專(zhuān)利名稱(chēng)：軟件的運(yùn)動(dòng)感應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及構(gòu)成傳感器的軟件控制設(shè)備，該傳感器感應(yīng)使用者部分身體的運(yùn)動(dòng)。
該控制設(shè)備通常包括再現(xiàn)控制或?qū)蛟?一個(gè)操縱桿、一個(gè)方向盤(pán)、控制踏板)的單元和被固定到使用者身體(如、手臂或頭部)的單元并且被設(shè)計(jì)成感應(yīng)運(yùn)動(dòng)且盡可能少地阻礙運(yùn)動(dòng)。
因此，文件US 5229 756提出一個(gè)裝有外殼的操縱模擬器，其中使用者裝備有分別固定于一個(gè)套上的肘彎傳感器以測(cè)量肘的彎曲角度并提供表示所述角度的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)接著被轉(zhuǎn)換成用于存儲(chǔ)和處理的數(shù)字信號(hào)。
這種類(lèi)型的裝置有一個(gè)主要的缺點(diǎn)。
由傳感器提供的信號(hào)必須由一個(gè)轉(zhuǎn)換器并借助一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)處理，二者都需要較大的計(jì)算和存儲(chǔ)容量。
實(shí)際上，帶有硬件和特殊設(shè)計(jì)的軟件的這種類(lèi)型的裝置由于這個(gè)傳感器內(nèi)在的高要求，僅被用于這樣一種用途。
本發(fā)明的主要目的是要提供一種裝置，它適于將使用者肢體的位置或位移轉(zhuǎn)換成明顯地表示所述位置或位移的控制信號(hào)，而需要很小的計(jì)算和存儲(chǔ)容量。
本發(fā)明的次要目的是要提供使用移動(dòng)傳感器的這樣一種裝置，它制造簡(jiǎn)單且成本低廉。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將使用者至少一個(gè)關(guān)節(jié)的移動(dòng)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)提供給一臺(tái)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目的，該系統(tǒng)包括戴在關(guān)節(jié)上的一個(gè)套和固定于該套上的一個(gè)移動(dòng)傳感器，該裝置的特征在于傳感器是一個(gè)通/斷傳感器并直接感受套壁的移動(dòng)。
本裝置使它能夠借助家用型游戲操縱臺(tái)或借助一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)應(yīng)用身體移動(dòng)傳感器，例如運(yùn)行現(xiàn)有的視頻游戲。
本發(fā)明的其它目的，特性和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)閱讀下面給出的詳細(xì)說(shuō)明參照附圖，將變得很清楚，其中

圖1是本發(fā)明沒(méi)有使用者的裝置圖；圖2表示安裝在使用者身上的相同裝置；圖3表示構(gòu)成本發(fā)明最佳實(shí)施例的一個(gè)游戲手持裝置；圖4表示連接到本發(fā)明肘移動(dòng)傳感器的這樣一種游戲手持裝置；圖5表示在本發(fā)明的另一個(gè)變型中的一個(gè)開(kāi)關(guān)移動(dòng)傳感器；圖6表示構(gòu)成本發(fā)明另一個(gè)變型的，氣壓操作的一個(gè)肘移動(dòng)傳感器；圖7表示在一個(gè)詳細(xì)的前視圖中本發(fā)明的裝置；圖8是表示用于圖7裝置的中央處理器模塊運(yùn)行的框圖；圖9是表示由用于圖7和圖8裝置的一個(gè)移動(dòng)傳感器和一個(gè)控制手持裝置所構(gòu)成的兩部分單元的操作圖；圖10是表示圖7和圖8裝置膝移動(dòng)傳感器的操作圖。
圖1的裝置為星型結(jié)構(gòu)，它具有一個(gè)由預(yù)處理器模塊10構(gòu)成的中心和由載有移動(dòng)傳感器20d、20g、40d和40g連線構(gòu)成的四個(gè)分支。
在這種情況下，移動(dòng)傳感器對(duì)膝彎曲40g、40d和肘彎曲20g、20d敏感。
各包括一個(gè)肘彎傳感器20d和20g的二個(gè)分支越過(guò)傳感器延伸到裝有按鈕35g、35d板的控制手持裝置30d、30g。
如在圖2中所能見(jiàn)到的，當(dāng)使用者將模塊10戴在腹部時(shí)，隨著在肘傳感器20g、20d和實(shí)際上沿前臂延伸的手持裝置30g、30d之間的連接，連線延使用者的手臂和大腿到達(dá)傳感器，以便盡可能少地影響使用者的移動(dòng)。
當(dāng)彎曲傳感器20g、20d、40g、40d或按鈕35g、35d被啟動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的信號(hào)從這些元件被傳送到模塊10。模塊10隨后處理這些信號(hào)，此后它經(jīng)過(guò)一個(gè)輸出連接15將處理的信號(hào)發(fā)送到一臺(tái)計(jì)算機(jī)(未表示)并且以計(jì)算機(jī)可接受的格式發(fā)送它們。
各個(gè)彎曲傳感器被安裝在穿戴于上述關(guān)節(jié)周?chē)能浱?1d、21g、41d、41g上。該套只不過(guò)由布帶構(gòu)成。
在圖4中，可以看到套21d自肘部圍繞上臂和前臂伸向兩邊(而對(duì)于膝部，套圍繞大腿和小腿伸展)。
該套具有在關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的部分。尤其，在肘的另一側(cè)，它具有二個(gè)根據(jù)使用者彎曲還是伸直手臂而彼此相向移動(dòng)或分開(kāi)的內(nèi)表面。
通過(guò)在所述二個(gè)表面的至少一個(gè)表面上放置移動(dòng)傳感器來(lái)利用這個(gè)特性。
在圖4中，一個(gè)霍爾效應(yīng)磁性傳感器的二個(gè)元件部分被放在這二個(gè)表面上，即在前臂內(nèi)表面上的小磁體22和在二頭肌內(nèi)表面上對(duì)所述磁體敏感的接收部分23。
接收部分23包括確定二個(gè)回路的三根導(dǎo)線，第一回路開(kāi)或閉取決于磁體22是分別接近還是遠(yuǎn)離接收部分23，而相反在第二回路閉或開(kāi)取決于磁體22是接近還是遠(yuǎn)離該部分23。
在本實(shí)施例中，具有二根導(dǎo)線的連接25d將這二個(gè)回路中一個(gè)的終端連接到模塊10。
根據(jù)肘部彎曲與否，電信號(hào)在電路和連接25d內(nèi)流動(dòng)或不流動(dòng)。
在一個(gè)變型中，連接25d具有二個(gè)連接到其它回路的附加導(dǎo)線，以因此提供補(bǔ)充信息。
本磁移動(dòng)傳感器因此根據(jù)關(guān)節(jié)是彎曲還是直的提供正的或零信號(hào)。
因此在一個(gè)給定的例子中，關(guān)節(jié)的位置決定信號(hào)值，而不管在那個(gè)例子中關(guān)節(jié)是靜止的還是移動(dòng)的。
在一個(gè)變型中，采用了根據(jù)關(guān)節(jié)移動(dòng)的方向而不是根據(jù)它的實(shí)際位置提供通/斷信號(hào)的移動(dòng)傳感器。
當(dāng)關(guān)節(jié)被彎曲時(shí)，傳感器開(kāi)始第一狀態(tài)，而當(dāng)關(guān)節(jié)被伸直時(shí)，傳感器開(kāi)始第二狀態(tài)，與關(guān)節(jié)伸展的角度無(wú)關(guān)。
利用由移動(dòng)傳感器提供的通斷信息，有可能檢驗(yàn)彎曲移動(dòng)或伸直移動(dòng)(如格斗游戲中的一擊或一踢)或者甚至檢驗(yàn)伸展或彎曲位置(如，對(duì)應(yīng)于虛擬行動(dòng)者的姿態(tài)，按動(dòng)按鈕35d和35g引起行動(dòng)者的位移或跳躍)。
在一個(gè)變型中，在圖5中所示的移動(dòng)傳感器包括，在關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)表面上在一側(cè)的機(jī)械控制開(kāi)關(guān)123，此時(shí)具有一個(gè)桿，和在另一側(cè)從前臂伸出的一件泡沫122，開(kāi)關(guān)123通過(guò)相對(duì)所述那件泡沫122進(jìn)入貼合而被啟動(dòng)。
在這種情況下，開(kāi)關(guān)由一個(gè)桿(一個(gè)桿操作的微動(dòng)開(kāi)關(guān))機(jī)械控制，但是它同樣可以由一個(gè)輪或由一個(gè)叉所控制。
在圖6所示的傳感器變型中，一個(gè)空氣包220d被放在肘彎內(nèi)，并在被壓縮時(shí)其中的壓力增加。
一個(gè)開(kāi)關(guān)230接近包220d被固定于套21d上，而且具有伸到包220d的控制指235并在增加的壓力的作用下像一個(gè)活塞一樣被驅(qū)動(dòng)。
包220d有益地具有讓空氣從包中排出的開(kāi)口225，以避免阻礙彎曲運(yùn)動(dòng)，這些開(kāi)口很小，在空氣被排除時(shí)足以保持足夠的額定壓力。
因此檢測(cè)器對(duì)壓力的突然增加，即肘的彎曲狀態(tài)是靈敏的。
開(kāi)關(guān)230可以由常用的氣壓傳感器代替并且包也可以被制成密閉式的或充氣的。
其它的通/斷傳感器可以利用關(guān)節(jié)的移動(dòng)，例如壓力傳感器、縱向位移傳感器或徑向位移傳感器。運(yùn)動(dòng)傳感器可以是無(wú)源的，即它們需要供給它們外部能量以便指示關(guān)節(jié)的開(kāi)或閉位置(或者關(guān)節(jié)在給定的方向運(yùn)動(dòng)的情況)，或者它們可以是無(wú)源的，即不需要它們自己的電源。
在手持裝置30g、30d中的按鈕35d、35g位于手持裝置的頂部以便適于由大拇指啟動(dòng)，如通常用于游戲控制臺(tái)的控制操縱桿。
在這種情況下，導(dǎo)線連接如圖4所示被用于組合來(lái)自手持裝置30d的導(dǎo)線26d和來(lái)自肘傳感器20d的導(dǎo)線，這組導(dǎo)線以連接27d的形式從前臂延伸到模塊10。
圖7、8和9表示在上述情況下用于模塊10和傳感器及手持裝置之間各種電連接的最佳分布，其中傳感器20g、20d、40g和40d都分別由開(kāi)關(guān)28g、28d、48g、48d所構(gòu)成。
在這種情況下各手持裝置30g和30d包括各對(duì)應(yīng)于一個(gè)各自的開(kāi)關(guān)31g、32g、33g、34g的四個(gè)按鈕。
一個(gè)串聯(lián)連接50g互連模塊10、肘傳感器20g、和手持裝置30g(對(duì)于膝部是60g)。借助于這個(gè)連接，模塊10向傳感器20g及手持裝置30g提供一個(gè)非零電位。這個(gè)電位被提供給肘部開(kāi)關(guān)20g的某一個(gè)終端和在手持裝置30g中各個(gè)開(kāi)關(guān)的某一終端。
這五個(gè)開(kāi)關(guān)中每個(gè)開(kāi)關(guān)相對(duì)的終端經(jīng)由各自的連接51g、52g、53g、54g或55g被連接到模塊10，并且模塊檢測(cè)連接是否恢復(fù)到該電位。
在一個(gè)理想的布置中，從手持裝置30g返回的四個(gè)連接和相對(duì)應(yīng)電源連接50g被組合到一個(gè)絕緣套26g，它有二個(gè)分支從手持裝置30g延伸到傳感器20g的附近，其中一個(gè)分支被連接到包括連接50g的一個(gè)去線和一個(gè)回線的傳感器20，而其中另一個(gè)分支組合電源和用于手持裝置30g和用于傳感器20g二者的返回連接。
如在圖8和9中所示，模塊10具有二個(gè)用于開(kāi)始視頻游戲，用于移動(dòng)游戲菜單和用于重置軟件的按鈕E1和E2。
模塊10利用來(lái)自各種傳感器和按鈕通/斷信息，并且用適于位于連接15另一端的計(jì)算機(jī)的格式校準(zhǔn)它。
模塊10自身包括用于在來(lái)自傳感器的信號(hào)上執(zhí)行數(shù)字預(yù)處理，及用于將它們轉(zhuǎn)換成適于由外部計(jì)算機(jī)使用的數(shù)據(jù)的一個(gè)計(jì)算機(jī)。
在此情況下，外部計(jì)算機(jī)是一臺(tái)游戲操縱臺(tái)，而從模塊10輸出的數(shù)據(jù)作用于通常連接到操縱桿的操縱臺(tái)輸入端，即一組設(shè)計(jì)成接收通/斷信號(hào)的觸點(diǎn)。
為此，這個(gè)裝置提供一種與從傳統(tǒng)操縱桿或按鈕控制獲得的信號(hào)具有相同格式的信號(hào)。
在這種情況下由模塊10完成的處理特別簡(jiǎn)單，并且僅在于將零或非零信號(hào)轉(zhuǎn)換成類(lèi)似于從常用操縱桿輸出端獲得的邏輯電平的預(yù)定形式數(shù)字邏輯電平。
在一種變型中，模塊10包括一臺(tái)已編程的計(jì)算機(jī)，以將由傳感器提供的通/斷信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一臺(tái)給定的外部計(jì)算機(jī)特別編碼的信息，并且用根據(jù)該裝置連接的外部計(jì)算機(jī)能選擇的各種方式完成這個(gè)處理。
在本最佳實(shí)施例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)單元(未表示)在適當(dāng)處理后通過(guò)將它們作用于機(jī)械重放元件，如適于人體的氣動(dòng)元件，產(chǎn)生被發(fā)送到相適應(yīng)的模塊10的信號(hào)，以便發(fā)送到模塊10的控制信號(hào)被轉(zhuǎn)換成作用于使用者身體的物理信號(hào)(一種雙反饋類(lèi)型)。
因此，在此情況下，模塊10和手持裝置30g和30d被安裝有由電馬達(dá)振動(dòng)所旋轉(zhuǎn)的不平衡重量，以便表示某種武器的爆炸或射擊。其它類(lèi)型的重放(虛擬真實(shí)頭盔、耳機(jī)、復(fù)原鎧裝、振動(dòng)座位或箱等)也可以被采用。
當(dāng)然，多數(shù)的變型可以由熟練的技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)被提供。
比如，傳感器20g、20d、40g、40d和模塊10之間的連接可以是無(wú)線連接。
模塊10可以被放在使用者某些其它部位，如放在臀部，或者確實(shí)可以放在使用者的側(cè)面。同樣，本發(fā)明的系統(tǒng)和外部計(jì)算機(jī)單元之間的連接可以借助于無(wú)線連接。
移動(dòng)傳感器可以被放在除了肘或膝以外的關(guān)節(jié)上，如放在肩上用于探測(cè)出整個(gè)手臂位置的傳感器或者放在臀部用于探測(cè)出整條腿的位置的傳感器。
在一個(gè)變型中，本發(fā)明的系統(tǒng)具有用于驗(yàn)測(cè)出使用者腳的移動(dòng)的附加傳感器，如裝在踝關(guān)節(jié)上以便檢測(cè)出一端的拉伸動(dòng)作。在格斗視頻游戲中，伸出一踢的動(dòng)作可能產(chǎn)生如虛擬的行動(dòng)者跳躍。
有益地，本發(fā)明的系統(tǒng)具有以包括包含觸點(diǎn)的泡沫的地板墊形式附加的傳感器，使得它能檢測(cè)出使用者足部的移動(dòng)(如向前移動(dòng)一腳的動(dòng)作)，并將這些移動(dòng)轉(zhuǎn)換成虛擬的移動(dòng)。在格斗視頻游戲中，在身體前面移動(dòng)一足的動(dòng)作可能產(chǎn)生如虛擬行動(dòng)者向前移動(dòng)。
外部數(shù)字處理單元不必是一臺(tái)計(jì)算機(jī)或控制臺(tái)，比如它可能是在視頻游戲廳中看到的那種全套視頻游戲機(jī)，它可能是相互作用的終端等，而使用者帶著他們自己的本發(fā)明系統(tǒng)并把它們直接連接到外部處理器單元。
本發(fā)明的裝置然后同樣可以被用在使用者家中，在視頻游戲廳、酒吧、機(jī)場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)、或者在其它任何場(chǎng)合，因?yàn)楸景l(fā)明的系統(tǒng)易于運(yùn)輸，并需要的不比能接收和使用由本發(fā)明的系統(tǒng)所確定信號(hào)的外部處理單元更多，其信號(hào)與由用于外部處理單元的常用控制或操作桿所確定的信號(hào)類(lèi)型相同。
對(duì)于其本發(fā)明系統(tǒng)是合適的軟件類(lèi)型包括很寬的選擇范圍，并取決于當(dāng)時(shí)的需要，使用者可以從這個(gè)寬的范圍選擇特別滿足使用者要求的選項(xiàng)。
因此，盡管下列清單并非窮舉，本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于格斗游戲的軟件、用于模擬普通體育項(xiàng)目的軟件(籃球、足球、高爾夫、滑雪等)，用于學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)的軟件(體操、游泳、有氧運(yùn)動(dòng)、拳擊、競(jìng)賽、和在一組鼓的使用中的訓(xùn)練等)、視頻會(huì)議軟件，和包括經(jīng)過(guò)因特網(wǎng)(賦予活力的體現(xiàn))更常見(jiàn)的遠(yuǎn)程存在軟件，等。
本發(fā)明的系統(tǒng)有益地包括能使在模塊10和外部處理單元之間的各種連接裝置適于與各種微計(jì)算機(jī)、操縱臺(tái)和在游戲廳中要找到的那種類(lèi)型集成視頻游戲機(jī)連接的適配器。
將模塊10連接到外部處理器的輸入/輸出裝置，根據(jù)在其上運(yùn)行軟件的數(shù)字處理器的類(lèi)型和構(gòu)成連接的類(lèi)型被采用，如通過(guò)“操縱桿”類(lèi)型或按鈕(“墊”)類(lèi)型或其它類(lèi)型的連接。
模塊10也具有用于調(diào)節(jié)由移動(dòng)傳感器提供的信號(hào)靈敏度、和用于對(duì)這樣的傳感器給出特殊功能的裝置。
這個(gè)裝置可以與現(xiàn)有的軟件一起被使用，因?yàn)樵谧罴褜?shí)施例中由裝置輸出的信號(hào)與通常應(yīng)用的操縱桿輸出的信號(hào)相同，并且輸入到本發(fā)明系統(tǒng)的信號(hào)以類(lèi)似于目前借助某些操縱桿和感覺(jué)模擬器處理的方式的一種方式被處理。
應(yīng)該看到，在所述的例子中，普通操縱桿的所有標(biāo)準(zhǔn)功能都在本發(fā)明的系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)。
該系統(tǒng)也可以與將來(lái)的軟件一起被使用，(由于它與現(xiàn)有操縱桿的兼容性)相信在知識(shí)上將可能廣泛應(yīng)用，而盡管如此借助于本發(fā)明的裝置正在提供新的應(yīng)用模式，或者可以與專(zhuān)為本發(fā)明系統(tǒng)的軟件一起被使用(如用于家庭體操的軟件，其中使用者的移動(dòng)由軟件或者確實(shí)能使使用者感受虛擬的軟件所檢出、量化和評(píng)價(jià))。
本系統(tǒng)小巧而易于運(yùn)輸。
權(quán)利要求
1.一種用于將使用者至少一個(gè)關(guān)節(jié)的移動(dòng)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于穿戴在關(guān)節(jié)上的一個(gè)套(21d、21g、41d、41g)和固定于該套上一個(gè)移動(dòng)傳感器(20d、20g、40d、40g)，該裝置的特征在于該傳感器(20d、20g、40d、40g)是一通/斷傳感器并直接感受套(21d、21g、41d、41g)壁的移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于傳感器(20d、20g、40d、40g)被設(shè)計(jì)成放置和固定于關(guān)節(jié)的凹部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于該傳感器包括放在關(guān)節(jié)一側(cè)的磁探測(cè)器(23d)和可由探測(cè)器(23d)檢測(cè)并放在關(guān)節(jié)另一側(cè)一個(gè)件(22d)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于該傳感器包括一個(gè)空氣包(220d)和對(duì)所述空氣包(210d)中明顯的壓力增加敏感的傳感器(23d)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于該傳感器(20d、20g、40d、40g)包括一個(gè)放在關(guān)節(jié)第一側(cè)的機(jī)械控制開(kāi)關(guān)(123d)，和用于放在關(guān)節(jié)相對(duì)一側(cè)并設(shè)計(jì)構(gòu)成與所述機(jī)械控制開(kāi)關(guān)(123d)鄰接的伸出部件(122d)。
6.如前面的權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于傳感器(20d、20g、40d、40g)被設(shè)計(jì)放在使用者的肩部。
7.如前面的權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于傳感器(20d、20g、40d、40g)被設(shè)計(jì)放在使用者的臀部。
8.如前面的權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于傳感器(20d、20g、40d、40g)被設(shè)計(jì)放在使用者的踝關(guān)節(jié)。
9.如前面的權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于它包括在計(jì)算機(jī)的控制下用于在使用者的部分身體施加機(jī)械作用的機(jī)械部件(10、30d、30g)。
10.如前面的權(quán)利要求中任一要求所述的裝置，其特征在于它包括適于將由傳感器(20d、20g、40d、40g)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可由計(jì)算機(jī)使用的信號(hào)的一個(gè)處理器模塊(10)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于將使用者至少一個(gè)關(guān)節(jié)的移動(dòng)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括用于穿在關(guān)節(jié)上的一個(gè)套(21d、21g、41d、41g)和固定于套的一個(gè)移動(dòng)傳感器(20d、20g、40d、40g),該裝置的特征在于該傳感器(20d、20g、40d、40g)是一個(gè)通/斷傳感器并直接受套(21d、21g、41d、41g)壁移動(dòng)的制約。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1332865SQ9981507
公開(kāi)日2002年1月23日 申請(qǐng)日期1999年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月3日
發(fā)明者弗雷德里克·尼古拉斯, 法比安·赫曼德, 簡(jiǎn)·博納爾 申請(qǐng)人:弗雷德里克·尼古拉斯, 法比安·赫曼德, 簡(jiǎn)·博納爾