TWI887121B

TWI887121B - 避免過度使用的手寫控制系統及其方法

Info

Publication number: TWI887121B
Application number: TW113135553A
Authority: TW
Inventors: 楊錦華
Original assignee: 南開科技大學
Priority date: 2024-09-19
Filing date: 2024-09-19
Publication date: 2025-06-11

Abstract

一種避免過度使用的手寫控制系統及其方法，透過觸控顯示器感應手寫輸入，並且接收來自手寫筆的使用狀態、運動狀態、禁能信號和致能信號，當觸控顯示器接收到禁能信號時，禁能感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，直到接收到致能訊號為止，當接收到使用狀態時，顯示接收到的使用狀態，其中，手寫筆持續通過傳感器感測使用狀態及運動狀態，以便比對是否與休息條件及手腕運動特徵相匹配，進而根據比對結果產生禁能信號及致能信號以傳送至觸控顯示器，用以達成提高手寫效率及降低手寫疲勞之技術功效。

Description

避免過度使用的手寫控制系統及其方法

本發明涉及一種手寫控制系統及其方法，特別是避免過度使用的手寫控制系統及其方法。

近年來，隨著觸控顯示器及手寫筆的普及與蓬勃發展，各種基於這些設備的應用便如雨後春筍般湧現，然而，長時間使用這些設備容易引發手腕疲勞和不適。

一般而言，傳統的手寫輸入方式主要是依賴使用者手持手寫筆在觸控顯示器上進行書寫，並且通過觸控顯示器感應手寫輸入來完成。然而，觸控顯示器的書寫平面及手寫筆的筆尖都是非常堅硬的材質，手寫舒適度遠遠不如在紙張上書寫，所以手腕更容易出現疲勞，進而影響書寫的效率，故具有手寫效率不佳且容易疲勞的問題。

有鑑於此，便有廠商提出改良手寫筆的筆尖材質的技術手段，通過使用較為柔軟的材質來降低手寫時的手腕疲勞，但是手腕疲勞的主要原因往往是長時間書寫所造成，由手寫筆的筆尖材質所造成的影響相對較小，故此方式雖然能夠稍微提高手寫舒適性，但在長期而言，仍然不足以解決手寫效率不佳且容易疲勞的問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在手寫效率不佳且容易疲勞之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

本發明揭露一種避免過度使用的手寫控制系統及其方法。

首先，本發明揭露一種避免過度使用的手寫控制系統，此系統包含：觸控顯示器及手寫筆。其中，觸控顯示器具有多個感應器以感應手寫輸入，以及接收使用狀態、運動狀態、禁能信號及致能信號，當接收到禁能信號時，禁能感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，當接收到致能信號時，致能感應器以恢復感應手寫輸入，當接收到使用狀態時，顯示使用狀態。接著，在手寫筆的部分，其具有無線傳輸功能，此手寫筆包含：多個傳感器、儲存元件及硬體處理器。其中，所述傳感器用以持續感測寫字速度、筆尖壓力及使用時間以作為使用狀態，以及持續感測三維加速度數據及角速度數據以作為運動狀態；所述儲存元件用以儲存休息條件與手腕運動特徵；以及硬體處理器連接傳感器及儲存元件，並且執行多個控制指令，使所述硬體處理器被配置為：持續將使用狀態傳送至觸控顯示器；比對使用狀態與休息條件，當使用狀態滿足休息條件時，產生禁能信號且傳送至觸控顯示器；以及在禁能信號產生後，比對運動狀態與手腕運動特徵是否相符，若是，產生致能信號且傳送至觸控顯示器。

另外，本發明還揭露一種避免過度使用的手寫控制方法，其步驟包括：觸控顯示器具有多個感應器以感應手寫筆的手寫輸入，其中，所述手寫筆具有無線傳輸功能且儲存休息條件與手腕運動特徵；手寫筆持續感測寫字速度、筆尖壓力及使用時間以作為使用狀態，以及持續感測三維加速度數據及角速度數據以作為運動狀態，並且持續將使用狀態及運動狀態傳送至觸控顯示器以進行顯示；手寫筆比對使用狀態與休息條件，當使用狀態滿足休息條件時，產生禁能信號且傳送至觸控顯示器；觸控顯示器接收到禁能信號時，禁能所述感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動；手寫筆在禁能信號產生後，比對運動狀態與手腕運動特徵是否相符，若是，產生致能信號且傳送至觸控顯示器；以及觸控顯示器接收到致能信號時，致能所述感應器以使觸控顯示器恢復感應手寫筆的手寫輸入。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過觸控顯示器感應手寫輸入，並且接收來自手寫筆的使用狀態、運動狀態、禁能信號和致能信號，當觸控顯示器接收到禁能信號時，禁能感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，直到接收到致能訊號為止，當接收到使用狀態時，顯示接收到的使用狀態，其中，手寫筆持續通過傳感器感測使用狀態及運動狀態，以便比對是否與休息條件及手腕運動特徵相匹配，進而根據比對結果產生禁能信號及致能信號以傳送至觸控顯示器。

透過上述的技術手段，本發明可以達成提高手寫效率及降低手寫疲勞之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

請先參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明避免過度使用的手寫控制系統之系統方塊圖，此系統包含：觸控顯示器110及手寫筆120。其中，觸控顯示器110具有多個感應器以感應手寫輸入，以及接收使用狀態、運動狀態、禁能信號及致能信號，當接收到禁能信號時，禁能感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，當接收到致能信號時，致能感應器以恢復感應手寫輸入，當接收到使用狀態時，顯示使用狀態。在實際實施上，在觸控顯示器110接收到禁能信號後，可以通過全螢幕的方式顯示保健提示訊息，此保健提示訊息可包含用於指導手腕運動的文字、圖像、視訊至少其中之一，用以協助使用者正確地進行手腕運動，同時還可避免使用者繼續以觸控操作方式使用觸控顯示器110。

接著，在手寫筆120的部分，其具有無線傳輸功能，所述手寫筆120包含：多個傳感器（121a~121n）、儲存元件122及硬體處理器123。其中，所述傳感器（121a~121n）用以持續感測寫字速度、筆尖壓力及使用時間以作為使用狀態，以及持續感測三維加速度數據及角速度數據以作為運動狀態。在實際實施上，所述傳感器（121a~121n）可包含速度傳感器、筆尖壓力傳感器及使用時間傳感器，其中，所述速度傳感器用以感測寫字速度，所述筆尖壓力傳感器用以感測筆尖壓力，所述使用時間傳感器用以記錄使用時間。另外，所述無線傳輸功能可以通過如：藍牙、Wi-Fi、Zigbee、LoRa（Long Range）或其相似技術等等來實現。

所述儲存元件122用以儲存休息條件與手腕運動特徵。在實際實施上，所述休息條件可包含手寫持續時間、筆尖壓力閾值及寫字速度閾值，當使用時間超過手寫持續時間、筆尖壓力超過筆尖壓力閾值及寫字速度超過寫字速度閾值至少其中之一時，硬體處理器123視為使用狀態滿足休息條件。另外，所述手腕運動特徵可包含手腕在預定時間（如：以小時、分鐘或秒為單位）內的移動速度及角度範圍，當預定時間內，三維加速度數據超過移動速度且角速度數據超過角度範圍時，硬體處理器123視為運動狀態與手腕運動特徵相符。實際上，所述儲存元件122可包含非揮發性記憶體或其相似物。

所述硬體處理器123連接傳感器（121a~121n）及儲存元件122，並且執行多個控制指令，使所述硬體處理器123被配置為：持續將使用狀態傳送至該觸控顯示器；比對使用狀態與休息條件，當使用狀態滿足休息條件時，產生禁能信號且傳送至觸控顯示器110；以及在禁能信號產生後，比對運動狀態與手腕運動特徵是否相符，若是，產生致能信號且傳送至觸控顯示器110。特別要說明的是，在實際實施上，本發明的硬體處理器123可部分地或完全地基於硬體來實現，例如，透過積體電路晶片、系統單晶片（System on Chip, SoC）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）、現場可程式邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）等硬體處理器（Hardware Processor）來實現。所述控制指令可以通過組合語言指令、指令集架構指令、機器指令、機器相關指令、微指令、韌體指令、或者以一種或多種程式語言的任意組合編寫以形成邏輯電路，所述程式語言包括物件導向的程式語言，如：Common Lisp、Python、C++、Objective-C、Smalltalk、Delphi、Java、Swift、C#、Perl、Ruby與PHP等，以及常規的程序式（Procedural）程式語言，如：C語言或類似的程式語言。

請參閱「第2A圖」及「第2B圖」，「第2A圖」及「第2B圖」為本發明避免過度使用的手寫控制方法之方法流程圖，其步驟包括：觸控顯示器110具有多個感應器以感應手寫筆120的手寫輸入，其中，所述手寫筆120具有無線傳輸功能且儲存休息條件與手腕運動特徵（步驟210）；手寫筆120持續感測寫字速度、筆尖壓力及使用時間以作為使用狀態，以及持續感測三維加速度數據及角速度數據以作為運動狀態，並且持續將使用狀態及運動狀態傳送至觸控顯示器110以進行顯示（步驟220）；手寫筆120比對使用狀態與休息條件，當使用狀態滿足休息條件時，產生禁能信號且傳送至觸控顯示器110（步驟230）；觸控顯示器110接收到禁能信號時，禁能所述感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動（步驟240）；手寫筆120在禁能信號產生後，比對運動狀態與手腕運動特徵是否相符，若是，產生致能信號且傳送至觸控顯示器110（步驟250）；以及觸控顯示器110接收到致能信號時，致能所述感應器以使觸控顯示器110恢復感應手寫筆120的手寫輸入（步驟260）。透過上述步驟，即可透過觸控顯示器110感應手寫輸入，並且接收來自手寫筆120的使用狀態、運動狀態、禁能信號和致能信號，當觸控顯示器110接收到禁能信號時，禁能感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，直到接收到致能訊號為止，當接收到使用狀態時，顯示接收到的使用狀態，其中，手寫筆120持續通過傳感器感測使用狀態及運動狀態，以便比對是否與休息條件及手腕運動特徵相匹配，進而根據比對結果產生禁能信號及致能信號以傳送至觸控顯示器110。

以下配合「第3圖」及「第4圖」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「第3圖」，「第3圖」為應用本發明在滿足休息條件時，要求使用者進行手腕運動之示意圖。當使用者手持手寫筆320在觸控顯示器310上進行書寫時，手寫筆320會通過傳感器持續感測使用者的寫字速度、書寫時的筆尖壓力及書寫的使用時間等等一併作為使用狀態，以及持續感測三維加速度數據（如：通過三維加速度計獲得）及角速度數據（如：通過陀螺儀獲得）以作為運動狀態。接著，手寫筆320會比對使用狀態與休息條件，當使用狀態滿足休息條件（例如：使用時間超過預設的手寫持續時間、筆尖壓力超過預設的筆尖壓力閾值、寫字速度超過預設的寫字速度閾值等等）時，手寫筆320會產生禁能信號且傳送至觸控顯示器110，使觸控顯示器110禁能位於螢幕下方的感應器以停止感應手寫輸入，同時如「第3圖」所示意，驅動觸控顯示器310使用全螢幕方式顯示保健提示訊息311以要求使用者在手持手寫筆320的狀態下進行手腕運動，如：握拳向上手臂伸展、握拳內縮、握拳伸直等等，引導使用者握持手寫筆進行運動。此時，使用者可以根據顯示的保健提示訊息311進行相應的手腕運動。由於進行手腕運動時與進行書寫時的動作差異甚大，所以手寫筆320能夠通過比對感測到的運動狀態與手腕運動特徵是否相符，用以識別使用者是否實際進行相應的手腕運動，若是，則產生致能信號且傳送致觸控顯示器110，使觸控顯示器110致能感應器以恢復感應手寫筆320的手寫輸入。要補充說明的是，在顯示保健提示訊息311時，亦可同時顯示運動狀態與手腕運動特徵的設定之差距，以供使用者清楚得知要如何改善以滿足手腕運動特徵的設定，舉例來說，可先根據運動狀態的角速度數據通過積分計算手腕的角度變化，以及通過三維坐標系計算手腕的旋轉方向，再判斷是否落入手腕運動特徵的角度範圍內，若否，則顯示兩者的差距，例如：以文字顯示「向下還差5度」。

如「第4圖」所示意，「第4圖」為應用本發明設定休息條件及手腕運動特徵之示意圖。在實際實施上，使用者可通過觸控顯示器110開啟設定視窗400，並且在休息條件設定區塊（411a~411c）中分別設定手寫持續時間、筆尖壓力閾值及寫字速度閾值。同樣地，亦可在手腕運動特徵設定區塊（421a~421c）中分別設定手腕運動特徵，並且在設定完成後點選確定元件430以儲存設定。通過設定上述休息條件及手腕運動特徵，可允許針對不同使用者的情況進行客製化設定，舉例來說，有的使用者持續書寫30分鐘便會感到疲勞，有個使用者則持續書寫10分鐘便會感到疲勞。因此，使用者可以自行設定適合自己的休息條件。同樣地，倘若使用者無法做過於激烈的手腕運動，可以在手腕運動特徵設定區塊421b中設定較小的角度範圍，反之，倘若使用者覺得過小的角度範圍無法達到伸展或運動的效果，則可設定較大的角度範圍。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過觸控顯示器感應手寫輸入，並且接收來自手寫筆的使用狀態、運動狀態、禁能信號和致能信號，當觸控顯示器接收到禁能信號時，禁能感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，直到接收到致能訊號為止，當接收到使用狀態時，顯示接收到的使用狀態，其中，手寫筆持續通過傳感器感測使用狀態及運動狀態，以便比對是否與休息條件及手腕運動特徵相匹配，進而根據比對結果產生禁能信號及致能信號以傳送至觸控顯示器，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提高手寫效率及降低手寫疲勞之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

110:觸控顯示器 120:手寫筆 121a~121n:傳感器 122:儲存元件 123:硬體處理器 310:觸控顯示器 311:保健提示訊息 320:手寫筆 400:設定視窗 411a~411c:休息條件設定區塊 421a~421c:手腕運動特徵設定區塊 430:確定元件步驟210:觸控顯示器具有多個感應器以感應一手寫筆的手寫輸入，其中，該手寫筆儲存一休息條件與一手腕運動特徵步驟220:該手寫筆持續感測寫字速度、筆尖壓力及使用時間以作為一使用狀態，以及持續感測一三維加速度數據及一角速度數據以作為一運動狀態，並且持續將該使用狀態及該運動狀態傳送至該觸控顯示器以進行顯示步驟230:該手寫筆比對該使用狀態與該休息條件，當該使用狀態滿足該休息條件時，產生一禁能信號且傳送至該觸控顯示器步驟240:該觸控顯示器接收到該禁能信號時，禁能所述感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示一保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動步驟250:該手寫筆在該禁能信號產生後，比對該運動狀態與該手腕運動特徵是否相符，若是，產生一致能信號且傳送至該觸控顯示器步驟260:該觸控顯示器接收到該致能信號時，致能所述感應器以使該觸控顯示器恢復感應該手寫筆的手寫輸入

第1圖為本發明避免過度使用的手寫控制系統之系統方塊圖。第2A圖及第2B圖為本發明避免過度使用的手寫控制方法之方法流程圖。第3圖為應用本發明在滿足休息條件時，要求使用者進行手腕運動之示意圖。第4圖為應用本發明設定休息條件及手腕運動特徵之示意圖。

110:觸控顯示器

120:手寫筆

121a~121n:傳感器

122:儲存元件

123:硬體處理器

Claims

一種避免過度使用的手寫控制系統，該系統包含：一觸控顯示器，具有多個感應器以感應手寫輸入，以及接收一使用狀態、一運動狀態、一禁能信號及一致能信號，其中，當接收到該禁能信號時，禁能所述感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示一保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動，當接收到該致能信號時，致能所述感應器以恢復感應手寫輸入，當接收到該使用狀態時，顯示該使用狀態；以及一手寫筆，具有無線傳輸功能，該手寫筆包含：多個傳感器，用以持續感測一寫字速度、一筆尖壓力及一使用時間以作為該使用狀態，以及持續感測一三維加速度數據及一角速度數據以作為該運動狀態；一儲存元件，用以儲存一休息條件與一手腕運動特徵；以及一硬體處理器，連接所述傳感器及該儲存元件，並且執行多個控制指令，使該硬體處理器被配置為：持續將該使用狀態傳送至該觸控顯示器；比對該使用狀態與該休息條件，當該使用狀態滿足該休息條件時，產生該禁能信號且傳送至該觸控顯示器；以及在該禁能信號產生後，當使用者握持該手寫筆且根據顯示的所述保健提示訊息進行相應的手腕運動時，將所述傳感器感測到的該運動狀態與儲存在該儲存元件的該手腕運動特徵進行比對以判斷是否相符，若是，產生該致能信號且傳送至該觸控顯示器。
如請求項1之避免過度使用的手寫控制系統，其中所述傳感器包含一速度傳感器、一筆尖壓力傳感器及一使用時間傳感器，其中，該速度傳感器用以感測所述寫字速度，該筆尖壓力傳感器用以感測所述筆尖壓力，該使用時間傳感器用以記錄所述使用時間。
如請求項1之避免過度使用的手寫控制系統，其中所述休息條件包含一手寫持續時間、一筆尖壓力閾值及一寫字速度閾值，當該使用時間超過該手寫持續時間、該筆尖壓力超過該筆尖壓力閾值及該寫字速度超過該寫字速度閾值至少其中之一時，視為該使用狀態滿足該休息條件。
如請求項1之避免過度使用的手寫控制系統，其中所述手腕運動特徵包含手腕在一預定時間內的一移動速度及一角度範圍，當該預定時間內，該三維加速度數據超過該移動速度且該角速度數據超過該角度範圍時，視為該運動狀態與該手腕運動特徵相符。
如請求項1之避免過度使用的手寫控制系統，其中該觸控顯示器接收到所述禁能信號後，以全螢幕的方式顯示所述保健提示訊息，所述保健提示訊息包含用於指導手腕運動的文字、圖像、視訊至少其中之一，用以協助使用者正確地進行手腕運動。
一種避免過度使用的手寫控制方法，其步驟包括：一觸控顯示器具有多個感應器以感應一手寫筆的手寫輸入，其中，該手寫筆具有無線傳輸功能且儲存一休息條件與一手腕運動特徵；該手寫筆持續感測寫字速度、筆尖壓力及使用時間以作為一使用狀態，以及持續感測一三維加速度數據及一角速度數據以作為一運動狀態，並且持續將該使用狀態及該運動狀態傳送至該觸控顯示器以進行顯示；該手寫筆比對該使用狀態與該休息條件，當該使用狀態滿足該休息條件時，產生一禁能信號且傳送至該觸控顯示器；該觸控顯示器接收到該禁能信號時，禁能所述感應器以停止感應手寫輸入，同時顯示一保健提示訊息以要求使用者進行手腕運動；該手寫筆在該禁能信號產生後，當使用者握持該手寫筆且根據顯示的所述保健提示訊息進行相應的手腕運動時，該手寫筆比對該運動狀態與該手腕運動特徵是否相符，若是，產生一致能信號且傳送至該觸控顯示器；以及該觸控顯示器接收到該致能信號時，致能所述感應器以使該觸控顯示器恢復感應該手寫筆的手寫輸入。
如請求項6之避免過度使用的手寫控制方法，其中該手寫筆包含一速度傳感器、一筆尖壓力傳感器及一使用時間傳感器，其中，該速度傳感器用以感測所述寫字速度，該筆尖壓力傳感器用以感測所述筆尖壓力，該使用時間傳感器用以記錄所述使用時間。
如請求項6之避免過度使用的手寫控制方法，其中所述休息條件包含一手寫持續時間、一筆尖壓力閾值及一寫字速度閾值，當該使用時間超過該手寫持續時間、該筆尖壓力超過該筆尖壓力閾值及該寫字速度超過該寫字速度閾值至少其中之一時，視為該使用狀態滿足該休息條件。
如請求項6之避免過度使用的手寫控制方法，其中所述手腕運動特徵包括手腕在一預定時間內的一移動速度及一角度範圍，當該預定時間內，該三維加速度數據超過該移動速度且該角速度數據超過該角度範圍時，視為該運動狀態與該手腕運動特徵相符。
如請求項6之避免過度使用的手寫控制方法，其中該觸控顯示器接收到所述禁能信號後，以全螢幕的方式顯示所述保健提示訊息，所述保健提示訊息包含用於指導手腕運動的文字、圖像、視訊至少其中之一，用以協助使用者正確地進行手腕運動。