专利名称：磁场感应式游戏杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种游戏杆，特别是指一种磁场感应式游戏杆。
背景技术：
游戏杆是一种很方便的手动遥控装置，也是一种位置信号产生器，可以应用在电子游戏机、无人飞机遥控器或电动轮椅等方面。就目前而言，游戏杆的位置信号产生方式可分为接触式以及非接触式两种，其中非接触式游戏杆具有较佳的耐久性以及不易故障的优点。早期的非接触式游戏杆是利用小型线圈来感应电流信号的变化，而近年来则以磁场感应的方式为主，其是利用感应磁铁搭配磁场传感器，使得当游戏杆位置产生变化时，磁场传感器会因感测到不同的磁场强度，而产生不同的电流或电压信号。
美国专利文件US005850142揭示了一种磁场感应式游戏杆，其是以一种特殊的感磁材料将操控杆的球形关节与感应磁铁结合成一体，其结构虽然简单，但由于必须使用特殊的材料与制程，使得这类的游戏杆售价也较其它种类的游戏杆要高出许多，故而不利于商品的普及。
综上所述，因此亟需一种结构简单且制造成本低廉的磁场感应式游戏杆，以解决现有技术的缺失。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是在提供一种磁场感应式游戏杆，其是通过将一磁性单元摆放在一承载盘上，再凭借设置在与所述的磁性单元相对位置的一磁场传感器来侦测所述的承载盘移动时所造成的磁场强度变化，以判断所述的承载盘的位置的磁场感应式游戏杆。
再者，本发明的次要目的是在提供一种磁场感应式游戏杆，其上更设置有一压力开关，通过启动所述的压力开关，可将一电气信号传递至一控制器，以执行对应的指令动作。
为实现上述的目的，本发明提出了一种磁场感应式游戏杆，其包含有一操纵杆，其是设置有一把手者；一弹簧，是套设在所述的操纵杆的杆体；一弹簧底座，是设置在所述的弹簧下方，用以承载所述的弹簧；一基座，是设置在所述的弹簧底座下方，且所述的基座具有一支撑部，用以支撑所述的弹簧底座；一枢轴关节，是设置在所述的基座上，且所述的枢轴关节开设有一上下连通的开口，使得所述的操纵杆可由所述的枢轴关节的开孔延伸而出；一承载盘，是设置在所述的枢轴关节下方且与所述的操纵杆连接，又所述的承载盘上设有一磁性单元；以及一磁场感测模块，其是与所述的磁性单元相对应，可侦测所述的承载盘移动时所造成的磁场强度变化，来判断所述的承载盘的位置。
较佳的是，所述的磁性单元更包含有一磁铁。所述的磁场感测模块包含有一磁场传感器，其是与所述的磁铁相对应。
较佳的是，所述的磁性单元更包含有复数个磁铁。所述的复数个磁铁更可以呈N极、S极交错排列，以增进其感测信号的分辨率。所述的磁场感测模块包含有复数个磁场传感器，其是分别与所述的复数个磁铁相对应。
较佳者，所述的操纵杆是一空心管体，且其上的把手更设置有一压力开关，所述的压力开关启动后所产生的电气信号是传递至一控制器，以执行对应的指令动作。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是反应灵敏、迅速，且成本较低。
图1是本发明第一较佳实施例的剖示分解图；图2是图1的组合图；图3是图2中的操纵杆摆动示意图；图4是图1中的枢轴关节上视图；图5是图1中的承载盘上视图；图6是磁铁与霍尔传感器的相对位置关系的第一较佳实施例示意图；图7是磁铁与霍尔传感器的相对位置关系的第二较佳实施例示意图；图8是磁铁与霍尔传感器的相对位置关系的第三较佳实施例示意图；图9是承载盘形状的第一较佳实施例侧视图；
图10是承载盘形状的第二较佳实施例侧视图；图11是本发明第二较佳实施例的组合图；图12是本发明第三较佳实施例的分解图；图13是图12的组合图；图14A是本发明的磁性单元与磁场感测模块的相对位置关系的第四较佳实施例示意图；图14B是本发第四较佳实施例承载盘与磁铁配置剖面示意图；图15A是本发明的磁性单元与磁场感测模块的相对位置关系的第五较佳实施例示意图；图15B是本发第五较佳实施例承载盘与磁铁配置剖面示意图；图16是本发明的磁性单元与磁场感测模块的相对位置关系的第六较佳实施例示意图。
附图标记说明1-操纵杆；11-把手；111-扣环；112-垫片；113-把手内部空间；12-操纵杆定位销孔；13-操纵杆底部插头；14-压力开关；141-压力开关信号线；142-外盖；143-接触点；15-侧壁孔；2-弹簧；3-弹簧底座；4-基座；41-上基座；411-支撑部；412-螺孔；42-下基座；421-固定孔；422-下基座销孔；423-螺孔；43-螺丝；44-第一定位销；45-第二定位销；46-保护罩；461-第一罩孔；462-第二罩孔；5-枢轴关节；51-枢轴关节开口；52-第一枢轴关节销孔；53-第二枢轴关节销孔；5a-枢轴单元；6、6a、6b-承载盘；61-连接孔；62-磁性单元；620、621、622-磁铁；7-磁场感测模块；70、72-霍尔传感器；71-信号线；8-电路板；81-固定孔；9-防尘套；10-回复弹簧；20-分离式操纵杆；201-上杆体；2011-上杆体底部插头；202-下杆体；2021-下杆体定位销孔；2022-下杆体底部插头；2023-侧壁孔。
具体实施例方式
为使贵审查委员能对本发明的特征、目的与功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以使得审查委员可以了解本发明的特点，兹配合图示说明如下请参阅图1与图2所示，其中图1(共两页)是本发明第一较佳实施例的剖示分解图，图2是图1的组合图。如所述的图示所示，在本实施例中，本发明提供一种磁场感应式游戏杆，其主要是包括一操纵杆1、一弹簧2、一弹簧底座3、一基座4、一枢轴关节5、一承载盘6以及一磁场感测模块7。其中所述的操纵杆1是一空心管体，且其顶部设有一把手11，所述的把手11是利用扣环111以及垫片112而与所述的操纵杆1连接，而在把手11下方的操纵杆1杆体上，套设有一弹簧2，此弹簧2是呈圆锥状而易于将操纵杆1保持在正中央的位置，且弹簧2的下方，设有一用以承载所述的弹簧2的弹簧底座3，此弹簧底座3具有一上下连通的开口用以套设在所述的操纵杆1的杆体上，且其底部是呈一凸轮面者，又在所述的弹簧底座3的下方设置有一基座4，所述的基座4是由一上基座41以及一下基座42组成，其中所述的上基座41具有一支撑部411，所述的支撑部411也为一凸轮面，故而可凭借支撑部411的凸轮面与弹簧底座3底部的凸轮面以及弹簧2之间的作用力，使得操纵杆1在外力解除后，能迅速回复至正中央位置。
上基座41具有至少一螺孔412、下基座42具有至少一固定孔421，可分别利用螺丝43穿过固定孔421并锁紧在螺孔412上，使得上、下基座结合成一体，且上下基座结合后，可界定出一容置空间以容置枢轴关节5。所述的枢轴关节5具有一上下连通的枢轴关节开口51，使得所述的操纵杆1可经由枢轴关节开口51延伸而出，并与下方的承载盘6紧密固接(所谓紧密固接者，是指操纵杆1与承载盘6的连接非常牢靠而能产生位置连动，例如用一螺丝作锁固)。其中，更以一第一定位销44穿过第一枢轴关节销孔52以及操纵杆定位销孔12，再利用两只第二定位销45分别由下基座42两侧的下基座销孔422穿过并镶住第二枢轴关节销孔53，使得操纵杆能固定在枢轴关节5中，且能以第一定位销44为轴心而作一个自由度的运动，或以第二定位销45为轴心而作一个自由度的运动。
承载盘6具有一连接孔61，用以及所述的操纵杆底部插头13连接，使得承载盘6能随着操纵杆1的摆动而作两个自由度的运动。此外，承载盘6上设有一磁性单元62与所述的磁场感测模块7相对应。所述的磁场感测模块7具有复数个霍尔传感器70。所述的磁性单元62其是具有复数个磁铁620，每一个磁铁620的相对位置处均设有一霍尔传感器70，所述的这些霍尔传感器70是放置在一电路板8上，使得当操纵杆1移动而使承载盘6产生连动时，其所造成的磁场强度变化能为霍尔传感器70所侦测，再经由所述的这些霍尔传感器70的信号线71将此一电气讯号传至后端的控制器(图中未示)，以判断承载盘6的位置。其中所述的这些信号线71是通过保护罩46所开设的第一罩孔461而延伸至外部，以及控制器做连接。由于承载盘6的活动路径相对于操纵杆摆动时的位置是惟一的，因此可利用承载盘6感应霍尔传感器70所产生的电气信号来代表操纵杆1的位置。
下基座42也具有至少一螺孔423，可分别利用螺丝43穿过电路板8的固定孔81并锁紧在螺孔423上，使电路板8可固定在基座4下方。最后，套设一具有伸缩弹性的防尘套9在把手11与基座4间，其作用除了避免灰尘或异物的入侵的外，更可防止游戏杆零组件上的润滑油外溢，并且再将保护罩46套在下基座外部，以保护游戏杆零组件。
此外，更可在把手内部空间113中安装一压力开关14作为紧急应变的用，所述的压力开关14可以选择采用压晶体管或应变器，且其压力开关信号线141可由操纵杆1的侧壁孔15引导出，并通过保护罩46所开设的第二罩孔462延伸至外部，以及控制器(图中未示)做连接。当把手的外盖142受到外力作用时，接触点143会压迫压力开关，而使压力开关启动，此外，由于把手11下方有弹簧2的作用力，因此必须施以足够的压力方能启动所述的压力开关14，故而不会因误触而误动作。
请参阅图3所示，其是图2中的操纵杆摆动示意图。
请参阅图4所示，其是图1中的枢轴关节上视图。所述的枢轴关节5包括一枢轴关节开口51、一第一枢轴关节销孔52以及一第二枢轴关节销孔53。
请参阅图5所示，其是图1中的承载盘上视图。在本实施例中，承载盘6为片状的十字形结构，惟实际应用时，并不为片状结构或十字形所限。承载盘6具有一连接孔61，用以及图1所示的操纵杆底部插头13连接，且其上设有四个磁铁620。较佳的是，所述的这些磁铁620是呈N极、S极交错排列，也即其任意两相邻磁铁620的极性互为相反，以增进其感测信号的分辨率。
请参阅图6所示，其是磁铁与霍尔传感器的相对位置关系的第一较佳实施例示意图。本实施例是以两个磁铁620放在片状的承载盘6上作说明，在本实施例中，磁场轴线与操纵杆1的轴杆方向平行，又两磁铁620的极性互为相反。此外，为配合磁铁620的排列方式，因此，与各磁铁620对应的霍尔传感器70的排列方式是各霍尔传感器70的感应面的法线方向与所述的操纵杆1的轴杆方向平行。
请参阅图7所示，其是磁铁与霍尔传感器的相对位置关系的第二较佳实施例示意图。本实施例同样以两个磁铁620放在片状的承载盘6上作说明，在本实施例中，磁场轴线与操纵杆1的轴杆方向垂直，同样地，两相邻磁铁620的极性互为相反。此外，为配合磁铁620的摆放方式，因此，与各磁铁620对应的霍尔传感器70的摆放方式是各霍尔传感器70的感应面的法线方向与所述的操纵杆1的轴杆方向垂直。
请参阅图8所示，其是磁铁与霍尔传感器的相对位置关系的第三较佳实施例示意图。在本实施例中，两个磁铁620是放置在圆弧状的承载盘6上，由于所述的承载盘具有弧度，因此磁铁620的磁场轴线与操纵杆1的轴杆方向呈一小于90度的角度，同样地，任意两个相邻磁铁620的极性均互为相反。此外，为配合磁铁620的摆放方式，因此，可令各霍尔传感器70的感应面的法线方向与操纵杆1的轴杆方向之间的夹角角度等于与各霍尔传感器70所对应的磁铁以及操纵杆1的轴杆方向之间的夹角角度，也即，令所述的这些磁场传感器70的感应面的法线方向与其所对应的磁铁62的磁场轴线方平向行。
请参阅图9所示，其是承载盘形状的第一较佳实施例侧视图。在本实施例中，承载盘6是圆形的片状结构，且其四侧分别设有一个磁铁620，所述的这些磁铁620是呈N极、S极交错排列，也即其任意两相邻磁铁620的极性互为相反，以增进其感测信号的分辨率。本实施例所描述的承载盘形状虽为圆形，惟实际应用时并不局限于此，只要是片状且能够将各磁铁等距离安装的磁铁盘均可应用在本发明，例如多边形、十字形、不规则形等。
请参阅图10所示，其是承载盘形状的第二较佳实施例侧视图。在本实施例中，承载盘6是呈圆弧状结构，且其上设有四个磁铁620，所述的这些磁铁620是呈N极、S极交错排列，也即其任意两相邻磁铁620的极性互为相反，以增进其感测信号的分辨率。凭借圆弧状结构承载盘的使用，可令霍尔传感器70与其所对应的磁铁620间的高度变化一致，而使霍尔传感器70所侦测到的电讯信号呈线性变化。同样地，只要是圆弧状且能够将各磁铁等距离安装的磁铁盘均可应用在本发明，例如多边形、圆形、不规则形等。
图6至图10所描述的实施例中，虽是以二或四个磁铁作说明，但在实际应用时，所述的这些磁铁仅须遵循N极、S极的交错排列方式即可，因此磁铁的数量并不为此所限，其数量只要是二的倍数即可。此外，当操纵杆摆动时会使承载盘产生连动，使得承载盘上的磁铁与其所对应的霍尔传感器的距离会改变，因而产生磁场强度的变动，此时，霍尔传感器会因磁场强度的不同而产生不同的电讯信号，并经由其信号线将此讯号传至后端的控制器，以执行对应的指令。
请参阅图11所示，其是本发明第二较佳实施例的组合图。倘若操纵杆1与承载盘6并非紧密固接而是采用松弛连接(所谓松弛连接，是指操纵杆1与承载盘6仅能产生位置相对运动，例如仅用一卡榫固定)，为了避免承载盘6摆动幅度过大而造成无法归位的情形，可在承载盘6与下基座42之间的操纵杆1的杆体四周，设置一回复弹簧10，使承载盘6能保持水平状态。
请参阅图12与图13所示，其中图12是本发明第三较佳实施例的分解图，图13是图12的组合图。在本实施例中，为了装配作业上的方便，因此可利用一分离式操纵杆20取代原先的操纵杆1，使得本实施例与第一较佳实施例在结构上有些许不同，其相异之处如下分离式操纵杆20是由一上杆体201与一下杆体202组成。
把手11设在所述的上杆体201顶部。
下杆体202是设置在所述的枢轴关节5的开口，且其顶部是与上杆体底部插头2011固接。
第一定位销44穿过枢轴关节销孔51以及下杆体定位销孔2021，使下杆体202能固定在枢轴关节5中，且能以第一定位销44为轴心作一个自由度的运动。
利用下杆体底部插头2022，与其下方的承载盘6连接，使分离式操纵杆20与承载盘6可产生连动关系。
同样地，若要增设一压力开关，则仅需将所述的上下杆体设计为空心管体，并在下杆体开设一侧壁孔2023即可。除此的外，其余组件的装配方式及其所达成的功效与第一较佳实施例并无不同的处，因此不再赘述。然而，若下杆体底部插头与承载盘是采松弛连接，则仿照图11的结构，在枢轴关节以及承载盘间的下杆体的杆体四周，加设一回复弹簧即可。
请参阅图14A与图14B所示，其中图14A是本发明的磁性单元与磁场感测模块的相对位置关系的第四较佳实施例示意图；图14B是本发第四较佳实施例承载盘与磁铁配置剖面示意图。在本实施例中，所述的承载盘6a上的磁性单元62是具有两磁铁621，其是分别设置在承载盘6a的两端，两磁铁621的极性互为相反。在所述的磁性单元62的一侧上的电路板8上具有一磁场感测单元7，其是具有两个霍尔传感器70且分别与所述的磁铁621相对应。
请参阅图15A以及图15B所示，其中图15A是本发明的磁性单元与磁场感测模块的相对位置关系的第五较佳实施例示意图；图15B是本发第五较佳实施例承载盘与磁铁配置剖面示意图。在本实施例中，所述的磁性单元62是设置在一柱形承载座6b内，所述的磁性单元62具有一磁铁622，而所述的磁场感测模块7也只有一霍尔传感器72与所述的磁铁622对应。又如图16所示，所述的图是本发明的磁性单元与磁场感测模块的相对位置关系的第六较佳实施例示意图。本实施例的磁性单元62也是具有单一磁铁622，而所述的磁场感测模块7则是以一霍尔传感器72与所述的磁铁622对应，与图15A的差异在于本实施例是将图15A的枢轴关节5与承载盘6b整合为一，形成图16的枢轴单元5a，而磁性单元62的磁铁622则嵌入所述的枢轴单元5a内，如此可以节省零件，并且缩小运动空间，进而降低生产成本。前述的第四、第五以及第六的实施例其运作原理如前所述，在此不做赘述。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的权利要求可限定的范围之内。
权利要求
1.一种磁场感应式游戏杆，其特征在于其包含有一操纵杆，其是设置有一把手；一弹簧，是套设在所述的操纵杆的杆体上；一弹簧底座，是设置在所述的弹簧下方，用以承载所述的弹簧；一基座，是设置在所述的弹簧底座下方，且所述的基座具有一支撑部，用以支撑所述的弹簧底座；一枢轴关节，是设置在所述的基座上，且所述的枢轴关节开设有一上下连通的开口，使得所述的操纵杆可由所述的枢轴关节的开孔延伸而出；一承载盘，是设置在所述的枢轴关节下方且与所述的操纵杆连接，又所述的承载盘上设有一磁性单元；以及一磁场感测模块，其是与所述的磁性单元相对应，可侦测所述的承载盘移动时所造成的磁场强度变化，来判断所述的承载盘的位置。
2.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁性单元更包含有一磁铁。
3.根据权利要求2所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁场感测模块包含有一磁场传感器，其是与所述的磁铁相对应。
4.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁性单元更包含有复数个磁铁。
5.根据权利要求4所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁场感测模块包含有复数个磁场传感器，其是分别与所述的复数个磁铁相对应。
6.根据权利要求4所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的复数个磁铁是呈N极、S极交错排列。
7.根据权利要求2或4所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁铁的磁场轴线方向是选择与所述的操纵杆的轴杆方向平行以及与所述的操纵杆的轴杆方向垂直其中之一。
8.根据权利要求2或4所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁铁的磁场轴线方向，是与所述的操纵杆的轴杆方向呈一小于90度的角度。
9.根据权利要求3或5所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁场传感器其感应面的法线方向，是选择与所述的操纵杆的轴杆方向平行以及与所述的操纵杆的轴杆方向垂直以与其所对应的所述的磁铁的磁场轴线方向平行其中之一。
10.根据权利要求3或5所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁场传感器的感应面的法线方向与其所对应的所述的磁铁的磁场轴线方向平行。
11.根据权利要求3或5所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的磁场传感器是一霍尔效应传感器。
12.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的枢轴关节与所述的承载盘整合为一。
13.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的操纵杆是一空心管体，所述的把手更设置有一开关，所述的开关启动后所产生的电信讯号是传递至一控制器，所述的开关的信号线是由所述的空心管体引导出来，而与所述的控制器作电连接。
14.根据权利要求13所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的开关是一压力开关，可凭借施加一大于所述的弹簧的抵抗力的施加压力而启动之，所述的压力开关是一压晶体管与一应变器其中之一。
15.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的操纵杆与所述的承载盘的连接是紧密固接，所述的两者能产生连动。
16.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的操纵杆与所述的承载盘的连接是松弛连接，所述的两者能产生相对运动，且所述的承载盘与所述的枢轴关节之间的操纵杆的杆体四周，更设有一回复弹簧，使所述的承载盘能保持水平状态。
17.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的承载盘是选择为片状以及圆弧状其中之一。
18.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的操纵杆与所述的枢轴关节接合处，更设置有一第一定位销，以固定所述的操纵杆的运动方向；以及一第二定位销，其是设置在所述的基座上，所述的第二定位销可提供固定所述的枢轴关节的运动方向。
19.根据权利要求1所述的磁场感应式游戏杆，其特征在于所述的操纵杆是一可分离式操纵杆。
全文摘要
本发明是一种磁场感应式游戏杆，包括一操纵杆、一弹簧、一弹簧底座、一基座、一枢轴关节、一承载盘以及一磁场感测模块。其中所述的操纵杆具有一把手，弹簧是套设在所述的操纵杆的杆体，弹簧底座是设置在所述的弹簧下方，且其下方设置有一基座以支撑的，又所述的基座上设有一枢轴关节，所述的枢轴关节开设有一上下连通的开口，使得操纵杆可由所述的枢轴关节的开口延伸而出，此外，承载盘是设置在所述的枢轴关节下方且与所述的操纵杆的底部连接而产生连动，又其上设有一磁性单元，其是设置在与所述的磁场感测模块的相对位置处。所述的磁场感测模块可凭借侦测所述的承载盘移动时所造成的磁场强度变化，来判断所述的承载盘的位置。
文档编号G01R33/06GK101046699SQ200710000210
公开日2007年10月3日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年3月31日
发明者古焕隆 申请人:财团法人工业技术研究院