可编程的问责警报系统的制作方法

本发明涉及使用可编程的触觉输出与使用者通信的方法和系统。

背景技术：

立即威胁生命或健康(idlh)环境是第一反应人员(诸如，消防员、执法人员、军事人员、和处理化学或毒性废物状况或者紧急情况的人员)遇到的状况，从而使使用个人防护设备和/或呼吸防护有必要。idlh第一反应人员经常遇到的状况的示例包括充分高浓度的烟雾或其他有毒气体，烟雾或其他有毒气体使使用消防战斗服(诸如，呼吸器和/或自给式呼吸器(scba)和全身防护服)有必要。idlh状况经常还包括火和其他嘈杂的噪声，火和其他嘈杂的噪声与消防战斗服相结合降低了可见度和第一反应人员通过声音进行导航或者搜寻身陷困境或受伤人员的能力。

用于与第一反应人员通信的当前系统是基于音频的。即，远离idlh环境的人员经由无线电(诸如，手持式双向无线电接收器或移动电话)与第一反应人员进行口头通信。第一反应人员可具有与移动电话通信的耳机，以收听远程指令。然而，第一反应人员可难以听到指令。此外，气体、火、和其他视觉障碍可阻止第一反应人员通过视觉提示进行导航。

技术实现要素：

本公开有利地提供了用于与使用者进行基于触觉的通信的方法和系统。该系统包括呼吸器，该呼吸器包括面罩。至少一个触觉设备设置在面罩上。至少一个触觉设备被配置为向面罩的至少一部分提供触觉刺激。

在该实施方案的另一方面，面罩是被定尺寸为贴合在使用者的嘴部和鼻部上的半面罩，并且至少一个触觉设备包括两个触觉致动器，并且两个触觉致动器设置在半面罩的相对侧。在该实施方案的另一方面，面罩是被定尺寸为压贴使用者脸部的周边的全面罩，并且至少一个触觉设备包括两个触觉致动器，并且两个触觉致动器设置在全面罩的相对侧。

在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备包括至少一个触觉致动器，至少一个触觉致动器被配置为向面罩的至少部分提供触觉刺激。接收器被配置为无线地接收来自远程通信设备的信息。包括与接收器通信的处理器，该处理器被配置为处理所接收的信息以产生用于至少一个触觉致动器中确定的至少一个的致动器驱动信号并且将至少一个致动器驱动信号传输到所确定的至少一个触觉致动器。在该实施方案的另一方面，所接收的信息包括引导信息、周围状况的改变、和言语通信尝试中的至少一种。在该实施方案的另一方面，触觉刺激包括至少一种振动。

在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备还包括传输器，传输器被配置为无线地传输面罩的位置和取向中的至少一个的信息以及紧急援助请求。在该实施方案的另一方面，触觉设备还包括加速度计和陀螺仪中的至少一个。在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备永久性地保留在面罩内。在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备可释放地保留在面罩内。

在另一个实施方案中，与使用者通信的方法包括将信息从远程通信设备传输到至少一个触觉设备。至少一个触觉设备被定尺寸为保留在呼吸器的面罩内。至少一个触觉设备被配置为接收从远程通信设备传输的信息，并且将该信息处理成至少一种触觉输出。触觉输出赋予到面罩上。

在该实施方案的另一方面，从远程通信设备所传输的信息包括引导信息、周围状况的改变、和言语通信尝试中的至少一种。

在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备还被配置为将使用者位置和取向信息中的至少一者传输到远程通信设备，并且该方法还包括接收从至少一个触觉设备传输的使用者位置和取向信息。在该实施方案的另一方面，面罩为被定尺寸为贴合在使用者的嘴部和鼻部上的半面罩，并且至少一个触觉设备包括两个触觉致动器，并且两个触觉致动器设置在半面罩的相对侧。

在该实施方案的另一方面，面罩为被定尺寸为压贴使用者脸部的周边的全面罩，并且至少一个触觉设备包括两个致动器，并且两个触觉致动器设置在全面罩的相对侧。在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备包括加速度计和陀螺仪中的至少一个。在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备永久性地保留在面罩内。在该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备可释放地保留在面罩内。在该实施方案的另一方面，至少一个触觉信号包括至少一个振动脉冲。

在另一个实施方案中，该系统包括被定尺寸为可释放地保留在呼吸器的面罩内的至少一个触觉设备。至少一个触觉设备被配置为与远程通信设备无线通信并且从远程通信设备接收信息。至少一个触觉设备包括处理器，该处理器被配置为当佩戴呼吸器时将从远程通信设备接收的信息处理成由至少一个触觉设备赋予到面罩上的一个或多个触觉信号。至少一个触觉设备还被配置为将信息传输到远程通信设备。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述将更容易地理解本公开及其伴随的优点和特征的更完整理解，其中：

图1是在基板上具有至少一个触觉致动器的呼吸器的面罩的实施方案的后视图；

图2是具有与基板分离的至少一个触觉致动器的图1中所示的呼吸器的另一个实施方案的后视图；

图3是在基板上具有至少一个触觉致动器的图1中所示的呼吸器的另一个面罩的后视图；

图4是具有与基板分离的至少一个触觉致动器的图3中所示的呼吸器的另一个实施方案的后视图；

图5是被配置为联接到图1至图4中所示的面罩中的任一个的示例性触觉设备的示意图；

图6是被配置为联接到图1至图4中所示的面罩中的任一个的另一个示例性触觉设备的示意图；

图7是被配置为联接到图1至图4中所示的面罩中的任一个的另一个示例性触觉设备的示意图；

图8是被配置为联接到图1至图4中所示的面罩中的任一个的另一个示例性触觉设备的示意图；

图9是根据本发明的原理构造的通信系统的系统示意图；以及

图10是示出根据本发明的原理执行的与使用者通信的示例性方法的流程图。

具体实施方式

如本文所用，诸如“第一”和“第二”，“在...上”和“在...下”，“前”和“后”，“在...中、在...内、和在...周围”等关系术语仅可用于将一个实体或元件与另一个实体或元件区分开，而不必要求或暗示任何物理或逻辑关系或此类实体或元件之间的顺序。本文的公开内容提供了用于经由可编程的触觉输出与使用者通信的系统和方法，诸如当语音通信具有挑战性并且使用者的视觉光谱由于周围环境而受限时可为有用的。

现在参考附图，其中类似的参考指示符是指代类似的元件，在图1中示出了根据本发明的原理构造并且通常被指定为“10”的呼吸器。呼吸器10可为本领域中已知的用于保护使用者不受有害环境(包括但不限于，化学品、粉尘、烟气、蒸气、热和气体)危害的任何呼吸设备。例如，呼吸器10可包括用于滤除污染物的过滤元件，或者可包括专用的空气供应装置，诸如自给式呼吸器(scba)。呼吸器10包括面罩12，该面罩12被定尺寸并且被配置为贴合并且密封在使用者的脸部周围。面罩12可为如图1和图2所示的全面罩14，该全面罩14被定尺寸为贴合在使用者的基本上整个脸部周围。例如，全面罩14可包括涂有橡胶的密封件，该涂有橡胶的密封件被定尺寸为压贴使用者脸部的周边，同时为使用者的眼部、鼻部、和嘴部提供防护。在其他配置中，例如如图3和图4所示，面罩12为半面罩16(例如，口鼻面罩)，该半面罩被定尺寸为仅贴合并且压制在使用者的嘴部和鼻部周围。面罩12可包括条带或其他固定元件，该条带或其他固定元件将面罩12密封到使用者的脸部，由此使得面罩12的至少一部分与使用者脸部的一部分接触。

面罩12可包括至少一个触觉设备18，该触觉设备18被定尺寸为被接收在面罩12的一部分内或者面罩12的一部分上。触觉设备18可利用例如粘合剂、紧固件永久性地保留或以可移除方式联接到面罩12，或者以其他方式机械联接到面罩，和/或可为可见的，隐藏的，或者基本上隐藏在面罩12的任何部分内或面罩12的任何部分上。触觉设备18可包括基板20、处理器或其他控制器22(“cont.”)、至少一个触觉致动器24(“ha”)、和电源26(“b”)，诸如电池。在一个实施方案中，基板20包括与处理器或控制器22通信的印刷电路板，该处理器或控制器22具有被配置为处理发送到触觉设备18和/或从触觉设备18接收的各种信号的处理电路。基板20可为刚性的或者柔性的，并且可与面罩12的一部分永久性地附连或者可永久性地附连到面罩12的一部分。另选地，在一些实施方案中，触觉设备18可以可移除方式插入面罩12内。在图1和图2所示的配置中，基板20被配置为与面罩12的部分的轮廓相合，面罩12的该部分被配置为围绕使用者的下巴弯曲并且轮廓相合。在其他实施方案中，基板20可定位在面罩12的任何部分内或任何部分上，并且可为任何形状或尺寸，例如矩形的或圆形的。基板20可包括形成或蚀刻于基板20上的电导体图案(例如，迹线)，以将附连到基板20或者电连接到基板20的设备(诸如，处理器22、至少一个触觉致动器24、电源26、接收器、和传输器(在图5至图8中示出))电互联。

处理器22可包括存储程序的嵌入式存储器，该程序在被处理器22执行时使得处理器描述本文执行的功能。在一些实施方案中，存储器与处理器22分离。除传统的处理器22和存储器之外，处理器22可包括用于处理和/或控制的集成电路，例如，一个或多个处理器18和/或处理器内核和/或现场可编程门阵列(fpga)和/或专用集成电路(asic)。处理器22可配置为访问存储器(例如，写入存储器和/或从存储器读取)该存储器可包括任何种类的易失性和/或非易失性存储器，例如，缓存和/或缓冲存储器和/或随机存取存储器(ram)和/或只读存储器(rom)和/或光学存储器和/或可擦除可编程只读存储器(eprom)。此类存储器可被配置为存储可由处理器22执行的代码和/或其他数据，例如，与通信有关的数据，例如，节点的配置和/或地址数据等。

电联接到基板20可为被配置为将至少一种触觉输出赋予到面罩12上的至少一个触觉致动器24。例如在一些实施方案中，触觉致动器24可为被配置为将至少一种触觉刺激输出到面罩12上的振动马达和/或力/张力反馈机构。例如，如图1、图3、和图4所示，触觉致动器24a和触觉致动器24b(统称为“触觉致动器24”)通过相应的导体28(例如，电线)电联接到基板20，由此使得触觉致动器24a和触觉致动器24b远离基板20延伸预定距离，并且还可联接到面罩12上的期望位置，并且/或者保留在该期望的位置处或保留在该期望的位置内。例如，在图1的实施方案中，触觉致动器24a和触觉致动器24b联接到全面罩14的相对侧，靠近下巴区域30；在图3中，触觉致动器24a和触觉致动器24b联接到半面罩16的鼻部部分的相对侧；并且在图4中，触觉致动器24a和触觉致动器24b联接到半面罩16的相对侧，靠近下巴区域30。(一个或多个)触觉致动器24被配置为经由面罩12向使用者提供触觉刺激。在其他配置中，导体28可盘绕在基板20内，由此使得基板20与触觉致动器24a和/或触觉致动器24b之间的距离可为能够调节的以贴合到特别的面罩12。在另一个实施方案中，(一个或多个)导体28完全地或部分地嵌入面罩12内，由此使得触觉致动器24和/或基板20可在面罩12内电滑动调节，同时仍保持电连接。在图2所示的配置中，触觉致动器24a和触觉致动器24b安装到基板20上，并且可随着基板20弯曲以与面罩12的轮廓相合。在一些实施方案中，导体28将电源26电联接到控制器22和/或触觉致动器24。

现在参考图5，在图5中示出示例性触觉设备18，与处理器22通信可为被配置为无线地传输来自处理器22的信号的传输器32和被配置为接收无线信号的接收器34，如下更详细论述。在一些实施方案中，传输器32是任选的并且仅在触觉设备18被布置用于将数据传输到命令中心或操作者时才需要。电源26(诸如，电池)可与处理器22电连通以向触觉设备18的各种部件提供电力并且可设置在处理器22的一侧上。在一些实施方案中，电源26可为可再充电的。在一些实施方案中，电源26可为可更换的纽扣型电池。至少一个触觉设备18可直接设置在基板20上，例如设置在与电源26相对的侧面上。在此类配置中，可在使用者脸部的单侧上感知由触觉致动器24赋予到面罩12上的触觉输出。

现在参考图6，在触觉设备18的另一种配置中，电源26和处理器22以及任选的传输器32和接收器34可安装到基板20上。至少一个触觉致动器24可通过一个或多个电导体28联接到处理器22，如上所论述，该电导体28可固定、在长度上盘绕或嵌入面罩12内。在图6中所示的配置中，触觉致动器24a和触觉致动器24b各自在基板20的单侧上远离基板20延伸。如上关于图5中所示的配置所论述，此类配置允许至少一个触觉致动器24将触觉输出赋予到脸部的单侧上。然而，在图6的配置中，触觉致动器24a和触觉致动器24b可定位在面罩12的不同位置处，例如下巴区域30上和脸颊区域36上，或者下巴区域30的侧面上。至少一个触觉致动器24中的一个可用导体28卷绕，而另一个触觉致动器固定在远离基板20的预定距离处，两者均可盘绕，或者两者均可固定在远离基板20的预定距离处。类似地，至少一个触觉致动器24中的一个或多个滑动地电连接到嵌入面罩12内的导体28。

现在参考图7，在触觉设备18的另一种配置中，触觉致动器24a设置在处理器22的一侧上，并且触觉致动器24b设置在相对侧。在此类配置中，每个触觉设备18可接收来自处理器22的触觉信号，这可使得触觉致动器24a和触觉致动器24b中的至少一个将触觉信号赋予到面罩12上。处理器22可包括传输器32和接收器34，以及作为电源26的电池。触觉信号可为编程的预定持续时间的振动，例如脉冲振动或一系列脉冲。另选地，触觉信号可为赋予在面罩12上的任何力或运动。使用者可感知所赋予的触觉输出并且使该输出与传达的行动过程关联，如以下更详细论述。在此类配置中，可向面罩的使用者传达引导和方向信息。例如，从触觉致动器24a或触觉致动器24b赋予的振动脉冲可向使用者指示他应当在与脸部的接收触觉输出的侧面对应的方向上行进。在一些实施方案中，一系列脉冲能够指示要行进的距离。例如，具有第一持续时间的第一脉冲可指示方向，例如，向左转。具有比第一持续时间更短或更长的第二持续时间的第二系列脉冲可指示距离，例如，每个脉冲串可与预定距离(诸如，5米)关联，由此使得三个脉冲串可与15米关联。长脉冲能够用于吸引使用者的注意或者发信号通知一些其他事件。简而言之，脉冲的图案和持续时间能够用于向使用者传达任何类型的信息。

现在参考图8，在触觉设备18的另一种配置中，至少一个触觉致动器24可以与图5至图7中描述的配置相同的方式进行配置和定位。然而，在该配置中，触觉设备18也包括可联接到电源26和/或处理器22的陀螺仪38和/或加速度计40。陀螺仪38可测量基板20的取向和旋转，并且因此可测量面罩12的使用者的取向和旋转。也可包括全球定位系统(gps)接收器的加速度计40可用于测量基板20的加速度和位置，并且因此测量面罩12的使用者的加速度和位置。加速度信号可例如用于确定使用者是否跌倒、跳跃等。由陀螺仪38和/或加速度计40进行的测量可由处理器22进行处理和关联以不仅测量面罩12的使用者的行程/位置的方向，而且测量他/她在空间中的取向。在一些实施方案中，使用者的行程/位置的取向和方向可由传输器32传输。在一些实施方案中，导体28将电源26电联接到控制器22和/或陀螺仪38和/或加速度计40。在一些实施方案中，导体28将其他元件(诸如，控制器22)电联接到陀螺仪38和/或加速度计40。

现在参考图9，位置/方向或行程信息可与取向信息配对，并且可由传输器32直接从触觉设备18或通过呼吸器10的使用者上的中间设备传输到远程通信设备42，诸如，智能电话44。远程通信设备42或者智能电话44内的软件然后可处理从触觉设备18接收的信息以实时监控触觉设备18的使用者的位置、取向、和移动中的至少一种。在其他配置中，触觉设备18可手动地或者自动地传输紧急援助请求。

例如，如果确定使用者的所测量的取向为需要紧急援助的预定位置，例如，仰卧于地面，传输器32可被配置为自动地传输紧急援助请求。任选地，呼吸器10的使用者可通过触摸触觉设备18的预定部分或者通过对触觉设备18说出命令来手动地触发传输援助请求或者相反地，指示积极状态的信号。在此类配置中，触觉设备18可包括与处理器22通信的麦克风(未示出)或触摸传感器(未示出)。

参考图10描述与呼吸器10的使用者通信的示例性方法。呼吸器10的使用者(可为消防员)、idlh情况中的其他第一反应人员、或者口头通信和可见度可为困难的或受限的任何人员可将面罩12密封或以其他方式附连到他的脸部。面罩12包括如上所论述的至少一个触觉设备18。信息可从远程通信设备42传输到触觉设备18。(步骤s100)。远程通信设备42可为能够将指令发送到至少一个触觉设备18和/或从至少一个触觉设备18接收指令的任何通信设备，例如，计算机、智能电话44、平板计算机等。例如，远程通信设备42可向至少一个触觉设备18的接收器34发送包括例如引导和/或方向信息、周围环境状况、和/或与呼吸器10的使用者的通信尝试的指令和信息(步骤s102)。然后，可由处理器22处理所接收的指令和/或信息以驱动(一个或多个)触觉致动器24提供一种或多种触觉输出(步骤s104)。

例如，从远程通信设备42传输的指令可包括方向信息(例如“向左转”)和引导信息(例如，“步行15米”)、周围状况(例如，“太多烟雾或热”)、或通信尝试(例如，“试着与您进行言语接触”)。然后，处理器22可将所接收的信号处理成要传输或以其他方式转发到至少一个触觉致动器24的一个或多个预定致动器驱动信号。然后，致动器驱动信号可使得至少一个触觉致动器24将触觉输出赋予到面罩12上(步骤s106)。如上所论述，触觉输出可包括振动或其他脉冲，使用者可感知振动或其他脉冲并且基于指令或信息采取行动。触觉输出可为任何序列或任何持续时间，并且可被编程到处理器22中。任选地，呼吸器10的使用者以及甚至呼吸器10自身(经由处理器22和传输器32)可引发援助请求或其他信息通过以上论述的方法传输到远程通信设备42。

需要注意，触觉设备18可被配置为使得从远程通信设备42或其他指示设备接收的数据包可为编码的和预定的消息类型。当被接收时，处理器22被编程为将数据包解码成要向触觉致动器24提供的实际脉冲图案。例如，在仅一个实施方案中，消息类型1可解码以指示应当向左侧触觉致动器24(例如，24a)提供下一条消息，并且消息类型2可解码以指示应当向右侧触觉致动器(例如，24b)提供下一条消息。消息类型3可解码为长脉冲，而消息类型4可解码为短脉冲。另外的消息类型可解码为一系列脉冲的预定图案并且也可指示应当激励哪些触觉致动器24。解码图案可存储在存储器中，存储器被包括作为处理器22的一部分或者作为触觉设备18的独立元件。

另外，触觉设备18可被编程为使得传输器32将数据包传输到远程通信设备42，指示从远程通信设备成功地或不成功地接收数据包。行程的位置/方向和加速度数据可被编码和形成为消息以用于传输到远程通信设备42。任何合适的通信协议和技术可用于与远程通信设备42通信。例如，tcp/ip可用于数据通信，并且在远程通信设备42是由使用者携带的智能电话、平板计算机、或其他计算设备的情况下，蓝牙(bluetooth)可用于与远程通信设备42通信。在远程数据中心用作远程通信设备42的情况下，除传统的长程/中程无线通信技术之外或者代替长程/中程无线通信技术，可使用wifi、wimax、或蜂窝技术(例如，长期演进(lte))。

虽然本文描述的实施方案将特定元件示为独立的物理元件，但是本发明仅限于此类排布结构。例如，虽然处理器22、接收器34、和任选的传输器32被示为独立的设备，但是应当理解，这些元件中的一个或多个可作为单个物理设备实现。

在一个实施方案中，呼吸器10包括面罩12和设置在面罩12上的至少一个触觉设备18。至少一个触觉设备被配置为向面罩的至少一部分提供触觉刺激。在该实施方案的一方面，面罩12为被定尺寸为贴合在使用者的嘴部和鼻部上的半面罩16，并且至少一个触觉设备18包括两个触觉致动器，其中两个触觉致动器设置在半面罩的相对侧。在另一方面，面罩为被定尺寸为压贴使用者脸部的周边的全面罩，并且至少一个触觉设备18包括两个触觉致动器24。两个触觉致动器设置在全面罩的相对侧。

根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18包括至少一个触觉致动器24、接收器34、和处理器22。至少一个触觉致动器24被配置为向面罩12的至少部分提供触觉刺激。接收器34被配置为从远程通信设备无线地接收信息。处理器22与接收器34通信。处理器22被配置为处理所接收的信息以产生用于至少一个触觉致动器24中确定的至少一个的致动器驱动信号并且将至少一个致动器驱动信号传输到所确定的至少一个触觉致动器24。根据该实施方案的又一方面，所接收的信息包括引导信息、周围状况的改变、和言语通信尝试中的至少一种。根据该实施方案的另一方面，其中触觉刺激包括至少一种振动。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18还包括传输器32，传输器32被配置为无线地传输面罩12的位置和取向中的至少一者的信息以及紧急援助请求。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18还包括加速度计40和陀螺仪38中的至少一者。

根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18永久性地保留在面罩12内。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18可释放地保留在面罩12内。

另一个实施方案提供了与使用者通信的方法。信息从远程通信设备传输到至少一个触觉设备18，至少一个触觉设备18被定尺寸为保留在呼吸器10的面罩12内，至少一个触觉设备18被配置为接收从远程通信设备传输的信息并且将该信息处理成至少一种触觉输出(方框s100)。触觉输出赋予到面罩12上(方框s106)。

根据该实施方案的另一方面，从远程通信设备传输的信息包括引导信息、周围状况的改变、和言语通信尝试中的至少一种。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18还被配置为将使用者位置和取向信息中的至少一者传输到远程通信设备，并且该方法还包括接收从至少一个触觉设备18传输的使用者位置和取向信息。

根据该实施方案的另一方面，面罩12为被定尺寸为贴合在使用者的嘴部和鼻部上的半面罩16，并且其中至少一个触觉设备18包括两个触觉致动器(24)，并且其中两个触觉致动器24设置在半面罩16的相对侧。根据该实施方案的另一方面，面罩12为被定尺寸为压贴使用者脸部的周边的全面罩14，并且至少一个触觉设备18包括两个触觉致动器24，并且两个触觉致动器24设置在全面罩14的相对侧。

根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18包括加速度计40和陀螺仪38中的至少一者。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18永久性地保留在面罩12内。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉设备18可释放地保留在面罩12内。根据该实施方案的另一方面，至少一个触觉信号包括至少一个振动脉冲。

另一个实施方案提供通信系统，该通信系统具有被定尺寸为可释放地保留在呼吸器10的面罩12内的至少一个触觉设备18。至少一个触觉设备18被配置为与远程通信设备无线通信并且从远程通信设备接收信息。至少一个触觉设备18包括处理器22，该处理器22被配置为当佩戴呼吸器时将从远程通信设备接收的信息处理成由至少一个触觉设备18赋予到面罩12上的一个或多个触觉信号。至少一个触觉设备18还被配置为将信息传输到远程通信设备。

本领域的技术人员将会理解，本发明不限于以上在本文已经特别示出和描述的内容。另外，除非上文提到了相反的情况，否则应当指出的是，所有附图都未按比例绘制。鉴于上述教导内容，各种修改和变化是可能的，而不脱离所附权利要求书的范围。