[发明专利]触觉通信系统、方法和设备

说明书

本发明涉及触觉通信系统。触觉通信系统是能够通过交互的表面来传送触摸感的系统，包括两个彼此通信的设备。该表面的操作通过在每个设备中的移动所述表面的至少一个致动器以及在所述表面上施加压力的两个用户(每个设备上一个用户)来实现。

本发明的目的在于成本效益高的和/或可靠的系统，该系统给予用户尽可能自然的触觉感知体验。

根据本发明，该系统包括：计算机网络，该计算机网络包括具有处理单元的至少一台计算机；和在不同位置连接至所述计算机网络的两个触觉输入/输出设备；以及设置成在所述计算机处理单元上运行的计算机软件，所述触觉输入/输出设备每个包括：设置成以稳固的方式放置在平坦的表面上的外壳；在所述外壳中的至少一个致动器，其中所述致动器包括电机、被所述电机在所述至少两个相反的方向上移动的托架和具有外表面的触摸构件，所述触摸构件被设置成以预定的间隔相对于所述外壳在至少两个相反的方向上移动，使得用户能够通过触摸所述外表面感觉所述运动；所述致动器设置有布置成以所述预定的间隔连续地确定所述外表面上的相对压力的装置，且所述致动器设置有连续地确定所述外表面的相对位置的装置，以及被布置成以所述预定的间隔将所述相对压力和所述相对位置连续地传送至所述计算机处理单元的装置；其中所述计算机软件被设置成使用所述两个设备中的两个相应的致动器的所述相对压力、所述相对位置和当前相对位置与至少在先前的间隔确定的相对位置之间的差值来计算外表面的两个下一个相对位置，每个下一个相对位置用于所述致动器中的一个，且将所述下一个相对位置传送至相应的致动器；且其中所述致动器被设置成将所述外表面立即移动至所计算和传送的下一个相对位置。

所述致动器优选地包括在所述托架与所述触摸构件之间的弹性元件，例如弹簧，使得所述托架与所述外表面之间的距离能够通过在所述外表面上施加力变得更短。

优选地，所述托架被安装在允许往复直线运动的支撑件中。所述致动器的电机优选地是旋转步进电机，其中所述电机的轴借助于旋转臂被连接至所述往复托架。

优选地，所述触觉输入/输出设备是基本上相同的且每个设备包括多个所述致动器，其中所述软件被设置为在一个设备中的每一个致动器与在另一个设备中的相应的致动器之间传送所述压力和位置参数。

在优选的实施方案中，所述触觉输入/输出设备具有便于完全支撑平均成年人手的尺寸，其中所述多个致动器被设置成使得所述致动器的所述外表面在基本上平坦的表面中延伸并且能够同时支撑所述手的所有不同部分，所述手的所有不同部分是至少所述手的五个手指中的每个和手掌，且其中所述托架被设置成垂直于所述基本上平坦的表面往复运动。优选地，所述手的所述不同部分是沿五个手指中的每个的长度的至少两个位置以及沿所述手的手掌的长度的至少两个位置。

所述多个致动器的所述外表面被一层柔性膜(例如，橡胶膜)覆盖。

所述计算机软件优选被设置成计算所述外表面的所述两个下一个相对位置，使得如果在所述致动器中的一个中确定没有压力，而在相应的致动器中确定有压力，则所述两个致动器根据确定的压力被移动至两个相反的极端位置，且其中如果在两个致动器中差不多相等的压力被确定，则两个致动器两者以一定的速率移动至中央位置，该速率考虑到在当前相对位置与在先前的间隔确定的相对位置之间的所述差值以及在先前的间隔确定的压力，使得操作设备的用户经历流畅自然的感觉运动和压力，犹如他们的两只手处于相互的身体接触。

在优选的实施方案中，所述软件被设置成通过“时域被动控制”算法计算所述两个下一个相对位置。用于触觉接口的这样的“时域被动控制”算法在美国专利申请公开US2002/0062177A1中被详细地描述和解释，该专利通过引用并入本文中。该文件教导技术人员该软件是如何通过以上提到的输入参数计算致动器的位置，以实现致动器的所需要的动作。在本发明的方法中，在所述公布中讨论的速率参数通过在当前相对位置与在先前的间隔确定的相对位置之间的差值被表示，如托架的速率可以通过在它们的位置的增量差值除以间隔的持续时间来表示。因此软件程序不需要设置成实际上计算速率。然而，如果软件程序实际上计算速率并使用这些速率以计算两个下一个相对位置，则这应该被认为是使用在当前相对位置和至少在先前的间隔被确定的相对位置之间的差值作为输入参数这一特征的等同特征。

可选择地，为了再进一步改善该触觉通信系统的自然感觉，将计算机程序设置成使得两个相应的致动器的相邻的致动器的所确定的压力、相对位置和在当前相对位置与至少在先前的间隔确定的相对位置之间的差值也同样被所述计算机软件程序利用以计算两个相应的致动器的下一个相对位置是可能的。