具有旋转重量分布的触觉模块和控制器的制作方法

背景技术：

1、用于多媒体娱乐系统的控制器是使用户能够向系统提供输入的输入设备。例如，多媒体娱乐系统可以是视频游戏控制台，并且控制器使得用户能够与在控制台上运行的视频游戏应用程序进行交互。

2、控制器也可以是输出设备，并且响应于用户对控制器的操作和/或在多媒体娱乐系统上运行的应用程序上发生的事件，向用户提供反馈。控制器反馈可以以多种方式提供，例如从控制器的扬声器输出的音频反馈或者由控制器的触觉模块输出的触觉反馈。提供这种控制器反馈可以显著改善使用控制器的体验，例如通过加深用户体验的沉浸感，或者通过增加控制器或被控制的应用程序的可访问性。

3、目前，控制器和其他外围设备中的触觉模块主要由振动电机组成，这些振动电机通常联接到小质量块，这些小质量块以高频率振荡以产生用户可以感受到的“轰鸣”振动。这些振动电机可以有效工作的频率范围限制了它们产生这些小“轰鸣”效果的用途以及它们可以提供的控制器反馈水平。

4、为控制器开发有效的触觉反馈是具有挑战性的，并且正如有效的反馈可以积极地影响使用控制器的体验一样，无效的反馈可以分散用户的注意力并且显著地降低他们的体验。本发明通过显著改变触觉模块的重量分布来提供新形式的触觉反馈。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于多媒体娱乐系统的控制器的触觉模块，其在解决上面讨论的一些现有技术设备方面取得了进展。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于多媒体娱乐系统的控制器，控制器包括：连接到控制器的配重部件(weighted component)，其中配重部件可相对于控制器旋转地移动；并且其中控制器配置为响应于触发事件将配重部件从开始位置旋转到结束位置，以偏移控制器的质心。通常，配重部件在结束位置停止移动。

3、配重部件的位置显著影响控制器的质心位置，因此调整配重部件的位置允许控制器向用户提供定向触觉反馈。旋转配重部件意味着可以提供各种不同类型的定向触觉反馈，例如当控制器的重量分布被调整以使控制器在一侧更重一段时间时的倾斜感知，或者当配重部件被快速减速以在控制器上提供定向冲击效果时的抖动感受。使用已知触觉模块的现有控制器不能实现这种定向触觉反馈，因为即使当这些触觉模块被致动时，控制器的重量和总体感受保持是中心的。

4、触发事件可以是虚拟事件，例如在多媒体娱乐系统上运行的应用程序中发生的事件，或者触发事件可以是真实事件，例如控制器的输入元件被致动。响应于触发事件旋转配重部件，以增强事件的冲击和用户使用控制器和控制系统的体验。在多媒体娱乐系统上运行的视频游戏应用程序中的虚拟事件的示例包括角色行走或跳跃、汽车转弯、挥动球棒等。真实事件的其他示例包括控制器的输入元件被致动，或者控制器移动(包括控制器的旋转和/或平移)。

5、可选地，开始位置不同于结束位置。这样，至少直到下一个触发事件，控制器的重量分布被调整。当控制器的质心移动到与重力的竖直轴线不对齐时，这会产生倾斜感知，因此由于重力作用在控制器上而产生合成扭矩。如本文所使用，重力和重力的竖直轴线通常指的是控制器点处的重力方向。

6、可选地，控制器配置为响应于触发事件，相对于控制器的轴线在0度和360度之间旋转配重部件。

7、0到360度之间的范围指的是配重部件响应于触发事件的移动，而不是开始位置和结束位置之间的角位移。也就是说，配重部件响应于单个触发事件可以旋转的最大角度范围是360度。这确保了配重部件在控制器上提供定向触觉反馈，而不是响应于单个触发事件重复地振荡配重部件并导致控制器振动。这节省了能量并避免了对用户体验产生负面影响的配重部件的移动。

8、可选地，控制器配置为响应于触发事件，相对于控制器的轴线在0和180度之间旋转配重部件。

9、如上所述，0到180度之间的范围指的是配重部件响应于触发事件的移动，而不是开始位置和结束位置之间的角位移。将配重部件响应于单独触发事件可以旋转的最大角度范围限制为180度意味着配重部件将总是旋转通过从开始位置到结束位置的最短路线。这在移动配重部件时节省了额外的能量，并且增加了触觉反馈对触发事件的表现响应性。

10、可选地，触发事件是运行在多媒体娱乐系统上的应用程序的输出。以这种方式，用户将体验到控制器物理地响应应用程序中的事件，增强了控制应用程序和多媒体娱乐系统的体验。应用程序的输出将取决于系统上运行的应用程序而变化，一些可能的示例包括“汽车左转”、“跛行的角色”、“举起盾牌”。

11、可选地，控制器配置为将配重部件保持在结束位置，直到第二触发事件。

12、在第一触发事件之后保持配重部件直到第二触发事件节省了能量，并且特别适合于某些类型的触觉反馈(例如方向倾斜感知)。第二触发事件可以是与第一触发事件相同类型的触发事件，或者可以是与第一触发事件不同类型的触发事件。第一触发事件不同于第二触发事件的示例是，第一触发事件是应用程序中“汽车左转”的虚拟事件，而第二触发事件是“控制器顺时针旋转30度”的真实事件。

13、可选地，控制器配置为在旋转配重部件之后将配重部件保持在结束位置至少0.5秒。

14、这样，防止了配重部件的旋转振动控制器。

15、可选地，控制器配置为响应于控制器的取向变化而旋转配重部件。

16、这意味着控制器的触觉反馈可以基于控制器的取向调整。在这样的实施方式中，控制器的取向的改变可以被认为是如上所述的触发事件。

17、可选地，控制器配置为旋转配重部件以抵消控制器的取向变化。

18、这样，配重部件可以相对于重力保持静止，直到触发事件发生，触发事件促使控制器相对于重力旋转配重。旋转配重部件以抵消控制器取向的变化意味着旋转配重部件，使得在配重部件的旋转平面中，由于作用在控制器上的重力而产生的合成扭矩相对于配重部件不旋转时减小。配重部件可以旋转以完全抵消控制器的取向变化，使得在配重部件的旋转平面中基本上没有由于作用在控制器上的重力而产生的合成扭矩。例如，当控制器顺时针旋转30度时，配重部件逆时针旋转30度。这使得用户在任何取向握持控制器都更加舒适，并且意味着配重部件移动到正确的结束位置，以便提供期望的定向触觉反馈。

19、可选地，使用控制器的取向来确定配重部件的结束位置。

20、当触觉反馈旨在提供相对于参考点而不是控制器的定向反馈时，这是特别有用的，因为这确保了定向反馈将被正确输出，而不管控制器的取向如何。如果在旋转配重部件时没有考虑控制器的取向，则所得到的反馈的方向可能是不正确的(例如，与触发事件不一致)并且使用户分心。在实践中，这可能导致取决于控制器的取向，对于相同的触发事件，配重部件的结束位置是不同的。这可以以多种方式实现，例如通过确定配重部件相对于重力而不是控制器的轴线的结束位置(以及可选的开始位置)。

21、可选地，控制器还包括取向传感器。取向传感器配置为确定控制器的取向。例如，相对于多媒体娱乐系统或重力。当控制器不包括取向传感器时，控制器的取向仍然可以被确定，例如使用与多媒体娱乐系统通信的外部相机。

22、可选地，控制器还包括处理器，处理器配置为接收输入，并且还配置为至少部分地基于输入来确定配重部件的输出旋转。这可以减少触发事件和配重部件响应于触发事件的移动之间的时间。替代地，配重部件的输出旋转可以由多媒体娱乐系统、服务器或云服务来确定，并被传达给控制器。输入可以是触发事件、触发事件的至少一个属性。

23、可选地，输入包括与触发事件、控制器的取向、控制器的位置和控制器的移动速度中的一个或多个相关的信息。

24、与控制器相关的信息(例如控制器的取向)可以指与控制器主体本身相关的信息(例如控制器主体的取向)和/或与控制器的配重部件相关的信息(例如配重部件的取向)。

25、可选地，控制器还包括一个或多个电机，其配置为选择性地旋转配重部件，并且其中处理器配置为将确定的输出旋转发送到一个或多个电机用于致动。

26、已发现使用电机来选择性地旋转配重部件在提供定向触觉反馈方面是有效且节能的，特别是当配重部件朝向结束位置旋转并保持在结束位置一段延长的时间(例如，长于0.5秒)时。

27、当配重部件相对于控制器快速移动时，部件的快速加速可以导致用户体验到合力或扭矩。特别地，配重部件的移动方向的突然改变可以导致用户感受到明显的合力或扭矩。因此，配重部件可以被快速加速和减速(在一个方向或相反方向上),以为握持控制器的用户生成这样的触觉合力或扭矩。例如，当配重部件停止移动时，可以体验到这种触觉力。在一些示例中，配重部件的移动可以以不由于加速/减速而导致这种触觉力的方式实现(但是仍然导致质心的偏移)。

28、配重部件的移动可以描述为均匀的——也就是说，可以将绝对加速度保持在最小值，以减小合力或扭矩。在一些示例中，为了避免方向突然改变时的合力，控制器可以配置为在配重部件沿相反方向移动的移动之间暂停。例如，这种暂停可以持续1秒或更长时间。移动也可以被阻尼，也就是说，运动可以在运动的起点和终点附近吻合，以便配重部件从零开始逐渐加速，并在其运动结束时逐渐减速到零。

29、可选地，控制器配置为将配重部件从开始位置缓慢地旋转到结束位置。也就是说，配重部件可以逐渐且连续地移动，从而不由于配重部件的加速而导致用户上的合力或扭矩。在一些示例中，运动本身的平均速度可以是低速的，例如小于每秒1度的速率。这样，控制器的质心响应于触发事件缓慢地偏移。质心的这种逐渐变化被用户连续感知，并且明显不同于配重部件的更快移动，在配重部件的更快移动中，用户更可能感知控制器的动量的变化，而不是控制器的质心位置的连续感知。

30、可选地，以旋转速度操作配重部件的旋转，并且旋转速度至少部分地由触发事件确定。在配重部件从开始位置到结束位置的整个旋转过程中，旋转速度可以是恒定的，或者旋转速度可以随着配重部件的旋转而变化。在至少部分地基于触发事件来实现配重部件的旋转的情况下，配重部件的加速度可以由触发事件或者与触发事件相关联的数据来确定。例如，来自游戏或娱乐系统的输入可以确定配重部件旋转通过其自由度的方向和/或速率。替代地，游戏或娱乐系统可以提供由触觉模块或控制器施加给用户的期望的力，并且触觉模块或控制器可以接收该目标力作为输入，并且计算实现该目标力所需的配重部件的速度和/或加速度。这可以由触觉模块或控制器上的处理器来完成，并且任何计算出的配重部件的运动可以存储在触觉模块或控制器上的存储器中以供重复使用。

31、可选地，旋转速度至少部分地由预设的用户偏好来确定。

32、配重部件可以以不同的速度旋转，以便根据不同的触发事件提供不同的触觉反馈。例如，如果响应于第一触发事件(例如，对应于树叶从树上落下的应用程序)期望轻微倾斜的触觉反馈感知，则配重部件将具有比响应于第二触发事件(例如，对应于赛车碰撞的应用程序)期望突然定向冲击触觉反馈感知时更低的旋转速度。确定旋转速度也可以考虑其他因素，例如控制器的移动、控制器的取向和用户的偏好。例如，一些用户可以限制配重部件的最小旋转速度和/或最大旋转速度，以更好地适应他们当前的偏好。在具体的示例中，在公共交通工具上操作控制器的用户更有可能限制由控制器提供的任何抖动感受的强度，因此将设定比在他们自己家中操作控制器的用户更低的最大旋转速度。这些用户偏好可以对于由控制器控制的特定应用程序预设，或者对于控制器的所有使用全局地预设。

33、可选地，配重部件包括相对于枢转点可旋转的臂上的第一质量块。优选地，枢转点布置在控制器的几何中心位置，使得第一质量块围绕控制器的几何中心位置旋转。

34、可选地，第一质量块位于臂的第一端，枢转点位于臂的与第一端相对的第二端。这样，对于给定的质量和体积，由配重部件提供的力矩被最大化，增加了可以由配重部件提供的触觉反馈事件的强度极限。

35、在一些示例中，配重部件可以配置成在单个平面内旋转。也就是说，运动可以在一个角度维度上。在其他示例中，配重部件可以在多个平面之间移动或旋转，并且其运动可以由两个角度维度来描述。例如，配重部件可以被操作来描述圆周运动，使得配重部件及其与控制器的连接所包含的体积描述圆锥。

36、可选地，配重部件可旋转以沿控制器的纵向轴线偏移控制器的质心。这样，配重部件可以被旋转以在控制器的纵轴线的平面中提供触觉反馈。例如，在沿配重部件的平面和控制器的纵向轴线的方向上的倾斜感知或冲击感知。

37、可选地，控制器还包括第一手柄和第二手柄，第一手柄和第二手柄布置为用于用户握持控制器，其中纵向轴线限定在第一手柄和第二手柄之间。

38、这样，旋转配重部件可以提供朝向或远离手柄的定向触觉反馈。例如，朝向第一手柄旋转配重部件将使控制器的质心朝向第一手柄偏移，并导致控制器更加朝向第一手柄倾斜。

39、替代地，控制器还仅包括单个手柄。这样，与具有多个手柄的控制器相比，控制器为用户提供了更大的移动自由度，同时配重部件仍然提供相对于手柄的定向触觉反馈。优选地，控制器的纵向轴线穿过单个手柄。

40、可选地，控制器可以包括多个配重部件，其中控制器和配重部件以与上述相同的方式配置，并且配重部件可以彼此独立地旋转。包括多个可独立旋转的配重部件增加了控制器可能提供的触觉反馈的多样性。多个配重部件可以各自旋转通过彼此相同的平面。替代地，多个配重部件中的一些或全部可以具有不同的旋转平面。

41、优选地，多个配重部件均匀分布在整个控制器中。

42、在第二方面，提供了一种用于多媒体娱乐系统的控制器的触觉模块，触觉模块包括配重部件，其中配重部件可相对于被连接元件旋转地移动，并且配置为响应于触发事件从开始位置旋转地移动到结束位置，以偏移触觉模块的质心，其中配重部件在结束位置处停止移动。

43、触觉模块可以以类似于上述第一方面的控制器的方式配置。例如，在第二方面中引用的被连接元件可以是第一方面的控制器，并且第二方面的触发事件可以是第一方面中引用的触发事件。然而，应当理解，触觉元件可以与诸如耳机或虚拟现实头戴式耳机或其他类型的外围设备之类的其他设备一起使用(并且连接到这些设备)。还将认识到，被连接元件和触发事件的特定性质可以取决于触觉模块是如何实现的而变化。配重部件可以直接连接到被连接元件，或者配重部件可以被包括在触觉模块内，触觉模块本身直接连接到被连接元件。

44、触觉模块可以类似于第一方面的控制器来配置，例如使得第二方面的配重部件对应于第一方面的配重部件。第二方面的相应实现也提供了上面关于第一方面讨论的效果和优点。

45、具体来说，这可能意味着开始位置不同于结束位置。

46、可选地，触觉元件配置为响应于触发事件，相对于被连接元件的轴线在0和360度之间旋转配重部件。

47、可选地，触觉元件配置为响应于触发事件，相对于被连接元件的轴线在0和180度之间旋转配重部件。

48、可选地，触发事件是运行在多媒体娱乐系统上的应用程序的输出。

49、可选地，触觉模块配置为将配重部件保持在结束位置，直到第二触发事件。

50、可选地，触觉模块配置为在旋转配重部件之后将配重部件保持在结束位置至少0.5秒。

51、可选地，触觉模块配置为响应于触觉模块的取向的变化来旋转配重部件。

52、可选地，触觉模块配置为旋转配重部件，以抵消触觉模块的取向变化。

53、可选地，使用触觉模块的取向来确定配重部件的结束位置。

54、可选地，触觉模块还包括取向传感器。

55、可选地，触觉模块还包括处理器，处理器配置为接收输入，并且还配置为至少部分地基于输入来确定配重部件的输出旋转。

56、可选地，输入包括与触发事件、触觉模块的取向、触觉模块的位置和触觉模块的移动速度中的一个或多个相关的信息。

57、可选地，触觉模块还包括配置为选择性地旋转配重部件的一个或多个电机，并且其中处理器配置为将所确定的输出旋转发送到一个或多个电机用于致动。

58、可选地，触觉模块配置为将配重部件从开始位置缓慢地旋转到结束位置。

59、可选地，以旋转速度操作配重部件的旋转，并且旋转速度至少部分地由触发事件确定。

60、可选地，旋转速度至少部分地由预设的用户偏好来确定。

61、可选地，配重部件包括相对于枢转点可旋转的臂上的第一质量块。优选地，枢转点布置在触觉模块的中心位置，使得第一质量块围绕触觉模块的中心位置旋转。

62、可选地，第一质量块位于臂的第一端，枢转点位于臂的与第一端相对的第二端。

63、可选地，配重部件可旋转以沿触觉模块的纵向轴线偏移触觉模块的质心。

64、可选地，触觉模块可以包括多个配重部件，其中触觉模块和配重部件以与上述相同的方式配置，并且配重部件可彼此独立地旋转。

65、优选地，多个配重部件均匀地分布在整个触觉模块中。

66、本发明的其他方面、优点、特征和目的将从附图和结合所附权利要求解释的说明性实施例的详细描述中变得显而易见。

67、应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，本发明的特征易于以各种组合进行组合。