專利名稱：產(chǎn)生振動的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景技術(shù)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及一種用于產(chǎn)生對于人類感覺和相互感應(yīng)實際感知的系統(tǒng)和方法，并且更特別地涉及用于產(chǎn)生作為所有或部分多媒體經(jīng)驗的人類可察覺的實際感知以及用于產(chǎn)生驅(qū)動激勵器來產(chǎn)生這種感知的通道的系統(tǒng)和方法。
現(xiàn)有技術(shù)的說明早已使用了諸如在外力反饋系統(tǒng)中所用的那些外力輸出裝置來提供感覺提示從而增強用戶玩計算機或視頻游戲的體驗。典型地，在計算機或視頻游戲中，在顯示器或其它可視輸出設(shè)備上描繪了一幅場景。作為游戲的一部分，用戶將經(jīng)?；貞?yīng)或響應(yīng)游戲上出現(xiàn)的情況或提示。另外，在游戲體驗中可以增加以有聲音效果形式出現(xiàn)的聲音和音樂從而使游戲變得更有娛樂性和/或可以提供反饋或?qū)⑿盘栃畔⑻峁┙o用戶。越來越多地，還可以使用外力或觸覺設(shè)備來增強用戶玩這類游戲的體驗。
通常用于輸出外力給用戶的一種裝置是包含在外力反饋操縱桿中作為外力反饋系統(tǒng)一部分的外力輸出裝置。這種外力反饋操縱桿的外力輸出裝置被用于為與游戲中所描繪的場景有關(guān)的游戲提供觸覺輸出。舉一個例子，當(dāng)用戶放游戲中的槍時，在游戲過程中，用戶扣動槍時，外力反饋操縱桿中的外力輸出裝置可以導(dǎo)致被施加到操縱桿柄上的一個輕微的力。這個力的反饋可以為玩游戲的用戶提供額外深的體驗并且還可以將槍已經(jīng)開火的信號作為游戲的一部分提供給用戶。如果游戲中用戶的角色沒有彈藥而用戶試圖開游戲中的槍并希望在操縱桿上感覺到一個特有的力，則可以利用沒有這個特有外力來通知用戶游戲中的這個角色沒有彈藥了。
可以通過接收必須使用包含在力輸出裝置中的處理器和力存儲器的短指令來操作許多當(dāng)前可用的諸如力反饋操縱桿這樣的力反饋裝置。例如，即使這些力反饋操縱桿都與計算機相連，它們也需要在力輸出裝置中包含處理器和用于存儲力輸出效果的可能的存儲器。這樣促使抬高了這種力輸出裝置的價格并且可能限制了可以輸出并被存儲在存儲器中的那些力效果。
所需要的是一種用于產(chǎn)生力或產(chǎn)生其輸出(全部被稱為“振動”輸出)可以被用戶可以體驗到的其它實際感覺的系統(tǒng)和方法，這種系統(tǒng)可以使用計算機上現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲和/或處理方法和協(xié)議或其它輸出裝置。另外，所需要的是這樣一種振動輸出裝置，它不需要包括在該振動輸出裝置中的處理器或振動效果存儲器。
發(fā)明綜述在一個實施例中，本發(fā)明使用通常用來將信號輸出到揚聲器以產(chǎn)生聲音的系統(tǒng)輸出手段。這些輸出手段被用來輸出力，或更通常地將振動輸出結(jié)果(或等效的振動輸出或振動結(jié)果)直接輸出到振動輸出裝置中而不需要依賴于包含在振動輸出裝置中的處理器或存儲器來產(chǎn)生或存儲振動結(jié)果。輸出到振動輸出裝置中的數(shù)據(jù)替換為由振動產(chǎn)生裝置或振動服務(wù)器來產(chǎn)生并將其作為經(jīng)模擬或數(shù)字線輸出到振動輸出裝置的振動采樣的連續(xù)數(shù)據(jù)流來實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個方面，經(jīng)高速聯(lián)接進入到振動輸入裝置中或從振動輸出裝置中輸出的振動數(shù)據(jù)流允許通過遠離振動輸入或振動輸出裝置設(shè)置的處理器和/或存儲器來進行振動命令或結(jié)果的處理。遠程產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)結(jié)果可以經(jīng)高速聯(lián)接而被有效地傳送到振動輸入裝置或從振動輸出裝置中輸出。這樣使得振動輸入或振動輸出裝置運行而不需要用于產(chǎn)生或存儲大量振動數(shù)據(jù)的處理器或存儲器。這種振動輸入或輸出裝置取代了遠程設(shè)置的處理器和存儲器的杠桿作用，這樣減低了振動輸入或輸出裝置的成本。
以與在輸出音頻數(shù)據(jù)中所使用的處理類似的方式來實現(xiàn)振動數(shù)據(jù)流。每個采樣提供有關(guān)特定時間點上的輸出的所希望振動的信息。
振動數(shù)據(jù)信號中的振動數(shù)據(jù)包含了在振動輸出裝置激勵器中產(chǎn)生振動輸出所必需的所有信息。其結(jié)果，振動輸出裝置不需要具有處理器或存儲器來存儲或處理振動信息。振動指令包含有關(guān)要被輸出的振動結(jié)果的信息，但是振動指令本身不包含在激勵器中產(chǎn)生振動輸出所需的數(shù)據(jù)。
為了實時振動輸入，振動輸入裝置將振動數(shù)據(jù)輸入到振動服務(wù)器中。一旦到達振動服務(wù)器，該振動數(shù)據(jù)可以作為振動文件被存儲，或?qū)⑵漭敵龅秸駝虞敵鲅b置中以提供振動通信?？梢蕴幚泶鎯Φ恼駝游募⒃谛枰獣r將其發(fā)送到振動輸出裝置中。
還可以使用預(yù)先定義的振動函數(shù)庫來產(chǎn)生振動結(jié)果。然后，振動服務(wù)器分析振動函數(shù)并為每個振動函數(shù)產(chǎn)生用于振動波形的振動數(shù)據(jù)。這些振動波形然后被混合并被發(fā)送到振動輸出裝置中或作為振動文件被存儲。
振動服務(wù)器經(jīng)傳送媒體與振動輸入和振動輸出裝置進行通信。使用諸如計算機所用的通用串行總線(USB)、網(wǎng)絡(luò)連接、內(nèi)連網(wǎng)、互連網(wǎng)、萬維網(wǎng)這樣的數(shù)字電纜以及諸如音頻電纜、光纖電纜這樣的模擬電纜以及諸如用于蜂窩電話或?qū)ず魴C或高數(shù)據(jù)率通信信道的無線聯(lián)接來實現(xiàn)傳送媒體。
振動輸入裝置可以是這些裝置中的任何一種，這些裝置能產(chǎn)生振動輸入，該振動輸入裝置包括諸如振動麥克風(fēng)、振動傳感器、用于記錄聲音或其它聲音數(shù)據(jù)或信息的裝置這樣的振動記錄裝置、諸如振動操縱桿的振動反饋裝置、與筆或其它書寫工具相連的位置、速度和/或加速度傳感器。在一個實施例中，可以將產(chǎn)生與施加到輸入裝置中的位置、振動或振動信號有關(guān)的輸出信號的裝置用做振動輸入裝置。
振動輸出裝置包括能產(chǎn)生可以由用戶感覺到的振動結(jié)果的任何一種裝置。振動輸出裝置包括諸如椅子或板這樣的振動裝置、諸如振動反饋操縱桿和操縱輪這樣的運動模擬裝置、以及諸如振動手套、嗅覺/氣味產(chǎn)生或擴散裝置這樣的觸覺裝置和風(fēng)扇，但不局限于此。
振動服務(wù)器包括任何一種這樣的裝置，該裝置可以處理振動輸入、產(chǎn)生從存儲的振動文件或振動庫中輸出的振動，或產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)。該振動服務(wù)器可以將振動數(shù)據(jù)發(fā)送到可以被用戶感覺到的振動輸出裝置中?？梢栽谥T如個人計算機這樣的任何一種計算機或處理器上實現(xiàn)振動服務(wù)器。可以將振動服務(wù)器與振動輸入或輸出裝置組合以產(chǎn)生諸如振動電視、用于雙向振動通信的振動電話、或振動計算機這樣的振動激活單元。
可以注意到，在本發(fā)明的說明書中，應(yīng)該注意到使用術(shù)語“力”的任何一個實施例可以歸納為包括力以及所有其它可以由人感覺到的實際觸覺或“振動”的一個實施例，而這種歸納不會脫離本發(fā)明的實質(zhì)。另外，使用術(shù)語“振動”的任何一個實施例可以包括作為特定情況的“力”。
本發(fā)明的一個實施例直接針對諸如與計算機相連的振動反饋操縱桿這樣的振動輸出裝置。在這個實施例中，使用聲音或音頻處理、協(xié)議和計算機中的連接來處理并操縱輸出到振動輸出裝置中的振動數(shù)據(jù)。將用于在振動輸出裝置上產(chǎn)生振動結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲在計算機存儲器上。該存儲器還可以進一步包括可以作為振動結(jié)果庫索引的不同振動結(jié)果庫。
在操作中，振動輸出裝置的功能如下所述。當(dāng)用戶玩時，例如，計算機上的振動激活游戲面對游戲中的這樣一種情況，其中需要將一個或多個振動結(jié)果輸出到振動輸出裝置上時，游戲程序產(chǎn)生一個或多個表示所需振動結(jié)果的振動指令。使用這些振動指令，從存儲器中獲得或產(chǎn)生用于在振動輸出裝置上產(chǎn)生振動輸出的合適數(shù)據(jù)?？梢砸杂捎嬎銠C使用來產(chǎn)生聲音的格式存儲在存儲器中的這個數(shù)據(jù)被發(fā)送到聲卡上并被轉(zhuǎn)換為適用于USB上傳輸?shù)母袷健Ｈ缓?，通過聲卡將該數(shù)據(jù)經(jīng)USB上發(fā)送到振動輸出裝置。當(dāng)由振動輸出裝置接收到該數(shù)據(jù)時，它被轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動振動輸出裝置中的振動激勵器的格式并被發(fā)送到該激勵器中。
在這個實施例中，以合適的音頻格式存儲的振動數(shù)據(jù)使得本發(fā)明能脫離被用于處理音頻數(shù)據(jù)以便于將其傳送到揚聲器中產(chǎn)生聲音的現(xiàn)有的計算機中的硬件和軟件。另外，由于振動輸出數(shù)據(jù)包括在振動輸出裝置中產(chǎn)生振動效果所需的所有信息，因此，不需要在振動輸出裝置中擁有振動庫或復(fù)雜的處理器。這將降低振動輸出裝置的成本。
根據(jù)本發(fā)明的振動輸出裝置的一個實施例包括一個外殼、與該外殼相連的可移動元件、以及振動數(shù)據(jù)信號輸入端，其中可以由用戶感覺到可移動元件至少可以在一個自由度上移動。用于將振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為諸如包括與振動數(shù)據(jù)信號相同的振動結(jié)果信息的激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號這樣的激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號的信號轉(zhuǎn)換源被電連接到振動數(shù)據(jù)輸入端。激勵器被電連接到該信號轉(zhuǎn)換源并且被機械地與可移動元件和外殼相連，從而在至少一個自由度中將振動結(jié)果施加到該可移動元件上。
在本發(fā)明的一個方面，所述信號轉(zhuǎn)換源可以是一個ASIC或任何一種被構(gòu)造來接收來自USB的振動數(shù)據(jù)信號并將其轉(zhuǎn)換為適合于驅(qū)動激勵器的格式的其它電路。合適的激勵器包括電子馬達、諸如壓電元件這樣的壓電材料、或任何一種可以將電能轉(zhuǎn)換為機械能的其它裝置或系統(tǒng)，但并不局限于此。該激勵器可以將振動結(jié)果施加到可移動元件上，或在某些情況下，可以不需要這個可移動元件而激勵器可以直接由用戶感覺到。
本發(fā)明的另一個實施例是一種用于控制在振動輸出裝置上所產(chǎn)生的振動結(jié)果的方法，其中該振動輸出裝置包括能夠在至少一個自由度中運動的物體。該方法包括這些步驟接收包含振動數(shù)據(jù)的信號、將該振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號并使用該激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號在能夠在至少一個自由度中運動的該物體上產(chǎn)生振動，其中由振動數(shù)據(jù)確定所產(chǎn)生的振動輸出。
在本發(fā)明的一個方面中，在USB上，從計算機上接收振動數(shù)據(jù)信號。在另一個方面，經(jīng)互連網(wǎng)在電話線上接收振動數(shù)據(jù)信號。在又一個方面，經(jīng)互連網(wǎng)從振動服務(wù)器上接收振動數(shù)據(jù)信號。在另一個方面，從電視、諸如VCR或DVD播放機這樣的視頻播放裝置、或與移動放映機或任何一種其它振動激活裝置相連的振動數(shù)據(jù)發(fā)生器上接收振動數(shù)據(jù)信號。
本發(fā)明的另一個實施例是用于產(chǎn)生可以由人感覺到的振動輸出的振動輸出裝置。在這個實施例中，該裝置包括一個用于產(chǎn)生振動輸出的激勵器。該激勵器與一個可移動元件相連，這個可移動元件能夠在至少一個自由度中運動。該激勵器響應(yīng)從外部信號源中輸入到該振動輸出裝置中的模擬或數(shù)字電信號。用于本發(fā)明實施例的合適的激勵器包括壓電馬達和電子馬達，但不局限于此。在本發(fā)明的一個方面中，至少所述電信號的一部分包括一個振動數(shù)據(jù)信號。在本發(fā)明的另一個方面中，該電信號包括一個已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為振動數(shù)據(jù)信號的調(diào)制音頻信號。在本發(fā)明的另一個方面中，該振動輸出裝置包括一個電連接器，用于將表示來自能夠輸出振動數(shù)據(jù)信號的裝置的振動數(shù)據(jù)的電信號傳送到激勵器中。在本發(fā)明的另一個方面中，該電連接器包括一個標準耳機或揚聲器插頭，但不局限于此。
在本發(fā)明另一個實施例中，能夠?qū)⒄駝訑?shù)據(jù)信號輸出到激勵器上的裝置可以包括，但不局限于此，一個振動輸入裝置，其中用戶可以將振動輸入施加到該輸入裝置上并且這些振動輸入可以被轉(zhuǎn)換為與用戶所施加的振動輸入有關(guān)的一個信號。適合于輸出可被轉(zhuǎn)換為振動數(shù)據(jù)信號的信號的其它裝置包括視頻游戲裝置、計算機、電視、收音機、視頻盤播放機、諸如VCRs的視頻磁帶機、或任何一種可以產(chǎn)生用于驅(qū)動聲音產(chǎn)生裝置的電信號的其它裝置。
本發(fā)明的另一個實施例是一個振動輸出系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個處理器和存儲器，該存儲器與該處理器相連。一個輸出接口裝置與該處理器相連，該輸出接口可以產(chǎn)生模擬電壓信號。該輸出接口裝置與振動輸出裝置相連。該振動輸出裝置包括一個外殼和一個激勵器，該激勵器響應(yīng)所述模擬電壓信號。在這個實施例的另一方面，這個模擬電壓信號是處于大約0Hz和大約18Hz(不能可聽到的頻率)之間、大約0Hz和大約40Hz之間、大約0Hz和大約200Hz之間、大約0Hz和大約400Hz之間的頻率范圍內(nèi)，或任何包括其中的范圍，或是在上述頻率范圍內(nèi)在一個載波頻率上被調(diào)制或被編碼并被轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動激勵器的信號的那些信號。在這個實施例的另一方面，該激勵器包括用于使用壓電效果來產(chǎn)生振動輸出的一個晶體。該晶體可以是一個壓電晶體。
另一個實施例包括都用于產(chǎn)生觸覺輸出并能感覺用戶N-空間輸入和輸出(其中N是一個等于或大于1的整數(shù))的振動輸入/輸出裝置。本發(fā)明的另一個實施例包括兩個或多個彼此相連以使一個裝置再現(xiàn)另一個裝置的用戶操作的振動輸入/輸出裝置。
僅被調(diào)制在音頻信號上或被數(shù)字編碼的振動數(shù)據(jù)信號可以經(jīng)傳送媒體連接到振動輸出裝置上，這些傳送媒體包括，但不局限于此，使用有線或無線連接的模擬或數(shù)字通信線路、無線電波、微波、紅外線、互連網(wǎng)、或使用例如感應(yīng)耦合疊加或從電力線上拾取的信號。為了使用一個信道，包括該振動數(shù)據(jù)的信號被轉(zhuǎn)換為適合于經(jīng)所選信道傳輸?shù)母袷?例如，用于經(jīng)互連網(wǎng)進行通信、任何一種可以以這種方式使用的標準聲音文件格式)，然后該信號經(jīng)該信道被傳送，在另一端被接收(如果需要，可以被轉(zhuǎn)換為一個電信號)，并被轉(zhuǎn)換為振動數(shù)據(jù)信號并被饋送到振動輸出裝置的一個或多個激勵器上。
在另一個實施例中，振動輸出裝置包括一個椅子或一個座，它被構(gòu)造成可以將觸覺感覺告知坐在這個椅子或座上的用戶。被使用以產(chǎn)生該觸覺感的激勵器包括，但不局限于此，壓電激勵器、電子馬達、被構(gòu)造成產(chǎn)生諸如傾斜和側(cè)轉(zhuǎn)和/或正交x和y方向的一組特定運動的這些馬達對。
本發(fā)明的另一個實施例是振動服務(wù)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個振動存儲和合成源，用于接收振動指令并響應(yīng)該振動指令識別或在振動存儲和合成源中產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)的一個源，以及用于在網(wǎng)絡(luò)上傳輸振動數(shù)據(jù)的一個源。在第一服務(wù)器的一個實施例中，可以是一個正在進行游戲的服務(wù)器連接到諸如互聯(lián)網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡(luò)上。一個或多個與諸如互連網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡(luò)相連的用戶經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訪問第一服務(wù)器以便于例如玩計算機游戲。第一服務(wù)器與振動服務(wù)器相連，這個振動服務(wù)器可以存在于經(jīng)直接連接、網(wǎng)絡(luò)或互連網(wǎng)與其上存在第一服務(wù)器的計算機相連的相同或不同的計算機上。當(dāng)一個或多個訪問第一服務(wù)器的用戶要面臨這樣一種情況，其中希望振動輸出要被輸出到其上，比如，游戲中的一個角色撞到墻上時，一個振動指令被發(fā)送到振動服務(wù)器上。這個振動指令表示游戲中的角色碰撞墻的振動效果。這個振動服務(wù)器在振動服務(wù)器中的振動存儲或合成源中設(shè)置或產(chǎn)生用于這個振動輸出的振動信號，并將該振動數(shù)據(jù)同步到游戲數(shù)據(jù)中并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送到其角色碰撞墻的用戶那里。與網(wǎng)絡(luò)相連的振動輸出裝置接收振動數(shù)據(jù)并輸出用戶可以體驗到的振動輸出。
附圖簡述

圖1是說明振動感覺裝置的一個實施例的框圖。
圖2是說明振動感覺裝置的一個實施例的框圖。
圖3說明了激勵器的各種實施例。
圖4是說明處于振動感覺裝置中的各種位置上的波形圖。
圖5是AVC電路的一個實施例。
圖6是這種AVC一個實施例的典型頻率響應(yīng)。
圖7是表示一個典型音頻信號的一個實施例的示意圖，其中載波頻率是1000Hz，而調(diào)制頻率是10Hz。
圖8顯示了在經(jīng)圖5所示的AVC而穿過圖10所述的信號之后的相應(yīng)的振動信號。
圖9是說明振動感覺系統(tǒng)一個實施例的框圖。
圖10是說明無線振動感覺系統(tǒng)的一個實施例的框圖。
圖11是說明了包括一個計算機的振動感覺系統(tǒng)的一個實施例框圖。
圖12描述了一把振動輸出椅。
圖13描述了被構(gòu)造用做激勵器的一對正交電子馬達。
圖14和15描述了用于解調(diào)包含振動數(shù)據(jù)的信號的電路。
圖16描述了包括一個USB信道、一個振動處理器以及一個振動數(shù)據(jù)庫的本發(fā)明一個實施例。
圖17描述了用于控制車中系統(tǒng)的本發(fā)明的一個實施例。
圖18是包括一個計算機和一個振動輸入/輸出裝置的本發(fā)明一個實施例的功能性框圖。
圖19是振動數(shù)據(jù)源的一個實施例的功能性框圖。
圖20是力傳送層的一個實施例的功能性框圖。
圖21是振動輸出裝置的一個實施例的功能性框圖。
圖22是狀態(tài)/位置反饋裝置的一個實施例的功能性框圖。
圖23是輸入輸出接口的一個實施例的功能性框圖。
圖24是使用經(jīng)互連網(wǎng)與多個用戶連接的一個振動力服務(wù)器的一個在線游戲系統(tǒng)的實施例框圖。
圖25描述了使得振動輸入/輸出或振動反饋裝置在USB上與振動數(shù)據(jù)進行通信的方法。
詳細說明下面所出現(xiàn)的說明可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解和使用本發(fā)明，并且提供了特定應(yīng)用的內(nèi)容以及它的必要條件。對于所公開的各種實施例所采取的各種變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，并且這里所確定的基本原則可以適用于其它實施例和應(yīng)用而不會脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的這些實施例，而是符合與這里所公開的原則和特性一致的最寬范圍。
圖1描述了本發(fā)明的一個實施例。在這個實施例中，振動輸出裝置100包括外殼102、激勵器104和振動數(shù)據(jù)信號線106。激勵器104至少部分處于外殼102內(nèi)，并且與振動數(shù)據(jù)信號線106電連接，并且與可移動元件108進行機械連接。如果處于振動數(shù)據(jù)信號線106上的這個信號是一個調(diào)制或編碼振動數(shù)據(jù)信號，則將用于將調(diào)制或編碼振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動激勵器104的形式的源插入在振動數(shù)據(jù)信號線106和激勵器104之間。合適的源包括，不局限于此，一個ASIC，該ASIC將編碼的振動數(shù)據(jù)信號(例如，一個USB格式的信號)轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制的信號(PWM)。
可移動元件108可以在至少一個自由度上運動并且可以將由激勵器104產(chǎn)生的運動或振動輸出傳送給用戶。可移動元件108可以是任何一種大小或形狀并且可以旋轉(zhuǎn)和/或平移。另外，可移動元件108通過使用包括傳動裝置或其它機械聯(lián)接這樣的技術(shù)可以將一種類型的運動或振動輸出或大小轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)化為另一種類型的運動或振動輸出或大小。例如，激勵器104可以產(chǎn)生小的位移圓周運動，其中可移動元件108可以將該運動轉(zhuǎn)換為大的位移平移運動。如果激勵器104可以直接產(chǎn)生可由用戶感覺到的運動或振動輸出，則可以去掉可移動元件108。
外殼102可以任何一種形狀或大小并且可以由任何一種材料構(gòu)成；所有這些都是必要的，即，激勵器104的至少一部分被連接到外殼102上，并且外殼102被這樣構(gòu)造以便于可以通過可移動元件108或者如果去掉可移動元件108則可以由激勵器104所產(chǎn)生的運動或振動輸出可以被作為觸覺感覺而實際傳送到人那里。
激勵器104可以是能響應(yīng)振動數(shù)據(jù)信號而產(chǎn)生運動或振動輸出的任何一種系統(tǒng)或裝置。合適的激勵器包括但不局限于此線性或旋轉(zhuǎn)電子馬達(包括DC馬達)、壓電晶體、螺線管、繼電器、電控氣動裝置等。激勵器104所響應(yīng)的信號產(chǎn)生可由人類觸覺感覺系統(tǒng)所感覺到的頻率范圍內(nèi)的振動輸出。輸入到振動輸出裝置中的這個振動數(shù)據(jù)信號可以包含處于這些頻率范圍內(nèi)的振動數(shù)據(jù)，這些振動數(shù)據(jù)可以被調(diào)制或編碼并轉(zhuǎn)換到可由用戶感覺到的頻率范圍內(nèi)。合適的調(diào)制或編碼形式包括，但不局限于此，幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、或諸如構(gòu)成可在USB上傳輸?shù)男盘栠@樣格式的數(shù)字編碼。
振動數(shù)據(jù)信號線106可以接收經(jīng)連接到達接收機(未示出)上的信號。該接收機可以是這種接收機，即，可以使用任何一種傳輸和/或編碼方案來接收信號。這種傳輸方案可以是，但不局限于此，射頻、紅外線、超聲波、微波、或光傳輸和接收系統(tǒng)。編碼方法可以是幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制、或數(shù)字編碼方法，但不局限于此。在另一個實施例中，如果所接收到的信號可以激活激勵器，則所接收到的信號不需要轉(zhuǎn)換為模擬信號。
圖2是本發(fā)明的另一個實施例。在這個實施例中，振動輸出系統(tǒng)200被構(gòu)造成類似于一個操縱桿。外殼202包括與可移動元件206相連的激勵器204，可移動元件206可以在至少一個自由度上運動。激勵器204響應(yīng)經(jīng)模擬信號輸入線208輸入的模擬信號以產(chǎn)生運動或振動輸出。應(yīng)該注意的是，振動輸出系統(tǒng)200不包括一個數(shù)字處理器或一個振動庫存儲器。
圖3中描述了激勵器204的另一個實施例。在圖3的實施例中，可移動元件206通過可旋轉(zhuǎn)點302與操縱桿外殼(未示出)相連。可移動元件206相對于可旋轉(zhuǎn)點302旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致可移動元件206的末端304沿著所指示的x和y方向上移動或產(chǎn)生振動輸出。開槽的橢圓部件306和308使末端304分別在y和x方向上運動。開槽的橢圓部件306與棒310相連而開槽的橢圓部件308與棒312相連。
相對的壓電晶體314A和314B被放置在棒310的相反側(cè)邊上，并且都被連接到X-驅(qū)動器316上，相對的壓電晶體318A和318B被放置在棒312的相反側(cè)邊上，并且都被連接到Y(jié)-驅(qū)動器320上。壓電晶體都與外殼相連。在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的情況下可以使用更少或更多壓電晶體。例如，可以將兩對相對的晶體放置在棒310的兩側(cè)，或可以僅將一個晶體放置在棒310一側(cè)。
X-驅(qū)動器316的一個實施例(它包括用于將模擬振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動激勵器的形式)是處于插件340內(nèi)。將所輸入的模擬振動數(shù)據(jù)信號342輸入整流器344然后進入低通濾波器346。低通濾波器346的輸出然后在轉(zhuǎn)換器(PWM)348中被轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號，然后該信號被饋送到功率放大器350。功率放大器350的輸出然后被饋送到諧振電路352中，該諧振電路在大約與相對的壓電晶體314A和314B相同頻率處具有一個諧振頻率?？梢砸韵嗤姆绞綄崿F(xiàn)Y驅(qū)動器320。
將使用模擬振動數(shù)據(jù)輸入信號例子來描述X驅(qū)動器340的操作。這僅是為了說明的目的而不意味著以任何方式對其進行限制。在圖4中描述了一種采樣輸入波形。包括例如AM、FM、或數(shù)字信號的其它類型的信號也適合于作為輸入信號并可以使用諸如幅度解調(diào)器、頻率解調(diào)器或數(shù)字電路這樣公知的方法或裝置來將其轉(zhuǎn)換為適合于這個實施例的信號。輸入波402在整流器344中被整流并變成整流波404，該整流波然后在低通濾波器346中被濾波變成被濾波過的信號406。然后使用脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)換器(PWM)348將這個濾波信號406轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號408。
X驅(qū)動器的另一個實施例使用了圖5所述的電路。該電路帶有圖6中所描述的頻響的低通濾波器并且去掉了整流器。該實施例產(chǎn)生了具有圍繞參考電壓(例如，零)的基線的振動數(shù)據(jù)信號，并且該信號被限制了轉(zhuǎn)換速率(信號上升和下降時間)的范圍。在圖7所述的濾波之前和圖8所述的濾波之后，該信號被轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號。
可以通過分立元件電路、ASIC或具有A/D和PWM特性的微處理器來得到將信號轉(zhuǎn)換為PWM的這種轉(zhuǎn)換。通過功率H橋式功率放大器來放大PWM脈沖，然后將其輸入到諧振電路352中。諧振電路352的輸出驅(qū)動壓電晶體314A和314B。在晶體中所產(chǎn)生的運動導(dǎo)致晶體表面執(zhí)行順時針或逆時針圓周運動，這種運動順序推動棒310向前或向后從而導(dǎo)致在可移動元件206的x方向上的運動和振動輸出。
另外，當(dāng)驅(qū)動圓板或盤時，壓電激勵器可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動或振動輸出。該裝置可以由相對的壓電馬達或由一個馬達和線性或旋轉(zhuǎn)裝置來實現(xiàn)以減小摩擦(例如，通過線性或旋轉(zhuǎn)滾珠來實現(xiàn))。
經(jīng)一個彈性耦合器來實現(xiàn)將壓電激勵器連接到移動元件上的操作，其中通過彈簧或其它預(yù)加載裝置來將壓電激勵器壓向可移動元件?？梢允褂闷渌鼔弘婑R達和結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生在這里作為參考的由Toshiiku Sashida和Takashi Kenjo、Clarendon Press所寫的書AnIntroduction to Ultrasonic Motor(超聲波馬達介紹)中所討論的特定運動和振動輸出。
另一個實施例是使用線性或可旋轉(zhuǎn)電子馬達來產(chǎn)生所需的振動輸出。可以使用傳動裝置來獲得所需的位移速度和振動輸出的比率。
在沒有示出的一個實施例中，在激勵器中使用由恰當(dāng)格式構(gòu)成的振動數(shù)據(jù)信號驅(qū)動的電子馬達以替代或除壓電激勵器之外的激勵器?？梢允褂脡弘姾碗娮玉R達的組合來提供比單獨使用任何一種更為有效的結(jié)果范圍。電子馬達的結(jié)構(gòu)和它們與操縱桿的可移動元件之間的連接可以如同在由Chen等人在1998年4月21日所申請的在這里作為參考的美國專利5742278中所描述的一樣。輸入到馬達中的信號可以從包含振動數(shù)據(jù)的輸入信號中單獨抽取出來，或它可以在激勵器電路的一個恰當(dāng)?shù)奈恢锰幈皇叭〉?，例如，在圖3所示的低通濾波器之后。
圖9描述了本發(fā)明的一個實施例。在這個實施例中，振動輸出系統(tǒng)900包括借助于信號線904與振動輸出裝置906相連的振動數(shù)據(jù)輸出裝置902。振動數(shù)據(jù)輸出裝置902可以是能夠產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)信號的任何一種裝置，它可以包括，但不局限于此，計算機、電視、收音機、光盤播放機、視頻播放裝置、或任何一種可以用來產(chǎn)生代表振動數(shù)據(jù)的信號的其它裝置。信號線904可以是任何一種能夠傳輸模擬或數(shù)字信號的信道，它可以包括電線、USB、同軸電纜、或光纖電纜，但不局限于此。可以通過振動數(shù)據(jù)輸出裝置902將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為適合于信號線904傳輸?shù)男问?，然后借助于振動輸出裝置906中的一個適當(dāng)?shù)慕邮諜C將其轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號。在一個實施例中，振動數(shù)據(jù)輸出裝置902可以被感應(yīng)耦合到為其提供電源的電源線上。信號線904可以是電源線，包括將裝置連接到墻上插頭以及使墻上插頭之間彼此相連的線路。振動輸出裝置906然后使用感應(yīng)連接從信號線904中提取出信號。
在圖10中描述了本發(fā)明的另一個實施例，振動數(shù)據(jù)輸出裝置1002包含用于將包括振動數(shù)據(jù)的信號發(fā)射到振動輸出裝置1006上的發(fā)射機1004。振動輸出裝置1006包括用于接收包括由發(fā)射機1004所發(fā)射振動數(shù)據(jù)的信號的接收機1008。發(fā)射機1004和接收機1008可以使用任何一種發(fā)射和/或編碼方法來發(fā)射包含振動數(shù)據(jù)的信號。發(fā)射可以是射頻、紅外線、超聲波、微波或光發(fā)射和接收系統(tǒng)，但不局限于此。編碼方法可以是幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、脈沖代碼調(diào)制、或數(shù)字編碼方法，但不局限于此。接收機1008將被發(fā)射信號轉(zhuǎn)換為適合于驅(qū)動振動輸出裝置1006的形式。
圖1l描述了本發(fā)明的另一個實施例。在這個實施例中，振動輸出系統(tǒng)1100包括計算機1102，計算機1102包括與存儲器接口裝置1108相連的處理器1104。接口裝置1108可以與信號線相連，該信號線可以是模擬或數(shù)字信號線。計算機1102通常表示任何一種類型的計算機，比如基于微處理器的系統(tǒng)、主機系統(tǒng)、或任何一種其它類型的通用或特定的計算機系統(tǒng)，這種計算機系統(tǒng)可以包括一個接口、一個處理器、和一個存儲器。處理器1104是任何一種類型，諸如微處理器、專用邏輯電路、數(shù)字信號處理器、可編程門陣列、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、或可以其它技術(shù)實現(xiàn)的中央處理器單元。接口1108可以是任何一種類型的接口，它可以產(chǎn)生模擬或數(shù)字信號并將其輸出到信號線1110上，它包括一個聲卡或任何音頻或聲音產(chǎn)生電路，但不局限于此。信號線1110與振動輸出裝置1112相連。振動輸出裝置1112包括激勵器1114和可移動元件1116。計算機1102可以與諸如互連網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡(luò)(未示出)相連以發(fā)送并接收包含振動數(shù)據(jù)的信號。
振動輸出裝置可以包括一個位置和/或力或振動傳感器。在一個實施例中，振動輸出裝置包括能產(chǎn)生平移、旋轉(zhuǎn)或其它振動運動或感覺的激勵器、以及相應(yīng)的平移或角度位置和/或振動感覺的激勵器。在這個實施例中，振動輸出裝置包括兩個相對的壓電馬達，它們都是由相同驅(qū)動器驅(qū)動，并能產(chǎn)生棒的平移位移。與該棒剛性連接的是用于檢測該棒平移的裝置。用于檢測平移的裝置可以包括帶有一些孔的開關(guān)以及位于一側(cè)上的LED，而在另一側(cè)上有用于計算在LED和檢測器對之間平移的孔數(shù)的檢測器，但不局限于此。這樣可以允許對棒的平移進行數(shù)字編碼。另一種檢測方法包括可以在光電管對(optopair)的開槽縫隙間移動的線性可變密度光濾波器(灰度級)。該光電管對包括紅外線(IR)發(fā)光二極管(LED)和一個IR光電二極管。當(dāng)灰度級在開槽縫隙間移動時，照射在光電二極管上的光線密度會改變，改變光的照射以對應(yīng)灰度級的位移。光密度的變化產(chǎn)生在整個二極管上電壓的變化，而該電壓是與所述位移成比例的。由于振動輸出裝置與由用戶移動的手柄是機械連接的，因此任何由用戶啟動的運動都將移動棒和相關(guān)的灰度級并且將產(chǎn)生與該位移成比例的電壓。對應(yīng)于用戶移動的電壓變化是一個振動數(shù)據(jù)信號，該信號可以或是被饋送來驅(qū)動另一個振動輸出裝置，或是被作為輸入信號輸入到電裝置中。
圖12描述了包括激勵器的振動輸出裝置的一個實施例，即椅子1200。這把椅子根據(jù)其所希望產(chǎn)生的觸覺而在其上的一個或多個位置上可以有一個或多個激勵器。激勵器1202被用來產(chǎn)生手或手指可以感覺到的振動，激勵器1204被用來產(chǎn)生背、肩膀或頭可以感覺到的振動，激勵器1206被用來產(chǎn)生感覺整個座位的運動的振動。激勵器可以被放置在其它所需位置上以便于產(chǎn)生其它感覺。在這個實施例的一個方面，適合于產(chǎn)生特定感覺類型的激勵器被放置在特定位置上。例如，適合于產(chǎn)生傾斜和側(cè)轉(zhuǎn)運動的激勵器可以連接在一起并被放置在最佳位置上，比如在椅子座的傾斜板上(未示出)以產(chǎn)生全部的傾斜和側(cè)轉(zhuǎn)感覺，而x和y激勵器可以被放置在座位的一個單獨可平移的板上(未示出)以產(chǎn)生x和y的感覺。當(dāng)然，如果需要，所有激勵器可以被放置在椅子1200相同部分上并在其上有所感覺。
圖13描述了包括驅(qū)動激勵器變換裝置1306正交運動的電子馬達1302和1304的激勵器1300。激勵器變換裝置1306將馬達的運動轉(zhuǎn)換為可在諸如圖12中椅子1200那樣的振動輸出裝置中使用的感覺信號。圖14和15描述了用于解調(diào)包括在載波(對于在圖14中所用的特定元件是40kHz)上進行幅度調(diào)制的振動數(shù)據(jù)的信號并放大其功率以驅(qū)動電子馬達激勵器的電路。在圖13和14所述的元件值對于不同的頻率載波可以以本領(lǐng)域公知的方法并借助于標準參考書而改變，這種標準參考書諸如由劍橋大學(xué)出版社1989年出版的由Paul Horowitz和Winfield Hill所著的The Art of Electronics(電子技術(shù))，該書在這里被作為參考。
圖14的電路從載波中解調(diào)出信號以便于信號幅度的變化導(dǎo)致該電路的DC輸出幅度和符號的成比例變化(即，馬達將根據(jù)信號幅度而快速或慢速旋轉(zhuǎn)，而根據(jù)信號符號而決定順時針或逆時針旋轉(zhuǎn))。圖14電路的輸出被饋送到圖15的馬達驅(qū)動器中。該電路將從圖14中輸出的信號轉(zhuǎn)換為具有足夠能量驅(qū)動馬達的信號。
在椅子1200的一個實施例中，該椅子具有300磅的有效載荷，激勵器可以獲得高到+/-15度的傾斜和旋轉(zhuǎn)運動，高到+/-1.5英寸的起伏和搖擺運動；每秒鐘高到+/-30度的傾斜和旋轉(zhuǎn)運動以及每秒鐘高到+/-10英寸的起伏和搖擺速度；以及每秒鐘＾2高到+/-150度的傾斜和旋轉(zhuǎn)加速度，以及上升到+/-0.25倍重力的起伏和搖擺加速度。
本發(fā)明的另一個實施例包括諸如振動反饋操縱桿這樣的振動輸出裝置。這個振動輸出裝置不包括中央處理單元并且接收包括來自位于計算機、視頻游戲系統(tǒng)、電視、VCR或音響系統(tǒng)上的標準音頻輸入/輸出端口的振動數(shù)據(jù)的信號。包含振動數(shù)據(jù)的信號可以被調(diào)制或編碼成包括AM、FM或數(shù)字編碼的任何一種形式。在從包括一個聲卡或?qū)Ｓ寐曇籼幚砥鞯挠嬎銠C中輸出信號的一個實施例中，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或從在計算機上運行的程序或應(yīng)用中接收到的振動信號被發(fā)送到計算機中的聲音處理器中。該處理器然后產(chǎn)生并發(fā)送振動數(shù)據(jù)信號到一個單獨的音頻通道，在該通道上，使用出現(xiàn)在用于處理和產(chǎn)生聲音的計算機中的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器將振動數(shù)據(jù)信號與音頻數(shù)據(jù)流進行混合?？梢越?jīng)麥克風(fēng)或計算機上的音頻輸入端接收來自振動數(shù)據(jù)輸出裝置或傳感部分的輸入信號并將其輸入到計算機中，使用聲音處理方法使該輸入信號數(shù)字化。
在計算機中沒有包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的實施例中，該計算機可以包括振動輸出裝置，并且數(shù)字信號可以從該計算機中傳送出去以便于通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為一個模擬信號或?qū)⑵漭斎氲秸駝虞敵鲅b置中。
應(yīng)注意到，可以使用聲音編輯系統(tǒng)或軟件來合成包含振動數(shù)據(jù)的信號。可以經(jīng)能產(chǎn)生特定結(jié)果的信號的建立和存儲來產(chǎn)生振動庫。這種數(shù)據(jù)庫可以通過使用這種模塊化效果來建立和編輯振動合成。
圖16描述了本發(fā)明的另一個實施例。在這個實施例中，振動輸出系統(tǒng)1600包括通過連接1606與振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604耦合的振動輸出裝置1602。連接1606可以是用于傳送模擬或數(shù)字數(shù)據(jù)的任何一種類型的連接，這種連接可以包括電線、同軸電纜、USB、紅外線鏈接、無線電鏈接、電話線、蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)、光纖鏈接、或諸如互連網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡(luò)，但不局限于此。振動輸出裝置1602包括用于將包含振動數(shù)據(jù)的信號轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動激勵器1610的信號的源1608。源1608可以是，但不局限于此，一個ASIC、一個可編程邏輯陣列、處理器或處于模擬或數(shù)字形式的任何一種邏輯電路，該邏輯電路可以將在連接1606中接收到的信號中的振動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動激勵器1610信號形式。源1608的輸出輸入到激勵器1610中，激勵器1610移動和/或?qū)⒘蚱渌駝舆\動施加到可移動元件1612上。激勵器1610可以是，但不局限于此，一個或多個諸如壓電晶體這樣的壓電器件、一個或多個電子馬達或DC馬達和傳動裝置或其它可以將電信號轉(zhuǎn)換為力、運動或其它振動輸出的裝置?？梢苿釉?612可以是一個操縱桿手柄，但是可以使用其它裝置或結(jié)構(gòu)來將由激勵器產(chǎn)生的力、運動或其它振動輸出連接到用戶那里。合適的裝置包括，但不局限于此，由激勵器振動的板、諸如可以由激勵器移動或旋轉(zhuǎn)的跟蹤球這樣的球。另外，可以使用激勵器來將摩擦力施加到該裝置上以便于激勵器不能移動裝置本身而僅能為裝置的運動提供抵抗力。
可移動元件1612與檢測可移動元件1612位置的位置編碼器1614相連。在上面已經(jīng)描述了恰當(dāng)?shù)奈恢镁幋a器，一個有用的實施例是一個開槽輪，在輪的一側(cè)分別有一個LED和檢測器?？梢苿釉倪\動導(dǎo)致開槽輪的旋轉(zhuǎn)并且當(dāng)LED/檢測器對之間的開槽旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生一個數(shù)字信號以響應(yīng)該運動和可移動元件的相對位置。這個編碼方法與在鼠標中所用的相同?？梢詤⒁?，例如，在這里作為參考的于9/23/97申請的美國專利5670990。將位置編碼器1614的輸出輸出到用于在連接1606中傳送的源1616?？梢宰⒁獾?，源1616可以是與源1608相同的實際電路。
振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604包括與存儲器1620相連的處理器1618。處理器1618可以任意地包括一個振動數(shù)據(jù)處理器1622。振動數(shù)據(jù)處理器1622可以是，但不局限于此，一個用于處理聲音或多媒體數(shù)據(jù)的處理器。存儲器1620可以任意地包括振動數(shù)據(jù)庫1624。振動數(shù)據(jù)庫1624可以包括，但不局限于此，基于包括用于激勵器1610和可移動元件1612對的每個位置和可能的振動向量的振動數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。以這種方式，可以根據(jù)振動數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)來構(gòu)造任何可以由激勵器1610和可移動元件1612對產(chǎn)生的振動輸出。振動數(shù)據(jù)庫1624還可以被構(gòu)造為包含對應(yīng)于振動輸出系統(tǒng)1600所產(chǎn)生的特定情況或狀態(tài)的預(yù)定的振動情況(例如，一個或多個位置、力、幅度、頻率、以及持續(xù)時間)。
振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604與網(wǎng)絡(luò)連接1626相連。網(wǎng)絡(luò)連接1612可以是，但不局限于此，一個內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、互連網(wǎng)、電話系統(tǒng)、諸如蜂窩電話系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)、或一個銀行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
下面將描述振動輸出系統(tǒng)1600一個方面的操作情況。運行于振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604的應(yīng)用程序?qū)е轮T如光標或計算機游戲中的字符這樣的指示器顯示在顯示器(未示出)上。用戶移動可移動元件1612使其導(dǎo)致位置編碼器1614產(chǎn)生一個被傳送到源1616并經(jīng)連接1606被傳送到振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604中的位置信號。運行于振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604的應(yīng)用程序然后響應(yīng)該位置信號移動顯示器上的指示器。當(dāng)指示器碰到一個特定目標或到達顯示器上的特定位置時，該應(yīng)用程序致使振動命令的產(chǎn)生。該振動命令對應(yīng)于希望輸出到振動輸出裝置1602的振動感覺。例如，該振動命令可以規(guī)定持續(xù)時間、幅度、和要被發(fā)送到振動輸出裝置1602中的振動輸出的頻率。要注意到，振動感覺還可以包括一個摩擦力。這個振動命令致使振動數(shù)據(jù)處理器1622訪問振動數(shù)據(jù)庫1624并檢索對應(yīng)于該振動命令的振動數(shù)據(jù)。該振動數(shù)據(jù)包括對于激勵器1610驅(qū)動可移動元件1612以執(zhí)行振動命令要求的所有所需的信息。
作為一個例子，當(dāng)用戶將來自顯示器不活動部分的指示器移動到當(dāng)前活動窗口時，作為振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604(或經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接1626與振動輸出系統(tǒng)1604相連的另一個計算機)中的操作系統(tǒng)一部分運行的應(yīng)用程序產(chǎn)生一個“活動窗口”振動命令以使可移動元件在其當(dāng)前位置處振動1秒種并具有3赫茲的頻率和2.5毫米的幅度。使用這個振動提示(cue)來提示用戶指示器的位置。由振動數(shù)據(jù)處理器1622來解釋這個振動命令，并從振動數(shù)據(jù)庫1624中檢索到用來在振動輸出裝置1602中產(chǎn)生該振動感覺的振動數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到振動輸出裝置1602中。另一個例子，當(dāng)由振動輸出裝置1602輸出這個振動提示時，由振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接1626接收到電子信息已經(jīng)到達用戶那里的通知。這個通知由振動數(shù)據(jù)處理器1622映入“電子信息到達”的振動命令中。在這個例子中，該“電子信息到達”的振動命令是6赫茲的3個半秒的脈沖、1毫米的幅度變化。振動數(shù)據(jù)處理器1622從振動數(shù)據(jù)庫1624中檢索用于這個振動特性的振動數(shù)據(jù)。由振動數(shù)據(jù)處理器1622來組合用于“電子信息到達”振動感覺和“活動窗口”振動感覺的振動數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到振動輸出裝置1602。振動數(shù)據(jù)處理器1622在某些情況下可以一個接一個地發(fā)出這種提示而不是組合它們，以便于用戶可以單獨區(qū)分這些提示。
另一個例子，本發(fā)明有一個實施例，其中振動輸出裝置1602是一個鼠標、跟蹤球、或其它指示裝置。在這個實施例中，當(dāng)用戶在與振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1604相連的顯示器(未示出)上選擇一個對象時，將阻力輸出到與由所選對象所占用存儲器相應(yīng)的指示裝置中。例如，如果用戶選擇顯示器上的一個文件夾并將其拖到顯示器的另一個位置上，則將阻力輸出到鼠標、跟蹤球或其它能提供阻力到用戶操作的指示裝置的指示裝置上，其中這個阻力與由文件夾的內(nèi)容所使用的存儲器量成比例。
在另一個例子中，當(dāng)用戶將指示裝置放置在文件夾或顯示器上所顯示的一個文件中時，則將典型的振動感覺輸出到指示裝置中以顯示給用戶有關(guān)該文件夾或文件內(nèi)容的信息。在一個實施例中，字處理文件能在與該指示裝置相連的可移動元件上產(chǎn)生2赫茲、5秒持續(xù)時間以及1毫米的振動感覺信號，與金融網(wǎng)站的連接能導(dǎo)致5赫茲、1秒以及0.5毫米的振動感覺信號?？梢蚤_發(fā)振動感覺信號的標準“語言”以顯示或提示用戶某些信息或發(fā)生的情況。
可用于本發(fā)明實施例的其它振動輸出裝置包括，但不局限于此，一個振動板、將振動輸出連接到空氣中以便于由用戶可以感覺到的風(fēng)扇、或用于產(chǎn)生氣味的設(shè)備。在其中振動數(shù)據(jù)是氣味的這個實施例中，將振動信號輸出到能從一組基本氣味中噴射特定混合氣味的噴霧器中。這些氣味然后由另一個振動數(shù)據(jù)信號中和以驅(qū)散或消除這種氣味，該振動數(shù)據(jù)信號能激活電離器、氣味中和噴射、空氣過濾器或其它設(shè)備。要注意到，可以使用人造氣味設(shè)備來將氣味數(shù)據(jù)輸入到振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)1600中以便于在一個位置上所察覺到的氣味可以被感覺到、被存儲以及發(fā)送到另一個位置上從而輸出到用戶那里，正如振動數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以接收從另一個位置上輸入的振動感覺信號、存儲它并將其輸出到另一個位置上的振動輸出裝置上那樣。
圖17描述了本發(fā)明的另一個實施例。在這個實施例中，將包括振動輸出裝置1702的車輛控制振動輸出系統(tǒng)1700連接到方向盤1704上。振動輸出裝置1702經(jīng)導(dǎo)線與一個處理器(未示出)和一個存儲器(未示出)相連(未示出)。振動輸出裝置1702包括跟蹤球1706。
本發(fā)明的這個實施例使用戶通過使用跟蹤球1706可以控制車輛系統(tǒng)的各種操作。在操作中，用戶使用其拇指在水平方向上滾動跟蹤球以選擇他所希望控制的系統(tǒng)。當(dāng)跟蹤球被滾動而用戶卷動不同的系統(tǒng)時，由處理器將每個系統(tǒng)的振動輸出簡要特性輸出到跟蹤球上。例如，當(dāng)選擇收音機1708時，振動輸出裝置1702中的激勵器就發(fā)出導(dǎo)致其在第一頻率上振動的振動數(shù)據(jù)信號，然后當(dāng)用戶繼續(xù)移動跟蹤球并選擇另一個系統(tǒng)時，振動輸出裝置1702就在第二頻率上振動。
當(dāng)用戶感覺到所需功能的振動輸出簡要特性時，用戶通過在垂直方向上滾動跟蹤球來操作系統(tǒng)。例如，當(dāng)選擇收音機系統(tǒng)時，用戶通過在垂直方向上滾動跟蹤球來調(diào)諧收音機1708時，當(dāng)調(diào)到廣播電臺時，處理器導(dǎo)致摩擦力在垂直方向上施加到跟蹤球上，其中這個摩擦力與廣播電臺的強度有關(guān)。當(dāng)用戶調(diào)著接近廣播電臺時，摩擦力變強，而當(dāng)用戶調(diào)遠離廣播電臺時，摩擦力變?nèi)?。用戶可以水平移動跟蹤球來選擇下一個系統(tǒng)，例如風(fēng)擋刮水器1710。現(xiàn)在，當(dāng)用戶垂直移動跟蹤球時，阻力隨著風(fēng)擋刮水器速度增加而增加。例如，對于行駛控制1712也能獲得同樣的效果。
在本發(fā)明的另一個實施例中，振動輸出裝置被組裝在汽車的駕駛員座位中。將運動傳感器以及短范圍雷達、超聲波或其它檢測器放置在汽車的各種位置上，而且將從這些檢測器輸出的信號輸入到處理器中。當(dāng)在靠近汽車的地方檢測到一個物體時，例如在駕駛員的盲區(qū)，將特性振動信號輸出到駕駛員座位中的振動輸出裝置上以提示他在盲區(qū)中出現(xiàn)一個物體?？梢詫ū苊馀鲎蚕到y(tǒng)的其它檢測器和系統(tǒng)組裝在汽車控制振動系統(tǒng)1700中。
圖18是本發(fā)明實施例的一個系統(tǒng)框圖。這個實施例包括運行操作系統(tǒng)1804和應(yīng)用程序1806的計算機1802、振動數(shù)據(jù)源1808、以及振動傳送層1810。操作系統(tǒng)1804可以是任何一種能夠在計算機1802上運行的操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)可以包括，但不局限于此，視窗(R)(由微軟公司開發(fā)的)、UNIX、或蘋果公司的操作系統(tǒng)。應(yīng)用程序1806可以是任何一種能夠在計算機1802上運行的應(yīng)用程序，它包括，但不局限于此，字處理程序、游戲程序、實用程序、日歷程序、日程程序、網(wǎng)站瀏覽器、通信程序、數(shù)據(jù)庫程序、電子郵件程序、或任何一種運行于可以經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接(未示出)或諸如互連網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)之間連接來與計算機1802進行通信的計算機上的程序。振動數(shù)據(jù)源1808包括振動檢索源、振動合成源、振動混合源以及任意一個振動數(shù)據(jù)庫或振動庫。
計算機1802與振動輸入主出裝置1812相連。注意到，振動輸入/輸出裝置1812可以如同一個或多個單獨的振動輸入和/或輸出裝置那樣實現(xiàn)，該裝置包括，但不局限于此，單獨的輸入和輸出裝置、一個或多個集成的輸入/輸出裝置以及這些裝置的任何可能的組合。振動輸入/輸出裝置1812包括與功率級1816相連的輸入/輸出裝置接口1814。功率級1816與振動激勵器1818相連，該激勵器1818與目標/可移動元件1820相連。目標/可移動元件1820與狀態(tài)/位置反饋裝置1822相連，而狀態(tài)/位置反饋裝置1822與輸入/輸出接口1814相連。要注意到，目標/可移動組件1820可以是其運動、位置、或其它振動輸出都可由用戶感覺到的任何裝置。
圖19描述了振動數(shù)據(jù)源1900的更為詳細的框圖。振動數(shù)據(jù)源1900包括振動命令解釋器1902以及振動存儲和合成源1904。振動存儲和合成源1904包括波形文件源1906、振動數(shù)據(jù)庫1908、振動函數(shù)庫1910、振動反饋源1912、以及任何一種用于產(chǎn)生、合成、或另外所產(chǎn)生的振動結(jié)果的源。波形文件源1906包括存儲在協(xié)議中與在計算機系統(tǒng)中產(chǎn)生音頻信號一致的振動數(shù)據(jù)。由用戶通過使用音頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生和構(gòu)成工具來構(gòu)成或產(chǎn)生存儲在波形文件源1906中的振動數(shù)據(jù)，并將其存儲在振動命令解釋器1902中以便隨后使用。振動數(shù)據(jù)庫1908是振動數(shù)據(jù)預(yù)先存在的庫，其中在一些實施例中所述振動數(shù)據(jù)包含了要被驅(qū)動的振動輸出裝置的各種可能狀態(tài)的完整的基本組。以這種方式，可以通過存儲在振動數(shù)據(jù)庫1908的數(shù)據(jù)來訪問振動輸出裝置的每種可能的狀態(tài)。振動函數(shù)庫1910包括能在包含在振動命令中的輸入信號的基礎(chǔ)上產(chǎn)生輸出振動數(shù)據(jù)的振動函數(shù)和數(shù)據(jù)。振動反饋源1912包括能在來自振動輸入裝置的位置信號的基礎(chǔ)上產(chǎn)生輸出振動數(shù)據(jù)的振動函數(shù)和數(shù)據(jù)?？梢栽谟刹僮飨到y(tǒng)所發(fā)出的振動命令的基礎(chǔ)上將輸出的振動數(shù)據(jù)饋送到振動存儲和合成源1904。將振動存儲和合成源1904的輸出發(fā)送到一個額外的混合器中，在這個混合器中組合這些振動結(jié)果。然后將所得到的振動數(shù)據(jù)信號發(fā)送到振動傳送層。
在該實施例的一個方面，振動命令解釋器1902控制該振動命令的時間以便于一個振動結(jié)果不能掩蓋另一個振動結(jié)果，并且能確保用戶可以感覺到每個不同的振動結(jié)果。例如，如果在相同或接近相同的時間將爆炸的振動命令以及用于發(fā)出新的電子郵件已經(jīng)到達信號的振動命令輸入到振動存儲和合成源1904中，振動存儲和合成源1904將延遲新郵件振動信號的輸出直到爆炸的振動信號結(jié)束。
圖20描述了振動傳送層2000的一個實施例。將輸入到振動傳送層2000的信號發(fā)送到編碼源2002，在那里，將它轉(zhuǎn)換為適于輸入到數(shù)據(jù)總線控制器2004的格式。然后將編碼信號發(fā)送到數(shù)據(jù)總線控制器2004以便于將其傳輸?shù)侥M/數(shù)字數(shù)據(jù)總線2006。如果需要，數(shù)據(jù)總線控制器2004可以將信號轉(zhuǎn)換為合適的格式，比如用于在模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線2006上傳輸?shù)腢SB格式。
圖21描述了可以作為輸入/輸出裝置一部分的振動輸出裝置2100。通過輸入/輸出裝置接口2102從模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線上接收到振動信號。如果該振動信號還不是PWM格式，則將該振動信號轉(zhuǎn)換為PWM格式，并將該PWM信號發(fā)送到功率級以便于它能驅(qū)動激勵器2106。如果需要，激勵器2106可以連接到一個目標或可移動組件上以獲得所需的振動輸出。
圖22描述了可以被用作振動輸入/輸出裝置或振動反饋裝置一部分的振動輸入/位置反饋裝置2200。目標/可移動組件2202被連接到振動/位置傳感器2204上，該傳感器可以感覺到施加到目標/可移動組件2202上的位置和/或振動運動并且將該信息發(fā)送給編碼源2206。編碼源2206將該信息轉(zhuǎn)換為將其輸入到輸入/輸出接口2208中所需的格式。用戶按鈕2210還可以經(jīng)用戶按鈕檢測源2212被連接到輸入/輸出接口2208上。
輸入/輸出接口2208將其從編碼源2206和用戶按鈕檢測源2212接收到的信號轉(zhuǎn)換為適于在模擬/數(shù)字總線上傳輸?shù)母袷健?br> 圖23描述了包括連接到模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線的模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線接口2302的輸入/輸出裝置接口。模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線接口2302被連接到信號編碼器/解碼器CODEC2304。CODEC2304將振動數(shù)據(jù)信號從其用于在模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線接口2302上傳輸?shù)母袷睫D(zhuǎn)換為由振動輸出裝置所使用格式，如PWM。來自CODEC2304的信號然后被發(fā)送到振動激勵器控制器2306，該控制器2306從振動數(shù)據(jù)信號中提取控制數(shù)據(jù)并產(chǎn)生用于激勵器的控制信號。該控制信號可以包括一個自動增益控制信號和定時以及功率信號，但不局限于此。
振動輸入/位置反饋裝置源2308接收來自振動輸入/位置反饋裝置的數(shù)據(jù)信號并將其饋送到CODEC2304中以便于將其轉(zhuǎn)換為適于在諸如USB協(xié)議這樣的模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線接口上傳輸?shù)母袷健Ｓ脩舭粹o源2310接收來自用戶按鈕檢測源的信號并將其轉(zhuǎn)化為適于在模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)母袷健?br> 在操作中，圖18所述實施例的一個方面將如下所示那樣工作。在計算機1802上運行一個或多個應(yīng)用程序。這種應(yīng)用程序可以包括一個網(wǎng)站瀏覽器、一個電子郵件應(yīng)用程序、一個字處理應(yīng)用程序、一個日歷和一個計算機游戲。電子郵件應(yīng)用程序接收一個新的電子郵件信息并隨后將該情況通知操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)然后將該信號發(fā)送給振動數(shù)據(jù)源使其注意該郵件的到達。另外，網(wǎng)站瀏覽器接收來自在線交易服務(wù)的交易已經(jīng)為用戶執(zhí)行的確認信息。操作系統(tǒng)接收這個來自網(wǎng)站瀏覽器的信息并將該信息發(fā)送到振動數(shù)據(jù)源。用戶此時正在玩計算機游戲，該計算機游戲繼續(xù)經(jīng)操作系統(tǒng)發(fā)送有關(guān)將振動結(jié)果輸出到用戶正在使用它玩計算機游戲的振動反饋裝置中的請求到振動數(shù)據(jù)源。
電子郵件通知信號、交易確認信號以及請求從計算機游戲中輸出振動的信號都被作為振動命令傳送到振動數(shù)據(jù)源中。振動命令解釋器檢索來自振動數(shù)據(jù)庫的電子郵件通知振動數(shù)據(jù)和用戶已經(jīng)產(chǎn)生以對應(yīng)于交易確認命令的波形文件源中的用戶確定的波形文件。來自游戲的振動命令是請求一系列與作為游戲一部分的用戶角色所進行的打斗有關(guān)的振動結(jié)果。振動命令解釋器確定不是將所有的振動結(jié)果發(fā)送到振動輸出裝置中并立即由用戶感覺，因此振動命令解釋器使用基于用戶喜好和缺省的優(yōu)先權(quán)的預(yù)定的優(yōu)先權(quán)表來區(qū)分振動信號的優(yōu)先順序。用戶可以先前決定交易確認請求優(yōu)先于電子郵件通知和游戲輸出，并且默認郵件通知具有比來自計算機游戲的交互式反饋振動信號(比如，打斗振動信號)較低的優(yōu)先權(quán)。振動命令解釋器然后立即將交易確認振動數(shù)據(jù)發(fā)送到附加混合器中并延遲與振動數(shù)據(jù)有關(guān)的游戲或降低其幅度。然后混合這些信號并將其發(fā)送到振動傳送層并經(jīng)模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線到達振動輸出裝置中。振動命令解釋器隨后將郵件通知振動數(shù)據(jù)發(fā)送到混合器、然后到振動傳送層并經(jīng)模擬/數(shù)字數(shù)據(jù)總線到振動輸出裝置。
圖24描述了本發(fā)明的一個實施例，其中將振動數(shù)據(jù)經(jīng)互連網(wǎng)傳送到用戶那里。在這個實施例中，一個或多個用戶2402A、2402B和2402C正通過他們相應(yīng)的計算機2404A-C并使用他們相應(yīng)的振動反饋操縱桿2406A-C經(jīng)互連網(wǎng)2408玩計算機游戲。游戲服務(wù)器2410和振動服務(wù)器2412都與互連網(wǎng)2408相連并彼此相連。振動服務(wù)器2412包括包含用于每個可在游戲服務(wù)器2410上玩的游戲的振動結(jié)果和振動數(shù)據(jù)的振動數(shù)據(jù)庫2414。
在操作中，當(dāng)用戶經(jīng)互連網(wǎng)玩在線游戲時，游戲服務(wù)器2410將有關(guān)游戲中的情況或場景的數(shù)據(jù)發(fā)送到每個用戶計算機上，并且游戲服務(wù)器還將有關(guān)應(yīng)該將作為游戲一部分的振動數(shù)據(jù)輸出到用戶那里以及根據(jù)用戶在游戲中的進程所需輸出的持續(xù)時間的信息發(fā)送到振動服務(wù)器上。振動服務(wù)器經(jīng)互連網(wǎng)將合適的振動數(shù)據(jù)輸出到相應(yīng)的用戶振動反饋操縱桿上。
振動服務(wù)器經(jīng)互連網(wǎng)2408接收與振動反饋操縱桿2406A-C的位置有關(guān)的信息，并產(chǎn)生要被輸出回用戶那里的合適的振動數(shù)據(jù)并且還將這個反饋信息轉(zhuǎn)送到游戲服務(wù)器中以便于可以相應(yīng)地調(diào)整用戶在游戲中的進程。例如，如果在線游戲是一個交互式打斗游戲，則可以由用戶使用一個用戶振動輸入裝置來產(chǎn)生踢的動作。該振動輸入經(jīng)互連網(wǎng)被發(fā)送到振動服務(wù)器和游戲服務(wù)器中。顯示這個踢動作的信息隨后被發(fā)送回每個用戶那里以顯示踢的過程，并且當(dāng)這個踢動作碰撞到對手時，每個游戲者就發(fā)出顯示踢到一個游戲者和通過對手的頭來停止踢游戲者的腳的振動數(shù)據(jù)?？梢园l(fā)送包括顯示用戶的武器正在指向游戲中的另一個用戶角色的振動信號的另外振動提示，但不局限于此。
在本發(fā)明的一個實施例中，用戶訪問振動數(shù)據(jù)服務(wù)器中的振動結(jié)果是要收費的。可以按照所使用的時間量、游戲者所訪問的振動結(jié)果數(shù)、或每個游戲來向用戶收費。
本發(fā)明另一個實施例是振動地形圖(terrain mapper)。在這個實施例中，用戶通過對于圖上的不同區(qū)域來確定不同的振動感覺從而產(chǎn)生區(qū)域圖。例如，計算機編程員可以產(chǎn)生可以被發(fā)展的圖形用戶接口的振動圖，并確定符合不同振動感覺的每個顯示區(qū)域或接口?？梢詫⑦@張圖存儲在振動數(shù)據(jù)源或結(jié)合在應(yīng)用程序中。另外，可以用振動感覺來在增強計算機化的地圖或諸如在計算機游戲中的地圖，用于這些振動感覺的振動命令可以被結(jié)合在該地圖或顯示這些地圖的應(yīng)用程序中。
本發(fā)明的另一個實施例是振動記錄器。該實施例可以記錄觸覺、力或其它位置或?qū)ο蟮恼駝痈杏X。由該記錄裝置收集到的振動數(shù)據(jù)可以被傳送到另一個位置上以便于輸出、或存儲在計算機中以便于隨后使用。
本發(fā)明的另一個實施例是振動通道。振動通道可以是這些通道振動信息通道、命令或可以被附加到在多媒體播放裝置上播放的媒體上的數(shù)據(jù)通道，這些多媒體播放裝置可以是電視、電影放映機、光盤播放機、錄像機、DVD播放機、電話、網(wǎng)站、或任何能產(chǎn)生人類可感覺到輸出的其它媒體。一個例子，在電影院播放的電影有所附加的振動軌跡(很象聲音軌跡)以便于可振動影院具有其輸出與電影的圖象和聲音同步的振動輸出裝置。電視節(jié)目可以有沿著聲音傳播的振動信號以及包括節(jié)目的其它信號。這些振動信號可以由與該電視連接的振動輸出裝置輸出。電話可以有一個與她相連的振動記錄器和/或一個振動輸出裝置，以便于用戶可以產(chǎn)生振動信號并將其發(fā)送到另一個用戶和/或經(jīng)包括聲音信息的振動通道接收通過電話的振動輸出。
本發(fā)明的另一個實施例是用于接收振動輸出中的振動數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為適于驅(qū)動激勵器的格式的源。這個源可以包括一個可編程邏輯陣列、可以在硬件或軟件中實現(xiàn)的邏輯電路、微控制器、微處理器、或特定應(yīng)用的集成電路(ASIC)，但不局限于此。圖25描述了一個實施例。在這個實施例中，源2500包括與USB核心2504相連的USB連接2502。USB核心2504與處理器2506相連并延伸到一個激勵器上(未示出)。位置信號輸入2510連接到源2500中。在一個實施例中，該位置輸入信號包括輸入到源2500中作為模擬信號的4個軸的位置信息，這些位置信號由處理器2506被轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字信號。在另一個實施例中，該位置信號是串行或是并行的4數(shù)字通道信號，其中每個通道是8位。
將按鈕輸入連接到源2500中。在一個實施例中，該按鈕輸入信號包括4乘4按鈕信息矩陣(如果需要單獨的按鈕控制的化，則是8位或16位的)。
在操作中，經(jīng)USB連接2502輸入到源2500的信號被輸入到USB核心2504中，并且該信號被輸出到處理器2506中并被轉(zhuǎn)換為PWM格式然后被發(fā)送到激勵器中。位置和按鈕信息分別經(jīng)位置信號輸入2510和按鈕輸入2512輸入到處理器2506中。處理器2506將這些信號中的信息進行數(shù)字化編碼，并將其發(fā)送到USB核心中。從USB核心中，信號經(jīng)USB連接2502在USB上傳送。
所呈現(xiàn)的上述對于本發(fā)明實施例的描述僅是例子和說明性的。它們并不是窮舉的或僅將本發(fā)明局限于所公開的形式。各種修改和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1．一種用于控制在振動輸出裝置中所產(chǎn)生的振動輸出的方法，其中該振動輸出裝置包括至少能在一個自由度上運動的一個物體，該方法包括接收包含振動結(jié)果信息的振動數(shù)據(jù)信號；將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號以便于該激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號包括與振動數(shù)據(jù)信號基本相同的振動結(jié)果信息；以及使用所述激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號在至少能在一個自由度上運動的物體上產(chǎn)生振動輸出，其中基本由振動結(jié)果信息來確定所產(chǎn)生的振動輸出。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從計算機上接收到的包含振動結(jié)果信息的振動數(shù)據(jù)信號的步驟包括從通用串行總線上接收振動數(shù)據(jù)信號的步驟。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號以便于該激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號包括與振動數(shù)據(jù)信號基本相同的振動結(jié)果信息的步驟包括產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制信號。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號以便于該激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號包括與振動數(shù)據(jù)信號基本相同的振動結(jié)果信息的步驟包括將激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號中一個脈沖持續(xù)時間內(nèi)的力結(jié)果信息中的信息編碼的步驟。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括使用包含與計算機相連的顯示器上所顯示的信息的信息從而在計算機中產(chǎn)生包含振動數(shù)據(jù)的信號的步驟。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括基于一個目標位置來產(chǎn)生位置信號；以及將所述位置信號發(fā)送到計算機上。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括在計算機中產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)信號，其中，使用包括在位置信號中的信息來產(chǎn)生所述振動數(shù)據(jù)信號。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中將所述位置信號發(fā)送到計算機上的步驟包括在通用串行總線上傳送所述位置信號。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)信號的步驟包括使用包含在計算機存儲器中信息的信息。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該目標可以在至少兩個自由度上運動。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中振動輸出包括在該目標上產(chǎn)生一個摩擦力。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中振動輸出包括產(chǎn)生氣味。
13．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從計算機上接收包含振動結(jié)果信息的振動數(shù)據(jù)信號的步驟包括在網(wǎng)絡(luò)上接收所述振動數(shù)據(jù)信號。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述網(wǎng)絡(luò)包括互連網(wǎng)。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中振動輸出裝置不包括振動數(shù)據(jù)庫。
16．一種用于產(chǎn)生振動結(jié)果的裝置，包括一個外殼；與所述外殼連接并能在至少一個自由度上運動的物體；一個振動數(shù)據(jù)輸入端口；與所述振動數(shù)據(jù)輸入端口電連接的一個信號轉(zhuǎn)換源，用于將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號以便于該激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號包括基本上與振動數(shù)據(jù)信號相同的振動信息；一個激勵器，與信號轉(zhuǎn)換源電連接并與能在至少一個自由度上運動的物體和外殼機械連接，該激勵器用于將一個振動輸出施加到能在至少一個自由度上運動的物體上。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中這樣構(gòu)造信號轉(zhuǎn)換源使其可以從通用串行總線上接收振動數(shù)據(jù)信號。
18．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述信號轉(zhuǎn)換源包括產(chǎn)生一個脈寬調(diào)制格式信號的源。
19．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述信號轉(zhuǎn)換源包括能將激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號中一個脈沖持續(xù)時間內(nèi)的力結(jié)果信息中的信息編碼的源。
20．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，包括一個計算機，其中該計算機與振動數(shù)據(jù)輸入端口相連，該計算機包括使用包含在與所述計算機相連的顯示器上所顯示信息的信息來產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)信號的源。
21．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，包括能在目標位置基礎(chǔ)上產(chǎn)生位置信號的源。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，包括一個計算機，其中該計算機與振動數(shù)據(jù)輸入端口相連，該計算機包括使用包括在位置信號中的信息的信息來產(chǎn)生包括力數(shù)據(jù)的信號的源。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的裝置，其中產(chǎn)生位置信號的源能在用于在通用串行總線上傳輸?shù)膮f(xié)議中產(chǎn)生該位置信號。
24．根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，包括一個計算機，其中該計算機與振動數(shù)據(jù)輸入端口相連，該計算機包括使用包含存儲在計算機存儲器中的信息的信息來產(chǎn)生包括力數(shù)據(jù)的信號的源。
25．根據(jù)權(quán)利要求24的裝置，其中所述計算機經(jīng)包括網(wǎng)絡(luò)的一個連接與振動數(shù)據(jù)輸入端口相連。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其中所述網(wǎng)絡(luò)包括互連網(wǎng)。
27．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，包括一個蜂窩電話，其中該蜂窩電話被連接到所述振動數(shù)據(jù)輸入端口上。
28．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，包括一個用于從一個媒體上讀出振動信息的源，其中將用于從一個媒體上讀出振動信息的源連接到振動數(shù)據(jù)輸入端口上。
29．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中用于從一個媒體上讀出振動信息的源包括一個錄象機。
30．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，包括一個與所述振動數(shù)據(jù)輸入端口相連的振動輸入裝置。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的裝置，其中通過包括互連網(wǎng)的連接來將振動數(shù)據(jù)輸入裝置連接到振動數(shù)據(jù)輸入端口上。
32．根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述目標能夠在至少兩個自由度上運動。
33．一種用于產(chǎn)生振動結(jié)果的裝置，包括一個外殼；與所述外殼連接并能在至少一個自由度上運動的可移動的組件；一個振動數(shù)據(jù)輸入端口；與所述力數(shù)據(jù)輸入端口電連接的一個信號轉(zhuǎn)換源，用于使用一個非查找轉(zhuǎn)換處理將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號；一個激勵器，與信號轉(zhuǎn)換源電連接并與可移動組件和外殼機械連接，該激勵器用于將一個振動輸出施加到處于至少一個自由度之上的可移動組件上。
34．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，包括一個能產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)信號的計算機，其中該計算機與振動數(shù)據(jù)輸入端口相連。
35．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中所述計算機包括一個振動函數(shù)庫。
36．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，其中所述計算機包括一個振動數(shù)據(jù)庫。
37．根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中所述計算機通過包括互聯(lián)網(wǎng)與所述振動數(shù)據(jù)輸入端口相連。
38．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，包括一個產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)信號的蜂窩電話，其中所述蜂窩電話與所述振動數(shù)據(jù)輸入端口相連。
39．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，包括一個計算機，該計算機與所述振動數(shù)據(jù)輸入端口相連；一個用于產(chǎn)生交互式數(shù)據(jù)的源，所述用于產(chǎn)生交互式數(shù)據(jù)的源經(jīng)包括互連網(wǎng)的連接與所述計算機相連；一個用于產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)的源，其中所述用于產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)的源與用于產(chǎn)生交互式數(shù)據(jù)的源相連，并且所述用于產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)的源經(jīng)包括互連網(wǎng)的連接與所述計算機相連。
40．根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中用于產(chǎn)生振動數(shù)據(jù)的源包括一個振動服務(wù)器。
41．根據(jù)權(quán)利要求39的裝置，其中用于產(chǎn)生交互式數(shù)據(jù)的源包括一個游戲服務(wù)器。
42．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，包括一個與所述振動輸入端口相連的振動輸入裝置。
43．根據(jù)權(quán)利要求42的裝置，其中所述振動輸入裝置經(jīng)包括互聯(lián)網(wǎng)的連接與所述振動輸入端口相連。
44．根據(jù)權(quán)利要求42的裝置，其中所述振動輸入裝置經(jīng)包括計算機的連接與所述振動輸入端口相連。
45．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，包括一個計算機，其中所述計算機包括一個能以音頻數(shù)據(jù)格式存儲振動數(shù)據(jù)的源。
46．根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中所述計算機包括一個從包括由計算機游戲所產(chǎn)生信息的信息中產(chǎn)生包含振動數(shù)據(jù)的源。
47．根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中所述計算機包括一個從包括存儲在振動函數(shù)庫中信息的信息中產(chǎn)生包含振動數(shù)據(jù)的源。
48．根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其中所述計算機在振動文件中存儲振動數(shù)據(jù)。
49．根據(jù)權(quán)利要求33的裝置，包括與所述振動數(shù)據(jù)端口相連的一個處理器；以及用于將所述處理器連接到網(wǎng)絡(luò)上的一個源。
50．根據(jù)權(quán)利要求49的裝置，其中所述網(wǎng)絡(luò)包括一個蜂窩電話聯(lián)接。
51．根據(jù)權(quán)利要求49的裝置，其中所述網(wǎng)絡(luò)包括一個互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接。
52．根據(jù)權(quán)利要求49的裝置，包括一個與所述互聯(lián)網(wǎng)相連并輸出振動數(shù)據(jù)信號的視頻重放裝置。
53．一種用于控制在作為交互式應(yīng)用一部分的振動輸出裝置中所產(chǎn)生的振動輸出的方法，其中該振動輸出裝置包括至少能在一個自由度上運動的一個物體，該方法包括從振動服務(wù)器接收包含振動結(jié)果信息的振動數(shù)據(jù)信號；將振動數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號以便于該激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號包括與振動數(shù)據(jù)信號基本相同的振動結(jié)果信息；以及使用所述激勵器驅(qū)動數(shù)據(jù)信號在至少能在一個自由度上運動的物體上產(chǎn)生振動輸出，其中基本由振動結(jié)果信息來確定所產(chǎn)生的振動輸出；將來自振動輸入裝置的振動輸入發(fā)送到所述振動服務(wù)器中；以及使用包括包含在所述振動輸入中的信息的信息來產(chǎn)生被修正過的振動數(shù)據(jù)信號。
54．根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中接收振動信號的步驟包括經(jīng)包括互聯(lián)網(wǎng)的連接來接收振動信號的步驟，以及從所述振動輸入裝置中發(fā)送振動輸入的步驟包括經(jīng)包括所述互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)接來發(fā)送所述振動輸入信號的步驟。
55．根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中產(chǎn)生被修正過的振動信號的步驟包括使用包含與來自第二振動輸入裝置的振動輸入相關(guān)信息的信息的步驟。
56．與顯示圖形信息的計算機一起使用的一種振動輸出裝置，所述振動輸出裝置包括一個外殼；一個可移動部件，可樞軸旋轉(zhuǎn)地與所述外殼相連，從而可以使所述可移動部件能夠在至少一個自由度上運動；一個驅(qū)動器，響應(yīng)由所述計算機輸出的振動數(shù)據(jù)信號，其中所述振動數(shù)據(jù)信號包括在所述圖象信息基礎(chǔ)上產(chǎn)生的振動信息；以及與所述外殼和可移動部件相連的一個激勵器，用于將振動輸出施加到可以在至少一個自由度上運動的手柄上，其中所述振動輸出與模擬信號的幅度成比例。
57．根據(jù)權(quán)利要求56的裝置，包括一個能產(chǎn)生確定關(guān)于所述一個自由度的手柄位置的定位信號的傳感器。
58．根據(jù)權(quán)利要求56的裝置，其中可由用戶在至少兩個自由度上控制所述可移動部件。
59．根據(jù)權(quán)利要求56的裝置，其中所述激勵器包括壓電材料。
60．根據(jù)權(quán)利要求56的裝置，其中所述激勵器包括一個電子馬達。
61．根據(jù)權(quán)利要求56的裝置，其中所述振動輸出裝置響應(yīng)振動數(shù)據(jù)信號輸出一種氣味。
全文摘要
一種用于輸入、輸出處理并存儲外力、觸覺或其它振動輸出的系統(tǒng)和方法。將振動數(shù)據(jù)信號中的振動數(shù)據(jù)輸出到該裝置中,該振動數(shù)據(jù)信號包含在振動輸出裝置的驅(qū)動器中產(chǎn)生特定振動輸出所需的所有信息。振動信號的信息內(nèi)容消除了對于在振動輸入或輸出裝置中具有用來存儲或處理振動信息的處理器或存儲器的需要。
文檔編號G06F3/01GK1299479SQ99803975
公開日2001年6月13日 申請日期1999年2月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月3日
發(fā)明者埃胡德·巴龍, 邁克爾·莫爾迪森 申請人:因維伯諾有限公司