專利名稱：用于與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)交互作用的無(wú)指手套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含用于手工控制信息輸入的裝置的處理信息的系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及這種裝置。
美國(guó)專利5,581,484中公開(kāi)了這種系統(tǒng)，本文作為參考引用。該已知系統(tǒng)有一個(gè)安裝在手指上的輸入設(shè)備，用于向計(jì)算機(jī)手工輸入信息。該設(shè)備使用一個(gè)壓力傳感器和一對(duì)可拆卸地附接到用戶指尖的加速度傳感器。壓力傳感器檢測(cè)在手指觸壓物體例如桌面時(shí)的壓力。加速度傳感器測(cè)量手指的加速度。傳感器安裝在柔性手套中。傳感器的信號(hào)被轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)，后者計(jì)算手指的相對(duì)位置。兩次積分所測(cè)量的加速度，能給出手指當(dāng)前位置相對(duì)于開(kāi)始位置的坐標(biāo)。壓力傳感器用于驗(yàn)證加速器傳感器的信號(hào)。該已知系統(tǒng)使用戶能夠就像是在諸如標(biāo)準(zhǔn)QWERTY鍵盤的物理鍵盤上一樣地向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種替代性輸入設(shè)備。此外，已知的輸入設(shè)備涉及到手、手掌、手指和拇指。發(fā)明人認(rèn)為，這種具體裝置妨礙了手除與鍵盤交互作用以外的功能，諸如開(kāi)一聽(tīng)礦泉水、接電話、在便箋上快速記錄、翻查字典、甚至擦擦鼻子。因此本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種更加用戶友好的系統(tǒng)來(lái)替代該已知系統(tǒng)。
為此，本發(fā)明提供一種處理信息的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一個(gè)計(jì)算機(jī)和一個(gè)能在用戶手上安裝的裝置。該裝置能根據(jù)用戶手指的彎曲實(shí)現(xiàn)用戶與計(jì)算機(jī)的交互。該系統(tǒng)建立將特定角度范圍彎曲的手指與多個(gè)信息項(xiàng)中特定某項(xiàng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如在手指的近指節(jié)間關(guān)節(jié)或掌指關(guān)節(jié)檢測(cè)彎曲的位置。該裝置最好包含一個(gè)露出用戶至少一個(gè)手指的至少上端部分的手套。該裝置通過(guò)有線或無(wú)線連接與計(jì)算機(jī)通信。如果是后一種情況，則無(wú)指手套作為手工輸入設(shè)備的用戶友好性就進(jìn)一步提高。通信最好使用IR，這樣，手套就能在用戶乘飛機(jī)旅行時(shí)用于膝上型計(jì)算機(jī)。我們知道，乘客是不準(zhǔn)在飛機(jī)上操作個(gè)人RF設(shè)備的。
本發(fā)明根據(jù)的是這樣的認(rèn)識(shí)當(dāng)某人與手工計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備例如QWERTY鍵盤交互作用時(shí)，手指彎曲的角度可被用來(lái)解譯特定的數(shù)據(jù)輸入-此處是某鍵。對(duì)角度檢測(cè)的，例如是應(yīng)變儀、具有多個(gè)位置的開(kāi)關(guān)(例如機(jī)械的或磁性的)、電位計(jì)、受拉伸時(shí)改變其電阻的電阻管、導(dǎo)電橡膠等等。鍵擊由在例如近指節(jié)間關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)上或指骨上適當(dāng)安置的加速度計(jì)來(lái)檢測(cè)。另一種方法是，通過(guò)所測(cè)量的角度的變化的突變率或通過(guò)位于一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)處的電子開(kāi)關(guān)的機(jī)械來(lái)檢測(cè)鍵擊。
在最佳實(shí)施例中，手套露出用戶手指的上端部分。于是，正常的手指功能就不受妨礙，手套使指尖有完全的感覺(jué)。本發(fā)明可用于通過(guò)虛擬的字母數(shù)字鍵盤或虛擬的音樂(lè)鍵盤來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)。該虛擬鍵盤僅僅是一個(gè)供將手指敲擊在上面的堅(jiān)硬表面。本發(fā)明的用途多種多樣，能根據(jù)用戶手指的角度來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)，例如演奏單簧管或長(zhǎng)笛這樣的虛擬管樂(lè)器。演奏長(zhǎng)笛時(shí)，可以根據(jù)向樂(lè)器口片施加的壓力來(lái)輸入其它數(shù)據(jù)。
發(fā)明人也認(rèn)識(shí)到，特定的手指可以控制一列以上的鍵。例如當(dāng)用十指指法與QWERTY鍵盤交互作用時(shí)，一般讓食指和小指各自控制兩列或兩列以上。最好在上述的縱向選擇中添加橫向選擇機(jī)制，以便區(qū)分手指的分離(abduction)與并攏(adduction)。例如，在食指上安裝一個(gè)磁舌簧接點(diǎn)開(kāi)關(guān)，在相鄰手指上安裝一個(gè)磁體。另一種方法是，在食指和中指之間的部分安裝一個(gè)應(yīng)變計(jì)。這個(gè)部分對(duì)這些手指之間的橫向距離增加時(shí)產(chǎn)生的拉伸力是敏感的。另一種方法是，用一個(gè)磁體和一個(gè)霍爾(Hall)傳感器來(lái)測(cè)量手指的分離。有各種縱向和橫向都能檢測(cè)的檢測(cè)裝置都是可行的，這些檢測(cè)裝置所根據(jù)的是對(duì)特定數(shù)量級(jí)或物理數(shù)量變化—例如距離或接近度、角度、力矩等等—的檢測(cè)。右手的小指一般用于控制三列或更多列。為了在兩列以上之間進(jìn)行區(qū)分，橫向選擇機(jī)構(gòu)包含例如多個(gè)敏感范圍不同的傳感器或多位置開(kāi)關(guān)。
典型的PC鍵盤含有的鍵數(shù)多于QWERTY功能的鍵盤的鍵數(shù)。例如，PC鍵盤有一行鍵表示阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、...9和0，一行功能鍵。所以這種鍵盤有5行3行QWERTY鍵，一行阿拉伯?dāng)?shù)字鍵，一行功能鍵。區(qū)分各行鍵的一個(gè)方法是讓以上介紹的傳感器能夠檢測(cè)設(shè)備上的至少5個(gè)不同的位置，并能夠生成與各個(gè)位置對(duì)應(yīng)的各個(gè)信號(hào)。另一種方法是在用戶手上安裝一個(gè)傳感器，在傳感器被啟動(dòng)時(shí)改變對(duì)所控制的虛擬鍵行的解釋被控制。例如，將傳感器安裝在手掌中，傳感器在用戶下壓其手掌時(shí)啟動(dòng)。此時(shí)，發(fā)自檢測(cè)子系統(tǒng)的信號(hào)就被解釋為來(lái)自功能鍵或阿拉伯?dāng)?shù)字鍵。
該設(shè)備最好也包含對(duì)要由該設(shè)備操作的鍵的功能的直觀指示。例如，本發(fā)明用于虛擬QWERTY鍵盤的手套實(shí)現(xiàn)，在用戶看得見(jiàn)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，以方便缺乏經(jīng)驗(yàn)的用戶正確地操作設(shè)備。
在讓用戶能校正傳感器以便手套適合其手指的大小或移動(dòng)的意義上來(lái)說(shuō)，手套最好是可編程的。例如，用戶通過(guò)伸展和彎曲手指以及拉伸手指來(lái)設(shè)置傳感器。這樣就使傳感器能按手指的極端位置發(fā)出信號(hào)。計(jì)算機(jī)軟件因此就能適應(yīng)用戶移動(dòng)的范圍。
本發(fā)明與美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/887,593(PHA23,258)中披露的虛擬桌面系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)特別有用。本文引用該專利作為參考。
本發(fā)明是通過(guò)舉例并結(jié)合各附圖進(jìn)行說(shuō)明的，其中

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2是表示打字者的手指的不同方位和角度的示意圖；圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖4是掌部安裝了表示特殊功能鍵的開(kāi)關(guān)的手套的示意圖；圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)的第三個(gè)實(shí)施例的示意圖。
在所有示圖中，相同的標(biāo)注號(hào)表示類似或?qū)?yīng)的特征。
圖1的框圖中有按照本發(fā)明的信息處理系統(tǒng)100的主要組件。系統(tǒng)100包含裝置102。該裝置包括一個(gè)暴露用戶手指尖的手套。系統(tǒng)100進(jìn)一步有計(jì)算機(jī)104和輸出設(shè)備105。手套102戴在用戶手上，以便向計(jì)算機(jī)104手工輸入信息。所輸入的信息基于對(duì)用戶手指和拇指的彎曲的檢測(cè)。特定手指彎曲一定的角度時(shí)，可解釋為選定了例如虛擬字母數(shù)字鍵盤、虛擬鋼琴的琴鍵或虛擬單簧管的氣門上的一個(gè)指定的虛擬鍵。輸出設(shè)備105向用戶發(fā)出例如聽(tīng)得見(jiàn)或看得見(jiàn)的反饋。盡管該圖中只顯示了一個(gè)手套102，但是在有些應(yīng)用中顯然需要兩只手套。
手套102最好將用戶的手指和拇指的指尖露出。在所示例子中，遠(yuǎn)指骨和遠(yuǎn)指節(jié)間關(guān)節(jié)暴露在外，而近指骨和近指節(jié)間關(guān)節(jié)則在手套內(nèi)。位置106、108、110、112和114對(duì)應(yīng)于各手指和拇指的近指間關(guān)節(jié)的位置。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，手指的近和中指骨可用來(lái)編碼通過(guò)例如虛擬或想像的QWERTY鍵盤的用戶輸入。這要結(jié)合圖2進(jìn)行說(shuō)明。
圖2表示左手食指在真實(shí)QWERTY鍵盤上擊鍵時(shí)的不同方位202、204和206。例如，打字者的左食指控制代表分別位于鍵盤的上行、中行和下行的字符“R”、“F”和“V”的鍵208、210和212。該手指觸擊不同的鍵208-212，這樣當(dāng)用戶鍵擊鍵盤上不同行中的字母時(shí)，手指在近指節(jié)間關(guān)節(jié)處彎曲不同的角度。鍵擊較高行中的字符時(shí)彎曲的角度比鍵擊較低行中的字符時(shí)的大。因此，手指的彎曲能代表被啟動(dòng)的某鍵所在的行。本發(fā)明現(xiàn)在用這些角度來(lái)解譯由十指指法中各手指操作的各鍵所在的各行。用戶只要用手指敲擊多少有些剛性的表面例如臺(tái)面、膝蓋、或者(按照發(fā)明人之一的說(shuō)法)朋友的頭部，就能生成代表鍵擊的信號(hào)，輸入到計(jì)算機(jī)104中。
手套102在位置106-112或這些位置的附近裝有檢測(cè)角度的傳感器116、118、120和122。傳感器116-122各包含例如應(yīng)變計(jì)、具有多個(gè)位置的開(kāi)關(guān)(例如機(jī)械的或磁性的)、電位計(jì)、受拉伸時(shí)改變其電阻的電阻管、導(dǎo)電橡膠等等。在最佳實(shí)施例中，使用的是Measurements Group公司制造的500 UW系列的應(yīng)變計(jì)。應(yīng)變計(jì)被按裝在柔性基底上，以便能建立傳感器與手套的柔性纖維之間的穩(wěn)固連接?；兹谑痔椎氖种傅谋趁嫔系奶鬃又?，可以拆卸。
傳感器116-122可用來(lái)記錄鍵擊。例如，當(dāng)角度減少的速率突然變化時(shí)，就表示一次鍵擊。另一種方法是，手套102在掌指關(guān)節(jié)處(即手指或拇指與手的結(jié)合處)有與傳感器116-122類型類似的其它傳感器124、126、128、130、132-例如檢測(cè)角度的傳感器。每個(gè)手指的有些預(yù)定的角度值的組合指示某個(gè)鍵擊—可能要通過(guò)計(jì)算機(jī)104進(jìn)行校正之后，或者在掌指關(guān)節(jié)處角度的突發(fā)變化指示某個(gè)鍵擊。另一種方法是，傳感器124-132各自包含一個(gè)機(jī)械的、電子的或磁性開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)在掌指或近指節(jié)間關(guān)節(jié)處的角度達(dá)到特定的量時(shí)閉合。
圖3表示手套102的另一個(gè)實(shí)施例?，F(xiàn)在，鍵擊是用加速度計(jì)302、304、306、308和310記錄的。這些加速度計(jì)例如被安置在每個(gè)手指的第一個(gè)指骨上，以便在手指敲擊剛性表面時(shí)記錄例如至少6g的減速度。這個(gè)閾值最好是用戶可編程的。當(dāng)加速度計(jì)302-310中有一個(gè)檢測(cè)到超過(guò)一定閾值的減速度時(shí)，由傳感器116-122中在相應(yīng)的手指安置的特定傳感器檢測(cè)到的角度就被計(jì)算機(jī)104記錄下來(lái)。性能適當(dāng)、價(jià)格較低的加速度計(jì)例如有AMP公司的ACH-04-08-01。
當(dāng)用十指法進(jìn)行鍵盤輸入時(shí)，食指和小指一般各自控制QWERTY鍵盤的兩列或更多列的鍵，其它手指僅控制一列鍵，拇指控制空格鍵。因此在手套102上安置了傳感器134和136，用于檢測(cè)有關(guān)手指控制的是兩列中的哪一列。傳感器134和136檢測(cè)相應(yīng)的手指是分離的還是并攏的。這能決定用戶正在與之交互作用的是有關(guān)列中的哪一列。傳感器134例如包含一個(gè)在手套102的食指上安置的舌簧接點(diǎn)開(kāi)關(guān)和一個(gè)在相鄰手指上安置的磁體，該開(kāi)關(guān)的閉合或打開(kāi)取決于食指是分離的還是并攏的。在這一例子中，傳感器136功能上是類似的?？梢杂闷渌愋偷膫鞲衅髯鳛樘娲瑏?lái)檢測(cè)分離或并攏。例如，替代品包含帶LED的光學(xué)距離傳感器和相鄰手指上的光敏材料；在手指根部安置應(yīng)變計(jì)來(lái)提供區(qū)別相鄰手指之間較小角度與較寬角度的信號(hào)；在一個(gè)手指上安置磁體，相鄰手指上安置霍爾傳感器，等等。
圖4表示的手套102包含在手套102的掌中安置的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)402。虛擬鍵在沒(méi)有其它措施時(shí)不能被按下。開(kāi)關(guān)402用來(lái)解釋在開(kāi)關(guān)402(例如作為PC鍵盤的“SHIFT”鍵、“ALT”鍵或“CNTL”鍵)啟動(dòng)時(shí)所按下的虛擬鍵。注意，用戶如果要啟動(dòng)開(kāi)關(guān)402之一，應(yīng)當(dāng)將手平展，以避免通過(guò)這些開(kāi)關(guān)而導(dǎo)致的錯(cuò)誤輸入。
圖5是手套102的第三個(gè)實(shí)施例的示意圖。在這個(gè)實(shí)施例中，手套102不暴露用戶的手指。實(shí)現(xiàn)對(duì)多行、多列的虛擬鍵盤中的行和列的區(qū)分的方法同上述實(shí)施例中的一樣，即通過(guò)(食指的)傳感器122來(lái)檢測(cè)手指在近指節(jié)間關(guān)節(jié)處(如圖所示)和/或近掌指關(guān)節(jié)處的彎曲角度。對(duì)鍵擊的記錄現(xiàn)在是由二進(jìn)制開(kāi)關(guān)或另一種安置在各手指尖上的簡(jiǎn)單壓力傳感器502來(lái)完成的。拇指的鍵擊記錄開(kāi)關(guān)504，被安置在與QWERTY鍵盤交互作用時(shí)通常擊打空格鍵的位置。
權(quán)利要求
1.一種信息處理系統(tǒng)(100)，包含-計(jì)算機(jī)(104)；-用于用戶與計(jì)算機(jī)交互作用的裝置(102)；其中-該裝置能在用戶的手上安裝；-該裝置包含一個(gè)用于檢測(cè)用戶手指彎曲程度的彎曲傳感器(116)；-該彎曲傳感器與計(jì)算機(jī)配合，使得手指在特定角度范圍的彎曲(圖2)對(duì)應(yīng)于選定特定的信息項(xiàng)向計(jì)算機(jī)輸入。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，該裝置包含驗(yàn)證傳感器(124；502)，用于檢測(cè)對(duì)信息項(xiàng)的選擇的驗(yàn)證。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中-該裝置包含分離/并攏傳感器(134)，用于檢測(cè)用戶的手指與用戶的一個(gè)相鄰手指之間的角度；-分離/并攏傳感器與計(jì)算機(jī)及彎曲傳感器配合，控制由彎曲傳感器進(jìn)行的選擇。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該裝置包含一個(gè)能安裝到用戶的手掌的開(kāi)關(guān)(402)，該開(kāi)關(guān)可以操作，以控制由彎曲傳感器進(jìn)行的選擇。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該裝置包含一個(gè)無(wú)指手套(圖1、3)
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中該裝置以無(wú)線方式與計(jì)算機(jī)通信。
7.一種使用戶能與計(jì)算機(jī)(104)交互作用的裝置(102)，其中-該裝置能安裝到用戶的手上；-該裝置包含一個(gè)用于檢測(cè)用戶手指彎曲程度的彎曲傳感器(116)；-可以操作該彎曲傳感器與計(jì)算機(jī)配合，以便手指在某特定角度范圍的彎曲(圖2)對(duì)應(yīng)于選擇某特定信息項(xiàng)供輸入到該計(jì)算機(jī)中。
8.權(quán)利要求7的裝置，其中該彎曲傳感器安置在用戶手指的下列關(guān)節(jié)的至少其中之一的附近-近指節(jié)間關(guān)節(jié)(圖2)；-掌指關(guān)節(jié)；
9.權(quán)利要求7的裝置，其中包含一個(gè)驗(yàn)證傳感器(124；502)，用于檢測(cè)信息項(xiàng)的選擇的確認(rèn)。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中驗(yàn)證傳感器包含下列中的至少之一；-安置在掌指關(guān)節(jié)附近的另一個(gè)彎曲傳感器；-安置在近指節(jié)間關(guān)節(jié)附近的另一個(gè)彎曲傳感器；-安置用戶手指的近指骨附近的加速度計(jì)；-所述第一個(gè)傳感器，其中合并了驗(yàn)證傳感器的功能。
11.權(quán)利要求9的裝置，其中驗(yàn)證傳感器包含一個(gè)安置在用戶的指尖的開(kāi)關(guān)(502)。
12.權(quán)利要求7的裝置，包含分離/并攏傳感器(134)，用于檢測(cè)用戶的手指與用戶的一個(gè)相鄰手指之間的角度；分離/并攏傳感器與計(jì)算機(jī)及彎曲傳感器配合，控制由彎曲傳感器進(jìn)行的選擇。
13.權(quán)利要求12的裝置，其中，分離/并攏傳感器包含下列中的至少之一-能安裝到用戶不同的手指及相鄰手指上的磁體及磁開(kāi)關(guān)；-能安裝到用戶不同的手指及相鄰手指上的磁體及霍爾傳感器；
14.權(quán)利要求7的裝置，包含一個(gè)能安裝到用戶的手掌的開(kāi)關(guān)(402)，該開(kāi)關(guān)可以操作，以控制由彎曲傳感器進(jìn)行的選擇。
15.權(quán)利要求7的裝置，包含一個(gè)無(wú)指手套(圖1、3)；
16.權(quán)利要求9的裝置，包含一個(gè)無(wú)指手套(圖1、3)；
17.權(quán)利要求12的裝置，包含一個(gè)無(wú)指手套(圖1、3)；
18.權(quán)利要求14的裝置，包含一個(gè)無(wú)指手套(圖1、3)；
19.權(quán)利要求14的裝置，包含一個(gè)連接到傳感器的用于與計(jì)算機(jī)無(wú)線通信的無(wú)線發(fā)送器。
20.一種使用戶能與計(jì)算機(jī)(104)交互作用的方法，該方法包含-檢測(cè)用戶手指的彎曲；-使手指在各個(gè)角度范圍的彎曲與選擇向計(jì)算機(jī)輸入的各個(gè)信息項(xiàng)相關(guān)聯(lián)(圖2)。
21.權(quán)利要求20的方法，其中該信息項(xiàng)代表一個(gè)字母數(shù)字字符(圖2)。
22.權(quán)利要求21的方法，其中該信息項(xiàng)代表至少一個(gè)樂(lè)符。
全文摘要
一種用于能用虛擬鍵盤進(jìn)行十指打字的數(shù)據(jù)手套。用戶手指在近指節(jié)間關(guān)節(jié)處彎曲的角度被用來(lái)解譯鍵盤的特定行。每個(gè)手指控制一列或多列。通過(guò)一分離/并攏傳感器來(lái)對(duì)同一個(gè)手指所操作的列進(jìn)行區(qū)分。手套是無(wú)指的,使得手在虛擬打字之外還有正常功能。
文檔編號(hào)G06F3/02GK1273649SQ99801045
公開(kāi)日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1999年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月30日
發(fā)明者S·范斯, L·米加克約夫, W·富, I·哈亞 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司