WO2015058391A1 - 空中掌控输入装置和方法 - Google Patents

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朱春生
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Definitions

  • the present invention relates to an external device of a terminal device, and in particular to an airborne control input device and method.
  • the computer control interface has experienced the development of a 3D interface from the command interface to the graphical interface to the current hot book.
  • the 3D interface can present the user's needs in the most intuitive way possible, giving users a good experience.
  • computer input devices such as mice have recently received attention and development.
  • the existing aerial mouse is mostly used as a pointer, a remote control device, etc., and is not really applied as a computer input device.
  • the traditional air mouse only controls the vertical and horizontal displacement of the controlled object. Meet the needs. Summary of the invention
  • the technical problem to be solved by the present invention is how to realize the plane manipulation and stereoscopic manipulation of the controlled object on the terminal interface by operating the mouse independently of the carrier.
  • An embodiment of the present invention provides an air control input device, including: a housing; An interface chip disposed in the housing for communicating with the terminal device,
  • a gyroscope disposed in the housing for collecting angular velocity values of the air control input device on the X-axis, the y-axis, and the z-axis of the stereoscopic space, and transmitting an angular velocity signal including the angular velocity value;
  • An angular velocity processor disposed in the housing and coupled to the gyroscope and the interface chip for determining the angular velocity value included in the angular velocity signal from the gyroscope and the gyroscope
  • the sampling period calculates the rotation angle on the xy plane of the air control input device, the stereo rotation azimuth angle, and the stereo rotation angle at the stereo rotation book azimuth.
  • An embodiment of the present invention further provides an airborne control input method, comprising the steps of: collecting, by a gyroscope, an angular velocity value of an airborne input device on an X-axis, a y-axis, and a z-axis of a three-dimensional space;
  • the air control input device provided by the invention can operate in the air independently of the carrier.
  • the device and the method can not only realize the traditional plane control function, but also realize the manipulation of the stereo controlled component, and perform planar stereoscopic full-scale operation on the interface. control.
  • FIG 1 is a schematic structural diagram of an air control input device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of an air control input device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of an air control input device according to still another embodiment of the present invention;
  • FIG. 5 is a schematic structural diagram of a gyroscope according to an embodiment of the present invention;
  • Figure 6 is a schematic illustration of angular velocity of one embodiment of the present invention.
  • 11 left touch signal collector; 12: right touch signal collector; 2: touch signal processor; 3: signal acquisition switch; 41: accelerometer; 42: book speed processor; 61: gyroscope; 62: angular velocity processor; 7: interface chip; 8: housing.
  • FIG. 1 is a schematic structural view of an airborne control input device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic structural view of a gyroscope according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic diagram of angular velocity of an embodiment of the present invention.
  • the air control input device includes: a gyroscope 61, an angular velocity processor 62, a signal acquisition switch 3, an interface chip 7, and a housing 8.
  • the housing 8 is the outer casing of the entire airborne input device that houses the other components in the airborne control input device.
  • the housing 8 in this embodiment is hemispherical, and of course, it can also be ergonomically designed to suit the shape of the palm of the hand.
  • the interface chip 7 is used to communicate with the terminal device.
  • the specific structure of the gyroscope 61 is shown in Fig. 5.
  • the signal acquisition switch 3 is electrically connected to the angular speed degree processor 62 for generating a start signal for triggering the gyro 61 to start collecting the angular velocity value of the air control input device, and for generating the end of the gyro 61 to stop collecting the angular velocity value. signal.
  • the signal acquisition and opening of the book can be either a micro switch or a combination of a pressure sensor and a pressure signal processor.
  • the signal acquisition switch 3 is a micro switch
  • the user touches the micro switch, the switch spring of the micro switch contacts the normally open contact, generates a start signal and sends the start signal to the angular velocity processor 62; Reconnecting the microswitch, the switching tab of the microswitch contacts the normally closed contact, thereby generating an end signal and transmitting the end signal to the angular velocity processor 62.
  • the signal acquisition switch 3 is a combination of a pressure sensor and a pressure signal processor
  • the user applies pressure to the pressure sensor, and generates a pressure signal including the pressure value and transmits the pressure signal to the pressure signal processor if the pressure signal
  • the processor determines that the pressure value is greater than the set pressure threshold, generating a start signal and transmitting the start signal to the angular velocity processor 62; if the pressure signal processor determines that the pressure value is less than the pressure threshold, generating an end signal and ending the The signal is sent to the angular velocity processor 62.
  • the gyroscope 61 is connected to the angular velocity processor 62, and the angular velocity processor 62 is also connected to the interface chip 7 and the signal acquisition switch 3. After the angular velocity processor 62 receives the start signal transmitted by the signal acquisition switch 3, the control gyro 61 starts to acquire the angular velocity value.
  • the angular velocity processor 62 calculates the angular control value of the air control input device on the xy plane according to the received angular velocity value of the input device on the three axes and the sampling period of the gyroscope 61 using the following formula. rotation angle ⁇ ⁇ , the air input control means of the rotating azimuth angle [zeta] perspective «perspective and the perspective angle of rotation of the rotating azimuth angle ⁇ .
  • % represents the angular velocity of the script axis of the airborne input device
  • T represents the sampling period of the gyroscope 61.
  • the angular velocity of the xy plane is the angular velocity of the z-axis. Therefore, the rotation angle z ⁇ in the present embodiment is used to control the rotation angle of the controlled object on the interface of the terminal device in the xy plane of the display space.
  • the direction of the ray ⁇ is obtained by the ray ⁇ perpendicular to the 1-axis on the xy plane, the ray OE and
  • the angle between the positive directions of the X-axis is the stereo rotation azimuth ⁇ .
  • the stereo rotation azimuth changes as the X-axis angular velocity and the y-axis angular velocity of the air-controlled input device change.
  • the stereo rotation azimuth is used to control the controlled object on the interface of the terminal device in the display space.
  • the stereo rotation angle z ⁇ of the airborne control input device at the stereo rotation azimuth Z" is calculated according to the formula (3): where, represents the X-axis angular velocity of the air-controlled input device, and ⁇ represents the y-axis angular velocity of the air-controlled input device, %
  • the on-axis angular velocity of the air-controlled input device and T indicate the sampling period of the gyroscope 61.
  • the stereo rotation angle ⁇ at the stereo rotation azimuth angle ⁇ is used to control the stereo rotation angle of the controlled object on the interface of the terminal device at the rotation azimuth angle on the xy plane of the book display space.
  • the method for calculating the rotation angle, the stereo rotation azimuth angle, and the rotation angle at the stereo rotation azimuth angle in the xy plane of the air control input device in this embodiment is not limited to the method listed in the above formula, as long as it can reflect the action of the air control input device. It is only necessary to control the motion of the controlled object in the space on the terminal device.
  • This embodiment also provides an air control input method, including the following steps:
  • Step S11 using a gyroscope to collect an angular velocity value of the air control input device on the X axis, the y axis, and the z axis;
  • Step S12 Calculate, according to the angular velocity value and the sampling period of the gyroscope, a rotation angle on the xy plane of the air control input device, a stereo rotation azimuth angle, and a stereo rotation angle at the stereo rotation azimuth angle.
  • the gyroscope 61 in this embodiment may be a ball bearing free gyroscope, a liquid floating gyroscope, an electrostatic gyroscope, a laser gyroscope, and a capacitive gyroscope, and is preferably a capacitive gyroscope manufactured by InvenSense.
  • the air control input device of the embodiment is increased on the basis of the first embodiment.
  • An accelerometer 41 and an acceleration processor 42 are added, wherein: the accelerometer 41 is coupled to the acceleration processor 42, and the acceleration processor 42 is also electrically coupled to the signal acquisition switch 3 and the interface chip 7.
  • the signal acquisition switch 3 is further configured to transmit a start signal indicating that the accelerometer 41 starts to acquire the acceleration value and an end signal indicating that the accelerometer 41 stops collecting the acceleration value to the acceleration processor 42.
  • the acceleration processor 42 includes a storage module for storing acceleration components in the three-axis directions of the X-axis, the y-axis, and the z-axis obtained by processing the acceleration of each of the air-controlled input devices, and is also used to store the air-controlled input device.
  • the directions of the X-axis, the y-axis and the z-axis are set at the time of expelling the accelerometer.
  • the direction of the three axes is defined as follows:
  • the air-controlled input device is placed on a horizontal surface, and the bottom surface of the input device is controlled by the air
  • the front of the device is directed to the X-axis direction
  • the right direction perpendicular to the X-axis is the y-axis direction
  • the direction perpendicular to the plane is the z-axis direction.
  • the acceleration processor 42 instructs the accelerometer 41 to start collecting the acceleration values of the airborne input device.
  • the accelerometer 41 starts to acquire the acceleration value of one sampling period of the air control input device according to the instruction of the acceleration processor 42, and transmits the acceleration signal including the collected acceleration value to the acceleration processor 42.
  • the acceleration processor 42 decomposes the received acceleration value into acceleration components ( , a yi , a zi ) in the three-axis directions of the X-axis, the y-axis, and the z-axis, and based on the acceleration components in the respective directions obtained from the previous acquisition ( a ⁇ , a yi _, , obtain the acceleration change values ( ⁇ ⁇ , Aa y , Aa z ), and calculate the speed change values in each direction according to the acceleration change values ( ⁇ ⁇ ⁇ , Aa y , ⁇ « ) ⁇ ⁇ ,
  • the acceleration processor 42 calculates the displacement change value of the controlled object on the three axes according to the stored initial speeds ( ⁇ , . . . ) of the X-axis, the y-axis, and the ⁇ axis, and the formula is as follows:
  • ⁇ is the displacement change value of the air-controlled input device in the X-axis direction
  • ⁇ is the X-axis displacement change value proportional coefficient
  • ⁇ is The displacement change value of the controlled object on the interface of the terminal device in the X-axis direction.
  • ⁇ is the y-axis displacement change value proportional coefficient, which is the displacement change value of the controlled object in the y-axis direction on the interface of the terminal device.
  • the displacement change value of the input device in the z- axis direction is the z-axis displacement change value proportional coefficient
  • ⁇ is the displacement change value of the controlled object in the z-axis direction on the interface of the terminal device.
  • the scale factors can be changed according to various actual conditions.
  • the three scale factors can be the same or different, as long as the displacement control of the controlled object by the movement of the air control input device can be performed, for example, if the movement of the controlled object is desired to increase Large, you can increase the scale factor.
  • the acceleration processor 42 then sends a displacement change amount signal containing ⁇ , ⁇ ⁇ , and ⁇ to the interface chip 7, and the interface chip 7 transmits the displacement change amount signal to the terminal device through the communication module.
  • ⁇ ⁇ ⁇ is used to control the displacement variation of the controlled object on the terminal interface in the X-axis, y-axis, and x-axis directions of the display space, respectively.
  • the measured three-axis speed value of the input device is stored and used as the initial speed for the next sampling.
  • the acceleration processor 42 receives the end signal, the value of ( . , y y ⁇ o ) is cleared to zero.
  • the acceleration processor 42 may further include: a determining module.
  • the storage module also stores an acceleration threshold, which can be set empirically.
  • the judging module is configured to judge whether the acceleration value collected by the accelerometer 41 is greater than the acceleration threshold, and only when the acceleration value is greater than the acceleration threshold, the acceleration value is decomposed and subjected to subsequent calculation. To avoid malfunctions caused by actions such as user's hand shake.
  • This embodiment also provides a method for controlling the input book in the air, comprising the following steps:
  • Step S21 The accelerometer collects an acceleration value of the input device in the air, and sends an acceleration signal including the acceleration value to the acceleration processor;
  • Step S22 The acceleration processor decomposes the acceleration value into acceleration components on the X-axis, the y-axis, and the z-axis of the stereo space;
  • Step S23 The acceleration processor obtains an acceleration change value according to the acceleration component and the stored acceleration component obtained by the previous acquisition, and multiplies the acceleration change value by the sampling period to obtain a speed change value of the air control input device in the three-axis direction. Then, according to the acceleration change value, the speed change value, the sampling period, and the proportional coefficient, a displacement change value for controlling a displacement change of the controlled object on the interface of the terminal device on the three axes is calculated.
  • the accelerometer 41 in this embodiment may be a capacitive accelerometer, a bubble accelerometer, and a pressure accelerometer, preferably a capacitive accelerometer.
  • the air control input device of the present embodiment adds a left touch signal collector 11, a right touch signal collector 12 and a touch signal processor 2 to the above-mentioned first embodiment.
  • the left touch signal collector 11 and the right touch signal collector 12 are electrically connected to the touch signal processor 2, respectively, and the touch signal processor 2 is electrically connected to the interface chip 7.
  • the touch signal collector can also be set to one or more.
  • the touch pressure signal includes a pressure value and the touch signal collector
  • the identification of the left touch signal collector 11 and the right touch signal collector 12 respectively sends the generated touch signals to the touch signal processor 2.
  • the touch signal processor 2 extracts the touch pressure information from the received touch voltage signal and combines it into a group of information including two sets of touch pressure information, and sends the information group to the interface chip 7, and the interface chip 7 will receive the information.
  • the information group is sent to the terminal device. When only one touch signal collector is set, the touch signal processor 2 only forwards the received touch signal to the interface chip 7.
  • the touch pressure information is used to instruct a program in the terminal device to perform a corresponding action.
  • the playback button of the player on the interface of the terminal device is controlled by the left touch signal collector 11, the magnitude of the pressure value corresponds to the speed of the playback speed, and the pressure of the continuous N sampling periods corresponds to whether the next level is popped up. Menu, and more.
  • the identification in the touch information is used to indicate which of the touch signal collectors the information came from.
  • the pressure signal collector can be a piezoresistive pressure sensor, an inductive pressure sensor, a capacitive pressure sensor, a resonant pressure sensor, a resistance strain gauge pressure sensor, a semiconductor strain gauge pressure sensor, a capacitive acceleration sensor, a micro switch, and the like.
  • the piezoresistive pressure sensor has extremely low price, high precision, and good linearity, the present embodiment employs a piezoresistive pressure sensor as a touch signal collector.
  • the housing 8 is movably disposed at a position corresponding to the touch signal collector so as to be able to contact the touch signal collector to generate a touch signal.
  • This embodiment also provides an air control input method, including the following steps:
  • Step S31 Each touch signal collector senses an external force to operate the input device, and generates a touch signal including the touch pressure information, where the touch pressure information includes a pressure value and an identifier of the touch signal collector; The touch signal is sent to the touch signal processor; Step S32: The touch signal processor sends the touch signal to the terminal device through the interface chip.
  • the air control input device of the present embodiment adds the left touch signal collector 11, the right touch signal collector 12 and the touch signal processor 2 to the second embodiment.
  • the left touch signal collector 11 and the right touch signal collector 12 are electrically connected to the touch signal processor 2, respectively, and the touch signal processor 2 is electrically connected to the interface chip 7.
  • the storage medium may be a magnetic disk, an optical disk, a read-only memory (ROM), or a random access memory (RAM).
  • the air control input device provided according to the embodiment of the present invention can be applied to the field of computer peripherals, and the air control input device can operate in the air independently of the carrier, and the device and the method can not only implement the traditional plane control function, but also It can realize the manipulation of the stereo controlled components and perform the planar stereoscopic all-round control of the interface.

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Abstract

本发明涉及计算机外设技术领域，提供了一种空中掌控输入装置，包括壳体；接口芯片，设置在壳体内，用于与终端设备通信，还包括：陀螺仪，设置在壳体内，用于采集空中掌控输入装置在立体空间的x轴、y轴和z轴上的角速度值，并发送包含角速度值的角速度信号；角速度处理器，设置在壳体内，与所述陀螺仪和接口芯片连接，用于根据来自陀螺仪的角速度信号中所包含的角速度值以及陀螺仪采样周期计算得出空中掌控输入装置的xy平面上的旋转角度、立体旋转方位角以及立体旋转方位角处的立体旋转角度。本发明不仅可以实现传统的平面操控功能，还能够实现对立体被控部件在空间的三轴位移和角度旋转操控，对界面进行平面立体全方位的控制。

Description

空中掌控输入装置和方法
技术领域
本发明涉及终端设备的外接设备， 具体涉及一种空中掌控输入装置和方 法。 背景技术 说
计算机问世以来， 经历了很多技术革新。 例如计算机操控界面， 经历了 从命令界面到图形界面、再到现在炙手可书热的 3D界面的发展。 3D界面能够 将用户所需以尽可能直观的方式呈现出来， 带给用户良好的体验效果。 与此 同时， 例如鼠标等计算机输入设备近来也得到了重视和发展。
空中鼠标的出现是计算机输入设备的发展史上的一个里程碑。操作者不 需要将其放置在任何平面上， 哪怕在空中， 空中鼠标也可以根据操作者的移 动和点击对终端界面上的被控对象进行控制， 自由方便。
然而， 现有的空中鼠标大多用做教鞭、 遥控设备等， 并没有真正作为计 算机输入设备来应用。 而且在一些场景中， 例如 3D游戏、 3D建模操作等等， 都需要对界面进行平面、 立体全方位的控制， 传统的空中鼠标仅对被控对象 的垂直和水平位移进行控制显然已不能够满足需求。 发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题是如何通过不依赖于载体对鼠标进行操作来 实现对终端界面上被控对象的平面操控和立体操控。
解决方案
本发明实施例提供了一种空中掌控输入装置， 包括： 壳体； 以及 接口芯片， 设置在所述壳体内， 用于与终端设备通信，
还包括：
陀螺仪， 设置在所述壳体内， 用于采集所述空中掌控输入装置在立体空 间的 X轴、 y轴和 z轴上的角速度值， 并发送包含所述角速度值的角速度信号； 以及
角速度处理器，设置在所述壳体内，与所述陀螺仪和所述接口芯片连接， 用于根据来自所述陀螺仪的所述说角速度信号中所包含的所述角速度值以及 所述陀螺仪的采样周期计算得出所述空中掌控输入装置的 xy平面上的旋转 角度、 立体旋转方位角以及所述立体旋转书方位角处的立体旋转角度。
本发明实施例还提供了一种空中掌控输入方法， 包括以下步骤： 利用陀螺仪采集空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴上的角 速度值； 以及
根据所述角速度值、所述陀螺仪的采样周期计算得出所述空中掌控输入 装置的 xy平面上的旋转角度、立体旋转方位角以及所述立体旋转方位角处的 立体旋转角度。
有益效果
本发明提供的空中掌控输入装置可以不依赖于载体， 在空中进行操作， 该装置和方法不仅可以实现传统的平面操控功能，还能够实现对立体被控部 件的操控， 对界面进行平面立体全方位的控制。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方 面将变得清楚。 附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了 本发明的示例性实施例、 特征和方面， 并且用于解释本发明的原理。 图 1是本发明的一个实施例提供的空中掌控输入装置的结构示意图； 图 2是本发明的另一个实施例提供的空中掌控输入装置的结构示意图； 图 3是本发明的又一个实施例提供的空中掌控输入装置的结构示意图； 图 4是本发明的再一个实施例提供的空中掌控输入装置的结构示意图； 图 5是本发明的一个实施例的陀螺仪的结构示意图；
图 6是本发明的一个实施例的角速度示意图。
附图标记说明： 说
11： 左触压信号采集器； 12: 右触压信号采集器； 2: 触压信号处理器; 3： 信号采集开关； 41 : 加速计； 42: 加书速度处理器； 61 : 陀螺仪； 62: 角 速度处理器； 7: 接口芯片； 8: 壳体。 具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、 特征和方面。 附 图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施 例的各种方面， 但是除非特别指出， 不必按比例绘制附图。
在这里专用的词"示例性 "意为 "用作例子、 实施例或说明性"。 这里作为 "示例性"所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外， 为了更好的说明本发明， 在下文的具体实施方式中给出了众多的 具体细节。 本领域技术人员应当理解， 没有某些具体细节， 本发明同样可以 实施。 在另外一些实例中， 对于本领域技术人员熟知的方法、 手段、 元件和 电路未作详细描述， 以便于凸显本发明的主旨。
实施例一
图 1为本发明一个实施例提供的空中掌控输入装置的结构示意图， 图 5是 本发明的一个实施例的陀螺仪的结构示意图， 图 6是本发明的一个实施例的 角速度示意图。 如图 1所示， 该空中掌控输入装置包括： 陀螺仪 61、 角速度处理器 62、 信号采集开关 3、 接口芯片 7以及壳体 8。
其中， 壳体 8为整个空中掌控输入装置的外壳体， 其容纳该空中掌控输 入装置中的其他部件。 本实施例中壳体 8为半球形， 当然， 也可以根据人体 工学设计为适合人们手掌操作的形状。接口芯片 7用于与终端设备进行通信。 陀螺仪 61的具体结构如图 5所示。
信号采集开关 3电连接至角速说度处理器 62， 用于产生触发陀螺仪 61开始 采集空中掌控输入装置的角速度值的开始信号，还用于产生令陀螺仪 61停止 采集该角速度值的结束信号。 信号采集开书关 3可以为微动开关， 也可以为压 力传感器和压力信号处理器的组合等。
在信号采集开关 3为微动开关的情况下， 用户触压微动开关， 微动开关 的开关弹片接触常开触头，产生开始信号并将该开始信号发送至角速度处理 器 62; 当用户不再接触微动开关， 微动开关的开关弹片接触常闭触头， 从而 产生结束信号并将该结束信号发送至角速度处理器 62。
在信号采集开关 3为压力传感器和压力信号处理器的组合的情况下， 用 户对该压力传感器施加压力， 则产生包含压力值的压力信号并将该压力信号 传送至压力信号处理器，如果压力信号处理器判断为该压力值大于设定压力 阈值， 则产生开始信号并发送该开始信号至角速度处理器 62; 如果压力信号 处理器判断为该压力值小于压力阈值， 则产生结束信号并将该结束信号发送 至角速度处理器 62。
陀螺仪 61与角速度处理器 62连接， 角速度处理器 62还与接口芯片 7以及 信号采集开关 3连接。当角速度处理器 62接收到信号采集开关 3发送的开始信 号之后， 控制陀螺仪 61开始采集角速度值。
具体地， 陀螺仪 61采集空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴 这三轴上的角速度值 （Δ^ , Δ^ = Δ * Τ , Δ^ )， 并将包含采集到的角速度值 ( ^,ζ^ =^ay * i ,/^ ) 的角速度信号发送至角速度处理器 62。
如图 6所示， 角速度处理器 62根据接收到的空中掌控输入装置在三轴上 的角速度值以及陀螺仪 61的采样周期，使用下述公式计算得出该空中掌控输 入装置在 xy平面上的旋转角度 ζ^、空中掌控输入装置的立体旋转方位角 ζ« 以及该立体旋转方位角处的立体旋转角度 ζ 。
具体地， 空中掌控输入装置在 xy平面上的旋转角度 ^^根据公式（1)来 计算： 说
^β = ωχν * = ωζ*Ί (丄） 其中， ％表示空中掌控输入装置的 ζ书轴角速度， 表示空中掌控输入装 置在 xy平面上的旋转角速度以及 T表示陀螺仪 61的采样周期。如图 6所示， xy 平面的角速度即 z轴的角速度， 因此， = 本实施例中旋转角度 z^用于 控制终端设备的界面上被控对象在显示空间的 xy平面的旋转角度。
空中掌控输入装置的立体旋转方位角 Z "根据公式 （2) 来计算： α =—— h arc tan ~ - 当 ί¾ > 0 2 ωχ
. 3 + )
Δα =—π + arctan ~ - 当 < 0 2 ωχ 当 ωχ =0， >0， ζα = π
当 Α =0， <0， Ζα = 0 2) 其中， 表示空中掌控输入装置的 X轴角速度， ^表示空中掌控输入装 置的 y轴角速度。再如图 6所示，令 X轴角速度 和 y轴角速度 ^的合角速度为 ω 从而得到 1轴的方向， 再根据射线 ΟΕ在 xy平面上与 1轴垂直得出射线 ΟΕ 的方向， 射线 OE与 X轴正方向之间的夹角即立体旋转方位角 Ζα。 立体旋转 方位角 随着空中掌控输入装置的 X轴角速度 和 y轴角速度 ^的变化而变 化。 立体旋转方位角 用于控制终端设备的界面上被控对象在显示空间的 xy平面上的立体旋转方位。
空中掌控输入装置在立体旋转方位角 Z "处的立体旋转角度 z^根据公 式 （3 ) 来计算： 其中， 表示空中掌控输入装置的 X轴角速度， ^表示空中掌控输入装 置的 y轴角速度，％表示空中掌控输入装置的在轴角速度以及 T表示陀螺仪 61 的采样周期。 再如图 6所示， 立体说旋转方位角 z«处的立体旋转角速度即 1轴 的旋转角速度 因此 Z = *r。立体旋转方位角 ζ«处的立体旋转角度 ζ 用于控制终端设备的界面上被控对象在书显示空间的 xy平面上旋转方位角处 的立体旋转角度。
本实施例中计算空中掌控输入装置的 xy平面上的旋转角度、立体旋转方 位角以及立体旋转方位角处的旋转角度的方法不限于上述公式所列举的方 法， 只要能反映出空中掌控输入装置动作对终端设备显示空间上的被控对象 的动作控制即可。
本实施例还提供了一种空中掌控输入方法， 包括以下步骤：
步骤 Sll、 利用陀螺仪采集空中掌控输入装置在 X轴、 y轴和 z轴上的角速 度值；
步骤 S12、 根据该角速度值、 陀螺仪的采样周期计算得出空中掌控输入 装置的 xy平面上的旋转角度、立体旋转方位角以及在所述立体旋转方位角处 的立体旋转角度。
本实施例中的陀螺仪 61， 可以为滚珠轴承自由陀螺仪、 液浮陀螺仪、 静 电陀螺仪、 激光陀螺仪以及电容陀螺仪等， 优选为 InvenSense生产的电容陀 螺仪。
实施例二
如图 2所示， 本实施例的空中掌控输入装置在上述实施例一的基础上增 加了加速计 41和加速度处理器 42， 其中： 加速计 41与加速度处理器 42连接， 加速度处理器 42还电连接至信号采集开关 3和接口芯片 7。 则信号采集开关 3 还用于发送指示加速计 41开始采集加速度值的开始信号以及指示加速计 41 停止采集加速度值的结束信号至加速度处理器 42。
加速度处理器 42包括存储模块，用于存储对每次采集空中掌控输入装置 的加速度进行处理得到的 X轴、 y轴和 z轴三轴方向上的加速度分量， 还用于 存储空中掌控输入装置在 X轴、 y说轴和 z轴上的初始速度。 其中 X轴、 y轴和 z轴 的方向在加速计出厂时已完成设置， 通常， 该三轴的方向定义如下： 将空中 掌控输入装置放在水平面上， 以该空中掌书控输入装置的底面为 xy平面， 该装 置指向的正前方为 X轴方向， 与 X轴垂直的右侧方向为 y轴方向， 垂直于该平 面朝向上方的方向为 z轴方向。
加速度处理器 42接收到来自信号采集开关 3的开始信号之后， 指示加速 计 41开始采集空中掌控输入装置的加速度值。
加速计 41根据加速度处理器 42的指示开始采集空中掌控输入装置的一 个采样周期的加速度值， 并将包含采集到的加速度值的加速度信号发送给加 速度处理器 42。 加速度处理器 42把接收到的加速度值分解成 X轴、 y轴和 z轴 三轴方向上的加速度分量 （ ， ayi , azi ), 并根据上次采集得到的各个方向 上的加速度分量 （a^ , ayi_, , 得出加速度变化值 （Δβχ， Aay , Aaz ), 并根据加速度变化值（ Δβχ， Aay , Δ«ζ )计算出各个方向上的速度变化值（Δνχ，
Δν Ανζ , 公式如下：
Ανχ =Ααχ*Ύ
Δ^ =Δ *Τ (4) Ανζ = Ααζ *Τ 其中， 八^为空中掌控输入装置在 X轴方向上的加速度变化值， 且
Δ^=α--α-; ^为空中掌控输入装置在 y轴方向上的加速度变化值， 且 ^=W 为空中掌控输入装置在 z轴方向上的加速度变化值， 且
Aa^a^ -a^; T为采样周期； Δνχ是空中掌控输入装置在 X轴方向上的速度变 化值， ^是空中掌控输入装置在 y轴方向上的速度变化值， Δνζ是空中掌控输 入装置在 ζ轴方向上的速度变化值。
然后加速度处理器 42根据存储的 X轴、 y轴和 ζ轴的初始速度 （^， 。， ）， 来计算被控对象在三轴上的位移变化值， 公式如下：
1
Asx = (νχ0 *Τ +— *Δα *T =Asxl *lx
说
1
Asy =(vy0*T + -*Aay * )*ly =Asyl *ly
L 书 C 5 )
Δ = (νζ0 * Τ + * Δ"ζ * Τ2 = Aszl * lz 其中 Δ 为空中掌控输入装置在 X轴方向上的位移变化值， ^为 X轴位移 变化值比例系数， Δ 为终端设备界面上的被控对象在 X轴方向上的位移变化 值。
^为空中掌控输入装置在 y轴方向上的位移变化值， ^为 y轴位移变化 值比例系数， 为终端设备界面上的被控对象在 y轴方向上的位移变化值。
为空中掌控输入装置在 z轴方向上的位移变化值， 为 z轴位移变化值 比例系数， Δ 为终端设备界面上的被控对象在 z轴方向上的位移变化值。
各比例系数可以根据各种实际情况更改，三个比例系数可以相同也可以 不同， 只要体现空中掌控输入装置的运动对被控对象的位移控制就可以， 例 如， 如果希望被控对象的移动幅度增大， 可以增大比例系数。
然后加速度处理器 42将含有 ^、 Δ^和 ^的位移变化量信号发送至接口 芯片 7， 接口芯片 7通过通信模块将该位移变化量信号发送至终端设备，
^ΡΔ 分别用于控制终端界面上的被控对象在显示空间的 X轴、 y轴和 ζ轴方 向上的位移变化量。
然后加速度处理器 42根据公式 。 = 。 + Δ = + Δ 、 = + ^4十 算本次测得的空中掌控输入装置的三轴速度值并存储， 以便作为下次采样的 初始速度。 其中当加速度处理器 42接收到结束信号时， 将 （ 。， yy ^o ) 的值都清零。
进一步地， 加速度处理器 42还可以包括： 判断模块。 这种情况下存储模 块还存储有加速度阈值， 该加速度阈值可以根据经验设定。判断模块用于判 断加速计 41采集到的加速度值是否大于加速度阈值， 只有当加速度值大于该 加速度阈值时， 才对加速度值进行说分解并进行后续的计算。 以避免因用户手 抖动之类动作引起的误操作。
本实施例还提供了一种空中掌控输入书方法， 包括以下步骤：
步骤 S21、 加速计采集空中掌控输入装置的加速度值， 并将包含该加速 度值的加速度信号发送至加速度处理器；
步骤 S22、 加速度处理器将该加速度值分解为立体空间的 X轴、 y轴和 z轴 上的加速度分量；
步骤 S23、 加速度处理器根据加速度分量和存储的上一次采集所得到的 加速度分量得到加速度变化值，将该加速度变化值和采样周期相乘得到空中 掌控输入装置在三轴方向上的速度变化值， 然后根据该加速度变化值、 速度 变化值和采样周期以及比例系数计算出用于控制终端设备界面上的被控对 象在三轴上的位移变化的位移变化值。
本实施例中的加速计 41可以为电容式加速计、气泡式加速计以及压力式 加速计， 优选地采用电容式加速计。
实施例三
如图 3所示， 本实施例的空中掌控输入装置在上述实施例一的基础上增 加了左触压信号采集器 11、 右触压信号采集器 12和触压信号处理器 2。 左触 压信号采集器 11和右触压信号采集器 12分别电连接至触压信号处理器 2， 触 压信号处理器 2电连接至接口芯片 7。 事实上， 触压信号采集器也可以设置为一个或多个。
左触压信号采集器 11和右触压信号采集器 12感应到外力对它们的作用 力后， 分别生成包括触压信息的触压信号， 该触压信号包括压力值以及该触 压信号采集器的标识， 然后左触压信号采集器 11和右触压信号采集器 12将生 成的触压信号分别发送至触压信号处理器 2。触压信号处理器 2从接收到的触 压信号中提取触压信息， 并将其合并成包括两组触压信息的信息组， 将信息 组发送至接口芯片 7， 接口芯片 7将说接收到的信息组发送至终端设备。 当只设 置了一个触压信号采集器时， 触压信号处理器 2仅仅将接收到的触压信号转 发给接口芯片 7。 书 本实施例中， 触压信息用于指示终端设备中的程序执行相应的动作。例 如： 在通过左触压信号采集器 11控制终端设备的界面上的播放器的播放按钮 时， 压力值的大小对应于播放速度的快慢， 连续 N个采样周期的压力对应于 是否弹出下一级菜单， 等等。 触压信息中的标识用于表明该信息来自哪一个 触压信号采集器。
触压信号采集器可以为压阻式压力传感器、 电感式压力传感器、 电容式 压力传感器、 谐振式压力传感器、 电阻应变片压力传感器、 半导体应变片压 力传感器、 电容式加速度传感器以及微动开关等等。 优选地， 由于压阻式压 力传感器具有极低的价格、 较高的精度以及较好的线性特性， 本实施例采用 压阻式压力传感器作为触压信号采集器。
壳体 8在与触压信号采集器对应的位置为活动设置， 以便能够触压下去 接触到触压信号采集器， 以产生触压信号。
本实施例还提供了一种空中掌控输入方法， 包括以下步骤：
步骤 S31、 各触压信号采集器感测到外力对掌控输入装置的操作力， 生 成包含触压信息的触压信号， 该触压信息包括压力值以及该触压信号采集器 的标识； 并将触压信号发送至触压信号处理器； 步骤 S32、 触压信号处理器将触压信号通过接口芯片发送至终端设备。 实施例四
如图 4所示， 本实施例的空中掌控输入装置在上述实施例二的基础上增 加了左触压信号采集器 11、 右触压信号采集器 12和触压信号处理器 2。 左触 压信号采集器 11和右触压信号采集器 12分别电连接至触压信号处理器 2， 触 压信号处理器 2电连接至接口芯片 7。
由于增加部分的功能和原理说与实施例三相同， 在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程， 是 可以通过计算机程序来指令相关的硬件来书完成，所述的程序可存储于一计算 机可读取存储介质中， 该程序在执行时， 可包括如上述各实施例的流程。 其 中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory, ROM) 或随机存储记忆体 （Random Access Memory, RAM) 等。
以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限 于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易 想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护 范围应所述以权利要求的保护范围为准。
实用性
根据本发明实施例所提供的空中掌控输入设备可应用于计算机外设领 域， 该空中掌控输入装置可以不依赖于载体， 在空中进行操作， 该装置和方 法不仅可以实现传统的平面操控功能， 还能够实现对立体被控部件的操控， 对界面进行平面立体全方位的控制。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种空中掌控输入装置， 包括：
壳体； 以及
接口芯片， 设置在所述壳体内， 用于与终端设备通信，
其特征在于， 还包括：
陀螺仪， 设置在所述壳体内， 用于采集所述空中掌控输入装置在立体空 间的 X轴、 y轴和 z轴上的角速度值， 并发送包含所述角速度值的角速度信号； 以及
角速度处理器，设置在所述壳体内，与所述陀螺仪和所述接口芯片连接， 用于根据来自所述陀螺仪的所述角速度信号中所包含的所述角速度值以及 所述陀螺仪的采样周期计算得出所述空中掌控输入装置的 xy平面上的旋转 角度、 立体旋转方位角以及所述立体旋转方位角处的立体旋转角度。
2、 根据权利要求 1所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 还包括： 信号采集开关， 设置在所述壳体内部， 与所述角速度处理器连接， 用于 产生指示所述陀螺仪开始角速度值采集的开始信号和指示所述陀螺仪结束 角速度值采集的结束信号。
3、 根据权利要求 2所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 还包括： 加速计， 设置在所述壳体内， 用于采集所述空中掌控输入装置的加速度 值， 并发送包含所述加速度值的加速度信号； 以及
加速度处理器， 与所述接口芯片、 所述加速计以及所述信号采集开关连 接，用于根据来自所述加速计的所述加速度信号中所包含的所述加速度值和 所述加速计的采样周期计算所述空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴上的位移变化值， 将计算出的位移变化值发送至所述接口芯片。
4、 根据权利要求 3所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 所述加速度 处理器具体包括：
存储模块，用于存储通过对每次所采集到的加速度值进行分解所得到的 权 利 要 求 书
所述空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴上的加速度分量， 还用 于存储所述空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴上的初始速度； 以及
计算模块， 用于根据所述加速度分量、 所述初始速度、 所述加速计的采 样周期以及比例系数计算出用于控制所述终端设备界面上的被控对象在显 示空间的 X轴、 y轴和 z轴上的位移变化的位移变化值。
5、 根据权利要求 4所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 所述存储模 块还用于存储加速度阈值；
所述加速度处理器还包括：
判断模块， 用于判断所述加速度值是否大于所述加速度阈值， 是则 指示所述计算模块开始计算。
6、 根据权利要求 1-5中任一项所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 还包括：
至少一个触压信号采集器， 设置在所述壳体的表面上， 用于感测外部对 所述空中掌控输入装置的作用力，产生并发送包括所感测到的压力值和用于 识别触压信号采集器的标识的触压信号； 以及
触压信号处理器， 与所述触压信号采集器以及所述接口芯片电连接， 用 于提取所述触压信号中的压力值和所述标识， 并通过所述接口芯片将所提取 的压力值和所述标识发送至所述终端设备。
7、 根据权利要求 1-5中任一项所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 所述信号采集开关包括压力传感器。
8、 根据权利要求 1-5中任一项所述的空中掌控输入装置， 其特征在于， 所述信号采集开关包括微动开关。
9、 一种空中掌控输入方法， 其特征在于， 包括：
利用陀螺仪采集空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴上的角 权 利 要 求 书
速度值； 以及
根据所述角速度值以及所述陀螺仪的采样周期计算得出所述空中掌控 输入装置的 xy平面上的旋转角度、立体旋转方位角以及所述立体旋转方位角 处的立体旋转角度。
10、 根据权利要求 9所述的空中掌控输入方法， 其特征在于， 还包括： 利用加速计采集所述空中掌控输入装置的加速度值；
将所述加速度值分解为所述掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 z轴 上的加速度分量； 以及
根据所述加速度分量、 所述空中掌控输入装置在立体空间的 X轴、 y轴和 Z轴的初始速度、 所述加速计的采样周期以及比例系数计算出用于控制终端 设备界面上的被控对象在显示空间的 X轴、 y轴和 z轴上的位移变化的位移变 化值。
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