KR20160067766A - 햅틱 신호를 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

햅틱 신호를 제어하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20160067766A
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

햅틱 출력 디바이스를 제어하기 위한 시스템 및 방법은 프로세서, 햅틱 출력 디바이스를 포함하는 햅틱 주변기기, 및 햅틱 출력 디바이스에 결합된 센서를 포함한다. 햅틱 출력 디바이스는 프로세서로부터 제어 신호를 수신하고 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 프로필을 갖는 햅틱 효과를 햅틱 주변기기에 출력하도록 구성된다. 센서는 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 감지하도록 구성된다. 프로세서는 원하는 햅틱 효과 파형 및 센서로부터 수신된 신호를 포함하는 복수의 입력에 의존하여 햅틱 출력 디바이스에 대한 제어 신호를 발생하도록 구성된다. 입력은 또한 햅틱 출력 디바이스의 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제어 신호는 햅틱 효과의 프로필이 원하는 햅틱 효과 파형과 실질적으로 일치하게 한다.

Description

햅틱 신호를 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING HAPTIC SIGNALS}
본 출원은, 사실상 그 전체가 참조로 포함되는, 2014년 12월 4일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/087,752의 이익을 청구한다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 햅틱 출력 디바이스를 갖는 디바이스에 관련된 것이고, 보다 구체적으로는, 햅틱 출력 디바이스를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관련된 것이다.
비디오 게임 및 비디오 게임 시스템은 캐주얼 게이머를 향한 마케팅 및 캐주얼 게이머의 결과적인 참여로 인해 한층 더 인기있게 되었다. 종래의 비디오 게임 디바이스 또는 제어기는 시각적 및 청각적 큐(cue)를 사용하여 사용자에게 피드백을 제공한다. 일부 인터페이스 디바이스에서, 총괄적으로 "햅틱 피드백(haptic feedback)" 또는 "햅틱 효과(haptic effects)"로서 더 일반적으로 알려진, 운동감각적 피드백(kinesthetic feedback)(이를테면, 능동 및 저항력 피드백) 및/또는 촉각 피드백(이를테면, 진동, 질감(texture), 및 열)이 또한 사용자에게 제공된다. 햅틱 피드백은 사용자 인터페이스를 개선하고 간소화하는 큐들을 제공할 수 있다. 특히, 진동 효과 또는 진동촉각 햅틱 효과는 사용자에게 특정 이벤트를 알리기 위해 또는 시뮬레이트된 환경 또는 가상 환경 내에서 더 큰 감각적 몰입감을 생성하기 위한 사실적인 피드백을 제공하기 위해 전자 디바이스의 사용자에게 큐를 제공하는 데 유용할 수 있다.
사용자가 사용자 입력 엘리먼트와 상호작용하여 액션을 야기하는 의료 디바이스, 자동차 제어, 원격 제어 및 다른 유사한 디바이스 등의 다른 디바이스 또한 햅틱 피드백 또는 햅틱 효과로부터 이익을 얻는다. 제한으로서가 아니라, 예로서, 의료 디바이스들 상의 사용자 입력 엘리먼트들은 의료 디바이스의 말단부(distal end)에서 환자의 신체 내에 액션을 야기하도록 의료 디바이스의 근접 부분에서 환자의 신체 외측에 있는 사용자에 의해 동작될 수 있다. 햅틱 피드백 또는 햅틱 효과는 사용자에게 특정 이벤트를 알리거나 의료 디바이스의 말단부에서 환자와 의료 디바이스의 상호작용에 관한 사실적인 피드백을 사용자에게 제공하는 디바이스에 채용될 수 있다.
게이밍 및 다른 디바이스를 위한 종래의 햅틱 피드백 시스템은 일반적으로 햅틱 피드백을 발생하기 위해 하우징에 부착된 하나 이상의 액추에이터를 포함한다. 그러나 일부 액추에이터는 제동시 속도를 줄이는데(slow down) 상당한 시간이 필요하고 및/또는 시동을 거는데(kick start) 상당한 시간이 필요하다. 그에 따라, 액추에이터에 의해 출력되거나 전달된 햅틱 효과의 프로필(profile)은 원하는 햅틱 효과 파형과 일치(match)하지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 원하는 햅틱 효과 파형(130)이 대응하거나 일치하는 제어 신호(132)와 함께 도시되어 있다. 제어 신호(132)에 응답하여 출력된 햅틱 효과(134) 또한 도시된다. 햅틱 효과(134)의 프로필은 제어 신호(132)는 물론 원하는 햅틱 효과 파형(130)과도 근접하게 일치하지 않거나 그에 따르지 않는다.
본 발명의 실시예들은 원하는 햅틱 프로필 또는 파형을 달성하기 위해 액추에이터의 능력을 향상시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들은 햅틱 출력 디바이스를 제어하는 방법에 관한 것이다. 원하는 햅틱 효과 파형을 포함하는 제1 입력이 수신된다. 원하는 햅틱 효과 파형은 적어도 하나의 강도 증가 또는 강도 감소를 포함한다. 센서로부터의 제2 입력이 수신된다. 제2 입력은 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 포함한다. 제어 신호는 제1 입력 및 제2 입력 양쪽 모두를 사용하는 알고리즘을 통해 발생된다. 제어 신호는 햅틱 출력 디바이스에 인가되어, 햅틱 출력 디바이스에게 프로필을 갖는 햅틱 효과를 출력하도록 지시한다. 제어 신호는, 햅틱 효과의 프로필이, 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 각각 실질적으로 일치하는 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하게 한다.
본 발명의 실시예들은 또한 햅틱 출력 디바이스를 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다. 실시예에서, 시스템은 프로세서, 햅틱 출력 디바이스를 포함하는 햅틱 주변기기, 및 햅틱 출력 디바이스에 결합된 센서를 포함한다. 햅틱 출력 디바이스는 프로세서로부터 제어 신호를 수신하고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 프로필을 갖는 햅틱 효과를 햅틱 주변기기에 출력하도록 구성된다. 센서는 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 감지하도록 구성된다. 프로세서는 원하는 햅틱 효과 파형, 센서로부터 수신된 신호, 및 햅틱 출력 디바이스의 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 복수의 입력에 의존하여 햅틱 출력 디바이스에 대한 제어 신호를 발생하도록 구성된다. 이와 같이, 제어 신호는, 햅틱 효과의 프로필이, 원하는 햅틱 효과 파형과 실질적으로 일치하게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시스템은 프로세서, 햅틱 출력 디바이스를 포함하는 햅틱 주변기기, 및 햅틱 출력 디바이스에 결합된 센서를 포함한다. 햅틱 출력 디바이스는 자동으로 모터에 시동을 걸고 모터에 제동을 거는 내부 제어를 갖는 무브러시 전기 DC 모터(brushless electric DC motor)이다. 햅틱 출력 디바이스는 프로세서로부터 제어 신호를 수신하고, 프로세서로부터의 제어 신호에 응답하여 프로필을 갖는 햅틱 효과를 햅틱 주변기기에 출력하도록 구성된다. 센서는 햅틱 출력 디바이스에 대한 위치, 속도, 또는 가속도를 감지하도록 구성된다. 프로세서는 적어도 하나의 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하는 원하는 햅틱 효과 파형 및 센서로부터 수신된 신호에 의존하여 햅틱 출력 디바이스에 대한 제어 신호를 바꾸도록 구성된다. 이와 같이, 제어 신호는, 햅틱 효과의 프로필이, 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하게 한다.
햅틱 주변기기는, 게임 제어기, 태블릿, 폰, PDA(personal digital assistant), 컴퓨터, 게이밍 주변기기, 마우스, 착용가능 사용자 아이템, 또는 햅틱 효과를 출력하기 위한 햅틱 출력 디바이스를 포함하는 다른 디바이스일 수 있다. 프로세서는 호스트 컴퓨터에 또는 햅틱 주변기기에 배치될 수 있다.
본 발명의 상술한 그리고 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면들에 예시된 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 본 명세서에 포함되어 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 또한 본 발명의 원리를 설명하고 관련 기술의 통상의 기술자가 본 발명을 실시 및 사용할 수 있게 하는 역할을 한다. 도면은 일정한 비율로 그려진 것이 아니다.
도 1은 원하는 햅틱 효과 파형, 제어 신호, 및 제어 신호에 응답하여 출력된 햅틱 효과에 대한 개략도이다.
도 2a는 햅틱 주변기기 또는 제어기의 일 실시예에 대한 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 햅틱 주변기기 또는 제어기의 또 다른 뷰에 대한 개략도이다.
도 3은 호스트 컴퓨터 및 디스플레이와 함께 도 2a의 햅틱 주변기기 또는 제어기에 대한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 출력 디바이스에 의해 출력된 햅틱 효과를 제어하기 위한 방법을 예시하는 흐름도로서, 이 방법은 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태에 관한 센서 정보를 보상하는 제어 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
도 5는 원하는 햅틱 효과 파형, 이들의 수정 전의 제1 제어 신호, 도 4의 흐름도에 따른 이들의 수정 후의 제2 제어 신호, 및 제2 또는 수정된 제어 신호에 응답하여 출력된 햅틱 효과에 대한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 햅틱 출력 디바이스에 의해 출력된 햅틱 효과를 제어하기 위한 방법을 예시하는 흐름도로서, 이 방법은 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태는 물론 햅틱 출력 디바이스의 파라미터나 속성에 관한 센서 정보를 보상하는 제어 신호를 발생하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예들은 이제 도면들을 참조하여 설명되며, 여기서 유사 참조 번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
이하의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것으로, 본 발명을 제한하거나 본 발명의 응용 및 사용을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 이전의 기술 분야, 배경기술, 발명의 요약 또한 이하의 상세한 설명에 제시되는, 표현 또는 암시된 임의의 이론에 얽매이도록 의도된 것이 아니다. 또한, 다음의 설명은 게이밍 디바이스 및 게이밍 디바이스를 위한 제어기에 관한 것이지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 설명이 햅틱 출력 디바이스를 갖는 다른 디바이스들에 동등하게 적용된다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 실시예들은 햅틱 출력 디바이스를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 햅틱 출력 디바이스는 햅틱 주변기기 내에 또는 상에 배치된다. 햅틱 주변기기는, 예를 들어, 도 2a-2b에 도시된 바와 같이 게이밍 시스템을 위한 핸드헬드 게이밍 햅틱 주변기기(100) 또는 폰, PDA, 태블릿, 컴퓨터, 게이밍 주변기기, 컴퓨터 마우스, 착용가능한 사용자 아이템, 의료 디바이스, 자동차 제어, 원격 제어, 터치 스크린 등과 같은, 그러나 이에 국한되지 않는, 햅틱 효과를 출력하기 위한 햅틱 출력 디바이스를 포함하는 다른 디바이스일 수 있다.
햅틱 주변기기(100)는 일반적으로 컴퓨터, 모바일 폰, 텔레비전, 또는 다른 유사한 디바이스에 접속될 수 있는 게이밍 시스템과 함께 사용될 수 있다. 도 2a-2b는 햅틱 주변기기(100)의 상이한 사시도를 도시하는 한편, 도 3은 호스트 컴퓨터(104) 및 디스플레이(106)를 더 포함하는 게이밍 시스템(101)에서 사용된 햅틱 주변기기(100)의 블록도를 도시한다. 도 3의 블록도에 도시된 바와 같이, 햅틱 주변기기(100)는 접속(105)을 통해 호스트 컴퓨터(104)와 통신하는 로컬 프로세서(108)를 포함한다. 접속(105)은 유선 접속, 무선 접속, 또는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 다른 유형의 접속들일 수 있다. 로컬 프로세서(108)는 임의의 유형의 범용 프로세서일 수 있고, 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)와 같이, 햅틱 효과들을 제공하도록 특별히 설계된 프로세서일 수 있다. 햅틱 주변기기(100)는 대안적으로 로컬 프로세서(108)를 포함하지 않도록 구성될 수 있고, 이로써 햅틱 주변기기(100)로부터의 모든 입/출력 신호는 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서에 의해 직접 취급 및 처리된다. 호스트 컴퓨터(104)는 디스플레이 스크린(106)에 결합된다. 실시예에서, 호스트 컴퓨터(104)는 게이밍 디바이스 콘솔이고, 디스플레이 스크린(106)은 본 기술분야에 알려진 바와 같이, 게이밍 디바이스 콘솔에 결합되는 모니터이다. 또 다른 실시예에서, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있는 바와 같이, 호스트 컴퓨터(104) 및 디스플레이 스크린(106)은 단일 디바이스로 조합될 수 있다.
햅틱 주변기기(100)의 하우징(102)은 왼손잡이 사용자 또는 오른손잡이 사용자에 의해, 디바이스를 잡는 두 손을 용이하게 수용하도록 성형된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는, 햅틱 주변기기(100)가 단순히 비디오 게임 콘솔 시스템에 현재 이용가능한 많은 "게임패드(gamepads)"와 유사한 형상 및 사이즈의 제어기에 대한 예시적인 실시예라는 것과, Wii™ 리모트 또는 Wii™ U 제어기, Sony® SixAxis™ 제어기 또는 Sony® Wand 제어기와 같은 제어기들뿐만 아니라 (테니스 라켓, 골프 클럽, 야구 배트 등과 같은) 실생활 객체와 같은 형상 및 다른 형상의 제어기들을 포함하지만 이에 국한되지 않는 사용자 입력 엘리먼트의 다른 구성, 형상 및 사이즈를 갖는 제어기들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
햅틱 주변기기(100)는 조이스틱(110), 버튼(114), 및 트리거(118)를 포함하는 몇 개의 사용자 입력 엘리먼트 또는 조작부(manipulandums)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 사용자 입력 엘리먼트는 호스트 컴퓨터(104)와 상호작용하기 위해 사용자에 의해 조작되는 트리거, 버튼, 조이스틱 등과 같은 인터페이스 디바이스를 지칭한다. 도 2a-2b에서 알 수 있고, 본 기술분야에서 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 각각의 사용자 입력 엘리먼트 및 추가적인 사용자 입력 엘리먼트들 중 2 이상은 햅틱 주변기기(100)에 포함될 수 있다. 따라서, 트리거(118)에 대한 본 설명은, 예를 들어, 햅틱 주변기기(100)를 단일 트리거로 국한하지 않는다. 또한, 도 3의 블록도는 단지 하나(1)의 각각의 조이스틱(110), 버튼(114) 및 트리거(118)를 도시한다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 전술한 바와 같이, 다수의 조이스틱, 버튼 및 트리거뿐만 아니라 다른 사용자 입력 엘리먼트들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 3의 블록도에서 알 수 있는 바와 같이, 햅틱 주변기기(100)는 그들의 사용자 입력 엘리먼트 각각에 대해 타겟이 된 햅틱 출력 디바이스 또는 모터뿐만 아니라 사용자의 손이 일반적으로 위치하는 장소에서 하우징(102)에 결합되는 하나 이상의 일반 또는 럼블 햅틱 출력 디바이스(122, 124)를 포함한다. 보다 구체적으로, 조이스틱(110)은 이에 결합된 햅틱 출력 디바이스 또는 모터(112)를 포함하고, 버튼(114)은 이에 결합된 햅틱 출력 디바이스 또는 모터(116)를 포함하고, 트리거(118)는 이에 결합된 햅틱 출력 디바이스 또는 모터(120)를 포함한다. 각각의 햅틱 출력 디바이스(112, 116, 120)는, 본 명세서에 더 자세히 설명된 바와 같이 각각의 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 감지하기 위해 거기에 결합된 센서들(113, 117, 121)을 각각 포함한다. 또한, 햅틱 주변기기(100)는 그들의 사용자 입력 엘리먼트 각각에 결합된 위치 센서를 포함한다. 보다 구체적으로, 조이스틱(110)은 이에 결합되는 위치 센서(111)를 포함하고, 버튼(114)은 이에 결합되는 위치 센서(115)를 포함하고, 트리거(118)는 이에 결합되는 위치 센서(119)를 포함한다. 로컬 프로세서(108)는 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120)뿐만 아니라 조이스틱(110), 버튼(114) 및 트리거(118)의 위치 센서들(111, 115, 119)에도 각각 결합된다.
위치 센서들(111, 115, 119)로부터 수신되는 신호에 응답하여, 로컬 프로세서(108)는 조이스틱(110), 버튼(114), 및 트리거(118)에게 각각 햅틱 효과들을 제공하도록 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120)에게 지시한다. 이러한 효과들은 제어기의 전체 바디를 따라 일반 햅틱 출력 디바이스들(122, 124)에 의해 생산된 일반 또는 럼블 햅틱 효과들과 분간 또는 구별할 수 있다. 각각의 일반 햅틱 출력 디바이스(122, 124)는 본 명세서에 더 자세히 설명되는 바와 같이 각각의 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 감지하기 위해 거기에 각각 결합된 센서(123, 125)를 포함한다. 총괄적인 햅틱 효과들은, 예컨대, 비디오, 오디오, 및 햅틱들과 같은 다수의 양상(multiple modalities)이 동시에 관여됨에 따라, 사용자에게 게임에 대한 더 큰 몰입감을 제공한다.
실행되어 사용자에게 제공될 햅틱 효과의 유형을 결정하는 데 있어서, 하이 레벨 햅틱 파라미터 또는 스트리밍 값은 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서의 소프트웨어 코드로 생성되어 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 송신되는데, 여기서, 그들이 처리되어 햅틱 출력 디바이스에 적합한 전압 레벨이 발생된다. 이것은, 햅틱 주변기기(100)가 그의 햅틱 출력 디바이스에 적합한 햅틱 피드백을 사용자에게 제공하여, 햅틱 출력 디바이스에 대해 발생되는 상이한 전압 레벨을 통해 햅틱 피드백의 양 또는 유형을 바꾸는 것을 허용한다. 이것은, 호스트 컴퓨터(104)가 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 하이 레벨 감독 명령들을 제공하고, 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)가 명령들을 디코딩하여 하이 레벨 명령에 따라 그리고 호스트 컴퓨터(104)와 독립적으로 센서들 및 햅틱 출력 디바이스들에 대한 로우 레벨 포스 제어 루프(force control loop)를 관리하는 로컬 제어 실시예에서 고려될 수 있다. 보다 구체적으로, 동작 중에, 로컬 프로세서(108)는 위치 센서들(111, 115, 119)로부터 위치들 및/또는 이동 이벤트들을 검출하거나 수신하고, 위치들 및/또는 이동 이벤트들을 호스트 컴퓨터(104)로 송신한다. 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서는 제어 신호 혹은 하이 레벨 감독 또는 스트리밍 명령들을 로컬 프로세서(108)에게 제공하고, 로컬 프로세서(108)는 그 다음 호스트 컴퓨터(104)로부터 수신된 하이 레벨 감독 또는 스트리밍 명령들에 기초하여 제어 신호들을 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120, 122, 124)에게 제공한다. 예를 들어, 동작 중일 때, 햅틱 효과들의 전압 크기 및 지속시간이 호스트 컴퓨터(104)로부터 햅틱 주변기기(100)로 스트리밍되는데, 여기서, 정보는 로컬 프로세서(108)를 통해 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120, 122, 124)에게 제공된다. 호스트 컴퓨터(104)는 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120, 122, 124)에 의해 출력될 햅틱 효과의 유형(예컨대, 진동, 졸트(jolt), 디텐트(detent), 팝(pop) 등)과 같은 하이 레벨 명령들을 로컬 프로세서(108)에게 제공할 수 있으며, 이로써 로컬 프로세서(108)는 출력될 햅틱 효과의 특정한 특성들(예컨대, 크기(magnitude), 빈도(frequency), 지속시간(duration) 등)에 대해 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120, 122, 124)에게 지시한다. 로컬 프로세서(108)는 (도 3의 블록도에 도시된) 이에 결합된 메모리(109)로부터 햅틱 효과의 유형, 크기, 빈도, 지속시간 또는 다른 특성들을 검색할 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았지만, 구동기 인터페이스는 햅틱 주변기기(100)의 로컬 프로세서(108)와 각각의 햅틱 출력 디바이스 사이에 선택적으로 접속되어, 로컬 프로세서(108)로부터의 신호들을 각각의 햅틱 출력 디바이스를 구동하기에 적합한 신호들로 변환할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 잘 공지된 바와 같이, 구동기 인터페이스는 전력 증폭기들, 스위치들, DAC들(digital to analog controllers), ADC들(analog to digital controllers), 및 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전압 모드 증폭기들은 햅틱 주변기기(100)의 로컬 프로세서(108)로부터의 제어 신호들에 기초하여 모터들을 구동하기 위해 구동기 인터페이스에서 사용될 수 있는 저가의 컴포넌트들이다. 로컬 프로세서(108)는 원하는 햅틱 효과들을 야기하기 위해 필요한 전류 및 전압을 햅틱 출력 디바이스에 공급하는데 사용되는 전자 컴포넌트들 및 회로를 포함하는 구동기 인터페이스에 제어 신호들을 출력한다. 각각의 햅틱 출력 디바이스는, 로컬 프로세서(108)에 모두 결합된, 별개의 구동 회로를 포함할 수 있다.
상이한 호스트-제어형 실시예에서, 호스트 컴퓨터(104)는, 햅틱 주변기기(100)의 로컬 프로세서(108) 또는 다른 회로(로컬 프로세서(108)가 존재하지 않을 경우)를 통해 햅틱 출력 디바이스들에 직접적으로 전송되는, 로우 레벨 포스 명령(force command)들을 햅틱 주변기기(100)에 제공할 수 있다. 따라서, 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서는 햅틱 주변기기로 및 그로부터의 모든 신호들을 직접적으로 제어 및 처리하는데, 예컨대, 호스트 컴퓨터는 햅틱 주변기기(100)의 햅틱 출력 디바이스들에 의해 출력된 포스들(forces)을 직접적으로 제어한다. 이러한 실시예는 포스 피드백 디바이스(force feedback device)의 비용을 더 추가적으로 줄이는데 바람직할 수 있는데, 그 이유는, 어떠한 복잡한 로컬 프로세서(108) 또는 다른 처리 회로도 햅틱 주변기기(100)에 포함될 필요가 없기 때문이다.
또 다른 실시예에서, 다른 하드웨어는 로컬 프로세서(108)와 유사한 기능성을 제공하기 위해 햅틱 주변기기(100)에 로컬로 제공될 수 있다. 예를 들어, 고정된 로직을 포함하는 하드웨어 상태 머신(hardware state machine)은 신호들을 햅틱 출력 디바이스들에게 제공하고 센서들로부터 센서 신호들을 수신하며, 선정된 시퀀스, 알고리즘 또는 프로세스에 따라 촉각 신호들을 출력하는데 사용될 수 있다. 하드웨어에서 원하는 기능들을 갖는 로직을 구현하기 위한 기법들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 잘 공지되어 있다. 그러한 하드웨어는 덜 복잡한 포스 피드백 디바이스들에게 매우 적합할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 로컬 프로세서(108)와 유사한 기능성은 구동기 인터페이스의 통합 회로 내에 로컬로 제공될 수 있거나, 햅틱 출력 디바이스의 회로 내에 로컬로 제공될 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에 사용되는 바와 같은, 용어 "프로세서"는, 본 명세서에서 설명되는 기능성이 햅틱 주변기기(100)의 구동기 인터페이스 또는 햅틱 출력 디바이스와 같은 그러나 이에 국한되지 않는 햅틱 주변기기(100)의 또 다른 컴포넌트에 통합되고 그에 의해 실행되는 실시예들은 물론, 본 명세서에서 설명되는 기능들을 수행하는 별개의 또는 독립형 컴포넌트를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 원하는 햅틱 효과 파형을 달성하기 위해 햅틱 출력 디바이스의 능력을 향상시키는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 햅틱 출력 디바이스를 제어하는 방법은 햅틱 주변기기(100)의 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120, 122, 124) 중 하나 이상에 적용될 수 있다. 또한, 햅틱 출력 디바이스들(112, 116, 120, 122, 124)이 동일한 유형의 햅틱 출력 디바이스일 필요는 없다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 햅틱 출력 디바이스를 제어하는 방법은 다양한 유형의 햅틱 출력 디바이스들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 무브러시 전기 DC 모터들(brushless electric DC motors)에 대하여 주로 설명하였지만, 본 발명의 실시예들은 브러시 전기 DC 모터들(brushed electric DC motors), 전자기 모터들, 편심 질량이 모터에 의해 이동되는 ERM(eccentric rotating mass) 액추에이터들, 스프링에 부착된 질량이 앞뒤로 구동되는 LRA(linear resonant actuator)들, 압전과 같은 "스마트 재료", 신호들 또는 형상 메모리 합금들에 응답하여 변형되는 전기-활성 폴리머들, SRA(solenoid resonant actuator), 편심 질량이 모터에 의해 이동되는 전자기 모터들, 진동촉각 액추에이터들, 관성 액추에이터들, 강도, ESF(electrostatic friction), USF(ultrasonic surface friction)을 변경하기 위한 메커니즘, 초음파 햅틱 트랜스듀서에 의해 음향 방사 압력을 유도하는 디바이스들, 햅틱 기판과 유연하거나 변형가능한 표면을 사용하는 디바이스들, 에어 제트를 사용하는 공기의 퍼프(puff)와 같은 프로젝트된 햅틱 출력을 제공하는 디바이스들, 또는 상술한 액추에이터들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 햅틱 출력 디바이스들에 적용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스는, 예를 들어, 햅틱 주변기기(100)의 하우징 또는 사용자 입력 엘리먼트의 강도/댐핑을 변경하는 솔레노이드, 햅틱 주변기기(100)의 하우징 또는 사용자 입력 엘리먼트에서 사이즈를 변경하는 작은 에어백들, 또는 형상 변경 재료들을 포함하는 운동감각 햅틱 피드백을 사용할 수 있다.
본 명세서에 기술되는 방법은 햅틱 출력 디바이스의 어느 유형이 활용되는지와 무관하게 원하는 햅틱 효과 파형과 실질적으로 일치하거나 이에 따르는 보편적인 방법을 제공하는 다양한 유형의 햅틱 출력 디바이스들에 적용될 수 있다. 이와 같이, 본 명세서에 기술되는 알고리즘은 햅틱 출력 디바이스에 관한 현재의 동작 상태 정보와 속성 정보 양쪽 모두를 사용함으로써 햅틱 출력 디바이스들 간의 차이들을 보상한다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 일부 액추에이터 또는 햅틱 출력 디바이스들은 제동시 속도를 줄이는데 상당한 시간이 요구되고 및/또는 시동을 거는데(kick start) 상당한 시간이 요구된다. 예를 들어, 무브러시 전기 DC 모터는 모터가 자동으로 모터에 시동을 걸거나 제동을 걸게 하는 내부 제어를 갖는다. 모션 중 일 때 무브러시 전기 DC 모터는 최소 마찰을 제공하고 따라서 시스템의 전원을 소모시키지 않을 전력 효율적 햅틱 출력 디바이스이다. 따라서, 햅틱 출력 디바이스를 위한 무브러시 전기 DC 모터를 갖는 햅틱 주변기기는 비교적 더 낮은 전력 요구 사항을 가지며, 이에 의해 비용, 부피 및 전력 소모를 줄인다. 그러나, 그의 최소 마찰로 인해, 무브러시 전기 DC 모터는 제동시 속도를 줄이는데 상당한 시간이 걸리고 전달되는 햅틱 효과들의 프로필이 원하는 햅틱 효과 파형과 일치하거나 그에 따르지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 원하는 햅틱 효과 파형을 달성하기 위해 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태 및/또는 속성들을 고려하거나 이를 보상하는 제어 신호를 발생하는 것에 관한 것이다.
도 4-5를 참조하면, 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태 및/또는 속성들을 고려하거나 이를 보상하는 제어 신호를 수정하거나 업데이트하기 위한 방법이 예시된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 출력 디바이스에 의해 출력되는 햅틱 효과들을 제어하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이며, 여기서 본 방법은 제어 신호를 햅틱 출력 디바이스의 속도, 모션, 가속도 또는 위치에 관련된 센서 정보로 업데이트하거나 수정하는 것을 포함한다. 도 5는 원하는 햅틱 효과 파형(130), 그의 수정 전의 제1 제어 신호(132), 도 4의 흐름도에 따른 그의 수정 후의 제2 제어 신호(533), 및 제2 또는 수정된 제어 신호에 응답하여 출력된 햅틱 효과(534)의 개략도이다. 예시의 편의상, 흐름도는 호스트 컴퓨터(104)와 햅틱 주변기기(100)를 참조하여 설명될 것이다. 일 실시예에서, 도 4의 흐름도의 기능성은 호스트 컴퓨터(104)의 메모리에 저장되고 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서에 의해 실행되고 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 메모리(109)에 저장되고 햅틱 주변기기(100)의 로컬 프로세서(108)에 의해 실행되는 소프트웨어에 의해 구현된다. 다른 실시예들에서, 기능성은 ASIC(application specific integrated circuit), PGA(programmable gate array), FPGA(field programmable gate array)의 사용을 통한 하드웨어에 의해, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다. 본 명세서에서 이전에 기술된 바와 같이, 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)는 본 명세서에 기술되는 기능들을 수행하는 별개의 또는 독립형 컴포넌트일 수 있고, 또는 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 대하여 본 명세서에서 기술된 기능성은 햅틱 주변기기(100)의 햅틱 출력 디바이스 또는 구동기 인터페이스와 같은 그러나 이에 국한되지 않는 햅틱 주변기기(100)의 또 다른 컴포넌트들에 통합되고 그에 의해 실행될 수 있다.
도 4에 예시된 흐름도 이전의 초기 단계로서, 원하는 햅틱 효과 파형(130)(도 1과 도 5에 도시되어 있음)이 결정되거나 설정된다. 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 사용자가 의도한 햅틱 경험이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 강도 증가(150)는 물론 복수의 강도 감소들(152A, 152B, 152C)을 포함한다. 강도 감소들(152A, 152B, 152C)을 통해, 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 복수의 연속적인 시간 기간들 또는 지속시간들(154A, 154B, 154C) 동안 햅틱 효과들로서 인가될 복수의 상이한 크기들 또는 진폭들을 전달한다. 지속시간들(154A, 154B, 154C) 동안, 이전에 인가된 햅틱 효과의 강도(즉, 이전에 인가된 강도 증가 또는 강도 감소)가 지속된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 강도 증가는 원하는 햅틱 효과 파형의 크기 또는 진폭에 있어서의 증가, 또는 제어 신호에 응답하여 출력되는 햅틱 효과의 크기 또는 진폭에 있어서의 대응하는 증가를 지칭한다. 유사하게, 강도 감소는 원하는 햅틱 효과 파형의 크기 또는 진폭에 있어서의 감소, 또는 제어 신호에 응답하여 출력되는 햅틱 효과의 크기 또는 진폭에 있어서의 대응하는 감소를 지칭한다. 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 사용자에 의해 또는 햅틱 효과들의 프로그래머 또는 작성자에 의해 결정되거나 설정될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 상술한 바와 같이 강도 증가(150)는 물론 복수의 강도 감소들(152A, 152B, 152C)을 포함한다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 원하는 햅틱 효과 파형은 도 5에 도시된 형상이 될 필요는 없다. 원하는 햅틱 효과 파형은 사인 또는 사인곡선 주기파, 구형파, 펄스파, 삼각파 또는 비주기적 파를 포함하지만 이에 국한되지 않는 임의의 유형의 파형일 수 있다. 파형들은 특정한 빈도(기간) 및 크기 또는 진폭에서 진동 효과를 출력하기 위해 활용될 수 있다. 단일, 무방향성 졸트는 진동의 단일 기간 또는 진동의 기간 중 일부로서 출력될 수 있다. 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 제공되거나 공급될 때, 원하는 햅틱 효과 파형은 통상적으로 프로세서에 대한 파라미터들 또는 입력들로서 빈도 명령, 크기 명령, 및 파형이나 기능을 포함한다. 원하는 햅틱 효과 파형들에 기초한 제어 신호들의 발생은, 본 출원과 동일한 양수인에 의해 양도되고, 그 전체가 참조로서 포함된, 골덴버그(Goldenberg) 등에 의해 미국 특허 번호 제7,446,752호에 추가로 기술되어 있다. 주기적인 진동 효과들에 부가하여, 비주기성 효과들 및/또는 지속적인 포스 효과들은 또한 골덴버그 등에 의해 미국 특허 번호 제7,446,752호에 기술된 바와 같이 햅틱 주변기기(100)의 햅틱 출력 디바이스들에서 재생되거나 출력될 수 있다.
본 기술분야에서 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 송신되거나 다른 방식으로 제공되는 디지털 데이터로 변환된다. 따라서, 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 도 4의 단계(440)에 나타낸 바와 같이, 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 제공되는 제1 입력이다. 원하는 햅틱 효과 파형(130)은 I2c/SPI와 같은 인터페이스 또는 다른 유사한 인터페이스를 통해 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 디지털 형태로 송신되거나 다른 방식으로 제공될 수 있고, 또는 듀티 사이클/빈도 제어를 갖는 PWM(pulse width modulation) 신호 또는 크기 및/또는 타이밍 제어를 갖는 아날로그 신호와 같은 신호 형태로 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 송신되거나 다른 방식으로 제공될 수 있다.
원하는 햅틱 효과 파형(130)에 부가하여, 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태 정보는 또한 도 4의 단계(448)에 나타낸 바와 같이 제2 입력으로서 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 제공된다. 보다 구체적으로, 각각의 햅틱 출력 디바이스(112, 116, 120, 122, 124)는 각각의 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 감지하기 위해 각각 그들에 결합된 각각의 센서(113, 117, 121, 123, 125)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 센서들(113, 117, 121, 123, 125)은 각각의 햅틱 출력 디바이스의 위치, 속도, 가속도 또는 모션을 감지하도록 구성된다. 예를 들어, 센서는 특정한 햅틱 출력 디바이스가 정지 상태에 있는지, 모션 상태에 있는지, 및/또는 그의 속도를 검출하도록 구성된다. 실시예에서, 센서들(113, 117, 121, 123, 125)은 홀-효과 센서들이지만, 가속도계들, 포텐셔미터(potentiometer)들, 자기장 센서들, 광학 인코더들, 전기용량 센서들, 백(back) emf 센서들 등과 같은, 그러나 이에 국한되지 않는, 본 기술분야에 공지된 다른 유형의 속도, 모션, 가속도 또는 위치 센서들일 수 있다.
도 4의 단계(442)에서, 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 의해 실행된 알고리즘 또는 내부 로직을 통해 제어 신호가 발생된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 알고리즘은 제1 입력으로서 원하는 햅틱 효과 파형(130)을 사용하고(단계(440)), 제2 입력으로서 그의 각자의 센서로부터의 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태 정보를 사용한다(단계(448)). 실시예에서, 제어 신호는 제1 및 제2 입력들로부터 비롯되고, 따라서, 알고리즘 또는 내부 로직이 제1 및 제2 입력들에 따라 제어 신호를 초기에 발생하게 한다. 또 다른 실시예에서, 제어 신호는 제1 및 제2 입력들로 인해 업데이트 또는 변화된다. 보다 구체적으로, 호스트 컴퓨터(104) 및/또는 햅틱 주변기기(100) 내에 베이스 제어 신호가 저장될 수 있고, 알고리즘 또는 내부 로직은 제1 및 제2 입력들에 따라 베이스 제어 신호를 업데이트하거나, 수정하거나, 바꾸거나, 또는 다른 방식으로 변경할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "발생하다"는 알고리즘에 의해 업데이트되거나, 수정되거나, 바꾸거나, 또는 다른 방식으로 변경되는 제어 신호뿐만 아니라 알고리즘에서 비롯된 제어 신호를 포함한다. 업데이트 레이트(update rate)는 햅틱 출력 디바이스뿐만 아니라 센서의 특성들에 의존한다. 실시예에서, 제어 신호는 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태가 센서들(113, 117, 121, 123, 125)을 통해 검출될 때 변화하기 때문에 실시간으로 수정되거나 업데이트될 수 있다.
도 4의 단계(442)에서 발생된 제어 신호는 원하는 햅틱 효과 파형(130)에 근접하게 일치하거나 그에 따르는 프로필을 갖는 햅틱 효과를 출력하거나 전달하기 위해 햅틱 출력 디바이스를 제어하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 도 4의 단계(442)에서 발생된 제어 신호는 도 4의 단계(444)에 햅틱 주변기기(100)의 구동기 인터페이스 또는 증폭기로 송신되고, 단계(442)에 발생된 제어 신호에 응답하여 햅틱 효과를 출력하도록 햅틱 출력 디바이스에 지시하기 위해 도 4의 단계(446)에서 햅틱 출력 디바이스에 구동 신호가 제공된다. 따라서, 단계(442)에서 발생된 제어 신호는 프로필을 갖는 햅틱 효과를 출력하도록 햅틱 출력 디바이스에 지시하는 구동 신호로서 햅틱 출력 디바이스에 인가되고, 햅틱 효과의 프로필은 원하는 햅틱 효과 파형(130)에 근접하게 일치하거나 그에 따른다.
보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1 제어 신호(132)는 원하는 햅틱 효과 파형(130)에 근접하게 일치하거나 그에 따르는 프로필로 도시되어 있다. 그러나, 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 제1 제어 신호(132)가 특정 햅틱 출력 디바이스들에 인가될 때, 출력 햅틱 효과의 프로필은 제1 제어 신호(132)에도 원하는 햅틱 효과 파형(130)에도 근접하게 일치하거나 그에 따르지 않는다. 본 발명의 실시예에서, 제1 제어 신호(132)는 호스트 컴퓨터(104) 및/또는 햅틱 주변기기(100)에 저장된 베이스 제어 신호일 수 있다. 도 5의 제2 제어 신호(533)는 어떻게 제1 제어 신호(132)가 도 4의 흐름도에 따라 수정될 수 있는지에 대한 예이다. 그의 각자의 센서로부터의 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태 정보가 입력으로서 수신되면, 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 의해 실행된 알고리즘은 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 보상하거나 고려하기 위해 제1 제어 신호(132)를 제2 제어 신호(533)로 수정하거나 변경한다. 제2 제어 신호(533)는, 햅틱 출력 디바이스에 인가될 때, 원하는 햅틱 효과 파형(130)에 근접하게 또는 실질적으로 일치하거나 그에 따르는 햅틱 효과(534)를 초래한다.
도 5의 실시예에서, 제2 제어 신호(533)는 햅틱 효과(534)의 프로필이 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 강도 증가 또는 강도 감소에 실질적으로 일치하거나 그에 따르는 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하게 한다. 보다 구체적으로, 햅틱 효과(534)의 제1 강도 감소(194)는 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 제1 강도 감소(152A)에 실질적으로 일치하거나 그에 따르는 것으로 도시되어 있고, 햅틱 효과(534)의 제2 강도 감소(196)는 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 제2 강도 감소(152B)에 실질적으로 일치하거나 그에 따르는 것으로 도시되어 있다. 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 지속시간들(154A, 154B, 154C)은 출력되거나 전달된 햅틱 효과의 강도가 지속되는 햅틱 효과(534)의 지속시간들(188, 190, 192) 각각에 대응한다.
햅틱 효과의 프로필은 진폭 및 타이밍의 관점에서 원하는 햅틱 효과 파형에 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "실질적으로 일치하다(substantially match)" 또는 "근접하게 일치하다(closely match)"는, 제어 신호가 입력으로서 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 활용하지 않을 때에 대하여 제어 신호가 입력으로서 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 활용할 때 햅틱 효과의 프로필이 원하는 햅틱 효과 파형의 진폭 및 타이밍에 더욱 근접하게 따른다는 것을 의미한다. 다시 말해, 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태가 고려될 때, 햅틱 효과의 프로필과 원하는 햅틱 효과 파형 간의 일치(matching)는 향상된다. 본 발명의 실시예에서, 햅틱 효과의 프로필은 원하는 햅틱 효과 파형으로서 25% 이하의 오차 마진 내에서 동일한 진폭을 가지고, 햅틱 효과의 프로필의 진폭의 변화들은 원하는 햅틱 효과 파형의 진폭의 변화들로서 25% 이하의 오차 마진 내에서 동시에 발생한다.
특히, 도 4의 흐름도에 따라 수정된 바와 같은 제2 제어 신호(533)는 제1 제어 신호(132)와 원하는 햅틱 효과 파형(130)과는 상이한 프로필/형상을 갖는 상이한 신호 또는 파형이다. 보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1 제어 신호(132)는 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 증가를 포함하는 시동(kick; 156), 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제1 지속시간(duration) 또는 기간(time period; 172), 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 감소를 포함하는 제1 제동(brake; 158), 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제2 지속시간 또는 기간(174), 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 감소를 포함하는 제2 제동(160), 및 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제3 지속시간 또는 기간(176)을 포함한다. 반대로, 제2 제어 신호(533)는 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 증가를 포함하는 제1 시동(533), 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제1 지속시간 또는 기간(178), 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 감소를 포함하는 제1 제동(164), 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제2 지속시간 또는 기간(180), 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 증가를 포함하는 제2 시동(166), 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제3 지속시간 또는 기간(182), 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 감소를 포함하는 제2 제동(168), 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제4 지속시간 또는 기간(184), 햅틱 효과의 크기 또는 진폭의 증가를 포함하는 제3 시동(170), 및 햅틱 효과가 이전의 강도로 지속되도록 햅틱 효과의 진폭 또는 크기 변화가 없는 제5 지속시간 또는 기간(184)을 포함한다.
제1 및 제2 제어 신호들(132, 533) 사이의 차이들을 각각 설명하기 위해, 제1 제어 신호(132)의 제2 지속시간(174)은 제2 제어 신호(533)의 제2 및 제3 지속시간들(180, 182)과 비교된다. 제1 제어 신호(132)의 제2 지속시간(174)은 제2 제어 신호(533)의 제2 및 제3 지속시간들(180, 182)과 동일하다. 제1 제어 신호(132)의 제2 지속시간(174) 및 제2 제어 신호(533)의 제2 및 제3 지속시간들(180, 182)은 각각 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 제2 지속기간(154B)뿐만 아니라, 햅틱 효과(534)의 제2 지속시간(190)에 대응한다. 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 제2 지속기간(154B) 동안, 크기 또는 진폭이 비교적 작은 제1 강도 감소(152A)만이 발생한다. 유사하게, 햅틱 효과(534)의 제2 지속기간(190) 동안, 크기 또는 진폭이 비교적 작은 제1 강도 감소(194)만이 발생하고, 제1 제어 신호(132)의 제2 지속시간(174) 동안, 크기 또는 진폭이 비교적 작은 제1 제동(158)만이 발생한다. 대조적으로, 제2 제어 신호(533)의 제2 및 제3 지속시간들(180, 182) 동안, 각각이 제1 제어 신호(132)의 제1 제동(158)보다 크기 또는 진폭이 비교적 더 높은 제1 제동(164), 제2 시동(166), 및 제2 제동(168)이 발생한다. 최소 마찰을 갖는 무브러시(brushless) 전기 DC 모터와 같은 햅틱 출력 디바이스에 인가될 때, 제2 제어 신호(533)는 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 제2 지속기간(154B) 및 햅틱 효과(534)의 제2 지속시간(190)에 대응하는 프로필 또는 파형을 달성하기 위해 매우 큰 제동(제1 제동(164)), 다음에 시동(제2 시동(166))과 또 다른 제동(제2 제동(168))을 인가한다. 다시 말해, 제2 제어 신호(533)는 햅틱 효과(534)의 프로필이 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 단일 강도 감소(제1 강도 감소(152A))와 실질적으로 일치하는 단일 강도 감소(제1 강도 감소(194))만을 포함하게 하기 위해 복수의 시동들과 제동들(제1 제동(164), 제2 시동(166), 제2 제동(168))을 포함한다.
실제로, (제어 신호의 시동들과 제동들에 대응하는) 즉각적인 강도 증가 또는 감소는 파형을 발생하는 시스템의 물리적 제한들 때문에 달성될 수 없다. 제어 신호의 시동을 출력할 때, 햅틱 출력 디바이스가 로우 레벨로부터 하이 레벨로 상승하는 데에 걸리는 시간은 상승 시간이라 불리고, 제어 신호의 제동을 출력할 때, 햅틱 출력 디바이스가 하이 레벨에서 로우 레벨로 하강하는 데에 걸리는 시간은 하강 시간이라 불린다. 이에 따라, 햅틱 효과(534)의 출력 강도 증가 및 강도 감소는 즉각적이지 않지만, 각각 상승 및 하강 시간들을 오히려 반드시 포함한다. 본 발명의 목적은 햅틱 효과(534)의 프로필이 원하는 햅틱 효과 파형(130)의 강도 증가 또는 강도 감소에 실질적으로 일치하거나 그에 따르도록 출력 강도 증가 및 강도 감소에 대한 상승 시간들 및 하강 시간들을 최소화하는 것이다. 다시 말해, 원하는 햅틱 효과 파형이 즉각적인 강도 증가 및/또는 강도 강도를 포함하는 실시예에서, 출력되거나 전달된 햅틱 효과의 대응하는 강도 증가 및/또는 강도 감소는 제어 신호가 입력으로서 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 활용하지 않을 때에 대하여 제어 신호가 입력으로서 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 활용할 때, 각각, 상승 및 하강 시간들을 최소화 또는 감소시킨다.
도 6에 도시된 그의 또 다른 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스의 파라미터들 또는 속성들은 또한 제1 입력으로서의 원하는 햅틱 효과 파형(130)(단계(440)) 및 제2 입력으로서의 그의 각자의 센서로부터의 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태 정보(단계(448))에 더하여 도 6의 단계(695)에 도시된 바와 같이 제어 신호를 발생하거나 업데이트하기 위한 제3 입력으로써 사용될 수 있다. 햅틱 출력 디바이스의 파라미터들 또는 속성들은 햅틱 출력 디바이스의 유형의 식별, 햅틱 출력 디바이스의 특성, 및/또는 햅틱 출력 디바이스와 관련되는 지난 사용자 경험을 포함할 수 있다. 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스의 파라미터들 또는 속성들은 햅틱 출력 디바이스 자체로부터 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 제공된다. 예를 들어, 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)는 햅틱 출력 디바이스로부터 그러한 정보를 판독 또는 추출하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 햅틱 출력 디바이스의 파라미터들 또는 속성들은 사용자로부터 호스트 컴퓨터(104)의 프로세서 및/또는 햅틱 주변기기(100)의 프로세서(108)에 제공된다. 예를 들어, 사용자는 어떻게 햅틱 출력 디바이스가 햅틱 효과들을 출력하는지에 대한 그들의 이전 경험 또는 분석에 관한 정보를 입력할 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 실시예를 전술하였지만, 이들은 예시 및 설명을 위해 제공된 것일 뿐이며 제한적이지 않다는 것을 이해하여야 한다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 형태 및 상세 사항에 대한 다양한 변경이 행해질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위 및 폭은 전술한 예시적 실시예들 중 임의의 것에 의해 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다. 또한, 본 명세서에 논의된 각각의 실시예 및 본 명세서에 인용된 각각의 참조문헌의 각각의 특징은 임의의 다른 실시예의 특징과 조합하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 논의된 모든 특허 및 공보는 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있다.

Claims (20)

  1. 햅틱 출력 디바이스를 제어하는 방법으로서,
    원하는 햅틱 효과 파형을 포함하는 제1 입력을 수신하는 단계 - 상기 원하는 햅틱 효과 파형은 적어도 하나의 강도 증가 또는 강도 감소를 포함함 - ;
    센서로부터 제2 입력을 수신하는 단계 - 상기 제2 입력은 상기 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 포함함 - ;
    상기 제1 입력 및 상기 제2 입력 양쪽 모두를 사용하는 알고리즘을 통해 제어 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 햅틱 출력 디바이스에 상기 제어 신호를 인가하여, 프로필(profile)을 갖는 햅틱 효과를 출력하도록 상기 햅틱 출력 디바이스에게 지시하는 단계 - 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 증가 또는 강도 감소를 각각 포함하게 함 -
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 햅틱 출력 디바이스는 무브러시 전기 DC 모터(brushless electric DC motor)인 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 햅틱 출력 디바이스의 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 제3 입력을 수신하는 단계
    를 더 포함하고,
    알고리즘을 통해 상기 제어 신호를 발생하는 상기 단계는 상기 제1 입력, 상기 제2 입력, 및 상기 제3 입력을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제3항에 이어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 유형, 특성, 및 과거의 경험으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서는 상기 햅틱 출력 디바이스의 위치, 속도, 또는 가속도를 감지하도록 구성되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 신호를 발생하는 단계는, 상기 제어 신호가 기지국 제어 신호와는 상이한 파형을 포함하도록, 상기 알고리즘을 통해 기지국 제어 신호를 수정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필의 강도 증가 또는 강도 감소는 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 동일한 진폭을 갖고, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필의 강도 증가 또는 강도 감소는 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 동시에 발생하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 감소를 포함하게 하기 위해, 복수의 시동(kick) 및 제동(brake)을 포함하는 방법.
  9. 햅틱 출력 디바이스를 제어하기 위한 시스템으로서,
    프로세서;
    햅틱 출력 디바이스를 포함하는 햅틱 주변기기 - 상기 햅틱 출력 디바이스는 상기 프로세서로부터 제어 신호를 수신하고, 상기 프로세서로부터의 상기 제어 신호에 응답하여 프로필을 갖는 햅틱 효과를 상기 햅틱 주변기기에 출력하도록 구성됨 - ; 및
    상기 햅틱 출력 디바이스에 결합된 센서 - 상기 센서는 상기 햅틱 출력 디바이스의 현재 동작 상태를 감지하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 복수의 입력 - 상기 복수의 입력은 원하는 햅틱 효과 파형, 상기 센서로부터 수신된 신호, 및 상기 햅틱 출력 디바이스의 적어도 하나의 파라미터를 포함함 - 에 의존하여 상기 햅틱 출력 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 발생하도록 구성되어, 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형과 실질적으로 일치하게 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 햅틱 출력 디바이스는 무브러시 전기 DC 모터인 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 유형, 특성, 및 과거의 경험으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 센서는 상기 햅틱 출력 디바이스의 위치, 속도, 또는 가속도를 감지하도록 구성되는 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 원하는 햅틱 효과 파형은 적어도 하나의 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하고, 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하게 하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필 강도 증가 또는 강도 감소는 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 동일한 진폭을 갖고, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필의 강도 증가 또는 강도 감소는 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 동시에 발생하는 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 감소를 포함하게 하기 위해, 복수의 시동 및 제동을 포함하는 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 시스템은 호스트 컴퓨터를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 호스트 컴퓨터에 배치되는 시스템.
  17. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 햅틱 주변기기에 배치되는 시스템.
  18. 햅틱 출력 디바이스를 제어하기 위한 시스템으로서,
    프로세서;
    햅틱 출력 디바이스를 포함하는 햅틱 주변기기 - 상기 햅틱 출력 디바이스는 모터를 자동으로 시동 및 제동하는 내부 제어를 갖는 무브러시 전기 DC 모터이고, 상기 햅틱 출력 디바이스는 상기 프로세서로부터 제어 신호를 수신하고, 상기 프로세서로부터의 상기 제어 신호에 응답하여 프로필을 갖는 햅틱 효과를 상기 햅틱 주변기기에 출력하도록 구성됨 - ; 및
    상기 햅틱 출력 디바이스에 결합된 센서 - 상기 센서는 상기 햅틱 출력 디바이스의 위치, 속도, 또는 가속도를 감지하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    상기 프로세서는 적어도 하나의 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하는 원하는 햅틱 효과 파형 및 상기 센서로부터 수신된 신호에 의존하여 상기 햅틱 출력 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 바꾸도록 구성되어, 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 증가 또는 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 증가 또는 강도 감소를 포함하게 하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 프로세서는 또한 상기 햅틱 출력 디바이스의 적어도 하나의 파라미터에 의존하여 상기 햅틱 출력 디바이스에 대한 상기 제어 신호를 바꾸도록 구성되는 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제어 신호는, 상기 햅틱 효과의 상기 프로필이, 상기 원하는 햅틱 효과 파형의 강도 감소와 실질적으로 일치하는 강도 감소를 포함하게 하기 위해, 복수의 시동 및 제동을 포함하는 시스템.
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