CN103955297A - 一种空间操作式鼠标 - Google Patents

Abstract

一种空间操作式鼠标，涉及一种鼠标。本发明是为了解决传统鼠标需要依附操作载体进行使用，并且在使用过程中限制了使用者在操作鼠标时的姿态，导致影响使用者的身体健康的问题。本发明所述的一种空间操作式鼠标，在使用时，能够以各种方式持握在手中、或者佩戴在食指上，鼠标内部的姿态采集模块采集鼠标位移，通过数据处理直接发送至PC机中，不需要借助任何操作载体，人机交互自然，可以做手势控制键盘，不受约束；并且本发明所述的一种空间操作式鼠标采用软件低通滤波原理，定位精准、对位速度快，融合了轨迹球鼠标和光学鼠标的优势。使用本发明所述的鼠标进行操作，不限制使用者的姿态，进而有效避免了由于长期使用而导致的颈椎疾病的问题。

Description

一种空间操作式鼠标

技术领域

本发明涉及一种鼠标。

背景技术

鼠标是一种很常用的电脑输入设备，它可以对当前屏幕上的游标进行定位，并通过按键和滚轮装置对游标所经过位置的屏幕元素进行操作。传统鼠标按其工作原理的不同可以分为机械鼠标和光电鼠标。

机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当你拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。但由于它采用纯机械结构，定位精度难如人意，加上频频接触的电刷和译码轮磨损得较为厉害，直接影响了机械鼠标的使用寿命。

光电鼠标器是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的鼠标箭头的移动。光电鼠标用光电传感器代替了滚球。但是这类光学鼠标无法在某些颜色表面正常工作，原因是光学引擎通过拍摄图像并比较差异来实现光标定位，而要拍摄图像就要求感应器可捕捉到一定光强、均匀漫反射的反射光。然而，多数感应器只能对一些特定波长的色光才能形成感应，对其他波段的色光就无能为力。倘若鼠标垫表面恰好可以将感应器能够感应到的色光大量吸收，导致反射回去的色光强度不足，感应器无法作出有效感应，自然就不可能计算出光标的具体位置了。因此这类鼠标需要特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。

综上所述，传统鼠标始终要以桌面、垫板等操作载体为依托，才能够实现鼠标的正常使用。但是具医学界研究表明长期伏案使用鼠标容易造成颈椎疾病的发生，而且人机之间的交互并不自然。

发明内容

本发明是为了解决传统鼠标需要依附操作载体进行使用，并且在使用过程中限制了使用者在操作鼠标时的姿态，导致影响使用者的身体健康的问题，本申请提供一种空间操作式鼠标。

一种空间操作式鼠标，它包括：轨迹球、霍尔传感器组、鼠标姿态采集模块、数据处理模块、外壳和弹性底壳；

霍尔传感器组用于采集轨迹球的磁场信号，霍尔传感器组的信号输出端连接数据处理模块的信号输入端，鼠标姿态采集模块用于采集鼠标运动过程中的加速度和鼠标运动过程中的角速度，鼠标姿态采集模块的DMP信号输出端连接数据处理模块的信号输入端；

鼠标姿态采集模块包括：加速度传感器和陀螺仪；

加速度传感器用于采集鼠标运动过程中的加速度，陀螺仪用于采集鼠标运动过程中的角速度；

加速度传感器的信号输出端和陀螺仪的信号输出端同时作为鼠标姿态采集模块的信号输出端；

所述数据处理模块中嵌入有软件实现的单元，所述单元包括：

采集霍尔传感器组发送的脉冲数据和鼠标姿态采集模块发送的DMP数据的数据采集单元；

利用卡尔曼滤波算法对DMP数据进行拟合计算，获得稳定的鼠标姿态参数的数据处理单元；

将稳定的鼠标姿态参数和脉冲数据进行打包并发送至PC机的数据发送单元；

所述数据发送单元的信号输出端作为数据处理模块的信号输出端；

一种空间操作式鼠标与PC机之间实现无线数据交互；

外壳表面开有轨迹球孔和按钮孔，所述轨迹球嵌在该轨迹球孔内，鼠标的左右键嵌在按钮孔内，所述霍尔传感器组、鼠标姿态采集模块和数据处理模块均位于外壳内部；

外壳固定在弹性底壳上，弹性底壳的底部开有截面呈弧形的凹槽。

本发明所述的一种空间操作式鼠标，在使用时，能够以各种方式持握在手中、或者佩戴在食指上，鼠标内部的姿态采集模块采集鼠标位移，通过数据处理直接发送至PC机中，不需要借助任何操作载体，人机交互自然，可以做手势控制键盘，不受约束；并且本发明所述的一种空间操作式鼠标采用软件低通滤波原理，定位精准、对位速度快，融合了轨迹球鼠标和光学鼠标的优势。

使用本发明所述的鼠标进行操作，不限制使用者的姿态，可以采用站姿、坐姿等各种姿态，进而有效避免了由于长期使用而导致的颈椎疾病的问题。

附图说明

图1为一种空间操作式鼠标的原理结构示意图。

图2为一种空间操作式鼠标的外部结构示意图。

图3为一种空间操作式鼠标的左视图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种空间操作式鼠标，它包括：轨迹球1、霍尔传感器组2、鼠标姿态采集模块3、数据处理模块4、外壳6和弹性底壳7；

霍尔传感器组2用于采集轨迹球1的磁场信号，霍尔传感器组2的信号输出端连接数据处理模块4的信号输入端，鼠标姿态采集模块3用于采集鼠标运动过程中的加速度和鼠标运动过程中的角速度，鼠标姿态采集模块3的DMP信号输出端连接数据处理模块4的信号输入端；

鼠标姿态采集模块3包括：加速度传感器3-1和陀螺仪3-2；

加速度传感器3-1用于采集鼠标运动过程中的加速度，陀螺仪3-2用于采集鼠标运动过程中的角速度；

加速度传感器3-1的信号输出端和陀螺仪3-2的信号输出端同时作为鼠标姿态采集模块3的信号输出端；

所述数据处理模块4中嵌入有软件实现的单元，所述单元包括：

采集霍尔传感器组2发送的脉冲数据和鼠标姿态采集模块3发送的DMP数据的数据采集单元4-1；

利用卡尔曼滤波算法对DMP数据进行拟合计算，获得稳定的鼠标姿态参数的数据处理单元4-2；

将稳定的鼠标姿态参数和脉冲数据进行打包并发送至PC机5的数据发送单元4-3；

所述数据发送单元4-3的信号输出端作为数据处理模块4的信号输出端；

一种空间操作式鼠标与PC机5之间实现无线数据交互；

外壳6表面开有轨迹球孔和按钮孔，所述轨迹球1嵌在该轨迹球孔内，鼠标的左右键嵌在按钮孔内，所述霍尔传感器组2、鼠标姿态采集模块3和数据处理模块4均位于外壳6内部；

外壳6固定在弹性底壳7上，弹性底壳7的底部开有截面呈弧形的凹槽。

在实际应用中，由于通过单一的陀螺仪计算角度时，陀螺仪会受到积分时间间隔的影响，使陀螺仪获得的角度数据不稳定，因此时间过长陀螺仪的数据会产生漂移，于是本实施方式中采用加速度传感器同时对鼠标的姿态进行采集，加速度传感器与陀螺仪共同确定鼠标的角度变化。具体实现过程如下：

陀螺仪采集鼠标运动过程中的角速度ω，则鼠标初始角度θ₁就能够表示为：

θ₁(t)＝∫ωdt

加速度传感器采集鼠标运动过程中的加速度值g₁，则根据该加速度值g₁就能够获得鼠标的倾斜角θ₂，

${\mathrm{\θ}}_2\left(t\right)=\arcsin \left(\frac{g_1}{g}\right)$

其中，g表示重力加速度。利用鼠标初始角度θ₁和鼠标的倾斜角θ₂就能够获得鼠标精确的移动角度θ，

θ＝a|θ₁+b|θ₂

其中，a为陀螺仪的权重系数，取值范围在0.01至0.1之间，b为加速度传感器的权重系数，取值范围在0.9至0.99之间(在60s的时间内，如果测得的前一次角速度值比后一次前一次值小12度，则b取最大值为0.99,最小值为0.9)，且满足a+b＝1；

鼠标精确的移动角度θ的范围在-180度至180度之间，将鼠标精确的移动角度θ旋转180度，此时获得的最终鼠标移动角度范围在0度至360度之间。最后将上述最终鼠标移动角度打包，并发送至PC机的CPU中。

应用时，将手指嵌入弹性底壳7的凹槽内，弹性底壳7凭借自身的弹性将手指夹住，然后通过姿态采集模块采集鼠标姿态，同时其它手指控制轨迹球，进一步精确定位，二者共同实现鼠标的操作，完全不需要任何鼠标载体，就能够实现鼠标在空间内任意位置的使用。

本发明所述的一种空间操作式鼠标，外壳6和弹性底壳7的形状不限于本发明具体实施方式一所述的形状，只要能够实现空间操作的或佩戴于手指上操作的目的即可。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种空间操作式鼠标作进一步说明，本实施方式中，所述一种空间操作式鼠标与PC机之间采用数据发送模块和数据接收模块实现无线信号传输，数据发送模块的信号输入端连接数据处理模块4的信号输出端，数据接收模块位于PC机5中，数据接收模块的信号输出端连接PC机5中CPU的鼠标信号输入端。

数据接收模块将数据处理模块4发送的信号进行编码，然后通过无线传输的方式发送至PC机5中的数据接收模块中，该数据接收模块将接收到的编码信号进行解码，获得鼠标姿态变化数据，然后将该鼠标姿态变化数据发送至PC机5中的CPU内。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种空间操作式鼠标作进一步说明，本实施方式中，所述数据发送模块和数据接收模块均为NRF24L01芯片。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种空间操作式鼠标作进一步说明，本实施方式中，数据处理模块4为Mega32U4芯片。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种空间操作式鼠标作进一步说明，本实施方式中，鼠标姿态采集模块3为MP6050芯片，该芯片上集成有陀螺仪和加速度传感器。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的一种空间操作式鼠标作进一步说明，本实施方式中，霍尔传感器组2包括六个霍尔传感器。

霍尔传感器组2通过六个霍尔传感器对轨迹球的变化会产生脉冲，作为六轴拟合数据发送至数据处理模块4中，从而得到方向变化，六个霍尔传感器的设计可以控制达六个方向，从而很好的模拟了鼠标的位置变化。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的一种空间操作式鼠标作进一步说明，本实施方式中，弹性底壳7的材料为硅胶。

本实施方式中，弹性底壳7的材料采用硅胶，硅胶的弹性大，能够保证不同尺寸的手指均能够适用于本发明所述鼠标的使用，且硅胶材质柔软，即使长时间佩戴，也不会产生不适。

Claims (7)

1.一种空间操作式鼠标，其特征在于，它包括：轨迹球(1)、霍尔传感器组(2)、鼠标姿态采集模块(3)、数据处理模块(4)、外壳(6)和弹性底壳(7)；

霍尔传感器组(2)用于采集轨迹球(1)的磁场信号，霍尔传感器组(2)的信号输出端连接数据处理模块(4)的信号输入端，鼠标姿态采集模块(3)用于采集鼠标运动过程中的加速度和鼠标运动过程中的角速度，鼠标姿态采集模块(3)的DMP信号输出端连接数据处理模块(4)的信号输入端；

鼠标姿态采集模块(3)包括：加速度传感器(3-1)和陀螺仪(3-2)；

加速度传感器(3-1)用于采集鼠标运动过程中的加速度，陀螺仪(3-2)用于采集鼠标运动过程中的角速度；

加速度传感器(3-1)的信号输出端和陀螺仪(3-2)的信号输出端同时作为鼠标姿态采集模块(3)的信号输出端；

所述数据处理模块(4)中嵌入有软件实现的单元，所述单元包括：

采集霍尔传感器组(2)发送的脉冲数据和鼠标姿态采集模块(3)发送的DMP数据的数据采集单元(4-1)；

利用卡尔曼滤波算法对DMP数据进行拟合计算，获得稳定的鼠标姿态参数的数据处理单元(4-2)；

将稳定的鼠标姿态参数和脉冲数据进行打包并发送至PC机(5)的数据发送单元(4-3)；

所述数据发送单元(4-3)的信号输出端作为数据处理模块(4)的信号输出端；

一种空间操作式鼠标与PC机(5)之间实现无线数据交互；

外壳(6)表面开有轨迹球孔和按钮孔，所述轨迹球(1)嵌在该轨迹球孔内，鼠标的左右键嵌在按钮孔内，所述霍尔传感器组(2)、鼠标姿态采集模块(3)和数据处理模块(4)均位于外壳(6)内部；

外壳(6)固定在弹性底壳(7)上，弹性底壳(7)的底部开有截面呈弧形的凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种空间操作式鼠标，其特征在于，所述一种空间操作式鼠标与PC机之间采用数据发送模块和数据接收模块实现无线信号传输，数据发送模块的信号输入端连接数据处理模块(4)的信号输出端，数据接收模块位于PC机(5)中，数据接收模块的信号输出端连接PC机(5)中CPU的鼠标信号输入端。

3.根据权利要求2所述的一种空间操作式鼠标，其特征在于，所述数据发送模块和数据接收模块均为NRF24L01芯片。

4.根据权利要求3所述的一种空间操作式鼠标，其特征在于，数据处理模块(4)为Mega32U4芯片。

5.根据权利要求4所述的一种空间操作式鼠标，其特征在于，鼠标姿态采集模块(3)为MP6050芯片，该芯片上集成有陀螺仪和加速度传感器。

6.根据权利要求5所述的一种空间操作式鼠标，其特征在于，霍尔传感器组(2)包括六个霍尔传感器。

7.根据权利要求6所述的一种空间操作式鼠标，其特征在于，弹性底壳(7)的材料为硅胶。