JP2007514399A - 移動可能な任意に配置されたデバイスに電力を提供するシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

さまざまなコンタクトシステム並びにそれらの製造方法および使用方法を、本明細書中に開示する。コンタクトシステムの例は、第１の電圧レベルにバイアスされた１組のパッドおよび第２の電圧レベルにバイアスされた別の１組のパッドを有する表面を備えている。これらのパッドは、例えば、パッド上に配置された電気機械デバイスに電力を伝達するために使用され得る。ある特定の例において、電気機械デバイスは、蓄電素子および２個以上の結合手段を備え得る。１つの結合手段が第１の電圧レベルにバイアスされたパッドに接触し且つ別の結合手段が第２の電圧レベルにバイアスされたパッドに接触した場合、第１の電圧レベルと第２の電圧レベルとの差分の派生成分が蓄電素子の両端の間に発生するような回路が形成される。この回路が形成されることにより蓄電素子が充電され、その蓄電素子から電気機械デバイスを駆動するための電力が引き出され得る。

Description

関連出願

本出願は、本出願の発明者による米国特許出願第10/732,103号（発明の名称：「移動可能な任意に配置されたデバイスに電力を提供するシステムおよび方法」、出願日：2003年12月10日）の優先権を主張する。本明細書中、あらゆる目的のために、この米国出願全体を参考として援用する。

さらに、本出願は、本出願の発明者による米国特許出願第10/613,915号（発明の名称：「歩行動作を生成する方法および装置」、出願日：2003年７月２日）に関する。本明細書中、あらゆる目的のために、上記米国特許出願第10/613,915号の全体を参考として援用する。

本発明は、概して、移動可能な任意に配置された電気機械式デバイスに電力を提供するシステムおよび方法並びに／若しくは該デバイスの制御システムに関する。

さまざまな電気機械デバイス並びにそれらのデバイスに給電する方法が開発されている。例えば、バッテリー電力で動作するラジコンカーが開発されている。ラジコンカーが動作すると、バッテリーは消耗し、動作を継続するには、バッテリーを充電する必要がある。典型的なシナリオでは、バッテリーを取り外して、ある決まった場所で充電する。その間、ラジコンカーは動作不可のままである。

スロットカーおよび電気列車などの他の玩具は、車又は列車とその玩具が動作するトラックとの間のコンタクトから得た連続式の電源を含む。玩具が適切に動作するために、列車又はスロットカーは、トラックに対して適切に整列される必要がある。不整列が起こった場合、電力が遮断され、動作が停止する。これらの車両および列車の移動は、通常、予め規定された経路に沿って移動することに限定されるので、エンターテイメントはそのようなデバイスの使用を通しての実現に限定される。

電気機械デバイスに電力を送る他のアプローチが存在する。例えば、バンパーカーシステムにおいて、電力は、頭上の高い位置に設けられ且つ大きな電源に接触している竿(wand)を介して供給される。電力は、バンパーカーが動作する地上へと通電する際に伝達される。そのようなアプローチでは、バンパーカーを電位差のある電力面で挟み込む必要がある。そのような挟み込みは、電気機械デバイスのアクセス性および／又は動作性を制限する可能性がある。

したがって、当該技術分野においては、上記制限のうち１又はそれ以上の制限並びに他の制限に対処する必要がある。

本発明は、移動可能で且つ／又は任意に配置された電気機械デバイスに給電するためのさまざまな電気コンタクトシステム又は表面、並びに、それらコンタクトシステムおよび電気機械デバイスの製造方法、使用方法、および制御方法を提供する。コンタクトシステムの例として、第１の電圧レベルにバイアスされた１組のパッドと第２の電圧レベルにバイアスされた別の１組のパッドとを有する表面が挙げられる。そのようなコンタクトシステムを用いて、例えば、コンタクトシステム上に配置された電気機械デバイスに電力を伝達し得る。ある特定の例において、電気機械デバイスは、蓄電素子および２個以上の結合手段を備え得る。１つの結合手段が第１の電圧レベルにバイアスされたパッドに接触し且つ別の結合手段が第２の電圧レベルにバイアスされたパッドに接触した場合、第１の電圧レベルと第２の電圧レベルとの差分の派生成分が蓄電素子の両端の間に発生するような回路が形成される。この回路が形成されることにより蓄電素子が充電され、その蓄電素子から電気機械デバイスを駆動するための電力が引き出され得る。

そのようなコンタクトシステムは、ロボットシステム、表示システム、テストシステム、エンターテイメントシステム等、多くの目的に使用し得る。１つの例は、いくつかの場合において、ビデオアーケードゲームの複雑さ、挑戦、多様性および／又はプログラム可能性を、遊びの主題としての現実の電気機械ゲームデバイスの魅力と組み合わせ得るゲームシステム全体であり得る。そのようなシステムの１つの実施形態において、中央制御型アーキテクチャにより、独立した電気機械ゲームデバイスが、知的に動作し、ビデオゲームのような遊技シナリオに参加することができる。中央ゲーム制御器は、独立した電気機械ゲームデバイスと通信し、これら電気機械ゲームデバイスの位置を監視する。中央制御器は、閉ループのフィードバック制御システムを介して、独立した電気機械ゲームデバイスのアクションの指示および操作を行う。いくつかの場合において、中央制御器はさらに、独立した電気機械ゲームデバイスの臨界状態、感覚入力および同一性を監視する。この中央制御器は、階層機能ブロックを用いて動作して、十分に確立されたビデオゲーム技術において仮想のキャラクターが操作されるのと同様の様態で実存の電気機械ゲームデバイスを操作し得るような、ゲーム制御器へのインターフェースを可能にし得る。

本発明によるコンタクトシステムは、いろいろ他にある中で、上述の制限のうちの１個以上の制限に対処するように調整され得る。例えば、本明細書中に開示したコンタクトシステムのうち、１個以上のコンタクトシステムが、コンタクトシステム上に配置された電気機械デバイスに電力を連続的又は略連続的に伝達するための手段を提供し得る。したがって、電気機械デバイスは、バッテリーの充電中に動作不能にはならない。別の例として、コンタクトシステムの表面上のさまざまな位置において、コンタクトシステムから任意の方向又は制御された方向に移動中の電気機械デバイスへと連続的又は略連続的な電力伝達が行われるように、さまざまなコンタクトシステムが実施され得る。さらに、１つの表面から電力伝達が行われて、電気機械デバイスがコンタクトシステム上を移動する際にその上方から見やすくなるように、さまざまなコンタクトシステムが設計され得る。

本発明の特定の実施形態は、２組以上のパッドを含むゲーム表面を提供する。各組のパッドは、絶縁領域によって他の組のパッドから電気的に分離されている。この分離によって、１組のパッドを、他の組のパッドとは異なる電圧レベルにバイアスすることができる。１組のパッドに電気的に結合された１本のリードと別の１組のパッドに電気的に結合された別の１本のリードとを備えた電源結合手段が設けられている。これらのリードは、一方のリードに接続されたパッドの組が第１の電圧レベルにバイアスされ、他方のリードに接続されたパッドの組が第２の電圧レベルにバイアスされるように、電源に接続され得る。

パッドは、所望の接触確率が得られるように調整された周期、サイズおよび／又は形状で、ゲーム表面上に分配され得る。この接触確率は、ゲーム表面上をランダムに移動している電気機械デバイスがゲーム表面から電力を受け取る時間の割合を示す。
ある実施形態において、反復的な矩形のパッド形状を用いて、８０％を超える接触確率を達成する。

いくつかの例において、絶縁領域を越えてある組のパッドから別の組のパッドへと至る距離は、ゲーム表面上に配置された電気機械デバイスに関連付けられた受電コンタクト又は結合手段の寸法よりも大きい。そのような受電コンタクトは、例えば、脚付き電気機械デバイスの足、車輪付き電気機械デバイスのブラシ、可撓性の脚／ブラシデバイスのブラシ等であり得る。他に理由がある中で、その距離は、異なる電圧レベルにバイアスされたパッド間における短絡の可能性を制限し得る。

ゲーム表面は、ゲーム表面に電力出力を供給する変圧器を備え得る。この電力出力は、複数組のパッドに現れる差分電圧レベルを導出するために使用され得る。ある特定の場合において、差分電圧レベルを導出することは、電力出力の１つの極を１組のパッドに印加し、電力出力の別の極を別の１組のパッドに印加することを含む。さまざまな場合において、差分電力出力は、複数組のパッドに印加される前に制限された電流および／又は電圧である。いくつかの場合において、電力出力は、電力出力の一方の極が例えば＋５ボルト電源であり且つ電力出力の他方がグランドである直流電流出力である。さらに別の場合において、電力出力は８ボルトの交流電流である。したがって、複数組のパッドに印加される電圧レベルは交番する。このことは、交流電流出力の結果、パッドとゲーム表面上で使用される電気機械デバイスに関連付けられた受電コンタクトとの間のアーク発生が低減されるという利点となり得る。

本発明によれば、多数の表面構成が可能である。例えば、複数の第１のパッド、複数の第２のパッド、および絶縁領域を備えたゲーム表面の上部は、連続的な二次元表面、連続的な三次元表面、又は非連続的な三次元表面として形成され得る。これら表面構成の各々の例は、本書類の詳細な説明において提供される。

本発明の他の実施形態は、上述のさまざまなゲーム表面を用いたゲームシステムを提供する。ゲームシステムは、電力を提供して複数組のパッドを異なる電圧レベルにバイアスする電源を備えている。これらのシステムは、１個以上の電気機械デバイスをさらに備えている。電気機械デバイスの各々は、移動素子、蓄電素子および複数の結合手段を備えている。複数の結合手段は、ゲーム表面に接触し、蓄電素子、結合手段の１つと１組のパッドのうちの１つのパッドとの間の第１の導電性コンタクト、および結合手段の別の１つと他の１組のパッドのうちの１つのパッドとの間の第２の導電性コンタクトを含む回路を形成する。この回路が形成されることにより蓄電素子が充電される。

蓄電素子は、１個以上のキャパシタおよび／又は１個以上の二次電池を備え得るが、これらに限定されない。さらに、移動素子は、脚、可撓性のブラシ、車輪などであり得るが、これらに限定されない。電気機械デバイスに関連付けられた電気コンタクトの結合手段は、例えば、ブラシ又は他のタイプの電気コンタクトであり得る。

本発明のさらに他の実施形態は、コンタクトシステムを製造する方法を提供する。これらの方法は、実質的に非導電性の基板を提供することを含む。実質的に非導電性の基板上に導電性材料が形成され、導電性材料内に複数組のパッドが規定され、複数組のパッドの間に絶縁層が規定される。いくつかの場合において、導電性材料は、パッドおよび絶縁領域が規定される前に、実質的に非導電性の基板上に形成される。一方、他の場合には、パッドおよび絶縁領域の規定は、導電性材料を実質的に非導電性の基板上に形成するよりも前又は形成するのと同時に行われる。

この要約は、本発明のいくつかの実施形態の概要のみを提供する。以下の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面から、他の多くの目的、特徴、利点、および本発明の他の実施形態がより十分に明らかになる。

本明細書の以下の部分において説明する図面を参照することにより、本発明のさまざまな実施形態がさらに理解され得る。図中、同様の構成要素は、いくつかの図面において同じ参照符号を用いて示す。いくつかの例において、小文字からなる下位ラベルが、複数ある同様の構成要素の１つを示す参照符号に関連付けられている。ある既存の下位ラベルに特定することなく参照符号に言及する場合は、複数ある同様の構成要素全てに言及することを意図している。

図２ａは、給電された移動型電気機械デバイスの３つの例（２４，８４，９４）が電気コンタクトシステム部２００上に配置されている様子を示す。電気コンタクトシステム部２００は、本発明による電気機械デバイス２４，８４，９４に電力を提供する。本発明の原理を概観するにあたって、まず、電気機械デバイス２４を参照する。電気機械デバイス２４は、同時係属中の米国特許出願第10/613,915号に記載されているような、コンタクトシステム部２００の複数のパッド部４５の表面上に脚部２６によって支持された歩行型機械昆虫の形状であるが、これに限定されない。パッド部４５は、リード７８，７９を介して電源２０に接続され、電気機械デバイス２４は、動作する（例えばコンタクトシステム部２００上を動き回る）ための電力を、パッド部４５から脚部２６を介して取り込む。電気機械デバイス２４に隣接するパッド部４５上に負（−）記号および正（＋）記号によって示すように、一方の電圧レベルであるパッド部４５ａは「−」によって示され、他方の電圧レベルであるパッド部４５ｂは「＋」によって示される。脚部２６の少なくとも１本が一方の電圧レベル「−」のパッド部４５ａと接触し、脚部２６の他の少なくとも１本が他方の電圧レベル「＋」のパッド部４５ｂと接触している場合には、電気機械デバイス２４へと電流が流れて、電気機械デバイス２４内で、蓄電装置４４（図３ａ）の充電および／又はモータ４８（図３ａ）への給電が行われる。したがって、電気機械デバイス２４は、コンタクトシステム部２００上のさまざまな位置へと動き回ることができ、且つ、そのさまざまな位置において、それぞれのパッド４５から動作のための電力を得ることができる。

図３ａにおいて最もよわかるように、各脚部２６は、パッド部４５の表面に電気的に接触している電気接点又は「足」３４を有する。したがって、脚部２６がパッド部４５の表面上で電気機械デバイス２４を支持すると、足３４は、電気機械デバイス２４の、コンタクトシステム部２００の電力アレイ２１との電気的接続を提供する。脚部２６の内部では、導電性部品６５が足３４から延びて、電気機械デバイス１０の本体部２６内へと電気回路を延長している。本体部２６内には、整流回路６２、蓄電装置４４、およびモータ４８が設けられている。なお、脚部２６を絶縁体２７で被覆して、他の電気機械デバイス（図３ａには示さず）の脚部との短絡を防止し得る。当業者に理解されるように、導電性部品６５は、設計／構造規準に応じて、脚部２６の構成部材あるいは単なるワイヤ又は他のリードであり得る。任意の適切な電気ワイヤ又はリード６６は、脚部２６内の導電性部品６５を整流回路６２に接続し得る。このことを、図５により詳細に示す。本質的に、以下により詳細に説明するが、整流回路６２は、ある特定の足３４がある任意の瞬間に「−」の電圧レベルにバイアスされたパッド部４５ａ又は「＋」の電圧レベルにバイアスされたパッド部４５ｂのいずれに接触しているかに拘わらず、蓄電装置４４および／又はモータ４８（図３ａ）へと正しい極性で電力を給送する。したがって、少なくとも１本の足３４、例えば、図３ａの足３４ｃが「−」の電圧レベルのパッド部４５ａに接触し、少なくとも１本の別の足３４、例えば、図３ａの足３４ｆが「＋」の電圧レベルのパッド部４５ｂに接触している場合は常に、脚部２６の導電性部品６５、リード６６、および整流回路６２を介して、蓄電装置４４および／又はモータ４８へと電流が流れ、電気機械デバイス２４に給電し且つ作動させ得る。

以下に、図２ａのコンタクトシステムおよび他の変形例をより詳細に説明するが、図２ａおよび図３ａに示すように、コンタクトシステムは、電力アレイ２１のパッド部４５を支持する基板２８を備え得る。パッド部４５ａ，４５ｂは、異なる電圧レベルにバイアスされ、ギャップ６７によって分離されている。ギャップ６７には、電気的に絶縁性の材料６８が埋められて、パッド部４５ａとパッド部４５ｂとの間に連続した滑らかな非導電性表面６９が提供される。言うまでもないが、他の多くのコンタクトシステム構造を用いて本発明を実施することもでき、それらは、ゲーム盤、玩具、子供用の玩具自動車、戦術兵器ディスプレイ、移動デバイス用のモニタリングディスプレイ、ロボット機械システムなどの多くの目的を有し得る。多くの異なる制御システムおよび他の変形例（それらのいくつかの例を後で説明する）を本発明と共に用いて、電気機械デバイス２４がコンタクトシステム上のさまざまな位置へ移動するのを制御することもできる。

本発明はまた、さまざまなコンタクトシステム、ゲームコントローラ、ゲームデバイス、並びにそれらを製造および使用する方法を提供する。コンタクトシステムのいくつかの例は、第１の電圧レベルにバイアスされた一方の組のパッドと第２の電圧レベルにバイアスされた他方の組のパッドとを有する表面を備えている。

そのようなコンタクトシステムは、例えば、コンタクトシステム上で動作する１個以上の電気機械デバイスを含むゲームシステムに関連して使用され得る。そのようなゲームシステムの一例を図７に示し、以下に、より十分に説明する。図７のゲームシステムにおいて、１個以上の電気機械デバイス、例えば、電気機械デバイス２４は、上述のように電気機械デバイスに電力を伝えることができるコンタクトシステム上に配置されている。ある特定の例において、電気機械デバイスは、蓄電素子および２個以上の結合手段を備え得、これを以下により十分に説明する。図３ａおよび図４の場合、結合手段は、虫型電気機械デバイス２４の脚部２６に取り付けられた足３４を備えている。これらの結合手段は、下部に設けられたコンタクトシステムから電気機械デバイス２４へと電力を電気的に伝える。虫型電気機械デバイス２４並びにパック８４および車型デバイス９４が載せられている、一例としてのコンタクトシステム２００の上側表面パターンを図２ａに示す。コンタクトシステム２００の表面は、異なる電圧レベルにバイアスされた複数群のパッド（パッド上に「＋」および「−」の記号を示す）を備えている。虫型電気機械デバイス２４のいくつかの足３４は「＋」パッド４５ｂに接触し、残りの足が「−」パッド４５ａに接触している。パッド４５ａ，４５ｂに接触しているこれらの足３４は、「＋」パッドと「−」パッドとの電圧差が、虫型電気機械デバイス３４に関連付けられた蓄電素子４４（図３ａ）の両端の間に発生するような回路を形成する。このことにより、蓄電素子４４が充電され、蓄電素子４４からの電力を使用して、虫型電気機械デバイス２４を駆動し得る。なお、上記説明は概観に過ぎず、本発明は無数の異なるアプローチ、ハードウェア、およびアプリケーション（いくつかの例を後でより十分に説明する）を包含することを理解されたい。

さらに、上で説明したゲームシステムにおいて、電気機械デバイスは、コンタクトシステム上のいくつかの位置に移動する間にも給電され得ることを理解されたい。したがって、このゲームシステムは、ビデオアーケードゲームの複雑さ、挑戦、多様性および／又はプログラム可能性を、遊びの主題としての現実の電気機械ゲームデバイスの魅力と組み合わせるように実施され得る。ある実施形態において、中央制御型アーキテクチャにより、独立した電気機械ゲームデバイスが、知的に動作し、ビデオゲームのような遊技シナリオに参加することができる。中央ゲーム制御器は、独立した電気機械ゲームデバイスと通信し、これら電気機械ゲームデバイスの位置を監視する。中央ゲーム制御器は、閉ループのフィードバック制御システムを介して、独立した電気機械ゲームデバイスのアクションの指示および操作を行う。いくつかの場合において、中央制御器はさらに、独立した電気機械ゲームデバイスの臨界状態、感覚入力および同一性を監視する。この中央制御器は、階層機能ブロックを用いて動作して、十分に確立されたビデオゲーム技術において仮想のキャラクターが操作されるのと同様の様態で実存の電気機械ゲームデバイスを操作し得るような、ゲーム制御器へのインターフェースを可能にし得る。

さまざまな電気機械デバイスを、上で説明したゲームシステムと関連付けて使用し得る。これらの電気機械デバイスは、自力で移動することのできる車輪付き電気機械デバイス９４および脚付き電気機械デバイス２４、並びにコンタクトシステム上を他の電気機械デバイスによって移動させる必要があるパック８４等のより受動的なデバイスを含み得るが、これらに限定されない。このような受動的なデバイス、例えばパック８４は、コンタクトシステム２００によって給電され得、この電力は、受動デバイス内の位置回路を動作させるのに使用されている。受動デバイスは、中央制御器又はコンタクトシステム上の他のデバイスと通信し得る。

図１に、本発明のいくつかの実施形態によるさまざまなコンタクトシステム１００ａ，１００ｂ，１００ｃを示す。図１ａにおいて、コンタクトシステム１００ａは、実質的に導電性の材料で形成されるか又は実質的に導電性の材料によって被覆された多数のパッド４５（これらパッドの例をそれぞれ参照符号４５ａ，４５ｂ，４５ｃで示す）を備えた電力アレイ２１を含む。本明細書において用いるように、実質的に導電性の材料は、電気機械デバイスをコンタクトシステム１００上で動作させるのに十分な電力を伝達する導電体として機能する性質を有する任意の材料を含み得る。したがって、実質的に導電性の材料は、金属類、金属酸化物類、不純物注入された半導体材料などを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、パッド４５は、スズ又はニッケルでメッキされ且つ不動態化されて、耐久性のある導電性の耐腐食表面を提供する。不動態化されたニッケルは、比較的固く、且つ、良好な性能を提供するのに十分な導電性を有する。あるいは、スズは非常に良好な性能を提供する。性能およびコストの要求に応じて、他の材料を選択してもよい。

パッド４５は、実質的に非導電性の基板２８の上に設けられている。本明細書において用いるように、実質的に非導電性の材料は、誘電体として機能する性質を有する任意の材料を含み得る。したがって、実質的に非導電性の材料は、プラスチック、ガラス、ゴム、非導電性塗料、環境空気(ambient air)、紙又は紙繊維、セラミック、不純物注入されていない半導体材料などを含むが、これらに限定されない。いくつかの場合において、基板２８は、実質的に電力アレイ２１よりも厚く形成し得、コンタクトシステム１００ａへのサポートを提供し且つ／又はコンタクトシステム１００ａの表面トポロジーを規定し得る。

電力アレイ２１は、基板２８に対して積層又は接着され得る。あるいは、電力アレイ２１は、エッチング、堆積、導電性インクを用いた印刷、および／又は当業者に公知の任意の他の電極形成方法によって、基板２８上に形成され得る。電力アレイ２１を基板２８に関連付ける方法は、機械的安定性および形成容易性を考慮することを含み得る。

各パッド４５の表面領域は、パッド４５の周囲を囲む境界隙間又は絶縁領域６７によって規定されている。本明細書において用いるように、絶縁領域は、連続又は非連続の実質的に非導電性の材料からなる任意の領域であり得る。したがって、絶縁領域６７は、多数の下位領域（それぞれが接続され得る下位領域、それぞれが分離され得る下位領域、および／又はそれら下位領域の組み合わせ）を含み得る。一例として、絶縁領域６７は、コンタクトシステム１００ａの表面上を横切るラインを形成し、パッド４５間に散在する、隙間を空けて設けられた多数の開口部を含み得る。このように隙間を空けて設けられた多数の開口部は、実質的に非導電性の材料６８（図３ａ）を埋め込まれるか、又は、開口したままの状態にされて、開口部内の環境空気が、その開口部を埋める誘電体材料として機能する。後でさらに説明するように、パッド４５および絶縁領域６７のパターンの２つの例を図２に示す。但し、当業者は、本発明の原理を理解すれば、本発明の範囲内において他の多数のパターンを考案することができる。

コンタクトシステム１００ａは、パッド４５の上側表面および絶縁領域６７が連続する二次元の上側表面を規定するように形成される。本明細書において用いるように、連続する二次元の表面は、二次元に拡がる任意の連続表面領域であり得る。

ある特定の実施形態において、電力アレイ２１は、打抜き(die cutting)技術を用いて形成される。この方法は、例えば、電力アレイ２１内を延びるように打抜き技術で切れ込みを入れて、基板２８には切れ込みが入らないようにすることを含み得る。いくつかの場合において、電力アレイ２１を基板２８に取り付ける前に、打抜きによる切れ込みを電力アレイ２１に形成する。別の場合には、電力アレイ２１を基板２８に取り付けた後に打抜きを行う。

電力アレイ２１を基板２８に取り付けた後に打抜きを実施する場合、切れ込みの場所で電力アレイ２１の導電性材料が、図示のように、例えば図３ａにおける屈曲した縁部７１，７２によって曲げられ、電力アレイ２１の隣接するパッド４５間に電気的に開いた回路を形成する割れ目６７が残る。いくつかの場合において、足３４、ブラシ、又は接点が、ギャップ６７を跨ぐほどの十分に幅広な接触表面を有する場合、隣接するパッド４５間のギャップ６７は、電力アレイ２１上で動作する電気機械デバイスによる短絡が防止されるほど十分な大きさではないかもしれない。この短絡の可能性を低減するため、切れ込み上に非導電性塗料をシルクスクリーンで塗布し得る。塗料は、短絡を防止するのに十分な幅を有する細長の線状の形で現れるか、又は、パッド４５ａ，４５ｂの表面上に十分な高さを有して、細長の塗装線上に位置する電気機械デバイスの接触表面が隣接するパッドに接触しないように維持される。塗料はまた、表面が滑らかになるように割れ目を埋める働きをする。さらに、塗料は、金属が曲がったり流れたりして短絡が起きることが確実にないようにすることができる。さらに、複数の塗装色を用いて、電力アレイ２１の表面上のパターンをマークすることができる。

なお、コンタクトシステム１００は、図１ａに示すようにパッド４５が均一に分布した１つの連続する二次元領域を含み得ることに留意されたい。あるいは、コンタクトシステム１００ａは、パッド４５を含まない複数の領域若しくはパッド４５が電源２０に接続されていないか然もなくば電力を伝達するように動作しない領域を含み得る。コンタクトシステム１００上に配置された電気機械デバイスが、パッド４５を含まない領域又はパッド４５が動作しない領域において動作する場合に電力を奪われるような実施形態は、理想的であり得る。当業者に理解されるように、スイッチ回路又は他の制御システム（図示せず）を用いて、選択されたパッド４５のオン／オフを切り換えて、パッドの動作性を変更することができる。そのような動作不能パッド４５を使用するのは、任意の所望の目的、例えば、ゲーム盤として機能するコンタクトシステム上のゲームの駒として動作するさまざまな電気機械デバイスに対する利点を変更するためであり得る。

コンタクトシステム１００ａは、リード７７を含む電源結合手段２５を介して電源２０に結合されている。リード７７は、半田又はリベットを含む（但しこれらに限定されない）当業者に公知の任意のプロセスおよび／又は機構によって電力アレイ２１に電気的に結合され得る。例示した実施形態において、リード７７は、第１の電圧レベルのリード７８および第２の電圧レベルのリード７９を含む。別の電源結合手段６１は、電源２０を電力プラグ６３に接続する。プラグ６３は、電気コンセントから利用可能な電圧レベルの交流電流（以下「ＡＣ」）源を受け取るように適合されている。ある実施形態において、電気コンセントからのＡＣ電力は、電源２０によって、異なる電圧レベルの別のＡＣ電源に変換される。別の実施形態において、電気コンセントからのＡＣ電源は、電源２０によって、異なる電圧レベルの直流電流（以下「ＤＣ」）電源に変換され、さらに他の実施形態において、プラグ６３は、異なる電圧レベルのＤＣ電力に変換されるＤＣ電力を受け取るように適合されている。また、いくつかの場合において、電力変換は必要ないかもしれず、その場合、電源２０は変換能力を含まなくてもよいことを理解されたい。電力が変換されない場合の一例として、電源２０はバッテリーパックであり得る。

電力アレイ２１上に存在する任意の十分に大きな導電性のオブジェクト（コインなど）が、意図せず短絡を引き起こし得る。したがって、いくつかの場合において、電源２０は、電流制限回路を含み得、また、熱的に保護されていてもよい。リセット可能なヒューズおよび直列電流制限抵抗器を安価な保護手段として用い得るが、保護はこの技術に限定されない。

本明細書の開示に基づくと、電源２０は、コンタクトシステム１００ａによって使用するために電力を供給および／又は変換することのできる任意のユニットであり得ることが理解される。ある実施形態において、電源２０によって供給される電力は、ＤＣ電力である。別の実施形態において、電源２０によって供給される電力は、単相、二相および三相のＡＣ電力を含むＡＣ電力である。電源２０は、バッテリー、一般的な家庭用ＡＣ電源に接続されたＡＣ変換器、一般的な家庭用ＡＣ電源に接続されたＡＣ−ＤＣ整流／変換器などを含み得る。

電源２０から出力された電力は、コンタクトシステム１００ａに供給される。したがって、例えば、プラグ６３は１２０ＶのＡＣ電力を受け取り得、電源２０は、その１２０ボルトのＡＣ電力を８ＶのＡＣ電力に変換し、コンタクトシステム１００ａに印加する。ある特定の実施形態において、１群のパッド４５が、リード７８，７９の一方との電気的接続によって第１の電圧レベルにバイアスされ、別の１群のパッド４５が、リード７８，７９の他方との電気的接続によって別の電圧レベルにバイアスされる。本明細書の開示に基づくと、当業者は、３群以上のパッドが、それぞれ異なる電圧レベルおよび／又は位相にバイアスされ得ることを理解する。

電源２０がコンタクトシステム１００ａにＡＣ電力出力を提供する場合、同じ電圧レベルのＤＣ電源と比較して、所与の平均電流に対して、電力アレイ２１のより大きな抵抗性（Ｉ^２Ｒ）損失が原因で、ある程度の効率が失われるかもしれない。しかし、ＡＣ電源を、抵抗性の電流制限およびリセット可能なヒューズと組み合わせて、電力アレイ２１へ電力を提供する安価な手段を提供し得る。さらに、ＡＣ励起はアークを消す傾向があり、コンタクトシステム１００ａ上で動作する電気機械デバイスの間欠的に接触する足および／又はブラシの寿命を延ばし得る。ＡＣ電源を使用した場合も、コンタクトシステム１００に関連する制御システムと干渉する可能性のある放射電磁ノイズを低減し得る。

本発明のある特定の実施形態において、電力アレイ２１は、紙繊維基板２８の頂部に配置された、多数の銅又はスズでメッキされた銅パッド４５から形成される。ある電圧レベルにバイアスされた複数群のパッド４５は、間隔を空けて離された開口部（環境空気又は絶縁材料が存在する）から形成されたギャップ又は絶縁領域６７によって、別の電圧レベルにバイアスされた複数群のパッドから分離されている。コンタクトシステム１００ａは、実質的に硬質であるか、あるいは、巻き取る、畳む、並びに／若しくは手で容易に操作・運搬・格納できるように、実質的に柔軟であり得る。

図１ｂに、本発明のいくつかの実施形態によるコンタクトシステム１００ｂを示す。コンタクトシステム１００ｂは、パッド４５（この例を参照符号４５ｄ，４５ｅ，４５ｆで示す）の上側表面および絶縁領域６７が、表面８４，８５，８６を含む非連続の三次元上側表面を規定する点を除いて、上で説明したコンタクトシステム１００ａと実質的に同じである。本明細書において用いるように、非連続の三次元表面は、段差又は他の非連続的形状によって分離された２つ以上の表面領域を含む任意の表面領域であり得る。この説明から、非連続の三次元表面は、連続する二次元表面および／又は連続する三次元表面（以下でさらに説明する）の任意の組み合わせを含み得ることが理解される。

図１ｂに示すように、パッド４５および絶縁領域６７の表面８４を形成する部分は、段差８７によって表面８５から分離されている。同様に、表面８５は、表面８６とは連続でなく、これらの表面は段差８８によって分離されている。一例として、コンタクトシステム１００ｂ上に配置された電気機械デバイスが１つ以上の段差、千鳥配列および／又は他の障害を横切ることが意図されているようなコンタクトシステムが理想的であり得る。

図１ｃのコンタクトシステム１００ｃは、また、パッド４５（この例を参照符号４５ｇ，４５ｈ，４５ｉで示す）の上側表面および絶縁領域６７が、連続する三次元の上側表面を規定する点を除いて、上で説明したコンタクトシステム１００ａと実質的に類似している。本明細書において用いるように、連続する三次元表面は、二次元よりも大きな次元に亘って拡がる任意の連続表面領域であり得る。この説明から、連続する三次元表面は、連続する二次元領域として説明され得る部分を含み得る。

コンタクトシステム１００ｃは、図示のようにパッド４５が均一に分散した１つの連続する領域を含み得る。あるいは、コンタクトシステム１００ｃは、パッド４５を含まない領域又はパッド４５が電力を伝達する機能を果たさない領域のいずれかを含み得る。コンタクトシステム１００ｃ上に配置された電気機械デバイスが、パッド４５が存在しない領域又はパッドが機能しない領域において動作する場合に、電力が奪われるようになっている実施形態が理想的であり得る。

コンタクトシステム１００は、連続する二次元表面領域、連続する三次元表面領域および／又は非連続の三次元表面領域の組み合わせを含むように形成され得る。さらに、コンタクトシステム１００は、１つのコンタクトシステムを形成するように組み立てられた多数のコンタクトシステム部分又はブロック（図示せず）から形成され得る。このことは、例えば、コンタクトシステムの表面上を移動する電気機械デバイスを含むゲームに関連して時間の経過に応じてさまざまな配置が用いられることになっている場合に、理想的であり得る。いくつかの場合において、このようなビルディングブロックアプローチは、２個以上の電力アレイ２１および／又は基板２８を互いに隣接するように配置して、使用可能な領域を拡大することを含み得る。各電力アレイ２１は、同じ電源２０に電気的に接続されるか、又は、それ自身の独立した電源２０を使用し得るかのいずれかであり得る。

コンタクトシステム１００は、１つ以上の理想的な特性を提供するように適合され得る。例えば、コンタクトシステム１００は、コンタクトシステム上で動作している電気機械デバイスに電力を連続的又は略連続的に伝達する手段を提供するように適合され得る。いくつかの例において、そのような電力の伝達は、電気機械デバイスがコンタクトシステム１００の表面上においてさまざまな方向へ移動するのに応じて連続的又は略連続的な様態で行われ得、したがって、コンタクトシステム１００上で動作している電気機械デバイスは、あたかも自分自身の無限の（又は無限であるかのような）電源を担持しているかの如く動作することができる。特定の場合において、コンタクトシステム１００は、１つの表面から電力伝達が行われるように配置され得、したがって、電気機械デバイスがコンタクトシステム上を移動する際に電気機械デバイスを俯瞰で見ることが容易になる。本明細書中に提供した開示内容に基づくと、当業者は、図１に示したコンタクトシステムを１個以上用いて達成され得る他の多数の利点を理解する。

図２は、本発明の異なる実施形態による、電力アレイ２１および別の電力アレイ２２のパターンを示す拡大平面図２００，２０１である。図２ａを参照すると、平面図２００は、複数の実質的に矩形のパッド４５（このパッドの例を参照符号４５ａ，４５ｂ，４５ｃで示す）が反復的に設けられて、電力アレイ２１を形成しているのを示す。パッド４５は、散在した絶縁領域６７によって規定されている。「＋」および「−」の記号によって示されるように、一群９７のパッド４５は、ある電圧レベル（「＋」で示す）にバイアスされ、別の群９８のパッド４５は、別の電圧レベル（「−」で示す）にバイアスされる。

パッド４５は、それぞれリード７８，７９の一方を有する連続する電気接点によって、２つの電圧レベルにバイアスされている。図からわかるように、電力アレイ２１の側部８７および８８は、連続記号８５，８６によって示されるように、連続している。それに対して、側部９１および９２は、電力アレイ２１の終了を示している。側部９１に沿って示すように、「＋」パッド９７の全てが、側部９１に沿って延びている電力アレイ２１の比較的薄い導電性領域によって、リード７８に電気的に結合されている。側部９２に示すように、リード７９からバイアスされた「−」電圧は、側部９２に沿って延びているパッドを介して電気的に結合されている。側部９２に沿ったこれらのパッド４５もまた、側部が終了する側部８８に沿って電気的に結合されていることは図示していない。側部８８の終端における結合は、側部９１に関連して前に説明したのと同様である。したがって、全ての負のパッドは、互いに結合され且つリード７９に結合されている。

図示した実施形態におけるパッド４５は、対称且つ一定間隔で離されて、最大範囲の電力アレイ２１が提供されて、パッド４５間の分離スペースは最小になる。この最小の分離について、後で図３に関連付けてさらに説明する。パッド４５間の距離を最小化することにより、パッドに覆われた面積が拡大し、電気的接触が起こる可能性が高まる。

本明細書中に提供した開示内容に基づくと、パッド４５は、所望の結果に応じて任意の形状を有するように形成され得ることがわかる。その所望の結果は、異なる電圧レベルにバイアスされた脚部２６とパッド４５とが接触する確率、表面上でプレイされるゲームに応じた電力の分布などを最大化すること含み得るが、これらに限定されない。パターンは、不規則な形状、規則的な形状および／又はそれらの任意の組み合わせによって形成され得る。規則的な形状は、三角形、矩形、正方形又は他の多角形、円、楕円などを含み得るが、これらに限定されない。

平面図２００はまた、電力アレイ２１および絶縁領域６７によって規定された表面上に配置された車輪付き電気機械デバイス９４、脚付き電気機械デバイス２４、およびパック８４を示す。受動的なパックデバイスは、下側のコンタクトシステムから電力を受け取るように複数のブラシ９９を備えている。ブラシ９９は、当然、パック９４の下側に設けられてコンタクトパッド４５と電気的に接触するので、破線で示す。また、ブラシ９９は、図２ａにおいて、図面の縮尺の制限のため大きく図示するが、実際には、ギャップ６７又は絶縁材料で覆われたギャップ６７よりも幅狭であって、上で説明したように、異なる電圧レベルのパッド４５間の短絡を防止する。このことは、車輪付きデバイス９４のブラシ９５にもあてはまる。脚付き電気機械デバイス２４は、脚付き電気機械デバイス２４の移動および充電の両方を提供する多数の導電性脚部２６（又はそれに取り付けられた足）を備えている。脚付き電気機械デバイス２４は、さらに、図３ａ並びに米国特許出願第10/613,915号に関連付けて後でさらに説明する。なお、本明細書中、あらゆる目的のために、この米国特許出願の全体を参考として援用する。

いくつかの場合において、脚付き電気機械デバイス２４の脚部２６は、脚部２６の他の駆動部品との機械的接続部において、非導電性ブッシュや接続ピンなど（図示せず）の任意の公知技術を用いて互いに電気的に絶縁されている。それにより、脚部２６と接触しているそれぞれのパッド４５の電圧極性又は相対電圧レベルに拘わらず、電力アレイ２１を短絡することなく、多脚電気機械デバイス２４の脚部２６のいずれかとパッド４５のいずれかとの間の接触が実現される。また、同じ電気機械デバイス２４の脚部２６間の接触又は同じコンタクトシステム１００上で動作している２個以上の異なる脚付き電気機械デバイス２４の脚部２６間の接触が電力アレイ２１を短絡させないように、パッド４５に接触する点又は表面領域を除いて、脚部２６を絶縁体２７で被覆することが望ましいかもしれない。

図示のように、１本以上の脚部２６がある電圧レベル（「＋」で示す）と接触し、残りの脚部２６が別の電圧レベル（「−」で示す）と接触している。しかし、「＋」および「−」の表記は、簡便性のために用いるものであり、厳密に正および負の極性を意味するものであり得るが、これに限定される必要がないことに留意されたい。この表記は、相対的であることを意図しており、例えば、「８ボルト」および「０ボルト」のレベル、「８ボルト」又は「９ボルト」および「３ボルト」のレベルを含み得る。換言すると、「＋」および「−」の表記は、電気機械デバイス２４の動作又は充電するための電力を取り出し得る任意の異なる電圧レベルを含む。図３ａに例示した電気機械デバイス２４におけるさまざまな脚部２６間の電圧差を用いて、脚付き電気機械デバイス２４に関連付けられた蓄電装置４４を充電するか、又は、脚付き電気機械デバイス２４に関連付けられたモータ４８を動作させる。この動作について、図４および図５に関連して後でさらに説明する。

配置の一例において、脚付き電気機械デバイス２４は、脚部２６が電力アレイ２１の表面上の何処に存在するかに応じて、パッド４５から電力を取り出すことができてもよいし、取り出すことができなくてもよい。任意の２本の脚部２６が対極の「＋」パッド４５および「−」パッド４５に接触している場合、これら２本の脚部２６を通って電力が導かれて、蓄電装置の充電および／又は電気機械デバイス２４の動作が行われる。全ての脚部２６が同じ電圧レベルにバイアスされたパッド４５に接触している場合、１本以上の脚部２６が異なる電圧レベルにバイアスされたパッド４５に移動しない限り、電力は脚付き電気機械デバイス２４に伝達されない。しかし、蓄電装置は、少なくとも２本の脚部２６が対極の「＋」パッド４５および「−」パッド４５に接触する位置へと再度移動するまでの電力が伝達されない短期間の間に、電気機械デバイス１０を動作させるのに十分な容量を有している。

電気機械デバイス２４の例において、図３ａの脚部２６ｅ等の数本の脚部２６はステップモードであり、足３４ｅがパッド４５の表面よりも高く持ち上げられており、図３ａの脚部２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ等の他の脚部２６はストライドモードであり、それぞれの足３４ｂ，３４ｃ，３４ｆがパッド４５の表面に接触して、パッド４５上のデバイス２４を支持し且つ推進する。言うまでもないが、デバイス２４の安定性を得るために、いかなる瞬間においても、十分な数の足３４がパッド４５上に乗っている必要があり、それにより、いかなる瞬間においても、デバイス２４に給電される電流がパッド４５からパッド４５に接触しているいずれかの足３４を通って流れ得る。その後、足３４のいずれか、例えば、足３４ｆがパッド４５の表面から持ち上げられてステップモードに移行するまでに、少なくとも他の１つの足、例えば、足３４ｅは、ステップモードを終了してパッド４５と接触した状態に戻っている。したがって、任意の特定の脚部２６において、脚部２６がストライドモードとステップモードとを繰り返す間に、電流は間欠的に流れるが、少なくとも１つの足３４がある電圧レベル「−」のパッド４５に接触した状態と、少なくとも１つの別の足３４が別の電圧レベル「＋」のパッド４５に接触した状態とが同時に起これば、常に電流が流れる。また、デバイス２４が、足３４がある電圧レベル「−」のパッド４５から別の電圧レベル「＋」のパッド３４へと移動するように、異なる位置へと何らかの様態で回転又は移動する場合、電圧レベル「−」のパッド４５上には別の足３４が残っており、且つ／又は、デバイス２４のそのような動きが、異なる脚部２６を別の電圧レベル「＋」のパッド４５から電圧レベル「−」のパッド４５へと移動させるので、電流が依然存在する。整流回路６２は、いずれの足３４が異なる電圧レベル「＋」又は「−」のいずれのパッド４５と接触しているかに拘わらず、それら全ての脚部２６からの電流を適切な様態で導いて、蓄電装置４４の充電および／又はモータ４８の切断を行う。

車輪付き電気機械デバイス９４は、車輪付き電気機械デバイス９４を操作し且つ移動させることのできるモータシステム（図示せず：但しデバイス２４のモータ４４に類似）に機械的に結合された４個の車輪９３を備えている。さらに、車輪付き電気機械デバイス９４は、２つ以上の可撓性のブラシ９５を備えている。可撓性ブラシ９５は、図３ｂに示すように、車輪付き電気機械デバイス９４の底部から突き出ている。

図２ａに示すように、１個以上のブラシ９５がある電圧レベル（「＋」で示す）に接触し、他のブラシ９５のうちの少なくとも１つが別の電圧レベル（「−」で示す）に接触する場合、さまざまなブラシ９５間の電圧差を用いて、車輪付き電気機械デバイス９４に関連付けられた蓄電装置の充電および／又は車輪付き電気機械デバイス９４に関連付けられたモータシステムの動作が行われる。この動作を図４および図５に関連して後でさらに説明する。車輪付き電気機械デバイス９５への電力の伝達は、ブラシ９５によって、脚部２６に関して上で説明したのと実質的に同じ方法で提供される。

図２ｂは、本発明の他の実施形態による電力アレイ２２の別のパターンを、平面図２０１として示す。このパターンは、交流電圧レベル９７，９８にバイアスされた多数の短冊状パッド４６（このパッドの例を参照符号４６ａ，４６ｂ，４６ｃで示す）を備えている。パッド４６からパッド上で動作する電気機械デバイスへの電力の伝達は、電力アレイ２１に関して上で説明したのと実質的に同様である。

図３は、その上部に配置された脚付き電気機械デバイス２４およびブラシ付き電気機械デバイス９４を含むコンタクトシステム１００の拡大側面図である。図３ａにおいて、脚付き電気機械デバイス２４は、脚部２６が電力アレイ２１に接触した状態で、コンタクトシステム上に配置されている。各脚部２６は、導電性の足３４を備えている。パッド４５ａとパッド４５ｂとの短絡を防ぐため、絶縁領域６８の表面上の距離７３は、導電性の足３４のコンタクトシステム表面に接触した部分の幅よりも大きい。

図３ｂは、コンタクトシステム上に配置された車輪付き電気機械デバイス９４を示している。ブラシ９５がパッド４５に向かって突き出ており、ブラシ接点９２がパッド４５および／又は絶縁領域６８に接触している。パッド４５ａとパッド４５ｂとの短絡を防ぐため、絶縁領域６８の表面上の距離７３は、導電性ブラシ接点９２のコンタクトシステム表面に接触した部分の幅よりも大きい。ブラシ９５は、ワイヤ又はリード６６（デバイス９４内に図示せず：但しデバイス２４内に設けたものと同様）によって整流回路６２（デバイス９４内に図示せず：但しデバイス２４内に設けたものと略同じ）に接続されている。整流回路６２は、デバイス９４に給電するためのコンタクトシステムから得られた電力を整流する。受動デバイス８４のブラシ９９の整流回路９２への同様の接続を用いて、デバイス８４への給電を行う。

図４および図５において、脚付き電気機械デバイス２４の導電性の足３４は、ワイヤ６６を介して整流器アセンブリ６２に独立して電気的に接続されている。整流器アセンブリ６２は、電圧差分出力６４（例えば、Ｖ^＋５８とＶ⁻５９との差）を提供する。これについて、図５の回路図に関連してより十分に説明する。それぞれの導電性の足３４から延びたワイヤ６６は、整流器アセンブリ６２上の、それぞれのダイオード４２間に設けられたポイントに取り付けられている。ダイオード４２は、電圧差６４が正であり且つＶ^＋５８からＶ⁻５９へと電流が流れるように構成されている。一例として、「＋」電圧レベルが「−」電圧レベルよりも大きいと仮定すると、例えば、ワイヤ６６ａ，６６ｂ，６６ｃが、「−」電圧レベルにバイアスされたパッド４５に各々が接触したそれぞれの足３４に電気的に接続され、ワイヤ６６ｅ，６６ｆが、「＋」電圧レベルにバイアスされたパッド４５に各々が接触したそれぞれの足３４に電気的に接続され、且つ、ワイヤ６６ｄが、いずれのパッド４５にも接触していない足３４に電気的に接続されている場合に、電圧差分出力６４が得られる。図示した例について続けると、電圧Ｖ５，Ｖ６は「＋」電圧レベルであり、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は「−」電圧レベルであり、電圧Ｖ４はフローティングである。したがって、Ｖ^＋５８は、「＋」電圧レベルからダイオード４２ｉにおける電圧降下分を引いた値に略等しい（つまり、Ｖ６からダイオード４２ｋにおける電圧降下分を引いた値又はＶ５からダイオード４２ｉにおける電圧降下分を引いた値と略同じ）。同様に、Ｖ⁻５９は、「−」電圧レベルにダイオード４２ｂにおける電圧降下分を加えた値（つまり、Ｖ１にダイオード４２ｂにおける電圧降下分を加えた値、Ｖ２にダイオード４２ｄにおける電圧降下分を加えた値、又はＶ３にダイオード４２ｆにおける電圧降下分を加えた値）に略等しい。したがって、電圧差分出力６４は、「＋」電圧レベルから「−」電圧レベルおよびダイオード４２ｉおよびダイオード４２ｂにおける電圧降下分を引いた値に等しい。電流を制限する抵抗器４６も含まれ得る。抵抗器４６を用いる場合、電圧差分出力６４は、抵抗器４６における電圧降下分だけ減少される。以下の式は、一般に、電圧差分出力６４を示す。

本明細書の開示内容に基づくと、当業者は、少なくとも１つの足３４（又はブラシ９５，９９）が「−」電圧レベルにバイアスされたパッド４５上に配置され、少なくとも１つの他の足３４（又はブラシ９５，９９）が「＋」電圧レベルにバイアスされたパッド４５上に配置されるような、足３４（又はデバイス９４のブラシ９５又はデバイス８４のブラシ９９）の任意の配置により、略同じ電圧差分出力６４となることを理解する。さらに、本明細書の開示内容に基づくと、当業者は、２個以上の接点から異なる電圧電位で電力を受け取り、その電力を単方向の電流に変換することができる他の回路を本発明において用い得ることを理解する。

符号Ｖ１〜Ｖ６で示すポイントの全てにおける電位は、導電性の足３４の組み合わせが電位差のない少なくとも２つのパッド４５に接続されない場合、同時に遮断される場合があり得ることを理解されたい。電気機械デバイスへの電力の遮断を改善するため、キャパシタ４４（整流器アセンブリ６２の一部であるか又は整流器アセンブリ６２から物理的に分離されているかのいずれかであると考え得る）を用いて充電を行い、電力遮断の間、出力６４において電力を継続して供給することを可能にし得る。本明細書の開示内容を読めば、当業者は、キャパシタ４４と組み合わせて又はキャパシタ４４の代わりに他のデバイス（例えば、二次電池）を用い得ることを理解する。そのようなデバイスの一例として、ニッカド(NiCad)電池が挙げられる。

コンタクトシステム１００から車輪付き電気機械デバイス９４への電力の伝達は、図４および図５に関連して説明したのと実質的に同じであり得る。特に、ブラシ９５は、上述のように整流器アセンブリ６２に電気的に接続されて、蓄電素子の充電および／又はコンタクトシステム１００から電力を受け取るモータシステムへの給電を行い得る。

本発明によるコンタクトシステムは、１個以上の独立した電気機械デバイスに関連して用いるように適合され得る。電力アレイのパターンの選択を含むコンタクトシステムの実施は、少なくともある程度まで、コンタクトシステムの提案された動作的使用によって規定され得る。例えば、脚部がコンタクトシステム表面上を場所から場所へと飛び飛びに移動するのに対して、ブラシは通常コンタクトシステムの表面上を引っぱられるので、脚付き電気機械デバイスの代わりに、又は脚付き電気機械デバイスと組み合わせてブラシ付き電気機械デバイスを用いる場合、異なる設計が理想的であり得る。ブラシ付き電気機械デバイスを含むコンタクトシステムは、しばしば１００パーセントの接触率を提供するように設計され得るのに対して、さまざまな理由で、脚付き電気機械デバイスを含むコンタクトシステムは、しばしばより低い接触率を提供するように設計され得る。

脚付き電気機械デバイスをコンタクトシステム上で動作させる場合に用い得る、いくつかの概括的な設計上の検討事項を以下に説明する。これらの概括的な設計上の検討事項は、脚付き電気機械デバイスを用いる場合に高い接触率を確保するように適合される。これら概括的な設計上の検討事項の適用の結果、パッドは図２ａに示したのと同様の市松(checkerboard)配列になる。概括的な設計上の検討事項にしたがって、パッドのサイズが調節され、調節の結果は接触率に反映される。

脚付きデバイス２４に実装されたキャパシタ４４（又は他の蓄電素子）への電荷を電源２０からの電流に導通させるために、少なくとも２つの足３４は、電力アレイ２１上の異なる電位を有する２つのパッド４５に接触する必要がある。脚付きデバイス２４がコンタクトシステム上の任意の位置へと移動し、コンタクトシステムに対して任意の向きを向く間、且つ／又は、足３４がランダムな歩行状態にある間に、さまざまなパラメータが、上記の状況が起こる確率に影響をおよぼす。

パッド４５の規則的なパターンにより、反復可能な、つまり、予測可能な接触率が得られることがわかっている。さらに、パッド４５のパターンとして回転対称のパターンを選択した結果、最適な電力アレイ２１が得られる場合があることがわかっている。このような回転対称は、一定角度回転させた場合、同じに見える。

異なる電圧電位のパッド４５は、脚付きデバイス２４の足３４の長さよりも短いサイズスケールで混合されると、所与の位置および向きにおいて、少なくとも２つの足３４が異なる電位の１対のパッド４５に当接する確率が最大になり得る。このことが、各々の独立したパッド４５の最大サイズを設定する。

異なる電位の隣接するパッド４５は、短絡を防止するため、分離ギャップ（例えば、距離７３の絶縁領域６７）によって分離され得る。やはり、ギャップの最小幅は、コンタクトシステム１００の表面に接触する足３４の遠位端部分の幅よりも大きくなるように規定され得、それにより、足３４は、２つの隣接するパッド４５間で短絡を起こすことはない。これらパッド４５間の分離ギャップは、コンタクトシステム１００の表面領域の一部を占めるに過ぎない。ギャップが占める表面領域の比率が大きくなるにつれ、２つの足３４が異なる電圧レベルのパッド４５に接触する確率が低くなる。
したがって、電力を脚付きデバイス２４に伝達する確率を高めるため、足による短絡を防止できる範囲でギャップの幅を最小に維持し、且つ、該ギャップによって輪郭が規定されるパッド４５のサイズを最適化することによって、小さな面積のギャップを最小化し得る。パッド４５のサイズは、足の数、足の間の最大距離および最小距離、並びにパッドの形状を含む多数の要素に応じて、電気機械デバイス２４がコンタクトシステム１００上を移動する際に、任意の瞬間に少なくとも２つの脚部２６が異なる電圧レベルのパッド４５に接触する確率が最大になるように最適化され得る。

上記説明を要約すると、パッド４５の規則的で対称なアレイが好ましいが、いかなるパターンサイズ又は形状であっても使用できる。パッドのサイズおよび形状は、コンタクトシステムから電気機械デバイスへの電力伝達の確率が最大になるように最適化され得る。パッドの形状は、足３４の幅よりも少しだけ広いギャップによって分離されたパターンに緊密に嵌り得る。さらに、パッド４５が大きくなると、コンタクトシステム１００の全表面領域に対してパッド４５が占める割合が増大するが、パッド４５は、少なくとも２つの足３４が異なる電圧レベルのパッド４５に接触する確率を低下させるほどの大きさではなく、大凡、脚付き電気機械デバイス２４のサイズに等しい。

これらの概括的な設計上のルールに従い、且つ、パッド４５は２つの異なる電圧レベルのみにバイアスされていると仮定すれば、交流電圧レベルの市松(checkerboard)パターンに配列された略正方形のパッドが選択され得る。また、そのようなパターンのパッド４５を図２ａに示す。当然ながら、本明細書中の開示内容に基づくと、当業者は、１つ以上の機能上の所望の結果又は外見に応じて他の多くのパターンが選択され得ることを理解する。

正方形のパッド４５の最適なサイズは、選択された脚付き電気機械デバイス２４の仕様上の詳細に基づいて決定され得る。この説明に関して、６本の脚部を用いて独自の方法で歩行する玩具を、ターゲットデバイスとして使用した。したがって、結果的に得られる寸法は、他のタイプのデバイスには最適でないかもしれない。にもかかわらず、同じ数値に関する技術を、使用し得る複数のデバイス又はデバイスセットに適用し得る。

パッド４５のサイズおよびレイアウトを説明する１つ以上のコンピュータモデルを用いて、６脚デバイスの動作をシミュレーションし得る。以下に説明する例示的なシミュレーションデータは、６脚の電気機械デバイスを、市松パターンに配列された正方形パッド４５のグリッドを含む電力アレイ２１に関連して説明する。さまざまなパッド４５間のギャップが、シミュレーションに含まれる。シミュレーションは、１組の試験的配置について接続が形成されたか否かを繰り返しテストする。各配置について、電力アレイ２１上における脚付き電気機械デバイス２４の位置および向きがランダムに選択される。モデル化された特定の脚付きデバイス２４は、それぞれ３本の脚部２６からなる２つの独立したグループを有する。これら脚部のグループを、それぞれ左グループおよび右グループと呼ぶ。これら脚部２６のグループは、駆動ギヤが１回転する毎に反復するパターンで動作する。左側駆動ギヤおよび右側駆動ギヤの角度もまた、各試験配置毎にランダム且つ独立して選択される。

独立した電気機械デバイス（この例では玩具）の重要な構成要素の寸法を表１に示す。

接続が形成される確率を計算するために、多数の試験的配置を数値的に行い得る。特定の試験において接続が形成された場合、つまり、少なくとも２つの足３４が異なる電圧レベルのパッド４５のそれぞれに接触していることがわかった場合、１が割り当てられる。接続が形成されなかった場合、０（ゼロ）が割り当てられる。多数の試験に対して、これらの結果の合計が蓄積される。そして、この蓄積された値を試験回数で正規化した値として、接続が形成される確率が計算される。

パッド４５のサイズの値を変えながら、上記シミュレーションを繰り返し行い得る。その後、接続の確率が最大になるパッド４５のサイズを決定し得る。このことから、一辺が１．１３０インチの正方形パッド４５からなり且つパッド４５間のギャップ幅７３が０．０２０インチであるアレイを用いることにより、特定の脚付きデバイス２４（この例では玩具）が、多数のランダムな配置のシミュレーションにおける８１％の時間の間、回路を形成できたことがわかり得る。

脚部２６を通過する電力は頻繁に（シミュレーションによると１９％の期間）遮断されるので、整流器アレイは、出力電圧６４が比較的一定に維持されるように、キャパシタ４４内に電気エネルギを蓄積する。抵抗器４６は、電力アレイ２１を介して電源２０に再接続される直前にキャパシタ４４が相当量の放電をした場合に起こる突入電流を制限する。

一例として、独立した電気機械玩具用に設計された６脚のマルチポート整流器６２について考察する。この玩具は、１２インチ／秒の最大速度で２００ｍＡの電力を取り込み、抵抗器４６は４オームであり、キャパシタ４４は０．５Ｆであると仮定する。また、電源２０が６．４ＶＤＣを提供すると仮定する。最大速度の場合、抵抗器４６における電圧降下は０．８Ｖである。電力アレイ２１への接続が失われた場合、キャパシタの両端間の電圧は０．４３ボルト／秒の速度で降下する。異なる見方をすると、最大速度の場合、電圧６６は２．３５秒内に１ボルト降下する。１２インチ／秒の場合、数分の１秒以内に足が再配置されて電力パッドとの接続を見つける確率は事実上１００％であり、それにより、出力電圧が略最大レベルに維持される。

キャパシタ４４が完全に放電されて、その後電力アレイ２１に接続された場合、抵抗器４６は、突入電流を１．２５Ａまで制限する。突入電流は、キャパシタ４４が充電されるのにしたがって、１．３秒でその値の半値にまで低下し、３秒で０．２５Ａにまで低下する。

通常の最大速度での動作の間、間欠的な電力ロスの期間は数分の１秒であり、整流器アセンブリ６２の出力電圧６４はほとんど降下しない。移動する足３４が電力アレイ２１に再接続する場合、突入電流は、名目上の最大速度電流取り込み量、約２００ｍＡよりもわずかに大きいに過ぎない。この少量の非誘導性の接触電流により、接触疲労（足３４の疲労）は最小になり得る。

場合によって、独立した電気機械デバイスは、足３４の特定の構成が原因で電力が遮断された場所において停止してしまうかもしれない。この配置のまま放置された場合、整流器アセンブリ６２の出力電圧６４は略ゼロにまで降下し得、デバイスが動作不能に陥る。デバイスが知能回路又は専用回路を含む場合、この状況は回避され得る。デバイスは、電力アレイ２１への接続を検出するように形成され得る。接続が失われた場合、脚付き電気機械デバイス２４は、整流器アセンブリ６２の蓄電装置４４の出力電圧６４をデバイス２４の動作および移動を行うのに十分な高さに維持しつつ、脚部３４に位置を変えるよう命令する。電力アレイ２１への接続の性質が原因で、少しの位置変えにより、デバイスが電力アレイ２１に再接続される可能性がある。

上記の例において選択されたパラメータは、知能に基づく位置変えと組み合わされて、非常に実際的で且つ信頼度の高い、切れ目なく電力をデバイスに伝達するシステムを形成する。６脚デバイス２４を電気機械デバイスの一例として用いるが、任意の数又は組み合わせの脚部、車輪、そり(skid)、又はデバイス２４を安定した様態で支持する他の構成要素を用いて本発明を実施することもできることに留意されたい。ブラシ付きデバイス９４は、電力アレイ２１から電力を引き出す方法に関して、脚付きデバイス２４と非常に似ている。やはり、マルチポート整流器アセンブリ６２に接続された接触器の数は、６個である必要はない。ブラシ９５は専用であり且つブラシ９５を任意の固定されたパターンに配列する自由が与えられているので、電力伝達率が略１００パーセント（又は他の所望のパーセント）を維持するような構成を見つけることができる。

コンタクトシステムの設計および／又は最適化を行うために用い得る、コンタクトシステムに対する移動をシミュレーションする他のアプローチもまた、本発明の実施形態に基づいて可能である。そのようないくつかのアプローチおよび結果が、米国仮特許出願第60/432,072号（既に、この出願全体が本明細書中であらゆる目的のために参考として援用されている）に記載されている。

図６に、パック８４等の受動デバイス上における接点の分布を示す。図６の例に示すように、５個の接点９９がパック８４の底部から突き出て、例えば、上で説明したコンタクトシステム等の、その下に存在するコンタクトシステムに接触している。このように接点９９を互いに適切な距離を空けて分散配置することにより、パック８４に対して適切なサイズおよび形状を有するパッド４５を用いて下に存在するコンタクトシステムから電力を受け取る確率が確実に１００％になり得る。このことは、コンタクトシステム上で自分自身で位置を変えて電力を得ることのできない受動デバイスの場合に重要である。そのような受動デバイスは、受け取った電力を用いて、コンタクトシステムに関連付けられたゲーム制御器に位置情報を送信する。

さらに、このようなゲーム制御器は、コンタクトシステムと通信するように配置された２個以上の接点を含み得る。このように、ゲーム制御器は、コンタクトシステムから動作電力を取り出し得る。ある特定の実施形態において、ゲーム制御器は、コンタクトシステムの一側部にスナップ装着(snap-mounted)されており、ゲーム制御器に関連付けられた接点は、コンタクトシステムの表面上のパッドと通信するように配置されている。

さらに、本発明の異なる実施形態に基づいて、１つ以上の制御システムおよび／又はゲームシステムを実施し得る。一例として、ビデオアーケードゲームの複雑さ、挑戦、多様性および／又はプログラム可能性を、遊びの主題としての現実の電気機械ゲームデバイスの魅力と組み合わせるゲームシステムが実施され得る。中央制御型アーキテクチャにより、独立した電気機械ゲームデバイスが、知的に動作し、ビデオゲームのような遊技シナリオに参加することができる。中央ゲーム制御器は、独立した電気機械ゲームデバイスと通信し、且つ／又は、これら電気機械ゲームデバイスの位置を監視することができる。ゲーム制御器は、閉ループのフィードバック制御システムを介して、独立した電気機械ゲームデバイスのアクションの指示および操作を行う。いくつかの場合において、中央制御器は、独立した電気機械ゲームデバイスの臨界状態、感覚入力および同一性を監視し得る。独立した電気機械ゲームデバイスの制御および監視は、十分に確立されたビデオゲーム技術において仮想のキャラクターが操作されるのと同様の様態で実存の電気機械ゲームデバイスを操作し得るようなゲーム制御器へのインターフェースを実現する階層機能ブロックであり得る。

図７は、本発明のさまざまな実施形態によるゲームシステム１０００を示す。ユーザ入力デバイス１０２１ａ，１０２１ｂは、中央制御器１０２９に接続されている。そのようなユーザ入力１０２１は、ジョイスティック、キーボード、ゲームパッドなどであり得るが、これらに限定されない。中央制御器１０２９は、アンテナ１０２７から発信された無線周波数チャネルを介して、ゲームシステム１０００のコンタクトシステム１００上に配置された１個以上の電気機械デバイス１０２５にコマンドを送信する。中央制御器１０２９は、２個以上の受信器１０２６Ａ，１０２６Ｂを用いて、電気機械ゲームデバイス１０２５から音声信号を受け取る。そのような受信器１０２６は、マイク等の音声受信器、アンテナ等の電気受信器などであり得る。電気機械ゲームデバイス１０２５の位置は、当業者に公知のソナー技術、三角測量、インターフェロメトリ並びに／若しくは他の受信技術および／又は位置判定技術を用いて、中央制御器１０２９によって感知され得る。

ある典型的なゲームのシナリオにおいて、電気機械ゲームデバイス１０２５のいくつかはユーザの制御下にあり、残りの電気機械ゲームデバイス１０２５は中央制御器１０２９によってアクセス可能なゲームアルゴリズムの制御下にある。ユーザの制御下にある電気機械ゲームデバイス１０２５の場合、移動および他の制御入力は、中央制御器１０２９から得られ、フォーマットされ、そして配信されて、適切な電気機械ゲームデバイス１０２５がそれらのユーザ入力をデコードし、それらユーザ入力に対してユニークに応答する。

中央制御器１０２９によってアクセス可能なゲームアルゴリズムの制御下にある残りの電気機械ゲームデバイス１０２５は、図８に示すように、閉ループの位置フィードバックシステム１１００を介して操作される。このようにして、ゲームアルゴリズムの制御下にある電気機械ゲームデバイス１０２５は、特定の位置へと移動するか、又は、一連の位置を順に移動して、速度変化を含む軌道を形成するように制御され得る。

図８において、所望の位置１１１０（つまり、ゲームアルゴリズムによって生成された位置）が、合算器１１３０において、電気機械ゲームデバイス１０２５の位置測定値１１２０と比較されて、位置誤差信号が生成される。中央制御器１０２９にアクセス可能なアルゴリズムは、ソフトウェアループ補償器を用いて位置誤差信号を移動コマンドに変換する（つまり、所望の位置を用いて、特定の電気機械ゲームデバイス１０２５を所望の位置へと移動するように働く移動コマンドを生成する）。ソフトウェアループ補償器１１４０は、電気機械ゲームデバイス１０２５が最小のハンティングで所望の位置に収斂するような、制御ループ全体の力学（ダイナミクス）の原因となる。移動コマンド１１５０は、制御下にある電気機械ゲームデバイス１０２５がこのインクリメンタルな(incremental)移動コマンドに応答するようにフォーマットされ、送信される。その後まもなく、電気機械ゲームデバイス１０２５によって別の位置信号が送信され得、これにより、結果的に電気機械ゲームデバイス１０２５が存在する位置を測定できる。上記プロセスが繰り返されて、最小の位置誤差信号が維持される。

上述のように、電気機械ゲームデバイスを含むビデオゲームのような物理的ゲームに関して、中央制御器１０２９は、少なくとも、各電気機械ゲームデバイス１０２５の位置を知り、それらにコマンドを送信する能力を有する必要がある。しかし、本発明は、ゲームの能力を増大するために、この最小の必要事項を超えて拡張することを含む。

ゲームシナリオにおいて用い得る複雑さ(sophistication)の度合いは、中央制御器１０２９が電気機械ゲームデバイス１０２５に関して得ることのできる情報の量に比例し得る。例えば、その位置に加えて、電気機械ゲームデバイス１０２５の向きが既知である場合、ゲームは、その向きに対して適切な応答を含み得る。例えば、中央制御器１０２９が意図された指示方向を推定し得る場合、（ゲームのコンテクストにおいて）電気機械ゲームデバイス１０２５の１つによって有意な方法で仮想レーザが射出され得る。

特定の電気機械ゲームデバイス１０２５の向きは、デバイス１０２５の位置を連続して測定することおよびデバイス１０２５に送信される動作コマンドを知ることによって得ることができる。電気機械ゲームデバイス１０２５は位置を変えることなく向きを変えることができ得るので、つまり、電気機械ゲームデバイス１０２５はその場でスピンする能力を有し得るので、位置を知ることだけでは不十分である。この課題は、ユーザ入力１０２１からのコマンドおよび中央制御器１０２９に関連付けられた中央処理装置からのコマンドの全てを、１本の送信チャネルを介してルーティングすることにより対処される。

図９は、中央制御器１０２９の送信部のブロック図である。中央制御器１０２９は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０３１、バッファ１０３７、データマルチプレクサ・フォーマッタ１０３６、送信器１０３３、および送信器１０３３に接続されたアンテナ１０２７を備えている。ＣＰＵ１０３１はバッファ１０３７に接続され、バッファ１０３７は、データマルチプレクサ・フォーマッタ１０３６および送信器１０３３に接続されている。

動作中、ユーザ入力が、データマルチプレクサ・フォーマッタ１０３６において受信されて、バッファ１０３７に伝達される。ＣＰＵ１０３１はユーザ入力に対して処理を行うが、その一方で、ユーザ入力はバッファ１０３７に保持されている。したがって、ＣＰＵ１０３１は、ユーザ入力を修正することができ、且つ、移動コマンドを生成するのにユーザ入力を用いることができる。その結果得られた移動コマンドは、バッファ１０３７を介して送信器１０３３に伝達されて、送信器１０３３により電気機械ゲームデバイス１０２５へと送信される。このようにして、ＣＰＵ１０３１は、ユーザ入力を監視することができ、電気機械ゲームデバイス１０２５へ送信されるコマンドの監視および操作を行うことができ、且つ、ソフトウェアの制御下で電気機械ゲームデバイス１０２５にさまざまなコマンドを送信することができる。

図１０は、本発明のある実施形態による反復方法の１つの手順を示すフローチャート１２００である。初めに、ステップ１において、中央制御器は、ユーザ入力デバイス１０２１からユーザ入力を得る。例えば、ユーザ入力は、ジョイスティック、ボタン、ホイール、又は他のユーザ入力デバイスを介して送信され、そのデバイスから得られたユーザ移動を含み得る。ユーザ入力は、中央制御器１０２９（図７）に接続あるいは通信している複数のユーザ入力デバイス１０２１から得られ得る。

ステップ２において、中央制御器１０２９は、各電気機械ゲームデバイス１０２５の現在の位置および状態を得て、更新する。ある実施形態において、位置および状態は、フィードバック・制御ループを繰り返す毎に測定され得るか、又は、電気機械ゲームデバイス１０２５のいずれかに対して位置報告コマンドが発行され得る毎に測定され得る。ある実施形態において、中央制御器１０２９は、ループの繰り返しのたびに、複数の電気機械ゲームデバイスの位置を判定し、更新する。

ある実施形態において、中央制御器１０２９は、無線周波数（ＲＦ）位置報告コマンドを発行する。位置報告コマンドは、１個以上の電気機械ゲームデバイス１０２５に応答することを促し、その応答から、位置の固定が得られ得る。ある実施形態において、位置報告コマンドは、全ての電気機械ゲームデバイス１０２５に配信されるが、そのうちの１つのみに向けられたものである。コマンドに応答して、コマンドが向けられた電気機械ゲームデバイス１０２５は、音声信号（つまりチャープ）を生成する。中央制御器１０２９は、この音声信号を、受信器１０２６Ａ，１０２６Ｂを介して受信する。中央制御器１０２９は、受信した音声信号（および位置計算アルゴリズム）を用いて、測距(ranging)および三角測量演算を行い、位置を判定する。あるいは、１より大きな個数の電気機械ゲームデバイス１０２５が、位置報告コマンドを受信して、そのコマンドに応答し得る。

ステップ３において、中央制御器１０２９は、コンピュータの制御下で、ゲームアルゴリズムを用いて、各電気機械ゲームデバイス１０２５の次の所望の位置を判定する。ゲームアルゴリズムは、ユーザ入力デバイス１０２１からのユーザ入力と、ゲームデバイスの現在の位置、向き、時間および状態とを入力として用いる。

ステップ４において、ある実施形態において、図８の閉ループ制御システムを実行する位置サーボアルゴリズムは、コンピュータの制御下において、インクリメンタルな移動コマンドを計算し、計算されたコマンドは電気機械ゲームデバイス１０２５に送信される。ステップ３の所望の位置からステップ２の位置測定値を減算して、誤差信号を生成する。ソフトウェアループ補償器は、誤差信号を処理して、基本インクリメンタル移動コマンドを生成する。この基本インクリメンタル移動コマンドは、電気機械ゲームデバイス１０２５によって実行される場合に、ステップ３で特定された位置とステップ２で測定された位置との差分の最小化に資する。インクリメンタル移動コマンドは、次の送信（図９参照）のために、バッファ１０３７に格納される。

ステップ５において、ある実施形態において、ゲームアルゴリズムは、任意の移動コマンドを修正する必要があるかどうかを判定する。移動コマンドは、ゲームを所与の方法で実施するように、ゲームアルゴリズムによって修正され得る。例えば、特定のプレーヤーのゲームデバイス１０２５は、一定期間無活動状態又は死んだ状態にされ得るか、若しくは、ゲームの間、ユーザの入力が修正され得る。その結果、ユーザ入力は、必ずしもまっすぐ電気機械ゲームデバイス１０２５に伝達されなくてもよく、ゲームに応じて修正したり、遅延したり、ブロックしたり、諸々の処理を施し得る。中央制御器１０２９は、任意の方法でユーザ入力を修正し得ることに留意されたい。さらに、ＣＰＵ１０３１は、コンピュータの制御下において電気機械ゲームデバイス１０２５に対してステップ４で生成された移動コマンドを修正してもよい。一例として、電気機械ゲームデバイスが位置サーボループのオーバーシュートを介してプレイエリアの境界線を超えた場合、又は、許容距離内で定常位置に達した場合、移動は凍結され得る。

ステップ６において、中央制御器１０２９は、１つ又は複数の電気機械ゲームデバイス１０２５のそれぞれに、移動コマンド（又は１組の移動コマンド）を送信する。送信は、無線送信であり得、ＲＦ送信、赤外線（ＩＲ）送信、超音波送信などを含み得る。

ある実施形態において、移動コマンドは、全ての電気機械ゲームデバイス１０２５に配信される。別の実施形態において、移動コマンドは、符号分割多元接続(CDMA)、時分割多元接続(TDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、又は他の任意の方法によって、特定の電気機械ゲームデバイス１０２５を標的とし得る。同様に、初期化情報、初期化コマンド、システムコマンド全体などの、他の任意の情報を、電気機械ゲームデバイス１０２５に送信し得る。

ある実施形態において、ユーザ入力は所望の入力であると考えられ、電気機械ゲームデバイス１０２５に伝達される前に、途中、中央制御器１０２９によって受け取られ、修正される。一例として、ゲームのルールは、電気機械ゲームデバイス１０２５を一定期間静止状態にすることを要求しないかもしれない。この期間の間、中央制御器１０２９は、ユーザ入力を無視し、その特定の電気機械ゲームデバイス１０２５に対する基本移動コマンドを強制的にゼロにする。同様に、ユーザ制御型電気機械ゲームデバイス１０２５は、鈍く又は不規則に動作するか、若しくは大きな運動量(momentum)をシミュレーションするようにされ得る。

本発明の新規な特徴は、電気機械ゲームデバイス１０２５がほとんど知性を与えられていない構成である点である。意図されたコマンドはプリミティブであり、デバイス内のさまざまなモータの速度を制御する。時間の経過と共に、中央制御器内の制御アルゴリズムが向上する可能性がある。さらに、新たなゲームの要件を反映するように、新たな特徴および能力が設けられる可能性がある。基本コマンドにのみ応答する電気機械ゲームデバイス１０２５は、この進化が進行するに従い、互換性を維持し且つ増大された能力を反映する。

本実施形態の１つの特徴は、電気機械ゲームデバイス１０２５が中央制御器１０２９に情報を戻す能力にある。この情報は、感覚入力、状態情報およびＩＤ番号を含み得るが、これらに限定されない。感覚入力は、近接度検出器からの入力又は触覚作動型のスイッチの閉鎖を反映し得る。状態情報は、電源状態、残余メモリ、又はおそらく、残りの秒数などのゲーム関連パラメータなどの情報を含み得る。また、電気機械ゲームデバイス１０２５のタイプおよびその独自性を示す識別番号を送信してもよい。

本実施形態の別の特徴は、電気機械ゲームデバイス１０２５が、無尽蔵の電源から給電され得る点である。離れた電気機械ゲームデバイス１０２５を用いたビデオゲームのような遊技は、プレーヤーを一度に数時間に亘って注目させる。しかし、電気機械ゲームデバイス１０２５は電力を消費するので、一次電池のような使い捨て電源からの電力で動作するのは望ましくない。この理由から、本発明の実施形態は、電気機械ゲームデバイス１０２５に無制限の電源を提供する手段を含む。本実施形態において用いる方法は、電気機械ゲームデバイス１０２５に設けられた脚部又はブラシを介した、遊技表面２２上の通電した電極アレイからの直接的な電気接触を用いる。

本システムのある実施形態において、位置検知および通信のために用いる音声バースト(acoustic burst)は可聴であり、そのバーストが不快にならないような手段を講じ得る。ある実施形態において、バースト間の間隔はランダムである。さらに、ある実施形態において、電気機械ゲームデバイス１０２５は、虫のような外見を有するように形成され、聞くことのできるランダムなクリック音に自然に合うようになっている。電気機械ゲームデバイス１０２５が多くの形状を有するように形成し得ること、動物、人物、ビデオゲームのキャラクター又はオブジェクト、自動車又は他の乗り物などに似せて作られ得ることを理解されたい。

本実施形態において、動的に番地付けするシステムを用い得、それにより、電気機械ゲームデバイス１０２５は、スイッチを用いることなく、一意のアドレスを動的に割り当てられ得る。このように、任意の組の電気機械ゲームデバイス１０２５が、手動で再配置することなく、組み合わせて駆動され得る。

動的番地付けは、オフ状態から起動する１個の電気機械ゲームデバイス１０２５について考えると単純であり得る。この場合、電気機械ゲームデバイス１０２５は、所定のデフォルトアドレスで初期化する。中央制御器１０２９は、このアドレスに応答するデバイス１０２５を認識し、このデバイス１０２５に新たなアドレスを割り当てる。

しかし、１個よりも多くの電気機械ゲームデバイス１０２５が同時に起動する場合は、困難が生じる。この場合、デフォルトアドレスに応答する全てのデバイスが、同じ新たなアドレスを同時に再割り当てされ得る。ここで必要となり得るのは、同じデフォルトアドレスに応答する電気機械ゲームデバイス１０２５を区別する方法である。

この問題は、位置検知およびランダム応答の統計データを組み合わせることによって解消し得る。電気機械ゲームデバイス１０２５は、ランダム統計データを用いてデフォルトアドレスに応答するように設計される。特に、位置信号を発信することを要求された場合、デフォルトアドレスを有する電気機械ゲームデバイス１０２５のみが応答する場合がある。

この方法において、中央制御器１０２９は、その測定された位置に基づいて、その新たなアドレスが割り当てられるまで、デフォルトアドレスに応答する特定の電気機械ゲームデバイス１０２５に注目する。その特定の位置にのみ存在するその特定の電気機械ゲームデバイス１０２５からランダムに発信され得る各位置信号について、中央制御器は肯定応答を送信する。しばらく後、その位置に存在するまさにその特定の電気機械ゲームデバイス１０２５のみが、注目すべきデバイスとして区別可能になる。デフォルトアドレスにあるが他の位置に存在する他の電気機械ゲームデバイス１０２５は、ランダムな送信に対して確実な応答がないので、注目すべきデバイスであるとは認識されない。その時点で、注目されている電気機械ゲームデバイス１０２５に、一意のアドレスが割り当てられ得る。その後、注目は、デフォルトアドレスを有するが別の特定の位置に存在する次の電気機械ゲームデバイスに移動する。

動的に割り当てられたアドレスを有するシステムにおいて対処する必要のある別の問題は、ユーザ入力デバイス１０２１が、それが制御することになっている所望の電気機械ゲームデバイス１０２５に適切に関連付けられる必要があることである。本実施形態において、この関連付けは、「催眠(hypnosis)」と呼ばれる方法によって達成され得る。

プレーヤーは、入力デバイス１０２１を所望の電気機械ゲームデバイス１０２５を近傍に保持し、「催眠」ボタンを押すことによってその所望の電気機械ゲームデバイス１０２５を「催眠」させる。このモードにおいて、入力デバイス１０２１は、電気機械ゲームデバイス１０２５によって発信された位置信号を検出する。位置信号は、所望の電気機械ゲームデバイス１０２５のアドレスを判定するのに十分な情報をシステムに与える。それ以降、中央制御器１０２９は、その特定の入力デバイス１０２１から、関連付けを完了したその特定の電気機械ゲームデバイス１０２５へとコマンドを導く。

動的番地付けおよび「催眠」を行う上記方法を、本実施形態において用い得る。しかし、他の技術も用い得る。例えば、手動番地付けシステムは、マルチポジションスイッチを用いて、電気機械ゲームデバイス１０２５および入力デバイス１０２１の両方にアドレスを設定する。特定のアドレスに設定された入力デバイス１０２１は、同じアドレスに手動で設定された電気機械ゲームデバイス１０２５に関連付けられ、このゲームデバイス１０２５を制御する。

ある特定の実施形態において、受信器１０２６はマイク２０２６であり、制御は超音波通信信号を介して実行される。さらに、電気機械ゲームデバイス１０２５は、自分自身の電力で移動するデバイスおよび／又は外力の印加のみで移動可能な受動デバイスであり得る。この説明のために、そのような電気機械ゲームデバイスを総称して遠隔デバイスと呼び、中央制御器１０２９から遠隔デバイスへの通信および遠隔デバイス１０２５の位置検知は、本発明の方法によって達成される。本発明の独自の特徴は、３つの機能が互いに協調して実施される点にある。換言すると、特定の実施形態のさまざまな構成要素が、複数の機能を同時に提供する。このことは本発明の必須要件ではないが、より経済性に優れた解決法が得られるかもしれない。

本システムのさまざまな構成要素間の通信を、図１１に概略的に示す。中央制御器１０２９は、１個以上の他の遠隔デバイス１０２５に同時に送信（つまり一斉同報）する１つの周波数無線送信器３５（図１２）を提供する。各遠隔デバイス１０２５は、一意のアドレスを予め割り当てられ得る。ある実施形態において、中央制御器１０２９からのメッセージが特定の遠隔デバイス１０２５に一意に送信され得るように、直接アドレッシングおよびタイムスロットアドレッシング(time slot addressing)の両方を用いるプロトコルが使用される。

中央制御器１０２９は、特定の遠隔デバイス１０２５に時間シンクロされた音声バーストを発射させるコマンドを送信し得る。中央制御器１０２９は、２つのマイク２０２６ａ，２０２６ｂで音声バーストを受信する。各マイク２０２６ａ，２０２６ｂへのバーストの到着時刻を測定し、中央制御器１０２９はその測定値を用いて、遠隔デバイス１０２５の位置を判定する。さらに、ある実施形態において、音声バーストは、遠隔デバイス１０２５から中央制御器１０２９へと１ビットの情報を搬送する。

図１２は、中央制御器１０２９の特定の実施形態のブロック図２１００である。本実施形態の中央制御器１０２９は、知的コントローラ２０３１、データエンコーダ２０３３、ＲＦ送信器２０３５、２つのマイク２０２６ａ，２０２６ｂ、および位置／データ検出器２０３７を備えている。知的コントローラ２０３１は、遠隔デバイスに送信されるコマンドを生成する。ある実施形態において、知的コントローラ２０３１は、中央処理装置（ＣＰＵ）内に１組のサブルーチンとして存在する。ＣＰＵの残りの計算能力は、図１２の他のブロックの機能のほとんどを実行する。

データエンコーダ２０３３は、ＣＰＵから意図されたメッセージバイトを受信し、この意図されたメッセージバイトを、マンチェスターパルス符号変調（ＰＣＭ）されたシリアルデータストリームに変換する。後で説明するように、マンチェスターコーディングを本発明の特定のデータシーケンスと組み合わせることにより、使用する音声測距(acoustic ranging)技術によって用いられる受信器において効率的なクロックリカバリが可能になる。データエンコーダ２０３３は、ＲＦ送信器２０３５をキーイングすることによって、１００％のＡＭ変調で無線周波数（ＲＦ）搬送波を変調する。これを、オンオフキーイング（ＯＫＫ）と呼ぶ場合もある。

図１３は、シリアルデータストリームと、結果として得られた中央制御器１０２９によって送信されるＲＦ搬送信号とを示す。シリアルデータストリーム２０１４内のデジタル「１」値は、ＲＦ搬送波２０１２を変調して完全にオンになり、シリアルデータストリーム２０１４内のデジタル「０」値は、ＲＦ搬送波２０１２を変調して完全にオフになる。再び図１２を参照すると、位置／データ検出器２０３７は、２つのマイク２０２６ａ，２０２６ｂからの受信信号を処理し、その結果を知的コントローラ２０３１に伝える。

ある実施形態において、中央制御器１０２９が遠隔デバイスと通信するために使用するデータフォーマットについて説明する。当業者は、他の受容可能なフォーマットを考案し得る。ここでの説明は、本発明を特定のフォーマットに限定することを意図したものではない。ある１つの実施形態を説明し、本発明の方法の説明を補助することを意図したものである。

図１４は、本発明のある実施形態による、検出されたマンチェスターデータストリームの各バイトにおいて使用されるビットフォーマット２４００を示す。情報は、１シーケンスのシリアルバイトによって伝達され得る。シリアルバイトの各々は６ビットからなる。これらのビットは以下のように規定される。

Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、送信された情報を構成する１６個の可能性のある４ビットの二進数である。Ｐは、誤差検出に用いるパリティビットである。Ｓはスタートビットであり、常にデジタル「１」値に設定されている。２０バイトからなる１つのシーケンスが１つのデータフレームを構成する。

図１５は、２０個のバイトを含む１つのデータフレーム２５００のフォーマットを示す。１フレーム内のバイトは以下に規定する通りである。

バイト０） チャープアドレス２５１０
バイト１） チャープ要求 ２５１５
バイト２） コマンド ２５２０
バイト３） 同期(Sync) ２５２５
バイト４） デバイス０又は８のデータ２５３０
バイト５） デバイス１又は９のデータ２５３５
バイト６） デバイス２又は１０のデータ２５４０
バイト７） デバイス３又は１１のデータ２５４５
バイト８） デバイス４又は１２のデータ２５５０
バイト９） デバイス５又は１３のデータ２５５５
バイト１０） デバイス６又は１４のデータ２５６０
バイト１１） デバイス７又は１５のデータ２５６５

バイトおよびそれらが含むフレームは、ビットが安定クロックと同期して遷移するように、切れ目なく繰り返し送信される。同様に、各フレームの開始は、一定且つ予測可能な割合で起こる。各ビットの長さは３５２マイクロ秒であり、各バイトの長さは２．１１２ミリ秒であり、各フレームの長さは２５．３４４ミリ秒である。データストリームの予測可能且つ一定であるという性質により、遠隔デバイス１０２５は、±５ｕｓの精度でローカルフレーム同期信号を再生成することができる。到着時刻の測定における±５ｕｓの不確定性は、１インチの１／１６乗の距離測定不確定性を生じる。

図１５に示すフレームエポック２５８０は、適切な場合、音声信号が発信される時刻を規定する。フレームを構成するバイトは安定クロックに同期しているので、その結果、フレームエポックは一定の周期で現れる。ベースステーションに関して、フレームエポックは、到着遅延時間を測定するためのゼロタイムリファレンスポイントと見なされる。

各遠隔デバイスは、データストリームを受け取り、バイト境界およびフレーム境界に同期する。ソフトウェアカウンタは、各フレームの開始を基準としたバイトカウントからずれないように進行する。

図１６は、遠隔デバイス１０２５のブロック図２６００である。遠隔デバイス１０２５は、ＲＦ受信器／検出器２０４１、クロックリカバリ・データデコーダ２０４３、知的コントローラ２０４５、アコースティック変調器２０４７、およびオーディオトランスデューサ２０４９を備えている。ＲＦ受信器２０４１は、ＲＦ搬送波２０１２（図１３）を検出して、シリアルデータストリーム２０１４のローカルコピーを再生成する。ある実施形態において、ＲＦ受信器２０４１は、１つのトランジスタ超再生受信器／検出器と、その後段の交流電流（ＡＣ）増幅器とからなる。マンチェスターシリアルデータストリーム２０１２はＤＣ成分を含まないので、ＡＣ結合増幅器を使用し得る。しかし、他のタイプのＲＦ受信器を使用し得ることを理解されたい。

マンチェスタークロックリカバリ・データデコーダ２０４３は、送信されたデータとベースステーションのクロック・フレーム同期のローカルコピーとを得る。

受信されたデータは、中央制御器１０２９によって送信されたコマンドを解釈するボード上に設けられた知的コントローラ２０４５に利用可能にされる。そのように命令された場合、知的コントローラ２０４５は、マーク又はスペースのいずれかを示す２つの所定のシリアルコードのうち一方を生成することによって音声応答を開始する。アコースティック変調器２０４７は、搬送信号を選択されたシリアルコードで２相変調する。搬送信号（およびシリアルコード）は、中央制御器１０２９のマスタークロックに同期している。

オーディオトランスデューサは、２相変調された搬送信号を、遠隔デバイス１０２５が存在する二次元表面（図７）に沿って全方向に対して実質的に同じ強度で発信される音声信号に変換する。

チャープ要求バイトが一斉同報される場合、各遠隔デバイス１０２５は、その割り当てられたアドレスに対して値をチェックする。マッチした場合、次のフレームエポックにおいて音声バーストがその遠隔デバイス１０２５によって生成されるように、フラグが設定される。各遠隔デバイス１０２５は、０〜１５の値などの、それ自身の一意のアドレスを割り当てられる。各遠隔デバイス１０２５は、中央制御器１０２９によって送信された情報の全てを、フレーム単位で受信し、復号する。

図１７は、位置／データ検出器２０３７のブロック図である。位置／データ検出器２０３７は、三角測量アルゴリズム３８と、２つのオーディオ受信器チャネルを備えている。オーディオ受信器チャネルの各々は、マイク２０２６、マークフィルタ２０３２、スペースフィルタ２０３４、ピーク検出器２０３６、および位相細分(phase refinement)機能２０３０を備えている。各マイク２０２６ａ，２０２６ｂは、２つの同一の受信器チャネルの一方に接続されている。各チャネルについて、マイク（１０２６Ａ又は１０２６Ｂ）からの信号は、マークフィルタ２０３２およびスペースフィルタ２０３４によって同時にフィルタリングされる。マークフィルタ２０３２は、マーク信号に対して大きな応答を有し、スペース信号に対して小さな応答を有する。同様に、スペースフィルタ２０３４は、スペース信号に対して大きな応答を有し、マーク信号に対して小さな応答を有する。

ピーク検出器２０３６は、所与のチャネル上のマークフィルタ２０３２およびスペースフィルタ２０３４からの信号のうち最も大きな信号を判定する。これは、遠隔デバイス１０２５から返信されたデータの１ビットを判定する。さらに、ピークが検出された時刻を格納する。発信時刻とピークの時刻との差が、オーディオトランスデューサ２０４９と所与のマイク２０２６ａ又は１０２６Ｂとの間の距離を、正比例によって決定する。

図１８は、遠隔デバイスの位置を判定するために行われる一連の工程を詳細に説明するフローチャート２８００である。中央制御器１０２９は、測定する特定の遠隔デバイスのアドレスにバイト０：チャープアドレスを設定することにより、この一連の工程を開始する。遠隔デバイス１０２５は、この意図を検出し、バイト１で送信される情報を待つ。その後、中央制御器１０２９は、バイト１：チャープ要求を送信して、予め規定されたクエリのリストのうち、遠隔デバイス１０２５が１ビットのデータで応答することになっているクエリを特定する。チャープ要求を受信すると、遠隔デバイス１０２５は、特定の予め規定されたクエリに対する適切な応答を判定する。次のフレームエポック（バイト３とバイト４と境界（図１５））において、遠隔デバイス１０２５は、音声信号の送信を開始する。

このフレームエポックの後のさまざまな時刻において、所定の地理的配置に設けられた２個以上のマイク２０２６ａ，２０２６ｂに音声信号が到達する。フローチャートは、２つのマイクを有するシステムについて説明しているが、このコンセプトは、３個以上のマイクに拡張して、明瞭な空間寸法の数を増やすか、若しくは、測定の精度又は信頼性を向上することができる。各マイクからの信号は、図１８の２つの平行な経路に示すように処理される。

各マイクについて、信号が受信され、マーク・スペースフィルタによって同時に処理される。フィルタ出力の値は、ピークと比較される。フィルタの一方のピークが最新のピークよりも大きなサンプルの各々について、新たなピークが宣言される。マークフィルタおよびスペースフィルタの出力の値は、各ピーク時に格納される。次のフレームエポック時に、最新のピークは、その発信についてのピークであると宣言される。

（その期間内で最も高いピークについて格納された）マークフィルタおよびスペースフィルタの値が、直接比較によって、チャープ要求クエリに対する１ビットの応答を決定する。ピークに関連付けられた時間が、信号の到着までの経過時間並びに遠隔デバイスからの伝播距離を決定する。最後に、ピークにおける信号の位相を用いて、そのマイクについての距離測定の精度を上げる。マイクの各々について測定した１組の測定距離およびマイクの地理的配置についての知識を用いて、遠隔デバイス１０２５の位置を計算する。

音声搬送波を変調するマークコードおよびスペースコードは、特別なクラスのコードに属する。ベイカーパルス圧縮コードと呼ばれるｎビットコード類は、次のような独自の特性を有する。つまり、ベイカーパルス圧縮コードにマッチしたフィルタ（本明細書中「ベイカーフィルタ」とも呼ぶ）によって受け取られた場合、出力は、一度強いピークを示し、それ以外は全て略ゼロである。図１９は、７ビットのベイカーコード２９００を示す。図２０は、そのベイカーコード２９００に応答したベイカーフィルタの出力３０００を示す。本明細書中、コードの各ビットをチップと呼ぶ場合もある。７ビットコードの長さがＴ秒である場合、メインピークの電圧半値幅はＴ／７秒である。したがって、「パルス圧縮」という名称は正しい。このクラスのコードの特性は、レーダー技術の当業者に周知である。適切にマッチしたフィルタは、受信信号の一連のデジタル化したサンプルに対して働く有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとして、ソフトウェアで実現される。

実際のシステムでは、オーディオトランスデューサにおいて、システムバンド幅が有限であり、振幅および位相が非線形であるので、図２０の理想的な応答は一次的には実現し得ない。通常、これらの問題により、ピークは、図２０に示したものと比べて、より丸められたものになる。実際のシステムにおいて常にそうであるように、丸められたピークは、ノイズの存在下において正確に検出することが難しい。安価な容易に入手可能なオーディオトランスデューサを最適に使用するために、コードを用いて、これらのトランスデューサによって正確に再生可能な周波数帯域に集中された音声搬送波を変調する。変調処理は、信号のエネルギのほとんどを、搬送波の周波数の近傍に集中する。

ある検出方法は、ベースバンド復調器と、その後段のベイカーフィルタとを用いる。固有のシステムバンド幅制限が与えられた場合、ベイカーフィルタから現れる信号は、図２１に示すようになり得る。図示のような丸められたピーク３１１０は、ノイズによる変動が原因で隣接する値が所望のピークを超えるので、ピーク検出器が検出するのは困難である。ピーク検出における誤差は、そのまま距離測定の誤差となる。

このアプリケーションにおいて、信号に関する追加情報が既知であり、次のような問題があるにも関わらず、この情報を用いて性能を向上させる。つまり、レーダー又はソナーのエコーの類似の構成要素とは異なり、音声搬送波とベイカーコード変調との間の位相の関係は固定される。このことが理由で、受信された位相の測定値を用いて、ピーク検出における小さな誤差が補正され得る。

測定される距離ｄは、波長λの整数値ｎに少数部分α（０＜α＜１）を加えた形で表現され得る。つまり、ｄ＝λ（ｎ＋α）。少数部分αは、受信された信号位相φから直接得られ、α＝φ／２πとなる。ピーク検出器は、適切な整数ｎを決定するのに十分な精度で距離ｄを決定する必要がある。その後、位相φは、距離ｄの測定精度を高い精度に上げ得る。

上記方法は、ピーク検出の誤差が±πより小さな位相に対応する限り機能する。これが真である場合、ピーク検出精度は適切な整数ｎを決定できるだけの十分に高い精度であるとは言えない。ベイカー変調の各チップにおける音声搬送波のサイクル数が低減されるにつれ、ピーク検出は、この要件を満たす可能性が高くなる。ある特定の実施形態において、ベイカー変調の各チップは、音声搬送波の２サイクル分の長さを有する。したがって、７ビットのベイカー変調されたコード全体は、音声搬送波の１４サイクル分の長さを有する。この得られた信号を、図２２に波形３２００として示す。比較的低いＱ値を有するトランスデューサは、このような信号を正確に再生することを要求される（Ｑ値は、中央周波数対バンド幅の比である）。

この波形について、そして（上で想定したような）最も標準的な検出方法を用いると、ピーク検出は、音声搬送波の半サイクルに対応する時間に対して正確である必要がある。最良の場合、ピークは、ピークの振幅がその時刻におけるピーク値の２５％だけ変化するような傾斜を有する。このことは、ピーク値の２５％の振幅を有するノイズが、ｎ値の選択が不適切になるような誤差を引き起こすことを意味する。

音声搬送波とベイカーコード変調との位相関係が固定されているという事実をさらに利用する別の方法がある。特定の実施形態において、信号は、音声搬送波の位相とベイカーコード変調との既知の特定の関係にマッチしたフィルタによって直接検出される。このフィルタは、ベイカーフィルタではないが、同様の特性を有する。本明細書において、このフィルタを変調マッチフィルタと呼ぶ。

図２３は、図２２の波形に対する変調マッチフィルタの応答を示す図３３００を含む。変調マッチフィルタを用いることにより、上で説明した自明の方法と比べて２つの重要な利点が得られる。変調マッチフィルタは、演算上、より効率がよく、且つ、ピークが鋭くなる。シャープなピークによって、非常に信頼性の高いピーク検出が実現される。この方法は、さまざまな悪環境の下で、ピーク検出誤差を大幅に低減する。

図２３において理解し得るように、フィルタリングされた応答は複数のピークを含むが、所望のピークは、最も近くにある望ましくないピークと比べて２倍の振幅を有する。この差は、ノイズの存在下における誤ピーク検出に対する高い耐性を提供するのに十分な差である。振幅についてみると、より標準的な検出方法と比べて、２倍のノイズ耐性が得られる。電力についてみると、４倍のノイズ耐性が得られる。この方法とより標準的な検出方法との差は、バンド幅が制限された現実のシステムにおいてより顕著である。

さまざまなトランスデューサから一次的に起こる周波数に依存した振幅および位相ひずみは、予想および制御が困難な様態で理想的な応答から変動し得る。これが原因で、相対的な帯域通過フィルタが受信器内に含まれる。このフィルタは、トランスデューサよりも狭帯域であると推定されるので、その影響が応答を支配する。

同時に複数の機能を提供するフィルタが選択され得る。第１に、応答を支配するような、トランスデューサよりも狭い帯域が選択され得る。第２に、サンプリングされたシステムに関連して用いられるアンチエイリアシング機能を提供し得る。第３に、その出力が変調マッチフィルタによって十分に復調されるように、群遅延が選択され得る。この第３のより微妙な要件は、半サイクルの数倍になるように群遅延を選択することに至る。ある特定の実施形態において、上述の３つの要件の最良の組み合わせに影響をおよぼす１．８のＱ値を有するフィルタを用いる。１．８のＱ値は、１／２サイクルの群遅延を提供する。上記選択により、ｎ値の適切な選択が確実に成されるよう十分にピークが決定され得る。信号の位相を用いて、変調マッチフィルタ技術を用いて得られる位置測定の精度をさらに向上することができる。

ある特定の実施形態において、音声搬送波は、海抜０メートルの高さで２．３インチの振幅を有する５６８０Ｈｚである。デジタル化のサンプリングレートは、毎秒２２７２７サンプルである。１つのサンプルのピーク検出誤差は、音声搬送波の９０°に対応し、ｎ値は、±１サンプルのピーク検出誤差で決定され得る。実際、中程度の発信量(emission volume)で且つ１０ｆｔ未満の距離の場合、ピーク検出誤差は、極めてノイズの多い条件下においてのみ起こる。したがって、ピーク検出精度は、ｎ値を決定するのに十分である。信号の位相を用いて、測定の精度を約±０．１インチの精度に上げ得る。この特定の実施形態において、２つの異なるベイカーコードを用いて、１ビットの情報を遠隔デバイスからベースステーションへと伝達し得る。可能性のある７ビットのベイカーコードが４つある。

ある実施形態において、上記のコード（ａ）および（ｃ）を用いる。４つのコード全てが、図２０に示すように、それぞれのベイカーフィルタを介して応答を与える。コード（ａ）のフィルタは、コード（ｃ）入力に対して、弱い応答を与え、その逆も真である。コード（ｃ）入力に応答したコード（ａ）のベイカー変調マッチフィルタの出力を、図２４の波形図３４００に示す。比較的低い出力信号により、２つのフィルタ出力を直接比較して、２つのコードのうちのいずれが送信されたかを判定できる。

三角測量における位置関係を図２５の配置図３５００に示す。遠隔デバイス１０２５の発信信号の両マイク２０２６ａ，２０２６ｂまでの伝播時間ｔ_ａ３５１０，ｔ_ｂ３５２０を測定する。その後、以下の関係を用いて距離を計算する。

ここで、ｃは音の速さである。
以下の関係を用いて遠隔デバイスの座標が計算される。

上記等式が示すように、ｙは負の値になり得ない。このことは、ｙ＜０の場合、２つのマイクの位置関係は一意に判別できる位置ではないかもしれないという事実を反映している。

あるいは、三角測量の代わりにインターフェロメトリ技術を用い得る。この方法において、複数のマイクを、波長よりも小さな寸法のパターンに配置する。公知の構成および受信信号の位相関係を用いて、発信器の方角を判定する。到着時刻がレンジを決定する。レンジおよび方角は、二次元において位置を一意に特定するのに十分である。

ある実施形態において、３つの等間隔に配置されたマイクの配置が、２次元表面の面上に正三角形を形成する。その結果、マイク間の間隔は、波長の１５０°分に等しくなる。マイク間の間隔が近くなるにつれ、以下の方角概算の精度が高くなる。しかし、間隔が近くなるにつれ、測定値に含まれるノイズ誤差および位相誤差の影響が大きくなる。間隔を大きく空けてマイクを配置すると、以下の方角概算の精度が低下するが、測定値に含まれるノイズ誤差および位相誤差の影響が小さくなる。これら２つの相反する要件の間で妥当な妥協点が見いだされるように、１５０°の素子間隔が選択され得る。

インターフェロメトリ技術の方法は以下の通り。ピーク検出アルゴリズムが、マイクの１つへの到着時刻を判定する。この時点で、３つのマイク全てから受信した信号の値を格納する。これらの値を用いて、受信信号の方角を示す単位ベクトルを計算する。この単位ベクトルを、到着時刻によって決定されたレンジで乗算して、送信器の座標を決定する。

３つのマイクからの信号の格納された複合値をピーク検出の時刻においてＡ、Ｂ、Ｃと規定した場合、方角ベクトルＶが近似式によって得られる。

ここで以下の取り決めを選択した。

単位方角ベクトルＵは以下のようになる。

最後に、単位方角ベクトルＵをレンジＲで乗算することにより、位置Ｐを計算する。

上記等式は正確ではなく、低価格低性能のマイクロプロセッサに容易に適用できるように、単純さを心懸けて導出したものである。

図２６の波形３６００の曲線は、実際の入射角度の関数としての、単位ベクトルＵの角度のずれを示す。最大方角誤差は１．４°であり、これは半径１０フィートにおける２．５インチの誤差に対応する。この誤差は、システム上の誤差であり、必要であれば除去できる。しかし、その誤差は配置ひずみになることに留意されたい。相対位置のみが重要なアプリケーションにおいて、２つのデバイスが比較的互いに近接している場合のみ、このひずみの影響を無視できる。換言すると、２つのデバイスが互いに近接している場合、この近似は、それらの分離又は相対的方角の計算にほとんど影響をおよぼさない。

明解および理解を目的として本発明を詳細に説明した。しかし、所与の変更および修正を、特許請求の範囲内で実施してもよい。したがって、特定の実施形態およびその図面を参照して本発明を説明したが、それら実施形態および図面は単に説明のためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ規定されるものである。

本発明のさまざまな実施形態によるいくつかのコンタクトシステムを示す図である。 本発明のさまざまな実施形態によるいくつかのコンタクトシステムを示す図である。 本発明のさまざまな実施形態によるいくつかのコンタクトシステムを示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による電力アレイパターンの拡大平面図である。 本発明のいくつかの実施形態による電力アレイパターンの拡大平面図である。 脚部付き電気機械デバイスおよびブラシ付き電気機械デバイスが配置された図１のコンタクトシステムの拡大側面図である。 脚部付き電気機械デバイスおよびブラシ付き電気機械デバイスが配置された図１のコンタクトシステムの拡大側面図である。 本発明のいくつかの実施形態による蓄電素子を備えた電気機械デバイスの一例の構造レイアウト図である。 本発明のさまざまな実施形態による蓄電素子の模式図である。 本発明のいくつかの実施形態による結合レイアウトの一例を示す、受動型電気機械デバイスの平面図である。 本発明のさまざまな実施形態によるゲームシステムおよびその特性を示す図である。 本発明のさまざまな実施形態によるゲームシステムおよびその特性を示す図である。 本発明のさまざまな実施形態によるゲームシステムおよびその特性を示す図である。 本発明のさまざまな実施形態によるゲームシステムおよびその特性を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるゲームシステム制御器を示す図である。

Claims (33)

1. 電気機械装置において、
   電気で駆動され、支持表面上において回転可能で且つ任意の方向に移動可能である電気機械デバイスであって、前記電気機械デバイスは、前記支持表面に電気的に接触する位置に、互いに対して間隔を空けて設けられた複数の電気コンタクトを有し、前記電気コンタクトは、前記電気コンタクトの少なくとも１つが第１の電圧レベルにあり且つ前記電気コンタクトの少なくとも別の１つが第２の電圧レベルにある場合は常に、前記電気コンタクトからの電力を整流できる整流器回路に電気的に接続される、電気機械デバイスと、
   前記支持表面の少なくとも一部を含む複数のパッドを有するコンタクトシステムであって、前記パッドのいくつかは前記第１の電圧レベルにあり且つ前記パッドの他のいくつかは前記第２の電圧レベルにあり、前記電気機械デバイスが前記支持表面上を任意の方向に移動することにより、前記コンタクトの少なくとも１つが前記第１の電圧レベルにあるパッドの少なくとも１つに接触し且つ前記コンタクトの少なくとも別の１つが前記第２の電圧レベルにあるパッドの少なくとも１つに接触した状態になり得るように、前記第１の電圧レベルにあるパッドの間に前記第２の電圧レベルにあるパッドが散在して設けられている、コンタクトシステムと
   を備えたことを特徴とする電気機械装置。
2. 支持表面上においてさまざまな位置へ移動可能であり且つさまざまな位置に配置可能である電気機械デバイスに電力を供給する方法において、
   前記支持表面に、ある１つの電圧レベルにある複数のパッドと前記ある１つの電圧レベルにあるパッドの間に散在して設けられた別の電圧レベルにある複数のパッドとを提供する工程と、
   前記電気機械デバイスに複数の電気コンタクトを提供する工程であって、前記電気コンタクトの少なくとも２つは、前記コンタクトの１つを前記ある１つの電圧レベルにあるパッドの１つと電気的に接触するように配置し、それと同時に、前記コンタクトの別の１つを前記別の電圧レベルにあるパッドの別の１つと電気的に接触するように配置することができるような十分な距離で互いから間隔を空けて設けられている、工程と、
   前記コンタクト間を流れる電流を整流して、前記電気機械デバイスを駆動する電力を提供する工程であって、そのことに拘わらず、前記コンタクトの１つは、前記ある１つの電圧レベルにあるパッドに電気的に接触するように配置され、前記コンタクトの別の１つは、前記別の電圧レベルにあるパッドに電気的に接触するように配置される、工程と
   を備えたことを特徴とする方法。
3. ゲーム表面において、
   複数の第１のパッドと、
   複数の第２のパッドと、
   前記複数の第１のパッドに電気的に結合された第１のリードと前記複数の第２のパッドに電気的に結合された第２のリードとを含む電源結合手段であって、前記第１のリードおよび前記第２のリードは、それぞれ第１の電圧レベルおよび第２の電圧レベルにバイアスするように動作可能である、電源結合手段と、
   絶縁領域であって、前記複数の第１のパッドは、前記絶縁領域によって前記複数の第２のパッドから間隔を空けられている、絶縁領域と
   を備えたことを特徴とするゲーム表面。
4. 請求項３に記載のゲーム表面において、
   前記複数の第１のパッドは、前記複数の第２のパッドから所与の距離で間隔を空けられ、
   前記距離は、前記ゲーム表面上に配置可能な電気機械デバイスに関連付けられた受電コンタクトの寸法よりも大きい、
   ことを特徴とするゲーム表面。
5. 請求項３に記載のゲーム表面において、
   前記ゲーム表面は、変圧器をさらに含み、
   前記変圧器は、電力入力に基づいて電力出力を供給し、
   前記第１の電圧レベルおよび前記第２の電圧レベルは、前記電力出力から得られる
   ことを特徴とするゲーム表面。
6. 請求項５に記載のゲーム表面において、
   前記電力出力は、交流電流出力であることを特徴とするゲーム表面。
7. 請求項３に記載のゲーム表面において、
   前記複数の第１のパッド、前記複数の第２のパッド、および前記絶縁領域を含む前記ゲーム表面の上側部分は、連続的な二次元表面であることを特徴とするゲーム表面。
8. 請求項３に記載のゲーム表面において、
   前記複数の第１のパッド、前記複数の第２のパッド、および前記絶縁領域は、連続的な三次元表面を形成するように配置されていることを特徴とするゲーム表面。
9. 請求項３に記載のゲーム表面において、
   前記複数の第１のパッド、前記複数の第２のパッド、および前記絶縁領域は、非連続的な三次元表面を形成するように配置されていることを特徴とするゲーム表面。
10. 請求項３に記載のゲーム表面において、
    前記絶縁領域は、非導電性基板の一部であることを特徴とするゲーム表面。
11. 請求項１０に記載のゲーム表面において、
    前記複数の第１のパッドは、前記非導電性基板上に配置されていることを特徴とするゲーム表面。
12. 請求項１０に記載のゲーム表面において、
    前記複数の第１のパッドは、前記非導電性基板内の複数の窪みの中に形成されていることを特徴とするゲーム表面。
13. 請求項３に記載のゲーム表面において、
    前記複数の第１のパッド、前記複数の第２のパッド、および前記絶縁領域は、非導電性基板上に配置されていることを特徴とするゲーム表面。
14. 請求項３に記載のゲーム表面において、
    前記複数の第１のパッドの少なくとも１つは、前記複数の第１のパッドの少なくとも別の１つとは別個にバイアスされていることを特徴とするゲーム表面。
15. 請求項３に記載のゲーム表面において、前記複数の第１のパッドは、複数の実質的に多角形のパッドとして形成されていることを特徴とするゲーム表面。
16. 請求項１５に記載のゲーム表面において、前記実質的に多角形のパッドは、実質的に矩形のパッドであることを特徴とするゲーム表面。
17. コンタクトシステムにおいて、
    実質的に非導電性の基板、複数の第１のパッド、および複数の第２のパッドを含む表面であって、前記複数の第１のパッドおよび前記複数の第２のパッドは、前記実質的に非導電性の基板上に配置されており、前記複数の第１のパッドおよび前記複数の第２のパッドの上側表面は連続的な表面である、表面と、
    前記複数の第１のパッドおよび前記複数の第２のパッドに電気的に結合された電源であって、前記電源は、前記複数の第１のパッドを第１の電圧レベルにバイアスし、前記複数の第２のパッドを第２の電圧レベルにバイアスするように動作可能である、電源と
    を備えたことを特徴とするコンタクトシステム。
18. 請求項１７に記載のコンタクトシステムにおいて、
    前記電源は変圧器であることを特徴とするコンタクトシステム。
19. 請求項１７に記載のコンタクトシステムにおいて、
    前記連続的な表面は、連続的な二次元表面および連続的な三次元表面からなる群より選択されることを特徴とするコンタクトシステム。
20. ゲームシステムにおいて、
    実質的に非導電性の基板上に配置された、実質的に非導電性の絶縁領域、複数の第１のパッド、および複数の第２のパッドを含むゲーム表面と、
    前記複数の第１のパッドおよび前記複数の第２のパッドに電気的に結合された電源であって、前記電源は、前記複数の第１のパッドを第１の電圧レベルにバイアスし、前記複数の第２のパッドを第２の電圧レベルにバイアスするように動作可能である、電源と、
    移動素子、蓄電素子、および複数の結合手段を含む電気機械デバイスと
    を備え、
    前記複数の結合手段は、前記蓄電素子、前記複数の結合手段の１つと前記複数の第１のパッドの１つとの間の第１の導電性コンタクト、および前記複数の結合手段の別の１つと前記複数の第２のパッドの１つとの間の第２の導電性コンタクトを含む回路を形成している
    ことを特徴とするゲームシステム。
21. 請求項２０に記載のゲームシステムにおいて、
    前記蓄電素子は、キャパシタおよび二次電池からなる群より選択されたデバイスを含むことを特徴とするゲームシステム。
22. 請求項２０に記載のゲームシステムにおいて、
    前記移動素子は、脚、可撓性のブラシ、および車輪からなる群より選択されることを特徴とするゲームシステム。
23. 請求項２０に記載のゲームシステムにおいて、
    前記実質的に非導電性の基板の少なくとも一部は、プラスチック、ガラス、ゴム、紙繊維、セラミック、およびシリコンからなる群より選択された材料で形成されることを特徴とするゲームシステム。
24. 請求項２０に記載のゲームシステムにおいて、
    前記複数の第１のパッドおよび前記複数の第２のパッドの上側表面は、連続的な２次元表面であることを特徴とするゲームシステム。
25. コンタクトシステムを製造する方法において、
    実質的に非導電性の基板を提供する工程と、
    前記実質的に非導電性の基板上に導電性材料を形成する工程と、
    前記導電性材料内に複数の第１のパッドを規定する工程と、
    前記導電性材料内に複数の第２のパッドを規定する工程と、
    前記複数の第１のパッドと前記複数の第２のパッドとの間に絶縁領域を規定する工程と
    を備えたことを特徴とする方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、
    電源結合手段を前記複数の第１のパッドおよび前記複数の第２のパッドに電気的に結合する工程をさらに含み、
    前記電源は、前記複数の第１のパッドを第１の電圧レベルにバイアスし、前記複数の第２のパッドを第２の電圧レベルにバイアスするように動作可能である
    ことを特徴とする方法。
27. 請求項２５に記載の方法において、
    前記実質的に非導電性の基板上に前記導電性材料を形成する工程は、前記導電性材料と前記実質的に非導電性の材料との間に接着層を形成する工程を含むことを特徴とする方法。
28. ゲームシステムにおいて、
    コンタクトシステムと、
    前記コンタクトシステム上に配置された電気機械デバイスと、
    １個以上のコマンドを前記電気機械デバイスに送信する送信器及び前記電気機械デバイスに関連付けられた位置情報を受信する受信器を含む制御器システムと
    を備えたことを特徴とするゲームシステム。
29. ゲームシステムにおいて、
    移動コマンドに応答して移動することができ且つ位置信号を送信することができる複数の電気機械ゲームデバイスと、
    前記複数の電気機械ゲームデバイスから前記位置信号を受信するように構成された無線受信器と、
    ユーザ入力を受け取るように適合された複数のユーザ入力デバイスと、
    前記複数の電気機械ゲームデバイスに移動コマンドを送信する無線送信器と、
    前記無線受信器、前記複数のユーザ入力デバイス、および前記無線送信器と通信する処理システムであって、前記処理システムは、位置計算アルゴリズムおよびゲームアルゴリズムを含み、前記処理システムは、前記複数のユーザ入力デバイスからユーザ移動入力を受け取り、特定の電気機械ゲームデバイスの現在の位置、現在の向きおよび現在の状態を、前記位置計算アルゴリズムおよび前記特定の電気機械ゲームデバイスから受信した１個以上の連続する位置信号から判定し、前記ゲームアルゴリズムから前記特定の電気機械ゲームデバイスの所望の位置を獲得し、前記現在の位置、前記現在の向きおよび前記現在の状態を、前記所望の位置を用いて処理することにより、前記特定の電気機械ゲームデバイスについての移動コマンドを決定し、前記移動コマンドを、前記ゲーム制御器から前記特定の電気機械ゲームデバイスへと送信するように構成されている、処理システムと
    を備えたことを特徴とするゲームシステム。
30. ゲームシステムにおいて複数の電気機械ゲームデバイスを制御する方法であって、
    １個以上のユーザ入力デバイスからユーザ移動入力を受け取る工程と、
    特定の電気機械ゲームデバイスから１個以上の連続する位置信号を受け取る工程と、
    前記特定の電気機械ゲームデバイスの現在の位置、現在の向きおよび現在の状態を、位置計算アルゴリズムおよび前記１個以上の連続する位置信号から判定する工程と、
    ゲームアルゴリズムから前記特定の電気機械ゲームデバイスの所望の位置を獲得する工程と、
    前記現在の位置、前記現在の向きおよび前記現在の状態を、前記所望の位置を用いて処理することにより、前記特定の電気機械ゲームデバイスについての移動コマンドを決定する工程と、
    前記移動コマンドを、前記特定の電気機械ゲームデバイスへと送信する工程と
    を備え、
    前記特定の電気機械ゲームデバイスは、前記移動コマンドに応答して移動する
    ことを特徴とする方法。
31. 請求項３０に記載の方法において、
    前記特定の電気機械ゲームデバイスは、前記ユーザ移動入力および前記連続する位置信号を繰り返し受け取り、前記特定の電気機械ゲームデバイスの連続的な位置、連続的な向き、および連続的な状態を繰り返し判定し、連続的な移動コマンドを繰り返し決定し且つ送信することによって、前記所望の位置に到着することを特徴とする方法。
32. 複数の遠隔デバイスに含まれる特定の遠隔デバイスの位置を判定する位置判定システムにおいて、
    無線周波数（ＲＦ）送信器およびアンテナと、
    間隔を空けて設けられた２個以上のマイクと、
    前記ＲＦ送信器および前記間隔を空けて設けられた２個以上のマイクと通信している処理システムであって、前記処理システムは、音声応答コマンドを、前記ＲＦ送信器を介して前記複数の遠隔デバイスに送信し、前記音声応答コマンドに応答して、前記間隔を空けて設けられた２個以上のマイクにおいて、前記特定の遠隔デバイスからの音声応答信号を受け取り、１ビットの情報および前記間隔を空けて設けられた２個以上のマイクに対する前記特定の遠隔デバイスの位置を判定するように構成されている、処理システムと
    を備えたことを特徴とする位置判定システム。
33. 複数の遠隔デバイスに含まれる特定の遠隔デバイスの位置を判定する位置判定方法であって、
    音声応答コマンドを、ＲＦ送信器を介して前記複数の遠隔デバイスに送信する工程と、
    前記音声応答コマンドに応答して、間隔を空けて設けられた２個以上のマイクにおいて、前記特定の遠隔デバイスからの音声応答信号を受け取る工程と、
    １ビットの情報および前記間隔を空けて設けられた２個以上のマイクに対する前記特定の遠隔デバイスの位置を判定する工程と
    を備えたことを特徴とする位置判定方法。
    

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