DE102022134201A1

DE102022134201A1 - Surgical instrument for coupling with a drive unit

Info

Publication number: DE102022134201A1
Application number: DE102022134201.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Stefan
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2024-06-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument (10) zur Kopplung mit einer Antriebseinheit (14) zum Antreiben des chirurgischen Instruments (10), wenigstens eine Schaftanordnung (16), welche die Schaftsachse (18) des chirurgischen Instruments (10) definiert, und eine Getriebeanordnung (20), die über die Schnittstelle (12) von der Antriebseinheit (14) antreibbar ist, wobei die Getriebeanordnung (20) wenigstens zwei Antriebswelle (22) aufweist, die auf einer Kreisbahn (24) um die Schaftsachse (18) angeordnet sind, wobei zumindest eine der wenigstens zwei Antriebswellen (22) drehmomentübertragend mit der Schaftanordnung (16) gekoppelt oder koppelbar ist.The present invention relates to a surgical instrument (10) for coupling to a drive unit (14) for driving the surgical instrument (10), at least one shaft arrangement (16) which defines the shaft axis (18) of the surgical instrument (10), and a gear arrangement (20) which can be driven by the drive unit (14) via the interface (12), wherein the gear arrangement (20) has at least two drive shafts (22) which are arranged on a circular path (24) around the shaft axis (18), wherein at least one of the at least two drive shafts (22) is or can be coupled to the shaft arrangement (16) in a torque-transmitting manner.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument, das an einer Schnittstelle mit einer Antriebseinheit zu einem Antriebssystem gekoppelt werden kann.The present invention relates to a surgical instrument that can be coupled to a drive system at an interface with a drive unit.

Antriebssysteme, in Form von herkömmlichen medizinischen Master-Slave Robotersystemen, die beispielsweise für die mechanische Führung von chirurgischen Instrumenten sowie die Steuerung der Endeffektoren eingesetzt werden, weisen in der Regel eine lösbare Verbindung an einer Schnittstelle zwischen motorischen Antrieben auf der Roboterseite und den chirurgischen Instrumenten auf. Dabei werden die Antriebseinheit und das chirurgische Instrument meist über eine Getriebeanordnung kraftschlüssig miteinander gekoppelt.Drive systems in the form of conventional medical master-slave robot systems, which are used for example for the mechanical guidance of surgical instruments and the control of end effectors, usually have a detachable connection at an interface between motor drives on the robot side and the surgical instruments. The drive unit and the surgical instrument are usually coupled to one another in a force-locking manner via a gear arrangement.

Bekannt sind solche Schnittstellenkonzepte bereits aus US 10,485,621 B2 und US 10,806,530 B2 , bei denen die Antriebseinheiten in der Schnittstelle wie eine „5“ auf einem Würfel angeordnet sind. Bei dieser Form der Anordnung sind die Antriebseinheiten unterschiedlich von der Instrumentenschaftachse beanstandet, sodass ein komplizierter Aufbau der Schnittstelle mit vielen verschiedenen Bauteilen notwendig ist, um eine zuverlässige Kraftübertragung zu gewährleisten.Such interface concepts are already known from US10,485,621 B2 and US10,806,530 B2 , in which the drive units are arranged in the interface like a "5" on a cube. In this form of arrangement, the drive units are spaced differently from the instrument shaft axis, so that a complicated structure of the interface with many different components is necessary to ensure reliable power transmission.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein chirurgisches Instrument und eine Antriebseinheit mit einem vereinfachten und damit kostengünstigen Aufbau bereitzustellen.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a surgical instrument and a drive unit with a simplified and thus cost-effective design.

Diese Aufgabe wird mit einem chirurgischen Instrument gemäß Patentanspruch 1 und einer Antriebseinheit gemäß Patentanspruch 15 gelöst.This object is achieved with a surgical instrument according to patent claim 1 and a drive unit according to patent claim 15.

Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument umfasst eine Schnittstelle zur Kopplung mit einer Antriebseinheit zum Antreiben des chirurgischen Instruments sowie wenigstens eine Schaftanordnung, die die Schaftachse des chirurgischen Instruments definiert. Ferner umfasst das chirurgische Instrument eine Getriebeanordnung, die über die Schnittstelle von der Antriebseinheit antreibbar ist, wobei die Getriebeanordnung wenigstens zwei Antriebswellen aufweist, die auf einer Kreisbahn um die Schaftachse angeordnet sind. Dabei ist zumindest eine der wenigstens zwei Antriebswellen drehmomentübertragend mit der Schaftordnung gekoppelt oder koppelbar.The surgical instrument according to the invention comprises an interface for coupling to a drive unit for driving the surgical instrument and at least one shaft arrangement that defines the shaft axis of the surgical instrument. The surgical instrument also comprises a gear arrangement that can be driven by the drive unit via the interface, the gear arrangement having at least two drive shafts that are arranged on a circular path around the shaft axis. At least one of the at least two drive shafts is or can be coupled to the shaft arrangement in a torque-transmitting manner.

Das chirurgische Instrument weist weniger unterschiedliche Komponenten als die aus dem Stand der Technik bekannten chirurgischen Instrumente auf. Dies wird dadurch erreicht, dass aufgrund der auf einer Kreisbahn angeordneten Antriebswellen, der Achsabstand der Antriebswellen zur Schaftachse gleich ist. Die Getriebeanordnung kann somit mit meiner Vielzahl gleicher und ggf. auch standardisierter Bauteile aufgebaut werden. Dadurch können die Teilevielfalt und auch die Herstellkosten deutlich reduziert werden.The surgical instrument has fewer different components than the surgical instruments known from the state of the art. This is achieved by the fact that the distance between the drive shafts and the shaft axis is the same due to the drive shafts being arranged on a circular path. The gear arrangement can therefore be constructed using a large number of identical and, if necessary, standardized components. This means that the variety of parts and also the manufacturing costs can be significantly reduced.

Die Schaftachse des chirurgischen Instruments kann parallel zu den wenigstens zwei Antriebswellen der wenigstens einen Getriebeanordnung verlaufen. Die wenigstens zwei Antriebswellen können ferner auch parallel zueinander verlaufen. Die Schaftachse kann in der Kopplungsrichtung verlaufen, in der das chirurgische Instrument mit der Antriebseinheit von proximal aus koppelbar ist.The shaft axis of the surgical instrument can run parallel to the at least two drive shafts of the at least one gear arrangement. The at least two drive shafts can also run parallel to one another. The shaft axis can run in the coupling direction in which the surgical instrument can be coupled to the drive unit from the proximal side.

Die wenigsten zwei Antriebswellen können um einen vorbestimmten Winkelbetrag zueinander versetzt auf der Kreisbahn angeordnet sein. Dieser vorstimmte Winkelbetrag kann beispielsweise zwischen 25° und 120° betragen.The at least two drive shafts can be arranged offset from one another on the circular path by a predetermined angle. This predetermined angle can be, for example, between 25° and 120°.

Ferner kann die Getriebeanordnung des chirurgischen Instruments aus mehreren gleichen Getriebekomponenten aufgebaut sein.Furthermore, the gear arrangement of the surgical instrument can be constructed from several identical gear components.

Die Schaftanordnung des chirurgischen Instruments kann mehrere koaxial ineinander angeordnete Schaftelemente aufweisen, die unabhängig voneinander beweglich und ansteuerbar sind. Zumindest eines der Schaftelemente kann rohrförmig ausgebildet sein. Die Schaftelemente können unabhängig voneinander von der Getriebeanordnung angesteuert werden. Die Getriebeanordnung kann derart ausgebildet sein, dass die Schaftelemente unabhängig voneinander von der Getriebeanordnung gesteuert werden können. Die Getriebeanordnung kann derart ausgebildet sein, dass die Schaftelemente sich unabhängig voneinander bewegen können. So kann beispielsweise ein Schaftelement eine Translationsbewegung ausführen, während die anderen Schaftelemente zu einer Rotationsbewegung angetrieben werden.The shaft arrangement of the surgical instrument can have several shaft elements arranged coaxially inside one another, which can be moved and controlled independently of one another. At least one of the shaft elements can be tubular. The shaft elements can be controlled independently of one another by the gear arrangement. The gear arrangement can be designed such that the shaft elements can be controlled independently of one another by the gear arrangement. The gear arrangement can be designed such that the shaft elements can move independently of one another. For example, one shaft element can perform a translational movement while the other shaft elements are driven to perform a rotational movement.

Jede der Antriebswellen des chirurgischen Instruments kann drehmomentübertragend mit einem der Schaftelemente gekoppelt oder koppelbar sein. Jede der Antriebswellen kann somit einem der Schaftelemente zugeordnet sein und dieses Schaftelement zu einer Translationsbewegung und/oder einer Rotationsbewegung antreiben.Each of the drive shafts of the surgical instrument can be coupled or can be coupled to one of the shaft elements in a torque-transmitting manner. Each of the drive shafts can thus be assigned to one of the shaft elements and drive this shaft element to a translational movement and/or a rotational movement.

Die Getriebeanordnung des chirurgischen Instruments kann mehrere Riementriebe aufweisen, die entlang der Schaftsachse hintereinander angeordnet sind.The gear arrangement of the surgical instrument can have several belt drives arranged one behind the other along the shaft axis.

Jeder Riementrieb kann von einer Riemenscheibe an einer der Antriebswellen, einem Riemen und einer Riemenscheibe an der Schaftachse gebildet werden, die mit einem der Schaftelemente gekoppelt ist. Der Riemen kann die Riemenscheibe an einer der Antriebswellen und die mit einem Schaftelement gekoppelten Riemenscheibe drehmomentübertragend verbinden. Die mit dem Schafelement gekoppelte Riemenscheibe kann an der Schaftachse angeordnet sein. Die mit jeweils einem der Schaftelemente gekoppelten Riemenscheiben können entlang der Schaftsachse hintereinander angeordnet sein.Each belt drive can be formed by a pulley on one of the drive shafts, a belt and a pulley on the shaft axis. which is coupled to one of the shaft elements. The belt can connect the pulley on one of the drive shafts and the pulley coupled to a shaft element in a torque-transmitting manner. The pulley coupled to the shaft element can be arranged on the shaft axis. The pulleys each coupled to one of the shaft elements can be arranged one behind the other along the shaft axis.

Das chirurgische Instrument kann wenigstens zwei Kupplungsvorrichtungen zur Kopplung der wenigstens zwei Antriebswellen mit der Antriebseinheit aufweisen, wobei die Kupplungsvorrichtungen an der Schnittstelle angeordnet sind. Die Schnittstelle kann eine Kopplungsfläche aufweisen, an der die wenigstens zwei Kupplungsvorrichtungen angeordnet sind. Die Kupplungsvorrichtungen können in Form von Kupplungsscheiben ausgebildet sein. Die Kupplungselemente können beispielsweise formschlüssig mit korrespondierenden Kupplungselementen an der Antriebseinheit in Eingriff bringbar sein.The surgical instrument can have at least two coupling devices for coupling the at least two drive shafts to the drive unit, wherein the coupling devices are arranged at the interface. The interface can have a coupling surface on which the at least two coupling devices are arranged. The coupling devices can be designed in the form of coupling disks. The coupling elements can, for example, be able to be brought into positive engagement with corresponding coupling elements on the drive unit.

Die Getriebeanordnung des chirurgischen Instruments kann derart ausgebildet sein, dass die Rotationsbewegung einer mit einem der Schaftelemente gekoppelten Riemenscheibe in eine Translationsbewegung eines der Schaftelemente umgewandelt wird. Dies kann beispielsweise über den Einbau einer Gewindehülse erfolgen, welche die Rotationsbewegung der Riemenscheibe in eine Translationsbewegung des Schaftelementes umwandelt.The gear arrangement of the surgical instrument can be designed such that the rotational movement of a pulley coupled to one of the shaft elements is converted into a translational movement of one of the shaft elements. This can be done, for example, by installing a threaded sleeve which converts the rotational movement of the pulley into a translational movement of the shaft element.

Ferner kann die Getriebeanordnung derart aufgebaut sein, dass die Rotationsbewegung einer mit einem der Schaftelemente gekoppelten Riemenscheibe direkt auf eines der Schaftelemente übertragen wird.Furthermore, the gear arrangement can be constructed such that the rotational movement of a pulley coupled to one of the shaft elements is transmitted directly to one of the shaft elements.

Das chirurgische Instrument kann ein Gehäuse aufweisen, an dem die Schnittstelle ausgebildet ist. An dem Gehäuse kann die Kopplungsfläche der Schnittstelle ausgebildet sein. Das Gehäuse kann einen sich parallel zur Schaftachse erstreckenden Gehäuseabschnitt und einen sich abgewinkelt zu diesem Gehäuseabschnitt erstreckenden Gehäuseabschnitt aufweisen, durch die die Schaftachse verläuft. Die Kopplungsfläche kann an dem Gehäuseabschnitt ausgebildet sein, durch den sich die Schaftachse erstreckt. Das Gehäuse kann somit L-förmig oder winkelförmig ausgebildet sein.The surgical instrument can have a housing on which the interface is formed. The coupling surface of the interface can be formed on the housing. The housing can have a housing section extending parallel to the shaft axis and a housing section extending at an angle to this housing section, through which the shaft axis runs. The coupling surface can be formed on the housing section through which the shaft axis extends. The housing can thus be L-shaped or angled.

Die erfindungsgemäße Antriebseinheit weist wenigstens zwei Motoren auf, deren Drehachsen auf einer Kreisbahn angeordnet sind, wobei jeder Motor einer Antriebswelle der Getriebeanordnung des chirurgischen Instruments zugeordnet ist und die Antriebseinheit mit dem chirurgischen Instrument über die Schnittstelle koppelbar ist.The drive unit according to the invention has at least two motors whose axes of rotation are arranged on a circular path, wherein each motor is assigned to a drive shaft of the gear arrangement of the surgical instrument and the drive unit can be coupled to the surgical instrument via the interface.

Die Motoren der Antriebseinheit können über die Kupplungsvorrichtungen an den Antriebswellen des chirurgischen Instruments mit den Antriebswellen des chirurgischen Instruments koppelbar sein.The motors of the drive unit can be coupled to the drive shafts of the surgical instrument via the coupling devices on the drive shafts of the surgical instrument.

Außerdem kann die Antriebseinheit einen Steriladapter aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass die auf einer Kreisbahn angeordneten Motoren mit den auf einer Kreisbahn angeordneten Antriebswellen über den Steriladapter drehmomentübertragend koppelbar sind.In addition, the drive unit can have a sterile adapter which is designed such that the motors arranged on a circular path can be coupled to the drive shafts arranged on a circular path via the sterile adapter in a torque-transmitting manner.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Antriebssystem, das von einer Antriebseinheit und einem von der Antriebseinheit anzutreibenden chirurgischen Instrument gebildet wird. Das chirurgische Instrument und die Antriebseinheit sind in Richtung der Schaftachse miteinander koppelbar. Anders ausgedrückt kann die Schaftachse die Kopplungsrichtung vorgeben, in der das chirurgische Instrument von proximal aus mit der Antriebseinheit koppelbar ist. The present invention further relates to a drive system which is formed by a drive unit and a surgical instrument to be driven by the drive unit. The surgical instrument and the drive unit can be coupled to one another in the direction of the shaft axis. In other words, the shaft axis can specify the coupling direction in which the surgical instrument can be coupled to the drive unit from the proximal side.

Die Anzahl der Schaftelemente, die Anzahl der Antriebswellen, die Anzahl der Motoren und die Anzahl der Kupplungsvorrichtung kann gleich sein.The number of shaft elements, the number of drive shafts, the number of motors and the number of coupling devices can be the same.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und im Rahmen der Ansprüche sinnvoll in Kombination verwenden.The invention is explained below using figures as examples. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and use them in combination as appropriate within the scope of the claims.

Falls von einem bestimmten Objekt mehr als ein Exemplar vorhanden ist, ist ggf. nur eines davon in den Figuren und in der Beschreibung mit einem Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung dieses Exemplars kann entsprechend auf die anderen Exemplare von dem Objekt übertragen werden. Sind Objekte insbesondere mittels Zahlenwörtern, wie beispielsweise erstes, zweites, drittes Objekt etc. benannt, dienen diese der Benennung und/oder Zuordnung von Objekten. Demnach können beispielsweise ein erstes Objekt und ein drittes Objekt, jedoch kein zweites Objekt umfasst sein. Allerdings könnten anhand von Zahlenwörtern zusätzlich auch eine Anzahl und/oder eine Reihenfolge von Objekten ableitbar sein. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.If there is more than one example of a particular object, only one of them may be provided with a reference symbol in the figures and in the description. The description of this example can be transferred to the other examples of the object accordingly. If objects are named in particular using numerical words, such as first, second, third object, etc., these serve to name and/or assign objects. Accordingly, for example, a first object and a third object, but not a second object, can be included. However, a number and/or sequence of objects could also be derived from numerical words. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own. without departing from the scope of the present invention.

Es stellen dar:

1 eine perspektivische Ansicht des Antriebssystems;
2 eine Detailansicht des chirurgischen Instruments;
3 eine Frontansicht des chirurgischen Instruments gemäß der 1;
4 eine Schnittdarstellung einer Verbindungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
5 eine Schnittdarstellung einer Verbindungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels.

They represent:

1 a perspective view of the drive system;
2 a detailed view of the surgical instrument;
3 a front view of the surgical instrument according to the 1 ;
4 a sectional view of a connecting device according to a first embodiment; and
5 a sectional view of a connecting device according to a second embodiment.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Antriebssystems 100, das ein chirurgisches Instrument 10 und eine Antriebseinheit 14 aufweist. Das chirurgische Instrument 10 weist eine Schnittstelle 12, eine Schaftanordnung 16 und eine Getriebeanordnung 20 auf, die über die Schnittstelle 12 von der Antriebseinheit 14 angetrieben werden kann (siehe 2). Die Schaftanordnung 16 definiert die Schaftachse 18 des chirurgischen Instruments 10. Die Schaftanordnung 16 umfasst mehreren Schaftelemente 26. 1 shows a perspective view of a drive system 100 comprising a surgical instrument 10 and a drive unit 14. The surgical instrument 10 comprises an interface 12, a shaft arrangement 16 and a gear arrangement 20 which can be driven by the drive unit 14 via the interface 12 (see 2 ). The shaft assembly 16 defines the shaft axis 18 of the surgical instrument 10. The shaft assembly 16 comprises several shaft elements 26.

Das chirurgische Instrument 10 hat ein Gehäuse 42, in dem die Getriebeanordnung 20 und die Enden der Schaftelemente 16 der Schaftanordnung 26 angeordnet sind (siehe 2). Die Antriebseinheit 14 weist eine Schwenkaufnahme 36 und drei Motoren 44a-c auf, die auf einer Kreisbahn 46 um die Schaftachse 18 angeordnet sind. Die Schwenkaufnahme 36 dient zur Übertragung von Dreh- und Schwenkbewegungen auf das chirurgische Instrument 10. Die drei Motoren 44a-c sind um einen vorbestimmten Winkelbetrag a zueinander versetzt auf der Kreisbahn 46 angeordnet.The surgical instrument 10 has a housing 42 in which the gear assembly 20 and the ends of the shaft elements 16 of the shaft assembly 26 are arranged (see 2 ). The drive unit 14 has a swivel mount 36 and three motors 44a-c, which are arranged on a circular path 46 around the shaft axis 18. The swivel mount 36 serves to transmit rotary and swivel movements to the surgical instrument 10. The three motors 44a-c are arranged on the circular path 46 offset from one another by a predetermined angle a.

An der Antriebseinheit 14 ist ein Steriladapter 38 angeordnet. Der Steriladapter 28 weist drei drehbare Kupplungsscheiben 48 auf, die zueinander versetzt auf der Kreisbahn 46 angeordnet sind. Jedem der Motoren 44a-c ist eine solche Kupplungsscheibe 48 zugeordnet, über die die Rotationsbewegungen der Motoren 44a-c auf die Getriebeanordnung 20 des chirurgischen Instruments 10 übertragen werden kann.A sterile adapter 38 is arranged on the drive unit 14. The sterile adapter 28 has three rotatable coupling disks 48, which are arranged offset from one another on the circular path 46. Each of the motors 44a-c is assigned such a coupling disk 48, via which the rotational movements of the motors 44a-c can be transmitted to the gear arrangement 20 of the surgical instrument 10.

Die Schaftanordnung 16 erstreckt sich ausgehend von dem Gehäuse 42 durch eine Öffnung 50 der Schwenkaufnahme 36 und einen Aufnahmekanal 52 an der Antriebseinheit 14, der sich entlang der Schaftachse 18 erstreckt. Mit dieser Ausrichtung und durch eine Bewegung entlang der Schaftachse 18, d.h. in Kopplungsrichtung, kann das chirurgische Instrument 10 über die Schnittstelle 12 mit der Antriebseinheit 14 von proximal aus gekoppelt werden. Die Motoren 44a-c der Antriebseinheit 14 können über die Schnittstelle 12 mit den Antriebswellen 22a-c gekoppelt werden (siehe 2).The shaft arrangement 16 extends from the housing 42 through an opening 50 of the pivot mount 36 and a receiving channel 52 on the drive unit 14, which extends along the shaft axis 18. With this orientation and by a movement along the shaft axis 18, ie in the coupling direction, the surgical instrument 10 can be coupled to the drive unit 14 from the proximal side via the interface 12. The motors 44a-c of the drive unit 14 can be coupled to the drive shafts 22a-c via the interface 12 (see 2 ).

2 zeigt eine Detailansicht des chirurgischen Instruments 10 gemäß 1. In 2 sind die Getriebeanordnung 20 und die Schaftanordnung 16 ohne das Gehäuse 42 gezeigt. Die Schaftanordnung 26 erstreckt sich durch ein Übertragungselement 54, das die von der Schwenkaufnahme 36 der Antriebseinheit 14 erzeugten Bewegungen auf das chirurgische Instrument 10 übertragen kann. In dem Übertragungselement 54 kann eine Taumelscheibe (nicht gezeigt) angeordnet sein. An der Taumelschiebe können Lenkdrähte befestigt sein, über die die Ausrichtung von Schwenkgliedern eines Werkzeugs an dem chirurgischen Instrument 10 gesteuert werden kann. 2 shows a detailed view of the surgical instrument 10 according to 1 . In 2 the gear assembly 20 and the shaft assembly 16 are shown without the housing 42. The shaft assembly 26 extends through a transmission element 54, which can transmit the movements generated by the pivot mount 36 of the drive unit 14 to the surgical instrument 10. A wobble plate (not shown) can be arranged in the transmission element 54. Steering wires can be attached to the wobble plate, via which the alignment of pivoting members of a tool on the surgical instrument 10 can be controlled.

Die Getriebeanordnung 20 ist mit der Schaftanordnung 16 gekoppelt. Die Getriebeanordnung 20 umfasst die Antriebswellen 22a-c, die mit einem der Schaftelemente 26 der Schaftanordnung 16 drehmomentübertragend gekoppelt sind. Jede der Antriebswellen 22a-c ist über einen Riementrieb R1, R2, R3 mit einem der Schaftelemente 26 der Schaftanordnung 16 gekoppelt. Die Riementriebe R1, R2, R3 sind entlang der Schaftachse 18 hintereinander angeordnet.The gear arrangement 20 is coupled to the shaft arrangement 16. The gear arrangement 20 comprises the drive shafts 22a-c, which are coupled to one of the shaft elements 26 of the shaft arrangement 16 in a torque-transmitting manner. Each of the drive shafts 22a-c is coupled to one of the shaft elements 26 of the shaft arrangement 16 via a belt drive R1, R2, R3. The belt drives R1, R2, R3 are arranged one behind the other along the shaft axis 18.

Die Getriebeanordnung 20 weist in der gezeigten Ausführungsform drei Antriebswellen 22a-c auf. An jeder der Antriebswellen 22a-c ist eine Riemenscheibe 28a-c angeordnet. Die Antriebswellen 22a-c sind auf einer Kreisbahn 24 um die Schaftachse 18 angeordnet. Die Antriebswellen 22a-c weisen ferner jeweils eine Kupplungsvorrichtung 34a-c an ihrem distalen Enden auf, die dazu eingerichtet sind, die ihnen zugeordnete Antriebswelle 22a-c mit einem der Motoren 44a-c der Antriebseinheit 14 kraftübertragend und reversibel zu koppeln (siehe 1). Dabei sind die Kupplungsvorrichtungen 34a-c korrespondierend zu Kupplungsvorrichtungen an den Motoren 44a-c der Antriebseinheit 14 oder zu den Kupplungselementen 48 an dem Steriladapter 38 ausgebildet. Die Antriebswellen 22a-c sind um einen vorbestimmten Winkelbetrag α zueinander versetzt auf der Kreisbahn 24 angeordnet. Jede der Antriebswellen 22a-c weist den gleichen Abstand zur Schaftachse 18 auf. Der Abstand jeder der Antriebswellen 22a-c zur Schaftachse 18 entspricht dem Radius der Kreisbahn 24 um die Schaftachse 18.In the embodiment shown, the gear arrangement 20 has three drive shafts 22a-c. A pulley 28a-c is arranged on each of the drive shafts 22a-c. The drive shafts 22a-c are arranged on a circular path 24 around the shaft axis 18. The drive shafts 22a-c also each have a coupling device 34a-c at their distal ends, which are designed to couple the drive shaft 22a-c assigned to them to one of the motors 44a-c of the drive unit 14 in a force-transmitting and reversible manner (see 1 ). The coupling devices 34a-c are designed to correspond to coupling devices on the motors 44a-c of the drive unit 14 or to the coupling elements 48 on the sterile adapter 38. The drive shafts 22a-c are arranged offset from one another by a predetermined angle α on the circular path 24. Each of the drive shafts 22a-c has the same distance from the shaft axis 18. The distance of each of the drive shafts 22a-c from the shaft axis 18 corresponds to the radius of the circular path 24 around the shaft axis 18.

Die Schaftanordnung 16 umfasst mehrere koaxial ineinander angeordnete Schaftelemente 26, deren Schaftachsen in einer Schaftachse 18 zusammenfallen. Die Schaftachse 18 verläuft parallel zu den Achsen der Antriebswellen 22a-c. Ferner weisen die Schaftelemente 26 jeweils ein proximales und ein distales Ende auf. An jedem proximalen Ende des jeweiligen Schaftelements 26 ist eine Riemenscheibe 28 drehmomentübertragend angeordnet, sodass die Schaftelemente 26 unabhängig voneinander beweglich und ansteuerbar sind.The shaft arrangement 16 comprises several shaft elements 26 arranged coaxially one inside the other, the shaft axes of which are arranged together in a shaft axis 18. The shaft axis 18 runs parallel to the axes of the drive shafts 22a-c. Furthermore, the shaft elements 26 each have a proximal and a distal end. At each proximal end of the respective shaft element 26, a pulley 28 is arranged to transmit torque, so that the shaft elements 26 can be moved and controlled independently of one another.

Jede der an den Antriebswellen 22a-c angeordnete Riemenscheibe 28a-c ist drehmomentübertragend mit einer der an den Schaftelementen 26 angeordnete Riemenscheibe 32a-c über einen geschlossenen Riemen 30a-c verbunden. Die die Riemenscheiben 32a-c an den Schaftelementen 26 sind in axialer Richtung hintereinander an der Schaftachse 18 angeordnet. Die Drehachsen der Riemenscheiben 32a-c an der Schaftachse 18 fallen in der Schaftachse 18 zusammen. Während wenigstens ein Schaftelement 26 so gekoppelt ist, dass die Riemenscheibe 32 eine Rotationsbewegung auf das Schaftelement 26 überträgt, ist wenigstens ein anderes Schaftelement 26 mit einer Gewindehülse 40 verbunden (siehe 6), durch die eine Umwandlung der Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung ermöglicht wird.Each of the pulleys 28a-c arranged on the drive shafts 22a-c is connected in a torque-transmitting manner to one of the pulleys 32a-c arranged on the shaft elements 26 via a closed belt 30a-c. The pulleys 32a-c on the shaft elements 26 are arranged one behind the other in the axial direction on the shaft axis 18. The axes of rotation of the pulleys 32a-c on the shaft axis 18 coincide in the shaft axis 18. While at least one shaft element 26 is coupled in such a way that the pulley 32 transmits a rotational movement to the shaft element 26, at least one other shaft element 26 is connected to a threaded sleeve 40 (see 6 ), which enables the conversion of rotational movement into translational movement.

Die Schaftelemente 26 der Schaftanordnung 16 können koaxial angeordnet sein. Die Schaftelemente 26 können ineinander angeordnet sein. Zumindest eine der Schaftelemente 26 können rohrförmig ausgebildet sein (seihe 3). Der Riementrieb R1 kann zum Antreiben des in radialer Richtung äußeren Schaftelements 26 vorgesehen sein. Der zweite Riementrieb R2 kann ein Zwischenschaftelement 26 antreiben. Der dritte Riementrieb R3 kann ein in radialer Richtung inneres Schaftelement 26 antreiben.The shaft elements 26 of the shaft arrangement 16 can be arranged coaxially. The shaft elements 26 can be arranged one inside the other. At least one of the shaft elements 26 can be tubular (see 3 ). The belt drive R1 can be provided for driving the shaft element 26 which is outer in the radial direction. The second belt drive R2 can drive an intermediate shaft element 26. The third belt drive R3 can drive a shaft element 26 which is inner in the radial direction.

3 zeigt eine Frontansicht der Getriebeanordnung 20 des chirurgischen Instruments 10 gemäß der 1 und 2 ohne das Gehäuse 42. An jeder der drei Antriebswellen 22a-c ist eine Riemenscheibe 28a-c drehmomentübertragend angeordnet. Jede der Riemenscheiben 28a-c überträgt über einen Riemen 30a-c Rotationsbewegungen auf die jeweilige Riemenscheibe 32a-c, die mit einem der Schaftelemente 26a-c verbunden ist. Die Schaftelemente 26a-c sind zumindest abschnittsweise ineinander angeordnet. 3 shows a front view of the gear assembly 20 of the surgical instrument 10 according to the 1 and 2 without the housing 42. A pulley 28a-c is arranged on each of the three drive shafts 22a-c to transmit torque. Each of the pulleys 28a-c transmits rotational movements via a belt 30a-c to the respective pulley 32a-c, which is connected to one of the shaft elements 26a-c. The shaft elements 26a-c are arranged one inside the other, at least in sections.

Zumindest die Schaftelemente 26b und 26c sind rohrförmig ausgebildet. Die Riemenscheiben 32a-c der einzelnen Schaftelemente 26 sind hintereinander an der Schaftachse 18 angeordnet (siehe 2). Die Antriebswellen 22a-c sind von der Schaftachse 18 mit dem gleichen radialen Abstand beabstandet und jeweils um einen vorbestimmten Winkelbetrag α zueinander versetzt auf der Kreisbahn 24 um die Schaftachse 18 angeordnet. Der radiale Abstand entspricht jeweils dem Radius der Kreisbahn 24. Die Antriebswellen 22a-c sind auf derselben Kreisbahn 24 angeordnet.At least the shaft elements 26b and 26c are tubular. The pulleys 32a-c of the individual shaft elements 26 are arranged one behind the other on the shaft axis 18 (see 2 ). The drive shafts 22a-c are spaced from the shaft axis 18 by the same radial distance and are arranged offset from one another by a predetermined angle α on the circular path 24 around the shaft axis 18. The radial distance corresponds in each case to the radius of the circular path 24. The drive shafts 22a-c are arranged on the same circular path 24.

4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinrichtung 56, die eine Riemenscheibe 32 drehfest mit einem der Schaftelemente 26 verbindet. Die Verbindungseinrichtung 56 kann über die Lager 58 drehbar beispielsweise an dem Gehäuse 42 (siehe 1) gelagert werden. Die rotierende Riemenscheibe 32 treibt das Schaftelement 26 zu einer Rotationsbewegung R an. Mit Bezug auf die 1 und 2 kann eine der Antriebswellen 22a-c über die an ihr angeordnete Riemenscheibe 28 mit dem geschlossenen Riemen 30a-c eine Rotationsbewegung auf die Riemenscheibe 32a-c übertragen, die drehfest mit dem Schaftelement 26 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel einer Verbindungseinrichtung 56 resultiert aus der Rotationsbewegung der Riemenscheibe 32a-c eine Rotationsbewegung R des entsprechenden Schaftelements 26. 4 shows a sectional view of an embodiment of a connecting device 56, which connects a pulley 32 in a rotationally fixed manner to one of the shaft elements 26. The connecting device 56 can be rotatably mounted via the bearings 58, for example, on the housing 42 (see 1 ) are stored. The rotating pulley 32 drives the shaft element 26 to a rotational movement R. With reference to the 1 and 2 one of the drive shafts 22a-c can transmit a rotational movement to the pulley 32a-c via the pulley 28 arranged on it with the closed belt 30a-c, which is connected in a rotationally fixed manner to the shaft element 26. In this embodiment of a connecting device 56, the rotational movement of the pulley 32a-c results in a rotational movement R of the corresponding shaft element 26.

5 zeigt eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Verbindungseinrichtung 60, bei dem die Rotation einer Riemenscheibe 32 an einem Schaftelement 26 zu einer translatorischen Bewegung T des Schaftelements 26 umgewandelt wird. Die Verbindungseinrichtung 60 kann über die Lager 62 drehbar beispielsweise an dem Gehäuse 42 (siehe 1) gelagert werden. Dazu weist die Verbindungseinrichtung 60 eine Gewindehülse 40 auf, die die Rotationsbewegung der Riemenscheibe 32 und der Verbindungseinrichtung 60 in eine translatorische Bewegung T umwandeln kann. Die über den Riemen 30 auf eine Riemenscheibe 32 übertragene Rotationsbewegung wird über die Gewindehülse 40 in eine Translationsbewegung T eines mit der Gewindehülse 40 gekoppelten Schaftelements 26 umgewandelt. Eine solche Translationsbewegung T kann beispielsweise zum Antreiben eines Messers verwendet werden. 5 shows a sectional view of another embodiment of a connecting device 60, in which the rotation of a pulley 32 on a shaft element 26 is converted into a translatory movement T of the shaft element 26. The connecting device 60 can be rotatably mounted via the bearings 62, for example on the housing 42 (see 1 ). For this purpose, the connecting device 60 has a threaded sleeve 40 which can convert the rotational movement of the pulley 32 and the connecting device 60 into a translational movement T. The rotational movement transmitted via the belt 30 to a pulley 32 is converted via the threaded sleeve 40 into a translational movement T of a shaft element 26 coupled to the threaded sleeve 40. Such a translational movement T can be used, for example, to drive a knife.

In anderen Ausführungsformen kann die Anzahl der Schaftelemente 26 von der in den Figuren dargestellten Anzahl abweichen, wobei die Anzahl der Schaftelemente 16, die Anzahl der Antriebswellen 22, die Anzahl der Kupplungsvorrichtungen 34 und die Anzahl der Motoreinheiten 44 stets gleich ist.In other embodiments, the number of shaft elements 26 may differ from the number shown in the figures, whereby the number of shaft elements 16, the number of drive shafts 22, the number of coupling devices 34 and the number of motor units 44 are always the same.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument 10 zur Kopplung mit einer Antriebseinheit 14 zum Antreiben des chirurgischen Instruments 10, wenigstens eine Schaftanordnung 16, welche die Schaftsachse 18 des chirurgischen Instruments 10 definiert, und eine Getriebeanordnung 20, die über die Schnittstelle 12 von der Antriebseinheit 14 antreibbar ist, wobei die Getriebeanordnung 20 wenigstens zwei Antriebswelle 22 aufweist, die auf einer Kreisbahn 24 um die Schaftsachse 18 angeordnet sind, wobei zumindest eine der wenigstens zwei Antriebswellen 22 drehmomentübertragend mit der Schaftanordnung 16 gekoppelt oder koppelbar ist. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The present invention relates to a surgical instrument 10 for coupling with a drive unit 14 for driving the surgical instrument 10, at least one shaft arrangement 16 which defines the shaft axis 18 of the surgical instrument 10, and a gear arrangement 20 which can be driven by the drive unit 14 via the interface 12, wherein the gear arrangement 20 has at least two drive shafts 22 which are arranged on a circular path 24 around the shaft sachse 18, wherein at least one of the at least two drive shafts 22 is coupled or can be coupled to the shaft arrangement 16 in a torque-transmitting manner. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is understood that the above-mentioned features can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Chirurgisches InstrumentSurgical instrument
1212: Schnittstelleinterface
1414: AntriebseinheitDrive unit
1616: SchaftanordnungShaft arrangement
1818: SchaftsachseShaft axis
2020: GetriebeanordnungGear arrangement
2222: Antriebswelledrive shaft
2424: KreisbahnCircular orbit
2626: SchaftelementShaft element
28, 3228, 32: RiemenscheibePulley
3030: Riemenbelt
3434: KupplungsvorrichtungCoupling device
3636: SchwenkaufnahmePanning shot
3838: SteriladapterSterile adapter
4040: GewindehülseThreaded sleeve
4242: GehäuseHousing
4444: Motorengine
4646: KreisbahnCircular orbit
4848: KupplungsscheibeClutch disc
5050: Öffnungopening
5252: AufnahmekanalRecording channel
5454: ÜbertragungselementTransmission element
5656: VerbindungseinrichtungConnecting device
5858: Lagercamp
6060: VerbindungseinrichtungConnecting device
6262: Lagercamp
100100: AntriebssystemDrive system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 10485621 B2 [0003]
US 10806530 B2 [0003]

Claims

Surgical instrument (10), comprising: an interface (12) for coupling to a drive unit (14) for driving the surgical instrument (10), at least one shaft arrangement (16) which defines the shaft axis (18) of the surgical instrument (10), and a gear arrangement (20) which can be driven by the drive unit (14) via the interface (12), wherein the gear arrangement (20) has at least two drive shafts (22) which are arranged on a circular path (24) around the shaft axis (18), wherein at least one of the at least two drive shafts (22) is or can be coupled to the shaft arrangement (16) in a torque-transmitting manner.

Surgical instrument (10) according to Claim 1 , characterized in that the shaft axis (18) runs parallel to the at least two drive shafts (22) of the at least one gear arrangement (20).

Surgical instrument (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least two drive shafts (22) are arranged on the circular path (24) offset from one another by a predetermined angular amount.

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gear arrangement (20) is constructed from several identical gear components (28, 30, 32).

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft arrangement (16) has a plurality of shaft elements (26) arranged coaxially one inside the other, which are movable and controllable independently of one another.

Surgical instrument (10) according to Claim 5 , characterized in that each of the drive shafts (22) is or can be coupled to one of the shaft elements (26) in a torque-transmitting manner.

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gear arrangement (20) has a plurality of belt drives (R1, R2, R3) which are arranged one behind the other along the shaft axis (18).

Surgical instrument (10) according to Claim 7 , characterized in that each belt drive (R1, R2, R3) is formed by a pulley (28) on one of the drive shafts (22), a belt (30) and a pulley (32) coupled to one of the shaft elements (26).

Surgical instrument (10) according to Claim 8 , characterized in that the pulleys (32) each coupled to one of the shaft elements (26) are arranged one behind the other along the shaft axis (18).

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the surgical instrument (10) has at least two coupling devices (34) for coupling the drive shafts (22) to the drive unit (14), wherein the coupling devices (34) are arranged at the interface (12).

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gear arrangement (20) is designed such that the rotational movement (R) of a pulley (32) coupled to one of the shaft elements (26) is converted into a translational movement (T) of one of the shaft elements (26).

Surgical instrument (10) according to Claim 11 , characterized in that the gear arrangement (20) has a threaded sleeve (40) which converts the rotational movement of the pulley (32) into a translational movement (T) of the shaft element (26).

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gear arrangement (20) is constructed such that the rotational movement (R) of a pulley (32) coupled to one of the shaft elements (26) is transmitted directly to one of the shaft elements (26).

Surgical instrument (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the surgical instrument (10) has a housing (40) on which the interface (12) is formed.

Drive unit (14) for driving a surgical instrument (10) according to one of the Claims 1 until 14 , characterized in that the drive unit (14) has at least two motors (44) whose axes of rotation are arranged on a circular path (46), wherein each motor (44) is assigned to a drive shaft (22) of the gear arrangement (20) of the surgical instrument (10), and the drive unit (14) can be coupled to the surgical instrument (10) via the interface (12).

Drive unit (14) after Claim 15 , wherein the motors (44) of the drive unit (14) can be coupled to the drive shafts (22) via the coupling devices (34).

Drive unit (14) after Claim 15 or 16 , characterized in that the drive unit (14) has a sterile adapter (38) which is designed such that the motors (44) arranged on a circular path (46) can be coupled to the drive shafts (22) arranged on a circular path (24) via the sterile adapter (38) in a torque-transmitting manner.

Drive system (100) with a drive unit (14) according to one of the Claims 15 until 17 and a surgical instrument (10) to be driven by the drive unit (14) according to one of the Claims 1 until 15 , wherein the surgical instrument (10) and the drive unit (14) can be coupled to one another in the direction of the shaft axis (18).

Drive system (10) according to Claim 18 , characterized in that the number of shaft elements (26), the number of drive shafts (22), the number of motors (44) and the number of coupling devices (34) are the same.