专利名称：人机接口装置及操纵方法
技术领域：
本发明涉及人机互动领域，尤其涉及基于计算机的互动娱乐，比如游戏、教育等领域的一种人与计算机、人与视频游戏机以及类似装置进行互动的接口装置，本发明还涉及这种人机接口装置的操纵方法。
背景技术：
在计算机领域中，已知可使用手动操作的且连同键盘一起使用的远程计算机接口装置。众所周知的计算机接口装置通常被认为是计算机鼠标，其中用手使鼠标在平坦工作面上移动，从而移动计算机监控器上的光标。通常地，鼠标也包括有电开关，当光标位于所要求的位置时可激活该电开关从而引起计算机的输入。
由鼠标类型装置所产生的问题在于鼠标要在一个固定的平坦表面上使用，用户使用鼠标时，身体必须接近这个平坦表面，这就大大限定了鼠标的使用场所。另外，当用户在进行如文字输入等动作时，必须依靠键盘、手写板等固定在一个平坦表面的工具，这种方式对用户来说不但效率低下而且容易今人疲劳。
现有技术对上述欠缺做了一些改进，但是不能以较低的成本实现这样一种人机接口装置，它能够精确的感应用的动作，能够控制灵活、并且其操作不受空间和平面限制
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种人机接口装置，它能够较好的 确定虚拟三维的位置，用户可以方便灵活的操作，并且工艺成本较低。为解决上述技术问题，本发明一种人机接口装置的技术方案是，包括电源，用于人机接口装置的供电；连接部分，用于将人机接口装置缚系在用户手上；激光定位装置，用于准确定位光标在电子主机的显示界面中的位置； 模式切换键，用于切换人机接口装置的三种工作模式触摸模式、空 中鼠标模式、动作遥控模式；传感器装置，用于感应和捕获用户的动作信号；发射装置，用于将人机接口装置的产生的信号发送至与电子主机相连 接的接收装宣上；控制模块，用于将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为发 射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置；触控点，当人机接口装置处于触摸模式下时，用作鼠标的左键； 按键，用作鼠标的左键或右键； 遥控器功能按键，用以实现现有的遥控器功能。 本发明还提供一种人机接口装置的操纵方法，包括以下步骤 第一步，确定产品的使用模式；第二步，通过传感器和激光定位装置以及按键获得用户的动作信息； 第三步，控制模块将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为 发射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置；第四步，发射装置将信号发射到接收装置；第五步，接收装置将信号传送给电子主机，电子主机根据该信号进行 操作。本发明人机接口装置采用可以携带在用户手上的连接部分，使得本发 明便于携带并且用户使用灵活，而激光定位装置使得本发明定位准确，另 外本发明采用的多个传感器可以感应用户的各种动作，从而能通过本发明 的人机接口装置实现对电子主机的不同操纵要求。本发明的人机接口装置 操纵方法实现了本发明人机接口装置在空中和任意面上精确定位，并能够 在空中捕获用户动作的功能。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明 图为本发明人机接口装置操纵方法流程示意图。
具体实施方式
本发明的人机接口装置包括电源，所述的电源为电池，所述的电池位 于镂空手套的手腕位置。包括连接部分，用于将人机接口装置缚系在用户手上。所述的连接部 分表现为一个镂空的手套，包括手背部分和手指指套部分以及其他按键区 域。作为遥控器功能按键的其他按键位于镂空手套除手背部分和手指指套 部分的其他部位(如手腕位置)，镂空手套的手腕位置还包括放置电源的电 池仓等遥控器所需的其他部件。手背部分通过手掌的连接部分与用户的手 背充分接触，并且该连接充分符合人体工学的要求，使用户感到舒适且活动自由。连接部分还包括手指指套，该手指指套通过连线与手背部分连接。 该链接手指指套与手背部分的连线可以为电线，并且该连线的长短可以调 节，这样使得该手套形状的连接部分能够满足不同大小的手，能够适应各 种用户。所述的手指指套部分包括食指，且能从手指脱卸下来，与其他周边设 备配合使用，例如可套在笔杆上，用户可以像用笔一样地使用该装置。所述的手指指套部分包括激光定位装置，用于准确定位光标在显示界 面的位置。该激光定位装置设置在连接部分的食指部分，当人机接口装置 处于触摸模式时，该激光定位功能打开，食指尖的触控点相当于鼠标左键。 通过触控点与反射面的接触或者分开来进行落笔和抬笔的状态切换。该反 射面可以为任意的反射面，包括可在衣服、手、桌面(透明玻璃面除外)、 书本、沙发扶手等多种反光材质面。当触控点接触反射面时，触控点被触 发，可以在任意反射面上留下笔画轨迹。在该模式下，相当于通常的鼠标 左键被按下，可用类似写字的方式移动手指，通过射频信号传输把平面坐 标数据(鼠标位置)传输到电子主机中，实现类似鼠标拖拽的功能，如写 字、绘画等平面上的精确移动定位控制。当抬离平面时(不能距离平面太远)， 激光被反射，可以移动光标，但不留下画笔轨迹，实现光标的无轨迹移动， 使用感受类似美工用的触摸笔。用户也可把食指套取下，套在笔杆上，作 触摸笔形式使用。由于灵敏的激光可实现在任意平面的精确定位操作，因 此该激光定位装置可以使用户的动作得到精确的定位。所述连接部分的手指指套还包括中指的指套，当中指指套上的按键接触到接触面时，表示鼠标的右键被按下。根据用户的需要，该链接部分还 可以包括其他手指的指套，并设置其他功能的按键。所述按键设置在实指指套侧面与拇指相对的部位，当人机接口装置处 于空中鼠标模式时，用作鼠标的左键，中指指套上也设有按键，当人机接 口装置处于空中鼠标模式时，该按键用作鼠标的右键。在镂空手套的手腕位置还设有滚轮按键，用户实现滚轮鼠标的功能， 使得用户可以方便的实现快速翻页和浏览信息。除了上述的传感装置，本发明的传感装置还包括在连接部分的手背区 域所具备的XYZ三轴线性加速度传感器和YZ两轴角速度传感器，这两个传 感器用于获得用户的空间动作，作为空中鼠标使用。这两个传感器和激光 定位装置以及触控点和按键可以设置在用户的左手或者右手上。当人机接口装置处于空中鼠标模式时，人机接口装置相当于3D空中鼠标功能，用户在这种状态下可以通过移动或转动手腕在空间移动光标，用 食指上的按键作为鼠标左键，用中指按键作鼠标右键。例如在棋牌游戏时， 通过手的移动选牌，通过拇指点按鼠标左键来选中要出的牌，松开拇指打 出牌，实现最逼真的模拟棋牌操作效果。而在用户的另一只手上可以在手腕处设置环形传感器，以及用于将人 机接口装置的产生的信号发送至设置在电子主机上的接收装置上的发射器，该环形传感器为XYZ三轴线性加速度传感器，用于捕获用户的空间动 作，还包括该另一只手的食指指套，当游戏需要时也可增加中指指套，所 述的食指指套上设有一个摇杆和一个按键，该摇杆上设有控制方向的控制器，用于直接控制方向移动，按键位于食指指套的端部，并能够与任意反 射面接触，中指指套的指尖或指侧部位设有按键。并且，所述的环形传感 器与食指指套通过插线相连接，该插线包括一个调整插线长短的部分，并 且环形传感器与食指指套可以相互拆分，所述的环形传感器与中指指套通 过插线相连接，该插线包括一个调整插线长短的部分，并且环形传感器与 中指指套可以相互拆分。当人机接口装置处于动作遥控模式时，用户通过移动或转动手腕产生 运动信息，控制模块将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为发 射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置，实现动作感应控制 的功能，并且，结合用户两只手上的传感器，可以实现对双手动作的感应 探测，实现对用户双手动作感应控制的功能。此时，本发明的人机接口装 置相当于动感手柄功能，用户在这种状态下可以实现一些大动作游戏，如 打网球、乒乓、拳击、跳舞、以及炒菜时的搅拌、切菜、翻炒等动作。本发明人机接口装置可以不限于上述结构，包含多种扩展结构。如连 接部分可以不仅仅在食指和中指上设置按键，手指上的指套可以取下，插 在有合适大小接口的笔杆上，产品成为笔杆形式的产品形态；把食指指套 套在手枪枪头上，成为手枪形态的产品；以及各种方向盘或操纵杆、球拍、 棒球棒、鱼竿、高尔夫球棍、玩偶形状、自行车或滑板等轮子形状物体等 等。如图所示，对本发明的人机接口装置操纵的方法，包括以下步骤 第一步，确定产品的使用模式；第二步，通过传感器和激光定位装置以及按键获得用户的动作信息； 第三步，控制模块将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为 发射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置； 第四步，发射装置将信号发射到接收装置；第五步，接收装置将信号传送给电子主机，电子主机根据该信号进行 操作。本发明的人机接口装置不仅仅可以适用于人和电脑的交互，如用户可 以在触摸模式和空中鼠标模式下用此产品代替笔记本电脑鼠标功能，在空 中鼠标模式下，产品是空中鼠标功能，触摸模式下，用户在任何反射面上 都能用此产品更加精准地操作笔记本电脑鼠标。用户还可以利用本发明的人机接口装置进行各种游戏，例如棋牌游戏 使用空中鼠标模式，打麻将时，用户在麻将牌上移动手指(此时屏幕上的 鼠标也在移动)，在需要打出的牌上停留，并用拇指和食指"拿"住这张麻 将牌(此时屏幕上显示这张牌被选中)，提起后，松开手指，麻将即被打出； 同样，打纸牌时也是通过移动手指选牌，"拿"住纸牌选中，松幵手指打出； 下棋是也是如此实现棋子的移动。利用本发明的人机接口装置还可以操作厨房妈妈这类的游戏选择菜 单项时，游戏发给控制器模式指令，控制器切换为触摸模式，用户可以用 指头在茶几上移动光标，点触菜单图标实现菜单项的选择，进入烹调过程 时，游戏发给控制器模式指令，控制器切换为动作遥控模式，在切菜时直接用手在空中做切菜动作，搅拌鸡蛋，用手在空中做搅拌动作，加酱油时， 用手"拿起"酱油瓶在空中做倾倒动作，等等，这样游戏会非常逼真。当用户利用本发明的人机接口装置通过计算机进行音乐搜索时，可用 触摸模式，用右手指尖在左手手掌上写字"暗香"，按确定键后，搜索出 "暗香"歌曲，用户即可下载歌曲。还可以通过计算机进行绘画用触摸 模式，把右手指套套在笔杆上，在绘画纸上直接画线条，屏幕上会出现相 应的线条轨迹(比如绿色线条)，笔尖离开纸面，可以移动光标，在颜色条 上停留，用笔尖点选红色颜色，可换画笔颜色成为红色，此时重新在绘画 纸上画线条，会画出红色的线条。用户还可以通过本发明的人机接口装置 进行射击、舞蹈及拳击等游戏。通过本发明可以实现在任意反射面的精确定位，可以在衣服、手、桌 面(玻璃面除外)等多种反光材质平面上使用。同时，它通过对空中动作 的捕获，实现了鼠标控制定位，满足用户的互动游戏操控、文字输入等需 求，为用户提供更新奇刺激更真实的体验。
权利要求
1.一种人机接口装置，其特征在于，包括电源，用于人机接口装置的供电；连接部分，用于将人机接口装置缚系在用户手上；激光定位装置，用于准确定位光标在电子主机的显示界面中的位置；模式切换键，用于切换人机接口装置的三种工作模式触摸模式、空中鼠标模式、动作遥控模式；传感器装置，用于感应和捕获用户的动作信号；发射装置，用于将人机接口装置的产生的信号发送至与电子主机相连接的接收装置上；控制模块，用于将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为发射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置；触控点，当人机接口装置处于触摸模式下时，用作鼠标的左键；按键，用作鼠标的左键或右键；遥控按键，实现遥控功能。
2. 根据权利要求l所述的一种人机接口装置，其特征在于，所述的连 接部分为一个镂空的手套，包括手背部分和手指指套部分，手指指套通过 连线与手背部分连接。
3. 根据权利要求2所述的人机接口装置，其特征在于，所述的镂空手 套的手指指套与手背部分的连线为电线，连线的长短能够调节，使得该手 套形状的连接部分能够满足不同大小的手，能够适应各种用户。
4. 根据权利要求2所述的人机接口装置，其特征在于，所述的手指指套部分包括食指，或者所述的手指指套部分还包括中指的指套，手指指套 与手背之间的连线的长度满足当指套从用户手指—匕卸—F时，指套能够套在 其他设备.匕
5. 根据权利要求4所述的人机接口装置，其特征在于，所述的用作触 摸模式下鼠标左键的触控点位于食指指套的端部。
6. 根据权利要求4所述的人机接口装置，其特征在于，所述按键设置 在食指指套侧面与拇指相对的部位，当人机接口装置处于空中鼠标模式时， 用作鼠标的左键，中指指套上也设有按键，当人机接口装置处于空中鼠标 模式时，该按键用作鼠标的右键。
7. 根据权利要求2所述的人机接口装置，其特征在于，所述的手套为 右手手套，或者为左手手套。
8. 根据权利要求1所述的人机接口装置，其特征在于，连接部分的手 背区域还包括具备XYZ三轴线性加速度传感器和YZ两轴角速度传感器，这 两个传感器用于获得用户的空间动作，作为空中鼠标和动作感应控制器使 用。
9. 根据权利要求2所述的人机接口装置，其特征在于，所述的电源为 电池，所述的电池位于镂空手套的手腕位置，该镂空手套的手腕部分的大 小能够调节。
10. 根据权利要求8所述的人机接口装置，其特征在于，连接部分还 包括配设于用户另一只手手腕处的环形传感器，该环形传感器为XYZ三轴 线性加速度传感器，用于捕获用户的空间动作，还包括该另一只手的手指 指套，当人机接口装置处于动作遥控模式时，用以实现动作感应控制器的功能。
11. 根据权利要求10所述的人机接口装置，其特征在于，所述的环形 传感器与手背部分以插线相连接，能够相互拆分，并且还包括一个调整插 线长短的部分，使得该手套形状的连接部分能够满足不同大小的手，能够 适应各种用户。
12. 根据权利要求10所述的人机接口装置，其特征在于，包括与设于 用户另一只手上的连接部分相连接的发射装置，用于将该部分产生的信号 发送至与电子主机相连接的接收装置上。
13. 根据权利要求ll所述的人机接口装置，其特征在于，所述的插线 为电线。
14. 根据权利要求10所述的人机接口装置，其特征在于，所述的手指指套包括食指指套和中指指套。
15. 根据权利要求10所述的人机接口装置，其特征在于，所述的环形传感器周长能够调节，以适应不同用户。
16. 根据权利要求14所述的人机接口装置，其特征在于，所述的食指 指套上设有一个摇杆和一个按键，该摇杆上设有控制方向的控制器，用于 直接控制方向移动，按键位于食指指套的端部，并能够与任意接触面接触， 中指指套的端部或者与拇指相对的侧面设有按键。
17. 根据权利要求1所述的人机接口装置，其特征在于，所述的发射 装置和接收装置包含密码模块，并且接收装置上设有无线通信对码的按键。
18. 根据权利要求1所述的人机接口装置，其特征在于，所述连接部 分的手腕位置还设有滚轮按键，用以实现鼠标的滚轮作用。
19. 根据权利要求6所述的人机接口装置，其特征在于，当人机接口装置处于触摸模式状态时，所述触控点在距离较近的接触面上方的非接触 式的移动会在电子主机的显示界面中形成相应的光标移动，但不在显示界 面中留下移动的轨迹，所述触控点在接触面上进行接触式的移动会在电子 主机的显示界面中相应的形成光标的移动轨迹，相当于鼠标左键被一直按 压的移动状态，中指指套上的按键接触到接触面时，表示鼠标的右键被按 下。
20. 根据权利要求8所述的人机接口装置，其特征在于，当人机接口 装置处于空中鼠标模式时，用户通过移动或转动手腕在空中移动光标，同 时食指指套侧面的按键作为鼠标的左键，中指指套上的按键作为鼠标的右 键。
21. 根据权利要求8所述的人机接口装置，其特征在于，当人机接口 装置处于动作遥控模式时，用户通过移动或转动手腕产生运动信息，控制 模块将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为发射装置能够识别 的信号，并将该信号传送至发射装置，实现动作感应控制的功能。
22. 根据权利要求16所述的人机接口装置，其特征在于，当人机接口 装置处于动作遥控模式时，结合用户两只手上的传感器，能够实现对双手 动作的感应探测，实现对用户双手动作感应控制的功能。
23. —种对权利要求l所述的人机接口装置操纵的方法，其特征在于， 包括以下步骤第一步，确定产品的使用模式；第二步，通过传感器和激光定位装置以及按键获得用户的动作信息；第三步，控制模块将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为 发射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置； 第四步，发射装置将信号发射到接收装置；第五步，接收装置将信号传送给电子主机，电子主机根据该信号进行 操作。
全文摘要
本发明公开了一种人机接口装置，包括电源，连接部分，用于将人机接口装置携带在用户手上，激光定位装置，触控点；按键，传感器装置，控制模块，模式切换键，以及发射和接收装置，功能键。本发明还公开了一种人机接口装置操纵方法，1，确定装置的工作模式，2，通过传感器和激光定位装置以及按键获得用户的动作信息；3，控制模块将传感器装置感应和捕获到的用户动作信号转化为发射装置能够识别的信号，并将该信号传送至发射装置；4，发射装置将信号发射到接收装置；5，接收装置将信号传送给电子主机，电子主机根据该信号进行操作。本发明可以实现在任意反射面的精确定位，并通过对空中动作的捕获，实现鼠标控制定位，满足用户的互动游戏操控。
文档编号G06F3/033GK101593018SQ200810043420
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者严正华, 安利群, 陈天桥 申请人:盛大计算机(上海)有限公司