CN113558529B - 一种感应按键以及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种感应按键，其在竖直方向上，依次包括第一面板、抵设于第一面板的至少一个感应部、第二面板，所述第一面板与第二面板用于接收用户的按压操作；所述感应部朝向第一面板的表面上设置有至少两个第一间隔层；所述感应部背离第一面板的表面上设置有至少一个第二间隔层；沿竖直方向上，第二间隔层的投影至少部分与第一间隔层的投影不重合，感应部受第一间隔层的力与其受第二间隔层力的方向相反。该结构紧凑，第一面板与第二面板均作为受力面，在按压力过大时，不容易失效，适用于更复杂的安装场景，在受第二间隔层传递的作用力时，感应部产生的较大形变，以达到更好的信号强度，且感应部输出电信号与施加的按压力之间线性度好。

Description

一种感应按键以及扫地机器人

技术领域

本申请属于压力感应领域，更具体的说是涉及一种感应按键以及扫地机器人。

背景技术

传统电子产品上设置有机械按键等按压元件以实现对电子产品具体功能控制，随着电子产品的厚度尺寸越来越薄，使得直接影响用户感受的按键的设计空间也越来越受到限制，在有限的空间情况下如果对按键固定不好或者灵敏度较低的情况下，会导致电子产品的性能下降，影响用户使用。

从而，为了提供更好的按压功能以及适应对安装空间的要求高的场景，现有技术中采用压力感应的技术，例如基于微机电系统(Micro Electromechanical System，MEMS)传感器，典型的有日本北陆公司的HFD-500S产品，但是此类MEMS传感器在受到的压力过大时，容易失效，导致发生碎裂，且按压力的方式只能采用顶压的方式，使用场景局限性较大。进而，为了避免安装的空间的影响，或者采用薄膜式压力传感器，典型的有FSR402传感器，参见图1，包括力度感应层、隔离层以及电极层，力度感应层一般采用压力敏感纳米材料，力度感应层受压时，底层彼此断开的线路会通过顶层的力度感应层导通，电阻的输出值随力度感应层所受的压力变化，但此类薄膜式压力传感器对按压力大小的测量精度较低，并随着使用时间的增长信号发生偏移。

因此，现有技术中或存在因结构限制不适用于对安装空间要求高的场景，导致作为按键应用的场景有限，不利于电子设备的微型化，或因薄膜式压力感应装置导致的线性度差，对较大压力的测量精度低，并且由于作为受力部的力度感应层的材料本身特性的限制，导致随着使用时间的增加，由压力转换的电信号发生偏移。

基于此，在感应按键领域，需要一种具备小型化，对安装空间小，线性度好并且测量精度稳定的感应按键。

发明内容

基于此，为了解决背景技术部分所提及的现有技术的问题，提出一种感应按键，至少可以解决背景技术部分所存在的问题，具体的，所述感应按键在竖直方向上，依次包括：

第一面板、抵设于第一面板的至少一个感应部、第二面板，所述第一面板与第二面板用于接收用户的按压操作；

所述感应部朝向第一面板的表面上设置有至少两个第一间隔层，固定第一面板与感应部；

所述感应部背离第一面板的表面上设置有至少一个第二间隔层，固定第二面板与感应部；

沿竖直方向上，第二间隔层的投影至少部分与第一间隔层的投影不重合；感应部受第一间隔层传递的力与感应部受第二间隔层传递的力的方向相反。

在该方案中，感应部并不直接与第一面板或者第二面板接触，感应部与第一面板、第二面板间分别间隔有第一间隔层以及第二间隔层，并且在竖直方向上，为了使感应部产生弯曲形变，感应部受第一间隔层的力与感应部受第二间隔层力的方向相反，第二间隔层的投影至少部分与第一间隔层的投影不重合。相当于第一间隔作为感应部的固定端，感应部作为梁，第二间隔层作为施力点的简支梁结构，感应部受此相反方向的力作用而产生形变，对应感应部形变的大小产生对应的电信号，外部控制主板处理该电信号，并根据处理后的信号发出对应指令。相对于现有技术，该结构紧凑，第一面板与第二面板均可作为受力面，整体厚度小，在按压力过大时，不容易失效，且按压的方式灵活，适用于更复杂的安装场景。并且限制第一间隔层与第二间隔层在竖直方向的相对位置，使得由第一间隔层、感应部形成的简支梁结构，在受第二间隔层传递的来自第二面板的作用力时，感应部产生的较大形变，以达到更好的信号强度。另外，本申请采用应变式的感应按键，相对于薄膜式压力传感器，对于按压力大小的测量精度较高，并随着使用时间的不易产生信号偏移，且输出电信号与施加的按压力之间线性度好。

可选的，沿竖直方向上，第二间隔层的投影位于第一间隔层的投影完全不存在重合部分，第二间隔层与第一间隔层在竖直方向上是完全错开的。

可选的，沿竖直方向上，第二间隔层的投影位于第一间隔层的投影所限定的区域的中心，从而第一间隔层传递第一面板所受的力至与第二间隔层对应的感应部的区域受力更集中。

可选的，所述感应按键包含四个第一间隔层，第一间隔层间的连线呈矩形；沿竖直方向上，所述第二间隔层的投影的中心位于矩形对角线的交点重合。

可选的，所述第一间隔层为焊盘，感应部朝向第一面板的表面与第一面板焊接固定，第二间隔层为具有预定厚度胶层，感应部背离第一面板的表面与第二面板粘接固定，感应部受由第一间隔层以及第二间隔层传递的力而产生形变。

可选的，所述第一间隔层与第二间隔层均为具有预定厚度胶层，粘接固定感应部于第一面板以及第二面板之间，感应部受由第一间隔层以及第二间隔层传递的力而产生形变。

可选的，所述感应部包括补强板以及压力感应模组，所述压力感应模组包括电路基板以及位于电路基板的至少一个应力检测单元，所述补强板设置有应力集中区域，所述应力检测单元与所述应力集中区域相对应。

可选的，所述应力集中区域与第二间隔层的位置相对应。

可选的，所述应力集中区域内设置有应力集中槽，所述应力集中槽自所述补强板沿其宽度方向的端部向内侧延伸，其贯穿或未贯穿所述补强板的厚度。

第一方面的感应按键应用于电子设备中，在第二方面提出第一方面的感应按键的应用形式，例如应用于扫地机器人碰撞检测的场景。

可选的，该扫地机器人包括前活动面板，机体，还包括位于前活动面板与机体之间的感应按键，第一面板、第二面板分别与前活动面板、机体粘接。

或者可选的，为简化结构，该扫地机器人包括前活动面板，机体，所述前活动面板作为所述感应按键的第二面板，所述感应按键的第一面板与机体粘接固定。

或者可选的，进一步简化结构，该扫地机器人包括前活动面板，机体，所述前活动面板作为所述感应按键的第二面板，所述机体作为所述感应按键的第一面板。

在结合附图阅读本申请的具体实施方案的以下描述之后，本申请的其它方面和特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1为现有技术中压阻式薄膜传感器示意图；

图2为本申请一实施方式中感应按键的一示意图；

图3为图2实施例中感应按键的内部结构一示意图；

图4为图2实施例中感应按键的俯视图；

图5为图2实施例中感应部示意图；

图6为本申请另一实施方式中感应按键的一示意图；

图7为图6实施例中感应按键的另一示意图；

图8为扫地机器人结构示意图；

图9为本申请感应按键的一应用场景示意图；

图10为本申请感应按键的另一应用场景示意图；

图11为本申请感应按键的另一应用场景示意图；

图12为图10与图11中感应部示意图。

主要元件符号说明

感应按键	1
		第一面板	10
第一间隔层	20
		感应部	30
感应模组	301
		补强板	302
第二间隔层	40
		第二面板	50
电路基板	3011
		连接器	3012
应力集中槽	3021
		前活动面板	60
螺丝	601
		螺孔	602
机体	70
		胶层	80

具体实施方式

为了使发明的目的、原理、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，正如本申请内容部分所述，此处所描述的具体实施例用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要特别说明的是，根据说明书的文字或者技术内容可以确定的连接或位置关系，为了图画的简洁进行了部分的省略或者没有画出全部的位置变化图，本说明书未明确说明省略的或者没有画出的位置变化图，不能认为没有说明，为了阐述的简洁，在具体阐述时不再一一进行说明，在此统一说明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示技术特征的数量与顺序。

应注意，本申请所提出的感应按键适用于随其所受压力的大小对应产生电信号的场景。从而使得用户通过施加感应按键不同的压力，对应外部控制主板通过处理该电信号并根据处理后的电信号，发出对应的控制指令，进而实现感应按键交互功能。因此，本申请所提出的感应按键适用于存在通过按压实现的交互功能的场景，包括但不局限于手机侧键，工控设备的控制按钮等应用场景。

基于此，参见图2至图5，为本发明的一个实施例，在图2示的竖直方向上，依次包括第一面板10、抵设于第一面板10的至少一个感应部30、第二面板，所述第一面板10与第二面板用于接收用户的按压操作；

所述感应部30朝向第一面板10的表面上设置有至少两个第一间隔层20，固定第一面板10与感应部30；所述感应部30背离第一面板10的表面上设置有至少一个第二间隔层40，固定第二面板与感应部30；沿竖直方向上，第二间隔层40的投影至少部分与第一间隔层20的投影不重合，感应部30受第一间隔层20传递的力与感应部30受第二间隔层40传递的力的方向相反。

可以理解，本申请所述“竖直方向”仅为表述部件间的相对位置，并不构成对本申请内容的限定，也不构成对本申请感应按键1安置方向的限定，例如，在一些安置方式中，可以是图示的感应按键1绕竖直方向旋转90°的形式，从而在水平方向上，依次为第一面板10、第一间隔层20、感应部30、第二间隔层40、第二面板。并且，在本申请中，第一面板10、第二面板均可接收用于按压操作，例如，第二面板固定于待安置的电子设备内，那么第一面板10接收用户的按压操作；或者第一面板10固定于待安置的电子设备内，那么第二面板接收用户的按压操作。也即，本申请并不限定在某一具体的实施方式中，第一面板10、第二面板均同时或者分别接收用户的按压操作。

另外，需要说明的是，结合对第一间隔层20、第二间隔层40的记载，应注意，此处术语“抵设”并不表示感应部30与所述第一面板10直接接触，对应的，感应部30也不与第二面板直接接触。也即本申请中，第一面板10与感应部30、第二面板与感应部30之间的相对位置不能理解为包含“抵触”的形式，而是感应部30抵近设置于第一面板10附近。通常而言，沿用户按压所述第一面板10的方向，依次为第一面板10、感应部30、第二面板，感应部30通过第一间隔层20与第一面板10固定连接，感应部30通过第二间隔层40与第二面板固定连接。

从而，感应部30通过第一间隔层20与第二间隔层40固定于第一面板10与第二面板之间，第一间隔层20与第二间隔层40共同限制感应部30的位移，由于沿竖直方向上，第二间隔层40的投影至少部分与第一间隔层20的投影不重合。从而，感应部30通过第一间隔层20与第二间隔层40在竖直方向上形成的简支梁式结构固定，并且第一、第二间隔层40将第一面板10或第二面板的作用力传递至感应部30上，感应部30根据该作用力的大小产生形变，对应产生电信号。

应理解，本申请提出的感应按键1是两面受力的结构，举例而言，第二面板置于平面时，按压第一面板10，第二面板受平面的反作用力，从而由第一间隔层20传递至感应部30的力与第二间隔层40传递至感应部30的力，二者方向相反，也即前述感应部30受第一间隔层20的力与感应部30受第二间隔层40力的方向相反，感应部30受该相反方向的两个力的作用而产生形变。

可选的，在一种可能的实施方式中，沿竖直方向上，第二间隔层40的投影位于第一间隔层20的投影完全不存在重合部分。即第二间隔层40沿竖直方向的投影完全位于第一间隔层20之间，形成感应部30两侧通过第一间隔层20固定，第二间隔层40传递作用力至感应部30中部的简支梁结构。优选的，沿竖直方向上，第二间隔层40的投影位于第一间隔层20的投影所限定的区域的中心。可以理解，对于预定跨度的简支梁结构，简支梁集中力在跨度的中点处，梁的弯矩最大，对应对本申请的感应按键1的实施例，参考图2以及图3，感应按键1包括两个第一间隔层20，两个第一间隔层20之间的限定的感应部30形成简支梁结构，那么对于该部分的感应部30，当其受力的位置位于中部时，也即第二间隔层40位于感应部30中部的下方，那么在第二间隔层40传递第二面板的力至感应部30时，感应部30的形变最大，那么更有利于感应部30感应应力的变化，同时灵敏度更高。

应注意，本申请并不限定第一间隔层20在感应部30上的具体布置形式，只要满足前述第二间隔层40与第一间隔层20的相对位置关系，本领域的普通技术人员在本申请披露内容的基础上所作出的布置均属于本申请的保护范围。

举例而言，参考图6至图7，在该种实施方式中，所述感应按键1包含四个第一间隔层20，第一间隔层20间的连线呈矩形；沿竖直方向上，所述第二间隔层40的投影的中心与矩形对角线的交点重合，在相同力按压第一面板10的情况下，该实施方式中感应部30的弯矩最大，也即感应部30的形变量最大。所述第一间隔层20为焊盘，感应部30朝向第一面板10的表面与第一面板10焊接固定，第二间隔层40为具有预定厚度的胶层，感应部30背离第一面板10的表面与第二面板粘接固定，感应部30受由第一间隔层20以及第二间隔层40传递的方向相反的力的作用而产生形变。

对于胶层的选择，可以选择3M胶等泡棉胶，或者其他可以具有一定高度用于使感应部30与第二面板间隔，同时又可以使感应部30粘接固定于第二面板的其他胶类。进一步的，在该种实施方式下，第一面板10可以采用印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，从而感应部30的感应电信号可以通过焊盘传递至第一面板10，更进一步的，在第一面板10上设置连接座将该电信号输出，或者通过引线输出电信号到外部控制主板上，进而输出感应按键1所受压力大小，外部控制板根据压力的大小输出对应指令。

或者，在另一种实施方式中，结合图2至图5，所述第一间隔层20与第二间隔层40均为具有预定厚度胶层，粘接固定感应部30于第一面板10以及第二面板之间，感应部30受由第一间隔层20以及第二间隔层40传递的方向相反的力的作用而产生形变，考虑到该实施方式中感应部30所感应的电信号的输出，感应部30设置有引线，经由设置于引线末端的连接器3012输出至外部控制主板。

对于感应部30的结构，可选的，所述感应部30包括补强板302以及压力感应模组301，所述压力感应模组301包括电路基板3011以及位于电路基板3011的至少一个应力检测单元(未图示)，所述补强板302设置有应力集中区域，所述应力检测单元与所述应力集中区域相对应，或者说所述应力检测单元位于所述应力集中区域，提高感应按键1的灵敏度。所述应力检测单元可以检测感应部30的形变并输出电信号，外部控制主板根据至少对该电信号进行放大、降噪等处理，从而得到对应的感应按键1所受的压力大小。可选的，所述应力检测单元的为感应电阻油墨，更具体的，可以是四个感应电阻组成电桥电路，一般而言，感应部30的形变量越大，感应电阻被拉伸越长，输出的电信号越大。对应地，所述电路基板3011为柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，那么对于压力感应模组301，其可以通过在柔性电路板上印刷感应电阻制得。

可选的，对于感应部30的内部结构，压力感应模组301通过热压的方式与补强板302固定，另外优选地，所述应力集中区域与第二间隔层40的位置相对应，也即应力检测单元与第二间隔层40的位置相对应，或者说，沿竖直方向上，应力检测单元、应力集中区域、第二间隔层40三者的投影大致重合。

可选的，所述应力集中区域内设置有应力集中槽3021，所述应力集中槽3021自所述补强板302沿其宽度方向的端部向内侧延伸，其贯穿或未贯穿所述补强板302的厚度；那么所述应力检测单元设置在对应的所述多个应力集中槽3021之间。

具体地，所述应力集中区域内沿所述传感器基板的宽度方向对称设置有两个应力集中槽3021，所述两个应力集中槽3021的中心共线；

所述应力集中槽3021的横截面呈U型，所述应力检测单元设置在两个U型应力集中槽3021的尖顶之间；或，

所述应力集中槽3021的横截面呈V型，所述应力检测单元设置在两个V型应力集中槽3021的尖顶之间；或，

所述应力集中槽3021的横截面呈锯齿型，所述应力检测单元设置在锯齿形应力集中槽3021的尖顶之间。

需要说明的是，本实施例对于应力集中槽3021的尺寸不做具体限定，对于本领域技术人员来说，可以根据实际需要进行设定。

另外，本申请对第一面板10、第二面板的材质不作具体限定，可以是聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)，不锈钢，印制电路板，铝合金板等。

第二方面，结合本申请感应按键的具体应用场景，提出一种扫地机器人，其包含的前述实施例中的感应按键1。具体作为扫地机器人，其内部设置有碰撞避障结构，一般而言，扫地机器人设置有前活动面板，当前活动面板碰撞到障碍物时，位于前活动面板与机体之间的光电或者压力传感器检测该碰撞信号并将该碰撞信号传递至主控制系统，主控制系统控制扫地机器人转向或者后退以避开障碍物。那么，在一种实施例中，本申请所提出的感应按键可以整体胶贴于前活动面板以及机体之间。

如图9所示，将本申请的感应按键整体应用于扫地机器人当中，用于检测碰撞力度及碰撞点位置。具体的，采用图2所示的感应按键1时，第一面板10、第二面板50通过胶层80粘接前活动面板60、机体70，另外第一间隔层20与第二间隔层40均采用胶层。可选的，可以是第一面板10粘接前活动面板60而第二面板50粘接机体70；或者第一面板10粘接机体70、第二面板50粘接前活动面板60，可以理解，图9所示的实施例采用前者。前活动面板60碰撞到障碍物时，碰撞位置处的前活动面板60与机体70之间的距离减小，位于二者之间的感应按键被压缩，对应感应部30发生形变，进而得到碰撞信号，也即输出的电压信号，机体70内部主控制系统处理该电压信号并根据处理后的电压信号控制扫地机器人转向或者后退。

为了更准确地识别碰撞位置，通常对应前活动面板的大小设置有多个压力感应位置，即设置有多个本申请所提出的感应按键1。如图10与图12所示的实施例中，在前活动面板60为曲形面板时，粘贴方式受到局限，感应部30采用螺丝601与前活动面板60固定，可以理解，在本实施例中，前活动面板60本身属于感应按键1的一部分，相当于前述的第二面板，螺丝钉601相当于前述的第二间隔层，从装配的角度上看，每一感应部30开设有螺孔602，将多个感应部30共用电路基板地方式串联在一起后，通过螺丝601固定于前活动面板60上，之后将每一第一面板10粘接于机体70。

更进一步地，为减少工艺步骤，如图11与图12所示的实施例中，在采用螺丝601将感应部与前活动面板60固定后，直接将感应部30通过采用胶层的第一间隔层20粘接于机体70上，类似的，可以理解，在本实施例中机体70相当于前述的第一面板，其与感应部通过胶层固定，即通过第一间隔层20固定。

在此说明，图12的感应部示意图中，感应模组包括电路基板以及印刷于电路基板上的应力检测单元，具体为电阻。在其他的示意图中，感应模组以整体示意。

应注意，本申请第二方面给出的感应按键的应用场景说明，并不限制申请感应按键的其他应用。

结合上述实施例中的感应按键1，相对于现有技术而言，本发明的感应按键1设置有相对的第一面板10以及第二面板，在使用中第一面板10与第二面板均受力，并且受力方向相反，并分别通过第一间隔层20与第二间隔传递至感应部30，在按压力过大时，不容易失效，且按压力的方式灵活，其安装并不受使用场景的限制。并且设置第一间隔层20与第二间隔层40在竖直方向的相对位置，使得由第一间隔层20、感应部30形成的简支梁结构，在受第二间隔层40传递的来自第二面板的作用力时，感应部30产生的较大形变，进一步调整第二间隔层40的位置至第一间隔层20围成的区域的中心，使得在相同力的按压下，感应部30的形变量最大，以达到最佳的信号强度。另外，本申请采用应变式的感应按键1，相对于薄膜式压力传感器，对于按压力大小的测量精度较高，并随着使用时间的不易产生信号偏移，且输出电信号与施加的按压力之间线性度好。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种感应按键，其特征在于，在竖直方向上，依次包括：

第二面板、至少一个感应部和第一面板，所述第二面板用于感应碰撞；

所述感应部朝向所述第二面板的表面上设置有至少一个第二间隔层，固定所述第二面板与所述感应部；

所述感应部背离所述第二面板的表面上设置有至少两个第一间隔层，粘接固定所述第一面板与所述感应部；

所述第二间隔层为螺丝；

所述第二面板为曲形面板，所述第二面板通过所述螺丝与所述感应部固定；

沿竖直方向上，所述第二间隔层的投影位于所述第一间隔层的投影完全不存在重合部分；

所述感应部受所述第二间隔层传递的力与所述感应部受所述第一间隔层传递的力的方向相反。

2.根据权利要求1所述的感应按键，其特征在于，各所述感应部开设有螺孔，各所述感应部通过所述螺孔以共用电路基板的方式串联。

3.根据权利要求1所述的感应按键，其特征在于，沿竖直方向上，所述第二间隔层的投影位于所述第一间隔层的投影所限定的区域的中心。

4.根据权利要求1所述的感应按键，其特征在于，所述第一间隔层为具有预定厚度的胶层，粘接固定所述感应部与所述第一面板，所述感应部受由所述第一间隔层以及所述第二间隔层传递的相反的力而产生形变。

5.根据权利要求1-4任一所述的感应按键，其特征在于，所述感应部包括补强板以及压力感应模组，所述压力感应模组包括电路基板以及位于所述电路基板的至少一个应力检测单元，所述补强板设置有应力集中区域，所述应力检测单元与所述应力集中区域相对应。

6.根据权利要求5所述的感应按键，其特征在于，所述应力集中区域与所述第二间隔层的位置相对应。

7.一种扫地机器人，包括前活动面板，机体，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的感应按键，所述前活动面板作为所述感应按键的第二面板，所述感应按键的第一面板与所述机体粘接固定。

8.一种扫地机器人，包括前活动面板，机体，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述的感应按键，所述前活动面板作为所述感应按键的第二面板，所述机体作为所述感应按键的第一面板。