電刺激觸覺反饋接口的制作方法
【專利摘要】本公開涉及電刺激觸覺反饋接口。用于肌肉電刺激電極的觸覺驅(qū)動電路具有用于接收基于來自觸覺效果處理器的觸覺效果的觸覺信號的輸入端。驅(qū)動電路包含用于基于所述觸覺信號生成肌肉電刺激電流的邏輯器。與用戶皮膚相接觸的電極接收肌肉電刺激電流，通過收縮和放松靠近所述電極的肌肉而導(dǎo)致觸覺效果。
【專利說明】電刺激觸覺反饋接口

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對一種觸覺反饋接口(interface)。更具體地,本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對被設(shè)置為向肌肉提供直接觸覺反饋的觸覺反饋接口。

【背景技術(shù)】
[0002]電子設(shè)備制造商努力為用戶生產(chǎn)豐富的接口。傳統(tǒng)設(shè)備使用視覺和聽覺提示(cue)以向用戶提供反饋。在一些接口設(shè)備中，也向用戶提供動覺反饋(例如主動力和阻力反饋)和/或觸感反饋(例如振動、紋理和熱感)，這些更一般地統(tǒng)稱為“觸覺反饋”或“觸覺效果”。觸覺反饋可以提供增強(qiáng)和簡化用戶接口的提示。具體地，振動效果或振動觸感式(vibrotactile)觸覺效果可以用于向電子設(shè)備的用戶提供提示以向用戶警告特定的事件，或者提供真實(shí)的反饋以產(chǎn)生在模擬或虛擬環(huán)境中的更好的感官沉浸。
[0003]觸覺反饋也日益被并入到便攜式和移動電子設(shè)備中，諸如蜂窩電話、智能電話、便攜式游戲設(shè)備、基于車輛的設(shè)備和接口、以及多種多樣的其他便攜式和移動電子設(shè)備。例如，一些便攜式游戲應(yīng)用能夠以和控制設(shè)備(例如操縱桿等)相似的方式振動，所述控制設(shè)備與被配置為提供觸覺反饋的較大規(guī)模游戲系統(tǒng)一起使用。此外，諸如連接到車輛電力供應(yīng)的設(shè)備可以在電壓輸入的一個(gè)范圍上提供觸覺反饋。
[0004]為了生成振動效果，許多設(shè)備利用某種類型的致動器或觸覺輸出設(shè)備。已知的用于此目的的致動器包括電磁致動器，諸如螺線管致動器、由馬達(dá)移動偏心質(zhì)量的偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(“ERM”)致動器、線性諧振致動器振動馬達(dá)(“LRA”)、或壓電換能器。通常，用于觸覺致動器的電源輸入電壓在一定的電流消耗(current draw)下控制觸覺致動器。電流和電壓的組合改變由致動器提供的觸覺響應(yīng)。觸覺控制器基于所期望的電流水平對提供給觸覺致動器的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)以提供不同的觸覺體驗(yàn)。
[0005]肌肉電刺激(“EMS”)使用接近于肌肉所施加的電流來通過刺激肌肉神經(jīng)而引起肌肉收縮。電流通常通過施加到皮膚的、靠近要被收縮的肌肉放置的電極而施加到皮膚。電流可以由控制器通過使用脈沖而施加到電極，以使肌肉快速收縮和放松。EMS已經(jīng)傳統(tǒng)地用于運(yùn)動醫(yī)學(xué)、鍛煉和物理治療中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一個(gè)實(shí)施例包括用于肌肉電刺激電極的觸覺驅(qū)動電路，具有用于從觸覺效果處理器接收基于觸覺效果的觸覺信號的輸入端。該驅(qū)動電路包含用于基于觸覺信號生成肌肉電刺激電流的邏輯器。與用戶的皮膚相接觸的電極接收肌肉電刺激電流，通過收縮和放松靠近電極的肌肉而引起用戶所感覺到的觸覺效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的觸覺使能(haptically-enabled)的系統(tǒng)的框圖。
[0008]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用戶的與虛擬按鈕的交互和接收肌肉電刺激響應(yīng)。
[0009]圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用戶的與虛擬可滾動列表項(xiàng)目的交互和接收肌肉電刺激響應(yīng)。
[0010]圖4是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的EMS驅(qū)動電路的功能性的流程圖。
[0011]圖5是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的觸覺反饋系統(tǒng)的可選無線特性的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]一個(gè)實(shí)施例是觸覺反饋接口，其接收觸覺控制信號，將該信號處理為電脈沖，并將該脈沖施加到用戶皮膚上的電極板，導(dǎo)致靠近該電極板的肌肉收縮。用戶接口設(shè)備連接到觸覺控制系統(tǒng)，觸覺控制系統(tǒng)確定提供給用戶的觸覺效果。觸覺控制系統(tǒng)提供與觸覺效果對應(yīng)的控制信號。觸覺反饋接口產(chǎn)生對應(yīng)的電脈沖，該電脈沖施加到位于用戶的靠近目標(biāo)肌肉的皮膚上的電極。
[0013]近年來，允許不需要實(shí)際物理接觸的交互的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)變得可用。例如，一些游戲系統(tǒng)使用相機(jī)來感測游戲者運(yùn)動并將這樣的運(yùn)動轉(zhuǎn)譯為屏幕上的替身(avatar)運(yùn)動。正在開發(fā)其他接口用于與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)屏幕進(jìn)行交互，而不需要實(shí)際上觸摸到屏幕或其他輸入設(shè)備。這種非物理交互的一個(gè)可能的缺點(diǎn)是游戲者或用戶通常失去了接收可通過振動式感覺獲得的觸覺反饋的機(jī)會。在這種情況下提供觸覺反饋的已知的解決方案包括通過可穿戴設(shè)備(諸如手套或放置在口袋中的對象或與身體接觸的其他對象)來向用戶提供振動式反饋。這些系統(tǒng)可能是體積大的，因?yàn)樗鼈円话阈枰?dú)立的(self-contained)振動式觸覺致動器和電源兩者。如本文所描述的，另一種解決方案是使用EMS以通過施加到用戶皮膚的脈沖式電流來產(chǎn)生肌肉收縮，從而提供觸覺反饋。脈沖電流導(dǎo)致肌肉在收縮狀態(tài)和放松狀態(tài)之間交替，這可以感覺起來類似于振動式反饋。脈沖電流的電壓水平可被調(diào)整以提供更強(qiáng)或更弱的肌肉收縮。EMS反饋也可以與振動式反饋結(jié)合來提供附加的觸覺反饋選項(xiàng)。
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的觸覺使能的系統(tǒng)的框圖。系統(tǒng)10可以包括安裝在殼體15內(nèi)的觸摸敏感表面11或其他類型的用戶接口，并可以包括機(jī)械鍵/按鈕13。系統(tǒng)10可以包括其他或另選的傳感器(諸如傳感器19)來檢測不使用與可視接口的物理接觸的用戶交互。例如，傳感器19可以是用來檢測用戶運(yùn)動和交互的相機(jī)。在另一個(gè)例子中，傳感器19可以集成到下面描述的電極中或者以其他方式定位在身體上。系統(tǒng)10可以包括其他或另選的用于與系統(tǒng)10交互的設(shè)備，包括游戲控制器或觸覺手套。系統(tǒng)10還可以包括物理或虛擬顯示器設(shè)備，以向用戶提供圖像。這種顯示器的例子可以包括覆蓋或頭戴類型的顯示器(諸如Google Glass)或者虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器(諸如Oculus Rift VR顯示器)，這些顯示器可以提供顯示以支持與虛擬對象的交互。系統(tǒng)10的內(nèi)部是觸覺反饋系統(tǒng)，該觸覺反饋系統(tǒng)由系統(tǒng)10生成脈沖電流用于EMS，并由系統(tǒng)10生成振動用于振動式觸覺效果。在一個(gè)實(shí)施例，脈沖電流被提供給電極。對于包括振動式觸覺效果的實(shí)施例，可以在觸摸表面11上生成振動。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10被集成到游戲系統(tǒng)中。在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10被集成到增強(qiáng)或虛擬現(xiàn)實(shí)接口中。在一些實(shí)施例中，可以使用如本文所描述的其他兼容技術(shù)將刺激定向到人體。
[0015]觸覺反饋系統(tǒng)包括處理器或控制器12。耦合到處理器12的是存儲器20和EMS驅(qū)動電路16，EMS驅(qū)動電路16耦合到EMS電極板18。電極18可以是任何類型的直接皮膚接觸電極，并包括電傳遞介質(zhì)，以將所接收的電信號傳導(dǎo)到皮膚。電極18可以包括改善與皮膚的傳導(dǎo)的物質(zhì)。電極18還可以包括提供粘合性能的物質(zhì)，以將電極保持在皮膚的適當(dāng)位置處。可選地，處理器12還可以耦合到致動器驅(qū)動電路26，致動器驅(qū)動電路26耦合到致動器28。致動器28可以是任何類型的馬達(dá)，包括ERM、LRA、壓電換能器或螺線管致動器。
[0016]處理器12可以是任何類型的通用處理器，或者可以是專門設(shè)計(jì)用來提供觸覺效果的處理器，諸如專用集成電路(“ASIC”)。處理器12可以是操作整個(gè)系統(tǒng)10的同一處理器，或者可以是單獨(dú)的處理器。處理器12可以基于高層參數(shù)決定要播放什么觸覺效果和效果被播放的順序。一般而言，定義特定的觸覺效果的高層參數(shù)包括幅度、頻率和持續(xù)時(shí)間。對于EMS效果，諸如一個(gè)或多個(gè)電極之上的電流脈沖模式的低層參數(shù)也可以用于確定特定的觸覺效果。對于振動式觸覺效果，諸如流處理馬達(dá)命令的低層參數(shù)也可以用于確定特定的觸覺效果。觸覺效果可以被視為是“動態(tài)”的，如果所述觸覺效果包括這些參數(shù)的當(dāng)所述觸覺效果生成時(shí)的某種變化或者這些參數(shù)的基于用戶交互的變化的話。
[0017]處理器12輸出控制信號至EMS驅(qū)動電路16，EMS驅(qū)動電路16包括電子組件和電路系統(tǒng)，它們用來向電極18提供導(dǎo)致所期望的觸覺效果所需要的電脈沖電流和電壓(即“EMS信號”)。系統(tǒng)10可以包括多于一個(gè)的電極18，并且每個(gè)電極可以包括單獨(dú)的驅(qū)動電路16，所有驅(qū)動電路16耦合到共同的處理器12。驅(qū)動電路16和一個(gè)或多個(gè)電極18可以集成到環(huán)、皮帶或其他可穿戴物品中，這些物品可提供若干與皮膚的接觸點(diǎn)，每個(gè)接觸點(diǎn)接近于不同的肌肉。例如，手套可以包括用于每個(gè)手指、手和手腕的電極，電極被配置為單獨(dú)地或作為一組來接收脈沖電流。電極18并不限于任何特定的大小或形狀。例如，手套可以由材料制成以用作一個(gè)覆蓋手的整個(gè)表面的大電極，中等大小的電極可以放置在前臂或二頭肌區(qū)域，或者小電極可以放置在手的每個(gè)手指上。
[0018]在包括振動式觸覺效果的實(shí)施例中，處理器12輸出控制信號至致動器驅(qū)動電路26，致動器驅(qū)動電路26包括電子組件和電路系統(tǒng)，它們用來向致動器28提供導(dǎo)致所期望的觸覺效果所需要的電流和電壓(即“馬達(dá)信號”)。系統(tǒng)10可以包括多于一個(gè)的致動器28，并且每個(gè)致動器可以包括單獨(dú)的驅(qū)動電路26，所有的驅(qū)動電路26都耦合到共同的處理器12。
[0019]存儲器設(shè)備20可以是任何類型的存儲設(shè)備或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如隨機(jī)存取存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)。存儲器20存儲由處理器12執(zhí)行的指令。在所述指令之中，存儲器20包括觸覺效果模塊22，它是當(dāng)由處理器12執(zhí)行時(shí)生成用于電極18的EMS信號或用于致動器28的驅(qū)動信號的指令，所述EMS信號和驅(qū)動信號提供觸覺效果，如以下所更詳細(xì)地公開的。用于特定觸覺效果的參數(shù)可以存儲在位于存儲器20中的觸覺效果庫中并且可以由觸覺效果模塊22訪問。存儲器20也可以位于處理器12內(nèi)部，或者存儲器內(nèi)部和外部的任何組合。
[0020]觸摸表面11將觸摸識別為交互信息，并且還可以識別觸摸在表面上的位置和幅度。在使用相機(jī)或傳感器來確定交互的實(shí)施例中，傳感器19可以使用技術(shù)來識別身體位置和運(yùn)動，并將這種位置和運(yùn)動轉(zhuǎn)譯為交互信息。對應(yīng)于交互信息的數(shù)據(jù)被發(fā)送到處理器12或系統(tǒng)10內(nèi)的另一個(gè)處理器，處理器12解譯交互信息并作為響應(yīng)而生成觸覺效果信號。觸摸表面11可以使用任何感測技術(shù)來感測觸摸，這些技術(shù)包括電容式感測、電阻式感測、表面聲波感測、壓力感測、光學(xué)感測等。觸摸表面11可以感測多點(diǎn)觸摸接觸，并且能夠區(qū)分同時(shí)發(fā)生的多個(gè)觸摸。觸摸表面11可以是觸摸屏，其生成并顯示圖像(諸如鍵、撥號盤等)以供用戶進(jìn)行交互，或者可以是具有最小的圖像或沒有圖像的觸摸板。傳感器19可以使用任何感測技術(shù)(包括紅外、光學(xué)或非視覺捕獲)來感測運(yùn)動，并且可以使用對象檢測、邊緣檢測、像素分析、差分(differential)計(jì)算等來處理輸入。在不使用觸摸表面的實(shí)施例中，觸摸表面11可以被代替為顯示器系統(tǒng)，并且可以經(jīng)由傳感器19或物理交互(諸如游戲板、鼠標(biāo)或鍵盤等)來完成交互。
[0021]系統(tǒng)10可以是手持式設(shè)備，諸如蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)、智能手機(jī)、平板電腦、游戲機(jī)、基于車輛的接口、虛擬現(xiàn)實(shí)接口、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)接口等，或者系統(tǒng)10可以是包括觸覺效果系統(tǒng)的任何其他類型的設(shè)備，所述觸覺效果系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)EMS電極18。系統(tǒng)10還可以可選地包括傳統(tǒng)的振動式致動器以提供物理振動感覺。因此，系統(tǒng)10可以是EMS電極和振動式致動器的混合系統(tǒng)。用戶接口可以是觸摸感應(yīng)表面或任何其他類型的用戶接口，諸如鼠標(biāo)、觸摸板、迷你操縱桿、滾輪、軌跡球、游戲板或游戲控制器等，或者用戶接口可以是由一個(gè)或多個(gè)傳感器(諸如傳感器19)提供的非物理接口。在具有多于一個(gè)致動器的實(shí)施例中，每個(gè)致動器可以具有不同的旋轉(zhuǎn)能力，以便創(chuàng)建設(shè)備上的很寬范圍的觸覺效果。
[0022]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用戶的與虛擬按鈕220的交互和接收肌肉電刺激響應(yīng)。用戶可以正在使用覆蓋或頭戴類型的顯示器(諸如Google Glass)或者虛擬現(xiàn)實(shí)接口(諸如Oculus Rift VR顯示器)。用戶的手210具有電刺激板或EMS電極18，它們接近于位于手或手指中的肌肉而附接到手。傳感器19確定用戶按下虛擬按鈕220而沒有在物理上接觸物理按鈕。作為響應(yīng)，處理器12從存儲在存儲器20中的效果庫確定提供的觸覺效果。處理器12發(fā)送控制信號到EMS驅(qū)動電路16，EMS驅(qū)動電路16進(jìn)而提供脈沖電流到電極18，導(dǎo)致手210中的肌肉收縮，由此提供手指在虛擬按鈕220上運(yùn)動的觸覺反饋。
[0023]觸覺反饋可以感覺起來像與按下按鈕的運(yùn)動相對的力。反饋還可以包括由手中的肌肉響應(yīng)于通過電極18所提供的脈沖電流而生成的手中的脈沖、振動或蜂鳴感覺。因此，提供了對按下虛擬按鈕220的運(yùn)動的物理反饋。
[0024]圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用戶的與虛擬可滾動列表項(xiàng)目320的交互和接收肌肉電刺激響應(yīng)。用戶可以再次正在使用覆蓋或頭戴類型的顯示器(諸如Google Glass)或者虛擬現(xiàn)實(shí)接口(諸如Oculus Rift VR顯示器)。用戶的手310具有電刺激板或EMS電極18，它們接近于位于手或手指中的肌肉而附接到手。傳感器19確定用戶正在滾動列表項(xiàng)目320而沒有在物理上接觸物理按鈕。作為響應(yīng)，處理器12從存儲器20的效果庫確定提供的觸覺效果。處理器12發(fā)送控制信號到EMS驅(qū)動電路16，EMS驅(qū)動電路16進(jìn)而提供脈沖電流到電極18，導(dǎo)致手310中的肌肉收縮，由此提供手指在列表項(xiàng)目320上運(yùn)動的觸覺反饋。
[0025]觸覺反饋可以感覺起來像與按下按鈕的運(yùn)動相對的力。和上述類似，反饋還可以包括由手中的肌肉響應(yīng)于通過電極18所提供的脈沖電流而生成的手中的脈沖、振動或蜂鳴感覺。因此，提供了對按下虛擬按鈕220的運(yùn)動的物理反饋。
[0026]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白圖2和3所示出的用途只是例子。EMS電極可以用于多種多樣的配置中，包括將特定肌肉作為目標(biāo)和以特定方式將電流施加到EMS電極以產(chǎn)生特定的反饋感覺。例如，在手臂上按照間隔向上放置的電極可以被用信號通知以提供有東西在手臂上向上爬的感覺。這可以通過以下來完成:順序地觸發(fā)脈沖電流到一個(gè)電極并接著觸發(fā)第二脈沖電流到下一個(gè)電極，減退從一個(gè)脈沖電流到下一個(gè)的電壓水平，使得在兩個(gè)脈沖電流之間發(fā)生一些重疊。還將明白的是，本文所公開的實(shí)施例可以利用電極技術(shù)的進(jìn)步，包括電極類型、電極配置、設(shè)定肌肉目標(biāo)和電流脈沖技術(shù)，而不需要過度的實(shí)驗(yàn)。本文所公開的實(shí)施例還可以根據(jù)通知而不是與系統(tǒng)的交互來實(shí)現(xiàn)觸覺反饋。例如，當(dāng)用戶接收到電話呼叫時(shí)EMS電極可以激活。
[0027]EMS的用途的另一個(gè)例子是在寒冷的氣候中提供觸覺反饋。由振動式致動器提供的反饋可能被層層的衣服裹住或者可能由于寒冷中降低的感覺水平而不被感覺到。EMS電極可以被并入到衣服中或施加于皮膚以提供直接的觸覺反饋給肌肉或肌肉群。這樣的反饋更可能在寒冷氣候中被感覺到，因?yàn)榉答佒饕且约∪獾氖湛s被感知而不是皮膚表面。例如，滑雪纜車經(jīng)營者可以在每次有人下纜車時(shí)接收到EMS反饋或通知。
[0028]在一些實(shí)施例中，EMS反饋信號自然地由處理器12提供，如圖1所示出的。然而，在其他實(shí)施例中，EMS反饋可以被改型(retrofit)到振動式觸覺反饋系統(tǒng)中。在這種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換單元可以結(jié)合EMS驅(qū)動電路16使用或者集成到EMS驅(qū)動電路16中，轉(zhuǎn)換單元將處理器12所提供的信號轉(zhuǎn)換為供驅(qū)動電路16和EMS電極18使用的信號。例如，處理器12所產(chǎn)生的信號可以是用于ERM致動器的期望的電流輸出水平。該信號可以由轉(zhuǎn)換單元接收，轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換該信號以供EMS驅(qū)動電路16使用。在一些實(shí)施例中，驅(qū)動電路16可以在該電路內(nèi)部集成該轉(zhuǎn)換功能。
[0029]在一些實(shí)施例中，旨在供振動式致動器驅(qū)動電路使用的觸覺信號由處理器12產(chǎn)生。振動式觸覺信號可以對應(yīng)于由數(shù)字表示的振動幅度。轉(zhuǎn)換器可以通過將在振動式觸覺信號中發(fā)現(xiàn)的振動幅度值映射到EMS輸出水平來將振動式觸覺信號轉(zhuǎn)換為EMS反饋信號。例如，高的振動幅度可以由具有較高電壓和較高頻率電流脈沖的EMS信號表示，這樣的EMS信號將導(dǎo)致靠近EMS電極18的肌肉以相比于隨指示較低振動幅度的振動式觸覺信號將發(fā)生的更大的力和頻率(較短周期的收縮/放松)收縮。這些映射可以取決于電極的類型和EMS電極18的表面面積接觸以及其他因素(諸如對身體電阻的測量結(jié)果)而被定制。
[0030]圖4是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的EMS驅(qū)動電路16的功能性的流程圖。在一個(gè)實(shí)施例中，圖4的流程圖的功能性由存儲在存儲器或者其他計(jì)算機(jī)可讀或有形介質(zhì)中的軟件實(shí)現(xiàn)，并由處理器執(zhí)行。在其他實(shí)施例中，功能性可以由硬件(例如通過使用專用集成電路(“ASIC”)、可編程門陣列(“PGA”)、現(xiàn)場可編程門陣列(“FPGA”)等)或者硬件與軟件的任何組合來執(zhí)行。
[0031]在405處，驅(qū)動電路16從處理器12接收信號，用于將觸覺反饋提供給用戶。處理器12可以基于對觸覺反饋是否適當(dāng)及提供哪種觸覺反饋進(jìn)行確定的程序或硬件接口而生成該信號。例如，處理器12可以集成到游戲系統(tǒng)中，游戲系統(tǒng)在屏幕上顯示角色替身并包括傳感器19(諸如相機(jī))。用戶可以通過移動身體部位來與替身交互；傳感器19可以觀察運(yùn)動、解譯運(yùn)動，并且以對應(yīng)的方式使替身在屏幕上移動。該系統(tǒng)還可以包括向用戶提供觸覺信號以增強(qiáng)交互的組件。該信號可以與替身的對用戶與游戲交互運(yùn)動的反作用運(yùn)動一致。例如，假設(shè)一個(gè)游戲涉及轉(zhuǎn)動保險(xiǎn)箱上的復(fù)式撥號盤。用戶可以抬起手，并用手和手指做出握住和轉(zhuǎn)動的動作。屏幕可以顯示用戶的替身(或其部分)同樣抬起它的手、握住撥號盤并轉(zhuǎn)動撥號盤。使用已知的技術(shù)，該系統(tǒng)可以提供信號到用戶所穿戴的觸覺接口以提供振動式信號到位于手套中的觸覺致動器。該致動器可以在用戶轉(zhuǎn)動撥號盤時(shí)振動，對于撥號盤轉(zhuǎn)動時(shí)的每個(gè)“咔噠(click)”振動一次。振動式信號對應(yīng)于提供給用戶的觸覺反饋。然而，在一些實(shí)施例中，所提供的觸覺信號可以解譯為適合用于經(jīng)由附接到手上的電極的EMS反饋的信號。在保險(xiǎn)箱的例子中，該系統(tǒng)可以以某種方式產(chǎn)生電流脈沖以使得手中的肌肉以這樣的方式收縮，以針對撥號盤上的每次卡入(click)向手提供“咔噠”感覺，而不是產(chǎn)生振動式反饋。
[0032]在一些實(shí)施例中，在405處所提供的信號可以是準(zhǔn)備好提供給電極作為EMS反饋的部分的信號，或者在某些實(shí)施例中，所提供的信號會是由振動式致動器的驅(qū)動電路傳統(tǒng)地接收的信號。如果是后者，則驅(qū)動電路16可以將該信號轉(zhuǎn)換成適于提供給EMS電極的信號。在410處，驅(qū)動電路16確定所接收的信號是否需要轉(zhuǎn)換為EMS信號。在415處，如果該信號需要轉(zhuǎn)換為EMS信號，則驅(qū)動電路16可以處理該信號以將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于處理器12所提供的觸覺效果的EMS信號。一旦信號被轉(zhuǎn)換，則流程移至要素420。
[0033]參考回到410，如果從處理器12所接收的信號不需要被轉(zhuǎn)換，則流程移至要素420，與流程圖的來自要素415的分支匯合。在420處，可以對信號進(jìn)行進(jìn)一步的處理以向EMS電極18提供所期望的EMS效果。例如，用戶可以配置由電壓和/或電流水平設(shè)定的最大強(qiáng)度水平以用于EMS信號，并且420中的處理可以規(guī)格化所提供的EMS信號為不超過最大值，以準(zhǔn)備將該信號發(fā)送到EMS電極18。類似地，該系統(tǒng)可以感測或被配置有EMS電極18的接觸面積并相應(yīng)地調(diào)整EMS信號的幅度，例如，相對于較小的EMS電極，具有較大接觸面積的EMS電極可以需要用于發(fā)送給EMS電極的EMS電流脈沖的更大強(qiáng)度水平。該系統(tǒng)可以感測或被配置有表示EMS電極18的穿戴者的電阻的值，以相對于穿戴者的特性來調(diào)整信號的強(qiáng)度。例如，人的電阻抗可以隨他們的水合水平、身體脂肪水平以及其他因素而改變。具有較高阻抗的人們可能需要更大強(qiáng)度的信號以達(dá)到和具有較低阻抗者相同的觸覺效果。
[0034]在425處，EMS信號作為電壓水平對應(yīng)于在405處從處理器12所接收的信號的電流脈沖被發(fā)送到EMS電極18。在430處，EMS電極18將該電流脈沖在整個(gè)接觸面積上提供給皮膚。在435處，接近于電極18的肌肉根據(jù)該電流脈沖(包括頻率、持續(xù)時(shí)間以及強(qiáng)度或幅度)收縮和放松。
[0035]圖4的流程圖實(shí)時(shí)或基本實(shí)時(shí)地執(zhí)行，這意味著在信號被接收時(shí)，其立即被處理并作為EMS脈沖電流而發(fā)送出去。沒有緩沖(除了可能由電路組件引入的微小延遲)。在一些實(shí)施例中，在410處的確定可以不執(zhí)行，例如，如果信號類型是已知的話。在這樣的情況下，將會進(jìn)入到在415或420處的對應(yīng)的流程要素。例如，在EMS電極代替振動式致動器的改型應(yīng)用中，可以總是預(yù)期處理器12所提供的信號是用來以信號通知振動式致動器的信號，并且如果是這樣，則可以跳過流程要素410，并且可以從405前進(jìn)到415處的執(zhí)行。同樣，在EMS特定應(yīng)用中，如果信號的類型被預(yù)期是EMS信號，則不需要執(zhí)行410處的確定。在這種情況下，流程可以從要素405直接前進(jìn)到要素420。
[0036]在一些實(shí)施例中，EMS驅(qū)動電路16可以包括由食品與藥物管理局(“FDA”)批準(zhǔn)用于提供肌肉電刺激的EMS控制器。驅(qū)動電路16中也可以包括用于提供EMS控制器的控制和信號轉(zhuǎn)換的其他電路系統(tǒng)。
[0037]圖5是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的系統(tǒng)10的可選無線特性的示意圖。在一些實(shí)施例中，EMS反饋系統(tǒng)的可穿戴特性通過使用無線特征被進(jìn)一步增強(qiáng)以改善系統(tǒng)10的移動性。發(fā)射器/接收器設(shè)備30可以并入到該系統(tǒng)中，使得處理器12所發(fā)送的信號可以以無線方式傳送到驅(qū)動電路16。在包括振動式致動器和EMS電極兩者的組合系統(tǒng)中，信號也可以以無線方式傳送到驅(qū)動電路26。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，發(fā)射器/接收器30可以適合用于使用電磁頻譜中的任何技術(shù)來傳送和接收信號。例如，發(fā)射器/接收器30所使用的技術(shù)可以基于射頻技術(shù)(諸如藍(lán)牙或無線以太網(wǎng))或者基于光頻技術(shù)(諸如紅外光)。磁感應(yīng)技術(shù)也可以用于無線信號傳送。驅(qū)動電路16可以由用戶穿戴，例如，連同電源穿戴在皮帶上。在一些實(shí)施例中，EMS驅(qū)動電路16中的一個(gè)或多個(gè)可以以無線方式連接到處理器12，并且連同電源位于電極18的本地。
[0038]如所公開的，實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了電刺激觸覺反饋接口，包括用于將觸覺信號發(fā)送到EMS驅(qū)動電路的處理器，用于接收觸覺信號以及將EMS信號提供給電極的EMS驅(qū)動電路，用于接收和處理器所提供的觸覺信號相對應(yīng)的EMS信號的至少一個(gè)電極。EMS觸覺反饋接口可以是較大系統(tǒng)的部分，其用于接收與用戶和該系統(tǒng)的交互相對應(yīng)的輸入，處理該輸入以確定哪些觸覺效果會向用戶提供適當(dāng)?shù)姆答?，并將觸覺效果信息提供給EMS反饋接口。
[0039]可以考慮如下另外的條款來描述本公開內(nèi)容的各種另外的示例實(shí)施例:
[0040]條款1.一種用于電極的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路包括:
[0041]用于接收第一觸覺信號的輸入端，其中所述第一觸覺信號基于處理器所確定的第一觸覺效果；
[0042]用于基于所述第一觸覺信號生成第一電流的邏輯器；和
[0043]用于接收和中繼所述第一電流的第一電極，其中所述第一電極與用戶皮膚相接觸，并且其中所述第一電流被傳送到所述第一電極，所述第一電流使得通過靠近所述第一電極的肌肉的收縮和放松而生成觸覺效果。
[0044]條款2.如條款I(lǐng)所述的驅(qū)動電路，還包括:
[0045]用于接收第二觸覺信號的輸入端，其中所述第二觸覺信號基于處理器所確定的第二觸覺效果；
[0046]用于基于所述第二觸覺信號生成第二電流的邏輯器；和
[0047]用于接收和中繼所述第二電流的第二電極，其中所述第二電極與用戶皮膚相接觸但不與所述第一電極相接觸，并且其中所述第一電流和所述第二電流通過在不同時(shí)間收縮和放松靠近所述第一電極的肌肉和靠近所述第二電極的肌肉而提供特定的觸覺效果。
[0048]條款3.如條款I(lǐng)所述的驅(qū)動電路，其中所述第一觸覺信號旨在用于生成振動式致動器中的觸覺反饋；并且基于振動式觸覺信號值到肌肉電刺激信號值的映射生成所述第一電流。
[0049]條款4.如條款I(lǐng)所述的驅(qū)動電路，其中所述第一電流被調(diào)節(jié)為不超過最大幅度。
[0050]條款5.如條款I(lǐng)所述的驅(qū)動電路，其中所述第一觸覺信號由接收器以無線方式接收。
[0051]條款6.如條款I(lǐng)所述的驅(qū)動電路，其中所述第一觸覺信號響應(yīng)于與虛擬對象交互的用戶運(yùn)動而被接收。
[0052]條款7.如條款I(lǐng)所述的驅(qū)動電路，其中所述第一觸覺信號響應(yīng)于與游戲系統(tǒng)交互的用戶運(yùn)動而被接收。
[0053]條款8.—種觸覺使能的系統(tǒng)，包括:
[0054]肌肉電刺激(EMS)驅(qū)動電路，其中所述驅(qū)動電路:
[0055]從觸覺控制器接收第一觸覺信號，其中所述第一觸覺信號基于處理器所確定的第一觸覺效果；
[0056]基于所述第一觸覺信號生成第一 EMS電流；和
[0057]第一電極，其中所述第一電極:
[0058]從所述驅(qū)動電路接收第一 EMS電流；和
[0059]將所述第一 EMS電流提供給導(dǎo)電介質(zhì)，其中所述介質(zhì)與用戶皮膚相接觸。
[0060]條款9.如條款8所述的系統(tǒng)，還包括:
[0061]第二電極，其中所述第二電極:
[0062]從所述驅(qū)動電路接收第二 EMS電流；并將所述第二 EMS電流提供給導(dǎo)電的第二介質(zhì)，其中所述第二介質(zhì)與用戶皮膚相接觸但與所述第一電極的所述介質(zhì)分開；和
[0063]其中所述驅(qū)動電路還被配置為:
[0064]接收第二觸覺信號，其中所述第二觸覺信號基于處理器所確定的第二觸覺效果；和
[0065]基于所述第二觸覺信號生成第二 EMS電流；和
[0066]其中所述第一 EMS電流和所述第二 EMS電流通過在不同時(shí)間收縮和放松靠近所述第一電極的肌肉和靠近所述第二電極的肌肉而提供觸覺效果。
[0067]條款10.如條款8所述的系統(tǒng)，其中所述第一觸覺信號旨在用于生成振動式致動器中的觸覺反饋；并且所述驅(qū)動電路基于振動式觸覺信號值到肌肉電刺激信號值的映射生成所述第一 EMS電流。
[0068]條款11.如條款8所述的系統(tǒng)，其中所述第一 HMS電流被調(diào)節(jié)為不超過最大幅度。
[0069]條款12.如條款8所述的系統(tǒng)，其中所述第一觸覺信號由接收器以無線方式接收。
[0070]條款13.如條款8所述的系統(tǒng)，其中所述第一觸覺信號響應(yīng)于與虛擬對象交互的用戶運(yùn)動而被接收。
[0071]條款14.如條款8所述的系統(tǒng)，其中所述第一觸覺信號響應(yīng)于與游戲系統(tǒng)交互的用戶運(yùn)動而被接收。
[0072]條款15.—種提供觸覺效果的方法，包括:
[0073]在肌肉電刺激(EMS)驅(qū)動電路處從觸覺控制器接收第一觸覺信號，其中所述第一觸覺信號基于處理器所確定的第一觸覺效果；
[0074]基于所述第一觸覺信號在所述EMS驅(qū)動電路處生成第一 EMS電流；
[0075]在電極處從所述EMS驅(qū)動電路接收所述第一 EMS電流；和
[0076]在所述電極處將所述第一 EMS電流提供給導(dǎo)電介質(zhì)，其中所述介質(zhì)與用戶皮膚相接觸。
[0077]條款16.如條款15所述的方法，還包括:
[0078]在所述EMS驅(qū)動電路處接收第二觸覺信號，其中所述第二觸覺信號基于處理器所確定的第二觸覺效果；
[0079]在所述EMS驅(qū)動電路處基于所述第二觸覺信號生成第二 EMS電流；
[0080]在第二電極處從所述驅(qū)動電路接收第二 EMS電流；和
[0081]在所述第二電極處將所述第二 MS電流提供給導(dǎo)電的第二介質(zhì)，其中所述第二介質(zhì)與用戶皮膚相接觸但與所述第一電極的所述介質(zhì)分開，其中所述第一 EMS電流和所述第二 EMS電流通過在不同時(shí)間收縮和放松靠近所述第一電極的肌肉和靠近所述第二電極的肌肉而提供觸覺效果。
[0082]條款17.如條款15所述的方法，其中所述第一觸覺信號旨在用于生成振動式致動器中的觸覺反饋,并且
[0083]其中所述驅(qū)動電路基于振動式觸覺信號值到肌肉電刺激信號值的映射生成所述第一 EMS電流。
[0084]條款18.如條款15所述的方法，其中所述第一 EMS電流被調(diào)節(jié)為不超過最大幅度。
[0085]條款19.如條款15所述的方法，其中所述第一觸覺信號由接收器以無線方式接收。
[0086]條款20.如條款15所述的方法，其中所述第一觸覺信號響應(yīng)于與游戲系統(tǒng)或虛擬對象交互的用戶運(yùn)動而被接收。
[0087]這里具體說明和/或描述了一些實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所公開實(shí)施例的修改和變型由上述教導(dǎo)所覆蓋并且在權(quán)利要求的范圍內(nèi)而不背離本發(fā)明的精神和預(yù)期范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電極的驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路包括: 用于接收第一觸覺信號的輸入端，其中所述第一觸覺信號基于處理器所確定的第一觸覺效果； 用于基于所述第一觸覺信號生成第一電流的邏輯器；和 用于接收和中繼所述第一電流的第一電極，其中所述第一電極與用戶皮膚相接觸，并且其中所述第一電流被傳送到所述第一電極，所述第一電流使得通過靠近所述第一電極的肌肉的收縮和放松而生成觸覺效果。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，還包括: 用于接收第二觸覺信號的輸入端，其中所述第二觸覺信號基于處理器所確定的第二觸覺效果； 用于基于所述第二觸覺信號生成第二電流的邏輯器；和 用于接收和中繼所述第二電流的第二電極，其中所述第二電極與用戶皮膚相接觸但不與所述第一電極相接觸，并且其中所述第一電流和所述第二電流通過在不同時(shí)間收縮和放松靠近所述第一電極的肌肉和靠近所述第二電極的肌肉而提供特定的觸覺效果。
3.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第一觸覺信號旨在用于生成振動式致動器中的觸覺反饋；并且基于振動式觸覺信號值到肌肉電刺激信號值的映射生成所述第一電流。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動電路，其中所述第一電流被調(diào)節(jié)為不超過最大幅度。
5.一種觸覺使能的系統(tǒng)，包括: 肌肉電刺激(EMS)驅(qū)動電路，其中所述驅(qū)動電路: 從觸覺控制器接收第一觸覺信號，其中所述第一觸覺信號基于處理器所確定的第一觸覺效果； 基于所述第一觸覺信號生成第一 EMS電流；和第一電極,其中所述第一電極: 從所述驅(qū)動電路接收第一 EMS電流；和 將所述第一 EMS電流提供給導(dǎo)電介質(zhì)，其中所述介質(zhì)與用戶皮膚相接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，還包括: 第二電極，其中所述第二電極: 從所述驅(qū)動電路接收第二EMS電流；并將所述第二EMS電流提供給導(dǎo)電的第二介質(zhì)，其中所述第二介質(zhì)與用戶皮膚相接觸但與所述第一電極的所述介質(zhì)分開；和 其中所述驅(qū)動電路還被配置為: 接收第二觸覺信號，其中所述第二觸覺信號基于處理器所確定的第二觸覺效果；和 基于所述第二觸覺信號生成第二 EMS電流；和 其中所述第一EMS電流和所述第二EMS電流通過在不同時(shí)間收縮和放松靠近所述第一電極的肌肉和靠近所述第二電極的肌肉而提供觸覺效果。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第一觸覺信號旨在用于生成振動式致動器中的觸覺反饋；并且所述驅(qū)動電路基于振動式觸覺信號值到肌肉電刺激信號值的映射生成所述第一 EMS電流。
8.一種提供觸覺效果的方法，包括: 在肌肉電刺激(EMS)驅(qū)動電路處從觸覺控制器接收第一觸覺信號，其中所述第一觸覺信號基于處理器所確定的第一觸覺效果； 基于所述第一觸覺信號在所述EMS驅(qū)動電路處生成第一 EMS電流； 在電極處從所述EMS驅(qū)動電路接收所述第一 EMS電流；和 在所述電極處將所述第一 EMS電流提供給導(dǎo)電介質(zhì)，其中所述介質(zhì)與用戶皮膚相接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括: 在所述EMS驅(qū)動電路處接收第二觸覺信號，其中所述第二觸覺信號基于處理器所確定的第二觸覺效果； 在所述EMS驅(qū)動電路處基于所述第二觸覺信號生成第二 EMS電流； 在第二電極處從所述驅(qū)動電路接收第二 EMS電流；和 在所述第二電極處將所述第二 EMS電流提供給導(dǎo)電的第二介質(zhì)，其中所述第二介質(zhì)與用戶皮膚相接觸但與所述第一電極的所述介質(zhì)分開，其中所述第一 EMS電流和所述第二EMS電流通過在不同時(shí)間收縮和放松靠近所述第一電極的肌肉和靠近所述第二電極的肌肉而提供觸覺效果。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一觸覺信號旨在用于生成振動式致動器中的觸覺反饋，并且 其中所述驅(qū)動電路基于振動式觸覺信號值到肌肉電刺激信號值的映射生成所述第一EMS電流。
【文檔編號】G06F3/041GK104423709SQ201410454329
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】R·馬, D·格蘭特 申請人:意美森公司