[發(fā)明專利]具有改進(jìn)的力覺(jué)再現(xiàn)的力覺(jué)接口

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580052575.0
• 申請(qǐng)日: 2015-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107077205A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莫斯塔法·哈菲茲;何塞·洛扎德;勞倫特·艾克;戈文奈爾·禪格恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 原子能和替代能源委員會(huì)
• 主分類號(hào): G06F3/01
• 分類號(hào): G06F3/01;G06F3/0362;H01H19/00
• 代理公司: 北京派特恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11270
• 代理人: 徐川,姚開(kāi)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的力覺(jué)再現(xiàn)的力覺(jué)接口。

背景技術(shù)

力覺(jué)接口能夠采用由用戶操作的旋轉(zhuǎn)按鈕的形式，在這種情況下，接口根據(jù)驅(qū)動(dòng)按鈕的角位置和用戶所施加的運(yùn)動(dòng)來(lái)向用戶反向施加一阻扭矩，由此使得能夠限定用戶在轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕時(shí)將感知到的力覺(jué)模型(haptic patterns)。

阻力矩能夠經(jīng)由磁流變流體傳送到按鈕，通過(guò)施加磁場(chǎng)對(duì)磁流變流體的表觀黏度進(jìn)行修改以限定預(yù)定義的力覺(jué)模型。在這種配置中，力覺(jué)感覺(jué)是按鈕的位置的角函數(shù)，一定的力覺(jué)模型的產(chǎn)生會(huì)受損害感知到的力覺(jué)質(zhì)量的不良作用的影響。

例如，在接口要重現(xiàn)停止的情況下，必須在按鈕進(jìn)入被界定為力覺(jué)停止的角區(qū)域時(shí)生成顯著的阻力矩。當(dāng)系統(tǒng)處于這種配置時(shí)，系統(tǒng)被鎖定在該穩(wěn)定狀態(tài)。用戶則必須施加荷載以朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕、感知粘附感覺(jué)，并且必須直到他/她從被限定為力覺(jué)感停止的角區(qū)域中出來(lái)時(shí)，才能“離開(kāi)”停止?fàn)顟B(tài)。

文獻(xiàn)US2006/0280575描述了一種采用磁流變流體的力覺(jué)接口，其中，接口的旋轉(zhuǎn)軸中設(shè)置有彈簧，該彈簧在按鈕和與磁流變流體相接觸的元件之間引入了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如此以來(lái)，當(dāng)用戶在停止處朝相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)按鈕時(shí)，彈簧所導(dǎo)致的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得軸能夠運(yùn)動(dòng)，然后該運(yùn)動(dòng)可以被軸的角位置傳感器檢測(cè)到。然而，對(duì)彈簧剛度的選擇是比較復(fù)雜的；實(shí)際上，如果彈簧太硬，則用戶必須施加大荷載以抵抗彈簧的剛度，直到可由角位置傳感器檢測(cè)到的最終產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)被生成。相反地，如果彈簧剛度太小，則用戶會(huì)感知到彈簧的剛度，而不是感覺(jué)到停止(理論上來(lái)說(shuō)，剛度無(wú)窮大)，所產(chǎn)生的停止感覺(jué)不具備良好的質(zhì)量。

更一般地，當(dāng)沿一個(gè)方向的力覺(jué)模型與沿相反方向的力覺(jué)模型不同時(shí)，對(duì)感覺(jué)進(jìn)行仿真能夠生成這種粘附感覺(jué)，這妨礙了接口的另人滿意的力覺(jué)再現(xiàn)。

重現(xiàn)例如停止之類的力覺(jué)模型還包括以下缺陷：需要不斷地消耗電力，這是由于需要給線圈供電以創(chuàng)建修改表觀黏度的磁場(chǎng)，從而即使是用戶釋放了按鈕也可生成所尋求的力覺(jué)模型，這是因?yàn)椴⑽礄z測(cè)到用戶松開(kāi)按鈕。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種力覺(jué)接口，該力覺(jué)接口提供了改進(jìn)的力覺(jué)再現(xiàn)，特別地在力覺(jué)模型在第一運(yùn)動(dòng)方向和與第一運(yùn)動(dòng)方向相反的第二運(yùn)動(dòng)方向之間變化的情況下，例如在重現(xiàn)停止的情況下。

上述目的通過(guò)力覺(jué)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，該力覺(jué)接口包括用于與用戶交互的元件以及用于與流體交互的元件、用于生成可變刺激的裝置、用于測(cè)量用于與用戶交互的元件的當(dāng)前位置的傳感器、以及用于在施加到用于與用戶交互的元件的運(yùn)動(dòng)被用戶和位置測(cè)量傳感器感知之前檢測(cè)用戶的意向行動(dòng)，以確定用戶意圖施加到用于與用戶交互的元件上的運(yùn)動(dòng)方向的裝置，流體的黏度根據(jù)控制刺激而改變，該兩個(gè)交互元件至少以旋轉(zhuǎn)或至少以平移方式進(jìn)行固定。

通過(guò)本發(fā)明，盡可能早地獲知用于與用戶交互的元件要運(yùn)動(dòng)的方向，因此使得能夠控制用于生成磁場(chǎng)的裝置。在用于與用戶交互的元件處于停止區(qū)域并且用戶所尋求的運(yùn)動(dòng)方向與該停止的運(yùn)動(dòng)方向?qū)?yīng)的情況下，該磁場(chǎng)保持不變或重新被施加。如果用戶所尋求的運(yùn)動(dòng)方向使得按鈕離開(kāi)停止區(qū)域，則磁場(chǎng)被減小或抑制。

應(yīng)該注意的是，位置傳感器對(duì)檢測(cè)用戶的意圖而言不夠靈敏。

本發(fā)明使得能夠通過(guò)預(yù)期用戶的運(yùn)動(dòng)行動(dòng)來(lái)減小、甚至抑制在接口的控制中的空間和時(shí)間延遲。

在磁流變流體的情況下，由于借助于本發(fā)明能夠確定用戶是否保持在在接口上的動(dòng)作，所以能夠減少電力消耗，不再需要施加連續(xù)的磁場(chǎng)。當(dāng)使用電流變流體時(shí)，存在同樣的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)借助于接口的元件的應(yīng)變估算施加到用于與用戶交互的元件上的力來(lái)檢測(cè)用戶的意圖。例如在旋轉(zhuǎn)力覺(jué)接口的情況下，能夠在連接交互元件的旋轉(zhuǎn)軸上、在用于與流體交互的元件上或者更有利地通過(guò)連接到重現(xiàn)力覺(jué)模型的元件和框架的附加部分來(lái)檢測(cè)扭力矩，并測(cè)量該元件的應(yīng)變。該應(yīng)變例如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)荷載傳感器來(lái)檢測(cè)，荷載傳感器適于確定施加到力覺(jué)接口上的扭矩方向以及所施加的扭力矩是否超過(guò)給定閾值，若所施加的扭力矩超過(guò)給定閾值，則認(rèn)為該用戶有效地意向操作該力覺(jué)接口。

對(duì)來(lái)自當(dāng)前位置傳感器和用于確定用戶意圖的裝置的信息的組合處理使得能夠應(yīng)用力覺(jué)模型。當(dāng)不存在運(yùn)動(dòng)時(shí)，力覺(jué)模型取決于用戶的意向動(dòng)作的方向；或者當(dāng)存在運(yùn)動(dòng)時(shí)，力覺(jué)模型取決于轉(zhuǎn)速的符號(hào)。力覺(jué)模型的這種管理使得按鈕能夠和用于與用戶交互的元件的優(yōu)選運(yùn)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)，在改變方向時(shí)用戶不會(huì)感知到大的寄生荷載。