專利名稱：輸入裝置的觸摸控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般有關(guān)一種使用者界面領(lǐng)域，供電子裝置(如電腦及機(jī)器控制件)之用。更明確言之，本發(fā)明有關(guān)觸摸靈敏使用者界面及方法，用以實(shí)現(xiàn)如電腦屏幕上的時標(biāo)的移動控制，或指引機(jī)器或機(jī)械手的目標(biāo)移動。
以輸入裝置(如電腦鼠標(biāo))操作的兩種基本操作為“指向”及“拖曳”。在指向中，使用者操縱鼠標(biāo)以使游標(biāo)移到標(biāo)的。在拖曳中，使用者使目標(biāo)移到一目標(biāo)區(qū)。人—電腦交互學(xué)習(xí)顯示鼠標(biāo)移動一般的特征是較小的次移動跟在大的主要移動之后。這些移動對應(yīng)粗定位(gross positioning)，且之后經(jīng)由使用者操縱鼠標(biāo)而細(xì)定位以使目標(biāo)或游標(biāo)對準(zhǔn)標(biāo)的。
移動控制或增益(gain)的靈敏度是距離之間的比率，等滲壓裝置必須被移動以產(chǎn)生目標(biāo)(如顯示器上的游標(biāo))的給定移動。此也已知為在顯示器的解析度(像素)及等滲壓輸入裝置的解析度(每英寸幾點(diǎn)(dpi))之間的控制—顯示比(Control-Display ratio)。
一般而言，高增益裝置在初始粗定位中是快速的，但當(dāng)需要形成小精確移動時則很難控制。低增益裝置允許目標(biāo)的小精確移動且因而容易(及較快)的細(xì)定位，但在粗定位則為無效率地緩慢。對一固定增益輸入裝置而言，于初始粗定位對最終細(xì)綢整之間的權(quán)衡典型地產(chǎn)生一U形增益成效曲線，其在適當(dāng)?shù)脑鲆嫠疁?zhǔn)上有最好的成效。
對控制靈敏度的需求乃隨著應(yīng)用而變化。對圖表使用者界面(GUI)(如微軟的視窗)的一般應(yīng)用而言，游標(biāo)一般用以選擇在中等解析顯示器上的中等大小圖標(biāo)(icon)，且此一般適合使用固定增益輸入裝置。在另一方面，經(jīng)常在CAD或圖表工作中，使用者必須從非常多的、緊密間隔的、均勻的像素寬度標(biāo)的區(qū)(如兩條線的相交處)選擇一標(biāo)的。此種細(xì)定位于使用有太高增益的裝置時會非常困難且對使用者會形成很大的壓迫感。因此需要一種低的或適度增益裝置以進(jìn)行精細(xì)控制。但是，CAD或圖表作業(yè)用的顯示器解析度經(jīng)常是較高的，使得以一較低或適度增益輸入裝置移動游標(biāo)橫過高解析顯示器乃需要太多的手動作且令人生厭的。
過去已有幾個嘗試提供更對使用者友善的裝置。Chien的美國專利第4,963,858號揭示一種使用加速運(yùn)動開關(guān)的鼠標(biāo)以選擇預(yù)定增益。另一方式是KaPlan的美國專利第5,793,354號所教示的。使用一種分開的增益控制按鈕或腳踏板以改變使用電子電路的增益以回應(yīng)按鈕或踏板壓下的量。另一方式是Even的加拿大專利第2,203,387號所教示的，其中一種可變的傳遞元件被插入傳統(tǒng)鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)球及數(shù)值化編碼器系統(tǒng)之間，且由一桿啟動。但是，使用分開的控制按鈕、或踏板或桿，需要使用者在同一時間統(tǒng)合使用不同手足，此方式是笨拙的且很難掌握。
典型的同容積操縱得對應(yīng)使用者的手所施加的力量且經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)理設(shè)在膝上型或筆記型電腦的鍵盤中。游標(biāo)在操縱桿的傾斜方向中移動，且一般地游標(biāo)速度是由所施加的力量來決定。對控制能力的增益相同的窘境也發(fā)生在操縱桿上。再者，已發(fā)現(xiàn)指標(biāo)時間(Pointing times)會被期望可能較執(zhí)行相同工作的鼠標(biāo)慢20％。另一個關(guān)心的事項是”感覺”，或是缺乏肌肉運(yùn)動知覺的回饋，因為在力量施加點(diǎn)上，使用者的手足極少移動。例如，，為了減慢，使用者必須以剛好的正確數(shù)量釋放操縱桿上的壓力。太少，則游標(biāo)停在接近其目標(biāo)處。太多，則游標(biāo)飛過目標(biāo)。再次地，此需要好的手眼統(tǒng)合，而變得難以掌握，因任何延長時間的使用而令人厭煩，且實(shí)際上令人感到挫折。
已有各種嘗試想要改善同容積操縱桿的肌肉運(yùn)動知覺反應(yīng)。Yasutake的美國專利第5,805,137號描述一種3D輸入控制器，且建議在給定方向中游標(biāo)或目標(biāo)移動(object movement)速度會回應(yīng)施加于對應(yīng)的力量一敏感墊上的力量的大小。但是，沒有教示任何有關(guān)如何以人機(jī)工程方式達(dá)成的結(jié)構(gòu)或方法。相反地，該專利教示移動及力量的決定在觸摸墊上是兩個分離的操作。由于計算的需求，從力量的施加，游標(biāo)回應(yīng)經(jīng)歷了時間延遲。于動作與目標(biāo)回應(yīng)之間的時間遲延是令人失去方向知覺的且令人無法接受。
Yoshikaaa等人的美國專利第5,815,139號描述一種觸摸啟動輸入裝置，其教示可使用在力量一敏感觸摸墊上所施加的力量來改變目標(biāo)的移動速度。借由將力量分割成數(shù)個水準(zhǔn)及使用速度因數(shù)的查閱表，簡化了使用瞬間力量作為變數(shù)(其被計算且有隨行的遲延)的復(fù)雜性。但是，此裝置基本上是在觸摸墊的項面上的操縱桿按鈕，且沒有等滲壓裝置的直覺的肌肉運(yùn)動知覺回饋，因為這些操作是分離的，且因此仍然是支離破碎的。
因此，依據(jù)本發(fā)明的一觀點(diǎn)，提供一種使用者輸入裝置的觸摸控制方法，該方法包括下列步驟提供一具有已知構(gòu)形的接觸表面，其安裝于一支撐件上，且具有一力量感測機(jī)構(gòu)，可操作地連接該接觸表面以感測使用者接觸該接觸表面；接觸該接觸表面以使該感測機(jī)構(gòu)產(chǎn)生對應(yīng)該接觸的輸出訊號；使用該輸出訊號以提供因使用者接觸而施加至該接觸表面的切線方向力量的相對量度及使用該切線方向力量的相對童度以控制因回應(yīng)該使用者與該接觸表面的接觸的目標(biāo)移動。
依據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，提供一種人機(jī)工程學(xué)觸摸控制輸入裝置，該裝置包括
一手動操作構(gòu)件，具有已知構(gòu)形的一接觸表面；一支撐件，其內(nèi)安裝有該手動操作構(gòu)件；及一力量感測機(jī)構(gòu)，可操作地連接于該手動操作構(gòu)件，以感測使用者與該接觸表面的接觸；該感測機(jī)構(gòu)感測在該接觸表面不同于法線力量的接觸力量，且產(chǎn)生與該接觸力量相關(guān)的輸出訊號，以用于控制目標(biāo)的移動及用于控制此裝置的增益以實(shí)現(xiàn)全部回應(yīng)該使用者接觸的移動控制。
圖式簡單說明請參考下列附圖，其使以范例方式示出本發(fā)明的各種實(shí)施例，其中

圖1顯示習(xí)用等滲壓輸入裝置的操作原理；圖2a顯示本發(fā)明的控制方法的原理；圖2b顯示應(yīng)用本發(fā)明的控制方法的結(jié)果；圖2c顯示應(yīng)用習(xí)用控制方法的結(jié)果；圖3a顯示一法線力量及在觸摸控制輸入裝置的接觸點(diǎn)上的切線方向力量分量圖3b顯示依據(jù)本發(fā)明在3D表面上的動作代表的切線方向力量；圖4顥示表現(xiàn)在笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)以描述力量量測系統(tǒng)的接觸力量分量的點(diǎn)；圖5顯示施加在一球形表面以描述力量量測系統(tǒng)的點(diǎn)力量；圖6顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的立體分解圖；圖7顯示圖6的第一實(shí)施例沿線7-7的剖面圖；圖8顯示圖6的力量感測器的立體圖；圖9a-f為產(chǎn)生于第一實(shí)施例的感測器中的彎曲力矩的圖；圖10顯示使用第一實(shí)施例的方法以作2D應(yīng)用；圖11顯示使用第一實(shí)施例的方法以作3D應(yīng)用；圖12顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例的剖面圖；圖13顯示本發(fā)明的第三實(shí)施例的剖面圖；圖14a顯示第三實(shí)施例的感測器的立體圖；圖14b顯示第三實(shí)施例的一選擇感測器的立體圖；圖15顯示本發(fā)明的第四實(shí)施例的側(cè)視圖；圖16顯示使用于本發(fā)明的第四實(shí)施例的感測元件的立體圖；圖17顯示第五實(shí)施例的分解圖18顯示第五實(shí)施例沿線18-18的剖面圖；圖19顯示第五實(shí)施例的選擇構(gòu)造的剖面圖；圖20顯示第六實(shí)施例的分解圖；圖21顯示第六實(shí)施例沿線21-21的剖面圖；圖22顯示第五實(shí)施例的選擇構(gòu)造的剖面圖；圖23顯示又一實(shí)施例的分解圖；及圖24顯示圖23的實(shí)施例沿線24-24的剖面圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1示出傳統(tǒng)習(xí)知等滲壓輸入裝置如何操作。于圖1中，使用者接觸或控制表面為30。輸入裝置變換控制表面30上的移動成為電腦顯示器32上的游標(biāo)或其它目標(biāo)的移動。迅號經(jīng)由鏈結(jié)34而傳送。如所示，在控制表面30上的使用者所操縱的移動36被變換成電腦顯示器32上的對應(yīng)的目標(biāo)移動38如熟悉此技藝者所了解的，當(dāng)?shù)湫凸潭ㄔ鲆嫜b置在控制表面30上自點(diǎn)A(x1，y1)移動距離Δd輸入至點(diǎn)B(x2，y2)，在顯示器32上的游標(biāo)或目標(biāo)會移動距離Δd目標(biāo)(＝A’B’)，其是由下述變換函數(shù)所定義Δd目標(biāo)＝GΔd輸入＝(G(x2-x1)，G(y2-y1))此處Δd為距離的改變，且G為對應(yīng)一特定的增益量的常數(shù)。
因此，在習(xí)用裝置中，增益是固定的。使用者不能改變目標(biāo)移動的速度，除非經(jīng)由一分開的開關(guān)或經(jīng)由改變軟件以指派新的增益值給上述的變換函數(shù)。在此觀念中，此種習(xí)用等滲壓裝置僅偵測單一的使用者操縱輸入變數(shù)，其為鼠標(biāo)被移動距離型式的移動，或是觸摸墊的接觸位置的改變。一般而言，這些裝置未被配備以偵測如圖1在點(diǎn)A(x1，y1)的任何接觸力量F1，或是在點(diǎn)B(x2，y2)的接觸力量F2。本發(fā)明的一觀點(diǎn)是經(jīng)由觸摸控制輸入裝置將接觸力量用作控制目標(biāo)移動的元素，如下文將詳細(xì)說明。
圖2示出習(xí)知技術(shù)及本發(fā)明的目標(biāo)移動之間的比較在圖2，示出接觸或控制表面30具有使用者于點(diǎn)A、B及C的接觸移動。如所可知者，接觸點(diǎn)被移動了A及B之間的短距離，及B及C之間的長距離。一固定力量Fab被施加于點(diǎn)A及B之間，且一固定力量Fbc被施加于點(diǎn)B及C之間。
圖2c示出依習(xí)知技術(shù)在電腦顯示器32上的目標(biāo)的使用者操縱輸入移動的變換?；旧?，因為典型的鼠標(biāo)僅與變換移動有關(guān)，目標(biāo)移動反映出使用者操縱輸入移動，且有一短部份A”B”及一較長的B”C”。
圖2b示出依本發(fā)明的一觀點(diǎn)的想要的目標(biāo)移動。在本發(fā)明中，使用者接觸力量被測量且被用以(例如)改變增益，此增益控制自使用者與控制表面接觸變換的目標(biāo)移動程度。在圖2b中，可變增益G被設(shè)計以直接與所施加的力量F的大小成比例回應(yīng)。換句話說，G＝G(F)＝KF，此處K為由使輸出控制訊號與所施加的力量相關(guān)的硬件所提供的變換函數(shù)。在此例中，此硬件變換函數(shù)K可被視為常數(shù)。實(shí)際上，硬件變換函數(shù)K也可利用其它控制因素而改變以進(jìn)一步改良人機(jī)工程學(xué)。因此，在圖2b中的屏幕32上的目標(biāo)D移動是下述關(guān)系所給定的A’B’＝G(F)AB＝KFabABB’C’＝G(F)BC＝KFbcBC因此，依據(jù)本發(fā)明，小移動AB由較高力量Fab所修正而產(chǎn)生電腦屏幕32上的目標(biāo)延A’B’的較大粗定位位移。相對地，較輕力量Fbc允許輸入裝置的較大移動BC，此較易控制且對游標(biāo)或目標(biāo)延B’C’(其相對地較小)的細(xì)定位而言更易操縱。因此，圖2示出本發(fā)明的較佳實(shí)施，其中增益，或控制的靈敏度依輸入裝置的使用者操作而變化。依此方式，更有力的觸摸是與較大的粗移動相關(guān)，而柔和觸摸是與較小的細(xì)定位相關(guān)。
也可覺查到接觸力量F經(jīng)常是由使用者以手在控制表面上的移動而施加的。此觸摸提供觸覺回饋給使用者，其與來自控制表面的移動的肌肉運(yùn)動知覺回饋一起便于操縱目標(biāo)。在人一電腦的交互動作名詞中，于控制表面的移動軌線的肌肉運(yùn)動知覺回饋提供回饋控制的第一模式或管道，且對應(yīng)控制表面的接觸力量的觸覺接觸提供與第一模式無關(guān)的回饋控制的第二模式或管道。因此可覺查到輸入的第二模式，即所施加的力量，可經(jīng)由觸摸控制輸入裝置被用以大大增強(qiáng)控制及操縱目標(biāo)移動。因此，依據(jù)本發(fā)明，觸摸控制使目標(biāo)以一種像在自然世界中的自然及直覺方式來反應(yīng)，其中力量施加于目標(biāo)上以加速或減速目標(biāo)D移動且操縱移動軌線。本發(fā)明另包含一輸入結(jié)構(gòu)以提供一人機(jī)工程學(xué)直覺輸入裝置。
此結(jié)構(gòu)于下文中更詳細(xì)描述。
于實(shí)際使用期間，所施加的力量F典型地會沿著使用者操縱的移動36的路徑變化。以使用習(xí)用的觸摸墊為例，需要在監(jiān)視瞬時所施加的力量F的同時監(jiān)視位置的瞬時變化(Δd輸入)，以計算且指引對應(yīng)的目標(biāo)移動Δd目標(biāo)。因此，在控制移動36任何給定的啟始位置處的力量F1可能與兩個在增量移動的任何給定結(jié)束位置的力量不同。為了能作業(yè)，此需要實(shí)施某些決定規(guī)則型式，以決定那一個力量參數(shù)幾及F1及F2會適用可變的增益函數(shù)及經(jīng)歷何種時框(time frame)。此在人機(jī)工程學(xué)方式中是復(fù)雜的、時間集中的、笨拙的且困難實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明經(jīng)由簡化最適宜整合成一整體觸摸敏感元件的等滲壓及等容積控制模式的整合而克服此問題。此顯示于圖3a及3b，其中手指40顯示于一使用者操縱的觸摸敏感接觸或控制表面30上的移動。表面30為已知如彎曲3D表面的構(gòu)形，且為了圖式僅示出部分球面狀。以此方式，一滑動接觸的切線方向的力量F切線與法線力量F法線(由接觸表面的摩擦系數(shù)μ決定)呈固定關(guān)系，此處F切線＝μF法線。因此，接觸力量F的切線分量F切線代表在大小程度及目標(biāo)運(yùn)動方向中的觸覺感受。以此方式，可覺查到切線方向的力量F切線總是與瞬時移動Δd輸入的方向一致，如圖3b所示。
因此，依據(jù)本發(fā)明，目標(biāo)移動Δd目標(biāo)可表示成切線方向力量F切線的函數(shù)。經(jīng)由決定在控制表面的使用者接觸的瞬時切線方向力量F切線，目標(biāo)移動可被導(dǎo)向遵循接觸軌線且目標(biāo)速度可依所施加及被測量的切線方向力量而變化。接著所施加的力量可由使用者立即及輕易地控制。
用此可覺查到，在已知構(gòu)形的表面上，使用者接觸壓力可依本發(fā)明在單一人機(jī)工程學(xué)有效的觸摸控制輸入裝置中提供速度控制及方向控制。在此觀念中，“人機(jī)工程學(xué)有效”意即使用者操縱是直覺的，即愈多的力量施加于控制表面，則電腦屏幕上的目標(biāo)或游標(biāo)的對應(yīng)的移動愈快。因此，在控制表面上的較輕觸摸減少電腦屏幕上目標(biāo)或游標(biāo)的移動速度。并且，可以具有有力的接觸的相當(dāng)小的使用者移動實(shí)現(xiàn)祖定位，而以具有里接觸的相當(dāng)大的移動來實(shí)現(xiàn)細(xì)定位?，F(xiàn)在可察查到，切線方向的力量，當(dāng)被測量時，可用以即時改變輸入裝置的回應(yīng)靈敏度，而為輸入裝置的使用者接觸或觸摸的函數(shù)。
在自然世界中，回應(yīng)所施力。力量的目標(biāo)移動也與目標(biāo)的質(zhì)量有關(guān)一目標(biāo)愈重則力。速愈慢。同樣地，依本發(fā)明，觸摸控制輸入方法的觸覺回饋可經(jīng)由引入一虛擬質(zhì)量給目標(biāo)而進(jìn)一步改良。將力量轉(zhuǎn)換成輸出訊號的硬件轉(zhuǎn)換函數(shù)K可以因一指定值而改變，該指定值是依所選目標(biāo)的特性代表使用者界面中的目標(biāo)的虛擬質(zhì)量。之后目標(biāo)移動回應(yīng)所施加至控制表面上的接觸力量，如同有一質(zhì)量與該目標(biāo)相關(guān)聯(lián)一般。因此，對于被指定有一較高虛擬質(zhì)量的目標(biāo)而言，則需要較大力量來移動該目標(biāo)。當(dāng)有幾個目標(biāo)被操縱時，此交作增益控制對于區(qū)別是特別有效的。
但是，仍然提供的是使用者操縱控制表面，其允許使用者接觸力量以此方式測量。熟悉此技藝者會覺查到，任何可用數(shù)學(xué)呈現(xiàn)的具有已知構(gòu)形的表面，可用以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的?；旧希话阍硎侨诵枰獩Q定接觸力量，且依據(jù)接觸力量的切線方向的分量實(shí)現(xiàn)目標(biāo)移動控制。但是，本發(fā)明的又一觀點(diǎn)是指供容易使用及有效構(gòu)形的控制表面，其可便于計算且因此實(shí)現(xiàn)所想要的目標(biāo)移動控制。
雖然可使用任何可以數(shù)學(xué)呈現(xiàn)的具有已知構(gòu)形的表面，由于容易計算，一些表面仍較其它表面較佳。決定接觸力量的一般原理將于下文說明。請參閱圖4及5。為此實(shí)例，使用者操縱本體上的控制表面是以局部球面來顯示一拖力。于摩擦表面上的點(diǎn)力量F可沿著x，y及z軸被分解成分量(Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z)。經(jīng)由在外部控制表面上的點(diǎn)接觸而施加于使用者操縱本體上的接觸力量F會引起在球面中心處的力量和力矩系統(tǒng)a1＝Fxa2＝Fya3＝Fza4＝Mx＝y(tǒng)1Fz-z1Fya5＝My＝y(tǒng)1Fx-x1Fza6＝Mz＝x1Fy-y1Fx此處(x1，y1，z1)為自感測系統(tǒng)的原點(diǎn)到力量的作用線，重直于力量的作用線的向量的分量。使用上述方程式，可決定點(diǎn)(x1，y1，z1)。現(xiàn)在可用幾何學(xué)決定接觸的位置。作用線通過點(diǎn)(x1，y1，z1)及球表面。沿著力量線的任意點(diǎn)的坐標(biāo)會是d1＝x1+nFx/Fd2＝y(tǒng)1+nFy/Fd3＝z1+nFz/F此處F為力量的大小程度，a12+a22+a32及n是任意數(shù)字。點(diǎn)(x2，y2，z2)位在球表面上，由x2+y2+z2＝R2所界定。如果點(diǎn)(x1，y1，z1)位在球內(nèi)，x2+y2+z2＜R2，則力量的作用線與球相交于兩點(diǎn)。經(jīng)由將作用線的方程式替換成球的方程式，d12+d22+d32＝R2，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)(x2，y2，z2)的坐標(biāo)。解決未知的變數(shù)n且代入回方程式，將得到相交的兩點(diǎn)。如果力量假設(shè)施用于球內(nèi)，而非在球上扭動，則點(diǎn)之一可以被忽略。其余點(diǎn)會是x2，y2，z2的坐標(biāo)。
因此，經(jīng)由偵測作用在已失U構(gòu)形的控制表面本體上的力量及力矩，可決定經(jīng)由一點(diǎn)接觸而施加的力量的位置、大小及方向。切線方向的力量F切線可使用幾何學(xué)轉(zhuǎn)換而得到。
因此，本發(fā)明提供一種機(jī)械上簡單的力量感測裝置其能被建構(gòu)以提供一對應(yīng)切線方向力量F切線的輸出，其能被用以同時控制回應(yīng)或增益的速度、移動方向及靈敏度也可覺查到，實(shí)際接觸力量可以在任何不與表面垂直的平面中被測量，從該表面可得到切線方向的力量F切線。因此，當(dāng)下述不同的實(shí)施例直接測量一切線方向的力量F切線時，所有需要的是測量具有一切線方向的分量的力量(即，不同于垂直力量的任何力量)，且分解為切線方向的力量F切線。
設(shè)計以依據(jù)上述的觸摸控制輸入方法來執(zhí)行的輸入裝置的第一實(shí)施例將參考圖6至11加以說明。圖6示出第一實(shí)施例的分解圖。輸入設(shè)備50一般包括一使用者操縱可移動構(gòu)件52，一力量轉(zhuǎn)換器或力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60及一支撐件80。圖7示出一到面圖，且圖8示出力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的立體圖可移動構(gòu)件52包括一具有已知構(gòu)形(意即其可用數(shù)學(xué)界定)的外部接觸表面54。接觸表面提供一與使用者手指40圖7或尖筆(未示出)的自然接觸。為圖式的目的，所示的接觸表面54為局部球面。使用者操縱構(gòu)件52包括一自內(nèi)部延伸的柱56，且柱56的肩部端58固定于力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的中心輪轂62。
在此實(shí)施例中，力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60較佳有整體輻輪狀，其包括一堅硬的中心輪轂62及連接至少三個(但最好為四個)置于與輪子的中心軸垂直的平面內(nèi)的輻條66的堅硬的外輪緣64。來自使用者操縱構(gòu)件52的肩部端58被安裝在力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的中央輪轂62的中心孔68內(nèi)。借由緊安裝焊接或其它固定手段，其可被機(jī)械地固定。任何型式的安裝皆可以接受的，只要在接觸表面54上的使用者接觸力量可被傳送到力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66。并且，如圖7所示，輻輪的外輪緣具有多數(shù)孔78，使力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60可經(jīng)由螺絲84、粘膠或其它固定手段固定于一支撐件80上。
輻輪60最好由彈性材料(如金屬或聚合物)制成，其尺寸及形狀使得輻條66會回應(yīng)施加于使用者可操縱構(gòu)件52的接觸表面54的力量而撓曲。多數(shù)力量感測器或張力計(strain gauges)70較佳安裝在靠近中心輪轂62的輻條66的內(nèi)端部74的輻條表面上。最好，張力計70是成對供應(yīng)在輻條的所有對置表面上且置于與輪子6o的中央軸垂直的平面中。另一組張力計72安裝于靠近中。。輪轂62的輻條66的端部74上，在各例中是成對的，位于被置于與輪子的中心軸延伸平行的平面中的輻條的所有對置表面上。安置張力計的另外較佳位置是在靠近外輪緣64的輻條66的外端那部76上。因此，對較佳為四個輻條的輻輪60的總數(shù)為16個張力計而言，每一輻條具有兩對或四個張力計。在此實(shí)施例的更簡化型式中，每個輻條可使用兩個張力計。熟悉此技藝者可覺查到，力量感測可以所示的張力計來執(zhí)行，但許多型式的力量感測器也可以被使用而具有相同效果，如電容性或電阻性力量感測裝置，如線規(guī)、壓電式測量器、薄膜或厚膜力量感測電阻器或任何其它可產(chǎn)生回應(yīng)張力或力量改變的訊號的機(jī)構(gòu)。
一旦訊號自這些儀器的輸出而產(chǎn)生，其被饋經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器而至一微控制器(未示出)，或一具有A/D作用的單一微控制器(未示出)，其計算接觸力量F的位置、大小及方向。圖9a至9f示出在各輻條中以示意圖表現(xiàn)的彎曲力矩。這些彎曲力矩產(chǎn)生在輻條表面上的張力。熟悉此技藝者會了解，接觸點(diǎn)的位置及接觸力量F可自使用上述的方程式而測量的張力總合反差異而得到。切線方向的力量分量F切線之后可由幾何轉(zhuǎn)換而得。
圖10圖示本發(fā)明的2D應(yīng)用。如果接觸表面54為一個二維表面，其操作是類似的，因為任何被施加力量的切線方向的分量可被用以改變輸入轉(zhuǎn)換器的增益。如果接觸表面54為3D表面，使用者將移動88對映(map)在自設(shè)備的x-y平面投影出的假想平面上。當(dāng)z’軸及x’-y’平面在接觸點(diǎn)與控制表面54相切時(圖10)，使用者可感知手指40與接觸表面54接觸的點(diǎn)上重直接觸表面。軸0’x’平行輸入裝置50的OX軸，且軸O’Y’平行裝置的OY軸。對應(yīng)的目標(biāo)移動90示意的示于顯示器32上(圖10)。
本發(fā)明也可用以于3D應(yīng)用中作旋轉(zhuǎn)控制。此示于圖11。輸入移動88環(huán)繞設(shè)備的參考框Oxyz(圖13)產(chǎn)生一滾動、傾斜及搖動的動作給3D目標(biāo)92。此結(jié)果是3D目標(biāo)92環(huán)繞其對應(yīng)的參考框0’X’Y’Z’的3D旋轉(zhuǎn)94，如圖11于顯示器32上的示意顯示。
本發(fā)明的又一觀念是使用一開關(guān)或一選擇按鈕(未示出)以于ZD平移及3D旋轉(zhuǎn)模式之間切換，以對目標(biāo)的空間移動作整個控制。
第一實(shí)施例中的接觸表面的已知構(gòu)形為一般構(gòu)造，其可造形以適合任意特定應(yīng)用，或其可被造形以簡化所需的數(shù)學(xué)計算以自張力計訊號得到切線方向的力量F切線。在較佳實(shí)施例中，重直于球表面的力量會通過其中心且在中心周圍不會產(chǎn)生任何力矩于本體上。與球表面相切的力量產(chǎn)生環(huán)繞中心的力矩，其相等于力量乘以球的半徑。在較佳的球形或部分球形實(shí)施例中，計算要件是非常易控制的經(jīng)由建構(gòu)一種偵測單獨(dú)作用在部分球形本體上的力矩(即，環(huán)繞或相對于其中心)的裝置，切線方向的力量可直接由張力計訊號獲得，消除了計算步驟且力。強(qiáng)了輸入控制設(shè)備的回應(yīng)時間。
現(xiàn)在可覺查到，本發(fā)明的最佳模式可供使用已知構(gòu)形的接觸表面，其被支撐在一支撐結(jié)構(gòu)中。與接觸表面相關(guān)聯(lián)的是一力量感測機(jī)構(gòu)，其產(chǎn)生一經(jīng)測量的輸出。可覺查到，已發(fā)現(xiàn)可方便地提供力量感測機(jī)構(gòu)于支撐結(jié)構(gòu)中，但是此種感測機(jī)構(gòu)可使在任何允許其被操作地與該接觸表面相連接以提供此處所說明的想要的輸出訊號的位置。經(jīng)由形成接觸表面于部分球形的形狀中，輸出可被用以直接控制目標(biāo)或游標(biāo)移動，且經(jīng)由利用力量量測以瞬時控制增益，回應(yīng)靈敏度可由使用者僅經(jīng)由改變在接觸表面上的觸摸而直覺地變化?？梢允褂迷S多不同的支撐構(gòu)形，及不同的感測或儀器元件及裝置?？墒撬矚g的還是提供可回應(yīng)接觸表面上的負(fù)載及直接測量使用者接觸的力量的切線方向分量的支撐結(jié)構(gòu)。下文中將說明其它實(shí)施例。
圖12示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的觸摸控制輸入裝置的橫剖面圖。輸入設(shè)備100一般包括一使用者操縱可移動構(gòu)件102，與第一實(shí)施例相同的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60，及一支撐件112。使用者操縱可移動構(gòu)件102包括一凸出的球形外部接觸表面104。接觸表面104提供使用者的手指或尖筆(未示出)摩擦接觸。使用者操縱可移動構(gòu)件102包括一自內(nèi)部延伸的柱106，及柱106的一斜端110，該錐形端的尖端在球形接觸表面104的曲率中心。柱的一階狀部108位于力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的中央輪轂62的中央孔68內(nèi)且經(jīng)由干涉配合、焊接或其它固緊手段而被固緊，使得在接觸表面104上的使用者接觸力量可被傳送到力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66上力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60附著于一支撐件112上(該支撐件可包括安裝孔116)且可經(jīng)由螺絲118或其它固緊機(jī)構(gòu)而附著于支撐件上。支撐件112也包括一低于錐形端108的維形區(qū)域114，使得使用者操縱可移動構(gòu)件102可以尖端110作支點(diǎn)繞球形接觸表面104的曲率中心而移動。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為支撐件112支撐構(gòu)件102而用作過度張力保護(hù)器的型式，但仍然允許構(gòu)件102繞部分球形接觸表面104的中心點(diǎn)而移動。
在球形接觸表面104上的接觸力量的法線分量F法線不會產(chǎn)生任何影響于張力計，因為其由樞軸108上的反作用所平衡。切線方向的力量F切線產(chǎn)生繞x，y及z軸(其原點(diǎn)在樞軸點(diǎn)108上)的力矩Mx，My及Mz。彎曲力矩及因此在力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66中被偵測的張力是延這些軸的切線方向的力量F切線的分量的直接測量(圖9)。此簡化了第一實(shí)施例的情形下的計算以獲效紉線方向的力量F切線。在3D旋轉(zhuǎn)控制中，僅管六個張力計對于橋接電路是較好的，但最少三個張力計是足夠的。在2D應(yīng)用中，最少兩個張力計是需要的，但較佳是使用四個。這些張力計可以已知方式被相連以形成惠斯頓電橋的一臂。
雖然球形接觸表面減少計算，2D應(yīng)用的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件的機(jī)械構(gòu)造可被簡化以減少制造成本，因僅需要兩個方向變數(shù)x及y。依本發(fā)明的另一實(shí)施例而設(shè)計的供2D應(yīng)用的觸摸控制輸入裝置120的選擇實(shí)施例乃示于圖13的橫剖面圖中。輸入裝置120為第二實(shí)施例100的變化，且一般包括第二實(shí)施例100的使用者操縱可移動構(gòu)件102及支撐件112及自一平面基底形成的平面力量轉(zhuǎn)換器130。
柱106的階狀肩部108附著于基底130的中央孔134內(nèi)且由力量一安裝、焊接或其它固緊機(jī)構(gòu)所固緊，使得在接觸表面104上的使用者接觸力量可被傳送到基底130?；?30固定于支撐件102上，使得柱106的尖端座落在支撐件102的中央的錐形支撐區(qū)114中?；?30包括多數(shù)安裝孔，使得基底130可利用螺絲118或其它固緊機(jī)構(gòu)固定于支撐件102上。使用者操縱可移動機(jī)構(gòu)件102可以繞柱106的尖端110(其也是凸?fàn)钋蛐谓佑|表面104的曲率中心)而移動。無論是2D或3D，經(jīng)測量的力量的大小仍會被用以控制將被觸摸的裝置的回應(yīng)靈敏度。
如圖14所示，力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件130是由薄彈性板所制成，且其有一大致呈圓形或盤狀的形狀?；?30可由金屬板、陶瓷、硅晶體或樹脂材料制成?；?30可形成凹口以提供如圖14a所示的撓性的十字臂140或是如圖146所示的平盤狀。多數(shù)(較佳為四個)張力計138或力量感測器被置于基底130的一例上。呈平面基底狀的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件130會使置放薄膜或厚膜張力計于其表面上變得更容易。張力計138偵測使用者操縱可移動構(gòu)件102的動作。此作業(yè)類似第二較佳實(shí)施例的作業(yè)，其中接觸的切線方向的力量F切線可由張力計直接測得。
熟悉此技藝者會了解平面力量、感測基底的構(gòu)形并非受限于十字形或盤板形，其可有各種不同的修正或改變而不會脫離本發(fā)明的范疇，只要輸出訊號被產(chǎn)生是與施加于觸摸控制輸入裝置的力量有關(guān)即可。
圖15示出依本發(fā)明的另一實(shí)施例而供2D應(yīng)用的另一觸摸控制輸入裝置150。輸入裝置150一般包括一使用者操縱可移動構(gòu)件152，一力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件160其一般形狀為柱狀力量桿，其一端164被支撐于一支撐件170的中央部分中)。四個張力計166被固定于柱本體162的四個側(cè)面上，靠近固定端164。在支撐件170上的力量桿160的立體圖乃示于圖16。
使用者操縱可移動構(gòu)件152一般包括一凸?fàn)钋蛐瓮獠拷佑|表面154。此接觸表面提供與使用者手指或尖筆(未示出)的摩擦接觸。一中空往156自內(nèi)部延伸至柱本體160內(nèi)，使得凸?fàn)钋蛐瓮獠拷佑|表面154與柱狀力量桿160的固定端164一致。因此，支撐件170及力量桿160的柱狀本體能繞接觸表面154的曲率中心撓曲而回應(yīng)施加于使用者操縱可移動構(gòu)件的力量。
在操作中，在凸?fàn)钋蛐瓮獠拷佑|表面154上的法線力量F法線的作用線通過該中心(其也是力量桿160的固定端)且因此產(chǎn)生在張力計166上可忽略的影響。以此方式，來自張力計166的輸出訊號直接與切線方向的力量F切線成比例。
張力計或力量感測器可以為傳統(tǒng)的電阻式或電容式張力計、薄膜或厚膜力量感測電阻或類似者。柱狀本體160的橫截面可以是矩形或圓形的。圓形橫剖面在所有方向中均勻地回應(yīng)，然而矩形橫剖面可在輸出訊號中呈現(xiàn)某些不均勻性以回應(yīng)因于不同方向中的彎曲特性的變化而產(chǎn)生來自不同方向的力量。但是，經(jīng)由補(bǔ)償彎曲力量傳送構(gòu)件自使用者空間軸線的定向，可將此影響減為最小。
借由使用柱狀本體加上支撐件類型的力量轉(zhuǎn)換器(如CTS公司的系列IO5厚膜指示裝置)可以獲得足夠的結(jié)果。
依本發(fā)明的觸摸控制輸入裝置的另一實(shí)施例顯示于圖17至19。圖17示出輸入裝置180的分解圖，圖18示出輸入裝置180的橫剖面圖。輸入裝置180一般包括一使用者操縱可移動構(gòu)件182、一支撐件198及一力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件，如第一實(shí)施例。
使用者操縱可移動構(gòu)件182一般包括一凸?fàn)钋蛐瓮獠拷佑|表面184及一內(nèi)部表面186，該內(nèi)部表面186為球形狀且與球狀外部接觸表面184同心。支撐件198一般包括一支承體200。使用者操縱可移動構(gòu)件182的內(nèi)部表面186支承在支承體200所提供的支承表面202。支承表面202為球形的且具有與內(nèi)部表面186相同的半徑，使得使用者操縱可移動構(gòu)件182可以繞外部接觸表面184的曲率中心移動。
圖8的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的外輪緣64他在朝向使用者操縱可移動構(gòu)件的周邊188處。使用者操縱可移動構(gòu)件182可提供多數(shù)安裝孔190于周邊188以固定力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60，使得在接觸表面184的使用者接觸力量可被傳送到力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66。固緊機(jī)構(gòu)可以如所示的螺絲192，或是其它機(jī)械手段，如鉚釘結(jié)合，焊接或以粘劑結(jié)合。力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的中央輪轂62被安裝于支撐件198的支承體200上的中央柱部分204。使用者操縱可移動構(gòu)件因此受拘束而繞接觸表面184的曲率中心而移動。以此方式，接觸壓力的法線力量F法線不會誘發(fā)任何張力于撓曲力量感測構(gòu)件。在力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66中被偵測的彎曲力矩家直接與沿著x，y及z軸的切線方向的力量F切線有關(guān)。
于可移動構(gòu)件的內(nèi)表面與支撐表面之間的摩擦可引入一界限阻擋(thresholdbarrier)給感測任何切線方向力量。更明確言之，力量感測機(jī)構(gòu)所偵測的力量是小于表面間的摩擦力的切線方向的力量。在某些情況下，小的界限阻擋對觸摸一敏感輸入設(shè)備是有利的。此提供了基于機(jī)械性的阻尼效應(yīng)以抑制住何可能因(例如)手發(fā)抖而引起的擾亂。事實(shí)上，頒給Rutledge等人的美國專利第5,764,319號，其中一靜帶區(qū)(dead band zone)被慎重地引入等容積操縱桿控制器的軟件轉(zhuǎn)換作用中以提給一軟件界限阻擋移動。在此實(shí)施例中，小摩擦界限(friction threshold)的引入是一種機(jī)械上的解決方式，其有消除因軟件計算而引起遲延的好處。
但是，為了限制或消除此界限，可使用兩元件之間的摩擦修正。聚四氣乙烯(PTFE)，如DuPont制造的Tef lon為一合適的低摩擦材料。因摩擦而引起的界限阻力可借由施加PTFE材料的涂層于支承表面(即，使用者操縱可移動構(gòu)件182的內(nèi)部球形表面186及球形支承支撐表面202)而被減為最小?；蛘?，使用者操縱可移動構(gòu)件182及支承體200可以由PTFE修正的材料制成。
對于界限阻力問題的解決方式乃示于圖19橫剖面圖的實(shí)施例18O的選擇構(gòu)造。在此選擇構(gòu)造的所有零件皆與上一個實(shí)施例180相同，除了在支承體232上有多數(shù)小凹處234之外。多數(shù)球形滾珠236被放在凹處234中使得可移動構(gòu)件的球形內(nèi)表面是由滾珠軸承(圖19)所支撐，使得可移動構(gòu)件受拘束以繞其曲率中心在球形滾珠236上移動。來自滾珠軸承的滾動摩擦通常是兩直接接觸的球形表面的滑動摩擦的小部分，以實(shí)質(zhì)上消除界限阻力?？闪私獾饺魏纹渌鼫p少摩擦的方法也可用以在控制下保持界限阻力。
如上述者，在本發(fā)明，凸?fàn)畈⒎菍佑|表面的限制此可以另一實(shí)施例來顯示，該實(shí)施例的構(gòu)造類似第五實(shí)施例180，除了具有球形凹狀接觸表面之外。
觸摸控制輸入裝置的第六實(shí)施例240是設(shè)計以執(zhí)行根據(jù)上述的輸入控制方法，其將配合圖20至22加以說明。
圖20示出分解的輸入裝置24O，圖21則示出裝置240的橫剖面圖。輸入裝置240為上一個實(shí)施例的變化，且一般包括一使用者操縱可移動構(gòu)件242，一如第一實(shí)施例所描述的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60，及一支撐件260。
使用者操縱可移動構(gòu)件242的構(gòu)造類似上一個實(shí)施例的使用者操縱可移動構(gòu)件182，且一般包括一凹狀球形外部接觸表面244及一呈球面狀且與該凹狀球形外部接觸表面244同心的內(nèi)部表面246。類似地，支撐件260由一在基底210(其已于前面實(shí)施例中述及)上的凹狀支承體262所構(gòu)成。該使用者操縱可移動構(gòu)件242的內(nèi)部表面246支承于支承體262的支承表面264上。支承表面264為球形凹狀且具有與內(nèi)部表面246相同的半徑，使得使用者操縱可移動構(gòu)件242可繞外部接觸表面244的曲率中心移動。
圖9的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的外輪緣64是安裝在使用者操縱可移動構(gòu)件242的周邊250上。使用者操縱可移動構(gòu)件242可提供多數(shù)安裝孔252于周邊250以緊固力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60，使得接觸表面244上的使用者接觸力量被傳送到力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66上。緊固機(jī)構(gòu)可如顯示的螺絲192或任何其它如鉚釘結(jié)合、焊接或以粘著劑結(jié)合的機(jī)械手段。力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的中央輪轂62被置于支撐件260的支承體262上的中央柱部分266。
使用者操縱可移動構(gòu)件242是如此構(gòu)形及受拘束以繞其曲率中心移動。熟悉此技藝者會知道，接觸壓力的法線力量F法線不會誘發(fā)任何張力于可橈曲的力量一敏感構(gòu)件上。在力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66中所偵測的彎曲力矩為延x，y及z軸的切線方向的力量F切線的分量的直接量測。
類似上一個實(shí)施例，直接接觸的支承表面264及內(nèi)部表面246可以涂上PTFE，或支承體262及使用者操縱可移動構(gòu)件可以由PTFE修正的材料制成以減少界限阻力。或者可用滾珠軸承來達(dá)成如圖22的選擇構(gòu)造所示的相同目的。
平面表面也可由簡單的數(shù)學(xué)式來呈現(xiàn)。類似球形接觸表面的實(shí)施例，可以直接在平面接觸表面上偵測切線方向的力量，使得計算步驟得以充分簡化以提供即時回應(yīng)。此示于圖23至24所示的本發(fā)明的又一實(shí)施例280。此實(shí)施例的構(gòu)造類似上一個實(shí)施例，其中使用者操縱可移動構(gòu)件282提供一平面接觸表面284以供使用者接觸。使用者操縱可移動構(gòu)件被拘束以經(jīng)由一支撐件290所提供的水平平面支承表面294而在水平的x-y平面中移動。相同的力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60被用于此構(gòu)造中。只有一組張力計72安裝于力量轉(zhuǎn)換構(gòu)件60的輻條66的垂直側(cè)上)會回應(yīng)水平切線方向的力量(圖9)。經(jīng)由加總個別的張力計訊號可測量力量分量。
此處所揭露的是簡單構(gòu)成的方法及裝置，其提供整體及直覺的觸摸控制使用者界面以供目標(biāo)移動及游標(biāo)控制。雖然本發(fā)明是以較佳實(shí)施例來說明，其它實(shí)施例也可落入本發(fā)明申請專利范圍所界定的范疇內(nèi)。這些實(shí)施例的一些已于上面討論過，而其它實(shí)施例對于熟悉此技藝者而言亦可了解。例如，可使用許不同構(gòu)形的力量轉(zhuǎn)換器及不同種類的力量感測器，只要使用者的觸摸力量控制目標(biāo)移動的靈敏度使得較大的力量等于較高的增益，且只要移動的方向及速度是由在觸摸控制輸入裝置的使用者接觸的移動所控制即可。
權(quán)利要求
1.一種輸入裝置的觸摸控制方法，該方法包括下列步驟提供一使用者操縱構(gòu)件，其具有一為已知構(gòu)形的接觸表面，且安裝于一支撐件內(nèi)，并具有一操作上連接于該接觸表面的力量感測機(jī)構(gòu)用以感測使用者與該接觸表面的接觸；控制該接觸表面以使該力量感測機(jī)構(gòu)產(chǎn)生對應(yīng)使用者接觸的輸出訊號；使用該輸出訊號以提供對因該使用者接觸面被施加于該接觸表面上的一切線方向的力量的相關(guān)測量及使用該切線方向的力量的相關(guān)測量以控制回應(yīng)該使用者與接觸表面的接觸的目標(biāo)移動。
2.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該使用切線方向的力量的相關(guān)測量以控制目標(biāo)移動的步驟包括使用該切線方向的力量的方向以決定該目標(biāo)移動的方向，及使用該切線方向的力量的相關(guān)大小以決定該目標(biāo)的速度和修正一增益以控制該目標(biāo)移動。
3.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該接觸接觸表面的步驟產(chǎn)生輸出訊號，該輸出訊號是與在該接觸表面的切線方向的力量的大小直接相關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該使用輸出訊號的步驟進(jìn)一步包括以更多力量接觸該接觸表面以使該目標(biāo)移動地更快，及以較少力量接觸該接觸表面以使該目標(biāo)移動地慢些。
5.如權(quán)利要求2所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該使用輸出訊號的步驟另包括增加該增益以回應(yīng)與該接觸表面更多的力量接觸，借此該使用者接觸的相當(dāng)小的移動產(chǎn)生相當(dāng)大的目標(biāo)移動；及減少該增益以回應(yīng)與該接觸表面較小的力量接觸，借此該使用者接觸的相當(dāng)大的移動產(chǎn)生相當(dāng)小的目標(biāo)移動。
6.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該輸出訊號進(jìn)一步由一指定給該目標(biāo)的值所修正。
7.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該已知構(gòu)形的接觸表面是部份球形的，且該接觸接觸表面以使該力量感測機(jī)構(gòu)產(chǎn)生對應(yīng)于使用者接觸的輸出訊號的步驟進(jìn)一步包括定位該感測機(jī)構(gòu)以感測在與該部分球形表面的中心相關(guān)的位置上的切線方向的力量。
8.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該已知構(gòu)形的接觸表面是部份平面的，且該接觸接觸表面以使該力量感測機(jī)構(gòu)產(chǎn)生對應(yīng)于使用者接觸的輸出訊號的步驟進(jìn)一步包括定位該感測機(jī)構(gòu)以感測在一與該平面表面平行的平面上的力量。
9.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中核力量感測機(jī)構(gòu)為一完整的輻輪型式，且有裝有儀器的輻條；且該使用輸出訊號的步驟包括提供三維控制于核目標(biāo)的移動上。
10.如權(quán)利要求1所述的輸入裝置的觸摸控制方法，其中該力量感測機(jī)構(gòu)為一裝有儀器的平板型式；且該使用輸出訊號的步驟包括提供二維控制于該目標(biāo)的移動上。
11.一種控制目標(biāo)移動的方法，該方法包括提供一使用者操縱橫件，其具有一為已知構(gòu)形的接觸表面，且安裝于一支撐件內(nèi)，并具有一操作上連接于該接觸表面的力量儀測機(jī)構(gòu)用以感測使用者與該接觸表面的接觸；定位該感測機(jī)構(gòu)，以于該接觸表面被接觸時，提供在該接觸表面上所產(chǎn)生的切線方向的力量相關(guān)的輸出訊號；操縱該接觸表面以使該感測機(jī)構(gòu)產(chǎn)生該輸出訊號；及使用該輸出訊號以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的方向移動的控制和對該目標(biāo)移動回應(yīng)該使用者接觸的靈敏度的控制。
12.一種人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，該裝置包括一可手動操縱的使用者界面，其具有一為已知構(gòu)形的接觸表面；一支撐件，其中安裝有該可手動操縱構(gòu)件；及一力量感測機(jī)構(gòu)，可操作地與該可手動操縱構(gòu)件相連以感測使用者與該接觸表面的接觸；該感測機(jī)構(gòu)感測在該接觸表面不同于法線力量的接觸力量，且產(chǎn)生與該接觸力量有關(guān)的輸出訊號以用于控制目標(biāo)移動，及一增益以實(shí)現(xiàn)對該目標(biāo)全部回應(yīng)該使用者接觸的移動控制。
13.如權(quán)利要求12的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該接觸表面至少為部份球形。
14.如權(quán)利要求13的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該部份球形表面為凸?fàn)畹摹?br> 15.如權(quán)利要求13的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該部份球形表面為凹狀的。
16.如權(quán)利要求13的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該力量感測機(jī)構(gòu)感測在對應(yīng)該部份球形表面的中心的位置上的力量，其中該力量與被施加于該接觸表面上的切線方向的力量相關(guān)。
17.如權(quán)利要求12的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該接觸表面至少部份為平面的。
18.如權(quán)利要求12的人機(jī)工程學(xué)上觸?？刂戚斎胙b置，其中該力量感測機(jī)構(gòu)感測被施加于該接觸表面的力量向量，且隔離出與該表面相切的分量以控制該目標(biāo)移動及該增益。
19.如權(quán)利要求18的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該力量感測機(jī)構(gòu)感測與該目標(biāo)的移動方向有關(guān)的切線方向分量的方向，且該感測機(jī)構(gòu)測量該切線方向分量的大小，其與該目標(biāo)移動的速度及該增益有關(guān)，以作移動控制。
20.如權(quán)利要求19的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該輸出訊號與該目標(biāo)移動有關(guān)，其中該切線方向的量愈大，則該目標(biāo)移動的速度愈快，而該切線方向的力量愈小，則核目標(biāo)移動的速度愈慢。
21.如權(quán)利要求12的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該輸出訊號與該目標(biāo)移動有關(guān)，其以下述方式使得一更有力量的接觸增加了增益，借此該使用者接觸的相當(dāng)小的移動產(chǎn)生相當(dāng)大的目標(biāo)移動；而一較少力量的接觸減少了該增益，借此該使用者接觸的相當(dāng)大的移動產(chǎn)生相當(dāng)小的目的移動。
22.如權(quán)利要求14的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，另包括一柱構(gòu)件，自該部份球形接觸表面延伸，與該力量感測機(jī)構(gòu)操作地連結(jié)。
23.如權(quán)利要求22的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該力量感測機(jī)構(gòu)為完整輻輪型式，其具有設(shè)有儀器的輻條以供對該目標(biāo)移動作三維控制。
24.如權(quán)利要求22的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該力量感測機(jī)構(gòu)為一平板型式，以對該目標(biāo)移動作二維控制。
25.如權(quán)利要求22的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該柱構(gòu)件延伸至一基底且終止于該部分球形接觸表面的中心處。
26.如權(quán)利要求14的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該力量感測機(jī)構(gòu)是一裝有儀器的柱構(gòu)件，其附著于支撐件的一位置上，其中該位置大致對應(yīng)該球形表面的曲率中心，且該輸出訊號被用以提供對該目標(biāo)移動的二維控制。
27.如權(quán)利要求12的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，另包括一支承表面以供該可手動操縱構(gòu)件之用。
28.如權(quán)利要求27的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該接觸表面為部份球形，且該支承表面為部份球形，其大小及形狀可使的同心地裝配于可手動操縱構(gòu)件中。
29.如權(quán)利要求28的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，另包括一摩擦減少機(jī)構(gòu)，其位于該支承表面及該可動操縱構(gòu)件之間。
30.如權(quán)利要求29的人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，其中該摩擦減少機(jī)構(gòu)包括至少局部使用一低摩擦材料在該支承表面及該可手動操縱構(gòu)件之間的界面上。
31.一種人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，該裝置包括一可手動操縱構(gòu)件，具有一為已知構(gòu)形的接觸表面以供使用者觸摸；一支撐件結(jié)構(gòu)，供該可手動操縱橫件之用；一儀器機(jī)構(gòu)，其操作地與該支撐件相連，以測量使用者與該接觸表面接觸的接觸力量的方向及大??；其中該儀器機(jī)構(gòu)產(chǎn)生輸出訊號以依據(jù)使用者與該接觸表面的接觸的移動而控制目標(biāo)的移動，且另提供輸出訊號，該輸出訊號與使用者施力。樸該接觸表面的力量大小有關(guān)，以控制核目標(biāo)移動對該使用者接觸的回應(yīng)靈敏度。
32.一種人機(jī)工程學(xué)上觸摸控制輸入裝置，該裝置包括一為已知構(gòu)形的表面，以供使用者接觸；一力量感測機(jī)構(gòu)，可操作地與該表面聯(lián)結(jié)來測量被施加于該表面的力量且產(chǎn)生一與該力量有關(guān)的輸出訊號，以須暢地改變該裝置對該使用者接觸的回應(yīng)靈敏度。
全文摘要
一種觸摸控制輸入方法及裝置,用以控制電腦屏幕上的游標(biāo)移動,或控制設(shè)備(如機(jī)器或機(jī)械手)的目標(biāo)移動。提供一種使用者可操縱的構(gòu)件,其具有已知構(gòu)形的外部接觸表面,用以經(jīng)由與該接觸表面的實(shí)體接觸而感測使用者的動作。在接觸表面上的使用者接觸會被傳遞到位于使用者可操縱構(gòu)件及一支撐件之間的力量感測機(jī)構(gòu)。在接觸表面上的使用者接觸的移動是得自力量感測機(jī)構(gòu)的訊號輸出。接觸力量可被用作一種用以同時決定目標(biāo)移動及反應(yīng)靈敏度的機(jī)構(gòu),同時提供肌肉運(yùn)動知覺的及觸覺的回饋給使用者。
文檔編號G06F3/038GK1387659SQ00815252
公開日2002年12月25日 申請日期2000年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月8日
發(fā)明者梁永強(qiáng) 申請人:梁永強(qiáng)