DE102011075426B4

DE102011075426B4 - Eingabeeinheit

Info

Publication number: DE102011075426B4
Application number: DE102011075426.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Griener; Reinier Kortekaas; Thomas Pfeiffer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2031-05-07
Also published as: DE102011075426A1

Abstract

Eingabeeinheit (EE) mit einem Eingabemittel (JS) zur Eingabe von ersten Steuersignalen (JSS) für Antriebseinheiten (AS) eines medizinischen Geräts,wobei das Eingabemittel (JS) in Formeines zylinderförmigen Joysticks (JS) ausgebildet ist, wobei auf der Deckfläche des Zylinders Tastenfelder (TF) angeordnet sind, wobei mittels Tasten der Tastenfelder (TF) erste Steuersignale (JSS) für die Antriebseinheiten (AS) ausgelöst werden, wobei in oder auf der Mantelfläche des Zylinders (GT) Sensorelemente (AF1, AF2, ...) integriert sind, wobei mittels der Sensorelemente (AF1, AF2,...) ein Kontakt zu einem Eingebenden überprüft wird und bei Vorliegen eines innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegenden Messwertes ein Freigabesignal (SF) für die ersten Steuersignale (JSS) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung einer Eingabeeinheit.
Steuerimpulse können mittels eines Joysticks, der auch als Eingabemittel bezeichnet werden kann, an motorisierte Antriebseinheiten oder Gerätekomponenten abgegeben werden. Werden die motorisierten Antriebseinheiten von einem medizinischen Gerät über ein dem Eingabemittel zugeordnetes Eingabe- oder Tastenfeld, gesteuert, so wird um ein versehentliches Ansteuern der Antriebseinheiten zu vermeiden das Eingabemittel einmalig mechanisch oder elektrisch entriegelt. Die Aktivierung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass bei einem aktivierten Betriebszustand des Eingabemittels über diese Steuerimpulse auslösbar sind. So könnten Steuerbefehle, nach einer Entriegelung des Eingabemittels, durch ein einfaches unbeabsichtigtes Berühren oder Drücken einer Taste auf dem Eingabefeld des Eingabemittels ausgelöst werden.
Für den mechanischen bzw. handwerklichen Bereich ist aus der Druckschrift WO 2003/ 093 048 A1 eine Totmannvorrichtung bekannt, mit mindestens einem Handgriff zum Führen und/oder Halten einer mitgängergeführten und/oder handgehaltenen Bearbeitungsmaschine, wobei ein kapazitiver Sensor in einem Bereich des Handgriffs angeordnet ist. Ferner sind aus der Druckschrift DE 10 2007 042 221 A1 eine Elektrohandwerkzeugmaschine bekannt, mit einem Hauptschalter und mindestens einer Sicherheitseinrichtung zum Freigeben der Funktion der Elektrohandwerkzeugmaschine. Die Sicherheitseinrichtung weist mindestens einen einem Handgriff der Elektrohandwerkzeugmaschine zugeordneten kapazitiven Schalter auf.
Eine Bedieneinheit umfassend einen Taster mit beweglichem Tastenelement, einem Display und einem transparenten, berührungsempfindlichen Eingabefeld ist aus der Druckschrift WO 2011 / 018 439 A1 bekannt. In der Druckschrift EP 2 234 005 A1 ist eine Bedienvorrichtung zur Beobachtung und Bedienung einer technischen Anlage mit einem berührungssensitiven Display beschrieben, wobei ein zusätzlicher berührungssensitiver Bereich außerhalb einer Fläche, welche durch das Display belegt ist, angeordnet ist. Eine Benutzerschnittstelle zum Ändern eines Betriebsmodus eines Medienabspielgeräts ist aus der Druckschrift US 2007 / 0 119 698 A1 auf der Grundlage von erfassten Näherungs- und Kraftinformationen bekannt.
Aus der wissenschaftlichen Publikation „Joystick Control with Capacitive Release Switch for a Microsurgical Telemanipulator" von MAIER, T. [et al.] (Proceedings of 2010 IEEE Human System Interaction, S. 223-229) ist die Steuerung eines Telemanipulators für Mittelohroperationen über Joystickpositionen bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Eingabeeinheit für motorisch gesteuerte Gerätekomponenten anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine unkontrollierte Auslösung von Steuersignalen unterbleibt.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass nur bei definierter Bedienung der Eingabeeinheit, Steuerimpulse von dieser abgegeben werden.
Nachfolgend wird in Figuren mittels mehrerer Ausführungsbeispiele der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Prinzipschaltbild einer Eingabeeinheit,
2 ein Eingabemittel,
3 eine Ausgestaltung eines Eingabemittels,
4 eine Ausgestaltung eines Eingabemittels,
5 eine Ausgestaltung eines Eingabemittels,
6 eine Ausgestaltung eines Eingabemittels und
7 eine Ausgestaltung eines Eingabemittels einer Sensoranordnung mit zugehöriger Auswerteeinheit.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbildes für eine zweite Steuersignale S abgebende Eingabeeinheit EE dargestellt. Die Eingabeeinheit EE weist unter anderem einen Motorcontroller MC, einen Softwarecontroller SWC sowie eine Controllereinheit CE auf. Ein Eingabemittel JS der Eingabeeinheit EE ist in Form eines zylinderförmigen Joysticks JS ausgebildet. Auf der Deckfläche des Zylinders sind Tastenfelder TF angeordnet. Durch Drücken oder Antippen der Tasten der Tastenfelder werden erste Steuersignale JSS für Antriebsmittel ausgelöst. In oder auf der Mantelfläche des Zylinders GT sind Sensorelemente AF1, AF2,... integriert. Das Eingabemittel JS ist über eine Controllereinheit CE mit Motorcontroller MC und Softwarecontroller SWC verbunden. Die Verbindung für einen Datenaustausch kann über eine Luftschnittstelle oder Drahtgebunden erfolgen. Bevor der Motorcontroller MC ein zweites Steuersignal S für einen Stellmotor SMx in der Antriebs- oder Geräteinheit AS abgibt, wird die Sensorfläche oder Sensorelemente SA auf dem Joystick JS nach aktuellen Werten, wie beispielsweise Widerstandswerten oder kapazitiven Werten von einer der Controllereinheit CE zugeordneten Kontrollelektronik E abgefragt. Die über das Tastenfeld TF des Joysticks JS eingegebenen bzw. ausgelösten ersten Steuersignale bzw. Steuerbefehle JSS gelangen über einen Softwarecontroller SWC in den Motorcontroller MC. Liegen zu den ersten Steuersignalen JSS aus der Controllereinheit CE des Eingabemittels JS innerhalb eines Zeitfensters zuordenbare Sensorsignale mit bestimmten Werten von den Sensorelementen oder der Sensorfläche SA vor, so gibt der Motorcontroller MC das an ihm anliegende erste Steuersignale JSS pegelbereinigt in Form eines zweiten Steuersignals S an den betreffenden Stellmotor SMn der Antriebs-, Geräteeinheit AS weiter.
Die Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass mit der Eingabe von Steuerbefehlen über die Eingabetasten des Eingabefeldes TF initiierten ersten Steuersignale JSS direkt zur Antriebeseinheit AS gelangen, wenn die zur Weiterleitung definierten Sensorsignale SF vorliegen.
In 2 ist eine Ausgestaltung eines Eingabemittels JS wiedergegeben. Im linken Bild ist eine Vorderansicht und im rechten Bild ist eine Seitenansicht des Eingabemittels JS gezeigt. Das Eingabemittel JS kann auch als Joystick bezeichnet werden. Der Joystick JS weist an seiner Mantelfläche einen Griffteil GT sowie an der Deckfläche einen Eingabeteil in Form eines Tastenfeldes TF auf. Mittels dieses Tastenfeldes TF können erste Steuersignale bzw. Steuerbefehle für das jeweilige medizinische Gerät eingegeben bzw. abgegeben werden. Zur Weiterleitung der ersten Steuersignale JSS an die Antriebseinheit AS bedarf es jedoch mindestens eines Freigabesignals SF. Dieses Freigabesignal SF wird von einer der Controllereinheit CE zugeordneten Kontrollelektronik E dann gebildet, wenn wie oben beschrieben, die von der Sensoreinheit SA abgreifbare Messwerte unter Einbeziehung von Toleranzwerten vorliegen. Die auf oder im Griffteil GT des Eingabemittels JS integrierte Sensoreinheit SA kann dabei mit ersten und zweiten Sensorelementen bzw. Sensorflächen AF1, AF2,... , die auch als Antennen bezeichnet werden können, ausgebildet sein. In den 3 bis 6 sind Ausgestaltungen von einer ersten und zweiten Sensorfläche AF1, AF2,... schematisch dargestellt.
In der 3 erstreckt sich eine erste Sensorfläche AF1 zumindest über größere Bereiche des Griffteils GT. Diese erste Sensorfläche AF1 kann auch die Berührungsfläche einer einen Griff umschließenden Handinnenfläche wiedergeben. Der Benutzer des Eingabemittels JS erzeugt mittels der Berührung des Griffs eine Freigabe eines von der Controllereinheit CE abgegebenen Freigabesignal SF für die Steuerbefehle vom Tastenfeld TF. Das gilt auch für die Antennenformen gemäß 4 bis 7. Diese Ausgestaltungen bringen jedoch den Vorteil mit sich, dass gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 eine noch höhere Sicherheit gegenüber einer versehentlichen Auslösung oder eines eventuellen HW-Fehlers an den Antennen oder der Sensorik ein Summensignal über mindestens 2 Antennen gebildet werden muss und eine Bewegungsfreigabe nur ausgelöst wird wenn von n-Antennen eine Aktivierung registriert wurde.
In 4 ist die Grifffläche der Eingabeeinheit JS mit einer ersten und einer zweiten Antennen- bzw. Sensorfläche AF1, AF2 abgedeckt. Die Grifffläche wird in der Art aufgeteilt, dass diese den zylinderförmigen Handgriff seiner Länge nach in eine erste und zweite Fläche AF1, AF2 aufteilt. Entsprechend der ersten und zweiten Flächengestaltung sind erste und zweite kapazitive Sensorelemente und/oder seinen Widerstand verändernde Sensorelemente AF1, AF2 ausgebildet. Die Sensorflächen AF1, AF2 können entweder auf eine flexible Leiterbahn in das Gehäuse integriert werden oder als ein metallischer Lack direkt als Metallleiterbahnauflage im Griffbereich des Eingabemittels JS aufgetragen werden. Als Sensorelemente können ebenfalls leitende Körper im Inneren des Eingabemittels, z.B. Schraube zur Befestigung des Joysticks, eingearbeiteter Metallstäbe etc. als Antenne benutzt werden. Eine Auswertung eines Kontaktes oder eine Berührung einer Hand mit den Antennen bzw. den leitenden Flächen AF1, AF2 kann über verschiedene Auswerteeinheiten erfolgen. Zum Beispiel kann ein Charge-Tranfer oder ein gedämpfter Schwingkreis als Auswerteelektronik herangezogen werden. Auch können die erste und zweite Sensorfläche unterschiedlich verteilte Technologien als Sensorflächen aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Auslösesignalisierung der Sensoren mittels einer LED-Anzeige dem Benutzer die Entriegelung bzw. Aktivierung des Eingabemittels angezeigt werden. Zusätzlich kann dem Benutzer die augenblickliche Nichteinsatzfähigkeit des Sensors durch optische Mittel angezeigt werden. Neben der optischen Anzeige kann dem Benutzer eine Rückmeldung durch ein akustisches Signal oder durch eine Vibration des Joysticks signalisiert werden, dass das Eingabemittel JS aktiv ist und/oder die durch die Eingabetasten eingegeben Eingabebefehle weiterleitet.
Der Gegenstand der Erfindung schließt einen Hardwaresicherheitskreis zur Freischaltung von motorisierten Bewegungen in die Steuerelemente von Medizinprodukten durch Verwendung kapazitiver Antennen mit spezieller Antennenform mit ein. Ein vom Anwender bevorzugter Workflow wird durch die zusätzliche Sicherheitsfunktion nicht beeinträchtigt. Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit einem unbeabsichtigten zufälligen Kontakt bzw. einer unbeabsichtigten Bewegung des Joysticks JS keine Steuersignale für Stelleinheiten ab- bzw. freigegeben werden. Ebenso wird bei einer ausdauernden einfachen Berührung des Joysticks JS keine Signalisierung für eine Steuereinheit einer Antriebseinheit abgegeben.
In den 4 bis 6 sind die Oberfläche oder große Teile der Oberfläche der Mantelfläche des zylindrisch aufgebauten Eingabemittels JS mit einer Mehrzahl von Sensorflächen versehen. Wie zu 4 bereits beschrieben, ist eine erste Sensorfläche AF1 auf einer ersten Hälfte sowie eine zweite Sensorfläche AF2 auf einer zweiten Hälfte des Eingabemittels großflächig angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung müssen, bevor ein zweites Steuersignal S erzeugt wird, von beiden Sensorflächen vorgebbare Widerstandswerte oder kapazitive Werte vorliegen. Diese Werte werden von der Kontrollelektronik E überprüft und an die Controllereinheit CE weitergeleitet. Diese gibt dann bei Vorliegen eines Wertes im Definitionsbereich ein Freigabesignal SF an den Motorcontroller weiter. In 5 ist eine weitere Variante einer Flächenaufteilung für einen Griff eines Joysticks JS gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung ist die Grifffläche GF des Joysticks JS mit ringförmig auf diesem angeordneten ersten bzw. zweiten Sensorflächen ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung wie in 6 gezeigt, ist die Mantelfläche des Griffs GF mit einer ersten und zweiten wendelförmig verlaufenden Sensorfläche AF1, AF2,..., besetzt.
In 7 ist eine Sensorfläche mit zwei flächenmäßig verschiedenartig ausgebildeten Antennenteilen gezeigt. Die Sensorflächen AF1, AF2 können beispielsweise auf kapazitive Veränderungen reagieren. Mittels der in unmittelbarer Nähe angeordneten Kontrollelektronik E können die Messwerte der Antennenteile schnell abgefragt und ausgewertet bzw. bewertet werden. Die in 7 gezeigten unterschiedlichen flächigen Ausprägungen der Teilantennen können auf der Grifffläche des Eingabemittels JS angeordnet sein.
Bezugszeichenliste:

EE: Eingabeeinheit
JS: Eingabemittel/Joystick
TF: Tastenfeld
SA: Sensoreinheit/Sensorfläche
CE: Controllereinheit
S: zweites Steuersignal
AS: Antriebseinheit/Geräteeinheit
SM: Stellmotor
SWC: Softwarecontroller
MC: Motorcontroller
SF: Freigabesignal/Sensorsignale der Sensorflächen
AF1: erstes Sensorelement/erste Sensorfläche/erste Antenne
AF2: zweites Sensorelement/zweite Sensorfläche/zweite Antenne
E: Kontrollelektronik
GT: Zylinderfläche/Griffteil
JSS: erstes Steuersignal

Claims

Eingabeeinheit (EE) mit einem Eingabemittel (JS) zur Eingabe von ersten Steuersignalen (JSS) für Antriebseinheiten (AS) eines medizinischen Geräts, wobei das Eingabemittel (JS) in Form eines zylinderförmigen Joysticks (JS) ausgebildet ist, wobei auf der Deckfläche des Zylinders Tastenfelder (TF) angeordnet sind, wobei mittels Tasten der Tastenfelder (TF) erste Steuersignale (JSS) für die Antriebseinheiten (AS) ausgelöst werden, wobei in oder auf der Mantelfläche des Zylinders (GT) Sensorelemente (AF1, AF2, ...) integriert sind, wobei mittels der Sensorelemente (AF1, AF2,...) ein Kontakt zu einem Eingebenden überprüft wird und bei Vorliegen eines innerhalb eines vorgebbaren Wertebereichs liegenden Messwertes ein Freigabesignal (SF) für die ersten Steuersignale (JSS) erfolgt.
Eingabeeinheit noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Controllereinheit (CE) vorgesehen ist, dass die Controllereinheit (CE) derart ausgebildet ist, dass die von den Sensorelementen (AF1, AF2) abgreifbaren Messwerte mit vorgebbaren Wertebereichen verglichen und bei Werteübereinstimmung das Freigabesignal (SF) an einen nachgeordneten Motorcontroller (MC) abgibt.
Eingabeeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorcontroller (MC) derart ausgebildet ist, dass bei Anliegen des Freigabesignals (SF) und des ersten Steuersignals (JSS) von der Controllereinheit (CE) ein zweites Steuersignal (S) an die Antriebseinheit (AS) abgegeben wird.
Eingabeeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (AF1, AF2) sich über die Fläche eines Griffbereichs (GF) des Eingabemittels (JS) erstreckt.
Eingabeeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Sensorelement (AF1, AF2) derart ausgeprägt ist, dass diese sich ringförmig über die Grifffläche (GF) des Eingabemittels erstrecken.
Eingabeeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und zweites Sensorelement (AF1, AF2) wendelförmig über die Grifffläche (GF) des Eingabeelementes erstreckt.
Eingabeeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (AF1, AF2) auf die Grifffläche in Form von Metallleiterbahnen und/oder als metallischer Lack aufgetragen sind.
Eingabeeinheit nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingebendem eine korrekte Eingabe mit einer optischen, akustischen oder einer vibrationsartigen Signalisierung quittiert wird.