CN112055605A

CN112055605A - 用于计算设备的反馈控制器

Info

Publication number: CN112055605A
Application number: CN201880093022.3A
Authority: CN
Inventors: S·高希; 埃里克·法金
Original assignee: Hp Development Company LLP
Current assignee: Hp Development Company LLP
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: US20210357032A1; US11347313B2; WO2020072043A1; CN112055605B; EP3773941A4; EP3773941A1

Abstract

公开一种用于计算设备的示例反馈控制器。所述反馈控制器包括围绕用户手腕的一部分布置的袖套。此外，所述反馈控制器还包括用户用手握住的手柄。另外，所述反馈控制器还包括联接至手柄和袖套的第一致动器，所述第一致动器用于移动所述手柄。

Description

用于计算设备的反馈控制器

背景技术

计算设备可以向用户提供动觉或触觉反馈，以增强用户的体验。具体地，这种反馈可以包括物理力、压力、振动等，其可以在使用相关计算设备期间被用户“感觉”到。

附图说明

以下将参考附图描述各个示例：

图1为根据一些实施例的围绕人的手腕和手布置的示例反馈控制器的侧视透视图；

图2为根据一些实施例的图1的示例反馈控制器的顶视透视图；

图3为根据一些实施例的围绕人的手腕和手布置的示例反馈控制器的示意图；

图4为根据一些实施例的联接至计算设备和显示器的图1的示例反馈控制器的示意图；和

图5-7为根据一些实施例的图1的示例反馈控制器在用户与虚拟对象交互时的示意图。

具体实施方式

以下讨论是针对各个示例的。但是，应当意识到，本文所公布的示例具有广泛的适用范围，且对任何示例的讨论仅是作为该示例的示范，而不旨在建议将本公布的范围，包括权利要求，限制于该示例。

图中的图形不必须是按比例的。本文的某些特征和部件可能在在比例上有所夸大，或以某种示意的形式显示，并且一些常规元件的某些细节，可能为了清楚和简洁而没有显示。

在下列讨论中以及在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式使用，因此应解释为意味着“包括但不限于……”。此外，术语“联接”或“多个联接”指的是间接和直接的连接。因此，如果第一设备联接至第二设备，该连接可以是通过两个设备的直接连接，或可以是通过其它设备、部件、节点和连接而建立的间接连接。此外，如本文所使用的，术语“轴向”和“轴向地”一般指沿着或平行于给定轴线(例如，本体或部分的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”一般指垂直于给定轴线。譬如，轴向距离是指沿着或平行于轴线测量的距离，而径向距离是指垂直于轴线测量的距离。如本文所使用的，“触觉反馈”是指与物体的操作和感知相对应的触觉感觉。

如前所述，计算设备可以向用户提供触觉反馈，以增强用户的体验。这种触觉反馈对于沉浸式数字环境(例如，由虚拟现实设备提供的环境)尤其有用，由此用户可以经由触觉反馈感知数字环境。因此，本文所公开的示例提供反馈控制器，用于向用户提供触觉反馈，从而允许控制器的用户接收来自布置于虚拟环境(例如，诸如虚拟现实环境)中的虚拟对象、图形、表面等的触觉反馈。因此，本文所公开的示例反馈控制器可以允许用户更有效地“感觉”虚拟环境以及其中包含的对象和特征。

现在参考图1和2，其示出了用于计算设备(图1中未示出)的反馈控制器10。控制器10通常包括袖套12、手柄20和一对致动器40、60。如以下将更详细描述的，致动器40、60移动(例如，分别平移、旋转)手柄20，使得触觉反馈在操作期间经由控制器10传递至用户的手72和手腕70。

袖套12是一种可变形材料(例如，织物、聚合物等)，可一次性使用在或可穿戴在用户的手72和/或手腕70处。在此示例中，袖套12类似于手套，且围绕用户的手72的手腕70布置。因此，袖套12在本文中称作为“可穿戴袖套”。在其它示例中，袖套12可以包括围绕手腕70延伸的带，在其它示例中，袖套12可以包括完全包裹用户的手72和手腕70的手套。在另外的示例中，袖套12可以围绕用户的手腕70的一部分布置(例如，袖套12可以围绕用户的整个手腕70布置，或者围绕用户的少于整个的手腕70布置)。因此，袖套12的具体形状、尺寸和设置在不同的示例中可以有很大的不同。此外，袖套12可以通过任何合适的方法制造，诸如，缝纫。在一些实施例中，袖套12可以通过增材制造工艺制成，例如三维(3D)打印。

第一致动器40安装至袖套12，其靠近手腕70(例如，如图1所示，当袖套12围绕用户的手72和手腕70穿戴或布置时)。一个细长构件50(例如杆)联接至第一致动器40和手柄20。具体地，细长构件50包括联接至手柄20的第一端50a和与第一端50a相对并联接至第一致动器40的第二端50b。第一致动器40是线性致动器，并且相对于第一致动器40、袖套12和手腕70选择性地伸出和缩回细长构件50。具体地，在此示例中，第一致动器40通常将沿着图1和2中所示的方向45，选择性地分别从第一致动器40、袖套12和手腕70伸出细长构件50的第一端50a(且由此也可以是手柄20)和朝向第一致动器40、袖套12和手腕70缩回细长构件50的第一端50a(且由此也可以是手柄20)。尽管细长构件50在此示例中通常是弯曲的，应当意识到，细长构件50在接近第二端50b的地方基本上是线性的或直线的。因此，当致动器40平移细长构件50以沿着方向45伸出和缩回第一端50a时，手柄20也通常沿方向45平移。在操作过程中，手柄20沿线性方向45的平移(具体为缩回和伸出)分别导致手腕70的弯曲和伸展。

如图2所示，在一些示例中，细长构件50在接近第二端50b处可以是弯曲的，使得当第一致动器40沿着方向45伸出和缩回细长构件的第一端50时，手柄20沿着弧形方向47平移、而不是沿着直线的或线性方向45。在这些示例中，细长构件50的第一端50a的伸出和缩回最终仍可能导致用户的手腕70在操作时的弯曲或伸展。

应当进一步意识到，在一些实施例中，手柄20分别沿着线性或弯曲方向45或47的驱动，也可以由其它因素决定(除了或替代细长构件50在接近第二端50b处的形状)。例如，在一些实施例中，第一致动器40和细长构件50之间的接合和/或甚至第一致动器40所使用的致动器类型都可能更改，以影响第一端50a(和手柄20)的最终路径或方向。具体地，简要参考图3，在一些实施例中，细长构件50可以包括弯曲的传动齿条80，并且第一致动器40可以包括小齿轮82，使得当小齿轮82旋转并与齿条80啮合时，手柄20沿着弯曲路径47平移。

再次参考图1和2，在操作过程中，用户的手72握住手柄20。在此示例中，手柄20大体上为具有中心或纵向轴线25的圆柱形构件。在其它的示例中，手柄20的轮廓可以使得手72在操作过程中能够舒适地紧握。如前所述，手柄20联接至细长构件50的第一端50a。具体地，手柄20经由第二致动器60枢转地联接至细长构件50的第一端50a。第二致动器60为旋转致动器，其驱动手柄20绕旋转轴线65相对于细长构件50旋转或枢转。在此示例中，轴线65与手柄20的轴线25正交；但是，在其它实施例中可能不包括这种关系。因此，第二致动器60绕轴线65枢转手柄20，从而导致手腕70沿如图1和2所示的弧形方向67的尺偏和/或桡偏。

致动器40、60可以是任何合适的驱动器或致动器。在一些实施例中，致动器40和/或致动器60为电动电机(例如，伺服电机)。在其它实施例中，致动器40和/或致动器60是气动或液压电机。

另外，应当意识到，手柄20在此实施例中不是直接安装至袖套12，而是经由细长构件50和第一致动器40联接至袖套12。在使用过程中(如图1和图2所示)，手柄20可以由于用户的手72握住手柄20而与袖套12的一部分接合。但是，这种接触和接合不等于手柄20直接安装至袖套12。通过不直接地将手柄20安装至袖套12，第二致动器60可以自由地绕轴线65枢转手柄20，而不会导致袖套12变形。

现在参考图4，反馈控制器10可以联接至计算设备100，使得致动器40、60可以经由从计算设备100发出的命令而被致动，以根据需要平移和/或旋转手柄20。计算设备100可包括可操作地用于执行机器可读指令，并发出用于致动电机、驱动器或其它致动器(例如致动器40、60)的命令的任意合适的装置。在一些示例中，计算设备100可包括台式电脑、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等。具体地，在此示例中，计算设备100包括处理器102和存储器104。

处理器102(例如，微处理器、中央处理器或这些处理器设备的集合等)执行在存储器104上提供的机器可读指令。在执行存储器104上的机器可读指令时，处理器102向计算设备100提供本文所描述的所有功能。存储器104可以包括易失性存储器(例如，随机存取存储器)，非易失性存储器(例如，快闪存储器，只读存储器等)，或易失性和非易失性存储器的组合。机器可读指令使用或产生的数据也可以存储在存储器104上。

计算设备100通过多个导体108可通信地联接或链接至致动器40、60，这些导体108可以包括用于传输功率和/或控制信号(例如，电信号、光信号等)的任意合适的导电元件。例如，在一些示例中，导体可能包括导电电线(例如金属电线)、光纤电缆或它们的一些组合。在其它示例中，计算设备100经由无线连接(或联接)或多个这样的连接(如无线网络、

近场通信、红外、射频通信等)与致动器40、60通信。

此外，在此示例中，计算设备100联接至(或者包括)显示器106。显示器106可以是用于供用户查看的、视觉显示信息、图形、图像等的任意合适的设备或部件。例如，在一些实施例中，显示器106可以包括计算机监视器。在其它示例中，显示器106可以包括虚拟现实头戴式耳机(或者可合并在这样的头戴式耳机中)。显示器106可采用任何合适的显示技术，诸如，例如液晶显示技术(LCD)、发光二极管(LED)技术、等离子显示技术、投影显示技术等。

显示器106、计算设备100和反馈控制器10可以各自使用一个公共电源(如电池、电容器、墙插等)。但是，在其它实施例中，显示器106、计算设备100和/或反馈控制器10可以每个使用一个单独的专用电源。

在操作过程中，计算设备100(例如，经由处理器102执行的机器可读指令)向致动器40、60发出命令(例如，控制信号)，从而引起手柄20产生所需的运动，和由此导致的对用户的手72和手腕70的所需的触觉力或反馈。如以下将更详细地描述的，经由计算设备100提供给致动器40、60的命令基于用户和用户在显示器106上所看见的数字图像、物体、表面等之间的交互给予用户的手72和手腕70触感或触觉反馈。

参考图4，在一些示例中，计算设备100产生用户在显示器106上观看的虚拟现实环境。如前所述，在这些示例中，显示器106(可能也是计算设备100)可以被集成至用户穿戴的虚拟现实头戴式耳机(未示出)中。在这些示例的一些中，用户可以使用反馈控制器10交互和操作虚拟环境。具体地，在这些示例中，控制器10可进一步包括联接至手柄20的用户界面部件或设备22，以允许用户在虚拟环境中提供输入(例如，光标或字符移动，选项选择等)。用户界面设备22可以包括，例如，按钮、触摸敏感表面、操纵杆等。另外，在一些示例中，一个或多个传感器(例如，运动传感器，惯性传感器，陀螺仪等)24可以联接至手柄20(或控制器10的一些其它部分)，以向计算设备100提供用于显示器106所产生的虚拟环境中的虚拟对象(例如，手，游标，工具等)的运动的输入。因此，在操作过程中，控制器10在物理空间内的(其有时被称为“肉空间”)的运动也可以对应于计算设备100在虚拟环境中产生的和用户在显示器106上看到的对应的运动(如游标，虚拟手或工具等)。应当意识到，用户界面设备22和传感器24都可以经由如上所述用于致动器40、60的导体108或无线连接而联接至计算设备100。

现在综合地参考图4-7，当用户与显示器106所描绘的虚拟环境交互时，计算设备100提供命令以引起致动器40、60的动作，该动作代表来自虚拟环境的对手柄(且由此是用户的手72)的触觉反馈。

例如，具体地参考图4和图5，当用户移动控制器10以沿方向112推动虚拟对象110(例如，布置在由计算设备100上生成和由显示器106描绘的虚拟环境中的对象)时，其对应于推动虚拟对象110横向地经过用户身体的前面，计算设备100(具体是处理器102)可以向第一致动器40发出一个命令(或多个命令)，以沿着方向45从手腕70且由此也是从手柄20伸出细长构件50的第一端50a。如前所述，手柄20的伸出导致手腕70的伸出。

现在参考图4和6，当用户移动控制器10以沿方向114推动虚拟对象110时，其对应于将对象直接推离用户，计算设备100(具体是处理器102)可以向第一致动器40发出一个命令(或多个命令)，以沿着路径45朝向手腕70且由此也是朝向手柄20缩回细长构件50的第一端50a。细长构件50沿着45路径的缩回导致手柄20和手72沿着方向45的运动(具体是平移)，且因此也导致手腕70的弯曲。

上述的由致动器40和细长构件50引起的手柄20和手72的运动，可以为用户提供虚拟物体110沿方向112、114(见图5和图6)的运动的阻力感。此外，尽管没有明确示出，应当意识到，虚拟物体110沿如图6中所示的方向114的运动也可以导致计算设备100向第二致动器60发出一个命令(或多个命令)，以绕轴线65(即沿着图1和2所示的弧形路径67)旋转手柄20，从而形成手腕70的尺偏或桡偏。通过计算设备100对手柄20的这种旋转可进一步为用户提供一种来自虚拟对象110的阻力感，如之前所述的由致动器40对手柄20的移动。

现在参考图4和图7，如果用户沿着方向116(例如，其可与重力方向相对)举起或捡起虚拟对象110，计算设备100可以向第二致动器60发出一个命令(或多个命令)，以绕轴线65向下地(或如图7所示以顺时针方向)旋转或枢转手柄20，以造成手腕70的尺偏。当在虚拟环境中沿着116方向举起虚拟物体110时，由第二致动器60引起的手柄20的这种运动可以为用户提供一种虚拟物体110的重量感。

本文所公开的示例包括用于向用户提供触觉反馈的反馈控制器，从而允许控制器的用户接收来自布置在虚拟环境中的虚拟对象、图形、和表面的触觉反馈。因此，本文所公开的示例反馈控制器的使用，可以允许用户更有效地“感觉”虚拟环境以及其中包含的对象和特征，这样可以增强用户的整体体验。

尽管本文所示的反馈控制器10的示例分别包括沿着控制器10布置在分离位置的第一和第二致动器40和60，应当意识到，在其它示例中，致动器40和60的位置可以改变。例如，在一些实施例中，致动器40、60可以安装在控制器10内相同的位置(或接近相同的位置)，诸如位于手柄20处或在其附近。因此，致动器40、60的所描述的精确的位置仅仅是对一些示例实施例的说明。

上述讨论旨在说明本公开的原则和各种示例。一旦上述公开被充分理解，许多变化和修改对本领域的技术人员将变得很明显。下述权利要求应被解释为包含所有这些变化和修改。

Claims

1.一种用于计算设备的反馈控制器，所述控制器包括：

围绕用户的手腕的一部分布置的袖套；

用于由所述用户的手握住的手柄；和

联接至所述手柄和所述袖套的第一致动器，所述第一致动器用于移动所述手柄。

2.根据权利要求1所述的反馈控制器，包括联接至所述手柄的第二致动器，其中所述第一致动器用于相对于所述袖套平移所述手柄，并且其中所述第二致动器用于围绕一轴线旋转所述手柄。

3.根据权利要求2所述的反馈控制器，包括联接至所述手柄的细长构件，其中所述第一致动器用于伸出和缩回所述细长构件，并且其中所述第二致动器用于围绕所述轴线相对于所述细长构件旋转所述手柄。

4.根据权利要求3所述的反馈控制器，其中所述细长构件利用所述第一致动器联接至所述袖套。

5.根据权利要求3所述的反馈控制器，其中所述第一致动器和所述第二致动器通信地联接至所述计算设备，并且其中所述第一致动器和所述第二致动器用于基于来自所述计算设备的命令而致动。

6.一种用于计算设备的反馈控制器，所述控制器包括：

用于由用户的手握住的手柄；和

联接至所述手柄的第一致动器，其中所述第一致动器用于联接至所述用户的手腕且通信地联接至所述计算设备，并且

其中所述第一致动器用于基于来自所述计算设备的第一命令移动所述手柄。

7.根据权利要求6所述的反馈控制器，包括联接至所述手柄的第二致动器，其中所述第二致动器通信地联接至所述计算设备，其中所述第一致动器用于基于所述第一命令平移所述手柄，并且其中所述第二致动器用于基于来自所述计算设备的第二命令绕一轴线旋转所述手柄。

8.根据权利要求7所述的反馈控制器，其中所述手柄联接至所述细长构件，其中所述第一致动器用于通过致动所述细长构件而平移所述手柄。

9.根据权利要求8所述的反馈控制器，其中所述第一致动器用于伸出和缩回所述细长构件。

10.根据权利要求8所述的反馈控制器，其中所述手柄能旋转地联接至所述细长构件，其中所述第二致动器绕所述轴线相对于所述细长构件旋转所述手柄。

11.根据权利要求7所述的反馈控制器，包括用于覆盖所述手腕的一部分的袖套，其中所述第一致动器安装至所述袖套。

12.一种用于计算设备的反馈控制器，所述控制器包括：

可穿戴袖套；

联接至所述可穿戴袖套的第一致动器；

联接至所述第一致动器的细长构件；

能旋转地联接至所述细长构件的手柄；和

联接至所述手柄的第二个致动器，

其中所述第一致动器用于伸出和缩回所述细长构件以平移所述手柄，并且

其中所述第二致动器用于旋转所述手柄。

13.根据权利要求12所述的反馈控制器，其中所述第一致动器和所述第二致动器通信地联接至所述计算设备，其中所述第一致动器和所述第二致动器用于基于来自所述计算设备的命令而致动。

14.根据权利要求12所述的反馈控制器，其中所述第二致动器联接至所述细长构件并用于绕一轴线相对于所述细长构件旋转所述手柄。

15.根据权利要求12所述的反馈控制器，其中所述第一致动器对所述细长构件的伸出和缩回用于引起用户手腕的伸展和弯曲，其中所述第二致动器对所述手柄的旋转用于引起所述手腕的尺偏和桡偏。