專利名稱：用手指形態(tài)表示按鍵的模擬鍵盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電腦、手機(jī)及其它數(shù)字設(shè)備的人機(jī)交互裝置，其特征是以操作者手指伸展、縮回和對(duì)身邊物體觸擊的形態(tài)組合表示按鍵，通過手指形態(tài)檢測(cè)產(chǎn)生相應(yīng)的鍵值，無需鍵盤而實(shí)現(xiàn)鍵盤功能。
背景技術(shù)：
目前，公知的數(shù)字設(shè)備(電腦、手機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)及其它智能終端等)鍵盤一般是由多個(gè)按鍵按一定排列規(guī)則布局在一個(gè)面上(通常是平面)，其底部一般是與按鍵 對(duì)應(yīng)的檢測(cè)鍵盤觸擊傳感器陣列及驅(qū)動(dòng)電路，用框架把所有按鍵和傳感器陣列及驅(qū)動(dòng)電路固結(jié)一體，構(gòu)成實(shí)體鍵盤。鍵盤面上的位置與按鍵指令是一一對(duì)應(yīng)的。操作者要進(jìn)行某種按鍵輸入時(shí)，需對(duì)相應(yīng)按鍵的位置準(zhǔn)確定位并按下該鍵，產(chǎn)生相應(yīng)的鍵值。從人機(jī)友好角度看，這種實(shí)體鍵盤主要有兩種缺點(diǎn)一是需要手指對(duì)鍵盤面上的每個(gè)按鍵進(jìn)行準(zhǔn)確定位，否則會(huì)按錯(cuò)鍵；其次鍵盤是實(shí)體裝置，輸入時(shí)手不能離開鍵盤，這對(duì)操作者而言是一種累贅。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的鍵盤輸入時(shí)手不能離開鍵盤而且需要手指對(duì)按鍵進(jìn)行定位觸擊的不足，本發(fā)明提供一種輸入系統(tǒng)，只需用手指模擬對(duì)鍵盤按鍵的觸擊動(dòng)作，用傳感器檢測(cè)手指形態(tài)，通過微處理器處理手指形態(tài)信息即可產(chǎn)生相應(yīng)鍵值，實(shí)現(xiàn)鍵盤的按鍵輸入操作。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將手指的伸展、無伸縮、縮回等形態(tài)分別定義為伸形、原形和縮形；而手指對(duì)身邊物體(包括其它手指)的觸擊、無接觸(即懸空)分別定義為觸態(tài)、空態(tài)。手指的各種形和態(tài)分別用特定的代碼表示。構(gòu)建傳感器陣列(陣列含義包括不規(guī)則陣列，即不要求所有行的列數(shù)相同以及所有列的行數(shù)相同，甚至不要求行列對(duì)齊)，其中每個(gè)傳感器列檢測(cè)一個(gè)相應(yīng)手指的形態(tài)。以傳感器陣列各種形態(tài)值組合(即手形碼)表示鍵盤按鍵并存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)電路中，建立鍵盤按鍵集到傳感器陣列形態(tài)值組合的映射。設(shè)定傳感器值的某種形態(tài)為激活形態(tài)，發(fā)出激活形態(tài)的手指稱為激活指。若有傳感器出現(xiàn)激活形態(tài)則表示有按鍵操作的發(fā)生。利用傳感器陣列(帶在手上時(shí)稱為手架)檢測(cè)手指的形態(tài)，驅(qū)動(dòng)電路把檢測(cè)到的各手指形態(tài)信號(hào)傳送到微處理器中分析處理，匹配預(yù)定義的手形碼，產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵編碼或鍵值。本發(fā)明的有益效果是，該輸入系統(tǒng)不需要實(shí)體鍵盤，擺脫了實(shí)體鍵盤的累贅；也不用定位手指的觸擊位置，而是利用手指的形態(tài)組合或模擬擊鍵動(dòng)作實(shí)現(xiàn)鍵盤的按鍵輸入；還可以把鍵盤輸入和鼠標(biāo)輸入進(jìn)行集成，獲得友好舒適的人機(jī)交互。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，其中所有實(shí)施例均以觸態(tài)為激活態(tài)，有手指發(fā)出觸擊時(shí)表示發(fā)生了按鍵操作。圖1是用于檢測(cè)單個(gè)手指(圖中為右手食指)形態(tài)的指架實(shí)施例圖。
圖2是另一種檢測(cè)單個(gè)手指(圖中為右手食指)形態(tài)的指架實(shí)施例圖。圖3是由四個(gè)指架構(gòu)成的右手手架實(shí)施例圖。圖4是手架傳感器驅(qū)動(dòng)電路模塊圖及手形信息的一般數(shù)據(jù)幀格式圖。圖5是將模擬鍵盤集成到鼠標(biāo)的系統(tǒng)實(shí)施例圖。圖6是將鼠標(biāo)集成到手架上的系統(tǒng)實(shí)施例圖。圖7是用手指的三形(伸形、原形和縮形)二態(tài)(觸態(tài)和空態(tài))定義PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))鍵盤在打字鍵模式下的一種手形方案圖。圖8是用手指三形二態(tài)定義PC鍵盤在功能鍵模式下的一種手形方案圖。圖9是用手指三形二態(tài)定義PC小鍵盤的一種手形方案圖。圖10是用手指二形(伸形和縮形)二態(tài)定義PC鍵盤在字符鍵模式下的一種手形方案圖。圖11是用手指二形二態(tài)定義PC鍵盤在數(shù)字符號(hào)鍵模式下的一種手形方案圖。圖12是用手指二形二態(tài)定義PC小鍵盤在編輯鍵模式下的一種手形方案圖。圖13是用手指二形二態(tài)定義PC小鍵盤在數(shù)字鍵模式下的一種手形方案圖。圖14是用手指二形二態(tài)定義PC小鍵盤全體按鍵的另一種手形方案圖。圖15是用手指二形二態(tài)定義PC及手機(jī)鍵盤在字符模式下的一種手形方案圖。圖16是用手指二形二態(tài)定義PC及手機(jī)鍵盤在數(shù)字符號(hào)模式下的一種手形方案圖。圖17是用手指二形二態(tài)定義PC及手機(jī)鍵盤在小鍵盤模式下的一種手形方案圖。圖中1.手指觸態(tài)傳感器，2.末節(jié)指段固定環(huán)，3.大拇指形態(tài)傳感器組，4.近節(jié)指段固定環(huán)，5.手指伸縮“形”傳感器，6.指架第二關(guān)節(jié)聯(lián)接橋，7.指架第一指關(guān)節(jié)聯(lián)接橋，
8.手指縮形觸擊傳感器，9.手指原形觸擊傳感器，10.手指伸形觸擊傳感器，11.指架的彈性連接片，12.驅(qū)動(dòng)電路容器，13.手架的模擬量傳感器組(例如用于圖1中手指“形”的檢測(cè))，14.手架的開關(guān)量傳感器組(例如觸擊傳感器)，15.數(shù)模轉(zhuǎn)換器，16.微處理器模塊(帶有E2PROM之類的存儲(chǔ)器)，17.手架端無線收發(fā)模塊，18.交互對(duì)象端無線收發(fā)模塊及微處理器，19.手形信息的一般數(shù)據(jù)幀格式，20.鼠標(biāo)固定鉤環(huán)，21.鼠標(biāo)滾輪(中鍵)及左右鍵，22.手指伸形觸擊傳感器，23.手指原形觸擊傳感器，24.手指縮形觸擊傳感器，25.鼠標(biāo)鏡頭及圖像傳感器組件容器，26.左大拇指，27.右大拇指，28.小鍵盤的Numlock按鍵。
具體實(shí)施例方式在圖1中，固定環(huán)(2)和⑷分別套在手指的末節(jié)(有指甲段)和近節(jié)(與手掌接連段)處。(2)和(4)可合為一體，也可只用其一。指架的聯(lián)接橋(6)及(7)為彈性部件，能隨指關(guān)節(jié)的活動(dòng)而產(chǎn)生彈性變形。在指架的聯(lián)接橋(6)處安裝變形檢測(cè)傳感器(例如電阻應(yīng)變片、電容器等)，用于檢測(cè)手指伸縮時(shí)的彎曲運(yùn)動(dòng)。觸擊傳感器(I)如按鈕等用于檢測(cè)手指發(fā)出的觸擊動(dòng)作。大拇指形態(tài)傳感器組(3)設(shè)置在食指的指架上，其中包含兩或三個(gè)觸擊傳感器，觸擊時(shí)分別表示大拇指的伸形觸態(tài)(伸觸)、原形觸態(tài)(原觸)和縮形觸態(tài)(縮觸)。在圖2中，指架上的觸擊傳感器⑶ (10)被觸擊時(shí)分別表示相應(yīng)手指的縮觸、原觸和伸觸形態(tài)。
在圖3中，四個(gè)指架通過三根彈性連接片(11)連接成一個(gè)右手手架，可分別檢測(cè)從小拇指到食指的形態(tài)。在中指指架上固定一個(gè)容器(12)，用于安放傳感器的驅(qū)動(dòng)電路及電源(可以用電池作為電源)。在圖4中，上下對(duì)齊的兩個(gè)虛線框分別是左右手架的傳感器驅(qū)動(dòng)電路。如果手指的形檢測(cè)采用模擬式傳感器組(13)，則需用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(15)(例如電容式傳感器可采用電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7148)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再傳給微處理器(16);觸擊傳感器組(14)可采用開關(guān)式傳感器(如按鈕)，直接將開關(guān)量傳給微處理器。對(duì)于三形二態(tài)手形系統(tǒng)，可對(duì)“形”檢測(cè)值設(shè)定上下兩個(gè)閾值，該閾值之間視為手指處于原形，超出該閾值范圍則分別視為伸或縮形；對(duì)于二形二態(tài)手形系統(tǒng)則可全部用開關(guān)式傳感器進(jìn)行形態(tài)檢測(cè)。手指的“形”還可以用檢測(cè)值的變化方向表示，例如變大(到一定程度)時(shí)為伸，變小(到一定程度)時(shí)為縮，不變則為原形(針對(duì)三形二態(tài)系統(tǒng))。微處理器模塊(16)包含了諸如E2PROM之類的存儲(chǔ)器，用于保存程序和按鍵手形碼等。手架驅(qū)動(dòng)電路與交互對(duì)象端(18)通過射頻收發(fā)模塊(16)進(jìn)行無線通信。圖中(19)為傳感器組的一般數(shù)據(jù)格式，其中Ftl = 0，I分別表示該幀數(shù)據(jù)系來自左手和右手；Tn T13為大拇指?jìng)鞲衅鹘M(3)形態(tài)值；Τ2 T5分別為食指到小拇指的觸空態(tài)值；Si，i = 2，3，4，5，為各手指伸縮形值。利用手形形態(tài)數(shù)據(jù)識(shí)別按鍵，可以放在傳感器端進(jìn)行，也可以放在交互對(duì)象端進(jìn)行。圖5給出了將本模擬鍵盤集成到鼠標(biāo)的一種方案?？蛇x件鼠標(biāo)固定鉤環(huán)(20)用于把鼠標(biāo)固定到手上；在鼠標(biāo)側(cè)面設(shè)置大拇指的形態(tài)檢測(cè)傳感器組(3);在鼠標(biāo)鍵(21)的前或后排，則設(shè)置了 4列觸擊傳感器組(22) (24) (二形二態(tài)時(shí)無需23)，分別用于檢測(cè)食指到小拇指的伸觸、原觸、縮觸形態(tài)。圖6給出了將鼠標(biāo)集成到本模擬鍵盤的一種方案。容器(25)用于封裝光電鼠標(biāo)的檢測(cè)部件一鏡頭和圖像傳感器，鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)電路與電源可置于容器(12)或(25)內(nèi)；在
(25)上設(shè)置一個(gè)鍵盤/鼠標(biāo)切換按鈕，當(dāng)該按鈕被(一次)按下時(shí)，食指、中指和無名指上觸擊傳感器分別用作鼠標(biāo)左中右三鍵；該按鈕被松開(或再次按下)時(shí)觸擊傳感器服務(wù)于鍵盤。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，需對(duì)各按鍵的手形進(jìn)行預(yù)定義并分配鍵值(允許操作者自定義按鍵手形)，保存在驅(qū)動(dòng)電路的存儲(chǔ)器中。以下分別給出采用手指的三形二態(tài)和二形二態(tài)定義按鍵手形的實(shí)施例，其中多數(shù)按鍵的手形只有一個(gè)手指為觸態(tài)且盡量與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體鍵盤相一致。采用三形二態(tài)時(shí)，手形碼格式為=FtlT11T12T13T2S2T3S3T4S4T5S5，其中各變量的
含義及取值如下表
權(quán)利要求
1.一種模擬鍵盤，按鍵布局成陣列形式，其特點(diǎn)是用傳感器檢測(cè)手指的形態(tài)，以傳感器陣列的形態(tài)值組合表示鍵盤按鍵，建立鍵盤按鍵集到手形碼的映射，通過檢測(cè)手發(fā)出擊鍵動(dòng)作時(shí)的形態(tài)，匹配預(yù)定義或自定義的手形碼，產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵編碼或鍵值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬鍵盤，其特征是手指的伸形、縮形或原形可用指關(guān)節(jié)彎曲運(yùn)動(dòng)或彎曲程度表示，手指的觸空態(tài)用手指對(duì)其它物體的觸擊與否表示，用手指形態(tài)值組合來表示按鍵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬鍵盤，其特征是每個(gè)手指的伸觸、原觸和縮觸形態(tài)還可分別用其不同位置對(duì)其它物體的觸擊表示，用手指形態(tài)值組合來表示按鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬鍵盤，其特征是可將按鍵模式分類，設(shè)置模式手形以實(shí)現(xiàn)模式切換，使相同的手形在不同模式下表示不同的按鍵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬鍵盤，其特征是通過行延展或/和列延展手形表示按鍵陣列的外側(cè)行或/和列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬鍵盤，其特征是把鼠標(biāo)的鏡頭和圖像傳感器安裝到手上，設(shè)置鼠標(biāo)/鍵盤切換按鈕，使手指觸擊傳感器既能用于模擬鍵盤也能用作鼠標(biāo)鍵，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)到模擬鍵盤的一體化整合。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬鍵盤，其特征是通過把手指形態(tài)檢測(cè)傳感器安裝到鼠標(biāo)上，實(shí)現(xiàn)模擬鍵盤到鼠標(biāo)的一體化整合。
全文摘要
一種用于電腦、手機(jī)等數(shù)字設(shè)備人機(jī)交互的模擬鍵盤。把所用到的按鍵指令設(shè)置成平面陣列的布局形式，各按鍵用手指的懸空、觸擊以及伸、縮、原位狀態(tài)的組合(即手形)表示并進(jìn)行預(yù)定義。通過檢測(cè)操作者各手指的伸縮和觸擊狀態(tài)，或者檢測(cè)各手指的觸擊的類型(伸展觸擊、縮回觸擊及原位觸擊)，把檢測(cè)值與預(yù)定義的手形碼匹配來識(shí)別其要輸入的按鍵指令，實(shí)現(xiàn)鍵盤的功能。當(dāng)按鍵較多時(shí)，對(duì)按鍵進(jìn)行模式分類(設(shè)置模式手形進(jìn)行各模式的切換)，以使相同的手形在不同的模式下表示不同的按鍵；或者對(duì)按鍵陣列進(jìn)行行/列延展，相同的觸擊表示不同行列上的按鍵。通過將傳感器安裝在鼠標(biāo)上或?qū)⑹髽?biāo)檢測(cè)元件安裝到手上，可以實(shí)現(xiàn)該模擬鍵盤與鼠標(biāo)的一體化整合。
文檔編號(hào)G06F3/01GK103064505SQ20111031625
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者韋進(jìn)文 申請(qǐng)人:韋進(jìn)文