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觸覺通信系統、方法和設備.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480028080.X

申請日:

2014.03.06

公開號:

CN105210010A

公開日:

2015.12.30

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):G06F 3/01申請公布日:20151230|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 3/01申請日:20140306|||公開
IPC分類號: G06F3/01 主分類號: G06F3/01
申請人: 霍蘭德哈普蒂克斯公司
發明人: 弗雷德里克·弗朗索瓦·佩特里格納尼
地址: 荷蘭代爾夫特
優先權: 2013.03.14 NL 1040096
專利代理機構: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262 代理人: 周靖;鄭霞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480028080.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.09.28|||2016.04.13|||2015.12.30

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種觸覺通信系統,包括連接至計算機網絡的兩個觸覺輸入/輸出設備,所述觸覺輸入/輸出設備每個包括:在外殼中的至少一個致動器,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向上移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件被設置成以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動;其中計算機軟件被設置成使用所述兩個設備中的兩個相應的致動器的相對壓力、相對位置和當前相對位置與至少在先前的間隔確定的相對位置之間的差值來計算外表面的兩個下一個相對位置,每個下一個相對位置用于所述致動器中的一個,且將所述下一個相對位置傳送至相應的致動器;且其中所述致動器被設置成將所述外表面立即移動至所計算并傳送的下一個相對位置。

權利要求書

權利要求書
1.  一種觸覺通信系統,其包括:計算機網絡,該計算機網絡包括具有處理單元的至少一臺計算機;和在不同位置連接至所述計算機網絡的兩個觸覺輸入/輸出設備;以及設置成在所述計算機處理單元上運行的計算機軟件,所述觸覺輸入/輸出設備每個包括:
外殼,其被設置成以穩固的方式放置在平坦的表面上;
至少一個致動器,其在所述外殼中,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件被設置成以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動;
所述致動器設置有被布置成以所述預定的間隔連續地確定在所述外表面上的相對壓力的裝置,且所述致動器設置有連續地確定所述外表面的相對位置的裝置,以及被布置成以所述預定的間隔將所述相對壓力和所述相對位置連續地傳送至所述計算機處理單元的裝置;
其中所述計算機軟件被設置成使用所述兩個設備中的兩個相應的致動器的所述相對壓力、所述相對位置和當前相對位置與至少在先前的間隔確定的相對位置之間的差值來計算外表面的兩個下一個相對位置,每個下一個相對位置用于所述致動器中的一個,且將所述下一個相對位置傳送至相應的致動器;
并且其中所述致動器被設置成將所述外表面立即移動至所計算并傳送的下一個相對位置。

2.  根據權利要求1所述的觸覺通信系統,其中所述致動器包括在所述托架與所述觸摸構件之間的彈性元件,例如彈簧,使得所述托架與所述外表面之間的距離能夠通過在所述外表面上施加力變得更短。

3.  根據權利要求1或權利要求2所述的觸覺通信系統,其中所述托架被安裝在允許往復直線運動的支撐件中。

4.  根據權利要求3所述的觸覺通信系統,其中所述致動器的電機是旋轉步進電機,其中所述電機的軸借助于旋轉臂被連接至所述往復托架。

5.  根據前述權利要求中任一項所述的觸覺通信系統,其中所述觸覺輸入/輸出設備是基本上相同的且每個設備包括多個所述致動器,其中所述軟件被設置為在一個設備中的每一個致動器與在另一個設備中的相應的致動器之間傳送所述壓力和位置參數。

6.  根據權利要求5所述的觸覺通信系統,其中所述觸覺輸入/輸出設備具有便于完全支撐平均成年人手的尺寸,其中所述多個致動器被設置成使得所述致動器的所述外表面在基本上平坦的表面中延伸并且能夠同時支撐所述手的所有不同部分,所述手的所有不同部分是至少所述手的五個手指中的每個和手掌,且其中所述托架被設置成垂直于所述基本上平坦的表面往復運動。

7.  根據權利要求6所述的觸覺通信系統,其中所述手的所述不同部分是沿所述手的五個手指中的每個的長度的至少兩個位置以及沿所述手的手掌的長度的至少兩個位置。

8.  根據前述權利要求中任一項所述的觸覺通信系統,其中所述多個致動器的所述外表面被一層柔性膜例如橡膠膜覆蓋。

9.  根據前述權利要求中任一項所述的觸覺通信系統,其中所述計算機軟件被設置成計算所述外表面的所述兩個下一個相對位置,使得如果在所述致動器中的一個中確定沒有壓力,且在相應的致動器中確定有壓力,則所述兩個致動器根據確定的壓力被移動至兩個相反的極端位置,且其中如果在兩個致動器中差不多相等的壓力被確定,則所述兩個致動器兩者以一速率移動至中央位置,該速率考慮到在當前相對位置與在先前的間隔確定的相對位置之間的所述差值以及在先前的間隔確定的壓力,使得操作設備的用戶經歷流暢自然的感覺運動和壓力,猶如他們的兩只手處于相互的身體接觸。

10.  根據前述權利要求中任一項所述的觸覺通信系統,其中所述軟件被設置成通過“時域被動控制”算法計算所述兩個下一個相對位置。

11.  根據前述權利要求中任一項所述的觸覺通信系統,其中所述預定的間隔少于50ms,優選地少于15ms,更優選地少于5ms。

12.  一種觸覺輸入/輸出設備,包括:
外殼,其被設置成以穩固的方式放置在平坦的表面上;
至少一個致動器,其在所述外殼中,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向上移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件被設置成以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動;
所述致動器設置有被布置成以所述預定的間隔連續地確定所述外表面上的相對壓力的裝置,且所述致動器設置有連續地確定所述外表面的相對位置的裝置,以及被布置為以所述預定的間隔將所述相對壓力和所述相對位置連續地傳送至計算機處理單元的裝置;
并且其中所述致動器被設置成將所述外表面立即移動至所計算并傳送的下一個相對位置。

13.  一種用于在兩人之間傳送觸覺感的方法,所述方法使用觸覺通信系統,所述觸覺通信系統包括:計算機網絡,所述計算機網絡包括具有處理單元的至少一臺計算機;和在不同的位置連接至所述計算機網絡的兩個觸覺輸入/輸出設備;以及在所述計算機處理單元上運行的計算機軟件,所述觸覺輸入/輸出設備每個包括:
外殼,其以穩固的方式被放置在平坦的表面上;
至少一個致動器,其在所述外殼中,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向上移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動并且能夠在所述觸摸表面上施加壓力以移動所述觸摸構件;
所述致動器設置有以所述預定的間隔連續地確定在所述外表面上的相對壓力的裝置,且所述致動器設置有連續地確定所述外表面的相對位置的裝置,以及以所述預定的間隔將所述相對壓力和所述相對位置連續地傳 送至所述計算機處理單元的裝置;
其中所述計算機軟件使用所述兩個設備中的兩個相應的致動器的所述相對壓力、所述相對位置和當前相對位置與至少在先前的間隔確定的相對位置之間的差值來計算外表面的兩個下一個相對位置,每個下一個相對位置用于所述致動器中的一個,且將所述下一個相對位置傳送至相應的致動器;
并且其中所述致動器將所述外表面立即移動至所計算并傳送的下一個相對位置。

14.  一種計算機軟件程序,其被設置成執行根據權利要求13所述的方法。

15.  一種根據前述權利要求中任一項所述的觸覺輸入/輸出設備,其與被設置為執行根據權利要求13所述的方法的計算機軟件程序結合。

說明書

說明書觸覺通信系統、方法和設備
本發明涉及觸覺通信系統。觸覺通信系統是能夠通過交互的表面來傳送觸摸感的系統,包括兩個彼此通信的設備。該表面的操作通過在每個設備中的移動所述表面的至少一個致動器以及在所述表面上施加壓力的兩個用戶(每個設備上一個用戶)來實現。
本發明的目的在于成本效益高的和/或可靠的系統,該系統給予用戶盡可能自然的觸覺感知體驗。
根據本發明,該系統包括:計算機網絡,該計算機網絡包括具有處理單元的至少一臺計算機;和在不同位置連接至所述計算機網絡的兩個觸覺輸入/輸出設備;以及設置成在所述計算機處理單元上運行的計算機軟件,所述觸覺輸入/輸出設備每個包括:設置成以穩固的方式放置在平坦的表面上的外殼;在所述外殼中的至少一個致動器,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向上移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件被設置成以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動;所述致動器設置有布置成以所述預定的間隔連續地確定所述外表面上的相對壓力的裝置,且所述致動器設置有連續地確定所述外表面的相對位置的裝置,以及被布置成以所述預定的間隔將所述相對壓力和所述相對位置連續地傳送至所述計算機處理單元的裝置;其中所述計算機軟件被設置成使用所述兩個設備中的兩個相應的致動器的所述相對壓力、所述相對位置和當前相對位置與至少在先前的間隔確定的相對位置之間的差值來計算外表面的兩個下一個相對位置,每個下一個相對位置用于所述致動器中的一個,且將所述下一個相對位置傳送至相應的致動器;且其中所述致動器被設置成將所述外表面立即移動至所計算和傳送的下一個相對位置。
所述致動器優選地包括在所述托架與所述觸摸構件之間的彈性元件,例如彈簧,使得所述托架與所述外表面之間的距離能夠通過在所述外表面上施加力變得更短。
優選地,所述托架被安裝在允許往復直線運動的支撐件中。所述致動器的電機優選地是旋轉步進電機,其中所述電機的軸借助于旋轉臂被連接至所述往復托架。
優選地,所述觸覺輸入/輸出設備是基本上相同的且每個設備包括多個所述致動器,其中所述軟件被設置為在一個設備中的每一個致動器與在另一個設備中的相應的致動器之間傳送所述壓力和位置參數。
在優選的實施方案中,所述觸覺輸入/輸出設備具有便于完全支撐平均成年人手的尺寸,其中所述多個致動器被設置成使得所述致動器的所述外表面在基本上平坦的表面中延伸并且能夠同時支撐所述手的所有不同部分,所述手的所有不同部分是至少所述手的五個手指中的每個和手掌,且其中所述托架被設置成垂直于所述基本上平坦的表面往復運動。優選地,所述手的所述不同部分是沿五個手指中的每個的長度的至少兩個位置以及沿所述手的手掌的長度的至少兩個位置。
所述多個致動器的所述外表面被一層柔性膜(例如,橡膠膜)覆蓋。
所述計算機軟件優選被設置成計算所述外表面的所述兩個下一個相對位置,使得如果在所述致動器中的一個中確定沒有壓力,而在相應的致動器中確定有壓力,則所述兩個致動器根據確定的壓力被移動至兩個相反的極端位置,且其中如果在兩個致動器中差不多相等的壓力被確定,則兩個致動器兩者以一定的速率移動至中央位置,該速率考慮到在當前相對位置與在先前的間隔確定的相對位置之間的所述差值以及在先前的間隔確定的壓力,使得操作設備的用戶經歷流暢自然的感覺運動和壓力,猶如他們的兩只手處于相互的身體接觸。
在優選的實施方案中,所述軟件被設置成通過“時域被動控制”算法計算所述兩個下一個相對位置。用于觸覺接口的這樣的“時域被動控制”算法在美國專利申請公開US2002/0062177A1中被詳細地描述和解釋,該專利 通過引用并入本文中。該文件教導技術人員該軟件是如何通過以上提到的輸入參數計算致動器的位置,以實現致動器的所需要的動作。在本發明的方法中,在所述公布中討論的速率參數通過在當前相對位置與在先前的間隔確定的相對位置之間的差值被表示,如托架的速率可以通過在它們的位置的增量差值除以間隔的持續時間來表示。因此軟件程序不需要設置成實際上計算速率。然而,如果軟件程序實際上計算速率并使用這些速率以計算兩個下一個相對位置,則這應該被認為是使用在當前相對位置和至少在先前的間隔被確定的相對位置之間的差值作為輸入參數這一特征的等同特征。
可選擇地,為了再進一步改善該觸覺通信系統的自然感覺,將計算機程序設置成使得兩個相應的致動器的相鄰的致動器的所確定的壓力、相對位置和在當前相對位置與至少在先前的間隔確定的相對位置之間的差值也同樣被所述計算機軟件程序利用以計算兩個相應的致動器的下一個相對位置是可能的。
該系統的預定的間隔優選地少于50ms,更加優選地少于15ms,再更加優選地少于5ms。間隔越短,系統反應越流暢。可能的間隔很大程度上取決于使用的處理單元的處理能力。
此外本發明涉及一種觸覺輸入/輸出設備,其包括:被設置成以穩固的方式放置在平坦的表面上的外殼;在所述外殼中的至少一個致動器,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向上移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件被設置成以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動;所述致動器設置有被布置成以所述預定的間隔連續地確定所述外表面上的相對壓力的裝置,且所述致動器設置有連續地確定所述外表面的相對位置的裝置,以及被布置成用于以所述預定的間隔將所述相對壓力和所述相對位置連續地傳送至計算機處理單元的裝置;且其中所述致動器被設置成將所述外表面立即移動至所計算并傳送的下一個相對位置。
而且本發明涉及一種在兩人之間傳送觸覺感的方法,其使用觸覺通信 系統,該觸覺通信系統包括:計算機網絡,該計算機網絡包括具有處理單元的至少一臺計算機;和在不同的位置連接至所述計算機網絡的兩個觸覺輸入/輸出設備;以及在所述計算機處理單元上運行的計算機軟件,所述觸覺輸入/輸出設備每個包括:以穩固的方式被放置在平坦的表面上的外殼;在所述外殼中的至少一個致動器,其中所述致動器包括電機、被所述電機在所述至少兩個相反的方向上移動的托架和具有外表面的觸摸構件,所述觸摸構件以預定的間隔相對于所述外殼在至少兩個相反的方向上移動,使得用戶能夠通過觸摸所述外表面感覺所述運動,且用戶能夠在所述觸摸表面上施加壓力以移動所述觸摸構件;所述致動器設置有以所述預定的間隔連續地確定在所述外表面上的相對壓力的裝置,且所述致動器設置有連續地確定所述外表面的相對位置的裝置,以及以所述預定的間隔將所述相對壓力和所述相對位置連續地傳送至所述計算機處理單元的裝置;其中所述計算機軟件使用所述兩個設備中的兩個相應的致動器的所述相對壓力、所述相對位置和當前相對位置與至少在先前的間隔確定的相對位置之間的差值來計算外表面的兩個下一個相對位置,每個下一個相對位置用于所述致動器中的一個,且將所述下一個相對位置傳送至相應的致動器;且其中所述致動器將所述外表面立即移動至所計算并傳送的下一個相對位置。
本發明還涉及一種被設置成執行該方法的計算機軟件程序,以及涉及與這樣的計算機軟件程序結合的觸覺輸入/輸出設備。
現在,本發明將參考附圖通過優選的實施方案被描述,其中:
圖1是在本發明的系統中使用的觸覺設備的透視圖;
圖2是圖1的觸覺設備中的致動器從上方看的示意性布置圖;
圖3是圖1的設備的透視分解圖;
圖4是在圖1的觸覺設備中使用的致動器的透視分解圖;
圖5是圖4的致動器的透視剖面圖;
圖6至圖11是當在根據本發明的系統中操作時,在不同的操作情況下在圖1的兩個觸覺設備中的成對的相應致動器的剖視圖;和
圖12是根據本發明的系統的示意圖。
根據圖1和圖3,觸覺設備包括外殼,外殼包括塑料底部殼體1,其能夠穩固地放置在平臺上。殼體1設置有用于多個致動器3的保持件2。外殼還包括蓋4,蓋4被放置在底部殼體1的頂部,且蓋4通過密封圈5被緊固至底部殼體1。蓋4的頂部表面6由柔性橡膠片材制成,柔性橡膠片材坐落在致動器3的頂部表面上。
蓋4的形狀和尺寸被設計成容易地將大多數成年人的手容納在其上。如附圖2所示,致動器3以這樣的方式被放置在底部殼體1中:對于平均的成年人的手7,五個手指中的每一個的外端部通過一個相應的致動器3支撐,五個手指中的每一個的中央部分通過一個相應的致動器3支撐,鄰近手腕的手掌部分通過兩個相應的(相互連接的)致動器3支撐,且鄰近手指的手掌部分通過兩個相應的(相互連接的)致動器3支撐。對于兒童的手8,至少一個致動器3將支撐每個手指。兩個額外的致動器3被放置在殼體1的右側上,能夠支撐左手的拇指,使得該設備既適合于左撇子的人也適合于右撇子的人。
如附圖4和附圖5所示,每個致動器3包括步進電機9、托架10和觸摸構件11。托架10能夠在它們相應的保持件2中上下移動。觸摸構件11借助于螺釘14被安裝在軸13上,該軸13能夠在托架10中的通孔內上下移動。在朝上的方向,所述運動被螺釘15的頭部限制。螺旋彈簧12被放置在托架10的頂部表面和觸摸構件11的底部表面之間。電機9具有伸出的從動軸16,臂17被安裝在從動軸16上,使得臂17能夠以小的步進上下運動。臂17的外端部可滑動地安裝在托架10的側壁中的槽18中。在電機內有壓力傳感器,壓力傳感器能夠確定通過軸16施加的力,且軸16的旋轉位置也被確定,且兩個確定的值能夠被傳送至個人電腦21,例如在附圖12中示出的那些。
圖6至圖11通過兩個觸覺設備的成對致動器3的彈簧12的相對位置和壓縮狀態的不同的例子示出該觸覺通信系統的工作原理。
在圖6中,在左致動器和右致動器兩者中均沒有感應到壓力。左致動器和右致動器兩者的托架被保持就位(或者可以被移動至作為起始位置的最低位置以便使用)。兩個致動器的彈簧是未壓縮的。
在附圖7中,在左致動器和右致動器兩者中均感應到最大壓力。左致動器和右致動器兩者的托架被送到最高位置。兩個致動器的彈簧示出最大壓縮。
在附圖8中,在左致動器中沒有感應到壓力,而在右傳感器中感應到最大壓力。左致動器的托架被送至最高位置且右致動器的托架被送至最低位置。左致動器的彈簧是未壓縮的,右致動器的彈簧示出最大壓縮。
在附圖9中,在左致動器和右致動器兩者中等同的中等的壓力被感應。左致動器和右致動器兩者的托架被保持在相同的位置。兩個致動器的彈簧示出中等的壓縮。
在圖10中,在左致動器中中等的壓力被感應,且在右傳感器中最大的壓力被感應。左致動器的托架被送到高(但不是最高)的位置,且右致動器的托架被送到低(但不是最低)的位置。左致動器的彈簧示出中等的壓縮,右致動器的彈簧示出最大壓縮。
在附圖11中,在左致動器中最大可允許的壓力被感應,且在右傳感器中大于最大可允許的傳感器被感應。左致動器的托架被緩慢地送至最低位置,且右致動器的托架被緩慢地送至最高位置。兩個彈簧均示出最大壓縮。
根據本發明,致動器的反應(以托架10的位置和在所述位置的變化速率表示)不僅取決于瞬時位置和在致動器中感應的壓力,而且取決于位置的變化速率(通過使用與先前確定的位置的差值),由此能夠達到非常自然的感覺觸摸反應,其中運動的沖擊可以被考慮。用于實現所要求的這樣的反應的指令被提供在美國專利申請公開US2002/0062177A1中,該專利通過引用并入本文中。
附圖12示出本發明的系統,其中兩臺個人電腦21通過因特網20連接,且如在上文中描述的,每臺個人電腦被連接至觸覺設備100。
本發明因此借助于優選的實施方案已經被描述。然而,應理解該公開 只是說明性的。該結構和功能的不同的細節被呈現,但是能夠理解,在通過表述所附權利要求而使用的術語的一般的意思所延伸的整個范圍上,對其做出的改變在本發明的原理內。描述和附圖應當被用于解釋權利要求。權利要求不應該被解釋為意味著所尋求的保護范圍被理解為通過在權利要求中使用的措辭的嚴格的、字面的意思界定的意思,描述和附圖僅為了解決在權利要求中發現的歧義而使用。為了確定權利要求所尋求的保護范圍,應考慮等同于其中所指明的元素的任何元素。

關 鍵 詞:
觸覺 通信 系統 方法 設備
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