用于触觉反馈接口设备的有方向触觉反馈制造技术

在触觉反馈接口设备（２００）中提供的有方向触觉反馈。接口设备（２００）包括至少两个致动器组件（２０２，２０４），每个包括运动惯性质量（２０６／２１０）。以不同的幅值提供给致动器组件（２０２，２０４）的单个控制信号提供由用户感知的有方向惯性感觉。较大幅值波形能加到一个致动器（２０８／２１２），提供在外壳中具有大约对应于那个致动器的位置的方向的感觉。在另外实施例中，每个致动器组件包括转动惯性质量，且控制信号具有不同工作周期以提供有方向的感觉。为了功率消耗的效率，控制信号能在不同频率的工作周期中交错或脉动，以减少平均功率需求。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

Directional tactile feedback for haptic feedback interface devices

Directional tactile feedback provided in a haptic feedback interface device (200). The interface device (200) includes at least two actuator assemblies (202204) each including a moving inertia mass (206 / 210). A single control signal provided to the actuator assembly (202204) at different amplitudes provides a sense of directional inertia perceived by the user. A larger amplitude waveform can be applied to an actuator (208 / 212) to provide a sense of direction in the housing having a position corresponding to the actuator. In another embodiment, each actuator assembly includes a rotational inertia mass, and the control signal has a different duty cycle to provide a sense of direction. In order to improve the efficiency of power consumption, the control signal can be interleaved or pulsating at different frequencies in order to reduce the average power demand.

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术通常涉及人与计算机接口的接口设备，更具体地涉及使用户向计算机系统提供输入并使计算机向用户提供触觉反馈的计算机接口设备。用户能与由计算机显示的环境互动，在计算机上完成功能和任务。用于那样互动的通常人—机接口设备包括鼠标、游戏杆、跟踪球、游戏板、驾驶盘、指示笔、输入板、压敏球等，它们与计算机系统连接。通常，计算机响应用户对如游戏杆把手或鼠标那样的具体操纵器的操纵更新环境，并使用显示屏和声频嗽叭向用户提供视频和声频的反馈。计算机借助于向计算机发送位置信号的接口设备的传感器感知用户对操纵设备的操纵。在某些接口设备还向用户提供动觉力反馈或触觉反馈，这里常称为“触觉反馈——haptic feedback”。这些接口设备可以提供被操纵接口设备中的用户操纵器的用户感知的具体感觉。一个或多个马达或其他致计器连接到外壳或操纵器并连接到控制计算机系统。计算机系统通过发送控制信号或命令到各致动器控制各输出力与显示的事件及互动相协调。许多低价的触觉设备提供基于惯性(inertially-grounded)的触觉反馈，其中力相对于惯性质量发送并由用户感觉，而不是提供动感反馈，其中力相对于物理(地球)地直接输出到运动的操纵器的运动自由度上。例如，许多现在可得到的游戏板控制器包括带偏心质量的旋转马达，它配合在游戏中发生的事件输出力的感觉到控制器的外壳。在某些触觉鼠标设备中，鼠标的针，按键或外壳能按照控制光标与其他图形对象的互动而致动，用户通过接触那个外壳区域而感觉那些。那样的不贵的触觉控制器的一个问题是它们将不同类型的力的感觉传递给用户的能力有限。更希望有那样设备，它在协调和调节触觉感知的感觉上为开发者提供更大的灵活性。此外，现在可得到的惯性控制器只能在转动质量的一般方向上提供输出脉冲和振动。对用户那样感知的感觉好象它们不在任何特定方向上输出而简单地输出到设备的外壳。然而，在游戏和计算机实现的环境中的许多事件是基于方向的。并将从当前的惯性触觉设备不能提供的触觉感知的方向性得到好处。
技术实现思路
本专利技术的目的是在触觉反馈接口设备中提供有方向的触觉反馈。还叙述了用于那样有方向反馈的触觉设备的有创造力的功率—效率特征。更具体说来，本专利技术的接口设备为用户提供有方向的触觉反馈，此接口设备与主计算机通讯。该设备包括与用户物理上接触的外壳和至少一个检测用户输入的传感器。至少有两个致动器组件，每个包括运动的惯性质量并放置在外壳中引起在外壳上有方向的惯性感觉。一个控制信号以不同的幅值加到致动器组件中每一个，提供被用户感知的有方向惯性感觉。最好，波形的较大幅值加到致动器组件中特定的一个以提供具有几乎对应于外壳中该特定致动器组件位置的方向的感觉，例如较大的幅值施加到左致动器组件以提供具有左边方向的感觉。可以包括一个当地处理器，它从计算机接收高级命令并控制致动器组件。高级命令可包括平衡参数，它指出在致动器组件之间如何分配电流以提供沿致动器组件之间的轴有方向惯性感觉的所希望的位置。致动器组件能线性振动所述惯性质量，或转动偏心的转动质量。控制信号能分成两个控制信号，一个与另一个异相，且每个送到一个致动器组件。本专利技术的方法类似地能输出有方向的惯性感觉。在本专利技术的另一方面，接口设备向用户提供有方向的触觉反馈并包括物理上与用户接触的外壳，和至少一个用于检测用户输入的传感器。至少有两个致动器组件，每个包括单向驱动的转动惯性质量。致动器组件定位在外壳中引起在外壳上有方向惯性感觉，其中控制信号在不同工作循环加到每个致动器组件以提供由用户感知的有方向惯性感觉。例如，控制信号命令的幅值能加到致动器组件的左边一个以提供具有左边方向的感觉；类似地能对右边方向提供控制。能使用包含平衡参考的高级命令，指出在致动器组件之间如何分配输出振动幅值。一个控制信号与另一个异相。控制信号也能互相交错，使得控制信号永远不会同时打开。另外，当一个控制信号同时与另一个一样打开时，一个或两个信号是以预定频率和工作循环脉动以减少致动器组件的平均功率需求。本专利技术的方法类似地允许输出有方向的惯性感觉。本专利技术有益地使用低价致动器提供用于触觉反馈设备的有方向触觉反馈感觉。这些感觉允许在此类触觉设备中有各种各样的感觉，使能体验到玩游戏或与用户更多完成的其他类型的计算机应用的互动。功率效率的特征也允许低功率设备的实施例能提供这里揭示的有方向触觉感觉。在阅读本专利技术的下列说明和研究若干附图以后本专利技术的这些和其他优点对业内的熟练人员将变得十分明白。附图概述附图说明图1是适用于本专利技术的游戏板触觉反馈系统的立体图；图2a和2b分别是包括两个提供有方向惯性反馈的致动器的触觉接口设备的一个实施例的顶视平面剖视图及侧向立面视图；图3是功能概略图，示出用于图2a-2b的两个致动器实施例的本专利技术的控制方法；图4是接口设备的概略表示和用户感觉合成的惯性力的可能的大概位置；图5a和5b分别是包括两个致动器和转动惯性质量的触觉接口设备的另一个实施例的顶视平面剖视图和侧向立面视图；图6是示出希望的正弦波振动和提供那样振动的控制信号的时间与幅值关系的图；图7是示出希望的正弦波振动和提供那样振动的控制信号的时间与幅值关系的另一个例子的图；图8a和8b是示出用于借助两个不同致动器组件转动质量并独立地控制幅值和频率的控制信号的图；图9a，9b和9c是示出对具有不同频率和/或重叠的控制信号的本专利技术的功率分配方法的图；图10a、10b、10c、10d是示出在本专利技术的控制方法中为提供有方向触觉反馈的控制信号的图，和图11是一方框图，示出适用于本专利技术的触觉反馈系统的一个实施例。较佳实施例的详细描述图1是适用于本专利技术的触觉反馈接口系统10的立体图，它能根据用户对设备的操纵提供输入给主计算机，并能根据在主计算机实现的程序中发生的事件提供触觉反馈给系统的用户。系统10作为游戏板系统10的示例性形式示出，包括游戏板接口设备12和主计算机14。游戏板设备12是手持控制器的形式，并具有当前可用于视频游戏操纵台系统的许多游戏板类似的形状和大小。接口设备10的外壳15的形状适合于两手在抓握的凸块16a和16b处抓住设备。在所述的实施例中，用户用他或她的手指选取在设备12上的各种控制。在另一些实施例中，接口设备可采取广泛的形式，包括放置在桌面或其他表面的设备，直立拱廊形游戏机，膝顶设备其它或穿戴在人身上的、手持式或用户单手使用的设备等。在设备12上能包括一块方向板18，允许用户给主计算机14提供方向输入。在具大多数普通的实施中，方向板18大致形如十字头或具有四个延伸物或从中心点以90％为间隔伸出的方向位置，其中用户能按压一个延伸物20以提供方向输入信号给主计算机作为对应的方向。在设备12中包括一个或多个指状游戏杆，它凸出在外壳15的表面由用户在一个或多个自由度上操纵。例如，用户能抓住设备的每个把手部分16a和16b，并使用一个姆指或于指在两个自由度(在某些实施例为3个或多个自由度)操纵游戏杆26。此动作转换成提供给主计算机14的输入信号，并能取与方向板18提供的信号不同的信号。在某些实施例中，对游戏杆能够提供另外的线性或旋转自由度。在其它实施例中，替代游戏杆或除此以外提供一个球，其中球的一个或多个部分能伸出外壳15的左，右，顶和/或底边，使得用户能在两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为用户提供有方向触觉反馈的接口设备，其特征在于，所述接口设备与主计算机通讯，该设备包括：物理上与用户接触的外壳；至少一个用于检测所述用户来的用户输入的传感器；和至少两个连结到所述外壳的致动器组件，所述致动器组件的每一个包括运 动惯性质量，其中所述致动器组件定位于所述外壳中，引起在所述外壳上有方向的惯性感觉，其中对每个所述致动器组件以不同的幅值提供单个控制信号，给出由所述用户感知的所述有方向惯性感觉。

【技术特征摘要】
US 2000-9-28 60/236,417;US 2000-10-23 60/242,9181.一种为用户提供有方向触觉反馈的接口设备，其特征在于，所述接口设备与主计算机通讯，该设备包括物理上与用户接触的外壳；至少一个用于检测所述用户来的用户输入的传感器；和至少两个连结到所述外壳的致动器组件，所述致动器组件的每一个包括运动惯性质量，其中所述致动器组件定位于所述外壳中，引起在所述外壳上有方向的惯性感觉，其中对每个所述致动器组件以不同的幅值提供单个控制信号，给出由所述用户感知的所述有方向惯性感觉。2.如权利要求1的接口设备，其特征在于，所述波形的较大幅值加到所述致动器组件的特定的一个，提供在所述外壳中大致对应于所述特定致动器组件的位置的有方向的感觉。3.如权利要求2的接口设备，其特征在于，较大幅值的所述波形加到所述致动器组件的左边一个，提供具有左方向的感觉，其中较大幅值的所述波形加到所述致动器组件的右边一个。产生具有右方向的感觉。4.如权利要求1的接口设备，其特征在于，还包括当地处理器，它从所述计算机接收高级命令并按所述高级命令控制所述致动器组件。5.如权利要求4的接口设备，其特征在于所述高级命令包括平衡参数，所述平衡参数指出在所述的致动器组件之间如何分配输出电流，提供沿所述致动器组件之间的轴的所述有方向惯性感觉的希望的位置。6.如权利要求5的接口设备，其特征在于，所述高级命令包括用于指定所述惯性感觉的频率与幅值的频率和幅值参数，所述频率和幅值是互相独立的。7.如权利要求5的接口设备，其特征在于，所述高级命令包括至少一个用于指定所述惯性感觉上的包络的包络参数，所述的包络修改所述惯性感觉的幅值。8.如权利要求1的接口设备，其特征在于，每个所述致动器组件线性地振荡所述惯性质量。9.如权利要求8的接口设备，其特征在于，所述控制信号是谐波的，并在两个方向上驱动所述惯性质量。10.如权利要求1的接口设备，其特征在于，所述控制信号分成两个控制信号，一个所述控制信号与另一控制信号异相，每个控制信号送到所述致动器组件的一个。11.如权利要求1的接口设备，其特征在于，每个所述的致动器组件转动所述的惯性质量。12.如权利要求11的接口设备，其特征在于，所述的惯性质量只在一个转动方向转动。13.如权利要求12的接口设备，其特征在于，由每个所述致动器组件产生的每个分别的惯性感觉的幅值和频率能互相独立的调节。14.如权利要求1的接口设备，其特征在于，所述外壳包括两个把手，其中每个所述致动器组件在一个所述把手之中。15.一种为用户提供有方向触觉反馈的接口设备，其特征在于，所述接口设备按计算机的显示提供所述触觉反馈，该设备包括物理上与所述用户接触的外壳；至少一个用于检测所述用户来的用户输入的传感器；和至少两个连结到所述外壳的致动器组件，每个所述致动器组件包括单方向驱动的转动惯性质量，其中所述致动器组件位于所述外壳中引起在所述外壳的有方向惯性感觉，其中控制信号在不同的工作周期加到每个所述致动器组件，给出由所述用户感知的有方向惯性感觉。16.如权利要求14的接口设备，其特征在于，所述控制信号的命令的幅值加到所述致动器组件的左边一个，提供具有左方向的感觉，而所述控制信号的命令的幅值加到所述致动器组件的右边一个，提供具有右方向的感觉。17.如权利要求15的接口设备，其特征在于，还包括一个当地处理器，它从所述计算机接收高级命令并按所述高级命令控制所述致动器组件。18.如权利要求17的接口设备，其特征在于，所述高级命令包括平衡参数，所述平衡参数指出在所述致动器组件之间如何分配输出振动幅值，以给出沿所述致动器组件之间的轴的所述有方向惯性感觉的所希望的位置。19.如权利要求18的接口设备，其特征在于，所述高级命令包括用于指定所述惯性感觉的频率与幅值的频率和幅值参数，所述的频率和幅值是互相独立的。20.如权利要求18的接口设备，其特征在于，所述高级命令包括至少一个用于指定所述惯性感觉上的包络的包络参数，所述包络修改所述惯性...

【专利技术属性】
技术研发人员：AC布劳恩，LB罗森伯格，DF摩尔，KM马汀，AS戈登堡，
申请(专利权)人：伊默逊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]