CN203204542U

CN203204542U - 动作感测器整合控制暨传输装置

Info

Publication number: CN203204542U
Application number: CN 201320089776
Authority: CN
Inventors: 辛炳宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2023-02-27

Abstract

本实用新型公开一种动作感测器整合控制暨传输装置，通过一选择模块输出信号于运动感测模块，依其输出信号顺序，分别与微控制器进行通讯，并将运动感测模块及触碰信号元件的感测信号加以分析及计算，再以无线传输方式将计算结果传送至应用装置，以达到对应用装置进行控制的动作感测器整合控制暨传输装置的功能。

Description

动作感测器整合控制暨传输装置

技术领域

本实用新型是有关于一种动作感测装置，特别是指一种动作感测器整合控制暨传输装置，以无线传输方式将计算结果传送至应用装置，达到对应用装置进行控制的功能。

背景技术

动作捕捉技术在虚拟实境及控制应用装置的控制应用上占有很重要的地位，通过捕捉人体或物体的动作，可以使人体或物体，与虚拟实境物件或应用装置做互动，也可直接将其感测数据做医学、军事或其他科学分析，产生相当多种实用应用。

以现有技术而言，人体肢体的动作辨识、或物体的移动侦测，大多数以光学感测例如美国专利US.Pat.No.6,009,210是利用红外线光影像捕捉方式，配合电脑的演算法推算动作状态而达成，这类系统的感测数据庞大，且环境变数对其整体感测结果的影响相当大，同时系统的价格动辄数佰万元，实难普及至一般消费者或小型企业。

近年来随着微机电元件(MircoElec-Mechanical Systems,MEMS)的技术成熟，以微机电惯性感测元件来感测人体或物体动作已成为一种发展的趋势。但若运动感测器只具备惯性感测器如加速度计、陀螺仪，由于其感测数据仅能代表运动中的加速度(加速度计量测值)、角速度(陀螺仪量测值)，缺乏一绝对方位作为方位计算基准，该运动感测器将不具定向能力，而所测得的数值亦非受测物体真正的位置、姿态，如图1A及图1B所示；若各运动的感测器11、12、13不具有定向能力时(如图1A所示)，各感测器11、12、13的读数将互不相关，且若只以该多个数据来计算受测物体的姿态，则将会得到类似图1B所示的结果，即估算结果与事实(图1A)不符，受测物体的关节21、22、23位置无法与各感测器11、12、13同步。为消弭此误差，一般是将感测器11、12、13回复到特定姿态，再进行归零作业，但由于感测器的感测值，会随使用时间增长而越加扩大，每隔不久时间就需再次进行归零作业，造成使用上的不便。但若感测器31、32、33具备侦测地磁方位的能力，如图2A及图2B所示，各感测器皆以地磁北极(N极)作为方位计算基准(如图2A所示)，使各感测器31、32、33之间的关系得以被正确求出，因此根据其感测值进行计算受测物体的关节21、22、23后，可得到类似图2B所示的正确结果。

此外，若欲以一个微控制器，同时控制多个同型号的微机电感测器时，常会面临信号冲突或信号脚位不足的问题，需要通过额外技术手段加以解决，否则该微控制器所能控制的感测器数量将十分有限。

本案创作人针对上述现有动作感测装置各类缺失，并以其研究生产制造的经验为背景，以提供一种动作感测器整合控制暨传输装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种动作感测器整合控制暨传输装置，通过「USB」、「IEEE1394」、「ThunderBolt」、或「PS/2」电缆连接介面，使其与应用装置连接，用以进行有线通讯。

本实用新型的另一个目的，在于提供一种动作感测器整合控制暨传输装置，其具有无线传输模块，可与应用装置执行无线通讯，以达到感测信号的无线传输的目的。

本实用新型的再一个目的，在于提供一种动作感测器整合控制暨传输装置，由其多个触碰信号元件设置在移动物体的多个不同部位上，通过侦测其移动物体的部位与周遭物体是否发生触碰，则产生触碰信号，用以控制应用装置的特定功能。

本实用新型的又一个目的，在于提供一种动作感测器整合控制暨传输装置，其具有一信号总线及一选择模块，促使微控制器以一组信号脚位连接多组感测模块的相对应信号脚位，亦可使微控制器在信号脚位数量限制的情况下可连接多数感测模块，并通过该选择模块，依次与运动感测模块进行分别通讯，用以避免信号总线上的运动感测模块产生信号冲突的目的。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种动作感测器整合控制暨传输装置，包括：

一有线传输模块，该有线传输模块包含一连接插座，经由一电缆与一应用装置的连接插座进行连接，使其与该应用装置间进行有线信号传输；

一无线传输模块，其连接至一微控制器，使该微控制器与该应用装置间进行无线信号传输，而该应用装置上内建或外加的对应的无线传输控制器，用以与该无线传输模块进行通讯；

前述微控制器耦合有线传输模块及无线传输模块，通过有线传输模块及无线传输模块与该应用装置进行通讯，和经由有线传输模块自应用装置下载硬件并加以储存，根据硬件控制各运动感测模块，根据硬件进行运算，及根据硬件控制应用装置；

一信号总线，其耦合于该微控制器，使该微控制器的一组信号脚位连接多组运动感测模块的相对应信号脚位；

一选择模块，其耦合至该微控制器上，自该微控制器接收选择指令，并一次选择一运动感测模块与该微控制器进行通讯，以避免信号总线发生信号冲突；

前述运动感测模块，是耦合至该选择模块及该信号总线，该多个运动感测模块分别安置于一受测物体的不同部位，并对该多个受测部位的动作进行感测，当选择模块接收该微控制器选择指令后，对其中的一运动感测模块进行选择时，被选择的运动感测模块可以提供感测部位在空间中的运动状态信号，经该微控制器进行分析及计算，以产生运动输出信号，再经由无线传输模块传输无线运动输出信号予应用装置；

多个触碰信号元件，是耦合至该微控制器上，且分别安置于受测物体的不同部位，并感测受测部位与周遭物体的触碰状态，产生触碰状态信号给该微控制器进行分析及计算，以产生触碰输出信号，再经由该无线传输模块传输无线触碰输出信号给该应用装置。

其中，该有线传输模块的连接插座为通用序列总线、IEEE1394、ThunderBolt、PS/2插座。

其中，该无线传输模块为蓝牙、WiFi、ZigBee。

其中，该信号总线为I²C介面、SPI介面。

其中，该多个运动感测模块包含一三轴加速度计、一三轴磁感测器、一三轴陀螺仪，以测量受测部位三正交轴上的加速度数值、磁力强度数值、及角速度数值，并传送至该微控制器。

其中，该多个触碰信号元件为按压式开关、压力感测器。

其中，该多个运动感测模块及触碰信号元件组置于一穿戴件的适当位置上，而该微控制器、有线传输模块、无线传输模块、选择模块、及信号总线则结合于一壳体中，该壳体并结合于该穿戴件上。

其中，该微控制器耦合至一显示元件，该显示元件为一发光二极管、LCD面板、可改变颜色/亮度状态的发光元件。

本实用新型提供一种动作感测器整合控制暨传输装置，其多个运动感测模块各包含一三轴磁感测器、一三轴加速度计、及一三轴陀螺仪组成，该运动感测模块可分别设置于移动物体的受测部位上，并通过三轴磁感测器侦测地磁并产生三互为正交轴向的磁场强度信号、及通过三轴加速度计侦测重力及运动中的加速度并产生三互为正交轴向的加速度信号、再通过三轴陀螺仪侦测运动中的角速度并产生三互为正交轴向的角速度信号，使该多个运动感测模块除了可感测到各受测部位的移动、旋转、倾斜或其他等各式运动，更可感测各受测部位的姿态与地磁方向的关系，使应用装置可根据该多个磁力强度数值校正该多个运动感测模块的方位，此外，在一应用装置同时与多个动作感测器整合控制暨传输装置进行通讯时，亦可根据该多个磁力强度数值，校正多个不同的动作感测器整合控制暨传输装置的运动感测模块间的方位关系，基于上述的功效，可让使用者不必经常令该多个运动感测模块对某特定方位或姿态进行归零作业，即可取得较可信的各受测部位运动状态资讯。

附图说明

图1A及图1B是现有运动感测器的结构暨运作示意图。

图2A及图2B是侦测地磁方位的结构暨运作示意图。

图3是本实用新型的实施例方块示意图。

图4是本实用新型应用于手部的结构示意图。

附图标记说明：

102有线传输模块；102a连接插座；103a电缆；104应用装置；104a连接插座；112微控制器；116无线传输模块；120选择模块；113信号总线；122运动感测模块；122a三轴加速度计；122b三轴磁感测器；122c三轴陀螺仪；124触碰信号元件；12201运动感测模块；12202运动感测模块；12203运动感测模块；12204运动感测模块；12205运动感测模块；12206运动感测模块；12207运动感测模块；12208运动感测模块；12209运动感测模块；12210运动感测模块；12211运动感测模块；12212运动感测模块；12213运动感测模块；12214运动感测模块；12215运动感测模块；12216运动感测模块；12401触碰信号元件；12402触碰信号元件；12403触碰信号元件；12404触碰信号元件；12405触碰信号元件；12406触碰信号元件；230手套式穿戴件；240壳体；250电源开关；251应用装置无线信号配对按键；252灵敏/精确模式切换开关；253重置开关；261电池状态灯；262无线通讯状态灯。

具体实施方式

以下实施例的描述中所举的图式，仅为本实用新型所使用的技术手段与功效的辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举图式。

请参阅图3所示，是本实用新型的实施例方块示意图。由图式可知，本实用新型包含：

有线传输模块102包含连接插座102a(如USB、IEEE1394、ThunderBolt、或PS/2插座)，经由一电缆103a(如USB、IEEE1394、ThunderBolt或PS/2传输线)与应用装置104(如电脑、手机、电玩主机、机器人、操偶机械、或电动车)的连接插座104a(如USB、IEEE1394、ThunderBolt、或PS/2插座)进行连接，使其与应用装置104间进行有线通讯。

一无线传输模块116(如蓝牙、WIFI、ZigBee、或其他无线射频传输模块)，连接至一微控制器(Micro-Controller Unit，MCU)112，使其与应用装置104间进行无线信号的传输，而其应用装置104上有内建或外加的对应的无线传输控制器，以其无线传输模块116进行无线通讯，无线传输模块116为如蓝牙、WIFI、ZigBee、或其他无线射频传输模块等，而应用装置104中对应的内建或外接的无线传输控制器亦可为如蓝牙、WIFI、ZigBee、或其他无线射频传输模块。

该微控制器112耦合至有线传输模块102，以接收来自有线传输模块102的信号，该微控制器112可通过其内含的硬件控制各运动感测模块122的运作，亦可将运动感测模块122产生的运动状态信号转换为运动输出信号，且当在有线传输模块102与应用装置104间存在有电缆103a连接时，该有线传输模块102是经由电缆103a将输出信号以有线传输方式传输至应用装置104，并对应用装置104进行控制，而当在有线传输模块102未存在有电缆103a连接时，无线传输模块116对应用装置104将该多个输出信号则以无线传输方式传输至应用装置104，并对应用装置104进行控制。

一信号总线113(如I²C介面、SPI介面、或其他信号总线)耦合微控制器112，使微控制器112的一组信号脚位可连接多组运动感测模块122的相对应信号脚位，可节省微控制器112信号脚位的使用量，亦可使微控制器112在信号脚位数量有限制的情况下仍可连接更多运动感测模块122。

一选择模块120(如解码器IC、I²C的通道切换器IC、其他具有通道切换功能的IC、其他具有通道切换功能的电路、或上述的组合)，其耦合至微控制器112，可自微控制器112接收选择指令，并一次选择一运动感测模块122与微控制器112进行通讯，以避免信号总线发生信号冲突；

多个运动感测模块122耦合至选择模块120及微控制器112，该多个运动感测模块122可分别安置于一受测物体(如人体、戏偶或其他可移动物体)的不同部位(如人体的头、手、足)，并对该多个受测部位的动作进行感测，当选择模块120接收微控制器112选择指令后，选择其中的一运动感测模块122指令时，该被选择的运动感测模块122可以提供感测部位在空间中的运动状态信号经微控制器112进行分析及计算，以产生运动输出信号，再经由无线传输模块116传输无线运动输出信号给应用装置104。

多个触碰信号元件124结合至微控制器112，且可分别安置于受测物体(如人体、戏偶或其他可移动物体)的不同部位(如人体的头、手、足)，并感测受测部位与周遭物体的触碰状态，产生触碰状态信号予微控制器112进行分析及计算，以产生触碰输出信号，再经由无线传输模块116传输无线触碰输出信号给应用装置104。该多个触碰信号元件124可为按压式开关、压力感测器或其他可感测物体触碰状态的元件。如压力感测器安置于人体足底，并感测人体足底与地面的碰触状态，可对虚拟实境人物的脚掌进行空间位置的锁定动作，以防止其发生滑动，并通过将上述按压式开关安置于人体手臂上，经使用者手指按压产生按压信号，控制应用装置104(如电脑、手机、电玩主机、机器人、操偶机械、或电动车)的特定机能(如电源、屏幕、大灯)进行开启或关闭动作。

上述运动感测模块122包含一三轴加速度计122a、一三轴磁感测器122b、一三轴陀螺仪122c及相关电路并耦合至选择模块120，以测量受测部位三正交轴上的加速度数值(受测部位运动时的移动加速度及重力加速度数值)、磁力强度数值(受测部位的姿态与地磁方向的关系数值)、及角速度数值(受测部位运动时的角速度数值)，并传送至微控制器112。本实用新型可感测到各受测部位的移动、旋转、倾斜或其他等各式运动，并能感测各受测部位的姿态与地磁方向的关系，使应用装置104可根据该多个磁力强度数值校正该多个运动感测模块122的方位，此外，在一应用装置104同时与本实用新型多个动作感测器整合控制暨传输装置进行通讯时，并配合该磁力强度数值校正多个不同的动作感测器整合控制暨传输装置的运动感测模块122间的方位关系。运动感测模块122是详细说明利用三轴加速度计、三轴磁感测器、三轴陀螺仪可感测受测部位三正交轴上的加速度、磁力强度、角速度等数值。然而，使用一或多个包含上述功能的整合式芯片亦可达到相同的功效，因此在本实用新型的实施例中所提出的各项功能，是可通过不同芯片加以组合，亦可整合为单一感测单元，惟此单一感测单元需能提供相同的功能。

在本实用新型实施中包含至少一显示元件耦合至微控制器112，可为一发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、LCD面板或其他可改变颜色或亮度状态的发光元件，作为动作感测器整合控制暨传输装置运作状态的显示，如电源开关状态、电池储电状态、有线通讯状态、无线通讯状态，以便使用者判断其运作是否正常。

请参阅图4，是本实用新型应用于手部的结构示意图。由图式可知，本实用新型应用实施于手部时，可通过一手套式穿戴件230安置于人体手部的各部位，而本实用新型的多个运动感测模块12201～12216、及按压式开关12401～12406是组置于该手套式穿戴件230适当位置上，而微控制器112、有线传输模块102、无线传输模块116、选择模块120、及信号总线113则结合于一壳体240中，壳体240结合于手套式穿戴件230上。而壳体240上包含电源开关250、应用装置无线信号配对按键251、灵敏/精确模式切换开关252、及重置开关253的指控信号元件，并耦合于该微控制器112，提供使用者进行功能操作，当按压一次电源开关250，即为启动，再按压一次则截止运作；再者，使用者手指将灵敏/精确模式切换开关252拨至左侧时，便进入灵敏模式，精准的感测频率侦测受测部位的运动及触碰状态，而使用者用手指将灵敏/精确模式切换开关252拨至右侧时，则进入精确模式，配合较多的感测次数侦测受测部位的运动及触碰状态用以降低噪声对感测结果的影响，而显示四个指控信号元件250～253能以适当数量的类似指控信号元件装置，以提供多元化操作。再者，壳体240亦包含电池状态灯261、无线通讯状态灯262的显示元件，供以使用者判断本实用新型应用的运作状态，于电池状态灯呈现绿色，即表示电池已处于电力充饱的状态，如呈现红色，即表示处于电力将耗尽的状态。再者，当无线通讯状态灯262处于闪烁状态，表示正在进行无线通讯配对动作，如处于恒亮状态，表示已处于无线通讯，如处于熄灭状态，表示目前没有无线通讯，二个显示元件261、262能以适当数量提供多元化显示变化。

以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该有线传输模块的连接插座为通用序列总线、IEEE1394、ThunderBolt、PS/2插座。

3.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该无线传输模块为蓝牙、WiFi、ZigBee。

4.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该信号总线为I²C介面、SPI介面。

5.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该多个运动感测模块包含一三轴加速度计、一三轴磁感测器、一三轴陀螺仪，以测量受测部位三正交轴上的加速度数值、磁力强度数值、及角速度数值，并传送至该微控制器。

6.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该多个触碰信号元件为按压式开关、压力感测器。

7.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该多个运动感测模块及触碰信号元件组置于一穿戴件的适当位置上，而该微控制器、有线传输模块、无线传输模块、选择模块、及信号总线则结合于一壳体中，该壳体并结合于该穿戴件上。

8.根据权利要求1所述的动作感测器整合控制暨传输装置，其特征在于，该微控制器耦合至一显示元件，该显示元件为一发光二极管、LCD面板、可改变颜色/亮度状态的发光元件。