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CN107368201A - 基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法 - Google Patents

基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法 Download PDF

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CN107368201A
CN107368201A CN201710412841.7A CN201710412841A CN107368201A CN 107368201 A CN107368201 A CN 107368201A CN 201710412841 A CN201710412841 A CN 201710412841A CN 107368201 A CN107368201 A CN 107368201A
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CN
China
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magnetic
module
dipole
signal
auxiliary device
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CN201710412841.7A
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English (en)
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邓术
邓一术
周伟坤
吕俊
王智宇
谢胜利
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Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
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Publication date
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
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    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
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Abstract

本发明提出的基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置,该装置由能等效于磁偶极子的永久超强磁铁﹑磁定位传感器阵列模块﹑信号放大模块﹑信号滤波模块﹑A/D转换模块﹑处理器﹑数据发送模块以及电源模块组成。该发明的优点在于用户使用基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置时哪怕长时间玩刺激的电子游戏也不会导致键盘损坏、手指麻痹;适合长时间使用并且使用过程中非常方便,即使是长时间使用,也运动自如,不会出现手指或者手掌疲劳的情况,增加用户轻松愉快的体检感;本装置实时性好、延迟短、受环境影响不大并且使用寿命非常长。

Description

基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法
技术领域
本发明涉及一种计算机领域配件,特别涉及一种基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法。
背景技术
随着经济的发展,人们的生活水平不断提高,人们的日常生活也越来越来离不开计算机,然而通过鼠标代替键盘可以快速控制计算机,但是早期的机械鼠标和光电鼠标却不能满足要求。因为机械鼠标是利用滚动球的转动获取移动的数据,导致其灵敏度底,容易磨损,寿命短;因为光电鼠标要配备特制的反射板才能使用,导致其价格昂贵,操作不灵活。现在非常流行的光学鼠标解决了机械鼠标和光电鼠标的问题,然而其在具有良好透光性桌面(如PAMA材质)会失去控制光标移动的能力。专利CN 103529960A已经提出了一种基于磁定位技术的空中鼠标及方法,该专利的空中鼠标可以不受桌面材质的影响并可以在任意材质的桌面上控制光标的移动,然而该专利所谓的空中鼠标只是在原先设定好的偶极子磁场的范围内,将内嵌有三轴磁阻传感器及与相关其处理电路和模块的鼠标主体放在其上方,通过移动鼠标来控制光标在电脑屏幕的位置。然而要达到空中鼠标的效果,需要用手把鼠标主体拿住,悬空在磁场范围内进行操作并且其重量和体积远远超过普通光学鼠标,如果进行长时间操作,对于使用者来说是非常不方便的,容易造成右手使用疲劳,甚至是导致手掌关节拉伤,既该专利不适合长时间使用。同时以前基于磁定位技术的鼠标的实时性不理想、延迟严重,容易受环境干扰。除此之外,电脑被人们用来办公之外,经常被人们用来玩电子游戏特别是比较刺激的游戏,然而越刺激的游戏其所包含的功能就也越强大,需要的功能操作键也越多,单靠一个鼠标不能快速同步协调地完成这些操作,即使借助键盘的按键来实现一些辅助操作但由于左手长期作用于那几个键容易导致键盘损坏﹑左手手指不能随意移动导致手指麻痹以及玩游戏的效果会大大打折扣,不能增加用户轻松愉快的体检感。为了解决以上问题,本专利提出了基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法。本装置及方法能够能控制光标在计算机页面上进行向上﹑向下﹑向左﹑向右运动。本装置配套光学鼠标使用,两者组合起来,实现空中鼠标的效果。该装置将其所测得的数据经过处理器采用一定的算法(加快数据处理速度,提高计算精度)处理后,通过发送模块将信号独立发给计算机,和光学鼠标同步或非同步实时控制光标。空中鼠标由传统光学鼠标和本辅助装置组合而成,光学鼠标保留其所有的功能,而单点磁定位的空中鼠标辅助装置只需实现鼠标的滚轮功能和光标定位功能(既控制光标在电脑页面上进行上﹑下﹑左﹑右运动)。一般情况下,光学鼠标只需实现左键和右键的功能,移动光标的操作分配给单点磁定位的空中鼠标辅助装置。将磁定位传感器阵列模块放置在桌面上并固定,然后将一个偶极子磁铁固定于左手的任意的手指尖上,手指在磁定位传感器阵列模块上方(空中)移动,就能控制光标的运动。因为传统鼠标的左键﹑右键功能不受桌面材质的影响,哪怕把鼠标悬空﹑颠倒鼠标的左键﹑右键功能依然能够正常实现,只有其控制光标的移动受桌面材质(如PAMA材质)的情况影响,只要将控制光标移动的功能利用磁定位辅助装置实现就能解决受桌面材质影响的问题,根据手指在空中运动轨迹来控制光标的运动,结合辅助装置和光学鼠标就能实现空中鼠标的效果。由于偶极子磁铁的体积非常小和重量非常轻,相对于光学鼠标来说其大小和重量可以忽略不计,使用过程中非常方便,即使是长时间使用,也运动自如,不会出现手指或者手掌疲劳的情况,增加用户轻松愉快的体检感以及使用寿命非常长,真正实现符合现实需求的空中鼠标。
本发明的优点在于用户使用基于单点磁定位的空中鼠标的辅助装置时哪怕长时间玩刺激的电子游戏也不会导致键盘损坏、手指麻痹;还有本装置适合长时间使用并且使用过程中非常方便,即使是长时间使用,也运动自如,不会出现手指或者手掌疲劳的情况,增加用户轻松愉快的体检感;本装置实时性好、延迟短、受环境影响不大并且使用寿命非常长,真正实现符合现实需求的空中鼠标。基于单点磁定位的空中鼠标的辅助装置和光学鼠标两者是两个独立体,互不影响,但两者组合起来使用却可以实现空中鼠标的功能。本装置的使用非常方便,需要时就把连上电脑,当不需要用到辅助装置时,可以不用管它,单独使用光学鼠标就行。
附图说明
图1是基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置的结构图;
图2是磁偶极子模型的矢量表示图;
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明的目的是为了解决用户玩游戏时不能单独通过鼠标快速同步协调地控制功能强大的电子游戏和其左手长期作用于那几个键容易导致键盘损坏﹑其左手手指不能随意移动导致手指麻痹,还有现有的空中鼠标不适合长时间使用,以及以前基于磁定位技术的鼠标的实时性不理想、延迟严重、容易受环境干扰问题,提出了一种基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法的技术方案。当用户需要玩游戏或者桌面的材质具有良好的透光性时,就可以拿本辅助装置出来并连接(配对)电脑,把偶极子永久磁铁固定在左手的任意的手指尖上,手指在磁定位传感器阵列模块上方(空中)移动(向上﹑向下﹑向左﹑向右),就能控制计算机页面光标的运动(向上﹑向下﹑向左﹑向右);利用光学鼠标实现只需左键﹑右键的功能即可,这样就可以轻松灵活地操作电脑了。除此之外,本装置和光学鼠标两者是两个独立体,互不影响,但两者组合起来使用却可以实现空中鼠标的功能。
图1给出了一种基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置及方法;包括磁定位传感器阵列模块1﹑信号放大模块2﹑信号滤波模块3﹑A/D转换模块4﹑处理器5﹑电源模块6以及数据发送模块(wifi,蓝牙或USB)7。手指在磁定位传感器阵列模块1上方向移动的时候,每个传感器将偶极子磁铁的位置信息转换成电信号(模拟信号),磁定位传感器阵列模块1将该信号传送给信号放大模块2进行信号的差分放大处理,放大后的信号被传送到信号滤波模块3进行Kalman(卡尔曼)滤波处理,滤波处理后的信号被传送到A/D转换模块4进行模数转换,得到的数字信号被送到处理器5,处理器5利用一定的算法(先线性变换处理然后再用LM算法进行非线性求解)快速处理由经过初步处理转换的磁场强度数字信号后得到偶极子磁铁位置和方向,按照合适的换算比例计算出电脑页面光标的移动距离和方向并把这包含位置和方向的数字信号传送给数据发送模块7,再由数据发送模块7将数字信号发送给计算机,计算机根据这个信号使光标按照偶极子磁铁运动的轨迹和方向进行实时移动。
基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置由能等效于磁偶极子的永久超强磁铁﹑磁定位传感器阵列模块﹑信号放大模块﹑信号滤波模块﹑A/D转换模块﹑处理器﹑数据发送模块(wifi,蓝牙或USB)以及电源模块组成。根据偶极子磁铁运动的方向和距离,使用一定的算法(如Levenberg-Marquardt算法)进行偶极子磁铁位置的跟踪并按照合适的换算比例快速计算出(先对数据进行线性运算后再进行非线性求解)电脑页面光标的移动距离和方向,进而起到用偶极子磁铁的运动来控制电脑页面光标运动的效果。由磁偶极子模型的矢量表示(图2)可得磁偶极子空间磁场分布数学模型为:式1,式2,其中磁偶极子矢量传感器位置矢量为传感器检测到的磁感应强度矢量,u0为介质磁导率,磁偶极子的磁距矢量(θ,是磁偶极子的方向)并且其模长(Br,d,l分别为磁偶极子的剩磁,直径,厚度),是传感器位置到磁偶极子中心位置的位置矢量,r为的模长。由式1和式2可知要求出磁偶极子的位置必须求出5个未知量并且该方程是高阶非线性的,不能直接求解。此时为了提高运算的效率,使用关于传感器测到的磁场强度Bsencor和估计磁场强度B均方差的代价函数进行简化:式3。同时对模型进行初步的近似替换并得到:式4,其中k为暂定系数(由实验可得),公式4的目的就是对传感器位置到磁偶极子中心位置的距离进行初步的判断,传感器检测到的磁场强度越大说明磁偶极子离这个传感器则越近,如果传感器检测到的磁场强度越小说明磁偶极子离这个传感器则越远。利用了公式4进行初步计算之后,大大缩小了搜索磁偶极子的范围,再使用LM算法对公式2和公式3进行非线性求解,这样就可以大大缩短了运算的时间,提高了磁定位的实时性,缩小了延迟时间。
用户需要使用本装置时,需要接通电源和将本装置与电脑连接(配对),连接成功后,将偶极子超强磁铁固定在左手的任意一个手指尖上,手指在磁定位传感器阵列模块上方(空中)向个方向移动的时候,每个传感器都能检测到其所在位置的偶极子磁铁的磁场强度Br,并将偶极子磁铁的位置信息转换成电信号(模拟信号),磁定位传感器阵列模块将该信号传送给信号放大模块进行信号的差分放大处理,放大后的信号被传送到信号滤波模块进行Kalman(卡尔曼)滤波处理,滤波处理后的信号被传送到A/D转换模块进行模数转换,得到的数字信号被送到处理器,处理器利用一定的算法(先线性变换处理然后再用LM算法进行非线性求解)快速处理由经过初步处理转换的磁场强度数字信号后得到偶极子磁铁位置和方向,按照合适的换算比例计算出电脑页面光标的移动距离和方向并把这包含位置和方向的数字信号传送给数据发送模块,再由数据发送模块将数字信号发送给计算机,计算机根据这个信号使光标按照偶极子磁铁运动的轨迹和方向进行实时移动。
基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置和光学鼠标两者是两个独立体,互不影响,但两者组合起来使用却可以实现空中鼠标的功能。本装置的使用非常方便,需要时就把连上电脑,当不需要用到辅助装置时,可以不用管它,单独使用光学鼠标就行。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于单点磁定位的空中鼠标辅助装置,其特征在于:由等效于磁偶极子的永久超强磁铁﹑磁定位传感器阵列模块﹑信号放大模块﹑信号滤波模块﹑A/D转换模块﹑处理器﹑数据发送模块以及电源模块组成;所述的永久超强磁铁固定在左手的任意一个手指尖上。
2.根据权利要求1所述的空中鼠标辅助装置,其特征在于:根据偶极子磁铁运动的方向和距离,使用Levenberg-Marquardt算法进行偶极子磁铁位置的跟踪并按照合适的换算比例快速计算出电脑页面光标的移动距离和方向,进而起到用偶极子磁铁的运动来控制电脑页面光标运动的效果。
3.根据权利要求2所述的空中鼠标辅助装置,其特征在于:磁偶极子空间磁场分布数学模型为:其中磁偶极子矢量传感器位置矢量 为传感器检测到的磁感应强度矢量,u0为介质磁导率,磁偶极子的磁距矢量θ,是磁偶极子的方向,并且其模长Br,d,l分别为磁偶极子的剩磁,直径,厚度;是传感器位置到磁偶极子中心位置的位置矢量,r为的模长。
4.根据权利要求3所述的空中鼠标辅助装置,其特征在于:手指在磁定位传感器阵列模块上方移动的时候,每个传感器都能检测到其所在位置的偶极子磁铁的磁场强度Br,并将偶极子磁铁的位置信息转换成电信号。
5.根据权利要求4所述的空中鼠标辅助装置,其特征在于:磁定位传感器阵列模块将所述电信号传送给信号放大模块进行信号的差分放大处理,放大后的信号被传送到信号滤波模块进行卡尔曼(Kalman)滤波处理,滤波处理后的信号被传送到A/D转换模块进行模数转换,得到的数字信号被送到处理器。
6.根据权利要求5所述的空中鼠标辅助装置,其特征在于:处理器处理由经过初步处理转换的磁场强度数字信号后得到偶极子磁铁位置和方向,按照合适的换算比例计算出电脑页面光标的移动距离和方向并把这包含位置和方向的数字信号传送给数据发送模块,再由数据发送模块将数字信号发送给计算机,计算机根据这个信号使光标按照偶极子磁铁运动的轨迹和方向进行实时移动。
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