專利名稱：用于提供觸覺反饋形狀變化顯示器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及電子接口裝置，更特別地涉及形狀變化裝置。
背景技術(shù)：
近年來隨著諸如蜂窩電話和個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)的便攜式計(jì)算裝置變得更加普及，與人機(jī)接口有關(guān)的易用性已變得日益重要。傳統(tǒng)便攜式計(jì)算裝置可包括各種輸入/ 輸出(“I/O”)方法以便于人機(jī)接口，諸如鍵盤、觸摸屏、專用按鈕、跟蹤球、鼠標(biāo)等。例如， 根據(jù)顯示裝置上的面板后面顯示的圖形，用戶通常用指尖按壓觸摸屏上的區(qū)域以裝置在面板模仿按壓按鈕。與典型便攜式計(jì)算裝置相關(guān)的各種裝置配置和/或形狀，裝置構(gòu)造有各種物理約束，特別是有用于人機(jī)接口的有限的I/O選項(xiàng)。諸如蜂窩電話的典型便攜式計(jì)算裝置，例如以各種形狀和設(shè)計(jì)出現(xiàn)，其中蜂窩電話的每種設(shè)計(jì)經(jīng)常被優(yōu)化以達(dá)到可接受水平的持握電話舒適度。與典型便攜式計(jì)算裝置相關(guān)的缺點(diǎn)是電話的外殼形狀通常被設(shè)計(jì)用于在說話時(shí)單手持握。然而，具有優(yōu)化的外殼的電話的形狀或結(jié)構(gòu)典型地不適合于各種其它場景，諸如鍵入文本消息。關(guān)于便攜式計(jì)算裝置上述缺點(diǎn)的類似缺點(diǎn)也可與各種傳統(tǒng)手持游戲裝置相關(guān)。此外，傳統(tǒng)手持游戲裝置提供各種觸覺效果，但可受益于更豐富范圍的這種觸覺效果以給用戶提供改善的游戲體驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
—個(gè)實(shí)施例是觸覺裝置，其包括處理器、耦合到處理器的用于接收形狀輸入的通信模塊和用于容納通信模塊并包括可變形部分的殼體?？勺冃尾糠职ㄗ冃沃聞?dòng)器 (actuator)致動(dòng)器，以及處理器致動(dòng)器向變形致動(dòng)器提供信號以響應(yīng)于形狀輸入來使殼體變形。裝置的其它區(qū)域的形狀也可變化以響應(yīng)該信號。形狀變化可向裝置的用戶提供觸覺效果、提供信息、提供人機(jī)工程學(xué)(ergonomic)變化、提供額外功能等。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠提供動(dòng)覺效果的便攜式裝置的框圖。圖加和2b是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性便攜式手持裝置的框圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有滑動(dòng)條表面特征的蜂窩電話的示例示例。圖4a4c示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形狀變化游戲裝置的示例示例。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模仿網(wǎng)球拍游戲控制臺的形狀變化裝置的框圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于形狀變化裝置的控制結(jié)構(gòu)的示例的框圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制裝置的可變形表面的方法的流程圖。圖8示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的能夠提供觸覺效果的手持裝置。圖9示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的可經(jīng)由手持裝置提供的各種觸覺效果。圖10示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的可用于模擬力觸覺效果的輸入和觸覺輸出。圖11示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠提供各種觸覺效果的手持裝置的各種視圖。圖12示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠提供各種觸覺效果的手持裝置的各種視圖。圖13示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠提供各種觸覺效果的手持裝置的各種視圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變形效果裝置的框圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的游戲控制器的立體圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的立體圖。發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是便攜式計(jì)算裝置，其使用震動(dòng)觸覺反饋能夠宏觀地 (macroscopically)改變其物理形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)包括電子通信部件、殼體和觸覺表面。電子通信部件例如能夠接收形狀輸入并被配置為無線通信裝置諸如電話或游戲設(shè)備。也稱為系統(tǒng)的外殼的殼體容納電子通信部件。覆蓋殼體的至少一部分的觸覺表面被配置成宏觀地改變其物理形狀以響應(yīng)形狀輸入。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能夠提供動(dòng)覺效果的便攜式裝置600的框圖。裝置600包括殼體602、顯示器604、鍵盤606以及延伸部(extension) 608-0和608-1。在另一個(gè)實(shí)施例中，鍵盤606是觸摸屏顯示器604的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置600是能夠提供無線音頻/視頻通信、移動(dòng)數(shù)據(jù)通信、遠(yuǎn)程游戲控制臺等的無線便攜式系統(tǒng)。例如，裝置600可以是蜂窩電話、PDA、智能電話、筆記本電腦、游戲控制臺、和/或能夠處理信息以及提供觸覺反饋的手持電子裝置。為了根據(jù)操作模式向用戶的手提供觸覺反饋，裝置600能夠宏觀地改變其外殼或殼體602(其包括延伸部608)以響應(yīng)應(yīng)用的性質(zhì)。依據(jù)應(yīng)用，延伸部608可擴(kuò)張或收縮(如圖1中的箭頭所指示的)，從而宏觀地改變殼體602的形狀和/或尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中， 如果形狀變化到該變化可由用戶經(jīng)由例如視覺或感覺探測到的程度，則形狀被“宏觀地”改變。例如，能夠改變其外殼形狀的蜂窩電話裝置可用于模仿兩個(gè)用戶之間的握手。為了傳達(dá)握手，第一用戶例如可擠壓其第一形狀變化電話以引起第二用戶的第二形狀變化電話的脈動(dòng)或擠壓，其中第一和第二用戶經(jīng)由第一形狀變化電話和連接到第一形狀變化電話的第二形狀變化電話來參與電話呼叫。換句話說，形狀輸入或形狀信號從第一形狀變化裝置被發(fā)送到第二形狀變化裝置，指示第二裝置應(yīng)啟動(dòng)其觸覺機(jī)構(gòu)來變化其形狀，用于模仿握手。 在其它實(shí)施例中，除了殼體602以外，裝置600的另外部分也可變化形狀，諸如顯示器604 或諸如鍵盤606的輸入元件。諸如裝置600的系統(tǒng)可采用震動(dòng)觸覺效果和/或動(dòng)覺效果來模仿形狀變化效果。 震動(dòng)觸覺效果例如可用于經(jīng)由手持裝置將觸覺反饋合并到用戶。這種觸覺反饋效果可由相對高頻率(例如，大約160-220HZ)和相對小位移(例如，大約50-500微米)的振動(dòng)來表征。 而且，也可傳達(dá)不同類型的觸覺信息諸如按鈕點(diǎn)擊和警報(bào)的確認(rèn)。另一方面動(dòng)覺效果可由相對大位移(例如，大約I-IOmm)和相對低頻率(例如，大約10-40HZ)的運(yùn)動(dòng)來表征?？勺冃位蛉嵝员砻婵捎糜趧?dòng)覺效果的有效模仿，諸如依據(jù)應(yīng)用或啟用的特性宏觀地變化表面屬性。使用可變形觸覺表面可有效地模仿動(dòng)覺效果。例如，動(dòng)覺效果可允許手持裝置用作定向?qū)Ш焦ぞ摺Ｔ谠撌纠?，在手持裝置上的不同位置處啟用可變形表面可用作定向信息的觸覺顯示。在另一示例中，動(dòng)覺效果允許特定效果(例如，脈動(dòng)、心跳等)的表現(xiàn)，其在虛擬遠(yuǎn)程呈現(xiàn)和/或社交聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中是有用的。在一個(gè)示例中，可通過使經(jīng)由電話呼叫連接的另一人的蜂窩電話的側(cè)面上的可變形面板擴(kuò)張擴(kuò)張和收縮來模仿一個(gè)人的心跳。在另一個(gè)示例中，在呼叫的一端處的蜂窩電話的擠壓可被模仿為在呼叫的另一端處的另一個(gè)蜂窩電話上的握手感覺?？墒褂酶鞣N類型的輸入信號來模仿力觸覺效果或“力效果”以驅(qū)動(dòng)觸覺致動(dòng)器致動(dòng)器，諸如但不限于偏心旋轉(zhuǎn)塊(eccentric rotating mass) ( “ERM”)。某些類型的輸入信號可用于提供與更恒定的力效果(例如，推或拉力效果)相反的各種沖力效果或“急拉 (jerk)感覺”。在一個(gè)示例中，這種沖力效果可模擬被手指戳。在一個(gè)示例中，這種沖力效果可模擬例如高爾夫球桿撞擊高爾夫球的打擊。在一個(gè)示例中，這種沖力效果可模擬球拍撞擊網(wǎng)球。沖力效果可用于模擬其它游戲環(huán)境。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置600能夠基于與只由用戶操控相反的操作模式(例如，應(yīng)用、啟用的特性等)來變化形狀。各種觸覺材料和/或致動(dòng)器可用在觸覺機(jī)構(gòu)中以在裝置 600的柔性表面中產(chǎn)生不同形狀。例如，電活性聚合物(“ΕΑΡ”)可用于在基于控制信號的啟動(dòng)而變化形狀的觸覺結(jié)構(gòu)中形成一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器。在其它實(shí)施例中，壓電元件、可編程凝膠或形狀記憶合金(“SMA”)的纖維可用作致動(dòng)器。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如啟用的特性和應(yīng)用的裝置操作模式的指示可啟動(dòng)觸覺機(jī)構(gòu)的預(yù)定樣式(pattern)。然后這種樣式可應(yīng)用于使用變形機(jī)構(gòu)的裝置600的柔性表面。包括多個(gè)致動(dòng)器的觸覺基板可應(yīng)用于表面以規(guī)定或形成樣式。例如EAP可用于在觸覺機(jī)構(gòu)中形成一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器，使得觸覺機(jī)構(gòu)所接收的啟動(dòng)信號可傳遞柔性表面形狀。觸覺基板可由微機(jī)電系統(tǒng)(“MEMS”)元件、熱流體袋、MEMS泵、諧振裝置、變孔隙度膜、層流調(diào)制等形成。就移位以及任何脈動(dòng)或其它適當(dāng)?shù)男?yīng)和/或樣式而論延伸部608可以是可控制的。例如，一個(gè)用戶可擠壓第一裝置，以及在呼叫時(shí)連接到第一裝置的第二裝置可在第二用戶的手中脈動(dòng)或擠壓，以傳達(dá)物理握手。因此，信號可從第一裝置發(fā)送到第二裝置以指示第二裝置應(yīng)變化形狀來模仿握手(例如，像手的擠壓一樣的低頻力或壓力)。在這種方式中， 可采用下層觸覺機(jī)構(gòu)、基板和/或致動(dòng)器控制可支持的任何預(yù)定的形狀變化特征或樣式。圖2a_2b是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的便攜式手持裝置(700、750)的框圖。裝置 700可用作定向?qū)Ш焦ぞ?例如，使用全球定位系統(tǒng)(“GPS”))，其中在裝置上的不同位置處的可變形表面704-0和704-1的啟用可用作定向信息的觸覺顯示。在這種情況下，可變形表面/延伸部704-0可突出以指示向左的方向，而可變形表面704-1可突出以指示向右的方向。在另一個(gè)示例中，這種裝置可執(zhí)行具體的預(yù)定效果(例如，脈動(dòng)、心跳等)，其在虛擬遠(yuǎn)程呈現(xiàn)和/或社交聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中是有用的。在心跳示例中，可通過使在電話連接的另一端處的裝置700或750的側(cè)面上的可變形面板704-0和704-1擴(kuò)張和收縮來模仿用戶的心跳。在蜂窩電話上輸入文本消息的情況中，其中通常用兩只手持握裝置以允許兩個(gè)拇指按壓數(shù)字鍵盤按鈕，可用的空間可能被限制。在這種情況中，可在裝置的外殼的背面和/ 或側(cè)面上啟用可變形表面(例如，延伸部704)，使得裝置抓握可變得容易?？煽刂瓶勺冃伪砻婊蛐螤钜匝刂趾脱b置之間的接觸區(qū)域提供預(yù)定壓力樣式。因此，對于手或手指的各種姿勢，用戶可執(zhí)行相對流暢的寫字任務(wù)，以及可能改善文本輸入速度和準(zhǔn)確度。特定的實(shí)施例可包括用于適應(yīng)個(gè)體人機(jī)工程學(xué)的形狀變化。例如，蜂窩電話可自動(dòng)從用于呼叫撥號的相對薄的形狀調(diào)整到用于發(fā)送文本消息或其它鍵盤密集活動(dòng)的較厚形狀，或可依據(jù)用戶是用一只手還是用兩只手持握電話來變化形狀。在特定的實(shí)施例中，這種裝置可探測或另外接收關(guān)于特定的方式或應(yīng)用(例如，呼叫應(yīng)用、文本輸入應(yīng)用等)的啟動(dòng)的信息，然后相應(yīng)地做出形狀調(diào)整。而且，對于特定的應(yīng)用，用戶可對偏好(例如，在文本輸入應(yīng)用期間在右裝置側(cè)上大約Icm的延伸)編程。在圖2的示例中，特定的實(shí)施例可包括額外的可伸縮零件、膨脹材料(例如，ΕΑΡ)等的受控啟動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)如所示的較寬的形狀。蜂窩電話的外殼的形狀通常被設(shè)計(jì)用于在說話時(shí)用一只手持握。使用形狀變化蜂窩電話的優(yōu)點(diǎn)是對具體應(yīng)用提供可變形表面的總的運(yùn)動(dòng)，便于改變裝置的幾何形狀(例如，經(jīng)由可變形表面/延伸部704)。使用形狀變化裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整裝置的一般形式以實(shí)現(xiàn)更舒適的互動(dòng)和/或改善人機(jī)工程屬性。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有滑動(dòng)條表面特征的蜂窩電話800的示例。任何預(yù)定的形狀可被配置成出現(xiàn)在裝置的表面上。這種形狀可通過控制單個(gè)致動(dòng)器元件或觸覺致動(dòng)器的子陣列來控制。例如，如果用戶打算在觸摸屏蜂窩電話上滾動(dòng)聯(lián)系人的長列表(例如，條目804-0，804-1，…，804-Ν)，具有增加的觸覺反饋的滾動(dòng)塊(例如，802)可被規(guī)定 (例如，通過使用延伸部704-1)以允許與裝置的直觀輸入/輸出接口。當(dāng)蜂窩電話800正被用在音樂播放模式中時(shí)，歌曲的列表可被滾動(dòng)?？勺冃魏?或柔性表面可用于在電話800的一側(cè)或多側(cè)上形成具有定制形狀的滾動(dòng)框，以及滾動(dòng)條802 被配置成沿著滾動(dòng)框移動(dòng)以響應(yīng)用戶上/下推滾動(dòng)條。此外，局部的觸覺震動(dòng)觸覺反饋也可合并在柔性表面上以傳達(dá)具體信息，諸如當(dāng)滾動(dòng)框接近于歌曲列表的頂部或底部時(shí)，或當(dāng)新的一組聯(lián)系人名字在列表中開始時(shí)。便攜式手持裝置諸如具有可變形滑塊或滾動(dòng)框的裝置800可應(yīng)用于各種數(shù)字信息應(yīng)用，諸如數(shù)據(jù)搜索以及觸覺反饋。圖4a4c是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形狀變化游戲裝置900、930和960的示例的框圖。在這種裝置902中形狀的變化允許將各種信息904和觸覺效果從游戲環(huán)境傳遞到用戶。例如，可以調(diào)整游戲裝置形狀以更接近于在游戲環(huán)境中被用戶的手虛擬地持握的工具的幾何形狀(例如，游戲中所用的武器906的形狀，或其它適當(dāng)?shù)男螤?10，等等)。如圖如-如所示，與計(jì)算機(jī)游戲中出現(xiàn)的各種場景相關(guān)的不同類型的數(shù)據(jù)(例如， 隨著游戲中生命或剩余的時(shí)間的減少而變得更小的按鈕908、游戲者的狀況等)可通過啟用在計(jì)算機(jī)游戲控制器的側(cè)面和/或背面上的可變形表面來顯示。而且，可在游戲裝置表面上模仿震動(dòng)觸覺和/或動(dòng)覺效果以將與虛擬游戲者的互動(dòng)相關(guān)的觸覺反饋與游戲中的物體合并。在這種方式中，特定實(shí)施例中的裝置可包括改變宏觀形狀或特征的柔性表面。這種形狀變化可響應(yīng)應(yīng)用或裝置的操作狀態(tài)/模式，與任何直接用戶行動(dòng)相反。而且，特定實(shí)
7施例的觸覺基板形式的致動(dòng)器可支持震動(dòng)觸覺和/或動(dòng)覺效果。如所示，在圖4的裝置中， 具體形狀可形成在裝置的側(cè)面上以指示例如游戲狀況或武器，與僅變化手柄的形狀相反。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例模仿網(wǎng)球拍游戲控制臺的形狀變化裝置500的框圖。形狀變化裝置500包括顯示器502和手柄504。在一些實(shí)施例中，手柄504包括形狀變化觸覺機(jī)構(gòu)506、508。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置500是遠(yuǎn)程游戲設(shè)備，其中裝置500可被配置成幾個(gè)游戲控制器和/或控制臺之一。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示器502能夠顯示與將要玩的游戲相關(guān)的圖像。例如，裝置 500模仿網(wǎng)球拍，所以顯示器502顯示具有弦的緊密交錯(cuò)的網(wǎng)的框架512的圖像。在另一個(gè)實(shí)施例中，裝置500可不包括顯示器502，替代地可包括實(shí)際的物理“弦”或其它適當(dāng)?shù)臉?biāo)記。在一個(gè)示例中，手柄504還包括形狀變化觸覺機(jī)構(gòu)506、508，其或者任一個(gè)或兩個(gè)一起能夠使物理形狀和/或尺寸在一個(gè)或更多方向上擴(kuò)張或收縮(在圖5中如箭頭向內(nèi)或向外所示的)。觸覺機(jī)構(gòu)506、508的啟動(dòng)或去停動(dòng)可與碰撞球拍的網(wǎng)球的位置相關(guān)，以模擬球與球拍面接觸的擊打質(zhì)量和/或位置(例如，“最佳擊球位置”邊緣、頂部、底部、左邊、右邊
寸J ο手柄504還可包括形狀變化觸覺機(jī)構(gòu)510。依據(jù)應(yīng)用，形狀變化觸覺機(jī)構(gòu)510可宏觀地變化其物理維度適合用戶的手或模仿不同類型的球拍。在其它實(shí)施例中，裝置500可被配置成能夠模仿各種類型的球類游戲之一的各種類型的游戲設(shè)備之一，諸如網(wǎng)球比賽、 短網(wǎng)拍墻球比賽、乒乓球比賽、曲棍球比賽、長曲棍球比賽和其它類型的球類游戲設(shè)備。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形狀變化裝置的控制結(jié)構(gòu)610的示例的邏輯框圖。在一個(gè)示例中，操作模式探測器612從裝置中的或與裝置相關(guān)的各種模塊接收各種操作模式信號或其它指示符。處理器或控制器614可接收來自通信模塊或探測器612的所探測的模式的指示以及來自預(yù)定狀態(tài)和樣式618的信息。這種預(yù)定狀態(tài)可包括任何裝置操作模式、應(yīng)用和/或條件，其中動(dòng)覺、形狀變化和 /或觸覺效果將被規(guī)定以響應(yīng)其。這種效果或形狀變化具有與其相關(guān)的相應(yīng)樣式，以及相關(guān)的樣式可從存儲器調(diào)出(例如，使用任何適當(dāng)?shù)拇鎯ρb置或元件)。然后所啟動(dòng)的控制信號可被供應(yīng)到觸覺基板616，使得適當(dāng)?shù)臉邮娇稍跉んw或柔性表面620中形成并規(guī)定，如上所述。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例來控制裝置的可變形表面的示例性方法100的流程圖。裝置操作模式可被探測到(104)。可進(jìn)行比較以確定裝置操作模式是否匹配任何預(yù)定的狀態(tài)(106)。當(dāng)所探測的操作模式或應(yīng)用匹配預(yù)定的裝置狀態(tài)時(shí)(108)，在觸覺機(jī)構(gòu)中可斷定適當(dāng)?shù)膯?dòng)控制信號(110)。在響應(yīng)中，柔性表面可變化以規(guī)定預(yù)定的動(dòng)覺效果(112)。圖8示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的能夠提供觸覺效果的手持裝置800。特別是，手持裝置800能夠提供震動(dòng)觸覺效果、動(dòng)覺效果和/或力效果。如所示，手持裝置800在手持裝置800的中間部分810中提供變形830或拉伸效果，其可用于提供各種動(dòng)覺效果和/或變形效果。而且，可在手持裝置800的尾部812處和/或手持裝置800的前部814處提供力效果或震動(dòng)觸覺效果820、822?？墒褂闷渌Ч桶才?。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，手持裝置800是游戲控制臺。在一個(gè)實(shí)施例中，手持裝置800進(jìn)一步包括感測(sensing)機(jī)構(gòu) (未示出)，其在一個(gè)實(shí)施例中提供六個(gè)自由度的感測。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例可在例如游戲環(huán)境中經(jīng)由圖8的觸覺裝置800提供的各種觸覺效果。如所示，手持裝置800使用各種觸覺效果來模擬在各種撞擊區(qū)900 期間撞擊游戲表面920(例如，弦或彈性帶)的游戲物體900(例如，球)。如所示，撞擊區(qū) 900包括預(yù)撞擊區(qū)900A、撞擊區(qū)900B、初始變形或拉伸區(qū)900C、最大變形區(qū)900D、最終變形區(qū)900E和釋放區(qū)900F。例如，如圖9中所示，在預(yù)撞擊區(qū)900A期間球落下并在撞擊區(qū)900B期間著落在彈性帶上。在變形區(qū)900C-E期間，在球變化方向并被向上彈回點(diǎn)處彈性帶拉伸到最大。在釋放區(qū)900F期間球從彈性帶釋放，然后遠(yuǎn)離彈性帶向上移動(dòng)。可包括其它撞擊區(qū)。而且，其它變形剖面(profile)可用于模擬不同的游戲表面920(例如，球拍、球棒、高爾夫球桿等)。在圖9的示例中，用戶經(jīng)由力效果體驗(yàn)球與彈性帶的初始接觸，經(jīng)由變形效果的捕獲和拉伸、以及使用另一力效果的釋放。在裝置800的手柄中的感測裝置可與力和變形觸覺效果同步，使得它們在例如用戶揮動(dòng)裝置或越過平面時(shí)產(chǎn)生。在預(yù)撞擊區(qū)900A中，不使用力效果或變形效果。在撞擊區(qū)900B中，一個(gè)或更多力效果820、822用于模擬游戲物體 910與游戲表面920的撞擊。在初始變形區(qū)900C中，初始變形效果830可用于通過游戲表面920模擬與游戲物體910的撞擊相關(guān)的初始拉伸或脈動(dòng)。在最大變形區(qū)900D中，最大變形效果可用于通過游戲表面920模擬與游戲物體910的撞擊相關(guān)的最大拉伸或脈動(dòng)。在最終變形區(qū)900E中，最終變形效果可用于通過游戲表面920模擬與游戲物體910的撞擊相關(guān)的最終拉伸或脈動(dòng)。在釋放區(qū)900F中，一個(gè)或更多力效果820、822可用于模擬游戲物體 910從游戲表面920的釋放。在后撞擊區(qū)中，不使用力效果或觸覺效果?？墒褂昧πЧ? 或變形效果以及震動(dòng)觸覺效果或其它觸覺效果的各種組合。如圖9所示，變形效果對應(yīng)于具有在小于5Hz的范圍內(nèi)的占絕大多數(shù)的低頻分量的觸覺效果。相反，力效果對應(yīng)于具有在大約30Hz的范圍內(nèi)的占絕大多數(shù)的中頻分量的觸覺效果，同時(shí)可使用15Hz到80Hz的范圍內(nèi)的頻率。在各種形式的游戲中可使用組合的力和變形效果。例如，當(dāng)揮動(dòng)模擬網(wǎng)球拍或棒球棒的裝置時(shí)，力在把手上被感覺到，且輕微的變形可作為返回力的部分被感覺到。對于拳擊游戲，力和變形可在與對手碰撞時(shí)被感覺到。為了抓住球，變形可用于模擬抓住或釋放用戶手中的球的感覺。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例可用于模擬力效果820、822的示例輸入信號 1010和觸覺輸出1020。輸入信號1010被提供以驅(qū)動(dòng)觸覺致動(dòng)器，觸覺致動(dòng)器反過來通過提供觸覺輸出1020而做出響應(yīng)。更具體地，輸入信號1010可包括具有振幅M(其依賴于顯而易見的各種因素)和持續(xù)時(shí)間或脈沖寬度d(例如，70ms)的脈沖1012。輸入信號1010 可包括方波脈沖、鋸齒波脈沖、半正弦脈沖或其它類型的脈沖。脈沖1012驅(qū)動(dòng)觸覺致動(dòng)器， 觸覺致動(dòng)器響應(yīng)脈沖1012以產(chǎn)生觸覺輸出脈沖1022。觸覺輸出脈沖1022類似于瞬時(shí)脈沖響應(yīng)并包括中頻分量(例如，30Hz)。如將認(rèn)識到的，所產(chǎn)生的實(shí)際中頻分量取決于觸覺致動(dòng)器和脈沖1012的特征。觸覺輸出脈沖1022可用于模擬手持裝置800的用戶體驗(yàn)基本上上有限持續(xù)時(shí)間(例如，70ms量級)的強(qiáng)烈觸覺效果期間的力效果。這種力效果可以稱為接觸力。觸覺輸出脈沖1022可典型地對各種游戲撞擊提供高達(dá)8g或更大的力。圖11示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的類似于圖8的裝置800并能夠提供各種觸覺效果的手持裝置1100的各種內(nèi)部視圖。圖12示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的類似于圖8的裝置800并能夠提供各種觸覺效果的手持裝置1200的各種內(nèi)部視圖。圖13示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的類似于圖8的裝置800并能夠提供各種觸覺效果的手持裝置1300的各種內(nèi)部視圖。在這些例證性實(shí)施例的每個(gè)中，手持裝置均包括一個(gè)或更多觸覺致動(dòng)器，包括力效果致動(dòng)器和變形效果致動(dòng)器。在這些實(shí)施例的每個(gè)中，力效果致動(dòng)器均包括驅(qū)動(dòng)偏心旋轉(zhuǎn)塊(“ERM”) 1112 的電機(jī)1110。在其它實(shí)施例中，可使用其它類型的致動(dòng)器諸如基于壓電或SMA的致動(dòng)器，代替電機(jī)/ERM。由力效果致動(dòng)器產(chǎn)生的實(shí)際力效果取決于例如ERM 1112的質(zhì)量、其質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)軸之間的距離、電機(jī)1110的尺寸和旋轉(zhuǎn)速度、以及電機(jī)1110和ERM1112的其它特征。在一些實(shí)施例中，這些特征的一個(gè)或更多是可調(diào)整的或可控制的，使得力效果致動(dòng)器可在操作期間被調(diào)節(jié)或可控地改動(dòng)。圖11現(xiàn)在用于描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變形效果致動(dòng)器。裝置1100包括安裝到驅(qū)動(dòng)凸輪的單級變速箱的DC電機(jī)。變形效果致動(dòng)器包括一個(gè)或更多變形機(jī)構(gòu)1120、 電機(jī)1130、齒輪1140和凸輪1150。電機(jī)1130驅(qū)動(dòng)齒輪1140和凸輪1150。凸輪1150嚙合(engage with)變形機(jī)構(gòu)1120并迫使它們擴(kuò)張。在一些實(shí)施例中，彈簧或類似的偏置 (bias)裝置可用于收縮變形機(jī)構(gòu)1120。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1120直接向用戶提供觸覺效果。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1120嚙合手持裝置800的殼體(例如，橡膠殼體)的可變形部分1160，可變形部分1160向用戶提供觸覺效果。如所示，手持裝置1100包括沒有變形效果被提供給用戶的脫離狀態(tài)1170和變形效果被提供給用戶的嚙合狀態(tài)1180。在一些實(shí)施例中，如將認(rèn)識到的，依據(jù)凸輪1150的形狀和尺寸，可提供各種程度的變形效果。在一些實(shí)施例中，變形效果可被提供到手持裝置1100的任一側(cè)或兩側(cè)。圖12現(xiàn)在用于描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變形效果致動(dòng)器。裝置1200包括多級變速箱/電機(jī)總成(assembly)。變形效果致動(dòng)器包括一個(gè)或更多變形機(jī)構(gòu)1220、電機(jī) 1250、驅(qū)動(dòng)齒輪1240和變形齒輪1230。電機(jī)1250驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)齒輪1240。驅(qū)動(dòng)齒輪1240嚙合每個(gè)變形機(jī)構(gòu)1230。變形齒輪1230耦合到變形機(jī)構(gòu)1220并被配置成使變形機(jī)構(gòu)1220 擴(kuò)張和/或收縮。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1220直接向用戶提供觸覺效果。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1220嚙合手持裝置800的殼體的可變形部分1160，可變形部分1160向用戶提供觸覺效果。如所示，手持裝置1200包括沒有變形效果被提供給用戶的脫離狀態(tài)1170和變形效果被提供給用戶的嚙合狀態(tài)1180。在一些實(shí)施例中，將認(rèn)識到的，可向用戶提供各種程度的變形效果。在一些實(shí)施例中，變形效果可被提供到手持裝置 1200的任一側(cè)或兩側(cè)。圖13現(xiàn)在用于描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變形效果致動(dòng)器。裝置1300包括基于螺線管的啟動(dòng)。變形效果致動(dòng)器包括一個(gè)或更多變形機(jī)構(gòu)1320、活塞或線性驅(qū)動(dòng)器或螺線管1350、以及滑塊1340。線性驅(qū)動(dòng)器1350在脫離狀態(tài)1170和嚙合狀態(tài)1180之間前后驅(qū)動(dòng)滑塊1340。在嚙合狀態(tài)中，線性驅(qū)動(dòng)器1350向前驅(qū)動(dòng)滑塊1340，這使滑塊1340嚙合變形機(jī)構(gòu)1320并使它們擴(kuò)張。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1320的內(nèi)表面可從線性驅(qū)動(dòng)器1350附近的最大距離向內(nèi)逐漸變細(xì)到在線性驅(qū)動(dòng)器1350的程度上的最小距離， 從而隨著滑塊1340被向前驅(qū)動(dòng)提供變形機(jī)構(gòu)1320的增加的擴(kuò)張。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1220直接向用戶提供觸覺效果。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，變形機(jī)構(gòu)1220嚙合手持裝置1300的殼體的可變形部分1160，可變形部分1160向用戶提供觸覺效果。在一些實(shí)施例中，變形效果可被提供到手持裝置1300的任一側(cè)或兩側(cè)。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變形效果裝置的框圖?？梢允怯螒蚩刂破餮b置的裝置1400將一個(gè)或更多基于壓電材料的致動(dòng)器1410固定到其外表面。每個(gè)致動(dòng)器 1410包括基板1430和壓電材料1420。在1475處的“關(guān)閉”狀態(tài)中，壓電材料1420大約貼靠基板齊平。在1485處的“打開”狀態(tài)中，當(dāng)電流或致動(dòng)信號應(yīng)用于致動(dòng)器時(shí)，壓電材料1420 將向外彎曲。該彎曲可由接觸壓電材料的用戶手指感覺到。在另一個(gè)實(shí)施例中，橡膠或其它類型的殼體可覆蓋致動(dòng)器1410。在一個(gè)實(shí)施例中，壓電材料可以是來自智能材料(Smart Material)公司的宏纖維復(fù)合(Macro Fiber Composite) ( “MFC”)材料，或可以是任何單塊或復(fù)合壓電。裝置1400還可包括如前所述的內(nèi)力效果致動(dòng)器。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的游戲控制器1500的立體圖。類似于圖4所示的裝置，游戲控制器1500在其側(cè)面上變化形狀以響應(yīng)視頻游戲中的具體事件。如圖15中所示，在時(shí)間A，各種形狀1510形成在控制器1500的側(cè)面上以指示例如一系列按鈕和字模 (nib)。在時(shí)間B，形狀變化以形成矩形輸入裝置1520。在時(shí)間C，形狀再次變化以形成具體武器(即，劍)。圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的立體圖。鼠標(biāo)的形狀隨著時(shí)間的過去而改變以向用戶提供人機(jī)工程變化。如所示，在1610和1620處的鼠標(biāo)之間的持續(xù)時(shí)間中，鼠標(biāo)的基座已擴(kuò)張來升高其相對于表面高度。而且，在1630和1640處的鼠標(biāo)之間的持續(xù)時(shí)間中，鼠標(biāo)的側(cè)面的形狀已變化來改變鼠標(biāo)的抓握表面。這里幾個(gè)實(shí)施例被特別地示出和/或描述。然而，將認(rèn)識到在不脫離本發(fā)明的精神和預(yù)期范圍的情況下，所公開的實(shí)施例的修改和變形被上面的教導(dǎo)覆蓋且在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種觸覺裝置，包括 處理器；通信模塊，耦合到所述處理器，用于接收形狀輸入；和殼體，用于容納所述通信模塊并包括可變形部分；其中所述可變形部分包括變形致動(dòng)器，以及所述處理器向所述變形致動(dòng)器提供信號來響應(yīng)所述形狀輸入以使所述殼體變形。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述形狀輸入被無線地接收。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述變形致動(dòng)器包括電活性聚合物。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述變形致動(dòng)器包括耦合到變形機(jī)構(gòu)的電機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述變形致動(dòng)器包括壓電材料。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括耦合到所述處理器的力致動(dòng)器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述信號使所述變形致動(dòng)器變化所述殼體的形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述變形致動(dòng)器生成具有引起變形感知的頻率分量的觸覺效果。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述力致動(dòng)器生成具有引起定向或振動(dòng)力感知的頻率分量的觸覺效果。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中形狀的所述變化模擬握手。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中形狀的所述變化使所述裝置的人機(jī)工程學(xué)變化。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中形狀的所述變化使所述裝置在物理上類似于視頻游戲中的工具。
13.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中形狀的所述變化使所述裝置在所述殼體上提供具體形狀，其中所述形狀包括武器、輸入按鈕或一系列按鈕的至少一個(gè)。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括顯示器，其中所述變形致動(dòng)器進(jìn)一步使所述顯示器變形以響應(yīng)所述形狀輸入。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括鍵盤，其中所述變形致動(dòng)器進(jìn)一步使所述鍵盤變形以響應(yīng)所述形狀輸入。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所變形的殼體在所述殼體中形成滾動(dòng)條，用于使所述觸覺裝置的顯示器上顯示的選項(xiàng)列表滾動(dòng)。
17.一種操作具有殼體的無線手持裝置的方法，所述方法包括 無線地接收形狀變化輸入；生成到變形致動(dòng)器的信號以響應(yīng)所述形狀改變輸入；和根據(jù)所述形狀變化輸入經(jīng)由所述變形致動(dòng)器使所述殼體的形狀變化。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變形致動(dòng)器包括電活性聚合物。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變形致動(dòng)器包括耦合到變形機(jī)構(gòu)的電機(jī)。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變形致動(dòng)器包括壓電材料。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括 無線地接收力生成輸入；生成到力致動(dòng)器的第二信號以響應(yīng)所述力生成輸入。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述信號使所述變形致動(dòng)器變化所述殼體的形狀。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述變形致動(dòng)器生成具有引起變形感知的頻率分量的觸覺效果。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述力致動(dòng)器生成具有引起定向或振動(dòng)力感知的頻率分量的觸覺效果。
25.一種具有第一形狀并與第二裝置進(jìn)行通信的手持裝置，所述手持裝置包括控制器；力致動(dòng)器，耦合到所述控制器；變形致動(dòng)器，耦合到所述控制器；其中所述控制器適用于從所述第二裝置接收信號，并作為響應(yīng)控制所述力致動(dòng)器在所述手持裝置上引起力的感知，或控制所述變形致動(dòng)器將所述第一形狀變化到第二形狀。
26.如權(quán)利要求25所述的手持裝置，其中所述手持裝置是視頻游戲控制器，且所述信號由視頻游戲生成。
27.如權(quán)利要求25所述的手持裝置，其中所述手持裝置和所述第二裝置是便攜式通信直ο
28.如權(quán)利要求25所述的手持裝置，其中所述第一形狀到所述第二形狀的變化模擬握手或心跳。
29.如權(quán)利要求25所述的手持裝置，其中所述第一形狀到所述第二形狀的變化使所述手持裝置的人機(jī)工程學(xué)變化。
30.如權(quán)利要求25所述的手持裝置，其中所述第一形狀到所述第二形狀的變化使所述裝置在物理上類似于視頻游戲中的工具。
31.如權(quán)利要求25所述的手持裝置，其中所述第二形狀包括武器、輸入按鈕或一系列按鈕的至少一個(gè)。
全文摘要
觸覺裝置包括處理器、耦合到處理器的用于接收形狀輸入的通信模塊、以及用于容納通信模塊并包括可變形部分的殼體?？勺冃尾糠职ㄗ冃沃聞?dòng)器，且處理器向變形致動(dòng)器提供信號來響應(yīng)形狀輸入以使殼體變形。裝置的其它區(qū)域的形狀也可變化以響應(yīng)信號。形狀變化可向裝置的用戶提供觸覺效果、提供信息、提供人機(jī)工程學(xué)變化、提供額外的功能等。
文檔編號G06F3/01GK102422244SQ201080020071
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者丹尼·A·格蘭特, 克里斯托弗·J·烏爾里奇, 大衛(wèi)·M·波恩鮑姆, 李江, 羅伯特·拉克羅伊克斯, 胡安·曼紐爾·克魯茲-赫爾南德斯, 艾利·莫達(dá)萊斯, 萊米·皮埃龍 申請人:伊梅森公司