专利名称：利用超声波在三维中进行的无线位置检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用超声波在三维中进4亍位置4全测(sensing of position )， 更具体地，涉及对相对于固定部件的移动部件进行检测，该移动部件没有通 过电线或电缆等与固定部件连接。
背景技术：
在利用超声波对位置进行检测方面已经有了很多尝试。通常，从一个部 件进行超声波发射，而在三个或多个其它部件接收发射的超声波。所述三个 或多个其它部件彼此的空间关系固定，通过测量传输到所述三个或多个接收 者的飞行时间，可以测量距离。通过利用三个或多个接收者，不同的到达时 间以及随之而来的不同的距离测量结果允许进行三角法计算，以确定移动部 件和固定部件之间的三维关系。至此，已经很好地理解了超声波位置检测的 理论，并且该理论经得起仔细的推敲。
然而，在实现此理论目标的实践中，出现了几个重大障碍。首先，必须 精确地知道发射开始的时间，以测量信号的飞行时间。在无线的实施例中， 这必须在不干扰该信号本身的情况下进行。第二，该类型的装置经常用在建 筑物内。这样，发射的信号会受到内墙和家具表面的反射，因此接收者必须 把原始信号与反射信号区分开，以精确地确定飞行时间。第三，绝对飞行时 间随空气的特性，特别地，随空气的温度和压强，而变化。第四，期望超声 波发射在可听到的频率范围内不会造成干扰发射。当然，还需要在通常的成 本和可靠操作的约束下解决这些问题。
下面所描述的计划用在计算机和控制台游戏市场的本发明对成本和可 靠性的约束尤其敏感。因而，下面所描述的本发明提供了一种特别简单、健壮而仍然高效的方法和装置，该方法和装置用来在无需使用固定部件和移动 部件之间的有线连接的情况下，利用超声波在三维中确定位置。
US 5142506包括了对上面筒要论述的问题的详细说明。这里所描述的 装置包括有线的移动部件，并寻求克服利用换能器(transducer)和复杂电 路的共振特性的复杂组合而确定发射信号的到达这一问题，以找到在预定幅 度之上的第二接收周期之后的零相交。
US 5175695公开了一种位置检测装置，其中利用复杂包络检测 (envelope detection )和门限电路确定发射信号的到达。通过发射脉沖群超 声波来激活已知的移动单元。利用空气温度传感器(sensor)进行校准。该 装置为解决上面陈述的问题而给出了复杂并且昂贵的方法。
EP 0312481通过使用红外发射来解决激活移动部件的问题。相对于US 5175695中的超声实施例，这当然增加了复杂度，并且还要求固定部件和移 动部件位于视线范围内。
迄今，在本技术领域中，没有一个解决利用超声的无线三维位置检测的 问题的现有技术方案给出一种解决必须克服的许多困难的、全面而又简单的 方案。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种在无线移动部件和固定部件之间进 行位置检测的方法，其中该无线移动部件携带移动超声换能器，该固定部件 携带具有预定的空间分离关系的多个固定超声换能器，该方法包括关断所 有所述的换能器以带来一段时间的静默；激活所述固定换能器中的一个或多 个换能器来发射超声信号；大体上在与发射该信号的同时，启动分别对应于 所述多个固定换能器的多个计时器；在该移动换能器处接收该信号；响应于 该接收的信号，从该移动换能器发射信号；在每个固定换能器处接收该移动 换能器发射的信号，并大体上在接收到在前20个接收到的边沿内发现的该 接收的信号的边沿时，优选地，在接收到在前10个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，更优选地，在最早接收到的上升边沿处发现的该接
收的信号的边沿时，停止各个计时器；根据表示声速的预定常数和各计时器
测量的该信号传输到每个固定换能器所用的时间，来计算该移动换能器与每
个固定换能器之间的距离；利用计算得到的距离来进行三角法计算，以确定 该移动部件相对于该固定部件的三维位置。
本发明通过从该固定部件发射超声信号来激活该移动部件。由于所述换 能器既可以在发射模式，也可以在接收模式下使用，因而本发明不需要另外 的部件，从而特别简单。 一旦该移动部件正在发射，那么该信号就由在该固 定部件处的各个换能器接收，并且进行简单的边沿检测。所述检测优选地是 检测最早的上升边沿，但也可能是检测选择自前10或20个周期内的边沿。 不需要进行包络检测，并且在发射之前确保所有的换能器都是关断的，以使 得反射逐渐消失，从而避免了反射。
在另一个实施例中，该固定部件和移动部件包括无线电频率换能器并且 能够利用无线电进行通信。这样，在另一方面，本发明提供一种在无线移动 部件和固定部件之间进行位置检测的方法，该无线移动部件携带移动超声换 能器和第一无线电频率换能器，该固定部件携带第二无线电频率换能器和具 有预定的空间分离关系的多个固定超声换能器，该方法包括从该第二无线 电频率换能器发射无线电频率触发信号；大体上在发射该触发信号的同时， 启动分别对应于所述多个固定换能器的多个计时器；在该移动换能器处接收 该触发信号；响应于接收的该触发信号，从该移动换能器发射信号；在每个 固定超声换能器处接收该移动超声换能器发射的该信号，并大体上在接收到 在前20个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，优选地，在接收 到在前10个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，更优选地，在 最早接收到的上升边沿处发现的该接收的信号的边沿时，停止各个计时器； 根据表示声速的预定常数和各计时器测量的信号传输到每个固定换能器所 用的时间，来计算该移动换能器与每个固定换能器的距离；并且利用计算得 到的距离来进行三角法计算，以确定该移动部件相对于该固定部件的三维位置。
在一个优选实施例中，在该固定部件处接收的超声信号被限幅，例如通
过利用相对较高增益的C类(ClassC)放大器或门限可调整比较器被限幅， 以进一步筒化对该接收的信号的边沿的检测。这避免了需要现有技术中提出 的复杂的附加信号处理或复杂的模拟信号处理。
本领域技术人员将会理解，该系统可以在相反模式下使用，在该模式下， 所述多个超声换能器设置在该移动部件上，而该单个超声换能器设置在该固 定部件上。然而， 一般来说，重量和电池能量的限制会要求所述多个换能器 设置在该固定部件上。不过，应该理解，在两种配置下，本发明都将起到很 好的作用，并且在整个本申请的上下文中，都设想了这两种可选情况。
根据本发明的另 一个方面，提供了 一种利用无线移动部件和固定部件进 行位置检测的方法，其中该无线移动部件携带超声换能器，该固定部件携带 具有预定的空间分离关系的多个超声换能器，该方法包括通过利用从预定 的编码组中选择的唯 一 编码对该固定部件发射的超声信号进行调制，来从多 个类似的移动部件中选择所述的移动部件，并且安排该移动部件响应所述编 码组中的编码的一个子集，优选地，只响应所述编码组中的编码之一。
本发明的这一方面处理一种增强，即允许多个移动部件与同一固定部件 一起使用。当把身份信号调制到所述一个或多个固定换能器发射的信号上 时，只能设置所述移动部件中的一个来响应。通过按照顺序轮询多个移动换 能器，可以确定多个这样的移动换能器相对于该系统的单个固定部件的位 置。EP0152卯5在医学环境下进行了一些类似的尝试。然而，需要注意的是， 该系统包括连接到携带换能器的人员的脐带索，因此，该系统不是无线系统。
在另一个方法方面，提供一种校准具有固定部件的超声位置检测装置的 方法，其中该固定部件携带具有预定的空间分离关系中的多个超声换能器， 该方法包括激活所述固定换能器中的第一换能器和第二换能器；从该第一 换能器向该第二换能器发射超声信号；测量该超声信号从该第一换能器传输 到该第二换能器所用的时间，根据已知的所述换能器之间的距离和所测量的时间推导出第 一校准测量结果。
在该增强的实施例中，利用固定部件上的所述多个换能器之间的空间关 系进行自校准。现有技术方法通常采取利用昂贵的温度和大气压力传感器的 形式。尽管一些现有技术方案包括自校准特征，但这些特征倾向于包括移动 部件(放在已知位置处的支架上)和固定部件之间的校准。已经发现，对固 定部件上的几个换能器的几个测量结果求平均可以显著地提高精度。
在又一个实施例中，提供一种具有固定部件和无线移动部件的超声位置 检测装置，其中该固定部件携带处于预定的空间分离关系的多个超声换能 器，该无线移动部件携带移动超声换能器，该固定部件包括多个与所述固定 换能器的各自的输出连接的C类放大器，以及被设置为被所述C类放大器 的各自的输出触发的多个计时器。
在本发明的另一方面中，提供了一种移动部件，该移动部件包括至少两 个构件，每个构件利用附加装置都可连接到另外一个构件上，并且该移动部 件包括用来向固定单元发送信息的通信装置。优选地，该附加装置为磁耦合、 钩子和环形扣件、机械扣件，或扣钩。该通信装置可为移动超声换能器或无 线电频率换能器。优选地，该固定部件适于根据该通信装置发送的信息来确 定每个移动部件的位置。
所述构件还可包括检测装置，该检测装置适于确定该构件是否与另一构 件连接并当两个或多个构件连接时，使得只有一个构件发射超声和/或无线 电频率信号。
在一个优选实施例中，所述构件中的一个承担主要角色，独自承担与该 固定单元的无线电频率通信，其它一个或多个构件利用无线电频率和/或超 声传输与该主构件进行本地通信。由于只有 一个构件需要以足够的功率发射 和接收信号来与该固定部件通信，而该固定部件与该主构件的距离通常大于 所述构件之间的距离，因而这将节省电源功率。该主构件可以包括数据緩冲 器，该数据缓冲器用来在其可能向另一构件或该固定部件发送信息之前存储 该信息。该移动部件或该移动部件的一个或多个构件可以包括转动传感器，例如 一个或多个加速计和/或回转仪/罗盘传感器。加速计数据或其它转动数据、 和/或该移动部件上按钮的按压可以利用无线电频率或超声传输传播回该固 定部件。
下面将参照附图，作为举例，说明本发明的实施例。附图中
图1为根据本发明的移动部件的示意性框图2为根据本发明的固定部件的示意性框图3为示出位置测量期间采取的步骤的流程图4为根据本发明的第二实施例的移动部件的示意性框图。
具体实施例方式
参见图1,移动部件2具有电池电源4、换能器控制器6和解调器8。 单个换能器IO被连接到换能器控制器6上。
换能器10被设置为具有较宽的散布角，通常大于30°，优选地，大于 60。。通常，该换能器被设置为以大约40千赫发射信号。如本领域所知，这 样的换能器因此也适合以大约同 一频率进行接收。尽管更低的频率趋向更宽 地散布，而这是比较有利的，但是频率的选择并不重要。然而，由于人类耳 朵的听力范围有时扩展到接近20千赫，因此应该认为大约25千赫的频率为 最小可用频率。
换能器控制器6用来控制换能器10的发射模式、接收模式和空闲模式， 以及处理必需的放大和緩冲。解调器8被设置为解调和识别换能器10接收 的唯一ID编码，这将在下面详述。
参见图2,固定部件11具有多个换能器12,这些换能器12通常与换能 器10的构造相同。通常，将使用4个换能器12。这4个换能器12提供4 个可能的三角法测量方案，可以对这些方案进行平均或其它处理，以提高精度。如果要求较低精度的话，可以仅使用3个换能器(提供单个三角法测量
方案)，本发明包括这一选项。也可以使用多于4个换能器，以进一步提高
的精度，但是要付出较高的制造成本。
一个实施例中的换能器12计划既在发射模式，也在接收模式下使用， 这将在下面详述。在接收模式下，单元14接收输入，并将其传递给C类操 作中的高增益放大器16,高增益放大器16用来对输入波形进行限幅，以产 生一般性矩形波形。然后，该一般性矩形波形被传递给边沿检测器18。换 能器和计时器控制单元20用来控制换能器12的发射模式、接收模式和空闲 模式，还用来激活和关断多个计时器22。最后，使用距离计算器24来进行 用于位置检测的最终计算。
现在连同图3来说明这些部件的具体操作。
在出发点，所有的换能器空闲。在初始化时，进入自校准阶段，其中使 换能器12之一发射信号，在其它两个换能器12接收该信号。这些换能器 12以它们的空间关系为固定且为已知的方式安装在一个结构上。通过利用 换能器和计时器控制单元20和计时器22测量信号到达另外2个换能器12 所用的时间，可以确定在邻近固定单元11处表示声速的估计。这允许在以 后的计算中把温度和压力变化的影响经过校准而排除掉。
一个发射在两处接收这一方式的使用提供了 2个不同的结果。最终，平 均这2个结果得到最终的校准数字，以用于后来的校准。进一步最优地，另 一个换能器12或甚至所有3个换能器12可以用来顺次发射信号，其余2个 换能器接收信号。这将提供多达6个测量结果，可以平均这些测量结果。
一旦初始校准阶段结束，就可以开始测量阶段。通常这将被用于用户校 准，在用户校准中，设置进一步测量的原点，从而虑及相对于用户拿着移动 部件的较为舒服的位置放置固定部件。
参见图3，在步骤50中，固定换能器12开始发射短脉冲群超声波(short burst of ultrasound)。通常，这将是8个周期的超声波，并且通常被调幅以 包括多比特(通常为8比特)二进制数字作为身份编码。与此同时，换能器和计时器控制单元20使计时器22启动(步骤52)。
移动部件2接收发射的信号，并利用解调器8解码身份编码(步骤5 4 )。 使用身份编码来允许多个移动部件与相同固定部件一起使用。这样，移动部 件2确定该身份编码是否指示该移动部件应该进行发射。还可以使用身份编 码来指示某些模式，例如在这些模式下，可以使用移动部件来激活振动装备、 移动单元中的声音和/或移动部件中的灯光效果。
码(这在步骤56被认识)。如果移动部件2是活跃的，那么发射未调制的 脉沖群超声波(步骤58)。该脉冲群超声波通常为8个周期的脉冲群。
群(步骤60)。当每个固定换能器接收到信号的时候，换能器和计时器控 制单元20关断相应的计时器(步骤62)。 一旦所有的固定换能器都接收到 了来自移动部件的信号发射(步骤64)，通过从换能器12向换能器10发 射停止信号来停止移动部件，并且距离计算器24利用每个换能器对照的计 时器22中存储的值计算各部件的相对位置作为距离的测量结果。利用本领 域公知的三角法计算来确定位置4企测。
可以通过使移动部件在其自身发射期间搜寻换能器12发射的信号，来 停止移动部件的发射(步骤66)。
优选地，换能器和计时器控制单元20使用边沿检测器18检测到的第一 边沿来触发停止特定换能器12对应的计时器22。这是一种特别简单的方法， 并且通过对接收到的信号进行限幅(利用C类放大器16)来促进这一方法。 由于反射的信号通常将用更长的时间来到达，因而还假定第一个接收到的信 号为直接视线信号。如此，简单地选择第一边沿就可以避免需要用来除去多 径反射的复杂计算。通过至少每秒IOO次地重复图3的循环，给出连续运动 检测的印象。如果使用了多个移动部件，那么连续地轮询这些移动部件(当 然，除非已知一个特定移动部件对响应具有较低要求，在这种情况下，可以 较不频繁地轮询该移动部件)。还可以简化移动部件，以便其不搜寻停止信号。其可以简单地发射8个周期，然后自动地停止。
尽管需要一些静默时间来使反射逐渐消失，但是将会注意到，当在大约
100赫兹下重复8个周期的40千赫超声波时，有足够的时间来服务大约100 个移动部件。在实践中，这个数字更可能在1到IO之间。此外，选择8比 特的身份编码允许256个组合，如上所述，当激活和去激活移动部件上的零 件时，这些组合可以被形成为256个不同的移动部件，或者也可以被用来寻 址较少数量的移动部件。
这样，上面已经给出的是无线环境下利用超声波的三维位置检测问题的 一个特别筒单、有效的解决方案。
位置确定的精度主要由计时器22的分辨率决定，而计时器22的分辨率 又由时钟频率决定。目前，发现6.5兆赫兹的时钟频率是比较合适的。使用 更高的时钟频率可以提高分辨率，但是代价是需要更大的计数器。
在本发明的又一实施例中，移动部件70由如图4中所示的2个或多个 构件72组成。每个构件72都包括适于向固定部件发送信息的通信装置73， 和用来接收来自用户指令的用户接口 。
例如，通信装置73可为适于利用电线向固定部件发送通过用户接口接 收到的信息的发射器。可替代地，每个构件都可与参照图l所说明的移动部 件相似，并且具有电池电源4、换能器控制器6和解调器8。这样，通信装 置73可为超声换能器和/或无线电频率换能器。此外，构件72中的一个构 件可为主构件，直接与固定部件ll'通信。如果已经指定了主构件，那么其 它构件通常通过主构件与固定部件通信，从而主构件运行时具有所有构件 72的本地集线器的性质。
优选地，构件72利用附加装置74可拆装地连接。附加装置允许构件 72容易地连接以形成一个移动部件，或分开以形成2个分离的移动部件。 例如，附加装置可为一个或多个》兹体或钩子和诸如维可牢尼龙搭扣(RTM) 之类的环形扣件。可替代地，可以为每个构件72配备扣钩的互补部分，这 些扣钩的互补部分紧固在一起以把各个构件固定在一起。可以使用任何其它合适的附加装置。
由于每个构件72都配备了电池电源4、换能器控制器6和解调器8,因 而每个构件都能够独立地向固定部件发射信号(未示出)。因此，如参照图
3所述，固定部件可以利用信号内编码的身份来确定每个构件72的位置。
优选地，构件72配备一个传感器(未示出)，该传感器检测何时该构 件被附加到另一个构件上。这使得附加到一起的这些构件能够只需发射一个 信号。
在又一个实施例中，利用无线电频率(rf)通信实现固定部件和移动部 件之间的通信。这样，在图3中，发射步骤(步骤50)包括向移动部件的 rf通信，而接收步骤(步骤54)包括rf接收。
如图1中所示，固定部件11包括可选的rf换能器80，移动部件包括可 选的rf换能器82。
移动部件还可包括一个或多个加速计和/或回转仪/罗盘传感器。这允许
可以检测和测量移动部件的加速度信息以及转动，并利用诸如rf或超声传输 之类的无线传输把其传送回固定部件。
作为又一种增强，可以使用移动部件的加速度来调整位置检测的误差平 均。通常，为了最小化误差的影响，要通过几个读数求移动部件的检测的位 置的平均。这使误差达到某一平均数并提供平滑的位置读数。然而，求平均 也强制加入了延时，当移动部件迅速移动时，这种延时是可察觉的。通过利 用加速计数据，当移动部件在预定的 一个门限或 一组门限(这可以对应于用 来求平均的样本的在数量的各种变化)以上加速时，减少用来求平均的样本 的数量，而当移动部件的加速度较小时，再次增加求平均的样本的数量，这 样可以克服这一问题。因为当发生快速运动时，位置检测的精度主观上较不 重要，相反，当运动较慢时，位置读数的延时增加则较不重要，所以这样能 够起到很好的作用。
权利要求
1、一种在无线移动部件和固定部件之间进行位置检测的方法，其中该无线移动部件携带移动超声换能器和第一无线电频率换能器，该固定部件携带第二无线电频率换能器和具有预定的空间分离关系的多个固定超声换能器，该方法包括(a)从该第二无线电频率换能器发送无线电频率触发信号；(b)大体上在发射该触发信号的同时，启动分别对应于所述多个固定换能器的多个计时器；(c)在该第一无线电频率换能器处接收该触发信号；(d)响应于所接收的触发信号，从该移动超声换能器发射信号；(e)在每个固定超声换能器处接收由该移动超声换能器发射的信号，并大体上在接收到在前20个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，优选地，在接收到在前10个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，更优选地，在接收到在最早接收到的上升边沿处发现的该接收的信号的边沿时，停止各个计时器；(f)根据表示声速的预定常数和各计时器测量的该信号传输到每个固定换能器所用的时间，来计算该移动超声换能器与每个固定超声换能器之间的距离；和(g)利用计算得到的距离来进行三角法计算，以确定该移动部件相对于该固定部件的三维位置。
2、 根据权利要求1所述的方法，包括对所述固定超声换能器接收到的信号 进行限幅，以产生大体上的矩形波形。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中，对该第二无线电频率换能器发射的信号进行调制，以嵌入从预定的编码组中选择的唯一编码，并且其中该第一无 线电频率换能器仅响应包含该预定的编码组中的一个预定编码的接收的信号，由此，多个移动部件可以与一个固定部件一起使用。
4、 一种利用无线移动部件和固定部件进行位置检测的方法，其中该无线移 动部件携带超声换能器，该固定部件携带具有预定的空间分离关系的多个超声 换能器，该方法包括通过利用从预定的编码组中选择的唯一编码对该固定部 件发射的信号进行调制，来从多个类似的移动部件中选择所述的移动部件，并 且安排该移动部件响应所述编码组中的编码的一个子集，优选地，只响应所述 编码组中的编码之一。
5、 根据权利要求4所述的方法，其中该调制为调幅。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中对该信号的8个周期进行调制，并且 每个周期表示8比特二进制数的单个比特。
7、 根据权利要求4至6中的任一个的方法，包括激活所述固定换能器中 的一个或多个固定换能器来发射超声信号；在该移动换能器处接收该信号；响 应于该接收的信号从该移动换能器发射信号，并且在发射周期之间进行收听所 述固定换能器以在该移动换能器处接收关断信号以使该移动换能器停止发射。
8、 根据权利要求4到7中的任一个的方法，其中该移动部件被设置为在预 定的时段，例如8个周期后，停止发射。
9、 一种校准具有固定部件的超声位置检测装置的方法，其中该固定部件携 带具有预定的空间分离关系的多个超声换能器，该方法包括激活所述固定换 能器中的第一换能器和第二换能器；从该第一换能器向该第二换能器发射超声 信号；测量该超声信号从该第一换能器传输到该第二换能器所用的时间，根据 已知的所述换能器之间的距离和所测量的时间推导出第一校准测量结果。
10、 根据权利要求9所述的方法，包括激活第三换能器；测量该超声信 号从该第一换能器传输到该第三换能器所用的时间；根据第一换能器和第三换 能器之间的已知距离和所测量的时间推导出第二校准测量结果，并平均该第一 校准测量结果和第二校准测量结果。
11、 一种位置检测方法，包括至少每秒100次地重复根据权利要求1至 9中的任一个的位置检测方法。
12、 根据权利要求11所述的检测位置方法，包括大体上在每次重复该位置检测方法之间，根据权利要求9至11中的任一个进行校准。
13、 一种超声位置检测装置，具有固定部件和无线移动部件，其中该固定 部件携带具有预定的空间分离关系的多个固定超声换能器，该无线移动部件携 带移动超声换能器，该固定部件包括连接到所述固定换能器的各自的输出上的多个c类放大器，以及被设置为被所述c类放大器的各自的输出触发的多个计时器。
14、 根据权利要求13所述的超声位置检测装置，其中选择所述放大器的增 益，来确保在所述固定换能器的各自的正常运行点处，该输出是饱和的。
15、 根据权利要求13或14的超声位置检测装置，进一步包括调制器，该 调制器被设置为调制所述固定超声换能器发射的信号，以在该信号中嵌入从预 定的编码组中选4斧的唯一编码。
16、 根据权利要求15所述的超声位置检测装置，其中该调制为调幅。
17、 根据权利要求13所述的超声位置检测装置，其中该移动部件包括至少 2个构件，每个构件都携带移动超声换能器，并且可利用附加装置连接到另外 一个构件上。
18、 根据权利要求17所述的超声位置检测装置，其中该附加装置为磁体、 钩子和环形扣件或扣钩。
19、 根据权利要求17或18的超声位置检测装置，其中所述构件包括检测 装置，该检测装置适于确定该构件是否与另 一构件连接并使得当两个或多个构 件连接时，只有一个构件发射信号。
20、 一种移动部件，包括至少两个构件，每个构件都可利用附加装置连接 到另外一个构件上，并且该移动部件包括用来向固定单元发送信息的通信装置。
21、 根据权利要求20所述的移动部件，其中该附加装置为磁体、钩子和环 形扣件或扣钩。
22、 根据权利要求20或21所述的移动部件，其中该通信装置通过电线或 通过无线连接向该固定单元发送信息。
23、 根据权利要求22所述的移动部件，其中该通信装置为超声换能器。
24、 根据权利要求22所述的移动部件，其中该通信装置为无线电频率换能器。
25、 根据权利要求20至24中的任一个的移动部件，其中该固定部件适于 确定每个移动部件的位置。
26、 根据权利要求20至25中的任一个的移动部件，其中所述构件包括检 测装置，该检测装置适于确定该构件是否与另一构件连接并使得当两个或多个 构件连接时，只有一个构件发射信号。
27、 一种在无线移动部件和固定部件之间进行位置检测的方法，其中该无 线移动部件携带移动超声换能器，该固定部件携带具有预定的空间分离关系的 多个固定超声换能器，该方法包括(a)关断所有所述的换能器以带来一段时间的静默；(b )激活所述固定换能器中的一个或多个换能器来发射超声信号；(c) 大体上在与发射该信号的同时，启动分别对应于所述多个固定换能器 的多个计时器；(d) 在该移动换能器处接收该信号；(e) 响应于该接收的信号，从该移动换能器发射信号；(f) 在每个固定换能器处接收该移动换能器发射的信号，并大体上在接收 到在前20个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，优选地，在接收到 在前IO个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，更优选地，在最早接 收到的上升边沿处发现的该接收的信号的边沿时，停止各个计时器；(g) 根据表示声速的预定常数和各计时器测量的该信号传输到每个固定换 能器所用的时间，来计算该移动换能器与每个固定换能器之间的距离；(h) 利用计算得到的距离来进行三角法计算，以确定该移动部件相对于该 固定部件的三维位置。
28、 根据权利要求27所述的方法，包括对所述固定超声换能器接收到的信 号进行限幅，以产生大体上的矩形波形。
29、 根据权利要求28所述的方法，其中，对该固定部件发射的超声信号进行调制，以嵌入从预定的编码组中选择的唯一编码，并且其中该移动超声换能 器仅响应包含该预定的编码组中的一个预定编码的接收的信号，由此，多个移 动部件可以与一个固定部件一起使用。
30、 一种大体上如这里参照附图所说明的位置检测方法。
31 、 一种大体上如这里参照附图所说明的校准方法。
32、 一种大体上如这里参照附图所说明的那样构造和设置的超声位置检测 装置。
全文摘要
本发明提供一种在无线移动部件和固定部件之间进行位置检测的方法，其中该无线移动部件携带移动超声换能器，该固定部件携带具有预定的空间分离关系的多个固定超声换能器，该方法包括关断所有换能器以带来一段时间的静默；激活一个或多个固定换能器来发射超声信号，大体上在发射该信号的同时，启动分别对应于所述多个固定换能器的多个计时器；在该移动换能器处接收该信号；响应于该接收的信号，从该移动换能器发射信号；在每个固定换能器处接收该移动换能器发射的该信号，并大体上在接收到在前20个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，优选地，在接收到在前10个接收到的边沿内发现的该接收的信号的边沿时，更优选地，在接收到在最先接收到的上升边沿内发现的该接收的信号的边沿时，停止各个计时器；根据表示声速的预定常数和各计时器测量的信号传输到各个固定换能器所用的时间，来计算移动换能器与每个固定换能器之间的距离；并且利用计算得到的距离来进行三角法计算，以确定移动部件相对于固定部件的三维位置。
文档编号G01S5/00GK101421638SQ200780011856
公开日2009年4月29日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者史蒂文·大卫·拉瓦舍 申请人:英特格姆有限公司