磁場感應式遊戲杆的製作方法
2023-04-24 17:00:06
專利名稱：磁場感應式遊戲杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種遊戲杆，特別是指一種磁場感應式遊戲杆。
背景技術：
遊戲杆是一種很方便的手動遙控裝置，也是一種位置信號產生器，可以應用在電子遊戲機、無人飛機遙控器或電動輪椅等方面。就目前而言，遊戲杆的位置信號產生方式可分為接觸式以及非接觸式兩種，其中非接觸式遊戲杆具有較佳的耐久性以及不易故障的優點。早期的非接觸式遊戲杆是利用小型線圈來感應電流信號的變化，而近年來則以磁場感應的方式為主，其是利用感應磁鐵搭配磁場傳感器，使得當遊戲杆位置產生變化時，磁場傳感器會因感測到不同的磁場強度，而產生不同的電流或電壓信號。
美國專利文件US005850142揭示了一種磁場感應式遊戲杆，其是以一種特殊的感磁材料將操控杆的球形關節與感應磁鐵結合成一體，其結構雖然簡單，但由於必須使用特殊的材料與製程，使得這類的遊戲杆售價也較其它種類的遊戲杆要高出許多，故而不利於商品的普及。
綜上所述，因此亟需一種結構簡單且製造成本低廉的磁場感應式遊戲杆，以解決現有技術的缺失。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的是在提供一種磁場感應式遊戲杆，其是通過將一磁性單元擺放在一承載盤上，再憑藉設置在與所述的磁性單元相對位置的一磁場傳感器來偵測所述的承載盤移動時所造成的磁場強度變化，以判斷所述的承載盤的位置的磁場感應式遊戲杆。
再者，本發明的次要目的是在提供一種磁場感應式遊戲杆，其上更設置有一壓力開關，通過啟動所述的壓力開關，可將一電氣信號傳遞至一控制器，以執行對應的指令動作。
為實現上述的目的，本發明提出了一種磁場感應式遊戲杆，其包含有一操縱杆，其是設置有一把手者；一彈簧，是套設在所述的操縱杆的杆體；一彈簧底座，是設置在所述的彈簧下方，用以承載所述的彈簧；一基座，是設置在所述的彈簧底座下方，且所述的基座具有一支撐部，用以支撐所述的彈簧底座；一樞軸關節，是設置在所述的基座上，且所述的樞軸關節開設有一上下連通的開口，使得所述的操縱杆可由所述的樞軸關節的開孔延伸而出；一承載盤，是設置在所述的樞軸關節下方且與所述的操縱杆連接，又所述的承載盤上設有一磁性單元；以及一磁場感測模塊，其是與所述的磁性單元相對應，可偵測所述的承載盤移動時所造成的磁場強度變化，來判斷所述的承載盤的位置。
較佳的是，所述的磁性單元更包含有一磁鐵。所述的磁場感測模塊包含有一磁場傳感器，其是與所述的磁鐵相對應。
較佳的是，所述的磁性單元更包含有複數個磁鐵。所述的複數個磁鐵更可以呈N極、S極交錯排列，以增進其感測信號的解析度。所述的磁場感測模塊包含有複數個磁場傳感器，其是分別與所述的複數個磁鐵相對應。
較佳者，所述的操縱杆是一空心管體，且其上的把手更設置有一壓力開關，所述的壓力開關啟動後所產生的電氣信號是傳遞至一控制器，以執行對應的指令動作。
與現有技術相比較，本發明具有的有益效果是反應靈敏、迅速，且成本較低。
圖1是本發明第一較佳實施例的剖示分解圖；圖2是圖1的組合圖；圖3是圖2中的操縱杆擺動示意圖；圖4是圖1中的樞軸關節上視圖；圖5是圖1中的承載盤上視圖；圖6是磁鐵與霍爾傳感器的相對位置關係的第一較佳實施例示意圖；圖7是磁鐵與霍爾傳感器的相對位置關係的第二較佳實施例示意圖；圖8是磁鐵與霍爾傳感器的相對位置關係的第三較佳實施例示意圖；圖9是承載盤形狀的第一較佳實施例側視圖；
圖10是承載盤形狀的第二較佳實施例側視圖；圖11是本發明第二較佳實施例的組合圖；圖12是本發明第三較佳實施例的分解圖；圖13是圖12的組合圖；圖14A是本發明的磁性單元與磁場感測模塊的相對位置關係的第四較佳實施例示意圖；圖14B是本發第四較佳實施例承載盤與磁鐵配置剖面示意圖；圖15A是本發明的磁性單元與磁場感測模塊的相對位置關係的第五較佳實施例示意圖；圖15B是本發第五較佳實施例承載盤與磁鐵配置剖面示意圖；圖16是本發明的磁性單元與磁場感測模塊的相對位置關係的第六較佳實施例示意圖。
附圖標記說明1-操縱杆；11-把手；111-扣環；112-墊片；113-把手內部空間；12-操縱杆定位銷孔；13-操縱杆底部插頭；14-壓力開關；141-壓力開關信號線；142-外蓋；143-接觸點；15-側壁孔；2-彈簧；3-彈簧底座；4-基座；41-上基座；411-支撐部；412-螺孔；42-下基座；421-固定孔；422-下基座銷孔；423-螺孔；43-螺絲；44-第一定位銷；45-第二定位銷；46-保護罩；461-第一罩孔；462-第二罩孔；5-樞軸關節；51-樞軸關節開口；52-第一樞軸關節銷孔；53-第二樞軸關節銷孔；5a-樞軸單元；6、6a、6b-承載盤；61-連接孔；62-磁性單元；620、621、622-磁鐵；7-磁場感測模塊；70、72-霍爾傳感器；71-信號線；8-電路板；81-固定孔；9-防塵套；10-回復彈簧；20-分離式操縱杆；201-上杆體；2011-上杆體底部插頭；202-下杆體；2021-下杆體定位銷孔；2022-下杆體底部插頭；2023-側壁孔。
具體實施例方式
為使貴審查委員能對本發明的特徵、目的與功能有更進一步的認知與了解，下文特將本發明的裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明的特點，茲配合圖示說明如下請參閱圖1與圖2所示，其中圖1(共兩頁)是本發明第一較佳實施例的剖示分解圖，圖2是圖1的組合圖。如所述的圖示所示，在本實施例中，本發明提供一種磁場感應式遊戲杆，其主要是包括一操縱杆1、一彈簧2、一彈簧底座3、一基座4、一樞軸關節5、一承載盤6以及一磁場感測模塊7。其中所述的操縱杆1是一空心管體，且其頂部設有一把手11，所述的把手11是利用扣環111以及墊片112而與所述的操縱杆1連接，而在把手11下方的操縱杆1桿體上，套設有一彈簧2，此彈簧2是呈圓錐狀而易於將操縱杆1保持在正中央的位置，且彈簧2的下方，設有一用以承載所述的彈簧2的彈簧底座3，此彈簧底座3具有一上下連通的開口用以套設在所述的操縱杆1的杆體上，且其底部是呈一凸輪面者，又在所述的彈簧底座3的下方設置有一基座4，所述的基座4是由一上基座41以及一下基座42組成，其中所述的上基座41具有一支撐部411，所述的支撐部411也為一凸輪面，故而可憑藉支撐部411的凸輪面與彈簧底座3底部的凸輪面以及彈簧2之間的作用力，使得操縱杆1在外力解除後，能迅速回復至正中央位置。
上基座41具有至少一螺孔412、下基座42具有至少一固定孔421，可分別利用螺絲43穿過固定孔421並鎖緊在螺孔412上，使得上、下基座結合成一體，且上下基座結合後，可界定出一容置空間以容置樞軸關節5。所述的樞軸關節5具有一上下連通的樞軸關節開口51，使得所述的操縱杆1可經由樞軸關節開口51延伸而出，並與下方的承載盤6緊密固接(所謂緊密固接者，是指操縱杆1與承載盤6的連接非常牢靠而能產生位置連動，例如用一螺絲作鎖固)。其中，更以一第一定位銷44穿過第一樞軸關節銷孔52以及操縱杆定位銷孔12，再利用兩隻第二定位銷45分別由下基座42兩側的下基座銷孔422穿過並鑲住第二樞軸關節銷孔53，使得操縱杆能固定在樞軸關節5中，且能以第一定位銷44為軸心而作一個自由度的運動，或以第二定位銷45為軸心而作一個自由度的運動。
承載盤6具有一連接孔61，用以及所述的操縱杆底部插頭13連接，使得承載盤6能隨著操縱杆1的擺動而作兩個自由度的運動。此外，承載盤6上設有一磁性單元62與所述的磁場感測模塊7相對應。所述的磁場感測模塊7具有複數個霍爾傳感器70。所述的磁性單元62其是具有複數個磁鐵620，每一個磁鐵620的相對位置處均設有一霍爾傳感器70，所述的這些霍爾傳感器70是放置在一電路板8上，使得當操縱杆1移動而使承載盤6產生連動時，其所造成的磁場強度變化能為霍爾傳感器70所偵測，再經由所述的這些霍爾傳感器70的信號線71將此一電氣訊號傳至後端的控制器(圖中未示)，以判斷承載盤6的位置。其中所述的這些信號線71是通過保護罩46所開設的第一罩孔461而延伸至外部，以及控制器做連接。由於承載盤6的活動路徑相對於操縱杆擺動時的位置是惟一的，因此可利用承載盤6感應霍爾傳感器70所產生的電氣信號來代表操縱杆1的位置。
下基座42也具有至少一螺孔423，可分別利用螺絲43穿過電路板8的固定孔81並鎖緊在螺孔423上，使電路板8可固定在基座4下方。最後，套設一具有伸縮彈性的防塵套9在把手11與基座4間，其作用除了避免灰塵或異物的入侵的外，更可防止遊戲杆零組件上的潤滑油外溢，並且再將保護罩46套在下基座外部，以保護遊戲杆零組件。
此外，更可在把手內部空間113中安裝一壓力開關14作為緊急應變的用，所述的壓力開關14可以選擇採用壓電晶體或應變器，且其壓力開關信號線141可由操縱杆1的側壁孔15引導出，並通過保護罩46所開設的第二罩孔462延伸至外部，以及控制器(圖中未示)做連接。當把手的外蓋142受到外力作用時，接觸點143會壓迫壓力開關，而使壓力開關啟動，此外，由於把手11下方有彈簧2的作用力，因此必須施以足夠的壓力方能啟動所述的壓力開關14，故而不會因誤觸而誤動作。
請參閱圖3所示，其是圖2中的操縱杆擺動示意圖。
請參閱圖4所示，其是圖1中的樞軸關節上視圖。所述的樞軸關節5包括一樞軸關節開口51、一第一樞軸關節銷孔52以及一第二樞軸關節銷孔53。
請參閱圖5所示，其是圖1中的承載盤上視圖。在本實施例中，承載盤6為片狀的十字形結構，惟實際應用時，並不為片狀結構或十字形所限。承載盤6具有一連接孔61，用以及圖1所示的操縱杆底部插頭13連接，且其上設有四個磁鐵620。較佳的是，所述的這些磁鐵620是呈N極、S極交錯排列，也即其任意兩相鄰磁鐵620的極性互為相反，以增進其感測信號的解析度。
請參閱圖6所示，其是磁鐵與霍爾傳感器的相對位置關係的第一較佳實施例示意圖。本實施例是以兩個磁鐵620放在片狀的承載盤6上作說明，在本實施例中，磁場軸線與操縱杆1的軸杆方向平行，又兩磁鐵620的極性互為相反。此外，為配合磁鐵620的排列方式，因此，與各磁鐵620對應的霍爾傳感器70的排列方式是各霍爾傳感器70的感應面的法線方向與所述的操縱杆1的軸杆方向平行。
請參閱圖7所示，其是磁鐵與霍爾傳感器的相對位置關係的第二較佳實施例示意圖。本實施例同樣以兩個磁鐵620放在片狀的承載盤6上作說明，在本實施例中，磁場軸線與操縱杆1的軸杆方向垂直，同樣地，兩相鄰磁鐵620的極性互為相反。此外，為配合磁鐵620的擺放方式，因此，與各磁鐵620對應的霍爾傳感器70的擺放方式是各霍爾傳感器70的感應面的法線方向與所述的操縱杆1的軸杆方向垂直。
請參閱圖8所示，其是磁鐵與霍爾傳感器的相對位置關係的第三較佳實施例示意圖。在本實施例中，兩個磁鐵620是放置在圓弧狀的承載盤6上，由於所述的承載盤具有弧度，因此磁鐵620的磁場軸線與操縱杆1的軸杆方向呈一小於90度的角度，同樣地，任意兩個相鄰磁鐵620的極性均互為相反。此外，為配合磁鐵620的擺放方式，因此，可令各霍爾傳感器70的感應面的法線方向與操縱杆1的軸杆方向之間的夾角角度等於與各霍爾傳感器70所對應的磁鐵以及操縱杆1的軸杆方向之間的夾角角度，也即，令所述的這些磁場傳感器70的感應面的法線方向與其所對應的磁鐵62的磁場軸線方平向行。
請參閱圖9所示，其是承載盤形狀的第一較佳實施例側視圖。在本實施例中，承載盤6是圓形的片狀結構，且其四側分別設有一個磁鐵620，所述的這些磁鐵620是呈N極、S極交錯排列，也即其任意兩相鄰磁鐵620的極性互為相反，以增進其感測信號的解析度。本實施例所描述的承載盤形狀雖為圓形，惟實際應用時並不局限於此，只要是片狀且能夠將各磁鐵等距離安裝的磁鐵盤均可應用在本發明，例如多邊形、十字形、不規則形等。
請參閱圖10所示，其是承載盤形狀的第二較佳實施例側視圖。在本實施例中，承載盤6是呈圓弧狀結構，且其上設有四個磁鐵620，所述的這些磁鐵620是呈N極、S極交錯排列，也即其任意兩相鄰磁鐵620的極性互為相反，以增進其感測信號的解析度。憑藉圓弧狀結構承載盤的使用，可令霍爾傳感器70與其所對應的磁鐵620間的高度變化一致，而使霍爾傳感器70所偵測到的電訊信號呈線性變化。同樣地，只要是圓弧狀且能夠將各磁鐵等距離安裝的磁鐵盤均可應用在本發明，例如多邊形、圓形、不規則形等。
圖6至圖10所描述的實施例中，雖是以二或四個磁鐵作說明，但在實際應用時，所述的這些磁鐵僅須遵循N極、S極的交錯排列方式即可，因此磁鐵的數量並不為此所限，其數量只要是二的倍數即可。此外，當操縱杆擺動時會使承載盤產生連動，使得承載盤上的磁鐵與其所對應的霍爾傳感器的距離會改變，因而產生磁場強度的變動，此時，霍爾傳感器會因磁場強度的不同而產生不同的電訊信號，並經由其信號線將此訊號傳至後端的控制器，以執行對應的指令。
請參閱圖11所示，其是本發明第二較佳實施例的組合圖。倘若操縱杆1與承載盤6並非緊密固接而是採用鬆弛連接(所謂鬆弛連接，是指操縱杆1與承載盤6僅能產生位置相對運動，例如僅用一卡榫固定)，為了避免承載盤6擺動幅度過大而造成無法歸位的情形，可在承載盤6與下基座42之間的操縱杆1的杆體四周，設置一回復彈簧10，使承載盤6能保持水平狀態。
請參閱圖12與圖13所示，其中圖12是本發明第三較佳實施例的分解圖，圖13是圖12的組合圖。在本實施例中，為了裝配作業上的方便，因此可利用一分離式操縱杆20取代原先的操縱杆1，使得本實施例與第一較佳實施例在結構上有些許不同，其相異之處如下分離式操縱杆20是由一上杆體201與一下杆體202組成。
把手11設在所述的上杆體201頂部。
下杆體202是設置在所述的樞軸關節5的開口，且其頂部是與上杆體底部插頭2011固接。
第一定位銷44穿過樞軸關節銷孔51以及下杆體定位銷孔2021，使下杆體202能固定在樞軸關節5中，且能以第一定位銷44為軸心作一個自由度的運動。
利用下杆體底部插頭2022，與其下方的承載盤6連接，使分離式操縱杆20與承載盤6可產生連動關係。
同樣地，若要增設一壓力開關，則僅需將所述的上下杆體設計為空心管體，並在下杆體開設一側壁孔2023即可。除此的外，其餘組件的裝配方式及其所達成的功效與第一較佳實施例並無不同的處，因此不再贅述。然而，若下杆體底部插頭與承載盤是採鬆弛連接，則仿照圖11的結構，在樞軸關節以及承載盤間的下杆體的杆體四周，加設一回復彈簧即可。
請參閱圖14A與圖14B所示，其中圖14A是本發明的磁性單元與磁場感測模塊的相對位置關係的第四較佳實施例示意圖；圖14B是本發第四較佳實施例承載盤與磁鐵配置剖面示意圖。在本實施例中，所述的承載盤6a上的磁性單元62是具有兩磁鐵621，其是分別設置在承載盤6a的兩端，兩磁鐵621的極性互為相反。在所述的磁性單元62的一側上的電路板8上具有一磁場感測單元7，其是具有兩個霍爾傳感器70且分別與所述的磁鐵621相對應。
請參閱圖15A以及圖15B所示，其中圖15A是本發明的磁性單元與磁場感測模塊的相對位置關係的第五較佳實施例示意圖；圖15B是本發第五較佳實施例承載盤與磁鐵配置剖面示意圖。在本實施例中，所述的磁性單元62是設置在一柱形承載座6b內，所述的磁性單元62具有一磁鐵622，而所述的磁場感測模塊7也只有一霍爾傳感器72與所述的磁鐵622對應。又如圖16所示，所述的圖是本發明的磁性單元與磁場感測模塊的相對位置關係的第六較佳實施例示意圖。本實施例的磁性單元62也是具有單一磁鐵622，而所述的磁場感測模塊7則是以一霍爾傳感器72與所述的磁鐵622對應，與圖15A的差異在於本實施例是將圖15A的樞軸關節5與承載盤6b整合為一，形成圖16的樞軸單元5a，而磁性單元62的磁鐵622則嵌入所述的樞軸單元5a內，如此可以節省零件，並且縮小運動空間，進而降低生產成本。前述的第四、第五以及第六的實施例其運作原理如前所述，在此不做贅述。
以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落入本發明的權利要求可限定的範圍之內。
權利要求
1.一種磁場感應式遊戲杆，其特徵在於其包含有一操縱杆，其是設置有一把手；一彈簧，是套設在所述的操縱杆的杆體上；一彈簧底座，是設置在所述的彈簧下方，用以承載所述的彈簧；一基座，是設置在所述的彈簧底座下方，且所述的基座具有一支撐部，用以支撐所述的彈簧底座；一樞軸關節，是設置在所述的基座上，且所述的樞軸關節開設有一上下連通的開口，使得所述的操縱杆可由所述的樞軸關節的開孔延伸而出；一承載盤，是設置在所述的樞軸關節下方且與所述的操縱杆連接，又所述的承載盤上設有一磁性單元；以及一磁場感測模塊，其是與所述的磁性單元相對應，可偵測所述的承載盤移動時所造成的磁場強度變化，來判斷所述的承載盤的位置。
2.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁性單元更包含有一磁鐵。
3.根據權利要求2所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁場感測模塊包含有一磁場傳感器，其是與所述的磁鐵相對應。
4.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁性單元更包含有複數個磁鐵。
5.根據權利要求4所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁場感測模塊包含有複數個磁場傳感器，其是分別與所述的複數個磁鐵相對應。
6.根據權利要求4所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的複數個磁鐵是呈N極、S極交錯排列。
7.根據權利要求2或4所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁鐵的磁場軸線方向是選擇與所述的操縱杆的軸杆方向平行以及與所述的操縱杆的軸杆方向垂直其中之一。
8.根據權利要求2或4所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁鐵的磁場軸線方向，是與所述的操縱杆的軸杆方向呈一小於90度的角度。
9.根據權利要求3或5所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁場傳感器其感應面的法線方向，是選擇與所述的操縱杆的軸杆方向平行以及與所述的操縱杆的軸杆方向垂直以與其所對應的所述的磁鐵的磁場軸線方向平行其中之一。
10.根據權利要求3或5所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁場傳感器的感應面的法線方向與其所對應的所述的磁鐵的磁場軸線方向平行。
11.根據權利要求3或5所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的磁場傳感器是一霍爾效應傳感器。
12.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的樞軸關節與所述的承載盤整合為一。
13.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的操縱杆是一空心管體，所述的把手更設置有一開關，所述的開關啟動後所產生的電信訊號是傳遞至一控制器，所述的開關的信號線是由所述的空心管體引導出來，而與所述的控制器作電連接。
14.根據權利要求13所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的開關是一壓力開關，可憑藉施加一大於所述的彈簧的抵抗力的施加壓力而啟動之，所述的壓力開關是一壓電晶體與一應變器其中之一。
15.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的操縱杆與所述的承載盤的連接是緊密固接，所述的兩者能產生連動。
16.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的操縱杆與所述的承載盤的連接是鬆弛連接，所述的兩者能產生相對運動，且所述的承載盤與所述的樞軸關節之間的操縱杆的杆體四周，更設有一回復彈簧，使所述的承載盤能保持水平狀態。
17.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的承載盤是選擇為片狀以及圓弧狀其中之一。
18.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的操縱杆與所述的樞軸關節接合處，更設置有一第一定位銷，以固定所述的操縱杆的運動方向；以及一第二定位銷，其是設置在所述的基座上，所述的第二定位銷可提供固定所述的樞軸關節的運動方向。
19.根據權利要求1所述的磁場感應式遊戲杆，其特徵在於所述的操縱杆是一可分離式操縱杆。
全文摘要
本發明是一種磁場感應式遊戲杆，包括一操縱杆、一彈簧、一彈簧底座、一基座、一樞軸關節、一承載盤以及一磁場感測模塊。其中所述的操縱杆具有一把手，彈簧是套設在所述的操縱杆的杆體，彈簧底座是設置在所述的彈簧下方，且其下方設置有一基座以支撐的，又所述的基座上設有一樞軸關節，所述的樞軸關節開設有一上下連通的開口，使得操縱杆可由所述的樞軸關節的開口延伸而出，此外，承載盤是設置在所述的樞軸關節下方且與所述的操縱杆的底部連接而產生連動，又其上設有一磁性單元，其是設置在與所述的磁場感測模塊的相對位置處。所述的磁場感測模塊可憑藉偵測所述的承載盤移動時所造成的磁場強度變化，來判斷所述的承載盤的位置。
文檔編號G01R33/06GK101046699SQ200710000210
公開日2007年10月3日 申請日期2007年1月4日 優先權日2006年3月31日
發明者古煥隆 申請人:財團法人工業技術研究院