腕力球鼠標的設計*

宋丕偉，溫佳澄，游謹豪，李 濤，鄭曉龍

（大連科技學院，遼寧 大連 116052）

自我國進入了高速信息時代，計算機在諸多領域得到了廣泛應用，推動了我國高精尖技術發展的同時，也服務于我們的生活，推動社會進步。而鼠標作為計算機周邊產品中最重要的指令輸入設備之一扮演著越來越重要的角色，在日常生活和工作中可謂不可或缺。產品性能與使用舒適度直接影響著操作者的工作效率與使用感受，但多數產品在長時間使用后都會帶來不適，甚至引發關節部位疾病。本項目將腕力球與軌跡球鼠標巧妙結合，在解決了傳統鼠標使用中可能帶來的上述問題的前提下，又可以實現放松身體、鍛煉肌肉的目的。

1 腕力球鼠標介紹

腕力球鼠標的功能實現與機械鼠標的工作原理相似。腕力球鼠標的內部包含一個可自由轉動的滾動體以及兩個方向的輥柱，滾動體靠摩擦力帶動輥柱轉動，從而實現通過滾動體的轉動控制計算機屏幕上鼠標指針的移動。

腕力球鼠標的外殼采用球形設計，主要包含上下兩個半球形殼體，兩個球體通過螺紋進行連接。在進行樣機模型制作之前，先通過三維軟件繪制鼠標的虛擬樣機，為清楚表達鼠標內部結構，將鼠標球形外殼設計為半透明狀，所設計的鼠標虛擬樣機如圖1所示。為了進一步驗證所設計鼠標的可行性，后期進行了鼠標樣機的制作，通過3D打印技術制作鼠標樣機模型如圖2所示。

圖1 腕力球鼠標虛擬樣機

圖2 腕力球鼠標樣機制作

2 鼠標功能實現

腕力球鼠標在使用的時候，使用者將腕力球鼠標放在一個平穩的表面，然后右手包覆在腕力球鼠標上，通過手指滾動由鼠標殼體缺口部分露出的滾動體。在鼠標殼體內部，鼠標滾動體同時與水平X和垂直Y方向輥柱接觸。當滾動體轉動的時候，滾動體通過摩擦力帶動X和Y方向輥柱轉動，鼠標內部電路將兩個方向輥柱的滾動信號轉換為數字信號，再將這些數字信號轉變為鼠標指針在屏幕上的坐標變化信號，從而控制屏幕上鼠標指針的位置。

3 腕力球功能實現

為不影響計算機工作，在使用腕力球功能時，需要斷開鼠標與計算機的連接。腕力球鼠標實現腕力球功能主要依靠中間的滾動體，滾動體在慣性定律和角動量作用下持續旋轉會產生強大力量帶動手腕被動運動，手腕為保持靜止，需要施力來克服這個被動運動，從而實現放松身體和鍛煉肌肉的目的。腕力球鼠標滾動體內部的旋轉裝置結構如圖3所示。滾動體內部的旋轉裝置固定于球殼內部的凹槽滑軌內側，該旋轉裝置充當腕力球球芯使用。手動上緊球芯內發條使旋轉裝置獲得初始動力，使旋轉裝置開始運動。

圖3 腕力球鼠標內部結構

3.1 旋轉裝置的設計

因旋轉裝置在作鼠標和腕力球功能使用時需要對其工作形態做出不同要求。作為鼠標功能使用的時候，要求其必須平穩，不能因為角動量對軌跡球的運動造成影響。而作為軌跡球使用時，角動量對軌跡球運動要有影響。因此，旋轉裝置設計為球形外殼內置發條器以及伸縮軸的結構，如圖4所示。

圖4 球芯內部結構

當旋轉裝置作為鼠標用的時候，伸縮軸處于伸長狀態，旋轉裝置不易旋轉，從而保證滾動體的穩定性。當發條器處于壓緊狀態時，伸縮軸處于縮短狀態，從而保證旋轉裝置在滾動體內可以自由轉動，在此狀態下角動量會對滾動體的運動造成影響。發條器的虛擬樣機模型如圖5所示。

圖5 發條器

3.2 鼠標外殼的設計

鼠標的外殼少有球形設計，腕力球的外形設計為球形。外殼主要通過上下兩個半球殼體連接而成。其中上半個殼體為帶有缺口的半球殼體結構，如圖6所示。帶缺口的部分為手指轉動滾動體位置。下半個殼體為底部帶平面的半球殼體，形狀類似于碗狀。其中底部的平面主要用于鼠標平穩放置于工作表面，其外形如圖7所示。

圖6 上半殼體

圖7 下半殼體

4 腕力球鼠標的優點

腕力球鼠標基本原理雖與傳統軌跡球鼠標相似，但它解決了傳統鼠標的各種缺點，同時具備目前主流鼠標所不具備的優點。腕力球鼠標的優點如下：

4.1 使用壽命長

傳統鼠標在使用的過程中由于滾動體需要與桌面接觸，使用一段時間后，容易將桌面上的灰塵等細小物品粘到滾動體上，導致信號無法準確傳遞至輥柱，使鼠標靈敏度降低。

腕力球鼠標的滾動體不直接與桌面接觸，而是處于一個相對封閉的環境中，即使長時間使用，滾動體也不容易受到影響。一定程度上保證了滾動體的清潔度，進而保證了鼠標的使用壽命。同時鼠標外殼采用上、下半球螺紋連接設計，在不使用任何輔助工具的前提下就可以拆卸鼠標，取出滾動體，進行清潔、更換等操作。

4.2 使用舒適性高

傳統鼠標在使用過程中，使用者需要長時間保持空心掌向下姿勢。此時手臂骨骼處于非自然重疊交叉狀態，有違正常形態，這也是長時間使用鼠標后引發不適感的關鍵原因所在。

腕力球鼠標采用球形外殼的設計，讓使用者在抓取使用的過程中，完全貼合手部的同時也能接觸到更大的面積。且無需接觸面就可實現鼠標移動的操作方法將鼠標與雙手從桌面解放，避免手掌向下使用鼠標使小臂骨骼長時間交叉帶來的不適感，極大程度地提升了使用的舒適性。

5 結束語

本產品設計充分利用發散思維，將毫不相關的兩項功能整合為一體設計出新型鼠標。在以優化傳統鼠標功能為目的的前提下，設法對長期使用鼠標帶來不適感這一問題著手解決，提出了在鼠標自身功能上做文章的新設想并付諸實踐。不僅為鼠標在功能方面提出了新的定位，也為多功能鼠標的發展提供了新思路、新方向。