DE202014106071U1 - System for the controllable adjustment of the removal rate of hand-held material- and tissue-separating tools with effectors as well as effector - Google Patents
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Abstract
System zur signal- oder positionsbasierten Steuerung der Abtragsleistung eines handpositionierten oder handgeführten materialtrennenden Werkzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass an einem Effektor (4) materialtrennende Schneiden (6) angeordnet sind, welche in ihrer Position und Orientierung relativ zum Effektor (4) mechanisch in mindestens zwei Lagen verstellbar ausgebildet sind, um die Abtragsleistung der Schneiden (6) zu verändern.System for signal- or position-based control of the removal rate of a hand-held or hand-held material-separating tool (1), characterized in that on an effector (4) material-separating cutting edges (6) are arranged, which in their position and orientation relative to the effector (4) mechanically are designed to be adjustable in at least two layers in order to change the removal rate of the cutting edges (6).
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur steuerbaren Verstellung der Abtragsleistung von handgeführten material- und gewebetrennenden Werkzeugen mit Effektoren sowie einen diesbezüglichen Effektor.The invention relates to a system for controllable adjustment of the removal rate of hand-held material and tissue-separating tools with effectors and a related effector.
Systeme und Werkzeuge mit Effektoren sind insbesondere für die präzise Einhaltung von Arbeitsraumgrenzen beim Material- bzw. Gewebeabtrag mit Werkzeugen schnellrotierender Werkzeugmaschinen in der Chirurgie und im Manufakturbetrieb zur Herstellung von Freiformflächen geeignet. Bei Manufakturarbeiten in Werkstätten und bei der interventionellen medizinischen Behandlung von Mensch und Tier werden handgeführte und handpositionierte Werkzeuge, häufig in der Form angetriebener Werkzeugmaschinen (z. B. Bohrmaschine mit Bohrer oder Fräse, elektrischer Hobelmaschine), zum Trennen und zum Abtrag von Material und Gewebe eines Objekts eingesetzt. Dies dient neben einer freien Formgebung meist auch der räumlichen Anpassung der Objektoberfläche an ein passgenaues Gegenstück mit definierten Begrenzungen. Gleichzeitig besteht die Notwendigkeit, bestimmte Strukturen oder Oberflächen des Objekts mit dem Werkzeug nicht zu verletzen, um so beispielsweise eine bereits abschließend bearbeitete Oberfläche oder Strukturen innerhalb des Objekts, die für das Auge des Anwender verborgen sind, zu schützen.Systems and tools with effectors are particularly suitable for the precise maintenance of working space limits in the removal of material or tissue with tools of fast-rotating machine tools in surgery and in Manufakturbetrieb for the production of free-form surfaces. Handcrafted and hand-held tools, often in the form of powered machine tools (eg, drills with drills or milling cutters, electric planers), are used in manufacturing workshops and in the interventional medical treatment of humans and animals for the separation and removal of material and tissue an object used. In addition to a free shaping, this usually also serves for the spatial adaptation of the object surface to a precisely fitting counterpart with defined boundaries. At the same time, there is a need to not injure certain structures or surfaces of the object with the tool, for example to protect an already finished surface or structures within the object that are hidden from the user's eye.
Aus dem Stand der Technik sind bisher als technische Hilfen für handgeführte und handpositionierte Werkzeuge die folgenden Verfahren bekannt:
- a) Navigationsverfahren, die die Position und Orientierung von Werkzeugen relativ zum Objekt vermessen sowie grafisch und akustisch dem Anwender, Position, Orientierung und Abstand des handgeführten Werkzeugs zu den erlaubten Arbeitsraumgrenzen relativ zum Objekt anzeigen (Surgical Navigation,
US 5389101 DE 19960020 - b) An dem Objekt befestigte Schablonen zur Begrenzung der freien Bewegung des handgeführten Werkzeugs innerhalb der erlaubten Arbeitsraumgrenzen relativ zum Objekt (Antike, Mittelalter, Surgical Template
US 5141513 - c) Nachgiebige Mechanismen und Roboter, an denen das handgeführte Werkzeug befestigt ist. Diese Mechanismen und Roboter verändern relativ zu den erlaubten Arbeitsraumgrenzen die Freiheit, Reibung, Steifigkeit und Elastizität der handgeführten Bewegung am Objekt und applizieren sogar zusätzlich Kräfte und Momente zu denen der Handführung (
Lueth, T. C. et al., "A surgical robot system for maxillofacial surgery," Industrial Electronics Society, 1998. IECON '98. Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE, vol. 4, no., pp. 2470–2475 - d) Positions-, Orientierungs-, Abstands- und signalbasierte Abtragsleistungsbegrenzung relativ zum Objekt oder Strukturen des Objekts (Navigated Control,
DE 000010117403 C2 - e) Mechanismen zum linearen Heraus- und Hineinbewegen eines rotierenden Effektors relativ zu einer den Effektor umschließende Schutzhülse (Blue-Belt-Technologies,
US 2012/0123418 A1
- a) navigation methods that measure the position and orientation of tools relative to the object and graphically and acoustically the user, position, orientation and distance of the hand-held tool to the allowed working space limits relative to the object display (Surgical Navigation,
US 5389101 DE 19960020 - b) Attached to the object templates for limiting the free movement of the hand-held tool within the allowed working space limits relative to the object (antiquity, medieval, Surgical Template
US 5141513 - c) Compliant mechanisms and robots to which the hand-held tool is attached. These mechanisms and robots change the freedom, friction, stiffness and elasticity of the hand-guided movement on the object relative to the permitted working space limits, and even apply additional forces and moments to those of the manual guidance system.
Lueth, TC et al., "A surgical robotic system for maxillofacial surgery," Industrial Electronics Society, 1998. IECON '98. Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE, vol. 4, no., Pp. 2470-2475 - d) Position, orientation, distance and signal-based ablation power limitation relative to the object or structures of the object (Navigated Control,
DE 000010117403 C2 - e) mechanisms for moving a rotating effector out and in relative to a protective sleeve surrounding the effector (Blue Belt Technologies, US Pat.
US 2012/0123418 A1
Verfahren zur Verstellung von Werkzeugschneiden sind aus der Literatur vorbekannt (
Aus (
Mit Bezug auf die Anwendung handgeführter angetriebener Werkzeuge mit Effektoren in der Chirurgie liegen durch den steigenden Bedarf des effizienten Einpassens von medizinischen Implantaten (z. B. Knie, Hüfte usw.) umfangreiche Erfahrungen der letzten 20 Jahre vor. Die Nachteile sind analog bei Manufakturarbeiten zur manuellen Bearbeitung von Material vorhanden. Die Nachteile des bekannten Stands der Technik sind die Folgenden:
- a) Reine Navigationsverfahren mit grafischen, akustischen und taktilen, vibrierenden Rückmeldungen lösen nicht das Problem, dass der Anwender versehentlich bei Abrutschen oder mangelnder Konzentration das materialabtragende Werkzeug fehlerhaft ausrichtet und die gesetzten Arbeitsraumgrenzen verletzt. Je weniger Zeit für das Erlernen und die Durchführung der Anwendungen zur Verfügung steht, desto größer ist das Risiko. Das Risiko erhöht sich, wenn das Material unterschiedliche Dichten aufweist, das Werkzeug abgelenkt wird oder der Anwender in unergonomischer Haltung arbeitet sowie Stößen oder Kräften ausgesetzt ist.
- b) Am Objekt befestigte Schablonen setzen voraus, dass eine ausreichend große Oberfläche zur Fixierung der Schablone vorhanden ist. Darüber hinaus entfalten Schablonen in erster Linie dann ihren Vorteil, wenn das Werkzeug in einer Vorzugsrichtung in die Schablone eingeführt wird. Es ist gegenwärtig nicht möglich eine dreidimensionale Freiformfläche zu fräsen und gleichzeitig eine dreidimensionale Beweglichkeit und eine dreidimensionale Ausrichtung der Werkzeuge zu ermöglichen. Dreidimensionale Freiformoberflächen sind darüber hinaus nur mit großem Aufwand herstellbar. Nicht eindeutig formschlüssig aufsetzbare Schablonen erfordern Navigationsverfahren zur Ausrichtung und Fixierung der Schablonen am Objekt. Schablonen benötigen immer zusätzlichen Platz am Objekt.
- c) Nachgiebige (compliant-motion, hands-on) Roboter, an denen das handgeführte Instrument befestigt wird, haben einen begrenzten Arbeitsraum und müssen vor der Benutzung aufwändig relativ zum Objekt ausgerichtet werden. Im Betrieb erlauben hands-on Roboter die scheinbar freie Bewegung des Instruments. Die hohe Massenträgheit des Roboters gemessen am handgeführten Werkzeug oder Objekt sind selbst bei optimaler dynamischer Regelung eines hochdynamischen Antriebs ein begrenzender Faktor für die präzise Einhaltung der Arbeitsraumgrenzen. Sie sind darüber hinaus in der Beschaffung und im Betrieb teuer, benötigen einen eigenen Platz neben dem Objekt, und haben eine große Masse. Unter sterilen Arbeitsbedingungen müssen sie noch abgedeckt werden.
- d) Das Verfahren der Positions-, Orientierungs-, Abstands- und signalbasierten Steuerung der Abtragsleistung (Navigated Control) ist zwar optimal geeignet die Arbeitsraumgrenzen einzuhalten, dennoch ist eine dynamisch steuerbare Veränderung der Abtragsleistung Voraussetzung, um zeitlich mit einer Schablone oder einer Mechanismen/Roboterlösung im Grenzbereich konkurrieren zu können. Ebenso kann die Eigenschaft der präzisen Einhaltung von Arbeitsraumgrenzen nur erreicht werden, wenn es einen möglichst steilen Übergang der Abtragsleistung des Werkzeugs gibt. Die Abschaltung der Leistung ist bei pneumatischen oder elektrischen Antrieben im aktuellen Stand der Technik bei hohem Massenträgheitsmoment des Werkzeugs problematisch, da im Schaltvorgang eine starke Kraftänderung auf die Hand ausgeübt wird.
- e) Der Mechanismus zur Reduzierung der Abtragsleistung durch die Relativbewegung einer Schutzhülse um den Effektor erlaubt es die Abtragsleistung bei konstant laufender Drehzahl zu begrenzen. Da die Schutzhülse jedoch größer als der Effektor selbst ist und durch die Objektoberfläche blockiert werden kann, ist in der Praxis oft nur ein schnelles Einziehen oder Wegbewegen des Werkzeugs möglich. Hier werden ebenfalls Massen bewegt. Darüber hinaus muss die so erfolgte Relativbewegung mit der Hand früher oder später ausgeglichen werden. Dies behindert ein schnelles Arbeiten mit hoher Präzision.
- a) Pure navigation methods with graphical, acoustic and tactile, vibrating feedbacks do not solve the problem that the user mistakenly misaligns the material-removing tool during slippage or lack of concentration and violates the set working space limits. The less time there is to learn and run the applications, the greater the risk. The risk increases if the material has different densities, the tool is deflected or the user works in an ergonomic position and is exposed to shocks or forces.
- b) Stencils attached to the object assume that there is enough surface to fix the template. In addition, stencils develop their advantage primarily when the tool is inserted into the template in a preferred direction. It is currently not possible to mill a three-dimensional freeform surface and at the same time to enable a three-dimensional mobility and a three-dimensional alignment of the tools. In addition, three-dimensional free-form surfaces can only be produced with great effort. Forms that are not clearly form-fitting can require navigation methods for aligning and fixing the templates on the object. Stencils always require additional space on the object.
- c) compliant-motion, hands-on robots, to which the hand-held instrument is attached, have a limited working space and must be lavishly aligned relative to the object prior to use. In operation, hands-on robots allow the seemingly free movement of the instrument. The high mass inertia of the robot measured on the hand-held tool or object, even with optimum dynamic control of a highly dynamic drive a limiting factor for the precise compliance with the working space limits. They are also expensive to procure and operate, need their own space next to the object, and have a large mass. Under sterile working conditions, they still need to be covered.
- d) Although the method of position, orientation, distance and signal-based control of the removal rate (Navigated Control) is optimally suited to keep the working space limits, yet a dynamically controllable change in the removal rate is required to time with a template or a mechanism / robot solution to be able to compete in the border area. Likewise, the property of precise compliance with working space limits can only be achieved if there is the steepest possible transition of the removal rate of the tool. The shutdown of the power is problematic in pneumatic or electric drives in the current state of the art with high moment of inertia of the tool, since in the switching process, a strong change in force is exerted on the hand.
- e) The mechanism for reducing the removal rate by the relative movement of a protective sleeve around the effector allows to limit the removal rate at constant speed. However, since the protective sleeve is larger than the effector itself and can be blocked by the surface of the object, in practice often only rapid retraction or removal of the tool is possible. Here also masses are moved. In addition, the relative movement thus made by hand must be compensated sooner or later. This hinders fast work with high precision.
Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden ein System und einen Effektor für ein Werkzeug zu entwickeln, welche es erlauben, die Abtragsleistung von schnell rotierenden Werkzeugen zu steuern, ohne dass dafür die Drehzahl des Werkzeugs wesentlich verändert werden muss oder die Position, Orientierung oder die Geometrie des Werkzeugs mit Effektor wesentlich verändert wird.The object of the invention is to avoid the known disadvantages of the prior art to develop a system and an effector for a tool, which allow to control the removal rate of rapidly rotating tools, without the need for the speed of the tool must be significantly changed or the position, orientation or geometry of the tool with effector is significantly changed.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß den Merkmalen im Anspruch 1 und einen Effektor für ein Werkzeug gemäß den Merkmalen in Anspruch 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by a system according to the features in
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auf die das Werkzeug mit dem Effektor führende Hand kein Ruck oder Schlag ausgeübt wird, indem die materialtrennenden Schneiden des Werkzeugs in ihrer Lage (Position und Orientierung) relativ zum Werkzeugeffektor mechanisch in mindestens zwei Lagen verstellt oder ein- und ausgefahren werden können bei gleichbleibender oder nur unwesentlich veränderter Drehzahl des Effektors. Dies erlaubt es, manuell schnell und mit hoher Präzision zu arbeiten. Ebenso ist es möglich, dass mindestens eine Schneidenabdeckung vor materialtrennenden Schneiden des Werkzeugs in ihrer Lage (Position und Orientierung) relativ zum Werkzeugeffektor mechanisch in mindestens zwei Lagen verstellt oder ein- und ausgefahren werden kann, um die Abtragsleistung der die materialtrennenden Schneiden des Werkzeugs zu verändern. Dabei ist es möglich, die Abtragsleistung des Effektors des Werkzeugs richtungsabhängig einzuschränken, um auf diese Weise eine Vorzugsrichtung oder eine Vorzugsvolumen beim Materialabtrag zu erzwingen, da das Werkzeug nur noch in der freigegebenen Abtragsvorzugsrichtung Material abtragen kann und weiter in das Objekt eindringen kann.A particular advantage of the invention is that no jerk or impact is exerted on the hand guiding the tool with the effector, by mechanically adjusting or separating the material-separating cutting edges of the tool in their position (position and orientation) relative to the tool effector in at least two layers - And can be extended at constant or only slightly changed speed of the effector. This makes it possible to work manually quickly and with high precision. Likewise, it is possible for at least one cutting edge cover to be mechanically adjusted in at least two layers relative to the tool effector in front of material-separating cutting edges of the tool (position and orientation) and to extend and retract in order to change the removal rate of the material-separating cutting edges of the tool , It is possible to limit the removal rate of the effector of the tool depending on the direction to force in this way a preferred direction or a preferred volume during material removal, since the tool can only remove material in the released Abtragsvorzugsrichtung and can penetrate further into the object.
Das System ist einfach und preiswert herstellbar, zuverlässig einsetzbar und einfach zu warten, indem die am Werkzeug eingestellte Abtragsrichtung für den Benutzer am Werkzeug visuell (z.B. durch Einfärben der Schneidkanten) erkennbar ist oder akustisch oder grafisch (z.B. durch Anzeige an einem Bildschirm) signalisiert wird.The system is simple and inexpensive to produce, reliable and easy to maintain by the tool set Abtragsrichtung for the user on the tool visually recognizable (eg by coloring the cutting edges) or acoustically or graphically (eg by displaying on a screen) is signaled ,
Die Veränderung der Abtragsleistung erfolgt in einem Zeitraum geringer als 1/10 Sekunde.The change in the removal rate takes place in a period of less than 1/10 second.
Weitere Vorteile der Erfindung resultieren daraus, dass die Steuerung der Abtragsleistung auf einer kontinuierlich gemessenen Lage des handpositionierten oder handgeführten Werkzeugs und optional deren mathematischen Ableitungen sowie räumlichen Relationen zu definierten Grenzen relativ zu dem abzutragenden Material oder Gewebe oder einer Objektkörper-Messmarke beruht und dass die Steuerung der Abtragsleistung auf einem Sensorsignal oder Steuersignal beruht. Further advantages of the invention result from the fact that the control of the removal rate on a continuously measured position of the hand-held or hand-held tool and optionally their mathematical derivatives and spatial relations to defined limits relative to the material or tissue to be ablated or an object body measuring mark is based and that the control of the removal rate is based on a sensor signal or control signal.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Position und Orientierung des Effektors durch die Verstellung der Schneiden oder Schneidenabdeckung nicht oder nur in der Größenordnung der Schneidenlänge der Schneiden verändert und dass sich die räumliche Ausdehnung des Effektors durch die Verstellung der Schneiden oder der Schneidenabdeckung nicht oder nur in der Größenordnung der Schneidenlänge oder der Schneidenabdeckung verändert. Die Verstellung der Abtragsleistung erzwingt daher keine Positions- oder Lagekorrektur des Effektors. Die veränderte Abtragsleistung wird bei unveränderter Lage des Effektors erreicht.Another advantage is that the position and orientation of the effector by the adjustment of the cutting or cutting cover does not change or only on the order of the cutting length of the cutting and that the spatial extent of the effector by the adjustment of the cutting edge or the cutting edge cover or not changed only in the order of the cutting length or the cutting edge cover. The adjustment of the Abtragsleistung therefore forces no position or position correction of the effector. The changed removal rate is achieved with unchanged position of the effector.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die erforderliche Energie zur Aufrechterhaltung der Signalverbindung und Steuerung des Stellantriebes direkt aus der Bewegungsenergie oder dem Antrieb der Werkzeugbewegung gewonnen wird. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die mit Abtragsgeschwindigkeit rotierenden Schneiden und/oder Schneidenabdeckungen von einem innenliegenden Stator durch mindestens eine verstellbare Betätigungslamelle nach außen gedrückt werden, um so nur einen Teil der Schneiden zum Abtrag freizugeben und auf diese Weise die Abtragsrichtung relativ zur Lage des Stators (oder der Werkzeugmessmarke) einzuschränken, wobei die Lage des Stators relativ zu der Werkzeugmessmarke bekannt ist und die Abtragsleistung des Effektors durch eine Verstellung richtungsgesteuert wird.Furthermore, it is advantageous that the required energy for maintaining the signal connection and control of the actuator is obtained directly from the kinetic energy or the drive of the tool movement. It is likewise advantageous if the cutting edges and / or cutting covers which rotate with the removal speed are pressed outward by an inner stator by at least one adjustable actuating lamella so as to release only a portion of the cutting edges for removal and in this way the removal direction relative to the position of the stator (or the tool mark) restrict, the position of the stator is known relative to the tool mark and the removal rate of the effector is directionally controlled by an adjustment.
Verfahren und System sind insbesondere für die präzise Einhaltung von Arbeitsraumgrenzen beim Material- bzw. Gewebeabtrag mit Werkzeugen in schnellrotierenden Werkzeugmaschinen in der Chirurgie und im Manufakturbetrieb zur Herstellung von Freiformflächen vorteilhaft anwendbar. Die Veränderung der Abtragsleistung bei konstanter Drehzahl und Effektorlage machen eine sehr schnelle manuelle Werkzeugbewegung, beispielweise schraffierende Hin- und Herbewegungen, mit präzisen Abtragsgrenzen möglich sowie eine automatische Zentrierung und Richtungskorrektur des manuell geführten Effektors und damit des Werkzeugs.Method and system are particularly advantageous for the precise compliance of working space limits in the material and tissue removal with tools in high-speed machine tools in surgery and in Manufakturbetrieb for the production of free-form surfaces advantageously applicable. The change in the removal rate at constant speed and Effektorlage make a very fast manual tool movement, such as shading back-and-forth movements possible with precise Abtragsgrenzen and an automatic centering and direction correction of the manually guided effector and thus the tool.
Das Verfahren und ein entsprechendes System sowie ein Werkzeug sind ein weiterer elementarer Schritt, die präzise Bearbeitungsleistung eines Menschen durch seine motorischen Fähigkeiten in Kombination mit einer signal-, positions-, orientierungs-, und abstandsbasierten schnellen Reduktion der Abtragsleistung eines von diesem handgeführten Werkzeugs zu erhöhen. Durch die Verstellung der Schneiden ist es möglich, mit einem Werkzeug mehrere Werkzeuge mit geringerer Abtragsleistung zu emulieren und so die Zahl der Werkzeugwechsel zu reduzieren. Anstatt Effektoren mit geringeren Schneidenlängen zu verwenden, können zum Oberflächenfinish die wirksamen Schneidenlängen reduziert werden. Die Oberflächenqualität nimmt zu. Das Anwendungsspektrum rotierender Werkzeuge wird auf Kosten anderer trennender Verfahren wie Laser wieder zunehmen, da sich die Abtragsleistung ähnlich schnell bzw. deutlich schneller als bisher verstellen lässt. Dadurch wird die Verwendung von manuell geführten Werkzeugen, die funktionsbedingt ein Massenträgheitsmoment besitzen oder durch die Wechselwirkung von Werkzeug und Material unerwünscht abgelenkt werden können, für Präzisionsaufgaben möglich. Das Anwendungsspektrum handgehaltener und handgeführter Werkzeugmaschinen wird sich deutlich erhöhen, da der Mensch ähnliche Leistungen wie eine Werkzeugmaschine erbringen kann. Entsprechend können mehr Menschen eine höherwertige Tätigkeit ausüben, die bisher nur über Werkzeugmaschinen erbracht wird. Ebenso nimmt das Spektrum der manuellen Tätigkeiten zu bei denen eine präzise dreidimensionale Oberflächenbearbeitung erforderlich ist. Bezogen auf die Anwendung in der Knochenchirurgie wird sich die Passgenauigkeit von orthopädischen Implantaten erheblich erhöhen. Es können kleiner Eingriffe mit höherer Präzision durchgeführt werden. Die Geschwindigkeit mit der orthopädische Implantate eingepasst (Präparation und Einpassung) werden kann sich erheblich erhöhen. Die reduzierte Zeit hat positiven Einfluss auf den Heilungsprozess der Patienten. Die wachsende Zahl v.a. älterer Menschen mit steigendem Bedarf für den Ersatz von Knie-, Hüft-, Schultergelenken wird mit einer konstanten oder sinkenden Zahl von Chirurgen versorgt werden können. Die Kosten für die Anschaffung von Investitionsgütern (medizinische Roboter) zum Erreichen hoher Implantatleistungen werden erheblich sinken. Zum gegenwärtigen Kenntnisstand sind automatisierte Implantationsvorgänge wesentliche Voraussetzung dafür, um die durch die älter werdende Gesellschaft notendigen Gelenkersatzeingriffe bei konstanter oder abnehmenden Anzahl von Chirurgen sicherstellen zu können.The method and a corresponding system as well as a tool are another elementary step to increase the precise machining performance of a human by his motor skills in combination with a signal, position, orientation, and distance-based rapid reduction of the removal of a hand-held tool , By adjusting the cutting edges, it is possible to emulate several tools with a lower removal rate with one tool and thus reduce the number of tool changes. Instead of using effectors with shorter cutting lengths, the effective cutting lengths can be reduced for surface finishing. The surface quality increases. The range of applications of rotating tools will increase again at the expense of other separating methods such as lasers, since the removal rate can be adjusted to be as fast or significantly faster than before. Thus, the use of manually guided tools that functionally have a moment of inertia or can be distracted by the interaction of tool and material undesirable, for precision tasks possible. The range of applications for hand-held and hand-guided machine tools will increase significantly, since humans can provide similar services as a machine tool. As a result, more people can engage in higher-quality work, which until now has only been provided by machine tools. Similarly, the spectrum of manual activities is increasing where precise three-dimensional surface finishing is required. Relative to the application in bone surgery, the fitting accuracy of orthopedic implants will increase significantly. Smaller operations can be performed with higher precision. The speed with which orthopedic implants are fitted (preparation and fitting) can increase significantly. The reduced time has a positive influence on the healing process of the patients. The growing number v.a. Older people with increasing needs for replacement of knee, hip, and shoulder joints will be able to be supplied with a constant or decreasing number of surgeons. The cost of acquiring capital goods (medical robots) to achieve high implant performance will decrease significantly. At the present state of knowledge, automated implantation procedures are an essential prerequisite in order to be able to ensure the joint replacement surgery required by the aging society with a constant or decreasing number of surgeons.
Es zeigen:Show it:
Über ein weiteres Lager, das in
Das Verfahren ermöglicht es, die Abtragsleistung von mindestens einer der materialabtragenden Schneiden
Eine beispielhafte Anwendung der werkzeugposenbasierte Steuerung analog zu der Leistungssteuerung aus (
Eine weitere beispielhafte Anwendung der werkzeugpositionsbasierten Steuerung zusammen mit einer richtungsgesteuerten Abtragsleistung ist die Folgende: Beim Bohren eines Loches mit einer elektrischen Bohrmaschine in eine Zimmerwand kann über eine kontinuierliche Lagemessung (Position/Orientierung) erkannt werden, dass sich der Bohrer knapp neben der geplanten Bohrposition befindet. In diesem Fall wird die Abtragsleistung richtungsabhängig reduziert, so dass nur noch in der Richtung zur geplanten Bohrposition Material abgetragen werden kann. Der Bohrer rutscht automatisch an die geplante Bohrposition.Another exemplary application of the tool position-based control together with a directional removal performance is the following: When drilling a hole in a room wall with an electric drill, it can be detected via a continuous position measurement (orientation) that the drill is just next to the planned drilling position , In this case, the removal rate is reduced depending on the direction, so that material can only be removed in the direction of the planned drilling position. The drill automatically slides to the planned drilling position.
Bereits aus
Die Verstellung der Abtragsleistung, begrenzt auf eine reduzierte Zahl der Schneiden
Ebenfalls bekannt ist, dass die Berechnung der Positionsinformationen nicht nur auf der Auswertung von Markierungen (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- handgeführtes Werkzeug hand-held tool
- 22
- Spannfutter zur Werkzeugaufnahme Chuck for tool holder
- 33
- Welle wave
- 44
- Effektor effector
- 55
- Abzutragendes Material oder Gewebe Material or tissue to be removed
- 66
- Materialtrennende Schneiden Material separating cutting edges
- 77
- abtragsbegrenzte Kavität Abrasion-limited cavity
- 88th
- vor Abtrag zu schützende sensible Struktur to be protected from erosion sensitive structure
- 99
- Schneiden-Ausfahröffnung Cutting-Ausfahröffnung
- 1010
- Schneiden-Einzugsmechanismus Cutting-feed mechanism
- 1111
- Schneiden-Ausfahrmechanismus Cutting-extension mechanism
- 1212
- Drehgelenk swivel
- 1313
- Anschlag attack
- 1414
- Schneidenschutz cut protection
- 14a14a
- Schneidenabdeckbereich Schneidenabdeckbereich
- 1515
- Schneidensteueraufsatz Cutting control tower
- 1616
- Stellantrieb actuator
- 1717
- Lager zur Werkzeugbewegung Bearings for tool movement
- 1818
- Lager zur Schneidenverstellung Bearings for cutting adjustment
- 1919
- Steuersignalleitung Control signal line
- 2020
- Maschinenantrieb machine drive
- 2121
- Leistungsverstärker/Motorsteuerung Power amplifier / motor control
- 2222
- Steuerrechner tax calculator
- 2323
- Signalleitung signal line
- 2424
- Signalfunkstrecke Signal transmission path
- 2525
- Schneidenverstellsteuerung Cutter member adjusting control
- 2626
- Drehzahlsensor Speed sensor
- 2727
- Werkzeug-Messmarke Tool measurement mark
- 2828
- Objektkörper-Messmarke Object body-measuring mark
- 2929
- Signal- oder bildgebendes System Signaling or imaging system
- 3030
- Signal-/Bildgeber-Messmarke S / imager measuring mark
- 3131
- Schneidenabdeckung-Gelenk Cutting cover joint
- 3232
- Schneidentragende Hohlwelle Cutting-bearing hollow shaft
- 3333
- Zentrierter Stator Centered stator
- 3434
- verstellbare Betätigungslamelle adjustable operating blade
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5389101 [0003, 0038] US 5389101 [0003, 0038]
- DE 19960020 [0003] DE 19960020 [0003]
- US 5141513 [0003] US 5141513 [0003]
- DE 000010117403 C2 [0003] DE 000010117403 C2 [0003]
- US 2012/0123418 A1 [0003] US 2012/0123418 A1 [0003]
- DE 4401496 A1 [0004] DE 4401496 A1 [0004]
- EP 0977644 B1 [0005] EP 0977644 B1 [0005]
- US 7346417 [0034, 0036] US 7346417 [0034, 0036]
- US 7079885 [0038] US 7079885 [0038]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Lueth, T. C. et al., "A surgical robot system for maxillofacial surgery," Industrial Electronics Society, 1998. IECON '98. Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE, vol. 4, no., pp. 2470–2475 [0003] Lueth, TC et al., "A surgical robotic system for maxillofacial surgery," Industrial Electronics Society, 1998. IECON '98. Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE, vol. 4, no., Pp. 2470-2475 [0003]
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- 2014-12-16 DE DE201420106071 patent/DE202014106071U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20150507 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |