CN103631396A - 一种立体交互操作棒 - Google Patents

Abstract

一种立体交互操作棒，包括伸缩装置和位移测量装置，所述伸缩装置包括壳体和安装在所述壳体上的伸缩部件，所述位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中：所述振荡电路包括电容和电感，所述电感包括安装在所述壳体上的线圈及安装在所述伸缩部件上的磁芯，所述磁芯随所述伸缩部件伸缩而发生位移时，所述电感的电感量随之变化；所述频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率。上述立体交互操作棒使用的位移测量装置所需元件少，体积小，且在一般的数字系统供电电压(3.3V～5V)下即可工作，符合绝大部分电池供电电压的状况，满足在立体交互操作棒中对伸缩部件的位移量进行测量的要求。

Description

一种立体交互操作棒

技术领域

本发明涉及一种操作棒，更具体地，涉及一种立体交互操作棒。

背景技术

在立体显示技术中，用户的人机交互已经不再限制于二维空间，为了力求真实感，在三维空间的交互必须与视觉效果紧密结合起来。

在申请号为CN201110343305.9的中国专利申请中提到，如图1所示。立体交互操作棒上具有一个可以伸缩的头部，同时立体交互操作棒本身可以测量伸缩部件的长度。当操作棒接触到屏幕并且发生缩入的时候，屏幕内会产生一个操作棒的虚拟的延伸部分，其长度取决于操作棒测量到的缩入长度。如果操作棒伸入屏内距离已经达到预设的屏内视差所虚拟出来的物体时，客户端程序会控制接下来将发生的所有互动更新。

为了测量伸缩部件的缩入长度或其任何移动，立体交互操作棒需要具有位移测量装置，但目前的位移测量装置的电路构成复杂，供电电压高，体积难以做小，不适用于上述应用场景。

另外，为了模拟碰触到屏内虚拟物体时产生的变化的阻尼(或称为阻力)，上述方案提到以力反馈的方式来产生相应的触感，但这种方式所产生的触感与实际阻力产生的感受仍有相当的差距，不能满足真实模拟的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以对伸缩部件的位移进行测量的立体交互操作棒。

为了解决上述问题，本发明提供了一种立体交互操作棒，包括伸缩装置和位移测量装置，所述伸缩装置包括壳体和安装在所述壳体上的伸缩部件，所述位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中：

所述振荡电路包括电容和电感，所述电感包括安装在所述壳体上的线圈及安装在所述伸缩部件上的磁芯，所述磁芯随所述伸缩部件伸缩而发生位移时，所述电感的电感量随之变化；

所述频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率。

较佳地，

所述位移测量装置还包括：位移计算装置，用于根据所述频率检测电路检测到的频率计算出所述伸缩部件的位移量。

较佳地，

所述振荡电路为考毕兹振荡电路、克拉泼振荡电路或西勒振荡电路。

较佳地，

所述线圈为导电材料构成的一螺线管，所述磁芯为一铁氧体磁棒，所述磁芯伸入所述螺线管的长度随所述伸缩部件伸缩而变化。

较佳地，

所述伸缩装置还包括阻尼产生装置和驱动控制装置，其中：

所述阻尼产生装置固定安装在所述壳体上，且在工作时与所述伸缩部件耦合，用于对所述伸缩部件施加与其运动方向相反的阻力；

所述驱动控制装置与所述阻尼产生装置耦合，用于根据阻尼控制信号对应的驱动模式驱动所述阻尼产生装置，从而调节所述阻力的大小。

较佳地，

所述阻尼产生装置为一电磁装置、液压伸缩装置、气动伸缩装置或机械抱合装置。

较佳地，

所述阻尼产生装置包括在所述伸缩部件上装有永磁体或电磁铁；

所述阻尼产生装置还包括位于该永磁体或电磁铁运动轨迹一端外侧的一电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁以及环绕该运动轨迹分布的一个或多个电磁铁；

所述驱动控制装置包括所述电磁铁的线圈驱动电路。

较佳地，

所述伸缩部件为一动杆，所述电磁铁环绕着所述动杆的运动轨迹设置；

所述驱动控制装置还包括信号生成电路，用于根据给定的占空比生成脉宽调制信号；所述线圈驱动电路在所述脉宽调制信号和／或流向信号的作用下，改变输出到相应电磁铁的电流大小和／或方向，从而调节所述阻尼的大小。

较佳地，

所述立体交互操作棒还包括：

姿态检测装置，用于检测所述伸缩部件的姿态；

通信装置，与所述驱动控制装置和位移测量装置电连接，用于接收外部主控装置发送的阻尼信息；及将所述姿态检测装置和位移测量装置的检测结果发送给外部主控装置。

较佳地，

所述通信装置接收的阻尼信息是所述阻尼控制信号，所述通信装置将所述阻尼控制信号传送到所述驱动控制装置；

所述阻尼产生装置为一电磁装置，所述阻尼控制信号为脉宽调制的占空比信号。

上述立体交互操作棒使用的位移测量装置所需元件少，体积小，且在一般的数字系统供电电压(3.3V～5V)下即可工作，符合绝大部分电池供电电压的状况，满足在立体交互操作棒中对伸缩部件的位移量进行测量的要求。

此外，上述立体交互操作棒中的伸缩装置可以在手持设备的虚拟延伸部分碰触到虚拟物体时，产生实际的阻力，更真实地模拟出物体对手持设备产生的阻力。

附图说明

图1是相关技术中立体交互操作棒碰触屏内虚拟物体的场景的示意图；

图2是本发明实施例一立体交互操作棒的结构示意图；

图3a、图3b是本发明实施例一振荡电路的原理图和电路图；

图4是本发明实施例一振荡电路中ΔS与Δf／f₀的关系示意图；

图5是本发明实施例二伸缩装置的结构示意图；

图6是本发明实施例三伸缩装置的结构示意图；

图7是本发明实施例四手持设备的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

如图2所示，本实施例的立体交互操作棒包括伸缩装置和位移测量装置，其中：

伸缩装置包括壳体(图中未示出)和以下部件：

伸缩部件101，图中以一动杆作为示例，是整个伸缩装置的轴心部分。

导轨部件102：图中以一套筒作为示例，作为伸缩部件的导轨，也可起到支撑壳体(图中未示出)的作用。在其他实施例中，导轨部件也可以是壳体或壳体的一部分。

前限位挡环103，后限位挡环109，安装在动杆在套筒内部分的两端，共同构成于动杆的限位结构。容易理解，伸缩装置中的限位结构可以有很多种，并不局限于此示例。

位移测量装置包括：

磁芯107，图中以一铁氧体磁棒为示例，该铁氧体磁棒可以套设在动杆内(动杆为空心)或外，也可以作为动杆中的一段。

线圈108，图中以一导电材料构成的螺线管为示例，线圈108安装在壳体上，磁芯107伸入其中，两者共同构成了一电感。

测量电路110，该测量电路包括两部分，第一部分包括振荡电路除电感外的其他元件，第二部分为一频率检测电路。

从电路结构来看，本实施例的位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中：

振荡电路包括电容和电感，电感包括安装在壳体上的线圈及安装在伸缩部件上的磁芯，磁芯随伸缩部件伸缩而发生位移时，电感的电感量随之变化。较佳地，线圈为导电材料构成的一螺线管，磁芯为一铁氧体磁棒，该磁芯伸入螺线管的长度随动杆的伸缩而变化。

频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率。

位移计算装置(图中未示出)，用于根据频率检测电路检测到的频率计算出伸缩部件的位移量。但在另一实施例中，位移测量装置可以不包括位移计算装置，而是通过立体交互操作棒上安装的无线通信装置将频率检测电路检测到的频率发送给外部的位移计算装置。

本实施例中，为了能在一般的数字系统供电电压(绝大部分为电池供电，电压为3.3V～5V)下即可工作，所述振荡电路为低压振荡电路，进一步地，所述振荡电路为三点式振荡电路，三点式振荡电路是指LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。图3a给出了三点式振荡电路的原理图，在交流通路中，与晶体管T发射极相连的两个电抗元件Zce、Zbe必须为同性，而不与发射极相连的电抗元件Zcb的电抗性质与前者相反。三点式振荡电路包括电容三点式振荡电路及其改进电路，电感三点式振荡电路及其改进电路。

较佳地，本实施例的三点式振荡电路为电容三点式振荡电路(也称为考毕兹电路)，图3b是该电路的一种示例性的电路图，其中的电感Lx由磁芯107和线圈108构成，该电路振荡频率：

$f_x=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{x}C}}$

上式中C由图3中标注为680pF和200pF的位置的电容共同决定。设磁芯没有进入线圈时该电路的振荡频率为f₀，电感量为L₀；磁芯进入线圈距离为ΔS(即所述伸缩部件的伸缩长度)时的频率为f₁，电感量为L₁。二者情况下所测得频差为Δf，有：

$L_o=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{{\mathrm{Cf}}_o}^2}$

$L_1=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{{\mathrm{Cf}}_1}^2}$

f₁=f₀-Δf

由前面推出的式(1)以及上式推出：

$\→\mathrm{\ΔS}\∝\frac{1}{{f_1}^2}-\frac{1}{{f_0}^2}$

$\→\mathrm{\ΔS}\∝\frac{{f_0}^2}{{(f_0-\mathrm{\Δf})}^2}-1$

根据上式，在频差Δf与初始频率f₀的比值恰当的情况下，ΔS与Δf/f₀的数学关系如图4所示，图中实线部分是数据曲线，虚线部分是线性拟合曲线。根据图4的曲线，工程上可以认为ΔS与频差Δf有近似线性关系。如果有较高的精度要求，也可以对采样数据进行分段线性拟合。

频率检测电路对振荡器的输出Vout进行测频操作后，位移计算装置根据ΔS与Δf/f₀的关系，即可计算出伸缩部件的位移量ΔS，该ΔS对应于伸缩部件的伸缩长度。

在其他实施例中，振荡电路可以采用改进型的电容三点式振荡电路，即克拉泼振荡电路或西勒振荡电路。

上述位移测量装置采用振荡电路如三点式振荡电路，所需元件少，体积可以做的较小，在一般的数字系统供电电压(3.3V～5V)下即可工作，符合绝大部分电池供电电压的状况。满足在立体交互操作棒中对伸缩部件的位移量进行测量的要求。同时还具有成本低、工作可靠、能耗低、分辨率高和响应性好等优点，输出频率设置在MHz级别的情况下，毫秒级采样时间里可以得到数千级的测量分辨率。

以下几个实施方式中，立体交互操作棒的伸缩装置包括壳体、安装在所述壳体上的伸缩部件和位移测量装置外，还包括阻尼产生装置和驱动控制装置，其中：阻尼产生装置固定安装在所述壳体上，且在工作时与所述伸缩部件耦合，用于对所述伸缩部件施加与其运动方向相反的阻力。该阻尼产生装置可以有很多种，如可以是一电磁装置或液压伸缩装置或气动伸缩装置或机械抱合装置。驱动控制装置与所述阻尼产生装置耦合，用于根据阻尼控制信号对应的驱动模式驱动所述阻尼产生装置，从而调节所述阻力的大小。其中的驱动模式可以由驱动参数(如电流、频率等)、驱动状态(如通断状态、启停状态)等决定。

对于以下实施例中的位移测量装置均与实施例一相同，因而对图中相关的部件(磁芯107、线圈108和测量电路110)不再重复说明。

实施例二

本实施例立体交互操作棒中伸缩装置的阻尼产生装置为电磁式的阻尼产生装置。

如图5所示，该伸缩装置包括：

伸缩部件101，图中以一动杆作为示例，是整个伸缩装置的轴心部分。

导轨部件102：图中以一套筒作为示例，作为伸缩部件的导轨，也可起到支撑壳体(图中未示出)的作用。在其他实施例中，导轨部件也可以是壳体或壳体的一部分。

前限位挡环103，后限位挡环109，安装在动杆在套筒内部分的两端，共同构成于动杆的限位结构。容易理解，伸缩装置中的限位结构可以有很多种，并不局限于此示例。

永磁体105，图中以一稀土永磁体棒为示例，永磁体可以套设在动杆内(动杆为空心)或外，也可以作为动杆中的一段。该永磁体也可以用一电磁铁代替。

第一电磁铁104、第二电磁铁106，固定在壳体上，环绕动杆装设且装设在永磁体运动轨迹两端的外侧，即图中铁氧体在动杆伸出时不会运动到第一电磁铁的轴心位置，在动杆缩入时不会运动到第二电磁铁的轴心位置。永磁体、第一电磁铁和第二电磁铁共同构成了电磁式的阻尼产生装置，电磁铁通电后产生磁场对永磁体产生在其伸出或缩入方向上的吸力。

第一驱动电路111、第一驱动电路112，分别是第一电磁铁和第二电磁铁的线圈驱动电路，与信号生成电路一起构成阻尼产生装置的驱动控制装置。该信号生成电路用于根据给定的占空比生成脉宽调制信号(也可以是其他可以改变线圈驱动电路输出电流的控制信号)；所述线圈驱动电路在脉宽调制信号和／或流向信号的作用下，改变输出到相应电磁铁的电流大小和／或方向，从而调节所述阻尼的大小。

基于上述结构，当整个伸缩装置向下运动，碰触到实际物体如显示屏时，其伸缩部件会向内缩入，如果在3D场景下此时并未碰触到虚拟物体，伸缩部件自由缩入以模拟基于虚拟环境的效果，之后，如果伸缩部件的虚拟延伸部分碰触到3D虚拟物体时，要模拟阻力，可以给第一驱动电路和／或第二驱动电路提供控制信号如PWM(脉宽调制)信号，使第一电磁铁和／或第二电磁铁通电，对永磁体105产生伸出方向上的力，也即对动杆施加缩入方向上的阻力。当驱动电压一定时，吸力大小正比与供给第一驱动电路和第二驱动电路的PWM信号的占空比成正比。

使用装设在铁氧体运动轨迹一端外侧的一个电磁铁也可以产生上述动杆缩入方向上的阻力，但在动杆运动过程中，随着铁氧体距离该电磁铁的距离的变化，两者之间磁场的变化很快，很难精确控制力的大小。因此本实施例在铁氧体运动轨迹的两端分别设置一个电磁铁，两者的共同作用力随铁氧体位置的变化相对于设置一个电磁铁时更容易控制。较佳地，还可以环绕铁氧体运动轨迹均匀设置一个或多个电磁铁，使得整个磁场更为均匀，也更有利于对阻力的精确控制。

在需要动杆主动缩入或伸出的场景下也可以使用本实施例的伸缩装置，只要为驱动控制装置提供相应的控制信号，上述阻尼产生装置也可达到在动杆没有碰触到实际物体时，使动杆主动缩入或伸出的效果。当一个电磁铁即需要对铁氧体产生使动杆伸出的力，又需要产生使动杆缩入的力时，可以增加一个对电流方向的控制信号来改变驱动电路输出到电磁铁的电流方向，从而改变力的方向。

本实施例方案特别适用于对阻尼大小要求不高的场景如平板电脑、手机上的手持输入设备，控制简单，成本低。

实施例三

本实施例立体交互操作棒中伸缩装置的阻尼产生装置为一气压式的阻尼产生装置，用一气动伸缩装置来实现。

如图6所示，本实施例的伸缩装置包括：

伸缩部件201、导轨部件202，同实施例一中的伸缩部件和导轨部件，图中以动杆和套筒为示例；

动力气室活塞205，与动杆的一端连接，在动力气室205的正负压的驱使下对动杆产生力的作用，可以是施加到动杆运动方向上的阻力，也可以是主动带动动杆201做伸缩运动的力。

动力气室206，以可调节的正负压推动动力气室活塞205的密闭气室。

负压气阀207，安装在动力气室206和负压气室208之间的连接管上，打开该阀门将连通动力气室206和负压气室208，降低动力气室206中的气压。

负压气室208，是用于储存产生负压的真空气室。

正负压交换装置209，是一种将负压气室208中的空气抽至正压气室210的装置，典型的做法是在连通正压气室和负压气室的管道上安装一个将气体从负压气室208抽至正压气室210的气泵。

正压气室210，用于储存产生正压的压缩气室。

正压气阀211，安装在动力气室206和正压气室208之间的连接管上，打开该阀门将连通动力气室206和正压气室208，提高动力气室206中的气压。

气压计212，用于测量动力气室206中的气压，用于产生固定阻尼的测量。

上述动力气室、正压气室、负压气室、正负压交换装置及上述连接管、阀门共同构成了本实施例的阻尼产生装置。图中略去了该阻尼产生装置的驱动控制装置，该驱动控制装置包括一个闭环控制电路，用于根据作为阻尼控制信号的预期气压值和所述气压计检测到的气压值控制正负压交换装置和阀门，使所述动力气室的气压值符合所述预期气压值。

特别地，动力气室活塞也可以不与动杆的一端连接，而是在工作时通过电磁机构吸合，如在动杆的该端装设电磁铁，在动力室活塞上装设永磁体，或者相反，等等。这样两者可以在需要的时候再吸合在一起，产生阻力或者动力。而在不需要产生力的时候，如在动杆的自由缩入过程中，可以使两者分离，无需其他控制即可达到自由缩入的效果。当然，动力气室活塞与动杆的一端连接时，也可以通过随动控制来实现相似的效果。

在产生阻尼前，正负压交换装置将负压气室的空气抽至正压气室，将负压气室和正压气室内的压力调整至工作状态。如控制正压气阀打开，负压气阀关闭，正压气室内的高气压将涌入动力气室，在动杆碰触实际物体而缩入的情况下，将通过动力室活塞产生阻止动杆缩入的阻力。在动杆没有碰触实际物体的情况下，将推动动杆主动“伸出”。相似的，如控制正压气阀关闭，负压气阀打开，动力气室内气压将降低，在动杆没有碰触实际物体的情况下，将带动动杆主动“缩入”。

在动力室活塞移动的过程中，动力室内的压力会发生变化，为了对压力进行控制达到可控阻尼的效果，在动力室内设置一气压计，实时采集动力室内的气压的值，将检测到的气压和给定的预期气压(与阻尼大小成正比)作为闭环控制电路的输入，通过控制正负压交换装置和阀门，使检测的气压符合给定的预期气压。比如，在检测的气压低于预期气压时，控制正压气阀打开、负压气闭关闭，控制正负压交换装置处于持续抽取状态。

本实施例采用2个正负压储存腔体，预处理未来可能需要的气压，能大幅提高目标阻尼气压的生成速度。同时能产生较大的范围可控伸缩阻尼，能产生真实的触感，适用于对成本和尺寸不太敏感的领域。如手术模拟教学设备等，用于使用手术刀模拟人体解剖的过程。

实施例四

本实施例立体交互操作棒中伸缩装置的阻尼产生装置为一液压式的阻尼产生装置，用一液压伸缩装置来实现。

如图7所示，本实施例的伸缩装置包括：

伸缩部件301、导轨部件302，同实施例一中的伸缩部件和导轨部件，图中以动杆和套筒为示例；

第一液压活塞305，与动杆201的一端连接，在液压室305的驱使下对动杆201产生力的作用，可以是施加到动杆201运动方向上的阻力，也可以是主动带动动杆201做伸缩运动的力。

液压室306，容纳液压装置所需的液体。

第二液压活塞307，用于产生液压的活塞，由活塞推动装置308推拉产生液压。

活塞推动装置308，用于产生位移推拉第二液压活塞307产生液压，典型的做法是一个丝杆+双向电机的结构。

液压计309，安装在液压室306内，用于测量液压室306内的压力，该压力可用于评估和反馈阻尼大小。

上述液压室、第一液压活塞、第二液压活塞和活塞推动装置共同构成了本实施例的阻尼产生装置。图中略去了该阻尼产生装置的驱动控制装置，该驱动控制装置为一闭环控制电路，根据作为阻尼控制信号的预期液压值和所述液压计检测到的液压值控制所述推动装置的运动(如方向、速度)，使所述液压室的液压值符合所述预期液压值。

第一液压活塞也可以不与动杆的一端连接，而是在工作时通过电磁机构吸合。两者在需要的时候再吸合在一起产生阻力或者动力。在不需要产生力的时候，如在动杆的自由缩入过程中，可以使两者处于分离状态，这样无需控制即可达到自由缩入的效果。当然，通过对液压伸缩装置的随动控制也可以实现相似的效果。

在动杆碰触实际物体而缩入的情况下，通过驱动控制装置驱动活塞推动装置推动第二液压活塞，可以使液压室内压力增大，进而推动第一液压活塞产生阻止动杆缩入的阻力，由于力的相互作用，如果有人握持该伸缩装置的壳体，该阻力将传递到人的手上，感觉为阻止伸缩装置压下的力，有点类似于伸缩装置内有弹簧阻止伸缩部件缩入时产生的阻力。在动杆没有碰触实际物体的情况下，上述控制将推动动杆主动“伸出”。同理，如驱动活塞推动装置拉动第二液压活塞，使液压室内压力减小，吸走第一液压活塞，在动杆没有碰触实际物体的情况下，将带动动杆主动“缩入”。

在第一液压活塞移动的过程中，液压室内的压力会发生变化，为了对压力进行控制达到可控阻尼的效果，在液压室内设置一液压计，实时采集液压室内液压的值，将检测到的液压和给定的预期液压(与阻尼大小成正比)作为闭环控制电路的输入，控制活塞推动装置的运动，使检测的液压符合给定的预期液压。比如，在检测的液压低于预期液压时，控制活塞推动装置向动杆伸出方向做推动，而在检测的液压高于预期液压时，控制活塞推动装置向动杆缩入方向做拉动。

本实施例能产生的阻尼变化范围是三个方案中最高的。根据液压腔体内填充的液体或者气体的性质不同，可产生近乎刚性的触感，也可以产生非常柔软的触感，适用于对成本和尺寸不太敏感的领域。如手术模拟教学设备，用于使用手术刀模拟人体解剖的过程；游戏互动，用于模拟刀剑砍杀等动作。等等。

上述3个实施例给出了伸缩装置的结构，可以实现可控阻尼，同时还具备主动伸缩的功能。但本发明并不局限于此，也可以采用其他的阻尼产生装置，如机械式的阻尼产生装置，该阻尼产生装置可以采用类似车辆刹车装置的机械抱合装置，伸缩部件类似要制动的转动轴，只是这里的机械抱合装置用于对伸缩部件的运动产生阻力，随着抱合松紧的变化，阻力也会发生变化。所述驱动控制装置包括所述气动伸缩装置的闭环控制电路，用于根据预期气压值和所述气压计检测到的气压值控制正负压交换装置和阀门，使所述动力气室的气压值符合所述预期气压值。

这意味着用户在使用包含所述伸缩装置的手持设备如操作棒与屏幕内3D虚拟物体互动的时候，伸缩阻尼可控，用于模拟触觉，甚至是一段操作过程，例如：使用操作棒划过一片草地的梭梭感；模拟手术教学实验时，解剖人体组织所感受到的不同阻力等等。可以大大提升虚拟交互的真实性。

上述任一实施例中立体交互操作棒除包括伸缩装置和位移测量装置外，还可以包括：

姿态检测装置，用于检测伸缩装置上伸缩部件的姿态。对于伸缩部件的姿态的测量，可以借助对手持设备的姿态测量来实现，如采用惯性测量单元(Inertial measurement unit，简称IMU)来测量该手持设备的三轴姿态角(或角速率)。

通信装置，用于接收外部主控装置发送的预期阻尼值并传送给运算装置；及将所述位移测量装置的检测结果发送给外部主控装置。该通信装置较佳地为一无线通信装置，如WIFI，ZIGBEE，蓝牙等近距离无线通信技术。

运算装置，用于根据所述预期阻尼值，结合驱动控制装置和／或阻尼产生装置的参数计算出相应的阻尼控制信号并传送到所述驱动控制装置。

驱动控制装置56与阻尼产生装置耦合，用于根据阻尼控制信号对应的驱动模式驱动所述阻尼产生装置，从而调节所述阻力的大小。

例如，对于采用电磁式阻尼产生装置的实施例一，通信装置接收外部主控装置发送的预期阻尼值，转发给运算装置；运算装置根据该预期阻尼值，结合驱动控制电路和电磁式阻尼产生装置的参数(如电压、线圈匝数、电磁铁与铁氧体的相对位置等等)，计算出可以得到所述预期阻尼的脉宽调制信号的占空比，作为阻尼控制信号提供给驱动控制电路。

又如，对于采用气压伸缩装置产生阻尼的实施例二，通信装置接收外部主控装置发送的预期阻尼值，转发给运算装置；运算装置根据该预期阻尼值，结合动力气室中活塞的面积、大气压等参数，计算出对动杆产生该预期阻尼值所需的预期气压值，作为阻尼控制信号提供给所述气压伸缩装置的闭环控制电路。

又如，对于采用液压伸缩装置产生阻尼的实施例三，通信装置接收外部主控装置发送的预期阻尼值，转发给运算装置；运算装置根据该预期阻尼值，结合液压室中活塞的面积、大气压等参数，计算出对动杆产生该预期阻尼值所需的预期液压值，作为阻尼控制信号提供给所述液压伸缩装置的闭环控制电路。

在另一实施例中，如果外部主控装置可以知道手持设备中的上述参数，也可以由该主控装置根据预期阻尼值预先计算出相应的阻尼控制信号再发送给手持设备，此时，手持设备不再具有上述运算装置，而通信装置接收的阻尼信息是阻尼控制信号，通信装置接收到该阻尼控制信号后直接转发给驱动控制装置。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块／单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立体交互操作棒，包括伸缩装置和位移测量装置，所述伸缩装置包括壳体和安装在所述壳体上并可伸缩的伸缩部件，其特征在于，所述位移测量装置包括振荡电路和频率检测电路，其中：

所述振荡电路包括电容和电感，所述电感包括安装在所述壳体上的线圈及安装在所述伸缩部件上的磁芯，所述磁芯随所述伸缩部件伸缩而发生位移时，所述电感的电感量随之变化；

所述频率检测电路，用于检测所述振荡电路输出信号的频率，以获得所述伸缩部件的位移量。

2.如权利要求1所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述位移测量装置还包括：位移计算装置，用于根据所述频率检测电路检测到的频率计算出所述伸缩部件的位移量。

3.如权利要求1或2所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述振荡电路为考毕兹振荡电路、克拉泼振荡电路或西勒振荡电路。

4.如权利要求1或2所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述线圈为导电材料构成的一螺线管，所述磁芯为一铁氧体磁棒，所述磁芯伸入所述螺线管的长度随所述伸缩部件伸缩而变化。

5.如权利要求1所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述伸缩装置还包括阻尼产生装置和驱动控制装置，其中：

所述阻尼产生装置固定安装在所述壳体上，且在工作时与所述伸缩部件耦合，用于对所述伸缩部件施加与其运动方向相反的阻力；

所述驱动控制装置与所述阻尼产生装置耦合，用于根据阻尼控制信号对应的驱动模式驱动所述阻尼产生装置，从而调节所述阻力的大小。

6.如权利要求5所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述阻尼产生装置为一电磁装置、液压伸缩装置、气动伸缩装置或机械抱合装置。

7.如权利要求5所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述阻尼产生装置包括在所述伸缩部件上装有永磁体或电磁铁；

所述阻尼产生装置还包括位于该永磁体或电磁铁运动轨迹一端外侧的一电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁，或者包括分别位于该运动轨迹两端外侧的两个电磁铁以及环绕该运动轨迹分布的一个或多个电磁铁；

所述驱动控制装置包括所述电磁铁的线圈驱动电路。

8.如权利要求7所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述伸缩部件为一动杆，所述电磁铁环绕着所述动杆的运动轨迹设置；

所述驱动控制装置还包括信号生成电路，用于根据给定的占空比生成脉宽调制信号；所述线圈驱动电路在所述脉宽调制信号和／或流向信号的作用下，改变输出到相应电磁铁的电流大小和／或方向，从而调节所述阻尼的大小。

9.如权利要求1或2或5或6或7或8所述的立体交互操作棒，其特征在于：还包括：

姿态检测装置，用于检测所述伸缩部件的姿态；

通信装置，与所述驱动控制装置和位移测量装置电连接，用于接收外部主控装置发送的阻尼信息；及将所述姿态检测装置和位移测量装置的检测结果发送给外部主控装置。

10.如权利要求9所述的立体交互操作棒，其特征在于：

所述通信装置接收的阻尼信息是所述阻尼控制信号，所述通信装置将所述阻尼控制信号传送到所述驱动控制装置；

所述阻尼产生装置为一电磁装置，所述阻尼控制信号为脉宽调制的占空比信号。

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