CN103052927B - 提供三维触觉反馈的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种三维（3D）触感传送系统、设备和方法。所述3D触感传送设备可包括固定单元和活动单元，所述活动单元安置在固定单元中，并在触摸身体的表面的同时沿相对于身体的表面的至少一个水平方向移动以沿所述至少一个水平方向移动。所述活动单元可通过包括在3D触感传送设备中的致动器而沿所述至少一个方向进行移动。

Description

提供三维触觉反馈的系统、设备和方法

技术领域

一个或多个实施例涉及一种用于将三维（3D）力矢量传送到身体的物理物理感觉器官的系统、设备和方法，更具体地，涉及一种用于通过使用至少三个不同维度的力施加器的物理运动而将力矢量传递给对触觉输入敏感的人体的物理感觉器官的系统、设备和方法。

背景技术

最近，远程操作机器人执行预定操作的装置被广泛使用作工业装置和医学装置。所述装置涉及遥控操作领域。

当人类操纵机器人时，由于力被单向传送，因此表示包括当前施加于机器人的张力的力、负载等的的物理量可能未被作为触感准确反馈给用户（例如，人类用户）。这样的反馈力不表示大于一维或二维的力矢量。

传统上，已有大量关于与机器人的关节的弯曲对应的或者与沿机器人移动朝向的方向的负载对应的对用户的力反馈（例如，沿机器人移动的相反方向的反馈力）的研究。如下面进一步解释的，这样的力被称为动觉力。相反，相对少量的研究已致力于通过将触感传送到用户的身体的表面（诸如施加到人类用户的皮肤）的与直观物理量对应的力反馈。

当除了机器人的操纵之外，虚拟物理力被传送到用户的手或皮肤以使用户能够感受关于计算仿真的触感时，可体验更逼真的仿真。这样的示例包括以教育或娱乐为目的的虚拟物理力。

传送力或触感的物理装置及相应的技术被称为触觉反馈装置或技术。

发明公开

技术问题

通过提供一种三维（3D）触感传送设备已克服前述缺点和/或实现其他方面，所述设备可包括固定元件、活动元件和致动器，所述活动元件被安置在固定元件的外壳内，并被配置用于当身体的表面触摸活动元件时沿相对于身体的表面的至少一个非正交轴移动，以将多维力矢量的水平分量作为触感传送到身体的表面，所述致动器被配置在固定元件中，并用于当致动器被激活时沿一个非正交轴向活动元件施加移动力。

所述致动器还可包括弹性体，该弹性体向活动元件提供恢复力，以至少当致动器不被激活时朝着相对于固定元件的内部的平衡位置推动活动元件。

所述致动器可根据致动器内气压的改变而沿所述一个非正交轴施加移动力。更进一步，所述致动器可以是通过致动器和活动元件之间的交互来产生电磁力的螺线管，以沿所述一个非正交轴向活动元件施加移动力。另外，致动器可以是包括压电元件层的双压电晶片，双压电晶片在形状上的改变控制沿所述一个非正交轴向活动元件施加移动力。

在固定元件的外壳内的活动元件的移动可被表示为反馈信号的三维（3D）力矢量，该反馈信号表示在遥控操作期间通过包括固定元件、活动元件和致动器的遥控操作器致动器施加于身体的负载。

这里，所述设备还可包括遥控操作控制器和动觉力施加器，所述遥控操作控制器用于在遥控操作期间控制多个致动器的操作，所述多个致动器被配置用于向活动元件施加各自的移动力，以将3D力矢量作为触感传送到身体的表面，所述动觉力施加器被配置用于在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与3D力矢量相区别的动觉力。

致动器可包括第一致动器、第二致动器和第三致动器，所述第一致动器被配置用于在自己激活时沿相对于身体的表面水平的X轴方向向活动元件施加第一移动力，所述第二致动器被配置用于在自己激活时沿相对于身体的表面水平的Y轴方向向活动元件施加第二移动力，所述第三致动器被配置用于在自己激活时沿与X轴和Y轴垂直的Z轴方向向活动元件施加第三移动力。

这里，所述设备还可包括遥控操作控制器和动觉力施加器，所述遥控操作控制器用于在遥控操作期间控制多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的操作，所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器被配置用于通过包括所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的遥控操作器致动器致动器致动器向各自的活动元件施加各自的移动力，每个活动元件将各自的3D力矢量作为各自的触感传送到身体的不同表面，所述动觉力施加器被配置用于在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与所述3D力矢量中的每个相区别的动觉力。

通过提供一种三维（3D）触感传送设备的3D触感传送方法已克服前述缺点和/或实现其他方面，所述设备可包括固定元件、活动元件和致动器，所述活动元件被安置在固定元件的外壳内，并被配置用于当身体的表面触摸活动元件时沿相对于身体的表面的至少一个非正交轴移动，以将多维力矢量的水平分量作为触感传送到身体的表面，所述致动器被配置在固定元件中，并用于当致动器被激活时沿一个非正交轴向活动元件施加移动力，所述方法可包括激活致动器，并在致动器激活时基于通过致动器沿所述一个非正交轴的方向向活动元件施加的移动力来移动活动元件。

所述方法还可包括：使用包括在致动器中的弹性体向活动元件提供恢复力，以至少当致动器不被激活时朝着相对于固定元件的内部的平衡位置推动活动元件。

活动元件的移动的步骤可包括根据致动器内气压的改变而沿所述一个非正交轴向活动元件施加移动力。活动元件的移动的步骤可包括使用通过致动器和活动元件之间的交互来产生的螺线管电磁力来沿所述一个非正交轴向活动元件施加移动力。活动元件的移动的步骤可包括使用双压电晶片来移动活动元件，所述双压电晶片包括压电元件层，压电元件层在形状上的改变控制沿所述一个非正交轴向活动元件施加移动力。

在固定元件的外壳内的活动元件的移动可被表示为反馈信号的三维（3D）力矢量，该反馈信号表示在遥控操作期间通过包括固定元件、活动元件和致动器的遥控操作器致动器施加于身体的负载。

这里，所述方法还可包括：在遥控操作期间控制多个致动器的操作，所述多个致动器被配置用于向活动元件施加各自的移动力，以将3D力矢量作为触感传送到身体的表面；在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与3D力矢量相区别的动觉力。

所述方法可包括：控制沿相对于身体的表面水平的X轴方向向活动元件施加第一移动力；控制沿相对身体的表面水平的Y轴方向向活动元件施加第二移动力；控制沿与X轴和Y轴垂直的Z轴方向向活动元件施加第三移动力。

这里，所述方法还可包括：在遥控操作期间控制多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的操作，所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器被配置用于通过包括所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的遥控操作器致动器致动器致动器向各自的活动元件施加各自的移动力，每个活动元件将各自的3D力矢量作为各自的触感传送到身体的不同表面；在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与所述3D力矢量中的每个相区别的动觉力。

将在接下来的描述中部分阐述实施例的另外方面，并且从描述中部分将是清楚的，或者可通过本公开的实施而得知。

附图说明

通过下面结合附图的实施例的描述，这些和/或其他方面将会变得更加清楚和更易于理解，其中：

图1a和图1b分别是示出根据一个或多个实施例的三维（3D）触感传送设备和系统的示图；

图2是根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的分解透视图；

图3是根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的横截面视图；

图4是示出根据一个或多个实施例的使用气压的3D触感传送设备的致动器的示图；

图5a、图5b和图5c是示出根据一个或多个实施例的通过致动器（例如，图4的致动器）移动3D触感传送设备的活动单元的过程的示图致动器致动器；

图6是示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的致动器的示图，该致动器被实施为螺线管；

图7a、图7b和图7c是示出根据一个或多个实施例的通过致动器（例如，图6的致动器）移动3D触感传送设备的活动单元的过程的示图致动器致动器；

图8是示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的致动器的示图，该致动器由包括压电元件的双压电晶片实现；以及

图9a、图9b和图9c是示出根据一个或多个实施例的用于控制3D触感传送设备的致动器的移动的过程的示图。

发明的实施方式

现在，将详细参考在附图中示出的一个或多个实施例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。在这点上，本发明的实施例可以以多种不同的形式来实施，不应该被理解为局限于在此阐述的实施例。在理解这里讨论的实施例之后，本领域的普通技术人员将理解在此描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改及等同物将包括在所述发明中。因此，以下仅通过参照附图描述实施例以解释本发明的多个方面。

图1a示出根据一个或多个实施例的三维（3D）触感传送设备100。

3D触感传送设备100可包括固定单元130和沿至少三个维度中的每个维度分别移动的活动单元。仅作为示例，活动单元可包括接触面110和框架120。

活动单元的接触面110可通过当活动单元正触摸用户的皮肤（诸如人类用户的手指的表面）时活动单元的感测的移动来发送触感。在一个或多个实施例中，接触面110可通过接触面110的改变来传送这样的触感。例如，接触面110可被控制沿Z轴方向上下移动，以传送上下方向的触感（即，Z轴方向的触感）。

活动单元的框架120可前后移动（即，沿X轴方向），或者可左右移动（即，沿Y轴方向），以将触感传送到与接触面110接触的用户的身体的表面。

触摸面110可由具有高摩擦系数的材料（诸如橡胶）构成。接触面110可被固定在框架120上，因此，框架120的运动可作为触感被传送到与接触面110接触的人类的皮肤。

活动单元的框架120可被安置在固定单元130中。固定单元130可支撑框架120，同时与框架120存在预定间隔，从而可限制框架120的运动范围。

如图1b中所示，3D触感传送设备100可被附在或可被包括在遥控操作系统180的遥控操作器170中。当3D触感传送设备100被包括在遥控操作器170中时，固定单元130可被合并到遥控操作器170的一个或多个动觉力施加器105（若存在）。如图1b进一步所示，一个或多个实施例包括一个或多个3D触感传送设备100，例如，合并有用于一个或多个手指（包括用于在拇指和食指之间持有的物体的触感的拇指和食指）的一个或多个3D触感传送设备100的遥控操作器170。仅作为示例，3D触感传送设备100可被合并在遥控操作器170中，无论何种情况可存在潜在的或可得到的针对用户的身体的表面的触感。遥控操作器控制器160可结合由任何动觉力施加器105提供的动觉力施加的控制，使用每个3D触感传送设备100来相应地控制触感的产生。在一实施例中，例如，当用户尝试改变相应身体部位或手持工具的偏航、滚转或俯仰时，遥控操作器控制器160还可感测来自用户的动觉力施加，并同等地控制通过3D触感传送设备100和相应的动觉力施加器105的给用户的合适的触感反馈，以例如表示与用户期望的偏航、滚转或俯仰的改变相反的压力。

本申请的实施例基于关于由身体的表面感测的力反馈或感觉的术语“触觉”的定义，所述力反馈或感觉至少包括非垂直力，即，相对于身体的表面的非正交力，与诸如由图1b的动觉力施加器105提供的动觉施加力有区别。触觉或触摸反馈大致包括两种感觉：第一是关于施加到人类骨头/组织/关节的力的反馈；第二是在此描述的关于施加到身体的表面（诸如用户的身体的皮肤）的力的反馈。关于施加到骨头/组织/关节的力的反馈力在此称为动觉施加力，图1b的动觉力施加器105作为可根据偏航、滚转和俯仰来施加力的力反馈系统，例如，用于3D空间中的相应虚拟附件的定位或者用于提供表示3D空间中的虚拟附件周围的环境条件的反馈。如这里定义的触感和触觉反馈表示向身体的表面施加的力，并且至少包括水平力（即，分别与身体的表面在同一平面的力或非垂直力）和向用户的身体的表面施加的任意垂直或正交力。另外，与使用3D触感传送设备（诸如图1a的3D触感传送设备100）通过水平分量和垂直分量的力矢量来提供触觉反馈的一个或多个实施例相比，这种动觉力施加器105不根据3D矢量来施加力。

因此，考虑到上面的图1a和图1b，一个或多个实施例包括：例如使用这种遥控操作系统180或通过这种遥控操作系统180的控制，来使用用于遥控操作控制的3D触感传送设备100。在一个或多个实施例中，这种遥控操作表示机器人或机器人附件的远程操作、远程外科手术、通过虚拟仿真提供真实性的装置和游戏界面。遥控操作系统180的元件中的一个或多个包括处理装置（诸如专门配置的处理装置）、处理器或控制遥控操作系统180的一个或多个操作的计算机。在一实施例中，仅作为示例，这种控制可通过在非瞬时计算机可读介质上实现的计算机可读编码来实现。

现将参照图2更加详细地描述例如图1a和图1b的3D触感传送设备100。

图2示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备100的分解透视图。

固定单元130可以是包括外壳，外壳在外壳的内部包括支撑空间以安置框架120，从而控制框架120在水平方向（例如沿X轴方向的前后方向和/或沿Y轴方向的左右方向）的运动范围或程度。

框架120可被安置在固定单元130的外壳中，从而防止框架120从固定单元130分离。例如，如图3中所示，框架120和/或固定单元130的内部可被配置用于限制框架120在上下方向（即，沿Z轴方向）的运动范围。

图3示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备100的横截面视图。

在当活动单元被安置在固定单元130中时的组装状态期间，框架120的突起121将被固定单元130顶部上的突起131绊住，从而可防止框架120在通过固定单元130和框架120相互操作的触感提供期间与固定单元130分离。

接触面110可被控制以经由手指150的皮肤和接触面110之间的摩擦力来传送触感。参照图3，接触面110可被控制以向上突起，并可将上下运动（即，沿Z轴方向）传送给手指150的皮肤。

3D触感传送设备100可包括使活动单元沿至少一个方向移动的致动器140。

图3的致动器140可沿同一轴沿框架120的两侧进行放置，以例如沿各个方向（例如，沿前后X轴方向和/或左右Y轴方向）移动框架120。

另一致动器沿框架120和固定单元130的底部布置致动器，并沿上下Z轴方向推动框架120。

如图4至图9的一个或多个实施例所述，致动器140可被不同实施，注意，可供选择的水平力产生器和垂直力产生器同样可用。另外，虽然框架120的运动可以是沿描述的X轴和Y轴，但是非垂直轴（即，非正交轴）的数量不限于两个轴，它们可同样包括多于两个彼此不正交的非垂直轴和/或多个水平不同排列的非垂直轴。此外，实施例可包括这样的非垂直轴和被布置用来提供触觉力矢量的垂直分量的一个或多个轴，仅作为示例，这些被布置用来提供垂直分量的一个或多个轴实际上可以是多个非垂直轴，所述多个非垂直轴与被布置用来提供触觉力矢量的水平分量不同。

图4示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的致动器，该致动器通过控制例如固定单元130的腔室内的气压来控制触觉力矢量的提供，引起框架120的移动。

致动器140a可通过控制施加到多个致动器140a的气压而沿预定方向推动固定单元130的外壳内的框架120。

在一实施例中，致动器140a的框架可包括充气管142a，充气管142a的一侧可通过例如例如弹性单元141a密封。

移动活动单元（诸如框架120）以传送3D触感的3D力的3D力矢量可由控制器提供，诸如由图1b的遥控操作控制器160产生。控制器可通过由控制器（例如，通过控制器输入信号）控制的空气压缩机促使将空气推入充气管412a，以增加或减少施加到弹性单元141a的气压。

弹性单元141a的部分可被固定在致动器140a的框架上，且其剩余部分暴露于推动的空气，弹性单元141a可从图4的状态（a）膨胀到图4的状态（b），从而力可经弹性单元141a的膨胀的部分被传送到框架120。因此，框架120可沿传送的力的方向移动。

图5a、图5b和图5c示出根据一个或多个实施例的通过致动器（诸如图4的致动器140a）移动3D触感传送设备100的活动单元的框架120的过程。

图4的致动器140a处于致动器140a能够在固定单元130中沿前后方向（即，X轴方向）移动框架120的状态。存在多个致动器，因此框架120能够同时定向多个不同的方向，例如，两个或多个各个维度。

参照图5a，再参照仅作为示例的致动器140a，两个反向的致动器140a可包括各自的弹性体143a，所述弹性体143a提供相反的恢复力，使得当没有力或相等力被3D触感传送设备100的各个致动器140a传送时框架120保持平衡位置。

在这个实施例中，如注明的，每个致动器140a可被布置以关于框架120对称，以例如在固定单元130内沿各自的方向轴控制框架120的位置。

参照图5b，当用于沿X轴方向移动框架120的输入信号被（例如，被遥控操作控制器160）产生时，例如，响应于输入信号，致动器可被激活，表示致动器140a中的气压正在增加或减少，引起框架120沿X轴方向移动，从而框架120的运动可经由与手指150接触的接触面110a产生触觉激励。尽管实施例可包括仅产生推力或仅产生拉力，但是任何施加到各个致动器140a和/或各个致动器140a之内的气压的增加和气压的减小可产生各自的推力和拉力。类似的移动操作适用于Y轴方向。

参照图5c，例如，除控制致动器的沿X轴和/或Y轴的移动致动器之外，当促使框架120沿Z轴移动的输入信号由控制器产生时，X轴方向的致动器140a使用这样提供的增加或减少的气压例如可产生沿X轴方向的触觉激励，Z轴方向的致动器可分别使用增加的或减少的气压来沿Z轴方向直接移动接触面110a，以产生沿Z轴方向的触觉激励。

在一实施例中，Z轴方向的致动器可利用固定单元130的配置，并可依据经由充气管111a和固定单元130的底侧的充气管131a的气压的受控增加而沿Z轴方向直接使接触面110a膨胀，充气管111a与充气管131a连接并位于与充气管131a连接的框架120的内部。因此，基于实施例，用于Z轴的致动器可沿Z轴方向移动整个框架120和/或促使接触面110a沿Z轴方向向上，以提供沿Z轴方向的触觉激励。

尽管上面已描述了使用气压改变的致动器的示例，但是示例实施例不限于此。例如，致动器140可使用电磁力等。另外，用于各个轴的每个的致动器可使用不同的力产生致动器，诸如气压、电磁力和/或下面提到的使用用于力产生的压电元件的致动器。现将参照图6和图7描述使用电磁力的致动器的示例。

图6示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的致动器140b，该致动器被实施为螺线管。

致动器140b可例如包括螺线管142b、永磁体141b和向螺线管142b提供电流的电流源143b。

当从诸如遥控操作控制器160的控制器接收到促使活动单元的框架移动的输入信号时，电流源143b可被控制用来向螺线管142b提供电流，该电流可在螺线管142b和永磁体141b之间产生电磁引力和斥力。

引力或斥力可相应地吸引或排斥活动单元的框架（例如，框架120），从而可根据螺线管142b和永磁体141b的布置产生沿期望方向的运动。

图7a、图7b和图7c示出根据一个或多个实施例的通过电磁致动器（诸如图6的致动器140b）移动3D触感传送设备的活动单元（例如，框架120）的过程。

致动器140b可包括提供恢复力的弹性体144b，以保持图7a的平衡或等待状态。弹性体144b的操作可类似于图5a的弹性体144a，因此将省略进一步的讨论。

当在等待状态期间接收到输入信号时，认为致动器140b被激活，电流源143b被例如图1b的遥控操作控制器160控制，以向螺线管412b提供电流，螺线管142b和永磁体141b之间的电流致使产生吸引或排斥的电磁力，并最终在固定单元130中移动框架120。

参照图7b，当使框架120沿X轴方向移动时，沿X轴方向的运动被产生，这个运动被作为触觉激励经由接触面110b传送到手指150。沿Y轴方向的移动和相应触觉激励的产生可被类似执行。

参照图7c，沿除X轴方向之外的例如沿Z轴方向的运动被产生，并被作为触觉激励传送到手指150。

尽管示出了使用螺线管的致动器140的示例，但是示例实施例不限于此。

例如，致动器140可通过使用压电元件的双压电晶片实现。现将参照图8和图9描述使用双压电晶片的致动器的示例。

图8示出根据一个或多个实施例的3D触感传送设备的致动器140c，该致动器140c通过包括压电元件的双压电晶片实现。

例如，可通过板形式的压电元件层141c和与压电元件层141c不同的弹性板层142c来构造双压电晶片，压电元件层141c和弹性板层142c彼此接触。

在上面所述的情况下，当电压源143c例如在图1b的遥控操作控制器160的控制下向压电元件层141c提供电压时，整个双压电晶片可通过压电元件的调制被弯曲。

因此，所述弯曲可导致沿预定方向的张力。

图9a、图9b和图9c示出根据一个或多个实施例的通过基于压电元件的致动器（诸如图8的致动器140c）移动3D触感传送设备的活动单元（诸如框架120）的过程。

参照图9a，在等待状态下，活动单元的框架在固定单元130的外壳内的中央固定，类似于前述的平衡位置或状态，四个双压电晶片沿X轴方向和Y轴方向进行专门布置以支撑框架120。

所述四个双压电晶片中的每个包括彼此接触的压电元件层141c和弹性板层142c，等待状态可表示当没有电压被施加到各个压电元件层141c时的状态。

参照图9b，表示致动器140c的激活，当响应于例如遥控操作控制器160的输入信号，电压源143c被控制向沿X轴方向的双压电晶片提供电压时，由于沿一个方向的双压电晶片变得比处于等待状态的同一双压电晶片更弯曲而导致固定单元130的框架120移动。因此，双压电晶片的弯曲可导致固定单元130的框架120沿X轴方向移动。用于Y轴的各个双压电晶片的弯曲引起固定单元130的框架120类似的移动以沿Y轴方向移动。

在这个示例中，每个双压电晶片可提供恢复力，从而分别与图5a和图7a的弹性体144a和144b类似的弹性体可不单独包括在致动器140c以提供恢复/平衡力。

参照图9c，双压电晶片112c被单独包括在接触面110c之下，用于相对于固定单元130沿Z轴方向的运动，可直接产生沿Z轴方向的运动以将触觉激励从框架120的顶面传送到手指150。替代的布置可将双压电晶片112c放置在固定单元130的外壳内的框架120的下面，以沿Z轴方向向上移动框架120。

尽管描述了致动器140的各种示例，但是根据不脱离本公开的原理和精神的一个或多个实施例，可对这样的致动器140和图1a的3D触感传送设备100和/或图1b的遥控操作系统180进行各种另外或替代的应用，其中，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。

因此，在一个或多个实施例中，这里的任何设备、系统和单元描述包括一个或多个硬件装置和/或硬件处理元件/装置。在一个或多个实施例中，仅作为示例，任何描述的设备、系统和单元还可包括一个或多个所期望的存储器和任何所期望的硬件输入/输出传输装置。另外，术语设备应被考虑为与物理系统的元件同义，而不限于装置（即，在单个位置的单个装置）或外壳或限于所有实施例中的在单个各个元件/装置或外壳中实施的所有描述的元件，而是取决于实施例，通过不同的硬件元件在不同的装置或外壳和/或不同的位置一起实施或单独实施是开放的。

除了上述的实施例之外，实施例还可通过非瞬时介质（例如，计算机可读介质）中/上的计算机可读代码/指令来实现，以控制至少一个处理元件/装置（诸如处理器、计算装置、计算机或具有外围设备的计算机系统）以实现任意上述实施例。所述介质可对应于允许存储和/或传输计算机可读代码的任意定义的、可测量的和有形的结构。另外，一个或多个实施例包括所述至少一个处理元件或装置。

所述介质还可包括例如计算机可读代码、数据文件、数据结构等的组合。计算机可读介质的一个或多个实施例分别包括磁介质(如硬盘、软盘、磁带)、光记录介质(如CD-ROM盘或DVD)、磁光介质(如光盘)和专门配置以存储和/或执行程序指令的硬件装置(如只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、闪存)和所述至少一个处理装置。例如，计算机可读代码可包括如由编译器产生的机器代码和包含可由计算机使用解释程序执行的更高级代码的文件两者。所述介质还可以是一个或多个分布式网络的任意定义的、可测量的和有形的元件，从而计算机可读代码以分布方式被存储和/或被执行。在一个或多个实施例中，这种分布式网络不需要将计算机可读代码存储在同一位置，例如，计算机可读代码或其部分可被远程存储，或者远程存储在单个位置（可能在单个介质上），或者以分布方式（如以基于云的方式）存储。另外，如注明的，仅作为示例，处理元件可包括处理器或计算机处理器，处理元件可分布于和/或包括在系统实施例的单个装置中或由计算机可读代码控制的处理元件中以实现任意方法或介质实施例（仅作为示例）。可存在多于一个这样的处理元件和/或具有多个不同处理元件的处理元件（例如，具有多个核的处理器），在这种情况下，一个或多个实施例将包括用于使单个或多个核能够同步操作或异步操作的硬件和/或代码。

还可以以仅作为示例的执行（像处理器那样处理）程序指令的至少一个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)来实施计算机可读介质。

尽管已参照本发明的不同实施例具体示出和描述了本发明的多个方面，但是应理解，这些实施例应被认为仅在于描述的意义，而不是出于限制的目的。在每个实施例中的特征或方面的描述应通常被认为可用于剩余实施例中的其他类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行所述技术和/或如果以不同方式组合所述系统、构架、装置或电路中的组件和/或所述系统、构架、装置或电路中的组件被其他组件或其等同物所代替或补充，可同样达到适合的结果。

因此，尽管已示出和描述了一些实施例（另外的实施例同样可用），但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物所限定。

Claims (17)

1.一种三维(3D)触感传送设备，所述设备包括：

固定元件，包括外壳；

活动元件，被安置在固定元件的外壳内，并被配置用于当身体的表面接触活动元件时沿相对于身体的表面的至少一个轴移动，以将多维力矢量的水平分量作为触感传送到身体的表面；

多个致动器，配置在固定元件的外壳中，并用于当致动器被激活时向活动元件施加移动力，

遥控操作控制器，用于在遥控操作期间控制多个致动器的操作，所述多个致动器被配置用于向活动元件施加各自的移动力，以将三维力矢量作为触感传送到身体的表面；以及

动觉力施加器，被配置用于在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与三维力矢量相区别的动觉力，

其中，活动元件包括在固定元件的外壳的外部的接触面和部分延伸到外壳中的框架，接触面被固定在框架上，所述外壳的内部包括支撑空间以安置活动元件的框架，固定元件被合并到动觉力施加器，固定元件的顶部具有突起，框架具有突起，框架的突起被固定元件的顶部上的突起绊住。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述致动器还包括弹性体，该弹性体向活动元件提供恢复力，以至少当致动器不被激活时朝着相对于固定元件的内部的平衡位置推动活动元件。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述致动器根据致动器内气压的改变而施加移动力。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述致动器是通过致动器和活动元件之间的交互来产生电磁力的螺线管，以向活动元件施加移动力。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述致动器是包括压电元件层的双压电晶片，压电元件层在形状上的改变控制向活动元件施加移动力。

6.如权利要求1所述的设备，其中，在固定元件的外壳内的活动元件的移动表示反馈信号的三维(3D)力矢量，该反馈信号表示在遥控操作期间通过包括固定元件、活动元件和致动器的遥控操作器施加于身体的负载。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个致动器包括：

第一致动器，被配置用于在自己激活时沿相对于身体的表面水平的X轴方向向活动元件施加第一移动力；

第二致动器，被配置用于在自己激活时沿相对于身体的表面水平的Y轴方向向活动元件施加第二移动力；以及

第三致动器，被配置用于在自己激活时沿与X轴和Y轴垂直的Z轴方向向活动元件施加第三移动力。

8.如权利要求7所述的设备，其中：

遥控操作控制器在遥控操作期间控制多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的操作，所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器被配置用于通过包括所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的遥控操作器向各自的活动元件施加各自的移动力，每个活动元件将各自的三维力矢量作为各自的触感传送到身体的不同表面；以及

动觉力施加器被配置用于在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与所述三维力矢量中的每个相区别的动觉力。

9.一种三维(3D)触感传送设备的三维触感传送方法，所述三维触感传送设备包括：固定元件，包括外壳；活动元件，被安置在固定元件的外壳内，并被配置用于当身体的表面接触活动元件时沿相对于身体的表面的至少一个轴移动，以将多维力矢量的水平分量作为触感传送到身体的表面；多个致动器，配置在固定元件的外壳中，并用于当致动器被激活时向活动元件施加移动力；遥控操作控制器，用于在遥控操作期间控制多个致动器的操作，所述多个致动器被配置用于向活动元件施加各自的移动力，以将三维力矢量作为触感传送到身体的表面；以及动觉力施加器，被配置用于在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与三维力矢量相区别的动觉力，其中，活动元件包括在固定元件的外壳的外部的接触面和部分延伸到外壳中的框架，接触面被固定在框架上，所述外壳的内部包括支撑空间以安置活动元件的框架，固定元件被合并到动觉力施加器，固定元件的顶部具有突起，框架具有突起，框架的突起被固定元件的顶部上的突起绊住，所述方法包括：

激活致动器；

在致动器激活时基于通过致动器沿所述至少一个轴的方向向活动元件施加的移动力来移动活动元件。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

使用包括在致动器中的弹性体向活动元件提供恢复力，以至少当致动器不被激活时朝着相对于固定元件的内部的平衡位置推动活动元件。

11.如权利要求9所述的方法，其中，移动活动元件的步骤包括：根据致动器内气压的改变而向活动元件施加移动力。

12.如权利要求9所述的方法，其中，移动活动元件的步骤包括：使用通过致动器和活动元件之间的交互产生的螺线管电磁力而向活动元件施加移动力。

13.如权利要求9所述的方法，其中，移动活动元件的步骤包括：使用双压电晶片来移动活动元件，所述双压电晶片包括压电元件层，压电元件层在形状上的改变控制向活动元件施加移动力。

14.如权利要求9所述的方法，其中，在固定元件的外壳内的活动元件的移动表示反馈信号的三维(3D)力矢量，该反馈信号表示在遥控操作期间通过包括固定元件、活动元件和致动器的遥控操作器施加于身体的负载。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

在遥控操作期间控制多个致动器的操作，所述多个致动器被配置用于向活动元件施加各自的移动力，以将三维力矢量作为触感传送到身体的表面；

在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与三维力矢量相区别的动觉力。

16.如权利要求9所述的方法，还包括：

控制沿相对于身体的表面水平的X轴方向向活动元件施加第一移动力；

控制沿与相对于身体的表面水平的Y轴方向向活动元件施加第二移动力；以及

控制沿与X轴和Y轴垂直的Z轴方向向活动元件施加第三移动力。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

在遥控操作期间控制多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的操作，所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器被配置用于通过包括所述多个第一致动器、第二致动器和第三致动器的遥控操作器向各自的活动元件施加各自的移动力，每个活动元件将各自的三维力矢量作为各自的触感传送到身体的不同表面；

在遥控操作期间通过遥控操作器向身体施加与所述三维力矢量中的每个相区别的动觉力。