CN107402630A - 触觉增强的包括机械按键和集成智能材料驱动器的用户输入元件的提供触效的触觉外围设备 - Google Patents

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Abstract

触觉外围设备包括外壳和触觉增强的用户输入元件。触觉增强的用户输入元件配置为接收来自用户的输入，还包括机械按键，该机械按键具有带有配置为接触用户的用户接触表面的键帽及集成在键帽的用户接触表面上的智能材料驱动器。智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为响应于来自处理器的控制信号使至少一部分的用户接触表面相对于机械按键的键帽变形，以借此向触觉外围设备的用户提供触觉效果。触觉外围设备还可以包括耦合至机械按键的制动驱动器，以将机械按键保持在被压下的位置，以向用户指示不活跃状况。此外，触觉外围设备和触觉增强的用户输入元件可以是模块化的。

Description

触觉增强的包括机械按键和集成智能材料驱动器的用户输入 元件的提供触效的触觉外围设备
技术领域
这里的实施方式涉及触觉效果，并且更特别地涉及用于向用户提供触觉效果的触觉外围 设备，该触觉外围设备具有用户输入元件，该用户输入元件包括机械按键和集成智能材料驱 动器。
背景技术
视频游戏和视频游戏系统已经由于市场导向变得更加流行，并由此得到了大众玩家的参 与。传统视频游戏设备或控制器使用视觉和听觉的提示来向用户提供反馈。在一些接口设备 中，动觉反馈(诸如主动力反馈和阻力反馈)和/或可触知反馈(诸如振动、纹理和热量)也 提供给用户，更为众所周知地共同称为“触觉反馈”或“触觉效果”。触觉反馈可以提供加强 和简化用户接口的提示。特别地，振动效果或可触知振动的触觉效果在向电子设备的用户提 供提示以警告用户特别事件，或提供真实反馈以在模拟的或虚拟的环境中形成更好的感官沉 浸是有帮助的。
其中用户与用户输入元件交互以引起动作的诸如医疗设备、汽车控制、远程控制和其他 类似设备的其他设备也受益于触觉反馈或触觉效果。例如且不是通过限制的方式，医疗设备 上的用户输入元件可以由患者身体之外的用户在医疗设备的近端部分进行操作，以在医疗设 备的末端引起患者身体内的动作。触觉反馈或触觉效果可以由设备采用以向用户警告特定事 件，或向用户提供与医疗设备和患者在医疗设备的末端交互有关的真实反馈。
用于游戏、虚拟现实的传统触觉反馈系统及其他设备一般包括一个或多个驱动器，一个 或多个驱动器附着至产生触觉反馈的控制器/外围设备的外壳或包含在产生触觉反馈的控制 器/外围设备的外壳内。例如，Rosenberg转让给Immersion Corporation的美国专利7,106,305， 其整体通过引用的方式结合于此，公开了触觉反馈键盘设备，该触觉反馈键盘设备向用户提 供了用于增强在计算机提供的所显示环境中的交互的触觉反馈。触觉键盘设备可以是具有多 个按键的键盘，或者可以是腕垫或耦合至键盘的其他附件。驱动器耦合至在物理上与用户接 触的设备外壳，并向外壳施加力，以使得力传送至接触外壳的用户。
这里的实施方式涉及向触觉外围设备的用户输入元件提供改进的触觉反馈或效果的触觉 反馈系统，触觉外围设备诸如但不限于键盘、游戏手柄、控制器或其他外围设备。
发明内容
这里的实施方式针对的是触觉外围设备，该触觉外围设备包括外壳和触觉增强的用户输 入元件。触觉增强的用户输入元件配置为接收来自用户的输入，还包括机械按键，该机械按 键具有带有配置为接触用户的用户接触表面的键帽和集成在键帽的用户接触表面上的智能材 料驱动器。智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为响应于来自处理器的控 制信号使至少一部分的用户接触表面相对于机械按键的键帽变形，以借此向触觉外围设备的 用户提供触觉效果。
根据这里的另一实施方式，触觉外围设备包括外壳和触觉增强的用户输入元件。触觉增 强的用户输入元件配置为接收来自用户的输入，还包括机械按键，该机械按键具有带有配置 为接触用户的用户接触表面的键帽和集成在键帽的用户接触表面上的智能材料驱动器。智能 材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为响应于来自处理器的控制信号使至少一 部分的用户接触表面相对于机械按键的键帽变形，以借此向触觉外围设备的用户提供触觉效 果。触觉外围设备还包括耦合至机械按键的制动驱动器。制动驱动器配置为将机械按键保持 在被按下的位置，以向用户指示不活跃状况。
根据这里的另一实施方式，游戏系统包括主计算机、处理器和触觉外围设备。触觉外围 设备包括外壳和触觉增强的用户输入元件。触觉增强的用户输入元件配置为接收来自用户的 输入，还包括机械按键，该机械按键具有带有配置为接触用户的用户接触表面的键帽和集成 在键帽的用户接触表面上的智能材料驱动器。智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号， 并配置为响应于来自处理器的控制信号使至少一部分的用户接触表面相对于机械按键的键帽 变形，以借此向触觉外围设备的用户提供触觉效果。处理器位于触觉外围设备的外壳内，或 处理器布置在主计算机中。
附图说明
本发明的前述的及其他特征和优势根据以下如所附附图所示的本文实施方式的说明将是 显而易见的。结合于此并形成说明书的一部分的所附附图进一步用作解释本发明的原理，并 使相关领域技术人员能够进行和使用本发明。附图不是按比例的。
图1是包括这里的实施方式的触觉外围设备的系统的示意性图示，其中系统还包括主计 算机和显示器。
图2是图1的系统的框图。
图3是这里的实施方式的用于触觉外围设备的触觉增强的用户输入元件的示意性透视图， 其中触觉增强的用户输入元件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户和 智能材料驱动器的用户接触表面，该智能材料驱动器集成在机械按键的用户接触表面上。
图4是智能材料或压电驱动器的分解透视图。
图4A是耦合在一起的图4的部件的透视图。
图4B是图4A产生电荷并且响应于电荷产生而弯曲之后的透视图。
图5A是这里的另一实施方式的用于触觉外围设备的触觉增强的用户输入元件的示意性 侧视图，其中触觉增强的用户输入元件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接 触用户的用户接触表面和集成在机械按键的用户接触表面上的智能材料驱动器，并且机械按 键以其静息(rest)或非按压状态进行显示。
图5B是图5A的触觉增强的用户输入元件的示意性侧视图，其中机械按键以其被压下或 被按下的状态进行显示。
图6A是这里的另一实施方式的用于触觉外围设备的触觉增强的用户输入元件的示意性 侧视图，其中触觉增强的用户输入元件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接 触用户的用户接触表面、集成在机械按键的用户接触表面上的智能材料驱动器和制动驱动器， 并且机械按键以其静息或非按压状态进行显示。
图6B是图6A的触觉增强的用户输入元件的示意性侧视图，其中机械按键经由制动驱动 器以其被压下或被按下的状态进行显示。
图6C是在图6A和6B中使用的示例性制动驱动器的示意性侧视图。
图6D是在图6A和6B中使用的另一示例性制动驱动器的示意性俯视图。
图6E是图6D的制动驱动器的侧视图。
图7是具有多个按键插孔的模块化键盘的透视图。
图7A是图7的模块化键盘的单个按键插孔的放大的透视图。
图8A是用于图7的模块化键盘的模块化触觉增强的用户输入元件的透视图，其中模块 化触觉增强的用户输入元件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户的用 户接触表面、集成在机械按键的用户接触表面上的智能材料驱动器，并且该按键配置为经由 夹子或接线柱耦合至按键插孔。
图8B是图8A的模块化触觉增强的用户输入元件的另一透视图。
图9是这里的另一实施方式的在按键插孔与模块化触觉增强的用户输入元件之间的连接 的示例性侧视图。
图10是具有多个模块化按键或用户输入元件的模块化键盘的俯视图，其中至少一个模块 化按键是模块化触觉增强的用户输入元件。
图11是图10的单个模块化触觉增强的用户输入元件的透视示意图，其中模块化触觉增 强的用户输入元件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户的用户接触表 面、集成在机械按键的用户接触表面上的智能材料驱动器，并且该按键配置为经由磁体耦合 至图10的模块化键盘。
图12是图10的单个模块化触觉增强的用户输入元件的透视示意图，其中模块化触觉增 强的用户输入元件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户的用户接触表 面、集成在机械按键的用户接触表面上的智能材料驱动器，并且该按键配置为经由电磁体耦 合至图10的模块化键盘。
图13是这里的另一实施方式的触觉外围设备的透视图，其中触觉外围设备是游戏控制器， 游戏控制器包括向用户提供触觉效果的触觉增强的用户输入元件，该触觉增强的用户输入元 件包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户的用户接触表面和集成在机械 按键的用户接触表面上的智能材料驱动器。
图14是图13的触觉外围设备的另一透视图。
图15是与主计算机相结合的图13的触觉外围设备的框图。
图16是这里的另一实施方式的触觉外围设备的透视图，其中触觉外围设备是游戏平板， 游戏平板包括向用户提供触觉效果的触觉增强的用户输入元件，该触觉增强的用户输入元件 包括机械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户的用户接触表面和集成在机械按 键的用户接触表面上的智能材料驱动器。
图17是图16的游戏平板的框图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的特定实施方式，其中相同的参考数字指示了同样的或功能类 似的元件。
以下具体的说明实际上仅是示例性的并且不意在限制本发明或本申请及本发明的使用。 此外，意图不在于受到呈现在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体说明中的任意 表达或暗示的理论所约束。此外，虽然以下说明针对游戏设备和用于游戏设备的控制器，但 是本领域技术人员应当认识到本说明同样可应用于其他触觉反馈设备。
这里的实施方式涉及触觉反馈系统的触觉外围设备，触觉外围设备包括外壳和触觉增强 的用户输入元件或按键。触觉增强的用户输入元件配置为从接收来自用户的输入，并包括机 械的或基于弹簧的按键，该按键具有配置为接触用户的用户接触表面和集成在机械按键的用 户接触表面上的智能材料驱动器。智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为 响应于来自处理器的控制信号使至少一部分用户接触表面相对于机械按键的键帽变形，从而 向触觉外围设备的用户提供触觉效果。
更特别地，参考附图，图1是触觉反馈系统100的示意性图示，触觉反馈系统100包括 触觉外围设备102、主计算机104和显示器106。图2是图1的系统的框图。触觉外围设备102与主计算机或计算机系统104进行通信，主计算机或计算机系统104配置为在视频或视觉显示器106上对用户产生虚拟环境。主计算机104可以包括视频游戏控制台、移动设备或包含处理器的任意其他类型的计算机系统，处理器配置为在显示器上对用户产生虚拟环境。 如图2的框图所示，主计算机104包括主处理器108、存储器110和视觉显示器106。主计算 机104执行储存在存储器110中的软件应用并由主处理器108执行。主处理器108可以是任 意类型的通用处理器，或可以是特别设计以提供触觉效果信号的处理器。主处理器108可以 是操作整个主计算机104的同一处理器，或者可以是分开的处理器。主处理器108可以决定 向触觉外围设备102发送什么触觉效果及以什么次序发送触觉效果。存储器110可以是任意 类型的存储设备或计算机可读介质，诸如但不限于随机存取存储器(RAM)或只读存储器 (ROM)。存储器110还可以位于主处理器的内部，或是内部和外部存储器的任意组合。
主计算机104经由有线或无线装置耦合至视觉显示器106。视觉显示器106可以是向用 户提供图形化信息的任意类型的介质；该介质包括但不限于监控器、电视屏幕、等离子体、 LCD、投影仪、头盔式显示器、虚拟现实显示器或任意其他显示设备。在实施方式中，如本 领域已知的，主计算机104是游戏设备控制台，而视觉显示器106是耦合至游戏设备控制台 的监控器。在另一实施方式中，如本领域技术人员已知的，主计算机104和视觉显示器106 可以结合至单个设备。
在图1-2所显示的实施方式中，主计算机104通过有线或USB连接103与触觉外围设备 102通信。在实施方式中，有线或USB连接103在触觉外围设备102与主计算机104之间进行信号的通信，并且还向触觉外围设备102提供电力。本发明的部件，诸如智能材料驱动器(以下所描述的)需要电力，该电力在一些实施方式中可以通过有线或USB连接103来提供。在一些实施方式中，驱动器的电力可以由在触觉外围设备102上设置的电力存储设备进行补 充或单独提供，电力存储设备诸如电容器或者一个或多个电池。然而，在另外的实施方式中， 触觉外围设备102可以使用本领域技术人员已知的其他有线通信或无线通信装置与主计算机 104通信。这可以包括但不限于串口或蓝牙连接。进一步地，主计算机104可以处于云中， 并因而不需要本地有线连接或无线连接。
如图2的框图所示，触觉外围设备102包括经由连接103与主计算机104通信的本地处 理器112、本地存储器114、智能材料驱动器120和整体触觉输出设备130，但是如于此更加 具体的描述，整体触觉输出设备不是在所有实施方式中都是需要的。在操作中，本地处理器 112耦合至智能材料驱动器120和整体触觉输出设备130，以基于来自主计算机104的高等级 监督或流命令向其提供控制信号。例如，在操作时，电压的量级和持续时间从主计算机104 流至触觉外围设备102，其中信息经由本地处理器112提供至智能材料驱动器120和整体触 觉输出设备130。主计算机104可以向本地处理器112提供高等级命令，高等级命令诸如即 将由智能材料驱动器120和/或整体触觉输出设备130输出的触觉效果的类型(如振动、摇晃、 掣动、弹出等)，借此本地处理器112向智能材料驱动器120和/或整体触觉输出设备130指 示关于即将输出的触觉效果的特定特征(如量级、频率、持续时间等)。本地处理器112可以 从与其耦合的本地存储器114(如图2的框图所示)取得类型、量级、频率、持续时间或触 觉效果的其他特征。此外，与主计算机104的存储器110类似，本地存储器114可以是任意 类型的存储设备或计算机可读介质，诸如但不限于随机存取存储器(RAM)或只读存储器 (ROM)。本地存储器114还可以位于本地处理器的内部，或是内部和外部存储器的任意组合。与主处理器108类似，本地处理器112还可以决定发送什么触觉效果及以什么次序发送触觉效果。此外，本地处理器112可以决定哪个触觉输出设备(即，智能材料驱动器120或 整体触觉输出设备130)将接收控制信号。在这里的另一实施方式中，触觉外围设备102配 置为不包括本地处理器112，借此来自触觉外围设备102的所有输入/输出信号由主计算机104直接进行操作和处理。
在图1-2的实施方式中，如于此将更具体描述的，触觉外围设备102是键盘设备，键盘 设备包括外壳116和多个按键，其中至少一者是触觉增强的用户输入元件101，触觉增强的 用户输入元件101包括机械按键122和集成或嵌入机械按键122上的智能材料驱动器120。 用户通过已知的按压键盘的按键来向主计算机104提供输入。换种方式来说，键盘设备的按 键包括相应的传感器，该传感器配置为感应键盘设备的任意按键的按压，并向本地处理器112 和/或主处理器108提供指示键盘按压的信号。适用于检测按键按压的传感器对本领域技术人 员来说是已知的。如本领域已知的，包括触觉增强的用户输入元件101的触觉外围设备102 的按键的每一者配置为输入动作，或与视频游戏进行交互并更新虚拟环境。用户输入元件的 移动，即按压触觉外围设备102的按键，表示来自用户的输入，这允许用户与在主计算机104 上运行的软件应用进行交互，软件应用包括但不限于与第一人称射击有关的视频游戏、第三 人称角色交互、车辆有关的游戏或计算机仿真。例如，按压触觉外围设备102的按键向主计 算机104提供对应于计算机产生的图形化对象的输入，诸如光标或其他图像、或主计算机104 经由视觉显示器106显示的一些其他图形化对象，或控制虚拟角色或游戏化身，诸如人、车 辆或可以在游戏或计算机仿真中存在的一些其他实体。于此，“按压”按键可以意为包括物理 接触预定按键或区域的任意动作，以向主计算机或其他控制器提供输入信号，还可以包括从 静息状态或位置移动至被压下的状态或位置的物理移动按键、接触感应用户接触的预定区域 等。用于“按压”按键或按钮的可替换术语包括推进、压下、压磨、碰撞和戳。键盘可以是 全尺寸的键盘或较小的版本，诸如数字小键盘、便携式键盘等等。
如之前所描述的，触觉增强的用户输入元件101包括机械按键122和集成或嵌入机械按 键122上的智能材料驱动器120，以形成各种不同的触觉反馈或效果。换种方式描述，通过 经由机械按键(即，可触知的或触觉反馈以确认按压机械按键或按钮)提供第一类型的可触 知或触觉反馈和经由智能材料或压电驱动器(即，与游戏状态信息有关的可编程触觉反馈) 提供第二类型的触觉反馈，触觉增强的用户输入元件101将机械按键与可编程压电按键相结 合，从而改进了用户的触觉体验。触觉增强的用户输入元件101可以在具有机械按键或按钮 的任意触觉外围设备上实施。例如，这里所描述的触觉增强的用户输入元件101可以实施为 键盘的一个或多个按键、游戏控制器的按钮或触发器和/或计算机鼠标的按钮。更特别地，虽 然描述为键盘，但是本领域技术人员应当意识到触觉外围设备102仅仅是触觉外围设备的示 例性的实施方式，并且可以使用具有其他配置、形状和大小的触觉外围设备。例如，如即将 在这里更加具体描述的，触觉外围设备可以是用于如图13-15所显示的游戏系统的手持游戏 控制器1302，其与当前可用于视频游戏控制台系统的许多“游戏手柄”有类似形状和大小， 可以是与如图16-17所显示的平板计算机1604一起使用的触觉外围设备1602，或者可以是其 他控制器，诸如但不限于移动电话、个人数字助理(PDA)、平板、计算机、游戏外围设备、 计算机鼠标和用于本领域技术人员已知的虚拟现实系统的其他控制器。
触觉增强的用户输入元件101将参考图3更加具体地进行描述。图3是触觉增强的用户 输入元件101的示意性透视图，并包括机械的或基于弹簧的按键122，该按键122具有带有 配置为接触用户的用户接触表面126的键帽123和集成在机械按键122的用户接触表面126 上的智能材料或压电驱动器120。智能材料驱动器120集成或直接嵌入至机械按键122的用 户接触表面126内或其上。机械按键122的用户接触表面126一般是平的或成形为容纳人的 手指或手，以容易被按下。如本领域已知的，机械按键通常由硬的材料形成，诸如塑料或金 属，并且包括弹簧元件以在用户或智能材料驱动器120没有施加力的情况下将按键或按钮返 回至静息或非按压状态。在本实施方式中，机械按键122的弹簧元件包括凸顶(snap dome) 124，以将按键或按钮有弹性地返回静息或非按压状态。因而，按键或按钮在没有力施加在其 上时处于静息或非按压状态，并且可以认为是在静息或非按压状态下偏置。凸顶124可以是 在受压时给用户卷曲感(crisp)的真实可触知反馈的不锈钢成型件，或者可以由橡胶或聚氨 酯材料形成。然而，机械按键122可以包括不同的弹簧元件以将按键或按钮返回至静息或非 按压状态。例如，如图5A和5B的实施方式所显示的，触觉增强的用户输入元件101的机械 按键可以是机械开关按键，包括由基底、弹簧和芯柱构成的开关。根据芯柱的形状，机械开 关按键具有变化的驱动并经过一距离，以及根据弹簧元件的阻力，机械开关按键需要不同量 的压力进行驱动。机械键盘允许移除和替换键帽。
现在将针对图4、图4A和图4B更具体地描述智能材料或压电驱动器120。图4是一部分可变形衬底118和智能材料驱动器120的分解透视图。图4A是耦合在一起的图4的部件 的透视图，以及图4B是图4A响应于所施加的电荷或电场而弯曲之后的透视图。如这里所使 用的，“智能材料”是在施加电场或电流时移动的材料。智能材料驱动器在承受电荷时具有展示大小或形状的改变的性质。换种方式描述，智能材料驱动器在电荷运用在其上时展示了机 械变形。可以在这里使用的智能材料包括压电材料、长纤维复合(MFC)材料、电活性聚合物(EAP)、凝胶剂、形状记忆合金、Flexinol或在施加电场或电流时移动的另外类型的材料。智能材料驱动器120经由粘合剂结合，或者耦合至可变形衬底118的至少一个表面。可变形衬底118由诸如橡胶或聚合物的柔性材料制成，能够与智能材料驱动器120共同折曲或弯曲， 以向用户提供其活动和接触力。在电荷施加至智能材料驱动器120时，智能材料驱动器120 如图4B所示变形和弯曲，从而使一部分可变形衬底118变形。基于输入电信号，输出力和变 形的智能材料或压电驱动器的操作对本领域技术人员来说是已知的。压电材料可以制作得特 别薄且特别小，从而允许其在通用于便携式电子设备的小型外壳中使用。
为了将智能材料驱动器120集成或嵌入至机械按键122的用户接触表面126内或上，机 械按键122可以与可变形衬底118一起形成，可变形衬底118整体沿着一部分用户接触表面 126形成，而智能材料驱动器120可以随后结合至可变形衬底。换种方式描述，至少机械按 键122的上表面(即，用户接触表面126)对于产生触觉效果和用作可变形衬底118是可足 够变形的。智能材料驱动器120直接嵌入至用户接触表面126内，从而机械按键的键帽提供 了可变形衬底118。可替换地，智能材料驱动器可以放置在机械按键122的用户接触表面126 上，并用绝缘层覆盖，以使得至少在用户与智能材料驱动器120之间存在绝缘体。绝缘层可 以由任意类型的电绝缘材料形成，电绝缘材料包括塑料或聚合物材料。
在这里的另一实施方式中，可以移除机械按键122的键帽的一部分以在机械按键122的 用户接触表面126上形成开口，并且具有粘合至其上的智能材料驱动器120的可变形衬底118 位于开口内。具有粘合至其上的智能材料驱动器120的可变形衬底118然后耦合至机械按键 122，从而对其是可移动的，以使得可变形衬底118能够连同智能材料驱动器120折曲或弯曲。 例如，具有粘合至其上的智能材料驱动器120的可变形衬底118可以经由折曲部或可移动耦 合(未示出)耦合至机械按键122。
为了将电荷应用于智能材料驱动器120，触觉反馈系统100包括向智能材料驱动器120 提供电信号的控制硬件和软件，该电信号使智能材料驱动器120感生可变形衬底的所需运动， 以对用户产生触觉反馈或效果。更特别地，触觉反馈系统100包括向智能材料驱动器120供 应电荷的电源，而且触觉反馈系统100还包括主处理器104和/或本地处理器112，其控制电 源并因而确定所供应电荷的量级和频率。相应地，电源配置为从主处理器104和/或本地处理 器112接收控制信号，并配置为根据从主处理器104和/或本地处理器112接收的控制信号将 电荷应用于智能材料驱动器。电源可以位于触觉外围设备102或主计算机104内。智能材料 驱动器120响应于所应用的来自电源的电荷而变形或弯曲。用耦合至智能材料驱动器120的 可变形衬底118，由智能材料驱动器120产生的任何力和/或变形直接应用于可变形衬底118。 耦合至智能材料驱动器120的一部分可变形衬底118还连同智能材料驱动器120弯曲或变形。 因而，智能材料驱动器120响应于来自主处理器104和/或本地处理器的控制信号使可变形衬 底118相对于外壳116变形，从而向触觉外围设备102的用户提供触觉效果。机械按键122 及其键帽123在用户向主计算机104提供输入时相对于外壳116移动，而智能材料驱动器120 相对于机械按键122及其键帽123移动或变形，以向用户提供局部的触觉效果。
触觉效果，即可变形衬底118的变形，可以认为是变形触觉效果。如这里所使用的，“变 形”触觉效果包括智能材料驱动器将力直接应用于可变形衬底从而弯曲、变形或移动可变形 衬底的效果，从而得到用户感受到的变形触觉效果。因为智能材料驱动器直接驱动、变形或 移动与用户直接接触的可变形衬底，所以用户感受到如这里的实施方式所产生的变形触觉效 果。变形触觉效果可以是毫米标度变形的巨大变形，或者可以是微米标度变形的微小变形。 巨大变形触觉效果的示例包括通过单个相对大的变形连同虚拟按钮或触发按压的摇晃(即， 当用户发出射击时)，或在虚拟元件之间的碰撞(即，子弹、墙壁或其他对象撞击用户的角色 或车辆)。在另一游戏示例中，触觉效果包括通过多个相对小或相对微小的变形连同虚拟元件 横穿屏幕的移动、或其他类型的屏幕移动而一起振动。变形触觉效果的另外示例包括心跳触 觉效果和/或呼吸触觉效果，在心跳触觉效果中智能材料驱动器120和可变形衬底118的变形 在量级和频率上遵循心跳信号的模式，在呼吸触觉效果中智能材料驱动器120和可变形衬底 118的变形遵循在虚拟现实环境中小的活体动物在你的手中呼吸的模式。此类触觉反馈或效 果实现了触觉反馈系统100的用户的更加直观、迷人和自然的经历，并且因此用户与触觉反 馈系统100之间的交互通过由触觉效果提供的可触知反馈而大大增强了。
有利地，智能材料驱动器120输出的触觉效果是临时的或短暂的，并且可以在机械按键 122处于静息或非按压状态时、在按下机械按键122时和/或在机械按键122处于被按下或被 压下的状态时输出。参考图5A，触觉增强的用户输入元件101以其静息或非按压状态显示， 并且所显示的智能材料驱动器120为弯曲或变形，以提供幻觉的触觉效果，而图5B示出了 在用户施加的向下的力128已经对其施用之后，处于其被按下或被压下状态的触觉增强的用 户输入元件101，并且所显示的智能材料驱动器120为弯曲或变形以提供幻觉的触觉效果。 通过在机械按键122处于其静息或非按压位置时输出触觉效果，并且没有向其应用外力，智 能材料驱动器120可以输出或引起(play)触觉效果，以向用户提供关于诸如状态转变的游 戏状态信息的反馈，或关于突发事件，即撞碎、碰撞或其他意外接触的警告或警报。通过下 按下机械按键122时输出触觉效果，智能材料驱动器120配置为以编程方式改变按钮按压的 感受或硬度。进一步地，通过在机械按键122处于被按下或被压下的位置时输出触觉效果， 可编程触觉效果可以经由智能材料驱动器120继续，以向用户提供关于诸如移动速率或状态 转变的游戏状态信息的反馈。例如，在PC游戏示例中，“W”、“A”、“S”和“D”按键主要 用于在各个视频游戏中移动，并因此这些按键常常被按压并保持一段长的时间周期。在机械 按键122保持在被按下或被压下的位置时经由智能材料驱动器120输出可编程触觉效果对于 指示移动速率、状态转变或诸如健康状态、兵器补给速率等其他游戏中信息来说是有用的。 短暂的触觉效果可以是不同的触觉波形或可以定时出现在按钮或按键投掷的不同位置，从而 得到可以传达给用户的各种各样的按键按压感觉。按键敲击可以具有不同的力分布，以指示 诸如跑、走等不同功能。这些力分布通过经由智能材料驱动器120引起不同的短暂的触觉效 果来形成。不同的触觉效果可以在按压触觉增强的用户输入元件组合时引起或输出。例如， 假使用户向前移动并因此仅按压单个按键的情况下输出或引起的触觉感觉或效果，与假使用 户斜线移动并因此按压两个按键的情况下输出或引起的触觉感觉或效果相比，是不同的。在 实施方式中，在“W”按键被连续按下时，可以输出或引起走的触觉效果，其中智能材料驱 动器120和可变形衬底118的变形指示走的速度。用户压下“W”按键以向前移动，并且将 引起触觉效果的时间序列，以指示其移动的速率。
如以上所陈述的，除了提供局部的触觉效果的智能材料驱动器120，触觉外围设备102 包括整体触觉输出设备130。整体触觉效果包括输出至外壳116的隆隆作响的触觉效果和高 分辨率触觉效果。触觉外围设备102因而包括在整个设备或外壳上形成或输出的触觉效果的 整体触觉输出设备130，而智能材料驱动器120局部形成或输出到机械按键122的触觉效果。 更特别地，如在图3的剖面图所显示的，整体触觉输出设备130定位在外壳116内，并配置 为除了智能材料驱动器120提供的变形触觉效果以外，其还向用户提供振动的触觉效果。整 体触觉输出设备130用作向触觉外围设备102的整个外壳提供一般的或隆隆作响的触觉效果 和高分辨率的触觉效果。因而，整体触觉输出设备130可以认为是隆隆作响的驱动器，该驱 动器配置为从主处理器104和/或本地处理器112接收第二控制信号，并响应于第二控制信号 向外壳116输出第二触觉效果。基于来自主计算机104的高级监督或流命令，整体触觉输出 设备130从主处理器104和/或本地处理器112接收控制信号。例如，在操作时，电压的量级 和持续时间从主计算机104流至触觉外围设备102，其中信息经由本地处理器112提供给整 体触觉输出设备130。主计算机104可以提供高级命令给本地处理器112，高级命令诸如即将 由整体触觉输出设备130输出的触觉效果的类型(如振动、摇晃、掣动、弹出等)，借此本地 处理器112指示整体触觉输出设备130关于即将输出的触觉效果的特定特征(如，量级、频 率、持续时间等)。整体触觉输出设备130可以包括电磁电机、由电机移动偏心质量的偏心旋 转质量(“ERM”)驱动器、附着至弹簧的质量被来回驱动的线性共振驱动器(“LRA”)、可 触知振动驱动器、其他合适类型的驱动设备。整体触觉输出设备130实施为惯性驱动器以向 用户提供可触知振动的反馈。因而，智能材料驱动器120向用户提供局部变形触觉效果或感 觉，这里的局部变形触觉效果或感觉独立于由整体触觉输出设备130生成的一般的或隆隆作 响的触觉反馈，且对该触觉反馈进行补充。
在利用多个触觉外围设备时，可以输出或引起空间化或表示方向的触觉效果。例如，用 户可以使用触觉键盘和触觉鼠标来玩视频游戏。针对每一个触觉外围设备的触觉效果控制信 号可能对应于针对计算机控制的角色或对象的左侧和右侧发生的表示方向的事件(即，在视 频游戏中，角色的左侧被一些东西撞击或打击)。如果在视频游戏中计算机控制的角色或对象 从右侧被打击，那么可能在用户以其右手操作的触觉键盘上引起触觉效果。如果计算机控制 的角色或对象在视频游戏中从左侧被打击，那么可以在用户以其左手操作的触觉鼠标上引起 触觉效果。
在图6A和6B所显示的这里的实施方式中，除了用于向用户提供变形触觉效果的智能材 料驱动器120，触觉增强的用户输入元件101进一步包括耦合至机械按键122的制动驱动器 129。制动驱动器129配置为保持机械按键122处于被压下或被按下的状态，以向用户指示不 活跃状况。换种方式描述，制动驱动器129配置为在没有任何用户向其施加力的情况下保持 机械按键处于被压下或被按下的状态。参考图6A，触觉增强的用户输入元件101以其静息或 非按压状态显示，而图6B示出了在制动驱动器129对其施加并维持向下的力128之后，触 觉增强的用户输入元件101处于其被按下或被压下状态。在与特定触觉增强的用户输入元件 相关联的功能为不可用时，制动驱动器129对于禁用或失活特定触觉增强的用户输入元件101 是有帮助的。更特别地，游戏触觉外围设备中大多数按钮或触发器与包括“冷却(cool down)” 或“再充电”周期的特定能力或功能相关联，在此期间能力不能被激活或使用。在冷却周期 期间，触觉增强的用户输入元件101通过制动驱动器129保持在压下状态，从而用户不能进 一步向下移动机械按键122。随着触觉增强的用户输入元件101通过制动驱动器129保持在 压下状态，用户在视觉上和触觉上被告知不能使用能力。在能力可再次利用时，制动驱动器 129释放触觉增强的用户输入元件101，从而触觉增强的用户输入元件101返回至图6A的静 息或非按压位置(这允许机械按键122选择性地由用户压下)，并因而在视觉上和触觉上告知 用户能力可再次使用。例如，在多玩家联机作战竞技场视频游戏，诸如DOTA2或League of Legends，玩家可以将特定按键映射至其角色特殊能力，角色特殊能力利用冷却或再充电周期。 制动驱动器129用于视觉上和触觉上指示与触觉增强的用户输入元件101相关联的功能或能 力的状况。
在这里的实施方式中，触觉增强的用户输入元件101可以通过制动驱动器129保持在部 分压下状态。换种方式描述，制动驱动器129配置为将触觉增强的用户输入元件101锁定在 特定位置，诸如但不限于在图6A的非按压位置与图6B的被按下或被压下的位置之间的半途 中。在这里的另一实施方式中，制动驱动器129配置为仅部分制动触觉增强的用户输入元件 101，以使得用户输入元件可以被按压但是其硬度增加了。
制动驱动器129可以是螺线管、智能材料套管型制动器或本领域已知的其他制动驱动器。 在这里的实施方式中，制动驱动器129是有磁性的，并且还配置为在其由用户压下期间调节 机械按键122的硬度。例如，图6C是具有作为制动驱动器的螺线管670C的触觉增强的用户 输入元件601C的示意性侧视图。触觉增强的用户输入元件601C包括具有键帽623C的机械 的或基于弹簧的按键622C及集成在机械按键622C的用户接触表面626C上的智能材料或压 电驱动器(在图6C的侧视图上不可见)，其中键帽623C具有配置为接触用户的用户接触表 面626C。机械按键622C包括接线柱或芯柱671C，接线柱或芯柱671C具有附着至键帽623C 的第一末端和附着至弹簧673C的第二末端。在机械按键622C如方向箭头628C所指示的按 下或压下时，弹簧673C压缩并且芯柱671C相对于外壳的插孔672C移动。螺线管670C位 于插孔672C的外部。在操作中，螺线管670C如方向箭头678C所指示的在侧向或左右移动， 以及螺线管的轴676C穿过通过插孔672C侧壁形成的槽或开口674C。轴676C按压芯柱671C 以停止其运动，完全停止或部分停止。更特别地，螺线管670C可以配置为将触觉增强的用 户输入元件601C锁定在特定位置，诸如但不限于在图6A的非按压位置与图6B的被按下或 被压下位置之间的半途中。在这里的另一实施方式中，螺线管670C配置为仅部分制动触觉 增强的用户输入元件601C，以使得用户输入元件可以被按压但是其硬度增加了。
在图6D-6E所显示的这里的另一实施方式中，触觉增强的用户输入元件601CD具有智能 材料套管型制动器680作为制动驱动器。触觉增强的用户输入元件601D包括具有键帽623D 的机械的或基于弹簧的按键622D及集成在机械按键622D的用户接触表面626D上的智能材 料或压电驱动器(为了清楚起见未示出)，其中键帽623D具有配置为接触用户的用户接触表 面626D。机械按键622D包括接线柱或芯柱671D，而智能材料套管型制动器680周向布置 在芯柱671D周围。在操作中，智能材料套管型制动器680在芯柱671D周围压缩，从而智能 材料套管型制动器680的末端相互靠近或者进一步如方向箭头678D所指示地分离。智能材 料套管型制动器680在芯柱671D周围进行挤压或压缩，以停止其运动，完全停止或部分停 止。更特别地，智能材料套管型制动器680可以配置为将触觉增强的用户输入元件601D锁 定在特定位置，诸如但不限于在图6A的非按压位置与图6B的被按下或被压下的位置之间的 半途中。在这里的另一实施方式中，智能材料套管型制动器680配置为仅部分制动触觉增强 的用户输入元件601D，以使得用户输入元件可以被按压但是其硬度增加了。
显著地，智能材料驱动器120仍可以输出或引起变形触觉效果，而制动驱动器129将机 械按键122保持在被压下或被按下的位置。因而，在这里的实施方式中，几个接近的触觉增 强的用户输入元件101可以通过其各自的制动驱动器同时压下到压下位置，以形成连续的输 入表面以用于滚动输入或命令，并且其各自的智能材料驱动器120可以输出或引起触觉效果， 以在触觉上确认滚动的输入或命令。
在这里的包括制动驱动器的实施方式中，其中制动驱动器配置为保持机械按键处于被压 下或被按下的状态，以向用户指示不活跃状况，用户最初使机械按键进入被压下或被按下的 状态。因而，在用户按下机械按键时，制动驱动器然后将机械按键保持在被压下或被按下的 位置，以向用户指示不活跃状况。在这里的另一实施方式中，额外的驱动器最初可以使机械 按键进入被压下或被按下的状态，该驱动器以编程方式将机械按键移动至被压下或被按下的 状态。在这个实施方式中，用户不需要在最初按下机械按键，相反地额外的驱动器推动机械 按键至被压下或被按下的状态，并且制动驱动器然后将机械按键保持在被压下或被按下的位 置，以向用户指示不活跃状况。
在实施方式中，触觉增强的用户输入元件是模块化的，并且配置为选择性地由用户更换 触觉外围设备标准机械按键或按钮。模块化触觉增强的用户输入元件是触觉可用的“特殊的” 按键或“热”键，并且可以选择性地将其移动至键盘上的特定位置，从而用户可以确定或选 择在触觉可用的按键的特定位置。例如，在PC游戏示例中，“W”、“A”、“S”和“D”按键 主要用于在各个视频游戏中移动，并因此这些按键常常被按压并保持一段长的时间周期。可 能希望用户用一个或多个模块化触觉增强的用户输入元件来替代标准的“W”、“A”、“S”和 “D”按键，这里的一个或多个模块化触觉增强的用户输入元件具有这里所描述的集成的智 能材料驱动器。比起形成每一个具有集成的智能材料驱动器的每一个机械按键，更青睐单个 键盘可以以一个或多个模块化触觉增强的用户输入元件为特征，从而节省成本和/或电力需求。 更特别地，参考图7-9更具体地描述触觉增强的用户输入元件101的模块化性质。图7是具 有多个按键基底731的模块化键盘702的透视图，而图7A是模块化键盘702的单个按键基 底731的放大的透视图。图8A和8B是用于模块化键盘702的模块化触觉增强的用户输入元 件701的透视图。与触觉增强的用户输入元件101类似，模块化触觉增强的用户输入元件701 包括具有键帽723的机械的或基于弹簧的按键722及集成在机械按键722的用户接触表面726 上的智能材料驱动器720，其中键帽723具有配置为接触用户的用户接触表面726。虽然以上 参考“W”、“A”、“S”和“D”按键组合进行了描述，但是对本领域普通技术人员来说显而 易见的是可以映射按键的任意特定组合。例如，在其他视频游戏中，期望映射按键“Q”、“W”、 “E”和“R”的组合。
在本实施方式中，触觉增强的用户输入元件701配置为选择性地经由夹子或接线柱732 耦合至按键基底731。更特别地，如在图7A、8A和8B最佳显示的，按键基底731包括夹子 或接线柱732，而触觉增强的用户输入元件701具有匹配的或相配的按键插孔734。按键插孔 734配置为容纳夹子或接线柱732以将机械按键722和按键基底731耦合在一起。可替换地， 在另一实施方式中，机械按键可以包括夹子或接线柱，而按键基底包括匹配的或相配的按键 插孔。例如，如图9所显示的在按键插孔或基底931与模块化触觉增强的用户输入元件901 之间的连接的示意性侧视图，触觉增强的用户输入元件901包括具有接线柱或芯柱971的机 械按键922，而按键基底931包括匹配或相配的按键插孔972。在耦合在一起时，机械按键 922和按键基底931具有最少两个连接，以驱动模块化触觉增强的用户输入元件901的智能 材料驱动器920。接线柱或芯柱971具有附着至机械按键922的键帽923的第一末端和附着 至弹簧973的第二末端。在机械按键922如方向箭头928所指示地被按下或被压下时，弹簧 973压缩并且芯柱971相对于按键基底931的插孔972移动。第一导线984延伸通过芯柱971 以将智能材料驱动器920电连接至耦合至芯柱971的第一电极980，以及第二导线986延伸 通过芯柱971以将智能材料驱动器920电连接至耦合至芯柱971的第二电极981。在芯柱971 插入按键基底931的插孔972时，耦合至芯柱971的第一和第二电极980、981配置为接触并 电连接至第一和第二电极982、983，其中第一和第二电极982、983耦合至按键基底931的 插孔972的内表面。机械按键972的第一和第二电极980、981接合并物理上触及或接触按键 基底931的第一和第二电极982、983，以将必要的电力和处理器命令应用于模块化触觉增强 的用户输入元件901的智能材料驱动器920。除了导线984、986，模块化触觉增强的用户输 入元件901可以包括额外的数据线或导线(未示出)，以在机械按键922与按键基底931之间 提供用于光、识别等的通信。
在另一实施方式中，模块化触觉增强的用户输入元件可以经由磁性连接耦合至模块化键 盘。图10是键盘1002的俯视图，键盘1002具有一个或多个模块化触觉增强的用户输入元件 1001和外壳1016，以及图11是单个模块化触觉增强的用户输入元件1001的透视示意图。与 触觉增强的用户输入元件101类似，模块化触觉增强的用户输入元件1001包括机械的或基于 弹簧的按键1022和集成在机械按键1022的用户接触表面1026上的智能材料驱动器1020， 该按键1022具有配置为接触用户的用户接触表面1026。在本实施方式中，触觉增强的用户 输入元件1001配置为经由磁体1036、1038选择性地耦合至模块化键盘1002，磁体1036、1038 分别布置在机械按键1022和模块化键盘1002中。更特别地，模块化键盘1002的外壳1016 包括磁体1038，以及触觉增强的用户输入元件1001具有磁体1036。磁性元件1036、1038磁 性耦合在一起，以将机械按键1022和模块化键盘1002耦合在一起。在耦合在一起时，模块 化触觉增强的用户输入元件1001和模块化键盘1002具有至少两个连接，以驱动模块化触觉 增强的用户输入元件1001的智能材料驱动器1020。触觉模块化按键可以具有额外的智能， 这需要一些数据线以在模块化触觉增强的用户输入元件1001与模块化键盘1002之间提供光、 识别等的通信。在又一实施方式中，如图12所显示的，电磁体1239布置在模块化键盘1002 中以磁性耦合至触觉增强的用户输入元件1001的磁体1036。因为电磁体1239的磁场可以选 择性地打开和关闭，电磁体1239还可以用于产生用户所感受到的触觉效果。
如以上所描述的，触觉外围设备102仅仅是触觉外围设备的示例性的实施方式，并且可 以使用具有其他配置、形状和大小的触觉外围设备。例如，图13-15示出了可以用于这里的 实施方式的触觉外围设备1302的另一实施方式。图13和14是触觉外围设备1302的不同的 透视图，其中触觉外围设备是手持游戏控制器，而图15示出了在游戏系统1300中使用的触 觉外围设备1302的框图，该游戏系统1300进一步包括主计算机104。触觉外围设备1302的 外壳1316成型为容易容纳左手习惯用户或右手习惯用户抓握设备的两只手，以及整体触觉输 出设备1330合并至外壳1316中用户的手或手掌一般所定位的位置，以向用户提供一般的或 隆隆作响的触觉效果。本领域技术人员应当意识到触觉外围设备1302仅仅是控制器的示例性 的实施方式，该控制器与当前可用于视频游戏控制台系统的许多“游戏手柄”有类似形状和 大小，并且可以使用具有用户输入元件的其他配置、形状和大小的控制器，包括但不限于WiiTM远程或WiiTM U控制器、SixAxisTM控制器或Wand控制器、XboxTM控制器或类 似控制器、Oculus TouchTM or Vive HTCTM控制器，以及形如现实生活对象(诸如网球拍、高 尔夫球杆、棒球棒等)和其他形状的控制器。
触觉外围设备1302包括几个用户输入元件或操纵机构，包括操纵杆1340、按钮1342和 触发器1346。如图13-15所看到的及本领域技术人员已知的，每一个用户输入元件和额外的 用户输入元件中的多于一者可以包括在触觉外围设备1302上。相应地，触发器1346的当前 说明例如不将触觉外围设备1302限于单个触发器。进一步地，图15的框图显示了操纵杆1340、 按钮1342和触发器1346中的每一者中的仅一(1)者。然而，本领域技术人员应当理解如以 上所描述的可以使用多个操纵杆、按钮和触发器以及其他用户输入设备。
如可以在图15的框图中所看到的，触觉外围设备1302包括目标驱动器或电机，以直接 驱动其用户输入元件中的每一者以及一个或多个一般的或隆隆作响的耦合至外壳1316的触 觉输出设备1330。更特别地，操纵杆1340包括与其耦合的目标驱动器或触觉输出设备1350， 按钮1342包括与其耦合的目标驱动器或触觉输出设备1352，及触发器1346包括与其耦合的 目标驱动器或触觉输出设备1356。如以上关于触觉增强的用户输入元件101的描述，目标驱 动器或触觉输出设备1352和/或1356中的一者或多者可以是集成至按钮或触发器上的智能材 料驱动器1320。换种方式描述，按钮1342和/或触发器1346中的每一者可以是具有与以上所 描述的智能材料驱动器相结合的机械按键的触觉增强的用户输入元件1320，以向用户提供变 形触觉效果。除了多个目标驱动器，触觉外围设备1302包括耦合至其用户输入元件中的每一 者的位置传感器。更特别地，操纵杆1340包括与其耦合的位置传感器1341，按钮1342包括 与其耦合的位置传感器1343，及触发器1346包括耦合与其的位置传感器1347。本地处理器 1312耦合至目标触觉输出设备1350、1352、1356以及操纵杆1340、按钮1342和触发器1346 各自的位置传感器1341、1343、1347。本领域普通技术人员应当理解，响应于从位置传感器 1341、1343、1347接收到的信号，本地处理器1312指示目标触觉输出设备1350、1352、1356 (其中每一者可以是触觉增强的用户输入元件1320)以分别向操纵杆1340、按钮1342和触 发器1346提供规定的或作为目标的效果。这种作为目标的效果是与由整体触觉输出设备1330 沿着整个触觉外围设备1302产生的一般的或隆隆作响的触觉效果可辨别的或可区分的。本地 处理器1312可以从耦合至本地处理器1312的存储器1314取得触觉效果的类型、量级、频率、 持续时间或其他特征。随着多个形态，如视频、音频和触觉同时进行，共同的触觉效果向用 户提供了较强烈的沉浸至游戏的感觉。
图16-17示出了触觉外围设备是可以与平板计算机1604一起使用的游戏平板控制器1602 的这里的另一实施方式。平板计算机1604可以特别设计用于诸如可从RazerInc.获得的游戏行 动，或者可以是已知的平板，并且其可在市场上购得，诸如和 游戏平板控制器1602包括对接部分1660，该对接部分1660配置为 容纳平板计算机1604和手柄1662、1664，用户输入元件配置在手柄1662、1664上，以用于用户控制平板计算机1604上的游戏。对接部分1660将游戏平板控制器1602连接至平板计算机1604，以使得用户在手柄1662、1664上的动作，诸如按压按钮、移动操纵杆、按压触发 器等，引起在平板计算机1604上玩的游戏的动作。触觉外围设备1602的手柄1662、1664定 型为容易容纳左手习惯用户或右手习惯用户抓握设备的两只手，以及整体触觉输出设备1630合并至手柄1662、1664的用户的手或手掌一般所定位的位置，以向用户提供一般的或隆隆作 响的触觉效果。
手柄1662、1664包括在控制器上所发现的一般的用户输入元件。用户输入元件将关于手 柄1664进行描述。然而，本领域技术人员应当意识到相同的或类似的用户输入元件可以在手 柄1662上使用。特别地，手柄1664包括操纵杆1640、按钮1642和触发器1646。如可以在 图16中看到的并且本领域技术人员已知的，这些用户输入元件的每一个的一个以上可以包括 在每一个手柄1662、1664上。进一步地，手柄1664包括与其附着的一般的或隆隆作响的触 觉输出设备1630，以如以上关于一般的或隆隆作响的触觉输出设备1630所描述的向游戏平 板控制器1602提供一般的或隆隆作响的触觉效果。
图17根据实施方式示出了图16的游戏平板控制器的框图。如图17所显示的，游戏平板 控制器1602包括本地处理器1612，本地处理器1612经由对接部分1660与平板计算机1604 进行通信。诸如有线或无线连接的其他连接可以代替对接部分1660来使用。在本实施方式中 的平板计算机1604包括显示屏幕。游戏平板控制器1612可以可替换地配置为不包括本地处 理器1612，借此来自游戏平板控制器1602的所有输入/输出信号直接由平板计算机1604进行 操作和处理。
本地处理器1612耦合至操纵杆1640、按钮1642和触发器1646并耦合至位置传感器1641、 1643和1647，该位置传感器1641、1643和1647可以分别耦合至操纵杆1640、按钮1642和 触发器1646。图17的框图显示了操纵杆1640、按钮1642和触发器1646中的每一者中的仅一(1)者。然而，本领域技术人员应当理解如以上所描述的可以使用多个操纵杆、按钮和触发器以及其他用户输入设备。目标驱动器或触觉输出设备1650、1652、1656分别耦合至操纵杆1640、按钮1642和触发器1646。目标驱动器或触觉输出设备1652和/或1656中的一者或多者可以是集成在如以上关于触觉增强的用户输入元件101所描述的按钮或触发器上的智能 材料驱动器1620。换种方式描述，按钮1642和/或触发器1646中的每一者可以是触觉增强的 用户输入元件1620，从而向用户提供变形触觉效果，其中触觉增强的用户输入元件1620具 有与以上所描述的智能材料驱动器相结合的机械按键。目标触觉输出设备1650、1652、1656 和整体触觉输出设备1630还耦合至本地处理器1612，本地处理器1612基于来自平板计算机 1604的高级监督或流命令来向触觉输出设备1650、1652、1656、1630提供控制信号。在流 的实施方式中，电压量级和持续时间通过流传达至游戏平板控制器1602，其中信息由平板计 算机1604提供给驱动器。在操作中，平板计算机1604可以向本地处理器1612提供高级命令， 高级命令诸如即将由所选择的一个或多个驱动器输出的触觉效果的类型(如振动、摇晃、掣 动、弹出等)，借此本地处理器1612指示驱动器关于即将输出的触觉效果的特定特征(如， 量级、频率、持续时间等)。本地处理器1612可以从耦合至本地处理器1612的存储器1614 取得触觉效果的类型、量级、频率、持续时间或其他特征。随着多个形态，如视频、音频和 触觉同时进行，触觉效果向用户提供较强烈的沉浸至游戏的感觉。
在这里的实施方式中，这里所描述的任意触觉增强的用户输入元件可以是压力敏感按键。 更特别地，由这里所描述的任意触觉增强的用户输入元件输出的变形触觉效果可以根据来自 传感器的输入进行变化或被修改，其中传感器诸如以上所描述的耦合至单独的用户输入元件 的位置传感器1341、1343、1347、1641、1643、1647。在实施方式中，传感器是应变仪或可 以测量用户使多少劲按下单独的用户输入元件并引起相应的触觉效果的其他位置传感器。变 形触觉效果可以根据来自耦合至单独的用户输入元件的传感器的输入来进行改变或被修改， 而该输入指示了应用于用户输入元件的压力。位置或压力传感器可以配置为测量运用至用户 输入元件的输入力或压力，并且本地处理器和/或主处理器可以根据传感器输入改变变形触觉 效果。例如，假使传感器输入指示或检测出用户更使劲地按压在用户输入元件上时，变形触 觉效果可以是比较强烈的或者相对加强的。在另一示例中，用户可以向用户输入元件施加力 或压力，并在力或压力在各个阈值交叉的情况下接收变形触觉效果。
如以上所描述的，智能材料驱动器120输出的触觉效果是临时的或短暂的，并且可以在 机械按键122处于静息或非按压状态时、在按下机械按键122时和/或在机械按键122处于被 按下或被压下的状态时输出。更特别地，为了在按下机械按键122时输出触觉效果，以上所 描述的位置传感器1341、1343、1347、1641、1643、1647可以用于测量各个用户输入元件的 相对位置，从而在压下或按下用户输入元件的同时引起触觉效果。变形触觉效果可以根据来 自与单独的用户输入元件耦合的传感器的输入进行改变或修改，并且输入指示了用户输入元 件的相对位置。位置传感器可以配置为测量用于在按下该位置传感器时输入元件的相对位置 或位移量，并且本地处理器和/或主处理器可以根据传感器输入来改变变形触觉效果。例如， 变形触觉效果可以用于向用户输入元件提供不同的力分布，这种不同的力分布在按下用户输 入元件时将智能材料触觉效果与在按键位移的不同点处的机械凸顶效果相结合。
虽然以上已经根据本发明的各个实施方式进行了描述，应当理解的是各个实施方式仅通 过示出和示例而非限制的方式展现。对相关技术领域的技术人员显而易见的是，在不背离本 发明的思想和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各个改变。因而，本发明的幅度和范 围应当不限于任何以上所描述的示意性实施方式，但应当仅根据所附权利要求及其等价方案 进行限定。还应当理解的是这里所讨论的每一个实施方式的每一个特性和这里所陈述的每一 个参考的每一个特性可以结合任何其他实施方式的特性使用。这里所讨论的所有专利和公开 的全部通过引用的方式结合于此。

Claims (20)

1.一种触觉外围设备，包括：
外壳；以及
触觉增强的用户输入元件，配置为接收来自用户的输入，所述触觉增强的用户输入元件包括机械按键，所述机械按键具有带有配置为接触所述用户的用户接触表面的键帽和集成在所述键帽的所述用户接触表面上的智能材料驱动器，其中所述智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为响应于来自所述处理器的所述控制信号使至少一部分的所述用户接触表面相对于所述机械按键的所述键帽变形，以借此向所述触觉外围设备的用户提供触觉效果。
2.根据权利要求1所述的触觉外围设备，其特征在于，所述智能材料驱动器是压电材料。
3.根据权利要求1所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉增强的用户输入元件是键盘的多个按键中的一者。
4.根据权利要求3所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉增强的用户输入元件是模块化的，并且配置为选择性地由所述用户更换所述键盘的所述多个按键中的一者。
5.根据权利要求4所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉增强的用户输入元件配置为夹在接线柱上以耦合至所述键盘，从而由所述用户更换所述键盘的所述多个按键中的一者。
6.根据权利要求4所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉增强的用户输入元件配置为磁性耦合至所述键盘，从而由所述用户更换所述键盘的所述多个按键中的一者。
7.根据权利要求1所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉外围设备是游戏控制器，并且所述触觉增强的用户输入元件是所述游戏控制器的按钮或触发器。
8.根据权利要求1所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉效果是短暂的，并且在所述机械按键处于被按下的位置时输出。
9.根据权利要求8所述的触觉外围设备，其中短暂的触觉效果提供了指示移动速率或状态转变的反馈。
10.根据权利要求1所述的触觉外围设备，进一步包括耦合至所述机械按键的制动驱动器，其中所述制动驱动器配置为将所述机械按键保持在被按下的位置以向用户指示不活跃状况。
11.根据权利要求10所述的触觉外围设备，其特征在于，所述制动驱动器是有磁性的。
12.根据权利要求11所述的触觉外围设备，其特征在于，磁性的制动驱动器还配置为在所述机械按键被用户压下的期间调节所述机械按键的硬度。
13.一种触觉外围设备，包括：
外壳；
触觉增强的用户输入元件，配置为接收来自用户的输入，所述触觉增强的用户输入元件包括机械按键，所述机械按键具有带有配置为接触所述用户的用户接触表面的键帽；
智能材料驱动器，集成在所述机械按键的所述用户接触表面上，其中所述智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为响应于来自所述处理器的所述控制信号使至少一部分的所述用户接触表面相对于所述机械按键的所述键帽变形，以借此向所述触觉外围设备的用户提供触觉效果；以及
耦合至所述机械按键的制动驱动器，其中所述制动驱动器配置为将所述机械按键保持在被按下的位置以向用户指示不活跃状况。
14.根据权利要求13所述的触觉外围设备，其特征在于，所述智能材料驱动器是压电材料。
15.根据权利要求13所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉增强的用户输入元件是模块化的，并且配置为选择性地由所述用户更换键盘的多个按键中的一者。
16.根据权利要求13所述的触觉外围设备，其特征在于，所述触觉外围设备是游戏控制器，并且所述触觉增强的用户输入元件是所述游戏控制器的按钮或触发器。
17.根据权利要求13所述的触觉外围设备，其特征在于，所述制动驱动器是有磁性的，并且还配置为在所述机械按键被用户压下的期间调节所述机械按键的硬度。
18.一种游戏系统，包括：
主计算机；
处理器；以及
触觉外围设备，包括外壳和配置为接收来自用户的输入的触觉增强的用户输入元件，所述触觉增强的用户输入元件包括机械按键和智能材料驱动器，所述机械按键具有键帽和配置为接触所述用户的用户接触表面，所述智能材料驱动器集成在所述键帽的所述用户接触表面上，
其中所述智能材料驱动器配置为从处理器接收控制信号，并配置为响应于来自所述处理器的所述控制信号使至少一部分的所述用户接触表面相对于所述机械按键的所述键帽变形，以借此向所述触觉外围设备的用户提供触觉效果。
19.根据权利要求18所述的游戏系统，其特征在于，所述处理器位于所述触觉外围设备的所述外壳内。
20.根据权利要求18所述的游戏系统，其特征在于，所述处理器布置在所述主计算机中。
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