CN107145251A - 一种指尖输入设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指尖输入设备，外部由设备外壳包裹，包括可固定在手指指甲上的固定部、与固定部连接并可在固定部上移动的移动部；根据移动部与固定部相对位置不同，该指尖输入设备有收起状态和展开状态两种状态；还包含用于接收手指自身和/或外界信息的传感模块。本指尖输入设备提高智能眼镜等计算机设备的输入效率，便于用户快速便捷的完成输入，提高输入识别的可靠性和稳定性，结构紧凑，外观简洁美观，方便携带，改善了用户输入体验。

Description

一种指尖输入设备

技术领域

本发明涉及电子输入技术领域，尤其涉及一种指尖可穿戴式输入设备。

背景技术

目前的计算机主要以键盘鼠标作为主要输入设备，但随着计算机设备的改革，智能眼镜等可穿戴计算机设备的出现对输入设备的随身便携性提出了更高要求，而目前的键盘鼠标都因为体积大、携带不便而无法作为智能眼镜理想的主要输入设备。同时，目前的智能眼镜主要以手势识别、动作识别、语音识别、触控操作等作为交互输入方式。例如，微软公司推出的HoloLens智能眼镜采用的是手势识别，手势识别固然解放了双手，但是手势识别本身存在致命的缺陷，频繁的抬手进行手势操作会造成手臂酸痛，手势操作本身动作范围较大，不适用于室外等公共场合，另外，手势识别也极易受到外界物理隔离干扰而影响识别精准度，同时手势识别也存在算法复杂，技术难度大，成本高等缺点。又如百度百科“GoogleGlass”谷歌智能眼镜采用的触控机身侧面操控同样存在缺陷，由于数码产品的高操作频率容易让使用者形成抬手触碰眼镜的操作惯性，如果长期使用形成习惯后，即使在不使用智能眼镜的场景下，也会习惯性进行抬手触摸机身的操作，影响使用者正常生活（参见百度百科“Google Project Glass”）。同时，语音识别也面临着识别率不高、受使用场景限制大等问题。以上几种交互输入方式远未满足智能眼镜等智能计算机设备的交互需求。

发明内容

为了克服目前键盘鼠标不便携、智能眼镜等智能计算机设备输入设备体验差，尤其是手势识别使用场景限制多，算法技术要求高，传输精准度不足等缺陷，本发明提供一种采用指尖可穿戴技术操控智能眼镜等计算机设备的输入设备，采用在手指指甲上附加可感知外部或自身信息的硬件可穿戴设备，通过设备内的传感模块检测指尖自身或者基于所述指尖输入设备的外部输入信息并对所述输入操作的方向、运动轨迹、压力、操作时间等的一项或多项进行检测，以获得输入信号，实现对智能眼镜等计算机设备的数据输入和控制。所述无线输入设备便于用户快速便捷的完成输入，提高输入识别的可靠性和稳定性，结构紧凑，外观简洁美观，方便携带，改善了用户输入体验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种指尖输入设备，功能上包括用于接收手指自身和/或外界信息的传感模块，结构上包括可固定在手指指甲上的固定部、与固定部连接并可在固定部上移动的移动部，其中，根据移动部与固定部相对位置不同，该指尖输入设备有收起状态和展开状态两种状态。收起状态提高了输入设备的便携性，展开状态使移动部能够与指尖接触，提供输入反馈，增加了实用性，相比虚拟输入方式更加稳定。

上述的指尖输入设备，外部由采用防水耐脏材质的设备外壳包裹，有效适应水、灰尘等复杂使用场景。

上述的指尖输入设备，所述的设备外壳采用弧形片状造型，固定部、移动部均采用弧形片状造型，利用仿生学原理，符合人体工学，外观简洁美观。

上述的指尖输入设备，所述的传感模块位于移动部和/或固定部，并与处理模块电连接。

上述的指尖输入设备，所述传感模块包括触觉传感器和/或光电传感器和/或运动传感器，可以对手指对外界的输入操作性质进行传感，也可以对手指自身性质进行传感，甚至对手指的空间运动手势进行识别，生成输入信号。该指尖输入设备以传感模块为功能主体，提供多种传感器功能，运用多种传感方式综合作用，实现强大的输入功能。触觉传感器主要采用微动按键的形式，微动按键的设置使手指在输入操作时获得触觉反馈，增强输入的准确性和稳定性，提升输入效率和体验。

上述的指尖输入设备，所述的固定部包括：处理模块、通讯模块、电源模块，通讯模块、电源模块分别与处理模块电连接。将以上功能模块安装在固定部，而非移动部，能有效减轻移动部重量和体积，减轻展开状态下指尖前端的压力。

上述的指尖输入设备，所述的处理模块将获得的输入信息处理、汇总后生成输入信号。

上述的指尖输入设备，所述通讯模块包括无线通讯模块和/或有线通讯模块，负责将输入信息发送到计算机等接收设备，或接收计算机等设备发出的信息。无线通讯模块为优选技术方案，提高指尖输入设备的便携性。

上述的指尖输入设备，所述的移动部可以采用单层结构，也可以采用双层结构，甚至采用多层结构，以满足不同输入姿势对设备展开状态的需求，增强可拓展性。

上述的指尖输入设备，所述移动部和固定部，以及移动部的双层或多层结构之间，通过滑轨或铰链连接，由移动部的滑动或者旋转实现收起状态和展开状态的切换。滑动切换不占用空间，为优选方案，外观简洁但功能强大，便携而且实用。

上述的指尖输入设备，所述移动部从滑轨上滑出部分的长度或者通过铰链旋转后的长度和弯曲度即曲率是可调节的。以此可以根据指尖的具体输入手势，调节移动部相对于指尖的位置，方便手指进行输入操作。这项设计符合人体工学特征。

上述的指尖输入设备可以只在一只手指上佩戴进行单指操作，也可以在多只手指上同时佩戴，实现多手指协同输入操作。借助于不同类型的传感器，实现单击、双击、移动光标、手写输入、模拟触屏、手势识别等功能。

除上述技术方案中所述有益效果外，本发明指尖输入设备通过固定在指甲上的可穿戴输入设备对自身或外界信息进行感知，获取输入信息，减少输入设备对周边环境的依赖，在便携、简洁、美观基础上，确保了信息输入的可靠性、稳定性和准确性，实现对鼠标、键盘、手势交互等功能的取代。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明的收起状态下右视图；

图2为沿着图1中A-A线的示意图；

图3为本发明的展开状态下俯视图；

图4为沿着图3中B-B线的示意图；

图5、6为本发明分别在收起状态、展开状态下的立体示意图；

图7、8为本发明分别在收起状态、展开状态下使用时的状态图；

图中：

1.设备外壳，2.固定部，21处理模块，22通讯模块，23电源模块，3移动部，31外工作板，32内接触板，33外移动层，34内移动层，4传感模块，41触觉传感器，42光电传感器，43运动传感器。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

如图1-6所示，本实施例的指尖输入设备采用类似于指甲的弧形片状外观造型，采用防水耐脏材质的设备外壳1包裹，指尖输入设备结构上包括固定部2和移动部3，指尖输入设备内部包括传感模块4、处理模块21、无线形式的通讯模块22、电源模块23。

传感模块4，包括触觉传感器41、光电传感器42、运动传感器43，均与处理模块21电连接，其中：触觉传感器41位于移动部3的前部尖端和侧向，采用微动按键形式，接收手指的按压操作；光电传感器42位于移动部3前部尖端，接收指尖输入设备在工作面上的移动信息；运动传感器43位于固定部2，记录输入设备在空间移动时X、Y、Z轴的加速度、角速度信息，感知手指的空间位置信息，对手势进行识别。

固定部2固定在手指指甲上，包括处理模块21、无线形式的通讯模块22、电源模块23，无线形式的通讯模块22、电源模块23与处理模块21电连接。移动部3底部与固定部2连接，并可以在固定部2上移动；移动部3内外两侧分别包括内接触板32、外工作板31；该具体实施例的移动部2采用双层结构，包括外移动层33和内移动层34。外移动层34和内移动层33之间、内移动层33和固定部2之间分别通过滑轨连接，并通过在滑轨上滑动实现相对位置移动。

根据移动部3和固定部2相对位置的不同，该指尖输入设备包括如图1、2、5、7所示的收起状态和如图3、4、6、8所示的展开状态；收起状态、展开状态下，触觉传感器41、光电传感器42、运动传感器43对手指输入操作的方向、运动轨迹、压力、操作时间等的一项或多项性质以及手指在空间内的运动手势等进行检测，以获得输入信息。处理模块21将获得的输入信息进行处理汇总，生成输入信号，通过无线通讯模块22将输入信号传输给智能眼镜等计算机接收设备，实现单击、双击、移动光标、手写输入、模拟触屏、模拟键盘等功能。

设备外壳1采用防水耐脏材质，优选聚碳酸酯、医用橡胶等材质，使用材料舒适，适合指尖接触操作，同时具有良好而恒定的电绝缘性、重量轻、强度高，有良好的抗冲击性等优点，适应高温、浸水等各种复杂使用场景。

设备外壳1外观优选为仿指甲造型的弧形片状，固定部2、移动部3均为仿指甲造型的弧形片状，且具体弧度及尺寸可以定制，利用仿生学原理，既能保证固定部2与指甲的完全贴合，又符合人体工程学设计特征。尤其在展开状态下，移动部3经滑动或旋转后，以凹面内侧面向指腹，与手指指腹接触面贴合，提高输入触感。设备外壳1的颜色可以根据使用者需要定制不同颜色，如女式可以采用美甲彩色外壳，作为美观的装饰物，男式可以采用仿指甲的浅粉红色外壳，而不引起其他人注意。

传感模块4，对自身或外界的信息进行获取，并将获取的输入信息传输至处理模块21；传感模块4根据具体功能可以装置于移动部3和/或固定部2的不同位置。以上实施例中采用的触觉传感器41、光学传感器42、运动传感器43仅为举例目的，本发明的传感模块还可以包括：指纹传感器，可以采用半导体电容传感器、半导体压感传感器等，实现指纹采集和识别，如在内接触板32上装置指纹传感器，展开状态下，可以对手指指纹进行采集和识别，实现电子设备的身份识别、开启或锁定设备等功能；九轴传感器由三轴线性 加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁场运动传感器组成，可以感知输入设备在空间内的运动轨迹及位置以判断指尖动作状态，进行手势识别等；距离传感器，能够记录使用者每次在展开状态下移动部与指尖的距离，并记录下来，每次进入展开状态时可以形成默认弯曲度，省去每次调节的麻烦；脉搏传感器，通过指甲对人体的血压、脉搏等信息进行检测传感，获得人体自身信息；但本发明的传感模块的具体种类功能和数量并不以上述几种传感器为限。

触觉传感器41优选采用微动按键，微动按键为输入操作提供了直接触觉反馈，提高了输入操作的稳定性和准确性，优化了输入体验。在实际应用中，微动按键也可以采用多种布局形式，如可以将微动按键设置于内接触板的一端，接收按压时移动部转动的旋转力，或者设置于内接触板中部，直接接收按压压力。但触觉传感器的具体形式、设置数量并不以此为限。

处理模块21，优选为微处理器，用于接收传感模块4的输入信息，并根据输入信息的强度和持续时间等来判断并发出执行移动光标、单击、双击等指令，以及结合运动传感器43传输的信息实现手写输入、模拟触屏等功能；同时接收运动传感器43传输的加速度、角速度信息，并对其进行积分，得到相应的速度值和角度值，即可获得指尖输入设备在空间移动的速度、方向这两种信息，以及倾斜或旋转的角度信息。

通讯模块22，优选为无线通讯模块，包括信息发送和/或信息接收功能，通讯模块负责将处理模块21处理完的输入信息发送到计算机或其他接收设备，使计算机或其他接收设备执行相应指令或动作，通讯模块22也可以接收计算机接收设备或其他输入设备发送的信息和指令，传输给处理模块21，来控制指尖输入设备本身的开关或者状态切换等操作；通讯模块22可采用无线通讯模块和/或有线通讯模块，而本发明是以无线通讯模块做为实施例的说明，无线通讯模块具体包括蓝牙、2.4GHz等方式，如果采用蓝牙方式，可以与蓝牙设备直接建立连接，如果采用2.4GHz方式，可以增加无线接收器作为中转设备与计算机等接收设备建立连接。熟悉此项技术领域的人员，也可采用或增设有线通讯模块等可调整的组件型态做为本发明的通讯模块，方便与指环、手环、智能手表等设备进行通讯连接。

电源模块23优选为小体积的充电式纽扣锂电池：小体积能够保证固定部2的轻便，电池充电口优选布置于固定部2底部靠中间位置，使用者佩戴时可以被指甲与固定部2底部之间的封闭吸附区域包围，与外界水、灰尘等复杂环境隔离，充电时可将输入设备取下，或者也可以采用可拆式电池盖结构等形式。此外，电源模块也可以采用太阳能电池板，或者其他类型的小体积电源模块。

处理模块21、通讯模块22、电源模块23优选为可以安装在固定部2，但也可以安装在指环、手环等装置，以有线连接方式与指尖输入设备连接，以最大限度减少指尖输入设备的体积和重量。

在本实施例中，移动部3采用了双层结构，即包括外移动层33和内移动层34,但实际应用中本发明并不以此为限。根据实际需要不同，本发明的移动部3可以采用单层结构、双层结构，甚至是多层结构。当移动部采用单层结构时，移动部只含一层片状结构，收起状态下内接触板32与固定部2顶部贴近；当移动部3采用双层或多层结构时，可以分为外移动层33和内移动层34，内移动层34含有N层，N为大于等于一的整数。不同层数的结构满足不同操作姿势和位置对操作面距离的需求，方便各种手势的输入操作。

指尖输入设备的使用状态包括如图1、2、5、7所示的收起状态和如图3、4、6、8所示的展开状态，如图1、2、5、7所示的收起状态是指移动部3与固定部2完全贴合，没有相对位移的状态，如图3、4、6、8所示的展开状态是指移动部3与固定部2相互连接但不贴合，有相对位移的状态；为保证输入设备关闭后便携美观，指尖输入设备关闭后应为收起状态，在特殊情况下关闭指尖输入设备后也可以为展开状态，如需要随时切换展开状态和关闭输入设备时。

指尖输入设备的开关可以采用多种方式，可以在固定部2或者移动部3上增加微动按键开关，或者通过通讯模块22接收计算机等设备发出的开关指令，智能控制指尖输入设备的开关，或者通过在收起状态下，对移动部3顶部施加一定的向下压力来打开设备，在展开状态下，对移动部3施加特定方向或强度的外力来关闭设备；具体的开关方式并不以上述几种方式为限，熟悉该项技术领域的人士，可依照实际使用需求而选用最合适的方式。

移动部3和固定部2，以及移动部3的双层或多层结构之间，通过滑轨或铰链连接，由移动部3或移动部3各层的滑动或者旋转实现收起状态和展开状态的切换；当移动部3采用单层结构时，所述移动部3直接在固定部2的滑轨上滑动或通过与固定部2之间的铰链旋转；当所述移动部3采用双层或多层结构时，移动部3最内侧的内移动层34直接在固定部2的滑轨上滑动或通过与固定部2之间的铰链旋转，移动部3上除最内移动层以外的其他移动层在内侧邻近的移动层的滑轨上滑动或者通过与内侧邻近的移动层之间的铰链旋转。然熟悉该项技术领域的人士，可依照实际使用需求而选用最合适的的移动部3结构层数，并不局限于本发明所揭露的实施例。

在展开状态下，移动部3伸出固定部2以外部分的长度可以根据需要进行调节，同时，移动部3伸出固定部2以外部分可以进行弯曲，并且弯曲程度即曲率可以根据需要进行调节，并且在调整到方便指尖输入的方向和位置后，可以保持一定程度的记忆和固定。如可以在移动部3左右两侧设置侧向的微动按键或感应按键的触觉传感器等，在按住左右两侧时，移动部3的滑出长度和曲率可调节，松开两侧按键后，移动部3滑出长度和曲率固定；另外，也可以采用由计算机等设备发出控制指尖输入设备滑出或旋转指令，并借助输入设备自身的重力感应器，输入设备自动滑到与地面平行的平面进行操作；在实际应用中，还可借助距离感应器对指尖到移动部3的距离进行感知并记忆，存储到处理模块21，设置为默认滑出长度和曲率。

由收起状态向展开状态切换时，优选采用移动部3外层先动的切换方式：先滑出或旋转最外层的外移动层33，在最外层的外移动层33滑动到特定位置无法继续滑出或者旋转到特定位置后，相邻的内移动层34再开始滑出或旋转，根据输入手势操作需要确定长度，一直可以到移动部最内层的内移动层34完全滑出或旋转到位。由展开状态切换到收起状态时，过程与之相反，即先收起最内层，最后收起最外层移动层。这种切换方式能够有效减少展开状态下移动部3的重量和体积，减轻输入操作承重。当然，熟悉该项技术领域的人士，也可根据实际情况选择其他切换方式，并不以此为限。

使用者可以将指尖输入设备只在一只手指上佩戴进行单指操作，来实现鼠标单击、手写输入、光标移动、单指手势识别等功能：当外工作板31在工作面上滑动时，相当于鼠标的拖动操作，对移动部3的单次、连续两次按压，功能等同于鼠标的单击、双击；也可以佩戴多个输入设备于多个手指进行协同操作，实现多手指协同输入操作：当多设备同时佩戴在多个手指上，但只对单个设备进行操作时，其他设备可以处于关闭或休眠状态；当多个设备同时操作时，可以实现多点触摸功能，或者借助运动传感器43实现手势识别等功能；可以对每个手指的设备添加不同标识，实现类似鼠标左右键功能；或者当离开工作面后，但外接触面和工作面在一定距离以内（如5cm内），借助位移传感器光标仍然可以根据外接触面的位置移动而发生移动，在屏幕的虚拟键盘实现键盘输入功能；或者增加其他更多种按键的操作功能。在多指操作时，一般优选以下信息传输方式：可以将多个手指上的设备发出的控制信号传输到一只手指上的设备，一般为右手或左手食指上一设备，由该设备对多个设备输入信号进行收集整理后，作为一个输入信号传输到计算机等接收设备，以避免多信号同时传入造成的接口不足等问题。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内，本发明的权利保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种指尖输入设备，其特征在于：功能上包括用于接收手指自身和/或外界信息的传感模块（4）；结构上包括可固定在手指指甲上的固定部（2）、与固定部（2）连接并可在固定部（2）上移动的移动部（3）；其中，根据移动部（3）与固定部（2）相对位置不同，该指尖输入设备包括收起状态和展开状态。

2.根据权利要求1所述的指尖输入设备，其特征在于，所述的指尖输入设备外部由采用防水耐脏材质的设备外壳（1）包裹。

3.根据权利要求1所述的指尖输入设备，其特征在于，所述的固定部（2）包括：处理模块（21）、通讯模块（22）、电源模块（23），通讯模块（22）、电源模块（23）分别与处理模块（21）电连接。

4.根据权利要求1或3所述的指尖输入设备，其特征在于，所述的传感模块（4）位于移动部（3）和/或固定部（4），并与处理模块（21）电连接，包括触觉传感器（41）和/或光电传感器（42）和/或运动传感器（43）。

5.根据权利要求3所述的指尖输入设备，其特征在于，所述的处理模块（21）将获得的输入信息处理、汇总后生成输入信号。

6.根据权利要求3所述的指尖输入设备，其特征在于，所述通讯模块（22）包括无线通讯模块和/或有线通讯模块，负责信号的收发。

7.根据权利要求1所述的指尖输入设备，其特征在于，所述的移动部（3）可以采用单层结构，也可以采用双层结构，甚至采用多层结构。

8.根据权利要求7所述的指尖输入设备，其特征在于，所述移动部（3）和固定部（2），以及移动部（3）的双层或多层结构之间，通过滑轨或铰链连接，由移动部（3）的滑动或旋转实现收起状态和展开状态的切换。

9.根据权利要求1或7或8所述的指尖输入设备，其特征在于，所述在展开状态下，移动部（3）伸出固定部（2）以外部分的曲率和长度是可调节的。

10.根据权利要求1所述的指尖输入设备，其特征在于，所述的输入设备可以只在一只手指上佩戴进行单指操作，也可以在多只手指上同时佩戴，实现多手指协同输入操作。