专利名称：姿态感知设备的定位方法、鼠标指针的控制方法
技术领域：
本发明涉及姿态感知设备的定位领域，尤其涉及一种姿态感知设备的定位方法、 鼠标指针的控制方法。
背景技术：
目前，计算机指针鼠标指针的定位大多数都依靠光学传感器或激光传感器来实现。这些传感器都是基于物理光学原理，使得传感器需要依靠桌面等平台来实现。但是随着人们对办公环境和操作便捷性要求的日益提高，用户希望鼠标可以脱离对桌面的依赖， 升级为空间鼠标，可以实现悬空3D操作，只需轻挥手腕，指针即可随意移动，轻松控制电脑等设备。因此，基于陀螺仪的空间鼠标应运而生。要实现空中运动姿态的感知，可以采用加速度传感器感应速度的变化，或者陀螺仪感应角速度的变化。陀螺仪以其能够及时感应出空间的变化，能够检测到运动过程中每个轴上旋转的角速度的优点，而使得包括陀螺仪的空中鼠标占有优势。陀螺仪的基本原理是运用物体高速旋转时，强大的角动量使旋转轴一直稳定指向一个方向的性质，所制造出来的定向仪器。当运动方向与转轴指向不一致时，会产生相应的偏角，再根据偏角与运动的关系，得到目前运动件的运动轨迹和位置，从而实现定位的功能。然而，现有技术的空间鼠标的鼠标指针的控制方法，由于空间鼠标内的陀螺仪对其运动姿态的感知较慢，从而使得采用现有技术的空间鼠标控制鼠标指针移动的速度较慢，为用户的实际操作带来不便。更多关于空间鼠标的详细信息请参考公开号为“CN102043475A”的中国专利。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种能够快速的对姿态感知设备进行定位的姿态感知设备的定位方法、一种能快速控制鼠标指针移动的鼠标指针的控制方法。为解决上述问题，本发明提供了一种姿态感知设备的定位方法，所述姿态感知设备至少包括第一陀螺仪和第二陀螺仪，包括获取所述姿态感知设备的第一位置；当所述姿态感知设备由所述第一位置运动到第二位置后，分别获取第一陀螺仪和第二陀螺仪的输出电压，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪分别包括检测臂、两个对称位于检测臂两侧的驱动臂、及连接所述检测臂中心和驱动臂中心的连接部，且所述第一陀螺仪的检测臂垂直于所述第二陀螺仪的检测臂，各陀螺仪的输出电压为对应的检测臂上测得的电压；分别确定所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的旋转角速度，其中，各陀螺仪的输出电压与旋转角速度呈线性关系；基于所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的旋转角速度，确定所述姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的分量，以定位所述姿态感知设备，所述第一方向垂直于所述
第二方向。可选地，获取各陀螺仪的输出电压的步骤至少包括测量得到各陀螺仪的初始电压的信号；经过低通滤波器滤除初始电压的信号中的高频干扰；将经过低通滤波器滤波后的信号进行A/D采样。可选地，所述第一陀螺仪的输出电压与旋转角速度的线性关系为V1 = ω ^b1,其中V1为所述第一陀螺仪的输出电压，Q1为所述第一陀螺仪的旋转角速度，ai、bi为常量；所述第二陀螺仪的输出电压与旋转角速度的线性关系为V2 = ii2co2+b2，其中V2为所述第二陀螺仪的输出电压，ω2为所述第二陀螺仪的旋转角速度，a2,b2为常量。可选地，所述Ei1、Ei2 为 0. 67，所述 bp b2 为 1350。可选地，基于所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的旋转角速度，确定所述姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的分量的步骤包括对所述第一陀螺仪的旋转角速度按时间积分，获得所述第一陀螺仪的旋转角度 α 1 ；计算所述姿态感知设备的第二位置在第一方向的分量Acosa 1，其中，A为所述姿态感知设备的第一位置在第一方向的分量；对所述第二陀螺仪的旋转角速度按时间积分，获得所述第二陀螺仪的旋转角度 α 2 ；计算所述姿态感知设备的第二位置在第二方向的分量Bcos α 2，其中，B为所述姿态感知设备的第一位置在第二方向的分量。可选地，还包括计算所述姿态感知设备的第二位置在第一方向的变化分量A’ = A-Acos α 1 ；计算所述姿态感知设备的第二位置在第二方向的变化分量B’ = B-Bcos α 2。可选地，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪为单轴陀螺仪，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的材料为水晶。可选地，还包括提供第三陀螺仪；获取所述第三陀螺仪的输出电压，所述第三陀螺仪包括检测臂、两个对称位于检测臂两侧的驱动臂、及连接所述检测臂中心和驱动臂中心的连接部，所述第三陀螺仪的输出电压为第三陀螺仪的检测臂上测得的电压；确定所述第三陀螺仪的旋转角速度；基于所述第三陀螺仪的旋转角速度确定所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量，所述第三方向垂直于第一方向、且垂直于第二方向。可选地，所述第三陀螺仪的输出电压与旋转角速度的线性关系为V3 = ω 3+b3,其中V3为所述第三陀螺仪的输出电压，ω 3为所述第三陀螺仪的旋转角速度，a3>b3为常量。可选地，基于所述第三陀螺仪的旋转角速度确定所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量的步骤包括对所述第三陀螺仪的旋转角速度按时间积分获得所述第三陀螺仪的旋转角度 α3 ；
计算所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量Ccos α 3，其中C为所述姿态感知设备的第一位置在第三方向的分量。可选地，还包括计算所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的变化分量C = C-Ccos α 3ο可选地，所述第三陀螺仪为单轴陀螺仪，所述第三陀螺仪的材料为水晶。一种鼠标指针的控制方法，包括利用上述的定位方法确定姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的变化分量；计算第一方向的旋转角度变化率vx，其中VX = A’ /SF1, SF1为第一陀螺仪的灵敏度系数；确定所述鼠标指针在X轴方向的位移变化量ΔΧ，其中ΔΧ = vx/MF，MF为鼠标指针的灵敏度系数；计算第二方向的旋转角度变化率vy，其中vy = B’ /SF2, SF2为第二陀螺仪的灵敏度系数；确定所述鼠标指针在Y轴方向的位移变化量ΔΥ，其中ΔΥ = vy/MF，所述Y轴方向垂直于X轴方向；基于鼠标指针在X轴方向的位移变化量Δ X和在Y轴方向的位移变化量Δ Y控制所述鼠标指针的移动。可选地，所述鼠标指针通过空间鼠标控制。可选地，所述空间鼠标还包括位于所述空间鼠标内的数据数据采集单元、数据处理单元、信息发送单元以及与电脑或电视的显示屏相连的信息接收单元。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明的实施例中，姿态感知设备至少包括第一陀螺仪和第二陀螺仪，各陀螺仪的输出电压与旋转角速度呈线性关系，基于所述线性关系可以更快的确定各陀螺仪的角速度，并确定所述姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的分量，更快的对姿态感知设备进行二维定位。进一步的，本发明实施例提供了一种鼠标指针的控制方法，测量所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的输出电压，通过各陀螺仪的输出电压和旋转角速度的线性关系快速的确定空间鼠标的第二位置在第一方向和第二方向的变化分量，最终得到鼠标指针在X轴方向的位移变化量△ X和在Y轴方向的位移变化量ΔΥ，能快速控制鼠标指针的移动，提高了空间鼠标的灵敏度。更进一步的，本发明的实施例中还包括第三陀螺仪，所述第三陀螺仪的输出电压与旋转角度呈线性关系，基于所述第三陀螺仪的输出电压与旋转角度的线性关系，可以快速确定所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量，快速的对姿态感知设备进行三维定位。
图1是本发明第一实施例的姿态感知设备的定位方法的流程示意图；图2是本发明第一实施例的姿态感知设备的第一陀螺仪和第二陀螺仪的结构示意图；图3 图5是本发明第一实施例的姿态感知设备的各陀螺仪的获得输出电压的电路示意图；图6是本发明实施例的陀螺仪的输出电压与旋转角速度之间的关系示意图；图7是本发明第一实施例的姿态感知设备的第一陀螺仪的输出电压和旋转角速度的线性关系示意图；图8是本发明第一实施例的姿态感知设备的第二陀螺仪的输出电压和旋转角速度的线性关系示意图；图9是本发明第二实施例的通过空间鼠标控制鼠标指针移动的流程示意图；图10是本发明第三实施例的第三陀螺仪的结构示意图；图11是本发明第三实施例的姿态感知设备的第一陀螺仪、第二陀螺仪和第三陀螺仪的位置关系示意图。
具体实施例方式正如背景技术所述，现有技术的空间鼠标的控制鼠标指针移动的速度较慢，空间鼠标的灵敏度不高。发明人经过研究后发现，空间鼠标以肘关节为轴发生旋转可以控制鼠标指针在显示屏上的移动，其主要原理是通过检测空间鼠标内的各陀螺仪的输出电压，根据所述输出电压与旋转角速度之间的关系，确定各陀螺仪的旋转角速度，再基于所述各陀螺仪的旋转角速度，确定鼠标指针在X轴方向的位移变化量ΔΧ和Y轴方向的位移变化量 Δ Y控制鼠标指针的移动。发明人经过进一步研究后发现，现有技术中空间鼠标控制鼠标指针移动的速度较慢，空间鼠标的灵敏度不高，主要由以下原因造成现有技术的空间鼠标采用的陀螺仪，所述陀螺仪在X轴上的位移X (t)为
权利要求
1.一种姿态感知设备的定位方法，所述姿态感知设备至少包括第一陀螺仪和第二陀螺仪，其特征在于，包括获取所述姿态感知设备的第一位置；当所述姿态感知设备由所述第一位置运动到第二位置后，分别获取第一陀螺仪和第二陀螺仪的输出电压，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪分别包括检测臂、两个对称位于检测臂两侧的驱动臂、及连接所述检测臂的中心和驱动臂的中心的连接部，且所述第一陀螺仪的检测臂垂直于所述第二陀螺仪的检测臂，各陀螺仪的输出电压为对应的检测臂上测得的电压；确定所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的旋转角速度，其中，各陀螺仪的输出电压与旋转角速度呈线性关系；基于所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的旋转角速度，确定所述姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的分量，以定位所述姿态感知设备，所述第一方向垂直于所述第二方向。
2.如权利要求1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，获取各陀螺仪的输出电压的步骤至少包括测量得到各陀螺仪的初始电压的信号；经过低通滤波器滤除初始电压的信号中的高频干扰；将经过低通滤波器滤波后的信号进行A/D采样。
3.如权利要求1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述第一陀螺仪的输出电压与旋转角速度的线性关系为V1 = % ω Jb1，其中V1为所述第一陀螺仪的输出电压， Q1为所述第一陀螺仪的旋转角速度，B1, ID1为常量；所述第二陀螺仪的输出电压与旋转角速度的线性关系为V2 = 《2+b2，其中V2为所述第二陀螺仪的输出电压，ω2为所述第二陀螺仪的旋转角速度，a2,b2为常量。
4.如权利要求3所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述ai、a2为0.67，所述 b”b2 为 1350。
5.如权利要求1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，基于所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的旋转角速度，确定所述姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的分量的步骤包括对所述第一陀螺仪的旋转角速度按时间积分，获得所述第一陀螺仪的旋转角度α 1 ；计算所述姿态感知设备的第二位置在第一方向的分量Acosa 1，其中，A为所述姿态感知设备的第一位置在第一方向的分量；对所述第二陀螺仪的旋转角速度按时间积分，获得所述第二陀螺仪的旋转角度α2 ；计算所述姿态感知设备的第二位置在第二方向的分量Bcos α 2，其中，B为所述姿态感知设备的第一位置在第二方向的分量。
6.如权利要求5所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，还包括计算所述姿态感知设备的第二位置在第一方向的变化分量A’ = A-Acos α 1 ；计算所述姿态感知设备的第二位置在第二方向的变化分量B’ = B-Bcos α 2。
7.如权利要求1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪为单轴陀螺仪，所述第一陀螺仪和第二陀螺仪的材料为水晶。
8.如权利要求1所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，还包括提供第三陀螺仪；获取所述第三陀螺仪的输出电压，所述第三陀螺仪包括检测臂、两个对称位于检测臂两侧的驱动臂、及连接所述检测臂中心和驱动臂中心的连接部，所述第三陀螺仪的输出电压为第三陀螺仪的检测臂上测得的电压； 确定所述第三陀螺仪的旋转角速度；基于所述第三陀螺仪的旋转角速度确定所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量，所述第三方向垂直于第一方向、且垂直于第二方向。
9.如权利要求8所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述第三陀螺仪的输出电压与旋转角速度的线性关系为V3 =，其中V3为所述第三陀螺仪的输出电压， ω 3为所述第三陀螺仪的旋转角速度，a3,b3为常量。
10.如权利要求8所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，基于所述第三陀螺仪的旋转角速度确定所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量的步骤包括对所述第三陀螺仪的旋转角速度按时间积分获得所述第三陀螺仪的旋转角度α 3 ； 计算所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的分量Ccos α 3，其中C为所述姿态感知设备的第一位置在第三方向的分量。
11.如权利要求8所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，还包括计算所述姿态感知设备的第二位置在第三方向的变化分量C’ = C-Ccos α 3。
12.如权利要求8所述的姿态感知设备的定位方法，其特征在于，所述第三陀螺仪为单轴陀螺仪，所述第三陀螺仪的材料为水晶。
13.一种鼠标指针的控制方法，其特征在于，包括利用权利要求6所述的定位方法确定姿态感知设备的第二位置在第一方向和第二方向的变化分量；计算第一方向的旋转角度变化率νχ，其中VX = A’ /SF1, SF1为第一陀螺仪的灵敏度系数；确定所述鼠标指针在X轴方向的位移变化量ΔΧ，其中ΔΧ = VX/MF，MF为鼠标指针的灵敏度系数；计算第二方向的旋转角度变化率vy，其中vy = B’ /SF2, SF2为第二陀螺仪的灵敏度系数；确定所述鼠标指针在Y轴方向的位移变化量ΔΥ，其中ΔΥ = Vy/MF，所述Y轴方向垂直于X轴方向；基于鼠标指针在X轴方向的位移变化量△ X和在Y轴方向的位移变化量△ Y控制所述鼠标指针的移动。
14.如权利要求13所述的鼠标指针的控制方法，其特征在于，所述鼠标指针通过空间鼠标控制。
15.如权利要求14所述的鼠标指针的控制方法，其特征在于，所述空间鼠标还包括位于所述空间鼠标内的数据数据采集单元、数据处理单元、信息发送单元以及与电脑或电视的显示屏相连的信息接收单元。
全文摘要
本发明的实施例提供了一种姿态感知设备的定位方法，所述姿态感知设备至少包括两个陀螺仪，通过获取各陀螺仪的输出电压，并根据各陀螺仪的输出电压和旋转角速度呈线性关系，快速的对所述姿态感知设备进行二维或三维的定位。本发明的实施例还提供了一种鼠标指针的控制方法，所述鼠标指针由空间鼠标控制，所述空间鼠标中包括两个陀螺仪，所述各陀螺仪的输出电压和旋转角速度呈线性关系，采用本发明实施例的空间鼠标可以快速的控制鼠标指针的移动，空间鼠标的灵敏度高。
文档编号G06F3/033GK102270054SQ20111023440
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者严松, 刘正东, 唐元浩, 龙江, 龙涛 申请人:江苏惠通集团有限责任公司