[发明专利]位置传感器、传感器设备及康复装置

说明书

本发明涉及位置传感器、基于这样的位置传感器的传感器设备以及基于这样的位置传感器的康复装置。

在一些实施方案中，特别地针对上肢功能减退的病人，康复装置以位置传感器为特征来确定病人的肢体位置。针对这种情况，这样的位置传感器例如包括线缆系统，所述线缆系统以在部件的一端处的意图来保持病人肢体(例如手臂)的环或吊环为特征。作为实施例，配重系统经由辊引导线缆，其中配重系统为病人的手臂提供紧张状态的减轻。为确定手臂的位置，在线缆系统中特定的线缆长度被确定，例如并且附加地，相机被用来基于相机信号和线缆的被计算的长度来计算位置。

需要被解决的一个目的在于提供改进的构思，以确定可以在治疗装置中被特别地使用的位置。

这个目的通过独立专利权利要求的对象来解决。进一步的实施方案和设计形式是从属权利要求的对象。

所提议的解决方案是基于这样的想法，即线缆可以经由具有电动驱动器的绕线装置退绕和收绕，其中收绕和退绕同时确定被退绕的线缆的退绕长度。线缆经由引导装置被引导远离绕线装置，其中引导装置以固定的定心装置、万向架安装的出口装置为特征。在灵活的出口装置上的位置传感器由此可以确定线缆的出口角度。基于所确定的退绕长度和线缆的离开角度，位置传感器由此被设置来确定线缆的被预先确定的点(例如，被附接到环的线缆的端部)的位置。基于这种构思，所提议的解决方案允许以高度精确的方式并且以比较小的空间需求来确定位置。测力装置和电动驱动器使得将具体可调整的力施加到线缆上或者被附接到线缆的目标上成为可能。

当两个这样的位置传感器被组合时，在空间中被附接到线缆的目标的位置可以以非常小的努力基于各自线缆点的被计算的空间位置来确定。这样的位置传感器因此特别好地适合于治疗装置例如来获得并且以图形的方式可视化手臂的位置，所述治疗装置被附接到，更确切地说，将手臂保持在线缆的端点处的两个环中。

在一个实施方案中，位置传感器包括保持器、被固定连接到保持器的测力装置以及具有到所述测力装置的固定连接以具有电动马达的驱动器为特征的绕线装置。绕线装置被设计用于线缆的退绕和收绕以及用于确定被退绕的线缆的退绕长度。位置传感器进一步包括具有到保持器的固定连接的引导装置，所述引导装置以定心装置、万向架安装的出口装置为特征，所述定心装置特别地用于线缆以固定的方向的被限定的通过，所述万向架安装的出口装置用于线缆以可变化的方向的通过，并且位置传感器确定出口装置的角度位置。基于所确定的角度位置和退绕长度，位置传感器被设计来确定线缆相对于保持器的被预先限定的点的位置。电动马达被设置来以可调整的张力作用于线缆，所述张力基于经由线缆作用于保持器的力来设置并且所述张力由测力装置确定。

引导装置便利线缆在空间中的角度位置的精密确定。特别地，由于线缆的两条经由引导装置(即在定心装置和出口装置中)被限定的通孔(feed-through)的通路，针对位置传感器之外的线缆的方向来计算位置矢量或方向矢量是可能的。在这种情况中，定心装置中的通孔是固定的被限定的点，然而通过出口装置的通孔由于万向架安装而提供可变化的点。基于这两个点，利用从矢量几何学中已知的程序计算位置矢量是可能的。计算的精确度是基于这样的事实，即出口装置的准确定向可以经由位置传感器确定。例如，位置传感器包括一个或多个加速度传感器，所述一个或多个加速度传感器能够得到出口装置的角度位置并且由此能够得到在出口装置中针对线缆的通孔的点的确定。

基于所计算的位置矢量和线缆的退绕长度，计算线缆在空间中或者相对于保持器或者相对于位置传感器的被预先确定的点的位置是可能的。针对这种情况，仅必需知道被预先限定的点到位置传感器的距离以及具有具体的退绕长度的参考状态。它例如可以通过编程或者位置传感器的配置来设置。例如，编码器意图来确定绕线装置上的退绕长度，所述编码器计数线轴旋转的数量，其中部分的旋转也可以以被预先限定的精确度在计算中被包括。基于这个旋转数，所述旋转数也可以是非整数，通过线轴的半径或者通过绕线半径确定退绕长度是可能的。为了能够尽可能精确地确定退绕长度，绕线装置优选地以这样的方式被设计，即线缆以一个平行层被收绕起来，并且因此具有恒定的绕线半径，或者以一个层被堆叠，意味着具有连续增加的绕线半径。然而，对于较弱的线缆强度，针对退绕长度确定的足够高的精确度还可以通过例如平均绕线半径的假定以任何绕线类型来获得。