利用MEMS传感器的智能按钮设备制造技术

本公开的实施例涉及利用MEMS传感器的智能按钮设备。提供了一种基于线性构件的线性运动的用于生成控制信号的设备。该设备包括线性构件、可旋转构件、被耦接到可旋转构件的第一惯性测量单元(IMU)以及具有固定位置的第二IMU。该设备还包括处理电路，处理电路使用来自IMU的感测信号来确定关于第二IMU的第一IMU的姿态，并且该处理电路基于该姿态生成控制信号。

【技术实现步骤摘要】
利用MEMS传感器的智能按钮设备
本公开涉及用于基于在惯性运动传感器之间的角度生成可变电信号的设备和方法。
技术介绍
诸如钻头、圆锯和研磨机的工具可以使用按钮控制，该按钮控制将按钮被按压的距离转换为设置工具的速度或转矩的电控制信号。电位计可以被用于创建电控制信号。然而，电位计会受到由于金属屑进入电位计而导致的磨损、灰尘侵入和电短路。由于电位计磨损，工具的特性可以随时间而变化。日常地使用工具的电力工具用户对于工具的响应性非常敏感。
技术实现思路
在各种实施例中，本公开提供了设备和方法，其中“智能”按钮被用于将线性运动转换为旋转运动。例如，线性运动可以由包括智能按钮的电力工具的用户提供。两个或更多个运动传感器(诸如第一和第二惯性测量单元)被用于基于智能按钮的操作来控制工具的一个或多个操作参数或特征。更具体地说，第一惯性测量单元可以在旋转构件上响应于线性运动(例如，响应于用户按压智能按钮)而旋转，而第二惯性测量单元可以具有固定的位置，诸如在工具的外壳上或内部。相对于第二惯性测量单元的第一惯性测量单元的旋转量可以被用作智能按钮的按压量的代理，或者可以表示智能按钮的按压量。因此，第一和第二惯性测量单元的输出可以被处理并且用于控制工具的一个或多个操作参数，诸如电机的速度等。智能按钮设备可以包括线性构件、可旋转构件以及第一和第二惯性测量单元(IMU)。可旋转构件被耦接到线性构件，使得当线性构件运动或位移时，可旋转构件与线性构件的位移成比例地旋转。第一IMU被耦接到可旋转构件，使得第一IMU的位置响应于可旋转构件的旋转而变化。第一IMU被配置为生成第一感测信号。第二IMU相对于可旋转构件具有固定位置。第二IMU被配置为生成第二感测信号。智能按钮设备还包括第一处理电路(或电路装置)，该第一处理电路被耦接到接收第一和第二感测信号的第一IMU和第二IMU。处理电路在操作中基于第一和第二感测信号确定相对于第二IMU的第一惯性测量单元IMU的姿态，并且基于所确定的第一惯性测量单元的姿态生成控制信号。利用智能按钮的工具可以包括线性构件以及可旋转构件。可旋转构件可以被耦接到线性构件，其中可旋转构件的旋转运动由线性构件的线性位移确定。该工具还可以包括第一IMU和第二IMU。第一IMU被耦接到可旋转构件，具有响应于可旋转构件的旋转而变化的位置。相对于第二惯性测量单元的第一惯性测量单元的姿态确定了该工具的操作参数。用于智能按钮设备的操作方法可以包括将线性构件的线性运动转换为第一惯性测量单元的旋转运动；通过使用来自第一和第二惯性测量单元的感测信号的第一处理电路来确定关于第二惯性测量单元的第一惯性测量单元的姿态；以及基于所确定的姿态控制工具的操作参数。附图说明现在将通过示例参考附图。在附图中，相同的附图标记标识相似的元件或动作。然而，在一些附图中，不同的附图标记可以被用于指示相同或相似的元件。附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。这些元件中的一些元件被放大或定位以提高附图的易读性。图1是示意性图示了根据本公开的一个或多个实施例的智能按钮设备的机械组件的前视图。图2是图示了根据一个或多个实施例的智能按钮设备的框图。图3是图示了根据一个或多个实施例的智能按钮设备的机械组件的部件的等距视图。图4是根据一个或多个实施例的智能按钮设备的处理电路装置的功能框图。图5是根据一个或多个实施例的利用智能按钮设备的工具的框图。图6是图示了根据一个或多个实施例的控制具有智能按钮的工具的操作参数的方法的流程图。具体实施方式在以下描述中，提出了某些具体细节，以提供对各种公开的实施例的彻底的理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到实施例可以在没有这些具体细节中的一个或多个具体细节的情况下被实践，或者可以使用其他方法、部件、材料等实践。在其他实例中，没有详细示出或描述与芯片处理相关联的众所周知的结构或方法，以避免不必要地模糊实施例的描述。除非本文另外指出，否则在整篇说明书和权利要求中，词语“包括”及其变体(诸如“包括了”和“包括有”)应该以开放、包容的意义解释为“包括，但不限于”。此外，术语“第一”、“第二”以及类似的序列指示应该被解释为可互换的，除非本文另外明确指出。整篇说明书对“一个实施例”或“一种实施例”的引用的意思是结合实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一种实施例中”在整篇说明书的各种位置的出现不一定全都引用相同实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何适当的方式组合。如本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数指示，除非内容另外明确指出。还应该注意的是，术语“或”通常在其最广泛的意义上使用，即，意思是“和/或”，除非内容另外明确指出。在各种实施例中，本公开提供了用于利用惯性测量单元(IMU)进行电机的可变强度控制的智能按钮设备。IMU包括微机电系统(MEMS)传感器(诸如加速度计和陀螺仪)。按钮的线性位移被转换为MEMS传感器的旋转位移。使用齿轮或其他耦接方法，线性构件被耦接到可旋转构件。第一IMU跟随可旋转构件定向。第二IMU位于相对于可旋转构件固定的位置。相对于第二IMU的第一IMU的姿态或角度是从每个IMU的加速度计和陀螺仪输出计算的。然后相对于第二IMU的第一IMU的姿态或角度被转换为电控制信号(模拟信号或数字信号)，该电控制信号可以被用于驱动电机或任何其他电气特征、部件、电路装置等。线性按钮或开关，作为具有少量的开关状态(例如，“按压”和“释放”)的替代，可以以连续的方式提供关于线性按钮被按压或位移的范围的信息，诸如从静止位置到完全按压的位置。用于线性按钮的相同类型的机制可以被一般化到除了按钮和开关以外的其他应用，诸如低冲程功率计、阻尼器以及机械悬架等。制造商需要根据应用在尺寸和分辨率方面调用可扩缩解决方案。因此，尽管以下描述通常是相对于按钮来提供的，但是应该理解的是，本公开的实施例涵盖任何设备(例如，包括功率计、阻尼器、机械悬架等)，其中线性运动可以被转换为旋转运动，并且其中如本文将要进一步详细描述的，两个或更多个IMU可以被用于生成指示线性运动的输出信号。电力工具行业依赖于线性按钮来持续地生成控制信号，以如由用户需要地驱动电力工具。例如，在电钻上的线性按钮根据按压按钮的距离量成比例地调节钻头的速度或转矩。按钮的运动被转换为控制信号(模拟信号或数字信号)，该控制信号被用作具有被耦接到钻头的转子的电机的输入。由于运动传感器的使用，可以立即获得除电机控制以外的内在益处，诸如活动识别、跌倒检测和静止状态检测。如果检测到不安全的操作，那么电机可以被禁用。图1是示意性图示了机械组件100的前视图，该机械组件100可以被包括在智能按钮设备200(在图2中示出)中。机械组件100包括线性构件102、可旋转构件104、第一惯性测量单元(IMU)106、第二惯性测量单元108以及支撑框架1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：/n线性构件；/n可旋转构件，被耦接到所述线性构件，其中所述可旋转构件响应于所述线性构件的线性位移而旋转；/n第一惯性测量单元，被耦接到所述可旋转构件并且所述第一惯性测量单元具有响应于所述可旋转构件的旋转而变化的位置，所述第一惯性测量单元被配置为生成第一感测信号；/n第二惯性测量单元，具有相对于所述可旋转构件固定的位置，所述第二惯性测量单元被配置为生成第二感测信号；以及/n第一处理电路，被耦接到所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元，所述第一处理电路被配置为基于所述第一感测信号和所述第二感测信号确定相对于所述第二惯性测量单元的所述第一惯性测量单元的姿态，以及基于所述第一惯性测量单元的所确定的姿态生成控制信号。/n

【技术特征摘要】
20191126 US 16/696,7721.一种设备，包括：
线性构件；
可旋转构件，被耦接到所述线性构件，其中所述可旋转构件响应于所述线性构件的线性位移而旋转；
第一惯性测量单元，被耦接到所述可旋转构件并且所述第一惯性测量单元具有响应于所述可旋转构件的旋转而变化的位置，所述第一惯性测量单元被配置为生成第一感测信号；
第二惯性测量单元，具有相对于所述可旋转构件固定的位置，所述第二惯性测量单元被配置为生成第二感测信号；以及
第一处理电路，被耦接到所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元，所述第一处理电路被配置为基于所述第一感测信号和所述第二感测信号确定相对于所述第二惯性测量单元的所述第一惯性测量单元的姿态，以及基于所述第一惯性测量单元的所确定的姿态生成控制信号。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制信号调制电流。


3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一处理电路被配置为基于所述第一感测信号或所述第二感测信号中的至少一个感测信号来确定所述设备的坠落状态。


4.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：
电机，被电耦接到所述第一处理电路，其中所述控制信号调制所述电机的速度或所述电机的转矩中的至少一项。


5.根据权利要求4所述的设备，其中所述设备是钻头，所述钻头包括：
按钮，被耦接到所述线性构件；以及
卡盘，被耦接到所述电机；
其中，所述卡盘的旋转速度响应于所述按钮的按压而增加。


6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一处理电路被配置为访问计算机可读存储器，并且基于存储在所述计算机可读存储器中并且与所确定的姿态相关联的信息生成所述控制信号。


7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一处理电路被配置为根据关于所述第二惯性测量单元的所述第一惯性测量单元的所述姿态的变化的速度生成所述控制信号。


8.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：
第二处理电路，被耦接到所述第二惯性测量单元，所述第二处理电路被配置为基于所述第二感测信号确定所述设备的操作状态。


9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第二处理电路被耦接到所述第一处理电路，所述第二处理电路被配置为当由所述第二处理电路确定了安全操作状态时启用所述控制信号。


10.一种工具，包括：
线性构件；
可旋转构件，被耦接到所述线性构件，所述可旋转构件被配置为响应于所述线性构件的线性位移而旋转；
第一惯性测量单元，被耦接到所述可旋转构件，并且所述第一惯性测量单元具有响应于所述可旋转构件的所述旋转而变化的位置；
第二惯性测量单元；以及
处理电路装置，被耦接到所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元，所述处理电路装置被配置为基于所述第一惯性测量单元相对于所述第二惯性测量单元的姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·比安科，L·布拉科，M·乔达里，R·穆拉，S·P·里沃尔塔，F·里扎尔迪尼，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，意法半导体公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT