CN116271795A - 摇杆装置及游戏手柄 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种摇杆装置及游戏手柄，该摇杆装置包括壳体、摇杆、传感组件以及控制组件，摇杆与壳体可活动连接；传感组件包括沿第一方向间隔设置的导电件和传感器线圈，导电件设置于摇杆并可跟随摇杆运动，传感器线圈相对壳体保持固定；控制组件与传感组件电连接，并向传感器线圈输出电信号；当摇杆运动时，导电件与传感器线圈在第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使传感器线圈的电磁信号对应变化，控制组件用于根据传感器线圈的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。本技术方案能够提升摇杆的使用寿命和性能稳定性，同时还具有较低的功耗和成本。

Description

摇杆装置及游戏手柄

技术领域

本发明涉及电子设备领域，特别涉及一种摇杆装置及游戏手柄。

背景技术

随着生活水平的提高，人们的业余生活越来越丰富，摇杆在游戏中使用的频率越来越高。相关技术中，常规的薄膜电阻摇杆受限于工艺影响，使用寿命受到限制，一般使用寿命在两百万次左右；并且薄膜电阻摇杆在使用时，由于弹片与薄膜电阻摩擦导致的碳颗粒吸附问题容易带来漂移问题，导致性能稳定性差，受用户诟病较多。为解决上述问题，市面上出现了霍尔摇杆，但霍尔摇杆的功耗较高，不适用于低功耗产品，且霍尔摇杆的成本较高，降低了产品市场竞争优势。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种摇杆装置及游戏手柄，旨在提升摇杆的使用寿命和性能稳定性，同时还具有较低的功耗和成本。

为实现上述目的，本发明提出的摇杆装置，包括：

壳体；

摇杆，与所述壳体活动连接；

传感组件，包括沿第一方向间隔设置的导电件和传感器线圈，所述导电件设置于所述摇杆并可跟随所述摇杆运动，所述传感器线圈相对所述壳体保持固定；

控制组件，与所述传感组件电连接，并向所述传感器线圈输出电信号；当所述摇杆运动时，所述导电件与所述传感器线圈在所述第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使所述传感器线圈的电磁信号对应变化，所述控制组件用于根据所述传感器线圈的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。

可选地，所述传感器线圈设置为多个，多个所述传感器线圈沿所述导电件的移动轨迹间隔设置；

所述控制组件与多个所述传感器线圈分别电连接，用于向多个所述传感器线圈输出电信号；

当所述摇杆运动时，所述导电件与至少一个所述传感器线圈在所述第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使至少一个所述传感器线圈的电磁信号对应变化_，所述控制组件用于根据多个所述传感器线圈的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。

可选地，在所述摇杆的带动下，所述导电件和所述传感器线圈之间能够发生相对转动或者直线运动。

可选地，所述传感器线圈设置为方形线圈、圆形线圈或不规则形状线圈。

可选地，所述导电件包括FPC或钢片。

可选地，所述摇杆包括摇杆柄和旋转结构，所述旋转结构具有转轴，所述摇杆柄通过所述旋转结构与所述壳体可转动连接，所述导电件与所旋转结构的转轴连接。

可选地，所述摇杆装置还包括角度检测传感器，所述角度检测传感器包括固定件和可动件，所述可动件与所述旋转结构的转轴连接而可相对所述固定件旋转，所述导电件设于所述可动件，所述传感器线圈设于所述固定件。

可选地，所述旋转结构的转轴包括相互垂直的X向转轴和Y向转轴，所述角度检测传感器设置有两个，其中一个所述角度检测传感器与所述X向转轴连接，另一个所述角度检测传感器与所述Y向转轴连接，各所述角度检测传感器上均设有一组所述传感组件。

可选地，所述控制组件包括相互电连接的触控芯片和主控元件，所述传感器线圈与所述触控芯片电连接；

所述触控芯片用于将所述传感器线圈的电磁信号发送至所述主控元件，所述主控元件用于对所述电磁信号进行处理生成所述摇杆动作信息。

可选地，所述传感组件为间隔设置的多组，所述控制组件分别于每一所述传感组件电连接。

本发明还提出了一种游戏手柄，包括以上任意一项所述的摇杆装置。

本发明的技术方案通过设置导电件和传感器线圈，传感器和到电件之间沿第一方向相对叠合时产生电感，且导电件与摇杆连接，如此，当摇杆运动时，使得导电件与传感器线圈之间发生相对移动，进而使得导电件和传感器线圈在第一方向相对叠合的叠合面积发生改变，传感器线圈的电磁信号对应改变，通过控制组件对电磁信号进行处理，从而得到摇杆的动作信息。相较于传统的碳膜摇杆而言，本发明的摇杆装置可通过非接触的方式实现摇杆动作检测，不存在接触磨损的问题，可有效提升摇杆的使用寿命，同时也不存在由于弹片与薄膜电阻摩擦导致的碳颗粒吸附问题，不会产生摇杆漂移问题，可有效提升摇杆的性能稳定性。并且相较于霍尔摇杆而言，本发明的摇杆装置采用电磁感应实现摇杆动作检测，功耗更低，成本更低，可有效提升产品市场竞争优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明摇杆装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明摇杆装置一实施例中传感组件第一状态的结构示意图；

图3为本发明摇杆装置一实施例中传感组件第二状态的结构示意图；

图4为本发明摇杆装置一实施例中传感组件第三状态的结构示意图；

图5为本发明摇杆装置一实施例中传感组件沿第一方向的结构示意图；

图6为本发明摇杆装置一实施例中的电路功能模块示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种摇杆装置100。

请参照图1至图6，在本发明一实施例中，该摇杆装置100包括壳体10、摇杆20、传感组件30以及控制组件50。所述摇杆20与所述壳体10活动连接；所述传感组件30包括沿第一方向间隔设置的导电件32和传感器线圈31，所述导电件32设置于所述摇杆20并可跟随所述摇杆20运动，所述传感器线圈31相对所述壳体10保持固定；控制组件50与所述传感组件30电连接，并向所述传感器线圈31输出电信号；当所述摇杆20运动时，所述导电件32与所述传感器线圈31在所述第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使所述传感器线圈31的电磁信号对应变化，所述控制组件50用于根据所述传感器线圈31的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。

可选地，壳体10用于形成摇杆装置100的主体支撑结构，可由塑料等绝缘材料制成，壳体10的形状可根据实际需要设计为方形、球形或者其他形状，在此不作具体限定。摇杆20与壳体10可活动连接的方式有多种，例如，摇杆20与壳体10可转动连接，使得摇杆20可相对壳体10转动；又例如，摇杆20与壳体10可滑动连接，使得摇杆20可相对壳体10滑动；再例如摇杆20与壳体10通过复合连接结构进行连接，使得摇杆20即可相对壳体10转动，又可相对壳体10滑动。传感组件30包括沿第一方向间隔设置的导电件32和传感器线圈31，传感器线圈31快速充放电产生有高频磁场，当导电件32接近该磁场时，金属物体内部产生涡电流，导致磁场能量衰减，当导电件32不断靠近传感器线圈31的感应面，能量的被吸收而导致衰减，影响传感器线圈31的电感值，触发传感器输出一个电磁信号，控制组件50用于根据所述传感器线圈31的电磁信号生成对应的摇杆动作信息，从而达到非接触式之检测目的。当摇杆20运动时，传感器线圈31与导电件32两者之间产生相对位移，以使二者的叠合面积发生变化，而导电件32与传感器线圈31重叠面积的大小影响传感器线圈31的感值，进而影响传感器芯片输出值。需要说明的是，叠合面积是指传感器线圈31与导电件32沿第一方向正对部分的重合面积。

根据电感感应原理，当传感器线圈31与导电件32的叠合面积发生变化时，传感器线圈31的电感会发生改变，进而可产生相应的电磁信号。通过控制组件50对电磁信号进行处理从而可得到摇杆20的动作信息。此外，还可根据产品需求设置按键，其中，按键可根据需求设置在壳体10内部或者外部，部分不需要按键功能的产品可以取消按键。

本发明的技术方案通过设置导电件32和传感器线圈31，传感器和到电件之间沿第一方向相对叠合时产生电感，且导电件32与摇杆20连接，如此，当摇杆20运动时，使得导电件32与传感器线圈31之间发生相对移动，进而使得导电件32和传感器线圈31在第一方向相对叠合的叠合面积发生改变，传感器线圈31的电磁信号对应改变，通过控制组件50对电磁信号进行处理，从而得到摇杆20的动作信息。相较于传统的碳膜摇杆20而言，本发明的摇杆装置100可通过非接触的方式实现摇杆20动作检测，不存在接触磨损的问题，可有效提升摇杆20的使用寿命，同时也不存在由于弹片与薄膜电阻摩擦导致的碳颗粒吸附问题，不会产生摇杆20漂移问题，可有效提升摇杆20的性能稳定性。并且相较于霍尔摇杆而言，本发明的摇杆装置100采用电磁感应实现摇杆20动作检测，功耗更低，成本更低，可有效提升产品市场竞争优势。

在其中一个实施例中，导电件32可以选用FPC(Flexible Printed Circuit,柔性印制线路板,简称软板)，也可以是钢片，其结构简单，体积较小，同时还具有较高的灵敏度。

需要说明的是，关于传感器线圈31与导电件32的相对运动方式有多种。在其中一个实施例中，在所述摇杆20的带动下，所述传感器线圈31和导电件32之间能够发生相对转动。如图1至图4所示，当摇杆20相对壳体10转动时，通过摇杆20带动导电件32转动一定的角度，进而可使导电件32相对传感器线圈31转动，使得导电件32与传感器线圈31的叠合面积发生变化。

在另一实施例中，在所述摇杆20的带动下，所述导电件32和所述传感器线圈31之间能够发生相对直线运动。以导电件32与摇杆20相连接为例，当摇杆20相对壳体10滑动时，通过摇杆20带动导电件32进行直线运动，进而可使导电件32相对传感器线圈31进行直线平移，使得导电件32与传感器线圈31的叠合面积发生变化，对应传感器线圈31的电感值发生变化。

需要说明的是，所述导电件32采用导电材料制成。其中，导电材料包括但不限于采用铜、钢、铝等金属导电材料制成，或者也可采用如石墨烯等高分子导电材料制成。

在其中一个实施例中，所述传感器线圈31设置为多个，多个所述传感器线圈31沿所述导电件32的移动轨迹间隔设置；所述控制组件50与多个所述传感器线圈31分别电连接，用于向多个所述传感器线圈31输出电信号；当所述摇杆20运动时，所述导电件32与至少一个所述传感器线圈31在所述第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使至少一个所述传感器线圈31的电磁信号对应变化，所述控制组件50用于根据多个所述传感器线圈31的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。

可选地，将传感器线圈31设定为间隔设置的多个，如，传感器线圈31为间隔设置的2个、3个、4个或是更多个，在此不限定其具体数量，具体可根据检测灵敏度以及壳体10的内部空间进行设计。其中，导电件32为片状，可以将其沿导电件32的运动轨迹方向的尺寸设置槽为两边小中间大的棱形状，使得导电片随摇杆20运动时，传感器线圈31的感值和容值都具有渐变特性，对摇杆20的转动检测更精准。在此不对导电件32的形状一一限定，只要其随摇杆20运动时，传感器线圈31与导电件32的重叠面积发生改变，传感器线圈31的电感值发生改变即可。

在本实施例中，以该传感器线圈31为间隔设置的4个，该导电件32的尺寸设计成可以与其中相邻两个电感器线圈沿第一方向均叠合为例，在摇杆20带动导电件32转动时，该导电件32与其中任意一个电感器线圈沿第一方向的叠合面积发生改变，对应使该电感器线圈的感值发生改变。在导杆带动导电件32转动时，相邻两个传感器线圈31与该导电件32的叠合面积均发生改变，即其中相邻的两个感应器线圈的感值均发生改变，控制组件50根据该相应两个传感器线圈31的电磁信号生成对应的摇杆20动作信号，相比于单通道而言，该方案可以解决因温度变化及板上信号干扰导致的触控信号跳变问题，提高了***稳定性。

进一步地，将4个间隔设置的传感器线圈31依次定义为第一线圈31a、第二线圈31b、第三线圈31c以及第四线圈31d，如图2所示传感组件30处于第一状态时，该导电件32同时与第二线圈31b和第三线圈31c的部分重叠，第二线圈31b和第三线圈31c的电感值发发生改变。如图3所示传感组件30处于第二状态时，该导电件32同时与第一线圈31a和第二线圈31b的部分重叠，第一线圈31a和第二线圈31b的电感值发发生改变。如图4所示传感组件30处于第三状态时，该导电件32同时与第三线圈31c和第四线圈31d的部分重叠，第三线圈31c和第四线圈31d的电感值发发生改变。随着摇杆20的转动角度的变化，导电件32与第一线圈31a、第二线圈31b、第三线圈31c以及第四线圈31d的叠合面积发生变化，进而使得第一线圈31a、第二线圈31b、第三线圈31c以及第四线圈31d的电感值变化，输出对应的电磁信号，以实现摇杆20动作检测。

需要说明的是，在其他实施例中，该导电件32也可以是同时与3个或是更多个相邻的传感器线圈31叠合，在此不对其一一限定。

其中，该传感器线圈31设置为方形线圈、圆形线圈或不规则形状线圈。在此处，该传感器线圈31主要根据导电件32在第一方向上的叠合面积，电感发生改变，并输出给控制组件50对应的电感信号。在此不对其形状进行限定，只要其能够在摇杆20带动所述导电件32运动时，该传感器线圈31的电感值发生变化，并输出对应的电磁信号给控制组件50即可。

请参照图1，在其中一个实施例中，所述摇杆20包括摇杆柄21和旋转结构22，所述摇杆柄21通过所述旋转结构22与所述壳体10可转动连接，所述导电件32与所述旋转结构22的转轴221连接。

在本实施例中，当用户操作摇杆柄21时，通过旋转结构22可实现摇杆柄21相对壳体10的转动。其中，旋转结构22可根据实际需要设置为铰链、万象节等结构。旋转结构22具有转轴221，导电件32与旋转结构22的转轴221连接，传感器线圈31相对壳体10保持固定，进而可通过摇杆柄21带动旋转结构22的转轴221相对壳体10转动，进而实现导电件32和传感器线圈31之间的相对转动。当传感器线圈31为一个时(单通道角度传感器)，根据转动角度的不同，导电件32与该传感器线圈31的叠合面积不同，进而传感器线圈31的电感发生变化，其输出的电磁信号会发生变化，使实现对摇杆20的转动检测。当传感器线圈31为间隔设置的4个时(四通道角度传感器)，如图2-5所示，根据转动角度的不同，导电件32与相邻两个传感器线圈31的叠合面积不同，进而相邻两个传感器线圈31的电感发生变化，两个传感器线圈31输出的电磁信号均会发生变化，也能实现对摇杆20的转动检测。

在其中一个实施例中，所述摇杆装置100还包括角度检测传感器40，所述角度检测传感器40包括固定件和可动件，所述可动件与所述旋转结构22的转轴221连接而可相对所述固定件旋转，所述导电件32设于所述可动件，所述传感器线圈31设于所述固定件。

在本实施例中，角度检测传感器40通过可动件与固定件的配合能够实现摇杆20的转动角度检测，例如，可动件为与旋转结构22的转轴221连接的齿轮，固定件为设于齿轮一侧的摩擦片，通过旋转结构22的转轴221带动齿轮转动，通过摩擦片与齿轮配合以收集产生的电信号，进而可实现对摇杆20转动角度的检测。当旋转结构22的转轴221带动角度检测传感器40的可动件旋转时，能够带动导电件32一并旋转，从而实现导电件32与传感器线圈31之间的相对转动。在本实施例中，通过将导电件32、传感器线圈31均集成于角度检测传感器40上，使得整体结构更为紧凑，更有利于产品整体体积的小型化。

进一步地，所述旋转结构22的转轴221包括相互垂直的X向转轴和Y向转轴，所述角度检测传感器40设置有两个，其中一个所述角度检测传感器40与所述X向转轴连接，另一个所述角度检测传感器40与所述Y向转轴连接，各所述角度检测传感器40上均设有一组所述传感组件30。在本实施例中，通过设置两个角度检测传感器40，可分别对摇杆20的X向的旋转角度和Y向的旋转角度进行检测，同时每个角度检测传感器40上均设有一组传感组件30，可分别对摇杆20的X向的动作和Y向的动作进行检测，从而能够提升摇杆装置100整体的检测灵敏度。

如图6所示，在上述实施例的基础上，所述控制组件50包括相互电连接的触控芯片51和主控元件52，所述传感器线圈31与所述触控芯片51电连接；所述触控芯片51用于将所述传感器线圈31输出的感应信号发送至所述主控元件52，所述主控元件52用于对所述感应信号进行处理生成所述摇杆20的动作信息。

具体地，触控芯片51设有接收通道(RX)，传感器线圈31与接收通道(RX)连接，当传感器线圈31为间隔设置的多个时，触控芯片51的接收通道(RX)对应设置为多个，如图2-4所示，该传感器线圈31为间隔设置的4个为例，触控芯片51对应设有与每一传感器线圈31相连接的接收通道(RX)。当摇杆20运动时，其中两个传感器线圈31的电感值发生变化，其输出的电磁信号对应发生变化，触控芯片51将电磁信号发送至主控元件52(例如MCU)，进而主控元件52可根据预设的程序或者算法对电磁信号进行数据拟合，从而生成摇杆20的动作信息。

在一实施例中，所述传感组件30为间隔设置的多组，所述控制组件50分别于每一所述传感组件30电连接。

可选地，该传感组件30可以是为间隔设置的2组、3组、4组或是更多组，在此不作限定。在本实施例中，以该传感组件30为间隔设置的两组为例进行说明(图未示出)，分别定义为第一传感组件和第二传感组件，对应地，第一传感组件包括第一导电件和第一传感器线圈，第二传感组件包括第二导电件和第二传感器线圈，第一导电件和第二发射电极间隔设置于摇杆200上而可跟随摇杆200运动，第一传感器线圈和第二传感器线圈均对应间隔安装固定在壳体100上。当摇杆200运动时，第一导电件和第一传感器线圈之间的叠合面积发生变化，以输出对应大小的第一电磁信号；第二导电件和第二传感器线圈之间的叠合面积也发生变化，对应输出对应大小的第二电磁信号。此时，第一传感组件和第二传感组件分别会输出对应的电磁信号给控制组件50，如此，控制组件500通过对第一电磁信号和第二电磁信号进行处理以得到摇杆200的动作信息，增加了传感组件30的输出范围，进一步提高了摇杆装置100的灵敏度。

本发明还提出一种游戏手柄，该游戏手柄包括摇杆装置100，该摇杆装置100的具体结构参照上述实施例，由于本游戏手柄采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种摇杆装置，其特征在于，包括：

壳体；

摇杆，与所述壳体活动连接；

传感组件，包括导电件和沿第一方向间隔设置的传感器线圈，所述导电件设置于所述摇杆并可跟随所述摇杆运动，所述传感器线圈相对所述壳体保持固定；

控制组件，与所述传感组件电连接，并向所述传感器线圈输出电信号；当所述摇杆运动时，所述导电件与所述传感器线圈在所述第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使所述传感器线圈的电磁信号对应变化，所述控制组件用于根据所述传感器线圈的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。

2.如权利要求1所述的摇杆装置，其特征在于，所述传感器线圈设置为多个，多个所述传感器线圈沿所述导电件的移动轨迹间隔设置；

所述控制组件与多个所述传感器线圈分别电连接，用于向多个所述传感器线圈输出电信号；

当所述摇杆运动时，所述导电件与至少一个所述传感器线圈在所述第一方向相对叠合的叠合面积发生变化，以使至少一个所述传感器线圈的电磁信号对应变化，所述控制组件用于根据多个所述传感器线圈的电磁信号生成对应的摇杆动作信息。

3.如权利要求1所述的摇杆装置，其特征在于，在所述摇杆的带动下，所述导电件和所述传感器线圈之间能够发生相对转动或者直线运动。

4.如权利要求1所述的摇杆装置，其特征在于，所述传感器线圈设置为方形线圈、圆形线圈或不规则形状线圈。

5.如权利要求1所述的摇杆装置，其特征在于，所述导电件包括FPC或钢片。

6.如权利要求1所述的摇杆装置，其特征在于，所述摇杆包括摇杆柄和旋转结构，所述旋转结构具有转轴，所述摇杆柄通过所述旋转结构与所述壳体可转动连接，所述导电件与所旋转结构的转轴连接。

7.如权利要求6所述的摇杆装置，其特征在于，所述摇杆装置还包括角度检测传感器，所述角度检测传感器包括沿第一方向间隔设置的固定件和可动件，所述固定件相对所述壳体保持固定，所述可动件与所述旋转结构的转轴连接而可跟随所述转轴运动，以使所述可动件相对所述固定件旋转；所述导电件设于所述可动件，所述传感器线圈设于所述固定件。

8.如权利要求7所述的摇杆装置，其特征在于，所述旋转结构的转轴包括相互垂直的X向转轴和Y向转轴，所述角度检测传感器设置有两个，其中一个所述角度检测传感器与所述X向转轴连接，另一个所述角度检测传感器与所述Y向转轴连接，各所述角度检测传感器上均设有一组所述传感组件。

9.如权利要求1至8任意一项所述的摇杆装置，其特征在于，所述控制组件包括相互电连接的触控芯片和主控元件，所述传感器线圈与所述触控芯片电连接；

所述触控芯片用于将所述传感器线圈的电磁信号发送至所述主控元件，所述主控元件用于对所述电磁信号进行处理生成所述摇杆动作信息。

10.如权利要求1所述的摇杆装置，其特征在于，所述传感组件为间隔设置的多组，所述控制组件分别于每一所述传感组件电连接。

11.一种游戏手柄，其特征在于，包括如权利要求1至10任意一项所述的摇杆装置。

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