[发明专利]控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有至少四个自由度的控制装置，特别涉及读取x和y上的两个倾角偏移、绕z轴的一个旋转角以及z轴上的线性偏移的控制装置。

背景技术

为了各种目的，已经制造出许多不同类型的控制装置。最常用的控制装置是所谓的鼠标，在二维上提供位置变量，用来控制计算机上的应用操作。其它的接口控制装置包括所谓的操纵杆，其也是在二维上从该操纵杆中提供位置变量；然而，通过使用额外的与操纵杆关联的按钮，可以增加“位置变量”的数量，但是应当理解，这种装置仅仅只是在二维上物理的测量位置变量。轨迹球也传输二维数据；游戏手柄(game pad)通常使用类似手柄的小型操纵杆来测量位置变量，并且通过使用额外的按钮可以将控制器功能范围延伸到更多的控制数据；滚轮(用于计算机游戏)在一维上传递数据。

在许多已知的解决方案中，控制装置仅仅给出参考测量而不是绝对测量，意味着对于依赖控制装置绝对坐标来正确操作的应用来说，需要复杂的计算来持续的保持控制装置的位置轨迹。此外，这种装置需要定期校准，或者它们将持续的累积误差，很快对于应用来说就可能变得危险。

通常，对于工业和域专业领域的应用来说，二维并不够用，但是更多的物理位置变量的测量是有利的。为此，文献中可以找到几个解决方案，比如在WO 8805942中，其显示了具有六自由度的操纵杆装置，在US 5,854,622中显示了以六个自由度来测量移动的操纵杆，或者在US 5,565,891中，其显示了六自由度手动操作控制器。然而，在这许多情况下，其解决方案使用复杂、制造成本高，和/或根据它们的几何尺寸和设计难以在某些应用领域实施。

所有上述应用的目标都是指向手持控制装置，用来控制某些外部过程，比如计算机游戏或者机器、车辆或其它设备的控制。在某些利益领域，希望具有这样的装置，其能够测量插入到或连接到该装置上的对象的位置和移动。比如在外科手术模拟等中，然而，为此目的的装置通常比较庞大、复杂和昂贵，意味着需要用于这些应用的性价比高、可靠的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制装置，测量四个方向的位置变量，并且通过使用单独的与位置测量相关的控制按钮来提供额外控制数据的额外选择。

本发明的第一个方面，提供一种控制装置，以至少四个位置参数提供对象的位置，包括：

-可旋转结构；

-至少一个传感器，用于测量所述可旋转结构的位置；

-位移装置，提供线性位移和与所述线性位移成比例的信号；

其中，至少一个传感器与可旋转结构感应的连接，用于以第一、第二和第三位置参数来确定可旋转结构的位置，位移装置布置成机械连接到可旋转结构上，并且提供第四位置参数的测量，控制装置进一步布置成提供所述四个位置参数的指示信号。

传感器可以为非接触传感器。非接触传感器可以为光学传感器或测量磁性特征的磁性传感器。

光学传感器可以布置成检测可旋转结构上的光学式样。光学式样为预先构造的式样，增强确定所述第一、第二和第三位置参数的分辨率。

用于测量磁性特征的传感器可以布置成测量可旋转结构上的磁性式样。

传感器可以为使用滑环的阻抗测量传感器。

部分位移装置可以布置在孔中，该孔布置成至少部分的穿过可旋转结构。

穿过可旋转结构的孔可以布置成基本穿过可旋转结构的中心部分。

第一对象可以布置成机械连接到位移装置上。

布置成机械连接到位移装置上的第一对象可以为使用者可操作的手柄。

手柄可包括至少一个提供功能信号的接口单元。

第一对象可为接收装置，用于接收第二对象，并包括支持第二对象的箝位装置。

布置成机械连接到位移装置上的第一对象可为医疗模拟装置，布置成接收用于在哺乳动物体内使用的医疗器械或模拟医疗器械。

医疗器械或模拟医疗器械可为内视镜、腹腔镜、直肠镜、导尿管、支架和喉镜中的至少一个。

控制装置可进一步包括至少一个连接到可旋转结构上的弹性机构，允许可旋转结构在垂直于位移装置的平面上线性平移。

至少一个传感器和/或位移装置测量连接到位移装置上的第一对象的绝对位置。

四个参数包括在二维上的角度偏移、绕垂直于二维的轴的旋转角以及在垂直于二维的轴方向上的线性位移参数。

控制装置可进一步包括施加给可旋转结构和位移装置中至少一个的力回馈。

参考下述实施例的说明，本发明的这些以及其它方面将会变得明显。

附图说明

以下将参考附图中所示的示例性实施例，以非限制性方式详细说明本发明，其中：