CN219225495U - 一种轨迹球输入设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轨迹球输入设备，包括底座和轨迹球，底座顶部设置有凹槽，轨迹球转动设置在凹槽内，还包括定位机构、触摸识别机构、位移识别机构和控制通信单元，触摸识别机构均布在轨迹球表面，定位机构设置在凹槽内，位移识别机构对应轨迹球设置；触摸识别机构、定位机构和位移识别机构通信连接控制通信单元，控制通信单元通信连接主机设备；轨迹球表面动态设置有多个触摸识别区。该实用新型通过触摸识别区关联的触摸手势模拟不同的按键功能信息，通过位移识别机构获取轨迹球的转动信息并转换为对应的鼠标指针位移信息，从而通过轨迹球实现鼠标按键、滚轮及鼠标指针位移的功能，具有结构简单、使用方便的优点。

Description

一种轨迹球输入设备

技术领域

本实用新型涉及电子输入设备领域，尤其是涉及了一种轨迹球输入设备。

背景技术

作为现代电脑等设备的位置输入装置，一般常见的有鼠标、轨迹球、触控板、触摸屏。其中轨迹球相对于普通鼠标的优势有无需移动手臂手腕来操作鼠标、减少使用疲劳、占用空间小、抗震动等，劣势是只能识别为在xy两轴方向上的移动，不能区分是哪个或哪些手指在操作，因此常用的左右键、滚轮等功能需要另外设置按键等来实现。如申请日为2017.10.27、申请号为201711017801.9的专利公开文件中就记载了一种新型鼠标，通过在轨迹球两侧设置按键来配合轨迹球使用。这种方式需要通过轨迹球来实现鼠标指针的位移后，再换用按键来实现左右键、单双击等功能，虽然缓解了腕部疲劳问题，但是实际使用时不方便，也因此该种鼠标并未广泛使用。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本实用新型提出了一种轨迹球输入设备及其输入控制方法。

一种轨迹球输入设备，包括底座和轨迹球，底座顶部设置有凹槽，轨迹球转动设置在所述凹槽内，还包括定位机构、触摸识别机构、位移识别机构和控制通信单元，所述触摸识别机构均布在轨迹球表面，所述定位机构对应所述触摸识别机构设置在所述凹槽内，所述位移识别机构对应轨迹球设置；所述定位机构、所述触摸识别机构和所述位移识别机构分别通信连接所述控制通信单元，所述控制通信单元用于通信连接主机设备；所述轨迹球的表面对应触摸识别机构和定位机构分别动态设置有多个触摸识别区。

基于上述，所述轨迹球内设置有空腔，所述触摸识别机构为电容传感器，电容传感器均布在轨迹球的表面，每个电容传感器分别设置有唯一ID。

基于上述，所述触摸识别区至少包括分别动态设置在轨迹球左侧的左侧触摸识别区、设置在轨迹球右侧的右侧触摸识别区和设置在轨迹球顶部的顶部触摸识别区，每个触摸识别区分别包括对应区域的多个电容传感器。

基于上述，所述位移识别机构为三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器设置在所述轨迹球内。

基于上述，所述定位机构至少有两个，每个所述定位机构包括触摸模拟电路和触摸模拟输出端，所述触摸模拟电路电性连接所述触摸模拟输出端；所述触摸模拟输出端对应触摸识别机构设置在所述凹槽内，且所述触摸模拟输出端抵接在轨迹球上。

基于上述，所述触摸模拟电路为脉冲信号发生电路，所述触摸模拟输出端是电极片，所述脉冲信号发生电路的输入端连接控制通信单元，所述脉冲信号发生电路的输出端连接电极片。

基于上述，所述控制通信单元包括第一控制单元、第二控制单元和无线通信单元，第一控制单元和无线通信单元分别设置在轨迹球的空腔内，第一控制单元分别电性连接无线通信单元、电容传感器和三轴加速度传感器；第二控制单元设置在底座内，第二控制单元电性连接触摸模拟电路，第一控制单元通过无线通信单元通信连接主机设备。

基于上述，轨迹球的空腔内设置有电池，电池用于为轨迹球空腔内的电子部件供电。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过动态获取轨迹球的旋转姿态，并动态配置轨迹球处于凹槽外部分的表面的触摸识别区，通过触摸识别区关联的不同的触摸手势模拟不同的按键功能信息、键盘部分按键信息等用户自定义功能信息，同时通过位移识别机构获取轨迹球的转动信息并转换为对应的鼠标指针位移信息，从而通过轨迹球实现对鼠标按键、部分键盘按键、滚轮及鼠标指针位移等输入设备的功能，具有功能丰富、使用方便的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型触摸识别机构的电路结构示意图。

图3是本实用新型第一控制单元和第二控制单元的电路结构示意图。

图4是本实用新型优选实施例中自定义九宫格识别区的结构示意图。

图5是本实用新型触摸模拟电路的电路结构示意图。

附图标记说明：1.底座；2.凹槽；3.左侧触摸识别区；4.轨迹球；5.顶部触摸识别区；6.九宫格识别区；7.右侧触摸识别区。

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付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。

如图1所示，一种轨迹球输入设备，包括底座1和轨迹球4，底座1顶部设置有凹槽2，轨迹球4转动设置在所述凹槽2内，还包括触摸识别机构、定位机构、位移识别机构和控制通信单元，所述触摸识别机构均布在轨迹球4表面，所述定位机构对应所述触摸识别机构设置在所述凹槽2内，所述位移识别机构对应轨迹球4设置；所述触摸识别机构所述定位机构、和所述位移识别机构分别通信连接所述控制通信单元，所述控制通信单元用于通信连接主机设备；所述轨迹球4的表面对应触摸识别机构和定位机构分别动态设置有多个触摸识别区。

使用时，通过定位机构与处于凹槽2内的触摸识别机构的相对位置，确定轨迹球4的姿态，也即确定处于凹槽2外的轨迹球4上的触摸识别机构相对底座1的位置，此时将处于轨迹球4上特定区域的触摸识别机构动态关联设置为特定的触摸识别区，在不同的触摸手势触摸该触摸识别区时，触发不同的按键功能或滚轮功能等。转动轨迹球4时，位移识别单元识别轨迹球4转动的方向和相对底座1的旋转位移量，从而转换为鼠标指针的位移。

具体的，所述轨迹球4内设置有空腔，所述触摸识别机构为电容传感器，电容传感器均布在轨迹球4的表面，每个电容传感器分别设置有唯一ID，从而根据电容传感器的唯一ID预先获取和设定各电容传感器的相对位置关系。现实中，轨迹球4的直径根据手掌大小或单手五指操作的便捷性设置，本实施例中轨迹球4的直径在55-80mm，多个电容传感器设置在空腔内壁内并靠近轨迹球4表面，从而不影响触摸使用同时保持轨迹球4表面平滑，本实施例中电容传感器的数量在120-256个即可满足使用需求。每个电容传感器分别设置有唯一ID，根据电容传感器的唯一ID在第一控制单元内配置有各电容传感器的相对位置。实际中，电容传感器为触摸感应电极片，配合电容传感器芯片，实现触摸感应和识别，如图2所示，IC1和IC2分别为电容传感器芯片，型号是TTP229，TP1-TP32分别为32个输入通道(用于举例说明，实际中通道数量等根据需要设定)，多个电容传感器采用常规的传感器阵列连接，实现多点位的触摸检测和识别。SDA1和SCL1、SDA2和SCL2分别用于通信连接第一控制单元，用于将触摸识别信号发送至第一控制单元。

现实中，轨迹球4与底座1凹槽2的转动安装结构采用现有的安装方式如三个滚珠支点等，轨迹球4在转动过程中有一部分始终处于底座1凹槽2内，也即一部分电容传感器处于凹槽2内、同时另一部分处于凹槽2外。所述触摸识别区至少包括分别动态设置在轨迹球4左侧的左侧触摸识别区3、设置在轨迹球4右侧的右侧触摸识别区7和设置在轨迹球4顶部的顶部触摸识别区5，每个触摸识别区分别包括对应区域的多个电容传感器。在具体使用时，处于凹槽2内的定位机构的位置相对凹槽2是固定的，定位机构获取并识别处于凹槽2内的部分电容传感器相对定位机构的位置后，即可确定处于凹槽2外的电容传感器在轨迹球4上的分布位置，从而将处于轨迹球4处于凹槽2外的部分的左侧预设区域内的多个电容传感器关联设定为左侧触摸识别区3、右侧预设区域内的多个电容传感器关联设定为右侧触摸识别区7、顶部预设区域内的多个电容传感器关联设定为顶部触摸识别区5；上述定位过程、以及对各触摸识别区的设定过程，在轨迹球4的转动使用过程中实时检测、定位和设定，从而对各触摸识别区进行实时的动态设定。每个触摸识别区分别预设关联不同的触摸手势和触摸手势关联对应的功能，触摸手势包括触摸次数、触摸面积(对应为触摸手指数不同)、轨迹球4旋转方向及旋转位移量等，如本实施例中，左侧触摸识别区3触摸一下模拟为左键单击，连续触摸两下模拟为左键双击；右侧触摸识别区7触摸一下模拟为右键单击；顶部触摸识别区5两指触摸并滚动轨迹球4模拟为鼠标滚轮滚动；除了预设的触摸手势识别外，其他对轨迹球4的触摸均识别为普通的触摸，以不妨碍对轨迹球4的滚动操作；上述触摸识别功能仅用作配合实施例的使用原理说明，并不作为具体限定。

在其他实施例中，凹槽2还可替换为现有的C型支架等，从而使得轨迹球4的表面暴露区域更大，进而可以自定义设置更多的触摸识别区及对应配置的手势关联功能。电容传感器也可以采用电感传感器、光敏传感器、压力传感器或红外对管等检测方式进行替换，根据各自的工作原理进行结构上的对应变化即可。

本实施例中，所述位移识别机构为三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器设置在所述轨迹球4内。在转动轨迹球4时，设置在轨迹球4内的三轴加速度传感器也随着轨迹球4转动，通过将三轴加速度传感器数据解算为三轴欧拉角，即可转换为对轨迹球4转动位姿的识别，进而转换为鼠标指针的位移，同时根据轨迹球4的位姿确定，配合预先获取和设定的电容传感器在轨迹球4上的相对位置，即可实现对电容传感器的位置定位，也即获取到处于凹槽2外的电容传感器的ID及其相对轨迹球4的位置。也即本实施例中，位移识别机构采用三轴加速度传感器时，三轴加速度传感器也同时作为定位机构。本实施例中，三轴加速度传感器的型号为ADXL345；实际中根据需要增加识别传感器进而进行抗震或提升精度等优化，如增加三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器、三轴地磁传感器等，或直接采用六轴加速度传感器等。在其他实施例中，位移识别机构还可以采用现有的轨迹球4的位移识别机构，如设置在凹槽2内的现有光电鼠标的光电位移识别模组、通过渐变色轨迹球4表面配合凹槽2内的色彩识别单元实现等。

对于位移识别机构只能识别位移的实施例，如位移识别机构为现有的光电识别模组的情况，所述定位机构至少需要两个，每个所述定位机构包括触摸模拟电路和触摸模拟输出端，所述触摸模拟电路电性连接所述触摸模拟输出端；所述触摸模拟输出端对应触摸识别机构设置在所述凹槽2内，且所述触摸模拟输出端抵接在轨迹球4上。触摸模拟电路用于产生触摸模拟信号，通过触摸模拟输出端触发接触到的电容传感器的识别信号，根据识别精度需要设定触摸模拟信号的频率，如每秒1500次等。本实施例中，所述触摸模拟电路为脉冲信号发生电路，如图5所示，IC11为光电三极管，TO端用于连接第二控制单元的10脚，TP11处用于连接触摸模拟输出端，本实施例中触摸模拟输出端是电极片，第二控制单元通过控制光电三极管IC11的通断，来输出低电平脉冲信号，从而实现触摸模拟。触摸模拟输出端的直径大于电容传感器之间的间距，也即使得轨迹球4在任一位置下每个触摸模拟输出端都至少会接触到一个电容传感器。轨迹球4上各电容传感器的相对位置是固定和已知的，由于轨迹球4的球心位置相对凹槽2固定，在确定轨迹球4上任意两个电容传感器与凹槽2的相对位置后，即可确定各电容传感器与凹槽2的相对位置，从而可确定轨迹球4相对凹槽2的位置姿态，进而可方便实时动态设定各触摸识别区。

所述控制通信单元包括第一控制单元、第二控制单元和无线通信单元，第一控制单元和无线通信单元分别设置在轨迹球4的空腔内，第一控制单元分别电性连接无线通信单元、电容传感器和三轴加速度传感器；第二控制单元设置在底座1内，第二控制单元电性连接触摸模拟电路，第一控制单元通过无线通信单元通信连接主机设备。第二控制单元用于控制触摸模拟电路输出触摸模拟信号，第一控制单元根据电容传感器接收到的触摸模拟信号及对应的电容传感器的唯一ID，即可根据电容传感器的相对位置实时动态设定触摸识别区，并将触摸识别区的触摸信号及三轴加速度传感器的识别信号等发送至主机设备，从而实现鼠标指针位移、鼠标左右键单双击、滚轮滚动等鼠标功能。本实施例中，第一控制单元和第二控制单元分别为MCU控制器，型号为ESP32-S，无线通信单元为内置的蓝牙模块，如图3所示，SDA1和SCL1、SDA2和SCL2分别用于通信连接电容传感器芯片，端子JP1为程序烧录接口，端子JP2为备用接口。

实际中，轨迹球4的空腔内设置有电池，电池用于为轨迹球4空腔内的第一控制单元、无线通信单元和三轴加速度传感器等供电。电池的充电方式可以为现有的有线充电或无线充电方式，有线充电方式下，轨迹球4上设置有充电口，电池与充电口电性连接；充电口设置在电容传感器之间的间隙内，充电口可以为现有充电口如针型充电口等，用于为电池充电，充电口处可设置现有的软胶塞等对充电口进行防护。无线充电方式下，轨迹球4空腔内设置无线充电接收电路，电池与无线充电接收电路电性连接，同时底座1内对应设置无线充电发射电路，底座1上设置充电口并与无线充电发射电路电性连接；无线充电的电路结构等均采用现有技术，在此不再赘述。现实中，底座1设置USB连接线等，用于与主机设备有线连接，同时为第二控制单元及触摸模拟电路、以及采用无线充电方式时为无线充电发射电路等供电；在其他实施例中，底座1内还可设置电池，底座1上设置充电口，电池用于为第二控制单元及触摸模拟电路、以及采用无线充电方式时为无线充电发射电路等供电，从而实现轨迹球4输入设备整体与主机设备无线连接。第二控制单元按预设值对触摸模拟电路的输出进行控制，在其他优选实施例中，通过USB连接线与主机设备连接后，可对第二控制单元进行控制输出设定，或通过底座1内第二控制单元内带的无线通信单元与主机设备通信连接，从而根据需要对第二控制单元进行人为设定。

本申请实际还涉及一种基于轨迹球输入设备的输入控制方法：即通过定位机构与触摸识别机构的相对位置，动态获取和确定轨迹球表面各触摸识别区及其关联的触摸识别机构；获取各触摸识别区的触发信息及该触发信息关联的自定义功能信息，并发送至主机设备进行对应的功能模拟；其中，自定义功能信息至少包括按键信息、键盘模拟信息和鼠标模式功能信息；旋转轨迹球并获取位移识别机构的识别信息，将位移机构的识别信息转换处理为鼠标指针的位移信息并发送至主机设备。具体的输入控制使用方法，上述实施例已进行详细描述，不再赘述。

优选地，作为进一步基于该轨迹球输入设备的用户自定义输入控制方式的举例说明，可对任一触摸识别区进行进一步的设定，如在顶部触摸识别区内配置九宫格识别区6，同时将显示屏幕的显示区域划分为九宫格显示区，并将九宫格显示区的每个宫格显示区与九宫格识别区的对应位置的宫格识别区进行对应关联。在获取到九宫格识别区的某一单独宫格识别区的触摸信息后，如图4中，当用户要将鼠标指针移动到九宫格显示区的左上角时，手指触摸九宫格识别区内左上角对应数字“7”的宫格识别区识别到触摸信息后，无论此前鼠标指针当前在显示屏幕上的哪个位置，都直接将鼠标指针移动至该单独宫格识别区也即对应数字“7”这个宫格位置的对应关联的宫格显示区的中心处，此时转动轨迹球后，鼠标指针从该宫格显示区的中心处开始移动，从而可快速将鼠标指针移动定位至目标区域附近，进而减少为了大位移量的鼠标指针移动而对轨迹球的操作量，提升效率的同时减少了操作动作。

在其他的用户自定义功能模式下，还可以将顶部触摸识别区配置为多个宫格区域，并将不同的宫格区域配置为数字键盘的数字按键0-9、符号按键“.”以及回车按键等键盘的部分按键功能或者快捷键功能等。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种轨迹球输入设备，包括底座和轨迹球，底座顶部设置有凹槽，轨迹球转动设置在所述凹槽内，其特征在于：还包括定位机构、触摸识别机构、位移识别机构和控制通信单元，所述触摸识别机构均布在轨迹球表面，所述定位机构对应所述触摸识别机构设置在所述凹槽内，所述位移识别机构对应轨迹球设置；所述触摸识别机构、定位机构和所述位移识别机构分别通信连接所述控制通信单元，所述控制通信单元用于通信连接主机设备；所述轨迹球的表面对应触摸识别机构和定位机构分别动态设置有多个触摸识别区。

2.根据权利要求1所述的轨迹球输入设备，其特征在于：所述轨迹球内设置有空腔，所述触摸识别机构为电容传感器，电容传感器均布在轨迹球的表面，每个电容传感器分别设置有唯一ID。

3.根据权利要求2所述的轨迹球输入设备，其特征在于：所述触摸识别区至少包括分别动态设置在轨迹球左侧的左侧触摸识别区、设置在轨迹球右侧的右侧触摸识别区和设置在轨迹球顶部的顶部触摸识别区，每个触摸识别区分别包括对应区域的多个电容传感器。

4.根据权利要求1所述的轨迹球输入设备，其特征在于：所述位移识别机构为三轴加速度传感器，所述三轴加速度传感器设置在所述轨迹球内。

5.根据权利要求1所述的轨迹球输入设备，其特征在于：所述定位机构至少有两个，每个所述定位机构包括触摸模拟电路和触摸模拟输出端，所述触摸模拟电路电性连接所述触摸模拟输出端；所述触摸模拟输出端对应触摸识别机构设置在所述凹槽内，且所述触摸模拟输出端抵接在轨迹球上。

6.根据权利要求5所述的轨迹球输入设备，其特征在于：所述触摸模拟电路为脉冲信号发生电路，所述触摸模拟输出端是电极片，所述脉冲信号发生电路的输入端连接控制通信单元，所述脉冲信号发生电路的输出端连接电极片。

7.根据权利要求1所述的轨迹球输入设备，其特征在于：所述控制通信单元包括第一控制单元、第二控制单元和无线通信单元，第一控制单元和无线通信单元分别设置在轨迹球的空腔内，第一控制单元分别电性连接无线通信单元、电容传感器和三轴加速度传感器；第二控制单元设置在底座内，第二控制单元电性连接触摸模拟电路，第一控制单元通过无线通信单元通信连接主机设备。

8.根据权利要求1所述的轨迹球输入设备，其特征在于：轨迹球的空腔内设置有电池，电池用于为轨迹球空腔内的电子部件供电。

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