[發(fā)明專利]用于檢測相對運動或相對位置的磁性裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880023461.7
• 申請日: 2018-04-05
• 公開（公告）號: CN110476039B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 福爾克爾·森夫特;約瑟夫·雷耶;阿明·韋德勒;尼古勞斯·塞茨
• 申請（專利權(quán)）人: 德國航空航天中心
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14;G01B7/00;G06F3/03;G06F3/0346
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 張敬強;杜嘉璐

本發(fā)明涉及一種在六個分量、即分別在笛卡爾坐標(biāo)系的三個軸中和圍繞該三個軸的三種位移和三種角旋轉(zhuǎn)中檢測第一對象和第二對象彼此的相對運動和/或相對位置的磁性裝置(2)，其具有用于檢測三種位移和三種角旋轉(zhuǎn)的至少六個傳感器單元(4)，其中每個傳感器單元(4)具有至少一個磁體(16，18)以及磁阻傳感器(6，8)，其中傳感器單元(4)的至少一個磁體(16，18)可以相對于傳感器單元(4)的磁阻傳感器(6，8)運動，并且其中每個傳感器單元(4)具有傳感器方向(7，9)，其中磁阻傳感器(6，8)沿著傳感器方向(7，9)測量至少一個磁體(6，8)的位置。本發(fā)明還涉及具有這種磁性裝置(2)的輸入設(shè)備和移動輸入設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于檢測兩個對象、物品、主體等的相對運動或相對位置的磁性裝置。此外，本發(fā)明涉及一種包括根據(jù)本發(fā)明的磁性裝置的輸入設(shè)備。

背景技術(shù)

相對運動描述了兩個對象相對于彼此的位移或角旋轉(zhuǎn)。相對位置是對象相對于彼此的合成位置。為了檢測兩個對象的這些相對運動和/或相對位置，普遍的是使用光電裝置。這里，在大多數(shù)情況下，檢測可動對象相對于固定對象的運動。描述了分量X、Y和Z中的位移。這些分量對應(yīng)于笛卡爾XYZ坐標(biāo)系中的位移。兩個對象相對于彼此的角旋轉(zhuǎn)由分量A、B和C來描述，它們分別表示圍繞X、Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)。因此，在能相對于彼此自由運動的兩個對象之間產(chǎn)生了六種不同的相對運動，即具有六個自由度。它們是三種不同的位移(X、Y和Z位移)以及三種不同的角旋轉(zhuǎn)(A、B和C角旋轉(zhuǎn))。借助于這六種運動，可以表示具有六個自由度的兩個對象之間的任何相對運動和/或相對位置。這可以通過轉(zhuǎn)換R_x(A)、R_y(B)、R_z(C)和T_xyz(X,Y,Z)來完成。

TR_xyz(X,Y,Z,A,B,C)＝T_xyz(X,Y,Z)·R_x(A)·R_y(B)·R_z(C)

DE3611337A1描述了一種光電裝置，其容納在塑料球體中并且同時檢測可相對于彼此運動的兩個對象的六個分量、特別是沿三個軸的位移(X，Y，Z)和圍繞三個軸的角旋轉(zhuǎn)(A，B，C)。為此，在固定的第一對象上設(shè)置六個LED。這些LED的光照射到設(shè)置在可動的第二對象處的狹縫光孔上。借助于第一對象所包括的位置敏感光檢測器來檢測穿過狹縫的光，因此獲得了可相對于彼此運動的兩個對象的位置和/或運動。借助于電子控制系統(tǒng)和計算單元(微處理器)，將兩個對象的相對運動或相對位置作為分量X、Y、Z、A、B、C輸出。

由于該光學(xué)傳感器系統(tǒng)的光路的幾何依賴性，上述傳感器必須具有最小尺寸。因此，由于所使用的光學(xué)元件必須保持一定的距離以允許正確的光學(xué)成像，因此只能在有限的程度上實現(xiàn)小型化。此外，為了檢測所有六種位移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)(X、Y、Z和A、B、C)，需要包括LED、狹縫光孔和檢測器的至少六個傳感器單元。這產(chǎn)生所需部件的最少數(shù)量。結(jié)果，對用于檢測相對運動和相對位置的光電裝置的全面小型化造成了限制。

此外，光電部件就其本質(zhì)而言對污染敏感。例如，在光路中不得有任何異物，例如污垢或灰塵，這會干擾光學(xué)成像。因此，需要優(yōu)選封閉的清潔環(huán)境。

用于檢測相對運動和/或相對位置的裝置尤其用于工業(yè)應(yīng)用中。一方面，這些裝置例如可以用于檢測兩個對象例如在車輛等的試驗臺和測量系統(tǒng)中的力、力矩、運動和/或位置。另一方面，這些裝置用于控制機器人或用在虛擬設(shè)計中、特別是3D設(shè)計軟件中。因此，包括這種裝置的輸入設(shè)備(例如3D鼠標(biāo))可用于在虛擬的3D環(huán)境中使對象運動，或者用于使使用者能夠通過3D景觀進(jìn)行操縱。優(yōu)選地，這些輸入設(shè)備用于借助于CAD程序來產(chǎn)生3D設(shè)計。另外，用于檢測相對運動和/或相對位置的裝置可以用在操縱桿、游戲控制臺、數(shù)據(jù)手套、計算機鍵盤、計算機鼠標(biāo)、觸控板或觸摸板中。在此，優(yōu)選通過小型化實現(xiàn)在電子設(shè)備中的節(jié)省空間的集成。