CN114442822B - 一种新型人机交互设备云指鼠标 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机输入装置技术领域，尤其涉及一种体积大幅度缩小的指尖鼠标设计方案，具体为一种新型人机交互设备云指鼠标。它包括一个手指型壳体、电池模块、轨迹球组件以及PCB电路板。用户将手指伸入手指型壳体的指孔内即可完成佩戴，通过蓝牙等无线通信手段与外部设备实现连接。通过摩擦旋转轨迹球可以带动四周小磁铁转动，4个贴片霍尔元件分别记录小磁铁的磁场及其变化信息发送给主控芯片，经过解算从而确定鼠标的位移角度和距离。PCB电路板中焊有一薄膜开关，通过按压轨迹球可以进行触发按键操作。该设计方案可以使得鼠标的体积大幅度缩小，顺应电子设备的小型化趋势。

Description

一种新型人机交互设备云指鼠标

技术领域

本发明涉及计算机输入装置技术领域，尤其涉及一种体积大幅度缩小的指尖鼠标设计方案，具体为一种新型人机交互设备云指鼠标。

背景技术

鼠标是最常见的计算机输入装置之一，最初的使用是为了使计算机的操作更加简便快捷，来代替键盘烦琐的指令。随着多年的用户生态发展，鼠标已成为计算机不可缺少的一部分。

随着电子设备越来越小型化，鼠标本身的体积、使用鼠标所需要的运动空间、以及鼠标操作依赖的环境等问题限制了鼠标的（小型化）发展，因此手机等小型电子设备选择了其他交互方式，让手机和电脑之间的交互方式产生了隔阂。而VR、AR等新型产品将进一步分割电子设备的操作习惯。无论是传统鼠标、触控屏，亦或各种体感设备，现阶段都无法统一用户的操作习惯。而这会让软件开发者在制作应用时需要耗费更多的精力去设计不同的UI交互方式，或者用户只能在特定平台上使用某一软件。手机、电脑、VR、AR以及各种物联网设备的交互方式将被分开。

因此，有必要发明一种体积大幅度缩小、适用范围广泛、操作通用性强的人机交互设备。

发明内容

本发明针对传统鼠标不能适应电子设备小型化趋势，提出了一种新型人机交互设备云指鼠标。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种新型人机交互设备云指鼠标，是一种新型人机交互设备，包括手指型壳体、电池模块、轨迹球组件以及PCB电路板；手指型壳体上设置有顶部凹槽和底部凹槽，顶部凹槽用于安装电池模块，底部凹槽用于安装轨迹球组件以及PCB电路板；手指型壳体指腹位置处，有一圆形小孔，用来露出轨迹球组件中的轨迹球（露出轨迹球上部分）；轨迹球组件包括顶罩、固定架、轨迹球、底座和若干小磁铁；每个小磁铁固定安装在一个转轴的一端，转轴按首尾相连排布转动安装在固定架底面，通过固定架和底座上下配合，将轨迹球包裹住，此时，轨迹球恰好与小磁铁转轴的中间段紧密接触，当用户摩擦旋转轨迹球时，轨迹球就会通过转轴带动四周的小磁铁转动，将顶罩自上而下套在固定架和底座上，底座上设置有孔洞，底座上设置位于孔洞内的金属弹片，轨迹球的上部从固定架、顶罩中穿出，下部支撑在金属弹片上；PCB电路板包括主控电路、射频电路、轨迹球电路、薄膜开关和电池保护电路，轨迹球组件的底座固定在PCB电路板上，金属弹片正对薄膜开关，薄膜开关的四周是由霍尔元件构成的轨迹球电路，轨迹球电路、薄膜开关和主控电路连接，主控电路和射频电路连接，电池模块通过电池保护电路为主控电路、轨迹球电路供电；用户手指佩戴该云指鼠标，用户摩擦旋转轨迹球时，会带动小磁铁转动，此时小磁铁附近的贴片霍尔元件会分别检测到小磁铁的磁场及其变化，将贴片霍尔元件记录到的小磁铁的磁场及其变化信息送给主控电路，经过解算就可以确定出鼠标的位移角度和距离，通过按压轨迹球带动金属弹片就可以触发薄膜开关实现左右键操作。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，手指型壳体包括外壳和内胆，外壳的一端封闭，外形轮廓与指尖形状一致；另一端开口，并向指尖一端延伸，形成一个指孔，用户通过将手指深入这个指孔进行佩戴；在指孔内部有两个挖空的凹槽，即顶部凹槽和底部凹槽：在外壳的指尖处有一条走线槽，它的作用是穿过连接电池模块和PCB电路板的导线；内胆轮廓同样与指尖形状一致，待电池模块、轨迹球组件以及PCB电路板安装完成后，将内胆与外壳黏合成一体。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，整个指孔从封闭端至开口端，由细变粗，目的是为了方便不同指径大小的用户佩戴，手指型壳体采用橡胶制成，由于橡胶材质具有一定的弹性，使得手指型壳体可以紧绷手指，不仅可以防止脱落，还能起到防尘、防水、防摔的作用。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，转轴为中间段粗两端细的阶梯轴，中间段并做表面粗糙处理；提高轨迹球和转轴的接触效果。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，固定架底面四周分别都设有转轴槽，转轴分别转动安装在转轴槽内。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，电池模块包括锂电池、充电口和导线；锂电池的一侧通过到导线与充电口连接，另一侧通过导线给PCB电路板供电；锂电池与充电口由指尖向指根依次排布，其中充电口的开口方向朝向指根；整个电池模块是通过手指形壳体指孔内顶部凹槽的弹性变形来固定的，并由外壳和内胆包裹起来，当锂电池需要充电时，只需将手指型壳体由指根一端到指尖一端向外翻折，即可露出充电口。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，PCB电路板还包括LED指示灯，PCB电路板通电后光线可从轨迹球与固定架之间的缝隙透出，从而进行指示。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标， PCB电路板为4层PCB板，其中主控电路位于顶层板的中心，射频电路位于顶层板主控电路的上部，电池保护电路位于顶层板主控电路的下部，另外下方还有两个焊盘用于连接供电导线，内部的两层板用作布线，底层板的中间为薄膜开关，薄膜开关的四周是轨迹球电路，LED指示灯位于薄膜开关附近。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，鼠标指尖处添加一个按钮用做按键。

上述的一种新型人机交互设备云指鼠标，轨迹球组件换成光电组件或重力传感器组件，实现鼠标或非鼠标设计。

本发明所述体积大幅度缩小的指尖鼠标设计，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明携带型更强，仅仅需要一个手指头，就可以完成鼠标的操作。符合人体工程学的外壳设计可以让鼠标成为穿戴的一部分，在佩戴的过程中不影响拿笔写字等正常活动。

（2）本发明大幅度的缩小了鼠标体积，使得生产鼠标的用料更少，成本降低、应用场景更广泛，且易于商业推广。

（3）本发明赋予了鼠标更多的使用特性，例如在人群密集的地铁场景，用户可以通过指尖的相互揉搓，亦或是指尖在衣服上摩擦，来实现对鼠标的操控。

（4）本发明使得用户在操作手机、电子屏等触控设备时，能够将双手从触控幕上脱离出来，做到“解放双手”。

（5）本发明可作为物联网中的重要一环，不仅能够与VR、AR、云电脑搭配，推进5G生态的发展，还提供了一种统一的人机交互方式，为万物互联做铺垫。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为所述云指鼠标示意图。

图2为所述手指型壳体结构组成图。

图3为所述电池模块结构组成图。

图4为所述轨迹球组件结构组成图。

图5为所述轨迹球组件小磁铁结构示意图。

图6为所述轨迹球组件固定架结构示意图。

图7为所述轨迹球组件小磁铁和固定架装配示意图。

图8为所述轨迹球组件顶罩结构示意图。

图9为所述轨迹球组件底座结构示意图。

图10为所述PCB电路板原理图。

图11为所述PCB电路板四层制板图。

图12为所述轨迹球组件与PCB电路板装配示意图。

图中：1-手指型壳体，101-外壳，102-内胆，103-指孔，104-顶部凹槽，105-底部凹槽，106-圆形小孔，107-走线槽，2-电池模块，201-锂电池，202-充电口，203-导线，3-轨迹球组件，301-顶罩，302-固定架，303-轨迹球，304-底座，305-小磁铁，306-转轴，307-转轴槽，308-卡扣，309-金属弹片，4-PCB电路板，401-主控电路，402-射频电路，403-电池保护电路，404-轨迹球电路，405-薄膜开关，406-LED指示灯，407-贴片霍尔元件。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种新型人机交互设备云指鼠标的具体设计方案，所述的云指鼠标包括一个手指型壳体1、电池模块2、轨迹球组件3以及PCB电路板4。

所述手指型壳体1，它采用橡胶（或其他弹性材料）制成，分为外壳101和内胆102两部分。外壳101的一端封闭，外形轮廓与指尖形状一致；另一端开口，并向指尖一端延伸，形成一个指孔103，用户通过将手指深入这个指孔103进行佩戴。整个指孔103从封闭端至开口端，由细变粗，目的是为了方便不同指径大小的用户佩戴。在指孔103内部有两个挖空的凹槽：顶部凹槽104和底部凹槽105。顶部凹槽104用于安装电池模块2，底部凹槽105用于安装轨迹球组件3以及PCB电路板4。在外壳101指腹位置处，有一圆形小孔106，用来露出轨迹球组件3中的轨迹球。外壳101的指尖处有一条走线槽107，它的作用是穿过连接电池模块2和PCB电路板4的导线203。内胆102轮廓同样与指尖形状一致，尺寸略小于外壳101，待电池模块2、轨迹球组件3以及PCB电路板4安装完成后，将内胆102与外壳101黏合成一体。由于橡胶材质具有一定的弹性，使得手指型壳体可以紧绷手指，不仅可以防止脱落，还能起到防尘、防水、防摔的作用。

所述电池模块2，主要包括锂电池201、充电口202和导线203。锂电池201呈扁平形状，并带有一微小弧度，目的是为了更好地适配手指型外壳1的顶部凹槽104。锂电池201的一侧通过到导线203与充电口202连接，另一侧通过导线203给PCB电路板供电。锂电池201与充电口202由指尖向指根依次排布，其中充电口202的开口方向朝向指根。整个电池模块2是通过手指形壳体指孔103内顶部凹槽104的弹性变形来固定的，并由外壳101和内胆102包裹起来。当锂电池201需要充电时，只需将手指型壳体1由指根一端到指尖一端向外翻折，即可露出充电口202。

所述轨迹球组件3，主要包括顶罩301、固定架302、轨迹球303、底座304和4个小磁铁305。小磁铁305呈薄壁圆柱状，固定安装在转轴306的一端。转轴306为阶梯轴，中间段略粗，并做表面粗糙处理。在固定架302底面4条边分别开有4个转轴槽307，将4个小磁铁305连同4个转轴306分别安装在4个转轴槽307内，并按首尾相连排布。通过固定架302和底座304上下配合，可将轨迹球303包裹住，防止轨迹球303脱落。此时，轨迹球303恰好与4个小磁铁转轴306的中间粗糙段紧密接触，当用户摩擦旋转轨迹球303时，轨迹球303就会通过转轴带动四周的小磁铁305转动。将顶罩301自上而下套在固定架302和底座304上，利用顶罩301四周的卡扣308将固定架302和底座304箍紧。在底座304的底面中间孔洞位置，有一金属弹片309，它的作用是辅助触发薄膜开关。

所述PCB电路板4主要包括主控电路401、射频（蓝牙）电路402、电池保护电路403、轨迹球电路404、薄膜开关405以及LED指示灯406。它的原理图如图10所示，转化为4层PCB板，转化后各层如图11所示。其中主控电路401位于顶层板的中心，射频电路402位于顶层板主控电路401的上部，电池保护电路403位于顶层板主控电路401的下部，另外下方还有两个焊盘用于连接供电导线203。内部的两层板主要用作布线。底层板的中间为薄膜开关405，用户通过按压轨迹球303带动金属弹片309就可以触发开关按键。薄膜开关405的四周是由4个贴片霍尔元件407构成的轨迹球电路404，它的工作原理是当用户摩擦旋转轨迹球303时，会带动小磁铁305转动，此时小磁铁305附近的4个贴片霍尔元件407会分别检测到4个小磁铁305的磁场及其变化，将贴片霍尔元件407记录到的4个小磁铁305的磁场及其变化信息送给主控电路401，经过解算就可以确定出鼠标的位移角度和距离。LED指示灯406位于薄膜开关405附近，通电后光线可从轨迹球303与固定架302之间的缝隙透出，从而进行指示。

所述的轨迹球组件3和PCB电路板4是粘贴配合形成一个整体的，其中轨迹球组件3的金属弹片309正对底层板薄膜开关405。将轨迹球组件3和PCB电路板4安装在手指形壳体指孔内的底部凹槽105中，通过橡胶的弹性变形来绷紧固定，并由外壳101和内胆102包裹起来。轨迹球303通过手指型壳体1指腹位置处的小圆孔106露出约三分之一，这样用户就可以在指腹处摩擦转动轨迹球303，来实现对云指鼠标的操控。

下面提供了本发明所述指尖鼠标的使用方法：

S1、佩戴过程：将手指深入指孔即可。对于手小的人，可以带的更深，对于手大的人，可以稍微戴浅一点。橡胶材质使得手指型壳体可以紧绷手指，防止脱落。

S2、充电过程：将数据线插入充电口即可，过充有电池保护电路。可以在与云指鼠标连接的设备（手机、计算机等）中查看电池电量。

S3、开/关机过程：云指鼠标指根位置处有一微拨动开关，通过微拨动开关来实现云指鼠标的上/下电；

S4、配对过程：在云指鼠标未和其他设备绑定时，指示灯会进入闪烁状态，等待配对。当通过射频（蓝牙）电路与其他设备配对后，LED指示灯会回到默认状态（默认状态可配置为开或关）。

S5、取消配对过程：点击配对了鼠标的设备，在已配对蓝牙列表中，删除设备。删除后设备会在一段时间后恢复闪烁。

S6、左/右键输入过程：云指鼠标的轨迹球底部有一薄膜开关，通过短时按压轨迹球，触发薄膜开关，可以实现传统鼠标左键输入操作；另外，通过长时按压轨迹球，触发薄膜开关拓展功能菜单，可以选择右键输入、拖拽移动等操作；

S7、二次编程过程：在按住轨迹球的情况下对鼠标进行上电，此时芯片进入下载模式，可以使用特定的转接器，用接口对鼠标进行二次编程。

作为本发明技术方案的进一步补充，可在鼠标指尖处添加一个按钮用于做按键。

作为本发明技术方案的进一步改进，可以将轨迹球组件换成其他类型的模块，如光电组件，重力传感器组件，实现鼠标或非鼠标（如体感设备等）设计。

作为本发明技术方案的进一步改进，使用其他材料同样可以制作成鼠标的手指型壳体。

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，以及在该结构基础上进行简单的增减，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：包括手指型壳体（1）、电池模块（2）、轨迹球组件（3）以及PCB电路板（4）；

手指型壳体（1）上设置有顶部凹槽（104）和底部凹槽（105），顶部凹槽（104）用于安装电池模块（2），底部凹槽（105）用于安装轨迹球组件（3）以及PCB电路板（4）；手指型壳体（1）指腹位置处，有一圆形小孔（106），用来露出轨迹球组件（3）中的轨迹球；

轨迹球组件（3）包括顶罩（301）、固定架（302）、轨迹球（303）、底座（304）和若干个小磁铁（305）；每个小磁铁（305）固定安装在一个转轴（306）的一端，转轴（306）按首尾相连排布转动安装在固定架（302）底面，通过固定架（302）和底座（304）上下配合，将轨迹球（303）包裹住，此时，轨迹球（303）恰好与转轴（306）的中间段紧密接触，将顶罩（301）自上而下套在固定架（302）和底座（304）上，底座（304）上设置有孔洞，底座（304）上设置位于孔洞内的金属弹片（309），轨迹球（303）的上部从固定架（302）、顶罩（301）中穿出，下部支撑在金属弹片（309）上；

PCB电路板（4）包括主控电路（401）、射频电路（402）、轨迹球电路（404）、薄膜开关（405）和电池保护电路（403），轨迹球组件（3）的底座（304）固定在PCB电路板（4）上，金属弹片（309）正对薄膜开关（405），薄膜开关（405）的四周是由霍尔元件（407）构成的轨迹球电路（404），轨迹球电路（404）、薄膜开关（405）和主控电路（401）连接，主控电路（401）和射频电路（402）连接，电池模块（2）通过电池保护电路（403）为主控电路（401）、轨迹球电路（404）、供电；用户手指佩戴该云指鼠标，用户摩擦旋转轨迹球（303）时，会带动小磁铁（305）转动，此时小磁铁（305）附近的贴片霍尔元件（407）会分别检测到小磁铁（305）的磁场及其变化，将贴片霍尔元件（407）记录到的小磁铁（305）的磁场及其变化信息送给主控电路（401），经过解算就可以确定出鼠标的位移角度和距离，通过按压轨迹球（303）带动金属弹片（309）就可以触发薄膜开关（405）实现左右键操作。

2.根据权利要求1所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：手指型壳体（1）包括外壳（101）和内胆（102），外壳（101）的一端封闭，外形轮廓与指尖形状一致；另一端开口，并向指尖一端延伸，形成一个指孔（103），用户通过将手指深入这个指孔（103）进行佩戴；在指孔（103）内部有两个挖空的凹槽，即顶部凹槽（104）和底部凹槽（105）：在外壳（101）的指尖处有一条走线槽（107），它的作用是穿过连接电池模块（2）和PCB电路板（4）的导线（203）；内胆（102）轮廓同样与指尖形状一致，待电池模块（2）、轨迹球组件（3）以及PCB电路板（4）安装完成后，将内胆（102）与外壳（101）黏合成一体。

3.根据权利要求2所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：整个指孔（103）从封闭端至开口端，由细变粗，手指型壳体（1）采用橡胶制成。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：转轴（306）为中间段粗两端细的阶梯轴，中间段并做表面粗糙处理。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：固定架（302）底面四周分别都设有转轴槽（307），转轴（306）分别转动安装在转轴槽（307）内。

6.根据权利要求3所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：电池模块（2）包括锂电池（201）、充电口（202）和导线（203）；锂电池（201）的一侧通过到导线（203）与充电口（202）连接，另一侧通过导线（203）给PCB电路板供电；锂电池（201）与充电口（202）由指尖向指根依次排布，其中充电口（202）的开口方向朝向指根；整个电池模块（2）是通过手指形壳体指孔（103）内顶部凹槽（104）的弹性变形来固定的，并由外壳（101）和内胆（102）包裹起来，当锂电池（201）需要充电时，只需将手指型壳体（1）由指根一端到指尖一端向外翻折，即可露出充电口（202）。

7.根据权利要求3所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：PCB电路板（4）还包括LED指示灯（406），PCB电路板（4）通电后光线可从轨迹球（303）与固定架（302）之间的缝隙透出，从而进行指示。

8.根据权利要求7所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：PCB电路板（4）为4层PCB板，其中主控电路（401）位于顶层板的中心，射频电路（402）位于顶层板主控电路（401）的上部，电池保护电路（403）位于顶层板主控电路（401）的下部，另外下方还有两个焊盘用于连接供电导线（203），内部的两层板用作布线，底层板的中间为薄膜开关（405），薄膜开关（405）的四周是轨迹球电路（404），LED指示灯406位于薄膜开关（405）附近。

9.根据权利要求1或2或3所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：鼠标指尖处添加一个按钮用做按键。

10.根据权利要求1或2或3所述的一种新型人机交互设备云指鼠标，其特征在于：轨迹球组件换成光电组件或重力传感器组件，实现鼠标或非鼠标设计。