CN105677014A - 用于控制触觉信号的系统及方法 - Google Patents

Abstract

用于控制触觉输出设备的系统和方法包括：处理器；触觉外围设备，其包括触觉输出设备；以及传感器，其与所述触觉输出设备耦合。该触觉输出设备配置为，接收来自处理器的控制信号，且响应于来自处理器的控制信号而将具有一分布曲线的触觉效果输出到触觉外围设备。该传感器配置为感测触觉输出设备的当前操作状况。处理器配置为，根据包括期望的触觉效果波形的多个输入以及从传感器接收到的信号来生成用于触觉输出设备的控制信号。输入还可以包括触觉输出设备的至少一个参数。如此，控制信号使触觉效果的分布曲线基本上匹配期望的触觉效果波形。

Description

用于控制触觉信号的系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求递交于2014年12月4日的美国临时专利申请序号62/087,752的权益，该申请的全文为所有目的通过引用方式合并于此。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及具有触觉输出设备的设备，更特别地涉及用于控制触觉输出设备的系统及方法。

背景技术

视频游戏和视频游戏系统由于朝向临时游戏者的市场趋势以及因此由于临时游戏者的参与而日趋流行。常规的视频游戏设备或控制器利用视觉和听觉提示来为用户提供反馈。在一些接口设备中，还为用户提供动觉反馈(诸如作用力反馈和抵制力反馈)和/或触反馈(诸如振动、纹理和热)，更一般地统称为“触觉反馈”或“触觉效果”。触觉反馈能够提供增强且简化用户接口的提示。具体地，振动效果或振触触觉效果可用于为电子设备的用户提供提示以警告用户特定事件，或者提供现实反馈以在模拟或虚拟环境内产生更大的沉浸感。

在诸如医疗设备、汽车控件、远程控制器以及其他类似设备的其他设备中，用户与用户输入元件交互而产生动作，这些也得益于触觉反馈或触觉效果。例如，不是通过限制的方式，医疗设备上的用户输入元件可以通过患者体外的用户在医疗设备的近侧部操作，而在医疗设备的远侧端处的患者体内产生动作。设备可以利用触觉反馈或触觉效果来警告用户特定事件，或者为用户提供关于医疗设备与医疗设备远侧端处的患者的交互的真实反馈。

常规的用于游戏和其他设备的触觉反馈系统通常包括一个或多个执行器，这些执行器附接到壳体，用于产生触觉反馈。然而，一些执行器在制动时需要大量的时间来减速和/或需要大量的时间来起动。因此，由执行器输出或输送的触觉效果的分布曲线可能与期望的触觉效果波形不匹配。更特别地，如图1所示，期望的触觉效果波形130具有对应的或匹配的控制信号132。还显示出响应于控制信号132而输出的触觉效果134。触觉效果134的分布曲线既不严格地匹配或跟随控制信号132，也不严格地匹配或跟随期望的触觉效果波形130。

本发明的实施例涉及提高执行器实现期望的触觉分布曲线或波形的能力的方法和系统。

发明概述

本发明的实施例涉及一种控制触觉输出设备的方法。接收包含期望的触觉效果波形的第一输入。期望的触觉效果波形包括至少一个强度增加或强度减小。接收来自传感器的第二输入。该第二输入包括触觉输出设备的当前操作状况。经由使用第一输入和第二输入两者的算法来生成控制信号。该控制信号应用于触觉输出设备以指示触觉输出设备输出具有一分布曲线的触觉效果。控制信号使触觉效果的分布曲线包括，分别与期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小基本上匹配的强度增加或强度减小。

本发明的实施例还涉及一种用于控制触觉输出设备的系统。在实施例中，该系统包括处理器、具有触觉输出设备的触觉外围设备、以及与触觉输出设备耦合的传感器。触觉输出设备配置为，接收来自处理器的控制信号，且响应于来自处理器的控制信号而将具有一分布曲线的触觉效果输出到触觉外围设备。传感器配置为感测触觉输出设备的当前操作状况。处理器配置为，根据包括期望的触觉效果波形的多个输入、从传感器接收到的信号、和触觉输出设备的至少一个参数来生成用于触觉输出设备的控制信号。因此，控制信号使所述触觉效果的分布曲线基本上匹配期望的触觉效果波形。

根据本发明的另一实施例，该系统包括处理器、具有触觉输出设备的触觉外围设备、以及与触觉输出设备耦合的传感器。该触觉输出设备是具有内部控件的无刷DC电动机，所述内部控件自动起动和制动电动机。触觉输出设备配置为，接收来自处理器的控制信号，且响应于来自处理器的控制信号而将具有一分布曲线的触觉效果输出到触觉外围设备。传感器配置为感测触觉输出设备的位置、速度或加速度。处理器配置为，根据包括至少一个强度增加或强度减小的期望的触觉效果波形以及根据从传感器接收到的信号，改变用于触觉输出设备的控制信号。因此，控制信号使所述触觉效果的分布曲线包括与期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小基本上匹配的强度增加或强度减小。

触觉外围设备可以是游戏控制器、平板式设备、电话机、个人数字助理(PDA)、计算机、游戏外围设备、鼠标、可佩戴式用户物件、或包括用于输出触觉效果的触觉输出设备的其他设备。处理器可布置在主计算机或触觉外围设备中。

附图说明

本发明的前述的以及其他的特征和优点将从如附图中所示的其实施例的以下说明中显而易见。并入此处且构成说明书的一部分的附图进一步用来解释本发明的原理，且使本领域技术人员能够实现和利用本发明。附图不是按比例绘制的。

图1是期望的触觉效果波形、控制信号、和响应于控制信号而输出的触觉效果的示意图。

图2A是触觉外围设备或控制器的实施例的示意图。

图2B是图2A的触觉外围设备或控制器的另一视图的示意图。

图3是图2A的触觉外围设备或控制器与主计算机和显示器相结合的框图。

图4是示出根据本发明实施例的、用于控制由触觉输出设备输出的触觉效果的方法的流程图，其中所述方法包括生成对触觉输出设备的当前操作状况相关的传感器信息进行补偿的控制信号。

图5是期望的触觉效果波形、修正之前的第一控制信号、根据图4的流程图修正之后的第二控制信号、以及响应于第二或修正的控制信号而输出的触觉效果的示意图。

图6是示出根据本发明另一实施例的、用于控制由触觉输出设备输出的触觉效果的方法的流程图，其中该方法包括生成，对触觉输出设备的当前操作状况相关的传感器信息以及触觉输出设备的参数或性质进行补偿的控制信号。

发明详述

现在参考附图来描述本发明的具体实施例，其中相同的附图标记表示相同或功能上相似的元件。

下面的详细说明本质上仅为示例性的，不旨在限制本发明或者本发明的应用和用途。此外，不意在为前面的技术领域、背景技术、发明概述或下面的发明详述中提供的任何明示的或暗示的理论所约束。此外，虽然下面的说明涉及到游戏设备和用于游戏设备的控制器，本领域技术人员将认识到，下面的说明同样适用于具有触觉输出设备的其他设备。

本发明的实施例涉及用于控制触觉输出设备的系统和方法。触觉输出设备布置在触觉外围设备内或触觉外围设备上。触觉外围设备可以是例如用于游戏系统的手持式游戏触觉外围设备100，如图2A-2B所示，或者包括用于输出触觉效果的触觉输出设备的其他设备，诸如但不限于电话机、个人数字助理(PDA)、平板式设备、计算机、游戏外围设备、计算机鼠标、可佩戴式用户物件、医疗设备、汽车控件、远程控制器、触摸屏或类似物。

触觉外围设备100通常可与游戏系统联用，游戏系统可以连接到计算机、移动电话、电视机或其他类似的设备。图2A-2B示出了触觉外围设备100的不同的立体图，而图3示出了在游戏系统101中使用的外围设备100的框图，游戏系统101还包括主计算机104和显示器106。如图3的框图所示，触觉外围设备100包括本地处理器108，其经由连接105而与主计算机104通信。连接105可以是有线连接、无线连接或本领域技术人员公知的其他类型的连接。本地处理器108可以是任意类型的通用处理器，或者可以是专门设计用来提供触觉效果的处理器，诸如专用集成电路(“ASIC”)。触觉外围设备100可以可替代地配置为不包括本地处理器108，由此来自触觉外围设备100的所有的输入/输出信号直接由主计算机104的处理器来处置和处理。主计算机104与显示屏106耦合。在实施例中，主计算机104是游戏设备控制台，显示屏106是与游戏设备控制台耦合的监控器，这是本领域公知的。在另一实施例中，如本领域技术人员公知的，主计算机104和显示屏106可以组合成单个设备。

触觉外围设备100的壳体102被定形成易于适应两只手抓握设备，可以是左手用户或右手用户。本领域技术人员将认识到，触觉外围设备100仅为与当前可供视频游戏控制台系统使用的多种“游戏板”具有类似形状和尺寸的控制器的示例性实施例，而且可以使用具有其他构造的用户输入元件、形状和尺寸的控制器，包括但不限于诸如Wii^TM遥控器或Wii^TMU控制器、SixAxis^TM控制器或Wand控制器以及定形为现实生活物体(诸如乒乓球拍、高尔夫球杆、棒球拍和类似物)以及其他形状的控制器。

触觉外围设备100包括多个用户输入元件或操纵物，包括操纵杆110、按钮114和触发器118。如本文所使用的，用户输入元件是指由用户操纵来与主计算机104交互的诸如触发器、按钮、操纵杆或类似物的接口设备。从图2A-2B能够看出，如本领域技术人员公知的，在触觉外围设备100上可以包含多于一个的各个用户输入元件和附加的用户输入元件。因此，例如触发器118的当前描述不将触觉外围设备100限制为单个触发器。此外，图3的框图显示出操纵杆110、按钮114和触发器118中的每个的仅一(1)个。然而，本领域技术人员将理解，可以使用如上所述的多个操纵杆、按钮和触发器以及其他用户输入元件。

从图3的框图能够看出，触觉外围设备100包括靶向触觉输出设备或电动机，其用于其用户输入元件中的每一个；以及一个或多个通用的或发隆隆声的触觉输出设备122、124，其在用户的手通常所在的位置处与壳体102耦合。更特别地，操纵杆110包括与其耦合的触觉输出设备或电动机112，按钮114包括与其耦合的触觉输出设备或电动机116，和触发器118包括与其耦合的触觉输出设备或电动机120。各个触觉输出设备112、116、120分别包括与其耦合、用于感测相应的触觉输出设备的当前操作状况的传感器113、117、121，如本文更详细说明的。另外，触觉外围设备100包括与其各个用户输入元件耦合的位置传感器。更特别地，操纵杆110包括与其耦合的位置传感器111，按钮114包括与其耦合的位置传感器115，触发器118包括与其耦合的位置传感器119。本地处理器108与操纵杆110、按钮114和触发器118的触觉输出设备112、116、120以及相应的位置传感器111、115、119耦合。

响应于从位置传感器111、115、119接收到的信号，本地处理器108指示触觉输出设备112、116、120分别向操纵杆110、按钮114和触发器118提供触觉效果。这些效果能够与通用触觉输出设备122、124沿着控制器整体产生的普通的或产生隆隆声的触觉效果区分开或区别开。每个通用触觉输出设备122、124分别包括与其耦合用来感测其相应的触觉输出设备的当前操作状况的传感器123、125，如本文更详细说明的。集合的触觉效果为用户提供了对于游戏的更大沉浸感，因为多种形式同时应用，例如，视频、音频和触觉。

在确定要执行且提供给用户的触觉效果的类型时，高级触觉参数或流值在主计算机104的处理器的软件代码中生成且发送到触觉外围设备100的处理器108，在该处理器108中这些高级触觉参数或流值经过处理，为触觉输出设备生成了恰当的电压电平。这允许触觉外围设备100为其触觉输出设备向用户提供恰当的触觉反馈并且通过对于触觉输出设备生成的不同的电压电平来改变触觉反馈的量或类型。这可视为本地控制实施例，其中主计算机104将高级监督命令提供给触觉外围设备100的处理器108，触觉外围设备100的处理器108对命令进行译码，且根据高级命令且独立于主计算机104来管理针对传感器和触觉输出设备的低级力控制环。更特别地，在操作中，本地处理器108检测或接收来自位置传感器111、115、119的位置和/或移动事件并且将位置和/或移动事件发送到主计算机104。主计算机104的处理器将控制信号或高级监督或流命令提供给本地处理器108，本地处理器108随后基于从主计算机104接收到的高级监督或流命令而将控制信号提供给触觉输出设备112、116、120、122、124。例如，当处于操作中时，触觉效果的电压量级和持续时间从主计算机104流送到触觉外围设备100，在触觉外围设备100中，信息经由本地处理器108提供给触觉输出设备112、116、120、122、124。主计算机104可以将高级命令提供给本地处理器108，诸如触觉输出设备112、116、120、122、124要输出的触觉效果的类型(例如，振动、摇晃、制动、弹跳等)，由此本地处理器108指示触觉输出设备112、116、120、122、124关于要输出的触觉效果的特定特性(例如，量级、频率、持续时间等)。本地处理器108可以从与其耦合的存储器109(在图3中的框图中示出)中取回触觉效果的类型、量级、频率、持续时间或其他特性。

虽然在图3中没有显示出，驱动器接口可以任选地连接在触觉外围设备100的本地处理器108与每个触觉输出设备之间以将来自本地处理器108的信号转换成适合于驱动相应的触觉输出设备的信号。驱动器接口可以包括功率放大器、开关、数模控制器(DAC)、模数控制器(ADC)以及本领域技术人员公知的其他部件。例如，电压模式放大器是能够在驱动器接口中使用以基于来自触觉外围设备100的本地处理器108的控制信号驱动电动机的低成本部件。本地处理器108将控制信号输出到驱动器接口，驱动器接口包括用来向触觉输出设备供给所需的电流和电源以产生期望的触觉效果的电子部件和电路系统。每个触觉输出设备可以包括分离的驱动电路，均与本地处理器108耦合。

在不同的主计算机控制实施例中，主计算机104能够将低级力命令提供给触觉外围设备100，这些命令直接经由触觉外围设备100的本地处理器108或其他电路系统(如果不存在本地处理器108)发送到触觉输出设备。主计算机104的处理器因此直接控制并处理到触觉外围设备和来自触觉外围设备的所有信号，例如，主计算机直接控制由触觉外围设备100的触觉输出设备输出的力。可预期该实施例进一步降低力反馈设备的成本，因为在触觉外围设备100中无需包含任何复杂的本地处理器108或其他处理电路系统。

在另一实施例中，可以将其他硬件在本地地提供给触觉外围设备100以提供类似于本地处理器108的功能。例如，包含了固定逻辑的硬件状态机能够用来向触觉输出设备提供信号且接收来自传感器的传感器信号，以及根据预定义的顺序、算法或过程来输出触信号。以硬件实现具有期望功能的逻辑的技术是本领域技术人员公知的。这种硬件非常适合于不太复杂的力反馈设备。在另一实施例中，类似于本地处理器108的功能可以在本地地设置在驱动器接口的集成电路系统内，或者可以在本地设置在触觉输出设备的电路系统内。因此，如本文所使用的，术语“处理器”包括执行本文所述的功能的分离的或独立的部件，以及本文所描述的功能集成到触觉外围设备100的另一部件中且由其执行的实施例，诸如但不限于触觉外围设备100的驱动器接口或触觉输出设备。

本发明的实施例涉及提高触觉输出设备实现期望的触觉效果波形的能力的方法和系统。如本文所描述的控制触觉输出设备的方法可应用于触觉外围设备100的触觉输出设备112、116、120、122、124中的一个或多个。此外，不要求触觉输出设备112、116、120、122、124为同一类型的触觉输出设备。如上所述控制触觉输出设备的方法可应用于各种触觉输出设备。例如，虽然主要结合无刷DC电动机进行了说明，本发明实施例可应用于各种触觉输出设备，包括但不限于电刷式DC电动机、电磁电动机、其中通过电动机来移动偏心质量块的偏心旋转质量块(“ERM”)执行器、其中附接到弹簧的质量块被前后驱动的线性共振执行器(“LRA”)、响应于信号而变形的压电、电活性聚合物或形状记忆合金的“智能材料”、螺线管共振执行器(“SRA”)、其中通过电动机来移动偏心质量块的电磁电动机、振触执行器、惯性执行器、用于改变刚度、静电摩擦(ESF)、超声表面摩擦(USF)的机构、通过超声触觉换能器来诱发声辐射压力的设备、使用触觉基板和柔性或可变形表面的设备、利用气流来提供诸如一股空气的喷射触觉输出的设备或者上述执行器的任意组合。在另一实施例中，触觉输出设备可使用动触觉反馈，包括例如改变触觉外围设备100的用户输入元件或壳体的刚度/阻尼的螺线管、在触觉外围设备100的用户输入元件或壳体中改变尺寸的小气囊、或者形状变化材料。

上述的方法可应用于各种触觉输出设备以提供基本上匹配或遵循期望的触觉效果波形而无论使用哪种类型的触觉输出设备的通用方法。因此，本文所描述的算法通过使用当前操作状况信息和关于触觉输出设备的属性信息补偿了触觉输出设备之间的差别。更特别地，如上文参考图1所说明的，一些执行器或触觉输出设备在制动时需要大量的时间来减速和/或需要大量的时间来起动。例如，无刷DC电动机具有内部控件，该内部控件允许电动机自动地起动以及制动电动机。无刷DC电动机在运动中时提供极小的摩擦，因此是不消耗系统动力源的功率高效式触觉输出设备。具有用于触觉输出设备的无刷DC电动机的触觉外围设备因此具有相对低的功率要求，从而降低了成本、体积和功耗。然而，由于其极小的摩擦，无刷DC电动机在制动时要花费大量的时间来减速，并且输送的触觉效果的分布曲线可能不匹配或遵循期望的触觉效果波形。本发明的实施例涉及产生补偿或者考虑到触觉输出设备的当前操作状况和/或特性来实现期望的触觉效果波形的控制信号。

转到图4-5，示出了用于改变或更新控制信号以补偿或考虑触觉输出设备的当前操作状况的方法。图4是图示出根据其实施例、用于控制由触觉输出设备输出的触觉效果的方法的流程图，其中该方法包括用关于触觉输出设备的速度、运动、加速度或位置的传感器信息来更新或修正控制信号。图5是期望的触觉效果波形130、在其修正之前的第一控制信号132、在其根据图4的流程图修正之后的第二控制信号533、以及响应于第二或修正后的控制信号而输出的触觉效果534的示意图。为图示说明的原因，将结合主计算机104和触觉外围设备100来描述流程图。在实施例中，图4的流程图的功能的实现方式是，通过存储在主计算机104的存储器中且由主计算机104的处理器执行、和/或存储在触觉外围设备100的存储器109中且由触觉外围设备100的本地处理器108执行的软件来实现。在其他实施例中，该功能可以通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FGPA”)由硬件来实施，或者由硬件和软件的任意组合来实施。如本文之前所描述的，主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108可以是实施本文所描述的功能的分离的或独立的部件，或者针对主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108在此描述的功能可以集成到触觉外围设备100的另一部件中且由触觉外围设备100的该另一部件来执行，触觉外围设备100的该另一部件诸如但不限于触觉外围设备100的驱动器接口或者触觉输出设备。

作为图4所示的流程图之前的初始步骤，确定或设定期望的触觉效果波形130(图1和图5中示出)。期望的触觉效果波形130是用户想要的触觉体验。如图5所示，在本发明的实施例中，期望的触觉效果波形130包括强度增加150以及多个强度减小152A、152B、152C。经由强度减小152A、152B、152C，期望的触觉效果波形130传达了在多个连续的时间段或持续期间154A、154B、154C内用作触觉效果的多个不同的量级或幅值。在持续期间154A、154B、154C内，之前应用的触觉效果的强度(即，之前应用的强度增加或强度减小)持续。如本文所使用的，强度增加是指期望的触觉效果波形的量级或幅值的增加，或者是指响应于控制信号而输出的触觉效果的量级或幅值的相应的增加。类似地，强度减小是指期望的触觉效果波形的量级或幅值的减小，或者是指响应于控制信号而输出的触觉效果的量级或幅值的相应的减小。期望的触觉效果波形130可以通过用户或者通过触觉效果的编程者或创建者来确定或设定。

在图5的实施例中，期望的触觉效果波形130包括如上所述的强度增加150以及多个强度减小152A、152B、152C。然而，如本领域普通技术人员理解的，期望的触觉效果波形不要求是图5所示的形状。期望的触觉效果波形可以是任何类型的波形，包括但不限于正弦或正弦周期波、方波、脉冲波、三角形波或非周期波。波形可用来以特定的频率(周期)以及量级或幅值来输出振动效果。单一、非方向性的摇晃可以作为振动的单个周期或者作为振动的一个周期的部分而输出。当提供或供应给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108时，期望的触觉效果波形通常包括频率命令、量级命令以及作为处理器的参数或输入的波形或功能。在授予Goldenberg等人的、转让给与本申请的受让人相同的受让人的美国专利7,446,752中进一步描述了基于期望的触觉效果波形来生成控制信号，该美国专利的全文通过引用方式合并于此。除了周期性振动效果之外，非周期性效果和/或一致的力效果也可以在触觉外围设备100的触觉输出设备上播放或输出，如授予Goldenberg等人的美国专利7,446,752中所描述的。

本领域普通技术人员将理解的是，期望的触觉效果波形130变换成数字信号，数字信号被发送或以其他方式提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108。如此，期望的触觉效果波形130是提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108的第一输入，如图4的步骤440中所示的。期望的触觉效果波形130可以经由诸如I2c/SPI或其他类似接口的接口以数字形式，发送或以其他方式提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108，或者可以具有占空比/频率控制的PWM(脉宽调制)信号或具有量级和/或正时控制的模拟信号的信号形式，发送或以其他方式提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108。

除了期望的触觉效果波形130之外，触觉输出设备的当前操作状况信息还作为第二输入提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108，如图4的步骤448所示的。更特别地，每个触觉输出设备112、116、120、122、124分别包括与其耦合的相应的传感器113、117、121、123、125，用于感测相应的触觉输出设备的当前操作状况。在本文的实施例中，传感器113、117、121、123、125配置为感测相应的触觉输出设备的位置、速度、加速度或运动。例如，传感器配置为检测特定的触觉输出设备是否处于静止中、运动中和/或其速度。在实施例中，传感器113、117、121、123、125为霍尔效应传感器，但是可以为本领域已知的其他类型的速度、运动、加速度或位置传感器，诸如但不限于加速度计、电位计、磁场传感器、光学编码器、电容传感器、反电动势传感器和类似物。

在图4的步骤442中，控制信号经由主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108执行的算法或内部逻辑来生成。如图4所示，该算法使用期望的触觉效果波形130作为第一输入(步骤440)，使用来自其相应传感器的触觉输出设备的当前操作状况信息作为第二输入(步骤448)。在实施例中，控制信号源自于第一输入和第二输入，使得该算法或内部逻辑起初根据第一输入和第二输入来创建控制信号。在另一实施例中，控制信号由于第一输入和第二输入而被更新或改变。更特别地，基础控制信号可以存储在主计算机104和/或触觉外围设备100内，并且该算法或内部逻辑可以根据第一输入和第二输入来更新、修正、改变或以其他方式更改基础控制信号。如本文所使用的，术语“生成”包括源自于算法的控制信号以及由算法更新、修正、改变或以其他方式更改的控制信号。更新速率取决于传感器的特性以及触觉输出设备的特性。在实施例中，随着触觉输出设备的当前操作状况如经由传感器113、117、121、123、125所检测到的那样变化，控制信号可以实时地修正或更新。

在图4的步骤442中生成的控制信号配置为，控制触觉输出设备输出或输送触觉效果，所述触觉效果具有严格匹配或遵循期望的触觉效果波形130的分布曲线。更特别地，在图4的步骤442中生成的控制信号在图4的步骤444中发送到触觉外围设备100的驱动器接口或放大器，并且在图4的步骤446中，驱动信号提供给触觉输出设备，以指示触觉输出设备响应在步骤442中生成的控制信号而输出触觉效果。因此，在步骤442中生成的控制信号作为指示触觉输出设备输出具有一分布曲线的触觉效果的驱动信号而施加于触觉输出设备，触觉效果的分布曲线严格地匹配或遵循期望的触觉效果波形130。

更特别地，参考图5，第一控制信号132显示具有严格地匹配或遵循期望的触觉效果波形130的分布曲线。然而，如关于图1所描述的，当第一控制信号132施加于一些触觉输出设备时，输出的触觉效果的分布曲线既不匹配或遵循第一控制信号132，也不匹配或遵循期望的触觉效果波形130。在其实施例中，第一控制信号132可以是存储在主计算机104和/或触觉外围设备100中的基础控制信号。图5的第二控制信号533是如何根据图4的流程图来修正第一控制信号132的示例。通过将来自其相应传感器的触觉输出设备的当前操作状况信息被接收作为输入，通过主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108执行的算法将第一控制信号132修正或更改成第二控制信号533，以补偿或考虑触觉输出设备的当前操作状况。当施加于触觉输出设备时，第二控制信号533得到了严格地或基本上匹配或遵循期望的触觉效果波形130的触觉效果534。

在图5的实施例中，第二控制信号533使触觉效果534的分布曲线包括了基本上匹配或遵循期望的触觉效果波形130的强度增加或强度减小的强度增加或强度减小。更特别地，触觉效果534的第一强度减小194被显示出基本上匹配或遵循期望的触觉效果波形130的第一强度减小152A，并且触觉效果534的第二强度减小196被显示出基本上匹配或遵循期望的触觉效果波形130的第二强度减小152B。期望的触觉效果波形130的持续期间154A、154B、154C分别对应于输出或输送的触觉效果的强度所持续的触觉效果534的持续期间188、190、192。

期望的是，触觉效果的分布曲线在幅值和正时方面基本上匹配期望的触觉效果波形。如本文所使用的，“基本上匹配”或“严格地匹配”是指，相对于当控制信号不使用触觉输出设备的当前操作状况作为输入时，当控制信号使用触觉输出设备的当前操作状况作为输入时，触觉效果的分布曲线更严格地遵循期望的触觉效果波形的幅值和正时。换言之，当考虑到触觉输出设备的当前操作状况时，触觉效果的分布曲线与期望的触觉效果波形之间的匹配被改善。在其实施例中，触觉效果的分布曲线具有在等于或小于25％的误差裕度内与期望的触觉效果波形相同的幅值，并且触觉效果的分布曲线幅值的变化在等于或小于25％的误差裕度内与期望的触觉效果波形的幅值的变化同时发生。

明显地，根据图4的流程图修正的第二控制信号533是具有不同于第一控制信号132和期望的触觉效果波形130的分布曲线/形状的不同的信号或波形。更特别地，参考图5，第一控制信号132包括：阶跃(kick)156，其包括触觉效果的量级或幅值的增加；第一持续期间或第一时间段172，其中触觉效果的幅值或量级无变化，使得触觉效果持续前一强度；第一制动158，其包括触觉效果量级或幅值的减小；第二持续期间或时间段174，其中触觉效果的幅值或量级无变化，使得触觉效果持续前一强度；第二制动160，其包括触觉效果的量级或幅值的减小；以及第三持续期间或时间段176，其中无触觉效果的幅值或量级的变化，使得触觉效果持续前一强度。相反地，第二控制信号533包括：第一阶跃533，其包括触觉效果的量级或幅值的增加；第一持续期间或时间段178，其中无触觉效果的幅值或量级的变化，使得触觉效果持续前一强度；第一制动164，其包括触觉效果的量级或幅值的减小；第二持续期间或时间段180，其中触觉效果的幅值或量级无变化，使得触觉效果持续前一强度；第二阶跃166，其包括触觉效果的量级或幅值的增加；第三持续期间或时间段182，其中触觉效果的幅值或量级无变化，使得触觉效果持续前一强度；第二制动168，其包括触觉效果的量级或幅值的减小；第四持续期间或时间段184，其中触觉效果的幅值或量级无变化，使得触觉效果持续前一强度；第三阶跃170，其包括触觉效果的量级或幅值的增加；以及第五持续期间或时间段184，其中触觉效果的幅值或量级无变化，使得触觉效果持续前一强度。

为图示说明第一控制信号132与第二控制信号533之间的差别，将第一控制信号132的第二持续期间174分别与第二控制信号的第二持续期间180和第三持续期间182进行比较。第一控制信号132的第二持续期间174与第二控制信号533的第二持续期间180和第三持续期间182相等。第一控制信号132的第二持续期间174与第二控制信号533的第二持续期间180和第三持续期间182，分别对应于期望的触觉效果波形130的第二持续期间154B以及触觉效果534的第二持续期间190。在期望的触觉效果波形130的第二持续期间154B内，仅发生了量级或幅值相对较小的第一强度减小152A。类似地，在触觉效果534的第二持续期间190内，仅发生了量级或幅值相对较小的第一强度减小194，并且在第一控制信号132的第二持续期间174内，仅发生了量级或幅值相对较小的第一制动158。相反地，在第二控制信号533的第二持续期间180和第三持续期间182内，发生了第一阶跃164、第二阶跃166和第二制动168，其中每个都比第一控制信号132的第一制动158的幅值或量级相对高。当应用于诸如具有极小摩擦的无刷DC电动机的触觉输出设备时，第二控制信号533施加极大的制动(第一制动164)，随后是阶跃(第二阶跃166)和另一制动(第二制动168)，从而实现对应于期望的触觉效果分布曲线130的第二持续期间154B和触觉效果534的第二持续期间190的分布曲线或波形。换言之，第二控制信号533包括多个阶跃和制动(第一制动164、第二阶跃166、第二制动168)，从而使触觉效果534的分布曲线仅包括基本上匹配期望的触觉效果波形130的单一强度减小(第一强度减小152A)的单一强度减小(第一强度减小194)。

在实践中，由于生成波形的系统的物理限制，不能实现瞬时的强度增大或减小(对应于控制信号的阶跃和制动)。当输出控制信号的阶跃时，触觉输出设备从低水平升至高水平所花费的时间称为上升时间，和当输出控制信号的制动时，触觉输出设备从高水平降至低水平所花费的时间称为下降时间。因此，触觉效果534的输出强度增大和强度减小不是瞬时的，而是必然分别包括上升时间和下降时间。本发明的一个目的是最小化输出强度增大和强度减小的上升时间和下降时间，使得触觉效果534的分布曲线基本上匹配或遵循期望的触觉效果波形130的强度增大或强度减小。换言之，在期望的触觉效果波形包括瞬时的强度增大和/或强度减小的实施例中，相对于当控制信号不使用触觉输出设备的当前操作状况作为输入时，当控制信号使用触觉输出设备的当前操作状况作为输入时，输出或输送的触觉效果的对应的强度增大和/或强度减小分别具有最小化的或减小的上升时间和下降时间。

在图6所示的其另一实施例中，除了期望的触觉效果波形130作为第一输入(步骤440)、和来自其相应传感器的触觉输出设备的当前操作状况信息作为第二输入(步骤448)之外，触觉输出设备的参数或属性还可以用作用于生成或更新控制信号的第三输入，如图6的步骤695所示的。触觉输出设备的参数或属性可以包括触觉输出设备的类型的标识、触觉输出设备的特性、和/或与触觉输出设备有关的过去用户经历。在实施例中，触觉输出设备的参数或属性从触觉输出设备本身提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108。例如，主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108可配置为从触觉输出设备读取或提取这些信息。在另一实施例中，触觉输出设备的参数或属性从用户提供给主计算机104的处理器和/或触觉外围设备100的处理器108。例如，用户可以输入与触觉输出设备如何输出触觉效果的用户先前体验或分析有关的信息。

虽然上文已经对根据本发明的各个实施例进行了说明，应当理解，这些是通过示例和举例说明的方式而不是通过限制的方式来呈现的。相关领域技术人员将显而易见，可以在其中做出各种形式和细节上的改变，而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例限制，而是应当仅根据随附的权利要求及其等同方案来限定。还将理解的是，此处所述的每个实施例的每个特征以及本文所引述的每个参考文献的每个特征能够与任何其他实施例的特征相结合来使用。本文所论述的全部的专利和公开出版物以其全文通过引用方式合并于本文中。

Claims (20)

1.一种控制触觉输出设备的方法，所述方法包括以下步骤：

接收包括期望的触觉效果波形的第一输入，其中所述期望的触觉效果波形包括至少一个强度增加或强度减小；

接收来自传感器的第二输入，所述第二输入包括所述触觉输出设备的当前操作状况；

经由使用所述第一输入和第二输入两者的算法来生成控制信号；以及

将所述控制信号应用于所述触觉输出设备以指示所述触觉输出设备输出具有分布曲线的触觉效果，其中所述控制信号使所述触觉效果的分布曲线包括与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小分别基本上匹配的强度增加或强度减小。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述触觉输出设备是无刷DC电动机。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：

接收包括所述触觉输出设备的至少一个参数的第三输入，

其中经由算法来生成所述控制信号的步骤包括使用所述第一输入、第二输入和第三输入。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述至少一个参数选自由类型、特性和过去经历组成的组。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器配置为感测所述触觉输出设备的位置、速度或加速度。

6.如权利要求1所述的方法，其中生成所述控制信号的步骤包括，经由所述算法来修改基础控制信号，使得所述控制信号包括与所述基础控制信号不同的波形。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述触觉效果的分布曲线的强度增加或强度减小具有与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小相同的幅值，并且所述触觉效果的分布曲线的强度增加或强度减小与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小同时发生。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述控制信号包括多个阶跃和制动，从而使所述触觉效果的分布曲线包括基本上匹配所述期望的触觉效果波形的强度减小的强度减小。

9.一种用于控制触觉输出设备的系统，所述系统包括：

处理器；

触觉外围设备，其包括触觉输出设备，其中所述触觉输出设备配置为，接收来自所述处理器的控制信号，并且响应于来自所述处理器的控制信号而将具有分布曲线的触觉效果输出到所述触觉外围设备；以及

传感器，其与所述触觉输出设备耦合，其中所述传感器配置为感测所述触觉输出设备的当前操作状况，

其中所述处理器配置为，根据多个输入来生成所述触觉输出设备的控制信号，使得所述控制信号使所述触觉效果的分布曲线基本上匹配期望的触觉效果波形，所述多个输入包括期望的触觉效果波形、从所述传感器接收到的信号以及所述触觉输出设备的至少一个参数。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述触觉输出设备是无刷DC电动机。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述至少一个参数选自由类型、特性和过去经历组成的组。

12.如权利要求9所述的系统，其中所述传感器配置为感测所述触觉输出设备的位置、速度或加速度。

13.如权利要求9所述的系统，其中所述期望的触觉效果波形包括至少一个强度增加或强度减小，并且其中所述控制信号使所述触觉效果的分布曲线包括与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小基本上匹配的强度增加或强度减小。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述触觉效果的分布曲线的强度增加或强度减小具有与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小相同的幅值，并且所述触觉效果的分布曲线的强度增加或强度减小与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小同时发生。

15.如权利要求13所述的系统，其中所述控制信号包括多个阶跃和制动，从而使所述触觉效果的分布曲线包括与所述期望的触觉效果波形的强度减小基本上匹配的强度减小。

16.如权利要求9所述的系统，其中系统进一步包括主计算机，且所述处理器布置在所述主计算机中。

17.如权利要求9所述的系统，其中所述处理器布置在触觉外围设备中。

18.一种用于控制触觉输出设备的系统，所述系统包括：

处理器；

触觉外围设备，其包括触觉输出设备，所述触觉输出设备是具有内部控件的无刷DC电动机，所述内部控件自动起动和制动电动机，其中所述触觉输出设备配置为，接收来自所述处理器的控制信号，且响应于来自所述处理器的控制信号而将具有分布曲线的触觉效果输出到所述触觉外围设备；以及

传感器，其与所述触觉输出设备耦合，其中所述传感器配置为感测所述触觉输出设备的位置、速度或加速度，

其中所述处理器配置为，根据包括至少一个强度增加或强度减小的期望的触觉效果波形以及根据从所述传感器接收到的信号，改变所述触觉输出设备的控制信号，使得所述控制信号使所述触觉效果的分布曲线包括与所述期望的触觉效果波形的强度增加或强度减小基本上匹配的强度增加或强度减小。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述处理器还配置为，根据所述触觉输出设备的至少一个参数来改变所述触觉输出设备的控制信号。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述控制信号包括多个阶跃和制动，从而使所述触觉效果的分布曲线包括与所述期望的触觉效果波形的强度减小基本上匹配的强度减小。