一种用于人机交互中的运动惯性追踪系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人机交互技术领域，具体来说是一种用于人机交互中的运动惯性追踪系统。
【背景技术】
[0002]MEMS陀螺仪是基于微机电工艺制造的惯性器件，用于测量物体运动的角速度。它具有体积小，可靠性高，成本低廉，适合大批量生产的特点，因此具有广阔的市场前景，可应用于包括消费电子、航空航天、汽车、医疗设备和武器在内的广泛领域。MEMS陀螺仪系统通常包括驱动部分和检测部分，其采用科里奥力(以下称科氏力)的原理进行角速度的检测，而科氏力是人为构造出的虚拟力，具体地，需要在第一方向对结构进行驱动，当第二方向有角速度输入时，才会在第三方向上产生科氏力，引起质量块的位移，通过检测该位移的变化，来实现对角速度的检测。因此，MEMS陀螺仪的结构比较复杂，一般来说，在单个结构上集成XYZ三轴陀螺仪有很大的难度。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有技术中运动追踪系统因噪音影响而导致灵敏度不好的缺陷，提供一种用于人机交互中的一种运动惯性追踪系统来解决上述问题。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0005]—种用于人机交互中的运动惯性追踪系统，包括加速计模块、控制模块、陀螺仪模块;所述加速计模块包括至少两个加速计，两个加速计相隔一定距离设置在人体上;陀螺仪模块设置在所述人体上;加速计模块和陀螺仪模块分别与控制模块电连接；
[0006]所述陀螺仪模块包括MEMS三轴陀螺仪，所述MEMS三轴陀螺仪包括衬底，以及通过锚点弹性支撑在衬底上方的主质量块，所述衬底上设有与主质量块构成驱动电容并驱动主质量块转动的驱动电极；以主质量块的横向方向为X轴方向，以主质量块的竖向方向为Y轴方向，以垂直于主质量块所在平面的方向为Z轴方向；还包括XY轴检测结构，所述XY轴检测结构包括通过锚点弹性支撑在所述衬底上方的随动质量块，其中，所述随动质量块的侧壁通过驱动弹性梁与主质量块连接;在所述随动质量块上还设置有X轴检测质量块、Y轴检测质量块，其中，其中X轴检测质量块位于随动质量块的Y轴方向上，并通过沿Y轴方向的第一连接梁与随动质量块连接;所述Y轴检测质量块位于随动质量块的X轴方向上，且通过沿X轴方向的第二连接梁与随动质量块连接;所述X轴检测质量块、Y轴检测质量块的两端具有分别沿对应的第一连接梁、第二连接梁对称的第一可动电极、第二可动电极;所述衬底上设置有与第一可动电极、第二可动电极构成差分检测电容的相应的固定电极;还包括Z轴检测结构，所述Z轴检测结构包括通过第三连接梁与主质量块连接的Z轴解耦质量块，还包括与Z轴解耦质量块平行布置的Z轴检测质量块，其中所述Z轴检测质量块通过位于其两侧的第四连接梁与Z轴解耦质量块连接;所述Z轴检测质量块通过第五连接梁连接在固定于衬底的锚点上，且第四连接梁与第五连接梁垂直;所述Z轴检测质量块上设置有第三可动电极、第四可动电极，所述衬底上设置有与第三可动电极、第四可动电极构成差分电容的固定电极。
[0007]优选的，所述XY轴检测结构设有两个，分布在主质量块X轴方向的中线上，且相对于主质量块的锚点对称。
[0008]优选的，所述X轴检测质量块设置有两个，分别记为第一X轴检测质量块、第二X轴检测质量块，所述第一 X轴检测质量块、第二 X轴检测质量块位于随动质量块Y轴方向的中线上，且相对于随动质量块的锚点对称;所述Y轴检测质量块设置有两个，分别记为第一 Y轴检测质量块、第二 Y轴检测质量块，所述第一 Y轴检测质量块、第二 Y轴检测质量块位于随动质量块X轴方向的中线上，且相对于随动质量块的销点对称。
[0009]优选的，在所述主质量块上设置有通孔，所述随动质量块位于相应的通孔内，所述驱动弹性梁与随动质量块的侧壁平行。
[0010]优选的，所述驱动弹性梁设有四个，分别位于随动质量块的四个侧壁方向。
[0011]优选的，所述主质量块通过第一十字弹性梁连接在其锚点上;所述随动质量块通过第二十字弹性梁连接在其锚点上。
[0012]优选的，所述Z轴检测结构设有两个，分别记为第一Z轴检测结构、第二Z轴检测结构，所述第一Z轴检测结构、第二Z轴检测结构分布在主质量块Y轴方向的中线上，且相对于主质量块的锚点对称。
[0013]优选的，所述第四连接梁沿着Y轴方向延伸，所述第五连接梁沿着X轴方向延伸，且所述第五连接梁设置有两个，分别位于Z轴检测质量块位于Y轴方向的两侧。
[0014]优选的，所述Z轴检测质量块包括相对于主质量块Y轴中线对称的第一Z轴检测质量块、第二 Z轴检测质量块，以及连接第一 Z轴检测质量块、第二 Z轴检测质量块的连接部;其中，所述第一Z轴检测质量块、第二Z轴检测质量块上均设有所述的第三可动电极、第四可动电极。
[0015]优选的，所述驱动电极设有四个，两两分布在主质量块相对的两侧。
[0016]本发明与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0017]本发明的MEMS三轴陀螺仪，驱动电极驱动主质量块在Z轴方向上顺时针或逆时针转动，从而使得XY轴检测结构中的随动质量块逆时针或顺时针转动，使Z轴检测结构中的Z轴解耦质量块会随着主质量块顺时针或逆时针运动。在有Χ、γ轴方向的角速度输入时，Χ、γ轴检测质量块会产生位于Z轴方向的科氏力，从而使Χ、Υ轴检测质量块会发生类似跷跷板的运动，通过相应的固定电极即可实现Χ、Υ轴角速度信号的测量；当有Z轴方向的角速度输入时，Z轴检测质量块会产生位于X轴、Y轴方向的科氏力，从而使Z轴检测质量块会发生平动，通过相应的固定电极即可实现Z轴角速度信号的测量。
[0018]本发明的MEMS三轴陀螺仪，通过上述的结构设计，可以将Χ、Υ、Ζ三轴陀螺仪的检测集成在单个芯片上，提高了芯片的利用率，同时也提高了角速度信号检测的精度。
【附图说明】
[0019]图1为本发明提供的一种用于人机交互中的运动惯性追踪系统的结构图；
[0020]图2是本发明三轴陀螺仪的结构示意图；
[0021 ]图3是本发明XY轴检测结构与主质量块的连接示意图；
[0022I图4是XY轴检测结构的示意图；
[0023]图5是Z轴检测结构的示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下:
[0025]如图1所示，一种用于人机交互中的一种运动惯性追踪系统，包括加速计模块、控制模块、陀螺仪模块;所述加速计模块包括至少两个加速计，两个加速计相隔一定距离设置在活动物体上；陀螺仪模块设置在所述活动物体上;加速计模块和陀螺仪模块分别与控制单元模块电连接。
[0026]参考图2，本发明提供的陀螺仪模块包括MEMS三轴陀螺仪，其包括衬底(视图未给出)，以及弹性悬置在衬底上方的主质量块I，还包括驱动主质量块I在衬底上方转动的驱动电极8。
[0027]本发明为了便于描述，以主质量块I的横向方向为X轴方向，以主质量块I的竖向方向为Y轴方向，以垂直于主质量块I所在平面的方向为Z轴方向。对于本领域的技术人员而言，应当理解的是，定义的X、Y、Z轴的方向只是为了便于描述，不应该用来限制本发明的保护范围，例如也可以定义主质量块I的竖向方向为X轴方向，定义主质量块I的横向方向为Y轴方向等。
[0028]参考图2、图3，在衬底上固定有锚点la，主质量块I通过一弹性梁连接在所述锚点Ia上，使得主质量块I在受到外界的驱动力时，可以以锚点Ia为转轴进行转动，该锚点Ia优选位于主质量块I的结构中心，使得主质量块I具有对称的结构。主质量块I与锚点Ia之间的这种连接结构属于本领域技术人员的公知常识。其中，所述弹性梁优选为第一十字弹性梁lb，从而可以使主质量块I稳固连接在锚点Ia上。当主质量块I受到外界相应的驱动时，使其可以以锚点Ia为转轴，扭转第一^h字弹性梁Ib变形，并在Z轴方向上顺时针或逆时针转动。
[0029]本发明的驱动电极8主要为主质量块I提供驱动力，该驱动电极8例如可以分布在主质量块I相对的两侧，并与主质量块I构成驱动电容。在本发明一个具体的实施方式中，参考图1，驱动电极8设置有四个，分别设置在主质量块I两个Y轴方向侧壁的上部、下部。驱动电极8可以通过锚点固定在衬底上，其与主质量块I的侧壁可以构成梳齿电容。近似位于主质量块I对角线方向上的两个驱动电极8为一组，两组驱动电极形成了差分驱动电容。以图1的视图方向为准，例如位于主质量块左上方、右下方的两个驱动电极8为一组，可以驱动主质量块I逆时针转动;位于主质量块I左下方、右上方的两个驱动电极8为一组，可以驱动主质量块I顺时针转动。当然对于本领域技术人员来说，四个驱动电极8也可以设置在主质量块I两个X轴方向侧壁的左方、右方，同样可以实现主质量块I的顺时针或逆时针驱动。
[0030]本发明的