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。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112857316 A (43)申请公布日 2021.05.28 (21)申请号 7.8 G01C 19/00 (2013.01) B25F 5/00 (2006.01) (22)申请日 2020.11.25 (30)优先权数据 16/696,772 2019.11.26 US (71)申请人 意法半导体股份有限公司 地址 意大利阿格拉布里安扎 申请人 意法半导体公司 (72)发明人 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 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 代理人 罗利娜 (51)Int.Cl. G01C 9/00 (2006.01) 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 (54)发明名称 利用MEMS传感器的智能按钮设备 (57)摘要 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。 A 6 1 3 7 5 8 2 1 1 N C CN 112857316 A 权利要求书 1/3页 1.一种设备，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 2 2 CN 112857316 A 权利要求书 2/3页 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来控pp电子平台 制所述工具的操作参数。 11.根据权利要求10所述的工具，其中所述第二惯性测量单元被机械地耦接到所述线 性构件，并且所述第二惯性测量单元具有的定向跟随所述线所述的工具，其中所述第二惯性测量单元被机械地耦接到所述工 具，并且所述第二惯性测量单元具有的定向相对于所述工具是固定的。 13.根据权利要求10所述的工具，其中所述处理电路装置被配置为基于由所述第二惯 性测量单元输出的感测信号确定所述工具的操作状态。 14.根据权利要求13所述的工具，其中所述处理电路装置被配置为响应于所述工具的 所确定的操作状态指示不安全状态而禁用所述工具的操作。 15.根据权利要求13所述的工具，其中所述处理电路装置被配置为响应于所述工具的 所确定的操作状态指示所述工具正被运输而禁用所述工具的操作。 16.一种方法，包括： 将线性构件的线性运动转换为第一惯性测量单元IMU的旋转运动； 基于从所述第一惯性测量单元和第二惯性测量单元接收的感测信号，通过第一处理电 路来确定关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 基于所确定的姿态来控制工具的操作参数。 17.根据权利要求16所述的方法，其中关于所述第二惯性测量单元的所述第一惯性测 量单元的姿态的所述确定： 基于所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元的加速度计输出，确定第一姿 态； 基于所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元的加速度计输出，确定第一姿态 可靠性权重k，其中k是在0至1范围内的值； 基于所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元的陀螺仪输出，确定关于所述第 二惯性测量单元的所述第一惯性测量单元的第二姿态； 通过将所述第一姿态乘以k来确定第一加权姿态； 通过将所述第二姿态乘以1‑k来确定第二加权姿态；以及 通过将所述第一加权姿态与所述第二加权姿态相加，来确定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。 18.根据权利要求16所述的方法，其中使用来自所述第一IMU和所述第二IMU的感测信 号来确定关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包括： 使用来自所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元的所述感测信号的加速度 计测量确定第一姿态； 使用来自所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元的所述感测信号的陀螺仪 测量确定第一姿态；以及 过滤所述第一姿态和所述第二姿态以确定关于所述第二惯性测量单元的所述第一惯 3 3 CN 112857316 A 权利要求书 3/3页 性测量单元的所述姿态。 19.根据权利要求16所述的方法，还包括： 使用来自所述第二惯性测量单元的所述感测信号，通过第二处理电路确定所述工具的 状态。 20.根据权利要求19所述的方法，还包括： 当由所述第二处理电路确定了不安全的状态时，禁用所述工具的操作。 4 4 CN 112857316 A 说明书 1/8页 利用MEMS传感器的智能按钮设备 技术领域 [0001] 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。 背景技术 [0002] 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。 发明内容 [0003] 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。 [0004] 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。 [0005] 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。 [0006] 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 5 5 CN 112857316 A 说明书 2/8页 具的操作参数。 附图说明 [0007] 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。 [0008] 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。 [0009] 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。 [0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 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。 [0013] 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 [0014] 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。 [0015] 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。 [0016] 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。 [0017] 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。 [0018] 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 6 6 CN 112857316 A 说明书 3/8页 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。 [0019] 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。 [0020] 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。 [0021] 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。 [0022] 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、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110。第一IMU  106被耦接到可旋转构 件104以跟随可旋转构件104定向，例如，第一IMU  106可以被附接到可旋转构件104，使得第 一IMU  106的位置对应于可旋转构件104的旋转而旋转。第二IMU  108可以被附接到支撑框 架110并且固定在相对于支撑框架110的位置中。第二IMU  108可以被认为是参考IMU，并且 第一IMU  106的旋转(例如，响应于线的线性位移)可以相对于参考IMU或第二IMU  108来确定。在一些实施例中，第二IMU  108可以被用作参考，而不需要被固定在相对于支撑 框架110的任何特定的位置。例如，如本文下面将要进一步详细描述的，第二IMU  108可以被 配置为在与第一IMU  106的旋转方向相反的方向上旋转。 [0023] 为了有助于智能按键200的描述，示出了具有X轴线、Y轴线和Z轴线的三轴线坐标 系。重力加速度向量g被示出为平行于轴线] 线沿着线性或基本线中所示地平行于轴线Y)可 运动。可旋转构件104被机械地耦接到线响应于线沿着线性轴线的运动而围绕旋转轴线中所示平行于轴线X)可运动。在一些 实施例中，线。然而，本 公开的实施例不限于此，并且在各种实施例中线可以具有任何形状、尺寸或其他 特征，其适于引起旋转构件104响应于线被机械地耦接到可旋转构件104，例如，齿轮116可以被附接到可旋转构件 104的一侧。在一些实施例中，齿轮116本身可以是可旋转构件104。齿轮116和可旋转构件 104例如可以响应于线可以被机械 地耦接到支撑框架110。线可以通过任何适当的机制被机械地耦接到可旋转构件 104，该机制有助于将线的线性运动转换为可旋转构件104的旋转运动。在一些实 施例中，可以通过将齿轮116的轮齿118与线啮合而将线。线。在一些实施例中，可旋转构件104的旋转位移124可以与线的 线成比例。相对于第二IMU的第一IMU的姿态可以被用于确定在第一IMU  106与第 二IMU  108之间的旋转角 126。 [0026] 机械组件100还可以包括被耦接到线，例如，以适 应用户的手指。在一些实施例中，线本身可以响应于施加在线上的一 个或多个力而在线性方向上被按压或移动，并且按钮128可以被省略。压缩弹簧132可以被 耦接在按钮128与支撑框架110之间，提供恢复力以允许线移开 后返回静止位置。备选地，用户接口(诸如杠杆或多维操纵杆)可以被耦接到线， 并且可以被用于操纵线的线性运动。例如，针对被耦接到线的多维操 纵杆，线的线可以与操纵杆沿着单个轴线、处理电路装置210以及电机 214。尽管图2仅图示了在机械组件100中的第一和第二惯性测量单元106、108，但是应该理 解的是机械组件100的其他特征可以被包括在各种实施例中(例如，如在图1中所图示的)。 第一IMU  106的输出(或第一感测信号202)以及第二IMU  108的输出(或第二感测信号204) 被耦接到处理电路装置210。处理电路装置210使用相对于第二IMU  108的第一IMU  106的姿 态来确定在第一IMU  106与第二IMU  108之间的旋转角 126。处理电路装置210使用所确定 的旋转角 126生成控制信号212。处理电路装置210可以包括存储器、模拟电路装置、数字 电路装置、处理器以及处理核心。控制信号212被耦接到电机214，并且控制信号212可以被 用于控制电机214的操作参数或方面。电机214的操作方面的示例包括速度或角速度ω216 以及电机轴218的转矩τ220。因此，智能按钮设备200可以基于所确定的旋转角 126控制电 机214的操作方面，该旋转角 126表示线的线性运动量(例如由用户按压按钮 126导致的)。在一些实施例中，控制信号调制电流，该电流被用于控制电机214的操作方面。 [0028] 现在参考图3，在与图1的前视图对应的等距视图中示出了机械组件100，为了清晰 起见隐藏了机械组件100的一些元件。可旋转构件104的表面150平行于平面Y‑Z。可旋转构 件104和支撑框架110通过任何适当的技术或特征被机械地相互耦接。例如，可旋转构件104 和支撑框架110可以借助轴120机械地耦接，这允许可旋转构件104相对于支撑框架110旋 转，围绕轴线R形成旋转约束，轴线中所示平行于轴线和轴线R与轴线Y和轴 线Z或平面Y‑Z成直角或垂直。 [0029] 第一IMU  106具有跟随第一IMU  106定向的检测轴线x 、y 、z 。检测轴线。检测轴线x和y 平行于可旋转构件104的表面150(或IMU  106 1 1 的表面152)。第二IMU  108被示出为具有跟随第二IMU  108定向的检测轴线x 、y 、z 。检测轴 2 2 2 线z 被示出为垂直于IMU  108的表面154。第二IMU  108被机械地固定到支撑框架，使得第二 2 IMU  108的表面154平行于可旋转构件104的表面150，并且从而平行于第一IMU  106的表面 152。相对于第二IMU  108的第一IMU  106的姿态利用了第一IMU  106的检测轴线的检测轴线在两个位置(位置S1和位置S2)中示出，以便帮助讨 论处理电路装置210的操作。尽管检测轴线x 、y 、z关于第一IMU  106保持相同的方向，但是 1 1 1 对于外部观察者而言，检测轴线x 、y 、z显示出利用第一pp电子平台IMU  106的定向而变化。所示出的 1 1 1 8 8 CN 112857316 A 说明书 5/8页 检测轴线x 、y 、z 被用于区分在位置S2中的第一IMU  106的检测轴线的检测轴线将被用于描述处理电路装置210使用相对于第 二IMU  108的第一IMU  106的姿态来确定旋转角 126的操作。 [0031] 图4是图示了结合第一和第二IMU  106、108的处理电路装置210的操作的功能框图 300。第一IMU  106包括第一加速度计320，该第一加速度计320被配置为当第一IMU  106随着 可旋转构件104的旋转而相对应地旋转时，感测沿着第一IMU  106的对应的检测轴线 z 的第一加速度Ax 、Ay 、Az 。第二IMU  108包括第二加速度计322，该第二加速度计322被配 1 1 1 1 置为感测沿着第二IMU  108的对应的检测轴线x 、y 、z 以及支撑框架110的第二加速度Ax、 2 2 2 2 Ay 、Az 。通常，第一和第二加速度计320、322适用于通过测量加速度来检测机械组件100的 2 2 运动。此外，第一IMU  106的第一加速度计320适用于检测机械组件100的可旋转构件104的 运动(例如，由于旋转运动的加速)，这是因为第一IMU  106被耦接到可旋转构件104并且与 可旋转构件104的旋转一起旋转。第一和第二加速度计320、322例如可以是使用MEMS技术制 造的MEMS加速度计。 [0032] 第一IMU  106还包括第一陀螺仪324，第一陀螺仪324被配置为当第一IMU  106随着 可旋转构件104的旋转而相对应地旋转时，感测围绕对应的检测轴线x 、y 、z的第一旋转角 1 1 1 速度ω 、ω 、ω 。第二IMU还包括第二陀螺仪326，第二陀螺仪326被配置为当第二IMU108 x1 y1 z1 随着支撑框架110的运动而相对应地运动时，感测围绕对应的检测轴线x 、y 、z的第二旋转 2 2 2 角速度ω 、ω 、ω 。 x2 y2 z2 [0033] 第一感测信号202(参见图2)包括由第一IMU  106感测和输出的第一加速度Ax 、 1 Ay 、Az和第一旋转角速度ω 、ω 、ω 。第二感测信号204(参见图2)包括由第二IMU  108 1 1 x1 y1 z1 感测和输出的第二加速度Ax 、Ay 、Az和第二旋转角速度ω 、ω 、ω 。尽管为了方便，第 2 2 2 x2 y2 z2 一和第二感测信号202、204被描述为包括加速度和旋转角速度信号二者，但是应该理解的 是在各种实施例中，第一和第二感测信号202、204中的每个感测信号可以表示由第一和第 二IMU  106、108输出的多个信号。例如，第一和第二IMU  106、108中的每个IMU可以输出加速 度和旋转角速度信号。 [0034] 在处理电路装置210的实施例中，可以执行两种确定旋转角 126的方法并且加权 和过滤结果以增加合成旋转角 126的可靠性。确定旋转角 126的第一方法可以使用加速 度，例如仅基于由第一和第二加速度计320、322感测的加速度。确定旋转角 126的第二方 法可以使用旋转角速度，例如仅基于由第一和第二陀螺仪感测的旋转角速度。 [0035] 加速度计算块350接收第一加速度Ax 、Ay 和第二加速度Ax 、Ay 以根据以下算式 1 1 2 2 确定从加速度 计算的旋转角： [0036] [0037] 从加速度 计算的旋转角的可靠性可以基于机械组件100相对于重力加速度向 量g的方向而受到限制。针对在图3中所示的定向，可靠性较高。然而，轴线R与重力加速度向 量g越接近平行，从加速度 计算的旋转角的可靠性变得越低。 [0038] 加速度计可靠性块352接受指示第一加速度A 和第二加速度A 的信号以生成加 z1 z2 速度可靠性权重因数k，该因数k可以具有0至1的范围，例如，利用1表示最高的可靠性。在轴 9 9 CN 112857316 A 说明书 6/8页 线R垂直于重力加速度向量g的机械组件100的定向上，Az 和Az 接近0并且加速度可靠性权 1 2 重因数k可以为1。在轴线R平行于重力加速度向量g的机械组件100的方向上，可靠性权重因 数k可以为0，这指示由加速度计算块350计算的旋转角的可靠性较低。 [0039] 旋转速度计算块354包括差计算块354a(本文可以称为子块354a)和旋转角计算块 354b(本文可以称为子块354b)。子块354a接受指示来自第一IMU  106的第一旋转角速度ωz1 和来自第二IMU  108的第二旋转角速度ω 的信号，并且通过以下给出的算式确定在当前瞬 z2 时时间t处的两个旋转角速度之间的差： [0040] Δφ ＝(ω ‑ω )dt gyro z1 z2 [0041] 其中dt是陀螺仪的采样时间或者是刚好在瞬时时间t之前的陀螺仪读取之间的时 间。第二子块354b接受旋转角 126的上一个值和变量Δφ 的值，并且使用以下算式计算 gyro 旋转角 [0042] φ (t)＝Δφ +φ(t‑1) gyro gyro [0043] 其中φ(t‑1)是指旋转角 126的上一个值。 [0044] 过滤器块356接受来自加速度计算块350的φ 的值、来自加速度计可靠性块352的 xl 针对加速度可靠性权重因数k的值以及来自子块354b的针对φ 的值，并且过滤器块356 gyro 将这些值结合在一起以给出旋转角 126。因此子块354b生成旋转角 126作为加权值，其中 所计算的加速度 和旋转角 基于加权因数k来加权。在一些实施例中，过滤器块356 使用以下算式实现互补过滤： [0045] φ(t)＝k*φ (t)+(1‑k)*φ (t) xl gyro [0046] 其中t是当前时间。 [0047] 转换电路360接受旋转角 126并且基于旋转角 126生成控制信号212。控制信号 212的类型可以由被控制的部件(诸如电机214)确定。例如，电机214可以是串联绕组直流 (DC)电机，在这种情况下固定频率、经脉冲宽度调制的控制信号可以被使用。在另一示例 中，电机214可以是多相永磁电机，其中一组多相、可变频率的控制信号可以被使用。转换电 路360不仅生成该类型的控制信号212，它还确定在旋转角 126与控制信号212之间的函 数。例如，智能按钮200可以正在控制发光二极管(LED)灯的亮度，智能按钮200可以利用在 旋转角 126与脉冲宽度调制的控制信号212之间的指数传递函数。该指数传递函数可以使 用查找表来实现，并且可以使用处理器或者可以使用模拟电路装置来计算。传递函数的其 他示例可以包括响应于在旋转角 126中的变化或旋转角 126变化的速度的非线性函数。 在一些实施例中，转换电路360可以被包括为处理电路装置210的部分，转换电路360可以通 过访问存储在计算机可读存储器中的值来生成或输出控制信号，例如，包括在处理电路装 置210中或者可以由处理电路装置210访问。例如。旋转角 126的值可以与控制信号输出或 与旋转角 26的所存储的值对应的值共同被存储在存储器中。在一些实施例中，转换电路 360可以利用所确定的旋转角 126来确定对应的控制信号输出，该控制信号输出与在存储 在存储器中的查找表中所确定的旋转角 126相关联。 [0048] 位置S1和S2已经被用于说明。在相对于第二IMU的第一IMU的操作期间可以使用其 他位置。确定相对于第二IMU的第一IMU的姿态的其他方法也可以被使用。 [0049] 加速度计算块350、加速度计可靠性块352、旋转速度计算块354、子块354a、子块 354b以及过滤器块356中的每个块可以作为电路装置来实现。在一些实施例中，加速度计算 10 10 CN 112857316 A 说明书 7/8页 块350、加速度计可靠性块352、旋转速度计算块354、子块354a、子块354b以及过滤器块356 中的一个或多个块可以至少部分地作为由一个或多个硬件结构可加载或可执行的软件来 实现，诸如微控制器单元(MCU)、微处理器、应用处理器等。 [0050] 图5是图示了根据本公开的一个或多个实施例的电力工具400的示意性框图。在图 5中图示的电力工具400可以是钻头，尽管实施例不限于此，并且在各种实施例中，电力工具 400可以是任何具有用户输入元件(诸如按钮、触发器等)的电力工具，该用户输入元件可以 响应于用户输入而线性运动，以控制电力工具400的操作。 [0051] 如在图5中所示，电力工具400包括按钮402。按钮402通过线机械地耦接 到机械组件404。机械组件404被机械地耦接到工具400的工具主体405，使得机械组件404跟 随工具主体405的定向。机械组件404可以与图1的机械组件100相同或基本相似，具有被耦 接到线并且进一步被耦接到旋转构件410的齿轮408。第一IMU 412被耦接到旋转 构件410以跟随旋转构件的定向。第二IMU被机械地耦接到支撑框架416，支撑框架416被机 械地耦接到工具主体405。可旋转构件410通过轴418被耦接到支撑框架，轴418允许可旋转 构件410相对于支撑框架416旋转。在操作中，第一IMU412生成第一感测信号420，第一感测 信号420包括第一IMU的加速度和旋转速度。在操作中，表示第二IMU 414的加速度和旋转速 度的第二IMU 414生成第二感测信号422，第二感测信号422包括第二IMU 414的加速度和旋 转速度。电力工具400还包括处理电路424，处理电路424接受第一和第二感测信号420和 422。处理电路使用第一和第二感测信号420和422来生成控制信号426。电力工具400还包括 具有电机轴430的电机428。电机428可以是串联绕组电机，具有由脉冲宽度调制的控制信号 426控制的电机轴430的旋转速度。电机轴430可以被耦接到钻头卡盘432或钻头434。 [0052] 电力工具400还可以包括智能特征电路装置436或第二处理电路装置，它们被耦接 到第一或第二IMU 412或414任一者。智能特征电路装置436的示例在图5中示出，该智能特 征电路装置436通过第二感测信号422电耦接到第二IMU 414。智能特征电路装置436可以使 用第二感测信号422，以基于如由第一或第二IMU 412、414中的至少一个IMU所感测的电力 工具400的运动，来确定与电力工具400相关联的各种状态。这样的状态例如可以包括电力 工具定向、电力工具活动识别或不安全的电力工具操作。不安全的电力工具操作可以包括 过度振动或棘手的操作位置。其他状态可以基于第二感测信号来确定，诸如确定电力工具 400正在坠落或者电力工具400保持静止。智能特征电路装置436可以与处理电路装置424交 互。例如，电力工具400被运输的状态可以由智能特征电路装置436感测，并且电力工具400 的操作在运输期间可以受到抑制。例如，基于确定电力工具被运输或以超过所选择的运动 速度的阈值的运动速度移动，处理电路装置424或智能特征电路装置436可以禁用电力工具 400的操作。相反地，智能特征电路装置436可以检测电力工具400的静止状态并且为处理电 路装置424提供启用输入以启用控制信号212。 [0053] 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设备的工具的操作参数 的方法600的流程图。在602处，线的线被转换为第一IMU  106的旋转运 动124。例如，在一些实施例中，线可以通过旋转角 126旋转。 [0054] 在604处，第一IMU  106的姿态是使用处理电路210参考第二1MU  108来确定的。处 理电路210使用来自第一和第二IMU  106和108的感测信号。该感测信号例如可以包括来自 11 11 CN 112857316 A 说明书 8/8页 第一和第二IMU  106和108的加速度计和陀螺仪测量值。用于确定姿态(例如第一IMU  106的 旋转角 )的方法的实施例先前关于图4进行了讨论。 [0055] 在606处，工具的操作参数基于所确定的姿态(例如旋转角 126)来控制。在606处 被控制的操作参数的示例包括速度、转矩以及位置，它们例如可以通过控制一个或多个电 机(诸如电机214)来控制。 [0056] 其他实施例可以在除了电力工具以外的设备中实现。例如，本公开的实施例可以 包括在家用电器(诸如搅拌机)和汽车应用(诸如主动悬架系统中部件线性运动的电反馈) 中或者在它们中实现。附加的实施例可以被用于控制工业机器。智能按钮设备例如可以控 制热线圈，诸如可以被用于烙铁或螺线管设备，所施加的力与智能按钮按压的距离成比例。 [0057] 上文描述的各种实施例可以被组合以提供进一步的实施例。可以根据上述详细描 述对实施例进行这些和其他更改。通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应该被解释为 将权利要求限制于说明书和权利要求中所公开的具体实施例，而是应该解释为包括所有可 能的实施例以及这种权利要求所要求的等效物的全部范围。因此，权利要求不受本公开限 制。 12 12 CN 112857316 A 说明书附图 1/6页 图1 13 13 CN 112857316 A 说明书附图 2/6页 图2 14 14 CN 112857316 A 说明书附图 3/6页 图3 15 15 CN 112857316 A 说明书附图 4/6页 图4 16 16 CN 112857316 A 说明书附图 5/6页 图5 17 17 CN 112857316 A 说明书附图 6/6页 图6 18 18

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