专利名称：可折叠触觉显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括传感器和致动器的可折叠触觉显示器，诸如触觉毯状物。
背景技术：
触感技术通过应用力、振动和/或运动到用户经由触摸感觉向用户提供接口，即， 在触感技术中触感设备可以向用户提供刺激。当刺激是针对通过触摸感知时，该设备经常称为触觉设备。已知的触感设备的一个实例是游戏控制器。游戏控制器可以例如用于通过为用户提供“对道路的感知”来模拟赛车方向盘。当用户进行转向或加速时，方向盘通过抵制转向或者不受控制滑动作出响应。游戏控制器也可以配置成用于诸如振动的经由皮肤被感知的触觉反馈，例如响应于用户的车触及护栏。触觉设备的实例在英国专利GB2241894中公开。在此专利中，按摩垫含有多个元件，所述元件布置成矩形形式，包封在例如合成皮革内，并且由外部控制单元控制。特别地， 由用户通过按下控制器上的按钮手动地激活按摩，因而决定按摩区域、强度和动作持续时间。尽管按摩垫向用户提供触觉感觉，它限于单人使用并且由用户自己手动控制，因而仅仅支持单向型通信(即，从控制单元到元件的垫)。
发明内容
发明人洞察到，本领域中存在对将触觉刺激传递到用户的更通用解决方案的需求。具体而言，发明人已经认识到，本领域中存在对这样的触觉设备的需求，该触觉设备在其用途上是多用途的，不限于单个用户，可以由用户佩戴，但是不限于触觉设备和用户之间的特定空间或取向关系。再者，本领域中存在对可以与多媒体应用结合使用的触觉设备的需求。通常，存在对便携、易于管理且使用灵活的多模式感官触觉设备的需求。本发明通过在第一方面中提供一种可折叠触觉显示器来解决上述需求，该可折叠触觉显示器包括
计算单元，其适于接收命令信号和传感器信号； 多个致动器，其分布在该可折叠触觉显示器中；
一个或多个传感器，其分布在该可折叠触觉显示器中，所述一个或多个传感器连接到该计算单元；
其中该多个致动器可由该计算单元响应于接收的命令信号和传感器信号来控制。可折叠触觉显示器是一种包括连贯布置的致动器的触觉设备，其中显示器可以被折叠或披盖(drape)从而容纳对象或用户的形状。本发明将触觉刺激的功能添加到可折叠对象，并且由此提供具备多模式感官体验的触觉显示器。在一实施例中，该可折叠触觉显示器为可以围着人折叠或披盖的触觉毯状物。再者，该可折叠触觉显示器的至少表面层可以是基于织物的，诸如基于合成或天然纺织材料。 通过使用纺织材料，可以提供一种触觉显示器，该触觉显示器按照与通常毯状物相似的方式被感知，但是具有触觉功能。各种类型的传感器可以被应用。在有利实施例中，该一个或多个传感器包括取向传感器，以用于自动地探测可折叠触觉显示器的取向。取向传感器的使用使得有可能提供不依赖于触觉显示器和用户之间的预定义取向关系的触觉显示器。因而通过使用取向传感器，用户不受到关于在使用情形中触觉显示器如何取向的要求的限制。该触觉显示器还可包括诸如压力传感器和邻近传感器的传感器。该触觉显示器可包括折叠线，可以从传感器读数探测沿着所述折叠线的折叠配置。折叠线可以是例如由缝制线特别地调适的区域或区带以确保在这些线周围的折叠，或者它们可以是在显示器折叠时出现，但是不预先调适用于折叠的折叠区域。尽管该可折叠触觉显示器可以在不同情形中使用，它可以特别有利地在娱乐和情绪浸泡的境况中使用。通过添加触觉刺激到多媒体内容，可以提供更加情绪化的体验。可折叠触觉显示器是非常通用的触觉设备，与诸如游戏控制器等的设备对比它可以按照各种方式使用。在有利实施例中，该计算单元使用由一个或多个取向传感器探测的实际取向来调适预定义触觉模式，该预定义触觉模式或者存储在毯状物中或者由外部计算设备传输到毯状物。该计算单元可以基于接收的命令信号选择预定义致动器配置并且基于传感器信号确定该预定义致动器配置是否应重新配置以生成重新配置的致动器配置，从而依据所得到的致动器配置控制该多个致动器。可替换地，任何重新配置可以在外部计算设备中计算，并且计算单元可以简单地接收反映所得到的致动器配置的命令信号。通过使用存储在触觉毯状物中或外部计算设备中的预定义可重新配置的致动器配置的数据库，可以使用具有有限计算能力的计算单元，因为所涉及的计算操作可以保持在最低限度。这促成具有减小的尺寸和减小的功耗的计算单元。该可折叠触觉显示器可以形成触觉刺激系统的一部分，该触觉刺激系统还包括通信连接到计算单元的命令单元。该命令单元可以是多媒体系统的一部分或者与这种系统分离，例如它可以是遥控器。在第二方面，本发明涉及一种操作根据本发明第一方面的可折叠触觉显示器的方法。该方法包括接收命令信号和传感器信号以及将这些信号输入计算单元；并且借助计算单元响应于接收的命令信号和传感器信号控制该多个致动器。通常，本发明的各方面可以按照在本发明范围内的任何可能方式组合和耦合。本发明的这些和其它方面、特征和/或优点将参考下述实施例而显见并得到阐述。
仅仅通过实例的方式参考附图描述本发明的实施例，在附图中
图1示出具有各传感器、各致动器、两条折叠线和一计算单元的触觉毯状物的形式的可折叠触觉显示器；
图2示出具有多条折叠线和多个集成单元的触觉毯状物，每个集成单元含有致动器、 压力传感器和加速度计；
图3示出图2中的触觉毯状物及其致动器的侧视图，并且说明与多条折叠线有关的方图4示出披盖在用户上并且附连到诸如家庭娱乐系统的触觉刺激系统的触觉毯状物；
以及
图5A和5B分别示出触觉毯状物的折叠配置的两个实例直立和平坦。
具体实施例方式可折叠触觉显示器1、20、44的实施例在下文中公开。该可折叠触觉显示器是从触觉毯状物的角度来描述。然而应理解，本发明不限于这种实施例。其它可折叠触觉显示器包含但不限于垫件、盖件、背心、夹克、裤子、帽子和其它服装。本发明的实施例旨在给出毯状物的可能的正常使用，诸如结合一个或多个人的覆盖物，或者作为人可以坐在或靠到其上的沙发或椅子中的垫件或盖件。在实施例中，毯状物的面料(fabric)使得它可以在某种程度上由用户自由地披盖。这引入与使用预编程触觉情绪模式有关的挑战，因为毯状物相对于用户的取向以及触觉显示器的折叠配置不是已知的先验条件。知晓取向会是重要的， 例如结合使用描述处于直立位置的毯状物相对于处于长方形位置的毯状物中从上到下的触觉效果的预编程模式，将导致两种截然不同的效果，即分别为从上到下的效果与从左到右的效果。图1说明触觉毯状物1，其包括多个致动器2和传感器3、4、5、6。说明两种类型传感器压力传感器3和取向传感器4、5、6。取向传感器可以呈加速度传感器(加速度计)的形式，所述加速度传感器为能够探测重力方向的传感器。所述一个或多个传感器连接到计算单元7，该计算单元适于接收命令信号和传感器信号这二者。致动器2均勻地分布且嵌在毯状物1中，从而在整个毯状物上容纳触觉刺激。然而，通常致动器的分布模式可以呈各种类型的模式。多个致动器2可由计算单元7控制。致动器的实例可以是振动偏心质量电机(EMC)、加热器(例如电阻元件)、冷却器(例如珀耳帖元件)、电活性聚合物、经皮电神经刺激(TENS )、压电致动器、形状记忆合金等。再者，除了或者替代压力传感器，可以使用诸如邻近传感器的其它传感器。定制用于触觉毯状物的应用范围的邻近传感器的实例可以是光学传感器、电容传感器、电感传感器、红外反射传感器等。在图1的实施例中，压力传感器3在触觉毯状物1各处均勻地分布。压力传感器被用于确定与用户接触的毯状物上的区域。例如，压力传感器可用于确定坐在毯状物上的用户的数目以及一个或多个人正坐在毯状物1上的位置。对于一个或多个用户用毯状物披盖自己的情形，压力传感器可用于确定毯状物和该一个或多个用户之间的接触区域。此信息可被输入计算单元7，从而响应于探测的该一个或多个用户的数目和位置控制该多个致动器2。在所说明的实施例中，三个取向传感器4、5、6被用于探测触觉毯状物1的取向。探测的取向被输入计算单元7从而控制该多个致动器2。在所说明的实施例中，触觉毯状物1包括两条折叠线8、9，使得它可以沿着两条折叠线之一或二者被折叠。折叠配置的实例为(在下文中 和丄分别代表平行和垂直取向)(1)加速度计4 _加速度计5 1加速度计6 毯状物1是平坦的(见图5B) ； (2)加速度计4丄加速度计5 _加速度计6 毯状物1沿着竖直虚折叠线
68折叠(见图5A)；以及(3)加速度计4 加速度计9丄加速度计6 毯状物沿着水平虚折叠线9折叠。在所说明的实施例中，由取向传感器4、5、6探测到的取向被输入计算单元7，从而确定触觉毯状物1沿着一条或多条折叠线8、9的折叠配置并且从而响应于该折叠配置控制该多个致动器2。对于两条折叠线的情形，三个取向传感器是应对关于毯状物上所有取向和折叠配置的最小限度。实际上，在此实施例中，更多的取向传感器将增加毯状物的成本并且不提供更多信息。在不同实施例中，开关或其它装置可以用于确定折叠配置。例如，如果开关插在触觉毯状物中，开关的两个电学接触位于折叠线的相对侧上，则每当触觉毯状物折叠时，开关被激励并且计算单元能够提取相应的折叠配置。这种方法以及如上所述利用取向传感器的方法允许自动探测折叠配置。图2描绘具有大量折叠线的触觉毯状物的实施例。触觉毯状物20包括许多集成单元21，该集成单元嵌有致动器22、压力传感器23和加速度计M。比较取向传感器的读数，从而探测折叠线。实践中，如果相邻两排取向传感器25 J6具有不同读数(每排)，则折叠线27被探测为位于它们之间。这进一步在图3中说明，该图示出触觉毯状物20及其致动器22的侧视图。例如，取两行致动器25、26，第一行具有重力加速度值g=0，而第二行具有g=+l，因此折叠线被探测为位于它们之间。当折叠角较浅时，加速度数据可以在每排上求平均，从而进行更精确区分；例如这允许区别和1的情形。优选的是所有取向传感器按同一方向缝制在毯状物中；在当前实例中，需要使取向传感器在同一方向上。在使用情形中，触觉毯状物可接收命令信号。这种命令信号可以来源于用户选择。 用户借助命令单元或控制器可以例如选择指定致动程序。在实施例中，该命令单元可以与触觉毯状物集成或者可以拆分但连接到触觉毯状物，例如借助遥控器或其它控制装置。在实施例中，控制器可以是无线单元。控制器也可以是结合图4描述的多媒体系统的一部分。在一实施例中，该计算单元包括存储装置，诸如小的存储器芯片，在该存储装置中存储致动器配置的预定义模式的数据库。该计算单元可以基于接收的命令信号选择预定义致动器配置。基于接收的传感器信号，预定义致动器配置可以被重新配置以生成重新配置的致动器配置。在通常实施例中，与触觉毯状物的致动器配置有关的计算可以或者在与毯状物分离的计算设备，例如形成多媒体系统的一部分的设备中完成，或者在触觉毯状物本身中完成。在第一种情形中，需要双向通信以将传感器的读数传递到计算设备。因此，触觉毯状物的处理能力可以相当低。在第二种情形中，计算设备发送模式到触觉毯状物，触觉毯状物基于传感器输入而重新计算该模式；这会需要更高的处理能力。在下文中，采取在毯状物的计算单元中计算的实施例。在操作中，触觉毯状物提取其取向和折叠配置，并且计算单元调适、选择或组合最适合于当前情形的触觉模式。对于一些模式，可能只需要知晓毯状物的取向，即如果该模式从上到下运行，而一些模式会需要更彻底的重新配置。一些模式是针对特定身体部分的， 这意味着它们仅仅适合结合比如大腿、背、臀部等的人体具体部分使用。基于接收的命令信号，计算单元选择预定义致动器配置，并且基于传感器信号，确定该模式是否应被重新配置，并且如果该模式应被重新配置，将该模式重新配置以生成实际模式，所得到的模式被用于控制该多个致动器。传感器进行的测量导致确定触觉毯状物的取向和折叠配置。这些测量被用于重新配置，例如通过调适和组合上述特定模式。重新配置可以是借助旋转矩阵
权利要求
1.一种可折叠触觉显示器(1、20、44)，包括计算单元(7)，其适于接收命令信号和传感器信号；多个致动器(2、22)，其分布在该可折叠触觉显示器中；一个或多个传感器(3、4、5、6、23、对)，其分布在该可折叠触觉显示器中，所述一个或多个传感器连接到该计算单元；其中所述多个致动器可由该计算单元响应于接收的命令信号和传感器信号来控制。
2.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中所述一个或多个传感器(3、4、 5、6、23、24)包括用于探测该可折叠触觉显示器的取向的取向传感器(4、5、6、24)，并且其中取向被输入该计算单元(7 )从而响应于探测的取向控制所述多个致动器(2、22 )。
3.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，该可折叠触觉显示器还包括一条或多条折叠线(8、9、27)，其适于沿着所述一条或多条折叠线折叠该可折叠触觉显示器。
4.根据权利要求3的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中所述一个或多个传感器(3、4、 5、6、23、24)包括用于探测该传感器的取向的取向传感器(4、5、6、24)，并且其中取向被输入该计算单元(7)从而确定该可折叠触觉显示器沿着所述一条或多条折叠线(8、9、27)的折叠配置并且从而响应于该折叠配置控制所述多个致动器(2、22)。
5.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中所述一个或多个传感器(3、4、 5、6、23、24)包括用于探测一个或多个用户的存在的压力传感器(3、23)，并且其中所述一个或多个用户的数目被输入该计算单元(7 )从而响应于探测的所述一个或多个用户的数目控制所述多个致动器(2、22)。
6.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中所述一个或多个传感器(3、4、 5、6、23、24)包括用于探测一个或多个用户的位置的压力传感器(3、23)，并且其中所述一个或多个用户的位置被输入该计算单元(7)从而响应于探测的所述一个或多个用户的位置控制所述多个致动器(2、22)。
7.根据权利要求3的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中所述多个致动器(2、22)和所述一个或多个取向传感器(4、5、6、24)布置在一个或多个集成单元(21)中，所述集成单元中的每个集成单元包括致动器和取向传感器，其中所述一个或多个集成单元的取向被输入该计算单元(7)从而确定该可折叠触觉显示器沿着所述一条或多条折叠线(8、9、27)的折叠配置并且从而响应于探测的折叠配置控制所述多个致动器。
8.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中该计算单元(7)存储预定义致动器配置的数据库，并且其中该计算单元基于接收的命令信号选择预定义致动器配置以及基于传感器信号重新配置所选择的预定义致动器配置以生成重新配置的致动器配置，从而依据重新配置的致动器配置控制所述多个致动器(2、22 )。
9.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中该计算单元(7)访问外部计算设备中包括的预定义致动器配置的数据库，其中该外部计算设备基于接收的命令信号选择预定义致动器配置并且基于传感器信号生成重新配置的致动器配置，重新配置的致动器配置被发送到该计算单元从而依据重新配置的致动器配置控制所述多个致动器(2、22 )。
10.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中接收的命令信号是基于多媒体内容。
11.根据权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)，其中该可折叠触觉显示器的至少表面层是基于织物的。
12.一种触觉刺激系统(40)，该触觉刺激系统包括 依照权利要求1的可折叠触觉显示器(1、20、44)；以及通信连接到计算单元(7)的命令单元；其中该计算单元接收的命令信号是由该命令单元提供。
13.根据权利要求11的触觉刺激系统(40)，其中该命令单元通信连接到多媒体渲染设备(41)，并且其中该命令信号是基于从该多媒体渲染设备接收的信<号。
14.一种操作可折叠触觉显示器(1、20、44)的方法，其中该可折叠触觉显示器包括 计算单元(7)，其适于接收命令信号和传感器信号；多个致动器(2、22)，其分布在该可折叠触觉显示器中；一个或多个传感器(3、4、5、6、23、对)，其分布在该可折叠触觉显示器中，所述一个或多个传感器连接到该计算单元； 并且其中该方法包括接收命令信号和传感器信号并且将这些信号输入该计算单元；以及借助该计算单元响应于接收的命令信号和传感器信号控制所述多个致动器。
全文摘要
本发明涉及一种可折叠触觉显示器(1)和操作其的方法。该可折叠触觉显示器包括多个致动器(2)、一个或多个传感器(3-6)以及计算单元(7)。该计算单元能够响应于接收的命令信号和传感器信号控制该多个致动器。在一实施例中，该触觉可折叠显示器结合多媒体内容使用。该可折叠触觉显示器可以呈触觉毯状物的形式。
文档编号G06F3/01GK102395940SQ201080016754
公开日2012年3月28日 申请日期2010年4月13日 优先权日2009年4月15日
发明者M. H. 克罗姆普沃茨 F., M. C. 莱门斯 P. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司