DE19649082C1 - Remote control unit for implement with holder and two hexapods - Google Patents

Remote control unit for implement with holder and two hexapods

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Gerald Dipl Ing Voegele
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Abstract

A device for remote control of a tool comprises two hexapods, wherein the tool is fixed on one hexapod while a seat for the user has been placed on the other hexapod. The user controls the tool via an input device, whereby the movements of the tool are fed back to the second hexapod and sensations regarding movements of the tool are thus transmitted to the user.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fernsteuerung eines Werkzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention relates to a device for remote control of a tool. The invention also relates to preferred Uses of the device according to the invention.

Aus der WO 96/26044 A2 ist eine Vorrichtung zur Fernsteuerung eines Werkzeugs bekannt geworden, welche einen das Werkzeug aufnehmenden Werkzeughalter aufweist, der von einer Gelenkanordnung getragen wird. Aus der US 51 03 403 A ist ein ein Werkzeug aufnehmender Werkzeughalter bekannt geworden, der von einem Hexapoden getragen wird.A device for remote control is known from WO 96/26044 A2 of a tool that has become known as a tool has receiving tool holder, which of a Joint arrangement is worn. From US 51 03 403 A is a a tool-receiving tool holder has become known is carried by a hexapod.

Aus dem Stand der Technik ist zur teilautomatischen Durchführung von Gehirnoperationen ein 7-achsiges Robotersystem mit der Bezeichnung "Minerva" bekannt. Unter der Aufsicht eines Chirurgen führt der Roboter komplette stereotaktische Eingriffe durch. Überwacht wird der Ablauf der gesamten Operation durch einen Computertomograph. Die Operation selbst besteht aus dem Einführen einer Sonde mit 2 bis 3 mm Durchmesser in das Gehirn des Patienten durch ein Loch in der Schädeldecke. Einsatzgebiete sind u. a. auch die Operation von Hämatomen oder Abszessen im Gehirn oder die Implantation einer Strahlungsquelle in tiefer liegende Tumore.The state of the art is for semi-automatic Performing brain surgery on a 7-axis Robot system known as "Minerva". Under the The robot performs complete supervision of a surgeon stereotactic interventions. The process of monitoring is monitored entire operation through a computer tomograph. The Operation itself consists of inserting a probe with 2 up to 3 mm in diameter through a patient's brain Hole in the top of the skull. Areas of application are a. also the  Surgery of hematomas or abscesses in the brain or the Implantation of a radiation source in deeper tumors.

Beim vollständigen Ersatz eines Hüftgelenks durch ein Implantat, wird der Hüftknochen vom Chirurgen so ausgehöhlt, daß das Implantat eine möglichst gute Passung erhält. Um diese Aufgabe präziser als bei manueller Bearbeitung durchzuführen, wurde ein Robotersystem mit der Bezeichnung "Robodoc" entwickelt, das den Hüftgelenksknochen paßgenau ausfräst. Die Bewegungsführung erfolgt über einen Computertomograph, der die Relativlage zwischen Roboter und Knochen anpeilt.When a hip joint is completely replaced by a Implant, the hip bone is hollowed out by the surgeon so that the implant receives the best possible fit. Around this task is more precise than with manual processing to carry out, was called a robot system "Robodoc" developed that fits the hip joint bone milled out. The movement is guided by a Computer tomograph, which shows the relative position between robot and Bone targets.

Unter der Bezeichnung "AESOP" (Automated Endoscopic System for Optimal Positioning) ist ein Robotersystem bekannt geworden, das während einer minimal-invasiven Operation das Laparoskop führen kann.Under the name "AESOP" (Automated Endoscopic System for Optimal Positioning) a robot system has become known the laparoscope during minimally invasive surgery can lead.

Ebenfalls für laparoskopische Operationen ist das System "Artemis" (Advanced Robot and Telemanipulator System for MIS) entwickelt worden. Es besteht aus einem Bediensystem, einem Arbeitssystem (chirurgische Endeffektoren und Endoskop) und einem Steuerungssystem mit der Bezeichnung "KISMET".The system is also for laparoscopic operations "Artemis" (Advanced Robot and Telemanipulator System for MIS) has been developed. It consists of one operating system, one Work system (surgical end effectors and endoscope) and a control system called "KISMET".

Diese Vorrichtungen weisen allesamt den Nachteil auf, daß die Bedienperson, insbesondere ein Chirurg, keine direkten Sinneseindrücke vom Werkzeug erfährt. Eine exakte Handhabung des Werkzeugs ist daher nicht möglich.These devices all have the disadvantage that the Operator, especially a surgeon, no direct  Sensory impressions experienced by the tool. Exact handling the tool is therefore not possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Fernsteuerung eines Werkzeugs gelöst, welche aufweist: einen das Werkzeug aufnehmenden Werkzeughalter, einen den Werkzeughalter tragenden ersten Hexapoden, einen den ersten Hexapoden ansteuernden Steuerungsrechner, einen mit dem Steuerungsrechner verbundenen zweiten Hexapoden, wobei der zweite Hexapode einen Stuhl für einen Benutzer trägt, sowie ein Eingabegerät und eine Anzeigeeinrichtung, die ebenfalls mit dem Steuerungsrechner verbunden sind.This object is achieved with a device for Remote control of a tool solved, which comprises: a the tool holder, the Tool holder carrying the first hexapods, one the first Hexapod-controlling control computer, one with the Control computer connected second hexapods, the second hexapode carries a chair for a user, as well an input device and a display device, also are connected to the control computer.

Die Bedienperson gibt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung über das Eingabegerät die Steuerbefehle ein, wobei die Steuerbefehle über den Steuerungsrechner dem ersten Hexapoden zugeleitet werden. Der erste Hexapode bewegt das Werkzeug in die gewünschte Position bzw. führt das Werkzeug so, daß dieses die gewünschten Bewegungen ausführt. Diese Bewegungen, welche das Werkzeug ausführt, werden über den Steuerungsrechner auch dem zweiten Hexapoden zugeführt, der den Stuhl, auf dem die Bedienperson sitzt, in Bewegung versetzt. Die minimalen Bewegungen des Werkzeugs werden zeitgleich auf den Stuhl übertragen. Auf diese Weise erhält die Bedienperson ein aktives Feedback seiner Aktionen, die ihn über den in allen Raumrichtungen beschleunigbaren Stuhl (vergleichbar mit einem Flugzeugsimulator) zurückgegeben werden. Auf diese Weise wird die Bedienperson z. B. bei schnellen Bewegungen oder starken Auslenkungen oder beim Erreichen der Grenzen des Arbeitsraumes oder bei Kollisionen gewarnt. Die Bedienperson erhält also über die Bewegung des Stuhls eine durch den eigenen Gleichgewichtssinn übertragene Rückmeldung über die Lage und Orientierung des Werkzeugs, so daß weitere Aktionen koordiniert werden können.The operator gives in the device according to the invention the control commands via the input device, the Control commands via the control computer to the first hexapod be forwarded. The first hexapode moves the tool in the desired position or guides the tool so that this executes the desired movements. These movements, which executes the tool are over the Control computer also fed to the second hexapod, which the The chair on which the operator sits is set in motion. The minimal movements of the tool will open simultaneously transfer the chair. In this way, the operator receives an active feedback of his actions that inform him about the in Chair that can be accelerated in all spatial directions (comparable to an aircraft simulator). In this way  the operator z. B. with fast movements or strong deflections or when reaching the limits of the Work area or warned of collisions. The operator receives one by moving the chair own sense of balance transmitted feedback about the Location and orientation of the tool, so that further actions can be coordinated.

Eine erfindungsgemäße Verwendung der eingangs genannten Vorrichtung wird im Bereich der Medizintechnik als Operationsvorrichtung gesehen, insbesondere in der Chirurgie im Submillimeter-Bereich, wie der Neurochirurgie, der Ophthalmologie, der HNO-Chirurgie, der Orthopädie usw., wobei das Werkzeug als Endoskop oder als ein anderes chirurgisches Besteck ausgebildet ist. Insbesondere in einem Miniatur- Arbeitsraum im Submillimeter-Bereich können die Grenzen des Arbeitsbereiches, insbesondere bei der Stereotaxie leicht überschritten werden, so daß Operationen sehr gefährlich sind, da kleinste Strukturen wie Nerven oder Blutgefäße zerstört werden können.An inventive use of the aforementioned Device is used in the field of medical technology Surgical device seen, especially in surgery in the submillimeter range, such as neurosurgery, the Ophthalmology, ENT surgery, orthopedics, etc., where the tool as an endoscope or as another surgical Cutlery is trained. Especially in a miniature Working space in the submillimeter range can push the boundaries of the Work area, especially with stereotaxy exceeded, making operations very dangerous there are tiny structures like nerves or blood vessels can be destroyed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außerdem den wesentlichen Vorteil auf, daß die Bedienperson taktile und visuelle Eindrücke von der Operationsstelle erhält und unmittelbar reagieren kann. The device according to the invention also has the significant advantage that the operator is tactile and receives visual impressions from the operation site and can react immediately.  

Daneben können, bedingt durch die große Steifigkeit und der damit verbundenen Genauigkeit der Hexapoden, Aufgaben mit höherem Kraftaufwand präzise durchgeführt werden. Mögliche Bearbeitungsvorgänge, wie das Bohren oder Fräsen von Knochen, sind exakt durchführbar. Neben Operationen an der Wirbelsäule sind gleichermaßen gut feinfühlige Operationen am Innenohr oder am Auge ausführbar.In addition, due to the great rigidity and the related accuracy of the hexapods, tasks with higher effort can be performed precisely. Possible Machining processes, such as drilling or milling bones, are exactly feasible. In addition to operations on the spine are equally sensitive operations on the inner ear or executable on the eye.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Medizintechnik besteht darin, die Vorrichtung als stabilen Träger und Führungssystem z. B. für ein Operationsmikroskop einzusetzen.Another application of the invention Device in medical technology is that Device as a stable support and guidance system z. B. for to use a surgical microscope.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Steuerungsrechner eine Skaliereinheit zur Skalierung der über das Eingabegerät eingegebenen Signale aufweist. Auf diese Weise können kleinste, feindosierte Bewegungen im Submillimeter-Bereich ausgeführt werden, wobei der Tremor der Bedienperson vollständig ausgefiltert wird. Durch die Bewegungsübersetzung sind mikroskopische Bewegungen ausführbar, wobei auch die visuellen Signale entsprechend skaliert werden, so daß die Bewegung des Werkzeugs exakt verfolgt werden kann.In a preferred embodiment it is provided that the Control computer a scaling unit for scaling the over the input device has input signals. To this Smallest, finely metered movements in the Submillimeter range are executed, the tremor of the Operator is completely filtered out. Through the Movement translation is microscopic movements executable, the visual signals accordingly be scaled so that the movement of the tool is exact can be tracked.

Bei Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, daß das Eingabegerät zur Bewegungssteuerung ein Joystick, eine Spacemaus, ein Datenhandschuh, eine Tastatur u. dgl. ist. Auf diese Weise können die Befehle der Bedienperson präzise und exakt übermittelt werden. Weitere Eingabegeräte betreffen die Steuerung des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge wie beispielsweise Laser, HF-Schneidegeräte, Scheren u. dgl.In embodiments it is provided that Input device for motion control one joystick, one Spacemaus, a data glove, a keyboard u. Like. On  this way the operator's commands can be precise and be transmitted exactly. Other input devices concern the Control of the tool or tools such as Lasers, HF cutters, scissors and the like

Bei Ausführungsformen ist die Anzeigeeinrichtung ein 3-D- Bildschirm, eine 3-D-Brille oder ein Virtual Reality-System oder eine über der Bedienperson angeordnete sphärische, insbesondere halbkugelförmige Projektionsleinwand. Zur Übermittlung der visuellen Eindrücke ist vorteilhaft am Werkzeug eine Miniaturkamera, insbesondere eine 3-D-Kamera vorgesehen. Auf diese Weise können direkt die Bewegungen des Werkzeugs visuell nachvollzogen werden, wobei über das Bedieninterface des zweiten Hexapoden die Bewegungen auch in Form von taktilen Eindrücken der Bedienperson vermittelt werden.In embodiments, the display device is a 3-D Monitor, 3-D glasses or a virtual reality system or a spherical, arranged above the operator, in particular hemispherical projection screen. For Transmission of visual impressions is advantageous on Tool a miniature camera, especially a 3-D camera intended. In this way, the movements of the Tool can be visually understood, with the User interface of the second hexapod also moves in Form of tactile impressions conveyed by the operator will.

Außer der Lage des Werkzeugs können über am Werkzeug vorgesehene Sensoren auch Kräfte und/oder Momente erfaßt und der Bedienperson z. B. durch taktile Eindrücke oder Audio- Visuelle-Signale übermittelt werden.In addition to the location of the tool can be on the tool provided sensors also detects forces and / or moments and the operator z. B. by tactile impressions or audio Visual signals are transmitted.

Um die Arbeitsstelle auch direkt visuell zugänglich zu machen, ist der Werkzeughalter durchsichtig ausgebildet, insbesondere aus durchsichtigem Kunststoff oder Glas hergestellt. Auf diese Weise können Hilfspersonen, z. B. OP-Schwestern usw. den Eingriff direkt mitverfolgen. In order to make the job visually accessible, the tool holder is transparent, in particular made of clear plastic or glass. To this Ways auxiliary persons, e.g. B. surgical nurses etc. the Follow the intervention directly.  

Vorteilhaft kann der Halter für den ersten Hexapoden ringförmig ausgebildet sein, so daß zum einen das Handhabungsgewicht der gesamten Bearbeitungsvorrichtung verringert wird, zum anderen für das Werkzeug eine größere Bewegungsfreiheit besteht. Außerdem erlaubt ein ringförmiger Halter eine noch bessere Einsicht der Operationsstelle. In diesem Bereich können z. B. auch weitere Operationsinstrumente oder eine Kamera angeordnet sein.The holder for the first hexapod can advantageously be annular be designed so that on the one hand the handling weight of the entire machining device is reduced to another there is greater freedom of movement for the tool. In addition, an annular holder allows an even better one Inspection of the surgical site. In this area z. B. also arranged other surgical instruments or a camera be.

Eine weitere Vergrößerung des Arbeitsfeldes wird dadurch geschaffen, daß das Werkzeug zusätzlich in z-Achse (d. h. in Werkzeuglängsachse) verfahrbar ist. Dies wird insbesondere durch die erfindungsgemäße Anordnung der Hexapodantriebe erleichtert.This will further enlarge the field of work created that the tool additionally in the z-axis (i.e. in Tool longitudinal axis) is movable. This will be particularly by the arrangement of the hexapod drives according to the invention facilitated.

Vorzugsweise sind die Hexapodantriebe ringförmig angeordnet. Sie erstrecken sich dabei zwischen dem Werkzeughalter und dem Halter für den Hexapoden im Wesentlichen auf einer Mantellinie eines Zylinders oder eines Kegels. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß das Werkzeug vom Werkzeughalter ungestört geführt werden kann und dadurch ein sehr großer Arbeitsraum geschaffen wird.The hexapod drives are preferably arranged in a ring. They extend between the tool holder and the Holder for the hexapod essentially on a surface line a cylinder or a cone. This has the essential Advantage that the tool is undisturbed by the tool holder can be managed and thus a very large work space is created.

Um das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erhöhen ist vorteilhaft eine Werkzeugwechseleinrichtung vorgesehen. Dabei kann das Werkzeug über eine Schnellwechselvorrichtung, insbesondere über einen Bajonettanschluß mit dem Werkzeughalter verbunden sein. Auf diese Weise kann bei Bedarf das Werkzeug entweder manuell oder automatisch ausgewechselt werden, so daß Operationen, bei denen mehrere unterschiedliche Werkzeuge benötigt werden, durchgeführt werden können. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, welches mit in den Schutzumfang der Erfindung fällt, kann die Werkzeugwechseleinrichtung auch als Werkzeugrevolver ausgestaltet sein. Ein Werkzeugwechsel bei dieser Ausführungsform ist noch schneller möglich.To the field of application of the device according to the invention a tool changing device is advantageous intended. The tool can use a Quick-change device, especially one  Bayonet connector to be connected to the tool holder. On this way the tool can either be manually or if necessary are automatically replaced so that operations at where several different tools are needed can be carried out. Another one Embodiment, which is included in the scope of protection Invention falls, the tool changing device as Tool turret be designed. A tool change at this embodiment is possible even faster.

Der geringe Platzbedarf und das geringe Gewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlauben dessen Anbringung z. B. an einen stereotaktischen Rahmen bzw. an einen Rahmen, der mit dem zu behandelnden Körperteil des Patienten fest verbunden ist. Auf diese Weise sind z. B. der Kopf des Patienten und die erfindungsgemäße Vorrichtung zueinander fixiert. Bewegt sich der Patient während der Operation, bleibt die Relativlage zwischen Werkzeug und Kopf erhalten. Diese Kopplung von Patient und Vorrichtung minimiert das Risiko von Verletzungen bei Bewegungen des Patienten. Durch den kompakten Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Operationsumfeld nur geringfügig gestört. Der erste Hexapode kann auf Wunsch des Chirurgen schnell vom Operationsfeld entfernt werden. Dadurch ist der Übergang von der vollautomatischen zur klassischen Operation jederzeit möglich. The small footprint and light weight of the Device according to the invention allow its attachment z. B. to a stereotactic frame or to a frame that uses firmly connected to the patient's body part to be treated is. In this way, e.g. B. the patient's head and the device according to the invention fixed to each other. Is moving the patient during the operation remains the relative position between tool and head. This coupling of Patient and device minimize the risk of injury when the patient moves. Due to the compact structure of the The device according to the invention only becomes the operating environment slightly disturbed. The first hexapode can be used at the request of the Surgeons can be quickly removed from the surgical field. Thereby is the transition from fully automatic to classic Operation possible at any time.  

Eine Vergrößerung des Arbeitsraums des Roboters wird dadurch geschaffen, daß der erste Hexapode an einem horizontal verschiebbar und/oder verschwenkbar gelagerten Träger befestigt ist. Dieser Träger kann z. B. mit dem OP-Tisch gekoppelt sein. Außerdem kann der erste Hexapode über Schienen im Raum verfahrbar und/oder verschwenkbar sein. Diese Schienen sind vorzugsweise als C-Bügel ausgeführt, so daß sie den Patienten teilweise umgreifen und den ersten Hexapoden jeder Operationsstelle halten können. Zusätzlich kann der erste Hexapode zusammen mit dem C-Bügel geschwenkt und arretiert werden und/oder entlang des OP-Tisches in Längsrichtung verfahren werden.This will enlarge the working space of the robot created the first hexapode on a horizontal slidably and / or pivotably mounted carrier is attached. This carrier can e.g. B. with the operating table be coupled. In addition, the first hexapod over rails be movable and / or pivotable in space. These rails are preferably designed as a C-bracket, so that they Patients partially grasp and the first hexapods each Can hold surgery site. In addition, the first Hexapode swiveled and locked together with the C-frame and / or lengthways along the operating table be moved.

Dadurch, daß die Hexapoden wasserhydraulisch antreibbar sind und daß nichtmetallische Werkstoffe, wie beispielsweise Faserverbundwerkstoffe verwendet werden, kann das System auch in der Computertomographie und der Kernspintomographie eingesetzt werden. Auf diese Weise kann unter Sicht operiert und navigiert werden.Because the hexapods can be driven by water hydraulics and that non-metallic materials such as The system can also be used with fiber composite materials in computer tomography and magnetic resonance imaging be used. This way you can operate under sight and be navigated.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Gesamtsystem dampfsterilisierbar ist und der erste Hexapode mit einer Schlauchfolie überzogen werden kann.Another advantage of the invention is that The entire system can be steam sterilized and the first hexapode can be covered with a tubular film.

Ein weiteres Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird darin gesehen, daß diese als Telemanipulator oder als sich bewegender Roboter in unstrukturiertem, unbekanntem oder gefährlichem Gelände verwendet wird. So können z. B. sich bewegende Roboter in Bereichen der Kernkraftwerkstechnik oder von Wiederaufbereitungsanlagen für Kernbrennstäbe eingesetzt werden.Another area of application of the device according to the invention is seen in the fact that this as a telemanipulator or as moving robot in unstructured, unknown or  dangerous terrain is used. So z. B. yourself moving robots in areas of nuclear power plant technology or of reprocessing plants for nuclear fuel rods will.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen dargestellt ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention result from the subclaims and the following Description in which with reference to the drawing particularly preferred embodiment in detail is shown. You can do that in the drawing illustrated and in the claims and in the description mentioned features each individually or in any Combination be essential to the invention. Show:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Anwendung in der Medizintechnik; Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention in the application in medical technology;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines ersten Hexapods bei der Stereotaxie; und Fig. 2 is a perspective view of a first hexapod in stereotactic; and

Fig. 3 ein weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer dorsalen Wirbelsäulenoperation. Fig. 3 shows another application example of the device according to the invention in a dorsal spinal surgery.

In der Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau dem erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt und mit dem Bezugszeichen 1 ein Steuerungsrechner bezeichnet. An diesen Steuerungsrechner 1 ist über eine Datenleitung 2 ein insgesamt mit 3 bezeichneter patientenfixer Operationsroboter angeschlossen. Außerdem ist über Datenleitungen 4 und 5 ein insgesamt mit 6 bezeichneter Feedback-Operationsstuhl an den Steuerungsrechner 1 angeschlossen. Der Operationsroboter 3 ist über eine Roboterführung 7, die insbesondere von einer C-förmigen Schiene 8 gebildet wird, an einer Halterung 9 befestigt. Diese Halterung 9 ist sowohl in Richtung des Pfeils 10 verschiebbar als auch verschwenkbar an einem OP-Tisch 11 festgelegt. Auf diesem OP-Tisch 11, der seinerseits an einer Deckenhalterung 12 befestigt ist, befindet sich ein Patient 13. Am Kopf 14 des Patienten 13 ist ein stereotaktischer Rahmen 15 befestigt. Über diesen stereotaktischen Rahmen 15 sind der Operationsroboter 3 und der Kopf 14 des Patienten 13 zueinander fixiert. Bewegt sich der Patient 13 während der Operation, bleibt die Relativlage zwischen dem Operationsroboter 3 und dem Kopf 14 erhalten.The basic structure of the device according to the invention is shown in FIG. 1 and the reference numeral 1 denotes a control computer. A patient-fixed surgical robot, generally designated 3, is connected to this control computer 1 via a data line 2 . In addition, a feedback operating chair, denoted overall by 6, is connected to the control computer 1 via data lines 4 and 5 . The surgical robot 3 is fastened to a holder 9 via a robot guide 7 , which is formed in particular by a C-shaped rail 8 . This bracket 9 is both slidable in the direction of arrow 10 and pivotally attached to an operating table 11 . A patient 13 is located on this operating table 11 , which in turn is attached to a ceiling mount 12 . A stereotactic frame 15 is attached to the head 14 of the patient 13 . The surgical robot 3 and the head 14 of the patient 13 are fixed to one another via this stereotactic frame 15 . If the patient 13 moves during the operation, the relative position between the operating robot 3 and the head 14 is maintained.

Der Operationsroboter 3 weist einen ringförmigen Halter 16 für einen ersten Hexapoden 17 auf. Dieser Hexapode 17 besitzt insgesamt sechs Hexapodantriebe 18, die ihrerseits an einem Werkzeughalter 19, der insbesondere aus durchsichtigem Kunststoff oder Glas hergestellt ist, festgelegt sind. An diesem Werkzeughalter 19 ist ein Werkzeug 20, insbesondere ein Endoskop 21 festgelegt. Über den ersten Hexapoden 17 wird dieses Endoskop 21 bewegt und insbesondere durch eine Schädelöffnung 22 an die zu operierende Stelle herangeführt. Die Signale zum Bewegen des Endoskops 21 werden vom Steuerungsrechner 1 dem ersten Hexapoden 17 über die Datenleitung 2 zugeführt. Der Steuerungsrechner 1 erhält die Steuersignale vom Operationsstuhl 6, insbesondere von einem als Joystick ausgebildeten Eingabegerät 23. Diese vom Eingabegerät 23 ausgehenden Steuersignale werden außerdem über die Datenleitung 5 einem zweiten Hexapoden 24 zugeleitet, der ebenfalls sechs Hexapodantriebe 25 aufweist. An diesen Hexapodantrieben 25 ist ein Sitz 26 befestigt, auf dem die Bedienperson während der Bedienung der Vorrichtung Platz nimmt. Außerdem befindet sich im Blickfeld der Bedienperson ein 3-D-Bildschirm 27, der mit dem Sitz gekoppelt ist und ebenfalls über die Datenleitung 4 mit Daten vom Steuerungsrechner 1 gespeist wird.The surgical robot 3 has an annular holder 16 for a first hexapod 17 . This hexapode 17 has a total of six hexapod drives 18 , which in turn are attached to a tool holder 19 , which is in particular made of transparent plastic or glass. A tool 20 , in particular an endoscope 21, is fixed on this tool holder 19 . This endoscope 21 is moved over the first hexapod 17 and, in particular, is brought up to the site to be operated through a skull opening 22 . The signals for moving the endoscope 21 are fed from the control computer 1 to the first hexapod 17 via the data line 2 . The control computer 1 receives the control signals from the operating chair 6 , in particular from an input device 23 designed as a joystick. These control signals emanating from the input device 23 are also fed via the data line 5 to a second hexapod 24 , which likewise has six hexapod drives 25 . A seat 26 is attached to these hexapod drives 25 , on which the operator sits while the device is being operated. In addition, a 3-D screen 27 is located in the operator's field of vision, which is coupled to the seat and is also fed with data from the control computer 1 via the data line 4 .

Werden durch Manipulationen des Eingabegeräts 23 Daten in den Steuerungsrechner 1 eingegeben, dann werden diese Daten in skalierter Form über die zweite Datenleitung an den ersten Hexapoden 7 übertragen, wodurch das Endoskop 21 bewegt wird. Die Bedienperson erhält außerdem vom Steuerungsrechner 1 über die Datenleitung 5 ein aktives Feedback seiner Aktionen am Eingabegerät 23 und somit der Bewegungen des Endoskops 21, die ihn über den in allen Raumrichtungen beschleunigbaren Sitz 26, der vom zweiten Hexapoden 24 angetrieben wird, in skalierter Form zurückgegeben werden. Auf diese Weise wird die Bedienperson bei zu schnellen Bewegungen oder zu starken Auslenkungen oder beim Erreichen der Grenzen des Arbeitsraumes oder bei Kollisionen gewarnt. Außerdem bekommt die Bedienperson wie beim Flugzeugsimulator Gefühl der Bewegungen, wodurch die Orientierung unterstützt und erleichtert wird. An der Spitze des Endoskops 21 befindet sich eine 3-D-Kamera, die Bilder vom Operationsraum aufnimmt. Diese Signale werden über die Datenleitung 2 dem Steuerungsrechner zugeführt und am 3-D- Bildschirm 27 in Form von Bildern dargestellt. Außerdem ist das Endoskop 21 mit Sensoren versehen, die Kräfte und Momente aufnehmen können. Diese Signale werden ebenfalls über die Datenleitung 2 dem Steuerungsrechner 1 zugeführt und entweder optisch am 3-D-Bildschirm 27, akustisch oder als taktiles Signal an den zweiten Hexapoden 24 weitergeleitet.If data is entered into the control computer 1 by manipulating the input device 23 , then this data is transmitted in a scaled form to the first hexapod 7 via the second data line, as a result of which the endoscope 21 is moved. The operator also receives an active feedback from the control computer 1 via the data line 5 of his actions on the input device 23 and thus of the movements of the endoscope 21 , which he returns in scaled form via the seat 26 which can be accelerated in all spatial directions and is driven by the second hexapod 24 will. In this way, the operator is warned of movements that are too fast or excessive excursions or when reaching the limits of the work area or in the event of collisions. In addition, as with the aircraft simulator, the operator gets a feeling of movement, which supports and facilitates orientation. At the tip of the endoscope 21 there is a 3-D camera that takes pictures of the operating room. These signals are fed to the control computer via the data line 2 and are shown on the 3D screen 27 in the form of images. In addition, the endoscope 21 is provided with sensors that can absorb forces and moments. These signals are also fed to the control computer 1 via the data line 2 and are either forwarded optically on the 3-D screen 27 , acoustically or as a tactile signal to the second hexapods 24 .

In der Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Operationsroboters 3 sowie des Patienten 13 dargestellt. Es ist deutlich erkennbar, wie das Endoskop 21 den ersten Hexapoden 17 durchdringt und von den im wesentlichen ringförmig angeordneten Hexapodantrieben 18 umgeben ist. Außerdem ist der durchsichtige Werkzeughalter 19 erkennbar, in welchem das Werkzeug 20 insbesondere in einer Schnellwechselvorrichtung gehaltert ist. Die Hexapodantriebe 18 sind am ringförmigen Halter 16 abgestützt, der seinerseits an der schienenförmigen Roboter-Führung 7 festgelegt ist. Die Führung 7 ist ihrerseits an der Halterung 9 befestigt, die am OP-Tisch 11 verschiebbar und schwenkbar abgestützt ist. In FIG. 2 is a perspective view of the surgical robot 3 as well as the patient 13 is illustrated. It can be clearly seen how the endoscope 21 penetrates the first hexapod 17 and is surrounded by the hexapod drives 18 arranged essentially in a ring. In addition, the transparent tool holder 19 can be seen , in which the tool 20 is held in particular in a quick-change device. The hexapod drives 18 are supported on the ring-shaped holder 16 , which in turn is fixed on the rail-shaped robot guide 7 . The guide 7 is in turn attached to the bracket 9 which is slidably and pivotally supported on the operating table 11 .

In Fig. 3 ist erkennbar, daß durch Verschiebung der schienenförmigen Roboterführung 7 die Position des ersten Hexapoden 17 veränderbar ist. Die Halterung 9 weist hierfür eine Schiebelagerung 28 für die Schienen 8 auf. Schließlich ist die Schwenklagerung 29 der Halterung 9 erkennbar. Die Schiebelagerung 28 und die Schwenklagerung 29 erlauben ein sofortiges Entfernen des Operationsroboters 3, so daß bei Bedarf die automatische Operation durch eine klassische Operation fortgesetzt werden kann. Aus den Fig. 2 und 3 wird außerdem deutlich, daß der gesamte Operationsroboter 3 mit Roboter-Führung 7 mit einer Schlauchfolie überzogen werden kann.In Fig. 3 it can be seen that the position of the first hexapod 17 can be changed by moving the rail-shaped robot guide 7 . For this purpose, the holder 9 has a sliding bearing 28 for the rails 8 . Finally, the pivot bearing 29 of the bracket 9 can be seen . The sliding bearing 28 and the swivel bearing 29 allow the surgical robot 3 to be removed immediately, so that the automatic operation can be continued by a conventional operation if necessary. From FIGS. 2 and 3 it is also clear that the entire surgical robot 3 with robot guide 7 can be covered with a tubular film.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind also zwei Hexapoden vorgesehen, wobei an einem Hexapoden das Werkzeug befestigt und am anderen Hexapoden ein Sitz für die Bedienperson angeordnet ist. Die Bedienperson steuert über ein Eingabegerät das Werkzeug, wobei die Bewegungen des Werkzeugs als Feedback an den zweiten Hexapoden zurückgeleitet werden und dadurch der Bedienperson Sinneseindrücke von der Bewegung des Werkzeugs vermittelt werden.In the device according to the invention there are therefore two hexapods provided, the tool attached to a hexapod and a seat for the operator is arranged on the other hexapod is. The operator controls this via an input device Tool, using the movements of the tool as feedback are returned to the second hexapod and thereby the Operator senses from the movement of the tool mediated.

Weitere Modifikationen durch den Einsatz von mehreren ersten Hexapoden zur Manipulation von mehreren Werkzeugen ist ohne weiteres denkbar.Further modifications through the use of several first Hexapods for the manipulation of several tools is without more conceivable.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Fernteuerung eines Werkzeugs (20) mit einem das Werkzeug (20) aufnehmenden Werkzeughalter (19), einem den Werkzeughalter (19) tragenden ersten Hexapoden (17), einem den ersten Hexapoden (17) ansteuernden Steuerungsrechner (1), einem mit dem Steuerungsrechner (1) verbundenen zweiten Hexapoden (24), wobei der zweite Hexapode (24) einen Sitz (26) für einen Benutzer trägt, sowie mit einem Eingabegerät (23) und einer Anzeigeeinrichtung (27), die ebenfalls mit dem Steuerungsrechner (1) verbunden sind. 1. A device for remote control of a tool (20) having a tool (20) receiving the tool holder (19), a tool holder (19) carrying the first hexapod (17), a first hexapod (17) which drives the control computer (1), a with the control computer (1) connected to the second hexapod (24), wherein the second hexapod (24) carries a seat (26) for a user, as well as with an input device (23) and a display device (27) also connected to the control computer ( 1 ) are connected. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsrechner (1) eine Skaliereinheit zur Skalierung der über das Eingabegerät (23) eingegebenen Signale aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that the control computer ( 1 ) has a scaling unit for scaling the signals input via the input device ( 23 ). 3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabegerät (23) ein Joystick, eine Spacemaus, ein Datenhandschuh, eine Tastatur o. dgl. ist.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the input device ( 23 ) is a joystick, a space mouse, a data glove, a keyboard or the like. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung ein 3-D-Bildschirm (27), eine 3-D-Brille oder ein Virtual- Reality-System ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the display device is a 3-D screen ( 27 ), a 3-D glasses or a virtual reality system. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (20) mit Kräfte und/oder Momente aufnehmenden Sensoren bestückt ist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 20 ) is equipped with forces and / or moments absorbing sensors. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeug (20) eine Miniatur-Kamera, insbesondere eine 3-D-Kamera vorgesehen ist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a miniature camera, in particular a 3-D camera, is provided on the tool ( 20 ). 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (19) durchsichtig ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool holder ( 19 ) is transparent. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (16) für den ersten Hexapoden (17) ringförmig ausgebildet ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holder ( 16 ) for the first hexapod ( 17 ) is annular. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hexapodantriebe (18) ringförmig, insbesondere in der Mantelebene eines Zylinders oder Kegels angeordnet sind.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hexapod drives ( 18 ) are arranged in a ring, in particular in the lateral plane of a cylinder or cone. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeugrevolver zur Aufnahme mehrerer Werkzeuge oder eine Werkzeugwechseleinrichtung vorgesehen ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a tool turret for  Hold multiple tools or one Tool changing device is provided. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (20) über eine Schnellwechselvorrichtung, insbesondere über einen Bajonettanschluß mit dem Werkzeughalter (19) verbunden ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 20 ) is connected to the tool holder ( 19 ) via a quick-change device, in particular via a bayonet connection. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hexapoden (17) an einem horizontal verschiebbar und/oder verschwenkbar gelagerten Träger (9) befestigt ist.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first hexapod ( 17 ) is attached to a horizontally displaceable and / or pivotally mounted support ( 9 ). 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hexapoden (17) über Schienen (8) im Raum verfahrbar und/oder verschwenkbar ist.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first hexapod ( 17 ) on rails ( 8 ) can be moved and / or pivoted in space. 14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hexapoden (17 und 24) wasserhydraulisch antreibbar sind.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hexapods ( 17 and 24 ) can be driven by water hydraulics. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (20) in z-Achse verfahrbar ist. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 20 ) can be moved in the z-axis. 16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, im Bereich der Medizintechnik als Operationsroboter, insbesondere in der Chirurgie im Submillimeter-Bereich, wie der Neurochirurgie, der Ophthalmologie, der HNO-Chirurgie, der Orthopädie usw., wobei das Werkzeug (20) als Endoskop (21) oder als ein anderes chirurgisches Besteck ausgebildet ist.16. Use of a device according to one of the preceding claims, in the field of medical technology as a surgical robot, in particular in surgery in the submillimeter range, such as neurosurgery, ophthalmology, ENT surgery, orthopedics, etc., the tool ( 20 ) is designed as an endoscope ( 21 ) or as another surgical cutlery. 17. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Körperteil eines Patienten (13) insbesondere mittels eines stereotaktischen Rahmens (15) mit dem ersten Hexapoden (17) verbunden ist.17. Use of a device according to claim 15, characterized in that the body part to be treated of a patient ( 13 ) is connected in particular by means of a stereotactic frame ( 15 ) to the first hexapod ( 17 ). 18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Telemanipulator oder als sich bewegender Roboter in unstrukturiertem, unbekanntem oder gefährlichen Gelände.18. Use of a device according to one of claims 1 to 15 as a telemanipulator or as a moving one Robot in unstructured, unknown or dangerous terrain.
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