Eine neuartige Roboterkinematik für die laparoskopische Single-Port Chirurgie

Abstract

Minimal invasive Operationstechniken haben sich in den letzten Jahren sehr schnell weiterentwickelt. Unter anderem konnte sich die roboterassistierte Laparoskopie auf dem Markt etablieren. Solche Systeme können jedoch sehr eingeschränkt für die Single-Port Laparoskopie eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde basierend auf einer sphärischen Parallelkinematik ein kompakter Manipulator entwickelt. Dieser Manipulator wird in erster Linie für die laparoskopische Single-Port Chirurgie genutzt: Die mechanische Pivotierung gewährleistet eine sichere Bewegung der Instrumente um den Zugangsport. Die Kombination von Pivot-Punkt und Pivot-Ring schließt die Kollision zwischen den Instrumenten aus. Die feststehenden Antriebe der Parallelkinematik ermöglichen eine einfache Sterilisation. Im Weiteren wurden die geometrischen Parameter so konfiguriert, dass keine Singularitäten und Mehrdeutigkeiten im Arbeitsraum vorkommen. Letztendlich wurde ein Demonstrator mit zweiInstrumentenhaltern und elektrischen Antrieben gebaut, um die Machbarkeit des Gesamtkonzeptes zu beweisen.

Minimally invasive surgical techniques have evolved rapidly during the last years with robot-assisted laparoscopy establishing itself within the market. However, such systems have very limited use for single-port laparoscopy. In this work, a compact manipulator was developed based on spherical parallel kinematics. This manipulator is used primarily for single-port laparoscopic surgery; the mechanical pivoting ensures safe movement of the instruments to the access port. The combination of a pivot point with a pivot ring eliminates the collision between the instruments and the fixed drives of the parallel kinematics allow for easy sterilization. Furthermore, the geometrical parameters have been configured so that no singularities and ambiguities exist in the workspace. Finally, a prototype was built with two tool holders and electric drives to prove the feasibility of the overall concept.