[发明专利]用于触觉反馈接口设备的有方向触觉反馈

说明书

发明背景

本发明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。

发明内容

本发明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，本发明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。本发明的方法类似地能输出有方向的惯性感觉。

在本发明的另一方面，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。本发明的方法类似地允许输出有方向的惯性感觉。

本发明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。

在阅读本发明的下列说明和研究若干附图以后本发明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