在位置检测系统中转动永磁体技术方案

在总的方面，位置检测系统包括构造成产生时变磁场的磁场产生器。磁场产生器包括承载组件，承载组件限定第一转动轴线并且包括具有质心的永磁体。磁场产生器还包括驱动组件，该驱动组件联接到承载组件并且构造成作用在承载组件上以使永磁体同时绕第一转动轴线和第二转动轴线转动。第二转动轴线在偏离永磁体的质心的交点处与第一转动轴线相交。位置检测系统另外包括计算机设备，该计算机设备构造成基于在时变磁场中由传感器获得的磁场测量值来确定传感器的位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在位置检测系统中转动永磁体相关申请的交叉引用本申请要求2018年6月1日提交的题为“在位置检测系统中转动永磁体”的美国专利申请No.15/996,055的优先权，其通过引用合并于此。
技术介绍
以下说明涉及例如在位置检测系统中转动永磁体以产生时变磁场。一些现有系统可以基于由传感器收集的数据来检测物体的位置或运动。例如，基于视觉的定位系统在光频范围内操作并且利用图像传感器和物体之间的视线。作为另一示例，基于声音的定位系统在声频范围内操作并且利用声传感器和物体之间的传播介质。作为又一示例，基于惯性的系统可以使用例如加速度计或陀螺仪来检测一些类型的运动。附图说明图1是具有基站的示例性位置检测系统的示意图，该基站包括磁场产生器；图2是用于使用时变磁场确定传感器的位置的示例性位置检测系统的示意图；图3是磁场产生器的示例性数学模型的示意图；图4A是具有相关联的偶极磁场的示例性盘形永磁体的示意图；图4B是示例性永磁体组件的示意图，该永磁体组件具有两个正方形的条形磁体和两个矩形的条形磁体；图5是示例性轴组件的示意图，该轴组件包括承载轴和驱动轴；图6是示例性磁场产生器的示意图，该磁场产生器具有经由联轴器联接的两个正交轴；图7是示例性磁场产生器的示意图，该磁场产生器具有沿着单个承载轴并入的驱动机构；以及图8是示例性磁场产生器的示意图，该磁场产生器具有联接至驱动组件的两个承载轴。具体实施方式在本文说明的一些方面中，位置检测系统包括：磁场产生器，其构造成产生时变磁场。所述磁场产生器包括：承载组件，其限定第一转动轴线并且包括具有质心的永磁体。所述磁场产生器还包括驱动组件，其联接到所述承载组件并构造成作用在所述承载组件上以使所述永磁体同时绕所述第一转动轴线和第二转动轴线转动。所述第二转动轴线在偏离所述永磁体的质心的交点处与所述第一转动轴线相交。所述位置检测系统另外包括计算机设备，其构造成基于所述时变磁场中由传感器获得的磁场测量值来确定所述传感器的位置。位置检测系统可以实时计算和追踪传感器(或联接到传感器的物体)相对于位置检测系统的位置和取向。位置检测系统使永磁体同时绕两个可以正交的轴线转动。永磁体(例如，其质心)偏离由两个轴线的交点限定的原点。位置检测系统允许在有限但可移动的体积内追踪传感器(或附接有传感器的物体)的细微运动和位置。此类追踪的示例包括追踪手和手指的运动以进行精确的运动捕捉以及新颖的直观输入形式(例如，诸如“增强现实”或“虚拟现实”界面的三维界面)、在医疗程序或训练模拟中追踪手术刀的位置或在诸如西洋棋、国际象棋、战锤TM等的游戏中追踪棋子的位置。其它类型的位置检测和追踪也是可以的。位置检测系统可用于许多应用，包括生物医学和医疗保健应用(例如，患者监护、外科手术、摘除手术、活检等)，虚拟现实或增强现实游戏应用，零售应用(例如，产品追踪、库存管理、员工培训等)，军事人员、车辆和飞机应用(例如，人员追踪、增强现实或虚拟现实战场应用等)，机器人应用(例如，远程追踪、机器人操纵等)，专业培训应用(例如，私人、企业、政府等)或需要位置和运动追踪的任何其它应用。位置检测系统还能够在严酷的自然环境中进行位置和运动追踪。现在参考图1，其为示出了示例性位置检测系统100的示意图，位置检测系统100具有基站102，基站102包括磁场产生器104。磁场产生器104构造成产生时变磁场106，时变磁场106可用于检测物体的位置(或追踪物体)。基站102还包括构造成调节时变磁场106的基站控制器108，所述调节可以包括调节时变磁场的相对强度或取向以及相对强度或取向如何随时间变化。示例性位置检测系统100还包括联接到传感器112的物体110。示例性传感器112可以是能够测量磁场的任何类型的传感器及其部件。例如，传感器112可以是三轴磁场传感器，诸如磁力计、巨磁阻(GMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器或霍尔效应传感器。虽然图1仅绘示了一个物体和相应的传感器，但是位置检测系统100可以具有任何数量的物体和传感器及其组合，包括具有多个传感器的物体。物体110另外包括与传感器112通信的传感器控制器114。示例性传感器控制器114可操作为调节传感器112以在传感器112的位置处对时变磁场106进行测量，从而产生样本数据。传感器控制器114还可以调节传感器112以随时间进行多次此类测量以产生相应的样本数据集。系统100另外包括具有一个或多个处理器118和一个或多个存储器120的示例性计算机系统116。计算机系统116还包括与传感器控制器114通信的接口122。示例性计算机系统116可操作为从传感器控制器114接收样本数据并确定传感器112相对于基站102的位置。在一些情况下，计算机系统116还可以向传感器控制器114发送信号以调节从传感器112采集样本数据。将理解的是基站控制器108、传感器控制器114、计算机系统116或其任何组合之间的通信可以无线地进行。例如，计算机系统116可以经由来自北欧半导体的ShockBurstTM和增强ShockBurstTM协议与传感器控制器114和基站控制器108通信。然而，无线协议的其它示例也是可以的，包括蓝牙、IrDA、Zigbee、超宽带(IEEE802.15)、WLAN(IEEE802.11)、WiMAX(IEEE802.16&802.20)和蜂窝网络(GMS、GPRS、EDGE、CMDA)协议。在一些实施中，物体110和基站102中的一者或两者可以包括惯性测量单元(IMU)，诸如加速度计、陀螺仪或磁力计。惯性测量单元可以提高由示例性位置检测系统100确定的位置(即，物体110的位置)的准确度和精度。惯性测量单元还可以使示例性位置检测系统100确定的路径(例如，在物体110的运动期间)平滑。现在参考图2，其为示出了使用时变磁场确定传感器202的位置的示例性位置检测系统200的示意图。传感器202可操作为测量时变磁场的大小，该磁场随着传感器202的位置相对于位置检测系统200变化而变化。传感器202可以联接到物体，从而允许位置检测系统200另外确定物体的位置。例如，传感器202可以是来自意法半导体的LIS3MDL传感器，这是一种具有高性能的超低功率的三轴MEMS磁力计。可以使用其它类型的传感器。示例性位置检测系统200包括构造成产生时变磁场的磁场产生器204。磁场产生器204包括承载组件206和驱动组件208。承载组件206限定第一转动轴线210，并且包括具有质心的永磁体212。驱动组件208联接到承载组件206，并且构造成作用在承载组件206上以使永磁体212同时绕第一转动轴线210和第二转动轴线214转动。第二转动轴线214与第一转动轴线210在偏离永磁体212的质心的交点216处相交。在一些实施中，第二转动轴线214正交于(即，垂直于)第一转动轴线210。在其它实施中，第二转动轴线214以非正交角度与第一转动轴线210相交。位置检测系统200还包括计算机设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位置检测系统，其包括：/n磁场产生器，其构造成产生时变磁场，所述磁场产生器包括：/n承载组件，其限定第一转动轴线并且包括具有质心的永磁体；和/n驱动组件，其联接到所述承载组件并构造成作用在所述承载组件上以使所述永磁体同时绕所述第一转动轴线和第二转动轴线转动，所述第二转动轴线在偏离所述永磁体的质心的交点处与所述第一转动轴线相交；/n计算机设备，其构造成基于所述时变磁场中由传感器获得的磁场测量值来确定所述传感器的位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180601 US 15/996,0551.一种位置检测系统，其包括：
磁场产生器，其构造成产生时变磁场，所述磁场产生器包括：
承载组件，其限定第一转动轴线并且包括具有质心的永磁体；和
驱动组件，其联接到所述承载组件并构造成作用在所述承载组件上以使所述永磁体同时绕所述第一转动轴线和第二转动轴线转动，所述第二转动轴线在偏离所述永磁体的质心的交点处与所述第一转动轴线相交；
计算机设备，其构造成基于所述时变磁场中由传感器获得的磁场测量值来确定所述传感器的位置。


2.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于，所述驱动组件构造成作用在所述承载组件上，以对于所述永磁体绕所述第二轴线的每个单独的整周转动使所述永磁体绕所述第一轴线转动整数个整周转动。


3.根据权利要求1所述的位置检测系统，其特征在于，所述驱动组件构造成作用在所述承载组件上，以对于所述永磁体绕所述第一轴线的每个单独的整周转动使所述永磁体绕所述第二轴线转动整数个整周转动。


4.根据权利要求1或权利要求2至3中任一项所述的位置检测系统，其特征在于，所述承载组件还包括非磁性配重，所述非磁性配重具有沿着所述第一转动轴线偏离所述交点并与所述永磁体的质心相反的质心。


5.根据权利要求4所述的位置检测系统，其特征在于，所述驱动组件构造成作用在所述承载组件上以同时：
使所述非磁性配重绕所述第一轴线和所述第二轴线转动，以及
使所述永磁体绕所述第一轴线和所述第二轴线转动。


6.根据权利要求5所述的位置检测系统，其特征在于，所述驱动组件构造成作用在所述承载组件上，以同时使所述非磁性配重和所述永磁体转动，使得所述永磁体的陀螺效应和所述非磁性配重的陀螺效应彼此抵消。


7.根据权利要求1或权利要求2至6中任一项所述的位置检测系统，其特征在于，所述永磁体是永磁体组件的一部分，所述永磁体组件包括一个或多个永磁体并产生偶极磁场，所述驱动组件构造成作用在所述承载组件上以使所述偶极磁场同时绕所述第一轴线和所述第二轴线转动。


8.根据权利要求7所述的位置检测系统，其特征在于，所述偶极磁场限定了垂直于所述第一轴线的偶极对称轴线，并且所述驱动组件构造成作用在所述承载组件上，以使所述偶极对称轴线同时绕所述第一轴线和所述第二轴线转动。


9.根据权利要求7所述的位置检测系统，其特征在于，所述偶极磁场限定了偏离所述第一轴线和所述第二轴线之间的交点的中心点。


10.根据权利要求1或权利要求2至9中任一项所述的位置检测系统，其特征在于，所述驱动组件包括马达和联接至所述承载组件的驱动轴，并且所述马达构造成使所述驱动轴绕所述第二轴线转动。


11.根据权利要求10所述的位置检测系统，其特征在于，所述驱动轴构造成作用在所述承载组件上，以使所述承载组件绕所述第二轴线转动，并且所述驱动组件还包括扭矩转换器，所述扭矩转换器构造成作用在所述承载组件上以在所述承载组件绕所述第二轴线转动时使所述永磁体绕所述第一轴线转动。


12.根据权利要求11所述的位置检测系统，其特征在于，所述承载组件还包括非磁性配重，并且所述扭矩转换器构造成作用在所述承载组件上，以在所述承载组件绕所述第二轴线转动时使所述非磁性配重绕所述第一轴线转动。

【专利技术属性】
技术研发人员：J·W·柯比，M·皮克特，郑敏杰，J·费尔德坎普，
申请(专利权)人：奥莫技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US