CN114100110A - 操作装置及游戏手柄 - Google Patents

Abstract

在发明涉及电子设备技术领域，具体公开了一种操作装置及游戏手柄，该操作装置包括：主体和扳机按键，所述扳机按键旋转连接于所述主体；所述扳机按键上设有直线振动马达，所述直线振动马达的振子的振动方向与所述扳机按键的运动方向或转动切线方向相同，以向所述扳机按键输出力。本发明通过在扳机按键上设置直线振动马达，在所述扳机按键运动时直线振动马达可以通过振子运动直接输出力至与扳机按键耦合的人体，从而避免了使用传动装置存在的滞后性改善游戏体验。

Description

操作装置及游戏手柄

技术领域

发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种操作装置及游戏手柄。

背景技术

声音和触觉重放设备在传统游戏体验中是重要的信息反馈渠道，对于提升游戏体验起着重要的作用；触觉的反馈分为皮肤、肌肉层的动触觉，以及影响到肌肉、肌腱以及更深层次关节的力触觉，给操控者传递的信息是不一样的。在传统的游戏及其硬件设计中，对于声音以及动触觉的设计相对比较成熟，近期出现了一些设计方案，开始关注力触觉的再现；力触觉的主要应用场景，包括模拟具有触发过程的扳机回馈力、模拟可变弹性回复力、模拟汽车油门ABS功能回复力、模拟弓箭发射过程释放等多个场景。

对于力触觉重放系统的要求是具备可持续输出力以及较低频率交变输出力的能力。因此力触觉重放系统最常用的设计方法是采用电可控的力矩电机，通过一定的力矩转化装置的方式，可以适当降低对力矩电机的输出力矩要求，但所需的传动装置必须确保足够高的传动效率，其结构设计尺寸以及装配要求很高，并且其输出力必须通过传动装置，存在一定的滞后性，导致使用力触觉控制器时的体验较差。

上述内容仅用于辅助理解发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

发明的主要目的在于提供一种操作装置及游戏手柄，旨在解决现有技术中力触觉重放系统中力触觉控制器在使用时游戏体验较差的技术问题。

为实现上述目的，发明提出一种操作装置，所述操作装置包括：主体和扳机按键，所述扳机按键旋转连接于所述主体；

所述扳机按键上设有直线振动马达，所述直线振动马达的振子的振动方向与所述扳机按键的运动方向或转动切线方向相同，以向所述扳机按键输出力。

可选地，所述操作装置还包括：控制模块；

其中，所述控制模块与所述直线振动马达连接；

所述控制模块，用于输出驱动信号至所述直线振动马达；

所述直线振动马达，还用于在接收到的所述驱动信号时输出力。

可选地，所述操作装置还包括：信息采集模块；

其中，所述信息采集模块设置在所述扳机按键上，所述信息采集模块与所述控制模块连接；

所述信息采集模块，用于对所述扳机按键的运动状态信息和模拟场景信息进行采集，并将采集到的运动状态信息和模拟场景信息发送至所述控制模块；

所述控制模块，还用于根据所述运动状态信息和所述模拟场景信息生成对应的驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述直线振动马达。

可选地，所述控制模块，还用于根据所述运动状态信息确定所述驱动信号的幅值和/或频率，根据所述幅值和/或频率生成对应的运动驱动信号，并将所述运动驱动信号发送至所述直线振动马达；

所述直线振动马达，还用于在接收到所述运动驱动信号时输出力。

可选地，所述控制模块，还用于根据所述模拟场景信息确定所述驱动信号的幅值或频率，根据所幅值或频率生成对应的场景驱动信号，并将所述场景驱动信号发送至所述直线振动马达；

所述直线振动马达，还用于在接收到所述场景驱动信号时输出场景驱动力。

可选地，所述控制模块，还用于根据所述运动状态信息和所述模拟场景信息确定所述驱动信号的幅值和频率，根据所述幅值和频率生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述直线振动马达。

可选地，所述驱动信号包括：非对称驱动信号；

其中，所述非对称驱动信号在所述振子的运动方向上的信号幅值大于预设参考幅值，且所述非对称驱动信号在所述振子的运动方向上的持续施加时间小于参考施力时间；

所述非对称驱动信号在所述振子的运动反方向上的信号幅值小于预设参考幅值，且所述非对称驱动信号在所述振子的运动反方向上的持续施加时间大于参考施力时间。

可选地，所述直线振动马达的振子与定子之间设有阻尼材料，所述阻尼材料非对称设置在垂直于振子运动方向上的定子中线的两端。

可选地，所述控制模块与所述直线振动马达之间通过柔性连接线连接，所述直线振动马达与所述柔性连接线的连接点通过柔性胶水固定。

为实现上述目的，本发明还提出一种游戏手柄，所述游戏手柄包括上述操作装置。

在发明提供了一种操作装置及游戏手柄，该操作装置包括：主体和扳机按键，所述扳机按键旋转连接于所述主体；所述扳机按键上设有直线振动马达，所述直线振动马达的振子的振动方向与所述扳机按键的运动方向或转动切线方向相同，以向所述扳机按键输出力。本发明通过在扳机按键上设置直线振动马达，在所述扳机按键运动时直线振动马达可以通过振子运动直接输出力至与扳机按键耦合的人体，从而避免了使用传动装置存在的滞后性改善游戏体验。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提出的操作装置第一实施例的结构示意图；

图2为本发明提出的操作装置第二实施例的结构示意图；

图3为本发明提出的操作装置第二实施例的扳机按键的行程示意图；

图4为本发明提出的虚拟恢复力提供装置第二实施例中不同场景下的驱动信号的信号波形图；

图5为本发明提出的虚拟恢复力提供装置第二实施例中非对称驱动信号的信号波形图；

图6为本发明提出的虚拟恢复力提供装置第二实施例中阻尼材料的结构示意图；

图7为本发明提出的虚拟恢复力提供装置第二实施例中柔性连接线的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	主体	201	振子
20	扳机按键	202	定子
				30	直线振动马达	S	行程
40	控制模块	A	幅值
				50	信息采集模块	T	周期
60	阻尼材料	70	柔性连接线

发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。

下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。

参照图1，图1为本发明提出的操作装置第一实施例的结构示意图。基于图1提出发明操作装置的第一实施例。

在本实施例中，所述操作装置包括：主体10和扳机按键20，所述扳机按键20旋转连接于所述主体10；

所述扳机按键20上设有直线振动马达30，所述直线振动马达30的振子301的振动方向与所述扳机按键20的运动方向或转动切线方向相同，以向所述扳机按键20输出力。

需要说明的是，主体10是操作装置上固定部分，主体10可以根据在设置的位置上固定。扳机按键20是指游戏手柄上可以根据使用者的操作进行运动或转动的部件。扳机按键20通常与人体的手掌或手指单向耦合。直线振动马达30可用于对能量进行转换，在本实施例中，直线振动马达30用于将电能转换为力。直线振动马达可以在直线运动的方向上通过共振的方式产生一定的驱动力。

应理解的是，直线振动马达包括振子301和定子302，振子301的运动方向应该与扳机按键20的运动方向一致，或者与扳机按键20的转动的切线方向一致。直线振动马达30在接收到驱动信号时，振子301会在设定的方向上运动，从而产生一定的驱动力。振子301的运动过程是在扳机按键20的运动方向或转动切线方向上来回振动，例如扳机按键20的运动方向为水平方向，则振子301在该水平方向上来回振动。直线振动马达30在运行时，振子301在以一定的周期振动过程中会出现远离人体和接近人体的两个方向。在远离人体方向时，直线振动马达30可以利用人体和扳机按键20之间单向耦合的特点，借助人体感知力觉过程中的掩蔽效应，即直线振动马达30的振子301在运动过程中带动扳机按键20压缩人体肌肉组织的感受，掩蔽直线振动马达30的振子301远离人体肌肉组织的释放感，可以给人一种虚拟的持续的力输出感受。

在具体实施中，在用户使用操作装置并对扳机按键20进行转动或移动时，所述直线振动马达30可以通过内部定子302振动输出对应的驱动力，从而以驱动所述扳机按键20产生虚拟回复力，使用户能够直接感受到虚拟回复力。

在本实施例中提供了一种操作装置，该操作装置包括：主体10和扳机按键20，所述扳机按键20旋转连接于所述主体10；所述扳机按键20上设有直线振动马达30，所述直线振动马达30的振子301的振动方向与所述扳机按键20的运动方向或转动切线方向相同，以向所述扳机按键20输出力。本发明通过在扳机按键20上设置直线振动马达30，在所述扳机按键20运动时直线振动马达30可以通过振子301运动直接输出力至与扳机按键耦合的人体，从而避免了使用传动装置存在的滞后性改善游戏体验。

参照图2，图2为本发明提出的操作装置第二实施例的结构示意图。基于上述操作装置提出的第一实施例提出本发明操作装置提出的第二实施例。

在本实施例中，所述操作装置还包括：控制模块40；

其中，所述控制模块40与所述直线振动马达30连接。

需要说明的是，控制模块40可用于对直线振动马达30进行驱动，使直线振动马达30进行工作状态。控制模块40可以根据扳机按键20的运动状态以及当前模拟场景确定直线振动马达30的驱动信号。控制模块40可以设置在扳机按键20上，也可以设置在主体或其他部件上，此处不做具体限定。驱动信号可以是重复频率的震动直线电机自身谐振频率附近15％以内的正弦波、方波、三角波或锯齿波，当然驱动信号还可以是上述波形的组合波。

在具体实施中，在扳机按键20进行转动或移动时，所述控制模块40可以根据所述扳机按键20转动的情况，输出扳机按键20的转动情况对应的驱动信号至所述直线振动马达30；所述直线振动马达30可以在接收到的所述驱动信号时，控制内部振子301根据驱动信号进行振动，以输出力。

在本实施例中，所述操作装置还包括：信息采集模块50；

其中，所述信息采集模块50设置在所述扳机按键20上，所述信息采集模块50与所述控制模块40连接。

需要说明的是，信息采集模块50可用于对扳机按键20的运动状态信息以及操作装置所要模拟的场景信息进行检测。其中运动状态信息是指用户在使用操作装置时进行操作导致扳机按键20运动的运动状态信息。参照图3，例如用户可以将扳机按键20不做移动，将扳机按键20移动部分行程，将扳机按键20移动全部行程三种情况，信息采集模块50可以在以上三种情况下分别对扳机按键20的行程进行采集并将采集到的扳机按键20的运动状态信息输入至控制模块40。当然信息采集模块50还可以对当前操作装置所要模拟的场景进行确定，例如部分游戏中的射击场景、射箭游戏的场景以及部分竞速游戏中离合器、油门或刹车等场景。

在具体实施中，在用户使用操作装置进行操作时，所述信息采集模块50可以对所述扳机按键20的运动状态信息和操作装置所模拟场景信息进行采集，并将采集到的运动状态信息和模拟场景信息发送至所述控制模块40；所述控制模块40根据所述运动状态信息和所述模拟场景信息生成对应的驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述直线振动马达30，以使直线振动马达30根据驱动信号控制振子301运动，从而输出符合当前模拟场景信息以及扳机按键20的行程信息的驱动力，带动扳机按键20产生虚拟回复力施加到用户单体上。

需要说明的是，在操作装置模拟的场景类型信息确定时，控制模块40可以单独通过扳机按键20的运动状态信息确定驱动信号的幅值、频率等相关信息。当然控制模块40可以在不需要考虑驱动信号频率的情况下，单独根据扳机按键20的运动状态信息确定驱动信号的幅值进而得到驱动信号。例如在射箭游戏中，扳机按键20运动一半的行程和运动全部的行程，用户感受到的虚拟回复力的频率均相同，而用户感受到虚拟回复力的大小有很大的区别。扳机按键20运动一半的行程，用户并不需要承受较大的虚拟回复力；而扳机按键20运动全部的行程时，用户需要承受十分强大的虚拟回复力，甚至用户无法将弓拉开，导致扳机按键20根本无法到达全部的行程。当然在运动信息状态下，控制模块40还需要根据扳机按键20的运动状态信息同时确定驱动信号的振幅和频率，从而输出更加真实的虚拟回复力。

在具体实施中，所述控制模块40根据信息采集模块50采集到的所述运动状态信息确定所述驱动信号的幅值、频率或幅值和频率，根据所述幅值、频率或幅值和频率生成对应的运动驱动信号，并将所述运动驱动信号发送至所述直线振动马达30；所述直线振动马达30在接收到所述运动驱动信号时，根据该运动驱动信号控制振子301进行运动，输出运动驱动力以驱动所述扳机按键20产生运动虚拟回复力。

需要说明的是，在扳机按键20的运动状态信息相同时，控制模块40还可以根据操作装置所模拟的模拟场景类型确定驱动信号的频率、振幅或频率和振幅。例如在扳机按键20的运动状态信息均为全部行程时，模拟射箭游戏中并不需要对驱动信号的频率进行限定。控制模块40可以不考虑驱动信号的频率，直接根据需要模拟的射箭场景确定当前所需要输出的驱动信号的幅值，在该幅值的驱动信号可以使直线振动马达30能够产生对应的驱动力。并且在射击游戏中使用机枪射击时，同样为扳机按键20的运动状态信息均为全部行程的情况下，控制模块40更多的需要考虑驱动信号的频率，生成对应频率的驱动信号，直线振动马达30也可以根据该驱动信号的频率输出对应频率的驱动力，从而带动扳机按键20按照该驱动频率输出力至人体，进而模拟处机枪射击的力触觉场景。当然在部分场景内，控制模块40还需要根据扳机按键20的运动状态信息同时确定驱动信号的振幅和频率，从而输出更加真实的虚拟回复力。

在具体实施中，控制模块40根据所述模拟场景信息确定所述驱动信号的幅值或频率，根据所幅值或频率生成对应的场景驱动信号，并将所述场景驱动信号发送至所述直线振动马达30；所述直线振动马达30在接收到所述场景驱动信号时输出场景驱动力以驱动所述扳机按键20产生场景虚拟回复力。

当然，在本实施例中所述控制模块40还可以同时根据扳机按键20的运动状态信息和虚拟回复力通过装置的模拟场景信息确定所述驱动信号的幅值和频率，根据所述幅值和频率生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述直线振动马达30。例如在涉及游戏的场景下，使用手枪、机枪或重机枪不同枪械的情况下，参照图4，在使用手枪时，更多的需要考虑的是驱动信号的幅值，而在使用机枪或重机枪时，需要同时考虑驱动信号的频率以及幅值。

在本实施例中，驱动信号可以在扳机按键20的运动行程中，根据通过需求设计输出驱动力的幅度为扳机按键20提供输出虚拟回复力的幅度，从而让使用者感受到沿着移动或者转动方向一个可控的、持续的力的输出。

具体可以包括：根据扳机按键20的行程设置不同振幅的驱动信号，实现不同行程的差异化力反馈；根据扳机按键20所要模拟的场景类型，设置不同幅值变化规律的驱动信号，实现不同场景的差异化力反馈；根据扳机按键20所要模拟的场景类型，设置时间间隔不同的脉冲振动波形，实现不同场景下间隔一定时间的差异化振动反馈，例如扳机扣到底时，手枪只出一个脉冲振动，机枪则出连续的脉冲振动；根据扳机按键20的行程设置不同频率振动，模拟软硬程度的差异，实现不同行程的差异化触觉反馈；根据扳机按键20行程同时设置不同的振幅和频率，实现不同行程的差异化触觉反馈。

应理解的是，在本实施例中，所述驱动信号还可以是非对称驱动信号；

其中，所述非对称驱动信号在所述振子301的运动方向上的信号幅值大于预设参考幅值，且所述非对称驱动信号在所述振子301的运动方向上的持续施加时间小于参考施力时间；所述非对称驱动信号在所述振子301的运动反方向上的信号幅值小于预设参考幅值，且所述非对称驱动信号在所述振子301的运动反方向上的持续施加时间大于参考施力时间。

需要说明的是，其中预设参考幅值为预先设定的用于对振子301运动方向上的幅值以及运动反方向上的幅值的限定。预设参考幅值需要大于驱动信号最大幅值的一半。参考施力时间是指驱动信号的幅值达到预设参考幅值并恢复至原状态的周期性输出的时间。参照图5，非对称驱动信号以驱动信号的最大幅值输出为100％A量程，周期性输出力时间为100％T；在扳机按键20需求的输出力方向上具有大于50％A的幅值、并且持续时间较低于50％T的持续驱动信号；在需求输出力反方向上驱动信号的幅值小于50％A，并且持续时间大于50％T。

在操作装置使用过程中，直线振动马达30的振子301一直处于简谐运动状态，在振子301远离人体肌肉组织运动时会存在一定的释放感。通过设置上述非对称驱动信号，在短时间内可以利用坐标轴下方的幅值较大的虚拟回复力掩蔽坐标轴上方的振子301方向振动产生的释放感。

在本实施例中，参照图6，所述直线振动马达30的振子301与定子302之间设有阻尼材料60，所述阻尼材料60非对称设置在垂直于振子301运动方向上的定子302中线的两端。

需要说明的是，阻尼材料60是将固体机械振动能转变为热能而耗散的材料，主要用于振动和噪声控制。材料的阻尼性能可根据它耗散振动能的能力来衡量，评价阻尼大小的标准是阻尼系数。在本实施例中，阻尼材料60可以是阻尼胶或者硅胶等阻尼系数较高的材料。阻尼材料60非对称设置在垂直于振子301运动方向上的定子302中线的两端，可以使振子301在运动过程中处于扳机按键20运动的方向与反方向上的受到的阻尼力并不相同，以确保直线振动马达30在具有大于50％A，并且持续时间小于50％T持续驱动信号期间，对外输出驱动力，以驱动扳机按键20产生虚拟回复力，大于在电信号幅值较低(<50％A)，且持续时间更长t2(>50％T)时驱动扳机按键20产生的虚拟回复力。

在本实施例中，所述控制模块40与所述直线振动马达30之间通过柔性连接线70连接，所述直线振动马达30与所述柔性连接线70的连接点通过柔性胶水固定。

需要说明的是，参照图7，柔性连接线70是具有一定延伸性的连接线。柔性连接线70可以是柔性电路板或有线电视线缆等连接线。在扳机按键20运动过程中需要控制模块40与直线振动马达30之间的连接线具有一定的预留空间，以确定在扳机按键20在运动过程中造成连接线脱落影响驱动信号的传递。此外，在直线振动马达30与所述柔性连接线70的连接点通过柔性胶水进行固定，可以确保其连接牢固度的同时，降低了运动过程对电气连接的影响。

在本实施例中，通过直线振动马达30的谐振特性、设置不同运动状态信息和虚拟场景类型下的驱动信号以及加速过程中阻尼材料60提供的阻尼力的作用，加大压缩周期内的驱动力，运动速度，并且采用接近或者等于直线振动马达30的谐振频率的驱动信号，从而实现尽量大的阻尼力、驱动力接近于真实力反馈的虚拟回复力触觉反馈。而通过利用直线振动马达30的谐振特性、设置不同运动状态信息和虚拟场景类型下的驱动信号以及加速过程中阻尼材料60提供的阻尼力的作用，可以更加真实在扳机按键20上的模拟出虚拟回复力，在避免使用传动装置存在的滞后性的同时改善游戏体验。

此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种游戏手柄，所述游戏手柄包括如上述的操作装置。该过操作装置的具体结构参照上述实施例，由于本游戏手柄采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述

以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种操作装置，其特征在于，所述操作装置包括：主体和扳机按键，所述扳机按键旋转连接于所述主体；

所述扳机按键上设有直线振动马达，所述直线振动马达的振子的振动方向与所述扳机按键的运动方向或转动切线方向相同，以向所述扳机按键输出力。

2.如权利要求1所述的操作装置，其特征在于，所述操作装置还包括：控制模块；

其中，所述控制模块与所述直线振动马达连接；

所述控制模块，用于输出驱动信号至所述直线振动马达；

所述直线振动马达，还用于在接收到的所述驱动信号时输出力。

3.如权利要求2所述的操作装置，其特征在于，所述操作装置还包括：信息采集模块；

其中，所述信息采集模块设置在所述扳机按键上，所述信息采集模块与所述控制模块连接；

所述信息采集模块，用于对所述扳机按键的运动状态信息和模拟场景信息进行采集，并将采集到的运动状态信息和模拟场景信息发送至所述控制模块；

所述控制模块，还用于根据所述运动状态信息和所述模拟场景信息生成对应的驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述直线振动马达。

4.如权利要求3所述的操作装置，其特征在于，所述控制模块，还用于根据所述运动状态信息确定所述驱动信号的幅值和/或频率，根据所述幅值和/或频率生成对应的运动驱动信号，并将所述运动驱动信号发送至所述直线振动马达；

所述直线振动马达，还用于在接收到所述运动驱动信号时输出力。

5.如权利要求4所述的操作装置，其特征在于，所述控制模块，还用于根据所述模拟场景信息确定所述驱动信号的幅值或频率，根据所幅值或频率生成对应的场景驱动信号，并将所述场景驱动信号发送至所述直线振动马达；

所述直线振动马达，还用于在接收到所述场景驱动信号时输出场景驱动力。

6.如权利要求5所述的操作装置，其特征在于，所述控制模块，还用于根据所述运动状态信息和所述模拟场景信息确定所述驱动信号的幅值和频率，根据所述幅值和频率生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述直线振动马达。

7.如权利要求6所述的操作装置，其特征在于，所述驱动信号包括：非对称驱动信号；

其中，所述非对称驱动信号在所述振子的运动方向上的信号幅值大于预设参考幅值，且所述非对称驱动信号在所述振子的运动方向上的持续施加时间小于参考施力时间；

所述非对称驱动信号在所述振子的运动反方向上的信号幅值小于预设参考幅值，且所述非对称驱动信号在所述振子的运动反方向上的持续施加时间大于参考施力时间。

8.如权利要求7所述的操作装置，其特征在于，所述直线振动马达的振子与定子之间设有阻尼材料，所述阻尼材料非对称设置在垂直于振子运动方向上的定子中线的两端。

9.如权利要求8所述的操作装置，其特征在于，所述控制模块与所述直线振动马达之间通过柔性连接线连接，所述直线振动马达与所述柔性连接线的连接点通过柔性胶水固定。

10.一种游戏手柄，其特征在于，所述游戏手柄包括：权利要求1-9任一项所述的操作装置。

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