CN110430926B - 软体机器人系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种游乐场的有吸引力的事物包括有吸引力的特征。所述有吸引力的特征包括具有可充气质量的流体致动器，所述可充气质量被流体地连接到承压流体的源以使能实现可充气质量的充气。流体控制设备被配置成调节可充气质量的充气，并且传感器被配置成监测流体致动器的状态性质。控制器被通信地耦合到流体控制设备以及传感器。所述控制器被配置成至少基于来自传感器的反馈而可控地为可充气质量充气以使得流体致动器冲撞对象。所述控制器被配置成控制可充气质量的充气以调节流体致动器的参数，用于将流体致动器施加在所述对象上的力维持在预定范围内。

Description

软体机器人系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请对2017年3月25日提交的、题为“Soft Robot System and Method forInteracting with a Human”、申请号为62/476,756的美国临时专利申请要求优先权并且要求其权益，所述专利申请通过引用以其全部被并入本文中以用于所有目的。

背景技术

本文中所公开的主题一般涉及游乐场领域。更具体地，本公开内容的实施例涉及被用于为游乐场体验提供交互式装备的系统和方法。

已经创建了各种游乐座骑和陈列品来为用户提供唯一的交互式的运动和视觉体验。在各种座骑和陈列品中，可以通过在座骑和陈列品内采用某些交互式部件来增强用户体验。然而，致动这些交互式部件的各种机械设备通常可能看似以线性、更机械或预编程的性质移动，这给用户留下与机器人交互的印象，而完全不同于更逼真的对象。另外，由于可从这样的交互产生的机械力（例如来自碰撞）所致，关于触碰本身或其它对象或者与本身或其它对象交互，传统的交互式部件通常是受限的。现在认识到，可能合期望的是提供交互式部件，其呈现更逼真且动态的交互式体验。

发明内容

在以下总结在范围上与本公开内容相称的某些实施例。这些实施例不意图限制本公开内容的范围，而是相反地，这些实施例仅仅意图提供本实施例的可能形式的简要总结。的确，本实施例可以包括可类似于或不同于以下阐明的实施例的各种形式。

在一个实施例中，一种游乐场有吸引力的事物（amusement park attraction）包括有吸引力的特征（attraction feature）。所述有吸引力的特征包括具有可充气质量的流体致动器，所述可充气质量被流体地连接到承压流体的源以使能实现可充气质量的充气。一个或多个流体控制设备被配置以调节可充气质量的充气，并且一个或多个传感器被配置成监测流体致动器的状态性质。控制器被通信地耦合到所述一个或多个流体控制设备以及所述一个或多个传感器。所述控制器被配置成至少基于来自所述一个或多个传感器的反馈而可控地为可充气质量充气以使得流体致动器冲撞对象，并且所述控制器被配置成控制可充气质量的充气以调节流体致动器的一个或多个参数，用于将流体致动器施加在所述对象上的力维持在预定范围内。

在另一实施例中，一种用于操作游乐场的有吸引力的特征的方法包括：为有吸引力的特征的流体致动器充气以沿着运动轮廓来移动所述有吸引力的特征，用于引起在所述有吸引力的特征与目标之间的交互。所述交互包括在所述有吸引力的特征与目标之间的物理接触。所述方法还包括：在所述交互发生时通过使用一个或多个传感器来收集与在所述有吸引力的特征与目标之间的交互有关的信息，以及经由与所述一个或多个传感器通信的控制器来分析来自所述一个或多个传感器的所收集的信息以确定与所述交互相关联的交互参数。所述方法此外包括在所述交互发生时调节流体致动器的充气，以将交互参数维持在目标范围内。

在另一实施例中，气动机器人系统包括有吸引力的特征，所述有吸引力的特征具有多个流体致动器，所述流体致动器被配置成响应于受控的充气而提供有吸引力的特征的形状和运动轮廓。流体源被流体地耦合到有吸引力的特征并且被配置成将承压流体提供到所述多个流体致动器。气动机器人系统的一个或多个流体控制设备被配置成控制从所述流体源到所述多个流体致动器的承压流体流，并且与有吸引力的特征相关联的一个或多个传感器被配置成监测所述多个流体致动器的状态性质。控制器被通信地耦合到所述一个或多个流体控制设备以及到所述一个或多个传感器。所述控制器被配置成在交互发生时分析来自所述一个或多个传感器的、与在有吸引力的特征与目标之间的交互有关的反馈，用以确定与交互相关联的一个或多个交互参数，其中在有吸引力的特征与目标之间的交互包括在有吸引力的特征与目标之间的物理接触。所述控制器还被配置成在交互发生时调节所述多个流体致动器中至少一个的充气，用于将所述一个或多个交互参数维持在预定范围内。

附图说明

当参考附图来阅读以下详细描述的时候，本公开内容的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所述附图中，遍及各图，同样的符号表示同样的部分，其中：

图1是根据本实施例的增强游乐场中游客体验的气动机器人系统的实施例的透视图；

图2是根据本实施例的图1的气动机器人系统的实施例的框图；

图3是根据本实施例的图1的气动机器人系统的另一实施例的框图；

图4是一示意图，其图示了在根据本实施例的图1的气动机器人系统的有吸引力的特征与目标之间的示例交互体验；

图5是一示意图，其图示了在根据本实施例的图1的气动机器人系统的有吸引力的特征与目标之间的另一示例交互体验；

图6是一示意图，其图示了在根据本实施例的图1的气动机器人系统的有吸引力的特征与目标之间的另一示例交互体验；并且

图7是一流程图，其图示了根据本实施例的用于操作图1的气动机器人系统的过程的实施例。

具体实施方式

将在以下描述本公开内容的一个或多个特定实施例。试图要提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能未描述实际实现方式的所有特征。应当领会到，在任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出众多特定于实现方式的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵从系统有关的和商业有关的约束，所述约束可能从一个实现方式到另一个实现方式而变化。此外，应当领会到，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，虽然如此，但是对于获益于本公开内容的普通技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的例程任务。

考虑到前述内容，可以采用气动机器人技术来创建机械设备，所述机械设备以更流畅和逼真的方式移动，这增强在各种交互式和视觉体验中的用户体验。此外，气动机器人技术为人类（例如游客）提供以舒适和交互式方式与动画人物或有吸引力的特征（例如机器、机器人）交互的能力，因为它们通过经由可折叠或可充气的材料（例如外壳）来引导流体（例如气体和/或液体）来实现它们的形状和移动。因而，这样的机器人可以被称为“软体机器人”。如本文中所使用的，气动机器人技术（例如气动机器人）可以包括气球状或可充气的有吸引力的特征，其接收流体以形成可辨别的形状。这样的特征通常被称为机器人的“致动器”，因为它们负责机器人的移动的至少一部分。另外，气动机器人技术可以包括在可充气的有吸引力的特征内和/或被流体地耦合到可充气的有吸引力的特征的流体引导机制（例如泵、阀、空腔或其组合），该流体引导机制可以调节以使得可充气的有吸引力的特征以某些方向或图案（例如沿着运动路径）而移动。这样，气动机器人技术可以用于形成各种形状、主体、结构和其它形成。另外，用于可控地为有吸引力的特征或气动机器人充气的能力意指有可能控制有吸引力的特征的外表面的依从性，用以维持在有吸引力的特征与人类游客之间的交互的某种水平（例如舒适交互）。

虽然可以在各种设置中实现本实施例，但是在图1中示意性地示出了其中在游乐场12中使用气动机器人系统10的示例设置。如所图示的，游乐场12可以包括用于游乐场12的游客16的走道14、主题化的有吸引力的事物以及其它游乐场的有吸引力的事物，诸如座骑18（例如包括被配置成持有乘客的座骑载具）。座骑18可以被配置成适应游乐场12的游客16并且沿着载具路径20行进。气动机器人系统10可以包括一个或多个有吸引力的特征22（例如气动机器人、机器），有吸引力的特征22可以被配置成与对象（例如游客16、座骑载具的部分、其它游乐场人物、道具等等）交互以增强游客16的体验。例如，在游客16沿着走道14行走时，一个或多个有吸引力的特征22可以移动以看似逼真和/或可以触碰游客16以提供与游客16的自发的逼真交互。在某些实施例中，一个或多个有吸引力的特征22可以与座骑18上的游客16交互。在某些实施例中，一个或多个有吸引力的特征22可以与彼此交互或与游乐场12中任何其它合适的对象交互。

图2是气动机器人系统10的各种部件的框图。在所图示的实施例中，气动机器人系统10可以包括通信网络30（例如有线和/或无线的通信网络，诸如WLAN、WWAN和NFC）、控制器32以及有吸引力的特征22。通信网络30可以将气动机器人系统10的各种部件通信地耦合到彼此，和/或将气动机器人系统10通信地耦合到游乐场12的其它系统（例如云、数据服务器、座骑18、座骑演出监督器）。控制器32可以包括处理器34（例如通用处理器、芯片上系统（SoC）设备、专用集成电路（ASIC）或某种其它类似的处理器配置），该处理器34操作地耦合到存储器36（例如有形非暂时性计算机可读介质和/或其它存储设备）以执行指令，以便操作有吸引力的特征22。存储器36可以存储交互模块38，该交互模块38被配置成分析和/或确定气动机器人系统10与（一个或多个）游客16的交互。在某些实施例中，控制器32可以被通信地耦合（例如经由通信网络30）到座骑演出监督器40，用于协调有吸引力的特征22的操作与其它游乐场有吸引力的事物的操作，所述其它游乐场有吸引力的事物诸如座骑18和演出效果系统（例如用于向游客16提供演出效果的投影和/或显示设备、光照系统、声音系统等等）。根据本发明，座骑演出监督器40可以包括对应的处理器（例如通用处理器、芯片上系统（SoC）设备、专用集成电路（ASIC）或某种其它类似的处理器配置）以及存储器（例如有形非暂时性计算机可读介质和/或其它存储设备），用以执行指令，所述指令被配置成协调有吸引力的特征22与有吸引力的事物的其它部分的操作。虽然在本实施例中被图示为分离的特征，但是在其它实施例中，控制器32和座骑演出监督器40中的全部或一部分可以被实现在相同片硬件或装备上，和/或可以包括类似或相同的编程（例如用于冗余）。

有吸引力的特征22可以包括或相关联于一个或多个传感器42、流体致动器44、流体源46、控制设备48（例如可编程的逻辑控制器（PLC））、声音系统50和光系统52。一个或多个传感器42可以包括被布置在有吸引力的特征22的各种合适位置上的一个或多个力传感器、压力传感器、相机、流体性质传感器、温度传感器或其组合。一个或多个传感器42可以被布置在有吸引力的特征22的外表面和/或内表面上。一个或多个传感器42可以被配置成收集与有吸引力的特征22的运动和/或有吸引力的特征22与（一个或多个）对象或（一个或多个）人类的交互有关的信息。

流体致动器44可以被流体地耦合到流体源46，并且包括一个或多个可充气特征（例如一个或多个可充气质量），所述一个或多个可充气特征的形状和运动能够通过改变该特征的内部流体压力而被控制。这样的可充气质量可以包括具有弹性性质的气球状材料（例如弹性体），或可以包括当达到阈值充气压力的时候具有预定义形状的更刚性的材料（例如不伸展可感知的量的刚性材料）。作为示例，这样的材料可以包括合成织物（例如聚酰胺织物、聚芳酰胺织物、聚酯织物）、丝绸、帆布等等。

流体致动器44可以包括或被耦合到任何合适的流体引导机制（例如流体控制设备54），包括合适的泵、阀、管道、导管等等，用于改变或维持流体致动器44的运动轮廓（例如包括运动路径和/或移动速度）。这样的流体控制设备54可以附加地或可替换地是流体源46的一部分或被流体地耦合到流体源46。在某些实施例中，流体源46可以是承压流体源。根据本实施例，流体控制设备54可以允许流体致动器44的充气和放气。例如，流体控制设备54可以被配置成允许流体流到流体致动器44中，并且从流体致动器44流出。有吸引力的特征的某些实施例可以包括流体控制设备54，该流体控制设备54允许流体在单独的流体致动器44之间流动。

流体可以被引导到有吸引力的特征22内的任何合适的部分，用于改变或维持有吸引力的特征22的形状和运动轮廓。也就是说，有吸引力的特征22的流体致动器44的图案管控有吸引力的特征22的总体形状。这样，调节流体致动器44的充气改变有吸引力的特征22的形状，并且在某些实施例中，改变有吸引力的特征22的移动。如以上所指出的，控制设备48（例如具有其自己的经预编程的运动轮廓）可以包括可编程的逻辑控制器（PLC）或其它合适的控制设备，用于控制流体致动器44、流体源46等等的操作。例如，控制设备48可以从控制器32接收指令，并且基于所述指令，控制设备48可以根据经预编程的运动轮廓（或根据由控制器32的交互模块38或其它所存储的指令集限定或修改的运动轮廓）来控制流体致动器44（流体控制设备54）的操作，用于致动有吸引力的特征22。的确，在某些实施例中，控制器32和/或控制设备48可以实现动画回放系统中的全部或一部分，其中控制器32和/或控制设备48使得有吸引力的特征22根据运动路径的经预编程的集合而移动。该动画回放系统可以相应地包括用于有吸引力的特征22的流体致动器44的多个所存储的运动轮廓，并且这些所存储的运动轮廓中的任一个或其组合可以被修改以将某个交互水平维持（例如将从流体致动器44被给予到对象的力维持）到某个预定范围内。此外，虽然在本实施例中被图示为分离的特征，但是在其它实施例中，控制设备48、控制器32、座骑演出监督器40中的全部或一部分或其任何组合可以被实现在相同片硬件或装备上，和/或可以包括共享的、重叠的、类似或相同的编程（例如用于冗余）。

声音系统50可以包括一个或多个音频换能器。例如，声音系统50可以包括麦克风、扬声器、扬声器放大器、音频回放设备或其它合适的音频设备。光系统52可以包括一个或多个光照或光照效果设备（其例如经由诸如数字多路复用（DMX）之类的标准协议来被控制）。可以通过使用控制器32来控制这些系统的操作。例如，控制器32可以控制声音系统50和光系统52的操作来协调声音和/或光效果与有吸引力的特征22的运动轮廓。有吸引力的特征22的各种部件可以被通信地耦合到彼此和/或直接地或经由通信网络30而被耦合到控制器32。控制器32可以控制有吸引力的特征22的运动轮廓来与一个或多个目标（例如游客16、有吸引力的特征22本身或任何其它合适的对象）交互（例如触碰）。在与所述一个或多个目标交互时，控制器32可以原位分析与交互有关的信息（例如，由一个或多个传感器42收集的信息）和有吸引力的特征22的运动轮廓来确定和/或改变运动轮廓。

在一些实施例中，如在图3中所图示的，控制器32可以被通信地耦合到多个有吸引力的特征22。控制器32可以控制多个有吸引力的特征22的操作以改变和/或维持多个有吸引力的特征22的运动轮廓。控制器32可以控制多个有吸引力的特征22的操作，用以与彼此和/或与一个或多个目标交互。应当注意到，在多个有吸引力的特征22正在与目标（例如游客16、合适的对象、有吸引力的特征）交互的情况中，控制器32可以基于由与目标物理接触的所有有吸引力的特征22所导致的净交互参数（例如净力、净压力、净动量）来协调和/或控制所述交互。例如，控制器32可以改变多个有吸引力的特征22的运动轮廓，用于将净交互参数维持在合期望的水平处（例如在合期望的范围内）。

在本公开内容的某些实施例中，可以采用气动机器人系统10来允许一个或多个有吸引力的特征22触碰其它有吸引力的特征22，与其自己的结构的不同部分、周围的对象（例如座骑和演出装备）等等交互（例如触碰）。气动机器人系统10可以执行受控制的重复的移动，其可导致冲撞（例如有意和无意的），而同时将被递送到目标的受控净机械力维持在特定水平（例如允许交互而不损害相应结构或部分的完整性的水平）以下。另外，不像通常被阻止与人类用户交互（例如用于避免碰撞和/或各种故障模式的可能性）的传统动画特征，根据本公开内容的有吸引力的特征22（例如气动机器人）可以被设计和控制成在与人类用户（例如游客16）交互的时候通过使用预定义范围的力来运作，从而增强游客体验。作为示例，在一个实施例中，有吸引力的特征22可以被控制成动态地改变被给予到人类（游乐场12的游客16）的冲撞力。

根据本实施例，有吸引力的特征22可以被配置成允许游客16与有吸引力的特征22交互并且影响流体致动器44的运动轮廓（例如包括运动路径和/或移动速度）。在运动轮廓的故障状态中，对于流体致动器44而言可能合期望的是在冲撞下依从游客16以确保游客16的舒适（或不同感觉）。例如，控制器32可以向控制设备48发送指令，该控制设备48进而控制流体致动器44（例如流体致动器44的某个部分）的充气或放气。

在某些实施例中，并且作为非限制性示例，气动机器人系统10可以包括一个或多个有吸引力的特征22，其各自包括可充气质量（对应的一个或多个流体致动器44），所述可充气质量在充气时形成预定义的形状，以产生动画人物或动画人物的运动轮廓。例如，每个有吸引力的特征22的多个流体致动器44可以对应于动画人物形状和/或动画人物运动轮廓。作为示例，流体致动器44的第一集合可以用于形成与动画人物相对应的形状，而流体致动器44的第二集合（其可以包括与第一集合相比的流体致动器的相同、不同或共享子集）可以用于动画人物沿着特定运动轮廓的移动。这样，第一流体致动器44的受控的充气可以控制动画人物的结构完整性，而第二流体致动器的受控的充气可以控制动画人物的运动轮廓。可以采用任一或这两个策略来控制在有吸引力的特征22与游客16或其它目标特征之间的交互。

作为受控充气的示例（其在适当情况下还意图表示受控放气），一个或多个有吸引力的特征22中的每一个包括一个或多个对应的流体控制设备54，所述流体控制设备54控制从流体源46所引入的用于为有吸引力的特征22的部分充气或放气的承压流体。流体控制设备54可以包括一个或多个阀和/或泵，所述阀和/或泵经由控制设备48被控制并且在受控的速率下将流体致动器44充气或放气至所限定的压力。为了提供对充气或放气的控制，并且最后提供对有吸引力的特征22与人类的交互的控制，一个或多个有吸引力的特征22中的每一个可以被通信地耦合到控制器32。控制器32被通信地耦合到用于每个有吸引力的特征22的相应控制设备48（例如PLC），并且在某些实施例中被通信地耦合到一个或多个传感器42，所述一个或多个传感器42用于以连续、实时的方式监测有吸引力的特征22的状态。作为示例，可以通过使用一个或多个传感器42来监测有吸引力的特征22的流体致动器44的压力，一个或多个传感器42包括以预定位置被定位在一个或多个流体致动器44上或其内的一个或多个压力传感器。作为另一示例，可以通过使用被用作传感器42的一个或多个相机来监测一个或多个流体致动器44，其中结合具有机器视觉编程的相关联的计算设备来使用所述相机。作为另外的示例，动态信噪比追踪系统可具有相机系统、经合适编程的追踪计算机系统以及用于采用反射监测技术的相关联的发射器和/或检测器。附加地或可替换地，相机系统以及经合适编程的监测计算机系统可以采用基于表面映射的监测技术。

与机器视觉实现方式相关联的控制器（例如控制器32）可以执行对一个或多个有吸引力的特征22的外表面的实时监测，并且可以使用这样的监测来将输入提供到在控制器32上编程的算法结构（例如方程组，诸如与交互模块38相关联的模型）。同样地，与一个或多个传感器42（例如压力传感器或其它流体性质传感器）相关联的控制器32可以执行对一个或多个有吸引力的特征22的各种压力的实时监测，并且可以将所监测的压力中的一个或多个用作对所述算法的输入。也就是说，目前公开的气动机器人系统10执行对一个或多个有吸引力的特征22的主动监测和调节，以使能实现与人类（例如游客16）的受控物理交互。

根据本实施例，如本文中所公开的控制器32可以表示被通信地耦合到控制器（例如与每个有吸引力的特征22相关联的控制设备48）的主控制器或控制系统，或可以表示与每个有吸引力的特征22相关联的特定控制器。作为示例，游乐场12可以包括主控制系统（例如控制器32），并且每个流体致动器44可以由单独的控制器（例如控制设备48）来控制，所述单独的控制器（例如控制设备48）具有其自己的经预编程的运动轮廓。

本公开内容的控制器（例如控制器32）可以执行对一个或多个有吸引力的特征22的流体致动器44的主动监测和调节。作为示例，控制器32可以包括经特殊编程的硬件和/或软件部件，其监测一个或多个流体致动器44的状态性质，并且使用这样的所监测的性质作为对于与在一个或多个有吸引力的特征22、一个或多个游客16和/或其它（一个或多个）对象或（一个或多个）机器之间的交互有关的方程组（例如交互模块38的一个或多个模型）的输入。控制器32可以连续地执行计算以确定与流体致动器44中的每一个相关联的某些变量应当被操纵以将一个或多个有吸引力的特征22对游客16的冲撞力维持到预定范围内的程度。在某些实施例中，与最大可允许的冲撞力（或其它对象参数）相关联的某些阈值或预定范围可能不是针对流体致动器沿着其运动路径的所有定位的设置值。相反，针对最大可允许的力的阈值或预定范围可以是流体致动器44的运动路径（或总体有吸引力的特征22的运动路径）的函数。例如，控制器32可以根据流体致动器44（或整个有吸引力的特征44）沿着运动路径的定位来为针对给定流体致动器44（或整个有吸引力的特征44）的最大可允许的冲撞力进行建模。这样，当流体致动器44在沿着运动路径的第一定位处的时候，控制器32可以确定第一可允许的冲撞力（例如预定范围）。然而，当流体致动器44在沿着运动路径的第二定位处的时候，控制器32可以确定与第一可允许的冲撞力不同的第二可允许的冲撞力（例如不同的预定范围）。

用于这样的确定的方程组可以包括所监测的变量，以及基于一个或多个有吸引力的特征22的材料而被固定的变量。根据某些实施例，控制器32可以计及与一个或多个有吸引力的特征22有关的多个性质，诸如对象动态性质（其基于如以下所讨论的理想运动轮廓而被初始确定）、设置对象材料性质（其取决于有吸引力的特征流体致动器44的材料）和对象依从性质，这些是可以被操纵以用于力的计算和实时调节的性质。

控制器32可以利用一个或多个数学函数来计算（例如经由一个或多个模型）由有吸引力的特征22（例如流体致动器44中的一个或多个）给予到游客16的最大（例如最坏情况）冲撞力，并且可以将所监测的和固定性质中的任一个或其组合用作对于一个或多个函数的输入。控制器32还可以操纵与有吸引力的特征22相关联的一个或多个变量以动态地控制最大冲撞力。更具体地，控制器32监测与一个或多个流体致动器44中的每一个相关联的各种方面（例如内部流体压力），并且基于该实时监测、结合各种其它输入（其例如对于系统的一个或多个函数）来执行对最大或“最坏情况”冲撞力或力范围的实时计算（例如作为沿着给定运动路径的定位的函数）。基于该力（或力范围）的实时输出，与一个或多个流体致动器44相关联的对象依从性质可以被调节以允许力的增大或减小。作为一个示例，控制器32可以首先减小一个或多个流体致动器44的内部压力，直到达到最小结构压力要求（例如用以维持动画人物的形状）为止，并且然后减小与有吸引力的特征22的运动轮廓相关联的速度和加速度。

在某些实施例中，控制器32可以计算针对F(o)的值，所述F(o)在本文中被定义为由对象（流体致动器44）施加在人类（例如游乐场游客16）上的力。若干对象（例如有吸引力的特征22的流体致动器44、游客16）可以形成由控制器32建模的系统。控制器32可以基于与所建模的系统有关的一个或多个假定来计算/估计所施加的力。例如，控制器32可以假定由一个或多个流体致动器44施加在游客16上的最大力与在接触中所涉及的对象的动量以及对象的自然频率成比例。另外，控制器32可以假定在冲撞点处，流体致动器44的非簧载质量（unsprung mass）在冲撞期间减小，其将减小最大冲撞力。

在计算F(o)中，控制器32可以计及有吸引力的特征22的流体致动器44的对象动态性质，其产生自被设计成具有所期望的效果（例如所期望的移动路径和针对该移动的所期望的定时）的有吸引力的特征22的“理想”运动轮廓。基于理想运动轮廓，已知的是，所期望的坐标（例如X、Y和Z）定位应当一直针对流体致动器44。可以根据所期望的定位和定时、取决于装备意图运转所按的方式（例如流体致动器44的所期望的效果）来设置流体致动器44随时间的速度、随时间的位移、随时间的加速度或其任何组合。作为一个示例，可以在预编程阶段期间在控制器32中确立理想运动轮廓，用于设置与装备被设计成如何运转相关的基线。控制器32可以使用该基线来计算针对F(o)的初始值。对象动态性质作为示例可以包括：X(t)=作为时间的函数的位移、V(x,t) =作为定位和时间的函数的速度、A(x,t) =作为定位和时间的函数的加速度、P(o) =外部/大气外压力、表面面积、所假定的最大（例如最坏情况）接触刚度、用于充气的流体密度（其可以是设置值，或在存在多于一个充气流体源的情况下可以被调节）、或其任何导数或积分函数、或其任何组合。

控制器32还可以计及集合对象材料性质，要么直接作为恒定输入值，要么作为贡献于在计算/估计F(o)中所使用的变量的因子。也就是说，控制器32可以计及将最后接触人类的流体致动器44的材料。这样的集合对象材料性质可以包括E(m) =材料的杨氏模量，以及材料的撕裂强度。

控制器38可以操纵系统中的某些变量以影响被施加在游客16或其它对象（例如机器）上的最大力（最坏情况冲撞力）。例如，控制器32可以操纵流体致动器44的对象依从性质，其是将被操纵以用于F(max)的计算并且基于F(max)来对系统进行实时调节的性质。如本文中所讨论的，F(max)可以被定义为是冲撞时速度乘以接触时总质量和接触表面的接触刚度的乘积的平方根的乘积，如在以下方程中所阐明的：

。

目前认识到，在以上在方程（1）中所标注的因子中，V(impact)和M(total)是能被操纵以影响F(max)的变量。在典型机械的情况下，M(total)不可以被视为能被操纵的变量。更具体地，接触对象的质量通常不经受改变。然而，根据本实施例，可以有可能的是通过调节与流体致动器44相关联的压力来调节接触质量。

因而，根据某些实施例，控制器32可以通过操纵与流体致动器44相关联的压力来相对于所计算的F(max)和/或所期望的F(max)而成比例地操纵接触质量。例如，控制器32可以操纵

和/或P(i)，

是跨对象（流体致动器44）的压力差，P(i)是平均内部对象压力。

在某些实施例中，控制器32还可以执行与对象（例如流体致动器44）的质量M(o)有关的子计算，所述对象质量M(o)如以上所指出的是在接触期间的总质量（M(total)）（接触质量）的分量。这样的子计算可以作为与确定F(max)有关的更大一系列计算的部分来被执行。例如，在依从对象、诸如有吸引力的特征22的情况下，由流体致动器44所致动的流体（例如非簧载质量）在冲撞期间减小。非簧载质量减小可以是由控制器32所执行的子计算。由控制器32所执行的与对象（例如流体致动器44）质量有关的另一计算（例如子计算）可以包括对象质量的惯性矩，其涉及对象质量的分布（例如相对于特定的方向或轴）。

虽然控制器32可以对流体致动器44做出压力调节，但是控制器32可以基于某些考虑而限制这样的压力调节。例如，控制器32可以通过利用最小压力（例如对于维持有吸引力的特征22的运动轮廓和结构完整性所需要的）来对最大压力改变限界而计及对于有吸引力的特征22的结构完整性所需要的最小压力。也就是说，控制器32可以对流体致动器44的压力做出改变，而同时仍使得流体致动器44能够维持对于结构完整性所需要的足够的内部流体压力。

如以上关于方程（1）所阐明的，F(max)可以取决于冲撞时速度（V(impact)）、总接触质量和接触刚度。因而，附加于或代替于调节冲撞时的总接触质量，控制器32可以调节V(impact)以控制F(max)。由于冲撞时速度涉及有吸引力的特征22的运动轮廓，所以控制器32可以直接调节有吸引力的特征22的速度以调节所计算/估计的F(max)，或可以调节有吸引力的特征22的运动轮廓的其它方面以调节所计算/估计的F(max)。然而，可以合期望的是仅仅调节运动轮廓的某些部分使得有吸引力的特征22仍执行其总体意图的功能（例如动画人物仍执行其所期望的效果）。

作为一个流体致动器44的简单示例，流体致动器44可以在某个时间段之上从静息状态（速度基本上为0）移动到最终速度，其中流体致动器44的至少一部分覆盖某个距离（流体致动器44具有V(x,t)）。换言之，运动轮廓具有冲撞时的加速度分量和速度分量（A(impact))和V(impact)）。流体致动器44的所计算的速度可以是V(x,t)，并且V(impact)可以受控制器32控制以表示通过在运动轮廓之上调节加速度而从V(x,t)的缩减。例如，控制器32可以调节流体致动器44的充气速率（例如通过控制允许流体从流体源46移动到对应的流体致动器44所按的速率）以调节V(impact)。在调节速度中，控制器32还可以固有地操纵（在给定时间处的）加速度和定位。与速度、加速度和位移有关的函数的任何积分或导数可以用于计算和操纵。换言之，控制器32可以操纵流体致动器44的运动轮廓。例如，控制器32可以操纵随时间的速度（实时地增大或减小速度）以连续地计算在游客16上将会是什么冲撞力，并且在适当时可以执行另外的操纵。

流体致动器44（或有吸引力的特征22）可以没有任何接合，或可以具有一个或多个接合，其导致某个数目的自由度。在这样的实施例中，是F(o)的函数的针对系统总力(F(total))的方程基于流体致动器44的接合和移动自由度的数目以及接合如何被连接在一起而改变。换言之，F(total)也可以是接合的数目(N)、总自由度D(N)以及其它因素的函数。由于这些接合被连接所用的方式可以改变总体表面面积以及在表面面积之上的张力，所以控制器32可以在确定F(total)中在流体致动器44的总表面面积之上对缩进速率求积分。

控制器32可以操纵流体致动器44与其运动轮廓有关或与其质量有关的方面，或其组合。因而，根据本公开内容的一方面，控制器32可以被编程以做出与是否调节流体致动器44（在冲撞时）的质量、或其速度/加速度（或其它运动轮廓分量）相关的逻辑决策。所述决策可以是预设的确定，或者控制器32可以利用与要使用哪个选项来减小或以其它方式控制冲撞力相关的智能决策（smart decision making）（例如经由算法矩阵）。这起作用以动态地改变在游客16上的冲撞力，使得游客16的舒适被维持。

作为预设确定的示例，控制器32可以被编程以首先减小流体致动器44的至少一部分的压力，用于减小冲撞力。一旦压力被减小到阈值（例如对于流体致动器44的结构完整性所需要的最小压力），控制器32于是就可以切换成调节流体致动器44的速度/加速度。作为另一示例，作为时间的函数的流体致动器44的某个参数（例如压力、力、表面张力）的函数可以被输入到气动机器人系统10中，并且函数可以指示作为时间的函数所做出的可允许的改变。控制器32然后可以根据该函数而对流体致动器44做出调节。

控制器32还可以被编程以根据各种标准来调节冲撞力，用于维持对为了游乐场交互所确立的各种标准的依从性（例如根据通过/未通过或类似的准则）。作为示例，控制器32可以监测并且执行对流体致动器44的实时调节，用于维持对已经被接受用于在人类或游客16上的应用的所确立的ASTM g-力负载的依从性，其例如根据ASTM F-24-2291。作为另一示例，控制器32可以监测并且执行对流体致动器44的实时调节，用于维持对用于例如目标对象的特定装备、或用于有吸引力的特征22本身的材料的所确立的标准的依从性。可以基于这样的所确立的标准来设置F(total)、F(max)和/或F(o)的值。

此外，在某些实施例中，流体致动器44可以被监测和控制以维持对有关于与其它对象（例如游乐场装备）的交互的标准或某些所期望的效果的依从性。例如，流体致动器44可以具有运动路径，其使得它冲撞座骑18的座骑载具（例如承载游客16的座骑载具的一部分），并且控制器32可以监测并且调节与有吸引力的特征22的流体致动器44有关的各方面，用于将接触力维持在所期望的范围内。再次，前述讨论可以被应用到多个流体致动器44，并且它们的调节可以被协调以获得按照所期望的运动轮廓（例如“理想”运动轮廓）的经编程的运动轮廓。

考虑到前述内容，图4、图5和图6示出了示意图，其图示了有吸引力的特征22与被示出为游客16之一的目标对象的示例交互。然而，其它情形可以包括与另一对象、诸如另一有吸引力的特征22、有吸引力的特征22本身的一部分等等的交互。另外，为了简单，控制器32、流体源46、控制设备48、传感器42等等不被示出，但是应当理解到，它们是所图示的系统的一部分。

在图4中所图示的实施例中，有吸引力的特征22（例如被图示为章鱼）可以受控制器32控制，以根据能够实时被调节的运动轮廓而移动。此处，章鱼的触手可以各自对应于流体致动器44中的一个或多个，并且更具体地，每个流体致动器可以包括可充气质量58，其能基于可充气质量58的充气程度而在形状上变化。还可以通过控制可充气质量58的充气和放气来改变有吸引力的特征22的（以及单独的流体致动器44的）运动轮廓。

在图4中，有吸引力的特征22具有第一运动轮廓59，使得有吸引力的特征22（此处若干流体致动器44）的至少一部分可以朝向游客16从第一定位60移动到第二定位62，以接触或触碰第二定位62处的游客16。控制器32可以被配置成控制被施加在游客16上的一个或多个交互参数，使得所述一个或多个交互参数在相应的合适范围内，而有吸引力的特征22维持其期望的形状。所述一个或多个交互参数可以包括但不限于有吸引力的特征22的力、压力、动量和依从性（例如对一个或多个流体致动器44的依从性）。

在图5中所图示的实施例中，在接触或触碰游客16时，可以由控制器32控制有吸引力的特征22来放气。有吸引力的特征22（例如一个或多个流体致动器44）可以放气，使得所述一个或多个交互参数在相应的阈值内。例如，有吸引力的特征22可以根据第二运动轮廓61而移动，使得有吸引力的特征22从第一定位62（例如有吸引力的特征22接触游客16）移动到第三定位64（例如有吸引力的特征22不接触游客16）。在某些实施例中，有吸引力的特征22可以维持与游客16接触和/或维持合期望的形状，但是有吸引力的特征22可以放气，使得被施加在游客16上的力、压力和/或动量处于合期望的水平处（例如在合期望的阈值内）。

在图6中所图示的实施例中，在有吸引力的特征22接触游客16之前，可以由控制器32控制有吸引力的特征22来改变运动轮廓，以避免物理接触。例如，有吸引力的特征22可以根据第三运动轮廓65而朝向t游客16从第四定位66（例如有吸引力的特征22不接触目标17）移动到第五定位68，使得有吸引力的特征22极邻近于游客16但是不接触第五定位68处的游客16。随后，有吸引力的特征22可以根据第四运动轮廓69而移动以从第五定位68移动到第六定位70。在有吸引力的特征22从第五定位68移动到第六定位70时，有吸引力的特征22移动，以绕过游客16或从游客16缩离以避免接触游客16、或以控制从有吸引力的特征22被给予到游客16的冲撞力。

图7是根据本实施例的用于操作有吸引力的特征22（例如软体机器人、机器）的过程80的实施例的流程图。可以通过气动机器人系统10来实现过程80。过程80可以表示被存储在非暂时性计算机可读介质（例如存储器36）中的所发起的代码或指令，并且例如由处理器34执行。换言之，根据本文中所述的算法结构、至少部分地由控制器32来执行过程80。关于图7来描述这样的算法结构的示例。

过程80可以包括致动（框82）游乐场12的有吸引力的特征22，以与目标（例如游客16）交互。目标可以是游乐场12中的游客、另一有吸引力的特征22、有吸引力的特征22本身、游乐场12中的（一个或多个）其它对象或任何合适的对象。有吸引力的特征22的致动可以包括使用例如被提供到流体源46和/或被提供到一个或多个流体控制设备54的控制信号的一个或多个流体致动器44的受控充气。

过程80还可以包括收集（框84）与在有吸引力的特征22（例如一个或多个流体致动器44）与目标之间的交互有关的原位信息。所述原位信息可以包括由一个或多个传感器42（例如力传感器、压力传感器、相机、流体性质传感器、流传感器）收集的信息（例如实时反馈）。

过程80还可以包括原位分析（框86）所述信息以确定与交互相关联的一个或多个交互参数。作为示例，所述一个或多个交互参数可以包括但不限于有吸引力的特征22（例如一个或多个流体致动器44）的压力、力、动量和依从性。

如以上所阐明的，有吸引力的特征22的流体致动器44的运动轮廓和/或对象动态性质可以被变更以控制或调节在有吸引力的特征22与目标之间的交互。因此，过程80包括改变（框88）有吸引力的特征22的一个或多个对象参数。这样的对象参数可以特别地涉及有吸引力的特征的流体致动器44。例如，根据与框88相关联的动作来改变有吸引力的特征22的对象参数可以包括原位改变有吸引力的特征22的运动轮廓，用于将所述一个或多个交互参数维持在所期望的水平处。附加地或可替换地，可以原位调节一个或多个对象依从性质，用于将所述一个或多个交互参数维持在所期望的水平处。

例如，控制器32可以确定被施加在目标上的所述一个或多个交互参数在预定阈值以上或以下（例如不在所期望的范围内），并且响应于该确定，控制向（或出自）一个或多个流体致动器44的流体流（例如一个或多个流体致动器44的可充气质量）以将流体致动器44的对象质量调节到预定（例如目标）范围。附加地或可替换地，流体致动器44的充气（或放气）速率、不同流体致动器44的充气（或放气）的相对定时、或组合可以被调节以修改有吸引力的特征22的运动轮廓。

因而，往流体致动器44中以及出自流体致动器44的流体流可以以控制器（例如控制器32或控制设备48）所确定的速率增大或减小，以将所述一个或多个交互参数维持或移动到目标范围内。

还可以通过座骑演出监督器40和控制器32来协调其它效果，例如用于利用有吸引力的特征22的控制来协调座骑移动、光照效果、声音效果等等。例如，响应于有吸引力的特征22移动到相应定位和/或根据特定运动轮廓而移动，可以触发经预编程的声音和/或光效果，其中为不同的运动轮廓提供不同的光照和声音效果。

虽然在本文中已经说明并且描述了本实施例的仅仅某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解到，所附权利要求书意图覆盖如落在本公开内容的真实精神内的所有这样的修改和改变。此外，应当理解到，所公开的实施例的某些元素可以被组合或与彼此交换。

Claims (20)

1.一种游乐场的有吸引力的事物，包括：

有吸引力的特征，所述有吸引力的特征包括具有可充气质量的流体致动器，所述可充气质量被流体地连接到承压流体的源以使能实现可充气质量的充气；

一个或多个流体控制设备，其被配置成调节可充气质量的充气；

一个或多个传感器，其被配置成监测流体致动器的状态性质；以及

控制器，其被通信地耦合到所述一个或多个流体控制设备以及所述一个或多个传感器，其中所述控制器包括指令，所述指令当被执行时被配置成：

至少基于来自所述一个或多个传感器的反馈而可控地为可充气质量充气，以使得流体致动器冲撞一对象：

至少基于来自所述一个或多个传感器的反馈而计算流体致动器施加在所述对象上的冲撞力；

确定所述冲撞力是否在预定范围内；并且

控制可充气质量的充气以调节流体致动器的一个或多个参数，用于将流体致动器施加在所述对象上的冲撞力维持在预定范围内。

2.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述指令被配置成使用来自所述一个或多个传感器的反馈来计算流体致动器对着对象的最大冲撞力（F(max)），并且实时地调节流体致动器的参数使得所计算的F(max)在阈值以下。

3.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述指令被配置成调节所述一个或多个流体控制设备的操作，用于实时地将流体致动器施加在对象上的所述一个或多个参数维持在预定范围内。

4.根据权利要求3所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述流体致动器的所述一个或多个参数包括流体致动器的内部压力、动量、速度、加速度、质量、依从性或其任何组合。

5.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，包括声音系统、光系统或二者，并且所述指令被配置成与可充气质量的受控充气或放气相呼应地调节声音系统、光系统或二者的操作。

6.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述一个或多个传感器包括力传感器、压力传感器、相机、其它流体性质传感器或其任何组合。

7.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述控制器通信地耦合到游乐场的座骑载具，并且其中所述指令被配置成至少基于座骑载具的操作来可控地为可充气质量充气或放气，以使得有吸引力的特征冲撞座骑载具上的人类游客，或冲撞座骑载具的一部分。

8.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述有吸引力的特征包括多个流体致动器，并且其中所述多个流体致动器以对有吸引力的特征的形状进行限定的图案来被布置。

9.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述指令被配置成控制可充气质量的充气以调节流体致动器的运动轮廓，用于将流体致动器施加在所述对象上的冲撞力维持在预定范围内。

10.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述指令被配置成控制可充气质量的充气以调节流体致动器的一个或多个对象依从性质，用于将流体致动器施加在所述对象上的力维持在预定范围内。

11.根据权利要求1所述的游乐场的有吸引力的事物，其中所述指令被配置成选择以下中的任一个或二者：控制可充气质量的充气以调节流体致动器的一个或多个对象依从性质，或控制流体致动器的运动轮廓以将流体致动器施加在所述对象上的力维持在预定范围内。

12.一种操作游乐场的有吸引力的特征的方法，包括：

为有吸引力的特征的流体致动器充气以沿着运动轮廓来移动所述有吸引力的特征，用于引起在所述有吸引力的特征与目标之间的交互，所述交互包括在所述有吸引力的特征与目标之间的物理接触；

在所述交互发生时使用一个或多个传感器来收集与在所述有吸引力的特征与目标之间的交互有关的信息；

经由与所述一个或多个传感器通信的控制器来分析来自所述一个或多个传感器的所收集的信息，以确定与所述交互相关联的交互参数；以及

在所述交互发生时调节流体致动器的充气，以将交互参数维持在目标范围内。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述交互包括在有吸引力的特征的流体致动器与目标之间的物理接触，并且其中分析所收集的信息包括使用所收集的信息来连续地计算流体致动器对着目标的最大冲撞力（F(max)），并且其中调节流体致动器的充气包括为流体致动器充气或放气以调节流体致动器的对象依从性质。

14.根据权利要求12所述的方法，其中调节流体致动器的充气包括为流体致动器充气或放气以调节有吸引力的特征的运动轮廓。

15.根据权利要求14所述的方法，其中调节运动轮廓使得有吸引力的特征的至少一部分从目标移开。

16.一种气动机器人系统，包括：

有吸引力的特征，所述有吸引力的特征包括多个流体致动器，所述多个流体致动器被配置成响应于受控的充气而提供有吸引力的特征的形状和运动轮廓；

流体源，其被流体地耦合到有吸引力的特征并且被配置成将承压流体提供到所述多个流体致动器；

一个或多个流体控制设备，其被配置成控制从所述流体源到所述多个流体致动器的承压流体流；

一个或多个传感器，其与有吸引力的特征相关联并且被配置成监测所述多个流体致动器的状态性质；以及

控制器，其被通信地耦合到所述一个或多个流体控制设备以及耦合到所述一个或多个传感器，其中所述控制器包括指令，所述指令当被执行时被配置成：

在交互发生时分析来自所述一个或多个传感器的、与在有吸引力的特征与目标之间的交互有关的反馈，用以确定与交互相关联的一个或多个交互参数，其中在有吸引力的特征与目标之间的交互包括在有吸引力的特征与目标之间的物理接触；并且

在交互发生时调节所述多个流体致动器中的至少一个流体致动器的充气，用于将所述一个或多个交互参数维持在预定范围内。

17.根据权利要求16所述的气动机器人系统，其中所述指令被配置成通过连续地计算有吸引力的特征对着目标的最大冲撞力（F(max)）来确定所述一个或多个交互参数，并且其中所述控制器被配置成调节所述多个流体致动器中的至少一个流体致动器的充气以调节有吸引力的特征的运动轮廓，或被配置成为所述多个流体致动器中的至少一个流体致动器充气或放气以调节流体致动器的对象依从性质，或二者，以在交互发生时将所述一个或多个交互参数维持在预定范围内。

18.根据权利要求17所述的气动机器人系统，其中所述指令被配置成控制承压流体向所述多个流体致动器的流，以调节跨所述多个流体致动器中的至少一个流体致动器的压力差或所述多个流体致动器中的至少一个流体致动器的平均内部压力。

19.根据权利要求16所述的气动机器人系统，其中所述一个或多个传感器包括力传感器、压力传感器、相机、其它流体性质传感器或其任何组合。

20.根据权利要求16所述的气动机器人系统，包括声音系统、光系统、或二者，并且其中所述控制器被配置成基于有吸引力的特征的运动轮廓来控制声音系统、光系统或二者的操作。

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