一種新型鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)

竇松海 黃 金

（上海電機(jī)學(xué)院，中國 上海 201101）

目前市場上的鼠標(biāo)產(chǎn)品，在使用過程中要在鼠標(biāo)墊上移動(dòng)較大范圍，占用空間較大，不適于在較小空間使用，也不適宜在不平整的表面使用，比如桌面不平整，就會使鼠標(biāo)無法正常移動(dòng)，無法準(zhǔn)確定位；目前常規(guī)鼠標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)空中操作，總依賴要在另一個(gè)平面移動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)定位，適用范圍小。

1 結(jié)構(gòu)方案提出

在圖1中，采用了滾動(dòng)球和光感芯片的相對移動(dòng)，替代了傳統(tǒng)的桌面和光感芯片的相對滑動(dòng)；LED燈發(fā)出的光通過導(dǎo)光棱鏡凸透鏡1將LED發(fā)散光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馍湎驅(qū)Ч饫忡R面1，反射的平行光射向?qū)Ч饫忡R面2，經(jīng)導(dǎo)光棱鏡面2反射的平行光射向滾動(dòng)球的照亮區(qū)域（位于導(dǎo)光棱鏡凸透鏡2的正上方的球面上），球面的反射光經(jīng)過導(dǎo)光棱鏡凸透鏡2匯聚后射向光感芯片鏡頭；光感芯片鏡頭通過不斷地拍攝滾動(dòng)球的照亮區(qū)域來獲取滾動(dòng)球的照亮部分的圖像，經(jīng)過對比前后圖像的差異，經(jīng)過芯片的內(nèi)部的計(jì)算將獲取的數(shù)據(jù)輸出。

本設(shè)計(jì)移動(dòng)鼠標(biāo)，可以在較小空間使用；在不平整的表面使用不影響定位效果；能實(shí)現(xiàn)空中操作，不依賴要在另一個(gè)平面移動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)定位，適用范圍更廣。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1 操作方式1：放在桌面上，通過手指滾動(dòng)球，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的移動(dòng)，配合左鍵，右鍵，滾輪和中間鍵來實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能。

實(shí)施例2 操作方式2：將鼠標(biāo)握在手中，離開桌面，實(shí)現(xiàn)空中操作，其他操作如方式1。

2 建模

在主體的參數(shù)擬定后，我們就利用solidworks2013軟件開始了建模過程，包括，鼠標(biāo)外殼左、右，按鈕，滾輪，微動(dòng)開關(guān)等所有零件如圖2、3 所示。

3 PCB板的推疊

PCB板的厚度做成1.6mm，Z方向定位好后再做出PCB板的長和寬，長和寬是根據(jù)在保證能夠放下所有的電子零件，又和其他塑膠殼沒有干涉的情況下設(shè)計(jì)的。PCB板的尺寸方面：為了免板邊強(qiáng)度不夠而斷裂，孔邊到板邊的最小距離為1mm，為了便于加工，PCB板的外形設(shè)計(jì)是以簡單，節(jié)省空間為目的來設(shè)計(jì)的；在確定尺寸時(shí)，為了便于組裝，PCB板與外殼的裝配間隙最少保留單邊0.5mm以上，考慮到線纜要從上面繞到下面，還要留出走線的空間。

4 部分關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)資料，查得滾輪因其要通過10萬次以上的滾動(dòng)壽命測試，所以材質(zhì)一般選擇POM和PC。wheel最重要的部分是和編碼器配合的六角頭部分，六角頭邊到邊的尺寸一般做到1.72±0.03mm(如下圖)。

此尺寸太大，會造成中鍵彈力重，太小，會造成encoder掉格(即六角頭打滑)，甚至在滾動(dòng)wheel的時(shí)候出現(xiàn)異音。六角頭插入encoder的長度一般取1.9mm，六角頭設(shè)計(jì)得不要太長，靠wheel的內(nèi)側(cè)做一小于六角頭的圓柱，六角頭外側(cè)做成倒角，這樣既可減輕中鍵的手感又方便組裝。如圖7（右）所示。在做建模時(shí)要嚴(yán)格要求同軸度和同圓度要高，否則會影響操作手感。

橡膠套套在滾輪上，這樣按中鍵的時(shí)候才舒適，硬度一般取50～60度，材質(zhì)一般用橡膠或者硅膠。橡膠套外形做成圓形。內(nèi)表面則做成槽形套在wheel上，內(nèi)表面與滾輪外表面做成過盈配合，單邊過盈量為0.2mm，這樣才不會橡膠滾動(dòng)時(shí)與滾輪產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象。內(nèi)圈槽邊不要太高和太厚，高度和厚度都不要超過2mm，不然的話會很難組裝。橡膠套設(shè)計(jì)成左右兩邊對稱。

5 裝配

在各零件建模完成后，我們開始實(shí)行了裝配的過程，先從小裝配體開始，然后逐個(gè)形成總裝配體。

為了避免干涉的產(chǎn)生，干涉檢查是借助軟件solidworks的功能實(shí)現(xiàn)的.干涉檢查還分靜態(tài)干涉檢查和動(dòng)態(tài)干涉檢查，靜態(tài)干涉檢查是指在組裝好的情況下進(jìn)行的檢查，動(dòng)態(tài)干涉檢查是指零件在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候或是零件在組裝過程中的干涉檢查。靜態(tài)干涉檢查進(jìn)行比較容易，動(dòng)態(tài)干涉檢查進(jìn)行起來就比較麻煩，但也不能不做。在運(yùn)用運(yùn)動(dòng)仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到某一個(gè)位置，它們之間的間隙變成最小時(shí)，檢查了這個(gè)間隙值，看此間隙大于這些值的總和，發(fā)現(xiàn)了分干涉的地方，根據(jù)干涉情況，對模型進(jìn)行了處理，避免了干涉的影響。

6 工程圖

因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)所采用的實(shí)物加工手段為3D打印技術(shù)，并且建模過程中，每個(gè)零件都是按照1：1的比例建模而成，因此整個(gè)建模過程，就是一個(gè)完整的尺寸確定的過程，在使用3D打印技術(shù)進(jìn)行加工時(shí)，首先要將solidworks生成的文件轉(zhuǎn)換為STL格式，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程，可以直接使用solidworks完成，轉(zhuǎn)換完成后就可以將文件導(dǎo)入3D打印機(jī)進(jìn)行打印，打印完成后，進(jìn)行打磨、上色等處理后，鼠標(biāo)的外殼部分就完成了，打印完成的部分外殼實(shí)物，如圖19所示。

此外，如果不采用3D打印技術(shù)，solidworks也可以直接根據(jù)建好的模型導(dǎo)出工程圖，進(jìn)行加工，這里就不再進(jìn)行導(dǎo)出工程圖的步驟了。

7 推廣前景

這是一種全新的操作方式，可以有效節(jié)約我們的操作空間。通過酷炫的造型和舒適的操作感受可以給我們良好的視覺感受和減少我們的疲勞感。與傳統(tǒng)的光電鼠標(biāo)相比，可以更迅速、精準(zhǔn)的定位，具有良好的市場前景。

［1］姚君.基于人機(jī)工程學(xué)知識的設(shè)計(jì)認(rèn)知與應(yīng)用方法研究[J].

［2］張同.產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].上海人民美術(shù)出版社.