[发明专利]一种基于三维超声波定位的低功耗空鼠笔的实现方法

摘要

本发明提供一种基于三维超声波定位的低功耗空鼠笔的实现方法，属于三维人机交互技术领域。触发按键，空鼠笔发射超声波及红外信号；电子白板接收空鼠笔发射的超声波及红外信号，并采用超声波三维高精度无线定位技术获得空鼠笔的位置，一系列的空鼠笔位置形成空鼠笔的运动轨迹；经坐标变换将空鼠笔的运动轨迹转化为平面轨迹，所述电子白板将所述平面轨迹转换为屏幕上的光标轨迹，以依靠所述空鼠笔的运动实现对电子白板屏幕上的光标进行控制；触发不同按键，以不同的红外编码方式发送按键信息，实现空鼠笔的不同按键功能。本发明具有操控范围大、符合人机交互操作习惯、功耗低等优点，适合于书空操控等非精确操控场合。

主权项

1.一种基于三维超声波定位的低功耗空鼠笔的实现方法，包括电子白板和空鼠笔，电子白板集成超声三维定位模块，空鼠笔集成PVDF压电薄膜、红外发射管、微处理器及按键传感器件，其特征在于，空鼠笔的实现步骤如下：1)触发按键，空鼠笔发射超声波及红外信号；2)电子白板接收空鼠笔发射的超声波信号及红外信号，采用超声波三维高精度无线定位技术获得空鼠笔的位置坐标A＝(X,Y,Z)，一系列的空鼠笔位置形成空鼠笔的三维空间运动轨迹，所述空鼠笔的位置坐标A＝(X,Y,Z)是以电子白板的物理坐标系XYZ为参考；3)经坐标变换将空鼠笔的三维空间运动轨迹转化为平面轨迹，电子白板将平面轨迹转换为屏幕上的光标轨迹，以依靠空鼠笔的运动实现对电子白板屏幕上的光标进行控制；其中：经坐标变换将空鼠笔的三维空间运动轨迹转化为平面轨迹的步骤如下：以电子白板的物理坐标系XYZ为参考,获取前后两个采样时刻下空鼠笔的位置坐标A₁＝(X₁,Y₁,Z₁)和A₂＝(X₂,Y₂,Z₂)，将空鼠笔的三维运动轨迹转化为二维的平面轨迹，计算两个采样时刻间空鼠笔在虚拟平面坐标系xy中的位移变化量：△y＝△Y其中，△X＝X₂‑X₁、△Y＝Y₂‑Y₁、△Z＝Z₂‑Z₁分别表示两个采样时刻间空鼠笔在XYZ坐标系中三个坐标轴上的变化量，所述虚拟平面坐标系xy是以两个采样时刻间空鼠笔运动轨迹在XZ平面上的投影向量的方向为虚拟平面坐标系的x轴正方向，电子白板物理坐标系XYZ的Y轴正方向为虚拟平面坐标系的y轴正方向；所述将平面轨迹转换为屏幕上的光标轨迹由空鼠笔的移动方向以及空鼠笔的移动速度与屏幕光标的移动速度的转换函数决定，所述空鼠笔的移动速度与屏幕光标的移动速度的转换关系为：其中，v₁是空鼠笔的移动速度，v₂是屏幕光标的移动速度，a、b为经验值，可根据实际系统中空鼠笔的最大速度与屏幕光标的最大速度及空鼠笔的最小速度与屏幕光标的最小速度这两对数值代入上式求得，进而可以得到鼠标的移动速度与屏幕光标的移动速度的转换关系，其中，a＝0.04，b＝0.06，K满足一个半三角的隶属度函数，其表达式为：K＝0；           |v₁|≤0.12K＝1；           |v₁|≥12；4)触发不同按键，以不同的红外编码方式发射红外信号，对应于不同的按键操作，实现空鼠笔的不同按键功能。