3d微惯性感测方法与系统的制作方法

专利名称：3d微惯性感测方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种3D微惯性感测方法与系统，尤指一种凭借侦测微惯性 感测模块与水平面的角度变化，进而控制显示器光标移动的方法，可精准地控制 光标移动到所需位置，且其操作方式简单，也可利用手部摆动控制显示器翻页， 不仅符合人体工学，同时可配合特定动作达到连续翻页的效果，适在光标控制器 应用与制造相关领域。
背景技术：
按，现有光标控制装置有许多种类，例如，控制计算机显示器光标大多采用 鼠标形式，而控制投影机的简报器则具有一遥控器外型，以鼠标而言，可概分为 滚球型与光学型两大类型，其操作模式均必须在一平面上滑行，凭借控制滚球位 移产生机械式讯号或阴影变化感应光讯号，以达到控制光标移动的目的，换言的， 操作平面与空间影响着讯号的好坏；再以简报器而言，由于主要功能在于指示投 影片，因此大多数采用无线传输，配合开、关、上、下、翻页等功能的相关控制 电路与按键，达到简报指示目的；惟，当同时具有计算机显示器与投影器时，必 须设置两种光标控制装置，占空间且显得杂乱。目前市面上虽可见综合鼠标与简报器双重功能的光标控制装置，然其控制方 式仍未跳脱传统电子与机械控制模式，近年来可见一种利用惯性组件的多功能鼠 标，利用加速度计感测人体运动加速度，经过运算处理后，将信号显示在计算机 显示器或其它互动装置，由于不受工作面材质与表面粗糙度影响，可在任意表面 或空间运作。针对专利而言，请参阅图1所示美国专利5874941号「 Presentation supporting device」，所述的案揭露一种简报装置2,其是凭借一 X轴加速度传感器1A. — Y轴加速度传感器IB感知装置倾斜所产生的加速度变化而产生加速度讯号，再 经由加速度讯号处理器10A、 10B处理并产生光标移动讯号，如此达到控制光标 的目的，例如，当使用者向前倾斜所述的装置至一定角度时，即可控制光标开始 移动，理想状况下，当光标移动至所需位置时，使用者将装置回复至初始角度应
可使光标停止移动，然而，实际应用时由于重力加速度影响，导致装置虽已复位 而光标却持续移动的现象，光标无法准确定位于所需位置且稳定性低，使用者必 须浪费许多时间重复修正方能控制光标停留在准确位置，再者，当装置倾斜角度 愈大时，其加速度值愈高，光标移动速度也随的加快，令使用者难以稳定控制； 再者，所述的装置并无法达到连续翻页功能。再如图2所示，中国台湾省专利申请案号第卯221010号r重力式鼠标」，其 是凭借重力探测IC测量物体的位能，将位能转换为动能所产生的讯号，传输在微 处理器IC计算，而微处理器IC可侦测重力探测IC运动的时间，并接收重力探测 IC运动产生的加速度数值，加以运算并转换成实际的移动单位，传输在计算机主 机而控制显示器光标的走向；所述的案主要的运算手段是当所述的鼠标在空间移 动时，利用两轴以上加速度计进行积分运算以控制光标移动，惟，利用平移时加 速度积分会产生累计误差无法消除，导致游标定位失真；再者，所述的鼠标并无 法达到连续翻页功能。发明内容有鉴于现有技术的缺失，本发明的主要目的在于提出一种3D微惯性感测方 法与系统，可精准地控制光标移动到所需位置，且其操作方式简单。本发明的次要目的在于提出一种3D微惯性感测方法与系统，利用手部摆动 控制翻页，不仅符合人体工学，同时可配合特定动作达到连续翻页的效果。本发明的另一目的在于提出一种3D微惯性感测方法与系统，可根据微惯性 感测模块各轴讯号的变化量收敛另 一轴抖动的影响。本发明的再一 目的在于提出 一种3D微惯性感测方法与系统，可利用两颗Y 轴加速度计感受离心力差异，以消除离心力对Y轴的影响。为达到上述目的，本发明提出一种3D微惯性感测方法，其包含由 一微惯性感测模块感测重力加速度变化并发出原始倾斜讯号；对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波，并得出稳定讯号；侦测模式状态，侦测所述的微惯性感测模块是处在光标控制模式或翻页模式， 用以决定进行光标控制步骤或翻页步骤。较佳的是，所述的光标控制步骤是包括 纪录所述的微惯性感测模块的起始讯号；
根据所述的原始倾斜讯号、稳定讯号计算讯号变化量，并将所述的原始倾斜讯号补偿所述的讯号变化量；计算补偿后的倾斜讯号与起始讯号的差异；以及 将差异讯号比例为点坐标。较佳的是，所述的微惯性感测模块是至少包括一 X轴加速度计以及一 Y轴加 速度计。较佳的是，其中所述的X轴加速度计是用以感测所述的微惯性感测模块左右倾斜所造成的重 力加速度变化；所述的Y轴加速度计是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的重 力加速度变化。较佳的是，根据所述的原始倾斜讯号、稳定讯号计算讯号变化量，并将所述的原始倾斜讯号补偿所述的讯号变化量的方法是包含修正X轴讯号变化量将X轴倾斜讯号减去X轴抖动讯号；修正Y轴讯号变化量将Y轴倾斜讯号减去Y轴抖动讯号；纪录X轴讯号讯号变化量将X轴倾斜讯号减去X轴起始讯号；以及纪录Y轴讯号讯号变化量将Y轴倾斜讯号减去Y轴起始讯号。较佳的是，所述的复数的加速度计更包括一Z轴加速度计，是用以根据所述的X轴加速度计与所述的Y轴加速度计连续翻转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测模块摆放状态的变化。较佳的是，所述的复数的加速度计更包括一第二Y轴加速度计，所述的第二Y轴加速度计与所述的Y轴加速度计之间具有一定距离。较佳的是，其是利用所述的第二Y轴加速度计与所述的Y轴加速度计的加速度差异修正离心力，是计算自下列方程式 Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2); 其中，Ay是Y轴加速度计的离心力；R是所述的Y轴加速度计与所述的第二 Y轴加速度计的距离； R2是所述的第二 Y轴加速度计与旋转轴心的距离； Tvy是所述的Y轴加速度计的倾斜讯号； Tvy2是所述的第二 Y轴加速度计的倾斜讯号；以及 修正Tvy二原始Tvy-Ay;将所述的Y轴加速度计所测得的Y轴原始倾斜讯号Tvy减去离心力Ay,可 得出 一》t正后的Y轴倾杀牛i凡号Tvy。较佳的是，所述的修正离心力的步骤是在所述的产生补偿讯号变化量的步骤 前执行。较佳的是，所述的翻页步骤是包括侦测目前X轴与Y轴倾斜是否在平衡状态；若是，则进行后续步骤；若否， 则继续侦测直至达到平衡状态；侦测X轴讯号的瞬间变化是否超出一平衡范围；若是，则进行翻页；若否， 则返回上 一 步骤重新侦测，直至侦测所述的原始倾斜讯号的瞬间变化超出所述的 平衡范围。较佳的是，所述的平衡范围是位于0g士0.3g重力加速度的范围内，其中， g=9.8m/s2。较佳的是，当侦测所述的原始倾斜讯号的瞬间变化超出所述的平衡范围，且 所述的倾斜讯号持续固定在一定倾斜角度内时，则进行连续翻页。较佳的是，当侦测所述的倾斜讯号并非持续固定在一定倾斜角度内时，则停 止翻页并返回侦测目前倾斜是否在平衡状态的步骤。较佳的是，所述的微惯性感测模块是至少包括一 X轴加速度计以及一 Y轴加 速度计。较佳的是，所述的X与Y轴加速度计是用以感测所述的微惯性感测模块左右 与前后倾斜所造成的重力加速度变化。较佳的是，所述的微惯性感测模块是连接一中央处理器，由所述的中央处理 器接收并处理所述的重力加速度变化并产生原始倾斜讯号。较佳的是，所述的中央处理器是连接一无线发送器，凭借所述的无线发送器 将所述的倾斜讯号向外发射。较佳的是，所述的无线发送器是相对应在一无线接收器，凭借所述的无线接 收器接收所述的无线发送器所传送的原始倾斜讯号，并可将所述的原始倾斜讯号 传送至 一 微处理器，由所述的微处理器对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波与后 续各项步骤。
较佳的是，所述的微处理器是通过一光标控制集成电路连接在一显示器，由 所述的光标控制集成电路控制所述的显示器光标移动或进行翻页或连续翻页。较佳的是，所述的微惯性感测模块连接在一控制键，所述的控制键是用以自 动或手动切换光标控制模式或翻页模式。为达到上述目的，本发明更提出 一种3D微惯性感测系统，其包含一微惯性感测模块，是用以感测重力加速度变化，并发出原始倾斜讯号，所述的微惯性感测模块包含一 X轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块左右倾斜所造成的重力 加速度变化；一第一 Y轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的 第一重力加速度变化；一第二 Y轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的 第二重力加速度变化；一接收端，是用以接收并处理所述的微惯性感测模块发出的原始倾斜讯号。 较佳的是，所述的微惯性感测模块更包含一Z轴加速度计，是用以根据所述的X轴加速度计与所述的Y轴加速度计连续翻转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测模块摆放状态的变化。较佳的是，所述的第一 Y轴加速度计与所迷的第二 Y轴加速度计具有一定距离。较佳的是，所述的微惯性感测模块是连接一中央处理器，是用以接收并处理 所述的重力加速度变化并产生原始倾斜讯号。较佳的是，所述的中央处理器是连接一无线发送器，凭借所述的无线发送器 将所述的倾斜讯号向外发射。较佳的是，所述的无线发送器是相对应在一无线接收器，凭借所述的无线接 收器接收所述的无线发送器所传送的原始倾斜讯号，并可将所述的原始倾斜讯号 传送至 一 微处理器，由所述的微处理器对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波与后 续各项步骤。较佳的是，所述的微处理器是通过一光标控制集成电路连接在一显示器，由 所述的光标控制集成电路控制所述的显示器光标移动或进行翻页或连续翻页。 较佳的是，所述的微惯性感测模块连接在一控制键，所述的控制键是用以自 动或手动切换光标控制模式或翻页模式。为使贵审查委员对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹 配合图示详细i兌明如后。


图1是美国专利5874941号r presentation supporting device J的结构示意图； 图2是中国台湾专利申请案号第90221010号「重力式鼠标」的控制流程示意图；图3是本发明第一较佳实施例的系统架构图；图4是本发明第 一较佳实施例的作动方块图；图5是本发明第一较佳实施例的控制方法流程图；图6(a)是抖动修正前的X轴准位曲线图；图6(b)是抖动修正后的X轴准位曲线图；图7(a)是抖动修正前的Y轴准位曲线图；图7(b)是抖动修正后的Y轴准位曲线图；图8是本发明第二较佳实施例的系统架构图；图9是本发明第二较佳实施例的作动方块图；图IO是本发明第二较佳实施例的控制方法流程图；图11是本发明第二较佳实施例的Y轴加速度计、第二 Y轴加速度计及其与 离心力产生的关系位置示意图；图12(a)是为离心力对Y轴加速度计准位影响的曲线图； 图12(b)是为图12(a)的离心力经修正后的曲线图； 图13(a)是为圓周运动离心力对Y轴加速度计准位影响的曲线图； 图13(b)是为图13(a)的圆周运动离心力经修正后的曲线图。 附图标记说明10-3D -微惯性感测光标控制系统；20、 20，-微惯性感测模 块；21、 21，-微惯性传感器；211、 211，-X轴加速度计；212、 212，-Y轴加速 度计；213，-Z轴加速度计；214'-第二 Y轴加速度计；22-中央处理器；23 -无线发送器；24-壳体；30-接收端；31-无线接收器；32-微处理器；33 -光 标4空制集成电^f各；40-显示器；41-游标。
具体实施方式
以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效， 而以下图式所列举的实施例仅为辅助说明。请参阅图3与图4所示本发明的一较佳实施例，所述的3D微惯性感测光标 控制系统IO,其主要是由一微惯性感测模块20作为讯号的发射端，以及一可接 收所述的讯号的接收端30，所述的微惯性感测模块20包括一微惯性传感器21， 所述的微惯性传感器21是包括一可侦测所述的微惯性感测模块20左右倾斜所造 成的重力加速度变化的X轴加速度计211，以及可侦测所述的微惯性感测模块20 前后倾斜所造成的重力加速度变化的Y轴加速度计212，所述的微惯性传感器21 将所感测的重力加速度变化传送至一 中央处理器22进行讯号处理并产生一倾斜 讯号，而后再将所述的倾斜讯号传送至一无线发送器23,由所述的无线发送器23 将所述的倾斜讯号发送出去；前述所述的微惯性传感器21、中央处理器22与无 线发送器23均凭借一外围电路相互电性连接，可将前述各构件设置在一壳体24 内，再电性连接在所述的壳体24外部所设置的控制钮(图中未示出)，以提供使用 者可握持所述的壳体24并自动或手动操作设置在其上的控制钮以发射讯号，此技 术为一般人士所详知，故未具体显示在图标中。其次，所述的接收端30是为一计算机主机或多媒体装置，其包含一无线接收 器31、 一微处理器32以及一光标控制集成电路33,所述的光标控制集成电路33 是连接一显示器40;所述的无线接收器31是用以接收所述的微惯性感测模块20 的无线发送器23所发射的讯号，并可将所接收的讯号传送至所述的微处理器32 进行滤波与讯号处理、比对，再由所述的微处理器32将比对结果传送至所述的光 标控制集成电路33，所述的光标控制集成电路33接收所述的微处理器32所处理 的讯号后，即可控制所述的显示器40上的光标41移动至相对应位置，或对所述 的显示器40上的画面进行翻页。请参阅图5(并请同时配合图4)，说明本发明控制光标移动与翻页的控制方法 及其流程(a):感测各重力加速度计目前的原始倾斜讯号(Tilt-Value);通过所述的X轴 加速度计211与Y轴加速度计212感测左右与前后倾斜所造成的重力加速度变化， 并传送至中央处理器22处理为X轴原始倾斜讯号Tvx，以及Y轴原始倾斜讯号 Tvy，再由所述的无线发送器23传送至所述的接收端30，由所述的无线接收器
31接收并送至所述的微处理器32。(b) :由所述的微处理器32对所接收的X轴原始倾斜讯号Tvx与Y轴原始倾 斜讯号Tvy进行低通滤波(low-Pass filter),得出两稳定讯号Avx、 Avy。(c) :侦测冲莫式状态；步骤(b)所得出的两稳定讯号Avx、 Avy必须配合所述的 微惯性感测模块20的操作模式，由所述的微处理器32侦测所述的进行手势翻页 模式d,或3D光标控制模式e;至于所述的微惯性感测模块20的操作模式，是 可凭借一控制键(图中未示出)达到切换目的，所述的控制键可采用弹性按压开关 或切换开关，设置在图3所示所述的壳体24上，可设定当所述的控制键未被触动 时，表示操作者欲进行手势翻页模式d,而所述的控制键若被触动，则表示操作 者欲进行3D光标控制模式e;同时，纪录此时各重力加速度计的讯号为起始讯号 (initial-value, inx; iny)(步骤cl)，本实施例所述的微惯性传感器21包括一 X轴 加速度计211,以及一 Y轴加速度计212，因此可得到X轴始点倾斜位置inx,以 及Y轴始点倾斜位置iny等两项讯号。(d) :手势翻页模式；当所述的微处理器32侦测所述的微惯性感测模块20是 处在手势翻页模式时，则进行翻页的步骤(dl):侦测目前X与Y轴倾斜是否在稳定平衡状态；预先在所述的微处理器 32内设定一平衡范围约Og士0.3g, (g=9.8m/s2,重力加速度值)，而后比对所述的 倾斜讯号(Tvx、 Tvy)是否落在此平衡范围内，若是，则表示所述的微惯性感测模 块20处在平衡状态，其倾斜讯号变化尚未达到可进行翻页的加速度变化值，其目 的在于防止因人手轻微震动或晃动而导致翻页，至于所述的超出平衡范围的设定 并无一定，可以使用者操作习惯设定的；反的，若倾斜讯号(Tvx、 Tvy)超出平衡 范围，则表示所述的微惯性感测模块20处在不平衡状态，则回到步骤(c)重新侦 测模式；(d2)倾斜讯号的瞬间变化是否超出平衡范围；所述的微处理器32侦测所述的 微惯性感测模块20处在平衡状态后，当接收到一 X轴重力加速度瞬间变化的倾 斜讯号，且所述的瞬间变化值超出平衡范围，也即操作者瞬间左右翻动所述的微 惯性感测模块20，仿真人手翻页的情境，则所述的微处理器32将讯号传送至所 述的光标控制集成电路33，由所述的光标控制集成电路33控制所述的显示器40 的画面进行翻页(步骤d21);若侦测所迷的X轴倾斜讯号的瞬间变化未超出所述 的平衡范围，则回到步骤(c)重新侦测模式；
(d3):当侦测所述的X轴倾斜讯号的瞬间变化超出所述的平衡范围，且所述 的倾斜讯号持续固定在一定倾斜角度内时，则进行连续翻页(步骤d4);若重复进 行步骤d至d31的流程，也即人手往复左右翻转时固然可连续翻页，然而当页数 过多时，此一方式并不方^更且费时，因此，本发明提出此可连续翻页功能，具体 实施时，抓持所述的微惯性感测模块20的人手只要瞬间作一次大的摆动且静止在 某一倾斜角度，所述的微处理器32即可自动进行连续翻页，由于人手不必作连续 多次左右摆动即可连续翻页，因此可提升连续翻页的方便性；若侦测所述的倾斜 讯号并未持续固定在某一倾斜角度，则表示不进行连续翻页，再回复到步骤(d)重 新侦测模式。(e)3D光标控制模式，当所述的微处理器32侦测所述的微惯性感测模块20 是处在3D光标控制模式时，则进行移动光标的步骤(el):计算X轴抖动变化量(Difx,Tvx-Avx)/2),也即计算X轴原始倾斜讯号 Tvx与X轴稳定讯号Avx差异，并取其中间值；以及Y轴抖动变化量 (Dify=(Tvy-Avy)/2),也即计算Y轴原始倾斜讯号Tvy与Y轴稳定讯号Avy差异， 并取其中间值；再根据所述的抖动变化量(Difx、 Dify),将X轴倾斜讯号补偿抖动 变化量(Tvx'-Tvx-Difx)以及将Y轴倾斜讯号补偿抖动变化量(Tvy^Tvy-Dify)。(e2):经过步骤(el)修正抖动讯号后，即可计算补偿后的X轴倾斜讯号与起始 讯号的差异(Dx-(Avx'-inx))，以及计算补偿后的Y轴倾斜讯号与起始讯号的差异 (Dy=(Avy'-iny));步骤(el)、 (e2)的目的是针对讯号抖动进行补偿修正，请参阅图 6(a)、图6(b)与图7(a)、 (b)所示，图6(a)、图7(a)分别为修正前的X轴、Y轴准位, 6(b)、图7(b)分别为修正后的X轴、Y轴准位，由图示可知，经由本步骤补 偿修正后，可得一起伏较平緩的X轴、Y轴加速度变化曲线，也即，可提高光标 定位的准确性。(e3):将步骤(e2)计算所得X轴与Y轴差异Dx与Dy比例为显示器40的点 坐标，输出至所述的光标控制电路33，再由所述的光标控制电路33控制所述的 显示器40移动光标41至对应位置。请续参阅图8与图9所示本发明另一较佳实施例，所述的3D微惯性感测光 标控制系统100是以图3所示实施例为基础，具有一作为讯号发射端的微惯性感 测模块20',以及一可接收所述的讯号的接收端30,所述的微惯性感测模块20， 包含一微惯性传感器21'、 一中央处理器22、 一无线发送器23,本实施例的特点 在于，所述的微惯性传感器21'包括一 X轴加速度计2U'、 一 Y轴加速度计212，、一 Z轴加速度计213，以及一第二 Y轴加速度计214'，所述的X轴加速度计211， 是用以感测所述的微惯性感测模块20，左右倾斜所造成的重力加速度变化，所述的 Y轴加速度计212，是用以感测所述的微惯性感测模块20，前后倾斜所造成的重力 加速度变化，其作用与图3所示所述的实施例的X轴加速度计211、 Y轴加速度 计212相同；而所述的Z轴加速度计213，则是用以根据所述的X轴加速度计211， 与所述的Y轴加速度计212'连续翻转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测 模块20，摆放状态的变化，例如当操作者不正确摆放或任何外力作用使所述的微惯 性感测模块20，向右(或向左)翻转，导致所述的微惯性感测模块20，底部朝上时， 所述的Z轴加速度计213，可侦测得知并驱动反向操作翻页或控制光标；此外，所 述的第二 Y轴加速度计214，是用以提供感测所述的微惯性感测模块20，前后倾斜 所造成的另一重力加速度变化，其感测方式将详细说明在后。同样地，所述的微惯性传感器21'、中央处理器22、无线发送器23可设置在 一壳体24内，且电性连接在所述的壳体24外部所设置的控制钮，以利人手握持 与操控，所述的微惯性传感器21，将所感测的重力加速度变化传送至中央处理器 22、无线发送器23，由所述的无线发送器23将所述的倾斜讯号发送至接收端30, 经由所述的微处理器32、光标控制集成电路33处理并控制显示器40翻页或光标 41的移动，其原理与方式与图3所示所述的实施例相同，此处不再予以赘述。请参阅图IO(并请同时配合图9),说明本发明控制光标移动与翻页的控制方 法及其流程(a) :感测各重力加速度计目前的原始倾斜讯号(Tilt-Value);由于本实施例具 有一X轴加速度计211'、 一Y轴加速度计212，、 一 Z轴加速度计213，以及一第 二Y轴加速度计214',因此可分别得到Tvx、 Tvy、 Tvz、 Tvy2四项原始倾斜讯 号。(b) :将原始倾斜讯号做低通滤波(low-Pass filter)后得知稳定讯号Avx、 Avy、 Avz;此处可将所述的第二 Y轴加速度计214，的原始倾斜讯号忽略。(c) :侦测模式状态。(cl)纪录此时各重力加速度计的讯号为起始讯号(initial-value, inx; iny)。(d) :手势翻页模式(dl):侦测目前倾斜是否在平衡状态。
(d2):倾斜讯号的瞬间变化是否超出所述的平衡范围。 (d3):侦测X轴的讯号是否固定在一定倾斜角度内。由于上述流程与图3所示所述的实施例，也即图5所示步骤(a) (d3)流程相同， 故不再予以赘述，本实施例的特点在于，当步骤(c)侦测所述的微惯性感测模块20， 是处在3D光标控制模式时所进行的步骤(e')3D光标控制模式，其包括(el，)利用两Y轴加速度差异来修正离心力；按一般正常操作方式，操作者手臂晃动时是呈现一圆弧形或圆周运动，因此会产生离心力，造成重力变化感测失真，尤其对于Y轴加速度影响为大，必须予以修正；请同时参阅图11、图8所示，所述的Y轴加速度计212，是设置在较近显示器40的位置，所述的第二Y轴加速度计214，是设置在所述的Y轴加速度计212，后方，也即较近在操作者(图中未示出)处，所述的Y轴加速度计212，与所述的第二 Y轴加速度计214，距离R，所述的第二 Y轴加速度计214，与旋转轴心C距离R2，依离心力公式x w - + G sin 6* = A x ft - + x ft)2 + (J sin P7\:〗'—7V'v2 =尺x ft)2, TVv — 7Vv2 w =~=-:~Tvy: Y加速度值 Tvy2: Y2加速度值Ay: Y离心力Ay2: Y2离心力G:重力e:加速度计与水平的夹角 :角速率(可为上下旋转或水平旋转)R: Y、 Y2两加速度计距离R2: Y2与旋转轴心C的距离因此可得出离心力Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2)再将步骤(a)所述的Y轴加速度计212，所测得原始的Y轴倾斜讯号Tvy减去 所述的离心力Ay,即可得出 一修正后的Y轴倾斜讯号Tvy。请参阅图12与图13所示实际验证结果，图12(a)、图13(a)分别代表离心力
以及圓周运动离心力对Y轴加速度计准位的影响，而图12(b)、图13(b)分别代表 修正后的结果，其显示修正后可得一起伏较为平緩且光滑的曲线，可将操作与圓 周运动可能产生的离心力对Y轴准位的影响降低。(e2'):计算X轴抖动变化量(Difx气Tvx-Avx)/2)，以及Y轴抖动变化量 (Dify=(Tvy-Avy)/2)，再根据所述的抖动变化量(Difx、 Dify)，将X轴倾斜 讯号补偿抖动变化量(Tvx'=Tvx-Difx)以及将Y轴倾斜讯号补偿抖动变化量 (Tvy'=Tvy-Dify)。(e3，)计算补偿后的X轴倾斜讯号与起始讯号的差异(Dx-(Avx'-inx)),以及 计算补偿后的Y轴倾斜讯号与起始讯号的差异(Dy-(Avy'-iny))。(e4'):将Dx与Dy的讯号比例为显示器40的点坐标，输出至所述的光标控 制电路33，再由所述的光标控制电路33控制所述的显示器40移动光标41至对应位置。以上步骤(e2') (e4，)所釆用的计算方式及其所能达成的功效，与图5所示实施 例的步骤(el) (e3)相同，此处不予赘述。综上所述本发明的两较佳实施例的架构与方法可知，本发明具有以下特点凭借侦测模式状态(图5与图10的步骤c)可进行手势翻页模式(图5与图10 的步骤d)或3D光标控制模式(图5步骤e与图10步骤e')。可控制单次翻页态(图5与图10的步骤d21)或连续多次翻页态(图5与图10 的步骤d4)。可对讯号抖动进行修正(图5步骤el与图10步骤e2，)。可设置Z轴加速度计，用以^f艮据所述的X轴加速度计与Y轴加速度计连续翻 转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测模块摆放状态的变化，避免误操作 (图10步骤a、 b)。设有两个可感测Y轴(也即前后倾斜)重力加速度变化的加速度计，可利用两 Y轴加速度差异修正离心力对Y轴准位的影响(图10步骤el，)。 控制精准度高，避免传统采用加速度积分累积误差的状况。 操作方式简单。以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限 制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其 进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1. 一种3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于其包含由一微惯性感测模块感测重力加速度变化并发出原始倾斜讯号；对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波，并得出稳定讯号；纪录所述的微惯性感测模块的起始讯号；根据所述的原始倾斜讯号、稳定讯号计算讯号变化量，并将所述的原始倾斜讯号补偿所述的抖动变化量；计算补偿后的倾斜讯号与起始讯号的差异；以及将差异讯号比例为点坐标。
2、 如权利要求1所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于所述的 微惯性感测模块是至少包括一 X轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块左右倾斜所造成的重力 加速度变化；以及一 Y轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的重力 加速度变化。
3、 如权利要求1所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于根据所 述的原始倾斜讯号、稳定讯号计算讯号变化量，并将所述的原始倾斜讯号补偿所 述的抖动变化量的方法是包含修正X轴讯号变化量 修正Y轴讯号变化量 纪录X轴讯号变化量 纪录Y轴讯号变化量将X轴倾斜讯号减去X轴抖动讯号 将Y轴倾斜讯号减去Y轴4牛动讯号 将X轴倾斜讯号减去X轴起始讯号；以及 将Y轴倾斜讯号减去Y轴起始讯号。
4、如权利要求3所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于所述的 修正X轴与Y轴讯号变化量的步骤是包含计算X轴原始倾斜讯号与X轴稳定讯号差异，并取其中间值，得出一X轴 抖动变化量；计算Y轴原始倾斜讯号与Y轴稳定讯号差异，并取其中间值，得出一Y轴 抖动变化量；将X轴原始倾斜讯号减去所述的X轴抖动变化量，得出一补偿后的X轴倾 斜讯号； 将Y轴原始倾斜讯号减去所述的Y轴抖动变化量，得出 一补偿后的X轴倾 斜讯号。
5、 如权利要求2所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于所述的 微惯性感测模块更包括一 Z轴加速度计，是用以根据所述的X轴加速度计与所述 的Y轴加速度计连续翻转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测模块摆放状 态的变化。
6、 如权利要求2所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于所述的 微惯性感测模块更包括一第二 Y轴加速度计，所述的第二 Y轴加速度计与所述的 Y轴加速度计之间具有一定5巨离。
7、 如权利要求6所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于其是利 用所述的第二Y轴加速度计与所述的Y轴加速度计的加速度差异修正离心力，是 计算自下列方程式Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2);其中， Ay是Y轴加速度计的离心力；R是所述的Y轴加速度计与所述的第二 Y轴加速度计的距离；R2是所述的第二 Y轴加速度计与旋转轴心的距离；Tvy是所述的Y轴加速度计的倾斜讯号；Tvy2是所述的第二 Y轴加速度计的倾斜讯号；以及4务正后Tvy-原始Tvy-Ay;将所述的Y轴加速度计所测得的Y轴原始倾斜讯号Tvy减去离心力Ay，可 得出 一修正后的Y轴倾斜讯号Tvy。
8、 如权利要求1所述的3D微惯性感测光标控制方法，其特征在于 所述的微惯性感测模块是连接一中央处理器，由所述的中央处理器接收并处理所述的重力加速度变化并产生原始倾斜讯号；所述的中央处理器是连接一无线发送器，凭借所述的无线发送器将所述的倾 斜讯号向外发射；所述的无线发送器是相对应在一无线接收器，凭借所述的无线接收器接收所 述的无线发送器所传送的倾斜讯号，并可将所述的原始倾斜讯号传送至 一 微处理 器，由所述的微处理器对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波与后续各项步骤；所述的微处理器是通过一光标控制集成电路连接在一显示器，由所迷的光标控制集成电路接收所述的微处理器所产生的点坐标，并将所述的点坐标输出至所 述的显示器，以改变所述的显示器上的光标位置。
9、 一种3D微惯性感测翻页方法，其特征在于其包含由 一 樣t惯性感测4莫块感测重力加速度变化并发出原始倾斜讯号； 对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波，并得出稳定讯号； 侦测目前倾斜是否在平衡状态；若是，则进行后续步骤；若否，则继续侦测直至达到平衡状态；侦测X轴原始倾斜讯号的瞬间变化是否超出一平衡范围；若是，则进行翻页；若否，则返回上一步骤重新侦测，直至侦测所述的原始倾斜讯号的瞬间变化超出所述的平衡范围。
10、 如权利要求9所述的3D微惯性感测翻页方法，其特征在于当侦测所 述的原始倾斜讯号的瞬间变化超出所述的平衡范围，且所述的倾斜讯号持续固定 在一定倾斜角度内时，则进行连续翻页。
11、 如权利要求10所述的3D微惯性感测翻页方法，其特征在于当侦测所 述的倾斜讯号并非持续固定在一定倾斜角度内时，则返回侦测目前倾斜是否在平 衡状态的步骤。
12、 如权利要求9所述的3D微惯性感测翻页方法，其特征在于所述的微 惯性感测模块是至少包括一 X轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块左 右倾斜所造成的重力加速度变化。
13、 如权利要求9所述的3D微惯性感测翻页方法，其特征在于 所述的微惯性感测模块是连接一中央处理器，由所述的中央处理器接收并处理所述的重力加速度变化并产生原始倾斜讯号；所述的中央处理器是连接一无线发送器，凭借所述的无线发送器将所述的倾 斜讯号向外发射；所述的无线发送器是相对应在一无线接收器，凭借所述的无线接收器接收所 述的无线发送器所传送的原始倾斜讯号，并可将所述的原始倾斜讯号传送至 一 微 处理器，由所述的微处理器对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波与后续各项步骤； 所述的微处理器是通过一光标控制集成电路连接在一显示器，由所述的光标控制 集成电路控制所述的显示器进行翻页或连续翻页。
14、 如权利要求13所述的3D微惯性感测翻页方法，其特征在于其是预先在所述的微处理器内设定 一 平衡范围，而后比对所述的原始倾斜讯号是否落在此平衡范围内；若是，则表示所述的微惯性感测模块处在平衡状态；若否，则表示 所述的微惯性感测模块处在不平衡状态。
15、如权利要求14所述的3D 微惯性感测翻页方法，其特;f正在于所述的平衡 范围是位于0g土0.3g重力加速度的范围内，其中，g=9.8m/s2。
16、 一种3D微惯性感测方法，其特征在于其包含由 一微惯性感测模块感测重力加速度变化并发出原始倾斜讯号； 对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波，并得出稳定讯号； 侦测模式状态，侦测所述的微惯性感测模块是处在光标控制模式或翻页模式， 用以决定进行光标控制步骤或翻页步骤。
17、 如权利要求16所述的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的光标控 制步骤是包括纪录所述的微惯性感测模块的起始讯号；根据所述的原始倾斜讯号、稳定讯号计算讯号变化量，并将所述的原始倾斜 讯号补偿所述的讯号抖动量；计算补偿后的倾斜讯号与起始讯号的差异；以及 将差异讯号比例为点坐标。
18、 如权利要求16所述的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的微惯性 感测模块是至少包括一 X轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块左右倾斜所造成的重力 加速度变化；以及一 Y轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的重力 力口速度变化。
19、 如权利要求17所述的3D微惯性感测方法，其特征在于根据所述的原 始倾斜讯号、稳定讯号计算讯号变化量，并将所述的原始倾斜讯号补偿所述的讯 号变化量的方法是包含修正X轴讯号变化量将X轴倾斜讯号减去X轴抖动讯号； 修正Y轴讯号变化量将Y轴倾斜讯号减去Y轴抖动讯号； 纪录X轴讯号变化量将X轴倾斜讯号减去X轴起始讯号；以及 纪录Y轴讯号变化量将Y轴倾斜讯号减去Y轴起始讯号。
20、 如权利要求19所述的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的修正X 轴与Y轴讯号变化量的步骤是包含计算X轴原始倾斜讯号与X轴稳定讯号差异，并取其中间值，得出一X轴 抖动变化量；计算Y轴原始倾斜讯号与Y轴稳定讯号差异，并取其中间值，得出一Y轴 抖动变化量；将X轴原始倾斜讯号减去所述的X轴抖动变化量，得出一补偿后的X轴倾斜讯号；将Y轴原始倾斜讯号减去所述的Y轴抖动变化量，得出一补偿后的X轴倾 斜讯号。
21、 如权利要求18所迷的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的微惯性 感测模块更包括一 Z轴加速度计，是用以根据所述的X轴加速度计与所述的Y轴 加速度计连续翻转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测模块摆放状态的变化。
22、 如权利要求18所述的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的微惯性 感测模块更包括一第二 Y轴加速度计，所述的第二 Y轴加速度计与所述的Y轴 加速度计之间具有 一定距离。
23、 如权利要求22所述的3D微惯性感测方法，其特征在于其是利用所述 的第二 Y轴加速度计与所述的Y轴加速度计的加速度差异修正离心力，是计算自 下列方程式Ay=(R+R2)/R*(Tvy-Tvy2);其中， Ay是Y轴加速度计的离心力；R是所述的Y轴加速度计与所述的第二 Y轴加速度计的距离；R2是所迷的第二 Y轴加速度计与旋转轴心的距离；Tvy是所述的Y轴加速度计的倾斜讯号；Tvy2是所述的第二 Y轴加速度计的倾斜讯号；以及修正后Tvy=原始Tvy-Ay;将所述的Y轴加速度计所测得的Y轴原始倾斜讯号Tvy减去离心力Ay,可 得出 一修正后的Y轴倾斜讯号Tvy。
24、 如权利要求16所述的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的翻页步 骤是包括侦测目前倾斜是否在平衡状态；若是，则进行后续步骤；若否，则继续侦测 直至达到平衡状态；侦测原始倾斜讯号的瞬间变化是否超出一平衡范围；若是，则进行翻页；若 否，则返回上一步骤重新侦测，直至侦测所述的原始倾斜讯号的瞬间变化超出所 述的平衡范围。
25、 如权利要求24所述的3D微惯性感测翻页方法，其特征在于所述的平 衡范围是位于0g士0.3g重力加速度的范围内，其中，g=9.8m/s2。
26、 如权利要求24所述的3D微惯性感测方法，其特征在于当侦测所述的 原始倾斜讯号的瞬间变化超出所述的平衡范围，且所述的倾斜讯号持续固定在一 定倾斜角度内时，则进行连续翻页。
27、 如权利要求26所述的3D微惯性感测方法，其特征在于当侦测所述的 倾斜讯号并非持续固定在一定倾斜角度内时，则返回侦测目前倾斜是否在平衡状 态的步骤。
28、 如权利要求16所述的3D微惯性感测方法，其特征在于所述的微惯性 感测模块是至少包括一 X轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块左右倾 斜所造成的重力加速度变化。
29、 如权利要求25所述的3D微惯性感测方法，其特征在于 所述的微惯性感测模块是连接一中央处理器，由所述的中央处理器接收并处理所述的重力加速度变化并产生原始倾斜讯号；所述的中央处理器是连接一无线发送器，凭借所述的无线发送器将所述的倾 斜讯号向外发射；所述的无线发送器是相对应在一无线接收器，凭借所述的无线接收器接收所 述的无线发送器所传送的原始倾斜讯号，并可将所述的原始倾斜讯号传送至 一 微 处理器，由所述的微处理器对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波与后续各项步骤；所述的微处理器是通过一光标控制集成电路连接在一显示器，由所述的光标 控制集成电路控制所述的显示器光标移动或进行翻页或连续翻页。
30、 一种3D微惯性感测系统，其特征在于其包含一微惯性感测模块，是用以感测重力加速度变化，并发出原始倾斜讯号，所 述的微惯性感测模块包含 一 X轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块左右倾斜所造成的重力加速度变化；一第一 Y轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的 第一重力加速度变化；一第二 Y轴加速度计，是用以感测所述的微惯性感测模块前后倾斜所造成的 第二重力加速度变化；一接收端，是用以接收并处理所述的微惯性感测模块发出的原始倾斜讯号。
31、 如权利要求30所述的3D微惯性感测系统，其特征在于所迷的微惯性 感测模块更包含一 Z轴加速度计，是用以根据所述的X轴加速度计与所述的Y轴 加速度计连续翻转所造成重力的变化，得知所述的微惯性感测模块摆放状态的变 化。
32、 如权利要求30所述的3D微惯性感测系统，其特征在于所述的第一Y 轴加速度计与所述的第二 Y轴加速度计具有 一定距离。
33、 如权利要求30所述的3D微惯性感测系统，其特征在于 所述的微惯性感测模块是连接一中央处理器，是用以接收并处理所述的重力加速度变化并产生原始倾斜讯号；所述的中央处理器是连接一无线发送器，凭借所述的无线发送器将所述的倾 斜讯号向外发射；所述的无线发送器是相对应在一无线接收器，凭借所述的无线接收器接收所 迷的无线发送器所传送的原始倾斜讯号，并可将所述的原始倾斜讯号传送至 一 微 处理器，由所述的微处理器对所述的原始倾斜讯号进行低通滤波与后续各项步骤； 所述的微处理器是通过一光标控制集成电路连接在一显示器，由所述的光标控制 集成电路控制所述的显示器光标移动或进行翻页或连续翻页。
全文摘要
一种3D微惯性感测方法与系统，是用以侦测微惯性感测模块与水平面角度变化，进而控制显示器的光标移动，以及用以侦测手部摆动以控制显示器翻页；其是凭借一微惯性传感器侦测所述的微惯性感测模块在空间中因倾斜所造成重力的变化，并将讯号通过一无线发送器传至一微处理器，由所述的微处理器将讯号经过滤波，并将倾斜角度与光标相对位置与光标控制电路两项讯号数目交叉比对后，用以控制显示器光标移动；并可根据微惯性感测模块各轴讯号的变化量收敛另一轴抖动的影响；并可利用两颗Y轴加速度计感受离心力差异，以消除离心力对Y轴的影响。
文档编号G06F3/033GK101211230SQ200610161770
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者刘顺男, 蔡明杰, 谢清霖 申请人:财团法人工业技术研究院