專(zhuān)利名稱(chēng)：一種檢測(cè)物體相對(duì)于表面移動(dòng)的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置移動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是用于電子產(chǎn)品人機(jī)控制方面技術(shù)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)技術(shù)高度普及的今天，屏幕指針定位技術(shù)已發(fā)展出多種類(lèi)型，觸摸屏技術(shù)、觸摸板技術(shù)、指點(diǎn)桿技術(shù)、加速度定位技術(shù)，手勢(shì)識(shí)別技術(shù)等等，各有各的使用場(chǎng)合；但在桌面上使用電腦時(shí)，傳統(tǒng)光學(xué)鼠標(biāo)使用上的方便性及高效性?xún)?yōu)勢(shì)是其它人機(jī)輸入設(shè)備所不能替代的。鼠標(biāo)這種操作使用方式的設(shè)備依然扮演著控制電子電腦設(shè)備的重要角色，在這類(lèi)操作方式的設(shè)備上能提出更好的技術(shù)方案，將是非常具有價(jià)值的。在此提出的位置檢測(cè)技術(shù)，它和機(jī)械或光學(xué)鼠標(biāo)一樣都能在任意平面平臺(tái)上進(jìn)行光標(biāo)定位，但在某些方面具有更大的進(jìn)步性；例如可以把鼠標(biāo)做得更加薄，如把鼠標(biāo)整體厚度控制在3mm以?xún)?nèi)、甚至可做到更低的2mm厚度，這是傳統(tǒng)鼠標(biāo)技術(shù)所難以實(shí)現(xiàn)的。具有相當(dāng)薄厚度的鼠標(biāo)有很多特點(diǎn)，例如是便攜性，能更好配合往輕薄化方面發(fā)展個(gè)人電腦設(shè)備，例如超薄型手提電腦。其次，具有足夠薄的鼠標(biāo)的使用舒適程度上也更具優(yōu)勢(shì)，由于足夠的薄，使其放置于臺(tái)面上操作時(shí)類(lèi)似于把信用卡放于臺(tái)面的移動(dòng)的情形，可以將手指方便自然地放于其上面，移動(dòng)時(shí)只需手指動(dòng)作，能把手掌手臂運(yùn)動(dòng)量減到最低，比手掌中握住個(gè)物體的傳統(tǒng)鼠標(biāo)使用方式來(lái)說(shuō)這更加靈活方便。另外，在此提出的位置檢測(cè)技術(shù)能能適應(yīng)性質(zhì)不同的表面，因?yàn)榇思夹g(shù)是屬于接觸式移動(dòng)識(shí)別技術(shù)，和機(jī)械鼠標(biāo)一樣都需要接觸參考操作臺(tái)面(光電鼠標(biāo)是非接觸式光學(xué)檢測(cè)技術(shù))，并且其接觸部分可以設(shè)計(jì)成一個(gè)微小光凸出位，有很好的介質(zhì)表面適應(yīng)性。薄型化方面光學(xué)鼠標(biāo)原理上是ic芯片上的傳感器不斷地對(duì)操作臺(tái)面攝取圖像，光學(xué)鼠標(biāo)在技術(shù)原理上需要光學(xué)光路，由物距、像距、光學(xué)鏡頭以及傳感器ic構(gòu)成這類(lèi)技術(shù)的主要組成部分。傳感器ic是可以設(shè)計(jì)的很薄的，障礙光學(xué)鼠標(biāo)薄型化方面發(fā)展的只要在于物距、像距的存在以及鏡頭厚度。上述的這些因素導(dǎo)致光學(xué)鼠標(biāo)很難進(jìn)一步進(jìn)行超薄型化設(shè)計(jì)。有一些其它技術(shù)專(zhuān)利也在薄型化方面進(jìn)行研究，例如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?9106420. 8的專(zhuān)利，通過(guò)圓柱體和操作面的接觸旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行定位，這和機(jī)械鼠標(biāo)技術(shù)非常相似，機(jī)械鼠標(biāo)是球體的旋轉(zhuǎn)，此專(zhuān)利的是柱體的旋轉(zhuǎn)；平臺(tái)適應(yīng)性方面，對(duì)于有一定程度紋理的不同的操作界面，光學(xué)鼠標(biāo)都能有很好的識(shí)別性，但當(dāng)操作臺(tái)面是光潔的、反光性的、透明的時(shí)候，光學(xué)鼠標(biāo)將出現(xiàn)識(shí)別上的困難，例如光亮的表面、玻璃臺(tái)面。對(duì)于一般辦公或家庭使用來(lái)說(shuō)，出于使用和美觀需要，臺(tái)面有一定光潔度是正常情形，采用玻璃做臺(tái)面情形也非常多，這時(shí)光學(xué)鼠標(biāo)需要配備鼠標(biāo)墊才能取得較好的操作效果，這給使用上帶來(lái)麻煩。雖然有激光鼠標(biāo)甚至藍(lán)光鼠標(biāo)聲稱(chēng)可以解決上述問(wèn)題，但真正使用效果并不令人滿(mǎn)意；例如對(duì)于干凈的玻璃表面，激光鼠標(biāo)是無(wú)能為力的，只有玻璃表面有明顯的雜質(zhì)肌理(例如有明顯指印或灰塵)激光鼠標(biāo)才能正常工作，實(shí)際情況是大多數(shù)人都依然依靠鼠標(biāo)墊來(lái)匹配使用鼠標(biāo)。針對(duì)上面所述的現(xiàn)有鼠標(biāo)技術(shù)不足，下面提出一個(gè)新的技術(shù)方法，依據(jù)此技術(shù)方法，可以制造出更高效、更輕便的電腦控制工具。

發(fā)明內(nèi)容
這里提出的位置檢測(cè)方法的原理概括來(lái)說(shuō)就是測(cè)量一個(gè)活動(dòng)物件在載體上的有限空間內(nèi)的小距離移動(dòng)后迅速將其歸位到原來(lái)的位置，然后再測(cè)量，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程；這就把物體在平臺(tái)上長(zhǎng)距離的移動(dòng)的分化為多段微小距離的移動(dòng)，間接測(cè)量多個(gè)微小距離的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離的測(cè)量，從而達(dá)到檢測(cè)目的。這樣的處理方式很有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷?duì)一個(gè)物體進(jìn)行小距離高分辨率的測(cè)量是非常容易做到(例如各類(lèi)型光學(xué)接近傳感器)，并且體積可以做的非常足夠的小。另外，由于這里提出的測(cè)量技術(shù)是和操作平臺(tái)有直接接觸，無(wú)需像光學(xué)鼠標(biāo)那樣依賴(lài)于操作平臺(tái)表面機(jī)理特性。無(wú)需歸位檢測(cè)物體移動(dòng)有多種技術(shù)，申請(qǐng)?zhí)枮?1111024. O提出的“超微型鼠標(biāo)器及其平移方式的輸入裝置”就是一種靠手指推動(dòng)控制鍵來(lái)進(jìn)行位置檢測(cè)，當(dāng)然這種技術(shù)只能檢測(cè)手指非常有限的活動(dòng)范圍；再例如機(jī)械鼠標(biāo)，鼠標(biāo)內(nèi)的滾球滾動(dòng)一段距離后無(wú)需對(duì)其歸為都能再次滾動(dòng)在此提出的位置檢測(cè)方法中的歸位的步驟相對(duì)對(duì)于其它系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)較為顯著的特點(diǎn)，由于活動(dòng)物件只能在一個(gè)限制的空間內(nèi)移動(dòng)，向一個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)小距離后需要?dú)w回原位，歸位動(dòng)作是使它一直保持著某個(gè)方向的可移動(dòng)性。下面詳細(xì)將此技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明；本發(fā)明包括一些主要功能組成部分；1.載體(2)及其操作面(I):載體有一合適外形方便被人手移動(dòng)操作，載體能在操作面上移動(dòng)，載體在操作面方向有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口(2a)；2.活動(dòng)物件(3):位于載體(I)內(nèi)能夠移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的部件,活動(dòng)物件上有一外接觸部位(3a)通過(guò)載體的開(kāi)口(2a)凸出到載體外面并能和操作面(I)形成接觸關(guān)系。3.位置檢測(cè)器(4)，固定在載體(I)上能對(duì)活動(dòng)物件進(jìn)行某個(gè)方向的位置檢測(cè)，4.力驅(qū)動(dòng)器(5)，力驅(qū)動(dòng)器固定在載體(I)上能對(duì)活動(dòng)物件產(chǎn)生作用力，使活動(dòng)物件能向載體上的某個(gè)特定位置移動(dòng)(2b)，盡量接近或位于此特定位置(2b)上；這個(gè)過(guò)程在此也可稱(chēng)為活動(dòng)物件的歸位。此特定位置(2b)需滿(mǎn)足此條件當(dāng)活動(dòng)物件位于此特定位置時(shí)，在位置檢測(cè)器(4)的檢測(cè)方向上活動(dòng)物件(3)有相對(duì)于載體(I)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)的空間或距離，以保證當(dāng)載體相對(duì)操作面移動(dòng)時(shí)，活動(dòng)物件也能相對(duì)載體產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)這種移動(dòng)能被位置檢測(cè)器檢測(cè)到；可參考附圖8的歸位示意圖。5.數(shù)據(jù)處理器(6)，以及電源、以及控制其它的電子設(shè)備的無(wú)線或有線數(shù)據(jù)鏈路
坐寸ο活動(dòng)物件(3)能在載體內(nèi)部的一個(gè)方向(X)的一段范圍內(nèi)前后移動(dòng)，載體上有一開(kāi)口(2a)，活動(dòng)物件的外接觸部位(3a)是通過(guò)載體的開(kāi)口(2a)外伸出到載體(2)外面，當(dāng)把載體放在一個(gè)操作面(I)上時(shí)，外接觸部位(3a)是能夠和操作面(I)形成接觸關(guān)系。工作時(shí)，力驅(qū)動(dòng)器(5)首先將活動(dòng)物件(3)歸位，然后位置檢測(cè)器(4)檢測(cè)活動(dòng)物件(3)的位置狀態(tài)并用相應(yīng)的電信號(hào)表示，確立一個(gè)參考信號(hào)值；當(dāng)載體(2)相對(duì)操作面(I)在(X)方向移動(dòng)時(shí)，活動(dòng)物件由于外接觸部位(3a)和操作面(I)有接觸、存在摩擦力，因此它相對(duì)于操作面來(lái)說(shuō)是相對(duì)靜止的而相對(duì)于載體來(lái)說(shuō)則是移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的；位置檢測(cè)器(4)檢測(cè)活動(dòng)物件(3)相對(duì)于載體(2)的位置狀態(tài)并用相應(yīng)的電信號(hào)表示，得到一個(gè)樣本信號(hào)；數(shù)據(jù)處理器(6)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)值對(duì)樣本信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算，當(dāng)樣品信號(hào)和參考信號(hào)的差異值的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)值，則確定活動(dòng)物件產(chǎn)生一次有效移動(dòng)。確定活動(dòng)物件產(chǎn)生一次有效移動(dòng)后，力驅(qū)動(dòng)器(5)產(chǎn)生力推動(dòng)活動(dòng)物件,使其歸位向載體內(nèi)的特定位置(2b);當(dāng)載體再次移動(dòng)時(shí)，活動(dòng)物件能再次產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣不斷地測(cè)量、不斷歸位活動(dòng)物件，能取得一系列移動(dòng)數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)也是關(guān)于載體(2)和操作面⑴之間在⑴方向上的相對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器確認(rèn)活動(dòng)物件的一次或多次有效移動(dòng)后產(chǎn)生相關(guān)控制信號(hào)去控制其它電子設(shè)備；依據(jù)活動(dòng)物件有效移動(dòng)的次數(shù)、或者有效移動(dòng)所對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)值可以有不同的控制信號(hào)，并且依據(jù)第一值與第二值的大小關(guān)系確定控制信號(hào)的正反方向?qū)傩裕绲谝恢荡笥诘诙禃r(shí)確定為+X方向的移動(dòng)，第一值小于第二值確定為-X方向的移動(dòng)，或者相反。對(duì)于上面對(duì)參考值，還可以采用另外的處理方式，即設(shè)定一個(gè)值作為參考值，或者依據(jù)多次測(cè)量位于歸位位置的活動(dòng)物件的位置值來(lái)確定一個(gè)參考值，例如平均值；這樣系統(tǒng)就不需要在每次取得樣本值之前獲取一個(gè)參考值。在活動(dòng)物件歸位的過(guò)程中，載體相對(duì)于操作面移動(dòng)的信息會(huì)丟失，采取足夠快的
歸位速度能把這種丟失的信息減到非常小。并且這些丟失的位移信息能通過(guò)計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)m
\-ΖΧ ο


附圖1是本發(fā)明工作原理框圖。附圖2是限向活動(dòng)物件在載體上的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系圖，(a)部分是轉(zhuǎn)動(dòng)方式，(b)部分是移動(dòng)方式。附圖3是載體與全向活動(dòng)物件之間的關(guān)系圖，(a)部分是平面圖，(b)是圖(a)的剖面圖。附圖4是力驅(qū)動(dòng)器的磁性元件與電磁線圈相對(duì)限向活動(dòng)物件之間的幾種關(guān)系示意圖。附圖5是位置檢測(cè)器對(duì)活動(dòng)物件的檢測(cè)方式示意圖，(a)部分是反射式，(b)部分是透射式。附圖6是在載體內(nèi)安裝兩個(gè)互相垂直的限向活動(dòng)物件、位置檢測(cè)器、力驅(qū)動(dòng)器的實(shí)例，附圖7是在載體內(nèi)安裝一個(gè)全向活動(dòng)物件、以及多個(gè)位置檢測(cè)器、力驅(qū)動(dòng)器的實(shí) 例·附圖8是限向活動(dòng)物件歸位示意圖順序(a)-(b)_(c)為活動(dòng)物件位于載體的特定位置(2b)------載體相對(duì)操作面
移動(dòng)同時(shí)使活動(dòng)物件相對(duì)載體移動(dòng)——力驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)力(5d)使活動(dòng)物件歸位到特定位置(2b) ο
順序(d)-(e)-(f)為活動(dòng)物件位于載體的特定位置(2b)------載體相對(duì)操作面
移動(dòng)同時(shí)使活動(dòng)物件相對(duì)載體移動(dòng)-----力驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生二個(gè)相對(duì)方向的力(5d)使活動(dòng)物
件歸位到特定位置(2b)。標(biāo)記說(shuō)明1.載體的操作面，2.載體，2a.載體的開(kāi)口， 2b.載體上的特定位置，3.活動(dòng)物件， 3a.活動(dòng)物件的外接觸部位，3b.活動(dòng)物件的旋轉(zhuǎn)軸，4.位置檢測(cè)器，4a.位置檢測(cè)器的信號(hào)源， 4b.位置檢測(cè)器的信號(hào)接收器，5.力驅(qū)動(dòng)器， 5a.力驅(qū)動(dòng)器的磁性部件，5b.力驅(qū)動(dòng)器的電磁線圈，5c.電磁線圈的磁力線中心軸， 5d力驅(qū)動(dòng)器向活動(dòng)物件施加的力， 6.數(shù)據(jù)處理器，7限向活動(dòng)物件的平行板阻隔物， 8滾珠。
具體實(shí)施例方式依據(jù)發(fā)明內(nèi)容所描述的，一個(gè)位置檢測(cè)器對(duì)活動(dòng)物件進(jìn)行一個(gè)方向的位置檢測(cè)，數(shù)據(jù)處理器能得到一個(gè)方向的位移數(shù)據(jù)以及對(duì)其它電子設(shè)備輸出一個(gè)方向的控制數(shù)據(jù)，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用并不足夠，例如控制屏幕指針移動(dòng)最少需要互相垂直的兩個(gè)方向軸的移動(dòng)數(shù)據(jù)，即X軸的正反方向數(shù)據(jù)及y軸的正反方向數(shù)據(jù)。要得到載體相對(duì)于操作面上各方向的移動(dòng)數(shù)據(jù)需，要對(duì)活動(dòng)物件、位置檢測(cè)器、力發(fā)生器等進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。首先，發(fā)明內(nèi)容中所描述的力驅(qū)動(dòng)器(5)對(duì)活動(dòng)物件產(chǎn)生的力只是一個(gè)單一方向力(5d),它能對(duì)活動(dòng)物件在一個(gè)方向上的移動(dòng)執(zhí)行歸位動(dòng)作，歸位后的活動(dòng)物件能在載體的一個(gè)方向上移動(dòng)，見(jiàn)附圖8的(a)-(b)-(c)，位置檢測(cè)器(4)檢測(cè)到活動(dòng)物件(3)在此方向上的位移狀態(tài)。這種情況下要實(shí)現(xiàn)對(duì)載體在操作面上的全部移動(dòng)方向檢測(cè)則需要三個(gè)或三個(gè)以上的的具有不同移動(dòng)方向的活動(dòng)物件，同時(shí)每個(gè)活動(dòng)物件都對(duì)應(yīng)有一個(gè)力驅(qū)動(dòng)器及位置檢測(cè)器，數(shù)據(jù)處理器能得到三個(gè)方向的移動(dòng)數(shù)據(jù)；三個(gè)方向的移動(dòng)數(shù)據(jù)是能夠體現(xiàn)載體在操作面上的移動(dòng)情況的；當(dāng)然，四個(gè)方向會(huì)更好，因?yàn)樗膫€(gè)方向數(shù)據(jù)即可構(gòu)成兩個(gè)互相垂直的方向軸xy的正反方向。在上面所述中，把力驅(qū)動(dòng)器(5)對(duì)活動(dòng)物件(3)產(chǎn)生的力用兩個(gè)相反方向的力來(lái)取代，它能對(duì)活動(dòng)物件在相反的兩個(gè)方向上的移動(dòng)執(zhí)行歸位動(dòng)作，見(jiàn)附圖8的(d)-(e)-(f)，歸位后的活動(dòng)物件就可以在載體的(+X)或(-X)兩個(gè)方向移動(dòng)，位置檢測(cè)器也就能檢測(cè)到活動(dòng)物件在方向(+X)或(-X)上位移狀態(tài)。此時(shí)一個(gè)活動(dòng)物件就能實(shí)現(xiàn)某方向的正反兩個(gè)方向的檢測(cè)。這種情況下要實(shí)現(xiàn)對(duì)載體(2)在操作面(I)上全部的移動(dòng)方向的檢測(cè)，載體上需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的移動(dòng)方向各不相同的活動(dòng)物件(3)，同時(shí)每個(gè)活動(dòng)物件都對(duì)應(yīng)有一個(gè)力驅(qū)動(dòng)器(5)及位置檢測(cè)器(4)。當(dāng)活動(dòng)物件為兩個(gè)時(shí)，使它們之間的移動(dòng)方向互相垂直，即可構(gòu)成兩個(gè)互相垂直的方向軸xy的正反方向，(見(jiàn)附圖6)。上面技術(shù)實(shí)施方案活動(dòng)物件相對(duì)載體的移動(dòng)是具備方向性的，對(duì)于沒(méi)限制移動(dòng)方向的活動(dòng)物件，原理也基本一樣，但此時(shí)力驅(qū)動(dòng)器(5)必須能產(chǎn)生三個(gè)或三個(gè)以上的不同方向的力，也可以說(shuō)是由三個(gè)或三個(gè)以上的不同方向的力驅(qū)動(dòng)器(5)共同作用于同一個(gè)活動(dòng)物件(3)，這樣進(jìn)行歸位動(dòng)作時(shí)才能把活動(dòng)物件(3)定位在載體(2)的某個(gè)特定位置(2b)上，這就能能使活動(dòng)物件在載體的不同的方向上有移動(dòng)空間；同時(shí)配備三個(gè)或三個(gè)以上的檢測(cè)方向互不相同的位置檢測(cè)器檢測(cè)這個(gè)活動(dòng)物件，數(shù)據(jù)處理器分析這些位置檢測(cè)器數(shù)據(jù)確定活動(dòng)物件的相關(guān)移動(dòng)值及方向。(附圖7)是配備4個(gè)力發(fā)生器同時(shí)作用于一個(gè)活動(dòng)物件、以及配備兩個(gè)檢測(cè)方向互相垂直的位置檢測(cè)器(4)同時(shí)檢測(cè)一個(gè)活動(dòng)物件(3)的示意圖。根據(jù)上面所描述，為了實(shí)現(xiàn)使活動(dòng)物件只在載體內(nèi)部的某一個(gè)方向的一段范圍內(nèi)前后移動(dòng)，活動(dòng)物件放置在載體內(nèi)需要合適的結(jié)構(gòu)方式，可以采用限向移動(dòng)方式或旋轉(zhuǎn)方式；限向移動(dòng)方式是指通過(guò)在活動(dòng)物件的兩個(gè)平行線位置或最小三個(gè)不同的點(diǎn)位置上增加阻隔物(8)，使活動(dòng)物件只能在一個(gè)方向上前后移動(dòng)，該阻隔物是指固定在載體上的平行板或圓柱或其它形狀物體，并且這些阻隔物與活動(dòng)物件之間可以采用滾珠(9)來(lái)接觸連接，以減低活動(dòng)物件與載體之間的接觸摩擦力。旋轉(zhuǎn)方式是指活動(dòng)物件能夠圍繞載體上的一個(gè)軸點(diǎn)(7)(或一個(gè)部位在一定角度內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)軸點(diǎn)是指一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸心或這個(gè)部位是指連接活動(dòng)物件與載體的具有柔軟度的物體。當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)方式時(shí)，活動(dòng)物件上的外接觸部位(3a)必須在這里所述的軸心或柔軟物體以外的位置，這樣外接觸部位接觸到操作面時(shí)就能?chē)@這個(gè)軸心或柔軟物體轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用中平移方式或旋轉(zhuǎn)方式都要求能做到把活動(dòng)物件相對(duì)載體的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)摩擦力減到最小，這樣外接觸部位(3a)和操作面(I)的接觸摩擦力只需很小就能使活動(dòng)物件⑶相對(duì)載體⑴產(chǎn)生位移變化，同樣，力驅(qū)動(dòng)器(5)對(duì)活動(dòng)物件(3)只需很小驅(qū)動(dòng)力就能使其產(chǎn)生歸位動(dòng)作。在實(shí)際應(yīng)用中，活動(dòng)物件靠自身的重力作用使外接觸部位和操作面形成的接觸摩擦力有時(shí)并不足夠，這時(shí)可以向活動(dòng)部件施加一垂直于操作面的力，增加活動(dòng)物件的外接觸部位和操作面之間的力，達(dá)到增加它們之間的摩擦力的目的，同時(shí)也使活動(dòng)物件的外接觸部位能和操作面之間形成彈性接觸的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)和操作面的完全接觸。這可以由載體上的一彈性部件通過(guò)滾珠接觸活動(dòng)部件的方式向活動(dòng)物件施加一垂直于操作面的力，或彈性部件與活動(dòng)物件互相固定，載體上的一平面通過(guò)滾珠接觸彈性部件的方式向活動(dòng)物件施加一垂直于操作面的力；采用滾珠形式的接觸，是為使活動(dòng)物件在載體上的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)具有盡量小的接觸摩擦力。下面對(duì)力驅(qū)動(dòng)器及位置檢測(cè)器做進(jìn)一步的說(shuō)明首先是上面過(guò)程中所述的力驅(qū)動(dòng)器，是指一電磁力發(fā)生裝置，這是通用技術(shù)，能通過(guò)眾多的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，原理上都是通過(guò)施加一定電流的電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁性元件產(chǎn)生作用力的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們的目的就是把這種作用力轉(zhuǎn)換為載體和活動(dòng)物件之間的作用力，使它們之間能相對(duì)移動(dòng)。例如把線圈固定在活動(dòng)物件(或載體)上，把磁性元件固定在載體(或活動(dòng)物件)上，線圈對(duì)于磁性元件之間的力就轉(zhuǎn)為活動(dòng)物件與載體之間的力。構(gòu)成力驅(qū)動(dòng)器的電磁線圈和磁性元件是通過(guò)一定的放置方式來(lái)把載體和活動(dòng)物件聯(lián)系起來(lái)，這種放置方式根據(jù)電磁線圈的受力方式，有多種構(gòu)成方式，如附圖4所示。對(duì)于有限定方向的活動(dòng)物件來(lái)說(shuō)，磁性元件和電磁線圈之間的作用力可以是單向的一個(gè)力，也可以是相對(duì)的兩個(gè)力。附圖4所示中的S、N表示磁體的磁極。附圖4的(a)所示為電磁線圈的磁力線中心軸與活動(dòng)物件的自由移動(dòng)方向平行時(shí)，磁性元件放置在電磁線圈磁力線中心軸單側(cè)，它們之間有一個(gè)單一方向的力。附圖4的(b)所示為電磁線圈的磁力線中心軸與活動(dòng)物件的自由移動(dòng)方向平行，磁性元件放置在電磁線圈磁力線中心軸兩側(cè)，它們之間有兩個(gè)相對(duì)方向的力，在兩個(gè)力的作用下，電池線圈向兩個(gè)力的合力點(diǎn)移動(dòng)。附圖4的(C)所示為電磁線圈磁力線中心軸與活動(dòng)物件自由移動(dòng)方向垂直，磁性元件放置在電磁線圈磁力線中心軸兩側(cè)。它們之間有兩個(gè)相對(duì)方向的力，在兩個(gè)力的作用下，電池線圈向兩個(gè)力的交點(diǎn)移動(dòng)，附圖4的(d)所示為磁性元件從電磁線圈磁力線中心軸穿過(guò)，依據(jù)磁性元件的構(gòu)成方式和電磁線圈的電流方向可構(gòu)成單向或雙向的力。對(duì)于沒(méi)有限定自由移動(dòng)方向的活動(dòng)物件來(lái)說(shuō)，可以配置多個(gè)上述的力驅(qū)動(dòng)器，使這些力驅(qū)動(dòng)器都作用于同一個(gè)活動(dòng)物件，并且這些力發(fā)器相互之間需要存在一個(gè)非零的角度，使活動(dòng)物件能移動(dòng)向載體的某個(gè)確定位置(如附圖7所示)。這里所述的磁性元件是指單個(gè)SN磁極的磁鐵、或包含有多個(gè)SN磁極的磁鐵組、或?qū)Т盼矬w，又或者是它們之間的組合。力驅(qū)動(dòng)器也可是用其它原理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如靜電力，又或是電致伸縮物質(zhì)產(chǎn)生的力。其次是上面過(guò)程中所述的位置檢測(cè)器⑷，也有很多種已知的通用技術(shù)，例如各種類(lèi)型的接近式位移傳感器，光柵或容柵式位置傳感器；其中接近式又分為光接近式、磁接近式、電容接近式、超聲波接近式、等等；光柵位置傳感器又分透射式和反射式，光接近式也分透射式和反射式，電容式也有很多技術(shù)種類(lèi)。這種能檢測(cè)物體位置的技術(shù)的種類(lèi)繁多，但原理上都是通過(guò)對(duì)某種信號(hào)的改變來(lái)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)的。并且這些技術(shù)都是應(yīng)用普遍的，在這里不對(duì)其原理 解析。在此，我們把這種位置檢測(cè)器放置在載體內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)活動(dòng)物件，活動(dòng)物件相對(duì)載體的位置變化能改變位置檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)，得到活動(dòng)物件相對(duì)載體位置變化的相關(guān)信號(hào);根據(jù)采用的技術(shù)種類(lèi)，位置檢測(cè)器在載體內(nèi)的放置方式也不完全一樣；例如對(duì)于聲、光接近式來(lái)說(shuō)，如附圖5所示，檢測(cè)元件通常都固定在載體上，位置檢測(cè)器的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的聲、光等信號(hào)會(huì)被活動(dòng)物件本身所反射或透射，位置檢測(cè)器的信號(hào)接收端會(huì)收到這些透射或反射或改變的信號(hào)，當(dāng)活動(dòng)物件移動(dòng)時(shí)則這些信號(hào)都會(huì)跟隨改變，從而得到一個(gè)關(guān)于活動(dòng)物件相對(duì)于載體的移動(dòng)的相關(guān)信號(hào)。附圖5的(a)部分是反射式示意圖(b)部分是透射式示意圖。對(duì)于磁接近式，可把一磁性元件與活動(dòng)物件相固定，信號(hào)接收部分可采用磁敏元件并與載體固定。對(duì)于光柵或容柵式來(lái)說(shuō)，通常都把部分或全部光柵板或容柵電極和活動(dòng)物件相固定，其它部分則與載體相固定。信號(hào)檢測(cè)器的不同部分分別與載體和活動(dòng)物件相聯(lián)系，就檢測(cè)到關(guān)于載體與活動(dòng)物件相對(duì)位置的相關(guān)信號(hào)。采用不同的信號(hào)檢測(cè)器，從活動(dòng)物件上檢測(cè)的信號(hào)也有所不同，主要有模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)；其輸出到數(shù)據(jù)處理器上的信號(hào)也有模擬或數(shù)字之分；例如對(duì)于接近式，信號(hào)檢測(cè)器從活動(dòng)物件上檢測(cè)的通常某個(gè)強(qiáng)度的光、聲、磁等信號(hào)，并用相應(yīng)的電壓或電流強(qiáng)度信號(hào)來(lái)表示。但對(duì)于光柵式或容柵式來(lái)說(shuō)，信號(hào)檢測(cè)器從活動(dòng)物件上檢測(cè)的通常是幾個(gè)光或電荷信號(hào)的組合信號(hào)，即數(shù)字信號(hào)(有絕對(duì)值式和相對(duì)值式)，用不同的數(shù)字信號(hào)表示活動(dòng)物件相對(duì)于載體的不同位置狀態(tài)。因此數(shù)據(jù)處理器從位置檢測(cè)器所收到的信號(hào)也存在兩種可能的類(lèi)型，一種是模擬信號(hào)，一種是數(shù)字信號(hào)，對(duì)于模擬信號(hào)需要使用相關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行計(jì)算處理。構(gòu)成上面技術(shù)的主要部件活動(dòng)物件、力驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)檢測(cè)器都能采用微型化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)；例如活動(dòng)物件采用薄片材料來(lái)構(gòu)成，活動(dòng)物件與載體之間采用軸連接使相互之間有盡量小(最好為O)的摩擦力F1，薄片式的活動(dòng)物件上的一個(gè)凸出的外接觸部位與載體的操作面存在一接觸摩擦力F2 ;當(dāng)Fl足夠小時(shí)，只需很小的F2就能克服F1，使載體相對(duì)操作面移動(dòng)時(shí)，活動(dòng)物件的外接觸部位也能相對(duì)于載體產(chǎn)生移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。力驅(qū)動(dòng)器對(duì)活動(dòng)物件的力為F3，F(xiàn)2較小因而只需較小的F3就能驅(qū)使活動(dòng)物件移動(dòng)。這里的力Fl、F2、F3都很小使得力驅(qū)動(dòng)器微型化成為現(xiàn)實(shí)，使用微型驅(qū)動(dòng)線圈、微型磁鐵構(gòu)成的電磁力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)就能非常好地工作。另外，信號(hào)檢測(cè)部分可采用已市場(chǎng)普及0603(1. 6X0. 8mm)或0402(1X0. 5mm)尺寸光發(fā)射/接收二極管，這些元件是足夠微小的。通過(guò)這里所述的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)部位微型化設(shè)計(jì)，能設(shè)計(jì)出一個(gè)足夠薄的位置檢測(cè)設(shè)備，例如一個(gè)僅僅2mm到3mm厚度的、類(lèi)似信用卡式的超薄型鼠標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)物體相對(duì)于表面移動(dòng)的設(shè)備,其特征在于包括載體，用于提供安裝、放置物體的空間、平臺(tái)，用于在一表面上移動(dòng)操作，該表面為載體的操作面；活動(dòng)物件，載體內(nèi)能移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，包括限向活動(dòng)物件或全向活動(dòng)物件，限向活動(dòng)物件是指活動(dòng)物件能在載體的一定范圍內(nèi)做限定一個(gè)方向的前后移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，所述方向與載體的操作面平行，全向活動(dòng)物件是指活動(dòng)物件能在載體的一定范圍內(nèi)做多個(gè)方向移動(dòng)， 所述方向與載體的操作面平行，這里所述的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)是指活動(dòng)物件相對(duì)于載體而言；位置檢測(cè)器，能檢測(cè)物體移動(dòng)的裝置，用于檢測(cè)活動(dòng)物件在載體內(nèi)某個(gè)方向的前后移動(dòng)，把活動(dòng)物件的位置狀態(tài)用相關(guān)的電信號(hào)表示；力驅(qū)動(dòng)器，能產(chǎn)生作用力的裝置，用于對(duì)活動(dòng)物件產(chǎn)生作用力，使活動(dòng)物件能向載體內(nèi)的一個(gè)特定位置移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近或位于該特定位置，所述的特定位置符合此條件活動(dòng)物件位于此位置時(shí)，在位置檢測(cè)器的檢測(cè)方向上，活動(dòng)物件相對(duì)于載體有能夠移動(dòng)的空間或距離；數(shù)據(jù)處理器，用于對(duì)所述的位置檢測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算，用于控制所述的力驅(qū)動(dòng)器，用于輸出信號(hào)控制其它電子設(shè)備。
2.一種檢測(cè)物體相對(duì)于表面移動(dòng)的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟(a)力驅(qū)動(dòng)器對(duì)活動(dòng)物件產(chǎn)生力，使活動(dòng)物件能向載體內(nèi)的一個(gè)特定位置移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)， 靠近或位于該特定位置，所述的特定位置符合此條件活動(dòng)物件位于此位置時(shí)，在位置檢測(cè)器的檢測(cè)方向上，活動(dòng)物件相對(duì)于載體有能夠移動(dòng)的空間或距離；(b)力驅(qū)動(dòng)器停止向活動(dòng)物件產(chǎn)生力；(C)位置檢測(cè)器檢測(cè)活動(dòng)物件，獲取活動(dòng)物件位置相關(guān)的參考值，或設(shè)定一個(gè)參考值；(d)位置檢測(cè)器檢測(cè)活動(dòng)物件，獲取活動(dòng)物件位置相關(guān)的樣品值；(e)數(shù)據(jù)處理器處理、計(jì)算參考值與樣品值的差值，并根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)設(shè)值與差值進(jìn)行比較、計(jì)算；以及(i)如果參考值與樣品值的差值的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)值，再重復(fù)(d)至(e)，直到所述差值的絕對(duì)值大于或等于預(yù)設(shè)值；( )如果參考值與樣品值的差值的絕對(duì)值大于或等于預(yù)設(shè)值，則確認(rèn)為活動(dòng)物件的一次有效移動(dòng)，再重復(fù)(a)、(b)、(c)、(d)、(e)，或再重復(fù)(a)、(b)、(d)、(e)；步驟(b)也可放在步驟(C)的后面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括下述步驟數(shù)據(jù)處理器確認(rèn)活動(dòng)物件的一次或多次有效移動(dòng)后產(chǎn)生相關(guān)控制信號(hào)去控制其它電子設(shè)備，并且依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)活動(dòng)物件有效移動(dòng)的次數(shù)不同、或者每個(gè)有效移動(dòng)所對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)值的不同來(lái)產(chǎn)生不同的控制信號(hào)，以及依據(jù)參考值與樣品值的大小關(guān)系確定控制信號(hào)的正反方向?qū)傩浴?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從步驟(b)或步驟(c)到步驟(d)之間存在一個(gè)時(shí)間，該時(shí)間可以根據(jù)需要設(shè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的載體對(duì)應(yīng)于活動(dòng)物件的外接觸部位有一開(kāi)口部位；外接觸部位能通過(guò)載體的開(kāi)口部位伸展或凸出到載體外，當(dāng)載體放置于它的操作面上，外接觸部位能和操作面形成接觸關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，載體上有一彈性部件通過(guò)滾珠接觸活動(dòng)部件并向活動(dòng)物件施加一垂直于操作面的力，或彈性部件與活動(dòng)物件相互固定，載體上的一平面通過(guò)滾珠接觸彈性部件向活動(dòng)物件施加一垂直于操作面的力；使活動(dòng)物件的外接觸部位和操作面之間存在一個(gè)力，增加它們之間的摩擦力，并使外接觸部位和操作面之間形成彈性接觸關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的限定一個(gè)方向的前后移動(dòng)是通過(guò)在活動(dòng)物件的兩個(gè)平行線位置或最小三個(gè)不同的點(diǎn)位置上增加阻隔物，使活動(dòng)物件只能相對(duì)載體在一個(gè)方向上前后移動(dòng)；這些阻隔物與活動(dòng)物件之間可以用滾珠來(lái)接觸連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的一個(gè)方向的的轉(zhuǎn)動(dòng)是指活動(dòng)物件能夠圍繞載體上的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)部位在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的一個(gè)點(diǎn)是指一轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸心，所述的一個(gè)部位是指連接活動(dòng)物件與載體的具有柔軟度的物體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的力驅(qū)動(dòng)器是一種電磁力發(fā)生裝置， 由磁性元件和電磁線圈按相互之間能產(chǎn)生作用力的結(jié)構(gòu)方式組合構(gòu)成，磁性元件和電磁線圈的其中一個(gè)是與活動(dòng)物件相互固定，另外一個(gè)是與載體相互固定，使電磁線圈在施加電流后與磁性元件之間能產(chǎn)生作用力并且轉(zhuǎn)換為載體與活動(dòng)物件之間的作用力；電磁線圈的磁力線中心軸與活動(dòng)物件的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)方向平行或垂直，磁性元件位于電磁線圈的磁力線中心軸方向的單側(cè)或兩側(cè)；或電磁線圈的磁力線中心軸與活動(dòng)物件的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)方向平行或垂直，磁性元件從電磁線圈的磁力線中心軸方向穿過(guò)；這里所述的磁性元件是指單SN磁極的磁鐵、或包含有多個(gè)SN磁極的磁鐵組、或?qū)Т盼矬w,或磁鐵和導(dǎo)磁物構(gòu)成的組合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的位置檢測(cè)器是光接近式傳感器、 或磁接近式傳感器、或電容接近式傳感器、或超聲波接近式傳感器；主要由一信號(hào)源及對(duì)此信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)敏感的接收元件組成，接收元件接收到信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)受被檢測(cè)物體位置變化的影響而有強(qiáng)度上的變化，接收元件把接收到的不同強(qiáng)度的信號(hào)用不同的電壓或電流值表示；所述光是指各種波長(zhǎng)范圍的可見(jiàn)或不可見(jiàn)光，包括紅外線、可見(jiàn)光、紫外線等。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述的位置檢測(cè)器是一光柵位移傳感器或容柵位移傳感器；光柵位移傳感器的部分或全部光柵安裝在活動(dòng)物件上，或容柵位移感器的部分或全部柵極安裝在活動(dòng)物件上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述的光接近式傳感器是由發(fā)光元件及光敏元件組成，且都安裝在載體上；發(fā)光元件的光發(fā)射方向與光敏元件的光接收方向相同或接近，并且都指向活動(dòng)物件，活動(dòng)物件在載體上的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能改變它所反射的發(fā)光元件發(fā)射的光信號(hào)，使光敏元件接收到的光信號(hào)產(chǎn)生變化；或發(fā)光元件的光發(fā)射方向與光敏元件的光接收方向相對(duì)且都指向活動(dòng)物件，活動(dòng)物件在載體的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能改變它所遮擋的發(fā)光元件發(fā)射的光信號(hào)，使光敏元件接收到的光信號(hào)產(chǎn)生變化；這里所述的光敏元件是指光敏電阻、或光敏二極管、或光敏三極管等受光變化而變化的元件或器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述的電容接近式傳感器的電容檢測(cè)電極的部分或全部是安裝在活動(dòng)物件上。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述的磁接近式傳感器由磁敏元件和磁性元件構(gòu)成，磁敏元件和磁性元件其中的一個(gè)安裝在載體上，另一個(gè)安裝在活動(dòng)物件上； 活動(dòng)物件在載體上的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能改變磁敏元件接收的磁場(chǎng)；所述的磁敏元件是指霍爾元件、或磁阻元件、或磁敏二極管、或磁敏三級(jí)管等能受磁場(chǎng)變化而變化的元件或器件；所述的磁性元件是指磁鐵或具有磁性的物體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，在載體內(nèi)安裝有兩個(gè)或兩個(gè)以上的限向活動(dòng)物件，并使這些限向活動(dòng)物件的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)方向各不相同；同時(shí)對(duì)應(yīng)于每個(gè)限向活動(dòng)物件，分別配置一個(gè)位置檢測(cè)器和一個(gè)力驅(qū)動(dòng)器；對(duì)應(yīng)于每個(gè)限向活動(dòng)物件的外接觸部位，在載體上有相應(yīng)的開(kāi)口部位；數(shù)據(jù)處理器依據(jù)多個(gè)不同檢測(cè)方向的位置檢測(cè)器的檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生多個(gè)方向的對(duì)其它電子設(shè)備的控制數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，載體內(nèi)的活動(dòng)物件是全向活動(dòng)物件，配置兩個(gè)或兩個(gè)以上力驅(qū)動(dòng)器，使這兩個(gè)或兩個(gè)以上的力驅(qū)動(dòng)器所產(chǎn)生的力同時(shí)作用于所述的全向活動(dòng)物件，并且這些力驅(qū)動(dòng)器對(duì)全向活動(dòng)物件所產(chǎn)生的各個(gè)力的方向各不相同，使所述全向活動(dòng)物件能移動(dòng)向載體的某個(gè)特定位置；配置兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同檢測(cè)方向的位置檢測(cè)器分別檢測(cè)全向活動(dòng)物件在不同方向移動(dòng)狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理器依據(jù)多個(gè)不同檢測(cè)方向的位置檢測(cè)器的檢測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生多個(gè)方向的對(duì)其它電子設(shè)備的控制數(shù)據(jù)。
全文摘要
提出一種檢測(cè)物體相對(duì)于表面移動(dòng)的方法及使用該方法的設(shè)備，依據(jù)對(duì)一個(gè)載體內(nèi)部的一個(gè)活動(dòng)物件的位置檢測(cè)，來(lái)檢測(cè)載體在它的操作面上移動(dòng)所產(chǎn)生的移動(dòng)。活動(dòng)物件在載體內(nèi)有限空間能不斷移動(dòng)、復(fù)位，把將載體在平臺(tái)上的長(zhǎng)距離移動(dòng)的分化為多段短距離移動(dòng)，間接測(cè)量多個(gè)短距離的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)距離的測(cè)量，從而達(dá)到檢測(cè)載體在一平面上移動(dòng)的目的。
文檔編號(hào)G06F3/0354GK103019415SQ20111028034
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者陳東林 申請(qǐng)人:陳東林