CN1991694A

CN1991694A - 动作输入式电子装置

Info

Publication number: CN1991694A
Application number: CN 200510137484
Authority: CN
Inventors: 蔡明杰; 刘顺男; 连智伟; 谢清霖
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: CN100468293C

Abstract

本发明提供一动作输入式电子装置，其包括一微惯性感测模块、一感测讯号处理部以及一显示器。该微惯性感测模块，其可以感测六轴空间自由度的动作而产生一感测讯号，经感测讯号处理部接收该感测讯号，并进行运算处理，转换成系统处理讯号。本发明利用微惯性感测模块感测双手对动作输入式电子装置造成移动与转动而产生感测讯号给感测讯号处理部进行讯号处理，以作为电子装置产生反应的输入讯号。藉此以取代传统可携式游戏装置的按键输入，以减低使用者手指部位因操作按键而产生的疲劳及疼痛。此外，该显示器也会因不需要按键而具有较大的显示面积。

Description

动作输入式电子装置

技术领域

本发明涉及一种电子装置，尤其是指一种利用微惯性感测模块感测双手的移动与转动动作而产生感测讯号给感测讯号处理部进行讯号处理并转换成系统处理讯号，以作为电子装置产生反应的输入讯号的一种动作输入式电子装置。

背景技术

打电动玩具已是时下青少年的时髦消遣，然而电玩游戏一直以来的弊病就是操控性的不友善，请参阅图1所示，其为习用可携式游戏机示意图。该装置2的特征在于具有操控键21让玩家来进行操控。因此，常有玩家因拇指长时间连续按键，促使腱鞘发炎，而出现所谓电玩手的症状。

另外，其它手指及手腕部位也会因肌腱的过度使用，初期常会出现双手或手指有酸麻的感觉，这时候就有可能得了腕隧道症候群，而这是手腕中的神经被压迫所产生的病症，常会出现在电玩狂热者身上，虽然甩手一下会暂时解除症状，但长久下去，就会逐渐恶化。此外，肌腱韧带发炎也是常见的电玩症，尤其是拇指掌指关节处，对于格斗游戏而言是在操控时最容易使用到部位，如果长时间重复用力按键、放开的动作，超过关节负荷，而等到一段时间之后，就会出现酸痛的现象。此外，对于可携式的游戏机而言，因为需要有操控键21，所以也无形中缩小了显示面板22的面积。

为了改善以上缺点，一些国际知名的游戏大厂均提出其它的游戏输入方法，例如美国专利U.S.Pat.No.5534917所公开的为一摄影影像对于动作撷取的技术，此即利用影像姿势控制的技术以取得人体动作讯息，传递至计算机比起现今的固定游戏杆与键盘操作游戏而言，具有较良好操作性。但是此种方式仅可以感测动作的方式，对于动作的强度，较难精准呈现，因此仅适用于少数类型的游戏。

而任天堂所提出US 6375572、US 6641482、US 6908386等专利即是公开关于可携式游戏装置的输入技术，其主要是利用X、Y两轴加速度计作为X、Y移动与倾斜等共四个轴向的侦测，故其游戏输入的状态个数有限，所以适用于此一可携式游戏平台的游戏种类也会因此而受限，例如无法侦测或控制Wz方向的游戏，以及对于3D游戏也将很难去进行操控。另外，在US 6641482专利中，此一可携式游戏装置主要是采用主机与卡夹分离式的组合，其中加速度计感测模块是附着于卡夹上，故整个制造成本将会高于一般游戏机。

综合上述，因此亟需一种动作输入式电子装置来增加可携式游戏装置的输入状态数目，以支持游戏软件的多元性，让使用者接触到更多样的游戏种类，以及减去原先按键所需的空间，而增加了屏幕的可视面积，藉此来弥补现有技术的不足。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种动作输入式电子装置，其是利用微惯性感测模块感测双手移动与转动的动作而产生感测讯号给感测讯号处理部进行讯号处理，以作为电子装置产生反应的输入讯号，达到取代按键输入以减轻手指疲劳及疼痛的目的。

本发明的次要目的是提供一种动作输入式电子装置，是利用微惯性感测模块感测双手移动与转动的动作而产生感测讯号给感测讯号处理部进行讯号处理，以作为电子装置产生反应的输入讯号，达到取代按键以增加显示面积的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种动作输入式电子装置，其包括有一微惯性感测模块以及一感测讯号处理部。该微惯性感测模块，其具有第一惯性感测部、一第二惯性感测部以及一第三惯性感测部，该惯性感测模块可以感测六轴空间自由度的动作而产生一感测讯号。该感测讯号处理部，其是与该微惯性感测模块耦接，该感测讯号处理部可接收该感测讯号，并进行运算处理，并转换成系统处理讯号输出以为系统运用，例如经系统的显示信号处理部转换，传至显示器以显示该动作输入的结果；又例如经系统的声音信号处理部转换，传至扬声器以显示该动作输入的结果。

较佳的是，该动作输入式电子装置，其更包括有一显示器，以显示动作输入式电子装置输入的感测讯号，经系统讯号处理转换，而产生对应输入的感测讯号的结果。

较佳的是，该动作输入式电子装置，其更包括有一网络联机接口，以提供连接网络进行下载更新内部的软件。

较佳的是，该第一惯性感测部可感测第一轴的移动以及第二轴的转动状态。其中该第一惯性感测部为一加速度计。

较佳的是，该第二惯性感测部可感测第二轴的移动与第一轴和第三轴的转动状态。其中该第二惯性感测部更包括有：一主加速计，其可感测第二轴的移动状态；以及一辅助加速度计，其与该主加速度计相距一距离，藉由该辅助加速度计与该主加速度计感测的一自由度加速度变化，利用差分得到第三轴的转动状态。该第一轴转动状态可选择以该主加速度计或者是该辅助加速度计来感测。

较佳的是，该第二惯性感测部可感测第二轴的移动与第一轴和第三轴的转动状态。其中该第二惯性感测部更包括有：一加速计，其可感测第二轴的移动状态以及该第一轴旋转状态；以及一陀螺仪，其可感测第三轴的转动状态。

较佳的是，该第三惯性感测部可感测第三轴的移动状态。其中该第三惯性感测部为一加速度计。

较佳的是，该动作输入式电子装置，其可为一手机或者是一可携式游戏机

综合上述，本发明具有取代传统可携式游戏装置的按键输入，以减低使用者手指部位因操作按键而产生的疲劳及疼痛以及增加显示面积的优点。

附图说明

图1为习用可携式输入装置示意图；

图2为本发明的动作输入式电子装置较佳实施例示意图；

图3为本发明的动作输入式电子装置惯性传感器配置示意图；

图4为本发明可感测的空间六个自由度示意图；

图5A为本发明的较佳实施例中X轴惯性感测部量测X轴加速度示意图；

图5B为本发明的较佳实施例中X轴惯性感测部量测Y轴转速示意图；

图6A为本发明的较佳实施例中Y轴惯性感测部量测Y轴加速度示意图；

图6B以及图6C为本发明的较佳实施例中Y轴惯性感测部量测Z轴转速示意图；

图6D为本发明的较佳实施例中X轴惯性感测部量测X轴转速示意图；

图7为本发明的较佳实施例中Z轴惯性感测部量测Z轴转速示意图。

附图标号说明：2-可携式游戏机；21-操控键；22-显示面板；3-可携式动作输入游戏装置；30-基板；31-惯性感测模块；311-X轴惯性感测部；312-Y轴惯性感测部；3121-主加速度计；3122-辅助加速度计；313-Z轴惯性感测部；32-感测讯号处理部；33-显示器；35-游戏物件；36-选单；37-网络接口；90、92、95-直线运动；91、93、94-旋转运动。

具体实施方式

为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，以下特将本发明的系统的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：

请参阅图2所示，该图为本发明的动作输入式电子装置较佳实施例示意图。该动作输入式电子装置3的外部具有一显示器33以及一网络接口37。该显示器33可为液晶显示面板、有机发光二极管面板等平面显示器，但不在此限。该网络接口37可以为有线或者是无线的方式来实施。该动作输入式电子装置3可以应用于相当多的领域，例如：可携式游戏机或者是手机等。

该动作输入式电子装置3的内部感测运算处理机制如图3所示，该图为本发明的动作输入式电子装置惯性传感器配置示意图。该动作输入式电子装置的内部感测运算处理机制设置于一基板30上，其包括有一惯性感测模块31以及一感测讯号处理部32。该微惯性感测模块31，其具有一X轴惯性感测部311、一Y轴惯性感测部312以及一Z轴惯性感测部313。如图4所示，该惯性感测模块31可以感测六轴空间自由度的动作，而产生一感测讯号，其中该X轴惯性感测部311可感测X轴方向的移动以及以Y轴方向为转轴的转动状态，该Y惯性感测部312可感测Y轴方向的移动与分别以X轴和Z轴为转轴的转动状态，该Z惯性感测部313可感测Z轴方向的移动状态。

该感测讯号处理部32，其是与该微惯性感测模块31以及该显示器(图中未示)耦接，该感测讯号处理部32可接收该感测讯号，并进行运算处理，以及将运算处理的结果经系统讯号处理转换，而产生对应输入的感测讯号的结果，送至该显示器。例如：当使用者将动作输入式电子装置往左移动时，会产生往左的加速度，而所谓对应该输入的感测讯号的结果，即为显示器上的目标会在使用者往左移动时产生对应的动作，例如往左移动或者是其它定义的动作，如煞车、发射武器等。当然使用者也可以根据需要自行定义对应该感测讯号时显示器内目标35所要产生的动作。

在本实施例中，该X轴惯性感测部311以及该Z轴惯性感测部313分别为一加速度计。该Y轴惯性感测部312更包括有：一主加速计3121，其可感测Y轴方向的移动状态；以及一辅助加速度计3122，其与该主加速度3121计相距一距离D。藉由该辅助加速度计3122与该主加速度计3121感测的一自由度加速度变化，利用差分得到以Z轴方向为转轴的转动状态。至于感测X轴向的转动状态可选择以该主加速度计3121感测或者是该辅助加速度计3122来感测。

该Y轴惯性感测部312的实施方式除了前述的方式外，也可以用加速度计以及陀螺仪的组合来实施。其中，该加速计可感测Y轴方向的移动状态以及X轴方向的旋转状态；该陀螺仪，其可感测Z轴方向的转动状态。

请参阅图5A所示，该图为本发明的较佳实施例中X轴惯性感测部量测X轴加速度示意图。当使用者用手左右移动使该可携式动作输入游戏装置3产生直线运动90时，其内的X轴惯性感测部311可以感测X轴方向的加速变化，经由积分之后，可以得到该装置3因为使用者的操控而产生的位移，进而藉由显示器反应出来。请参阅图5B所示，该图为本发明的较佳实施例中X轴惯性感测部量测Y轴转速示意图。当使用者对该装置3以Y轴方向为旋转轴进行顺时锺或者是逆时钟旋转运动91时，该X轴惯性感测部311所感测到的加速度则为转动的向心加速度a_n，藉此可以推算出使用者转动该装置的角速度变化，经系统讯号处理转换，而产生对应输入的感测讯号的结果，进而反应至置显示器上。

请参阅图6A所示，该图为本发明的较佳实施例中Y轴惯性感测部量测Y轴加速度示意图。当使用者用手前后移动装置3产生直线运动92时，装置3内的Y轴惯性感测部3121、3122可以感测Y轴方向的加速变化，经由积分之后，可以得到该装置因为使用者的操控而产生的位移，进而藉由显示器反应出来。请参阅图6B所示，该图为本发明的较佳实施例中Y轴惯性感测部量测Z轴转速示意图。当使用者对该装置以Z轴方向为旋转轴进行顺时锺或者是逆时钟旋转运动93时，该Y轴惯性感测部3121、3122所感测到的加速度则为转动的切线加速度a_T。请参阅图6C所示，利用差分的方式，亦即将切线加速度进行积分得到位移，再利用该位移推算角度，然后将角度除以时间，就可以得的使用者旋转该装置时的角速度变化，进而反应至显示器上。

请参阅图6D所示，该图为本发明的较佳实施例中Y轴惯性感测部量测X轴转速示意图。当使用者对该装置以X轴方向为转轴进行顺时锺或者是逆时钟旋转运动94时，该Y轴惯性感测部3121或3122所感测到的加速度则为转动的向心加速度a_n，藉此可以推算出使用者转动该装置的角速度变化，经系统讯号处理转换，而产生对应输入的感测讯号的结果，进而反应至置显示器上。请继续参阅图7所示，该图为本发明的较佳实施例中Z轴惯性感测部量测Z轴转速示意图。当使用者用手上下移动装置3产生直线运动95时，装置3内的Z轴惯性感测部313可以感测Z轴方向的加速变化，经由积分之后，可以得到该装置因为使用者的操控而产生的位移，进而藉由显示器反应出来。

利用本发明的惯性感测模块可以感测六个维度的运动状态，因此可以定义出多种的动作组合供使用者操控，再回到图2所示，利用动作的操作，除了可以与动作输入式电子装置3的显示器33上的游戏对象35进行互动之外，其它有关于游戏对象35或者是于该动作输入式电子装置3内执行的软件的选单36操作也可以透过该惯性感测模块来实施。而在该动作输入式电子装置上的网络接口37也可以提供使用者更新或者是下载软件的功用。此外，本发明的动作输入式电子装置内所采用的游戏软件可以视一种多媒体的2D或者是3D的游戏操作，也可以作为音乐软件的音乐节奏或者是音量的控制。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以之限制本发明权利要求保护的范围。即凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，故都应视为本发明的进一步实施状况。例如本发明的较佳实施例虽为可携式的游戏装置，但也可以应用于游乐器或者是电玩的操控界面上，如游戏杆或者是掌上型操控器等。

Claims

1.一种动作输入式电子装置，其特征在于，包括：

一微惯性感测模块，其具有第一惯性感测部、一第二惯性感测部以及一第三惯性感测部，该惯性感测模块可以感测六轴空间自由度的动作而产生一感测讯号；以及

一感测讯号处理部，其是与该微惯性感测模块耦接，该感测讯号处理部接收该感测讯号，并进行运算处理，将其转换成系统处理讯号。

2.如权利要求1所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其更包括有一显示器，以显示动作输入式电子装置输入的该感测讯号，经系统讯号处理转换，而产生对应输入的感测讯号的结果。

3.如权利要求1所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其更包括有一网络联机接口，以提供连接网络进行下载更新内部的软件。

4.如权利要求1所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第一惯性感测部可感测第一轴的移动以及第二轴的转动状态。

5.如权利要求第4项所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第一惯性感测部为一加速度计。

6.如权利要求1所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第二惯性感测部可感测第二轴的移动与第一轴和第三轴的转动状态。

7.如权利要求6所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第二惯性感测部更包括有：

一主加速计，其可感测第二轴的移动状态；以及

一辅助加速度计，其与该主加速度计相距一距离，藉由该辅助加速度计与该主加速度计感测的一自由度加速度变化，利用差分得到第三轴的转动状态。

8.如权利要求第7项所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其可选择以该主加速度计感测该第一轴的转动状态。

9.如权利要求第7项所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其可选择以该辅助加速度计感测该第一轴的转动状态。

10.如权利要求6所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第二惯性感测部更包括有：

一加速计，其可感测第二轴的移动状态以及该第一轴旋转状态；以及

一陀螺仪，其可感测第三轴的转动状态。

11.如权利要求1所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第三惯性感测部可感测第三轴的移动状态。

12.如权利要求11所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第三惯性感测部为一加速度计。

13.一种动作输入式电子装置，其特征在于，包括：

一微惯性感测模块，其具有第一惯性感测部、一第二惯性感测部以及一第三惯性感测部，该惯性感测模块可以感测六轴空间自由度的动作而产生一感测讯号，其中该第一惯性感测部可感测第一轴的移动以及第二轴的转动状态，该第二惯性感测部可感测第二轴的移动与第一轴和第三轴的转动状态，该第三惯性感测部可感测第三轴的移动状态；

一感测讯号处理部，其与该微惯性感测模块耦接，该感测讯号处理部可接收该感测讯号，并进行运算处理，将其转换成系统处理讯号输出；以及

一显示器，该显示器用以显示动作输入式电子装置输入的感测讯号，经系统讯号处理转换，而产生对应输入的感测讯号的结果。

14.如权利要求13所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其更包括有一网络联机接口，以提供连接网络进行下载更新内部的软件。

15.如权利要求13所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第一惯性感测部为一加速度计。

16.如权利要求13所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第二惯性感测部更包括有：

一主加速计，其可感测第二轴的移动状态；以及

17.如权利要求16所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其可选择以该主加速度计感测该第一轴的转动状态。

18.如权利要求16所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其可选择以该辅助加速度计感测该第一轴的转动状态。

19.如权利要求13所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第二惯性感测部更包括有：

一加速计，其可感测第二轴的移动状态，以及第一轴的旋转状态；以及

一陀螺仪，其可感测第三轴的转动状态。

20.如权利要求13所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第三惯性感测部可感测第三轴的移动状态。

21.如权利要求20所述的动作输入式电子装置，其特征在于，该第三惯性感测部为一加速度计。

22.如权利要求13所述的动作输入式电子装置，其特征在于，其可为一手机以及一携式游戏机其中之一。