TW202202804A - 用於彎曲感測器之非均勻電極間隔 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種多彎曲感測器，其具有沿著滑動或參考條定位之非均勻間隔之複數個電極。可在期望移動之更精確量測之彼等區域中放置更多電極。為節省成本，需要在無需量測彎曲之區域中放置較少電極。

Description

用於彎曲感測器之非均勻電極間隔

所揭示之設備及方法係關於感測之領域，且特定言之係關於使用具有經策略性地放置之電極之一感測器來提供定位之準確判定。

過去，已採用感測手套來偵測手勢。一實例係在美國專利第5,097,252號中闡述之Dataglove，其沿著手指採用光學彎曲感測器來偵測手指位置。Nintendo之Power Glove使用一類似設計，但具有電阻性彎曲感測器。在兩種情況中，彎曲感測器皆非十分敏感，僅提供各彎曲感測器之整體彎曲之一單個量測。

彎曲感測器係在手指及手感測之外之應用中使用。通常採用其等來更普遍地瞭解人類運動。近幾十年來，已見證高準確度感測器之開發及其等之低成本、大量生產方面的巨大進展。此很大一部分已由包含一令人印象深刻的感測器陣列之智慧型電話驅動。儘管取得此等進步，但仍存在已被證明出人意料地難以用一便宜、精確裝置感測的關於實體世界之許多事物。吾人考量感測一動態變形之物件之形狀之具挑戰性的問題。

在許多應用中出現瞭解形狀之期望。在機器人中，旋轉關節通常經串接以容許必須經監測以被主動控制之多自由度、多軸運動。已比較發射一大型火箭與「推動弦」且其需要對動態撓曲的詳細瞭解。橋樑、儲存槽、飛機及許多其他結構經受重複的負載循環且瞭解此等系統中之變形可有助於防止災難。與人機互動(HCI)社群更緊密相關，吾人的身體非常靈活。在醫學及運動表現中，瞭解運動之範圍及類型通常很重要。運動捕獲對於遊戲及電影行業兩者至關重要。在虛擬實境及擴增實境中，對詳細手部姿勢之即時瞭解容許令人信服的互動。為了表演，音樂家及其他藝術家可直觀地操縱形狀以提供對關鍵系統之表達控制。

為更佳瞭解具有多個關節之系統之位置，一些系統已每關節或在各關節點處使用一彎曲感測器。此方法存在限制其實用性之挑戰。例如，彎曲感測器必須針對關節之間的間隔進行客製配裝。由於人的體型變動，需要針對間隔進行配裝對於追蹤人體運動可能係有問題的。

此外，存在來自關節量測之串接誤差之問題。例如，一手指之各連續片段之角度可經判定為相對於該片段之關節角度之總和。因此，針對先前關節之各者進行之角度量測中之任何誤差累積。因此，機械臂使用極高精度角編碼器來找到一適度精確位置。不幸的是，便宜的彎曲感測器具有較差角精度，從而使得其等不足以瞭解串接關節誤差之影響。

系統已嘗試藉由使用相機及其他感測技術來直接量測手指位置而克服此缺點。基於相機之技術面臨難以找到良好視點(自其等觀看正在發生之事情)的挑戰。其他位置感測器系統可為笨重及/或昂貴的。可使用慣性追蹤，但其具有嚴重的漂移問題。

亦存在光纖布拉格(Bragg)光柵感測器，其等允許量測沿著一光纖束之長度之彎曲且可復原一特定幾何形狀之詳細形狀。此等感測器難以製成且需要大量笨重的儀器及複雜校準。此外，其等對於大多數應用而言昂貴且不切實際。

大部分前期工作使用給出彎曲之一單個量測之感測器。為感測複雜曲線，吾人可採用一系列單彎曲感測器，從而建立經連接關節之一模型。當待感測之基礎事物被很好地模型化為一系列連桿組時，此最佳地發揮作用。然而，感測器之放置需要先驗瞭解關節位置。例如，當模型化人體關節(諸如一手指)時，不同人之間的位置存在顯著變動，從而排除一般解決方案。

複雜曲線可需要大量單彎曲感測器以提供對形狀之充分瞭解。不幸的是，各額外彎曲感測器貢獻量測誤差，該等量測誤差累積以使系統之整體準確度逐漸降級。此嚴重限制可合理地採用之單彎曲感測器之最大數目。

近來，已應用機器學習方法來瞭解具有許多單彎曲感測器之系統之輸出。雖然此等系統具有組合來自大量單彎曲感測器之讀數，使得誤差不以此一直接方式累積之潛力，但其等需要廣泛訓練。亦不清楚是否由於施加使系統不太通用之約束而導致累積誤差之任何減少。

偵測撓曲之最常見方式係藉由量測應變下之一材料之變化性質。Spectra Symbols之Flex感測器係一實例。應變係撓曲之一有問題的代理。拉伸、環境條件及其他因素可引發無法輕易地與歸因於彎曲之應變區分之應變。連續應變循環亦可引起材料疲勞。

最常見的基於應變之彎曲感測器係電阻性的、光學的(包含光纖布拉格光柵(FBG)感測器)、壓電性或電容性的。吾人考量此等之各者且論述其等之操作。電阻性彎曲感測器類似於電阻性應變計，但針對大得多的彎曲進行最佳化。一層電阻性材料經放置於一可撓性基板上且在感測器彎曲時經受應變。電阻性材料遠離側面之彎曲引起拉伸應變，從而增加電阻。

電阻性感測器歸因於材料之疲勞、老化及環境條件而遭受顯著漂移，且需要持續重新校準以達成甚至適度的準確度。由於其等僅提供彎曲之一單個量測，故其等無法區分複雜曲線之形狀。例如，在監測手指彎曲之情況下，感測器無法將不同關節處之撓曲彼此區分。儘管電阻性彎曲感測器具有許多限制，但其等非常便宜且易於介接，從而容許在許多應用中使用。此等中最眾所周知的係Nintendo PowerGlove(用於遊戲之一早期消費者手部姿勢介面裝置)已將商用撓曲感測器嵌入至軟材料及剛性材料兩者中以產生不同控制互動(如開關或滑件)。噴墨印刷已用於形成客製化形狀以依二維及三維來產生遊戲控制器及玩具。

光纖形狀感測器(FOSS)包括具有反射性內壁之可撓性管，該等可撓性管在相對端處具有一光傳輸器及接收器。FOSS藉由量測可撓性管彎曲時光之強度、相位、偏光或波長之變化而復原彎曲形狀。

光纖布拉格光柵(FBG)感測器採用已經處理以產生與一特定波長之光互動之一光柵之一光纖。在光纖彎曲時，該光柵機械地膨脹或壓縮，此使所關注波長移位。通常，使用一可調諧雷射來針對變形光柵之新波長進行掃描。不同波長光柵圖案可放置於沿著光纖之不同位置處，從而容許在各位置處獨立地量測彎曲度。

FOSS可非常薄且輕重量，對感測器之長度幾乎沒有限制。其等相對精確且不受電磁干擾影響。雖然此等感測器可提供令人印象深刻的效能，但價格來得非常高。一可調諧雷射訊問器成本可能高達USD$10,000，即嚴重限制實際應用之一成本。雖然光纖可相當細，但訊問器易於係大且耗電的。其等需要複雜製程及校準以及複雜的信號處理。其等具有一限制範圍之曲率量測且很快陷入非線性。此等原因將其等使用案例限於非常特定應用(如醫療裝置)，但不用於人類日常生活。

壓電彎曲感測器係基於壓電材料中之變形及應變。此等變形改變材料之表面電荷密度且引起電極之間的電荷轉移。信號之振幅及頻率與所施加之機械應力成正比。類似於摩擦電感測器，壓電感測器遭受漂移且僅在運動時提供信號。此將其等應用僅限於動態彎曲而非靜態或低頻變形。

大多數電阻性應變感測器具有高延時且無法量測絕對彎曲角度。導電材料之滯後性質在循環負載期間產生變化導電率。大多數電阻性及FBG (光纖布拉格光柵)感測器回應於大應變係非線性的。

應變感測之一替代例係吾人所謂之幾何感測。此等感測器藉由感測作為彎曲之結果之幾何變化而更直接地量測曲率。實例包含量測不同感測器層之相對位移。

因此，需要透過使用感測器準確地判定彎曲及改良此彎曲之準確度之一經改良方法及設備。

本申請案係2019年2月8日申請之美國專利申請案第16/270,805號之一部分接續申請案；其主張2018年10月22日申請之美國臨時申請案第62/748,984號之權利。本申請案係2020年8月17日申請之美國專利申請案第16/995,727號之一部分接續申請案；其主張2019年8月15日申請之美國臨時申請案第62/887,324號之權利。本申請案係2020年9月20日申請之美國專利申請案第17/026,252號之一部分接續申請案；其主張2019年9月20日申請之美國臨時申請案第62/903,272號之權利。本申請案係2020年12月5日申請之美國專利申請案第17/113,006號之一部分接續申請案；其主張2019年12月12日申請之美國臨時申請案第62/947,094號及2019年12月6日申請之美國臨時申請案第62/944,814號之權利。本申請案主張2020年3月6日申請之美國臨時申請案第62/986,370號之權利。本申請案主張2020年10月13日申請之美國臨時申請案第63/091,229號之權利。全部上述申請案之內容以引用的方式併入本文中。本申請案包含經受著作權保護之材料。著作權所有者不反對任何人對專利揭示內容進行拓製，如其出現於專利及商標局之檔案或記錄中，但在其他方面保留任何所有著作權。

本申請案描述多彎曲感測器及用於製成此等感測器之方法之各項實施例。本文中所描述之實施例及技術容許複雜曲線之準確量測。在一實施例中，一多彎曲感測器偵測多個彎曲。在一實施例中，一多彎曲感測器在許多點上方量測。在一實施例中，多彎曲感測器偵測沿著感測器之長度之多個彎曲且使用所進行之量測以產生其當前形狀之一準確判定。

不同於藉由量測相對移位而在多個點處獨立地量測角度之先前系統，可經展示，在一個點處之量測誤差不影響對其他點處之角度之瞭解。藉由在許多點處量測在可撓性條彎曲成一複雜樣式時可撓性條之間的相對移位，可判定多彎曲感測器之形狀。不同於在多個點處獨立地量測角度從而累積誤差之先前系統，藉由量測移位，在一個點處之量測誤差不影響對其他點處之絕對角度之瞭解。此使本文中所描述之實施例對量測誤差較不敏感。

在一實施例中，多彎曲感測器包括兩個平坦、可撓性條。在一實施例中，多彎曲感測器包括三個三角形、可撓性條。如本文中及貫穿申請案使用，「條」意謂通常在一個維度或軸上比在其其他維度或軸上更長之一塊材料。一條可為矩形形狀、圓柱形形狀、三角形形狀或通常具有一非晶形狀，前提是一個維度比(若干)其他維度長。在一實施例中，條之一者係一參考條且另一條係一滑動條。在一實施例中，條之一者同時係一參考條及一滑動條兩者或在不同時間在該兩者之間變化。在一實施例中，條之一者包括至少兩個參考條。在一實施例中，條之一者包括至少兩個滑動條。雖然條被稱為參考條及滑動條，但應瞭解，參考條及滑動條之角色可互換。

在一實施例中，一參考條及一滑動條係由一間隔件分離且在一端處機械地接合。該參考條及該滑動條之長度實質上相同。複數個保持器可確保條保持壓抵於間隔件，使得在被使用時條之間的距離保持實質上恆定。在可藉由各種不同方法判定之沿著參考條之量測點處，可量測滑動條上之對應位置。當多彎曲感測器係筆直時，條對齊。

在一實施例中，一多彎曲感測器係一電容性感測器。如熟習此項技術者將提及，電容性彎曲感測器藉由材料應變或感測器層之間的位移而工作。無論哪種方式，幾何變化依據彎曲角度而改變用於電容性耦合之有效重疊表面區域及/或導體之間的間隔。電容性感測器可比其他技術更線性。其等生產成本便宜且比電阻性感測器更穩定。

在一實施例中，一多彎曲感測器係用於感測彎曲及重建曲線之詳細形狀之一低成本、精確、動態感測器。在一實施例中，一多彎曲感測器包括可在一平面中形成為複雜曲線之可撓性條之一堆疊。在一實施例中，一多彎曲感測器藉由在許多點處註記感測器之內層與外層之間的相對移位來量測曲率。

現參考圖1及圖2，展示一多彎曲感測器10之一實施例。圖1展示多彎曲感測器10之一示意性側視圖。在所展示之實施例中，多彎曲感測器10具有一滑動條12及一參考條14。圖2展示參考條14之一俯視圖及滑動條12之一仰視圖。滑動條12在參考條14之一末梢端16處固定至參考條14。在所展示之實施例中，存在定位於滑動條12與參考條14之間的一間隔件18。在一實施例中，一多彎曲感測器10具有多個間隔件18。此外，展示抵靠間隔件18保持滑動條12及參考條14之保持器22。

經調適以接收及處理發生之量測之電路系統24可操作地連接至滑動條12及參考條14。在所展示之實施例中，電路系統24可包括組件，或可操作地連接至組件，諸如處理器、信號產生器、接收器、連接器等。

滑動條12及參考條14可由可撓性印刷電路板條形成。雖然滑動條12及參考條14經展示具有特定電極圖案，但應瞭解，各自條之各者之角色可改變且滑動條12可用作參考條14且反之亦然，此取決於特定實施方案。電極20可放置於滑動條12及參考條14之表面上。電極20經調適以傳輸及接收信號。電極20可配置成能夠在滑動條12及參考條14之彎曲期間判定一變化之任何圖案。此外，實施於滑動條12及參考條14上之電極20之數目、大小及形狀可基於一特定實施方案而改變。在一實施例中，電路系統24可操作地連接至電極20。電路系統24處理自電極20接收之信號以在不同條形成為曲線時量測該等條中之電極之間的相對移位。

仍參考圖1及圖2，滑動條12及參考條14係可撓性的且能夠移動及彎曲。此外，放置於滑動條12與參考條14之間的間隔件18係可撓性的且能夠移動及彎曲。在一實施例中，間隔件18可具有相對於滑動條12及參考條14之不同可撓性位準。在一實施例中，滑動條12、參考條14及間隔件18各可具有不同可撓性位準。在一實施例中，不存在間隔件18且滑動條12及參考條14相對於彼此移動。

實施例中所使用之間隔件18較佳地將條保持以一恆定距離間隔(無論彎曲量如何)，但仍允許相對滑動。間隔件18較佳地具有一厚度，該厚度能夠在存在彎曲時允許滑動條12及參考條14之長度之間存在差異。在一實施例中，可能不存在間隔件且滑動條12及參考條14可彼此鄰接，然而向外面向側之間仍應存在足夠距離以允許感測在彎曲期間滑動條12與參考條14之間的相對移位。在一實施例中，間隔件18可具有與滑動條12及參考條14相同之可撓性。一厚間隔件18將提供一良好移位量，但間隔件18自身可隨一緊致彎曲而改變厚度。一薄間隔件18將較少具有此問題，但可能未提供足夠移位。在一實施例中，間隔件18可由抵靠彼此滑動之一系列薄層製成。此容許一厚間隔件18具有相當急的彎曲而不改變總厚度。

具有參考層與滑動層之間的一已知間隔有助於獲得準確資料。確保間隔可藉由不同方法完成。如上文參考圖1所論述，保持器22可附裝至一個條且對如所展示抵靠該條滑動之另一條提供壓縮力。保持器22可為對參考條14及滑動條12提供一壓縮力之塑膠或彈性件。該壓縮力應使得其維持參考條14及滑動條12之距離但不抑制參考條14及滑動條12之移動。在一實施例中，彈性體套筒可用於達成相同任務，從而提供壓縮力。

在端部16處，滑動條12及參考條14經固定在一起。在一實施例中，滑動條12及參考條14機械地附接在一起。在一實施例中，滑動條12及參考條14彼此一體地固定在一起。在一實施例中，滑動條12及參考條14經固定於除末梢端以外之一位置處。在一實施例中，滑動條12及參考條14經固定於條之中間。在沿著滑動條12及參考條14之長度之別處，滑動條12及參考條14相對於彼此滑動。滑動條12及參考條14亦抵靠間隔件18相對於彼此滑動。保持器22確保滑動條12及參考條14保持壓抵於間隔件18以便保持其等之間的一恆定距離。電路系統24及條之間的電連接係在其中發生彎曲之感測區域之外。在圖1及圖2中所展示之實施例中，電路系統24係接近於滑動條12及參考條14接合所處之端部16而定位。滑動條12及參考條14含有電極20之圖案，該等圖案將容許電子器件藉由量測自滑動條12上之電極20及參考條14上之電極20通過間隔件18之耦合而在許多位置處偵測兩個條之間的相對移位。

上文所論述之實施例可使用經實施以產生可撓性電路之材料及技術來進行。可撓性電路可起始於一可撓性、絕緣基板(諸如聚醯亞胺)。一薄導電層(諸如銅、銀、金、碳或某一其他適當導電材料)係用一黏合劑黏合至該基板。在一實施例中，導電層係使用光微影技術圖案化。在一實施例中，導電層係藉由濺鍍施覆。在一實施例中，導電層係藉由列印施覆。當經由列印施覆時，可將導電油墨直接圖案化至基板上。

類似於剛性印刷電路板(PCB)，可撓性電路可經製造以包含由絕緣體分離之多個導電層。通孔可提供不同層間的連接。如同剛性PCB一樣，標準電組件可使用焊接及其他熟知技術附裝至可撓性電路。然而，由於一些組件係非可撓性的，故撓曲其等之附接可導致斷開的電連接。出於此原因，可撓性電路可在組件之區域中採用加強件，使得電路之區域不明顯撓曲。出於類似原因，可撓性電路傾向於不在實際彎曲之區域中放置通孔，因為該等區域中之應力有時可導致破裂。

用於多彎曲感測器之許多電極圖案可受益於在彎曲區域中使用層間連接。Dupont^® 已開發明確經設計以耐受重複撓曲之特殊導電油墨。然而，亦可使用其他合適可撓性導電油墨。可在本文中論述之多彎曲感測器中實施此等油墨。可撓性油墨允許導電層之間的可撓性連接，從而充當通孔之角色。應注意，此等可撓性導電油墨係與廣泛範圍之基板(包含織物)相容。此容許建構直接整合至服裝中之多彎曲感測器。此外，在一實施例中，服裝係由用作多彎曲感測器之纖維製成。當實施多彎曲感測器纖維時，可添加加強件以便限制多彎曲感測器纖維之移動。

在以下論述中，包括一滑動條及一參考條之一多彎曲感測器可類推至由厚度t之一間隔件分離之長度L之一對量測捲尺，如圖3中所展示。類似於一本書之裝訂，在一實施例中，條在一端上接合在一起。在一實施例中，當條在一平坦定向中時，量測捲尺之假想距離標記完美地對準。然而，若該對係圍繞半徑r之一圓柱體形成，則內捲尺將形成為半徑r之一圓弧，而外捲尺將形成為半徑r+t之一圓弧(如圖5中所展示及下文更詳細論述)。由於其等在一端上結合，故兩個捲尺之零標記仍將對準，但其他標記將逐漸變得未對準。此係因為需要更多條在一更大半徑上對向相同角度。在一實施例中，當一多彎曲感測器係圍繞一圓弧形成時，可在僅知道捲尺之間的間隔及相對移位的情況下計算半徑r。在一實施例中，可類似地在沿著感測器之許多點處量測相對移位，各點容許吾人量測連續片段之曲率。以此方式，吾人可量測很好地模型化為一系列圓弧之複雜曲線。

現參考圖3至圖5，當多彎曲感測器以一圓捲繞一物件時，兩個條之內部符合該圓，而外條歸因於間隔件18之厚度而符合一稍大圓。

由於兩個條具有不同曲率半徑，故不受約束之端將不彼此對準。藉由知道條(滑動條12及參考條14)之長度及間隔件18之厚度，可直接計算半徑。若在許多地方量測兩個條之間的相對移位，則可建構作為一系列圓弧之彎曲之一模型。如與傳統感測器相反，此提供彎曲之形狀之一更佳瞭解。

仍參考圖3至圖5，為繪示多彎曲感測器之工作方式，採用長度L 之兩個條，即藉由厚度t 之一間隔件18分離之滑動條12及參考條14。滑動條12及參考條14在端點16處接合在一起且在該端處不能相對於彼此移動。當參考條14捲繞成如圖4中所展示之半徑r 之一圓時，參考條14將具有一曲率半徑r ，而滑動條12將具有

之一較小半徑。

圓之圓周係

。具有長度L 之參考條14覆蓋圓之一分率：

就弧度而言，由此條對向之角度係：

如圖式中所展示，當在厚度量測值t 之方向上捲曲時，滑動條12以一較小曲率半徑在內部終止。較緊致捲繞意謂滑動條12之一些延伸超出參考條14之端。若此沿著相同半徑之一圓繼續，則滑動條12對向以下一角度：

參考條14之端與內滑動條12上之一對應點30對齊。為給出更精確定義，其係滑動條12上之與穿過參考條14之端點建構之法線之相交點。

可藉由求得兩個弧之角範圍之差，求得延伸長度

且自總長度L 減去此延伸長度

，從而可在滑動條12上找到此點。

可藉由將弧度中之角範圍除以

以求得圓之分率並乘以圓周，來求得滑動條12之延伸超過參考條14之片段

之長度。

針對半徑r 求解此等方程式得出：

藉由量測條之間的相對移位，可使用此簡單方程式來計算跨長度之曲率半徑。

現考量其中在一順時針方向上發生彎曲之情況，如圖5中所展示。

分析幾乎如之前一樣進行，但現滑動條12係在外側上，具有

之一曲率半徑。

如之前一樣，目標係在滑動條12上定位對應於參考條14之端點之對應點31。然而，由於滑動條12係在外側上且因此對向一較小角度，故弧必須繼續以找到相交點。藉由求得滑動條12上之對向角度及對應長度來計算

。

此係與在逆時針情況中所獲得相同之結果。此處差異在於，第一情況中之

係滑動條12延伸超過參考條14之量，且在此情況中，其係將需要到達參考條14之端之額外量。

為組合此兩種情況，可將曲率半徑視為一帶正負號之量，其中一正r 指示在一逆時針方向上繼續之一弧且一負r 指示一順時針方向。

一新變數

係定義為沿著滑動條12之與參考條14之端對齊之總長度。帶正負號之曲率半徑係：

在圖4中，

，給出一正曲率半徑。在圖5中，

，給出一負曲率半徑。帶正負號之曲率半徑接著用於求得參考條之帶正負號之角範圍。

在下文中，所有角度及曲率半徑帶正負號。自 移位量測值重建曲線

在一實施例中，多彎曲感測器將形狀模型化為不同半徑之一系列圓弧以容許複雜曲線。藉由在沿著條之許多點處量測相對移位，可快速判定各片段之曲率。

圖6中所展示之多彎曲感測器10包括一滑動條12及一參考條14。目標係求得參考條14之形狀。依沿著參考條之固定間隔，量測沿著滑動條12之對應經移位位置。相應地，意謂使用相對於曲率半徑之共同中心位於相同角度之點。換言之，若在量測點處建構參考條14之曲線之一法線，則將在其與滑動條12相交之處進行一量測。

現參考圖7A，在參考條14及滑動條12兩者上自

跨越至

之一單個圓弧片段(片段

)經提供為一實例。片段

在一逆時針方向上塑形成半徑

之一圓弧。因此，參考條14具有半徑

，而滑動條係具有

之一較小半徑之內側。起始角度

係弧之起點處之切線。終止角度

係弧在其端處之切線。類似於以上計算，

係參考條14至量測點

之長度。

係滑動條12至量測點

之長度。在參考條14之側上，片段起始於

且終止於

。類似地，對應滑動條12自

延伸至

。可求得參考條14片段之帶正負號之曲率半徑及帶正負號之角範圍。

吾人將片段

中之參考條14之長度定義為：

且將對應滑動條之長度定義為：

類似地，吾人將此片段之總對向角定義為：

針對正曲率之情況(

且

)，滑動條12經塑形成比參考條14更緊致之一曲線。因此，

，即使其等對向相同角度

。以弧度作用時，參考片段之長度係：

且對應滑動片段之長度係：

給定兩個長度及間隔件厚度，吾人可求解此片段之曲率半徑：

當曲線順時針繼續時，此相同方程式適用，從而給出一負終止角度及負曲率半徑。吾人亦可求解弧之對向角：

現已知具有已知長度、角範圍及曲率半徑之一系列圓弧。此系列可拼合在一起以模型化參考條14之完整曲線。將注意，在一實施例中，多彎曲感測器具有沿著其等長度之連續撓曲，且因此其等在其等一階導數上固有地連續。因此，為維持片段之間的一連續一階導數，鄰接片段之切線匹配。換言之，各片段之終止角度與下一片段之起始角度匹配。

考量如圖7B中所展示之一單弧。可判定在弧端點處切向於弧之一起始角度72

及一終止角度74

。可假定循序片段平順地連接，即，導數在連接點處係連續的。此係藉由一單個切線角描述連接點之原因。

弧起始於一已知起點71

且成

之一初始已知角度72且繼續至一未知終點73

，成

之一未知終止角度74。

自起點至終點之角度變化僅係扇形角(segment angle)

之轉動。為求得x、y平移，將弧上方x及y之增量添加至先前點。為方便起見，弧之曲率半徑之中心被視為處於原點且用於計算端點位置。接著將此等之差應用於已知起點。

針對此計算，已知自中心形成弧之角度。

之法線係

。對於正曲率半徑之一弧，此給出自曲率半徑之中心向外指向之角度。若曲率半徑係負的，則其指向相反方向。此導致藉由使用帶正負號之曲率半徑來校正之正負號反轉。接著可經由此等方程式迭代地求得端點：

可使用三角恆等式來略微簡化此等方程式。

此等方程式描述模型化彎曲之系列圓弧。一圓弧通常係藉由其中心75

、其曲率半徑76

、一起始角度及一角範圍77

來描述。

可藉由起始於

，且依循至弧中心

的半徑來求得一弧片段之中心。自點

處之法線求得起始角度，其係

。中心則為：

注意，使用帶正負號之曲率半徑確保依循至中心的法線。

起始角度係：

若弧順時針繼續，則需要正負號來反轉角度。弧之範圍係

，其亦為一帶正負號之值。對量測誤差之敏感性

任何真實移位量測將為不完美的，從而使得瞭解量測誤差如何影響經模型化曲線之準確度很重要。在關節臂中，關節角度之有雜訊量測快速累積，從而在末端執行器之最終位置中引起顯著誤差。例如，在多軸機械臂上，通常經由一系列編碼器判定位置，各關節上一個編碼器。通常需要高精度編碼器，此係因為各關節量測中之任何誤差都會累積。對於一平面臂，在該臂之尾端處之角誤差僅為各關節中之所有量測誤差之總和。端點之位置誤差亦受到所有關節誤差(尤其是臂起始處之關節誤差)嚴重影響。

多彎曲感測器中之量測誤差較寬容。在一實施例中，由於各弧之量測誤差並非獨立的，故減輕誤差傳播。

考量第n點處之一單個移位量測誤差之情況。相較於理想情況，經移位點將引起兩個相鄰片段之曲率半徑之一誤差。一個片段上之誤差將為一個方向，而另一片段上之誤差將在相反方向上，從而傾向於將事物抵消為一階。傾向於產生稍微補償性的誤差之片段誤差之此性質大致上能保持且係給出至該點之總累積移位之移位量測之一結果。

為展示對誤差之敏感性，兹以具有以下座標之兩個連續片段作為實例：

給出對於

及

之理想量測。然而，

將受

之一量測誤差擾動。接著找出此誤差如何傳播至

。

在未受擾動之情況中(且注意

)：

假定等距間隔之量測點分開1個單位。 針對所有n ，

單引號係用於指示用於在

具有量測誤差

之情況之變數。此容許具有及不具有中點量測誤差之所得角度為以下項。

此展示在兩個弧之後之終止角度不受中間點之一誤讀影響。角度誤差不傳播。

考量點位置中之誤差。

使用此等方程式，可繪製不同條件下之端點誤差。顯然，第一片段之端處之位置誤差係藉由下一片段中之一帶相反正負號之誤差稍微補償。

進一步考量具有兩個量測點之一多彎曲感測器之情況。藉由判定第一量測點處之相對移位來求得第一片段之曲率。在此實例中，量測係被雜訊破壞，且記錄一不正確地低的移位讀數。接著藉由獲取第二量測點處之總移位且自第一量測點減去該移位來求得第二片段之相對移位。第一點處之誤差現將引起第二片段中之在正負號上與第一片段中之誤差相反之一對應誤差。因此，兩個片段將以傾向於彼此抵消之曲率誤差結束。在一實施例中，最終角度之誤差完全不受第一量測點處之誤差影響。

為展示對誤差之敏感性，吾人重新回顧兩個連續片段之實例。吾人將曲線之起點定義為：

按照定義，

且

。吾人現可計算片段0之終止角度：

接下來，吾人求得片段1之終止角度。

如可見，終止角度計算不相依於任何較早量測。此意謂較早量測中之任何誤差不造成各片段之終止角度之誤差。

雖然上文所論述之實施例及實例使用弧來執行分析，但可採用其他量測技術及分析。在一實施例中，使用橢圓來近似曲線。在一實施例中，可使用拋物線來執行曲線之分析。在一實施例中，使用樣條來近似一曲線。在一實施例中，使用一多項式函數來近似曲線。在一實施例中，本文中所論述之所有方法皆用於近似曲線。

如熟習此項技術者將注意，上述結果證明優於基於一系列角編碼器建立之傳統解決方案，該等傳統解決方案在可串在一起之編碼器之數目上具有實際限制。

一曲線之另一可能模型係將其表示為一系列經連接筆直線性片段。

參考圖8及圖9，對於一分段線性模型，假定彎曲為非常急 (sharp)，且僅在一參考條84上以固定間隔發生。將假定滑動條82符合距參考條84之一固定距離。此將針對參考條84之各彎曲產生對應急彎曲。朝向參考條84彎曲將意謂將需要滑動條82上的額外長度以符合新形狀。類似地，朝向滑動條82彎曲將花費較少長度來符合。

藉由計算在給定朝向參考條84的彎曲之情況下在滑動條82上所需之額外長度來開始計算。看向圖9，多彎曲感測器具有角度A之一彎曲。垂直相反角度亦為A。符合該彎曲所需之滑動條82之額外長度經展示為2s 。兩個彎曲點將彎曲角度平分。垂直相反角度亦為

。對於直角構造，藉由減去直角來求得

角度。最後，將與s相反之角度運算為

。此角度之切線等於相對邊長(s)除以相鄰邊長(t)。

且對於相加之總長度：

對於在彎曲角度超過180且朝向滑動條82向上彎曲時，此公式亦為正確的。在此情況中，額外長度係負的。

為方便起見，可相對於為0之無彎曲來定義彎曲角度B。

代入於：

給定一移位量測，計算將引起其之角度。

，其中s 係半移位

如同圓弧模型一樣，此分段線性模型仍具有一個移位量測中之量測誤差在下一移位量測中產生一互補誤差，從而部分抵消潛在附加誤差之影響之一般行為。

考量一理想量測對比其中在第一片段中存在量測誤差之量測。 理想量測：

及

具有誤差之量測：

最後片段之所得角度僅為相對於該點之角度之總和。

重複量測誤差之計算：

此等總彎曲並不相同，然而，可經由圍繞

之級數展開來展示誤差抵消為一階。電容性感測技術

電容性感測可與一多彎曲感測器一起使用且係上文參考圖1至圖2論述之方法。例如，看向圖10，指叉式電極20之一圖案容許吾人藉由比較重疊電極20之電容以判定相對移位來執行差分量測。此量測之差分性質使其對各種類型之誤差高度不敏感。除了圖10中所展示之電極圖案之外，可實施將進一步提供可幫助判定多彎曲感測器之整體移動及形狀之量測之其他電極圖案。

仍參考圖10，複數個電極20經調適以傳輸信號且複數個電極20經調適以自傳輸信號之電極20接收信號。在一實施例中，取決於實施方案，經調適以傳輸信號之電極20及經調適以接收信號之電極20可切換或交替。在一實施例中，經調適以傳輸一信號之一電極20在一不同時間亦可經調適以接收一信號。使用經接收信號以判定一個條相對於另一條之移動。

在一實施例中，正交分頻多工可與採用經調適以接收及傳輸正交信號之複數個電極20之一多彎曲感測器一起使用。在一實施例中，使用唯一頻率正交信號。在一實施例中，在正傳輸之電極20之各者上傳輸一唯一頻率正交信號。經調適以接收信號之電極20可接收經傳輸信號並處理經傳輸信號以便獲得關於參考條相對於滑動條之相對移位之資訊。此接著可用於判定藉由多彎曲感測器形成之曲線之形狀。

一般而言，可藉由形成參考條及滑動條之一網格來判定多個維度之曲率，其中各多彎曲感測器判定其自身各自曲線。在判定各多彎曲感測器之曲線之後，可模型化一平面之整個曲率。在一實施例中，複數個多彎曲感測器可放置於一三維物件上，該三維物件經受跨其3D表面之各種變形。在重建自多彎曲感測器之各者獲取之曲率之後，複數個多彎曲感測器可能夠準確地判定一3D物件之彎曲變形。

在另一實施例中，用在3個維度上具可撓性之纖維來代替條。此等纖維接著圍繞一中心參考纖維堆積，使得外滑動纖維在彎曲時相對於參考纖維移動。在一實施例中，間隔件維持所有纖維之間的一恆定間隔。可藉由各種手段(包含經由沿著纖維之經圖案化電極)來量測相對移位。

在一實施例中，可由更緊密類似於一可撓性導線，能夠撓曲至平面外之窄片產生感測器。若此等裝置之兩者被固持在一起，則可量測正交方向上之感測、平面內及平面外之撓曲。

另一實施例係展示於圖11中。此實施例提供能夠判定一個以上平面方向上之曲率之一多彎曲感測器110。存在一滑動平面112及一參考平面114。在圖11中，該等平面未被展示為彼此疊置，然而，應瞭解，此係為了方便觀看平面，滑動平面112及參考平面114係以類似於定位上文所論述之條所藉助之一方式相對於彼此定位。電極115經放置於滑動平面112及參考平面114上。在圖11中，電極115經形成為列及行。在一實施例中，電極經形成為墊。在一實施例中，電極經形成為點天線。此外，可存在放置於滑動平面112與參考平面114之間以便在滑動平面112與參考平面114之間建立一距離之一間隔平面。在一實施例中，參考平面114及滑動平面112係在無一間隔層之情況下實施，其中電極115被放置於向外面向表面上，其中平面之基板用作一間隔層。此外，雖然可存在放置於兩個平面上之電極115，但可存在放置於滑動平面112及參考平面114上之傳輸電極及定位於該兩個平面之間的一間隙區域處之接收電極。又，電極115可能正傳輸或接收。

又參考圖11，滑動平面112及參考平面114係能夠彎曲之可撓性平面。參考平面114及滑動平面112在各種附接點處附接。附接點可定位於平面之間的任何位置處，前提是其等建立一參考位置，藉由該參考位置確定一個平面相對於另一平面之移動。在一實施例中，附接點可為平面之中心位置。在一實施例中，存在自其等建立平面之相對移動之一個以上附接點。在一實施例中，平面在一邊緣處彼此固定。在一實施例中，平面係在沿著該邊緣之多個點處固定。在一實施例中，平面係在沿著一邊緣且在平面之區域內之點處固定。

參考圖12及圖13，展示用以量測相對移位之一電容性電極設計之另一實施例。雖然多層撓性電路廣泛可用，但存在可能強加之對設計的特定限制。一常見限制係不容許彎曲區段上之通孔。因此，在彎曲區域中不需要層間連接之圖案有時係較佳的。

圖12展示形成參考條124之兩個三角形電極120，及形成於滑動條122上之一系列矩形電極121。藉由針對滑動條122上之矩形電極121之各者量測相對於A電極120及B電極120之相對電容，可判定矩形電極121之相對位置。

圖12及圖13中展示之此圖案不需要多個層連接。在參考條124上，可直接自任一端製成連接。滑動條122上之矩形電極121可經由匯流排126製成，如圖13中所展示。在一實施例中，可在矩形電極121及三角形電極120周圍採用屏蔽。屏蔽可幫助減輕干擾。正傳輸之電極可由接地圍繞且接收電極可用一主動屏蔽件驅動以便減輕干擾。

圖12及圖13中所展示之設計係對參考條124與滑動條122之間的輕微旋轉敏感。例如，若間隔在頂部上對比底部上更大，則其可引起一系統誤差。此可藉由校準來校正。敏感性亦可藉由使用一較不敏感的圖案來改善。

具有降低之敏感性之一圖案之一實例係展示於圖14中。圖14中所展示之圖案採用放置於參考條144上之額外三角形電極140。矩形電極141經放置於滑動條142上。圖14中所展示之電極圖案係圍繞參考條144之中心線對稱。此如相較於圖12中所展示之圖案降低敏感性。由於三角形電極140在一側上更遠且在另一側上更近，故出現降低之敏感性。此距離大致抵消可存在之任何傾斜之影響。

圖15展示感測器電極之另一實施例。圖15展示一參考條154及滑動條152之一配置。參考條154具有複數個三角形電極150。滑動條152具有複數個矩形電極151。相較於圖12中所展示之電極圖案，圖15中之圖案複製三角形電極150之該配置。在各量測之附近以一較小比例複製成角度圖案以改良解析度。圖15中所展示之感測器圖案亦可與屏蔽及對稱技術相結合。

圖16展示感測器電極之另一實施例。圖16展示一參考條164及滑動條162之一配置。參考條164具有複數個三角形電極160。滑動條162具有複數個矩形電極161。相較於圖12中所展示之電極圖案，圖16中之圖案複製三角形電極160之該配置。在各量測之附近以一較小比例複製成角度圖案以便改良解析度。圖16中所展示之感測器圖案亦可與屏蔽及對稱技術相結合。當移位引起一矩形電極161接近一三角形電極160之端時，將導致一些非線性。解決此之一方式係使用多組三角形電極160。使該等組移位使得在一矩形電極161在一個三角形電極160上之一邊緣附近時，其不在另一三角形電極160上之一邊緣處。光學

除了基於電容性之感測之外，可使用光學技術而非電容性來產生多彎曲感測器。可使用光學傳輸器及接收器來代替指叉式電極。可透過定位於一參考條與滑動條之間的一光學傳輸間隔件來傳輸信號。波導技術允許將電子器件放置於一端處，而非將其等沿著感測器分佈。

使用標準撓性電路技術，可將標準電光組件(諸如LED及光電二極體)放置於一可撓性條上。然而，由於此等組件本身並非可撓性的，故可需要在量測點處局部加強。可使用特定技術來解決局部加強之問題。一般而言，可撓性電子器件可應用於多彎曲感測器之製造(例如，進行局部電場感測及經由一共用匯流排回報資料)。特定言之，呈一可撓性形式之OLED及其他光學裝置之可用性使得有可能沿著一可撓性條建立分佈式光學編碼器。

亦可採用可撓性波導以使光學信號往返於沿著條分佈之量測點。以此方式，可將光電子器件聚集在一個位置處。例如，可將光電子器件放置於條經接合所處之端處。在此位置處，一剛性PCB可固持電光組件。

此外，為削減光學連接之所需數目，可採用多工技術。例如，各感測位置可採用光學濾光器，使得不同色彩之光、不同偏光或此等之某一組合在沿著多彎曲感測器之不同位置處在作用中，且可在最後用光電子器件來區分。

此等系統具有供光自一個條行進至另一條之一路徑。此可以若干不同方式來適應。在一實施例中，間隔件可由透明材料製成。在一實施例中，可在量測點附近提供狹槽。在一實施例中，間隔件可維持條之間的一氣隙。在一實施例中，光纖可具有允許光自一條纜線洩漏至另一纜線之小裂口(nick)。在一實施例中，可存在繫結於中間之光纖束，其中能夠判定該等束之兩端之相對移位。

參考圖17，便宜的相機晶片亦可用於製成多彎曲感測器。此等晶片可在沿著條之各個點處使用以便量測移位。仍參考圖17，使用在交錯附接點176處附接至一參考條174之多個、平行滑動條172。此等滑動條172之端接著可延伸以藉由一相機晶片175觀察。因此，一單個相機可以高精度追蹤多個滑動條172之運動，從而有效地給出與在不同位置處量測移位相同之結果。

雖然可撓性電子器件係一選項，但存在用於沿著一可撓性條分佈光電子器件之其他選項。在一實施例中，一剛性PCB可經由彈性部件附接至一可撓性條。以此方式，該條仍可自由彎曲，而浮動電光模組看向另一可撓性條上之編碼器標記。為幫助維持對準，電光模組可經設計以具有穿過可撓性條中之一較小孔徑查看之一較大光學區域。即使剛性PCB相對於條略微擺動，亦將總是相對於條中之孔徑來進行量測。

當感測移位時，存在一問題，即在超出範圍之前吾人必須感測到多少移位。查看圖18中所展示之接收電極182及傳輸電極184之配置，可解釋移位範圍之一實例。在此情況中，存在放置於一滑動條上之較小數目個接收電極182，及放置於一參考條上之較大數目個傳輸電極184。代替在每個傳輸電極184上提供唯一信號，週期性地重用信號。經編號之傳輸電極184之各者表示一不同信號。若將移位限於一組傳輸電極184之區域，則可唯一地判定位置。若移位大於此，則移位讀數並非由最接近傳輸電極184唯一地判定。在此例項中，其可能已移位如此大以致已捲繞至下一組傳輸電極184中。由於沿著條進行一序列量測，故可見來自較早片段之組合移位且其有可能指示已發生捲繞。由於可發生增量式展開，故並不約束保持在一組傳輸電極184之範圍內之任何特定接收電極182。其僅受展開能力限制。若已知連續接收電極182之間的傳輸電極184之數目被限於標稱上在傳輸電極184之間的接收電極182之數目之+/-一半，則吾人可唯一地判定下一片段之位置，此係因為已知哪些傳輸電極184可在先前片段之範圍內。例如，藉由對較高階導數作出假設，更複雜技術可甚至進一步擴展此。儘管此技術係在一電容性感測器之背景內容中進行解釋，但相同技術可應用於其他實施例。使用光學多條設置，代替僅偵測一端，條可具有經偵測及分析以找到一精確位置之重複變動。可使用具有許多邊緣之校準目標以容許藉由組合所有其等之資料來判定位置。其他方法

上文論述電容性及光學技術，然而，可採用其他機制。例如，類似於一電位計，一個條可用作一分佈式電阻器，且另一條可具有在沿著電阻條之諸多點處進行接觸之多個電刷(wiper)。各電刷處之電壓可經配置以指示沿著電阻條之相對位置。一電阻條定位於一個條上，且一電壓跨其放置。此產生沿著條之位置相依之一電壓梯度。沿著頂部條之電刷與條進行滑動接觸，從而感測其等位置處之電壓。可藉由具有形成於各電刷之區域中之一分離電位計以容許更精確量測來實現上文所論述之捲繞偵測。在機械上，由於電刷本身係間隔件，故其等亦可在維持層之間的間隔方面發揮作用。

對以上設計之一改良並非具有沿著條之一單個電阻條，而是可在各電刷之附近放置分離電阻條。接著，各較小電阻條可在一小得多的位移內具有整個電壓梯度，從而大大增大量測之解析度。應注意，至具有電阻條之條之連接數目仍僅為兩個。

取代機械電刷，可採用其他方法來產生移位相依之電阻率變化。例如，磁阻材料在磁場之存在下改變電阻。平行於一導體延伸之一電阻跡線可有效地橋接於此等跡線之間的包含磁阻材料之不同位置處，可藉由另一條上之一磁鐵選擇性地使此等跡線更具導電性。

另一實施例在一個條上採用一系列磁鐵且在另一條上採用霍爾(Hall)效應感測器以便量測移位。亦可利用時域技術來量測長度。可使用電、光學或聲音領域中之時域反射量測技術來量測多個點處之移位。為使用此等，量測點產生供信號返回之一路徑。磁致伸縮位置傳感器方法亦可用於量測移位。

在一實施例中，可採用電感性近接感測。一線圈之電感將回應於特定材料在其等附近而改變。例如，在一實施例中，一個條承載一系列線圈，而另一條具有藉由該等線圈偵測之具有不同磁導率之區段。可以許多方式進行偵測，包含獨立地註記各線圈之電感之變化，或尋找不同線圈間之耦合變化。亦可在兩個條上具有線圈，且量測其等之間的耦合。線性可變差分變壓器(LVDT)可直接應用於此類型之量測。

在一實施例中，可使用條之間的射頻(RF)耦合來利用電磁耦合。

在一實施例中，多彎曲感測器經設計用於經由RF之遠端訊問。使用一簡單儲能電路(LC)，其中L或C係取決於條之間的相對移位。可僅使用導電材料的圖案化而在條上產生此類型之電路。儲能電路之諧振頻率係取決於相對移位，且可使用標準RFID技術來遠端讀取。條可經設計以便含有各取決於局部相對移位之多個諧振。若諧振係在頻率上合理地分開，則一遠端頻率掃描可獨立地揭示各諧振之變化。藉由添加主動組件，可採用諸如時域多工之其他技術來讀取多個點上方之移位。

磁性感測器(霍爾效應、巨磁阻等)可用於量測局部磁場。一個條之一磁化圖案可在另一條上偵測以判定許多點處之相對移位。可採用磁性電路以將通量量測帶至一便利的實體位置。高磁導率材料用於引導通量，類似於攜載電流之一導線。使用此等技術，可將若干磁性感測器定位於條之經結合端上，從而在沿著條之各個點處進行量測。

已採用磁致伸縮傳感器用於在惡劣工業環境中量測位置。藉由在一磁致伸縮元件中使電流脈動(此引起在該磁鐵之區域中之元件中產生一機械脈衝)來判定一移動磁鐵之位置。使此脈衝傳播回至一量測點之時間係依據磁鐵之位置而變化。在一實施例中，將磁鐵放置於一個條上，且將磁致伸縮材料放置於另一條上。

可使用光導電材料來採用類似技術。滑動條上之一光可使橋接位置移位。此可為安裝於條上之一LED或其他光源，或容許一單獨光源選擇性地穿過其之一簡單孔徑。

可透過機械手段在更傳統臂/編碼器系統上獲得多彎曲感測器之一些量測誤差傳播性質。平行連桿組通常用於維持兩個部件之平行性。

圖19展示保證水平線保持彼此平行之三組平行連桿組。點1901表示編碼器。在各編碼器處量測之角度總是相對於頂部線。以此方式，各編碼器處之量測誤差並未在量測各編碼器處之絕對出射角時傳播。可採用齒輪、皮帶及其他連桿組之各種組合獲得類似效應。

上文所論述之多彎曲感測器提供沿著其長度之曲率資料。可以更複雜方式使用此資料以給出更詳細模型。例如，吾人可內插或擬合一更高階函數以模型化沿著感測器之曲率變化，且因此產生具有有效更多片段之一模型。吾人亦可將一片段之基礎模型自一圓弧改變至一不同功能形式。

多彎曲感測器之上述實施例可準確地判定一曲線或曲線表面之形狀。此技術之一些應用可在於判定機器人系統之定位。在一實施例中，多彎曲感測器係用於易彎介面。在一實施例中，多彎曲感測器係用於人體關節運動康復。在一實施例中，多彎曲感測器係用於虛擬實境中之人體關節運動。在一實施例中，多彎曲感測器係用於判定背部之曲率、頭部之移動或腿部之彎曲。在一實施例中，多彎曲感測器係用於量測複雜曲線。在一實施例中，多彎曲感測器係用於複雜振動瞭解及主動控制。在一實施例中，多彎曲感測器係用於汽車、輪胎及座椅變形。在一實施例中，多彎曲感測器係用於姿勢監測。在一實施例中，多彎曲感測器係用於富有表現力樂器介面。在一實施例中，多彎曲感測器係用於針對變形(諸如凸起)之槽/壓力囊袋監測(例如，監測飛機、潛艇等)。

多彎曲感測器亦可用於瞭解一經加壓系統之形狀。例如，具有經加壓機艙之飛機在其等經重複加壓及減壓時經歷顯著應力及變形。若一特定區域因重複應力而變得弱化，則其將開始相對於其他區域凸起(或凹入，此取決於您在看哪一側)。採用多彎曲感測器以便偵測此以用於瞭解系統疲勞，及可能即將發生故障之位置。潛艇、儲存槽及各種各樣經加壓容器具有可受益於多彎曲感測器之應用之類似問題。在一實施例中，多彎曲感測器係用於協助油氣勘探判定鑽頭之曲率。

在負載下變形之其他機械系統亦可受益於多彎曲感測器。上文所描述之多彎曲感測器之另一優點在於，精度由幾何關係而非由易受歸因於環境條件之變化影響且經受老化及磨損之電性質引起，此使所揭示之多彎曲感測器適於在結構之整個壽命內監測橋樑、支撐樑等。

上文所描述之多彎曲感測器之另一優點在於，精度由幾何關係而非由易受歸因於環境條件之變化影響且經受老化及磨損之電性質引起。此申請案之實施方案可採用在實施以下項中所揭示之正交分頻多工感測器及其他介面時使用之原理：美國專利第9,933,880號；第9,019,224號；第9,811,214號；第9,804,721號；第9,710,113號及第9,158,411號。假定熟習此等專利內之揭示內容、概念及命名法。彼等專利及以引用的方式併入其中之申請案之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。此申請案亦可採用在以下項中所揭示之快速多點觸控感測器及其他介面中使用之原理：美國專利申請案第15/162,240號；第15/690,234號；第15/195,675號；第15/200,642號；第15/821,677號；第15/904,953號；第15/905,465號；第15/943,221號；第62/540,458號；第62/575,005號；第62/621,117號；第62/619,656號；及PCT公開案PCT/US2017/050547，假定熟習其中之揭示內容、概念及命名法。彼等申請案及以引用的方式併入其中之申請案之全部揭示內容係以引用的方式併入本文中。多彎曲感測器指狀部

在多彎曲感測器之上述描述中，藉由註記經間隔條之間的相對移位之量來量測曲率半徑。移位量係與條之間隔有關，且通常具有相同數量級。歸因於來自相鄰電極之場彼此干擾，或以其他方式歸因於量測電極之距離而變得彼此難以區分，此關係可引起關於電容性移位量測之問題。

若以小於各自條之預期運動之一間隙進行量測，則改良場之相對空間清晰度。允許運動來自一良好定位之機構及使此運動向下平移通過間隔件之一間隔機構能夠提高量測之保真度。較佳地，該機構必須不顯著阻礙彎曲或改變條之間的間隔。

參考圖20至圖22，在一實施例中，一指狀部2002係由多彎曲感測器2000之參考條2001形成。指狀部2002經形成於多彎曲感測器2000之參考條2001之一切口區域2005內。指狀部2002能夠提供相對於多彎曲感測器2000之移動之穩定性。應瞭解，圖20至圖22中所展示之指狀部2002可為形成於參考條2001上之複數個指狀部之一者且指狀部之數目係依據經採用之多彎曲感測器之長度而變化。此外，雖然參考參考條2001，但應瞭解，在一實施例中，指狀部經定位於滑動條2011上。此外，在一實施例中，指狀部交替用於參考條及滑動條2011上。在一實施例中，指狀部之放置係取決於其預期用途且可取決於哪一條較佳而放置於參考條及滑動條2011上。

仍參考圖20至圖22，藉由在參考條2001中產生一U形切割區域2005，且接著形成參考條2001之所得材料使得其向下延伸至切口區域2005中且通過形成於間隔件2012中之相容間隔件切口區域2015以便與滑動條2011齊平放置，從而在參考條2001內形成指狀部2002。

在一實施例中，藉由在一製程中形成包含電極圖案(未展示)之參考條2001來產生指狀部2002。接著將參考條2001放置於一機構中以便產生將在多彎曲感測器2000中實施之經指定形狀。在一實施例中，用於形成指狀部2002及切口區域2005之該機構係機械的，諸如一切割工具。在一實施例中，用於形成指狀部2002及切口區域2005之機構係一冷成型機構。在一實施例中，用於形成指狀部2002及切口區域2005之機構係一加熱工具。

參考條2001與滑動條2011之間的間隔並非藉由指狀部2002判定。代替性地，該間隔係由間隔層2012設定，該間隔層2012具有形成於其中以容納指狀部2002之放置之間隔件切口區域2015。切口區域2005及2015略微過大以考量參考條2001與滑動條2011之間的相對運動。指狀部2002用作一彈簧以便保持指狀部2002之底部分(在下面描述中被稱為一腳)坐落於滑動條2011上。在圖20至圖22中所展示之實施例中，指狀部2002實際上以適於維持向下按壓於滑動條2011上之一適度量之力之一角度形成。參考條2001、滑動條2011及間隔件2012可藉由保持其等相對於彼此牢固地定位以便維持多彎曲感測器之相對移動之一套筒或其他機構固持在一起。類似地，指狀部2002之腳可經形成以便施加一些力以保持該腳平行於滑動條2011之表面。腳亦可相對於指狀部2002之其餘部分保持相對較短以便更佳符合多彎曲感測器2000可遇到之任何曲率。在一實施例中，腳之末梢端相對於滑動條2011之表面升高以便防止在指狀部滑動期間腳卡在滑動條2011上。

指狀部2002將影響多彎曲感測器2000之可彎曲性。在多彎曲感測器2000平行於所形成指狀部之彎曲而彎曲之情況下，其不應約束該平面中之運動。若指狀部旋轉90度使得指狀部彎曲平行於多彎曲感測器之主軸，則其將約束該區域中之可彎曲性。但若多彎曲感測器向內彎曲，則指狀部2002之支腿將較佳地略微進一步彎曲以進行接觸。類似地，若多彎曲感測器向上彎曲，則指狀部之支腿將較佳地在另一方向上彎曲。此有效地產生多彎曲感測器之彎曲開始與腳之位置之間的一變化偏移。最終效應為，歸因於曲率之此偏移變化改變移位量測之位置以便略微放大明顯移位且可影響量測。

圖23至圖25展示與多彎曲感測器一起使用之指狀部之實施例。

圖23係展示指狀部2302之一實施例。指狀部2302包括一支腿2303、一腳2306及一唇緣2308。支腿2303之長度設定一距離約束，該距離約束設定腳2306相對於多彎曲感測器之層之位置。唇緣2308經形成以防止指狀部2302以對多彎曲感測器造成損壞之此一方式影響滑動條。

圖24係展示指狀部2402之一實施例。指狀部2402包括一支腿2403及一腳2406。腳2406經定向以被放置於初始彎曲下方，以便防止任何潛在有害效應自初始情況偏移。此防止來自由彎曲引起之曲率之任何影響。

圖25係展示指狀部2502之一實施例。指狀部2502包括一支腿2503及一腳2506。腳2506經定向以被放置於初始彎曲下方，以便防止任何潛在有害效應自初始情況偏移。此防止來自由彎曲引起之曲率之任何影響。圖25中所展示之腳2502經形成具有在與圖24中所展示之腳相反之方向上定向之腳2506。

圖26係展示指狀部2002之一實施例。指狀部2002包括一腳，該腳經定向以被放置於初始彎曲下方以便防止任何潛在有害效應自初始彎曲偏移。此防止來自由彎曲引起之曲率之任何影響。

圖27及圖28分別展示具有複數個指狀部2002之一多彎曲感測器2000之一透視圖及一側視圖。在一實施例中，至少一個指狀部2002係由多彎曲感測器2000之參考條2001形成。指狀部2002經形成於多彎曲感測器2000之參考條2001之一切口區域2005內。在一實施例中，滑動條2011及參考條2011係接著摺疊至自身上之一單個連續組件之部分。在一實施例中，至少一個間隔件定位於滑動條部分2011與參考條部分2001之間。

在一實施例中，藉由在如本文中別處所論述之一製程中形成包含電極圖案(未展示)之參考條2001及滑動條2011來產生指狀部2002。在一實施例中，用於放置於滑動及參考部分中之電極之電連接可透過連續組件之一或兩端佈線回至電路系統。在一實施例中，屬於滑動部分之電極及屬於參考部分之電極附裝至一連續材料塊，其中全部電連接佈線至一或兩端。該連續材料塊接著將經摺疊且端彼此固定。在一實施例中，至少一個間隔件被放置於滑動部分與參考部分之間且固定至材料之端。

現參考圖27及圖28，如本發明中別處所提及，應瞭解，指狀部2002之數目係依據經採用之多彎曲感測器之長度而變化。此外，雖然參考參考條2001，但應瞭解，在一實施例中，指狀部經定位於滑動條2011上。此外，在一實施例中，指狀部交替用於參考條2001及滑動條2011上。在一實施例中，指狀部之放置係取決於其預期用途且可取決於哪一條較佳而放置於參考條及滑動條2011上。

現參考圖29，展示一指狀部2002及一多彎曲感測器2000之一詳細視圖。在一實施例中，藉由在參考條2001中產生一C形切割區域2005，且接著形成參考條2001之所得材料使得其向下延伸至切口區域2005中，從而在參考條2001內形成指狀部2002。在一實施例中，選擇性地放置凹口2006以容許指狀部2002在所要位置處之標定變形。例如，在圖29中，凹口2006經定位於參考條2001與指狀部2002之間的過渡部分處。此容許指狀部2002在過渡部分處比沿著指狀部之支腿更容易彎曲，從而減輕應力且藉由伸展而在指狀部處撓曲。在一實施例中，凹口2006經形成於兩個部分(例如，支腿、腳、唇緣)之間的接面處。

在一實施例中，可採用複數個技術來選擇性地加強或弱化指狀部2002之部分，以便獲得一所要機械行為。在一實施例中，可在選定部分(例如，支腿、腳、唇緣)處將肋添加至指狀部以便加強該部分及弱化該部分之至少一者。可注意，在加強支腿之情況下，肋將形成為自過渡部分縱向延伸朝向腳。在一實施例中，可藉由橫向添加肋來弱化支腿。在一實施例中，可在選定部分(例如，支腿、腳、唇緣)處將凹坑或凹入部添加至指狀部以便加強該部分及弱化該部分之至少一者。在一實施例中，可在選定部分(例如，支腿、腳、唇緣)處將額外材料(例如，金屬、塑膠、聚合物)添加至指狀部以便加強該部分。在一實施例中，支腿、腳及唇緣之至少一者彎曲。在一實施例中，在支腿、腳及唇緣之至少一者中產生一局部化凸塊或塊。在一實施例中，該凸塊或塊係橫向形成。

在一實施例中，可在與其中形成指狀部之條相對之條中形成一通道以便對腳提供一導引件。

現參考圖30，展示一指狀部3002之一圖式。在一實施例中，指狀部3002包括一第一支腿部分3003、一第二支腿部分3004、一腳3006及一唇緣3008。在一實施例中，複數個支腿部分容許更佳控制腳及唇緣相對於滑動條之放置。實體實施方案

現參考圖31A及圖31B，提供一多彎曲感測器之一參考條及一滑動條。複數個傳輸電極沿著接收電極之一對應圖案移動。在一實施例中，藉由檢查傳輸電極與接收電極之間的耦合電容之變化來判定位置。在一實施例中，指叉式電極之一圖案容許吾人藉由比較重疊電極之電容以判定相對移位來執行差分量測。此量測之差分性質使其對各種類型之誤差高度不敏感。如上文所提及，除了圖31A中所展示之電極圖案之外，可實施將進一步提供可幫助判定多彎曲感測器之整體移動及形狀之量測之其他電極圖案。

在一實施例中，複數個電極經調適以傳輸信號且複數個電極經調適以自傳輸信號之電極接收信號。在一實施例中，取決於實施方案，經調適以傳輸信號之電極及經調適以接收信號之電極可切換或交替。在一實施例中，經調適以傳輸一信號之一電極在一不同時間亦可經調適以接收一信號。使用經接收信號以判定一個條相對於另一條之移動。在一實施例中，當產生參考條及滑動條時，可在標準可撓性印刷電路板(PCB)上圖案化電極。可量測通過間隔件之電容，及判定相對位置。

在一實施例中，傳輸條具有與接收條上之相等數目個差分電極對對準之複數個等距間隔之電極。當條係平坦時，各傳輸電極將居中於一接收對上方，使得差分電容係零。在兩個條相對於彼此移位時，傳輸墊將移出與接收墊之對準，從而使差分電容不平衡。在一實施例中，電極經配置以便具有顯著重疊以最小化偏斜及邊緣場之影響，從而給出差分電容相對於移位之一線性變化。

在一實施例中，藉由插置複數個聚醯亞胺條而使傳輸及接收墊保持於一固定間隔。在一實施例中，移位量係與間隔之厚度成比例。在一實施例中，厚度係0.5 mm。在一實施例中，使用一單個間隔件。在一實施例中，使用複數個間隔件來維持準確間隔同時容許裝置易彎。

在一實施例中，條係經由一彈性套筒保持按壓在一起，同時仍容許其等沿著長度抵靠彼此移位。在一實施例中，一夾箝穿過條上之對準孔以約束該端上之運動。在一實施例中，金指狀部接觸件容許將條插入至一控制器板之相對側上之連接器中。在一實施例中，條與一控制器板一體地製造。

圖32A及圖32B分別展示一多彎曲感測器3200之一透視圖及一側視圖。在一實施例中，滑動條及參考條係接著摺疊至自身上之一單個連續組件之部分。在一實施例中，至少一個間隔件定位於滑動條部分與參考條部分之間。

在一實施例中，用於放置於滑動及參考部分中之電極(未展示)之電連接可通過連續組件之一或兩端佈線回至電路系統。在一實施例中，屬於滑動部分之電極及屬於參考部分之電極附裝至一連續材料塊，其中全部電連接佈線至一或兩端。該連續材料塊接著經摺疊且端彼此固定。在一實施例中，至少一個間隔件放置於滑動部分與參考部分之間且固定至材料之端。

圖33A及圖33B分別繪示在一平坦位置及一彎曲位置中之一多彎曲感測器。在一實施例中，在感測器撓曲時，電極移位。圖33C繪示在多彎曲感測器在一平坦位置中及在一彎曲位置中時相對移位與差分電容之間的關係。在一實施例中，當多彎曲感測器係在一平坦位置中時，傳輸電極在兩個接收電極之間居中(即，不移位)且差分電容係零。在一實施例中，當多彎曲感測器在感測器之至少一部分中彎曲時，至少一個傳輸電極與來自接收電極組之一個接收電極之重疊比與產生一非零差分電容之(若干)其他接收電極(即，移位)之重疊要多。

在一實施例中，使用一單通道、24位元差分電容至數位轉換器來執行電容量測。在一實施例中，使用一系列超低電容多工器，可連續地量測在沿著條之8個點處之移位。在一實施例中，經量測之電容係亞皮法拉。

在一實施例中，當註記歸因於各種跡線的接近而產生之大量寄生電容時，可使用一校準程序。首先，當感測器平放時，量測寄生電容之靜態影響。接著，從稍後讀數減去此值以求得歸因於電極之差分電容。在一實施例中，電路可每秒約10次進行多彎曲感測器之一全掃描，同時汲取小於100 mW。精確 單彎曲感測器

參考圖34，展示具有不同於(例如)圖1及圖2中所展示之多彎曲感測器之一幾何形狀之單彎曲感測器3400之一版本。在上文所論述之實施例中，多彎曲感測器具有控制器部分上之電路系統，及感測器條(諸如滑動條及參考條)。參考條及滑動條係保持或固定於電路系統之位置(即，控制器板端，亦被稱為近端)處。另一末稍端不受約束使得滑動條相對於參考條移動。在一實施例中，在沿著滑動及參考條之若干點處進行量測以偵測相對於彼此之相對運動。藉由沿著具有電容性元件之條進行多次量測，可歸因於自量測點至電子組件之距離而出現問題。此外，不受約束之末稍端亦可產生關於在條橫向分離時將條固持在一起之一些機械問題。

將注意，存在僅返回彎曲程度之一單個量測之彎曲感測器。然而，現有彎曲感測器具有與校準、漂移、疲勞等有關之問題。雖然本文中別處之感測器聚焦於多彎曲應用，但所描述之技術亦可應用於單彎曲感測器。

圖34繪示藉由利用一單個量測點而解決在先前技術中出現之其他多彎曲感測器具有之一些問題之一單彎曲感測器3400。藉由權衡多彎曲能力，可產生具有極佳抗雜訊干擾性同時使用一更簡單機械設計之一非常便宜、精確單彎曲感測器。

在圖34中所繪示之實施例中，電極3412係接近於單彎曲感測器3400之近端3401處之量測電路系統3410定位。憑藉單彎曲感測器3400，在近端3401處進行移位量測，而末稍端3402處之摺疊用作單彎曲感測器3400之受約束端。藉由量測近端處之移位，量測電路系統可放置於該點處，其中受約束端遠離電路系統。將注意，單彎曲感測器3400之摺疊設計係類似於圖32A及32B中所繪示之實施例之摺疊設計。本文中所描述之感測器之實施例(包含但不限於，針對一單個彎曲、多個彎曲或輪廓)可以圖32A及圖32B中所描述之外觀尺寸以及以其他外觀尺寸來實施。

在一實施例中，一單個撓性印刷電路板係用於形成單彎曲感測器3400，其中量測電路系統3410在感測器部分之一者上，且電極圖案3412在另一者上。單彎曲感測器3400接著沿著印刷電路板在半途點3414處摺疊，從而形成一頂部分3415及一底部分3416，使得具有傳輸電極及接收電極3412之至少一者之電極圖案可位於量測電路系統3410之頂部上。憑藉此配置，在半途點3414處之摺疊產生受約束端，其中電極3412在量測電路系統3410上方橫向移位。在一實施例中，傳輸電極及接收電極彼此疊置。在一實施例中，傳輸電極及接收電極之一者位於量測電路系統之頂部上，而另一者位於與量測電路系統相同之部分上。在一實施例中，一電極在不同時間間隔期間可為一傳輸電極及一接收電極。由於摺疊處不存在電子組件且在該位置處不存在相對移位，故末稍端3402可使用一機械殼體來保持摺疊。一末稍殼體3420亦可提供至物件之其他組件之簡單機械附接之一點。

仍參考圖34，在一實施例中，一間隔件3417可用於維持頂部分3415與底部分3416之間的一已知間隙。定位於近端3401處之量測電路系統3410及電極圖案3412相對於量測電路3410自由移位。

近端3401可具有用於量測電路系統3410之一近端殼體3430。用於容納近端3401之近端殼體3430可經設計以圍封近端3410，使得機械地保護橫向分離層。另外，此端可對容置於其中之組件提供電屏蔽。

由於量測電路系統3410之移動受到限制且較佳地不撓曲，故將在量測電路3410上方之此區域內移動之自由端在此區域中較佳地平坦以避免不同幾何形狀之電極之任何潛在問題。此避免可歸因於複雜幾何形狀而出現之問題且可提供較佳量測。

另外，可在單彎曲感測器3400之整個長度上進行移位量測，可採用在諸如數位卡尺之裝置中使用之位置量測技術。此有效地使用空間以提供較高信雜比。由於其中量測電路系統3410為平坦之區域，系統可經機械地配置，使得定位於末稍端3402處之電極3412直接位於量測電路系統3410之頂部上，即其等無需在此區域中間隔開。在一實施例中，可撓性電路板經形成為緊靠在一起，而在此區域中無一間隔件。在一實施例中，此區域中之剛性PCB係用於使電極向上延伸以跨越間隙。

在一實施例中，感測電極可沿著單彎曲感測器之長度延伸，且可使用縱向方向上之移動以便判定與長度有關之特定量測。在一實施例中，感測電極可沿著單彎曲感測器之長度延伸，且偏置構件(諸如彈簧)可定位於近端處以便使感測器之各自長度返回至起始位置。在一實施例中，單彎曲感測器之部分可經磨損且呈階狀以便提供沿著長度之不同點處之不同量測。

在一實施例中，可在工業及商業應用中使用單彎曲感測器來代替編碼器。在一實施例中，單彎曲感測器係用於一機械臂中。一多彎曲感測器之非均勻電極間隔

參考圖35，展示具有電極3520之非均勻間隔之一多彎曲感測器3500之一實施例。圖35展示非均勻間隔之多彎曲感測器3500之條之一俯視圖。在所展示之實施例中，非均勻間隔之多彎曲感測器3500具有一滑動條3512及一參考條3514。滑動條3512在參考條3514之一末稍端處固定至參考條3514。一間隔件可定位於滑動條3512與參考條3514之間。在使用時，保持器亦可用於抵靠一間隔件保持滑動條3512及參考條3514。

仍參考圖35，滑動條3512及參考條3514係可撓性的且能夠移動及彎曲。此外，放置於滑動條3512與參考條3514之間的一間隔件係可撓性的且能夠移動及彎曲。在一實施例中，間隔件可具有相對於滑動條3512及參考條3514之不同可撓性位準。在一實施例中，滑動條3512、參考條3514及間隔件可各具有不同可撓性位準。在一實施例中，不存在間隔件且滑動條3512及參考條3514相對於彼此移動。

在其中使用一間隔件之實施例中，條係以一恆定距離間隔(無論彎曲量如何)，但仍允許相對滑動。一間隔件較佳地具有一厚度，該厚度能夠在存在彎曲時允許滑動條3512及參考條3514之長度之間存在差異。在一實施例中，可能不存在間隔件且滑動條3512及參考條3514可彼此鄰接，然而向外面向側之間仍應存在足夠距離以允許在彎曲期間感測滑動條3512與參考條3514之間的相對移位。在一實施例中，間隔件可具有與滑動條3512及參考條3514相同之可撓性。在一實施例中，間隔件具有一不同可撓性範圍。一厚間隔件將提供一良好移位量，但間隔件自身可隨一緊致彎曲而改變厚度。一薄間隔件將較少具有一彎曲問題，但可能無法提供足夠移位。在一實施例中，間隔件可由抵靠彼此滑動之一系列薄層製成。此容許一厚間隔件具有相當急的彎曲而不會改變總厚度。

經調適以接收及處理沿著條發生之量測之電路系統3524可操作地連接至滑動條3512及參考條3514。在所展示之實施例中，電路系統3524可包括組件，或可操作地連接至組件，諸如處理器、信號產生器、接收器等。在一實施例中，在滑動條及參考條之遠端執行信號處理。

滑動條3512及參考條3514可由可撓性印刷電路板條形成。雖然滑動條3512及參考條3514經展示具有特定電極圖案，但應瞭解，各自條之各者之角色可改變且滑動條3512可用作參考條3514且反之亦然，此取決於特定實施方案。

電極3520可放置於滑動條3512及參考條3514之表面上。電極3520經調適以傳輸及接收信號。電極3520可配置成能夠在滑動條3512及參考條3514之彎曲期間判定一變化之任何圖案。此外，實施於滑動條3512及參考條3514上之電極3520之數目、大小及形狀可基於一特定實施方案而改變。藉由電極3520傳輸之信號可為頻率正交信號。

在圖35中所展示之實施例中，滑動條3512上之電極係以一非均勻方式沿著滑動條3512放置。即，電極3520經放置成群組，諸如第一群組3530及第二群組3540。該等群組之各者具有不同數目個電極3520。在一實施例中，一些群組具有與其他群組相同數目個電極，而一些群組具有不同數目個電極。電極不必放置成群組且可以其中循序放置之電極彼此不等距但其中一個電極可比先前電極更靠近下一電極之一方式簡單地放置。

通常，更多電極定位於滑動條或參考條上之其中需要更精確感測之區域中。例如，若使用一滑動感測器來判定一手指之關節，則該手指之各關節可具有與該特定關節相關聯之一群組的電極。在其中不存在彎曲之一關節之彼等區域中，可能未放置電極。藉由策略性地針對電極沿著彎曲感測器之放置，可藉由使用較少電極來達成對特定彎曲之更詳細感測，從而節省成本。在一實施例中，具有非均勻間隔之電極之感測器係與其中關節之各者具有一較高電極集中之一手指一起使用。在一實施例中，具有非均勻間隔之電極之感測器係與具有針對各手指(其中關節之各者具有對應於各手指上之關節之一較高電極集中)之一多彎曲感測器之一手套一起使用。在一實施例中，具有非均勻間隔之電極之感測器係與一機械臂一起使用，其中機械臂之各者在關節處具有一較高電極集中。在一實施例中，座椅及椅子具有擁有非均勻間隔之電極之多彎曲感測器，其中在發生更多彎曲之區域中電極集中。在一實施例中，服裝及制服物件具有多彎曲感測器，該等多彎曲感測器在其中服裝更頻繁地彎曲或更多地需要判定移動之區域中具有非均勻間隔之電極。在一實施例中，具有非均勻間隔之電極(在特定區域中電極集中)之多彎曲感測器係用於用以判定身體部位(諸如但不限於手臂、腿及脊柱)之彎曲之醫療裝置。

如將提及，具有非均勻間隔之電極之實施方案並不限於圖35中所描述之外觀尺寸。在一實施例中，具有類似於圖32A及圖32B以及圖20至圖30中所展示及本文中參考圖32A及圖32B以及圖20至圖30所描述之外觀尺寸之一外觀尺寸之一多彎曲感測器具有以如上所述之一非均勻間隔配置來配置之電極。

本發明之一態樣係一種多彎曲感測器，其包括具有第一複數個電極之一參考條，其中該第一複數個電極之各者經調適以接收一信號。該多彎曲感測器進一步包括具有第二複數個電極之一滑動條，其中該第二複數個電極之各者經調適以傳輸至少一個信號，其中該第二複數個電極之至少一者與一相鄰電極之間隔比與另一相鄰電極之間隔更遠；及經調適以處理藉由該第一複數個電極接收之信號之量測電路系統，其中該等經處理信號提供該滑動條相對於該參考條之移動之指示。

本發明之另一態樣係一種多彎曲感測器，其包括具有第一複數個電極之一參考條，其中該第一複數個電極之各者經調適以傳輸至少一個信號，且其中該第一複數個電極之一第一電極以一第一間隔與該第一複數個之一第二電極間隔開。該多彎曲感測器進一步包括具有第二複數個電極之一滑動條，其中該第二複數個電極之各者經調適以接收一信號，其中該第二複數個電極之至少一者對應於該第一複數個電極之該第一電極且其中該第二複數個電極之至少一個其他電極對應於該第一複數個電極之該第二電極；及經調適以處理藉由該第二複數個電極接收之信號之量測電路系統，其中該等經處理信號提供該滑動條相對於該參考條之移動之指示。

如本文中且尤其發明申請專利範圍內所使用，諸如第一及第二之序數術語本身並不旨在暗示序列、時間或唯一性，而是用於將一個所主張構造與另一所主張構造區分。在其中上下文規定之一些使用中，此等術語可暗示第一及第二係唯一的。例如，在一事件在一第一時間發生且另一事件在一第二時間發生之情況下，並不旨在暗示該第一時間在該第二時間之前、在第二時間之後或與第二時間同時發生。然而，在發明申請專利範圍中呈現第二時間在第一時間之後之進一步限制之情況下，上下文將要求將第一時間及第二時間解讀為唯一時間。類似地，在上下文如此規定或允許之情況下，旨在廣義地解釋序數術語，使得兩個所識別之請求項構造可具有相同特性或不同特性。因此，例如，在不存在進一步限制之情況下，一第一及一第二頻率可為相同頻率，例如，第一頻率為10 Mhz且第二頻率為10 Mhz；或可為不同頻率，例如，第一頻率為10 Mhz且第二頻率為11 Mhz。上下文可另有規定，例如，在一第一及一第二頻率進一步限於彼此頻率正交之情況下，在此情況中，其等可能並非為相同頻率。

雖然已參考本發明之一較佳實施例具體展示及描述本發明，但熟習此項技術者將瞭解，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下進行形式及細節之各種改變。

10:多彎曲感測器 12:滑動條 14:參考條 16:末稍端/端部/端點 18:間隔件 20:電極/指叉式電極 22:保持器 24:電路系統 30:點 31:點 71:已知起點 72:起始角度/初始已知角度 73:未知終點 74:終止角度/未知終止角度 75:中心 76:曲率半徑 77:角範圍 82:滑動條 84:參考條 110:多彎曲感測器 112:滑動平面 114:參考平面 115:電極 120:三角形電極 121:矩形電極 122:滑動條 124:參考條 126:匯流排 140:三角形電極 141:矩形電極 142:滑動條 144:參考條 150:三角形電極 151:矩形電極 152:滑動條 154:參考條 160:三角形電極 161:矩形電極 162:滑動條 164:參考條 172:滑動條 174:參考條 175:相機晶片 176:交錯附接點 182:接收電極 184:傳輸電極 1901:點 2000:多彎曲感測器 2001:參考條/參考條部分 2002:指狀部 2005:切口區域/U形切割區域/C形切割區域 2006:凹口 2011:滑動條/滑動條部分 2012:間隔件/間隔層 2015:間隔件切口區域 2302:指狀部 2303:支腿 2306:腳 2308:唇緣 2402:指狀部 2403:支腿 2406:腳 2502:指狀部 2503:支腿 2506:腳 3002:指狀部 3003:第一支腿部分 3004:第二支腿部分 3006:腳 3008:唇緣 3200:多彎曲感測器 3400:單彎曲感測器 3401:近端 3402:末稍端 3410:量測電路系統 3412:電極/電極圖案 3414:半途點 3415:頂部分 3416:底部分 3417:間隔件 3420:末稍殼體 3430:近端殼體 3500:多彎曲感測器 3512:滑動條 3514:參考條 3520:電極 3524:電路系統 3530:第一群組 3540:第二群組 L:長度 r:半徑 t:厚度

將自如附圖中繪示之實施例之下列更特定描述來明白本發明之前述及其他目的、特徵及優點，在附圖中，元件符號貫穿各種視圖係指相同部分。圖式並不一定按比例，而是重點在於繪示所揭示實施例之原理。

圖1展示一多彎曲感測器之一側視圖。

圖2展示不同感測器條之一俯視圖。

圖3係一滑動及一參考感測器條之一示意圖。

圖4係繪示捲繞一間隔件之一參考條之一圖式。

圖5係繪示捲繞一間隔件之一滑動條之一圖式。

圖6係由一滑動條及一參考條形成之一感測器條之另一視圖。

圖7A係繪示一片段之計算之一圖式。

圖7B係繪示一片段之計算之一圖式。

圖8係繪示對曲線使用一線性片段分析之一圖式。

圖9係繪示在線性片段分析中判定角度之一圖式。

圖10係繪示經間隔電極之一圖式。

圖11係繪示一多平面多彎曲感測器之一圖式。

圖12係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之一圖式。

圖13係進一步繪示連接之採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之另一圖式。

圖14係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之一圖式。

圖15係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之另一圖式。

圖16係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之另一圖式。

圖17係展示結合一相機晶片使用平行條之一圖式。

圖18係展示用於能夠判定捲繞之一感測器之一電極圖案之一圖式。

圖19係機械多彎曲感測器之一圖式。

圖20係展示一多彎曲感測器及一指狀部之一圖式。

圖21係一多彎曲感測器上之一指狀部之一視圖。

圖22係一多彎曲感測器上之一指狀部之一自上而下視圖。

圖23係一指狀部及多彎曲感測器之一圖式。

圖24係一指狀部及多彎曲感測器之另一圖式。

圖25係一指狀部及多彎曲感測器之另一圖式。

圖26係一指狀部及多彎曲感測器之另一圖式。

圖27係具有複數個指狀部之一多彎曲感測器之一透視圖。

圖28係具有複數個指狀部之一多彎曲感測器之一側視圖。

圖29係一指狀部及多彎曲感測器之一詳細視圖。

圖30係一指狀部及多彎曲感測器之一圖式。

圖31A展示一多彎曲感測器之一滑動條、一參考條及一間隔條之一俯視圖。

圖31B展示圖31A之多彎曲感測器之一側視圖。

圖32A係一多彎曲感測器之一透視圖。

圖32B係圖32A之多彎曲感測器之一側視圖。

圖33A繪示一平坦位置中之一多彎曲感測器。

圖33B繪示一彎曲位置中之一多彎曲感測器。

圖33C繪示在一多彎曲感測器在一平坦位置中及在一彎曲位置中時之代表性電極位置。

圖34係一單彎曲感測器之一示意性剖面側視圖。

圖35係具有非均勻電極間隔之一多彎曲感測器之一圖式。

3500:多彎曲感測器

3512:滑動條

3514:參考條

3520:電極

3524:電路系統

3530:第一群組

3540:第二群組

Claims (20)

1. 一種多彎曲感測器，其包括： 一參考條，其具有第一複數個電極，其中該第一複數個電極之各者經調適以接收一信號； 一滑動條，其具有第二複數個電極，其中該第二複數個電極之各者經調適以傳輸至少一個信號，其中該第二複數個電極之至少一者與一相鄰電極之間隔比與另一相鄰電極之間隔更遠；及 量測電路系統，其經調適以處理藉由該第一複數個電極接收之信號，其中該等經處理信號提供該滑動條相對於該參考條之移動之指示。
2. 如請求項1之多彎曲感測器，其中該第二複數個電極之電極經形成為群組。
3. 如請求項2之多彎曲感測器，其中該等群組之各者包括不同數目個電極。
4. 如請求項2之多彎曲感測器，其中該等群組之各者包括相同數目個電極。
5. 如請求項2之多彎曲感測器，其中該等群組之至少一者包括與該等群組之另一者相同數目個電極。
6. 如請求項1之多彎曲感測器，其中各經傳輸信號係頻率正交於各其他經傳輸信號。
7. 一種包括如請求項1之多彎曲感測器之機械臂。
8. 一種包括如請求項1之多彎曲感測器之感測手套。
9. 一種多彎曲感測器，其包括： 一參考條，其具有第一複數個電極，其中該第一複數個電極之各者經調適以傳輸至少一個信號，其中該第一複數個電極之一第一電極以一第一間隔與該第一複數個之一第二電極間隔開； 一滑動條，其具有第二複數個電極，其中該第二複數個電極之各者經調適以接收一信號，其中該第二複數個電極之至少一者對應於該第一複數個電極之該第一電極且其中該第二複數個電極之至少一個其他電極對應於該第一複數個電極之該第二電極；及 量測電路系統，其經調適以處理藉由該第二複數個電極接收之信號，其中該等經處理信號提供該滑動條相對於該參考條之移動之指示。
10. 如請求項9之多彎曲感測器，其中該第一複數個電極之一第三電極分別以一第二及第三間隔與該第一複數個電極之該第一電極及該第二電極間隔開；且其中該第二複數個電極之至少一個電極對應於該第一複數個電極之該第三電極。
11. 如請求項10之多彎曲感測器，其中該等第一、第二及第三間隔係相同的。
12. 如請求項10之多彎曲感測器，其中該等第一、第二及第三間隔係不同的。
13. 如請求項10之多彎曲感測器，其中該等第一、第二及第三間隔之至少兩者係不同的。
14. 如請求項9之多彎曲感測器，其中該第二複數個電極之電極經形成為群組。
15. 如請求項10之多彎曲感測器，其中該等群組之各者包括不同數目個電極。
16. 如請求項10之多彎曲感測器，其中該等群組之各者包括相同數目個電極。
17. 如請求項10之多彎曲感測器，其中該等群組之至少一者包括與該等群組之另一者相同數目個電極。
18. 如請求項9之多彎曲感測器，其中各經傳輸信號係頻率正交於各其他經傳輸信號。
19. 一種包括如請求項9之多彎曲感測器之機械臂。
20. 一種包括如請求項9之多彎曲感測器之感測手套。

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