专利名称：位移速度传感器及离桌式鼠标的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在工业控制、家电控制领域中使用的位移速度传感器，以及应用这种传感器的计算机操作的控制鼠标，特别涉及一种球面移动、不需要外部静止参照物的位移速度传感器及离桌式鼠标。
背景技术：
目前在工业控制、家电控制、计算机的操作控制中，采用位移速度感受器来感受被测物品或操作控制中的操控件的位移和速度，然后以这种位移和速度的信号改变位于光信号发射器、光信号接收器之间的栅格移动的位移和速度，使光信号接收器接收到断续的光信号，这些断续的光信号转换为电信号，传递给微处理器进行处理判断，以此得到位移和速度信息，再以此位移和速度信息控制实际需要移动的物品或对象，使之按此位移和速度移动。或者是将上述得到的位移和速度信息作为被检测信号，得到移动对象的相关位移和速度信息。这里的位移速度感受器感受位移和速度一般是以一个活动部件相对于一个静止部件的平面位移和移动速度得来。
操作控制计算机的鼠标中，目前使用较多的是半光电机械式鼠标和光电鼠标，以及在此基础上的无线鼠标。
其中半光电机械式鼠标的位移速度感受器是底部空腔内的滚球以及其周围互成直角的滚轴栅轮构成，严格说来，还包括静止的桌面或鼠标垫板。半光电机械式鼠标是通过移动鼠标，带动滚球在静止的桌面滚动(此处滚球为上述的活动部件，桌面为上述的静止部件)，滚球的滚动又磨擦鼠标底部空腔内的分管水平和垂直两个方向的滚轴栅轮，驱动栅轮转动。栅轮为栅格状。紧靠栅轮栅格两侧，一侧是一红外发光管(即光信号发射器)，另一侧是红外接收组件(即光信号接收器)。红外接收组件是一个三端器件，其中包含甲乙两个红外接收管。在水平和垂直滚轴栅轮夹角正对方向有一压紧轮，它使滚球无论向何方向滚动都始终压紧在两个滚轴栅轮上。半光电机械式鼠标正常工作时，鼠标的移动转换为水平和垂直栅轮不同方向和转速的转动。栅轮转动时，栅轮的轮齿周期性遮挡红外发光管发出的红外线照射到接收组件中的甲管和乙管，从而甲和乙输出端输出电脉冲至鼠标内控制芯片(即微处理器)。由于红外接收组件中甲乙两管垂直排列，栅轮轮齿夹在红外发射与接收中间的部分的移动方向为上下方向，而甲乙接收管与红外发射管的夹角不为零，于是甲乙管输出的电脉冲有一个相位差。鼠标内控制芯片通过此脉冲相位差判知水平或垂直栅轮的转动方向，通过此脉冲的频率判知栅轮的转动速度，并不断通过接口电路的数据线向主机传送鼠标移动信息，主机通过处理使屏幕上的光标与鼠标同步移动。
光电鼠标的工作原理是在光电鼠标内部有一个发光二极管(即光信号发射器)，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面(桌面或鼠标垫板，即上述的静止部件)。然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件(微成像器)内成像。这样，当光电鼠标移动(此处，光电鼠标本身即是上述的活动部件)时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片(即微处理器)对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成计算机屏幕上光标的定位。
可见，上述的位移速度传感器的位移速度感受器都必须依赖静止部件作为移动的参照物，在工业控制中，由于静止参照物一般需要固定或相对固定，传感器的整套性不好，应用不够广泛；在家电控制特别是如计算机操作控制中，由于采用上述位移速度传感器的鼠标必须依赖如桌面或鼠标垫板一样的静止部件，即使是采用无线技术的鼠标，在现有技术基础上，要正常工作，也得在光滑平面上移动才行，甚至是光滑的硬质平面上才能流畅使用、定位精确，一方面不利于远处操作，如坐在沙发或床上用鼠标操作计算机，另一方面长期使用，由于手腕依托在桌面或鼠标垫板上，不符合人体工程学，易造成“鼠标手”、“腕管综合症”等。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的位移速度传感器存在的必须依赖静止部件，成套性不好，应用不够广泛的问题，为人们提供一种可以独立成套、不需依赖静止部件、应用广泛的位移速度传感器。
本发明的另一个目的是为了解决现有的鼠标存在的必须依赖静止的桌面或鼠标垫板、操作不方便、易造成“鼠标手”的问题，为人们提供一种不依赖静止部件、可以离开桌面操作、方便有效、避免造成“鼠标手”，并可间接锻炼手腕的离桌式鼠标。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的位移速度传感器，包括光信号发射器、光信号接收器、位移速度感受器，位移速度感受器感受移动的位移和速度，调节光信号发射器与光信号接收器之间的栅格，或调节光信号接收器接收到的光信号发射器发出的光的反射光，给使光信号接收器收到的光信号与移动的位移和速度相应变化，光信号接收器接收到这些变化的光信号，转化为电信号，所述的位移速度感受器包括一个弧面外壳，在弧面外壳内设置有半径比弧面外壳半径小的惯性定位球，该惯性定位球可以是偏重心球，其重心位置位于其球心以下的垂直对称轴上，实现方式可以是内部球心以下位置填充铅块或其它类似方法；也可以在内部设置陀螺仪，利用陀螺仪的自稳平衡性来达到自恢复初始位置使其产生与弧面外壳的相对位移。弧面外壳可以是球面外壳，也可以是条状的具有弧形表面的支架。
上述的弧面外壳的内球面与惯性定位球的球面都是光滑面。当弧面外壳向某一方向移动时，由于惯性作用，惯性定位球随之移动，由于惯性定位球采用偏重心结构，其重心偏离了中轴位置，但低于其球心，这样惯性定位球受到的重力就对其产生一个回绕其球心的转矩，由于惯性定位球与弧面外壳内侧的接触面很光滑，摩擦力很小，可以忽略不计，这个转矩很容易就使惯性定位球旋转恢复到初始状态(与“不倒翁”不倒的原理相同)，这样，弧面外壳感受到的位移和速度就转化为弧面外壳与惯性定位球之间的相对位移和速度。因为弧面外壳与惯性定位球的光滑面只是为了减小两者之间的摩擦力，使惯性定位球能够更快响应，所以非光滑面也可以实现，只是实现的精度可能较低。
上述的惯性定位球与弧面外壳之间设置有限位器，限位器与惯性定位球的球面接触的端面光滑。加设光滑面的限位器，可以在弧面外壳的内侧不易加工光滑的情况下，满足惯性定位球在重力转矩的作用下很容易恢复初始状态的要求。
上述的限位器与惯性定位球两者的接触面相切。因为限位器只是为了将惯性定位球与不光滑的弧面外壳内侧隔离，避免因两者的摩擦力过大使惯性定位球的响应过慢或不能响应，所以限位器只要有一点与惯性定位球接触限位即可，两者以相切面接触，接触处只是一个点，可以有效减小两者的摩擦力。
上述的限位器至少为3个，为设置在弧面外壳内侧、均匀分布、可旋转的辊。三点定位的效果好，而且可以有效减少材料占用。而且采用可旋转的辊，可以在弧面外壳与惯性定位球之间的摩擦力较大时，依靠辊的旋转，加快惯性定位球的响应，提高精度。
上述的限位器为直径等于弧面外壳与惯性定位球的半径之差的圆球，该圆球至少为3个，均匀地固定地弧面外壳的内侧。
上述的限位器为若干个直径小于或等于弧面外壳与惯性定位球的半径之差的圆球，这些圆球位于惯性定位球与弧面外壳内侧之间，其数量至少为能使惯性定位球底部与弧面外壳的底部不接触。依靠圆球的滚动实现惯性定位球的快速响应。
离桌式鼠标，包括轻触按键、位移速度传感器、接口电路、微处理器，轻触按键、位移速度传感器、接口电路分别与微处理器连接，轻触按键、位移速度传感器的信号传递给微处理器，微处理器处理后将执行信号传送给接口电路，所述的位移速度传感器包括光信号发射器、光信号接收器、位移速度感受器，位移速度感受器感受移动的位移和速度，调节光信号发射器与光信号接收器之间的栅格或调节光信号接收器接收到的光信号发射器发出的光的反射光，使光信号接收器收到的光信号与移动的位移和速度相应变化，光信号接收器接收到这些变化的光信号，转化为电信号，所述的位移速度感受器包括一个弧面外壳，该惯性定位球可以是偏重心球，其重心位置位于球心以下的垂直对称轴上，实现方式可以是内部球心以下位置填充铅块或其它类似方法；也可以在内部设置陀螺仪，利用陀螺仪的自稳平衡性来达到自恢复初始位置使其产生与弧面外壳的相对位移。弧面外壳可以是球面外壳，也可以是条状的具有弧形表面的支架。
该离桌式鼠标，可以是在现有的半光电机械式鼠标或光电鼠标的基础上改装，也可以是直接开发形成新型的球形鼠标。
在半光电机械式鼠标上进行的改装，其它部件结构可与现有的半光电机械式鼠标相同，只是将原来的外壳下部改为弧面外壳，原来的滚球改为置于弧面外壳内的惯性定位球，在惯性定位球的两侧设置有水平的互成直角的滚轴栅轮，在滚轴栅轮夹角正对的方向还有压紧轮，它使惯性定位球无论向何方向滚动都始终压紧在两个滚轴栅轮上。这样，当操作者移动鼠标时，弧面外壳感受到的位移和速度被转化为弧面外壳与惯性定位球之间的相对位移和速度，再由惯性定位球驱动滚轴栅轮，转换为电信号传递给计算机主机，变成计算机屏幕上的(x，y)二维平面上的移动位移和速度。
在光电鼠标上进行的改装，其它部件可与现有的光电鼠标相同，只是将原来的外壳下部改为弧面外壳，内置惯性定位球。光信号发射器发出的光线，照亮惯性定位球的球面。然后将惯性定位球表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件(微成像器)内成像。这样，当操作者移动鼠标时，弧面外壳感受到的位移和速度被转化为弧面外壳与惯性定位球之间的相对位移和速度，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片(即微处理器)对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。
上述的离桌式鼠标的弧面外壳内球面与惯性定位球的球面都是光滑面。
上述的离桌式鼠标的惯性定位球与弧面外壳之间设置有限位器，限位器与惯性定位球的球面接触的端面光滑。加设光滑面的限位器，可以在弧面外壳的内侧不易加工光滑的情况下，满足惯性定位球在重力转矩的作用下很容易恢复初始状态的要求。
上述的离桌式鼠标的限位器与惯性定位球两者的接触面相切。因为限位器只是为了将惯性定位球与不光滑的弧面外壳内侧隔离，避免因两者的摩擦力过大使惯性定位球的响应过慢或不能响应，所以限位器只要有一点与惯性定位球接触限位即可，两者以相切面接触，接触处只是一个点，可以有效减小两者的摩擦力。
上述的离桌式鼠标的限位器至少为3个，为设置在弧面外壳内侧、均匀分布、可旋转的辊。三点定位的效果好，而且可以有效减少材料占用。而且采用可旋转的辊，可以在弧面外壳与惯性定位球之间的摩擦力较大时，依靠辊的旋转，加快惯性定位球的响应，提高精度。
上述的离桌式鼠标的限位器为直径等于弧面外壳与惯性定位球的半径之差的圆球，该圆球至少为3个，均匀地固定地弧面外壳的内侧。
上述的离桌式鼠标的限位器为若干个直径小于或等于弧面外壳与惯性定位球的半径之差的圆球，这些圆球位于惯性定位球与弧面外壳内侧之间，其数量至少为能使惯性定位球底部与弧面外壳的底部不接触。依靠圆球的滚动实现惯性定位球的快速响应。
上述的离桌式鼠标的轻触按键设置在弧面外壳的外球面上，微处理器、接口电路、光信号发射器、光信号接收器设置在弧面外壳内。这样，可以得到球形的鼠标，也可以将弧面外壳的上表面设计成符合人手微握状，更符合人体工程学。
上述的离桌式鼠标的光信号发射器发出的光透出鼠标底部，在光信号传输路径上，设置有滑动遮光板，该滑动遮光板的一部分镂空，一端连接有弹簧，弹簧的另一端固定在壳体上，滑动遮光板的另一端伸出壳体。该滑动遮光板主要是应用在光电鼠标上。平时使用时，滑动遮光板的镂空部分不妨碍光信号发射器发现的光信号的传输，而在惯性定位球偏离过大，需要恢复原状时，向内按动滑动遮光板，使之未镂空部分遮挡住光信号发射器发出的光信号，可以随便晃动鼠标，使惯性定位球恢复原状，而不会发出操控信号，便于调整鼠标。
上述的离桌式鼠标的外壳上设置有弹性带。操作时可把手穿过该弹性带，不用手“抓住”鼠标，减轻手的负担。
本发明的有益效果是，采用弧面外壳及置于其内的惯性定位球结构，将原来的位移速度传感器中以平面“扫描”感受移动的位移和速度转变为以球面“扫描”感受移动的位移和速度，可以彻底抛弃原来必须要使用或依赖的静止平面状的参照物，可以使位移速度传感器的成套性好、应用更广泛。采用这种位移速度传感器的鼠标，改变了以前人们操作鼠标必须依赖静止的桌面或鼠标垫板的操作模式，由于与鼠标整体结构的弧面外壳和惯性定位球相对位移和速度可以反应出鼠标移动的位移和速度，这样人们就可以不依赖桌面或鼠标垫板，“悬空”操作鼠标，并且将以前手腕向前后左右方向移动鼠标改变为手腕向前旋、向后仰、向左转、向右转的动作，在结合现有的无线鼠标基础上，更适宜远距离操作，不但避免了操作者因长期工作使用原来的鼠标易造成“鼠标手”的弊病，更可以通过操作鼠标间接活动手腕，达到锻炼的目的。可见，采用上述结构的位移速度传感器及离桌式鼠标，与现有技术相比，位移速度传感器具有不需依赖静止平面参照部件、成套性好、应用更广泛的优点；离桌式鼠标具有可离开桌面或鼠标垫板“悬空”操作、操作方便、避免造成“鼠标手”，并可间接锻炼手腕的优点。本发明公开的位移速度传感器，可适用于工业控制中需要检测物品移动的位移和速度，或是利用该传感器操作控制物品移动的位移和速度；本发明公开的离桌式鼠标，可广泛应用于以鼠标操作控制计算机的场合。
本发明公开的离桌式鼠标主要是在其位移速度感受器上进行了改进，可以在现有的有线或无线半光电机械式鼠标、光电鼠标上进行改装，只需要将内置有惯性定位球的弧面外壳作为附加件加装在现有的鼠标上就可以实现上述的功能。这样，现有的鼠标可以得到保留，减少了使用者的支出，避免浪费。
图1是本发明中位移速度传感器的结构及应用示意图；图2是图1中的A-A向的剖视示意图；图3是本发明实施例2的结构示意图；图4是本发明实施例3的结构示意图；图5是本发明实施例4的结构示意图；图6是本发明实施例5的结构示意图；图7是本发明实施例6的结构示意图；图8是本发明实施例11的位移速度感受器正视示意图；图9是本发明实施例11的位移速度感受器侧视示意图；图10是本发明实施例11的位移速度感受器俯视示意图；图11是本发明实施例11的结构示意图；图中标号，1是弧面外壳，2是惯性定位球，3是限位器，4是轻触按键，5是滚轮，6是滑动遮光板，7是滚轴栅轮，8是压紧轮，9是卡扣，10是移动物品，11是弹簧，12是光信号发射器，13是光信号接收器，14是滚轴栅轮的栅条，15是弹性带，16是万向金属圈，17是光电扫描孔。
具体实施例方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
实施例1位移速度传感器，包括有光信号发射器12、光信号接收器13和位移速度感受器，位移速度感受器包括弧面外壳1、弧面外壳1内的惯性定位球2。本实施例中的光信号发射器12为红外发射管，光信号接收器13为红外接收管。惯性定位球2为偏重心球，重心在其球心以下，位于其中轴线上。弧面外壳1为球形。如图1、图2所示，位移速度感受器还包括惯性定位球2周围、固定在弧面外壳1内球面的两个互成直角的滚轴栅轮7和压紧轮8，压紧轮8位于两个滚轴栅轮7的夹角正对方向，并与两者处于同一平面，使惯性定位球8无论向哪个方向转动，都能保持与滚轴栅轮7的接触。惯性定位球2的球面与弧面外壳1的内球面都是光滑面，两者之间的摩擦力非常小，可以忽略不计。弧面外壳1的上端固定有两个卡扣9，卡扣9可以将需要检测位移和速度信息的移动物品10扣在弧面外壳1上，并与之保持相对固定。
当移动物品10向左旋转移动时，弧面外壳1与之同时向左旋转移动，由于惯性作用，惯性定位球2也随之同时向左旋转移动，这时惯性定位球2的重心偏离其垂直的中轴线，则惯性定位球2受到的重力使惯性定位球2向右旋转，恢复到初始的状态，就与“不倒翁”不倒的原理一样。由于惯性定位球2与弧面外壳1两者的接触面都是光滑面，摩擦力产生的阻尼作用很弱，阻碍不了惯性定位球2的向右旋转，所以惯性定位球2很快就会恢复到初始状态。这样，弧面外壳1与惯性定位球2之间就会有相对位移和速度。由于惯性定位球2与滚轴栅轮7接触，滚轴栅轮7的表面不光滑，惯性定位球2的移动在两者之间产生摩擦力，该摩擦力可以驱动滚轴栅轮7旋转。滚轴栅轮7为有间隔设置的径向栅条14的转轮，栅轮转动时，栅轮的栅条14周期性遮挡作为光信号发射器12的红外发射管发出的红外线照射到光信号接收器13中的红外接收甲管和红外接收乙管，从而红外接收甲管和红外接收乙管输出端输出电脉冲至微处理器。由于光信号接收器13中甲乙两个红外接收管垂直排列，甲乙红外接收管与红外发射管的夹角不为零，于是甲乙红外接收管输出的电脉冲有一个相位差。微处理器通过此脉冲相位差判知水平或垂直栅轮的转动方向和位移，通过此脉冲的频率判知栅轮的转动速度。从而可以间接得知移动物品10移动的位移和速度。
同样道理，位移速度传感器一样可以感知移动物品10向其它方向的移动。
实施例2如图3所示，离桌式鼠标是在现有的半光电机械式鼠标的基础上改进而得。两个轻触按键4和两者之间的滚轮5的结构都与现有的半光电机械式鼠标相同。不同的是，原来置于鼠标平面底部空腔内的滚球改为了惯性定位球2，原来鼠标的平面底部向下延伸与弧面外壳1(此例中的弧面外壳1为球形)固定连接。此实施例中的惯性定位球2也为偏重心球，其球面与弧面外壳1的内球面都是光滑面。惯性定位球2的重心在其球心以下，位于其中轴线上。在弧面外壳1内球面、惯性定位球2的周围还固定有两个互成直角的滚轴栅轮7和压紧轮8，压紧轮8位于两个滚轴栅轮7的夹角正对方向，并与两者处于同一平面，使惯性定位球8无论向哪个方向转动，都能保持与滚轴栅轮7的接触。惯性定位球2的球面与弧面外壳1的内球面都是光滑面，两者之间的摩擦力非常小，可以忽略不计。光信号发射器12和光信号接收器13分别位于滚轴栅轮7的两侧，其引线采用柔线通过弧面外壳1上端的开口引出与上部的鼠标其它部件连接。图3中B-B向的剖视示意图与图2相同。上述的弧面外壳1、惯性定位球2、滚轴栅轮7、压紧轮8构成位移速度感受器。
当移动离桌式鼠标时向左旋转时，弧面外壳1与之同时向左旋转移动，由于惯性作用，惯性定位球2也随之同时向左旋转移动，这时惯性定位球2的重心偏离其垂直的中轴线，则惯性定位球2受到的重力对其球心产生一个力矩，该力矩使惯性定位球2向右旋转，恢复到初始的状态。由于惯性定位球2与弧面外壳1两者的接触面都是光滑面，摩擦力产生的阻尼作用很弱，阻碍不了惯性定位球2的向右旋转，所以惯性定位球2很快就会恢复到初始状态。这样，弧面外壳1与惯性定位球2之间就会有相对位移和速度。由于惯性定位球2与滚轴栅轮7接触，滚轴栅轮7的表面不光滑，惯性定位球2的移动在两者之间产生摩擦力，该摩擦力可以驱动滚轴栅轮7旋转。滚轴栅轮7带动栅轮转动，栅轮为有径向栅条14的转轮，栅轮转动时，栅轮的栅条14周期性遮挡作为光信号发射器12的红外发射管发出的红外线照射到光信号接收器13中的红外接收甲管和红外接收乙管，从而红外接收甲管和红外接收乙管输出端输出电脉冲至微处理器。由于光信号接收器13中甲乙两个红外接收管垂直排列，甲乙红外接收管与红外发射管的夹角不为零，于是甲乙红外接收管输出的电脉冲有一个相位差。微处理器通过此脉冲相位差判知水平或垂直栅轮的转动方向和位移，通过此脉冲的频率判知栅轮的转动速度。经过计算机的主机处理，可以将上述移动的位移和速度转化为光标在屏幕上的位移和速度。
向其它方向的移动，与上述原理相同。
实施例3如图4所示，离桌式鼠标由光电鼠标改进而来。光信号发射器12、光信号接收器13、微处理器、轻触按键4、滚轮5等都设置在上部的普通光电鼠标内。其位移速度感受器由弧面外壳1(球形)、惯性定位球2构成。惯性定位球2内部设置有陀螺仪，依靠其自稳平衡性实现滚动后使惯性定位球2“自动”恢复到初始状态，实现与弧面外壳1之间的相对位移和速度。弧面外壳1的上端设置有一个开口，弧面外壳1内置有惯性定位球2，弧面外壳1与普通光电鼠标的外壳固定连接。弧面外壳1的内球面和惯性定位球2的球面都是光滑面。普通光电鼠标的光信号发射器12发出的光线，照亮惯性定位球2的球面。然后将惯性定位球2球面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件(微成像器，即光信号接收器13)内成像。这样，当操作者移动鼠标时，弧面外壳1与之同时移动，由于弧面外壳1的内球面和惯性定位球2的球面都是光滑面，与实施例1和实施例2的原理相同，弧面外壳1感受到的位移和速度被转化为弧面外壳1与惯性定位球2之间的相对位移和速度，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片(即微处理器)对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动位移和移动距离，从而完成计算机屏幕上光标的定位。
实施例4如图5所示，离桌式鼠标的光信号发射器12、光信号接收器13、微处理器、轻触按键4、滚轮5等部件都设置在与弧面外壳1(球形)固定连接的上壳内，鼠标的上壳内的结构与普通光电鼠标一致，弧面外壳1内置有惯性定位球2(此例为偏重心球)，惯性定位球2与弧面外壳1的内球面之间限位器3。这里的限位器3是三个在弧面外壳1的内球面上均匀分布、表面光滑的圆球。圆球的直径等于弧面外壳1与惯性定位球的半径之差，弧面外壳1和惯性定位球2的球心重合。圆球固定在弧面外壳1的内球面上。惯性定位球2的球面也是光滑的。弧面外壳1的上端开口，以便光信号发射器的光信号能够穿过弧面外壳1照射在惯性定位球2的球面上。本实施例的工作原理与实施例3相同。弧面外壳1、惯性定位球2、限位器3构成位移速度感受器。
实施例5如图6所示，离桌式鼠标的光信号发射器12、光信号接收器13、微处理器、轻触按键4、滚轮5等部件都设置在与弧面外壳1固定连接的上壳内，鼠标上壳内的结构与普通光电鼠标一致，弧面外壳1(球形)内置有惯性定位球2(此例为偏重心球)，惯性定位球2与弧面外壳1的内球面之间限位器3。这里的限位器3是若干个设置惯性定位球2与弧面外壳1之间的圆球，圆球的直径等于(也可以小于)弧面外壳1与惯性定位球2的半径之差。圆球的表面光滑，因此，这些圆球在其自身重力的影响下，自然状态时，会集聚在惯性定位球2的下部与弧面外壳1的底部的内球面之间，由于圆球的数量足够多，可以将惯性定位球2“抬离”弧面外壳1的底部内球面，使其在转动的时候，只与光滑的圆球发生很轻微的摩擦。弧面外壳1的上端开口，以便光信号发射器12的光信号能够穿过弧面外壳1照射在惯性定位球2的球面上。弧面外壳1、惯性定位球2、限位器3构成位移速度感受器。
本实施例的工作原理与实施例3相同。
实施例6如图7所示，离桌式鼠标的光信号发射器12、光信号接收器13、微处理器、轻触按键4、滚轮5等部件都设置在与弧面外壳1固定连接的上壳内，鼠标的上壳内的结构与普通光电鼠标一致，弧面外壳1内置有惯性定位球2，惯性定位球2与弧面外壳1的内球面之间限位器3。这里的限位器3是三个固定在弧面外壳1的内球面上的可转动的辊，辊的表面光滑，与惯性定位球2的表面相切接触。弧面外壳1的上端开口，以便光信号发射器12的光信号能够穿过弧面外壳1照射在惯性定位球2的球面上。弧面外壳1、惯性定位球2、限位器3构成位移速度感受器。
本实施例的工作原理与实施例3相同。
在弧面外壳1上端开口处的上方设置有一滑动遮光板6，滑动遮光板6设置在一个滑槽内，其内侧的末端连接有弹簧11，弹簧11的另一端与鼠标的外壳固定，滑动遮光板6的前端伸出鼠标外壳，滑动遮光板6的一部分镂空可以让光信号穿过。正常使用时，滑动遮光板6的镂空部分正对光信号发射器12的传输口，以使光信号能够穿过滑动遮光板6照射在惯性定位球2的球面上；在计算机屏幕上的光标移动极限位置或不易操作移动时，可以轻按滑动遮光板6，使其镂空部分偏移，以其不透光部分遮挡住光信号发射器12发出的光信号，以便于调整鼠标内的惯性定位球2与弧面外壳1之间恢复初始状态，而不影响计算机屏幕上的光标位置。
实施例7离桌式鼠标的光信号发射器12、光信号接收器13、微处理器等部件都设置在弧面外壳1内，轻触按键4、滚轮5设置在弧面外壳1的外表面上部，其构成原理与普通光电鼠标一致，弧面外壳1内置有惯性定位球2，惯性定位球2与弧面外壳1的内球面之间限位器3。这里的限位器3是若干个设置惯性定位球2与弧面外壳1之间的圆球，圆球的直径等于(也可以小于)弧面外壳1与惯性定位球2的半径之差。圆球的表面光滑，因此，这些圆球在其自身重力的影响下，自然状态时，会集聚在惯性定位球2的下部与弧面外壳1的底部的内球面之间，由于圆球的数量足够多，可以将惯性定位球2“抬离”弧面外壳1的底部内球面，使其在转动的时候，只与光滑的圆球发生很轻微的摩擦。光信号发射器12为发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮惯性定位球2的球面。然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到一个光感应器件(微成像器即光信号接收器13)内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像。最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片(即微处理器)对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成计算机屏幕上光标的定位。弧面外壳1、惯性定位球2、限位器3构成位移速度感受器。
实施例8离桌式鼠标的光信号发射器12、光信号接收器13、微处理器等部件都设置在惯性定位球2内，轻触按键4、滚轮5设置在弧面外壳1的外表面上部，其由柔软、韧性好的软线与惯性定位球2内的其它部件的连接，其构成原理与普通光电鼠标一致，弧面外壳1内置有惯性定位球2。弧面外壳1的内球面与惯性定位球2的球面都是光滑面。弧面外壳1、惯性定位球2构成位移速度感受器。
实施例9基本结构如实施例1或实施例2或实施例3或实施例4或实施例5或实施例6或实施例7或实施例8，在鼠标外壳上设置有一条弹性带15。操作时可把手穿过该弹性带，不用手“抓住”鼠标，减轻手的负担。
实施例10离桌式鼠标的位移速度感受器由弧面外壳1及置于其内的惯性定位球2构成，弧面外壳1的内球面与惯性定位球2的球面都是光滑面。其它部件和结构与现有的普通无线光电鼠标相同，弧面外壳1与鼠标外壳固定连接。
这样，人们可以做在沙发或床上，以本实施例中的离桌式鼠标操作控制计算机，可以不依赖桌面或鼠标垫板，“悬空”操作鼠标，并且将以前手腕向前后左右方向移动鼠标改变为手腕向前旋、向后仰、向左转、向右转的动作，不但避免了操作者长期工作使用原来的鼠标易造成“鼠标手”的弊病，更可以通过操作鼠标间接活动手腕，达到锻炼的目的。
实施例11如图8、图9和图10所示，离桌式鼠标的位移速度感受器由弧面外壳1及置于其内的惯性定位球2构成，该弧面外壳1为条状的弧形支架，其上部设置有圆形的光电扫描孔17。惯性定位球2位于万向金属圈16内，在其对称的两个顶点上设置有球体限位轴承19与万向金属圈16连接，惯性定位球2可绕球体限位轴承19旋转。万向金属圈16设置在弧形外壳1上，依靠两个限位轴承18与其连接，此处的两个限位轴承18轴线与球体限位轴承19的轴线垂直。
限位轴承18及球体限位轴承19还有阻尼作用，可以调节惯性定位球2的滚动“灵活性”。限位轴承18与球体限位轴承19是光滑的、设置在凹槽或凹孔内的小钢珠。惯性定位球2为偏重心球，其球心以下的部分设置有铅块。如图11所示，离桌式鼠标的轻触按键4、滚轮5和普通鼠标结构基本相同，设置于位移速度感受器的上部，其它部件与普通的光电鼠标相同。使用时，移动鼠标，惯性定位球2随之移动，随着惯性感受鼠标的移动位移和速度，由于其为偏重心结构，在重力的作用下，惯性定位球2在万向金属圈16内绕着球体限位轴承、万向金属圈16在弧面外壳1上绕着限位轴承18沿移动的轨迹旋转恢复到初始状态。这样，在弧面外壳1与惯性定位球2之间就会产生相对位移和速度，再由鼠标内的光电器件检测传送给计算机。
权利要求
1.位移速度传感器，包括光信号发射器(12)、光信号接收器(13)、位移速度感受器，位移速度感受器感受移动物品(10)的位移和速度，调节光信号发射器(12)与光信号接收器(13)之间的滚轴栅轮(7)上间隔设置的栅条(14)构成的栅格，或调节光信号接收器(13)接收到的光信号发射器(12)发出的光的反射光，使光信号接收器(12)收到的光信号与移动的位移和速度相应变化，光信号接收器(12)接收到这些变化的光信号，转化为电信号，其特征在于所述的位移速度感受器包括弧面外壳(1)；弧面外壳(1)内设置有半径比弧面外壳半径小的惯性定位球(2)。
2.如权利要求1所述的位移速度传感器，其特征在于所述的惯性定位球(2)是偏重心球，该偏重心球的重心位置位于其球心以下的垂直对称轴上。
3.如权利要求1所述的位移速度传感器，其特征在于所述的惯性定位球(2)内部设置有陀螺仪。
4.如权利要求1或2或3所述的位移速度传感器，其特征在于在惯性定位球(2)与弧面外壳(1)之间设置有限位器(3)，限位器(3)与惯性定位球(2)的球面接触的端面光滑。
5.如权利要求4所述的位移速度传感器，其特征在于限位器(3)与惯性定位球(2)两者的接触面相切。
6.如权利要求5所述的位移速度传感器，其特征在于限位器(3)至少为3个，为设置在弧面外壳(3)内侧、均匀分布、可旋转的辊。
7.如权利要求5或6所述的位移速度传感器，其特征在于限位器(3)为直径等于弧面外壳(1)与惯性定位球(2)的半径之差的圆球，该圆球至少为3个，均匀地固定在弧面外壳(1)的内侧。
8.如权利要求5或6所述的位移速度传感器，其特征在于限位器(3)为若干个直径小于或等于弧面外壳(1)与惯性定位球(2)的半径之差的圆球，这些圆球位于惯性定位球(2)与弧面外壳(1)内侧之间，其数量至少为能使惯性定位球(2)底部不与弧面外壳(2)的底部接触。
9.离桌式鼠标，包括轻触按键(4)、位移速度传感器、接口电路、微处理器，轻触按键(4)、位移速度传感器、接口电路分别与微处理器连接，轻触按键(4)、位移速度传感器的信号传递给微处理器，微处理器处理后将执行信号传送给接口电路，所述的位移速度传感器包括光信号发射器(12)、光信号接收器(13)、位移速度感受器，位移速度感受器感受移动的位移和速度，调节光信号发射器(12)与光信号接收器(13)之间的栅格或调节光信号接收器(13)接收到的光信号发射器(12)发出的光的反射光，使光信号接收器(13)收到的光信号与移动的位移和速度相应变化，光信号接收器(13)接收到这些变化的光信号，转化为电信号，其特征在于所述的位移速度感受器包括弧面外壳(1)；弧面外壳(1)内设置有半径比弧面外壳(1)半径小的惯性定位球(2)；惯性定位球(2)为偏重心球，其重心位置位于其球心以下的垂直对称轴上；或惯性定位球(2)的内部设置有陀螺仪。
10.如权利要求9所述的离桌式鼠标，其特征在于在惯性定位球(2)与弧面外壳(1)之间设置有限位器(3)，限位器(3)与惯性定位球(2)的球面接触的端面光滑。
全文摘要
位移速度传感器及离桌式鼠标，涉及一种在工业控制领域中使用的位移速度传感器，以及应用这种传感器的鼠标，解决了现有的位移速度传感器存在的必须依赖静止部件、应用不够广泛的问题，以及现有的鼠标存在的必须依赖静止的桌面或鼠标垫板的问题。该位移速度传感器包括位移速度感受器，位移速度感受器由弧面外壳和置于其内的惯性定位球构成，弧面外壳与惯性定位球的接触面都是光滑面，以减小惯性定位球移动的摩擦力。离桌式鼠标应用该位移速度感受器，可以不依赖桌面或其它静止平面，可远距离“悬空”操作。位移速度传感器可广泛适用于需要位移速度信息的工业控制中，离桌式鼠标器适用于计算机的操作控制中。
文档编号G06F3/033GK1831742SQ20061002090
公开日2006年9月13日 申请日期2006年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者黄瑞, 黄宇晴 申请人:黄瑞