Fig. 2 einen Endoskopieroboter mit einem erfindungsgemäßen 2 shows an endoscopic robot with an inventive
Instrument während eines medizinischen Eingriffs an einem Patienten.  Instrument during a medical procedure on a patient.
Fig. 1 zeigt ein Instrumentensystem 2, welches insgesamt acht Komponenten 4 umfasst. Die Komponenten 4 teilen sich auf in zwei Bearbeitungsköpfe 6 sowie sechs Armelemente 8. Der Bear¬ beitungskopf 6a ist hierbei eine Schere, der Bearbeitungskopf 6b ein Greifer. Die Armelemente 8 sind stabförmig gerade mit jeweiligen Mittellängsachsen 10 ausgebildet. Ein erstes Arm- element 8a weist an seinem einen Längsende 12a ein Kupplungs¬ element 14 auf, welches unten näher erläutert wird. An seinem gegenüberliegenden Längsende 12b befindet sich ein Verbindungselement 16. Auch die restlichen Komponenten 4 weisen je- weilige Verbindungselemente 16 auf. Jeweils zwei Verbindungs¬ elemente 16 können zusammengefügt werden, um eine mechanische Verbindung zwischen den Komponenten 4 herzustellen. Sämtliche Verbindungselemente 16 sind in dem Sinne gleich, dass ver¬ schiedene Komponenten 4 über die Verbindungselemente 16 hin- tereinander in Reihe gefügt werden können. 1 shows an instrument system 2, which comprises a total of eight components 4. The components 4 are divided into two processing heads 6 and six arm elements 8. The Bear ¬ processing head 6a here is a pair of scissors, the processing head 6b a gripper. The arm elements 8 are bar-shaped straight with respective central longitudinal axes 10. A first arm Element 8a has at its one longitudinal end 12a a coupling ¬ element 14, which will be explained in more detail below. At its opposite longitudinal end 12b there is a connecting element 16. The remaining components 4 also have respective connecting elements 16. In each case two connection ¬ elements 16 can be joined together to produce a mechanical connection between the components. 4 All connecting elements 16 are the same in the sense that ver ¬ different components 4 can be joined behind the other via the connecting elements 16 in series.
Die Verbindungselemente 16 weisen außerdem eine Gelenkfunkti¬ on mit einer jeweiligen Drehachse 18 auf. Sind zwei Verbindungselemente 16 zusammengefügt, fallen die Drehachsen 18 zu- sammen, und die jeweiligen Komponenten 4 können in Richtung des Doppelpfeils 20 um die gemeinsame Drehachse 18 relativ zueinander verschwenkt werden. Die Verbindungselement 16 stellen damit auch Bewegungselement 17 dar. Die Armelemente 8b-d bilden außerdem einen Satz 22 gleichartiger Komponenten 4, welche sich lediglich hinsichtlich ihrer jeweiligen axialen Länge 1, d.h. dem Abstand der endseitigen Verbindungselemente 16 unterscheiden und ansonsten gleichartig sind. Gleichartig bedeutet, sämtliche Komponenten 4 des Satzes 22 weisen einen starren Längskörper mit endseitigenThe connecting elements 16 also have a Gelenkfunkti ¬ on with a respective axis of rotation 18. If two connecting elements 16 are joined together, the axes of rotation 18 coincide, and the respective components 4 can be pivoted in the direction of the double arrow 20 about the common axis of rotation 18 relative to one another. The connecting elements 16 thus also constitute a movement element 17. The arm elements 8b-d also form a set 22 of similar components 4, which differ only in their respective axial length 1, ie the spacing of the end-side connecting elements 16 and are otherwise identical. Likewise, all components 4 of the set 22 have a rigid longitudinal body with end-side
Verbindungselementen 16 auf, welche sämtlich hinsichtlich ihrer Drehachsen 18 gleich orientiert sind. Connecting elements 16, which are all the same orientation with respect to their axes of rotation 18.
Die beide Armelemente 8e, f dagegen unterscheiden sich hin- sichtlich ihrer Freiheitsgrade bzw. Bewegungsmöglichkeiten. Neben den Bewegungselementen 17 in Form der Verbindungselemente 16 weisen diese zusätzliche Bewegungselemente 17 in Form eines Rotationsgelenks 24 und eines Knickgelenks 26 auf. Diese teilen die Armelemente 8e, f in zwei Längshälften bzw. Teile. The two arm elements 8e, f, on the other hand, differ with regard to their degrees of freedom or possibilities of movement. In addition to the movement elements 17 in the form of the connecting elements 16, these additional movement elements 17 in the form of a rotary joint 24 and a buckling joint 26. These divide the arm elements 8e, f into two longitudinal halves or parts.
Das Rotationsgelenk 24 erlaubt die Verdrehung der zwei Teile des Armelements 8e um die Mittellängsachse 10 in Richtung der Doppelpfeile 28. Die Raumlagen der endseitigen Drehachsen 18 können so zueinander verändert werden. The rotary joint 24 allows the rotation of the two parts of the arm member 8e about the central longitudinal axis 10 in the direction of Double arrows 28. The spatial positions of the end axes of rotation 18 can be changed to each other.
Das Knickgelenk 26 hingegen erlaubt eine Verschwenkung der beiden Teile des Armelements 8f um die Schwenkachse 30, so¬ dass auch hierdurch eine Verkippung der jeweiligen Drehachsen 18, wiederum in Richtung des Doppelpfeils 28, zueinander möglich ist. Die Armelemente 8e, f unterscheiden sich somit so¬ wohl untereinander als auch gegenüber dem Satz 22 von Armele- menten 8 durch die Anzahl und Art ihrer Freiheitsgrade der Bewegungselemente 17. The articulated joint 26, however, allows a pivoting of the two parts of the arm member 8f about the pivot axis 30, so ¬ thereby also tilting of the respective axes of rotation 18, in turn in the direction of the double arrow 28, to each other is possible. The arm members 8e, f thus differ so ¬ well with each other and in relation to the set 22 of Armele- elements 8 by the number and nature of their degrees of freedom of the movement elements 17th
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Patienten 32, nämlich dessen Bauchdecke 34 und Inneres 36. Am Patienten 32 wird mi- nimalinvasiv eine medizinische Maßnahme durchgeführt. Deshalb wurde in die Bauchdecke 34 minimalinvasiv ein Trokar 38 gesetzt. Die medizinische Maßnahme wird minimalinvasiv mit Hil¬ fe eines Endoskopieroboters 40 durchgeführt, von welchem le¬ diglich ein Manipulatorarm 42 gezeigt ist. Am vorderen Ende 44 des Manipulatorarms 42 ist ein medizinisches Instrument 46 befestigt . FIG. 2 shows a detail of a patient 32, namely his abdominal wall 34 and interior 36. A medical procedure is carried out on the patient 32 in a minimally invasive manner. Therefore, a trocar 38 was minimally invasively placed in the abdominal wall 34. The medical procedure is a minimally invasive performed with Hil ¬ fe an endoscopy robot 40, from which a manipulator arm le ¬ diglich shown 42nd At the front end 44 of the manipulator arm 42, a medical instrument 46 is attached.
Das Instrument 46 ist aus ausgewählten Komponenten 4 des Instrumentensystems 2 aufgebaut. Um das Instrument 46 zu bil- den, ist als erstes Armelement das Armelement 8a mit einem zweiten in Form des Armelements 8b über deren jeweils einander zugewandte Verbindungselemente 16 verbunden. Am anderen Verbindungselement 16 des Armelements 8b ist als drittes Arm¬ element das Armelement 8f angebracht. Hierzu werden ebenso die beiden Verbindungselemente 16 dieser Armelemente verbun¬ den. Das Armelement 8f ist schließlich mit dem Bearbeitungs¬ kopf 6a in Form der Schere verbunden. The instrument 46 is composed of selected components 4 of the instrument system 2. In order to form the instrument 46, the arm element 8a is connected as a first arm element to a second in the form of the arm element 8b via their respective mutually facing connecting elements 16. On the other connecting member 16 of the arm member 8b, the arm member 8f is mounted as a third arm ¬ element. For this purpose, as well as the two connecting elements 16 of these arm elements verbun ¬ the. The arm member 8f is finally connected to the processing ¬ head 6a in the form of scissors.
Das Instrument 46 weist 4 Freiheitsgrade auf, nämlich vier Bewegungselemente 17. Drei davon sind gebildet aus den sechs je paarweise verbundenen Verbindungselementen 16 und durch die drei jeweiligen Drehachsen 18 dargestellt. Der vierte Freiheitsgrad ist durch das Knickgelenk 26 als Bewegungsele- ment 17 mit der Schwenkachse 30 gebildet. Das zusammengesetz¬ te Instrument 46 endet am Armelement 8a endseitig mit dem Kupplungselement 14, welches im Ende 44 des Manipulatorarms 42 befestigt ist und damit zur Befestigung des gesamten In- struments 46 dient. Über das Kupplungselement 14 ist das Arm¬ element 8a bezüglich seiner Mittellängsachse 10 drehfest im Manipulatorarm 42 gehalten. Dieser ist jedoch seitens des En- doskopieroboters 40 um die Mittellängsachse 10 rotierbar, so¬ dass hier für die Bewegung des Instruments 46 ein weiterer, jedoch vom Endoskopieroboter 40 bereitgestellter Freiheitsgrad gegeben ist. The instrument 46 has 4 degrees of freedom, namely four movement elements 17. Three of these are formed from the six connecting elements 16 connected in pairs and represented by the three respective axes of rotation 18. The fourth degree of freedom is provided by the articulated joint 26 as a movement element. ment 17 formed with the pivot axis 30. The Composite ¬ te instrument 46 ends at the end arm member 8a with the coupling element 14, which is fastened in the end 44 of the manipulator arm 42 and therefore serves to secure the entire home struments 46th About the coupling element 14, the arm ¬ element 8a with respect to its central longitudinal axis 10 rotatably held in the manipulator arm 42. However, this is the part of the ene doskopieroboters 40 rotatable about the central longitudinal axis 10 so that ¬ for the movement of the instrument, a further, but-provided endoscopy robot 40 degree of freedom is given here 46th
Die Bewegungsfunktion des jeweiligen Bearbeitungskopfes 6, hier also das Öffnen und Schließen der Schere wird nicht als Bewegungselement 17 im Sinne der vorliegenden Erfindung angesehen. Diese Bewegung betrifft nämlich nicht die eigentliche Beweglichkeit des beweglichen Instruments 46, sondern alleine die auch mit bekannten starren Instrumenten mögliche Betätigung des Bearbeitungskopfes 6 beziehungsweise dessen speziel- len Werkzeuges. The movement function of the respective machining head 6, in this case the opening and closing of the scissors, is not regarded as a movement element 17 in the sense of the present invention. This movement does not relate to the actual mobility of the movable instrument 46, but solely to the possible actuation of the machining head 6 or its special tool, which is also possible with known rigid instruments.
In einer nicht dargestellten Aus führungs form sind die vier Bewegungselemente 17 des Instruments 46 vom Endoskopieroboter über Seilzüge und mechanische Kupplungen angetrieben. Fig.2 zeigt jedoch eine Ausführungsform, bei welcher jedem Bewegungselement 17 vor Ort ein eigener elektrischer Antrieb 48 in Form eines Elektromotors zugeordnet ist. Die jeweilige Be¬ wegung des Instruments 46 um die drei Drehachsen 18 bezie¬ hungsweise die Schwenkachse 30 wird damit jeweils direkt am Ort des jeweiligen Bewegungselements erzeugt. Die Antriebe 48 sind also in den jeweiligen Komponenten 4 integriert. Die Antriebe 48 werden über nicht dargestellte elektrische Zulei¬ tungen, die im Inneren des Instruments 46 verlaufen, mit Energie und Steuersignalen versorgt. Die Schnittstelle der elektrischen Leitungen des Instruments 46 zu vom Manipulatorarm 42 befindet sich im Bereich der Kupplungselements 14. Diese ist durch nicht dargestellte Kontakte am Armelement 8a und Gegenkontakte am Ende 44 des Manipulatorarms 42 bewerk- stelligt. Die Kontakte und Gegenkontakte gelangen bei Einset¬ zen des Instruments 46 in den Manipulatorarm 42 in Berührung. In an embodiment not shown, the four movement elements 17 of the instrument 46 are driven by the endoscopy robot via cables and mechanical couplings. However, FIG. 2 shows an embodiment in which each movement element 17 is assigned on site a separate electric drive 48 in the form of an electric motor. The respective Be ¬ movement of the instrument 46 about the three rotation axes 18 Bezie ¬ hung, the pivot axis 30 is thus created in each case directly at the place of the respective moving element. The drives 48 are thus integrated in the respective components 4. The drives 48 are supplied via power, not shown, electrical Zulei ¬ , which run in the interior of the instrument 46, with energy and control signals. The interface of the electrical lines of the instrument 46 to the manipulator arm 42 is located in the region of the coupling element 14. This is accomplished by not shown contacts on the arm member 8a and mating contacts at the end 44 of the manipulator arm 42. stelligt. The contacts and mating contacts come in Einset ¬ zen of the instrument 46 in the manipulator arm 42 into contact.
Fig.2 zeigt außerdem in einer weiteren Aus führungs form eine zum Instrumentensystem 2 zugehörige Ausgabeeinheit 50, welche eine Bewegungseigenschaft B des aus dem Instrumentensystem 2 erzeugten Instruments 46 an den Endoskopieroboter 40 übermittelt. Hierdurch verfügt letzterer über die Kenntnis sämtli¬ cher Freiheitsgrade des aktuell eingesetzten Instruments 46 bezüglich der Schwenkachse 30 und den Drehachsen 18 sowie deren Zusammenwirken über die Geometrie der Armelemente 8 und des Bearbeitungskopfes 6. FIG. 2 also shows, in a further embodiment, an output unit 50 belonging to the instrument system 2, which transmits a movement characteristic B of the instrument 46 generated from the instrument system 2 to the endoscopic robot 40. In this way, the latter has on the knowledge sämtli ¬ cher degrees of freedom of the instrument currently in use 46 relative to the pivot axis 30 and the axes of rotation 18 and their interaction on the geometry of the arm members 8 and of the machining head. 6
In einer ersten Aus führungs form teilt ein nicht dargestellter Bediener des Instrumentensystems 2 die aktuell im Instrument 46 verwendeten bzw. zu diesem kombinierten Komponenten 4 der Ausgabeeinheit 50 mit. Diese ermittelt dann die Bewegungsin¬ formation B aus der in ihr gespeicherten Kenntnis der Bewegungseigenschaften der jeweiligen Komponenten 6. In a first embodiment, an unillustrated operator of the instrument system 2 notifies the components 4 of the output unit 50 currently used in the instrument 46 or combined therewith. This then determines the Bewegungsin ¬ formation B from the stored in her knowledge of the motion properties of the respective components. 6
In einer alternativen Aus führungs form ist jeder Komponente 4 beziehungsweise jedem Bewegungselement 17 ein eigener Spei¬ cher 52 zugeordnet. In diesem ist jeweils eine entsprechende Bewegungseigenschaft B des betreffenden einzelnen Bewegungs¬ elements 17 gespeichert. Nach Fertigstellung des Instruments 46 kommunizieren die Speicher 52 der verwendeten Komponenten 6 mit der Ausgabeeinheit 50 und übermitteln die jeweiligen im Instrument 46 vorhandenen, beziehungsweise zur Verfügung ste¬ henden Bewegungseigenschaften B automatisch, ohne dass ein Benutzer diese eingeben müsste, an die Ausgabeeinheit 50. Diese ermittelt daraus dann wieder die Bewegungsinformation B des gesamten Instruments 46 unter Berücksichtigung der entstehenden kinematischen Kette. In an alternative embodiment, each component 4 or each movement element 17 is assigned its own memory 52. In each case a corresponding movement property B of the respective individual movement ¬ elements 17 is stored. After completion of the instrument 46, the memory 52 of the components 6 used to communicate with the output unit 50 and transmit the respective in the instrument 46 existing or available ste ¬ Henden motion characteristics B automatically without a user having to enter it, to the output unit 50. This then determines again the movement information B of the entire instrument 46, taking into account the resulting kinematic chain.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher das Instrumentensystem 2 außerdem eine Recheneinrichtung 54 um- fasst. Ein Benutzer, z.B. der nicht dargestellte, die medizi¬ nische Maßnahme planende Arzt, gibt vor Beginn der Maßnahme eine Vorgabe V m die Recheneinrichtung 54 ein. Diese Vorgabe V beschreibt die von ihm gewünschten Bewegungseigenschaften B, welche ein zu erstellendes Instrument 46 erfüllen soll. Die Recheneinrichtung 54 ermittelt aus den ihr bekannten, im Instrumentensystem 2 zur Verfügung stehenden Komponenten 4 und deren jeweiligen Bewegungseigenschaften B derer Bewegungselemente 17 eine geeignete Auswahl von Komponenten 4, welche dann schlussendlich zum Instrument 46 kombiniert werden, um die angeforderte Bewegungseigenschaft B gemäß der Vorgabe V zu erfüllen. FIG. 2 shows a further embodiment in which the instrument system 2 also comprises a computing device 54. A user, for example, not shown, planning the medi ¬ cal measure medical doctor, gives before the start of the measure a default V m the computing device 54 a. This specification V describes the movement characteristics B desired by it, which is to fulfill an instrument 46 to be created. The computing device 54 determines from the well-known, available in the instrument system 2 components 4 and their respective movement characteristics B derer motion elements 17 a suitable selection of components 4, which are then finally combined to the instrument 46 to the requested motion property B according to the specification V to fulfill.

Claims

Patentansprüche claims
1. Instrumentensystem (2) für einen, einen Manipulatorarm (42) aufweisenden Endoskopieroboter (40), mit folgenden, nach einem Baukastenprinzip zu einem am Manipulatorarm (42) befestigbaren medizinischen Instrument (46) kombinierbaren Komponenten ( 4 ) : 1. instrument system (2) for a manipulator arm (42) having endoscopic robot (40), with the following, according to a modular principle to a manipulator (42) attachable medical instrument (46) combinable components (4):
- mit mindestens einem medizinischen Bearbeitungskopf (6) zur Durchführung einer medizinischen Maßnahme in einem Patienten (32),  with at least one medical processing head (6) for performing a medical procedure in a patient (32),
- mit mindestens einem Armelement (8), das am Bearbeitungs¬ kopf (6) und/oder an anderen Armelementen (8) ankoppelbar ist, - with at least one arm member (8) attached to the machining head ¬ (6) and / or on other arm elements (8) can be coupled,
- wobei mindestens eines der Armelemente (8) ein Kupplungs- element (14) zur Befestigung am Manipulatorarm (42) aufweist, - wherein at least one of the arm elements (8) has a coupling element (14) for attachment to the manipulator arm (42),
- und wobei mindestens eine Komponente (6) ein vom Endosko¬ pieroboter (40) verstellbares Bewegungselement (17) derart aufweist, dass auch jedes komplettierte Instrument (46) min¬ destens ein Bewegungselement (17) aufweist. - and at least one component (6) from a Endosko ¬ pieroboter (40) adjustable moving member (17) such that each completed instrument (46) having min ¬ least a moving member (17).
2. Instrumentensystem (2) nach Anspruch 1, bei dem das Bewegungselement (17) einen elektrischen Antrieb (48) aufweist. 2. Instrument system (2) according to claim 1, wherein the moving element (17) has an electric drive (48).
3. Instrumentensystem (2) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, das zu mindestens einem Armelement (8) einen Satz3. Instrument system (2) according to one of the preceding claims, the at least one arm element (8) a set
(22) gleichartiger Armelemente (8) in verschiedenen Längen (1) enthält. (22) contains similar arm elements (8) in different lengths (1).
4. Instrumentensystem (2) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, mit mindestens zwei Armelementen (8), die Bewegungs¬ elemente (17) mit unterschiedlichen Freiheitsgraden ihrer möglichen Bewegungseigenschaften (B) aufweisen. 4. Instrument system (2) according to any one of the preceding claims, having at least two arm elements (8), the movement ¬ elements (17) with different degrees of freedom of their possible movement properties (B).
5. Instrumentensystem (2) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, mit einer Ausgabeeinheit (50) zur Übermittlung der5. Instrument system (2) according to one of the preceding claims, with an output unit (50) for transmitting the
Bewegungseigenschaft (B) des Bewegungselements (17) an den Endoskopieroboter (40) . Movement property (B) of the movement element (17) to the endoscopic robot (40).
6. Instrumentensystem (2) nach Anspruch 5, bei dem dem Bewegungselement (17) ein mit der Ausgabeeinheit (50) kommunizie¬ render Speicher (52) zugeordnet ist, in dem die Bewegungsei¬ genschaft (B) des Bewegungselements (17) gespeichert ist. 6. instrument system (2) according to claim 5, wherein the movement element (17) with the output unit (50) kommunizie ¬ render memory (52) is assigned, in which the Bewegungssei ¬ genschaft (B) of the movement element (17) is stored ,
7. Instrumentensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Recheneinrichtung (54), die derart ausgebildet ist, dass sie 7. instrument system (2) according to any one of the preceding claims, with a computing device (54) which is designed such that they
- gemäß einer Vorgabe (V) für einen gewünschten Bewegungsspielraum für den Bearbeitungskopf (46) relativ zum Instrumentenarm (42), und  - According to a specification (V) for a desired range of motion for the machining head (46) relative to the instrument arm (42), and
- gemäß der Geometrieinformationen aller verfügbaren Komponenten (4) und Bewegungseigenschaften (B) der Bewegungselemente (17) des Instrumentensystems (2),  according to the geometry information of all available components (4) and movement characteristics (B) of the movement elements (17) of the instrument system (2),
- eine Kombination eines Bearbeitungskopfes (6) und mindes¬ tens eines Armelements (8) als Instrument (46) vorschlägt, das die Vorgabe (V) erfüllt. - proposes a combination of a machining head (6) and mindes ¬ least one arm element (8) as an instrument (46) that meets the specification (V).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9292843B1 (en) 2009-10-20 2016-03-22 Dynamics Inc. Advanced payment options for powered cards and devices
CN108324368A (en) * 2018-02-08 2018-07-27 胡景棋 A kind of operation auxiliary robot
WO2023065659A1 (en) * 2021-10-19 2023-04-27 中国民航大学 Seven-degree-of-freedom flexible mechanical arm based on offset cross shaft hinging

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8679096B2 (en) 2007-06-21 2014-03-25 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Multifunctional operational component for robotic devices
CA2655964C (en) 2006-06-22 2014-10-28 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Magnetically coupleable robotic devices and related methods
EP3673855B1 (en) 2007-07-12 2021-09-08 Board of Regents of the University of Nebraska Systems of actuation in robotic devices
JP2010536435A (en) 2007-08-15 2010-12-02 ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ Medical inflation, attachment and delivery devices and associated methods
CA2838637C (en) 2011-06-10 2020-11-17 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to surgical end effectors
CA3082073C (en) 2011-07-11 2023-07-25 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices, systems, and related methods
CA2860754C (en) 2012-01-10 2020-12-29 Shane Farritor Methods, systems, and devices for surgical access and insertion
CN103372860B (en) * 2012-04-27 2015-11-18 顿向明 A kind of multi-joint dispersion driving machine mechanical arm
US9498292B2 (en) 2012-05-01 2016-11-22 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Single site robotic device and related systems and methods
EP3424651B1 (en) 2012-06-22 2020-02-12 Board of Regents of the University of Nebraska Local control robotic surgical devices
US9770305B2 (en) 2012-08-08 2017-09-26 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices, systems, and related methods
JP2015526171A (en) 2012-08-08 2015-09-10 ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ネブラスカ Robotic surgical device, system and related methods
CA2905948C (en) 2013-03-14 2022-01-11 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to robotic surgical devices, end effectors, and controllers
US9888966B2 (en) 2013-03-14 2018-02-13 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to force control surgical systems
US10667883B2 (en) 2013-03-15 2020-06-02 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices, systems, and related methods
EP3021779A4 (en) 2013-07-17 2017-08-23 Board of Regents of the University of Nebraska Robotic surgical devices, systems and related methods
DE102014205159A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Richard Wolf Gmbh robot system
US10342561B2 (en) 2014-09-12 2019-07-09 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Quick-release end effectors and related systems and methods
CA2967593C (en) 2014-11-11 2024-02-27 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic device with compact joint design and related systems and methods
WO2017024081A1 (en) 2015-08-03 2017-02-09 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices systems and related methods
EP4353182A2 (en) 2016-05-18 2024-04-17 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices and systems
US11173617B2 (en) 2016-08-25 2021-11-16 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Quick-release end effector tool interface
EP3507065A4 (en) 2016-08-30 2020-04-29 Board of Regents of the University of Nebraska Robotic device with compact joint design and an additional degree of freedom and related systems and methods
US11357595B2 (en) 2016-11-22 2022-06-14 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Gross positioning device and related systems and methods
EP3548773A4 (en) 2016-11-29 2020-08-05 Virtual Incision Corporation User controller with user presence detection and related systems and methods
US10722319B2 (en) 2016-12-14 2020-07-28 Virtual Incision Corporation Releasable attachment device for coupling to medical devices and related systems and methods
CA3076625A1 (en) 2017-09-27 2019-04-04 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices with tracking camera technology and related systems and methods
CN117140580A (en) 2018-01-05 2023-12-01 内布拉斯加大学董事会 Single arm robotic device with compact joint design and related systems and methods
CA3125742A1 (en) 2019-01-07 2020-07-16 Virtual Incision Corporation Robotically assisted surgical system and related devices and methods

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009023851A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-19 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Modular and cooperative medical devices and related systems and methods
WO2009079781A1 (en) * 2007-12-21 2009-07-02 Macdonald Dettwiler & Associates Inc. Surgical manipulator

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7386365B2 (en) * 2004-05-04 2008-06-10 Intuitive Surgical, Inc. Tool grip calibration for robotic surgery
US8398541B2 (en) * 2006-06-06 2013-03-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Interactive user interfaces for robotic minimally invasive surgical systems
US20080064931A1 (en) * 2006-06-13 2008-03-13 Intuitive Surgical, Inc. Minimally invasive surgical illumination
US8679096B2 (en) * 2007-06-21 2014-03-25 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Multifunctional operational component for robotic devices
EP3673855B1 (en) * 2007-07-12 2021-09-08 Board of Regents of the University of Nebraska Systems of actuation in robotic devices
EP2381873A2 (en) * 2009-01-16 2011-11-02 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Medical devices and methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009023851A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-19 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Modular and cooperative medical devices and related systems and methods
WO2009079781A1 (en) * 2007-12-21 2009-07-02 Macdonald Dettwiler & Associates Inc. Surgical manipulator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9292843B1 (en) 2009-10-20 2016-03-22 Dynamics Inc. Advanced payment options for powered cards and devices
CN108324368A (en) * 2018-02-08 2018-07-27 胡景棋 A kind of operation auxiliary robot
CN108324368B (en) * 2018-02-08 2020-07-10 南京医科大学 Operation auxiliary robot
WO2023065659A1 (en) * 2021-10-19 2023-04-27 中国民航大学 Seven-degree-of-freedom flexible mechanical arm based on offset cross shaft hinging

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010040405B4 (en) 2017-07-27
DE102010040405A1 (en) 2012-03-08

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