[发明专利]一种具有振动触觉反馈的三维触控电子笔及方法

说明书

本发明涉及一种具有振动触觉反馈的三维触控电子笔及方法，属于三维触控电子笔及方法。包括电源模块，九轴加速度陀螺仪传感器，按键模块，微处理器，超声定位模块，无线通信模块以及振动模块；其中振动模块：包括线性电机一和线性电机二，分别固定于电子笔两端，每个电机各有两个振动方向，使用微处理器对振动模块进行驱动，进而实现多维度振动反馈。优点在于：利用超声定位和按键操作完成当前交互操作的识别，实现具有真实感和浸入感的振动反馈效果，可为三维空笔式交互中常用的触碰，旋转，拖拽等操作提供与之对应的振动反馈，提高交互操作的浸入感和真实感。

技术领域

本发明涉及一种三维触控电子笔及方法，应用于人机交互、教育信息化、虚拟现实交互控制等领域。

背景技术

近年来，如何为用户提供更具真实感和浸入感的交互体验成为了人机交互研究领域的主要问题，笔式交互作为一种将来主流的人机交互形式，更是成为了研究的热点。

笔式交互是人机交互方式极具研究价值的一种，由于大多数人有长时间使用纸笔的经验，笔式操作也将符合其操作习惯，降低学习成本，提升操作的舒适度。电子笔作为输入及控制设备具有便携，灵活的特点，已经在现实产品中有了一些应用实例，如微软SurfacePro系列电脑就兼容专门设计的电子笔，可实现书写和橡皮擦除等常用笔式交互操作的模拟。另外，很多移动设备，如三星GalaxNote系列手机也配备了S-pen电子笔，方便用户进行书写等交互操作。

随着研究的进展，笔式交互空间已经逐步从二维平面至三维空间，交互操作的内容也在简单的书写，擦除等基本操作的基础上，新增了三维空间内特有的操作，如旋转等，在虚拟现实，教育信息化等领域中有着重要的应用潜力。然而，目前的研究主要侧重于三维空间内的定位及传感技术，对于用户交互体验方面的相关研究较少。与此同时，目前的交互技术虽然满足了基本的交互功能需求，比如点击，三位书写等，但是交互体验和交互精度都有待提高。在更广泛的实际应用场合中(如教学演示，娱乐功能等)，很多场景需要用户进行复杂度和精度更高的交互操作，具体如触碰空间内特定的一块区域，以一定的速率、轴向和方向进行旋转，以一定的速率和方向进行拖拽等。对于上述交互操作，目前缺乏有效的反馈方式，指示用户交互体验较差，且交互完成精度较低。因此，对于三维空间中实现的各类笔式交互操作，按照一定的控制方法产生具有真实感的振动反馈，进而可以提升用户的交互体验和操作精度。

中国专利申请“一种三维大空间多通道笔式交互系统”，申请号201611157044.0，公开了一种基于超声波定位的多通道三维笔式交互系统及方法，包括：微处理器、PVDF压电薄膜、MEMS六轴加速度/陀螺仪、麦克风、蓝牙通信芯片、压力传感器、按键等微型和小型多通道感知传感器及部件。支持电子笔的三维定位和姿态信息提取，并将相关数据处理后通过蓝牙芯片发送给主机。但该系统内未集成振动元件及相关驱动电路，不支持触觉反馈功能。

发明内容

本发明提供一种具有振动触觉反馈的三维触控电子笔及方法，以解决传统笔式交互系统不支持高真实感的振动反馈效果以及对于某些交互操作实现精度较低的问题。

本发明采取的技术方案是：一种具有振动触觉反馈的三维触控电子笔，包括电源模块，九轴加速度陀螺仪传感器，按键模块，微处理器，超声定位模块，无线通信模块以及振动模块；其中振动模块：包括线性电机一和线性电机二，分别固定于电子笔两端，每个电机各有两个振动方向，使用微处理器对振动模块进行驱动，进而实现多维度振动反馈；

本发明所述九轴加速度陀螺仪传感器：用于提取加速度和角速度信号，包括获取任一时刻电子笔的线速度，角速度，线加速度，角加速度及姿态信息，并将提取的加速度和角速度信号传到微处理器；

本发明所述按键模块：按键模块用于提供快捷功能；

本发明所述电源模块：包括电池101和升压电路102，为整个系统供电；