CN115060150B - 三维摇摆位置检测装置及方法、输入设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及位置检测领域，提供一种三维摇摆位置检测装置及方法、输入设备，三维摇摆位置检测装置包括基体、摇摆单元、平移单元、传动件、环状弹性件和电控单元，摇摆单元与平移单元分别可相对基体作三维摆动和沿垂直于第一方向的二维平面方向移动，平移单元与摇摆单元通过传动件连接，传动件可相对平移单元绕第二预设点作三维摆动，且可相对摇摆单元作伸缩运动；基体具有限位凸台，平移单元包括主面法线沿第一方向的连接板，限位凸台与连接板沿第一方向分布，限位凸台及连接板的外周壁均与环状弹性件的环内侧壁抵接。本发明能应用于游戏手柄等产品上检测摇摆单元的摆动位置，便于解决现有技术中摇摆单元回位准确性不佳、结构较为复杂的技术问题。

Description

三维摇摆位置检测装置及方法、输入设备

技术领域

本发明涉及位置检测领域，具体涉及一种三维摇摆位置检测装置及方法、输入设备。

背景技术

三维摇杆广泛应用于游戏手柄、无人机遥控器等领域，为了满足使用要求，需要这些三维摇杆的手柄在自由状态下保持于其摆动范围的居中位置，因而这类三维摇杆往往设有弹性机构来带动手柄回中，常见回中设置方式包括以下几类：（1）在手柄居中位置的正下方挤压螺旋弹簧，例如公开号为CN113624265A、CN113515161A和CN112074792A的中国发明专利申请，（2）在手柄的每个摆动连接轴处设置扭簧，例如公开号为CN107111330A的中国发明专利申请和公开号为CN208751582U的中国实用新型专利，（3）在手柄的每个摆动连接轴处设置拉簧和两个摆臂，并为摆臂的行程设置限位结构，例如公开号为CN106297247A的中国发明专利申请。

以上回中设置方式中，第（1）种和第（2）种设置方式由于仅依靠弹性机构（螺旋弹簧或扭簧）本身恢复变形来带动手柄回中，弹性机构的形状尺寸、安装位置姿态、力学性能的任意一个发生偏差均可能导致手柄回中的位置不准，因而导致一方面，以上两种方案对弹性机构本身的形状尺寸精度、力学性能和安装精度均要求较高，导致弹性机构的生产和安装难度较大，导致该回中设置方式不易于实现手柄的准确回中，且经济性较差，另一方面，弹性机构在长期使用过后会因为疲劳而不可避免地发生变形，并且力学性能也会不可避免地发生变化，导致手柄回中位置的准确性下降。

第（3）种设置方式由于限位结构的设置，使得摇臂在每次恢复形变时均能较为准确地回位，进而带动手柄较为准确地回中，然而，该回中设置方式的零部件数量较多，结构较为复杂，经济性不佳。

发明内容

本发明的目的之一是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种结构简单且有利于摇摆单元准确回位的三维摇摆位置检测装置。

本发明提供的三维摇摆位置检测装置包括基体、摇摆单元、平移单元、传动件、环状弹性件和电控单元，摇摆单元被限制为可相对基体绕第一预设点作三维摆动，电控单元用于检测摇摆单元的摆动位置；平移单元被限制为可相对基体沿垂直于第一方向的二维平面方向移动，摇摆单元位于平移单元的沿第一方向的一侧，平移单元与摇摆单元通过传动件连接，传动件被限制为可相对平移单元绕第二预设点作三维摆动，且可相对摇摆单元作伸缩运动；基体包括互相固定连接的第一分体和第二分体，第一分体与第二分体沿第一方向分布，第一分体与第二分体之间形成有安装空间；第一分体与第二分体的至少一个具有沿第一方向凸向安装空间的限位凸台，平移单元包括连接板，连接板的主面法线沿第一方向，限位凸台与连接板沿第一方向分布；环状弹性件位于安装空间中，环状弹性件套设于限位凸台及连接板的外周壁上，限位凸台及连接板的外周壁均与环状弹性件的环内侧壁抵接，环状弹性件可响应于连接板的运动而沿垂直于第一方向的二维平面方向变形。

当摇摆单元受外力摇摆时，传动件跟随摇摆单元摆动，平移单元在传动件的带动下沿垂直于第一方向的二维平面方向移动，并且传动件适应于平移单元的移动而相对摇摆单元作伸缩运动，环状弹性件响应于连接板的运动而沿二维平面方向变形，并且，当外力撤销时，平移单元在环状弹性件的弹力作用下向自由状态回位。

由上可见，一方面，本发明由于仅需一个环状弹性件就能带动平移单元和摇摆单元回位，因而结构简单。

另一方面，本发明由于连接板的外周壁和限位凸台的外周壁均与环状弹性件的环内侧壁抵接，使得环状弹性件的回位位置会受到限位凸台的限位，因而即便环状弹性件在长期使用过后因为疲劳导致弹力些许下降，环状弹性件的回位位置仍然准确地稳定在限位凸台的外周，这使得连接板的回位位置准确，使得摇摆单元和平移单元在自由状态下的回位位置稳定准确。

一个优选的方案是，连接板被限制于第一分体与第二分体之间，第二分体具有沿第一方向贯通至安装空间的连接孔，摇摆单元位于第二分体的背向连接板的一侧，传动件或平移单元伸于连接孔。

进一步的方案是，连接孔的法线沿第一方向的截面轮廓形状呈圆形，第一预设点位于连接孔的中心线上，并且在三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，第二预设点位于连接孔的中心线上。

更进一步的方案是，平移单元具有限位部，限位部伸于连接孔中，限位部的法线沿第一方向的截面外轮廓形状呈圆形，限位部的中心线与连接板的中心线重合，第二预设点位于连接板的中心线上。

由上可见，这样限位部被限制在连接孔中沿垂直于第一方向的平面移动，连接孔与限位部的配合限制出平移单元的移动范围，进而限定出摇摆单元的摆动范围；并且本发明摇摆单元沿各个方向的摇摆幅度和摇摆阻力相当，有利于提升用户体验。

另一个优选的方案是，环状弹性件与第一分体滑动配合，环状弹性件与第二分体滑动配合。

由上可见，这样环状弹性件不会朝第一方向偏斜变形，有利于确保环状弹性件变形动作稳定，环状弹性件的环内侧壁不容易与连接板的外周壁脱离抵接，有利于确保本发明输入设备长期稳定于正常使用状态。

再一个优选的方案是，限位凸台与连接板滑动配合。

由上可见，这样进一步有利于提升平移单元运动规律的稳定性。

又一个优选的方案是，限位凸台包括设于第一分体的第一凸台和设于第二分体的第二凸台，沿第一方向，第一凸台与第二凸台正对，连接板位于第一凸台与第二凸台之间。

由上可见，这样进一步有利于提升环状弹性件变形运动规律的稳定性。

又一个优选的方案是，连接板的法线沿第一方向的截面外轮廓形状呈圆形；限位凸台的法线沿第一方向的截面外轮廓形状呈圆形，或限位凸台的数量为至少两个，各限位凸台沿圆环方向分布；在三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，限位凸台的中心线与连接板的中心线重合。

又一个优选的方案是，还包括预紧件，预紧件连接传动件与摇摆单元，预紧件的预紧力沿传动件相对摇摆单元的伸缩方向。

由上可见，这样有利于确保传动件与摇摆单元的配合稳定，确保传动件相对摇摆单元运动平稳。

进一步的方案是，摇摆单元具有滑孔，传动件具有滑动杆和铰接球，铰接球位于滑动杆的沿长度方向的一端，传动件通过铰接球与平移单元球铰连接，滑动杆可滑动地插于滑孔中；

更进一步的方案是，预紧件包括设于滑孔中的螺旋压簧，沿滑动杆与摇摆单元的相对滑动方向，螺旋压簧被挤压于摇摆单元与滑动杆之间。

还一个优选的方案是，平移单元包括磁体，电控单元包括磁传感器，磁传感器用于感应磁体产生的磁场信号；在摇摆单元摆动至不同的摆动位置时，对应于平移单元移动至不同的移动位置。

由上可见，一方面，本发明摇摆单元的摆动位置与平移单元的移动位置具有明确的一一对应关系，因而本发明只要能够检测平移单元的移动位置，就能对应计算出摇摆单元的摆动位置，另一方面，本发明将磁体设于平移单元，这样更有利于邻近磁体设置磁传感器。

进一步的方案是，沿第一方向，电控单元位于第一分体的背向第二分体的一侧，第一分体将电控单元与平移单元隔开。

由上可见，这样有利于避免平移单元处的润滑油等泄露至电控单元处，有利于确保电控单元的功能长期正常。

更进一步的方案是，第一分体在朝向第二分体的一侧壁面上具有限位凸台，第一分体在背向第二分体的一侧壁面上具有让位凹槽，第一分体上的限位凸台与让位凹槽沿第一方向正对，磁传感器位于让位凹槽中。

由上可见，这样一方面，让位凹槽可适应于第一分体上限位凸台的设置而自然形成，不仅不会影响第一分体在让位凹槽处的结构强度，而且有利于减薄第一分体在限位凸台处的材料厚度，有利于节省材料和减轻材料重量，另一方面，这也有利于缩短磁传感器与磁体的距离，有利于增强磁传感器处的磁场信号，有利于扩大磁传感器能够检测到的磁体的运动范围，进而有利于扩大本发明平移单元的运动范围，扩大摇摆单元的运动范围。

进一步的方案是，第一分体位于第二分体的下方，第一分体包括底板和侧板，侧板从底板向第二分体延伸，侧板与底板构成敞口朝上的槽状结构，第二分体覆盖于槽状结构的敞口处。

由上可见，这样进一步有利于避免平移单元处的润滑油侵入到电控单元处。

进一步的方案是，磁传感器包括霍尔传感器或磁阻传感器。

进一步的方案是，在三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，磁传感器与磁体沿第一方向正对。

本发明的目的之二是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种应用于前述三维摇摆位置检测装置的三维摇摆位置检测方法，方法包括：电控单元根据磁传感器检测到的磁场信号，以及根据摇摆单元的摆动位置与平移单元的移动位置的对应关系来计算摇摆单元的摆动位置。

本发明的目的之三是为了克服现有技术的上述缺陷，提供一种结构简单且有利于摇摆单元准确回位的输入设备。

本发明提供的输入设备包括操纵柄和前述的三维摇摆位置检测装置，操纵柄与摇摆单元固定连接，操纵柄露于基体的外侧。

一个优选的方案是，操纵柄位于第一预设点与第二预设点连线的延伸线上，传动件相对摇摆单元的伸缩方向平行于第一预设点与第二预设点的连线方向；在三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，第一预设点与第二预设点的连线方向沿第一方向。

附图说明

图1是本发明三维摇摆位置检测装置实施例的立体图。

图2是本发明三维摇摆位置检测装置实施例的立体剖视图。

图3是本发明三维摇摆位置检测装置实施例的立体分解图。

具体实施方式

本实施例的图1至图3采用统一的空间直角坐标系（右手系），以辅助描述各零部件的相对方位关系，其中，Z轴方向为第一方向，Z轴正向为竖直向上。

请参照图1至图3，本实施例的输入设备例如可以是无人飞行器的遥控器，或者是游戏手柄，本实施例的输入设备包括操纵柄和本实施例的三维摇摆位置检测装置。

三维摇摆位置检测装置包括基体1、摇摆单元2、传动件3、平移单元4、电控单元5、环状拉簧6（环状弹性件的实例）和螺旋压簧8（预紧件的实例），操纵柄（图中未示出）固设于摇摆单元2，摇摆单元2、传动件3、平移单元4和电控单元5沿Z轴负向依次分布且均安装于基体1，其中，摇摆单元2被限制为可相对基体1绕第一预设点作三维摆动，平移单元4被限制为可相对基体1沿垂直于Z轴方向的二维平面方向（XOY平面方向）移动，传动件3的Z轴正向端与摇摆单元2连接，传动件3可相对摇摆单元2作伸缩运动，传动件3的Z轴负向端与平移单元4连接，传动件3可相对平移单元4绕第二预设点作三维摆动，传动件3相对摇摆单元2的伸缩方向沿第一预设点与第二预设点的连线方向，平移单元4包括磁体42，电控单元5包括磁传感器52，磁传感器52用于感应磁体42产生的磁场信号，电控单元5根据磁传感器52检测到的磁场信号，以及根据平移单元4的移动位置与摇摆单元2的摆动位置的对应关系来计算摇摆单元2的摆动位置，进而在用户拨动操纵柄时，本实施例的输入设备能够响应于摇摆单元2的摆动而识别出用户的输入信息。

基体1包括底座11（第一分体的实例）、中部安装架12和顶部安装架13，底座11、中部安装架12与顶部安装架13沿Z轴正向依次固定连接，底座11包括底板111和侧板112，底板111的主面法线沿Z轴方向，侧板112呈圆筒状且从底板111向Z轴正向延伸，底板111与侧板112组合构成敞口朝Z轴正向的槽状结构。

中部安装架12包括一体成型的盖板121（第二分体的实例）和立架122，盖板121的主面法线沿Z轴方向，盖板121覆盖在槽状结构的敞口处，盖板121、底板111和侧板112围成有第一空间14（安装空间的实例），盖板121具有向Z轴方向贯通的连接孔1211，立架122从盖板121的Z轴正向侧壁沿Z轴正向延伸，基体1在连接孔1211的Z轴正向侧具有与连接孔1211连通的第二空间15。

摇摆单元2通过二维转动件7安装在立架122上，摇摆单元2及二维转动件7均位于第二空间15中，摇摆单元2相对二维转动件7绕第一轴线可转动地连接，二维转动件7相对基体1绕第二轴线可转动地连接，第一轴线沿X轴方向，第二轴线沿Y轴方向，第一轴线与第二轴线共面，第一轴线与第二轴线相交于第一预设点。

具体地，立架122呈筒状，立架122从连接孔1211的边缘沿Z轴正向延伸，立架122的Z轴正向端筒壁与顶部安装架13的Z轴负向端壁面围成轴线沿Y轴方向的安装孔151，二维转动件7具有轴线沿Y轴方向的转轴，二维转动件7的转轴可转动地配合于该安装孔151中。

顶部安装架13具有沿Z轴方向贯通的操作孔131，摇摆单元2的Z轴正向端从该操作孔131穿出至露于顶部安装架13的Z轴正向侧，操纵柄固定连接于摇摆单元2的Z轴正向端。

当然，摇摆单元2的具体安装方式也可以参照现有技术进行，例如参照公开号为CN113624265A的中国发明专利申请中摇杆的安装方式进行，可选择地，在本发明的其它实施例中，摇摆单元2也可以与立架122球铰连接，以实现摇摆单元2绕第一预设点作三维摆动的目的。

底板111的Z轴正向侧壁具有朝Z轴正向凸出的第一凸台1111，第一凸台1111呈圆盘状，盖板121的Z轴负向侧壁具有朝Z轴负向凸出的第二凸台1212，第二凸台1212呈圆环状，第一凸台1111的中心线、第二凸台1212的中心线、连接孔1211的中心线以及侧板112的中心线重合，第二凸台1212与第一凸台1111的外缘沿Z轴正向正对，第一凸台1111与第二凸台1212均位于侧板112的环内侧。

平移单元4还包括连接板41，磁体42固设于连接板41，连接板41为主面法线沿Z轴方向的圆板，连接板41位于第一凸台1111与第二凸台1212之间（第一空间14中），连接板41与第一凸台1111滑动配合，连接板41与第二凸台1212滑动配合。

环状拉簧6位于盖板121与底座11之间的第一空间14中，底板111的Z轴正向侧壁面的法线沿Z轴方向，环状拉簧6与底板111的Z轴正向侧壁滑动配合，且盖板121的Z轴负向侧壁面的法线沿Z轴方向，环状拉簧6与盖板121的Z轴负向侧壁滑动配合，在本实施例处于自由状态时，环状拉簧6套于第一凸台1111、连接板41及第二凸台1212的外周壁上，并且第一凸台1111的外周壁（径向外侧壁）、第二凸台1212的外周壁以及连接板41的外周壁均与环状拉簧6的环内侧壁（径向内侧壁）抵接，在环状拉簧6的作用下，第一凸台1111的外缘、连接板41的外缘、第二凸台1212沿Z轴正向依次正对，连接板41的中心线与第一凸台1111的中心线重合。

传动件3包括滑动杆31和铰接球32，在本实施例的三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，滑动杆31沿Z轴方向延伸，铰接球32固设于滑动杆31的Z轴负向端，摇摆单元2具有开口朝Z轴负向且沿Z轴方向延伸的滑孔21，滑动杆31沿Z轴正向插于滑孔21中，滑动杆31相对摇摆单元2沿Z轴方向可滑动/可伸缩，传动件3通过铰接球32与平移单元4球铰连接，传动件3可相对平移单元4绕铰接球32的球心（第二预设点）作三维摆动，第一预设点与第二预设点的连线沿Z轴方向，操纵柄位于第一预设点与第二预设点连线的延伸线上；具体地，平移单元4还包括螺纹套43（限位部的实例），连接板41的Z轴正向侧壁具有连接凸台411，连接凸台411的外周壁呈圆柱状且具有螺纹，连接凸台411的Z轴正向侧壁上具有开口朝Z轴正向的半球面凹槽4111，铰接球32置于该半球面凹槽4111中，螺纹套43与连接凸台411的外周壁螺纹连接，螺纹套43限制于铰接球32的Z轴正向侧。

螺纹套43伸于连接孔1211中，螺纹套43的法线沿Z轴方向的截面外轮廓呈圆形，在本实施例的三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，螺纹套43的中心线与连接孔1211的中心线重合。这样螺纹套43被限制在连接孔1211中沿XOY平面方向移动，连接孔1211与螺纹套43的配合限制出平移单元4的移动范围，进而限定出摇摆单元2的摆动幅度范围，本实施例摇摆单元2沿各个方向的摇摆幅度和摇摆阻力相当，有利于提升用户体验。

螺旋压簧8设于滑孔21中，螺旋压簧8的螺距方向沿滑动杆31的延伸方向，螺旋压簧8被挤压于摇摆单元2与滑动杆31之间，螺旋压簧8的Z轴负向端与滑动杆31的Z轴正向端抵接，螺旋压簧8的Z轴正向端与摇摆单元2抵接，螺旋压簧8的设置有利于确保传动件3与摇摆单元2的配合稳定，确保传动件3相对摇摆单元2运动平稳。

电控单元5还包括电路板51，电路板51的主面法线沿Z轴方向，电路板51与底座11固定连接，磁传感器52固设于电路板51的Z轴正向侧壁上，磁传感器52位于磁体42的Z轴负向侧，第一凸台1111的中心线穿过磁传感器52。

具体地，磁传感器52例如可以是霍尔传感器，或者是隧道磁阻传感器、巨磁阻传感器等。

当用户拨动操纵柄迫使摇摆单元2摆动时，传动件3跟随摇摆单元2摆动，平移单元4在传动件3的带动下沿XOY平面方向移动，并且传动件3适应于平移单元4的移动而相对摇摆单元2作伸缩运动，由于摇摆单元2的摆动位置与平移单元4的移动位置具有一一对应关系，因而本实施例能够依据该对应关系和磁传感器52检测到的磁场信号来计算出摇摆单元2的摆动位置，本实施例的输入设备能够响应于摇摆单元2的不同摇摆位置而识别出不同的输入信息；具体而言，本实施例的三维摇摆位置检测方法例如可以是：电控单元5存储有摇摆单元2的摆动位置与平移单元4的移动位置的对应关系，电控单元5先根据磁传感器52检测到的磁场信号计算平移单元4的移动位置，然后根据该对应关系来计算摇摆单元2的摆动位置，其中，根据磁传感器52检测到的磁场信号计算平移单元4移动位置的方案属于现有技术，例如公开号为CN207507014U的中国实用新型专利就采用磁传感器52检测摇杆的平面移动位置，平移单元4的移动位置与摇摆单元2的摆动位置的对应关系可以通过实验的方式得到，这里不再赘述；可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以通过实验的方式直接得出摇摆单元2的移动位置与磁传感器52检测到的磁场信号之间的对应关系，因而三维摇摆位置检测方法例如也可以是：电控单元5存储有摇摆单元2的摆动位置与磁传感器52检测到的磁场信号的对应关系，并且电控单元5根据摇摆单元2的摆动位置与磁传感器52检测到的磁场信号之间的对应关系，以及根据磁传感器52当前检测到的磁场信号，来计算摇摆单元2的摆动位置，当然，摇摆单元2的摆动位置与磁传感器52检测到的磁场信号之间的对应关系天然的包含和体现了摇摆单元2的摆动位置与平移单元4的移动位置的对应关系。

当用户拨动操纵柄迫使平移单元4沿XOY平面方向移动时，环状拉簧6响应于连接板41的运动而沿XOY平面方向变形，并且，当用户松开操纵柄后，平移单元4在环状拉簧6的弹力作用下向自由状态回位，本实施例由于连接板41、第一凸台1111及第二凸台1212的外周壁均与环状拉簧6的环内侧壁抵接，使得环状拉簧6的回位位置会受到第一凸台1111和第二凸台1212的限位，因而即便环状拉簧6在长期使用过后因为疲劳导致弹力些许下降，环状拉簧6的回位位置仍然准确地稳定在第一凸台1111与第二凸台1212的外周，这使得连接板41的回位位置准确，使得摇摆单元2和平移单元4在自由状态下的回位位置稳定准确。

与CN113624265A、CN113515161A、CN112074792A、CN107111330A及CN208751582U等方案相比，本实施例摇摆单元2的回位位置更加稳定准确，与CN106297247A方案相比，本实施例的结构更加简单，且装配过程更加简便。

并且，由于连接板41同时与第一凸台1111及第二凸台1212滑动配合，以及由于环状拉簧6被限制为同时与上盖和底座11滑动配合，因而有利于确保平移单元4移动平稳，有利于确保环状拉簧6变形运动平稳，环状拉簧6的环内侧壁不容易与连接板41的外周壁脱离抵接，有利于确保本实施例输入设备长期稳定于正常使用状态。

本实施例的第一凸台1111与第二凸台1212均为限位凸台的实例。可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以参照第二凸台1212将第一凸台1111设为环状，当然优选采用本实施例的方案，这样连接板41与第一凸台1111的接触面积较大，有利于提升连接板41运动规律的稳定性，有利于提升连接板41运动的平稳性。

本实施例的连接板41、第一凸台1111以及第二凸台1212的法线沿Z轴方向的截面外轮廓形状均呈圆形，可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以将第一凸台1111及第二凸台1212中的至少一个设为由多个独立凸部组成，各独立凸部沿环形路径分布，或者可以将第一凸台1111或第二凸台1212的法线沿Z轴方向的截面外轮廓形状设为正多边形，该正多边形与连接板41的法线沿Z轴方向的截面外轮廓相切，当然，优选本实施例的方案，这样连接板41沿XOY平面的各个方向运动时受到的阻力相当，有利于提升用户体验，并且将第二凸台1212设为环状也有利于简化第二凸台1212的加工工艺。

可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以取消第一凸台1111（或取消第二凸台1212），在第二凸台1212（或第一凸台1111）、盖板121和底座11的配合作用下，仍然能确保环状拉簧6的变形动作符合使用要求，当然，优选同时设有第一凸台1111和第二凸台1212的方案，这样连接板41抵接于环状拉簧6的沿Z轴方向的中部，有利于进一步使环状拉簧6和平移单元4受力平衡，进一步有利于提升平移单元4与环状拉簧6运动规律的稳定性，有利于提升摇摆单元2运动规律的稳定性。

可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以采用环状皮筋用作环状弹性件，以代替本实施例的环状拉簧6，这样同样能实现摇摆单元2和平移单元4准确回中的目的。

此外，由于本实施例将底座11设为槽状结构，这样底座11与平移单元4之间的润滑油不容易泄露至电控单元5处，有利于避免电控单元5受到润滑油等污染，有利于确保电控单元5的功能长期正常。

优选地，在输入设备处于自由状态时，磁体42与磁传感器52沿Z轴方向正对。更优选地，底板111的Z轴负向侧壁上在第一凸台1111对应的位置设有让位凹槽1112，磁传感器52位于该让位凹槽1112中，这样一方面，让位凹槽1112可适应于第一凸台1111的设置而自然形成，不仅不会影响底板111在让位凹槽1112处的结构强度，而且有利于减薄底板111在第一凸台1111处的材料厚度，有利于节省材料和减轻材料重量，另一方面，这也有利于缩短磁传感器52与磁体42的距离，有利于增强磁传感器52处的磁场信号，有利于扩大磁传感器52能够检测到的磁体42的运动范围，进而有利于扩大本实施例平移单元4的运动范围，同理，在本发明的其它实施例中，优选在连接板41的Z轴负向侧壁开设安装槽，或者将连接凸台411的筒腔贯通连接板41，并将磁体42固设于连接板41的Z轴负方向端（嵌于安装槽中，或嵌于该筒腔的Z轴负向端），这样有利于缩短磁传感器52与磁体42的距离，有利于扩大磁传感器52能够检测的磁体42的运动范围。

本实施例中的盖板121与底座11可以通过卡扣、螺钉或胶粘等方式固定连接，同理，电路板51与底座11也可以用螺钉、卡扣或胶粘等方式进行固定连接，并且中部安装架12和顶部安装架13也可以用螺钉、卡扣或胶粘等方式进行固定连接，这里不再赘述。

可选择地，在本发明的其它实施例中，传动件3与平移单元4也可以采用万向节等其它方式进行连接，以实现传动件3相对平移单元4绕第二预设点作三维摆动的目的。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.三维摇摆位置检测装置，包括基体、摇摆单元和电控单元，所述摇摆单元被限制为可相对所述基体绕第一预设点作三维摆动，所述电控单元用于检测所述摇摆单元的摆动位置；

其特征在于：

还包括平移单元、传动件和环状弹性件，所述平移单元被限制为可相对所述基体沿垂直于第一方向的二维平面方向移动，所述摇摆单元位于所述平移单元的沿所述第一方向的一侧，所述平移单元与所述摇摆单元通过所述传动件连接，所述传动件被限制为可相对所述平移单元绕第二预设点作三维摆动，且可相对摇摆单元作伸缩运动；

所述基体包括互相固定连接的第一分体和第二分体，所述第一分体与所述第二分体沿所述第一方向分布，所述第一分体与所述第二分体之间形成有安装空间；

所述第一分体与所述第二分体的至少一个具有沿所述第一方向凸向所述安装空间的限位凸台，所述平移单元包括连接板，所述连接板的主面法线沿第一方向，所述限位凸台与所述连接板沿所述第一方向分布；

所述环状弹性件位于所述安装空间中，所述环状弹性件套设于所述限位凸台及所述连接板的外周壁上，所述限位凸台及所述连接板的外周壁均与所述环状弹性件的环内侧壁抵接，所述环状弹性件可响应于所述连接板的运动而沿垂直于所述第一方向的二维平面方向变形。

2.根据权利要求1所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述连接板被限制于所述第一分体与所述第二分体之间，所述第二分体具有沿所述第一方向贯通至所述安装空间的连接孔，所述摇摆单元位于所述第二分体的背向所述连接板的一侧，所述传动件或所述平移单元伸于所述连接孔。

3.根据权利要求2所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述连接孔的法线沿所述第一方向的截面轮廓形状呈圆形，所述第一预设点位于所述连接孔的中心线上，并且在所述三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，所述第二预设点位于所述连接孔的中心线上；

所述平移单元具有限位部，所述限位部伸于所述连接孔中，所述限位部的法线沿第一方向的截面外轮廓形状呈圆形，所述限位部的中心线与所述连接板的中心线重合，所述第二预设点位于所述连接板的中心线上。

4.根据权利要求1所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述环状弹性件与所述第一分体滑动配合，所述环状弹性件与所述第二分体滑动配合。

5.根据权利要求1所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述限位凸台与所述连接板滑动配合；

所述限位凸台包括设于所述第一分体的第一凸台和设于所述第二分体的第二凸台，沿所述第一方向，所述第一凸台与所述第二凸台正对，所述连接板位于所述第一凸台与所述第二凸台之间。

6.根据权利要求1所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述连接板的法线沿所述第一方向的截面外轮廓形状呈圆形；

所述限位凸台的法线沿所述第一方向的截面外轮廓形状呈圆形，或所述限位凸台的数量为至少两个，各所述限位凸台沿圆环方向分布；

在所述三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，所述限位凸台的中心线与所述连接板的中心线重合。

7.根据权利要求1所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

还包括预紧件，所述预紧件连接所述传动件与所述摇摆单元，所述预紧件的预紧力沿所述传动件相对所述摇摆单元的伸缩方向。

8.根据权利要求7所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述摇摆单元具有滑孔，所述传动件具有滑动杆和铰接球，所述铰接球位于所述滑动杆的沿长度方向的一端，所述传动件通过所述铰接球与所述平移单元球铰连接，所述滑动杆可滑动地插于所述滑孔中；

所述预紧件包括设于所述滑孔中的螺旋压簧，沿所述滑动杆与所述摇摆单元的相对滑动方向，所述螺旋压簧被挤压于所述摇摆单元与所述滑动杆之间。

9.根据权利要求1至8任一项所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述平移单元包括磁体，所述电控单元包括磁传感器，所述磁传感器用于感应所述磁体产生的磁场信号；

在所述摇摆单元摆动至不同的摆动位置时，对应于所述平移单元移动至不同的移动位置。

10.根据权利要求9所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

沿所述第一方向，所述电控单元位于所述第一分体的背向所述第二分体的一侧，所述第一分体将所述电控单元与所述平移单元隔开。

11.根据权利要求10所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述第一分体在朝向所述第二分体的一侧壁面上具有所述限位凸台，所述第一分体在背向所述第二分体的一侧壁面上具有让位凹槽，所述第一分体上的限位凸台与所述让位凹槽沿所述第一方向正对，所述磁传感器位于所述让位凹槽中。

12.根据权利要求9所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述第一分体位于所述第二分体的下方，所述第一分体包括底板和侧板，所述侧板从所述底板向所述第二分体延伸，所述侧板与所述底板构成敞口朝上的槽状结构，所述第二分体覆盖于所述槽状结构的敞口处。

13.根据权利要求9所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于：

所述磁传感器包括霍尔传感器或磁阻传感器；

在所述三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，所述磁传感器与磁体沿所述第一方向正对。

14.三维摇摆位置检测方法，应用于如权利要求9至13任一项所述的三维摇摆位置检测装置，其特征在于，方法包括：

所述电控单元根据所述磁传感器检测到的磁场信号，以及根据所述摇摆单元的摆动位置与所述平移单元的移动位置的对应关系来计算所述摇摆单元的摆动位置。

15.输入设备，包括操纵柄，其特征在于：

还包括如权利要求1至13任一项所述的三维摇摆位置检测装置，所述操纵柄与所述摇摆单元固定连接，所述操纵柄露于所述基体的外侧。

16.根据权利要求15所述的输入设备，其特征在于：

所述操纵柄位于所述第一预设点与所述第二预设点连线的延伸线上，所述传动件相对所述摇摆单元的伸缩方向平行于所述第一预设点与所述第二预设点的连线方向；

在所述三维摇摆位置检测装置处于自由状态时，所述第一预设点与所述第二预设点的连线方向沿所述第一方向。

Images