[发明专利]用于触觉反馈设备的数字包络调制器

说明书

技术领域

本发明通常涉及触觉反馈设备的控制。

背景技术

在各种应用中，与电子和机械设备相互作用的人机接口以及对于 更自然、易于使用和信息化接口的需求是永远关注的事。一种这种应 用是与计算机生成的环境，诸如游戏、模拟和应用程序相互作用。计 算机输入设备，诸如鼠标和轨迹球通常用来控制图形环境中的光标并 且在这些应用中提供输入。在便携式计算机或电子设备中，诸如膝上 型计算机或个人数字助理(PDA)，鼠标通常占用太大的工作空间而不 切实际。用于便携式计算机的通用设备是“触摸板”或触摸屏，它们 是小的矩形、平面板，通过各种感知技术的任何一种，感知指点对象 的位置。

在一些接口设备中，也将触觉反馈提供给用户。这些类型的接口 设备能提供由操作接口设备的用户对象(也称为操纵装置 (manipulandum))的用户感受到的物理感觉。一个或多个马达或其他 类型的致动器耦合到设备外壳或操纵装置并连接到控制计算机系统。 与显示的事件相配合，计算机系统控制由致动器输出的力。由此，当 用户正握住或接触接口设备或可操作对象或操纵装置时，配合其他提 供的反馈，计算机系统能将物理力感觉传达给用户。

在许多触觉反馈设备中，触觉反馈采用在外壳和/或操纵装置上输 出振动、摇动或脉冲的形式。由此由用户感受为提供额外反馈和增强 交互体验的触感。例如，许多游戏杆设备包括在游戏杆或相关对象上 产生惯性振动的自转偏心块。诸如来自罗技(Logitech Corporation)的 动感旋貂(I-Feel Mouse)，其他设备使用线性移动块来提供惯性振动。 而其他的设备可以用致动器撞击或直接移动外壳或对象来振动外壳或 对象，致动器例如为压电设备等等。

当前触觉反馈设备的一个问题是输出给用户的触感在特定频率范 围中倾向于更高效，而在其他频率范围中则更低效，由此在宽的频率 范围上，使触觉感觉对用户来说感到不稳定和不一致，而且要求不一 致的驱动功率和输入的量。不一致性是许多变量的函数，包括被振动 的设备及其各种组件的技术性细节，部分基于这些组件的交互和排列。 固有地，每一这种设备具有一个或多个谐振频率，该设备在该谐振频 率发生谐振，该谐振频率提供最佳响应以引起致动，诸如以所述一个 或多个谐振频率振动。谐振频率能够被改变并且其由能够因位置和强 度而改变的诸如温度和其他物理参数、组件排列和交互作用和用户的 相互作用的因素而定，由此以设备的谐振频率给予相称的振动。

在相关U.S.专利No.7,154,470中，在此再现了其图1，将所需触 觉频率叠加在触觉设备的谐振频率上。用这种方式，因为设备最好以 该谐振频率振动或谐振而由此获得设备的最有效响应，则通过将谐振 频率用作最佳“载体”以传送触觉效应，能将所需触觉效应给予该设 备(和用户)。在图1中，调制电路10包括用来将基准信号(在谐振 或谐振附近)提供给包络调制器12的基准振荡器11。微控制器14耦 合到包络调制器12，向其提供包络信号13，由此允许包络调制器基于 包络信号来调制来自基准振荡器11的基准信号。然后，通过其输出被 提供给反相器17的低通滤波器15，传递具有调制的命令信号16的形 式的包络调制器12的输出，并且以包络调制信号18的形式被提供给 换能器/放大器19。例如，换能器/放大器19依赖于脉宽调制(PWM) 技术实例并且耦合到用户接口设备的一部分(未示出)，诸如上述的触 摸板的外壳或游戏杆或类似设备，操作为将触觉力给予所述部分以基 于由调制电路10处理的信号而提供触觉反馈。

尽管图1的调制电路提供触觉力信号的足够控制，并且易于微调 到设备的谐振频率，但是在一些情况下，可能期望更多通用性，例如， 当由于上述一个或多个因素，包括用户交互作用中的振动、环境温度 等等，谐振频率是可变的。另外，可能期望管理提供给触觉设备的激 励信号，以便消除其寄生或不期望的成分，诸如可能产生不期望可听 效应的那些成分。另一方面，在一些实例中，可以期望相反的--即，可 能打算提供听觉和触觉两种反馈。在任一情况下，使驱动致动器的激 励信号适合于实现所需响应的能力--仅触觉，或触觉加音频(或甚至仅 音频)--将提供有用的优点。此外，调制电路的一些组件的消除能获得 尺寸和成本节省。

发明内容