CN103034282A - 主动反馈用户界面系统及用于其的常平架组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及主动反馈用户界面系统及用于其的常平架组件。一种主动用户界面系统，其包括构造成双输入/单输出差动机构的常平架组件。该差动机构实施从差动机构的输入到差动机构的输出之间的减速。减速将使得提供给用户界面的绕一条旋转轴线的最大驱动扭矩N倍于提供给用户界面绕另一条垂直的旋转轴线的最大驱动扭矩。

Description

主动反馈用户界面系统及用于其的常平架组件
技术领域
本发明涉及用户界面系统，更具体的，涉及主动用户界面系统和用于主动用户界面系统的常平架组件。
背景技术
用于将人的动作转换成机器动作的人-机界面在无数个行业中被采用。例如，某些飞机飞行控制系统包括采用一个或多个控制杆形式的人-机界面。该飞行控制系统，响应于驾驶员提供给控制杆的输入力，控制不同的飞机飞行控制面的运动。无论具体的最终用途系统如何，人-机界面优选地包括某些类型的触觉反馈机构，其通过界面给予界面使用者以反馈。该触觉反馈机构可以是被动的、主动的或二者兼有。该界面还通常包括一个或多个装置，例如常平架组件，以便精确的将角位移转化为旋转运动。
在许多情况下，用于将角位置转化为旋转运动的装置相对而言是比较复杂，比较大，比较重和比较昂贵的。因此，需要一种将角位移转化为旋转运动的装置，其相对而言比较简单，比较小，比较轻，比较便宜。本发明的目的在于至少满足这种需求。
发明内容
在一个实施例中，主动反馈用户界面系统包括多个马达，第一输入机构，第二输入机构，用户界面驱动机构和惰轮机构。每个马达设计成当被施加能量时提供绕第一旋转轴线的马达扭矩。第一输入机构设计成绕第一轴线旋转。第一输入机构被连接以接收从多个马达中的第一马达提供的马达扭矩，并设计成基于其的接收量来提供第一输出扭矩。第二输入机构与第一输入机构间隔开安装，并设计成绕第一旋转轴线旋转。第二输入机构被连接以接收从多个马达中的第二马达提供的马达扭矩，并设计成基于其的接收量来提供第二输出扭矩。用户界面驱动机构设计成绕第二旋转轴线旋转，第二旋转轴线与第一旋转轴线共面而相互垂直。用户界面驱动机构被连接以接收分别来自第一输入机构和第二输入机构的第一输出扭矩和第二输出扭矩。惰轮机构与驱动机构间隔开安装，设计成伴随用户界面驱动机构绕第二旋转轴线旋转。第一输入机构和第二输入机构以及驱动机构设计成执行N∶1的减速比，其中N大于1。
在另一个实施例中，用于至少绕翻滚轴线和俯仰轴线可控的交通工具的主动常平架组件，其包括第一马达，第二马达，第一输入机构，第二输入机构，用户界面驱动机构和惰轮机构。第一马达设计成当被施加能量时提供绕翻滚轴线的第一马达扭矩，而第二马达设计成当被施加能量时提供绕翻滚轴线的第二马达扭矩，第一马达和第二马达是相同的马达。第一输入机构设计成绕翻滚轴线旋转。第一输入机构被连接以接收第一马达扭矩，并设计成基于其的接收量来提供第一输出扭矩。第二输入机构与第一输入机构间隔开安装，设计成绕翻滚轴线旋转。第二输入机构被连接以接收第二马达扭矩，并设计成基于其的接收量来提供第二输出扭矩。用户界面驱动机构设计成绕俯仰轴线旋转，用户界面驱动机构被连接以接收分别来自第一输入机构和第二输入机构的第一输出扭矩和第二输出扭矩。惰轮机构与用户界面驱动机构间隔开安装，设计成伴随用户界面驱动机构绕俯仰轴线旋转。常平架组件还设计成执行由第一及第二输入机构到驱动机构的N∶1的减速比。
在另一个实施例中，主动反馈用户界面系统包括用户界面，第一马达，第二马达和常平架组件。用户界面适于接收用户输入力，并设计成响应于用户输入力在旋转方向上绕翻滚轴线和俯仰轴线中的一个或两个旋转，翻滚轴线和俯仰轴线相互垂直。第一马达设计成选择性地提供沿翻滚轴线的第一马达扭矩，第二马达设计成选择性地提供沿翻滚轴线的第二马达扭矩。常平架组件连接用户界面和第一马达，第二马达。常平架组件设计成基于接收到的第一和第二马达扭矩，将第一和第二马达扭矩累加，给用户界面提供与其旋转方向相反的反馈力。常平架组件包括第一输入机构，第二输入机构，用户界面驱动机构和惰轮机构。第一输入机构具有第一有效直径，并设计成绕翻滚轴线转动。第一输入机构被连接以接收来自第一马达的第一马达扭矩，并设计成基于其的接收量来提供第一输出扭矩。第二输入机构与第一输入机构间隔开安装。第二输入机构具有第一有效直径，设计成绕翻滚轴线旋转。第二输入机构被连接以接收来自第二马达的第二马达扭矩，并设计成基于其的接收量来提供第二输出扭矩。用户界面驱动机构具有第二有效直径，设计成绕俯仰轴线旋转。用户界面驱动机构连接用户界面并被进一步连接以接收分别来自第一输入机构和第二输入机构的第一输出扭矩和第二输出扭矩。用户界面驱动机构设计成，基于接收到的第一输出扭矩和第二输出扭矩，为用户界面提供反馈力。惰轮机构与用户界面驱动机构间隔开安装，具有第二有效直径，设计成跟随用户界面驱动机构相对于用户界面绕翻滚轴线旋转。第一有效直径小于第二有效直径，由此绕俯仰轴线的最大反馈力大于绕翻滚轴线的最大反馈力。
进一步的，用户界面系统和常平架组件的其他理想特征和特性将通过后面的结合附图和前述背景技术的详细说明及权利要求书来得以清晰展现。
附图说明
以下将结合附图来对本发明进行说明，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是主动人-机界面系统的一个示范实施例的功能块图；
图2显示了可以用来实施图1中的系统的常平架组件的一个实施例的构造的简图；
图3显示了沿图2中的线3-3方向的图2所示的常平架组件；
图4显示了带有三个相互垂直的控制轴线的飞机的简图；
图5显示了常平架组件的简图，其展示了不同部件的旋转运动的变化；
图6-13显示了常平架组件的一个特定实体实施方式的实施例的多个视图；以及
图14和15显示了可用于感测用户界面运动的传感器的一个实体实施方式的示范实施例。
具体实施方式
以下的详细说明本质上仅作为示例，而不用作对本发明或本发明的实施或使用的限制。在本文中，术语“示例”意味着“用作例子，示范或者图示”。因此，任何被称为“示例”的实施例都并非解释为较优的，或优于其他实施例。所有描述的实施例都是示例性的实施例，其用来使本领域技术人员能够制造或利用本发明，而不用来限制由权利要求定义的本发明的范围。进一步的，本发明的意图也不受由前面的技术领域，背景技术，发明内容或后续的详细说明所表达或暗示的理论的限制。
鉴于前述，需要指出的是，尽管后面的描述，基于方便起见，是针对于与设计成控制杆形式的用户界面一起实施的常平架组件，应当明了的是，该系统可以与多种不同构造的用户界面一起实施，用户界面包括例如不同构造的踏板，拉杆，支架或其他类似的。还应当理解的是，该常平架组件可以在大量应用中的任一个中使用，例如陀螺仪，这些应用需要两个自由度。
参见附图1，其中显示了一个示例性主动人-机界面系统100的功能块图。该系统100包括用户界面102，常平架组件104，多个马达106(例如，106-1，106-2)，和马达控制器108。用户界面102与常平架组件104相连接，并设计成响应于来自用户的输入而移动，从中立位置110沿多个运动方向移动到多个控制位置。
该常平架组件104与用户界面102相连，设计成基于用户界面102的运动绕两个相互垂直而共面的旋转轴线——第一旋转轴线112，及第二旋转轴线114而旋转。因此，如果用户在向前方向116或向后方向118上移动用户界面102，常平架组件104将绕第二旋转轴线114旋转。类似的，如果用户在向左方向122或向右方向124上移动用户界面，常平架组件104将绕第一旋转轴线112旋转。可以明了，常平架组件104还设计成允许用户界面102以复合的前-左方向，复合的前-右方向，复合的后-左方向，复合的后-右方向移动，回到或通过中立位置110。
通过多个用户界面传感器126(例如，126-1，126-2)来感测用户界面102的运动。该用户界面传感器126可以连接到用户界面102，常平架组件106或者同时连接这二者，用户界面传感器126设计成提供用户界面运动信号127。用户界面传感器126可以采用多种不同的实施形式，采用多种已知的力传感器、位置传感器或这两者中的任一个。一些合适的力传感器包括，但不限于，应变计传感器，压电传感器，半导体传感器或光学传感器，此处仅列出一小部分，而那些合适的位置传感器包括，但不限于，绝对受者位置传感器例如旋转可变差动传感器(RVDT)，(位移传感器)LVDT，电位计或光学传感器。但，优选的，用户界面传感器126实施为采用磁阻(MR)型位置传感器。不管用户界面传感器126的具体数量和类型如何，至少其中一个传感器126设计成提供代表用户界面运动沿第一旋转轴线112(即前或后方向116，118上)的矢量分量的用户界面运动信号127，而另一个传感器126设计成提供代表用户界面运动沿第二旋转轴线114(即在左或右方向122，124上)的矢量分量的用户界面运动信号127。用户界面运动信号127提供给未图示的飞行控制电脑(FCC)，但是在某些实施例中，这些信号也可以提供给马达控制器108。
将在下文更详细描述的是，马达106每个都设置成，基于被施加能量后，选择性地提供绕着第一旋转轴线112的马达扭矩。在被描述的实施例中，多个马达106包括第一马达106-1和第二马达106-2。因此，第一马达106-1设置成选择性地提供第一马达扭矩，而第二马达106-2设置成选择性地提供第二马达扭矩。多个马达106最好是相同的，并且最好使用多相无刷直流电机实施。同样地，与每个马达106相关的电流反馈和交换信号128也可以提供给马达控制器108。
马达控制器108，响应于用户界面运动信号127和电流反馈和交换信号128，选择性地给马达106-1，106-2中的一个或两个施加能量以旋转。如下面详细说明的，是否给一个或两个马达106-1，106-2施加能量，以及马达控制器108控制马达106旋转的方向，取决于用户界面102的定向运动。可以认识到，尽管此处公开的马达控制器108是采用的一个单个功能块，但它公开的功能也可以通过采用两个分离的马达控制器来实现，一个控制器关联一个马达106。
常平架组件104，除了可以响应于用户界面102运动而旋转外，还设计成累加马达106提供的马达扭矩，并将驱动扭矩和反馈力提供都提供给用户界面102。由于提供给用户界面102的扭矩来自两个电机106，因此和现有已知的主动反馈用户界面系统相比，马达106的尺寸可以小一些。为了实施其功能，常平架组件104设计成双输入/单输出差动机构，其可以实现由差动机构的输入到差动机构的输出之间的速度消减。速度消减的目的将在下面进一步进行说明。
参见附图2和3，其中显示了将进行说明的常平架组件104的优选设计的简化图。可以看出，图中的常平架组件104包括第一输入机构132，第二输入机构134，用户界面驱动机构136和惰轮机构138(图3中未显示)。第一输入机构132设计成绕第一旋转轴线112旋转，其被连接以接收由第一马达106-1提供的第一马达扭矩。虽然第一马达106-1可以采用多种合适的技术中的一种来将第一马达扭矩提供给第一输入机构132，在图示的实施例中，采用的是通过第一轴202和第一马达输出机构204来将第一马达扭矩提供给第一输入机构132。更具体的，第一轴202与常平架框架206可转动的连接，其相对于常平架框架206绕第一旋转轴线112旋转。第一轴202还不可旋转地连接到第一输入机构132和第一马达输出机构204。第一马达输出机构204，在图示的实施例中，实施为采用带驱动滑轮的形式，其将来自第一马达106-1的马达扭矩传递给第一轴202。
第二输入机构134与第一输入机构132间隔布置，也设计成绕第一旋转轴线112旋转。第二输入机构134被连接以接收由第二马达106-2提供的第二马达扭矩。与第一马达106-1类似，在图示的实施例中第二马达106-2通过第二轴208和第二马达输出机构212来将第二马达扭矩提供给第二输入机构134。第二轴208与常平架框架206可转动的连接，其相对于常平架框架206绕第一旋转轴线112旋转。第二轴208与第二输入机构134，第二马达输出机构212不可转动地连接。第二马达输出机构212，在图示的实施例中，同样实施为采用带驱动滑轮的形式，其将来自第二马达106-2的第二马达扭矩传递给第二轴208。
不管将第一和第二输出扭矩提供给第一和第二输入机构132，134的具体方式是怎样，第一输入机构132设计成基于接收到的第一马达扭矩来提供第一输出扭矩，第二输入机构134设计成基于接收到的第二马达扭矩来提供第二输出扭矩。第一马达扭矩和第二输出扭矩依次提供给用户界面驱动机构136。
用户界面驱动机构136设计成绕第二旋转轴线114旋转并与用户界面102连接。用户界面驱动机构136还设计成基于接收到的第一和第二马达扭矩来提供驱动扭矩和反馈力给用户界面102。为了实施该功能，用户界面驱动机构136，至少在图示的实施例中，与第三轴214非旋转的连接。第三轴214与常平架框架206可转动的连接，以相对于常平架框架206绕第二旋转轴线1114旋转，第三轴214与用户界面102不可旋转地连接。
惰轮机构138与用户界面驱动机构136间隔开布置，其设计成相对于用户界面102绕第二旋转轴线114旋转。惰轮机构138也被连接以接收分别来自第一和第二输入机构132，134的第一和第二输出扭矩。但是，由于惰轮机构138相对于用户界面102是可旋转的，相应的它不会提供任何的驱动扭矩或反馈力给用户界面。可以从附图2，3中容易的看出，惰轮机构138与第四轴216不可旋转的连接，而第四轴216与常平架框架206和用户界面102都可旋转的连接。第四轴216从而相对于常平架框架206和用户界面102绕第二旋转轴线114旋转。
在进一步说明之前，需要指出的是，可以采用多种技术中的任一种将分别来自第一和第二输入机构132，134的第一输出扭矩和第二输出扭矩传递给用户界面输出机构136和惰轮机构138。例如，第一和第二输入机构132，134，用户界面驱动机构136和惰轮机构138可以设计成啮合齿轮机构。但在图示的实施例中，第一输入机构132，第二输入机构134，用户界面驱动机构136和惰轮机构138均设计成其上形成有索槽218的滑轮。绳索222布置在第一输入机构132，第二输入机构134，驱动机构136和惰轮机构138的各个索槽218的至少一部分内。可以知道，在某些实施例中，第一输入机构132，第二输入机构134，驱动机构136和惰轮机构138中可以都具有两个索槽，有两条绳索以一个槽内一条绳索的方式至少部分地布置在两个索槽的内。后一个实施例可以在一根绳索失效的不操作情况下提供冗余。
从上所述，容易理解的是，第一和第二输入机构132，134对应着双输入/单输出差动机构的双输入，而用户界面驱动机构136对应着单输出。上面提及的差动机构的输入到差动机构的输出之间的减速是通过使用户界面驱动机构136的尺寸不同于第一和第二输入机构132，134的尺寸来实现的。更具体的，用户界面驱动机构136的有效直径以及因此惰轮机构138的有效直径大于第一和第二输入机构132，134的有效直径。
不管常平架组件104如何设计来具体实现减速，可以理解的是，其可以设计成采用多种由第一和第二输入机构132，134到用户界面驱动机构136的减速比(例如，N∶1的减速比，其中N＞1)中的任意一种。因此，当第一和第二马达106-1，106-2实施为采用相同的马达时，N∶1的减速比使得提供给用户界面102的绕第二旋转轴线114的最大驱动扭矩N倍于提供给用户界面102绕第一旋转轴线112的最大驱动扭矩。换而言之，当用户界面102沿第一旋转轴线112方向运动(例如前或后方向116，118)时，提供给用户界面102的最大反馈力将N倍于当其沿第二旋转轴线114方向(例如左或右方向122，124)运动时，提供给用户界面102的反馈力。这样允许两个马达106尺寸设计成满足绕第一旋转轴线114旋转所需的最大驱动扭矩，但仍然能实现绕第一旋转轴线旋转所需的更大最大驱动扭矩。
除了上述之外，常平架组件104优选的包括多个被动反馈机构来为用户界面102提供被动的回到中立位反馈。这些被动反馈机构提供马达106中的一个或更多不能运作或因其它原因不可用时提供马达106的备用。可以理解的是，被动反馈机构的数量和类型可以有多种，但在图示的实施例中，其包括第一弹簧224和第二弹簧226。第一弹簧224与常平架组件104相连，设计成为用户界面102提供第一回复力以用于抵抗用户界面102绕第一旋转轴线112的旋转运动。第二弹簧226也与常平架组件104相连，但设计成为用户界面102提供第二回复力以用于抵抗用户界面102绕第二旋转轴线114的旋转运动。弹簧的类型可以多样，但在具体的优选实施例中，第一和第二弹簧224，226都实施为采用多个片簧。
已经对主动人-机界面系统100，以及包括该系统100的常平架组件104的大体结构进行的说明，以下将进一步说明系统100的运作，更具体的，马达控制器108如何设计成有选择地给一个或两个马达106施加能量。进行说明时，先假定用户界面102最初是处于中立位置110。另外还假定用户界面系统100安装在运输工具，例如图4中所示的飞机402上，其至少绕两个垂直的轴线——翻滚轴线404和俯仰轴线406是可控的。如通常了解的，飞机402还绕第三根正交的轴线，偏航轴线408是可控的，为完整起见，偏航轴线408也在图4中显示了。
参见附图5，其中显示了用户界面102和常平架组件104的一部分的简化图。具体的，其中显示了第一和第二输入机构132，134，用户界面驱动机构136和惰轮机构138。应当指出的是，为了方便图示和仅作说明的目的，图中显示的用户界面驱动机构136和惰轮机构138具有和第一和第二输入机构132，134相同或非常接近的直径。
结合前面的背景，并参考附图5，如果飞机402上的驾驶员希望实施低头动作，驾驶员将在向前或下俯方向502上移动用户界面102。为了给用户界面102提供正确的驱动力矩和反馈，马达控制器108，响应于提供至其的用户界面运动信号，将同时给第一和第二马达106-1，106-2施加能量以在相反的方向上旋转。具体的，第一马达106-1将被施加能量以在第一方向504上绕第一旋转轴线转动，而第二马达106-2将被施加能量以在第二方向506上绕第一旋转轴线旋转。这样相应的会导致用户界面驱动机构136在第三方向508上绕第二旋转轴线114转动。
容易理解的是，如果驾驶员希望实施抬头动作，驾驶员将在向后或上仰方向512上移动用户界面102。为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，马达控制器108，响应于提供至其的用户界面运动信号，也将同时给第一和第二马达106-1，106-2施加能量以在相反的方向上旋转。但是，第一马达106-1将被施加能量以在第二方向506上绕第一旋转轴线112转动，而第二马达106-2将被施加能量以在第一方向504上绕第一旋转轴线112旋转。结果，用户界面驱动机构136将在第四方向514上绕第二旋转轴线114转动。
现在，如果驾驶员希望实施向右翻滚动作，驾驶员将在向右方向或右翻滚方向516上移动用户界面102。为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，马达控制器108，响应于提供至其的用户界面运动信号，将同时给第一和第二马达106-1，106-2施加能量以在相同的方向上旋转。具体的，第一马达106-1和第二马达106-2将被施加能量以在第二方向506上绕第一旋转轴线112转动。因此，用户界面驱动机构136将不会绕第二旋转轴线114转动。
容易理解的是，如果驾驶员希望实施向左翻滚动作，驾驶员将在向左方向或左翻滚方向518上移动用户界面102。为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，马达控制器108，响应于提供至其的用户界面运动信号，也将同时给第一和第二马达106-1，106-2施加能量以在相同的方向上旋转。但是，第一马达106-1和第二马达106-2将被施加能量以在第一方向504上绕第一旋转轴线112转动。再一次的，用户界面驱动机构136因此将不会绕第二旋转轴线114转动。
上面的操作是用户界面102的所谓“轴上动作”。也即，用户界面102的操作是沿着第一旋转轴线112或者第二旋转轴线114的。对于用户界面102既沿旋转轴线112，又沿旋转轴线114的操作，其被称“跨轴动作”，马达控制器108设计成有选择的只给马达106的其中一个施加能量以旋转，或有选择地给两个马达106施加能量以同时以不同的旋转速度在相同或不同方向上旋转。究竟激活一个还是两个都被施加能量以旋转，以及旋转的方向，取决于用户界面102的具体的跨轴动作的矢量运动。
例如，如果驾驶员希望实施下俯/右翻滚动作，驾驶员将在前-右方向或下俯/右翻滚方向522上移动用户界面102。如果下俯/右翻滚运动包含了相等的在俯仰轴和翻滚轴上的矢量分量，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将只给第二马达106-2施加能量以旋转。具体的，第二马达106-2将被施加能量以在第二方向506上绕第一旋转轴线112转动。而这相应的将导致用户界面驱动机构136在第三方向508上绕第二旋转轴线114转动。但是，如果下俯/右翻滚运动包含的在仰轴和翻滚轴上的矢量分量不相等，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将给两个马达106施加能量以旋转，但是二者是在相反的方向上以不同的速度旋转。具体的，第二马达106-2将被施加能量以在第二方向506上转动而第一马达106-1将被施加能量以在第一方向504上转动；但是第二马达106-2被施加能量得到的旋转速度将大于第一马达106-1的旋转速度。
为了实施下俯/左翻滚动作，驾驶员将在前-左方向或下俯/左翻滚方向524上移动用户界面102。如果下俯/左翻滚运动包含了相等的在俯仰轴和翻滚轴上的矢量分量，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将只给第一马达106-1施加能量以旋转。具体的，第一马达106-1将被施加能量以在第一方向504上绕第一旋转轴线112转动，而这相应的将导致用户界面驱动机构136在第三方向508上绕第二旋转轴线114转动。但是，如果下俯/左翻滚运动包含的在仰轴和翻滚轴上的矢量分量不相等，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将给两个马达106施加能量以在第一方向504上旋转，但是二者是以不同的速度旋转。具体的，第一马达106-1被施加能量得到的旋转速度将大于第二马达106-2的旋转速度。
为了实施上仰/右翻滚动作，驾驶员将在后-右方向或上仰/右翻滚方向526上移动用户界面102。如果上仰/右翻滚运动包含了相等的在俯仰轴和翻滚轴上的矢量分量，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将只给第一马达106-1施加能量以在第二方向506上绕第一旋转轴线112旋转。而这将导致用户界面驱动机构136在第四方向514上绕第二旋转轴线114转动。但是，如果上仰/右翻滚运动包含的在仰轴和翻滚轴上的矢量分量不相等，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将给两个马达106施加能量以旋转，但是二者是在相反的方向上以不同的速度旋转。具体的，第一马达106-1将被施加能量以在第二方向506上转动而第二马达106-2将被施加能量在第一方向504上转动；但是第一马达106-1被施加能量得到的旋转速度将大于第二马达106-2的旋转速度。
容易理解的是，对于上仰/左翻滚动作，驾驶员将在后-左方向或上仰/左翻滚方向528上移动用户界面102。如果上仰/左翻滚运动包含了相等的在俯仰轴和翻滚轴上的矢量分量，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将只给第二马达106-2施加能量以在第一方向504上绕第一旋转轴线112旋转。而这将导致用户界面驱动机构136在第四方向514上绕第二旋转轴线114转动。但是，如果上仰/左翻滚运动包含的在仰轴和翻滚轴上的矢量分量不相等，那么马达控制器108，为了给用户界面102提供正确的驱动扭矩和反馈，将给两个马达106施加能量以在第一方向504上旋转，但是二者是以不同的速度旋转。具体的，第二马达106-2被施加能量得到的旋转速度将大于第一马达106-1的旋转速度。
上面描述的主动用户界面系统100可以采用多种构造中的任意一种来实体实施。处于完整的考虑，图6-13中显示了不带马达控制器108和相互间电连接的主动用户界面系统100的一个具体的实体实施例，并将进行简要的说明。在此之前，应当指出的是，附图6-13中的相同附图标记指代附图1-5中的相同部件。而且，对于之前已经描述过的部件将不再进行详细的说明。
首先参见附图6和7，常平架组件104和马达106优选的安装在壳体组件602内，用户界面延伸通过壳体组件602并与把手604相连。此外，常平架组件104可旋转的安装在底座框架702上，而马达106不可旋转地安装在底座框架702上。更具体的，如附图8所清晰展示的，第一和第二轴202，208优选的通过浸碳塑料衬垫802可旋转地安装在常平架框架206和底座框架702上。此外，如图9，10所示，第三轴214可旋转的安装在常平架框架206上，第四轴216可旋转的安装在常平架框架206上以及安装到用户界面102上，同样优选的是借助于浸碳塑料衬垫802来安装。
参见附图11，其中显示了第一马达输出机构204的构造，以及第一弹簧224和第二弹簧226。虽然未能像第一马达输出机构204一样在附图11中清晰的展示出来，但应明了的是，第二马达输出机构212和第一马达输出机构204基本相同。第一输入机构132，第二输入机构134，用户界面驱动机构136和惰轮机构138的构造以及绳索222和绳索222在其上的缠绕的方式都在附图12中得以显示。图13中显示了用户界面运动传感器126-1，126-2安装到常平架组件104上的方式。出于完整的目的，图14，15中显示了用户界面运动传感器126的特定优选实施方式。
显示的用户界面运动传感器126包括磁部分1402和传感器部分1404。磁部分1402包括磁铁安装结构1406，其上安装有一个或多个磁铁1408。传感器部分1404包括传感器安装结构1412，其上安装有多个MR传感器1414。磁部分1402和传感器部分1404相邻但相互间隔开安装。MR传感器1414感测一个或多个磁铁1408的相对运动。
本文中公开的主动用户界面系统100相对而言比较简单，小巧，轻质，便宜。其实现了N∶1的减速比从而使得供给用户界面102的绕第二旋转轴线114的最大驱动扭矩N倍于提供给用户界面102绕第一旋转轴线112的最大驱动扭矩。这样使得可以使用相同的马达106，允许两个马达106尺寸设计成满足绕第一旋转轴线114旋转所需的最大驱动扭矩，但仍然能获得更大的绕第一旋转轴线旋转所需的最大驱动扭矩。
术语“示例”在本文中仅理解为“用作例子，示范或者图示”。任何被称为“示例”的实施例都并非解释为较优的，或优于其他实施例。此外，在本文中，相关词例如第一和第二以及其他类似的用语都只用作将实体或动作与其他实体或动作区分开之用，而不意味着要求或暗示在实体或动作之间存在任何实质的相对关系或顺序。数字顺序例如“第一”“第二”“第三”等仅用作从多个个体中将不同的单个的个体简单的区分开，除非有权利要求具体的说明，否则均不表示有任何的顺序和序列。此外，取决于上下文，在描述不同元件之间的相对关系时的术语例如“连接”或“相连”并不暗示着在这些元件之间一定存在直接的物理连接。例如，两个元件可以物理的，电子的，逻辑上的或者以其他任何方式，通过一个或多个附加元件相互连接起来。
尽管在前面对本发明的详细说明中出现了不止一个的示例实施例，应当明了的是，还存在大量的变形。应当明了，示例实施例或示例实施例们仅仅是示例，其不用作以任何方式来限制本发明的设置，应用和范围。相反，前面的这些详细说明将为本领域技术人员实施本发明的示例实施例提供便利。应当知晓，在不脱离有附带的权利要求限定的范围之下，可以对示例实施例中描述的元件布置和功能进行多种变化。

Claims (10)

1.一种主动反馈用户界面系统(100)，其包括：
多个马达(106)，每个马达(106)构造成当被施加能量时提供绕第一旋转轴线(112)的马达扭矩；
第一输入机构(132)，其构造成绕第一轴线(112)旋转，第一输入机构(132)被连接以接收来自多个马达(106)中的第一马达提供的马达扭矩，并构造成基于接收量来提供第一输出扭矩，
第二输入机构(134)，其与第一输入机构(132)间隔开安装，构造成绕第一旋转轴线(112)旋转，第二输入机构(134)被连接以接收来自多个马达(106)中的第二马达提供的马达扭矩，并构造成基于接收量来提供第二输出扭矩；
用户界面驱动机构(136)，其构造成绕第二旋转轴线(114)旋转，第二旋转轴线(114)与第一旋转轴线(112)共面而相互垂直，用户界面驱动机构(136)被连接以接收分别来自第一输入机构(132)和第二输入机构(134)的第一输出扭矩和第二输出扭矩；以及
惰轮机构(138)，其与用户界面驱动机构(136)间隔开安装，构造成伴随用户界面驱动机构(136)绕第二旋转轴线(114)旋转，
其中，第一输入机构(132)和第二输入机构(134)以及用户界面驱动机构(136)构造成实施N：1的减速比，其中N大于1。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，第一和第二输入机构(132和134)具有第一直径，用户界面驱动机构(136)和惰轮机构(138)各具有第二直径；而第二直径是第一直径的N倍大。
3.根据权利要求1所述的系统(100)，还包括：马达控制器(108)，其连接到、并构造成有选择地施加能量给多个马达(106)中一个或多个。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，还包括：用户界面(102)，其连接用户界面驱动机构(136)，用户界面(102)适于接收用户输入力，并构造成响应于用户输入力在旋转方向(502)上绕第一旋转轴线(112)和第二旋转轴线(114)中的一个或两个旋转，其中，所述多个马达(106)是相同的，控制器还构造成选择性的施加能量给多个马达(106)以便：
当用户界面(102)仅绕第一旋转轴线(112)转动时，多个马达(106)同时在相同方向(502)上转动；以及
当用户界面(102)仅绕第二旋转轴线(114)转动时，多个马达(106)同时在相反方向上转动。
5.根据权利要求4所述的系统(100)，其特征在于，所述控制器还构造成，当用户界面(102)同时绕第一和第二旋转轴线(112)旋转时，选择性地施加能量给：
多个马达(106)中的仅一个以旋转；
多个马达(106)中的全部两个以沿相反的方向旋转；或者
多个马达(106)中的全部两个以沿相同的方向(502)旋转。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于：
第一输入机构(132)，第二输入机构(134)，驱动机构(136)和惰轮机构(138)均构造成其上具有绳索槽(218)的滑轮；以及
系统(100)还包括绳索(222)，其布置在第一输入机构(132)，第二输入机构(134)，驱动机构(136)和惰轮机构(138)的各个绳索槽(218)的至少一部分内。
7.根据权利要求1所述的系统(100)，还包括：
第一弹簧(224)，其与常平架组件(104)相连，构造成为用户界面(102)提供第一回复力以用于抵抗用户界面(102)绕第一旋转轴线(112)的旋转运动；以及
第二弹簧(226)，其与常平架组件(104)相连，构造成为用户界面(102)提供第二回复力以用于抵抗用户界面(102)绕第二旋转轴线(114)的旋转运动。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，还包括：
第一位置传感器(126)，其与常平架组件(104)相连，构造成感测用户界面(102)绕第一旋转轴线(112)的旋转运动；以及
第二位置传感器(126)，其与常平架组件(104)相连，构造成感测用户界面(102)绕第二旋转轴线(114)的旋转运动。
9.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述常平架组件(104)还包括：
常平架框架(206)；
第一轴(202)，其与常平架框架(206)旋转相连，并构造成相对于其绕第一旋转轴线(112)转动，第一轴(202)与第一输入机构(132)非转动的相连，并被进一步连接以接收来自马达(106)中的第一马达的马达扭矩；
第二轴(208)，其与常平架框架(206)旋转相连，并构造成相对于其可绕第一旋转轴线(112)转动，第二轴(208)与第二输入机构(134)非转动的相连，并被进一步连接以接收来自马达(106)中的第二马达的马达扭矩；
第三轴(214)，其与常平架框架(206)旋转相连，并构造成相对于其可绕第二旋转轴线(114)转动，第三轴(214)与驱动机构(136)及用户界面(102)非转动的相连；和
第四轴(216)，其与常平架框架(206)及用户界面(102)旋转相连，并构造成相对于其可绕第二旋转轴线(114)转动，第四轴(216)与惰轮机构(138)非转动的相连。
10.根据权利要求10所述的系统(100)，还包括：
第一马达输出机构(204)，其连接在马达(106)中的第一马达和第一轴(202)之间，第一马达输出机构(204)构造成将来自马达(106)中的第一马达的马达扭矩传递给第一轴(202)；和
第二马达输出机构(212)，其连接在马达(106)中的第二马达和第二轴(208)之间，第二马达输出机构(212)构造成将来自马达(106)中的第二马达的马达扭矩传递给第二轴(208)。
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