DE102012212094A1

DE102012212094A1 - Endoscopic instrument has elongate shaft and distal instrument head which is controlled from proximal instrument end, where joint is formed in shaft or between distal shaft end and instrument head

Info

Publication number: DE102012212094A1
Application number: DE201210212094
Authority: DE
Inventors: Elmar Teichtmann
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-16

Abstract

The endoscopic instrument has an elongate shaft (1) and a distal instrument head (4) which is controlled from the proximal instrument end, where a joint (6) is formed in the shaft or between the distal shaft end and the instrument head. A unit is provided for pivoting a distal joint part with respect to a proximal joint part. A transmission unit is formed for transmitting a control function of the proximal instrument end to the instrument head. The transmission unit has an epicyclic gear, whose central axis coincides with a joint axis (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein endoskopisches Instrument mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an endoscopic instrument having the features specified in the preamble of claim 1.

Endoskopische Instrumente dieser Art sind entweder proximalseitig mit einer Handhabe versehen, über welche verschiedene Bewegungsfunktionen gesteuert werden können oder aber, wie dies bei komplexeren Instrumenten der Fall sein kann, mit einer proximalseitigen Anschlussvorrichtung versehen, mit der sie an einen Arm eines Robotersystems anschließbar ist, mittels dem die einzelnen Funktionen elektromotorisch steuerbar sind. Das Robotersystem selbst wird dann in geeigneter Weise gesteuert, wie dies zum Stand der Technik zählt. Ein solches Instrument ist beispielsweise aus US 7,524,320 B2 bekannt. Dieses Instrument weist einen langgestreckten Schaft auf, an dessen distalem Ende ein Instrumentenkopf angeordnet ist, der vom proximalen Instrumentenende aus steuerbar ist. Hierzu ist proximalseitig eine Anschlussvorrichtung vorgesehen, mit der das Instrument an einen Roboterarm anschließbar ist, über den dann sämtliche Funktionen gesteuert werden können.Endoscopic instruments of this type are either provided on the proximal side with a handle via which various movement functions can be controlled or, as may be the case with more complex instruments, provided with a proximal connection device with which it can be connected to an arm of a robot system the individual functions are controlled by an electric motor. The robot system itself is then appropriately controlled, as is well known in the art. Such an instrument is for example off US 7,524,320 B2 known. This instrument has an elongate shaft, at the distal end of an instrument head is arranged, which is controllable from the proximal end of the instrument. For this purpose, a connecting device is provided on the proximal side, with which the instrument can be connected to a robot arm, via which all functions can then be controlled.

Um die Bewegungsmöglichkeiten des distalen Instrumentenendes, an dem beispielsweise ein Werkzeug in Form einer Schere, Zange, eines Nadelhalters oder dergleichen angeordnet ist, zu erhöhen, zählt es zum Stand der Technik, im Bereich des distalen Schaftendes oder zwischen dem distalen Schaftende und dem Instrumentenkopf ein Gelenk vorzusehen, um den Instrumentenkopf gegenüber der Schaftachse ablenken zu können. Ein Problem bei derartigen Gelenken ist stets die Durchführung der Steuermittel, mit denen distalseitig dahinterliegende Instrumententeile betätigt werden, beispielsweise zum Öffnen und Schließen einer Zange am Instrumentenkopf oder zum Drehen des Instrumentenkopfes. Hierzu ist es regelmäßig erforderlich, Getriebemittel zum Übertragen der Steuerfunktionen vom proximalen Instrumentenende zum Instrumentenkopf vorzusehen. Bei dem aus US 7,524,320 B2 bekannten Instrument erfolgt dies mittels Seilzügen, die im Bereich des Gelenks über entsprechende Rollen umgelenkt werden.In order to increase the possibilities of movement of the distal instrument end, on which, for example, a tool in the form of a pair of scissors, forceps, a needle holder or the like is arranged, it is well known in the art for the distal shaft end or between the distal shaft end and the instrument head Provide joint to distract the instrument head relative to the shaft axis can. A problem with such joints is always the implementation of the control means with which distal instrument parts behind it are operated, for example, to open and close a pair of pliers on the instrument head or to rotate the instrument head. For this purpose, it is regularly necessary to provide transmission means for transmitting the control functions from the proximal end of the instrument to the instrument head. At the US 7,524,320 B2 Known instrument, this is done by means of cables, which are deflected in the region of the joint via corresponding roles.

Ein Nachteil der dort beschriebenen Getriebemittel ist es, dass es nicht möglich ist, den Instrumentenkopf zu schwenken ohne damit die übrigen Getriebemittel zu beeinflussen. Dies ist bei robotischen Anwendungen zwar noch tolerabel, da ein entsprechender Ausgleich elektromotorisch und automatisch erfolgen kann, so dass für den Anwender diese gegenseitige Beeinflussung der Steuermittel nicht in Erscheinung tritt. Allerdings erfordert dies einen erhöhten steuerungstechnischen Aufwand, was grundsätzlich von Nachteil ist. Allerdings ist eine solche Beeinflussung der Steuermittel zueinander problematisch, wenn das Instrument durch eine proximale Handhabe bedient werden soll.A disadvantage of the transmission means described therein is that it is not possible to pivot the instrument head without affecting the other transmission means. While this is still tolerable in robotic applications, since a corresponding compensation can be done by an electric motor and automatically, so that this mutual influence of the control means does not appear to the user. However, this requires an increased control engineering effort, which is fundamentally disadvantageous. However, such influencing of the control means to each other is problematic when the instrument is to be operated by a proximal handle.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes endoskopisches Instrument so auszubilden, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden, d. h. dass es möglich ist, eine Schwenkbewegung zwischen Instrumentenschaft und Instrumentenkopf zu erzeugen, ohne dass die in diesem Bereich durchgeführten Steuermittel davon beeinflusst werden.Against this background, the invention has the object, a generic endoscopic instrument in such a way that the aforementioned disadvantages are avoided, d. H. that it is possible to generate a pivoting movement between the instrument shaft and the instrument head, without affecting the control means carried out in this area.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein endoskopisches Instrument mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention by an endoscopic instrument having the features specified in claim 1.

Das erfindungsgemäße endoskopische Instrument weist einen langgestreckten Schaft und einen distalen Instrumentenkopf auf, der vom proximalen Instrumentenende aus steuerbar ist. Es weist ein Gelenk im Schaft oder zwischen dem distalen Schaftende und dem Instrumentenkopf auf sowie Mittel zum Schwenken eines distalen Gelenkteils im Bezug auf einen proximalen Gelenkteil. Es sind weiterhin Getriebemittel zum Übertragen von mindestens einer Steuerfunktion vom proximalen Instrumentenende zum Instrumentenkopf vorgesehen. Gemäß der Erfindung sind die Getriebemittel durch mindestens ein Umlaufgetriebe gebildet, dessen zentrale Achse mit der Gelenkachse zusammenfällt.The endoscopic instrument according to the invention has an elongate shaft and a distal instrument head, which can be controlled from the proximal end of the instrument. It has a joint in the shaft or between the distal shaft end and the instrument head and means for pivoting a distal joint part with respect to a proximal joint part. Furthermore, transmission means are provided for transmitting at least one control function from the proximal end of the instrument to the instrument head. According to the invention, the transmission means are formed by at least one planetary gear whose central axis coincides with the hinge axis.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht durch rein mechanische Mittel, nämlich ein Umlaufgetriebe, bei geeigneter Auslegung des Getriebes eine Schwenkbewegung des Gelenkes, ohne dass sich die Steuermittel, typischerweise Zugdrähte oder Zugstangen, zueinander bewegen. Es kann jedoch auch, wenn gewünscht, eine gezielte Bewegung erzeugt werden, je nachdem, wie das Übersetzungsverhältnis im Umlaufgetriebe gewählt wird. Darüber hinaus ermöglicht das Umlaufgetriebe eine Übersetzung der Steuermittel, d. h. es kann je nach Übersetzung die Kraft gezielt erhöht oder abgesenkt werden bzw. der Bewegungshub verkleinert oder vergrößert werden. Ein solches Umlaufgetriebe, dessen zentrale Achse mit der Gelenksachse zusammenfällt, kann kompakt und damit platzsparend aufgebaut werden. Grundsätzlich kann das Umlaufgetriebe als Reibradgetriebe aber auch als Verzahnungsgetriebe ausgelegt werden, bei letzterem können in der Regel höhere Kräfte übertragen werden, auch entfällt im Betrieb die bei Reibrädern gelegentlich erforderliche Justage.The solution according to the invention allows by purely mechanical means, namely a planetary gear, with a suitable design of the transmission pivotal movement of the joint, without the control means, typically pull wires or tie rods, move to each other. However, it can also, if desired, a targeted movement can be generated, depending on how the gear ratio is selected in the planetary gear. In addition, the planetary gear allows a translation of the control means, d. H. Depending on the ratio, the force can be increased or lowered in a targeted manner or the range of movement can be reduced or increased. Such a planetary gear, whose central axis coincides with the joint axis, can be compact and space-saving. In principle, the epicyclic gear can be designed as a friction gear but also as a gearing, in the latter higher forces can be transmitted in the rule, and also eliminates the occasional adjustment necessary in the case of friction wheels.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Umlaufgetriebe ein Planetenradgetriebe in Form eines Zahnradgetriebes eingesetzt wird, welches mindestens ein Sonnenrad und mindestens ein Hohlrad aufweist, wobei zwischen Sonnen- und Hohlrad Planetenräder vorgesehen sind, welche in einem Planetenträger drehbar gelagert sind und welche das Sonnenrad mit dem Hohlrad bewegungskoppeln. Dabei ist der Planetenträger vorteilhaft drehfest mit einem Gelenkteil und das Hohlrad drehfest mit dem anderen Gelenkteil verbunden. Diese Verbindungen schaffen die Steuerfunktionen, welche dafür sorgen, dass beim Schwenken des Gelenks die übrigen Steuermittel in diesem Bereich so mitverstellt werden, dass die Verschwenkung weder Einfluss auf die Handhabenseite noch den distalen Instrumentenkopf bzw. das dort befindliche Werkzeug hat.It is particularly advantageous if a planetary gear in the form of a gear transmission is used as planetary gear, which has at least one sun gear and at least one ring gear, wherein between sun and ring gear is particularly advantageous Planet wheels are provided, which are rotatably mounted in a planet carrier and which couple the sun gear with the ring gear. In this case, the planet carrier is advantageous rotatably connected to a hinge part and the ring gear rotatably connected to the other joint part. These connections provide the control functions which ensure that when pivoting the joint, the other control means in this area are mitverstellt so that the pivoting has neither influence on the handle side nor the distal instrument head or the tool located there.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Übertragen einer Steuerfunktion ein weiteres Hohlrad und ein weiterer Planetenträger mit drehbar darin gelagerten Planetenrädern vorgesehen, wobei die Koppelung bezüglich der Schwenkbewegung über ein gemeinsames Sonnenrad erfolgt, welches die Hohlräder und die Planetenräder in den Planetenträgern miteinander bewegungskoppelt.According to one embodiment of the invention, a further ring gear and another planet carrier is provided with rotatably mounted therein planetary gears for transmitting a control function, wherein the coupling takes place with respect to the pivoting movement via a common sun gear which couples the ring gears and planetary gears in the planetary carriers together.

Die vorstehend beschriebene Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die Anbindung der Steuermittel mit deutlichem radialem Abstand zur Drehachse des Gelenks bzw. zur zentralen Achse des Getriebes liegt. Es ist jedoch grundsätzlich auch eine kinematische Umkehr möglich.The arrangement described above is particularly advantageous since the connection of the control means lies at a clear radial distance to the axis of rotation of the joint or to the central axis of the transmission. However, in principle, a kinematic reversal is possible.

Auf diese Weise können praktisch beliebige Steuerfunktionen mit übertragen werden, indem für jede Steuerfunktion ein weiteres Hohlrad und ein weiterer Planetenträger mit darin drehbar gelagerten Planetenrädern vorgesehen ist, wobei die Bewegungskopplung über das zentrale Sonnenrad erfolgt.In this way, virtually any control functions can be transmitted by a further ring gear and another planet carrier is provided with rotatably mounted planetary gears for each control function, wherein the movement coupling takes place via the central sun gear.

Dabei kann das Sonnenrad mit einer durchgehenden Stirnverzahnung versehen sein, es ist jedoch auch eine abgestufte Ausführung denkbar, um auf diese Weise die Übersetzungsverhältnisse zwischen den einzelnen Steuermitteln individuell anzupassen.In this case, the sun gear may be provided with a continuous spur toothing, but it is also a graduated design conceivable to adjust in this way the ratios between the individual control means individually.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerfunktion über im Schaft geführte Zug- und / oder Drucküberträger erfolgt, beispielsweise Stangen oder Drähte, die jeweils an einem Hohlrad oder einem Planetenträger mit Abstand zur Drehachse des Gelenks festgelegt sind. Derartige Zug- oder Druckübertrager zählen zum Stand der Technik und werden auch bei Instrumenten nach dem Stand der Technik zum Übertragen der Steuerfunktionen eingesetzt.It is particularly advantageous if the control function takes place via tension and / or pressure transmitters guided in the shaft, for example rods or wires which are each fixed to a ring gear or a planetary carrier at a distance from the axis of rotation of the joint. Such tension or pressure transmitters are state of the art and are also used in instruments of the prior art for transmitting the control functions.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Steuerfunktion jeweils über ein Paar von im Schaft geführten Zug- / Druckstäben übertragen wird, welche an zwei um etwa 180° versetzt angeordneten Anlenkstellen am Hohlrad oder am Planetenträger angelenkt sind. Eine solche „doppelte“ Steuerung ermöglicht eine nahezu spielfreie und hohe Kräfte übertragende Steuerfunktion, die aufgrund ihrer zur Gelenkachse symmetrischen Anordnung weitgehend unabhängig von der Bewegungsrichtung ist, also beispielsweise bei einer Zange mit gleicher Kraft zum Öffnen wie zum Schließen eingesetzt werden kann. Dabei ist es insbesondere für den vorliegenden Anwendungsfall, bei welchem ein Gelenk vorgesehen ist, welches einen distalen Instrumententeil gegenüber der Schaftachse schwenkt, von Vorteil, wenn die Anlenkstellen am Hohlrad und am Planetenträger den gleichen radialen Abstand zur Drehachse aufweisen oder gegebenenfalls auch einen gezielt unterschiedlichen um im Zusammenwirken mit der Übersetzung des Getriebes eine geeignete Kraft-Weg-Übertragung zu realisieren. Dabei sind die Anlenkpunkte vorteilhaft ebenfalls gelenkig, um eine möglichst reibungsarme Bewegung zu gewährleisten. Insbesondere wenn eine manuelle Steuerung des Instrumentes erfolgen soll, ist es von Vorteil, das Übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes so auszulegen, dass eine Schwenkbewegung des Gelenkes unabhängig von der Übertragung der Steuerfunktionen ist. Dies ist ein besonderer Vorteil, der durch das Umlaufgetriebe erzielt wird. Es versteht sich, dass beispielsweise bei robotischem Einsatz des Instrumentes, d. h. wenn eine solche von der Schwenkbewegung unabhängige Übertragung der Steuerfunktion möglicherweise entbehrlich ist, das erfindungsgemäße Umlaufgetriebe auch gezielt zu anderen Zwecken eingesetzt werden kann, beispielsweise wenn besondere Übersetzungsverhältnisse in den Steuerfunktionen realisiert werden sollen.It is particularly advantageous if a control function is transmitted in each case via a pair of guided in the shank Zug- / Druckstäben, which are articulated to two offset by about 180 ° arranged articulation points on the ring gear or on the planet carrier. Such a "double" control allows a nearly backlash-free and high-force transmitting control function, which is largely independent of the direction of movement due to their symmetrical to the hinge axis arrangement, so for example with a pair of pliers with the same force to open as to close can be used. It is particularly for the present application, in which a joint is provided which pivots a distal part of the instrument relative to the shaft axis, advantageous if the articulation points on the ring gear and the planet carrier have the same radial distance from the axis of rotation or optionally also a specifically different order in conjunction with the translation of the transmission to realize a suitable force-displacement transmission. The pivot points are advantageous also articulated to ensure a low-friction movement as possible. In particular, if a manual control of the instrument is to take place, it is advantageous to design the transmission ratio of the planetary gear so that a pivotal movement of the joint is independent of the transmission of the control functions. This is a particular advantage achieved by the planetary gear. It is understood that, for example, in robotic use of the instrument, d. H. If such a transfer function of the control function, which is independent of the pivoting movement, may possibly be dispensable, the epicyclic gearing according to the invention can also be used specifically for other purposes, for example if special gear ratios are to be realized in the control functions.

Die Bewegungskopplung innerhalb des Getriebes zwischen der Schwenkbewegung des Gelenkes und den entsprechenden Ausgleichsbewegungen der Steuermittel erfolgt durch das zentrale Sonnenrad. In einfachster Form ist dieses durchgängig mit einheitlicher Stirnverzahnung ausgelegt, es können jedoch auch Absätze mit unterschiedlichen Zahnteilungen vorgesehen sein, um bestimmte Übersetzungsverhältnisse zu realisieren. Den konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten sind hier kaum Grenzen gesetzt.The movement coupling within the transmission between the pivoting movement of the joint and the corresponding compensating movements of the control means is effected by the central sun gear. In the simplest form, this is consistently designed with a uniform spur toothing, but it can also paragraphs are provided with different tooth pitches to realize certain gear ratios. The design options are virtually unlimited.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

1 in stark vereinfachter perspektivischer Darstellung ein endoskopisches Instrument gemäß der Erfindung, 1 in a greatly simplified perspective representation of an endoscopic instrument according to the invention,

2 in perspektivischer Darstellung den Gelenkbereich in nicht abgewinkelter Stellung, 2 in a perspective view of the joint area in non-angled position,

3 den Gelenkbereich in abgewinkelter Stellung in Darstellung nach 2, 3 the joint area in an angled position in representation after 2 .

4 den Getriebeaufbau im Gelenkbereich in Darstellung entsprechend 3, 4 the transmission structure in the joint area in representation accordingly 3 .

5 Gelenk und Getriebe in Explosionsdarstellung und 5 Joint and gear in exploded view and

6 Gelenk und Getriebe in zusammengesetzter Form in perspektivischer Darstellung. 6 Joint and gear in composite form in perspective view.

Das endoskopische Instrument ist in seinem grundsätzlichen Aufbau in 1 dargestellt. Es weist einen langgestreckten Schaft 1 auf, welcher proximalseitig einen Bedien- und Steuerteil 2 aufweist, der hier nur als „Black Box“ dargestellt ist. Es kann sich hierbei um ein Bedien- und Steuerteil 2 handeln, wie dies beispielsweise aus US 7,524,320 B2 bekannt ist oder auch um ein manuell zu betätigendes Bedien- und Steuerteil 2, wie dies bei endoskopischen Instrumenten in zahlreichen konstruktiven Varianten zum Stand der Technik zählt. Der Schaft 1 weist einen distalen Endbereich 3 auf, an dessen Ende sich ein Instrumentenkopf 4 anschließt, der hier beispielhaft als Zange dargestellt ist. Dieser Instrumentenkopf 4 steht für ein beliebiges Werkzeug, welches vom proximalen Bedien- und Steuerteil 2 aus betätigbar ist.The endoscopic instrument is in its basic structure in 1 shown. It has an elongated shaft 1 on which proximal side an operating and control part 2 which is shown here only as a "black box". This can be an operating and control part 2 act like this for example US 7,524,320 B2 is known or even a manually operable control and control part 2 , as is the state of the art in endoscopic instruments in numerous constructive variants. The shaft 1 has a distal end region 3 on, at the end of an instrument head 4 connects, which is exemplified here as a pair of pliers. This instrument head 4 stands for any tool that comes from the proximal operating and control part 2 off is actuated.

Das endoskopische Instrument weist eine Längsachse 5 auf, welche durch die Längsachse des Schaftes 1 bestimmt ist. Der Instrumentenkopf 4 kann aus dieser Längsachse 5 herausgeschwenkt werden, hierzu ist im distalen Endbereich 3 ein Gelenk 6 vorgesehen, dessen Gelenkachse 7 die Längsachse 5 senkrecht schneidet. Der Aufbau dieses Gelenkes ist anhand der 2–6 im Einzelnen dargestellt.The endoscopic instrument has a longitudinal axis 5 on, which through the longitudinal axis of the shaft 1 is determined. The instrument head 4 can from this longitudinal axis 5 be swung out, this is in the distal end 3 a joint 6 provided, the hinge axis 7 the longitudinal axis 5 vertical cuts. The structure of this joint is based on the 2 - 6 shown in detail.

Das Gelenk 6 dient zum Abwinkeln des Instrumentenkopfes 4 gegenüber dem Schaft 1 und ist vom Bedien- und Steuerteil 2 aus hinsichtlich seiner Schwenkstellung steuerbar. Es besteht aus einem proximalen Gelenkteil 8, welcher die Außenkontur des Schaftes 1 fortsetzt und fest mit diesem verbunden ist sowie einem distalen Gelenkteil 9, welcher in Geradstellung ebenfalls die Außenkontur des Schaftes fortsetzt und fest mit dem distalen Schaftende und dem daran befestigten Instrumentenkopf 4 verbunden ist. Die Gelenkteile 8 und 9 sind zur Drehachse 7 des Gelenkes hin von ihrem vollzylindrischen Material jeweils zu zwei um 180° zueinander versetzte Zungen 10 bzw. 11 ausgenommen, wobei die Zungen 10 des proximalen Gelenkteils 8 die zylindrische Außenkontur fortsetzen, wohingegen die Zungen 11 des distalen Gelenkteils 9 nach innen versetzt angeordnet sind, so dass sie zwischen die Zungen 10 eingegliedert werden können, wie dies insbesondere aus den 2, 3 und 6 hervorgeht. Sie weisen jeweils eine Bohrung 12 auf, welche zur Aufnahme einer Gelenkachse dient.The joint 6 serves to bend the instrument head 4 opposite the shaft 1 and is from the control and control section 2 out with regard to its pivot position controllable. It consists of a proximal joint part 8th , which is the outer contour of the shaft 1 continues and is firmly connected to this and a distal joint part 9 which in straight position also continues the outer contour of the shaft and fixed to the distal end of the shaft and the attached instrument head 4 connected is. The joint parts 8th and 9 are to the axis of rotation 7 of the joint out of their fully cylindrical material in each case to two mutually offset by 180 ° tongues 10 respectively. 11 except, with the tongues 10 of the proximal joint part 8th Continue the cylindrical outer contour, whereas the tongues 11 of the distal joint part 9 arranged inwardly offset so that they are between the tongues 10 can be incorporated, as this particular from the 2 . 3 and 6 evident. They each have a hole 12 on, which serves to receive a joint axis.

In den Gelenkteilen 8 und 9 sind bezogen auf die Geradstellung des Gelenkes 6 parallel zur Längsachse 5 Langlöcher 13 vorgesehen, welche zur Führung von Zug- / Druckstangen 14 dienen, die zum Steuern der Abwinklung des Gelenkes und zum Steuern des Instrumentenkopfes 4 dienen. Zur Steuerung der Abwinklung des Gelenkes 6, d. h. des distalen Gelenkteils 9 gegenüber dem proximalen Gelenkteil 8 und dem Schaft 1 sind zwei bezogen auf die Drehachse 7 des Gelenkes 6 um 180° versetzt zueinander angeordnete Zug- / Druckstangen 14 vorgesehen, die nur durch den proximalen Gelenkteil 8 geführt sind und innerhalb des Gelenkes enden. Die Zug- / Druckstangen 14 sind an ihren distalen Enden an einem Hohlrad H₁ angelenkt, welches drehfest mit dem distalen Gelenkteil 9 verbunden ist und eine Innenverzahnung aufweist, die in Eingriff mit Planetenrädern P₁ steht, welche drehbar in einem ringförmig ausgebildeten Planetenträger T₁ gelagert sind und zentral mit einem Sonnenrad S kämmen. Der Planetenträger T₁ ist fest mit dem proximalen Gelenkteil 8 verbunden, bildet an seinem Außenumfang eine Lagerfläche, auf welcher eine Zunge 11 mit ihrer Bohrung 12 läuft und somit das Schwenklager des Gelenkes 6 bildet.In the joint parts 8th and 9 are related to the straight position of the joint 6 parallel to the longitudinal axis 5 slots 13 provided, which for the guidance of pull / push rods 14 serve to control the angling of the joint and to control the instrument head 4 serve. To control the bending of the joint 6 ie the distal joint part 9 opposite the proximal joint part 8th and the shaft 1 are two relative to the axis of rotation 7 of the joint 6 offset by 180 ° to each other arranged push / push rods 14 provided only by the proximal joint part 8th are guided and end within the joint. The push / pull rods 14 are hinged at their distal ends to a ring gear H ₁ , which rotatably with the distal joint part 9 is connected and has an internal toothing, which is in engagement with planetary gears P ₁ , which are rotatably mounted in a ring-shaped planetary carrier T ₁ and centrally with a sun gear S comb. The planet carrier T ₁ is fixed to the proximal joint part 8th connected, forms on its outer periphery a bearing surface on which a tongue 11 with her hole 12 runs and thus the pivot bearing of the joint 6 forms.

Der Planetenträger T₁ weist an der zum Gelenkinneren weisenden Flachseite drei parallel zur Gelenkachse 7 angeordnete Achsbolzen 15 auf, auf welchen die Planetenräder P₁ drehbar gelagert sind. Da der Planetenträger T₁ fest mit dem proximalen Gelenkteil 8 und das Hohlrad H₁ fest mit dem distalen Gelenkteil 9 verbunden sind, kann mittels der Zug- / Druckstangen 14 die Schwenkbewegung des distalen Gelenkteils 9 in Bezug auf das proximale Gelenkteil 8 gesteuert werden. Da bei einer Schwenkbewegung dieser Bauteile zueinander die Planetenräder P₁ an der Innenverzahnung des Hohlrads H₁ abrollen, erfolgt eine entsprechende Drehbewegung des Sonnenrades S, welches innen mit den Planetenrädern P₁ kämmt.The planet carrier T ₁ has three parallel to the hinge axis at the flat inner side facing the joint 7 arranged axle bolts 15 on, on which the planet gears P _{1 are} rotatably mounted. Since the planet carrier T ₁ fixed to the proximal joint part 8th and the ring gear H ₁ fixed to the distal joint part 9 can be connected by means of the push / pull rods 14 the pivoting movement of the distal joint part 9 with respect to the proximal joint part 8th to be controlled. Since during a pivoting movement of these components to each other, the planetary gears P ₁ roll on the internal toothing of the ring gear H ₁ , there is a corresponding rotational movement of the sun gear S, which meshes internally with the planetary gears P ₁ .

Über das Sonnenrad S werden weitere Getriebestufen des so gebildeten Planetenradgetriebes angesteuert, welche zur Übertragung von weiteren Steuerfunktionen vorgesehen sind.Via the sun gear S further transmission stages of the planetary gear thus formed are driven, which are provided for the transmission of further control functions.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei weitere Getriebestufen vorgesehen, und zwar zur Übertragung von Bewegungen, welche über ebenfalls um 180° bezogen auf die Schaftachse 5 versetzt zueinander angeordnete Zug- / Druckstangen 16 erzeugt werden, welche vom proximalen Bedien- und Steuerteil 2 aus bewegt werden, um eine entsprechende Steuerfunktion am Instrumentenkopf 4, beispielsweise das Öffnen und Schließen einer Zange, vorgesehen sind. Diese Zug- / Druckstangen 16 sind am Außenumfang eines Planetenträgers T₂ um 180° versetzt zueinander angelenkt, der ringförmig ausgebildet ist und ebenfalls parallel zur Gelenkachse 7 seitlich auskragende Achsbolzen 20 aufweist, auf denen Planetenräder P₂ drehbar gelagert sind, welche einerseits mit dem zentralen Sonnenrad S kämmen und andererseits mit einer Innenverzahnung eines Hohlrades H₂, an dessen Außenumfang ebenfalls um 180° versetzt zueinander zwei Zug- / Druckstangen 17 angelenkt sind, welche die Bewegungen der Zug- / Druckstangen 16 weiter nach distalwärts übertragen.In the illustrated embodiment, two more gear stages are provided, specifically for the transmission of movements, which also about 180 ° relative to the shaft axis 5 staggered pull / push rods 16 generated by the proximal control and control part 2 be moved out to a corresponding control function on the instrument head 4 , For example, the opening and closing of a pair of pliers are provided. These pull / push rods 16 are on the outer circumference of a planet carrier T ₂ offset by 180 ° to each other articulated, which is annular and also parallel to the hinge axis 7 laterally projecting axle bolts 20 has, on which planetary gears P ₂ rotatably mounted are, on the one hand with the central sun gear S comb and on the other hand with an internal toothing of a ring gear H ₂ , at its outer periphery also offset by 180 ° to each other two pull / push rods 17 are hinged, which the movements of the push / pull rods 16 continue to transfer to distal direction.

Parallel zu den Zug- / Druckstangen 14 und 16 sind im Schaft 1 noch Zug- / Druckstangen 18 geführt, deren Enden am Außenumfang eines Planetenträgers T₃ um 180° versetzt zueinander angelenkt sind, welcher ebenfalls parallel zur Gelenkachse 7 seitlich auskragende Achsbolzen 21 aufweist, auf denen Planetenräder P₃ drehbar gelagert sind, welche einerseits mit dem zentralen Sonnenrad S und andererseits mit der Innenverzahnung eines Hohlrades H₃ kämmen, an dessen Außenumfang die distalen Enden von Zug- / Druckstangen 19 jeweils um 180° versetzt angelenkt sind, welche die Bewegungen der Zug- / Druckstangen 18 distalwärts, also zum Instrumentenkopf hin, übertragen, und beispielsweise zum Drehen des Kopfes 4 um die Schaftachse dienen.Parallel to the pull / push rods 14 and 16 are in the shaft 1 still push / push rods 18 guided, whose ends are articulated on the outer circumference of a planet carrier T ₃ offset by 180 ° to each other, which also parallel to the hinge axis 7 laterally projecting axle bolts 21 on which planetary gears P _{3 are} rotatably mounted, which mesh on the one hand with the central sun gear S and on the other hand with the internal teeth of a ring gear H ₃ , on the outer circumference of the distal ends of pull / push rods 19 are articulated offset by 180 °, which the movements of the push / pull rods 18 downwards, ie to the instrument head, transferred, and for example to rotate the head 4 serve around the shaft axis.

Die Übertragungskinematik besteht hier aus hintereinander geschalteten Planetengetriebestufen. In der dargestellten Ausführungsform besteht die erste Getriebestufe aus dem Hohlrad H₁, dem Planetenträger T₁ und den Planetenrädern P₁ sowie dem Sonnenrad S. Die Zähnezahl des Hohlrads H₁ ist dabei z_H1 und die Zähnezahl des Sonnenrads S ist dabei z_S. Der Planetenträger T₁ ist konzentrisch zur Gelenkachse 7 fest mit dem proximalen Gelenkteil 8 verbunden und ist an der Außenseite mit einer Lagerfläche für die Lagerung des distalen Gelenkteils 9 versehen. Das Hohlrad H₁ ist fest mit dem distalen Gelenkteil 9 verbunden. Zudem besitzt das Hohlrad H₁ am Außenumfang Gelenke, an denen die Zug- / Druckstangen 14 angelenkt sind. Werden die Zug- / Druckstangen 14 bewegt, so überträgt sich die Bewegung auf das Hohlrad H₁ und über die Planetenräder P₁ auf den Planetenträger T₁, der fest mit dem distalen Gelenkteil 9 verbunden ist. Der distale Gelenkteil 9 wird dann um die Gelenkachse 7 geschwenkt. Da der Planetenträger T₁ fest mit dem proximalen Gelenkteil 8 verbunden ist, bewirkt die Drehung des Hohlrads H₁ gleichzeitig eine Drehung des Sonnenrades S mit dem Übersetzungsverhältnis i₁ = –z_S / z_H1. Werden die Zug- / Druckstangen 14 bewegt, so stehen die Zug- / Druckstangen 16 und 18 und damit die Planetenträger T₂ und T₃ still. Da sich das gemeinsame Sonnenrad S dreht, wird diese Drehbewegung mit der Übersetzung i₂ = –z_H2 / z_S auf das Hohlrad H₂ übertragen, wobei z_H2 die Zähnezahl des Hohlrad H₂ ist. Ist i₁ = i₂, bzw. bei gemeinsamem Sonnenrad z_H1 = z_H2, so gilt für die Bewegungsübertragung von H₁ zu H₂ für die Gesamtübersetzung iges = i₁ × i₂ = 1. Das Hohlrad H₂ dreht sich also relativ zum proximalen Gelenkteil 8 gleich weit wie das Hohlrad H₁ bzw. das distale Gelenkteil 9. Damit bleiben die relativen Positionen der Zug- / Druckstangen 17 und 19 zu dem distalen Gelenkteil 9 erhalten, d. h. die Schwenkbewegung des Gelenkes 6 hat keinerlei Einfluss auf die Bewegungsübertragung. Im Ausführungsbeispiel bleiben also die aktuelle Schwenkstellung der Zange sowie die Drehstellung des Kopfes unabhängig von der Schwenkstellung des Gelenkes erhalten.The transmission kinematics here consists of successively connected planetary gear stages. In the illustrated embodiment, the first gear stage from the gear H _1, the planet carrier T ₁ and the planetary gears P ₁ and the sun gear S. The number of teeth of the ring gear H ₁ is for _H1 and the number of teeth of the sun gear S is for _S. The planet carrier T ₁ is concentric to the hinge axis 7 firmly with the proximal joint part 8th connected and is on the outside with a bearing surface for the storage of the distal joint part 9 Mistake. The ring gear H ₁ is fixed to the distal joint part 9 connected. In addition, the ring gear H ₁ on the outer circumference joints, where the pull / push rods 14 are articulated. Become the push / pull rods 14 moves, so the movement is transmitted to the ring gear H ₁ and the planetary gears P ₁ on the planetary carrier T ₁ , the fixed to the distal joint part 9 connected is. The distal joint part 9 will then be around the hinge axis 7 pivoted. Since the planet carrier T ₁ fixed to the proximal joint part 8th is connected, the rotation of the ring gear H ₁ simultaneously causes a rotation of the sun gear S with the gear ratio i ₁ = -z _S / z _H1 . Become the push / pull rods 14 moved, so are the push / push rods 16 and 18 and thus the planet carrier T ₂ and T ₃ still. Since the common sun gear S rotates, this rotational movement with the ratio i ₂ = -z _H2 / z _{S is} transmitted to the ring gear H ₂ , where z _{H2 is} the number of teeth of the ring gear H ₂ . If i ₁ = i ₂ , or for a common sun gear z _H1 = z _H2 , then for the transmission of motion from H ₁ to H ₂ for the total ratio iges = i ₁ × i ₂ = 1. The ring gear H ₂ therefore rotates relatively to the proximal joint part 8th the same distance as the ring gear H ₁ and the distal joint part 9 , This leaves the relative positions of the push / pull rods 17 and 19 to the distal joint part 9 obtained, ie the pivotal movement of the joint 6 has no influence on the motion transmission. In the exemplary embodiment, therefore, the current pivot position of the pliers and the rotational position of the head remain independent of the pivot position of the joint.

Zur Übertragung der Bewegung der Zug- / Druckstangen 16 und 18 auf die Zug- / Druckstangen 17 und 19 sind die zweite bzw. dritte Stufe des Planetengetriebes vorgesehen. Eine Bewegung der Zug- / Druckstangen 16 wird in eine Drehbewegung des Planetenträgers T₂ übertragen, dessen Drehung bewirkt nun bei feststehendem Sonnenrad S eine Drehbewegung des Hohlrades H₂ mit der Übersetzung

Hierdurch ergibt sich zwangsläufig eine Übersetzung. Bei einem praktikablen Zähnezahlverhältnis von z. B. z_S = 1/2 z_H ergibt sich daraus ein Übersetzungsverhältnis

i_2A = 2 / 3

. Bei

z_S = 1 / 3

z_H ist

i_2A = 3 / 4

. Es findet also eine leichte Übersetzung der Drehbewegung des Planetenträgers T₂ auf das Hohlrad H₂ statt. Für die Übertragung der Bewegungen der Zug- / Druckstangen 18 und 19 bzw. für das Hohlrad H₃ und den Planetenträger T₃ gilt das vorbeschriebene Verhältnis entsprechend.To transfer the movement of the push /

pull rods

16 and 18 on the push /

pull rods

17 and 19 the second and third stage of the planetary gear are provided. A movement of the push / pull rods 16 is transmitted in a rotational movement of the planet carrier T ₂ , the rotation causes now with a fixed sun gear S, a rotational movement of the ring gear H ₂ with the translation

This inevitably results in a translation. At a practical teeth ratio of z. B. z _S = 1/2 z _H results from a transmission ratio

i _2A = 2/3

, at

z _S = 1/3

z is _H

i _2A = 3/4

, So there is a slight translation of the rotational movement of the planet carrier T ₂ on the ring gear H ₂ instead. For the transmission of the movements of the push /

pull rods

18 and 19 or for the ring gear H ₃ and the planet carrier T ₃ , the prescribed ratio applies accordingly.

Ist eine Bewegungsuntersetzung erwünscht, so kann der oben beschriebene Aufbau durch eine anderweitige Kombination von Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad mit den Gelenkteilen 8 und 9 erfolgen. So kann beispielsweise das proximale Gelenkteil 8 fest mit dem Hohlrad H₁ verbunden und der Planetenträger T₁ fest mit dem distalen Gelenkteil 9 verbunden werden. Die Zug- / Druckstangen 16 sind dann mit dem Hohlrad H₂ und die abtriebseitigen Zug- / Druckstangen 17 mit dem Planetenträger T₂ zu verbinden. Zudem können die Zähnezahlen der Zahnräder entsprechend den gewünschten Übersetzungsverhältnissen variiert werden.If a motion reduction is desired, then the structure described above by an otherwise combination of sun gear, planet carrier and ring gear with the joint parts 8th and 9 respectively. For example, the proximal joint part 8th firmly connected to the ring gear H ₁ and the planet carrier T ₁ fixed to the distal joint part 9 get connected. The push / pull rods 16 are then with the ring gear H ₂ and the output side pull / push rods 17 to connect with the planet carrier T ₂ . In addition, the number of teeth of the gears can be varied according to the desired gear ratios.

Statt der Zug- / Druckstangen können auch Seiltriebe verwendet werden, welche die entsprechenden Umfangsflächen umschließen oder aber an diesen festgelegt sind. So können durch Variation der Übersetzungen des Planetengetriebes Effekte erzielt werden, dass beispielsweise die Zangenkraft signifikant erhöht wird oder aber der Bewegungshub. Eine Anpassung des Getriebes an die konkreten Anwendungsanforderungen kann auf diese Weise erfolgen.Instead of the pull / push rods and rope drives can be used, which surround the corresponding peripheral surfaces or are fixed to this. Thus, by varying the ratios of the planetary gear effects can be achieved that, for example, the force of the forceps is significantly increased or the movement stroke. An adaptation of the transmission to the specific application requirements can be done in this way.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schaftshaft
22: Bedien- und SteuerteilOperating and control part
33: distaler Endbereichdistal end region
44: Instrumentenkopfinstrument head
55: Längsachselongitudinal axis
66: Gelenkjoint
77: Gelenkachsejoint axis
88th: proximaler Gelenkteilproximal joint part
99: distaler Gelenkteildistal joint part
1010: Zungen von 8 Tongues of 8th
1111: Zungen von 9 Tongues of 9
1212: Bohrung in den ZungenHole in the tongues
1313: Langlöcherslots
1414: Zug- / DruckstangenPull / push rods
1515: Achsbolzen von P₁ Axle pin of P ₁
1616: Zug- / DruckstangenPull / push rods
1717: Zug- / DruckstangenPull / push rods
1818: Zug- / DruckstangenPull / push rods
1919: Zug- / DruckstangenPull / push rods
2020: Achsbolzen von P₂ Axle pin of P ₂
2121: Achsbolzen von P₃ Axle pin of P ₃
T₁–T₃ T ₁ -T ₃: Planetenträgerplanet carrier
P₁–P₃ P ₁ -P ₃: Planetenräderplanetary gears
H₁–H₃ H ₁ -H ₃: Hohlräderring gears
SS: Sonnenradsun

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7524320 B2 [0002, 0003, 0024]

Claims

Endoscopic instrument with an elongated shaft ( 1 ) and a distal instrument head ( 4 ), which is controllable from the proximal end of the instrument, with a joint ( 6 ) in the shaft ( 1 ) or between the distal shaft end and the instrument head ( 4 ), with means for pivoting a distal joint part ( 9 ) with respect to a proximal joint part ( 8th ), and with transmission means for transmitting at least one control function from the proximal end of the instrument to the instrument head ( 4 ), characterized in that the gear means comprise at least one planetary gear, the central axis ( 7 ) with the hinge axis ( 7 ) coincides.

Instrument according to claim 1, characterized in that the planetary gear is a planetary gear with at least one sun gear (S), with at least one ring gear (H ₁ ) and in between at least one planet carrier (T ₁ ) rotatably mounted planetary gears (P ₁ ), which Sun gear (S) and ring gear (H ₁ ) coupled to each other motion, and that the planet carrier (T ₁ ) rotationally fixed with a hinge part ( 8th ) and the ring gear (H ₁ ) rotationally fixed with the other joint part ( 9 ) connected is.

Instrument according to claim 1 or 2, characterized in that for transmitting a control function, a further ring gear (H ₂ , H ₃ ) and another planet carrier (T ₂ , T ₃ ) with rotatably mounted therein planetary gears (P ₂ , P ₃ ) is provided , wherein a common sun gear (S) is provided, which couples the ring gears (H) and the planet gears (P) in the planet carriers (T).

Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that for transmitting further control functions further ring gears (H) and further planet carrier (T) are rotatably mounted therein planet gears (P) are provided, which are coupled in motion via the common sun gear (S).

Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that a control function in the shaft ( 1 ) guided tension and / or pressure transmitters ( 14 ; 16 - 19 ) takes place, each at a ring gear (H) or a planet carrier (T) at a distance from the axis of rotation ( 7 ) of the joint ( 6 ).

Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that a control function via a respective pair of guided in the shank Zug- / Druckstäben ( 16 - 18 ) is transmitted, which are articulated at two offset by 180 ° arranged articulation points on the ring gear (H) or on the planet carrier (T).

Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the articulation points on the ring gear (H) and on the planet carrier (T) the same radial distance from the axis of rotation ( 7 ) exhibit.

Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ratio of the planetary gear is designed so that a pivoting movement of the joint ( 6 ) is independent of the transfer of the control functions.

Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the sun gear (S) is offset.