[发明专利]定向照明手腕灯及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以对手腕运动进行捕捉和反应的手腕灯。特别是涉及一种利用MEMS加速度计与MEMS陀螺仪进行动作捕捉，通过微处理器与伺服电机进行光线控制的定向照明手腕灯及其控制方法。

背景技术

手电筒早已被人们普遍使用，其为人们提供一种可以随身携带灵活使用的照明工具。但手电筒的使用需要一只手持握，这就使得在许多需要双手操作的活动中很难使用手电筒照明。而像外出露营、修理保险丝等许多活动又不便使用其他光源，这就为生活带来了极大不便。鉴于此人们尝试使用手腕灯，将手解放出来。但手腕灯存在的一个巨大问题是，手腕的微小转动也会引起光线的巨大偏转。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种保证手腕运动时手腕灯射出的光线方向恒定；实现只通过手腕的运动便能够对光线照射方向进行控制的定向照明手腕灯及其控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种定向照明手腕灯及其控制方法。定向照明手腕灯，包括：第一基座、通过可弯曲支撑轴与第一基座相连接的第二基座以及设置在第二基座上的带有LED灯的双轴云台机构，所述的第一基座内设置有与所述的双轴云台机构电连接的控制芯片和向双轴云台机构供电的电源，所述的第二基座上还设置有用于采集手腕运动状态的加速度计陀螺仪模块，所述的加速度计陀螺仪模块电连接所述的控制芯片，所述的第一基座上还设置有用于与手腕连接的腕带。

所述的控制芯片和供电的电源是通过贯穿可弯曲支撑轴内的导线分别与双轴云台机构和加速度计陀螺仪模块电连接。

所述的双轴云台机构包括有水平支架和垂直支架，所述的水平支架的上面固定设置有与控制芯片电连接的第一伺服电机，所述的垂直支架上固定设置有与控制芯片电连接的第二伺服电机和与供电电源电连接的LED灯，其中，所述的第一伺服电机的电机轴穿过水平支架并与水平支架固定连接，穿过水平支架的电机轴的端部可旋转的连接在第二基座上；所述的水平支架上还固定设置有支架，所述的第二伺服电机的机身与垂直支架固定连接，第二伺服电机的电机轴与所述的支架固定连接。

所述的LED灯设置在垂直支架的远离第二伺服电机的那一侧面上。

一种用于定向照明手腕灯的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）读取加速度计陀螺仪模块的加速度值，记为a₀，读取加速度计陀螺仪模块所测角速度，记为ω₀，读取两次加速度值读取之间的时间间隔，记为t；

（2）设滤波之后的加速度为a，则a的算法为a=a’+k_a(a₀-a’)，其中a’为前一次计算得的滤波后加速度，k_a为滤波系数；

（3）设滤波之后的角速度为ω，则ω的算法为ω=ω’+k_ω(ω₀-ω’)，其中ω’为前一次计算得的滤波后角速度，k_ω为滤波系数；

（4）用x表示光线照射方向的方向向量，x’表示上次计算得的光线照射方向的方向向量，x=x’－x’×ω×t；

（5）将x转为极坐标形式（r,φ,θ），其中φ为x与z轴的夹角，即云台水平轴的转动角度，θ为x在xoy平面上的投影与x轴的夹角，即云台竖直轴的转动角度；

（6）根据步骤（3）给出的滤波后的角速度计算公式计算出滤波后云台水平轴转动角度和云台竖直轴转动角度；

（7）分别判断滤波后云台水平轴转动角速度和云台竖直轴转动角速度值是否超过设定的阈值，若超过，返回步骤（1），若未超过，进入下一步骤；

（8）将a₀+x定义为新的x，返回第（1）步骤。

步骤（4）中所述的光线照射方向的方向向量x与加速度计使用相同坐标系，即为要保持光线照射方向恒定所需的光线照射方向向量。

本发明的定向照明手腕灯及其控制方法，结构简单，便于制作和使用。能够保证手腕运动时手腕灯射出的光线方向恒定；能够实现只通过手腕的运动便能够对光线照射方向进行控制的定向照明。

附图说明

图1是本发明的定向照明手腕灯的整体示意图；

图2是本发明的双轴云台机构的整体示意图；

图3是本发明电连接的框图。

其中

1：第一基座         2：可弯曲支撑轴

3：第二基座         4：LED灯

5：双轴云台机构     6：加速度计陀螺仪模块

7：控制芯片         8：水平支架