[发明专利]一种脚控位移输入装置及其信号驱动方法

说明书

本发明属于电子运动设备技术领域，具体为一种脚控位移输入装置。本发明通过脚掌操控输入操作，通过直流电机或圆形格栅角位移编码器实现脚底位移信号转化为电信号；最后通过USB接口将信号输入到电脑中，驱动与运动相关的程序；输入装置包括脚控位移信号传感器，其结构有两种形式：一为直流电机驱动式，包括：滚球、支撑轴承、软质圆柱、弹性薄片、固定支架、直流电机、运算放大器和单片机；另一种为角位移编码器驱动式，即将前一种位移传感器中的直流电机替换以为角位移编码器。本发明装置无需额外占地，无需安全防护装置，正常桌椅与带有USB接口的电脑就可使用。应用场景包括如2D、3D游戏，地图历经，360°VR街景体验，实景虚拟参观等。

技术领域

本发明属于电子运动设备技术领域，具体涉及一种电子运动设备的输入装置及信号驱动方法。

背景技术

随着集成电路的大规模进入各个领域，电子计算机也开始进入健身、娱乐、与大健康领域，出现各种电子运动设备。在人机互动方面，已经发展了键盘输入、手控鼠标输入、语音输入、图像输入等等技术。在游戏里，也已经发展了虚拟现实跑步机（VR跑步机），其中不仅有手控的模拟/数字量输入，也有脚控的模拟/数字量输入，如游戏杆、踏板、带传感器的鞋靴等等。但是，脚控的模拟/数字量输入仍然没有在市场上扩展，与手控的游戏杆与鼠标器相差很远。主要原因可能是现有的脚控模拟/数字量输入装置，或者专用性太强，如街机/跳舞机，应用于真人CS的VR跑步机；或者使用很不方便，如前者的占地较大，VR跑步机需要穿戴特殊的防止摔倒碰伤的安全约束装置，费用也较为高昂。

本发明公开了一种使用更加便捷的脚控位移输入装置。这种装置无需额外占地，也无需复杂的安全防护装置，正常桌椅与带有USB接口的电脑就可以使用。应用场景也包括如2D、3D游戏，地图历经，360°VR街景体验，实景虚拟参观等。我们的方案采用检测脚底位移的方法来记录脚底的移动，具体包含两种位移信号传感器的设计方法和信号驱动方法：通过直流电机和通过圆形格栅角位移编码器。并通过单片机中的计数器来记录步数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作灵活、方便，真实模拟特定现实场景的脚控位移信号输入装置及其信号驱动方法。

本发明中，通过脚掌操控输入操作，包含：脚控位移信号传感器的设计和信号驱动方法的设计：通过直流电机或圆形格栅角位移编码器实现脚底位移信号转化为电信号；最后通过USB接口将信号输入到电脑中，驱动与运动相关的程序。

本发明提供的脚控位移信号输入装置，对应于一个人的两只脚，包括两个相同的脚控位移信号传感器；固定于一个底板上；

所述脚控位移传感器,包括：滚球，支撑轴承总成，软质圆柱，弹性薄片，固定支架，直流电机，运算放大器，单片机；其结构如图4所示；其中：

所述支撑轴承总成，至少为三个，均匀固定设置在底板上，用于支撑滚球，使滚球在支撑轴承总成上朝各个方向灵活转动；

所述软质圆柱、弹性薄片、固定支架、直流电机组成滚球运动信号传感部件；其中，所述软质圆柱固定在一安装轴的一端（软质圆柱与安装轴同轴），该安装轴通过一对轴承固定在固定支架上；固定支架固定在底板上；该安装轴的另一端与直流电机的输出轴同轴连接；每个固定支架外侧分别设置一弹性薄片，弹性薄片的一端通过螺丝固定在固定支架的外侧，弹性薄片的另一端通过螺丝与底板固定；软质圆柱内侧向滚球，通过弹性薄片的弹力使质圆柱贴紧滚球；

所述运算放大器、单片机组成滚球运动信号处理电路；其中，运算放大器用于对直流电机输出滚球运动信号进行处理使其满足特定的电压要求；单片机可以编程一个游戏杆，或者一个鼠标，两者可以通过一个开关来切换；由于直流电机（即反过来当做直流发电机使用）输出的电压信号正比于转轴的转动角速度，其输出导入单片机中的模数（A/D）转换接口，由单片机获取并作为位移量导入游戏杆或者鼠标的程序，并通过USB接口输入计算机。

对应于一个滚球，所述的滚球运动信号传感部件共有两个，按安装轴的方向相互垂直布置；用于传感两个方向的运动信号；