CN107621873A - 触觉启用的控制器装置中终点止动减弱解决方案的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件、触觉致动器和传动部件。所述用户输入元件具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。所述触觉致动器配置成输出力或扭矩。所述传动部件包括连接到所述触觉致动器和所述用户输入元件的臂。所述臂配置成当所述用户输入元件处于所述第一位置时，以第一倍增因数将所述力或扭矩从所述触觉致动器传递到所述用户输入元件，并且当所述用户输入元件处于所述终点止动位置时，以第二倍增因数将所述力或扭矩从所述触觉致动器传递到所述用户输入元件。所述第二倍增因数大于所述第一倍增因数。

Description

触觉启用的控制器装置中终点止动减弱解决方案的方法和 设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月15日申请的美国临时申请号62/363,003的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明在用户界面、游戏电子器件、消费型电子器件以及虚拟现实和增强现实应用方面都有应用。

背景技术

视频游戏和视频游戏系统由于对休闲玩家的营销和由此致使休闲玩家的参与而变得更加受欢迎。控制器装置(例如，视频游戏装置或控制器)可以使用视觉和听觉线索向用户提供反馈。在一些接口装置中，还向用户提供动觉反馈(诸如有源和阻力反馈)和/或触觉反馈(诸如振动、纹理和热)，更一般地统称为“触觉反馈”或“触觉效果”。触觉反馈可以提供增强和简化用户界面的线索。具体地说，振动效果或振动触觉的触觉效果可用于向电子装置的用户提供线索以提醒用户特定事件，或提供真实反馈以在模拟或虚拟环境中创建更佳的感官沉浸。

诸如医疗装置、汽车控制、远程控制和其它类似装置等的其它装置，也受益于触觉反馈或触觉效果，其中用户与用户输入元件交互以引起动作。例如但不限于，医疗装置上的用户输入元件可以由用户在医疗装置的近侧部分处在患者身体外部操作，以在医疗装置的远侧端部处在患者的身体内引起动作。可以在装置中采用触觉反馈或触觉效果来提醒用户特定事件，或者在医疗装置的远侧端部处向用户提供关于医疗装置与患者的交互的真实反馈。

触觉反馈系统可以向用户输入元件提供动觉触觉效果。动觉触觉效果可以与沿着控制器装置的整个主体产生的一般触觉效果辨别或区分开来。

发明内容

以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或本申请以及本发明的使用。此外，不希望受先前的技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何表达或暗示的理论限制。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件、触觉致动器和传动部件。用户输入元件附接到控制器主体并且相对于所述控制器主体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。触觉致动器位于控制器主体内，并配置成输出力或扭矩。传动部件连接到触觉致动器和用户输入元件。传动部件配置成当用户输入元件处于第一位置时以第一倍增因数将力或扭矩从触觉致动器传递到用户输入元件，并且当用户输入元件处于终点止动位置时以第二倍增因数将力或扭矩从触觉致动器传递到用户输入元件，其中第二倍增因数大于第一倍增因数。

在实施方案中，传动部件包括第一臂，用户输入元件具有第二臂，第二臂连接到第一臂，使得当用户输入元件处于终点止动位置时相比于当用户输入元件处于其运动范围的第一位置时，第一臂的纵向轴线和第二臂的纵向轴线更为对准。

在实施方案中，第一臂包括枢轴点，第一臂在枢轴点处附接到触觉致动器，其中第一臂还通过第二臂的连接元件连接到第二臂，并且其中第二臂和第一臂的连接方式是，使得从枢轴点到连接元件的长度随着用户输入元件从第一位置移动到终点止动位置而减小。

在实施方案中，用户输入元件例如是可相对于控制器主体从第一位置旋转/平移到终点止动位置的触发器、按钮、摇杆、操纵杆。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置还包括在触发器和终点止动位置之间延伸的弹簧，其中第一位置对应于弹簧的平衡位置。

在实施方案中，第一臂具有沿着其纵向轴线延伸的狭槽，并且其中第二臂的连接元件是插入穿过狭槽的销，并且配置成随着用户输入元件朝向终点止动位置旋转而在狭槽内朝向枢轴点滑动。

在实施方案中，触觉致动器配置成输出力或扭矩的马达，其中力或扭矩配置成沿第一方向旋转第一臂，并且沿第二且相反方向旋转用户输入元件。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件组件和触觉致动器。在实施方案中，用户输入元件组件具有壳体，所述壳体设置在控制器主体内或经由可弹性变形的元件附接到控制器主体，所述可弹性变形的元件允许用户输入元件组件的壳体可相对于控制器主体移动。用户输入元件组件具有附接到用户输入元件组件的壳体的用户输入元件。用户输入元件相对于壳体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。触觉致动器配置成在用户输入元件组件上输出力或扭矩，其中可弹性变形的元件促使力或扭矩使用户输入元件组件的壳体相对于控制器主体移动。

在实施方案中，可弹性变形的元件是弹簧悬挂或形成弹簧悬挂。

在实施方案中，用户输入元件组件包括位于用户输入元件和壳体之间的第一弹簧，所述第一弹簧配置成抑制振动，并且其中将用户输入元件组件的壳体附接到控制器主体的弹簧悬挂包括比第一弹簧更硬的第二弹簧。

在实施方案中，弹簧悬挂包括沿着第一轴线延伸的弹簧，并且触觉致动器配置成促使用户输入元件组件沿着垂直于第一轴线的第二轴线移动。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置还包括将触觉致动器连接到用户输入元件的传动部件，所述传动部件配置成在用户输入元件组件移动期间将用户输入元件拉到终点止动位置。

在实施方案中，用户输入元件包括第一部件和连接到第一部件并且可相对于第一部件移动的第二部件，并且其中触觉致动器配置成相对于第一部件致动第二部件。

在实施方案中，第一部件是用户输入元件的外部部件，其中第二部件是用户输入元件的内部部件，由外部部件部分包封，内部部件通过传动部件连接到触觉致动器。

在实施方案中，内部部件通过另一个弹簧悬挂连接到外部部件。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置还包括配置成将用户输入元件上的用户施加的能量转换成势能，并存储势能的势能蓄能器设备。势能蓄能器设备还配置成当用户输入元件处于终点止动位置时，将势能转换成抵抗用户输入元件的动能以产生触觉效果。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置还包括触觉控制单元，其中势能蓄能器设备配置成响应于来自触觉控制单元的触觉控制信号将势能转换成动能。触觉控制单元配置成响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定而输出触觉控制信号，其中势能蓄能器设备包括棘轮、弹簧、飞轮、液压设备或任何其它能量蓄能器装置/机构中的至少一个，其配置成将用户输入元件处的用户施加的能量转换成势能。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置还包括棘爪，所述棘爪配置成当用户输入元件移动到终点止动位置时接合用户输入元件，并且随着用户输入元件进一步朝向终点止动位置移动而变形。随着用户输入元件朝向终点止动位置移动，机械棘爪配置成改变抵抗用户输入元件朝向终点止动位置移动的阻力。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件和触觉致动器。用户输入元件经由销附接到控制器主体，并且可围绕其纵向轴线在第一位置和终点止动位置之间旋转。触觉致动器配置成在用户输入元件上输出力或扭矩。销配置成当用户输入元件由触觉致动器致动并且处于终点止动位置时，促使用户输入元件沿着第一取向移动，并且当用户输入元件由触觉致动器致动并且远离终点止动位置时，促使用户输入元件沿着第二取向移动，其中第一取向不同于第二取向。

在实施方案中，销形成沟槽，所述沟槽接合固定到用户输入元件或控制器主体的从动对象，其中当用户输入元件由触觉致动器致动并且处于终点止动位置时，沟槽促使用户输入元件沿着第一取向移动，并且当用户输入元件由触觉致动器致动并且远离终点止动位置时，促使用户输入元件沿着第二取向移动，其中第一取向是沿着纵向轴线，而第二取向垂直于纵向轴线。

在实施方案中，沟槽具有第一部分，所述第一部分是完全垂直于销的纵向轴线的径向沟槽，并且具有第二部分，所述第二部分与销的纵向轴线部分平行。

在实施方案中，从动对象包括装配在沟槽内的球。

在实施方案中，当用户输入元件处于终点止动位置时，由触觉致动器输出的力或扭矩具有平行于销的纵向轴线的至少一个分量。

在实施方案中，用户输入元件是触发器、按钮、摇杆或操纵杆。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、控制元件和弹簧。控制元件具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。弹簧设置在控制器主体内，并且配置成当用户输入元件朝向终点止动位置移动时，对用户输入元件施加远离终点止动位置的力。弹簧具有至少非线性弹簧部件，当用户输入元件朝向终点止动位置移动时，所述非线性弹簧部件促使由弹簧施加的远离终点止动位置的力以非线性速率增加。

在实施方案中，非线性弹簧部件包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧连接到控制器主体，并且具有在朝向终点止动位置的方向上节距减小的绕组。

在实施方案中，非线性弹簧部件包括梁形弹簧，所述梁形弹簧配置成当用户输入元件朝向终点止动位置移动并与梁形弹簧接合时弯曲，并且其中控制器主体还包括屏障结构，所述屏障结构配置成在梁形弹簧弯曲时接合梁形弹簧上的不同点，以使梁形弹簧的枢轴点移动至更靠近梁形弹簧的尖端。

在实施方案中，屏障结构成形为一系列阶部，并且配置成当用户输入元件朝向终点止动位置移动时，随着梁形弹簧弯曲而在相应阶部的边缘处接合梁形弹簧。

在实施方案中，非线性弹簧部件包括其中具有流体的密封缸，其中当用户输入元件朝向终点止动位置移动时，移动促使流体被压缩。

在实施方案中，非线性弹簧部件包括橡胶材料。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件、触觉致动器、可移动质量块、切换装置和触觉控制单元。用户输入元件附接到控制器主体，并且相对于控制器主体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。可移动质量块配置成当可移动质量块由触觉致动器致动时，输出振动触觉的触觉效果。切换装置配置成将触觉致动器与用户输入元件和可移动质量块中的一个可切换地接合。触觉控制单元与触觉致动器进行信号通信，并且配置成确定用户输入元件是否处于终点止动位置。控制单元还配置成响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定，而促使切换装置将触觉致动器与可移动质量块接合，并且将触觉致动器与用户输入元件脱离，使得由触觉致动器输出的力或扭矩致动可移动质量块以产生振动触觉的触觉效果。

在实施方案中，触觉致动器是马达，并且其中可移动质量块是偏心旋转质量块(ERM)。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置还包括传动部件，所述传动部件连接到用户输入元件并配置成将由传动部件接收的任何力或扭矩传送到用户输入元件。切换装置接收由触觉致动器输出的力或扭矩，并且包括一个或多个离合器，所述离合器配置成响应于来自触觉控制单元的触觉控制信号而与传动部件脱离，使得传动部件不接收由触觉致动器输出的力或扭矩，并与ERM接合，使得ERM接收由触觉致动器输出的力或扭矩。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件、触觉致动器和触觉控制单元。用户输入元件附接到控制器主体并且相对于控制器主体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。触觉致动器位于控制器主体内并配置成输出力或扭矩。触觉控制单元与触觉致动器进行信号通信，并且配置成确定触觉致动器将输出第一触觉效果，并且确定用户输入元件是否处于终点止动位置，以及第一触觉效果是否对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力。触觉控制单元还配置成，响应于用户输入元件处于终点止动位置以及第一触觉效果对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力的确定，而选择对用户输入元件施加远离终点止动位置的力的第二触觉效果，并且促使触觉致动器输出第二触觉效果。触觉控制单元还配置成，响应于用户输入元件不在终点止动位置或者第一触觉效果不对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力的确定，而促使触觉致动器输出第一触觉效果。

在实施方案中，第一触觉效果是拉式触觉效果，而第二触觉效果是推式触觉效果。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、用户输入元件、触觉致动器和机械棘爪。用户输入元件相对于控制器主体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。触觉致动器配置成在用户输入元件上输出力或扭矩。机械棘爪配置成当用户输入元件移动到终点止动位置处或附近的位置时，接合用户输入元件。

在实施方案中，机械棘爪配置成在用户输入元件移动到终点止动位置之前接合用户输入元件，并且在用户输入元件进一步朝向终点止动位置移动的情况下变形。

在实施方案中，机械棘爪包括位于控制器主体的表面上的卡扣按钮。

通过阅读以下将参考附图进行的详细描述，本领域所属技术人员将明白本发明的实施方案的特征、目标和优点。

附图说明

根据下文对本发明的如附图中所示的实施方案的描述，本发明的前述和其它特征和优点将是显而易见的。并入本文并形成本说明书的一部分的附图还用于解释本发明的原理，并使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。附图不是按比例绘制。

图1A示出了本发明的实施方案的触觉启用的控制器装置的方框图。

图1B是本发明的实施方案的作为外围游戏机控制器的触觉启用的控制器装置的透视图。

图2A和2B分别示出了本发明的实施方案的用户输入元件组件的透视图和侧视图。

图3示出了本发明的实施方案的用户输入元件组件的平面示意图。

图4示出了本发明的实施方案的用户输入元件组件的侧视示意图。

图5A-5C示出了本发明的实施方案的用户输入元件的各个位置。

图6A-6D示出了本发明的实施方案的传动部件和用户输入元件的各个视图。

图7示出了本发明的实施方案的倍增因数值对用户输入元件的位置的函数示例性曲线图。

图8示出了本发明的实施方案的具有切换装置的用户输入元件组件的俯视示意图。

图9A-9C示出了本发明的实施方案的经由可弹性变形的元件附接到控制器主体的用户输入元件组件的侧视图。

图10A示出了本发明的实施方案的棘爪机构。

图10B示出了本发明的实施方案的棘爪机构的力和位移曲线。

图11示出了本发明的实施方案的具有可相对于彼此移动的多个部件或部分的用户输入元件的侧视图。

图12和12A-12B示出了本发明的实施方案的引起用户输入元件的侧向位移的铰链结构。

图13示出了曲线图，所述曲线图示出了本发明的实施方案的铰链结构的角度位置和侧向位移之间的关系的示例性值。

图14示出了本发明的实施方案的具有势能蓄能器设备的用户输入元件组件。

图15示出了本发明的实施方案的由触觉控制单元执行的方法的示例性步骤。

图16A-16B示出了本发明的实施方案的接合用户输入元件的非线性弹簧。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制本发明或本申请以及本发明的使用。此外，不希望受先前的技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何表达或暗示的理论限制。现在参考附图描述本发明的具体实施方案，其中相同的参考标号表示相同或功能相似的元件。

本发明的实施方案涉及在触觉启用的控制器装置(例如，使用Immersion的Force设计的游戏机控制器)中向用户输入元件(例如，触发器)提供触觉效果。本发明的实施方案更具体地涉及反抗当用户输入元件到达终点止动位置时可能发生的触觉减弱。当例如用户输入元件(例如，触发器)已被完全拉动或按压时，可以到达这个终点止动位置，使得用户输入元件与终点止动结构接触，所述终点止动结构诸如控制器装置的阻挡用户输入元件在拉动或按压的方向上进一步移动的部件。更一般地说，终点止动结构可以限制用户输入元件在一个或多个方向上的进一步移动。例如，终点止动结构可以约束用户输入元件相对于控制器装置的主体进一步向内移动。这个约束可能减弱设计成例如相对于控制器装置的主体沿向内的方向拉动用户输入元件的动觉触觉效果。

本发明的实施方案提供了用于补偿当用户输入元件处于终点止动位置时可能在用户输入元件中发生的触觉减弱的各种解决方案。这类实施方案可以通过机械结构，通过触觉控制单元或其组合来实施。这类解决方案的实施方案可以包括：

·改变传递力或扭矩的传动部件的几何形状，其中变化引起在终点止动位置处比在另一位置处传递更多的扭矩或力；

·可弹性变形的元件(例如，弹簧悬挂)，其将用户输入元件组件附接到控制器主体，其中可弹性变形的元件有助于用户输入元件组件相对于控制器主体的移动；

·触觉控制单元，其基于用户输入元件是否处于终点止动位置来选择要输出哪种类型的触觉效果；如果用户输入元件处于终点止动位置，那么控制单元可以选择不将输入元件拉向终点止动位置的触觉效果；

·提供一种可以以受控方式释放所蓄积的用户输入能量以增强终点止动位置处的触觉效果的势能蓄能器设备；

·提供具有至少两个彼此连接的部件或部分的用户输入元件，其中当用户输入元件处于终点止动位置时，所述部件中的一个可相对于另一个部件移动；

·使用非线性弹簧或棘爪，当用户输入元件朝向终点止动位置移动时，所述非线性弹簧或棘爪接合用户输入元件；

·当用户输入元件处于终点止动位置时，将接收由致动器输出的力或扭矩的装置诸如从用户输入元件切换到偏心旋转质量块；

·切换到不同的致动器以产生触觉效果；

·在终点止动设计中并入更硬的弹簧；以及

·当用户输入元件处于终点止动位置时切换用户输入元件的移动方向。

在实施方案中，终点止动减弱解决方案可以应用于触觉效果，所述触觉效果是例如定向的或指向的动觉触觉效果。动觉触觉效果可以包括其中致动器(例如，马达)向用户输入元件施加力或扭矩以使用户输入元件在沿着其自由度的方向上移动的效果。然而，当用户输入元件由用户保持抵靠终点止动位置时，用户输入元件沿着其自由度(例如，沿着向内方向)移动的能力可能受到限制，这可能减弱在用户输入元件处产生的动觉触觉效果。因此，本发明的实施方案涉及当用户输入元件处于终点止动位置或其它终点行进位置时，补偿目标为用户输入元件或用户输入元件组件(例如，触发器或触发器组件)的触觉效果的可能减弱。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置可以是例如游戏机控制器或其它外围控制器装置、游戏平板计算机、电话、个人数字助理(PDA)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机或其任何组合。触觉启用的控制器装置可以包括用户输入元件，所述用户输入元件具有从第一位置(例如，第一角度或第一侧向位置)延伸到终点止动位置(例如，终点止动角或终点止动侧向位置)的运动范围。用户输入元件可以在第一位置和终点止动位置之间移动(例如，可旋转或可平移)。在实施方案中，当用户输入元件不接收用户交互时，第一位置可以对应于用户输入元件的位置。例如，当用户输入元件不接收任何用户交互时，偏置部件(例如，弹簧)可以将用户输入元件恢复到第一位置。在实施方案中，当用户输入元件被完全按压或拉动时，终点止动位置可以对应于用户输入元件的位置，使得用户输入元件与终点止动结构接触。在实施方案中，各种物理约束(例如，终点止动结构)可以防止用户输入元件移动超过终点止动位置并移动超出第一位置。用户输入元件可以配置成基于用户输入元件在其运动范围内的位置来输出控制信号。用户输入元件的示例包括触发器、按钮和数字棒(例如，操纵杆或摇杆)。

图1A示出了触觉启用的控制器装置100的示例性方框图。在实施方案中，控制器装置100可以与游戏系统结合使用，所述游戏系统可以连接到计算机、移动电话、电视或其它类似装置；或者与任何其它应用程序结合使用。控制器装置100可以包括控制器主体102。装置100还包括用户输入元件110、114、117(例如，数字棒、按钮、触发器)以及触觉致动器，诸如震荡致动器122、124和/或定向致动器104、184、185。定向致动器104、184、185可以设置在用户输入元件组件(例如，108a、108b、108c)中，并且可以将触觉效果瞄准到用户输入元件组件中的用户输入元件(例如，117、110或114)。控制器装置100还可以包括触觉控制单元10(例如，本地处理器)，所述触觉控制单元配置成控制在触觉启用的控制器装置100上或其中产生的触觉效果。在实施方案中，控制器装置100可以是手持式控制器装置，其中控制器装置100的控制器主体102可以成形为容易地适应两只手握持装置，即可由左撇子用户或右撇子用户握持。例如，控制器装置100可以是作为图1B所示的外围游戏机控制器100A的手持式控制器装置。在图1B的实施方案中，用户输入元件117可以是触发器，用户输入元件114可以是按钮，并且用户输入元件110可以是操纵杆。本领域所属技术人员将认识到，控制器装置100A仅仅是类似于当前可用于视频游戏机系统的许多“游戏手柄”的形状和尺寸的控制器装置的示例性实施方案，并且可以使用具有用户输入元件的其它配置、形状和尺寸的控制器，包括但不限于诸如Wii^TM远程或Wii^TMU控制器、SixAxis^TM控制器或Wand控制器等的控制器装置，以及成形为现实生活中对象(诸如网球拍、高尔夫球杆、棒球棒等)和其它形状的控制器装置。用户输入元件可由用户移动(例如，用户可以按压或紧握用户输入元件)。在实施方案中，当触觉致动器未被激活时，用户输入元件自由移动。此外，用户输入元件的位置可以是可逆的。例如，在用户完成按压、紧握或以其它方式移动用户输入元件之后，用户输入元件可能能够回复到用户输入元件被按压、紧握或以其它方式被用户移动之前所在的位置(例如，默认位置)。这种可逆性可以用例如偏置弹簧来实施，所述偏置弹簧可以将用户输入元件返回到默认位置(例如，平衡位置)。

在实施方案中，控制器装置100可以配置成经由有线或无线连接与主计算机通信。例如，控制器装置100可以具有通信装置182，所述通信装置182配置成与主计算机中的处理器20进行通信，所述处理器执行诸如虚拟现实(VR)游戏或增强现实(AR)游戏或电话/电视/控制台/计算机中的任何游戏等应用程序。

在实施方案中，定向致动器104、184和185可以向相应的用户输入元件117(例如，触发器)、110(例如，操纵杆)和114(例如，按钮)提供例如动觉触觉反馈。在实施方案中，每个定向致动器可以是位于相应的用户输入元件组件108a、108b、108c中的马达。用户输入元件组件(例如，108a、108b、108c)可以是与控制器主体的其余部分机械隔离的组件。在实施方案中，控制器装置100还可以包括提供例如震荡触觉效果的震荡致动器122、124。这些触觉致动器122、124、104、184、185可以与控制致动器的触觉控制单元10(例如，处理器)通信。用户输入元件110、114、117可以用于输出用于控制游戏或其它应用程序的控制信号(例如，应用程序控制信号)。控制信号可以表示并且基于用户输入元件110、114或117的位置。例如，信号可以与用户输入元件110、114或117的位置成比例，或者可以表示用户输入元件110、114或117的位置是否已经移动超过限定的阈值。可以使用位置传感器109、186或188来确定用户输入元件117、110或114的位置。在实施方案中，控制器装置100可以包括通信装置182，所述通信装置182可以用于将控制信号传达到执行应用程序(例如，AR/VR应用程序)的处理器20，诸如传达到主计算机中的处理器。在实施方案中，触觉启用的控制器装置100可以省略图1A所示的各种元件，诸如一些传感器(例如，186、188)、一些用户输入元件(例如，110、114)、一些定向致动器(例如，184、185)、通信装置182和/或震荡致动器122、124。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置100可用于为由VR应用程序提供的虚拟现实(VR)空间和/或由AR应用程序提供的增强现实(AR)空间提供触觉效果。例如，控制器装置100可以是提供增强现实环境的AR装置，其中物理空间中的物理对象与虚拟空间中的虚拟对象同时显示。在示例中，AR装置(例如，游戏手柄)可以具有集成显示器，所述集成显示器显示包括用虚拟对象增强的物理对象的视图中的一个或多个虚拟对象。虚拟对象可以基于辨识设置在物理对象上的特定代码(例如，QR代码)，或者基于使用图像辨识而辨识已知的物理对象，诸如通过将图像传送到执行图像辨识的服务器。在实施方案中，触觉启用的控制器装置100可以是与处理器通信的外围设备，所述处理器执行AR应用程序；并且可以具有显示器或可以不具有显示器。与控制器装置通信的处理器可以与显示器集成，所述显示器显示用虚拟对象增强的物理对象的视图，或者处理器可以与这样的显示器分开。例如，显示器可以是头戴式显示器、平板计算机或车辆仪表板显示器，并且处理器可以集成到那些显示器中，或者可以是与那些显示器通信的单独的计算机的一部分。在上述示例中，控制器装置100可以用于向AR应用程序提供控制信号。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置100可以是VR装置。VR装置可以提供虚拟世界环境，其中VR装置的用户在虚拟世界环境中被表示为化身，并且用户可以控制化身在虚拟世界环境内的移动。VR装置可以是例如可穿戴式装置，诸如头戴式显示器。在实施方案中，触觉启用的控制器装置100可以是与执行VR应用程序的处理器进行通信的外围设备。与控制器装置通信的处理器可以与提供VR环境的显示器集成，或者可以与这种显示器分开。例如，显示器可以是头戴式显示器(例如，OculusVR耳机)，并且处理器可以被集成到那些显示器中，或者可以是与那些显示器通信的单独的计算机的一部分。在上述示例中，控制器装置可以用于向VR应用程序提供控制信号。

在实施方案中，触觉启用的控制器装置100可以是可穿戴式装置，诸如头戴式显示器、腕戴式装置或具有一个或多个用户输入元件的其它可穿戴式装置，所述用户输入元件可以输出用于应用程序(例如，VR或AR应用程序)的控制信号。

图2A和2B示出了用户输入元件组件208，并且更具体地，示出了触发器组件，位于触觉启用的控制器装置的控制器主体(例如，装置100的控制器主体102)内或附接到所述控制器主体。用户输入元件组件208具有壳体208a，并且配置成在用户输入元件217(例如，触发器)处产生触觉效果(例如，指向的或动觉触觉效果)。壳体208a可以具有终点止动结构，所述终点止动结构形成屏障以限制用户输入元件217的移动，并且部分限定用户输入元件217的运动范围。例如，终点止动结构可以包括例如基部和缠绕在基部上的弹簧。弹簧可以连接或不连接到用户输入元件217，并且可以配置成当不存在用户交互或没有其它力施加于用户输入元件217时，将用户输入元件217偏置到第一位置(例如，平衡位置或标称位置)。在实施方案中，用户输入元件组件208的壳体208a可以是其上安装有用户输入元件组件208的部件的支撑衬底或平台。支撑衬底或平台可以设置在控制器主体(例如，102)内，所述控制器主体可以形成包封用户输入元件组件208的另一壳体。

在实施方案中，用户输入元件217可以具有杠杆臂217a和铰接端部217b。铰接端部217b可以形成用户输入元件217附接到用户输入元件组件208的壳体208a的枢轴点。用户输入元件217可以配置成在介于第一位置和终点止动位置之间的运动范围内在铰接端部217b处，围绕枢轴点旋转。下文更详细地讨论终点止动位置。

在实施方案中，用户输入元件组件208还包括触觉致动器，诸如马达204a和齿轮箱204b的组合，所述触觉致动器配置成输出力或扭矩。用户输入元件组件208还包括配置成将力或扭矩传递到用户输入元件217的传动部件202。在所示实施方案中，传动部件202可以是杠杆臂，所述杠杆臂具有铰接的第一端221，所述第一端形成使传动部件202旋转的枢轴点。传动部件202还可以具有可移动的第二端222。用户输入元件217可以附接到传动部件202的杠杆臂的可移动的第二端222，同时位置传感器209附接到传动部件202的杠杆臂的铰接的第一端221。位置传感器209可以检测传动部件202的杠杆臂的旋转位置的变化和/或用户输入元件217的旋转位置的变化。位置传感器209可以通过电位计、光学传感器、光学编码器、霍尔效应传感器、电容式传感器、另一种类型的位置传感器或其任何组合来实施。传动部件202可以允许用户输入元件217从终点止动位置移动到第一位置，但是可以约束用户输入元件217以防移动超过第一位置。在实施方案中，传动部件202可以依赖于摩擦驱动机构。

在实施方案中，传动部件202可以以各种倍增因数将由触觉致动器204a、204b输出的力或扭矩传递到用户输入元件217。倍增的力或扭矩可以传递到用户输入元件217的杠杆臂217a。杠杆臂217a可以相对于用户输入元件217的其余部分固定，使得杠杆臂217a的移动(例如，旋转)将引起用户输入元件217的其余部分相同量的移动(例如，相同的旋转度)。

图2B示出了将扭矩T_A传递到用户输入元件217的杠杆臂217a的传动部件202，所述扭矩T_A为由触觉致动器204a、204b输出的扭矩。传送给用户输入元件217的所得扭矩可以表示为T_T。当扭矩T_A对应于由触觉致动器输出的所示逆时针旋转时，可以在用户输入元件217处感觉到拉式触觉效果。也就是说，扭矩T_A可以传递到用户输入元件217，所述用户输入元件217可以经历促使其沿顺时针方向旋转的扭矩T_T。由此扭矩T_T引起的触觉效果可以称为拉式触觉效果，因为扭矩T_T将用户输入元件217拉向用户输入元件组件208的其余部分。在实施方案中，此扭矩T_T可以产生将用户输入元件217拉向终点止动位置的力。在实施方案中，当扭矩T_A对应于顺时针旋转时，用户输入元件217可以经历促使其沿逆时针方向旋转的扭矩T_T。对应于此旋转的触觉效果可以称为推式触觉效果，因为扭矩T_T可以将用户输入元件217推离用户输入元件组件208的其余部分。在实施方案中，此扭矩T_T可以产生将用户输入元件217推离终点止动位置的力。

图3和4示出了在触觉启用的控制器装置300的控制器主体301中的用户输入元件组件308，且更具体地是触发器组件的另一个实施方案的示意图。图3示出了用户输入元件组件308的平面示意图，而图4示出了侧视示意图。用户输入元件组件308包括壳体308a和触觉致动器304，所述触觉致动器304可以输出力或扭矩，所述力或扭矩可以使轴307沿着旋转轴线306旋转。在实施方案中，控制器主体301可以由壳体(例如，塑料外壳)形成，所述壳体是用于容纳触觉启用的控制器装置300的部件的第一壳体。在此实施方案中，用户输入元件组件308的壳体308a可以是用于容纳用户输入元件组件308的部件的第二壳体。此外，在此实施方案中，第二壳体可以设置在第一壳体内。

在实施方案中，用户输入元件组件308还包括用户输入元件317(例如，触发器)，所述用户输入元件317(直接或间接地)附接到控制器主体301，诸如在用户输入元件317的铰接端部317b处，参见图4。铰接端部317b可以形成枢轴点，用户输入元件317可以由用户围绕所述枢轴点旋转。也就是说，用户输入元件317可以在从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围内围绕铰接端部317b并且相对于控制器主体301和/或用户输入元件308旋转。用户输入元件317可以配置成在其运动范围内输出表示用户输入元件的位置的信号。在实施方案中，用户输入元件317可以具有杠杆臂317a(参见图4)。由致动器304输出的扭矩可以由传动部件302传递到用户输入元件317。更具体地，扭矩可以由传动部件302传递到用户输入元件317的杠杆臂317a(参见图4)。位置传感器309可以例如测量传动部件302的旋转角度，所述旋转角度可以用于计算用户输入元件317的旋转量或旋转度。在此所示实施方案中，控制单元310(例如，处理器)可以与触觉致动器304和传感器309进行信号通信，并且配置成将触觉控制信号传达到触觉致动器304以控制例如所输出的力或扭矩的方向和/或量。

如上文所讨论，用户输入元件可以具有从第一位置到终点止动位置的运动范围。在一些情况下，用户输入元件可能无法移动到此运动范围之外，因为在那些位置处有阻止其进一步移动的终点止动结构或其它屏障。图5A示出了在其运动范围中的第一位置处的用户输入元件317。此位置可以由相对于例如用户输入元件组件的基部限定的角度θ(例如，37°)的值来限定。在一些实施方案中，用户输入元件317可以偏置到此位置(例如，利用弹簧)，使得当没有用户力施加到用户输入元件317时，所述用户输入元件到达此位置。因此，在一些情况下，第一位置可以是用户输入元件317的平衡位置(其也可以称为标称位置或静止位置)。

图5B示出了在终点止动位置处的用户输入元件317，对应于用户输入元件317已经在用户输入元件组件的基部处与终点止动结构402接触的情况。这可以由相对于例如用户输入元件组件的基部限定的值(例如，0°)来定义。

如图5C所示，终点止动位置可以在角度θ的其它值处发生。在所述图中，终点止动结构可以包括上述偏置弹簧。终点止动位置可以是偏置弹簧已经被用户输入元件317完全压缩的位置，并且阻止用户输入元件317抵抗弹簧进一步移动。

涉及改变传动部件的几何形状的实施方案：

用于补偿在终点止动位置处的触觉减弱的一些实施方案可以涉及改变杠杆臂或其它传动部件的几何形状，以确保当用户输入元件处于终点止动位置时更多的扭矩传递到用户输入元件。如下文更详细讨论，用户输入元件和传动部件可以以如下方式连接：传动部件的杠杆臂配置成当用户输入元件处于第一位置时以第一倍增因数传递力或扭矩，并且当用户输入元件处于终点止动位置时以第二倍增因数传递力或扭矩，其中第二倍增因数大于第一倍增因数。

更具体地，在实施方案中，传动部件可以包括杠杆臂机构。杠杆臂机构可以包括连接到齿轮箱的输出轴的杠杆臂。杠杆臂可以将齿轮箱的扭矩输出与倍增因数相乘，并将所倍增的扭矩施加到用户输入元件(例如，触发器)。当用户输入元件在其运动范围中从第一位置(例如，第一端)移动到其运动范围的终点止动位置(例如，第二端)时，杠杆臂机构可以改变传动部件的杠杆臂与用户输入元件之间的几何形状。可变几何形状可以跨用户输入元件的运动范围产生非线性力。更具体地，可变几何形状可以促使倍增因数随着用户输入元件从其运动范围的第一端移动到第二端而改变。在用户输入元件的运动范围的第一端处，倍增因数可以是例如约0.5。在其运动范围从第一端到第二端的四分之三途中，倍增因数可以是例如约1.6。在运动范围的第二端处，倍增因数可以是例如1.25。对杠杆臂机构的几何形状的这种修改可以在用户输入元件(例如，触发器)处于其终点行进位置时，诸如处于触发器被完全按压的位置时，可以实现齿轮箱扭矩的更高的倍增因数。在实施方案中，用户输入元件上的扭矩或力可以依据用户输入元件的位置的变化以非线性方式变化。在实施方案中，用户输入元件上的扭矩或力可以依据用户输入元件的位置的变化以线性方式变化。

图6A-6D示出了在用户输入元件的移动期间，传动部件和用户输入元件之间的几何形状发生变化的实施方案。更具体地，图6A和6B描绘了位于控制器主体301内的用户输入元件组件308。用户输入元件组件308可以包括壳体308a和用户输入元件317，所述用户输入元件317相对于控制器主体301和/或用户输入元件组件308具有从第一位置(如图6A所示)到终点止动位置(如图6B所示)的运动范围。如图6A和6B进一步描绘，传动部件302可以将由触觉致动器304输出的扭矩或力传递到用户输入元件317。在所示实施方案中，用户输入元件317可以包括杠杆臂317a，所述杠杆臂317a通过连接元件514连接到传动部件302，所述传动部件302也可以包括杠杆臂。来自致动器304的扭矩或力可以经由连接元件514传递到用户输入元件317。

在图6A和6B的布置中，传动部件302可以配置成在用户输入元件处于终点止动位置时相较于用户输入元件处于其运动范围内的另一个位置时，以更大的倍增因数将致动器304输出的扭矩或力传递到用户输入元件317。例如，传动部件302(例如，杠杆臂)和用户输入元件317的杠杆臂317a之间的几何形状可以配置成随着用户输入元件317移动成更靠近终点止动位置，而增加力或扭矩传递的倍增因数。用户输入元件317可以通过减小θ的值而移动成更靠近终点止动位置，所述值是用户输入元件317的臂317a的纵向轴线518相对于用户输入元件组件308的基部的角度。在更具体的实施方案中，传动部件302可以是杠杆臂，并且此杠杆臂和用户输入元件317的杠杆臂317a之间的几何形状可以以这样的方式改变，使得当θ减小时，Ω的值(其测量传动部件302的杠杆臂的纵向轴线520和用户输入元件组件308的基部之间的角度)也减小。换句话说，随着用户输入元件317移动成更靠近终点止动位置，用户输入元件的杠杆臂317a和传动部件302的杠杆臂的各自纵向轴线518和纵向轴线520可以变得更为对准，如图6B所示。图6B中所描绘的这种增加的对准可能导致传动部件302在基本上垂直于杠杆臂317a的方向上推动或拉动杠杆臂317a，这可以使施加在杠杆臂317a上的扭矩的量最大化，并且从而使施加在用户输入元件317上的扭矩的量最大化。

在如图6A和6B中所描绘的实施方案中，传动部件302的杠杆臂可以在杠杆臂的铰接端部516处连接到触觉致动器304。铰接端部516可以形成枢轴点，传动部件302的杠杆臂围绕所述枢轴点旋转。在实施方案中，随着用户输入元件317朝向终点止动位置移动，铰接端部516处的枢轴点与连接元件514的枢轴点之间的长度可以减小。在如图6A和6B中所描绘的实施方案中，这是由具有狭槽512的传动部件302(例如，杠杆臂)产生，并且连接元件514可以形成插入穿过狭槽512的销，并且可以随着用户输入元件317朝向其终点止动位置旋转而在狭槽512内滑动。也就是说，用户输入元件317的旋转可以促使连接元件514在传动部件302中的狭槽512内滑动。随着用户输入元件317朝向图6B所描绘的终点止动位置旋转，连接元件514在狭槽512中滑动成更靠近传动部件302在其铰接端部516处的枢轴点，从而缩短从枢轴点到连接元件514的长度。

图6C和6D还示出了用户输入元件217和传动部件202的销和狭槽配置。更具体地，如图6C所示，用户输入元件217可以经由用户输入元件217的铰接端部217b而附接到用户输入元件组件208的壳体208a(参见图2A)。铰接端部217b可以形成枢轴点，用户输入元件217围绕所述枢轴点从第一位置旋转到终点止动位置。用户输入元件217的杠杆臂217a可以通过传动部件202中的狭槽212连接到传动部件202。狭槽212可以沿着传动部件202的纵向轴线220延伸。用户输入元件217的杠杆臂217a可以经由销213或形成在杠杆臂217a的端部处的其它连接元件连接到传动部件202，其中销213插入穿过狭槽212以形成连接点。销和狭槽配置允许销213可在狭槽212内滑动。

图6C还示出了在打开配置中用户输入元件217是触发器的实施方案，所述打开配置可以是触发器未被按压的配置。在打开配置中，从销213到铰链端部221处的枢轴点的长度可以具有最大值。此外，在打开配置中，杠杆臂217a的纵向轴线218和传动部件202的纵向轴线可以是未对准的。在实施方案中，打开配置可以对应于纵向轴线218和图2A所示的用户输入元件组件208的基部之间的角度θ，所述角度具有基本上45度的值；以及纵向轴线218和用户输入元件组件208的基部之间的角度Ω，所述角度具有在30度和45度之间的值。

图6D还示出了在闭合配置中用户输入元件217是触发器的实施方案，所述闭合配置可以是触发器已被完全按压的配置。在闭合配置中，从销213到铰链端部221处的枢轴点的长度可以具有最小值或接近最小值。此外，在闭合配置中，杠杆臂217a的纵向轴线218和传动部件202的纵向轴线220可以基本对准。在实施方案中，闭合配置可以对应于具有基本上0度的值的角度θ，以及具有在0度和-15度之间的值的角度Ω。

在图6A-6D中，扭矩可以以表示为如先前在图2B中所描绘的T_T/T_A的倍增因数从致动器传递到用户输入元件。图7示出了倍增因数如何依据用户输入元件217/317的位置θ变化的示例性关系。在其中所示的实施方案中，当θ处于终点止动位置时，倍增因数可能接近最大值(即，在θ＝0°时，因数为1.64)，并且大于其它位置处的倍增因数，举例来说，诸如，在θ＝15°时，倍增因数为1.4。在实施方案中，当用户输入元件处于打开位置时，倍增因数小于0.5，并且当用户输入元件处于终点止动位置时，倍增因数大于1。

涉及将扭矩从用户输入元件切换耦合到ERM设备的实施方案：

用于补偿终点止动位置处的触觉减弱的一些实施方案提供了一种机构，所述机构可以在终点止动位置(也称为终点行进位置)处将传递扭矩到用户输入元件切换成传递扭矩到另一个触觉致动器机构，诸如偏心旋转质量块或LRA。偏心旋转质量块可能处于约束较少的位置，并且在终点止动位置中具有比用户输入元件更大的移动自由度。因此，所述机构可以在用户输入元件的移动和偏心旋转质量块(ERM)的移动之间进行切换。在实施方案中，ERM可以激发整个控制器主体。另选地，如果用户输入元件组件安装在悬架上或以其它方式与控制器主体的其余部分隔离，那么当触发器按钮或其它用户输入元件被完全按压到终点止动位置时，用户输入元件可仅激发用户输入元件组件。为了在用户输入元件和ERM之间进行切换，位于致动器的输出处的切换装置可以将用户输入元件与致动器脱离，并将ERM接合到致动器。在实施方案中，切换装置可以在控制单元的控制下执行切换，当用户输入元件处于终点止动位置时，所述控制单元可以触发切换。在实施方案中，控制单元可以使用位置传感器(例如，角度传感器)确定用户输入元件的位置。在实施方案中，如果切换装置已经使致动器与ERM设备接合，那么控制单元可以配置成将模拟用户输入元件的移动或其它动觉效果的振动模式传递到致动器。在这种实施中，致动器可以以模拟用户输入元件的移动的振动模式旋转ERM。所得到的触觉效果将是整个控制器主体或仅触发器按钮的振动，这取决于选择用于将触发器机构附接在控制器主体中的配置。

更一般地说，一些实施方案涉及触觉启用的控制器装置，包括控制器主体、附接到控制器主体的用户输入元件、触觉致动器、可移动质量块、切换装置和触觉控制单元。用户输入元件相对于控制器主体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。可移动质量块配置成当可移动质量块由触觉致动器致动时，输出振动触觉的触觉效果。切换装置配置成将触觉致动器与用户输入元件和可移动质量块中的一个可切换地接合。触觉控制单元与触觉致动器进行信号通信，并且配置成确定用户输入元件是否处于终点止动位置。响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定，控制单元可以促使切换装置将触觉致动器与可移动质量块接合，并且将触觉致动器与用户输入元件脱离，使得由触觉致动器输出的力或扭矩致动可移动质量块，以产生振动触觉的触觉效果。

图8示出了在用户输入元件组件808中具有切换装置824的控制器800。在实施方案中，切换装置824可以位于触觉致动器804和将扭矩或力传递到用户输入元件817的传动部件802之间，以及位于触觉致动器804和偏心旋转质量块(ERM)822之间。切换装置824可以将传动部件802与由触觉致动器804输出的力或扭矩分离，以阻止力或扭矩传递到传动部件802和用户输入元件817。在实施方案中，传动部件802可以经由可旋转的轴807接收扭矩或力，并且切换装置824可以配置成选择性地将轴807耦合到致动器804或将轴807与致动器804分离。在实施方案中，切换装置824可以配置成将来自致动器804的力或扭矩耦合到连接到ERM 822的轴827。因此，来自致动器804的力或扭矩可以传递到ERM 822。

在实施方案中，ERM 822可以是包括飞轮的设备的一部分，所述飞轮可以耦合到触觉致动器804的力或扭矩或与其分离。在实施方案中，切换装置824可以响应于来自触觉控制单元810的控制信号执行切换，所述触觉控制单元810可以响应于用户输入元件817处于终点止动位置的确定而输出控制信号。

在示例中，切换装置824具有一个或多个离合器，所述离合器配置成与通向传动部件802的轴807脱离，使得其不接收输出的力或扭矩，并且与通向ERM 822的轴827接合，使得ERM 822接收输出的力或扭矩。

涉及经由可弹性变形的元件(例如，弹簧悬挂)将用户输入元件组件安装到控制器主体的实施方案：

用于补偿触觉减弱的一些实施方案包括提供位于可弹性变形的元件或基部(例如，弹簧悬挂)上的整个用户输入元件组件(例如，触发器组件)，使得用户输入元件组件可以在用户输入元件相对于组件完全按下时作为单元移动。可弹性变形的元件可以将用户输入元件组件附接到触觉启用的控制器的控制器主体。控制器主体可以是具有可抓握结构的主体，并且可以容置手持式控制器的部件。控制器主体和一个或多个用户输入元件组件可以构成整个或基本上整个手持式控制器。

当两个结构彼此附接时，可变形元件弹性变形的能力允许用户输入元件组件相对于控制器主体移动。在实施方案中，用户输入元件组件包括承载用户输入元件以及传感器和致动器的滑架。当用户从用户输入元件的运动范围的第一端按下用户输入元件(例如，触发器)时，用户输入元件可能具有相当大的移动自由度，并且来自用户的极小力传递到可弹性变形的元件(例如，弹簧悬挂)，所述可弹性变形的元件可能具有非常小的移动。当用户输入元件在其运动范围的第二相对端(用户输入元件可以被锁定的位置)处，到达终点止动位置时，容纳用户输入元件的滑架仍然可以经由可变形元件(例如，经由弹簧悬挂)而相对于控制器主体的其余部分移动。

图9A-9C描绘了基于悬架的系统作为可弹性变形的元件的实施方案。图9A示出了具有控制器主体901的手持式控制器装置900，所述控制器装置900还可以包括用户输入元件组件908。用户输入元件组件908本身可以具有壳体908a，所述壳体908a经由可弹性变形的元件附接到控制器主体901的其余部分，所述可弹性变形的元件是包括弹簧932和934的弹簧悬挂。壳体908a还可以容置输出力或扭矩的触觉致动器904(例如，马达)。组件908还可以包括用户输入元件917，所述用户输入元件917可以经由形成在用户输入元件917的铰接端部917b处的枢轴点相对于组件908旋转。传动部件902(例如，杠杆臂)可以将致动器904连接到用户输入元件917，并且可以用于将力或扭矩传递到用户输入元件917，诸如经由杠杆臂917a。在实施方案中，传动部件902可以配置成在用户输入元件组件908的移动期间将用户输入元件917拉到终点止动位置。在实施方案中，杠杆臂917a可以是用户输入元件917的部件。在实施方案中，用户输入元件组件908还可以包括一个或多个振动过滤器弹簧936(图9B和9C)。在实施方案中，用户输入元件可以不具有这样的振动过滤器弹簧(图9A)。在实施方案中，用户输入元件还可以具有诸如图2A所示的偏置弹簧，所述偏置弹簧将用户输入元件偏置到在其运动范围内的第一位置。振动过滤器弹簧936和偏置弹簧不同于弹簧悬挂的弹簧932、934，并且不形成将用户输入元件组件908附接到控制器主体901的弹簧悬挂的一部分。

弹簧悬挂可以允许用户输入元件组件908相对于控制器主体901的其余部分移动。即使当用户输入元件917已经到达终点止动位置时，此移动也可能发生。例如，当用户输入元件917已经旋转到其与用户输入元件组件908的壳体908a接触的位置时(图9A)，所述位置可以充当终点止动位置，或者当用户输入元件917已经被旋转到其完全压缩弹簧936的位置时(图9B)，此终点止动位置可能发生。在此终点止动位置中，当扭矩由触觉致动器904输出并且由传动部件902传递到用户输入元件917的杠杆臂917a时，用户输入元件917可能无法相对于用户输入元件组件908作进一步移动。如图9C所示，然而，整个用户输入元件组件908仍然可以相对于控制器主体901的其余部分移动以产生触觉效果。弹簧932、934可以沿着第一轴线(例如，垂直轴线)延伸，并且触觉致动器可以配置成促使用户输入元件组件908沿着垂直于第一轴线的第二轴线(例如，水平轴线)移动。

在手持式控制器900包括振动过滤器弹簧936的实施方案中，弹簧悬挂中使用的弹簧932、934可以比组件908中的振动过滤器弹簧936更硬。在一些情况下，弹簧932和934可以具有某种刚度水平，使得即使在用户输入元件917旋转到终点止动位置时，手持式控制器900的通常使用期间预期的用户施加力的预定水平也将不能完全压缩一个或多个弹簧932、934。在用户输入元件917的正常使用期间，使弹簧932、934不处于完全压缩状态可以确保弹簧932、934具有足够的柔性以允许用户输入元件组件917相对于控制器主体901的其余部分移动。

涉及提供机械或可编程棘爪的实施方案：

用于解决触觉减弱的一些实施方案包括使用机械或可编程棘爪。机械棘爪可以在终点止动结构处或附近插入，以通知用户他或她处于或在终点止动位置附近。这为用户提供了他们在触发器或其它用户输入元件行进终点的线索。这些线索将通知用户他们已经到达终点止动位置，并且不应再用力按压触发器(或其它用户输入元件)。在实施方案中，机械棘爪可以包括物理卡扣按钮，所述物理卡扣按钮随着用户输入元件接近终点止动位置，向用户提供棘爪式效果。

图10A示出了具有机械棘爪的触觉减弱预防解决方案的实施方案。所述图示出了具有控制器主体1001的手持式控制器装置1000，所述控制器装置1000可以包括作为控制器主体1001的整体部分的用户输入元件组件1008。控制器装置1000还可以包括经由形成在用户输入元件1017的铰接端部1017b处的枢轴点可相对于组件1008旋转的用户输入元件1017。控制器装置1000还可以包括触觉致动器1004、振动过滤器弹簧1036和传动部件1002。传动部件1002可以将扭矩或力传递到杠杆臂1017a，所述杠杆臂1017a可以认为是用户输入元件1017的部分。手持式控制器装置1000还包括机械棘爪1042，所述机械棘爪1042配置成随着用户输入元件1017移动到终点止动位置处或附近(例如，在终点止动位置或在终点止动位置之前)的位置时接合用户输入元件1017。在实施方案中，图10A所示的位置在振动过滤器弹簧1036被完全压缩的情况下，可以是终点止动位置。

在实施方案中，棘爪1042可以配置成抵抗用户输入元件1017进一步朝向终点止动位置拉动的卡扣按钮或其它装置。如图10B所示，当用户输入元件1017被朝向终点止动位置拉动并稳定地使卡扣按钮变形时，此阻力可以稳定地增加。在变形的某一点处，参照图10B中的卡扣位置，卡扣按钮可能向内卡扣，导致阻力急剧下降。在实施方案中，机械棘爪1042可以提示用户将用户输入元件(例如，触发器)保持在接合位置和卡扣位置之间拉动。

虽然图10A示出了其中用户输入元件组件1008与控制器主体1001成一体的实施方案，但是在另一实施方案中，用户输入元件组件1008可以代替地经由弹簧悬挂或其它可弹性变形的元件安装在控制器主体1001上，类似于图9A-9C所示。另外，虽然图10A示出了包括振动过滤器弹簧1036的控制器装置1000，但是在另一实施方案中，控制器装置1000可以不具有振动过滤器弹簧。

在实施方案中，可以将机械棘爪与可编程棘爪组合或用可编程棘爪替代。可编程棘爪可以包括例如当用户输入元件处于终点止动位置或在其附近时，提供触觉效果。可以使用与用于致动用户输入元件(例如，致动器1004)相同的致动器，或者用诸如产生震荡触觉效果的主体致动器的不同致动器来产生触觉效果。因此，当用户已经将用户输入元件拉到或接近终点止动位置时，可编程棘爪也可以向用户提供线索。

涉及具有可相对于彼此移动的至少两个连接的部件的用户输入元件的实施方案：

用于补偿触觉减弱的一些实施方案包括向用户输入元件提供可相对于彼此移动的至少两个连接的部件。这些部件可以涉及中间部件和主要部件，其中中间部件可以相对于主要部件向内和向外移动(例如，1mm)，即使当用户输入元件整体处于终点止动位置时也是如此。这可以产生其中用户输入元件的中间部可以通过推动例如用户的手指输出触觉效果的类似锤子的效果(例如，对象撞击用户的手指的效果)。在实施方案中，中间部件可以位于主要部件的凹部中，使得主要部件至少部分包封中间部件。在这种配置中，中间部件可以称为内部部件，并且主要部件可以称为外部部件。在实施方案中，外部部件可以由用户感测，并且在物理终点止动结构处，或者在控制用户输入元件的行进的弹簧已被完全压缩的位置处具有终点止动位置。内部部件可以通过弹簧悬挂或其它形式的悬架(例如，由橡胶模制形成的悬架，其将内部部件的顶部件连接到外部部件)连接到外部部件，并且可以经由机械连接接收来自致动器的扭矩或力。在这些实施方案中，用户可以将内部部件和外部部件两者拉向终点止动位置。当用户输入元件的外部部件已经被拉到终点止动位置时，触觉致动器向内部部件传送全范围的触觉效果的能力可能不受影响，或受影响的程度非常有限。在实施方案中，具有可相对于彼此移动的两个连接的部件的用户输入元件的特征可以与图9A-9C的弹簧悬挂特征组合，或者可以在没有该弹簧悬挂特征的情况下实施。

图11示出了具有可相对于彼此移动的两个或更多个部件(也称为部分或段)的用户输入元件的实施方案。更具体地，图11示出了具有控制器主体1101的手持式控制器装置1100，所述控制器装置1100包括用户输入元件组件1108。用户输入元件组件1108经由弹簧悬挂附接到控制器主体1101的其余部分，所述弹簧悬挂包括弹簧1132、1134。组件1108还包括用户输入元件1117，所述用户输入元件1117经由形成在用户输入元件1117的铰接端部1117f处的枢轴点可相对于组件1108旋转。用户输入元件1117包括部件1117a-1117e。这些部件可以包括杠杆臂1117a、外部部件1117b、连接到杠杆臂1117a的内部部件1117c以及弹簧1117d、1117e。杠杆臂1117a可以连接到传动部件1102，所述传动部件1102将扭矩或力从触觉致动器1104传递到用户输入元件1117的内部部件1117c。内部部件1117c可以设置在外部部件1117b的凹部内，并且可以部分容置在外部部件1117b内。内部部件1117c的一部分可以暴露于用户的手指。弹簧1117d、1117e可以形成连接内部部件1117c和外部部件1117b的弹簧悬挂，并且允许内部部件1117c可相对于外部部件1117b移动。

在如图11所示的实施方案中，外部部件1117b可以具有从第一位置到终点止动位置的运动范围。如图11所示，当振动过滤器弹簧1136被完全压缩时，可以到达终点止动位置。内部部件1117c可以经由杠杆臂1117a连接到传动部件1102。当外部部件1117b处于终点止动位置时，传动部件1102仍然可以配置成经由杠杆臂1117a将扭矩或力传递到内部部件1117c。在接收到扭矩或力时，内部部件1117c仍然可以相对于内部部件1117b移动以产生触觉效果。例如，所传递的力可以相对于外部部件1117b向外推动内部部件1117c，以对用户的手指赋予类似锤子的效果。

涉及产生用户输入元件的侧向运动的实施方案：

用于补偿在终点止动位置处的触觉减弱的一些实施方案包括当用户输入元件到达终点止动位置时切换用户输入元件(例如，触发器)以沿着不同的运动轴线移动。例如，如果在这些实施方案中用户输入元件在其运动范围内沿着前后运动轴线在第一位置和终点止动位置之间移动，那么当用户输入元件处于终点止动位置或在其附近时，这些实施方案可以促使用户输入元件切换到沿着左-右轴线移动。

在实施方案中，手持式控制器装置可以包括机械结构，所述机械结构允许用户输入元件或用户输入元件组件的运动在用户将用户输入元件移动到终点止动位置时改变运动轴线。换句话说，结构可以促使用户输入元件在由触觉致动器致动时改变其运动的取向，其中取向可以取决于用户输入元件是处于终点止动位置还是远离终点止动位置。在实施方案中，用户输入元件可以沿着第一行进轴线被拉动或推动。例如，如果用户输入元件是可围绕旋转轴线旋转的触发器，那么触发器可能能够大致沿着垂直于旋转轴线的第一运动轴线来回移动。当触发器或其它用户输入元件到达或接近终点止动位置，诸如对应于完全关闭状态的位置时，触发器组件的运动方向可以改变为沿着垂直于第一轴线的第二运动轴线对准。在实施方案中，第二轴线可以是旋转轴线。也就是说，一旦触发器旋转到终点止动位置，触发器便可能不再围绕旋转轴线来回旋转，并且可以替代地沿着旋转轴线左右移动。以这种方式，触觉效果可以被用户更好地感知，因为致动器不直接对抗用户正在施加以将用户输入元件旋转到终点止动位置的闭合力。

在实施方案中，机械结构可以包括具有充当用户输入元件的凸轮的销/通道组合的特殊铰链。当用户输入元件(例如，触发器)被按下时，销跟随通道。例如，图12、12A和12B示出了具有用户输入元件组件1208的触觉启用的控制器装置1200，所述用户输入元件组件1208具有可以由触觉致动器1202致动的用户输入元件1217。用户输入元件1217例如是触发器，所述触发器形成铰链1245，所述铰链1245允许用户输入元件1217围绕铰链1245的销1244的纵向轴线1247旋转。铰链1245可以由销1244形成，所述销由屏障1252a-d约束，使得其仅能够围绕纵向轴线1247旋转，并且在一些情况下沿着纵向轴线1247轴向地(例如，侧向地)移动。销1244可以随着用户输入元件1217旋转，或者在用户输入元件1217相对于销1244旋转时可以保持静止(例如，如果用户输入元件1217具有包围销1244并且相对于固定销1244旋转的套筒)。销1244可以配置成当用户输入元件1217由触觉致动器1202致动并处于终点止动位置时，促使用户输入元件1217沿着第一取向(例如，沿着作为纵向轴线1247的第一轴线)移动，并且当用户输入元件1217远离终点止动位置时(例如，在用户输入元件的运动范围内的第一位置处或附近)，促使用户输入元件1217沿着不同于第一取向的第二取向(例如，沿着垂直于纵向轴线的第二轴线)移动。例如，销1244可以具有沟槽1248，所述沟槽1248接合固定到用户输入元件1217或用户输入元件组件1208的另一部分(或更一般地，固定到触觉启用的控制器装置的另一部分)的从动对象1246(例如，球)。在实施方案中，从动对象1246可以直接附接到用户输入元件1217，使得从动对象1246相对于销1244的移动也相对于销1244拉动(例如，拖动)用户输入元件1217(例如，在远离屏障1252a、1252b的方向上)。在此实施方案中，销1244相对于用户输入元件组件1208的其余部分保持静止，因为从动对象1246附接到用户输入元件1217。在如图12A所示的实施方案中，从动对象1246可以直接附接到用户输入元件组件1208的壳体。在此实施方案中，当销1244旋转时，其也可以相对于用户输入元件组件1208侧向移动。此外，在此实施方案中用户输入元件1217可以固定到销1244，并且因此也侧向移动(例如，沿远离屏障1252a、1252b的方向)。

在终点止动位置(或其它终点行进位置)附近的某个角度处，当用户输入元件被完全按下时，通道路径将其取向从径向沟槽改变为轴向沟槽。考虑到销是固定的，当销在通道路径中将碰上从径向移动到轴向移动的过渡时，具有通道的部分(例如，触发器)将必须在围绕轴线旋转的同时轴向移动。在这种情况下，触发器可以停止围绕其铰链轴线旋转并且开始沿铰链轴线移动，从而有效地提供平行于旋转轴线的左右移动。如图12B所示，沟槽1248可以包括基本上或完全垂直于销的纵向轴线1247的第一部分1248a。其还可以包括与销1244的纵向轴线1247完全或至少部分平行的第二部分1248b。

如上所讨论，从动对象1246可以充当跟随由沟槽1248提供的凸轮表面的凸轮从动件。当用户输入元件1217从第一位置开始旋转时，从动对象1246可以最初位于沟槽1248的第一部分1248a中。在此第一部分1248中，用户输入元件1217的旋转可以不引起从动部件1246沿着纵向轴线1247的侧向位移。

当用户输入元件1217进一步朝向终点止动位置旋转时，从动对象1246可以进入沟槽的第二部分1248b。这可能在用户输入元件1217已经旋转到终点止动位置时发生，或者可能在其已经到达终点止动位置之前发生。沟槽的第二部分1248b可以与销的纵向轴线1247至少部分对准或平行。这可以为用户输入元件1217提供沿着轴向方向(沿着纵向轴线1247)的自由度或行进。第二部分1248b还可以充当使从动部件1246和用户输入元件1217沿轴向移动的凸轮表面。

侧向位移的示例提供在图13中的曲线图中。在所述曲线图中，角度位置的较小值可以对应于更靠近终点止动位置的位置。所述曲线图包括第一段1348a和第二段1348b。第一段1348a对应于从动部件1246处于沟槽的第一部分1248a中并且不产生侧向位移之时。第二段1348b对应于从动对象1246进入沟槽的第二部分1248b之时，那时用户输入元件沿着销1244的纵向轴线1247侧向移位，从而与用户输入元件形成铰链1245。

因此，本发明的实施方案涉及触觉启用的控制器装置1200，包括控制器主体、经由销附接到控制器主体的用户输入元件以及触觉致动器(例如，1202)。用户输入元件1217可以围绕销1244的纵向轴线1247旋转。触觉致动器可以配置成在用户输入元件1217上输出力或扭矩。销1244可以形成沟槽1248，所述沟槽1248接合固定到用户输入元件1208或控制器主体的从动对象/部件1246。当用户输入元件围绕销的纵向轴线旋转时，沟槽和从动对象/部件1246促使用户输入元件也沿销1244的纵向轴线1247移动。当用户输入元件已经到达终点止动位置时，沟槽可能导致来自触觉致动器的力或扭矩在沿着销的纵向轴线的方向上移动用户输入元件。当用户输入元件处于终点止动位置时，由触觉致动器1202输出的力或扭矩具有与销的纵向轴线平行的至少一个分量，从而使用户输入元件轴向滑动。

涉及势能蓄能器设备的实施方案：

用于补偿触觉减弱的一些实施方案包括使用势能蓄能器设备(例如，机械能蓄能器设备)，诸如可以存储用户施加的能量的类棘轮弹簧机构或液压机构，并且然后存储的能量可以在需要时释放。势能蓄能器设备可以像电容器那样工作，并且在按压用户输入元件(例如，触发器)的同时存储由用户手指施加的过量能量。在一些实施方案中，能量蓄能器具有使用来自触觉控制单元的特殊信号以受控方式释放所存储的能量的能力，触觉控制单元可以基于可能要求释放的触觉效果描述文件。在一些情况下，能量蓄能器可以自动释放存储的能量，直到不再有能量释放为止。当用户输入元件已经到达终点止动位置时，当触觉致动器需要力或扭矩增强时，当发生另一种状况时，或其任何组合，可以释放能量。当用户输入元件(例如，触发器)在终点止动位置被完全按压时，蓄能器释放的能量可以由触觉致动器引导以增强施加在用户手指上的力。该增强可以在用户输入元件在终点止动位置被完全按压时克服用户施加的高出力。当用户输入元件被按压并且用户所施加的力高于由触觉致动器(例如，马达)提供的力时，机械能蓄能器设备可以积蓄能量。适用于本发明的实施方案的蓄能器的示例包括：通过压缩弹簧来存储势能的类棘轮弹簧机构、将势能存储在高速旋转的旋转质量块中的飞轮或以压力形式存储势能的液压蓄能器(例如，使用不可压缩的流体，其推动膜并且像弹簧一样起作用)。

图14中示出了本发明的实施方案的势能蓄能器设备。势能蓄能器设备1452(例如，棘轮、弹簧或液压设备)可以配置成将施加到用户输入元件1417的用户施加的能量转换成存储的势能。当用户输入元件1417处于终点止动位置时，设备1452可以随后释放存储的势能以产生触觉效果。在实施方案中，设备1452可以响应于来自触觉控制单元1410的控制信号释放其存储的能量。触觉控制单元1410可以响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定而输出控制信号。势能蓄能器设备1452可以与其它实施方案的特征结合使用，诸如图9A-9C的弹簧悬挂，或者作为独立特征使用。

涉及将所有触觉效果映射到非拉式触觉效果的实施方案

用于补偿触觉减弱的其它实施方案包括将所有效果映射到不涉及在朝向终点止动结构的方向上施加力的触觉效果。例如，效果可以映射到触觉效果，所述触觉效果推动或以其它方式将用户输入元件强制向外，而不是拉动或以其它方式强制用户输入元件进一步朝向关闭位置，或者不是拉动或以其它方式强制用户输入元件抵靠终点止动结构。当用户输入元件(例如，触发器)被完全压向终点止动结构时，其可能在物理上不能进一步移动到控制器装置的主体中。针对将用户输入元件向内拉(或者更一般地，针对强制用户输入元件抵靠终点止动位置)的触觉效果在这一点上是没有帮助的，因为触发器已经被完全按压。在这种情况下，推式触觉效果(或更一般地，不是针对强制用户输入元件抵靠终点止动位置的触觉效果)仍然是有效的，因为触发器可以推出抵抗用户施加的力。例如，当检测到用户输入元件处于终点止动位置(例如，完全关闭状态)时，将在用户输入元件处产生的拉式触觉效果可以映射或以其它方式转换，以产生推式触觉效果。如果触觉效果已经是推式的，那么其是正常进行的。如果触觉效果或触觉效果的一部分是拉式的，那么触觉控制单元中的触觉引擎可以将触觉效果(或涉及拉动的特定部分)映射到推式触觉效果或以其它方式转换为推式触觉效果。

在实施方案中，触觉启用的控制器的触觉控制单元可以执行程序1500，参见图15，以响应于第一触觉效果对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力的确定，将诸如拉式触觉效果的第一触觉效果的选择改变为诸如推式触觉效果的第二触觉效果。更具体地，图15提供了示出程序1500的步骤的流程图。在实施方案中，程序1500包括步骤1502，其中触觉控制单元确定第一触觉效果将由触觉致动器输出。此确定可以响应于触觉触发事件(例如，游戏应用程序中的事件)或响应于来自应用程序的触觉输出命令。触觉致动器可以位于触觉启用的控制器的控制器主体内，并且可以配置成输出力或扭矩。触觉控制单元可以与触觉致动器进行信号通信，并且可以通过向例如致动器或脉冲宽度调制(PWM)驱动器发送驱动信号来激活致动器。

在步骤1504中，触觉控制单元可以确定用户输入元件是否处于终点止动位置，以及第一触觉效果是否对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力。

在步骤1506中，响应于用户输入元件处于终点止动位置以及第一触觉效果对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力的确定，触觉控制单元可以选择对用户输入元件施加远离终点止动位置的力的第二触觉效果。在实施方案中，存储装置可以存储映射(例如，以数据结构链接)到第一触觉效果的一个或多个触觉效果，并且触觉控制单元在步骤1506中可以通过选择映射到第一触觉效果的一个或多个触觉效果中的一个而选择第二触觉效果。在步骤1508中，控制单元促使触觉致动器输出第二触觉效果而不是第一触觉效果。

在步骤1510中，响应于用户输入元件不在终点止动位置或者第一触觉效果不对用户输入元件施加朝向终点止动位置的力的确定，触觉控制单元促使触觉致动器输出第一触觉效果。

在实施方案中，当本文中的实施方案的触觉控制单元确定用户输入元件处于终点止动位置时，其可以促使在用户输入元件处输出的任何触觉效果为推式触觉效果或对用户输入元件施加远离终点止动位置的力的任何其它触觉效果，或者可以采用上文关于图8和14讨论的技术之一。例如，当用户输入元件处于终点止动位置并且发生触觉触发事件(即，触发触觉效果的事件)时，触觉控制单元可以执行以下动作中的至少一个：i)选择不是拉式触觉效果的触觉效果(例如，选择推式触觉效果)并且促使所选择的触觉效果在用户输入元件处产生；ii)诸如通过使用切换装置将用户输入元件与致动器脱离，并使致动器与ERM接合(参见图8)，促使触觉效果在ERM而不是在用户输入元件处输出；以及iii)促使势能蓄能器设备释放存储的能量，以便在用户输入元件上产生触觉效果，或者增强已经在用户输入元件处输出的触觉效果(参见图14)。

涉及使用非线性弹簧的实施方案

用于补偿触觉减弱的其它实施方案包括使用非线性弹簧。当弹簧被压缩时，非线性弹簧可以以斜率上升的速率施加力。非线性弹簧可以通过例如螺旋弹簧、梁形弹簧或密封气缸来实施。在实施方案中，非线性弹簧可以与第二弹簧(例如，线性弹簧)一起使用。例如，第二弹簧可以附接到用户输入元件和用户输入元件组件，并且可以配置成将用户输入元件偏置到平衡位置。在实施方案中，非线性弹簧可以是未接合的，直到用户输入元件到达其运动范围中的特定位置。

在实施方案中，非线性弹簧可以通过具有变化节距的弹簧绕组的螺旋弹簧来实施。在弹簧的起始部分处，弹簧将以大的节距卷绕(例如，每转2mm，使得下一个连续的绕组线进一步沿着由弹簧形成的圆筒向下延伸2mm)。随着绕组继续，节距可能减小。例如，在几匝之后，节距可以减小到每转1mm。随着采用了这样的后续部分，这可以产生更硬的弹簧。

在实施方案中，非线性弹簧可以通过密封气缸(或其它成形的密封装置，诸如气囊)或橡胶材料来实施。在这种情况下，当采用气缸时，压力增加最初较小，使得用户能够随着行进继续而增加压力。随着密封气缸中的压力继续增加，可能变得更难以继续压缩气缸中的流体。因为气缸可以附接到用户输入元件，所以用户输入元件也可能变得越来越难朝向终点止动位置移动。在一些情况下，无论用户多么努力拉，他们都无法到达“止动”位置。在一些情况下，压力增加可以阻止到达终点止动位置。

在实施方案中，可以使用软橡胶材料来形成非线性弹簧。当橡胶材料被压缩或朝向终点止动位置拉伸时，其可以在相反方向上施加以非线性方式增大的力。这将允许用户输入元件以较小的力与第二弹簧进行交互，但是限制用户可以移动用户输入元件的距离，从而有助于确保用户输入元件保留在弹性的交互区域中。

图16A示出了具有第一弹簧1662(例如，具有均匀节距的线性弹簧)和非线性弹簧1664的用户输入元件组件1600的实施方案。第一弹簧1662可以例如是使用户输入元件1617移动到平衡位置的偏置弹簧。如上所讨论，第二弹簧1664可以是具有不均匀节距的螺旋弹簧、可以是密封缸、可以是橡胶材料或其任何组合。

在实施方案中，非线性弹簧可以通过多夹紧梁实施。在这类情况下，梁以初始长度夹紧，使其具有由其横截面和其长度限定的初始刚度。当梁弯曲时，其可以接合在弹簧后面的成形屏障。这种形状的屏障可以有效地减小弹簧的长度(例如，使梁的枢轴点移动得越来越靠近其尖端)。这种长度的减小可能使梁变得更硬而不易弯曲。有效地减小弹簧长度的成形屏障可以例如成形为具有一系列阶部，或者具有平滑的弯曲形状，其可以以平滑的进程增加刚度。

图16B中示出了多夹紧梁弹簧。此非线性弹簧可以包括梁形弹簧1667和成形屏障1668。当用户输入元件1617接合梁形弹簧1667时，其可以使梁形弹簧1667弯曲并促使其与成形屏障1668上的点接触。这可以有效地使梁形弹簧1667的枢轴点移动成更靠近其尖端，这可以增加梁形弹簧的刚度。

另外的实施方案

在实施方案中，用户输入元件组件可以在终点止动设计中并入更硬的弹簧。

在实施方案中，当用户输入元件处于终点止动位置时，用户输入元件可以引起与用户输入元件组件中的触觉致动器不同的致动器(例如，主体致动器)输出触觉效果。

因此，当例如用户正在玩游戏并且正握持游戏控制器触发器完全按下以开火游戏中的机关枪时，上述实施方案中的一个或多个可以实现不减少或仅有限地减少触觉效果，以允许用户在射击时感受到每次射击。

实施方案的概要：

本文中的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件，具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围，并且配置成基于用户输入元件在所述运动范围内的位置输出控制信号；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；传动部件，配置成以当用户输入元件处于终点止动位置时相较于当用户输入元件处于运动范围内的另一位置时更大的倍增因数将力或扭矩传递到用户输入元件。

在一些情况下，触觉致动器是马达，并且传动部件包括杠杆臂，所述杠杆臂配置成将由马达输出的扭矩或力传递到用户输入元件。杠杆臂和用户输入元件以这样的方式连接，随着用户输入元件移动成更靠近终点止动位置，增加倍增因数。

在一些情况下，杠杆臂和用户输入元件以这样的方式连接，使得从杠杆臂上的枢轴点到连接到用户输入元件的杠杆臂上的连接点的长度随用户输入元件移动成更靠近终点止动位置而变化。

在一些情况下，杠杆臂具有沿着杠杆臂的纵向轴线延伸的狭槽，并且当用户输入元件朝向终点止动位置移动时，连接点移动成更靠近枢轴点，使得从枢轴点到连接点的长度随着用户输入元件朝向终点止动位置移动而变化。

在一些情况下，控制器元件包括连接到传动部件的杠杆臂的第二杠杆臂。杠杆臂的旋转引起第二杠杆臂和控制器元件的其余部分的旋转，并且杠杆臂的纵向轴线和第二杠杆臂的纵向轴线在终点止动位置比在第一位置更为对准。

在一些情况下，杠杆臂配置成当用户输入元件处于第一位置时，以倍增因数0.5传递由马达输出的扭矩或力，当用户输入元件处于终点止动位置时，以大于1的倍增因数传递由马达输出的扭矩或力。

在一些情况下，控制器装置还包括位于用户输入元件附近的终点止动结构，而终点止动位置是用户输入元件与终点止动结构接触的位置。

在一些情况下，用户输入元件是触发器、摇杆、操纵杆或按钮。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件，具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围，并且配置成基于用户输入元件在所述运动范围内的位置输出控制信号；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；传动部件，配置成将所述力或扭矩传递到用户输入元件；以及触觉控制单元，配置成确定用户输入元件是否处于终点止动位置，并且响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定来选择不是拉式触觉效果的触觉效果，并且促使触觉致动器和传动部件在用户输入元件处产生所选择的触觉效果。

在一些情况下，触觉控制单元配置成响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定来选择促使触觉致动器对用户输入元件施加推力的推式触觉效果。

在一些情况下，用户输入元件和传动部件是还包括偏心旋转质量块(ERM)设备的用户输入元件组件的一部分。控制器装置还包括位于触觉致动器和传动部件之间以及触觉致动器和ERM设备之间的切换装置，并且触觉控制单元配置成响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定，促使切换装置使触觉致动器与传动部件分离，以阻止其间的力或扭矩输出，并将触觉致动器耦合到ERM设备，以在它们之间提供力或扭矩输出。

在一些情况下，切换装置接收由触觉致动器输出的力或扭矩，并且包括一个或多个离合器，所述离合器配置成响应于来自触觉控制单元的控制信号而与传动部件脱离，使得传动部件不接收由触觉致动器输出的力或扭矩，并与ERM设备接合，使得ERM设备接收由触觉致动器输出的力或扭矩。

在一些情况下，切换装置还包括势能蓄能器设备，所述势能蓄能器设备配置成将用户输入元件上的用户施加的能量转换为势能并存储势能，并在用户输入元件处于终点止动位置时释放存储的势能以产生触觉效应。

在一些情况下，势能蓄能器设备配置成响应于来自触觉控制单元的控制信号而释放其存储的能量。触觉控制单元配置成响应于用户输入元件处于终点止动位置的确定而输出控制信号。

在一些情况下，势能蓄能器设备包括以下至少一个：i)棘轮设备，配置成将用户输入元件处用户施加的能量转换为势能；以及ii)液压设备，配置成将用户输入元件处用户施加的能量转换为势能；以及iii)飞轮设备，配置成将用户输入元件处用户施加的能量转换成势能。

在一些情况下，势能蓄能器设备可以是诸如电容器(例如，超级电容器)的电能蓄能器设备。在一些情况下，势能蓄能器设备可以是诸如电池的化学能蓄能器设备。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件组件，具有壳体和可相对于壳体移动的用户输入元件，其中所述用户输入元件具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围，并且配置成基于用户输入元件在运动范围内的位置输出控制信号；控制器主体，经由可弹性变形的元件(例如，弹簧悬挂)附接到用户输入元件组件，使得用户输入元件组件可相对于控制器主体移动；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；以及传动部件，配置成将力或扭矩传递到用户输入元件。

在一些情况下，可弹性变形的元件是弹簧悬挂，包括一个或多个弹簧，所述弹簧具有某个刚度水平，使得将用户输入元件移动到终点止动位置的用户施加的力不完全压缩一个或多个弹簧。

在一些情况下，用户输入元件组件包括第一弹簧，所述第一弹簧位于用户输入元件和壳体之间，并且配置成抑制振动，并且将用户输入元件组件附接到控制器主体的弹簧悬挂包括一个或多个第二弹簧，所述第二弹簧中的每个比第一弹簧更硬。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件，具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围，并且配置成基于用户输入元件在运动范围内的位置输出控制信号；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；传动部件，配置成将力或扭矩传递到用户输入元件；机械棘爪，配置成在终点止动位置处或附近接合用户输入元件。

在一些情况下，机械棘爪配置成在用户输入元件到达终点止动位置之前接合用户输入元件，并且配置成在用户输入元件朝向终点止动位置移动时变形。

在一些情况下，机械棘爪包括卡扣按钮，所述卡扣按钮位于连接到用户输入元件的壳体的表面上。

本文的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件，具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围，并且配置成基于用户输入元件在其运动范围内的位置输出控制信号；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；传动部件，配置成将力或扭矩传递到用户输入元件；控制单元，配置成确定用户输入元件是否处于终点止动位置或在其附近，并且响应于该确定，促使触觉致动器和传动部件输出对用户输入元件的触觉效果，以向用户指示用户输入元件在终点止动位置附近或处于终点止动位置。

本文的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件组件，具有壳体和经由销附接到壳体并且可围绕销的纵向轴线旋转的用户输入元件；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；传动部件，配置成将力或扭矩传递到用户输入元件。所述销形成沟槽，所述沟槽接合固定到用户输入元件组件的用户输入元件或壳体的部件。当用户输入元件围绕销的纵向轴线旋转时，沟槽促使用户输入元件也沿着销的纵向轴线移动。触觉致动器和传动部件配置成施加力或扭矩，当用户输入元件已经到达终点止动位置时，力或扭矩促使用户输入元件在沿着销的纵向轴线的方向上移动。

在一些情况下，沟槽具有第一部分，所述第一部分是完全垂直于销的纵向轴线的径向沟槽，并且具有第二部分，所述第二部分与销的纵向轴线部分平行。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件组件，具有壳体和可相对于壳体移动的用户输入元件；触觉致动器，配置成输出力或扭矩；以及传动部件，配置成将力或扭矩传递到用户输入元件。用户输入元件包括第一部件和可相对于第一部件移动的第二部件。用户输入元件的第一部件具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围。传动部件配置成将由触觉致动器输出的力或扭矩传递到可相对于第一部件移动的用户输入元件的第二部件。

在一些情况下，第一部件是用户输入元件的外部部件，而第二部件是由外部部件部分包封的内部部件。

在一些情况下，内部部件通过弹簧悬挂连接到外部部件。

本实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：用户输入元件组件，包括：用户输入元件，具有延伸到终点止动位置的运动范围，并且配置成基于用户输入元件在运动范围内的位置输出控制信号；壳体，其内设置有用户输入元件；第一弹簧，附接到用户输入元件和壳体；以及第二弹簧，附接到用户输入元件和壳体，所述第二弹簧是非线性弹簧，配置成当用户输入元件朝向终点止动位置移动时施加力，所述力在与用户输入元件的移动相反的方向上以非线性速率增加。

在一些情况下，第一弹簧是线性弹簧。

在一些情况下，第二弹簧包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧具有在朝向终点止动位置的方向上节距减小的绕组。

在一些情况下，第二弹簧包括梁形弹簧，所述梁形弹簧配置成接合用户输入元件并且随着用户输入元件朝向终点止动位置移动而弯曲。用户输入元件组件还包括屏障，随着梁形弹簧弯曲，屏障接合梁形弹簧上的不同点，以使梁形弹簧的枢轴点移动成更靠近梁形弹簧的尖端。

在一些情况下，第二非线性弹簧包括其中具有流体的密封气缸。用户输入元件朝向终点止动位置的移动促使流体被压缩。

在一些情况下，第二非线性弹簧包括橡胶材料。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种增强触觉启用的控制器装置中的触觉效果的方法，所述触觉启用的控制器装置包括：i)用户输入元件组件，包括具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围的用户输入元件，ii)触觉致动器，iii)传动部件，将输出的力或扭矩从触觉致动器传递到用户输入元件，以及iv)触觉控制单元，与触觉致动器通信。所述方法包括：控制器装置的触觉控制单元确定用户输入元件是否处于终点止动位置；响应于确定用户输入元件处于终点止动位置，触觉控制单元执行以下操作之一：i)选择不是拉式触觉效果的触觉效果，并促使所选择的触觉效果在用户输入元件处产生；ii)促使切换装置将传动部件与触觉致动器分离，并将用户输入元件组件中的ERM设备耦合到触觉致动器，使得触觉效果在用户输入元件组件中的ERM设备处产生；iii)促使势能蓄能器设备释放存储的能量，以增强用户输入元件处的触觉效果。

在一些情况下，所选择的触觉效果是推式触觉效果。

在一些情况下，切换装置包括一个或多个离合器。

在一些情况下，势能蓄能器设备包括棘轮约束弹簧、液压机构、飞轮、电容器或电池。

本文中的实施方案的一个方面涉及一种控制器装置，包括：触发器，具有从第一角度延伸到终点止动角度的运动范围，并且配置成基于用户输入元件(例如，触发器)在所述运动范围内的位置输出控制信号；致动器组件，具有马达和齿轮箱，并且配置成输出力或扭矩；以及杠杆臂，配置成当用户输入元件处于终点止动角时相较于当用户输入元件处于所述运动范围内的另一角度时以更大的倍增因数将所述力或扭矩传递到用户输入元件。

本文中的实施方案的一个方面涉及根据上文实施方案之一的控制器装置，还包括通信装置，所述通信装置配置成将由用户输入元件输出的控制信号传达到处理器，所述处理器执行虚拟现实(VR)、增强现实(AR)应用程序或控制台/计算机/电视/电话/平板计算机等上的标准游戏。

本文中的实施方案的一个方面涉及根据上述实施方案之一的控制器装置，其中所述控制器装置是可穿戴装置的一部分。

虽然上文已经描述了各种实施方案，但是应当理解，它们仅作为本发明的说明和示例而提出，并无限制之意。对于相关领域所属技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的广度和范围不应受上述任何示例性实施方案的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。还将理解，本文讨论的每个实施方案以及本文引用的每个参考文献的每个特征可以与任何其它实施方案的特征结合使用。

Claims (29)

1.一种触觉启用的控制器装置，包括：

控制器主体；

用户输入元件，附接到所述控制器主体并且相对于所述控制器主体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围；

触觉致动器，位于所述控制器主体内并配置成输出力或扭矩；

传动部件，连接到所述触觉致动器和所述用户输入元件，

其中所述传动部件配置成当所述用户输入元件处于所述第一位置时以第一倍增因数将所述力或扭矩从所述触觉致动器传递到所述用户输入元件，并且当所述用户输入元件处于所述终点止动位置时以第二倍增因数将所述力或扭矩从所述触觉致动器传递到所述用户输入元件，其中所述第二倍增因数大于所述第一倍增因数。

2.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，还包括在所述用户输入元件和所述终点止动位置之间延伸的弹簧，其中所述第一位置对应于所述弹簧的平衡位置，使得所述弹簧配置成将所述用户输入元件偏置到所述第一位置。

3.根据权利要求2所述的触觉启用的控制器装置，其中所述传动部件具有连接到所述触觉致动器和所述用户输入元件的第一臂，所述用户输入元件具有第二臂，所述第二臂连接到所述第一臂使得当所述用户输入元件处于所述终点止动位置时相比于当所述用户输入元件处于其运动范围的所述第一位置时，所述第一臂的纵向轴线和所述第二臂的纵向轴线更为对准。

4.根据权利要求3所述的触觉启用的控制器装置，其中所述第一臂包括枢轴点，所述第一臂在所述枢轴点处附接到所述触觉致动器，其中所述第一臂还通过所述第二臂的连接元件连接到所述第二臂，并且其中所述第二臂和所述第一臂的连接方式是，使得从所述枢轴点到所述连接元件的长度随着所述用户输入元件从所述第一位置移动到所述终点止动位置而减小。

5.根据权利要求4所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件可相对于所述控制器主体从所述第一位置旋转或平移到所述终点止动位置。

6.根据权利要求5所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件是触发器、按钮、操纵杆或摇杆。

7.根据权利要求5所述的触觉启用的控制器装置，其中所述第一臂具有沿着其纵向轴线延伸的狭槽，并且其中所述第二臂的所述连接元件是插入穿过所述狭槽的销，并且配置成随着所述用户输入元件朝向所述终点止动位置旋转而在所述狭槽内朝向所述枢轴点滑动。

8.根据权利要求7所述的触觉启用的控制器装置，其中所述触觉致动器是配置成输出所述力或扭矩的马达，其中所述力或扭矩配置成沿第一方向旋转所述第一臂，并且沿第二相反方向旋转所述用户输入元件。

9.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，还包括可移动质量块、切换装置和触觉控制单元，其中：

所述可移动质量块配置成当所述可移动质量块由所述触觉致动器致动时，输出振动触觉的触觉效果，

所述切换装置配置成将所述触觉致动器与所述用户输入元件和所述可移动质量块中的一个可切换地接合，

所述触觉控制单元与所述触觉致动器进行信号通信，并且配置成确定所述用户输入元件是否处于所述终点止动位置，并且响应于所述用户输入元件处于所述终点止动位置的确定，促使所述切换装置将所述触觉致动器与所述可移动质量块接合，并将所述触觉致动器与所述用户输入元件脱离，使得由所述触觉致动器输出的力或扭矩致动所述可移动质量块以产生所述振动触觉的触觉效果。

10.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，还包括触觉控制单元，所述触觉控制单元配置成：

确定第一触觉效果将由所述触觉致动器输出，

确定所述用户输入元件是否处于所述终点止动位置，以及所述第一触觉效果是否对所述用户输入元件施加朝向所述终点止动位置的力，

响应于所述用户输入元件处于所述终点止动位置以及所述第一触觉效果对所述用户输入元件施加朝向所述终点止动位置的力的确定，选择对所述用户输入元件施加远离所述终点止动位置的力的第二触觉效果，并且促使所述触觉致动器输出所述第二触觉效果而不是所述第一触觉效果。

11.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，还包括：

壳体，其内设置所述用户输入元件；

附接到所述用户输入元件和所述壳体的弹簧，所述弹簧是非线性弹簧，配置成施加力，所述力随着所述用户输入元件朝向所述终点止动位置移动而在与所述用户输入元件的移动相反的方向上以非线性速率增加。

12.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件包括第一部件和连接到所述第一部件并且可相对于所述第一部件移动的第二部件，并且其中所述触觉致动器配置成相对于所述第一部件致动所述第二部件，其中所述第一部件是所述用户输入元件的外部部件，所述第二部件是所述用户输入元件的内部部件，由所述外部部件部分包封，所述内部部件通过所述传动部件连接到所述触觉致动器。

13.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件是具有壳体的用户输入元件组件的一部分，所述壳体经由弹簧悬挂设置在所述控制器主体内或附接到所述控制器本体，使得所述用户输入元件组件的所述壳体可相对于所述控制器主体移动，其中所述弹簧悬挂促使来自所述触觉致动器的所述力或扭矩使所述用户输入元件组件的所述壳体相对于所述控制器主体移动。

14.根据权利要求1所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件经由销附接到所述控制器主体，并且可围绕其纵向轴线在所述第一位置和所述终点止动位置之间旋转，其中所述销配置成当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且处于所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着第一取向移动，并且当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且远离所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着第二取向移动，其中所述第一取向垂直于所述第二取向。

15.一种触觉启用的控制器装置，包括：

控制器主体；

具有壳体的用户输入元件组件，所述壳体设置在所述控制器主体内或者经由可弹性变形的元件附接到所述控制器主体，所述可弹性变形的元件允许所述用户输入元件组件的所述壳体可相对于所述控制器主体移动，其中所述用户输入元件组件具有附接到所述用户输入元件组件的所述壳体的用户输入元件，所述用户输入元件相对于所述壳体具有从第一位置延伸到终点止动位置的运动范围；以及

触觉致动器，配置成在所述用户输入元件组件上输出力或扭矩，其中所述可弹性变形的元件促使所述力或扭矩使所述用户输入元件组件的所述壳体相对于所述控制器主体移动。

16.根据权利要求15所述的触觉启用的控制器装置，其中所述可弹性变形的元件是弹簧悬挂。

17.根据权利要求16所述的触觉启用的控制器装置，还包括第一弹簧，所述第一弹簧是在所述用户输入元件和所述终点止动位置之间延伸，并且配置成将所述用户输入元件偏置到所述第一位置的弹簧，或者是位于所述用户输入元件和所述壳体之间并且配置成抑制振动的弹簧，其中所述第一弹簧不是将所述用户输入元件附接到所述用户输入元件组件的所述壳体到所述控制器主体的所述弹簧悬挂的一部分，并且

其中将所述用户输入元件组件的所述壳体附接到所述控制器主体的所述弹簧悬挂包括比所述第一弹簧更硬的第二弹簧。

18.根据权利要求16所述的触觉启用的控制器装置，其中所述弹簧悬挂包括沿着第一轴线延伸的弹簧，并且所述触觉致动器配置成促使所述用户输入元件组件沿着具有不同于所述第一轴线的取向的第二轴线移动。

19.根据权利要求18所述的触觉启用的控制器装置，其中所述第二轴线垂直于所述第一轴线。

20.根据权利要求16所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件包括第一部件和连接到所述第一部件并且可相对于所述第一部件移动的第二部件，并且其中所述触觉致动器配置成相对于所述第一部件致动所述第二部件。

21.根据权利要求20所述的触觉启用的控制器装置，其中所述第一部件是所述用户输入元件的外部部件，所述第二部件是所述用户输入元件的内部部件，由所述外部部件部分包封，所述内部部件通过传动部件连接到所述触觉致动器，并且其中所述内部部件通过另一个弹簧悬挂连接到所述外部部件。

22.根据权利要求16所述的触觉启用的控制器装置，还包括触觉控制单元和势能蓄能器设备，所述势能蓄能器设备配置成将所述用户输入元件上的用户施加的能量转换成势能并存储所述势能，所述势能蓄能器设备还配置成当所述用户输入元件处于所述终点止动位置时，将所述势能转换成抵抗所述用户输入元件的动能以产生触觉效果，其中所述势能蓄能器设备配置成响应于来自所述触觉控制单元的触觉控制信号将所述势能转换成动能，所述触觉控制单元配置成响应于所述用户输入元件处于所述终点止动位置的确定而输出所述触觉控制信号，其中所述势能蓄能器设备包括棘轮、弹簧、飞轮和液压设备、电容器和电池中的至少一个，并且配置成将所述用户输入元件处用户施加的能量转换成势能。

23.根据权利要求16所述的触觉启用的控制器装置，还包括机械棘爪，所述机械棘爪配置成随着所述用户输入元件移动到所述终点止动位置而接合所述用户输入元件，并且随着所述用户输入元件进一步朝向所述终点止动位置移动而变形，并且其中，随着所述用户输入元件朝向所述终点止动位置移动，所述机械棘爪配置成改变抵抗所述用户输入元件朝向所述终点止动位置的移动的阻力。

24.根据权利要求16所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件经由销附接到所述用户输入元件组件的所述壳体，并且可围绕其纵向轴线在所述第一位置和所述终点止动位置之间旋转，其中所述销配置成当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且处于所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着第一取向移动，并且当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且远离所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着第二取向移动，其中所述第一取向垂直于所述第二取向。

25.一种触觉启用的控制器装置，包括：

控制器主体；

用户输入元件，经由销附接到所述控制器主体，并且可围绕其纵向轴线在第一位置和终点止动位置之间旋转；以及

触觉致动器，配置成在所述用户输入元件上输出力或扭矩，

其中所述销配置成当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且处于所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着第一取向移动，并且当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且远离所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着第二取向移动，其中所述第一取向不同于所述第二取向。

26.根据权利要求25所述的触觉启用的控制器装置，其中所述销形成沟槽，所述沟槽接合固定到所述用户输入元件或所述控制器主体的从动对象，其中当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且处于所述终点止动位置时，所述沟槽促使所述用户输入元件沿着所述第一取向移动，并且当所述用户输入元件由所述触觉致动器致动并且远离所述终点止动位置时，促使所述用户输入元件沿着所述第二取向移动，其中所述第一取向是沿着所述纵向轴线，而所述第二取向垂直于所述纵向轴线。

27.根据权利要求26所述的触觉启用的控制器装置，其中所述沟槽具有第一部分，所述第一部分是完全垂直于所述销的所述纵向轴线的径向沟槽，并且具有第二部分，所述第二部分与所述销的所述纵向轴线部分平行，其中所述从动对象包括装配在沟槽内的球。

28.根据权利要求27所述的触觉启用的控制器装置，其中，当所述用户输入元件处于所述终点止动位置时，由所述触觉致动器输出的所述力或扭矩具有与所述销的所述纵向轴线平行的至少一个分量。

29.根据权利要求28所述的触觉启用的控制器装置，其中所述用户输入元件是触发器、按钮、操纵杆或摇杆。