TWI399517B - 全角轉動感測裝置及其方法 - Google Patents

Description

全角轉動感測裝置及其方法

本發明係有關一種轉動感測裝置及其方法，特別是一種全角轉動感測裝置及其方法。

目前使用可變電阻之類比感測器於轉動感測應用上，由於機構設計原因，其電氣旋轉角度範圍往往僅能至300度以下，即具有無效區(Dead Zone)之問題，僅能偵測電氣旋轉角度範圍內之角度，無法偵測全角範圍。請參照第1圖，透過輸出腳位a12可量測可變電阻a10之阻抗，可變電阻a10之碳粉分佈範圍a14對應軸心a16之角度即為電氣旋轉角度a20，轉動可變電阻a10之軸心a16使碳刷a18轉動，進而改變與碳粉分佈範圍a14的接觸位置，使阻抗隨之變化，因此可藉由阻抗變化得知轉動角度。因電氣旋轉角度a20無法達到全角範圍，當碳刷a18轉至無效區a22時，可變電阻a10之阻抗變為0，故無法得知在無效區a22範圍之角度。

另有以光學方式或磁性方式作為全角轉動感測之技術手段，如第2圖所示，係為以光學方式進行角度感測之示意圖，圓形遮罩a30上具複數個開槽a32，使發光裝置a34產生之光束透過開槽a32通過圓形遮罩a30，圓形遮罩a30根據軸心a36轉動，由光偵測裝置a38偵測通過圓形遮罩a30之光束並轉換為電訊號，進而推測圓形遮罩a30轉動之角度，可辨識全角範圍之轉動角度。

請參考第3圖，係以磁性方式作為全角轉動感測之技術手段，結合兩個磁性感測元件達到全角度感測之目的，第一磁性感測元件a42與第二磁性感測元件a44位於本體a40上，其放置位置相差90度，磁性物a46轉動時，因第一磁性感測元件a42與第二磁性感測元件a44感測到磁性變化(曲線α、曲線β)為SIN與COS之關係，如第4圖所示，由於SIN與COS在全角範圍內之任一角度有其特定值，因此可辨識全角範圍之轉動角度。

上述以光學方式或以磁性方式作為感測技術，雖可克服以可變電阻作為感測技術具有無效區之缺點，然以光學方式或以磁性方式作為感測技術裝置之成本及複雜度高，仍有待改善之處。

有鑑於此，本發明提供一種全角轉動感測裝置及方法，藉由本發明所提出的裝置或方法，可感知全角範圍內之角度，且裝置簡易、佔據體積小。

本發明提出一種全角轉動感測裝置，包含第一可變電阻、第二可變電阻、連桿及轉換模組。第一可變電阻具有第一阻抗，第二可變電阻具有第二阻抗，第一可變電阻與第二可變電阻以疊合角度θ交錯重疊，連桿串接第一可變電阻與第二可變電阻，連桿接受外力而轉動時第一阻抗與第二阻抗隨之改變，轉換模組依第一阻抗與第二阻抗而取得該外力之轉動角度。

本發明亦提出一種全角轉動感測方法，包含提供具有第一阻抗之第一可變電阻與具有第二阻抗之第二可變電阻，以疊合角度θ交錯重疊第一可變電阻與第二可變電阻，以連桿串接第一可變電阻與第二可變電阻，接受外力而轉動連桿時改變第一可變電阻之第一阻抗與第二可變電阻之第二阻抗，及依據第一阻抗與第二阻抗而取得外力之轉動角度。

有關本發明之較佳實施例及其功效，茲配合圖示說明如後。

以下舉出具體實施例以詳細說明本發明之內容，並以圖示作為輔助說明。說明中提及之符號係參照圖示符號。

請參照第5圖與第6圖，係為本發明之示意圖。本發明之全角轉動感測裝置包含：第一可變電阻10、第二可變電阻12、連桿14及轉換模組16。

第一可變電阻10可為旋轉式半可變電阻，具有第一阻抗；第二可變電阻12可為旋轉式半可變電阻，具有第二阻抗；其中，第一可變電阻10具有第一電氣旋轉角度ψ₁ ，且第一電氣旋轉角度ψ₁ 較佳地可大於180度；第二可變電阻12具有第二電氣旋轉角度ψ₂ ，且第二電氣旋轉角度ψ₂ 較佳地可大於180度。第一可變電阻10與第二可變電阻12以疊合角度θ交錯重疊，疊合角度θ>360°-(ψ1+ψ2)/2，使轉動角度於全角範圍內之任一角度時，第一可變電阻10之第一阻抗與第二可變電阻12之第二阻抗至少其中之一大於零，在此，第一可變電阻10與第二可變電阻12之疊合角度θ為固定值。

連桿14串接第一可變電阻10與第二可變電阻12，於接受一外力轉動時改變第一可變電阻10之第一阻抗與第二可變電阻12之第二阻抗。在此，連桿14以第一方向轉動使第一阻抗遞增時，第二阻抗遞減；以第二方向轉動使第一阻抗遞減時，第二阻抗遞增，但本發明非以此為限。

轉換模組16依據第一可變電阻10之第一阻抗與第二可變電阻12之第二阻抗而取得外力之轉動角度。在此，轉換模組16較佳地可由量化單元162及換算單元164所組成，其中，量化單元162可量化第一阻抗為第一電阻值，並可量化第二阻抗為第二電阻值，續以換算單元164將第一電阻值與第二電阻值換算為外力之轉動角度。

請參照第7圖，該圖所示為全角轉動感測方法之流程圖，包含下列步驟：

步驟S10：提供具有第一阻抗之第一可變電阻與具有第二阻抗之第二可變電阻。

在此，第一可變電阻10可為旋轉式半可變電阻，具有第一阻抗；第二可變電阻12可為旋轉式半可變電阻，具有第二阻抗；其中，第一可變電阻10具有第一電氣旋轉角度ψ₁ ，且第一電氣旋轉角度ψ₁ 較佳地可大於180度；第二可變電阻具有第二電氣旋轉角度ψ₂ ，且第二電氣旋轉角度ψ₂ 較佳地可大於180度。

步驟S20：以疊合角度θ交錯重疊第一可變電阻10與第二可變電阻12。

第一可變電阻10與第二可變電阻12之疊合角度θ>360°-(ψ1+ψ2)/2，使轉動角度於全角範圍內之任一角度時，第一可變電阻10之第一阻抗與第二可變電阻12之第二阻抗至少其中之一大於零，在此，第一可變電阻10與第二可變電阻12之疊合角度θ為固定值。

步驟S30：以連桿14串接第一可變電阻10與第二可變電阻12。

步驟S40：接受外力而轉動連桿14時改變第一可變電阻10之第一阻抗與第二可變電阻12之第二阻抗。在此，連桿14以第一方向轉動使第一阻抗遞增時，第二阻抗遞減；以第二方向轉動使第一阻抗遞減時，第二阻抗遞增，但本發明非以此為限。

步驟S50：依據第一阻抗與第二阻抗而取得外力之轉動角度。

在此，此步驟中，更包含下列步驟：量化第一阻抗為第一電阻值與量化第二阻抗為第二電阻值，換算第一電阻值與第二電阻值為外力之轉動角度。

換算第一電阻值與第二電阻值為外力轉動角度之步驟可為建立第一電阻值與第二電阻值對應連桿14轉動角度之對照表，以查表方式依據第一電阻值及第二電阻值取得外力之轉動角度。

另外，換算第一電阻值與第二電阻值為外力轉動角度之步驟亦可為建立第一電阻值與第二電阻值對應連桿14轉動角度關係之方程式，以求解方程式之方式，依據第一電阻值及第二電阻值取得外力之轉動角度。

如第8圖所示，係為轉動角度對應第一電阻值與第二電阻值之差值之關係圖，可分為A、B、C三個線性區間，A線性區間為第二電阻值為零時，第一電阻值與第二電阻值之差對應之角度關係；B線性區間為第一電阻值為零時，第一電阻值與第二電阻值之差對應之角度關係；C線性區間區為第一電阻值與第二電阻值均不為零時，第一電阻值與第二電阻值之差對應之角度關係，因此可針對A、B、C三線性區間各自建立線性方程式，藉由代入第一電阻值及第二電阻值取得外力之轉動角度。

本發明以兩個可變電阻互補其無效區所致無法感測全角度範圍之缺點，其成本較其他感測技術低，裝置與方法亦簡單，確實可實現簡易操作、體積小之全角轉動感測裝置及方法。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

a10．．．可變電阻

a12．．．輸出腳位

a14．．．碳粉分佈範圍

a16．．．軸心

a18．．．碳刷

a20．．．電氣旋轉角度

a22．．．無效區

a30．．．圓形遮罩

a32．．．開槽

a34．．．發光裝置

a36．．．軸心

a38．．．光偵測裝置

a40．．．本體

a42．．．第一磁性感測元件

a44．．．第二磁性感測元件

a46．．．磁性物

10．．．第一可變電阻

12．．．第二可變電阻

14．．．連桿

16．．．轉換模組

162．．．量化單元

164．．．換算單元

α．．．曲線

β．．．曲線

θ．．．疊合角度

ψ₁ ．．．第一電氣旋轉角度

ψ₂ ．．．第二電氣旋轉角度

A~C．．．線性區間

S10~S50．．．步驟

第1圖為一種習知可變電阻之示意圖。

第2圖為一種習知以光學方式作為全角轉動感測之示意圖。

第3圖為一種習知以磁性方式作為全角轉動感測之示意圖。

第4圖為第3圖的轉動角度之關係圖。

第5圖為全角轉動感測裝置較佳實施例之立體圖。

第6圖為全角轉動感測裝置較佳實施例之電子方塊圖。

第7圖為全角轉動感測方法之流程圖。

第8圖為全角轉動感測方法之理論圖。

10．．．第一可變電阻

12．．．第二可變電阻

14．．．連桿

θ．．．疊合角度

ψ₁ ．．．第一電氣旋轉角度

ψ₂ ．．．第二電氣旋轉角度

Claims (19)

1. 一種全角轉動感測裝置，包含：一第一可變電阻，具有一第一阻抗；一第二可變電阻，具有一第二阻抗，該第一可變電阻與該第二可變電阻以一疊合角度θ交錯重疊；一連桿，串接該第一可變電阻與該第二可變電阻，該連桿接受一外力而轉動時改變該第一可變電阻之該第一阻抗與該第二可變電阻之該第二阻抗；及一轉換模組，依據該第一阻抗與該第二阻抗而取得該外力之一轉動角度。
2. 如請求項1之全角轉動感測裝置，其中該第一可變電阻為旋轉式半可變電阻，具一第一電氣旋轉角度ψ₁ ，該第一電氣旋轉角度ψ₁ 大於180度。
3. 如請求項2之全角轉動感測裝置，其中該第二可變電阻為旋轉式半可變電阻，具一第二電氣旋轉角度ψ₂ ，該第二電氣旋轉角度ψ₂ 大於180度。
4. 如請求項3之全角轉動感測裝置，其中該疊合角度θ>360°-(ψ₁ +ψ₂ )/2。
5. 如請求項4之全角轉動感測裝置，其中該疊合角度θ為固定值。
6. 如請求項1之全角轉動感測裝置，其中該連桿轉動致使該第一可變電阻之該第一阻抗遞增時，該第二可變電阻之該第二阻抗遞減。
7. 如請求項1之全角轉動感測裝置，其中該連桿轉動時致使該第一可變電阻之該第一阻抗遞減時，該第二可變電阻之該第二阻抗遞增。
8. 如請求項1之全角轉動感測裝置，其中該轉換模組包含：一量化單元，量化該第一阻抗為第一電阻值，量化該第二阻抗為第二電阻值；及一換算單元，換算該第一電阻值與該第二電阻值為該外力之該轉動角度。
9. 一種全角轉動感測方法，包含：提供具有一第一阻抗之一第一可變電阻與具有一第二阻抗之一第二可變電阻；以一疊合角度θ交錯重疊該第一可變電阻與該第二可變電阻；串接該第一可變電阻與該第二可變電阻；接受一外力而轉動該連桿時改變該第一可變電阻之該第一阻抗與該第二可變電阻之該第二阻抗；及依據該第一阻抗與該第二阻抗而取得該外力之一轉動角度。
10. 如請求項9之全角轉動感測方法，其中該第一可變電阻為旋轉式半可變電阻，具一第一電氣旋轉角度ψ₁ ，該第一電氣旋轉角度ψ₁ 大於180度。
11. 如請求項10之全角轉動感測方法，其中該第二可變電阻為旋轉式半可變電阻，具一第二電氣旋轉角度ψ₂ ，該第二電氣旋轉角度ψ₂ 大於180度。
12. 如請求項11之全角轉動感測方法，其中該疊合角度θ>360°-(ψ₁ +ψ₂ )/2。
13. 如請求項12之全角轉動感測方法，其中該疊合角度θ為固定值。
14. 如請求項9之全角轉動感測方法，其中串接該第一可變電阻與該第二可變電阻之步驟為以一連桿串接該第一可變電阻與該第二可變電阻。
15. 如請求項9之全角轉動感測方法，其中該連桿轉動致使該第一可變電阻之該第一阻抗遞增時，該第二可變電阻之該第二阻抗遞減。
16. 如請求項9之全角轉動感測方法，其中該連桿轉動致使該第一可變電阻之該第一阻抗遞減時，該第二可變電阻之該第二阻抗遞增。
17. 如請求項9之全角轉動感測方法，其中依據該第一阻抗與該第二阻抗而取得該外力之該轉動角度之步驟包含：量化該第一阻抗為第一電阻值與量化該第二阻抗為第二電阻值；及換算該第一電阻值與該第二電阻值為該外力之該轉動角度。
18. 如請求項17之全角轉動感測方法，其中換算該第一電阻值與該第二電阻值為該外力之該轉動角度之步驟包含：建立該第一電阻值與該第二電阻值對應該連桿轉動角度之對照表；及以查表方式，依據該第一電阻值及該第二電阻值而取得該外力之該轉動角度。
19. 如請求項17之全角轉動感測方法，其中換算該第一電阻值與該第二電阻值為該外力之該轉動角度之步驟包含：建立該第一電阻值與該第二電阻值對應該連桿轉動角度之關係方程式；及以解方程式方式，依據該第一電阻值及該第二電阻值而取得該外力之該轉動角度。