CN1823355B - 用于控制运动平台的柔性接口 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于将运动信号提供给包括多个致动器的运动平台的方法和装置。该装置包括有格式化单元和同步单元，格式化单元接收表示在运动平台上执行的运动的运动信号并且将运动信号格式化，同步单元接收格式化的信号并且将同步且格式化的运动信号提供给运动平台。

Description

用于控制运动平台的柔性接口

相关申请的交叉参考

本专利申请要求2003年5月14日提交的、名称为“用于控制运动平台的柔性接口”的美国临时专利申请No.60/470,198的优先权，该申请的说明书包含于此作为参考。

技术领域

本发明涉及运动发生器领域。更准确地，本发明涉及用于控制运动平台的柔性接口。

背景技术

利用处理单元给运动平台提供运动非常希望通过增加现实印象来提高使用者的经验。

不幸地，现有技术中用于给平台提供运动的系统具有很多缺点。例如，实时中需要很多进程来用于给运动平台提供运动信号。

此外，在处理单元执行很多进程时，使用者经常会遭遇迟滞。这样会导致失败，尤其是在如果一个作用必须无迟滞地传送到模拟器时。

而且，现有技术的系统没有提供热交换的能力并且不能允许容易的故障管理。

因此就需要一种能克服上述缺点的方法和装置。

发明内容

本发明的目标是向包括多个致动器的运动平台提供运动。这个目标可以具体化为一种方法或装置。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于控制运动平台的方法。这种方法包括：提供表示将要执行的运动的运动信号；根据协议格式化所述运动信号；根据与所述运动平台相兼容的取样速率同步已被格式化的运动信号；和将所述同步的信号提供给所述运动平台以便从而控制所述运动平台。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于控制运动平台的运动控制单元。这种运动控制单元包括格式化单元，其接收表示将要在所述运动平台上执行的运动的运动信号并且根据协议将所述运动信号格式化。这种运动控制单元还包括同步单元，其根据与所述运动平台相兼容的取样速率接收和同步所述格式化的运动信号以将同步的运动信号提供给所述运动平台。

附图说明

从下述结合附图的详细说明中，本发明的其它特点和优点将会很清楚，其中：

图1是示出根据本发明一个实施例用于向使用者提供运动的系统的框图；

图2是示出运动控制单元的第一实施例的框图，所述运动控制单元包括缓冲单元、格式化/分析单元、同步单元和监视单元；

图3是示出运动控制单元的第二实施例的框图，所述运动控制单元还包括有运动信号产生单元；

图4是示出缓冲单元一个优选实施例的框图；该缓冲单元包括多个输出流缓冲器、多个放大单元、组合单元和通用放大单元；

图5是示出根据本发明一个实施例运动信号怎样提供给多个致动器的流程图；

图6是示出用于提供运动信号的一个可选实施例的流程图；

图7是示出运动信号如何被缓冲的流程图；

图8a是示出同步和格式化的运动信号的一个例子的图表；以及

图8b是示出同步的反馈信号的一个例子的图表。

需要指出的是，在全部附图中，同样的部件标识为同样的附图标记。

具体实施方式

现在参考图1，其中示出了利用运动信号提供单元10向使用者提供运动的系统的框图。

更准确地，这种系统包括有运动信号提供单元10、运动控制单元12和多个致动器14至20。

在一个优选实施例中，运动信号提供单元10是个人计算机，比如PC等。可选地，运动信号提供单元10可以是家用视频游戏系统，也称作“控制台”。

运动信号提供单元10向运动控制单元12提供运动信号和运动控制信号。运动信号提供单元10从运动控制单元12接收反馈信号。在一个优选实施例中，运动信号优选地包括所述多个致动器中每个的位置信号。

仍然在一个优选实施例中，反馈信号提供有关所述多个致动器中每个的内部状态的信息。熟练的接收者能理解到，这种特点使得能够对所述多个致动器中的每个以及所述多个致动器用于维护、性能评估和测试的自动仪器中出现的错误进行动态管理。

在一个优选实施例中，利用一根优选地为通用串行总线(USB)的直接连接导线将运动信号和运动控制信号提供给运动控制单元12。可选地，也可以通过可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)等中任何一个的网络来提供运动信号和运动控制信号。类似地，可以利用类似的可选方式将反馈信号提供给运动信号提供单元10。

运动控制单元12从运动信号提供单元10接收运动信号和运动控制信号并且依照一种协议将同步且格式化的运动信号提供给多个致动器。运动控制信号12依照这种协议从多个致动器14至20接收同步的反馈信号。

这种协议优选地为其中所述多个致动器中每个都处于从属地位的主从协议。这种协议使得能最好地利用可用的带宽并且还简化了其中的进程优选地应用受限的致动器1420的管理。此外，这种协议还集成了通讯错误的管理，其使得通讯稳定并且使得致动器能动态地断开或动态地重新连接(即热交换(hotswap))，并且在重新连接期间能进行自动地重新同步。处理能力优选地等于57600波特，这使得能具有400Hz的取样频率以及与各种其它系统的兼容性。

在一个优选实施例中，利用数字信号处理器(DSP)来实现运动控制单元12并且其中嵌入有信号处理软件，这使得能够读取多个致动器的运动信号。

仍然在一个优选实施例中，所述多个致动器包括第一致动器14、第二致动器16、第三致动器18和第四致动器20。优选地，所述多个致动器中的每个处于美国专利No.6,585,515所示沙发的角落处及其下面，所述专利的说明书以参考的方式结合于此。可以想象到很多其它的配置，比如致动器少于四个、具有一个或多个枢轴点、将致动器结合到座位设备、用致动器替换座位设备的支柱、或者这些的任何组合。

熟练的接收者能理解到，利用适当数目的四致动器可以控制任何给定数目的运动平台。

在一个优选实施例中，运动控制单元12向第一控制器14提供了同步且格式化的运动信号。第一致动器14将同步且格式化的运动信号提供给第二致动器16。第二致动器16将同步且格式化的运动信号提供给第三致动器18。第三致动器18将同步且格式化的运动信号提供给第四致动器20。

应当理解到，连接致动器14至20从而将同步的运动信号提供给它们的模式并不是限定的，并且可选的实施例都是可能的。

还应当理解到，在一个优选实施例中，第一致动器14、第二致动器16、第三致动器18和第四致动器20共用一根传播同步且格式化的运动信号的数据总线。

类似地，第四致动器20将同步的反馈信号提供给第三致动器18。第三致动器18将同步的反馈信号提供给第二致动器16。第二致动器16将同步的反馈信号提供给第一致动器14并且后者将同步的反馈信号提供给运动控制单元12。

应当理解的是，这种用于连接致动器14至20从而从它们接收同步的运动信号的模式并不是限定的，并且可选的实施例都是可能的。

还应当理解到，在一个优选实施例中，第一致动器14、第二致动器16、第三致动器18和第四致动器20共用一根传播同步的反馈信号的数据总线。

现在参考图2，其中示出了运动控制单元12的第一实施例。

运动控制单元12包括缓冲单元22、格式化/分析单元24、同步单元25和监视单元26。

下述的缓冲单元22从运动信号提供单元10接收运动信号并且提供缓冲的运动信号。格式化/分析单元24接收并且格式化由缓冲单元22提供的缓冲的运动信号以便向同步单元25提供格式化的信号。同步单元25同步格式化的信号并且将同步且格式化的运动信号提供给所述多个致动器。

监视单元26利用控制信号来控制缓冲单元22。监视单元26用来控制缓冲单元22和格式化/分析单元24。

更准确地，在运动信号提供单元10通过监视请求信号发出请求时，监视单元26可以向格式化/分析单元24发出信息请求信号。在收到信息请求信号时，格式化/分析单元24将创建格式化的运动信号，其中插入了用于信息的具体请求的指示。以下将更详细的描述这种插入模式。可以理解到，可以通过包括在运动提供单元10上的API(应用程序接口)中的高级功能来访问缓冲单元22、格式化/分析单元24、同步单元25以及监视单元26。

在接收到来自所述多个致动器同步的反馈信号时，格式化/分析单元24提取较早提供的有关信息请求信号的信息。格式化/分析单元24将接收到的信息信号提供给监视单元26。监视单元26随后将监视信号、所接收到的信息信号的表示提供给运动信号提供单元10。再次，利用包括在API中的功能执行这种提供。

应当理解到，虽然在这个实施例中一个单独的单元执行格式化和分析，但是可选地也可以提供两个分开的单元，其中每个执行格式化和分析之一。

同步单元25的功能是更简单地提供同步且格式化的信号，并且依照与所述多个致动器兼容的取样速率将同步的信号给所述多个致动器。与所述多个致动器兼容的取样速率使得能有效地利用带宽。

现在参考图3，其中示出了运动控制单元12的第二实施例。在这个第二实施例中，运动控制单元12还包括运动信号产生单元30，其响应于运动合成参数信号产生取样运动信号。

运动合成参数信号用来限定一个运动信号，该运动信号包括用于所述多个致动器中每个的位置信号。例如，运动合成参数信号可以例如利用比如正弦、正切、对数等函数或者函数组合、振幅信号、频率包迹线、时间包迹线、信号库或过滤的激励信号、特定的激励和过滤参数来限定运动信号。

熟练的接收者能理解到，对于运动信号提供单元10需要受限的进程来说，这个实施例具有很大的优点。然而，由于进程能力的限制，运动信号产生单元30所能产生的取样运动信号的数目也受到限制。

现在参考图4，其中示出了缓冲单元22的一个优选实施例。缓冲单元22包括多个输出流缓冲器40至46、多个相应的放大单元、组合单元56和通用放大单元58。

在一个优选实施例中，每个输出流缓冲器具有限定的大小。此外，可以利用相应的缓冲器控制信号来控制每个输出流缓冲器40至46。

通过缓冲器控制信号，可以将给定的输出流缓冲器的大小响应于这个作用的请求提供给运动信号提供单元10。通过缓冲器控制信号，可以由运动信号提供单元10将另一给定的输出流缓冲器排空。也可以将当前数据量的指示响应于这种作用的请求提供给运动信号提供单元10。

实际上可以理解到，这个实施例具有很大的优点，就是可以将输入信号提供给具有适于执行一种作用的特定特点的给定输出流缓冲器。

专业受众将理解到，有数个输出流缓冲器可供选择有助于获得对于时间要求严格的运动段来说低的读取等待时间，并且与此同时允许运动信号提供单元10来缓冲较大的运动段，从而最小化其工作负荷。如果只有一个输出流缓冲器可用，那么由运动信号提供单元10置于输出流缓冲器中的新数据在输出到致动器之前将必须等到输出流缓冲器中以前的所有数据都已经处理掉为止。为了允许对时间要求严格的段具有低的等待时间，输出流缓冲器将不得不一直保持几乎为空。这将极大地增加运动信号提供单元10的更新速率，这将不得不要求经常向输出流缓冲器供给以避免流的中断。多个输出流缓冲器的使用可以为运动信号提供单元10立即提供一些连续的运动以及还有对时间要求严格的段。这个实施例还能利用组合单元56来组合多个信号。

可以理解到，每个放大单元由放大单元控制信号来控制。放大单元控制信号提供一个放大指示以在给定的缓冲信号上执行。

因此专业受众能理解到，给定缓冲信号的振幅能增大或减小。此外，可以利用放大单元来执行渐强和渐弱功能。

在所公开的实施例中，所述多个输出流缓冲器包括第一输出流缓冲器40、第二输出流缓冲器42、第三输出流缓冲器44和第N输出流缓冲器46。相应的多个放大单元包括第一放大单元48、第二放大单元50、第三放大单元52和第N放大单元54。

每个输出流缓冲器连接到相应的放大单元。例如，第一输出流缓冲器40接收第一输入信号并将第一缓冲信号提供给第一放大单元48。第一放大单元48随后将信号提供给组合单元56。

组合单元56将所有由所述多个放大单元中的每个所提供的信号组合起来并且将组合的信号提供给通用放大单元58。通用放大单元58将组合的信号放大并提供放大的组合信号。

在一个优选实施例中，所述多个输出流缓冲器包括六个输出流缓冲器。仍然在一个优选实施例中，六个输出流缓冲器之一的大小为15000个取样，而其它五个输出流缓冲器的大小为3000个取样。

可以理解到，在干运行时，即输出流缓冲器为空时，举例来说，当运动控制单元12刚刚启动时，每个输出流缓冲器保持输出其包含的最后值。于是，就可以使用所述多个输出流缓冲器之一来进行致动器的静态偏移调节。

现在参考图5，其中示出了运动信号怎样提供给所述多个致动器。根据步骤60，运动信号提供单元10将一个运动信号提供给运动控制单元12。

更准确地，在图2所公开的第一实施例中，运动信号被提供给运动控制单元12的缓冲单元22。运动信号通过API的功能提供并且如上所述包括每个相应致动器的位置信号。

现在参考图6，其中示出了提供运动信号的另一实施例。在这个实施例中，运动信号的提供包括根据步骤70提供运动合成参数信号以及根据步骤72产生相应的取样运动信号。

更准确地，运动信号提供单元10将运动合成参数信号提供给图3所公开的运动信号产生单元30。相应的取样运动信号由运动信号产生单元30产生。

现在回头再参考图5并且根据步骤62，运动信号被缓冲。现在参考图7，其中示出了运动信号怎样被缓冲。根据步骤74，包括在所提供的运动信号中的多个输入信号被缓冲。更准确地并且再回头参考图4，利用所述多个输出流缓冲器对多个输入信号进行缓冲。如前所述，所述多个输出流缓冲器包括大小比其它缓冲器更大的输出流缓冲器。

根据步骤76，由所述多个输出流缓冲器中一个给定输出流缓冲器所提供的每个缓冲的运动信号被调节并且利用相应的放大单元来执行这种调节。

根据步骤78，利用组合单元56将所有调节的同步信号组合起来。根据步骤80，组合的信号被调节。在一个优选实施例中，利用通用放大单元58对组合的信号进行调节。

应当理解到，在一个可选实施例中，没有执行缓冲。在这种情况下，运动信号提供单元10具有足够的处理能力来提供运动信号。

现在回头再参考图5并且根据步骤64，缓冲的运动信号被格式化。在一个优选实施例中，缓冲的运动信号由格式化/分析单元24进行格式化。根据步骤66，格式化的运动信号被同步。在一个优选实施例中，利用同步单元25将格式化的运动信号同步。

应当理解的是，提供同步的信号能在所有从0到100Hz的使用带宽上对运动曲线进行频谱控制。取样速率为400样本/秒。

现在参考图8a，其中示出了同步地提供给所述多个致动器的格式化且同步的运动信号的一个数据包的例子。

这个数据包包括用于接收命令的时间槽82、用于接收第一致动器14的数据信号的时间槽84、用于接收第二致动器16的数据信号的时间槽86、用于接收第三致动器18的数据信号的时间槽88以及用于接收第四致动器20的数据信号的时间槽90。

在一个优选实施例中，时间槽84、86、88和90是16位的字符，其优选地对于所述多个致动器中的每个进行位置取样。仍然在一个实施例中，持续至少一个传输字节的“空闲线路(idle-line)”位于每个数据包之前。还可以理解到，通过调节数据包开始处的“空闲线路”的大小，可以细微地调节取样速率。

现在参考图8b，其中示出了同步的反馈信号的一个数据包的例子。这个数据包包括空的时间槽92、用于接收来自第一致动器14的反馈数据的时间槽94、用于接收来自第二致动器16的反馈数据的时间槽96、用于接收来自第三致动器18的反馈数据的时间槽98以及用于接收来自第四致动器20的反馈数据的时间槽100。

可以理解到，这种同步的反馈信号对于错误检测来说具有很大的优点，比如通讯故障(比如通讯流的中断)、硬件故障(比如电力桥中的过度超压)、软件故障(比如运动平台上的人超重的超出条件)、临时状况(比如通常会消散的非常动态的运动)。

现在回头再参考图5并且根据步骤68，同步且格式化的数据提供给多个致动器。如前所述，同步且格式化的数据同步地提供给多个致动器。

上述本发明的实施例只是为了举例。因此本发明的范围只是由所附权利要求的范围唯一地限定。

Claims (19)

1.一种用于控制运动平台的方法，所述方法包括：

向运动控制器提供表示将要由所述运动平台执行的运动的运动信号；

根据同步协议格式化所述运动信号以产生相应的具有小于或等于所述运动平台的取样速率的取样速率的数据包；

根据所述协议将所述的数据包同步地提供给所述运动平台从而控制所述运动平台。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述运动平台包括至少一个致动器，并且其中所述同步的信号被提供给所述至少一个致动器。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述提供包括缓冲所述运动信号。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述运动信号包括多个运动信号，并且其中所述缓冲包括根据规范将所述多个运动信号中的每个提供给多个缓冲器中选定的一个。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述规范包括所述选定缓冲器的大小、所述选定缓冲器中现存的数据量以及所述运动信号的迟滞要求之中的至少一种。

6.如权利要求3所述的方法，还包括执行增加所述缓冲的运动信号的振幅、降低所述缓冲的运动信号的所述振幅、在所述缓冲的运动信号上执行渐强和在所述缓冲的运动信号上执行渐弱中的至少一种。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述运动信号的提供包括利用由处理单元所提供的运动合成参数信号来合成所述运动信号。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述运动合成参数信号包括振幅信号、频率包迹线和时间包迹线中的至少一种。

9.如权利要求2所述的方法，其中所述格式化包括插入来自至少一个致动器的反馈信号的请求，还包括响应于所述请求从所述至少一个致动器中接收反馈信号。

10.如权利要求9所述的方法，其中响应于由提供所述运动信号的运动提供单元所执行的反馈请求而执行所述插入。

11.如权利要求9所述的方法，还包括将所述反馈信号的至少一部分提供给运动提供单元。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述运动信号的所述提供由家用视频游戏系统和个人计算机系统之一来执行。

13.一种用于控制运动平台的运动控制单元，所述运动控制单元包括：

格式化单元，其接收表示将要在所述运动平台上执行的运动的运动信号，并且根据同步协议格式化所述运动信号，以产生相应的具有小于或等于所述运动平台的取样速率的取样速率的数据包；

同步单元，其根据所述协议接收所述数据包并且同步地提供所述数据包到所述的运动平台以便从而控制所述运动平台。

14.如权利要求13所述的运动控制单元，还包括缓冲单元，其接收所述运动信号并且将缓冲的运动信号提供给所述格式化单元。

15.如权利要求14所述的运动控制单元，其中所述运动信号包括多个运动信号，并且其中所述缓冲单元包括多个缓冲器，每个都用于根据规范接收至少一个运动信号。

16.如权利要求15所述的运动控制单元，其中所述规范包括给定缓冲器的大小、给定缓冲器中现存的数据量以及迟滞要求中的至少一种。

17.如权利要求13至16中任一项所述的运动控制单元，还包括运动信号产生单元，其接收表示要产生运动信号的信号并且产生所述运动信号。

18.如权利要求13至17中任一项所述的运动控制单元，其中所述格式化单元还包括有分析单元，其用于接收由运动平台提供的同步的反馈信号、分析所述同步的反馈信号并且提供所述同步的反馈信号的表示。

19.如权利要求14所述的运动控制单元，还包括有监视单元，其接收所述同步的反馈信号的表示并且根据请求将所述表示的至少一部分提供给所述运动信号提供单元。

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