CN109669530A - 用于触觉设备的振动触觉驱动器电路 - Google Patents
用于触觉设备的振动触觉驱动器电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109669530A CN109669530A CN201811182323.1A CN201811182323A CN109669530A CN 109669530 A CN109669530 A CN 109669530A CN 201811182323 A CN201811182323 A CN 201811182323A CN 109669530 A CN109669530 A CN 109669530A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage source
- tactile actuator
- voltage
- vibrating tactile
- terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 27
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 244000131316 Panax pseudoginseng Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002305 electric material Substances 0.000 description 1
- 239000013305 flexible fiber Substances 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005404 monopole Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
- G06F3/014—Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
Abstract
本发明公开了用于触觉设备的振动触觉驱动器电路。触觉设备包括被配置为用户的一部分的可穿戴材料。振动触觉致动器耦接到可穿戴材料并且根据驱动信号提供触觉反馈。驱动器电路电耦接到振动触觉致动器并且向振动触觉致动器提供驱动信号。驱动器电路包括交流(AC)电压源组件，该交流电压源组件具有第一AC电压源和第二AC电压源，每个AC电压源具有端子。第一AC电压源的端子电耦接到振动触觉致动器。电容元件电耦接至负AC电压源的端子和调节元件。该调节元件包括第一耦接点和第二耦接点。第一耦接点电耦接到电容元件和振动触觉致动器，并且第二耦接点接地。
Description
技术领域
本披露总体上涉及一种用于对用户进行触觉反馈的***，并且具体地涉及一种用于触觉设备的振动触觉驱动器电路。
背景技术
虚拟现实(VR)是由计算机技术创建的并且(例如通过***)呈现给用户的模拟环境。一些***包括使用振动触觉致动器来提供触觉反馈的触觉设备。触觉反馈本质上是感觉声音，无论是手机的嗡嗡声还是游戏控制器的隆隆声。触觉反馈通常在VR***中实施，从而将触摸感添加到先前仅视觉的界面。然而，用于振动触觉致动器的常规驱动器电路是单极的，并且通常从单个电压源产生200V峰-峰电压，这可能对用户是有危险的。期望使用集成电路来减小尺寸和成本，但是构建能够驱动到200V的集成电路也相当困难。
发明内容
为了在人工现实***中提供更沉浸式的体验，触觉手套(或一些其他可穿戴触觉设备)可以向用户的手施加力，以模拟用户与虚拟对象的交互。例如，***可检测到用户正触摸虚拟对象，且产生与虚拟对象的交互相关联的触觉反馈。可以使用一个或多个振动触觉致动器来生成触觉反馈。
实施方式涉及一种用于振动触觉致动器的驱动器电路。振动触觉致动器耦接到可穿戴材料并且根据驱动信号提供触觉反馈。驱动器电路电耦接到振动触觉致动器(vibrotactile actuator)并且向振动触觉致动器提供驱动信号。驱动器电路包括交流(AC)电压组件，交流电压组件包括第一AC电压源和第二AC电压源，每个电压源具有端子。第一AC电压源的端子电耦接到振动触觉致动器、电耦接到第二AC电压源的端子的电容元件、以及包括第一耦接点和第二耦接点的调节元件，第一耦接点电耦接到电容元件和振动触觉致动器，并且第二耦接点接地，其中，驱动器电路被配置为向振动触觉致动器提供驱动信号。第一AC电压源为正电压源，而第二AC电压源为负电压源。第一AC电压源与第二AC电压源异相180度。在第一AC电压源和第二AC电压源具有相同的峰-峰电压(|Vmax|)的实施方式中，驱动器电路的配置使得由振动触觉致动器观察的峰-峰电压大于|Vmax|。
附图说明
图1是根据实施方式的可穿戴触觉设备的透视图。
图2是示出根据实施方式的驱动器电路的示意图。
图3是示出根据实施方式的响应于虚拟空间中的虚拟触摸事件提供触觉反馈的过程的流程图。
图4是根据实施方式的包括***的***环境的框图。
附图描述的各种实施方式仅为示例。在不脱离本发明原则的情况下，本领域技术人员从以下的内容中，易于想到附图此处所示的结构和方法的可替代实施方式均可被采用。
具体实施方式
本发明的实施方式可以包括或结合人工现实***(artificial reality system)实现。人工现实是在向用户呈现之前已经以某种方式调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混合现实(hybrid reality)或其某种组合和/或派生物。人工现实内容可包括与所捕获的(例如，真实世界)内容组合的完全生成的内容或生成的内容。人工现实内容可包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，并且其中的任一个可在单个渠道或多个渠道(诸如对观看者产生三维效果的立体视频)中呈现。另外，在一些实施方式中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式(例如，在人工现实中执行活动)在中使用的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。可以在不同平台上实现提供人工现实内容的人工现实***，包括连接到主机计算机***的头戴式显示器(HMD)、独立HMD、移动设备或计算***、或能够向一个或多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。
图1是根据实施方式的触觉设备100的透视图。在实施方式中，触觉设备包括手套本体(glove body)110、振动触觉致动器120、控制器130和电通路(electrical pathway)140。图1所示的手套本体110仅仅是实例，并且在不同的实施方式中，该手套本体110包括比图1所示更少、更多或不同的部件。另外，在替代实施方式中，触觉设备100可以是一些其他可穿戴触觉设备。
手套本体110是柔性的并且随着使用者的手和/或手指的关节而移动。在不同实施方式中，手套本体110包括弹性体基材(例如，柔性纤维或如橡胶或皮肤(skin)的其他柔性材料)，该弹性体基材被配置为在用户与虚拟对象交互时随着用户而弯折和/或弯曲。例如，如果用户抓取VR环境中的虚拟苹果，则手套本体110被配置为结合用户的手而变形，以便模拟“抓取”动作。虽然图1示出了单个手套手指上的单个振动触觉致动器120，但是在其他实施方式中，可以存在多个振动触觉致动器(例如，每个手套指上的一个或多个)和多个电通路。此外，在一个或多个实施方式中，一个或多个振动触觉致动器和相应的驱动器电路可以定位在除了图1中所示的位置之外和/或不同于图1中所示位置的手套本体110上的位置。在一些实施方式中，振动触觉致动器120可以包裹手套本体110的整个手套手指。同样地，控制器130可以耦接到与图1所示位置不同的手套本体110的部分(例如，耦接到手腕、手掌等)。
振动触觉致动器120向触觉设备110的用户提供触觉反馈。振动触觉致动器120是根据由控制器130(具体地，根据由控制器130的相应的驱动器电路)提供的驱动信号而振动的设备。驱动信号控制振动频率、振动幅度、触觉反馈的一些其他参数或其某种组合。振动触觉致动器120耦接到可穿戴材料110。
控制器130控制触觉设备100上的一个或多个振动触觉致动器。控制器130包括一个或多个驱动器电路，每个驱动器电路驱动至少一个振动触觉致动器。在一些实施方式中，控制器130从控制台、HMD或某个其他设备接收触觉反馈信号。控制器130使用触觉反馈信号来选择一个或多个驱动器电路中的驱动器电路，并且表明所选择的驱动器电路生成驱动信号。所选择的驱动器电路生成驱动信号，该驱动信号然后被提供给耦接至所选择的驱动器电路的其对应的振动触觉致动器中的一个或多个。例如，控制器130可以选择驱动器电路150，驱动器电路150生成经由电通路(electrical pathway)140提供给振动触觉致动器120的驱动信号。关于驱动器电路的附加细节在下面参见图2至图4详细讨论。注意，虽然图1示出了驱动器电路150在控制器130内，但是在其他实施方式中，一些或所有的驱动器电路可以在控制器130外部。例如，驱动器电路可与其对应的振动触觉致动器中的一个或多个共置或以其他方式靠近其对应的振动触觉致动器中的一个或多个。
电通路140是柔性导电材料，该柔性导电材料将振动触觉致动器120电耦接到控制器130。电通路140可以是单个导电通路或电耦接在一起的多个导电通路。在一些实施方式中，电通路140可以将多个振动触觉致动器电耦接到控制器130(具体地耦接到它们各自的驱动器电路)。电通路140将驱动信号从控制器130传送到振动触觉致动器120。电通路140可由例如导电金属、具有金属离子的导电塑料聚合物、弹性体外壳内的导体、一些其他柔性导电材料或其某种组合组成。
图2是示出根据实施方式的驱动器电路的示意图。在实施方式中，驱动器电路包括可与控制器200交换地耦接(commutatively coupled)的交流(AC)电压源210，以及部件块215。
AC电压源组件210为驱动器电路供电。AC电压源组件210包括第一AC电压源212和第二AC电压源214。第二AC电压源214是第一AC电压源212的逆。第一AC电压源与第二AC电压源异相180度。在第一AC电压源和第二AC电压源具有相同的峰值-峰值电压(|Vmax|)的实施方式中，驱动器电路的配置使得由振动触觉致动器观察到的峰值-峰值电压大于|Vmax|，并且优选地大于1.5×|Vmax|以便提高效率。第一AC电压源212和第二AC电压源214各自具有端子。第一AC电压源212的端子电耦接到振动触觉致动器220，并且第二AC电压源214的端子电耦接到电容元件240。AC电压源组件210生成足以为振动触觉致动器220供电的AC电压。在一些实施方式中，第一AC电压源212和第二AC电压源214的峰值-峰值电压可具有0伏至110伏的范围。正AC电压源212和第二AC电压源214可以1Hz到100Hz的频率运行。第一AC电压源212和第二AC电压源214可以生成任意波形，例如正弦、正方形、三角形等。注意，尽管在图2中，AC源组件210耦接到单个组件块215，在替代实施方式中，AC源组件210可以耦接到多个组件块315。
在实施方式中，组件块215包括振动触觉致动器220、调节元件230和电容元件240。组件块215被配置为降低第一AC电压源212和第二AC电压源214的最大电压。因为一些振动触觉致动器不能以双极性配置被驱动，所以在一些实施方式中，驱动器电路使用两个0V至100V的峰-峰交流电压源生成0V至180V的峰-峰单极驱动。构建集成电路(IC)以驱动到180V比将其驱动到100V要困难的多。此外，可以驱动到180V的驱动器电路通常具有180V直流(DC)电源而不是100V电源，如果暴露于用户则是危险的。
振动触觉致动器220的配置和运行类似于图1的振动触觉致动器120。因此，为了简洁起见，在此省略其详细描述。
调节元件230包括第一耦接点和第二耦接点。第一耦接点电耦接到电容元件240和振动触觉致动器220，第二耦接点接地。在实施方式中，调节元件230是二极管。二极管被配置为允许电流在一个方向上通过，同时阻断在相反方向上的电流。二极管阳极电耦接到电容元件240。二极管阴极接地。在另一个实施方式中，调节元件230是电耦接到二极管的负DC源，以向振动触觉致动器220提供DC偏压。负DC源可具有至少48伏特的值。在实施方式中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一AC电压端子与地之间的电压。
电容元件240存储电荷并且包括第一耦接点和第二耦接点。第一耦接点电耦接到调节元件230，并且第二耦接点电耦接到负AC电压源214的端子。在实施方式中，电容元件是电容器。该电容器可以具有至少是大于振动触觉致动器电容的十倍的电容，以便最大化跨振动触觉致动器的峰-峰电压。如果电容器与振动触觉致动器电容之间的比率为10至1，则跨电容器可能会有大约百分之十的电压损失。在一些实施方式中，振动触觉致动器220对于在10Hz和100MHz之间的频率主要是电容性的。这提高了驱动电路的效率。在这些频率主要是电容性的示例振动触觉致动器具有200nF的有效电容和大于兆欧姆的漏电阻。
图3是示出根据实施方式的响应于虚拟空间中的虚拟触摸事件提供触觉反馈的过程的流程图。在实施方式中，图3的过程由控制台执行。在其他实施方式中，其他实体可以执行该过程的一些或所有步骤。同样地，实施方式可以包括不同和/或附加步骤，或者以不同的顺序执行步骤。
控制台确定虚拟触摸事件310。在实施方式中，控制台从触觉设备接收IMU数据和/或来自成像设备的成像数据，然后确定手部运动。在一种方法中，控制台基于惯性测量单元(IMU)数据和/或成像数据来获得用户手部的三维(3D)图，该三维(3D)图描述与实际中触觉设备的部分的物理位置相对应的虚拟空间中的触觉设备的各个部分的坐标。控制台比较虚拟空间中的虚拟对象的坐标和虚拟空间中的触觉设备的坐标，以确定是否发生虚拟触摸事件。响应于确定发生虚拟触摸事件，控制台确定对应于虚拟触摸事件的触觉设备的坐标320。例如，响应于用户用食指按压虚拟空间中的毛绒球，控制台确定发生这样的虚拟触摸事件，并且识别与食指对应的触觉设备。
控制台根据坐标生成描述要提供的触觉反馈的细节的触觉反馈信号330。在实施方式中，触觉反馈信号表明应激活哪个振动触觉致动器。在替代实施方式中，触觉反馈信号表明应选择哪个驱动器电路来生成驱动信号。此外，控制台向控制器传送触觉反馈信号340。在实施方式中，控制器使用触觉反馈信号来选择一个或多个驱动器电路中的驱动器电路，并且表明所选择的驱动器电路生成驱动信号。所选择的驱动器电路生成驱动信号，该驱动信号然后被提供给耦接至所选择的驱动器电路的其对应的振动触觉致动器中的一个或多个。
振动触觉致动器接收驱动信号，然后根据驱动信号向用户提供触觉反馈。在触觉反馈信号识别振动触觉致动器和致动量的实施方式中，控制器致动由触觉反馈信号识别的振动触觉致动器，如关于图1至图2详细描述的。在触觉反馈信号识别驱动器电路的实施方式中，控制器130表明所识别的驱动器电路生成驱动信号，该驱动信号然后被提供给其对应的振动触觉致动器，如关于图1至图2详细描述的。
图4是根据实施方式的人工现实***400的框图。图4所示的***400包括头盔405、控制台410、成像设备435和触觉组件440。虽然图4示出了包括一个头盔(headset)405、一个成像设备435和一个触觉组件440(例如，触觉手套)的示例***400，但在其他实施方式中，***400中可以包括任何数量的这些组件。例如，可能存在多个头盔405，每个头盔405具有相关联的触觉组件440并且被一个或多个成像设备435监视，其中每个头盔405、触觉组件440和成像设备435与控制台410通信。在替换配置中，不同和/或附加组件可被包括在***环境400中。类似地，这些功能能够以与在此描述的方式不同的方式分布在这些部件之间。例如，控制台410的功能中的一些或全部可被包含在头盔405内。
头盔405是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由头盔呈现的媒体的示例包括一个或多个图像、视频、音频或其任何组合。在一些实施方式中，经由从头盔405、控制台410或两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据的外部设备(例如，扬声器和/或耳机)来呈现音频。在一些实施方式中，头盔405还可充当增强现实(AR)头盔。在这些实施方式中，头盔405利用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理、现实世界环境的视图。
头盔405包括电子显示器415、光学块418、一个或多个***420、一个或多个位置传感器425和惯性测量单元(IMU)430。
电子显示器415根据从控制台410接收的数据向用户显示图像。在实施方式中，电子显示器415通过发光来显示图像。在另一实施方式中，电子显示器415通过在反射或透射过程中调制可用光来显示图像。例如，电子显示器可以是液晶显示器(LCD)。
光学块418放大从电子显示器415接收的光，校正与图像光相关联的光学误差，并且校正的图像光被呈现给头盔405的用户。光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤色镜或影响从电子显示器415发射的图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学块418可包括不同光学元件的组合。在一些实施方式中，光学块418中的一个或多个光学元件可具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。
***420是在头盔405上位于相对于彼此的特定位置并相对于头盔405上的头盔405的特定参考点的物体。***420可以是发光二极管(LED)、角锥棱镜反射器、反射标记、与头盔405运行的环境形成对比的光源的类型，或其某种组合。在***420是有源(即，LED或其他类型的发光器件)的实施方式中，***420可以在可见频带(约380nm至750nm)、在红外(IR)带中(约750nm至1mm)、在紫外带(10nm至380nm)、电磁光谱的一些其他部分或其某种组合中发射光。
在一些实施方式中，***420位于头盔405的外表面下方，其对由***420发射或反射的光的波长是透明的，或足够薄以基本上不会衰减由***420发射或反射的光的波长。另外，在一些实施方式中，头盔405的外表面或其他部分在可见光波长的可见频带中是不透明的。由此，***420可以在外表面(其在IR带中透明但在可见频带中不透明的)下方发射IR带中的光。
IMU 430是基于从一个或多个位置传感器425接收的测量信号来生成头盔405的IMU数据的电子设备。位置传感器425响应于头盔405的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器425的示例包括：一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的另一合适类型的传感器、用于IMU 430的误差校正的传感器的类型或其某种组合。位置传感器425可以位于IMU 430外部、IMU 430内部或其某种组合。
基于来自一个或多个位置传感器425的一个或多个测量信号，IMU430生成头盔405的IMU数据，该数据表明头盔405相对于头盔405的初始位置的估计位置。例如，位置传感器425包括多个加速计以测量平移运动(前/后、上/下、左/右)和多个陀螺仪以测量头盔405的旋转运动(例如，俯仰、摇摆、滚动)。在一些实施方式中，IMU 430快速地采样测量信号并且根据采样数据计算头盔405的估计位置。例如，IMU 430将从加速度计接收到的测量信号在时间上进行积分以估计速度向量，并且将速度向量在时间上积分以确定头盔405上的头盔405的参考点的估计位置。可替代地，IMU 430向控制台410提供采样的测量信号，控制台410确定头盔405的IMU数据。头盔405的参考点是可用于描述头盔405的位置的点。虽然头盔405的参考点通常可被定义为空间中的点；然而，实际上，头盔405的参考点被定义为头盔405内的点(例如，IMU 430的中心)。
IMU 430从控制台410接收头盔405的一个或多个校准参数。如以下进一步讨论的，头盔405的一个或多个校准参数用于维持对头盔405的跟踪。基于所接收的头盔405的校准参数，IMU 530可以调整一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方式中，头盔405的某些校准参数使得IMU 430更新头盔405的参考点的初始位置，从而其对应于头盔405的参考点的下一个校准位置。将头盔405的参考点的初始位置更新为头盔405的参考点的下一校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差)导致头盔405的参考点的估计位置随着时间从头盔405的参考点的实际位置“漂移”。
触觉组件440是用于向用户提供触觉反馈的设备。触觉组件440包括***470、一个或多个位置传感器475、惯性测量单元(IMU)480。在一些实施方式中，采用***470、一个或多个位置传感器475、惯性测量单元(IMU)480来确定触觉组件440的位置或移动。触觉组件440根据从控制台410接收的触觉反馈信号向用户提供触觉反馈。
在实施方式中，触觉反馈信号表明将被致动以提供触觉反馈的触觉组件440的位置或部分。
在另一实施方式中，触觉反馈信号表明用于提供驱动信号的驱动器电路。在该实施方式中，将驱动信号提供给要被致动的对应的振动触觉致动器。触觉组件440根据触觉反馈信号在触觉组件440(即，振动触觉致动器)的位置或部分向用户提供触觉反馈。
***470是位于触觉组件440上相对于彼此并且相对于触觉组件440上的触觉组件440的特定参考点的特定位置中的物体。除了***470是触觉组件440的一部分以外，***470基本上类似于***420。另外，在一些实施方式中，触觉组件440的外表面或其他部分在光波长的可见频带中是不透明的。由此，***470可以在外表面(其在IR带中透明但在可见频带中不透明)下方发射IR带中的光。
位置传感器475响应于触觉组件440的运动而生成一个或多个测量信号。除了位置传感器475是触觉组件440的一部分以外，位置传感器475基本上类似于位置传感器425。位置传感器475可以位于IMU 480的外部、IMU 480的内部、或者其某种组合。
基于来自一个或多个位置传感器475的一个或多个测量信号，IMU 580生成触觉组件440的IMU数据，该IMU数据表明触觉组件440相对于触觉组件440的初始位置的估计位置。例如，位置传感器475包括用于测量平移运动(前/后、上/下、左/右)的多个加速度计和测量触觉组件440的旋转运动(例如，俯仰、摇摆、滚动)的多个陀螺仪。在一些实施方式中，IMU480快速地采样测量信号并且根据采样数据计算触觉组件440的估计位置。例如，IMU 580将从加速度计接收的测量信号在时间上进行积分以估计速度矢量，并且将速度矢量在时间上进行积分以确定触觉组件440的参考点的估计位置。可替代地，IMU 580将采样的测量信号提供给控制台410，控制台410确定触觉组件440的IMU数据。触觉组件440的参考点是可用于描述触觉组件440的位置的点。虽然触觉组件440的参考点通常可被定义为空间中的点；然而，实际上，触觉组件440的参考点被定义为触觉组件440内的点(例如，IMU 480的中心)。
IMU 480从控制台410接收触觉组件440的一个或多个校准参数。如以下进一步讨论的，触觉组件440的一个或多个校准参数用于维持对于触觉组件440的跟踪。基于所接收的触觉组件440的校准参数，IMU 580可以调整一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方式中，触觉组件440的某些校准参数使得IMU 580更新触觉组件440的参考点的初始位置，因此其对应于触觉组件440的参考点的下一个校准位置。将触觉组件440的参考点的初始位置更新为触觉组件440的参考点的下一校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。
触觉组件440包括触觉设备，控制台410可以通过该触觉设备检测用户的手部移动并且向用户的手部提供触觉感知。触觉设备包括耦接到一个或多个振动触觉致动器的一个或多个驱动器电路。在一些实施方式中，触觉设备是触觉设备100。触觉设备从控制台410接收表明驱动器电路及其对应的振动触觉致动器的触觉反馈信号，然后相应地向用户提供触觉反馈，如关于图2至图4详细描述的。
成像设备435根据从控制台410接收的校准参数生成成像数据。头盔的成像数据(在此也称为“成像信息”)包括一个或多个图像，该图像示出可由成像设备435检测的与头盔405相关联的***420的观察位置。类似地，触觉组件440的成像数据包括一个或多个图像，其示出可由成像设备435检测的与触觉组件440相关联的***470的观察位置。在一个方面，成像数据包括头盔405和触觉组件440两者的一个或多个图像。成像设备435可包含一个以上相机、一个以上摄像机、能够捕获包括***420和470中的一者以上的图像的任何其他设备、或其任何组合。另外，成像设备435可包含一个以上滤色镜(例如，用于增加信噪比)。成像设备435被配置为检测在成像设备435的视场中从***420和470发射或反射的光。在***420和470包括无源元件(例如，后向反射器)的实施方式中，成像设备435可包括照明***420和470中的一些或全部的光源，***420和470将光朝向成像设备435中的光源反向反射。成像数据从成像设备435传送到控制台410，且成像设备435从控制台410接收一个以上校准参数以调整一个以上成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
控制台410根据从以下各项中的一者或多者接收的信息向头盔405提供媒体以供向用户呈现：成像设备435、头盔405、触觉组件440。在图4所示的示例中，控制台410包括跟踪模块450和引擎455。控制台410的一些实施方式具有与结合图4描述的模块不同的模块。类似地，下面进一步描述的功能可以按照与这里描述的方式不同的方式分布在控制台410的部件之间。
跟踪模块450使用一个或多个校准参数来校准***400，并且可以调整一个或多个校准参数以减少确定头盔405和/或触觉组件440的位置的误差。
跟踪模块450使用来自成像设备435的头盔405的成像信息，跟踪头盔405的移动。跟踪模块450使用来自头盔405的模型和成像信息的所观察的***来确定头盔405的参考点的位置。跟踪模块450还使用来自头盔405的IMU信息的位置信息来确定头盔405的参考点的位置。另外，在一些实施方式中，跟踪模块450可使用IMU信息、成像信息的一部分或头盔405的一些组合来预测头盔405的未来位置。跟踪模块450将头盔405的估计或预测的未来位置提供给引擎455。
此外，跟踪模块450使用来自成像设备435的触觉组件440的成像信息，跟踪触觉组件440的移动。跟踪模块450使用来自触觉组件440的模型和成像信息的所观察的***来确定触觉组件440的参考点的位置。跟踪模块450还使用来自触觉组件440的IMU信息的位置信息来确定触觉组件440的参考点的位置。另外，在一些实施方式中，跟踪模块450可使用IMU信息、成像信息的一部分或触觉组件440的一些组合来预测触觉组件440的未来位置。跟踪模块450将估计的或预测的触觉组件440的未来位置提供给引擎455。
引擎455在***环境400内执行应用并且从跟踪模块450接收头盔405的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，引擎455确定提供给头盔405以呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息表明用户已看向左侧，则引擎455为头盔405生成在虚拟环境中镜像用户的移动的内容。另外，引擎455响应于检测到触觉组件440的运动而在控制台410上运行的应用内执行动作，并且向用户提供执行了该动作的反馈。在一个示例中，引擎455指示头盔405向用户提供视觉或听觉反馈。在另一示例中，引擎455指示触觉组件440向用户提供触觉反馈。
此外，引擎455从跟踪模块450接收触觉组件440的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合，并且确定是否发生虚拟触摸事件。在此，虚拟触摸事件是指用户接触虚拟空间中的虚拟对象的事件。例如，在头盔405上向用户呈现虚拟对象的图像。同时，引擎455通过跟踪模块450统一分析触觉组件440的多个传感器的位置，并且生成描述触觉组件440的位置和形状的触觉组件440的三维绘图。触觉组件440的三维绘图描述了与触觉组件440的部件在现实中的物理位置对应的在虚拟空间中的触觉组件440的各个部分的坐标。响应于用户执行抓取虚拟对象的动作或者用户被虚拟对象接触，引擎455确定虚拟触摸事件发生。
在一个实施方式中，引擎455比较虚拟空间中的虚拟对象的坐标和触觉组件440的坐标以确定是否发生虚拟触摸事件。引擎455根据经由头盔405呈现的图像获得虚拟空间中的虚拟对象的坐标。另外，引擎455从跟踪模块450获得对应于VR触觉组件440的物理位置的触觉组件440(例如，触觉手套)的坐标或触觉组件440的三维绘图。然后，引擎455比较虚拟空间中的虚拟对象的坐标和虚拟空间中的触觉组件440的坐标。例如，如果虚拟对象和触觉组件440的两个坐标重叠或彼此在预定距离内接近长达预定时间量(例如，1秒)，则控制台410确定虚拟触摸事件发生。
在一个实施方式中，引擎455生成响应于检测到的虚拟触摸事件的触觉反馈信号。在一个方面中，触觉反馈信号表明触觉组件440的哪个部分(例如，坐标或位置)提供触觉反馈。引擎455将触觉反馈信号提供给触觉组件440，用于执行触觉反馈。
附加配置信息
本披露实施方式的上述描述仅出于说明的目而呈现；且不旨在穷尽的或者将本公开内容局限于所公开的精确形式。本领域的技术人员可能根据以上公开的内容理解许多修改形式和变型形式。
本说明书的一些部分从信息运算的算法和符号表示法的角度描述了本披露的一些实施方式。这些算法描述和表示通常由数据处理领域中的技术人员使用以将他们工作的实质有效地传达给本领域其他技术人员。这些运算，当被描述为功能性的、计算性的或逻辑性的时，被理解为由计算机程序或其他等同电路、微码等实施。此外，有时，把这些运算的安排称为模块也是方便的，并且不失其一般性。运算及其关联模块可具体化为软件、固件、硬件或以上设备的任意组合。
本文的任何步骤、运行或流程可被一个或多个硬件或软件模块单独或与其他设备组合执行或实施。在实施方式中，软件模块可被计算机程序产品实施，该计算机程序产品包括包含计算机程序代码的计算机可读介质，该程序代码可被用于执行任何或所有步骤、运行或流程的计算机处理器执行。
本披露的实施方式还可涉及一种用于执行本文中的运行的装置。这种装置可能是为所需的目的特别建造的，并且/或者该装置可包括被储存在计算机中的计算机程序选择性启动或重新配置的通用计算设备。这样的计算机程序可被储存在永久性非易失性存的，有形的计算机可读存储介质或任何可存储电子指令的介质类型，这些介质可藕耦接于计算机***总线。此外，本说明所指的任何计算***可包括单个处理器或者可以是使用多个处理器设计以增强计算能力的体系结构。
本披露的实施方式还可以涉及由本文中所描述的计算过程制造的产品。这样的产品可包括来自计算流程的信息，在该流程中其中，信息储存在永久性非易失性的，、有形的计算机可读存储介质中，并且可包括本文所述的计算机程序产品或其他数据组合的任何一实施方式。
最后，原则上出于可读性和说明性之目的来选择本说明书中使用的语言，并且所使用的语言并不被选择来划定或者限制本发明的主题。因此，本披露的范围并不旨在由具体实施方式来限定，而是由基于具体实施方式的本申请所发布的任何权利要求来限定。因此，实施方式的公开内容旨在用于说明，而非限制在所附权利要求中阐述的本公开的范围。
Claims (20)
1.一种触觉手套，包括：
手套本体，被配置为覆盖手；
振动触觉致动器，所述振动触觉致动器耦接至所述手套本体并且所述振动触觉致动器被配置为根据驱动信号提供触觉反馈；
驱动器电路，所述驱动器电路电耦接到所述振动式触觉致动器并且所述驱动器电路被配置为向所述振动触觉致动器提供所述驱动信号，所述驱动器电路包括：
交流(AC)电压源组件，所述交流电压源组件包括第一AC电压源和第二AC电压源，所述第一AC电压源和所述第二AC电压源中的每一者具有端子，其中，所述第一AC电压源的所述端子电耦接至所述振动触觉致动器，
电容元件，所述电容元件电耦接至所述第二AC电压源的所述端子，以及
调节元件，所述调节元件包括第一耦接点和第二耦接点，所述第一耦接点电耦接到所述电容元件和所述振动触觉致动器，并且所述第二耦接点接地。
2.根据权利要求1所述的触觉手套，其中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一个AC电压端子与地之间的电压。
3.根据权利要求1所述的触觉手套，其中，所述调节元件是二极管。
4.根据权利要求1所述的触觉手套，其中，所述调节元件是电耦接到二极管的负DC源。
5.根据权利要求4所述的触觉手套，其中，所述负DC源向所述振动触觉致动器提供DC偏压。
6.根据权利要求4所述的触觉手套，其中，所述负DC源具有至少-48伏特的值。
7.根据权利要求4所述的触觉手套，其中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一个AC电压端子与地之间的电压。
8.一种可穿戴触觉设备，包括
可穿戴材料，所述可穿戴材料被配置为覆盖用户的身体部分；
振动触觉致动器，所述振动触觉致动器耦接至所述可穿戴材料并且所述振动触觉致动器被配置为根据驱动信号提供触觉反馈；
驱动器电路，所述驱动器电路电耦接到所述振动式触觉致动器并且所述驱动器电路被配置为向所述振动触觉致动器提供所述驱动信号，所述驱动器电路包括：
交流(AC)电压源组件，所述交流电压源组件包括第一AC电压源和第二AC电压源，所述第一AC电压源和所述第二AC电压源中的每一者具有端子，其中，所述第一AC电压源的所述端子电耦接至所述振动触觉致动器，
电容元件，所述电容元件电耦接至所述第二AC电压源的所述端子，以及
调节元件，所述调节元件包括第一耦接点和第二耦接点，所述第一耦接点电耦接到所述电容元件和所述振动触觉致动器，并且所述第二耦接点接地。
9.根据权利要求8所述的可穿戴触觉设备，其中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一个AC电压端子与地之间的电压。
10.根据权利要求8所述的可穿戴触觉设备，其中，所述调节元件是二极管。
11.根据权利要求8所述的可穿戴触觉设备，其中，所述调节元件是电耦接至二极管的负DC源。
12.根据权利要求11所述的可穿戴触觉设备，其中，所述负DC源向所述振动触觉致动器提供DC偏压。
13.根据权利要求11所述的可穿戴触觉设备，其中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一个AC电压端子与地之间的电压。
14.一种驱动器电路，包括：
交流(AC)电压源组件，所述交流电压源组件包括第一AC电压源和第二AC电压源，所述第一AC电压源和所述第二AC电压源中的每一者具有端子，其中，所述第一AC电压源的所述端子电耦接至振动触觉致动器，
电容元件，所述电容元件电耦接至所述第二AC电压源的所述端子，以及
调节元件，所述调节元件包括第一耦接点和第二耦接点，所述第一耦接点电耦接到所述电容元件和所述振动触觉致动器，并且所述第二耦接点接地，
其中，所述驱动器电路被配置为向所述振动触觉致动器提供驱动信号。
15.根据权利要求14所述的驱动器电路，其中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一个AC电压端子与地之间的电压。
16.根据权利要求14所述的驱动器电路，其中，所述调节元件是二极管。
17.根据权利要求14所述的驱动器电路，其中，所述调节元件是电耦接到二极管的负DC源。
18.根据权利要求17所述的驱动器电路，其中，所述负DC源向所述振动触觉致动器提供DC偏压。
19.根据权利要求17所述的驱动器电路，其中，所述负DC源具有至少-48伏特的值。
20.根据权利要求17所述的触觉手套，其中，振动触觉致动器端子与地之间的电压大于任一个AC电压端子与地之间的电压。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/783,804 | 2017-10-13 | ||
| US15/783,804 US10317999B2 (en) | 2017-10-13 | 2017-10-13 | Vibrotactile driver circuit for haptic devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109669530A true CN109669530A (zh) | 2019-04-23 |
| CN109669530B CN109669530B (zh) | 2021-09-21 |
Family
ID=66097567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811182323.1A Active CN109669530B (zh) | 2017-10-13 | 2018-10-11 | 用于触觉设备的振动触觉驱动器电路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10317999B2 (zh) |
| CN (1) | CN109669530B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110347252A (zh) * | 2019-06-30 | 2019-10-18 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 马达激励信号生成方法、装置和计算机设备 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9132352B1 (en) | 2010-06-24 | 2015-09-15 | Gregory S. Rabin | Interactive system and method for rendering an object |
| EP4083758A1 (en) | 2013-07-05 | 2022-11-02 | Rubin, Jacob A. | Whole-body human-computer interface |
| US10474236B1 (en) * | 2017-09-13 | 2019-11-12 | Facebook Technologies, Llc | Haptic device for variable bending resistance |
| US11009959B1 (en) * | 2019-05-09 | 2021-05-18 | Facebook Technologies, Llc | Haptic vibrotactile actuators on inflatable bladders and related systems and methods |
| GB2587198B (en) * | 2019-09-17 | 2021-12-15 | Cambridge Mechatronics Ltd | A Power Supply Arrangement |
| CN113746296B (zh) * | 2020-05-28 | 2023-01-24 | 维沃移动通信有限公司 | 智能穿戴设备 |
| WO2022086737A1 (en) | 2020-10-22 | 2022-04-28 | Haptx, Inc. | Actuator and retraction mechanism for force feedback exoskeleton |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050219206A1 (en) * | 1999-07-01 | 2005-10-06 | Schena Bruce M | Controlling vibrotactile sensations for haptic feedback devices |
| CN101090242A (zh) * | 2006-06-15 | 2007-12-19 | 美国凹凸微系有限公司 | 具有可调栅源极电压的dc/ac逆变器 |
| CN103809745A (zh) * | 2012-11-01 | 2014-05-21 | 英默森公司 | 带有制动的支持触觉的*** |
| US20150002278A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Immersion Corporation | Uniform haptic actuator response with a variable supply voltage |
| CN106095070A (zh) * | 2015-04-30 | 2016-11-09 | 乐金显示有限公司 | 触觉驱动设备以及具有触觉功能的电子设备 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4506704B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2010-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| JP5277010B2 (ja) * | 2009-02-09 | 2013-08-28 | パナソニック株式会社 | 駆動装置 |
-
2017
- 2017-10-13 US US15/783,804 patent/US10317999B2/en active Active
-
2018
- 2018-10-11 CN CN201811182323.1A patent/CN109669530B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050219206A1 (en) * | 1999-07-01 | 2005-10-06 | Schena Bruce M | Controlling vibrotactile sensations for haptic feedback devices |
| CN101090242A (zh) * | 2006-06-15 | 2007-12-19 | 美国凹凸微系有限公司 | 具有可调栅源极电压的dc/ac逆变器 |
| CN103809745A (zh) * | 2012-11-01 | 2014-05-21 | 英默森公司 | 带有制动的支持触觉的*** |
| US20150002278A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Immersion Corporation | Uniform haptic actuator response with a variable supply voltage |
| CN106095070A (zh) * | 2015-04-30 | 2016-11-09 | 乐金显示有限公司 | 触觉驱动设备以及具有触觉功能的电子设备 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110347252A (zh) * | 2019-06-30 | 2019-10-18 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 马达激励信号生成方法、装置和计算机设备 |
| CN110347252B (zh) * | 2019-06-30 | 2022-01-07 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 马达激励信号生成方法、装置和计算机设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20190113971A1 (en) | 2019-04-18 |
| US10317999B2 (en) | 2019-06-11 |
| CN109669530B (zh) | 2021-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109669530A (zh) | 用于触觉设备的振动触觉驱动器电路 | |
| CN103970265B (zh) | 具有触觉反馈的增强现实用户接口 | |
| CN105653031B (zh) | 带有多个视图、显示器以及物理学的姿势输入 | |
| US10942585B2 (en) | Trackability enhancement of a passive stylus | |
| US9728010B2 (en) | Virtual representations of real-world objects | |
| CN117120962A (zh) | 用于控制虚拟和图形元素的映射手部区域之间的双手交互 | |
| CN103180893B (zh) | 用于提供三维用户界面的方法和*** | |
| CN104067201B (zh) | 带有多个视图、显示器以及物理学的姿势输入 | |
| EP3859495B1 (en) | Systems and methods for tracking motion and gesture of heads and eyes | |
| US9367136B2 (en) | Holographic object feedback | |
| US8866739B2 (en) | Display device, image display system, and image display method | |
| US20140168261A1 (en) | Direct interaction system mixed reality environments | |
| CN110647237A (zh) | 在人工现实环境中基于手势的内容共享 | |
| CN109313500A (zh) | 纤细形状因子的无源光学和惯性跟踪 | |
| CN110018736A (zh) | 人工现实中的经由近眼显示器界面的对象增强 | |
| US11305180B2 (en) | Capacitive sensing assembly for detecting proximity of user to a controller device | |
| CN114402589A (zh) | 用于2d和3d图形用户界面中的元素映射的智能触笔光束和辅助概率输入 | |
| CN114730094A (zh) | 具有人工现实内容的变焦显示的人工现实*** | |
| CN103077633A (zh) | 一种立体虚拟培训***和方法 | |
| CN103744518A (zh) | 立体交互方法及其显示装置和*** | |
| WO2022014445A1 (ja) | 検出装置及び検出方法 | |
| JP6534972B2 (ja) | 映像表示装置、映像表示方法及び映像表示プログラム | |
| EP3264368A1 (en) | Display of polyhedral virtual objects | |
| CN114115544B (zh) | 人机交互方法、三维显示设备及存储介质 | |
| Plopski et al. | Tracking systems: Calibration, hardware, and peripherals |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: California, USA Patentee after: Yuan Platform Technology Co.,Ltd. Address before: California, USA Patentee before: Facebook Technologies, LLC |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |