Устройство определения скорости и координат перемещения

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для создания датчиков скорости и координат перемещения манипулятора типа мышь, включающих основание корпуса, которое перемещается по поверхности стола, верхнюю часть корпуса, удобно удерживаемую человеческой рукой. В качестве датчиков определения скорости и координат перемещения использованы два дифференциальных термоанемометра, расположенных под углом таким образом, что они регистрируют направление и скорость потока газа, определяющих направление и скорость движения устройства по поверхности стола. Техническим результатом является повышение скорости перемещения и снижение потребляемой мощности по сравнению с механическими, оптическими и инерционными датчиками. 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для создания датчиков скорости и координат перемещения манипулятора типа мышь.

В связи со стремительным развитием вычислительной техники и постоянным расширением областей ее применения существует постоянно возрастающая потребность в устройствах ручного ввода координат (манипуляторы типа «мышь», трекболы и т.п.). Постоянно возрастают требования к их точности, разрешающей способности, энергосбережению, быстродействию и другим параметрам.

Известны устройства механического типа на базе шара, вращающегося от контакта с поверхностью, движение которого через ролики передается на устройства для определения координат перемещения Х и Y [1, 2].

В настоящее время получили широкое распространение устройства для ручного ввода координат типа «оптическая мышь» [3, 4]), пришедшие на смену механическим манипуляторам благодаря более высокой надежности, разрешающей способности и другим преимуществам.

Недостатком двух первым типов устройств определения скорости и координат перемещения является ограничение, обусловленное их обязательной оптической или механической связью с поверхностью.

Наиболее близким к изобретению является устройство определения координат перемещения инерционного типа [5], включающее

а) не менее двух акселерометров для измерения скорости по не менее, чем двум ортогональным осям, и состоящее из:

- корпуса,

- одной нары электромагнитов, включенных сообща и состоящих каждый из катушки на сердечнике, причем катушка одного электромагнита включена навстречу другому,

- постоянного магнита, установленного подвижно между указанными электромагнитами,

- средства для измерения напряжения, которое является откликом на движения постоянного магнита, по мере приближения к одному из электромагнитов,

- средства для вывода информации, соответствующей направлению и величине ускорения,

б) преобразователи сигналов, поступающих с датчиков, в значения скорости и

координат перемещения не менее чем по двум ортогональным осям.

Вместе с тем устройства инерционного типа [5], принципиально решая проблему пространственного определения координат, обладают существенными недостатками по точности измерения координат и чувствительности, так как значения координат получаются двойным интегрированием значений ускорения, что в результате приводит к постоянному накапливанию погрешности в значении координат.

Задачей настоящего изобретения является достижение технического результата, заключающегося в существенном увеличении максимальной измеряемой скорости перемещения и в снижении потребляемой мощности датчиков определения скорости и координат перемещения, по сравнению с механическими и оптическими датчиками, и по точности измерения координат и чувствительности, по сравнению с датчиками инерционного типа, за счет использования в качестве датчиков определения скорости и координат перемещения по одной, двум и трем координатным осям дифференциальных термоанемометров.

Для достижения названого технического результата в устройство определения координат движения [5], содержащее:

- по крайней мере два датчика определения скорости перемещения по крайней мере по двум ортогональным осям,

- и преобразователь сигналов, поступающих с датчиков, в значения скорости и координат перемещения по крайней мере по двум ортогональным осям,

добавляют элементы, являющиеся отличительными признаками изобретения:

датчики определения скорости перемещения выполнены в виде дифференциальных термоанемометров, термочувствительные элементы которых вывешены на опорных балках или мембране с низкой теплопроводностью для обеспечения зазора между поверхностью и термоанемометрами, размещенных ортогонально на нижней поверхности устройства.

Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну заявляемого устройства. Кроме того, патентные исследования показали, что в литературе отсутствуют данные, оказывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого устройства.

Конструкция предлагаемого устройства изображена на фиг.1 и фиг.2.

В качестве датчика в предлагаемом устройстве используются дифференциальные термоанемометры, конструкция которых представлена на фиг.1а, где 1 - дифференциальный термоанемометр, 2 - нагреватель термоанемометра, 3 - дифференциальные термодатчики, 4 - направление движения.

В устройствах для определения координат на плоскости используются два дифференциальных термоанемометра, изображенные на фиг.1б, где 1 - дифференциальный термоанемометр, регистрирующий движение по X, а 5 - дифференциальный термоанемометр, регистрирующий движение по Y.

Технологически удобнее совмещать два дифференциальных термоанемометра в виде конструкции, приведенной на фиг.1в, где 3 -дифференциальные термодатчики, 2 - крестообразный нагреватель термоанемометров.

Для лучшего восприятия принципа действия рассматривается устройство, представленное на фиг.2, на примере привычной компьютерной мыши [1, 2, 3, 4], где 6 - мышь, 3 - дифференциальные термоанемометры, 4 - направление движения мыши, 7 - поток.

Датчики, используемые в устройстве (фиг.2), представляют собой два размещенных ортогонально на нижней поверхности «мыши» дифференциальных термоанемометра, таким образом, что между поверхностью стола и термоанемометрами имеется зазор около 1 мм.

Устройство состоит из четырех термочувствительных элементов, вывешенных на опорных балках или мембране с низкой теплопроводностью, соответственно двух нагревателей, а также дополнительных схем, обеспечивающих измерение и управление датчиком.

При движении мыши по поверхности стола в зазоре устанавливается поток воздуха относительно корпуса мыши, скорость и направление которого регистрируются термоанемометрами. Для получения координат перемещения мыши относительно стола измеренная скорость интегрируется каким-либо цифровым или аналоговым устройством обработки и преобразуется в соответствующие сигналы интерфейса, используемые для связи с компьютером.

Устройство, действующее по такому же принципу, может работать в трехкоординатной системе, при этом в устройство включают три дифференциальных термоанемометра, позволяющих с помощью преобразователя сигналов, поступающих с термоанемометров, определить скорость и координаты перемещения устройства в пространстве.

На фиг.3 приведена блок-схема обработки информации.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества перед типами существующих датчиков, применяемыми обычно механическими и оптическими «мышами»:

1. Полная независимость от оптических и механических свойств поверхности. В отличие от оптической мыши может работать и на зеркальной или прозрачной поверхности.

2. Малая потребляемая мощность - расчетное потребление возможно порядка нескольких милливатт, что делает устройство применимым для радиомышей и не требует применения специального «спящего» режима, значительно понижающего время реакции оптической мыши.

3. Простая конструкция датчика в виде одного кристалла - не содержащая ни механических, ни оптических элементов.

4. Отсутствие ограничений сверху на максимальную скорость перемещения. Устройство устойчиво работает на скоростях, превышающих 1.5 м/сек.

5. Малые размеры по сравнению с механическими датчиками или с оптической системой.

Литература

1. Patent US 4,464,652

2. Patent US 4,613,853

3. Патент РФ 4, 751,505

4. Patent Application Publication US 2006/0114231

5. Patent US 4,922,444

Устройство определения скорости и координат перемещения, включающее по крайней мере два датчика определения скорости перемещения по крайней мере по двум ортогональным осям и преобразователь сигналов, поступающих с датчиков, в значения скорости и координат перемещения по крайней мере по двум ортогональным осям, отличающееся тем, что датчики определения скорости перемещения выполнены в виде дифференциальных термоанемометров, термочувствительные элементы которых вывешены на опорных балках или мембране с низкой теплопроводностью для обеспечения зазора между поверхностью и термоанемометрами, размещенных ортогонально на нижней поверхности устройства.