專利名稱：具多軸控制的遙控或指針控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種具多軸控制的遙控或指針控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今對(duì)于對(duì)象的遙控，多仍以傳統(tǒng)操控模式為之，如圖12所示，其系利用一手持遙控裝 置33,以撥動(dòng)上方操控桿34的偏移，透過上下左右的間接感知操控模式，決定被遙控對(duì)象 35所應(yīng)產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)移動(dòng)方向，以達(dá)到互動(dòng)控制的裝置。
再者，現(xiàn)今計(jì)算機(jī)屏幕的鼠標(biāo)指針，如圖13所示，需將一鼠標(biāo)30置于一固定平面上， 并將鼠標(biāo)30前后左右推移，用以對(duì)屏幕31上的指標(biāo)32作相等對(duì)應(yīng)的移動(dòng)控制。
然而，透過操控桿遙控的模式，雖可掌握被遙控對(duì)象的方向，但僅是利用手指推移操控 桿所產(chǎn)生的間接遙控，操作模式不僅缺乏變化性，而且喪失主觀控制的感覺，實(shí)難稱為理想 的設(shè)計(jì)。
另外，傳統(tǒng)鼠標(biāo)的控制模式，雖然已達(dá)到反應(yīng)快速且精準(zhǔn)操控的效果，但其條件必需動(dòng) 作于X-Y軸的平面上，如此礙于空間的限制，亦無法完全滿足使用上的需求。
因此，有業(yè)者針對(duì)上述缺點(diǎn)進(jìn)行改良，繼研發(fā)出可于立體空間控制鼠標(biāo)指針的裝置，其 系利用 一機(jī)械式陀螺儀取代傳統(tǒng)鼠標(biāo)的偵測(cè)方式，以突破須于固定平面空間動(dòng)作的限制，進(jìn) 而達(dá)到于空間中任意姿態(tài)狀況的控制模式。
但其機(jī)械式陀螺儀，不僅單位體積大、恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，亦須耗費(fèi)較大的電量以維持機(jī)件運(yùn) 作，且對(duì)于角度偏移的偵測(cè)并不穩(wěn)定，故容易造成執(zhí)行上的誤差，應(yīng)有待一并加以解決改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種具多軸控制的遙控或指針控制裝置及方法，其主要是利用 一多軸陀螺儀，感測(cè)人體手部移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的角度及角速度變化，轉(zhuǎn)換成控制受控對(duì)象 或屏幕指針?biāo)鶊?zhí)行的平面或立體運(yùn)動(dòng)，并藉由啟動(dòng)鍵及校正鍵的觸發(fā)，有效控制陀螺儀感應(yīng) 的時(shí)機(jī)及偏差值的調(diào)整。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其
特點(diǎn)是，遙控裝置或指針控制裝置內(nèi)，設(shè)有一多軸陀螺儀，并于裝置外部設(shè)有一啟動(dòng)鍵及一 校正鍵，當(dāng)按壓?jiǎn)?dòng)鍵后，遙控裝置或指針控制裝置即藉由多軸陀螺儀于空間中感應(yīng)各軸的 角速度，以人體可旋轉(zhuǎn)的手腕或手軸關(guān)節(jié)部為支點(diǎn)，以任意姿態(tài)移動(dòng)該裝置，使受控對(duì)象或 屏幕指針作相等對(duì)應(yīng)的平面或立體位移運(yùn)動(dòng)。
該遙控裝置或指針控制裝置系裝設(shè)功能按鍵。
該功能按鍵系為一滾輪、按鈕或開關(guān)遙控裝置。
該多軸陀螺儀為各軸互相垂直的微機(jī)電傳感器。
藉由該啟動(dòng)鍵的持續(xù)按壓并釋放，控制指針控制裝置或遙控裝置感應(yīng)的啟動(dòng)或停止，或 以單次按壓后為啟動(dòng)控制，并于下一按壓時(shí)停止。
藉由該校正鍵的持續(xù)按壓并釋放，控制指針控制裝置或遙控裝置校正的啟動(dòng)或停止，或 以單次按壓并于校正后自動(dòng)停止控制。
該遙控或指針控制裝置系可變化裝置的外觀樣態(tài)。
該受控對(duì)象系為一遙控飛機(jī)、遙控車或機(jī)械狗被遙控物件。
本發(fā)明還提供一種具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特點(diǎn)是，運(yùn)用算法(1 )和(2 ) 在多軸陀螺儀每一取樣時(shí)間計(jì)算于X-Y平面運(yùn)動(dòng)各軸的位移量；
Ax一VV5 (2)
或運(yùn)用算法(3 )、 ( 4 )及(5 )在多軸陀螺儀每一取樣時(shí)間計(jì)算在X-Z-Y立體運(yùn)動(dòng)各 軸的位移量；
(3 ) (4 )
; , ( 5 )
然后將控制訊號(hào)輸出到受控對(duì)象或屏幕指針上，產(chǎn)生相對(duì)于手腕或手軸關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)效果。
所述的具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法的S2Z、 S2X和S2Y分別與C0z、 C0x和C0y為一函
數(shù)關(guān)系，以達(dá)到由手部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精確控制受控對(duì)象運(yùn)動(dòng)或屏幕指針移動(dòng)的目的。 該多軸陀螺儀使用X-2-Y任一軸做為遙控裝置在某一軸向運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)。 該多軸陀螺儀使用X-Z-Y任兩軸或三軸的組合，做為遙控裝置或指針控制裝置的平面或
立體運(yùn)動(dòng)感應(yīng)o
Y軸向陀螺儀以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制Y軸向線性運(yùn)動(dòng)往前往后的效果。
控制信號(hào)的傳遞為有線或無線的傳輸方式。
本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果
1、 以人體可旋轉(zhuǎn)的手腕或手軸關(guān)節(jié)部為支點(diǎn)，再利用手部移動(dòng)遙控或指針控制裝置，進(jìn) 而產(chǎn)生的角度及角速度變化，轉(zhuǎn)換為受控對(duì)象或屏幕指針位移的距離及方向的平面或立體運(yùn) 動(dòng)模式，據(jù)以達(dá)到任意空間的姿態(tài)操控。
2、 以一微機(jī)電多軸陀螺儀為主要感測(cè)裝置，除了體積小并降低耗電量外，其作業(yè)的頻寬 較大，亦可提升整體控制的反應(yīng)速度；又透過演算方式的調(diào)整，修正快速移動(dòng)后所產(chǎn)生的累 積誤差，進(jìn)而增加整體系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
3、 藉由一啟動(dòng)鍵控制陀螺儀觸發(fā)或停止感測(cè)的時(shí)機(jī)，及利用一校正鍵調(diào)整陀螺儀因電壓 或多次使用后所導(dǎo)致的偏差，因此更能有效掌握裝置操控的精準(zhǔn)度。
4、 利用遙控裝置執(zhí)行此種控制模式，直接驅(qū)使受控對(duì)象執(zhí)行立即反應(yīng)動(dòng)作，以主觀的手 部移動(dòng)控制取代傳統(tǒng)間接式的機(jī)械操作，達(dá)到互動(dòng)性極佳的效能。


圖1系本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2系本發(fā)明的裝置控制示意圖1。
圖3系本發(fā)明的裝置控制示意圖2。
圖4系本發(fā)明的裝置控制示意圖3。
圖5系本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)修正系數(shù)示意圖。
圖6系本發(fā)明的 一往返運(yùn)動(dòng)的陀螺儀輸出量測(cè)圖。
圖7系本發(fā)明的啟動(dòng)動(dòng)作流程示意圖。
圖8系本發(fā)明的校正狀態(tài)流程示意圖。
圖9系本發(fā)明的實(shí)施例1。
圖10系本發(fā)明的實(shí)施例2。
圖11系本發(fā)明的實(shí)施例3。
圖12系習(xí)用遙控裝置的外觀示意圖。
圖13系習(xí)用鼠標(biāo)指針控制示意圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)手段及功效達(dá)成方面，謹(jǐn)配合較佳實(shí)施例圖式再予舉例 進(jìn)一步具體說明于后
首先，請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明主要是于指針控制裝置IO或遙控裝置11內(nèi)，裝設(shè)有一 微機(jī)電多軸陀螺儀12,并于裝置的一側(cè)設(shè)有一啟動(dòng)鍵13及一校正鍵14;再由圖2所示，當(dāng) 按壓遙控裝置11上的啟動(dòng)鍵13后，遙控裝置11即可于立體空間上，以人體可旋轉(zhuǎn)的手腕或 手軸關(guān)節(jié)部為支點(diǎn)，任意姿態(tài)移動(dòng)遙控裝置11于X - Y平面的前后左右偏移，控制遙控飛機(jī) 20于X - Y平面方向的移動(dòng)，再藉由滾輪17的前后滾動(dòng)，調(diào)整遙控飛機(jī)20上升或下降的運(yùn) 動(dòng)效能；又由圖3所示，相同按壓指針控制裝置10上的啟動(dòng)鍵13后，指針控制裝置10即可 于立體空間上，以任意姿態(tài)移動(dòng)指針控制裝置10,使屏幕15上的指標(biāo)16作相等對(duì)應(yīng)的位移 動(dòng)作。
其次，本發(fā)明坐標(biāo)軸的定義如圖2所示，遙控裝置11在立體空間里以O(shè)點(diǎn)為圓心，繞著 X軸旋轉(zhuǎn)的俯仰(Pitch)運(yùn)動(dòng)，并應(yīng)用下列的算法(1 );假設(shè)使用俯仰(Pitch)軸向陀螺儀 所感應(yīng)的角速度為cox,并以AQ表示俯仰(Pitch)軸相對(duì)角度變化和A，yh表示遙控飛機(jī)20在 Y軸的相對(duì)位移，而CDx與Ay的關(guān)系表示為<formula>formula see original document page 7</formula> (i )
其中Sfx為X軸陀螺儀的比例常數(shù)，S^為將偏轉(zhuǎn)軸(Pitch)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)感測(cè)轉(zhuǎn)換為Y軸 向線性運(yùn)動(dòng)的修正系數(shù)，且S2fTSix， T則為固定的取樣時(shí)間；請(qǐng)參閱圖5所示，該S漢與
COx為一函數(shù)關(guān)系，S2x的數(shù)值將隨C0x的增加而呈現(xiàn)遞減的情形，并達(dá)到飽和值，而此曲線主
要是針對(duì)微小的COx會(huì)被視為噪聲或手部的抖動(dòng)而被忽略計(jì)算所做的彌補(bǔ)動(dòng)作；另外，此曲線 的另一個(gè)目的在于多軸陀螺儀12內(nèi)的慣性傳感器于快速運(yùn)動(dòng)后，量測(cè)值較大，亦需較長(zhǎng)的恢 復(fù)時(shí)間，容易與實(shí)際的運(yùn)動(dòng)量有些微的出入，故對(duì)此缺點(diǎn)予以修正。
再者，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖6所示，為固定15度的往返動(dòng)作，經(jīng)由示波器量測(cè)一靈敏度為33.3 mV/(7sec)和比例常數(shù)SR為10的陀螺儀實(shí)測(cè)值，理論上在偏差值(bias)的上下面積應(yīng)相同， 但在T二2ms下，經(jīng)由計(jì)算上行程的面積為15.34度，下行程的面積為11.28度，差異為4.06 度，故較大的角速度(Ox會(huì)對(duì)應(yīng)較小的S2X值，而越小的COx數(shù)值則對(duì)應(yīng)越大的S2X，再利用算 法(1 )的實(shí)時(shí)計(jì)算，使得最后上下行程的面積可以趨近相等，達(dá)到由手部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精確控 制受控對(duì)象或屏幕指針移動(dòng)的目的。
又，請(qǐng)參閱圖2所示，其裝置感應(yīng)動(dòng)作系以一單芯片量測(cè)多軸陀螺儀的X-Y軸輸出，其
中X軸的位移量Axh經(jīng)由算法(2 )獲得，
其中C0y為俯仰軸(Roll)的角速度，而Sfy為Y軸陀螺儀的比例常數(shù)及S2Y與C0y為一函 數(shù)關(guān)系。
另一方面，如圖3所示；假設(shè)使用偏轉(zhuǎn)軸(YAW)向陀螺儀所感應(yīng)的角速度為C0z，并以 Avj/表示偏轉(zhuǎn)軸(YAW)相對(duì)角度變化和Axp表示指標(biāo)在x軸的相對(duì)位移，而 2與Axp的關(guān) 系表示為<formula>formula see original document page 8</formula> (3)
其中Sfc為Z軸陀螺儀的比例常數(shù)，Sk為將偏轉(zhuǎn)軸(YAW)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)感測(cè)轉(zhuǎn)換為x軸向 線性運(yùn)動(dòng)的修正系數(shù)，iS2z=TSlz。
又，請(qǐng)參閱圖3所示，其裝置感應(yīng)動(dòng)作系以一單芯片量測(cè)多軸陀螺儀的X-Z-Y軸輸出， 其中Z軸的位移量Azp經(jīng)由算法(4 ),<formula>formula see original document page 8</formula>(4)
其中(DX為俯仰軸(Pitch)的角速度，而Sfx為X軸陀螺儀的比例常數(shù)及S2x與(0X為 一函 數(shù)關(guān)系；同時(shí)Y軸的位移量A力經(jīng)由算法(5 ),
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中(DY為滾轉(zhuǎn)軸(Roll)的角速度，而Sfv為Y軸陀螺儀的比例常數(shù)及S2Y與0)Y的關(guān)系
為一函數(shù)關(guān)系，而此軸的操作方式如圖4所示，Y軸向陀螺儀以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制Y 軸向線性運(yùn)動(dòng)往前往后的效果。又，此三軸將輸出的電壓值經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換得到其數(shù)據(jù)，再由 此數(shù)據(jù)整理成指針移動(dòng)的相關(guān)參數(shù)，再轉(zhuǎn)換成X-Z-Y坐標(biāo)的位移量，最后以指針控制裝置10 的移動(dòng)樣態(tài)輸出于屏幕上，即可得到指針16對(duì)應(yīng)的偏移動(dòng)作。
如圖7所示，為本發(fā)明的啟動(dòng)動(dòng)作流程示意圖，當(dāng)按下啟動(dòng)鍵，隨即產(chǎn)生一低態(tài)觸發(fā)， 并啟動(dòng)單芯片，使陀螺儀及各部組件執(zhí)行動(dòng)作，而當(dāng)放開啟動(dòng)鍵后，本裝置隨即進(jìn)入休眠省 電模式，據(jù)以提供使用者掌控裝置的使用時(shí)機(jī)及狀態(tài)。
接著，請(qǐng)參閱圖8所示，因控制裝置于使用時(shí)，每個(gè)陀螺儀的特性皆有些許差異，可能 因電壓或多次使用后而導(dǎo)致的位準(zhǔn)偏移，故利用校正鍵加以修正；首先，裝置在穩(wěn)定狀態(tài)按 下校正鍵，而陀螺儀將重復(fù)取樣陀螺儀各軸的輸出數(shù)值數(shù)次，并以平均值作為各軸的偏差值， 再將此數(shù)值儲(chǔ)存，而當(dāng)放開啟動(dòng)鍵后，本裝置隨即進(jìn)入休眠省電模式；其目的在于每一次使 用啟動(dòng)鍵時(shí)，將各軸角速度偏差值取出與目前角速度作相互比較，再將比較后的數(shù)值傳回主
程序運(yùn)算，如此即可對(duì)偏差狀態(tài)予以校正。
另外，請(qǐng)參閱下列指針控制裝置及遙控裝置與受控對(duì)象的各實(shí)施例。
如圖9所示，除了藉由指針控制裝置10于任意空間上移動(dòng)，控制屏幕15指針16執(zhí)行平 面或立體偏移，并結(jié)合目錄鍵241、開始/暫停鍵242、停止鍵243、音量加大鍵244、音量 減少鍵245等按鈕，以達(dá)到多任務(wù)遙控整合的目的。
如圖10所示，系將遙控裝置11改以方向盤21的操控型式呈現(xiàn)，并以左右旋轉(zhuǎn)方向盤 21控制遙控車22左右轉(zhuǎn)，再藉由前進(jìn)鈕211與退后鈕212的按壓，使遙控車22執(zhí)行前進(jìn)后 退的動(dòng)作。
如圖11所示，系藉由遙控裝置11于任意空間上移動(dòng)，進(jìn)而直接控制機(jī)械狗23的相對(duì)平 面運(yùn)動(dòng)，以達(dá)主觀控制的操作模式。
權(quán)利要求
1、一種具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，遙控裝置或指針控制裝置內(nèi)，設(shè)有一多軸陀螺儀，并于裝置外部設(shè)有一啟動(dòng)鍵及一校正鍵，當(dāng)按壓?jiǎn)?dòng)鍵后，遙控裝置或指針控制裝置即藉由多軸陀螺儀于空間中感應(yīng)各軸的角速度，以人體可旋轉(zhuǎn)的手腕或手軸關(guān)節(jié)部為支點(diǎn)，以任意姿態(tài)移動(dòng)該裝置，使受控對(duì)象或屏幕指針作相等對(duì)應(yīng)的平面或立體位移運(yùn)動(dòng)。
2、 如權(quán)利要求1所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，該遙控裝置或 指針控制裝置系裝設(shè)功能按鍵。
3、 如權(quán)利要求2所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，該功能按鍵系 為一滾輪、按鈕或開關(guān)遙控裝置。
4、 如權(quán)利要求1所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，該多軸陀螺儀 為各軸互相垂直的微機(jī)電傳感器。
5、 如權(quán)利要求1所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，藉由該啟動(dòng)鍵: 的持續(xù)按壓并釋放，控制指針控制裝置或遙控裝置感應(yīng)的啟動(dòng)或停止，或以單次按壓后為啟 動(dòng)控制，并于下一按壓時(shí)停止。
6、 如權(quán)利要求1所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，藉由該校正鍵 的持續(xù)按壓并釋放，控制指針控制裝置或遙控裝置校正的啟動(dòng)或停止，或以單次按壓并于校 正后自動(dòng)停止控制。
7、 如權(quán)利要求1所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，該遙控或指針 控制裝置系可變化裝置的外觀樣態(tài)。
8 、如權(quán)利要求1所述的具多軸控制的遙控或指針控制裝置，其特征在于，該受控對(duì)象系 為一遙控飛機(jī)、遙控車或機(jī)械狗被遙控物件。
9、 一種具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特征在于，運(yùn)用算法(1 )和(2 )在多軸陀螺儀每一取樣間計(jì)算于X-Y平面運(yùn)動(dòng)各軸的位移量；<formula>formula see original document page 2</formula>或運(yùn)用算法(3 )、 ( 4 )及(5 )在多軸陀螺儀每一取樣時(shí)間計(jì)算在X-Z-Y立體運(yùn)動(dòng)各 軸的位移量；<formula>formula see original document page 3</formula>然后將控制訊號(hào)輸出到受控對(duì)象或屏幕指針上，產(chǎn)生相對(duì)于手腕或手軸關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)效果。
10、 如權(quán)利要求9所述的具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特征在于，S2Z、 Sm和 S2Y分別與COz、 COx和COY為一函數(shù)關(guān)系，由手部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)精確控制受控對(duì)象運(yùn)動(dòng)或屏幕指針 移動(dòng)。
11、 如權(quán)利要求9所述的具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特征在于，該多軸陀螺 儀使用X-Z-Y任一軸做為遙控裝置在某一軸向運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)。
12、 如;f又利要求9所述的具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特征在于，該多軸陀螺 儀使用X-Z-Y任兩軸或三軸的組合，做為遙控裝置或指針控制裝置的平面或立體運(yùn)動(dòng)感應(yīng)。
13、 如權(quán)利要求9所述的具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特征在于，Y軸向陀螺 儀以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制Y軸向線性運(yùn)動(dòng)往前往后的效果。
14、 如權(quán)利要求9所述的具多軸控制的遙控或指標(biāo)控制方法，其特征在于，控制信號(hào)的 傳遞為有線或無線的傳輸方式。
全文摘要
本發(fā)明系提供一種具多軸控制的遙控或指針控制裝置及方法，主要系于裝置內(nèi)設(shè)有一多軸陀螺儀，據(jù)以感測(cè)人體手部移動(dòng)的指向變化，再將感應(yīng)產(chǎn)生的角速度，轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)于受控對(duì)象或屏幕指針位移的距離及方向；另外，系藉由一啟動(dòng)鍵控制陀螺儀觸發(fā)或停止的時(shí)機(jī)，及利用一校正鍵調(diào)整陀螺儀的偏差值，如此使用者可于任意姿態(tài)下對(duì)對(duì)象或指針進(jìn)行控制，更可有效掌握裝置操控的精準(zhǔn)度，因此達(dá)到主動(dòng)性及實(shí)用性的裝置設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F3/038GK101387926SQ20071004598
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者林金鴻 申請(qǐng)人:林金鴻