CN107137925A - 一种游戏手柄系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种游戏手柄系统及其控制方法，可以解决现有技术中上述问题，本发明通过双位置传感器能获得更好的动态性能和静态性能，获得更高的准确度、平稳度和舒适度，本发明采用体征传感器来探测游戏用户的体征，利用反馈调节器来对应调节游戏用户的各种知觉，使游戏用户在游戏过程中生理上感觉舒适和愉悦，优化了体验效果，对比游戏用户在使用过程中体征特征的变化来对应分析反馈策略，反馈调节器根据反馈策略进行调整，从而能获得更好的用户体验。

Description

一种游戏手柄系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及游戏手柄领域，具体涉及一种游戏手柄系统及其控制方法。

背景技术

传统的手柄需要采用数据线缆与自助终端设备的主控系统相连，线缆连接关系复杂，用户不易操作通信手柄；同时，用户在每一次利用通信手柄与主控系统进行通信之前，均需要对自助终端设备上的主控系统进行相应的设置，才能使通信手柄可与自助终端设备的主控系统进行通信。用户体验较差。

近年来，随着蓝牙智能配件的快速发展，使用蓝牙智能手柄的人数也越来越多游戏手柄是一种常见电子游戏机的部件，通过操纵其按钮等，实现对游戏虚拟角色控制，在传统PC平台上面，外设手柄与PC连接已经非常普及。

当前市场上传统的手柄摇杆多以电位器作为角度采集元件，由于电位器是易损元件，摩擦力大，易造成摇杆的控制精度和耐用度下降，并且这一类元件具有一定的反向空程、磨损大、动态性能差等现象，造成使用过程中的不稳定。所以人们需要一种准确度、平稳度和舒适度更高的游戏手柄进行电子游戏。

现有的游戏手柄经常可以提供一些辅助功能，如定位和操作，手柄也经常被用来完成游戏中的各种操作。但是目前大部分的游戏手柄功能过于单一，对游戏用户的体验帮助也很有限。

发明内容

本发明提供一种游戏手柄系统及其控制方法，可以解决现有技术中上述问题，本发明能获得更好的动态性能和静态性能，获得更高的准确度、平稳度和舒适度，本发明采用体征传感器来探测游戏用户的体征，利用反馈调节器来对应调节游戏用户的各种知觉，使游戏用户在游戏过程中生理上感觉舒适和愉悦，优化了体验效果，对比游戏用户在使用过程中体征特征的变化来对应分析反馈策略，反馈调节器根据反馈策略进行调整，从而能获得更好的用户体验。

为了实现上述目的，本发明提供了一种游戏手柄系统，该系统包括用户控制端和智能游戏设备端；

其中，所述用户控制端包括：

手柄本体模块，可用于用户的进行游戏操作；

信号采集模块，用于采集手柄本体模块的动作信号和用户的体感信号；

控制端通信模块，用于用户控制端和智能游戏设备端的通信；

手柄控制模块，用于控制用户控制端其他模块；

智能游戏设备端包括：

设备端通信模块，用于智能游戏设备端和用户控制端通信；

信号处理及分析模块，用于对所述动作信号和体感信号进行处理和分析；

手柄个性化设置模块，用于根据信号处理及分析模块对体感信号分析得到的结果，向用户控制端发出手柄个性化设置指令；

动作信号执行模块，用于执行所述动作信号。

优选的，所述手柄本体模块包括高精度摇杆装置和多个按键，所述摇杆装置包括摇杆、旋转球、压缩弹簧和反馈调节器，所述反馈调节器为通过动作、温度让人手放松的装置。

优选的，所述反馈调节器包括而不局限于凹凸起伏的机械动作面、温控器和祛湿装置。

优选的，所述信号采集模块包括微处理器以及位置传感器一、位置传感器二以及体征传感器组，所述体征传感器组包括感受人手握持手柄本体时的力度、温度和湿度人手生理特征的传感器。

优选的，所述手柄个性化设置模块可向所述用户控制端发送个性化指令，控制所述反馈调节器的工作，其中所述个性化指令是根据所述信号处理及分析模块对所述体感数据进行分析和处理得到的。

优选的，所述体感数据包括用户力度、用户手掌温度和湿度，所述个性化指令用于根据用户力度、用户手掌温度和湿度的变化情况，控制所述反馈调节器做出调节，提升用户的舒适度和满意度。

优选的，所述摇杆穿过旋转球分别连接位置传感器一、位置传感器二，所述压缩弹簧一端与所述旋转球连接，所述位置传感器一、位置传感器二与所述微处理器连接，所述位置传感器一、位置传感器二用于实时采集摇杆的位置信号。

本发明还提供了一种游戏手柄系统的控制方法，该方法具体包括如下步骤：

S1.实时采集用户的动作信号和体感信号；

S2.将所述动作信号和体感信号发送至智能游戏设备端；

S3.对所述动作信号和体感信号进行分析和处理；

S4.根据动作信号的分析和处理结果执行用户的游戏动作，根据体感信号的分析和处理结果，对手柄进行个性化设置，以提升用户舒适度和满意度。

优选的，在所述步骤S1中，所述体感信号包括用户力度、用户手掌温度和湿度数据。

优选的，在所述步骤S3中，包括分析用户握持手柄时对手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度的变化情况，其中以用户用手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度为正常状态，游戏进行一段时间后，如果用户手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度发生的变化大于某一阈值时，在步骤S4中，对手柄进行个性化设置。

优选的，所述个性化设置包括：根据手柄施加的压力变化情况，启动凹凸起伏的机械动作面；当特征根据温度相对所述正常状态的温度差异即低或高，启动温控器；根据湿度变化情况，启动祛湿装置。

优选的，在所述步骤S1中，所述动作信号的采集包括摇杆位置的采集，所述摇杆位置的采集包括如下步骤：

S11.在摇杆装置上建立右手笛卡尔坐标系为绝对坐标系，用位置传感器二的几何中心为原点，x、y和z轴表示固定参考坐标系F_(x，y，z)，用位置传感器一的几何中心为原点，n、o和a轴表示运动坐标系F_(n，o，a)；

S12.手指拨动摇杆，位置传感器二进行数据采集，获得绕x轴方向上旋转α角度，绕y轴方向上旋转β角度；位置传感器一进行数据采集，获得绕n轴方向上旋转γ角度，绕o轴方向上旋转δ角度；

S13. 微处理器读取数据，并采用扩展卡尔曼滤波将传感器收集的角度数据进行融合并对误差进行补偿,得到手柄摇杆的最优估计值；

S14.在固定参考坐标系中使用位置向量P建立数学模型为：

式中，n、o和a表示方向向量；p表示位置向量；x、y和z为坐标轴；

使用手柄摇杆补偿后得到的最优估计值建立向量p_xyz相对坐标方程式为：

p_xyz＝Rot(y,β)Rot(x,α)Rot(n,(γ-α))Rot(o,(δ-β))p_noa

p_xyz为手柄摇杆几何中心变换后的坐标点；

S16.建立向量p_xyz的矩阵方程：

S17.进一步处理向量得：

S18.获得在平面xy内的坐标：

横坐标为：

p_x＝180(sin(δ-β)cosβ-sin(γ-α)cos(δ-β)sinβsinα+cos(γ-α)sin(δ-β)sinβcosα)

纵坐标为：

p_y＝-180(sin(γ-α)cos(δ-β)cosα+cos(γ-α)sin(δ-β)sinα)。

本发明的技术方案具有如下优点：

（1）本发明能获得更好的动态性能和静态性能，获得更高的准确度、平稳度和舒适度；

（2）本发明采用体征传感器来探测游戏用户的体征，利用反馈调节器来对应调节游戏用户的各种知觉，使游戏用户在游戏过程中生理上感觉舒适和愉悦，优化了体验效果，对比游戏用户在使用过程中体征特征的变化来对应分析反馈策略，反馈调节器根据反馈策略进行调整，从而能获得更好的用户体验。

附图说明

图1示出了本发明的一种游戏手柄系统的框图；

图2示出了本发明的一种游戏手柄系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了本发明的本发明的一种游戏手柄系统的框图，该系统包括用户控制端1和智能游戏设备端2；

其中，所述用户控制端1包括：

手柄本体模块12，可用于用户的进行游戏操作；

信号采集模块11，用于采集手柄本体模块的动作信号和用户的体感信号；

控制端通信模块13，用于用户控制端和智能游戏设备端的通信；优选所述通信模块13为蓝牙通信模块。

手柄控制模块14，用于控制用户控制端其他模块；

智能游戏设备端2包括：

设备端通信模块21，用于智能游戏设备端和用户控制端通信；优选所述通信模块21为蓝牙通信模块。

信号处理及分析模块22，用于对所述动作信号和体感信号进行处理和分析；

手柄个性化设置模块23，用于根据信号处理及分析模块对体感信号分析得到的结果，向用户控制端发出手柄个性化设置指令；

动作信号执行模块24，用于执行所述动作信号。

所述手柄本体模块12包括高精度摇杆装置和多个按键，所述摇杆装置包括摇杆、旋转球、压缩弹簧和反馈调节器，所述反馈调节器为通过动作、温度让人手放松的装置。优选的，所述反馈调节器包括而不局限于凹凸起伏的机械动作面、温控器和祛湿装置。

所述信号采集模块11包括微处理器以及位置传感器一、位置传感器二以及体征传感器组，所述体征传感器组包括感受人手握持手柄本体时的力度、温度和湿度人手生理特征的传感器。所述摇杆穿过旋转球分别连接位置传感器一、位置传感器二，所述压缩弹簧一端与所述旋转球连接，所述位置传感器一、位置传感器二与所述微处理器连接，所述位置传感器一、位置传感器二用于实时采集摇杆的位置信号。基于双位置传感器的能获得更好的动态性能和静态性能，获得更高的准确度、平稳度和舒适度，从而能获得更好的用户体验。

所述手柄个性化设置模块23可向所述用户控制端发送个性化指令，控制所述反馈调节器的工作，其中所述个性化指令是根据所述信号处理及分析模块对所述体感数据进行分析和处理得到的。

所述体感数据包括用户力度、用户手掌温度和湿度，所述个性化指令用于根据用户力度、用户手掌温度和湿度的变化情况，控制所述反馈调节器做出调节，提升用户的舒适度和满意度。

机械动作面、温控器和祛湿装置对应调节压力传感器、温度传感器和湿度传感器检测到的体征变化，有利于多方面的改进体验。

图2示出了本发明的一种游戏手柄系统的控制方法的流程图，该方法具体包括如下步骤：

S1.实时采集用户的动作信号和体感信号；

S2.将所述动作信号和体感信号发送至智能游戏设备端；

S3.对所述动作信号和体感信号进行分析和处理；

S4.根据动作信号的分析和处理结果执行用户的游戏动作，根据体感信号的分析和处理结果，对手柄进行个性化设置，以提升用户舒适度和满意度。

在所述步骤S1中，所述体感信号包括用户力度、用户手掌温度和湿度数据。

在所述步骤S1中，所述动作信号的采集包括摇杆位置的采集，所述摇杆位置的采集包括如下步骤：

S11.在摇杆装置上建立右手笛卡尔坐标系为绝对坐标系，用位置传感器二的几何中心为原点，x、y和z轴表示固定参考坐标系F_(x，y，z)，用位置传感器一的几何中心为原点，n、o和a轴表示运动坐标系F_(n，o，a)；

S12.手指拨动摇杆，位置传感器二进行数据采集，获得绕x轴方向上旋转α角度，绕y轴方向上旋转β角度；位置传感器一进行数据采集，获得绕n轴方向上旋转γ角度，绕o轴方向上旋转δ角度；

S13. 微处理器读取数据，并采用扩展卡尔曼滤波将传感器收集的角度数据进行融合并对误差进行补偿,得到手柄摇杆的最优估计值；

S14.在固定参考坐标系中使用位置向量P建立数学模型为：

式中，n、o和a表示方向向量；p表示位置向量；x、y和z为坐标轴；

使用手柄摇杆补偿后得到的最优估计值建立向量p_xyz相对坐标方程式为：

p_xyz＝Rot(y,β)Rot(x,α)Rot(n,(γ-α))Rot(o,(δ-β))p_noa

p_xyz为手柄摇杆几何中心变换后的坐标点；

S16.建立向量p_xyz的矩阵方程：

S17.进一步处理向量得：

S18.获得在平面xy内的坐标：

横坐标为：

p_x＝180(sin(δ-β)cosβ-sin(γ-α)cos(δ-β)sinβsinα+cos(γ-α)sin(δ-β)sinβcosα)

纵坐标为：

p_y＝-180(sin(γ-α)cos(δ-β)cosα+cos(γ-α)sin(δ-β)sinα)。

在所述步骤S3中，包括分析用户握持手柄时对手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度的变化情况，其中以用户用手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度为正常状态，游戏进行一段时间后，如果用户手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度发生的变化大于某一阈值时，在步骤S4中，对手柄进行个性化设置。

所述个性化设置包括：根据手柄施加的压力变化情况，启动凹凸起伏的机械动作面；当特征根据温度相对所述正常状态的温度差异即低或高，启动温控器；根据湿度变化情况，启动祛湿装置。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种游戏手柄系统，该系统包括用户控制端和智能游戏设备端；

其中，所述用户控制端包括：

手柄本体模块，可用于用户的进行游戏操作；

信号采集模块，用于采集手柄本体模块的动作信号和用户的体感信号；

控制端通信模块，用于用户控制端和智能游戏设备端的通信；

手柄控制模块，用于控制用户控制端其他模块；

智能游戏设备端包括：

设备端通信模块，用于智能游戏设备端和用户控制端通信；

信号处理及分析模块，用于对所述动作信号和体感信号进行处理和分析；

手柄个性化设置模块，用于根据信号处理及分析模块对体感信号分析得到的结果，向用户控制端发出手柄个性化设置指令；

动作信号执行模块，用于执行所述动作信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手柄本体模块包括高精度摇杆装置和多个按键，所述摇杆装置包括摇杆、旋转球、压缩弹簧和反馈调节器，所述反馈调节器为通过动作、温度让人手放松的装置。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述反馈调节器包括而不局限于凹凸起伏的机械动作面、温控器和祛湿装置。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号采集模块包括微处理器以及位置传感器一、位置传感器二以及体征传感器组，所述体征传感器组包括感受人手握持手柄本体时的力度、温度和湿度人手生理特征的传感器。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述手柄个性化设置模块可向所述用户控制端发送个性化指令，控制所述反馈调节器的工作，其中所述个性化指令是根据所述信号处理及分析模块对所述体感数据进行分析和处理得到的。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述体感数据包括用户力度、用户手掌温度和湿度，所述个性化指令用于根据用户力度、用户手掌温度和湿度的变化情况，控制所述反馈调节器做出调节，提升用户的舒适度和满意度。

7.如权利要求1-6任一所述的系统，其特征在于，所述摇杆穿过旋转球分别连接位置传感器一、位置传感器二，所述压缩弹簧一端与所述旋转球连接，所述位置传感器一、位置传感器二与所述微处理器连接，所述位置传感器一、位置传感器二用于实时采集摇杆的位置信号。

8.一种游戏手柄系统的控制方法，该方法具体包括如下步骤：

S1.实时采集用户的动作信号和体感信号；

S2.将所述动作信号和体感信号发送至智能游戏设备端；

S3.对所述动作信号和体感信号进行分析和处理；

S4.根据动作信号的分析和处理结果执行用户的游戏动作，根据体感信号的分析和处理结果，对手柄进行个性化设置，以提升用户舒适度和满意度。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述体感信号包括用户力度、用户手掌温度和湿度数据；

在所述步骤S3中，包括分析用户握持手柄时对手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度的变化情况，其中以用户用手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度为正常状态，游戏进行一段时间后，如果用户手柄施加的压力、握持手柄的手温度、湿度发生的变化大于某一阈值时，在步骤S4中，对手柄进行个性化设置；

所述个性化设置包括：根据手柄施加的压力变化情况，启动凹凸起伏的机械动作面；当特征根据温度相对所述正常状态的温度差异即低或高，启动温控器；根据湿度变化情况，启动祛湿装置。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述动作信号的采集包括摇杆位置的采集，所述摇杆位置的采集包括如下步骤：

S11.在摇杆装置上建立右手笛卡尔坐标系为绝对坐标系，用位置传感器二的几何中心为原点，x、y和z轴表示固定参考坐标系F_(x，y，z)，用位置传感器一的几何中心为原点，n、o和a轴表示运动坐标系F_(n，o，a)；

S12.手指拨动摇杆，位置传感器二进行数据采集，获得绕x轴方向上旋转α角度，绕y轴方向上旋转β角度；位置传感器一进行数据采集，获得绕n轴方向上旋转γ角度，绕o轴方向上旋转δ角度；

S13. 微处理器读取数据，并采用扩展卡尔曼滤波将传感器收集的角度数据进行融合并对误差进行补偿,得到手柄摇杆的最优估计值；

S14.在固定参考坐标系中使用位置向量P建立数学模型为：

式中，n、o和a表示方向向量；p表示位置向量；x、y和z为坐标轴；

使用手柄摇杆补偿后得到的最优估计值建立向量p_xyz相对坐标方程式为：

p_xyz＝Rot(y,β)Rot(x,α)Rot(n,(γ-α))Rot(o,(δ-β))p_noa

p_xyz为手柄摇杆几何中心变换后的坐标点；

S16.建立向量p_xyz的矩阵方程：

S17.进一步处理向量得：

S18.获得在平面xy内的坐标：

横坐标为：

p_x＝180(sin(δ-β)cosβ-sin(γ-α)cos(δ-β)sinβsinα+cos(γ-α)sin(δ-β)sinβcosα)

纵坐标为：

p_y＝-180(sin(γ-α)cos(δ-β)cosα+cos(γ-α)sin(δ-β)sinα)。