CN1639730A - 提供一个输入信号的系统、在该系统中使用的装置、计算机输入装置 - Google Patents

Abstract

一种用于提供输入信号的系统，其包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件(M，1)，该系统包括一个传感器(5，6)，能够检测处在至少部分部件(M，1)上的肢体的存在；定时器(2)，用于确定肢体出现过程中的时间长度；和仪器(11，9，7，8)，用于如果所述时间长度超过一个阈值就产生一个报警信号。该报警信号用于实现肢体存在的中断。

Description

提供一个输入信号的系统、在该系统中使用的装置、计算机输入装置

本发明涉及一种提供输入信号的系统，该系统包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件。本发明还涉及一种在该系统中使用的装置。本发明进一步涉及一种计算机输入装置，如鼠标。

这样的一种系统、装置和输入装置的例子是已知的。

与这种系统长时间使用相关的，特别是在计算机鼠标情况下公知的一个问题是用户产生肢体重复性劳损(RSI)的危险。当控制肢体的一块或多块肌肉，如一只手或手腕，被持续拉紧相对长的一段时间的时候，这种情况就会发生。特别是肢体在较长时间段中保持固定不动时，通常作为公知的RSI的情况可能会发生，引起官能的暂时性和/或长期性的疼痛和损害，这样对于用户来说常常不可能持续使用这种系统。

本发明的目的是提供一种用于提供输入信号的系统，和一种根据上述类型的计算机输入装置，其被用户使用时可降低收缩肢体重复性劳损的危险。

这个目的可通过提供一种用于提供输入信号的系统而实现，其包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件，该系统包括：一个传感器，能够检测处在至少部分部件上的肢体的存在；定时器，用于确定肢体出现的时间长度；和一种仪器，用于如果所述时间长度超过阈值时产生一个报警信号。

本发明是基于对使用一种提供输入信号的系统，如计算机鼠标，通常具有频繁的和延长的静止时间的特征的洞察力。用户时常会休息他的手，或者用于控制上述部件上与该系统进行交互作用的身体的无论哪个部分。例如，在用户使他的手放在计算机鼠标或跟踪球上并且浏览网页时，这种情形就会产生。在该时间段中肌肉维持绷紧。一个痉挛的位置就会因此而维持，这样比维持交互作用一段较长时间的状况潜在更大的伤害。监测该交互作用时间的现有系统不能避免这种情况发生。因此，本发明的系统具有这样的优点：用户会被提醒这个事实，即他正在保持相同的痉挛的、存在潜在伤害的姿势。

最好是，该系统包括一种仪器，它响应于报警信号而将一触觉信号提供给位于部件上的肢体。

这种性质对于对用户逐渐灌输一个条件反射是非常有用的。在用户感受到触觉信号，将其手或身体的其它部位从在用户可控制的部件上放置的位置移开几次后，这种条件反射就会自然形成。一旦用户获得条件反射，他就会警惕而其活动不会被中断。当该系统实际上没有被使用时，通过消除肢体在用户可控制部件上存在的时间，肌肉拉紧的总时间就会减少而不会减少工作时间。

最好是，该系统能够确定该交互作用是否在用户可控制部件和用户肢体之间发生，其中如果在所确定的时间间隔中没有实质的交互作用发生，那么该系统就仅产生报警信号。

因此，该系统的正常使用就不会被中断。

本发明的一个方案，提供一种在本发明的系统中使用的装置，它包括：用于检测用户肢体存在的仪器，其中该装置的结构适于允许检测用户肢体存在的仪器来检测位于该部件至少部分上的用户肢体的存在，该装置还包括用于产生表示所检测存在的信号的仪器，和用于将表示所检测存在的信号传递给定时器的仪器。

关于这一点，术语构成可被理解为表示该装置的物理构成，即，它的形状和其不同部件的位置。它适于允许检测用户肢体存在的仪器来检测位于该部件至少部分上的用户肢体的存在，从此意义来说，检测仪器的形状和位置要适合于控制该部件和用户可控制部件的类型和形状的肢体的特定类型，即，手腕和脚部。因此，对于计算机鼠标是用户可控制部件的系统来说，例如，该装置可以是一个鼠标垫，而如果踏板是用户可控制的部件，它可以是脚档的垫子。

本发明的另一方案，提供一种用于提供输入信号的系统，该系统包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件，该系统包括：一个用于检测用户的肢体活动的仪器，和一个用于如果用户活动经过一段时间后没有检测到用户的活动就产生一个报警信号的仪器。

该系统具有这样的优点：允许检测持续痉挛的静止位置，这些位置特别有破坏性。应该注意的是：该系统不需要一个传感器来检测肢体的存在，虽然可以使用传感器。例如，活动检测，可伴随分析由用户可控制部件提供的输入信号而实现。

本发明的又一方案，提供一种在本发明上述系统中使用的装置，该装置包括用于检测用户肢体活动的仪器，其中该装置的结构适于允许用于检测用户肢体活动的仪器来检测位于该部件至少部分上的用户肢体的活动。该装置还包括用于产生表示所检测活动的信号的仪器，和用于将表示所检测活动的信号传递给一个控制器的仪器，如果用户活动经过一段时间后没有检测到用户的活动，该控制器就产生一个报警信号。

关于这一点，如前所述，术语构成可被理解为表示该装置的物理构成，即，它的形状和其不同部件的位置。它适于允许检测用户肢体活动的仪器来检测位于该部件至少部分上的用户肢体的活动，从此意义来说，检测仪器的形状和位置要适合于控制该部件和用户可控制部件的类型和形状的肢体的特定类型，即，手腕和足部。因此，例如，对于计算机鼠标是用户可控制部件的系统来说，该装置可以是一个鼠标垫或者是具有运动传感器的手腕带，而如果踏板是用户可控制的部件，它可以是一个脚档的垫子，或者是一个具有运动传感器的踝带。

本发明的另一方案，提供一种计算机输入装置，如，鼠标，其包括：一个传感器，用于检测处在至少部分部件上的肢体的存在；定时器，用于确定在持续检测肢体出现的过程中时间间隔的长度；和一种仪器，用于如果时间间隔超过一个阈值就产生一个报警信号。

本发明的最后一个方案，提供一种计算机输入装置，如，鼠标，其包括：仪器，用于检测用户活动仪器，该用户活动仪器用于如果用户活动经过一段时间后没有检测到用户的活动就产生一个报警信号。

这些方案是本发明的特别有益的执行，因为计算机鼠标的用户处于值得注意的收缩肢体重复性劳损的危险中。当然，在本发明中，术语计算机鼠标可认为是表示计算机输入装置的全部种类，如跟踪球，操纵杆等。

现在将参考附图更详细地描述本发明，附图示意性地表示在本发明系统中使用的一种计算机鼠标的剖视图。

虽然一些设备中用户指令的是由声控处理的，但是在绝大多数情况下，使用的装置是依靠机械的交互作用。汽车是通过用户的脚移动踏板进行控制的，电视机使用机械开关，而计算机使用外围设备，如键盘、操纵杆、游戏杆或鼠标。即使在用户没有施加实质的力量的情况下，身体的一个或多个部位的活动也可以转换为一个控制信号。因此，这种设备的长期使用由肌肉紧张的周期延长来表示。众所周知，肌肉长期的紧张会导致肢体的重复性劳损(RSI)。

RSI在计算领域中是一个特别公知的问题，因为该领域的特点是用户持续地提供输入信号。但是，这种问题在其它技术领域中也同样普遍存在。本发明提供一种系统，该系统能够用于减小收缩RSI的机会，和一旦一个人受到RSI折磨能够减轻这种症状。由于RSI引起计算机用户极大的关注，因此本发明的描述将集中在计算机领域中执行的例子上。但是，本发明通常也适用于用户通过移动身体的部位与一种输入装置进行交互作用的情况下的所有领域。

在这里用于防止肢体重复性劳损危险(RSI)的方法中，有两种方法特别突出。首先，在提供人体工学设计给输入装置时已经花费了大量的努力。一些设计集中于使与身体部位形成直接接触的装置部分适应于身体部位的形状。其它的设计允许用户改变身体的姿势，同时保持控制。但是，人体工学设计依赖于正确的使用。超过较长的时间时，伤害还可能发生。在发送指令之间使肢体放在该装置上的人们处在痉挛位置时可能会这样做。

防止RSI的第二种方法在办公环境中是常见的。这种方法使用了在较长的时间过程中监测用户活动的软件，并在如果工作的总时间超过预设的标准值时给用户发出信号提醒用户注意休息。这种方法没有认识到用户将会经常使他的手放在鼠标、键盘或触垫上进行休息，同时浏览荧光屏或做其他的事。那么手腕和前臂的肌肉也将变紧张。该位置与在输入装置被使用时一样会产生痉挛。由于在此时间过程中没有提供输入信号，传统的监测软件将不会向用户报警。

本发明提供一种系统用于将输入信号提供给，例如，计算机。该系统包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件。术语肢体通常用于指的是身体任何活动部位，如手指、手、臂、脚等。该部件是一种物理装置或者是用于检测该活动的装置的一部分。

例如，该部件可以是一个与用户的脚进行交互作用的垫子。它可以是一个与用户的手进行交互作用的操纵杆，或者它可以是一个与用户的手指进行交互作用的触垫。在图示的例子中，该部件是一个与用户手指进行交互作用的鼠标M，能够将输入信号提供给计算机(图未示)。鼠标M是通过用户的肢体(手)和壳体1之间的直接接触而被控制的。图1的鼠标M是一个机械鼠标。滚球3是通过鼠标M在一个表面上的移动而转动的。一个编码器装置4，可以是光学的或机械的，将该移动编码为脉冲，该脉冲通过一个在板上的处理器芯片2转换为一个通过连接器线缆传输给计算机的数据信号。

本发明的系统的特征可以仅在鼠标M中，或者鼠标M与在计算机上运行的软件的组合中而实现。该软件可以鼠标驱动器的形状的形式出现，它编辑在操作系统中，或与该操作系统相链接。正如技术人员所理解，它可选择地作为用户的应用软件形式出现。

该系统包括一个传感器，它能够检测处在至少部分部件上的肢体的存在。即，该系统能够检测身体部位的存在，该身体部位大致接近于该部件并控制它。

在鼠标M中，这样传感器的一个例子是压力传感器6，其位于鼠标M的下面。在此情况下，用户必须实际上接触该系统的壳体1而能够感觉到它的存在。

作为另一个选择方案，或者除了压力传感器6外，在壳体1的盖子附近提供一个传感器5。该传感器5可以是许多不同类型中的一种。而且，传感器5可以是一个压力传感器，在用户手的重量引起壳体1中的一个压力时就提供一个信号。可选择的是，该传感器可以是光学或电容传感器，能够检测到悬在鼠标M上的手的存在，以及实际上与鼠标M的壳体1形成机械接触的手的存在。这是一个优点，特别是如果鼠标M与人的手相比较时而显得较小时。包围但不接触鼠标M的手可能仍处在一个紧张的潜在伤害位置，将会通过包括这样一种传感器的系统进行检测。

在另一个实施例中，传感器可包含在一个分立的装置中，该装置是作为系统的一部分而提供的。例如，传感器可包含在鼠标垫(图未示)中，该鼠标垫与鼠标M一同被提供。该传感器位置的设置要能使在用户握住鼠标M时能够检测到用户手腕的存在。如前面一样，该实施例中的传感器可以是一个光学传感器、一个压力传感器或一个电容传感器。本发明实施例中的装置(例如一个鼠标垫)还包括一个将输出信号提供给一个控制器的界面(例如，计算机接收来自鼠标M的输入信号)。该输出信号是传感器的输出信号，或者是计算机外围设备的某项协议的转换。该实施例具有常用输入装置(即，计算机鼠标)功能的优点。

在与其它用户可控制的输入装置一起使用的实施例中，可以使用其它类型的具有传感器的装置。例如，在刹车踏板是用户可控制部件的情况下，可提供一种与刹车灯进行电连接的装置。

该系统使用定时器确定位置保持的时间长度。在图示的鼠标M中，这些定时器是作为一个简单的模拟电路而提供的，它包括一个电容器，该电容器是从一个或两个传感器5，6检测到手存在的时刻开始充电的，在该手移开时而短路。在另一个可选择的实施例中，可以使用一用于控制电路板上处理器2的时钟。还可以使用计算机的系统时钟，在此情况下，定时器将会包括软件，例如一种鼠标驱动器软件中的程序。

在持续检测到用户肢体存在的时间间隔超过一个阈值时，就会发出一个报警信号。监测用户输入系统的监测软件通常使用一个较大的干扰窗口以强迫用户进行休息。这样会中断用户正在执行任务的思维链和思想集中。对应于这种骚扰用户的中断信号，许多用户选择点击忽略按键以使该窗口消失。在工作必须完成的压力下，许多用户完全地使监测软件失去作用。遵照软件的指示可减少生产工作的可用时间，无论是较短的时间还是较长的时间。

为了训练用户获取一个条件反射，本发明利用了一个非中断信号。在花费一段时间来习惯于该系统后，对报警信号的反应应该以一个不假思索的形式自动产生。因此，本发明的系统不会减少工作时间。原则上，至少三种类型的报警信号可在本发明的保护范围内使用以获得这样的条件反射。

首先，可以使用一个视觉信号。发出一个视觉报警信号不会太多地打扰用户。例如，鼠标可设有一个发光二极管(LED)。可选择地，一个较小的光标或窗口可突然出现在计算机显示屏上，例如至少在显示屏的边缘上。

第二，在一个有益的实施例中，该系统能够响应于报警信号，最好是位于该部件上的肢体，而提供一个触觉信号。提供触觉信号的许多设备是已知的。当然，从较大程度来说，精确的执行取决于用户与该系统交互作用的特定方式。例如，脚踏板可设有一个伺服驱动器或一个水压或气动活塞以轻微地摇动或轻推脚踏板。

这里作为说明性例子使用的鼠标M设有一个能够绕轴7旋转的偏心块8。偏心块8的旋转将会使鼠标M的壳体1产生振动。作为一个选择方案，可使用一个致动器9，它或者能够壳体1的顶部产生振动，或者能够提供一个脉冲信号。致动器的实例包括通过线性或旋转马达驱动的磁性致动器和机械致动器。另一种可选择的方案是提供一个马达驱动滚球3以移动鼠标M的壳体1。在计算机外围设备的情况下所有这些技术都是公知的。但是，直到现在，它们被用于将力量反馈提供给计算机游戏的选手。换句话说，触觉信号是响应于输入信号而提供，而不是响应于没有用户的输入而提供。

在图示的实施例中，虽然提供触觉信号的仪器是鼠标M的一部分，但是提供该触觉信号的仪器也可以是一个分立的部件。该部件可以是一种类型的手镯，鼠标垫，或者甚至包含在一个键盘中。

本发明的这种方案很好地利用这个事实：即一个触觉信号特别适用于在用户中逐渐灌输一个条件反射。该触觉信号是最起码的中断类型的信号。在经过较短的学习曲线后，在触觉信号将会导致手离开鼠标的准非自愿移动的情况下，就会发生一个条件反射。不久，用户甚至不会意识到这样的事实：即报警信号已经发出和他响应于该报警信号已经移开他的手。

第三种类型的报警信号是一个报警声音。在这种变体实例中，该系统能够产生一个可听见的报警信号，或者一个适用于触发形成可听见的信号的报警信号。例如，在一个完全包含在鼠标M中的变体实例中，鼠标包括一个扬声器11或者其它的一些能够产生可听见的信号的仪器。在一个可选方案的执行中，鼠标M将一个如由电路板上处理器2产生的合适信号发送给与之相连的计算机。然后该信号通过计算机触发可听见的信号的形成。

由于读取和浏览显示屏是主要的视觉任务，该可听见的信号对视觉信号来说还具有不干扰用户的优点。这两个是平行的信息系统，从某种程度来说，它们可以独立地进行操作。

在一个较佳实施例中，使用到可听见的信号的另一个特性。在该实施例中，如果在报警信号开始产生后持续检测到肢体的存在，该信号的性质就会发生改变。因此，开始忽略报警信号的用户在某些时刻被强迫提醒是时候采取行动了。

例如，在光标已经出现在显示屏上一段时间，或者在偏心块8已经转动一段时间而没有采取任何行动后就会产生可听见的信号。在这点上，可听见的信号的优点是使用用户环境是具有警惕性。社会压力很可能使用户改变他的习惯。

当然，报警信号的性质也可以用其它的方式，例如，通过变得更加紧张来改变。例如在一些已知的触觉设备中，偏心块8到轴7的距离是可变的，从而使振动的感觉更加紧张。

最好是，该系统可以确定用户可控制部件—操纵杆、脚踏板、鼠标壳体1-和用户肢体之间是否发生交互作用。然后如果在所确定的时间间隔中没有发生实质的交互作用，该系统就仅产生报警信号。一个特别容易执行这种性质的方法就是通过将输入信号发生器与定时器耦合，以便该定时器仅在没有产生输入信号和每次重新设定一个输入信号时启动。

本实施例具有的优点是：报警信号仅在用户的手在较长的时间内停留不动时才发出，因为这特别是一个最受伤害的使用类型。当提供输入时，用户的肌肉就会轮流地产生紧张和放松的状态，这样受到较小的伤害。此外，许多输入装置采用人体工学设计，这设计能够避免严重的伤害，只要该装置实际上以预想的方式使用而提供输入信号。

当然，在本实施例中用户可能会产生一个无意识的条件反射。每次发出报警时，他可能仅轻微地推动鼠标M，而不是完全地移开他的手。在本发明的较佳实施例中这种问题不会产生，其中该系统能够记录在超过一段时间后用户肢体和用户可控制部件之间的交互作用。因此，它能够忽略由一个轻微振动所产生的短暂交互作用或一个输入信号。

这种交互作用的记录可以使该系统确定交互作用的性质和将所确定的性质与一个或多个风险预测相比较。因此，如果交互作用的性质与一个风险预测一致就能够产生一个报警信号。例如，这种性质能够用于辨别用户是否仅使用鼠标上的一个滚动键(图1中未显示)，然而在其他方面用户的手却放在鼠标M上休息。

最好是，该系统可以编辑和存储超过一段时间后用户肢体和用户可控制部件之间交互作用的记录。可选择的是，它可能仅记录产生一个报警信号的每种情况。因此，可以对用户行为的一个完整记录进行编辑。公司的保健官员能够使用这样的一个记录来辨别那些处在产生RSI危险中的个人。例如，能够给他们提供适当的培训。这种性质还能够通过证明员工的习惯已经导致了RSI的形成而用于监督雇主的责任。

应该明白：本发明并不局限于上述实施例，在本发明的保护范围内可以多种变化形式。例如，鼠标同样可以是一个光学鼠标。数据可以通过一个无线连接而不是通过一个线缆和连接器与计算机进行交换。

在另一个可选的实施例中，该系统可以在没有能够检测肢体存在的传感器的情况下而形成。在一个变体实例中，系统的软件部分监测用户的活动，如果在经过一个持续活动的预定时间后没有检测到活动，就产生一个触觉信号提醒用户撤回他的手。该实施例可以与上述系统的其它所有性质相结合使用。

不具有能够检测肢体存在的传感器的系统具有使用其它类型传感器的优点。刚才在计算机鼠标情况下讨论的软件检测就是一个很好的实例。另一个实例就是一个包括运动传感器的装置，例如，在用手控制输入装置的情况下的手腕佩带装置。在另一种设置中，该装置可包括一些种类的用于检测用户肢体活动的图像分析仪。

因此这里描述的每个变体实例取决于一个洞察力，即维持一个持续的痉挛静止位置会导致形成肢体重复性劳损的一个严重的威胁。所述的系统和装置允许检测这样的位置，因此在防止RSI时能够提供一个非常有用的帮助。

Claims (15)

1.一种用于提供输入信号的系统，其包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件(M，1)，该系统包括：一个传感器(5，6)，能够检测处在至少部分部件(M，1)上的肢体的存在；定时器(2)，用于确定肢体出现过程中的时间长度；和仪器(11，9，7，8)，用于如果所述时间长度超过一个阈值就产生一个报警信号。

2.如权利要求1所述的系统，其包括仪器(7，8，9)，能够响应报警信号以提供一触觉信号，最好到位于部件上的肢体。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中，如果在报警信号已经开始产生后持续检测到肢体的存在，就改变报警信号的性质。

4.如前述权利要求中任一一项所述的系统，其包括仪器(2，11)，用于产生一个可听见的报警信号或一个适于触发一个可听见的信号形成的报警信号。

5.如前述权利要求中任一一项所述的系统，其能够确定交互作用是否在用户可控制部件和用户肢体之间发生，其中如果在所确定的时间间隔中没有实质的交互作用发生，那么该系统仅产生一个报警信号。

6.如前述权利要求中任一一项所述的系统，它能够记录超过一段时间所产生的交互作用。

7.如权利要求6所述的系统，它能够确定交互作用的性质，并将所确定的性质与至少一个风险预测相比较，其中如果交互作用的性质与该风险预测一致时，该系统就产生报警信号。

8.如前述权利要求中任一一项所述的系统，其能够编辑和存储用户肢体和用户可控制部件之间交互作用和/或超过一段时间后的报警信号产生的记录。

9.如前述权利要求中任一一项所述的系统，其特征在于：传感器包含在该部件中。

10.一种在根据权利要求1-8中任一一项所述系统中使用的装置，其包括：用于检测用户肢体存在的仪器，其中该装置的结构适于允许该用于检测用户肢体存在的仪器来检测位于该部件至少部分上的用户肢体的存在，该装置还包括用于产生表示所检测存在的信号的仪器，和用于将表示所检测存在的信号传递给定时器的仪器。

11.一种用于提供输入信号的系统，其包括一个通过与用户肢体的交互作用可由用户控制的部件(M，1)，其中该系统包括：仪器，能够检测用户的肢体活动；和仪器，用于如果在用户活动一段时间后没有检测到用户的活动就产生一个报警信号。

12.如权利要求11所述的系统，其中该部件包括能够检测用户活动的仪器。

13.一种在根据权利要求11所述系统中使用的装置，包括：用于检测用户肢体活动的仪器，其中该装置的结构适于允许用于检测用户肢体活动的仪器来检测位于该部件至少部分上的用户肢体的活动，该装置还包括用于产生表示所检测活动的信号的仪器，和用于将表示所检测活动的信号传递给一个控制器的仪器，如果用户活动经过一段时间后没有检测到用户的活动，该控制器就产生一个报警信号。

14.一种计算机输入装置(M)，如，鼠标，其包括：一个传感器(5，6)，能够检测处在至少部分装置(M)上用户的手的存在；定时器(2)，用于确定在持续检测肢体出现的过程中时间间隔的长度；和仪器(7，8，9，11)，用于如果时间间隔超过一个阈值就产生一个报警信号。

15.一种计算机输入装置(M)，如，鼠标，其包括：仪器，用于检测用户活动仪器，该用户活动仪器用于如果用户活动经过一段时间后没有检测到用户的活动就产生一个报警信号。

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