Патент на изобретение №2293367

(54) УСТРОЙСТВО ЭРГОНОМИЧЕСКОЙ КЛАВИАТУРЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к конструкции клавиатуры, как терминала ввода данных. Техническим результатом является повышение удобства и скорости ввода информации, уменьшение габаритов, сложности и стоимости устройства, исключение развития физиологических расстройств в связи с его использованием, совмещение функций нескольких устройств. Указанный результат достигается за счет того, что клавиатура разделена на две секции, расположенные в соответствии с анатомическими особенностями кисти руки. Клавиши сгруппированы по назначению и характеру применения. Взаимное расположение клавишных модулей в секции соответствует позиции каждого из пальцев руки, которое они принимают в естественном расслабленном состоянии по отношению к другим пальцам, клавишные модули в первой группе располагаются параллельно или радиально, под небольшим углом друг к другу, в пределах величины возможных смежных углов между протянутыми пальцами руки, клавишные модули второй группы располагаются в пределах диапазона движения большого пальца. 4 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к конструкции клавиатуры как терминала ввода данных в устройствах обработки информации типа компьютерных и телефонных систем,

включающей одну или несколько одноручных секций, которые связаны с компьютером или телефонной системой каналом передачи данных или являются частью компьютера или телефона.

цель изобретения: создание клавиатуры, которая

– позволяет легко использовать ее без визуального контроля;

– является надежной, то есть с близким к нулю риском операционных ошибок;

– приспособлена к многоцелевому использованию, т.е. с компьютерами, телефонным оборудованием и устройствами контроля и управления любого существующего вида;

– подходит для алфавитного состава любого языка;

– проста для освоения;

– может удобно сочетаться с мобильными устройствами или быть частью их;

– адаптирована к различиям в размере и форме рук операторов.

Техническим результатом является:

– существенное повышение удобства пользования и скорости ввода информации,

– исключение развития физиологических расстройств в связи с использованием,

– меньшие габариты, сложность и стоимость устройства в сравнении с существующими того же назначения,

– совмещение функций нескольких устройств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обширное использование клавиатуры как основного инструмента мануального ввода данных в системах типа персональных компьютеров, сетевых терминалов и телефонных аппаратов делает необходимостью ее применение для большого количества людей.

Современная стандартная клавиатура компьютера сохраняет общую структуру и функциональные характеристики клавиатур ручных пишущих машинок, несмотря на то что принципы, лежащие в основе компоновки подобных устройств уже длительное время неприменимы.

Как известно, стандарт символьного назначения клавиш, т.н. “QWERTY”, был запатентован для клавиатуры печатных машинок в 1868 году изобретателем Кристофером Шоулзом (Christopher Sholes) с целью исключить вероятность заедания печатающих штанг в механизме печатной машинки.

Расположение «QWERTY» не способствует интуитивному запоминанию, создавая трудности в освоении клавиатуры.

В результате, большинство пользователей прибегают к неэффективным методам ее использования, типа «печатание двумя пальцами», при которых необходим зрительный контакт с клавиатурой для нахождения нужных символов.

Другая известная раскладка клавиатуры – система Дворака, была разработана именно с целью достижения большей простоты изучения и использования в сравнении с «QWERTY». Патент США №2040248. Inventor: A.Dvorak.

Система Дворака размещает наиболее часто употребимые согласные буквы с одной стороны среднего или базового ряда клавиш и гласные с другой стороны этого ряда так, чтобы печатание имело тенденцию чередования рук при последовательном нажатии клавиш.

В теории система Дворака удобнее «QWERTY» (так, приблизительно 400 из наиболее употребимых слов английского языка может быть набрано за счет алфавитных символов среднего «базового» ряда клавиш). Однако основные недостатки традиционной клавиатуры не были устранены.

Среди них можно выделить такие, как:

1. Необходим длительный период обучения оператора для освоения эффективного метода работы (т.н. сенсорного метода)

Отсутствие постоянного контакта пальцев пользователя с клавиатурой из-за необходимости держать их на весу и перемещать руки устраняет физически базовые координатные точки опоры и делает сложным определение точного расстояния и направления движения от одной клавиши к другой.

2. Из-за большого количества клавиш значительная часть времени работы оператора уходит лишь на процесс перемещения рук над клавиатурой.

3. Как правило, при печатании требуется так называемое боковое отклонение запястий, когда они сведены друг к другу и образуют по форме символ “V”, что сопровождается непрерывным мускульным напряжением. Формат стандартной клавиатуры, как показывают многочисленные проведенные исследования, отрицательно влияет на эффективность работы пользователя вследствие утомляемости. Большой объем амплитудных жестикуляционных движений и неудобное положение рук вызывают существенное напряжение в связках и сухожилиях, способствуют т.н. «carpal tunnel syndrome», «repetitive strain injury» и другим физиологическим расстройствам у пользователей.

4. Обычные стандартные клавиатуры содержат большое количество клавиш (более 100), размещенных в параллельных рядах и расположенных в одной плоскости.

Такие клавиатуры требуют значительного пространства для их размещения, что затрудняет или делает невозможным их применение в ряде случаев, например в связи с мобильным устройством или как часть такого устройства.

В настоящее время известно много проектов, направленных на создание свободного от недостатков универсального устройства клавиатуры.

Ниже рассмотрены некоторые из них, раскрывающие предшествующий уровень техники.

Так, например, известен патент США №4042777. Inventors: Bequaert и al., описывающий клавиатуру для одной руки, которая включает секцию смежных пальцев, содержащую десять клавиш и секцию большого пальца, содержащую четыре клавиши.

В секции смежных пальцев две клавиши назначены на каждый палец. Клавиши, назначенные на пальцы, используются в последовательном или в параллельном режиме, нажимая две или более клавиши одновременно, оператор формирует т.н. «аккорды»

Большому пальцу предназначены 4 мультикомандные клавиши для ввода функций обработки и тумблеры специальных слов и специальных аккордов.

К недостаткам можно отнести требование движений пальцев во множестве направлений, что не способствует операциям над ними без визуального контроля.

Использование этой клавиатуры требует высококвалифицированного оператора, способного привести в действие множество клавишных сочетаний.

Другой проект одноручной клавиатуры патент США №5087910. Inventor: Guyot-Sionnest.

Эта клавиатура обеспечивает, последовательный ввод команд клавишами, которые имеют особый профиль для достижения плавности и быстроты работы (t.h.”Single Keybutton Four-Way Switch”).

Посредством электронной схемы значения клавиш интерпретируются, чтобы произвести электрические сигналы, которые соответствуют различным символам или инструкциям обработки. Для ввода некоторых символов оператору необходимо одновременно нажимать три различных клавиши.

Составной частью устройства является электронный дисплей с тремя отдельными зонами для отображения текущего значения суммарного кода нескольких клавиш. С дисплея сформированный сигнал подается на средства связи и средства памяти только после прерывания контакта оператора со всеми составляющими аккорд клавишами.

Необходимость визуального контроля при работе с этой клавиатурой также сохраняется.

Широко известен также проект Gambaro (патент США №5178477).

Задача улучшения эргономики сводится автором к приближению формы поверхности клавиатуры к особенностям анатомии кисти руки.

Клавиатура состоит из правой и левой частей, устойчиво связанных друг с другом.

Пальцам назначены группы клавиш, смежно расположенных на различной высоте и под различными углами друг к другу. Каждый из указательных пальцев приводит в действие группу из восьми клавиш, распределенных в два ряда. Другим пальцам назначены группы из четырех клавиш, распределенных в один ряд.

Предположительно, эта конструкция позволяет различным фалангам пальцев приводить в действие различные клавиши. Ряды клавиш имеют возможность позиционного регулирования, чтобы приспособить клавиатуру к рукам операторов различного размера.

Каждому из больших пальцев назначена группа клавиш (30 для левой руки и 29 для правой), расположенных на вогнутом основании и приводимых в действие движениями большого пальца в трех ортогональных плоскостях.

Клавиатура также содержит средства поддержки запястья, руки и ладони.

Большое количество клавиш в группах, предназначенных для больших пальцев, и группах для указательных пальцев определяет работу с клавиатурой как весьма сложную для запоминания и освоения.

Из-за необходимости приспособления клавиатуры к индивидуальным размерам рук разных операторов, она содержит механизмы позиционного регулирования рядов клавиш, что сильно усложняет конструкцию.

В целом данное устройство представляется весьма громоздким, дорогостоящим и не отвечает требованиям универсальности.

Патент США №5122786. Inventors: Rader; Freeman описывают «Ergonomic keypads for desktop and armrest applications»

Клавиатура включает в себя две разделяемые секции и может быть помещена на рабочий стол или закреплена в подлокотниках стула, чтобы позволить оператору иметь более удобное положение рук.

Отдельные части (правая и левая) клавиатуры могут быть соединены, чтобы функционировать как унитарная клавиатура для настольного использования.

Части клавиатуры могут вращаться относительно точки соединения и таким образом быть расположены под различным углом друг к другу.

В сомкнутом положении, правая и левая части клавиатуры образуют наиболее компактную форму, удобную для перемещения.

Клавиши сгруппированы в виде прямоугольных матриц на верхних плоскостях корпусов клавиатур, дополнительные кнопки и устройства управления курсором расположены на вертикальной передней поверхности каждой из секций клавиатуры для приведения в действие большими пальцами пользователя.

Недостатки:

Эргономика устройства сводится в основном к возможности произвольного расположения правой и левой частей клавиатуры, однако не предусмотрено никаких средств для поддержки кисти руки.

Вертикальный размер секций, позволяющий размещать группы клавиш на боковых вертикальных поверхностях, вполне значителен, и поэтому использование в настольном положении связано с вынужденным изгибом запястий.

Различный характер поверхности клавиш, облегчая осязательное опознавание, не облегчает навигацию рук над клавишами, т.е. лишь помогает оператору констатировать ошибки, но не дает метода устранения их.

Патент США №4332493. Inventor: Einbinder.

Подробно рассмотрена статистика частоты употребления отдельных символов алфавита (на примере английского и немецкого языков) с тем, чтобы оптимизировать порядок расположения символов на клавишах.

Результатом заявлены следующие данные:

английский язык ввода – 75% отдельных нажатий клавиши и 54% последовательных нажатий клавиши происходит на десяти «домашних» клавишах; из отдельных «домашних» нажатий клавиши 45% выполнено правой рукой и 30% выполнено левой рукой.

Из последовательных домашних нажатий клавиши, 23% выполнено разными руками, 31% выполнено той же самой рукой: 22% правой и 9% левой.

Проект «Einbinder system» подчеркивает важность наличия так называемого « домашнего положения» для пальцев, от которого пальцы и, следовательно, руки должны двигаться при работе с клавиатурой.

Таким образом, подход Einbinder не решает вопрос устранения движения рук, с которым сталкиваются пользователи обычной клавиатуры.

Патент США №4849732. Inventor: Dolenc иллюстрирует и описывает одноручное клавишное устройство, которое включает 5 групп множественных клавиш, распределенных в удлиненные ряды и организованных для приведения в действие соотнесенных этому множеству пальцев руки.

В сравнении с аналогичным проектом Einbinder отсутствуют различия в форме клавиш и угловом векторе активации.

Dolenc также не определяет «базовую» или «домашнюю» позицию для руки оператора, так как, предположительно, движения руки минимизированы.

Хотя Dolenc серьезно отрабатывает вопрос уменьшения движений кисти при работе на клавиатуре, его система не вносит заметных изменений в уменьшение движений пальцев. Фактически, по вопросу организации клавиш в группах, Dolenc лишь принимает во внимание “движение и диапазон соответствующих пальцев руки”.

Многофункциональные клавиши, составляющие неотъемлемую часть данного проекта (т.н. a five-directional momentary dip-switch), заметно осложняют использование устройства.

Большинство известных проектов эргономической клавиатуры содержат средства поддержки различных областей предплечья, запястья и ладони пользователя, реализованные в криволинейных выпуклых и вогнутых элементах конструкции.

Примеры:

Danziger US Patent No 5426499; Rader US Patent No 5122786; Johnson US Patent No 5730403; Bryan US Patent No 5612718; Litschel US Patent No 5627566; Patent US 5178477 Gambaro; Patent US 6765502 Boldy et al; Patent CA 1301885 Dolenc; AU 6097899 Hossenlopp et al.

В некоторых проектах эргономических клавиатур приспособление их к различным формам и размерам рук пользователей добавляет в конструкцию механизмы взаимного перемещения составных частей, что, как правило, значительно усложняет устройство и повышает его цену.

Fort Patent US 5393150; Danziger Patent US 5426499; Skovronski Patent US 5457452.

Патент США №5486058. Inventors: Allen; Donald описывает непрерывную сенсорную клавиатуру, в которой трехпозиционные клавиши предусмотрены на каждый палец. Клавиши отдалены от чашевидной опоры для кисти руки на различные расстояния, соответствующей усредненной длине каждого из пальцев рук, причем привода головок для второго, четвертого, пятого и большого пальцев подняты выше других клавиш. Кроме того, патент описывает клавиши предназначенные для активации ладонями рук. Недостаток этой клавиатуры – ограничение числа символов, которое может быть обозначено, и также трудность в различении между позициями, доступными для каждой клавиши.

Одним из последних проектов, признанных экспертами новым шагом в движении к клавиатуре свободной от недостатков, является устройство, предложенное авторами Boldy; Manfred (Horb, DE); Ruppert; Werner (Schoenaich, DE) Патент США №6765502 от July 20, 2004.

Эта клавиатура как устройство входа данных представляет собой модуль для одной руки, содержащий группы кнопок, где каждая из групп назначена на определенный палец оператора.

Клавиатура имеет корпус, состоящий из 3-х частей, верхняя из которых включает секцию отдыха ладони и секцию пальцев с углублениями для каждого пальца. Группы кнопок последовательно расположена в основании указанных углублений и могут быть достигнуты протянутыми или согнутыми пальцами, когда рука оператора находится в контакте с секцией отдыха ладони.

Секция большого пальца расположена смежно с углублением для указательного пальца и включает плоскую область, которая содержит группы командных клавиш и дополнительные клавиши в вертикальной перегородке, разделяющей секцию большого пальца от углубления для указательного пальца.

Клавиатура может использоваться для действий двумя руками при подключении двух отдельных одноручных модулей. Клавиатура включает графический многоцелевой дисплей, визуализирующий информацию контроля, управления и знаки, набранные на клавиатуре.

Несмотря на достигнутые успехи в области сочетания новых средств с новыми возможностями, следует отметить недостатки, которые не позволят данному устройству стать массовым в использовании и производстве.

Заявленное целью изобретения применение этой клавиатуры как части мобильных систем или в связи с ними не имеет явных преимуществ по сравнению со стандартной клавиатурой, поскольку отсутствуют средства коннектирования его в единый модуль для переноски и хранения.

Физический объем клавиатуры, приблизительно равный (для 2-х секций) 700-800 см³ немногим отличается от параметров объема стандартной клавиатуры.

Необходимо дублирование канала передачи данных для каждой из двух секций.

Необходимость блока автономного электропитания увеличивает массу и габариты устройства.

Утверждение, что объемные секции поддержки ладоней обеспечивают улучшенную эргономику конструкции по сравнению с плоской клавиатурой, ничем не подтверждается.

Дисплейный блок, необходимый для контроля вводимых символов и команд, дополнительно усложняет устройство и повышает его цену.

Приспособляемость устройства к различным размерам рук операторов достигается комплектацией клавиатуры различными по размеру корпусными частями (кожухами).

Замена одного кожуха другим требует детальной разборки механизма клавиатуры, что возможно далеко не всегда.

Т.о. универсальность в использовании клавиатуры не достигнута.

Назначение алфавитно-цифровых, пунктуационных символов на клавиши в основном дублирует последовательности, закрепленные в стандарте «QWERTY», о недоработках которого сказано выше. Значения клавиш, представленные в описании патента, соответствуют символам немецкого алфавита. Использование других языков, в частности славянской, восточно-азиатской групп, требует дополнения описанной конструкции клавишами для новых алфавитных символов.

Т.о. применимость клавиатуры ограничена лишь некоторыми языками.

Не рассмотрена возможность расположения пальцев оператора на клавишах в состоянии отдыха.

Т.е. предполагается, что пальцы, во избежание срабатывания клавиш, необходимо держать на весу.

Этот негативный фактор предшествующих проектов не устранен.

Общий результат применения средств для обеспечения фиксации и поддержки предплечья, запястья и ладони оператора остается спорным, так как связан с ограничением подвижности соответствующих частей руки, увеличением размеров, сложности производства и стоимости клавиатуры как устройства.

Таким образом, существующие проекты различных клавиатур сохраняют хотя бы один из таких недостатков, как:

1. Местоположение клавиш не обеспечивает его интуитивного запоминания.

2. Ограничение скорости ввода из-за существенных по амплитуде движений рук.

4. Для эффективной работы необходимы навыки, затруднительные большинству пользователей.

5. Длительный период обучения оператора (пользователя) из-за большого количества суммарных кодов.

6. Применимость лишь к некоторым из назначений или алфавитов.

7. Длительное использование может быть причиной физиологических расстройств у оператора.

8. Большие размеры и стоимость конструкции.

Исходя из вышеизложенного можно констатировать потребность в клавиатуре

– универсальной при использовании,

– с интуитивным расположением символов,

– эргономически улучшенной в сравнении с существующими проектами,

– простой в производстве.

Этим требованиям, по мнению автора, отвечает клавиатура, проект которой излагается ниже.

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА

В данном описании раскрывается новое устройство клавиатуры.

Изменения, разновидности и модификации, очевидные из описания, считаются частью проекта.

Клавиатура включает две однотипные секции клавиш ввода и обособленную группу функциональных клавиш, снабженных стандартными средствами индикации состояния.

Правая и левая секции примерно симметричны друг другу относительно центральной оси (Х-Х) (фиг.1)

Точное количество и кодировка клавиш, вследствие любых подразумеваемых текстом заявки необходимых изменений, могут отличаться слегка между двумя половинами клавиатуры, таким образом не соблюдается точная симметрия.

Каждая секция включает две группы клавишных модулей.

Первая группа из 5-ти модулей предназначена для четырех смежных пальцев, причем указательному пальцу адресовано 2 модуля.

Вторая группа из 3-х модулей предназначена для большого пальца.

Взаимное расположение клавишных модулей в секции соответствует позиции каждого из пальцев руки, которую они принимают в естественном расслабленном состоянии по отношению к другим пальцам.

Модули в первой группе располагаются параллельно или радиально, под небольшим углом друг к другу, в пределах величины возможных смежных углов между протянутыми пальцами руки.

Модули второй группы располагаются в пределах диапазона движения большого пальца.

Каждому пальцу рук оператора соответствует предназначенный для него модуль или группа модулей.

Клавиши сгруппированы по назначению и характеру применения. Правая и левая секции клавиатуры включают в себя для каждого пальца в руке ассоциированную с ним группу клавиш ввода, которые размещены таким образом, что позволяют привести их в действие лишь крайне небольшим движением сгибания или выпрямления, в пределах естественного конуса движения, вершина которого располагается в основании пальца.

Три клавишных модуля в каждой из секций предназначены для больших пальцев и расположены под углом к модулям для четырех смежных пальцев руки в соответствии с естественным диапазоном подвижности больших пальцев.

Часть клавиатуры, достижимая для прикосновения каким-либо пальцем «X» руки оператора без изменения положения кисти и запястья, далее обозначается как «область «X» пальца».

Фиг.1. Область большого пальца в пределах правой секции включает модули «J», «К», «L».

Для приведения в действие любой клавиши из такой области достаточно лишь крайне небольшого движения пальца в свойственной ему траектории.

Порядок назначения символов и команд на клавиши обеспечивает их интуитивное простое запоминание и новый повышенный уровень удобства использования клавиатуры.

Клавиатура включает

две конструктивные части, далее обозначаемые как секции.

Секции содержат сгруппированные клавишные модули, в дальнейшем обозначаемые как модули, расположенные в соответствии с анатомическими особенностями кисти руки и обозначенные символами A, B, C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, O, P, R, (фиг.1);

помимо 2-х секций с клавишными модулями предусмотрены;

средство управления курсором – “track point” (на фиг.1 «S»);

колесо прокрутки – «wheel for vertical scroll of the display»”(на фиг.1 «U»);

стандартно применяемые функциональные клавиши “power”, “sleep”, “wake”, “windows”, “контекстное меню”;

стандартно применяемые световые индикаторы функциональных команд типа:

«num lock»; «caps lock»; «scroll lock» и пр.

Секции могут

1) выполняться в отдельных корпусах и располагаться произвольно относительно друг друга;

2) быть состыкованными посредством любого по конструкции узла, в т.ч. с возможностью изменения угла сочленения в одной и двух плоскостях, что позволяет складывать устройство до весьма компактных размеров.(порядка 100 см² и 200 см³) (фиг.3);

3) совмещаться в одном корпусе, представляя единую конструкцию.

Модули представлены двумя типами «А» и «В».

Модуль «А» – 3-позиционная клавиша, имеющая 3 контактные группы активации, соответствующие разным символам или командам обработки.

Модуль «В» состоит из комбинации модуля «А» и дополнительной 1-позиционной клавиши типа «С», предназначенной только для ввода команд обработки и функций.

На фиг.6 представлен вариант модуля «С» двунаправленного действия: оператор имеет возможности активации клавиши за счет незначительного вертикального и еще более малого горизонтального нажима.

Каждая секция клавиатуры содержит 4 модулей типа «А» и 4 модуля типа «В».

Т.о. клавиатура содержит клавишные модули, соотнесенные с группами буквенно-цифровых символов и командно-функциональных кодов, причем для ввода символа или команды достаточно только крайне небольшого движения пальца в поступательном или возвратном направлении, соответствующего его естественному движению выпрямления и сгибания, в то время как предплечье, запястье и ладонь остаются в исходном, постоянном базовом положении.

Для наконечников пальцев обеспечены постоянные точки опоры в состоянии отдыха на модулях, что является достаточным условием для достижения расслабления кисти руки.

Верхняя поверхность модуля содержит три области, соотнесенные с отдельными контактными группами и расположенные под разными углами к плоскости клавиатуры.

Форма клавишной поверхности обеспечивает уверенное позиционирование пальцев и малую амплитуду движения при вводе различных команд (фиг.5).

Конструкция клавишных модулей (см. фиг.3) такова, что позволяет значительно сократить физический объем клавиатуры. Это делает возможным ее применение в малых по формату мобильных устройствах.

Конструкция основных 3-позиционных (клавишных) модулей позволяет:

– располагать на них пальцы оператора в состоянии отдыха без самопроизвольного срабатывания клавиш;

– вводить различные команды, назначенные модулю, без потери контакта пальца оператора с клавишей, что сводит к минимуму амплитуду движений при активации;

– обеспечивает уверенный сенсорный тип навигации пальцев от одной необходимой клавиши к другой.

Для активации каждой из клавиш модуля необходимо только крайне небольшое движение ассоциированного ему пальца.

Активация различных частей модуля происходит за счет различных по типу: ударного (нажимного) и скользящего движений наконечника пальца.

Так, например, (язык ввода русский) на клавишном модуле «Р» усилием нажима, перпендикулярным плоскости клавиатуры, активируется символ «э»;

при скользящем движении наконечника пальца оператора параллельно плоскости клавиатуры активируется символ «ю» (за счет опрокидывания клавиши) в поступательном направлении и символ «я» в возвратном направлении соответственно.

При использовании емкостных электростатических клавиш результат достигается лишь касанием пальца пользователя соответствующих частей клавиши.

Средство управления курсором «track point», включенное в клавиатуру, содержит кнопку активации дополнительной функции 2-х клавиш (соответствующих по назначению правой и левой клавишам манипулятора «мышь»), конструктивно выполненную в виде колпачка «track point».

Управляя курсором посредством «track point», оператор понижает верхнюю плоскость колпачка «track point», что позволяет использовать клавиши «О» и «Р» как кнопки «мыши».

Таким образом, при нажатом состоянии ключа «S», клавиши «О» и «Р» выполняют функции левой и правой кнопок манипулятора «мышь» и соответственно в комплексе элементы клавиатуры «S»,«O» и «Р» полностью заменяют это устройство.

Редуцированным количеством клавиш полностью воспроизводится функциональность полноразмерной стандартной клавиатуры, причем для активации любого символа требуется нажатие не более чем 2-х клавиш одновременно или последовательно.

Большинство деталей устройства, известных по существующим конструкциям и проектам, исключены из описания (в том числе электронная схема декодирования, интерфейс канала связи, материалы изготовления комплектующих и т.п.)

Иллюстрации представляют устройство и его составные части в одном из возможных вариантов, но не исключают его других расположений, ориентации или компоновок, логически вытекающих из описания. Конструкция клавиатуры является достаточно адаптивной, чтобы использовать один ее типоразмер пользователями с различными физическими параметрами кистей рук.

Движения пальца при активации любой ассоциированной ему клавиши из базового положения лишены активной возвратной вертикальной составляющей, что позволяет снизить утомляемость оператора при длительной работе на 15-20%, что подтверждают тесты на скорость ввода при использовании известных типов механических клавиш.

Т.о. улучшена эргономика многократно повторяемых оператором движений нажима на поверхность клавиши, составляющих порядка 30% от общего объема движений рук.

Все основные функциональные клавиши продублированы на правой и левой секциях клавиатуры.

Новое размещение клавиш и группировка в назначении их кодов позволяют повысить эффективность работы пользователя.

Клавишный модуль имеет единую для 3-х клавиш верхнюю плоскость активации, которая должна быть понижена для приведения в действие, где различные ее области, соотнесенные с каждой из контактных групп, отличаются углом расположения к базовой плоскости клавиатуры.

На фиг.5 представлен модуль «А», реализованный в виде переключателя рокерного типа.

Конструкция обеспечивает дифференцированный безошибочный ввод символов и команд, назначенных модулю за счет крайне незначительного движения пальца без потери контакта с поверхностью клавиши. Существенной представляется особенность конструкции клавиши, позволяющая в нейтральном положении пальца, в интервалах между моментами его оперативных действий, распределять на нее естественный вес данной части руки без приведения клавиши в действие.

Величина сопротивления нажатию центральных клавиш такова, что позволяет размещать на них в состоянии отдыха пальцы рук оператора без срабатывания этих клавиш.

Устройство клавиатуры включает возможность использования клавишных модулей с различной величиной усилия активации, а также средства регулировки срабатывания (усилия давления для приведения в действие).

Элемент упругого сопротивления (резистное кольцо – далее «кольцо») (см. фиг.5, 7) может быть выполнено из различных материалов с стабильной величиной сопротивления деформации (вспененный каучук и пр.).

Различный типоразмер профиля кольца определяет ранговый показатель нагрузки, необходимой для срабатывания клавиши.

В комплект поставки клавиатуры может входить набор из дополнительных комплектов клавиш (отдельно колец с нанесенным клеевым слоем для монтажа на клавишу) с различной степенью жесткости типа «soft”, “medium”, «average»,”hard”.

Целью является возможность индивидуальной подстройки чувствительности клавиш, так как они являются опорными точками для наконечников пальцев оператора в положении отдыха.

Замена клавиши не требует специальных знаний или квалификации; ее съем и установка происходят путем легкой деформации элементов осевого качания клавиши.

Электросхема защищена изолирующей мембраной (см. фиг.5 )

Конструктивно клавиатура весьма проста как в производстве, так и в сборке-разборке и обеспечивает высокий уровень пылевлагозащищенности.

Составляющие элементы: двухслойная мембрана с электросхемой на фольгированных проводниках, корпус и его основание, 24 клавиши двух типоразмеров.

Таким образом, задачу подстройки чувствительности каждой из клавиш устройства любой пользователь может выполнять самостоятельно по своему усмотрению и без предварительной подготовки.

Значения символьных и командных соответствий клавиш могут быть нанесены на крышку корпуса, плоскость которой позволяет сделать это достаточно свободно.

Таким образом, при замене клавиш нет необходимости в их перемаркировке.

При желании, пользователь может установить клавиши различного цвета.

Подразумевается, что и другие известные способы изменения сопротивления клавиши могут быть использованы в предлагаемой клавиатуре.

Таблица 1 иллюстрирует в 2-х вариантах раскладки клавиатуры группировку значений клавиш и соответствие группы отдельной клавише ее активирующей – т.е. «активатору группы».

Модульный адрес – буквенно-цифровая комбинация, где буква означает индекс клавишного модуля; цифра – его конкретную контактную группу.

Таблица 2 показывает, что устройство имеет достаточное количество резервных клавиш, обозначенных в каждой из клавишных групп. Это позволяет уверенно говорить о больших возможностях дополнения таблицы иными символами и командами (при необходимости) без усложнения кодов ввода.

Таким образом, можно утверждать о достижении универсальности при применении новой конструкции клавиатуры.

Эффективность и удобство работы с устройством предоставляют оператору новые возможности. Как стандартные опции рассматриваются дополнение устройства звуковым сигналом в связи с вводом команды или символа и различные варианты интерфейса канала передачи данных (кабельного, радиочастотного, ультразвукового, оптического).

Очевидные модификации и изменения, не выходящие из рамок описания, рассматриваются как частные воплощения данного устройства.

Таким образом, выше описана клавиатура, которая имеет новые особенности и свойства, такие как: группировка символов; разграничение групп символов; расположение, конструкция и количество клавиш на клавиатуре; достигаемый этим уровень эффективности освоения и использования устройства.

ОПИСАНИЕ ТАБЛИЦ И ЧЕРТЕЖЕЙ:

Таблица 1 – группировка значений клавиш в 2-х вариантах раскладки клавиатуры.

Таблица 2 – раскладка значений клавиш устройства и назначения групп символов и команд на клавиши – активаторы.

Фиг.1 и 2 – активированы группы 2 и 7 (по умолчанию).

Фиг.3 – активированы группы 6 и 1.

Фиг.4 – активированы группы 5, 3 и 1.

Фиг.5 – активированы группы 8 и 1.

Фиг.6 – активированы группы 9 и 1.

Буквенные символы располагаются в алфавитном порядке.

Цифровые символы в соответствии с натуральной последовательностью.

Символы пунктуации – в зависимости от частоты использования.

Функциональные клавиши – в зависимости от частоты использования.

Чертежи иллюстрируют варианты реализации устройства, не исключая других его воплощений в рамках описания.

Таблицы 1 и 2 иллюстрируют назначения символов, функций и команд клавишам устройства.

Модули обозначены буквами английского алфавита.

Каждый модуль разделен на зоны срабатывания, различающиеся значениями ввода.

Индексация зоны срабатывания – буквенно-цифровая, где буква – наименование модуля, цифра от « » до « » – конкретная область модуля А, либо (от « » до « » ) модуля В

Индекс « » соответствует центральным областям клавиш (см. фиг.1) и 1-й строке в таблице назначения символов.

Индекс « » соответствует клавише типа «С», входящей в модуль типа «В».

Таким образом, сочетание типа J1 является модульным адресом команды, символа или активатора группы.

На фиг.1 клавишные модули выделены в группы по назначению

Функциональные модули – поддержка функции в течение промежутка времени активации (понижения поверхности клавиши для замыкания контакта) (Shift, Ctrl, Alt,)

Регистровые модули – переключение в режиме ON/OFF – (Caps Lock, Num Lock, F1-F12…)

Командные модули (Space, Back Space, Delete, Enter, Page Doun, Page Up, Print Screen, Scroll Lock, Pause Break, Insert, End, Home, Tab)

Символьные модули (буквы, цифры, знаки пунктуации, символы)

Дополнительные модули

Примечание: при активации регистровых клавиш «N4» и «J3» некоторые символьные модули дублируют командные.

Фиг.1 – план клавиатуры, расположение клавиш и кнопок.

А, В, С, D, Е, F, G, H, J, К, L, M, N, O, Р, R – клавишные модули рокерного типа.

В, С, G, H, J, K, O, P – тип А.

A, D, E, F, L, M, N, R – тип В.

«U» – колесо прокрутки «weel scroll».

«S» – «touch point».

«Power», «Sleep», «Wake» – стандартные клавиши с индикацией состояния.

Фиг.2 – схема положения рук оператора при работе на клавиатуре.

Примечание: внешний прямоугольник – лист формата А4.

Фиг.3 – компактное исполнение клавиатуры (вариант для мобильных устройств) Масштаб рисунка 1:1.

Фиг.4 – схема замыкания контактных групп модулем «А» (Стрелками обозначены векторы усилия активации).

Фиг.5 – модуль «А».

Фиг.6 – клавиша типа «С».

Фиг.7 – модуль «В» – план.

Фиг.8 – модуль «В» разрез.

Фиг.9 – схема рокерного переключателя модуля «А».

Фиг.10 – рокер модуля «А».

Условные обозначения на чертежах:

1 – основание корпуса клавиатуры;

2 – корпус клавиатуры;

3 – контактная группа электросхемы;

4 – корпус клавиши;

5 – упругий элемент изолирующей мембраны;

6 – изолирующая мембрана;

7 – резистное кольцо

(«b» ширина резистного кольца, задающая класс жесткости – уровня чувствительности клавиши);

8 – ось качания клавиши в рабочем положении;

9 – ось качания клавиши в момент съема и установки;

10 – рокер клавиши (задает амплитуду подвижности оси в вертикальной плоскости);

11 – демпфер рокера (может выполняться из любого материала со стабильной величиной сопротивления деформации) – обеспечивает возврат рокера в нейтральное положение при циклической нагрузке;

12 – лапка оси клавиши (позволяет снимать и устанавливать клавишу в модуль за счет своей упругой деформации).

Формула изобретения

1. Эргономическая клавиатура для ввода данных, содержащая клавишные модули рокерного типа командного и символьного назначений, стандартные клавиши Power, Sleep, Wake и средства индикации к ним, в которой редуцированным количеством клавиш полностью воспроизводится функциональность полноразмерной стандартной клавиатуры, а для активации любого символа требуется нажатие не более чем 2-х клавиш одновременно или последовательно без необходимости перемещения рук оператора относительно клавиатуры, клавиатура разделена на две секции, примерно симметричные друг другу относительно центральной оси (Х-Х), каждая из которых включает две группы клавишных модулей, отличающаяся тем, что первая из упомянутых групп состоит из пяти клавишных модулей, предназначенных для четырех смежных пальцев, причем указательному пальцу адресовано два клавишных модуля, а вторая из упомянутых групп состоит из трех клавишных модулей, предназначенных для большого пальца, взаимное расположение клавишных модулей в секции соответствует позиции каждого из пальцев руки, которое они принимают в естественном расслабленном состоянии по отношению к другим пальцам, клавишные модули в первой группе располагаются параллельно или радиально под небольшим углом друг к другу, в пределах величины возможных смежных углов между протянутыми пальцами руки, клавишные модули второй группы располагаются в пределах диапазона движения большого пальца, причем каждому пальцу рук оператора соответствует предназначенный для него клавишный модуль или группа клавишных модулей, вторая группа клавишных модулей в каждой из секций расположена под углом к клавишным модулям первой группы в соответствии с естественным диапазоном подвижности больших пальцев.

2. Эргономическая клавиатура по п.1, отличающаяся тем, что клавишные модули сгруппированы так, как указано на фиг.1, где позициями «А», «В», «С», «D», «Е», «F», «G», «H», «J», «К», «L», «М», «N», «О», «Р», «R» обозначены трехпозиционные клавишные модули, имеющие три контактные группы активации, соответствующие различным символам или командам обработки, причем клавишные модули, обозначенные позициями «А», «D», «Е», «F», «L», «М», «N», «R», содержат также 1-позиционные клавиши, предназначенные для ввода команд обработки и функций, «U» – колесо прокрутки, «S» – кнопка активации средства управления курсором.

3. Эргономическая клавиатура по п.2, отличающаяся тем, что при нажатии кнопки активации «S», клавиши «О» и «Р» выполняют функции правой и левой клавиш манипулятора «мышь».

4. Эргономическая клавиатура по п.1, отличающаяся тем, что клавиши командного назначения активируются однотипными движениями пальцев оператора, отличными от однотипных движений по активации клавиш символьного назначения.

5. Эргономическая клавиатура по п.1, отличающаяся тем, что обеспечивает возможность индивидуальной настройки чувствительности клавиш.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.06.2007

Извещение опубликовано: 27.01.2009 БИ: 03/2009