具有触感使能触发器的游戏设备的制作方法

具有触感使能触发器的游戏设备的制作方法
【专利摘要】一种触感外围设备包括壳体、用户输入元件、与所述用户输入元件耦合的位置传感器以及位于壳体内且与用户输入元件耦合的致动器。位置传感器配置为检测用户输入元件的位置并且配置为将位置发送到处理器。致动器配置为接收来自处理器的触感效果驱动信号并且配置为响应于来自处理器的触感效果驱动信号而输出力。该力作为动觉触感效果被传输到用户输入元件。触感外围设备可以包括机械放大系统，该机械放大系统与致动器耦合且配置为增大由致动器输出的力。在该实施例中，增大的力作为动觉触感效果从机械放大系统传输到用户输入元件。用户输入元件可以是按钮、操纵杆或触发器并且通过用户操纵而与主计算机交互。
【专利说明】具有触感使能触发器的游戏设备
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求递交于2013年4月22日、序号为61/814, 628的美国临时专利申请的 权益,该申请的全部内容因所有目的合并于此。

【技术领域】
[0003] 本发明的实施例涉及带有目标致动器的设备，所述目标致动器与用户输入元件耦 合以使触感效果被导向到用户输入元件。

【背景技术】
[0004] 视频游戏和视频游戏系统已经由于朝向临时游戏者的销售以及由于临时游戏者 的参与而变得越来越普及。常规的视频游戏设备或控制器使用视觉和听觉提示来向用户提 供反馈。在一些接口设备中，动觉反馈(诸如主动力和阻力反馈）和/或触感反馈(诸如震 动、纹理和热）也提供给用户，更一般地统称为"触感"反馈或"触感效果"。触感反馈能够提 供增强或简化用户接口的提示。具体地，振动效果或振动触觉触感效果可用于向电子设备 的用户提供提示以警示用户具体的事件，或者提供真实的反馈以产生在模拟或虚拟环境内 的更大的沉浸感。
[0005] 其他的诸如医疗设备、汽车控制装置、远程控制装置和其中用户与用户输入元件 交互以引起动作的其他类似设备的设备也受益于触感反馈或触感效果。例如，不通过限制 的方式，可以通过位于医疗设备近侧部的、患者体外的用户来操作医疗设备上的用户输入 元件，从而引起在医疗设备的远侧端处的患者身体内的动作。触感反馈或触感效果可用于 设备中以警示用户具体的事件，或者将关于医疗设备与在医疗设备的远侧处的患者交互的 真实反馈提供给用户。
[0006] 用于游戏设备和其他设备的常规的触感反馈系统通常包括一个或多个致动器，所 述致动器与控制器的壳体附接以用于产生触感反馈。然而，这些常规的触感反馈系统沿着 控制器的整体产生了触感。这种设备不能将用于具体动作或位置的目标或定向触感提供给 用户。
[0007] 本发明的实施例涉及触感反馈系统，其向用户输入元件提供动觉触感效果。此外， 本发明的实施例涉及触感反馈系统，其向用户输入元件产生触感效果，这些触感效果可区 别于或区分于沿着设备/控制器的整体生成的普通触感效果。


【发明内容】

[0008] 本发明的实施例涉及一种触感外围设备，包括壳体、用户输入兀件、与用户输入兀 件耦合的位置传感器以及位于壳体内且与用户输入元件耦合的致动器。位置传感器配置为 检测用户输入元件的位置并且配置为将所述位置发送到处理器。致动器配置为接收来自处 理器的触感效果驱动信号并且配置为响应于来自处理器的触感效果驱动信号而输出力。该 力作为动觉触感效果而被传输到用户输入元件。触感外围设备可以包括机械放大系统，机 械放大系统与致动器耦合且配置为增大由致动器输出的力。在该实施例中，增大力作为动 觉触感效果从机械放大系统传输到用户输入元件。
[0009] 触感外围设备可以是游戏控制器、平板式计算机、电话、个人数字助理（PDA)、计算 机、游戏外围设备、鼠标、包括输入设备的可佩戴用户品项或者包括用户输入元件的其他设 备。触感外围设备的壳体适于由用户握持。用户输入元件可以是按钮、操纵杆或触发器且 由用户操纵以与主计算机交互。处理器可布置在主计算机或控制器中。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 通过下面对如附图中图示的本发明实施例的说明，本发明的前面的以及其他的特 征和优点将是显而易见的。合并到本文中并且构成说明书的一部分的附图进一步用于解释 本发明的原理并且使所属领域技术人员能够实现和利用本发明。附图不按比例。
[0011] 图1是控制器的实施例的示意性图示。
[0012] 图2是图1的控制器的另一视图的示意图图示。
[0013] 图3是与主计算机和显示器协作的图1的控制器的框图。
[0014] 图4是图1的控制器的一部分的示意性图示，其中控制器的壳体被移除以图示出 其内部部件。
[0015] 图5是根据本发明的另一实施例的控制器的一部分的示意性图示，其中控制器的 壳体被移除以图示出其内部部件。
[0016] 图6是游戏平板的实施例的示意性图示。
[0017] 图7是图6的游戏平板的框图。
[0018] 图8是图示出根据本发明的实施例用于确定触感信号和从主设备发送触感信号 的方法的流程图。
[0019] 图9是图示出根据本发明的实施例的用于将触感效果提供给控制器的用户的方 法的流程图。

【具体实施方式】
[0020] 现在将参考附图来描述本发明的具体实施例，其中相似的附图标记表示相同或功 能上相似的元件。
[0021] 下面的详细说明实质上仅为示例性的，而不意在限制本发明或本发明的应用和用 途。此外，不意在受约束于前面的【技术领域】、【背景技术】、简要概述或下面的详细说明中所提 出的任何明示或暗示的理论。此外，虽然下面的说明涉及游戏设备和用于游戏设备的控制 器，本领域技术人员将理解，该说明同等适用于具有用户输入元件的其他设备。
[0022] 本发明的实施例涉及触感反馈系统的触感外围设备，所述触感外围设备包括与用 户输入元件耦合的目标致动器或电动机，用于将目标或定向的动觉触感效果直接提供给用 户输入元件。如本文所使用，"动觉（kinesthetic)"触感效果包括如下效果：S卩，目标致动器 将力施加到用户输入元件以使用户输入元件沿着它将被用户所移动的方向运动(主动阻力 反馈)，从而产生用户感觉到的动觉触感效果。动觉触感效果可区分于惯性触感效果，惯性 触感效果是指惯性致动器输出或产生可由用户间接感觉到的力，也即，目标不是通过致动 器运动，而是输出力可由用户间接地觉察或感觉。将惯性触感效果提供给用户输入设备的 一种触感反馈系统公开于由与本发明相同的发明人之一发明的、递交于2013年11月12日 的美国专利申请(律师案卷号是IMM465)中，该申请的全文通过引用合并于此。该系统描述 了附接到用户输入元件的惯性致动器，用于将诸如卡顿（detent)或振动的惯性暂态效果提 供给用户输入元件。为了将惯性触感效果与用户输入元件的目标区域隔离，惯性致动器使 用振动隔离/阻尼设备。然而，本发明的实施例所产生的动觉触感效果由用户感觉到，因为 致动器直接驱动或推动/拉动用户输入元件而引起其运动。另外，如本发明实施例中所公 开的在用户输入元件上产生的动觉触感效果可区别于或区分于沿着触感外围设备的整体 或壳体产生的、也称为隆隆声（rumble)效果的普通触感效果。触感外围设备可以是例如用 于如图1-2所示的游戏系统的手持式游戏控制器100、如图6所示的游戏平板控制器600、 或具有用户输入（UI)元件的其他控制器，诸如但不限于电话、个人数字助理（PDA)、平板式 计算机、计算机、游戏外围设备和本领域技术人员公知的用于游戏系统的其他控制器。
[0023] 控制器100通常可与连接到计算机、移动电话、电视机或其他类似设备的游戏系 统一起使用。图1-2示出了控制器100的不同的立体图，而图3示出了用于游戏系统101 的控制器100的框图，其进一步包括主计算机104和显示器106。如图3的框图所示，控制 器100包括局部处理器108,其经由连接105与主计算机104通信。连接105可以是有线连 接、无线连接或本领域技术人员公知的其他类型的连接。控制器100可替代地配置为不包 括局部处理器108,由此来自控制器100的所有的输入/输出信号由主计算机104直接处置 和处理。主计算机104与显示屏106耦合。在实施例中，主计算机104是游戏设备控制台， 并且显示屏106是与游戏设备控制台耦合的监控器，这是本领域公知的。在另一实施例中， 如本领域技术人员所公知的，主计算机104和显示屏106可组合成单个设备。
[0024] 控制器100的壳体102定形为易于容纳两只手，通过左手用户或右手用户抓握设 备。本领域技术人员将认识到，控制器100仅仅是形状和尺寸都类似于许多当前可用于视 频游戏控制台系统的"游戏板"的控制器的示例性实施例，并且可以使用具有其他的用户输 入元件配置、形状和尺寸的控制器，包括但不限于，诸如Wii?远程或Wii?U控制器、Sony? SixAxis?控制器或Sony? Wand控制器的控制器，以及定形为现实生活物体(诸如网球拍、 高尔夫球棒、棒球拍等）以及其他形状的控制器。
[0025] 控制器100包括多个用户输入元件或操作物（manipulandum)，包括操纵杆110、按 钮114和触发器118。如本文所使用的，用户输入元件是指诸如触发器、按钮、操纵杆等接口 设备，其由用户操纵以与主计算机104交互。如图1-2中所看到的和本领域技术人员所公 知的，每个用户输入元件和附加的用户输入元件中的一个以上可包括在控制器100上。因 此，例如触发器118的当前描述不将控制器100局限于单个触发器。此外，图3的框图示出 了操纵杆110、按钮114和触发器118中的每一个的仅一（1)个。然而，本领域技术人员将 理解，可以使用多个操纵杆、按钮和触发器，以及其他的用户输入元件，如上所述。
[0026] 从图3的框图中能够看出，控制器100包括直接驱动其用户输入元件中的每一个 的目标（targeted)致动器或电动机，以及一个或多个在用户的手通常所在的位置处与壳体 102耦合的普通或隆隆声致动器122、124。更特别地，操纵杆110包括与其耦合的目标致动 器或电动机112,按钮114包括与其耦合的目标致动器或电动机116,并且触发器118包括 与其耦合的目标致动器或电动机120。除了多个目标致动器之外，控制器100包括与其用 户输入元件中的每一个耦合的位置传感器。更特别地，操纵杆110包括与其耦合的位置传 感器111，按钮114包括与其耦合的位置传感器115,并且触发器118包括与其耦合的位置 传感器119。局部处理器108与操纵杆110、按钮114和触发器118的各自的目标致动器 112、116、120以及位置传感器111、115、119耦合。如本文更加详细说明的，响应于从位置 传感器111、115、119接收到的信号，局部处理器108指示目标致动器112、116、120分别将 定向的（directed)或目标（targeted)动觉效果直接提供给操纵杆110、按钮114和触发器 118。这种目标动觉效果可区分于或区别于通过普通致动器122U24沿着控制器的整体产 生的普通或隆隆声触感效果。集体触感效果为用户提供了更大的游戏沉浸感，因为多种模 态同时接合，例如视频、音频和触感。
[0027] 现在转向图4,图4是控制器100的一部分的示意性图示，壳体102移除以图示出 其内部部件，将对触发器118、位置传感器119和目标致动器或电动机120之间的结构关系 进行更详细地说明。虽然没有显示出，本领域普通技术人员将理解，触发器118、位置传感 器119和目标致动器或电动机120定位或容纳在壳体120内。此外，虽然在图4中仅示出 了触发器118,但是本领域技术人员将理解，对于操纵杆110、位置传感器111和目标致动器 或电动机112以及按钮114、位置传感器115和目标致动器或电动机116可以使用类似的结 构关系，从而对所选的用户输入元件产生目标或定向的触感效果。
[0028] 位置传感器119配置为检测触发器118的位置并且配置为将该位置发送到局部处 理器1〇8(图4中未示出）。在图4的实施例中，触发器118包括容纳于其中的弹簧元件117， 弹簧元件117使触发器返回标定位置，而无需用户对其施力。位置传感器119经由杠杆臂 126与触发器118耦合，杠杆臂126具有铰接的第一端125和可活动的第二端127。触发器 118附接到杠杆臂126的可活动的第二端127,并且位置传感器119附接到杠杆臂126的铰 接的第一端125。当用户移动或按压触发器118时，弹簧元件117压缩，并且触发器118围 绕或绕着触发器轴线T A旋转。杠杆臂126的第二端127也与触发器118 -起移动或旋转， 杠杆臂126围绕或绕着铰接的第一端125旋转。位置传感器119检测杠杆臂126和触发器 118的旋转位置的变化作为运动事件，并且将运动事件发送到局部处理器108。如本文更详 细解释的，不同的触发器位置和运动事件会使得目标致动器或电动机120施加不同的触感 效果。在实施例中，位置传感器119是电位计，但是可以是本领域公知的其他类型的位置传 感器，诸如但不限于光学传感器、光学编码器、霍尔效应传感器、电容传感器等。在其另一实 施例中（未显示)中，位置传感器119可以与触发器118直接耦合，而无需在它们之间延伸的 杠杆臂。
[0029] 虽然位置传感器119检测杠杆臂126和触发器118的旋转位置的变化，本领域普 通技术人员将理解，分别与按钮114、操纵杆110耦合的位置传感器115、111将配置为检测 特定的用户输入元件的运动事件，而不是如图所示关于触发器118的旋转运动。例如，按钮 114的位置传感器114将配置为检测按钮114的直线运动或平移，S卩，当按钮114被下压时。 操纵杆110的位置传感器111将配置为检测在一个或多个自由度内操纵杆110的运动，即， 当操纵杆110向前、向后、向左或向右物理运动时。
[0030] 目标致动器或电动机120经由可旋转轴128与触发器118耦合。更特别地，可旋 转轴128附接到目标致动器120并且从目标致动器120延伸到杠杆臂126的第一端125。 可旋转轴128附接到杠杆臂126的第一端125,使得轴128的旋转引起杠杆臂126的运动。 目标致动器120接收来自局部处理器108 (图4中未示出）的触感效果驱动信号，触感效果 驱动信号是响应于由位置传感器119测量到的触发器118的位置而产生的。然后，目标致 动器120响应于来自局部处理器108的触感效果驱动信号而将触感效果输出到触发器118。 更特别地，目标致动器120直接驱动或引起可旋转轴128的致动或旋转。可旋转轴128的 旋转还引起杠杆臂126和触发器118的旋转和运动，触发器118的运动由用户感觉到。因 此，可旋转轴128的致动或旋转被传送到触发器118。
[0031] 在其实施例中，目标致动器120是双向电动机，其可以推动或拉动触发器118,即， 使触发器118沿相反方向运动。除了电动机之外，目标致动器120可以是形状记忆合金、响 应于信号而变形的电活性聚合物、用于改变硬度的机构、振动触感致动器、惯性致动器、压 电致动器或适合直接对用户输入元件产生动觉触感效果的其他类型的致动设备。在实施例 中，目标致动器120是16mm Maxon电动机，但是可以是本领域公知和可获得的其他类型的电 刷式和无刷式电动DC电动机。目标致动器120的失速扭矩（stall torque)确定能够施加 到触发器118的最大力量，失速扭矩被测量为目标致动器120自静止的最大力。目标致动 器120可以具有在0. 5mNm和40mNm之间的失速扭矩。在其实施例中，当在12V驱动时，目 标致动器120具有34. 5mNm的失速扭矩，或当在5V驱动时，具有14. 4mNm的失速扭矩。如 本领域普通技术人员将理解的，强或高扭矩电动机可以产生可以被明确地感觉到且区别于 普通或隆隆声触感效果的相对较强的触感效果。另外，高扭矩电动机(诸如当在12V驱动 时具有34. 5mNm的失速扭矩的电动机或者当在5V驱动时具有14. 4mNm的失速扭矩的电动 机）可以在不经机械放大的情况下在触发器118上产生可以被明确地感觉到且彼此区别开 的较宽范围的触感效果。然而，弱或低扭矩电动机通常不太昂贵且尺寸较小。如下面参考 图5更详细说明的，诸如齿轮系统的机械放大可用于低扭矩电动机以产生较强的触感效果 以及较宽范围的触感效果。
[0032] 在操作中，局部处理器108检测或接收来自位置传感器119的触发器位置和/或 运动事件，并且将触发器位置和/或运动事件发送到主计算机104。然后，局部处理器108基 于来自主计算机104的高级监督或命令流来将触感效果驱动信号提供给目标致动器120。 例如，当操作时，电压幅值和持续时间从主计算机104流送到控制器100,在控制器100中， 信息经由局部处理器108提供给目标致动器120。主计算机104可以将诸如待由目标致动 器120输出的触感效果的类型(例如，振动、摇动、卡顿、弹开（pop)等）的高级命令提供给局 部处理器108,由此局部处理器108就待输出的触感效果的特定特性(例如，幅值、频率、持 续时间等)指示目标致动器120。局部处理器108可以从与其耦合的存储器109 (在图3的 框图中示出）取回触感效果的类型、幅值、频率、持续时间或其他特性。
[0033] 各种类型的动觉触感效果或感觉可输出到触发器118。更特别地，目标致动器120 直接驱动或推动/拉动触发器118以使其运动。目标致动器120可以对触发器118输出阻 力，从而使用户更难以压下触发器118。这种阻力可以是可变的，S卩，根据视频游戏中触发 器位置或用户动作而变化。在其实施例中，目标致动器120可以输出在触发器118的闭锁 模式下阻碍所有用户运动的最大阻力。在另一示例中，目标致动器120可以通过对触发器 118输出阻力而对触发器118输出卡顿，在一个或多个特定触发器位置或方位，该阻力被移 除。因此，用户所感觉到的卡顿类似于按钮点击。在其又一实施例中，目标致动器120可以 通过快速地前后推动和拉动触发器118而对触发器118输出振动。
[0034] 在其实施例中，上述的动觉触感效果是暂态的，短的触感效果意味着它们仅是暂 时的且具有短持续时间。例如，这些效果可以各自具有在10毫秒和100毫秒之间的持续时 间。因此，目标致动器120与在全动觉操纵杆中所使用的致动器相比具有较低的功率和有 限的输出。全动觉操纵杆连续地消耗功率从而向操纵杆提供触感效果。然而，如上所述的 具有用于直接向用户输入元件提供动觉触感效果的目标致动器的控制器仅当需要施加或 改变触感效果时才消耗功率。换言之，对于根据其实施例具有用于直接向用户输入元件提 供暂态动觉触感效果的目标致动器的控制器，仅当需要施加或改变触感效果时才需要来自 目标致动器120的能量，这与功率或能量直接或连续地供给以提供与操纵杆有关的触感效 果的全动觉操纵杆不同。因此，根据其实施例具有用于向用户输入元件直接提供暂态动觉 触感效果的目标致动器的控制器具有相对较低的功率要求，从而降低了成本、体积和功耗。 另外，另外，在其实施例中使用的致动器与全动觉操纵杆中所使用的那些致动器相比尺寸 相对较小且较不昂贵，因为它们需要输送较少的峰值功率。
[0035] 目标触感反馈有益的示例性应用包括第一人射击视频游戏或赛车视频游戏。在这 种视频游戏中，当用户在射击视频游戏示例中击中目标或者在赛车视频游戏示例中通过里 程标或标记物时，目标致动器120可以输出诸如振动、摇动或弹开的触感效果。在另一示例 中，目标致动器120可以在赛车视频游戏示例中在可变位置处输出卡顿或者可以在射击视 频游戏示例中输出卡顿作为重复发射的反馈。可以通过诸如但不限于粒度合成（granular synthesis)的位置相关触感算法来创建纹理（texture,手感)反馈。在另一示例中，可使用 目标致动器120输出触感反馈来指示视频游戏的状况，诸如弹药用尽、武器范围不正确、正 在使用哪个武器和/或发射速度。在可以使用多个武器的视频游戏中，这种状况指示辅助 用户学习最优发射速度以及每个武器的触发位置/点。其他示例包括，目标致动器120可 以在可变触发器位置或方位输出卡顿，可以对于每种武器输出可编程"感觉"或阻力，可以 输出发射反馈结果，可以通过增大或减小所施加的阻力来输出制动或节流反馈，可以输出 纹理反馈，可以增加或降低弹簧117以及因此触发器118的刚度，并且可以模拟惯性。
[0036] 如之前所述，不同的触发器位置和运动事件会使得目标致动器120施加不同的动 觉触感效果。例如，触发器118的第一位置使得目标致动器120产生并施加第一触感效果 驱动信号到触发器118,而触发器118的第二位置使得目标致动器120产生并施加第二触 感效果驱动信号到触发器118。更特别地，根据游戏动作和位置传感器119所指示的触发 器118的位置，局部处理器108可以将触感效果驱动信号发送到目标致动器120以输出各 种触感效果或感觉中的一种，包括振动、卡顿、纹理、摇动或弹开。此外，触感效果或感觉的 强度或水平可根据如位置传感器119所指示的触发器118的位置而变化。
[0037] 动觉触感效果还可以根据用户输入元件而变化。例如，一些射击游戏包括具有单 独的或对应的目标致动器的两个触发器。第一触感效果驱动信号可通过第一目标致动器施 加到第一触发器，并且第二触感效果驱动信号可通过第二目标致动器施加到第二触发器。 例如，在诸如但不限于Titanfall的一些视频游戏中，用于每个触发器（S卩，左触发器和右 触发器）的触感效果驱动信号对应于计算机受控角色或对象的左右手所握持的不同类型的 武器。在另一示例中，用于每个触发器（即，左触发器和右控制器)的触感效果驱动信号对应 于计算机受控角色或对象的左右两侧所发生的方向事件（即，在视频游戏中角色的左侧被 某物碰撞或撞击)。
[0038] 有益地，目标致动器120将独立于且补充于普通致动器122、124所产生的普通或 隆隆声触感反馈的各种动觉触感效果或感觉提供给触发器118。普通致动器122U24与控 制器100的壳体102耦合，并且用于为控制器100的整个壳体提供普通或隆隆声触感反馈。 普通致动器122、124以类似于目标致动器或电动机120的方式与处理器108耦合并且接收 来自处理器108的控制信号，其中局部处理器108基于来自主计算机104的高级监督或流 命令而将触感效果控制信号提供给普通致动器122、124。例如，当操作时，电压幅值和持续 时间从主计算机104流送到控制器100,在控制器100中信息经由局部处理器108提供给普 通致动器122、124。主计算机104可以将诸如待由普通致动器122、124输出的触感效果的 类型(例如，振动、摇动、卡顿、弹开等）的高级命令提供给局部处理器108,由此局部处理器 108就待输出的触感效果的特定特性(例如，幅值、频率、持续时间等）指示普通致动器122、 124。
[0039] 普通致动器122、124可以包括电磁电动机、其中通过电动机移动偏心块的偏心旋 转块("ERM"）致动器、附接到弹簧的块被前后驱动的线性共振致动器("1^狀")、形状记忆合 金、响应于信号而变形的电活性聚合物、用于改变刚度的机构、振动触感致动器、惰性致动 器、压电致动器或其他适合类型的致动设备。在一个实施例中，致动器122、124能够实现为 惯性致动器以将振动触感反馈提供给用户。在另一实施例中，致动器可以使用动觉触感反 馈，包括例如改变壳体202的刚度/阻尼的螺线管、改变壳体202的尺寸的小气囊或形状改 变材料。
[0040] 如上所示，在低失速扭矩电动机用作目标致动器的实施例中，诸如齿轮系统的机 械放大可用于产生能够由用户感觉到的充分触感效果。图5示出了其另一实施例，其中控 制器500包括增大目标致动器或电动机520的失速扭矩和触感强度的齿轮机构530。除了 电动机520和齿轮机构530之外，控制器500包括触发器518、位置传感器519和用于从位 置传感器519接收触发器位置和运动事件并且将触感效果驱动信号输出到电动机520的处 理器（图5中未示出）。虽然未示出，本领域普通技术人员将理解的是，触发器518、位置传感 器519和目标致动器或电动机520定位在或容纳在壳体内。类似于图4,图5是控制器500 的一部分的示意性图示，其壳体被移除以图示出控制器的内部部件。
[0041] 齿轮机构530至少包括绕其外周具有轮齿或嵌齿534的第一可旋转齿轮532以 及绕其外周具有轮齿或嵌齿538的第二可旋转齿轮536。第一齿轮532经由第一可旋转轴 529与电动机520耦合，第一可旋转轴529附接到电动机520且从电动机520延伸出。第二 齿轮536经由第二可旋转轴528与杠杆臂526的第一端525耦合，杠杆臂526附接到触发 器518。第一齿轮532比第二齿轮534相对较小，并且第一齿轮532的轮齿534与第二齿 轮536的轮齿538啮合。如本领域普通技术人员将理解的，齿轮532、536通过齿数比产生 机械优势，从而改变或增大由电动机520产生的扭矩。齿轮机构530的高齿数比引起电动 机失速扭矩的高的增加或变化，电动机失速扭矩的高的增加或变化对应于从电动机520传 输力的增加。然而，高的齿数比也引起齿轮机构530的输出的高惯性，这会减少系统响应时 间以及触感效果的感觉。因此，当选择齿轮机构530所需的电动机520和对应齿数比时，必 须考虑到各种因素，包括成本、尺寸、期望失速扭矩、期望响应时间和触感效果的期望强度。 在其实施例中，使用2:1至28:1之间的齿数比。例如，对于具有2. lmNm失速扭矩的电动机 而言，要求9:1的齿数比。虽然图5示出了齿轮机构作为低失速扭矩电动机的机械放大的 手段，可以使用其他的机械放大手段，诸如但不限于滑轮机构。
[0042] 在本文中具体地图示和/或描述了多个实施例。然而，将理解的是，所公开的实 施例的改进和变型由上述教导涵盖且在随附权利要求书的范围内，而不偏离本发明的精神 和预期范围。例如，图1-3图示出触感外围设备，其是形状和尺寸类似于许多当前可供用 于视频游戏控制台系统的"游戏板"的手持式游戏控制器。然而，本领域技术人员将认识 至IJ，控制器仅仅是触感外围设备的示例实施例，并且可以使用具有其他配置、形状和尺寸的 触感外围设备。例如，图6-7图示出其另一实施例，其中触感外围设备是可与平板式计算 机604 -起使用的游戏平板控制器600。平板式计算机604可专门设计以用于游戏活动， 诸如可从Razer Inc.获得的，或者可以是公知的且在市场可供使用的平板式计算机，诸如 Apple? Ipa.d?、Kindle? Fire?、和 Samsung? Galaxy Tab?。
[0043] 游戏平板控制器600包括扩展（docking)部605,其配置为收纳平板式计算机604 和手柄640、642,用户输入元件布置于其上以便用户在平板式计算机604上控制游戏。扩 展部605将游戏平板控制器600与平板式计算机604连接，使得用户对手柄640、642的动 作，诸如按压按钮、移动操纵杆、按压触发器等，引起对在平板式计算机604上玩的游戏的 动作。
[0044] 手柄640、642包括常见于控制器上的典型的用户输入元件。将结合手柄642来对 用户输入元件进行说明。然而，本领域技术人员将认识到，相同或相似的用户输入元件可用 在手柄640上。特别地，手柄642包括操纵杆610、按钮614和触发器618。从图6中能够 看出且本领域技术人员公知，这些用户输入元件中的每一种的多于一个的用户输入元件可 包括在每个手柄640、642上。此外，手柄642包括在用户的手通常所在的位置处与其附接 的普通或隆隆声致动器624,用于将普通或隆隆声触感效果提供给游戏平板控制器600,如 上文结合普通或隆隆声致动器122U24所描述的。
[0045] 图7图示出依照实施例的图6的游戏平板控制器的框图。如图7所示，游戏平板 控制器600包括局部处理器608,局部处理器经由扩展部605与平板式计算机604通信。除 了扩展部605之外，可以使用其他连接，诸如有线连接或无线连接。在该实施例中的平板式 计算机604包括显示屏。游戏平板控制器600可替代配置为不包括局部处理器608,由此 来自游戏平板控制器600的所有的输入/输出信号直接由平板式计算机604进行处置和处 理。
[0046] 局部处理器608与操纵杆610、按钮614和触发器618耦合，并且与位置传感器 611、615和619耦合，位置传感器611、615和619分别与操纵杆610、按钮614和触发器618 耦合。图7的框图示出了操纵杆610、按钮614和触发器618中的每一个的仅一（1)个。然 而，本领域技术人员将理解，可以使用多个操纵杆、按钮、和触发器，以及其他的用户输入元 件，如上所示。目标致动器或电动机612、616和620分别与操纵杆610、按钮614和触发器 618耦合。目标致动器612、616、620和普通致动器622、624也与局部处理器608耦合，局部 处理器608基于来自平板式计算机604的高级监督或流命令而将触感效果驱动信号提供给 致动器612、616、620、622、624。在流送实施例中，电压幅值和持续时间被流送到游戏平板控 制器600,其中信息由平板计算机604提供给致动器。在操作时，平板计算机604可以将诸 如待由一个或多个所选致动器输出的触感效果的类型(例如，振动、摇动、卡顿、弹开等）的 高级命令提供给局部处理器608,由此局部处理器608就待输出的触感效果的特定特性(例 如，幅值、频率、持续时间等)指示致动器。局部处理器608可以从与局部处理器608耦合的 存储器609取回触感效果的类型、幅值、频率、持续时间或其他特性。触感效果为用户提供 了更大的游戏沉浸感，因为多种模态同时接合，例如视频、音频和触感。
[0047] 图8是根据本发明的一个实施例由主计算机系统(S卩，主计算机104或平板式计算 机604)产生触感效果驱动信号的流程图。为了图示的原因，将参考主计算机104和控制 器100来描述流程图。在实施例中，图8的流程图的功能是通过存储在主计算机104的存 储器中且由主计算机104的处理器执行的、和/或存储在控制器100的存储器109中且由 控制器100的局部处理器108执行的软件来实现的。在其他实施例中，通过使用专用集成 电路("ASIC")、可编程门阵列（"PGA")、现场可编程门阵列（"FPGA")，功能可通过硬件来实 现，或者可通过硬件和软件的组合来实现功能。
[0048] 在步骤844中，主计算机104确定或检测触发器118的运动事件。更特别地，主计 算机104基于附接到触发器118的位置传感器119所感测到的位置信号来判定是否已发生 运动事件。作为示例，用户可以压下或按压触发器118,从而在射击游戏示例中发射武器或 者在赛车视频游戏示例中使车加速。本领域普通技术人员将理解，触发器118的运动事件 不限于上文所述的示例。
[0049] 在步骤846中，主计算机104随后判定是否存在与运动事件相关联的触感效果。 例如，在射击视频游戏方案中，发射武器可具有诸如振动、摇动或弹开的关联触感效果，并 且重复发射可具有诸如卡顿的关联触感效果。例如另一示例，在赛车视频游戏方案中，使车 加速或制动可具有诸如纹理改变的关联触感效果，并且通过里程标或标记物可具有诸如振 动、摇动、弹开或卡顿的关联触感效果。
[0050] 为了判定是否存在与运动事件相关联的触感效果，主计算机104将运动事件映射 到用于目标致动器120的触感效果信号上。更特别地，主计算机访问运动事件和触感效果 的预定义映射。如果判定出运动事件具有关联触感效果，则将发送触感信号。如果判定出 运动事件不具有关联触感效果，则将不发送触感信号。
[0051] 在步骤848中，主计算机104通过基于触感效果信号产生并传送触感效果驱动信 号而将触感控制信息发送给控制器100。触感效果驱动信号的传送能够通过有线或无线通 信来完成，如之前所描述的。
[0052] 图8图示出一种基于运动事件的检测从主计算机系统产生触感效果驱动信号的 方法。然而，在其实施例中，为了从主计算机系统产生触感效果驱动信号，无需运动事件的 检测。换言之，主计算机系统可以产生并传送触感效果驱动信号到控制器100,而无需运动 事件的检测。例如，主计算机系统可以基于与计算机控制的角色或对象有关的事件来产生 并传送触感效果驱动信号到控制器100 (即，在视频游戏中某物碰撞或撞击到角色的手并且 触感效果输出到用户输入元件来表示该事件)。
[0053] 图9是根据本发明的一个实施例用于从主计算机系统接收触感信息并且将触感 效果施加到控制器的流程图。在实施例中，图9的流程图的功能是通过存储在主计算机104 的存储器中且由主计算机104的处理器执行的、和/或存储在控制器100的存储器109中 且由控制器100的局部处理器108执行的软件来实现的。在其他实施例中，通过使用专用 集成电路("ASIC")、可编程门阵列（"PGA")、现场可编程门阵列（"FPGA")，功能可通过硬件 来实现，或者可通过硬件和软件的任意组合来实现功能。
[0054] 在步骤950中，触感外围设备接收来自主计算机104的信号。在接收到信号时，局 部处理器108随后在步骤952中判定信号是否是触感信号或某其他非触感相关信号。如果 判定出信号不是触感信号，则局部处理器108继续运行，而不将任何触感效果施加到用户 并且等待接收来自主计算机的另外的信号。如果判定出信号是触感信号，则局部处理器108 随后必须判定必须将信号发送到哪个部件，即壳体102或用户输入元件。
[0055] 在步骤954中，局部处理器108必须判定触感相关信号是否是普通致动器触感信 号或目标致动器触感信号。如果信号要求普通致动器122U24中的一个将普通或隆隆声触 感效果提供给用户，则在步骤960中局部处理器108将信号发送到适合的普通致动器122、 124并且随后在步骤962中普通致动器将输出所指示的触感效果。普通致动器所输出的触 感效果可以包括但不限于不同的振动程度以及其他类型的触感效果。作为示例性示例，如 果用户正在控制角色或某其他图形对象且随后在虚拟环境中遭遇碰撞，则关联触感效果可 能是振动。在该情况下，局部处理器108接收指示控制器100的壳体102应当振动的信号。 结果，局部处理器108将信号发送到适合的致动器122、124以便提供适合的触感效果，在该 示例中该触感效果是振动。
[0056] 然而，如果信号要求目标致动器112、116、120中的一个将目标触感效果分别输出 到按钮110、操纵杆114、触发器118,则在步骤956中局部处理器108将信号发送到目标致 动器并且随后在步骤958中目标致动器将输出指示的触感效果。目标致动器输出的触感效 果可以包括但不限于不同的振动度、不同的卡顿度或其他类型的触感效果。
[0057] 在确定待执行且提供给用户的触感效果的类型时，高级触感参数或流式 (streaming)值在软件代码中产生并且发送到触感引擎(未示出），在触感引擎中，高级触感 参数或流式值被处理并且为致动器产生适当的电压电平。这使得控制器可以向用户提供适 当的触感反馈并且通过为致动器产生的不同的电压电平来改变触感反馈的量或类型。另 夕卜，游戏软件和触感软件能够贮存在同一处理器或多个处理器上。
[0058] 虽然上文已经对根据本发明的各个实施例进行了说明，但是应当理解，它们是通 过示例和举例的方式而不是限制的方式提供。本领域技术人员显而易见的是，可以在其中 进行各种形式和细节的改变，而不偏离本发明的精神和范围。例如，虽然描述的是结合具有 普通或隆隆声致动器的控制器使用，本领域普通技术人员将理解，本文所描述的用于将目 标或定向触感效果输出到用户输入元件的目标致动器或电动机可以用于不包括用于将触 感效果输出到控制器的壳体的普通或隆隆声致动器的控制器中。因此，本发明的可读和范 围不应受上述任一示例性实施例限制，而是仅应当依照随附权利要求及其等同布置限定。 还应当理解，本文所论述的每个实施例以及本文所引述的每个参考文献的每个特征能够与 任何其他实施例的特征相结合使用。本文所论述的全部专利和公开文献的全文都通过引用 合并于本文中。
【权利要求】
1. 一种触感外围设备，包括： 壳体； 用户输入元件； 位置传感器，其与所述用户输入元件耦合，其中所述位置传感器配置为检测所述用户 输入元件的位置并且配置为将所述位置发送给处理器； 致动器，其位于所述壳体内并且与所述用户输入元件耦合，其中所述致动器配置为接 收来自所述处理器的触感效果驱动信号并且配置为响应于来自所述处理器的所述触感效 果驱动信号而输出力；以及 机械放大系统，其与所述致动器耦合并且配置为增大由所述致动器输出的所述力，其 中增大的力作为动觉触感效果从所述机械放大系统传输到所述用户输入元件。
2. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中用户输入元件选自由按钮、触发器和操纵 杆构成的组。
3. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述处理器位于所述触感外围设备的所述 壳体内。
4. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述处理器远离所述触感外围设备的所述 壳体定位。
5. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述致动器经由可旋转轴与所述用户输入 元件耦合，并且其中所述致动器借助所述可旋转轴的旋转将所述触感效果驱动信号施加到 所述用户输入元件。
6. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述机械放大系统是与所述致动器耦合的 齿轮系统。
7. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述致动器是双向电动机。
8. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述动觉触感效果选自由卡顿、振动或纹 理构成的组。
9. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述位置传感器能够绕轴线旋转并且经由 杠杆臂与所述用户输入元件耦合。
10. 如权利要求1所述的触感外围设备，其中所述触感效果驱动信号是通过所述处理 器响应于所述用户输入元件的所述位置而产生的。
11. 如权利要求1所述的触感外围设备，进一步包括： 隆隆声致动器，其与所述壳体耦合，其中所述隆隆声致动器配置为接收来自所述处理 器的第二触感效果控制信号并且响应于从所述处理器接收到的第二触感效果控制信号而 将第二触感效果输出到所述壳体。
12. 如权利要求1所述的触感外围设备，所述用户输入元件的第一位置致使所述致动 器产生并施加第一触感效果驱动信号到所述用户输入元件，并且所述用户输入元件的第二 位置致使所述致动器产生并施加第二触感效果驱动信号到所述用户输入元件，所述第一位 置不同于所述第二位置，并且所述第一触感效果驱动信号不同于所述第二触感效果驱动信 号。
13. -种触感外围设备，包括： 壳体； 触发器，其能够绕轴线旋转； 杠杆臂，其具有铰接的第一端和可活动的第二端，其中所述触发器附接到所述杠杆臂 的所述可活动的第二端； 位置传感器，其附接到所述杠杆臂的所述铰接的第一端，其中所述位置传感器配置为 检测所述触发器的旋转位置的变化作为运动事件并且配置为将所述运动事件发送到处理 器； 双向电动机，其位于所述壳体内，其中所述电动机配置为接收来自所述处理器的触感 效果驱动信号并且配置为响应于来自所述处理器的所述触感效果驱动信号而输出力；以及 可旋转轴，其附接到所述电动机并且从所述电动机处延伸到所述杠杆臂的所述铰接的 第一端，其中所述可旋转轴附接到所述杠杆臂的所述铰接的第一端以使所述可旋转轴的旋 转引起所述杠杆臂和所述触发器的运动， 其中，由所述电动机输出的所述力作为动觉触感效果经由所述可旋转轴被传输到所述 触发器。
14. 如权利要求13所述的触感外围设备，进一步包括布置在所述电动机和所述可旋转 轴之间的齿轮系统，所述齿轮系统配置为增大由所述电动机输出的所述力，其中增大的力 作为动觉触感效果从所述齿轮系统传输到所述触发器。
15. -种游戏系统，包括： 主计算机； 处理器； 控制器，其具有壳体、用户输入元件、与所述用户输入元件耦合的位置传感器以及经由 机械放大系统与所述用户输入元件耦合的致动器，其中所述位置传感器配置为检测所述用 户输入元件的位置并且将所述位置发送到所述处理器，所述致动器配置为接收来自所述处 理器的触感效果驱动信号并且配置为响应于来自所述处理器的所述触感效果驱动信号而 输出力，并且所述机械放大系统配置为增大由所述致动器输出的力，增大的力作为动觉触 感效果从所述机械放大系统传输到所述用户输入元件。
16. 如权利要求15所述的游戏系统，其中所述主计算机是平板式计算机，并且所述控 制器包括手柄和适于将所述平板式计算机收纳于其中的扩展坞，其中所述用户输入元件布 置在所述手柄上。
17. 如权利要求15所述的游戏系统，其中所述处理器布置在所述控制器中。
18. 如权利要求15所述的游戏系统，其中所述处理器布置在所述主计算机中。
19. 如权利要求15所述的游戏系统，其中用户输入元件选自由按钮、触发器和操纵杆 构成的组。
20. 如权利要求15所述的游戏系统，其中所述控制器还包括与所述壳体耦合的隆隆声 致动器，其中所述隆隆声致动器配置为接收来自所述处理器的第二触感效果控制信号并且 响应于从所述处理器接收到的第二触感效果控制信号而将第二触感效果输出到所述壳体。
【文档编号】A63F13/21GK104107539SQ201410161887
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】D·A·格兰特, K·亚伦 申请人:伊默森公司