[发明专利]确定移动物体的旋转半径的力传感设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是非临时专利申请，要求于2007年4月13日提交的标题为“AForce Sensing Apparatus and Method to Determine the Radius of Rotation of aMoving Object”，序列号为60/911,745的美国临时专利申请和于2008年2月8日提交的标题为“A Force Sensing Apparatus and Method to Determine theRadius of Rotation of a Moving Object”，序列号为61/027118的美国临时专利申请的优先权，其在此引入作为参考。

技术领域

本发明公开了检测与运动输入对应的设备的旋转和平移运动的设备。将两个或更多加速计的配置集成在该设备内，其中加速计在空间上分离并具有对准的感应轴。与加速计配置通信的逻辑电路将加速计信号耦合至处理器以计算运动变量。

背景技术

存在若干不同类型的可用于感应运动物体运动的传感器。可相对于外部或内部参考点检测该运动。本发明使用加速计，依赖于暂停检测质量的惯性作为参考的运动传感器。另一种惯性运动传感器是陀螺仪。陀螺仪是用于根据角动量守恒原理测量或维持方向的设备。陀螺仪敏感于旋转运动，同时容忍干扰。与加速计相比，陀螺仪更大、更贵和需要更大功率工作。加速计是用于测量线性加速、检测和测量振动或者相对于重力矢量的方向的设备。加速计受重力和干扰影响。实际上，与陀螺仪相比，加速计小、便宜并且消耗很少功率。

在现有技术中公知配置运动传感器以感应附着了传感器的运动物体的加速度、速度、位移和/或电磁场的正交分量变化。与加速计通信的处理器可编程的根据传感器传送的数据计算系统运动特征。使用线性加速计推导旋转刚性物体的角度和线性速度以及位置的一种普通方法是通过数学积分计算。首先，通过求解使用多个加速计输入的微分方程的线性系统推导出角加速度，其积分提供角速度，第二次积分提供该物体相对于外部参考系的位置。使用该方法的系统存在若干缺点，包括复杂的数学计算，其要求重的软件足迹和高的处理能力。复杂计算还在运动信号处理中引入了通常在实时应用中不可接受的明显延迟。

在现有技术中公知在手持式计算设备中使用一个或多个运动传感器。使用某种形式的运动传感器的此类手持式计算设备的例子包括美国专利7180500、7180501和7180502。上述每个专利使用包括三个单轴加速计的运动传感器。换句话说，一个加速计感应在x方向内的运动，第二加速计感应在y方向内的运动，和第三加速计感应在z方向内运动。当组合时，来自三个加速计的数据能够检测用作运动输入的设备平移和旋转。

使用加速计作为运动检测器的大部分设备敏感于重力。例如，Kaplan的美国专利公开文献2002/0093483和Noguera的美国专利公开文献2004/023626使用提供对应于重力的信号的加速计。通过提供重力信号，必需连续地跟踪设备的当前方向。在许多设备内，重力可以起到不期望干扰因素的作用。更具体地，重力对加速计读数的贡献由设备空间位置定义。加速计同时测量用户施加的力和重力。为了将用户的运动输入“解释”为模式，需要过滤出重力干扰。连续地跟踪设备方向结合及时的复杂计算，可以估计出重力对加速计读数的贡献。然而，这些计算很复杂，并且将在时间上累积计算错误。在许多情况下更糟糕的是，干扰遮盖了期望的运动输入。区分故意用户输入与意外用户运动和外力干扰的问题是手持式设备的极大挑战。在Shkolnikov的美国专利7002553中公开了具有两组运动传感器的主动键盘。在‘553专利中，从相同的、正确对准和分离的运动传感器接收信号。这些信号由运动过滤软件处理以消除外力影响，例如与该手持式设备所处车辆的运动相关的外力。在Shkolnikov的‘028的具有单个运动传感器的更早的手持式设备中使用步进运动软件指令，使用运动输入连续跟踪设备方向和考虑重力。因此，在现有技术中存在与重力相关的缺点。

因此，需要一种计算设备运动半径和其它运动变量，并不需要跟踪设备方向以滤除重力和其它运动干扰和计算参考倾斜的运动传感器系统和方法。还期望该解决方案能最小化数值计算，进而降低所需的处理能力。

发明内容