CN1996207A - 手戴式模拟键盘的字符输入装置 - Google Patents

Abstract

一种字符输入装置及其操作控制方法，其能检测用户手指的屈曲状态和叩击工作面的状态以判断用户的输入意义，该手戴式模拟键盘的字符输入装置包括：叩击传感器、弯曲程度传感器、处理控制单元、信息传递单元。在各手指指尖处安置一叩击动作传感器，用于测定各手指对工作面的叩击动作。而在各手指的指间关节，特别是在近节指骨和中节指骨之间的指间间节处各安置一弯曲程度传感器，用于检测各手指关节的屈曲程度。在用户用本装置输入时，通过对用户各手指的叩击动作及屈曲程度的检测，可得知用户的叩击动作代表的意义。

Description

手戴式模拟键盘的字符输入装置

技术领域：

本发明涉及一种用于文字或符号等信息输入的装置以及与之相关的模拟输入的控制方法。具体涉及这样一种手戴式模拟键盘的字符输入装置以及与之相关的操作控制方法，其中，当手指叩击工作面时，安装在指尖和指腹上的传感器把叩击的信息传递给控制处理单元，而安装在手指关节部位的传感器把对应手指的指关节的弯曲状态的信息传递给控制处理单元，通过检测手指关节的弯曲状态及叩击情况，可了解用户的叩击意图，从而实现字符的输入。

背景技术：

现有的字符输入方式中，大多采用传统的键盘输入或手写输入。由于手写输入的识别率不高，输入效率低，从而限制了其应用，键盘输入方式一直是近几十年来的主要的字符输入方式，而常规键盘的体积大，占用了较多的桌面空间且不便携带。

需要这样一种设备，它体积小，重量轻，可方便地戴于手上，便于随时使用及携带，不占用桌面空间，且能方便、高效、准确地实现字符输入。

发明内容：

构思本发明就是为了实现上述的目的。本发明的主要目的是提供一种能固定或穿戴于手上的，通过检测用户手指的叩击动作及指关节的伸屈情况来检测用户的叩击意图，从而实现方便、高效、准确的字符输入。

为了实现上述的目的，根据用户使用键盘输入文字时，用户腕部基本固定，主要以腕关节的活动用指尖和指腹来叩击键盘的键位，并主要以各手指的指关节的伸屈状态，特别是近节指骨和中节指骨之间的指间间节的伸屈状态来定位上下键位位置的这一特征，把各手指的不同屈曲状态进行定义，把双手各手指的所在的指位(I：母指，II：食指，III：中指，IV：无名指，V：小指)定义为列，把各手指对应的屈曲状态定义为行，列出表格，以下称这些表格为键位位置定义表。这样，键位位置定义表中的每一小格对应相应的列与行，则每一小格对应相应的手指指位和该手指的特定的屈曲状态。把表格中的对应一定行列的小格定义为类似常规键盘的键位，并把各对应相应行列的键位定义不同的键位意义。

在双手的食指、中指、无名指、小指的指尖、指腹处以及双手的母指侧指腹处各安置一叩击压力传感器，用于检测各手指对工作面的叩击动作。而在双手的食指、中指、无名指、小指的各指间关节，特别是在近节指骨和中节指骨之间的指间间节处各安置一弯曲程度传感器，用于检测各手指关节的屈曲程度。另外也可在双手的拇指的指间关节处各安置一弯曲程度传感器，用于检测拇指的指间关节的屈曲状态。在用户用本装置输入时，通过对用户各手指的叩击动作及屈曲程度的检测，可得知用户的叩击动作代表的意义。

当用户要输入某一文字或信息时，用户会首先根据键位位置定义表中各键位所定义的意义来查找到这一文字或信息对应的键位位置，并根据这一键位所对应的行列来控制对应的手指以相应的屈曲程度叩击工作面。当用户用对应的手指以相应的屈曲程度叩击工作面时，安放在该手指指尖的叩击压力传感器检测到叩击动作，而安放于该手指的指间关节处的弯曲程度传感器则检测到手指的弯曲程度。叩击压力传感器和弯曲程度传感器把检测到的信息传递给处理控制单元作初步处理后，通过信息传递单元传送给计算机等需要信息输入的设备。处理控制单元和计算机等设备获得作叩击动作对应的手指的弯曲状态后，根据先前对这一手指的指位及其弯曲程度在键位位置定义表中的定义，在键位位置定义表中找出所对应的键位，并根据先前对这一键位定义的意义，可得知用户所作的叩击动作所代表的意义，从而实现文字或信息的输入。

该手戴式模拟键盘的字符输入装置包括：叩击压力传感器、弯曲程度传感器、处理控制单元、信息传递单元。叩击压力传感器，穿戴或固定于各手指的指尖、指腹处，把用户对工作面的叩击动作对其施加的压力转换为电信号，用于检测用户各手指对工作面的叩击动作。弯曲程度传感器，穿戴或固定于各手指的指间关节处，用户指间关节的屈曲会带动其屈曲，它能把其屈曲状态转换为电信号，以检测用户各手指关节的屈曲状态。处理控制单元，用于处理叩击压力传感器、弯曲程度传感器检测得到的电信号，以得到各手指的屈曲状态及手指对工作面的叩击状态，并控制各传感器的工作状态。信息传递单元，用于处理控制单元与计算机等设备之间的信息传输。

附图说明：

通过结合附图对给出的优选实施方式的以下描述，可使本发明的上述目的和特征变得清楚。其中：

图1是指间关节较伸展时的状态，此时，指尖相对腕关节所触及的位置较远，固定于手指上的弯曲程度传感器处于较伸展的状态(以下称这一状态为状态A)；

图2是指间关节稍屈曲时的状态，此时指尖所触及的位置较状态A时稍近，固定于手指上的弯曲程度传感器较状态A时稍为弯曲(以下称这一状态为状态B)；

图3是指间关节中度屈曲时的状态，此时，指尖相对腕关节所触及的位置较状态B时更近，固定于手指上的弯曲程度传感器较状态B时更为弯曲(以下称此时的状态为状态C)；

图4是指间关节较状态C更为屈曲的状态，此时各指间关节最为屈曲，指尖相对腕关节的位置更近，固定于手指上的弯曲程度传感器较状态C时更为弯曲(以下称这一状态为状态D)；

图5是手戴式拟键盘字符输入装置的电路原理图；

图6是叩击压力传感器的一个优选实施例的正视图；

图7是电阻式叩击压力传感器的一个优选实施例的切面图；

图8是电容式叩击压力传感器的一个优选实施例的切面图；

图9是电阻式弯曲程度传感器的一个优选实施例的横切面图；

图10是图9中的电阻式弯曲程度传感器的纵切面图；

图11是电容式弯曲程度传感器的一个优选实施例的横切面图；

图12是图11中的电容式弯曲程度传感器的纵切面图；

图13是手戴式模拟键盘的字符输入装置的单只手的传感器及电路的分布图；

图14是把食指、中指、无名指、小指的各种伸屈状态分为4级，拇指只安装叩击压力传感器而不设弯曲程度传感器时的键位位置定义表；

图15是把食指、中指、无名指、小指的各种伸屈状态分为3级，母指只安装叩击压力传感器而不设弯曲程度传感器时的键位位置定义表；

图16是把键位位置定义表分层，以增加可定义的键位数的立体图。

具体实施方式：

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施方式来表达本发明的内容。

上述附图中，1、叩击压力传感器，2、弯曲程度传感器，3、半导体层，4、导电层，5、导电线，6、电容介质层，7、导电芯，8、防拉伸保护纤维，9、纤维包裹层，10、外保护层，11、腕关节，12、掌指关节，13、指间关节。

图5中，叩击压力传感器(1)和弯曲程度传感器(2)把各手指的叩击工作面的动作和各手指的伸屈状态的信息传递给处理控制单元进行初步的处理，之后通过信息传递单元与计算机等设备进行信息的传送。当用户进行字符信息的输入时，处理控制单元和计算机等设备根据弯曲程度传感器和叩击压力传感器所检测的信息了解各手指的叩击状态和屈曲的程度，并依据键位位置定义表中对各手指的指位和其对应的屈曲状态的定义，在键位位置定义表中找出相应的键位，并依据对这一键位所定义的意义可得知用户叩击动作所代表的输入意义。

根据人们用键盘作字符输入的使用习惯和人类对手指叩击的控制能力与感知能力以及计算机等设备对字符输入的需要，可将食指、中指、无名指、小指的屈曲程度分为一至数级，优选地将其分为3至4级，而把拇指的屈曲状态分为2级(即屈和伸)或拇指不设弯曲程度传感器。这样，键位位置定义表格也对应相应的行数。图14是把食指、中指、无名指、小指的伸屈状态定义为4级，拇指只安装叩击压力传感器而不设弯曲程度传感器时的键位位置定义表，表中每只手可定义17个独立键位。图1、图2、图3、图4是把手指的屈曲程度分为4级时，手指关节在不同的屈曲程度时的示意图。图1是指间关节处于较伸展的状态，指尖相对腕关节所触及的位置较远，固定于手指并横跨近节指节和中节指节的指间关节的长条形的弯曲程度传感器处于较伸直的状态(以下称这一状态为状态A)，这时，弯曲程度传感器的弯曲程度一般小于20度角，各手指所叩击到的位置与图14的键位位置定义表中相对应的行为伸屈状态A的一行的键位。图2是指间关节稍屈曲时的状态，此时指尖所触及的位置较状态A时稍近，固定于手指上的弯曲程度传感器较状态A时稍为弯曲(以下称这一状态为状态B)，这时，弯曲程度传感器弯曲约为20至40度角，各手指所叩击到的位置与图14的键位位置定义表中相对应的行为伸屈状态B的一行的键位。图3是指间关节中度屈曲时的状态，此时，指尖相对腕关节所触及的位置较状态B时更近，固定于手指上的弯曲程度传感器较状态B时更为弯曲(以下称此时的状态为状态C)，这时，弯曲程度传感器弯曲约为40至70度角，各手指所叩击到的位置与图14的键位位置定义表中相对应的行为伸屈状态C的一行的键位。图4是指间关节较状态C更为屈曲的状态，此时各指间关节最为屈曲，指尖相对腕关节的位置更近，固定于手指上的弯曲程度传感器较状态C时更为弯曲(以下称这一状态为状态D)，这时，弯曲程度传感器弯曲约为70至100度角，各手指所叩击到的位置与图14的键位位置定义表中相对应的行为伸屈状态D的一行的键位。图15是把食指、中指、无名指、小指的各种伸屈状态分为3级，母指只安装叩击压力传感器而不设弯曲程度传感器时，其键位位置定义表格的分布图，图中每只手可定义13个独立键位。对于手指的屈曲状态的分级设定和键位的定义以及其组合键的定义，可视不同的应用需求以及用户的使用习惯进行定制或由用户自行设定。优选地，手指的屈曲状态的级数设定常定义为3至4级，而键位义意的定义需结合手指的屈曲程度的分级而定义。图14的键位位置定义表格中，双手的可定义的独立键位为34个，图15的键位位置定义表格中，双手的可定义的独立键位为26个，这和平常的键盘一百多个键位的应用相差较远，这需要引入键位位置定义表格的模拟分层方式，通过设定的组合键进行分层的转换，可提供足够的可定义的键位。图16是多层键位位置定义表格的立体图。

在前述提及的叩击压力传感器和弯曲程度传感器中，它可以使用电阻式传感器或电容式传感器、点触开关、光学传感器等各类传感器。由于电阻式传感器和电容式传感器容易做成薄片状或长条形，以方便地安置或固定于指尖指腹处和指关节处，以检测手指叩击工作面的压力及指关节的屈曲程度，也可以根据各用户的叩击习惯进行个性化的调整，并且其生产成本不高，优选地，以下列举几个电阻式或电容式的叩击压力传感器和弯曲程度传感器。

图6是叩击压力传感器的一个优选实施例的正视图，在图中，叩击压力传感器做成椭圆形以方便其安置或固定于手指的指尖或指腹处。

图7是电阻式叩击压力传感器的一个优选实施例的切面图，图中，电阻式叩击压力传感器由上下两面的外保护层(10)、导电层(4)和夹在中间的半导体层(3)构成。由于电阻式叩击压力传感器需要弯曲地包在各手指指尖和指腹部，其各层均要采用软性的物质，其中，半导体层(3)可采用粉状或胶质状物，也可采用液态的半导体凝胶或溶液等到。当电阻式叩击压力传感器两面受压时，夹在中间的半导体层(3)受压，其电阻值随所受的压力改变而变化，在上下两面的导电层接上电压，通过检测流经电阻式叩击压力传感器的电流变化，可得知电阻式叩击压力传感器的所受的压力。

图8是电容式叩击压力传感器的一个优选实施例的切面图，图中，电容式叩击压力传感器由上下两面的外保护层(10)、导电层(4)和夹在中间的电容介质层(6)构成。由于电容式叩击压力传感器需要弯曲地包在各手指指尖和指腹部，其各层均要采用软性的物质。当电容式叩击压力传感器两面受压时，其两边的导电层(4)及夹在中间的电容介质层(6)受压，其两边的导电层(4)相距更近，其电容值随所受的压力改变而变化，通过检测其电容值的变化，可得知电容式叩击压力传感器的所受的压力。

图9是电阻式弯曲程度传感器的一个优选实施例的横切面图，图10是图9中的电阻式弯曲程度传感器的纵切面图，图中，电阻式弯曲程度传感器为圆柱形的长条状，其各层由内向外分别为导电芯(7)、导电层(4)、半导体层(3)、导电层(4)、纤维包裹层(9)、外保护层(10)，它们由内向外层层包裹。由于电阻式弯曲程度传感器需固定并横跨于活动的指关节处，经常作伸屈动作，其各层均需采用软质的材料，且需有较强的耐伸屈的特性。它最内层的导电芯(7)由导电线(5)和防拉伸保护纤维(8)组成，并与敷盖在其外面的导电层(4)一起组成感应电阻的一个电极。半导体层(3)可为固态的粉状物或软的半导体胶质，也可为液态的半导体凝胶或溶液等。当电阻式弯曲程度传感器弯曲时，加在半导体层(3)上的压力发生变化，从而使其电阻值也发生变化，通过检测电阻值的变化，可得知电阻式弯曲程度传感器的弯曲程度。半导体层(3)中纵横交错有较多的防拉伸保护纤维(8)。半导体层(3)的再外层为导电层(4)，它由导电线(5)以及导电胶质组成，构成压感电阻的另一电极。导电层(4)的再外一层为由防拉伸保护纤维保护纤维(8)纵横交错组成的纤维包裹层(9)，再外为外保护层(10)。在电阻式弯曲程度传感器的各层匀较多地采用高强度的防拉伸保护纤维(8)，它可有效加强电阻式弯曲程度传感器的机械强度，提高使用寿命。另外，在各层中，特别是在纤维包裹层(9)大量纵横交错地包裹防拉伸保护纤维(8)，可有效限制纤维包裹层(9)内的容积，当电阻式弯曲程度传感器受力弯曲时，由于受纤维包裹层(9)的限制，会对其内容物施加较大的挤压力，以提高电阻式弯曲程度传感器的感受应灵敏度。

图11是电容式弯曲程度传感器的一个优选实施例的横切面图，图12是图11中的电容式弯曲程度传感器的纵切面图。图中，电容式弯曲程度传感器为圆柱形的长条状，其各层由内向外分别为导电芯(7)、导电层(4)、电容介质层(6)、导电层(4)、纤维包裹层(9)、外保护层(10)，它们由内向外层层包裹。由于电容式弯曲程度传感器需固定并横跨于活动的指关节处，经常作伸屈动作，其各层均需采用软质的材料，且需有较强的耐伸屈的特性。它最内层的导电芯(7)由导电线(5)和防拉伸保护纤维(8)组成，并与敷盖在其外面的导电层(4)一起组成感应电容的一个电极。电容介质层(6)其两边的导电层(4)组成一双极电容，当电容式弯曲程度传感器弯曲时，其导电芯(7)、导电层(4)及夹在其间的电容介质层(6)受压，其导电芯(7)和导电层(4)相距更近，其组成的电容的电容值随弯曲时所受的压力改变而变化，通过检测其电容值的变化，可得知电容式弯曲程度传感器的弯曲程度。包裹在其外的纤维包裹层(9)可提高其灵敏度和使用寿命。

手戴式模拟键盘的字符输入装置的叩击压力传感器通常做成薄片状，弯曲程度传感器通常做成长条状，它们可用胶布等直接固定，也可用皮革、布料等做成指套或手套，传感器则安置于指套或手套上内。处理控制单元、信息传送单元、供电单元等可以安置于指套或手套上，也可以固定于手腕等地方。

另外，由于本设备可移动性较强，且各用户的使用的叩击的触发压力、手指的弯曲程度、使用习惯以及键位的定义等的不同而使各用户的设置存在差异，为使其在各计算机间方便交互使用而不需重新设置，可以在处理控制单元内引入息信保存模块，以保存这些信息。

依照本发明的模拟键盘的字符输入装置具有以下的效果：它体积小，重量轻，可方便地戴于手上，便于随时使用及携带，不占用桌面空间，且能方便、高效、准确地实现字符输入。

本发明并不限于前面所述的实施例，本领域的普通的技术人员要理解的是可对它作出变化和改进，这不会脱离由所附加的权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1、一种字符输入装置及其操作控制方法，其能检测用户手指的屈曲状态和叩击工作面的状态以判断用户的输入意义，该手戴式模拟键盘的字符输入装置包括：

叩击压力传感器，穿戴或固定于各手指的指尖、指腹处，用户用手指叩击工作面时同时会对其施加相应的压力，它能把对其施加的压力转换为电信号，以检测用户各手指对工作面的叩击动作；

弯曲程度传感器，穿戴或固定于各手指的指间关节处，用户指间关节的屈曲会带动其屈曲，它能把其屈曲的状态转换为电信号，以检测用户各手指关节的屈曲状态；

处理控制单元，用于处理叩击压力传感器、弯曲程度传感器检测得到的电信号，以得到各手指的屈曲状态及手指对工作面的叩击状态，并控制各传感器的工作状态；

信息传递单元，用于处理控制单元与计算机等设备之间的信息传输。

2、根据权利要求1所述的手戴式模拟键盘的字符输入装置的操作控制方法中，把双手各手指的所在的指位及各手指对应的屈曲状态定义列与行，列出表格即键位位置定义表，把键位位置定义表中的对应一定行列的小格定义为类似常规键盘的键位，则各相应手指以及其对应的各种屈曲的状态对应不同的键位，并把各对应相应行列的键位定义不同的键位意义。

3、根据权利要求1所述的手戴式模拟键盘的字符输入装置，通过检测用户各手指的屈曲状态及各手指对工作面的叩击动作，并根椐权利要求2所述的手戴式模拟键盘的字符输入装置的操作控制方法的键位位置定义表，可以判断用户的叩击动作所代表的输入意义。

4、根据权利要求1所述的手戴式模拟键盘的字符输入装置，其中，叩击压力传感器为薄片状，以方便地弯曲安装于手指的指尖和指腹处。

5、根据权利要求1所述的手戴式模拟键盘的字符输入装置，其中，弯曲程度传感器为长条状，它安放并横跨于各手指的指间关节，特别是各手指的近节指骨和中节指骨之间的指间关节，以检测用户各手指关节的屈曲状态。

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