CN103026322B - 用户接口设备、装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请描述用户接口设备，该使用磁性感测以提供与接口设备的致动器元件的运动和/或变形相关的输出信号。输出信号可以被提供至电子计算系统以提供命令、控制和/或其他数据或信息。在一个实施例中，用户接口设备可以包括多个永磁体和多个多轴磁性传感器以产生运动和/或变形信号，运动和/或变形信号将被提供至处理元件以产生输出信号。

Description

用户接口设备、装置和方法

技术领域

本发明一般地涉及用户接口设备。更具体但并不排他地，本发明涉及手动用户接口设备，该手动用户接口设备包括磁性传感功能以测量多运动自由度和/或可变形性并且基于传感而产生可由电子计算系统使用的输出信号。

背景技术

存在众多可与电子计算系统一起使用的能实现两到三个自由度的手动用户接口设备。这种手动用户接口设备的示例有QWERTY键盘、计算机鼠标装置、跟踪球、拖拽板（dragpad）、操纵杆和触摸屏。这些设备可以实现在两轴和三轴上的平移控制，他们不能实现控制俯仰（pitch）、偏航（yaw）和滚转（roll）或者其他移动或变形。现有技术中的用户接口设备到目前为止试图实现控制三个或更多自由度，而具有很大的改进空间。

发明内容

本发明涉及用户接口设备以及用于制造和使用该设备的方法。

在一个方面，本发明涉及包括多轴磁性感测的用户接口设备。用户接口设备可以包括例如具有上端部和下端部的至少一个弹簧，连接至弹簧的上端部的手动致动器元件，连接至弹簧的下端部的基底元件，由手动致动器和基底中的一者支撑的至少一个永磁体，和由手动致动器和基底中的另一者支撑的至少一个三轴磁性传感器。磁性传感器和永磁体可以可操作地定位，以使得当手动致动器从放松状态移位时，磁性传感器响应于该移位而产生一个或多个运动信号。

在一个方面，本发明涉及用户接口设备。用户接口设备可以包括可变形致动器元件、可移动致动器元件、和定位在可移动元件和可变形元件附近的一个或多个感测元件。感测元件可以构造成产生表示在一个或多个维度中可变形元件从中性或放松状态位置的位移的一个或多个位移信号，和/或表示由施加到可变形致动器的挤压力或其他力引起的变形的一个或多个变形信号。

在一个方面中，本发明涉及从用户接口设备提供输出信号的方法。该方法可以包括例如接收在可变形致动器元件上的用户变形动作，接收在手动致动器元件上的位移，感测变形和位移中的一者或两者，并至少部分地基于运动、变形或两者来提供输出信号。

在另一方面，本发明涉及在手动用户接口设备的处理元件中处理信号的方法，其中致动器元件或致动器组件的其他可移动元件可以从放松状态移动并且由于回复力而返回到其放松状态，其中手动致动器的运动引起多个磁体和多个相应多轴磁性传感器之间的相对运动，每个多轴磁性传感器产生表示独立磁场分量的信号（例如在每个传感器内检测到的三个独立磁场分量）。该方法还包括例如产生用于每个传感器的场模型，其中来自每个传感器的运动信号对应于一组预定的位置和/或移动数据；对比用于每个传感器的位置和/或移动数据以确定手动致动器从放松状态的位移；和产生输出信号以传送到电子计算系统。

在另一方面，本发明涉及包括用户接口设备（例如上述和/或随后描述的用户接口设备）的电子计算系统。

在另一方面，本发明涉及制造和操作用户接口设备（例如上述和/或随后描述的用户接口设备）的方法。

在另一方面，本发明涉及使处理器能执行与用户接口设备（例如上述设备）相关的方法的计算机可读介质。

下文结合附图描述各种附加方面、特征和功能。

附图说明

图1是没有安装基底的手动用户接口设备的实施例的细节的等轴视图。

图2是从下方观察的图1的用户接口设备实施例的缩小分解图。

图3是从上方观察的与图2类似的分解图。

图4是沿着图1的线4-4获取的图1的用户接口设备实施例的放大竖直截面图。

图5是示出用户接口设备的手动致动器实施例处于压下位置的与图4类似的示图。

图6是去掉手动致动器实施例的图1的用户接口设备实施例的顶部俯视图。

图7是示出手动致动器实施例的侧向移动的与图6类似的示图。

图8是示出手动致动器实施例围绕竖直轴的旋转的与图6类似的示图。

图9是图1的用户接口设备实施例的放大侧向正视非完整示图，示出印刷电路板、中央弹簧、一对磁性传感器、和一对圆柱永磁体的示例性结构关系。

图10是示出中央弹簧的侧向弯曲和产生的一对圆柱永磁体的位移的与图9类似的示图。

图11是示出制造期间安装弹簧时使用线圈来产生磁感应的分解示图。

图12是具有单一小圆柱永磁体和双传感器的手动用户接口设备的另一实施例的等轴视图。

图13是沿着线13-13观察的图12的实施例的非完整竖直截面图。

图14是从上方观察的图12的实施例的分解图。

图15是从下方观察的与图14类似的示图。

图16是利用两个并排的永磁体和双管芯磁性传感器构造的手动用户接口设备的另一实施例的等轴视图。

图17是沿着线17-17观察的图16的实施例的竖直截面图。

图18是从上方观察的图16的实施例的分解图。

图19是从下方观察的与图18类似的示图。

图20A是与楔形基底元件组合的手动用户接口设备实施例的等轴视图。

图20B是与图20A的实施例进行示例性用户交互的示图。

图20C是示出用于图20A的实施例的示例性数据流的框图。

图21是从上方观察的图20A的实施例的分解图。

图22是结合于笔记本计算机中的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图23是安装在重基底元件上的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图24是包括围绕底板的周边间隔开的多个弹簧的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图25是图24的实施例的非完整等轴视图。

图26是从上方观察的图24的实施例的分解图。

图27是包括扁线弹簧、四个永磁体和四个磁性传感器的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图28是图27的实施例的非完整等轴视图。

图29是从上方观察的图27的实施例的等轴视图。

图30是从下方观察的与图29类似的示图。

图31是包括具有不同纵横比的弹簧、四个永磁体和四个磁性传感器的手动用户接口的实施例的等轴视图。

图32是图31的实施例的非完整等轴视图。

图33是从上方观察的图31的实施例的等轴视图。

图34是从下方观察的与图31类似的示图。

图35是包括锥形磁体的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图36是图35的实施例的非完整等轴视图。

图37是从上方观察的图35的实施例的分解图。

图38是包括凿形尖端磁体的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图39是图38的实施例的非完整等轴视图。

图40是从上方观察的图38的实施例的分解图。

图41是包括四叶形印刷电路板的手动用户接口设备的实施例的等轴视图。

图42是沿着线42-42获取的图41的用户接口设备实施例的放大竖直截面图。

图43是从上方观察的图41的实施例的缩小分解图。

图44是从下方观察的与图43类似的分解图。

图45是扇贝边缘致动器的实施例的放大截面仰视图。

图46是与图41-图44的包括一系列开关突出件的实施例类似的手动用户接口设备的另一实施例的等轴视图。

图47是用户的手触发开关突出件的示图。

图48是可变形致动器用户接口设备的实施例的等轴视图。

图49是从底部观察的图48的实施例的等轴视图。

图50是致动器元件实施例的等轴视图。

图51是从致动器元件的顶部获得的致动器元件实施例的分解等轴视图。

图52是从致动器元件的底部获得的致动器元件实施例的分解等轴视图。

图53是上致动器组件实施例的详细等轴视图。

图54是上致动器组件实施例的俯视图。

图55是沿着线55-55的图54的顶部致动器组件实施例的截面图。

图56是从上致动器组件的顶部获得的图54的上致动器组件实施例的分解等轴视图。

图57是从上致动器组件的底部获得的图53的上致动器组件实施例的分解等轴视图。

图58是下致动器组件实施例的详细等轴视图。

图59是下致动器组件实施例的俯视图。

图60是沿着线60-60的图59的下致动器组件的截面图。

图61是从下致动器组件的顶部获得的图57的下致动器组件实施例的分解等轴视图。

图62是从下致动器组件的底部获得的图58的下致动器组件实施例的分解等轴视图。

图63是沿着线63-63的图50的实施例的截面图。

图64是处于放松状态的下致动器组件和一系列永磁体的实施例的放大俯视图。

图65是当施加挤压型力时下致动器组件和一系列永磁体的实施例的放大俯视图。

图66是安装有用户接口设备的实施例的人体工学型键盘的实施例。

具体实施方式

概述

本发明一般地涉及用户接口设备和相关系统以及用于制造和使用该设备的方法。本发明的各种实施例可以提供改进的用户接口设备，该用户接口设备可以基于运动和/或方位感测、位置和/或变形感测、以及随后在本文中描述的其他感测。可以在使用致动器和其他机械元件、基本元件、磁体、和磁性感测元件、以及其他传感器元件（例如加速度计、陀螺仪传感器、压力传感器、温度传感器、电气和机械开关元件、移动元件、变形元件）的各种实施例中提供感测。处理元件可以构造成从感测元件和/或其他元件（例如开关元件）接收信号并处理该信号以提供输出信号，输出信号可以由电子计算系统或其他设备或系统使用。

在一个方面，本发明涉及用户接口设备。用户接口设备可以包括例如具有上端部和下端部的至少一个弹簧，连接至弹簧的上端部的手动致动器元件，连接至弹簧的下端部的基底元件，由手动致动器和基底中的一者支撑的至少一个永磁体，和由手动致动器和基底中的另一者支撑的至少一个三轴磁性传感器。磁性传感器和永磁体可以可操作地定位，以使得当手动致动器从放松状态移位时，磁性传感器响应于该移位而产生一个或多个运动信号。

永磁体可以定位在由支撑手动致动器元件的弹簧限定的体积内。用户接口设备可以包括构造成支撑手动致动器元件的多个弹簧，磁体可以定位在弹簧之间。永磁体可以具有圆柱形状。永磁体可以具有锥形或楔形的下端部。手动致动器元件可以包括弹性体盖。

用户接口设备还可以包括设置成通过手动致动器元件的移动来触发的机械开关元件。用户接口设备还可以包括设置成通过手动致动器元件的移动来触发的电子开关元件。用户接口设备还可以包括构造成限制致动器元件的运动范围的多个机械止挡件。磁性传感器和磁体之间的放松状态距离可以小于四磁体直径。

多个永磁体例如可以由手动致动器和基底中的一者支撑，多个三轴磁性传感器可以由手动致动器和基底中的另一者支撑。磁性传感器和永磁体可以可操作地定位成相邻的对应对，以使得当手动致动器从放松状态移位时，磁性传感器响应于该移位而产生运动信号。永磁体可以定位在由支撑手动致动器的弹簧所限定的体积内。磁性传感器可以安装在公共平面电路元件上。手动致动器和基底可以由多个弹簧连接。磁性传感器可以安装在弹簧之间。弹簧可以是螺旋弹簧。弹簧可以是扁线弹簧。弹簧的端部可以利用一个或多个安装弹簧连接到手动致动器元件。永磁体的偶极轴可以定位成当手动致动器处于放松状态时大致指向磁性传感器。

在另一方面，本发明涉及用户接口设备。用户接口设备可以包括例如基底元件和连接至基底元件的致动器组件。致动器组件可以包括可移动元件；构造成磁性地感测可移动元件的运动并响应于感测的运动而产生运动信号的运动感测装置；可变形元件；构造成磁性地感测可变形元件的变形并响应于变形而提供变形信号；连接至基底元件的固定元件；和连接至运动感测装置和变形传感器装置的处理元件，处理元件构造成接收运动信号和变形信号中的一者或两者并基于运动信号和变形信号中的一者或两者而提供输出信号。

运动感测装置可以构造成例如感测多自由度运动中的运动。多自由度运动可以是四个或更多自由度的运动。可移动元件和可变形元件可以设置成一体构造。致动器元件还可以包括振动元件。致动器组件还可以包括弹性体盖。弹性体盖可以包括波纹管部分。致动器组件还可以包括阻尼元件，阻尼元件构造成减弱与可移动元件的运动相关的振动。

运动感测装置可以包括例如一个或多个磁体和一个或多个磁性传感器。一个或多个磁性传感器可以包括多轴磁性传感器。多轴磁性传感器可以是三轴磁性传感器。运动感测装置可以由三个磁体和相应的三个三轴磁性传感器组成。

变形传感器装置可以包括例如一个或多个磁体和一个或多个磁性传感器。一个或多个磁性传感器可以包括多轴磁性传感器。多轴磁性传感器可以是三轴磁性传感器。运动感测装置可以由三个磁体和相应的三个三轴磁性传感器组成。

致动器组件还可以包括例如限制元件，限制元件构造成在位移期间限制可移动元件的运动。基底元件还可以包括构造成提供按钮致动功能的一个或多个按钮。基底元件可以包括构造成围绕一个或多个附加传感器元件的顶半部元件和底半部元件。一个或多个传感器元件可以包括加速度计、陀螺仪和压力或气压传感器中的一者或多者。

致动器组件可以包括例如上致动器子组件和下致动器子组件。上致动器子组件和下致动器子组件可以构造成配合成为大致球体构造，其中，球体构造可以通过用户变形动作而可恢复地变形。

运动感测装置可以包括例如安装在上致动器子组件内的多个永磁体。运动感测装置可以包括安装在下致动器子组件内的多个永磁体。上致动器子组件可以包括顶部致动器半部，顶部致动器半部包括顶部变形槽部分，顶部变形槽部分构造成使得顶部致动器半部能够响应于用户变形动作而进行可恢复的变形。变形槽部分可以包括从顶部延伸到顶部致动器半部的侧面的多个肋状件或指状元件。下致动器子组件可以包括底部致动器半部，底部致动器半部包括底部变形槽部分，底部变形槽部分构造成使得底部致动器半部能够响应于用户变形动作而进行可恢复的变形。变形传感器装置可以设置在下致动器子组件中。

在另一方面，本发明涉及用户接口设备。用户接口设备可以包括例如用于响应于可移动致动器元件的运动而产生第一变化磁场的装置；用于在多个轴上基于第一变化磁场产生运动信号的装置；用于响应于可变形致动器元件的变形而产生第二变化磁场的装置；用于在多个轴上基于第二变化磁场产生变形信号的装置；用于接收运动信号和变形信号并至少部分地基于运动信号和变形信号中的一者或多者来产生可由电子计算系统使用的输出信号的装置。

在另一方面，本发明涉及从用户接口设备提供输出信号的方法。该方法可以包括例如在包括一个或多个磁性多轴传感器元件的运动感测装置中产生与可移动致动器元件的运动相对应的一个或多个运动信号；在包括一个或多个磁性多轴传感器元件的变形感测装置中产生与可变形致动器元件的变形相对应的一个或多个变形信号；在处理元件中接收一个或多个运动信号和一个或多个变形信号；和在处理元件中至少部分地基于一个或多个运动信号和一个或多个变形信号中的一者或多者来产生可由电子计算系统使用的输出信号。

在另一方面，本发明涉及包括指令的计算机可读介质，该指令使得计算机能够：从包括一个或多个磁性多轴传感器元件的运动感测装置接收与可移动致动器元件的运动相对应的一个或多个运动信号；从包括一个或多个磁性多轴传感器元件的变形感测装置接收与可变形致动器元件的变形相对应的一个或多个变形信号；至少部分地基于一个或多个运动信号和一个或多个变形信号中的一者或多者来产生可由电子计算系统使用的输出信号。

在另一方面，本发明涉及一种系统。该系统可以包括电子计算系统和连接至该电子计算系统的用户接口设备。该用户接口设备可以包括例如基底元件和连接至基底元件的致动器组件。致动器组件可以包括可移动元件；运动传感器装置，其构造成感测可移动元件的运动并响应于感测的运动而提供运动信号；可变形元件；变形传感器装置，其构造感测可变形元件的变形并响应于变形而提供变形信号；固定元件，其连接至基底元件；和处理元件，其连接至运动传感器装置和变形传感器装置，处理元件构造成接收运动信号和变形信号中的一者或两者并基于运动信号和变形信号中的一者或两者而向电子计算系统提供输出信号。

在另一方面，本发明涉及在手动用户接口设备的处理元件中处理信号的方法，其中致动器元件或致动器组件的其他可移动元件可以从放松状态移动并且由于回复力而返回到其放松状态，其中手动致动器的运动引起多个磁体和多个相应多轴磁性传感器之间的相对运动，每个多轴磁性传感器产生表示独立磁场分量的信号（例如在每个传感器内检测到的三个独立磁场分量）。该方法可以包括例如产生用于每个传感器的场模型，其中来自每个传感器的运动信号对应于一组预定的位置和/或移动数据；对比用于每个传感器的位置和/或移动数据以确定手动致动器从放松状态的位移；和产生输出信号以传送到电子计算系统。

位置或运动数据可以被存储在例如查找表中，该方法还可以包括补偿手动致动器的放松状态位置的变化。该变化可能由于环境条件或参数（例如压力或温度）变化而产生。该方法还可以包括补偿手动致动器的非预期位移低于预定的最小阈值。可替换地或附加地，该方法可以包括产生中心校准棱柱并且重复地预先限定中心校准棱柱以使放松状态位置自动归零，该中心校准棱柱包括由每个传感器检测到的磁场分量的一组预定边界。

在一个方面，本发明涉及用户接口设备。该用户接口设备可以包括例如弹簧机构；连接到弹簧机构的致动器元件；连接到弹簧机构的基底元件；处理元件；和运动感测装置，其包括一个或多个磁体和一个或多个多轴磁性传感器元件，其中，运动感测装置连接在致动器元件和基底元件之间以磁性地感测致动器元件的运动并向处理元件提供与感测的运动相对应的一个或多个运动信号。

运动感测装置可以构造成例如磁性地感测多自由度运动中的运动。多自由度可以是四个或更多自由度的运动。处理元件还可以构造成将与感测的运动相对应的输出信号提供至电子计算系统。致动器元件可以连接到弹簧元件的上端部，基底元件可以连接到弹簧元件的下端部。致动器元件可以包括圆顶形。

一个或多个磁体可以构造成与致动器元件一起相对于相对应的一个或多个多轴磁性传感器元件移动。一个或多个多轴磁性传感器元件可以构造成与致动器元件一起相对于相对应的一个或多个磁体移动。致动器元件可以可枢转地安装到基底元件。弹簧机构可以包括螺旋中央弹簧。一个或多个磁体可以定位在由螺旋中央弹簧的内部限定的空间内。螺旋中央弹簧可以利用上安装元件连接到致动器元件。螺旋中央弹簧可以利用下安装元件连接到基底元件。

该设备还可以包括例如运动抵抗装置，运动抵抗装置构造成提供对螺旋中央弹簧的运动的抵抗。弹簧机构可以包括多个间隔开的螺旋弹簧。间隔开的螺旋弹簧可以沿周向间隔开。多个间隔开的螺旋弹簧中的两者或更多者具有不同的纵横比、簧圈节距或线横截面。磁性多轴传感器可以设置在多个间隔开的螺旋弹簧之间。

弹簧机构可以包括例如一个或多个片簧。弹簧机构可以包括扁线弹簧。该设备还可以包括构造成限制致动器元件的运动范围的多个运动限制元件。

致动器元件可以例如构造成大致圆柱形状。致动器元件可以包括柔性覆盖材料。基底元件可以包括底板。

处理元件可以构造成例如至少部分地基于一个或多个运动信号来产生与致动器元件相对于基底元件的侧向移动、旋转、平移、倾斜、滚转、偏航、向上拉动和向下推动中的一者或多者相对应的输出信号。

一个或多个磁体可以包括多个永磁体。一个或多个多轴磁性传感器元件可以包括多个多轴磁性传感器元件。一个或多个多轴磁性传感器元件可以包括双管芯多轴磁性传感器。多个永磁体可以直接安装到致动器元件。一个或多个多轴磁性传感器元件可以包括三轴磁性传感器元件。三轴磁性传感器元件可以包括霍尔效应传感器元件。一个或多个磁体可以包括圆柱磁体。一个或多个磁体可以包括锥形尖端磁体。一个或多个多轴磁性传感器元件可以包括安装到锁定的衬底的单管芯传感器。一个或多个磁体可以包括凿形尖端磁体。

该设备可以包括例如一个或多个磁性单极件，放置一个或多个磁性单极件以调整锥形或凿形尖端磁体的磁场的形状。一个或多个磁体可以包括凿形尖端磁体。一个或多个多轴磁性传感器元件可以包括安装到锁定的衬底的单管芯传感器。

弹簧机构可以包括例如多个周向间隔的螺旋弹簧。一个或多个磁体组成四个磁体，一个或多个多轴磁性传感器由四个多轴磁性传感器组成。多轴磁性传感器可以定位在周向间隔的螺旋弹簧之间。一个或多个磁性单极件构造成调整一个或多个磁体的磁场的形状。

致动器可以包括例如构造成接收推动输入的一个或多个锅仔片开关。一个或多个锅仔片开关可以构造成提供响应于推动输入的触感反馈。处理元件还可以构造成响应于推动输入和一个或多个运动信号而产生将提供至电子计算系统的按钮控制信号。

设备还可以包括例如构造成接收推动输入的一个或多个开关突出件。处理元件还可以构造成响应于推动输入而产生将提供至电子计算系统的按钮控制信号。

处理元件可以包括例如可编程器件，可编程器件构造成接收运动信号并至少部分地基于运动信号而产生将提供至电子计算系统的一个或多个输出信号。可编程器件可以包括处理器和存储器。可编程器件可以包括可编程逻辑器件。

弹簧元件的弹簧可以例如热结合到致动器元件。弹簧元件的弹簧热结合到基底元件。

在另一方面，本发明涉及用户接口设备。用户接口设备可以包括用于响应于致动器元件的运动而产生变化磁场的装置；用于在多个轴上基于变化磁场产生运动信号的装置；和用于接收运动信号并至少部分地基于运动信号而产生可由电子计算系统使用的输出信号的装置。

在另一方面，本发明涉及从用户接口设备提供输出信号的方法。该方法可以包括例如在包括一个或多个磁性多轴传感器元件的运动感测装置中产生与致动器元件相对于基底元件的运动相对应的一个或多个运动信号；

在处理元件中接收一个或多个运动信号；和在处理元件中至少部分地基于一个或多个运动信号产生可由电子计算系统使用的输出信号。输出信号可以产生为对应于在多自由度运动中感测的运动。

在另一方面，本发明涉及计算机可读介质。该计算机可读介质可以包括指令以使得计算机能够：从包括一个或多个磁性多轴传感器元件的运动感测装置接收与致动器元件相对于基底元件的运动相对应的一个或多个运动信号；和至少部分地基于一个或多个运动信号产生可由电子计算系统使用的输出信号。

在另一方面，本发明涉及一种系统。该系统可以包括例如电子计算系统和连接至该电子计算系统的用户接口设备。用户接口设备可以包括弹簧机构、连接至弹簧机构的致动器元件、连接至弹簧机构的基底元件、处理元件、和包括一个或多个磁体和一个或多个多轴磁性传感器元件的运动感测装置，其中运动感测装置连接在致动器元件和基底元件之间以磁性地感测致动器元件的运动并向处理元件提供与感测的运动相对应的一个或多个运动信号。

下文结合附图进一步描述各种附加方面、细节、特征、要素、组件、装置和方法。

术语

本文使用的术语“永磁体”表示被磁化并产生其自身的永磁场的任意物体。用于永磁体的适当铁磁材料包括例如铁、镍、钴、稀土金属和其合金（例如铝镍钴合金和钕）、以及其他可磁化材料（例如用有机粘结剂结合在一起的粉末化铁磁材料、陶瓷材料和/或其他可磁化材料）。

本文使用的术语“放松状态”描述除了设备自身的结构固有的力或重力之外、没有力作用在用户接口设备的实施例上的状态。

术语“移位”和“位移”当参照用户接口设备和相关元件（例如致动器、可移动和/或可变形致动器元件、磁体和磁性传感器）在本文中使用时表示这些设备和元件从中性或放松状态的各种手动移动，包括但不限于沿着X和Y轴的侧向移动、沿着Z轴的竖直移动、倾斜、旋转、偏航、滚转、拉动（例如，致动器或致动器元件的向上拉动）、推动、以及其排列和组合。

本文使用的术语“电子计算系统”表示可以使手动用户接口设备（为简便起见在本文中也表示为“用户接口设备”或“接口设备”）的实施例被用作控制设备、输入设备和/或输出设备（例如以提供触觉反馈）的任意系统。电子计算系统的示例包括但不限于视频游戏系统、机械手臂、控制或其他自动元件、图形艺术和设计系统（例如计算机辅助设计（CAD）系统）、机械或仪器控制器、测试和诊断设备、陆地车辆、水下运载工具、飞行器、无人驾驶水下运载工具、无人驾驶车辆转向和控制装置、和能够与用户接口设备进行交互的其他电子系统。某些实施例可以将例如本文描述的手动用户接口设备的实施例结合于电子计算系统上或内部，例如车辆、机械、自动装置、测试装置、仪器设备等上或内部。

本文使用的术语“处理元件”表示从磁性传感器接收数据、将数据处理成电子计算系统的可用格式、并且将数据传输到电子计算系统的部件或装置。处理元件可以包括或连接至存储元件以存储数据、检索处理器指令、与其他设备共享数据、和/或实施其他数据存储指令。在可以利用本文描述的用户接口设备实施例的某些系统中，电子计算系统和处理元件可以是同一单元（连同包括存储元件的其他元件和/或随后在本文中描述的其他元件）。处理元件可以整体或部分地设置在刚性或柔性衬底（例如印刷线路板（PCB）柔性电路衬底）和/或其他其他电子安装装置上。

本文使用的术语“示例性”表示用作示例、实例或例证。本文中被描述为“示例性”的任意方面和/或实施例不是必须构造成比其他方面和/或实施例更优选或具有优势。

示例性可移动致动器的实施例

参照图1，以用户接口设备200的形式示出本发明的实施例，用户接口设备200包括手动致动器元件（也表示为致动器元件），手动致动器元件可以是圆顶形（例如手动致动器元件202）和/或可以构造成一般的球体或圆柱形式或者其他人体工学构造（例如符合人手的形状）。致动器元件可以例如经由枢转机构可移动地安装到基底元件。在图示的示例中，基底元件可以包括底板204。

手动致动器元件还可以连接至图1和后续附图中所示的其他部件或元件。例如，图1的手动致动器元件202的顶部中所示的一组螺钉205可以用于将手动致动器元件202安装到上连接装置（例如上安装环206（图2-图5所示）或其他上连接机构（未示出））。上连接装置可以用于提供致动器元件和其他元件（例如弹簧机构）之间的连接以促进致动器元件的可恢复地受控移动。

通过被可枢转地安装，用户可以使得手动致动器元件相对于基底元件（例如底板204）或用户接口设备的其他参考元件物理倾斜、旋转、沿左右侧向移动、沿向上和向下方向移动、偏航、俯仰、和/或滚转。通过使用运动传感装置来感测各种运动，手动致动器元件的每种特定运动（例如由施加到致动器元件的用户动作所产生的运动）可以用于产生将由处理元件接收的信号，以进一步产生将提供至电子计算系统的与特定命令相对应的一个或多个输出信号。可以通过有线或无线连接（例如经由线缆或经由发射/接收元件）将这些信号发送至电子计算系统。如此，致动器元件可以用于接收来自用户的机械输入并且响应地（例如通过倾斜、旋转、侧向移动、上和/或下移动、偏航、俯仰、滚转等）进行移动。运动传感装置能够向处理元件提供相应的运动信号，然后处理元件可以产生输出信号（例如模拟或数字数据信号），该输出信号可以从将响应于运动而提供至电子计算系统的运动信号映射得到。通过产生这种输出信号，用户对致动器元件的运动可以直接地被提供至电子计算系统作为运动信号，和/或可以被转化或转变成将提供至电子计算系统的其他输出信号，作为输入、控制、显示数据、命令和/或其他类型的数据或信息。在示例性实施例中，处理元件可以产生表示多自由度（例如四至六自由度）运动的输出信号。除了运动之外，附加的用户交互作用（例如变形、开关致动等）也可以被感测到（如后续在本文中所述）。

在各种实施例中，手动致动器元件可以具有变化的人体工学形状，并且可以由盖元件围绕，盖元件例如可以由柔性材料（例如弹性材料）制成（例如在图12-图19中所示），以改进在用户的手、拇指和/或手指接合手动致动器元件时用户的抓握感觉和/或触感。

参照图2和图3，借助于螺钉205，上安装机构（例如上安装环206）可以安装到手动致动器元件202的上部或者可以同心地被围绕在手动致动器元件202的上部内。可以包括一个或多个磁体（例如如图所示的一对圆柱永磁体208（或例如后续在本文中描述的其他磁体构造））的运动传感装置安装成与手动致动器元件202的中心轴线具有一偏移距离。永磁体208可以安装成随着手动致动器元件202一起移动。运动传感装置还可以包括磁性传感器元件（例如，如图3所示的磁性传感器209）。磁性传感器元件可以构造成例如通过或耦接至基底而相对于用户设备的基底或其他元件固定。

在通常的实施例中，每个永磁体208可以与磁性传感器209匹配或相对应以包括运动传感装置。运动传感装置可以包括其他机械、磁性和/或电气组件以促进感测，例如后续在本文中描述的各种组件。

在某些实施例中，例如在上述实施例中，磁体和传感器元件可以构造成使得磁体随着致动器组件的致动器元件或其他可动元件相对于磁性传感器一起移动（例如当用户移动致动器元件时，磁体连带地移动），磁性传感器可以连接或耦接至基底元件或用户设备的其他固定元件。在其他实施例中，磁体和磁性传感器可以被互换，以使得磁性传感器安装成随着致动器元件一起移动，在这种情况下，磁体可以连接或耦接至用户设备的基底或其他固定元件。

在示例性实施例中，磁性传感器可以是多轴磁性传感器元件。例如，在使用三轴磁性传感器（例如三轴磁性传感器209）的示例性实施例中，每个三轴磁性传感器209可以构造成适当地在传感器设备内（例如在集成电路封装或其他传感器设备构造内）的空间中的单一紧凑点处感测三个独立的磁场分量。当本文中参考磁性传感器209的位置时，参考的传感器位置表示传感器设备内测量到磁场的点。

在图示的实施例的操作中，在移动中由永磁体208产生磁场，磁场随着磁体的移动而移动。磁体和传感器可以构造成使得在每个磁性传感器209处每个永磁体208的磁场基本不受到其他永磁体208的磁场的影响或干扰。例如，在示例性实施例中，当手动致动器元件202处于中性或放松状态位置时（例如处于用户不与致动器元件接触的状态），每个永磁体208的偶极轴大约指向相应的磁性传感器209。

磁性传感器209和相关的永磁体208可以经可操作地定位，以使得当手动致动器元件202（例如，通过由用户动作引起的移动）从放松状态位置移位时，磁性传感器209响应于位移而产生与该位移相对应的运动信号。由磁性传感器209产生的运动信号然后可以被提供至处理元件（例如PCB上的电子电路或其他电路装置或衬底），其中运动信号然后由处理元件解释以确定出将提供至电子计算系统（未示出）的命令和/或其他数据或信息。例如，在某些实施例中，运动信号（如果以模拟格式提供）可以被数字化或者（如果为数字格式）仅被传送经过处理元件而到达电子计算系统。可替换地或附加地，运动信号可以被处理、转化、映射等而成为将提供至电子计算系统的数据信号，以提供将用信号传递至电子计算系统的命令、显示数据、控制输入、或其他数据或信息。在这种处理元件中可进行的用于处理运动信号的方法的各种方面和细节在题为“METHOD FOR PROCESSING OUTPUT SIGNALS OFMAGNETICALLY SENSED USER DEVICES”的美国临时专利申请No.61/375,679中描述，该专利申请的全部内容通过引用结合于本说明书中。

在各种实施例中，处理元件和电路装置可以包括一个或多个电子处理设备，例如微处理器、微控制器、数字信号处理器、可编程器件、ASIC、存储设备、模拟电路和/或能够从磁性传感器接收输入信号并产生与手动致动器元件相对于中性或放松状态位置的移动相关的相应输出信号的其他设备。

尽管在图示的实施例中永磁体208显示为圆柱形状并且数量为两个，但是在各种其他实施例中，还可以使用其他数量、形状和/或类型或布置的磁体来产生与其他永磁体208的磁场实质分开或不同的磁场。例如，在某些实施例中可以使用三个或更多个永磁体，这可以提供额外的灵敏度或分辨率。此外，应注意在图示的实施例中，永磁体208类似地取向，以使得他们的北极向上面向手动致动器元件202的底部并且他们的南极面向下远离手动致动器元件202。可替换地，永磁体208的取向可以使得他们的南极向上面向手动致动器元件202或者，永磁体208的取向可以使得他们的极性的取向为反向。此外，在某些实施例中，永磁体208可以相对于磁性传感器209放置成其他取向。

参照图2-图5，弹簧机构可以用于控制致动器元件的移动。例如，在一个实施例中，螺旋中央弹簧210可以安装成如图所示使其中心轴线竖直地延伸。中央弹簧210的上端可以连接至致动器元件，弹簧的下端可以连接至形成设备的基底或下支撑件的基底元件（例如底板204）。在这种构造中，致动器元件可以相对于基底移动，而该移动受到弹簧机构的控制和/或限制。

中央弹簧210的上端可以通过被放置在上安装环206中而连接至致动器元件，弹簧210的下端可以放置在下安装环212中。中央弹簧210可以由钢或者其他适合的金属线或者本领域中已知或开发的其他弹簧材料形成。在示例性实施例中，上安装环206可以形成为具有一对完全分隔开的上腔体206a，该上腔体206a可以是半圆柱形。类似地，下安装环212可以形成为具有一对完全分隔开的下腔体212a，下腔体212a也可以是半圆柱形。

弹簧机构提供相对于基底在中性取向可移动且可回弹地支撑致动器元件的方式，以使得致动器元件可以在没有施加的力的情况下被维持在或者返回到放松状态位置。例如，在图示的实施例中，在底板204上方，中央弹簧210在自然取向可枢转且可回弹地支撑手动致动器元件202。

一般地，期望固定中央弹簧210的端部以使中央弹簧210的移动线圈和任意表面之间的接触最小化，从而减小对中央弹簧210的摩擦。例如，中央弹簧210可以经尺寸设计并构造成使得中央弹簧210和相邻结构之间的任意摩擦表面接触最小化或消除。这可以通过设计组件的尺寸以提供所需间隙来实现。通过以这种方式构造设备，每当操作者松开致动器元件时，手动致动器元件202和永磁体208可以容易地返回到中性或放松状态位置。

此外，由将上安装环206固定到下安装环212的尼龙“I”型件组成的“I”紧固件（或未示出其他运动抵抗装置）可以用于帮助中央弹簧210抵抗用户的移动和/或使得中央弹簧210能够将手动致动器元件202恢复到放松状态。“I”紧固件或其他运动抵抗装置可以用于防止中央弹簧210的过度伸长。可以一次使用多个“I”紧固件，这些“I”紧固件例如在上安装环206和下安装环212之间沿周向间隔开。其他元件也可以用于抵抗用户的移动和/或将致动器元件恢复到中性或放松状态位置和/或防止弹簧机构的过度伸长。

仍然参考图2-图5，多个运动限制元件（例如销和腔体或其他运动限制机构）可以用于限制致动器元件的运动范围。例如，图示的销和腔体可以用于限制手动致动器元件202的运动，以限制对中央弹簧210的压力和/或将磁场测量保持在预定范围内。在所示的实施例中，一对上销214安装在上安装环206的底部内，以使得这对上销214从上安装环206的底部突出。每个上销214可以沿着上安装环206的周边竖直地安装。例如，上销214可以定位成彼此辐射状围绕上安装环206的中心成一百八十度。

此外，一对下销216可以安装在下安装环212的顶部内，以使得这对下销216从下安装环212的顶部突出。每个下销216可以沿着下安装环212的周边竖直地安装。下销216可以类似地定位成彼此辐射状围绕下安装环212的顶表面的中心成一百八十度。这对下销216还可以定位成辐射状围绕下安装环212的顶表面的中心与下腔体212a成九十度。

一对上销214和一对下销216可以分别与下腔体212a和上腔体206a对齐，以使得当手动致动器元件202被压下时，这对上销214装入在一对下腔体212a内，这对下销216装入在一对上腔体206a内。下腔体212a和上腔体206a可以充分大于一对上销214和一对下销216，以使得这些上销214和下销216能够移动但是该移动的范围还受到限制。销和腔体的其他构造或其他运动限制元件可以类似地用于控制和限制移动，以避免过度伸长和/或限制或控制磁场测量或测量范围。

再次参考图2和图3，设备中可以包括一个或多个电子线路元件。电子线路元件可以包括磁性传感器、磁体、模拟或数字电子部件、光学部件、加速度计、陀螺仪传感器、压力传感器、气压传感器、和/或其他部件，这些其他部件构造成产生磁场、感测磁场、提供运动信号、处理运动信号和/或提供与致动器元件的移动相对应的输出信号。电子线路元件可以包括所有或部分地磁体、磁性感测元件、处理元件、和/或其他元件，这些其他部件与产生、接收、处理、和/或输出与致动器元件移动相关的信号电子地、磁性地、光学地或以其他方式相关联。

例如，印刷电路板218可以使用一组小螺钉219或其他连接机构安装到底板204。在示例性实施例中，印刷电路板218可以是圆形的并且可以经尺寸设计以水平地装入在中央弹簧210和下安装环212内。在这种构造中，印刷电路板218可以支撑或结合磁性传感器（例如图示的一对磁性传感器209）。在示例性实施例中，每个磁性传感器209可以是三轴霍尔效应磁性传感器，例如目前可商购获得的Melexis MLX90333传感器的单管芯版本或等效物。可替换地，还可以使用本领域已知或开发的其他磁性传感器设备。

在相关产品文档以及共同未决美国专利申请12/756,068中可以找到有关特定Melexis磁性传感器设备的额外的技术细节，这些文档和专利申请的整体内容通过引用结合于本说明书中。

在图示的实施例中，至少在图6中最佳示出地，磁性传感器209定位成彼此辐射状围绕印刷电路板218的中心成九十度。磁性传感器209和相关的永磁体208可以可操作地进行定位，以使得当手动致动器元件202从放松状态移位时，磁性传感器209产生与该位移相对应的信号，该信号然后可以由处理元件或其他电路（未示出）处理以产生可以被提供至电子计算系统的信号或者与将提供至电子计算系统的命令相关的信号。

如前所述，通过致动器元件的移动可以实现高达六自由度的控制，致动器元件可以用于在电子计算系统中提供相应的控制移动。例如，这些移动可以包括侧向、向上和向下运动，倾斜运动，旋转运动、平移运动，俯仰、滚转和偏航运动，和/或致动器元件的其他运动或位移。

一般地，当使用越来越大的永磁体时，磁性传感器会变得对磁场分量的测量饱和度更敏感。例如，在图示的实施例中，如果磁性传感器209变成磁场饱和，手动致动器元件202和永磁体208的精细移动会变得更不能被处理元件分辨，降低对这些移动的敏感度。

此外，当磁体定位成进一步远离磁性传感器时，磁场通常将降低。例如，如果永磁体208定位成进一步远离磁性传感器209，磁场的相对幅度将下降约负三分之一次方。因此，随着磁性传感器209定位成进一步远离永磁体208，磁场的幅度和方向的精确测量变得更加困难。相应地，在所示的示例性实施例200中，使用相对小并且定位成靠近a20的永磁体208。

在通常的实施例中，磁性传感器可以安装在由弹簧机构限定的体积内。例如，磁性传感器209可以安装在由中央弹簧210限界的体积内，以提供潜在优势。在示例性实施例中，当定位在中性或放松状态时，永磁体208和磁性传感器209之间的安装距离小于四磁体直径。如果使用非圆形的磁体，则该安装距离可以在与偶极轴成直角处测量。

图4示出沿着线4-4获取的将永磁体208定位在磁性传感器209上方的实施例的细节，其中一对上销214定位成位于处于放松状态的图1的手动用户接口设备实施例的一对下腔体212a内的中心。销和腔体的该示例构造可以用于防止中央弹簧210的过度伸长。

电连接器（例如连接器222）可以安装在印刷电路板218的底部上。电连接器222例如可以是连接到印刷电路板218上迹线以产生到磁性传感器209的导线的十针连接器。电连接器可以连接到接线（未示出），接线将运动信号从磁性传感器传送到处理元件然后在处理之后传送到电子计算系统。在某些实施例中，无线连接元件（未示出）（例如射频或红外发射器）可以用于将信号从处理元件传送到电子计算系统。

图5示出沿着线4-4获得的用户接口设备（例如图1的用户接口设备实施例200）的处于压下位置的致动器元件202。当手动致动器元件202被压下时，上销214可以向下移动，直到上销214的下端接合下腔体212a的底表面。手动致动器元件202的相同向下移动还可以相对于对应磁性传感器209降低永磁体208，而不会造成对任一传感器的损坏。

上销214的竖直长度可以经选择，以防止永磁体208的下端物理接触并可能损坏磁性传感器209。在手动致动器元件202的这种移动发生时，相应地由磁性传感器209产生的运动信号可以由处理元件解释以确定命令并将这些命令传送至电子计算系统，作为例如在角度和方向方面沿着竖直轴的移动。例如，运动信号可以由处理元件解释以确定输出信号（例如命令或其他输出信号），并且将这些输出信号发送到电子计算系统，作为例如限定在幅度和/或方向方面沿着竖直轴的特定移动的数据。

图6示出当用户接口设备200处于放松或中性状态时永磁体208和上销214的定位。如图6所示，永磁体208定位在每个磁性传感器209上方，上销214定位在下腔体212a内的中心。

图7示出当手动致动器元件202（如图1-图4所示）侧向移动（即，沿着X和/或Y轴在水平面中移动）时永磁体208相对于磁性传感器209的位置。在图7中，永磁体208和上销214定位成指示手动致动器元件202（如图1-图4所示）向左或沿着X轴在相反方向移动。手动致动器元件202（如图1-图4所示）沿着水平轴移动，永磁体208以及相关磁场也沿着水平轴移动，产生磁场信息的特定改变。在手动致动器元件202的这种移动发生时，相应地由磁性传感器209产生的运动信号可以由处理元件解释以确定输出信号（例如命令或其他输出信号）并且将这些输出信号发送到电子计算系统，作为例如限定在幅度和/或方向方面的特定水平移动的数据。

图8示出当手动致动器元件202（如图1-图4所示）绕实施例200的Z轴旋转时永磁体208的位置。在图8中，永磁体208和上销214定位成指示手动致动器元件202沿逆时针方向旋转。围绕Z轴旋转的幅度和方向可以由处理元件接收并解释，以向电子计算系统提供一个或多个相应输出信号（例如命令或其他输出信号），并将这些输出信号发送到电子计算系统，作为例如限制在幅度和/或方向方面的特定旋转运动的数据。

图9示出当实施例200处于放松状态时永磁体208的定位。如在本实施例中所示，永磁体208定位成在每个磁性传感器209上方沿竖直方向直立。

图10示出手动致动器元件实施例202（如图1-图4所示）沿着X轴的倾斜运动，这引起永磁体208绕Y轴旋转。类似地，手动致动器元件202沿Y轴的倾斜使得永磁体208绕X轴旋转。不论对手动致动器元件202施加的倾斜的轴线如何，永磁体208可以构造成也相对类似的方式相对于磁性传感器209倾斜。在手动致动器元件202的这种移动发生时，相应地由磁性传感器209产生的运动信号可以由处理元件解释以确定命令并且将这些命令发送到电子计算系统。例如，与倾斜运动相关的相应运动信号可以由处理元件接收并解释以向电子计算系统提供一个或多个相应输出信号（例如命令或其他输出信号），并且将这些输出信号发送到电子计算系统，作为例如限定特定倾斜运动的数据。

参照图11，导电螺旋弹簧224的端部可以安装在热塑性部件中，其中中央弹簧210（图2-图10中所示）是导电螺旋弹簧224的示例。这例如可以通过使用磁感应组件226中所示的磁感应方法来实现。

在这种方法中，闭环螺旋弹簧端部224a可以形成于导电螺旋弹簧224的每一端上。一组热塑性盖228被示出并表示可以安装导电螺旋弹簧224的上端的任意热塑性件，例如上安装环206（如图2-图5所示）和/或下安装环212（如图2-图5所示）。

在制造期间，有各种方式将导电螺旋弹簧224安装在本发明的实施例中。可以进行这种制造的示例方式包括：通过螺纹线圈端部来机械安装成围绕内芯或位于外环中、利用胶黏剂或使用某些其他结合剂进行结合、将弹簧夹物模压在塑料件中、以及加热弹簧并使得邻近热塑性材料围绕加热的弹簧的端部流动。

但是，这些方法会产生问题。例如，通过螺纹线圈端部来将导电螺旋弹簧224机械安装在内芯或外环上需要对线圈端部形状和尺寸的非常高精度控制。由于很难精确地缠绕导电螺旋弹簧224，所以结果经常是导电螺旋弹簧224在其设备内不精确的最终形状和位置。使用胶黏剂或某些其他结合剂（例如焊料）来结合弹簧需要更长的固化或加热时间，并且在制造期间由于操纵而产生错位。被夹物模压在塑料部件中的弹簧通常使用复杂模具和相关切断来实现，并且仍然会导致错位的弹簧。

可替换地，通过加热弹簧并使得邻近热塑性材料围绕弹簧的端部流动来提供低应力且高度对准的安装和弹簧保持方法。使用磁感应方法来加热弹簧可以是特别具有成本效益并快捷的方法，本发明的实施例通过该方法安装导电螺旋弹簧224而不需要额外调节来对准弹簧。例如，如图11所示，感应线圈230可以用于使用磁感应来加热导电螺旋弹簧224的闭圈端部。导电螺旋弹簧224通常导电并且可以构造成使每个端部线圈卷绕而与其自身紧密接触（即，重叠），并且当放置在感应线圈230内部时产生短路。

在实施例中，可以使用可具有闭合端构造的不锈钢弹簧。但是，有利的是使用磁性刚合金而非不锈钢。例如，使用磁性钢的感应加热更有效。此外，在基本由磁畴翻转（即磁滞）产生加热时，可以不需要具有闭合端构造（例如以提供短路的线路/回路来进行加热）的弹簧。

当通过磁感应在线圈中感生出电流时，导电螺旋弹簧224的闭合线圈端部（例如，围绕闭环螺旋弹簧端部224a的电流回路）由于电阻加热而使得导电材料快速地变热。导电螺旋弹簧224的经加热的闭合线圈端部可以构造成使热塑性盖228熔化。热塑性盖228可以各自熔化并流动到每个闭环螺旋弹簧端部224a中，从而在闭环螺旋弹簧端部224a和热塑性盖228之间形成机械连接。在感应线圈230的直径仅略微大于导电螺旋弹簧224时或者当可以使用高感应功率来熔融更小的弹簧时，这种方法作用最好。

可以安装例如图1-图10的中央弹簧210的磁感应方法还可以用于使某些胶黏剂或其他结合剂固化。以此方式，因为组件的磁感应方法既低应力又能实现高度对准，所以可以实现永磁体208（如图2-图4所示）围绕每个磁性传感器209的更精确对准。手动致动器元件202的中央弹簧210在放松状态的精确对准可以使得用户接口设备200的可获得动态范围最大化，从而可以改进其整体灵敏度和性能。

尽管前述实施例示出某些示例性实施例，但是应当理解其他类型、数量和/或构造的元件可以替换地用在各种实施例中。例如，参照图12-图15，示出手动用户接口设备的替换实施例232。该实施例利用小永磁体234和双管芯磁性传感器236，例如Melexis MLX90333三轴霍尔效应传感器。这种双管芯磁性传感器236在一个部件中组合两个三轴磁性传感器，但是在其他方面仍然用作两个单独的三轴磁性传感器。

实施例232的小永磁体234可以安装到致动器支撑件238。致动器支撑件238可以由热塑性材料组成，以例如如上所述通过磁感应而被安装到复位弹簧239。

致动器支撑件238可以由橡胶盖240包住。橡胶盖240可以包含凸形橡胶盖顶部锁定特征240a，凸形橡胶盖顶部锁定特征240a装入在位于致动器支撑件238顶部上的凹形致动器支撑件锁定特征238a中，从而使得橡胶盖240能够最佳地连接到致动器支撑件锁定特征238a。橡胶盖240的下部也可以具有一系列橡胶盖底部锁定特征240b，橡胶盖底部锁定特征240b可以用于在设备壳体242和热塑性固定环244之间将橡胶盖240的中心开口的底部固定在一系列固定环凹形锁定特征244a中。

设备壳体242示出为直径明显大于高度的圆柱体组件，其他构造也可以用在某些实施例中。设备壳体242包围手动致动器元件232的内部组件。热塑性固定环244可以通过经由磁感应加热复位弹簧239的端部的方法而连接到复位弹簧239的底部。通过装入在印刷电路板凹形锁定特征246a中的固定环凸形锁定特征244b，还可以将热塑性固定环244固定到被锁定的印刷电路板246。固定环凸形锁定特征244b可以包括从热塑性固定环244的底表面沿着一侧延伸的柱。

印刷电路板凹形锁定特征246a可以设计成使得该柱对准并紧密地装入在孔内，并且将热塑性固定环244固定到被锁定的印刷电路板246。被锁定的印刷电路板246可以利用小螺钉219固定到设备壳体242的底表面。

橡胶盖240的回弹性还可以帮助复位弹簧239使部件恢复到适当的放松状态。这种手动用户接口设备构造的实施例232可以用于提供尺寸特别小的设备。此外，联合使用的两个这种小设备可以用于在例如直接位于仪器、工具、键盘、或其他设备或系统上或内部的电子计算系统内实现六自由度控制。

参照图16-图19，示出手动用户接口设备的另一实施例248。实施例248包括设备壳体250、橡胶致动器柱盖252、致动器柱254、和内弹簧255。类似于图12-图15的实施例232，实施例248还可以包括双管芯磁性传感器236和/或热塑性固定环244。代替被锁定的印刷电路板246（如图12-图15所示），实施例248可以利用被锁定的大印刷电路板256。

被锁定的大印刷电路板256的直径可以大于被锁定的印刷电路板246（如图13-图15所示）。被锁定的大印刷电路板256还可以包括被锁定的大印刷电路板凹形锁定特征256a，从而固定环凸形锁定特征244b被固定，并因而将热塑性固定环244安装到被锁定的大印刷电路板256。

实施例248可以构造并排取向的永磁体208，来代替实施例232中所示的单一小永磁体234（如图13-图15所示）。在示例性实施例中，与图14的致动器支撑件238相比，致动器柱254具有明显更竖直的凸缘。如果致动器柱盖252被超模压到致动器柱254，则致动器柱254的形状将不同于实施例232的致动器支撑件238（如图13-图15所示）。致动器柱254可以包括致动器柱锁定特征254a。致动器柱盖252可以包括致动器柱盖顶部锁定特征252a和致动器柱盖底部锁定特征252b。

仍然参照图16-图19，在图示的实施例中，永磁体208可以在手动致动器元件的底表面中心并且位于双管芯磁性传感器236上方。实施例248的永磁体208可以被定向成使相同极性位于一端，并且在永磁体208的相同极性通常将彼此排斥的情况下可以与致动器柱254固定在一起并定向。永磁体208的这种构造产生非旋转对称场，使得处理元件使用来自双管芯磁性传感器236的运动信号来分辨致动器柱盖252绕竖直中心轴的旋转。

由于在双管芯磁性传感器236的两个内部传感器中每一者周围对获得对磁场幅度和方向的三个测量，因此实施例248可以实现六自由度。例如共同未决美国专利申请12/756,068中描述的三传感器设备也可以用于更好地分辨致动器柱254的位移，该美国专利申请通过引用整体结合于本说明书中。类似地，还可以使用三个一组的小三轴磁性传感器（未示出）或其他类似或等效构造。

仍然参照图16-图19，永磁体208可以从下方安装在致动器柱254的底部中。致动器柱254的顶部可以由致动器柱盖252包围。由于致动器柱盖顶部锁定特征252a，在旋转期间可以防止致动器柱盖252相对于致动器柱254滑动，致动器柱盖顶部锁定特征252a是凸形的并且装入在致动器柱锁定特征254a内。致动器柱盖底部锁定特征252b可以用于帮助将致动器柱盖252固定在热塑性固定环244的固定环凹形锁定特征244a中。

如图所示，致动器柱254可以安装到内弹簧255的顶部。通过例如如上所述通过磁感应来加热内弹簧255的端部，可以将热塑性固定环244安装到内弹簧255的底部。热塑性固定环244的底部可以安装到被锁定的大印刷电路板256，并且可以通过位于热塑性固定环244的底部上的固定环凸形锁定特征244b配合被锁定的大印刷电路板锁定特征256a而被固定。被锁定的大印刷电路板256可以通过小螺钉219安装到设备壳体250的底部。

仍然参照图16-图19，机械锅仔片开关（dome switch）258、锅仔片开关盖260和锅仔片开关壳体262可以定位在热塑性固定环244和双管芯磁性传感器236之间。当致动器柱254被用户压下时，永磁体208可以物理接触锅仔片开关盖260，锅仔片开关盖260转而可以被推动到机械锅仔片开关258中，从而以咔哒声或其他类似或等效动作的形式向用户提供触感反馈。可以例如响应于用户（例如通过推动或输入）施加压力而提供触感反馈。

在示例性实施例中，锅仔片开关盖260可以由可锻或超高分子量聚乙烯材料制成，并且当与锅仔片开关壳体262结合时可以保持机械锅仔片开关258固定并在永磁体208和双管芯磁性传感器236之间位于中心。随着永磁体208接近并间接接触机械锅仔片开关258，当机械锅仔片开关258致动时，双管芯磁性传感器236可以测量磁场幅度随时间的明显增加。这种增加由处理元件处理并解释为按钮控制形式，按钮控制形式转而可以用于产生并发送具体的相应命令或控制信号至电子计算系统。例如，感测的与用户的推动型运动相关的磁场可以被校准并经编程进入处理元件中，以产生响应于例如当磁体接近锅仔片开关时感测的增大磁场的按钮命令或控制。

此外，一个或多个电触点还可以与机械锅仔片开关258结合使用，以提供附加按钮型控制。尽管机械锅仔片开关258图示为与并排构造的永磁体208结合，但是与任意构造的永磁体208一起使用机械锅仔片开关258可以实现相同结果。当机械锅仔片开关258被压下时，致动器柱盖252可以由操作者移位，从而可选地提供一组分开且不同的用户命令。

参照图20A、图20B、图20C和图21，手动用户接口设备的实施例264可以包括人体工学楔形基底266。例如，当用户抓住手动致动器元件202时，楔形基底266可以构造成使得用户的手腕可以放置在楔形基底266的前部上，从而产生更大的力以保持实施例264相对于操作表面固定。楔形基底266的底部上的橡胶摩擦垫（未示出）还可以用于辅助保持实施例264固定在工作表面上。在其他实施例中，连接机构（例如螺钉、夹子、胶黏剂等）可以用于将基底元件连接到其他结构或表面。

处理元件组件268的实施例在实施例264中示出（在图21中），并被容纳在楔形基底266中。处理元件组件268表示为处理元件印刷电路板270，印刷电路板270可以包括微处理器、微控制器、或其他可编程逻辑器件、ASIC、存储器、模拟和/或数字电子部件、以及将印刷电路板270（或其他处理元件衬底或安装机构）连接到磁性传感器（例如位于（如图2所示的）包括磁性传感器209的印刷电路板218上）的装置、以及其他部件。此外，用于（例如经由串行或并行有线接口（例如USB或其他有线接口）或无线接口（例如Zigbee、Bluetooth等））将处理元件连接到电子计算系统的装置。在某些实施例中，硬件和/或软件要素可以例如经由USB芯片或其他器件而包含于处理元件电路上。类似地，无线硬件和/或软件要素可以包含于处理元件电路上和/或附加部件（例如无线USB软件狗（dongle）等）上。

如图20C所示，来自手动用户接口设备264的数据可以被发送至处理元件组件268。一旦经处理，命令、控制、显示、和/或其他数据可以被发送作为从处理元件组件268到电子计算系统271的输出信号。电子计算系统271可以包括显示或其他输出装置，该显示或其他输出装置可以用于提供与所提供的输出信号相关的输出和相关数据或信息。

参照图22，在某些实施方式中，两个手动用户接口设备（例如图12-图15所示的实施例232中描述的手动用户接口设备）可以安装在笔记本或膝上计算机272或其他设备（例如平板电脑、上网本、智能电话、PDA等）中。可替换地，两个或更多用户接口设备可以设置在设备（例如工具、测试设备）或其他实验室、建筑或工业设备上或内部。通过使用两个用户设备，这两者可以协同工作以向用户提供六自由度控制。图22中所示的膝上计算机272只是可以与任意实施例组合使用的电子计算系统的一个示例。其他电子计算系统可以包括机械臂的控制器、基于CAD的成像系统、远程控制汽车等。

在本应用中，一对手动用户接口设备可以与一系列按钮274（例如QWERTY或其他键盘形式的按钮）组合使用。每个按钮274还可以构造成与实施例232类似的六轴控制装置。这种具体应用可以对于乐器应用具有优势，其中按钮274可以各自用于例如控制特定音符的音高、音调、音量、颤音等，并且每个按钮274可以对用户施加到乐器应用的压力的速度或量敏感。例如，多指力和方向的敏感手势可以在由一系列按钮274组成的键盘上进行解释，该按钮274可以类似于实施例272（如图22所示）。

参照图23，例如结合图1-图5所述的通用型的手动用户接口设备的实施例278可以具有重基底276，重基底276由诸如黄铜、铜、钢、石头、锌、铅或钨之类的任意材料构成。重基底276可以固定到底板204并且可以具有通常为厚的构造，并且可以包括重的材料。实施例278依赖于重基底276的更重质量和重力来补偿由用户操作手动致动器元件202而施加的力。橡胶摩擦垫（未示出）也可以用于辅助保持实施例278固定。

参照图24-图26，示出手动用户接口设备的另一实施例280。实施例280可以利用可与参照图1-图12的实施例200所述相同或相似的一对磁体（例如永磁体208）、印刷电路板（例如印刷电路板218）和一个或多个磁性传感器（例如磁性传感器209）。

实施例280还可以利用致动器元件281、包括一组周向间隔的螺旋弹簧282的弹簧机构、和基底元件（基底板283）。周向间隔的螺旋弹簧282可以用于可枢转地支撑致动器元件281。周向间隔的螺旋弹簧282可以各自具有不同的纵横比、簧圈节距或线横截面。除螺旋之外的其他弹簧几何形状也可以使用，例如片簧。

永磁体208可以直接安装在致动器元件281中。多个周向间隔的螺旋弹簧282可以安装到顶部安装环284和/或底部安装环285。顶部安装环284和/或底部安装环285可以构造成容纳多个周向间隔的螺旋弹簧282，并且在某些实施例中可以不具有销或腔体。

通过连接机构（例如一系列螺钉205），顶部安装环284可以安装到致动器元件281和/或底部安装环285可以安装到基底板283。磁性传感器209可以定位在周向间隔的螺旋弹簧282之间，这可以提供潜在优势。小螺钉219可以用于将印刷电路板218安装到基底板283。在基于该实施例的某些实施方式中，周向间隔的螺旋弹簧282的布置可以用于向用户提供独特或特有的触感。

参照图27-图30，示出手动用户接口设备的另一实施例289。实施例289可以包括具有弹簧（例如扁线弹簧290）的弹簧机构、以及一组多个永磁体（例如所示的四个永磁体208）和伴随的相应一组磁性传感器（例如所示的磁性传感器209）。

在本实施例中，四个永磁体208中每一者可以均匀间隔开并且可以围绕致动器元件294的顶部内侧安装。致动器元件294可以大致为圆顶形，并且可以形成为具有围绕下凸缘的一系列凹口294a。顶部环形安装件296和底部环形安装件298可以相应地安装到扁线弹簧290的顶端部和底端部，这可以例如以上所述通过经由磁感应来加热扁线弹簧290的端部而实现。

顶部环形安装件296可以安装成围绕致动器元件294的内侧的顶部，这可以例如通过一组中等螺钉297来实现。底部环形安装件298可以类似地通过中等螺钉297安装到底部盘300。底部盘300可以模制成具有高起平台，高起平台装入在底部环形安装件298内部。可以包括多个磁性传感器（例如四个磁性传感器209）的印刷电路板或其他衬底218可以使用小螺钉219来安装。

四个磁性传感器209可以围绕印刷电路板218沿周向间隔开。底部盘300还可以包括一组柱，例如图示的四个周向间隔的柱300a。这些柱可以对应于致动器元件294的底部凸缘上的凹坑294a。凹坑294a可以构造成限制一定的移动以防止扁线弹簧290的过度伸长。环形壳体314可以用于同心地包围致动器元件294的底部凸缘，并且可以由中等螺钉297安装到底部盘300。在致动器元件中期望在围绕水平轴的侧向移动中具有更柔和的响应并且在致动器元件的旋转中具有更猛烈的响应的应用中，实施例289会有利。仍然参照图27-图30，示出顶部环形安装件对准特征296a和底部环形安装件对准特征298a。如前所述，在制造期间有利的是使用方法来使得磁感应可以加热扁线弹簧290，从而使得扁线弹簧290融合在顶部环形安装件296和底部环形安装件298的热塑性材料中，以使得这些组件尽可能精确地对准。通过增加顶部环形安装件对准特征296a和底部环形安装件对准特征298a，在磁感应过程（例如参照图11所述）中通过将这些组件锁定到对准装置（未示出）可以实现顶部环形安装件296和底部环形安装件298围绕扁线弹簧290的更精确对准。

图31-图34示出手动用户接口设备的另一实施例316，其类似于图27-图30所示的实施例289，不同之处在于弹簧机构可以包括不同纵横比的弹簧318来代替扁线弹簧290，顶部环形安装组件319来代替顶部环形安装件296，并且底部环形安装组件320来代替底部环形安装件298。不同纵横比的弹簧318可以具有与图28-图30的扁线弹簧290大致相似的直径，但是可以具有更大长度并可以包括更多簧圈。如本文所使用的，术语“不同纵横比”表示任意不同的簧圈节距、簧圈数量、线尺寸和形状、和/或弹簧材料。通过控制的簧圈节距、簧圈数量、和/或弹簧的线尺寸和形状，致动器元件对用户输入的响应特性可以进一步受调节和控制。

参照图35-图37，示出使用锥形尖端永磁体322的手动用户接口设备的另一实施例321。手动用户接口设备的实施例321类似于实施例232中所示的构造（如图12-图15所示），不同之处在于锥形尖端永磁体322、一个磁性传感器209、和用于单管芯传感器的被锁定的衬底326（例如被锁定的印刷电路板）。例如，用于单管芯传感器的被锁定的印刷电路板326可以包括单管芯传感器电路板锁定特征326a。锥形尖端永磁体322绕Z轴的对称性可以用于通过一个或任意数量的磁性传感器来使得感测锥形尖端永磁体322绕Z轴的旋转很大程度不可察觉。各种形状和尺寸的磁极件（未示出）可以放置在用于单管芯传感器的被锁定的衬底326的下侧上，以调整来自锥形尖端永磁体322的磁场的形状，从而改变磁性传感器209对锥形尖端永磁体322位移的响应。类似地，在本发明的其他实施例中，磁极件可以用于调整磁场的形状。

参照图38-图40，示出使用凿形尖端永磁体330的手动用户接口设备的另一实施例328。实施例328类似于图12-图15所示的实施例232，不同之处在于凿形尖端永磁体330。实施例328的凿形尖端永磁体330可以具有凿形尖端形式的下端部。与（如图36-图37所示的）锥形尖端永磁体322的锥形尖端不同，凿形尖端永磁体330的凿形尖端可以绕Z轴非旋转对称。由于绕Z轴的非对称性，通过连接到被锁定的印刷电路板246的双管芯磁性传感器236可以感测到绕每个轴（特别是Z轴）的旋转。本实施例示出与单一永磁体208（如图13-图15的实施例中所示）或与锥形尖端永磁体322的锥形尖端（如图36-图37的实施例中所示）不同形状的磁体如何产生出不同的结果。

参照图41-图45，示出手动用户接口设备的另一实施例332。实施例332可以包括如图所示大致圆顶形的致动器元件（可以是扇贝形边缘致动器元件334）、以及基底元件（例如底部基底元件338）。扇贝形边缘致动器元件334可以由超模压弹性体覆盖件340围住。在扇贝形边缘致动器元件334内部并沿着扇贝形边缘致动器元件334的底表面可以形成一系列四个顶部弹簧捕捉件334a（如在图45中最佳示出）和/或一系列四个磁体安装件334b（如在图45中最佳示出）。磁体安装件334b可以形成为将永磁体208（例如在本示例中是四个磁体208）固定到扇贝形边缘致动器元件334。每个永磁体208可以定向为使得南极朝向扇贝形边缘致动器元件334的底部，并且北极朝向四个磁性传感器209。

在扇贝形边缘致动器元件334位移期间，顶部弹簧捕捉件334a可以形成为辅助将包括多个弹簧（例如一组四个小弹簧336）的弹簧机构保持在适当位置。扇贝形边缘致动器元件334的顶部的中心通常为凹形，沿着底部基底338的方向向下弯曲。围绕扇贝形边缘致动器元件334的底部的中心，可以形成中心锁定特征334c（如在图45中最佳示出）。扇贝形边缘致动器元件334可以例如使用小螺钉219安装到中心限制组件342。中心限制组件342的顶部可以形成为具有限制组件锁定特征342a，限制组件锁定特征342a构造成装配到中心锁定特征334c以辅助将中心限制组件342固定到扇贝形边缘致动器元件334。

中心限制组件342可以经成形，以使得其在顶端部上形成圆柱形柱，在该顶部端下方形成限制组件锁定特征342a。中心限制组件342的底部可以构造成变平达到比其圆柱形柱顶部大得多的直径。围绕更大直径的变平部分的周向在四个位置处均匀间隔开的一系列弯曲突出物可以形成于中心限制组件342中。

面向下的圆顶也可以形成为围绕中心限制组件342的变平部分的底部中心，以在扇贝形边缘致动器元件334的一定向下位移期间与机械锅仔片开关258接触。机械锅仔片开关258可以安装到四叶形印刷电路板344的顶部中心。每一个磁性传感器209可以安装在四叶形印刷电路板344的四个叶中每一者上。四叶形印刷电路板344可以例如通过小螺钉219安装到底部弹簧安装件346的下侧。

电连接器222可以安装在四叶形印刷电路板344的底部上。四叶形印刷电路板344的每个叶之间的区域可以安装到底部弹簧安装件346，底部弹簧安装件346形成部分圆柱形凹座，其中小弹簧336可以沿着底部安装在该部分圆柱形凹座中。一组底部弹簧捕捉件346a可以形成为围绕每个部分圆柱形凹座的底部以辅助将小弹簧336相对于底部弹簧安装件346保持在适当位置。

部分圆柱形凹座的直径可以大于小弹簧336的直径，以实现小弹簧336和扇贝形边缘致动器元件334的运动范围。底部弹簧安装件346的中心可以形成孔。该孔的直径可以大于中心限制组件342的圆柱形柱顶部的直径，但是小于其变平部分的直径。

当实施例332组装时，中心限制组件342的圆柱形柱部分可以装配穿过底部弹簧安装件346的孔，以使得中心限制组件342的变平部分沿着底部弹簧安装件346的底部定位，中心限制组件342的变平部分的直径大于底部弹簧安装件346的孔。扇贝形边缘致动器元件334从而被固定到底部弹簧安装件346，从而限制小弹簧336的移动和过度伸长。中心限制组件342穿过底部弹簧安装件346的定位将产生限制扇贝形边缘致动器元件334的运动范围并因此防止小弹簧336的过大压力的机构。底部弹簧捕捉件可以借助于小螺钉219安装到底部基底338的顶部。

参照图45，部分地进一步示出扇贝形边缘致动器元件334的底部的实施例的细节。顶部弹簧捕捉件334a可以围绕扇贝形边缘致动器元件334的内圆周均匀地间隔开。在每个顶部弹簧捕捉件334a之间可以由一个磁体安装件334b。通过尽可能沿着内圆周来定位永磁体208（如图42-图44所示），在扇贝形边缘致动器元件334内一个永磁体208（如图42-图44所示）和其他永磁体208（如图42-图44所示）之间的距离可以最大化。因为在扇贝形边缘致动器元件334内各个永磁体208（如图42-图44所示）之间的距离最大化，所以由每个永磁体208（如图42-图44所示）产生的每个磁场将最低限度地受到其他永磁体208（如图42-图44所示）的磁场影响，从而很大程度减小磁场之间的干扰。在示例性实施例中，小弹簧336可以尽可能合理地定位成朝向扇贝形边缘致动器元件334的内圆周。

参照图46和47，示出与图41-图44的实施例332类似的另一实施例348，不同之处在于支承开关突出件的弹性体覆盖件350。支承开关突出件的弹性体覆盖件350可以形成为具有一系列开关突出件350a。在实施例348中，每个开关突出件350a可以形成为一般圆顶形状，并且沿着支承开关突出件的弹性体覆盖件350的竖直表面定位。用户可以通过执行推动动作或推动输入（例如通过按压突出件）来触发开关突出件。

开关突出件350a可以围绕由支承开关突出件的弹性体覆盖件350的竖直表面限定的圆周均匀地定位。开关突出件350a可以形成为围绕安装到扇贝形边缘致动器元件334并在支承开关突出件的弹性体覆盖件350下面的开关元件（未示出）。例如，开关元件可以包括但不限于机械开关元件、压敏可变电阻、电容或电感元件、或其他开关装置。

此外，光学中断或可变强度元件、中断或无效的全内反射可以用作开关元件。柔性布线（未示出）、柔性电路（未示出）或小弹簧（例如图示的小弹簧336）是提供从特定开关元件到四叶形印刷电路板344的电连接的其他方式。

开关突出件350a结合开关元件在被触发时可以用于提供用户按钮控制。例如，如图46所示的一组线352示出可以施加到开关突出件350a以触发按钮控制的力的示例性方向。例如，通过如图47所示的用户的手354在开关突出件350a的位置附近抓住并挤压手动用户接口设备的顶部，一个或多个开关突出件350a将被压下，从而发起信号，该信号可以由处理元件使用以产生输出信号（例如命令），输出信号可以提供至电子计算系统。该命令例如可以被解释为用户对虚拟物体的拾取或其他用户动作。

例如，可以在电子计算系统的监视器或其他显示装置上向用户呈现竖直物体的图像或显示。电子计算系统可以例如是运行计算机辅助设计（CAD）应用或显示二维或三维物体（“虚拟物体”）的其他应用的桌上计算机。通过如前所述与用户进行交互，用户可以使得用户设备产生输出信号，输出信号然后可以由应用解释为拾取和/或移动虚拟物体。

在其他应用中，挤压手动用户接口设备来触发一个或多个开关突出件350a可以用于产生输出信号，以表示在视频游戏系统中的特定操作、在文档界面中选择文本、或以类似方式与大量二维和三维应用进行交互。在某些实施方式中，开关突出件350a可以起到光标控制装置的鼠标右击和左击的功能。各种其他位置和布置的开关突出件350a和开关能够适应于手动用户接口设备的人体工学或特定用途。尽管为解释说明在实施例348中表现这种类型的开关机构，但是其他开关机构也可以适合于用在本发明的用户接口设备的各种其他实施例中。

示例性可变性致动器的实施例

现在关注图48，其中示出用户接口设备1100的另一实施例的各种细节。用户接口设备实施例1100可以包括基底元件（例如基底元件1100），致动器组件（例如致动器组件1120）连接到基底元件。用户接口设备1100还可以包括一个或多个开关（例如开关或按钮1130）。致动器组件1120可以构造成使得用户能够抓握或以其他方式接触用户接口设备1100，并且将移动和/或变形操作施加到用户接口设备1100的可移动和/或可变形元件。用户接口设备还可以构造成向用户提供来自用户接口设备1100的触感反馈（例如利用未示出的振动元件），以及提供经由开关或按钮1130的其他功能（例如开关输入）、以及前述或后续描述的其他功能。

基底元件1110可以包括多个元件，例如图示的基底顶半部1112和基底底半部1114。一系列的一个或多个按钮或开关（例如按钮1130）可以结合于基底元件上或内部。一系列的按钮1130可以连接到电路（未示出）（例如处理元件中的电路）以向用户提供按钮控制功能。例如，按钮可以连接到处理元件的处理器或其他可编程器件，处理元件可以响应于用户对按钮或开关的触发而产生输出信号。

还可以包括连接线1140（或其他有线或无线连接元件，例如未示出的有线或无线发射器和接收器元件），以连接用户接口设备1100与电子计算系统，例如发送与致动器组件、按钮或开关的运动或如上所述的其他动作相关的输出信号或命令。

图49示出用户接口设备实施例1100的下侧构造。可以包括一系列脚部（例如弹性体脚部1150），以在使用时保持用户接口设备1100相对于操作表面（例如桌子、台子或其他工作表面）静止。一系列大螺钉1160或其他连接机构可以用于将基底顶半部1112和基底底半部1114固定在一起，以隐蔽内部电路（未示出）以及其他元件，例如弹簧悬挂或支撑的元件，例如磁体、传感器、加速度计、陀螺仪传感器、压力传感器、气压传感器、温度传感器和/或其他传感器、和/或前文所述的其他元件。

致动器组件（例如示例性致动器组件实施例1120）可以包括固定和可动的元件或子组件。例如，图50还示出致动器组件1120实施例的附加细节。在操作中，致动器组件的可动元件可以由用户物理移动，从而产生位移，位移可以包括（相对于中性或放松状态）侧向位移、向上和向下移动、倾斜、旋转、移位、平移、偏航、和/或其排列和组合。运动传感器装置可以包括一个或多个磁体和磁性传感器，磁体和磁性传感器构造成产生与可移动元件的运动相对应的一个或多个运动信号。例如，磁体可以是永磁体，磁性传感器可以是多轴磁性传感器，例如三轴磁性传感器。例如前文所述，运动信号可以提供至处理元件，其中运动信号可以经进一步处理以产生输出信号，输出信号将被提供至电子计算系统。例如，输出信号可以包括与可移动元件的特定运动相对应的数据，和/或可以是可用于电子计算系统的特定输入功能的映射命令或控制数据。

可替换地或附加地，致动器组件可以包括可变形元件。在示例性实施例中，可移动元件和可变形元件可以形成一体或者可以部分地结合。在操作中，可变形元件可以通过用户的变形动作（例如挤压、推动或其他抓握或变形动作）而（相对于非变形状态）变形。变形传感器装置可以包括一个或多个磁体和磁性传感器，磁体和磁性传感器构造成产生与可变形元件的变形相对应的一个或多个变形信号。例如，磁体可以是永磁体，磁性传感器可以是多轴磁性传感器，例如三轴磁性传感器。变形信号可以提供至处理元件，以用于进一步产生输出信号，输出信号将被提供至电子计算系统以例如执行命令、控制、数据或其他功能。例如，在一个实施方式中，变形可以被感测到，响应于施加到显示在电子计算系统上的虚拟物体的相关动作（例如在CAD系统、视频游戏、处理控制系统或其他交互应用中抓取和/或拾取虚拟物体）而提供输出信号。

在示例性实施例中，可移动元件和可变形元件可以至少部分地形成一体。例如，在该一体构造中，可移动元件也可以变形，以使得当用户挤压可移动元件时，致动器组件的一部分将相应地变形（相对于非变形状态）。相反，当用户释放可移动元件时，致动器组件的变形部分将返回到非变形状态。通过结合变形感测与移动感测（例如前文所述），在用户接口设备的实施例中可以提供附加的协同的用户交互功能。

图51和图52进一步示出图48和图49的致动器组件1120实施例的细节，示出用于提供运动感测和变形感测的示例性构造。例如，致动器组件1120可以包括盖元件，例如弹性体盖1300，弹性体盖1300构造成围绕上致动器子组件1310和下致动器子组件1320。多个磁体（例如图示的一系列的三个上永磁体1330或其他数量的磁体和相关传感器）可以安装在上致动器子组件1310内，一系列的下永磁体1332（例如图示的三个磁体）可以安装在下致动器子组件1320内。磁体可以构造成使得上永磁体1330和下永磁体1332可以对应于或匹配磁性传感器元件，例如磁性传感器1340，磁性传感器1340可以是多轴磁性传感器。磁性传感器元件可以安装在或固定到传感器印刷电路板（PCB）或其他衬底，例如PCB1350。如图51和52所示，上磁体和下磁体可以共组成处于相反极性取向。上磁体可以是上致动器子组件1310的组件，下磁体可以是下致动器子组件1320的组件。

上致动器子组件1310的某些组件和/或下致动器子组件1320的某些组件可以构造成当由用户操作时围绕下致动器子组件1320中的其他固定组件移动。

致动器组件1120还可以包括限制元件（例如限制件1360）以及一系列小螺钉1370或其他安装机构，以将传感器PCB1350和/或限制件1360固定到芯部接合元件1326（后续描述）。

弹性体盖1300覆盖上致动器子组件1310和下致动器子组件1320的部分、上致动器子组件1310、和致动器组件1120的下致动器子组件1320的底部致动器半部1322（后续描述）的外环可以构造成相对于传感器PCB1350、限制件1360和芯部接合件1326移动。

弹性体盖1300的下波纹管部分1302可以是大波纹管形状，提供柔性和/或用作阻尼元件。通过提供阻尼元件（例如下波纹管部分1302），可以抑制在用户突然释放致动器组件的可移动元件时产生的振动。附加的阻尼元件还可以装入在下致动器子组件1320内，以进一步辅助减少振动。在示例性实施例中，下波纹管部分1302的底部可以经固定而在致动器组件的可移动元件位移期间不可移动。

磁性传感器1340例如可以是磁性多轴传感器，例如集成电路（IC）MelexisMLX90363三轴3D-操纵杆位置传感器或其他类似或等效传感器或其他装置。磁性传感器1340可以固定到传感器衬底或PCB1350，以使得三个磁性传感器1340可以固定到传感器PCB1350的面向上侧，三个磁性传感器1340可以固定到传感器PCB1350的面向下侧。磁性传感器可以构造成交错图案，以使得其他磁性传感器之间的距离最大化。

限制元件（例如限制件1360）可以构造成大致环形元件，该大致环形元件构造成围绕传感器PCB1350进行装配。围绕限制件1360的圆周可以形成一系列限制槽1360a，以使得当致动器组件1120的可移动元件由用户移动到移位状态时，限制件1360和限制槽1360a限制位移的程度并防止对用户接口设备的组件过度加压。在某些实施例中，限制件1360可以具有缓冲器、弹性体超模压件、和/或其他减震或阻尼元件，这些元件可以使碰撞或刮擦组件的冲击柔和并且还可以构造成改进设备在使用期间的触感。

安装板1380可以使用小螺钉1370或其他连接机构而固定在下致动器子组件1320下方，该小螺钉1370或其他连接机构可以用于进一步将致动器组件1120安装在基底元件（例如基底元件1110）内。

例如图52所示的连接器1400可以居中地固定到传感器PCB1350的面向下侧，以使得传感器PCB1350在伴随有适当接线时可以连接到电子计算系统。在可替换实施例中，无线元件（例如无线发射器、接收器、收发器、或其他无线元件）可以用于与电子计算系统进行通信。

在某些实施例中，上永磁体1330和下永磁体1332可以取向为使得上永磁体1330的磁性取向与下永磁体1332的磁性取向相反。在某些实施例中，触摸感应元件也可以可选地结合于弹性体盖1300内。

图53-图57进一步示出上致动器子组件1310的细节。上致动器子组件1310可以包括顶部致动器半部（例如顶部致动器半部1312）、振动元件（例如振动电机1314）（如图55-图58所示）、柔性衬底（例如柔性PCB1316）、磁体安装盘（例如安装盘1318）和小螺钉1370或其他连接机构，柔性PCB1316可以用于将振动电机1314连接到传感器PCB1350（如图63所示）。

顶部致动器半部1312可以是大的圆顶形状，以适应用户的手。顶部致动器半部1312还可以形成为具有顶部变形槽部分1312a，顶部变形槽部分1312a可以限定指状或其他柔性元件以使得顶部致动器半部1312能由用户变形，并且随后在松开时返回到非变形状态。顶部变形槽部分1312a可以由沿着顶部致动器半部1312的侧面延伸的提供可变形性的一系列肋状件或其他结构形成。顶部锁定部分1312b可以形成为沿着底部圆周并且低于顶部致动器半部1312的顶部变形槽部分1312a，顶部锁定部分1312b可以用于将上致动器子组件1310固定到下致动器子组件1320。其他连接机构也可以用于连接上下子组件。

一系列的螺钉安装柱1312c可以形成于顶部致动器半部1312的圆顶形的顶部内。振动电机1314可以紧密地定位在螺钉安装柱1312c之间。振动电机1314例如可以是可从JinLong Machinery商购得到的C1026B200F设备或其他类似或等效电机或其他设备。

振动电机1314可以经触发，以例如表示当在计算机的屏幕上滚动时存在的图标，或者可以触发以表示在虚拟空间中作出的选择（例如接近或接触在电子计算系统的显示屏上示出的虚拟物体）。可以由处理元件响应于用户动作、或者基于从电子计算系统提供的信号或数据来控制振动电机的触发。在某些实施例中，特别预先限定的振动方式可以用于表示在可能的不同模式之间的切换，例如表示二维虚拟空间模式对三维虚拟空间模式的模式。

柔性衬底或PCB1316可以利用磁体安装盘1318在功能上固定到振动电机1314的底部、通过小螺钉1370固定到顶部致动器半部1312，并且还可以将振动电机1314和柔性PCB1316以及上磁体保持在适当位置。

磁体安装盘1318可以是具有沿着圆周形成的一系列磁体安装容器1318a的大致盘状，磁体安装容器1318a对应于磁体的特定构造（例如在示例性实施例中是三个磁体）。每一个上永磁体1330可以安装在各自的磁体安装容器1318a内。磁体安装盘1318还可以形成为在磁体安装盘1318的面向上侧上具有一对安装小突起1318b，安装小突起1318b可以用于辅助将柔性PCB1316和振动电机1314固定到磁体安装盘1318。

连接器空隙1318c可以形成于磁体安装盘1318中，从而使得柔性PCB1316穿过磁体安装盘1318并在功能上连接到传感器PCB1350。在某些实施例中，限制件1360可以具有缓冲器、弹性体超模压件、和/或其他减震或阻尼元件，这些元件可以使碰撞或刮擦组件的冲击柔和并且还可以构造成改进设备在使用期间的触感。

图58-图62还示出下致动器子组件1320实施例的细节。下致动器子组件可以包括底部致动器半部（例如底部致动器半部1322）、一系列弹簧1324、和芯部接合件1326。底部锁定部分1322a可以沿着底部致动器半部1322的顶部的圆周形成。在组件中，底部锁定部分1322a可以配合顶部致动器半部1312的顶部锁定部分1312b。当组装时，顶部致动器半部1312和底部致动器半部1322可以形成近似球形的形状。围绕底部致动器半部1322的侧面的底部变形槽部分1322b可以形成为使得底部致动器半部1322可通过用户施加的力而变形，并且在被释放时返回到其原始非变形状态。

可以通过沿着底部致动器半部1322的侧面形成的一系列的肋状件来形成底部变形槽部分1322b。一系列的磁体支承臂1322c可以形成为在底部致动器半部1322上向内延伸。磁体支承臂1322c可以围绕底部致动器半部1322的圆周均匀间隔开，并且可以形成为每个磁体支承臂1322c安装到一个下永磁体1332。

在每个磁体支承臂1322c和相邻磁体支承臂1322c之间，致动器弹簧安装部分1322d可以形成为保持每个弹簧1324的一个端部。每个弹簧1324的相反端部可以固定到形成于芯部接合件1326的三个竖直侧面中每一者上的芯部接合件弹簧安装部分1326a。在组件中，弹簧1324可以通过诸如磁感应的方法受加热而融化围绕弹簧1324的端部的致动器弹簧安装部分1322d和芯部接合件弹簧安装部分1326a的相邻热塑性材料，以进一步将弹簧1324固定到适当位置。

在每个致动器弹簧安装部分1322d的任一侧面上，限制臂1322e形成为近似“L”形。限制臂1322e可以设置成装配在限制件1360的限制槽1360a内，以使得致动器组件1120的位移受到限制而防止弹簧1324的过度压力。在某些实施例中，下致动器子组件1320的各种组件（包括但不限于芯部接合件1326）可以具有缓冲器或橡胶超模压件，这些元件可以使碰撞或刮擦组件的冲击柔和并且改进设备在使用期间的触感。

图63示出沿着图50的线63-63的致动器组件1120实施例的横截面的细节。如图所示，传感器PCB1350和限制件1360可以通过小螺钉1370或其他连接机构固定到芯部接合件1326。芯部接合件1326可以构造成延伸穿过围绕底部致动器半部1322的底部形成的孔，并且可以借助于三个小螺钉1370而固定到安装板1380。围绕底部致动器半部1322的底部形成的孔可以经设计尺寸，以使得底部致动器半部1322能够在致动器组件1120的可移动元件位移期间自由地经过芯部接合件1326。

当可以使得安装板1380（可以固定到芯部接合件1326）、传感器PCB1350和限制件1360相对于工作表面静止时，具有磁体安装盘1318和连接的上永磁体1330的顶部致动器半部1312和具有连接的下永磁体1332的底部致动器半部1322可以由用户从放松或中性状态移位。

当在移位状态时，每个上永磁体1330和每个下永磁体1332从它们相应的磁性传感器1340移位。

图64示出处于可能的非变形和放松状态位置的底部致动器半部1322、弹簧1324、芯部接合件1326、和安装在底部致动器半部1322的磁体支承臂1322c内的三个下永磁体1332的细节。

当变形力（例如图65中所示的挤压型力2700）施加到致动器组件1120的可变形元件时，底部致动器半部1322可以弯曲和屈曲，使得磁体支承臂1322c和连接的下永磁体1332能够彼此以不同的方向和距离移动。在某些实施例中，下永磁体1332移动的方向和距离可以类似于变形力的强度和方向。

变形的量和方向可以由相应的磁性传感器1340感测到，并且相应地产生可以被发送至处理元件的一个或多个变形信号。如果上致动器子组件1310的磁体安装盘1318优选地由大刚性材料形成并且不设计成可弯曲或屈曲，则（例如，在使用挤压或以其他方式使致动器组件的可变形元件变形之后）在变形力施加到致动器组件1120时，可以固定到磁体安装盘1318的上永磁体1330的移动可以限制为彼此不同的方向和距离。

在某些实施例和应用中，使用变形力（例如挤压型力2700）可以例如用于传送对虚拟物体的选择或抓取，和/或可以定制用于其他用途（例如前文所述与虚拟物体的其他交互）。在其他实施例中，下永磁体1332和磁性传感器1340可以省略，从而提供成本降低版的这种用户接口设备。

图66示出键盘实施例2800的应用，其包括结合的用户接口设备，其中用户接口设备的致动器组件2802可以嵌入在键盘壳体2804中，致动器组件2802可以对应于图48和图49的致动器组件1120或本文描述的其他致动器构造。

在某些可替换实施例中，其他传感器元件（例如陀螺仪（未示出）或加速度计（未示出））可以结合于用户接口设备中，以提供附加信号来测量可变形致动器的位移。在某些实施例中，加速度计可以辅助在一段时间未使用之后确定用户接口设备内的觉醒状态。还可以结合加速度计或陀螺仪，以使得用户接口设备（例如图48的用户接口设备实施例1100或图66的用户接口设备实施例2800）能够感测到在致动器表面上的敲击，以表示特定命令，该特定命令可以构造成与按钮型控制类似地产生作用。这可以通过例如感测与敲击动作相关的变形，和/或通过感测用户接口设备的开关元件、按钮元件和/或其他元件并在处理元件中处理感测的动作来实现。

另一方面，本发明涉及产生并处理与用户接口设备（例如图48和49的用户接口设备实施例1100或本文前述的其他用户接口设备）相关的数据的方法。在示例性实施例中，处理来自磁性传感器1340的信号的方法包括产生每个磁性传感器1340的场模型的阶段，其中来自每个磁性传感器1340的信号对应于预定一组位置数据。

每个磁性传感器1340的位置数据可以经对比，以确定致动器组件1120从其放松状态的位移和/或致动器组件1120的变形。例如，在致动器组件实施例1120中，位于传感器PCB1350的面向上侧上的三个磁性传感器1340可以用于产生运动信号，并且将运动信号提供至处理元件以用于产生输出信号，该运动数据可以符合致动器组件1120的可移动元件的侧向移动、向上和向下移动、旋转和平移、倾斜、偏航和/或其排列与组合。

位于传感器PCB1350的面向上侧上的三个磁性传感器1340可以用于确定到处理元件的可以表示致动器组件1120的可变形元件中变形或缺乏变形的信号。表示致动器组件1120的位移和/或变形的一个或多个输出信号可以产生而传送到电子计算系统或其他计算机、控制或其他处理器或基于逻辑器件的系统（未示出）。这些输出信号可以产生为预定格式，该预定格式可以由电子计算系统解释以符合在致动器元件上的特定动作（例如移动、变形、开关等）。输出信号可以产生为直接与移动、振动、开关动作等相对应或相关，和/或可以映射到更多特定命令（例如用以移动、移位和/或以其他方式操作虚拟物体、抓取或释放虚拟物体、使虚拟物体变形的命令）和/或提供其他命令、控制、数据和/或显示功能。

为更精确地检测致动器组件1120的移动，处理来自磁性传感器1340的信号的方法可以包括产生中心校准棱柱并且重复地预先限定中心校准棱柱以使放松状态位置自动归零的阶段，该中心校准棱柱包括由每个磁性传感器1340检测到的磁场分量的一组预定边界。

在某些实施例中，用户接口设备（例如图48的用户接口设备1100、图66的用户接口设备2800或前文所述的其他用户接口设备）可以构造成当用户敲击致动器时提供按钮型控制。此外，用户接口设备能够感测一系列或一种模式的敲击或其他接触（例如一次或两次敲击），这些敲击或其他接触可以用于表示例如单次敲击为右击或快速连续的两次敲击为左击。例如通过测量开关、运动、变形和/或其他动作并相应地解释测量的动作，可以在处理元件中确定对特定敲击致动的检测。在其他实施例中，在某些区域的敲击（例如致动器的前部、后部、左部或顶部）可以被感测到，以向电子计算系统表示不同的按钮型控制。

可变形元件可以用于提供附加信号发送和/或控制功能。例如，用户接口设备可以包括可变形致动器元件、用以表示可变形致动器元件从非变形位置的变形的连接到可变形致动器元件的可变形元件、用以表示可变形致动器元件从放松状态位置的位移或移动的连接到可变形致动器元件的位移元件、和定位在可变形元件和位移元件附近的感测元件。感测元件可以构造成产生表示在一个或多个维度中可变形致动器元件从放松状态位置的位移的第一信号、和表示由施加到可变形致动器的挤压力引起的变形的第二信号。

在示例性实施例中，变形信号和位移信号都可以提供至另一组件、设备或系统（例如电子计算系统）。基于产生变形的施加的力以及基于产生旋转、平移和/或其他位置移动的位移，第一信号和第二信号可以经组合、多路复用、并行提供、串行提供和/或以其他方式聚合或组合，以将包括输出数据的输出信号提供至其他组件、设备或系统。

尽管前文以特定细节组合描述了可变形致动器用户接口设备的示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说对这些实施例的修改和改变将是显而易见的。例如，不同数量、布置、或形状的永磁体、传感器、弹簧、开关、致动器元件、基底元件和/或前文所述的其他元件可以与不同数量、布置、或类型的其他实施例一起使用，以提供前述的用户接口功能。

改变弹簧中使用的尺寸、数量、材料或弹簧中使用的线的规格可以改变可变形致动器用户接口设备对于用户的触感响应。改变永磁体的类型、尺寸、位置和/或其他特征（可以连同特定磁性传感器一起完成）可以用于调节和/或优化性能。此外，改变致动器元件的尺寸或以其他方式改变可以改变可变形致动器用户接口设备内的枢转点的其他元件也可以用于向用户提供不同的触感响应。用于某些组件的弹性体缓冲器、橡胶超模压件或者其他阻尼材料也可以用于改变对于用户的触感响应。

尽管我们根据本发明的各方面描述并示出手动用户接口设备的很多不同实施例，但是本领域技术人员可以对实施例进行修改和改变。例如，尽管永磁体被描述为由手动致动器支撑并且相对于相应的固定磁性传感器移动，但是还可以利用相反的布置。也就是说，磁性传感器可以安装在手动致动器上，并相对于相应的固定永磁体移动。

此外，其他元件（例如加速度计、罗盘、陀螺仪等）可以用在某些实施例中，以改进信号调节、处理、和/或解释。可移除或可换的盖、把手、手柄、和抓握装置可以与手动用户接口设备的任意实施例一起使用。其他形式的弹簧元件也可以使用，例如弹性弹簧元件或其他弹性或柔性组件。

根据本发明可以有各种附加移动动作和相应的传感器处理。例如，在某些实施例中，用户接口设备还可以构造成使得致动器元件或致动器组件的可移动元件能够被用户从基底元件（或其他参考位置）向上拉起和/或向下推。例如，当用户抓握例如具有前文所述的变形元件的虚拟物体时，虚拟物体相应地作出响应（例如从平地或放置位置升起）。以此方式，用户可以抓握虚拟物体并提起这些虚拟物体（例如通过对致动器元件或可移动元件的向上拉起动作）或降低这些虚拟物体（例如通过对致动器元件或可移动元件的向下推动动作）。

前文描述了各种示例性实施例以提供可移动致动器装置和功能。附加的示例性实施例描述可变形致动器和功能。在某些实施例中，参照这些实体描述的特征可以结合于其他实施例中。例如，结合包括各种弹簧机构的实施例所描述的构造和功能可以与结合可变形致动器组件所描述的构造和功能进行组合。本文描述的各种方面、元件、组件、特征和/或功能的其他组合可以结合于各种构造中。

此外，在本申请的受让人的相关申请中描述了各种实施方式中有关可以结合前文所述的实施例使用的附加方面、元件、组件、特征、功能、装置和/或方法的细节。这些相关申请包括前文列出的优先权申请以及题为“MAGNETIC MANUAL USER DEVICES”的美国实用新型专利申请12/756,068，这些优先权申请通过引用整体结合于本说明书中。

在某些实施例中，装置可以包括用于执行前文所述的各种功能的器件。例如，在一方面中，前述器件可以是一个或多个处理器和相关存储器，存在于这些处理器和存储器中（例如在处理元件中、在电路板或衬底上或在其他电子构造中）的实施例执行由前述器件描述的功能。在另一方面中，前述器件可以是构造成执行前述器件所描述的功能的模块或任意装置。

在一个或多个示例性实施例中，前文所述和/或在相关应用中的处理功能、方法和处理可以在硬件、软件、固件、或其任意组合中实现。如果在软件中实现，则功能可以存储在计算机可读介质上或编码为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任意可获得的介质。举例来说但不受限制地，这种计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置、或其他磁存储装置、或可以用于以指令或数据结构形式携带或存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任意其他介质。本文使用的盘和碟包括光盘（CD）、激光盘、光学盘、数字通用光盘（DVD）、软盘和蓝光盘，其中碟通常磁性地再现数据，而盘利用激光以光学方式再现数据。上述各项的组合也可以包括在计算机可读介质的范围内。

应当理解，公开的处理和方法中的步骤或阶段的特定顺序或层级是示例性方法的示例。基于设计偏好，应当理解处理中的步骤的特定顺序或层级可以经重新布置而仍处于本发明的范围内。所附的方法权利要求表示出示例顺序的各种步骤，但是不意味着限制呈现的特定顺序或层级。

本领域技术人员将理解，信息和信号可以使用多种不同技术和方法中的任意者来表示。例如，上文参考的数据、指令、命令、信息、信号、字节、符号、和芯片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任意组合来表示。

本领域技术人员还应当理解，结合本文公开的实施例所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路、和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机硬件、或其组合。为清楚地表示硬件和软件的这种可交换性，上文一般地在功能方面描述了各种示例性组件、块、模块、电路和步骤。这种功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。本领域技术人员对于每个特定应用可以以不同方式来实现描述的功能，但是这些实施方式决定不应解释为导致脱离本发明的范围。

结合本文公开的实施例所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以利用设计成执行本文所述的功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任意组合来实施或实现。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任意常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以实现为计算器件的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器、或任意其他这种构造。在某些实施方式中，处理器可以是专门设计成在通信设备或其他移动或便携设备中执行功能的处理器（例如通信处理器）。

结合本文公开的实施例所描述的方法、处理或算法的步骤或阶段可以直接实现在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或这两者的组合中。软件模块可以存在于RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中已知的任意其他形式的存储介质中。示例性的存储介质连接到处理器，以使得处理器可以从存储介质读取信息并将信息写到存储介质。可替换地，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。ASIC可以存在于用户终端中。可替换地，处理器和存储介质可以存在于用户终端中作为分立的组件。

本发明不限于前文所示和所述的方面，而是根据符合权利要求书的语言的全部范围，其中提到的未限定数量的元件不止表示“一个和仅有一个”（除非特别如此表示）而是表示“一个或多个”。除非明确另有声明，否则术语“某些”表示一个或多个。关于“一列项目中的至少一个”的用语表示这些项目的任意组合，包括单个元素。例如，“a、b或c中的至少一者”表示涵盖：a；b；c；a和b；a和c；b和c；以及a、b和c。

前文提供对公开方面的描述，以使得本领域技术人员能够制造或使用本发明。对于本领域技术人员来说，对这些方面的各种修改是显而易见的，本文限定的一般原则可以应用于其他方面而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不限于本文示出的方面，而是根据符合本文公开的原理和创新特征的最宽范围。所附的权利要求书及其等价形式限定本发明的范围。

Claims (62)

1.一种用户接口设备，其包括：

弹簧元件；

连接到所述弹簧元件的致动器元件；

连接到所述弹簧元件的基底元件；

处理元件；和

运动感测装置，其包括一个或多个磁体和一个或多个多轴磁性传感器元件，其中，所述运动感测装置连接在所述致动器元件和所述基底元件之间以磁性地感测所述致动器元件的运动并向所述处理元件提供与所感测的运动相对应的一个或多个运动信号；

其中，所述弹簧元件包括多个间隔开的螺旋弹簧，

其中，所述间隔开的螺旋弹簧沿周向间隔开，

其中，所述多个间隔开的螺旋弹簧中的两者或更多者具有不同的纵横比、簧圈节距或线横截面，并且

其中，多轴磁性传感器元件设置在所述多个间隔开的螺旋弹簧之间。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述运动感测装置构造成磁性地感测多自由度运动中的运动。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多自由度是四个或更多自由度的运动。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件还构造成将与所感测的运动相对应的输出信号提供至电子计算系统。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器元件连接到所述弹簧元件的上端部，所述基底元件连接到所述弹簧元件的下端部。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器元件包括圆顶形。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个磁体构造成与所述致动器元件一起相对于相对应的一个或多个多轴磁性传感器元件移动。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个多轴磁性传感器元件构造成与所述致动器元件一起相对于相对应的一个或多个磁体移动。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器元件可枢转地安装到所述基底元件。

10.根据权利要求1所述的设备，还包括构造成限制所述致动器元件的运动范围的多个运动限制元件。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器元件构造成圆柱形状。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器元件包括柔性覆盖材料。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基底元件包括底板。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的左右移动相对应的输出信号。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的旋转相对应的输出信号。

16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的上下移动相对应的输出信号。

17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的倾斜相对应的输出信号。

18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的偏航相对应的输出信号。

19.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的滚转相对应的输出信号。

20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的向上拉动相对应的输出信号。

21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的向下推动相对应的输出信号。

22.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号，产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的左右移动、旋转、上下移动、倾斜和滚转中的四者或更多者相对应的输出信号。

23.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个磁体包括多个永磁体。

24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述一个或多个多轴磁性传感器元件是多个多轴磁性传感器元件。

25.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个多轴磁性传感器元件包括双管芯多轴磁性传感器。

26.根据权利要求23所述的设备，其中，所述多个永磁体直接安装到所述致动器元件。

27.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个多轴磁性传感器元件包括三轴磁性传感器元件。

28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述三轴磁性传感器元件包括霍尔效应传感器元件。

29.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个磁体包括圆柱磁体。

30.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个磁体包括锥形尖端磁体。

31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述一个或多个多轴磁性传感器元件包括安装到锁定的衬底的单管芯传感器。

32.根据权利要求30所述的设备，还包括一个或多个磁性单极件，放置所述一个或多个磁性单极件以调整所述锥形尖端磁体的磁场的形状。

33.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个磁体包括凿形尖端磁体。

34.根据权利要求33所述的设备，其中，所述一个或多个多轴磁性传感器元件包括安装到锁定的衬底的双管芯传感器。

35.根据权利要求33所述的设备，还包括一个或多个磁性单极件，放置所述一个或多个磁性单极件以调整所述凿形尖端磁体的磁场的形状。

36.根据权利要求1所述的设备，还包括构造成调整所述一个或多个磁体的磁场的形状的一个或多个磁性单极件。

37.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器元件包括构造成接收推动输入的一个或多个锅仔片开关。

38.根据权利要求37所述的设备，其中，所述一个或多个锅仔片开关构造成提供响应于所述推动输入的触感反馈。

39.根据权利要求37所述的设备，其中，所述处理元件还构造成响应于所述推动输入和所述一个或多个运动信号而产生将提供至电子计算系统的按钮控制信号。

40.根据权利要求1所述的设备，还包括构造成接收推动输入的一个或多个开关突出件。

41.根据权利要求40所述的设备，其中，所述处理元件还构造成响应于所述推动输入而产生将提供至电子计算系统的按钮控制信号。

42.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理元件包括可编程器件，所述可编程器件构造成接收所述一个或者多个运动信号并至少部分地基于所述一个或者多个运动信号而产生将提供至电子计算系统的一个或多个输出信号。

43.根据权利要求42所述的设备，其中，所述可编程器件包括处理器和存储器。

44.根据权利要求42所述的设备，其中，所述可编程器件包括可编程逻辑器件。

45.根据权利要求1所述的设备，其中，所述弹簧元件的弹簧热结合到所述致动器元件。

46.根据权利要求1所述的设备，其中，所述弹簧元件的弹簧热结合到所述基底元件。

47.一种用户接口设备，其包括：

弹簧元件；

连接到所述弹簧元件的致动器元件；

连接到所述弹簧元件的基底元件；

处理元件；和

运动感测装置，其包括一个或多个磁体和一个或多个多轴磁性传感器元件，其中，所述运动感测装置连接在所述致动器元件和所述基底元件之间以磁性地感测所述致动器元件的运动并向所述处理元件提供与所感测的运动相对应的一个或多个运动信号；

其中，所述弹簧元件包括多个周向间隔的螺旋弹簧，所述一个或多个磁体由四个磁体组成，一个或多个多轴磁性传感器元件由四个多轴磁性传感器组成，并且

其中，所述多轴磁性传感器元件定位在所述周向间隔的螺旋弹簧之间。

48.根据权利要求47所述的设备，还包括构造成调整所述一个或多个磁体的磁场的形状的一个或多个磁性单极件。

49.根据权利要求47所述的设备，其中，所述运动感测装置构造成磁性地感测多自由度运动中的运动。

50.根据权利要求49所述的设备，其中，所述多自由度是四个或更多自由度的运动。

51.根据权利要求47所述的设备，所述处理元件还构造成至少部分地基于所述一个或多个运动信号产生可由电子计算系统使用的输出信号，并将所述输出信号发送到所述电子计算系统。

52.一种从根据权利要求1-51所述的用户接口设备提供输出信号的方法，包括：

在所述运动感测装置中产生与所述致动器元件相对于所述基底元件的运动相对应的一个或多个运动信号；

在所述处理元件中接收所述一个或多个运动信号；和

在所述处理元件中至少部分地基于所述一个或多个运动信号产生可由电子计算系统使用的输出信号。

53.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于在多自由度运动中感测的运动。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述多自由度是四个或更多自由度的运动。

55.根据权利要求52所述的方法，还包括将所述输出信号发送到所述电子计算系统。

56.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于所述致动器元件相对于所述基底元件的左右移动。

57.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于所述致动器元件相对于所述基底元件的旋转。

58.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于所述致动器元件相对于所述基底元件的上下移动。

59.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于所述致动器元件相对于所述基底元件的倾斜。

60.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于所述致动器元件相对于所述基底元件的左右移动、旋转、上下移动、倾斜和滚转中的四者或更多者。

61.根据权利要求52所述的方法，其中，所述输出信号产生为对应于所述致动器元件相对于所述基底元件的偏航力矩。

62.一种系统，其包括：

电子计算系统；和

根据权利要求1-51中任一项所述的用户接口设备，其连接至所述电子计算系统。