專利名稱：三維空間運(yùn)動感測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種感測裝置在三維空間運(yùn)動的方法，尤指一種可除去裝置于被 移動時伴隨的轉(zhuǎn)動的影響，并將裝置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至相對于重力的坐標(biāo)，以感測出裝置在三維 空間運(yùn)動的方法。
背景技術(shù)：
由于當(dāng)如3D鼠標(biāo)的裝置被移動時，即使使用者并無意要轉(zhuǎn)動3D鼠標(biāo)，移動3D鼠 標(biāo)的手掌仍會不自覺地些微轉(zhuǎn)動3D鼠標(biāo)，然而3D鼠標(biāo)的三軸加速度計非常靈敏，其加速度 讀值包含受重力加速度影響的分量以及手部運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度分量，因此若只使用傳統(tǒng) 的坐標(biāo)算法計算三軸加速度計相對于重力坐標(biāo)的加速度讀值，將因為三軸加速度計讀值所 包含的手部運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度分量而無法得到3D鼠標(biāo)在空間中正確的運(yùn)動軌跡。因為 傳統(tǒng)的算法是假設(shè)三軸加速度計的讀值只受到重力的影響而沒有考慮到讀值中還包含手 部運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度分量，因此當(dāng)3D鼠標(biāo)并不如預(yù)期為靜態(tài)或是等速運(yùn)動時，通過傳統(tǒng) 算法所計算出的三軸加速度計相對于重力坐標(biāo)的讀值，將會因非重力的加速度的影響而產(chǎn) 生誤差，導(dǎo)致無法精準(zhǔn)計算出3D鼠標(biāo)相對于重力的運(yùn)動軌跡。請參照圖1，圖1是先前技術(shù)的一裝置102在屏幕上所呈現(xiàn)的指針軌跡。請參照圖 1，裝置102向左移動兼轉(zhuǎn)動，因為裝置102未將所產(chǎn)生的運(yùn)動軌跡由裝置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至重力 坐標(biāo)，導(dǎo)致裝置102射向屏幕100的指針軌跡會隨著裝置102的轉(zhuǎn)動而改變其移動方向，也 就是說，指標(biāo)軌跡并非只是向左移動而是向左上方移動。中國臺灣專利第200639406號“慣性感測輸入裝置”揭露一種慣性感測輸入裝置， 此篇專利所描述的運(yùn)動裝置與方法，無論于靜止或運(yùn)動中皆無法進(jìn)行相對于重力的坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換，使其輸出值為相對于裝置坐標(biāo)的運(yùn)動量，非相對于重力的移動量，導(dǎo)致指標(biāo)的移動方向 會隨著裝置相對于重力的方位而改變。中國臺灣專利第200538751號“自由空間定位裝置和方法”揭露一種自由空間定 位裝置和方法，此篇專利所描述的運(yùn)動裝置與方法，只能在靜態(tài)或慢速移動的條件下，計算 從本體參考坐標(biāo)系到用戶參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，由于缺乏動態(tài)下的補(bǔ)償修正機(jī)制，而不 可避免地?zé)o法進(jìn)行運(yùn)動過程中的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作，導(dǎo)致若在運(yùn)動過程中出現(xiàn)裝置坐標(biāo)與自 由空間坐標(biāo)的相對改變，將造成不正確的運(yùn)動裝置輸出。美國專利第5，898，421號“陀螺儀指針和方法(Gyroscopic pointer andmethod)”揭露一種陀螺儀指針和方法，此篇專利未能計算加速度計與角度感測器的相 對關(guān)系，因此需要兩顆或以上的雙軸角度感測器才能運(yùn)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時的所需的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露一種三維空間運(yùn)動感測方法，包含讀取至少一加速度計在三個坐標(biāo)方 向的多個讀值；讀取至少一角速度感測器在二個坐標(biāo)方向的多個讀值；利用該至少一加速 度計在該三個坐標(biāo)方向的多個讀值及該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，產(chǎn)生該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑；利用該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑與該至少一角速度感測器在 該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，產(chǎn)生該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切線加速度；及利用該至少 一加速度計在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切線加速度，該至 少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，及該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑，產(chǎn)生該裝置 的運(yùn)動輸出。








圖1是說明先前技術(shù)的裝置在屏幕上所呈現(xiàn)的指針軌跡。 圖2是本發(fā)明裝置的示意圖。
圖3是圖2裝置在三維空間運(yùn)動感測的方法的流程圖。 圖4是說明圖2裝置的坐標(biāo)軸。
圖5是說明圖2裝置的二個坐標(biāo)方向和重力方向的夾角。 圖6是說明利用圖2的裝置和圖3揭露的方法在屏幕上所呈現(xiàn)的指針軌跡t [主要元件標(biāo)號說明]
100
102,202
204
206 300-314
Gx Gx G,
屏幕 裝置
三軸加速度計 二軸角速度感測器 步驟
重力加速度于χ、ζ平面的分量 于χ軸方向的重力加速度分量 于Z軸方向的重力加速度分量 夾角
具體實施例方式圖2是說明一裝置202的示意圖。在裝置202內(nèi)配置三軸加速度計204與二軸角 速度感測器206。三軸加速度計204與二軸角速度感測器206在裝置202于三維空間中運(yùn) 動時，可記錄裝置202運(yùn)動時的加速度與角速度。請參照圖3和圖4，圖3是本發(fā)明的一實施例所揭露的一裝置在三維空間運(yùn)動感 測的方法的流程圖，圖4是說明裝置202的坐標(biāo)軸，而三軸加速度計204和二軸角速度感測 器206坐標(biāo)軸和裝置202的坐標(biāo)軸相同。圖3的方法是利用圖2的裝置202說明，詳細(xì)步 驟如下步驟300:開始；步驟302 讀取三軸加速度計204在三個坐標(biāo)方向的多個讀值A(chǔ)x、Ay、Az，以及讀取 二軸角速度感測器206在二個坐標(biāo)方向的多個讀值wx、wz ；步驟304 利用三軸加速度計204在三個坐標(biāo)方向的多個讀值A(chǔ)x、Ay、Az及二軸角 速度感測器206在二個坐標(biāo)方向的多個讀值wx、Wz，產(chǎn)生裝置202的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑r ；步驟306 利用裝置202的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑r與二軸角速度感測器206在二個坐標(biāo) 方向的多個讀值wx、，產(chǎn)生裝置202的法線加速度A”及裝置202在二個坐標(biāo)方向的切線度合成分量(ixz的夾角θ，其中，arctan"
加速度Arx、Arz ；步驟308 利用三軸加速度計204在二個坐標(biāo)方向的多個讀值A(chǔ)X、AZ及裝置202在 二個坐標(biāo)方向的切線加速度Am、Arz,產(chǎn)生重力加速度在二個坐標(biāo)方向的加速度分量(}x、Gz ；步驟310 利用二個坐標(biāo)方向的重力加速度分量(ix、Gz，產(chǎn)生χ軸方向和重力加速
權(quán)利要求
1.一種三維空間運(yùn)動感測方法，包含讀取至少一加速度計在三個坐標(biāo)方向的多個讀值； 讀取至少一角速度感測器在二個坐標(biāo)方向的多個讀值；利用該至少一加速度計在該三個坐標(biāo)方向的多個讀值及該至少一角速度感測器在該 二個坐標(biāo)方向的多個讀值，產(chǎn)生該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑；利用該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑與該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值， 產(chǎn)生該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切線加速度；及利用該至少一加速度計在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切 線加速度，該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，及該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半 徑，產(chǎn)生該裝置的運(yùn)動輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用該至少一加速度計在該二個坐標(biāo)方向的多個 讀值，該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切線加速度，該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向 的多個讀值，及該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑，產(chǎn)生該裝置的運(yùn)動輸出包含利用該至少一加速度計在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值及該裝置在該二個坐標(biāo)方向的 切線加速度，產(chǎn)生該裝置在該二個坐標(biāo)方向的重力加速度分量；利用該二個坐標(biāo)方向的重力加速度分量，得到該二個坐標(biāo)方向的重力加速度分量的重 力加速度合成分量與該二個坐標(biāo)方向中一坐標(biāo)方向的夾角；及利用該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值、該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑及 該夾角，產(chǎn)生該裝置的橫向運(yùn)動輸出與縱向運(yùn)動輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中利用該至少一加速度計在該三個坐標(biāo)方向的多個 讀值及該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，產(chǎn)生該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑 是利用下列方程式(Ax-rx 警)2 +(Az-rx 警)2 + (Ay 一 —z2 + < ))2 二 G2其中Ax為該至少一加速度計檢測到的χ軸方向的加速度分量； Ay為該至少一加速度計檢測到的y軸方向的加速度分量； Az為該至少一加速度計檢測到的ζ軸方向的加速度分量； wz為該至少一角速度感測器檢測到的繞ζ軸旋轉(zhuǎn)的角速度； wx為該至少一角速度感測器檢測到的繞χ軸旋轉(zhuǎn)的角速度； At為該至少一加速度計和該至少一角速度感測器的取樣周期； Awz為在繞ζ軸旋轉(zhuǎn)的角速度于該取樣周期At的角速度的差值； Awx為在繞χ軸旋轉(zhuǎn)的角速度于該取樣周期Δ t的角速度的差值； G為重力加速度；及 r為該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中利用該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑與該至少一角速度感 測器在該二個坐標(biāo)方向的多個讀值，產(chǎn)生該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切線加速度是利用下 列方程式
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中利用該至少一加速度計在該二個坐標(biāo)方向的多個 讀值及該裝置在該二個坐標(biāo)方向的切線加速度，產(chǎn)生該裝置在該二個坐標(biāo)方向的重力加速 度分量是利用下列方程式Gx = Ax-Arx ；及 Gz = Az-Arz ； 其中為χ軸方向的重力加速度分量；及 Gz為ζ軸方向的重力加速度分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中利用該二個坐標(biāo)方向的重力加速度分量，得到該 二個坐標(biāo)方向的重力加速度分量的重力加速度合成分量與該二個坐標(biāo)方向中一坐標(biāo)方向的夾角是利用下列方程式
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中利用該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的 多個讀值、該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑及該夾角，產(chǎn)生該裝置的該橫向運(yùn)動輸出與該縱向運(yùn)動 輸出包含下列方程式該橫向運(yùn)動輸出=ωζΧΓΧ AtXsin θ + ωχΧΓΧ AtXcos θ ；及 該縱向運(yùn)動輸出=ωζΧΓΧ AtXcos θ + CoxXrX AtXsin θ。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中利用該至少一角速度感測器在該二個坐標(biāo)方向的 多個讀值、該裝置的運(yùn)動旋轉(zhuǎn)半徑及該夾角，產(chǎn)生該裝置的該橫向運(yùn)動輸出與該縱向運(yùn)動 輸出包含下列方程式該橫向運(yùn)動輸出=OzXrXsin θ+coxXrXcos θ ；及 該縱向運(yùn)動輸出=OzXrXcos θ +ωχΧΓΧ ArXsin θ。
全文摘要
一種三維空間運(yùn)動感測方法，于一裝置中放入一加速度計及一角速度感測器，計算該裝置于三維空間中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，該裝置相對于重力的角度，尤其是計算該裝置于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中相對于該重力的運(yùn)動軌跡，最終可得出該裝置于三維空間中實際運(yùn)動的軌跡。
文檔編號G06F3/033GK102141845SQ201010109760
公開日2011年8月3日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者余仁淵, 葉皓杰, 曾奎彰, 謝宜勛 申請人:旺玖科技股份有限公司