用于平衡输入设备的系统和方法【专利摘要】本发明公开一种用于平衡输入设备的系统，包括：球形设备，其具有外球形壁和内球形壁，所述系统进一步包括：内部电路模块，其容纳内部电路，并定位在球形设备的中心并且在所述中心平衡以便保持球形设备在平坦表面上平衡；空腔，其形成于外球形壁与内球形壁之间；流变流体，其安置在空腔中，其中流变流体的体积低于空腔的体积的50％，并且使得流变流体的重量超过球形设备在没有流变流体的情况下的重量；其中外球形壁和内球形壁中的至少一个包括流变流体激活装置，被配置来改变流变流体的状态；以及流变流体激活控制器，被配置来响应于预定义条件的出现而控制流变流体激活装置，使得球形设备可以在自由滚动状态与固定状态之间切换。【专利说明】用于平衡输入设备的系统和方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及用于平衡如计算机输入设备的输入设备的系统和方法。【
背景技术：
】[0002]根据维基百科，在计算中，输入设备是用于对信息处理系统如计算机或其它信息家电提供数据和控制信号的任何外围设备(一块计算机硬件装备)。输入设备的实例包括键盘、鼠标、扫描仪、数字相机和操纵杆。[0003]存在指向设备的一个子组，所述指向设备为用于在空间中指定位置的输入设备。涉及间接输入的实例包括鼠标和轨迹球。[0004]标题为“可旋转输入设备(Rotatableinputdevice)”的现有技术公布US20100039381A1公开一种计算机鼠标，所述计算机鼠标包括检测计算机鼠标沿支撑表面运动的表面跟踪传感器。另外还包括一个或多个取向传感器，所述取向传感器检测计算机鼠标相对于枢轴点的运动。计算机鼠标还包括控制器，所述控制器被配置来将沿支撑表面的运动转化为二维坐标并且将相对于枢轴点的运动转化为旋转幅值。[0005]‘381公开呈现了鼠标的具有半椭圆形形式的圆形形状的底表面。由于这个圆形底部，鼠标可相对于支撑表面或相对于鼠标枢轴点“滚动”。[0006]另外，取向传感器被配置来检测鼠标相对于一个或多个枢轴点的旋转运动。也就是说，取向传感器被配置来检测鼠标的滚动、俯仰和/或侧转。各种取向传感器可用于检测此类旋转运动。取向传感器的实例为用于基于角动量的检测来测量取向或旋转的陀螺仪。陀螺仪的一个实例是体现在微机电系统(MEMS)设备中的振动结构陀螺仪。陀螺仪的另一个实例是用于检测相对角位移和角速率的旋转陀螺仪，所述相对角位移和角速率可以被转化为鼠标的旋转。[0007]‘381解决方案的缺点在于鼠标仅是半椭圆形的，这减小了运动可能性，尤其是鼠标的滚动、俯仰和/或侧转。[0008]此外，‘381还将此类圆形定义为实现鼠标在直立取向上的稳定性与滚动鼠标的便利性之间的期望平衡所需的任何合适程度。[0009]因此，在‘381中公开了困难和尚未解决的需求，这个需求由于实现鼠标平衡的困难性和滑离倾斜表面的可能性而排除了鼠标的大体上球形形状。从用户的观点来看，平衡必须存在并且鼠标(或一般来说输入设备)需要搁置在桌子上，而不是自转和完全平衡地横卧。[0010]因此，期望提供用于平衡输入设备的方法和系统。优选地，此类平衡系统将适用于大体上球形或球形的输入设备，如球形计算机鼠标。【
发明内容】[0011]本发明的目标是一种用于平衡输入设备的系统，所述系统包括:球形设备，所述球形设备具有外球形壁和内球形壁，所述系统进一步包括:内部电路模块，所述内部电路模块容纳内部电路并定位在球形设备的中心并且在所述中心平衡以便保持球形设备在平坦表面上静止；空腔，所述空腔形成于外球形壁与内球形壁之间；流变流体，所述流变流体安置在空腔中，其中所述流变流体的体积低于空腔的体积的50%，并且使得流变流体的重量超过球形设备在没有流变流体的情况下的重量；其中外球形壁和内球形壁中的至少一个包括流变流体激活装置，所述流变流体激活装置被配置来改变流变流体的状态；以及流变流体激活控制器，所述变流体激活控制器被配置来响应于预定义条件的出现而控制流变流体激活装置，使得球形设备可以在自由滚动状态与固定状态之间切换。[0012]优选地，流变流体为电流变流体或磁流变流体。[0013]优选地，在电流变流体的情况下，激活装置为电极，而在磁流变流体的情况下，激活装置为线圈。[0014]优选地，在内壁和/或外壁上每周边存在8个激活装置。[0015]优选地，球形设备包括加速度计，基于所述加速度计的输出，流变流体激活控制器将根据球形设备的位置确定应启动所述激活装置的哪个子集。[0016]优选地，激活装置被定位成彼此相邻。[0017]优选地，激活装置在其间隔开一段距离。[0018]优选地，基于自加速度计的输出确定的加速度矢量，流变流体激活控制器确定应启动哪些激活装置以便平衡球形设备。[0019]优选地，预定义条件为由操作员手部检测器确定的在球形设备上存在操作员手部或没有操作员手部，所述操作员手部检测器被配置来指示操作员是否正握住球形设备。[0020]本发明的另一个目标是一种用于平衡输入设备的方法，根据本发明，所述方法包括以下步骤:等待由操作员手部检测器进行的操作员手部的检测；允许通过命令流变流体激活控制器撤销启动所有激活装置来允许流变流体在空腔内的自由流动；等待由操作员手部检测器进行的没有与操作员手部接触的检测；命令流变流体激活控制器启动所选择的激活装置，以使得流变流体成为固体。[0021]本发明的另一个目标是一种计算机程序，所述计算机程序包括用于在所述程序于计算机上运行时进行根据本发明的方法的所有步骤的程序代码装置。[0022]本发明的另一个目标是一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在计算机上被执行时进行根据本发明的方法的所有步骤。【专利附图】【附图说明】[0023]通过示例性实施例在附图中示出本发明，在附图中:[0024]图1A和图1B呈现了根据本发明的系统的示意图；[0025]图2A和图2B呈现了系统在输入设备运动之后的行为；[0026]图3呈现了系统的内部电路的示意性概观；以及[0027]图4示出根据本发明的方法。【具体实施方式】[0028]图1A和图1B呈现了根据本发明的系统的示意图。在图1A中，具有球形形式的输入设备101搁置在平坦表面107上。设备101包括容纳内部电路的内部电路模块106，在图3中呈现了内部电路模块的更多细节。[0029]内部电路模块定位在球形101的中心，并且需要在中心平衡而不会导致设备101在平坦表面上的运动(或从积极的方面来讲，为了保持球形设备101在平坦表面上静止)。[0030]设备101包括外壁102和内壁103，所述外壁和所述内壁造成空腔105，流变流体104安置在空腔中。优选地，外壁102与内壁103之间的距离越小越好。外壁102和内壁103具有球形形状，并且在一个优选实施例中，通过至少一个距离元件(附图中未示出)将内壁103保持在距外壁102的固定距离处。[0031]流变流体的体积应当尽可能地低，同时保持流变流体的重量超过装置101未充满流变流体时的重量。优选地，流变流体应当每立方厘米尽可能地重。另外，优选地，流变流体的体积低于空腔105的体积的50%。[0032]流变流体可以是现有技术中已知的电流变流体或磁流变流体。电流变(ER)流体是极细的不导电颗粒(直径达50微米)在电绝缘流体中的悬浮物。这些流体的表观粘度响应于电场而可逆地改变达100，000的量级。磁流变流体(MR流体)是载体流体中的一种智能流体，通常为一种油。当经受磁场时，流体大大地增加其表观粘度，达到成为粘弹固体的程度。[0033]外壁102和/或内壁103具有多个流变流体激活装置108，所述流变流体激活装置在外壁和/或内壁上或模制在外壁和/或内壁中，例如嵌入在塑料外壳中。流变流体激活装置108被配置来改变流变流体的状态(在液体与固体之间)。在电流变流体的情况下，激活装置108为电极，而在磁流变流体的情况下，激活装置108为线圈。优选地，在使用加速度计的情况下，内部电路106将根据设备101的位置确定应启动激活装置108的哪个子集。[0034]如果外壁102和内壁103中仅一个具有多个流变流体激活装置108，那么磁流变流体将被使用。[0035]在另一个实施例中，激活装置108可在其间隔开一段距离并且不是被定位成如例如图1A中所示的相邻。已发现，在内壁103和外壁102上每周边8个激活装置108是足够的。自然地，在球形上存在众多周边。[0036]在另一个实施例中，仅适用于电流变流体，仅存在外壁(第一电极)上的一个激活装置和内壁(第二电极)上的另一个激活装置。电极之间的电压将控制电流变流体的状态。[0037]图1B呈现了根据本发明的系统的示意图，其中设备101已被定位在倾斜表面107上。设备101没有由操作者操作，因此基于加速度计的读数，即，加速度矢量，系统确定应启动哪个激活装置108以便平衡设备101。在这个实例中，由109指示符指示的激活装置108已被启动，以使得流变流体成为固体并且平衡设备101，使得设备不会滚离倾斜表面107。剩余的激活装置108可保持不活动以便降低功率消耗。[0038]图2A和图2B呈现了系统在输入设备运动之后的行为。如图可容易地看出，在这个示例性实施例中存在较少的激活装置108。[0039]设备101以平衡状态搁置在倾斜表面107上，并且所选择的109激活装置108是活动的。已在球形上识别任意选择的点A。指示符101表示操作员握住设备101,激活装置108被释放并且操作员可以在方向110上容易地移动设备101。一旦操作员滚动设备101并且释放对设备的触摸，设备101将启动不同的109激活装置108，以便保持设备101在同一个倾斜表面107上平衡。[0040]图3呈现了系统的内部电路的示意性概观。处理器308利用存储器309和存储于存储器中的软件来控制系统的剩余元件。通信是通过数据总线303来实现，但是在其它实施例中，内部电路可直接通信而不利用公共数据总线303。内部电源304为设备供应功率，优选从电池电源供应。电池充电的建议方式将使用感应充电器以避免对接入外部电缆的需要并且避免设备101上的任何外部插座，所述外部插座可能改变设备101的平衡。[0041]负责提供坐标信息的部件为陀螺仪301，并且对流变流体激活控制器307提供输入的部件为加速度计302。[0042]设备101可以通过无线通信电路305(例如，蓝牙链接)与如个人计算机的受控设备无线通信。[0043]系统还包括操作员手部检测器306，所述操作员手部检测器被配置来指示操作员是否以促进设备的有效使用的方式握住设备101，例如，操作员的手掌应搁置在设备101上。此类检测的程度可依赖于用户。检测本身可例如使用以检测触摸的电容传感器的形式的触摸传感器来实现。相同电容触摸传感器可负责检测用户的点击、双击等。[0044]系统最重要的电路为流变流体激活控制器307，所述流变流体激活控制器基于来自加速度计302的输入确定在设备101的当前位置中要启动哪些激活装置108。优选地，在确定应启动哪些激活装置时，流变流体激活控制器307也将流变流体的水平考虑在内。[0045]在仅存在两个激活装置的情况下，当使用电流变流体时，不需要加速度计302的输入作为确定的一部分。[0046]图4示出根据本发明的方法。方法在步骤401处开始，在所述步骤处，系统等待由操作员手部检测器306进行的操作员手部的检测(可能存在流变流体激活控制器307控制流变流体激活装置108所需要的其它预定义条件)，使得球形设备101可以在自由滚动状态与固定状态之间切换，并且反之亦然。[0047]如果在设备101上检测到操作员手部，则在步骤402处，系统允许流变流体在空腔105内的自由流动，即，流变流体激活控制器307撤销启动所有激活装置108。[0048]只要操作员握住设备101，系统即允许流变流体403的自由流动。当操作员手部检测器306检测到404操作员已经释放设备101时，所述操作员手部检测器优选地立即通知流变流体激活控制器307启动所选择的激活装置108，以使得空腔105中的流变流体成为固体405。流变流体激活控制器307可以将来自加速度计302的输入和可作为参数存储在存储器309中的流变流体的量/水平考虑在内。[0049]利用具有球形形状的基于陀螺仪的输入设备的优点在于，用户的手腕和手臂将搁置在稳定的表面上，从而避免手部肌肉上的不必要的应力，在操纵图形用户界面的小图标或复选框时更加精确，设备可以用在不适用于(例如)光学设备的各种粗糙表面、织物、沙发等上。[0050]另外，根据本发明的输入设备101的自动、自适应平衡在输入设备101处于空闲状态中时避免了不必要的光标移动或点击。[0051]本领域技术人员可容易地认识到，用于平衡输入设备的前述方法可通过一个或多个计算机程序进行和/或控制。此类计算机程序通常通过利用设备的计算资源来执行。计算机程序可以存储在非易失性存储器(例如闪存存储器)中或易失性存储器(例如RAM)中，并且由处理单元执行。这些存储器是用于存储计算机程序的示例性记录介质，所述计算机程序包括进行根据本文所呈现的技术概念的计算机实现的方法的所有步骤的计算机可执行指令。[0052]虽然已参照特定优选实施例描绘、描述并且定义了本文所呈现的本发明，但是以上说明书中的具体实施的此类参考和实例并不意味着对本发明的任何限制。然而，明显的是，可在不脱离技术概念的更广泛范围的情况下对本发明做出各种修改和变化。所呈现的优选实施例仅仅是示例性的，并且没有穷举本文所呈现的技术概念的范围。[0053]因此，保护范围并不限于说明书中所述的优选实施例，而仅受所附权利要求书限制。[0054]另外，在本申请中设想所附权利要求书的任意组合。【权利要求】1.一种用于平衡输入设备的系统，所述系统包括:球形设备(101)，所述球形设备具有外球形壁(102)和内球形壁(103)，所述系统的特征在于，所述系统进一步包括:内部电路模块(106)，所述内部电路模块容纳内部电路，并定位在所述球形设备(101)的中心并且在所述中心平衡以便保持所述球形设备(101)在平坦表面上静止；空腔(105)，所述空腔形成于所述外球形壁(102)与所述内球形壁(103)之间；流变流体，所述流变流体安置在所述空腔(105)中，其中所述流变流体的体积低于所述空腔(105)的体积的50%，并且使得所述流变流体的重量超过所述球形设备(101)在没有所述流变流体的情况下的重量；其中所述外球形壁(102)和所述内球形壁(103)中的至少一个包括流变流体激活装置(108)，所述流变流体激活装置被配置来改变所述流变流体的状态；以及流变流体激活控制器(307)，所述流变流体激活控制器被配置来响应于预定义条件的出现而控制所述流变流体激活装置(108)，使得所述球形设备(101)可以在自由滚动状态与固定状态之间切换。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述流变流体为电流变流体或磁流变流体。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于在所述电流变流体的情况下，所述激活装置(108)为电极，而在所述磁流变流体的情况下，所述激活装置(108)为线圈。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于在所述内壁(103)和/或所述外壁(102)上每周边存在8个激活装置(108)。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述球形设备(101)包括加速度计(302)，基于所述加速度计的输出，所述流变流体激活控制器(307)将根据所述球形设备(101)的位置确定应启动所述激活装置(108)的哪个子集。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述激活装置(108)被定位成彼此相邻。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述激活装置(108)在其间隔开一段距离。8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于基于自所述加速度计(302)的输出确定的加速度矢量，所述流变流体激活控制器(307)确定应启动哪些激活装置(108)以便平衡所述球形设备(101)。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述预定义条件为由操作员手部检测器(306)确定的在所述球形设备(101)上存在操作员手部或没有操作员手部，所述操作员手部检测器被配置来指示操作员是否正握住所述球形设备(101)。10.一种用于平衡输入设备(101)的方法，根据权利要求1，所述方法的特征在于，所述方法包括以下步骤:等待(401)由所述操作员手部检测器(306)进行的操作员手部的检测；通过命令所述流变流体激活控制器(307)撤销启动所有激活装置(108)来允许(402)所述流变流体在所述空腔(105)内的自由流动；等待(404)由所述操作员手部检测器(306)进行的没有与所述操作员手部接触的检测；命令(405)所述流变流体激活控制器(307)启动所选择的激活装置(108)，以使得所述流变流体成为固体。11.一种计算机程序，所述计算机程序包括用于在所述程序在计算机上运行时进行根据权利要求10的方法的所有步骤的程序代码装置。12.—种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在计算机上被执行时进行根据权利要求10的方法的所有步骤。【文档编号】G06F3/0346GK104516531SQ201410495159【公开日】2015年4月15日申请日期:2014年9月25日优先权日:2013年9月26日【发明者】亚当·麦克古文斯基,雅罗斯瓦夫·麦斯文泽申请人:远升科技股份有限公司