CN107773213B - 用于手持式工具的反馈控制器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

描述了当手持式工具正被使用时用于跟踪用户的无意识肌肉运动并稳定该手持式工具的系统和方法。该方法可包括用第一惯性测量单元(“IMU”)至少测量手持式工具的壳体的方位以及用第二IMU至少测量从该手持式工具的壳体延伸的附接臂的方位。该方法还可包括将壳体的方位和附接臂的方位存储在存储器中。另外，该方法还可包括用处理逻辑控制第一运动生成机构和第二运动生成机构以基于测量的壳体的方位和测量的附接臂的方位使附接臂相对于壳体运动，从而稳定附接到该附接臂的远端的用户辅助装置的运动。

Description

用于手持式工具的反馈控制器的方法和系统
技术领域
本公开总体上涉及无意识的肌肉运动，并且特别但不排他地涉及当用户正使用手持式工具时跟踪用户的无意识的肌肉运动并稳定该手持式工具。
背景技术
运动障碍(movement disorders)通常由诸如帕金森氏症(“PD”)和特发性震颤(“ET”)的慢性神经组织退化性疾病导致。这些病况中的这两种当前都不可治愈并且导致无意识的肌肉运动或人震颤——人体的不受控的、有节律的振荡运动。在许多情况下，人震颤可能严重到足以使得生活质量严重下降，干扰日常活动/任务，例如吃东西、喝东西或写东西。
当前，患有慢性神经组织退化性疾病的人一般用效果各不相同的药物来药疗。药理学治疗的替代是脑部手术，例如深部脑刺激(DBS)手术。与药理学治疗类似，DBS手术效果也各不相同，同时是侵入性的且危险的。因此，这两种形式的治疗对于治疗患有慢性神经组织退化性疾病的人，特别是针对执行日常活动来说，并非是最理想的。
发明内容
附图说明
参考下面的图来描述本发明的非限制性且非穷举性实施例，其中，除非另有指定，否则在各个视图中相同的参考标号指代相同的部件。附图不必按照比例，而是应当将重点放在对所描述的原理的示意上。
图1是对根据本公开实施例的跟踪无意识的肌肉运动并基于手持式工具的一个或多个测量的方位(orientation)来执行运动稳定的手持式工具的透视视图示意。
图2A是对根据本公开实施例的手持式工具和手持式工具的部件的参考方位的透视视图示意。
图2B是对根据本公开实施例的执行运动稳定的手持式工具的第一类型的运动的透视视图示意。
图2C是对根据本公开实施例的执行运动稳定的手持式工具的第二类型的运动的透视视图示意。
图3是示意了根据本公开的实施例的震颤跟踪模块的功能框图。
图4是示意了根据本公开的实施例的用于手持式工具的控制回路的功能框图。
图5是示意了根据本公开的实施例的用于通过从手持式工具的一个或多个测量的方位推断接头位置来确定对手持式工具的方位的误差校正的过程的流程图。
图6是示意了根据本公开的实施例的用于基于手持式工具的一个或多个测量的方位来控制手持式工具的稳定的过程的流程图。
图7是示意了根据本公开的实施例的用于控制手持式工具的稳定以对扰动运动进行校正的过程的流程图。
具体实施方式
本文描述了当手持式工具被用于执行日常活动时用于跟踪用户在使用该手持式工具时的无意识肌肉运动并稳定该手持式工具的设备、系统和过程的实施例。在一个实施例中，基于手持式工具的一个或多个测量的方位来执行手持式工具的稳定。除了稳定之外，在实施例中，还可基于手持式工具的一个或多个测量的方位来对准手持式工具的部件以防止部件相对于彼此从该部件的预期方位漂移(drift)。在实施例中，可基于手持式工具的不同部件的一个或多个测量的方位来执行稳定和方位保持这两者，以便提供计算上且电力上高效的运动稳定系统。另外，通过利用手持式工具的测量的方位，可简化手持式工具的机械设计，从而实现手持式工具的更稳健的构造。
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的彻底理解。然而，相关技术邻域的技术人员将意识到，在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下或者借助其他方法、组件、材料等，也可实践本文描述的技术。在其他实例中，未示出或详细描述周知的结构、材料或操作，以避免模糊某些方面。
本说明书前后所指的“一个实施例”、“实施例”或类似说法的意思是联系实施例描述的特定特征、结构或特性可以可选地包括在本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书前后各个地方中出现的措辞“在一个实施例中”、“在实施例中”或类似说法不必全部都指代相同实施例。另外，在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式组合这些特定的特征、结构或特性。
图1是对跟踪无意识的肌肉运动并基于手持式工具的一个或多个测量的方位来执行运动稳定的手持式工具100的透视视图示意。在一个实施例中，手持式工具包括与附接臂(attachment arm)104联接(couple)的壳体(housing)106(例如，柄(handle))。另外，附接臂104可具有可拆卸地附接到其的器具(implement)102。在一个实施例中，壳体106和附接臂104是通过旋转接头(rotary joint)而连接的手持式工具100的分立的刚性主体，所述旋转接头使得附接臂104能够在相对于壳体106的两个自由度上运动并且因而器具102也能够在相对于壳体106的两个自由度上运动。手持式工具100能够检测无意识的肌肉运动(例如，震颤)并对其进行补偿。在本文讨论的实施例中，当用户正把持并使用手持式工具100时，手持式工具100可跟踪这些无意识的肌肉运动并且不管无意识的肌肉运动如何都稳定并居中器具102的位置。
相应地，如本文所讨论的，手持式工具100的示意的实施例可包括用于测量并跟踪用户震颤的震颤跟踪模块120以及用于将信号提供到震颤跟踪模块120以用于对那些相同震颤进行补偿的两个或更多个传感器(例如，传感器116和114)。在一个实施例中，所述信号可包括使得震颤跟踪模块120能够测量柄106的方位、附接臂104的方位并且因此而能够得到柄106和附接臂104之间的相对方位以及相对于绝对方位的方位的数据。这些子系统可具有不同组件或共享一些组件(例如电力系统、存储器)，并且甚至可共享一个或多个传感器。
手持式工具100包括壳体106，壳体106用作使得用户能够把持手持式工具100的柄。如在下面更详细地讨论的，手持式工具100还包括经由运动生成机构联接到壳体106的附接臂104。附接臂104配置为将器具102(例如，用户辅助装置(user-assistive device)，在示意的实施例中例如为勺子)接纳到其离壳体106远的一端。在一个实施例中，附接臂104与特定类型的器具102(例如示意的勺子)成一体。在其他实施例中，附接臂104可以以各种方式(包括但不限于摩擦、按扣、磁体、螺丝或其他形式的锁定机构)接纳各种不同的器具102。
手持式工具100可包括震颤跟踪模块(“TTM”)120以用于测量和跟踪震颤(例如，用户的无意识肌肉运动)，以及用于控制由手持式工具利用第一运动生成机构108(例如，致动器、齿轮减速单元和转动齿轮传动单元中的一个或多个)和第二运动生成机构138(例如，致动器、齿轮减速单元和转动齿轮传动单元中的一个或多个)执行的稳定。在实施例中，附接臂104可经由第一运动生成机构108与附接臂104的联接而与壳体106联接，并且第一运动生成机构108可在绕壳体104的轴的第一自由度上控制附接臂104的运动。图2B示意了在第一自由度242上的运动240。在实施例中，第二运动生成机构138可在垂直于壳体的轴的第二自由度上控制附接臂104的运动。图2C示意了在第二自由度252上的运动250。
在实施例中，TTM 120的一个或多个组件可刚性地附接到壳体106以测量和跟踪用户把持的柄的震颤。图1示意了作为壳体106内的单个组件的TTM 120；然而，在其他实施例中，TTM 120包括若干个功能性物件，这些功能性物件可呈各种不同的形状因子，并且还可贯穿壳体106展开，例如展开到附接臂104内。
手持式工具100的示意的实施例进一步包括至少两个运动传感器(例如，沿壳体106或在壳体106内放置的第一运动传感器116和沿附接臂104或在附接臂104内放置的第二运动传感器114)。在一个实施例中，第一运动传感器116和第二运动传感器114每个均为惯性测量单元(IMU)，该IMU能够提供对它们被放置在其中的主体的方位、运动的角速率、力等的测量。在一个实施例中，每个IMU均为至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。在一个实施例中，运动传感器116和114在手持式工具100的使用期间分别收集测量以确定壳体106和附接臂104的方位。
图2A示意了手持式工具200和在使用期间柄206、附接臂204和器具202的可能方位。可通过从传感器116收集的测量来获得表明壳体206的方位的参考坐标系216(例如，(一个或多个)xh,yh,zh测量)。类似地，可通过从传感器114收集的测量来分别获得表明器具202和附接臂214的方位的参考坐标系212(例如，(一个或多个)xt,yt,zt测量)和214(例如，(一个或多个)xp,yp,zp测量)。在示意的实施例中，在手持式工具200的每个部件内，参考坐标系的方位是固定的，其中每个参考坐标系具有x、y和z分量，所述x、y和z分量基于测量的方位提供对手持式工具200的部件相比于空间中的绝对方位228的相对方位的表明。例如，绝对方位228可具有基于地球重力(例如ze)的指向正北或指向上的z分量。这样，zt可与ze相比，并且在手持式工具的使用期间被执行以确保zt与ze匹配的操作不管用户的无意识的运动如何都将器具保持并稳定在向上的方位上。在下面更加详细地讨论用于保持该方位的过程。
在一个实施例中，手持式工具200(并且类似地，手持式工具100)的几何形状/构造确立了手持式工具200的部件之间的几个方位规则。也就是说，在手持式工具200的部件的方位之间存在预期的关系。对于手持式工具的示意的实施例，yt和xh应当垂直，yt和pt应当平行，并且xp和xh应当平行。当这些预期的关系中的任一个不正确时，那么工具没有被对准并且TTM 120可控制未被对准的部件的运动以通过将它们带回到对准来校正方位。在下面更加详细地讨论校正过程。
尽管描述并示意了手持式工具200的部件之间的某些预期的关系，但是这些预期的关系是建立在手持式工具的不同部件的构造和产生的相对的几何关系的基础上的。具有预期的关系和/或部件和期望方位之间的关系的其他构造、几何形状和/或形状也可利用本文讨论的用于方位控制和保持的技术。
返回图1，手持式工具100的示意的实施例包括至少一个传感器114(例如沿附接臂104或在附接臂104内放置以测量附接臂104的运动的IMU)和另外的传感器116(例如沿壳体106或在壳体106放置以测量壳体106的运动的IMU)。如本文讨论的，由传感器114和116收集的测量可包括表明手持式工具100的对应部件的方位、角速度、力等的数据。在一个实施例中，传感器114和116将运动数据(例如，测量的方位、角速度等)发送到TTM 120。
在实施例中，手持式工具100可进一步包括向TTM 120和运动生成机构(例如108和138)供电的便携式电源122。电源122可利用各种选择，包括但不限于可再充电电池、太阳能板等。在一个实施例中，附接臂104与特定类型的器具102(例如示意的勺子)成一体。在其他实施例中，附接臂104可配置为以各种方式(包括但不限于摩擦、按扣或其他形式的锁定机构)接纳各种不同的器具102。
传感器114和传感器116进行测量以确定壳体106的方位和附接臂104和/或器具102的方位。基于这两个方位，TTM 120可确定手持式工具100的部件的相对方位。另外，除了部件的相对方位之外，TTM 120还可确定将壳体106与附接臂104联接的接头的位置以及附接臂104相对于壳体106的当前方位，并且因此而确定器具102相对于壳体106的当前方位。如将在下面更加详细地讨论的，基于手持式工具100的部件之间的预期方位和测量的方位，TTM 120可为校正和/或保持手持式工具100的不同部件之间的预期方位的运动生成机构生成电机命令，以例如防止器具102无意识地从相对于壳体106的初始方位漂移开。另外，TTM120还可利用测量的方位来生成用于运动生成机构的电机命令，所述电压命令在手持式工具的使用期间对不利的无意识的用户运动进行校正。在一个实施例中，电机命令可包括TTM120生成的电压命令，所述电压命令驱动运动生成机构108和138的致动器来在期望方向上、以期望速度、以期望加速度等来转动其相应的齿轮。例如，如果器具102是勺子，则勺子应当被保持在向上方位上以确保在被用户使用时勺子内的食物不被泼洒。在实施例中，基于器具102的测量的方位(例如zt)以及期望方位(例如，向上，或与地球重力ze相反)，TTM 120可提供用于运动生成机构108和138的电机命令，其在期望方位的方向上移动器具102的当前方位。在实施例中，这些方位可以从传感器114和116的测量而不是从附接到运动生成机构的齿轮传动装置的物理传感器的测量来确定。结果，可以简化运动稳定的手持式工具100的设计和构造。另外，通过减少利用电源122的不同组件的数量，使得手持式工具100的操作更具有能量效率。最后，如在下面更详细地讨论的，使用对手持式工具的不同部件的方位测量可实现如下计算上高效的过程：其用于保持手持式工具100的部件的正确对准以及用于通过保持手持式工具100的部件的一个或多个期望方位对无意识的用户运动进行校正。
本领域普通技术人员容易意识到，根据本公开的系统和方法可利用将在本公开的精神的范围内的TTM 120、传感器114和116、运动生成机构108和138等的各种实现方式。在一个实施例中，TTM 120包括根据传感器输入产生电响应的电系统，例如可编程微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(“ASIC”)或其他电系统。在一个实施例中，TTM120包括Atmel制造的8位ATMEGA8A可编程微控制器——归因于其整体的低成本、低电力消耗和用于大容量应用中的能力。
本领域普通技术人员将容易理解，本文描述的设备、系统或方法可被用于各种应用。例如，各种不同的器具102可包括制造工具、手术工具、厨房用具(例如，叉子、刀子、勺子)、体育工具、庭院工具、美容工具(例如，梳子、指甲剪、镊子、化妆品涂抹器等)或口腔卫生工具(例如，牙刷、牙线工具等)。因此，手持式工具100不仅可有用于改善遭受神经性运动障碍的众多个体的生活质量，而且还有用于辅助在其中生理震颤成问题的各种应用，包括但不限于制造、手术和公共安全应用。
图3是示意了根据本公开的实施例的TTM 300的功能框图。TTM 300是图1中示意的TTM 120的一种可能的实现方式。TTM 300的示意的实施例包括两个惯性测量单元(“IMU”)305、控制器310、存储器单元315和通信接口320。
在一个实施例中，IMU 305设置成与手持式工具的壳体和附接臂刚性接触以直接测量柄和附接臂的运动和方位，并且乃至测量用户的手的震颤运动。TTM 300在用户正执行平常任务(例如吃东西或美容(例如，涂抹化妆品))时促进对人震颤的测量。这是相对于常规的临床上的评估的重要区别，常规的临床上的评估简单地测量患者正试图保持稳定的手的震颤。当患者正执行平常任务时对震颤的测量和跟踪测量了在最为不利地被人震颤所影响的真实世界场景下的状况。因此，TTM 300可内置在患者例行使用的平常物件或工具内，以准确地测量并跟踪其状况。这可导致改进的评估。
手持式工具的TTM 300不仅可以在例行任务期间测量并跟踪人震颤，而且其还可以在一时间段内方便地这样做以获得更可靠的数据集供统计分析。另外，包括TTM 300的手持式工具可以在家里使用，相比于在医师的办公室中的正式评估，在家里用户较为放松并且处于较小压力之下。家环境内的数据收集与比在临床上获得的数据集更大的数据集一起能够提供用于患者的症状的评估的更为可靠的数据。对患者的震颤的改进的评估和诊断促进导致人震颤的各种疾病和病况的改进的治疗和干预。
IMU 305可利用测量手持式工具100的柄的运动的各种装置来实现。例如，IMU 305可包括测量线性加速度的一个或多个加速度计。在一个实施例中，IMU 305包括加速度计，该加速度计能够测量柄在三个正交维度(例如，x、y和z维度)上的平移加速度。在一个实施例中，IMU 305包括测量手持式工具100的柄的转动运动(例如，绕轴的角速度)的陀螺仪。在各种实施例中，陀螺仪可能够测量绕一个、两个或三个正交转动轴的转动运动。在一个实施例中，IMU 305包括磁强计，该磁强计测量柄相对于磁场(例如，地球的磁场或其他外部施加的磁场)的运动。在各种实施例中，IMU 305可包括上面列出的运动测量装置中的一些或全部的各种组合。另外，这些运动传感器可一起设置在刚性地附接到壳体106的公共基板上或贯穿壳体106设置。在IMU 305的任一实施例中，手持式工具的手持式工具被附接到其上的部件的方位可根据对应的IMU的测量来导出或直接测量。
控制器310通信耦接到IMU 305和存储器单元315，以读取从IMU 305输出的传感器数据并且将运动和/或方位数据存储到存储器单元315中。可以在一时间段内收集运动数据。例如，可以在用户执行个体任务时、在一天、一周或其他时间段的过程中收集运动数据。存储在存储器单元315中的收集的运动数据可形成运动日志325。在一个实施例中，运动日志325基于从IMU305输出的运动数据可包含关于用户的运动的信息，所述信息利用运动日志325足以再现这些运动(线性加速度、转动速度、这些加速度/速度的持续时间、相对于磁场的方位等)。在一个实施例中，运动日志325还可记录运动数据何时被收集的日期/时间戳和/或可包括表明在运动数据被收集时附接到手持式工具100的器具102的类型的一个或多个识别符。类型识别符可提供对在运动数据被收集时正由用户执行的活动(例如，用叉子、刀子或勺子等吃东西)的表明。这种活动信息和时间/日期戳对于医师在评估患者的运动日志325以确定患者的震颤是否与特定活动或一天中的时间有联系时会是有用的。在其他实施例中，运动日志325还可记录依据日期/时间变化的电池电压，其可用于分析系统性能和电池使用。跟踪电池电压可用作一种针对由致动器108和138中的一个或多个为了稳定器具102所施加的努力的量的指标。因此，由于电池消耗将随着增加的震颤而上升，所以跟踪电池电压或电池消耗可能与用户的震颤的程度有联系。
在一个实施例中，控制器310进一步以电压信号的方式将电机命令提供给运动生成机构108和138的致动器以用于控制器具102的运动。如本文讨论的，由控制器310生成的电机命令使得致动器经由运动生成机构108和138中的一个或多个的齿轮来使器具102运动，以例如保持手持式工具的部件之间的预期方位并将部件(例如，器具102)从测量的方位校正或运动到期望方位(例如，将勺子保持在向上方位上以防止在使用期间泼洒、居中(center)勺子的位置等)。如本文讨论的，器具102的运动可以以两个自由度发生，以对无意识的用户运动进行一系列大幅度的校正。
控制器310可借助可编程微控制器、FPGA、ASIC或能够执行逻辑指令的其他装置来实现。逻辑指令自身可为硬件逻辑、软件逻辑(例如，存储在存储器单元315内或其他地方)或硬件逻辑和软件逻辑的组合。存储器单元315可利用易失性或非易失性存储器(例如闪存)来实现。
通信接口320可被通信耦接以经由网络335(例如，互联网)将运动日志325从存储器单元315输出到远程服务器335。在一个实施例中，通信接口320为无线通信接口(例如，蓝牙、WiFi等)。例如，通信接口320可建立到用户的蜂窝电话的无线链路，用户的蜂窝电话经由安装的震颤跟踪应用将运动日志325递送到服务器330。所述应用可使得用户能够控制隐私设定，添加关于其对手持式工具100的使用的评注，设定运动日志325的自动周期性报告，发起运动日志325的一次性报告，确定由TTM 300检测的无意识的肌肉运动的主导模式、方向、幅度等，以及其他用户功能。在又一实施例中，通信接口320可为有线通信端口(例如，USB端口)。例如，当用户将手持式工具100连接到充电坞站以对电源122充电时，通信接口320还可与远程服务器330建立通信会话以将运动日志325递送到远程服务器330。
图4是示意了根据本公开的实施例的用于手持式工具的控制回路的功能框图。控制回路400可通过可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如运行在通用计算机系统或专用机器上的软件)、固件或其组合的处理逻辑来执行。在一个实施例中，通过手持式工具的震颤跟踪模块的控制器(例如控制器310)来执行控制回路。另外，控制回路操作中的一些或全部被执行的顺序不应当被视为是限制性的。而是，得益于本公开的本领域普通技术人员将理解，可以以未示意的各种顺序来执行(例如平行地执行)控制回路操作中的一些。
在控制回路400的示意的实施例中，系统接口406收集由手持式工具的一个或多个IMU进行的测量。例如，系统接口406可从附接到手持式工具的壳体或在该壳体内的IMU以及附接到手持式工具的附接臂或在该附接臂内的IMU收集周期性测量(例如，在每秒30-500次或以上范围内进行的测量)。然后将测量的方位提供给三重积计算器408。
在一个实施例中，三重积计算器408从系统接口406接收测量的方位。另外，三重积计算器还可接收参考方位，例如作为用户偏好值、预配置的值等。在一个实施例中，参考是手持式工具的部件的一个或多个期望方位。例如，参考方位可为作为手持式工具的器具的期望方位的与地球的重力相反的方位。这样的期望方位将指定器具的期望方位为向上，以例如防止器具倾斜、内容物从器具泼洒出等。作为另一示例，参考还可包括手持式工具的不同部件的预期的相对方位。如本文讨论的，这些预期方位建立在手持式工具的构造/几何形状的基础上，并且确保手持式工具在操作期间的适当对准，以例如防止部件从适当对准漂移。如将在下面更详细地讨论的，可根据接收的测量的方位和期望方位和/或预期方位确定误差。在实施例中，可基于向量运算(例如，计算点积、计算叉积、缩放向量(scalingvector)等)来确定误差从而确定将对方位上的当前不对准或改变进行校正的误差向量，所述误差向量表示手持式工具的给定运动生成机构的运动的目标速度和方向。在一个实施例中，这些可以指的是接头速度，因为运动生成机构绕其被联接到的接头来使手持式工具运动。将在下面在图5-图7中更加详细地讨论计算误差向量的操作和计算中的每一者。然后(一个或多个)误差向量可被提供给稳定控制器402。
稳定控制器402可接收由三重积计算器408计算的误差向量/接头速度并且生成电机命令。在一个实施例中，电机命令为要供应给手持式工具运动生成机构的致动器的电压。在一个实施例中，基于运动生成机构的致动器的已知属性和特性(例如，给定期望接头速度、方向和角速度，需要X的电压来实现接头速度V，基于装置特性的电压方程F(v)被用于获得电压X等)，通过稳定控制器402来确定实现由误差向量表明的期望速度和方向所需要的电压。
在一个实施例中，还可在控制回路400中包括前馈控制器410。在一个实施例中，前馈控制器410负责生成对手持式工具的扰动运动(例如手持式工具的壳体的转动)进行校正的电机命令。也就是说，由系统接口406接收的IMU的测量可包括壳体在由用户使其运动时的速度，例如角速度。前馈控制器410可确定在该运动的相反方向上的误差向量(例如，相反的角速度)，然后基于误差向量来生成电机命令(例如致动器电压)以消除检测到的运动。在一个实施例中，控制回路400将由前馈控制器410确定的电压与由稳定控制器402确定的电压相加以生成电机命令的最终集合。电机命令的最终集合表示要被施加到每个运动生成机构的电压，所述电压驱动关联的运动生成机构的致动器。电机接口404接收电机命令(例如电压)并将期望电压施加到相应的运动生成机构。
在实施例中，期望电压可以以给定速度、方向、加速度等驱动每个运动生成机构以对由IMU测量检测到的用户的无意识的运动进行补偿。在实施例中，控制回路400可为周期性控制机构，其在每秒30-500次的范围内确定电机命令并基于那些命令驱动运动生成机构。由于用户的运动(特别是具有无意识震颤运动的那些)一般将会连续地改变，所以控制回路400的周期性电机控制可确保对手持式工具的部件的相对位置连续调适以在使用期间保持正确的绝对方位(例如，保持手持式工具的器具面向上)和正确的相对方位(例如，避免器具离开预期方位的偏航漂移)。另外，三重积计算机408、稳定控制器402和前馈控制器410可利用计算上高效的技术来确定误差向量、计算电压等，以使得低功率和能力有限的处理器能够被用在手持式工具中。受益地，处理器能够以期望周期率处理周期性计算而不从手持式工具电源过渡消耗电力。另外，如果给予得到的手持式工具更常见且更用户友好的形状，容纳处理器所需要的形状因子可被最小化以提供较小的柄/壳体。
图5是示意了根据本公开的实施例的用于通过从手持式工具的一个或多个测量的方位推断接头位置来确定对手持式工具的方位的误差校正的过程的流程图。通过可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如，运行在通用计算机系统或专用机器上的软件)、固件或其组合的处理逻辑来执行过程500。在一个实施例中，通过手持式工具的震颤跟踪模块的控制器(例如控制器310、400)来执行所述过程。另外，在过程500中过程框的一些或全部出现的顺序不应当视为是限制性的。而是，得益于本公开的本领域普通技术人员将理解，可以以未示意的各种顺序或甚至平行地来执行过程框中的一些。
处理逻辑可通过周期性地借助第一传感器测量壳体的方位并借助第二处理器测量器具的方位来开始(处理框502)。如本文讨论的，传感器具有相对于手持式工具的其相应部件的已知方位，并且使得能够确定关联的参考方位的不同分量(例如，x、y、z)。然而，在一个实施例中，不管壳体和器具的运动如何，测量的方位都可能随着时间推移绕竖直轴相对于彼此漂移(例如，即使没有运动时，传感器读数也可能由于微小的固有误差而漂移)。在实施例中，如下面在图6和图7中所讨论的，相应部件的已知的相对方位可使得在生成运动命令之前由控制器能够做出对方位的校正。
基于根据手持式工具的构造/几何形状的壳体与器具的预期方位，处理逻辑确定壳体和器具的未对准误差(处理框504)。在上面在图1-2C中讨论过手持式工具的一个实施例。可基于不同部件的方位之间的某些预期的关系来限定手持式工具的预期方位。在手持式工具的示意的实施例中，可基于装置的构造/几何形状来共享手持式工具的不同部件的某些轴。例如，可以预期器具与附接臂共享一个轴，壳体与附接臂共享另一个轴，并且器具轴垂直于壳体轴。在图2A中示意的手持式工具的实施例中，yt和xh应当垂直，yt和pt应当平行，并且xp和xh应当平行。当传感器读数不满足这些关系中的任一者时，已经发生了未对准误差(例如，共享的轴是恒定的，并且因此任何在这些轴上检测到的不对准都表示误差)。在一个实施例中，处理逻辑通过计算两个轴(例如yt和xh)的点积、根据传感器测量确定未对准误差，以确定所述关系有多么不对准。处理逻辑然后可通过该点积来缩放一个轴的单位向量，计算来自缩放的向量与另一轴的单位向量的叉积，并且最后计算叉积结果与垂直向量的点积以获得表明将矫正未对准误差(例如，归因于传感器漂移的不存在的不对准)的校正的投影。处理逻辑可使用该投影来对确定的未对准误差进行校正(处理框506)。在一个实施例中，通过与来自处理框504的结果相称的绕竖直轴的相对方位的转动来对未对准误差进行校正。
在实施例中，在上面讨论的误差校正可通过校正部件的相对方位来将部件置于适当对准的状态。在这种误差校正的情况下不需要使部件运动，因为该误差可能归因于传感器漂移而不是部件相对于彼此的实际运动。在一个实施例中，归因于传感器漂移的未对准误差校正确保当控制器生成电机命令时，如本文所讨论的，所述命令不被应用到错误位置(例如，从不正确的起始方位推断的位置)。
图6是示意了根据本公开的实施例的基于手持式工具的一个或多个测量的方位来控制手持式工具的稳定的过程600的流程图。通过可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如，运行在通用计算机系统或专用机器上的软件)、固件或其组合的处理逻辑来执行过程600。在一个实施例中，通过手持式工具的震颤跟踪模块的控制器(例如控制器310、400)来执行所述过程。另外，在过程600中过程框的一些或全部出现的顺序不应当视为是限制性的。而是，得益于本公开的本领域普通技术人员将理解，可以以未示意的各种顺序或甚至平行地来执行过程框中的一些。
所述过程可通过借助具有相对于手持式工具的部件已知的方位的传感器来测量该部件的方位来开始(处理框602)。如本文讨论的，手持式工具(例如手持式工具100)是如下用户辅助装置：其在用户的无意识的肌肉运动期间稳定组件的运动。另外，例如，手持式工具的组件可为器具，例如勺子，以使得传感器的测量可表明勺子相对于绝对方位(例如，基于地球重力的方位)的当前方位。在一个实施例中，传感器可包括多于一个传感器，例如能够测量手持式工具的不同部件的角速度、力等的多个IMU。
基于组件的期望方位，处理逻辑可至少确定将使该组件从测量的方位运动到期望方位的运动生成机构的运动的方向(处理框604)。在一个实施例中，处理逻辑采取测量方位作为输入，所述测量方位为关于手持式工具的组件的表示测量的方向/方位的向量的形式。继续上面的示例，测量的方位可表示勺子的顶面的目前方向。期望方位还可表示为目标方向——例如直立地相对于重力竖直向上——的向量。在一个实施例中，处理逻辑计算测量的方向和目标方向的叉积，以便产生在将使测量的方位与期望方位对准的转动的方向上的期望的转动向量。随着测量的方位与期望方位之间的未对准增大，中间向量在幅度上增加。在一个实施例中，处理逻辑计算期望的转动向量和表示手持式工具的每个接头的转动轴的单位向量的点积。在一个实施例中，接头为具有手持式工具的不同部件的运动的点(例如，其中壳体106与附接臂104接合并在第一自由度上运动，并且附接臂104在第二自由度上运动)。这些点积表示每个接头的期望的角速度。如果运动生成机构被命令在每个接头处生成这些角速度，则测量的向量和目标向量(例如，测量的方位和期望方位)可以被对准。继续该示例，这将导致使运动生成机构运动以使得勺子的向上的面直立地相对于重力对准。在一个实施例中，单位向量被用于叉积和点积计算，以防止产生的值在执行运算的处理器中从其最大尺寸溢出。
处理逻辑随后可基于确定的运动来确定要施加到运动生成机构的电压(处理框606)。一旦确定了期望的接头速度，处理逻辑就可生成将产生这些接头速度的运动生成机构电压(例如致动器/电机电压)。从电机方程V＝Keω+T/Ke*R，可以看到，电压具有与速度相关(Keω)的项以及与转矩相关(T/Ke*R)的项。在高扭矩或高齿轮减速(大的Ke)电机的情况下，简单地忽略扭矩项并且使用产生的控制规则V＝Keω可能就够了。在一个实施例中，为了更好地响应，可以将电机的惯性效应或其他已知特性考虑入内。例如，假设电机具有转动惯量
Figure BDA0001200082320000132
则归因于角速度变化的扭矩可表达为
Figure BDA0001200082320000131
利用这使得用于计算特定运动生成机构电压的控制规则为
Figure BDA0001200082320000141
在一个实施例中，通过对电机惯量进行补偿，可在响应快速运动时存在较小滞后。
处理逻辑随后用确定的电压来驱动运动生成机构以在确定的运动方向上使手持式工具的组件朝向期望方位运动(处理框608)。如本文讨论的，手持式工具可包括两个或更多个运动生成机构，它们在不同的自由度上使组件/器具运动。在一个实施例中，施加到每个运动生成机构的电压表示用于获得期望方位的其相应的运动(例如，相称的速度、方向、加速度等)。
在一个实施例中，在周期性的基础上(例如大约在每秒30-500次的范围内)执行对组件的方位的测量，并且运动生成机构被每秒驱动对应的次数。周期性的测量和对运动生成机构的驱动可在用户使用和运动期间连续地更新组件/器具的位置。另外，由于点积和叉积被利用并且可采用定点计算，所以这种用于在三个维度上控制手持式工具的组件的运动的探试法可在计算上开销非常少。例如，叉积利用6个乘法和3个加法，并且点积利用3个乘法和2个加法。这使得利用定点计算很便利，这在没有浮点单元的处理器上要快得多。
如上面讨论的，因为传感器测量是周期性地收集的，并且运动控制是在在没有额外传感器(例如，接头位置传感器)的情况下根据传感器测量来执行的，所以归因于电机命令计算中固有的非常小的误差，不同组件(例如，器具和壳体)随着时间推移可能从预期方位漂移开。这种与初始已知方位的非常小的误差可能被引入，并且在使用手持式工具的几分钟中可能导致严重的不对准。因此，在一个实施例中，手持式工具的不同部件的对准根据传感器测量来保持，并且在上面讨论的方位控制正被执行时也被执行。
图7是示意了根据本公开的实施例的用于控制手持式工具的稳定以对扰动运动进行校正的过程的流程图。可通过可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如，运行在通用计算机系统或专用机器上的软件)、固件或其组合的处理逻辑来执行过程700。在一个实施例中，通过前馈控制器(例如前馈控制器410)来执行所述过程。另外，在过程700中过程框的一些或全部出现的顺序不应当视为是限制性的。而是，得益于本公开的本领域普通技术人员将理解，可以以未示意的各种顺序或甚至平行地来执行过程框中的一些。
处理逻辑可通过测量手持式工具的壳体的角速度来开始(处理框702)。在一个实施例中，如上面在图1中讨论的，手持式工具的壳体可包括传感器，例如IMU。IMU可在对手持式工具的使用期间进行对壳体的角速度的直接测量。如果用户转动手持式工具的壳体(例如，相对于地球的重力)，则为了使得手持式工具的器具避免相对于地球的对应转动，通过处理逻辑来确定具有相反角速度的器具相对于柄的相反且相应的转动(处理框704)。在一个实施例中，该相反角速度可表达为向量。处理逻辑在确定器具的相反且相应的转动时，使用该向量来计算针对表示每个运动生成机构的转动轴的向量的点积。这些点积表示将消除柄的角转动运动的每个运动生成机构处的角速度。
处理逻辑可确定要施加到一个或多个运动生成机构的电压，所述电压用于使器具相对于壳体运动从而消除壳体的角运动(处理框706)。如上面讨论的，在处理框704处确定的角速度可用于如上面讨论地导出运动生成机构电压。处理逻辑可随后用确定的电压驱动运动生成机构来使器具运动(处理框708)。
在一个实施例中，通过利用前馈控制器(例如上面在图4中讨论的前馈控制器410)并利用图7的处理逻辑，可极大地改进手持式工具的器具的稳定性。在一个实施例中，前馈控制器是可以与上面在图5中讨论的稳定技术并行操作的角速度前馈控制器。通过将前馈控制器410添加到上面在图4中讨论的三重积计算器408和稳定控制器402，产生了改进的控制技术。在实施例中，例如，前馈控制器可提供消除归因于无意识转动的扰动运动中的大部分的电机命令(例如电压)，而稳定控制器可提供校正当使用手持式工具时由无意识的用户运动导致的剩余误差的电机命令(例如电压)。通过将电机命令的这两个集合结合在一起，组合的电压准确地消除了无意识的用户运动。
上面说明的过程在计算机软件和硬件方面进行了描述。所描述的技术可构成体现在有形或非暂态机器(例如计算机)可读存储介质内的机器可执行指令，所述机器可执行指令在被机器执行时将使得机器执行所描述的操作。另外，所述过程可在诸如专用集成电路(“ASIC”)或其他的硬件内体现。
有形机器可读存储介质包括可由机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一个或多个处理器的集合的任何设备等)存取的以非暂态形式提供(例如，存储)信息的任何机构。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置等)。
对本发明示意的实施例的上述描述(包括在摘要中描述的内容)不打算是穷尽性的或将本发明限制到公开的精确形式。尽管本文为了示意的目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是将如相关领域内技术人员所意识到的，在本发明的范围内，各种修改是可能的。
可鉴于上面的具体描述来做出这些修改。在随附的权利要求中使用的术语不应当被解读为将发明限制到在本说明书中公开的特定实施例。而是，本发明的范围完全由随附的权利要求来确定，随附的权利要求应当根据权利要求解释的确立的原则来解读。
下面的陈述提供了对本文的公开的总体表述：
A.一种手持式工具，包括：
壳体，所述壳体具有至少测量所述壳体的方位的第一惯性测量单元(“IMU”)；
设置在所述壳体内的第一运动生成机构；
附接臂，所述附接臂具有至少测量所述附接臂的方位的第二IMU，其中，所述附接臂从所述壳体延伸并且与所述第一运动生成机构联接；
设置在所述附接臂内的第二运动生成机构；
附接到所述附接臂的远端的用户辅助装置；以及
附接到所述壳体的震颤跟踪模块(“TTM”)，所述震颤跟踪模块基于所测量的壳体的方位和所测量的附接臂的方位控制所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构使所述附接臂相对于所述壳体运动，从而稳定所述用户辅助装置的运动。
B.如陈述A所述的手持式工具，进一步包括：耦接到所述TTM的控制器，用于：
读取所测量的壳体的方位和所测量的附接臂的方位；
基于所述用户辅助装置的期望方位，生成将使所述附接臂从测量的方位运动到期望方位的第一电机命令和第二电机命令，所述第一电机命令和第二电机命令分别至少包括所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的方向和速度；以及
用所述第一电机命令和第二电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
C.如陈述B所述的手持式工具，其中，所述第一电机命令和第二电机命令包括分别施加到所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的电压，所述电压控制相应的所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的加速度、速度和方向中的一个或多个。
D.如陈述B或C所述的手持式工具，其中，所述期望方位包括所述附接臂相对于所述壳体的预期方位。
E.如陈述D所述的手持式工具，进一步包括所述控制器以用于：
基于所述壳体相对于所述用户辅助装置的预期方位，从所述壳体、所述附接臂和所述用户辅助装置的一个或多个共享方位轴确定所述壳体和所述用户辅助装置的由于传感器漂移引起的未对准误差；并且
在生成所述第一电机命令和第二电机命令之前校正所述未对准误差。
F.如陈述B-E中任一项所述的手持式工具，进一步包括：
所述第一IMU，用于测量所述手持式工具的壳体的角速度，其中，测量的角速度表明所述用户辅助装置的扰动运动；并且
所述控制器用于：
确定消除所述壳体的角速度的第三电机命令和第四电机命令，所述第三电机命令和第四电机命令分别向所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构提供相应的相反角速度，
将所述第一电机命令和第三电机命令结合(add)以获得用于驱动所述第一运动生成机构的第五电机命令，
将所述第二电机命令和第四电机命令结合以获得用于驱动所述第二运动生成机构的第六电机命令，以及
用所述第五电机命令和第六电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
G.如陈述B-F中任一项所述的手持式工具，其中，所述壳体的方位和所测量的附接臂的方位由它们相应的IMU周期性地测量，并且所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构被针对每个对应的周期性测量的电机命令驱动。
H.如陈述A-G中任一项所述的手持式工具，其中，所述第一运动生成机构使所述用户辅助装置在相对于所述壳体的第一自由度上运动，并且所述第二运动生成机构使所述用户辅助装置在相对于所述壳体的第二自由度上运动。
I.如陈述A-H中任一项所述的手持式工具，其中，所述第一IMU和所述第二IMU每个都是至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。
J.如陈述A-I中任一项所述的手持式工具，其中，所述用户辅助装置包括制造工具、手术工具、厨房用具、体育工具、庭院工具、美容工具或口腔卫生工具中的任一者。
K.如陈述A-J中任一项所述的手持式工具，进一步包括：
耦接到所述TTM的存储器单元；以及
可由所述控制器执行的逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时使得所述手持式工具执行操作，所述操作包括：
当用户正把持所述手持式工具时基于检测到的运动在所述存储器单元内生成运动日志；以及
周期性地将所述运动日志传送到远程服务器。
L.一种由手持式工具执行的方法，所述方法包括：
用第一惯性测量单元(“IMU”)至少测量手持式工具的壳体的方位；
用第二IMU至少测量从所述手持式工具的壳体延伸的附接臂的方位；
将所述壳体的方位和所述附接臂的方位存储在存储器中；以及
用处理逻辑控制第一运动生成机构和第二运动生成机构以基于所测量的壳体的方位和所测量的附接臂的方位使所述附接臂相对于所述壳体运动，从而稳定附接到所述附接臂的远端的用户辅助装置的运动。
M.如陈述L所述的方法，其中，所述第一IMU和所述第二IMU每个都是至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。
N.如陈述L或M所述的方法，进一步包括：
读取所测量的壳体的方位和所测量的附接臂的方位；
基于所述用户辅助装置的期望方位，生成将使所述附接臂从测量的方位运动到期望方位的第一电机命令和第二电机命令，所述第一电机命令和第二电机命令分别至少包括所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的方向和速度；以及
用所述第一电机命令和第二电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
O.如陈述N所述的方法，进一步包括：
基于所述壳体相对于所述用户辅助装置的预期方位，从所述壳体、所述附接臂和所述用户辅助装置的一个或多个共享方位轴确定所述壳体和所述用户辅助装置的由于传感器漂移引起的未对准误差；并且
在生成所述第一电机命令和第二电机命令之前校正所述未对准误差。
P.如陈述N或O所述的方法，进一步包括：
用所述第一IMU测量所述手持式工具的壳体的角速度，其中，测量的角速度表明所述用户辅助装置的扰动运动；
确定消除所述壳体的角速度的第三电机命令和第四电机命令，所述第三电机命令和第四电机命令分别向所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构提供相应的相反角速度；
将所述第一电机命令和第三电机命令结合以获得用于驱动所述第一运动生成机构的第五电机命令；
将所述第二电机命令和第四电机命令结合以获得用于驱动所述第二运动生成机构的第六电机命令；以及
用所述第五电机命令和第六电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
Q.一种非暂态机器可读存储介质，在其上存储有指令，当被处理系统执行时，所述指令使得所述处理系统执行方法，所述方法包括：
用第一惯性测量单元(“IMU”)至少测量手持式工具的壳体的方位；
用第二IMU至少测量从所述手持式工具的壳体延伸的附接臂的方位；
将所述壳体的方位和所述附接臂的方位存储在存储器中；以及
用处理逻辑控制第一运动生成机构和第二运动生成机构以基于所测量的壳体的方位和所测量的附接臂的方位使所述附接臂相对于所述壳体运动，从而稳定附接到所述附接臂的远端的用户辅助装置的运动。
R.如陈述Q所述的非暂态机器可读存储介质，其中，所述第一IMU和所述第二IMU每个都是至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。
S.如陈述Q或R所述的非暂态机器可读存储介质，进一步包括：
读取所测量的壳体的方位和所测量的附接臂的方位；
基于所述用户辅助装置的期望方位，生成将使所述附接臂从测量的方位运动到期望方位的第一电机命令和第二电机命令，所述第一电机命令和第二电机命令分别至少包括所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的方向和速度；以及
用所述第一电机命令和第二电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
T.如陈述S所述的非暂态机器可读存储介质，进一步包括：
基于所述壳体相对于所述用户辅助装置的预期方位，从所述壳体、所述附接臂和所述用户辅助装置的一个或多个共享方位轴确定所述壳体和所述用户辅助装置的由于传感器漂移引起的未对准误差；并且
在生成所述第一电机命令和第二电机命令之前校正所述未对准误差。
U.如陈述S或T所述的非暂态机器可读存储介质，进一步包括：
用所述第一IMU测量所述手持式工具的壳体的角速度，其中，测量的角速度表明所述用户辅助装置的扰动运动；
确定消除所述壳体的角速度的第三电机命令和第四电机命令，所述第三电机命令和第四电机命令分别向所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构提供相应的相反角速度；
将所述第一电机命令和第三电机命令结合以获得用于驱动所述第一运动生成机构的第五电机命令；
将所述第二电机命令和第四电机命令结合以获得用于驱动所述第二运动生成机构的第六电机命令；以及
用所述第五电机命令和第六电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。

Claims (18)

1.一种手持式工具，包括：
壳体，所述壳体具有至少测量所述壳体的方位的第一惯性测量单元IMU；
设置在所述壳体内或附接到所述壳体的一个或多个运动生成机构；
附接臂，所述附接臂具有至少测量所述附接臂的方位的第二IMU，其中，所述附接臂从所述壳体延伸并且与所述一个或多个运动生成机构联接；
附接到所述附接臂的远端的用户辅助装置；以及
耦接到所述第一IMU和所述第二IMU以及所述一个或多个运动生成机构的控制器，所述控制器包括在被所述控制器执行时使得所述手持式工具执行操作的逻辑，所述操作包括：
测量所述壳体和所述附接臂的方位；
当所述壳体、所述附接臂和所述用户辅助装置的一个或多个共享方位轴被测量为未对准时，确定由于传感器漂移已经引起未对准误差；并且
在生成用于驱动所述一个或多个运动生成机构的一个或多个电机命令之前校正所述未对准误差，以使所述附接臂相对于所述壳体运动时稳定所述用户辅助装置的运动；
其中，所述一个或多个共享方位轴包括部件的轴，所述部件包含所述壳体、所述附接臂或所述用户辅助装置，尽管所述部件绕其它轴彼此相对运动，但所述部件的轴在物理上相对于彼此恒定。
2.如权利要求1所述的手持式工具，其中，所述一个或多个运动生成机构包括第一运动生成机构和第二运动生成机构，并且其中，所述控制器被进一步配置为：
读取所测量的所述壳体的方位和所测量的所述附接臂的方位；
基于所述用户辅助装置的期望方位，生成将使所述附接臂从测量的方位运动到期望方位的第一电机命令和第二电机命令，所述第一电机命令和所述第二电机命令分别至少包括所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的方向和速度；以及
用所述第一电机命令和第二电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
3.如权利要求2所述的手持式工具，其中，所述第一电机命令和第二电机命令包括分别施加到所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的电压，所述电压用于控制相应的所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的加速度、速度和方向中的一个或多个。
4.如权利要求2所述的手持式工具，其中，所述期望方位包括所述附接臂相对于所述壳体的预期方位。
5.如权利要求2所述的手持式工具，进一步包括：
所述第一IMU，用于测量所述手持式工具的所述壳体的角速度，其中，所测量的角速度表明所述用户辅助装置的扰动运动；并且
所述控制器用于：
确定消除所述壳体的角速度的第三电机命令和第四电机命令，所述第三电机命令和第四电机命令分别向所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构提供相应的相反角速度，
将所述第一电机命令和所述第三电机命令结合以获得用于驱动所述第一运动生成机构的第五电机命令，
将所述第二电机命令和所述第四电机命令结合以获得用于驱动所述第二运动生成机构的第六电机命令，以及
用所述第五电机命令和所述第六电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
6.如权利要求2所述的手持式工具，其中，所述壳体的方位和所测量的所述附接臂的方位由它们相应的IMU周期性地测量，并且所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构被针对每个对应的周期性测量的电机命令驱动。
7.如权利要求1所述的手持式工具，其中，所述一个或多个运动生成机构包括第一运动生成机构和第二运动生成机构，并且其中，所述第一运动生成机构使所述用户辅助装置在相对于所述壳体的第一自由度上运动，并且所述第二运动生成机构使所述用户辅助装置在相对于所述壳体的第二自由度上运动。
8.如权利要求1所述的手持式工具，其中，所述第一IMU和所述第二IMU每个都是至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。
9.如权利要求1所述的手持式工具，其中，所述用户辅助装置包括制造工具、手术工具、厨房用具、体育工具、庭院工具、美容工具或口腔卫生工具中的任一者。
10.如权利要求1所述的手持式工具，进一步包括：
耦接到所述控制器的存储器单元；以及
可由所述控制器执行的逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时使得所述手持式工具执行操作，所述操作包括：
当用户正把持所述手持式工具时基于检测到的运动在所述存储器单元内生成运动日志；以及
周期性地将所述运动日志传送到远程服务器。
11.一种由手持式工具执行的方法，所述方法包括：
用第一惯性测量单元IMU至少测量手持式工具的壳体的方位；
用第二IMU至少测量从所述手持式工具的壳体延伸的附接臂的方位；
将所述壳体的方位和所述附接臂的方位存储在存储器中；
用处理逻辑控制第一运动生成机构和第二运动生成机构以基于所测量的所述壳体的方位和所测量的所述附接臂的方位使所述附接臂相对于所述壳体运动，从而稳定附接到所述附接臂的远端的用户辅助装置的运动；
基于所述壳体相对于所述用户辅助装置的预期方位，从所述壳体、所述附接臂和所述用户辅助装置的一个或多个共享方位轴确定所述壳体和所述用户辅助装置由于传感器漂移引起的未对准误差；并且
在生成第一电机命令和第二电机命令之前校正所述未对准误差，
其中，基于所述用户辅助装置的期望方位，生成将使所述附接臂从测量的方位运动到期望方位的所述第一电机命令和所述第二电机命令；
其中，所述一个或多个共享方位轴包括部件的轴，所述部件包含所述壳体、所述附接臂或所述用户辅助装置，尽管所述部件绕其它轴彼此相对运动，但所述部件的轴在物理上相对于彼此恒定。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一IMU和所述第二IMU每个都是至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包括：
读取所测量的所述壳体的方位和所测量的所述附接臂的方位；以及
用所述第一电机命令和第二电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构，
其中，所述第一电机命令和所述第二电机命令分别至少包括所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的方向和速度。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
用所述第一IMU测量所述手持式工具的所述壳体的角速度，其中，所测量的角速度表明所述用户辅助装置的扰动运动；
确定消除所述壳体的角速度的第三电机命令和第四电机命令，所述第三电机命令和第四电机命令分别向所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构提供相应的相反角速度；
将所述第一电机命令和所述第三电机命令结合以获得用于驱动所述第一运动生成机构的第五电机命令；
将所述第二电机命令和所述第四电机命令结合以获得用于驱动所述第二运动生成机构的第六电机命令；以及
用所述第五电机命令和所述第六电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构。
15.一种非暂态机器可读存储介质，在其上存储有指令，所述指令在被处理系统执行时使得所述处理系统执行方法，所述方法包括：
用第一惯性测量单元IMU至少测量手持式工具的壳体的方位；
用第二IMU至少测量从所述手持式工具的所述壳体延伸的附接臂的方位；
将所述壳体的方位和所述附接臂的方位存储在存储器中；
用处理逻辑控制第一运动生成机构和第二运动生成机构以基于所测量的所述壳体的方位和所测量的所述附接臂的方位使所述附接臂相对于所述壳体运动，从而稳定附接到所述附接臂的远端的用户辅助装置的运动；
基于所述壳体相对于所述用户辅助装置的预期方位，从所述壳体、所述附接臂和所述用户辅助装置的一个或多个共享方位轴确定所述壳体和所述用户辅助装置由于传感器漂移引起的未对准误差；并且
在生成第一电机命令和第二电机命令之前校正所述未对准误差，
其中，基于所述用户辅助装置的期望方位，生成将使所述附接臂从测量的方位运动到期望方位的所述第一电机命令和所述第二电机命令；
其中，所述一个或多个共享方位轴包括部件的轴，所述部件包含所述壳体、所述附接臂或所述用户辅助装置，尽管所述部件绕其它轴彼此相对运动，但所述部件的轴在物理上相对于彼此恒定。
16.如权利要求15所述的非暂态机器可读存储介质，其中，所述第一IMU和所述第二IMU每个都是至少具有加速度计和陀螺仪的六自由度IMU。
17.如权利要求15所述的非暂态机器可读存储介质，进一步包括：
读取所测量的所述壳体的方位和所测量的所述附接臂的方位；以及
用所述第一电机命令和第二电机命令分别驱动所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构，
其中，所述第一电机命令和第二电机命令分别至少包括所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构的运动的方向和速度。
18.如权利要求17所述的非暂态机器可读存储介质，进一步包括：
用所述第一IMU测量所述手持式工具的所述壳体的角速度，其中，测量的角速度表明所述用户辅助装置的扰动运动；
确定消除所述壳体的角速度的第三电机命令和第四电机命令，所述第三电机命令和所述第四电机命令分别向所述第一运动生成机构和所述第二运动生成机构提供相应的相反角速度；
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