CN103218070A

CN103218070A - 掌控输入装置和掌控输入方法

Info

Publication number: CN103218070A
Application number: CN2012101193144A
Authority: CN
Inventors: 朱春生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: CN103218070B

Abstract

本发明涉及终端设备的外接设备技术领域，具体涉及一种掌控输入装置和掌控输入方法。该掌控输入装置，包括壳体，壳体中设置有接口芯片，若干个压力传感器设置在壳体内部，用于感测所述掌控输入装置上面所受的操作力并产生压力信号，将所述压力信号发送至压力信号处理器；压力信号处理器与各压力传感器以及接口芯片电连接，用于从所述压力信号中提取压力值和角度值并将所述压力值和角度值通过所述接口芯片发送至终端设备。本发明掌控输入装置和方法不仅可以实现传统的平面操控功能，还能够实现对立体被控部件的操控，对界面进行平面立体全方位的控制。

Description

掌控输入装置和掌控输入方法

技术领域

本发明涉及终端设备的外接设备技术领域，具体涉及一种掌控输入装置和掌控输入方法。

背景技术

计算机问世以来，经历了很多技术革新。例如计算机操控界面的发展，从命令界面到图形界面，再到现在炙手可热的3D界面，发生着日新月异的变化。3D界面能够将用户所需以尽可能直观的方式呈现出来，带给用户良好的体验效果。

相比之下，例如鼠标等计算机输入设备的发展却比较缓慢，且一直未得到应有的重视。多年以来，无论机械式鼠标还是光电式鼠标，其产生的信号均只能够反映鼠标在平面上位移的变化，也就是说，其产生的信号是标量，而非矢量。而且其操作方式一直是点式控制，只能通过点击鼠标来进行操作，单调且功能单一。

在一些场景中，例如3D游戏，3D建模操作等等，都需要对界面进行平面立体全方位的控制，传统的仅对垂直和水平位移进行的控制显然已不能够满足需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何实现对界面的平面操控和立体操控。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种掌控输入装置，包括壳体，所述壳体中设置有用于与终端设备通信的接口芯片，另外，还包括：

若干个压力传感器，设置在所述壳体内部，用于感测操作所述掌控输入装置上面所受的力并产生压力信号，将所述压力信号发送至压力信号处理器所述压力信号包括压力值以及用于表示所述压力传感器在掌控输入装置上的位置的角度值；

所述压力信号处理器，与所述各个压力传感器以及接口芯片电连接，用于从所述压力信号中提取压力值和角度值并将所述压力值和角度值通过所述接口芯片发送至终端设备。

其中，若干个所述压力传感器均匀布置在壳体某一水平切面的边缘。

其中，还包括：

主轨迹装置，设置在所述壳体内部，用于检测所述掌控输入装置的位移值，并将包含所述位移值的位移信号发送至轨迹信号处理器；

角度检测器，设置在所述壳体内部，用于检测所述掌控输入装置的旋转角度值，并将包含所述旋转角度值的角度信号发送至所述轨迹信号处理器；

所述轨迹信号处理器，与所述主轨迹装置、角度检测器以及接口芯片电连接，用于从所述位移信号中提取出位移值、从所述角度信号中提取出旋转角度值，并将所述位移值和旋转角度值通过接口芯片发送至终端设备，所述主轨迹装置的位移值和所述旋转角度值分别用于控制所述终端设备的界面上被控对象的平面移动和旋转。

其中，还包括：

主轨迹装置，设置在所述壳体内部，其采集所述主轨迹装置的位移值作为所述掌控输入装置的位移值，并将包含所述位移值的位移信号发送至轨迹信号处理器；

辅助轨迹装置，设置在所述壳体内部，用于采集所述辅助轨迹装置的位移值，该位移值与所述主轨迹装置的位移值进行比较得出所述掌控输入装置的旋转角度值，所述位移值和旋转角度值分别用于控制所述终端设备的界面上被控对象的平面移动和旋转。

其中，所述主轨迹装置和辅助轨迹装置位于同一平面上，所述旋转角度值的计算公式为：

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R);

其中，Δ∠α为旋转角度值，Δx_a、Δy_a分别是所述主轨迹装置在其移动平面的X轴和Y轴上的位移值，Δx_b、Δy_b分别是所述辅助轨迹装置在其移动平面的X轴和Y轴上的位移值，R是所述主轨迹装置和辅助轨迹装置之间的距离。

其中，所述主轨迹装置位于所述壳体某水平一切面的中心。

其中，还包括：

至少一个触压信号采集器，设置在所述壳体表面，用于感测到外力对掌控输入装置的作用并产生触压信号，将包括压力值和触压信号采集器的标识的触压信号发送至触压信号处理器；

所述触压信号处理器，与所述触压信号采集器以及接口芯片电连接，用于提取所述触压信号中的压力值和触压信号采集器的标识并通过接口芯片发送至终端设备。

本发明实施例还提供了一种用于操作掌控输入装置的掌控输入方法，其包括以下步骤：

步骤S11、各个压力传感器根据感测到的操作所述掌控输入装置的操作力生成压力信号，将包括感测到的压力值、对应的角度值的压力信号发送至压力信号处理器；

步骤S12、所述压力信号处理器从接收到的若干个压力信号中挑选最大的压力值对应的压力信号，提取该压力信号的压力值和角度值并发送至接口芯片；

步骤S13、所述接口芯片将接收到的压力值和角度值发送至所述终端设备，所述压力值用于控制终端设备的界面上被控对象的旋转速度，所述角度值用于控制所述被控对象的旋转方位。

其中，还包括以下步骤：

步骤S21、主轨迹装置检测其在一个采集时间周期内的坐标变化量，生成主轨迹装置的位移信号，位移信号包括主轨迹装置的位移值(Δx_a，Δy_a)和标识，然后所述主轨迹装置将主轨迹装置的位移信号发送至轨迹信号处理器；

辅助轨迹装置检测其在一个采集时间周期内的坐标变化量，生成所述辅助轨迹装置的位移信号，所述辅助轨迹装置的位移信号包括辅助轨迹装置的位移值(Δx_b，Δy_b)和标识，然后所述辅助轨迹装置将辅助轨迹装置的位移信号发送至轨迹信号处理器；

步骤S22、所述轨迹信号处理器接收到所述主轨迹装置的位移信号和所述辅助轨迹装置的位移信号，根据公式

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R)

计算出所述掌控输入设备的旋转角度值，并将所述主轨迹装置的位移值作为掌控输入设备的位移值，然后存储该位移变化值对应的标识；

步骤S23、所述轨迹信号处理器将计算得到的旋转角度值和位移值通过接口芯片发送至终端设备，所述位移值用于控制界面上被控对象在X轴和Y轴上的移动值，所述旋转角度值用于控制界面上被控对象的旋转角度。

其中，还包括以下步骤：

步骤S31、各触压信号采集器感测到外力对掌控输入装置的操作力，生成包含触压信息的触压信号，该触压信息包括压力值以及触压信号采集器的标识；并将触压信号发送至触压信号处理器；

步骤S32、触压信号处理器将触压信号通过接口芯片发送至终端设备。

本发明掌控输入装置和方法不仅可以实现传统的平面操控功能，还能够实现对立体被控部件的操控，对界面进行平面立体全方位的控制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的掌控输入装置的结构示意图；

图2为本发明第二实施例的掌控输入装置的结构示意图；

图3为第二实施例中掌控输入装置平面旋转角度的原理图；

图4为本发明第四实施例的掌控输入装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明一个实施例提供的掌控输入装置包括：若干个压力传感器5、压力信号处理器6、接口芯片7以及壳体8。本实施例中压力传感器5优选为八个，当然也可以多于或者少于八个。

其中，壳体8为整个掌控输入装置的外壳体，其容纳该掌控输入装置中的其他部件。本实施例中壳体8为半球形，当然，也可以根据人体力学设计为适合人手掌操作的形状。接口芯片7用于与终端设备进行通信。八个压力传感器5布置在壳体8某一平面的边缘，优选该八个压力传感器5在该平面边缘等角度间隔排布。各个压力传感器5均与压力信号处理器6电连接，压力信号处理器6与接口芯片7电连接。

由于各个压力传感器5在壳体8内的位置都是固定的，所以每个压力传感器5都具有一个方位值，该方位值即作为压力信号中的角度值，比如图1中水平方向右侧的压力传感器的角度值设为0度，那么按顺时针方向依次相邻的压力传感器的角度值分别为45度、90度、135度......270度、315度。

压力传感器5用于感测操作掌控输入装置的压力，并将作用于壳体8上的机械能转换为压力值，然后生成包含压力信息和各个压力传感器各自的角度值的压力信号，并将该压力信号发送至压力信号处理器6。压力信号处理器6从接收到的若干个压力信号中提取最大压力值及其对应的角度值，并将提取的压力值和角度值发送至接口芯片7，接口芯片7将接收到的压力值和角度值发送至终端设备。例如如果角度值为0度的压力传感器5反馈的压力值最大，为5N，则压力信号处理器6提取的信息为：压力值5N，角度值为0度。

本实施例提供的掌控输入设备可以替代鼠标用在例如计算机的终端设备上，用户可通过对掌控输入设备进行压力操作从而实现对计算机的界面上的被控对象的操作。例如：当被控对象为3D被控对象时，终端设备根据角度值确定被控对象的旋转方位，根据压力值确定被控对象的旋转速度，再可以根据压力持续时间＝ω×T(ω是被控对象旋转的角速度值，T是压力感应器采样周期，该T是固定参数)来确定旋转角度的大小。举例而言，压力值最大的压力传感器的角度值为45度，则终端设备的界面上的被控对象向45度所在的方向旋转。如果压力值为5N，则可以设定被控对象在45度方位的向下旋转的角速度为5度每秒(°/s)，操作者按压的时间越长，被控对象的旋转幅度越大。该实施例掌控输入设备对于3D被控对象进行控制极其方便、符合人的感官习惯。当然，其也可以用于控制平面被控对象，此时，受压最大的压力传感器决定了被控对象的水平移动方向，压力大小决定了被控对象的水平移动速度，而压力持续的时间长短决定了水平移动的距离。

本实施例掌控输入装置的掌控输入方法包括如下步骤：

步骤S11、各个压力传感器5根据感测到的操作掌控输入装置的操作力生成压力信号，将包括感测到的压力值、对应的角度值的压力信号发送至压力信号处理器6；

步骤S12、压力信号处理器6从接收到的若干个压力信号中挑选最大的压力值对应的压力信号，提取该压力信号的压力值和角度值并发送至接口芯片7；

步骤S13、接口芯片7将接收到的压力值和角度值发送至终端设备，压力值用于控制终端设备的界面上被控对象的旋转速度，角度值用于控制被控对象的旋转方位。

实施例二

如图2所示，本实施例掌控输入装置在上述实施例一基础上增加了：主轨迹装置31、辅助轨迹装置32、轨迹信号处理器4。主轨迹装置31和辅助轨迹装置32分别电连接轨迹信号处理器4，轨迹信号处理器4电连接接口芯片7。主轨迹装置31和辅助轨迹装置32均固定设置于壳体8内。优选主轨迹装置31和辅助轨迹装置32位于同一水平线或者竖直线上，即下述的X轴方向或者Y轴方向。

本实施例增设上述部件的目的在于提升掌控输入装置的平面操控性能。对于多个压力传感器5的使用原理和方法在实施例一中已经介绍，在此不做赘述。下面重点介绍本实施例掌控输入装置的平面操控原理和操控方法。

主轨迹装置31和辅助轨迹装置32均可以采集自身的位移信息。主轨迹装置31的位移信息包括X轴方向的位移值Δx_a，Y轴方向的位移值Δy_a，主轨迹装置31的位移值(Δx_a，Δy_a)即作为掌控输入装置的位移信号发送至轨迹信号处理器4。为了能够体现掌控输入装置的旋转操作，还需要辅助轨迹装置32采集它自身的位移信息，通过其与主轨迹装置31的位移信息进行比较而得出掌控输入装置的旋转角度信息(该旋转角度是指以主轨迹装置所在点为旋转中心)。优选主轨迹装置31位于壳体8某一水平切面的中心。假设辅助轨迹装置32的位移信息为(Δx_b，Δy_b)，则旋转角度

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R) .

其中R是主轨迹装置31和辅助轨迹装置32之间的距离。计算原理可以参考图3，其中A点为主轨迹装置31移动后的位置(为说明方便，此处假设主轨迹装置31无平面位移，移动前后均在A点)，B点为辅助轨迹装置32移动前的位置，C点为辅助轨迹装置32移动后的位置。等腰三角形AB C的顶角就是需要解出来的角度变化值，根据CD＝Δy_b-Δy_a、BD＝Δx_b-Δx_a可以计算出

根据三角函数公式有了等腰三角形的三条边长，自然可以得出：

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R)

综上，通过采集主轨迹装置31和辅助轨迹装置32的位移信息，可以得到掌控输入装置的位移信号和旋转角度信号，这两个信号值通过轨迹信号处理器4传入接口芯片7，从而实现对平面操控对象的旋转和位移操作，即实现了平面操控功能。

上述主轨迹装置31和辅助轨迹装置32可以为红外发射器、激光发射器以及滚球光栅定位器等。

本实施例掌控输入装置的掌控输入方法与上述实施例一方法相比，还包括如下步骤：

步骤S21、主轨迹装置31检测其在一个采集时间周期内的坐标变化量，生成主轨迹装置31的位移信号，位移信号包括主轨迹装置31的位移值(Δx_a，Δy_a)和标识，然后主轨迹装置把主轨迹装置31的位移信号发送至轨迹信号处理器4；

辅助轨迹装置32检测其在一个采集时间周期内的坐标变化量，生成辅助轨迹装置32的位移信号，辅助轨迹装置32的位移信号包括辅助轨迹装置32的位移值(Δx_b，Δy_b)和标识，然后辅助轨迹装置32把辅助轨迹装置32的位移信号发送至轨迹信号处理器4；

步骤S22、轨迹信号处理器4根据接收到的轨迹信号以及公式

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R)

计算出掌控输入设备的旋转角度值，并将主轨迹装置31的位移值作为掌控输入设备的位移值，然后存储该位移变化值对应的标识；

步骤S23、轨迹信号处理器4将计算得到的旋转角度值和位移值通过接口芯片7发送至终端设备，位移值用于控制界面上被控对象在X轴和Y轴的移动值，旋转角度值用于控制界面上被控对象的旋转角度。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于：将辅助轨迹装置32替换为角度检测器，用于采集掌控输入装置的旋转角度值。

该角度检测器包括固定于壳体8中的旋转轴，嵌在旋转轴上的弹片指针。当壳体8没有转动时，旋转轴也没有旋转，弹片指针位于初始位置，角度为0，弹力值也为0。当壳体8旋转时，旋转轴随壳体8一起旋转，而弹片指针保持不动，因此弹片指针与旋转轴之间产生一定角度，从而产生弹力值。可以规定弹力的方向，例如规定旋转轴顺时针旋转时弹片指针产生的弹力的方向为正，旋转轴逆时针旋转时弹片指针产生的弹力的方向为负。轨迹信号处理器4测量某时间段的时间长度以及该时间段内弹片指针的弹力值，将该弹力值换算成角速度γ(单位：弧度/秒)，然后将角度变化率和时间值做积分运算，得到该时间段内的旋转角度值Δ∠β，公式如下：

Δ &angle; β = {&Integral;}_{0}^{t} γdt

然后轨迹信号处理器4将该旋转角度值发送至接口芯片7，接口芯片7将接收到的旋转角度信号和主轨迹装置31发送的位移信号一并发送至终端设备。

事实上，角度检测装置只要能够检测出掌控输入装置在移动过程中的旋转角度值即可，可以具有多种变形。

本实施例掌控输入装置与实施例二一样可以用于控制平面控件的操控，如进行方向控制和平移操作。

实施例四

参见图4，本实施例掌控输入装置在上述实施例二基础上增加了：左触压信号采集器11、右触压信号采集器12、触压信号处理器2。左触压信号采集器11和右触压信号采集器12分别电连接触压信号处理器2，触压信号处理器2电连接接口芯片7。

事实上，触压信号采集器也可以设置为一个或多个。

左触压信号采集器11和右触压信号采集器12感应到外力对它们的作用力后，分别生成包括触压信息的触压信号，该触压信号包括压力值以及该触压信号采集器的标识，然后左触压信号采集器11和右触压信号采集器12将生成的触压信号分别发送至触压信号处理器2。触压信号处理器2从接收到的触压信号中提取触压信息，并将其合并成包括两组触压信息的信息组，将信息组发送至接口芯片7，接口芯片7将接收到的信息组发送至终端设备。当只设置了一个触压信号采集器时，触压信号处理器2仅仅将接收到的触压信号转发给接口芯片7。

本实施例中，触压信息用于指示终端设备中的程序执行相应的动作。例如：在通过左触压采集器11控制终端设备的界面上的播放器的播放按钮时，压力值的大小对应于播放速度的快慢，连续N个采样周期的压力对应于是否弹出下一级菜单，等等。标识用于表明该信号来自触压信号采集器的其中一个，以免与压力传感器5发送的信号相混淆。

触压信号采集器可以为压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器、电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、电容式加速度传感器以及微动开关等等，优选地，由于压阻式压力传感器具有极低的价格、较高的精度以及较好的线性特性，本实施例采用压阻式压力传感器作为触压信号采集器。

壳体8在与触压信号采集器对应的位置为活动设置，以便能够触压下去接触到触压信号采集器，以产生触压信号。

本实施例掌控输入装置的掌控输入方法与上述实施例二方法相比，还包括如下步骤：

步骤S31、各触压信号采集器感测到外力对掌控输入装置的操作力，生成包含触压信息的触压信号，该触压信息包括压力值以及该触压信号采集器的标识；并将触压信号发送至触压信号处理器；

实施例五

本实施例与实施例一的区别在于增加了：左触压信号采集器11、右触压信号采集器12、触压信号处理器2。左触压信号采集器11和右触压信号采集器12分别电连接触压信号处理器2，触压信号处理器2电连接接口芯片7。

由于增加部分的功能和原理与实施例四相同，在此不再赘述。

实施例六

本实施例与实施例三的区别在于增加了：左触压信号采集器11、右触压信号采集器12、触压信号处理器2。左触压信号采集器11和右触压信号采集器12分别电连接触压信号处理器2，触压信号处理器2电连接接口芯片7。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种掌控输入装置，包括壳体，所述壳体中设置有用于与终端设备通信的接口芯片，其特征在于，还包括：

若干个压力传感器，设置在所述壳体内部，用于感测所述掌控输入装置上面所受的操作力并产生压力信号，将所述压力信号发送至压力信号处理器，所述压力信号包括压力值以及用于表示所述压力传感器在掌控输入装置上的位置的角度值；

所述压力信号处理器，与各个所述压力传感器以及接口芯片电连接，用于从所述压力信号中提取压力值和角度值并将所述压力值和角度值通过所述接口芯片发送至终端设备。

2.根据权利要求1所述的掌控输入装置，其特征在于，若干个所述压力传感器均匀布置在壳体某一水平切面的边缘。

3.根据权利要求1所述的掌控输入装置，其特征在于，还包括：

所述轨迹信号处理器，与所述主轨迹装置、角度检测器以及接口芯片电连接，用于从所述位移信号中提取出位移值、从所述角度信号中提取出旋转角度值，并将所述位移值和旋转角度值通过接口芯片发送至终端设备，所述位移值和旋转角度值分别用于控制所述终端设备的界面上被控对象的平面移动和旋转。

4.根据权利要求1所述的掌控输入装置，其特征在于，还包括：

辅助轨迹装置，设置在所述壳体内部，用于采集所述辅助轨迹装置的位移值，该位移值与所述主轨迹装置的位移值进行比较得出所述掌控输入装置的旋转角度值，所述主轨迹装置的位移值和所述旋转角度值分别用于控制所述终端设备的界面上被控对象的平面移动和旋转。

5.根据权利要求4所述的掌控输入装置，其特征在于，所述主轨迹装置和辅助轨迹装置位于同一平面上，所述旋转角度值的计算公式为：

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R);

6.根据权利要求3或4或5所述的掌控输入装置，其特征在于，所述主轨迹装置位于所述壳体某一水平切面的中心。

7.根据权利要求1所述的掌控输入装置，其特征在于，还包括：

8.一种用于操作权利要求1-7中任一项所述的掌控输入装置的掌控输入方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的掌控输入方法，其特征在于，还包括以下步骤：

Δ &angle; α = 2 Arc \sin (\sqrt{({(Δ x_{b} - Δ x_{a})}^{2} + {(Δ y_{b} - Δ y_{a})}^{2})} / 2 R)

10.根据权利要求6所述的掌控输入方法，其特征在于，还包括以下步骤：