一种惯性感测式坐标输入装置，系用以感测重力加速度讯号以及角速度讯号，且传送至一中央处理器进行讯号处理，再以有线或无线之方式将处理后之讯号传送至一微处理器，以控制显示装置上之光标或画面，其特征在于：其包含： 一加速度计，是三轴加速度计，分别具有Ｘ轴加速度计、Ｙ轴加速度计以及Ｚ轴加速度计，用以测量Ｘ、Ｙ、Ｚ三轴加速度；以及 一陀螺仪，是以Ｚ轴为轴心，用以侦测装置的转动量； 由所述的陀螺仪经由积分角速度以计算转动角度，并计算转动瞬间的离心力与向心力，用以对Ｘ轴与Ｙ轴加速度讯号进行补偿，再以补偿后的Ｘ轴与Ｙ轴加速度讯号对应至显示装置的坐标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种，特别涉及的是一种利 用加速度计与一个陀螺仪的架构，实现不受操作空间限制，可在平坦表面上操作， 也可在空间中操作的具平面/空间功能的惯性感测计算机输入装置与方法，在平面(2D)模式中，以陀螺仪侦测装置的转动以补偿人手操作不自觉的转动与消除惯性 感测组件电子噪声的干扰，克服纯加速度计坐标输入装置的技术障碍，达成自然 顺手的操控感觉，适在输入装置应用与制造相关业。
技术介绍
现有光标控制装置有许多种类，例如，控制计算机显示器光标大多采用鼠标 形式，而控制投影机的简报器则具有一遥控器外型，以鼠标而言，可概分为滚球 型与光学型两大类型，其操作模式均必须在一平面上滑行，凭借控制滚球位移产 生机械式讯号或阴影变化感应光讯号，以达到控制光标移动的目的，换言的，操 作平面与空间影响着讯号的好坏；再以简报器而言，由于主要功能在于指示投影 片，因此大多数采用无线传输，配合开、关、上、下、翻页等功能的相关控制电 路与按键，达到简报指示目的；但是当同时具有计算机显示器与投影器时，必须设置两种光标控制装置，占空间且显得杂乱。目前市面上虽可见综合鼠标与简报器双重功能的光标控制装置，然其控制方 式仍未跳脱传统电子与机械控制模式，至于近年来被积极研发的重力式光标控制 装置，则因为许多技术问题仍有待改善，故仍停留在研发阶段而未见消费性成品问世。针对专利而言，请参阅图1所示美国专利4787051号Inertial Mouse System, 所述的案公开一种惯性鼠标10，其主要是具有一 X轴加速度计16，以及感测方 向与所述的X轴加速度计16垂直且分设在所述的X轴加速度计16两侧的Y轴 加速度计14、 18，利用所述的Y轴加速度计14、 18的加速度差计算所述的惯性 鼠标10的转动量，配合所述的X轴加速度计16感测的加速度变化，再利用硬件 化算法，将惯性鼠标IO移动的曲线轨迹数字化以输入计算机；所述的纯加速度计坐标输入装置，由于转动量是以两加速度计差分间接计算，因此误差极大，而由于仅具有X轴与Y轴加速度计，因此仅能在平面上操作。再请参阅图2所示美国专利5898421号Gyroscopic pointer and method,所 述的案公开一种指示器，其是可外接电源190驱动一机械式陀螺仪110转动，所 述的机械式陀螺仪110凭借一组万向轴115、 120枢接在一内框架170内，所述的 内框架170再凭借轴向与所述的万向轴115、 120相互垂直的另一组万向轴140、 145枢接在一外框架160内，当所述的装置在自由空间中操作时，凭借所述的计 算机连接头180可将所述的陀螺仪110的转动量对应到显示装置的光标X、 Y两 轴移动量；所述的指示器由于采用纯陀螺仪输入坐标，因此只适用在自由空间， 无法在平面上使用，再者，机械式陀螺仪体积庞大且误差值高。再请参阅图3所示美国专利5825350号Electronic pointing apparatus and method,所述的案公开一种可在平面与空间中运作的指示装置100，其是在所述 的指示装置100内部设有一滚球260，并在其内部的电路板452上设有陀螺仪电 路，凭借一活塞270连动一杠杆472，当所述的指示装置100压制在平面上使用 时(也即作为鼠标使用时)，所述的活塞270可将所述的杠杆472顶起，使所述的 滚球260呈现可自由活动的释放状态，当举起所述的指示装置100时，所述的活 塞270可自然拉动所述的杠杆472下降，使设置在所述的杠杆472底部的凸块506 压制在所述的滚球260上，限制所述的滚球260活动，此时，即可将所述的指示 装置100作为指示器使用，凭借所述的设置有陀螺仪电路的电路板452，可侦测 所述的指示装置100的移动量并对应到显示装置光标；然而，由于所述的杠杆472 与凸块506并无法确实压制所述的滚球260，当人手在空间中晃动所述的指示装 置100时，极容易导致所述的滚球260非预期性移动或滚动，而产生不必要的移 动讯号，影响坐标输入，因此，所述的种结构并未能被具体实现或应用在消费市 场。目前市面上可见与图3所示所述的指示装置类似的消费性产品，是在光学鼠 标内结合陀螺仪，光学感测装置虽可免去滚球非预期性移动的问题，然而，无论 为滚球或光学感测，其负责平面操作的滚球、光学感测与负责空间操作的陀螺仪 电路之间彼此并无任何关联，所述的类结构仅是提供一用以收纳两种操作模式装 置的共享壳体而已，不仅基本功能未增加，反而使得整体装置复杂且体积十分庞 大，重量增加。再如图4所示，中国台湾省专利申请案号第90221010号重力式鼠标，其 是凭借重力探测IC测量物体的位能，将位能转换为动能所产生的讯号，传输在微 处理器IC计算，而微处理器IC可侦测重力探测IC运动的时间，并接收重力探测 IC运动产生的加速度数值，加以运算并转换成实际的移动单位，传输在计算机主 机而控制屏幕光标的走向；所述的案主要的运算手段是当所述的鼠标在空间移动 时，利用两轴以上加速度计进行积分运算以控制光标移动，所述的种方式的最大 缺失在于会产生累计误差，导致游标定位失真。据上所述可知，如何能有一种不受操作空间限制、兼具平面/空间操作功能， 可克服现有纯加速度计或纯陀螺仪坐标输入装置的坐标失真、误差大的缺失，同 时可补偿人手操作不自觉转动所造成误差的坐标输入装置，为相关业者迫切需要 解决的课题。
技术实现思路
为了解决上述缺陷，本专利技术的主要目的在于，提出一种惯性感测式坐标输入 装置与方法，其利用加速度计与一个陀螺仪的架构，实现不受操作空间限制，可 在平坦表面上作平面操作，也可在空间中作空间操作。本装置在平面操作模式时， 是以陀螺仪侦测装置的转动以补偿人手操作不自觉的转动与消除惯性感测组件电 子噪声的干扰，克服纯加速度计坐标输入装置的技术障碍，达成自然顺手的操控 感觉。为达到上述目的，本专利技术提出一种惯性感测式坐标输入装置，其包含一加速度计，是用以测量X、 Y、 Z三轴加速度；以及一陀螺仪，是以Z轴为轴心，用以侦测装置的转动量；由所述的陀螺仪经由 积分角速度以计算转动角度，并计算转动瞬间的离心力与向心力，用以对x轴与 Y轴加速度讯号进行补偿，再以补偿后的X轴与Y轴加速度讯号对应至显示装置的坐标。较佳的是，所述的Z轴加速度计是用以感测上下方向位移时的加速度，以决 定所述的装置的操作模式。较佳的是，所述的平面操作模式是包含X轴加速度计以平面移动方式使用，用以侦测左右位移时的加速度变化，并 产生X轴加速度讯号，以及，Y轴加速度计是以平面移动方式使用，用以侦测前后位移时的加速度变化，并产生Y轴加速度讯号；较佳的是，所述的加速度计为一模块化结构或三轴分离侦测式结构其中之一 或其组合。为达到上述目的，本专利技术更提出一种惯性感测式坐标输入方法，其包含(a) 定义基础讯号，其是侦测一X轴加速度计、一Y轴加速度计、一Z轴加速度计以及一陀螺仪在静置状态时的加速度与角速度，并将其分别定义为基础讯号(Base Value, BV);(b) 侦测上下方向是否产生位移，由一 Z轴加速度计侦测上下方向的Z轴加速 度是否改变；(C)若Z轴加速度无甚改变，则进行平面操作模式；由一X轴加速度计以平面 移动方式使用，用以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1. 一种惯性感测式坐标输入装置，系用以感测重力加速度讯号以及角速度讯号，且传送至一中央处理器进行讯号处理，再以有线或无线之方式将处理后之讯号传送至一微处理器，以控制显示装置上之光标或画面，其特征在于其包含一加速度计，是三轴加速度计，分别具有X轴加速度计、Y轴加速度计以及Z轴加速度计，用以测量X、Y、Z三轴加速度；以及一陀螺仪，是以Z轴为轴心，用以侦测装置的转动量；由所述的陀螺仪经由积分角速度以计算转动角度，并计算转动瞬间的离心力与向心力，用以对X轴与Y轴加速度讯号进行补偿，再以补偿后的X轴与Y轴加速度讯号对应至显示装置的坐标。2、 如权利要求1所述的惯性感测式坐标输入装置，其特征在于所述的Z 轴加速度计是用以感测上下方向位移产生的加速度，以决定所述的装置的操作模 式。3、 如权利要求2所述的惯性感测式坐标输入装置，其特征在于所述的操作 模式是包含平面操作模式，由所述的X轴加速度计以平面移动方式使用，用以侦测左右 位移时的加速度，以及，由所述的Y轴加速度计是以平面移动方式使用，用以侦测前后位移时的加速度；空间操作模式，由所述的陀螺仪侦测左右方向的倾斜产生的角速度讯号，以及，由所述的Y轴加速度计侦测前后倾斜产生的加速度变化。4、 如权利要求3所述的惯性感测式坐标输入装置，其特征在于所述的装置为空间操作模式时，所述的x轴加速度计无作用。5、 如权利要求l所述的惯性感测式坐标输入装置，其特征在于所述的加速度计为一模块化结构或三轴分离侦测式结构其中之一或其组合。6、 一种惯性感测式坐标输入方法，其特征在于其包含步骤a:定义基础讯号，其是侦测一X轴加速度计、一Y轴加速度计、一Z轴加速度计以及一陀螺仪在静置状态时的加速度与角速度，并将其分别定义为基础讯号；步骤b:侦测上下方向是否产生位移，由一 Z轴加速度计侦测上下方向的Z 轴加速度是否改变； 步骤C:若Z轴加速度无改变，则进行平面操作模式；由一X轴加速度计以 平面移动方式使用，用以侦测左右位移时的加速度变化，以及，由一Y轴加速度 计是以平面移动方式使用，用以侦测前后位移时的加速度变化；步骤d:若Z轴加速度改变，则进行空间操作模式；由一陀螺仪侦测左右方 向的倾斜，产生角速度讯号，以及，由一 Y轴加速度计侦测前后倾斜产生的加速 度变化。7、 如权利要求6所述的惯性感测式坐标输入方法，其特征在于所述的步骤 b是将Z轴位移所产生的加速度讯号定义为动作讯号，根据所述的动作讯号与所 述的Z轴加速度计的基础讯号相互比对，即可得知上下方向的加速度是...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑胜文，刘顺男，蔡明杰，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。