CN1273649A - 用于与数据处理系统交互作用的无指手套 - Google Patents

用于与数据处理系统交互作用的无指手套 Download PDF

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Abstract

一种用于能用虚拟键盘进行十指打字的数据手套。用户手指在近指节间关节处弯曲的角度被用来解译键盘的特定行。每个手指控制一列或多列。通过一分离/并拢传感器来对同一个手指所操作的列进行区分。手套是无指的,使得手在虚拟打字之外还有正常功能。

Description

用于与数据处理系统交互作用的无指手套
本发明涉及一种包含用于手工控制信息输入的装置的处理信息的系统。本发明进一步涉及这种装置。
美国专利5,581,484中公开了这种系统，本文作为参考引用。该已知系统有一个安装在手指上的输入设备，用于向计算机手工输入信息。该设备使用一个压力传感器和一对可拆卸地附接到用户指尖的加速度传感器。压力传感器检测在手指触压物体例如桌面时的压力。加速度传感器测量手指的加速度。传感器安装在柔性手套中。传感器的信号被转发到计算机，后者计算手指的相对位置。两次积分所测量的加速度，能给出手指当前位置相对于开始位置的坐标。压力传感器用于验证加速器传感器的信号。该已知系统使用户能够就像是在诸如标准QWERTY键盘的物理键盘上一样地向系统输入数据。
本发明的一个目的是提供一种替代性输入设备。此外，已知的输入设备涉及到手、手掌、手指和拇指。发明人认为，这种具体装置妨碍了手除与键盘交互作用以外的功能，诸如开一听矿泉水、接电话、在便笺上快速记录、翻查字典、甚至擦擦鼻子。因此本发明的另一个目的是提供一种更加用户友好的系统来替代该已知系统。
为此，本发明提供一种处理信息的系统。该系统包含一个计算机和一个能在用户手上安装的装置。该装置能根据用户手指的弯曲实现用户与计算机的交互。该系统建立将特定角度范围弯曲的手指与多个信息项中特定某项的对应关系。例如在手指的近指节间关节或掌指关节检测弯曲的位置。该装置最好包含一个露出用户至少一个手指的至少上端部分的手套。该装置通过有线或无线连接与计算机通信。如果是后一种情况，则无指手套作为手工输入设备的用户友好性就进一步提高。通信最好使用IR，这样，手套就能在用户乘飞机旅行时用于膝上型计算机。我们知道，乘客是不准在飞机上操作个人RF设备的。
本发明根据的是这样的认识：当某人与手工计算机输入设备例如QWERTY键盘交互作用时，手指弯曲的角度可被用来解译特定的数据输入-此处是某键。对角度检测的，例如是应变仪、具有多个位置的开关(例如机械的或磁性的)、电位计、受拉伸时改变其电阻的电阻管、导电橡胶等等。键击由在例如近指节间关节、掌指关节上或指骨上适当安置的加速度计来检测。另一种方法是，通过所测量的角度的变化的突变率或通过位于一个或多个关节处的电子开关的机械来检测键击。
在最佳实施例中，手套露出用户手指的上端部分。于是，正常的手指功能就不受妨碍，手套使指尖有完全的感觉。本发明可用于通过虚拟的字母数字键盘或虚拟的音乐键盘来向计算机输入数据。该虚拟键盘仅仅是一个供将手指敲击在上面的坚硬表面。本发明的用途多种多样，能根据用户手指的角度来向计算机输入数据，例如演奏单簧管或长笛这样的虚拟管乐器。演奏长笛时，可以根据向乐器口片施加的压力来输入其它数据。
发明人也认识到，特定的手指可以控制一列以上的键。例如当用十指指法与QWERTY键盘交互作用时，一般让食指和小指各自控制两列或两列以上。最好在上述的纵向选择中添加横向选择机制，以便区分手指的分离(abduction)与并拢(adduction)。例如，在食指上安装一个磁舌簧接点开关，在相邻手指上安装一个磁体。另一种方法是，在食指和中指之间的部分安装一个应变计。这个部分对这些手指之间的横向距离增加时产生的拉伸力是敏感的。另一种方法是，用一个磁体和一个霍尔(Hall)传感器来测量手指的分离。有各种纵向和横向都能检测的检测装置都是可行的，这些检测装置所根据的是对特定数量级或物理数量变化—例如距离或接近度、角度、力矩等等—的检测。右手的小指一般用于控制三列或更多列。为了在两列以上之间进行区分，横向选择机构包含例如多个敏感范围不同的传感器或多位置开关。
典型的PC键盘含有的键数多于QWERTY功能的键盘的键数。例如，PC键盘有一行键表示阿拉伯数字1、2、...9和0，一行功能键。所以这种键盘有5行：3行QWERTY键，一行阿拉伯数字键，一行功能键。区分各行键的一个方法是让以上介绍的传感器能够检测设备上的至少5个不同的位置，并能够生成与各个位置对应的各个信号。另一种方法是在用户手上安装一个传感器，在传感器被启动时改变对所控制的虚拟键行的解释被控制。例如，将传感器安装在手掌中，传感器在用户下压其手掌时启动。此时，发自检测子系统的信号就被解释为来自功能键或阿拉伯数字键。
该设备最好也包含对要由该设备操作的键的功能的直观指示。例如，本发明用于虚拟QWERTY键盘的手套实现，在用户看得见的部分(例如在手套的手指上或接近各手指根部的手背上)印有字符，以方便缺乏经验的用户正确地操作设备。
在让用户能校正传感器以便手套适合其手指的大小或移动的意义上来说，手套最好是可编程的。例如，用户通过伸展和弯曲手指以及拉伸手指来设置传感器。这样就使传感器能按手指的极端位置发出信号。计算机软件因此就能适应用户移动的范围。
本发明与美国专利申请序列号08/887,593(PHA23,258)中披露的虚拟桌面系统结合起来特别有用。本文引用该专利作为参考。
本发明是通过举例并结合各附图进行说明的，其中：
图1是本发明的系统的第一个实施例的示意图；
图2是表示打字者的手指的不同方位和角度的示意图；
图3是本发明的系统的第二个实施例的示意图；
图4是掌部安装了表示特殊功能键的开关的手套的示意图；
图5是本发明的系统的第三个实施例的示意图。
在所有示图中，相同的标注号表示类似或对应的特征。
图1的框图中有按照本发明的信息处理系统100的主要组件。系统100包含装置102。该装置包括一个暴露用户手指尖的手套。系统100进一步有计算机104和输出设备105。手套102戴在用户手上，以便向计算机104手工输入信息。所输入的信息基于对用户手指和拇指的弯曲的检测。特定手指弯曲一定的角度时，可解释为选定了例如虚拟字母数字键盘、虚拟钢琴的琴键或虚拟单簧管的气门上的一个指定的虚拟键。输出设备105向用户发出例如听得见或看得见的反馈。尽管该图中只显示了一个手套102，但是在有些应用中显然需要两只手套。
手套102最好将用户的手指和拇指的指尖露出。在所示例子中，远指骨和远指节间关节暴露在外，而近指骨和近指节间关节则在手套内。位置106、108、110、112和114对应于各手指和拇指的近指间关节的位置。本发明人发现，手指的近和中指骨可用来编码通过例如虚拟或想像的QWERTY键盘的用户输入。这要结合图2进行说明。
图2表示左手食指在真实QWERTY键盘上击键时的不同方位202、204和206。例如，打字者的左食指控制代表分别位于键盘的上行、中行和下行的字符“R”、“F”和“V”的键208、210和212。该手指触击不同的键208-212，这样当用户键击键盘上不同行中的字母时，手指在近指节间关节处弯曲不同的角度。键击较高行中的字符时弯曲的角度比键击较低行中的字符时的大。因此，手指的弯曲能代表被启动的某键所在的行。本发明现在用这些角度来解译由十指指法中各手指操作的各键所在的各行。用户只要用手指敲击多少有些刚性的表面例如台面、膝盖、或者(按照发明人之一的说法)朋友的头部，就能生成代表键击的信号，输入到计算机104中。
手套102在位置106-112或这些位置的附近装有检测角度的传感器116、118、120和122。传感器116-122各包含例如应变计、具有多个位置的开关(例如机械的或磁性的)、电位计、受拉伸时改变其电阻的电阻管、导电橡胶等等。在最佳实施例中，使用的是Measurements Group公司制造的500 UW系列的应变计。应变计被按装在柔性基底上，以便能建立传感器与手套的柔性纤维之间的稳固连接。基底塞在手套的手指的背面上的套子中，可以拆卸。
传感器116-122可用来记录键击。例如，当角度减少的速率突然变化时，就表示一次键击。另一种方法是，手套102在掌指关节处(即手指或拇指与手的结合处)有与传感器116-122类型类似的其它传感器124、126、128、130、132-例如检测角度的传感器。每个手指的有些预定的角度值的组合指示某个键击—可能要通过计算机104进行校正之后，或者在掌指关节处角度的突发变化指示某个键击。另一种方法是，传感器124-132各自包含一个机械的、电子的或磁性开关，开关在掌指或近指节间关节处的角度达到特定的量时闭合。
图3表示手套102的另一个实施例。现在，键击是用加速度计302、304、306、308和310记录的。这些加速度计例如被安置在每个手指的第一个指骨上，以便在手指敲击刚性表面时记录例如至少6g的减速度。这个阈值最好是用户可编程的。当加速度计302-310中有一个检测到超过一定阈值的减速度时，由传感器116-122中在相应的手指安置的特定传感器检测到的角度就被计算机104记录下来。性能适当、价格较低的加速度计例如有AMP公司的ACH-04-08-01。
当用十指法进行键盘输入时，食指和小指一般各自控制QWERTY键盘的两列或更多列的键，其它手指仅控制一列键，拇指控制空格键。因此在手套102上安置了传感器134和136，用于检测有关手指控制的是两列中的哪一列。传感器134和136检测相应的手指是分离的还是并拢的。这能决定用户正在与之交互作用的是有关列中的哪一列。传感器134例如包含一个在手套102的食指上安置的舌簧接点开关和一个在相邻手指上安置的磁体，该开关的闭合或打开取决于食指是分离的还是并拢的。在这一例子中，传感器136功能上是类似的。可以用其它类型的传感器作为替代，来检测分离或并拢。例如，替代品包含带LED的光学距离传感器和相邻手指上的光敏材料；在手指根部安置应变计来提供区别相邻手指之间较小角度与较宽角度的信号；在一个手指上安置磁体，相邻手指上安置霍尔传感器，等等。
图4表示的手套102包含在手套102的掌中安置的一个或多个开关402。虚拟键在没有其它措施时不能被按下。开关402用来解释在开关402(例如作为PC键盘的“SHIFT”键、“ALT”键或“CNTL”键)启动时所按下的虚拟键。注意，用户如果要启动开关402之一，应当将手平展，以避免通过这些开关而导致的错误输入。
图5是手套102的第三个实施例的示意图。在这个实施例中，手套102不暴露用户的手指。实现对多行、多列的虚拟键盘中的行和列的区分的方法同上述实施例中的一样，即通过(食指的)传感器122来检测手指在近指节间关节处(如图所示)和/或近掌指关节处的弯曲角度。对键击的记录现在是由二进制开关或另一种安置在各手指尖上的简单压力传感器502来完成的。拇指的键击记录开关504，被安置在与QWERTY键盘交互作用时通常击打空格键的位置。

Claims (22)

1.一种信息处理系统(100)，包含
-计算机(104)；
-用于用户与计算机交互作用的装置(102)；其中
-该装置能在用户的手上安装；
-该装置包含一个用于检测用户手指弯曲程度的弯曲传感器(116)；
-该弯曲传感器与计算机配合，使得手指在特定角度范围的弯曲(图2)对应于选定特定的信息项向计算机输入。
2.权利要求1的系统，其中，该装置包含验证传感器(124；502)，用于检测对信息项的选择的验证。
3.权利要求1的系统，其中：
-该装置包含分离/并拢传感器(134)，用于检测用户的手指与用户的一个相邻手指之间的角度；
-分离/并拢传感器与计算机及弯曲传感器配合，控制由弯曲传感器进行的选择。
4.权利要求1的系统，其中该装置包含一个能安装到用户的手掌的开关(402)，该开关可以操作，以控制由弯曲传感器进行的选择。
5.权利要求1的系统，其中该装置包含一个无指手套(图1、3)
6.权利要求5的系统，其中该装置以无线方式与计算机通信。
7.一种使用户能与计算机(104)交互作用的装置(102)，其中：
-该装置能安装到用户的手上；
-该装置包含一个用于检测用户手指弯曲程度的弯曲传感器(116)；
-可以操作该弯曲传感器与计算机配合，以便手指在某特定角度范围的弯曲(图2)对应于选择某特定信息项供输入到该计算机中。
8.权利要求7的装置，其中该弯曲传感器安置在用户手指的下列关节的至少其中之一的附近：
-近指节间关节(图2)；
-掌指关节；
9.权利要求7的装置，其中包含一个验证传感器(124；502)，用于检测信息项的选择的确认。
10.权利要求9的装置，其中验证传感器包含下列中的至少之一；
-安置在掌指关节附近的另一个弯曲传感器；
-安置在近指节间关节附近的另一个弯曲传感器；
-安置用户手指的近指骨附近的加速度计；
-所述第一个传感器，其中合并了验证传感器的功能。
11.权利要求9的装置，其中验证传感器包含一个安置在用户的指尖的开关(502)。
12.权利要求7的装置，包含分离/并拢传感器(134)，用于检测用户的手指与用户的一个相邻手指之间的角度；分离/并拢传感器与计算机及弯曲传感器配合，控制由弯曲传感器进行的选择。
13.权利要求12的装置，其中，分离/并拢传感器包含下列中的至少之一：
-能安装到用户不同的手指及相邻手指上的磁体及磁开关；
-能安装到用户不同的手指及相邻手指上的磁体及霍尔传感器；
14.权利要求7的装置，包含一个能安装到用户的手掌的开关(402)，该开关可以操作，以控制由弯曲传感器进行的选择。
15.权利要求7的装置，包含一个无指手套(图1、3)；
16.权利要求9的装置，包含一个无指手套(图1、3)；
17.权利要求12的装置，包含一个无指手套(图1、3)；
18.权利要求14的装置，包含一个无指手套(图1、3)；
19.权利要求14的装置，包含一个连接到传感器的用于与计算机无线通信的无线发送器。
20.一种使用户能与计算机(104)交互作用的方法，该方法包含：
-检测用户手指的弯曲；
-使手指在各个角度范围的弯曲与选择向计算机输入的各个信息项相关联(图2)。
21.权利要求20的方法，其中该信息项代表一个字母数字字符(图2)。
22.权利要求21的方法，其中该信息项代表至少一个乐符。
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