專利名稱：用于計(jì)算機(jī)的操作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算機(jī)等設(shè)備的操作裝置，其包括一為人手設(shè)置的支撐體，其上設(shè)置有至少一個(gè)按鈕，該按鈕被定位成可由手指的末端進(jìn)行操作，所述裝置包括一支承面，其在使用時(shí)處于水平位置，一球形部分被設(shè)置在該支承面上，該球形部分的形狀是根據(jù)人手的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所述球形部分包括一近端表面，其用于支撐操作者手的中段部分(掌骨)/手腕段(腕骨)；一中間表面，其用于支撐手指的近端指骨；以及一遠(yuǎn)端表面，其用于支撐手指的中間指骨和遠(yuǎn)端指骨，球形部分的下部表現(xiàn)為拇指的接納部。
背景技術(shù)：
這樣的操作裝置也被稱為鼠標(biāo)，專利文件DE 19616450號就公開了這樣的鼠標(biāo)。許多人致力于改變鼠標(biāo)的形狀，以使得使用者再不會出現(xiàn)重復(fù)性勞損(RSI)。歸根結(jié)底，人們認(rèn)為類RSI的現(xiàn)象是由長時(shí)間使用鼠標(biāo)而造成的。一般來講，類RSI現(xiàn)象也被稱為WRMD(與工作有關(guān)的肌肉—骨骼疾病)。該疾病的癥狀主要出現(xiàn)在頸部/肩部區(qū)域和肘/腕/手部區(qū)域。通常情況下，這些癥狀并不能歸因于機(jī)械/化學(xué)或物理損傷。也就是說，在患者沒有主訴(input)的情況下作出診斷是非常困難的。
盡管如此，RSI現(xiàn)象仍然是一個(gè)很嚴(yán)重的問題，因而，許多人希望研制出可消除相關(guān)現(xiàn)象的鼠標(biāo)和操作裝置。
在按照專利文件DE 19616450的結(jié)構(gòu)中，對鼠標(biāo)的按鈕進(jìn)行操作的手指指骨遠(yuǎn)端與支承面所成的角度約計(jì)約為45°。拇指的近端指骨與鄰近食指的縱向軸線大體上是平行的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)并不能使類RSI疾患減少到所希望的程度。
專利文件WO 00/51069公開了一種對稱的裝置，其用于操作計(jì)算機(jī)等設(shè)備，也就是說，這種裝置既能用左手進(jìn)行操作、也能用右手進(jìn)行操作。該設(shè)計(jì)目的是使裝置與指骨的遠(yuǎn)端相接合一即指骨與支承面所成的角度大于90°。由于采用了這樣受約束的操作姿態(tài)，所以不能消除類RSI的疾患。
專利文件US 2002/0084985A1公開了一種非對稱性的操作裝置，其中，指骨遠(yuǎn)端的定位方式與DE 1961450中的情況大致相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于計(jì)算機(jī)的操作裝置，利用該操作裝置，可限制或防止類RSI的現(xiàn)象。
利用前文所述的一種操作裝置，實(shí)現(xiàn)了該目的，在該操作裝置中，遠(yuǎn)端表面在其與所述支承面的交界附近，所成角度α約為70°-90°，其中，被設(shè)計(jì)來接納掌部(掌骨I)的接納部分的縱向軸線與用于接納食指的鄰近部分的縱向軸線成角度γ，該角度大于30°。
本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識而作出的盡管現(xiàn)有的操作裝置為腕部和掌部提供了支撐，但它們分別為手指的中間指骨和遠(yuǎn)端指骨提供的支撐卻是不足的。
現(xiàn)有的某些操作裝置是按照一定的方式構(gòu)成的，以便于當(dāng)手指的相應(yīng)末端處于放松狀態(tài)時(shí)，按鈕變?yōu)閴合聽顟B(tài)。還可將所涉及的按鈕制得難于移動，從而不會發(fā)生按鈕被壓下的情況，這樣就需要另外的力來實(shí)現(xiàn)操作，但一般來講，上述的設(shè)計(jì)將導(dǎo)致不利情形的出現(xiàn)。這就意味著當(dāng)按鈕處于未壓下狀態(tài)時(shí)，必須要將相關(guān)的遠(yuǎn)端指骨抬起。按照本發(fā)明所依據(jù)的理論，恰恰是這種抬起手指末端的運(yùn)動長期以來會造成類RSI現(xiàn)象。根據(jù)本發(fā)明，通過將遠(yuǎn)端表面設(shè)計(jì)成相對于水平面(支承面)更為陡峭，可使遠(yuǎn)端表面上的擱置位置大體上對應(yīng)于活動相關(guān)中段指骨和遠(yuǎn)端指骨的肌肉(屈肌)的未彎曲位置。只有當(dāng)該位置上的按鈕被操作時(shí)，屈肌才被彎曲。
本發(fā)明還提供了一種器具，其可將手指遠(yuǎn)端部分的動作行程限定為最小。
上述各個(gè)表面所形成的角度必須被理解為從所涉及表面的中心引出的切線的夾角。畢竟，所涉及的表面可以是曲面。另外，由于球形部分的曲率是連續(xù)改變的，所以始終未能明確定出各個(gè)表面之間的過渡區(qū)位于何處。因而，優(yōu)選地是，人手的各個(gè)部分將涉及多個(gè)方面的考慮?？梢岳斫饪筛鶕?jù)手的尺寸來設(shè)計(jì)操作裝置。
根據(jù)本發(fā)明一有利的實(shí)施方式，中間表面(由手指的各近端指骨形成的表面)與遠(yuǎn)端表面之間的夾角約為45°。也就是說，使用者手臂與手掌面之間存在一個(gè)略為彎折(伸直狀態(tài))的角度，該角度約為165°。按照這樣的方式，在近端指骨與手中部骨之間的接合處(掌骨—指骨之間的關(guān)節(jié))，所形成的彎度約為45°。
根據(jù)另一種有利的實(shí)施方式，手掌表面(手的中段部分/掌部)與支承面(支撐表面/桌面或臺面)之間的角度(夾角φ)約為10°。這也就是說，使用者小臂與掌部之間存在一個(gè)略微彎折(伸直狀態(tài))的角度，該角度約為165°。
根據(jù)本發(fā)明一種有利的實(shí)施方式，中間表面和為手掌設(shè)置的表面相對于支承面的角度約為10°，該角度是繞縱向軸線(由手和小臂形成的軸線)、在小拇指的方向上(反掌)的旋轉(zhuǎn)角度。
根據(jù)一種有利的實(shí)施方式，手的小拇指相對于支承面所成的角度約為20°。
優(yōu)選地是，一個(gè)或多個(gè)按鈕被設(shè)置成靠近遠(yuǎn)端表面的自由端。所設(shè)計(jì)的各個(gè)特征使得指尖與操作裝置所在支撐表面/桌面或臺面等表面之間的距離非常短。該距離可小于1mm。如果是并排地設(shè)置了兩個(gè)按鈕，則兩按鈕中心到中心之間的距離必須約為16-17mm。根據(jù)所涉及的手指或拇指的厚度來選定凹窩的曲率半徑。該半徑同樣也取決于操作裝置的尺寸。


下文將參照附圖中示例性的實(shí)施方式對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹。在附圖中圖1中的簡略側(cè)視圖表示了人左手上圓形的受支撐部分；圖2中的側(cè)視圖表示了對本發(fā)明具有意義的各個(gè)角度；
圖3中簡化的側(cè)視圖表示了左手的圓形部分，在該圖中，標(biāo)注出了相對于掌骨和近端指骨的角度分布；圖4中的簡化圖表示了拇指相對于相鄰食指的位置；圖5是根據(jù)本發(fā)明操作裝置的一種實(shí)施方式的示意性側(cè)視圖，圖中還繪出了使用者的右手；圖6表示了圖5所示的裝置，在該圖中，表示出了各個(gè)相關(guān)的角度；圖7是從拇指一側(cè)對圖5、6所示裝置所作的側(cè)視圖；圖8是對上述視圖中的裝置所作的俯視圖；圖9是本發(fā)明裝置的前視圖；圖10中的側(cè)視圖表示了本發(fā)明操作裝置的另一實(shí)施方式；圖11是圖10所示裝置的俯視圖；以及圖12是圖10、11所示裝置的后視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中的側(cè)視圖示意性地表示了人左手的受支撐部分。該人手總體上由標(biāo)號30指代。按照本發(fā)明的受支撐輪廓周面由標(biāo)號31指代，而要被操作的按鈕則用標(biāo)號3指代。受支撐的輪廓周面被劃分成近端表面6、中間表面7、以及遠(yuǎn)端表面8。近端表面分別支撐著掌骨和腕骨。中間表面7支撐著近端指骨。遠(yuǎn)端表面分別支撐著中段指骨和遠(yuǎn)端指骨。在該視圖中，各個(gè)部分都處于最優(yōu)的支撐位置。在圖2-圖4中示意性地表示出了各個(gè)角度的理想范圍。圖2中表示出了近端表面、中間表面、以及遠(yuǎn)端表面相對于支撐面、桌面或臺面的角度。圖3中也表示出了這些角度。根據(jù)本發(fā)明的最佳位置始終由圖5以及下列附圖表示，并基于這些附圖，還表示出了根據(jù)本發(fā)明的操作裝置是如何從該最佳位置設(shè)計(jì)出的。在圖5到圖9中，根據(jù)本發(fā)明的、用于計(jì)算機(jī)等的操作裝置總體上由標(biāo)號1指代。該操作裝置上設(shè)置有一個(gè)用來支承在一平坦臺面、桌面或其它表面上的支承面4。該支承面4上具有一個(gè)曲面部分或球形部分5。該曲面部分或球形部分5是由手掌的支撐表面6(用于支撐掌骨和腕骨的近端表面)、中間表面7、以及遠(yuǎn)端表面8構(gòu)成的。在遠(yuǎn)端表面的端部設(shè)置了按鈕2、3。手掌的支撐表面6被用來支撐小臂11、腕關(guān)節(jié)12、以及手的中部14。中間表面被用來支撐近端指骨15，而遠(yuǎn)端表面8則被用來對中段指骨16和遠(yuǎn)端指骨17提供輕微的支撐。
從圖2和圖6可看出，遠(yuǎn)端表面8中間位置處的切線與支承面4所成的夾角α在70°-90°之間，更為具體來講約為75°。該夾角是在遠(yuǎn)端指骨支承表面的端部與支承面4之間的交界處附近形成的。如可從附圖看出的那樣，手指的指骨沿著曲面被支撐。重要的是該夾角不超過90°，從而，最遠(yuǎn)端指骨的端部決不會超過垂直位置，其優(yōu)選地是處于約75°的位置。裝置上位于此部位下方的部分自然可向下、向內(nèi)側(cè)變圓，但這一部分并不用來與遠(yuǎn)端指骨的末端相接合。手掌面與中間表面之間的角度δ約為45°，遠(yuǎn)端表面與用于支撐掌骨的手掌表面之間的角度為90°，而角度β約為165°。角度β對獲得足夠的反掌角度而言是很重要的。也就是說，小臂和手必須要繞著手掌扭轉(zhuǎn)足夠的角度，以便于能擱放在支撐表面25的恰當(dāng)位置上，該表面在圖中用虛線表示。該支撐表面相對于支承面/桌面或臺面所成的角度為5°-10°。借助于按照這種方式施加的轉(zhuǎn)動，可以實(shí)現(xiàn)并保持與裝置的完全接觸，并防止了肩部的聳起。
圖7是從右臂和右手的大拇指側(cè)對根據(jù)本發(fā)明的裝置所作的側(cè)視圖。拇指在圖中用標(biāo)號13指代，其被接納在凹窩22中。從圖8和圖9可看出，各個(gè)手指同樣也被接納在凹窩中。為手指所設(shè)的凹窩在圖中由標(biāo)號23、24指代，且在按鈕2、3處展開(見圖9)。兩按鈕2、3中心之間的距離用字母a代表，其優(yōu)選為16-17mm。凹窩22的曲率半徑r約為55mm。按鈕2、3也被制成對應(yīng)的曲度，這導(dǎo)致按鈕存在一定的左右“高差”，其為0.4-0.7mm。
角度γ代表拇指的掌骨(掌骨I)與食指掌骨(掌骨II)43之間的角度，該角度被表示在圖4和圖8中。該角度優(yōu)選地大于30°，更為具體是約為40°。也就是說，將相關(guān)的凹窩22制成這樣使得拇指相對于食指處于最佳的位置。
上述操作裝置精確地適合使用者的手。該適合過程可從一基礎(chǔ)模型著手進(jìn)行，某些這樣的模型是現(xiàn)有的，通過進(jìn)行“裁量改造，，可獲得與手和手指相對應(yīng)的形狀。例如可利用凝膠材料來完成該操作?？梢岳斫庠摬僮餮b置可被制成左手用的，也可被制成右手用的。
在圖10-12中，根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方式總體上由標(biāo)號31指代。該裝置上設(shè)置了一個(gè)支承面34，其上設(shè)置了一個(gè)彎曲的對流部分(convect portion)35。其包括一用于支撐手掌的表面36、一中間表面、以及一遠(yuǎn)端表面。與上述的實(shí)施方式相反，該裝置的隆起部分上并未為各個(gè)手指設(shè)置單獨(dú)的容納部，而是平滑連接(embody)。在這幾個(gè)附圖中，上文介紹的各個(gè)角度也由相同的標(biāo)號指代。為拇指設(shè)置的接納處用標(biāo)號42指代。為了支撐拇指的遠(yuǎn)端指骨，拇指的接納處相對于支承面12略微升高，而掌骨I卻不具有有效的支撐表面，通過對指骨進(jìn)行定位，掌骨I被定位在本發(fā)明限定的角度上，并處于放松的工作姿態(tài)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)利用上述測得的尺寸，人手可按照最佳的方式獲得放松，且類RSI的現(xiàn)象不再出現(xiàn)或受到了抑制。另外，利用本發(fā)明，可通過設(shè)置傳感器來檢測和監(jiān)控手的正確位置。為此目的，可在裝置的各個(gè)部位處設(shè)置壓力傳感器，利用這些壓力傳感器，可檢測人手是否處于正確的位置、以及是否未施加過高的擠壓/壓縮力?？蛇x的是，可根據(jù)使用者立即或在合理的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行修正工作而發(fā)出一個(gè)信號。
可以理解尤其是可根據(jù)使用者手的尺寸作出多種形式的改型。這樣的情況尤其是適合于文中給出的長度值。各個(gè)角度的數(shù)值基本上保持不變，必須認(rèn)識到文中給出的角度值對于大多數(shù)西方人的手都是合適的。
從上文的描述不難看出在閱讀了上文的描述之后，可對本發(fā)明作出多種形式的改型，且這些改型形式落入到后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于計(jì)算機(jī)等的操作裝置，其包括一用于人手的支撐體，其設(shè)置有至少一個(gè)按鈕，該按鈕被定位成可由手指的末端進(jìn)行操作，所述裝置包括一支承面(4)，其在使用位置處于水平，以及一球形部分(5)被設(shè)置在該支承面上，該球形部分是根據(jù)人手的形狀而成形的，所述球形部分(5)包括一為手掌而設(shè)置的表面(6)，其用于支撐操作者手的中段部分(掌骨)/手腕段(腕骨)；一中間表面(2)，其用于支撐手指的近端指骨；以及一遠(yuǎn)端表面(8)，其用于支撐中段指骨和遠(yuǎn)端指骨，且球形部分的下部表現(xiàn)為一個(gè)拇指接納部(22)，其特征在于所述遠(yuǎn)端表面(8)在其與所述支承面的交界附近、與所述支承面所成的角度(α)約為70°-90°，其中，被設(shè)計(jì)來接納拇指的掌骨I的接納部(22)的縱向軸線(26)與用于接納食指的鄰近部分的縱向軸線(28)成角度γ，該角度大于30°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作裝置，其特征在于所述角度(α)約為75°。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于所述角度α約為40°。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于中間表面(8)與遠(yuǎn)端表面(8)之間的夾角(δ)約為45°。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于為手掌設(shè)置的所述表面與所述支承面成約15°的角度，亦即，使用者手臂與手掌面之間存在一個(gè)略為彎折(伸直狀態(tài))的角度，該角度約為165°。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于中間表面和為手掌設(shè)置的表面繞縱向軸線(由手和小臂形成的軸線)、在小手指的反掌方向上形成了一個(gè)側(cè)向角度，由此，可使手、小臂、頸部和肩部獲得最大程度的放松。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其特征在于在靠近所述按鈕的位置處，所述遠(yuǎn)端表面上制有與手指的形狀相對應(yīng)的凹窩，其曲率半徑(r)小于60mm。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的操作裝置，其包括兩個(gè)按鈕，它們可由兩個(gè)相鄰的手指進(jìn)行操作，所述兩按鈕中心到中心之間的距離(a)為16-17mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于操作計(jì)算機(jī)等的操作裝置，其例如是鼠標(biāo)。該裝置包括一平坦的支承面，在該支承面上設(shè)置了一個(gè)球形部分。球形部分是由三個(gè)表面(曲面)構(gòu)成的一為手掌設(shè)置的表面，其用于支撐掌骨/腕骨；一中間表面，其用于支撐手指的近端指骨；以及一遠(yuǎn)端表面，其用于支撐手指的中段指骨和遠(yuǎn)端指骨。根據(jù)本發(fā)明，遠(yuǎn)端表面被制成相對于支承面具有約為75°的角度。由于設(shè)置了這樣的角度，在整個(gè)輪廓周面上都實(shí)現(xiàn)了對手指的最佳支撐，并且，通過取消了手指的抬起運(yùn)動而防止了類RSI現(xiàn)象，其中，手指的抬起運(yùn)動長期以來就會造成類RSI現(xiàn)象。
文檔編號G06F3/0354GK1751287SQ200480004460
公開日2006年3月22日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月8日
發(fā)明者C·J·斯尼德斯 申請人:伊拉斯謨大學(xué)鹿特丹醫(yī)藥中心