DE102008013496A1

DE102008013496A1 - Device for form-fit coupling of multiple instruments to equipment with haptic feedback, comprises coupling function, and combination of friction clutch for repeated taking of parking position is provided

Info

Publication number: DE102008013496A1
Application number: DE200810013496
Authority: DE
Inventors: Thorsten A. Kern
Original assignee: POLYDIMENSIONS GmbH
Current assignee: POLYDIMENSIONS GmbH
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-09-17

Abstract

The device comprises a coupling function. A combination of friction clutch (51) for repeated taking of a parking position is provided. A form-fitting is realized by a latch (52) for fixing the instrument tips in the free space movement. The function of the friction clutch for the parking position and the free space movement are combined in a latch.

Description

Die Erfindung bezieht sich ein Instrumentenwechselsystem zur formschlüssigen Ankopplung einer Vielzahl von Instrumente an ein haptisches Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es z. B. für laparoskopische Simulation Verwendung findet.The The invention relates to an instrument change system for positive locking Coupling a variety of instruments to a haptic device according to the preamble of claim 1, as it z. B. for laparoscopic simulation is used.

Zur Ausbildung von Chirurgen werden häufig Trainingssysteme eingesetzt, welche entweder mechanisch [ US 5,403,191 A ] oder durch eine Simulation in Verbindung mit einem Rechnersystem und einem Eingabegerät [ US 2006 0073458 ] die realen oder äquivalente Situationen der Operation nachbilden. Die Eingabegeräte der Simulationssystem bestehen dabei aus mehreren Komponenten. Der Mediziner hält ein dem realen Griffstück eines Laparoskops nachgebildetes Bedienteil in der Hand, und agiert im Falle einer Laparoskopie um einen Pivotpunkt. Der Pivotpunkt ist eine mechanische Abstraktion des Trokars, eines Ventils, durch das das Laparoskop in den Menschen eingeführt wird. Die Freiheitsgrade des Instrumentes sind auf zwei rotatorische und einen translatorischen Freiheitsgrad im Pivotpunkt, sowie einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Achse reduziert [ US 6,654,000 B2 , EP 0 870 296 B1 , EP1 332 484 ]. Weiterhin erlauben viele Instrumente mechanisch über das scherenartige Bedienelement eine Greifbewegung zu aktivieren. Die Bewegungen des Griffstücks in den vier Freiheitsgraden sowie der Greifbewegungen werden in den praktischen Realisationen bestehender Systeme durch Sensoren erfasst, vor allem durch optische Encoder. Für eine realistische Simulation der Eingriffe ist neben der Positionserfassung auch die Rückkopplung einer Interaktion mit virtuellen Objekten über den haptischen Sinneskanal notwendig. Hierzu sind in haptischen Systemen für jeden Freiheitsgrad ein oder mehrere Aktoren vorgesehen, welche es erlauben entsprechend eines Steuersignals als Resultat der Simulation für alle Freiheitsgrade unabhängig voneinander definiert Kräfte- und/oder Momente zu generieren. US 6,654,000 B2 beschreibt eben jene Methode zur Umsetzung einer physikalisch-realistischen Computersimulation von medizinischen Abläufen, welche aus einer Hardware besteht, welche ihrerseits eine grafische Simulation eines medizinischen Eingriffs koppelt, wobei eben jene Simulation eine reale Anatomie abbildet, und das Eingabegerät wenigstens einen Teil eines medizinischen Instrumentes nachbildet, inklusive einer Greif- und Grifffunktion. Außerdem umfasst US 6,654,000 B2 noch Aspekte der Existenz eines Datenaustauschs zwischen Simulation und Hardware zur Aktualisierung der Position in der graphischen Simulation. US 6,654,000 B2 bezieht sich somit auf bereits 1994 in [Werkhäuser] veröffentlichen Konzepten einer Simulation eines medizinischen Eingriffes, hier Knieathroskopie, welche einer Interaktion mit der medizinischen Simulation zulässt. [Werkhäuser] deckt dabei sowohl den bidirektionalen als auch die unidirektionale Kommunikation der Systeme ab, wobei die Mechanik eine „Instrumente-Nachbildung” umfasst, allerdings ohne Greiffunktionalität.For the training of surgeons training systems are often used which either mechanically [ US 5,403,191 A ] or through a simulation in conjunction with a computer system and an input device [ US 2006 0073458 ] imitate the real or equivalent situations of the operation. The input devices of the simulation system consist of several components. The physician holds a control unit modeled on the real grip of a laparoscope and, in the case of a laparoscopy, acts around a pivot point. The pivot point is a mechanical abstraction of the trocar, a valve through which the laparoscope is introduced into humans. The degrees of freedom of the instrument are reduced to two rotatory and one translational degree of freedom in the pivot point, as well as a rotational degree of freedom about the axis [ US 6,654,000 B2 . EP 0 870 296 B1 . EP1 332 484 ]. Furthermore, many instruments allow mechanically via the scissor-type control to activate a gripping movement. The movements of the handle in the four degrees of freedom and the gripping movements are detected in the practical implementations of existing systems by sensors, especially by optical encoders. For a realistic simulation of the interventions, in addition to the position detection, the feedback of an interaction with virtual objects via the haptic sensory channel is necessary. For this purpose, one or more actuators are provided in haptic systems for each degree of freedom, which according to a control signal as a result of the simulation for all degrees of freedom independently defined forces and / or generate moments. US 6,654,000 B2 describes precisely the method for implementing a physically-realistic computer simulation of medical procedures, which consists of a hardware, which in turn couples a graphic simulation of a medical intervention, where just that simulation depicts a real anatomy, and the input device simulates at least a part of a medical instrument , including a gripping and gripping function. It also includes US 6,654,000 B2 still aspects of the existence of a data exchange between simulation and hardware for updating the position in the graphic simulation. US 6,654,000 B2 refers thus to concepts of a simulation of a medical intervention published in 1994 in [Werkhäuser], here knee-endoscopy, which allows an interaction with the medical simulation. [Werkhäuser] covers both the bidirectional and the unidirectional communication of the systems, whereby the mechanics includes an "instrument replica", but without gripping functionality.

Auf Basis dieses generellen Ansatzes existieren einige grundlegende Realisationen von haptischen Systemen für laparoskopische Anwendungen. In der EP 1 332 484 wurde die Rotation im Pivot-Punkt durch eine gelagerte Kugel realisiert, die ihrerseits durch mehrere Aktoren in der Rotation über Reibkopplungen angetrieben bzw. gehemmt wird, und in den zwei verbleibenden Freiheitsgraden über ein Rotations- und Translationsgetriebe mit Zahnradkopplungen angetrieben werden kann. Das nachgebildete Instrument ist durch einen originalen Griff representiert, der in eine mit einer Zahnstange versehenen Schaft mündet. Das Bedienteil als Nachbildung des realen Instrumentes als solches ist nicht austauschbar und Teil des Systems, was sich an der praktischen Realisation des Urologietrainer von KarlStorz bestätigt. In den US 7,023,423 und EP 0 870 296 B1 wurde das klassische Prinzip eines Kreuzlagers aus Joysticks auf laparoskopische Anwendungen übertragen und um aktorische Komponenten erweitert. Es beschreibt eine Lösung über zwei kinematische Ketten, welche in einem nicht-parallelem Winkel zu dem Bedienelement ausgerichtet sind, und am Ende dieser zwei seriellen Ketten rotatorisch angetrieben werden. Weiterhin umfasst es noch Sensoren zur Messung der Positionen der kinematischen Kette. Die Erfindung sieht eine starre Kopplung zwischen Bedienteil und Kinematik vor, und ist in der kommerziellen Umsetzung der SurgicalWorkstation so realisiert. In [ DE 202 80 425 U1 wird ein alternativer Antrieb für die Kraftrückkopplung auf die translatorisch-rotatorischen Freiheitsgrade der Instrumentenachse vorgeschlagen. Durch eine Kombination von angetriebenen Rollenlagern mit spiralförmigen Rillenführungen ist ein kompakter Antrieb für laparoskopische Instrumente entstanden, welcher auch einen Wechsel der Bedienteile durch Austausch der vollständigen Schäfte gestattet. Prinzipbedingt aus dem Antriebskonzept heraus werden Bedienelemente mit Schäften mit spezifischen, größerem Durchmesser benötigt, als dies bei typischen Laparoskopen notwendig wäre. Die kommerzielle Umsetzung des Unternehmens Xitact in Form des „Instrument Haptic Port” (siehe Xitact IHP Produktbeschreibung „Product sheet Xitact IHP_2007-10-12.pdf”) zeigt genau in der Austauschbarkeit der Bedienelemente zur Simulation unterschiedlicher laparoskopischer Instrumente Schwächen, da die empfindlichen Stangen als Teil des mechanischen Antriebs bei Nicht-Benutzung sicher gelagert werden müssen. In [ GB 2384613A ] wird für einen Bronchioskop Simualator eine mechanische Kopplung des simulierten Instrumentes vorgesehen, welche einen schnellen Wechsel unterschiedlicher Bedienteile ermöglicht. Über eine Feder wird ein deformierbarer zylindrischer Körper zusammen gedrückt und damit im Durchmesser verengt, was einen Reibschluss mit einem darin befindlichen ebenfalls zylindrischen Instrumente ermöglicht, und somit eine Kupplung für Drehmomente und Kräfte darstellt. In einer Auswurfposition wird die Feder entspannt und das Bronchioskop freigegeben. Das System ist geeignet Drehomente und Kräfte auf zylindrische Körper zu koppeln, kann aufgrund des Reibschlusses dieses nur bis zu einem Grenzwert der Haftreibung sicher zulassen. Weiterhin unterliegt es Abnutzungserscheinungen durch Änderungen der Reibpaarungen des Instrumentes sowie des deformierbaren zylindrischen Körpers.Based on this general approach, there are some basic implementations of haptic systems for laparoscopic applications. In the EP 1 332 484 For example, rotation in the pivot point has been realized by a supported ball, which in turn is driven by multiple actuators in the rotation via friction couplings, and in which two remaining degrees of freedom can be gear-coupled via a rotation and translation gear. The replicated instrument is represented by an original handle that opens into a shaft provided with a rack. The control unit as a replica of the real instrument as such is not interchangeable and part of the system, which is confirmed by the practical realization of the Urology Trainer KarlStorz. In the US 7,023,423 and EP 0 870 296 B1 The classic principle of a cross bearing from joysticks has been transferred to laparoscopic applications and expanded with actuator components. It describes a solution over two kinematic chains, which are aligned at a non-parallel angle to the operating element, and are rotationally driven at the end of these two serial chains. Furthermore, it also includes sensors for measuring the positions of the kinematic chain. The invention provides a rigid coupling between the control panel and kinematics, and is implemented in the commercial implementation of the SurgicalWorkstation so. In [ DE 202 80 425 U1 an alternative drive for the force feedback to the translational-rotational degrees of freedom of the instrument axis is proposed. Through a combination of driven roller bearings with spiral groove guides a compact drive for laparoscopic instruments has been created, which also allows a change of the operating parts by replacing the complete shafts. Due to the principle of the drive concept, controls with shanks with a specific, larger diameter are required than would be necessary with typical laparoscopes. The commercial implementation of Xitact in the form of the "instrument haptic port" (see Xitact IHP product description "Product sheet Xitact IHP_2007-10-12.pdf") shows weaknesses in the interchangeability of the controls for simulating different laparoscopic instruments, as the sensitive rods must be stored safely as part of the mechanical drive when not in use. In [ GB 2384613A ] a mechanical coupling of the simulated instrument is provided for a bronchioscope simulator, which allows a quick change of different operating parts. About a spring is a deformable cylindrical Kör pressed together and thus narrows in diameter, which allows a frictional engagement with a likewise cylindrical instruments therein, and thus represents a coupling for torques and forces. In an ejection position, the spring is relaxed and released the bronchoscope. The system is suitable to couple torques and forces on cylindrical bodies, due to the frictional engagement of this can only safely up to a limit of the static friction. Furthermore, it is subject to wear due to changes in the friction pairings of the instrument and the deformable cylindrical body.

In [ WO 02071368 ] sowie [ US 2004 0142315 ] wird die logische Folge beschrieben, die aus einer Unmöglichkeit eines Wechsels des realen Instruments bzw. dessen Handgriffes als Bedienteil des Gerätes resultiert, nämlich dass eine Funktion innerhalb der Simulationssoftware vorgesehen sein muss, einen Austausch der virtuellen Representation des Instrumentes durchzuführen. Dies ist bei kommerziellen Systemen, beispielsweise Simbionix LapMentor, gegeben.In [ WO 02071368 ] such as [ US 2004 0142315 ] describes the logical sequence that results from an impossibility of a change of the real instrument or its handle as a control panel of the device, namely that a function must be provided within the simulation software to perform an exchange of virtual representation of the instrument. This is the case with commercial systems, for example Simbionix LapMentor.

Unter dem Postulat einer Austauschbarkeit der Instrumente bzw. deren Nachbildungen in Soft- und Hardware (Bedienteile) wird unter [ US 6,113,995 ] beschrieben, welche Optionen und verschiedenen Interaktionsmöglichkeiten innerhalb einer Softwareumgebung sich daraus ergeben.Under the postulate of interchangeability of the instruments or their replicas in software and hardware (keypads), see [ US 6,113,995 ] describes the options and various interaction options within a software environment.

Gemeinhin ist kein zufriedenstellendes Gerät bekannt, was einen Austausch der Bedienteile laparoskopischer Simulatoren in der Form ermöglicht, dass eine Vielzahl von Bedienteilen welche einer Vielzahl von realen medizinischen Instrumenten nachempfunden sind genutzt werden können. Wobei diese Bedienteile mit identischen geometrischen Abmessungen der Instrumentengriffe sowie der Schäfte im Vergleich zu ihren realen medizinischen Instrumenten aufwarten, und dabei ein sicherer, unveränderlicher Halt der Instrumente unabhängig der bei der laparoskopischen Interaktion wirkenden Kräfte besteht.commonly is not a satisfactory device known what an exchange allows the operation of laparoscopic simulators in the form that a variety of keypads which a variety of real medical instruments are used can be used. Whereby these control units with identical geometrical dimensions the instrument handles as well as the shafts compared to come up with their real medical instruments, and at the same time safe, steady hold of the instruments independently the forces acting in laparoscopic interaction consists.

Daher ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu entwerfen, welche einen Austausch von Bedienteilen in der Form ermöglicht, dass eine Vielzahl von Bedienteilen mit untereinander unterschiedlichen aber mit realen Instrumentengriffen sowie Schäften identischen Abmessungen an einem kinematischen System, z. B. einem laparoskopischen Simulator, genutzt werden können, und diese Instrumentengriffe sowie Schäfte einen unveränderlichen Halt mit dem System im Einsatzbereich haben.Therefore The object of the invention is to design a device which allows an exchange of controls in the form that a variety of keypads with each other but different identical with real instrument handles as well as shanks Dimensions on a kinematic system, z. B. a laparoscopic Simulator, can be used, and these instrument handles as well as stems with a steady hold have the system in the field of application.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gerätes besteht vor allem darin, dass über eine rein mechanische Lösung im Betrieb mit einem Bedienteil mit Schäften von für laparoskopische Instrumente realistischen Durchmessern eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird, welche außerdem eine rotatorische Ankopplung an einen Antrieb ermöglicht; und dies unter Beibehaltung der Möglichkeit eines schnellen Bedienelementenwechsels in einer definierten Position erlaubt.These Object is achieved by a device solved with the features of claim 1. Advantageous developments The invention results from the in the subclaims specified characteristics. The advantage of the invention Device consists mainly in that over a purely mechanical solution in operation with a control panel with shanks of for laparoscopic instruments realistic diameters a positive connection is made, which also has a rotary coupling to a drive allows; while keeping it the possibility of a quick change of control allowed in a defined position.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:following the invention with reference to two embodiments explained in more detail with reference to the drawing. Showing:

1: Anordnung des Instrumentenwechselsystems (107) im Kontext einer Simulatorkinematik 1 : Arrangement of the instrument replacement system ( 107 ) in the context of a simulator kinematics

2: Formschlüssige Kopplung des Instruments an ein Abtriebselement eines Aktors 2 : Positive coupling of the instrument to an output element of an actuator

3: Instrumentenwechselsystem A in Parkposition 3 : Instrument change system A in parking position

4: Instrumentenwechselsystem A in freier Bewegung 4 : Instrument change system A in free movement

5: Schnitt durch Instrumentenwechselsystem A 5 : Section through instrument change system A

6: Instrumentenwechselsystem B in Parkposition 6 : Instrument change system B in parking position

7: Instrumentenwechselsystem B in freier Bewegung 7 : Instrument change system B in free movement

8: Schnitt durch Instrumentenwechselsystem B 8th : Section through instrument change system B

1 zeigt eine Integration eines Instrumentenwechselsystems (56) in die Kinematik. Das Bedienelement (14) ist in das Instrumentenwechselsystem (56) eingesteckt. Über ein Kardangelenk (15) am Instrumentenwechselsystem wird durch das haptische System (1) eine Kraft in drei Raumrichtungen an die Spitze des Instrumentes eingekoppelt. Ein Antrieb (16) dreht eine Welle, welche innerhalb des Instrumentenwechselsystems ein Drehmoment auf das formschlüssig verbundene Instrument (14) ausübt. Das Instrument ist weiterhin durch einen Pivotpunkt geführt, welcher räumlich in einer Nachbildung eines Trokars (13) über ein weiteres Kardangelenk (15) an einem Gestell (12) befestigt ist. 1 shows an integration of an instrument change system ( 56 ) in the kinematics. The control element ( 14 ) is included in the instrument switching system ( 56 ) plugged in. About a universal joint ( 15 ) at the instru change system is controlled by the haptic system ( 1 ) coupled a force in three directions to the top of the instrument. A drive ( 16 ) rotates a shaft, which within the instrument change system torque on the positively connected instrument ( 14 ) exercises. The instrument is further guided by a pivot point spatially in a replica of a trocar ( 13 ) on another universal joint ( 15 ) on a rack ( 12 ) is attached.

2 zeigt ein innerhalb des Instrumentenwechselsystem angeordnetes Zahnrad (33) welches formschlüssig mit einer mehreckigen (mehr als 3) Struktur (42 oder 44) an der Spitze eines Instrumentes (14) gekoppelt werden kann. Das Zahnrad (33) weist den negativen Abdruck der jeweiligen Instrumentenspitze auf. Einführschrägen an der Spitze sowie an dem Zahnrad erleichtern das formschlüssige Verbinden. Die Spitzen (42 oder 44) weisen weiterhin eine Kerbe (41) auf, welche in Verbindung mit einem Riegel in freier Bewegung einen Formschluss zwischen haptischen System und Bedienelement sicher stellt. Die Kerbe (41) weist Einführungsschrägen auf, welche eine Zentrierung des Riegels erleichtern und so bemessen sind, dass durch die Materialparameter und Reibwerte weiterhin ein formschlüssiges Gehemme vorliegt. Das Loch (40) in den Spitzen ermöglicht, dass die bei laparoskopischen Instrumenten typische zentrale Stange zur Bewegung einer Greiffunktion bis unterhalb der Arretierungsbaugruppe (56) geführt werden kann, und die Bewegung dieser Stange zur Messung und Gegebenenfalls auch zur Kraftrückkopplung auf die Greif-Funktionalität des Bedienelementes genutzt wird. 2 shows a arranged within the instrument change system gear ( 33 ) which is form-fit with a polygonal (more than 3) structure ( 42 or 44 ) at the top of an instrument ( 14 ) can be coupled. The gear ( 33 ) has the negative impression of the respective instrument tip. Insertion bevels on the tip and on the gear facilitate the positive connection. The tips ( 42 or 44 ) continue to have a notch ( 41 ), which in conjunction with a bolt in free motion ensures a positive connection between haptic system and operating element. The notch ( 41 ) has insertion bevels, which facilitate a centering of the bolt and are dimensioned such that the material parameters and coefficients of friction continue to provide a positive locking clamp. The hole ( 40 ) in the tips makes it possible for the central rod, which is typical in laparoscopic instruments, to move to a gripping function below the arresting assembly ( 56 ) can be performed, and the movement of this rod for measuring and optionally also for force feedback to the gripping functionality of the control element is used.

3 zeigt eine Ausführungsform des Instrumentenwechselsystems. Es besteht aus dem oben erwähnten Zahnrad (33) welches über ein zweites Zahnrad (32), welches auf der Welle des Antriebs (16) gleitet mit einem Drehmoment beaufschlagt werden kann. Das Zahnrad (33) trägt an Stiften aufgehängte, über Feder mechanisch vorgespannte Riegel (52), welche in der Parkposition durch einen gestellfesten Konus (50) aus ihrer Mittenlage gedrückt werden. Der Konus seinerseits wird über ebenfalls über Federn vorgespannt Riegel (51) reibschlüssig durch eine Kerbe im Konus (55) in der Parkposition gehalten. Weiterhin trägt das Instrumentenwechselsystem elektronische (53) und elektromechanische (54) Komponenten zur Messung der Bewegungen der Instrumentenspitze, der Detektion der Stellung der Riegel, sowie der darin geführten Seele in Form zweier Encoder (54). Weiterhin ist auf der Leiterplatte (53) ein Detektionssystem integriert, welches Anhand unverwechselbarer Merkamle der Instrumentenspitze, den Typ des gerade verwendeten Bedienelementes erkennt. Ein solches Merkmal könnten die Farbe der Spitze detektiert über einen RGB Sensor oder ein RFID-Tag detektiert über ein Leseantenne sein. 3 shows an embodiment of the instrument change system. It consists of the above mentioned gear ( 33 ) which via a second gear ( 32 ), which on the shaft of the drive ( 16 ) slides can be applied with a torque. The gear ( 33 ) carries on pen suspended, spring biased mechanically latch ( 52 ), which in the parking position by a frame-fixed cone ( 50 ) are pressed out of their center position. The cone in turn is biased via springs also via springs ( 51 ) frictionally engaged by a notch in the cone ( 55 ) held in the park position. Furthermore, the instrument exchange system carries electronic ( 53 ) and electromechanical ( 54 ) Components for measuring the movements of the instrument tip, the detection of the position of the bars, as well as the guided soul in the form of two encoders ( 54 ). Furthermore, on the circuit board ( 53 ) integrated a detection system, which recognizes the basis of unmistakable Merkamle the instrument tip, the type of currently used control element. Such a feature could be the color of the tip detected via an RGB sensor or an RFID tag detected via a reader antenna.

4 zeigt die Ausführungsform des Instrumentenwechselsystem aus 3 in freier Bewegung. Durch Überschreiten einer Grenzkraft wurden die reibschlüssigen Riegel (51) von dem Konus (50) und der daran enthaltenen Kerbe (55) herunter geschoben. Dies führt dazu, dass die formschlüssigen Riegel (52) durch ihre mechanische Vorspannung sich in die Kerbe (41) an den Instrumentenspitzen vorgeschoben haben. Dadurch sowie durch die rotatorische Kopplung (33) der Instrumentenspitze existiert ein vollständiger Formschluss mit dem Schaft des Bedienelements (14). Im Falle eines Instrumentenwechsels ist nun lediglich das Instrumentenwechselsystem (56) durch Zug auf den Schaft des Bedienelementes (14) wieder über den Konus (50) zu ziehen, bis die reibschlüssigen Riegel (51) in die Kerbe am Konus (55) einrasten und gleichzeitig die Spitze des Konus die formschlüssigen Riegel (52) zur Seite schiebt und somit das Instrument frei gibt. 4 shows the embodiment of the instrument replacement system 3 in free movement. By exceeding a limit force, the frictional bolts ( 51 ) of the cone ( 50 ) and the notch ( 55 ) pushed down. This results in that the positive locking ( 52 ) by their mechanical bias in the notch ( 41 ) have advanced past the instrument tips. Thereby, as well as by the rotatory coupling ( 33 ) of the instrument tip there is a complete positive connection with the shaft of the operating element ( 14 ). In the case of a change of instrument, only the instrument change system ( 56 ) by pulling on the shaft of the operating element ( 14 ) again over the cone ( 50 ) until the frictional bolts ( 51 ) in the notch on the cone ( 55 ) and at the same time the tip of the cone, the positive locking ( 52 ) pushes aside and thus releases the instrument.

5 zeigt einen Schnitt durch die Ausführungsform des Instrumentenwechselsystem aus 3 und 4 mit der Anordnung der Riegel (51 und 52) in dem Zahnrad (33) mit dem rotatorischen Formschlussbereich (57) und dem durchgängigen Kanal für die Instrumententypische zentrale Stange. 5 shows a section through the embodiment of the instrument replacement system 3 and 4 with the arrangement of the bars ( 51 and 52 ) in the gear ( 33 ) with the rotary positive-locking region ( 57 ) and the continuous channel for the instrument-typical central rod.

6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Instrumentenwechselsystems in Parkposition. Die Riegel (58) haben zwei Enden, wobei ein Ende reibschlüssig in Kerben (55') in zwei Führungsstangen (50') in der Parkposition rutscht. Die Riegel verschieben sich dabei und geben die Instrumentenspitzen (42) frei, und halten gleichzeitig die Lage des Instrumentenwechselsystems fest. 6 shows an alternative embodiment of the instrument replacement system in parking position. The bars ( 58 ) have two ends, one end being frictionally engaged in notches ( 55 ' ) in two guide rods ( 50 ' ) slips in the parking position. The bolts move and give the instrument tips ( 42 ) and at the same time keep track of the situation of the instrument change system.

7 zeigt die alternative Ausführungsform des Instrumentenwechselsystem in der freien Raumbewegung, wobei eine Grenzkraft in Instrumentenachse überschritten wurde, welche die Riegel (58) aus den Führungsstangen (55') heraus geschoben hat. Diese Riegel (58) haben daraufhin in die Kerbe (41) der Spitze des Instrumentes angekoppelt und halten somit eine formschlüssige Verbindung zwischen Instrumentenwechselsystem und dem Schaft des Bedienelementes (14). 7 shows the alternative embodiment of the instrument change system in the free space movement, wherein a limit force has been exceeded in the instrument axis, which the bolt ( 58 ) from the guide rods ( 55 ' ) has pushed out. These bars ( 58 ) have then in the notch ( 41 ) are coupled to the tip of the instrument and thus hold a positive connection between the instrument replacement system and the shaft of the operating element ( 14 ).

8 zeigt einen Schnitt durch die alternative Ausführungsform des Instrumentenwechselsystem entsprechend 6 und 7 in der Freiraumbewegung, wobei erneut die Führungsstangen (50') die Riegel (58) und das Zahnrad (33) mit Formschluss zur Instrumentenspitze (42) am Schaft des Bedienelementes (14) sichbar werden. Bezugszeichenliste 1 (Kinematik-)Gerät 2–11 - 12 Gestell 13 Pivotpunkt (Trokar) 14 Griff(-stück, Instrument) 15 Kardangelenk (oberes) 16 Arbeitsstrang 17 - 18 - 19 Kardangelenk (unteres) 20–30 - 31 - 32 Zahnrad 33 Zahnrad, großes 34 Kardangelenk-Ankopplung 35–39 - 40 Adapterseele 41 Instrument-Arettierungsnut 42 Formschlussadapter Vieleckig 43 - 44 Formschlussadapter Viereckig 45 Formschluss-Male 46–48 - 49 - 50 & 50' Ruhelage Arettierungskonus 51 Ruhelage-Arretierungshebel 52 Instrument-Arretierungsstifte 53 Platine 54 Inkrementalgeber zur Mesung der Instrumentenbetätigung 55 & 55' Ruhelage-Arretierungsnut 56 Arretierungsbaugruppe 57 Formschluss-Female 58 Ruhelage-Arretierungsbolzen 59 - 8th shows a section through the alternative embodiment of the instrument replacement system accordingly 6 and 7 in the free space movement, again the guide rods ( 50 ' ) the bars ( 58 ) and the gear ( 33 ) with positive connection to the instrument tip ( 42 ) on the shaft of the operating element ( 14 ) yourself become cash. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 (Kinematic) device 2 - 11 - 12 frame 13 Pivot point (trocar) 14 Handle (piece, instrument) 15 Cardan joint (upper) 16 work string 17 - 18 - 19 Cardan joint (lower) 20 - 30 - 31 - 32 gear 33 Gear, big 34 Cardan coupling 35 - 39 - 40 adapter soul 41 Instrument Arettierungsnut 42 Positive locking adapter polygonal 43 - 44 Positive locking adapter square 45 Form-fit-Male 46 - 48 - 49 - 50 & 50 ' Resting position Aretting cone 51 Rest position support lever 52 Instrument locking pins 53 circuit board 54 Incremental encoder for measuring the instrument operation 55 & 55 ' Rest position-locking groove 56 check assembly 57 Form-fit-Female 58 Rest position support bar 59 -

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 5403191 A [0002]
US 20060073458 [0002]
- US 6654000 B2 [0002, 0002, 0002, 0002]
- EP 0870296 B1 [0002, 0003]
- EP 1332484 [0002, 0003]
US 7023423 [0003]
- DE 20280425 U1 [0003]
GB 2384613 A [0003]
WO 02071368 [0004]
- US 20040142315 [0004]
- US 6113995 [0005]

Claims

Device for positive coupling of a plurality of instruments ( 14 ) to a device with haptic feedback ( 1 ), characterized in that - the function of the coupling works purely mechanically - a combination of friction clutch ( 51 . 55 ) for repeatable taking of a parking position and - a positive connection via bolt ( 41 . 52 ) is realized for fixing the instrument tip in the free space movement.

Apparatus according to claim 1, further characterized characterized in that the function of the friction clutch for the parking position and the free space movement combined in a latch or individually pronounced.

Apparatus according to claim 1, further characterized characterized in that the position of the bars detected by measurement becomes.

Apparatus according to claim 1, further characterized characterized in that the positive locking of the rotary and the translational movement of the instrument tip comprises.

Apparatus according to claim 1, further characterized in that a rod for moving a laparoscopic gripper in the operating element ( 14 ) through the adapter core ( 40 ), and is used as a measure of the forceps movement.

Apparatus according to claim 1, further characterized characterized in that the rod is for movement of a laparoscopic Gripper in the control element acted upon by a defined force becomes.

Apparatus according to claim 1, further characterized in that the rotary positive fit counterpart of the instrument tip is part of a gear ( 33 ), which in turn via a drive train ( 16 ) can be applied with torques.