CN201594225U

CN201594225U - 一种带动作识别功能的游戏手柄

Info

Publication number: CN201594225U
Application number: CN2010292160866U
Authority: CN
Inventors: 姜开淦
Original assignee: 姜开淦
Current assignee: Shenzhen Hezhi Chuangying Electronic Co., Ltd.
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2020-02-03

Abstract

本实用新型提供了一种带动作识别功能的游戏手柄，安装于游戏手柄内的传感器模块感测所述游戏手柄的三维运动数据，数据处理器处理所述三维运动数据，得到游戏控制指令，所述游戏控制指令包括所述数据处理器处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字，用简单的动作实现对游戏内容的控制，由于传感数据转换为游戏控制指令的运算是在游戏手柄中进行的，游戏软件中不需要包含将传感器数据转换为游戏控制指令的复杂运算算法，节约了开发人力，且缩短了软件开发周期，另外，由于游戏手柄向游戏主机发送的数据为运算后的游戏控制指令，数据量小，受干扰机会少，能提高游戏控制精度。

Description

一种带动作识别功能的游戏手柄

技术领域

本实用新型涉及游戏领域，尤其涉及一种带动作识别功能的游戏手柄。

背景技术

随着电子技术的发展，电子元器件越来越微型化，元器件的成本也大幅下降，以前军事上作为惯性导航系统的微机电系统元件，目前已广泛地应用于民用产品，如加速度传感器以及陀螺仪就应用于索尼PS3游戏手柄中，另外任天堂的Wii遥控器内部也有使用这些传感器。玩家通过控制游戏手柄的运动，带动游戏手柄内部的传感器运动，传感器将感测到的数据通过简单的处理后送到游戏主机端，然后由游戏主机内部的游戏软件做复杂的运算后用于游戏人物或其它游戏元素的控制，如索尼PS3手柄可检测左右倾斜、左右移动、前后翻滚、前后移动、中心左右旋转，任天堂的遥控器可以检测检测挥动、上下抖动、旋转等等。

目前游戏都是直接将传感器数据传送到游戏主机，游戏软件再利用内部的算法将数据转化为游戏控制数据，对游戏内容进行控制，所以所有的游戏都要包含这样复杂的内部数据转换算法，大大浪费了游戏开发的人力物力，同时也延长了游戏开发周期。另外，由于游戏手柄是将传感器原始数据发送到主机，原始数据比较多，这样不仅通讯时间长而导致耗电量大，而且在无线传输方式时，受干扰的机会就比较多，容易造成数据丢失，传输不稳定，丢掉的数据包越多，控制精度就越低。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本实用新型实施例提供了一种带动作识别功能的游戏手柄，通过在游戏手柄内部的印刷电路板PCB板(Printed Circuit Board)，上设置传感器模块，感测游戏手柄的三维运动数据，运算出所述游戏手柄运动轨迹的三维空间坐标及方向值，通过三维空间坐标及方向值，以及由一定时间内的三维空间坐标形成的特定的动作轨迹所对应的命令字，对游戏内容进行控制，运用本实用新型提供的游戏手柄，游戏手柄内直接将传感器数据转换为游戏控制指令后输出，无需在每个游戏软件中都编写算法以转换传感器数据为游戏控制数据，减轻了游戏开发者工作量，能缩短游戏开发时间，同时，由于本实用新型中的游戏手柄输出数据位游戏控制指令，解决了现有技术游戏手柄将原始数据发送到主机，原始数据比较多，通讯时间长而导致耗电量大，而且受干扰的机会较多，容易造成数据丢失，传输不稳定，控制精度就越低等问题。

为了达到上述技术效果，本实用新型实施例提供了一种带动作识别功能的游戏手柄，包括：

安装于游戏手柄内部PCB板上，用于感测所述游戏手柄的三维运动数据的传感器模块；

与所述传感器模块相连，用于处理所述传感器模块感测到的三维运动数据，得到游戏控制指令的数据处理器，所述游戏控制指令包括所述数据处理器处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字；

与所述数据处理器相连，用于将所述游戏控制指令输出到游戏主机的输出模块。

优选的，所述数据处理器包括：

根据传感器模块感测到的三维运动数据，得到所述游戏手柄运动轨迹的三维空间坐标及方向值，及由一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹的运算模块；

用于将所述运算模块得出的一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹与预先设定的动作库中的轨迹比较，获取与一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字的命令字获取模块。

优选的，所述数据处理器还包括：

用于存储动作库的存储模块，所述动作库中预存有所述游戏手柄在一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹与命令字的对应关系。

优选的，所述数据处理器还包括：

与所述存储模块相连，用于通过有线或无线通信的方式从外部获得动作库更新数据的获取模块。

优选的，所述数据处理芯片还包括一个自定义一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹与命令字的对应关系的自定义模块，所述自定义模块与所述运算模块和所述存储模块相连。

优选的，所述传感器模块包括三维加速度传感器、三维陀螺仪中的任一种或两种的组合。

优选的，所述传感器模块还包括三维地磁仪。

优选的，所述游戏手柄外壳上还包括一个与所述数据处理器相连，用于将所述游戏手柄与游戏内的任一游戏角色进行同步对位设定，以使设定后可通过游戏手柄的转动来控制所述游戏角色动作的同步控制按键。

优选的，所述游戏手柄外壳上还包括一个与所述数据处理器相连，在启动后用于文字输入的书写按键。

实施本实用新型实施例，通过传感器模块感测所述游戏手柄的三维运动数据；数据处理器处理所述传感器模块感测到的三维运动数据，得到游戏控制指令，所述游戏控制指令包括所述数据处理器处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字；输出模块向游戏主机发送所述游戏控制指令，用简单的动作实现对游戏内容的控制，由于传感数据转换为游戏控制指令的运算是在游戏手柄中进行的，游戏软件中不需要包含将传感器数据转换为游戏控制指令的复杂运算算法，节约了开发人力，且缩短了软件开发周期，另外，由于游戏手柄向游戏主机发送的数据为运算后的游戏控制指令，数据量小，受干扰机会少，能提游戏高控制精度，且由于数据量小，数据传输时间短，耗电量也少。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中一种带动作识别功能的游戏手柄的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中游戏手柄带书写按键及同步控制按键的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例中，在带动作识别的游戏手柄内的PCB板上设置传感器模块用于感测所述游戏手柄的三维运动数据，所述传感器模块可以为三维加速度传感器三维陀螺仪中的任一种或两种的组合，为了使感测数据更精确，所述传感器模块还可以包括三维地磁仪。感测到三维运动数据后，将三维运动数据传送到一个数据处理器进行运算，得到游戏控制指令，所述游戏控制指令包括所述数据处理器处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字，所述一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹可以为特定振动、敲击等动作形成的运动轨迹。所述数据处理器可以为一个单片机；数据处理器运算得到游戏控制指令后，通过输出模块将游戏所述游戏控制指令发送到游戏主机，以使游戏主机根据接收到游戏控制指令控制相关游戏内容，或实现对游戏主机本身的控制。所述游戏手柄在一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹与命令字的对应关系可通过动作库的方式存储于数据处理器(单片机)内含的存储模块内，所述动作库可以通过有线或无线通信的方式从外部获得更新，动作库还可以通过自定义动作识别的方式，将当前游戏手柄产生的动作设定为命令字存储于动作库中，如用户想将动作轨迹“T”设置为暂停，则通过菜单进入自定义命令字功能后，可用游戏手柄画出动作轨迹“T”后，将其设定为表示控制游戏暂停的命令字，并存储于动作库中。本实用新型中，传感数据转换为游戏控制指令的运算是在游戏手柄中进行的，游戏软件中不需要包含将传感器数据转换为游戏控制指令的复杂运算算法，节约了开发人力，且缩短了软件开发周期，另外，由于游戏手柄向游戏主机发送的数据为运算后的游戏控制指令，数据量小，受干扰机会少，能提高游戏控制精度。另外，本实用新型游戏手柄前端的一个角上，可以安装一个书写按键，将书写按键按在桌面上，就可以启动书写按键作为电子笔进行文字输入。且在本实用新型游戏手柄中，可以设置一个同步控制按键，利用同步控制按键将游戏手柄与游戏中任一游戏角色进行同步对位设定，以使设定后可通过游戏手柄的转动来控制所述游戏角色的动作，如左右移动、上下跳动等。

下面将结合附图更详细的描述本实用新型实施例。

参见图1，为本实用新型实施例中一种带动作识别功能的游戏手柄的结构示意图，包括传感器模块1、数据处理器2和输出模块3：

所述传感器模块1，安装于游戏手柄内部PCB板上，用于感测所述游戏手柄运动的三维运动数据，所述传感器模块包括三维加速度传感器、三维陀螺仪中的任一种或两种的组合，为了使感测数据更精确，所述传感器模块还可以包括三维地磁仪，其中，三维加速度传感器内部由三个单轴加速度传感器组成，可感测X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值，两次积分后，可计算出直线位移；而三维陀螺仪内部由三个陀螺仪传感器组成，可感测X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值，两次积分后，可得到角位移；三维地磁仪内部由三个地磁仪传感器组成，用于感测地磁数据，可提供绝对方向值，在应用时，游戏手柄中的传感器模块可选用三维加速度传感器、三维陀螺仪中的任一种或两种的组合，还可以适当选用地磁仪配合使用，可以得到不同的精度，如下面六种方案，可根据精度需求应用于不同的场合。

方案一：采用三维加速度传感器、三维陀螺仪和三维地磁仪三种传感器配合组成所述传感器模块，数据处理芯片根据三维加速度传感器感测到的X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值，两次积分后，计算出的直线位移，和三维陀螺仪感到的X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值，两次积分后，得到的角位移两种数据，可计算出游戏手柄运动的三维空间坐标及一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹，而三维地磁仪感测到的地磁数据，可提供绝对方向值，能对三维加速度传感器及三维陀螺仪感测的数据进行漂移补偿，提高运算出的数据精度。

方案二：采用三维加速度传感器和三维陀螺仪两种传感器配合组成所述传感器模块，同样能实现本实用新型中游戏手柄的功能，但是没有了三维地磁仪所提供的绝对方向值，可能会产生位置漂移，精度不如比上一方案。

方案三：只采用三维加速度传感器一种传感器组成所述传感器模块，可利用多个三维加速度传感器模块出三维陀螺仪的特性，如，用三个三维加速度传感器，分别放置在有一定半径的水平X轴、Y轴和Z轴的正半轴上，就可以模拟出三维陀螺仪的特性，进而可利用感测到的数据计算出三维空间坐标及一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹，这时，相当于方案二。

方案四：只采用三维陀螺仪一种传感器组成所述传感器模块，三维陀螺仪虽然不能检测理论上的直线运动，但实际使用中，绝大多数的直线运动并非是绝对的，可以将直线运动看做半径很大的曲线运动，直接根据三维陀螺仪输出的角加速度值的数据，通过运算则可得到速度或位移及方向，即可得出相对于原始坐标点的三维空间坐标。

方案五：采用三维加速度传感器和三维地磁仪配合组成所述传感器模块，该方案在方案三的基础上，增加了三维地磁仪所提供的绝对方向值，与方案三原理相同，对数据进行漂移补偿，提高了精度。

方案六：采用三维陀螺仪和三维地磁仪配合组成所述传感器模块，该方案在方案四的基础上，增加了三维地磁仪所提供的绝对方向值，与方案四原理相同，对数据进行漂移补偿，提高了精度。

所述数据处理器2，与所述传感器模块1相连，用于处理所述传感器模块1感测到的三维运动数据，得到包含数据处理器处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字的游戏控制指令，所述一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹可以为特定振动、敲击等动作形成的运动轨迹。所述数据处理器2可以为一个单片机，三维空间坐标的值是将传感器模块1感测到的三维运动数据传送到单片机内运算而得到的。

所述数据处理器2可包括运算模块21和命令字获取模块22：

所述运算模块21，用于根据传感器模块1感测到的三维运动数据，得到游戏控制指令，所述游戏控制指令包括所述数据处理器2处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字，所述游戏手柄运动轨迹的三维空间坐标及方向值，及由一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹，当传感器模块为上述方案一中的组成方式时，运算模块21内的具体运算过程可以为如下过程：

对传感器模块1输出的三维运动数据进行模数转换采样，将模拟信号转换为数字信号，得到数字式直线加速度和数字式旋转角加速度数据，将所述得到数字式直线加速度和数字式旋转角加速度数据混合，进行数字滤波，两次积分后可得到相关的直线位移与角位移，两种数据配合可运算出三维空间坐标及方向值，然后通过地磁仪提供的绝对放向值，实现相应的传感器漂移补偿与标定，准确的取得传感器模块在三维空间上运动的三维空间坐标及方向值，再通过一定时间的坐标运算，准确的得到游戏手柄中传感器模块在一定时间内的运动轨迹，当传感器模块为上述其他方案的组成方式时，运行模块21内需要根据相应数据调整运算算法，从而得到传感器模块在三维空间上运动的三维空间坐标及方向值，及一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹。

所述命令字获取模块22，用于根据运算模块得出的游戏手柄在一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹，从预先设定的动作库中获取与一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字，所述命令字与一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹相对应，比如，可以以二进制数值设定命令字，如设定1001与一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹所形成的圆圈相对应，设定1010与一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹所形成的三角形相对应等对应方式。

所述数据处理器2还可以包括：

存储模块23，用于存储动作库，所述动作库中预存有所述游戏手柄在一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹与命令字的对应关系，即上述的1001与圆圈的对应关系和1010与三角形等对应关系，所述存储模块可以为flash存储器。

所述输出模块3，与所述数据处理器2相连，用于向游戏主机发送所述数据处理器2处理得到的所述游戏控制指令。

游戏手柄传送到游戏主机的游戏控制指令包括两种数据，一是游戏手柄运动轨迹的三维空间坐标及方向值，另一种是前述的命令字，命令字只与一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹相对应，只有部分三维空间坐标的运动轨迹所形成的特定动作有命令字与其对应，因此，为了更精确的控制游戏内容，在传送命令字的同时还需要将得到的游戏手柄的运动轨迹的三维空间坐标及方向值也传送到游戏主机。

利用本实用新型中的游戏手柄，只需要简单的动作，就可以对游戏内容进行控制，例如：在用户进行游戏时，可以通过游戏手柄画个圈或类似方式调出游戏菜单画面，然后往上或下晃动可以移动菜单光标，再按确定键进入相关功能菜单，比如进入音量调节，往左边晃动，音量减少、往右边晃动音量增加，再按一下确定键，返回主菜单，其它功能都可采用相似的方法来操作。由于传感器感测的三维运算数据在游戏手柄端运算，游戏手柄对应的接收端不需要包含传感器数据的复杂运算算法，节约了开发人力，且缩短了软件开发周期，将只向接收端传输运算好的三维空间坐标及方向值，和命令字，数据传输量小，丢包可能性小，控制精度高。

本实用新型实施例游戏手柄外壳上还可以包括一个同步控制按键和/或一个书写按键，下面结合图2详细介绍游戏手柄外壳上包括一个同步控制按键和一个书写按键的实施例。

参见图2，为本实用新型实施例中游戏手柄带书写按键及同步控制按键的结构示意图，除了图1中所示出的传感器模块1、数据处理器2和输出模块3外，所述游戏手柄还包括书写按键4和同步控制按键5。

所述书写按键4可位于游戏手柄前端的一个角上，所述书写按键4直接与所述数据处理器2中的运算模块21相连，当所述书写按键4处于书写状态时，所述传感器模块1获取书写按键4的运动轨迹数据并将所述获取到的运动轨迹数据发送到所述数据处理器2，经数据处理器2处理后由输出模块将处理得到的相应坐标及命令字发送到接收端，对接收端进行控制，所述书写按键4处于书写状态指书写按键4按压在物体上，如书写按键4按压在桌面、墙壁或其他物体上时，所述书写按键4即处于书写状态。当所述书写按键4处于书写状态时，书写按键4就可以作为电子笔进行文字输入。例如：当用户在游戏过程中需要发言时，只需将书写按键4所在的游戏手柄的角按在桌子上书写想说的话，即可在游戏相关地方显示出用户的发言，使得本实用新型游戏手柄更加人性化。

所述同步控制按键5与所述数据处理器2中的运算模块21相连，用于选定游戏内的任一游戏角色，可以是人也可以是动物，并将所述游戏手柄与所述选定的游戏角色进行同步对位设定，以使设定后可通过游戏手柄的转动来控制游戏角色的动作。例如，当游戏用户需要将游戏手柄与游戏中的一号人物进行同步对位设定时，则可通过单击同步控制按键启动同步控制功能，通过游戏手柄的上下移动或前后移动选定该游戏人物，待选定游戏人物后，双击同步控制按键完成同步对位设定，同步对位设定完成后，可通过游戏手柄的运动来控制游戏人物的动作，如用户将游戏手柄突然向上举动，可控制游戏人物向上跳动，可以通过游戏手柄的左右移动控制游戏人物的左右行走，还可以通过游戏手柄的运动控制游戏中角色的前后移动、前后翻滚、中心左右翻转、旋转等，如果要取消同步，同样可以双击同步按键以取消同步对位设定。同步对位设定的方式可以为多种，上面例子中的单击和双击同步按键仅为一种实施方式的举例，根据实际需要可以有另外的同步对位设定方式，基本原来相同。

另外，所述数据处理器2还包括：与所述存储模块23相连，用于通过有线或无线通信的方式从外部获得动作库更新数据的获取模块24，以使所述动作库可以通过有线或无线通讯从外部获得更新；动作库还可以通过自定义动作识别的方式，将当前游戏手柄产生的动作设定为命令字存储于动作库中，如用户想将动作轨迹“T”设置为暂停，则通过菜单进入自定义命令字功能后，可用游戏手柄画出动作轨迹“T”后，将其设定为表示游戏暂停的命令字，并存储于动作库中，该自定义动作识别方式的实现是通过数据处理器内的自定义模块25实现的，所述自定义模块25与所述运算模块21和所述存储模块23相连，在游戏手柄的键盘部，可以设置一按键与自定义模块相连，当按键按下时启动自定义功能，即可通过游戏手柄画出的动作自行设定命令字。前两种动作库更新方式的设计，能及时增强游戏手柄功能，达到升级游戏手柄的作用。当然，在实际运用中，所述获取模块24与所述发送模块3可以集成为一个收发模块，通过收发模块与外界交换数据。

实施本实用新型实施例，通过传感器模块感测所述游戏手柄的三维运动数据；数据处理器处理所述传感器模块感测到的三维运动数据，得到游戏控制指令，所述游戏控制指令包括所述数据处理器处理所述三维运动数据后得到的三维空间坐标及方向值，和/或一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹对应的命令字；输出模块向游戏主机输出所述游戏指令控制游戏内容，在本实用新型实施例中，传感数据转换为游戏控制指令的运算是在游戏手柄中进行的，游戏软件中不需要包含将传感器数据转换为游戏控制指令的复杂运算算法，节约了开发人力，且缩短了软件开发周期，另外，由于游戏手柄向游戏主机发送的数据为运算后的游戏控制指令，数据量小，，受干扰机会少，能提高游戏控制精度，且由于数据量小，数据通信时间较短，能减少游戏手柄耗电量。另外，本实用新型游戏手柄前端的一个角上，可以安装一个书写按键，将书写按键按在桌面上，就可以启动书写按键作为电子笔进行文字输入。且在本实用新型游戏手柄中，可以设置一个同步控制按键，利用同步控制按键将游戏手柄与游戏中任一游戏角色进行同步对位设定，以使设定后可通过游戏手柄的转动来控制所述游戏角色的动作及位置，如左右移动、上下跳动等。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种带动作识别功能的游戏手柄，其特征在于，游戏手柄内部包括：

2.如权利要求1所述的游戏手柄，其特征在于，所述数据处理器包括：

3.如权利要求2所述的游戏手柄，其特征在于，所述数据处理器还包括：

4.如权利要求3所述的游戏手柄，其特征在于，所述数据处理器还包括：

5.如权利要求3所述的游戏手柄，其特征在于，所述数据处理芯片还包括一个自定义一定时间内的三维空间坐标形成的运动轨迹与命令字的对应关系的自定义模块，所述自定义模块与所述运算模块和所述存储模块相连。

6.如权利要求1至5中任一项所述的游戏手柄，其特征在于：

所述传感器模块包括三维加速度传感器、三维陀螺仪中的任一种或两种的组合。

7.如权利要求6所述的游戏手柄，其特征在于，所述传感器模块还包括三维地磁仪。

8.如权利要求7所述的游戏手柄，其特征在于，所述游戏手柄外壳上还包括一个与所述数据处理器相连，用于将所述游戏手柄与游戏内的任一游戏角色进行同步对位设定，以使设定后可通过游戏手柄的转动来控制所述游戏角色动作的同步控制按键。

9.如权利要求8所述的游戏手柄，其特征在于，所述游戏手柄外壳上还包括一个与所述数据处理器相连，在启动后用于文字输入的书写按键。