腕力球鼠标的设计*

宋丕伟，温佳澄，游谨豪，李 涛，郑晓龙

（大连科技学院，辽宁 大连 116052）

自我国进入了高速信息时代，计算机在诸多领域得到了广泛应用，推动了我国高精尖技术发展的同时，也服务于我们的生活，推动社会进步。而鼠标作为计算机周边产品中最重要的指令输入设备之一扮演着越来越重要的角色，在日常生活和工作中可谓不可或缺。产品性能与使用舒适度直接影响着操作者的工作效率与使用感受，但多数产品在长时间使用后都会带来不适，甚至引发关节部位疾病。本项目将腕力球与轨迹球鼠标巧妙结合，在解决了传统鼠标使用中可能带来的上述问题的前提下，又可以实现放松身体、锻炼肌肉的目的。

1 腕力球鼠标介绍

腕力球鼠标的功能实现与机械鼠标的工作原理相似。腕力球鼠标的内部包含一个可自由转动的滚动体以及两个方向的辊柱，滚动体靠摩擦力带动辊柱转动，从而实现通过滚动体的转动控制计算机屏幕上鼠标指针的移动。

腕力球鼠标的外壳采用球形设计，主要包含上下两个半球形壳体，两个球体通过螺纹进行连接。在进行样机模型制作之前，先通过三维软件绘制鼠标的虚拟样机，为清楚表达鼠标内部结构，将鼠标球形外壳设计为半透明状，所设计的鼠标虚拟样机如图1所示。为了进一步验证所设计鼠标的可行性，后期进行了鼠标样机的制作，通过3D打印技术制作鼠标样机模型如图2所示。

图1 腕力球鼠标虚拟样机

图2 腕力球鼠标样机制作

2 鼠标功能实现

腕力球鼠标在使用的时候，使用者将腕力球鼠标放在一个平稳的表面，然后右手包覆在腕力球鼠标上，通过手指滚动由鼠标壳体缺口部分露出的滚动体。在鼠标壳体内部，鼠标滚动体同时与水平X和垂直Y方向辊柱接触。当滚动体转动的时候，滚动体通过摩擦力带动X和Y方向辊柱转动，鼠标内部电路将两个方向辊柱的滚动信号转换为数字信号，再将这些数字信号转变为鼠标指针在屏幕上的坐标变化信号，从而控制屏幕上鼠标指针的位置。

3 腕力球功能实现

为不影响计算机工作，在使用腕力球功能时，需要断开鼠标与计算机的连接。腕力球鼠标实现腕力球功能主要依靠中间的滚动体，滚动体在惯性定律和角动量作用下持续旋转会产生强大力量带动手腕被动运动，手腕为保持静止，需要施力来克服这个被动运动，从而实现放松身体和锻炼肌肉的目的。腕力球鼠标滚动体内部的旋转装置结构如图3所示。滚动体内部的旋转装置固定于球壳内部的凹槽滑轨内侧，该旋转装置充当腕力球球芯使用。手动上紧球芯内发条使旋转装置获得初始动力，使旋转装置开始运动。

图3 腕力球鼠标内部结构

3.1 旋转装置的设计

因旋转装置在作鼠标和腕力球功能使用时需要对其工作形态做出不同要求。作为鼠标功能使用的时候，要求其必须平稳，不能因为角动量对轨迹球的运动造成影响。而作为轨迹球使用时，角动量对轨迹球运动要有影响。因此，旋转装置设计为球形外壳内置发条器以及伸缩轴的结构，如图4所示。

图4 球芯内部结构

当旋转装置作为鼠标用的时候，伸缩轴处于伸长状态，旋转装置不易旋转，从而保证滚动体的稳定性。当发条器处于压紧状态时，伸缩轴处于缩短状态，从而保证旋转装置在滚动体内可以自由转动，在此状态下角动量会对滚动体的运动造成影响。发条器的虚拟样机模型如图5所示。

图5 发条器

3.2 鼠标外壳的设计

鼠标的外壳少有球形设计，腕力球的外形设计为球形。外壳主要通过上下两个半球壳体连接而成。其中上半个壳体为带有缺口的半球壳体结构，如图6所示。带缺口的部分为手指转动滚动体位置。下半个壳体为底部带平面的半球壳体，形状类似于碗状。其中底部的平面主要用于鼠标平稳放置于工作表面，其外形如图7所示。

图6 上半壳体

图7 下半壳体

4 腕力球鼠标的优点

腕力球鼠标基本原理虽与传统轨迹球鼠标相似，但它解决了传统鼠标的各种缺点，同时具备目前主流鼠标所不具备的优点。腕力球鼠标的优点如下：

4.1 使用寿命长

传统鼠标在使用的过程中由于滚动体需要与桌面接触，使用一段时间后，容易将桌面上的灰尘等细小物品粘到滚动体上，导致信号无法准确传递至辊柱，使鼠标灵敏度降低。

腕力球鼠标的滚动体不直接与桌面接触，而是处于一个相对封闭的环境中，即使长时间使用，滚动体也不容易受到影响。一定程度上保证了滚动体的清洁度，进而保证了鼠标的使用寿命。同时鼠标外壳采用上、下半球螺纹连接设计，在不使用任何辅助工具的前提下就可以拆卸鼠标，取出滚动体，进行清洁、更换等操作。

4.2 使用舒适性高

传统鼠标在使用过程中，使用者需要长时间保持空心掌向下姿势。此时手臂骨骼处于非自然重叠交叉状态，有违正常形态，这也是长时间使用鼠标后引发不适感的关键原因所在。

腕力球鼠标采用球形外壳的设计，让使用者在抓取使用的过程中，完全贴合手部的同时也能接触到更大的面积。且无需接触面就可实现鼠标移动的操作方法将鼠标与双手从桌面解放，避免手掌向下使用鼠标使小臂骨骼长时间交叉带来的不适感，极大程度地提升了使用的舒适性。

5 结束语

本产品设计充分利用发散思维，将毫不相关的两项功能整合为一体设计出新型鼠标。在以优化传统鼠标功能为目的的前提下，设法对长期使用鼠标带来不适感这一问题着手解决，提出了在鼠标自身功能上做文章的新设想并付诸实践。不仅为鼠标在功能方面提出了新的定位，也为多功能鼠标的发展提供了新思路、新方向。