新型宏动式3D鼠标

新型宏动式3D鼠标

简介：

随着3D技术的发展，人们对于3D控制真实感的要求越来越高，而目前市面上大多数鼠标为二维的，不具备3D控制的能力，已有的多数3D输入设备采用基于力/力矩的感知技术，缺乏操作真实感。因此，我们研发了一款具有空间六自由度控制功能的新型宏动式3D鼠标。 优势：不仅可以实现传统鼠标的平面操作，更可实现对三维物体的操作，能带给用户更真实的三维感受，操作便捷，定位准确，摆脱了传统鼠标依赖组合键的缺陷。

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详细介绍：

随着科技的飞速发展，计算机得以普及，不起眼的鼠标也随之变得不可或缺。一个木质的小盒子经过四十多年的时间，已发展成各式各样的鼠标，但它们远远不能满足未来3D领域的需求。 因此我们团队设计并研发出了新型宏动式3D鼠标。该鼠标采用空间并联机构作机械本体，通过实时采集各导轨相关位移信号，由并联机构运动学解算出其真实的空间六自由度输入，实现了高精度的控制。 其主要特点如下：（1）选用3-UPS并联机构，其运动平台作为操作球头，从而保证了鼠标具有最为紧凑、小型的外观，便于操作的优势。 （2）该鼠标的运动学分析包括两个方面：一方面是在已知机构几何参数和关节变量的情况下求解动平台相对于参考坐标系的位置和姿态，称为3-UPS并联机构的运动学正解；另一方面是在已知机构几何参数以及动平台相对于参考坐标系位置和姿态的情况下求解达到该位置和姿态时所需的关节变量，称为3-UPS并联机构的运动学反解。 （3）该鼠标具有空间三维位移变量和三维角度变量的同步检测功能，完全克服了目前鼠标在3D领域上使用的技术难题，能够大大简化人们使用普通鼠标加键盘的复杂操作，具有体觉感受明显、实时性好、可靠度高等优良的技术性能和操作方便、成本低等精良的使用性能。 由以上特性我们不难看出，新型宏动式3D鼠标在工业虚拟装配、机器人多维操作、计算机辅助设计、三维游戏以及未来的三维操作系统等高新技术领域具有广阔的应用前景。 为了全方位了检测并展示我们的鼠标，我们使用VC编写了新型宏动式3D鼠标的演示程序，从我们实际操作时拍摄的程序演示视频中不难看出，通过传感器采集数据再经程序编译后该鼠标的位姿可以实现非常准确的控制。 本项目研究成果必将对我国研发具有自主知识产权的3D鼠标产生极大的激励作用，同时也会对3D鼠标的产品化和市场化进程产生良好的促进作用。 我们相信，随着未来3D技术的不断发展与完善，新型宏动式3D鼠标必将走进千家万户。

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

使用说明: 连接USB，打开上位机程序，操作上平台即可。 技术特点和优势: 不仅可实现传统鼠标的平面操作，更可对三维物体操作，能带给用户更真实的3D感受，操作便捷，定位准确。 应用范围: 可以广泛应用于CAD软件（如SolidWorks、UG、ProE等），还可以应用于三维游戏、虚拟环境、模拟现实、工业生产、手术控制等领域。 推广前景和市场分析: 空间多维鼠标是一个新兴的鼠标市场，空间多维鼠标操作简便，快捷，能带给用户更真实的三维感受，同时它自身的科研价值也体现了时代的进步，有着广阔的市场前景。新型宏动式3D鼠标利用自身的技术等优势，有望替代传统鼠标器从而开拓出空间多维鼠标的新市场。 经济效益预测: 因为在目前的市场上，宏动式3D鼠标并不多见，3D鼠标多应用于高科技领域,以上两点从德州仪器在“SXSW2013”上展出的仅有三个移动自由度的三维鼠标也可看出。而新型宏动式3D鼠标的成本与目前鼠标相近，所以利润较高。按照目前条件下的预测，此鼠标收入一定不错。

同类课题研究水平概述

随着三维技术的迅猛发展，对可实现多维移动或转动控制的需求逐渐增多，必然需要具有空间操作能力的空间多维鼠标。所谓“多维”是指X,Y,Z三个方向轴的平动以及围绕它们的转动所构成运动形式的集合，这与我们平时所使用的只有X、Y两个方向平动的鼠标相比，具有更多的运动表现形式。但由于宏动式3D鼠标的功能十分复杂，目前国际上只有少数的科研机构在开发研究。目前国外的科研机构已相继推出了各种不同的多维计算机输入设备，这些输入设备主要采用基于力/力矩的控制原理，国内在多维输入设备方面的研究起步较晚，目前只有较少的相关报道。 Bell实验室的Kumar曾研制了一台六维控制器，利用摄像头跟踪一个小型设备。由于图像处理对距离和角度分辨率较低，因此这种控制器要求操作空间很大，且容易产生疲劳。国外商业化的六维控制器，目前主要是3D connexion公司推出的SpaceBall，仍然需要与普通二维鼠标配合使用，而且售价较贵。 而最近SXSW2013大展上德州仪器展示了一款鼠标样品，它是悬空操控。据德州仪器介绍，这款鼠标目前还处在测试阶段，内置有加速度传感器，可以感知X、Y、Z三轴的位移。 此款鼠标较之前的鼠标相比有很大改观，但是与我们的作品相比还存在很大的不足。首先是功能上,此鼠标只有三个移动自由度,但是没有解决最困难的三个转动自由度的控制,这就是此鼠标不能称为3D鼠标。其次悬空操作虽然看似方便，但是在很大程度上降低了准确性，并且增加了操作的复杂性，这些是一个鼠标的致命缺陷。另外这款鼠标手悬空操作，时间长了，人会感觉疲惫，可操作性差。 国内针对宏动式3D鼠标设备的相关研究则相对较少，清华大学秦开怀教授设计并实现了五自由度三维USB控制器，其原理是在传统二维鼠标基础上增加2个自由度，并以滚轮的形式分布在鼠标两侧，分别实现了绕X轴和Y轴的旋转。操作过于复杂，也导致了运动真实感的丧失。 国内一大学开展的“基于力控制的虚拟实现六维鼠标研究”课题研制出新型的并联机构的六维控制器。研究成果均属于微动领域，虽然能够完成六维信号的输入，但是使用者基本上没有类似于操作普通鼠标的真实感。 可见，国内外的研究在该领域还远未成熟，研制开发一种具有运动真实感、操作方便、成本低的宏动式3D鼠标并进行知识产权保护已经刻不容缓，只有抢占先机才能尽早占领国内外市场