CN101828217B - 用于触觉反馈设备的数字包络调制器 - Google Patents

用于触觉反馈设备的数字包络调制器 Download PDF

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    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators

Abstract

一种触觉反馈设备，包括信号生成模块，被配置为输出可由载波信号和包络信号表示的复合信号。信号生成模块包括微控制器，该微控制器可被编程以便载波信号落在触觉反馈设备的谐振频带内。触觉反馈设备还包括用户接口设备和换能器，该换能器被配置为响应于复合信号将触觉力施加到用户接口设备。也可以包括触觉映射子模块、持续时间映射子模块以及起始/衰减映射子模块。触觉映射子模块使得能够补偿触觉反馈设备上的不同位置的触觉输出，而持续时间和起始/衰减子模块使得能够防止不期望的音频输出。

Description

用于触觉反馈设备的数字包络调制器
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
如在此所公开的，触觉反馈设备包括信号生成模块，其被配置为输出可由载波信号和包络信号表示的复合信号，信号生成模块包括微控制器，该微控制器能被编程以便载波信号落在触觉反馈设备的谐振频带内。触觉反馈设备还包括用户接口设备以及换能器，该换能器被配置为响应于复合信号，将触觉力施加到用户接口设备。
同样在此公开了一种触觉反馈设备，包括：被配置为提供输出信号的信号生成模块、被配置为以触觉设备上由触觉反馈设备输出触觉力的位置为函数来调整输出信号的分量的触觉映射子模块、用户接口设备和被配置为响应于输出信号将触觉力施加到用户接口设备的换能器。
在此还公开一种触觉反馈设备，包括：被配置为生成输出信号的信号生成模块、被配置为修改输出信号的持续时间映射子模块、用户接口设备和被配置为在基本上以经修改的输出信号的过零点开始和/或结束的持续时间中将触觉力施加到用户接口设备的换能器。
在此还公开了一种触觉反馈设备，包括：被配置为生成输出信号的信号生成模块、被配置为修改输出信号以基本上消除至少一个过零点的不连续的起始/衰减子模块、用户接口设备和被配置为响应于经修改的输出信号将触觉力施加到用户接口设备的换能器，其中触觉力在所述至少一个过零点处开始和/或结束。
在此还公开了一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法。该方法包括生成可由载波信号和包络信号表示的复合信号，由触觉反馈设备以触觉反馈设备的谐振频率来生成触觉力，以及响应于谐振频率的变化而修改复合信号。
在此还公开了一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法。该方法包括生成输出信号，以及以触觉设备上由触觉反馈设备输出触觉力的位置为函数来调整输出信号的分量。
在此还公开了一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法。该方法包括生成输出信号，修改输出信号，以及在基本上以经修改的输出信号的过零点开始和/或结束的持续时间中将触觉力施加到用户接口设备。
在此还公开了一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法。该方法包括生成输出信号，修改输出信号以基本上消除在至少一个过零点的不连续，以及响应于经修改的输出信号将触觉力施加到用户接口设备，该触觉力在至少一个过零点处开始和/或结束。
附图说明
图1是用于生成由叠加的载波和包络信号组成的输出信号的现有技术电路的框图；
图2是触觉反馈系统的框图；
图3是表示触觉反馈系统的一些细节的框图；
图4是示例说明了持续时间映射的方面的信号图示；以及
图5是示例说明了起始/衰减映射的方面的信号图示；
图6是用于考虑触觉反馈设备的谐振频率而生成触觉反馈的第一处理的流程图。
图7是用于使用触觉映射而生成触觉反馈的处理的流程图。
图8是使用持续时间映射的处理的流程图。
图9是使用起始/衰减映射的处理的流程图。
具体实施方式
在用于触觉反馈设备的数字包络调制器的上下文中，提供描述。本领域的普通技术人员将意识到下述详细描述仅是示例性的，而不以任何方式限制。在受益于本公开内容，这些技术人员将易于想到其他实施例。现在将如附图中所示对实施细节做出参考。在整个附图和下述详细描述中，将使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。
为了清楚，并未在此示出和描述所述实施的所有常规特征。当然，将意识到在任何这些实际实施的开发中，必须做出许多实现特定的判定，以便实现开发者的特定目标，诸如遵守应用和商业相关约束，而且这些特定目标在不同应用间和不同开发者间是不同的。此外，将意识到这种开发计划可能复杂且耗时，但对受益于本公开内容的本领域的普通技术人员来说，不过是常规工程任务。
根据本发明的一个实施例，可以使用各种操作系统(OS)、计算平台、固件、计算机程序、计算机语言和/或通用机来实现组件、处理步骤和/或数据结构。该方法能运行为在处理电路上运行的编程处理。处理电路能采用处理器和操作系统的各种组合的形式，或独立设备。处理能实现为由这些硬件、仅硬件或其任意组合执行的指令。软件可以存储在由机器可读取的程序存储设备上。
另外，本领域的普通技术人员将意识到也可以使用不具通用特性的设备，诸如硬布线器件、包括现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)的现场可编程逻辑器件(FPLD)、专用集成电路(ASIC)等等，而不背离在此所公开的本发明原理的范围和精神。
根据本发明的一个实施例，组件、处理和/或数据结构可以使用运行在数据处理计算机上的机器语言、汇编语言、C或C++、Java和/或其他高级语言程序来实现，其中，数据处理计算机诸如个人计算机、工作站计算机、主机或运行诸如如下OS的高性能服务器，其中OS为可从Santa Clara，California的Sun Microsystem，Inc.获得的
Figure GPA00001103572700061
可从Redmond，Washington的Microsoft Corporation获得的WindowVitaTM，Window
Figure GPA00001103572700062
Window XP，Window XP PRO和
Figure GPA00001103572700063
2000、可从Cupertino，California的Apple Inc.获得的基于Apple OS X系统，或诸如从多个买家获得的Linux的各种版本的Unix操作系统。该方法也可以在运行如下OS的移动设备上实现，其中OS诸如可从Redmond，Washington的Microsoft Corporation获得的
Figure GPA00001103572700064
CE、可从London，UK的Symbian Ltd获得的Symbian OSTM、可从Sunnyvale，CA的PalmSoure，Inc.获得的Palm以及各种嵌入式Linux操作系统。嵌入式Linux操作系统可从包括Sunnyvale，Ca的Monta Vista Software，Inc.和Socorro，NM的FSMLabs Inc.的商家获得。该方法也可以在多处理器系统上，或在包括各种外围设备的计算环境中实现，其中外围设备诸如输入设备、输出设备、显示器、指示设备、存储器、存储设备、用于向/从处理器传送数据的媒体接口等等。另外，这种计算机系统或计算环境可以是局部连网的或在互联网上的。
图2是表示触觉反馈系统200的基本架构结构的框图。在设备和用户的相互作用期间，用户接口设备202将触觉反馈递送给用户。设备202可以用于或不用于从用户接收输入。从用户接收输入的设备可以是例如一种计算机鼠标、游戏杆、控制旋钮、诸如用于电视机等等的远程控制、键盘、触摸板或触摸屏。触摸屏是触摸板的特例，其被配置为显示一个或多个图形对象，诸如字和超链接、图标、光标、按钮表示、用于文档滚动等等的滑动条等等，并且其允许基于用户交互作用参数，诸如交互作用位置、交互作用持续时间、用户的手指或触笔或其他对象施加的压力的程度等等，来操作这些图形对象。设备202可以是较大设备(未示出)的组件。例如，可以是膝上型电脑或PDA(个人数字助理)的触摸板、移动电话或寻呼机的按钮或键盘、机动车或其他汽车仪表中的收音机或控制面板的控制旋钮等等。
致动器204机械地耦合到用户接口设备202。当由激励信号适当地激励时，致动器204将触觉力施加到用户接口设备202。致动器204和设备202间的机械耦合的细节通常是公知的，并且为了简化而在此省略。然而，应注意到耦合可以包括直接和间接耦合机构，可以通过柔性或类似的悬架来适当地放大、隔离或者向施加到接口设备202或其被选部分的机械运动提供控制量度。可以使用多种致动器，包括压电致动器、音圈致动器、呼叫器马达致动器、螺线管、线性移动块等等。施加到设备202的运动能导致设备的外壳的运动，和/或设备202的其他组件的运动，通过用户与设备的组件的直接或间接接触，由用户感知其运动。例如，在触摸板的情况下，由用户的手指或触笔接触的表面或触摸板的外壳或外壳和/或触摸板的一部分能被引起振动。施加到设备202的运动能沿任何一个或多个方向。另外，在触摸板的情况下，运动能基本上垂直于触摸表面，或能基本上在相同或平行表面中。此外，尽管在此讨论了振动，应当意识到施加的运动并不受限制，以及可以预期其他运动，诸如脉冲运动(摇动等等)。运动还能是振动和其他运动的组合，向用户提供诸如能与用户正交互作用的设备的不同部分有关的摇动和/或纹理等等的振动感。
响应微控制器从主机设备或处理器208接收的高级命令，通过来自本地微控制器206的激励信号，启动致动器204。主机设备或处理器208可与包含触觉反馈设备200的其他组件分开的外壳中提供，在这种情况下，能使用电缆(未示出)或无线连接来提供主机处理器208和微控制器206间的通信链路。这种链路能是双向的(由双箭头201表示)，处理器208从微控制器206或甚至直接从接口设备202接收状态信号(虚箭头203，在支路207中示出了由微控制器206从接口设备202接收的状态信号)，状态信号例如表示来自用户的输入提示，或这种输入的位置或持续时间等等，在触摸板的情况下，装配用于感知与用户手指或触笔接触的例如电容或电阻类型的适当的感知机构209，以便检测和传送返回微控制器和/或主机处理器208。状态信号能通过双向链路201传送到处理器208，并结合其可以运行的各种软件程序的任何一个，能够由处理器208所使用，作为至微控制器206的高级命令信号的基础。由处理器208运行的软件程序可以是例如文字处理器、电子表格、视频或计算机游戏、制图程序、操作系统、图形用户接口、仿真、实现HTML或VRML指令的网页或浏览器、科学分析程序、虚拟现实训练程序或应用等等。另外，根据一个实施例，能完全除去主机处理器208，而是，能由微控制器206专门地执行属于上述论述中的功能。反之也是成立的，主机处理器208用以提供专门的控制源。
从主机处理器208到微控制器206的高级命令信号可以是力命令(force command)，例如包括所需的触感类型，以及可选地，与这种感觉有关的参数，诸如振动频率、振幅、持续时间等等。然后，微控制器206使用这些高级命令来向致动器204提供激励信号，使致动器以预定持续时间、频率等等来启动接口设备202(或其一部分)。
如上所述，触觉反馈系统，诸如系统200，具有对特定配置和元件部件固有的一个或多个谐振频率。在谐振频率，系统更有效地响应致动器204的致动，利用该谐振频率来实现所需触觉效应是有利的。由此，基于在谐振频率上用作载波的包络频率的调制的叠加，构成所需触觉信号。然而，应当调节例如由于温度改变、制造容限和上述的用户输入的变化的固有谐振频率的必然易变性。类似地，如果对该系统存在多个谐振频率，当可能时，由特定情形而定，在一个或其他谐振频率间切换是有利的。
使用在图3的框图中所示的基于数字的系统300，能实现这种易变性。系统300包括具有微控制器304的信号生成模块302。为便于说明，将信号生成模块302示为由几个子模块组成，每一个子模块具有一个或多个相关功能。然而，将意识到这种描述主要是为了方便，而且在此所述的各种模块和子模块的枚举的功能可能重叠，以及可以连同其一些功能完全地省却一些模块和/或子模块，或能将这些功能的一些合并到其他模块和子模块。此外，术语“模块”和“子模块”将理解为分别是指硬件组件、软件(以及固件)组件或硬件和软件(固件)组件的组合，而没有限制。
微控制器304编程为生成能以由包络信号调制的载波信号组成的合成信号306的形式的输出信号。为便于说明，单独地示出并分别指定Sc和Se的这些信号示为由组合器308组合在一起。使用虚线是强调该描述的示例性属性，在这个例子中，应理解的是，微控制器304的输出是单一复合信号306。微控制器304是可编程的，由此能够取决于特定环境而采用或改变载波信号Sc。因此，如果在整个系统的谐振频率中存在漂移，例如由于周围温度变化、湿度变化或用户握住该设备或发出输入的方式变化，由微控制器304相称地改变载波信号频率，以便继续利用在谐振频率激励设备的优点。因为谐振频率通常在窄频带上和与其任何偏差将会落在谐振频带外并丧失相关优点，所以上述优点特别有利。此外，因为谐振频率通常在窄频带上，则期望对载波信号的细微控制，以便精确地对准该窄频带并在操作中维持锁定。另外，在一些设备中，可能出现多个谐振频率，并且如需要的，在操作期间，从一个谐振频带切换到另一个，并且精确地、可选地、实时地完成，以及维持这些频带的每一个中的锁定可能是有利的。如目前所期望的，如果由信号生成模块302，至少部分用软件生成载波信号，能够易于实现这些优点，而不是硬布线和固化在系统中或基本上由不太易使用的硬件组件来固化。
信号生成模块302中的波表子模块310包含分量波集，或这些分量波的参数描述，以由微控制器304用在构成谐振频率载波信号中。子模块310例如可以是任何电子存储组件，最好是永久的，诸如ROM或闪存等等。微控制器304访问该表，作为以取决于特定环境的设备的一个或多个谐振来构成载波信号Sc的起点。
包络信号子模块312还由微控制器304访问，使得微控制器能够顺应表示所需的整个触觉效应的高级命令来构成调制信号。如上所述，高级命令能从信号发生模块302(例如从微控制器304)或从与信号发生模块302通信的主机或其他处理器(图2)发出。高级命令定义将输出到用户的触觉力的特征，其中高级命令可以是来自诸如检测机构209(图2)等等的检测器的信号的响应或其函数，上述特征诸如所期望的感觉的特性，包括例如是否是碰撞、摇动、间断、这些感觉的组合等等，而且还包括其持续时间、强度(振幅)、其振动频率(或在多个振动力的情况下的频率)等等。与这些特征有关的参数能存储在包络信号子模块312。将生成的触觉力的一些或所有特征或描述符能从提供该目的的效应库子模块314获得。
如以上简要提到的，可以用来控制或影响包络调制复合信号306的另一输入参数是触觉设备和用户间的交互作用的位置。例如，在触摸板的情况下，用户可以与(可选地，矩形的)触摸板的四角的任何一个、与触摸板的边缘，或与触摸板的中心区交互(例如，通过触摸或触笔)。从由诸如检测机构209(图2)等等的检测器提供的信号，得知交互作用的位置。因为机械和其他约束，提供给致动器的相同激励信号将导致施加到用户的不同触觉效应和/或不同触感。具体地，当他/她触摸设备的一个角或另一个角、中心区或一角、边缘或中心区，即使致动器正施加相同的触觉力，用户也可能感觉不同的触觉力。这是因为例如在一侧比另一侧更刚性地锚定用户正交互作用的触摸板的表面的事实，如由诸如机械或制造容限等等的限制所规定的，或者，在多个致动器的情况下，因为再次由于机械或制造容限等等，不能精确地匹配由致动器实施的力。另外，用户和设备之间的交互可以自身赋予机械变化和振动，诸如阻尼，因为在某种程度上，不可避免地干扰设备的机械平衡，即使这种干扰有时可能是无法察觉的。
信号生成模块302能够被编程，以通过当接触设备的较弱响应区时，增强致动，以及当接触设备的较强响应区时，降低致动的强度，补偿这些用户或容限引起的变化等等。称为触觉映射的这一补偿对任何指定的触觉效应为设备提供均匀的响应分布，以降低系统的机械限制的冲击和破坏性用户冲击，有利的是，与致动器与设备的其他组件的机械耦合的位置或属性无关，而且与多个致动器(可以超出1个)间的任何不匹配无关。补偿能够通过触觉映射子模块316提供，触觉映射子模块316通过相对于预期触觉效应的一个或多个特性，诸如强度，映射用户交互作用的位置。参考触觉映射子模块316，微控制器304能相应地加权所生成的复合信号306，例如取决于将提供触觉反馈的位置，减小或增加其振幅和/或频率。由此，触觉映射子模块316可用来通过根据触觉设备上输出给用户的触觉力的位置的函数调整包络信号Se和/或载波信号Sc，来调整复合信号。例如，当将在设备的较弱响应区提供特定触觉效应时，可以更重地加权包络信号Se以便补偿较弱响应，而当将在设备的较强响应区提供特定触觉效应时，可以不重地加权包络信号Se，以便考虑较强响应。代替或与包络信号Se的加权结合，也可以将加权应用于载波信号Sc。此外，当“加权”典型地要求振幅操纵时，应理解的是，该术语同样适用于施加到设备的触觉力的其他特性的变更，包括它们的持续时间、频率或用来定义和控制这些力的属性的其他无数参数的任何一个的变化。加权以及控制也可以是从检测机构209(图2)或从设计成输出表示谐振频率的信号以及该输出是否在设备的谐振频带中的检测机构(未示出)所获得的反馈的函数。
可以可选地包括在诸如系统300的基于数字的系统中的另一组件是持续时间映射子模块318，其负责降低可能与设备激励一起发生的可听效应。特别地，引起的振动能以空气中的扬声器引起的压缩波的形式产生可听压缩波。在大多数--虽然并非全部--环境中，触觉效应伴随可听效应是不期望的，并且会采取消除措施。可听效应会出现在由致动器生成的力中的突然应用或中断时，提供持续时间映射子模块318，以便延长或缩短应用这些力所基于的复合信号的持续时间，以便确保基于复合信号306提供给致动器的激励信号在振荡周期的振幅过零点开始和/或结束。用这种方式，使施加到致动器的波形在0伏开始和结束，消除将由突然应用或终止致动器引起的力导致的不连续，由此抑制可听噪声。如在图4中看到的，对所施加的正弦波，这出现在π的倍数或半周期。曲线400具有不与曲线的零交点重合的起始ta和衰减td时刻。当在起始点ta，将对应于曲线400的信号施加到致动器，并且在衰减点td从致动器分离时，引起可听效应。通过比较，曲线402具有偏移了时间α1和α2的起始tas和衰减tds点，以便实现预期零交点。尽管在图4的例子中，该偏移降低了施加到致动器上的激励信号的持续时间，以及在其他例子中，净效应可以是持续时间的延长，但附带降低可听效应仍然可以证明其应用是正确的。希望取决于特定应用，来自持续时间映射子模块318的信号能用来操纵载波信号Sc、包络信号Se或组合、复合信号306。由此，能适当地操纵这些信号的任何一个以便确保致动器的操作在致动器接收到的激励信号的零振幅效应点开始和/或结束。此外，根据致动器力不会突然开始或结束的结果，可以进一步从信号生成模块302的下游实现改变起始或衰减点的信号操纵，而不一定通过复合信号306本身。另外，在一些有限的环境中，除了或代替改变起始和/或衰减点外，能增加或减小激励的频率来实现期望的零交点。该频率改变当然可能受谐振频率带宽限制，该带宽可能过窄以致不允许这种改变，而不落在带宽之外。在频率改变的情况下，在术语的窄的时间含义上，该映射将不是严格的“持续时间”映射，但在更宽泛的意义上，该术语仍然相关，因为频率倒数地与时间关联。其是在此使用的术语的更宽泛定义。
与持续时间映射的类似方法，主要用于消除可听效应，是起始/衰减映射。为此目的，提供起始/衰减(delay)子模块320，如在图3中所看到的。因为如上所述，已经发现可听效应出现在突然应用或中断致动器力时，在其起始或衰减点，“平滑”对致动器的激励信号可能是有利的。参考图5(a)和5(b)，由曲线的部分502描述在信号500的起始点的平滑，而由曲线部分506描述曲线504的衰减点的平滑。例如，通过由软件或硬件实现的适当功能，或参考查找表，能管理平滑。
再回到图3的系统300，在由信号生成模块302生成复合信号306后，将其施加到其输出施加到反相器324和换能器/放大器326的低通滤波器322。应理解的是，术语“换能器”是用于致动器的普通术语，如上所述，例如，可以是上述压电设备、音圈致动器、呼叫器马达致动器、螺线管、线性移动块等等的任何一个。以这种方式激励换能器/放大器326产生施加到用户接口设备328和/或换能器/放大器326直接或间接地机械耦合到的一般触觉反馈设备的触觉力。如在此所述，激励基于从信号生成模块302发出的复合信号，更具体地说，从其微控制器304发出的复合信号。希望可以将复合信号本身直接或通过其他处理间接地提供给致动器/换能器作为激励信号，只要当以上述方式生成输出时，导致致动器的致动和相称触觉力和反馈的激励信号基于来自信号生成模块的该输出。此外，取决于环境，该输出可以描述或不描述为载波信号和包络信号的复合信号。另外，希望反相器324是可选的，根据本领域已知的PWM(脉宽调制)技术，用于将激励信号提供给致动器，诸如换能器/放大器326。也期望用于激励换能器和基于来自换能器的信号而生成触觉力的其他技术。
图6是考虑触觉反馈设备的谐振频率而生成触觉反馈的第一处理的流程图。在步骤601，例如使用图3中所示的信号生成模块302，生成输出信号。在步骤603，生成基于该输出信号的触觉力，该触觉力处于触觉设备的谐振频率。在步骤605，确定谐振频率是否已经改变。如果是，那么在步骤607，修改输出信号，以便触觉力仍然在谐振频率内。如果谐振频率未改变，那么输出信号保持不变。
图7是用于生成位置相关--即，使用上述的触觉映射的触觉反馈的处理的流程图。在步骤701，生成输出信号。然后，在步骤703，以待输出的触觉力的位置为函数，来调整输出信号的分量。该位置基于信号生成模块302(图3)的处理来确定。
图8是用来避免可听效应的持续时间映射的处理的流程图。在步骤801，例如使用图3中所示的信号生成模块302，生成输出信号。在步骤803，修改输出信号，例如改变其起始点、其衰减点或其频率，如上所述。然后，在步骤805，在基本上以修改的输出信号的过零点开始和/或结束的持续时间中，施加触觉力。
图9是使用起始/衰减映射来避免可听效应的处理的流程图。在步骤901，例如使用图3中所示的信号生成模块302，生成输出信号。在步骤903，修改输出信号以便基本上消除至少在一个过零点处的不连续。在步骤905，响应修改的输出信号，施加触觉力，触觉力在所述至少一个过零点处开始和/或结束。
上文是实现本发明的示例性模式而非限制。对本领域的普通技术人员来说，在不背离如在权利要求中阐述的本发明的精神和保护范围的情况下，能对其进行各种改进。

Claims (32)

1.一种触觉反馈设备，包括：
用户接口设备；
换能器，所述换能器耦合到所述用户接口设备，并被配置为基于输出信号，在所述触觉反馈设备的谐振频率，向所述用户接口设备施加触觉力；
传感器，被配置为输出传感信号；以及
信号生成模块，所述信号生成模块包括可编程微控制器，所述信号生成模块被配置为基于所述传感信号确定所述谐振频率并提供所述输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号，并且其中所述微控制器可被编程以控制所述载波分量或所述包络分量中的至少一个以基于由外力所引起的所述谐振频率的改变而改变所述触觉力。
2.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括波表子模块，所述波表子模块被配置为存储分量波集。
3.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括被配置为由所述微控制器使用以构成所述包络分量的包络分量子模块。
4.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括效应库子模块，所述效应库子模块被配置为存储构成所述输出信号的触觉效应描述符。
5.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括触觉映射子模块，所述触觉映射子模块被配置为至少部分地基于触觉反馈设备上输出触觉力的位置调整所述载波分量或包络分量中的至少一个。
6.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括持续时间映射子模块，所述持续时间映射子模块被配置为修改所述输出信号，以便在基本上以所述输出信号的过零点开始和/或结束的持续时间中，将触觉力输出。
7.如权利要求1所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括起始/衰减子模块，所述起始/衰减子模块被配置为修改所述输出信号，由此基本上消除在其至少一个过零点处的不连续，所述触觉力在至少一个过零点开始和/或结束。
8.一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法，所述方法包括：
生成输出信号；
基于所述输出信号，在所述触觉反馈设备的谐振频率，生成触觉力；
接收传感信号；
基于所述传感信号确定所述谐振频率；以及
响应于所述传感信号和由外力引起的所述谐振频率的变化，修改所述输出信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述变化包括从第一谐振频率到第二谐振频率的转换。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述输出信号为包括载波分量和包络分量的复合信号，修改所述输出信号包括控制所述载波分量或所述包络分量中的至少一个以基于由外力引起的谐振频率的改变来改变所述触觉力。
11.如权利要求10所述的方法，其中，生成输出信号包括从被配置为存储分量波集的波表子模块中检索一个或多个分量波。
12.如权利要求10所述的方法，其中，生成输出信号包括从被配置为存储分量包络波集的包络分量子模块中检索一个或多个包络分量。
13.如权利要求10所述的方法，其中，生成输出信号包括检索一个或多个触觉效应描述符。
14.一种触觉反馈设备，包括：
用户接口设备；
换能器，所述换能器耦合到所述用户接口设备，并被配置为基于输出信号将触觉力施加到所述用户接口设备，以便所述用户接口设备在目标位置输出触觉反馈；
传感器，被配置为输出传感信号；以及
信号生成模块，包括可编程微控制器和触觉映射子模块，所述信号生成模块被配置为基于所述传感信号确定谐振频率，并参考所述触觉映射子模块来生成所述输出信号，以便所述输出信号部分地基于所述目标位置，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号，并且其中所述微控制器可被编程以控制所述载波分量或包络分量中的至少一个以基于由外力所引起的触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变所述触觉力。
15.一种触觉反馈设备，包括：
用户接口设备；
传感器，被配置为输出传感信号；
信号生成模块，被配置为基于所述传感信号确定谐振频率，并提供输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号，并且其中微控制器可被编程以控制所述载波分量或所述包络分量中的至少一个以基于由外力所引起的触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变触觉力；
触觉映射子模块，被配置为部分地基于在所述用户接口设备上将输出触觉力的位置调整所述输出信号；以及
换能器，被配置为接收调整后的输出信号，并响应于经调整的输出信号，将触觉力施加到所述用户接口设备。
16.如权利要求15所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括波表子模块，所述波表子模块被配置为存储分量波集。
17.如权利要求15所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括由所述微控制器控制并且被配置为构成所述包络分量的包络分量子模块。
18.如权利要求15所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括效应库子模块，所述效应库子模块被配置为存储触觉效应描述符。
19.一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法，所述方法包括：
生成输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号；
部分地基于触觉反馈设备上将输出触觉力的位置，调整所述输出信号的载波分量或包络分量中的至少一个；
接收传感信号；
基于所述传感信号确定谐振频率；以及
调整所述载波分量或所述包络分量中的至少一个以基于所述传感信号和由外力引起的触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变所述触觉力。
20.一种触觉反馈设备，包括：
用户接口设备；
换能器，被配置为部分地基于输出信号将触觉力施加到所述用户接口设备，基本上在输出信号的过零点开始和/或结束的持续时间中，所述换能器被配置为输出所述触觉力；
传感器，被配置为输出传感信号；以及
信号生成模块，包括持续时间映射子模块和可编程微控制器，所述信号生成模块被配置为基于所述传感信号确定谐振频率，并部分地基于持续时间映射子模块来生成所述输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号，并且其中所述微控制器可被编程以控制所述载波分量或包络分量中的至少一个以基于由外力所引起的触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变所述触觉力。
21.如权利要求20所述的触觉反馈设备，其中，所述持续时间映射子模块控制所述输出信号的持续时间。
22.如权利要求20所述的触觉反馈设备，其中，所述持续时间映射子模块控制所述输出信号的频率。
23.如权利要求20所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括波表子模块，所述波表子模块被配置为存储分量波集。
24.如权利要求20所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括可由所述微控制器控制并且被配置为生成所述包络分量的包络分量子模块。
25.如权利要求20所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括效应库子模块，所述效应库子模块被配置为存储触觉效应描述符。
26.一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法，所述方法包括：
生成输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号；
在基本上以输出信号的过零点开始和/或结束的持续时间中，在触觉反馈设备上施加触觉力；
接收传感信号；
基于所述传感信号确定谐振频率；并且
修改所述载波分量或包络分量中的至少一个以基于所述传感信号和由外力所引起的所述触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变触觉力。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述修改包括改变输出信号的频率。
28.一种触觉反馈设备，包括：
用户接口设备；
传感器，被配置为输出传感信号；
信号生成模块，包括微控制器，所述信号生成模块被配置为基于所述传感信号确定谐振频率，并生成输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号，并且其中所述微控制器可被编程以控制所述载波分量或包络分量中的至少一个以基于由外力所引起的触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变触觉力；
起始/衰减映射子模块，被配置为修改所述载波分量或所述包络分量中的至少一个，以基本上消除在所述输出信号的至少一个过零点处的不连续；
换能器，被配置为响应于输出信号，将触觉力施加到所述用户接口设备，所述触觉力在至少一个过零点处开始和/或结束。
29.如权利要求28所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括波表子模块，所述波表子模块被配置为存储分量波集。
30.如权利要求28所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括可由所述微控制器控制并且被配置为构成所述包络分量的包络分量子模块。
31.如权利要求28所述的触觉反馈设备，其中，所述信号生成模块进一步包括效应库子模块，所述效应库子模块被配置为存储触觉效应描述符。
32.一种使用触觉反馈设备来生成触觉反馈的方法，所述方法包括：
生成输出信号，其中所述输出信号是包括载波分量和包络分量的复合信号；
响应于输出信号，在所述触觉反馈设备上施加触觉力，所述触觉力在所述输出信号的至少一个过零点处开始和/或结束；
修改所述载波分量或所述包络分量中的至少一个以基本上消除在所述输出信号的至少一个过零点处的不连续；
接收传感信号；
基于所述传感信号确定谐振频率；以及
修改所述载波分量或包络分量中的至少一个以基于所述传感信号和由外力引起的所述触觉反馈设备的谐振频率的改变而改变触觉力。
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