CN117258273A - 电容摇杆、游戏手柄及游戏控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电子设备技术领域中的一种电容摇杆、具有该电容摇杆的游戏手柄及游戏控制方法，该电容摇杆中，摇杆组件具有控制端及至少一个输出端，输出端与转轴连接，电容传感组件包括转动板以及相互间隔设置并形成容场的金属片、PCB板，转动板随转轴转动并改变金属片、PCB板之间电容值，PCB板将电容数据发送至主电路板；该控制方法中，摇杆组件的控制端输入控制信号时，转动板转动使得金属片与PCB板之间的电容值改变，主电路板获取PCB板输出的电容数据，并得到摇杆组件中控制端的位置信息。本发明大大增加了使用寿命，并且解决了传统薄膜电阻摇杆出现漂移的问题，同时可以使得电容变化检测更精准，提高了摇杆动作检测的精度。

Description

电容摇杆、游戏手柄及游戏控制方法

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，具体的说，是涉及一种电容摇杆、游戏手柄及游戏控制方法。

背景技术

摇杆在游戏中使用的频率越来越高，而摇杆动作的识别是游戏手柄中较为关键的技术内容，而薄膜电阻摇杆是其中应用较为广泛的种类。在相关技术中，常规的薄膜电阻摇杆受限于工艺影响，使用寿命不高；并且薄膜电阻摇杆在使用时，由于弹片与薄膜电阻摩擦导致的碳颗粒吸附问题容易带来漂移问题，导致性能稳定性差。为解决上述问题，市面上出现了霍尔摇杆，但霍尔摇杆的功耗较高，不适用于低功耗产品。

为了解决薄膜电阻摇杆寿命不长及稳定性差、霍尔摇杆功耗较高的缺陷，现有一种电容式摇杆的装置，如公布号为CN 105224103 A的专利公开了一种电容式摇杆装置，其通过电容感测器检测操作杆的动作，进而得到检测信号。但是此结构的电容检测准确性非常低，同时受到摇杆结构空间限制，此结构难以实施。另外，即便是直接将两个电极相对并进行电容检测，受到两个电极间距的影响，难以识别两个电极之间微小的位置改变，这导致摇杆动作检测灵敏度低；同时同样受到摇杆结构空间限制，难以提供电极足够的移动空间，这导致此类结构的摇杆难以实现。

上述缺陷，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种电容摇杆、游戏手柄及游戏控制方法。

本发明技术方案如下所述：

电容摇杆，其特征在于，包括：

摇杆组件，所述摇杆组件具有控制端及至少一个输出端，所述输出端与转轴连接；

电容传感组件，包括转动板以及相互间隔设置并形成容场的金属片、PCB板，所述转动板用于随所述转轴转动并改变所述金属片、所述PCB板之间电容值，所述PCB板与主电路板连接并将电容数据发送至所述主电路板，主电路板根据电容的变化量计算并输出数据变化。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述PCB板上设有导电片，所述导电片与所述金属片位置对应。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电容传感组件包括外壳，所述金属片、所述PCB板、所述转动板均设于所述外壳内部的空腔内。

进一步的，所述外壳包括基座、与所述基座可拆卸连接的侧盖，所述金属片、所述PCB板、所述转动板均设于所述基座、所述侧盖围成的空腔内。

更进一步的，所述基座、所述侧盖之间的一个设有卡扣，所述基座、所述侧盖之间的另一个设有卡槽，所述卡扣与所述卡槽扣合连接，使得所述基座、所述侧盖可拆卸连接。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述摇杆组件包括摇杆本体及转动部，所述摇杆本体具有所述控制端，所述摇杆本体的另一端伸入所述转动部内，所述转动部具有所述输出端。

根据上述方案的本发明，其特征在于，主电路板上设有电容芯片，电容芯片与所述PCB板电连接，其用于接收所述PCB板的电容数据，并将其转换得到摇杆本体的位置信息。

根据上述方案的本发明，其特征在于，该电容摇杆还包括开关组件，所述开关组件与所述主电路板电连接。

另一方面，游戏手柄，其特征在于，包括手柄本体，所述手柄本体上设有上述的电容摇杆。

第三方面，游戏控制方法，其特征在于，基于上述的电容摇杆，包括以下步骤：

摇杆组件的杆体移动时，电容传感组件中的转动板受控于所述摇杆组件的输出端进行转动，使得金属片与PCB板之间的电容值改变；

主电路板获取所述PCB板输出的电容数据，并得到所述摇杆组件中控制端的位置信息。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述摇杆组件的两个不同方向的输出端分别与对应的电容传感组件连接，两个所述电容传感组件分别获取所述摇杆组件中控制端在两个不同方向的输入信号，所述主电路板所述两个所述电容传感组件的电容数据，并得到所述摇杆组件中控制端的位置信息。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于：

本发明通过金属片与PCB板之间的非接触方式产生电容信号输出，相对于传统的接触输出方式大大增加了使用寿命，并且解决了传统采用碳刷接触摩擦后产生磨损，磨损后会有残渣在接触部位导致接触不稳定出现漂移的问题。

另外，本发明通过转动板实现摇杆的同步转动，进而可以改变金属片与PCB板之间的电容值，电容变化检测更精准，提高了摇杆动作检测的精度。同时，本发明占用空间极小，不会收到摇杆装置安装空间的限制，其可以展开实施，促进了电容式摇杆的推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明另一视角的示意图；

图3为本发明的结构分解图；

图4为本发明另一视角的分解图；

图5为本发明中摇杆本体在第一方向左摆时转动板和金属片的位置示意图；

图6为本发明中摇杆本体在第一方向右摆时转动板和金属片的位置示意图；

图7为本发明的摇杆本体摆动时的游戏控制流程图。

在图中，各个附图标号为：

10、摇杆组件；11、摇杆本体；111、转轴；

20、电容传感组件；21、基座；211、基座穿孔；22、侧盖；221、侧盖卡扣；23、金属片；231、金属片中槽；232、金属片定位部；24、转动板；241、转动轴；242、挡板；243、轴孔；25、PCB板；251、PCB引脚；2521、第一导电片；2522、第二导电片；

30、开关组件。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1至图6所示，本发明为了克服传统薄膜电阻摇杆寿命低和漂移、霍尔摇杆功耗大等缺陷，提出了一种游戏手柄，其包括手柄本体，手柄本体上设有电容摇杆。该电容摇杆为基于非接触的电容摇杆，无接触连接减少了磨损造成的寿命降低及漂移问题，同时通过电容变化值得到摇杆的位置变化，提高了摇杆位置检测的精度。

该电容摇杆包括摇杆组件10和电容传感组件20，其中摇杆组件10用于获取人的操作动作，并基于该动作输出机械动作信号，电容传感组件20用于根据摇杆组件10的机械动作信号输出电容信号并发送至主电路板上进行数据分析，得到摇杆的位置信号。

1、摇杆组件

摇杆组件10具有控制端及至少一个输出端，输出端与转轴111连接，其中控制端用于接受人的控制，输出端用于输出机械动作信号。

具体的，摇杆组件10包括壳体以及装配于壳体的摇杆本体11、转动部，壳体作为整个摇杆组件10的支撑基础，其可以直接安装于主电路板上，也可以安装于游戏手柄的其他位置。具体的，将该摇杆组件10直接安装于主电路板上时，该摇杆组件10的壳体具有安装支脚，壳体通过安装支脚安装于主电路板上。

摇杆本体11具有至少两端，其中一端为控制端，用于接受人的控制动作，另一端伸入壳体内并与转动部连接；转动部用于受控于摇杆本体11的另一端，并输出机械动作信号，该转动部具有输出端，用于控制电容传感组件20。

在一个优选实施例中，由于摇杆组件10中摇杆本体11多为全方位转动方式，故本发明中的转动部包括第一转轴、第二转轴，第二转轴套设于第一转轴内形成万向节，摇杆本体11穿过第一转轴与第二转轴连接。

为了使得摇杆本体11可以进行全方位转动，第一转轴内设有第一摆动轨道，第二转轴内设有第二摆动轨道，且第一摆动轨道与第二摆动轨道相互交叉(优选为两个垂直交叉的平面)。第一转轴具有第一轴，第一轴与壳体铰接，用于供第一转轴、第二转轴、摇杆本体11在第一平面内摆动；第二转轴具有第二轴，第二轴穿过第一转轴与壳体铰接，用于供第二转轴、摇杆本体11在第二平面内摆动。本发明通过第一转轴、第二转轴以及摇杆本体11与壳体之间的相互配合，实现了摇杆本体11的全方位转动。

当然，在其他实施例中，摇杆本体11还可以通过其他结构的转动部实现全方位转动，本发明不以此为限。

另外，本发明还可面对摇杆本体11在一个平面内转动的需求，此处转动部可以进选用一个万向节结构，通过摇杆本体11在该万向节的摆动轨道内转动，以实现摇杆本体11的转轴111的动作输出。当然，摇杆本体11还可以直接配置形成转轴111，则该转轴111作为机械动作信号的输出，即该摇杆本体11同时具有控制端和输出端。

摇杆组件10还包括复位件，该复位件位于壳体内，用于提供摇杆本体11的恢复力。具体的，壳体的下方设有底板，且壳体与底板扣合连接(图中未示出)，复位件的一端与壳体的底部的底板抵接，其另一端与摇杆本体11抵接，使得摇杆本体11受到下压力时带动复位件进行挤压，使得摇杆本体11失去下压力时，复位件带动摇杆本体11复位。优选的，复位件可以选用弹簧。

2、电容传感组件

本发明中的电容传感组件20包括至少一个，且该电容传感组件20与摇杆组件10的转轴111连接，当电容传感组件20为两个或以上时，每个电容传感组件20均分别与摇杆组件10的一个转轴111连接。

每个电容传感组件20均包括转动板24以及相互间隔设置并形成容场的金属片23、PCB板25。金属片23、PCB板25相互间隔形成电容场；而转动板24与转轴111连接，其设于金属片23与PCB板25之间。正常状态下，金属片23与PCB板25之间的电容场被转动板24间隔，而由于转动板24随转轴111转动并改变金属片23、PCB板25之间叠合面积，实现两者之间电容值的改变，进而通过检测金属片23与PCB板25之间的电容值就可以得到转动板24的转动情况。

转动板24包括241、挡板242，241与转轴111连接，其中241用于接收转轴111的驱动以带动挡板242转动，挡板242用于遮挡金属片23与PCB板25，以实现两者之间电容场的改变。优选的，241具有一轴孔243，241通过轴孔243与转轴111连接，该轴孔243可以选择非圆形孔，以使得转轴111转动时带动241转动。本发明中的转动板24优选为绝缘材质，例如塑胶、陶瓷等，以免影响金属片23与PCB板25之间的电容场。

另外，PCB板25与主电路板连接，使得PCB板25测得其与金属片23之间电容值之后，将电容数据发送至主电路板，主电路板根据电容的变化量计算并输出数据变化(该数据变化包括电压变化和电流变化)。具体的，主电路板分析该电容数据即可得到转动板24的转动信息，即摇杆的转动信息。为了实现摇杆本体11位置的信号转换，本发明中主电路板上设有电容芯片，电容芯片用于接收PCB板25的电容信号，并将其转换得到摇杆本体11的位置信息。

在本发明中，电容传感组件20包括外壳，外壳用于提供整个电容传感组件20的硬件支撑基础，金属片23、PCB板25、转动板24均设于外壳内部的空腔内，具体的，金属片23和PCB板25均固定在外壳内，转动板24套在外壳内并绕转轴111的中轴转动。

为了实现电容传感组件20的便捷装配，外壳包括基座21、与基座21可拆卸连接的侧盖22，金属片23、PCB板25、转动板24均设于基座21、侧盖22围成的空腔内。具体的，外壳具有第一安装空间，侧盖22具有第二安装空间，第一安装空间与第二安装空间相互对应，形成容纳金属片23、PCB板25、转动板24的空腔。在基座21与侧盖22的连接结构中，基座21、侧盖22之间的一个设有卡扣，基座21、侧盖22之间的另一个设有卡槽，卡扣与卡槽扣合连接，使得基座21、侧盖22可拆卸连接(本实施例中于侧盖22上设置侧盖卡扣221)。

为了实现转动板24的转动控制，并避免该转动过程中对于电容传感组件20的影响，本发明中的基座21上设有基座穿孔211，金属片23的中部设有金属片中槽231，转轴111依次穿过基座穿孔211和金属片中槽231后与位于转孔板上的轴孔243连接，以带动转动板24转动。

由于电容场是通过两个相对的导电结构形成，因此，本发明中与金属片23位置对应的PCB板25上设有导电片，导电片与金属片23位置对应以形成电容场，PCB板25上的线路用于接收导电片与金属片23之间的电容场，并生成电容信号。此处的导电片为设置于PCB板25上的导电触片、焊盘或金手指结构，通过将导电片集成于PCB板25上，减少了PCB板25加工的难度。

在一个实施例中，导电片、金属片23均呈扇形，转动板24的挡板242呈扇形；在另一个实施例中，导电片、金属片23均呈扇环形，转动板24的挡板242呈扇形或扇环形。在图3、图4所示的实施例中，导电片、金属片23均呈扇环形，且扇环形对应的圆心角大于180°，而转动板24的挡板242呈扇形，且扇形对应的圆心角为180°。

如图5、图6所示，由于摇杆本体11由初始位置转动时具有左向、右向两个方向的移动可能性，因此，仅考虑金属片23与导电片之间电容值大小的改变不足以确定摇杆本体11的运动状态，故优选的实施例中，导电片包括相互间隔设置的第一导电片2521、第二导电片2522，第一导电片2521和第二导电片2522相互配合用于识别转动板24的转动方向和转动角度。

具体的，当相对于原始位置的电容值中，第一导电片2521与金属片23之间的电容减少(或不变)、第二导电片2522与金属片23之间的电容增加时，转动板24朝向第一导电片2521所在方向转动；当相对于原始位置的电容值中，第一导电片2521与金属片23之间的电容增大、第二导电片2522与金属片23之间的电容减少(或不变)时，转动板24朝向第二导电片2522所在方向转动。

因此，本发明中的PCB板25不仅输出金属片23与PCB板25之间电容值，还输出电容值的变化量，以便识别转动板24的转动方向。即，当PCB板25输出第一变化量(第一电容场容量增加、第二电容场容量减少)的电容值时，表明转动板24向左侧转动，同时通过第一变化量的数值大小表明转动板24转动的幅度；当PCB板25输出第二变化量(第一电容场容量减少、第二电容场容量增加)的电容值时，表明转动板24向右侧转动，同时通过第二变化量的数值大小表明转动板24转动幅度。与之对应的，PCB板25的PCB引脚251包括第一引脚、第二引脚以及公共引脚，其中第一引脚与公共引脚之间输出与第一导电片2521对应的第一电容场的数据，第二引脚与公共引脚之间输出第二导电片2522对应的第二电容场的数据。通过三个引脚相互配合，输出模拟信号至电路板中，以实现PCB板25输出摇杆本体11位置信息包括方向信息、具体位置信息。

优选的，在图5、图6所示的实施例中，转动板24的遮挡面积小于金属片23与PCB板25之间的叠合面积，以使得PCB板25在初始状态时输出非零的电容信号值

金属片23的中部还设有凸出的金属片定位部232，通过金属片定位部232实现金属片23与PCB板25位置的对应，同时还可以更加方便的将金属片23固定于外壳上。

在优选的实施例中，一个摇杆组件10装配有两个电容传感组件20，且该两个电容传感组件20分别与摇杆组件10的两个相互交叉的转轴111连接，以用于探测摇杆本体11在X、Y轴向的转动信息。

3、开关组件

该电容摇杆还包括开关组件30，开关组件30与主电路板电连接，开关组件30输出数字信号至主电路板，以实现开关控制。在本发明中，开关组件30包括按键(可以为实体按键，也可以为压力感应按键)、装配部，按键通过装配部安装于摇杆组件10的壳体上，使得摇杆本体11下压时按动按键，并通过按键输出Z轴方向的感应信号至主电路板。

为了避免开关组件30对摇杆组件10输出机械动作信号的影响，摇杆组件10的壳体上设有供转轴111上下活动的空间。

该开关组件30具有连接引脚，开关组件30通过连接引脚安装于主电路板上，以实现信号传输。

如图7所示，基于上述的游戏手柄以及电容摇杆，本发明还提供一种游戏控制方法，其通过电容传感组件20检测摇杆组件10中摇杆的动作，进而得到摇杆位置的信息。

该游戏控制方法包括以下步骤：

(1)摇杆组件10的杆体移动时，即摇杆本体11接受使用者的手部控制在一个方向(即X轴)或两个方向(即Y轴)摆动。

(2)电容传感组件20中的转动板24受控于摇杆组件10的输出端进行转动，使得金属片23与PCB板25之间的电容值改变。具体的，摇杆本体11转动时转轴111随之转动，进而转动板24随着转轴111转动，此时转动板24在金属片23与PCB板25之间转动致使金属片23相对转动板24的裸露面积增加/减少，从而改变属片与所述电容板相对叠合面积。

例如，在使用过程中，往左方向拨动摇杆本体11，转动板24往左侧偏转，金属片23左侧被遮挡面积增大(裸露面积减小)，金属片23右侧被遮挡面积减小(裸露面积增大)，致使金属片23左侧相对PCB板25的叠对面积减小，金属片23右侧相对PCB板25的叠对面积减小。反之亦然。

(3)转动板24遮挡金属片23与PCB板25之间面积的改变，使得PCB板25输出的电容值大小和变化量的方向发生变化，进而得到具体的电容值信息。

PCB板25输出的电容数据不仅包括金属片23与PCB板25之间的电容值，电容芯片依据该电容值计算变化量。例如，向左侧拨动摇杆本体11使其位置发生改变时，摇杆本体11带动转动板24向左侧转动，进而金属片23与第一导电片2521之间遮挡面积增大，此时金属片23与第一导电片2521之间的电容值为A1，电容值A1相对于初始值A0减小，变化值为Δa(其中Δa＝A0-A1)，且Δa<0，则PCB板25输出“电容值A1”、“变化值Δa”、“Δa<0”等信息。

(4)主电路板获取PCB板25输出的电容数据，通过与预先存储的原始位置时的电容信息进行比较，转动板24的转动方向和转动角度，进而得到摇杆组件10中控制端的位置信息(即摇杆本体11的摆动方向与摆动角度)。

本发明中，主电路板上设置有电容芯片，电容芯片与PCB板25电连接，其用于接收PCB板25输出的电容数据并转换得到摇杆本体11的位置信息。

上述步骤(2)～步骤(3)为一个电容传感组件20的信号接收、分析、输出过程，当应用两个电容传感组件20时，摇杆组件10的两个不同输出轴分别与对应的电容传感组件20连接，两个电容传感组件20分别获取摇杆组件10中控制端在两个不同方向(即X轴和Y轴)的输入信号，主电路板两个电容传感组件20的电容数据，并得到摇杆组件10中控制端的位置信息。两个电容传感组件20同步进行上述步骤(2)～步骤(3)的步骤，两个电容传感组件20均输出电容变化信息，主电路板可以判断摇杆组件10在X、Y方向的综合转动信息。

本发明通过非碳刷接触产生的信号输出，相对之前的接触输出寿命大大增加，解决了传统采用碳刷接触摩擦后产生磨损，磨损后会有残渣在接触部位导致接触不稳定出现漂移的问题。同时相对于现有的非接触方式信号输出，其占用空间极小，不受安装空间的限制；同时通过转动板24对于金属片23与PCB板25的遮挡，可以使得电容检测更加精准，信号检测精度高。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.电容摇杆，其特征在于，包括：

摇杆组件，所述摇杆组件具有控制端及至少一个输出端，所述输出端与转轴连接；

电容传感组件，包括转动板以及相互间隔设置并形成容场的金属片、PCB板，所述转动板用于随所述转轴转动并改变所述金属片、所述PCB板之间电容值，所述PCB板与主电路板连接并将电容数据发送至所述主电路板，主电路板根据电容的变化量计算并输出数据变化。

2.根据权利要求1所述的电容摇杆，其特征在于，所述PCB板上设有导电片，所述导电片与所述金属片位置对应。

3.根据权利要求1所述的电容摇杆，其特征在于，所述电容传感组件包括外壳，所述金属片、所述PCB板、所述转动板均设于所述外壳内部的空腔内。

4.根据权利要求3所述的电容摇杆，其特征在于，所述外壳包括基座、与所述基座可拆卸连接的侧盖，所述金属片、所述PCB板、所述转动板均设于所述基座、所述侧盖围成的空腔内。

5.根据权利要求4所述的电容摇杆，其特征在于，所述基座、所述侧盖之间的一个设有卡扣，所述基座、所述侧盖之间的另一个设有卡槽，所述卡扣与所述卡槽扣合连接，使得所述基座、所述侧盖可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的电容摇杆，其特征在于，所述摇杆组件包括摇杆本体及转动部，所述摇杆本体具有所述控制端，所述摇杆本体的另一端伸入所述转动部内，所述转动部具有所述输出端。

7.根据权利要求1所述的电容摇杆，其特征在于，主电路板上设有电容芯片，电容芯片与所述PCB板电连接，其用于接收所述PCB板的电容数据，并将其转换得到摇杆本体的位置信息。

8.游戏手柄，其特征在于，包括手柄本体，所述手柄本体上设有权利要求1-7任一项所述的电容摇杆。

9.游戏控制方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的电容摇杆，包括以下步骤：

摇杆组件的杆体移动时，电容传感组件中的转动板受控于所述摇杆组件的输出端进行转动，使得金属片与PCB板之间的电容值改变；

主电路板获取所述PCB板输出的电容数据，并得到所述摇杆组件中杆体的位置信息。

10.根据权利要求9所述的游戏控制方法，其特征在于，所述摇杆组件的两个不同轴的输出端分别与对应的电容传感组件连接，两个所述电容传感组件分别获取所述摇杆组件中控制端在两个不同轴的输入信号，所述主电路板所述两个所述电容传感组件的电容数据，并得到所述摇杆组件中控制端的位置信息。