[发明专利]具有三个转动自由度的踏板输入装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有三个转动自由度的踏板输入装置，更具体地，涉及用于可由使用者脚的最小运动操作的、机械压力操作或电气操纵的设备的踏板输入装置。通过踏板输入装置，使用者可以容易地操作驱动构件以便实现用脚比用手更难以实现的、包括平移运动的三个自由度的运动(即，滚动(roll)、俯仰(pitch)和z轴平移的组合以及x轴平移、y轴平移和偏转(yaw)的组合)。

背景技术

已经开发和使用了能够用脚踏开关开启和关闭并且可用脚踏开关控制工作速度的各种装置。当使用者的手需要用于其它任务时或当出于安全目的不允许使用者同时使用脚和手时，这种脚踏开关操作的装置是必要的。

例如，在现代外科手术(例如，腹腔镜手术或眼科手术)过程中，外科医生另外操纵脚踏开关以便使各种装置执行其不同的功能。

第6,132,313和5,787,760号美国专利公开了常规的脚踏开关。上述专利所公开的脚踏开关具有两个转动自由度(俯仰和偏转)，并且可以实现向前和向后的运动。然而，这种脚踏开关结构复杂且庞大。对于第6,132,313号专利中的脚踏开关，必须使用两个不同的枢轴构件，因为偏转轴与俯仰轴并未彼此对准。还需要额外的空间以允许向前和向后的运动。对于第5,787,760号专利中的脚踏开关，必须使用直线导向装置(linear guide)以便精确地控制运动。还需要额外的空间以允许向前和向后的运动。

需要一种能够容易地实现三个自由度、同时具有简化的结构和减小的体积的踏板输入装置。

发明内容

由于上述问题，本发明的目的是提供一种具有三个转动自由度的踏板输入装置，其中，绕着单一的转动中心产生三个自由度的运动，从而实现了简化的结构和减小的尺寸。

本发明的另一个目的是提供一种具有三个转动自由度的踏板输入装置，其中，脚踏板的转动引起驱动构件的平移运动，从而可通过使用者的脚的最小的运动来操作装置。

根据本发明的实施方式，提供了一种踏板输入装置，包括：底板；转动中心部，被设置在所述底板的中心；接触板，可转动且可倾斜地装配至所述转动中心部，所述接触板具有从所述接触板的下表面向下伸出的偏转开关接触部；脚踏板，由所述接触板承载并用脚操作，以便使驱动构件进行三个自由度的转动运动(滚动、俯仰和偏转)、三个自由度的平移运动(x轴或左右平移、y轴或前后平移以及z轴或上下平移)、两个自由度的平移和一个自由度的转动的组合(x轴平移、y轴平移和偏转)以及两个自由度的转动和一个自由度的平移的组合(滚动、俯仰和z轴平移)；一对俯仰开关，彼此相对地安装在所述底板上，从而能够使所述俯仰开关交替地接触所述脚踏板的所述接触板；一对滚动开关，垂直于所述俯仰开关安装在所述底板上，从而能够使所述滚动开关交替地接触所述脚踏板的所述接触板；以及一对偏转开关，彼此隔开地安装在所述底板上，从而能够使所述偏转开关在所述脚踏板转动时交替地接触所述偏转开关接触部。

优选地，所述接触板固定地连接至所述脚踏板，从而所述脚踏板和所述接触板能够一起运动。

优选地，所述转动中心部包括设置在所述底板的中心的球座以及附接至所述接触板的球接头，所述球接头与所述球座连接以相对于所述球座进行转动和枢轴运动。

此外，所述转动中心部可包括安装在所述底板的中心以进行两个自由度的转动(滚动和俯仰)的万向接头以及与所述万向接头连接以进行一个自由度的转动(偏转)的推力轴承，所述推力轴承被附接至所述接触板。

优选地，所述底板包括周缘部、沿着所述周缘部延伸的支撑缘部以及一个或多个复位弹簧部，所述一个或多个复位弹簧部以预定的间隔沿着所述支撑缘部设置以将所述脚踏板弹性地偏压到初始位置。

此外，所述底板包括周缘部和沿着所述周缘部延伸的支撑缘部，所述接触板通过多个径向延伸的张紧弹簧连接至所述支撑缘部。

优选地，所述俯仰开关、所述滚动开关和所述偏转开关是均具有接触片的电开关。

优选地，所述驱动构件是用于驱动在腹腔镜手术和机器人手术中使用的腹腔镜的操纵装置，所述操纵装置被配置为进行包括滚动、俯仰和z轴平移的三个自由度的运动。

通过具有三个转动自由度的本发明的踏板输入装置，绕着单一的转动中心产生三个自由度的运动，可以实现简化的结构和减小的尺寸。另外，脚踏板的转动引起驱动构件的平移运动，可以使使用者的脚的运动最小化。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的踏板输入装置的分解立体图；

图2是用于解释由根据本发明的一个实施方式的踏板输入装置执行的偏转运动的俯视图；