CN112041786B - 基于阻力的触觉设备 - Google Patents

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Abstract

触觉设备包括：被配置为绕轴旋转的滚筒，围绕滚筒缠绕的绳索，操作地耦合到滚筒并被配置为接收用户致动力的用户可致动杆，被配置为确定滚筒的旋转位置的位置传感器，以及操作地耦合到绳索的致动器。致动器可以被配置为向绳索施加张力，该绳索进一步施加摩擦力来制动滚筒，以使用户可致动杆提供与用户致动力相反的用户感知的阻力。用户感知的阻力可以作为滚筒的旋转位置的函数来改变。

Description

基于阻力的触觉设备
背景技术
触觉设备可以被用来增强与虚拟环境的交互，诸如视频游戏或虚拟现实体验。特别地，触觉设备可以被用来提供表示虚拟环境中的虚拟力的力反馈。这样的力反馈可以增强虚拟环境的有形性的感知，这可以使虚拟体验更加沉浸和真实。
附图说明
图1示意性地示出了示例触觉设备。
图2示出了由围绕触觉设备缠绕的滚筒的绳索放大以与负载扭矩相反的保持扭矩之间的关系。
图3示意性地示出了由用户佩戴的触觉设备，其包括处于延伸位置的用户可致动杆。
图4示意性地示出了提供用户感知的阻力的触觉设备，该用户感知的阻力与由用户的手指施加到触觉设备的用户可致动杆的用户致动力相反。
图5示意性地示出了用户的手指在触觉设备中采取触发抓握。
图6示意性地示出了被配置为提供双向阻力的示例触觉设备。
图7示意性地示出了示例触觉设备，其被配置为经由弹簧选择性地提供具有能量存储特性的用户感知的阻力。
图8示出了触觉设备的示例用户感知的阻力曲线。
图9示出了触觉设备的包括硬停止的示例用户感知的阻力曲线。
图10示出了触觉设备的示例用户感知的双向阻力曲线。
图11示出了示例计算系统。
具体实施方式
当今使用的许多常规触觉设备是电振动类型的，其振动以例如在游戏控制器中向用户提供触觉反馈。但是，振动通常不是自然的用户输入——例如，在普通对象被处理时振动是不寻常的。当今使用的另一常规类型的触觉设备是机电主动类型的，其主动地将力直接施加到(多个)人类肢体并且例如经由电机主动地产生人类尺度的力或扭矩。这种类型的主动触觉设备仅能够将电能量直接转换为所施加的力或扭矩。这种类型的主动触觉设备可能需要相对大量的电功率以产生人类尺度的大的施加力。在许多示例中，主动触觉设备可以包括小型电机，该小型电机被齿轮减速以产生大的施加力。但是，这种齿轮减速电机配置虽然增加了电机可以产生的施加力，但可能会引起各种问题。作为示例，这样的配置可能导致致动器输出的较慢的致动速度。作为另一示例，这样的配置可能具有大的电池功率需求。作为又一示例，这样的配置可能不太稳健，因为齿轮可能会被人类尺度的力损坏或以其他方式受到损害。
因此，本说明书涉及一种触觉设备，该触觉设备通过控制较小的内部可编程力来机械地抵抗或约束人类对象的移动，该较小的内部可编程力经由机械优势而施用较大的力以抵消外部的用户提供的输入力。在一个示例中，触觉设备包括围绕轴可旋转的滚筒、围绕滚筒缠绕的绳索、操作地耦合到滚筒的用户可致动杆、被配置为确定滚筒的旋转位置的位置传感器以及操作地耦合到绳索的小型致动器。致动器可以向绳索施加张力，使得绳索挤压滚筒以提供与被施加到杆的用户致动力相反的用户感知的阻力。用户感知的阻力可以由致动器作为滚筒的旋转位置的函数来改变。
该新颖的触觉设备通过使用来自致动器的相对较小的力来利用绳索和滚筒的布置，以可变地张紧绳索。所得到的滚筒绳索摩擦力使滚筒的旋转制动，使得相对大的人类施加到杆的力可以被抵消，以产生较大的触觉力。例如，这可以支持虚拟对象模仿真实世界对象的感觉和行为的场景。由触觉设备所产生的所得触觉效果可能类似于自行车或汽车上的机械制动器的触觉效果。通过机械地放大小型致动器的输出扭矩以提供用户感知的阻力，致动器的最大输出力能力可以相对较小。此外，在该特定配置中，仅依靠致动器来提供输出扭矩以抵抗人类提供的输入力，而不依靠致动器来主动地移动用户可致动杆(例如，当没有人类输入力被提供时)。这样，与由具有相同或相似尺寸、重量和扭矩能力的电机供电的主动机电触觉设备相比，该新颖的触觉设备能够抵抗更大的力，消耗更少的电功率，操作更快，并且更稳健。
此外，在该触觉设备中，可以控制电机来改变被施加到绳索的张力，使得用户感知的阻力作为滚筒的旋转位置的函数来改变。这允许触觉设备提供各种不同类型的阻性反馈，该阻性反馈可以被用来模拟触摸或抓握各种对象，诸如硬对象、软对象或具有粘弹性质的对象、以及其他类型的阻性反馈。此外，通过改变作为滚筒的旋转位置的函数的阻力，该触觉设备可以被用来模拟在被按压或被抓握时具有可变阻力的各种真实世界的对象，诸如按钮、按键、触发器等。由触觉设备提供的这种可变阻性反馈可以特别有益于在虚拟现实/混合现实/增强现实场景中模拟针对虚拟对象的真实世界触觉。
图1示意性地示出了用户可穿戴以提供阻性力反馈的示例触觉设备100。触觉设备100被配置为与用户的右手(未示出)上的食指(也被称为指向指、第一指、触发手指)对接。触觉设备100可以以任何合适的方式耦合到用户的手。例如，触觉设备100可以经由条或带耦合到用户的手。在另一示例中，触觉设备100可以被并入到佩戴在用户的手上的手套中。
触觉设备100包括指环102，指环102形成孔径104，用户的手指(未示出)可以延伸通过该孔径。指环102连接到杆108的负载端106。特别地，指环102经由接合件110连接到杆108，该接合件110使得指环102能够相对于杆108旋转。接合件110的旋转轴(Y轴)垂直于杆108的致动平面(XZ平面)。注意，X、Y和Z轴是作为参考系而被提供的，这意味着是非限制性的并且这些轴并不表示实际的真实世界方向。在一些示例中，接合件110可以相对于杆108的致动平面具有不同的旋转角度。指环102可以相对于致动杆108旋转以适应不同尺寸的手指和/或不同用户的不同抓握风格。
触发偏置弹簧112可以连接在指环102和杆108的负载端106之间。触发偏置弹簧112可以被配置为将指环102朝向静止位置偏置，在该静止位置处，当用户的手指被放置于指环102中并且不提供用户的致动力时，基线阻力(基于弹力)被施加到用户的手指。当大于触发偏置弹簧112的弹力的用户致动力被施加到指环102时，触发偏置弹簧112可以膨胀并且杆108可以致动。这样，杆108在本文中可以被称为用户可致动杆。
杆108的与负载端106相对的施力端114耦合到滚筒116，使得杆108相对于滚筒116的位置保持固定位置。在所图示的示例中，杆108的施力端114具有十字形，并且杆108经由多个安装螺钉耦合到滚筒116，多个安装螺钉被馈送通过十字的每个臂。可以使用任何合适的耦合机构将杆108固定到滚筒116。
滚筒116被可旋转地安装到框架118。滚筒116围绕Y轴可旋转。由于杆108相对于滚筒116被固定，因此当滚筒116围绕Y轴旋转时，杆108在X-Z平面中致动。滚筒116的旋转范围是基于与指环102对接的食指的移动范围来设计的。在一个示例中，滚筒116的旋转范围是四十五度。滚筒116可以被配置为具有任何合适的旋转范围。
绳索120围绕滚筒116缠绕。绳索120的第一端122被固定到框架118，并且绳索120的第二端124耦合到致动器126，致动器126被固定到框架118。通过将绳索120的相对端122直接固定到框架118，由致动器126施加到绳索120的张力被传递到滚筒116，而不是将负载放置在绳索120上。
注意，绳索作为非限制性示例而被提供。任何合适的材料或柔性结构都可以围绕滚筒缠绕，以在被拉紧时将可变的摩擦力施用在滚筒上。在备选示例中，绳子或缆线可以围绕滚筒缠绕。
致动器126可操作以向绳索120施加张力，绳索120进一步施加摩擦以制动滚筒116，以使杆108提供用户感知的阻力，该用户感知的阻力与被施加到指环102的用户致动力相反。特别地，由致动器126施加的张力使绳索120挤压滚筒116并且使滚筒116用与用户致动力相反的用户感知的阻力制动。滚筒116和绳索120协作以产生机械增益，该机械增益使得从致动器126输出的较小的内部张力能够被转换为与人类输入相反的大得多的阻力。换言之，该阻性致动器用于以与车辆或自行车上的制动器工作的相同方式来抵抗较大的外部扭矩。
在所图示的示例中，致动器126包括被配置为向绳索施加张力的电机、齿轮系和杆。应当理解，致动器可以采取任何合适的形式，使得其可以向绳索施加可编程的机械张力。例如，致动器可以包括电机或螺线管，或绞线致动器或音圈致动器或能够施用线性力的任何其他机电换能器(致动器)。
滚筒116和绳索120的支持机械优势的关系由图2中所图示的等式来表征。具体而言，Tload是施加的绳索张力，Thold是保持绳索在滚筒上滑动所需的最小绳索张力，μ是绳索与滚筒之间的摩擦系数，并且是围绕滚筒缠绕的绳索的所有匝扫过的总角度。注意，Tload始终大于Thold，这指示机械增益或扭矩放大。根据所图示的等式，可以用小的内部可编程力Thold来抵抗大的外部输入扭矩或用户致动力Tload。
此外，可以选择绳索120和滚筒116材料之间的摩擦系数(μ)，以允许从静态摩擦(绳索不滑动)到动态摩擦(绳索滑动)的平滑过渡，或简单来说，以使粘滑差异最小化。应当理解，滚筒116和绳索120可以由用于实现期望的摩擦系数(μ)的任何合适的材料制成，该期望的摩擦系数提供了预测性且一致的阻性行为。在一个特定示例中，滚筒116由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)制成，并且绳索由维克特纶(Vectran)制成，以实现期望的摩擦系数。此外，维克特纶提供了不会拉伸或蠕变(即随时间延长)的益处。
返回图1，在图示的示例中，根据图2中所描绘的等式中的总角度绳索120围绕滚筒116缠绕三次。应当理解，绳索120可以是任何合适的长度，并且可以以任何合适的次数围绕滚筒116缠绕，以达到期望的摩擦系数(μ)，从而使触觉设备100提供人类尺度的阻性力反馈。
此外，在该实现中，触觉设备100被配置为是单向的，使得触觉设备100仅沿一个方向提供机械阻力以与用户致动力相反，并且大部分自由地沿另一方向旋转。这样做的益处是能够自动对闭合手指施加阻性力，并且对打开手指不施加力。换言之，致动器126以被动的方式被使用，并且不被用来将杆108主动地移动到延伸位置(例如，当用户未施加致动力时)。这种配置允许致动器126是轻型、小型、功率高效且廉价。例如，致动器126可以具有二十比一或更大的齿轮比，并且具有十毫秒或更短的响应时间。这样的电机速度可以使得触觉设备100能够准确地响应用户致动力而没有任何可感知的滞后。致动器126可以是可向后驱动的。例如，这可以使得致动器126的方向被反向，以减小绳索120上和/或齿轮128和130之间的张力，使得致动器126例如可以自由旋转。绞线致动器、螺线管或音圈致动器也可以被用作可向后驱动的致动器。
在一些实现中，致动器126的输出扭矩可以与被用来控制致动器126的电流成比例。例如，致动器126可以具有一对一的力电流比。通过以这种方式设计致动器，可以以开环方式确定致动器126的输出力，而不需要力反馈。在其他实现中，致动器126的输出扭矩可以不与被用来控制致动器126的电流成比例。在一些这样的实现中，触觉设备100可以包括力换能器，其被配置为提供可以被用来控制致动器126的力反馈。
主齿轮128被放置于杆108和滚筒116中间。主齿轮128与中间齿轮130啮合。中间齿轮130经由延伸穿过框架118的轴棍连接到模拟编码器132。模拟编码器132被安装到框架118的底侧。模拟编码器132被配置为将滚筒116的角位置转换成数字信号。主齿轮128和中间齿轮130使模拟编码器132与滚筒116配合，以使得模拟编码器132能够提供位置反馈。提供模拟编码器132作为确定滚筒116的角位置的位置传感器的示例。在其他示例中，可以采用霍尔效应传感器、光学传感器或另一类型的位置传感器。可以使用任何合适类型的位置传感器来确定滚筒116的角位置。在另一示例中，可以通过与触觉设备分离的外部光学传感器来跟踪滚筒的位置。例如，标记(例如，LED)可以被放置于滚筒或杆臂上，并且标记的位置可以被操作地耦合到与触觉设备通信的计算系统的外部相机(例如，周围的相机或头戴式耳机中的相机)光学地跟踪。
触觉设备100包括被配置为将触觉设备100与计算系统136通信耦合的通信子系统134。通信子系统134可以包括与计算系统136的有线或无线连接。通信子系统134可以包括根据任何合适的通信协议(例如，Wi-Fi，蓝牙)支持通信的任何合适的通信硬件。例如，这种通信耦合可以支持触觉设备100和计算系统136之间的双向通信。
通信子系统134被配置为从模拟编码器132接收滚筒116的旋转位置，并且将滚筒116的旋转位置发送到计算系统136。此外，通信子系统134被配置为接收来自计算系统136的控制信号，并将控制信号发送给致动器126。致动器126被配置为基于控制信号向绳索120施加张力。在一个示例中，控制信号是被用来驱动致动器126的电流。
计算系统136可以基于各种因素来确定控制信号。此外，计算系统136可以改变作为滚筒116的旋转位置的函数的控制信号。此外，滚筒的旋转位置可以被用来得出可以被用作该函数的输入的附加参数。例如，旋转位置可以被用来得出位置、速度、力、加速度、方向以及其他参数的变化。可以以任何合适的方式定义这种函数。在一个示例中，函数是一个或多个输入时变函数或常数。在一个示例中，函数是一组点，根据这组点，基于输入对输出进行线性插值。在另一示例中，函数是一组值/范围对，当输入处于对应范围内时，从该组值/范围中选择值。通过以这种方式改变控制信号，触觉设备100可以提供范围从几乎没有或没有可感知的阻力到滚筒116的完全锁定的阻力梯度，以在滚筒116的旋转范围中的指定旋转位置处产生杆108的硬停止。
在一些示例中，计算系统136可以至少基于滚筒116的旋转位置来确定控制信号。例如，滚筒116的旋转位置的变化可以指示被施加到指环102的用户致动力的量，并且计算系统136可以确定控制信号，该控制信号产生对用户致动力的合适的用户感知的阻力。
在一些示例中，计算系统136可以基于至少一些其他形式的传感器反馈来确定控制信号。作为示例，触觉设备100可以包括力换能器或传感器，并且可以基于力的指示来确定控制信号。在一个示例中，力传感器位于指环上，以检测用户的指腹所施加的力。在其他示例中，力传感器可以位于杆臂、框架或两者上。
在一些示例中，计算系统136可以至少基于计算系统136的状态来确定控制信号。例如，计算系统136可以基于视频游戏的状态或在计算系统136上执行的其他应用的状态来确定控制信号。在计算系统136执行在虚拟环境中显示虚拟对象的视频游戏的一个示例中，计算系统136可以确定控制信号以提供用户感知的阻力，该用户感知的阻力对应于虚拟对象的纹理(例如，硬、软、柔软)。
在一些示例中，计算系统136可以至少基于与触觉设备100交互的用户的身份或用户简档来确定控制信号。例如，可以确定控制信号以提供为特定用户定制的用户感知的阻力。作为示例，用户感知的阻力可以模拟虚拟键盘的虚拟按钮，并且用户感知的阻力可以被定制以模拟特定的按钮力或按键的行进距离。在另一示例中，用户感知的阻力可以模拟虚拟枪的触发，并且用户感知的阻力可以被定制以模拟触发的特定拉重或行进距离。
在一些实现中，计算系统136可以采取外部计算系统的形式，诸如游戏控制台、虚拟现实/混合现实/增强现实设备(例如，HMD)、台式计算机、膝上型计算机或智能电话。在这样的实现中，触觉设备100可以充当与外部计算系统通信的外围设备。在其他实现中，计算系统136可以采取机载计算系统的形式，诸如并入到触觉设备100中的微计算机或微控制器。在一个示例中，计算系统136是被安装到触觉设备100的框架118上的微处理器。
应当理解，计算系统136可以以任何合适的方式确定控制信号以控制触觉设备100，以抵抗或约束任何合适的人类移动。尽管所图示的触觉设备被配置为与用户的右手食指对接，但是触觉设备可以被配置为与任何合适的手指对接。在一些实现中，触觉设备可以被配置为单独地或联合地与两个或更多个手指对接或向其提供阻力，并且在一些情况下，单独地或联合地与用户的手上的所有手指对接或向其提供阻力。在一些实现中，触觉设备可以提供除手指之外的用户身体的其他部分的阻力或约束其移动。在一些示例中，触觉设备可以被配置为抵抗或约束不同关节的移动，诸如腕部、肘部、肩膀、颈部、臀部、膝盖、脚踝或脚趾。在一些实现中，可以将触觉设备的特征并入到用于计算系统的用户输入设备中，诸如用于游戏控制台的游戏控制器。
图3-图4示意性地图示了示例场景，其中，图1的触觉设备100被穿戴在用户的手上并提供用户感知的阻力，该用户感知的阻力与用户的手指施加的用户致动力相反。在图3中，触觉设备100处于静止位置，在该静止位置中，用户的手指300在指环102上几乎没有施加或没有施加用户致动力。这样，杆108处于完全延伸或未致动的位置，并且滚筒116处于未旋转状态(例如，在其旋转范围的一端处)。此外，计算系统136从模拟编码器接收滚筒116的旋转位置，并将控制信号发送给致动器126，其使致动器126几乎不施加张力或不施加张力到绳索120。
在图4中，用户的手指300将用户致动力(Ffinger_close)施加到指环102，其使杆108致动并且相应地使滚筒116旋转。模拟编码器132检测滚筒120的旋转位置的变化，并将位置数据发送至计算系统136。计算系统136至少基于滚筒116的旋转位置来确定控制信号，并将控制信号发送至致动器126。致动器126基于控制信号向绳索120施加张力。施加到绳索120上的张力使绳索120挤压滚筒116，并增加绳索120和滚筒116之间的摩擦力，从而使滚筒116制动，并使杆108提供与用户致动力(Ffinger_close)相反的用户感知的阻力(Ffinger_open)。
图2中所示的等式被应用到该场景以确定用户致动力(Ffinger_close)和用户感知的阻力(Ffinger_open)。如给定的方程组所示：
Ffinger_open＝(rdrum/rfinger)*Thold
其中rdrum是滚筒的半径，rfinger是手指的“半径”或相对于滚筒旋转轴的长度，Tload是施加的绳索张力，Thold是防止绳索在滚筒上滑动所需的最小绳索张力，μ是绳索与滚筒之间的摩擦系数，并且是围绕滚筒缠绕的绳索的所有匝扫过的总角度。
在一些实现中，触觉设备可以被配置为执行校准操作，以在触觉设备的整个寿命期间提供准确的阻力，以补偿磨损或漂移。在一个示例中，模拟编码器的输出和由触觉设备设置的制动力可以被用来检测进一步的闭合运动。根据这种运动，触觉设备可以被配置为推断出有效制动阻力不同于初始设定的期望量，并且触觉设备可以调节感知的阻力以与附加运动/用户致动力相反。可以使用力传感器进一步辅助此校准过程，该力传感器结合模拟编码器提供的滚筒/杆臂的旋转速度来提供有关触摸力的即时反馈。
在一些实现中，触觉设备可以被配置为基于由触觉设备随时间学习的离散制动模式来执行对用户感知的阻力的校准。例如，通过使用模拟编码器来跟踪随时间的闭合速度，可以检测制动接合的模式，并且可以基于制动模式来调节制动力以实现期望的制动力。
在一些实现中，触觉设备可以被配置为预测性地接合阻性制动器以补偿致动器延迟。例如，因弯曲手指而引起的闭合速度可能会超过致动器及时制动的响应速度和延迟，使得触觉印象与用户的感知相匹配。为了减轻这种差异，可以将触觉设备配置为跟踪闭合速度并预测在未来时间处的闭合角度。给定致动器接合制动器的已知或估计的延迟，触觉设备可以较早地接合制动器以实际上将用户的手指停止在期望的角度。
在一些实现中，触觉设备可以包括扩展触觉设备的功能性的附加特征。可以被并入到触觉设备中的不同特征的示例在图5-图7中示出。图5示意性地示出了示例触觉设备500，其包括被配置为确定用户的手指504在指环506上的位置或取向的触发开关502。特别地，触发开关502可以被配置为确定用户的手指504是基本上笔直以使得用户的手指504的腹部靠在指环506上，还是用户的手指504弯曲以使得用户的手指504上的第一关节靠在指环506上并且用户的手指504的末端环绕在指环506周围。当用户的手指504弯曲时，例如，用户的手指可以以与枪的触发相同的方式抓握指环506。
在一些示例中，触发开关502可以耦合至指环506。在其他示例中，触发开关502可以耦合至杆508，指环506可旋转地耦合至该杆508。在其他示例中，触发开关502可以耦合至将指环506连接至杆508的接合件(例如，图1中所示的接合件110)。在一些示例中，触发开关502可以耦合至偏置弹簧(例如，图1中所示的触发偏置弹簧112)，该偏置弹簧耦合在指环506和杆508之间。
触发开关502可以使用任何合适的传感器或机构来确定用户的手指504在指环506上的位置。在一个示例中，触发开关502采取按钮的形式，当用户的手指处于触发位置时，该按钮基于指环506的旋转而被按压。在另一示例中，触发开关502包括编码器，该编码器检测指环506的位置/旋转的变化。
触发开关502可以被配置为将用户的手指504在指环506上的位置传送给计算系统510。计算系统510可以被配置为至少基于用户的手指504在指环506上的位置来确定控制信号。计算系统可以将控制信号发送到致动器512，以向绳索514施加张力，绳索514进一步施加摩擦力来制动滚筒516，以使杆508提供用户感知的阻力。例如，计算系统508可以被配置为基于用户的手指是笔直的还是弯曲的而提供与不同的用户感知的阻力相对应的不同的控制信号。作为示例，当用户的手指504是笔直的时，计算系统510可以提供与在滚筒516的旋转范围上恒定的用户感知的阻力相对应的控制信号。当用户的手指504是弯曲的时，计算系统510可以提供与线性地增加直到滚筒516的旋转位置的用户感知的阻力相对应的控制信号，在该位置处，用户感知的阻力减小。这样的用户感知的阻力可以模拟枪的触发器的滞后阈值。可以有利地采用这种类型的功能性来在诸如射击类视频游戏的虚拟现实或其他游戏场景中提供现实的触觉反馈。
在一些示例中，触发开关502可以在不与计算系统通信的情况下改变触觉设备的功能性。例如，触发开关502可以在触发接合件中包括使滚筒516锁定的令牌止动器。在该场景中，指环506可以仅依赖于偏置弹簧的弹力来提供触发阻力。
在一些实现中，触觉设备可以被配置为是双向的。图6示意性地示出了被配置为提供双向阻力的示例触觉设备600。触觉设备600包括围绕轴(X轴)旋转的滚筒602。杆604被固定到滚筒602，使得杆604随着滚筒602旋转而致动。指环606可旋转地耦合至杆604。第一绳索608沿第一方向围绕滚筒602缠绕。第一绳索608耦合至第一致动器610。第二绳索612沿与第一方向相反的第二方向围绕滚筒602缠绕。第二绳索612耦合到第二致动器614。位置传感器616被配置为确定滚筒602的旋转位置。计算系统618被配置为从位置传感器616接收滚筒602的旋转位置。计算系统618被配置为至少基于滚筒602的旋转位置来确定第一控制信号以控制第一致动器610。第一致动器610被配置为基于第一控制信号向第一绳索608施加张力，第一绳索608进一步施加摩擦力来制动滚筒602，以使杆604提供与用户致动力相反的用户感知的阻力。例如，第一控制信号可以作为滚筒602的旋转位置的函数来改变。
此外，计算系统618被配置为至少基于滚筒602的旋转位置来确定第二控制信号以控制第二致动器614。第二致动器614被配置为基于第二控制信号向第二绳索612施加张力，第二绳索612进一步将摩擦施加到滚筒602，以在相反方向上提供与用户致动力相反的用户感知的阻力。例如，可以控制第二致动器614，以在用户的手指移动到延伸位置(例如，用户的手指/手张开)时提供用户感知的阻力。在一些示例中，第二控制信号可以作为滚筒602的旋转位置的函数来改变。
在一些实现中，绳索608和612的两个Thold端可以连接至单个致动器，而不是连接至分开的致动器。在这样的实现中，计算系统可以通过经由控制信号控制单个致动器来控制滚筒在相反方向上的制动。例如，这样的实现可能是所期望的，以总是在两个方向上都制动滚筒。
在一些示例中，计算系统618可以同时协作地控制第一致动器610和第二致动器614，以实现期望的用户感知的阻力。在其他示例中，计算系统618可以控制第一致动器610和第二致动器614以交替地在不同方向上提供阻力。
在一些实现中，触觉设备600可以包括振动触知式致动器620，其操作地耦合到触觉设备并且被配置为基于从计算系统618接收的控制信号而振动。在一个示例中，振动触知式致动器620被耦合至触觉设备600的框架。振动触知式致动器620可以提供触觉反馈的附加源，其在感觉上与滚筒和绳索所提供的阻力不同。例如，这样的振动触知式反馈可以被用来向用户警告在计算系统上执行的视频游戏或应用中的不同事件。在一些实现中，触觉设备600可以包括耦合到指环606的指尖音圈致动器(VCA)622。VCA 622可以被配置为基于从计算系统618接收的控制信号而振动。当VCA 622被放置于指环606中时，VCA 622的振动可以被用来模拟用户的手指上的纹理，并供应较高频率的力反馈体验，诸如被致动的按钮的轻击。在一些实现中，VCA 622可以耦合到触觉设备600的不同部分，诸如触觉设备的框架。
在一些实现中，可以在没有振动触知式致动器的情况下实现振动触知式反馈。相反，计算系统610可以控制致动器610和614中的一个或两者以非常高的频率操作，从而当沿力阻力方向旋转滚筒时，这产生通过滚筒602和杆604而被转换传递到用户手指的振动或隆隆的感觉。
在一些实现中，触觉设备可以被配置为选择性地提供具有经由弹簧提供的能量存储特性的用户感知的阻力，如图7中所示。示例触觉设备700包括围绕轴(X轴)可旋转的滚筒702。杆704被固定到滚筒702，使得杆704随着滚筒702旋转而致动。指环706可旋转地耦合至杆704。第一绳索708沿第一方向围绕滚筒702缠绕。第一绳索708耦合至第一致动器710。第二绳索712沿与第一绳索708相同的方向围绕滚筒602缠绕。第二绳索712在滚筒702的高力(Tload)侧上耦合至弹簧714。第二绳索712在滚筒702的低力(Thold)侧上耦合到第二致动器716。当杆704沿制动方向旋转时，用户感觉到弹簧714的力，而不是用户的手指闭合时的更硬的制动功能。注意，弹力和制动力两者可以同时接合以实现期望的效果。在这种情况下，致动器716与滚筒旋转无关地在低张力(Thold)侧上施加恒定的力。因此，低张力侧上的小的致动器716与高张力侧上的弹簧714协同地充当接合或脱离弹簧714的离合器。
位置传感器718被配置为确定滚筒702的旋转位置。计算系统720被配置为从位置传感器718接收滚筒702的旋转位置。计算系统720被配置为至少基于滚筒702的旋转位置来确定第一控制信号以控制第一致动器710。第一致动器710被配置为基于第一控制信号向第一绳索708施加张力，第一绳索708进一步施加摩擦来制动滚筒702以使杆704提供与用户致动力相反的用户感知的阻力。
此外，计算系统720被配置为控制第二致动器716以选择性地接合/脱离弹簧714。当弹簧714被接合时，第二致动器716被配置为向第二绳索712施加恒定的张力并且第二绳索712进一步施加摩擦来制动滚筒702，从而由于弹簧714的弹力而使杆704提供具有能量存储特性的用户感知的阻力。
在一些示例中，计算系统720可以控制第一致动器710和第二致动器716脱离弹簧714，以在没有能量存储特性的情况下提供用户感知的阻力，诸如模拟坚固的表面。在一些示例中，计算系统720可以控制第一致动器710和第二致动器716来接合弹簧714，以提供具有能量存储特性的用户感知的阻力，诸如模拟柔软且湿软的表面。在一个特定示例中，可以以这种方式控制触觉设备700以模拟弹簧加载的按钮。在一些示例中，第一致动器710和第二致动器716均可被控制以放大弹力。在一些示例中，计算系统720可以控制第一致动器以锁定滚筒702并且控制第二致动器716以接合弹簧714，使得仅由弹簧714的弹力独自提供用户感知的阻力。
在一些实现中，上述触觉设备可以提供用户感知的阻力，其根据阻力曲线作为滚筒和/或用户可致动杆的旋转范围的函数来改变。图8-图10示出了可以被上述触觉设备支持的不同示例用户感知的阻力曲线。图8示出了用于触觉设备的示例用户感知的阻力曲线800。阻力曲线800被绘制在用户感知的阻力对滚筒和/或用户可致动杆的行进/枢转/旋转的距离的图上。阻力曲线800表征了在滚筒的整个旋转范围的过程中由用户可致动杆提供的用户感知的阻力。距离轴的原点对应于用户可致动杆的完全延伸位置。在所图示的示例中，当用户可致动杆在从完全延伸位置远离并朝着旋转范围的另一端的完全缩回位置缩回时，与由用户手指施加的致动力相反的、施加于用户可致动杆的阻力线性增加直到指定旋转位置802。一旦用户可致动杆到达指定位置802，在其余的旋转范围内，阻力以线性的方式急剧减小，直到用户可致动杆到达完全缩回位置并遇到硬停止。在去往完全延伸位置的返回路径上(为清楚起见，以虚线示出偏移)，阻力采取了不同的非线性或滞后路径。
通过基于由与触觉设备进行通信的计算设备提供的控制信号来激活致动器，可以启用阻力曲线800。该控制信号可以至少基于滚筒的旋转位置和/或通过用户手指施加到用户可致动杆上的致动力。滚筒的位置可以由触觉设备的位置传感器确定并且被发送到计算设备。
阻力曲线800可以模拟各种真实世界场景。例如，阻力曲线可以模拟虚拟现实中的静态表面(假设用户弯曲手指以触摸表面)或漂浮的对象(诸如将其戳或推开)的触摸接触。在一个示例中，阻力曲线800模拟按钮或按键按压。特别地，阻力最大的位置802可以对应于就在圆顶开关或剪刀机构塌缩以允许按键被按压之前的按钮按压中的一点。在另一示例中，阻力曲线800模拟可以在由计算设备执行的视频游戏中被模拟的真实世界的枪的触发拉动。特别地，阻力最大的位置802可以对应于触发拉动中的锤子落下以射击真实世界的枪的点。换言之，阻力曲线800模仿了枪的“喀哒”声。
图9示出了另一示例用户感知的阻力曲线900，其包括用于用户可致动杆的硬停止。在该阻力曲线中，当杆在旋转范围的另一端从完全延伸位置远离并朝着完全缩回位置缩回时，与由用户手指施加的致动力相反的施加于用户可致动杆的阻力线性增加直到指定位置902。一旦用户可致动杆到达指定位置902，阻力就增大到这样一个阻力：该阻力防止用户容易地将用户可致动杆进一步朝着完全缩回位置拉动。换言之，在指定位置902处产生硬停止，其有效地缩短了用户可致动杆的旋转范围。在一个示例中，致动器可以向绳索施加足够大的张力以将滚筒锁定在指定位置902。在返回至完全延伸位置的路径上(为清楚起见，以虚线示出偏移)，阻力采取了不同的非线性或滞后路径。
应当理解，可以在滚筒和/或用户可致动杆的旋转范围内的任何合适的位置处形成硬停止，以产生任何期望的旋转范围或触发拉动长度。例如，由阻力曲线900产生的较短的旋转范围对于用户而言可能是期望的，以使得更容易在视频游戏中快速发射虚拟武器。
图10示出了用于用户可致动杆的示例用户感知的双向阻力曲线1000。双向阻力曲线1000可以由能够提供双向移动的触觉设备采用。例如，图6中所示的触觉设备600可以采用曲线1000。双向阻力曲线1000被绘制在由用户可致动杆提供的用户感知的阻力对时间的图上。在第一时间段1002期间，用户感知的阻力由用户可致动杆沿第一方向线性地提供。沿第一方向用户感知的阻力增加，以与由用户的手指施加到用户可致动杆上的致动力相反。在第二时间段1004期间，沿第一方向由用户可致动杆提供的用户感知的阻力从峰值阻力减小到零阻力。第一时间段1002和第二时间段1004共同形成类似于图8的阻力曲线800的曲线。在第三时间段1006期间，用户的手指沿与第一方向相反的第二方向向用户可致动杆施加致动力，并且用户可致动杆沿第二方向抵抗用户致动力。
应当理解，上述曲线仅作为示例而被提供，并且意味着是非限制性的。可以提供任何合适的阻力来调节用户可致动杆的用户感知的状态。
在一些实现中，可以预定多个不同的阻力曲线。例如，可以基于真实世界对象的特性来确定多个不同的阻力曲线，真实世界对象的特性可以通过由触觉设备提供的阻性反馈来仿真。计算系统可以被配置为在特定操作条件期间从多个阻力曲线中选择一个或多个阻力曲线以控制触觉设备。在一个示例中，计算系统可以标识用户正在与之交互的虚拟对象，并且基于所标识的虚拟对象来选择阻力曲线。计算系统可以针对用户在虚拟体验的过程中与之交互的不同虚拟对象重复该操作。换言之，在不同的操作条件期间，可以使用不同的阻力曲线来控制触觉设备。在另一示例中，计算系统可以基于用户的偏好来选择阻力曲线。例如，用户可以规定由特定阻力曲线表征的期望的触发阻力(例如，拉重)，并且当用户与虚拟枪交互时，计算系统可以选择该阻力曲线来控制触觉设备。
在一些实现中，本文描述的方法和过程可以与一个或多个计算设备的计算系统联系在一起。特别地，这样的方法和过程可以被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品。
图11示意性地示出了可以实施上述方法和过程中的一个或多个的计算系统1100的非限制性实现。以简化形式示出了计算系统1100。计算系统1100可以采取一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如智能电话)、虚拟现实设备、增强现实设备、触觉设备和/或其他计算设备的形式。例如，计算系统1100可以表示图1、图3和图4中所示的计算系统136、图5中所示的计算系统510、图6中所示的计算系统618，以及图7中示出的计算系统722。
计算系统1100包括逻辑机器1102和存储机器1104。计算系统1100可以可选地包括显示子系统1106、输入子系统1108、通信子系统1110和/或图11中未示出的其他组件。
逻辑机器1102包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机器1102可以被配置为执行作为一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其他逻辑构造的一部分的指令。可以实现这样的指令以执行任务，实现数据类型，转换一个或多个组件的状态，实现技术效果或以其他方式达到期望的结果。
逻辑机器1102可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或备选地，逻辑机器1102可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机器。逻辑机器1102的处理器可以是单核或多核，并且在其上执行的指令可以被配置用于顺序的、并行的和/或分布式处理。逻辑机器1102的各个组件可选地可以分布在两个或更多分开的设备中，这些设备可以位于远程和/或被配置用于协调处理。逻辑机器1102的各方面可以由以云计算配置进行配置的可远程访问的联网计算设备虚拟化并执行。
存储机器1104包括一个或多个物理设备，其被配置为保存可由逻辑机器1102执行以实现本文所述的方法和过程的指令。当实现这样的方法和过程时，存储机器1104的状态可以被变换——例如以保存不同的数据。
存储机器1104可以包括可移除和/或内置设备。存储机器1104可以包括光学存储器(例如CD、DVD、HD-DVD、蓝光光盘等)、半导体存储器(例如RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)。存储机器1104可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机访问、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址的设备。
应当理解，存储机器1104包括一个或多个物理设备。然而，备选地，本文所描述的指令的各方面可以由物理设备未在有限的持续时间内保持的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)传播。
逻辑机器1102和存储机器1104的各方面可以被集成在一起成为一个或多个硬件逻辑组件。这样的硬件逻辑组件可以包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序和专用集成电路(PASIC/ASIC)、程序和专用标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
术语“程序”和“引擎”可以被用来描述被实现为执行特定功能的计算系统1100的一方面。在一些情况下，可以经由逻辑机器1102执行由存储机器1104保存的指令来将程序或引擎实例化。将理解，不同的程序和/或引擎可以从相同的应用、服务、代码块、对象、库、例程、API、函数等等中实例化。同样，相同的程序和/或引擎可以由不同的应用、服务、代码块、对象、例程、API、函数等实例化。术语“模块”、“程序”和“引擎”可以包含单个或群组的可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等。
当显示子系统1106被包括时，其可以被用来呈现由存储机器1104所保存的数据的视觉表示。该视觉表示可以采取图形用户界面(GUI)的形式。当本文所描述的方法和过程改变了由存储机器所保存的数据并因此转换了存储机器的状态时，显示子系统1106的状态同样可以被转换以可视地表示基础数据中的改变。显示子系统1106可以包括实际上利用任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以在共享的外壳中与逻辑机器1102和/或存储机器1104组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。
当输入子系统1108被包括时，其可以包括一个或多个用户输入设备或与之交互，诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器。输入子系统1108可以包括一个或多个触觉设备或与之交互，诸如游戏控制器、空气涡流机、触觉反馈头盔、触觉反馈背心、触觉反馈鞋和其他触觉反馈服装。在一些实现中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(NUI)组件或与之交互。这样的组件可以是集成的或外围的，并且输入动作的换能和/或处理可以在板上或板下处理。示例NUI组件可以包括用于话音和/或语音识别的麦克风；用于机器视觉和/或手势识别的红外、彩色、立体和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速度计和/或陀螺仪；以及用于评估大脑活动的电场感应组件。输入子系统1108可以包括被配置为与一个或多个输入设备建立通信的任何合适的硬件组件。例如，输入子系统1108可以包括被配置为与输入设备和触觉设备进行通信的有线或无线(例如，蓝牙、Wi-Fi)通信信道。输入子系统可以是通信接口的示例。
当通信子系统1110被包括时，其可以被配置为将计算系统1100与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统1110可以包括与一种或多种不同的通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统1110可以被配置用于经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网的通信。在一些实现中，通信子系统1110可以允许计算系统1100经由诸如因特网之类的网络向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。
在示例中，触觉设备包括：被配置为绕轴旋转的滚筒；围绕滚筒缠绕的绳索；用户可致动杆，操作地耦合到该滚筒并被配置为接收用户致动力；位置传感器，被配置为确定该滚筒的旋转位置；以及致动器，操作地耦合到该绳索并且被配置为向该绳索施加张力，该绳索进一步施加摩擦力来制动该滚筒，以使该用户可致动杆提供与该用户致动力相反的用户感知的阻力，并且其中该用户感知的阻力作为滚筒的旋转位置的函数来改变。在该示例和/或其他示例中，该用户感知的阻力可以被配置为根据从多个预定阻力曲线中选择的针对滚筒的旋转范围的阻力曲线来变化。在该示例和/或其他示例中，该阻力曲线可以规定该用户感知的阻力在该滚筒的该旋转范围的至少一部分上线性地变化。在该示例和/或其他示例中，阻力曲线可以包括在该滚筒的旋转范围内的指定位置处的硬停止。在该示例和/或其他示例中，该触觉设备还可以包括：通信子系统，通信地耦合到计算设备并且被配置为向计算设备发送滚筒的旋转位置，以及从计算设备接收反馈信号，其中该致动器基于该信号而被控制以将张力施加到该绳索来提供该用户感知的阻力，并且该用户感知的阻力可以进一步至少基于该计算设备的参数而被确定。在该示例和/或其他示例中，该用户致动力可以是沿第一致动方向施加的第一用户致动力，该绳索可以是沿第一方向围绕滚筒缠绕的第一绳索，该致动器可以是第一致动器，该触觉设备还可以包括：沿与该第一方向相反的第二方向围绕滚筒缠绕的第二绳索；以及第二致动器，该第二致动器操作地耦合至该第二绳索并且被配置为向该第二绳索施加张力，该第二绳索进一步向该滚筒施加摩擦力，以使该用户可致动杆沿与所述第一致动方向相反的第二致动方向提供与第二用户致动力相反的用户感知的阻力。在该示例和/或其他示例中，该绳索可以是第一绳索，该致动器可以是第一致动器，并且该触觉设备还可以包括：围绕滚筒缠绕的第二绳索；弹簧，该弹簧耦合到该第二绳索并且被配置为偏置该用户可致动杆；第二致动器，该第二致动器操作地耦合到该第二绳索并被配置为向该第二绳索施加张力，该第二绳索进一步施加摩擦力来制动该滚筒，以使该用户可致动杆提供用户感知的阻力，该用户感知的阻力包括弹簧的弹力并且与该用户致动力相反。在该示例和/或其他示例中，该用户可致动杆可以包括触发接合件，并且该触觉设备还可以包括：指环，该指环操作地耦合到该触发接合件并且被配置为环绕用户的手指并基于该用户致动力绕该触发接合件旋转。在该示例和/或其他示例中，该触觉设备还可以包括：触发偏置弹簧，操作地耦合在该指环和该用户可致动杆之间。在该示例和/或其他示例中，该用户可致动杆可以包括触发开关，该触发开关被配置为确定该用户的手指在该指环上的位置，并且该用户感知的阻力可以至少基于该用户的手指在该指环上的位置而被确定。在该示例和/或其他示例中，该触觉设备还可以包括：振动触知式致动器，该振动触知式致动器操作地耦合到该触觉设备并且被配置为基于从计算系统接收的信号而振动。在该示例和/或其他示例中，该触觉设备还可以包括：音圈致动器，该音圈致动器操作地耦合到该触觉设备并且被配置为基于从计算系统接收的信号而振动以传达虚拟纹理。
在示例中，触觉设备包括：被配置为绕轴旋转的滚筒；围绕滚筒缠绕的绳索；用户可致动杆，操作地耦合到该滚筒并被配置为接收用户致动力；位置传感器，该位置传感器被配置为确定该滚筒的旋转位置；通信子系统，该通信子系统通信地耦合至计算设备并被配置为将该滚筒的该旋转位置发送给该计算设备，并从该计算设备接收作为该滚筒的该旋转位置的函数来改变的信号；以及致动器，操作地耦合到该绳索并且被配置为基于信号向该绳索施加张力，该绳索进一步施加摩擦力来制动该滚筒，以使该用户可致动杆提供与该用户致动力相反的用户感知的阻力。在该示例和/或其他示例中，该用户感知的阻力可以被配置为根据从多个预定阻力曲线中选择的针对滚筒的旋转范围的阻力曲线来变化。在该示例和/或其他示例中，该用户感知的阻力可以包括在该滚筒的旋转范围内的指定位置处的硬停止。在该示例和/或其他示例中，用户感知的阻力可以至少基于计算设备的参数而被进一步确定。在该示例和/或其他示例中，该用户致动力可以是沿第一致动方向施加的第一用户致动力，该绳索可以是沿第一方向围绕滚筒缠绕的第一绳索，该致动器可以是第一致动器，该信号可以是第一信号，并且该触觉设备还可以包括：沿与该第一方向相反的第二方向围绕滚筒缠绕的第二绳索；以及第二致动器，该第二致动器操作地耦合到该第二绳索并且被配置为基于第二信号向该第二绳索施加张力，该第二绳索进一步向该滚筒施加摩擦，以使该用户可致动杆沿与该第一致动方向相反的第二致动方向提供与第二用户致动力相反的用户感知的阻力。在该示例和/或其他示例中，该绳索可以是第一绳索，该致动器可以是第一致动器，并且该触觉设备还可以包括：围绕滚筒缠绕的第二绳索；弹簧，耦合到该第二绳索并且被配置为偏置该用户可致动杆；第二致动器，操作地耦合到该第二绳索并被配置为向该第二绳索施加张力，该第二绳索进一步施加摩擦力来制动该滚筒，以使该用户可致动杆提供用户感知的阻力，用户感知的阻力包括弹簧的弹力并且与用户致动力相反。在该示例和/或其他示例中，该触觉设备还可以包括：音圈致动器，该音圈致动器操作地耦合到该触觉设备并且被配置为基于从计算系统接收的信号而振动以传达虚拟纹理。
在示例中，触觉设备包括：被配置为绕轴旋转的滚筒；沿第一方向围绕滚筒缠绕的第一绳索；沿第一方向围绕滚筒缠绕的第二绳索；以及弹簧，操作地耦合到该第二绳索；用户可致动杆，操作地耦合到该滚筒并被配置为接收用户致动力；位置传感器，被配置为确定该滚筒的该旋转位置；通信子系统，通信地耦合到计算设备并被配置为向计算设备发送该滚筒的旋转位置，从该计算设备接收作为该滚筒的该旋转位置的函数来改变的第一信号，并且从该计算系统接收第二信号；第一致动器，该第一致动器操作地耦合到该第一绳索并被配置为基于第一信号向该绳索施加张力，该绳索进一步施加摩擦力来制动该滚筒，以使该用户可致动杆提供与该用户致动力相反的第一用户感知的阻力；以及第二致动器，操作地耦合到第二绳索并且被配置为基于第二信号向该第二绳索施加张力，该第二绳索进一步向该滚筒施加摩擦力，以使该用户可致动杆提供第二用户感知的阻力，第二用户感知的阻力包括弹簧的弹力并且与该用户致动力相反。
将理解的是，本文所描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些特定的实施例或示例不应被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。本文所描述的特定例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。这样，可以按照所图示和/或描述的顺序、按照其他顺序、并行执行所图示和/或描述的各种动作或者省略之。同样，可以改变上述过程的顺序。
本公开的主题包括本文所公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合及其所有等效物。

Claims (20)

1.一种触觉设备，包括：
滚筒，被配置为绕轴旋转；
绳索，围绕所述滚筒缠绕；
用户可致动杆，被操作地耦合到所述滚筒并且被配置为接收用户致动力；
位置传感器，被配置为确定所述滚筒的旋转位置；以及
致动器，被操作地耦合到所述绳索并且被配置为向所述绳索施加张力，所述绳索进一步施加摩擦力来制动所述滚筒，以使所述用户可致动杆提供与所述用户致动力相反的用户感知的阻力，其中所述用户感知的阻力作为所述滚筒的所述旋转位置的函数来改变，并且其中所述绳索在所述张力小于阈值时在所述滚筒上滑动，并且在所述张力大于所述阈值时在所述滚筒上不滑动。
2.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述用户感知的阻力被配置为根据从多个预定阻力曲线中选择的针对所述滚筒的旋转范围的阻力曲线来变化。
3.根据权利要求2所述的触觉设备，其中所述阻力曲线规定所述用户感知的阻力在所述滚筒的所述旋转范围的至少一部分上线性地变化。
4.根据权利要求2所述的触觉设备，其中所述阻力曲线包括在所述滚筒的旋转范围内的指定位置处的硬停止。
5.根据权利要求1所述的触觉设备，还包括：
通信子系统，通信地耦合到计算设备并且被配置为：
向所述计算设备发送所述滚筒的所述旋转位置，以及
从所述计算设备接收反馈信号，其中所述致动器基于所述信号而被控制以将所述张力施加到所述绳索来提供所述用户感知的阻力，并且其中所述用户感知的阻力进一步至少基于所述计算设备的参数而被确定。
6.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述用户致动力是沿第一致动方向施加的第一用户致动力，其中所述绳索是沿第一方向围绕所述滚筒缠绕的第一绳索，其中所述触觉设备还包括：
第二绳索，沿与所述第一方向相反的第二方向围绕所述滚筒缠绕，其中张力被施加到所述第二绳索，所述第二绳索进一步向所述滚筒施加摩擦力，以使所述用户可致动杆提供与第二用户致动力相反的用户感知的阻力，所述第二用户致动力沿与所述第一致动方向相反的第二致动方向。
7.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述绳索是第一绳索，其中所述致动器是第一致动器，并且其中所述触觉设备还包括：
第二绳索，围绕所述滚筒缠绕；
弹簧，耦合到所述第二绳索并且被配置为偏置所述用户可致动杆；
第二致动器，被操作地耦合到所述第二绳索并且被配置为向所述第二绳索施加张力，所述第二绳索进一步施加摩擦力来制动所述滚筒，以使所述用户可致动杆提供用户感知的阻力，所述用户感知的阻力包括所述弹簧的弹力并且与所述用户致动力相反。
8.根据权利要求1所述的触觉设备，其中所述用户可致动杆包括触发接合件，并且其中所述触觉设备还包括：
指环，被操作地耦合到所述触发接合件并且被配置为：环绕用户的手指并且基于所述用户致动力绕所述触发接合件旋转。
9.根据权利要求8所述的触觉设备，还包括：
触发偏置弹簧，被操作地耦合在所述指环和所述用户可致动杆之间。
10.根据权利要求8所述的触觉设备，其中所述用户可致动杆包括触发开关，所述触发开关被配置为确定所述用户的手指在所述指环上的位置，并且其中所述用户感知的阻力至少基于所述用户的手指在所述指环上的所述位置而被确定。
11.根据权利要求1所述的触觉设备，还包括：
振动触知式致动器，被操作地耦合到所述触觉设备，并且被配置为基于从计算系统接收的信号而振动。
12.根据权利要求1所述的触觉设备，还包括：
音圈致动器，被操作地耦合到所述触觉设备，并且被配置为基于从计算系统接收的信号而振动以传达虚拟纹理。
13.一种触觉设备，包括：
滚筒，被配置为绕轴旋转；
绳索，围绕所述滚筒缠绕；
用户可致动杆，被操作地耦合到所述滚筒并且被配置为接收用户致动力；
位置传感器，被配置为确定所述滚筒的旋转位置；
通信子系统，被通信地耦合到计算设备并且被配置为：
向所述计算设备发送所述滚筒的所述旋转位置，以及
从所述计算设备接收信号，所述信号作为所述滚筒的所述旋转位置的函数来改变；以及
致动器，被操作地耦合到所述绳索并且被配置为基于所述信号向所述绳索施加张力，所述绳索进一步施加摩擦力来制动所述滚筒，以使所述用户可致动杆提供与所述用户致动力相反的用户感知的阻力，并且其中所述绳索在所述张力小于阈值时在所述滚筒上滑动，并且在所述张力大于所述阈值时在所述滚筒上不滑动。
14.根据权利要求13所述的触觉设备，其中所述用户感知的阻力被配置为根据从多个预定阻力曲线中选择的针对所述滚筒的旋转范围的阻力曲线来变化。
15.根据权利要求14所述的触觉设备，其中所述用户感知的阻力包括在所述滚筒的旋转范围内的指定位置处的硬停止。
16.根据权利要求13所述的触觉设备，其中所述用户感知的阻力进一步至少基于所述计算设备的参数而被确定。
17.根据权利要求13所述的触觉设备，其中所述用户致动力是沿第一致动方向施加的第一用户致动力，其中所述绳索是沿第一方向围绕所述滚筒缠绕的第一绳索，其中所述触觉设备还包括：
第二绳索，沿与所述第一方向相反的第二方向围绕所述滚筒缠绕，并且其中张力被施加到所述第二绳索，所述第二绳索进一步向所述滚筒施加摩擦力，以使所述用户可致动杆提供与第二用户致动力相反的用户感知的阻力，所述第二用户致动力沿与所述第一致动方向相反的第二致动方向。
18.根据权利要求13所述的触觉设备，其中所述绳索是第一绳索，其中所述致动器是第一致动器，并且其中所述触觉设备还包括：
第二绳索，围绕所述滚筒缠绕；
弹簧，被耦合到所述第二绳索并且被配置为偏置所述用户可致动杆；
第二致动器，被操作地耦合到所述第二绳索并且被配置为向所述第二绳索施加张力，所述第二绳索进一步施加摩擦力来制动所述滚筒，以使所述用户可致动杆提供用户感知的阻力，所述用户感知的阻力包括所述弹簧的弹力并且与所述用户致动力相反。
19.根据权利要求13所述的触觉设备，还包括：
音圈致动器，被操作地耦合到所述触觉设备，并且被配置为基于从计算系统接收的信号而振动以传达虚拟纹理。
20.一种触觉设备，包括：
滚筒，被配置为绕轴旋转；
第一绳索，沿第一方向围绕所述滚筒缠绕；
第二绳索，沿所述第一方向围绕所述滚筒缠绕；
弹簧，被操作地耦合到所述第二绳索；
用户可致动杆，被操作地耦合到所述滚筒并且被配置为接收用户致动力；
位置传感器，被配置为确定所述滚筒的旋转位置；
通信子系统，被通信地耦合到计算设备并且被配置为：
向所述计算设备发送所述滚筒的所述旋转位置，
从所述计算设备接收第一信号，所述第一信号作为所述滚筒的所述旋转位置的函数来改变，以及
从所述计算设备接收第二信号；
第一致动器，被操作地耦合到所述第一绳索并且被配置为基于所述第一信号向所述第一绳索施加张力，所述第一绳索进一步施加摩擦力来制动所述滚筒，以使所述用户可致动杆提供与所述用户致动力相反的第一用户感知的阻力；以及
第二致动器，被操作地耦合到所述第二绳索并且被配置为基于所述第二信号向所述第二绳索施加张力，所述第二绳索进一步向所述滚筒施加摩擦力，以使所述用户可致动杆提供第二用户感知的阻力，所述第二用户感知的阻力包括所述弹簧的弹力并且与所述用户致动力相反。
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