专利名称：电脑系统的动作感应输入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输入装置，应用于电脑系统，特别是涉及一种可感应 使用者操作动作，并取代键盘输入的电脑系统的动作感应输入装置。
背景技术：
电脑系统除了是一般工作上文书处理需求外，也常是一般使用者休闲 娱乐的工具，除了影音娱乐外，在电脑系统上玩电脑游戏一直是占有举足 轻重的位置。而电脑系统的输入装置最基本的就是键盘与鼠标，尽管对于 一般电脑游戏来说都已经足够，但是为了追求更佳的操作习惯以及娱乐效 果，电脑系统上针对这一类的玩家，推出了类似电视游乐器的通用摇杆或是 譬如为方向盘等针对特定游戏的操作器。
任天堂(nintendo)的次世代游戏主机Wi i，上市后Y更在全3求掀起一阵热 潮，从北美洲、日本、大洋洲到欧洲，主机软件热烈销售几乎无一例外。Wii 釆用独特的体感玩法，使玩家宛如亲身经历真实的游戏内容，同时，因为体 感的玩法，不仅破除一般人对于电玩游戏不健康的观念，同时也提供现代 人兼具娱乐以及运动的休闲。
这股体感的风潮，除了在电视游乐器造成流行外，同样也延烧到电脑系 统与其他电子装置上，前案如美国专利公告第7,239,301号专利，是利用鼠 标内建有感测器，而可直接将使用者操作鼠标的各种动作，直接对应至光 标的各种运动，包含位移、旋转等。前案如美国专利公告第7， 152， 014号专 利，是利用手机内装设有感测器，而可藉由手机仿真的方式，直接输入电话 号码的操作。
针对电脑电玩游戏来说，因为目前并无类似Wii的软件配合，因此也 尚未有专用的体感操作装置问世，前案如美国专利公告第7,145,551号专 利，利用电脑摇杆上具有感测器，而可以在游戏过程中，藉由摇杆的倾斜操 作，控制譬如为飞机等的各种角度的操控。如同前述，因为并无专用电玩软 件配合，故就其操作上来说，除了飞机等飞行器具外，似乎就找不到可以适 用的游戏。因为电脑游戏来说，大体上还是得依靠键盘来操作进行游戏，如 此的设计仅可视为如同7,239,301号专利的鼠标的特殊应用，其着眼点仍 仅是放在鼠标或是摇杆的移动、旋转而配合电脑系统的光标或游戏的目标 伴随着转动，并无法提出大部分游戏通用的输入方式。
由此可见，上述现有的输入装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题,相关厂商莫不费 尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而 一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决 的问题。因此如何能创设一种新型结构的电脑系统的动作感应输入装置，实 属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的输入装置存在的缺陷，本发明人基于从事.此类产品 设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以 研究创新，以期创设一种新型结构的电脑系统的动作感应输入装置，能够改 进一般现有的输入装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经 过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的输入装置存在的缺陷，而提供一种 新型结构的电脑系统的动作感应输入装置，所要解决的技术问题是使其可
在电脑游戏时，取代^:盘的使用，并且具有仿真的游戏情境与直觉的操作 方式，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现.的。依据
本发明提出的一种电脑系统的动作感应输入装置，其包含动作感应器，上
述动作感应器包含微控制单元、无线发射单元及二陀螺仪，藉由上述二陀 螺仪分别感应上述动作感应器的二轴角速度的变化，并通过上述微控制单 元来控制产生感测数据，通过上述无线发射单元将上述感测数据进行无线
传输；以及接收器，连接于上述电脑系统，上述接收器包含微处理器、无线 接收单元及传输介面，通过上述无线接收单元接收上述感测数据，利用上 述微处理器将上述感测数据转换为对应的键盘按键输入信号，再藉由上述 传输介面将上述^*盘按一睫输入信号传送至上述电脑系统。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的二陀螺仪皆为单轴 感测的陀螺仪，分别用以感测第一轴与第二轴的角速度变化。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的二陀螺仪分别感测 使用者操作上述动作感应器时，依手部旋转的关节为支点所产生的相对于 上述第一轴与上述第二轴的角速度变化。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的二陀螺仪感测上述 使用者操作上述动作感应器的八个方向的运动。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的第一轴与上述的第 二轴的角速度变化差的绝对值小于十字阈值，则判定为上述动作感应器沿 着上述第 一轴或上述第二轴运动。前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的第一轴与上述的第 二轴的角速度变化差的绝对值大于十字阈值，则判定为上述动作感应器相 对于上述第一轴与上述第二轴的斜方向运动。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的无线发射单元是射 频、红外线或蓝牙的传输方式。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的微处理器所转换的 上述键盘按键输入信号供使用者自行设定。
前述的电脑系统的动作感应输入装置，其中所述的接收器的上述传输
介面是通用串行总线(USB)。
本发明与现有^t术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达 到上述目的，依据本发明所揭露的一种电脑系统的动作感应输入装置，包含 有动作感应器以及接收器，接收器连接于电脑系统，而动作感应器与接收 器采用无线传输的方式，动作感应器包含有微控制单元、无线发射单元以 及二陀螺仪，藉由陀螺仪分别感应动作感应器的二轴角速度的变化，并通 过微控制单元来控制而产生感测数据，然后经由无线发射单元来无线传输 至接收器，接收器包含有微处理器、无线接收单元以及传输介面，无线接 收单元接收感测数据后，利用微处理器加以解码而转换为使用者预先设定 对应的键盘按键输入信号(信号即讯号，本文均称信号)，而藉由传输介面 将键盘按键输入信号传送至电脑系统。
借由上述技术方案，本发明电脑系统的动作感应输入装置至少具有下
列优点及有益效果
1 、本发明通过动作感应器的二陀螺仪感测使用者依可旋转的手部关节 为支点所产生的相对于二轴的角速度变化，并经由接收器直接动作解码，并 产生相对应的键盘按键输入信号，直接输入电脑系统。
2、 本发明是利用接收器直接进行动作解码，因此可以克服电玩软件对 于外桂软件的误判，同时，因为是转换为键盘按键输入信号，因此，可以供 使用者自行定义各方向所对应的键盘按键，而可适用于各种的电玩软件。
3、 同时，本发明配合动作类的电玩软件尤其是运动类游戏，更可以具 有仿真的游戏情境与直觉的操作方式。
综上所述，本发明是有关于一种电脑系统的动作感应输入装置，是利用 二陀螺仪所构成的动作感应器，来感测使用者操作动作感应器的不同方向 的运动，并通过无线传输的方式，将动作信号传送至连接于电脑系统的接收 器，利用接收器直接加以解码后，转换为键盘按键输入信号，而可在电脑游 戏时，取代键盘的使用，并且具有仿真的游戏情境与直觉的操作方式。本发 明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在装置结构或功能上皆有较大改 进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的输入装置具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用 的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细说明如下。
图1是本发明电脑系统的动作感应输入装置较佳实施例的示意图。
图2A 图2D是本发明电脑系统的动作感应输入装置较佳实施例的动作 解码步骤的流程示意图。 .
图3是本发明电脑系统的动作感应输入装置较佳实施例的使用者操作 的示意图。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电脑系统的动作感应 输入装置其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图 式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当
"了解，'然而所附图式仅是提:参考与说明之用，并:用来对本发明;以 限制。
请参阅图i所示，是本发明电脑系统的动作感应输入装置较佳实施例 的示意图。本发明较佳实施例的电脑系统的动作感应输入装置，包含动作感
应器10以及接收器20，接收器20连接于电脑系统30,而动作感应器10利 用无线传输的方式与接收器20构成通讯连接。
上述的动作感应器10,包含有微控制单元13、无线发射单元14以及 二陀螺仪11、 12，陀螺仪11 、 12是单轴感测的陀螺仪，分别用以感应第 一轴 与第二轴的角速度变化， 一般说来，第一轴与第二轴相互垂直，且为动作 感应器IO操作平面上的二个轴，换句话说，若是以一个使用者操作使用来 看，概略为平行使用者身体的平面上的二个轴，也就是使用者操作动作感应 器10上下以及左右摆动所绕的二轴。
微控制单元13控制陀螺仪11、 12,使陀螺仪ll、 12感测到二轴的角 速度变化产生感测数据，并通过无线发射单元14予以传输至接收器20, —般 来说，无线发射单元14是射频、红外线或蓝牙的传输方式，当然，此些仅为最常见的无线传输方式，并非用以限定仅能为此数种传输方式。
上述的接收器20,包含有无线接收单元21、微处理器22以及传输介面 23,通过无线接收单元21与动作感应器10的无线发射单元14以无线的方 式构成通讯连接，而接收其所传送的感测数据，并通过微处理器22直接进 行解码的动作，并将解码的动作通过预先设定的方式，转换为动作所对应 的键盘按键输入信号，而通过传输介面23直接将键盘按键输入信号传送到 电脑系统30,传输介面23以通用串行总线(USB)为佳，同样的，也并非限定 仅能使用此一种介面。
为详细说明动作解码的部分，请参阅图2A-图2D所示，是本发明电脑 系统的动作感应输入装置较佳实施例的动作解码步骤的流程示意图。本发 明较佳实施例电脑系统的动作感应输入装置的动作解码步骤的流程，包括 以下步骤
首先，请参阅图3并同时配合图l所示，图3是本发明电脑系统的动 作感应输入装置较佳实施例的使用者操作的示意图。定义使用者50的朝上 方向为Z轴，而朝向左侧为X轴，而陀螺仪11可以感测X轴方向的角速度 cox,陀螺仪12可以感测Z轴方向的角速度coz，使用者50—般操作上并 非单纯的位移，而是依可旋转的手部关节(手腕或是手肘)为支点所产生的 角速度。而一般才喿作上来说,概略为向上挥、向下挥、向左挥、向右挥、向 左上挥、向左下挥、向右上挥以及向右下挥等八个方向，因此，藉由二个陀 螺仪ll、 12即可来判断这样的八个动作方向，以下进行详细说明。
首先，由接收器20接收动作感应器10所发送的感测数据(数据即资 料，本文均称为数据)(步骤201)，接着判断lcozl + lcoxl是否大于动作发 生阈值(步骤202),因为陀螺仪ll、 12的灵敏度颇高，使用者50轻微的动 作就有可能使陀螺仪11、 12感应而产生感测数据，但是这些动作并非真正 使用者所欲操作的，故藉由判断l wzl + lcoxl是否大于动作发生阈值，来判 断使用者是否真的操作。当然，除了上述的判断方式之外，亦可以分别判 断lcozl、 I coxl是否大于动作发生阈值，仅需要单一方向的角速度超过即 可。
接着判断l lcozl - lcoxl I是否大于十字动作阈值(步骤203),换句 话说，若是使用者操作上是沿着X轴或Z轴的单轴方向移动，势必会有某 一个方向的角速度远大于另一个角速度，因此，藉由设定十字动作阈值来加 以判断。若是l lcozl - lcoxl l大于十字动作阈值，则可以确认绕着X轴 或Z轴的单轴方向转动(事实上使用者操作是沿着Z轴或X轴的挥动)，接续 判断lwzl > I coxl (步骤204)，因为上述判断，已经可以确认是沿着Z轴或 是X轴的运动，因此角速度coz、 cox的绝对值较大者，即为运动的方向，若是 coz的绝对值较大，则接续依照其角速度的正负号，换句话说，请配合参阅图3所示，若是使用者向左挥，也就是以Z轴为转轴的挥动，故co z为正值，相反 地，若是使用者向右挥，则是依照Z轴为转轴向右挥动，则coz为负值。因 此，接着判断coz > 0(步骤205),若是，则判定为向左挥(步骤206)，若否，亦 即coz <0,则判定为向右挥(步骤207)。
另一方面，若是cox的绝对值较大，请参阅图2C所示，则确认为使用者 沿着Z轴向上、向下挥动，若是使用者向上挥，也就是以X轴为转轴的挥 动，故cox为正值，相反地，若是使用者向下挥，则是依照X轴为转轴向下 挥动，则cox为负值。因此，接着判断cox 〉 O(步骤212)，若是，则判定 为向上挥(步骤213),若否，亦即oox <0,则判定为向下挥(步骤214)。
另一方面，若是判断l lcozl - lcoxl I小于十字动作阈值，也就是Z 轴方向的角速度与X轴方向的角速度相当，则是使用者以相对于X轴与Z 轴的斜方向挥动，亦即右上、右下、左上、左下等四个方向。请参阅图2B 所示，首先判断wz > 0(步骤208),若是确认coz为正值，则为向左挥动的 动作，换句话说，就是向左下或左上挥动；接着，判断cox > 0(步骤209),若 是，则判定为向左上挥(步骤210)，若否，亦即cox〈0，则判定为向左下挥(步 骤211)。
请参阅图2D所示，在coz〈0的状况下，则为向右挥动的动作，换句话 说，就是向右下或右上挥动；接着，判断cox 〉 O(步骤215)，若是，则判定为 向右上挥(步骤216),若否，亦即cox <0,则判定为向右下挥(步骤217)。
因此，藉由上述的判断，即可确认出使用者50操作动作感测器10的 八个方向的动作，而藉由接收器20的微处理器22予以转换为对应的键盘 按键输入信号，而传送至电脑系统30。因为是转换为键盘按键输入信号，因 此可以适用于目前各种的电脑系统30上的电玩游戏，举例来说，若是一个 网球游戏，用键盘来操控时，在游戏中若想使出水平抽球，需要使用者按 下键盘的Z键，若想击出吊高球，需要按键盘的X键，若想击出强力杀球，需 要按键盘的C键；因此可藉由定义"往左挥"的动作，对应为键盘的Z键，因 此，只要使用者操作向左挥，则可将键盘按键Z的输入信号传送至电脑系统 30，然后游戏中便会使出水平抽球。相同的，可以藉由定义"往上挥"的动 作，对应为键盘的X键，因此，只要使用者操作向上挥，则可将键盘按键X的 输入信号传送至电脑系统30，然后游戏中便会使出吊高球。藉由定义"往 左下挥"的动作，对应为键盘的C键，因此，只要使用者操作向左下挥，则 可将键盘按键C的输入信号传送至电脑系统30，然后游戏中便会使出强力 杀球。因此，使用者不仅可以藉由本发明所提出的电脑系统的动作感应输入 装置进行各种的电玩游戏，同时可以藉由动作所对应的按键信号的设定，提 供仿真的游戏情境与直觉的操作方式。当然，多个动作也可以设定对应于 同一个键盘按键，以动作游戏为例，可以设定"往左下挥"、"往右下挥"皆设定为键盘按键A,而对应于游戏中的攻击，模拟直接欲杀的动作，提供使
用者的体感操作，另一方面，也可以设定"往左挥"、"往右挥"设定为键盘
按键D，而对应于游戏中的防御，模拟拿刀剑横挡防御的动作，提供使用者 的仿真的体感操作，
相同的，其余类似棒球等各种球类的运动、或是刀剑砍杀的动作游戏 等，也都可以藉由类似的设定来产生仿真的体感操作。同时，因为一般电脑 电玩游戏来说，所使用的按键并不会太多，因此以二个陀螺仪组成可以判断 八个方向(换句话说，可以设定八个键盘按键输入信号)已经相当足够，同 时，也可以配合二组动作感应器分别配置于使用者的左、右手，而可以达 到16个键盘按键输入信号。
另一方面，因为目前电脑的电玩游戏为了防堵外挂的问题，因此对于 电玩软件之外的程序来说， 一般都会被电玩软件本身所阻挡，因此，本发 明特地将动作解码的部分由接收器来进行，电脑系统所接收到的仅为键盘 按键输入信号，而不需要电脑系统额外的软件或程序来进行分析，而可以 大幅提高电玩游戏的相容性，使得应用范围更加广泛。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
权利要求
1、一种电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于该动作感应输入装置包含有动作感应器，上述动作感应器包含有微控制单元、无线发射单元及二陀螺仪，藉由上述二陀螺仪分别感应上述动作感应器的二轴角速度的变化，并通过上述微控制单元来控制产生感测数据，通过上述无线发射单元将上述感测数据进行无线传输；以及接收器，连接于上述电脑系统，上述接收器包含有微处理器、无线接收单元及传输介面，通过上述无线接收单元接收上述感测数据，利用上述微处理器将上述感测数据转换为对应的键盘按键输入信号，再藉由上述传输介面将上述键盘按键输入信号传送至上述电脑系统。
2、 根据权利要求1所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的二陀螺仪皆为单轴感测的陀螺仪，分别用以感测第 一轴与第二 轴的角速度变化。
3、 根据权利要求2所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的二陀螺仪分别感测使用者操作上述动作感应器时，依手部旋转 的关节为支点所产生的相对于上述第一轴与上述第二轴的角速度变化。
4、 根据权利要求3所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的二陀螺仪感测上述使用者操作上述动作感应器的八个方向的运 动。
5、 根据权利要求4所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的第一轴与上述的第二轴的角速度变化差的绝对值小于十字阔 值，则判定为上述动作感应器沿着上述第一轴或上述第二轴运动。
6、 根据权利要求4所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的第 一轴与上述的第二轴的角速度变化差的绝对值大于十字阈 值,则判定为上述动作感应器相对于上述第一轴与上述第二轴的斜方向运 动。
7、 根据权利要求1所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的无线发射单元是射频、红外线或蓝牙的传输方式。
8、 根据权利要求1所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的微处理器所转换的上述键盘按键输入信号供使用者自行设定。
9、 根据权利要求1所述的电脑系统的动作感应输入装置，其特征在于 其中所述的接收器的上述传输介面是通用串行总线USB。
全文摘要
本发明是有关于一种电脑系统的动作感应输入装置，其包含动作感应器，上述动作感应器包含微控制单元、无线发射单元及二陀螺仪，藉由上述二陀螺仪分别感应上述动作感应器的二轴角速度的变化，并通过上述微控制单元来控制产生感测数据，通过上述无线发射单元将上述感测数据进行无线传输；以及接收器，连接于上述电脑系统，上述接收器包含微处理器、无线接收单元及传输介面，通过上述无线接收单元接收上述感测数据，利用上述微处理器将上述感测数据转换为对应的键盘按键输入信号，再藉由上述传输介面将上述键盘按键输入信号传送至上述电脑系统。本发明可以取代键盘的使用，并且具有仿真的游戏情境与直觉的操作方式。
文档编号G06F3/03GK101620474SQ20081012759
公开日2010年1月6日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者张添凯 申请人:华硕电脑股份有限公司