JP6797949B2

JP6797949B2 - 足踏み制御装置

Info

Publication number: JP6797949B2
Application number: JP2019008258A
Authority: JP
Inventors: 子維郭; 丞唐柯
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: JP2020119121A

Description

本発明は足踏み制御装置に関し、特に八方位に偏向可能なペダルを備えた足踏み制御装置に関する。

足踏み制御装置は運輸、音楽および医学分野に広く使われている装置である。医学分野において、医師は両手で手術器具を操作しながら、足踏み方式によって医療機械アームまたは内視鏡の位置を制御して、手術の効率を上げることができる。しかし、従来の足踏み制御装置は複雑な機構を用いる必要があり、例えば、中華民国特許公告第Ｉ５５５４９７号が開示した多方位足踏み制御装置において、ペダルと感知器が積み重ねて設置されているため、装置の高さが高くなり、人間工学に適わないだけではなく、医師が踏み込んだ時に踵が着地できず、心地悪く感じる。その他、一般的な足踏み制御装置は前、後、左、右など基本的な方位しか含まないため、制御装置のペダルの移動する方位数が増えると、配置される電子素子または薄膜感知素子の数もそれに応じて増えるため、装置が故障する確率が高くなる。

本発明は足踏み制御装置を提供し、そのペダルが多方位に偏向することが可能であり、かつ簡単な伝動機構と感知モジュールによって正確な位置情報を得ることができる。

本発明の足踏み制御装置は方位基台、ペダル、感知モジュールおよび伝動機構を含む。ペダルは方位基台に接続され、かつ方位基台に対し偏向することができる。感知モジュールは第一感知器および第二感知器を含む。伝動機構はペダルおよび感知モジュールに接続され、かつ伝動機構は伝動ロッドおよび揺動ロッドを含む。伝動ロッドはペダルに接続され、揺動ロッドは伝動ロッドに接続され、かつ揺動ロッドの延伸方向が伝動ロッドの延伸方向と独立したものである。ペダルが方位基台に対し第一位置まで偏向すると、ペダルが伝動ロッドを動かし、伝動ロッドが移動して第一感知器を励起させる。ペダルが方位基台に対し第二位置まで偏向すると、ペダルが伝動ロッドを動かし、揺動ロッドが回転して第二感知器を励起させる。ペダルが方位基台に対し第三位置まで偏向すると、ペダルが伝動ロッドを動かし、伝動ロッドが移動して第一感知器を励起させ、かつ揺動ロッドが回転して第二感知器を励起させる。

本発明の一実施例の足踏み制御装置の立体概略図である。図１の足踏み制御装置の分解図である。図２の伝動機構の分解図である。図１の足踏み制御装置のペダルが偏向していない場合の上面図である。図１の足踏み制御装置のペダルが感知基台に対しある位置まで偏向した場合の上面図である。図１の足踏み制御装置のペダルが感知基台から別の位置までずれた場合の上面図である。図４の足踏み制御装置のＸ‐Ｘ断面に沿った断面図である。図５の足踏み制御装置のＸ‐Ｘ断面に沿った断面図である。図６の足踏み制御装置のＸ‐Ｘ断面に沿った断面図である。図１の足踏み制御装置のペダルが偏向していない場合の正面図である。図１の足踏み制御装置のペダルがＡ軸周りにある位置まで偏向した場合の正面図である。図１の足踏み制御装置のペダルがＡ軸周りに別の位置まで偏向した場合の正面図である。

図１は本発明の一実施例の足踏み制御装置の立体概略図であり、図２は図１の足踏み制御装置の分解図である。図１と図２を参照すると、本実施例の足踏み制御装置１００は方位基台１１０、ペダル１２０、感知モジュール１３０および伝動機構１４０を含み、それに、ペダル１２０が方位基台１１０に接続され、かつ方位基台１１０に対し偏向することが可能であり、伝動機構１４０がペダル１２０および感知モジュール１３０に接続される。以下の説明において、方位基台１１０から感知モジュール１３０への方向を「前方」と定義し、これを基にその他の後、左、右、上、下などの方位を定義する。

具体的に言うと、足踏み制御装置１００は、ペダル１２０および方位基台１１０を接続させる中心軸１５０を有し、ペダル１２０がユーザの足を乗せるのに適しており、かつ踏み位置を変えることでペダル１２０を方位基台１１０に対し偏向させる。本実施例において、方位基台１１０は第一平面Ｐ_１および第二平面Ｐ_２を有し、第一平面Ｐ_１と第二平面Ｐ_２の間に角度θを有し、このθが鋭角であり、かつペダル１２０が第二平面Ｐ_２上に配置されている。従って、ユーザが足の先端をペダル１２０の上方に置いた時に、足の後端が自然と地面に接するため、疲労感を低減することができる。

一方、感知モジュール１３０は第一感知器１３１、第二感知器１３２および感知基台１３４を含み、第一感知器１３１および第二感知器１３２が感知基台１３４上に配置されている。本実施例において、第一感知器１３１は第一感知部材１３１ａおよび第二感知部材１３１ｂを含み、第二感知器１３２は第三感知部材１３２ａおよび第四感知部材１３２ｂを含む。また、感知基台１３４は壁面１３６を含み、方位基台１１０および第一感知器１３１、第二感知器１３２がそれぞれ壁面１３６の両側に位置する。感知モジュール１３０が方位基台１１０と独立しているため、方位基台１１０全体の高さを低くすることができ、かつ、第一感知器１３１および第二感知器１３２が壁面１３６の前側に位置するため、有効な防水効果が得られ、操作時に噴出する液体によって第一感知器１３１または第二感知器１３２が破損することを防ぐと同時に、手術を行う時の関連設備の殺菌プロセスに対応できる。

図２が示すように、方位基台１１０上に複数個のフランジ１１２が配置されており、ユーザがペダル１２０を踏み込んだ時に、ペダル１２０が方位基台１１０に対し偏向し、かつこれらのフランジ１１２の一部に当接することができる。具体的に言うと、本実施例においてフランジ１１２の数が計８個あり、ユーザがペダル１２０を踏み込んだ時に、ペダル１２０は８個のフランジ１１２のうちの２個に当接し、かつ隣接する２つのフランジ１１２の間の区間に入り込むことで、さらにペダル１２０の偏向方位を前、後、左、右、左前、右前、左後、右後の８つの位置に限定することができる。また、フランジ１１２は接触時の触感フィードバップも提供し、特定位置まで踏み込んだことをユーザに確実に感じさせることができる。さらに言うと、足踏み制御装置１００はさらに、方位基台１１０およびペダル１２０を接続させる複数個の弾性部材１６０を含み、かつこれらの弾性部材１６０が中心軸１５０を中心に対称的に配置されている。本実施例において、弾性部材１６０はバネであり、かつ数量が４個であり、それぞれペダル１２０的前、後、左、右の４つの方位に配置され、ペダル１２０が踏み込まれ、かつ負荷が取り除かれた後に、ペダル１２０をその踏み込まれる前の位置まで復帰させることができる。

図３は図２における伝動機構の分解図であり、以下図２および図３を参照する。本実施例の伝動機構１４０は伝動ロッド１４１および揺動ロッド１４５を含み、それに、伝動ロッド１４１がペダル１２０に接続され、揺動ロッド１４５が伝動ロッド１４１に接続され、かつ揺動ロッド１４５の延伸方向が伝動ロッド１４１の延伸方向と独立したものである。本実施例において、伝動ロッド１４１の一端が四角形ロッドであり、揺動ロッド１４５において伝動ロッド１４１に接続される部分が対応した四角形孔であり、かつ揺動ロッド１４５と伝動ロッド１４１が互いに垂直であるため、揺動ロッド１４５が伝動ロッド１４１と相対的な変位がない場合でも同期して回転することができる。詳しく言うと、伝動ロッド１４１は少なくとも一つの位置制限部１４２および少なくとも一つの弾性部材１４３を含み、本実施例ではそれぞれ伝動ロッド１４１の一端の両側に位置し、かつペダル１２０は第一位置制限部材１２２を含み、第一位置制限部材１２２はスライドスロットＳを有し、伝動ロッド１４１の一端は位置制限部１４２によって、可動的でありながらその位置がスライドスロットＳ内に制限される。

より詳しく言うと、本実施例の第一位置制限部材１２２はペダル１２０の前端に接続され、かつ、例えばリベットなどの固定部品によってペダル１２０に固定される。また、感知モジュール１３０は、感知基台１３４上に配置されたスライドレール１３５をさらに含み、また、伝動機構１４０は、伝動ロッド１４１およびスライドレール１３５に接続された第一接触部材１４４をさらに含み、第一接触部材１４４がスライドレール１３５上にその位置が制限されながらスライド可能である。

一方、伝動機構１４０は第二接触部材１４６、接続部材１４７および第二位置制限部材１４８をさらに含み、第二位置制限部材１４８が壁面１３６に接続される。本実施例において、第二接触部材１４６および接続部材１４７の数がそれぞれ２個であり、それぞれ揺動ロッド１４５の両端に位置し、かつ接続部材１４７が揺動ロッド１４５および対応する第二接触部材１４６を接続させる。具体的に言うと、第二位置制限部材１４８が溝Ｇを有し、かつ接続部材１４７が可動的でありながらその位置が溝Ｇ内に制限される。ペダル１２０が偏向すると、揺動ロッド１４５は伝動ロッド１４１の軸心（即ち、軸Ａ）を中心に回転し、この場合、接続部材１４７が第二接触部材１４６を動かして溝Ｇ内に移動させることができる。また、本実施例の第二位置制限部材１４８は軸方向に沿って配置された一対の位置制限構造１４９をさらに含み、この一対の位置制限構造１４９の間に空間があり、揺動ロッド１４５が伝動ロッド１４１の軸Ａに沿って軸方向に平行移動した場合、第二接触部材１４６の位置が位置制限構造１４９の間の空間中に制限されるため、揺動ロッド１４５と接続部材１４７に従って平行移動することができない。

図４は図１の足踏み制御装置のペダルが偏向してない場合の上面図であり、図５は図１の足踏み制御装置のペダルが感知基台へ偏向してある位置になった場合の上面図であり、図６は図１の足踏み制御装置のペダルが感知基台からずれて別の位置になった場合の上面図であり、図４から図６を参照する。本実施例において、感知基台１３４上に２個のブロック部材１３７が配置され、それぞれ第一接触部材１４４の前後両側に位置し、第一接触部材１４４の変位行程を制限するものである。また、第一接触部材１４４とブロック部材１３７との間に弾性部材１３８が配置され、第一接触部材１４４が移動する過程でブロック部材１３７に衝突し破損することを防ぎ、かつ、ペダル１２０が負荷を受けていない場合、第一接触部材１４４が原点状態に保持されることを確保できる。ペダル１２０が踏み込まれて前へ偏向した場合（図５が示すように）、ペダル１２０が伝動ロッド１４１を動かして、伝動ロッド１４１を後へ移動させ、かつ第一接触部材１４４を動かして、第一接触部材１４４をスライドレール１３５に対し後方へ変位させ、第一感知部材１３１ａを励起させる。ペダル１２０が踏み込まれて後へ偏向した場合（図６が示すように）、ペダル１２０が伝動ロッド１４１を動かして、伝動ロッド１４１を前へ移動させ、かつ第一接触部材１４４を動かして、第一接触部材１４４をスライドレール１３５に対し前方へ変位させ、第二感知部材１３１ｂを励起させる。

ペダル１２０が偏向する場合の伝動ロッド１４１の作動状態をより明確に説明できるよう、図７から図９を参照する。図７から図９はそれぞれ図４から図６の足踏み制御装置のＸ−Ｘ断面に沿った断面図である。本実施例において、足踏み制御装置１００は、方位基台１１０および中心軸１５０を接続させる軸受け１５２を含み、軸受け１５２が球面軸受けであるため、方位基台１１０の中心部に固定されてペダル１２０に合わせて回転することができる。また、スライドスロットＳは上下二つの部分を含み、ペダル１２０が踏み込まれていない場合（図７が示すように）、伝動ロッド１４１の一端がスライドスロットＳの上と下２つの部分の間の中間位置に位置し、ペダル１２０が踏み込まれて前へ偏向した場合（図８が示すように）、第一位置制限部材１２２が下へ変位し、伝動ロッド１４１の位置をスライドスロットＳの一端（即ち、位置制限部１４２）に制限してスライドスロットＳの上方部分まで移動させ、かつ伝動ロッド１４１が第一接触部材１４４を動かして後方へ移動する。ペダル１２０が踏み込まれて後へ偏向した場合（図９が示すように）、第一位置制限部材１２２が上へ変位し、伝動ロッド１４１の位置をスライドスロットＳの一端（即ち、位置制限部１４２）に制限してスライドスロットＳの下方部分まで移動させ、かつ伝動ロッド１４１が第一接触部材１４４を動かし前方へ移動する。なお、プロセス全体において、軸受け１５２の中心Ｃが伝動ロッド１４１の延伸方向（即ち、軸Ａ）上に維持され、このような配置により、ペダル１２０の偏向量が伝動ロッド１４１の変位に影響されることなく、より正確に各方向へ偏向することができる。

図１０は図１の足踏み制御装置のペダルが偏向していない場合の正面図であり、図１１は図１の足踏み制御装置のペダルがＡ軸周りにある位置まで偏向した場合の正面図であり、図１２は図１の足踏み制御装置のペダルがＡ軸周りに別の位置まで偏向した場合の正面図であり、図１０から図１２を参照する。ペダル１２０が偏向していない場合（図１０がしめすように）、揺動ロッド１４５が水平に維持され、かつ第二感知器１３２が励起しない。ペダル１２０が図１１の示すようにＲ_１方向に沿って時計回りに偏向した場合、ペダル１２０が伝動ロッド１４１を動かして、揺動ロッド１４５がＡ軸に沿って時計回りに回転し、かつ第二接触部材１４６を動かして第三感知部材１３２ａを励起させる。ペダル１２０が図１２の示すようにＲ_２方向に沿って逆時計回りに偏向した場合、ペダル１２０が伝動ロッド１４１を動かして、揺動ロッド１４５がＡ軸に沿って逆時計回りに回転し、かつ第二接触部材１４６を動かし第四感知部材１３２ｂを励起させる。

伝動ロッド１４１の前後方向における移動および揺動ロッド１４５のＡ軸に沿った回転が互いに独立しているため、第一感知器１３１および第二感知器１３２が感知する信号を個別に処理して重ね合わせることで、ペダル１２０が偏向した８つの方位の組み合わせ位置情報が得られる。具体的な情報は下表の通りである。

（＋：感知部材が励起された場合、‐：感知部材が励起されていない場合）
以上をまとめると、本発明の足踏み制御装置は、伝動ロッドの移動および揺動ロッドの回転により、ペダルの二次元動作を独立した２方向の信号に分解してから、重ねあわせの原理により、対応する組み合わせ位置情報を得ることで、電子素子のまたは感知素子の数を有効に減らすことできる。また、伝動機構自身の構造が簡単であるため、装置が占める体積を縮小させ、ユーザが操作する時により快適、便利である。

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の請求の範囲において行われた等価な変更と修正はすべて本発明の範囲に属する。

１００：足踏み制御装置
１１０：方位基台
１１２：フランジ
１２０：ペダル
１２２：第一位置制限部材
１３０：感知モジュール
１３１：第一感知器
１３１ａ：第一感知部材
１３１ｂ：第二感知部材
１３２：第二感知器
１３２ａ：第三感知部材
１３２ｂ：第四感知部材
１３４：感知基台
１３５：スライドレール
１３６：壁面
１３７：ブロック部材
１３８：弾性部材
１４０：伝動機構
１４１：伝動ロッド
１４２：位置制限部
１４３：弾性部材
１４４：第一接触部材
１４５：揺動ロッド
１４６：第二接触部材
１４７：接続部材
１４８：第二位置制限部材
１４９：位置制限構造
１５０：中心軸
１５２：軸受け
１６０：弾性部材
Ａ：軸
Ｃ：中心
Ｇ：溝
Ｐ_１：第一平面
Ｐ_２：第二平面
Ｒ_１、Ｒ_２：方向
Ｓ：スライドスロット
Ｘ−Ｘ：断面
θ：角度

Claims

足踏み制御装置であって、
方位基台と、
前記方位基台に接続され、かつ前記方位基台に対し偏向することができるペダルと、
第一感知器、第二感知器と感知基台を含む感知モジュールと、
前記ペダルおよび前記感知モジュールに接続される伝動機構とを含み、
前記感知基台が壁面を有し、
前記方位基台および前記第一感知器、前記第二感知器がそれぞれ前記壁面の両側に位置し、
前記伝動機構は、前記ペダルに接続される伝動ロッドと、前記伝動ロッドの一端に接続される揺動ロッドとを含み、
前記揺動ロッドの延伸方向が前記伝動ロッドの延伸方向に対し垂直であり、前記揺動ロッドが前記伝動ロッドと同期して、かつ前記伝動ロッドの軸心を中心に回転可能であり、
前記方位基台から前記感知基台へ向かう方向を前方向とし、その逆方向を後方向とし、かつ、前記前方向と前記後方向に対し垂直な方向をそれぞれ左方向、右方向、上方向、下方向とし、
前記左方向と前記前方向との中間方向を左前方向とし、前記右方向と前記前方向との中間方向を右前方向とし、前記左方向と前記後方向との中間方向を左後方向とし、前記右方向と前記後方向との中間方向を右後方向とし、
前記ペダルが前記方位基台に対し前記前方向または前記後方向へ偏向して第一位置になった場合、前記ペダルが前記伝動ロッドを動かし、前記伝動ロッドが移動して前記第一感知器を励起させ、
前記ペダルが前記方位基台に対し前記左方向または前記右方向へ偏向して第二位置になった場合、前記ペダルが前記伝動ロッドを動かし、前記揺動ロッドが回転して前記第二感知器を励起させ、
前記ペダルが前記方位基台に対し前記左前方向、前記右前方向、前記左後方向、前記右後方向のうち何れか一つの方向へ偏向して第三位置になった場合、前記ペダルが前記伝動ロッドを動かし、前記伝動ロッドが移動して前記第一感知器を励起させ、かつ前記揺動ロッドが回転して前記第二感知器を励起させる、足踏み制御装置。
前記方位基台が第一平面および第二平面を有し、前記第一平面と前記第二平面との間に角度があり、かつ前記ペダルが前記第二平面上に配置され、前記方位基台上に複数個のフランジが配置され、前記ペダルが前記方位基台に対し偏向するとともに前記複数個のフランジの一部と当接することができる、請求項１に記載の足踏み制御装置。
前記感知モジュールはさらにスライドレールを含み、
前記第一感知器、前記第二感知器および前記スライドレールが前記感知基台上に配置され、
前記伝動機構はさらに第一接触部材、第二接触部材および接続部材を含み、
前記第一接触部材が前記伝動ロッドおよび前記スライドレールに接続され、前記ペダルが前記方位基台に対し前記第一位置または前記第三位置まで偏向した場合、前記伝動ロッドが一方向に沿って移動し、かつ前記第一接触部材を動かして、前記第一接触部材が前記スライドレールに対し移動し、かつ前記第一感知器を励起させ、
前記接続部材が前記揺動ロッドおよび前記第二接触部材を接続させ、前記ペダルが前記方位基台に対し前記第二位置または前記第三位置まで偏向した場合、前記揺動ロッドが一軸に沿って回転し、かつ前記第二接触部材を動かして前記第二感知器を励起させる、請求項１に記載の足踏み制御装置。