專利名稱：多軸輸入轉換器裝置、搖桿、游戲搖桿、多軸搖桿及計算機鼠標的制作方法
技術領域：
本發(fā)明系有關一種多軸輸入裝置，諸如用于但不受限于計算機控制、計算機輔助設計領域中計算機繪圖應用控制及計算機游戲之類的游戲桿，以及用于控制諸如建筑設備、機械操縱器及車輛之類機器的游戲桿。在此揭示的多軸光學位置轉換器可用于很多其它應用上，特別是可將之用于小尺寸及低成本很重要的應用上。
背景技術：
過去已嘗試開發(fā)出商業(yè)上可行的六軸游戲桿。習知設計的復雜度可能造成只有計算機輔助設計及其它高價位工業(yè)及商業(yè)應用才負擔得起的昂貴產品。型號為「SpaceOrb」之類于1990年代后期由Spacetec IMC公司制造且當作計算機游戲周邊裝置銷售多年的產品，也許是起因于其復雜度以及相對于大概50到100美元之零售價格的制造成本而終告無法持續(xù)販賣。有關Spacetec SpaceOrb的專利文件有指定代表為Spacetec IMC公司而授予Hilton的美國專利第5,591,924號文件以及授予Hilton等人的美國專利第5,706,027號及第5,798,748號文件。另外指定代表為Spatial Systems Pty有限公司也是授予Hilton的美國專利第4,811,608號文件。新進由Logitech(可能收購了Spacetec IMC公司)提供的六軸游戲桿包含太空球(Spaceball)及太空鼠標(Spacemouse)，其于2002年1月的零售價格大概每一個500美元。
其它嘗試系于一六軸游戲桿內使用光學位置轉換器。例如，Salcudean等人提供的美國專利申請案第20010038380號文件中揭示了一種將光源及感知器裝設于游戲桿之靜態(tài)及可動組件上的應用。這種解決方案可能伴隨著不必要的復雜結構且可能起因于對需要彈性連接結構之可動電子組件的需求造成裝置可靠更低且韌度更差。
可應用很多其它方法以達成六軸或多軸控制。例如，已圍繞習知金屬箔應變計量技術同時使用電線應變計量器建立了多軸輸入裝置。這類裝置基本上可以是強制輸入裝置且可能無法為操作員提供任何有用的偏轉反饋作用。來自這類裝置的基礎信號也許需要小心遮蔽且隨后進行放大以補償各應變計量器的固有低計量系數(shù)。
授予Jenkins的美國專利第4,876,524號文件以及授予Selker的美國專利第5,767,840號文件中揭示了使用應變計量器的習知實例。這類應變計量器的應用可能因溫度引致的誤差及低計量系數(shù)，兩者都會添加信號處理及信號遮蔽上的困難。此外，可允許的應變幾乎是操作員所無法察覺的，且可造成缺乏對操作員的有用而必要的偏轉反饋作用。此外，低應變值可排除使用機械式光欄以防止應變計量器的過載現(xiàn)象。可訂定該應變計量器的尺寸以包含相對于各負載的安全系數(shù)，以進一步減小他們已經很差的計量系數(shù)。即使有了安全系數(shù)，使用應變計量器的裝置或許不適合諸如計算機游戲之類經常被小孩掉到地板上的應用。
其它的習知六軸游戲桿應用了復數(shù)個線性可變差分型變壓器(LVDT)、可變電感器或是其它線性分離式機械位移轉換器。某些這類六軸輸入裝置系以史特瓦特(Stewart)平臺結構內具彈簧中心的LVDT為基礎。較之根據(jù)本發(fā)明所建造之具有經濟且強固之結構的六軸輸入裝置，這類裝置可能既昂貴又易碎。習知設計中的多重機械式接頭可能造成精確度與成本之間的交換。
授予Sundin的美國專利第6,329,181B1號文件中揭示了一種由史特瓦特(Stewart)平臺變型構成之簡化裝置的實例，其中強調了成本的重要考慮。不過，因為必需遮蔽無線電頻率的干涉現(xiàn)象以及因為各接合用感應彈簧之間的干涉現(xiàn)象，故無法避免其整體復雜度。假如用在相關的建造設備或移動中的車輛上，則該Sundin設計的另一缺點可能是多重彈簧可以在總成內造成無法接受的共振振動。這種振動可包含其彈簧上活性把柄的共振或者可能在其彈簧本身內涉及了橫向或更高模式的振動。
又一種已知六軸游戲桿可包括復數(shù)個磁性感知線圈及多重可動磁鐵。揭示磁性位置偵測裝置的專利實例包含由Endo提出的美國專利申請案第20010055002號文件以及授予Hoyt等人的美國專利第5,687,080號文件。這類設計經常是比本發(fā)明的設計更為復雜及昂貴且無法由環(huán)境磁場通量提供任何固有遮蔽。
再一種方法系使兩個三軸控制器耦合于所得到的六軸控制器上如同授予Couch等人的美國專利第5,749,577及6,003,309號文件中所揭示的。這種方法可能比本發(fā)明的方法更昂貴且可能缺乏直覺式六軸接口。
很多根據(jù)習知設計加以建造的大尺寸裝置可在旋轉水平軸與平移水平軸之間造成非刻意而不必要的耦合作用。這種耦合作用可能必需藉由以裝置在精確度及動態(tài)范圍上之對應耗損的信號處理進行后續(xù)對角化作業(yè)。習知設計中可能因為費用及技術上伴隨著必要之微型化所產生的障礙而很難避免這種不必要的耦合作用。
一般而言在諸如結合于鍵盤或手持式計算機以便進行定位當作其它控制把手或控制桿的延伸或者在靠近使用者手的中心點處圍繞于如同授予Salinas之美國專利第Des 381,701號文件中所揭示習知游戲桿內之類的應用上，習知設計中由六軸游戲桿構成的轉換器系統(tǒng)顯得實體上太大又太重。
已認定在操作航空器時需于使用軌跡球期間保持手的穩(wěn)定。達梭航空(Dassault Aviation)采用了一種包含手掌靠座的習知二軸軌跡球以便在擾動的飛行條件下有利于施行可靠的(二軸)駕駛艙顯示器光標控制[參見職業(yè)機師雜志/2002年1月(PROFESSIONAL PILOT)]。習知設計的六軸裝置可能太笨重以致無法結合于這種手掌靠座內。事實上，有很多種習知六軸裝置可能笨重到不再像是桿狀且因此甚至不再稱作「游戲桿」。
已知各種多軸輸入裝置或「游戲桿」可應用某種具有諸如霍爾效應感知作用(Hall Effectsensing)之類形式的磁場量測。用以揭示霍爾效應感知作用的多軸輸入裝置或「游戲桿」相關專利實例包含授予Hoyt等人的美國專利第5,959,863號文件以及授予Hoyt等人的美國專利第5,687,080號文件。由Endo提出的美國專利申請案第20010055002號文件中也揭示了一種應用霍爾效應感知作用的多軸計算機輸入裝置。
Shumin Zhai博士已在六軸使用者接口的課題上發(fā)表了數(shù)篇論文，其中包含標題為「依六個自由度進行輸入控制之人力表現(xiàn)」、「交互式三維繪圖法」及「與三維輸入裝置設計有關之使用者表現(xiàn)」的論文。
本發(fā)明的目的是為新進的多軸計算機輸入裝置提供一種低成本的強固替代裝置。特別是本發(fā)明的目的是提供一種成本低得足以吸引結合計算機游戲之類的應用同時足夠簡單而強固以便用于但是并不受限于工業(yè)應用的裝置。新近可取得的裝置對計算機游戲產業(yè)而言具有禁制性的高價位且對典型建筑設備上的應用而言又太脆弱。反之，本發(fā)明的裝置只需要兩個移動零件，例如簡單的線圈型彈簧以及具有內部反射性表面的簡單塑料按鈕。本發(fā)明之塑料按鈕的制造成本大約與一普通閃光燈之反射器的制造成本相同。本發(fā)明的整體制造成本明顯地低于任何其它習知六軸游戲桿的制造成本且事實上可能低于標準二軸游戲桿的制造成本。
本發(fā)明的另一目的是提供一種簡單而易于制造且組成組件盡可能愈少愈好的六軸計算機輸入裝置。較佳的設計可將所有(例如7個)轉換器結合到單一的印刷電路板或是單件式光電套裝組合之上。
本發(fā)明的又一目的是提供一種具高質量及高精確度的信號，其方式是藉由最佳化方式相對于控制把手及使用者的手為高分辨率轉換組件定位以產生經良好調節(jié)的轉換程序。
本發(fā)明的再一目的是提供一種耐用而強固的多軸計算機輸入裝置以適用于諸如加工控制及建筑設備之類的應用。
本發(fā)明的又另一目的是提供一種多軸控制裝置以允許在技術不足且商業(yè)上不具吸引力的工業(yè)及建筑設備之類一般應用上作更大幅度的控制。
本發(fā)明的再另一目的是提供一種尺寸足夠小而能夠依中央對準方式定位于游戲游戲桿內的轉換組件，使之與手腕旋轉上平行于尺骨及橈骨的軸對齊如同習知設計的情況一般。
本發(fā)明的又再一目的是提供一種尺寸足夠小的轉換組件，以容許在主動式控制把手上很容易地進行指尖操縱，而在使用者的手內留下空間以便容納穩(wěn)定使用者之手及臂時所需要的固定式控制把手組件或手掌靠座，以致能夠在陸上、水中、空中或太空中的移動交通工具內安全地使用該多軸游戲桿功能。

發(fā)明內容本發(fā)明的設計滿足前述目的之各種實施例可總述如下在一實施例，本發(fā)明的裝置可包括一可動的″主動式控制把手″結合有固定其上且例如依彈性方式裝設于線圈型彈簧上之六個左右的面鏡刻面?？稍谂c該面鏡刻面總成相對的很短距離上依方固定式裝設一包括有一個或更多個光電發(fā)射器以及一個或更多個光電偵測器的光電轉換器數(shù)組。作為面鏡刻面用以連接各光電發(fā)射器與光電偵測器之六個獨特光徑的長度可依該主動式控制把手的六個自由度以及其相對于該光電轉換器數(shù)組的各面鏡刻面定義出各坐標。一般而言由一光電偵測器在每一光徑端點上量測到的亮度可以是一種與該光徑長度的平方反比函數(shù)。任何平移或是繞該主動式控制把手上任意軸的旋轉運動都可能造成其圖案的亮度出現(xiàn)改變。例如可將該亮度圖案轉換為電子形式以便用于數(shù)字計算機中，或者可沿著光纖電纜傳送當作模擬亮度信號。
一般而言，僅試圖將以下有關各光電發(fā)射器及光電偵測器之位置的說明當作實例而不是用以限制本發(fā)明的揭示內容及對本發(fā)明所附申請專利范圍中任意項目的解讀。特別是，幾乎在所有例子里各光電發(fā)射器及光電偵測器的相對位置都是可交換的。在某些例子里，能以單獨的分離式裝置同時扮演著發(fā)射器及偵測器的角色。電路上的簡單變化可有利于各發(fā)射器及偵測器的位置交換。例如，在有六個發(fā)射器圍繞一個偵測器的例子里，可一次加能一個發(fā)射器以致可由該偵測器依與一獨特光徑及其對應發(fā)射器相關的方式產生信號?？捎欣厥褂眠@種配置以減少可程序規(guī)劃之接口控制器或是其它信號轉換裝置上所需要之模擬數(shù)字轉換通路的數(shù)目。可利用標準組件及已知的電子工程原理完成這種配置。
系依廣義方式解讀「光電發(fā)射器」及「光電偵測器」等名詞以涵蓋任何用以引導或轉換光的裝置或組件或是用以輸送光的界面，無論光是否源自或終止于本發(fā)明所構思的裝置內。例如，可從一個能將光反射到復數(shù)個可動面鏡上的點以陽光照射標靶，各可動面鏡可將光進一步反射到受光器上，各受光器則藉由光纖電纜引導光而進一步將光傳送到超出某些實體邊界的遠隔地點上。光電發(fā)射器的實例可包含但是并不受限于具有包含可見光及紅外線之任意波長的發(fā)光二極管、雷射二極管、氣體放電管、白熾燈泡及其它此時已知或未知的等效組件。偵測器的實例包含光電二極管、光電晶體管、硫酸鈣光電電阻、光生伏打電池、光電管及其它此時已知或未知的等效組件?？梢纻鹘y(tǒng)概念運用本發(fā)明中用到的下列名詞或是賦予額外標示如下的意義?！窼tewart平臺」可包含一「六角艙蓋」或是像飛航仿真器中常用的八邊平行聯(lián)結型式運動平臺。
「從屬平臺」一詞包含一種其位置受復數(shù)個遙控發(fā)動機控制的平臺或是其在操縱計算機模型例子里的虛擬等效裝置。
「感知器總成」一詞包含一種由一個或更多個分離式感知器或是單一多軸感知組件構成的總成。
「感知器基座」一詞包含一種有感知器總成連接其上的非常穩(wěn)定物體。
「感知器平臺」一詞包含裝置上可藉由包含該「主動式控制把手」之操縱器移動的部分。
「主動式控制把手」一詞包含裝置上可藉由操縱器移動其位置且其運動可造成輸出信號出現(xiàn)改變的可動部分。
「恢復組件」一詞包含一種可在移除偏轉力之后作出貢獻使運動平臺恢復其最小能量位置的諸如彈簧或彈性體結構之類裝置。
「恢復系統(tǒng)」一詞包含一種由一個或更多個可在移除偏轉力之后作出貢獻使運動平臺恢復其最小能量位置之「恢復組件」構成的系統(tǒng)。
「具結構的光」一詞包含一種依固定且較佳的是高反差的圖案投射的光，這種光可用來量測從落在空間內除此之外無器件表面上另一有利的點拍到的影像。
「MEMS」一詞指的是一類依用于電子式集成電路芯片的類似方式制造并封裝的微型機械裝置。
「CCD數(shù)組」一詞指的是一種以通常用于攝影機及電子式靜態(tài)照相機之電荷耦合裝置為基礎光學影像感知裝置。
「側視器」一詞如同在光電發(fā)射器及光電偵測器上的應用指的是一種可安裝于電路板套裝組合內的裝置，此裝置的定向方式是使之可造成一般而言平行于電路板之光發(fā)生放射或是對這種光呈現(xiàn)出光敏性。
「游戲桿」一詞可廣義地包含可實體地抓住、結合或實體地移動的任何把手、按鈕或其它裝置，其方式是使之產生電子、光學、電磁或是其它代表該裝置之運動或是其上所加力量的信號。
「空間性可變反射率」一詞包含諸如反射性表面的界限邊緣、表面的可變鏡面反射性、表面的可變反射性、表面的可變顏色、透明器件、不透明器件、灰階器件、條形碼器件、印刷器件、棱鏡型組件及折射組件之類。
根據(jù)本發(fā)明的一概念，該主動式控制把手可結合有一種由諸如面鏡或棱鏡之類光學組件構成的系統(tǒng)以控制一個或更多個光源與一個或更多個光偵測器之間的光徑。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可結合多重切換式光源使用單一光電偵測器以減少單一通路上的模擬對數(shù)字轉換需求。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，在結合有多重切換式光源下使多個光電偵測器并聯(lián)于較少數(shù)目(例如一個)的模擬輸入通路上因此減少了所需要的模擬對數(shù)字轉換通路。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，一種依類似于七段式LED套裝組合之方式建造的單件式光電轉換器套裝組合可扮演著光電發(fā)射器及光電偵測器之一或是同時扮演這兩者的角色。
根據(jù)本發(fā)明的進一步目的，可將六個紅外線發(fā)光二極管及一個或更多個光電二極管裝設到印刷電路板上隨后再于其上模造透明的波導且可于其上模造不透明材料，如是產生了輕巧而強固的光電套裝組合。
根據(jù)本發(fā)明的進一步目的，可依共面方式將各紅外線發(fā)光二極管及光電二極管裝設到印刷電路板上，且各波導可結合有可沿著一般而言從轉換器對稱軸輻射出之方向投射光的內部反射表面。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可連同各光學轉換器將一諸如模擬裝置的PIC之類信號處理芯片埋藏到轉換器套裝組合之內。藉由這種方式，可依符合人類環(huán)境改造學的方式采用且輕巧的裝置之內完成任何具必要序列的這種已施行資料之比例縮放及正規(guī)化的光電發(fā)射器以輸出信號的有效數(shù)字傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用諸如CCD數(shù)組之類的影像感知器，以量測受可動控制把手之多軸位置控制之影像的位置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用諸如用以預覽穿過大門的訪客之類型式的超廣角透鏡，將一可動控制把手內部表面上的位敏影像投射到諸如習知CCD數(shù)組之類的影像轉換器上。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該可動控制把手內部的特色為具有由一般呈三葉形式之反射區(qū)及非反射區(qū)構成的圖案。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用連接在游戲桿之第一可動部分例如其基座上的CCD數(shù)組，以量測該游戲桿之第二可動部分例如其控制把手內部上三個點的球面角。例如可藉由此中揭示的通用方法非常容易地為由各具有三個可相對移動點的兩個球面角構成的六個數(shù)據(jù)信號進行處理。根據(jù)本發(fā)明的進步一概念，可使用藉由固定在依與透鏡裝置共軸之方式定位之第二可動部分上的光電發(fā)射器照射該第一可動部分以便使位敏影像聚焦到CCD數(shù)組之上。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該可動控制把手內部的特色為具有由一般呈多葉形式之反射區(qū)及非反射區(qū)構成的圖案。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使光的有結構圖案從第一組件投射到可相對于該第一組件沿著多軸移動的第二組件上?？山逵蛇B接在例如第一組件上的偵測器或造影裝置使用最終的照射圖案定出該第一和第二組件的相對多軸位置?？墒褂眠@種配置在不需要具空間性可變反射率之第二組件表面下定出反射性第二組件的相對位置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使此中說明的單件式光電轉換器套裝組合包含一組件以牢牢地固定住一個或更多個彈簧。
根據(jù)本發(fā)明的進步一概念，可將能以更低廉價格取得積體式準直透鏡的光電發(fā)射器及光電偵測器埋藏于不透明的絕緣化合物內使之保持在定位上例如使之固定于印刷電路板上，隨后再將之當作總成進行加工或磨砂以產生適合的光學表面。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依圍繞印刷電路板周緣面向外部方式定位交替設置的側視型光電發(fā)射器及側視型光電偵測器，該電路板系裝設于由該至少兩個可動組件中的第一組件(較佳的是指基座)上。可相對于該第一組件沿著多軸移動的第二組件(較佳的是指控制把手)所包含的反射裝置一般而言系依圍繞落在足夠允許進行必要徑向運動之距離上之第一組件的方式設置。該反射裝置可以是例如具有呈圓柱狀、球狀或環(huán)狀形式之圖案的表面。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依并聯(lián)方式連接各光電偵測器。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，一般而言該反射性裝置可以是一種具空間性可變反射率的圓柱狀面鏡。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，一般而言該反射性裝置可以是一種具空間性可變反射率的環(huán)狀面鏡。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該反射性裝置可以是一種回復反射性例如復數(shù)個錐狀反射性表面。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該反射性裝置可以是一種多邊形裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，一般而言該反射性裝置可以是一種球狀裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用一般而言呈平面形式的單一彈簧以便在可動控制把手上提供恢復力。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該一般而言呈平面形式的彈簧可設置有諸如孔洞之類的正向座落式器件以便于組合期間控制該控制把手與基座之間的對齊作業(yè)。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可結合該一般而言呈平面形式的彈簧設置一種一般而言呈平面形式的風箱裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使該控制把手內的非圓形孔洞與一非圓形轉換器支撐用支柱結合以便限制該控制把手相對于基座的運動范圍。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該非圓形孔洞指的是一種具有一般而言呈平行之側邊的槽溝且該支柱具有類似但較小的截面。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可設置一種適合的反射器組件以利使用諸如七段式LED數(shù)字顯示器之類用于光放射及/或光偵測裝置的標準LED顯示器套裝組合。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使用光導以便將一種多段式LED的有效幾何位置變更為諸如六邊式等大數(shù)組之類的更為最佳化運動式轉換器結構。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使折射組件或是諸如含傾斜表面或菲涅耳透鏡之類的透鏡裝置合并有或是插入有上述光轉換器數(shù)組。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使該可動反射組件包括諸如含內凹面鏡的表面之類非平面反射性片段以便例如從該裝置取得必要的響應特征。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使該可動反射器裝置包括一個或更多個回復性反射器，這類回復性反射器的運動可變更該一個或更多個光電發(fā)射器與一個或更多個光電偵測器之間的耦合程度。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該光電發(fā)射器/光電偵測器的耦合程度，可起因于增加了各個別亮度錐體之重迭程度隨著其與一對應回復性反射器的距離以及隨著距離增加的靈敏度而增高。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，各相鄰發(fā)射器/偵測器對的耦合程度，可起因于距離平方反比原理隨著其與一對應回復性反射器的距離而減低。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可將沿著某一軸具有回復性反射率但是沿著其它各軸具有習知反射率的表面裝設于一可動控制把手上，以便結合例如一種七-轉換器六角形數(shù)組以進行位置量測。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使該主動式可動控制把手套用有類似菲涅耳透鏡的含凹槽面鏡片段且可用以控制各種光徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可藉由在各轉換器與反射組件之間插入一校準屏蔽組件達成對各種光電發(fā)射器及光電偵測器的增益校準，且可映像并比例縮放其光學透射率以便跨越試圖涵蓋的位移范圍提供具有必要平衡的信號，并用以補償每一個分離式裝置在特征上的制程誘發(fā)性變化。
根據(jù)本發(fā)明的又一概念，可使一透鏡組件及校準屏蔽組件結合有單一組件的各種功能。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可設置額外光徑以便對可起因于電壓起伏及溫度變化而出現(xiàn)變化的亮度進行校準。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可設置一種光擋板且例如使之同時扮演著可為印刷電路板上的各光學組件進行精確定位及定向的角色。
根據(jù)本發(fā)明的又一概念，可使用光纖波導以便從單一光源將光輸送到多個例如六個投射點上。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使用光纖波導以便從多個偵測點將光輸送到單一光電偵測器上。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使用光纖波導以便從單一光電發(fā)射器將光輸送到多個放射點上。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用飛時規(guī)范以量測本發(fā)明之各種光學發(fā)射器與偵測器之間的可變光學距離?？山逵梢阎墓鈱W距離量測電路及光學轉換器以進行這種飛時量測。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可在為光學飛時信號施行時間倍增目的下各依與例如六個光(距離量測用)徑串聯(lián)的方式設置一獨特的光學延遲線。這種策略可有利于使用單一光電偵測器通路且可同時有利于使用單一光電發(fā)射器。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可在同時精確地取得多軸量測的目的下使用一種多軸干涉儀位置量測裝置。可藉由從一共同較佳的是相干光源分別將一直接(未受感知器平臺偏轉作用影響的)參考光徑加到例如六個光電感知器上。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可將一光電發(fā)射器、參考光徑及各光電偵測器全部包含于一單件式光/電套裝組合。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可建造一種本發(fā)明的實施例使光于從光電發(fā)射器經面鏡到光電偵測器的路徑內穿過液體或凝膠?？墒褂眠@種策略例如以利使不必要的反射作用最小化或是從光學路徑上將水或灰塵排除掉。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使該液體或凝膠具有受控制不透明度以便在改變光學路徑的長度下強化或改變一信號。
本發(fā)明的進一步概念可添加一皮重切換功能(tare switch function)以感知該裝置是否處于操作狀態(tài)?？墒褂眠@種皮重切換功能以便在未使用該裝置的任何時候提供一無效輸出以及選用的控制閂鎖信號。這種策略可扮演著用以補償起因于諸如溫度變化或是該裝置相對于重力的定向變化之類因素產生之零點漂移的角色。這種策略也能使該主動式控制把手總成出現(xiàn)振動以響應在沒有使用者之手的阻泥效應下的環(huán)境機械激動狀態(tài)的任何傾向變得無害。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可藉由電容式觸壓感知器組件、機械式切換組件或是設計成用以偵測不存在手動信號之狀況的軟件運算法則完成該皮重切換功能?？蓪⑵ぶ厍袚Q器裝設于例如手掌靠座、手腕靠座或是該裝置的主動式控制把手上。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可透過一個或更多個彈性組件例如透過一用以支撐該主動式控制把手的彈簧與一皮重切換組件形成電氣連接。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，該皮重切換功能可扮演著用以量測起因于使用者的手及前臂加到例如游戲桿上之力量的角色。本實施例中，可由一初始信號代表起因于重量產生的力量，而由一后續(xù)信號代表該重量加上刻意的操作員輸入。能藉由硬件或軟件施行的皮重功能組件可造成重量組件受到忽視或「去皮」。于是前述策略允許操作員在傳輸或使用游戲桿的輸出信號之前舒適地將其手或前臂的重量放到該游戲桿上。依這種方式，該游戲桿會先運作以量測使用者之手或前臂重量的效應，隨后再運作以轉換操作員刻意的輸入。從稱重功能到轉換器功能的躍遷可純粹藉由使用適當時間延遲的軟件完成或是藉由各種型式的實體皮重開關。例如，可結合計時功能使用一種通用全抓型電容式觸壓感知器以允許對使用者的手進行一秒鐘的稱重，之后可機械地將信號上所出現(xiàn)的任何進一步變化解讀為刻意的操作員指令。當作另一實例，可由操作員依意志按下指控式開關以便在任意時刻將該皮重功能設為零。
可使用各種策略使由本發(fā)明裝置所產生的信號具有最大的可用性。為了控制計算機繪圖的目的，非常有利的是可使用軟件解讀操作員的意圖，而不單是將信號所產生的位移轉換成諸如實體模型或是所操縱相機之觀測點之類物體的速率。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，可為受控制的虛擬物體指定一虛擬質量、重心位置及有關六個軸的慣性動量。然后可來自本發(fā)明裝置的信號轉換成作用于該虛擬質量上的有效力量。依這種方式，可很容易地取得平滑而可預測的運動。根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，比例/積分/微分策略的使用方式是使所選擇的系數(shù)最接近滿足操作員的意圖。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，能以軟件偏移x，y和z軸的原點使之落在使用者手腕的自然樞軸點上，雖則可使該物理裝置保持落在能由使用者的手或手指抓住的地點上。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可旋轉x，y和z軸的定向以適合使用者。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用軟件而不理會操作員產生的信號以防止從屬平臺或是裝設于這種平臺上的裝置出現(xiàn)皺折、碰撞或是其它不必要定位問題。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可轉換該裝置的坐標以對應動態(tài)變化型坐標系統(tǒng)或是替代型坐標系統(tǒng)。例如，可依實時或跟隨移動機器的方式施行坐標轉換。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可轉換該多軸游戲桿的坐標以控制建筑或伐木機械裝置或是諸如螺旋葉片、裝填籃、堆高機、鉆孔機、路面破壞器及操控器之類配件。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可將諸如MEMS加速計及角速率感知器之類感知器連接到控制機械裝置的各個部分上以完成實時的坐標轉換作業(yè)。這種應用中，可在慣用的絕對角上獲致更高準確度，而不再需要定位量測裝置且可能極為昂貴。根據(jù)本發(fā)明的這種控制策略，對原始未配備有位置感知器建筑設備及具有六個絕對位置感知器且總價極高的六角艙蓋(Stewart平臺)而言特別具吸引力。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，一種六角艙蓋可在每一個基座平臺及從屬平臺的數(shù)個位置(例如三個)以及靠近每一個發(fā)動機端點、支柱或環(huán)節(jié)上配備有加速計或速率感知器。有了這種結構，可取得充分信息而能立即且不需要積分下量測其位置、速度及加速度。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可結合習知建筑設備使用一種六角艙蓋當作操縱機臺。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可利用其個別基座及從屬平臺上的公及母轉換器將六角艙蓋建造成一種標準器具轉換器的延伸裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，一種多軸例如六角艙蓋式設備轉換器可套用有由習知單一回路液力系統(tǒng)或其它電力源供電的動力控制模塊。該動力控制模塊可結合有液力驅動式產生器以推動伺服閥門、電氣發(fā)動機或其它相關電子裝置。較佳的是可藉由落在信號傳輸路徑之任意一端或兩端上的計算機使控制信號依無線方式在此中揭示的游戲桿與轉換器之間傳送。根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可藉由例如無線網(wǎng)絡依無線方式連接諸如MEMS加速計及角速率感知器之類的必要感知器。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使諸如MEMS加速計及角速率感知器之類落在離散點上的感知器增設有角度位置感知器及線性位置感知器。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，機器觀測為基礎的感知裝置可依分離方式使用或是結合有前述落在離散點上的感知器。這種結構容許有極高的準確度而排除了對高精確度機構及昂貴之絕對位置編碼器的需求。運動的機器觀測控制可在運動封包內需要高區(qū)域準確度的部分使用具有有限視野的高分辨率光學組件，而結合具有較低準確度的廣角視覺設備以便進行坐標轉換作業(yè)?？捎汕笆鲋T如MEMS加速計及角速率感知器之類落在離散點上的感知器或是習知的角度及位移感知器以設置或增設有坐標轉換目的下的幾何結構。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用機器視覺以便在該裝置之坐標系統(tǒng)受到控制下定出受控制機器的現(xiàn)況以達成為游戲桿之坐標系統(tǒng)進行實時對齊的目的。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用機器視覺系統(tǒng)以同時將各影像提供給操作員以便進行遠隔控制，而同時提供經機器解讀的信息以便在游戲桿與受控制裝置之間施行實時坐標轉換?？墒褂靡粋€或更多個機器視覺系統(tǒng)以同時將各視頻信息提供給人力操作員或是坐標轉換控制器。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可允許相對于落在從屬移動平臺之坐標系統(tǒng)以及諸如固定式工作對象或是建筑計劃組件之類其它坐標系統(tǒng)之內任何特定之必要點上對坐標轉換進行控制。可使有用的暫時性從屬平臺之坐標原點用的特定點實例包含木螺鉆或鉆床的頂端、在叉尖頂之間的中間點、在鋼梁末端之螺栓孔圖形、由一相機所追或觀察到的對象、在CAT掃描數(shù)據(jù)集或計算機模型內，如所關切區(qū)域之對象之類?？上鄬τ谥T如裝填器或堆高機之類設備上連接有多軸或六角艙蓋式操縱器的部分、設備操作員或者甚至是用以支撐該設備的固定式架構或地面之類各種固定式坐標系統(tǒng)之一對從屬平臺的運動進行控制。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用操作員眼睛機器視覺偵測以允許操作員隨時指派新的坐標原點、坐標定向或運動限制。這種目視指派策略允許多軸操縱器的操作員指派例如一種結構性桁梁的一端保持受到限制而使另一端對齊以便在游戲桿控制下進行螺栓閂鎖。這允許操作員在不必關心因桁梁的另一端造成破壞下專注于螺釘孔的對齊。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可選擇性地限制該從屬平臺沿著所選軸的運動。可藉由使用應用規(guī)格的限制暫時將運動的自由度限制從6變?yōu)楦偷淖杂啥龋赃_成更大的準確度及應用性。這在下列應用上是很重要的，例如以五軸或六軸控制器選定對齊狀態(tài)(尖頂位置及鉆孔定向)并在那之后于鉆孔期間固定其鉆孔軸的鉆孔作業(yè)，或是最好以六軸控制器完成其叉型臂之定位及對齊但必要的是進行直接向前跟著直接向上的運動以推高負載的堆高機作業(yè)之類的應用。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可由操作員使用受控制設備或裝載量的觸控屏幕繪圖表現(xiàn)法以便依繪圖方式選擇坐標系統(tǒng)的原點及/或定向。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，該機械操縱器的操作員能夠將結構梁柱的一個端點指派為一軸的原點，其方式是例如藉由將梁柱端點三次放到相同的地點上但是使梁柱之軸落在個不同的定向上。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，操作員可于輸入裝置之坐標系統(tǒng)、從屬平臺之坐標系統(tǒng)或是計算機模型之從屬平臺中任意一種裝置內選定x，y和z軸的原點使之偏移特定距離，亦即呈不相交的且傾斜特定角度亦即呈非直角的。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，為了準確地計算出具固定架構的坐標值，可使用裝設有從屬平臺的傾斜感知器以直接量測兩個軸在該工具與重力坐標之間的旋轉。替代地，可使用諸如雷射式距離計量器之類裝設有從屬平臺的感知器以便在例如使鉆孔機與該表面呈稍微垂直目的下定出一平坦表面的定向。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用軟件碼以便對起因于平移軸與旋轉軸之間和線圈型彈簧恢復組件呈共軸的線圈型彈簧不對稱性所產生的任何非刻意耦合現(xiàn)象進行補償。
本發(fā)明的各種可用以強化其應用性或是對容易使用有貢獻的額外實施例將說明如下本發(fā)明之一實施例所提供的一種多軸游戲桿，可由操作員的手掌抓住其基座并由無名指及小指支持住，同時可由操作員的姆指、食指及中指操縱其主動式控制把手。這種結構允許手腕及手臂在例如走動、為其它人呈現(xiàn)信息或是執(zhí)行建筑工作時具有自由度。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可由習知的計算機鼠標扮演著本發(fā)明之六軸輸入裝置的基座角色。這種結構中，該基座部分可由使用者的手掌加以控制且可扮演著提供有兩個自由度的習知計算機鼠標角色，而本發(fā)明的多軸輸入裝置則提供了額外的六個自由度且可由使用者的姆指、食指及中指作獨立的控制。這種結構可提供有例如八個自由度。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，計算機鼠標可配備有例如一額外的光學轉換器系落在從習知x-y軸鼠標運動轉換器之位置偏移出的點上，因此提供有整體而言對該偏移轉換器與繞鼠標之垂直軸的旋轉運動之間的差分運動具靈敏度的額外鼠標軸。依這種方式，可使用扭轉運動以產生另一額外的或是例如第三輸出軸。這種結構可提供有例如九個自由度?？筛先祟惌h(huán)境改造學的方式以具有「手槍」或「游戲游戲桿」型控制把手的鼠標完成繞其垂直軸的扭轉運動，它的使用可使手腕端點與其橈骨及尺骨呈垂直對齊。使用者的手腕可依這種定向旋轉大概90度，較之使用者的手抓住習知鼠標時或許可達到的30度。本實施例中「手槍」或「游戲游戲桿」型控制把手的進一步優(yōu)點是也可由小指及無名指牢牢地抵住使用者的手掌而空出使用者的姆指、食指及中指以啟動按鈕及/或附屬的(小型)游戲桿?？墒惯@種控制把手最佳化以便使用者能夠只以小指及無名指牢牢地抵住使用者的手掌而舒適又穩(wěn)固地抓住此控制把手。本發(fā)明的數(shù)種轉換器裝置比習知設計的轉換器裝置更適合建造足夠小的游戲桿以便只用食指、中指及姆指操作且足夠小以便連接到第一游戲桿或鼠標上。某些允許進行必要之大范圍運動之習知游戲桿的設計可能在以強固形式進行微型化上顯得特別困難。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可在相互偏移開的數(shù)個地點上設置有如美國專利申請案第US2002/0104957A1號文件中所說明的姆指操作型轉換器以便提供額外的自由度。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可使用諸如此中所說明或是具有滾動條輪之類三軸鼠標的三個自由度以便在實體的計算機輔助設計模型中挑選各組件，而所連接的六軸裝置則可提供額外的六個自由度以操縱藉由前三個軸選出的組件。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可將具有六個自由度的手指及姆指操作型裝置裝設于具有六個自由度的掌持式輸入裝置內以提供一種能夠只以一只手同時控制12個軸的裝置?？墒褂眠@種組合以便例如在控制一操縱器懸臂的同時得以控制其支撐車輛。使用這種裝置能以雙手同時為24個軸提供控制。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可將具有六個自由度的手指操作型輸入裝置附加到任何數(shù)目的諸如飛行控制桿、飛行控制偏轉線圈、方向盤、舵輪、游戲桿、控制杠桿及控制短索之類除此之外屬習知設計的控制裝置。
這種策略能有利于可連接到基座或車輛上而需要或受益于同時進行多軸控制的多軸操縱器或工具。
本發(fā)明又一實施例可以是一種供四肢麻痹患者使用的嘴巴、顎骨或頭部操作型控制器，其中這類應用的習知設計顯得太笨重。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，整個裝置可以是一種手持而可攜式裝置，且可相對于對使用者的手或手指而言保持固定的基座部分操作該主動式控制把手，如是允許只以一只手支持并使用該裝置。替代地，可藉由諸如繃帶或手套之類裝置將基座的一部分牢牢地固定于使用者的手腕或手掌上。甚至較佳的是可藉由無線裝置為這種手持式裝置進行信號傳輸。用于這種手持式結構的坐標系統(tǒng)可以是一種相對于該裝置落在使用者手內之固定部分的坐標系統(tǒng)，或是相對于由某些諸如無線電信號、雷射信號、陀螺儀信號、磁性定向及重力定向之類軌范的組合定出的外部坐標系統(tǒng)。這種可攜式裝置可結合有諸如定向感知器、加速計及陀螺儀之類的其它裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，將上述「手持式」結構裝設于手腕或前臂上允許結合有鉸鏈以便暫時將該主動式控制把手蕩出操作員之手的動線之外。
根據(jù)本發(fā)明的又一概念，可使六軸感知器總成座落在兩個把手之間，使得兩個把手的相對運動能產生對應信號。該把手可以是例如類似于結合新力公司之Playstation或是微軟公司之X-Box使用之雙手型游戲落地架的兩個半邊裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使該裝置具有足夠小的尺寸以結合于計算機鍵盤、手持式計算機或是另一種控制把手或裝置之內。
可在配載有例如絕緣冬季手套時，以極慎重的手部運動操作建筑設備的操作游戲桿。這種狀況下，手指操作型微細范圍運動式游戲桿可起因于壓倒性的振動及機械裝置運動以及缺乏微細的指尖觸覺反饋作用而變得不切實際。據(jù)此，本發(fā)明的數(shù)種概念及實施例強調了對更大運動范圍的需求如下根據(jù)本發(fā)明的一概念，可藉由能將感知器基座連接其上的一個或更多個彈性組件為該主動式控制把手提供經強化的運動范圍。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可建造各彈性組件以使各軸之間任何非刻意形成的耦合作用最小化。這可例如藉由將具有限運動范圍之多軸游戲桿(根據(jù)本發(fā)明、習知或未來設計的)的基座固定于第一裝設區(qū)塊上，其可于此第一裝設區(qū)塊上固定有三個或更多個有彈性且一般而言呈平行之桿柱的上邊端點。各彈性桿柱的下邊端點則系固定于第二裝設區(qū)塊上。無論該第一及第二裝設區(qū)塊在水平平面內的偏轉狀態(tài)為兩者都傾向于保持相互平行。換句話說，因此可在各水平旋轉軸沒有非刻意或不必要的耦合作用下提供進行水平平移的彈性?？蓪⒃摰诙b設區(qū)塊裝設于一對具有偏移但是一般而言呈平行的葉片型彈簧上?？上鄬τ诓僮鲉T為該一般而言呈平行的葉片型彈簧上的另一端點進行固定。該葉片型彈簧總成可在全部三個軸上提供扭轉堅實度同時允許該游戲桿控制把手進行明顯的z-軸運動。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可藉由一種彈性風箱保護該轉換器裝置及其它可動零件不致受到破壞或污染。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可設計各風箱使其繞各風箱對稱軸的運動呈現(xiàn)出明顯的扭轉順從度，一般而言這種現(xiàn)象不會出現(xiàn)在使用習知風箱的例子里。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可在平衡受風箱保護之空腔內壓力目的下設置一第二風箱(是否連接于該可動機構上皆可)。這種概念對在未起因于除此之外必要的排氣作用而造成壓力差或污染下有利于進行z-軸運動而言是特別重要的。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可設置一腕靠使之能隨著該主動式控制把手移動或依與之相關的方式移動但是可依與該主動式控制把手分開的方式支撐使用者手臂的重力及加速度負擔。依這種方式，可必要地支撐使用者手臂以減其疲乏度同時允許進行大范圍的運動，這在諸如操作建筑設備之類高振動環(huán)境中是必要的。例如可藉由使用和腕靠有關的分開裝填單元完成對使用者手臂之瞬時重量的量測作業(yè)。
以下將要說明各種可增高本發(fā)明裝置之應用性的額外修正及改良型式根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可將一種根據(jù)本發(fā)明的多軸轉換器附加到除此之外屬習知設計的Stewart平臺或等效裝置上，使得該多軸轉換器可產生操作員啟動力量/位移信號，同時底下Stewart平臺或等效裝置將力量及位置的反饋供應給操作員。較之由該多軸轉換器本身所提供的位移，這種裝置也可用來提供加大的位移。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使用光纖波導以便在轉換器總成之內發(fā)射并接收光，這可例如用以從轉換器附近將電力組件排除掉，以便用于諸如對所用具吊桶之卡車式起重吊桿或機器手臂進行控制以維護高壓電源線之類。對極小型多軸位置轉換器的建造而言可將本發(fā)明裝置連接有光纖的版本應用在微型機器人、小尺度電氣及機械裝置以及微生物及醫(yī)學之類的應用上。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可藉由將參考質量連接到可動面鏡總成上將本發(fā)明的轉換器組件當作六軸加速計或運動感知器使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一概念，可使用本發(fā)明的位移轉換器組件當作一般用途之多軸位移量測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可設置一噪聲抵銷組件以降低來自環(huán)境振動的噪聲。例如，可使用裝設于裝置基座上的加速計以抵銷諸如因車輛振動造成的信號之類假性信號。
可應用本發(fā)明的各種概念以降低成本并制作更輕巧的習知實施例。例如，結合Hilton等人提出的光轉換器電路及黑點補償裝置使用本發(fā)明的面鏡組件可有利于單一電路板或單件式光轉換器的使用。此實例中，可使各面鏡為靜止的而黑點補償裝置為可動的或者使各面鏡為可動的而黑點補償裝置為靜止的。替代地，可以光纖或光導組件取代各面鏡以逆轉各光徑方向或使光從單一光源分散到具有適合定向及幾何形狀的光徑上。
本發(fā)明的進一步實施例可將復數(shù)個(例如六個)諸如霍爾效應轉換器或是巨磁效應(GME)轉換器之類的磁通量感知器結合到在相對于一磁通量結構(例如可藉由單一磁鐵建造)的多個(例如六個)自由度上可動的單一印刷電路板之上。該實施例可藉由通量傳導用磁性控制把手或其上可沿著任何必要方向提供一圍繞各磁通量感知器之通量路徑(用于外部強加之磁場)的一部分遮蔽各磁通量感知器使之不受環(huán)境磁場的影響。例如，可使用鐵磁性磁極片以引導磁通量，其方式是在磁通量感知器上建立很容易量測得的磁通量梯度，因此變得可相對于各偵測器偵測出各通量路徑的位移。例如，在每一個磁通量路徑可攔截兩個磁通量偵測器下沿著三個路徑引導該通量?？上鄬τ诟魍柯窂綖楦鞔磐扛兄鬟M行定位及定向，使得其運動靈敏軸落在可使其磁通量和具有最大磁通量偵測器靈敏之軸的矢量積相對于位移之微分為最大的方向上。
替代地，可依類似方式使用諸如在力量轉換器上結合有微型磁鐵的MEM裝置之類磁通量梯度型偵測器，其中可相對于感知器靈敏軸的定向為通量密度的二次微分進行定向并使之最佳化。
根據(jù)本發(fā)明的又一概念，可依電氣方式從輸出信號中將線路頻率噪聲濾掉。
根據(jù)本發(fā)明的又一概念，可在有或沒有分開電阻器下于電路板上設置有額外的回路電路以便為懸吊有彈簧的總成提供磁性阻尼作用。這種阻尼作用在諸如建筑設備應用之類振動傾向的環(huán)境內是很有用的。
本發(fā)明的進一步實施例可使用彈性體或彈性體結構以量測例如一控制把手的偏轉作用。依更簡單的形式，可使這種實施例包括一單一導電彈性體結構及連接其上的相關電氣端子。較佳的是該導電彈性體具有離子導電性，這種性質會造成平滑而有用的應變阻抗特征，相反地，填充有導電粒子之彈性體則呈現(xiàn)出比較沒有用的應變阻抗特征。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依Stewart平臺或其功能性等效結構的形狀建造單片式導電彈性體。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依Stewart平臺或其功能性等效結構的通用形狀建造多段式導電彈性體。
替代地，使用習知(像非導電性)彈性體可變形結構以含有諸如電解溶液之類的介電流體或導電流體。該介電流體或導電流體可造成浸漬其內之復數(shù)個電極間的電關隨著在該可變形結構出現(xiàn)形變下改變其內含有該流體之一個或多個空腔的形狀而變化。在使用前述任意一種彈性體結構的例子里，起因于該彈性體一般而言較之金屬或半導體應變計量器的材料具有更高的伸長度，故可使其計量系數(shù)比習知應變計量器的計量系數(shù)高很多。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依Stewart平臺或其功能性等效結構的形狀建造一彈性體內含有導電或介電流體的單一空腔。較佳的是使這種空腔的器壁沿著數(shù)個正交方向旋繞，以允許在六個自由度上出現(xiàn)形變且在不同的軸中存在有相對的均勻堅實度。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依Stewart平臺或其功能性等效結構的形狀建造含有導電或介電流體的多個空腔。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可設置一可變形的彈性體結構，其建造方式是使之連接有復數(shù)個單軸位移轉換器。這種結構可以是非常低廉且有利于依簡單的零反動力的方式裝設有低廉的位移轉換器。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依Stewart平臺或其功能性等效結構設置復數(shù)個空腔，其中可將各空腔連接到一壓力轉換器裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可于彈性體結構內設置復數(shù)個堅實器，其中堅實器將應變傳遞至如MEMS裝置或應變計之轉換器裝置。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，本發(fā)明中各種符合人類環(huán)境改造學的配置可結合視訊或其它非接觸型位置感知器以取代此中揭示的感知器裝置一起使用。例如，可使用如第35a到35g圖所示之12軸游戲桿以提供用于各操作員的調和接口，同時例如可藉由一個或更多個視訊照相機完成各控制把手位置及/或手部位置的量測。對某些藉由視訊量測以便解讀具完全自由形式之手部姿勢的策略應用而言這種配置是優(yōu)良的。
根據(jù)本發(fā)明的進一步概念，可依串聯(lián)方式裝設諸如那些包括復數(shù)個膨脹型空腔或發(fā)動機之類的多個發(fā)動式感知機臺以產生具有很多自由度之蛇形機器裝置。
可由很多上述多軸游戲桿產生必需相對于x，y及z軸依非線性方式轉換成位置及旋轉偏轉量的例如六個模擬信號。可使用很多替代方法及運算法則以從具有多軸游戲桿的轉換器導出具有必要應用性的信號。以下將要說明一種用以導出有用信號的通用方法的實例。
該轉換可以是多機臺的，且基本上系由線性對角化及非線性標度及校正構成?？墒褂昧⒎蕉囗検睫D換以便達成從信號到輸出的非線性映像模型。具有六個輸入變量之完整立方多項式共有6*4^6＝24576個系數(shù)且其計算成本太高而變得不實用。更好的轉換可由趨近式線性轉換構成的以達成進乎對角的輸出且跟著為上達總羃次為3(例如1，x，y，x^2，x*y，y^2，x^3，x^2*y，y^3)的各項施行多項式轉換。這對線性對角化轉換而言需要6*6＝36個系數(shù)且對非線性立方部分而言需要504個系數(shù)皆屬計算上可行的?？稍诿恳粋€乘積單元上完成使用6個系數(shù)的初始預轉換以描述各單獨感知器內的制程變化?？筛鶕?jù)使用者的喜好明確標示出用以為輸出進行重新縮放平移量、重新縮放旋轉量及中心對準(皮重計量法)需要1+1+6＝8個系數(shù)。
對任何特定原型設計而言，可依下列方式計算出36個預轉換系數(shù)以及504個非線性轉換系數(shù)可于6-立方網(wǎng)格線內的正、零及負的位置上對每一個軸進行取樣而在中心及各極端位置上產生3^6＝729個取樣點(例如中心、前方、前方向上、前方向左扭轉及俯沖扭轉等)。可使用最小平方解以套用這36個線性轉換系數(shù)使輸出達成最佳的對角化。使用這類系數(shù)可為樣本數(shù)據(jù)進行線性轉換以產生大概線性的數(shù)據(jù)組。然后再次使用例如線性最小平方解套用504個非線性轉換系數(shù)。
一旦已對設計原型進行校準，可在每一個乘積單元上使用相同的36個預轉換系數(shù)以及相同的504個非線性轉換系數(shù)，但是可在第一次使用或可能在販賣之前完成對6個感知器縮放系數(shù)的一次校準。每一個使用者可依偏好明確指出例如單一平移靈敏度系數(shù)及單一旋轉靈敏度系數(shù)。在初次使用且可能遍及每一次使用該裝置時，可利用6個系數(shù)為輸出進行中心對準(皮重計量法)以描述溫度、定向或使用者之手的重量等之上的次要變化。
(四)附圖
的簡要說明第1a到1e圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例之一建造之六軸游戲桿由SolidWork產生之各式實體模型的示意圖。
第1a圖系在繪制有光徑實例下用以顯示該六軸游戲桿之Z-軸的俯視平面圖。
第1b圖系用以顯示該游戲桿之主要組件的截面切開立視圖。
第1c圖系用以顯示該游戲桿之主要組件的切開透視圖。
第1d圖系用以顯示該游戲桿之立視圖。
第1e圖系用以顯示該游戲桿之各凸角組件的剖面圖。
第2圖系在繪制有內部反射性刻面下用以顯示該游戲桿之主動式控制把手的透視圖。
第3圖系在結合某一型式之相關電氣策略下用以顯示該六軸游戲桿之圓柱狀突起的示意圖。
第4圖系在顯示有曲度面鏡刻面功能下顯示該六軸游戲桿之圓柱狀突起的示意圖。
第5圖系在結合了顯示有用以施行觸感裝置及截斷式面鏡刻面之對應電氣策略下用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例之圓柱狀突起的示意圖。
第6圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例之積體式光電發(fā)射器/光電偵測器套裝組合的透視圖。
第7圖系在結合有對應電氣策略下用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之六軸游戲桿內之圓柱狀突起的示意圖。
第8a到8e圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之建造之六軸游戲桿由SolidWork產生之各式實體模型的示意圖。
第8a圖系在繪制有光徑實例下用以顯示該六軸游戲桿之Z-軸的俯視平面圖。
第8b圖系用以顯示該游戲桿之主要組件的截面立視圖。
第8c圖系用以顯示該游戲桿之主要組件的切開透視圖。
第8d圖系用以顯示該游戲桿之立視圖。
第8e圖系用以顯示該游戲桿之某些凸角組件的剖面圖。
第9圖系在繪制有內部反射性刻面下用以顯示該游戲桿之主動式控制把手的透視圖。
第10a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之截面圖示，其特色為一傳統(tǒng)「游戲桿」式主動式控制把手、一已強化運動范圍以及一保護性壓力補償式風箱。
第10b圖系用以顯示第10a圖之實施例的另一截面圖示。
第11a，11b，11c和11d圖分別是用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之磁通感知器實例之平面、截面、透視及剖面圖。
第12圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之磁性組件的平面圖。
第13圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之組合式磁性組件的平面圖。
第13a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之磁性組件的截面立視圖。
第14圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之印刷電路板的詳細圖。
第15a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之彈性體的截面圖。
第15b圖系用以顯示如第15a圖所示之實施例的剖面圖。
第15c圖系用以顯示如第15a圖所示之實施例的另一剖面圖。
第15d圖系用以顯示如第15a圖所示之實施例的立視圖。
第15e圖系用以顯示一種類似于第15a圖的截面圖。
第16圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之彈性體的截面圖。
第17圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之彈性體的代表性等效電路。
第18a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之彈性體感知器部分的立視圖。
第18b圖系用以顯示如第18a圖所示之感知器組件的另一立視圖。
第18c圖系用以顯示如第18a圖所示之感知器組件的平面圖。
第18d圖系用以顯示如第18a圖所示之感知器組件的透視圖。
第18e圖系用以顯示如第18a圖所示之感知器組件的代表性等效電路。
第19a，19b，19c和19d圖分別系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之彈性體感知器總成的透視、立視、另一立視及平面圖。
第19e圖系用以顯示如第19a，19b，19c和19d圖所示之彈性體感知器總成的代表性等效電路。
第20a和20b圖系用以顯示根據(jù)本發(fā)明某一實施例中數(shù)種填充有電解質之彈性體之一平面及截面立視圖。
第21a，21d，21e和21f圖系分別用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例中填充有電解質之彈性體總成的平面、立視、另一立視及透視圖。
第21b圖系用以顯示如第21a，21d，21e和21f圖所示之轉換器總成中單一轉換器總成的示意圖。
第21c圖系沿著第21b圖之A-A線段擷取的截面圖。
第22圖系用以顯示于制造及組合之代表各階段期間沿著一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例中填充有電解質之彈性體之六角形路徑切開的截面圖。
第23圖系用以顯示沿著一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之裝置中填充有電解質之彈性體上六角形路徑切開的局部截面圖。
第24圖系用以顯示沿著一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之裝置中填充有電解質之彈性體上六角形路徑切開的局部截面圖。
第25a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置中使用由各堅實組件及力量感知器構成組合之彈性體的正視圖。
第25b圖系用以顯示另一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置中使用由各堅實組件及力量感知器構成組合之彈性體的正視圖。
第25c圖系用以顯示多種可用堅實器配置之一的平面圖。
第26圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置中使用由各堅實裝置及壓力感知器裝置構成組合之彈性體上一個由多軸感知器部分構成之組件的局部截面圖。
第27圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置中結合具可變形彈性體結構而使用之分離式單軸位移感知器的截面圖。
第28圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之裝置中結合具可變形彈性體結構而使用之分離式單軸位移感知器的代表性局部截面圖。
第29圖系用以顯示沿著一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之裝置中結合具可變形彈性體結構而使用之分離式單軸位移感知器的代表性局部截面圖。
第30圖系用以顯示沿著一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之裝置中使用埋藏于可變形彈性體結構內具可伸展線圈之可變電感上感知器部分的代表性局部截面圖。
第31圖系用以顯示沿著一種根據(jù)本發(fā)明又一實施例之裝置中結合可在力量或位置反饋下內部壓力而變形之復數(shù)個空腔而使用埋藏于可變形彈性體結構內具可伸展線圈之可變電感上感知器部分的代表性局部截面圖。
第32a，32b，32c和32d圖分別系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置的截面正視圖、局部平面圖、局部截面正視圖及透視圖，其特色為填充有電解質之彈性體的可變形感知器、填充有凝膠之腕靠及積體式數(shù)據(jù)輸入鍵盤。
第33圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之雙手式游戲控制器，其中包括具有用以連接該游戲控制器之左側及右側控制把手部分之多軸感知器裝置的代表性示意圖。
第34圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之手持式裝置的示意圖。
第35a，35b，35c，35d，35e，35f，35g和35h圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置模型的照片，其中系將一直徑大概1.5英時而具有例如六個自由度之指尖型控制把手裝設到具有例如額外六個自由度之手持式控制把手上。
第36a和36b圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置中除了該指尖操作型控制把手是一直徑大概1英時的球體之外類似于如第35a到35h圖所示之模型的照片。
第37a和37b圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置的照片，其中系將一指尖型控制把手裝設到固定型手部安定式控制把手且該指尖操作型控制把手是一直徑大概1.5英時的球體。
第38a，38b，38c和35d圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之裝置中除了該指尖操作型控制把手是一直徑大概1英時的球體之外類似于如第37a和37b圖所示之模型的照片。
第39圖系用以顯示一種對應于根據(jù)本發(fā)明實施例之彈性體橋接電路的電路圖。
第40a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之彈性體感知組件的透視圖。
第40b圖系用以顯示如第40a圖所示之感知組件的截面圖。
第41圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例結合有復數(shù)個導電型彈性體抗張構件之裝置的正視圖。
第42圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之裝置的代表性示意圖。
第43圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之裝置的代表性示意圖。
第44圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之可變形彈性體感知組件內具有Stewart平臺幾乎形狀而填充有電解質之空腔的示意圖。
第45圖系用以顯示一種對應于如第44圖所示實施例之裝置的電路圖。
第46圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之裝置的截面圖。
第47圖系用以顯示來自根據(jù)本發(fā)明某一實施例之裝置內三個相位激發(fā)信號與輸出信號間之解釋用關系的示意圖。
第48圖系用以顯示一種可結合如第46圖所示之實施例使用之印刷電路板配置的示意圖。
第49a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之裝置的平面圖，其中系藉由凝膠襯墊型腕靠以穩(wěn)定六軸游戲桿的基座部分。
第49b圖系用以顯示一種如第49a圖所示之實施例的截面正視圖。
第49c圖系用以顯示一種如第49a圖所示之實施例的剖面圖。
第49d圖系用以顯示一種如第49a圖所示之實施例中一部分的透視圖。
第50a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之裝置的切開圖，其特色為具有一單件式光學位置轉換器。
第50b圖系用以顯示一種如第50a圖所示之實施例的切開圖。
第50c圖系用以顯示一種如第50a圖所示之單件式光學位置轉換器的透視圖。
第51a圖系用以顯示一種附加在三軸鼠標上之手指操作型游戲桿的透視圖。
第51b圖系用以顯示一種如第51a圖所示之實施例的底面圖。
第51c圖系用以顯示一種如第51a圖所示之實施例的末端圖。
第51d圖系用以顯示一種如第51a圖所示之實施例的側圖。
第51e圖系用以顯示一種如第51a圖所示之實施例的俯圖。
第51f和51g圖系用以顯示一種如第51a圖所示之實施例的透視圖。
第52圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例中包含配備有感知器以利進行坐標轉換以便利用游戲桿控制Stewart平臺式轉接器之裝填器的透視圖。
第53圖系用以顯示一種如第52圖所示實施例之控制策略實例的示意圖。
第54a圖系用以顯示一種單件式轉換器的截面圖。
第54b圖系用以顯示一種如第54a圖所示之實施例的局部邊示意圖。
第55圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一概念之游戲桿的截面正視圖。
第56a圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例中包含兩個相對于轉換組件依對稱方式放置之兩個軸向彈簧之游戲桿的截面圖。
第56b圖顯示的是一種反射圖案的實例。
第56c圖顯示的是一種反射圖案的實例。
第57圖系用以顯示一種用以使轉換器裝置之零狀態(tài)的角度及軸向與反射圖案對齊之實例的示意圖。
第58圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一概念所用彈簧之應力分析實例的示意圖。
第59圖系用以顯示另一種根據(jù)本發(fā)明某一概念所用彈簧之應力分析實例的示意圖。
第60圖系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例具有單一彈性組件之彈簧實例的示意圖。
第61a和61b圖系用以顯示一種入射到根據(jù)本發(fā)明某一實施例裝置上之仿真影像的示意圖。
(五)實施方式一種多軸輸入轉換器裝置可包括一具有至少五個輸入端的組件，可相對于至少五個參考坐標系統(tǒng)進行輸入；一反射組件，系用以響應來自能放射出均等地入射到反射組件上的輻射源；以及至少一個反射輻射偵測器，系用以響應來自該反射組件的輻射。此中廣義地使用「反射」一詞以包含該輻射的折射作用。參照第1a(平面圖)、1b(截面立視圖)、1c(切開透視圖)、1d(立視圖)及1e(剖面圖)圖，其中顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例之六軸游戲桿。主動式控制把手1可結合有反射性刻面2a、2b、2c、2d、2e及2f。可使各反射性刻面或反射器對齊使得每一個反射性刻面或反射器都能將來自光源或輻射源4(可以是發(fā)光二極管)的光反射到落在某一特定位置上的光電偵測組件或其它反射輻射感知器。該光電偵測組件可以是光電二極管、光電晶體管、光電電阻器或其它適合的光偵測裝置，或是用以將光引導到另一位置上之諸如ASIC(應用特有之集成電路芯片)之類偵測裝置上的光纖端口?？山逵芍T如線圈型彈簧10之類恢復組件將該主動式控制把手1支持于定位，該線圈型彈簧10可依有角度方式由凹陷11定位于該主動式控制把手內以及由凹陷12定位于該基座3內?？墒褂弥T如光擋板6之類裝置以防止各偵測器5a、5b、5c、5d、5e及5f受到光源4的直接照射。也可建造光擋板6使之可于例如焊接期間輔助該光源4且或許可輔助各光電偵測器5a、5b、5c、5d、5e及5f進行定位及定向。可使用該光擋板6以藉由螺釘7保持印刷電路板13?？稍O置諸如螺釘8或插針之類保持裝置以限制該控制把手1的歷程，或許使得該控制把手1的最大歷程維持落在諸如于該控制把手1內結合有各反射器組件之光電偵測器5a、5b、5c、5d、5e及5f以及光源4之類光學組件的量測范圍內，且或許使得該最大歷程維持落在諸如彈簧10之類恢復裝置的彈性范圍之內且落在各可動與靜止組件之間的各種機械凈空之內?？山逵芍T如涂層或軸套之類的靜摩擦減低組件及/或能量吸收組件使該保持裝置8與相關插座9之間的接觸特征最佳化。
參照第1a和1d圖，光徑14可以不落在徑向平面內而是取代地跟隨著可藉由各種面鏡刻面的位置及定向受到控制的路徑。藉由這種配置，可由該光徑到六個光電偵測器的長度及對齊獨特地定義出該主動式控制把手在x，y，z，Θx，Θy及Θz之類自由度上的位置。一般而言，亮度會隨著有效光徑離的平方反比而改變。可在任意面鏡刻面沿著該面鏡刻面表面之鉛垂軸的運動上使亮度相對于面鏡刻面位置的靈敏度變得最大。垂直于該面鏡刻面的軸可包括一虛擬的八面體式六角艙蓋或「Stewart平臺」。沿著垂直于第一軸之任意軸的運動不致對光徑長度產生任何效應。極端的運動當然會使面鏡刻面完全移出該光徑，但是這種極端的運動是不必要的且事實上可由機械阻擋器加以防止。繞垂直于該面鏡刻面之軸的角度運動不致對光徑長度產生任何效應。繞任何落在該面鏡片段平面內之軸的角度運動可在僅忽略光徑距離上的二階效應下只于該光徑的反射點內造成橫向平移。
可藉由光源的相關透鏡組件、光電偵測器及/或藉由各反射性刻面的曲度使對應于該主動式控制把手之歸零位置的有效光徑距離最佳化為設計變量。例如，可在比對應于實體光徑的距離更靠近的位置上產生光源的虛擬影像以便在具有給定變化的面鏡刻面運動下獲致更大的亮度變化。也可藉由使用各透鏡組件以調整因光源照射所產生的空間分布以及光電偵測器在光靈敏度上的空間分布。同時可有利地使用各發(fā)射器、面鏡及偵測器的對齊變化以產生代表各面鏡刻面位置的光電偵測器信號。假如來自發(fā)射器的任何特定光徑偏落于面鏡邊緣或偵測器總成邊緣上，則該光徑與邊緣的任何相對運動可在所量測的光強度上產生明顯的變化。
可將前述討論的功能及幾何形狀均等地應用于指定實施例上，其中可藉由第1圖實施例中標示為4的單一光電偵測器依序量測出如第1圖所示之復數(shù)個光發(fā)射器5a、5b、5c、5d、5e及5f的光強度。該實施例中例如可由餅圖案圈出各光發(fā)射器以使吾人能夠量測出各單獨光強度且因此量測出其光徑距離?？墒褂脝我还怆妭蓽y器以利單一模擬對數(shù)字轉換器的使用并依與復數(shù)個光發(fā)射器之照射同步的方式施行時間倍增作用。
參照第3圖，其中顯示的是結合有多種可能的替代電氣裝置之一圓柱坐標投影圖示。如第3圖所示之光學組件可以是如第1a、1b、1c、1d、1e及1f圖所示的相同光學組件?？梢缹嶓w方式使各光電偵測器5a、5b、5c、5d、5e及5f圍繞光電發(fā)射器4分布成如第3圖右手邊所示的六角形數(shù)組，但是可在簡潔目的下將之直接定位在每一個光電偵測器后方。面鏡刻面2a可將來自光電發(fā)射器4的光反射到光電偵測器5b上。面鏡刻面2b可將來自光電發(fā)射器4的光反射到光電偵測器5a上?？舍槍偣擦鶄€光徑重復這種圖案，并以其長度定義出主動式控制把手的準確位置及定向以及其在六個自由度上的面鏡刻面。如圖所示依電氣方式將線圈型彈簧10(實體上用以支撐如第3圖左手邊所示之主動式控制把手1)連接到控制把手1及觸控式偵測電路15上。假如必要的話該控制把手1可結合有一分離的電容觸控式切換組件，或是使用諸如面鏡刻面2a上的涂層之類面鏡涂層以完成該電容觸控式切換功能。此中使用「主動式控制把手」一詞意指由多軸輸入裝置上使用者相對于其參考坐標系統(tǒng)抓住并移動的部分。如圖所示，系將各光電偵測器5a、5b、5c、5d、5e和5f的輸出端連接到各放大器18a、18b、18c、18d、18e和18f及電阻器19a、19b、19c、19d、19e和19f上。如圖所示，系將各放大器的輸出端連接到一可程序規(guī)劃的接口控制器(PIC)16上且各信號可由此裝置走向諸如計算機或機器人之類的信號接收裝置17上。如圖所示，六個自由度上的軸系標示于第3圖頂部。
現(xiàn)在參照第4圖，雖則第1a、1b、1c、1d、1e、2及3圖中顯示的是平面式面鏡刻面，然而可有利地使用如第4圖所示之曲面式刻面以便在特殊應用上獲致更大的靈敏度及分辨率?？山逵擅骁R刻面2a使來自發(fā)射器4(隱藏于第4圖的正面圖示中)的光聚焦以在離開光電偵測器5b一距離L處形成該發(fā)射器4的影像。為求簡潔，并未于第4圖中標示出該發(fā)射器4與偵測器5b(應改為5a)之間的光。
現(xiàn)在參照第5圖，其中顯示的是結合有截斷式面鏡刻面2a、2b、2c、2d、2e及2f的面鏡總成及主動式控制把手1。(應加入“光從發(fā)射器4通過路徑14撞擊各面鏡刻面2a、2b、2c、2d、2e及2f邊緣”)撞擊到各面鏡刻面的光可抵達各光電偵測器5a、5b、5c、5d、5e和5f。撞擊到光吸收表面41的一部分則無法抵達這類偵測器。因此這種配置對各面鏡刻面2a、2b、2c、2d、2e及2f邊緣的相對運動而言是靈敏的。
現(xiàn)在參照第6圖，其中顯示的單件式光電轉換器套裝組合系包括一外盒44；光電偵測器42a、42b、42c、42d、42e及42f；一光電發(fā)射器43；及電氣連接結構45。這種單件式轉換器會比印刷電路板裝設式轉換器更強固，且因此不致起因于制造期間的處理作業(yè)或是起因于例如掉落地板上的高g力量出現(xiàn)光學失準的問題。也可有利地使用這種單件式套裝組合以進行研磨沖洗并因此移除了當作多數(shù)分離式光電轉換器組件之標準制造器件的各準直透鏡。雖則第6圖中未標示，然而也可建造這種單件式套裝組合以支持用以支撐該主動式控制把手的彈簧。
現(xiàn)在參照第7圖，可為各偵測器46a、46b、46c、46d、46e及46f進行定位使得各光徑14偏落于其邊緣之旁。各光徑14起因于該主動式控制把手1之運動所產生垂直于其邊緣的運動可因此造成亮度上的變化。
參照第8a(平面圖)、8b(截面立視圖)、8c(切開透視圖)、8d(立視圖)及8e(剖面圖)圖，其中顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明較佳實施例之六軸游戲桿。本身系如第9圖所示之主動式控制把手部分1a可結合有反射性刻面2a、2b、2c、2d、2e及2f。較佳的是用以支持主動式控制把手部分1b的主動式控制把手部分1c具有呈低硬度計量(其蕭氏(Shore)硬度A＜40)的彈性體。這種軟性控制把手部分1a可設置有防滑表面以便在最小抓取力下與操作員的指尖作可靠的結合。起因于結合有明顯厚度的低硬度該控制把手的順應性可降低操作員手指上的接觸應力且因此有助于防止減低血液循環(huán)。該控制把手部分1b可具有標準的O形-環(huán)形狀。該控制把手部分1c可在底部部分上設置有孔洞。該外部孔洞可設置有預定量額的凈空以遠離空間層21。可由孔洞22(使用時可將索環(huán)列入考慮)和空間層21的相對直徑定義出該主動式控制把手在水平平面內的運動范圍。該控制把手部分1c與基座3之間以及該控制把手部分1c與電路板之間的垂直凈空可提供預定量額的垂直歷程。如是可將該主動式控制把手總成限制于該歷程在六個自由度上預定容許范圍?？山逵稍摽刂瓢咽植糠?a內的彈簧支持用凹槽47將該控制把手部分1a固定于彈簧10上。并轉而藉由凹槽48將彈簧10固定于該單件式轉換器套裝組合21上。該單件式轉換器套裝組合21可結合一能沿著徑向向外延伸的電路板13以接合該空間層21及螺釘23。替代地，可使用額外分離片以裝設該轉換器套裝組合并用以接合某些諸如該空間層21及螺釘23之類的裝設裝置。
現(xiàn)在參照第10a和10b圖，顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明實施例的傳統(tǒng)「游戲桿」型主動式控制把手的強化運動范圍，其中系依截面方式顯示出保護性及壓力補償風箱。轉換器25系類似于如第8a、8b、8c、8d和8e圖所示的轉換器。必需使該轉換器作有限范圍的運動，特別是假如該轉換器系含藏于主動式控制把手24內時。如圖所示的配置以便沿著下列三個軸提供具有額外范圍的平移運動依固定方式將葉形彈簧29和30裝設于裝設區(qū)塊28上。可使名義上具有與裝設區(qū)塊28相同之高度的連接區(qū)塊35在未繞Θx軸作運動下沿著Z-軸向上或向下偏轉?？蓪⒀b設區(qū)塊36連接到復數(shù)個梁31，32，33和34上，而這些梁則轉而連接到該連接區(qū)塊35上?？蛇x擇各梁31，32，33和34繞Z-軸的慣性動量以便在繞Z-軸的扭力上提供預定程度的堅實度。名義上各梁31，32，33和34在連接區(qū)塊35及裝設區(qū)塊36兩者上的間隔是相同的。因此裝設區(qū)塊36的水平偏轉不會造成該主動式控制把手產生繞Θx或Θy軸的扭轉作用。必要時可調整各種裝設點上各彈性組件名義上相等的間隔以在各種旋轉軸及平移軸上達成控制量額的耦合作用。風箱26系類似于習知設計中使用的風箱，除了其上設置有額外的皺折以提供繞Θz軸的順應性之外。風箱27可對外殼37內起因于風箱26之Z-軸運動所出現(xiàn)之空氣容積變化作出補償。較佳的是使風箱27連接到連接區(qū)塊35上以致可直接由手驅動該風箱27的運動，因此該風箱27直到可能由足夠的空氣壓力差分造成該風箱27突然出現(xiàn)運動為止都不致落后，該風箱27的運動可轉而使風箱26突然出現(xiàn)非刻意的運動，并因此使轉換器25突然出現(xiàn)運動且因此造成假性信號。該轉換器25的小尺寸有利于控制把手24的使用，其中該控制把手24是足夠小的故即使當操作員以姆指及食指發(fā)動標準的游戲型游戲桿鈕或觸發(fā)器時也允許有可靠的抓握。
參照第11a、11b、11c和11d圖，可藉由(非磁性)大頭釘55及螺帽54將永久磁鐵53支持在(磁性)彈簧式控制把手56與(磁性)磁極片52之間?？蓪?非磁性)彈簧10的下邊端點固定在(非磁性)彈簧平臺51(成形可與彈簧10接合的形狀)上?？蓪⒅T如霍爾效應感知器50a、50b、50c、50d、50e及50f之類的六個磁通感知器固定在印刷電路板13上，并進行定位使得可由彈簧懸吊總成(包括磁性控制把手1、彈簧式控制把手56、大頭釘55、螺帽54及磁極片52)沿著任意平移軸或是繞任意旋轉軸的位移從結合成組的磁通感知器50a、50b、50c、50d、50e及50f產生獨特的輸出信號。磁極片52可設置有三個磁極52a(落在磁通感知器50a與50b之間)、52b(落在磁通感知器50e與50f之間)及52c(落在磁通感知器50c與50d之間)?？梢老鄬τ赯-軸有角度的方式將落在其歸零位置上的各磁極準確地定位在其個別的磁通感知器之間。于立視圖中，系將每一個磁極定位在由各磁通感知器內各磁性響應型組件之位置定義出的平面上方。依這種方式，可由每一個磁通感知器之區(qū)域磁通量及具最大靈敏之軸的常數(shù)積產生獨特地代表該彈簧懸吊總成之位置的信號圖案?？捎删咦畲箪`敏度(單獨磁通感知器之信號內相對于個別磁極之位置變化的最大改變)的六個向量在空間中定義出類似于六角艙蓋或Stewart平臺的形狀。可為空間層21及磁極片52塑形以將該彈簧裝設型總成的歷程限制于水平平面內或繞Z-軸旋轉。可依使大頭釘55的端點與印刷電路板13接合的方式限制該彈簧裝設型總成(沿著Z-軸的)向下運動。可依使磁極片52與彈簧式平臺51接合的方式限制該彈簧裝設型總成的向上運動。當然可使各磁極片52、空間層21、電路板13及彈簧式平臺51的接觸表面適當?shù)馗采w有無磨損沖擊吸收性材料。其完成方式可例如藉由為磁極片52施行橡膠涂層并結合連接到電路板13頂部的耐隆磨損平板使用平滑的橡樹子螺帽當作螺帽54?？蓪⒅T如軟橡膠套筒之類的舒適控制把手材料涂覆于控制把手1外側。較佳的是使每一個磁通感知器都是一種諸如由Allegro Microsystems公司制造其型號為3503比值計的線性霍爾效應感知器之類的集成電路，其中包含有放大器以利后續(xù)的信號處理?？山逵芍T如由Microchip公司制造的模擬對數(shù)字轉換板或可程序規(guī)劃的接口芯片(PIC)之類無數(shù)已知方法之一完成其信號處理作業(yè)。選擇性地，可將一去高斯線圈加到總成上以降低任何不必要的習知磁化作用。
參照第12圖，系用以顯示在沒有磁性控制把手下之磁通路徑的平面圖標。參照第13圖，系用以顯示在具有磁性控制把手下之磁通路徑的平面圖標。參照第13a圖，系用以顯示該磁通路徑57的立視圖。可透過該控制把手使用回復磁通路徑以允許將通量帶到離各磁極更遠處而造成更好的機械凈空以及更大的運動范圍及更符合人類環(huán)境改造學。
參照第14圖，顯示的是一種具有磁通感知器50a、50b、50c、50d、50e及50f的電路板13?？稍O置阻尼電路58和59以扮演著類似于旋轉式電動機器中阻尼繞組(Amortisseur)的功能?？捎谧枘犭娐?8和59內選擇性地設置分離式電阻器。
參照第15a到15e圖，可將控制把手1連接到彈性體感知組件60上。
應予注意的是「上邊」及「下邊」等詞只用以說明各附圖且明確地無意用以限制有關本發(fā)明的任何揭示內容或申請專利范圍。此中說明的各種多軸輸入裝置皆可依相對于重力的任何定向操作。
可將彈性體感知組件60的下邊端點(可以是呈游離導電性之導電彈性體組件)固定于支柱63上，而該支柱63則系固定于基座部分64上。可使感知組件60的上邊端點套用有各電氣端子61a、61b和61c?？墒箯椥泽w感知組件60的下邊端點套用有各電氣端子62a、62b和62c?？蓪⒏麟姎舛俗佑糜谑箍刂瓢咽?及支柱63與彈性體感知組件60(原文譯文應為63)作機械連接?？墒褂孟逻呌∷㈦娐钒?7及上邊印刷電路板66以利與彈性體感知組件60作電氣連接?？山逵晒潭ㄆ?8將上邊電路板66固定在彈性體感知組件60上，且可藉由固定器69使之固定在控制把手1上。可藉由固定器65將電路板62箝夾在支柱63與彈性體感知組件60之間。固定器65也可扮演著使支柱63連接到基座部分64上的角色。參照第16圖，可建造上邊電路板66使之有利以復數(shù)個固定器69與控制把手1作連接。再次參照第15a到15d圖，較佳的是使各電氣端子61a和61b和61c以120°角均等地間隔開。同時較佳的是使各電氣端子62a、62b和62c以120°角均等地間隔開，并使之與各上邊電氣端子偏移60°角。依這種方式，結合有各種電氣端子的電氣導電性彈性體感知組件60可扮演著如第17圖所示之可變電阻電路的功能。吾人應該注意的是第17圖系用以顯示一種三維電路的平面表現(xiàn)法，可將之當作如第15a到15e圖所示之彈性體感知組件60沿著與各電氣端子61a、61b和61c及62a、62b和62c相交之圓形或六角圖案切開的截面圖標。再次參照第17圖，例如以可變電阻器70a代表各電氣端子61a與62a之間可隨著彈性體感知組件60的變形而改變的可變電阻。該三維電路可具有Stewart平臺之發(fā)動機幾何的一般形狀。重要的是，可將彈性體感知組件60之偏轉作用的六個自由度獨特地表為各電氣端子61a、61b、61c及62a、62b和62c之間的電阻式電氣特征。彈性體感知組件60可由數(shù)種范圍廣泛的各式材料制成。本發(fā)明的某一實施例中，該彈性體可以是一種將金屬鹽類溶解于聚合物內的固態(tài)溶液，如同授予Chiang等人之美國專利第5,898,057號、第6,063,499號、第6,111,051號或第6,184,331號文件中所說明的或是可購自Mearthane Products公司的產品。在將金屬鹽類溶解于聚合物內形成固態(tài)溶液的例子里，較佳的是使其電氣激發(fā)信號具有交替的極性。以下稱這種彈性體為具有電離導電性的。例如可使用如第45圖所示的三相交流電源。替代地，該彈性體感知組件60可以是一種諸如由Zipperling Kessler公司開發(fā)的聚苯胺(PAni)之類的「內稟導電性聚合物」或是這類聚合物的混煉物。替代地，可使用具有導電性填充物的聚合物，但是起因于其非調和性且經常呈現(xiàn)出非線性應變阻抗特征故并非較佳選擇。
參照第18a、18b、18c和18d圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之彈性體感知組件60的各種示意圖，其中系將各上邊電氣端子標示為61a、61b和61c而各下邊電氣端子標示為62a、62b和62c。本實施例系起因于已降低或排除穿過如第17圖所示之等效電阻71a、71b、71c、72a、72b和72c的電流而優(yōu)于如第15a到15e圖所示之實施例。除此之外，可藉由控制彈性體「接腳」70a、70b、70c、70d、70e和70f的形狀和角度快速地調整沿著各軸的機械堅實度。
參照第18e圖，顯示的是一種代表性等效電路，其中可變電阻70a到70f代表的是第18a到18d圖中具有相同符號的「接腳」電阻。
參照第19a、19b、19c和19d圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，其中系以復數(shù)個分離式彈性體感知組件75a、75b、75c、75d、75e和75f取代前述附圖的單一彈性體感知組件60?？捎筛麟姎舛俗?2a到72f及73a到73f將彈性體感知組件固定到上邊電路板66及下邊電路板67上?？梢榔渌綀D所示的方式將上邊電路板66及下邊電路板67固定到控制把手、支柱或基座部分上?？蛇x擇各分離式感知組件的尺寸及形狀以使堅實度特征、強度以及沿著每一個軸之環(huán)境改造學感覺最佳化。
參照第19e圖，系用以顯示一種對應于如第19a到19d圖所示之復數(shù)個彈性體感知組件的代表性等效電路。
參照第20a和20b圖，分別系用以顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的平面圖及截面圖，其中系將含有以下簡稱為「電解質」之導電液體或凝膠的空腔設置于可形變彈性體結構77之內。以下系將含有電離導電液體的可形變組件稱為可形變液體組件。以下系將含有電離導電凝膠的可形變組件稱為可形變凝膠組件?？山逵缮扉L、縮短、稀釋、窄化、電極蔭化作用使這類可形變組件相對于其電阻產生形變?？稍O置復數(shù)個電氣端子81a、81b、81c、82a、82b和82c以連接各適當電路以便沿著各軸量測其電阻。較佳的是使各上邊電氣端子81a、81b和81c以120°角均等地間隔開，且較佳的是使之與各下邊電氣端子82a、82b和82c偏移60°角，其中各下邊電氣端子也是以120°角均等地間隔開?？山逵汕度胛?8使該彈性體結構77的外緣沿著徑向產生堅實化。可使用外罩80以遮蔽各電氣端子81a、81b和81c?？墒褂弥С制?9將彈性體結構77固定到支柱63上。
現(xiàn)在參照第21a到21f圖，分別系用以顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的平面圖及截面圖，其中設置有復數(shù)個諸如長形橡膠水管83之類各含電解質的分離式彈性體組件?？捎伤軍A84牢牢地固定住電極82和83?？捎裳b設平臺85和86為各電極82和83定位并用以傳送施加其上的各種力量。各裝設平臺85和86相互間的偏轉作用可在各電氣端子81和82之間造成獨特的電氣阻抗圖案。任意一彈性體組件83的伸張作用都能在各電極與具窄小截面的電解質之間造成更長的距離且因此造成了更高的電阻。較佳的是可結合標準的調幅偵測電路以具有交替極性之激發(fā)信號完成該電阻的量測。
現(xiàn)在參照第22圖，系用以顯示根據(jù)本發(fā)明又一實施例沿著六角形路徑切開的截面圖。制造及組合的各種階段可標示如下可在使插針88落在定位下鑄造出彈性體結構87。拔除插針88留下空腔89。將電極塞入該彈性體結構87的底部。然后使空腔89填充有電解質92。然后塞入各上邊電極93而將電解質92密封到空腔89內?？捎筛麟姎膺B接結構94完成本實施例中各感知組件部分的組合。
現(xiàn)在參照第23圖，顯示的是六個感知組件總成中其結構可提供比如第22圖所示之實施例更高之靈敏度的兩個感知組件總成。較之該彈性體結構87的高度各上邊電極95與下邊電極96之間名義上的距離是很小的，這可在該彈性體結構87的給定偏轉下造成電極間隔產生較大的相對變化。
現(xiàn)在參照第24圖，所顯示的實施例要求只將單一電極總成97塞入該彈性體結構87的每一個空腔內。本實施例可依更簡單的方式制造且更不受到于組合期間進入空腔內之小量空氣的影響。
現(xiàn)在參照第25a、25b和25c圖，顯示的是本發(fā)明的另一實施例，其中可形變彈性體結構100可含有復數(shù)個內部堅實組件99，這些內部堅實組件系用以沿著所選擇的軸使該彈性體結構100的應變耦合到更容易由諸如由印刷電路板應變計量器或是一個或更多個MEMS力量感知器構成的數(shù)組之類小型裝置98量測得的應變上。
現(xiàn)在參照第26圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的局部示意圖，其中可透過填充有流體的通路102使各堅實組件99耦合于壓力感知裝置101。
參照第27圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的截面圖，其中設置有可形變彈性體結構77以便依樞軸旋轉方式將位移量測裝置103連接到共同空腔105內的位置104上。堅實性嵌入物78可在可形變彈性體結構77的外緣上提供徑向堅實度。較佳的是，可依Stewart平臺的幾何形狀設置六個量測裝置103。
現(xiàn)在參照第28圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的局部截面圖，其中系將各位移量測裝置103套入彈性體結構100的分離空腔內。
現(xiàn)在參照第29圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的局部截面圖，其中系將諸如可變電感或差分轉換器之類的位移量測裝置安裝于一可形變彈性體結構的單獨空腔內。如圖所示之實施例可進一步為每一個單獨轉換器103提供單一鑄造式球形椅104。第29圖的局部截面圖顯示了較佳數(shù)量為六個的轉換器103中依Stewart平臺之結構定向的兩個轉換器。可使轉換器總成103的球體部分106座落于彈性主體100的鑄造式球形椅104內。變壓器核心105的特色是使其球體外徑可在線圈總成內滑動。桿柱部分107可使球體部分106與變壓器核心105連接在一起。
現(xiàn)在參照第30圖，彈性體結構100內線圈型彈簧108的電感可隨著彈性體結構100出現(xiàn)形變并改變其長度而改變?？闪繙y其電感變動以建立該彈性體結構100之已形變形狀的電子表現(xiàn)法。
參照第31圖，彈性體結構100的特色為該線圈或線圈型彈簧108內設置有膨脹型空腔89。可藉由配件109及水管110使各膨脹型空腔89連接到外部壓縮流體或氣體源上。較佳的是可于彈性體結構100內依Stewart平臺結構設置數(shù)量為六的膨脹型空腔89。藉由本實施例可建造一種力量反饋或「haptic」型游戲桿。由六個如圖所示之兩種組件構成的組合可稱為具有發(fā)動機的「機臺」。藉由依端點對端點方式裝設有多個獨立操作型「機臺」，可在具有極大彈性及控制性下建造一種機械型蛇形裝置。這種多機臺裝置對例如用于醫(yī)療應用的導尿管操縱而言是很有用的。較佳的是可藉由結合有諸如MEMS閥門總成之類的單一壓力岐管施行這種多機臺裝置的控制，且較佳的是可由單一數(shù)字數(shù)據(jù)排流為這種MEMS閥門總成進行尋址及發(fā)動。依這種方式，可沿著落在類似于脊椎動物之脊椎骨的結構內延伸式多機臺發(fā)動機的中心配置一種結合有單一資料排流的單一加壓氣體管線。
現(xiàn)在參照第32a到32d圖，顯示的是本發(fā)明的另一實施例，其中系結合填充有凝膠的腕靠111和數(shù)值鍵盤112以使用填充有電解質的可形變彈性體結構77(相似于在第20a、20b圖所示者)?？墒乖摽尚巫儚椥泽w結構77′的對稱軸從鉛垂方向傾斜出來以允許使用者的手處于舒適而放松的位置。正常情況下可使基座部分64的底部64a平坦地靜置于諸如書桌之類的水平表面上。
現(xiàn)在參照第33圖，顯示的是本發(fā)明的另一實施例，其中系藉由多軸感知組件115將游戲控制器116的左半邊113連接到游戲控制器116的右半邊114。藉由本實施例，可保留雙手型游戲控制器的所有傳統(tǒng)特性而同時添加了例如六個額外的自由度。
現(xiàn)在參照第34圖，顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的腕戴式裝置，其中系藉由手帶117和腕帶118使基座部分119牢牢地固定于使用者的手120上?？赏高^感知器部分121使主動式控制把手1連接到該基座部分119上。
現(xiàn)在參照第35a到35g及36a和36b圖，顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之裝置模型的照片，其中可藉由一只手快速地控制十二個自由度。可藉由一感知裝置(未標示)使指尖操作式控制把手122連接到手持式控制把手123上。較佳的是該指尖操作式控制把手122的直徑大概為1到11/2英時以有利于使本發(fā)明中所揭示的感知裝置達成新奇位準的輕巧度?？蓪⒂糜诹繙y手持式控制把手之輸入的額外感知裝置定位在手持式控制把手123上或是將之定位在連接用聯(lián)結器124之上或之內，或者藉由例如視訊量測裝置之類外部裝置達成。
現(xiàn)在參照第37a、37b、37c、38a、38b和38c圖，顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例之裝置模型的照片，其中可使用手持式固定控制把手125以穩(wěn)定使用者的手同時可藉由使用者的拇指、食指及中指操縱多個例如六個自由度。
現(xiàn)在參照第39圖，顯示的是根據(jù)本發(fā)明某一實施例中多種替代電路實例之一。
參照第40a圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例之彈性體感知組件的透視圖。
現(xiàn)在參照第40b圖，系用以顯示如第40a圖所示之感知組件的截面圖。
現(xiàn)在參照第41圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明實施例結合有復數(shù)個導電型彈性體抗張構件之裝置的正視圖。
現(xiàn)在參照第42圖，系用以顯示根據(jù)本發(fā)明某一實施例中數(shù)種代表性電路之一。
現(xiàn)在參照第43圖，系用以顯示根據(jù)本發(fā)明另一類實施例中數(shù)種代表性電路之一。
現(xiàn)在參照第44圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之可變形彈性體感知組件內具有Stewart平臺幾乎形狀而填充有電解質之空腔的實例示意圖。
現(xiàn)在參照第45圖，系用以顯示一種對應于如第44圖所示實施例之裝置的電路圖。
現(xiàn)在參照第46圖，系用以顯示一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例之裝置的截面圖。
現(xiàn)在參照第47圖，顯示的是一種電氣信號的施行實例，其中系將表為A，B和C的電壓加到如第15a到15e圖所示實施例中表為61a，61b和61c的一組端子上。例如可藉由量測可在如第15a到15e圖示所示實施例中表為62a，62b和62c的一組端子上得到的電壓D、E和F施行的電壓及相位角而獲致六個自由度上的位置信息。
現(xiàn)在參照第48圖，顯示的是一種可結合如第46圖所示之實施例使用之印刷電路板配置。
現(xiàn)在參照第49a、49b、49c和49d圖，所顯示游戲桿的特色為其上裝設有凝膠襯墊腕靠111的基座64允許使用者舒適地箝制基座64使之于操縱游戲桿期間穩(wěn)穩(wěn)地抵住諸如書桌之類的支撐表面。使支柱63連接到基座64上并進行塑造以防止下邊控制把手部分1b出現(xiàn)過量的旋轉或水平運動。據(jù)此成形該下邊控制把手部分1b以允許它繞支柱63進行必要但是不過量的運動。該下邊控制把手部分1b的運動會在向下方向上受到基座64的限制且在向上方向上受到支柱63的限制。膜片2可沿著數(shù)個方向回旋以便在六個自由度上提供彈性并為光學組件提供保護使之不受灰塵及昆蟲的影響。彈簧10可為控制把手部分1a和1b提供恢復力并藉由孔洞10a和10b為上邊控制把手1a提供相對于光電發(fā)射器4和光電偵測器5的定位。也可藉由彈簧10為下邊控制把手1b提供相對于支柱63的定位。如圖所示彈簧10具有三向對稱。彈簧10可具有任何數(shù)目的諸如二向對稱之類結構或者可建造成具有單一回旋組件。上邊控制把手1a的特色是具有吸收區(qū)1c及反射區(qū)1d的內部表面。可使發(fā)射器4直接瞄準在吸收區(qū)1c與反射區(qū)1d之間的邊界上。可使各光電偵測器5具有寬廣的視野并使每一個光電偵測器5都能回應來自數(shù)個光電發(fā)射器的反射光。假如一次為一個光電發(fā)射器加能，則可依電氣方式使所有光電偵測器例如各光電二極管作并聯(lián)連接且使之連接于諸如Microchip公司制造之PIC裝置之類混合式集成電路的單一模擬輸入通路上?？蓪⑦@種裝置連同其它用以直接起動各光電發(fā)射器4或是用以從各光電偵測器5導出信號所需要的電子組件直接裝設于電路板13上。本實例中如第49a，49b，49c和49d圖所示之上邊控制把手1a的直徑為53毫米。
現(xiàn)在參照第50a和50b圖，顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明某一實施例結合有單件式光電轉換器的裝置?？蓪⒅е?3連接到基座64上并成形以防止下邊控制把手部分1b出現(xiàn)過量的旋轉或水平運動。據(jù)此成形該下邊控制把手部分1b以允許它繞支柱63進行必要但是不過量的運動。該下邊控制把手部分1b的運動會在向下方向上受到基座64的限制且在向上方向上受到支柱63的限制。膜片2可沿著數(shù)個方向回旋以便在六個自由度上提供彈性并為光學組件提供保護使之不受灰塵及昆蟲的影響。彈簧10可為控制把手部分1a和1b提供恢復力并藉由孔洞10a和10b為上邊控制把手1a提供相對于光電發(fā)射器4和光電偵測器5的定位。也可藉由彈簧10為下邊控制把手1b提供相對于支柱63的定位。如圖所示彈簧10具有三向對稱。彈簧10可具有任可數(shù)目的諸如二向對稱之類結構或者可建造成具有單一回旋組件。上邊控制把手1a的特色是具有吸收區(qū)1c及反射區(qū)1d的內部表面?？墒拱l(fā)射器44c直接瞄準在吸收區(qū)1c與反射區(qū)1d之間的邊界上。可使各光電偵測器44b具有寬廣的視野并使每一個光電偵測器5都能回應來自數(shù)個光電發(fā)射器的反射光。第50a，50b和50c圖系依比例繪制使得上邊控制把手1a的直徑為大概40毫米，因此變得較佳的是可由使用者的拇指尖、食指尖及中指尖操作并保留使用者的其它手指可抓取諸如可連接到基座64上的鼠標或游戲桿之類的其它裝置。
現(xiàn)在參照第50c圖，顯示的是第50a和50b圖中的單件式光學轉換器44。單件式光學轉換器44包括一可以是印刷電路板的基板44e，六個分離式光電發(fā)射器44c以及六個分離式光電偵測器44b，每一個都可封裝于諸如環(huán)氧樹脂之類的透明媒介物內。可藉由以不透明媒介物圍繞該透明媒介物以防止光在各光電發(fā)射器與光電偵測器之間直接傳輸?？稍诶缫圆煌该髅浇槲?4i進行過鑄造之前將反射性涂層涂覆到透明媒介物44h的外部表面上。各連接插針44a可藉由例如USB之類的接口以便為該裝置提供電力并從裝置上送出數(shù)據(jù)?？蓪⒒旌闲盘柺轿⒖刂破?4d以及其它必要組件裝設于基板44e上并以樹脂系統(tǒng)44h及/或44i進行封裝。依這種方式可制造出一種低成本的強固轉換器套裝組合。
現(xiàn)在參照第51a、51b、51c、51d、51e、51f和51g圖，顯示的是一種根據(jù)本發(fā)明的實施例，其中系將一六軸游戲桿連接到三軸鼠標64a上?？沙尚卧撌髽艘栽试S使用者的手腕呈實質垂直因此允許鼠標基座作更大范圍的z軸旋轉。如圖所示的形狀也有利于由使用者之無名指及小指穩(wěn)固地抓住使鼠標部分抵住使用者的手掌。使用者的手掌與彎曲手指之間的隆起可進一步強化牢固的緊握。直徑大概40毫米的游戲桿允許使用者以姆指、食指及中指操縱。鼠標底部表面的特色為具有兩組偏移式傳統(tǒng)光學鼠標轉換器。雖則兩個位置上的一組轉換器只需要量測x軸的運動，然而每一組轉換器皆可量測出x和y軸的運動。為了命名的目的，使各組轉換器落在沿著平行于y軸方向的線段上?？蓮氖髽松峡稍趦蓚€x軸轉換器造成差分輸出的z軸扭轉作用導出第三鼠標軸。如圖所示的裝置提供了九個自由度。也可圍繞該六軸游戲桿基座周緣設置有按鈕?？稍谠撗b置頂部加上一小型的十鍵式襯墊。
現(xiàn)在參照第52圖，顯示的是另一種根據(jù)本發(fā)明的實施例，其中系由游戲桿1控制用以控制一件建筑設備131此例中為裝填機與可卸除工具133此例中為裝填籃之間空間關系的六角艙蓋轉接器126?？梢李愃品绞娇刂浦T如堆高機、多爪錨、起重吊桿、鋸刀、槌打機、鉆孔機、錐鉆機、割草機之類各種其它工具。可使用像視訊相機之類的機器構想式感知器130以便依機器方式定出連鎖裝置127相對于游戲桿1的姿勢。也可使用機器構想式感知器130以感知該六角艙蓋轉接器126的姿勢。也可藉由諸如視訊相機或是掃瞄式激光束之類機器構想式裝置解讀該六角艙蓋轉接器126的姿勢。例如可使用這種激光束以掃瞄六個抗壓構件上的反射性標簽。可使用反射信號的時序以定出該六角艙蓋轉接器126的姿勢。也可使用各種其它機器構想式策略。替代且連接地，可從諸如連接于六角艙蓋式抗壓構件上的MEMS(微型機電系統(tǒng))裝置126c以及連接于128和132上之MEMS裝置126b和126d之類分離式感知器歸納出其姿勢信息。進一步可將MEMS裝置(可以是例如加速計或角速率感知器)127a和129a連接到一機器連鎖裝置的各種部位上。可依磁性方式連接這種裝置且較佳的是依無線方式傳送信息。
附件A顯示的是一種以MEMS加速計資料為基礎定出一機械組件之位置、角速度及角加速度的一般趨近法。可使用一般趨近法以定出諸如機器手臂、六角艙蓋及其組合之類多連式連鎖裝置的位置、角速度及角加速度。
現(xiàn)在參照第53圖，顯示的是一種可結合如第52圖所示之實施例一起使用的局部性一般控制用配置?？捎墒褂谜咭杂螒驐U1控制從屬平臺132?？捎捎嬎銠C139使用機器構想式感知器130及/或分離式感知器127a，127b，126c和126d之類連續(xù)地調整各坐標以符合使用者的參考坐標系統(tǒng)。也可使用習知的絕對角度及位置編碼器?？梢浪Ψ绞绞褂每赏高^運動控制器134從水力發(fā)電機136接收到電力的水力閥式岐管137以控制六角艙蓋式抗壓構件126。也可由水力發(fā)電機136將電力供應到收發(fā)報機135上。收發(fā)報機135可接收來自收發(fā)報機138的運動指令數(shù)據(jù)。這種策略可適用范圍廣泛的各式機器設備。這種設備不需要作永久性安裝且可適用于租用的建筑設備。一般而言，該姿勢訂定系統(tǒng)只需要依充分合理的方式使該六角艙蓋的例如參考坐標系統(tǒng)對齊操作員的參考坐標系統(tǒng)便可?？梢琅c控制系統(tǒng)無關的方式直接以操作員的視覺或聽覺作絕對位置的反饋。選擇性地，可使用(觸覺)游戲桿以提供觸覺反饋。
如同從前述說明很容易了解的是可依各種方式施行本發(fā)明的基本概念。這同時涉及了多軸輸入的技術及裝置以完成適當?shù)姆椒?。本發(fā)明中，揭示了多軸輸入技術當作將要藉由各種已說明裝置達成的部分結果并當作應用固有的步驟。這不過就是依意圖及說明使用各裝置的自然結果。除此之外在揭示某些裝置時，吾人應該了解的是不僅完成了某些方法而且可依不同的方式達成。重要的是，如同先前的所有說明可理解的是這類事實都屬于本發(fā)明的揭示內容。
本發(fā)明中所包含的討論試圖扮演著基本說明的角色。讀者應該清楚的是不需要以特定說明明確地所有可能的實施例且可依隱含方式說明多種替代實施例。尚未完全解釋的是本發(fā)明的真實特性或許并未明確地顯示如何將各器件或組件確實地表為更廣泛的功能或是更多樣的替代或等效組件。再次，這類組件系隱含地包含于本發(fā)明的揭示內容中。在依裝置導向專有名詞說明本發(fā)明的同時，每一個組件都隱含地執(zhí)行某一種功能。不僅已說明裝置包含了申請專利范圍中的各種裝置，而且包含了申請專利范圍中的各種方法及程序以強調本發(fā)明中每一個組件執(zhí)行的功能。無意以本發(fā)明的說明或各專有名詞限制完整專利申請文件中所包含之本發(fā)明申請專利范圍的架構。
吾人也應該了解的是可在不偏離本發(fā)明所附申請專利范圍之精神及架構下作各種改變。這類改變也是隱含地包含于本發(fā)明的說明中。這類改變仍然落在本發(fā)明的架構內。廣義的揭示內容同時包含兩種明確顯示的實施例亦即各種明確的替代實施例，本發(fā)明的揭示內容包含了各種廣義的方法或程序且取決于用以支撐完整專利申請文件的申請專利范圍。吾人應該了解的是本發(fā)明系以暫時性歸檔文件為基礎完成這類語言轉換及廣義的申請專利范圍。本專利申請案系用以尋求對視為申請人權利之申請專利范圍的廣義基礎的檢驗且其設計系用以獨立地產生一種涵蓋本發(fā)明中數(shù)種概念當作整體系統(tǒng)的專利文件。
此外，可依各種方式達成本發(fā)明申請專利范圍各式組件中的每一種組件。吾人應該了解的是本發(fā)明的揭示內容可涵蓋每一個這類變型，只要是任何裝置實施例的變型、方法或程序實施例或甚至只是這類組件的變型。特別是，吾人應該了解的是有關本發(fā)明組件的揭示內容，即使只是其功能或結果是相同的也可由每一種組件一詞代表等效裝置或方法。應該考慮的是在每一種組件或作用的說明中涵蓋這種等效而更廣義或甚至更真實的名詞?？稍诒匾獣r取代這類名詞以明確地指出可涵蓋本發(fā)明的隱含廣義名詞。然而如同某一實例，吾人應該了解的是將所有動作表為用以施行該動作的裝置或是用以造成該作用的組件。同樣地，吾人應該了解的是本發(fā)明所揭示的每一種實體組件都涵蓋了有利施行該實體組件之作用的揭示內容。關于最后一種概念但是如同某一實例一般，相反地吾人應該了解的是「偵測裝置」或「偵測器」之揭示內容所涵蓋的偵測動作(無論是否明確地討論到)是指「偵測動作」的有效揭示內容，吾人應該了解的是這種揭示內容涵蓋了「偵測器」甚至于「偵測裝置」的揭示內容。可理解的是在本發(fā)明的說明中明確地包含這種變換及替代性名詞。
此中結合了本發(fā)明中所提及的專利文件、出版品及參考文獻當作本專利申請案的參考文獻。除此之外，吾人應該了解的是此中使用的每一個名詞，除非本發(fā)明中依與這種解讀不一致的方式使用該名詞，可將傳統(tǒng)及常用字典的定義理解為結合有此中列為參考文獻之蘭登屋(Random House)公司印行之韋伯無刪減字典(第二版)中所含的所有定義、替代名詞及同義字。最后，附上列舉于將要結合于專利申請案、其它信息聲明或是隨專利申請案送出之參考文獻清單中的所有參考文獻；不過關于上述每一個名詞，可在這類結合于參考文獻中的信息或聲明的范圍下認定為與本發(fā)明不一致時清楚地認定這類聲明不是本發(fā)明提出的聲明。
因此，本發(fā)明的申請人應該理解至少提出下列申請i)如同此中揭示并說明的每一個輸入裝置；ii)所揭示并說明的相關方法；iii)每一個這類裝置及方法的類似、等效且甚至是明確的變型；iv)那些依所揭示并說明之方式完成所顯示之每一個功能的替代設計；v)那些依隱含了用以完成所揭示并說明的方式完成所顯示之每一個功能的各替代設計及方法；vi)依分開而獨立發(fā)明的方式顯示的每一種特性、組件及步驟；vii)因所揭示的各種系統(tǒng)或組件而強化的申請案；viii)由這類系統(tǒng)或組件制成的最終產品；ix)實質上可依如同以上說明并參照任意附設實例的方式施行的各方法及裝置；x)由所揭示的每一個組件構成的各種組合及排列；xi)取決于所提出之每一個及每個獨立申請專利范圍或概念的每一個潛在的獨立申請專利范圍或概念；xii)依如同遍及上述討論所說明的方式在計算機輔助下或在計算機上執(zhí)行的程序；xiii)依如同遍及上述討論所說明的方式施行的可程序規(guī)劃裝置；xiv)含有編碼數(shù)據(jù)以管理包括可依如同遍及上述討論所說明之方式運作之裝置或組件之計算機的計算機可讀內存；xv)依此中揭示并說明的方式建造的計算機；xvi)依如同此中揭示并說明的方式施行的單獨或組合式子程序及程序；xvii)所揭示并說明的相關方法；xviii)每一個這類系統(tǒng)及方法的類似、等效且甚至是明確的變型；xix)那些依所揭示并說明之方式完成所顯示之每一個功能的替代設計；xx)那些依隱含了用以完成所揭示并說明的方式完成所顯示之每一個功能的各替代設計及方法；xxi)依分開而獨立發(fā)明的方式顯示的每一種特性、組件及步驟；xxii)由上述每一項構成的各種組合及排列。
吾人也應該了解的是為了實用的理由且為了避免添加潛在的上百個申請專利項目，申請人最終提出只含初始附屬項目的申請專利范圍。吾人應該了解的是在新的相關法令下存在有必要程度的支持項目(包含但是不受限于歐洲專利協(xié)議條款123(2)及美國專利法35 USC 132或其它這類法令)以容許添加在一個獨立申請專利項目或概念下提出的各種附屬項目或是其它元素中的任意一種附屬項目當作在任何其它獨立申請專利項目或概念下的附屬項目或元素。此外，假如或者當使用時過渡用詞「comprising」系且將根據(jù)對傳統(tǒng)申請專利項目的解讀以維持此中說明的「開放端」申請專利項目。因此，除非文中除此之外的要求，吾人應該了解的是試圖以「comprise」一字或是諸如「comprises」或「comprising」之類的變型暗示包含了已陳述元素或步驟或是由各元素或步驟構成的集合但是不排除任何其它元素或步驟或是由各元素或步驟構成的集合。應該以最廣義形式解讀這類名詞以便為申請人提供法律容許的最廣泛的保護范圍。
可結合于任何時間提出的任何申請專利范圍當作本發(fā)明的部分說明，本發(fā)明的申請人明確地表達了保留樣利可使用全部或部分結合有這類內容的申請專利范圍當作額外說明，以支持任何或所有申請專利范圍或是其中的任何組件或組件；且本發(fā)明的申請人進一步明確地表達了保留權利可在必要時從各申請專利范圍的說明中移除全部或部分結合有這類內容的申請專利范圍反之亦然，以定義出本專利申請案或是其上的任何后續(xù)延展、分割或部分延展尋求保護的事項，或是用以取得任何降低依循費用的利益，或是用以順從專利法、法規(guī)、任何國家或條約的規(guī)定，并使這類結合內容在本專利申請案的待審期間保留包含本專利申請案的任何后續(xù)延展、分割或部分延展或是其上的任何再授權或延伸。
此中結合了本發(fā)明中所提及的專利文件、出版品及參考文獻當作本專利申請案的參考文獻。明確地說，此中結中了2002年4月12日提出之美國專利申請案第60/372,216號文件包含任何附圖及附加項目當作本專利申請案的參考文獻。如同表列，此中結合了本發(fā)明中所提及或包含的展示圖特別是展示圖A當作本專利申請案的參考文獻。
除此之外，吾人應該了解的是此中使用的每一個名詞，除非本發(fā)明中依與這種解讀不一致的方式使用該名詞，可將傳統(tǒng)及常用字典的定義理解為結合有此中列為參考文獻之蘭登屋(Random House)公司印行之韋伯無刪減字典(第二版)中所含的所有定義、替代名詞及同義字。最后，附上列舉于將要結合于專利申請案、其它信息聲明或是隨專利申請案送出之參考文獻清單中的所有參考文獻；不過關于上述每一個名詞，可在這類結合于參考文獻中的信息或聲明的范圍下認定為與本發(fā)明不一致時清楚地認定這類聲明不是本發(fā)明提出的聲明。
參考文獻清單I.美國專利文件
II.外國專利文件
III.其它文件(包含作者、標題、日期及相關頁數(shù)等)
附件A(1)1-D加速計在點A及B，兩者與半徑平行及離開中心。x-軸為沿移動組件，y-軸為垂直于所示的組件。(1)1-D加速計平行于y-軸及固定在A點。
每一個點上的加速度為a→A=(gx+θ..·rA,gy+VA2rA)]]>a→B=(gx+θ..·rB,gy+VB2rB)]]>其中 和 都是切線速度。
|g→|=gx2+gy2,]]>故可定義出gx=g2-gy2]]>因此θ=arctan(gygx)=arctan(gyg2-gy2)]]>由于VA=rA·θ.]]>且VB=rB·θ.,]]>故可改寫成aA,y=(gy+(rA·θ.)2rA)=gy+rA·θ2.]]>aB,y=(gy+(rB·θ.)2rB)=gy+rB·θ2.]]>⇒(gy+r1·θ2.)-rArB(gy+r2·θ2.)=(1-r1r2)gy]]>
因此gy=aA,y-rArBaB,y1-rArB⇒θ=arctan(aA,y-rArBaB,y1-rArBg2-(aA,y-rArBaB,y1-rArB)2)]]>θ.=aA,y-gyrA=aB,y-gyrB]]>θ..=aA,x-gxrA=aA,x-g2-[aA,y-rArBaB,y1-rArB]2rA]]>替代地θ..=aA,x-aB,x(rA-rB)]]>
權利要求
1.一種多軸輸入轉換器裝置，包括一具有至少五個輸入端的組件，可相對于至少五個參考坐標系統(tǒng)進行輸入；一反射組件，用以響應來自能放射出均等地入射到反射組件上的輻射源；以及至少一個反射輻射偵測器，用以響應來自該反射組件的輻射。
2.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該具有至少五個輸入的組件包括一具有至少六個輸入端的組件可相對于至少六個參考坐標系統(tǒng)進入輸入。
3.如申請專利范圍第2項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少六個參考坐標系統(tǒng)包括至少三個平移式參考坐標系統(tǒng)以及至少三個旋轉式參考坐標系統(tǒng)。
4.如申請專利范圍第3項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少三個平移式參考坐標系統(tǒng)以及至少三個旋轉式參考坐標系統(tǒng)的特征為具有三個相互正交的軸。
5.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該輻射源包括一電磁輻射源。
6.如申請專利范圍第5項之多軸輸入轉換器裝置，其中該電磁輻射源包括一可見光源。
7.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少五個參考坐標系統(tǒng)包括至少三個平移式參考坐標系統(tǒng)。
8.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少五個參考坐標系統(tǒng)包括至少三個旋轉式參考坐標系統(tǒng)。
9.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少五個參考坐標系統(tǒng)包括三個平移式參考坐標系統(tǒng)以及兩個旋轉式參考坐標系統(tǒng)。
10.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少五個參考坐標系統(tǒng)包括至少五個軸。
11.如申請專利范圍第10項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少五個軸包括三個相互正交的軸。
12.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中又包括一最終可使來自該輻射源的輻射入射其上的比較不反射組件。
13.如申請專利范圍第12項之多軸輸入轉換器裝置，其中該比較不反射組件會與該反射組件形成至少一個陡峭邊界而存在有從反射性到比較不反射性的劇烈變化。
14.如申請專利范圍第13項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少一個陡峭邊界包括至少兩個陡峭邊界。
15.如申請專利范圍第14項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少兩個陡峭邊界包括至少兩個實質上相互正交的陡峭邊界。
16.如申請專利范圍第14或15項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件系與毗連該比較不反射組件以形成一三角形圖案。
17.如申請專利范圍第13項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少一個陡峭邊界包括至少兩個陡峭邊界。
18.如申請專利范圍第17項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少兩個陡峭邊界系呈曲折配置。
19.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件系沿著該輻射源的外徑向方向建立的
20.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少一個反射輻射偵測器系沿著該反射組件的內徑向方向建立的。
21.如申請專利范圍第12或20項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件及該比較不反射組件系沿著該輻射源的外徑向方向建立的。
22.如申請專利范圍第12或20項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件及該比較不反射組件系沿著該至少一個反射輻射偵測器的外徑向方向建立的。
23.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該具有至少五個輸入端的組件包括一搖桿。
24.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件包括一環(huán)狀反射組件。
25.如申請專利范圍第12項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件及該比較不反射組件系依環(huán)狀方式建立的。
26.如申請專利范圍第21項之多軸輸入轉換器裝置，其中該反射組件及該比較不反射組件系依環(huán)狀方式建立的。
27.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少一個反射性輻射偵測器包括至少六個反射輻射偵測器。
28.如申請專利范圍第1項之多軸輸入轉換器裝置，其中該至少一個反射輻射偵測器可放射一相對于來自該反射組件之輻射的信號。
29.如申請專利范圍第28項之多軸輸入轉換器裝置，其中該相對于來自該反射組件之輻射的信號包括一電氣信號。
30.如申請專利范圍第28項之多軸輸入轉換器裝置，其中該相對于來自該反射組件之輻射的信號包括一光學信號。
31.一種搖桿，包括一輻射源；一反射器；以及反射輻射感知器，其中至少一個系沿著至少三個自由度相對于三個組件中至少一個組件呈可動的；其中該輻射源會投射出最終入射到該反射器上的輻射，該反射器則依可在反射輻射感知器上改變的方式將一可變的反射光學信號反射到該反射輻射感知器上其方式是，且該反射輻射感知器可感知到至少一部分的可變反射光學信號。
32.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該輻射源包括一可見光源。
33.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該輻射源包括一紅外線輻射源。
34.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該輻射源包括一紫外線輻射源。
35.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中偵測該回傳的光學信號當作入射到由各影像感知組件構成之數(shù)組上的影像。
36.如申請專利范圍第35項之搖桿，其中該由各影像感知組件構成之數(shù)組包括一電荷耦合裝置(CCD)式相機。
37.如申請專利范圍第35或36項之搖桿，其中又包括一廣角鏡頭。
38.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該反射輻射偵測器包括一光電偵測器且該輻射源包括一具時間順序的光發(fā)射器。
39.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該反射輻射偵測器包括結合有該輻射源平行運作的多個光電偵測器，其中該輻射源包括一具時間順序的光發(fā)射器。
40.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該反射輻射偵測器包括具時間順序的光偵測器。
41.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中可建立該反射輻射偵測器及該輻射源當作一單件式裝置的零件。
42.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中可藉由一單件式裝置對該可變的反射光學信號進行轉換。
43.如申請專利范圍第41項之搖桿，其中該單件式裝置包含各埋藏式非光學電子組件。
44.如申請專利范圍第43項之搖桿，其中該埋藏式非光學電子組件包含一微處理器。
45.如申請專利范圍第41項之搖桿，其中該單件式裝置包括一用以支撐埋藏于透光媒介物內之一個或更多個光學發(fā)射器以及一個或更多個光學偵測器且一般而言呈平面型式的基板。
46.如申請專利范圍第41項之搖桿，其中該單件式裝置包括一用以支撐埋藏于導光媒介物內之一個或更多個光學發(fā)射器以及一個或更多個光學偵測器且一般而言呈平面型式的基板。
47.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中將結構的光投射到反射器上。
48.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該反射器包括至少一個具有圖案的反射組件。
49.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該反射器包括多個反射刻面。
50.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該反射器包括至少一個回復性反射組件。
51.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中該輻射源、反射器及反射輻射偵測器都受到一彈性膜片的保護。
52.如申請專利范圍第31項之搖桿，其中包含彈性位置恢復組件。
53.如申請專利范圍第52項之搖桿，其中該彈性位置恢復組件包括一彈簧。
54.如申請專利范圍第52項之搖桿，其中該彈性位置恢復組件包括一固定在第一可動組件之第一端點且固定在第二可動組件之第二端點上的彈簧，其中系將一位移偵測組件定位在靠近垂直于該彈簧之軸的平面處且靠近該彈簧中心處。
55.如申請專利范圍第52項之搖桿，其中該彈性位置恢復組件包括一固定在第一可動組件之第一端點且固定在第二可動組件之第二端點上的彈簧，其中系將一搖桿控制把手的中心定位在靠近垂直于該彈簧之軸的平面處且靠近該彈簧中心處。
56.如申請專利范圍第55項之搖桿，其中該搖桿控制把手的中心與垂直于該彈簧之軸的平面呈共面。
57.如申請專利范圍第52項之搖桿，其中該彈性位置恢復組件包括一實質上呈平面型式的彈簧。
58.如申請專利范圍第52項之搖桿，其中該彈性位置恢復組件包括至少一個依與搖桿之各光學組件呈共軸的方式定位的彈簧。
59.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性彈性體組件以便產生一具有至少三個自由度的位置信號。
60.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個電離導電組件以便產生一具有至少三個自由度的位置信號。
61.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性可變形液體組件以便產生一具有至少三個自由度的位置信號。
62.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性可變形凝膠組件以便產生一具有至少三個自由度的位置信號。
63.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性彈性體組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
64.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個電離導電組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
65.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性可變形液體組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
66.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性可變形凝膠組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
67.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性彈性體組件以便產生一具有至少三個自由度的位置信號。
68.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個電離導電組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
69.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個導電性可變形液體組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
70.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個導電性可變形凝膠組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
71.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個導電性彈性體組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
72.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個電離導電組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
73.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個導電性可變形液體組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
74.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用六個或更多個導電性可變形凝膠組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
75.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性彈性體組件以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
76.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性流體之彈性體空腔以便產生一具有至少三個自由度的位置信號。
77.一種搖桿，包括至少兩個可在至少六個自由度呈相互可動的組件，其中使用一個或更多個導電性流體之彈性體空腔以便產生一具有至少六個自由度的位置信號。
78.一種搖桿，包括至少兩個可在至少三個相互可動的組件之間的可動接頭，其中至少該可動接頭之一是沿著六個自由度呈可動的。
79.如申請專利范圍第78項之搖桿，其中可牢牢地固定至少一個組件使之抵住使用者的手掌，同時能以使用者的手指操縱另一可動組件。
80.如申請專利范圍第78項之搖桿，其中可藉由使用者的無名指及小指牢牢地固定至少一個組件使之抵住使用者的手掌，同時能以使用者的姆指、食指及中指操縱另一可動組件。
81.一種搖桿，具有至少六個自由度且可藉由使用者的食指、中指及姆指操縱其上直徑小于2英吋的控制把手。
82.一種游戲搖桿，其中至少六個自由度以及周長小于6英吋的控制把手，其中可于任何使用期間將轉換器裝置定位在由使用者前臂之想象延伸表面定義的封包內。
83.一種計算機鼠標，可在至少兩個軸呈可移動，此兩個軸扮演著所連接多軸搖桿的基座角色。
84.一種計算機鼠標，可記錄沿著x軸及沿著y軸相對于支撐表面的滑行運動以及繞z-軸的旋轉運動。
85.一種組合，包括如申請專利范圍第84項之計算機鼠標以及附加其上的多軸搖桿。
86.一種搖桿，可在至少六個自由度呈可動的，且包含一含有凝膠襯墊支架的基座部分。
87.如申請專利范圍第86項之搖桿，其中包括搖桿基座部分相對于其支撐表面所提供的鼠標功能。
88.一種搖桿，具有至少六個自由度且包括一基座部分以及相對于該基座部分呈可動的控制把手部分，其中該基座部分系依彈性方式受到支撐。
89.如申請專利范圍第88項之搖桿，其中依限制其旋轉自由度與平移自由度間之耦合作用的方式使該基座部分受到彈性的支撐。
90.如申請專利范圍第88項之搖桿，其中依限制其旋轉自由度與平移自由度間之機制耦合作用的方式使該基座部分受到彈性的支撐。
91.如申請專利范圍第90項之搖桿，其中藉由使各平行構件依彈性方式繞z-軸的旋轉使該基座部分受到彈性的支撐，該基座部分則轉而受到可在z-軸平移上具有彈性，但是在z-軸旋轉上呈堅實之結構的支撐。
92.如申請專利范圍第90項之搖桿，其中該基座部分系依彈性方式受到支撐并將之固定于三個或更多個一般而言呈平行的第一彈性構件的某一端點上且使之與第一軸對齊，其方式是允許該基座部分具有繞第一軸旋轉的彈性，其中將各第一彈性構件的另一端點連接到兩個或更多個一般而言呈平行的第二彈性構件上，其中各第二彈性構件可沿著該第一軸作彈性彎折并沿著一般而言與該第一軸呈正交之第二軸對齊且系沿著一般而言呈正交之第三軸呈非常堅實的。
93.如申請專利范圍第88項之搖桿，其中藉由彈性風箱將一個或更多個可動構件密封于一個或更多個固定構件之內。
94.如申請專利范圍第93項之搖桿，其中使該彈性風箱依扭轉方式順從z-軸。
95.如申請專利范圍第94項之搖桿，其中可使由彈性風箱構成的部分依固定于該一個或更多個固定構件以及一個或更多個可動構件上的方式繞z-軸的旋轉。
96.如申請專利范圍第95項之搖桿，其中由一彈性膜片補償該彈性風箱的空氣或流體位移。
97.如申請專利范圍第95項之搖桿，其中由一第二彈性風箱補償該第一彈性風箱的空氣或流體位移。
98.如申請專利范圍第95項之搖桿，其中由一依機械方式耦合于兩個或更多個獨立可動組件上的第二彈性風箱補償該第一彈性風箱的空氣或流體的位移。
99.一種多軸搖桿，其中經由與第一彈性風箱或膜片的耦合而運動，且其中系使一第二彈性風箱或膜片依機械方式耦合于至少兩個呈相互可動的搖桿組件上。
100.一種多軸搖桿，包含用以從輸出信號中移除歸因于重力或是透過使用者的手傳送的慣性力的部分信號。
101.一種多軸搖桿，包括一手指操作型第一部分，依至少五軸響應的方式連接到一第二部分上；以及一手部操作型第二部分，依至少單軸響應的方式連接到一第三部分上，其中每一個可動的連接裝置都會產生一信號以響應其相對運動。
102.一種多軸搖桿，包括一手指操作型第一部分，依至少五軸響應的方式連接到一第二部分上；以及一手部操作型第二部分，依至少雙軸響應的方式連接到一第三部分上，其中每一個可動的連接裝置都會產生一信號以響應其相對運動。
103.一種多軸搖桿，包括一手指操作型第一部分，依至少五軸響應的方式連接到一第二部分上；以及一手部操作型第二部分，依至少三軸響應的方式連接到一第三部分上，其中每一個可動的連接裝置都會產生一信號以響應其相對運動。
104.一種多軸搖桿，包括一手指操作型第一部分，依至少五軸響應的方式連接到一第二部分上；以及一手部操作型第二部分，依至少四軸響應的方式連接到一第三部分上，其中每一個可動的連接裝置都會產生一信號以響應其相對運動。
105.一種多軸搖桿，包括一手指操作型第一部分，依至少五軸響應的方式連接到一第二部分上；以及一手部操作型第二部分，依至少五軸響應的方式連接到一第三部分上，其中每一個可動的連接裝置都會產生一信號以響應其相對運動。
106.一種至少六軸的搖桿，包括一第一部分，包含一磁通電路而此磁通電路則含有一個或更多個空氣縫隙且系在六個自由度上相對于第二部分呈可動的；一第二部分，包含一相對于通量梯度進行定位之通敏感知器，其方式是產生一信號并由此信號導出該第一部分相對于第二部分具有六個自由度的位置。
107.一種至少六軸的搖桿，包括一第一部分，包含一磁通電路而此磁通電路則含有一個或更多個空氣縫隙且系在六個自由度上相對于第二部分呈可動的；一第二部分，包含一相對于通量梯度之二次微分進行定位之通敏感知器，其方式是產生一信號并由此信號導出該第一部分相對于第二部分具有六個自由度的位置。
108.如申請專利范圍第106或107項之裝置，其中又包含一實質上不致使任何平移軸與任何旋轉軸產生耦合的恢復裝置。
109.如申請專利范圍第108項之裝置，其中該恢復裝置包含至少一個與控制把手共軸的彈簧。
110.如申請專利范圍第109項之裝置，其中包含至少一個線圈型彈簧。
111.一種具至少六軸的搖桿，包括一磁通源；一第一部分，包含一沿著至少三個路徑管制磁通量的裝置以及扮演著通量回送路徑角色的導通性外側部分；一第二部分，可在六個自由度上相對于該第一部分移動，且包含一相對于通量梯度進行定位之通敏感知器，使得其靈敏軸呈三向不對稱并定義出六角形的六個邊緣。
112.如申請專利范圍第111項之裝置，其中該第一部分包含一控制把手。
113.如申請專利范圍第111項之裝置，其中該通量結構系可相對于一個或更多個阻尼電路移動。
114.一種至少三軸的搖桿，包含一裝設于由史特瓦特平臺構成之從屬平臺上的基座部分，其主要目的是用以發(fā)動該基座平臺。
115.一種至少三軸的搖桿，包含一裝設于由史特瓦特平臺構成之從屬平臺上的基座部分，其主要目的是用以發(fā)動該基座平臺。
116.一種至少三軸的搖桿，包含一裝設于由史特瓦特平臺構成之從屬平臺上的基座部分，其主要目的是用以發(fā)動該基座平臺。
117.一種至少三軸的搖桿，包含一裝設于由史特瓦特平臺構成之從屬平臺上的基座部分，其主要目的是用以發(fā)動該基座平臺。
118.如申請專利范圍第114，115，116或117項之裝置，其中該史特瓦特平臺可提供力量反饋。
119.如申請專利范圍第114，115，116或117項之裝置，其中該史特瓦特平臺可提供位置反饋。
120.如申請專利范圍第114，115，116或117項之裝置，其中該史特瓦特平臺可提供速度反饋。
全文摘要
本發(fā)明系有關一種改良式多軸游戲桿及相關的多軸光學位移量測裝置。該位移量測裝置可包含一個或更多個光發(fā)射器以及一個或更多個光偵測器，較佳的是將之裝設于一平面式六角形數(shù)組上?？山逵筛淖兯鶄蓽y到的光振幅在六個自由度上量測相鄰可動反射器總成的相對位置。本發(fā)明揭示了各種可藉由轉換器裝置之輕巧設計有利于施行具六軸游戲桿而符合人類環(huán)境改造學之結構的實施例。本發(fā)明也揭示了可依動態(tài)方式調整坐標轉換以控制建筑機器設備的裝置。
文檔編號G05G9/047GK1692401SQ03813482
公開日2005年11月2日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權日2002年4月12日
發(fā)明者雷斯里·R·奧柏梅爾, 佛利茲·H·奧柏梅爾, 亨利·K·奧柏梅爾 申請人:雷斯里·R·奧柏梅爾, 佛利茲·H·奧柏梅爾, 亨利·K·奧柏梅爾