用于生成和伺服被实时定位的可移动元件的移位力的设备和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用户与计算机系统之间的接口，尤其是在游戏领域，并且更具体而言 涉及用于生成和伺服被实时定位的可移动元件的移位力的设备和系统。
【背景技术】
[0002] 在各种情形之下，可能有必要与计算机系统相结合，手动地或自动地移动一个或 多个可移动元件，其中计算机系统优选地能够检测那些可移动元件的位置和/或朝向。
[0003] 因此，例如，在在游戏板上使用小人像的游戏中，为了使用户能够与由计算机系统 模拟的虚拟玩家玩，在计算机系统上实现的应用必须知道游戏板上所有小人像的位置，尤 其是被用户移动的那些，以计算其行动并且使得有可能执行或指示小人像的移位。
[0004] 存在用于检测游戏板上实际对象的位置和/或朝向的解决办法，从而使得有可能 使用那些对象作为用于计算机系统的接口。
[0005] 因此，例如，电阻类型触摸屏可以被用作游戏板，以便在施加足够压力时检测诸如 触控笔之类的对象的位置。但是，一般而言这种类型的屏幕只支持单次接触并且要求用户 的恒定压力以便知道位置。换句话说，如果触控笔施加的压力减少，则不可能检测触控笔的 位置。
[0006] 基于通过导电体的电流泄漏的原理，还有可能使用电容类型触摸屏。但是，只有导 电并且接地的对象使得能够检测其位置。因此，例如，塑料或木头对象的位置不能利用这种 屏幕确定。
[0007] -般而言，基于触摸屏或触摸膜的解决办法只支持有限数目的同时或几乎同时触 摸并且不能确定多数量的对象。
[0008] 其它解决办法实施基于红外线的技术，尤其是是以平板的形式。因此，例如，以名 称 Surface (Surface 是 Microsoft 的商标）、mTouch (mTouch 是 Merel Technologies 的商 标）和Entertaible (Entertaible是Philips的商标）已知的产品使用位于平板厚度内的 红外线相机。但是，这些平板的所需厚度使它们笨重并且具有低运动性并且赋予它们某个 刚度。此外，它们的价格实际上不允许家用。
[0009] 最后，由本申请人开发的另一种解决办法使得多个可移动元件能够与计算机系统 实时接口。在选定可移动元件中集成的至少一个定位模块之后，这个定位模块被顺序激活。 然后，从这个被激活的定位模块接收信号并且关于包括那个被激活的定位模块的可移动元 件的位置的信息根据接收到的信号被实时计算。定位模块被顺序激活，在给定的时间激活 单个定位模块。
[0010] 此外，存在用于从第一位置到第二位置自动移动可移动元件的解决办法。为了这 些目的，可移动元件通常具有传感器并具有致动轮子的电机。在这里应当指出的是，用于致 动轮子的电机的使用导致移动的一定精度。传感器不需要非常准确。
[0011] 为了控制这些可移动元件的移位，PID(代表比例-积分-微分）类型调节器可以 被使用。回想PID调节器使得能够实时计算可移动对象的实际路径与期望路径之间的差 异，以便调节致动器的控制用于相应地修改该对象的方向。这些计算一般每秒钟被执行几 次。
[0012] 但是，虽然此类解决办法在某些条件下可以是令人满意的，但是它们仍然有许多 缺陷。为了精确，它们的实现常常特别昂贵并且具有与机制（例如轮胎、齿轮系和轮轴）的 磨损和堵塞关联的机械弱点。
【发明内容】
[0013] 本发明使以上阐述的至少一个问题得以解决。
[0014] 因此，本发明针对用于生成并伺服其位置和朝向被实时确定的可移动元件的移位 力的设备，这种设备包括以下装置，
[0015] -用于生成至少一个移位力的装置，所述用于生成至少一个移位力的装置能够被 控制以生成沿多个不同方向的力；
[0016] -接收装置，用于接收射频信号；
[0017] -用于发射电磁信号的发射装置，所述电磁信号是响应于激活信号而被发射的并 使得能够实时定位包括所述设备的可移动元件；
[0018] -控制装置，连接到所述接收装置并连接到所述用于发射电磁信号的发射装置，所 述控制装置被配置为用于
[0019] 〇响应于接收到的射频信号的控制信息而控制所述用于生成至少一个移位力的 装置，和
[0020] 〇响应于来自接收到的射频信号的同步信息而生成激活信号。
[0021] 由于其结构不涉及带轮子的零件，因此根据本发明的设备的可靠性提高了（不存 在轮子、轮胎和诸如齿轮系的传动构件的磨损并且不存在轮轴的堵塞）。此外，诸如齿轮系 的传动构件的缺少使得在设备移位过程中所发射的噪声得以限制。
[0022] 根据特定的实施例，用于生成至少一个移位力的所述装置包括振动器类型的机械 元件。因此，本发明可以通过利用其生产成本非常低的大批量生产零件来实现。此外，这种 移位模式赋予移位虚幻和魔法般的方面。
[0023] 所述机械元件尤其可以包括至少一个电机和被所述至少一个电机直接或间接驱 动的至少一个偏心重块。设备还可以包括至少一个弹性和/或可移动挡块，所述至少一个 挡块安装成使得它在所述至少一个重块的每次旋转（revolution)时被所述至少一个重块 撞击。
[0024] 根据特定的实施例，所述至少一个电机具有基本上与所述设备的移位平面垂直的 旋转轴。
[0025] 仍然根据特定的实施例，设备包括两个或四个振动器类型的机械元件。
[0026] 仍然根据特定的实施例，所述用于接收射频信号的接收装置包括双端口存储器， 所述双端口存储器被配置为可被射频信号并且被所述控制装置读和/或写访问。
[0027] 仍然根据特定的实施例，所述用于接收射频信号的接收装置包括用于从接收到的 射频信号识别同步信息和/或控制信息的识别装置以及用于将识别出的同步信息和/或识 别出的控制信息发送到所述控制装置的发送装置。
[0028] 根据特定的实施例，所述控制装置包括用于访问存储在所述双端口存储器中的值 的装置，同步和/或控制信息是根据存储在所述双端口存储器中的值来识别的。
[0029] 所述用于接收射频信号的接收装置，例如，符合RFID类型标准。
[0030] 本发明还针对用于伺服其位置和朝向被实时确定的可移动元件的移位力的系统， 这种系统包括以下装置：
[0031] -至少一个可移动元件，包括如上所述用于生成和伺服可移动元件的移位力的设 备；及
[0032] -感测表面，包括：
[0033] 〇位置检测引航装置，用于顺序激活可移动元件的电磁发射；
[0034] 〇用于定位电磁信号的装置；及
[0035] 〇控制引航装置，用于发射控制信息，以使得能够控制所述用于生成所述至少一 个可移动元件的所述设备的至少一个移位力的装置。
[0036] 由于可移动元件的结构不涉及带轮子的部分，因此根据本发明的设备的可靠性提 高了（不存在轮子、轮胎和诸如齿轮系的传动构件的磨损并且不存在轮轴的堵塞）。此外， 诸如齿轮系的传动构件的缺少使得在设备移位过程中所发射的噪声得以限制。
[0037] 根据特定的实施例，所述至少一个可移动元件的所述设备的所述至少一个移位力 是响应于由所述定位装置确定的所述至少一个可移动元件的定位信息而确定的。
[0038] 仍然根据特定的实施例，所述控制引航装置包括用于计算所述至少一个可移动元 件的实际路径与所述至少一个可移动元件的期望路径之间的误差的装置。
[0039] 所述控制引航装置包括，例如，PID类型调节器。
【附图说明】
[0040] 本发明的其它优点、目标和特征将从以下具体描述显现，描述是关于附图作为非 限制性例子给出的，其中：
[0041] 图1用图示出了能够被用来实现本发明的体系架构的例子；
[0042] 图2示出了用于确定可移动元件的位置和朝向的检测表面和关联逻辑的例子；
[0043] 图3用图示出了螺线管与检测表面的导电环之间的感应耦合的物理原理；
[0044] 图4用图示出了内插机制，从而使得有可能基于由诸如参考图2所述的系统获得 的测量沿给定的轴计算位于检测表面上的螺线管的位置；
[0045] 图5示出了可移动元件电子电路的特定例子，从而允许对其定位；
[0046] 图6,包括图6a和6b，示出了包括定位和控制标记以及振动器类型的机械元件的 可移动元件的体系架构的两个例子；
[0047] 图7示出了在感测表面上由可移动元件沿着的路径的例子；
[0048] 图8用图示出了由链接到感测表面的计算机系统的软件模块实现的控制可移动 元件的移位力的某些步骤；及
[0049] 图9,包括图9a至9c，表示能够被集成到可移动元件并且包括电机、被电机驱动的 偏心重块以及弹性和/或可移动垂直挡块的振动器类型的机械元件。
【具体实施方式】
[0050] -般而言，本发明涉及可移动元件，其位置（横坐标、纵坐标、高度）和/或朝向 (航向，俯仰和/或横摇）可以由检测表面确定并且包括机械元件，优选地是可以被独立激 活的振动器类型的。检测表面能够顺序地确定一组可移动元件的位置和/或朝向。
[0051] 为了这些目的，每个可移动元件在这里具有至少一个能够接收激活信号和控制信 号的激活模块、定位模块以及用于生成移位力的模块。定位模块由激活模块接收的激活信 号直接或间接地控制。类似地，用于生成移位力的模块由激活模块所接收的控制信号直接 或间接地控制。已经观察到，激活信号可以是控制信号。
[0052] 位置可以是在平面内的二维位置，或者是包括高度（或仰角）的三维位置。检测 表面可以与屏幕组合，以提供例如背景或信息项。
[0053] 通过说明，可移动元件的三维位置的感测可以通过电磁场进行。为了这些目的，使 用由行/列电磁感测类型的网组成的、用于检测可移动元件的位置的检测表面。它与能够 通过解复用来计算发射电磁场的定位模块的位置的电子模块关联。
[0054] 因此，每个定位模块被顺序选择，例如根据特定于其的标识符，以便让它能够发射 电磁场。为了这些目的，每个定位模块包括激活机制，使得，当其被激活时，发射能够被检测 表面感测的电磁场。
[0055] 位置检测引航模块与检测表面关联，以便经由激活信号顺序激活定位模块的电磁 发射或者控制这种顺序激活。这个模块与定位模块之间的激活信号有利地经由无线连接来 传送。
[0056] 激活信号可以选择性地涉及每个定位模块，例如根据它们的标识符，或者涉及一 组定位模块，这些模块根据集成在那些模块中的延迟机制被顺序激活，从而在接收在激活 信号之后预定时段之后启用激活。
[0057] 此外，控制引航模块与检测表面关联，以便发射信号，使得能够控制模块生成属于