TWI330802B - Inertial sensing method and system - Google Patents

Description

'1330802 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種3D微慣性感測方法及系統，尤指 一種藉由偵測微慣性感測模組與水平面之角度變化，進而 控制顯示器游標移動之方法，可精準地控制游標移動到所 需位置，且其操作方式簡單，亦可利用手部擺動控制顯示 器翻頁，不僅符合人體工學，同時可配合特定動作達到連 續翻頁之效果，適於游標控制器應用及製造相關領域。 【先前技術】 按，習見游標控制裝置有許多種類，例如，控制電腦 顯示器游標大多採用滑鼠形式，而控制投影機之簡報器則 具有一遙控器外型，以滑鼠而言，可概分為滚球型及光學 型兩大類型，其操作模式均必須於一平面上滑行，藉由控 制滾球位移產生機械式訊號或陰影變化感應光訊號，以達 到控制游標移動之目的，換言之，操作平面及空間影響著 訊號之好壞；再以簡報器而言，由於主要功能在於指示投 影片，因此大多數採用無線傳輸，配合開、關、上、下、 翻頁等功能之相關控制電路及按鍵，達到簡報指示目的； 惟，當同時具有電腦顯示器及投影器時，必須設置兩種游 標控制裝置，佔空間且顯得雜亂。 目前市面上雖可見綜合滑鼠與簡報器雙重功能之游標 控制裝置，然其控制方式仍未跳脫傳統電子與機械控制模 6 1330802 式’近年來可見-種利用慣性元件之多工力能滑鼠，利用加 速度計感測人體運動加速度，經過運算處理後’將信號顯 示於電腦顯示器或其他互動裝置，由於不受工作面材質及 表面粗棱度影響，可在任意表面或空間運作。 針對專利而言，請參閱圖一所示美國專利5874941號 「Presentation su卯orting device」’該案揭露一種簡報 裝置2 ’其係藉由一 X軸加速度感測器1A、一 Y軸加速度 :感Γ裝置傾斜所產生之加速度變化而產生加速 度喊，再經由加迷度訊號處 標移動訊號，鋅此、去10B處理並產生游 向前傾斜該裝置至—定角 的，例如，备使用者 理想狀況下’當游標移動； 游標開始移動’ 復至初始角度射使龍停止置時’使用者將裝置回 於重力加速度影響，導致妒置勢’然而，實際應用時由 之現象’游標無法準確定位、已设位而游標卻持績移動 者必須浪費許多時間重複修2所Ρ位置且穩定性低，使用 置’再者，當裝置傾斜角^ 方乾控制游標停留於準確位 標移動速度亦隨之加快，二’'"大時’其加速度值愈高，游 該裝置並無法達到連續翻^功=者難以穩定控制；再者， 再如圖二所示，中華民 「重力式滑鼠」，其係藉由重 ^申靖案號第90221010號 將位能轉換為動能所產8生之1C測量物體的位能， 算’而微處理器1C可偵測重力#^’傳輪於微處理器1C計 收重力探測1C運動產生之加^捌1C運動的時間，並接 '數值，加以運异並轉換成 7 1330802 實際之移動單位，傳輸於電腦主機而控制顯示器游標之走 向；該案主要之運算手段係當該滑鼠於空間移動時，利用 兩軸以上加速度計進行積分運算以控制游標移動，惟，利 用平移時加速度積分會產生累計誤差無法消除，導致游標 定位失真；再者，該滑鼠並無法達到連續翻頁功能。 【發明内容】 有鑑於習知技術之缺失，本發明之主要目的在於提出 一種3D微慣性感測方法及系統，可精準地控制游標移動到 所需位置，且其操作方式簡單。 本發明之次要目的在於提出一種3D微慣性感測方法 及系統，利用手部擺動控制翻頁，不僅符合人體工學，同 時可配合特定動作達到連續翻頁之效果。 本發明之另一目的在於提出一種3D微慣性感測方法 及系統，可根據微慣性感測模組各軸訊號之變化量收斂另 一軸抖動之影響。 本發明之再一目的在於提出一種3D微慣性感測方法 及系統，可利用兩顆Y軸加速度計感受離心力差異，以消 除離心力對Y轴之影響。 為達到上述目的，本發明提出一種3D微慣性感測方 法，其包含： 由一微慣性感測模組感測重力加速度變化並發出原始 傾斜訊號； 對該原始傾斜訊號進行低通濾、波，並得出穩定訊號； 8 ^^0802 偵測模式狀態，偵測該微慣性感測模組係處於游標控 制模式或翻頁模式，用以決定進行游標控制步驟或翻頁步 驟。 較佳的是，該游標控制步驟係包括： 紀錄該微慣性感測模組之起始訊號； 根據該原始傾斜訊號、穩定訊號計算訊號變化量，並 將該原始傾斜訊號補償該訊號變化量； 計异補償後之傾斜訊號與起始訊號的差異；以及 將差異訊號比例為點座標。 較佳的疋，该微慣性感測模組係至少包括一 X轴加速 度計以及一 Y轴加速度計。 較佳的是，其中： 該X軸加速度計係用以感測該微慣性感測模組左右傾 斜所造成之重力加速度變化； 該Y軸加速度計係用以感測該微慣性感測模組前後傾 斜所造成之重力加速度變化。 較佳的是，根據該原始傾斜訊號、穩定訊號計算訊號 變化量，並將該原始傾斜訊號補償該訊號變化量之方法係、 包含： 修正X軸訊號變化量：將X軸傾斜訊號減去X軸抖動 訊號； 修正Y轴訊號變化量：將Y軸傾斜訊號減去Y細抖動 訊號； 紀錄X軸訊號訊號變化量：將X軸傾斜訊號减去X軸 起始訊號；以及 紀錄Y軸訊號訊號變化量：將Y軸傾斜訊號减去γ軸 起始訊號。 較佳的是，該複數之加速度計更包括一 z軸加速度 。十’係用以根據s亥X轴加速度计及該Y轴加速度計連續翻 轉所造成重力之變化’得知該微慣性感測模組擺放狀態之 變化。 較佳的是’該複數之加速度計更包括一第二γ軸加速 度計，該第二Y軸加速度計與該γ軸加速度計之間具有一 定距離。 較佳的是，其係利用該第二γ軸加速度計與該γ軸加 速度計之加速度差異修正離心力，係計算自下列方程式：

Ay=(RiR2)/R*(Tvy-Tvy2)； 其中，

Ay係Y軸加速度計之離心力； R係該Y軸加速度計與該第二γ轴加速度計之距離. R2係該第二γ軸加速度計與旋轉轴心之距離；

Tvy係該y軸加速度計之傾斜訊號；

Tvy2係該第軸加速度計之傾斜訊號； 以及 修正ΤνΥ =原始丁vy-Ay ; 將該Y轴加速度計所測得之¥軸原始傾斜訊號Tvy減 1330802 去離心力Ay，可得出一修正後之Y軸傾斜訊號Tvy。 較佳的是，該修正離心力之步驟係於該產生補償訊號 變化量之步驟前執行。 較佳的是，該翻頁步驟係包括： 偵測目前X軸與Y軸傾斜是否在平衡狀態；若是，則 進行後續步驟；若否，則繼續偵測直至達到平衡狀態； 偵測X軸訊號之瞬間變化是否超出一平衡範圍；若 是，則進行翻頁；若否，則返回上一步驟重新偵測，直至 偵測該原始傾斜訊號之瞬間變化超出該平衡範圍。 較佳的是，該平衡範圍係位於〇g±〇.3g重力加速度之 範圍内，其中，g=9. 8m/s2。 較佳的是，當偵測該原始傾斜訊號之瞬間變化超出該 平衡範圍，且該傾斜訊號持續固定於一定傾斜角度内時， 則進行連續翻頁。 較佳的是，當偵測該傾斜訊號並非持續固定於一定傾 斜角度内時，則停止翻頁並返回偵測目前傾斜是否在平衡 狀態之步驟。 較佳的是，該微慣性感測模組係至少包括一 X軸加速 度計以及一 Y軸加速度計。 較佳的是，該X及Y轴加速度計係用以感測該微慣性 感測模組左右及前後傾斜所造成之重力加速度變化。 較佳的是，該微慣性感測模組係連接一中央處理器， 由該中央處理器接收並處理該重力加速度變化並產生原始 傾斜訊號。 較佳的是，兮· + 該益線# $ 5¾ 4 、處理斋係連接一無線發# „„ 將該傾钭訊號向外發射。藉由 Μ , ^ ^ 。亥無線發送器係相對應於一氙绐 错由綱接收器接收 J綠接收器， 號，並彻原始傾斜=二所卜原始傾斜訊 ^ DO ^ 計。代旒傳达至一微處理器，由兮他+ 益對該原始傾斜訊號進行低通濾、波及後續各•驟處 較佳的是，該微處理器係透過一游標控 接於'顯示器，由該游標控制積體電路控制該 移動或進行翻頁或連續翻頁。 ‘··'、/、σο %才示 較隹的是，該微慣性感測模組連接於—护 制鍵係用以自動或手動切換游標控制模式或^ 1 1建:該控 為達到上述目的，本發明更提出一種3 。 統，其包含·· 一微慣性感測模組，係用以感測重力加逮度變化，、, 發出原始傾斜訊號，該微慣性感測模組包含：一 並 一 X軸加速度計，係用以感測該微憤性感測模組左右 傾斜所造成之重力加速度變化’· -第~ Y#加速度計，係用以感測該微慣性感測模組 前後傾斜所造成之第一重力加速度變化； 〜 一第二y#加速度計，係用以感_微慣性感測模组 前後傾斜所造〆二重力加速度變化； 、、 -接收端，係料接收並處理該微慣性感測模組發出 之原始傾斜訊據。 較佳的是’該微慣性感測模組更包含—Z轴加速度 12 1330802 計，係用以根據該X軸加速度計及該Y軸加速度計連續翻 轉所造成重力之變化，得知該微慣性感測模組擺放狀態之 變化。 較佳的是，該第一 Υ軸加速度計與該第二Υ軸加速度 計具有一定距離。 較佳的是，該微慣性感測模組係連接一中央處理器， 係用以接收並處理該重力加速度變化並產生原始傾斜訊 號。 較佳的是，該中央處理器係連接一無線發送器，藉由 該無線發送器將該傾斜訊號向外發射。 較佳的是，該無線發送器係相對應於一無線接收器， 藉由該無線接收器接收該無線發送器所傳送之原始傾斜訊 號，並可將該原始傾斜訊號傳送至一微處理器，由該微處 理器對該原始傾斜訊號進行低通濾波及後續各項步驟。 較佳的是，該微處理器係透過一游標控制積體電路連 接於一顯示器，由該游標控制積體電路控制該顯示器游標 移動或進行翻頁或連續翻頁。 較佳的是，該微慣性感測模組連接於一控制鍵，該控 制鍵係用以自動或手動切換游標控制模式或翻頁模式。 為使貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更 進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。 【實施方式】 以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使 1330802 用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔 助說明，以利貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限 於所列舉圖式。 請參閱圖三及圖四所示本發明之一較佳實施例，該3D 微慣性感測游標控制系統10，其主要係由一微慣性感測模 組20作為訊號之發射端，以及一可接收該訊號之接收端 30，該微慣性感測模組20包括一微慣性感測器21，該微 慣性感測器21係包括一可偵測該微慣性感測模組20左右 傾斜所造成之重力加速度變化之X軸加速度計211，以及 可 <貞測該該微慣性感測模組2 0前後傾斜所造成之重力加 速度變化之Y轴加速度計212，該微慣性感測器21將所感 測之重力加速度變化傳送至一中央處理器22進行訊號處 理並產生一傾斜訊號，而後再將該傾斜訊號傳送至一無線 發送器23，由該無線發送器23將該傾斜訊號發送出去； 前述該微慣性感測器21、中央處理器22及無線發送器23 均藉由一週邊電路相互電性連接，可將前述各構件設置於 一殼體24内，再電性連接於該殼體24外部所設置之控制 鈕（圖中未示出），以提供使用者可握持該殼體24並自動或 手動操作設置於其上之控制鈕以發射訊號，此技術為一般 人士所詳知，故未具體顯示於圖示中。 其次.，該接收端30係為一電腦主機或多媒體裝置，其 包含一無線接收器31、一微處理器32以及一游標控制積 體電路33，該游標控制積體電路33係連接一顯示器40 ; 該無線接收器31係用以接收該微慣性感測模組20之無線 1330802 發送器23所發射之訊號，並可將所接收之訊號傳送至該微 處理器32進行濾波及訊號處理、比對，再由該微處理器 32將比對結果傳送至該游標控制積體電路33,該游標控制 積體電路33接收該微處理器32所處理之訊號後，即可控 制該顯示器40上之游標41移動至相對應位置，或對該顯 示器40上之畫面進行翻頁。 請參閱圖五（並請同時配合圖四），說明本發明控制游 標移動及翻頁之控制方法及其流程： (a) :感測各重力加速度計目前的原始傾斜訊號 (Tilt-Value);透過該X軸加速度計211及Y軸加速 度計212感測左右及前後傾斜所造成之重力加速度變 化，並傳送至中央處理器22處理為X軸原始傾斜訊號 Tvx，以及Y軸原始傾斜訊號Tvy，再由該無線發送器 23傳送至該接收端30，由該無線接收器31接收並送 至該微處理器32。 (b) :由該微處理器32對所接收之X軸原始傾斜訊號Tvx 及Y轴原始傾斜訊號Tvy進行低通濾波（1 ow-Pass f i 1 ter)，得出兩穩定訊號Avx ' Avy。 (c) :偵測模式狀態；步驟（b)所得出之兩穩定訊號Avx、 Avy必須配合該微慣性感測模組20之操作模式，由該 微處理器32偵測該進行手勢翻頁模式d，或3D游標 控制模式e ;至於該微慣性感測模組20之操作模式， 係可藉由一控制鍵（圖中未示出）達到切換目的，該控 制鍵可採用彈性按壓開關或切換開關，設置於圖三所 15 1330802 示該殼體24上，可設定當該控制鍵未被觸動時，表示 操作者欲進行手勢翻頁模式d，而該控制鍵若被觸動， 則表示操作者欲進行3D游標控制模式e ;同時，紀錄 此時各重力加速度計的訊號為起始訊號 (initial-value，inx ; iny)(步驟 cl)，本實施例該 微慣性感測器21包括一 X轴加速度計211，以及一 Y 軸加速度計212，因此可得到X轴始點傾斜位置i ηχ， 以及Υ軸始點傾斜位置iny等兩項訊號。 (d):手勢翻頁模式；當該微處理器32偵測該微慣性感測 模組20係處於手勢翻頁模式時，則進行翻頁之步驟： (dl):偵測目前X及Y轴傾斜是否在穩定平衡狀態； 預先於該微處理器32内設定一平衡範圍約Og土 〇· 3g，（g=9. 8m/s2，重力加速度值），而後比對該 傾斜訊號（Tvx、Tvy)是否落在此平衡範圍内，若 是，則表示該微慣性感測模組20處於平衡狀態， 其傾斜訊號變化尚未達到可進行翻頁之加速度變 化值，其目的在於防止因人手輕微震動或晃動而 導致翻頁，至於該超出平衡範圍之設定並無一 定，可以使用者操作習慣設定之；反之，若傾斜 訊號（Tvx、Tvy)超出平衡範圍，則表示該微慣性 感測模組20處於不平衡狀態，則回到步驟（c)重 新偵測模式； (d2)傾斜訊號之瞬間變化是否超出平衡範圍；該微處 理器32偵測該微慣性感測模組20處於平衡狀態 16 1330802 後，當接收到一 X軸重力加速度瞬間變化之傾斜 訊號，且該瞬間變化值超出平衡範圍，亦即操作 者瞬間左右翻動該微慣性感測模組20，模擬人手 翻頁之情境，則該微處理器32將訊號傳送至該游 標控制積體電路33，由該游標控制積體電路33 控制該顯示器40之晝面進行翻頁（步驟d21);若 偵測該X軸傾斜訊號之瞬間變化未超出該平衡範 圍，則回到步驟（c)重新偵測模式； (d3):當偵測該X轴傾斜訊號之瞬間變化超出該平衡 範圍，且該傾斜訊號持續固定於一定傾斜角度内 時，則進行連續翻頁（步驟d4);若重複進行步驟 d至d31之流程，亦即人手往復左右翻轉時固然 可連續翻頁，然而當頁數過多時，此一方式並不 方便且費時，因此，本發明提出此可連續翻頁功 能，具體實施時，抓持該微慣性感測模組20之人 手只要瞬間作一次大的擺動且靜止於某一傾斜角 度，該微處理器32即可自動進行連續翻頁，由於 人手不必作連續多次左右擺動即可連續翻頁，因 此可提升連續翻頁之方便性；若偵測該傾斜訊號 並未持續固定於某一傾斜角度，則表示不進行連 續翻頁，再回復到步驟（d)重新偵測模式。 (e) 3D游標控制模式，當該微處理器32偵測該微慣性感 測模組20係處於3D游標控制模式時，則進行移動游 標之步驟： 1330802 (el):計算X軸抖動變化量（Difx=(Tvx-Avx)/2)，亦即計 异X轴原始傾斜訊號Tvx與X軸穩定訊號Avx差異， 並取其中間值；以及Υ軸抖動變化量 (Dify=(Tvy-Avy)/2)’亦即計算Υ軸原始傾斜訊號Tvy 與Y軸穩定訊號Avy差異，並取其中間值；再根據該 =動變化量（Difx、Dify)，將X軸傾斜訊號補償抖動 變化量（TvX，=Tvx-DifX)以及將γ軸傾斜訊號補償抖 動變化量（Tvy’=Tvy-Dify)。 (e2).經過步驟（el)修正抖動訊號後，即可計算補償後之 X軸傾斜訊號與起始訊號的差異（Dx=(Avx，_inx))，以 及計算補償後之Y軸傾斜訊號與起始訊號的差異 ==(Avy -iny));步驟（el)、（e2)之目的係針對訊號 斗動進行補償修正，請參關六（a) =所示’圖六⑷、圖七⑴分別為修正前之χ二 =位’圖圖六⑻、圖七⑻分別為修正後之Wγ 4:.=示可知’經由本步驟補償修正後，可得 可蔣古二、ΐ之x軸、γ軸加速度變化曲線，亦即， 可長1馬游標定位之準確性。 ⑽二 轴差異—比例 Α λ I占座標’輸出至該游標控制電路33， 再由該游標控制電路 至對應位置。 兩丁。。4U移動游標41 請續參閱圖八及圖九所示本 3D微慣性感測游標控制系統-係以圖= 1330802 礎，具有一作為訊號發射端之微慣性感測模組20’ ，以及 一可接收該訊號之揍收端30，該微慣性感測模組20’包含 一微慣性感測器21’ 、一中央處理器22、一無線發送器 23，本實施例之特點在於，該微慣性感測器21’包括一 X 軸加速度計211’ 、一 Y轴加速度計212’ 、一 Z轴加速度 計213’以及一第二Y轴加速度計214’ ，該X轴加速度計 211’係用以感測該微慣性感測模組20’左右傾斜所造成 之重力加速度變化，該Y轴加速度計212 ’係用以感測該 微慣性感測模組20’前後傾斜所造成之重力加速度變化， 其作用與圖三所示該實施例之X軸加速度計211、Y軸加速 度計212相同；而該Z轴加速度計213’則係用以根據該X 轴加速度計211’及該Y軸加速度計212’連續翻轉所造成 重力之變化，得知該微慣性感測模組20’擺放狀態之變 化，例如當操作者不正確擺放或任何外力作用使該微慣性 感測模組20’向右（或向左）翻轉，導致該微慣性感測模組 20’底部朝上時，該Z軸加速度計213’可偵測得知並驅 動反向操作翻頁或控制游標；此外，該第二Y軸加速度計 214’係用以提供感測該微慣性感測模組20’前後傾斜所 造成之另一重力加速度變化，其感測方式將詳細說明於後。 同樣地，該微慣性感測器21’ 、中央處理器22、無線 發送器23可設置於一殼體24内，且電性連接於該殼體24 外部所設置之控制鈕，以利人手握持及操控，該微慣性感 測器21’將所感測之重力加速度變化傳送至中央處理器 22、無線發送器23，由該無線發送器23將該傾斜訊號發 19 1330802 送至接收端30’經由該微處理器32、游標控制積體電路 33處理並控制顯示器40翻頁或游標41之移動，其原=及 方式與圖二所示該實施例相同，此處不再予以贅述。' 請參閱圖十（並請同時配合圖九），說明本發明控 標移動及翻頁之控制方法及其流程： 卫' (a) :感測各重力加速度計目前的原始傾斜 (Tilt-Value);由於本實施例具有一 χ軸加速卢^ 211’ 、二Υ軸加速度計212，、一 ζ軸加速度計 以及一第二γ軸加速度計2U，，因此可分別得到 Tvx、Tvy、Tvz、Tvy2四項原始傾斜訊號。 (b) :將^傾斜㈣』低通缝（lQw_pass⑴㈣後得 知穩定訊號Avx、Avy、Avz ;此處可將該第二: 速度計214’之原始傾斜訊號忽略。 (c) :偵測模式狀態。 (cl)紀錄料各重力加速度計的訊號㈣始訊镜 (initial-value ， inx ; iny)。 。

Cd) 手勢翻頁模式： (dl) (d2) (d3) 偵測目前傾斜是否在平衡狀態。 傾斜訊號之瞬間變化是否超出該平衡範圍。 偵測X軸的訊號是否固定在一定傾斜角度内。 由於上述抓紅與圖二所示該實施例，亦 相同，故不再予以費述，本 : ⑽測該微慣性感測模組2〇，係處於3d;; 控柄所進行之步驟（e，）3D游標控制模式，其包 20 括： (el’ ^利用兩γ轴加速度差異來修正離心力；按一般正 系操作方式，操作者手臂晃動時係呈現—圓弧形^ 週運動，因此會產生離心、力，造成重力變化感測失真， 尤”對於Υ軸加速度影響為大，必須予以修正；於 日寸參閱圖十-、圖八所示’該γ轴加速度計批，係 設置於較近顯示器40之位置，該第二γ軸加速度計 214係設置於該Υ軸加速度計212，後方，亦即較近 於操作者（圖中未示出）處’該γ軸加速度計212，與 該第二Υ軸加速度計2丨4，距離R，該第二Υ軸加速度 計214’與旋轉軸心c距離R2，依離心力公式：又 Tin = A) +G sin = (R+R2)x or+ (} sin θ = Rx〇y+R2x〇r + G sin 〇 ^：v2 = Ay 2 + G sin Θ = R2x or + G sin $ T\y~Tvy2 = Rx〇r

^ = 7WVv2 R

Tvy : Y加速度值 Tvy2 : Y2加速度值 Ay : Υ離心力 Ay2 : Υ2離心力 G :重力 <9 :加速度計與水平之夾角 ω :角速率（可為上下旋轉或水平旋轉） R : Υ、Υ2兩加速度計距離 1330802 R2 : Y2與旋轉轴心C之距離 因此可得出： 離心力 Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2) 再將步驟（a)該Y軸加速度計212’所測得原始之 Υ軸傾斜訊號Tvy减去該離心力Ay，即可得出一修正 後之Y軸傾斜訊號Tvy。 請參閱圖十二及圖十三所示實際驗證結果，圖十 二（a)、圖十三（a)分別代表離心力以及圓週運動離心 力對Y軸加速度計準位的影響，而圖十二（b)、圖十三 (b)分別代表修正後的結果，其顯示修正後可得一起伏 較為平緩且光滑之曲線，可將操作及圓週運動可能產 生之離心力對Y軸準位之影響降低。 (e2，）··計算X軸抖動變化量（Difx=(Tvx-Avx)/2)，以及 Y軸抖動變化量（Dify=(Tvy-Avy)/2)，再根據該抖動 變化量（Difx、Dify)，將X軸傾斜訊號補償抖動變化 量（Tvx’=Tvx-Difx)以及將Y軸傾斜訊號補償抖動變 化量（Tvy，=Tvy-Dify)。 (e3’）：計算補償後之X軸傾斜訊號與起始訊號的差異 (Dx=( Avx’ - i nx))，以及計算補償後之Y轴傾斜訊號與 起始訊號的差異（Dy=(Avy’ - iny))。 (e4’ ）：將Dx及Dy的訊號比例為顯示器40的點座標，輸 出至該游標控制電路33，再由該游標控制電路33控 制該顯示器40移動游標41至對應位置。 以上步驟（e2’）〜（e4’ ）所採用之計算方式及其所能 22 與圖五所示實施例之步驟⑻侧相同，此 本發==之兩較佳實施例之架構及方法可知，

-、2偵測模式狀態(圖五及圖十之步驟 ㈣十之_d)或3D游標控制模ί (圖五步驟e及圖十步驟e，）。 一、：控制單次翻頁態(圖五及圖十之步驟d21)或連續多 二人翻頁態（圖五及圖十之步驟d4)。 、 三、可對訊號抖_行修正（圖五步驟el及圖十步驟 θ2 ) 〇 四、 可設置Ζ軸加速度計，用以根據該χ軸加速度計及' 軸加速度計連續翻轉所造成重力之變化，得知該微慣 性感測模組擺放狀態之變化，避免誤操作（圖十步驟 a、b) °

五、 設有兩個可感測Y軸（亦即前後傾斜）重力加速度變化 之加速度計，可利用兩Y軸加速度差異修正離心力對 Y軸準位之影響（圖十步驟el，）。 六、 控制精準度高，避免傳統採用加速度積分累積誤差之 狀況。 七、 操作方式簡單。 惟以上所述者’僅為本發明之最佳實施例而已，當不 月包以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專 利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵 23 1330802 蓋之範圍内，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至 禱。 【圖式簡單說明】 圖一係美國專利 5874941 號「Presentation supporting device」之結構示意圖。 圖二係中華民國專利申請案號第90221010號「重力式 滑鼠」之控制流程示意圖。 圖三係本發明第一較佳實施例之系統架構圖。 圖四係本發明第一較佳實施例之作動方塊圖。 圖五係本發明第一較佳實施例之控制方法流程圖。 圖六（a)係抖動修正前之X軸準位曲線圖。 圖六（b)係抖動修正後之X軸準位曲線圖。 圖七（a)係抖動修正前之Y軸準位曲線圖。 圖七（b)係抖動修正後之Y轴準位曲線圖。 圖八係本發明第二較佳實施例之系統架構圖。 圖九係本發明第二較佳實施例之作動方塊圖。 圖十係本發明第二較佳實施例之控制方法流程圖。 圖十一係本發明第二較佳實施例之Y軸加速度計、第 二Y軸加速度計及其與離心力產生之關係位置示意圖。 圖十二（a)係為離心力對Y軸加速度計準位影響之曲 線圖。 圖十二（b)係為圖十二（a)之離心力經修正後之曲線 圖。圖十三（a)係為圓週運動離心力對Y轴加速度計準位影 24 1330802 響之曲線圖。 圖十三（b)係為圖十三（a)之圓週運動離心力經修正後 之曲線圖。 【主要元件符號說明】 10-3D微慣性感測游標控制系統 20、 20’ -微慣性感測模組 21、 21’ -微慣性感測器211、211’ -X軸加速度計 212、212’ -Y軸加速度計213’ -Z轴加速度計 214’ -第二Y軸加速度計 22- 中央處理器 23- 無線發送器 24- 殼體 30- 接收端 31- 無線接收器 32- 微處理器 33- 游標控制積體電路 40- 顯示器 41- 游標 25

Claims (1)

13308.02 千月日修正本

十、申請專利範圍： 1. 一種3D微慣性感測游標控制方法，其包含： 由一微慣性感測模組感測重力加速度變化並發出原始傾 斜訊號； 對該原始傾斜訊號進行低通濾波，並得出穩定訊號； 紀錄該微慣性感測模組之起始訊號； 根據該原始傾斜訊號、穩定訊號計算訊號變化量，並將 該原始傾斜訊號補償該抖動變化量； 計算補償後之傾斜訊號與起始訊號的差異；以及 將差異訊號比例為點座標。 2. 如申請專利範圍第1項所述之3D微慣性感測游標控制方 法’其中該微慣性感測模組係至少包括一 X軸加速度計 以及一 Y軸加速度計。 3. 如申請專利範圍第2項所述之汕微慣性感測游標控制方 法’其中·： 該X軸加速度計係用以感測該微慣性感測模紐左右傾斜 所造成之重力加速度變化； δ亥Y轴加速度計係用以感測該微慣性感測模纟且前後傾斜 所造成之重力加速度變化。 4·如申請專利範圍第1項所述之3D微慣性感測游標控制方 法，其中根據該原始傾斜訊號、穩定訊號計算訊號錄化 量，並將該原始傾斜訊號補償該抖動變化量之方法係勺 修正X軸訊號變化量：將X軸傾斜訊號減去χ軸抖動訊 26 1330802 號； 修正Y輪訊號變化量：將W傾斜訊號減去 號； 糊钭動訊 紀錄X輪訊號變化量：# χ轴傾斜訊號减去 號；以及 神趄始訊 =錄Y轴訊號變化量：將γ轴傾斜訊號减Μ轴起始1 5 H ί利範圍第4項所述之3 D微慣性感測游標控制方 該修正x軸及γ軸訊號變化量之步驟係包含. X =始傾斜訊號與X軸穩定訊號差異，並㈣中 間值，传出一 X軸抖動變化量； ，、中 =Υ =始傾斜訊號與Υ|ά穩定訊號差異，並 間值，侍出—γ軸抖動變化量； /、中 =軸原始傾斜訊號減去該U抖動變化量， 侦後之X軸傾斜訊號； 補 二:軸原始傾斜訊號減去該”由抖動變化量，得 乜後之X軸傾斜訊號。 補 項所紅3D微慣性感測游標於制方 用❹Γ亥微慣性感測模組更包括—z轴加速度計，係 、根據該X軸加速度計及該γ軸加速 Μ 化 之交化，传知該微慣性感_組擺放狀態之變 1申=_圍第2項所述之31)微慣性感測游標控制方 …、中該微慣性感測模组更包括一第二γ軸加速度 27 UJU6U2 汁，忒第二γ軸加速度計與該 定距離。 ' Υ車由加速度計之間具有/ δ.如甲請專利範 • π r/r現之叩 法’其係利用該第二Y轴加速度；Γ速度差異修正離心力，係計算自下、财 Ay=^RiR2)^R*(Tvy~Tvy2)； 其中，

Ay係Y軸加速度計之離心力； =該Y軸加逮度計與該第二γ 度計 R2係該第二γ軸加好 又t之距離， 、度汁與紅轉軸心之距離； vy糸该γ軸加逮度計之傾斜訊號； Tvy2係該第二加速度計之傾斜訊號； 以及

修正後Tvy =原始Tvy-Ay ; 絚H由加速度汁所測得之γ軸原始傾斜訊號W减去 離心力Ay，可得出一修正後之Y軸傾斜訊號Tvy。 I申t利範圍第8項所述之汕微慣性感測游標控制方 旦三I中該修正離心力之步驟係於該產生補償訊號變化 里之步騾前執行。 制#'申專利範圍第1項所述之3D微慣性感測游標控 1=去，其中該微慣性感測模組係連接一中央處理器， 由該十央處理器接收並處理該重力加速度變化並產生原 始傾斜訊號。 “ U.如申請專利範圍第1〇項所述之3D微慣性感測游標控 28 4方法’其中該_央處理器係連接— 〜 該無線發送器將該傾斜訊號向外:射:-咖裔’藉由 12制二申1專:範圍第11項所述之30微慣性 =4= 發送器係相對應於-無線接收: :〜線接收讀收該純發以所傳送之傾斜訊 處斜訊號傳送至-微處理器，由該微 驟。^原始傾斜訊號進行低通濾波及後續各項步 13. 制方Γ，？中之3D微慣性感測游標控 ♦理态係透過一游標控制積體電路連 所吝/不益，由該游標控制積體電路接收該微處理哭 ，之職標’餅該點賴㈣至賴示器，以改 史該頦示器上之游標位置。 • 一種汕微惯性感測翻頁方法，其包含： 始傾 由微丨貝性感測模組感測重力加速度變化並發出原 斜訊號； 對該原,斜崎進行低_波，並得㈣定訊號； 偵測目4傾斜是否在平衡狀態；若是，則進行後續步驟； 若否，則繼續偵測直至達到平衡狀態； 偵T該原始傾斜訊號之瞬間變化是否超出一平衡範圍； 右疋，則進行翻頁，且當偵測該原始傾斜訊號之瞬間變 化超出該平衡範圍，且該傾斜訊號持續固定於一定傾斜 角度内4，則進行連續翻頁；若否，則返回上一步驟重 新偵測，直至偵測該原始傾斜訊號之瞬間變化超出該平 29 1330802 衡範圍。 15沐，t申請專利範圍第14項所述之3D微慣性感測翻頁方 护§偵測該傾斜訊號並非持續固定於一定傾斜角度内 貝]返回彳貞測目前傾斜是否在平衡狀態之步驟。 16:如申請專利範圍第14項所述之抑微慣性感測翻頁方 > ，其中該微慣性感測模組係至少包括一 χ軸加速度計。 17法申請專利範圍第16項所述之3D微慣性感測翻頁方 中該X軸加速度計制以感測該微慣性感測模組 工右傾斜所造成之重力加速度變化。 18·如申請專利範圍第14項所述之難慣性感測翻頁方 =，其中該微慣性感測模組係連接一中央處理器，由該 斜=理器接收並處理該重力加速度變化並產生原始傾 19: ^中請專利範圍第i 8項所述之3D微慣性感測翻頁方 線二、：Γ央處理器係連接一無線發送器，藉由該無 線發运益將該傾斜訊號向外發射。 2 〇 ?:申請專利範圍第} 9項所述之3 d微慣性感測翻頁方 線發送器係相對應於—無線接收器，藉由 ^、.、:泉接收器接收該無線發送器所傳送之原始傾斜訊 原始傾斜訊號傳送至一微處理器，由該微 騾。4该原始傾斜訊號進行低通濾波及後續各項步 21法二所述之3D微慣性感測翻頁方 、以微處理㈣透過-游缝制制電路連接於 30 1330802 一顯示器，由該游標控制積體電路控制該顯示器進行翻 頁或連續翻頁。 22. 如申請專利範圍第20或21項所述之3D微慣性感測 翻頁方法，其係預先於該微處理器内設定一平衡範圍， 而後比對該原始傾斜訊號是否落在此平衡範圍内；若 是，則表示該微慣性感測模組處於平衡狀態；若否，則 表示該微慣性感測模組處於不平衡狀態。 23. 如申請專利範圍第22項所述之3D微慣性感測翻頁方 法，其中該平衡範圍係位於0g±0. 3g重力加速度之範圍 内，其中，g=9. 8m/s2。 24. 一種3D微慣性感測方法，其包含： 由一微慣性感測模組感測重力加速度變化並發出原始傾 斜訊號； 對該原始傾斜訊號進行低通濾波，並得出穩定訊號； 偵測模式狀態，偵測該微慣性感測模組係處於游標控制 模式或翻頁模式，用以決定進行游標控制步驟或翻頁步 驟，該游標控制步驟係包括： 紀錄該微慣性感測模組之起始訊號； 根據該原始傾斜訊號、穩定訊號計算訊號變化量，並將 該原始傾斜訊號補償該訊號抖動量； 計算補償後之傾斜訊號與起始訊號的差異；以及 將差異訊號比例為點座標。 25. 如申請專利範圍第24項所述之3D微慣性感測方法， 其中該微慣性感測模組係至少包括一 X軸加速度計以及 31 13308.02 一 γ軸加速度計。 26. 如申請專利範圍第25項所述之3D微慣性感測方法， 其中： 該X轴加速度計係用以感測該微慣性感測模組左右傾斜 所造成之重力加速度變化； 該Υ軸加速度計係用以感測該微慣性感測模組前後傾斜 所造成之重力加速度變化。 27. 如申請專利範圍第28項所述之3D微慣性感測方法， 其中根據該原始傾斜訊號、穩定訊號計算訊號變化量， 並將該原始傾斜訊號補償該訊號變化量之方法係包含： 修正X軸訊號變化量：將X軸傾斜訊號減去X軸抖動訊 號； 修正Υ軸訊號變化量：將Υ軸傾斜訊號減去Υ轴抖動訊 號；’ 紀錄X轴訊號變化量：將X軸候斜訊號减去X轴起始訊 號；以及 - 紀錄Υ軸訊號變化量：將Υ軸傾斜訊號减去Υ軸起始訊 號。 28. 如申請專利範圍第27項所述之3D微慣性感測方法， 其中該修正X軸及Υ軸訊號變化量之步驟係包含： 計算X轴原始傾斜訊號與X軸穩定訊號差異，並取其中 間值，得出一 X轴抖動變化量； 計算Υ軸原始傾斜訊號與Υ軸穩定訊號差異，並取其中 間值，得出一 Υ轴抖動變化量； 32 1330802 將X轴原始傾斜訊號減去該X軸抖動變化量，得出一補 償後之X軸傾斜訊號； 將Y軸原始傾斜訊號減去該Y軸抖動變化量，得出一補 償後之X轴傾斜訊號。 29. 如申請專利範圍第25項所述之3D微慣性感測方法， 其中該微慣性感測模組更包括一 Z軸加速度計，係用以 根據該X軸加速度計及該Y軸加速度計連續翻轉所造成 重力之變化，得知該微慣性感測模組擺放狀態之變化。 30. 如申請專利範圍第25項所述之3D微慣性感測方法， 其中該微慣性感測模組更包括一第二Y軸加速度計，該 第二Y轴加速度計與該γ軸加速度計之間具有一定距離。 31. 如申請專利範圍第30項所述之3D微慣性感測方法， 其係利用該第二Y軸加速度計與該Y軸加速度計之加速 度差異修正離心力，係計算自下列方程式： Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2)； 其中， Ay係Y軸加速度計之離心力； R係該Y軸加速度計與該第二Y軸加速度計之距離； R2係該第二Y軸加速度計與旋轉軸心之距離； Tvy係該Y軸加速度計之傾斜訊號； Tvy2係該第二Y軸加速度計之傾斜訊號； 以及 修正後Tvy =原始Tvy-Ay ; 將該Y轴加速度計所測得之Y軸原始傾斜訊號Tvy减去 33 13308.02 32離心力A:’可得出-修正後之Μ傾斜訊號TVy。 A中^=利乾圍第31項所述之3D微慣性感測方法， 力之步驟係於該產生補償訊號變化量 之 ㈣帛24項所叙3D錄_測方法， 具中该翻頁步驟係包括·· 电 ::目^傾斜是否在平衡狀態是，則進行後續步驟； ，則繼續偵測直至達到平衡狀態； ί測^傾斜訊號之瞬間變化是否超出—平衡範圍；若 進行翻頁，若否，則返回上一 至偵測該原始傾斜訊號之瞬間變化超出該平衡範園。’直 並如申請專利範圍第33項所述之邪微慣性感測 =解職圍係位於_.3&重力加速度之範圍内， 其中 ’ g=9. 8m/s2。 3 5 ·如申請專利範㈣3 3項所述之3 d微慣性感測方法， -偵測該原始傾斜訊號之瞬間變化超出 :斜訊號持續固定於一定傾斜角度内時二； 3 6.如申請專利範圍第3 5項所述之3 D微慣性4φ 當偵測該傾斜訊號並非持續固定於一定傾斜角^夺去’ 貝J返回偵測目前傾斜是否在平衡狀態之步驟。 37.如申請專利範圍第24項所述之3D微慣性g ^ 其令該微慣性感測模組係至少包括—x軸加^:去’ 3 8.如申請專利範圍第3 7項所述之3 D微慣性感測方法， 34 1330802 其中該X轴加速度計係用以感測該微慣性感測模組 傾斜所造成之重力加速度變化。 、· 39. 如申請專利範圍帛24項所述之如微慣性感測方法， 〃中邊微慣性感測模組係連接—中央處理器，由 ^里器接收並處理該重力加速度變化並產生原始傾斜訊 40. 如申請專利範圍帛抑項所述之3d微慣性感測方法， .其中該中央處理器係連接一鉦線於详哭， 送器將該傾斜訊號向外發射运°。糟由錢線發 4L如申請專利範圍帛4〇項所述之犯微慣性感測方法， 2該無線發送祕相對應於—無線接收器，藉由該益 線接收器接收該無線發送輯傳送之原始傾斜訊號，並 Z該原始傾斜訊號傳送至—微處理器，由該微處理器 對该原始傾斜訊號進行低通濾波及後續各項步驟。 4 21 士如申請專利範圍帛41項所述之3 D微慣性感測方法， 二:该微處理器係透過一游標控制積體電路連接於一顯 不器，由該游標控制積體電路控制該顯示器游標移動或 進行翻頁或連續翻頁。 43大、、如申請專利範㈣41或42項所述之SD微慣性感測 法，其中該微慣性感測模組連接於一控制鍵，該控制 鍵係用以自動或手動切換游標控制模式或翻頁模式。 44·—種3D微慣性感測系統，其包含： :微慣性感測模組，係用以感測重力加速度變化，並發 出原始傾斜訊號，該微慣性感測模組包含： X 35 1330802 一 X軸加速虞計’係用以感測該微慣性感測模組左右 傾斜所造成么重力加速度變化’ 一第一 Y軸沪速度計，係用以感測該微慣性感測模組 前後傾斜所造成之第一重力加速度變化； 一第二Y轴加速度計，係用以感測該微慣性感測模組 前後傾斜所造成之第二重力加速度變化； 之 一接收端’係用以接收並處理該微慣性感測模組發出 原始傾斜訊號。 45f由如申請專利範圍第44項所述之3D微慣性感測系統， 根據感測模組更包含—z軸加速度計，係用以 重力之變化加逮度計及該γ軸加速度計連續翻轉所造成 46. 得知該微慣性感測模組擺放狀態之變化。. 其中該第請第44項所述之，微慣㈣測系統， 定距離。 加速度计與该第二Y軸加速度計具有一 其中該範圍第44項所述之3D微慣性感測系統， 收並處測模組係連接—中央處理器，係用以接 48. 如申 重力加速度變化並產生原始傾斜訊號。 其中該中^專利範圍第47項所述之3D微慣性感測系統， 送器將_、連接―鱗發送器，11由該無線發 1貝钭訊號向外發射。 49. 如申钱車 其中該無;1利範圍第48項所述之3D微慣性感測系統， 線接收ρ 係相對應於—無線接收器，藉由該無 。戈收該無線發送器所傳送之原始傾斜訊號，並 36 可將該原始傾斜訊號傳送至一儆處理器，由哼 對該原始傾斜訊號進行低通濾波及後續各項牛驟理盗 5°1中==，述之3D微慣輸;系統， :=顧處理心透過-游標控制積體電路連接於 =，由該游標控制積體電路控制該顯移; 進行翻頁或連續翻頁。 好铋矛夕動或 51复中範圍第44項所述之3D微慣性感測系統， :中==感測模組連接於—控制鍵，該控制鍵係用 動成手動切㈣標控龍式或翻頁模式。 1330802

Am Λ z

圖一 (先前技術)

圖二 (先前技術) 1330802 10

21 "ζΓΓ^ΐ?

1〇 2〇 30

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時間（sec) e3m200§=-100-200-300i-soo-goo -(35^^4

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時間（sec) 時間（sec) 圖七 1330802

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1330802

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