腳用鼠標(biāo)的研究與制作

徐文武，徐娙梅，蔡本曉

（杭州電子科技大學(xué)理學(xué)院，杭州 310018）

1 引言

鼠標(biāo)是PC最重要的輸入設(shè)備之一。隨著操作系統(tǒng)廣泛采用圖形界面，鼠標(biāo)在各種應(yīng)用程序中起著越來越重要的作用。在IEEE會(huì)議上第一個(gè)鼠標(biāo)正式露面以來，鼠標(biāo)從機(jī)械到光電，從有線到無線，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展變化。 鼠標(biāo)的使用令電腦操作更為簡(jiǎn)易，而風(fēng)靡全球的Windows操作系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用軟件的普及亦加速了鼠標(biāo)在PC間的廣泛應(yīng)用。

鼠標(biāo)從問世到現(xiàn)在，大致經(jīng)歷了四種技術(shù)上的變化：機(jī)械式鼠標(biāo)、光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)、光電式鼠標(biāo)和新型光電式鼠標(biāo)。目前由于機(jī)械式鼠標(biāo)精度有限、傳輸速度慢及壽命低，所以基本上已被淘汰，光電式鼠標(biāo)的定位精度多為機(jī)械式鼠標(biāo)的兩倍以上。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，沒有橡膠球、傳動(dòng)軸和光柵輪。要讓光電式鼠標(biāo)發(fā)揮出強(qiáng)大的功能，一定要配備一塊專用的感光板。發(fā)光二級(jí)管發(fā)出的一部分光照射到下面的感光板上反射回來被光敏元件吸收，另一部分光被感光板吸收而無反射，從而形成了高低電平交錯(cuò)的脈沖信號(hào)。

隨著時(shí)代日新月異的發(fā)展和人們需求不斷的提高，市場(chǎng)上涌現(xiàn)出一些新穎別致、獨(dú)具一格的鼠標(biāo)，如多個(gè)同時(shí)工作的鼠標(biāo)、六維鼠標(biāo)、可接收短信息的鼠標(biāo)、可“穿戴”的鼠標(biāo)、可保存網(wǎng)址的鼠標(biāo)等等。本“腳用鼠標(biāo)器”已經(jīng)獲得國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)。

2 腳用鼠標(biāo)的產(chǎn)生原因和特殊作用

2.1 傳統(tǒng)鼠標(biāo)的不足之處

現(xiàn)在有不少新穎的鼠標(biāo)，但是絕大部分鼠標(biāo)還是用手來操作的，多少年來一直被人們所習(xí)慣，但人們也發(fā)現(xiàn)了一些不足和需要完善之處：第一，對(duì)單一的點(diǎn)擊動(dòng)作不頻繁的操作，如玩游戲打撲克或棋類時(shí)，其動(dòng)作很少，相隔時(shí)間長(zhǎng)，老是彎著腰手握鼠標(biāo)在等對(duì)家出手，手臂會(huì)很酸，手指又很冷，尤其在冬天。第二，在使用鍵盤打字的過程中，中途偶爾要使用一下鼠標(biāo)，右手離開鍵盤一下又馬上要回來，會(huì)影響工作效率。是不是可以用腳來代替這個(gè)動(dòng)作呢？像駕駛員一樣，手腳并用。第三，一些手部殘疾患者，如果能用腳來操作計(jì)算機(jī)，他們也可以享受現(xiàn)代技術(shù)。

2.2 腳用鼠標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)

腳用鼠標(biāo)是由普通的光電鼠標(biāo)通過一系列改造形成的，其中操作包括移動(dòng)、單擊、雙擊、右擊和搓動(dòng)翻頁等。

使用腳用鼠標(biāo)的同時(shí)，原有普通鼠標(biāo)仍然可以使用，做到手腳并用，將克服現(xiàn)有鼠標(biāo)存在的上述不足之處，其優(yōu)點(diǎn)是：第一，對(duì)單一不頻繁的點(diǎn)擊或間隔時(shí)間長(zhǎng)的動(dòng)作，只要用腳部的移動(dòng)和腳板的左右擺動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)。既使人們的生活舒適度提高了，同時(shí)也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。第二，對(duì)打字者來說，中途有時(shí)要用一下鼠標(biāo)時(shí)，用“腳用鼠標(biāo)”可使其大大提高工作效率。 第三，給手部殘疾患者帶去了福音，他們也能玩電腦了。第四，手腳動(dòng)作的合理協(xié)調(diào)，對(duì)人體健康大有好處，“多動(dòng)腿腳，預(yù)防人老”這是俗話。第五，對(duì)現(xiàn)代職業(yè)病“鼠標(biāo)腕”、“鼠標(biāo)肘”有一定的遏制作用。

總之，腳用鼠標(biāo)能夠使人們更加輕松地使用電腦，提高生活舒適度和工作效率，同時(shí)又降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還具有一定的保健作用。腳用鼠標(biāo)能給人們的生活帶來不少的方便。

3 腳用鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)思路

腳用鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)思路是：使用簡(jiǎn)便、操作容易、通用性好、對(duì)環(huán)境要求不高。在實(shí)現(xiàn)過程中存在以下困難：

第一，把鼠標(biāo)嵌入鞋子內(nèi)部用腳的大拇指和小拇指點(diǎn)擊左鍵和右鍵，只能作演示用，因?yàn)槿瞬荒芸偞┩浑p鞋，夏天穿涼鞋，冬天就要穿棉鞋了，還有腳碼不同，導(dǎo)致一個(gè)人的腳用鼠標(biāo)通常不適合其他人使用；再者一雙嵌有鼠標(biāo)的鞋子不方便用來行走；換鞋比較麻煩，而且不衛(wèi)生。第二，把鼠標(biāo)翻個(gè)身做，左右鍵也要倒過來做，不動(dòng)鼠標(biāo)而是用穿著鞋的腳在其上移動(dòng)和點(diǎn)擊左右鍵；可以不要脫鞋，但是時(shí)間長(zhǎng)了鞋底的灰塵會(huì)塞住光的通路，影響鼠標(biāo)功能，且整個(gè)鼠標(biāo)的體積會(huì)做得很大，成本太高。第三，左右各自分開做，左右動(dòng)作難以協(xié)調(diào)，操作不方便，成本也高。

鑒于以上種種問題，我們的做法是：把鼠標(biāo)嵌在一塊100mm×150mm的木板或者塑料底板上。通常腳用鼠標(biāo)都是由右腳來操作的，按左鍵或者按右鍵怎么實(shí)現(xiàn)呢？我們?cè)O(shè)計(jì)了在底板上設(shè)置一條10mm×10×mm×150mm的摩擦力較好的材料做支撐腳板的底座（稱擱腳座），腳踩此座上定位，用腳的左傾或者右傾來完成鼠標(biāo)的左擊或者右擊操作。至于鼠標(biāo)的翻頁滾輪，我們把它轉(zhuǎn)移到底板的左內(nèi)側(cè)，需要滾動(dòng)鼠標(biāo)的滾輪時(shí)用左腳靠著墊板上裝滾輪的地方前后平行移動(dòng)就可以翻頁了。另外設(shè)計(jì)在鼠標(biāo)中間位置的一條鋼絲叫鼠標(biāo)提起帶，它的作用是當(dāng)需要一個(gè)方向更大距離地移動(dòng)光標(biāo)時(shí)，要提起腳使整個(gè)鼠標(biāo)離開平面而移動(dòng)位置。

4 腳用鼠標(biāo)的制作

腳用鼠標(biāo)的原理方框圖如圖1所示。腳用鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)及制作主要分以下幾個(gè)方面。

4.1 腳用鼠標(biāo)左右按鍵的改造和拓展

鼠標(biāo)的左右鍵（圖2）實(shí)際上是兩個(gè)1×2的微動(dòng)開關(guān)，擴(kuò)展鼠標(biāo)左右按鍵的方式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，把微動(dòng)開關(guān)上可用的兩只腳用電線引出，再接上另外的開關(guān)即可，目前可供選用的開關(guān)有薄膜開關(guān)、輕觸按鈕、微動(dòng)開關(guān)等。設(shè)計(jì)時(shí)用每一種開關(guān)都做一個(gè)樣品，再在上面附上一個(gè)腳踩的踏板，踏板作用類似鼠標(biāo)的左右按鍵，經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，選出一種綜合性能比較理想的開關(guān)。

本設(shè)計(jì)選用兩個(gè)型號(hào)為2A040的微動(dòng)開關(guān)作為腳用鼠標(biāo)左右鍵的拓展按鍵，其體積較小，相對(duì)于其他類型的按鍵也比較結(jié)實(shí)，且易于安裝，也可以選用和原鼠標(biāo)配套的同型號(hào)微動(dòng)開關(guān)。

4.2 腳用鼠標(biāo)滾輪的改造和拓展

光電鼠標(biāo)的滾輪大致有兩種，一種是通過光電擋光脈沖實(shí)現(xiàn)的，叫做光電式滾輪；另一種是通過機(jī)械通斷脈沖實(shí)現(xiàn)的，叫做機(jī)械式滾輪。光電式滾輪相對(duì)比較復(fù)雜，它有一個(gè)發(fā)光裝置和一個(gè)接收裝置，通過滾輪滾動(dòng)擋光實(shí)現(xiàn)其功能，對(duì)光線和距離的要求都很高，改動(dòng)起來非常困難。而機(jī)械式是通過齒輪和一個(gè)小金屬片咬合實(shí)現(xiàn)的，滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)小齒輪也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，和小金屬片不停開合實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)功能，非常方便移動(dòng)和改造。這里我們選用的是機(jī)械式滾輪，原先的滾輪體積太大，就把原先的滾輪去掉，僅留下滾輪桿，然后再用有機(jī)玻璃做一個(gè)比較小的滾輪，這樣便于把滾輪安裝到鼠標(biāo)墊板上。

4.3 腳用鼠標(biāo)靈敏度的調(diào)節(jié)

靈敏度調(diào)節(jié)是腳用鼠標(biāo)設(shè)計(jì)和制作中最為關(guān)鍵的問題。普通的手操作光電鼠標(biāo)的靈敏度相對(duì)比較高，把光標(biāo)指針從電腦屏幕一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)，17寸顯示器的左右距離是320mm，普通鼠標(biāo)實(shí)際僅需移動(dòng)65mm。約1∶5，而腳相對(duì)于手來說靈活程度比較低，因?yàn)槟_的活動(dòng)范圍大約是200mm，即要達(dá)到1∶1.5，所以必須降低鼠標(biāo)的靈敏度使之與腳相適應(yīng)。

我們應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單有效的辦法，就是在Windows下，“開始→設(shè)置→控制面板→鼠標(biāo)→指針選項(xiàng)→移動(dòng)”里，有一個(gè)“選擇指針移動(dòng)速度”的滑塊，如果把這個(gè)滑塊向“慢”的那個(gè)方向滑動(dòng)，就可以大大降低鼠標(biāo)指針的靈敏度，我們可以按照自己的需要把鼠標(biāo)靈敏度調(diào)節(jié)到適合的程度。腳用鼠標(biāo)實(shí)物外形圖如圖3所示。

5 結(jié)束語

本腳用鼠標(biāo)是由普通光電鼠標(biāo)經(jīng)過改造而成，既保持了光電鼠標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，又能很好地適應(yīng)腳的特點(diǎn)，由于光電敏感度很高，一般不能在普通地板上使用，需要一個(gè)比較大的鼠標(biāo)墊，在Windows下適當(dāng)設(shè)置控制面板里“選擇指針移動(dòng)速度”的滑塊后，光標(biāo)在屏幕上的移動(dòng)和鼠標(biāo)體的實(shí)際移動(dòng)距離由原來的1∶5變?yōu)?∶1.5，腳用鼠標(biāo)已經(jīng)使腳能很輕松地操作了，但是就象我們剛剛使用手用鼠標(biāo)一樣，要有一個(gè)熟練使用的過程，像腳的左傾或者右傾和雙擊等動(dòng)作，一般一星期時(shí)間基本達(dá)到熟練使用的程度。

［1］腳用鼠標(biāo).http://www.xiaoxiaotong.org/country/accessories/20020708163500.doc[EB/OL].

［2］徐文武，王興國(guó).腳用鼠標(biāo)器[P].中國(guó)專利：200520101728.x，2006.

［3］機(jī)械鼠標(biāo)的原理.http://www.ednchina.com/blog/tanly8236/8255/message.aspx[EB/OL].

［4］蔣松.最新鼠標(biāo)應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1995.