CN110244855B - 一种基于角度传感器的体感鼠标 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于角度传感器的体感鼠标，包括数据采集模块、按键控制模块、数据处理与输入输出模块；所述数据采集模块固定于人体，通过校对，当所述数据采集模块朝不同方向转动一定角度的时候，鼠标指针会根据角度变化量移动相对应的距离；通过该方式，操作计算机时由原本“半个键盘+鼠标”或是“一个键盘”的使用方式，变成“一个键盘+鼠标”的操作方式，提高可同时操作的按键量，操作计算机时将不再使手局限于桌面之上，凌空挥动便可操作屏幕上的鼠标指针。将会有效避免患上鼠标手之类的病症。因为结构简单，所以外形小巧，使用方便。而且当今社会科技发达，可以用不高的价格购买到足够灵敏的陀螺仪，所以价格低廉、反应灵敏。

Description

一种基于角度传感器的体感鼠标

技术领域

本发明涉及教学工具领域，特别是涉及一种基于角度传感器的体感鼠标。

背景技术

当前市面上的鼠标种类繁多，但它们都有一个特性那就是，要操作鼠标时必有一只手离开键盘。这有很多不便，比如繁琐的复制粘贴翻页打字时需要不停的把手在键盘与鼠标之间来回挪动，再或者玩游戏时一只手操作键盘总是感觉手指不够用。使用鼠标时必然要把手置于桌面之上，比如使用翻页笔控制播放的幻灯片或是演示文稿时，要临时播放其他文件的话，还要再走到电脑前操作鼠标。其实长时间使用一般鼠标对生理上也有很多不良影响，轻者劳累酸疼，重者会得鼠标手(即腕管综合征)。能代替鼠标操作计算机的工具有不少，可不管是触摸屏还是轨迹球再或是别的，要么是价格高，要么是手感僵硬，再或是不方便使用，想找一个价格低廉、反应灵敏、方便使用的东西来代替鼠标实在不容易。

键盘的设计就是用两手操作才能发挥最大效率，如果鼠标可以用其他身体部位(比如头部)操作的话，将会使工作效率提高不少，也会使游戏的可操作性上升很多。幻灯片翻页笔的功能实在太少，如果这么一个方便小巧的东西能多点功能那自然会更受欢迎，比如说把鼠标的功能集成上去。不用手操作鼠标，起码不在桌面上以固定的姿势使用。成本要低、灵敏度要能随心所欲、还要方便使用。

发明内容

本发明的实施例是这样实现的：

一种基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于：包括数据采集模块、按键控制模块、数据处理与输入输出模块；

所述数据采集模块固定于人体，通过校对，当所述数据采集模块朝不同方向转动一定角度的时候，鼠标指针会根据角度变化量移动相对应的距离；

所述按键控制模块为小型键盘，包括了开关装置、左键、右键、滚轮、中键、模式切换装置、横向灵敏度倍率切换装置、纵向灵敏度倍率切换装置；通过开关装置的动作，数据处理与输入输出模块会有启停动作。

在本发明的一些实施例里，所述数据处理与输入输出模块包括了软件和硬件形式，其中，硬件包括微处理器及具有存储计算功能的硬件设备，所述数据处理与输入输出模块在接收到数据采集模块的信息后，计算鼠标指针的二维坐标增量值，并输出相对应的指针动作。

在本发明的一些实施例里，所述数据采集模块为角度传感器，也可以是角度传感器和加速度传感器，可通过加速度传感器适应佩戴部位运动状态临时性的改变灵敏度倍率。

在本发明的一些实施例里，所述开关装置按下时，所述数据处理与输入输出模块开始运作，松开时，所述数据采集模块停止采集数据，数据处理与输入输出模块停止运作，可以在肢体转动到临界值时，通过松开开关调整姿势，然后开始新的鼠标操作，而不会影响鼠标指针的位置。

在本发明的一些实施例里，所述数据采集模块的角度传感器有一个相对于外壳的标准角度，每次接通电源时该标准角度均会被重置，避免断电期间传感器的角度改变影响使用时的计算，所述的数据采集模块采集到的所有角度数据均相对于该标准角度来确定。

在本发明的一些实施例里，所述数据处理与输入输出模块所存储的数据包括角度传感器变化值Q，移动期望值W，转动角度与屏幕像素关系值E，横纵坐标灵敏度倍率R，加速度值A，采样运算周期D，转动平面对应关系F。

在本发明的一些实施例里，所述的数据采集模块有三个方向，分别为XYZ轴，三轴互相之间形成三个面即XY面YZ面和XZ面，当数据采集模块在XY面上转动时，即以Z轴为轴心转动，此时鼠标横向移动；当数据采集模块在YZ面上转动时，即以X轴为轴心转动，此时鼠标纵向移动；当数据采集模块在XZ面上转动时，即以Y轴为轴心转动，鼠标则不移动。

在本发明的一些实施例里，不转动角度的情况下，即是上下或左右移动所述数据采集模块时，鼠标指针是不动的。

在本发明的一些实施例里，所述数据处理与输入输出模块可以自行采集计算机的屏幕分辨率，根据佩戴的所述数据采集模块的部位指向屏幕多个边缘点时转动的角度，确定转动角度与屏幕像素关系值E。

在本发明的一些实施例里，角度传感器变化值Q是一个采样运算周期D内的参数变化值，其所得到的是一个增量值，鼠标指针移动时，是在每个D内，用参数QWERAF计算出的鼠标光标应移动的方向与值，然后向计算机输入使鼠标指针移动的信号，具体而言，

(Q2-Q1)*E*R＝坐标偏移量；

其中Q2为终止位的角度，Q1为起始位的角度，

Q1、Q2：“数据采集模块”采集到的两个以一个轴为基准，相对于标准角度所转动的角度，如果Q1没有数据或是数据丢失，则跳过这一个D；

Q2-Q1：即为角度传感器所采集的角度变化Q，若结果为负，则鼠标指针向左移动；结果为正，则鼠标指针向右移动；纵向同理，正上负下。

本发明实施例至少具有如下优点或有益效果：

1操作计算机时由原本“半个键盘+鼠标”或是“一个键盘”的使用方式，变成“一个键盘+鼠标”的操作方式，提高可同时操作的按键量，使办公效率大大提高，游戏可操作性大大提高。

2操作计算机时将不再使手局限于桌面之上，凌空挥动便可操作屏幕上的鼠标指针。

3将会有效避免患上鼠标手之类的病症。

4因为结构简单，所以外形小巧，使用方便。而且当今社会科技发达，可以用不高的价格购买到足够灵敏的陀螺仪，所以价格低廉、反应灵敏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例基于角度传感器的体感鼠标的元器件连接结构示意图。

图2是本发明实施例基于角度传感器的体感鼠标的一种实施方案结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种基于角度传感器的体感鼠标，如图1所示，包括数据采集模块、按键控制模块、数据处理与输入输出模块；

所述数据采集模块固定于人体，通过校对，当所述数据采集模块朝不同方向转动一定角度的时候，鼠标指针会根据角度变化量移动相对应的距离；

所述按键控制模块为小型键盘，包括了开关装置、左键、右键、滚轮、中键、模式切换装置、横向灵敏度倍率切换装置、纵向灵敏度倍率切换装置；通过开关装置的动作，数据处理与输入输出模块会有启停动作。

具体而言，所述数据采集模块可以是角度传感器，也可以是角度传感器与加速度传感器，其中加速度传感器不是必须有，加速度传感器的作用只是为了适应佩戴部位的运动状态而临时性地改变灵敏度倍率而已。由所述的数据采集模块将采集到的数据发送给所述的数据处理与输入输出模块。

所述按键控制模块为小型键盘，如图2所示，包括开关装置、左键、右键、滚轮、中键、模式切换装置、横、纵向灵敏度倍率切换装置、零个或数个其他可自定义的按键。其中开关装置是必须的，开关装置的设置应该是在很容易触碰到的位置，使用时需将手放到轻松方便按下的“开关键”上，按下时“数据处理与输入输出模块”开始运作，松开时“数据处理与输入输出模块”停止运作。这样的设计可以有效地避免“鼠标指针还没到位但肢体已经转不动了”的情况，遇到这种情况时只需松开开关装置，然后调整肢体角度，接着继续朝刚才的角度转动。左键、右键、滚轮、中键与一般鼠标功能相同，外形可以不同。另外，“模式切换装置”和“横(纵)向灵敏度倍率切换装置”的功能可以以硬件装置形式存在，也可以移动至“数据处理与输入输出模块”中的软件部分中。

“数据处理与输入输出模块”中涉及的参数、参数校对与计算原理：

涉及的参数与各参数的作用：

Q为角度传感器采集到的角度变化。在具体的实施过程中，角度传感器会根据使用者使用过程中，在一个平面内计算移动鼠标的起始位置的角度Q1和终点位置的角度Q2来计算其角度变化之Q。

W为移动期望值，是期望使鼠标指针在屏幕上横(纵)向移动时，所对应的数据采集模块的转动平面。角度传感器有一个相对于外壳的“标准角度”，每次接通电源时它都将被重置，避免断电期间传感器的角度改变影响使用时的计算，数据采集模块采集到的一切关于角度的数据都是相对于此“标准角度”来确定的。三维空间内，有X、Y、Z三轴，分别对应左右、前后、上下。按默认的设置，肢体，例如头部，的横向转动角度是“数据采集模块”以XY面上的转动角度，纵向转动角度则是YZ面上的转动角度，而XZ面上的转动角度在“使鼠标指针移动”时会被忽略掉。

不转动角度的情况下，上下或左右移动“数据采集模块”时，鼠标指针是不动的。加速度传感器采集到的关于加速度的数据，并不影响鼠标指针的移动方向，而是只影响到灵敏度倍率。

E是转动角度与屏幕像素关系值，为所述数据采集模块每转动一定角度时，鼠标指针所移动的像素数。

R：横、纵向灵敏度倍率，其作用是佩戴“数据采集模块”的部位转动相同的角度时，“数据处理与输入输出模块”据此参数会产生相应倍率的输出值。具体的横向灵敏度倍率与纵向灵敏度倍率是可以分别单独设置的。

A加速度，其作用是以“数据采集模块”采集的加速度的值的大小，临时性地适当调整灵敏度倍率。

D为采样运算周期，采集数据、处理数据、向计算机输入信号，这一系列步骤的周期。其作用是，数据处理与输入输出模块根据数据采集模块所采集到的的数据，通过一定算法计算并向计算机输入信号，这一系列步骤的周期时间越短，则频率越高，屏幕上的鼠标指针运行越流畅。市面上一般的鼠标的回报率为50hz-1000hz不等，即每1-20毫秒向计算机输入一次信号。

F为鼠标移动与转动平面的对应关系，期望使鼠标指针在屏幕上横向移动时所对应的“数据采集模块”的转动平面、与期望使鼠标指针在屏幕上纵向移动时所对应的“数据采集模块”的转动平面，这两个平面之间的夹角。

鼠标的横纵向移动是以一个由“数据处理与输入输出模块”在每个采样计算周期内，用参数QWERAF计算出的鼠标光标应移动的方向与值，然后向计算机输入使鼠标指针移动的信号。具体来说，以鼠标横向移动举例：

(Q2-Q1)*E*R＝坐标偏移量

Q1、Q2：“数据采集模块”采集到的两个以Z轴为轴心、相对于“标准角度”所转动的角度。如果Q1没有数据或是数据丢失，则跳过这一个D。

Q2-Q1：该结果即是为角度传感器所采集到的角度变化值Q，如果结果为负，则鼠标指针向左移动；结果为正，则鼠标指针向右移动。纵向同理，正上负下。只要佩戴“数据采集模块”的部位，与“数据采集模块”整体，相对位置不改变，使用者可以以任何姿势使用此款鼠标。

对于如何以人体的动作转变为鼠标移动的原理，以下做概述：人的动作方向转换成鼠标指针移动，在这里我会详细说明：

数据采集模块有三个方向，XYZ轴，三轴互相之间形成三个面即XY面YZ面和XZ面，当数据采集模块在XY面上转动时(即以Z轴为轴心转动)鼠标横向移动，当数据采集模块在YZ面上转动时(即以X轴为轴心转动)鼠标纵向移动。但是当数据采集模块在XZ面上转动时(即以Y轴为轴心转动)鼠标则不移动。

假设人的前后是Y轴，左右是X轴，上下是Z轴。

以人的头部为例，头部左右转动是以Z轴为原点转动，头部抬头低头是以X轴为原点转动，头部左歪右歪是以Y轴为原点转动。

再以人的手部为例，手部左右摆动是以Z轴为原点转动，手部抬起放下是以X轴为原点转动，手腕左右转动是以Y轴为原点转动。

但是要注意一点，人体的三轴并不是固定的“前后是Y轴，左右是X轴，上下是Z轴”，重点是人体要适应数据采集模块的三轴，前两段关于头与手的举例只是常人正常的使用模式，如果手执“数据采集模块”在身侧侧面垂下依旧能够使用，只要转动的角度符合“数据采集模块”设定的三轴，鼠标指针依旧会朝相应的方向移动。

结合一个实际情况，对于以一台24寸、分辨率是1920X1080的显示器来举例，当使用者看向显示器最左边又看向显示器最右边时，头部以Z轴为原点转动了40°，那么我以Z轴为轴心每转动1°时，鼠标横向移动：1920/40＝48个像素，或者说我的头部每转动40/1920≈0.02°，屏幕上的鼠标指针将移动一个像素。

而如果有些人不想转动那么大的角度就想使鼠标从最左移动到最右，则可以调整“横向灵敏度倍率”，例如调整为两倍，则头部只需要转动20°即可。

再如果用的显示器的分辨率是3840x2160，那么头部同样转动40°的角度则只能将鼠标指针移动到一半的距离，如果依旧想要使头部只转动20°就想使鼠标从最左移动到最右，则需要将“横向灵敏度倍率”调整为4倍。

在纵向上，也同样适用于上述方式。

以上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 (6)

1.一种基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于：包括数据采集模块、按键控制模块、数据处理与输入输出模块；所述数据采集模块有三个方向，分别为XYZ轴，三轴互相之间形成三个面即XY面YZ面和XZ面，当数据采集模块在XY面上转动时，即以Z轴为轴心转动，此时鼠标横向移动；当数据采集模块在YZ面上转动时，即以X轴为轴心转动，此时鼠标纵向移动；当数据采集模块在XZ面上转动时，即以Y轴为轴心转动，鼠标则不移动；所述数据采集模块为角度传感器和加速度传感器，可通过加速度传感器适应佩戴部位运动状态临时性的改变灵敏度倍率；所述数据采集模块固定于人体，通过校对，当所述数据采集模块朝不同方向转动一定角度的时候，鼠标指针会根据角度变化值移动相对应的距离；不转动角度的情况下，即使上下或左右移动所述数据采集模块时，鼠标指针是不动的；

所述按键控制模块为小型键盘，包括了开关装置、左键、右键、滚轮、中键、模式切换装置、横向灵敏度倍率切换装置、纵向灵敏度倍率切换装置；通过开关装置的动作，数据处理与输入输出模块会有启停动作；

所述开关装置按下时，所述数据处理与输入输出模块开始运作，松开时，所述数据采集模块停止采集数据，数据处理与输入输出模块停止运作，在肢体转动到临界值时，通过松开开关调整姿势，然后开始新的鼠标操作，而不会影响鼠标指针的位置。

2.根据权利要求1所述的基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于，所述数据处理与输入输出模块包括了软件和硬件形式，其中，硬件包括为微处理器及具有存储计算功能的硬件设备，所述数据处理与输入输出模块在接收到数据采集模块的信息后，计算鼠标指针的二维坐标增量值，并输出相对应的指针动作。

3.根据权利要求1所述的基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于，所述数据采集模块的角度传感器有一个相对于外壳的标准角度，每次接通电源时该标准角度均会被重置，避免断电期间传感器的角度改变影响使用时的计算；所述数据采集模块采集到的所有角度数据均相对于该标准角度来确定。

4.根据权利要求1所述的基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于，所述数据处理与输入输出模块所存储的数据包括角度传感器变化值Q、移动期望值W、转动角度与屏幕像素关系值E、横纵坐标灵敏度倍率R、加速度值A、采样运算周期D、鼠标移动与转动平面的对应关系F；其中移动期望值W是期望使鼠标指针在屏幕上横向或纵向移动时，所对应的数据采集模块的转动平面。

5.根据权利要求4所述的基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于，所述数据处理与输入输出模块适应计算机的屏幕分辨率，根据佩戴的所述数据采集模块的部位指向屏幕多个边缘点时转动的角度，确定转动角度与屏幕像素关系值E。

6.根据权利要求5所述的基于角度传感器的体感鼠标，其特征在于，角度传感器变化值Q是一个采样运算周期D内的参数变化值，其所得到的是一个增量值，鼠标指针移动时，是在每个采样运算周期D内，用参数角度传感器变化值Q、移动期望值W、转动角度与屏幕像素关系值E、横纵坐标灵敏度倍率R、加速度值A、鼠标移动与转动平面的对应关系F计算出的鼠标光标应移动的方向与值，然后向计算机输入使鼠标指针移动的信号，具体而言， (Q2-Q1)*E*R＝坐标偏移量； 其中Q2为终止位的角度值，Q1为起始位的角度值， Q1、Q2：为所述数据采集模块采集到的两个以一个轴为中心，相对于标准角度所转动的角度，如果Q1没有数据或是数据丢失，则跳过这一个采样运算周期D；Q2-Q1：该结果即是为角度传感器所采集到的角度变化值Q，当鼠标横向移动时，如果结果为负，则鼠标指针向左移动；结果为正，则鼠标指针向右移动；当鼠标纵向移动时，如果结果为负，则鼠标指针向下移动；结果为正，则鼠标指针向上移动。

Images