专利名称：一种具有姿态感测的多用途游戏控制器及系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制装置，尤其涉及一种具有姿态感测的多用途游戏控制器及系统。
背景技术：
目前在电视游戏娱乐的射击游戏、运动类游戏等与姿态有关的游戏中，多数采用光电二极管进行CRT电视扫描线检测方式进行定位，会干扰画面。而且随着科技的发展，以液晶或等离子为主的电视机逐渐普及，这种进行CRT电视描线检测的技术也逐渐被淘汰不再适用。另外，也有采用在电视旁边放置红外光点，在模拟枪、手柄或控制器上安装的CCD摄像传感器来检测并计算定位。这样就需要在电视端放置摄像头或红外光点协助定位。而目前的电视发展都以墙挂式或超薄型发展，所以在电视附近几乎没有安装摄像头或红外光点的位置。另外，红外光点或摄像头都还需要外加电源如此一来更增加了设置安装的困难。同时，射击游戏控制装置多数是直接采用枪的外形出现，使用确实方便，但如果不是射击游戏就不能使用了，这就使装置的使用率没有得到有效利用。而现有的手柄多数采用摇杆控制光标，使用时不易控制。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种能够方便定位、使用灵活的、具有姿态感测的多用途游戏控制器及系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种具有姿态感测的多用途游戏控制器，包括外壳；定位模块，用于感测所述外壳与外界显示装置的位置数据；感测模块，用于感测所述外壳的运动姿态数据；处理模块，与所述定位模块和感测模块连接，根据所述位置数据和运动姿态数据，计算得到系统控制命令输出；通讯模块，与所述处理模块连接，用于与外接主机连接通讯，将所述系统控制命令传送至所述外接主机，控制所述外接主机；以及电源模块，用于为所述定位模块、感测模块、处理模块和通讯模块提供工作电源；所述定位模块、感测模块、处理模块、通讯模块和电源模块设置于同一所述外壳中。在本实用新型的多用途游戏控制器中，所述多用途游戏控制器还包括与所述处理模块连接的控制组件、以及选择所述控制组件和/或感测模块工作的选择切换开关；所述处理模块将所述控制组件输入的控制数据、所述位置数据和所述运动姿态数据组合转化成所述系统控制命令。在本实用新型的多用途游戏控制器中，所述控制组件包括设置在所述外壳上的控制摇杆和/或控制按键。在本实用新型的多用途游戏控制器中，所述多用途游戏控制器还包括接入外接手柄的手柄接口 ；所述处理模块与所述手柄接口连接，并将所述外接手柄的控制数据、所述位置数据和所述运动姿态数据转化成所述系统控制命令。在本实用新型的多用途游戏控制器中，所述定位模块为超声波定位模块，所述位置数据包括所述外壳与所述外界显示装置之间的距离数据、以及所述外界显示装置的边界数据。在本实用新型的多用途游戏控制器中，所述感测模块包括一个或多个三维加速度传感器、陀螺仪和三维地磁仪中的一种或多种。在本实用新型的多用途游戏控制器中，还包括与所述处理模块连接的振动模块；所述振动模块设置在所述外壳上、或者与所述外壳分开设置并通过导线连接。 在本实用新型的多用途游戏控制器中，还包括与所述处理模块连接、接入外接耳麦的耳机插座。本实用新型还提供一种具有姿态感测的多用途游戏控制系统，包括感测器、以及与外接主机连接通讯的接收器；所述感测器包括感测器外壳，定位模块，用于感测所述感测器外壳与外界显示装置的位置数据；感测模块，用于感测所述感测器外壳的运动姿态数据；感测通讯模块，用于与所述接收器连接通讯；处理模块，与所述定位模块和感测模块连接，处理所述位置数据和运动姿态数据并通过所述感测通讯模块输出至所述接收器；以及电源模块，用于为所述定位模块、感测模块、处理模块和通讯模块提供工作电源；所述定位模块、感测模块、处理模块、通讯模块和电源模块设置于同一所述感测器外壳中；所述接收器包括接入外接控制组件的控制组件接口，接入所述外接控制组件的控制数据；接收通讯模块，与所述感测通讯模块连接通讯；外接主机通讯接口，用于与所述外接主机连接通讯；接收处理模块，与所述控制组件接口、接收通讯模块、外接主机通讯接口连接，将所述控制数据、位置数据和运动姿态数据处理转换成系统控制命令，并通过所述外接主机通讯接口输出至所述外接主机。在本实用新型的多用途游戏控制系统中，所述定位模块为超声波定位模块，所述位置数据包括所述感测器外壳与所述外界显示装置之间的距离数据、以及所述外界显示装置的边界数据。在本实用新型的多用途游戏控制系统中，所述感测模块包括一个或多个三维加速度传感器、陀螺仪和三维地磁仪中的一种或多种。在本实用新型的多用途游戏控制系统中，所述感测器还包括与所述处理模块连接的振动模块；所述振动模块设置在所述感测器外壳上、或者与所述感测器外壳分开设置并通过导线连接。[0036]采用本实用新型的有益效果是通过定位模块、感测模块等，来定位游戏控制器的位置、姿态等，避免了现有技术采用电视端放置摄像头或红外光点等协助定位所带来的缺陷，具有定位方便、安装使用灵活、可根据游戏控制器姿态输出对应控制信号的优点。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图I是本实用新型具有姿态感测的多用途游戏控制器的第一实施例的示意框图；图2是本实用新型采用该多用途游戏控制器的控制方法的第一实施例的示意流程图；图3是本实用新型具有姿态感测的多用途游戏控制器的第二实施例的示意框图；图4是本实用新型具有姿态感测的多用途游戏控制系统的第一实施例的示意框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图I所示，是本实用新型具有姿态感测的多用途游戏控制器100的第一实施例，可以作为普通游戏手柄使用，也可以具有三维鼠标功能，进行射击、运动、体感等多种类型的游戏，并可完成AHRS系统所能实现的功能。该多用途游戏控制器100包括外壳、定位模块101、感测模块102、处理模块103、通讯模块104、电源模块105等，该定位模块101、感测模块102、处理模块103、通讯模块104和电源模块105等设置于同一外壳中。在本实施例中，该外壳可以根据需要采用手柄外形、摇杆外形、枪支外形、遥控器外形等各种需要形状，从而便于在不同场合使用。该定位模块101安装在外壳上，用于感测外壳与外界显示装置(如显示器、显示屏幕等)的位置数据。其中，该定位模块101可以为超声波定位模块101，通过超声波定位模块101的超声波发射装置发出超声波，根据超声波定位模块101的接收装置接到超声波时的时间差来确定外壳与外界显示装置的距离。超声波发射装置向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收装置收到反射波就立即停止计时。而超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(S)，即s=340t/2，从而得到距离数据。当然，还可以使用其他的测距方式，如激光、红外等，来感测外壳与外接显示装置的位置数据。在本实施例中，将超声波发射装置和接收装置安装于外壳的正前方，用于感测外壳距离屏幕的距离，通过测量屏幕四个角的距离数据，运算得到外界显示装置的边界数据，通过计算得到外界显示装置的有效面积和相对位置，以便能够有效的将感测模块102感测到的指向点转化为坐标显示在外界显示装置的有效范围内。另外，还可以将外界显示装置的有效面积与相对位置拿来当成校正及补偿感测模块102因长时间使用或因环境的磁场、温度变动所产生的计算数据漂移。具体校正时，可以利用显示装置屏幕与所安装的墙体不在一个平面上，由此所产生的超声波测距时所发生的数据突变来判断屏幕的边界，此时将传感器感测到的数据计算得到的坐标值作为标准校正数据，通过对四个边界的检测可以得到屏幕区域，进一步得到屏幕的四角坐标值。由于在枪口指向超出屏幕四边时，超声波数据很容易判断，因此可以利用这种特征以及结合传感器的运动轨迹，很容易得到枪口的实际指向位置，再通过对比在超声波测距数据突变时的坐标值与游戏开始时 存储的坐标值，以及通过反送存储值坐标的方式来校正传感器的漂移。假设使用者处于正对屏幕中心位置，此时超声波检测屏幕四角距离应该最远，检测枪体垂直于屏幕距离最近。假如，超声波测距数据在连续增大的过程中突然非连续变大，说明此时枪口指向超出屏幕边缘已经指到墙体上了，此时结合运动姿态数据是向左边移动，因此可以判断枪口此时应该是指向刚到显示装置左边缘，通过比较现在的感测坐标值与之前存储的坐标值，可以判断两个坐标差值是否超出极限，如果超出设定值，此时可以通过将原校正时的坐标参数反送给枪体的运算单元作为当前的坐标值，从而确保枪口与光标在左右移动中保持一致。类似的上下的校正也如左右一样的，由此可以达到校正的目的。该感测模块102用于感测外壳的运动姿态数据，并传送至处理模块103，由处理模块103进行处理。在本实施例中，该感测模块102为AHRS感测模块102，包括多个轴向加速度传感器，能够为外壳提供前进方向、前滚和侧翻等信息，在本实施例中，外壳的使用主要是以手腕为中心点，调整外壳的前后、左右、上下等偏转，达到改变外壳指向的目的。由感测模块102感测这些变化的运动姿态数据，提供给处理模块103，结合定位模块101的位置数据，计算得到系统控制命令，并输出。例如在模拟枪的情况下，通过调整枪的姿态、枪口方向等，达到改变瞄准目标，将靶位点坐标点显示在外界显示装置上，就可以代替模拟枪的指向位置点，实现射击游戏中的模拟枪的瞄准工具。当然，该感测模块102可以由一个或多个三维加速度传感器、二或三维陀螺仪，还可以增加三维地磁仪组成，主要可以感测外壳的姿态数据即可。该处理模块103与感测模块102、定位模块101、通讯模块104等连接，可以采用单片机MCU，接收来自感测模块102的运动姿态数据和来自定位模块101的位置数据，进行计算得到系统控制命令，并通过通讯模块104输出，控制游戏的光标、动作轨迹及姿态等，实现包括射击游戏、运动类游戏在内的多种游戏，由于感测模块102具有三维感测，因此同样让控制器具有三维鼠标的功能，还能实现AHRS系统所能实现的应用。该通讯模块104与处理模块103连接，用于与外接主机建立通讯连接，将处理模块103得到的系统控制命令发送至外接主机，来控制外接主机实现对应的控制功能。可以理解的，该通讯模块104可以采用无线通讯模块104或有线通讯模块104，与外接主机建立连接即可。进一步的，本实施例的多用途游戏控制器100还包括与处理模块103连接的控制组件106、以及选择控制组件106和/或感测模块102工作的选择切换开关。该控制组件106包括设置在外壳上的制摇杆和/或控制按键等。可以通过选择切换开关来选择控制组件106或感测模块102之一工作，当选用控制组件106工作时，直接通过控制组件106输入控制数据，由处理模块103处理后转化成系统控制命令；也可以通过选择切换开关来选择感测模块102工作时，处理模块103将感测模块102感测的运动姿态数据和位置数据进行处理，转化成系统控制命令；或者，同时选择控制组件106和感测模块102工作，该处理模块103将控制组件106输入的控制数据、位置数据和运动姿态数据组合，转化成系统控制命令输出。进一步的，为了使得使用效果更好、更逼真，该多用途游戏控制器100还包括与处理模块103连接的振动模块107。在配合外接主机游戏时，能够发出振动，使得游戏更加的逼真。在本实施例中，在外壳山设置振动接口，振动模块107通过导线等连接到振动接口上，从而将振动模块107引到外壳的外部，比如手腕上带一个振动手圈，这样既可以让玩家感受到振动，又不至于因为振动或磁场影响控制器的使用(如瞄准等)，避免了影响感测模块102输出数据，影响指向精度和稳定度。当然，也可以将振动模块107设置在控制器的外壳上，使得整个控制器具有振动的感受。进一步的，该多用途游戏控制器100还设有耳机插座108，该耳机插座108与处理模块103连接，接入外接耳麦，实现音频输出、语音输入等。进一步的，该多用途游戏控制器100还设有与处理模块103连接的有线接口 109，通过有线接口 109接入升级数据等，来升级或修改控制器的参数。进一步的，该多用途游戏控制器100还设有与处理模块103连接的显示模块110，用于显示控制器信息。如图2所示，在使用该多用途游戏控制器100时，由定位模块101感测外壳与外接显示装置的位置数据，包括外壳与外界显示装置之间的距离数据、外界显示装置的边界数据等。在本实施例中，通过超声波定位模块101发出和接收超声波来获得距离数据和边界数据。同时，通过感测模块102来感测外壳的运动姿态数据，如采用AHRS感测模块102，通过其多个轴向加速度传感器，感测外壳的前进方向、前滚和侧翻等运动姿态数据，并输出。在本实施例中，外壳的使用主要是以手腕为中心点，调整外壳的前后、左右、上下等偏转，达到改变外壳指向的目的，并由感测模块102来感测这些变化的运动姿态数据输出至处理模块103。同时，通过控制组件106输入控制数据，来实现对应的游戏控制，例如输入发射信号、选择信号等控制数据，来控制游戏主机进行对应的动作。然后，由处理模块103接收控制数据、位置数据、运动姿态数据等，并对这些数据进行整合处理，转化成外接主机的系统控制命令，并通过通讯模块104通过有线或无线的方式发送至外接主机,外接主机根据该系统控制命令完成对应的动作。例如,外接主机根据接收的系统控制命令，将光标、靶点位等移动到外界显示装置的对应位置，并执行对应的控制命令(如发射、点击、选择等)。进一步的，该定位模块101还可以提供恒定的参照坐标，作为感测模块102的参照点，校正感测模块102的传感器漂移。如图3所示，是本实用新型的具有姿态感测的多用途游戏控制器200的第二实施例，其与第一实施例的区别在于该多用途游戏控制器200的处理模块203、感测模块202、定位模块201、通讯模块204、显示模块210、控制组件206、电源模块205等，设置在同一外壳内，并且，在外壳上还设有与处理模块203连接的手柄接口 209。外接手柄等连接在手柄接口 209上，并将控制数据通过手柄接口 209输出至处理模块203，处理模块203将接收到的控制数据、由定位模块201监测到的位置数据、由感测模块202监测到的运动姿态数据进行处理，转换成系统控制命令，并通过通讯模块204输出至外接主机。当然，在本实施例中，该多用途游戏控制器200还可以包括如上一实施例所述的耳机插座208、振动模块207等；各功能模块所完成的工作与第一实施例基本相同故不赘述。如图4所示，是本实用新型的具有姿态感测的多用途游戏控制系统的第一实施例，包括感测器300以及接收器400。该接收器400与外接主机连接通讯，并将来自感测器300和外接手柄的信号整合传送至连接的外接主机。该感测器300可以通过各种方式(如嵌套、卡接等)附加到外接控制组件(如手柄、遥控器等)上、或与外接手柄捆绑使用，使得整个感测器300与外接控制组件同步运动，来感测外接控制组件的运动姿态。该感测器300包括感测器300外壳，在该感测器300外壳内安装有定位模块301、感测模块302、感测通讯模块304、处理模块303、为整个感测器300提供工作电源的电源模块305等。当然，该感测器300还可以设置有如前实施例所述的振动模块307和显示模块310等。 该定位模块301用于感测该感测器300外壳与外界显示装置的位置数据，而感测模块302用于感测该感测器300外壳(即外接控制组件)的运动姿态数据，并且，位置数据和运动姿态数据传送至处理模块303，并通过感测通讯模块304输出至接收器400，其工作过程与原理与上述实施例的多用途游戏控制器基本相同，故不赘述。该接收器400包括控制组件接口 402、接收通讯模块404、外接主机通讯接口 403、接收处理模块401等。控制组件接口 402与接收处理模块401连接，接入外接控制组件(如手柄、遥控器等)的控制数据，发送至接收处理模块401。接收通讯模块404与感测器300的感测通讯模块304建立连接通讯，进行数据的传送，其连接通讯方式可以是有线或无线方式。外接主机通讯接口 403则与外接主机连接通讯，将系统控制命令发送至外接主机或接收来自外接主机的信号。该接收处理模块401与接收通讯模块404、控制组件接口 402、外接主机通讯接口403连接，将控制数据、位置数据和运动姿态数据进行处理，转换成系统控制命令，并通过外接主机通讯接口 403输出至外接主机，从而实现对外接主机的控制。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.ー种具有姿态感测的多用途游戏控制器，其特征在于，包括外壳； 定位模块，用于感测所述外壳与外界显示装置的位置数据； 感测模块，用于感测所述外壳的运动姿态数据； 处理模块，与所述定位模块和感测模块连接，根据所述位置数据和运动姿态数据，计算得到系统控制命令输出； 通讯模块，与所述处理模块连接，用干与外接主机连接通讯，将所述系统控制命令传送至所述外接主机，控制所述外接主机；以及 电源模块，用于为所述定位模块、感测模块、处理模块和通讯模块提供工作电源； 所述定位模块、感测模块、处理模块、通讯模块和电源模块设置于同一所述外壳中。
2.根据权利要求I所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述多用途游戏控制器还包括与所述处理模块连接的控制组件、以及选择所述控制组件和/或感测模块工作的选择切换开关； 所述处理模块将所述控制组件输入的控制数据、所述位置数据和所述运动姿态数据组合转化成所述系统控制命令。
3.根据权利要求2所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述控制组件包括设置在所述外壳上的控制摇杆和/或控制按键。
4.根据权利要求I所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述多用途游戏控制器还 包括接入外接手柄的手柄接ロ ；所述处理模块与所述手柄接ロ连接，并将所述外接手柄的控制数据、所述位置数据和所述运动姿态数据转化成所述系统控制命令。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述定位模块为超声波定位模块，所述位置数据包括所述外壳与所述外界显示装置之间的距离数据、以及所述外界显示装置的边界数据。
6.根据权利要求1-4任一项所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述感测模块包括一个或多个三维加速度传感器、陀螺仪和三维地磁仪中的ー种或多种。
7.根据权利要求1-4任一项所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述多用途游戏控制器还包括与所述处理模块连接的振动模块；所述振动模块设置在所述外壳上、或者与所述外壳分开设置并通过导线连接。
8.根据权利要求1-4任一项所述的多用途游戏控制器，其特征在于，所述多用途游戏控制器还包括与所述处理模块连接、接入外接耳麦的耳机插座。
9.ー种具有姿态感测的多用途游戏控制系统，其特征在于，包括感测器、以及与外接主机连接通讯的接收器； 所述感测器包括感测器外売， 定位模块，用于感测所述感测器外壳与外界显示装置的位置数据； 感测模块，用于感测所述感测器外壳的运动姿态数据； 感测通讯模块，用干与所述接收器连接通讯； 处理模块，与所述定位模块和感测模块连接，处理所述位置数据和运动姿态数据并通过所述感测通讯模块输出至所述接收器；以及 电源模块，用于为所述定位模块、感测模块、处理模块和通讯模块提供工作电源； 所述定位模块、感测模块、处理模块、通讯模块和电源模块设置于同一所述感测器外壳中； 所述接收器包括接入外接控制组件的控制组件接口，接入所述外接控制组件的控制数据； 接收通讯模块，与所述感测通讯模块连接通讯； 外接主机通讯接口，用于与所述外接主机连接通讯； 接收处理模块，与所述控制组件接口、接收通讯模块、外接主机通讯接口连接，将所述控制数据、位置数据和运动姿态数据处理转换成系统控制命令，并通过所述外接主机通讯接口输出至所述外接主机。
10.根据权利要求9所述的多用途游戏控制系统，其特征在于，所述定位模块为超声波定位模块，所述位置数据包括所述感测器外壳与所述外界显示装置之间的距离数据、以及所述外界显示装置的边界数据。
11.根据权利要求9所述的多用途游戏控制系统，其特征在于，所述感测模块包括一个或多个三维加速度传感器、陀螺仪和三维地磁仪中的一种或多种。
12.根据权利要求9所述的多用途游戏控制系统，其特征在于，所述感测器还包括与所述处理模块连接的振动模块；所述振动模块设置在所述感测器外壳上、或者与所述感测器外壳分开设置并通过导线连接。
专利摘要本实用新型涉及一种具有姿态感测的多用途游戏控制器及系统。该控制器包括外壳；定位模块，用于感测外壳与外界显示装置的位置数据；感测模块，用于感测外壳的运动姿态数据；处理模块，与定位模块和感测模块连接，根据位置数据和运动姿态数据，计算得到系统控制命令输出；通讯模块，与处理模块连接，用于与外接主机连接通讯，将系统控制命令传送至外接主机，控制外接主机；及提供工作电源的电源模块。通过定位模块、感测模块等，来定位游戏控制器的位置、姿态等，避免了现有技术采用电视端放置摄像头或红外光点等协助定位所带来的缺陷，具有定位方便、安装使用灵活、可根据游戏控制器姿态输出对应控制信号的优点。
文档编号A63F13/02GK202427156SQ20122002371
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者罗富强 申请人:深圳市合智创盈电子有限公司