用于游戏的反馈装置的制作方法

专利名称：用于游戏的反馈装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于游戏的反馈装置，特别涉及向用户提供电刺激(electro-stimulation)的用于游戏的反馈装置。
背景技术：
诸如计算机和计算机游戏控制台之类的许多电子设备具有用于向用户提供与计 算机游戏中的事件有关的物理反馈的部件。提供这样的反馈的一种方式是通过经由手持控 制器或操纵杆的振动。另一方式是经由作为对用户对控制器的移动的阻力的反馈的“力量 反馈”。对此的例子在方向盘控制器中，其中方向盘抵抗转动或者摆脱控制。为了增加计算机游戏对于用户的真实性，已经提议以肌肉刺激(muse 1 e stimulation)的形式向用户提供反馈。在权利属于MichaelCharles Cooke的美国 2004/229702中描述了一种这样的系统。作为对刺激肌肉的替换，已知有刺激神经(这随后刺激肌肉)的设备。一种这样 的设备是经皮神经电刺激(TENS)设备，并且已知用于医疗应用中。然而，在经适当训练的人可接受在实验室或医疗设施中操作TENS设备(或者向身 体提供某些形式的电刺激的类似设备)的同时，将认识到家庭计算机或者计算机游戏控制 台的用户对于这样的设备的误用(无论是有意还是无意)可能是危险和有害的。

发明内容
因此，本发明的目的是提供用于游戏的反馈装置，其提供电刺激并且其中降低了 误用设备的风险。根据本发明的第一方面，提供了一种用于游戏的反馈装置，该反馈装置包括至少 一个电极，用于附连到反馈装置的用户；以及控制单元，用于经由该至少一个电极测量用户 的至少一个生理特性；用于基于所测量的至少一个生理特性来确定对于预定的电刺激信号 电平、该至少一个电极是否已经正确附连到用户；以及如果确定该至少一个电极已经正确 附连到用户，则响应于来自游戏的输出经由该至少一个电极向用户提供处于预定电平的电 刺激信号。根据本发明的第二方面，提供了包括如上所述的反馈装置的计算机。根据本发明的第三方面，提供了包括如上所述的反馈装置的计算机游戏控制台。根据本发明的第四方面，提供了用于计算机或者计算机游戏控制台的用户接口， 该用户接口包括如上所述的反馈装置。根据本发明的第五方面，提供了一种操作用于游戏的反馈装置的方法，该反馈装 置具有用于将电刺激信号施加到该装置的用户的至少一个电极，该方法包括使用附连到 用户的该至少一个电极测量反馈装置的用户的至少一个生理特性；基于所测量的用户的至 少一个生理特性来确定对于预定的电刺激信号电平、该至少一个电极是否已经正确附连到 用户；以及如果确定该至少一个电极已经正确附连到用户，则允许响应于来自游戏的输出来经由至少一个电极将处于预定电平的电刺激信号施加到用户。 根据本发明的第六方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于使得处 理器执行如上所述的方法的代码。


现在将参考以下附图，仅通过例子方式来描述本发明，附图中图1示出根据本发明的在由用户使用的反馈装置；图2是根据本发明的第一实施例的反馈装置的框图；图3是图示根据本发明的方法的流程图；以及图4是根据本发明的第二实施例的反馈装置的框图。
具体实施例方式现在将参考提供对用户身体中的神经的电刺激的反馈装置(特别是包括TENS设 备的装置)来描述本发明，但是将认识到，本发明还可以具体应用于电流前庭刺激，或者应 用于直接向用户的肌肉、或者诸如隔膜、声带、眼睛或前庭器官之类的其他功能性组织提供 电刺激的装置。另外，尽管以下将把本发明作为计算机游戏的反馈装置来描述，但是将认识到， 本发明可以应用于其中可以使用电刺激来向用户提供反馈的任意类型的游戏或娱乐应用 (电子器件、计算机等)。如上所述，用户对包括TENS设备的反馈装置的误用(无论是有意还是无意)可能 是危险和有害的。这样的误用可以包括将用于向用户施加电刺激的电极放置在用户身体上 的不适当位置处，或者放在不适当的对象上。例如，如果电极被放在用户身体上以使得施加 的电流经过包括诸如心脏之类的重要器官的身体区域，则施加的电流会干扰心脏的正常运 作，这会具有严重后果。接下来，根据电极所附连到用户身体上的位置确定电极或者电极组与用户的“正 确”附连，以及要经由电极施加到用户的电刺激信号的强度。例如，尽管当将电极或电极对附连到相对的胳膊并且电刺激信号处于第一强度时 该电极或电极对可以“正确地”附连到用户，但是如果电刺激信号处于比第一强度高得多的 第二强度，这些电极将是“不正确地”附连，并且施加处于第二强度的信号对于用户可能是 不安全或者危险的。但是，如果电极“正确地”附连到用户，即如果它们被附连到同一胳膊， 则施加处于第二强度的电刺激信号可能是安全的。如果电极中的一个或多个没有附连到用 户，则也可以认为电极“不正确地”附连。因此，一个或多个电极与用户的“正确”附连是要施加的电刺激信号的强度以及一 个或多个电极在用户上的位置或相对位置两者的函数。因此，一个或多个电极与用户的“不 正确”附连表明对于要施加的电刺激信号的强度，一个或多个电极已经以不适当位置位于 用户上。 图1示出了用户2和计算机游戏控制台4。计算机游戏控制台4具有控制器6，该 控制器6包括允许用户2与控制台4交互的多个按钮或者控制。控制器6可以包括如上所 述的传统的振动或者力量反馈功能。
还提供了经由电缆9连接到控制台4的反馈装置8。反馈装置8可以使用任意类 型的有线连接(包括USB或者FireWire (火线))或者任意类型的无线连接而连接到控制 台4。反馈装置8包括附连到用户2的一个胳膊的电极对或者电极阵列10a、10b。在此 图示中，电极10a、10b已经正确地放置在用户2上，因为给定强度的电刺激电流将经过该胳 膊的一短段长度。但是，如果电极10被放在每个胳膊上，则该电流将需要经过胸腔，这会是 危险的。如果电极10中的一个或这两个被放在胸腔上或者胸腔附近，会发生同样的问题。图2示出了根据本发明的第一实施例的反馈装置8。反馈装置8包括用于将装置8经由电缆9连接到控制台4的输入/连接端口 12。装置8还包括电极10a、IOb连接到其 中的电极端口 14。尽管此图中示出了两个电极10，但是将认识到，可以提供任意数量的电极10(例 如对于每个胳膊或者每个肢体可以有一对电极10)。反馈装置还包括控制单元15，该控制单元15包括在处理器18的控制下将所需信 号提供给电极10的电刺激模块16。处理器18连接到输入/连接端口 12，其通过该输入/ 连接端口 12接收来自控制台4或者与要提供给用户的反馈有关的其他电子设备的输出。装置8的控制单元15还包括生理特性测量模块20，其连接到电极端口 14和处理 器18。生理特性测量模块20通过电极10的一个或多个来测量用户的至少一个生理特性。 取决于被测量的生理特性，模块20可以使用(一个或多个)电极10直接或者经由与(一 个或多个)电极10集成地形成的专用传感器(未示出)来测量该特性。处理器18接收至少一个生理特性的测量并确定电极10是否已经正确地附连到用 户2。该确定可以通过将测量与预定阈值或者值的预定范围(取决于被测量的特性)进行 比较来实行。图3图示了操作反馈装置8的方法。在步骤101，将一个或多个电极10附连到用 户2。电极10可以经由导电介质(比如导电粘合剂)直接与用户电接触。可替换地，可以 使用例如条状物或带状物将电极10按压在用户上。在后一情况下，薄的空气绝缘层可以将 电极10与用户分离，但是仍然认为电极是附连的，这是因为仍然能够在电极和用户之间传 输较高频率的AC电信号。在此阶段，电极10可以位于用户2上的任何位置，因此装置8需 要确定经由(一个或多个)电极施加电刺激信号是否安全。在步骤103，使用(一个或多个)电极10通过生理特性测量模块20测量用户的至 少一个生理特性。在步骤105，确定(一个或多个)电极10是否已经正确地附连到用户2 (例如，确 定电极是否连接经过心脏)。该确定是基于步骤103中对至少一个生理特性的测量。在一 个实施例中，该确定还考虑了要施加到用户的电刺激信号的强度。如果确定(一个或多个)电极10已经正确地附连到用户2，则方法转到步骤107， 在步骤107中，允许经由(一个或多个)电极10施加电刺激信号。这些信号将通过电刺激 模块16响应于来自控制台4上的计算机游戏的适当输出而产生。如果确定一个或多个电极10不正确地附连到用户2，则方法转到步骤109，在步骤 109中，阻止或衰减经由一个或多个电极(10)施加电刺激信号。由于电极的定位与电刺激 信号强度之间的关系，则对电刺激信号的强度的衰减会导致认为电极被“正确地”放置(假如衰减的信号强度适合于电极的位置的话)。该方法确保了如果电极不正确地附连到用户2，则将停止施加电刺激信号，或者其 强度将显著降低，以使得认为电极被正确放置。因此，消除了对用户有害或伤害的风险。生理特性测量模块20可以测量用户2的任何适当的生理特性，包括来自心脏的心 电图(ECG)信号或者使用脑电图描记器(EEG)的脑电波模式。因此，使用这些特性，可以检 测(一个或多个)电极10是否已经以可能会影响心脏或大脑的方式附连到用户2。在本发明的一个实施例中，生理特性测量模块20适于使用电极10来测量来自用 户的心电图信号。具体地，模块20试图检测ECG信号(其是直观的，因为ECG信号完全具 有特性形式)，并且如果检测到，则测量所检测的信号的强度。如果没有检测到ECG信号，或者如果检测的信号具有在预定阈值以下的强度(如 由处理器18确定)，则处理器18使能电刺激模块16，以使得当从计算机游戏控制台4接收 到适当的输出时，经由电极10将电刺激信号提供给用户2。如果检测到ECG信号并且其强度在预定阈值以上(如由处理器18确定)，则处理器18停用电刺激模块16，以使得响应于来自计算机游戏控制台4的适当输出而不产生电刺 激信号，或者响应于来自计算机游戏控制台4的输出而衰减由模块16产生的电刺激信号的 强度。在此情况下，预定阈值指示电极是否被放置得太靠近或者经过心脏(这使得测量的 ECG信号更强)。如果超过了预定阈值，则处理器18可以向用户2提供警告消息，以指示对于给定 的电刺激信号强度，电极10还未被正确附连。可以通过在装置8上的显示器或者通过在与 计算机游戏控制台4关联的显示器上的弹出消息来提供该警告消息。警告消息可以进一步 提供与电极10的适当定位相关的可视建议。如果在接收到警告后允许对用户2继续电刺 激，则将显著地降低电刺激信号的强度(即电流、电压、能量和/或功率)以避免伤害用户 2。在本发明的一个实施例中，生理特性测量模块20可以就在每次施加电刺激信号 之前(即每次从计算机游戏接收到适当的输出时)测量至少一个特性，以便确保电极10在 游戏中还未被重新放置。然而，在施加电刺激信号之前进行测量可能在刺激中引入相对于产生对电刺激信 号的需要的游戏中的动作的延迟(或游戏本身中的延迟)。因此，在本发明的替换实施例 中，模块20运作为在不需要电刺激信号的每个瞬间测量至少一个特性。因此，当从计算机 游戏接收到适当的输出时，最近的特性测量已经可用，并且处理器18可以迅速确定是否可 以施加电刺激信号。但是，如果存在一起紧密地施加许多电刺激信号的时段，则可能不能维持最新的 特性测量。在此情况下，处理器18可以被编程为在预定间隔后暂停(halt)施加信号，使得 可以由模块20进行特性测量。在进一步的实施例中，可以为电极10提供另外的感测部件，其可以检测电极10是 否脱离用户2，这优选地利用权利属于本申请人的WO 2006/092766中描述的所谓“零功率 开始检测器”。在此情况下，可以仅在检测到电极10已经脱离用户2的情况下实行进一步 的特性测量。图4示出了根据本发明的第二实施例的反馈装置。在此图中，反馈装置8与图2所示的相对应，并且具有连接到生理特性测量模块20的一组生理特性测量传感器22 (22a, 22b)。在此实施例中，用于向用户2施加电刺激信号的电极10再次用于测量用户2的至少一个生理特性。另外，传感器22或者用于测量用户2的相同的至少一个生理特性，或者 用于测量进一步的、优选为相关的、但是来自身体的不同部分的生理特性，以便为处理器18 提供参考测量。例如，在测量的生理特性是ECG信号的情况下，可以将传感器22a、22b放置在用户 2上的适当位置处用于监视ECG信号。使用这些传感器22获得的测量用作处理器18的参 考信号，并且可以用于确定由电极10a、10b测量的信号的最大安全强度。因此，如果由电极 10a、IOb测量的ECG信号的强度在由传感器22a、22b (其应该位于靠近心脏处)测量的信号 的特定范围内，则可以确定电极10a、IOb太靠近心脏，并且应该停用电刺激模块16，或者衰 减所产生的电刺激信号。可替换地，或者另外，传感器22和电极10可以测量其定时基于电极/传感器在用 户2的身体上的位置而变化的生理特性。例如，电极/传感器可以测量用户的脉搏或者心 跳频率，如随着血液输送过身体而由血压变化而定义的那样。在此情况下，由传感器22对 在心脏附近的特定脉搏的测量与由电极10对肢体中的该相同脉搏的测量之间的时间差可 以指示电极10是否已经被放置为具有距心脏的符合距离。这种类型的替换或者附加测量通过最初或者随后将电极放在非生命体上而防止 对安全特征的危害。如上所述，可以由(一个或多个)电极和/或(一个或多个)传感器22测量任何 适当的(一个或多个)生理特性，包括ECG信号和EEG信号。进一步的可测量特性包括皮 肤导电性或排汗、皮肤温度、肌肉张力、呼吸频率或对用户的血液或组织中的相关化学或生 物学水平的非干扰性(non-obtrusive)测量。此外，这些测量还可以由装置8用于其他目 的。例如，皮肤导电性或排汗测量可以用于确定用户的兴奋水平，这可以反馈到计算机游戏 中；使用热电偶或者非接触红外感测体温计进行的皮肤温度测量可以由装置8使用来检测 电极10是否已经被放置在非生命体上；肌肉张力测量可以由装置8使用来防止与游戏有关 的重复使力损伤(RSI)，或者将用户反应时间反馈到计算机游戏中以便将游戏内容适配为 用户技能水平；以及呼吸频率测量可以由装置8用作用于确定用户兴奋水平的替换测量。因此，在本发明的进一步实施例中，特性测量可以用作计算机游戏的输入以便控 制或者将游戏适配为用户的反应时间或者当前情绪或兴奋水平(如从诸如排汗、心率、心 率变化、呼吸频率、肌肉张力等的测量中解释得出的)。在本发明的进一步实施例中，电极10和/或传感器22可以被放置在适合于附连 到用户2的身体的特定部分的物品(item)中。例如，电极10可以被放置在臂章中。因此， 臂章的机械结构将防止用户2将电极10放置为经过其胸腔或心脏，因此提供较少的电极10 放置错误并由此增加反馈设备的整体安全性。在本发明的进一步实施例中，反馈装置8可以提供用户可调的电刺激信号强度， 这可以基于用户2的偏好进行设置。因此，如果处理器18运作为衰减电刺激信号的强度， 则其可以从用户定义的水平降低到较低的水平。尽管已经将反馈装置8作为与运行计算机游戏(控制台4)的设备分离的组件而对其进行了描述并图示，但是将认识到，反馈装置8可以与该设备集成地形成，或者可以与 该设备的用户接口、比如控制器6集成地形成。因此提供了用于游戏的反馈装置，其提供电刺激并且其中降低了设备误用的风险。尽管已经在附图和以上描述中图示并描述了本发明，这种图示和描述将被认为是 图示或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
根据对附图、公开和所附权利要求的学习，在实践要求保护的本发明时，本领域技 术人员可以理解并实现所公开的实施例的变化。在权利要求中，词“包括”并不排除其他要 素或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个处理器或者其他单 元可以完成权利要求中陈述的一些项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施 的单纯事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任意参考标记不应被解 释为限制范围。计算机程序可以存储或者分布在适当的介质上，比如与其他硬件一起或者 作为其一部分而提供的光存储介质或者固态介质，但是也可以以其他形式分布，比如经由 因特网或者其他有线或无线电信系统。
权利要求
一种用于游戏的反馈装置，该反馈装置包括至少一个电极，用于附连到反馈装置的用户；以及控制单元，用于经由该至少一个电极测量用户的至少一个生理特性；用于基于对该至少一个生理特性的测量来确定对于预定的电刺激信号电平、该至少一个电极是否已经正确附连到用户；以及如果确定该至少一个电极已经正确附连到用户，则响应于来自游戏的输出、经由该至少一个电极向用户提供处于预定电平的电刺激信号。
2.如权利要求1所述的反馈装置，其中所述控制单元进一步适于如果确定该至少一个 电极已经被不正确地附连到用户，则阻止经由该至少一个电极将电刺激信号施加到用户。
3.如权利要求1所述的反馈装置，其中所述控制单元适于如果确定对于该预定的信号 水平、该至少一个电极还未被正确附连到用户，则向用户提供处于比预定的电刺激信号低 的电平的电刺激信号。
4.如先前权利要求中的任一个所述的反馈装置，其中所述控制单元适于通过将所测量 的至少一个生理特性与预定阈值比较来确定该至少一个电极是否已经正确附连到用户。
5.如权利要求1到4中的任意一项所述的反馈装置，其中所述控制单元适于通过将所 测量的至少一个生理特性与值的预定范围比较来确定该至少一个电极是否已经正确附连 到用户。
6.如先前权利要求中的任一个所述的反馈装置，还包括用于附连到反馈装置的用户的 至少一个生理特性测量传感器。
7.如权利要求6所述的反馈装置，其中所示控制单元适于经由所述传感器和至少一个 电极来测量该至少一个生理特性，以及基于通过该至少一个电极与该至少一个传感器对该 至少一个生理特性的测量之间的比较来确定该至少一个电极是否已经正确附连到用户。
8.如先前权利要求中的任一个所述的反馈装置，其中所述控制单元适于当接收到来自 游戏的输出时测量该至少一个生理特性。
9.如权利要求1到7的任意一项所述的反馈装置，其中所述控制单元适于当未接收到 来自游戏的输出时测量该至少一个生理特性。
10.如权利要求1到7的任意一项所述的反馈装置，其中所述控制单元适于以周期间隔 测量该至少一个生理特性。
11.如先前权利要求中的任一个所述的反馈装置，其中该至少一个电极与用于附连到 用户的具体部分的物品集成。
12.如先前权利要求中的任一个所述的反馈装置，其中该电刺激信号是经皮神经电刺 激信号。
13.如先前权利要求中的任一个所述的反馈装置，其中该至少一个生理特性包括心电 图信号、心阻抗图、心冲击图、脑电图信号、心率、心率变化、血压、血压变化、皮肤导电性、排 汗、皮肤温度、肌肉张力和呼吸频率中的一个或多个。
14.一种计算机，包括如权利要求1到13的任意一项所述的反馈装置。
15.一种计算机游戏控制台，包括如权利要求1到13的任意一项所述的反馈装置。
16.一种用于计算机或者计算机游戏控制台的用户接口，该用户接口包括如权利要求 1到13的任意一项所述的反馈装置。
17.一种操作游戏的反馈装置的方法，该反馈装置具有用于将电刺激信号施加到该装置的用户的至少一个电极，该方法包括使用附连到用户的该至少一个电极测量反馈装置的用户的至少一个生理特性；基于所测量的用户的至少一个生理特性来确定对于预定的电刺激信号电平、该至少一 个电极是否已经正确附连到用户；以及如果确定该至少一个电极已经正确附连到用户，则响应于来自游戏的输出而允许经由 该至少一个电极将处于预定电平的电刺激信号施加到用户。
18.如权利要求17所述的方法，其中如果确定该至少一个电极已经不正确地附连到用 户，则阻止经由该至少一个电极将电刺激信号施加到用户。
19.如权利要求17所述的方法，其中如果确定对于预定电刺激信号电平、该至少一个 电极还未正确附连到用户，则向用户提供处于比该预定的电刺激信号低的电平的电刺激信 号。
20.如权利要求17-19的任意一项所述的方法，其中确定该至少一个电极是否已经正 确附连到用户的步骤包括将所测量的至少一个生理特性与预定阈值比较。
21.如权利要求17到19的任意一项所述的方法，其中确定该至少一个电极是否已经正 确附连到用户的步骤包括将所测量的至少一个生理特性的测量与值的预定范围进行比较。
22.如权利要求17到21的任意一项所述的方法，还包括步骤使用附连到用户的至少 一个传感器来测量该反馈装置的用户的至少一个生理特性。
23.如权利要求22所述的方法，其中确定该至少一个电极是否正确已经附连到用户的 步骤包括将通过该至少一个电极与通过该至少一个传感器对该至少一个生理特性的测量 进行比较。
24.如权利要求17到23的任意一项所述的方法，其中当接收到来自游戏的输出时进行 测量该至少一个生理特性的步骤。
25.如权利要求17到23的任意一项所述的方法，其中当未接收到来自游戏的输出时进 行测量该至少一个生理特性的步骤。
26.如权利要求17-23的任意一项所述的方法，其中以周期间隔进行测量该至少一个 生理特性的步骤。
27.如权利要求17到26的任意一项所述的方法，其中所述电刺激信号是经皮神经电刺激信号。
28.如权利要求17到27的任意一项所述的方法，其中该至少一个生理特性包括心电 图信号、脑电图信号、心阻抗图、心冲击图、心率、心率变化、血压、血压变化、皮肤导电性、排 汗、皮肤温度、肌肉张力和呼吸频率中的一个或多个。
29.一种计算机程序，包括用于使得处理器执行根据权利要求17到29的任意一项的方 法的代码。
全文摘要
提供了用于游戏的反馈装置，该反馈装置包括至少一个电极，用于附连到反馈装置的用户；以及控制单元，用于经由该至少一个电极测量用户的至少一个生理特性；用于基于所测量的该至少一个生理特性来确定对于预定的电刺激信号水平、该至少一个电极是否已经正确附连到用户；以及如果确定该至少一个电极已经正确附连到用户，则响应于从游戏的输出而经由该至少一个电极向用户提供处于预定电平的电刺激信号。
文档编号A63F13/06GK101801480SQ200880108204
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月17日 优先权日2007年9月20日
发明者D·布罗肯, F·M·H·克罗姆普沃茨, M·T·约翰逊, O·M·J·范特埃夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司