[发明专利]具有改进的力觉再现的力觉接口

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的力觉再现的力觉接口。

背景技术

力觉接口能够采用由用户操作的旋转按钮的形式，在这种情况下，接口根据驱动按钮的角位置和用户所施加的运动来向用户反向施加一阻扭矩，由此使得能够限定用户在转动按钮时将感知到的力觉模型(haptic patterns)。

阻力矩能够经由磁流变流体传送到按钮，通过施加磁场对磁流变流体的表观黏度进行修改以限定预定义的力觉模型。在这种配置中，力觉感觉是按钮的位置的角函数，一定的力觉模型的产生会受损害感知到的力觉质量的不良作用的影响。

例如，在接口要重现停止的情况下，必须在按钮进入被界定为力觉停止的角区域时生成显著的阻力矩。当系统处于这种配置时，系统被锁定在该稳定状态。用户则必须施加荷载以朝相反的方向转动按钮、感知粘附感觉，并且必须直到他/她从被限定为力觉感停止的角区域中出来时，才能“离开”停止状态。

文献US2006/0280575描述了一种采用磁流变流体的力觉接口，其中，接口的旋转轴中设置有弹簧，该弹簧在按钮和与磁流变流体相接触的元件之间引入了相对运动。如此以来，当用户在停止处朝相反的方向转动按钮时，弹簧所导致的相对运动使得轴能够运动，然后该运动可以被轴的角位置传感器检测到。然而，对弹簧刚度的选择是比较复杂的；实际上，如果弹簧太硬，则用户必须施加大荷载以抵抗弹簧的刚度，直到可由角位置传感器检测到的最终产生的运动被生成。相反地，如果弹簧刚度太小，则用户会感知到弹簧的刚度，而不是感觉到停止(理论上来说，刚度无穷大)，所产生的停止感觉不具备良好的质量。

更一般地，当沿一个方向的力觉模型与沿相反方向的力觉模型不同时，对感觉进行仿真能够生成这种粘附感觉，这妨碍了接口的另人满意的力觉再现。

重现例如停止之类的力觉模型还包括以下缺陷：需要不断地消耗电力，这是由于需要给线圈供电以创建修改表观黏度的磁场，从而即使是用户释放了按钮也可生成所寻求的力觉模型，这是因为并未检测到用户松开按钮。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种力觉接口，该力觉接口提供了改进的力觉再现，特别地在力觉模型在第一运动方向和与第一运动方向相反的第二运动方向之间变化的情况下，例如在重现停止的情况下。

上述目的通过力觉接口来实现，该力觉接口包括用于与用户交互的元件以及用于与流体交互的元件、用于生成可变刺激的装置、用于测量用于与用户交互的元件的当前位置的传感器、以及用于在施加到用于与用户交互的元件的运动被用户和位置测量传感器感知之前检测用户的意向行动，以确定用户意图施加到用于与用户交互的元件上的运动方向的装置，流体的黏度根据控制刺激而改变，该两个交互元件至少以旋转或至少以平移方式进行固定。

通过本发明，尽可能早地获知用于与用户交互的元件要运动的方向，因此使得能够控制用于生成磁场的装置。在用于与用户交互的元件处于停止区域并且用户所寻求的运动方向与该停止的运动方向对应的情况下，该磁场保持不变或重新被施加。如果用户所寻求的运动方向使得按钮离开停止区域，则磁场被减小或抑制。

应该注意的是，位置传感器对检测用户的意图而言不够灵敏。

本发明使得能够通过预期用户的运动行动来减小、甚至抑制在接口的控制中的空间和时间延迟。

在磁流变流体的情况下，由于借助于本发明能够确定用户是否保持在在接口上的动作，所以能够减少电力消耗，不再需要施加连续的磁场。当使用电流变流体时，存在同样的优点。

通过借助于接口的元件的应变估算施加到用于与用户交互的元件上的力来检测用户的意图。例如在旋转力觉接口的情况下，能够在连接交互元件的旋转轴上、在用于与流体交互的元件上或者更有利地通过连接到重现力觉模型的元件和框架的附加部分来检测扭力矩，并测量该元件的应变。该应变例如通过一个或多个荷载传感器来检测，荷载传感器适于确定施加到力觉接口上的扭矩方向以及所施加的扭力矩是否超过给定阈值，若所施加的扭力矩超过给定阈值，则认为该用户有效地意向操作该力觉接口。

对来自当前位置传感器和用于确定用户意图的装置的信息的组合处理使得能够应用力觉模型。当不存在运动时，力觉模型取决于用户的意向动作的方向；或者当存在运动时，力觉模型取决于转速的符号。力觉模型的这种管理使得按钮能够和用于与用户交互的元件的优选运动方向相关联，在改变方向时用户不会感知到大的寄生荷载。