手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置的製作方法
2023-07-19 06:15:21 1
專利名稱:手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於文字或符號等信息輸入的裝置以及與之相關的模擬輸入的控制方法。具體涉及這樣一種手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置以及與之相關的操作控制方法，其中，當手指叩擊工作面時，安裝在指尖和指腹上的傳感器把叩擊的信息傳遞給控制處理單元，而安裝在手指關節部位的傳感器把對應手指的指關節的彎曲狀態的信息傳遞給控制處理單元，通過檢測手指關節的彎曲狀態及叩擊情況，可了解用戶的叩擊意圖，從而實現字符的輸入。
背景技術：
現有的字符輸入方式中，大多採用傳統的鍵盤輸入或手寫輸入。由於手寫輸入的識別率不高，輸入效率低，從而限制了其應用，鍵盤輸入方式一直是近幾十年來的主要的字符輸入方式，而常規鍵盤的體積大，佔用了較多的桌面空間且不便攜帶。
需要這樣一種設備，它體積小，重量輕，可方便地戴於手上，便於隨時使用及攜帶，不佔用桌面空間，且能方便、高效、準確地實現字符輸入。
發明內容構思本發明就是為了實現上述的目的。本發明的主要目的是提供一種能固定或穿戴於手上的，通過檢測用戶手指的叩擊動作及指關節的伸屈情況來檢測用戶的叩擊意圖，從而實現方便、高效、準確的字符輸入。
為了實現上述的目的，根據用戶使用鍵盤輸入文字時，用戶腕部基本固定，主要以腕關節的活動用指尖和指腹來叩擊鍵盤的鍵位，並主要以各手指的指關節的伸屈狀態，特別是近節指骨和中節指骨之間的指間間節的伸屈狀態來定位上下鍵位位置的這一特徵，把各手指的不同屈曲狀態進行定義，把雙手各手指的所在的指位(I母指，II食指，III中指，IV無名指，V小指)定義為列，把各手指對應的屈曲狀態定義為行，列出表格，以下稱這些表格為鍵位位置定義表。這樣，鍵位位置定義表中的每一小格對應相應的列與行，則每一小格對應相應的手指指位和該手指的特定的屈曲狀態。把表格中的對應一定行列的小格定義為類似常規鍵盤的鍵位，並把各對應相應行列的鍵位定義不同的鍵位意義。
在雙手的食指、中指、無名指、小指的指尖、指腹處以及雙手的母指側指腹處各安置一叩擊壓力傳感器，用於檢測各手指對工作面的叩擊動作。而在雙手的食指、中指、無名指、小指的各指間關節，特別是在近節指骨和中節指骨之間的指間間節處各安置一彎曲程度傳感器，用於檢測各手指關節的屈曲程度。另外也可在雙手的拇指的指間關節處各安置一彎曲程度傳感器，用於檢測拇指的指間關節的屈曲狀態。在用戶用本裝置輸入時，通過對用戶各手指的叩擊動作及屈曲程度的檢測，可得知用戶的叩擊動作代表的意義。
當用戶要輸入某一文字或信息時，用戶會首先根據鍵位位置定義表中各鍵位所定義的意義來查找到這一文字或信息對應的鍵位位置，並根據這一鍵位所對應的行列來控制對應的手指以相應的屈曲程度叩擊工作面。當用戶用對應的手指以相應的屈曲程度叩擊工作面時，安放在該手指指尖的叩擊壓力傳感器檢測到叩擊動作，而安放於該手指的指間關節處的彎曲程度傳感器則檢測到手指的彎曲程度。叩擊壓力傳感器和彎曲程度傳感器把檢測到的信息傳遞給處理控制單元作初步處理後，通過信息傳遞單元傳送給計算機等需要信息輸入的設備。處理控制單元和計算機等設備獲得作叩擊動作對應的手指的彎曲狀態後，根據先前對這一手指的指位及其彎曲程度在鍵位位置定義表中的定義，在鍵位位置定義表中找出所對應的鍵位，並根據先前對這一鍵位定義的意義，可得知用戶所作的叩擊動作所代表的意義，從而實現文字或信息的輸入。
該手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置包括叩擊壓力傳感器、彎曲程度傳感器、處理控制單元、信息傳遞單元。叩擊壓力傳感器，穿戴或固定於各手指的指尖、指腹處，把用戶對工作面的叩擊動作對其施加的壓力轉換為電信號，用於檢測用戶各手指對工作面的叩擊動作。彎曲程度傳感器，穿戴或固定於各手指的指間關節處，用戶指間關節的屈曲會帶動其屈曲，它能把其屈曲狀態轉換為電信號，以檢測用戶各手指關節的屈曲狀態。處理控制單元，用於處理叩擊壓力傳感器、彎曲程度傳感器檢測得到的電信號，以得到各手指的屈曲狀態及手指對工作面的叩擊狀態，並控制各傳感器的工作狀態。信息傳遞單元，用於處理控制單元與計算機等設備之間的信息傳輸。
通過結合附圖對給出的優選實施方式的以下描述，可使本發明的上述目的和特徵變得清楚。其中圖1是指間關節較伸展時的狀態，此時，指尖相對腕關節所觸及的位置較遠，固定於手指上的彎曲程度傳感器處於較伸展的狀態(以下稱這一狀態為狀態A)；圖2是指間關節稍屈曲時的狀態，此時指尖所觸及的位置較狀態A時稍近，固定於手指上的彎曲程度傳感器較狀態A時稍為彎曲(以下稱這一狀態為狀態B)；圖3是指間關節中度屈曲時的狀態，此時，指尖相對腕關節所觸及的位置較狀態B時更近，固定於手指上的彎曲程度傳感器較狀態B時更為彎曲(以下稱此時的狀態為狀態C)；圖4是指間關節較狀態C更為屈曲的狀態，此時各指間關節最為屈曲，指尖相對腕關節的位置更近，固定於手指上的彎曲程度傳感器較狀態C時更為彎曲(以下稱這一狀態為狀態D)；圖5是手戴式擬鍵盤字符輸入裝置的電路原理圖；圖6是叩擊壓力傳感器的一個優選實施例的正視圖；圖7是電阻式叩擊壓力傳感器的一個優選實施例的切面圖；圖8是電容式叩擊壓力傳感器的一個優選實施例的切面圖；圖9是電阻式彎曲程度傳感器的一個優選實施例的橫切面圖；圖10是圖9中的電阻式彎曲程度傳感器的縱切面圖；圖11是電容式彎曲程度傳感器的一個優選實施例的橫切面圖；圖12是圖11中的電容式彎曲程度傳感器的縱切面圖；圖13是手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置的單只手的傳感器及電路的分布圖；圖14是把食指、中指、無名指、小指的各種伸屈狀態分為4級，拇指只安裝叩擊壓力傳感器而不設彎曲程度傳感器時的鍵位位置定義表；圖15是把食指、中指、無名指、小指的各種伸屈狀態分為3級，母指只安裝叩擊壓力傳感器而不設彎曲程度傳感器時的鍵位位置定義表；圖16是把鍵位位置定義表分層，以增加可定義的鍵位數的立體圖。
具體實施方式下面將參照附圖詳細描述本發明的優選實施方式來表達本發明的內容。
上述附圖中，1、叩擊壓力傳感器，2、彎曲程度傳感器，3、半導體層，4、導電層，5、導電線，6、電容介質層，7、導電芯，8、防拉伸保護纖維，9、纖維包裹層，10、外保護層，11、腕關節，12、掌指關節，13、指間關節。
圖5中，叩擊壓力傳感器(1)和彎曲程度傳感器(2)把各手指的叩擊工作面的動作和各手指的伸屈狀態的信息傳遞給處理控制單元進行初步的處理，之後通過信息傳遞單元與計算機等設備進行信息的傳送。當用戶進行字符信息的輸入時，處理控制單元和計算機等設備根據彎曲程度傳感器和叩擊壓力傳感器所檢測的信息了解各手指的叩擊狀態和屈曲的程度，並依據鍵位位置定義表中對各手指的指位和其對應的屈曲狀態的定義，在鍵位位置定義表中找出相應的鍵位，並依據對這一鍵位所定義的意義可得知用戶叩擊動作所代表的輸入意義。
根據人們用鍵盤作字符輸入的使用習慣和人類對手指叩擊的控制能力與感知能力以及計算機等設備對字符輸入的需要，可將食指、中指、無名指、小指的屈曲程度分為一至數級，優選地將其分為3至4級，而把拇指的屈曲狀態分為2級(即屈和伸)或拇指不設彎曲程度傳感器。這樣，鍵位位置定義表格也對應相應的行數。圖14是把食指、中指、無名指、小指的伸屈狀態定義為4級，拇指只安裝叩擊壓力傳感器而不設彎曲程度傳感器時的鍵位位置定義表，表中每隻手可定義17個獨立鍵位。圖1、圖2、圖3、圖4是把手指的屈曲程度分為4級時，手指關節在不同的屈曲程度時的示意圖。圖1是指間關節處於較伸展的狀態，指尖相對腕關節所觸及的位置較遠，固定於手指並橫跨近節指節和中節指節的指間關節的長條形的彎曲程度傳感器處於較伸直的狀態(以下稱這一狀態為狀態A)，這時，彎曲程度傳感器的彎曲程度一般小於20度角，各手指所叩擊到的位置與圖14的鍵位位置定義表中相對應的行為伸屈狀態A的一行的鍵位。圖2是指間關節稍屈曲時的狀態，此時指尖所觸及的位置較狀態A時稍近，固定於手指上的彎曲程度傳感器較狀態A時稍為彎曲(以下稱這一狀態為狀態B)，這時，彎曲程度傳感器彎曲約為20至40度角，各手指所叩擊到的位置與圖14的鍵位位置定義表中相對應的行為伸屈狀態B的一行的鍵位。圖3是指間關節中度屈曲時的狀態，此時，指尖相對腕關節所觸及的位置較狀態B時更近，固定於手指上的彎曲程度傳感器較狀態B時更為彎曲(以下稱此時的狀態為狀態C)，這時，彎曲程度傳感器彎曲約為40至70度角，各手指所叩擊到的位置與圖14的鍵位位置定義表中相對應的行為伸屈狀態C的一行的鍵位。圖4是指間關節較狀態C更為屈曲的狀態，此時各指間關節最為屈曲，指尖相對腕關節的位置更近，固定於手指上的彎曲程度傳感器較狀態C時更為彎曲(以下稱這一狀態為狀態D)，這時，彎曲程度傳感器彎曲約為70至100度角，各手指所叩擊到的位置與圖14的鍵位位置定義表中相對應的行為伸屈狀態D的一行的鍵位。圖15是把食指、中指、無名指、小指的各種伸屈狀態分為3級，母指只安裝叩擊壓力傳感器而不設彎曲程度傳感器時，其鍵位位置定義表格的分布圖，圖中每隻手可定義13個獨立鍵位。對於手指的屈曲狀態的分級設定和鍵位的定義以及其組合鍵的定義，可視不同的應用需求以及用戶的使用習慣進行定製或由用戶自行設定。優選地，手指的屈曲狀態的級數設定常定義為3至4級，而鍵位義意的定義需結合手指的屈曲程度的分級而定義。圖14的鍵位位置定義表格中，雙手的可定義的獨立鍵位為34個，圖15的鍵位位置定義表格中，雙手的可定義的獨立鍵位為26個，這和平常的鍵盤一百多個鍵位的應用相差較遠，這需要引入鍵位位置定義表格的模擬分層方式，通過設定的組合鍵進行分層的轉換，可提供足夠的可定義的鍵位。圖16是多層鍵位位置定義表格的立體圖。
在前述提及的叩擊壓力傳感器和彎曲程度傳感器中，它可以使用電阻式傳感器或電容式傳感器、點觸開關、光學傳感器等各類傳感器。由於電阻式傳感器和電容式傳感器容易做成薄片狀或長條形，以方便地安置或固定於指尖指腹處和指關節處，以檢測手指叩擊工作面的壓力及指關節的屈曲程度，也可以根據各用戶的叩擊習慣進行個性化的調整，並且其生產成本不高，優選地，以下列舉幾個電阻式或電容式的叩擊壓力傳感器和彎曲程度傳感器。
圖6是叩擊壓力傳感器的一個優選實施例的正視圖，在圖中，叩擊壓力傳感器做成橢圓形以方便其安置或固定於手指的指尖或指腹處。
圖7是電阻式叩擊壓力傳感器的一個優選實施例的切面圖，圖中，電阻式叩擊壓力傳感器由上下兩面的外保護層(10)、導電層(4)和夾在中間的半導體層(3)構成。由於電阻式叩擊壓力傳感器需要彎曲地包在各手指指尖和指腹部，其各層均要採用軟性的物質，其中，半導體層(3)可採用粉狀或膠質狀物，也可採用液態的半導體凝膠或溶液等到。當電阻式叩擊壓力傳感器兩面受壓時，夾在中間的半導體層(3)受壓，其電阻值隨所受的壓力改變而變化，在上下兩面的導電層接上電壓，通過檢測流經電阻式叩擊壓力傳感器的電流變化，可得知電阻式叩擊壓力傳感器的所受的壓力。
圖8是電容式叩擊壓力傳感器的一個優選實施例的切面圖，圖中，電容式叩擊壓力傳感器由上下兩面的外保護層(10)、導電層(4)和夾在中間的電容介質層(6)構成。由於電容式叩擊壓力傳感器需要彎曲地包在各手指指尖和指腹部，其各層均要採用軟性的物質。當電容式叩擊壓力傳感器兩面受壓時，其兩邊的導電層(4)及夾在中間的電容介質層(6)受壓，其兩邊的導電層(4)相距更近，其電容值隨所受的壓力改變而變化，通過檢測其電容值的變化，可得知電容式叩擊壓力傳感器的所受的壓力。
圖9是電阻式彎曲程度傳感器的一個優選實施例的橫切面圖，圖10是圖9中的電阻式彎曲程度傳感器的縱切面圖，圖中，電阻式彎曲程度傳感器為圓柱形的長條狀，其各層由內向外分別為導電芯(7)、導電層(4)、半導體層(3)、導電層(4)、纖維包裹層(9)、外保護層(10)，它們由內向外層層包裹。由於電阻式彎曲程度傳感器需固定並橫跨於活動的指關節處，經常作伸屈動作，其各層均需採用軟質的材料，且需有較強的耐伸屈的特性。它最內層的導電芯(7)由導電線(5)和防拉伸保護纖維(8)組成，並與敷蓋在其外面的導電層(4)一起組成感應電阻的一個電極。半導體層(3)可為固態的粉狀物或軟的半導體膠質，也可為液態的半導體凝膠或溶液等。當電阻式彎曲程度傳感器彎曲時，加在半導體層(3)上的壓力發生變化，從而使其電阻值也發生變化，通過檢測電阻值的變化，可得知電阻式彎曲程度傳感器的彎曲程度。半導體層(3)中縱橫交錯有較多的防拉伸保護纖維(8)。半導體層(3)的再外層為導電層(4)，它由導電線(5)以及導電膠質組成，構成壓感電阻的另一電極。導電層(4)的再外一層為由防拉伸保護纖維保護纖維(8)縱橫交錯組成的纖維包裹層(9)，再外為外保護層(10)。在電阻式彎曲程度傳感器的各層勻較多地採用高強度的防拉伸保護纖維(8)，它可有效加強電阻式彎曲程度傳感器的機械強度，提高使用壽命。另外，在各層中，特別是在纖維包裹層(9)大量縱橫交錯地包裹防拉伸保護纖維(8)，可有效限制纖維包裹層(9)內的容積，當電阻式彎曲程度傳感器受力彎曲時，由於受纖維包裹層(9)的限制，會對其內容物施加較大的擠壓力，以提高電阻式彎曲程度傳感器的感受應靈敏度。
圖11是電容式彎曲程度傳感器的一個優選實施例的橫切面圖，圖12是圖11中的電容式彎曲程度傳感器的縱切面圖。圖中，電容式彎曲程度傳感器為圓柱形的長條狀，其各層由內向外分別為導電芯(7)、導電層(4)、電容介質層(6)、導電層(4)、纖維包裹層(9)、外保護層(10)，它們由內向外層層包裹。由於電容式彎曲程度傳感器需固定並橫跨於活動的指關節處，經常作伸屈動作，其各層均需採用軟質的材料，且需有較強的耐伸屈的特性。它最內層的導電芯(7)由導電線(5)和防拉伸保護纖維(8)組成，並與敷蓋在其外面的導電層(4)一起組成感應電容的一個電極。電容介質層(6)其兩邊的導電層(4)組成一雙極電容，當電容式彎曲程度傳感器彎曲時，其導電芯(7)、導電層(4)及夾在其間的電容介質層(6)受壓，其導電芯(7)和導電層(4)相距更近，其組成的電容的電容值隨彎曲時所受的壓力改變而變化，通過檢測其電容值的變化，可得知電容式彎曲程度傳感器的彎曲程度。包裹在其外的纖維包裹層(9)可提高其靈敏度和使用壽命。
手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置的叩擊壓力傳感器通常做成薄片狀，彎曲程度傳感器通常做成長條狀，它們可用膠布等直接固定，也可用皮革、布料等做成指套或手套，傳感器則安置於指套或手套上內。處理控制單元、信息傳送單元、供電單元等可以安置於指套或手套上，也可以固定於手腕等地方。
另外，由於本設備可移動性較強，且各用戶的使用的叩擊的觸發壓力、手指的彎曲程度、使用習慣以及鍵位的定義等的不同而使各用戶的設置存在差異，為使其在各計算機間方便交互使用而不需重新設置，可以在處理控制單元內引入息信保存模塊，以保存這些信息。
依照本發明的模擬鍵盤的字符輸入裝置具有以下的效果它體積小，重量輕，可方便地戴於手上，便於隨時使用及攜帶，不佔用桌面空間，且能方便、高效、準確地實現字符輸入。
本發明並不限於前面所述的實施例，本領域的普通的技術人員要理解的是可對它作出變化和改進，這不會脫離由所附加的權利要求
限定的本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種字符輸入裝置及其操作控制方法，其能檢測用戶手指的屈曲狀態和叩擊工作面的狀態以判斷用戶的輸入意義，該手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置包括叩擊壓力傳感器，穿戴或固定於各手指的指尖、指腹處，用戶用手指叩擊工作面時同時會對其施加相應的壓力，它能把對其施加的壓力轉換為電信號，以檢測用戶各手指對工作面的叩擊動作；彎曲程度傳感器，穿戴或固定於各手指的指間關節處，用戶指間關節的屈曲會帶動其屈曲，它能把其屈曲的狀態轉換為電信號，以檢測用戶各手指關節的屈曲狀態；處理控制單元，用於處理叩擊壓力傳感器、彎曲程度傳感器檢測得到的電信號，以得到各手指的屈曲狀態及手指對工作面的叩擊狀態，並控制各傳感器的工作狀態；信息傳遞單元，用於處理控制單元與計算機等設備之間的信息傳輸。
2.根據權利要求
1所述的手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置的操作控制方法中，把雙手各手指的所在的指位及各手指對應的屈曲狀態定義列與行，列出表格即鍵位位置定義表，把鍵位位置定義表中的對應一定行列的小格定義為類似常規鍵盤的鍵位，則各相應手指以及其對應的各種屈曲的狀態對應不同的鍵位，並把各對應相應行列的鍵位定義不同的鍵位意義。
3.根據權利要求
1所述的手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置，通過檢測用戶各手指的屈曲狀態及各手指對工作面的叩擊動作，並根椐權利要求
2所述的手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置的操作控制方法的鍵位位置定義表，可以判斷用戶的叩擊動作所代表的輸入意義。
4.根據權利要求
1所述的手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置，其中，叩擊壓力傳感器為薄片狀，以方便地彎曲安裝於手指的指尖和指腹處。
5.根據權利要求
1所述的手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置，其中，彎曲程度傳感器為長條狀，它安放並橫跨於各手指的指間關節，特別是各手指的近節指骨和中節指骨之間的指間關節，以檢測用戶各手指關節的屈曲狀態。
專利摘要
一種字符輸入裝置及其操作控制方法，其能檢測用戶手指的屈曲狀態和叩擊工作面的狀態以判斷用戶的輸入意義，該手戴式模擬鍵盤的字符輸入裝置包括叩擊傳感器、彎曲程度傳感器、處理控制單元、信息傳遞單元。在各手指指尖處安置一叩擊動作傳感器，用於測定各手指對工作面的叩擊動作。而在各手指的指間關節，特別是在近節指骨和中節指骨之間的指間間節處各安置一彎曲程度傳感器，用於檢測各手指關節的屈曲程度。在用戶用本裝置輸入時，通過對用戶各手指的叩擊動作及屈曲程度的檢測，可得知用戶的叩擊動作代表的意義。
文檔編號G06F3/01GK1996207SQ200610005254
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月5日
發明者鄧仕林 申請人:鄧仕林導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan