产生强振动效果的具有震动板组件的触觉地板系统技术方案

提供了一种触觉地板系统，其通过使用一个或多个面板或板组件产生强的基于振动的效果，每个面板或板组件可以由控制器以编程方式或响应于传感器输出而被选择性地操作。这些面板或板组件中的每一个可以称为“震动板组件”，因为由触觉地板系统提供的特殊效果可以为由震动板组件中的一个支撑的人提供地面颤抖和振动，这类似于在地震中、或当一个超级强大的虚构角色撞击附近的地板、或一个大型动物或机器人从人的旁边走过或跑过时由人感觉到的地面颤抖和振动。每个震动板组件可包括薄板或面板，其具有用于支撑人或物体的上接触表面和相反的下表面，并且可在薄板的下表面上设置一个或多个致动器。

Tactile floor system with vibrating plate components to produce strong vibration effect

【技术实现步骤摘要】
产生强振动效果的具有震动板组件的触觉地板系统
本说明书整体上涉及用于针对特定设备的用户或娱乐或其他物理世界体验中的参与者产生触觉反馈或效果的技术和系统。更具体地，本说明书涉及用于提供地板或支撑平台的系统和方法，这种地板或支撑平台可以选择性地振动，以提供可被地板或支撑平台上的人体验的触觉反馈或强的触觉效果。
技术介绍
许多应用需要为人们提供新的和令人惊讶的娱乐体验。例如，主题乐园和游乐园不断寻找新的方式来娱乐他们的访客并吸引新的访客。通常，希望体验是身临其境和亲自实践的，并且如果可能的话，期望提供在特定主题乐园或游乐园之外不可用的娱乐。此外，通常需要娱乐体验使得参与者群体能够在他们都面临新的和独特的事物的同时彼此交互。例如，需要设计和构建物理世界环境，使其可以选择性地为该环境中的人提供振动地板或地面形式的触觉反馈。例如，娱乐体验可能涉及将人们放置在以下空间中：一个或多个大型动物或机器人在附近移动、导致地面摇晃或振动(稍微间隔开的强振动或更快速连续发生的弱振动)的空间；地震或类似效果导致地板/地面抖动的空间；超级英雄、超级恶魔或其他大或强的角色在人们附近的地板/地面上撞击或跺脚导致地板/地面振动的空间；或任何其他需要地面/地板抖动以提供所需触觉反馈的应用。具体地，需要能够以站立在地板表面上的人感测到的振动形式提供快速且强烈的触觉效果的地板表面。优选地，地板表面将被设计成具有薄的截面并且支持容易安装而无需大量基础设施(例如，用于支持临时安装以及更永久的安装)。此外，具有振动触觉效果的地板表面可能需要相对便宜地制造和维护，以便被更广泛地采用。
技术实现思路
为了解决上述和其他需求，提供了一种触觉地板系统，其通过使用一个或多个面板或板组件产生强的基于振动的效果，每个面板或板组件可以由控制器以编程方式或响应于传感器输出而被选择性地操作。这些面板或板组件中的每一个可以称为“震动板组件”，因为由触觉地板系统提供的特殊效果可以为由震动板组件中的一个支撑的人员提供这样的地面颤抖和振动，其类似于在地震中或当一个超级强大的虚构角色撞击附近的地板或一个大型动物或机器人走路或跑时由人感觉到的地面颤抖和振动。例如，传感器可包括设置在板上(例如，在每个震动板组件中)或道具或玩具中的运动(例如，加速度)传感器。一个或多个运动传感器将无线(或有线)信号发送到控制器中的接收器，该控制器作为响应经由无线(或有线)信号指示一个或多个震动板组件产生可以与道具的测量运动/加速度精确地协调的抖动。由此产生的振动或抖动可以是诸如大锤子、剑、棍棒、手等在面板/拼块接触表面上的轻敲的传感器输出的强的放大，导致站在地板上的人体验到在一个大物体撞在他们附近的地板上、并且该物体的较大撞击可能会像地震一样的情况下将要发生的体验。在另一个示例中，传感器可以包括安装在操作者或参与者的鞋子中的加速度计，并且在这种情况下，操作者或参与者在震动板组件上或其附近的每个落脚都可以被控制器感测到并被响应以操作震动板组件产生大且非常强烈的抖动感觉。在另一个示例中，视频可能会显示一群动物在震动板组件上的人员的旁边奔跑，并且控制器可以协调震动板组件的操作，以在动物群较远时轻微地振动面板/板/拼块，并且当所示的动物群靠近人的位置时更加剧烈地振动面板/板/拼块。为此，要解决的初始问题是，创建极薄截面的地板表面以获得强烈的效果，并且易于安装而无需大量的基础设施，例如，甚至可用于临时事件的触觉地板系统。每个震动板组件可包括薄板或面板，其具有用于支撑人或物体的上接触表面和相反的下表面，并且，可在薄板(或面板)的下表面上(或与下表面接触地)设置一个或多个致动器。在一个实施例中，例如，致动器是大量的(例如，取决于板/面板的尺寸和期望的触觉效果，在10到100个的范围内)小振动器电机，每个小振动器电机具有偏心质量(因此，通常称为偏心旋转质量(ERM)致动器)。偏心质量可以使用重力被同步或对齐以具有相似的取向，并且通过控制器操作振动器电机使得这些偏心质量同时或并行旋转，来提供强烈的触觉效果(或板/面板/拼块的抖动/振动)。采用这种致动设计的原型设计非常成功，并且受到了参与者的欢迎。专利技术人响应于对长生命周期、易维护和低制造成本的需求，而设计了额外的震动板组件设计。专利技术人认识到，为了保持上述原型设计的低成本，可以使用更少、更强的电机来提供致动，但是，简单的按比例放大可导致亲临感较差且较慢的表现。另外，专利技术人确定，在一些实施例中可能有用的是，转变小振动器实施例中使用的有刷直流(DC)电机，因为这些可能是耐久性测试期间的故障点。许多触觉效果在很大程度上是冲击性的，使得它们采用非常强的瞬时电流。为了使触觉地板系统的安装更加实用，专利技术人为每个震动板组件设计了定制驱动电路和本地的电存储组，使得基础设施的电力需求和整体电力供应减少，一些实施例验证了减少超过十倍，为每个震动板组件供电的电缆直径也减小超过十倍(电缆/电线的面积减小十倍，其直径下降至十的平方根)。第一实施例用于虚拟现实(VR)风格的体验，但是，它和触觉地板系统的其他用途是制造超越生活的体验(在存在或不存在VR硬件和软件的情况下)。这可以涉及获得现实世界中的物理事件的测量值(例如，板的振动的大小和速度等)并且将这些测量到的事件以其适当的超越生活的体现播放。控制器还可以被编程为并行地触发触觉地板系统的其他元件，诸如效果元件，以使得体验更加身临其境，诸如利用视频设备提供视频“地震”，利用照明设备以选通闪光或其他基于光的效果，以及利用声音设备提供对应于导致振动的事件的声音效果。专利技术人使用改进的震动板组件设计了第二个有用的实施例。在该实施例中，电机尺寸按比例放大十倍以上，并且使用比第一实施例中使用的有刷电机生命周期可能长许多倍的低成本、批量生产的无刷电机。通过为偏心质量致动器或“振动器”选择非常特定和特殊的几何形状(例如，具有极长并窄的偏移或偏心质量的致动器，而不是如第一实施例中的楔形致动器)，尽管使用了更少的电机(两个，四个，六个等)，但专利技术人能够保持相同或更大范围的振动效果。该设计针对装配和维护进行了优化。电机安装或替换应该需要几分钟。通过允许位于驱动轴或旋转轴的每一端上的电机以及在该轴上设置的细长的偏心质量(并且沿着该轴延伸)(在该实施例的一些实施方式中)，该设计甚至可以非常简单地冗余以提高性能或者确保高质量的触觉体验，同时在许多位置将振动联接到板上，以获得更一致的感觉。由于致动器的两个电机直接联接到同一驱动轴(和附接的偏心质量)，因此不必担心同步。总的来说，这解决了耐用性和可靠性问题，同时保持了触觉地板系统的吸引人的低配置和低成本性质，同时还改善了制造和维护成本。更具体地，提供了一种触觉地板系统，其适于提供基于振动的触觉体验。该系统包括主控制器或显示控制器和多个震动板组件。震动板组件中的每一个包括：板或面板，其具有上接触表面和与上接触表面相反的下安装表面；以及至少一个致动器，其安装在下安装表面上，并可操作以向板施加力以导致所述上接触表面振动。在操作期间，响应于感测到的事件，主控制器产生控制信号，并将控制信号发送到多个震动板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触觉地板系统，适于提供基于振动的触觉体验，包括：/n主控制器；和/n多个震动板组件，所述震动板组件中的每一个包括：/n板，其具有上接触表面和与上接触表面相反的下安装表面；和/n至少一个致动器，其安装在所述下安装表面上，且能够被操作为施加力到所述板，以引起所述上接触表面振动，/n其中，响应于感测到的事件，所述主控制器产生控制信号，并将所述控制信号发送到所述多个震动板组件，以独立地触发每一个震动板组件的至少一个致动器的操作，以使所述至少一个致动器顺序地或并行地操作来施加力，从而并行或顺序地振动所述多个震动板组件的上接触表面。/n

【技术特征摘要】
20180622 US 16/015,5061.一种触觉地板系统，适于提供基于振动的触觉体验，包括：
主控制器；和
多个震动板组件，所述震动板组件中的每一个包括：
板，其具有上接触表面和与上接触表面相反的下安装表面；和
至少一个致动器，其安装在所述下安装表面上，且能够被操作为施加力到所述板，以引起所述上接触表面振动，
其中，响应于感测到的事件，所述主控制器产生控制信号，并将所述控制信号发送到所述多个震动板组件，以独立地触发每一个震动板组件的至少一个致动器的操作，以使所述至少一个致动器顺序地或并行地操作来施加力，从而并行或顺序地振动所述多个震动板组件的上接触表面。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括传感器，所述传感器感测以下至少一方面：人员相对于所述上接触表面的运动、道具相对于所述上接触面的运动、和物体与所述上接触表面中的一个的接触，并响应于该至少一方面产生传感器输出，并且其中，所述主控制器处理所述传感器输出以识别所感测到的事件。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，每一个震动板组件包括本地控制器和存储触觉效果定义库的存储器，并且其中，所述本地控制器响应于接收到一个所述控制信号，检索一个触觉效果定义，并操作致动器对所述板施加力。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述感测到的事件包括：
显示器在播放视频或音频系统在播放音轨，
并且其中，基于与所述视频或所述音轨相关联的代码集或触觉事件脚本，操作所述致动器提供与所述视频或所述音轨匹配的触觉体验。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器包括多个振动器电机，每个振动器电机具有驱动电机、由所述驱动电机旋转的驱动轴、以及固定到所述驱动轴的重物，所述重物的质心从所述驱动器的中心轴线偏移一定距离，由此每个振动器电机在所述驱动电机的操作期间产生离心力。


6.根据权利要求5所述的系统，其中，每个震动板组件包括第二致动器和第三致动器、用于每个致动器的驱动器、以及用于操作驱动电机的机载电力存储器，并且其中，每个震动板组件上的致动器能够经由驱动电机独立操作。


7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述致动器包括支撑所述多个振动器电机的线性框架，其中所述驱动轴平行布置，其中，所述框架刚性地联接到所述下安装表面，并且其中，所述板包括平坦的刚性材料片。


8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述驱动电机以短猝发操作，以提供重物取向基于重力的同步，或者，所述驱动电机操作为以交替的方向转动驱动轴，从而以摆动运动移动所述重物。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，每个震动板组件的致动器包括：平行于所述下安装表面延伸的细长驱动轴，能够操作以旋转所述细长驱动轴的至少一个驱动电机，以及刚性联接到所述细长驱动轴并且平行于所述细长驱动轴延伸的细长重物，所述细长重物的中心轴线从所述细长驱动轴的中心轴线偏移一距离。


10.一种用于提供基于振动的触觉体验的设备，包括：
板，其具有上接触表面和与所述上接触表面相反的下安装表面；
致动器，其联接到所述下安装表面，其中，所述致动器能够操作为产生导致所述板振动的离心力；和
控制器，其产生控制信号来触发所述致动器的操作，以便振动所述上接触表面并提供基于振动的触觉体验。


11.根据权利要求10所述的设备，还包括：能量存储装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：LS斯莫特，DL克里斯滕森，
申请(专利权)人：迪斯尼实业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US