CN102177490A

CN102177490A - 具有数据通信接口的触觉型人机接口

Info

Publication number: CN102177490A
Application number: CN2009801398719A
Authority: CN
Inventors: 塞巴斯蒂安·谢纳
Original assignee: Sensitive Object SA
Current assignee: Elo Touch Solutions Inc
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-09-07
Also published as: WO2010040489A1; US8896429B2; US20110234387A1; EP2175348A1; JP2012505451A

Abstract

本发明涉及包括接口表面在内的触觉型人机接口，所述接口表面包括用于将所述接口表面上的冲击变换为输入电信号的装置，以及被配置为用于与至少第一设备和第二设备进行数据通信的数据接口装置。在该配置中，在不将所述第一设备和所述第二设备接触的情况下，能够在这两个设备之间提供数据通信。此外，本发明涉及包括这种触觉型人机接口的分隔单元，以及包括这种分隔单元的系统，如自动贩卖机、自动柜员机等。

Description

具有数据通信接口的触觉型人机接口

技术领域

本发明涉及触觉型人机接口、包括人机接口的分隔单元，以及使用这种人机接口来接收和发送数据的方法。

背景技术

对于电子设备(例如，计算机屏幕)或手持设备(例如移动电话)，触觉型或触敏型人机接口正变得越来越流行。最近的技术进步已经使得甚至能够将几乎任何表面变为触觉型人机接口。例如，基于对声学信号的分析，可以将诸如家具或墙壁之类的表面变为触觉型人机接口。在该情况下，可以将经由触觉型人机接口控制的机器(例如，计算机等等的电子设备)布置在远程位置处。例如，在自动贩卖机(例如，用于出售邮票、报纸或交通票据)中，触觉型人机接口是机器外壳的前部的一部分，并且将控制整个自动贩卖机的计算机放在位于自动贩卖机后部的产品之后。由于人机接口和电子设备之间的空间分隔，在必须进行与电子设备的数据传输的情况下(例如，维护活动)，则必须打开自动贩卖机。

发明内容

为此，本发明的目标是简化在如上所述的环境中的数据交换。

使用根据权利要求1所述的触觉型人机接口来实现该目标。该创造性的触觉型人机接口包括接口表面和数据接口装置，接口表面包括用于将该接口表面上的冲击变换为输入电信号的装置，且数据接口装置被配置为提供与至少第一设备和第二设备的数据通信。

通过在被配置为允许数据交换的人机接口和至少两个设备(例如，诸如计算机的电子设备和第二设备)之间提供数据接口，不再需要经由电子设备的数据接口在第二设备和第一电子设备之间直接执行数据传输，而是通过人机接口来进行数据传输。

有利地，数据接口装置可以被配置为提供针对第一设备和第二设备的数据通信，其中，第一设备和/或第二设备是布置在远程的。在这种情况下，即使将电子设备安置在远程的不可接入的位置上，在不必到达电子设备的情况下，数据传输(例如，用于上载或下载文件或者用于进行维护活动的数据传输)也变得可能。

优选地，数据接口装置被配置为提供与第一设备和/或第二设备的无线数据通信。在该情况下，极大地增强了与在人机接口和至少这两个电子设备之间的数据传输相关的灵活性。

有利地，第一数据接口和/或第二数据接口可以基于以下至少一项标准来提供数据传输：NFC、RFID、GSM、GPRS、Bluetooth、ZigBee、EDGE、UMTS；HSDPA、Wi-Fi、Wi-Max、WUSB、HSUPA。从而，为了增强灵活性，可以用根据本发明的触觉型人机接口来实现任何类型的无线标准。

根据优选实施例，数据接口装置可以包括第一数据接口和至少一个第二数据接口，其中，第一数据接口被配置为用于与第一电子设备进行数据通信，第二数据接口被配置为用于与第二设备进行数据通信，具体地是与远程和/或移动设备进行数据通信。通过提供针对不同设备的专用数据接口，可以单独考虑到特殊的要求，例如，数据安全。从而，增强了系统的灵活性。优选地，第一数据接口和第二数据接口可以被配置为使得可以将数据从第一数据接口发送到第二数据接口，且反之亦然，以允许在第一设备和第二设备之间的数据传输。

优选地，触觉型人机接口还可以包括处理单元，用于通过输入电信号来确定接口表面上的冲击的位置的坐标。这样，触觉型人机接口可以提供标准化的输出，且不需要向接收定位信息的电子设备提供特殊的硬件或程序。优选地，数据接口装置被配置为向第一设备和第二设备中的至少一个设备发送该坐标。

有利地，接口表面可以是透明的、半透明的、或不透明的。在透明或半透明的情况下，触觉型人机接口的用户可以从位于交互表面后面的屏幕接收信息，或者接收被投影到该人机接口上的图像。通过将不透明的接口表面与两个数据接口结合使用，也可以将根据本发明的人机接口应用到不想让用户看到使用人机接口的设备的内部的情况。

优选地，用于变换的装置可以包括附着到接口表面的至少一个压电传感器，用于将接口表面上的冲击所导致的声学信号变换为对应的冲击电信号。然而，本发明不限于基于对声学信号的识别的触觉型人机接口，可以使用任何技术，例如电阻性、电容性、表面声波、光学或红外技术。然而，基于声学信号的触觉具有下述优势：可以使用能够支持声波的任何材料作为交互表面。

还使用根据权利要求8的分隔单元来实现本发明的目标。该创造性的分隔单元(具体地是墙、窗户或者门)包括如上所述的触觉型人机接口。通过将数据接口从连接到人机接口的电子设备移动到人机接口本身，能够将电子设备安置在任何地方，同时可以将用于人的输入以及用于与第二设备的数据输入和输出能力相关的人机接口安置在需要的地方，且与该电子设备的位置无关。例如，可以将商店窗户变成人机接口，并且通过使用该人机接口(商店窗户)的数据接口装置，客户即使在营业时间之后也可以向电子设备传输数据，例如可以将客户希望打印在纸上的数字相片输入到商店计算机中。

根据优选实施例，分隔单元的接口表面可以是该分隔单元必不可少的一部分。从而，将接口表面和分隔单元优选地做成一体。例如，其可以是商店窗户、门的木板或者桌子等。

本发明还涉及包括第一电子设备和如上所述的分隔单元的系统，具体地是自动贩卖机、自动柜员机、电子信息点或广告招贴板。使用这种系统，可以实现以上已经通过人机接口和/或分隔单元所描述的相同优势。

优选地，该系统还可以包括外壳以及外壳内的第一电子设备(具体地是计算机)，其中，外壳还包括如上所述的分隔单元。由于人机接口提供了所有必需的数据接口，可以在外部和安置在系统内的第一电子设备之间发生数据交换，而不需要打开该系统。

根据优选实施例，第一电子设备可以从外壳之外不可见。从而，即使没有看到电子设备且无法接入电子设备，第二设备和第一电子设备之间的数据交换仍然是可能的。

本发明还涉及接收和发送数据的方法，具体地使用根据权利要求1至7中任一项所述的触觉型人机接口，或使用根据权利要求8或9所述的分隔单元，或使用根据权利要求10至12中任一项所述的系统，该方法包括以下步骤：

a)经由数据接口装置，接收接口表面上的冲击，并将所述冲击变换为输入电信号或变换为已通过所述输入电信号所确定的所述冲击的位置的坐标，以及

b)经由所述数据接口装置从第一设备接收第一输入数据，并经由所述数据接口装置向第二设备输出所述输入数据，和/或反其道行之。

从而，如上面已详细描述的，已经将用于远程设备和固定电子设备之间的数据传输的接口从固定电子设备移动到触觉型人机接口。这使得这些设备的使用更加灵活。

有利地，第一输入数据可以包括用户识别数据和/或针对用于变换的装置和/或第二电子设备的固件数据，具体地，由布置在远程的第一设备提供。提供用户识别数据允许对人机接口个性化，并且通过提供固件数据，简化了对上述系统的维护。

优选地，第一输入数据可以包括用于修改第二设备的图形用户界面的指令。从而，使用例如商店窗户应用中的触觉型人机接口，能够基于由安置在商店之外的第一设备(优选地，远程设备)提供的识别数据，对安置在商店内的屏幕(作为第二设备)的图形用户界面进行个性化。

有利地，第一输入数据可以包括用于修改人机接口的内部参数的数据。从而，能够根据例如用户的需要，使用远程设备来调整人机接口。

根据另一优选应用，第一输入数据可以包括用于修改系统的接口参数的数据。从而，能够从系统(例如，自动贩卖机)之外远程调整接口属性(例如，特定产品的价格或者新产品的名称)。

附图说明

下面，将通过附图对本发明的有利实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明的第一实施例的触觉型人机接口1。

图2是封闭位置的示意性顶视图，例如具有商店窗户和门的商店，其包括触觉型人机接口并表示第一应用，

图3示出了根据本发明的第一实施例的创造性触觉型人机接口的第二应用，以及

图4示出了本发明的第四实施例和创造性的触觉型人机接口1的其它应用。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的触觉型人机接口1。触觉型人机接口1包括接口表面3，例如玻璃板、塑料板、木制面板、金属板、石板、复合材料等等。代替板，其它任何形状也是可能的，例如圆形或弯曲的形状(例如汽车的仪表板)。接口表面3可以是透明的、半透明的或者不透明的，并由刚性或柔软的材料制成。

触觉型人机接口1还包括用于将接口表面3上的冲击变换为输入电信号的装置5a、5b。从而，用于变换冲击的装置5a、5b将触觉呈现给板。用于呈现表面触觉的技术可以是任意一种，具体地，可以是电阻性、电容性、基于表面声波的、光学、红外技术等等。在该实施例中，通过分析当触摸接口表面3时出现的声波来获得触觉。使用传感器(例如将声学信号变换为电信号的压电传感器)感测到声学信号，并随后分析该声学信号以确定冲击在接口表面3上的位置(坐标)。可以在处理单元(未示出)内进行该分析，该处理单元链接到用于变换的装置5a、5b，并附着于接口表面3的背面或者附着在不是触觉型人机接口1的一部分的外部电子设备7内。

在图1所示的实施例中，两个传感器5a和5b用于向接口表面3呈现触觉，然而，本发明不限于该数目，因为取决于所需空间解析度，触觉化甚至可能仅具有一个传感器，也可能具有两个以上的传感器。

根据本发明，触觉型人机接口1还包括数据接口装置，在此以第一数据接口9和第二数据接口11的形式出现。

在本实施例中，可以经由线缆13将第一数据接口9与电子设备7相连。然而，取代线缆连接13，还可以提供无线连接。

经由第二数据接口11，启用与外部的第二设备15的数据交换，该外部的第二设备15是远程设备和/或移动设备，例如，移动电话、PDA、数字相机、MP3播放器或包括RFID芯片的设备。

在本实施例中，第二数据接口11和第二设备15之间的数据通信是无线的。取而代之地或此外，人机接口1还可以提供基于连接器的数据接口(例如，USB连接)，以由外部设备15进行访问。在该情况下，优选地将第二数据接口11布置在接口表面3朝向第二设备15的一侧。

第一数据接口9和第二数据接口11还被配置为使得可以将从这两个接口中的任意一个接口接收到的任何数据发送至另一个接口。

在无线数据传输的情况下，第一数据接口9和第二数据接口11可以使用以下任一协议：NFC、RFID、GSM、GPRS、Bluetooth、ZigBee、EDGE、UMTS；HSDPA、Wi-Fi、Wi-Max、WUSB、HSUPA或者任何其它适合的无线数据传输协议。

根据第一实施例的创造性触觉型人机接口1具有以下优势：即使可以对电子设备7进行安置以使得设备15和7之间的直接数据交换不再可能(例如，在将电子设备7安置在不可访问的和/或受屏蔽的房间中的情况下)，经由触觉型人机接口1，这两个设备之间的数据交换仍然是可能的。

在本实施例中，数据接口装置提供两个不同的接口9和11，然而，根据变型，也可以仅经由一个接口提供数据通信，特别是在无线数据传输的情况下。

随后，将描述根据第一实施例的触觉型人机接口的各种可能的以及有利的应用。

图2是封闭位置21的示意性顶视图，例如包括商店窗户23和门25的商店。在本实施例中，商店窗户23作为根据本发明的分隔单元，并且被安置在封闭位置21的内部和具有手持设备29的用户27之间。设备29是例如移动电话、PDA、数字相机、MP3播放器或包括RFID芯片的设备。

商店窗户23(分隔单元)包括如通过图1所示并所述的触觉型人机接口1。不再对已经通过第一实施例描述过的特征进行详细描述，然而，通过引用图1的描述，将其描述并入此处。

事实上，图1中所示的触觉型人机接口1的交互表面3在此对应于整个商店窗户23，并从而是该分隔单元所必不可少的一部分。在该上下文中，“所必不可少的”意味着是一体的。然而，也可以仅由所示窗户23的一部分来起到交互表面3的作用。

在商店窗户23的背面(相对于用户27的位置而言的背面)提供用于变换的装置5a、5b(例如，压电传感器)。如上所述，这些传感器向交互表面呈现触觉。根据本发明，商店窗户23还装备有第一数据接口9和第二数据接口11，在本实施例中，同样将第一数据接口9和第二数据接口11附着到商店窗户的背面。

第一数据接口9连接到电子设备7(在此为计算机)，电子设备7进而与屏幕31或投影设备(beamer device)相连，使得用户27可以读取在屏幕上提供或者投影在商店窗户上的信息。

取代使用商店窗户23作为触觉型人机接口，也可以将门25或者甚至墙33变为接口表面。

可以用以下方式来使用图2所示的系统：

在设备29是包括关于用户27的识别数据的RFID芯片，且第二数据接口11被配置为读出在该RFID芯片上存储的信息的情况下，系统可以识别用户27，并且能够为他提供在显示器31上显示或者投影在商店窗户23上的个性化屏幕。

例如，商店在显示器31上推荐其整个产品目录。在商店窗户23是触觉型的情况下，客户可以通过在窗户23上的预定位置处触摸窗户来浏览该目录。在用户27携带了其预先从该商店接收到的RFID标签的情况下，RFID读取器(在此为数据接口11)在当该客户27站在商店21前面时接收识别数据，并且计算机7可以识别出该客户。当识别出用户27时，显示器31现在可以显示个性化的数据，例如，已打折的物品，或用户之前订购并且现在可以提货的产品。根据变型，外部设备29提供的数据包括用于修改第二设备7的显示器31的图形用户界面的指令。从而，个性化不仅可以通过在计算机7存储的数据实现，还可以通过远程设备29直接实现。

第二应用是经由触觉型人机接口1提供下载能力。经由第二数据接口11，除了RFID用户识别能力之外，用户27可以经由触觉型人机接口1的第一数据接口9和第二数据接口11，从放置在商店12内的电子设备7下载内容。在该情况下，用户27可以触摸商店窗户23上的专用触觉区域来激活下载，例如相片数据、电影、目录或者播客等的下载。

第三应用是提供上载能力。从而，第二数据接口11(优选地，无线数据接口)允许用户27经由触觉型人机接口1的第一数据接口9和第二数据接口11向系统(具体地，电子设备7)上载其设备29的内容。例如，在照相馆的情况下，如果商店关闭，则用户27仍然可以从其数码相机上载相片，并要求商店提供纸质相片，其中，可以使用触觉型交互表面3来输入订单(相片数目、质量等)。

图3示出了根据本发明的第一实施例的创造性触觉型人机接口1的另一应用。图3再次示出了根据本发明的第一实施例的包括触觉型人机接口1在内的板41的示意性顶视图。再次地，不详细描述人机接口1的特征和属性，而是以引用的方式将其描述并入此处。

类似于图2所示实施例，整个板41可以表示交互表面3(交互表面是该板所必不可少的部分)或仅用该板的一部分来表示交互表面3。板41配备有用于变换的装置5a、5b以及第一数据接口9和第二数据接口11。经由第一接口9，板41与位于远程的第一电子设备(例如，计算机43)相连。将与计算机43相连的屏幕或投影机45安置在板41附近，以通过板41来显示信息或投影信息，使得位于板41的另一侧的用户47可以读取该数据。最终，还可以将投影机安置在用户47的同侧，使得可以将数据投影到板45上。根据另一变型，可以为板41本身装备显示设备。

如图1和2所示实施例，用户47现在能够经由第二数据接口11和第一数据接口9(都是触觉型人机接口1的一部分)，从其个人手持设备49向计算机43传输数据。可以执行与上面通过图2描述的用户识别、下载和上载数据的相同应用。

例如可以在商品交易会中使用该创造性的板41以向访问者提供数据，或者该创造性的板41可以是提供关于城市的旅游信息并使用户能够下载地图或预订旅馆的信息点，或者可以在教学课程中使用该创造性的板41，其中，不管教师或学生何时在板的前面，RFID芯片都可以识别当前谁正在解决给出的问题。

图4示出了本发明的第四实施例和创造性的触觉型人机接口1的其它应用。图4示出了系统61的三维截面视图，此处，系统61是自动贩卖机、自动柜员机或者电子信息点，其包括外壳63、电子设备65(例如外壳内部中的计算机或者在外壳63的一个壁67上的计算机)、包括图1所示的根据第一实施例的触觉型人机接口1的分隔单元。再次地，没有再次详细描述图1中所示触觉型人机接口1的特征和属性，而是通过引用的方式将其描述并入此处。第四实施例中的接口表面3是外壳63的前壁67必不可少的部分，然而也可以是分隔单元。

在外壳63内，例如，附着到前壁67的后侧，触觉型人机接口1还包括用于变换冲击的装置5a、5b以及第一数据接口9和第二数据接口11。第一数据接口9经由线缆71与计算机65相连，第二数据接口11向位于系统61之外的远程设备69提供无线数据通信能力。

使用该系统(例如，自动贩卖机)，可以执行与通过图2和图3所述系统描述的相同类型的应用。

结合第四实施例，将描述创造性的人机接口1的另一有利用途。事实上，使用第一数据接口9和第二数据接口11，维护人员可以有利地执行维护任务。首先，使用RFID标签(设备69)，不管使用或不使用计算机65的协助，触觉型人机接口都可以识别出维护人员，并从而可以自动将系统61的相关参数下载到维护人员的设备69上。例如，计算机65可以经由触觉型人机接口的第一数据接口9和第二数据接口11提供序列号、最近100次检测的平均相关率、平均噪声水平等。此外，在系统61提供屏幕的情况下，可以显示仅对于维护人员可用的特定软按键或菜单。

如上所述，用户(在此为维护人员)不仅可以下载内容，还将能够把数据上载到系统61中。设备69和人机接口1之间传输的数据可以包括校准、启动测试程序、日志监控、改变按钮模板、改变按钮尺寸、激活/去激活触觉区域、设置关于灵敏度、对比度、触发等级、用户反馈等的参数、或者更新在人机接口1中使用的电子装置的软件版本或固件。从而，外部设备69提供的输入数据包括用于修改人机接口1本身的内部参数的数据。不一定经由设备65才能执行该任务。

还可以使用触觉型人机接口1提供的数据接口将数据上载到计算机65中，以例如更新系统61的固件(例如，计算机65中的固件)。

此外，可以在例如自动贩卖机中执行系统61的内容更新，可以更新库存量的状态、价格、任何报价或产品选择的数目。如果使用系统61作为广告招贴板，可以增加新的广告。从而，外部设备69提供的输入数据包括用于修改系统61的接口参数的数据。

通过向系统61提供具有至少两个数据接口9、11的创造性触觉型人机接口1，维护人员可以在不必打开系统61且不必接入计算机65的情况下执行大多数的维护任务，从而可将计算机65自由地安置在这种机器中，从而也给了负责开发这种系统的设计者更多的自由度。

根据第一实施例的触觉型人机接口1，可以根据以下方式接收和发送数据：首先，由变换装置5a、5b将在接口表面3上接收到的冲击变为输入电信号，可以经由第一数据接口向电子设备7、43或65输出该输入电信号。此外，还可以经由第二数据接口11接收第一输入数据，并经由第一数据接口9向设备65、43或7输出。此外，触觉型人机接口1还可以经由第一数据接口9接收第二输入数据，并经由第二数据接口11向远程和/或附加的移动设备(69、29、49或15)发送该第二输入数据。这样，不需要让两个设备直接紧密接触才能启用数据通信。

Claims

1.一种触觉型人机接口，包括：

a)接口表面(3)，包括用于将所述接口表面(3)上的冲击变换为输入电信号的装置(5a、5b)，以及

b)数据接口装置，被配置为提供与至少第一设备和第二设备的数据通信。

2.根据权利要求1所述的触觉型人机接口，其中，所述数据接口装置被配置为提供针对所述第一设备和所述第二设备的数据通信，所述第一设备和/或所述第二设备是布置在远程的。

3.根据权利要求1或2所述的触觉型人机接口，其中，所述数据接口装置(9、11)被配置为提供与所述第一设备和/或所述第二设备的无线数据通信。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的触觉型人机接口，其中，所述数据接口装置包括第一数据接口(9)和至少一个第二数据接口(11)，所述第一数据接口(9)被配置为用于与第一电子设备(7、43、65)进行数据通信，以及所述第二数据接口(11)被配置为用于与第二设备(15、29、49、69)进行数据通信，具体地是与远程和/或移动设备进行数据通信。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的触觉型人机接口，还包括：处理单元，用于通过所述输入电信号来确定所述接口表面(3)上的冲击的位置的坐标。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的触觉型人机接口，其中，所述接口表面(3)是透明的、半透明的或不透明的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的触觉型人机接口，其中，用于变换的装置(5a、5b)包括：附着至所述接口表面(3)的至少一个压电传感器，用于将所述接口表面(3)上的冲击所导致的声学信号变换为对应的冲击电信号。

8.一种分隔单元，具体地是墙、窗户或门，包括根据权利要求1至7中任一项所述的触觉型人机接口。

9.根据权利要求8所述的分隔单元，其中，所述接口表面(3)是所述分隔单元必不可少的一部分。

10.一种系统，具体地是自动贩卖机、自动柜员机、电子信息点或广告招贴板，包括第一电子设备(65)和根据权利要求8或9所述的分隔单元。

11.根据权利要求10所述的系统，还包括外壳(63)和在所述外壳内的所述第一电子设备(65)，具体地，所述第一电子设备(65)是计算机，其中，所述外壳(63)还包括根据权利要求8或9所述的分隔单元。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一电子设备(65)从所述外壳(63)之外不可见。

13.一种接收和发送数据的方法，具体地使用根据权利要求1至7中任一项所述的触觉型人机接口，或使用根据权利要求8或9所述的分隔单元，或使用根据权利要求10至12中任一项所述的系统，所述方法包括以下步骤：

a)经由数据接口装置，接收接口表面上的冲击，并将所述冲击变换为输入电信号，输出所述输入电信号或输出已通过所述输入电信号所确定的所述冲击的位置的坐标，以及

b)经由所述数据接口装置，从第一设备接收第一输入数据，并经由所述数据接口装置，向第二设备输出所述输入数据，和/或反其道行之。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一输入数据包括用户识别数据，具体地，由布置在远程的第一设备提供所述第一输入数据。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述第一输入数据包括针对用于变换的装置和/或所述第二设备的固件数据，以及具体地，由布置在远程的第一设备提供所述第一输入数据。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述第一输入数据包括用于修改所述第二设备的图形用户界面的指令。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，所述第一输入数据包括用于修改所述人机接口的内部参数的数据。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，所述第一输入数据包括用于修改所述系统的接口参数的数据。