專利名稱：一種操控桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種操控桿，特別是一種用于X光機(jī)、計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(CT)設(shè) 備、磁共振成像(MRI)設(shè)備等醫(yī)療系統(tǒng)的操控桿。
背景技術(shù)：
醫(yī)療系統(tǒng)越來越廣泛地得到應(yīng)用。對于醫(yī)療系統(tǒng)來說，需要保證在運(yùn)動部件運(yùn)動 時(shí)病人和操作者是安全的。所以對運(yùn)動部件的運(yùn)動控制的安全性要求很高，即，運(yùn)動必須是 嚴(yán)格受控的。對于運(yùn)動部件的控制，通常包括如下三個環(huán)節(jié)第一，運(yùn)動控制信號的獲取。通過控制臺的人機(jī)界面輸入運(yùn)動控制信號，最常用的 有按鍵和操控桿兩種方式。第二，運(yùn)動控制信號的傳輸。一般通過開關(guān)信號或通訊總線的方式從控制臺傳輸 到運(yùn)動控制器。第三，運(yùn)動的執(zhí)行。一般由運(yùn)動控制器的控制電機(jī)根據(jù)運(yùn)動控制信號來執(zhí)行相關(guān) 運(yùn)動。由于運(yùn)動控制信號的傳輸往往要經(jīng)過很長的電纜和很復(fù)雜的電氣環(huán)境，極其容易 受到電器環(huán)境干擾。在受到干擾的情況下，就有可能引起運(yùn)動部件的誤動作，造成安全隱 患。因此，通常在運(yùn)動信號傳輸?shù)倪^程中，提供一個抗干擾能力強(qiáng)的安全電流回路來控制運(yùn) 動控制器的使能信號，就能保證在運(yùn)動控制信號的傳輸過程中，即使受到干擾，也不會產(chǎn)生 誤動作。對于按鍵方式來說，只要提供兩路并聯(lián)的觸點(diǎn)，就可以驅(qū)動電流回路。而對操控桿 方式來說，驅(qū)動這樣的安全電流回路就需要額外的電路設(shè)計(jì)。如圖1所示，現(xiàn)有的操控桿800主要包括底座801、防水圈802、手柄803以及安全 回路按鍵804，其中，安全回路按鍵804通過兩根引線(圖中未示出)與醫(yī)療系統(tǒng)相連。基 于該操控桿800，操作者在操作過程中，需要使用一個手指按住操控桿800頂部的安全回路 按鍵804，接通安全回路，從而使得運(yùn)動部件能夠運(yùn)動。然而，對于醫(yī)療系統(tǒng)來說，有很多運(yùn) 動部件需要長時(shí)間的運(yùn)動，則需要操作者一直操作與這些運(yùn)動部件相關(guān)的操控桿，及易造 成操作者的手部疲勞，從而可能引起誤操作。長時(shí)間的這種操作甚至還會造成操作者的手 部勞損等疾病。美國專利申請US5161679A1公開了如上所述的一種可用于操控桿的電觸發(fā)開關(guān)， 該電觸發(fā)開關(guān)包括一觸發(fā)器、一觸發(fā)器防護(hù)裝置以及一安全開關(guān)。醫(yī)療系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)人員一直在尋找一種新的操控桿，使得操作者在操作操控桿 時(shí)不需要使用手指來按住安全回路按鍵，即可接通安全電流回路。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種操控桿，其目的在于，使得操作者在操作時(shí)不需要用 手指按住安全回路按鍵即可接通安全回路。
因此，本發(fā)明公開了一種操控桿，包括一個具有外殼的手柄，還包括一感應(yīng)電極，設(shè)置在所述外殼內(nèi)部，并且能夠與所述外殼外部的人體形成一電容 器；一控制電路，與所述感應(yīng)電極相連接，該控制電路在所述電容器(Cx)的電容量達(dá) 到一門限值時(shí)輸出一控制信號。優(yōu)選地，所述感應(yīng)電極制作在第一柔性電路板上，所述第一柔性電路板卷繞在所 述外殼內(nèi)，并且與所述外殼同軸布置。優(yōu)選地，所述操控桿還包括一支撐骨架，第一柔性電路板卷繞在該支撐骨架上。在一種具體實(shí)施方式
中，所述控制電路為單鍵電容式觸摸控制芯片。優(yōu)選地，所述操控桿還包括一穩(wěn)壓電路，該穩(wěn)壓電路連接所述控制電路的電源輸 入端上。在一種具體實(shí)施方 式中，所述穩(wěn)壓電路為低壓差線性穩(wěn)壓器?？蛇x地，所述感應(yīng)電極制作在第一柔性電路板上，并且所述控制電路和穩(wěn)壓電路 設(shè)置在所述第一柔性電路板上?；蛘?，所述操控桿還包括一支撐骨架，所述支撐骨架上設(shè)置 有復(fù)數(shù)個槽，用以固定所述控制電路和穩(wěn)壓電路。優(yōu)選地，所述操控桿進(jìn)一步包括一接地回路，該接地回路位于所述感應(yīng)電極的內(nèi) 側(cè)。優(yōu)選地，所述接地回路制作在第二柔性電路板上。優(yōu)選地，所述接地回路與所述控制電路的地線端相連接。優(yōu)選地，所述操控桿還包括一支撐骨架，所述第二柔性電路板卷繞在該支撐骨架 上。優(yōu)選地，進(jìn)一步在所述感應(yīng)電極和所述控制電路之間并聯(lián)連接有一個靈敏度反饋 電容器。從上述方案中可以看出，由于本發(fā)明利用操作桿外殼內(nèi)部的感應(yīng)電極與外部的人 手形成一個電容器，控制電路監(jiān)測到該電容器的電容量達(dá)到某門限值時(shí)輸出控制信號來接 通安全電流回路，從而使得操作者不需要用手指按安全回路按鍵，只需要人手在操作操控 桿時(shí)自然握住操控桿，即可接通安全電流回路。并且，本發(fā)明還將感應(yīng)電極設(shè)置在柔性電路 板上，形成較大的接觸面積和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，有助于獲得高的電容傳感器的信噪比和提高電 容器的靈敏度。


下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更 清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1為現(xiàn)有操控桿的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操控桿的示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操控桿的手柄的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為在圖3所示操控桿中沿A-A’的橫截面的示意圖。圖5為在圖3所示操控桿中沿A-A’的橫截面切開后的立體示意圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操控桿的電路圖。
圖7為在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中的操控桿外殼的結(jié)構(gòu)示意圖, 圖8為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操控桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展開示意圖。 其中，附圖標(biāo)記如下
100操控桿 103手柄 106控制電路 109接地電路 112支撐骨架 115操作者的手116套管 800操控桿 801基座
101基座 104外殼 107電源線 110第一柔性電路板 113靈敏度反饋電容器Cs 114穩(wěn)壓電路
117端蓋 802防水圈
102防水圈
105感應(yīng)電極
108輸出線
111第二柔性電路板
803手柄 804安全回路按鈕
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳 細(xì)說明。圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操控桿的示意圖。如圖2所示，從操控桿的外面來 看，操控桿100主要包括一個手柄103。當(dāng)然，也可以象圖1所示的現(xiàn)有操控桿800那樣進(jìn)一步包括一個基座101和一個 防水圈102?；?01用來固定該操控桿100，例如，基座101上設(shè)置有復(fù)數(shù)個通孔，通過復(fù) 數(shù)個螺絲可以將基座101連同整個操控桿100固定在控制臺上。防水圈102設(shè)置在基座 101和手柄103之間，用于防止水或類似物進(jìn)入操控桿100的內(nèi)部從而影響操控桿內(nèi)部的電
氣環(huán)境。與圖1所示的現(xiàn)有操控桿800相比，圖2所示的操控桿100不包括安全回路按鈕 804。圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的操控桿100的手柄103的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3 所示，操控桿100的手柄103包括一個外殼104、一個感應(yīng)電極105和一個控制電路106。其 中，感應(yīng)電極105制作在一個第一柔性電路板110上，第一柔性電路板110卷繞在外殼104 的內(nèi)部，并且與外殼104同軸布置。并且如圖6所示，感應(yīng)電極105和外殼104外部的導(dǎo)體 (例如人體，尤其是操作者的手115) —起形成一個電容器Cx。當(dāng)人手115遠(yuǎn)離操控桿100 時(shí)，電容器Cx的電容量很小，當(dāng)人手115靠近操控桿100時(shí)，電容器Cx的電容量增大。如圖7所示，外殼104可以包括一個空心的圓柱形套管116和一個端蓋117，套管 116和端蓋117可以通過螺紋、粘膠等手段固定在一起。也可以將圓柱形套管116和端蓋 117作為一個零件(圖中未示出)成形，從而可以避免后續(xù)的安裝操作。外殼104將內(nèi)部的 感應(yīng)電極105與外部的人體(即，圖6所示的操作者的手115)隔開一個固定的距離，有利 于獲得穩(wěn)定的靈敏度。另外，由于電容傳感器的工作需要一定的接觸面積，圓柱形的外殼有 利于區(qū)分人手和其它導(dǎo)體，因?yàn)榛旧蠜]有其它導(dǎo)體能夠像人手那樣，外形能夠和手柄103 的外形吻合，從而達(dá)到足夠的接觸面積。外殼104可以使用硬質(zhì)的絕緣材料制成，例如尼 龍。外殼的厚度可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要設(shè)置，例如設(shè)置為1mm?？刂齐娐?06與感應(yīng)電極105相連接，并且控制電路106在電容器Cx的電容量達(dá)
5到一門限值時(shí)輸出一個控制信號。顯然地，控制電路106還與電源線107和輸出線108相連 接。簡便起見，圖中對于電源線僅以一根線條來表示，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知道具體實(shí)現(xiàn)時(shí)電 源線包括兩根(火線和地線)或更多的線。其中，通過電源線107向控制電路106提供電力 供給，控制電路106通過輸出線108向安全電流回路(圖中未示出)發(fā)送控制信號，從而接 通安全電流回路?？梢圆捎酶鞣N市售的合適芯片作為控制電路106，例如愛特梅爾(Atmel) 公司的單鍵電容式觸摸控制芯片QT1011，該QTlOll芯片采用小型封裝，適合于安裝在本發(fā) 明實(shí)施例的操控桿手柄103這樣狹小的空間內(nèi)，并且外圍電路簡單，還可調(diào)節(jié)靈敏度。如圖3、圖6和圖8所示，操控桿100可以進(jìn)一步包括一個穩(wěn)壓電路114，該穩(wěn)壓電 路114連接在控制電路106的電源輸入端上，即電源線107與控制電路106的電源輸入端 之間。在一種實(shí)施方式中，采用低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)作為穩(wěn)壓電路114。由于采用了穩(wěn) 壓電路114以保證向控制電路106提供穩(wěn)定的電源電壓，能夠獲得較高的控制電路106的 監(jiān)測精度。進(jìn)一步，操控桿100可以包括一個接地回路109。該接地回路與控制電路106的地 線端相連接，從而能夠避免更多的連線。接地回路109可以為一個導(dǎo)體薄片，例如銅箔等。 為了更好地與感應(yīng)電極105配合，接地回路可以設(shè)置在一個第二柔性電路板111上，而且， 如圖4、圖5和圖8所示，第二柔性電路板111設(shè)置在第一柔性電路板的內(nèi)側(cè)。由于采用了 接地回路，能夠獲得較高的電容傳感器信噪比和比較穩(wěn)定的靈敏度。如圖4和圖5所示，為了能夠穩(wěn)定地支撐第一柔性電路板110和第二柔型電路板 111，本實(shí)施例的操控桿100可以進(jìn)一步包括一個支撐骨架112，第二柔性電路板111和第一 柔性電路板110由內(nèi)向外依次設(shè)置在該支撐骨架112上。支撐骨架112可以由硬質(zhì)的絕緣 材料制成，例如尼龍。支撐骨架112和外殼104 —起將第一柔性電路板110和第二柔型電 路板111固定在支撐骨架112和外殼104兩者之間。圖8為一種實(shí)施方式中操控桿100的手柄103的內(nèi)部展開示意圖。如圖8所示， 接地回路109設(shè)置在第二柔性電路板111上，感應(yīng)電極105設(shè)置在第一柔性電路板110上。 控制電路106與感應(yīng)電極105導(dǎo)電連接，在監(jiān)測到電容器Cx的電容量達(dá)到門限值時(shí)通過輸 出線108輸出一控制信號(例如高電平信號)從而接通安全電流回路；而當(dāng)人手115離開 操控桿100時(shí)，控制電路106輸出的控制信號(例如低電平信號)從而關(guān)閉安全電流回路。 在電源線107與控制電路106之間連接有穩(wěn)壓電路114，以保證穩(wěn)定的電源電壓。第二柔性 電路板111和第一柔性電路板110依次卷繞地設(shè)置在支撐骨架112上，即，支撐骨架112支 撐著第二柔性電路板111和第一柔性電路板110。在一種實(shí)施方式中，還可以在支撐骨架上設(shè)置復(fù)數(shù)個槽，用以固定控制電路106 和穩(wěn)壓電路114，使得控制電路106和穩(wěn)壓電路114固定在這些槽內(nèi)。在另一種實(shí)施方式 中，控制電路106和穩(wěn)壓電路114集成在第一柔性電路板110上。如圖6所示，為了能夠調(diào)節(jié)電容器Cx的監(jiān)測范圍，操控桿100可以進(jìn)一步包括一 個靈敏度反饋電容器Cs 113，該靈敏度反饋電容器Cs并聯(lián)連接在感應(yīng)電極105和控制電路 106之間。通過調(diào)節(jié)靈敏度反饋電容器Cs的大小，可以調(diào)節(jié)電容器Cx的監(jiān)測范圍。Cs越 大，則Cx的監(jiān)測范圍越大；Cs越小，則Cx的監(jiān)測范圍越小。另外，在需要固定感應(yīng)電極105 并固定監(jiān)測范圍的清況下，可以固定Cs的電容值。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種操控桿，包括一個具有外殼(104)的手柄(103)，其特征在于，還包括一感應(yīng)電極(105)，設(shè)置在所述外殼(104)內(nèi)部，并且能夠與所述外殼外部的人體(115)形成一電容器(Cx)；一控制電路(106)，與所述感應(yīng)電極(105)相連接，該控制電路在所述電容器(Cx)的電容量達(dá)到一門限值時(shí)輸出一控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控桿，其特征在于，所述感應(yīng)電極(105)制作在第一柔性電 路板(110)上，所述第一柔性電路板卷繞在所述外殼(104)內(nèi)，并且與所述外殼(104)同軸 布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的操控桿，其特征在于，所述操控桿還包括一支撐骨架(112)， 第一柔性電路板(110)卷繞在該支撐骨架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控桿，其特征在于，所述控制電路(106)為單鍵電容式觸摸 控制芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控桿，其特征在于，所述操控桿還包括一穩(wěn)壓電路(114)， 該穩(wěn)壓電路連接所述控制電路(106)的電源輸入端上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操控桿，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路(114)為低壓差線性穩(wěn)壓器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的操控桿，其特征在于，所述感應(yīng)電極(105)制作在第一柔性 電路板(110)上，并且所述控制電路(106)和穩(wěn)壓電路(114)設(shè)置在所述第一柔性電路板 (110)上；或者，所述操控桿還包括一支撐骨架(112)，所述支撐骨架(112)上設(shè)置有復(fù)數(shù)個槽，用以固 定所述控制電路(106)和穩(wěn)壓電路(114)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控桿，其特征在于，所述操控桿進(jìn)一步包括一接地回路 (109)，該接地回路位于所述感應(yīng)電極(105)的內(nèi)側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操控桿，其特征在于，所述接地回路(109)制作在第二柔性電 路板(111)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操控桿，其特征在于，所述接地回路(109)與所述控制電路 (106)的地線端相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的操控桿，其特征在于，所述操控桿還包括一支撐骨架(112)， 所述第二柔性電路板(111)卷繞在該支撐骨架上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操控桿，其特征在于，進(jìn)一步在所述感應(yīng)電極(105)和所述 控制電路(106)之間并聯(lián)連接有一個靈敏度反饋電容器(Cs)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操控桿，包括一個具有外殼(104)的手柄(103)，該操控桿還包括一感應(yīng)電極(105)，設(shè)置在所述外殼(104)內(nèi)部，并且能夠與所述外殼外部的人體(115)形成一電容器(Cx)；一控制電路(106)，與所述感應(yīng)電極(105)相連接，該控制電路在所述電容器(Cx)的電容量達(dá)到一門限值時(shí)輸出一控制信號。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，操作者不需要用手指按安全回路按鍵，只需要人手在操作操控桿時(shí)自然握住操控桿，即可接通安全電流回路，方便了操作者的操作。
文檔編號H03K17/96GK101951253SQ20101026476
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者俞峰, 楊寧滔, 郭燦, 韓國軍, 黃堅(jiān) 申請人:上海西門子醫(yī)療器械有限公司