于此的實施方式涉及觸覺效果，更特別地涉及具有多個可變形膜以向用戶提供觸覺效果的觸覺外圍設備。

背景技術：

視頻游戲和視頻游戲系統(tǒng)已經由于市場導向變得更流行，由此得到了休閑玩家的參與。傳統(tǒng)視頻游戲設備或控制器使用視覺和聽覺的提示來向用戶提供反饋。在一些接口設備中，動覺反饋(諸如主動力反饋和阻力反饋)和/或可觸知反饋(諸如振動、紋理和熱量)也提供給用戶，更一般地共同稱為“觸覺反饋”或“觸覺效果”。觸覺反饋可以提供加強和簡化用戶接口的提示。特別地，振動效果或可觸知振動的觸覺效果在向電子設備的用戶提供提示以警告用戶特別事件或提供真實反饋以在模擬的或虛擬的環(huán)境中建立感官陷入是有幫助的。

用戶與用戶輸入元件交互以引起動作的諸如醫(yī)療設備、汽車控制、遠程控制和其他類似設備也受益于觸覺反饋或觸覺效果。例如，并且不是通過顯示的方式，醫(yī)療設備上的用戶輸入元件可以由患者身體之外的用戶在醫(yī)療設備的最接近的部分進行操作以在醫(yī)療設備的末端引起患者身體內的動作。觸覺反饋或觸覺效果可以由設備采用以向用戶警告特定事件，或向用戶提供與醫(yī)療設備與患者在醫(yī)療設備的末端交互有關的真實反饋。

傳統(tǒng)用于游戲、虛擬現(xiàn)實及其他設備的觸覺反饋一般包括一個或多個致動器，一個或多個致動器附連至產生觸覺反饋的控制器/外圍設備的外殼或包含在產生觸覺反饋的控制器/外圍設備的外殼內。在觸覺反饋設備的商業(yè)可用實現(xiàn)中出現(xiàn)的一個問題是設備非常巨大，因為此類設備采用大的電機并需要大電源進行操作。這些特征使其很難集成強制性的觸覺反饋至較小的接口設備，諸如手持型游戲控制器、操縱桿、遠程控制或其他設備。但是，這些控制器對于許多類型的系統(tǒng)特別是家用視頻游戲控制臺來說是優(yōu)選的輸入設備，并且也是由消費者優(yōu)選的。

其中的實施方式涉及觸覺反饋系統(tǒng)，觸覺反饋系統(tǒng)經由較小的接口設備提供了失真觸覺效果，較小的接口設備諸如用于游戲或虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的手持型外圍設備。

技術實現(xiàn)要素：

于此的實施方式針對一種觸覺外圍設備，包括外殼、多個可變形膜和觸覺輸出設備，觸覺輸出設備布置在外殼內并耦合至多個可變形膜。外殼包括具有多個固定間隔的窗口的框架。每一個可變形膜定位在框架的多個固定間隔的窗口中的一者內。觸覺輸出設備包括電機、耦合至電機并具有通過其限定的多個軌道的凸輪板、多個滾軸和多個徑向延伸的銷。每一個滾軸可滑動地定位在所述凸輪板的所述多個軌道中的一者。每一個徑向延伸的銷具有附連至多 個軌道中的一者的第一端部和附連至可變形膜中的一者的第二相對的端部。電機被配置為從處理器接收控制信號并被配置為響應于來自處理器的控制信號相對于外殼旋轉凸輪板。凸輪板的旋轉移動多個滾軸和多個徑向延伸的銷，從而相對于外殼徑向延伸可變形膜并向觸覺外圍設備的用戶提供觸覺效果。

根據于此的另一實施方式，一種觸覺外圍設備，包括外殼、多個可變形膜和觸覺輸出設備，觸覺輸出設備布置在外殼內并耦合至多個可變形膜。外殼包括具有多個固定間隔的窗口的框架。每一個可變形膜定位在框架的多個固定間隔的窗口中的一者內。觸覺輸出設備包括電機、轉化器和多個徑向延伸的銷。轉化器在電機與多個徑向延伸的銷之間延伸。每一個徑向延伸的銷具有附連至轉化器的第一端部和附連至可變形膜中的一者的第二相對的端部。電機被配置為從處理器接收控制信號并被配置為響應于來自處理器的控制信號相對于外殼旋轉。轉化器將所述電機的旋轉運動轉化為線性運動以移動多個徑向延伸的銷，從而相對于外殼徑向延伸可變形膜并向觸覺外圍設備的用戶提供觸覺效果。

根據于此的另一實施方式，一種游戲系統(tǒng)，包括主計算機、處理器和觸覺外圍設備。觸覺外圍設備包括外殼、多個可變形膜和觸覺輸出設備，觸覺輸出設備布置在外殼內并耦合至多個可變形膜。外殼包括具有多個固定間隔的窗口的框架。每一個可變形膜定位在框架的多個固定間隔的窗口中的一者內。觸覺輸出設備包括電機、轉化器和多個徑向延伸的銷。轉化器在電機與多個徑向延伸的銷之間延伸。每一個徑向延伸的銷具有附連至轉化器的第一端部和附連至可變形膜中的一者的第二相對的端部。電機被配置為從處理器接收控制信號并被配置為響應于來自處理器的控制信號相對于外殼旋轉。轉化器將電機的旋轉運動轉化為線性運動以移動所述多個徑向延伸的銷，從而相對于外殼徑向延伸可變形膜并向觸覺外圍設備的用戶提供觸覺效果。

附圖說明

本發(fā)明的前述的及其他特征和優(yōu)勢根據以下如所附附圖所示的于此的實施方式的說明將是顯而易見的。結合于此并形成說明書的一部分的所附附圖進一步用作解釋本發(fā)明的原理并使相關領域技術人員能夠進行和使用本發(fā)明。附圖不是按比例的。

圖1是包括根據于此的實施方式的觸覺外圍設備的系統(tǒng)的示意性圖示，其中系統(tǒng)還包括主計算機和顯示器。

圖2是圖1的系統(tǒng)的框圖。

圖3是圖1的觸覺外圍設備的透視視圖。

圖4是圖1的觸覺外圍設備的一部分的放大透視視圖。

圖5是圖1的觸覺外圍設備的一部分的放大透視視圖，其中觸覺外圍設備的外殼的框架以幻影顯示以示出其中的內部組件。

圖6是圖1的觸覺外圍設備的分解透視視圖。

圖7是圖1的觸覺外圍設備的分解透視視圖，其中觸覺外圍設備的外殼的電機殼和觸覺外圍設備的外殼的端部板以幻影顯示以示出其中的內部組件并且觸覺外圍設備以其標稱的或不變形的狀態(tài)顯示。

圖7A是圖7的端部視圖，其中外圍設備的外殼的框架出于清楚的目的未示出。

圖8是圖1的觸覺外圍設備的透視視圖，其中觸覺外圍設備的外殼的電機殼和觸覺外圍設備的外殼的端部板以幻影顯示以示出其中的內部組件并且觸覺外圍設備以其擴展的或變形的狀態(tài)顯示。

圖8A是圖8的端部視圖，其中外圍設備的外殼的框架出于清楚的目的未示出。

圖9是根據于此另一實施方式的觸覺外圍設備的示意性圖示，其中觸覺外圍設備的電機布置在觸覺外圍設備的外殼的框架內。

圖10是根據于此另一實施方式的觸覺外圍設備的示意性圖示，其中觸覺外圍設備的可變形膜被配置為獨立或分別變形或擴展。

圖10A是圖10的觸覺外圍設備的凸輪板的俯視圖。

圖11是根據于此另一實施方式的觸覺外圍設備的示意性圖示，其中滾珠螺桿和多個彎曲部分用于將電機的旋轉運動轉化為多個可變形膜的線性運動。

圖12是根據于此另一實施方式的觸覺外圍設備的示意性圖示，其中滾珠螺桿和多個彎曲部分用于將電機的旋轉運動轉化為多個可變形膜的線性運動。

圖13是根據于此另一實施方式的觸覺外圍設備的示意性圖示，其中觸覺外圍設備是游戲平板，游戲平板包括用于向用戶提供觸覺效果的可變形膜。

圖14是圖13的游戲平板的框圖。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的特定實施方式，其中類似的參考數(shù)字指示了同樣的或功能類似的元件。

以下具體的說明實際上僅是示例性的并且不意在限制本發(fā)明或應用及本發(fā)明的使用。此外，意圖不在于被呈現(xiàn)在前述技術領域、背景技術、發(fā)明內容或以下具體說明中的任意表達或暗示的理論所約束。此外，雖然以下說明針對游戲設備和用于游戲設備的控制器，但是本領域技術人員應當認識到說明同樣應用于其他觸覺反饋設備。

于此的實施方式涉及觸覺反饋系統(tǒng)的觸覺外圍設備，包括外殼、多個可變形膜和觸覺輸出設備的觸覺外圍設備布置在外殼內并耦合至多個可變形膜。觸覺輸出設備被配置為從處理器接收控制信號并被配置為相對于外殼徑向延伸可變形膜及向觸覺外圍設備的用戶提供觸覺 效果。觸覺外圍設備是可抓握設備，可抓握設備具有能夠向用戶提供唯一且高動態(tài)的非振動觸覺反饋的多個可變形膜或區(qū)域，這大大改善了虛擬現(xiàn)實和視頻游戲交互的用戶體驗的質量。在該設備中，由于定制(custom)設計的觸覺輸出設備，電機的旋轉運動可以被轉化為具有非常低的摩擦的垂直軸中的多個線性運動。于此所描述的觸覺外圍設備的優(yōu)勢包括觸覺外圍設備具有多個可變形區(qū)域或膜并且可以產生基于變形的具有200N的力的觸覺、10mm的變形和10Hz的變形帶寬。

更特別地，參考附圖，圖1是觸覺反饋系統(tǒng)100的示意性圖示，觸覺反饋系統(tǒng)100包括觸覺外圍設備102、主計算機104和顯示器106。圖2是圖1的系統(tǒng)的框圖。觸覺外圍設備102與主計算機或計算機系統(tǒng)104進行通信，主計算機或計算機系統(tǒng)104配置為在視頻或視覺顯示器106上針對用戶產生虛擬環(huán)境。主計算機104可以包括視頻游戲控制臺、移動設備或包含處理器的任意其他類型的計算機系統(tǒng)，處理器配置為在顯示器上針對用戶產生虛擬環(huán)境。如圖2的框圖所示，主計算機104包括主處理器108、存儲器110和視覺顯示器106。主計算機104執(zhí)行儲存在存儲器110中的軟件應用并由主處理器108執(zhí)行。主處理器108可以是任意類型的通用處理器，或可以是特別設計以提供觸覺效果信號的處理器。主處理器108可以是操作整個主計算機104的同一處理器，或者可以是分開的處理器。主處理器108可以決定以什么觸覺效果來向觸覺外圍設備102發(fā)送及以什么次序發(fā)送觸覺效果。存儲器110可以是任意類型的存儲設備或計算機可讀介質，諸如但不限于隨機存取存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)。存儲器110還可以位于主處理器的內部，或是內部和外部存儲器的任意組合。

主計算機104經由有線或無線裝置耦合至視覺顯示器106。視覺顯示器106可以是向用戶提供圖形化信息的任意類型的介質；該介質包括但不限于監(jiān)控器、電視屏幕、等離子體、LCD、投影儀或任意其他顯示設備。在實施方式中，如本領域已知的，主計算機104是游戲設備控制臺及視覺顯示器106是耦合至游戲設備控制臺的監(jiān)控器。在另一實施方式中，如本領域技術人員已知的，主計算機104和視覺顯示器106可以結合至單個設備。

在圖1-2所顯示的實施方式中，主計算機104通過有線或USB連接103與觸覺外圍設備102通信。然而，在其他實施方式中，觸覺外圍設備102可以使用本領域技術人員已知的其他有線通信或無線通信裝置與主計算機104通信。這可以包括但不限于串口或藍牙連接。進一步地，主計算機104可以處于云中并因而不需要有線連接或本地無線連接。

如圖2的框圖所示，觸覺外圍設備102包括經由連接103與主計算機104通信的本地處理器112、本地存儲器114和觸覺輸出設備120。在操作中，本地處理器112耦合至觸覺輸出設備120以基于來自主計算機104的高等級監(jiān)督或流命令向其提供控制信號。例如，在操作時，電壓的量級和持續(xù)時間從主計算機104流至觸覺外圍設備102，其中信息經由本地處理器112提供至觸覺輸出設備120。主計算機104可以向本地處理器112提供高等級命令，高 等級命令諸如即將由觸覺輸出設備120輸出的觸覺效果的類型(如振動、搖晃、掣動、彈出等)，借此本地處理器112向觸覺輸出設備120指示關于即將輸出的觸覺效果的特定特征(如量級、頻率、持續(xù)時間，等)。本地處理器112可以從耦合至其的本地存儲器114(如圖2的框圖所示)檢索類型、量級、頻率、持續(xù)時間或觸覺效果的其他特征。此外，與主計算機104的存儲器110類似，本地存儲器114可以是任意類型的存儲設備或計算機可讀介質，諸如但不限于隨機存取存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)。本地存儲器114還可以位于本地處理器的內部，或是內部或外部存儲器的任意組合。與主處理器108類似，本地處理器112還可以決定以什么觸覺效果來發(fā)送及以什么次序發(fā)送觸覺效果。在其另一實施方式中，觸覺外圍設備102配置為不包括本地處理器112，借此來自觸覺外圍設備102的所有輸入/輸出信號由主計算機104直接進行操作和處理。

在圖1-2的實施方式中，觸覺外圍設備102是可抓握設備(即，配置為由用戶的手或手掌抓握的設備)。進一步地，觸覺外圍設備102被配置為輸出于此將更具體描述的觸覺效果，但在本實施方式中不包括用于輸入動作或與另外與視頻游戲交互并更新如本領域已知的虛擬環(huán)境的用戶輸入元件或操縱客體(manipulandums)。然而，本領域技術人員可以認識到觸覺外圍設備102可以修改為包括一個或多個用戶元件或操縱客體。用戶輸入元件或操縱客體的移動表示用戶的輸入，該輸入允許用戶與在主計算機104上運行的軟件應用交互，軟件應用包括但不限于與第一人稱射手有關的視頻游戲、第三人稱角色交互、車輛有關的游戲或計算機仿真。用戶輸入元件或操縱客體的移動可以向主計算機104提供對應于計算機產生的圖形化對象的輸入(諸如光標或其他圖像、或主計算機104經由視覺顯示器106顯示的一些其他圖形化對象)或控制虛擬角色或游戲化身(諸如人、車輛或可以在游戲或計算機仿真中找到的一些其他實體)。進一步地，本領域技術人員可以認識到觸覺外圍設備102僅僅是觸覺外圍設備的示例性實施方式并且可以使用具有其他配置、形狀和大小的觸覺外圍設備。例如，如于此將更具體描述的，觸覺外圍設備可以是與圖13-14所示的平板計算機一起使用的手持游戲控制器或其他控制器，其他控制器諸如但不限于移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、平板電腦、計算機、游戲外圍設備和用于本領域技術人員已知的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的其他控制器。

觸覺外圍設備102包括外殼116、多個可變形膜或覆蓋物122及布置在外殼116內并耦合至多個可變形膜122的觸覺輸出設備120。觸覺輸出設備120于此將參考圖4、5和6進行更加具體的描述，而外殼116和多個可變形膜122將參考圖3和6首先進行描述。圖3是觸覺外圍設備102的透視視圖，而圖6是觸覺外圍設備102的分解透視視圖。

更特別地，在本實施方式中，外殼116包括框架138和電機殼139?？蚣?38和電機殼139相互鄰近或連續(xù)布置并耦合在一起以使得觸覺外圍設備102的外殼116是單個設備。電機殼139包裝了觸覺輸出設備120的電機124。框架138具有多個環(huán)繞固定間隔的窗口144，及每一個可變形膜122定位在框架138的多個環(huán)繞定距離間隔的窗口144的一者中。在本實 施方式中，觸覺外圍設備102包括六個可變形膜122并因而還包括框架138內的六個相應的環(huán)繞定距離間隔的窗口144。然而，如將由本領域普通技術人員理解的，觸覺外圍設備可以修改為具有較少或較大量的可變形膜。每一個可變形膜122被配置為接觸用戶并由柔性材料形成，柔性材料諸如但不限于合成橡膠，合成橡膠諸如氯丁橡膠或另外的適當?shù)木酆衔?。雖然可變形膜和相應的固定間隔窗口以圓柱形布局示出，即繞著圓柱形手柄的圓周延伸和/或形成圓柱形手柄的圓周，本領域普通技術人員應當理解的是可變形膜和相應的窗口可以繞著任何形狀或輪廓的手柄覆蓋或延伸，并因而可變形膜和相應的窗口可以包括或形成隨意彎曲的表面。陳述的另一方式，框架138不需要是圓柱形且可變形的膜并且相應的固定間隔的窗口144不需要定位在圓柱形布局中。

框架138包括第一環(huán)形基底140A、第二相對的環(huán)形基底140B和多個隔板或板條142，多個隔板或板條142在第一與第二環(huán)形基底140A、140B之間縱向延伸以形成環(huán)繞固定間隔的窗口144。雖然于此分開描述，第一和第二環(huán)形基底140A、140B和板條142可以整體形成為單個組件或結構。如在圖6的分解視圖中的最佳顯示，框架138進一步包括中心板或盤146，中心板或盤146具有于此形成的多個徑向延伸的開口或通道148。在本實施方式中，中心盤146包括與六個可變形膜122對應的六個徑向延伸的開口或通道148。中心盤146在框架138內縱向居中并耦合或附連至板條142。中心盤146被環(huán)繞定向以使得每一個通道148在其框架138的相應的窗口144內環(huán)繞居中。中心盤146還包括于此將更具體描述的用于接收觸覺輸出設備120的凸輪軸150的中心開口或通道149。外殼116進一步包括第一或頂部覆蓋板128A和第二或底部覆蓋板128B，第一或頂部覆蓋板128A和第二或底部覆蓋板128B分別鄰近框架138的第一和第二環(huán)形基底140A、140B布置并分別耦合至框架138的第一和第二環(huán)形基底140A、140B。頂部和底部覆蓋板128A、128B的功能是封閉和保護包裝在框架138內的內部組件。

現(xiàn)在將更具體地描述觸覺輸出設備120。圖4是觸覺外圍設備102的一部分的放大透視視圖，及圖5是與圖4一樣的視圖，除了外殼116的框架138和外殼116的底部覆蓋板128B以幻影顯示來示出包裝在框架138內的內部組件。觸覺輸出設備120包括電機124(參見圖6的分解視圖)、凸輪軸150、經由凸輪軸150耦合至電機124的凸輪板130、多個滾軸134及多個徑向延伸的軸或銷(pins)136。凸輪軸150的驅動端部151可操作地連接至電機124的驅動軸。電機124可以諸如采用軸耦合器126直接連接至凸輪軸150。電機124可以是向后可驅動的或雙向的。在實施方式中，電機124是DC電機，DC電機諸如可從Switzerland的Maxon電機,Ag獲得的Maxon電機模型Maxon-DCX22L 18V-10W，并且軸耦合器126是齒輪比為44的行星齒輪變速箱(planetary gearbox)(模型GPX22)。在另一實施方式中，電機124為EC最大值16的無刷5W，并且軸耦合器126是齒輪比為19的行星齒輪變速箱(GP 16A)。

凸輪板130限定了通過其的多個軌道132。最佳如圖5所示，每一個軌道132是彎曲的 開口或另外描述的是形成彎曲的或腎形的路徑或通道的開口。在本實施方式中，凸輪板130包括與觸覺外圍設備102的六個可變形膜122相應的六個軌道132。如于此將更具體描述的，凸輪板130是將旋轉運動轉化或變換為線性運動的旋轉組件或元件。每一個滾軸134可滑動定位在凸輪軸130的多個軌道132中的一者中。每一個滾軸134按大小排列以定位在凸輪板130的軌道132內并配置為在凸輪板130旋轉時沿著其各自軌道132或在其各自軌道132內來回移動。每一個徑向延伸的銷136具有附連至多個滾軸134中的一者第一端部137A和附連至可變形膜122中的一者的第二相對的端部137B。因而，徑向延伸的銷136在滾軸134與可變形膜122之間延伸。每一個徑向延伸的銷136可滑動地定位在框架138的中心盤146的多個徑向延伸的通道148中的一者內。

在操作中，電機124被配置為從主處理器108和/或本地處理器112接收控制信號并被配置為響應于控制信號進行旋轉。電機124的旋轉由于凸輪軸150而引起凸輪板130的旋轉，凸輪軸150在電機124與凸輪板130之間延伸并耦合至電機124和凸輪板130。凸輪板130一起中心轉動。在凸輪板130旋轉時，多個滾軸134在凸輪板130的軌道132內來回滑動。附連至滾軸134的多個銷136與滾珠134的移動一起徑向移動并因而附連至銷136的多個可變形膜122還與滾珠134的移動一起徑向移動。凸輪板130的旋轉因而移動多個滾軸134和多個徑向延伸的銷136從而相對于外殼116徑向延伸可變形膜122。凸輪板130因而將電機124的旋轉運動轉化或變換為徑向延伸的銷130以及附連至其上的可變形膜122的線性運動。板130的軌道132的形狀或配置因而控制或確定了滾軸134的移動，并因而被設計為引起徑向延伸的銷130和附連至其上的可變形膜122的徑向移動。在多個滾輪134在其各自軌道132內來回移動時，徑向延伸的銷130和附連至其上的可變形膜122被徑向延伸或擴展及相對于外殼116徑向收縮或縮回。

滾軸134是優(yōu)選地由低摩擦材料形成的圓柱形組件，低摩擦材料諸如但不限于不銹鋼。此外，多個軸承152定位在觸覺輸出設備120的各個位置，從而減小在電機124和凸輪板130的旋轉期間的負載。軸承152是環(huán)形的或管狀的元件，其制約了相對于僅期望的運動的運動并減小或最小化移動部件之間的摩擦。依賴于觸覺輸出設備120內的軸承152的位置，軸承可以提供移動部件的自由線性移動或圍繞固定軸的自由旋轉。

現(xiàn)在將參考圖7-8更具體地討論對觸覺外圍設備102的用戶生成變形觸覺效果的觸覺輸出設備120的操作。圖7是觸覺外圍設備102的透視視圖，其中外殼116的電機殼139和外殼116的底部覆蓋板128B以幻影顯示以示出其中的內部組件并且觸覺外圍設備102以其標稱的或非變形的狀態(tài)顯示。圖7A是圖7的端部視圖，其中外殼116的框架138出于清楚的目的未示出。類似地，圖8是觸覺外圍設備102的透視視圖，其中外殼116的電機殼139和外殼116的底部覆蓋板128B以幻影顯示以示出其中的內部組件。然而，在圖8中，觸覺外圍設備102以其擴展的或變形的狀態(tài)顯示并且可變形膜122經由觸覺輸出設備120徑向擴展或延 伸。圖8A是圖8的端部視圖，其中外殼116的框架138出于清楚的目的未示出。

主處理器108和/或本地處理器112產生引導電機124以預定速度旋轉凸輪軸150和/或旋轉至預定位置的控制信號或輸出，從而使觸覺輸出設備120引起可變形膜122的期望運動以對用戶生成觸覺反饋或效果。更特別地，觸覺反饋系統(tǒng)100包括向電機124供應電荷的電源以及觸覺反饋系統(tǒng)100還包括控制電源并因而確定所供應的電荷的量級和頻率的主處理器108和/或本地處理器112。相應地，電壓被配置為從主處理器108和/或本地處理器112接收控制信號并被配置為根據從主處理器108和/或本地處理器112所接收的控制信號向電機124供應電荷。電源可以位于觸覺外圍設備102或主計算機104內。

電機124被配置為從主處理器108和/或本地處理器112接收輸出或控制信號并以對其的響應進行旋轉。如以上所解釋的，電機124和凸輪板130的旋轉移動多個滾軸134和多個符合延伸的銷136從而相對于外殼116徑向延伸可變形膜122。凸輪130的軌道132控制或驅動滾軸134的運動，其轉而將銷136從圖7和7A的標稱的或非變形的配置推動或徑向移動至圖8和8A的擴展或變形的配置，在圖7和7A中徑向延伸的銷136完全或整體包裝在框架138的中心盤146的徑向延伸的通道148內，在圖8和8A中徑向延伸的銷136至少部分被推動或延伸在框架138的外側。附連至徑向延伸的銷136的可變形膜122類似地從圖7和7A的標稱的或非變形的配置移動至圖8和8A的擴展或變形的配置，在圖7和7A中可變形膜定位在框架138的環(huán)繞固定間隔的窗口144內并且基本上與框架138的外表面齊平(flush)，在圖8和8A中可變形膜122呈徑向固定間隔或遠離外殼138的外表面。在徑向延伸的銷136推動可變形膜122向外徑向至擴展或變形的配置，變形觸覺效果從而被供應至抓握觸覺外圍設備102的用戶的手。在徑向延伸的銷136牽拉可變形膜122向內徑向以返回至標稱的或未變形的配置時，變形觸覺效果被移動或未被應用。

因而，觸覺輸出設備120響應于來自主處理器108和/或本地處理器112的控制信號生成相對于框架138移動可變形膜122的力，借此向觸覺外圍設備102的用戶提供觸覺效果。觸覺效果，即可變形膜122的變形，可以考慮是變形觸覺效果。如于此所使用的，“變形”觸覺效果包括可變形膜打彎、變形或另外移動的效果，從而得到用戶感覺到的變形觸覺效果。于此實施方式生成的變形觸覺效果由用戶感覺到，因為可變形膜與用戶直接接觸。變形觸覺效果的示例包括經由連同虛擬按鈕按壓或虛擬元件之間的碰撞一起的單個相對大的變形的搖晃或經由連同屏幕上虛擬元件的移動一起的多個相對小的變形的振動，或其他類型的屏幕移動。針對變形觸覺效果的示例，用戶可以戴著虛擬現(xiàn)實眼鏡并玩視頻游戲，即棒球，同時持有配備有于此所描述的觸覺輸出設備與用于提供可變形反饋的多個可變形膜的棒球棒。用戶每一次“擊打”球，可變形膜徑向擴展并將力應用于用戶的手，從而用戶感覺到棒球棒的哪一部分“擊打”球。在另一示例中，用戶玩視頻游戲，諸如配備有于此所描述的觸覺輸出設備與用于提供可變形反饋的多個可變形膜的具有Razer Hydra的Call of Duty。用戶每一次牽拉觸 發(fā)器，可變形膜徑向擴展并快速將力應用于用戶的手。變形觸覺效果的另外示例包括心跳(heatbeat)觸覺效果和/或呼吸(breathing)觸覺效果，在心跳觸覺效果中可變形膜的變形在量級和頻率上跟隨心跳信號的模式，在呼吸觸覺效果中可變形膜的變形跟隨在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中在你的手上呼吸小的活體動物的模式。這種觸覺反饋或效果考慮到觸覺反饋系統(tǒng)100的用戶的更直觀、吸引和自然的經歷并因而用戶與觸覺反饋系統(tǒng)100之間的交互通過觸覺效果提供的可觸知的反饋而被大大增強。

雖然觸覺外圍設備102與接近觸覺輸出設備120布置或與觸覺輸出設備120串聯(lián)布置的電機124一起示出，但是于此的實施方式不限于該配置。在于此的另一實施方式中，觸覺外圍設備的電機布置在觸覺輸出設備內，從而減小觸覺外圍設備的大小并使觸覺外圍設備盡可能緊湊。例如，如圖9所示，現(xiàn)實了具有外殼916的觸覺外圍設備902的示意性示圖。外殼916包括與以上所描述的框架138類似的框架938。觸覺外圍設備902還包括與可變形膜122類似的多個可變形膜或覆蓋物922和布置在框架938內并耦合至多個可變形膜922的觸覺輸出設備920。觸覺輸出設備920類似觸覺輸出設備120來操作并包括電機924、凸輪軸950、經由凸輪軸950耦合至電機924的凸輪板930、多個滾軸934和多個徑向延伸的軸或銷936。與接近觸覺輸出設備布置或與觸覺輸出設備串聯(lián)布置相對，電機924布置在框架938內，從而不需要分開的電機殼。觸覺外圍設備902包括用于保持和防護框架938內同心的電機924的固定物954和多個徑向延伸的軸或銷936。固定物954具有于框架138類似的結構，與框架138怎樣封裝多個徑向延伸的銷136類似，其中固定物954封裝了多個徑向延伸的軸或銷。

在于此的另一實施方式中，觸覺輸出設備可以被修改以使得可變形膜單獨可驅使，即，每一個可變形膜被配置為獨立或分開變形或延伸。例如，如圖10所示，顯示了具有觸覺輸出設備120的觸覺外圍設備1002的示意性圖示。觸覺外圍設備1002還包括與可變形膜122類似的多個可變形膜或覆蓋物1022和耦合至多個可變形膜1022的觸覺輸出設備1020。與觸覺輸出設備120類似，觸覺輸出設備120包括電機1024、凸輪軸1050、經由凸輪軸1050耦合至電機1024的凸輪板1030、多個滾軸1034和多個徑向延伸的軸或銷1036。電機1024可以諸如用軸耦合器1026直接連接至凸輪軸1050。雖然觸覺外圍設備1002的框架出于清楚的目的未示出，圖10中顯示了于此形成的用于接收多個徑向延伸的軸或銷1036的具有多個徑向延伸的開口或通道的中心板或板的盤1046。與凸輪板130類似，凸輪板130通過其限定了多個軌道1032。最佳如圖10A所示，每一個軌道1032是彎曲的開口或另外描述的是形成彎曲的或腎形的路徑或通道的開口。每一個滾軸1034耦合至繼電器或螺線管1035，每一個繼電器1035被配置為有選擇地接合或脫離其各自滾軸1034，以使得滾軸1034有選擇地位于凸輪板1030的多個軌道1032中的一者內。在滾軸1034經由其繼電器1035而被接合，滾軸被定位至其軌道1032中并且其各自的可變形膜1022可以變形或徑向延伸。相反，在滾軸1034經由其繼電器1035而被脫離，滾軸不被定位至其軌道1032中并且其各自的可變形膜1022可以 不變形或徑向延伸。因而，在凸輪板1030內側接合或脫離多個滾軸1034的多個繼電器1035使得觸覺輸出設備1020具有多個獨立可驅使變形區(qū)域。在實施方式中，繼電器1035是在Ledex品牌下在市場上可得到的線性螺線管，其他繼電器1035可替換地可以是定制設計的。

在以上實施方式中，凸輪板和滾軸可以認為是在電機與多個徑向延伸的銷之間延伸的轉化器并用于將電機的旋轉運動轉化為應用于徑向延伸的銷的線性運動。更特別地，轉化器將電機的旋轉運動轉化為線性運動以移動多個徑向延伸的銷，從而相對于外殼徑向延伸可變形膜并向觸覺外圍設備的用戶提供觸覺效果。圖11和圖12每一者根據于此的實施方式示出了具有轉化器的實施方式，轉化器用于將電機的旋轉運動轉化為應用于徑向延伸銷的線性運動。

更特別地，在圖11的實施方式中，滾珠螺桿1172和多個彎曲部分1170用于將電機的旋轉運動轉化為多個徑向延伸的銷1136的線性運動。觸覺輸出設備1120包括電機1124、滾珠螺桿1172、多個彎曲部分1170和多個徑向延伸的軸或銷1136。電機1124可以諸如用軸耦合器1126直接連接至滾珠螺桿1172。滾珠螺桿1172在市場上可得到并且是機械線性致動器，機械線性致動器經由螺紋軸將旋轉運動轉變?yōu)榫哂行〉哪Σ恋木€性運動，螺紋軸為用作精密螺桿的滾珠軸承提供了螺旋形的滾道。每一個彎曲部分1170是桿或軸組件，桿或軸組件具有耦合或附連至在其間移動的滾珠螺桿1172的第一端部1186及固定并附連至框架1138的第二或相對的端部1188，框架1138被配置為由用戶持有在其手中。在圖11上的一個或多個端部1188的固定由參考數(shù)字1184表示，及一個或多個第二端部1188在觸覺輸出設備1120的操作期間不移動。徑向延伸的銷1136在中間點1182沿著彎曲部分的長度附連至每一個彎曲部分1170，以使得相對于外殼徑向延伸可變形膜1122(在圖11中未示出)。在實施方式中，中間點1182接近彎曲部分1170的長度的中部或中心。

在電機124的操作期間，滾珠螺桿1172如方向箭頭1174和1178所指示的來回移動。在滾珠螺桿1172如方向箭頭1174所指示的移動遠離電機1124時，每一個彎曲部分的相對端部1186、1188之間的距離減小或減少并且彎曲部分1170向外徑向打彎或彎成弓形，以使得中間點1182向外徑向延伸，從而徑向延伸多個徑向延伸的銷和附連至其的可變形膜。在滾珠螺桿1172如方向箭頭1178所指示的向電機1124移動時，相對的端部1186、1188之間的距離增加并且彎曲部分1170徑向向內拉直或打彎，以使得中間點1182向內徑向延伸，從而徑向收縮多個徑向延伸的銷和附連至其的可變形膜。同樣地，在本實施方式中，將電機的旋轉運動轉化為線性運動的轉化器是滾珠螺桿1172和多個彎曲部分1170。電機1124被配置為響應于來自主處理器和/或本地處理器的控制信號而相對于外殼旋轉滾珠螺桿1172，并且滾珠螺桿1172的旋轉移動多個彎曲部分1170和多個徑向延伸的銷1136，從而如以上所描述的相對于外殼徑向延伸可變形膜。

在圖12的實施方式中，滾珠螺桿1272和多個彎曲部分1290用于將電機的旋轉運動轉化為多個可變形膜1222的線性運動。觸覺輸出設備120包括電機1224、滾珠螺桿1272、多個 彎曲部分1290和多個徑向延伸的軸或銷1236。電機1224可以諸如用軸耦合器1226直接連接至滾珠螺桿1272。與滾珠螺桿1172類似，滾珠螺桿1272在市場上可得到并且是機械線性致動器，機械線性致動器經由螺紋軸將旋轉運動轉變?yōu)榫哂行〉哪Σ恋木€性運動，螺紋軸為用作精密螺桿的滾珠軸承提供了螺旋形的滾道。在本實施方式中，水平或第一線性導軌1296自滾珠螺桿1172延伸并且垂直或第二線性導軌1298垂直于第一線性導軌1296延伸。每一個彎曲部分1290包括兩個聯(lián)接，在頂點或鉸鏈1295結合在一起的第一聯(lián)接1294和第二聯(lián)接1296。第一和第二聯(lián)接1294、1296滑動布置在第一和第二線性導軌1296、1298上，并且第一聯(lián)接1294的第一端部1293滑動布置在第一導軌1296上、第二聯(lián)接1292的第一端部1297滑動布置在第一導軌1296上并與第一聯(lián)接1294的第一端部1293固定間隔及頂點或鉸鏈1295滑動布置在第二聯(lián)接1298上。

在電機1224的操作期間，滾珠螺桿1272如方向箭頭1274和1278所指示的來回移動。第一聯(lián)接1294的一個或多個第一端部1293耦合至在其間移動的滾珠螺桿1272。在滾珠螺桿1272如方向箭頭1274所指示的移動遠離電機1224時，一個或多個聯(lián)接1290的一個或多個鉸鏈1295如方向箭頭1276所指示的徑向向外移動，從而徑向延伸多個徑向延伸的銷1236和附連至其的可變形膜1222。換種方式來描述，如圖12的幻影所示，在滾珠螺桿1272如方向箭頭127所指示的移動遠離電機124時，第一和第二聯(lián)接1294、1292的第一和第二端部1293、1297由于彎曲部分1290的對稱性分別相互相對移動或更靠近在一起。在滾珠螺桿1272如方向箭頭1278所指示的向著電機1224移動時，一個或多個聯(lián)接1290的一個或多個鉸鏈1295如方向箭頭1280所指示的向內徑向移動，從而徑向收縮多個徑向延伸的銷1236和附連至其的可變形膜1222。彎曲部分1290將沿著水平或第一線性導軌1296的滾珠螺桿1272的水平移動轉化為沿著垂直或第二線性導軌1298的垂直移動，從而徑向延伸和收縮多個徑向延伸的銷1236和附連至其的可變形膜1222。同樣地，在本實施方式中，將電機的旋轉運動轉化為線性運動的轉化器是滾珠螺桿1272和多個彎曲1290。電機1224被配置為響應于來自主處理器和/或本地處理器的控制信號而相對于外殼旋轉滾珠螺桿1272，并且滾珠螺桿1272的旋轉移動或滑動多個彎曲部分1290和多個徑向延伸的銷1236，從而如以上所描述的相對于外殼徑向延伸可變形膜1222。

如以上所陳述的，觸覺外圍設備102僅是觸覺外圍設備的示例性實施方式并且可以使用具有其他配置、形狀和大小的觸覺外圍設備。本領域技術人員應當認識到觸覺外圍設備102可以結合至各個類型的控制器，包括但不限于如現(xiàn)實生活對象(諸如網球拍、高爾夫球桿、棒球棒等)成型的或其他形狀的可抓握控制器。此外，圖13-14示出了于此的另一實施方式，其中觸覺外圍設備是可以與平板計算機1304一起使用的游戲平板控制器1302。平板計算機1304可以特別設計用于游戲活動，諸如從Razer Inc.得到，或者可以是已知的并可在市場上得到的平板計算機，諸如和Galaxy游戲平板控 制器1302包括配置為接收平板計算機1304和手柄1362、1364的對接部分1360，手柄1362、1364具有布置在其上的用戶輸入元件以用于用戶控制平板計算機1304上的游戲。對接部分1360將游戲平板控制器1302連接至平板計算機1304，以使得用戶在手柄1362、1364上的諸如按壓按鈕、移動游戲桿、按壓觸發(fā)器等的動作引起在平板計算機1304上玩的游戲上的動作。觸覺外圍設備1302的手柄1362、1364成型為容易容納由用左手的用戶或用右手的用戶緊握設備的兩只手，并且觸覺輸出設備1320和可變形膜1322在用戶的手或手掌一般位于的位置結合至手柄1362、1364，以向用戶提供變形觸覺效果。觸覺輸出設備1320類似于以上縮描述的觸覺輸出設備120，并且可變形膜1322類似于以上所描述的可變形膜122。

手柄1362、1364包括在控制器上發(fā)現(xiàn)的典型的用戶輸入元件。用戶輸入元件將相對于手柄1364進行描述。然而，本領域技術人員應當認識到相同或類似的用戶輸入元件可以在手柄1362上使用。特別地，手柄1364包括游戲桿1340、按鈕1342和觸發(fā)器1346。如可以在圖13中所看到的并且本領域技術人員已知的，這些用戶輸入元件中的每一者的多于一者可以包括在每一個手柄1362、1364上。進一步地，手柄1364包括附連至其上的一般的或隆隆響的觸覺輸出設備1318以用于向游戲平板控制器1302提供如以上關于一般的或隆隆響的觸覺輸出設備1318所描述的一般的或隆隆響的觸覺效果。

圖14根據實施方式示出了圖13的游戲平板控制器的框圖。如圖14所示，游戲平板控制器1302包括本地處理器1312，本地處理器1312經由對接部分1360與平板計算機1304通信。諸如有線或無線連接的其他連接可以代替對接部分1360使用。在本實施方式中的平板計算機1304包括顯示屏幕。游戲平板控制器1302可替換地被配置為不包括本地處理器1302，從而平板計算機1304直接操作和處理來自游戲平板控制器1302的所有輸入/輸出信號。

本地處理器1312耦合至游戲桿1340、按鈕1342和觸發(fā)器1346，還耦合至位置傳感器1341、1343和1347，位置傳感器1341、1343和1347可以分別耦合至游戲桿1340、按鈕1342和觸發(fā)器1346。圖14的框圖顯示了游戲桿1340、按鈕1342和觸發(fā)器1346中的每一者中的一(1)個。然而，本領域技術人員應當理解如以上所描述的可以使用多個游戲桿、按鈕和觸發(fā)器以及其他用戶輸入元件。作為目標的致動器或觸覺輸出設備1350、1352、1356分別耦合至游戲桿1340、按鈕1342和觸發(fā)器1346。作為目標的觸覺輸出設備1350、1352、1356和一般的觸覺輸出設備1330還耦合至本地處理器1312，本地處理器1312基于來自平板計算機1304的高等級監(jiān)督或流命令向觸覺輸出設備1350、1352、1356、1330提供控制信號。在流實施方式中，電壓量級和持續(xù)時間流至游戲平板控制器1302，其中信息由平板計算機1304提供給致動器。在操作中，平板計算機1304可以提供高等級命令至本地處理器1312，諸如即將由一個或多個所選擇的致動器輸出的觸覺效果的類型(如，振動、搖晃、掣動、彈出等)，借此本地處理器1312向致動器指示關于即將輸出(如，量級、頻率、持續(xù)時間等)的觸覺效果的特定特征。本地處理器1312可以從耦合至本地處理器1312的存儲器1314檢索觸覺效果的類型、量級、頻率、持續(xù)時間或其他特征。在如視頻、音頻和觸覺的多個形態(tài)同時接合時， 觸覺效果向用戶提供陷入游戲的更深的意識。

除了圖13-14的平板配置之外，如以上所描述的可變形膜和耦合至其的觸覺輸出設備可以在用戶的手或手指一般所位于的位置結合至任意類型的觸覺外圍設備以向用戶提供變形觸覺效果。此外，如以上所描述的可變形膜和耦合至其的觸覺輸出設備可以結合至可穿戴外圍設備以向用戶的身體提供變形觸覺效果。可變形膜的比例和相對尺寸將依賴于應用變化，即依賴于可變形膜是否被配置為接觸用戶的手指、用戶的手掌或用戶身體的不同部分。

雖然以上已經根據本發(fā)明描述了各個實施方式，但是應當理解的是這些實施方式通過僅通過示出和示例的方式而非限制的方式表示。對相關領域技術人員顯而易見的是形式和細節(jié)的各種改變可以在不背離本發(fā)明的思想和范圍的情況下在其中進行。例如，觸覺外圍設備102可以被修改為包括除了觸覺輸出設備120之外的一般的觸覺輸出設備，一般的觸覺輸出設備位于外殼116內并配置為向用戶提供除了觸覺輸出設備120所提供的變形觸覺效果之外的振動觸覺效果。如本領域普通技術人員所理解的，一般的觸覺輸出設備用來向觸覺外圍設備的整個外殼提供一般的或隆隆響的觸覺反饋。一般的觸覺輸出設備被配置為從主處理器108和/或本地處理器112接收第二控制信號并響應于第二控制信號向外殼116輸出第二觸覺效果。一般的觸覺輸出設備基于來自主計算機104的高等級監(jiān)督或流命令從主處理器108和/或本地處理器112接收控制信號。例如，在操作中時，電壓等級和持續(xù)時間從主計算機104流至觸覺外圍設備102，其中信息經由本地處理器112提供至一般的觸覺輸出設備。主計算機104可以通過一般的觸覺輸出設備向本地處理器112提供高等級命令，諸如即將輸出的觸覺效果的類型(如，振動、搖晃、掣動、彈出等)，借此本地處理器112指示一般的觸覺輸出設備關于即將輸出的觸覺效果的特定特征(如，量級、頻率、持續(xù)時間，等)。一般的觸覺輸出設備可以包括電磁電機、由電機移動的偏心質量的偏心旋轉質量(“ERM”)致動器、附連至彈簧的質量被來回驅動的線性共振致動器(“LRA”)、可觸知振動致動器、其他合適類型的致動設備。一般的觸覺輸出設備被實施為慣性致動器以向用戶提供可觸知振動反饋。因而，觸覺輸出設備120向用戶提供各種變形觸覺效果或感覺，這里的各種變形觸覺效果或感覺獨立于由一般的觸覺輸出設備生成的一般的或隆隆響的觸覺反饋且對由一般的觸覺輸出設備生成的一般的或隆隆響的觸覺反饋進行補償。

因而，本發(fā)明的幅度和范圍應當不限于任何以上所描述的示意性實施方式，但應當僅根據所附權利要求及其等價方案進行限定。還應當理解的是于此所討論的每一個實施方式的每一個特性和于此所陳述的每一個參考每一個特性可以結合任何其他實施方式的特性使用。于此所討論的所有專利和公開的全部通過引用的方式結合于此。