DE20080263U1 - Hybridsteuerung der haptischen Rückkopplung für einen Host-Computer und ein Schnittstellengerät - Google Patents

Hybridsteuerung der haptischen Rückkopplung für einen Host-Computer und ein Schnittstellengerät

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DE20080263U1 DE20080263U DE20080263U DE20080263U1 DE 20080263 U1 DE20080263 U1 DE 20080263U1 DE 20080263 U DE20080263 U DE 20080263U DE 20080263 U DE20080263 U DE 20080263U DE 20080263 U1 DE20080263 U1 DE 20080263U1
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Description

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Claims (29)

1. Schnittstellengerät mit einer haptischen Rückkopplung in Verbindung mit einem Host-Computer, wobei der Host- Computer eine Grafikumgebung ablaufen läßt und darstellt, während das Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung folgende Merkmale aufweist:
ein von einem Benutzer handhabbares Objekt, das von einem Benutzer physisch berührt wird und in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich ist,
mindestens einen Aktor, der Kräfte ausgibt, die von dem Be­ nutzer wahrgenommen werden,
mindestens einen Sensor, der eine Bewegung des von dem Be­ nutzer handhabbaren Objektes in dem mindestens einen Frei­ heitsgrad erfasst und ein Sensorsignal ausgibt, das die Be­ wegung angibt, und
einen Geräte-Mikrocontroller, der mit dem mindestens einen Aktor und dem mindestens einen Sensor verbunden und bezüg­ lich des Schnittstellengerätes mit haptischer Rückkopplung lokal ist, wobei der Mikrocontroller Kraftwerte zur Steue­ rung der Kräfte an den Aktor ausgibt und die Sensorsignale von dem mindestens einen Sensor empfängt, wobei der Mikro­ controller mindestens teilweise aufgrund des Sensorsignales einen Closed-Loop-Kraftwert bestimmt und den Closed-Loop- Kraftwert an den mindestens einen Aktor ausgibt, und wobei der Mikrocontroller keine Open-Loop-Kraftwerte berechnet, sondern statt dessen Open-Loop-Kraftwerte über einen flie­ ßenden seriellen Datenübertragungskanal von dem Host- Computer empfängt und die Open-Loop-Kraftwerte an den min­ destens einen Aktor weiterleitet, wobei die von dem Aktor ausgegebenen Kräfte auf den Closed-Loop- und den Open-Loop- Kraftwerten basieren und wobei der Mikrocontroller dem min­ destens einen Aktor einen Ersatzkraftwert bereitstellt, falls ein von dem Host-Computer empfangener Kraftwert be­ schädigt ist oder fehlt.
2. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller den Ersatzkraftwert extrapoliert, falls der von dem Host-Computer empfangene Kraftwert beschädigt ist oder fehlt.
3. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller einen zuvor empfange­ nen Kraftwert als den Ersatzkraftwert ausgibt, falls der von dem Host-Computer empfangene Kraftwert beschädigt ist oder fehlt.
4. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei die Open-Loop-Kraftwerte auf dem Host- Computer berechnet werden.
5. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei die Open-Loop-Kraftwerte periodische Kräfte einschließen.
6. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei die Closed-Loop-Kräfte Federkräfte, Dämp­ fungskräfte und Texturkräfte einschließen.
7. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei der fließende Kanal ein isochroner Kanal ist.
8. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 4, wobei der Mikrocontroller auf einen Zeitgeber zugreift, der Zeitgeber für eine Zeitspanne läuft, die beginnt, wenn ein Kraftwert von dem Host-Computer empfangen wird, wobei eine aktuelle Kraftausgabe beendet wird, wenn die Zeitspanne eine Länge erreicht, die größer ist als eine vorbestimmte Länge, wobei die vorbestimmte Länge eine be­ kannte Zeitdauer ist, die mindestens genau so lang ist, wie die zum Empfang eines nachfolgenden Kraftwertes über den fließenden Kanal erforderliche Zeit.
9. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 1, wobei der Mikrocontroller Kinematiken berech­ net, die das Sensorsignal in Koordinaten eines Koordinaten­ systems umwandelt.
10. Vorrichtung zur Bereitstellung einer haptischen Rück­ kopplungsfunktionalität in einem Hybridsystem, das ein Schnittstellengerät mit einer haptischen Rückkopplung ein­ schließt, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale umfasst:
Mittel zum Empfangen eines Befehls zum Liefern eines Kraft­ effektes auf einem Treiber eines Host-Computers, wobei der Befehl von einem auf dem Host-Computer laufenden Anwen­ dungsprogramm bereitgestellt wird, wobei der Krafteffekt von einem bestimmten Typ ist, und
Mittel zur Weiterleitung von aufgrund des Typs des Effektes aus dem Befehl abgeleiteten Informationen an das haptische Rückkopplungsgerät, um es dem haptischen Rückkopplungsgerät zu erlauben, aus den Informationen Kraftwerte zu berechnen, oder zur Speicherung von aus dem Befehl abgeleiteten Infor­ mationen in einem Speicher des Host-Computers und zur Be­ rechnung von Kraftwerten unter Verwendung des Treibers, wo­ bei der Treiber die Kraftwerte unter Verwendung eines Streaming-Kanals dem haptischen Rückkopplungsgerät bereit­ stellt,
wobei die Kraftwerte von dem haptischen Rückkopplungsgerät einem Benutzer des haptischen Rückkopplungsgerätes als Kräfte ausgegeben werden, und
wobei die berechneten Kraftwerte von dem Treiber an das haptische Rückkopplungsgerät gestreamed werden und wobei von dem Treiber eine Berechnungsrate der gestreamten Kraft­ werte eingestellt wird, um eine gewünschte Rechenbelastung auf dem Host zu erreichen.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Kraftwert unter Verwendung mindestens eines Parameters berechnet wird, der in dem Befehl enthalten ist.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Typ entweder ein Open-Loop oder ein Closed-Loop ist, wobei der Kraftwert für den Closed-Loop-Effekt von dem haptischen Rückkopp­ lungsgerät berechnet wird und wobei der Kraftwert für den Open-Loop-Effekt von dem Treiber berechnet wird.
13. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Treiber ein haptisches Rückkopplungsgerät emuliert, so dass das Anwen­ dungsprogramm keine Teilung bei der Kraftberechnung kennt.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Treiber eine bestimmte Periode aus einer Vielzahl von verfügbaren Perio­ den für das Streaming der Kraftwerte auswählt.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Treiber die bestimmte Periode aufgrund der Rechenbelastung auf dem Host-Computer auswählt.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei der Treiber die bestimmte Periode aufgrund des Typs oder des Modells des Gerätes oder einer Bandbreite eines Übertragungskanals zwi­ schen dem Host-Computer und dem Gerät auswählt.
17. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei eine Frequenz beim Senden der gestreamten Kraftwerte von dem Treiber ein­ gestellt wird, um eine gewünschte Rechenbelastung auf dem haptischen Rückkopplungsgerät zu erreichen.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Berechnungs­ rate der gestreamten Kraftwerte auf einer Frequenz eines von dem haptischen Rückkopplungsgerät auszugebenden Kraft­ effektes basiert.
19. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Treiber eine vollständige Periode von Kraftwerten für einen auszugeben­ den Krafteffekt vorberechnet und speichert und die gespei­ cherte Periode von Kraftwerten bei einer Ausgabe der Kraft­ werte in aufeinanderfolgenden Perioden des Krafteffektes abruft.
20. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung, wo­ bei das Gerät mit einem Host-Computer verbunden ist, wobei der Host-Computer eine Grafikumgebung ablaufen läßt und darstellt, wobei das Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung folgende Merkmale aufweist:
ein von einem Benutzer handhabbares Objekt, das von einem Benutzer physisch berührt wird und in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich ist,
mindestens einen Aktor zur Ausgabe von Kräften, die von dem Benutzer wahrgenommen werden,
mindestens einen Sensor zur Erfassung einer Bewegung des von dem Benutzer handhabbaren Objektes in dem mindestens einen Freiheitsgrand und zur Ausgabe eines die Bewegung an­ zeigenden Sensorsignals, und
einem Geräte-Mikrocontroller, der mit dem mindestens einen Aktor und dem mindestens einen Sensor verbunden ist und be­ züglich des Schnittstellengerätes mit Kraftrückkopplung lo­ kal ist, wobei der Mikrocontroller an den Aktor Signale zur Steuerung der Kräfte ausgibt und von dem mindestens einen Sensor das Sensorsignal empfängt, wobei der Mikrocontroller mindestens teilweise aufgrund eines von dem Host-Computer empfangenen Befehls einen Kraftwert für einen hochfrequen­ ten Open-Loop-Effekt bestimmt und wobei der Mikrocontroller keine Kraftwerte für niedrigfrequente Open-Loop-Effekte be­ stimmt und von dem Host-Computer Kraftwerte für niedrigfre­ quente Open-Loop-Effekte empfängt, wobei der Mikrocontrol­ ler die Kraftwerte für die hochfrequenten Open-Loop-Effekte und die niedrigfrequenten Open-Loop-Effekte an den mindes­ tens einen Aktor weiterleitet.
21. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 20, wobei die Kraftwerte für die hochfrequenten O­ pen-Loop-Effekte und die niedrigfrequenten Open-Loop- Effekte einen Vibrationskrafteffekt definieren.
22. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung gemäß Anspruch 21, wobei der Vibrationskrafteffekt ein periodi­ scher Krafteffekt ist.
23. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 20, wobei der Mikrocontroller Kraftwerte für die hochfrequenten Open-Loop-Effekte gleichzeitig mit der Aus­ gabe von Kraftwerten für niedrigfrequente Open-Loop-Effekte ausgibt, die von dem Host-Computer empfangen wurden.
24. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 23, wobei der Mikrocontroller Kraftwerte des hochfrequenten Open-Loop-Effektes und des niedrigfrequenten Open-Loop-Effektes summiert und als Gesamtkraftwert aus­ gibt.
25. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 20, wobei der Geräte-Mikrocontroller auch Closed- Loop-Kraftwerte mindestens teilweise aufgrund einer Positi­ on des von dem Benutzer handhabbaren Objektes in dem Frei­ heitsgrad bestimmt.
26. Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplung, wo­ bei das Gerät mit einem Host-Computer verbunden ist, wobei der Host-Computer eine Grafikumgebung ablaufen läßt und darstellt, wobei das Schnittstellengerät mit haptischer Rückkopplungsgerät folgende Merkmale aufweist:
ein von einem Benutzer handhabbares Objekt, das von einem Benutzer physisch berührt wird und in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich ist,
mindestens einen Aktor zur Ausgabe von Kräften, die von dem Benutzer wahrgenommen werden,
mindestens einen Sensor zur Erfassung einer Bewegung des von dem Benutzer handhabbaren Objektes in dem mindestens einen Freiheitsgrad und zur Ausgabe eines die Bewegung an­ zeigenden Sensorsignals, und
einen Geräte-Mikrocontroller, der mit dem mindestens einen Aktor und dem mindestens einen Sensor verbunden ist und be­ züglich des Schnittstellengeräts mit Kraftrückkopplung lo­ kal ist, wobei der Mikrocontroller Signale zur Steuerung der Kräfte an den Aktor ausgibt und das Sensorsignal von dem mindestens einen Sensor empfängt, wobei der Mikrocont­ roller mindestens teilweise aufgrund des Sensorsignals ei­ nen Closed-Loop-Kraftwert bestimmt und den Closed-Loop- Kraftwert ausgibt, und wobei der Mikrocontroller keine niedrigfrequenten Open-Loop-Kraftwerte berechnet und niedrigfrequente Open-Loop-Kraftwerte von dem Host-Computer empfängt und die Open-Loop-Kraftwerte an den mindestens ei­ nen Aktor weiterleitet.
27. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 26, wobei die niedrigfrequenten Open-Loop-Kraftwerte eine Vibration mit einer Frequenz unterhalb einer Schwel­ lenwertfrequenz beschreiben und wobei der Mikrocontroller hochfrequente Open-Loop-Werte bestimmt, die eine Vibration mit einer Frequenz oberhalb der Schwellenwertfrequenz be­ schreiben.
28. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 26, wobei die Open-Loop-Kräfte auf dem Host-Computer berechnet werden.
29. Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung gemäß An­ spruch 26, wobei die Open-Loop-Kraftwerte von dem Host- Computer über einen seriellen Streaming-Datenübertragungs­ kanal empfangen werden, der das Schnittstellengerät mit Kraftrückkopplung mit dem Host-Computer verbindet.
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