CN109702699A - 用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区（Pinch Zone）伤害的系统 - Google Patents
用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区（Pinch Zone）伤害的系统 Download PDFInfo
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Abstract
示出用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害的系统的实施例，该系统包括：台面；一个或多个高度可调支架；用于高度可调支架的控制器；霍尔效应传感器，向系统提供与高度可调支架中的发动机的电流消耗相对应的信号，并且其中，如果发动机的电流消耗超过固定的设定点，则系统禁用发动机；以及接近检测传感器，是设置为邻近台面周边且与LC振荡电路电连接的导电材料条，其中，LC振荡电路配置为在物体接近导电材料条时呈现状态变化，并且其中，该系统在LC振荡电路呈现状态变化状态时禁用发动机。
Description
交叉引用
本申请要求于2017年10月2日提交的题为“一种用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害的系统和方法”的第62/566,913号美国临时申请的利益，其全部内容结合于此作为参考。
附图说明
图1A至图1R示出系统的详细电路图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。故意省略字母“I”、“O”和“Q”以避免在识别附图时出现混淆。
图2示出高度可调的桌子，并且示出用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害的系统的放置。
图3是用于系统的传感器条的顶视图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。
图4是用于系统的传感器条的截面图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。
图5是系统的第二实施例的电路图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。
图6是除了高度可调桌子中的其他组件之外的系统的框图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。
具体实施方式
示出且描述用于减少高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害的系统的实施例。该系统包括台面；至少一个高度可调支架，所述高度可调支架具有外壳、用于与台面接合的顶部铸件和具有设置在外壳内且用于调节支架的高度的发动机的致动器；控制器，用于至少一个高度可调支架，所述控制器具有用于在高度可调支架的操作期间防止夹伤的系统，所述系统包括：霍尔效应传感器，与发动机的电输入端子电连接，所述霍尔效应传感器向系统提供与发动机的电流消耗相对应的信号，并且其中，该系统配置为在发动机的电流消耗超过固定的设定点时禁用发动机；以及接近检测传感器，连接至该系统，其中，所述接近检测传感器是邻近台面的周边设置且与LC振荡电路电连接的导电材料条，其中，所述LC振荡电路配置为在物体接近导电材料条时呈现状态变化，并且其中，该系统配置为在LC振荡电路呈现状态变化时禁用发动机。应当理解，虽然该系统的一个方面是当手指、手、肢体等夹在移动的台面和某些固定物体之间时，防止这些手指、手、肢体等在高度可调台面的移动期间被夹伤，该系统的另一个方面是当家具或其他不可移动物品在其行进路径中时，通过防止台面的移动来防止对高度可调桌子和周围物品的损坏。
先参考图6，图6是除了高度可调桌子中的其他组件之外的系统的框图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。配备有本系统的高度可调桌子的整个装配件600包括调节开关601。调节开关601接收用户输入602，其中，该用户输入602采用升高或降低高度可调台面的高度的输入的形式。指示升高或降低桌子的电信号从调节开关601发送至发动机控制器603。发动机控制器603与本系统604通信。如下面将更详细描述的，系统604确定是否存在碰撞，其中，碰撞意味着高度可调台面已经接触障碍物，或者已经检测到接近障碍物。在任一情况下，系统604将中断发动机控制器603的信号以操作高度可调支架605，尽管有用户输入602。系统604的这种确定部分基于传感器606至系统604的输入。如果没有碰撞或没有检测到接近障碍物，则发动机控制器603根据用户输入602向上或向下操作高度可调支架605。
图1A至图1R示出系统的详细电路图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。图1A、图1B和图1C示出监视三个发动机中的每个上的电流负载的电路组件，三个发动机与致动器一起允许高度可调支架的垂直运动。应该理解，电流负载监视器的数量对应于高度可调支架的数量，以及因此引申开来对应于装配件中的发动机的数量，每个高度可调支架由其自身的发动机操作。在该实例中，使用三(3)个支架，然而具有一个(1)、两个(2)支架的装配件或具有四(4)个或更多个支架的装配件也是可能的并且落入本发明的范围内。发动机以固定速度操作，因此，如果负载在面上保持恒定，则发动机电流将保持不变。如果发生碰撞，则控制器将通过单独调节每个发动机的电流来尝试保持发动机速度相同。碰撞检测系统持续监控三个发动机中的每个的电流，并且不断地在测量的平均值上寻找电流需求的变化。
如图1A、图1B和图1C所示，使用与发动机+VE端子一致的霍尔效应电流传感器测量三个发动机中的每个的电流消耗。霍尔电流传感器将测量的电流转换为与测量的电流成线性比例的电压。然后使用10位模数转换器以10ms的常规采样间隔转换该电压。将发动机电流检测信号发送至图1D所示的微控制器。微控制器实施以下软件定义的功能。将数字测量的瞬时电流消耗馈入到无限脉冲响应低通滤波器中，该滤波器提供发动机的短期平均电流消耗。将滤波器的输出与之前样本进行比较，以提供随时间变化的电流差。然后将电流差馈入到窗口积分器，其中，该积分器在较长的时间范围内对电流差进行求和。如果积分器的输出超过固定的设定点，系统将禁用发动机功能。因此，该电路的该部分通过监控发动机电流消耗的变化来检测移动的台面与障碍物的碰撞，并且在检测到碰撞时禁用发动机。
除了通过检测发动机电流消耗的变化来检测台面移动中的干扰之外，系统还基于电容-频率转换实施接近检测。这种接近检测功能允许在障碍物(例如，一件家具或人的肢体)存在于高度可调桌子的边缘附近时，禁用支架中的发动机。接近检测基于LC谐振腔(LCtank resonator)；如图1E所示，LC谐振腔使用电感和电容传感器产生以固定频率进行的振荡。图1E示出四个LC谐振腔传感器，如将应用于具有高度可调功能的矩形桌子的四个边缘。应当理解，额外的电容传感器可以通过连接件从外部安装至该系统，例如在桌面的几何形状使得需要多于四个传感器以充分地围绕桌子的周边的情况下。将在下面更详细地讨论的，传感器设计为使得其值相对于具有比传感器本身更大的电容的外部物体(诸如手或其他身体部位)的接近而变化。
与电容传感器相比，任何具有大电容的物体的接近都将导致LC振荡电路(LC tankcircuit)的电容发生变化。障碍物越接近感测条，这反过来将导致谐振腔的频率下降。图1E中的IC18测量频率中的变化，并且将结果发送至图1D中的微控制器。
图1D中的微控制器对从LC振荡电路和图1E中的IC18接收的频率变化信号实施以下软件定义的功能。输入频率测量是相当低的噪声，但是，此信号可能会受到外部噪声源(诸如计算机和电源)的接近影响。因此，通过低通滤波器馈入来自变频器的输入信号。传感器的绝对频率并不重要，因为其会由于温度和湿度而随着时间的推移略有不同。感测系统依赖于能够检测频率的短期变化。为此，在更长的时间段内对传感器进行采样，并且然后计算平均值。然后使用来自该长期平均值的任何偏差来使系统停止发动机的操作。以这种方式，障碍物(家具或人体肢体或其部分)的接近导致LC振荡电路中的频率改变，从而导致发动机停止以防止移动桌面与所述障碍物的碰撞。此外，如果传感器与系统断开，LC振荡电路频率将增加。在传感器断开或故障的情况下，系统还检测伴随的频率变化并且停止发动机的操作。如果用于防止来自夹紧区伤害的系统不可操作，这可以防止高度可调桌子操作。
图1F中所示的电路组件向用户提供可视化状态指示，其中，由图1D中所示的微控制器控制指示器。该可视化状态指示器(例如，指示灯)可以警告用户系统已检测到碰撞或碰撞即将发生。在该系统的一些实施例中，可视化状态指示器可以向用户提供碰撞或即将发生碰撞的警告，并且系统可以不停止发动机，而是依赖于可视化状态指示器的警告以允许用户决定是否继续操作桌子的高度可调功能，从而手动优先于系统的自动停止功能。图1G中所示的电路组件通过USB将系统连接至主机PC，其中，该系统用于减少来高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。然后，主机PC可用于设置操作参数，并从模块中检索工作数据。图1H中所示的电路组件用于将来自发动机控制器的较高电压信号转换成适合于图1D中的微控制器的电压。图1H的电路组件基于每个信号实施该转换，以保护微控制器免受控制器提供的较高信号电压的影响。图1J中所示的电路组件产生介于0至3.3V之间的模拟信号，其中，该信号与当前的桌子高度成正比。微控制器能够读取从发动机控制器发送的数字高度数据，并且使用嵌入在图1D的微控制器中的数模转换器将其转换为模拟电压。电路的这部分提供单位增益稳定的缓冲器。
图1K中所示的电路组件是微控制器使用的非易失性闪存器件，以存储电源周期之间的模块配置参数。图1L中所示的电路组件是微控制器编程连接件。这用于在工厂中将操作固件下载到微控制器。图1M所示的电路组件是线性调节的电源，其中，该线性调节的电源将发动机控制器由直流5V，降至适用于微控制器的直流3.3V。因此，图1M的电路组件产生用于微控制器的电源。这种产生的电源可以提供足够的电流来为微控制器和系统中的所有相关电路供电。图1N示出按钮，用户可以根据需要使用该按钮来重置模块感测算法。图1P中的组件向用户提供发生碰撞或接近检测事件的音频指示，类似于先前描述的可视化指示器。在该系统的一些实施例中，音频指示器可以向用户提供碰撞或碰撞即将发生的警告，并且系统可以不停止发动机，而是依赖于音频指示器的警告以允许用户决定是否继续操作桌子的高度可调功能，并且因此手动操作优先于系统的自动停止功能。最后，图1R是系统、调节开关和主控制器之间的主要电气接口，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。
下表给出了图1A-图1R所示电路图中标识的每个组件的描述。
图2示出高度可调的桌子，并示出放置用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害的系统。图2示出高度可调桌子装配件200，其中，桌子装配件200具有高度可调支架201和台面202。还示出台面202的边缘203。本系统的实施例可以设置在边缘203上，或者它们可以设置在台面202的邻近边缘203的下侧上。在一些实施例中，将不在台面202的前边缘204处提供本系统，而在其他实施例中，将在边缘204处提供本系统。根据用户的需要，可以在台面202的所有边缘处提供或仅在选定的边缘处提供本系统。
图3是用于系统的传感器条的实施例，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。图3示出传感器条300的顶视图，以及图4示出传感条300的截面图。从图3中可以看出，传感器条300具有长而窄的主体301，其中，连接件302设置在主体301的一端处。作为实例而非限制，传感器条300可以是800mm长和12mm宽。本领域普通技术人员将容易理解，传感器条的尺寸可以根据用户的特定应用而变化。例如，可能需要比上述尺寸更长和更短的传感器条以适合用户的桌子。传感器条可以通过包括粘合剂或机械紧固件的本领域已知的任何方式附接至桌子。
图4示出传感器条300的截面图。传感器条300的底层401由FR4衬底构成。该底层401是柔性的绝缘层，其中，该底层401形成传感器条300的基部。设置在底层401的顶部上的是导电层402。导电层402实施条的感测功能，它传导由上述电路产生的电信号，其中，该电信号受障碍物的接近的影响，并且从而由上述电路感测。导电层402可以由包括例如，但不限于铜、铝或金的任何可接受的导电材料制成。连接件404通过焊料405电连接至导电层402。电连接至连接件404的引线406将传感器条300连接至图1A-图1R所述的电路。传感器条300的最顶层是阻焊剂403。阻焊剂403覆盖并使导电层402绝缘。阻焊剂403中的孔允许连接件404焊接至导电层402。应当理解，传感器条300是低剖面(low profile)，以便不妨碍用户在桌子周围的移动。此外，传感器条300是柔性的，以使其符合各种的桌子下侧表面。额外地，制造使得可以将其切割成所需长度的传感器条。应当理解，可以使用与参考图3和图4所描述的不同的传感器材料。已经确定了用于传感器材料的若干合适的材料，包括铝板、铜带、实心铜线、编织铜线和铝带。还发现涂有氧化铟锡的导电柔性塑料片是可接受的传感器材料。所有这些材料都可以用作传感器条来代替图3和图4中所述的传感器。
图5是系统的可选实施例的电路图，其中，该系统用于减少来自高度可调工作台装配件的夹紧区的伤害。该系统的电路500由三个主要部分组成。第一部分是微控制器501和电池组502。微控制器501可以是ArduinoUno R3微控制器板。可以提供电池组502以为微控制器501提供所需的工作电压。本领域普通技术人员将理解，可以使用满足微控制器501的功率输入要求的任何电源，包括转换成合适的电压或未转换的电池或标准电源功率。额外地，微控制器还可以由操作高度可调支架的相同电源供电。
图5还示出传感器电路503，其中，该传感器电路503包括传感器504和传感器电路电阻器505。传感器电路电阻器505可以由30MΩ的电阻组成，并且可以以本领域已知的任何形式提供传感器电路电阻器505。为传感器电路电阻器505选择的电阻量影响整个系统的性能。可以使用1MΩ至40MΩ的不同电阻值，并且所需的量基于所需的灵敏度的大小和所使用的传感器材料的数量而变化。通常，传感器电路电阻器105的电阻越高，系统的灵敏度越高。然而，如果传感器电路电阻器505使用较高的电阻值，则这会使检测电路变慢，为了保持实时反应，必须平衡速度和灵敏度。
传感器电路503的部分也是传感器504。这是在其附近感测导电物体和/或响应于用户触摸的材料。它必须是导电的，并且必须能够通过焊接或物理连接件与外界形成电连接。它还必须具有足够的表面积来检测台面路径中障碍物的接近。已经为传感器材料确定了若干合适的材料，包括铝板、铜带、实心铜线、编织铜线和铝带。还发现涂有氧化铟锡的导电柔性塑料片是可接受的传感器材料。作为实例而非限制，铝带可以用于传感器材料。施加连续行进138英寸或3.5米长的铝带，从而将传感器施加至桌子的除了前边缘的周边，并且发现其作为传感器可接受地起作用。传感器可以在一侧具有粘合剂，或者可以通过机械连接件附接至桌子。
图5中还示出继电器506。继电器506可以是5V继电器并且由微控制器501控制。一旦从微控制器接收到传感器已检测到台面路径中的障碍物的信号，继电器506就中断从控制开关507至高度可调支架的输入508的信号。应当理解，继电器将中断来自用户应用于桌子上的任何高度可调支架系统的信号。因此，可以提供检测系统的壳体上的连接件，同时连接件适应不同制造商的连接方案，包括例如但不限于7针串行连接件和RJ45插孔。
微控制器501编程有代码以实施完成感测功能所必需的计算。确定代码中允许系统正常操作的几个参数。基本程序仅以毫秒为单位测量完成传感器电路所需的时间。如果该值大于定义值，则检测到障碍物。为了解决传感器数据可变性很大的问题，可以采用具有样本大小的参数的移动平均值。这需要10至1000个传感器读数并将它们一起平均以平滑传感器数据中的尖峰。该参数表示速度和灵敏度之间的折中。10的低样本大小保留了计算速度，但允许传感器数据的可变性。像1000这样的较高值将数据减慢到每秒约1个读数，并且产生几乎完全一致且不易于变化的数据。额外地，程序在继电器跳闸后实现1秒延迟，以防止继电器跳闸导通和断开从而难以确定哪些刺激导致继电器跳闸。
编程解决的另一个问题是在现场遇到的安装类型的可变性。本系统将安装在各种不同的环境中，并且传感器值可以在仅基于办公环境的250±20或15,000±1,000的范围内。设置用于触发继电器的静态阈值在这种可变环境中不起作用。因此，触发器阈值设置为传感器值的百分比，以适应低和高的基线传感器读数。该程序采用从25个读数的运行平均值计算的传感器读数，传感器读数除以100得到等于传感器读数的1％的数字。然后将该数字乘以15得到传感器读数的15％，然后将其加到传感器值上。接下来，程序比较下一个传感器值，以确定它是否大于先前传感器值+15％(如果是)，继电器跳闸然后等待一秒钟并重新开始。如果不是，则将当前值存储为先前值并且重新开始。
编程解决了其他额外的问题。有时，来自其他来源的电磁干扰会导致传感器值大大降低，从而导致相关的计算失败。为了解决这个问题，参数任意地将1000添加到所有传感器值以防止计算失败。另外，要解决因为程序在计算中使用先前值0而导致的启动时继电器触发的问题，将任意高值5000设置为第一个‘先前值’，然后在第一个循环结束时将其替换为程序的第一个循环的传感器值。
本领域普通技术人员将理解，尽管已经结合特定实施例和实例阐述了前述公开内容，但是本发明不旨在必需如此限制，并且本文所附权利要求覆盖许多其他实施例、实例、用途、修改和偏离本文描述的实施例、实例和用途。在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。
Claims (20)
1.一种装配件，包括：
台面；
至少一个高度可调支架，所述高度可调支架具有外壳、用于与台面接合的顶部铸件和具有设置在所述外壳内且用于调节支架的高度的发动机的致动器；
控制器，用于至少一个所述高度可调支架，所述控制器具有用于接收用户输入以升高或降低所述高度可调支架的调节开关，所述控制器还具有用于在所述高度可调支架的操作期间防止夹伤的系统，所述系统包括：
霍尔效应传感器，与所述发动机的电输入端子电连接，所述霍尔效应传感器向所述系统提供与所述发动机的电流消耗相对应的信号，并且其中，所述系统配置为在所述发动机的电流消耗超过固定的设定点时禁用所述发动机；和
接近检测传感器，连接至所述系统，其中，所述接近检测传感器是导电材料条，所述导电材料条设置为邻近所述台面的周边并与LC振荡电路电连接，其中，所述LC振荡电路配置为在物体靠近所述导电材料条时呈现状态变化，并且所述系统配置为在所述LC振荡电路呈现状态变化时禁用所述发动机。
2.根据权利要求1所述的装配件，其中，用于防止夹伤的所述系统由来自所述控制器的电源供电。
3.根据权利要求1所述的装配件，其中，至少一个所述高度可调支架提供有脚部铸件并且是独立站立。
4.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述装配件中包括三个所述高度可调支架。
5.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述LC振荡电路的状态变化是电容的变化。
6.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述LC振荡电路的状态变化是频率的变化。
7.根据权利要求1所述的装配件，在所述接近检测传感器断开时，所述LC振荡电路的频率变化，并且所述控制器响应于所述频率变化而禁用所述发动机。
8.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述接近检测传感器由从包括铝板、铜带、实心铜线、编织铜线、铝带和涂有氧化铟锡的塑料片的组中选择的材料形成。
9.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述系统还包括可视化指示器，其中，所述可视化指示器警告用户已经发生或者可能就要发生碰撞或接近检测事件。
10.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述系统还包括音频指示器，其中，所述音频指示器警告用户已经发生或者可能就要发生碰撞或接近检测事件。
11.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述接近检测传感器具有一端设置有连接件的长而窄的主体。
12.根据权利要求11所述的装配件，其中，所述接近检测传感器是800mm长，12mm宽。
13.根据权利要求1所述的装配件，其中，所述接近检测传感器包括多层，其中，所述多层包括FR4衬底、导电层和阻焊层。
14.根据权利要求13的装配件，其中，所述导电层选自包括铜、铝和金的组。
15.根据权利要求13所述的装配件，其中，连接件通过焊料电连接至所述接近检测传感器中的所述导电层。
16.根据权利要求15所述的装配件，其中，引线将所述连接件电连接至所述系统以防止夹伤。
17.根据权利要求13所述的装配件，其中，所述阻焊剂中的孔允许所述连接件焊接至所述导电层。
18.根据权利要求1所述的装配件，其中，在所述台面的所有边缘处提供所述接近检测传感器。
19.根据权利要求1所述的装配件，其中，在所述台面的所选边缘处提供所述接近检测传感器。
20.根据权利要求1所述的装配件，其中，用于防止夹伤的所述系统是电池供电的。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190503 |