CN1096387A - 在显示器外部定位触摸力的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一个显示器外部定位触摸力的方法和装置，包 括一个支承或在外部接触显示屏幕监示器装置的力 传感工作台，并响应于由触摸该显示器屏幕的一个点 的推力所产生的力，来感测与计算触摸点的位置。采 用能对触摸力与力矩的所有六个自由度作出响应的 力传感装置，能够定位离开传感器平面的力并且不考 虑切向力分量。

Description

本发明涉及触屏阴极射线管及类似的显示器，如用于计算机及其它视频系统等中的，特别涉及用于从配置在显示器外部并远离显示器的装置上确定在显示器上的触力位置的新颖方法与装置，这不同于应用在显示器表面本身周围与/或在其表面上或邻近表面的力传感器。

更一般地，本发明涉及适用于测定作用在力传感元件的平面或表面外部的力的新颖的三维的力定位技术。

虽然本发明的应用较为广泛，其重要用途之一是在计算机或相关的显示屏系统的领域中，诸如阴极射线管显示器（或液晶显示器、发光二极管、场致发光或其它电光显示器等）;从而在下文中本发明将以这种典型的应用作为重要的实例加以描述。

一台现代的计算机通常向其用户提供这样一个显示屏，在该显示屏上显示用户可作出的各种选择的说明或图形表示。在许多情况中，用户作出响应的最快捷、最方便及最直观方法是用手指实际触摸屏幕上显示所要求的选择的区域。

为了容许这样做，计算机必须装备一种使在该计算机上运行的程序能够确定这种触摸事件的出现与位置的一种输入设备。为了这一目的，任何一种这类输入设备将称作一个“触屏”。

理想的触屏输入设备应该是廉价的、坚固的、可靠的与足够精确的。同样非常希望一个单一的型号能够在大范围的不同显示设备上工作，并且它是能够由非专业用户容易地在现场安装在新的或者已有的设备上的。

然而，诸如下面要描述的那些现存的触屏是相对地低产的，从而从它们的市场标准上看是十分昂贵的，因此在制造显示器时在多数应用中将它结合在内是不可能的。此外，它们要求大量的工作、费用及专门制造技术来进行改型。由于每一种型号是或多或少地专用于一种特定的屏幕的几何形状的，因此必须制造大量的不同型号，而可能的用户必定会受到他们的显示器选择的限制。从而，为了综合考虑功能与美观因素，某些先有技术的触屏实际上是在初始制造时内装在诸如阴极射线管这样的显示设备中的（虽然由于产量低而昂贵），而其它的则需要棘手的改装（也是昂贵的）。再者，这种先有的触屏是与它们联合使用的显示设备的设计紧密相连的，必须提供大量的不同型号来适应广泛的应用。更有甚者，多数具有受到相关联的显示器的几何形状、兼容性与组装约束的紧密制约的内在昂贵的传感器结构，因此传感器结构通常无法在成本上得到优化。

在阴极射线管或类似显示屏上确定触摸位置的这些先有技术涉及围绕实际显示表面或屏幕或者在它们上面分布的某种传感器的组合。应用力感测来定位一个力在表面上的作用点的这些已知的方法通常配置三个以上共面而不共线的传感器，每一个传感器的敏感轴与该平面正交，并且这些传感器的输出被用于计算作用在该同一平面上的接触力的位置。如在容许接触表面离开这一平面时，接触力的不能予测的切向分力必定会在报告的位置中导致误差。如果接触表面远离传感器平面（即严重地不在同一平面内时），则先有技术的方法是无效的。

具体地说，具有这一性质的一个第一系统适用于设置有各中启动接触定位的附件（包括电阻性与电容性传感技术）的阴极射线管的正面部分，在这一系统中，在显示屏的面上应用了一块附加的传感器板。该板带有一或二层透明的导体图形，它们产生接触位置信息并将这些信息传送给覆盖板边缘上的导体。虽然为使所有部件透明作出了努力，但在实践中图象的亮度与清晰度仍有明显的损失与降低。

这种触屏传感器的实例可在4，198，539;4，293，734;4，353，552;4，371，746;4，806，709;及4，821，029号美国专利中见到。

第二种方法涉及表面声波（SAN）技术，其中的一块玻璃覆盖板带有由设置在周边附近的传感器与反射器装置生成、改变方向与感测的声能。触摸该板时使这一能量从该接触位置所特有的方式衰减，例如在电图形杂志（Elecgraphics）1987附页“表面声波”中所阐述的。

另一种技术涉及一种平面力传感技术，其中，压电力传感器支承一块玻璃覆盖板，将其连接在一个支架上。一条手指触摸推力线与该传感器平面的交点出现在与传感器输出的一个特定比值相关联的点上，从而可以计算出该点在平面内的位置。曲面形的带荧光物的屏幕表面必定会偏离该平面，从而产生一种特定形式的视差，用户希望在一个特定的点上响应而非在另一个点上响应。适用于这种方法的传感器技术与信号处理在诸如4，340，777;4，355，202（及其中所描述的包含3，657，475号美国专利及C.Herot等著“用于计算机显示器的矢量信息的单点接触输入”，计算机图形学杂志，卷12，NO.3，210-216页，在内的先有技术应变仪传感器）;以及4，675，596号美国专利中描述。

另一种方法使用平面力传感技术，其中，带有应变仪传感器的钢梁弹簧构成支承阴极射线管的全部重量的力传感器。这一技术克服了覆盖板的图象降级，但付出的代价是需要更大的传感器变化范围及舍弃来自摆动与振动的干扰信号问题。4，918，262与5，038，142号美国专利描述了其性能与上述压电系统基本上相同的这一系统，其中也引述了早期的压电与相关的传感器。

也曾经提出过红外光技术，其中，许多从发射器发射到检测器的独立光束限定一个平面。当用户的手指（或其它具有足够宽度的探头）越过一平面时，被阻断的光束本身定位了该“触摸”。同样，触摸动作的横向分量能够导致一种视觉误差，使得在期望的位置上的响应可被一个非期望的位置上的响应所取代。这一技术中的视觉误差尤为严重，这是因为响应表面不能定位成与荧光物表面相交，也不能成形成与之一致。此外，这种装置可能需要突出的档板。这一系统的一个实例在名为“卡罗尔（Caroll）触摸”的文章的12-44页中描述，在此文中还总结了上述电阻性-电容性传感器覆盖系统、表面声波系统与压电系统。

上述每一种方法都具有一个有效响应表面，然而它们都不能与显示器的工作表面重合，从而导致了普遍的先有视差性能不良。

上述电阻、电容与声板传感器具有一块与触摸接触的实际物理表面相一致而在视觉上位于荧光物表面前方约1/2英寸处的响应表面（在阴极射线管的情况中）。因此，除非触摸直接位于所期望的目标点的上方的一个表面点而不是该目标点本身，对于其眼睛在一定程度上侧对该显示器的一位操作员将会在触摸系统响应中察觉到一个误差。

另一方面，上述压电的与其它平面力传感系统并不如实地报告表面接触的一个实际位置，而是在一个“虚拟的响应表面”上提供一个所谓的“指示点”。该指示点位于推力线与力传感器平面的交点上。对于所述红外线系统，这一指示点在手指遮断红外线平面处。由于辉光荧光物不在这一平面上，该虚拟表面并不是直观的或对应于任何可见的东西的，从而使得这些设备的视觉误差特别麻烦。

本发明的基础是提供了一种能够将各式各样的阴极射线管或者计算机、监视器以及其它视频系统中的其它屏幕显示器系统放置在或者接触在一种通用的万用力传感工作台上的新颖方法与装置，该工作台的传感器是在显示器屏幕的外部的，或者甚至可以是远离该显示器设备本身的，但仍能对诸如显示器屏幕上的手指触摸这样的力提供一种新颖的三维力定位技术，同时消除先有技术的上述限制与缺点，包括完全消除视差。

本发明的优于上述其它先有技术方法的其它突出特性将在下面更全面地指出。

本发明的一个主要目的为提供一种没有先有技术系统的限制相反地具有下述优点的一种新颖与改进的触屏传感方法与装置：适用于放置在显示器外部的不引入注意的感测位置上，最好在显示器下方或后方，以及普遍地适用于具有许多不同的配置与型号的各式各样的显示器系统。

另一个目的是提供一种与一台计算机显示器联合使用的具有定位指向显示图象特性的新颖的触摸定位输入设备;并且它除了在显示器外部的不引人注意的位置以外，还能在现场容易地安装，只需一种或极少的型号或尺寸便能适用于所有的显示器。由于不受显示器的外部设计形状的限制，这一设计成本低廉、经久耐用、不易磨损、能对任何显示器表面提供无视差的响应及不会降低所显示的图象的质量。

此外，本发明的又一个更广泛的目的是提供一种全面地定位三维空间中的一个力的作用线，或者最小力矩线，精确地确定作用在一个表面上的力的位置，或者一个力穿过一个表面的位置的方法。这些表面可以是远离传感器平面的，可以是基本上不是平面形状的表面，并且不受设备设计的限制，也没有必要与该设备在空间中具有特定关系的。

此外，根据本发明，实施本发明的一种设备可以在使用中编程或标定成将一个任何形状的虚拟响应表面投影到任何位置上，而只受某些自然条件的限制。这种限制为：要定位的力的作用线只能在一个单一的点上以正极性与响应表面相交（或者更精确地说具有最小力矩值的线便是这样），以及带有要与虚拟投影相配的物理表面的构体必须适当地耦合于测量设备或支承在测量设备上，其距离与所涉及的力落在该特定的测量设备的动力学范围及灵敏度范围内。

其它的及进一步的目的将在下面说明并在所附的权利要求书中更具体地描述。

概括地说，在本发明的一个重要应用中，包括一种在一个显示器表面装置上确定触摸位置的方法，该方法包括：将显示表面装置接触在或者以互相接触的关系放置在一个力传感工作台上，该工作台具有足够的自由度与感测灵敏度能够对触摸该显示器表面上的一个点的推力作出响应来产生与编码所产生的推力矢量的坐标分量与伴随的力矩矢的量分量;从该编号中计算出在一条最小力矩线上的一个位置以提供该显示器表面上的一个交点;以及作为所述触摸点的一个估计值输出得到的感测位置。

在本发明的最佳模式或方式中，使用了一个六自由度的力工作台或板，在该工作台上可放置任何监视器或其它显示器设备，接收线路电力并向主计算设备（例如一台IBM    PC）（个人计算机）等）送出一条单一的并行或串行端口电缆。其形式可象一台电子浴室称，但每次读出六个数而不是一个数。这些数编出包含在推力的X、Y和Z坐标分量以及力矩的滚动（roll）、翻动（pitch）与转动（Yaw）分量内的相同信息。为了方便起见，实际的数字是这些量的一种等价线性变换。

从这样一个远程传感器工作台上复原一个触摸位置的困难在于这一事实，即使在准确地触摸到屏幕上同一点时，显示屏上的触力方向也会在各种场合中剧烈地变化。当这些传感器不能被限制在与触摸相同的有效平面内时（如前所述，这是先有技术的设备实际要求的工作条件），在屏幕上同一点上的不同触摸可能产生不同的数字集合。

本发明极好地消除了这些问题，这是通过采取两种重要的考虑来达到的，对这两种考虑的理解与应用是本发明的核心。

首先，接触点上的力可以作为一个单纯的推力相当精确地加以描述。对于当前的目的而言，相对于这一点的力矩分量是可以忽略不计的-部分地由于接触区是小的，及部分地由于手指并不触在屏幕上。这种力在这里称作“简单接触力”，定义“推力线”为通过接触点延伸推力矢量所得到的点的轨迹。对于一个简单接触力，空间中具有最小（在这一情况中为零）的三维力矩矢量值的点的线是与该力的推力线相重合的。

第二，只要在某一远程参照点上测定该触摸所引起的推力与力矩便足以重建具有最小力矩的线，从而重建该推力线。（为了简化，在下面的讨论中，名词“推力线”有时用于指逼近它的具有最小力矩的线。本发明的方法直接论述后者。）虽然关于这一点的理论与实践将在下面充分展开，但首先要对其所涉及的原理作扼要的说明。

推力（或者更直观地说，维持静平衡的反作用推力）是位置的不变量，但力矩则不是。力矩矢量是垂直于包含该推力线与参照点的平面的，并具有等于该推力的大小乘以该推力线到该参照点的最小距离的积的值。由于推力与力矩矢量的方向与大小是通过测定得到的，总之，我们可以反过来计算如下：（1）找出垂直于包含该推力与力矩矢量的平面的方向（两者的方向可用相应的左手或右手法则确定）;（2）在这一方向上求出一个点，从该点到上述平面的距离等于力矩矢量的值除以推力矢量的值;（3）通过该点作一条平行于推力矢量的直线，以得到推力线，这一推力线只在一个单一的点上与该显示器屏幕的表面相交。这一表面的外形或者是已知的，或者是通过启动触摸点定位的一个适当的标定过程传送给计算机的。

最佳模式的设计与构造的其它细节在下面全面描述。

现在结合附图对本发明进行描述，其中图1是一个侧视图，它描绘将本发明的力传感工作台用作一台带有一个支承在该工作台上的阴极射线管显示屏的计算机或类似的监视器的一个远程触屏系统时的情景;

图2是图1的工作台传感器的俯视图，它描绘用于可重复地将所支承的监视器定位在图1的实施例的力传感工作台上的一个简单装置;

图3是该力传感工作台的主要部件与构造的等角透视图，它是以打开的位置示出的;

图4与5示出用在该工作台中的弹簧的一种设计;

图6是工作台的一对适当的电容性位移传感器的细节的剖视图;

图7是该系统的电子转换与计算电路的简化示意电路图;以及

图8至10提供了本发明的可定位的那种力的力定位操作的力矢量与力的几何图形的图形描绘，该力是作用在工作台传感器平面以外的。

一个六自由度力传感工作台32（图1）被用于提供足以从一个“简单接触力”计算出一条“有效推力线”的信息，这一“简单接触力”是当支承在工作台上的监视器显示屏31（或一般性的其它物体）被另一个物体（如手指F）所触摸或接触时产生的。该工作台还包含适用于准备（例如在一条简单的RS-232串行通信链路38上）及向外部设备发送所要求的输出结果的电子信号转换与计算装置。

力定位工作台构造

图1描绘了根据本发明的一种较佳形式构成的远程力定位设备的工作台实施例32，在支承表面33上接触，实际上是支托，阴极射线管监视器31的底部表面来提供一个触屏功能，虽然它是远离用户所触摸的阴极射线管屏幕本身的。力定位设备32通过一条交流适配器电缆35接受电力，并通过诸如电缆38将位置信息传送给一台计算机（典型地为一台个人计算机即PC，未示出）。

由于定位功能的标定取决于监视器31相对于工作台32的位置，工作台设置有一个挡块39（同时参见图2），该挡块是一个“L”形条或台阶，伸出在工作台表面上方。监视器31向后滑动并向右靠在挡块39上，给定一个精确而可以快速地重新定位的位置。两组用虚线表示的圆40与41示出两种可能的型号的监视器的足位置的两种可能的形式。

在图3中示出的工作台32分离或者打开成一个上部板组件50及一个下部板组件51。当将它们闭合在一起并用螺丝53与垫片54（只示出一组）紧固时，一条凸缘55覆盖在凸缘56上方，从而使四个角上的四个钢板弹簧52承受上部组件及所有受其支承的物体的总重量。只有在超载情况下凸缘或面对面的板才互相接触，从而保护板簧52及下面要讨论的电容器传感器57（具有上部与下部片57a与57b）不被破坏。上部电容器元件57a面对并对准在下部电容器元件56b中，对板对板位移的所有六个分量作出响应以提供线性无关的测量值。这些电容性传感器是示出为设置在工作台板的前边与两侧边的基本上中间的位置上的。六条线58a通过六个对拼接头58b与58c将上部元件连接到印刷电路板60。同样，59a、59b与59c提供对下部元件的连接。接线端61供应电力，使印刷电路板电子器件（未示出）能够计算力位置数据，然后通过接线器62将它们输出。

在图5中示出放大了的板簧52。它可以用一块图4的双L形平板70弯折成如图所示的形状而制成，并在其上设置有压配合的螺纹插头71。

图6示出剖开的一对适用与较佳的电容器位移传感器57的细节。这些板可用例如大约19、35平方厘米面积（三平方英寸）的未蚀刻的印刷电路板材料的矩形板构成。薄片电容器板72支承在绝缘薄板73上，而后者又用胶粘接在一个上部托架74及一个下部托架75上。托架75与74是嵌套的托架，它们扁平地平行于它们分别固定在其上面的工作台板50与51。托架的自由端向外张开地弯起（对于74）以及对应地向内拢地弯起（对于75以安装一对电容器板72，与工作台构成互相匹配的角度（示出为45°）。由右侧电容器板72构成的电容器76a（图6）是对沿与这两块电容器板正交的轴76b的电容器板的相对位移敏感的;而由左侧电容器板72构成的电容器77a则是沿正交轴77b敏感的。这两条敏感轴本身是成直角的。操作电路说明

图7提供了包含在一个成功地进行操作的工作台力传感设备32中的电子转换与计算装置的简化示意图。微处理器系统80可以是许多不同的标准设计中的一种，诸如带有相关部件的Intel型80188，它在物理上包含一到若干个集成电路，而在逻辑上包括一个处理单元、读/写存储器、固体程序存储器、用于存储标定与操作模式数据的小型非易失性读/写存储器、一个用于驱动输出电缆38的同步串行I/O能力、一个用于接收摸拟数字（A/D）转换器81的输出的数字输入能力、以及一个用于设置多路复用器82的输入选择的数字输出能力。

定时电路83以128去除一个20兆赫时钟频率以给出用于传感器驱动的156千赫5伏方波信号84，并从65，538去除该时钟频率来驱动转换器81使之每3.3毫秒提供一个十六位转换。

信号84连接到六个相同的电容器阻抗测量电路85中的每一个上。一个操作放大器86生成一个信号87，该信号通过传感器电容器57传送与流经固定电容器88的电荷正好相等与相反的电荷，这样在其求和结89上保持虚拟的接地。这样，便使信号87的峰至峰幅值与传感器57的电容器板间隔成线性比率。高电阻（例如22兆欧的电阻器90为输入漏电提供一条回路，而将信号87保持在放大器86的工作范围以内。电容器88的值（例如5毫微法拉）是近似地选择为匹配于在没有工作台负载条件下传感器电容器所显示的值的。一个同步的幅值检测电路91将交流信号87转换成直流信号92，当处理器80选择这一通道用于测量时，信号92通过多路复用器82进入A/D转换器81。连接器94引向与85相似的其它电路。在每秒钟内大约可完成五十次通过所有六个输入端的一组完整的测量。

为了达到予期的精度，力工作台32必须能够以大约1%的相对精度测量几盎司的接触力。这些微小的力必须在存在着大而无法予测的静载荷的条件下测量：即，监视器的重量通常在94克到364克以上。因此，有必要找出这样一种设计使宽广的载荷范围并不影响经济性与必要的灵敏度。

由于电容器传感器57的最小实际间隙大约是空载开口的20%，因此在45、44千克（100磅）的最大监视器重量下，信号87的幅值可从大约5伏P-P（峰到峰）变化到大约1伏P-P。电路91与92是单位增益的，转换器81的工作输入范围大约在1至5伏直流之间。具有适当的容许操作极限时，它提供大约500计数/磅的灵敏度。由于均方值（RMS）噪声大约为一个计数，90克及上的力的变化可根据其离开基线的单个转换值差以1%或更高的精确度分辨。由于典型的触摸力确定是基于若干次测量的一个加权平均值的，实际的最小力还要小。

一面倾斜的A/D转换器可以是具有已知设计的能够将高分辨率与低成本结合在一起的。所示的转换器81可有16位的分辨率;但是作为这样极低廉设计的对应物，它是无处接近16位的绝对精度所要求的线性度或抗漂移性的。然而，其非线性度是明显的小于1%的，并且它在最坏情况下的漂移是小于每分钟一个计数的。由于处理器80中的固件每隔少数秒或更短的时间重新计算一次基线，从而消除了作为一种误差源的漂移。再者，由于它所关注的是微小变化的相对误差而不是绝对误差，这种线性度是完全够用的。

分析

所要求的远程三维力定位（手指触摸）功能是由上面的示例性实施例以下述方式实现的。

在一种模式中，说明有效推力线本身（或者更具体地，具有最小力矩的作用线）的数据可能是所要求的输出。

在另一种模式中，可以计算出该有效推力线与一个已知表面外形的交点，并输出该表面内的这一点的坐标，也许还连同其它检测到的特征，诸如力的大小。已知表面外形可以是与所支承的监视器或其它物体的实际物理外表面一致或者只是它的一个部分，在这一情况下坐标所指的是物理接触的实际点。

最基本形式的力传感工作台32包括用沿周边放置的至少三个弹簧52支承与分隔开的两块刚性板50，51。这些弹簧，如上所述，最好是在两端都牢固地固定的以防止可能通过磨擦引起机械阻力的一切转动或滑动。它们具有（当这样安装时）大致上相等的压缩与剪切弹簧刚性系数;每一个弹簧及各方向上这些系数通常在每磅若干个4分之一英寸的范围内。总的弹簧刚性系数应兼顾较软支承情况下的较高灵敏度及较硬承情况下受支承质量共振频率提高所引起的动力学误差的较大自由度。

电容位移传感器57安装在两块板之间，其灵敏性位置与方向选择为能够有效地编制刚性运动的所有六个自由度。具有从上述构造中所得到的较佳的可变几何形状的这些传感器是便宜与灵敏的。在另一个实施例中，六个传感器中的每一个包括安装在两块工作台板之一上的一个光学发射器-检测器对，每一个的光束被支承在相对的板上的一小片分级透明膜可变地减弱（未示出）。

传感器的输出被检测、度量并多路传输以形成对图7的A/D转换器的输入。如前所述，由于不须要高稳定性与完美的线性度，这种转换器可以具有非常低廉的一面倾斜的设计而仍能提供所要求的宽广动态范围。对各种位移敏感数字化值被送到标准的微处理器系统80，它执行应用所要求的必要计算与格式化输出。在这一触屏应用的情况中，这些操作中也可包含对其它触屏设备的仿真。

这样，在图8的显示屏幕31上触摸一个点P将产生机械地传递到远程力传感工作台32的一个推力，该工作台通过其六个自由度与感测灵敏度将会感测与产生对应于所产生的推力矢量（图9）的X、Y与Z坐标分量以及伴随的力矩矢量的滚动、翻动与转动分量的编码信号。如图10所示，并在下面要全面说明的，上述微处理器计算将导出该触点的遥感到的位置，并在38上将其输出。

力数据的使用原理

图8描绘了放置在力传感工作台32上的显示器设备31，图9与10再次表示同一系统，但为了图的清楚性，显示器与工作台是用一个透明的立方体代替的。为了具体化，示出了一个特定的参照点“R”以及图9中104所示的一个特定的坐标系统。推力及平移矢量可包含磅或英寸值的X、Y、Z的计数，并且力矩与转动矢量可包含磅-英寸或弧度的滚动、翻动、转动计数。虽然从图9中所建议的方法在对称轴上定心与对准这一坐标系可使下面要讨论的矩阵的数值实例看起来比较简单，但这一选择是任意的。为了简化，力与传感器输出在讨论中将把它们看成是似乎只存在着时变的分量的，因为将诸如显示器重量或传感器的基线输出等常量加入进去只能没有必要地弄乱描述但并不改变其结果。

在图10中，在其作用点P上画出了一个推力矢量THRUST_R作用在P上的“推力线”定义为通过触点P无限延长THRUST-P所经过的点的轨迹。用户的手指与显示器屏幕之间的实际接触区实际上包含许多靠近P的点，通过这些点在大致上平行于THRUST-P的方向上通过组成合推力的许多无穷小的力。这意味着在P附近并且实际上在推力线上的任何点附近手指压力产生的力矩是可以忽略不计的。由于在其它点上该力的力矩大小与这些点与该推力线之间的距离是成正比的，所以存在着一条严格定义的最小力矩线，对于一个称作“简单接触力”的力，该最小力矩线是实质上与推力线重合的。（注意，将一个木楔插入一块板中实际上是用手而不是用手指去触，从而接触力可能不是简单的;在孔中用机械锁住销钉可能将一个基本上无法控制的力矩通过该接触“点”传送出去。当然，如果销钉与孔是正方形的，则在推力线与最小力矩线之间是没有任何关系的）。

将在下面理解，工作台所进行的力测量足以计算出最小力矩线。然而，从最后一次执行用户标定过程以后，还要求显示器的外表面与力板之间保持固定的关系。（这一过程实际上使工作台知道屏幕在什么地方）。因此，传感器数据是逻辑上足以在三维空间中以给定的适当标定数据（在该表面上用图象显示的任何二维网络）定位一个简单接触力的接触点的。

返回到图10，参照点R用来在系统上表示该随时间变化的力的综合效应的。为了更清楚，用长方形105使包含推力线102与参照点R的平面成为可见的，其边平行或垂直于推力线，并用相交面106来表示这一平面通过用来表示显示器与力工作台的立方体的相交面。

下面要讨论的合力称作“TF-PeR”，它包括THRUST-R与TORQUE-R在一起，并且它是作用在图10中的点R上的，该合力将产生与在P处的触力所产生的相同的工作台上部板的运动与位移。这是一种已知的结论，实际上，对于任何选定的参照点，总有一个唯一的这种类型的合力。对于当前的目的，将R设想为位于力传感工作台内的支承系统的对称中心上是方便的。（由于这是虚无空间中的一个点，我们必须把它设想为连接在上部板的一个无物质的刚性延伸面上的）。

R上的等价于P上的力可用下列关系式表示：

THRUST-R-THRUST-P（1a）

TORQUE-R＝TORQUE-P+→P叉乘THRUST-P，（1b）

其中“R→P”是从点R到点P的位移矢量，而“叉乘”是指矢量叉乘。由于对于一个简单接触力TORQUE-P实际上为零，TORQUE-R垂直于平面105并且其大小等于THRUST-P乘以矢量R→Q的乘积。（Q为R到推力线的垂线107的垂足）。考虑下面一个点“T”的位置矢量“R→T”的公式：

R→T＝Lambda·THRUST-R+（THRUST-R叉乘TORQUE-R）/｜THRUST-R｜∧2    （2）

其中成对的垂直线是理解为返回它们之间的矢量的大小的，而符号“·”、“/”与“∧”则分别表示适当形式的乘、除与“幂”，其中“Lambda”表示一个定标器参数。右边第二项中的叉积构成一个在R→Q方向上的矢量，其大小为R→Q·THRUST-R·TORQUE-R，从而可以看出整个第二项是相对于参照点定位点Q的。由于第一项表示THRUST-R方向上的一个任意长度的矢量，THRUST-R的方向也就是THRUSTP的方向，对于某一Lambda值，T可取为推力线上任何一点，可以看出T的公式生成最小力矩线;但受到TORQUE-P必须为零的限制，它实际上是与推力线相同的。

从而，只要具有了足以确定出现在某一参照点（诸如R）上的作用在系统上的合力矢量的信息，便可以从这些信息中计算出接触点。现在讨论这一合力矢量与工作台传感器所测出的值之间的关系。

力数据的采集

作用在系统上的推力与力矩使顶板（上部板）产生一个位移，该位移可用绕R的一个转动与一个平移的合成来表示。具有三个分量的转动矢量表示为“ROTATION-R”，而具有三个分量的平移矢量则为“TRANSLATION-R”。并位移矢量“D-‘‘R”也可定义为由平移分量与转动分量构成的。

在虎克定律的作用范围内，挠曲是用挠曲矩阵“FLEXMAT-R”描述的：

D-R＝FLEXMAT-R·TF-R-MEASURED    （3）

其中“TF-R-MEASURED”为相对于R的所有的力除非基线弹簧力的和。考虑到下一部分中将要讨论的非平衡效应，它是与TF-PeR不同的。

考虑位于一个点“S”上的一个特定传感器，它是以一个灵敏度矢量“SENSITIVITY-S”为特征的。当在S处的顶板的刚性广延范围在SENSITIVITY-S的方向运动时，该传感器给出一个最大的正响应，该响应等于运动的距离乘以SENSITIVITY-S的大小的积。当运动垂直于这条线时，则没有响应;即：

Response-S＝SENSITIVITY点乘TRANSLATION-S    （4）

其中“Response-S”为S上的传感器上的传感器数据矢量“RESPONSE”的六个角分量之一。（运算符“点乘”是矢量的点乘）。在微小转动的范围内，系统的几何形状给出：

TRANSLATION-S＝TRNSLATION-R+ROTATION-R叉乘R→S    （5）

其误差大约为以弧度计算的二分之一转动大小乘该结果的值。由于所关注的转动小于一个弧度的千分之一，相对于所要求的精度这一误差是无足轻重的。上述两个关系式在一起意味着该响应是总位移的一个线性变换，它们的相关性可概括为一个6×6的矩阵“SENSMAT-R”：

RESPONSE＝SENSMAT-R·D-R    （6）

如果根据定义一个6×6标定矩阵“CALMAT-R”是给定为：

CALMAT-R＝（SENSMAT-R·FLEXMAT-R）的逆矩阵，    （7）

其结果为：

TF-R-MEASURED＝CALMAT-R·RESPONSE    （8）

要使得CALMAT-R易于处理则要求FLEXMAT-R与SENSMAT-R两者都是合理地远非奇异的。对于FLEXMAT，这意味着弹簧必须在压缩与剪切中具有大致相同的柔量。它们还必须分开分布在与能触摸表面大小相似的距离上，而在扭力的与平移的刚性上取得合理的平衡。至于SENSMAT-R，它意味着传感器应放置在并朝向于能够作出尽可能独立的响应的位置与方向上。再者，它们是如何分开分布的决定了转动的对平移的灵敏度的关系，所要求的平衡是由接触表面的大小设定的。

来自惯性效应的干扰

在这一点上，假定力是足够缓慢地与平滑地几乎接近静平衡地作用的。在实际中，显示器与工作台的非零柔性意味着在“TF-R-MEASURED”，工作台感测到的实际力，及TF-R，从P点数学地投影的合力之间存在着一种差别。

TF-R-MEASURED＝TF-PeR+TF-R-INERTIAL    （9）

“TF-R-INERTIAL”为显示器与顶板质量参照R的反作用力。它由这一质量的简谐振动的激发构成。它的能谱几乎完全局限于在一个略低于最低简振频率的一个值以上的频率中。

有可能要求使用标准的线性滤波技术来消除TF-R-INERTIAL的有害影响。这些技术包括取所测得的数据的各种时间加权平均值。然而，必须首先证明这些平均值在其它方式中是不会破坏接触定位的精确性的。

考虑一个典型的接触力在时间上的演化过程。它不只是上升与下降，还不断地改变方向。由于瞬时推力线扫出的扇形通常对它具有某种锥形深挤压，一个累加的平均力的推力线不一定接近任何瞬时值。然而，假定P本身并不移动，（在公式1b中R→P为常量），可以看出在R上的合力分量或者这些分量的任何线性变换的一个时间加权平均值对应于在P上的瞬时力的一个类似地时间加权的平均值的分量（或者变换后的分量）。但是作用在P上的力的和合成为P上的一个力，所以从时间加权分量中计算出的推力线（“有效推力线”）必定通过P。

作用在TF-R-MEASURED上的一个线性滤波器将生成一个响应，该响应是滤波的TF-PeR与滤波的TF-R-INERTIAL之和。对于一个适当的滤波器，后者接近于零，并且，如上所述，第一项提供计算正确接触位置的值，从而产生所要求的结果。

一种有效的滤波器可具有已知的低通与/或陷波设计，最好是在微处理器系统80中数字地实现的。这样的滤波器能有低于0.5至1乘最低简谐振动的周期的一组延时，或在0.1秒范围内的延时。由于这短于典型的触摸持续时间，良好的测量幅值得以保持（即，触摸的能谱大部分位于低于TF-R-INERTIAL的频率中），并且使合理的响应速度得以达到。特别值得一提的是，这一组延时大大地短于系统的阻尼时间一在逼近到达静平衡之前被激发的振动可有许多周期。

平板模型

在许多情况中，一个接触表面可用一个正确地定位的平面充分地逼近。已知将这一特殊情况应用在触摸应用中能得到良好的结果，只要该表面从该平面的最大偏移不超过大约三倍所需的精度;即，对于大多数触摸，接触力的切向分量是法向分量的三分之一或更小。虽然将传感器放置在这一同一平面中的实际困难有可能提高成本并在许多这样的应用中限制前述先有技术的可应用性，但本发明的用于计算一个电气模型的方法仍然提供良好的答案，该电气模型在遥感中得到显示器表面上的触点的位置。

将该接触表面考虑为用一种带有坐标“U”与“V”的二维格网标记。这一网格的原点位于三维空间中的点“O”上，我们将它来与二维基矢量EU与EV相关联。如果接触点“P”是在网格中坐标（U，V）处，我们可写出：

R→P＝R→Q+U·RU+V·EV    （10）

现在可示出，存在着三个每组六个数的组，用六个分矢量U-CAL、V-CAL及W-CAL表示，使得（在静态极限内）：

U＝（U-CAL点乘RESPONSE）/（W-CAL点乘RESPONSE）    （11a）

V＝（V-CAL点乘RESONSE）/（W-CAL点乘RESPONSE）    （11b）

并且“W-CAL点乘RESPONSE”是与接触力的法向分量成正比的。为了简化，定义：

US＝U-CAL点乘RESPONSE    （12a）

VS＝V-CAL点乘RESPONSE    （12b）

W＝W-CAL点乘RESPONSE    （12c）

由于“US”、“VS”与“W”最终只是TF-R-MEASURED的线性变换，上述滤波可应用于这些导出的数据流。这时等式：

U＝（滤波后的US）/（滤波后的WS）（13a）

V＝（滤波后的VS）/（滤波后的WS）（13b）

不需要静平衡便能紧密地逼近U与V。可监视“滤波后的W”来确定接触的出现，并且当“滤波后的W”充分大时，便可从上式中计算出U与V的严格定义的值。

现在考虑如何能得到U-CAL、V-CAL及W-CAL的值。将显示器设备放置在力传感工作台上它的位置中后，用户运行一个标定过程的软件。如果需要，这一软件可在主计算机上运行而不是在微处理器系统80上运行。完成了这一过程之后，标定值经由通信链路38卸载，用于存储在作为80的一部分的一个小型非易失性存储器中，该系统便准备好可以使用了。

为了方便起见，假定用在显示屏上的网格在左下角上的坐标＜U，V＞＝＜O，O＞，并且在右上角的＜U，V＞＝＜1，1＞。标定本身可被执行如下：顺次地使屏幕四角上的四个点＜O，O＞、＜O，1＞、＜1，O＞及＜1，1＞发光，并在每一个点出现时指示用户在每一个点上按三次。可以进一步指示用户故意用改变方向的侧向力去触摸，因为这样做可以更精确地标定对切向分量的响应。力的大小与每次触摸的方向是无关紧要的;只要求每次触摸是小心地在所指示的点上进行的。

在U＝O作出的六次测量中的每一次，“U-CAL点乘RESPONSE”也必定是零，因为“W”肯定不会是无穷大。U-CAL是将这六个测量值集中在一起所构成的矩阵的零空间中的一个矢量，它的一个称作“U-CAL-A”的纯量倍数能以标准的方法抽取。V-CAL的一个类似的倍数“V-CAL-B”也可从V＝O的触摸中确定。虽然将标定矢量的任意倍数集中在一起便足够了，但相对定标必须是一致的。定义：

a＝U-CAl-A/UCAl

b＝V-CAL-B/VCAl。

用11b去除11a，然后将两边都乘以a/b，我们在＜i，i＞上的触摸得到：

a/b＝（U-CAL-A点乘RESPONSE/（V-CAL-B点乘RESPONSE）    （15）

a/b的值便是从这样一次触摸中确定的，或者是作为这样导出的比值的平均值确定的。这时，

V-CAL-A（a/b）·V-CAL-B    （16）

对U-1的六个触摸中的每一个使用等式11a：

Z-CAL-A点乘RESPONSE＝U-CAL-A点乘RESPONSE    （17）

将从六个右手边中计算出的六个数集中在一起，并予先将这一矢量乘以对应的测量值的逆矩阵，便得出Z-CAL-A而该过程完成。

一个非平面模型

现在简要地考虑更广义的非平面情况中的一种方法。

在工厂中，每一个工作台可在一个专门设计的夹紧装置中预标定，该夹紧装置提供一组六个精确的已知力。这些力是这样选择的，使得这些根据一个特定的参照点与坐标系统表示的（诸如R与104），这些力的矩阵是可逆的。然后将该测量值矩阵乘以这一逆矩阵，得出所需要的标定矩阵（上述CALMAT-R），将它存储在非易失性存储器中。

在现场，用户标定过程向用户提供显示器中心的一个点及四边的四个中点。在每一个点上要求两次在不同方向上的触摸，并从推力线对的交点中确定空间中的点位置。由于这些线对并不精确地相交，所以用垂直于两条线的线段的中点作为“交点”的代用品。如果该线段太长，或者一对中的两条线太接近于平行，则提示用户重复触摸该点。现在确定了最符合（在RMS含义中）该五个测试点的平面、垂直方向上的圆柱面及球面。比较每一个的符合质量并保存最接近地通过所有这些点的图形，供以后使用。这里所试验的三类形状是显示器表面最常用的几何形状）。

在应用中，可使用工厂标定矩阵按照上述等式2并适当地使用传感器数据的滤波来计算推力线。从用户标定中得到的信息便可用于计算三维空间中的表面交点，经由38用矩形平面网格的二维坐标报告这一交点的位置，当将它垂直投影到该假想的表面上时，便将五个测试点放置在正确的位置上。

再扼要重述一次，在刚才描述的应用中，在该实施例本身中明确地使用了诸如推力线以及R上的合力的分力等实体，这些都是在分析中提出的。在平面情况的应用中，虽然它们是用于开发实施例的，但并不需要在该实施例中出现。从而，可以看出本发明的范围内的两种不同的实施例可能使用在结构与细节上完全不同的计算方法中。根据本发明，它们具有的共同点为：

（1）使用了响应刚体运动的所有六个自由度的力传感装置;以及

（2）从所述力传感装置的输出中计算一个接触点的位置的计算装置;对于所有受到关注的潜在接触点，包括那些从传感器平面上适当地消除的，这种计算出的位置基本上不含由于存在着该接触力的一个无法予测的切向分力而引起的误差。

本发明所提出的平面处的传感器所提供的信息真正是在理论上足以在前述切向力分量中消除误差的。虽然所提供的是用于执行所要求的计算的各阶段的特定实际技术，然而，存在着许多可以执行这些计算的方法，而且在诸如传感器的位置与朝向、传感器的种类、支承的类型等方面存在着许多变化。

概述与先有技术的区别

总而言之，至少在三个方面，作为本发明的基础的方法学与上面描述的以及其它的先有技术不同，并且它们是构成本发明所取得的新颖结果的主要原因。

第一，本发明使用了响应作用力与力矩的所有六个自由度的力传感装置。反之，先有技术方法故意回避它们不响应切向分力的问题。

第二、本发明能够取得离开传感器平面的力位置，尽管存在着这些切向分力。

第三、本发明从所关注的表面内的所有点中计算出具有最小的三维力矩矢量值的点，然后将这一点作为所关注的表面与一个接触力的推力线的交点的一种估计值输出。

对于这一表面的所有配置，这一点都是与先有的感测或计算方法不同的，下面进一步说明：

以上各特征清楚地使本发明区别于上述先有技术及可以借助它们得出的结果。

另一方面，以前说明的先有技术方法报告的是传感器的平面中的这样一个位置，在这一位置上一个确定的二维力矩矢量的值为零。这一矢量可以看作是在该点上的真正的三维力矩矢量在传感器平面上各空间点上的投影。本发明的方法不但在允许所关注的表面可以是曲面形的以及真正地远离传感器平面方面远比先有技术广义，并且还在概念上与数值上在将先有技术应用于包含这些传感器的一个扁平平面上时与它们不同。

为了弄清楚这一点，考虑以下情况：支承一块在其四角上带有根据先有技术工作的传感器的板。将这一整个装置放置在本发明的一个设备上，使得在该板上的接触位置可以同时被两种方法读出。与该表面成45°角（或者任何不是完全垂直的角度）在板上拧入一个螺丝。再以45°角将螺丝P压在螺丝钉头上，但不要扭转。在这一点上，两种方法都将报告正确的接触位置。

在该接触点上，二维与二维力矩矢量两都为零。三维力矩矢量场可看成是以推力线为中心的等长箭头的圆柱面，各柱面的箭头长度与柱面的半径成正比例增加。独立的箭头位于垂直于该推力线的位置上，并以一种环状方式绕着该推力线互相跟随着。

现在，当将螺丝刀向右扭转时，在接触点上便出现一个非零的力矩矢量，它是平行于推力线指向该板中的。这一分量是表现为均匀地加在整个场中的，加长各处的箭头并将它们在一定程度上弯曲到推力方向上的点上（现在它们表现为在右手螺旋线中一个跟随着一个）。

由于最小值仍在沿推力线的方向上，在那里只存在平行的分量，只有本发明的方法继续报告正确的接触点。接触点上的平行分量的二维投影不能为零，由于它是相对于表面法线倾斜的（对于一切实际的力，它至少在一定程度上总是这样的）。然而，偏离了推力线，力矩场的螺旋状倾斜会使某一特定矢量的二维投影在一个附加的点上消失。

设想板是水平的而螺丝刀则是向户用倾斜的，具有一条通过接触点画在板上的线，与该推力线成直角向右延伸。在这一条线上任取一点，例如距离螺丝刀2英寸的一个点。用1磅力压在螺丝上，而用螺丝刀作用一个二磅英寸的顺时针方向上的力矩。由推力引起的力矩分量具有2磅英寸的值并从对向用户成45度的倾斜角指向板中。由扭转引起的力矩分量的值也是2磅英寸但从离开用户成45度的倾斜角指向板中。它们的合力矩值为2.818磅英寸，垂直于该板。因此，它在表面上的投影为零值;这便是先有技术方法作为接触位置报告的附加的点的位置。

注意，前面描述的标定方法并不一定定义一个与显示器设置的外表面重合的关注的表面。当用户“通过”屏幕的发光点从两个以上的不同方向上触摸时，用户很可能正在触摸该表面上物理上不同的点。从而，在使用具有厚的玻璃荧光屏的阴极射线管监视器时，所关注的表面是位于荧光物质所在处的;这一表面可以通过标定过程的作用在应用中蕴含地定义，从而容许设备投影一个匹配的虚拟响应表面。推力线与这一响应表面的交点是通过在该虚拟响应表面内找出具有最小的三维力矩矢量的点来紧密地逼近的。

本发明的方法与先有技术的区别在于在本发明的方法所报告的表面内的相交位置上，三维力矩矢量为最小值（即具有最小长度）。无疑这可作为对本发明的独一无二的计算要求的一种说明。

熟悉本技术的人员还可作出进一步的修改，例如根据要求选用具有相似功能的其它种类的弹簧与传感器;以及将外部力传感工作台放置在其它位置上，这些位置可以接触或接近或触及监视器或其它装置，这些装置带有要在其上定位触摸或其它接触事件的表面，其中包括为了更普遍的应用，将其放置在所支持的装置内部或后方。所有这些工作台或物体支持或者支撑具有任何形状的一个关注的表面，在这里笼统地称作“显示器装置”的一个“显示器表面部分”或者类似的名词。再者，可以想象更广义的“关注的表面”。考虑这样一样情况，当一位顾客压在并指向一台售货机内部远处的所要的物体时作用在该机器的玻璃窗口上的力。各物体的表面便是一个“关注的表面”，它潜在地与最小力矩线相交。例如，一位医学院学生可能指点一个不透明的人体模型的躯干内部的看不见的器管;模型可能是相当空的，但还是可以找出对应于如果模型是真的人体时应该在那里的器管的关注的表面的数学描述。熟悉本技术的人员将会容易地看出在整体计算装置中是怎样充分地描述这些表面的，以及本发明的方法是如何应用于这些或其它特定情况中的。从而“关注的表面”以及对应的所要求的“虚拟响应表面”是由应用与用户的意图所定义的，而并不局限于本发明所描述的模式的特定说明。同时还应理解上而所述的这一点，本发明对于阴极射线管以外的其它类型的电光显示器表面也是有用的，其中包括，但不限于，LCD与LED显示器。这些与其它指出的修改是被认为是落在所附的权利要求书中所定义的本发明的精神与范围中的。

Claims (20)

1、一种在显示器装置上的一个显示器表面部分上确定触摸位置的方法，包括：将该显示器装置接触在设置在远离该显示器表面部分的位置上的一个力传感工作台上，该工作台综合地具有足够的自由度与感测灵敏度能够对触摸该显示器表面部分的一个点的推力作出响应来感测所产生的推力矢量的坐标分量以及相伴随的力矩矢量的分量；从感测到的力计算出该显示器表面部分上的一个位置，相对于这一位置，该测出的力基本上具有最小的力矩；以及作为所述触摸点的一个估值，输出所得到的遥测到的位置。

2、如权利要求1中所提出的一种方法，其中该力的感测是响应该显示器装置的刚性运动的六个角自由度的，其中包括所得到的推力矢量在X、Y与Z轴上的坐标分量，以及由所述触摸导致的伴随力矩矢量的滚动、翻动与转动分量。

3、如权利要求2中所提出的一种方法，其中所述感测是通过在构成该工作台的一对分开的平行板之间的弹簧的支承作用以及将该显示装置接触在远离其显示器表面部分的一个区域上来实行的。

4、一种在一个装置所携带的一个表面上确定触摸位置的方法，包括将装置在远离所述表面的一个区域上接触在一个力传感装置上，该力传感装置综合地具有足够的自由度与感测灵敏度，响应触摸该表面的一个点的推力，来感测得到的推力矢量的坐标分量以及伴随的力矩矢量的分量;从感测到的力中计算一条最小力矩线上的一个位置以提供该表面的一个交点;以及将该得到的遥感位置作为所述触摸点的一个估计值输出。

5、如权利要求4中所提出的一种方法，其中所述计算包括：从该感测到的力中建立一个电气模型，该模型在一个参照点上包含垂直于包含该推力与力矩矢量的一个方向，沿所述方向延伸一个等于该力矩矢量除以该推力矢量的值的一个距离到达一个最接近该参照点的一条推力线上的一个位置;以及通过所述点延伸该推力矢量以提供该显示器表面的一个交点。

6、一种在显示器装置的一个显示器表面上确定触摸位置的方法，包括：将该显示器装置接触在一个力感测工作台上，该工作台是设置在远离该显示器表面部分本身的位置上的并且能够对从触摸该显示器装置的所述显示器表面部分所产生的力与力矩矢量的所有六个刚性运动自由度作出响应;在工作台上感测由这种对该显示器表面部分的触摸所产生的力;从所感测到的力中计算出该显示器表面部分上的一个位置，相对于该位置，等价于该感测到的力的力基本上具有最小的力矩值;以及作为该触摸点的一个估计值输出所得出的遥感到的位置。

7、权利要求6中所提出的一种方法，其中所述计算包括从该显示器表面内的所有点中计算出所述力矩矢量在三个维度上具有最小值的点。

8、一种在一个装置的一个表面上确定触摸位置的方法，包括：将该装置接触在力传感装置上，该力传感装置是设置在远离该表面本身的位置上的并且能够对由触摸所述表面产生的力与力矩矢量的所有六个刚性运动自由度作出响应;在所述力传感装置上感测由对该表面的触摸所产生的力;从所感测到的力中计算出所述表面上的一个位置，相对于该位置，等价于感测到的力的力具有在本上最小的力矩值;以及作为该触摸点的一个估计值输出所得到的遥感到的位置。

9、权利要求8中所提出的一种方法，其中所述装置包括一个计算机输入设备，并且所述触摸是用一位用户的一只手、一根触针或其它工具实行的。

10、权利要求8中所提出的一种方法，其中该计算机输入设备包含一个计算机显示器设备。

11、权利要求8中所提出的一种方法，其中所述表面是实际上与一个可见的显示表面重合的一个虚拟响应表面。

12、权利要求11中所提出的一种方法，其中该虚拟响应表面是实际上与覆盖所述可见显示表面的一个外部物理表面重合的。

13、一种触屏感测装置，用于一台装有一个显示屏幕的监视器，该感测装置具有：将该监视器接触在其一个远离该显示屏幕的区域上的力传感工作台装置;该工作台装置设置有足够数目与自由度的传感器装置，这些传感器装置响应触摸该显示屏幕时所产生的推力，感测对应于得到的该推力矢量的坐标分量及伴随的力矩矢量的分量的测量值;用于从所述感测到的力中计算出在该显示屏幕上的一个位置的装置，相对于该位置，该测量得的力具有基本上最小的力矩值;以及用于作为所述触摸点的一个估计值输出所得到的遥测位置的装置。

14、如权利要求13中所提出的装置，其中该传感器装置提供六个自由度，感测该推力矢量的X、Y与Z坐标分量及该伴随力矩矢量的滚动、翻动与转动分量的线性无关组合。

15、如权利要求14中所提出的装置，其中该监视器倚靠在该工作台装置上。

16、如权利要求15中所提出的装置，其中该工作台装置包括一对用弹簧连接的分开的平行板。

17、如权利要求13中所提出的装置，其中该计算装置包括一个微处理器，该微处理器设置有一个用于人编码中建立一个电气模型的装置，该模型在一个参照点上包括一个垂直于包含该推力与力矩矢量的平面的方向用于沿所述方向延伸一段等于该力矩矢量的值除以该推力矢量的值的距离到达最接近于该参照点的一条推力线上的一个位置，并用于通过所述点延伸该推力矢量以提供该显示器表面的一个交点的装置。

18、如权利要求15中所提出的装置，其中设置了用于在该工作台装置上保证精确与可重复地定位该监视器的装置。

19、如权利要求17中所提出的装置，其中该力传感工作台装置装设有多个分布的传感器，这些传感器的位置与方向的灵敏度足以以对应的传感器输出响应工作台运动的所有六个自由度。

20、如权利要求19中所提出的装置，其中设置了分别用于检测、定标与多路传输所述传感器输出以及通过一个斜率型A/D转换器将它传送给所述处理器的装置。

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