操纵组件和运动装置制造方法

操纵组件和运动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及运动装置和操纵组件，其用于在提高的和/或变化的加速度的影响下对人或动物的身体进行接触式和/或侵入式检查或治疗，其中，功能头可相对于基部沿着可通过驱动装置运动的多个自由度运动，并且其中，至少一个驱动装置实施为力受到限制的驱动装置。
【专利说明】操纵组件和运动装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及:操纵组件，其用于在提高的和/或变化的加速度的情况下对人或动物的身体进行接触式和/或侵入式检查或治疗；和运动装置，其带有至少一个固定装置以用于容纳和/或固定人或动物的身体，固定装置设置在围绕第一主轴线可转动地布置的第一承载元件处；且本发明涉及操纵组件在运动装置中的使用。

【背景技术】
[0002]为了培训或为了训练飞行员或为了人员对增加的变化的加速状态做好准备，已知这样的装置，在其中用于容纳和/或固定人员的固定装置布置成可围绕第一主轴线转动。通过相对于主转动轴线以一定的法向距离的转动，人员经受提高的加速度。在此，加速度的大小由径向加速度和重力加速度组成。因此，矢量的大小可通过改变围绕第一主轴线的角速度和/或通过改变法向距离来改变。
[0003]此外，可设置有其他的自由度和驱动组件，以便使人或动物的身体在运动装置中相对于合成的加速度矢量定位。因此，通过该定位可选择合成的加速度矢量相对于人员的身体位置的位置。
[0004]此类装置的示例是飞行模拟器、单臂离心机、带有可移动的滑架的多臂离心机、带有可移动的升沉滑架(Heaveschlitten)的多臂离心机、带有围绕主轴线可转动地布置的多个舱的医用离心机等。EP2351001 Al例如显示了类似类型的装置。
[0005]为了监测此类运动装置的乘客的身体功能，根据现有技术可测量参数，例如脉搏或呼吸频率。然而，在提高的或变化的加速度的系统中不可实现其他的测量，例如器官的超声照片、血液检查等等。对此的原因是，身体的器官由于加速度的改变在身体中同样经受运动且至少部分地改变位置。此外，可能还由于提高的加速度的影响使身体的部分或整个身体运动。因此可在静态固定地装配在身体处的测量仪器中发生测量结果由于在身体中的所说明的变化而歪曲且因此没有效力。因此，为了改善检查或治疗，必需设置测量仪器的调准可能性。然而，因为在提高的或变化的加速度的系统中不可通过例如医护人员实现治疗或检查，所以行动应必须通过操纵装置或机器人来执行。此外，在功能头处的辐射源例如用于X光拍摄时，远程控制的操作对于操作人员的保护而言同样是有利的。
[0006]然而，根据现有技术的机器人或操纵器具不适合于在例如离心机或类似运动装置中承受负荷。此外，根据现有技术的机器人或操纵组件包括控制部，其并未设立且设计成考虑到增加或变化的加速度。此外，在受试者通过机器人检查的情况下存在如下增加的风险，即，在机器人发生故障时出现受伤的风险。


【发明内容】

[0007]本发明的目的在于提供一种运动装置和操纵组件，其适合于且设立成使得能够在提高的或变化的加速度的情况下实现对人或动物的身体进行检查或治疗。这包括如下子目的，即，可远程控制地从在运动装置之外的位置来执行检查、检查通过设计成使用在变化的或提高的加速度的系统中的操纵组件来执行且排除身体由于操纵组件的意外的受伤。
[0008]根据本发明的目的由此来实现，即，功能头可相对于基部沿着可通过驱动装置运动的多个自由度运动，且至少一个驱动装置实施为力受到限制的驱动装置。
[0009]对此可设置成，在功能头与身体之间的接触力通过力受到限制的驱动装置由系统本身限制，尤其地，接触力通过力受到限制的驱动装置的压力阀来限制，接触力是可选择的和/或压力阀实施为调节阀。此外，根据本发明的装置可包括如下特征，即，在超出所选择的最大的接触力的情况下，力受到限制的驱动装置的运动元件与力受到限制的驱动装置的基本元件基本上脱开，优选地在作用方向上脱开。脱开例如通过减压阀的打开发生。
[0010]此外，根据本发明的装置优选包括如下特征，即，驱动装置由一个或多个控制装置来控制和/或调节，且驱动装置和控制装置设立成在提高的和/或变化的加速度的情况下运行，接触身体的功能头相对于身体的位置和/或接触力可在提高的和/或变化的加速度的影响下改变，和/或功能头可在可选择的位置中引导到身体处。
[0011]其他的根据本发明的特征可为:力受到限制的驱动装置包括一个或多个无活塞的气动执行器、一个或多个空气肌肉组件、一个或多个空气弹簧组件(Luftbalganordnung)、带有气动缸与基本上无静摩擦地支承的活塞的一个或多个气动缸组件、带有基本上无静摩擦地支承的电枢(Anker)的一个或多个无传动装置的电的线性单元和/或一个或多个引导部；驱动装置包括线性轴、齿条驱动器、并联运动驱动器、六脚并联机构、三脚并联机构、机器人臂、旋转驱动器、万向驱动器和/或笛卡尔驱动器；和/或驱动装置相应包括基本元件、运动元件和驱动器以用于运动元件相对于基本元件沿着该自由度或相应的自由度的运动；和/或驱动装置串联地彼此排列，其中，驱动装置的运动元件相应与接着的驱动装置的基本元件相连接或相联结。
[0012]此外，可设置成，可远程控制和/或自动化功能头相对于基部的运动，尤其可通过一个或多个控制装置和/或一个或多个数据输入组件远程控制和/或自动化功能头相对于基部的运动，数据输入组件包括输入设备(例如操纵杆、滑动控制器、数据手套)、计算机程序、自动化程序和/或类似的组件，功能头包括构件检查装置和/或治疗装置，例如超声波测量头、光学记录器、声学记录器、电阻测量仪、注射组件、液体分析组件、抽血装置、分析装置、化学分析装置、辐射源(例如伦琴辐射、伽玛辐射或红外线辐射)、激光源、采样装置、温度测量仪、电流测量仪、辐射探测装置、内窥镜检查装置、用于光学的眼睛检查的装置和/或用于诊断或治疗目的的放射学的、侵入式或接触式的其他的装置。
[0013]如有可能，本发明的特征还有:根据本发明的操纵组件布置在根据本发明的运动装置处，该运动装置实施为飞行模拟器、单臂离心机、带有可移动的滑架的离心机、带有可移动的升沉滑架的离心机、训练离心机、用于在失重的情况下使用的训练离心机、医用离心机或带有围绕第一转动轴线可转动地布置的多个舱的医用离心机；设置有与第一承载元件相联结或相连接的基本承载元件，其与操纵组件的基部相连接、相联结或可与之相连接；和/或功能头可通过一个或多个力受到限制的驱动装置基本上沿着主轴线的切平面运动。
[0014]其他的特征是:功能头可在围绕主轴线转动期间经由操纵组件通过数据输入组件的操纵远程控制地或自动地引导到身体处和/或相对于身体进行定位；功能头可在围绕主轴线转动期间经由操纵组件通过数据输入组件的操纵远程控制地或自动地在可选择的位置中和/或以可选择的接触力引导、按压到身体处和/或相对于身体进行定位；在功能头与身体之间的位置和/或接触力可在围绕主轴线转动期间经由操纵组件通过数据输入组件的操纵远程控制地或自动地改变；和/或接触力由系统本身限制，尤其地，接触力通过力受到限制的驱动装置的压力阀来限制，其中，接触力是可选择的，并且其中，压力阀实施为调节阀。
[0015]在超出最大的接触力的情况下，力受到限制的驱动装置的运动元件与力受到限制的驱动装置的基本元件基本上脱开，优选在作用方向上脱开。
[0016]根据本发明设置有操纵组件，其在提高的和/或变化的加速度的影响下可将功能头引导到身体处。功能头可包括构件检查装置和/或治疗装置，例如超声波测量头、光学记录器、声学记录器、电阻测量仪、注射组件、液体分析组件、抽血装置、分析装置、化学分析装置、辐射源(例如伦琴辐射、伽玛辐射或红外线辐射)、激光源、采样装置、温度测量仪、电流测量仪、辐射探测装置、内窥镜检查装置、用于光学的眼睛检查的装置和/或用于诊断或治疗目的的放射学的、侵入式或接触式的其他的装置。
[0017]通过根据本发明的组件例如可执行如下任务，例如器官和/或血管的超声波拍摄、血液检查、心脏和/或肺功能的听诊、皮肤阻力测量、X射线图片的制作、放射治疗、例如用于提高供血的加热、在更深的组织中的供血测量、体脂测量、脑电流测量、心脏病的测量和用于诊断或治疗目的的放射学的、侵入或接触的其他的任务。
[0018]在此，操纵组件包括一个或多个驱动装置，其使得能够实现功能头相对于基部的运动。操纵组件如此来实施，即，排除身体由于功能头和/或操纵组件的意外的受伤。为了该目的，以优选的方式设置有系统固有的安全机构，其限制通过操纵组件施加到身体上的力。对此，操纵组件的至少一个驱动装置构造为柔性的或灵敏的驱动装置。此类力受到限制的驱动装置的示例例如是这样的组件，其包括基本上无静摩擦的调整元件，例如空气肌肉(Luftmuskel)、气动的调整元件、空气弹簧等等。在此类装置中，可通过改变弹性元件(例如空气肌肉或空气弹簧)的长度使运动元件相对于基本元件运动。附加地，装置可包括位移传感器以及克服空气肌肉或空气弹簧起作用的弹性元件，例如弹簧。除了位移传感器之夕卜，优选还设置有力传感器，其用于控制和限制通过驱动装置施加的力。调整元件可以优选的方式气动地通过气体压力尤其通过空气压力来操纵。对此，将由压缩器压缩的气体导引到弹性体中。压力引入到弹性体中通过调节阀来调节和/或控制。为了利用系统本身限制力，气体压力可如此经由减压阀来起作用，即，在达到通过运动元件作用到例如身体上的所期望的最大力的情况下，打开减压阀且由此限制压力和力。压力在受压力加载的面上直接与所施加的力成比例。
[0019]力受到限制的驱动装置的示例为:
一无活塞的气动的执行器的组件，例如带有气囊式气缸(Balgzylinder)的所提及的空气弹簧组件或带有空气肌肉的空气肌肉组件，
-带有气囊式气缸与起反作用的螺旋弹簧的空气弹簧组件，
-带有起反作用的弹簧的空气肌肉组件，
-多个气囊式气缸或空气肌肉的组件，
-带有气动缸与无静摩擦地支承的活塞的气动缸组件，例如带有石墨活塞的气缸，
-带有无静摩擦地支承的、空气支承或磁支承的电枢的无传动装置的电的线性单元， -多个执行器(例如气动缸)的组件、空气肌肉组件和/或空气弹簧组件，其作为并联运动组件，
-带有例如气动弹簧、弹性元件、螺旋弹簧、引导部的气动执行器的组件，
——个或多个上述组件的组合，等等。
[0020]力受到限制的驱动装置，尤其带有上述气动执行器中的一个或多个的力受到限制的驱动装置必要时可包括一个或多个引导部。引导部用于稳定运动元件沿着相应的自由度的运动。引导部还适合于和/或设立成使用在提高的和/或变化的加速度的影响的情况下。此类引导部的示例是线性引导部、旋转引导部以及尤其基本上无静摩擦的引导部。
[0021 ] 为了限制力，除了调节执行器之外，须注意运动元件的运动的摩擦和惯性。基本上无静摩擦的调整元件尤其适合用于使用在作为力受到限制的驱动装置的根据本发明的操纵组件中。
[0022]功能头的运动的控制(尤其驱动器的控制)优选地通过控制装置进行。控制装置与单独的驱动器相连接且设立成控制或调节驱动器。对此，驱动装置的每个轴可单独地操控且是可控制的，或设置有多轴控制部。因此，在轴的单独操控的情况下可分开地控制每个线性的自由度。此外，可单独地控制每个转动自由度。
[0023]在多轴控制的情况下，多个轴通过一个或多个数据输入组件同时控制。可通过将控制坐标系转换到任意点上匹配操纵组件的运动特征。优选地，控制点可放置到功能头与身体的接触点中。
[0024]此外，可设置有数据输入组件。数据输入组件主要用于将指令输入到控制装置处，指令被传递例如以用于实施操纵组件的驱动器的运动。此类数据输入组件例如可实施为操纵杆、滑动控制器、滑标、虚拟的数据手套、光学记录器或还通过计算机和/或计算机程序来实施。数据输入组件可以优选的方式布置在运动装置之外，例如布置在控制室中。经由数据输入组件可远程控制地或自动地将功能头引导到身体处，以便进行检查和/或治疗。
[0025]为了改善可操作性，还可设置有这样的数据输入组件，其中，带有可控制或可调节的调节力。以概念“力反馈”已知的输入装置将由操纵组件或功能头承受的力的信号传递到数据输入组件上。由此在操作的情况下形成直接的“感知”接触的印象。此外，可设置有光学记录器(例如摄像机)，其将视频信号传导到监视器处。对于操作人员而言，经由监视器可实现还可视觉地观察检查。光学记录器优选与基本承载元件、操纵组件的基部和/或固定装置相连接。监视器以优选的方式处在数据输入组件的区域中。
[0026]将这样的装置限定为操纵组件，其可使功能头相对于基部沿着一个或多个自由度运动。在此，操纵组件是可控制和/或可调节的，且优选是可远程控制的。操纵组件可包括串联或并联地彼此排列的不同的驱动装置。将这样的排列限定为驱动装置的串联的排列，即，在其中在第一驱动装置的运动的构件处设置有第二驱动装置。因此，第二驱动装置的运动依赖于第一驱动装置的运动。然而，第一驱动装置的运动不依赖于第二驱动装置的运动。驱动装置的并联的设置例如相应于并联运动组件。在并联运动组件中，自由度在运动学的意义中虽然分开，然而在多轴控制的情况下可通过控制存在结合。根据本发明的操纵组件设立成且适合用于使用在提高的和/或变化的加速度的系统中。
[0027]将这样的加速度情况限定为提高的和/或变化的加速度，即，在其中操纵组件经受提高的或变化的加速力。这尤其意味着使操纵组件自身运动。由于运动，尤其由于运动的改变，不同于周围环境的加速力(例如重力加速力)的加速力作用到操纵组件和功能头上。在失重的空间中，大于零的加速度算作增加，因为周围环境的加速度基本上等于零。优选地，看作提高的和/或变化的加速度的是持续提高的加速度的状态，如其例如在离心机中出现的那样。在重力加速度的影响下，这例如是大约1.2G至6G的提高的加速度，即1.2至六倍的重力加速度。然而，在根据本发明的运动装置中(例如在离心机中)，还可出现直至15G和更高的提高的加速度。在失重的空间中，提高的加速度例如应相应于大约0.1G至6G和超过此的加速度。以优选的方式使操纵组件沿着圆形轨道围绕主轴线转动。通过以相对主轴线的一定的法向距离的转动来提高相对于周围环境的加速度。
[0028]以优选的方式，力受到限制的驱动装置可沿着主轴线的切平面运动。将这样的平面限定为切平面，其基本上相应于垂直于通过主轴线的径向矢量的法向平面。优选地，径向矢量正交于主轴线。因此，切平面优选是围绕主轴线的圆形轨道的切平面，其中，切平面优选还平行于主轴线延伸。径向矢量的方向基本上相应于作用到身体或操纵组件上的加速度矢量的方向或通过运动装置产生的加速度矢量的方向。在可纯粹线性移动的滑架的情况下，例如将所产生的加速度矢量的法平面限定为切平面。
[0029]为了超声波检查，力受到限制的驱动装置的作用方向例如可垂直于身体的表面或相对与该表面在30°与50°之间倾斜。
[0030]将这样的装置称为功能头，其可包括不同的工具、传感器、记录器或分析装置。在此可设置这些构件中的多个，或设置仅仅一个。
[0031]根据本发明，功能头可通过操纵组件在不同的位置中且以不同的接触力引导到身体处且沿着身体引导。此外，功能头相对于身体的位置可在提高的和/或变化的加速度的情况下改变。优选地，操纵组件具有六个自由度。以优选的方式，驱动装置的运动受位置控制。力受到限制的驱动装置的运动优选受力控制。
[0032]此外，功能头作用到身体处的接触力或者按压力可通过根据本发明的操纵组件和力受到限制的驱动装置保持在恒定的或确定的值上。值例如可通过数据输入组件远程控制地输入或自动地由程序预定。在此，接触力或按压力优选不依赖于或脱离于运动装置的运动和作用到身体和/或操纵组件上的加速度。接触力可通过数据输入组件改变、选择和/或限制。为了控制运动，尤其为了旋转功能头，可设置成功能头的转动点处在功能头与身体的接触点中。在此，控制必要时可通过线性驱动器的控制来支持且实施为多轴控制。
[0033]根据本发明，操纵组件必要时设置在运动装置处。运动装置的示例是飞行模拟器、离心机、带有可移动的滑架的离心机、可线性移动的滑架、医用离心机、训练离心机等等。操纵组件与运动装置组合的实际应用例如是在单臂离心机中检查人员或在可线性移动的装置中检查人员，例如以用于纵向动力学模拟。此外，根据本发明的运动装置可设置在失重的空间中，例如设置在空间站或飞船中。尤其在人或动物很长地逗留在太空中的情况下，例如通过离心机模拟加速度是必要的，以便防止肌肉萎缩以及骨骼的变弱。对此，例如可转动地围绕主轴线布置有一个或多个舱。通过单独的舱以一定的法向距离的转动，定位在舱上的人员经受一定的加速度。因此，可通过设置训练器(例如肌力计)在失重的空间中在正常的、变化的或提高的加速度的影响下执行训练单元。尤其还可为了科学目的在地球上在重力加速度的影响下使用此类医用离心机或训练离心机。这些运动装置同样相应于本发明的应用。

【专利附图】

【附图说明】
[0034]下面，借助具体的示意性示出的实施例进一步说明本发明。其中，
图1显示了包括根据本发明的操纵组件的根据本发明的运动装置的示意性的斜视图， 图2显示了操纵组件的一种可能的实施方式，
图3显示了操纵组件的另一可能的实施方案，尤其显示了力受到限制的驱动装置的细节，
图4显示了带有力受到限制的驱动装置的操纵组件的另一实施方式，
图5以斜视图显示了可能的操纵组件与运动装置的部件，
图6显示了与图5相同的组件，然而以另一视图进行了显示，
图7以示意性的斜视图显示了可能的操纵组件与运动装置的部件的另一实施方式，
图8显示了与图7相同的组件，然而以另一视图进行了显示，
图9显示了操纵组件和运动装置的部件的另一实施方式。

【具体实施方式】
[0035]图1显示了运动装置30的组件，包括围绕主轴线32可转动地布置的多个固定装置31。该组件相应于用于使用在失重的状态中的或在重力加速度的影响下使用的训练离心机或医用离心机的可能的运动装置。
[0036]受试人的身体2躺倒地位于固定装置31上。在该实施方式中，固定装置31沿着第一承载元件33可移动地布置。通过围绕主轴线32转动第一承载元件33，身体2经受提高的加速度。该加速度由基本加速度(Grundbeschleunigung,在正常情况下重力加速度)和径向加速度构成。在使用在失重的状态中的情况下，基本加速度基本上为零。径向加速度的大小主要取决于角速度和与主轴线32的法向距离。为了可改变作用到身体上的合成的加速度，在该实施方案中可移动地实施至少一个(优选所有的)固定装置31，其中，移动的方向基本上相对于主轴线32沿径向伸延和/或沿着第一承载元件或者第二承载元件33、34伸延。基本承载元件35与第一承载元件33刚性地相连接。在该实施方式中，基本承载元件具有轨道状的区段，在其处可线性移动地布置有操纵组件I的基部4。以优选的方式，基部4在基本承载元件35处的移动用于在人的身体2的区域中粗调和安放操纵组件I。在操纵组件I的基部4处，经由驱动装置可运动地布置有功能头3。图2中的操纵组件I的图示经过明显简化且是示意性的。为了执行对人或动物的身体的治疗或检查，通过控制装置36 (此处未示出)可将操纵组件I的功能头3引导到人的身体2处。这例如通过数据输入组件发生。必要时还可通过相同的控制装置控制运动装置的旋转。
[0037]图1的运动装置30相应于用于在提高的或变化的加速度的影响下对人或动物的身体进行医疗检查或治疗的装置的示意性的图示。对此，在十字形布置的第一承载元件和第二承载元件33、34上设置有多个固定装置31。在此类运动装置上例如可在提高的加速度力的情况下检验功能或负荷测试。以优选的方式，固定装置31可运动地与第一承载元件或者第二承载元件相连接。通过带有人的身体2的固定装置的运动可降低作用到这个人上的合成的加速度力，而不影响在其余的三个固定装置处的测试。以优选的方式，运动装置以恒定的角速度围绕主轴线32转动。通过选择身体2与主轴线32的距离可改变作用到身体2上的合成的加速度。
[0038]为了可在这些条件下进行对身体2的检查或治疗，操纵组件I的功能头3可运动地设置在基本承载元件35处。经由控制装置和数据输入组件可将功能头3经由操纵组件引导到身体2处。通过功能头3例如可获取和分析血样、在增加的负荷的情况下拍摄器官的超声波照片或对身体执行其他的测试。
[0039]对此，如所说明的那样，强制必要的是排除人2由于功能头3的意外受伤。为了该目的，根据本发明的操纵组件I具有至少一个力受到限制的驱动装置，其具有可运动的力受到限制的(也就是说，柔性的、灵敏的或“顺从的”)自由度。
[0040]图2显示了根据本发明的操纵组件I和运动装置30的部件的详细的斜视图。基部4轨道状地与基本承载元件35相连接。对此，基部4的引导元件38可线性移动地设置在基本承载元件35的轨道状的主体处。因此，以优选的方式，基部4相对于基本承载元件35可移动地来布置且可锁定地布置在期望的位置中。在该实施方式中，移动用于操纵组件I在身体2的区域中的粗定位。在基部4处设置有第一驱动装置5。第一驱动装置包括第一基本元件11、第一运动元件17以及用于第一运动元件17相对于第一基本元件11运动的第一驱动器23。在该实施方式中,第一驱动装置基本上实施为线性轴。对此，第一运动兀件17的引导元件接合在槽中，优选接合在轨道状实施的第一基本元件11的下凹的槽中。为了运动而设置有第一驱动器23，其设立成用于使第一运动元件17相对于第一基本元件11运动。在该实施方式中，这通过设置在第一基本元件11处的齿条和通过第一驱动器23驱动且设置在第一运动元件17处的用于接合到齿条中的齿轮来设计。以优选的方式，第一驱动器23可通过控制装置36来控制和/或调节。必要时可设置有平行伸延的轨道状的两个基本元件11和多个引导元件，以便于改善稳定性。
[0041]因此，通过第一驱动装置5设置用于使功能头3相对于基部4运动的可驱动的第一自由度。在第一运动元件17处设置有第二驱动装置6。该第二驱动装置包括第二基本元件12，其基本上刚性地与第一运动元件17相连接。此外，第二驱动装置6包括用于使第二运动元件18相对于第二基本元件12运动的第二驱动器24。因此，通过第二驱动装置6设置用于功能头3相对于基部4的运动的可驱动的另一自由度。在该实施方案中，第二驱动装置6实施为线性轴。该线性轴使得能够沿着线性的自由度实现通过控制装置36控制和/或调节的运动。因此，通过驱动器24使第二运动元件18线性地相对于第二基本元件12运动。因此，通过第一驱动装置和第二驱动装置5和6的两个线性轴的该布置方案，功能头3可沿着平面二维地运动。以优选的方式，第一驱动装置5的运动方向和第二驱动装置6的运动方向彼此基本上正交地伸延。在该实施方式中，两个运动方向优选在主轴线的法向平面中伸延。
[0042]在第二驱动装置6的第二运动元件18处设置有第三驱动装置7。在该实施方式中，第三驱动装置7与第二运动元件18的连接通过摆动装置39和进给装置40实现。摆动装置39和进给装置40基本上是刚性的连接部，其通过操纵例如螺栓用于粗调第三驱动装置7相对于第二驱动装置6的位置。通过摆动装置39可使功能头3和第三驱动装置7摆开，以便例如使得人的上下变得容易。进给装置40用于功能头相对于人的身体2的粗略的距离调整。以优选的方式，摆动装置39和进给装置40在正常运行中是刚性的且未被驱动。然而备选地，第三驱动装置尤其第三基本元件同样可刚性地与第二运动元件相连接。在备选的实施方式中，取消摆动装置和/或进给装置。
[0043]在该实施方式中，第三驱动装置7实施为力受到限制的驱动装置29。力受到限制的驱动装置29具有第三基本元件13以及第三运动元件19和第三驱动器25。用于使第三运动元件19相对于第三基本元件13运动的第三驱动器25实施为力受到限制的驱动器。对此，在提高的或变化的加速度的系统中允许力限制的任意力受到限制的驱动器原则上是合适的。
[0044]在示出的实施方式中，第三驱动装置7或者力受到限制的驱动装置29的运动方向正交于第一驱动装置5的运动方向且正交于第二驱动装置6的运动方向伸延。因此，通过第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置5、6、7的所驱动的三个自由度使得功能头3相对于基部4的在空间上的优选笛卡尔的运动成为可能，以优选的方式，力受到限制的驱动装置的运动方向垂直于径向加速度的矢量的方向且因此在主轴线的切平面中伸延。由此，通过功能头3和操纵组件I围绕运动装置30的主轴线32的旋转引起的加速度的大小对在力受到限制的驱动装置29中的惯性力不具有影响或仅具有较小的影响。在优选的实施方式中，力受到限制的驱动装置29的运动方向平行于运动装置30的主轴线32伸延。
[0045]然而，完全相应于本发明思想的是，自由地相对于加速度力或自由地相对于主轴线32选择力受到限制的驱动装置29的运动方向。
[0046]在第三驱动装置7处，尤其在第三运动元件19处设置有第四驱动装置8。该第四驱动装置又包括第四基本元件14和第四运动元件20，其中，通过第四驱动器26可相对于第四基本元件14驱动和转动第四运动元件20。
[0047]因此，第四驱动装置8实现所驱动的第一转动自由度。在第四驱动装置8处，尤其在第四运动元件20处设置有第五驱动装置9。该第五驱动装置具有通过第五驱动器27驱动的、第五运动元件21相对于第五基本元件15的转动自由度。在第五驱动装置9处设置有第六驱动装置10，其包括实现第六运动元件22相对于第六基本元件16的转动的第六驱动器28。通过第四驱动装置、第五驱动装置和第六驱动装置8、9、10的彼此排列实现功能头3的万向的可转动性。对此，第四基本元件14刚性地与第三运动元件相连接，第五基本元件15刚性地与第四运动元件20相连接，第六基本元件16刚性地与第五运动元件21相连接，且第六运动元件22刚性地与功能头3相连接。
[0048]因此，在该实施方案中，可驱动的、可控制和/或可调节的六个驱动装置串联地彼此排列。驱动装置中的其中三个允许沿着线性的轴线的运动，而驱动装置的其中三个允许围绕转动轴的转动。以优选的方式，两个接连的转动轴或线性轴相应彼此正交。力受到限制的驱动装置优选在力方面受到控制，其余的驱动装置优选在行程或位置方面受到控制。为此，可选择和/或限制力受到限制的驱动装置的接触力。
[0049]图3显示了根据本发明的操纵组件的部件的另一实施方式。在该实施方式中，功能头3经由多个驱动装置沿着多个自由度可运动地布置。该功能头刚性地或可转动地与并联运动装置的运动元件44相连接或相联结。并联运动装置41包括基本元件43、多个驱动器42以及运动元件44，运动元件44可通过驱动器42相对于并联运动装置基本元件43运动。以优选的方式，驱动器42设计为线性轴，例如设计为气动缸或液压缸。其与控制装置相连接且可以优选的方式彼此分开地或共同地来控制。通过各个驱动器的不同的长度变化可获得运动元件44相对于基本元件43的倾斜。运动元件44相对于基本元件43的平行的运动可通过合适地控制驱动器42来实现。因此，通过合适地控制驱动器42使得能够实现功能头3的空间运动。并联运动装置的工作原理例如相应于六脚并联机构或三脚并联机构的工作原理。
[0050]在该实施方式中，基本元件43设置在力受到限制的驱动装置29处。该力受到限制的驱动装置如在图2中那样实施为线性起作用的力受到限制的驱动装置。其具有第三基本元件13和第三运动元件19，其中，第三运动元件19刚性地与基本元件43相连接。第三基本元件13如在图2中那样与进给装置40和摆动装置39相连接。在摆动装置39和进给装置40的情况下的作用方式基本上相应于在图2中的等效的部件的作用。该实施方式的其余的构造同样基本上相应于图2的构造。因此，摆动装置刚性地设置在第二驱动装置处，该第二驱动装置包括第二基本元件12、第二运动元件18和用于使第二运动元件相对于第二基本元件运动的第二驱动器24。第二基本元件12与第一驱动器装置5相连接。第一驱动器装置5同样相应于图2的第一驱动装置的其构造。第一驱动装置5设置在基部4处。基部4可如在图1中示出的那样可移动地或固定地与运动装置30相连接。
[0051]图3的该实施方式与图2的实施方式的不同之处主要在于用于使功能头相对于力受到限制的驱动装置29运动的驱动装置的设计方案。当在图2中实现多个元件围绕基本上彼此正交的轴线旋转时，根据图3的实施方式使用用于使功能头3倾斜和空间运动的并联运动装置。
[0052]图4显示了根据本发明的装置的另一实施方式。在此，在基部4处又设置有第一驱动装置5以及第二驱动装置6。在第二驱动装置6处又设置有摆动装置39以及进给装置40。进给装置40刚性地与基本元件43相连接。操纵组件的构造在第一驱动装置5、第二驱动装置6以及摆动装置39和进给装置40方面相应于图2和3的实施方式的构造。按照根据图4的实施方式，力受到限制的驱动装置29实施为并联运动装置41。在此，并联运动装置41的任意单独的驱动器42可力受到限制地或灵敏地实施。备选于此，整个并联运动装置41还可力受到限制地实施为一个单元。因此，图4的实施方式基本上相应于图3的实施方式，其中，力受到限制的驱动装置与并联运动装置的布置方案联合在力受到限制的并联运动装置中。
[0053]图5以示意性的图示显示了根据本发明的操纵组件的另一可能的实施方式。在此，用于容纳或用于固定身体2的固定装置31类似于图1的固定装置来布置。身体竖轴例如径向伸延，其中，头部方向指向主轴线32。通过固定装置31围绕主轴线32的转动所产生的加速度分量同样基本上跟随身体竖轴伸延。在该实施方案中，操纵组件I包括基部4，其可移动地或固定地布置在运动装置的第一承载元件或第二承载元件33、34处。此外，操纵组件包括带有固定地与基部4相连接的第一基本元件11的第一驱动装置5。通过第一驱动器23，第一运动元件17相对于第一基本元件11可运动且可被驱动。运动通过围绕基本上平行于主轴线32伸延的轴线的旋转实现。在第一运动元件17处设置有第二基本元件12。第二运动元件18可通过第二驱动器24相对于第二基本元件12运动。这些构件一起得到第二驱动装置6。该驱动器同样是旋转驱动器，其中，旋转的轴线基本上正交于第一驱动装置5的轴线伸延。第二运动元件18臂状地实施且在远离第二驱动器的区域中与第三驱动装置7相连接。第三驱动装置7又包括第三基本元件13，其与第二运动元件18刚性地相连接。此外，第三驱动装置包括第三驱动器25，其可使臂状的第三运动元件19围绕基本上正交于第二驱动装置6的转动轴延伸的转动轴转动。在优选的实施方案中，第三基本元件19和第二运动元件可一件式地实施。
[0054]在第三驱动装置7处，尤其在第三运动元件19处设置有第四驱动装置8。在第四驱动装置8处设置有第五驱动装置9，其实施为力受到限制的驱动装置29。
[0055]图6还显示了与图5相同的带有基部4的组件，在其处可转动地设置有第一驱动装置5。在第一驱动装置5处设置有第二驱动装置6，在第二驱动装置6处设置有第三驱动装置7，在第三驱动装置7处设置有第四驱动装置8，且在第四驱动装置8处设置有第五驱动装置9，其实施为力受到限制的驱动装置29。在图5和6中，在力受到限制的驱动装置29处设置有功能头3。通过操纵组件I的运动，尤其运动元件17、18、19、20通过驱动器23、24、25、26、27和29的运动，可将功能头引导到人的身体2处。
[0056]图7和图8相应显示了操纵组件和运动装置的根据本发明的布置方案的另一实施方式的不同的视图。用于身体2的固定装置31的位置又相应于图1的位置。用于使功能头3运动到人的身体2处的操纵组件包括弧形驱动器45。弧形驱动器45具有基本元件46，其弧形地围绕人的身体2延伸或延伸越过人的身体2。在基本元件处可移动地布置有弧形驱动器的运动元件47，其中，功能头3基本上向内指向身体2的方向。
[0057]在弧形驱动器45的运动元件47处设置有第一驱动装置5。第一驱动装置包括第一基本元件11以及第一运动元件17。第一运动元件可线性地相对于第一基本元件运动。线性运动的方向基本上跟随沿着弧形驱动器的基本元件46的当前位置的径向方向。
[0058]在第一运动元件17的延长部中设置有力受到限制的驱动装置29。在该力受到限制的驱动装置处设置有功能头3，其朝身体2的方向上指向且可通过操纵组件引向和按压到身体处。
[0059]图9显示了根据本发明的操纵组件和根据本发明的运动装置的另一应用。
[0060]在此，用于人的身体2的固定装置31设置在模拟舱中或模拟舱处。模拟舱根据现有技术例如设置在单臂离心机或多臂离心机处。对此，模拟舱通过一个或多个转动圈48可转动且可驱动地支承。最外部的转动圈优选与离心机的臂相连接。根据现有技术，使该臂围绕主轴线32转动。在此，模拟舱相对于转动轴32以一定的法向距离来布置。在模拟舱中，优选在固定装置31的区域中又设置有操纵组件I。在该实施方案中示意性地示出了该操纵组件。该操纵组件又包括功能头3，其可通过多个可驱动的驱动装置引导到人的身体2处。至少一个驱动装置实施为力受到限制的驱动装置29。
[0061]通过第一驱动装置5可使功能头3线性行进。通过第二驱动装置6可使功能头在另一方向上线性行进。以优选的方式，在基部处设置有根据图9的该实施方案或根据图1至8的实施方案的操纵组件。
[0062]根据另一实施方式，多个驱动装置实施为力受到限制的驱动装置。该实施方式相应于图2的实施方式，其中，除了第三驱动装置之外，第二驱动装置同样实施为力受到限制的驱动装置。
[0063]根据另一实施方式，除了图2的第三驱动装置之外，第二驱动装置和第一驱动装置同样实施为力受到限制的驱动装置。
[0064]根据另一实施方式，其运动轴线相应基本上处在主轴线的切平面中的那些驱动装置实施为力受到限制的驱动装置。在图2中，例如第一驱动装置和第三驱动装置的运动轴线相应处在主轴线的切平面中。
[0065]随后将进一步讨论根据本发明的操纵组件和根据本发明的运动装置用于在提高的加速度的情况下进行超声波检查的示例的使用。为了检查或治疗身体2，将身体固定在固定装置31处或安放在该固定装置上。固定装置31与第一承载元件33或与第二承载元件34相连接。在运动装置静止的情况下，人躺到或坐到固定装置31上且必要时用皮带环扣住在该固定装置处。在单臂离心机、飞行模拟器和/或模拟舱的情况中(例如在图9中示出的那样)，人坐到飞机的模拟驾驶舱中。在根据图1的运动装置中，人躺到固定装置上，其必要时具有测力计元件或用于加载人的身体的其他装置。
[0066]随后将操纵组件带到人的身体2的区域中。这例如通过基部4沿着基本承载元件35的移动或通过驱动装置(例如第一驱动装置5)的远程控制或自动化的操纵发生。在此，将功能头3引导且按压到身体的期望的位置处。
[0067]为了超声波检查，功能头实施为超声换能器(Ultraschallkopf)。该功能头在运动装置的静止的位置中如此贴靠到身体处，即，例如在控制室中或在移动设备处在评估单元处显示出期望的图像。在基础位置中，在其中功能头通过操纵组件引导到身体2的期望的位置处，现在开始运动装置的运动。在图1的实施方式的情况中，第一承载元件和第二承载元件33、34围绕主轴线32转动。在其他的实施方式中(例如在图9的实施方式中)，示出的模拟舱通过主臂(未示出)同样围绕主轴线32转动。由于提高的和/或变化的加速度，身体2的所观察的器官或身体本身可能同样改变位置。为了此时获得期望的图像，可通过操纵组件使功能头运动。这通过驱动装置的远程控制或自动化的运动发生。为了控制功能头和操纵组件的运动而设置有控制装置36和数据输入组件37。例如，控制室中的另一个人可通过元件(例如操纵杆、滑动控制器、数据手套等等)控制功能头相对于身体2的运动。对此，根据图2至8的操纵组件的功能头可沿着多个自由度来驱动和运动。因此，一方面可通过旋转的自由度改变功能头相对于身体的角度。另一方面可通过平移的自由度改变功能头相对于身体的位置。为了此时检查身体的另一位置，可通过数据输入组件和驱动装置的控制将功能头从身体2提起且引导和按压到身体的另一位置处。
[0068]在此，通过力受到限制的驱动装置防止身体的意外受伤。以优选的方式，其自由度或作用方向使得能够实现将压力施加到身体2上的那些驱动装置力受到限制地来实施。例如，这是的那样的线性自由度，其作用方向正交于身体表面伸延。如果此时功能头通过远程控制引导到身体2处，则这以预设的或所选择的力或预设的或所选择的最大力来发生。即使对于非力受到限制的那些驱动装置的故障情况，也防止身体由于功能头的不期望的受伤，因为运动组件的主要的力分量力受到限制地来实施。
[0069]为了执行其他的检查或治疗,功能头可包括构件检查装置和/或治疗装置，例如超声波测量头、光学记录器、声学记录器、电阻测量仪、注射组件、液体分析组件、抽血装置、分析装置、化学分析装置、辐射源(例如伦琴辐射、伽玛辐射或红外线辐射)、激光源、采样装置、温度测量仪、电流测量仪、辐射探测装置和/或其他的放射学的侵入式或接触式的用于诊断或治疗目的的装置。功能头的运动和检查或治疗的执行以所说明的方式发生。
[0070]在图1和图9中示出的运动装置是示例性的运动装置。在其处设置有根据本发明的操纵组件。根据本发明的操纵组件具有多个驱动装置，其中，这些驱动装置中的至少一个实施为力受到限制的驱动装置。操纵组件包括功能头，其设立成以便在动物或人的身体处进行接触式和/或侵入式的检查或治疗。对此，功能头以优选的方式可沿着多个平移的自由度行进且可围绕多个转动的自由度转动。图2、3和4的自由度的不同实施方案(尤其带有万向驱动装置、并联运动组件或力受到限制的并联运动组件的力受到限制的驱动装置的实施方案)同样可布置在在图5至8中示出的操纵组件处。因此，图4的力受到限制的并联运动组件例如可布置在图6的机器人臂处。例如，并联运动组件(其带有布置在其处的独立的力受到限制的驱动装置)同样可设置在图7和8的弧形驱动器47的运动元件处。图2、3、4与在图2和5至8中的操纵组件的不同的实施方案的组合同样符合本发明思想。根据图2至8和/或总的说明部分的操纵组件可安装在例如图1和9或总的说明部分的运动装置处。
[0071] 参考标号列表
I操纵组件 2身体 3功能头
4基部
5第一驱动装置(Y)
6第二驱动装置(X)
7第三驱动装置(Z)
8第四驱动装置
9第五驱动装置
10第六驱动装置
11第一基本元件
12第二基本元件
13第三基本元件
14第四基本元件
15第五基本元件
16第六基本元件
17第一运动元件
18第二运动元件
19第三运动元件
20第四运动元件
21第五运动元件
22第六运动元件
23第一驱动器
24第二驱动器
25第三驱动器
26第四驱动器
27第五驱动器
28第六驱动器
29力受到限制的驱动装置
30运动装置31固定装置
32主轴线
33第一承载兀件
34第二承载元件
35基本承载元件
36控制装置
37数据输入组件
38引导元件
39摆动装置
40进给装置
41并联运动装置
42并联运动装置的驱动器
43并联运动装置的基本元件
44并联运动装置的运动元件
45弧形驱动器
46弧形驱动器的基本元件
47弧形驱动器的运动元件
48转动圈。
【权利要求】
1.一种操纵组件，其用于在持续提高的和/或变化的加速度的影响下对人或动物的身体(2)进行接触式和/或侵入式检查或治疗，其特征在于，功能头(3)可相对于基部(4)沿着可通过驱动装置运动的多个自由度运动，且至少一个驱动装置实施为力受到限制的驱动装置(29)。
2.根据权利要求1所述的操纵组件，其特征在于，所述力受到限制的驱动装置(29)包括一个或多个无活塞的气动执行器、一个或多个空气肌肉组件、一个或多个空气弹簧组件、带有气动缸与基本上无静摩擦地支承的活塞的一个或多个气动缸组件、带有基本上无静摩擦地支承的电枢的一个或多个无传动装置的电的线性单元和/或一个或多个引导部。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的操纵组件，其特征在于，所述驱动装置包括线性轴、齿条驱动器、并联运动驱动器、六脚并联机构、三脚并联机构、机器人臂、旋转驱动器、万向驱动器和/或笛卡尔驱动器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的操纵组件，其特征在于，所述驱动装置相应包括基本元件、运动元件和驱动器以用于使所述运动元件相对于所述基本元件沿着所述的或相应的自由度运动，且所述驱动装置串联地彼此排列，其中，驱动装置的运动元件相应与接着的驱动装置的基本元件相连接或相联结。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的操纵组件，其特征在于，所述驱动装置由一个或多个控制装置(36)控制和/或调节，且所述驱动装置和所述控制装置(36)设立成在提高的和/或变化的加速度的情况下运行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的操纵组件，其特征在于，接触所述身体(2)的功能头(3)相对于所述身体(2)的位置和/或接触力可在提高的和/或变化的加速度的影响下改变。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的操纵组件，其特征在于，所述功能头(3)可在可选择的位置中引导到所述身体(2)处。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的操纵组件，其特征在于，可远程控制和/或可自动化所述功能头(3)相对于所述基部(4)的运动，尤其可通过一个或多个控制装置(36)和/或一个或多个数据输入组件(37)远程控制和/或自动化所述功能头(3)相对于所述基部⑷的运动。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的操纵组件，其特征在于，所述数据输入组件(37)包括输入设备、计算机程序、自动化程序和/或类似的组件，其中，输入设备例如为操纵杆、滑动控制器、数据手套。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的操纵组件，其特征在于，所述功能头(3)包括构件检查装置和/或治疗装置，例如超声波测量头、光学记录器、声学记录器、电阻测量仪、注射组件、液体分析组件、抽血装置、分析装置、化学分析装置、用于例如伦琴辐射、伽玛辐射或红外线辐射的辐射源、激光源、采样装置、温度测量仪、电流测量仪、辐射探测装置、内窥镜检查仪、用于光学的眼睛检查的装置和/或用于诊断或治疗目的的放射学的、侵入式的或接触式的其他装置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的操纵组件，其特征在于，为了控制所述功能头的运动而设置有多轴控制部，在其中可通过一个或多个数据输入组件同时控制多个轴，并且其中，可通过将控制坐标系转换到任意的点上来匹配所述操纵组件的运动特征，其中，所述控制点优选放置在所述功能头与所述身体的接触点中。
12.—种运动装置，其带有至少一个固定装置(31)以用于容纳、安放和/或固定人或动物的身体(2)，固定装置(31)设置在围绕第一主轴线(32)可转动地布置的第一承载元件(33)处，其特征在于，设置有根据前述权利要求中任一项所述的操纵组件(I)。
13.根据权利要求12所述的运动装置，其特征在于，所述运动装置实施为飞行模拟器、单臂离心机、带有可移动的滑架的离心机、带有可移动的升沉滑架的离心机、训练离心机、用于在失重情况下使用的训练离心机、医用离心机或带有围绕第一转动轴线(32)可转动地布置的多个舱的医用离心机。
14.根据权利要求12或13所述的运动装置，其特征在于，设置有与所述第一承载元件(33)相联结或相连接的基本承载元件(35)，其与所述操纵组件(I)的基部(4)相连接、相联结或可与之相连接。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的运动装置，其特征在于，所述功能头(3)可通过一个或多个力受到限制的驱动装置(29)基本上沿着所述主轴线(32)的切平面运动。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的运动装置，其特征在于，所述功能头(3)可在围绕所述主轴线(32)转动期间经由所述操纵组件(I)通过数据输入组件(37)的操纵远程控制地或自动地引导到所述身体(2)处和/或相对所述身体进行定位。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的运动装置，其特征在于，所述功能头(3)在可围绕所述主轴线(32)转动期间经由所述操纵组件(I)通过数据输入组件(37)的操纵远程控制地或自动地在可选择的位置中和/或以可选择的接触力引导且按压到所述身体(2)处和/或相对所述身体进行定位。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的运动装置，其特征在于，在所述功能头(3)与所述身体(2)之间的位置和/或接触力可在围绕所述主轴线(32)转动期间经由所述操纵组件(I)通过数据输入组件(37)的操纵远程控制地或自动地改变。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的运动装置，其特征在于，接触力由系统本身限制，尤其地，接触力通过所述力受到限制的驱动装置的压力阀来限制。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的运动装置，其特征在于，接触力是可选择的，且所述压力阀实施为调节阀。
21.根据前述权利要求中任一项所述的操纵组件(I)在根据前述权利要求中任一项所述的运动装置(30)中的使用。
【文档编号】G09B9/30GK104411467SQ201380024096
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2012年5月8日
【发明者】R.S.施勒塞伯格, R.J.施勒塞伯格, R.施勒塞伯格, N.艾森科克 申请人:阿姆斯特－系统科技有限责任公司