(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着される荷重をＸ−Ｙ摺動装置（８）を介して支持する軸（Ａ６）を備え、
前記Ｘ−Ｙ摺動装置（８）は、前記軸（Ａ６）に垂直なＸ−Ｙ平面において荷重の位置決めを行うことができ、
装着される荷重の重心が前記軸（Ａ６）の延長線上に位置しないことを検出する釣り合いセンサを備え、
前記釣り合いセンサからの信号に応じて、前記Ｘ−Ｙ摺動装置（８）を、装着される荷重の重心が前記軸（Ａ６）の延長線上に位置させられるように、制御する制御装置（１１，１６）を備えている
ことを特徴とする医療用スタンド。
【請求項２】
請求項１のスタンドにおいて、前記釣り合いセンサは、前記Ｘ−Ｙ摺動装置（８）内に配置されている力センサ（２１ａ）である、ことを特徴とする医療用スタンド。
【請求項３】
請求項１のスタンドにおいて、前記釣り合いセンサは、前記軸（Ａ６）の回転角を検出する回転角センサである、ことを特徴とする医療用スタンド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、１つの軸又は複数の軸に関して移動自在であり、様々に異なる荷重を配置するための少なくとも一部自動化された平衡調整可能スタンド、並びに少なくとも一部自動化された平衡調整のために適切な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に神経外科で適用される医療用スタンドの場合、本来の使用に先立って、通常はスタンドの平衡調整を行う。そのような平衡調整は、原則として、たとえば、手術用顕微鏡のようにスタンドに装着される荷重が原因となって発生する力を、調整後にユーザーがスタンド又はそこに装着されている荷重をほとんど労力なく誘導できるように補正するために必要なのである。平衡調整を実行した後、装着されている荷重を含めてスタンド全体が構造上可能などのような位置をも確実に維持する。そこで、平衡調整は、その都度のスタンド荷重に対応して中立釣合い状態が生じるように、手動操作又は電磁手段によって釣合いおもりを摺動させるか、あるいは、ばねを調整することにより行われるのが普通である。
本来の使用に先立ってそのような平衡調整を手動操作で実行するスタンドは、たとえば、出願人の欧州特許第００２３００３号の中に提示されている。
【０００３】
ユーザーが手動操作で平衡調整を行うときには、スタンドの個々の軸を手動操作で規定の順序に従って所定の位置へ順次移動させる。そのために、ユーザーは軸の対応する電磁ブレーキを開放して、適切な軸を解放する。軸の動きを観察しながら、続いて、ユーザーは実際の釣合い状態又は不釣合い状態を推論するのである。そこで、たとえば、軸の反動運動で安定した釣合いが成立していることを表示することができる。それ以上の軸の傾斜は不安定な釣合いを示唆する。ところが、求められているのは、軸の重心、すなわち、軸と、それに作用する、回転モーメントに起因する荷重とから成るシステムの重心が軸の回転中心点又は軸の回転中心点を通る規定の直線上に位置しているような釣合い状態である。その第１のケースを以下では中立釣合い状態という。どちらの状態が成立しているか、また、どの軸を平衡調整すべきかに従って、ユーザーは荷重作用点及び／又は釣合い力作用点を平衡調整すべき軸に関して移動させなければならない。この操作は、向きを変えた後に軸がそれ以上動かなくなるまで繰り返される。軸が動かなくなったならば、軸に回転モーメントを加えるあらゆる質量の総重心はその軸にあるか、あるいは軸の回転中心点を通る規定の直線上に位置していることになる。
手動操作による平衡調整は実行手順の上で相対的に複雑であり、長い時間を要し、加えて、ある程度の不正確さを伴う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来の手動操作による釣合いプロセスを少なくとも部分的に自動化し且つその目的に適合する装置を提供することである。その結果として、ユーザーに対してはスタンドの平衡調整操作を簡略化すべきであり、また、移行させるべきスタンドの規定位置の数も少なくすべきである。さらに、釣合いの正確さを向上させることが必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、特許請求の範囲に記載の特徴を伴うスタンドによって解決される。
【０００６】
本発明による平衡調整可能スタンドは、使用に先立って、負担少なく平衡調整できる。このため、本来の手術の前の準備に要する時間は短縮される。さらに、平衡調整プロセスが自動化されているので、従来のように調整後の釣合い状態を評価するだけの場合と比べて、各々の軸について求められる中立釣合い状態に関して正確さは向上する。
【０００７】
所望のデザインに従って、本発明による平衡調整可能スタンドを部分的に自動化して平衡調整することもできるし、あるいは、全自動平衡調整を実行することも可能である。そこで、たとえば、本発明によるＸ−Ｙ摺動装置を使用することにより、１つの軸のみを別個に平衡調整することは可能であり、それ以外の軸は周知のように手動操作で平衡調整される。
【０００８】
平衡調整のために、現れている不釣合い状態の検出後に、１つの軸又は複数の軸に、その軸について求められている釣合い状態に到達するまで回転モーメント補正手段を作用させる制御回路及び／又は調整回路が任意に設けられている。
完全自動化平衡調整可能スタンドについては、個々の軸に関する規定の位置決めを可能にする別の調整回路が設けられている。
【０００９】
本発明によるスタンドの別の実施形態においては、平衡していないスタンドについて現れている不釣合い状態を力センサ又は回転モーメントセンサを介して検出するのではなく、不釣合い状態で起こる個々の軸に関する回転運動を釣合いセンサとしての回転角センサによって検出する。規定の持続時間の中で軸ごとにそれぞれ検出された移動経路から、反復方法を経て、スタンド全体が釣合い状態となるまで回転モーメント補正手段に作用させる。
【００１０】
本発明のこの実施例では、スタンドを−部分的に又は完全に−自動化して平衡調整することができるのに加えて、そのようなスタンドを立体方策（ｓｔｅｒｅｏｔａｋｔｉｃａｌ）用途に適用することも可能である。その場合、釣合いセンサとして使用される回転角センサを動作中の立体方策座標の確定にも利用できる。
本発明による平衡調整可能スタンドのその他の利点と詳細は以下の実施例並びに自動化平衡調整に適する方法の添付の図面に基づく説明から明白になるであろう。
【００１１】
【実施例】
図１には、本発明による平衡調整可能スタンドの第１の実施例を概略的に示す。特に神経外科の分野で使用されるこの医療用スタンドの原則的な構造は、既に、出願人の欧州特許第００２３００３号の中に記載されており、その場合には、先に述べた通り、平衡調整はいくつかの個別の手動操作調整過程を経て行われていた。平衡調整可能スタンドは垂直の支柱１から構成され、その支柱にほぼ水平に向きを定められた支持アーム２が継手により取り付けられている。支持アーム２の切離し箇所９には、荷重として、手術用顕微鏡３が懸垂されている。図示されている手術用顕微鏡３の他に、たとえば、ビデオカメラなどの原理上は全く異なる別の荷重を支持アーム２の切離し箇所９に追加して取り付けることも可能であるし、あるいは、手術用顕微鏡３の代わりにそのような装置を設けることもできる。
【００１２】
本発明によるスタンドを少なくとも部分的に自動化して平衡調整するに際しては、まず、様々な支持軸Ａ４，Ａ５，Ａ６の平衡を軸Ａ６に沿って荷重を移動させることによってとり、続いて、平衡用おもり６，７を移動させることにより支柱軸Ａ２，Ａ３の平衡をとる。
【００１３】
図示した実施例においては、平衡調整スタンドの垂直支柱１は垂直のスタンド柱脚部４と、スタンド柱脚部４に対して水平軸Ａ２に関して移動自在に取り付けられた平行四辺形継手部材５とから構成されている。垂直のスタンド柱脚部４もスタンド土台部１４に対して垂直軸Ａ１に関して移動自在である。平行四辺形継手部材５は、ねじ山に沿って電動駆動により−矢印の方向に−移動自在である２つの釣合いおもり６，７をさらに含み、平行四辺形継手部材５における平衡用おもりの実際の位置を位置検出器（図示せず）によって検出可能である。この場合、位置検出器として適切であるのは、周知の誘導経路記録計、電位差計形経路記録計又は増分形経路記録計、あるいは絶対コード化経路記録計であるが、それらは、総じて、たとえば、Ｆａ．ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮより広い選択肢をもって提供されている。
【００１４】
また、平行四辺形継手部材５はそれ自体の同様に水平に向きを定められた軸Ａ３に関しても移動自在である。平行四辺形継手部材５の上端部には、二重平行四辺形継手部材が水平支持アーム２として継手取り付けされている。水平支持アーム２、すなわち、二重平行四辺形継手部材は、垂直支柱１の平行四辺形継手部材５に対して、軸Ａ４及びＡ５に関して移動自在である。この場合、軸Ａ５は軸Ａ２及びＡ３と同様に、すなわち、水平方向に向いている。軸Ａ４の向きがこれに対して直角に定められている。水平支持アーム２の他方の端部の切離し箇所９には、適切な荷重、さらには、その荷重と切離し箇所との間に配置されるＸ−Ｙ摺動装置８が固定されている。荷重は、Ｘ−Ｙ摺動装置８を含めて、電動駆動によって軸Ａ６に沿って摺動することができる。図示する実施例では、Ｘ−Ｙ摺動装置８は２つの部分から構成されている。その一方の部分は、この場合、１つの平面で規定通りの摺動を可能にする電動位置決め装置１０ｂとして機能する。垂直の座標方向をＺで表わした場合、軸Ａ６が垂直に向いているとき、その平面は水平のＸ−Ｙ平面である。Ｘ−Ｙ摺動装置８の他方の部分は、以下、少なくとも１つの釣合いセンサを含むセンサ装置１０ａとして表わされる。この装置は、Ｘ−Ｙ摺動装置８に作用する荷重の力、すなわち、軸Ａ６に作用する回転モーメントを、その重心が軸Ａ６の延長線上に位置していない場合に検出する。Ｘ−Ｙ摺動装置８の明確な構造については、以下に、図２〜図４を参照して詳細に説明する。
【００１５】
平衡調整可能スタンドは、手動操作で平衡調整可能なスタンドについても知られている軸ごとの電磁ブレーキ（図示せず）をさらに含む。この電磁ブレーキによって、個々の軸を選択的に規定して固定又は解放することができる。
さらに、本発明による平衡調整可能スタンドには、平衡させるべき個々の軸に関わる制御回路又は調整回路をソフトウェア方式で実現しているコンピュータを有する制御装置１１が設けられている。ユーザーは操作卓を介して自動化平衡過程を開始、変更等することができる。
【００１６】
図示してある第１の実施例では、各々の平衡させるべき軸Ａ２〜Ａ６に少なくとも１つの釣合いセンサが対応している。この釣合いセンサは対応する軸に対して偶発的に起こる不釣合い状態を検出する。すなわち、図示されているのは、自動化平衡調整可能スタンドの調整を変形させた構成である。この調整を変形させた構成においては、平衡させるべき全ての軸に対してそのような釣合いセンサが必要であるわけではない。平衡調整可能スタンドを完全に自動化するために、軸Ａ１〜Ａ６を電動駆動により調整する駆動装置がさらに設けられている。駆動装置として機能するのは、制御装置の調整回路を介して規定して動作させることができる適切なサーボモータである。この調整回路は、各々の軸の位置を検出できる、たとえば、適切な角度ゲージなどの位置検出器をさらに含む。
【００１７】
スタンド土台部１４が１つの平面に位置している場合、通常、垂直軸Ａ１の平衡は保たれている。すなわち、この軸については、原則として別個の平衡調整は不要である。これに関連する制御は、スタンド土台部１４に一体化されている水準器などを介して可能である。
【００１８】
平衡調整可能スタンドの軸Ａ２，Ａ４及びＡ６についてそれぞれ求められるのは、中立釣合い状態である。これは、各々の軸に回転モーメントを加える全ての質量の重心が対応する回転中心点に位置している場合、すなわち、その軸に作用する回転モーメントが互いに補正されている場合に起こる。この目的のために、回転モーメント補正手段は、中立釣合い状態に到達するまで平衡させるべき軸に作用する。同時に、実際に起こっている不釣合い状態を釣合いセンサによって検出する。
【００１９】
軸Ａ３及びＡ５について求められるのは、各々の軸に回転モーメントを加える全ての質量の重心が軸の回転中心点を延長した直線上に位置している場合に達成される釣合い状態である。この釣合い状態は先に説明した中立釣合い状態と同様にして得られる。
【００２０】
本発明によるスタンドの自動化平衡調整は調整の原理に従って、あるいは制御の原理に従って実現化のである。適切な平衡調整過程に至るまでの個々のステップを含めた各原理の流れ図については、以下に説明する。そこでは、スタンド全体を自動化して平衡させる必要は全くなく、むしろ、スタンドの所望のレイアウトに応じて、たとえば、１つの軸のみの自動化平衡を実行し、その他の軸を手動操作で平衡させるようにすることが可能である。
【００２１】
軸の不釣合い状態を検出するのに使用できる釣合いセンサとしては、静止力を検出する力センサがある。そこで、たとえば、軸の運動を制動ボルトによって阻止し、制動ボルトに作用する力を力センサにより検出することが可能である。さらに、軸間の相対傾斜を検出する釣合いセンサを適用することもできる。同様に、回転モーメントなしに各々の軸に取り付けられて、その軸に作用する回転モーメントを直接に検出できる回転モーメントセンサの使用も可能である。
【００２２】
回転モーメント補正手段としては、軸ごとに、先に図示した第１の実施例におけるように電動駆動で調整自在である釣合いおもりを使用できる。あるいは、たとえば、電動駆動で調整自在であるばねなどによって、補正モーメントを規定して調整することも可能であろう。電動駆動で摺動自在である釣合いおもりの実際の位置を周知の位置検出器により検出する。また、位置検出器によって検出可能でなければならないばねの実際の圧縮状態についても、検出は行われる。
【００２３】
以下、個々の自動化平衡過程の例として、図２〜図４を参照しながら、軸Ａ６の平衡調整並びにそのために必要なＸ−Ｙ摺動装置８を説明する。
そこで、図２には、２つの部分から成るＸ−Ｙ摺動装置８の一方の構成要素である電動位置決め装置１０ｂを概略的に示す。電動位置決め装置１０ｂは、その装置に配設されている手術用顕微鏡を軸Ａ６に対して垂直な平面で規制して位置決めすることができる。その目的のために、位置決め装置１０ｂは互いに電動駆動で摺動される複数の個別部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃから構成されている。個別の部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃはリニアガイド１２，１３を介して互いに対して移動自在である。電動位置決め装置１０ｂは結合要素１５を介してＸ−Ｙ摺動装置８のセンサ部分１０ａに装着され、結合フランジ１６で手術用顕微鏡の下方に固定される。
【００２４】
図３及び図４を参照して、Ｘ−Ｙ摺動装置８のセンサ装置１０ａの構造と、スタンドの平衡調整のための第１の自動化ステップ、すなわち、軸Ａ６の平衡調整とをさらに詳細に説明する。図１に示されている実施例においては、センサ装置１０ａは電動位置決め装置１０ｂの上に配設されており、軸Ａ６に対してＸ−Ｙ平面における荷重の重心の位置を検出する働きをする。所望の平衡調整を実行するために、まず、軸Ａ６を垂直に設定するのであるが、これはＸ−Ｙ摺動装置にある傾斜計によって制御自在である。適切な傾斜計としては、たとえば、インクリノメータ又は電子水準器を使用することができる。軸Ａ６の垂直整列は傾斜計を目で見ながら調整することによって手動操作で可能であるが、相対傾斜を検出して、適切な駆動装置を介して軸Ａ６の位置決めを実行する電動調整回路を経て垂直整列を行うこともできる。その場合、軸Ａ６の垂直整列を実行するときには、二重平行四辺形継手部材を軸Ａ４及びＡ５に関して電動駆動で調整する。この目的のために、それらの軸の対応するブレーキを解放し、それらの軸に付随する駆動装置をそれらの軸に付随する調整回路を介して適切に制御することが必要である。軸Ａ６の垂直整列を実行した後、軸Ａ４及びＡ５に付随するブレーキを閉成する。次のステップでは、懸垂している荷重の重心を垂直に設定された軸Ａ６の延長線上に置く。このために、Ｘ−Ｙ摺動装置８のセンサ部分１０ａを使用して、垂直に設定された軸Ａ６に荷重から加わる回転モーメントを検出し、調整回路を介して、位置決め装置１０ｂにより懸垂した荷重を適切に摺動させることによってこの回転モーメントを補正する。
【００２５】
軸Ａ６に作用する回転モーメントを検出するために、Ｘ−Ｙ摺動装置８のセンサ装置１０ａには、３つの力センサが放射対称形に正三角形を描いて配設されている。それに代わるものとして、別の配列で力センサを設けることも可能であるのは自明である。センサ装置１０ａの縦断面図を図３に示す。図３には３つの力センサのうち１つの力センサ２１ａのみが示されている。それらの力センサは丸形ボックス２０の中に放射状に配設されており、ボックスの中心点の方向に２個のねじ２２ａ，２２ｂを経てボックス２０の垂直のリブ２８に固定されている。ボックス２０は結合フランジ２３を介して垂直スタンドの支持アームの連結部と、すなわち、軸Ａと結合している。力センサ２１ａに実際に作用している荷重の力の導入、並びにそれに伴う、軸Ａ６に作用する回転モーメントの検出は、ボックス２０に配設されているシリンダ２４を介して実行される。このとき、力は結合プレートを介し、上下から力センサ２１ａに向けて挿入される２本のねじ付きピン２６ａ，２６ｂを経て、力センサ２１ａに導入されてゆく。
【００２６】
力センサ２１ａと結合プレート２５との間には、結合プレート２５及びボックス２０と交互に結合する円形の板ばね２７がさらに設けられている。荷重がシリンダ２４に作用するとき、板ばね２７は軸Ａ６の方向への摺動を起こし、その摺動を力センサ２１ａに伝達する。
【００２７】
そこで、シリンダ２４に力が加わると、各々の力センサ２１ａは所定の測定経路に従って偏向し、作用する力を記録する。放射状に分布した力センサ２１ａに非対称の力が作用した場合には、接続する制御装置が異なる力を検出することになる。既知の幾何学的配列から、軸Ａ６に実際に作用している回転モーメントを推論し、実際に検出される回転モーメントが零に等しくなるまで、電動位置決め装置１０ｂを介して懸垂する荷重を摺動させることができる。このように零に等しくなる状況は、全ての力センサが等しい測定信号を発生する場合、すなわち、軸Ａ６に作用する力が回転対称に等しく分布している場合に起こる。
【００２８】
丸形ボックス２０を含めてスタンドに固定された懸垂部分と、シリンダ２４を含めて、懸垂部分に対して移動自在である荷重部分とから構成される本発明によるセンサ部分１０ａの構造は、結果として発生している荷重の重心が尚も垂直に設定された軸Ａ６の延長線上に位置していない場合に、軸Ａ６に作用する回転モーメントを確実に検出できるように保証する。
【００２９】
図３のセンサ装置１０ａの部分展開図を図４に示す。この図では、環状の板ばね２７はボックス２０と結合プレート２５に互い違いに、すなわち、荷重部分と懸垂部分に互い違いに固定されていることが明確にわかる。さらに、図４においては、３つの力センサ２１ａ，２１ｂのうち第２の力センサも示されており、この力センサも同様に２本のねじ付きピン２６ｂ，２７ｂを介して結合プレート２５と結合し、従って、懸垂部分と結合している。
【００３０】
懸垂している荷重の重心を軸Ａ６の延長線上に置くための以上説明した方式は、本発明による平衡調整可能スタンドの制御回路を使用する構成に対しても、調整回路を使用する構成に対しても同一である。すなわち、必要とされる調整回路Ｒ１は双方の実施形態について同一である。平衡調整可能スタンドに関して使用する「制御構成もしくは調整構成」という概念は、自動化平衡のために単に制御回路又は調整回路のみを使用することであると理解されてはならず、むしろ、たとえば、いわゆる制御構成は所定のスタンド位置に規定して到達するための複数の調整回路と、先に説明した軸Ａ６の平衡のための調整回路Ｒ１とを含むのである。
【００３１】
軸Ａ６を平衡調整するステップの後に初めて、２つの自動化平衡プロセスは互いに異なってくる。
以下では、まず、調整原理に従って進行するスタンド全体の自動化平衡プロセスを説明すべきであろう。このプロセスの経過を図５，図６の流れ図に図式化して示す。
第１の調整回路Ｒ１を介して、荷重の重心を垂直に設定された軸Ａ６の延長線に自動化して位置決めするという先に説明したステップの後に、軸Ａ６を軸Ａ４及びＡ５に付随する駆動装置を介して電動駆動により、それらの軸Ａ４及びＡ５に関して任意の位置へ順次偏向又は傾斜させる。２つの軸Ａ４及びＡ５に関する軸Ａ６の自動化平衡調整は、それぞれ、懸垂している荷重をＸ−Ｙ摺動装置を含めて軸Ａ６に沿って電動駆動で移動させることによって実行される。この目的のために、第２の調整回路Ｒ２において軸Ａ４又はＡ５に関する回転モーメントを適切な釣合いセンサを介して検出し、それに相応して、所望の釣合い状態に到達するまで荷重を軸Ａ６に沿って電動駆動で摺動させる。この場合、軸Ａ４については中立釣合い状態が求められ、また、軸Ａ５については、システムの重心が軸Ａ４上に位置している釣合い状態が実現されることになる。
【００３２】
軸Ａ４と軸Ａ５には荷重に起因する等しい回転モーメントが垂直方向に作用するので、それらの軸のうち一方の平衡調整が実行されるときに他方の軸の平衡調整も自動的に保証されているため、２つの平衡プロセスのいずれか一方を必要に応じて省略することができる。従って、軸Ａ４及びＡ５を平衡させる第２の調整回路Ｒ２が唯一つ必要である。
【００３３】
続いて、平行四辺形継手部材５の自動化平衡調整、すなわち、軸Ａ３及びＡ２の平衡調整を実行する。この目的のために、まず、平行四辺形継手部材５を電動駆動装置を介して軸Ａ２及び／又は軸Ａ３に対し垂直に設定し、そこで、軸Ａ２及び／又は軸Ａ３に付随する位置検出器を介して平行四辺形継手部材の実際の位置を検出する。調整回路Ｒ７及び／又はＲ８は垂直整列を生じさせる。第３の調整回路Ｒ３においては、軸Ａ３に付随する釣合いセンサによってその軸Ａ３に関する回転モーメントを検出し、釣合いおもり６を回転モーメント補正手段として電動駆動で移動させる。次に、調整回路Ｒ７及び／又はＲ８を介して、平行四辺形継手部材を再び任意に傾斜させ、軸位置情報を位置検出器を介して検出する。最後に、第４の調整回路Ｒ４は、釣合いおもり７を移動させることにより、軸Ａ２に関する中立釣合い状態が実現されるようにする。この目的のために、この軸Ａ２に付随する釣合いセンサは実際の釣合い状態を絶えず検出している。このステップの完了後には、スタンド全体の平衡が保たれていることになる。
【００３４】
調整原理に従って動作する全自動平衡調整可能スタンドについて必要な調整回路を含めた信号経路を図７に簡略化して示す。スタンド全体を平衡調整するために合わせて８つの調整回路Ｒ１〜Ｒ８が設けられており、それらの回路は、たとえば、接続している制御装置のマイクロプロセッサ（μＰ）でソフトウェア方式で実現されている。
【００３５】
第１の調整回路Ｒ１は、Ｘ−Ｙ摺動装置を利用して、軸Ａ６の自動化平衡を実行する。第２の調整回路Ｒ２は、軸Ａ６に沿った荷重の並進運動によって軸Ａ５及び／又は軸Ａ４を平衡させる働きをする。別の調整回路Ｒ３は、電動駆動で調整自在であるおもり６によって軸Ａ３を平衡調整するために設けられている。第４の調整回路Ｒ４は、釣合いおもり７を介して軸Ａ２の平衡調整を実行する。それら４つの軸の不釣合い状態を釣合いセンサによってそれぞれ検出し、Ａ／Ｄ変換器を介して制御装置のマイクロプロセッサへ転送する。このマイクロプロセッサは、求められている釣合い状態を実現するために必要な調整量を確定し、その調整量の値をＤ／Ａ変換器を介して調整回路のモータへ伝送する。そこで、モータは回転モーメント補正手段をそれに合わせて移動させるなどする。求められている釣合い状態に達するまで、調整回路Ｒ１〜Ｒ４ごとにこのプロセスを繰り返す。
【００３６】
スタンド全体の自動化平衡調整のために、軸Ａ２〜Ａ５を電動駆動する別の４つの調整回路Ｒ５〜Ｒ８が必要であり、それらの調整回路はスタンドを平衡のために必要な位置へ自動的に移動させる。調整回路Ｒ５〜Ｒ８も、同様に、Ｄ／Ａ出力又は対応するＤ／Ａ変換器を介してそれらのモータを制御する制御装置のマイクロプロセッサを介して実現されている。各々の軸の位置を検出するのは位置検出器であり、位置検出器の信号はＡ／Ｄ変換器を介してマイクロプロセッサに供給される。
【００３７】
本発明によるスタンドの代替構成においては、全ての軸を別個の調整回路を介して平衡調整するのではなく、個々の軸の一部平衡調整を制御原理に従って実行する。この実施形態では、総じて、先に説明した調整方式と比べて機器コストは安く、制御技術についてもレベルは低い。この実施例の自動化平衡調整のための個々のステップを図８，９の流れ図を参照しながら説明する。図８，９では、軸Ａ６の平衡調整のための第１のステップは、本発明によるスタンドの調整構成における先に説明したステップと同一である。先に挙げたステップと同様に、軸Ａ６を調整回路Ｒ５′及びＲ６′を介して垂直に設定し、Ａ４及びＡ５のブレーキを閉成し、続いて、調整回路Ｒ１′及びＸ−Ｙ摺動装置を介して荷重の重心を軸Ａ６の延長線上へ移動させる。その後、Ｘ−Ｙ摺動装置の釣合い測定値から、すなわち、力センサから荷重重量を検出する。続いて、調整回路Ｒ５′を介して、二重平行四辺形継手部材を適切に偏向させることにより、軸Ａ６を軸Ａ４に関して傾斜させる。この場合、同時にその都度の偏向の程度を位置検出器によって検出する。その代わりに、軸Ａ５に関して同一の方法を実行することができる。すなわち、軸Ａ５に関して二重平行四辺形継手部材を適切に偏向させることにより、軸Ａ５に関して軸Ａ６を傾斜させるのである。この場合にも、選択された軸位置情報を位置検出器を介して検出する。
【００３８】
軸位置がわかっているとき、軸Ａ６が軸Ａ４又はＡ５に関して偏向する際に検出された測定値、すなわち、検出された作用回転モーメントから、マイクロプロセッサを介して、中立釣合いを得るために必要である軸Ａ６に沿った荷重重量の摺動Ｌ６を逆算する。この目的のために、軸Ａ６に作用する全ての回転モーメント並びに重心位置を検出し、そこから既知のスタンドの幾何学形状と併せて、Ａ６における目標重心位置を再び求める。次に、荷重をＡ６に沿って電動駆動により所定の摺動量Ｌ６だけ移動させる。その後、平行四辺形継手部材を調整回路Ｒ５′及びＲ６′を介して任意の位置へ移動させる。そこで、必要に応じて位置検出器を介して軸位置情報を検出できるのであるが、それは必ずしも不可欠ではない。さらに、そのとき、このステップでは、二重平行四辺形継手部材を２つの調整回路Ｒ５′及びＲ６′を介して電動駆動により規定された位置へ移動させることは必ずしも必要ではなく、測定値の検出に際しては任意にとった位置を使用することも可能であり、その結果、調整技術上の負担は少なくなる。
【００３９】
続いて、スタンドの幾何学的構造がわかっているので、検出された軸Ａ６に対する回転モーメント値から釣合いおもり６及び７について必要な目標位置を逆算する。次に、釣合いおもりを摺動量Ｌ2及びＬ3だけ移動させて検出された目標位置をとらせる。その場合、必要な摺動量も同じように既知のスタンド構成から求められる。
【００４０】
既知のスタンド位置と、各々の軸に作用する既知の回転モーメントとを、制御装置において実現されている比較テーブルに基づいて検出された測定値を実験によって確定された校正値と比較するような方法で評価して、必要とされる摺動量Ｌ6，Ｌ2及びＬ3 の確定を行うことができる。それらの校正値は、スタンド位置と力特性を定義したときの必要摺動情報を含む。それらの校正値と検出された測定値を比較し、続いて、荷重重量と釣合いおもりを対応する摺動量だけ摺動させるのである。そのような比較プロセスは、たとえば、接続している制御装置を介してソフトウェア方式で実現可能である。
【００４１】
本質的に先に説明した制御原理に従って動作する本発明によるスタンドの実施形態の信号経路、並びに必要である制御回路及び調整回路を図１０に簡略化して示す。説明した制御方式においては、スタンド全体の平衡調整のために、３つの調整回路Ｒ１′，Ｒ５′及びＲ６′と、３つの制御回路Ｓ１〜Ｓ３とが設けられている。それらの制御回路と調整回路は、完全に調整原理に従って構成されていた実施例の場合と同様に、接続している制御装置のマイクロプロセッサ（μＰ）を介して実現される。第１の調整回路Ｒ１′は先に説明した調整方式のものと同一である。この回路は、Ｘ−Ｙ摺動装置を利用して軸Ａ６の自動化平衡を実行する。軸Ａ２及びＡ３並びにＡ４又はＡ５は、調整方式とは異なり、制御回路Ｓ１〜Ｓ３を利用して平衡調整される。制御回路Ｓ１は、荷重を軸Ａ６に沿って所定の摺動量Ｌ6 だけ移動させる。軸Ａ６における実際の荷重位置を位置検出器によって検出することができる。他の２つの制御回路Ｓ２及びＳ３は、釣合いおもり６及び７を電動駆動により検出された摺動量Ｌ1及びＬ2だけ規定して移動させる働きをする。平行四辺形継手部材５における釣合いおもりの位置の検出も適切な位置検出器によって同様に可能である。全自動化した実施形態においては、平衡調整可能スタンドを軸Ａ６をＲ１′によって平衡調整した後に軸Ａ４及びＡ５に関してそれぞれ任意の位置へ規定して偏向させるために、２つの調整回路Ｒ５′及びＲ６′が必要なのである。それら２つの軸に関して偏向を実行した後、作用している荷重モーメント、すなわち、軸位置を検出し、そこから３つの制御回路Ｓ１〜Ｓ３について必要な調整量を求めて、対応する制御回路へ転送する。原理上は、必要な調整量を平行四辺形部材の任意の位置から求めることも可能である。すなわち、規定に従った移動のためのそれらの調整回路は必ずしも必要ではない。
【００４２】
制御装置のマイクロプロセッサ（μＰ）は実際の位置、すなわち、釣合い情報をＡ／Ｄ変換器を介して獲得し、３つの制御回路Ｓ１〜Ｓ３の制御量を求める。それらの制御量はＤ／Ａ変換器を介して出力される。
本発明による平衡調整可能スタンドのこれらの変形例によって、必要な制御用ソフトウェア又は調整用ソフトウェアをより低コストで規定できる。
【００４３】
本発明によるスタンドの平衡調整に適する方法を含めたスタンドの第２の実施例を以下に図１１を参照しながら説明する。垂直支柱２と、その支柱に移動自在に装着された水平の支持アーム３とから成る基本的なスタンドの構造は、図１による第１の実施例の構造に対応している。ただし、水平の支持アーム３は二重平行四辺形継手部材として構成されているのではなく、その代わりに釣合いおもり８ａ，８ｂ＜９ａ，９ｂを伴う二分割支持アームとして構成されている。さらに、この実施形態で使用されるＸ−Ｙ摺動装置１０はセンサ装置を全く含んでおらず、懸垂される荷重（図示せず）を軸Ａ６に対して横方向に位置決めするための位置決め装置のみが設けられている。
【００４４】
本発明によるスタンドの図示されている第２の実施例は垂直の支柱２から構成されており、その支柱にほぼ水平の、いくつかの部分から成る支持アーム３が継手装着されている。概略的に示されている支持アーム３の切離し箇所１１にも、同様に、荷重として手術用顕微鏡を装着することができる。
図示した第２の実施例では、平衡調整可能スタンドの垂直支柱２は、垂直のスタンド柱脚部１２と、水平の軸Ａ２に関してスタンド柱脚部１２に対して移動自在に装着された平行四辺形継手部材１３とから構成される二分割構造を有する。垂直のスタンド柱脚部１２の上半分は、同様に、垂直軸Ａ１に関して土台部１を含めた下半分に対して移動自在である。この目的のために、垂直のスタンド柱脚部１２には、操作自在のブレーキＧ１ａに加えて回転角センサＧ１ｂを含む一体の継手要素Ｇ１が設けられている。
【００４５】
平行四辺形継手部材１３には、ねじ山に沿って矢印の方向に電動駆動により摺動自在である２つの釣合いおもり４，５がさらに配設されている。
本発明によるスタンドの、さらにコストの高くなる実施形態においては、平行四辺形継手部材１３における釣合いおもり４，５の実際の位置を位置検出器（図示せず）によって検出することができる。
複数の互いに継手結合する個別の要素から構成されている平行四辺形継手部材１３は、さらに、同様に水平に向いた軸Ａ３に関しても自ら移動自在である。
【００４６】
平行四辺形継手部材１３の上端部には、ほぼ水平の支持アーム３が装着されている。支持アーム３はこの場合にもその長手方向軸、すなわち、軸Ａ４に関して移動自在であり、摺動自在の釣合いおもり８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂによってこの軸Ａ４に関して支持アームを平衡調整することができる。支持アームの前端部には、支持アーム３の交差部分１４が軸Ａ５に関して移動自在であるように装着されている。支持アーム３の交差部分１４はその長手方向軸、すなわち、軸Ａ６に関しても移動自在である。軸Ａ５に関する平衡調整の働きをするのは、電動駆動で摺動自在である別の釣合いおもり１５である。
【００４７】
本発明による自動化平衡調整可能スタンドのこの実施例の軸Ａ１〜Ａ６には、それぞれ、１つの継手要素Ｇ１，．．．，Ｇ６が付随しており、その継手要素は規定に従って操作自在であるブレーキＧ１ａ，．．．，Ｇ６ａと、少なくとも１つの回転角センサＧ１ｂ，．．．，Ｇ６ｂとをそれぞれ含んでいる。規定通りに操作自在であるブレーキＧ１ａ，．．．，Ｇ１ｂは、たとえば、周知の電動ブレーキとして構成されており、軸に関する運動を規定に従って阻止することができる。回転角センサＧ１ｂ，．．．，Ｇ６ｂは、軸がまだ平衡調整されていないときにその軸に関する運動を検出する働きをし、本発明によれば、回転角センサＧ１ｂ，．．．，Ｇ６ｂは釣合いセンサとして使用される。適切な回転角センサとして考えられるのは、市販の通常の増分形角度エンコーダ又は絶対動作形角度エンコーダであり、たとえば、ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ社より大量に販売されている。
【００４８】
図１１に示す実施例においては、回転モーメント補正手段として様々な釣合いおもり４，５，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１５が設けられている。
先に示唆した通り、本発明によるスタンドのよりコスト高の実施形態では、それらの釣合いおもりの位置を位置検出器によってそれぞれ検出できるのであるが、ここで説明する単純な実施形態の場合には、それらは設けられていない。すなわち、不要である。
平行四辺形継手部材に取り付けられた２つの釣合いおもり４，５は、軸Ａ２又はＡ３に関して平行四辺形継手部材を平衡調整する働きをし、その目的のために、電動駆動によりねじ山に沿って矢印の方向に摺動自在である。ねじ山により釣合いおもりを摺動させる代わりに、別の実施形態も可能であることは自明である。
【００４９】
それに相応して、支持アーム３を軸Ａ４に関して平衡調整する目的で、矢印の方向に摺動自在である８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂが設けられている。
Ａ５に関する平衡調整の働きをするのは、電動駆動により摺動自在の別の釣合いおもり１５である。
本発明によるスタンドのこの実施形態の自動化平衡調整に際しては、さらに、制御装置１６が必要である。図１１に示す実施例では、制御装置１６は入力装置６と、表示装置７とを有するコンピュータによってソフトウェア方式で実現されている。ユーザーは、表示装置７を介して、必要なステップを実行するための命令を間断なく得られるように対話形式で平衡調整を行うことができる。
【００５０】
そこで、以下に、図１１に示す本発明によるスタンドの実施例を自動化平衡調整する方法のステップの流れを説明する。最初は全く不釣合いの状態にあるスタンドを、添付の図面の位置にほぼ対応する基本釣合い位置へユーザーが移動させるのであるが、そのために、制御装置１６はスタンドの全ての操作自在のブレーキＧ１ａ，．．．，Ｇ６ａを止めてモーメントが少なくなるように切替えるのが有利である。基本釣合い位置をとった後、全ブレーキを再び全止めモーメント状態へと設定する。
第１のステップでは、本発明によるスタンド、すなわち、スタンド土台部１を、たとえば、スタンド土台部にある水準器によって水平にアライメントする。ただし、このステップは、軸Ａ１を平衡調整すべきである場合にのみ必要であり、場合によっては省略されても良い。
【００５１】
次のステップでは、Ｘ−Ｙ摺動装置１０の移動により軸Ａ６を平衡調整する。この目的のために、制御装置１６は規定された短い時間Ｔの間、軸Ａ６に付随するブレーキＧ６ｂを開放する。継手Ｇ６に属するエンコーダＧ６ａは、軸Ａ６に対して起こった運動を検出する。検出した回転角と、ブレーキＧ６ｂの開放の時間Ｔとを、制御装置１６により、そこからＸ−Ｙ摺動装置を移動させなければならない必要量を確定するようにさらに処理する。この場合、たとえば、考えられる様々な回転角と係属時間Ｔのパラメータの組み合わせを含む記憶されている参照テーブルを経て、その量を求めることができ、制御回路を介してＸ−Ｙ摺動装置へその量を転送することができる。
あるいは、調整回路を介して、Ｘ−Ｙ摺動装置１０を必要量だけ移動させることも可能である。
続いて、回転角センサＧ６ａが軸Ａ６に対する動きを記録しないようになるまで、このステップを繰り返す。
【００５２】
次に、軸Ａ６に対応するブレーキを再び小さな止めモーメントに設定した後に、ユーザーは軸Ａ６を約４５°旋回させる。
軸に付随する駆動部を伴うより高コストの実施形態においては、この操作を制御装置１６を介して自動化して行うことも可能である。次に、先に説明したステップの場合と同様に、軸Ａ６に関する平衡調整を実行する。このステップの後、軸Ａ６の２つの慣性主軸は平衡調整されている。
次のステップでは、軸Ａ５を自動化平衡調整する。制御装置１６は、この軸に付随するブレーキＧ５ａを規定された短い継続時間Ｔにわたり改めて開放させる。軸Ａ５に属する回転角センサＧ５ｂは不釣合いに起因して軸Ａ５に対して生じた運動を検出し、この値を制御装置１６へ転送する。そこで、制御装置１６は継続時間Ｔと、軸Ａ５に対して測定される回転角とに基づいて、釣合いおもり１５について必要な移動経路を改めて計算する。それに相応して、この釣合いおもりを制御し、摺動させる。Ａ５に関する釣合い状態に達するまで、再びこの移動を実行することができる。
【００５３】
次のステップにおいては、先に説明した２つのステップと同様に、軸Ａ４を平衡調整する。すなわち、回り継手Ｇ４の回転角センサＧ４ｂを介して不釣合い状態を検出した後、この軸に関する旋回がそれ以上起こらなくなるまで、釣合いおもり８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂを制御回路又は調整回路を介して適切に移動させることになる。既に述べた軸Ａ６に関する平衡調整プロセスの場合と同様に、軸Ａ４も少なくとも２つの、４５°離間した位置へ平衡調整される。
次のステップとして軸Ａ３を平衡調整する。この場合には、平行四辺形継手部材にある釣合いおもり４を適切に移動させることになる。この平衡調整ステップの後、軸Ａ２について、平行四辺形継手部材の他方の釣合いおもり５を相応して移動させることによって、同じ移動を行う。
【００５４】
ここで、スタンド全体が自動化平衡調整されたことになり、制御装置１６を介して最終総合試験を実行することができる。この目的のために、短時間にわたり各ブレーキを解除し、それぞれ付随する回転角センサが動きを確定したか否かを記録する。動きが生じていた場合には、この軸に付随する回転モーメント補正手段を適切に作用させることが必要である。
この時点で、スタンドは完全な平衡状態となり、通常の用途にスタンドを使用することができる。
【００５５】
既に何度も示唆した通り、操作員の手操作による介入を全く必要とせずに完全な平衡調整プロセスが可能となるように、個々の軸に関わる駆動部を本発明によるスタンドにそれぞれ設けることができる。さらに、回転モーメント補正手段として利用される釣合いおもりに、実際の位置の精密測定を可能にする位置検出器を設けることも可能である。
さらに、全ての軸を以上説明した態様で平衡調整するのではなく、所望の一連の軸のみを本発明に従って平衡調整することも可能であるのは自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  平衡調整すべき軸の向きを含めて、本発明によるスタンドの第１の実施例の構造を概略的に示す図。
【図２】  Ｘ−Ｙ摺動装置の電動位置決め装置の概略図。
【図３】  Ｘ−Ｙ摺動装置のセンサ装置及びそれに装着されている力センサの断面図。
【図４】  図３のセンサ装置の展開図。
【図５】  調整原理に従ったスタンド全体の平衡調整の自動化プロセスの流れ図。
【図６】  調整原理に従ったスタンド全体の平衡調整の自動化プロセスの流れ図。
【図７】  調整原理に従って動作する自動平衡調整可能スタンドにおいて必要である構成要素を含めて、原則的な信号処理を示す図。
【図８】  本質的に制御原理に従って動作するスタンド全体の平衡調整の自動化プロセスの流れ図。
【図９】  本質的に制御原理に従って動作するスタンド全体の平衡調整の自動化プロセスの流れ図。
【図１０】  本質的に制御原理に従って動作する自動平衡調整可能スタンドにおいて必要である構成要素を含めて、原則的な信号処理を示す図。
【図１１】  制御装置を含めて本発明によるスタンドの別の実施例の構造を概略的に示す図。
【符号の説明】
１…垂直支柱、２…支持アーム、４…スタンド柱脚部、５…平行四辺形継手部材、６，７…釣合いおもり、８…Ｘ−Ｙ摺動装置、８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１５…釣合いおもり、１６…制御装置、２１ａ…力センサ、Ａ１〜Ａ６…軸、Ｒ１〜Ｒ８，Ｒ１′，Ｒ５′，Ｒ６′…調整回路、Ｓ１〜Ｓ３…制御回路、Ｇ１ａ，．．．，Ｇ６ａ…ブレーキ、Ｇ１ｂ，．．．，Ｇ６ｂ…回転角センサ、μＰ…マイクロプロセッサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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