电控旋转压力装置和用于控制电控旋转压力装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电控旋转压力装置和用于控制该电控旋转压力装置的方法。
【背景技术】
[0002]旋转压力装置在各种工业领域中都有所使用，其可以直接用作钻子(或钻头)、钻孔工具、螺钉等，或可以抓握住类似上述的部件施加压力使其旋转和行进。(在旋转压力装置中可以采用的钻子、钻孔工具等可以具有图5的A部分中所示的尖端，使得其可以容易地刺穿到结构中，同时从结构中产生的碎肩等可以容易地清除。类似地，如图6所示，在旋转压力装置中可以采用的螺钉等可以具有各种尺寸和长度，使得其能够被适当地选择并紧固到某结构。)
[0003]特别地，在医疗领域中，旋转压力装置被广泛地用于钻孔或将医疗螺钉紧固到人体内的结构(例如骨头)中。例如，旋转压力装置用于:在人体内的结构中钻孔，使得药物注射装置(未示出)或测试装置(未示出)可以刺穿到结构中；在再植手术中借助于医疗螺钉固定或加固断裂的骨头，用于骨折修复；或在口腔中紧固正畸螺钉。旋转压力装置的尖端本身可以用作钻子、钻孔工具、螺钉等，或钻子、钻孔工具、螺钉等可以附接到该尖端。但是，由于旋转压力装置常规地仅由操作者的手部感知或经验数值控制，因此当操作者发生错误或经验不足时，他们会频繁地导致致命事故(例如病人的脑部受损的致命医疗事故)。此外，这会引起外科医生过度谨慎地执行手术，使得手术时间趋于极其漫长。
[0004]同时，虽然旋转压力装置在除了医疗领域之外的领域中也广泛的使用，但是它们也可能由于误操作而引起严重的事故。例如，当旋转压力装置和螺钉用于紧固压力容器的零件时，可能发生如下问题:旋转压力装置使螺钉到达其不应超过的深度，而损坏压力容器的内部结构，使得可能在压力容器中产生破裂而增加其爆炸的可能性。
[0005]因此，发明人现在提出一种电控旋转压力装置以及用于控制该旋转压力装置的方法，该电控旋转压力装置能够避免医疗事故，在其它各种工业领域都具有实用性，此外还具有附加的性能。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是解决现有技术中的所有上述的问题。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种旋转压力装置，其可以通过在检测到异常时中断其操作而确保安全。
[0008]本发明的又一个目的是提供一种具有附加的有利性能的旋转压力装置。
[0009]为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种电控旋转压力装置，包括:马达，其用于将扭矩提供到旋转压力器具；电力控制单元，其用于将电力供应到所述马达；中央处理单元，其用于控制所述电力控制单元；以及旋转速度传感器，其用于测量所述马达或所述旋转压力器具的旋转速度，其中所述中央处理单元包括异常检测单元，其用于接收来自所述旋转速度传感器的旋转速度，且其中所述异常检测单元在检测到旋转速度的异常时将控制信号传送至所述中央处理单元，使得所述中央处理单元中断所述电力控制单元的电力供应。
[0010]根据本发明的另一个方面，提供一种用于控制旋转压力装置的方法，其中旋转压力装置包括:马达，其用于将扭矩提供到旋转压力器具；电力控制单元，其用于将电力供应到所述马达；中央处理单元，其用于控制所述电力控制单元；以及旋转速度传感器，其用于测量所述马达或所述旋转压力器具的旋转速度，且其中所述方法包括以下步骤:检测所述旋转速度的异常；以及中断所述电力控制单元的电力供应。
[0011 ]另外，根据本发明的技术理念可以进一步提供其他构造。
[0012]根据本发明，可以提供一种旋转压力装置，其可以在检测到异常时通过中断其操作而确保安全。
[0013]根据本发明，可以提供一种具有附加有利性能的旋转压力装置。
【附图说明】
[0014]图1a示出了其中螺钉紧固到预期深度的状态。
[0015]图1b示出了其中螺钉超过预期深度而深深地紧固的状态。
[0016]图2概念性示出了根据本发明的一个实施例的旋转压力装置的控制部件。
[0017]图3a示出了马达300的旋转速度可以取决于钻子等插入的深度而减小。
[0018]图3b示出了一点，在该点处马达的旋转速度可以突然增加。
[0019]图4a说明性地示出了根据本发明的一个实施例的旋转压力装置的钻子、钻孔工具、螺钉等的内部结构。
[0020]图4b_4e进一步说明性地示出了根据本发明的一个实施例的旋转压力装置的钻子、钻孔工具、螺钉等的内部结构。
【具体实施方式】
[0021]后面叙述的对于本发明的详细说明将参照附图进行说明，这些附图图示了能够实施本发明的特定实施例作为示例。这些实施例将进行详细说明以足以使本领域技术人员能够实施本发明。本发明的各种实施例虽然彼此不同，但是应理解为并不相互排斥。例如，本说明书所记载的特定形状、结构以及特性，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够从一个实施例变更为另一个实施例而实现。并且，各个实施例内的个别结构要素的位置或者配置也应理解为，在不脱离本发明的精神和范围的情况下也能够进行变更。从而，后面叙述的详细的说明并不是限定性的，本发明的范围应包括权利要求书的各权利要求所要求的范围以及与此等同的所有范围。图中类似的附图标记表示在各个方面相同或类似的结构要素。
[0022]以下，为了使本发明所属的技术领域的技术人员人员容易实施本发明，将参照附图详细说明发明的多种优选实施例。
[0023]图1a和Ib展示了本发明的要求。图1a示出了其中螺钉紧固到预期深度的状态。在图1a的情况下，螺钉被很好地紧固而不会从其紧固到的板上伸出。相比之下，图1b示出了螺钉超过预期深度而深深地紧固的状态。在图1b的情况下，螺钉被过度地紧固，使得其从所紧固到的板上伸出。
[0024]在很多情况下都可能发生由旋转压力装置旋转和按压而紧固的螺钉超过预期深度地紧固。例如，螺钉的插入角度可能不正确或螺钉的长度可能选择地错误。另外，在图1b的情况下，螺钉紧固到的结构的厚度可能比预料的更薄，这可能引起螺钉不期望地刺穿该结构。在正常情况下，一般来说，例如，在初步核磁共振(MRI)或CT扫描的基础上，医疗螺钉的类型或插入深度选择为适合该医疗螺钉紧固到的结构(例如骨头)的状态。但是如果在扫描图像中存在错误或医生在读取扫描图像时出错，图1b所示的紧固螺钉的状态可能会频繁发生，这会对人体结构造成损坏，甚至对人体结构内的软组织(例如大脑)造成损坏。当然，在其他工业领域中，在类似的情况下也可能造成对除了人体结构之外的密闭容器的损坏。
[0025]同时，在旋转压力装置为主要用来钻孔的钻子或用于驱动钻子的装置的情况下，这种损坏也是不期望的。
[0026]图2概念性示出了根据本发明一个实施例的旋转压力装置的控制部件。如图2所示，根据本发明一个实施例的旋转压力装置可包括中央处理单元100、电力控制单元200和马达300。进一步，旋转压力装置可以包括在其尖端的钻子、钻孔工具或螺钉(未示出)，它们可以具有螺纹，使得其可以在接收旋转扭矩时施加压力地旋转并推进(且通常可以被称为“旋转压力器具”)，或至少可以与类似上述的部件连接或联接。
[0027]首先，中央处理单元100可以是已知的用于电控的微处理器。中央处理单元100可以由用户程序控制。中央处理单元100可以包括用于执行扭矩补偿的扭矩补偿单元110，以及用于检测旋转压力装置的异常操作的异常检测单元120。中央处理单元100、扭矩补偿单元110和异常检测单元120的功能将在后文详细描述。
[0028]其次，电力控制单元200可以是电力控制器具，其可以将电力供应至马达300并根据脉冲宽度调制(PWM)技术(但不一定限于此)控制电力供应，使得旋转压力装置可以由马达300驱动。其可以包括后文待描述的电流传感器210。
[0029]最后，马达300可以是已知的机电动力装置。也就是，当从电力控制单元200供应电力时马达300可以生成并提供扭矩，使得旋转压力装置可以在施加压力时旋转。马达300的旋转速度可以由旋转速度传感器310测量，旋转速度传感器310可以包括在马达300中或与马达300联接。
[0030]以下，将详细讨论如上文配置的旋转压力装置的控制。
[0031]首先，电力控制单元200可以将电力供应至马达300。马达300可以相应旋转，且旋转速度传感器310可以测量马达300的旋转速度。测量的旋转速度可以传送至异常检测单元120。
[0032]同时，当电力控制单元200供应电力时，电流传感器210可以测量流入马达300的电流。测量的电流可以传送到扭矩补偿单元110。
[0033]其次，当没有指示任何特殊异常的信号从异常检测单元120发出时，中央处理单元100可以引起扭矩补偿单元110执行反馈控制，使得由电流传感器210测量的电流可以具有预定恒定值。电流的预定值可以基于旋转压力装置的输出扭矩值确定，而旋转压力装置的输出扭矩值可以按照用户期望地预设。由此，当在电流传感器210中测量到较大电流时，扭矩补偿单元110可以调节从中央处理单元100至电力控制单元200的控制信号，以减少由电力控制单元200供应的电力信号的脉冲宽度。当在电流传感器210中测量到较小电流时，扭矩补偿单元110可以调节从中央处理单元100到电力控制单元200的控制信号，以增加由电力控制单元200供应的电力信号的脉冲宽度。因此，根据本发明的上述构造，当马达300的输出扭矩维持基本上恒定时，可以驱动旋转压力装置。
[0034]但是由于阻抗随着旋转压力装置的钻子、钻孔工具、螺钉等推进并插入到结构中而逐渐增加，所以马达300的旋转速度，即，钻子等插入时的速度逐渐减小。图3a示出了马达300的旋转速度可取