一种多快捷3D鼠标的制作方法

本发明属于计算机外部设备，尤其涉及一种面向专业设计、影像处理、工业控制场景的具备3d空间六自由度交互能力、多矩阵可编程按键及触控显示屏的多快捷3d鼠标。

背景技术：

1、随着数字创意、工业设计与远程办公领域的快速发展，用户对鼠标的交互效率与场景适配能力提出了更高要求。当前海外头部品牌已推出多键可编程鼠标产品，支持最高26000dpi采样精度与8000万次按键寿命，部分产品集成基础力反馈功能，在电竞与专业设计领域占据主导地位。但现有高端产品普遍存在三大核心缺陷：其一，3d空间交互与多按键协同能力不足，三维操控与快捷指令相互独立，无法形成联动操作；其二，场景适配智能化程度低，针对建筑设计、医疗影像、音视频编辑等专业场景缺乏深度定制的快捷方案；其三，定制化灵活性有限，参数配置依赖上位机软件，现场调整效率低，且高端产品价格居高不下，性价比优势不足。

2、国内多键鼠标市场呈高速增长态势，2025年多键鼠标出口量达1.2亿件，雷柏、达尔优等本土品牌在中低端市场份额逐步扩大，核心元器件国产化率提升至68%。技术层面，国内厂商已实现低延迟无线传输、基础宏编程等功能突破，但在3d空间姿态传感、多传感器融合算法、高耐用性多按键一体化设计等高端技术领域仍存在明显短板，市场上缺乏兼具3d六自由度交互能力与多快捷按键的一体化专业产品，无法满足专业领域高效操作的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提出一种集成多可编程按键与触控屏的多快捷3d鼠标，解决现有产品中3d空间交互与多快捷按键协同性差、专业场景适配深度不足、定制化配置效率低、操作复杂度高的问题，同时通过高国产化模块化架构实现高性能与高性价比的平衡，实现3d空间交互、多按键快捷操作与可视化触控配置的深度融合，有效提升专业场景操作效率，降低高端3d交互外设的使用成本。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种多快捷3d鼠标，包括核心控制单元、通信单元、存储单元、3d传感单元、按键交互单元、触控显示单元、灯光反馈单元与电源管理单元；

4、所述核心控制单元分别与3d传感单元、按键交互单元、触控显示单元、灯光反馈单元、电源管理单元电性连接，作为系统主控中枢，用于外设调度、数据处理、指令映射与双向通信交互；

5、所述通信单元采用usb高速通信架构，实现鼠标与上位机之间的双向数据传输；

6、所述存储单元通过fmc外部存储接口与核心控制单元连接，用于扩展系统运行内存；

7、所述3d传感单元采用多psd正交光学传感架构，用于采集用户操控产生的三维六自由度姿态数据，并将姿态数据传输至核心控制单元；

8、所述按键交互单元采用矩阵式柔性按键电路板，设置多路自定义功能映射的物理快捷按键，用于向核心控制单元输入快捷操作指令；

9、所述触控显示单元集成触控显示屏，用于可视化展示设备导航状态与应用程序对应的按键映射信息，并支持触摸输入以调整配置参数；

10、所述灯光反馈单元包括可编程rgb灯板，与核心控制单元的gpio接口连接，用于提供按键背光照明与交互状态视觉反馈；

11、所述电源管理单元从usb接口获取输入电压，经多级电压转换电路为各单元提供对应幅值的稳定工作电源。

12、作为本发明的进一步方案，所述核心控制单元采用stm32系列主控芯片。

13、作为本发明的进一步方案，所述通信单元包括type-c连接器与usb phy芯片；所述type-c连接器作为物理接口接入usb线材，usb 2.0高速差分信号传输至usb phy芯片，完成物理层协议处理与电平转换后，通过ulpi并行接口传输至核心控制单元，实现鼠标与上位机的双向高速通信，支持hid设备枚举、自定义指令传输与固件升级。

14、作为本发明的进一步方案，所述存储单元采用sdram芯片，容量为128mb，通过核心控制单元的fmc外部存储接口连接，用于扩展系统运行内存、缓存图形显示数据与运算中间变量。

15、作为本发明的进一步方案，所述3d传感单元包括协处理器、3个正交布置的psd位置敏感探测器、红外led光源、狭缝光阑以及弹性复位机械结构；

16、所述3d传感单元采用内外双环机械结构：内环为活动式的操控摇杆部件，集成安装有红外led光源与精密狭缝光阑；外环为固定于壳体的基座，在三个正交方向分别对应布置一维psd位置敏感探测器；内环与外环之间通过弹性复位件连接，无外力操控时自动复位至中心位置；

17、用户操控摇杆带动内环偏移时，红外led光束经狭缝投射至psd感光面形成光斑，psd输出与光斑位置对应的光电流信号，经信号调理电路完成i/v转换与放大滤波后，由协处理器通过内置sar adc采集三路电压信号，基于几何建模构建非线性方程组，通过牛顿迭代法解算得到x/y/z轴平移量与x/y/z轴旋转量共六自由度姿态数据并上传至核心控制单元。

18、作为本发明的进一步方案，所述协处理器内置sar型模数转换器；

19、所述信号调理电路包括运算放大器与多路模拟开关；psd输出的微弱光电流经运算放大器完成i/v转换与信号放大，再经多路模拟开关分时选通后输入协处理器的模数转换端口；

20、协处理器基于预设几何模型建立光斑位置与摇杆位姿的非线性映射方程组，通过牛顿迭代法求解方程组，得到沿x/y/z轴的平移量tx/ty/tz与绕x/y/z轴的旋转量rx/ry/rz共六自由度姿态数据。

21、作为本发明的进一步方案，所述按键交互单元为6×6矩阵按键柔性电路板，通过gpio矩阵接口与核心控制单元连接，提供36个可编程物理按键输入；所述按键交互单元采用行扫描、列检测的矩阵扫描方式，通过12个gpio引脚实现36个按键的输入识别；全部物理按键支持全自定义编程，可预设多套场景化按键映射方案，分别对应建筑设计、音视频编辑、医疗影像、工业控制不同场景的专属快捷指令。

22、作为本发明的进一步方案，所述触控显示单元为5.2英寸触控显示屏，显示通道通过2通道mipi接口连接核心控制单元，触摸通道通过i2c接口连接核心控制单元；所述触控显示屏展示的信息包括设备连接状态、当前激活场景的按键映射表、三维传感灵敏度参数，用户可通过触摸操作直接切换工作场景、修改按键映射关系、调整三维交互参数，无需依赖上位机软件。

23、作为本发明的进一步方案，所述灯光反馈单元集成36颗可编程rgbled灯珠组成的灯板，与核心控制单元的gpio及pwm控制接口连接，独立控制每颗led灯珠的颜色、亮度与动态效果；所述灯光反馈单元用于按键分区颜色标识、按键触发反馈、场景切换提示以及自定义氛围灯效。

24、作为本发明的进一步方案，所述灯光反馈单元的36颗rgb灯珠与36个物理按键一一对应布置；支持自定义背光颜色与亮度，按键按下时对应灯珠产生视觉反馈，同时可通过不同灯光效果指示设备连接状态、场景模式与3d传感工作状态。

25、作为本发明的进一步方案，所述电源管理单元以usb总线5v电压为输入，包括三级电压转换电路：

26、第一级为dcdc降压电路，采用dcdc降压芯片将5v输入转换为3.3v主电源，为核心控制单元、存储单元、触控显示模组与usb物理层芯片供电；

27、第二级为ldo线性降压电路，采用低压差稳压器将3.3v转换为1.8v辅助电源，为显示屏接口电路与核心控制单元内核部分电路供电；

28、第三级为升压恒流电路，采用升压驱动芯片将5v输入升压至显示屏背光工作电压，以恒流方式驱动触控显示屏的背光电路。

29、作为本发明的进一步方案，所述多快捷3d鼠标还包括调试单元；所述调试单元采用swd串行调试接口，直接连接核心控制单元的调试引脚，用于固件烧录与在线调试。

30、作为本发明的进一步方案，所述多快捷3d鼠标的壳体内部采用分区布局：5.2英寸触控屏布置于上盖靠前区域，36个矩阵按键分区域布置于触控屏两侧与后方，3d传感模组布置于上盖侧方拇指操作区域，主控pcb水平布置于壳体中部，各功能模块通过柔性排线与主控板连接；按键布局支持左右手适配，type-c接口布置于鼠标尾部。

31、作为本发明的进一步方案，所述核心控制单元还内置多套场景配置文件，针对建筑设计、音视频编辑、医疗影像处理等专业场景分别预设专属按键映射方案与三维交互参数；医疗影像场景预设窗宽窗位调节、断层切换、测量工具快捷映射；建筑设计场景预设视图旋转、画布缩放、图层管理快捷映射；音视频场景预设时间轴控制、剪辑操作、轨道切换快捷映射；场景配置文件支持通过物理快捷按键或触控显示屏一键切换。

32、与现有技术相比，本技术所提供的多快捷3d鼠标，具有以下有益效果：

33、本发明所提供的多快捷3d鼠标，集成3d六自由度传感与36个可编程物理按键，将3d模型操作与场景快捷指令深度融合，替代传统复杂快捷键组合，在建筑设计、医疗影像等专业场景中可提升操作效率；搭载触控显示屏，进行可视化展示按键映射方案与设备状态，支持触控直接切换场景配置、调整交互参数，无需依赖上位机软件，大幅降低定制化操作门槛；支持多场景按键映射预设与多设备通道快速切换，可同时适配专业设计、音视频剪辑、工业控制、远程办公等多元场景，降低多场景下的操作复杂度。