BRPI0609553B1 - Control device - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO DE CONTROLE" Campo da Invenção A presente invenção se refere a um dispositivo de controle com pelo menos quatro graus de liberdade, e, em particular, a um dispositivo de controle que lê dois desvios de ângulo de inclinação em x e y, um ângulo de rotação ao redor de um eixo z, e um desvio linear no eixo z.

Antecedentes da Invenção Muitos tipos diferentes de dispositivos de controle foram construídos para várias propostas. 0 dispositivo de controle mais comum é o assim denominado mouse, que dá variáveis de posicionamento em duas dimensões para uso no controle de operação de aplicações em um computador. Outros dispositivos de controle de interface incluem o assim denominado joystick que dão variáveis de posicionamento também em duas dimensões a partir do bastão; contudo, pelo uso de botões extras em conjunto com o bastão, é possível aumentar o número de "variáveis de posicionamento", mas deve ser compreendido que este dispositivo fisicamente somente mede as variáveis de posicionamento em duas dimensões. Uma esfera de trilho também distribui dados para duas dimensões; uma almofada de jogo freqüentemente usa um joystick pequeno similar a punho para medição das variáveis de posicionamento e pode se estender na faixa da funcionalidade do controlador para mais dados de controle pela utilização de botões extras; uma roda de direção {para jogo de computador) distribui dados em uma dimensão.

Em muitas soluções encontradas, o dispositivo de controle somente dá medições de referência e não medições absolutas, significando que para uma aplicação que conta com coordenadas absolutas do dispositivo de controle para funcionar corretamente, computação complexa é necessária para manter continuamente o trilho da localização do dispositivo de controle. Ainda, tais dispositivos ou necessitam de serem calibrados regularmente, ou eles continuamente incorrerão em um erro que rapidamente pode se tornar crítico, dependendo da aplicação.

Freqüentemente para aplicações dentro das áreas industriais e/ou profissionais, duas dimensões não são suficientes, mas a medição de mais variáveis de posicionamento físicas seria vantajosa. Para esta proposta, várias soluções podem ser encontradas na literatura, por exemplo, em WO 88/05942, no qual um aparelho de joystick tendo seis graus de liberdade é mostrado, em US 5.854.622, no qual um joystick para medição em seis graus de liberdade é mostrado, ou em US 5.565.891, no qual um controlador manipulado pela mão com seis graus de liberdade é mostrado. Contudo, em muitos destes casos, as soluções são complexas e custosas de manufaturar, e/ou elas podem ser difíceis de implementar em certas áreas de aplicação, dependendo de suas dimensões geométricas e desenho.

As aplicações acima todas objetivam dispositivo de controle mantido pela mão para controlar algum processo externo, tal como jogo de computador ou controle de mecanismo, veículos, ou outro equipamento. Em algumas áreas de interesse, é desejável ter-se um dispositivo que possa medir a posição e movimento de um objeto inserido em ou fixado ao dispositivo. Por exemplo, dentro da simulação de procedimentos cirúrgicos ou similares. Contudo, os dispositivos para esta proposta são freqüentemente volumosos, complexos, e custosos, significando que existe uma necessidade de uma solução de custo eficiente e segura para estas aplicações.

Resumo da Invenção É o objetivo da presente invenção proporcionar um dispositivo de controle para medição de variáveis de posição em quatro dimensões, e com a opção extra de proporcionar controle de dados extra pelo uso de botões de controle separados em conjunto com as medições de posicionamento.

Um primeiro aspecto da presente invenção, um dispositivo de controle para proporcionar uma posição de um objeto com pelo menos quatro parâmetros de posição é provido, compreendendo: - uma estrutura giratória; - pelo menos um sensor para medição de uma posição da estrutura giratória; uma unidade de deslocamento proporcionando um deslocamento linear e um sinal proporcional ao deslocamento linear; no qual o pelo menos um sensor está em contato de detecção com a estrutura giratória para determinação de uma posição da estrutura giratória, em um primeiro, segundo e terceiro parâmetro de posição, a unidade de deslocamento sendo disposta em ligação mecânica à estrutura giratória, e proporcionando uma medição em um quarto parâmetro de posição, o dispositivo de controle sendo adicionalmente disposto para proporcionar um sinal indicativo dos quatro parâmetros de posição. 0 sensor pode ser um sensor de não-contato, 0 sensor de não-contato pode ser um sensor ótico, ou um sensor magnético de medição de propriedades magnéticas. 0 sensor ótico é disposto para detectar um modelo ótico na estrutura giratória. 0 modelo ótico é um modelo pré-configurado que aumenta uma resolução da determinação dos primeiro, segundo e terceiro parâmetros de posição. 0 sensor para medição de propriedades magnéticas pode ser disposto para medir um modelo magnético na estrutura giratória. 0 sensor pode ser um sensor de medição de impedância que usa anéis de deslizamento.

Parte da unidade de deslocamento pode estar disposta em um furo disposto pelo menos parcialmente através da estrutura giratória. 0 furo através da estrutura giratória pode estar disposto substancialmente através de uma porção central da estrutura giratória.

Um primeiro objeto pode estar disposto em ligação mecânica à unidade de deslocamento. 0 primeiro objeto disposto em ligação mecânica à unidade de deslocamento pode ser um punho operável por um usuário. 0 punho pode compreender pelo menos uma unidade de interface que proporciona sinais de função. 0 primeiro objeto pode ser um dispositivo de recebimento para recebimento de um segundo objeto, e compreendendo um dispositivo de aperto que retém o segundo objeto. 0 primeiro objeto disposto em ligação mecânica à unidade de deslocamento pode ser um dispositivo de simulação médica disposto para receber um instrumento médico ou um instrumento médico simulado para uso no interior de um corpo de mamífero. 0 instrumento médico ou instrumento médico simulado pode ser pelo menos um endoscópio, laparoscópio, retoscópio, cateter, stent e laringoscópio. 0 dispositivo de controle pode compreender adicionalmente pelo menos um mecanismo de mola fixado à estrutura giratória que permite translação linear da estrutura giratória em um plano perpendicular ao dispositivo de deslocamento. 0 pelo menos um sensor e/ou unidade de deslocamento medem as posições absolutas do primeiro objeto fixado à unidade de deslocamento.

Os quatro parâmetros incluem desvios de ângulo em duas dimensões, um ângulo rotacional ao redor de um eixo perpendicular às duas dimensões, e um parâmetro de deslocamento linear na direção do eixo perpendicular às duas dimensões. 0 dispositivo de controle pode adicionalmente compreender realimentação de força aplicada a pelo menos uma da estrutura giratória e o dispositivo de deslocamento.

Estes e outros aspectos da invenção serão aparentes a partir de e elucidados com referência às concretizações descritas daqui por diante.

Breve Descrição dos Desenhos Em seguida a invenção será descrita em um modo não-limitativo e em maiores detalhes com referência às concretizações exemplares ilustradas nos desenhos em anexo, em que: A Figura la ilustra uma vista lateral de um dispositivo de controle de acordo com a presente invenção; A Figura 1b ilustra uma vista superior de um dispositivo de controle de acordo com a presente invenção; A Figura 2 ilustra esquematicamente um dispositivo de processamento de acordo com a presente invenção; A Figura 3 ilustra uma vista detalhada do dispositivo de controle da Figura la; A Figura 4 ilustra um dispositivo de deslocamento linear de acordo com a presente invenção; e A Figura 5 ilustra um dispositivo de controle com um manipulo de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção é um dispositivo de controle 1 ilustrado nas Figuras la e lb, compreendendo uma estrutura giratória 2 (tal como uma estrutura similar à esfera), pelo menos um sensor 3, 4 e 5, um dispositivo de deslocamento 6, ao qual um objeto 7 pode ser fixado, e um invólucro 8 que circunda alguns dos componentes. 0 dispositivo de controle 1 adicionalmente compreende conectores elétricos 9, e botões opcionais 10, 11 e 12. A Figura la ilustra uma vista esquematicamente lateral do dispositivo 1 ao longo da linha la na Figura lb, e a Figura lb é uma vista esquematicamente superior ao longo da linha lb na Figura la. A estrutura giratória 2 pode ser fixada ao invólucro 8, ou a outras estruturas de retenção com molas (não mostradas), ou podem girar livremente em um alojamento com desenho mecânico firme o bastante para manter a estrutura giratória no lugar. Rodas ou outros mecanismos de rolamento (não mostrados) podem manter a estrutura giratória 2 na posição correta e estável para os sensores 3, 4 e 5 tomar leituras da posição da estrutura giratória 2. Em uma concretização, a estrutura giratória 2 é uma estrutura similar à esfera; contudo, visto que ela não necessita girar totalmente em todas as direções, ela pode diferir de uma estrutura esférica, por exemplo, ela pode ser truncada na extremidade de topo e/ou de fundo onde o dispositivo de deslocamento 6 sai. 0 dispositivo de deslocamento 6 pode ser fixado a um furo 13 na estrutura giratória 2 que permite movimento através da esfera 2 do dispositivo de deslocamento 6, ou do objeto 7 fixado ao dispositivo de deslocamento 6. 0 dispositivo de deslocamento 6 pode ser uma unidade de medição de deslocamento linear com uma parte mantida fixada e outra parte móvel em relação à parte fixa, por exemplo, uma parte externa 15 fixa em relação à estrutura giratória 2 e uma parte interna 14 móvel em uma direção com relação à parte externa 15 fixa. Alguns meios de detecção são incorporados no dispositivo de deslocamento linear 6 que mede a posição relativa da parte interna 14 com relação à parte externa 15. Deve ser apreciado pelo técnico no assunto que a função pode ser variada entre a parte externa 15 e a parte interna 14 com relação a ambas as localizações dos meios de detecção, e cuja parte é fixa em relação à estrutura giratória dois. Com o termo linear em relação ao dispositivo de deslocamento linear 6 significa a função mecânica; contudo, um sinal elétrico que emana devido ao deslocamento não necessita ser linear, mas de qualquer função calibrada conforme compreendido pelo técnico no assunto. Dependendo da aplicação do dispositivo de controle 1, soluções diferentes para o deslocamento linear podem ser usadas. Em alguns casos, o dispositivo de deslocamento 6 pode estender-se através da estrutura giratória 2, e ainda estender-se abaixo da estrutura giratória 2, ou ainda no invólucro 8; em tais situações, o dispositivo de deslocamento 6 pode compreender um eixo longo ou estrutura móvel similar em relação à porção fixa do dispositivo 6; contudo, se o dispositivo de deslocamento 6 não é permitido passar através e/ou abaixo da estrutura giratória, uma ação telescópica pode ser provida para a parte do dispositivo de deslocamento 6 que é móvel em relação à parte fixa. Em tal caso com o dispositivo de deslocamento 6 não permitido passar através da estrutura giratória, uma mola pode ser provida de modo a impelir a parte móvel de volta para uma posição inicial, no qual a mola pode estar localizada no interior da estrutura giratória 2 no fundo do furo 13; o furo não se estendendo inteiramente através da estrutura giratória 2.

Pelo menos um sensor 3, 4 e 5 é fixado ao invólucro 8, e mede uma ou várias variáveis dependentes da posição. Estas são usadas para determinar a posição absoluta da estrutura giratória em três posições angulares. Os sensores 3, 4 e 5 podem ser de um tipo de detecção ótica que lê um modelo na superfície da estrutura giratória 2. 0 sensor ótico pode ser uma câmera que obtém uma imagem do modelo, e com processamento de imagem adequado, a posição da estrutura giratória 2 em três variáveis angulares pode ser obtida. Pela utilização de um modelo pré-configurado conhecido para o sistema de processamento de imagem, resolução aumentada das variáveis pode ser obtida. Os três ângulos podem ser ângulos de inclinação nas direções x e y e um ângulo rotacional ao redor de um eixo apontando em uma direção z, perpendicular a um plano definido pelas direções x e y. 0 dispositivo de deslocamento 6, bem como o furo 13, podem estar localizados de modo a ter sua direção longitudinal ao longo desta direção z.

Os sensores podem estar localizados com ângulos apropriados ao redor da periferia da estrutura giratória 2, conforme compreendido pelo técnico no assunto, por exemplo, quando se usa três sensores 3, 4 e 5, eles podem estar localizados em posição relativa de 120° ao redor da estrutura giratória 2. Eles podem também estarem localizados em planos diferentes, por exemplo, dois sensores 3 e 4 em um plano perpendicular a um eixo longo do dispositivo de deslocamento linear 6 quando na posição relaxada (ou neutra), e um sensor 5 pode estar localizado em uma posição diferente fora do plano acima mencionado (por exemplo, diretamente sob a estrutura giratória 2, uma extremidade de fundo da estrutura giratória 2, ou em uma posição entre a extremidade de fundo e o plano definido acima).

Os botões 10, 11 e 12 podem ser usados para funções como, por exemplo, ligar/desligar, reiniciar, ou para adição de funcionalidade quando em combinação com o movimento da estrutura giratória 2 e/ou do dispositivo de deslocamento 6. 0 dispositivo de controle 1 pode incluir botões ou outras unidades de interface em um punho ou similar fixado ao dispositivo de deslocamento 6 para manuseio conveniente de funções extras, permitindo que uma mão manobre o equipamento controlado pelo dispositivo de controle 1. Um exemplo de tal funcionalidade extra e soluções de interface podem ser encontrados adicionalmente abaixo nas discussões de tipos diferentes de exemplos de aplicações.

Todas as partes móveis do dispositivo de controle, incluindo botões funcionais ou outra unidade de interface do usuário, podem ser providas com mecanismo de mola de modo a impelí-las de volta para uma posição de partida.

Em uma concretização preferida, dois sensores óticos 3 e 4, localizados a 90° ou 120° um em relação ao outro, são usados para determinar a posição angular da estrutura giratória 2; contudo, a invenção não é limitada a este número de sensores, mais ou menos número de sensores pode ser usado. Os sensores óticos podem, por exemplo, serem de tipo que adquirem imagem de CMOS (semicondutor de óxido de metal complementar), ou que adquirem imagem de CCD (dispositivo acoplado de carga), para obtenção de imagens do modelo superficial da estrutura giratória 2. Processamento de imagem é usado para rastrear características do modelo e determinar o movimento relativo de imagem para imagem. Pela pré-configuração de um modelo conhecido, com características únicas no modelo na superfície, é possível ter-se uma medição absoluta da posição da estrutura giratória. Já com um sensor ótico e processamento de rastreio de imagem sem qualquer modelo pré-configurado, é possível ter-se um sistema de determinação da posição relativa. Com um sensor 3 e um modelo pré-configurado, posicionamento absoluto da estrutura giratória é possível usando-se rastreio da imagem. Em outra concretização, um ou vários sensores magnéticos 3, 4 e 5 que medem um modelo magnético e um modelo similar de rastreio para o sistema ótico podem ser usados na localização e determinação de uma posição relativa ou absoluta da estrutura giratória 2. 0 modelo deve ser de um tamanho e tipo adequado, dependendo do elemento de detecção usado, por exemplo, o tamanho deve se equiparar a área de resolução e imagem quando se usa um sensor ótico.

Os sinais a partir dos sensores 3, 4 e 5, e do dispositivo de deslocamento 6 são todos transferidos para um dispositivo de processamento 200, ilustrado na Figura 2, via um conector 207, para processamento de imagem e condicionamento de sinal de modo a proporcionar um sinal ou sinais indicativos da posição da estrutura giratória 2 e do dispositivo de deslocamento 6 para algum dispositivo externo ligado ao dispositivo de processamento usando um conector 203. O dispositivo de processamento pode incluir um processador 201, unidade de memória (ou unidades) 202, unidade de processamento de imagem 204, e outras unidades 205 e 206, dependendo da aplicação do dispositivo de controle. A unidade de processamento pode ter uma interface de comunicação para comunicação com dispositivos externos, ou unidades opcionais fixadas ao dispositivo de controle 1. Tais unidades opcionais podem incluir, mas não é limitado a, realimentação de força, dispositivos de aperto, ou dispositivos de interação similares para interagirem com um usuário do dispositivo de controle. Interfaces para ambas as comunicação com dispositivos externos, ou entradas de sensor interno, podem ser providos através de qualquer conector adequado ou conectores, conforme compreendido pelo técnico no assunto, incluindo, mas não limitado a, USB (barra de série universal), Firewire, RS232, RS485, Ethernet, entrada paralela Centronics, GPIB (barra de interface de proposta geral), interfaces sem fio diferentes (por exemplo, Bluetooth e WLAN), e assim por diante. As interfaces listadas são todas de acordo com as interfaces padrão existentes, mas deve ser compreendido que podem envolver soluções padrões futuras, ou mesmo interfaces proprietárias.

Meios de sensor de não-contato podem vantajosamente serem utilizados desde que a estrutura giratória 2 seja encapsulada no interior do invólucro 8 do dispositivo de controle 1; contudo, estes tipos de sensores podem ser usados mesmo se não existe encapsulamento. Portanto, existe uma pequena quantidade de distúrbios que podem influenciar a leitura, tais como poeira, luz, ou campos magnéticos extraviados. Em uma concretização, o invólucro 8 é produzido de um material eletricamente condutivo com propriedades de blindagem magnética de modo a reduzir o risco de influenciar um sensor magnético que mede a posição da estrutura giratória 2.

Contudo, a invenção não é limitada a medições de não-contato da posição da estrutura giratória 2; sensores de contato podem também serem usados, incluindo, mas não limitado a, anéis de escorregamento, medições de impedância, divisores de voltagem, codificadores digitais, e medições capacitivas. A Figura 3 mostra uma vista detalhada do dispositivo de controle 1, de acordo com a presente invenção. Neste caso, o dispositivo de deslocamento 6 é permitido passar através da estrutura giratória 2, e adicionalmente abaixo nas partes inferiores do invólucro, ou ainda adicionalmente, se aplicável, dependendo da aplicação e montagem. Uma estrutura de retenção 17 para reter a estrutura giratória é provida com um furo 18 maior do que a parte móvel 14 do dispositivo de deslocamento 6. Isto é necessário de modo a permitir o movimento de inclinação nas direções x e y. Por exemplo, o invólucro 8 pode definir a faixa de direção de inclinação x e y permissivel, ou a estrutura de retenção 17 pode ser usada para a mesma proposta. Os sensores 3 e 5 para determinação da posição da estrutura giratória 2 estão localizados em ou na estrutura de retenção 17. Os sinais a partir dos sensores 3 e 5 são propagados em linhas de sinal 21 e 22 para o dispositivo de processamento 200 para processamento. Os sinais a partir do dispositivo de deslocamento 6 podem também serem propagados para o dispositivo de processamento 200 usando-se linha ou linhas de sinal apropriadas (não mostradas) . 0 número de sensores e linhas de sinal não é limitado à quantidade mostrada, mas ele pode ser mais ou menos, dependendo da aplicação e tipo e número de sensores usados. Na mesma maneira, os sinais a partir dos botões de função 10, 11 e 12, ou de qualquer outra funcionalidade de interface, são propagados em linhas de sinal adequadas ao dispositivo de processamento 200. A Figura 4 mostra o dispositivo de deslocamento linear 6 usado na presente invenção. Contudo, outros tipos de dispositivos de deslocamento podem ser usados conforme compreendido pelo técnico no assunto. Na Figura 4, uma parte externa 15 e uma parte interna 14 estão em relação móvel uma com a outra, e conectores elétricos para medição da posição dos dois elementos um em relação ao outro podem estar localizados ou na parte externa 15 ou na parte interna 14. Um objeto 7 pode ser posicionado, fixado, ou em ligação mecânica com ou a parte interna 14 ou a parte externa 15. Na Figura 4 ele está fixado à parte interna 14. Este objeto 7 pode ser, por exemplo, um punho possivelmente contendo unidades de interface de controle adicionais (botões, comutadores, ou relés), um dispositivo de recebimento para recebimento de outro objeto a ser posicionado (por exemplo, um instrumento cirúrgico a ser simulado ou imitado), ou um dispositivo de alinhamento usado no alinhamento de objetos distantes. Maior quantidade destes pode ser encontrada nos exemplos listados abaixo de uso da presente invenção. O dispositivo de controle com quatro parâmetros de posição pode ser usado como um dispositivo de detecção de ângulo devido à alta precisão das medições angulares disponíveis quando o modelo pré-configurado é utilizado na superfície da estrutura giratória 2. Um sistema para este tipo de aplicação, necessário para ter um modelo que seja ajustado ao sensor escolhido, isto é, o tamanho das partes do modelo necessário para ser pequeno bastante de modo a assentar uma parte adequada do modelo no campo de visão do sensor em cada tempo. Por exemplo, para imagens de leitura de um sensor ótico, várias partes de modelo devem ser visíveis. Contudo, o modelo pode não ser muito pequeno, porque então existe um risco que o sensor de imagem liberará detalhes devido à resolução limitada do elemento de sensor de imagem e, desse modo, interpretar mal.

Um dispositivo de controle multi-dimensional pode encontrar aplicação dentro de aplicações de jogo de computador, controle de veículo (direção de carros, caminhões, aeroplanos, helicópteros e ônibus), controle de máquina, tais como para maquinaria de construção pesada (escavadoras, maquinaria de carregamento, mineração, e assim por diante), e guindastes, e para dispositivos de simulação. Dispositivos de simulação são encontrados em muitas áreas diferentes, tais como treinamento de pilotos, operadores de máquina, médicos, e assim por diante. A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de controle 500 para uso em aplicações de jogo e/ou profissional. 0 dispositivo de controle 500 compreende uma placa base 501, uma estrutura giratória 502, um dispositivo de deslocamento 506, um punho 520, uma roda de voluta 525, e botões de função 526 e 527. A placa base 501 pode ser disposta para proposta de suporte somente, no qual o dispositivo de controle 500 é usado, por exemplo, em uma aplicação de jogo, e necessita estar suportado em uma mesa, ou conduzido ou disposto para proposta de montagem, por exemplo, em uma aplicação profissional (por exemplo, como dispositivo de controle em equipamento de maquinaria), para montagem fixa ou semi-fixa do dispositivo de controle em uma localização adequada no interior ou adjacente ao equipamento a ser controlado. 0 dispositivo de controle 501 compreende adicionalmente um punho 520 que proporciona um agarre, e botões opcionais 526 e 527, e/ou roda de voluta 525 de modo a proporcionarem funções adicionais e sinais de controle de movimento do equipamento a ser controlado. A função da roda de voluta 525 pode também ser designada como um comutador com ação de cotovelo que proporciona sinais indicativos de duas direções (por exemplo, para frente e para trás) de movimento. O punho 520 está mecanicamente conectado ao dispositivo de deslocamento 506, e quando o operador pressiona para cima ou para baixo, ele se moverá consequentemente, e o dispositivo de deslocamento 506 gerará sinais indicativos deste deslocamento. Ao mesmo tempo o dispositivo de deslocamento 506 está em ligação mecânica com a estrutura giratória 502 que capacita o deslocamento nas direções de inclinação x e y e rotação ao redor do eixo z, conforme descrito anteriormente. Os sensores que medem os movimentos da estrutura giratória 2 gerarão sinais indicativos deste deslocamento. No interior do dispositivo de controle 501, uma unidade de processamento está localizada de modo a processar o sinal a partir dos sensores diferentes e interfaces de função (botões, comutadores e relés), e proporcionar sinais ao equipamento a ser controlado, por exemplo, um controle de computador, um jogo de computador, ou uma maquinaria de controle da unidade de processamento. Tais sinais podem ser providos através de qualquer conector adequado (não mostrado), conforme compreendido pelo técnico no assunto, incluindo, mas não limitado a, USB (barra de série universal), Firewire, RS232, RS485, Ethernet, entrada paralela Centronics, GPIB (barra de interface de proposta geral), interfaces sem fio diferentes (por exemplo, Bluetooth e WLAN), e assim por diante. As setas 531, 532 e 533 indicam algumas das direções de deslocamento possíveis do dispositivo de controle 500, a seta 530 indica uma direção de deslocamento da roda de voluta 525. A seta 532 é indicativa de uma direção de inclinação do dispositivo de controle 500; contudo, outras direções de inclinação são possíveis, todas ao redor da periferia de 360° do punho 520 da esfera 502. 0 dispositivo de controle 1, de acordo com a presente invenção, pode ser usado como uma unidade de interface a um computador para uso em um jogo de computador ou similar, ou como uma unidade de interface em um dispositivo de simulação (por exemplo, um simulador de vôo). Em uma concretização, uma pluralidade de dispositivos de controle 1 são conectadas a uma unidade de interface simples (não mostrada), por exemplo, dois dispositivos de controle 1, de acordo com a presente invenção, no qual um dispositivo de controle é usado para controlar um processo, e o outro dispositivo de controle é usado para controlar outro processo. Por exemplo, em uma aplicação de jogo (jogo de computador), um dispositivo pode ser usado para controlar o movimento de um caractere na visão, e o outro dispositivo de controle é usado para controlar um dispositivo mantido pelo caractere (por exemplo, uma arma ou similar). Desse modo, um usuário pode simultaneamente operar várias funções ou ações ao mesmo tempo. Esta característica do dispositivo de controle duplo pode ser usada para controlar outro equipamento, bem como compreendido pelo técnico no assunto.

No uso de treinamento e/ou programação de robôs, um dispositivo de controle 1, de acordo com a presente invenção, pode ser usado. Uma pessoa pode controlar o robô usando o dispositivo de controle 1 durante uso do robô, ou na programação do robô para fazer tarefas automatizadas. Um robô pode nesta aplicação ser um dispositivo usado em um processo de manufaturamento automático, tal como em uma linha de montagem em uma fábrica, ou operação similar.

No treinamento de profissionais dentro da medicina, tais como médicos, cirurgiões, ou veterinários, para cirurgia invasiva e/ou não-invasiva no interior de um corpo de mamífero, dispositivos de simulação e/ou imitação são usados. Estes permitem que dispositivos cirúrgicos ou de diagnósticos, por exemplo, instrumentos laparoscópicos ou outros instrumentos para cirurgia ou diagnose, por exemplo, laparoscópio, cateter, stent, laringoscópio, ou endoscópio, sejam admitidos no dispositivo de simulação ou de imitação (daqui para frente referido como dispositivo de simulação) de modo a dar a pessoa que usa o dispositivo de simulação um sentimento de um ambiente real. Outras aplicações dentro do campo médico podem ser de interesse, por exemplo, retoscópio, exame ginecológico, e operação dental. Em uma tela de computador, a pessoa em treinamento verá um instrumento sob simulação e movimentos deste de acordo com os sinais de sensor que medem os movimentos do dispositivo cirúrgico admitido no dispositivo de simulação. Em tal aplicação, o dispositivo de controle 1, de acordo com a presente invenção, encontrará aplicabilidade. 0 dispositivo cirúrgico é admitido em uma abertura do invólucro 8 do dispositivo de controle 1, e um mecanismo de recebimento 7 receberá o dispositivo cirúrgico e o reterá durante a simulação. 0 mecanismo de recebimento pode ser incorporado com o dispositivo de deslocamento 6 e, desse modo, ele é permitido mover-se na "direção z", e nas direções de inclinação das direções x e y, e rotação sobre o eixo z, 0 dispositivo de controle medirá o deslocamento do dispositivo cirúrgico na direção z, rotação na direção z, e nas direções de inclinação x e y. 0 dispositivo de processamento medirá a posição do dispositivo cirúrgico e dados de avanço indicativos desta posição para um sistema de processamento do dispositivo de simulação, que usará destes dados para atualizar a tela do computador com imagens de um instrumento em relação ao dispositivo simulado.

Mais do que um instrumento cirúrgico simulado pode ser aplicado simultaneamente ao dispositivo de controle 1 por, por exemplo, fixação de vários mecanismos de recebimento 7 em ligação paralela ou em série um com o outro, ou ao dispositivo de deslocamento 6.

Neste tipo de aplicação, é vantajoso usar realimentação interativa mecânica, bem como a realimentação visual provida pela tela do computador. Tal realimentação interativa mecânica envolve realimentação de força que proporciona o usuário com forças mecânicas que podem ser encontradas em uma situação real. Dispositivos de aperto ou de fricção podem proporcionar forças de fricção realísticas para certas situações de treinamento, tais como simulação de instrumentos que penetram as paredes do vaso sangüíneo, encontrando voltas ou curvas de vaso sangüíneo, encontrando ossos, ou interfaceando com outras partes do corpo. Por exemplo, o dispositivo de retenção que recebe o instrumento após entrada pode ser disposto para reter o instrumento com uma certa força e permitir o deslocamento do instrumento, ou força pode ser aplicada ao dispositivo de deslocamento linear 6 e/ou à estrutura giratória 2.

Em ainda outra aplicação da presente invenção, um instrumento de medição de inclinação ou alinhamento pode ser provido. Um dispositivo de pontaria pode estar localizado no dispositivo de deslocamento, e um operador mantém um punho fixado ao dispositivo de deslocamento e aponta o dispositivo de pontaria em direção a um objeto a ser alinhado com o instrumento de medição de inclinação. Quando o objeto está corretamente alinhado no dispositivo de pontaria, a inclinação correspondente e parâmetros z podem ser lidos usando-se, ou um mostrador fixado ao instrumento de medição de inclinação, ou alimentados para um dispositivo de leitura separado (por exemplo, um computador) . Isto pode ser usado para proposta de alinhamento, ou para medição de uma localização de um objeto distante.

Em ainda outra aplicação da presente invenção, um digitalizador pode ser provido. 0 digitalizador é usado para determinar uma estrutura física de um objeto pela determinação de uma pluralidade de pontos de limitação externos no objeto. Isto é feito pela retenção de uma sonda (fixada ao dispositivo de deslocamento 6) ao objeto, e leitura dos parâmetros de posição associados com esta localização usando-se os quatro parâmetros de posição a partir do dispositivo de controle de acordo com a presente invenção agora agindo como um dispositivo de leitura. De modo a aumentar a flexibilidade de deslocamento (isto é, o número de graus de liberdade) do dispositivo de leitura, um ou vários braços de ligação podem ser necessários.

Deve ser notado que a palavra "compreendendo" não exclui a presença de outros elementos ou etapas do que aquelas listadas, e as palavras "um" ou "uma" que precedem um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. Deve ser adicionalmente notado que quaisquer sinais de referência não limitam o escopo das reivindicações, que a invenção pode ser implementada por meio de ambos os hardware e software, e que vários "meios" podem ser representados pelo mesmo item de hardware.

As concretizações acima mencionadas e descritas são somente dadas como exemplos, e não deve estar limitadas a presente invenção. Outras soluções, usos, objetivos e funções dentro do escopo da invenção, conforme reivindicada nas reivindicações de patente abaixo descritas, devem ser aparentes ao técnico no assunto.

REIVINDICAÇÕES

Claims (20)

1. - Dispositivo de controle (1) para provisão de pelo menos quatro parâmetros de posição, compreendendo: - uma estrutura giratória (2); - pelo menos um sensor (3, 4, 5) para medição de uma posição de referida estrutura giratória; - uma unidade de deslocamento (6) proporcionando um deslocamento linear e um sinal proporcional ao referido deslocamento linear; caracterizado pelo fato de que dito pelo menos um sensor (3, 4, 5) está em contato de detecção com referida estrutura giratória (2) para determinação de uma posição de referida estrutura giratória (2), em um primeiro, segundo e terceiro parâmetro de posição, referida unidade de deslocamento (6) sendo disposta em ligação mecânica à referida estrutura giratória (2), e proporcionando uma medição em um quarto parâmetro de posição, referido dispositivo de controle sendo adicionalmente disposto para proporcionar um sinal indicativo de referidos quatro parâmetros de posição.

2. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido sensor (3, 4, 5) é um sensor de não-contato.

3. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referido sensor de não-contato (3, 4, 5) é um sensor ótico.

4. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que referido sensor ótico (3, 4, 5) é disposto para detectar um modelo ótico na referida estrutura giratória (2).

5. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que referido modelo ótico é um modelo pré-configurado que aumenta uma resolução da determinação de referidos primeiro, segundo e terceiro parâmetros de posição.

6. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referido sensor (3, 4, 5) é um sensor para medição de propriedades magnéticas.

7. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que referido sensor (3, 4, 5) para medição das propriedades magnéticas é disposto para medir um modelo magnético na referida estrutura giratória (2).

8. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido sensor (3, 4, 5) é um sensor de medição de impedância que usa anéis de deslizamento.

9. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que parte de ■ referida unidade de deslocamento (6) é disposta em um furo disposto pelo menos parcialmente através de referida estrutura giratória (2).

10. - Dispositivo de controle {1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referido furo através de referida estrutura giratória é disposto substancialmente através de uma porção central de referida estrutura giratória (2).

11. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um primeiro objeto (7) é disposto em ligação mecânica à referida unidade de deslocamento (6).

12. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referido primeiro objeto (7), disposto em ligação mecânica à referida unidade de deslocamento, é um punho operável por um usuário.

13. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que referido punho compreende pelo menos uma unidade de interface (525, 526, 527) que proporciona sinais de função.

14. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referido primeiro objeto (7) é um dispositivo de recebimento de um segundo objeto, e compreendendo um dispositivo de aperto que retém referido segundo objeto.

15. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referido primeiro objeto (7), disposto em ligação mecânica à referida unidade de deslocamento (6), é um dispositivo de simulação médica disposto para receber um instrumento médico ou um instrumento médico simulado para uso no interior de um corpo de mamífero.

16. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que referido instrumento médico ou instrumento médico simulado é pelo menos um endoscópio, laparoscópio, retoscópio, cateter, stent e laringoscópio.

17. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente pelo menos um mecanismo de mola fixado à referida estrutura giratória (2) que permite translação linear de referida estrutura giratória (2) em um plano perpendicular ao referido dispositivo de deslocamento (6).

18. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor (3, 4, 5) e unidade de deslocamento (6) medem as posições absolutas de referido primeiro objeto (7) fixado à referida unidade de deslocamento (6).

19. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referidos quatro parâmetros incluem desvios de ângulo em duas dimensões, um ângulo rotacional ao redor de um eixo perpendicular às referidas duas dimensões, e um parâmetro de deslocamento linear na direção de referido eixo perpendicular às referidas duas dimensões.

20. - Dispositivo de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente realimentação de força aplicada a pelo menos uma de referida estrutura giratória (2) e referido dispositivo de deslocamento (6).