WO2014177236A1

WO2014177236A1 - Roboter mit werkzeug

Info

Publication number: WO2014177236A1
Application number: PCT/EP2014/000646
Authority: WO
Inventors: Sebastian LOHMEIER; Wolfgang Schober
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Laboratories GmbH
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2015-11-02
Also published as: US20160213434A1; CN105358087A; DE102013007597A1; KR101770051B1; EP2991573A1; KR20160008219A

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Roboter weist ein Werkzeug, insbesondere ein chirurgisches Instrument, das einen Schaft (1) mit einer distalen Gelenkanordnung (3) mit wenigstens einem Freiheitsgrad aufweist, und eine Schutzkappe (4) auf, die an dem Schaft von einer distalen in eine proximale Position verschiebbar ist, wobei die Schutzkappe in der distalen Position die Gelenkanordnung aufnimmt und die Gelenkanordnung aus der Schutzkappe distal hervorsteht, wenn die Schutzkappe in der proximalen Position ist.

Description

Beschreibung

Roboter mit Werkzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter mit einem Werkzeug, insbesondere einem chirurgischen Instrument, das einen Schaft mit einer distalen Gelenkanordnung mit wenigstens einem Freiheitsgrad aufweist, die in einer Schutzkappe aufnehmbar ist, eine entsprechende Schutzkappe sowie ein Verfahren zum Handhaben eines

Werkzeugs eines solchen Roboters.

In der minimalinvasiven Roboterchirurgie führen ein oder mehrere Roboter jeweils ein chirurgisches Instrument, dessen Schaft durch einen natürlichen oder künstlichen Zugang, insbesondere eine Trokarhülse, teilweise in das Innere eines Patienten eingreift. Um dort nicht nur drei Drehfreiheitsgrade um den Zugangspunkt und einen translatorischen Freiheitsgrad in Einführrichtung zur Verfügung zu haben, weist der Schaft eine distale Gelenkanordnung mit einem oder mehreren proximal aktuierten Freiheitsgraden auf, durch die ein Endeffektor zusätzlich im Inneren des Patienten betätigt, beispielsweise eine Zange geöffnet und geschlossen, und/oder verstellt, beispielsweise verschwenkt, werden kann. Vor bzw. nach dem intrakorporalen Einsatz des chirurgischen Instruments kann es, insbesondere bei hektischem OP-Betrieb, zu Umgebungskontakten des Endeffektors und der distalen Gelenkanordnung des robotergeführten Instruments kommen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb eines Roboters, der ein

Werkzeug, insbesondere ein chirurgisches Instrument führt, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch einen Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 12 stellt eine Schutzkappe für ein Werkzeug eines solchen Roboters unter Schutz, Anspruch 13 ein Verfahren zum Handhaben eines solchen Werkzeugs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.

Ein Roboter nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist in einer Ausführung eine Kinematik mit wenigstens sechs, vorzugsweise wenigstens sieben

Freiheitsgraden, insbesondere Drehfreiheitsgraden, zwischen einer Roboterbasis und einem Werkzeugflansch auf, an dem, vorzugsweise lösbar, ein robotergeführtes Werkzeug, insbesondere ein chirurgisches Instrument, befestigt ist. Das Werkzeug bzw. Instrument weist einen, vorzugsweise hohlen, Schaft auf, der in einer

Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, rohrartig ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer wenigstens teilweise kreisförmigen und/oder wenigstens teilweise geraden, insbesondere polygonalen, Außenkontur. Zusätzlich oder alternativ kann der Schaft gelenkig unterteilt sein und/oder einen oder mehrere flexible Abschnitte aufweisen.

An einem distalen Schaftende weist der Schaft eine distale Gelenkanordnung mit einem oder mehreren, vorzugsweise proximal aktuierten, Freiheitsgraden auf, insbesondere wenigstens einem Drehfreiheitsgrad zum Verschwenken gegen eine Schaft(längs)achse, wenigstens einem translatorischen Freiheitsgrad und/oder wenigstens einem funktionalen Freiheitsgrad zum Betätigen, insbesondere Öffnen, Schließen und/oder Verstellen, eines Endeffektors des Werkzeugschafts. Zusätzlich oder alternativ kann das distale Schaftende auch einen oder mehrere flexible

Abschnitte aufweisen, die in einer Weiterbildung, insbesondere proximal, aktuierbar, insbesondere abwinkelbar sind, um Freiheitsgrade darzustellen, insbesondere einen Endeffektor zu bewegen. Auch solche elastische bzw. verteilte Gelenke werden als Gelenke einer distalen Gelenkanordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Entsprechend können Freiheitsgrade der distalen Gelenkanordnung insbesondere Starrkörperfreiheitsgrade und/oder elastische Freiheitsgrade, beispielsweise eine Abwinklung eines flexiblen Abschnitts bzw. Segments, sein. Der Endeffektor kann einteilig, insbesondere als Skalpell, Nadel oder dergleichen, oder mehrteilig, insbesondere als Schere, Klemme, Zange ausgebildet sein. Er kann eine Öffnung zum Aufnehmen und/oder Abgeben von, insbesondere gasförmigen und/oder flüssigen, Fluid und/oder elektromagnetischer Strahlung aufweisen, insbesondere einen Sauger, eine Einspritzdüse oder eine Optik einer Kamera oder eines Lasers. Distal im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein roboterferneres Ende des Schaftes, eine Richtung vom Roboter hin auf dieses Ende, insbesondere den Endeffektor, zu bzw. darüber hinaus, bzw. eine roboterfernere Position, insbesondere relativ zu einer proximalen bzw. roboternäheren Position. Proximal ist entsprechend insbesondere ein roboternäheres Ende des Schaftes, eine Richtung von dem

Endeffektor zum Roboter hin bzw. darüber hinaus, bzw. eine roboternähere Position, insbesondere relativ zu einer distalen bzw. roboterferneren Position. Der Schaft ist in einer Ausführung zum teilweisen Einführen durch einen natürlichen oder künstlichen Zugang, insbesondere eine Trokarhülse, in das Innere eines Patienten vorgesehen bzw. eingerichtet und/oder weist einen proximalen Antrieb zum Aktuieren wenigstens eines, vorzugsweise aller Freiheitsgrade der distalen Gelenkanordnung auf. Der Schaft kann zusätzlich zu dem bzw. den Freiheitsgraden der distalen

Gelenkanordnung noch weitere, insbesondere distale oder proximale, Freiheitsgrade aufweisen. Entsprechend wird als distale Gelenkanordnung insbesondere eine

Anordnung von einem oder mehreren distalen Gelenken zwischen einem Schaftrohr und einem damit gelenkig verbundenen Endeffektor verstanden.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schutzkappe verschiebbar an dem Schaft angeordnet, insbesondere geführt, und an diesem von einer distalen in eine proximale Position verschiebbar, wobei die Schutzkappe in der distalen Position die Gelenkanordnung aufnimmt, vorzugsweise deren Außenkonturmantelfläche hülsen- oder käfigartig wenigstens im Wesentlichen umschließt, und wobei die

Gelenkanordnung aus der Schutzkappe distal, insbesondere vollständig, hervorsteht, wenn die Schutzkappe in der proximalen Position ist. In einer Ausführung umschließt die Schutzkappe in der distalen Position zusätzlich auch, wenigstens im Wesentlichen, den Endeffektor. Entsprechend wird nach einem Aspekt die Schutzkappe vor einem Werkzeugeinsatz, insbesondere einem Einführen eines Endeffektors in einen

Patienten, an dem Schaft des Werkzeugs von der distalen in die proximale Position verschoben. Dies kann in einer Weiterbildung durch den Roboter selbst erfolgen, insbesondere durch ein Verbinden bzw. Kontaktieren der Schutzkappe mit einer Hülse, insbesondere einer Trokarhülse. Insbesondere kann der Roboter die distal

positionierte Schutzkappe des Werkzeugs an der Trokarhülse ansetzen und diese durch Einschieben des Werkzeugschafts proximal am Schaft verschieben. Nach dem Werkzeugeinsatz wird die Schutzkappe in einer Ausführung, vorzugsweise selbsttätig, an dem Schaft des Werkzeugs von der proximalen zurück in die distale Position verschoben. Insbesondere hierzu kann die Schutzkappe in einer Ausführung in distale Richtung vorgespannt sein.

In einer Ausführung weist der Roboter eine Hülse, insbesondere eine Trokarhülse, auf, die, vorzugsweise lösbar, mit der Schutzkappe verbindbar bzw. verbunden ist. Hülse und Schutzkappe sind in einer Ausführung formschlüssig verbindbar bzw. verbunden. Insbesondere können Schutzkappe und Hülse eine, vorzugsweise zentrierende, Führung aufweisen. In einer Ausführung weist die Schutzkappe an einer distalen Stirnseite eine, vorzugsweise konische, Außenkontur und die Hülse an einer proximalen Stirnseite eine hierzu, wenigstens im Wesentlichen komplementäre Innenkontur auf. Gleichermaßen kann die Hülse an einer proximalen Stirnseite eine, vorzugsweise konische, Außenkontur und die Schutzkappe an einer distalen

Stirnseite eine hierzu, wenigstens im Wesentlichen komplementäre Innenkontur aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Führung symmetrisch oder

asymmetrisch zur Längsachse des Schaftes sein, um eine Verbindung von

Schutzkappe und Hülse in gegeneinander verdrehten Orientierungen zu ermöglichen bzw. auszuschließen. In einer Ausführung sind Hülse und Schutzkappe drehfest verbindbar, in einer anderen drehbar. Zusätzlich oder alternativ können Hülse und Schutzkappe kraftschlüssig verbindbar bzw. verbunden sein. In einer Ausführung ist an der Schutzkappe, insbesondere an einem distalen Ende der Schutzkappe, und/oder an der Hülse, insbesondere an einem proximalen Ende der Hülse, eine Magnetanordnung mit einem oder mehreren Permanent- und/oder Elektromagneten angeordnet, um Hülse und Schutzkappe magnetisch, insbesondere schaltbar, miteinander zu verbinden. Zusätzlich oder alternativ können Hülse und Schutzkappe reibschlüssig verbindbar bzw. verbunden sein.

In einer Ausführung weist die Schutzkappe eine distale Abdeckung auf, die den Endeffektor in distaler Richtung abdeckt, wenn die Abdeckung geschlossen ist. Die distale Abdeckung kann, insbesondere reversibel, offen- und wieder schließbar ausgebildet sein. Hierzu kann die distale Abdeckung ein oder mehrere verschwenk- und/oder -schiebbare Klappen aufweisen, die in einer Weiterbildung nach außen bzw. von der Schaftachse weg und/oder nach innen bzw. zur Schaftachse hin

verschwenkbar bzw. parallel und/oder quer zur Schaftachse verschiebbar gelagert sind. Zusätzlich oder alternativ kann die distale Abdeckung eine oder mehrere

Segmente aufweisen, die in einer Weiterbildung nach außen und/oder nach innen elastisch deformierbar sind. Die Segmente können an Materialdünnstellen bzw.

Filmscharnieren als Ganzes bzw. als Klappen verschwenken. Zusätzlich oder alternativ können die Segmente selbst elastisch deformiert werden. Vorzugsweise sind die Segmente durch Materialdünnstellen oder durchgehende Schlitze

voneinander getrennt. Entsprechend kann die distale Abdeckung insbesondere durch die Verschiebung der Schutzkappe in proximaler Richtung durch den Endeffektor geöffnet werden. Die Abdeckung kann reversibel offen- und wieder schließbar sein, insbesondere können elastisch wegklappende Klappen oder Segmente sich selbsttätig wieder schließen, wenn die Schutzkappe wieder in die distale Position gebracht wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Endeffektor die Abdeckung auch trennend öffnen, insbesondere durch Zerlegen der Abdeckung in Segmente längs Materialdünnstellen, wobei auch diese Segmente in einer Weiterbildung wieder elastisch zurückstellen können. In einer Ausführung ist die Abdeckung lösbar, insbesondere lös- und wiederbefestigbar, an der Schutzkappe befestigbar bzw.

befestigt.

In einer Ausführung ist die Schutzkappe in der distalen Position arretierbar,

insbesondere, um ein unbeabsichtiges Freilegen der distalen Gelenkanordnung zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzkappe in gleicher oder anderer Weise in der proximalen Position arretierbar sein, insbesondere, um ein

unbeabsichtiges Aufnehmen der distalen Gelenkanordnung und/oder eine Belastung einer Hülse, insbesondere Trokarhülse, durch die distal vorgespannte Schutzkappe zu vermeiden und/oder die eine Reinigung des Instruments zu verbessern. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzkappe in gleicher oder anderer Weise in einer oder mehreren diskreten Zwischenpositionen oder auch kontinuierlich bzw. beliebig zwischen der distalen und der proximalen Position arretierbar sein.

Die Schutzkappe ist in einer Weiterbildung lösbar in der distalen Position, der proximalen Position und/oder wenigstens einer Zwischenposition arretierbar bzw. arretiert. Dies kann insbesondere formschlüssig erfolgen, insbesondere durch

Verdrehen der Schutzkappe am Schaft, etwa in der Art einer Bajonettverriegelung, oder durch eine Rastverriegelung, in der ein oder mehrere Haken an Schutzkappe oder Schaft entsprechende Hinterschneidungen an Schaft oder Schutzkappe hintergreifen. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzkappe kraftschlüssig arretierbar bzw. arretiert sein, insbesondere reibschlüssig und/oder magnetisch.

In einer Ausführung ist die Schutzkappe in der distalen Position, in der proximalen Position und/oder zwischen der distalen und der proximalen Position an dem Schaft drehfest verschiebbar geführt. Hierzu kann der Schaft und/oder die Schutzkappe eine oder mehrere radiale Vorsprünge aufweisen, die in entsprechenden Längsnuten in der Schutzkappe bzw. dem Schaft geführt sind. Zusätzlich oder alternativ kann der Schaft eine nicht-vollkreisartige bzw. nicht vollständig runde, insbesondere wenigstens teilweise ebene, vorzugsweise polygonale, Außenkontur aufweisen und die

Schutzkappe eine hierzu komplementäre Bohrung. Allgemein kann in einer

Ausführung die Schutzkappe, insbesondere proximal, eine Bohrung aufweisen, die der Schaft durchgreift, um die Schutzkappe am Schaft verschiebbar zu führen. In einer Ausführung weist die Schutzkappe eine konvergente, insbesondere distale, Einführöffnung auf. Hierdurch kann die distale Gelenkkinematik beim Zurückfahren der Schutzkappe in die distale Position selbsttätig, wenigstens im Wesentlichen, zur Schaftachse ausgerichtet werden. Die konvergente Einführöffnung kann in einem Meridianschnitt durch die Schaftachse insbesondere eine Schräge oder eine konvexe Krümmung aufweisen, bzw. die konvergente Einführöffnung als Fase oder Rundung, insbesondere elliptisch oder als Radius, ausgebildet sein.

In einer Ausführung ist die Schutzkappe unverlierbar an dem Schaft und/oder dem Roboter gefesselt. Hierzu kann in einer Ausführung eine vom Schaft durchgriffene Bohrung der Schutzkappe über ihren Umfang geschlossen bzw. ungeschlitzt sein und der Schaft wenigstens einen radialen Vorsprung, insbesondere einen radialen Bund, aufweisen, dessen Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser der Bohrung ist und somit als Anschlag fungiert, der ein distales Abziehen der Schutzkappe verhindert oder wenigstens erschwert. Zusätzlich oder alternativ kann die

Schutzkappe auch durch ein, vorzugsweise vorgespanntes, Zugmittel, insbesondere eine Seilsicherung, an dem Schaft und/oder dem Roboter gefesselt sein.

In einer Ausführung ist die Schutzkappe, wenigstens teilweise, aus einem elastischen Material hergestellt. Sie kann ganz oder teilweise aus Metall und/oder einem oder mehreren Kunststoffen, insbesondere Thermoplasten, Silikon und/oder, vorzugsweise thermoplastischen, Elastomeren hergestellt sein. In einer Ausführung ist die Schutzkappe einteilig bzw. -stückig ausgebildet.

Gleichermaßen kann die Schutzkappe mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann sie eine Führungshülse zum Führen an dem Schaft und eine Abdeckhülse zum Aufnehmen der distalen Gelenkanordnung aufweisen. Führungs- und Abdeckhülse sind in einer Ausführung lösbar miteinander verbindbar bzw. verbunden, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig und/oder magnetisch. In einer Ausführung ist die gesamte Schutzkappe oder ein oder mehrere Teile der Schutzkappe, insbesondere eine Führungshülse und/oder Abdeckhülse, von dem Schaft abnehmbar. Insbesondere hierzu weist in einer Ausführung die Schutzkappe, insbesondere die Führungshülse und/oder die Abdeckhülse, in einer Ausführung einen, insbesondere durchgehenden, Schlitz auf, der sich in einer Ausführung von einer proximalen bis zu einer distalen Stirnseite erstreckt. In einer anderen

Ausführung erstrecken sich ein oder mehrere Schlitze von einer vom Schaft durchgriffenen Bohrung der Schutzkappe, insbesondere Führungshülse, so dass die Schutzkappe bzw. Führungshülse unter elastischem Aufweiten der Bohrung von dem Schaft abnehmbar ist.

Die Schutzkappe kann in einer Ausführung die Gelenkanordnung in der distalen Position in Umfangsrichtung, wenigstens im Wesentlichen, vollständig abdecken bzw. eine, wenigstens im Wesentlichen, geschlossene Mantelfläche aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzkappe die Gelenkanordnung in der distalen Position in distaler Richtung, wenigstens im Wesentlichen, vollständig abdecken bzw. eine, wenigstens im Wesentlichen, geschlossene distale Abdeckung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Schutzkappe die Gelenkanordnung in der distalen Position in proximaler Richtung, wenigstens im Wesentlichen, insbesondere bis auf eine von dem Schaft durchgriffene Bohrung, vollständig abdecken bzw. eine, wenigstens im

Wesentlichen, geschlossene proximale Stirnfläche aufweisen. Gleichermaßen kann die Schutzkappe käfigartig ausgebildet sein und eine Mantelfläche, distale und/oder proximale Stirnfläche mit jeweils einer oder mehreren Öffnungen aufweisen.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert: Fig. 1 : einen Teil eines Schaftes eines chirurgischen Instruments mit einem

Endeffektor sowie einer Schutzkappe in einer distalen Position und einer davon beabstandeten Trokarhülse (Fig. 1 (a) bzw. mit der Schutzkappe in einer proximalen Position und der damit

verbundenen Trokarhülse (Fig. 1 (b)) eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 2: einteilige Schutzkappen nach zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3: eine Führungs- und eine Abdeckhülse einer Schutzkappe nach einer

Ausführung der vorliegenden Erfindung in Draufsicht (Fig. 3(a)) bzw. Schnittdarstellung (Fig. 3(b));

Fig. 4: Schutzkappen nach zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen konvergenten Einführöffnungen;

Fig. 5: eine Schutzkappe und eine damit verbindbare Trokarhülse nach zwei

Ausführungen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6: Schutzkappen nach vier Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Abdeckungen;

Fig. 7: eine an dem Schaft drehbar geführte und unverlierbar gefesselte

Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8: eine an dem Schaft drehbar geführte und unverlierbar gefesselte

Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9: eine an dem Schaft drehfest geführte und unverlierbar gefesselte

Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10: eine an dem Schaft drehfest geführte und unverlierbar gefesselte

Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1 1 : eine an dem Schaft unverlierbar gefesselte Schutzkappe nach einer

Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12: eine in der distalen Position an dem Schaft arretierte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 13: eine in der distalen Position an dem Schaft arretierte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14: eine in der distalen Position an dem Schaft arretierte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; Fig. 5: einen Schaft eines chirurgischen Instruments mit einem Endeffektor, einer Schutzkappe sowie einer damit verbundenen Trokarhülse eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16: einen Schaft eines chirurgischen Instruments mit einem Endeffektor, einer distal vorgespannten Schutzkappe sowie einer Trokarhülse eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und einen Schaft eines chirurgischen Instruments mit einem Endeffektor, einer distal vorgespannten Schutzkappe sowie einer Trokarhülse eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt einen Teil eines Schaftes 1 eines chirurgischen Instruments eines

Roboters (links nicht dargestellt in Fig. 1 ) nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Endeffektor 2 und einer distalen Gelenkanordnung 3 mit zwei Drehfreiheitsgraden sowie einer Schutzkappe 4, die aus der Fig. 1 (a) dargestellten distalen Position am Schaft in eine in Fig. 1 (b) dargestellte proximale Position verschiebbar ist, indem der Roboter die Schutzkappe an einer Trokarhülse 5 aufsetzt und den Instrumentenschaft in bzw. durch diese führt (von links nach rechts in der Figurenfolge Fig. 1(a) - Fig. 1 (b)).

In der distalen Position (Fig. 1 (a)) nimmt, wie im Schnitt der Fig. 1 erkennbar, die Schutzkappe die distale Gelenkanordnung sowie den Endeffektor auf, in der proximale Position (Fig. 1 (b)) stehen die Gelenkanordnung und der Endeffektor aus der Schutzkappe und der Trokarhülse distal (nach rechts in Fig. 1 ) hervor.

Vor einem Einsatz des chirurgischen Instruments in einem Patienten wird die

Schutzkappe durch den Roboter an dem Schaft des Instruments durch das Kontaktieren der Trokarhülse, d.h. ein Verbinden mit der Trokarhülse von der distalen in die proximale Position verschoben, indem der Roboter den Instrumentenschaft distal in die Trokarhülse bzw. weiter durch diese Trokarhülse schiebt. Nach einem Einsatz wird die mit der Trokarhülse verbundene Schutzkappe durch den Roboter an dem Schaft des Werkzeugs von der proximalen in die distale Position verschoben, indem der Roboter den Instrumentenschaft proximal aus der Trokarhülse bzw. von der Trokarhülse weg zieht.

Auf diese Weise sind die Umgebung bzw. die extrakorporale distale Gelenkanordnung 3 und der Endeffektor 2 durch die Schutzkappe 4 geschützt. Die Schutzkappe kann eine distale Abdeckung 6 aufweisen, die in einer Ausführung vor dem erstmaligen Verbinden mit der Trokarhülse trennend entfernbar ist bzw.

entfernt wird. In einer anderen Ausführung kann die distale Abdeckung auch als schwenkbare Klappe, zu durchstoßende Membran oder dergleichen ausgebildet sein.

Fig. 2 zeigt in Fig. 1 entsprechender Darstellung einteilige Schutzkappen nach zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die

Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im

Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

In der Ausführung der Fig. 2(a) weist die einteilige, rohrartige Schutzkappe 4 einen proximalen (links in Fig. 2) Abschnitt 4a mit kleinerem Durchmesser zum Führen der Schutzkappe an dem Schaft (nicht dargestellt) und einen distalen (rechts in Fig. 2) Abschnitt 4b mit größerem Durchmesser zur Darstellung einer größeren

Einführöffnung und/oder zum Aufnehmen von distaler Gelenkanordnung und

Endeffektor (nicht dargestellt) auf. Im proximalen Abschnitt 4a ist, wie im Schnitt der Fig. 1 erkennbar, eine Bohrung ausgebildet, die der Schaft durchgreift. Auf diese Weise ist die Schutzkappe verschiebbar an dem Schaft geführt. Die Schutzkappe kann von dem Schaft abnehmbar sein und hierzu insbesondere einen von dieser Bohrung ausgehenden Schlitz (nicht dargestellt) aufweisen, der ein radiales Aufweiten und distales Abziehen der Schutzkappe vom Schaft ermöglicht. Gleichermaßen kann die Schutzkappe unverlierbar an dem Schaft gefesselt sein. Die Schutzkappe kann insbesondere aus Kunststoff, vorzugsweise einem harten oder weichen Thermoplast, thermoplastischem Elastomer, Silikon und/oder Metall hergestellt sein.

In der Ausführung der Fig. 2(b) ist der distale Abschnitt 4b als Wellbalg ausgebildet.

Fig. 3 zeigt in Fig. 1 , 2 entsprechender Darstellung eine Führungshülse 4.1 und eine damit verbindbare (Fig. 3(a)) bzw. verbundene (Fig. 3(b)) Abdeckhülse 4.2 einer Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in Draufsicht (Fig. 3(a)) bzw. Schnittdarstellung (Fig. 3(b)). Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

Die Führungshülse 4.1 ist abnehmbar oder unverlierbar an dem Schaft verschiebbar geführt, die Abdeckhülse 4.2 mit der Führungshülse formschlüssig und/oder, beispielsweise durch eine Presspassung, reibschlüssig verbunden, so dass sie von der Führungshülse und dem Instrumentenschaft abgezogen werden kann. Fig. 4 zeigt in Fig. 1 , 3(b) entsprechender Darstellung Schutzkappen 4 nach zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die

Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird. In Fig. 4 befinden sich die Schutzkappen 4 in einer Zwischenposition zwischen der distalen Position, in der sie den Endeffektor und die distale Gelenkanordnung aufnimmt (vgl. Fig. 1 (a), 3(b)) und der proximalen Position (vgl. Fig. 1 (b)), in der die distale Gelenkanordnung vollständig aus der Schutzkappe hervorsteht.

Die Schutzkappen 4 weisen jeweils distal (rechts in Fig. 4) eine konvergente

Einführöffnung 4c bzw. 4d auf, in der Ausführung der Fig. 4(a) eine Fase 4c, in der Ausführung der Fig. 4(b) eine elliptische Rundung 4d. Hierdurch wird, wie in Fig. 4 durch einen Bewegungspfeil angedeutet, die distale Gelenkanordnung, wenigstens im Wesentlichen, mit der Schaftachse ausgerichtet, wenn die Schutzkappe 4 in die distale Position verschoben und dabei die Gelenkanordnung durch die konvergente Einführöffnung in die Schutzkappe eingeführt und darin aufgenommen wird.

Fig. 5 zeigt in Fig. 1 (a) entsprechender Darstellung Schutzkappen 4 und damit verbindbare Trokarhülsen 5 nach zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten

Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

Die Schutzkappen 4 und Trokarhülsen 5 weisen eine zentrierende Führung auf. Hierzu weist in der Ausführung der Fig. 5(a) die Schutzkappe 4 an einer distalen Stirnseite (rechts in Fig. 5) eine konische Außenkontur, insbesondere einen

Außenkegel 4e, und die Hülse 5 an einer proximalen Stirnseite (links in Fig. 5) eine hierzu komplementäre Innenkontur, insbesondere einen Innenkegel 5e, auf. in der Ausführung der Fig. 5(b) weist umgekehrt die Hülse 5 an einer proximalen Stirnseite eine konische Außenkontur in Form eines Außenkegels 5f und die Schutzkappe 4 an einer distalen Stirnseite eine hierzu komplementäre Innenkontur in Form eines Innenkegels 4f auf.

Schutzkappe 4 und Trokarhülse 5 können drehfest, insbesondere reibschlüssig, miteinander verbindbar bzw. verbunden sein. Gleichermaßen können sie auch gegeneinander verdrehbar miteinander verbindbar bzw. verbunden sein,

insbesondere, um eine Drehung des Instrumentenschafts relativ zu der Trokarhülse zu ermöglichen, auch wenn die Schutzkappe drehfest mit dem Instrumentenschaft verbunden ist.

Fig. 6 zeigt in Fig. 2, 3(a) entsprechender Darstellung Schutzkappen 4 nach vier Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Abdeckungen.

Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten

Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird. Die distale Abdeckung der Ausführung der Fig. 6(a) ist als einteilige Klappe 6.1 ausgebildet, die nach außen bzw. von der strichpunktiert angedeuteten Schaftachse weg verschwenkbar ist. Die distale Abdeckung der Ausführung der Fig. 6(b) weist mehrere Segmente 6.2 auf, die elastisch in die strichpunktiert angedeutete

Konfiguration deformier- bzw. nach außen verschwenkbar sind. Hierzu können bei erstmaligem Verschieben Materialdünnstellen zwischen den Segmenten 6.2 getrennt werden. Die distale Abdeckung der Ausführung der Fig. 6(c) weist zwei Klappen 6.3 auf, die nach außen weg in die strichpunktiert angedeutete Konfiguration gelenkig verschwenkbar sind. Die distale Abdeckung der Ausführung der Fig. 6(d) weist zwei Segmente 6.4 auf, die nach außen weg in die strichpunktiert angedeutete

Konfiguration elastisch deformierbar sind. Hierzu können bei erstmaligem

Verschieben Materialdünnstellen zwischen den Segmenten 6.4 getrennt werden.

Fig. 7 zeigt in Fig. 1 (a), 3(b), 5 entsprechender Darstellung eine an dem Schaft drehbar geführte und unverlierbar gefesselte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren

Beschreibung Bezug genommen wird.

Hierzu weist der Schaft 1 einen radialen Bund 1.1 proximal von der distalen

Gelenkanordnung 3 auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der

Innendurchmesser der kreisförmigen Bohrung 4g der Schutzkappe 4, die von dem zylindrischen Schaft 1 mit Spiel durchgriffen wird.

Fig. 8 zeigt in Fig. 7 entsprechender Darstellung eine an dem Schaft drehbar geführte und unverlierbar gefesselte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen

dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

In der Ausführung der Fig. 8 ist der radiale Bund 1.1 proximal von der distalen

Gelenkanordnung 3 beabstandet. Fig. 9 zeigt in Fig. 7, 8 entsprechender Darstellung eine an dem Schaft drehfest geführte und unverlierbar gefesselte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren

Beschreibung Bezug genommen wird.

Bohrung 4g und Schaft 1 der Ausführung der Fig. 9 weisen wenigstens teilweise (oben in Fig. 9) eine ebene Kontur, hier in Form einer Abflachung der im Übrigen kreisförmigen Kontur auf, um die Schutzkappe an dem Schaft drehfest zu führen. In einer Abwandlung können Bohrung und Schaft auch komplementäre polygonale, insbesondere drei-, vier- oder mehreckige Innen- bzw. Außenkonturen aufweisen. Gleichermaßen sind auch andere nicht-vollkreisartige bzw. nicht vollständig runde Konturen möglich, zum Beispiel elliptische Konturen, ein Polygonwellenprofil oder dergleichen. Fig. 10 zeigt in Fig. 9 entsprechender Darstellung eine an dem Schaft drehfest geführte und unverlierbar gefesselte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren

Beschreibung Bezug genommen wird.

Hierzu ist im Schaft 1 eine Längsnut 1.2, insbesondere in Form einer Sicke,

ausgebildet, in der ein radialer Vorsprung 4h der Schutzkappe verschiebbar geführt ist. Der radiale Vorsprung 4h kann integral mit der übrigen Schutzkappe oder als separates, mit der übrigen Schutzkappe verbundenes Gleitstück ausgebildet sein. Durch den in der endseitig bzw. distal geschlossenen Nut 1 .2 geführten Vorsprung 4h ist die Schutzkappe 4 an dem Schaft 1 zugleich drehfest geführt und unverlierbar gefesselt.

Fig. 11 zeigt einen Teil eines chirurgischen Instruments eines Roboters (links nicht dargestellt in Fig. 1 ) mit einem Schaft 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Endeffektor 2 und einer distalen Gelenkanordnung 3 mit zwei Drehfreiheitsgraden sowie einer Schutzkappe 4. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

In der Ausführung der Fig. 1 1 ist die Schutzkappe 4 durch eine Seilsicherung 7 unverlierbar an dem Schaft gefesselt.

Fig. 12 zeigt in Fig. 7-10 entsprechender Darstellung eine an dem Schaft unverlierbar gefesselte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

In der Ausführung der Fig. 12 ist die Schutzkappe in der distalen Position lösbar formschlüssig arretierbar. Hierzu weist die Nut 1.2 in dem Schaft 1 einen Schenkel 1 .3 in Umfangsrichtung auf, in den der radiale Vorsprung 4h durch Verdrehen der Schutzkappe 4 auf dem Schaft 1 eingeführt werden und die Schutzkappe 4 in der Art eines Bajonettverschlusses arretieren kann. Zur Verdeutlichung ist der Vorsprung 4h einerseits in einem schaftachsenparallelen Abschnitt der Nut 1.2 und andererseits in dem Schenkel 1.3 eingezeichnet und dort mit 4h' bezeichnet. In einer nicht

dargestellten Abwandlung kann anstelle des Bajonettverschlusses auch ein formschlüssiges Gesperre, insbesondere eine federbelastete Raste, oder eine reibschlüssige Klemmung vorgesehen sein, um die Schutzkappe zu arretieren.

Fig. 13 zeigt eine Weiterbildung der mit Bezug auf Fig. 10 erläuterten Ausführung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten

Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug

genommen wird.

In der Ausführung der Fig. 13 wird die verschiebbare Schutzkappe 4 an dem Schaft mittels einer Querschnittserweiterung der Nut 1.2 arretiert. Hierzu ist der Vorsprung 4h elastisch ausgebildet, so dass er sich in der Querschnittserweiterung aufweitet und so einem Verschieben aus der Querschnittserweiterung Widerstand entgegensetzt. Fig. 14 zeigt in Fig. 7-10, 12-13 entsprechender Darstellung eine an dem Schaft arretierte Schutzkappe nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen dargestellten Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug genommen wird.

In der Ausführung der Fig. 14 weisen Schaft 1 und/oder Schutzkappe 4 Magnete 8 auf, die die Schutzkappe in einer vorgegebenen Position an dem Schaft arretieren. Dies kann, wie in der Ausführung der Fig. 14, die distale Position sein. Zusätzlich oder alternativ kann in analoger Weise die Schutzkappe in einer anderen vorgegebenen Position, insbesondere in der proximalen Position, magnetisch an dem Schaft arretiert werden. Auch die vorstehend mit Bezug auf Fig. 12, 13 erläuterten Arretierungen können zusätzlich oder alternativ zu einer Arretierung in der distalen Position zur Arretierung in wenigstens einer anderen, insbesondere der proximalen Position, vorgesehen sein. Fig. 15 zeigt in Fig. 11 entsprechender Darstellung einen Teil eines chirurgischen Instruments eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug

genommen wird.

Die Schutzkappe 4 ist in der dargestellten proximalen Position mit der Trokarhülse 5 vorübergehend und wiederholt lösbar verbunden. In Fig. 15 ist hierzu schematisch ein Verriegelungsmechanismus 9 angedeutet, der insbesondere als formschlüssiger Schnapp- und Rastmechanismus, selbsthaltende Kegelverbindung oder magnetisch ausgebildet sein kann.

Fig. 16 zeigt in Fig. 1 1 , 15 entsprechender Darstellung einen Teil eines chirurgischen Instruments eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Ausführungen eingegangen und im Übrigen auf deren Beschreibung Bezug

genommen wird. In der Ausführung der Fig. 16 ist die Schutzkappe in distale Richtung (nach rechts in Fig. 16) durch eine Feder 10 vorgespannt. Zieht der Roboter den Instrumentenschaft proximal aus der Trokarhülse bzw. von dieser weg, so schiebt die Feder 10 die Schutzkappe 4 selbsttätig zurück in die distale Position. Zudem presst die gestauchte Feder 10 im Betrieb die proximal positionierte Schutzkappe gegen die Trokarhülse.

Fig. 17 zeigt in Fig. 1 1 , 15 und 16 entsprechender Darstellung einen Teil eines chirurgischen Instruments eines Roboters nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede zu den anderen

In der Ausführung der Fig. 17 ist die Schutzkappe 4 mittels einer den Schaft 1 umgebenden Teleskophülse 12 mit einem proximalen Bereich, insbesondere Ende, des Schafts verbunden. Durch die Teleskophülse 12 ist es vorteilhaft möglich, den extrakorporalen Abschnitt des Schafts 1 mittels der Schutzkappe 4 distal mechanisch abzustützen. Zusätzlich oder alternativ kann die Teleskophülse den Schaft schützen.

In der Ausführung der Fig. 17 weist die Teleskophülse einen optionalen Mechanismus 13 zur Schwerkraftkompensation auf, um die Gewichtskraft der mit der Schutzkappe 4 verbundenen Trokarhülse 5 auszugleichen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, die Schutzkappe 4 mit Hilfe des Mechanismus 13 zurückzuziehen und/oder in einer beliebigen Position entlang der Schaftachse zu fixieren.

Bezuqszeichenliste

1 Schaft

1.1 radialer Bund

1.2 Längsnut

1.3 Schenkel

2 Endeffektor

3 Gelenkanordnung

4 Schutzkappe

4.1 Führungshülse

4.2 Abdeckhülse

4a proximaler Abschnitt

4b distaler Abschnitt

4c Fase (konvergente Einführöffnung)

4d elliptische Rundung (konvergente Einführöffnung) 4e, 5f Außenkegel

4f, 5e Innenkegel

4g kreisförmige Bohrung

4h, 4h' radialer Vorsprung

5 Trokarhülse

6 distale Abdeckung

6.1 (einteilige) Klappe

6.2, 6.4 Segment

6.3 Klappe

7 Seilsicherung

8 Magnet

9 Verriegelungsmechanismus

10 Feder

12 Teleskophülse

13 Mechanismus

Claims

Patentansprüche

1. Roboter mit einem Werkzeug, insbesondere einem chirurgischen Instrument, das einen Schaft (1) mit einer distalen Gelenkanordnung (3) mit wenigstens einem Freiheitsgrad aufweist, gekennzeichnet durch eine Schutzkappe (4), die an dem Schaft von einer distalen in eine proximale Position verschiebbar ist, wobei die Schutzkappe in der distalen Position die Gelenkanordnung aufnimmt und die Gelenkanordnung aus der Schutzkappe distal hervorsteht, wenn die Schutzkappe in der proximalen Position ist.

2. Roboter nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Hülse, insbesondere eine Trokarhülse (5), die, vorzugsweise lösbar, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig und/oder magnetisch, mit der Schutzkappe verbindbar ist.

3. Roboter nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass

Schutzkappe und Hülse eine, insbesondere zentrierende, Führung (4e, 5e; 4f, 5f) aufweisen.

4. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe eine distale Abdeckung (6) aufweist.

5. Roboter nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die distale Abdeckung ein- oder mehrteilig und/oder schwenk- und/oder, vorzugsweise elastisch und/oder trennend, deformierbar ist.

6. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe in der distalen Position, in der proximalen Position und/oder in wenigstens einer Zwischenposition zwischen der distalen und der proximalen Position, vorzugsweise lösbar, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig und/oder magnetisch, arretierbar ist.

7. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe in distaler Richtung vorgespannt und/oder an dem Schaft drehfest oder drehbar, insbesondere durch eine den Schaft umgebende

Teleskophülse (12), verschiebbar geführt ist.

8. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe eine konvergente, insbesondere distale, Einführöffnung (4c, 4d) aufweist.

9. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe, insbesondere durch eine den Schaft umgebende

Teleskophülse (12), unverlierbar an dem Schaft und/oder dem Roboter gefesselt ist.

10. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe eine Führungshülse (4.1 ) und eine damit, vorzugsweise lösbar, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig und/oder magnetisch, verbundene Abdeckhülse (4.2) aufweist.

11. Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Schutzkappe, insbesondere eine Führungshülse (4.1 ) und/oder eine damit, vorzugsweise lösbar, insbesondere form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere reibschlüssig und/oder magnetisch, verbundene Abdeckhülse (4.2) , von dem Schaft abnehmbar ist.

12. Schutzkappe (4) für das Werkzeug eines Roboters nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe an dem Schaft (1) des Werkzeugs von der distalen in die proximale Position verschiebbar ist, wobei die Schutzkappe in der distalen Position die

Gelenkanordnung (3) aufnimmt und die Gelenkanordnung aus der Schutzkappe distal hervorsteht, wenn die Schutzkappe in der proximalen Position ist.

13. Verfahren zum Handhaben eines Werkzeugs eines Roboters nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe (4) vor einem Werkzeugeinsatz, insbesondere durch den Roboter, an dem Schaft (1 ) des Werkzeugs, insbesondere durch ein, vorzugsweise lösbares, insbesondere form- und/oder kraftschlüssiges, insbesondere reibschlüssiges und/oder magnetisches Verbinden mit einer Hülse, insbesondere einer Trokarhülse (5), von der distalen in die proximale Position verschoben wird.

14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkappe nach einem Werkzeugeinsatz an dem Schaft des Werkzeugs von der proximalen in die distale Position verschoben wird.