一种新型鼠标的设计

窦松海 黄 金

（上海电机学院，中国 上海 201101）

目前市场上的鼠标产品，在使用过程中要在鼠标垫上移动较大范围，占用空间较大，不适于在较小空间使用，也不适宜在不平整的表面使用，比如桌面不平整，就会使鼠标无法正常移动，无法准确定位；目前常规鼠标无法实现空中操作，总依赖要在另一个平面移动，才能实现定位，适用范围小。

1 结构方案提出

在图1中，采用了滚动球和光感芯片的相对移动，替代了传统的桌面和光感芯片的相对滑动；LED灯发出的光通过导光棱镜凸透镜1将LED发散光转变为平行光射向导光棱镜面1，反射的平行光射向导光棱镜面2，经导光棱镜面2反射的平行光射向滚动球的照亮区域（位于导光棱镜凸透镜2的正上方的球面上），球面的反射光经过导光棱镜凸透镜2汇聚后射向光感芯片镜头；光感芯片镜头通过不断地拍摄滚动球的照亮区域来获取滚动球的照亮部分的图像，经过对比前后图像的差异，经过芯片的内部的计算将获取的数据输出。

本设计移动鼠标，可以在较小空间使用；在不平整的表面使用不影响定位效果；能实现空中操作，不依赖要在另一个平面移动，就能实现定位，适用范围更广。

具体实施方式：

实施例1 操作方式1：放在桌面上，通过手指滚动球，实现鼠标的移动，配合左键，右键，滚轮和中间键来实现鼠标的功能。

实施例2 操作方式2：将鼠标握在手中，离开桌面，实现空中操作，其他操作如方式1。

2 建模

在主体的参数拟定后，我们就利用solidworks2013软件开始了建模过程，包括，鼠标外壳左、右，按钮，滚轮，微动开关等所有零件如图2、3 所示。

3 PCB板的推叠

PCB板的厚度做成1.6mm，Z方向定位好后再做出PCB板的长和宽，长和宽是根据在保证能够放下所有的电子零件，又和其他塑胶壳没有干涉的情况下设计的。PCB板的尺寸方面：为了免板边强度不够而断裂，孔边到板边的最小距离为1mm，为了便于加工，PCB板的外形设计是以简单，节省空间为目的来设计的；在确定尺寸时，为了便于组装，PCB板与外壳的装配间隙最少保留单边0.5mm以上，考虑到线缆要从上面绕到下面，还要留出走线的空间。

4 部分关键零部件的设计

根据相关资料，查得滚轮因其要通过10万次以上的滚动寿命测试，所以材质一般选择POM和PC。wheel最重要的部分是和编码器配合的六角头部分，六角头边到边的尺寸一般做到1.72±0.03mm(如下图)。

此尺寸太大，会造成中键弹力重，太小，会造成encoder掉格(即六角头打滑)，甚至在滚动wheel的时候出现异音。六角头插入encoder的长度一般取1.9mm，六角头设计得不要太长，靠wheel的内侧做一小于六角头的圆柱，六角头外侧做成倒角，这样既可减轻中键的手感又方便组装。如图7（右）所示。在做建模时要严格要求同轴度和同圆度要高，否则会影响操作手感。

橡胶套套在滚轮上，这样按中键的时候才舒适，硬度一般取50～60度，材质一般用橡胶或者硅胶。橡胶套外形做成圆形。内表面则做成槽形套在wheel上，内表面与滚轮外表面做成过盈配合，单边过盈量为0.2mm，这样才不会橡胶滚动时与滚轮产生打滑的现象。内圈槽边不要太高和太厚，高度和厚度都不要超过2mm，不然的话会很难组装。橡胶套设计成左右两边对称。

5 装配

在各零件建模完成后，我们开始实行了装配的过程，先从小装配体开始，然后逐个形成总装配体。

为了避免干涉的产生，干涉检查是借助软件solidworks的功能实现的.干涉检查还分静态干涉检查和动态干涉检查，静态干涉检查是指在组装好的情况下进行的检查，动态干涉检查是指零件在运动的时候或是零件在组装过程中的干涉检查。静态干涉检查进行比较容易，动态干涉检查进行起来就比较麻烦，但也不能不做。在运用运动仿真模块进行运动仿真时，当运动到某一个位置，它们之间的间隙变成最小时，检查了这个间隙值，看此间隙大于这些值的总和，发现了分干涉的地方，根据干涉情况，对模型进行了处理，避免了干涉的影响。

6 工程图

因为本设计所采用的实物加工手段为3D打印技术，并且建模过程中，每个零件都是按照1：1的比例建模而成，因此整个建模过程，就是一个完整的尺寸确定的过程，在使用3D打印技术进行加工时，首先要将solidworks生成的文件转换为STL格式，这个转换过程，可以直接使用solidworks完成，转换完成后就可以将文件导入3D打印机进行打印，打印完成后，进行打磨、上色等处理后，鼠标的外壳部分就完成了，打印完成的部分外壳实物，如图19所示。

此外，如果不采用3D打印技术，solidworks也可以直接根据建好的模型导出工程图，进行加工，这里就不再进行导出工程图的步骤了。

7 推广前景

这是一种全新的操作方式，可以有效节约我们的操作空间。通过酷炫的造型和舒适的操作感受可以给我们良好的视觉感受和减少我们的疲劳感。与传统的光电鼠标相比，可以更迅速、精准的定位，具有良好的市场前景。

［1］姚君.基于人机工程学知识的设计认知与应用方法研究[J].

［2］张同.产品系统设计[M].上海人民美术出版社.