CN1130622C - 计算机输入设备以及这种设备的手柄装置 - Google Patents

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Abstract

输入设备，用于计算机，包括：一个用来放置在一个支承垫(3)上的支承件(2)，用来探测支承件相对于支承垫的运动的探测装置(4)，用来将支承件(2)相对于所述支承垫(3)的运动信息无线传递给一个接收装置的通信装置(5)。

Description

计算机输入设备以及这种设备的手柄装置
技术领域
本发明涉及一种计算机的输入设备。通常，这种输入设备称为“计算机鼠标”。具体来说，本发明涉及一种用于计算机的输入设备，其中输入设备设计为受微调运动肌肉(fine motor muscles)群的控制。本发明还涉及计算机输入设备的手柄装置。
背景技术
通常，传统的输入设备或者计算机鼠标是由一个探测运动的装置构成的，该装置被封闭在一个外壳中。这种探测运动的装置通常包括一个封闭在该外壳中的球，其中，通过对所述球相对于支承垫的运动进行译解而全程记录输入设备相对于支承垫的运动。在其他已知的输入设备中，使用了用来探测运动的光学装置，其缺点是只能探测相对于专为该运动探测装置设计的支承垫的运动。
根据另一种已知的技术方案，输入设备包括一个对着用户的球，由用户的手指转动该球而直接控制它。
上述输入设备的一个问题是，用户的肌肉必须进行静态的工作，前臂保持手掌向下的姿态伏在终端位置。手掌向下的姿态是指转动前臂使拇指在内侧位置而手掌在外侧位置。这个动作是绕前臂的纵轴线旋转前臂的骨架而完成的。除了手掌向下之外，现有技术还导致不必要的静态尺骨偏位，还常常导致手腕本身的不必要的伸展。
另外，例如通过EP 501906，我们已知一种所谓的操纵杆形式的输入设备，其中，译解一个手柄装置的运动而生成对计算机的控制信号。当使用操纵杆时，手柄装置绕一个枢轴点转动，该枢轴点位于手柄装置安装到输入设备壳体内的安装装置上或与之相连。这意味着，在某些运动中对手柄装置的操纵受前臂的粗大运动肌肉(gross motormuscles)控制，而不是受手指的微调运动肌肉控制。
另外，在操纵杆中，手柄装置的运动是相对于输入设备本身进行译解的。这意味着，输入设备必须以一种具有扭转刚性的方式固定在支承物上，或者由用户的双手支承，以进行令人满意的操作。
为了实现允许用微调运动肌肉进行操作的输入设备，已经提出过笔式的输入设备，相对于一个书写板来译解其运动。这种方案的缺点是需要使用专用的书写板，而书写板要占用固定位置。因此，被译解的其实不是笔相对于书写板的相对运动，而是笔在书写板上的位置。
另外，还已知有一种笔式输入设备，它在笔尖上支承有一个球，该球相对于笔的运动被译解。这种笔有许多缺点。这部分是因为为了使球滚动，笔必须保持在固定的角度；部分是因为笔没有给定的取向，这意味着，在译解出的运动和笔实际进行的运动之间，很容易发生歧异。例如，如果将笔旋转90度，笔的垂直方向的运动就会被计算机理解为水平方向的运动。另外，在笔的运动和译解出的运动之间，不存在简单的一致。例如，如果将笔沿着一个支承垫做锥摆运动，就会被译解为直线运动。这种情况的原因，是在锥摆运动中，笔的角度在连续改变，而球相对于笔的运动是恒定的。这就意味着，例如，“C”的输入就是一个锥摆运动，这对于人用手指的微调运动肌肉进行书写是非常普通的，而计算机则会将这个“C”解释为“I”。
为了正确地使用这种笔，笔杆必须保持在恒定的角度，这意味着，笔必须由前臂的粗大运动肌肉进行控制，而不是由手的微调运动肌肉控制。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种减少肢体重复性劳损的危险，并可以有更高的输入精度的计算机输入设备。本发明的第二个目的是提供一种用户易于用视觉确定其取向的输入设备。本发明的第三个目的是提供用户观察到的实际运动和运动探测装置译解出的运动之间的一种简单的表达关系。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种计算机的输入设备，它包括：一个用来放置在一支承垫上的一支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，所述支承件具有一个突起，该突起包括一个具有扭转刚性的柔性接头，该柔性接头允许连接到所述突起上的一个笔式手柄装置，绕与该柔性接头的纵向延伸方向正交的每一个旋转轴线转动，但不允许上述笔式手柄装置绕该柔性接头的纵向延伸方向转动，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制。
根据本发明的第二个方面，提供了一种手柄装置，用于计算机输入设备，后者包括：一个用来放置在一支承垫上的一支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，该手柄装置包括一个具有扭转刚性的柔性接头，用来连接到所述输入设备上，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制，该柔性接头允许所述手柄装置，绕正交于所述柔性接头的纵向延伸方向的每一个旋转轴线转动，但不允许手柄装置绕所述柔性接头的纵向延伸方向转动。
根据本发明的第三个方面，提供了一种计算机的输入设备，它包括：一个用来放置在一支承垫上的支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，所述支承件具有一个突起，该突起包括一个具有扭转刚性的柔性接头，该柔性接头允许将绕一第一旋转轴线的旋转，传递到一个与所述第一旋转轴线成角度设置的第二旋转轴线，该柔性接头并允许所述第一和所述第二旋转轴线之间的夹角改变，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制。
根据本发明的第四个方面，提供了一种手柄装置，用于计算机输入设备，后者包括：一个用来放置在一支承垫上的一支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，该手柄装置包括一个具有扭转刚性的柔性接头，用来连接到所述输入设备上，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制，该柔性接头允许将绕一第一旋转轴线的旋转，传递到一个与所述第一旋转轴线成角度设置的第二旋转轴线，该柔性接头并允许所述第一和所述第二旋转轴线之间的夹角改变。
另外，上述根据本发明的第一个方面提供的计算机输入设备还可进一步包括如下特征。
a.当用户不向上述笔式手柄装置施加作用时，所述柔性接头沿所述每一个正交旋转轴线的抗扭强度，足以将所述笔式手柄装置支承在直立位置。
b.所述柔性接头为可回弹的。
c.所述突起具有一个用来接纳一个笔式手柄装置的装置，从而，使所述支承件由上述手柄装置的用户，通过所述柔性接头进行控制。
d.所述接纳上述笔式手柄装置的装置具有连接器，用来连接到装在所述笔式手柄装置中的电源上。
e.所述笔式手柄装置包括一个用于所述通信装置和/或探测装置的电源。
f.所述支承件和笔式手柄装置所具有的几何形状和重心，使得在任何允许的转动位置，所述笔式手柄装置都不能使所述支承件倾覆。
g.该输入设备包括由所述突起的轴向位移激活的连接器。
h.所述输入设备包括由所述笔式手柄装置的轴向位移激活的连接器。
i.该输入设备包括由所述突起的径向位移激活的连接器。
j.所述输入设备包括由所述笔式手柄装置的径向位移激活的连接器。
k.所述笔式手柄装置支承至少一个键，用来接受用户食指的激励。
l.所述输入设备具有两级节能功能，其中，除了输入设备中的通信装置之外的电子器件，在经历一个较短的第一不活动期间后关闭，上述通信装置(5)则在一个较长的第二不活动期间后关闭。
m.所述输入设备包括一个条码阅读器。
而上述根据本发明第二个方面提供的用于计算机输入设备的手柄装置还可进一步包括如下特征。
a′.所述笔式手柄装置包括一个用于上述支承件中的通信装置和/或探测装置的电源。
b′.当用户不对所述笔式手柄装置施加作用时，所述柔性接头沿所述每个正交旋转轴线的抗扭强度，足以将所述笔式手柄装置支承在直立位置。
c′.所述柔性接头为可回弹的。
附图说明
下面参照附图具体描述本发明。附图中：
图1是本发明的第一实施例，其中，手柄装置固定地安装在支承件上；
图2是本发明的第二实施例，其中，手柄装置可拆卸地安装在支承件上，支承件支承有一个具有扭转刚性的柔性接头；
图3是本发明的第三实施例，其中，手柄装置可拆卸地安装在支承件上，手柄装置支承有一个具有扭转刚性的柔性接头；
图4是设计有手柄装置的连接装置的支承件，所述手柄装置支承有一个具有扭转刚性的柔性接头。
具体实施方式
图1示出了一个总体上标为1的输入设备。该输入设备包括一个支承件2，后者用来放置到支承垫3，例如鼠标垫上。在支承件2中有探测支承件2相对于支承垫的运动的装置4。例如，该装置由一个以已知方式安装在该输入设备中的球构成。支承件2在底侧有一个口，球的一部分通过该口露出。从而，当支承件在支承垫表面运动时，球就会滚动。这种滚动由探头4a、4b测量，从而探测到所述运动。这种输入设备是本领域普通技术人员公知的，这里不进一步描述。在本发明的一个替代实施例中，所述探测装置4由与支承垫相配合的发光器构成，从而可以测量支承件的相对运动。这种设备也是公知的而不作进一步描述。
另外，该输入设备还包括一个通信装置5，用来将来自探头4a、4b的关于支承件相对于支承垫的运动的信息无线传递到与该输入设备通信的计算机。该通信装置包括一个发射器。这种通信装置是本领域普通技术人员公知的，因此不作进一步描述。通过采用无线通信装置，输入设备就可以自由移动，而没有连接线可能造成的限制和干扰。
另外，所述支承件2上形成有一个突起6，后者包括一个具有扭转刚性的柔性接头7。突起6安装在包括支承件的电子和机械元件的盖体8上。突起6安装在该盖体8的上侧。在该突起6上安装一个笔式的手柄装置9。使用输入设备时，用户握着所述笔式手柄装置9，控制支承件在支承垫上的运动。有利的是，所述笔式手柄装置这样设计：其长度允许食指的中节和末节指骨同时接触。所述具有扭转刚性的柔性接头7允许笔式手柄装置9绕每一个与柔性接头的纵向延伸方向正交的旋转轴线10、11转动，但不允许手柄装置绕柔性接头的纵向延伸方向12相对于支承件转动。为了实现这种功能，所述柔性接头可以设计为万向接头或者柔性的但具有扭转刚性的波纹管。
在本发明的一个优选实施例中，在用户不向所述笔式手柄装置施加作用时，所述具有扭转刚性的柔性接头7沿其每一个正交旋转轴线的抗扭转强度足以将笔式手柄装置支承在直立位置。这意味着，手柄装置会处于直立或接近直立位置，便于抓握该手柄装置。在本发明的另一个优选实施例中，所述具有扭转刚性的柔性接头设计为可回弹的，从而使所述笔式手柄装置9可以自动恢复到直立位置。
为了使手柄装置7和支承件2保持正确位置，这样设计所述支承件2和笔式手柄装置7的几何形状和重心，使笔式手柄装置不能在任何可能位置发生倾覆。这是这样实现的：设计支承件2的重量和重心，使得当笔式手柄装置9向支承垫倾斜90度时也不能使支承件2倾覆。
另外，根据一个优选实施例，这样设计所述支承件，以允许所述具有扭转刚性的柔性接头的设置位置离所述支承垫很近。为了在操纵笔式手柄装置时仍能保证手靠在支承垫上，所述具有扭转刚性的柔性接头应当设置在离支承件底表面21的一个高度H上，该高度优选为0.5-4厘米，表示在所述盖部上部的一个截面上。在另一个优选实施例中，该距离为1-2.5厘米。在一个更优的实施例中，该具有扭转刚性的柔性接头离支承件盖部的边缘13的距离B是这样的，使得它可以靠近手腕被抓握，从而使用户的控制精度更高。
为了满足手柄装置与具有扭转刚性的柔性接夹的连接的良好接近性要求，以使支承件精确工作、平衡良好，从而保证它不太容易意外倾覆，一种优选实施例的支承件设计有一个与所述具有扭转刚性的柔性接头7连接的具有腰部的盖部8。这可以实现所述柔性接头的低定位，以及柔性接头7和外边缘之间的小距离。在一个更优的实施例中，支承件对称设计，对称轴线沿着支承件2最窄的部分。在一个实施例中，支承件的盖部为半个花生的形状，有一个平坦的底表面，上侧为通过一个腰部连接起来的两个半球体。这种形状可以提供良好的接近性和平衡性。
另外，图1示出了本发明的一个实施例，其中，笔式手柄装置9或者突起7与转换器19、20通信，从而可以通过笔式手柄装置9由力的轴向或径向作用激励所述转换器。转换器由本领域普通技术人员公知的方式设计，记录压力、拉力和扭力而激活选定的功能。在本发明的一个实施例中，这些转换器置于笔式手柄装置内，从而，沿手柄装置纵轴线的压力由一第一转换器13记录，而在手柄装置径向方向的压力由转换器14记录。这样，就可以在手柄装置中集成按钮功能，从而可以用对手柄装置的径向或轴向作用取代现有的鼠标左右键。这样，该输入设备的使用就无须进行不必要的释放对笔式手柄装置的抓握的动作。还可以在支承件中安装所述转换器19、20。在本发明的一个实施例中，笔中的按钮按压作用是气动形成的。这可以这样实现：在笔中设置一个用来受压的空腔，用气压传感器来记录压力的变化，或者将所述空腔设置在支承件中，通过支承件中的气压传感器来记录笔的运动。所述转换器对于所述具有扭转刚性的柔性接头的功能来说不是实质性特征，但可以作为优选实施例的部件。
在一个更优的实施例中，可以在笔式手柄装置上安装一个按钮15，由用户的食指或拇指接近和操作。
在本发明的一个实施例中，笔式手柄装置装有一个电源16，用来供应探测支承件相对于支承垫的运动的所述探测装置，并供应包括在输入设备中的所述通信装置。该电源可以由可更换的电池或者可充电电池构成。在可更换电源的情形下，最好可通过一个孔25装和取。如果是可充电电源，就最好具有可以从手柄装置外部接触的连接器。
在本发明的一个实施例中，该输入设备可以包括一个条码阅读器。
在一个更优的实施例中，该输入设备具有两级节能功能，其中，除了上述通信装置5之外的电子器件会在经历一个较短的第一不活动期间后关闭，该第一不活动期间例如约为1秒，上述通信装置5则会在一个较长的第二不活动期间后关闭，该第二不活动期间例如是15分钟。通过一个机械运动传感器将该输入装置从节能状态唤醒。
在本发明的如图2、3和4所示的替代实施例中，手柄装置9可以从突起7取下。在图2的实施例中，所述具有扭转刚性的柔性接头连接在支承件2上，而图3的实施例中的柔性接头固定地连接在手柄装置9上。在每一种情形中，都有一个对接装置，该对接装置部分在支承件2上，部分在手柄装置9上。在手柄装置有转换器或者电源的情况下，在该对接装置中设有连接器。该对接装置的设计最好带有用于简单连接和释放的所谓卡口。图4示出的支承件带有一个用来安装所述具有扭转刚性的柔性接头7的突起6。在图2中，所述具有扭转刚性的柔性接头由一橡胶联轴器23构成，该联轴器具有一个腰部，以便于弯曲。在图3中，所述具有扭转刚性的柔性接头由一个波纹管24构成。自然，可以将波纹管和橡胶联轴器组合为一个具有扭转刚性的柔性接头。也可以用与一个保持位置的装置一同使用的万向节取代所述橡胶联轴器，该保持位置的装置例如是波纹管或者前述橡胶联轴器。
本发明并不限于上述实施例，而可以在所附权利要求的范围内进行变化。例如，上述优选实施例可以进行自由组合。

Claims (20)

1.一种计算机的输入设备，它包括：一个用来放置在一支承垫上的一支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，所述支承件具有一个突起，该突起包括一个具有扭转刚性的柔性接头，该柔性接头允许连接到所述突起上的一个笔式手柄装置，绕与该柔性接头的纵向延伸方向正交的每一个旋转轴线转动，但不允许上述笔式手柄装置绕该柔性接头的纵向延伸方向转动，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制。
2.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，当用户不向上述笔式手柄装置施加作用时，所述柔性接头沿所述每一个正交旋转轴线的抗扭强度，足以将所述笔式手柄装置支承在直立位置。
3.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述柔性接头为可回弹的。
4.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述突起具有一个用来接纳一个笔式手柄装置的装置，从而，使所述支承件由上述手柄装置的用户，通过所述柔性接头进行控制。
5.如权利要求4所述的输入设备，其特征在于，所述接纳上述笔式手柄装置的装置具有连接器，用来连接到装在所述笔式手柄装置中的电源上。
6.如权利要求5所述的输入设备，其特征在于，所述笔式手柄装置包括一个用于所述通信装置和/或探测装置的电源。
7.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述支承件和笔式手柄装置所具有的几何形状和重心，使得在任何允许的转动位置，所述笔式手柄装置都不能使所述支承件倾覆。
8.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，该输入设备包括由所述突起的轴向位移激活的连接器。
9.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述输入设备包括由所述笔式手柄装置的轴向位移激活的连接器。
10.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，该输入设备包括由所述突起的径向位移激活的连接器。
11.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述输入设备包括由所述笔式手柄装置的径向位移激活的连接器。
12.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述笔式手柄装置支承至少一个键，用来接受用户食指的激励。
13.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述输入设备具有两级节能功能，其中，除了输入设备中的通信装置之外的电子器件，在经历一个较短的第一不活动期间后关闭，上述通信装置(5)则在一个较长的第二不活动期间后关闭。
14.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述输入设备包括一个条码阅读器。
15.一种手柄装置，用于计算机输入设备，后者包括：一个用来放置在一支承垫上的一支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，该手柄装置包括一个具有扭转刚性的柔性接头，用来连接到所述输入设备上，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制，该柔性接头允许所述手柄装置，绕正交于所述柔性接头的纵向延伸方向的每一个旋转轴线转动，但不允许手柄装置绕所述柔性接头的纵向延伸方向转动。
16.如权利要求15所述的手柄装置，其特征在于，所述笔式手柄装置包括一个用于上述支承件中的通信装置和/或探测装置的电源。
17.如权利要求15或16所述的手柄装置，其特征在于，当用户不对所述笔式手柄装置施加作用时，所述柔性接头沿所述每个正交旋转轴线的抗扭强度，足以将所述笔式手柄装置支承在直立位置。
18.如权利要求15或16所述的手柄装置，其特征在于，所述柔性接头为可回弹的。
19.一种计算机的输入设备，它包括：一个用来放置在一支承垫上的支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，所述支承件具有一个突起，该突起包括一个具有扭转刚性的柔性接头，该柔性接头允许将绕一第一旋转轴线的旋转，传递到一个与所述第一旋转轴线成角度设置的第二旋转轴线，该柔性接头并允许所述第一和所述第二旋转轴线之间的夹角改变，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制。
20.一种手柄装置，用于计算机输入设备，后者包括：一个用来放置在一支承垫上的一支承件，探测上述支承件相对于所述支承垫的运动的探测装置，用来将关于上述支承件相对于所述支承垫的运动的信息，传递到一个接收装置上的通信装置，其特征在于，该手柄装置包括一个具有扭转刚性的柔性接头，用来连接到所述输入设备上，从而，使所述支承件由用户通过所述具有扭转刚性的柔性接头来控制，该柔性接头允许将绕一第一旋转轴线的旋转，传递到一个与所述第一旋转轴线成角度设置的第二旋转轴线，该柔性接头并允许所述第一和所述第二旋转轴线之间的夹角改变。
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