CN105706027A

CN105706027A - 掌控输入装置

Info

Publication number: CN105706027A
Application number: CN201380080383.1A
Authority: CN
Inventors: 朱春生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-10-24
Also published as: US20160306440A1; JP6182273B2; JP2016540327A; WO2015058390A1; US10019075B2; CN105706027B

Abstract

本发明涉及一种掌控输入装置，包括壳体，所述壳体内部设置有用于与终端设备通信的接口芯片，壳体内部还设置有：第一z轴信号采集器，用于生成包含第一压力值和第一标识的第一z轴信号；第二z轴信号采集器，用于生成包含第二压力值和第二标识的第二z轴信号；z轴信号处理器，与第一z轴信号采集器、第二z轴信号采集器以及接口芯片连接，用于从第一z轴信号中提取出第一压力值，从第二z轴信号中提取出第二压力值，根据第一压力值、第二压力值和采样周期来计算用于控制终端设备的界面空间中的被控对象在z轴正方向和负方向的z轴位移变化值，将z轴位移变化值通过接口芯片发送。本发明掌控输入装置能够实现对被控对象在z轴方向的位移控制。

Description

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。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不能满足计算机界面操作的要求，虽然人们一直都在改进外接设备的操作方式和改善用户体验。多年以来，无论机械式鼠标、光电式鼠标还是各种根据人体工程学涉及的鼠标或者其他遥控设备，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，只能通过输入设备的移动来进行操作，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，都需要对界面空间中的被控对象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

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是如何实现对终端设备的界面空间中的被控对象在 z轴方向上的移动进行控制。解决方案

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，所述壳体内部设置有用于与终端设备通信的接口芯片，所述壳体内部还设置有：

第一 Z轴信号采集器，用于感测第一作用力，并生成包含表示所述第一作用力的大小的第一压力值和用于标识所述第一 z轴信号采集器的第一标识的第一 z轴信号；

第二 z轴信号采集器，用于感测第二作用力，并生成包含表示所述第二作用力的大小的第二压力值和用于标识所述第二 z轴信号采集器的第二标识的第二 z轴信号；以及

z轴信号处理器，与所述第一 z轴信号采集器、所述第二 z轴信号采集器以及所述接口芯片连接，所述 z轴信号处理器用于从接收到的所述第一 Z轴信号中提取出所述第一压力值，从接收到的所述第二 z轴信号中提取出所述第二压力值，根据所述第一压力值、所述第二压力值和采样周期来计算用于控制终端设备的界面空间中的被控对象在 z轴方向的 Z轴位移变化值，并将所述 z轴位移变化值通过所述接口芯片发送至所述终端设备，

其中，所述 z轴方向为所述被控对象在界面空间的垂直方向。

有益效果

本发明掌控输入装置不仅可以实现传统的平面操控功能，还能够实现对被控对象的立体操控。尤其对于 3D被控对象，能够实现对 3D被控对象在界面空间中的 z轴方向的控制，从而实现对被控对象的平面立体全方位的控制。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图 1为本发明实施例一的掌控输入装置的结构示意图；

图 2为本发明实施例二的掌控输入装置的结构示意图；

图 3为本发明实施例三的掌控输入装置的结构示意图；

图 4为本发明实施例三的计算原理图；

图 5为本发明实施例五的掌控输入装置的结构示意图。

附图标记列表

1：接口芯片； 21 : 主轨迹装置； 22 : 辅助轨迹装置； 23 : 轨迹信号处理器； 31 : 旋转信号采集器； 32 : 旋转信号处理器； 41 : 第一 z轴信号采集器； 42：第二 z轴信号采集器； 43 : z轴信号处理器； 45 : 连接杆； 51：左触压信号采集器； 52: 右触压信号采集器； 53 : 触压信号处理器； 8: 壳体。具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词"示例性 "意为 "用作例子、实施例或说明性"。这里作为 "示例性"所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

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：第一 z轴信号采集器 41、第二 z轴信号采集器 42、 z轴信号处理器 43、接口芯片 1以及壳体 8。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 1用于与终端设备进行通信。第一 z轴信号采集器 41、第二 z轴信号采集器 42分别与 z轴信号处理器 43电连接， z轴信号处理器 43与接口芯片 1电连接。优选地，本实施例的第一 z轴信号采集器 41 和第二 z轴信号采集器 42为压力传感器。

第一 z轴信号采集器 41可以以多种方式设置在壳体 8内部，例如，通过连接杆 45设置在壳体 8的内部，连接杆 45的两端分别抵至壳体 8的相对的两端，以方便用户的两个手指向相对的方向进行挤压或触压操作，连接杆 45的两端也可以根据用户的使用习惯抵至壳体 8的任意其它两端。第一 z轴信号采集器 41设置于连接杆 45的任意位置皆可，优选地，图 1中第一 z轴信号采集器 41设置于连接杆 45的中间位置。第一 z轴信号采集器 41也可以以其它形式设置在壳体 8内部的任意位置，也可以只有连接至壳体 8的一个端。第一 z轴信号采集器 41用于感测作用在连接杆 45两端的作用力，然后生成包含该作用力的压力值和第一 z轴信号采集器 41的标识 + 1的压力信号，并将该压力信号发送至 z轴信号处理器 43。

第二 z轴信号采集器 42也可以以多种方式设置在壳体 8内部，例如，设置在壳体 8的内部顶端，用于感测用户对壳体 8的向下的作用力，然后生成包含该作用力的压力值和第二 z轴信号采集器 42的标识 -1的压力信号，并将该压力信号发送至 z轴信号处理器 43。

第一 z轴信号采集器 41和第二 z轴信号采集器 42均可以位于壳体 8的任意位置，其作用是通过感测到的用户施加的作用力来反映被控对象在界面空间中的 z轴方向上的位移变化。

本实施例中，采用第一 z轴信号采集器 41感测到的压力值来控制终端设备的界面空间中的被控对象在 z轴正方向的位移变化，采用第二 z轴信号采集器 42感测到的压力值来控制终端设备的界面空间中的被控对象在 z轴负方向的位移变化。标识则是为了区分压力值来自哪个信号采集器。本实施例中以被控对象在空间的垂直方向为 z轴方向，以朝向被控对象上方的 z轴方向为 z 轴正方向，与 z轴正方向相反的另一方向为 z轴负方向。 z轴信号处理器 43包括计算模块，该计算模块从接收到的压力信号中分别提取出压力值和标识 + 1，以及压力值和标识 - 1，并根据压力值和，以及公式（1 ) 来计算 z轴位移变化值。

Δζ = (丄） * * * - (-) * F₂ * ί₂ * Γ₂ ² + * 7； _ V₂ * Γ₂

2 2 ( 1 ) 其中 Δζ为 z轴位移变化值，用于控制终端设备的界面空间中的被控对象在 z轴上的位移变化，如果为正，则被控对象在界面空间中向 ζ轴正方向移动，如果 Δζ为负，则被控对象在界面空间中向 ζ轴负方向移动；为第一 ζ轴信号采集器 41测得的压力值，对应于被控对象在 z轴正方向的位移变化；为第二 z轴信号采集器 42测得的压力值，对应于被控对象在 z 轴负方向的位移变化；

^Ζι为 z轴正方向公式系数，为2轴负方向公式系数，和^均通过 z轴信号处理器 43设定；

^Vi为被控对象在界面空间中沿 z轴正方向的移动速度， ^为被控对象在界面空间中沿 z轴负方向的移动速度；本实施例中以 ^和 ^分别对应于 z轴正方向和 z轴负方向的移动加速度来计算移动速度。 ^和^的默认初始速度为 0，且将 ^和 ^的速度值存储于 z轴信号处理器 43的存储模块中，而且每次采集到压力值和 ^之后，根据 ^ ^{= V} '^+F^ ^ ^以及 ^ = ^ 来计算本次的移动速度并对存储的速度值进行更新； ^ '为上一次计算出的被控对象沿 z轴正方向的移动速度， ^为上一次计算出的被控对象沿 z轴负方向的移动速度；为 Z轴正方向的压力信号的采样周期， ^为 _z轴负方向的压力信号的采样周期， ^和⁷^均由 z轴信号处理器 43设定，和⁷^可以相同。

z轴信号处理器 43将计算出的 Δζ发送至接口芯片 1，接口芯片 1将接收到的发送至终端设备，终端设备根据该对被控对象在界面空间中的 ζ轴方向的位移变化进行控制。

例如：如果第一 ζ轴信号采集器 41感测到的压力值为 5Ν, 第二 ζ轴信号采集器 42感测到的压力值是 1N等量转化成加速度值：单位， m/s2，设 ^和^的值均为 1，和⁷^的值均为 0.1s, 则利用公式（1) 有：

ΔΖ = (丄） *5*1*0.1²_ (丄） *1*1*0.1² +10*0.1— 0*0.1 = 1.02

2 2

从而计算出 ζ轴位移变化值为 1.02m，因此终端设备控制其界面空间中的被控对象沿 z轴正方向移动 1.02m的距离。

第一 z轴信号采集器 41和第二 z轴信号采集器 42可以采用压阻式压力传感器、电感式压力传感器以及电容式压力传感器等。本实施例中优选采用压阻式压力传感器。

于另一实施例中，计算模块还可以将测得的压力值和分别作为直接对应于速度的变量，并采用公式（2) 来计算 Δζ，

A_z = Fi *li *T「F₂ *l₂ *T₂ (₂) 其中 ^Zl和 ^Z2根据实际情况设定；

与采用公式（1) 计算的相比，公式（1) 由于将第一 ζ轴信号采集器 41和第二 ζ轴信号采集器 42测得的压力值对应于加速度来计算移动速度，因此采用公式（1)来计算出的更能灵敏的反映出作用力对位移变化的影响，即作用力和 ^的变化对 z轴位移变化值 Δζ的影响更明显。

优选地， Ζ轴信号处理器 43的存储模块还存储有压力阈值^， ζ轴信号处理器 43还包括判断模块，用于分别判断压力值和压力值是否不小于压力阈值；并在判断为压力值和压力值不小于压力阈值时， z轴信号处理器 43的计算模块计算 z轴位移变化值。在判断模块判断为压力值和压力值小于压力阈值^J ^时，认为该作用力由误操作引起，因此计算模块不计算 z轴位移变化值，以避免误操作引起的对被控对象的不必要的控制。

本实施例提供的掌控输入装置的掌控输入方法包括如下步骤：

步骤 S11、第一 z轴压力传感器 41根据感测到的作用力生成包含该作用力的压力值和第一 z轴压力传感器 41 的标识的压力信号，并将该压力信号发送至 _Z轴信号处理器 43。

第二 z轴压力传感器 42根据感测到的作用力生成包含该作用力的压力值和第二 z轴压力传感器 42的标识的压力信号，并将该压力信号发送至 z 轴信号处理器 43。

步骤 S12、 z轴信号处理器 43从接收到的压力信号中提取出各压力值和标识，并根据各压力值、采样周期计算出 z轴位移变化值并发送至接口芯片 1。

步骤 S13、接口芯片 1将接收到的 z轴位移变化值发送至终端设备，终端设备根据 z轴位移变化值控制终端设备的界面空间中被控对象在 z轴方向上的移动。

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：旋转信号处理器 32以及若干个旋转信号采集器 31。本实施例中旋转信号采集器 31优选为八个，当然也可以多于或者少于八个。

其中，八个旋转信号采集器 31布置在壳体 8的平行于壳体 8底面的某一平面的内表面上，优选该八个旋转信号采集器 31在该平面以等角度间隔排布。各个旋转信号采集器 31均与旋转信号处理器 32电连接，旋转信号处理器 32与接口芯片 1电连接。

由于各个旋转信号采集器 31在壳体 8内的位置都是固定的，所以每个旋转信号采集器 31都具有一个方位值，该方位值即作为压力信号中的角度值，比如定义某一旋转信号采集器 31的角度值设为 0度，那么按顺时针方向依次相邻的各旋转信号采集器 31的角度值分别为 45度、 90度、 135度 ......270度、

315度。

旋转信号采集器 31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旋转信号采集器 31各自的角度值的压力信号，并将该压力信号发送至旋转信号处理器 32。旋转信号处理器 32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 1，接口芯片 1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度的旋转信号采集器 31反馈的压力值最大，为 5N, 则旋转信号处理器 32提取的信息为：压力值 5N, 角度值为 0度。

本实施例的旋转信号采集器 31优选为压力传感器。

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，还可以根据压力持续时间 = «χΤ 是角速度值， Τ为旋转信号采集器 31的采样周期，为固定参数）确定旋转角速度的大小。举例而言，压力值最大的旋转信号采集器 31的角度值为 45度，则终端设备的界面空间中的被控对象向 45度所在的方向旋转。如果压力值为 5Ν, 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，用户按压的时间越长，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 S21、各个旋转信号采集器 31根据感测到的作用力生成压力信号，将包含该作用力的压力值、对应的角度值的压力信号发送至旋转信号处理器

32。

步骤 S22、旋转信号处理器 32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 1。

步骤 S23、接口芯片 1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空间中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。

实施例三

如图 3所示，本实施例掌控输入装置在上述实施例二基础上增加了：主轨迹装置 21、辅助轨迹装置 22、轨迹信号处理器 23。主轨迹装置 21和辅助轨迹装置 22分别电连接轨迹信号处理器 23，轨迹信号处理器 23电连接接口芯片 1。主轨迹装置 21和辅助轨迹装置 22均固定设置于壳体 8内。优选主轨迹装置 21和辅助轨迹装置 22位于平行于掌控输入装置的底面的同一水平面或者垂直于掌控输入装置的同一竖直面上。

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。主轨迹装置 21和辅助轨迹装置 22均可以采集自身的位移信息。该位移信息包含主轨迹装置 21的移动平面的 X方向的位移值 Axa,该移动平面的 Y方向的位移值 Aya，主轨迹装置 21的位移值（Axa， Aya) 即作为掌控输入装置的位移信号发送至轨迹信号处理器 23。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 22采集其自身的位移信息，通过其与主轨迹装置 21 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 21所在点为旋转中心）。优选主轨迹装置 21位于壳体 8某一水平面或竖直面的中心。假设辅助轨迹装置 22的位移信息为（Axb， Ayb) , 则旋转角度 ^ΔΖ" = ^2Arcsin(^ -^⁾² + ^(Ayb - ) ²)/^{2 ?})。其中 R是主轨迹装置 21和辅助轨迹装置 22之间的距离。计算原理可以参考图 4，其中 A点为主轨迹装置 21移动后的位置（为说明方便，此处假设主轨迹装置 21无平面位移，移动前后均在 A点）， B点为辅助轨迹装置 22移动前的位置， C点为辅助轨迹装置 22 移动后的位置。等腰三角形 ABC的顶角就是需要解出来的角度变化值，根据 CD= ― 、 BD= —^可以计算出 BC = ^((AXb - Ax_a )² + (Ay_b - Ay_a )²) _o根据三角函数公式有了等腰三角形的三条边长，可以得出：

AZa = 2 Arc sin(^((Ax_b - Ax_a )² + (Ay_b - Ay_a )²)/2R) ( ^ ) 综上，通过采集主轨迹装置 21和辅助轨迹装置 22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 23传入接口芯片 1，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 21和辅助轨迹装置 22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 S31、主轨迹装置 21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 21 的位移信号，位移信号包括主轨迹装置 21 的位移值 ( Axa, Aya) 和标识，然后主轨迹装置 21把主轨迹装置 21的位移信号发送至轨迹信号处理器 23。

辅助轨迹装置 22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 22的位移信号，辅助轨迹装置 22的位移信号包括辅助轨迹装置 22的位移值（Axb， Ayb) 和标识，然后辅助轨迹装置 22把辅助轨迹装置 22的轨迹信号发送至轨迹信号处理器 23。

步骤 S32、轨迹信号处理器 23 根据接收到的轨迹信号以及公式 AZa = 2Arc sm(^(Ax_b - Ax_a f ₊ ^y_b _AyJ²)/²R)计算出掌控输入设备的旋转角度值，并将主轨迹装置 21 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 S33、轨迹信号处理器 23将计算得到的旋转角度值和位移值通过接口芯片 1发送至终端设备，位移值用于控制被控对象在界面空间中的 X轴和 Y 轴的移动值，旋转角度值用于控制界面空间中被控对象的旋转角度。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于：将辅助轨迹装置 22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—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 23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 ω (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 ΔΖβ, 公式如下：

ΑΖβ = \ codt

。（4) 然后轨迹信号处理器 23将该旋转角度值发送至接口芯片 1，接口芯片 1将接收到的旋转角度信号和主轨迹装置 21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。

实施例五

参见图 5，本实施例掌控输入装置在上述实施例三基础上增加了：左触压信号采集器 51、右触压信号采集器 52、触压信号处理器 53。左触压信号采集器 51和右触压信号采集器 52分别电连接触压信号处理器 53，触压信号处理器 53电连接接口芯片 1。

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 51和右触压信号采集器 52感应到作用力后，分别生成包括触压信息的触压信号，该触压信号包含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 51和右触压信号采集器 52将生成的触压信号分别发送至触压信号处理器 53。触压信号处理器 53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 1，接口芯片 1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 53仅仅将接收到的触压信号转发给接口芯片 1。

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：在通过左触压信号采集器 51控制终端设备的界面空间中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，以免与其它压力传感器发送的信号相混淆。

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在与各压力传感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 S41、各触压信号采集器感测到作用力，生成包含触压信息的触压信号，该触压信息包含该作用力的压力值以及该左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 53。

步骤 S42、触压信号处理器 53将触压信号通过接口芯片 1发送至终端设备。

实施例六

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 51、右触压信号采集器 52、触压信号处理器 53。左触压信号采集器 51和右触压信号采集器 52分别电连接触压信号处理器 53，触压信号处理器 53电连接接口芯片 1。

由于增加部分的功能和原理与实施例五相同，在此不再赘述。

实施例七

本实施例与实施例二的区别在于增加了：左触压信号采集器 51、右触压信号采集器 52、触压信号处理器 53。左触压信号采集器 51和右触压信号采集器 52分别电连接触压信号处理器 53，触压信号处理器 53电连接接口芯片 1。

实施例八

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 51、右触压信号采集器 52、触压信号处理器 53。左触压信号采集器 51和右触压信号采集器 52分别电连接触压信号处理器 53，触压信号处理器 53电连接接口芯片 1。

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空间中的被控对象的操作。本发明掌控输入装置不仅可以实现传统的平面操控功能，还能够实现对被控对象的立体操控。尤其对于 3D被控对象，能够实现对 3D被控对象在界面空间中的 z轴方向的控制。从而实现对被控对象的平面立体全方位的控制。

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。

实用性

根据本发明实施例所提供的掌控输入设备可应用于计算机外设领域，不仅可以实现传统的平面操控功能，还尤其适用于 3D游戏， 3D建模操作等场景，能够实现对被控对象的立体操控，对于 3D被控对象，能够实现对 3D被控对象在界面空间中的 z轴方向的控制，从而实现对被控对象的平面立体全方位的控制。

Claims

权利要求书

1、一种掌控输入装置，包括壳体，所述壳体内部设置有用于与终端设备通信的接口芯片，其特征在于，所述壳体内部还设置有：

第一 z轴信号采集器，用于感测第一作用力，并生成包含表示所述第一作用力的大小的第一压力值和用于标识所述第一 z轴信号采集器的第一标识的第一 z轴信号；

第二 z轴信号采集器，用于感测第二作用力，并生成包含表示所述第二作用力的大小的第二压力值和用于标识所述第二 z轴信号采集器的第二标识的第二 z轴信号；以及

z轴信号处理器，与所述第一 z轴信号采集器、所述第二 z轴信号采集器以及所述接口芯片连接，所述 z轴信号处理器用于从接收到的所述第一 Z轴信号中提取出所述第一压力值，从接收到的所述第二 z轴信号中提取出所述第二压力值，根据所述第一压力值、所述第二压力值和采样周期来计算用于控制终端设备的界面空间中的被控对象在 z轴方向的 Z轴位移变化值，并将所述 z轴位移变化值通过所述接口芯片发送至所述终端设备，

其中，所述 z轴方向为所述被控对象在界面空间的垂直方向。
2、根据权利要求 1所述的掌控输入装置，其特征在于，所述 z轴信号处理器包括计算模块，所述计算模块通过下述公式计算所述 z轴位移变化值， Δζ = * * W /2 * Γ2 其中， ΔΖ表示所述2轴位移变化值， ^表示所述第一压力值，表示所述第二压力值，表示 z轴正方向公式系数， ^表示 z轴负方向公式系数， ^表示所述第一 z轴信号的采样周期， ^表示所述第二 z轴信号的采样周期， ^和7^ 均由所述 z轴信号处理器设定。

3、根据权利要求 1所述的掌控输入装置，其特征在于，所述 z轴信号处理器包括计算模块，所述计算模块通过下述公式计算所述 z轴位移变化值， z = (-) ^ F^ l, * J ² _ (丄） * F₂ * /₂ * Γ₂ ² + V_X - V₂ * Γ₂ 其中，表示 _z轴位移变化值， ^表示所述第一压力值，表示所述第二压力值，表示 z轴正方向公式系数， ^表示 z轴负方向公式系数， ^表示所述终端设备的界面空间中的被控对象沿 z轴正方向的移动速度， ^表示所述被控对象沿 z轴负方向的移动速度，且¼ =¼'+ ^ * 7；， V₂ = V₂'₊F₂ * l₂ * T_{2 j} ^ '表示上一次计算出的所述被控对象沿 z轴正方向的移动速度， ^表示上一次计算出的所述被控对象沿 ζ轴负方向的移动速度； ^表示所述第一 ζ轴信号的采样周期， ^表示所述第二 ζ轴信号的采样周期， ^和⁷^均由所述 ζ轴信号处理器设定。
4、根据权利要求 3所述的掌控输入装置，其特征在于，所述 ζ轴信号处理器还包括存储模块，用于存储每次计算出的所述被控对象沿所述 ζ轴正方向的移动速度以及沿所述 ζ轴负方向的移动速度。
5、根据权利要求 4所述的掌控输入装置，其特征在于，所述存储模块还存储有压力阈值；

所述 ζ轴信号处理器还包括判断模块，所述判断模块用于分别判断所述第一压力值和所述第二压力值是否不小于所述压力阈值；

则所述计算模块在所述判断模块判断为所述第一压力值和所述第二压力值不小于所述压力阈值^时，计算所述 z轴位移变化值。
6、根据权利要求 1所述的掌控输入装置，其特征在于，所述第一 z轴信号采集器通过连接杆设置在所述壳体内部，所述第一 z轴信号采集器感测作用于所述连接杆的两端或一端的第一作用力，所述第一作用力对应于所述被控对象在界面空间中的 z轴正方向上的位移。
7、根据权利要求 1所述的掌控输入装置，其特征在于，所述第二 z轴信号采集器设置在所述壳体内部的顶端，所述第二 z轴信号采集器感测作用于所述壳体的顶端的第二作用力，所述第二作用力对应于所述被控对象在界面空间中的 z轴负方向上的位移。 8、根据权利要求 1-7中任一项所述的掌控输入装置，其特征在于，所述壳体内部还设置有：

若干个旋转信号采集器，用于分别感测第三作用力并生成旋转信号，所述旋转信号包含表示所述第三作用力的大小的第三压力值以及用于表示各所述旋转信号采集器在所述掌控输入装置上的位置的角度值；以及

旋转信号处理器，与各所述旋转信号采集器以及所述接口芯片电连接，所述旋转信号处理器用于从各所述旋转信号中提取各第三压力值和角度值，并将各所述第三压力值和角度值通过所述接口芯片发送至所述终端设备。
9、根据权利要求 1-7中任一项所述的掌控输入装置，其特征在于，所述壳体内部还设置有：

主轨迹装置，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；

角度检测器，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；以及

轨迹信号处理器，与所述位移检测器、所述角度检测器以及所述接口芯片电连接，所述轨迹信号处理器用于从接收到的所述位移信号中提取出所述位移值、从接收到的所述角度信号中提取出所述旋转角度值，并将所述位移值和所述旋转角度值通过所述接口芯片发送至所述终端设备，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空间中被控对象的平面移动和旋转。
10、根据权利要求 1-7中任一项所述的掌控输入装置，其特征在于，所述壳体内部还设置有：

主轨迹装置，用于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；以及

辅助轨迹装置，用于采集所述辅助轨迹装置的位移值，根据所述辅助轨迹装置的位移值与所述主轨迹装置的位移值计算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空间中被控对象的平面移动和旋转。
11、根据权利要求 10所述的掌控输入装置，其特征在于，所述辅助轨迹装置根据下述公式计算所述旋转角度值：

AZa = 2Arc sin( /((Ax_b - Λχ_α )² + (Ay_b - Ay_a )²) IK)

其中，八 «表示所述旋转角度值， Δ¾、 Ay_a分别表示所述主轨迹装置在其移动平面的 X轴和 Υ轴上的位移值， ^、 ^Δ^分别表示所述辅助轨迹装置在其移动平面的 X轴和 Υ轴上的位移值， R表示所述主轨迹装置和所述辅助轨迹装置之间的距离。
12、根据权利要求 1-7中任一项所述的掌控输入装置，其特征在于，所述壳体内部还设置有：

触压信号采集器，用于感测第四作用力并生成触压信号，所述触压信号包含表示所述第四作用力的大小的第四压力值和用于标识所述触压信号采集器的第四标识；以及

所述触压信号处理器，与所述触压信号采集器以及所述接口芯片电连接，用于从接收到的所述触压信号中提取出第四压力值和第四标识，并将所述第四压力值和第四标识通过接口芯片发送至所述终端设备。