CN115942981A - 具有可伸缩控制杆的视频游戏控制器 - Google Patents

Abstract

一种控制器、指拨杆或系统，包括：指拨杆主体；指拨杆轴，所述指拨杆轴联接到所述指拨杆主体，其中所述指拨杆轴被配置为缩回到所述指拨杆主体中，并且其中所述指拨杆主体和所述指拨杆轴能够在控制器主体内绕着枢轴中心一起自由地旋转。

Description

具有可伸缩控制杆的视频游戏控制器

发明领域

本公开涉及控制器领域。具体来说，本公开的方面涉及便携式游戏控制器。

发明技术

已使用游戏控制器来控制从计算机到游戏控制台的各种计算装置。便携式计算装置通常具有用于操纵杆型游戏控制器输入的有限选项。操纵杆通常包括在基座上枢转的杆。基座中的机构向它正在控制的装置报告角度或方向。在一些实现方式中，所述机构也报告量值。

使用起来较舒适的操纵杆也不是十分轻便可携，因为大体上操纵杆的杆与用户的手大小必须大致相同才能被舒服地握住。这意味着在便携式计算装置上设有操纵杆是不切实际的。

模拟凸钮是便携式的，但对于用户来说也非常不舒服。模拟凸钮与操纵杆类似之处是它们在基座上枢转并向它正在控制的装置报告角度或方向。模拟凸钮在球体上具有平坦表面或粗糙区域，而不是杆。用户用其拇指施加压力来移动所述平坦表面或粗糙区域。片刻之后，这可能会变得相当不舒服，因为用户的拇指与表面之间必须发生摩擦。

指拨杆表示用于控制器输入的第三选项。类似于操纵杆；它们在基座上枢转并向正被控制的装置报告角度或方向(有时候还有量值)。与操纵杆不同，指拨杆包括用户可用其拇指移动的小突起，而不是用户握住的杆。指拨杆比模拟凸钮令用户感到更舒适，并且比操纵杆小，但仍然很轻便可携。指拨杆的突起从控制器的表面向上竖起并且可能会容易勾住衣服或其他薄材料，因此使指拨杆容易破裂。

正是在此背景下提出了本发明的实施方案。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述，可容易地理解本公开的教示，在附图中：

图1示出现有技术的指拨杆的剖视侧视图。

图2A示出根据本公开的方面的可伸缩指拨杆的剖视侧视图。

图2B绘示根据本公开的多个方面的图2A的可伸缩指拨杆的剖视侧视图，其中其轴缩回到指拨杆主体中。

图3A是根据本公开的多个方面的处于伸出状态的具有变深的主体空腔的可伸缩指拨杆的剖视侧视图。

图3B是根据本公开的多个方面的处于缩回状态的具有变深的主体空腔的可伸缩指拨杆的剖视侧视图。

图4A是根据本公开的多个方面的具有凸片的指拨杆轴的线框等角视图。

图4B所示的图示出了根据本公开的多个方面的具有狭槽和通道的指拨杆主体的线框等角视图。

图4C所示的图绘示了根据本公开的多个方面的缩回到指拨杆主体中的指拨杆轴的线框等角视图。

图4D所示的图示出了根据本公开的多个方面的从指拨杆主体伸出的指拨杆轴的线框等角视图。

图5所示的图绘示了根据本公开的多个方面的具有非牛顿液体的指拨杆轴和指拨杆主体的线框等角视图。

图6所示的图绘示了根据本公开的多个方面的具有液体和致动器的指拨杆轴和指拨杆主体的线框等角视图。

图7所示的图绘示了根据本公开的多个方面的具有凸片和指拨杆主体总成的指拨杆轴的剖视图，和指拨杆主体的特征的展开图，所述特征包括多个狭槽、通道和搁板。

图8绘示了根据本公开的多个方面的具有控制器的系统，所述控制器具有可伸缩模拟杆。

具体实施方式

虽然以下详细描述含有用于说明目的的许多具体细节，但本领域的技术人员将了解，以下细节的许多变化和更改属于本发明的范畴内。因此，在决不会失去一般性并且不对所主张的发明施加限制的情况下陈述下文描述的本发明的实施方案的示例。

虽然陈述众多具体细节以便提供对本发明的实施方案的透彻理解，但本领域的技术人员将理解可在没有这些具体细节的情况下实践其他实施方案。在其他情况下，未详细描述熟知的方法、程序、组件和电路，以免掩盖本公开的方面。本文中的描述的一些部分是按照对计算机存储器内的数据位或二进制数字信号的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示可以是由数据处理领域的技术人员用来向本领域的其他技术人员传达其工作的实质内容的技术。

如本文所使用的算法是导致期望结果的动作或操作的自相一致的序列。这些操作包括对物理量的物理操纵。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式进行操纵的电或磁信号的形式。主要出于习惯用语的原因，有时已证明将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等是方便的。

除非明确地指出或另外从以下论述中显而易见，将了解，在本说明书中，利用诸如“处理”、“计算”、“转换”、“协调”、“确定”或“识别”等术语的论述是指计算机平台的动作和处理，所述计算机平台是电子计算装置，所述电子计算装置包括处理器，所述处理器对在处理器的寄存器和可存取平台存储器内表示为物理(例如，电子)量的数据进行操纵并且将所述数据变换为在计算机平台存储器、处理器寄存器或显示屏幕内同样表示为物理量的其他数据。

计算机程序可存储在计算机可读存储介质中，诸如但不限于任何类型的盘片，包括软盘、光盘(例如，压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、数字视频光盘(DVD)、Blu-Ray Discs^TM等)，和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光学卡、快闪存储器，或适合于存储电子指令的任何其他类型的非暂时性介质。

术语“联接”和“连接”以及其派生词在本文中用于描述用于执行本文所述的操作的设备的组件之间的结构关系。应理解，这些术语不意欲为彼此的同义词。而是，在一些特定情况下，“连接”可指示两个或更多个元件彼此直接物理连接和电接触。在一些其他情况下，“已连接”、“连接”及其派生词用于指示例如神经网络中的节点层之间的逻辑关系。可使用“联接”来指示两个或更多个元件彼此直接或间接(其间有其他介入元件)物理或电接触，和/或两个或更多个元件彼此共同操作或通信(例如，作为因果关系)。

现有技术的指拨杆

图1绘示了现有技术的指拨杆的实施方案。如图所示，指拨杆包括指拨杆轴101、指拨杆主体102和枢轴中心103。还示出了上面连接有指拨杆的控制器或其他设备的主体104的一部分。在此现有技术的指拨杆中，轴101刚性地连接到主体102，并且轴101和主体102绕着枢轴中心103旋转，并且这样的旋转可受控制器主体104限制。枢转传感器检测指拨杆绕着枢轴中心103的旋转。枢转传感器还可以包括用于指拨杆点击功能的按钮。

现有技术的指拨杆主体102可以是被配置为避免在使用期间撞击枢轴中心103的空心半球形结构。另外，现有技术的指拨杆主体102可完全覆盖控制器主体104的开口以保护枢轴中心103免受灰尘或可能会干扰枢轴中心的功能的其他污染物影响。现有技术的指拨杆轴101可以是实心橡胶、塑料、金属或复合材料。指拨杆轴101可另外包括平坦的指拨表面105，用户可在使用期间将其拇指舒服地搁在所述指拨表面上。

可伸缩指拨杆

图2A绘示了根据本公开的方面的可伸缩指拨杆。如图所示，指拨杆轴201可包括轴空腔209和轴导杆206。任选地，指拨杆轴201可包括指拨表面205，所述指拨表面的面积大于指拨杆轴的横截面，由此能让用户的拇指舒服地搁置。指拨杆主体202可包括主体引导壁207、加强基座210、外主体空腔211和内主体空腔212。另外，弹簧208可(任选地)位于内主体空腔212中。指拨杆轴201被配置为围绕主体引导壁207安装，其中轴导杆206以伸缩方式安装于内主体空腔212内。弹簧208可置于内主体空腔212内并且压到轴导杆206上。弹簧的横向移动可受主体引导壁207限制。指拨杆主体202的加强基座210可能比指拨杆主体的其他部分厚，从而为操作可伸缩指拨杆提供必需的增强刚性。

如图2B所示，指拨杆轴201可缩回到指拨杆主体202中。图2B所示的图绘示了根据本公开的多个方面的缩回到指拨杆主体中的指拨杆轴的剖视侧视图。具体来说，如图所示，指拨杆轴201可缩回到外主体空腔211中。主体引导壁207向上推入轴空腔209中，而轴导杆206向下推入内主体空腔212中。使指拨杆轴201缩回到指拨杆主体202中将轴导杆206驱迫到内主体空腔212中，由此压缩了弹簧206。当指拨杆轴201从缩回状态伸出时，弹簧206可提供额外的力来在弹簧206展开时帮助伸出。在一些实现方式中，轴导杆206或指拨杆轴201可包括凸片，所述凸片安装于形成于主体引导壁207中的引导通道中。引导壁206还可以包括死端保持狭槽，所述凸片可置于所述狭槽中并且阻止指拨杆轴201缩回到指拨杆主体202中。引导壁另外可包括搁板，所述凸片可推到所述搁板上，并且所述搁板阻止指拨杆伸出。例如但不限于，指拨杆轴201可缩回并随后转动以阻止伸出，或者伸出并转动以阻止缩回。加强主体210区域对主体区域的一部分增厚以支撑设备并且提供增强的刚性。该增厚使半球形指拨杆主体202的深度减小，因而，与现有技术的指拨杆100相比，所述指拨杆主体所处位置必须要在枢轴中心203上方较高处，以避免在使用期间撞到枢轴中心203。另外，外主体空腔211和内主体空腔212的深度限制了指拨杆轴201的缩回深度。

图3A和图3B绘示了根据本公开的多个方面的具有变深的主体空腔的可伸缩指拨杆。图3A和图3B中所示的实现方式设法通过提供变深之外主体空腔304和内主体空腔305来改进图2A和图2B中所示的指拨杆。图3A绘示了根据本公开的多个方面的处于伸出位置的另选可伸缩指拨杆。在此，指拨杆轴301延长以在处于伸出状态时增强指拨杆主体与指拨杆轴之间的连接。指拨杆主体的突出加强区域303容纳较长之外主体空腔304和内主体空腔305。当处于缩回状态时，加强区域303允许指拨杆轴301更靠近指拨杆主体302，因而，如图3B所示，指拨表面205更靠近控制器306。延长加强区域303还可以允许指拨杆主体更靠近枢轴中心307。指拨杆主体的加强区域303可正好放置于被枢轴中心307的边缘外接的圆308外部，以防止指拨杆主体干扰指拨杆绕着接合点移动的范围。

图4A绘示了根据本公开的多个方面的具有凸片的指拨杆轴。如图所示，指拨杆轴401包括凸片403。在该示例中，凸片沿着指拨杆轴的插入到指拨杆主体中的部分的长度延伸，但本公开的方面不限于此，并且可包括较小凸片、多个凸片和/或不同的凸片形状，诸如规则形状，如三角形、六边形、八边形等，或不规则形状。所示的指拨杆轴401包括位于轴附接空腔406内部的轴附接元件404(例如，钩)，用于附接弹性元件，诸如弹簧或弹性带。指拨杆轴还包括指拨杆表面405以帮助使用。表面405还包括连接到指拨杆轴401的窄颈部，此可通过减少来自控制器主体的干扰来允许指拨杆轴的更大范围的移动。

图4B示出了根据本公开的多个方面的具有狭槽和通道的指拨杆主体。指拨杆主体402包括保持狭槽408，在所示的实现方式中，所述保持狭槽至少足够宽以使凸片403能够安装到其中。在其他另选实现方式中，所述狭槽可被配置为安装任何尺寸的凸片或凸片的一部分，使得在凸片放置于狭槽中时，防止指拨杆轴缩回到指拨杆主体中。指拨杆主体402还包括通道407，所述通道也至少像凸片403一样宽。通道407的深度可决定指拨杆轴可缩回到指拨杆主体中的缩回深度。另外，通道可包括搁板，所述搁板被配置为适合凸片的尺寸，使得当凸片移动到搁板上时，防止所述轴伸出。指拨杆主体402还包括用于附接弹性连接件411的主体附接元件409(例如，钩)。

指拨杆轴401和指拨杆主体402可由任何合适的材料制成，诸如塑料、铝、钢、镁、橡胶、或材料的组合，诸如涂有橡胶的钢。指拨杆轴401的特征(诸如凸片403和平坦表面405)和指拨杆主体402的特征(诸如保持狭槽408和通道407)可在形成期间诸如通过铸造、热成型、增材制造或减法制造来配置。

图4C绘示了根据本公开的多个方面的缩回到指拨杆主体中的指拨杆轴。在此，指拨杆轴401位于指拨杆主体402的空腔内。指拨杆轴401的外径小于指拨杆主体402的内径，从而允许指拨杆轴401在无过多阻力的情况下自由地缩回和伸出。指拨杆轴402的凸片403安装于指拨杆主体402的通道407中。如图所示，在缩回状态下，保持狭槽408是空的，并且通道至少部分地被凸片403填充。凸片的宽度小于通道407的宽度。在另选实现方式中，指拨杆主体可包括搁板，所述搁板防止指拨杆轴在处于缩回状态时伸出。弹性连接件411从主体附接表面409延伸到轴附接表面404并且确保指拨杆轴保持为缩回状态。举例而不是限制，弹性连接件可以是橡皮筋、弹簧、活塞、弹性纤维等。附接元件409、404可以是任何合适的附接装置，举例而不是限制，为钩、螺钉、胶水、铆钉或形成于主体和轴中的孔眼。

图4D示出了根据本公开的多个方面的从指拨杆主体伸出的指拨杆轴。在此，指拨杆轴401已从指拨杆主体402拉出412，并且沿弯曲箭头413所指示的方向转动，使得凸片403被置于保持狭槽408中。狭槽408的深度小于通道407，并且防止指拨杆轴401向控制器主体中缩回某一缩回深度。弹性连接件411施加缩回力，所述缩回力将指拨杆轴401拉入指拨杆主体402中并且防止凸片403离开保持狭槽408。如果施加进一步向上的力412，并且指拨杆轴401沿箭头413所示的方向转动以使狭槽403与通道407对准，则凸片401将安装于通道407中，并且指拨杆轴401将向指拨杆主体402中滑入所述缩回深度。

尽管所示的指拨杆轴、保持狭槽和通道是指拨杆主体的分离特征，但本公开的方面不限于此。在一些实现方式中，所述狭槽与通道相连接，并且指拨杆轴的向上行程可受通道的末端限制。另选地，凸片可位于指拨杆主体上，并且通道和狭槽位于指拨杆轴上。在其他另选实现方式中，指拨杆轴和指拨杆主体各自包括至少一个凸片、通道和狭槽。如上文所论述，虽然在上文说明并且讨论了一个凸片、通道和狭槽，但在另选实现方式中，可存在任何数目个凸片、通道和狭槽。在其他另选实现方式中，可省去所述狭槽而仅留下所述通道，并且所述指拨杆主体的外表面可防止指拨杆轴缩回到指拨杆主体中。

图5所示的图绘示了根据本公开的多个方面的具有非牛顿液体的指拨杆轴和指拨杆主体。如本领域的技术人员通常所理解的，非牛顿流体的特征是在受力时可表现得更像液体或更像固体的粘度。指拨杆轴501包括液体界面表面508并且可以是实心的。指拨杆主体502包括填充有非牛顿流体504的指拨杆主体空腔503。指拨杆空腔503可流体耦合505到储集器506。储集器506可包括对储集器506施加压力的压力源507。压力源507可以是活塞或弹性构件，其减小了储集器506的容积并因此增加储集器506和指拨杆主体空腔503中的流体的压力。为了使指拨杆轴501缩回，可向指拨杆轴501施加缓慢的压力而使指拨杆轴进入指拨杆主体502中。液体界面表面508可将非牛顿流体置换到储集器506中，并且还使压力源507移位。由于非牛顿流体的性质，向指拨杆轴501快速施加压力将导致非牛顿流体粘度增加并且流体将不会被置换。因此，在使用期间，指拨杆轴不会缩回到指拨杆主体中，因为在使用期间施加压力不够慢，而无法置换非牛顿流体。举例而不是限制，非牛顿流体可以是1份水与1.5到2份玉米淀粉(有时称为Oobleck)、交联聚乙烯醇聚合物凝胶或聚二甲基硅氧烷的混合物。

图6绘示了根据本公开的多个方面的具有液体和致动器的指拨杆轴和指拨杆主体。指拨杆轴601可包括液体界面表面609。界面表面609可以是实心的平坦表面、半球形表面或被配置为置换液体的任何表面。指拨杆主体602可包括填充有流体604的指拨杆主体空腔603。流体604可以是任何流体，诸如水、矿物油、乙二醇、丙二醇或类似液体。应注意，高粘度的液体可能会削弱响应时间，因此具有较低粘度的液体可以是优选的。所述流体可以是牛顿流体或非牛顿流体。指拨杆主体空腔603可流体耦合605到储集器606。如本文中所使用，“流体耦合”表示两个元件经布置，使得在所述两个元件之间可发生流体的自由运动或流体压力传递。元件之间的流体运动或流体压力传递可直接在元件之间实施，或经由中间元件(诸如连接到所述元件的流体管、流体通道或流体导管)来实施。柱塞或活塞608和致动器607可联接到储集器606。举例而不是限制，致动器607可将电转换成柱塞或活塞608所受的物理力。施加于柱塞的物理力将柱塞推入储集器中。致动器607可联接到控制器中的其他电路，所述其他电路确定指拨杆轴是应伸出还是缩回。所述电路还可以使用来自压力传感器的信息来确定致动器608为了使柱塞608进入储集器606中而应对所述柱塞施加的物理力的量。当指拨杆轴601缩回到缩回深度处时，来自控制器中的其他电路的信号致使致动器607对柱塞或活塞608施加力。所施加的力将柱塞或活塞608推入储集器606中，由此经由流体耦合器605将流体从储集器置换到指拨杆主体空腔603中。所得的流体置换使指拨杆轴601伸出。为了使指拨杆轴601缩回，来自控制器中的其他电路的信号可致使致动器607减小柱塞或活塞608所受的力。减小的力允许柱塞或活塞移位，由此增大储集器606的容积。因此，当来自用户的力将指拨杆轴601推入指拨杆主体空腔603中时，流体可能会被置换并且推动柱塞或活塞608以增大储集器的容积，由此用流体来填充柱塞或活塞608所占的容积。

另选地，致动器607可在相反方向上对柱塞或活塞608施加力，以将柱塞或活塞拉出储集器。储集器606、指拨杆主体空腔603和流体耦合器605可以是密封的不漏流体的系统。因此，拉出活塞或柱塞608增大了储集器的容积，并且致使围绕指拨杆轴601的压力减小，由此使指拨杆轴601缩回到指拨杆主体空腔603中。

图7绘示了根据本公开的多个方面的具有凸片和指拨杆主体总成的指拨杆轴，和指拨杆主体的特征的展开图，所述特征包括多个狭槽、通道和搁板。在图7所示的实现方式中，用于使指拨杆轴缩回和伸出的机构与可缩回笔中使用的机构相当。所示的指拨杆轴701包括四个三角形形状的凸片703。弹簧704对指拨杆轴701施加向外力以使指拨杆轴远离指拨杆主体702。如图所示，指拨杆凸片703位于指拨杆主体702的狭槽705中。指拨杆主体702的展开特征709示出了指拨杆轴701的凸片703的路径。转动伸出的指拨杆轴701通过将凸片703放置于狭槽705中来防止缩回。当凸片703在通道706中时，向下推动指拨杆将导致缩回。凸轮表面708向凸片703提供横向移动，由此将凸片引导到搁板707上并且防止指拨杆轴701伸出。在缩回状态下，在凸片位于搁板707上的情况下，轻微的向下力将导致凸片703抵靠凸轮表面708移动，由此将凸片703引导回通道706中并且略微转动指拨杆轴701。

系统

图8绘示了根据本公开的多个方面的具有控制器的系统800，所述控制器具有可伸缩模拟杆。系统800可包括一个或多个处理器单元803，所述一个或多个处理器单元可根据众所周知的架构来配置，诸如，例如，单核、双核、四核、多核、处理器-协处理器、单元处理器等。市售服务器也可以包括一个或多个存储器单元804(例如，随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、只读存储器(ROM)等)。

处理器单元803可执行一个或多个程序817，所述一个或多个程序的部分可存储在存储器804中，并且处理器803可例如通过经由数据总线805存取存储器而可操作地联接到所述存储器。程序817可被配置为操作控制器809并且使指拨杆状态810从缩回变为伸出，并且反之亦然。控制器操作809也可以使用按钮绑定808来解释来自控制器821的按钮按下以确定用于系统的输入。控制器操作、按钮绑定和指拨杆状态也可以作为数据818存储在大容量存储装置818中。

系统800还可以包括众所周知的支持电路806，诸如输入/输出(I/O)807、电路、电源供应器(P/S)811、时钟(CLK)812和高速缓冲存储器813，其可例如经由总线805与所述系统的其他组件通信。所述计算装置可包括网络接口814。处理器单元803和网络接口814可被配置为经由用于个人区域网络(PAN)的合适网络协议(例如，蓝牙)来实施局域网络(LAN)或PAN。所述计算装置可任选地包括大容量存储装置815，诸如磁盘驱动器、CD-ROM驱动器、磁带驱动器、快闪存储器等，并且所述大容量存储装置可存储程序和/或数据。所述系统还可以包括用户接口816以促进系统与用户之间的交互。用户接口可包括显示装置，诸如监视器、电视屏幕、扬声器、头戴式耳机，或向用户传送信息的其他装置。显示装置可包括视觉、音频或触觉显示器或其某一组合。控制器821(诸如鼠标、键盘、游戏控制器、操纵杆等)可与I/O接口通信并且向用户提供对所述系统的控制。控制器具有联接到所述控制器的可伸缩指拨杆822。

控制器821可具有可伸缩指拨杆822和常规按钮823，所述按钮提供在玩视频游戏期间通常使用的控制信号。此类视频游戏可实施为来自用于控制器操作809的程序的处理器可读数据和/或指令，所述处理器可读数据和/或指令可存储在存储器804或其他处理器可读介质(诸如与大容量存储装置815相关联的处理器可读介质)中。

可伸缩指拨杆822可大体上被配置，使得使指拨杆向左或向右移动表示沿着X轴线的移动，并且使其向前(向上)或向后(向下)移动表示沿着Y轴线的移动。在针对三维移动进行配置的指拨杆或操纵杆中，将杆向左(逆时针)或向右(顺时针)扭转可表示沿着Z轴线的移动。此三个轴线--XY和Z--通常分别称为翻滚、俯仰和偏航，特别是相对于飞机来说。

除了常规特征之外，结合到控制器821中的追踪装置还可以包括具有单个质量块的一个或多个惯性传感器单元832，所述一个或多个惯性传感器单元可经由惯性信号(例如，位移信号)将位置和/或取向信息提供到处理器803。取向信息可包括角度信息，诸如控制器821的倾斜、翻滚或偏航。举例来说，惯性传感器可包括任何数目和/或组合的加速度计、陀螺仪或倾斜传感器。在优选实施方案中，惯性传感器包括：倾斜传感器，其适于感测操纵杆控制器相对于倾斜轴线和翻滚轴线的取向；第一加速度计，其适于感测沿偏航轴线的加速度；和第二加速度计，其适于感测相对于偏航轴线的角加速度。加速度计可被实施为例如MEMS装置，所述MEMS装置包括由一个或多个弹簧安装的质量块，所述质量块具有用于感测质量块在一个或多个方向上的位移的传感器。取决于质量块的位移的来自所述传感器的信号可用于确定控制器821的加速度。可通过来自用于控制器操作809的程序的指令来实施此类技术，所述指令可存储在存储器804中并且由处理器803执行。

举例来说，适合用作惯性传感器的加速度计可以是例如通过弹簧在三个或四个点处弹性地联接到框架的简单质量块。俯仰轴线和翻滚轴线位于与框架相交的平面中，所述框架安装到控制器821。当控制器821绕俯仰轴线和翻滚轴线旋转时，所述质量块将在重力的影响下移位，并且弹簧将以取决于俯仰和/或翻滚角度的方式来伸长或压缩。可感测所述质量块的位移并且将所述位移转换为取决于俯仰和/或翻滚量的信号。绕偏航轴线的角加速度或沿偏航轴线的线性加速度也可能会产生弹簧压缩和/或伸长或质量块运动的特征模式，所述模式可被感测并且转换为取决于角或线性加速度的量的信号。此类加速度计装置可通过跟踪质量块的移动或弹簧的压缩力和展开力来测量倾斜、绕偏航轴线的翻滚角加速度和沿偏航轴线的线性加速度。有很多不同的方式来跟踪质量块的位置和/或或对其施加的力，包括电阻应变仪材料、光子传感器、磁传感器、霍尔效应装置、压电装置、电容性传感器等。在一些实施方案中，惯性传感器可以是可移除地安装到控制器821。

另外，控制器821可包括一个或多个光源834，诸如发光二极管(LED)。所述光源可用于将一个控制器与另一个控制器区分开。例如，一个或多个LED可通过闪烁或保持LED图案码来实现此目的。举例来说，五个LED可按照线性或二维图案设置于控制器821上。虽然LED的线性阵列是优选的，但当分析通过外部图像捕获单元828获得的LED图案的图像时，可另选地将LED布置成矩形图案或弓形图案，以便于确定LED阵列的图像平面。此外，LED图案码还可以用于确定在玩游戏期间控制器821的定位。例如，LED可帮助识别控制器的倾斜、偏航和翻滚。该检测模式可帮助在诸如飞机飞行游戏等游戏中提供更好的用户/感觉。图像捕获单元可捕获含有控制器821和光源的图像。对此类图像的分析可确定控制器的位置和/或取向。此类分析可通过存储在存储器804中并且由处理器804执行的游戏应用程序823来实施。为了便于通过图像捕获单元捕获光源的图像，可将光源放置于控制器821的两个或更多个不同的侧上，例如在正面和背面上(如虚线所示)。此种放置允许图像捕获单元取决于用户如何握住控制器821来获得针对控制器821的不同取向的光源的图像。在另选实现方式中，图像捕获单元828可位于控制器821上，并且可分析外部物体的图像以确定控制器的位置和/或取向。

另外，光源可例如以脉冲码、振幅调制或频率调制格式将遥测信号提供到处理器803。此类遥测信号可指示哪些操纵杆按钮被按下和/或按压此类按钮的力度。可例如通过脉冲编码、脉宽调制、频率调制或光强度(振幅)调制将遥测信号编码为光信号。处理器803可从所述光信号中解码遥测信号，并且响应于所解码的遥测信号而执行游戏命令。遥测信号可从对由图像捕获单元获得的控制器621的图像的分析中解码。另选地，系统800可包括专用于从光源接收遥测信号的单独的光学传感器。将LED用于确定与计算机程序介接的强度量描述于例如颁予Richard L.Marks等人的在2006年5月4日提交的标题为“USE OFCOMPUTER IMAGE AND AUDIO PROCESSING IN DETERMINING AN INTENSITY AMOUNT WHENINTERFACING WITH A COMPUTER PROGRAM”的美国专利申请No.11/429,414中，所述申请以全文引用的方式并入本文中。另外，对含有光源的图像的分析可用于遥测和确定控制器821的位置和/或取向。可通过用于控制器操作809的程序的指令来实施此类技术，所述指令可存储在存储器804中并且由处理器803执行。

另选地，图像捕获单元可联接到控制器821，并且放置于控制器附近的光源可与图像捕获单元一起使用以确定控制器的位置。光源可布置在灯条中或按已知配置布置为单独光源。类似于如上所述的情况，图像捕获单元可拍摄光源的位置和布置的图像，所述图像被发送到处理器803，所述处理器可分析所述图像以确定控制器的位置。在其他另选实现方式中，图像捕获单元828联接到控制器821，由此使用同时定位和映射(SLAM)来在有光源或无光源的情况下确定控制器的位置。光源可用作用于SLAM的地标，在无光源的情况下，可使用机器视觉技术来确定房间周围的地标，并且SLAM可使用那些地标和应用各种计算算法来确定控制器的位置。有关SLAM的更多信息，请参见：Durrant-Whyte，Hugh，“SimultaneousLocalization and Mapping:Part 1”IEEE Robotics&Automation Magazine.13(2):99-110(2006)，其内容以引用方式并入本文中。

处理器804可将来自惯性传感器的惯性信号与由图像捕获单元检测到的来自光源的光信号和/或来自由控制器上或位于外部的麦克风阵列830检测到的声信号的声源位置和表征信息结合使用，以推断出关于控制器821和/或其用户的位置和/或取向的信息。例如，“声波雷达”声源的位置和特性可与麦克风阵列结合使用，以跟踪移动声音，同时独立地跟踪(经由惯性传感器和或光源)操纵杆控制器的运动。在声波雷达中，在运行时选择预校准的收听区，并且滤除来自预校准收听区外的源的声音。预校准的收听区可包括与图像捕获单元的焦点或视场的体积相对应的收听区。声波雷达的示例详细地描述于颁予XiaodongMao的在2006年5月4日提交的标题为“METHODS AND APPARATUS FOR TARGETED SOUNDDETECTION AND CHARACTERIZATION”的美国专利申请No.11/381,724中，所述申请以引用的方式并入本文中。可结合本发明的实施方案来使用向处理器803提供控制信号的不同模式的任何数目的不同组合。可通过用于控制器操作809的程序来实施此类技术，所述程序可存储在存储器804中并且由处理器802执行，并且可任选地包括一个或多个指令，所述一个或多个指令指导一个或多个处理器在运行时选择预校准的收听区并且滤除来自所述预校准收听区外的源的声音。预校准的收听区可包括与图像捕获单元828的焦点或视场的体积相对应的收听区。

在另选实现方式中，麦克风阵列830可位于外部，并且可在声学上跟踪控制器821。在此类实现方式中，控制器可包括声音发射器836，所述声音发射器被配置为发出声音，例如超声波，以促进此类跟踪。

用于控制器操作的程序809可任选地包括一个或多个指令，所述一个或多个指令指导所述一个或多个处理器从麦克风阵列的麦克风M₀...M_M产生离散的时域输入信号x_m(t)，确定收听扇区，并且在半盲源分离中使用所述收听扇区来选择有限脉冲响应滤波器系数以从输入信号x_m(t)中分离出不同的声源。程序809还可以包括用于将一个或多个分数延迟应用于除了来自参考麦克风M₀的输入信号x₀(t)之外的所选输入信号x_m(t)的指令。可选择每一分数延迟以优化来自麦克风阵列的离散时域输出信号y(t)的信号噪声比。可将分数延迟选择为使得来自参考麦克风M₀的信号相对于来自所述阵列的其他麦克风的信号在时间上是第一的。程序809还可以包括用于将分数时间延迟Δ引入到所述麦克风阵列的输出信号y(t)中的指令，使得：y(t+α)＝x(t+α)*b₀+x(t-1+Δ)*b₁+x(t-2+Δ)*b₂+...+x(t-N+Δ)b_N，其中Δ在零与±1之间。此类技术的示例详细地描述于颁予Xiaodong Mao的在2006年5月4日提交的标题为“ULTRA SMALL MICROPHONE ARRAY”的美国专利申请No.11/381,729中，所述申请的全部公开内容以引用方式并入本文中。

程序809可包括一个或多个指令，所述一个或多个指令在被执行时致使系统800选择包含声音源的预校准收听扇区。此类指令可致使设备确定声音源是位于初始扇区内还是位于初始扇区的特定侧上。如果声音源不在默认扇区内，则所述指令可在被执行时选择在默认扇区的特定侧上的不同扇区。不同扇区的特征可能在于最接近最佳值的输入信号的衰减。这些指令在被执行时可计算来自麦克风阵列的输入信号的衰减并且将所述衰减计算为最佳值。指令在被执行时可致使设备800确定一个或多个扇区的输入信号衰减值，并且选择衰减最接近于最佳值的扇区。此类技术的示例例如描述在颁予Xiaodong Mao的在2006年5月4日提交的标题为“METHODS AND APPARATUS FOR TARGETED SOUND DETECTION”的美国专利申请No.11/381,725中，所述申请的公开内容以引用方式并入本文中。

来自惯性传感器的信号可提供跟踪信息输入的一部分，并且通过跟踪一个或多个光源而从图像捕获单元产生的信号可提供跟踪信息输入的另一部分。举例来说但非限制，此类“混合模式”信号可用于橄榄球类视频游戏中，在此类橄榄球类视频游戏中，四分卫在头部虚晃向左之后将球向右投掷。具体来说，握住控制器821的游戏玩家可在进行投掷移动的同时将他的头向左转并且发出声音，将控制器向右摆动，就像所述控制器是橄榄球一样。麦克风阵列结合“声波雷达”程序代码可跟踪用户的声音。图像捕获单元可跟踪用户头部的运动或跟踪不需要声音或不使用控制器的其他命令。传感器可跟踪操纵杆控制器(代表橄榄球)的运动。图像捕获单元还可以跟踪控制器821上的光源。用户可在达到控制器821的某一量和/或方向的加速度时或者在通过按下控制器821上的按钮而触发的按键命令时释放“球”。

在本发明的某些实施方案中，例如来自惯性传感器832(例如，加速度计或陀螺仪)的惯性信号可用于确定控制器821的位置。具体来说，来自加速度计的加速度信号可相对于时间被积分一次以确定速度变化，并且所述速度可相对于时间被积分以确定位置变化。如果已知某一时间时的初始位置和速度的值，则可使用这些值与速度和位置的变化来确定绝对位置。尽管使用惯性传感器进行位置确定可能比使用图像捕获单元和光源更快，但惯性传感器可能会遇到一种称为“漂移”的误差，其中随时间累积的误差可能会导致根据惯性信号计算出的控制器821的位置(以虚线示出)与控制器821的实际位置之间的偏差D。

程序代码809可任选地包括处理器可执行指令，所述处理器可执行指令包括一个或多个指令，所述一个或多个指令在被执行时致使图像捕获单元监视图像捕获单元前面的视场，识别在所述视场内的一个或多个光源，检测从所述光源发出的光的变化；以及响应于检测到所述变化，触发到处理器803的输入命令。LED与图像捕获装置结合使用以触发游戏控制器中的动作例如描述于颁予Richard L.Marks的在2004年1月16日提交并且标题为“METHOD AND APPARATUS FOR LIGHT INPUT DEVICE”的美国专利申请No.10/759,782中，所述申请以全文引用的方式并入本文中。

程序代码809可任选地包括处理器可执行指令，所述处理器可执行指令包括一个或多个指令，例如，如上所述，所述一个或多个指令在被执行时使用来自惯性传感器的信号和通过跟踪一个或多个光源而从图像捕获单元产生的信号作为到游戏系统的输入。

虽然根据与视频游戏控制器821游戏有关的示例描述了本发明的实施方案，但本发明的实施方案(包括系统800)可用于任何用户操纵的主体、模制物体、旋钮、结构等，具有惯性感测能力和惯性传感器信号传输能力(无线的或其他情况)。

虽然以上内容是本发明的优选实施方案的完整描述，但是可使用各种替代、修改和等效物。应理解，以上描述旨在说明而非限制。例如，虽然附图中的流程图示出了通过本发明的某些实施方案执行的操作的特定次序，但应理解，所述次序并非必要的(例如，另选实施方案可按不同次序来执行所述操作、组合某些操作、使某些操作重叠等)。此外，在阅读和理解以上描述之后，许多其他实施方案对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。

尽管已参考特定示例性实施方案描述了本发明，但将认识到，本发明不限于所描述的实施方案，而是可在所附权利要求书的精神和范畴内经过修改和更改来实践。因此，应参考所附权利要求和此类权利要求的等效物的完整范畴来确定本发明的范畴。本文中描述的任何特征(无论是否是优选的)可与本文中描述的任何其他特征(无论是否是优选的)组合。在以下权利要求书内，除非另外明确地指出，否则，不定冠词“一”或“一个”是指跟在所述冠词后的物品的数量有一个或多个。所附权利要求不应被解释为包括装置加功能限制，除非在给定权利要求中使用短语“用于……的装置”来明确地叙述所述限制。

Claims (20)

1.一种控制器，所述控制器包括；

控制器主体；

指拨杆主体，所述指拨杆主体联接到所述控制器主体；

指拨杆轴，所述指拨杆轴联接到所述指拨杆主体，其中所述指拨杆轴被配置为缩回到所述指拨杆主体中，并且其中所述指拨杆主体和所述指拨杆轴能够在所述控制器主体内绕着枢轴中心一起自由地旋转。

2.如权利要求1所述的控制器，其中所述指拨杆轴包括至少一个凸片，在所述指拨杆轴转动时，所述至少一个凸片阻止所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中。

3.如权利要求2所述的控制器，其中所述指拨杆主体包括至少一个保持狭槽，所述至少一个保持狭槽适合所述至少一个凸片并且阻止所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中，并且其中所述至少一个狭槽包括至少一个搁板，在所述指拨杆轴被压到所述指拨杆主体中时，所述至少一个搁板防止所述指拨杆轴从所述控制器主体伸出。

4.如权利要求3所述的控制器，所述控制器还包括在控制器轴下方的弹簧，所述弹簧被配置为对所述指拨杆轴施加压力，由此帮助所述指拨杆轴从所述控制器主体伸出，并且在所述至少一个凸片与所述至少一个搁板接触时对指拨杆轴施加力，由此将所述指拨杆轴锁定在适当位置。

5.如权利要求2所述的控制器，所述控制器还包括在所述指拨杆轴与所述指拨杆主体之间的弹性连接件，所述弹性连接件被配置为对所述轴提供缩回力，在所述至少一个凸片不处于所述至少一个狭槽中时，所述缩回力使所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中。

6.如权利要求1所述的控制器，所述控制器还包括在所述指拨杆主体内的流体，并且其中在所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中时，所述指拨杆轴置换所述流体。

7.如权利要求6所述的控制器，所述控制器还包括联接到所述指拨杆主体的储集器，所述储集器被配置为容纳被所述指拨杆轴置换的所述流体。

8.如权利要求6所述的控制器，其中所述流体是非牛顿流体。

9.如权利要求7所述的控制器，所述控制器还包括联接到所述储集器的致动器和柱塞，其中所述致动器对柱塞施加力，所述柱塞对所述指拨杆主体中的所述流体加压，由此驱迫所述指拨杆轴从所述指拨杆主体滑出。

10.如权利要求9所述的控制器，所述控制器还包括压力传感器，所述压力传感器联接到所述储集器和致动器，其中通过所述压力传感器检测到的所述储集器内的压力致使所述致动器减少对所述柱塞施加的力，由此允许所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中。

11.如权利要求1所述的控制器，所述控制器还包括联接到所述指拨杆轴的指拨杆垫。

12.如权利要求1所述的控制器，其中所述指拨杆垫可移除地联接到所述指拨杆轴。

13.如权利要求11所述的控制器，其中所述指拨杆垫包括凹口，所述凹口被配置为适合所述指拨杆主体的壁并且还被配置为在所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中时允许所述指拨杆垫的底部与所述指拨杆主体的顶部齐平放置。

14.一种指拨杆，所述指拨杆包括：

指拨杆主体；

指拨杆轴，所述指拨杆轴联接到所述指拨杆主体，其中所述指拨杆轴被配置为缩回到所述指拨杆主体中，并且其中所述指拨杆主体和所述指拨杆轴被配置为在控制器主体内绕着枢轴中心一起自由地旋转。

15.如权利要求14所述的指拨杆，其中所述指拨杆轴包括至少一个凸片，在所述指拨杆轴转动时，所述至少一个凸片阻止所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中。

16.如权利要求15所述的指拨杆，其中所述指拨杆主体包括至少一个保持狭槽，所述至少一个保持狭槽适合至少一个凸片并且阻止所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中，并且其中所述至少一个保持狭槽包括至少一个搁板，在所述指拨杆轴被压到所述指拨杆主体中时，所述至少一个搁板防止所述指拨杆轴从所述控制器主体伸出。

17.如权利要求15所述的指拨杆，其中在所述指拨杆轴与所述指拨杆主体之间的弹性连接件对所述轴提供缩回力，在所述至少一个凸片不处于所述至少一个狭槽中时，所述缩回力使所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中。

18.如权利要求14所述的指拨杆，所述指拨杆还包括在所述指拨杆主体内的流体，并且其中在所述指拨杆轴缩回到所述指拨杆主体中时，所述指拨杆轴置换所述流体。

19.如权利要求18所述的指拨杆，所述指拨杆还包括联接到所述指拨杆主体的储集器，所述储集器被配置为容纳被所述指拨杆轴置换的所述流体。

20.一种计算机系统，所述计算机系统包括：

计算机元件，所述计算机元件具有处理器和联接到所述处理器的存储器；以及

控制器，所述控制器被配置为与所述计算机元件互操作，其中所述控制器包括控制器主体；指拨杆主体，所述指拨杆主体联接到所述控制器主体；指拨杆轴，所述指拨杆轴联接到所述指拨杆主体，其中

所述指拨杆轴被配置为缩回到所述指拨杆主体中，并且其中所述指拨杆主体和所述指拨杆轴能够在所述控制器主体内绕着枢轴中心一起自由地旋转。

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