本发明涉及被配置为接收用户输入并且通过曲率调整来提供输出触觉效果的交互式设备。特别地，本文的实施例针对采用致动器来改变或调制被配置用于用户交互的衬底或设备的曲率的交互式设备及交互方法。
背景技术：
越来越多地，包括沉浸式现实系统的计算机系统通过多种方式将输出呈现给用户，包括视觉、听觉、触觉和动觉输出。此类计算机系统还可以允许通过非常规方式的用户输入，这些非常规方式超出了传统鼠标和游戏控制器的范围。随着计算机系统的发展，与之交互的方法和设备也可能发展。
本文描述的发明提供了用于用户交互的方法和设备，其中基于交互式设备的曲率修改来接收用户输入和提供触觉输出。
技术实现要素：
在实施例中，提供了一种可变曲率交互式设备。该可变曲率交互式设备包括具有长度维度和宽度维度的面板，其中长度轴和宽度轴限定衬底的平面。该可变曲率交互式设备还包括设置在面板上的致动器，该致动器被配置为在被激活时在宽度维度的方向上向衬底提供折曲力；以及被配置为向致动器提供激活信号的电路。致动器被配置为使得折曲力在宽度维度的方向上引起面板的弯曲，面板的弯曲导致面板在长度维度的方向上的刚度增加。
在另一个实施例中，提供了一种修改可变曲率交互式设备的曲率的方法。该方法包括：向设置在具有长度维度和宽度维度的面板上的致动器提供激活信号，其中长度维度和宽度维度限定面板的平面；响应于激活信号，由致动器在宽度维度的方向上向面板施加折曲力；通过折曲力在宽度维度的方向上引起面板的弯曲；以及基于曲率在长度维度的方向上增加面板的刚度。
附图说明
通过下面如附图所示的实施例的描述，本发明的前述和其它特征和优点将变得显而易见。并入本文并构成说明书的一部分的附图进一步用于解释本发明的原理，并使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。附图未按比例绘制。
图1图示了用于修改可变曲率交互式设备的刚度的系统，该设备具有可以被改变或更改的曲率。
图2是用于修改可变曲率交互式设备的曲率的系统的示意图。
图3a-图3c图示了用于修改可变曲率交互式设备的曲率的系统的操作。
图4a和图4b图示了由曲率引起的梁(beam)的折曲刚度的增加。
图5图示了可变曲率交互式设备作为用户交互式输入/输出设备的使用。
图6图示了被配置用于多轴刚度修改的可变曲率交互式设备。
图7图示了根据实施例的结合可变曲率交互式设备的用户设备。
图8图示了结合到沉浸式现实系统中的可变曲率交互式设备。
图9图示了用于修改交互式设备的曲率的处理。
具体实施方式
现在参考各图描述本发明的具体实施例。下面的具体实施方式仅仅是示例性的性质，并不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。此外，没有意图被前面的技术领域、背景技术、方面内容或下面的具体实施方式中所给出的任何表达或暗示的理论所束缚。
本文描述的结构被配置为在维持薄的形状因子的同时提供触觉效果。通过施加曲率修改结构会改变本文描述的结构的机械性能，例如刚度。平坦的结构因此可以表现出明显增加的刚度。曲率可以使用智能材料致动器和/或大纤维复合材料致动器来施加。用户可以通过折曲输入与这些结构进行交互，这些折曲输入可以通过致动器的致动来抵抗，以调整显示器的刚度。该结构可以耦合到显示器或其它输出设备，并且还可以调整曲率以提供振动触感和动觉触觉反馈。
本发明的实施例包括被配置为通过对可变曲率交互式设备的操纵和来自其的反馈来提供用户交互的设备。如本文所讨论的，可变曲率交互式设备是被配置为从用户接收输入并且向用户提供输出的交互式设备。如本文所述，可变曲率交互式设备的实施例被配置为通过由致动器引起的曲率修改来提供触觉效果。由曲率修改引起的触觉效果包括对交互式设备的刚度的修改、振动触觉效果和动觉移动触觉效果。可变曲率交互式设备还可以接收来自用户的输入。从用户接收的这种输入可以以用户操纵可变曲率交互式设备的形式来接收，包括折曲或扭曲。可变曲率交互式设备的刚度的修改或变化会在用户操纵交互式设备以生成输入时或在使用过程中用户简单地持握交互式设备时而改变交互式设备在用户手中的感觉。可变曲率交互式设备可以作为独立的交互式设备操作和/或可以被结合到其它电子设备中，诸如移动电话、平板电脑和/或游戏控制器。可变曲率交互式设备可以操作以提供与任何类型的计算机系统的交互，包括沉浸式现实系统。
本发明的实施例可以与具有包括音频、视觉、触觉和动觉效果在内的多模式用户输出的沉浸式现实界面一起使用。如本文所使用的，沉浸式现实描述了向用户提供改变的现实观看的视觉显示系统。沉浸式现实环境包括虚拟现实环境、增强现实环境、混合现实环境和合并现实环境，以及其它类似的视觉环境。沉浸式现实环境旨在提供模仿真实观看体验的视觉显示环境，并且包括全景成像，其中用户的移动决定了显示。当用户转动其头部或身体时，向用户显示的图像将进行调整，就好像用户在沉浸式现实环境内部一样。沉浸式现实环境通常包括立体或其它三维成像技术，以改善现实感。沉浸式现实环境可以包括可以或可以不彼此交互的真实和虚拟对象的任何混合。
图1图示了被配置为促进用户与可变曲率交互式设备102的交互的系统100。系统100至少包括控制器101和可变曲率交互式设备102。可变曲率交互式设备102包括面板110、一个或多个致动器120、一个或多个传感器130以及一个或多个电路140。在实施例中，可变曲率交互式设备102可以包括比上述部件更多或更少的部件，如下面更详细地讨论的。
面板110基本上是平坦的，并且深度维度170明显小于其长度维度171和宽度维度172。宽度维度172、长度维度171和深度维度170彼此正交。面板110可以是矩形、正方形、卵形、椭圆形、梯形或适合于本文所述用途的任何其它形状。在实施例中，面板110通常是具有圆角的矩形。面板110由一种或多种材料构成。面板110可以由单一材料构成，诸如铝、钢、碳纤维、塑料或任何其它合适的材料。在其它实施例中，面板110可以由多种材料构成。当由多种材料构成时，面板110可以具有分层结构，其中每种材料基本上在面板110的整个长度和宽度上延伸和/或可以具有不均匀的结构，其中多种材料在面板110的长度和宽度的各个部分上延伸。例如，非均匀结构可以包括由一种材料制成的基板，另一种材料的肋状物(ribs)跨该基板延伸。在另一个示例中，非均匀结构可以包括由一种材料制成的基板，另一种材料的边界围绕该基板。面板110可以被构造成在诸如刚度之类的材料特性上是各向同性的，或者可以被构造成在一种或多种材料特性上沿着一个或多个维度是各向异性的。面板110被构造成通过返回其原始形状而基本弹性地对折曲变形做出响应。
一个或多个致动器120设置在面板110上。致动器120可以以任何合适的方式附接到面板110，包括通过粘合剂、诸如螺钉或钉之类的机械附件、焊接、结合和/或任何其它方法。致动器120可以直接附接到面板110或间接附接到面板110。如本文所使用的，致动器120直接附接到面板110是指除了附接所需的之外，在致动器120和面板110之间不包括中间材料、物体或元件的附接。例如，经由焊接或经由粘合剂结合到面板110的致动器120直接附接到面板110。如本文所使用的，致动器120间接附接到面板110是指在致动器120和面板110之间包括促进致动器120到面板110的附接不必须的中间材料、物体或元件的附接。例如，通过在致动器120和面板110之间的安装基座在任一端从面板110升高的致动器120间接地附接到面板110。
致动器120可以是大纤维复合材料(mfc)致动器、智能材料致动器，诸如电活性聚合物致动器，和/或形状记忆材料致动器，其被配置为在被激活时迫使面板110折曲。致动器120被配置为取决于接收到的激活控制信号而收缩、膨胀或两者。致动器120的膨胀或收缩在致动器120附接到的面板110上提供折曲力。折曲力导致面板110的曲率变化。面板110的曲率的变化根据致动器120的操作向用户提供触觉效果，这将在下面关于图3更详细地讨论。
一个或多个传感器130设置在面板110上。一个或多个传感器130被配置为检测、确定或以其它方式感测面板110的属性。传感器130可以被配置为确定面板110的应变、力、位移和/或曲率。在这样的实施例中，传感器130可以包括应变仪、压电传感器和任何其它合适的传感器。传感器130还可以被配置为确定面板110的加速度或其它运动特性。在这样的实施例中，传感器130可以包括加速度计或其它合适的运动检测传感器。
一个或多个电路140设置在面板110上。电路140被配置为将致动器120和/或传感器130彼此电耦合和/或与控制器101电耦合，控制器101可以设置在面板110上或远离面板110。电路140被配置为以有线或无线方式电耦合致动器120、传感器130和控制器101，即，耦合的部件。因此，电路140可以包括适于促进耦合的部件之间的信号的传导的电线和电路部件。电路部件可以包括电阻器、电容器、电感器、运算放大器、晶体管、变压器和在耦合的部件之间传输信号可能需要的其它部件。在其它实施例中，电路140可以包括电线、电路部件和天线，其适合于促进在耦合的部件之间无线地传导信号。
系统100的控制器101包括一个或多个处理器210和一个或多个非瞬态计算机存储器单元205，如下面关于图2更详细地描述的。控制器101以有线或无线方式电耦合至可变曲率交互式设备102的致动器120和传感器130。控制器101被配置为经由电路140传输或以其它方式发送至致动器120的致动控制信号来控制致动器120的致动。控制器101还被配置为接收来自传感器130的输入，来自传感器的输入包括关于面板110的检测到的、测得的或以其它方式感测到的属性的信息。在一些实施例中，控制器101还被配置为从致动器120接收输入。
图2是用于交互式设备的动态刚度修改的系统的示意图。系统100包括可变曲率交互式设备102，该可变曲率交互式设备102包括面板110、一个或多个致动器120、一个或多个传感器130以及电路140。系统100还包括控制器101，该控制器101包括一个或多个处理器210和一个或多个计算机存储器单元205。电路140被配置为以有线或无线方式将控制器101电耦合至致动器120和传感器130。如以上所讨论的，系统100不限于图1所示的结构和组成。特别地，可以采用更多或更少的致动器120和/或传感器130，并且可以采用不同维度或形状的面板110。
控制器101可以被配置为服务器(例如，具有一个或多个服务器刀片、处理器等)、个人计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机等)、智能电话、平板计算设备、游戏控制台、vr头盔和/或其它可以被编程以接收和编码触觉效果的设备。
(一个或多个)处理器210由存储在(一个或多个)存储器单元205中的一个或多个计算机程序指令编程。一个或多个处理器210和一个或多个存储器单元205在本文中可分别简称为“处理器210”和“存储器单元205”。如本文所述，处理器210的功能由存储在存储器单元205或另一个计算机可读或有形介质中并由处理器210执行的软件来实现。如本文中所使用，为方便起见，各种指令可以被描述为执行操作，实际上是各种指令对处理器210进行编程以执行操作。在其它实施例中，处理器的功能可以由硬件执行(例如，通过使用专用集成电路(“asic”)、可编程门阵列(“pga”)、现场可编程门阵列(“fpga”)等)，或由硬件和软件的任意组合执行。
本文描述的各种指令可以存储在存储器单元205中，存储器单元205可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存和/或适合于存储软件指令的任何其它存储器。存储器单元205存储要由处理器210执行的计算机程序指令(例如，上述指令)以及可以由处理器210操纵的数据。
处理器210被配置为将激活控制信号传输或发送到可变曲率交互式设备102和/或可变曲率交互式设备102的一个或多个致动器120。激活控制信号被配置为引起致动器120的激活，如下文更详细地描述的。激活控制信号由处理器210生成，以在面板110上实现特定的触觉效果，如下文进一步描述的。激活控制信号可以包括分别发送到多个致动器120中的每个致动器的多个信号，或者共同路由到多个致动器120的单个信号。在其它实施例中，处理器210可以向多个致动器120中的每个致动器发送不同的激活控制信号。
激活控制信号由处理器210根据可变曲率交互式设备102的用户正在与之交互的软件应用的参数来生成。与本文的实施例一致的可变曲率交互式设备102被配置为通过可变曲率交互式设备中的曲率变化来向用户提供触觉效果。这样的触觉效果包括例如可变曲率交互式设备102的对折曲的抵抗、振动效果和/或动觉移动，如下面更详细描述的。提供触觉效果以增强用户使用可变曲率交互式设备102与软件应用交互的体验，软件应用诸如是游戏或生产力应用。处理器210与运行用户正在与之交互的软件应用的计算机系统交互。在一些实施例中，处理器210可以是运行用户正在与之交互的软件应用的计算机系统的一方面。处理器210基于用户与之交互的一个或多个软件应用的处理来生成激活控制信号。
在实施例中，处理器210可以被配置为从可变曲率交互式设备102的传感器130和/或致动器120接收用户输入信号。在具体实施例中，可以使用这样的用户输入信号，作为用于经由可变曲率交互式设备102生成激活控制信号以提供触觉效果的软件应用参数的附加或替代。在实施例中，处理器210还被配置为至少部分地响应于由传感器130和/或致动器120提供的数据或信息而生成激活控制信号。传感器130可以可选地被包括在本文讨论的可变曲率交互式设备102的任何实施例中。传感器130和/或致动器120的输出可以被传输到处理器210并由处理器210用作控制系统中的反馈，该控制系统诸如是用于控制可变曲率交互式设备102的闭环控制系统。在其它实施例中，位于可变曲率交互式设备102远程或与其分开提供的传感器130可以被配置为将信息传输到处理器210，以促进对致动器120的控制。
图3a-图3c图示了与本文的实施例一致的可变曲率交互式设备。图3a图示了包括面板110、一个或多个致动器120、一个或多个传感器331、332和电路140的可变曲率交互式设备102。可变曲率交互式设备102连接到包括处理器210和存储器单元205的控制器101，以形成用于交互式设备的动态刚度修改的系统100。图3a还图示了可变曲率交互式设备102的长度轴301、宽度轴302和深度轴303。面板110具有与长度轴301一致的长度维度171、与宽度轴302一致的宽度维度172以及与深度轴303一致的深度维度170。长度维度171和宽度维度172限定了面板110的平面。致动器120设置在面板110上，并且被配置为在被激活时在宽度维度172的方向上向衬底提供折曲力。图3a图示了处于平坦、未折曲状态的可变曲率交互式设备102，其中致动器120没有被激活向面板110施加折曲力。
图3b是图示处于折曲或弯曲状态的可变曲率交互式设备102的等距视图，其中致动器120被激活以向面板110施加折曲力。电路140将激活控制信号提供给致动器120以引起它们的激活。致动器120的激活使致动器120在面板110的宽度维度172的方向上向面板110提供折曲力。折曲力在面板110中在宽度维度172的方向上引起弯曲，并且所引起的弯曲使得向用户输出触觉效果。
在实施例中，通过面板110的弯曲输出给用户的触觉效果是面板110的刚度或对折曲的抵抗增加。在宽度维度172的方向上的弯曲导致面板110的刚度增加，并因此导致在长度维度171的方向上对折曲的抵抗增加。通过折曲设备102与可变曲率交互式设备102交互的用户感觉到阻力的增加，作为来自他们正在与之交互的软件应用的反馈。触觉效果也可以由面板110的弯曲减小从而导致面板110的刚度减小而引起。因此，控制器101的激活控制信号可以修改面板110的弯曲。如本文所使用的，修改弯曲是指引起弯曲、增加弯曲或减小弯曲。
面板110在宽度维度172上的弯曲增加导致面板110的截面惯性矩或截面二次矩增加。诸如面板110的梁的折曲刚度是截面惯性矩和材料刚度(杨氏模量)的函数。截面惯性矩的增加导致折曲刚度的增加。一般而言，梁的横截面越多位于远离梁的中心线，梁的截面惯性矩越大。虽然截面惯性矩的公式取决于梁的横截面形状而不同，但是截面惯性矩的总值通常根据梁横截面的高度的四次方成比例。图3c提供了面板110分别在图3a和图3b中所示的箭头a1和a2的方向上处于其平坦和弯曲状态的端视图。在平坦状态下，面板110的截面惯性矩相对较小，因为由面板110形成的假想梁的有效深度310与面板110的深度相同。在弯曲状态下，面板的截面惯性矩相对较大，因为部分横截面进一步远离由弯曲面板110形成的假想梁的中心线延伸，这导致假想梁的有效深度311增加。
在图4a和图4b中图示了在诸如面板110的梁中曲率增加的效果。图4a图示了面板110，该面板110被布置为悬臂梁，其中力施加到端部。在图4a中，面板110的有效深度411等于面板的深度维度170的长度。由于该力，面板110的端部的位移为d1。图4b图示了在曲率增加之后布置为悬臂梁的面板110。在图4b中，面板110的有效深度412比面板的深度维度170的长度大几倍。施加到弯曲面板110的端部的相同力引起d2的位移。弯曲面板110中引起的位移d2小于平坦面板110中引起的位移d1。因此，梁的折曲刚度由于引入的曲率而增加。
参考图3a-图3c，可变曲率交互式设备102的传感器130可以包括长度维度传感器331和宽度维度传感器332。长度维度传感器331被配置为确定面板110在长度维度171的方向上的曲率，而宽度维度传感器332被配置为确定面板110在宽度维度172的方向上的曲率。如本文所使用的，宽度维度曲率是在宽度维度172的方向上的曲率，并且是指其中面板110围绕平行于长度维度171的中心线c1弯曲的构造。类似地，长度维度曲率是在长度维度171的方向上的曲率，并且是指其中面板110围绕平行于宽度维度172的中心线c2弯曲的构造。如本文所使用的，中心线是指穿过面板110延伸的假想线，面板110围绕该假想线弯曲。中心线不必穿过面板110的中间，并且面板110可以围绕偏离面板110的中心的中心线弯曲。例如，图3b图示了在宽度维度172的方向上的弯曲。图3b和图3c各自图示了具有明显弯曲量的面板。与本文的实施例一致的曲率也可以明显较小，几乎观察不到。
在操作中，控制器101将激活控制信号提供给致动器102，以使致动器向面板110提供用于改变面板110的曲率的折曲力。控制器101被配置为以各种方式调整激活控制信号以提供特定的触觉效果作为输出。
在实施例中，控制器101被配置为提供改变面板110的刚性或对折曲的抵抗的触觉效果。为了实现这种触觉效果，控制器110被配置为改变激活控制信号以连续地调整面板110的曲率。根据本文的实施例，控制器101不是发送在面板110中引起恒定曲率的激活控制信号，而是改变激活控制信号以提供面板110的曲率的连续调整，从而导致面板110的刚度的动态或连续调整。控制器101可以被配置为根据可变曲率交互式设备102的用户正在与之交互的软件应用做出这样的动态调整。
在实施例中，控制器101被配置为输出提供面板110的恒定刚度的触觉效果。为了实现这种触觉效果，控制器110被配置为根据从宽度维度传感器332接收的宽度维度曲率输入来调整激活信号。控制器101被配置为接收来自宽度维度传感器332的宽度维度曲率输入。宽度维度曲率输入包括由宽度维度传感器332确定的指示面板110的宽度维度曲率水平的数据。这样的数据可以例如通过应变仪或其它传感器类型来确定。响应于宽度维度曲率输入，控制器101调整激活控制信号，以便维持面板110的期望曲率，从而维持期望的刚度。在实施例中，可以基于闭环反馈控制方法来进行激活控制信号的调整。
在实施例中，控制器101被配置为基于面板110的折曲来接收用户输入。为了接收这样的输入，控制器101被配置为接收来自长度维度传感器331的长度维度曲率输入，并且将长度维度曲率输入提供给软件应用作为用户输入。长度维度曲率输入包括由长度维度传感器331确定的指示面板110的长度维度曲率水平的数据。这样的数据可以例如通过应变仪或其它传感器类型来确定。响应于长度维度曲率输入，控制器101可以基于长度维度曲率输入来生成用户输入，并且将用户输入传输或发送给用户正在与之交互的软件应用。
控制器101还被配置为接收来自宽度维度传感器332的宽度维度曲率输入作为对软件应用的用户输入。控制器101还可以被配置为将基于激活控制信号的预期曲率与测得的宽度维度曲率输入进行比较，以确定宽度维度曲率由于用户输入而导致的比例(proportion)和由于致动器120的折曲力引起的弯曲而导致的比例。
在其它实施例中，控制器101被配置为以面板110的动觉移动的形式引起触觉效果的输出。为了引起这样的输出，控制器101被配置为提供激活致动器120的激活控制信号以引起面板110的曲率的快速变化，无论是折曲还是未折曲。这种迅速的曲率变化可以被用户感觉为可变曲率交互式设备102的抽动或颤搐移动。激活控制信号的量值可以被改变以调整在可变曲率交互式设备102中引起的动觉移动效果的速度。
在其它实施例中，控制器101被配置为以振动触觉效果的形式引起触觉效果的输出。为了实现振动触觉效果，控制器101被配置为经由振荡激活控制信号来引起致动器120的致动。提供给致动器120的振荡激活控制信号使致动器以与振荡激活控制信号一致的频率使面板110振动。被提供有振荡激活控制信号的情况下，面板110可以在相同的方向上在增大和减小曲率之间改变，或者可以在一个方向上的曲率和相反方向上的曲率之间改变。可以通过激活控制信号的量值和频率的变化来改变引入的振动的量值和频率。在实施例中，控制器101可以将具有多个频率的激活控制信号提供给致动器120，从而在面板110中产生高清晰度的振动触觉效果。
在实施例中，控制器101可以被配置为利用激活控制信号来激活致动器120，以同时提供上述触觉效果的任何组合，包括变硬、振动和动觉效果。例如，致动器120可以被第一激活控制信号激活，以引起可变曲率交互式设备102的折曲来增加其刚度。可以将附加的激活控制信号与第一激活控制信号组合或叠加在第一激活控制信号上，以使致动器120除提供折曲力之外还提供振动效果或动觉移动效果。致动器120可以提供效果的任何组合。
图5图示了可变曲率交互式设备102作为用户交互式输入/输出设备的使用。如以上所讨论的，控制器101选择性地激活致动器120来调整宽度维度曲率，从而以修改后的刚度效果、振动触觉效果和动觉移动效果的形式向用户提供触觉效果。用一只或两只手保持可变曲率交互式设备102的用户向面板110施加折曲力或压力，以引起围绕中心线c2的长度维度弯曲，如箭头401所示。由施加折曲压力的用户引起的面板110围绕中心线c2的曲率由长度维度传感器331测量，并且由控制器101解释为用户输入。用户可以在箭头401的任一方向上施加折曲压力，作为对软件应用的输入。在其它实施例中，从宽度维度传感器332到控制器101的宽度维度曲率输入也可以被解释为用户输入。因此，用户可以以任何方式扭曲和/或折曲可变曲率交互式设备102，并且分别来自长度维度传感器331和宽度维度传感器332的长度维度曲率输入和宽度维度曲率输入的组合提供了用户输入的范围。
图6图示了系统500，该系统500被配置用于修改被配置用于多维曲率修改的可变曲率交互式设备502的曲率。系统500和可变曲率交互式设备502被配置用于二维或更多个维度的曲率修改。系统500和可变曲率交互式设备502以及它们的部件部分包括以上关于系统100和可变曲率交互式设备102描述的所有功能。系统500和可变曲率交互式设备502还包括用于沿着多于一个维度修改可变曲率交互式设备502的刚度的部件和能力。因此，除了被配置为沿着单个维度提供折曲力的可变曲率交互式设备102的致动器120之外，可变曲率交互式设备502还包括被配置为沿着多个维度提供折曲力的致动器，如下面所讨论的。
系统500至少包括控制器501和可变曲率交互式设备502。可变曲率交互式设备502包括具有深度维度570、长度维度571和宽度维度572的面板510。深度维度570、长度维度571和宽度维度572分别在方向上对应于深度轴553，长度轴551和宽度轴552。面板还包括一个或多个长度维度致动器521、一个或多个宽度维度致动器522、一个或多个宽度维度传感器531、一个或多个长度维度传感器532以及一个或多个电路540。在实施例中，可变曲率交互式设备502可以包括比以上所述的部件更多或更少的部件，如下文更详细讨论的。面板510类似于面板110被配置，并且包括如本文所述的面板110的所有功能。
可变曲率交互式设备502包括一个或多个长度维度致动器521和一个或多个宽度维度致动器522。长度维度致动器521沿着长度维度551布置，并且宽度维度致动器522沿着宽度维度552布置。因此，长度维度致动器521和宽度维度致动器522彼此垂直地布置。当被控制信号激活时，宽度维度致动器522沿着面板510的宽度维度172引起宽度维度折曲力。沿着宽度维度172的折曲力使面板510在宽度维度172中围绕平行于长度维度171的中心线c1弯曲。沿着宽度维度172的曲率增加导致长度维度171的刚度增加。当被激活控制信号激活时，长度维度致动器521沿着面板510的长度维度171引起长度维度折曲力。沿着长度维度171的折曲力使面板在长度维度171中围绕平行于宽度维度172的中心线c2弯曲。沿着长度维度171的曲率的增加导致宽度维度172的刚度增加。因此，控制器501发送激活控制信号来修改面板510在宽度维度172和长度维度171的曲率。
用于提供彼此垂直的折曲力的长度维度致动器521和宽度维度致动器522的布置仅是示例。在其它实施例中，可变曲率交互式设备可以设置有多个致动器，该多个致动器被布置为提供沿着不同维度的折曲力。例如，可变曲率交互式设备可以包括被布置为提供与宽度维度成45度角的折曲力的一组致动器；以及被布置为提供与第一组致动器提供的折曲力垂直的折曲力的另一组致动器。在其它实施例中，多个致动器可以被布置为沿着不彼此垂直的维度提供折曲力。
包括至少一个处理器550和至少一个计算机存储器单元552的控制器501与如以上讨论的控制器101类似地被配置。控制器501、处理器550和存储器单元552分别包括控制器101、处理器210和存储器单元205的所有功能。另外，控制器501以及因此处理器550和存储器单元552被配置为向一个或多个长度维度致动器521和一个或多个宽度维度致动器522两者提供激活控制信号。在包括沿着两个或更多个轴布置的致动器的其它实施例中，控制器501被配置为提供适当的激活控制信号以控制此类致动器。由控制器501提供给面板510的激活控制信号引起曲率修改，该曲率修改提供触觉效果，诸如修改后的刚度或沿着多个维度对折曲的抵抗、振动触觉效果，以及沿着多个维度的动觉移动触觉效果。
图7图示了根据实施例的结合可变曲率交互式设备的用户设备。图7描绘了至少结合显示屏601、外壳603和可变曲率交互式设备602的用户显示设备600。可变曲率交互式设备602可以是或可以包括如本文关于可变曲率交互式设备102、502所述的所有相同的部件和功能。用户显示设备600可以被配置为智能电话、平板电脑、平板电话、膝上型计算机、电视、游戏控制器和/或包括显示屏601的任何其它类型的用户设备。显示屏601被配置为向用户提供视觉显示。用户显示设备600还可以包括具有柔性屏的设备，该柔性屏被专门设计用于与可变曲率交互式设备602一起使用。用户显示设备600还包括控制器610，该控制器610包括处理器611和存储器单元612以及作为用户设备操作所必需的附加部件。控制器610可以是或可以包括控制器101、501的所有相同的部件和功能。用户显示设备600被配置为运行软件应用、显示和输出多媒体文件、执行通信任务以及执行此类设备典型的所有其它任务。
在实施例中，显示屏601和外壳602是柔性的，被配置为在用户施加折曲压力时屈曲或折曲。显示屏601可以是触敏或压敏显示屏，并且外壳602可以包括一个或多个用户输入按钮、垫、传感器等。用户显示设备600的可变曲率交互式设备602通过曲率修改向用户显示设备600提供触觉效果。柔性显示屏601和柔性外壳602允许用户显示设备600折曲。可变曲率交互式设备602在经由激活控制信号被激活时，修改用户显示设备600的曲率以提供触觉效果，诸如刚度修改、振动触觉效果和动觉移动效果，如以上关于可变曲率交互式设备102所讨论的。在其它实施例中，如以上所讨论的，可变曲率交互式设备602可以起到接收来自用户的折曲输入形式的输入的作用。
例如，用户显示设备600可以被配置为改变其曲率以向用户提供与用户显示设备600的操作相关的触觉效果。用户还可以经由折曲动作来提供输入，折曲动作可以通过可变曲率交互式设备602的刚度的修改来抵消或抵抗。折曲动作输入可以通过折曲的方向、所施加的折曲力的量值以及力施加的速度来量化。这样的输入可以由软件应用使用，例如，以滚动列表、调整音量水平、刷洗视频，其中列表、水平或视频中的速度或位置可以基于所施加的折曲力的量值进行调整。在其它实施例中，快速或迅速的折曲移动可以被解释为按钮按压或点击。与用户显示设备600一起使用的可变曲率交互式设备602可以在单个维度上具有可修改的刚度，诸如可变曲率交互式设备102，和/或在多个维度上具有可修改的刚度，诸如可变曲率交互式设备502。与用户显示设备600一起使用的可变曲率交互式设备602可以被配置为接收沿着任何维度的折曲动作输入，如由位于可变曲率交互式设备的面板上的各种传感器所实现的。
折曲动作输入的使用可能是有利的，因为它们不需要用户重新放置手来提供输入。使用用户显示设备600的常用位置需要将用户的手放在设备的任一侧，两个拇指在设备的显示侧，并且手指在设备的后面卷曲。这种位置允许用户看到最大量的屏幕空间。在这样的位置，对传统触摸屏的输入可能会根据用户拇指的运动范围受到限制，并且移动一只手来在屏幕上使用手指或拇指会遮挡用户的视线。折曲动作输入的增加允许用户与在用户显示设备600上操作的任何类型的软件应用进行交互的交互可能性和机制的范围更广。
可变曲率交互式设备102和可变曲率交互式设备502的所有先前描述的特征可以在用户显示设备600的上下文中使用。在用户显示设备600的其它实施例中，外壳601本质上是可选的和/或最小的。即，用户显示设备600可以包括结合或以其它方式附接到可变曲率交互式设备102、502的显示器601，仅具有最少的附加结构元件。
用户显示设备600内的部署代表本文所述的可变曲率交互式设备的示例用法。但是，本文描述的可变曲率交互式设备不限于这种用户显示设备，并且在任何适当的其它实施例中可以用作交互式用户设备或作为交互式用户设备的一部分，而不脱离本发明的范围。在实施例中，可变曲率交互式设备可以是袖带或手镯的一部分，其中可变曲率交互式设备可以将力反馈的振动提供给用户。用户可以与手镯交互以访问相关联的数字设备中的信息，其中手镯的刚度例如与接收到的电子邮件或消息的数量成比例。当手镯具有视觉显示时，手镯也可以用于输入信息。手镯的物理操纵(例如通过折曲手镯的侧面)可以允许与手镯的视觉显示进行交互。例如，视觉显示中的光标可以被激活并且列表可以被操纵。类似地，可变曲率交互式设备可以是例如衬衫或夹克之类穿戴设备的一部分。可变曲率交互式设备可以被嵌入在袖子中或拉链附近，并且用户可以与可变曲率交互式设备交互，并经由对可变曲率交互式设备的形状或刚度的改变来接收从连接的设备(诸如蜂窝电话的智能手表)传输的信息。
图8图示了结合可变曲率交互式设备702、控制器701和沉浸式现实显示设备703的沉浸式现实系统700。可变曲率交互式设备702包括可变曲率交互式设备102、502、602的所有特征和功能。可变曲率交互式设备702可选地还包括触敏表面704。包括处理器711和存储器单元712的控制器701包括关于控制器101、501、601描述的所有功能，以及在沉浸式现实系统700内操作所需的附加特征和功能。沉浸式现实显示设备703是被配置为向用户提供沉浸式现实显示的显示设备。沉浸式现实显示设备703可以是头戴式显示器、护目镜、眼镜、隐形眼镜、头盔、投影设备和/或被配置为将图像投影到用户的视网膜的设备。
显示屏是可选的但在可变曲率交互式设备702中不是必需的，因为沉浸式现实显示设备703可以提供沉浸式现实系统700的所有显示要求。在沉浸式现实系统700的增强或混合现实版本中，沉浸式现实显示设备703可以允许用户继续观看真实世界的各个方面。在这样的实施例中，在可变曲率交互式设备702中包括显示屏可能是有利的。在不允许用户看到真实世界的任何方面的沉浸式现实系统700的完全沉浸式实施例中，可变曲率交互式设备702上的显示屏仍然可以被实现，例如，以促进当不穿戴沉浸式现实显示设备703时对系统700的控制和/或提供与不能与沉浸式现实系统700的沉浸式环境直接交互的附近人的交互。
在实施例中，沉浸式现实显示系统700包括附加传感器以检测、识别或以其它方式感测用户输入。传感器可以被配置为检测可变曲率交互式设备702的位置、地点和/或移动(即，位移、振动、加速度等)。传感器还可以被配置为检测或识别用户的手或手指相对于可变曲率交互式设备702的运动、位置、地点和/或移动。例如，被配置为检测可变曲率交互式设备702的移动方面的传感器可以包括加速度计或安装在可变曲率交互式设备702上的其它传感器，并且还可以包括基于非接触的运动传感器，诸如相机、激光器、或可以远程检测可变曲率交互式设备102的属性的其它传感器。其它传感器可以包括被配置为检测用户的手指或手的移动的设备。这样的传感器可以被结合在例如可穿戴设备中，并且还可以包括非接触式传感器，诸如相机、激光器和其它传感器。
由传感器确定的信息可以用作沉浸式现实系统700以及由沉浸式现实系统700提供的任何沉浸式现实应用或操作的输入。在实施例中，沉浸式现实显示设备703向用户提供增强或完全沉浸式的显示，其使用户看到可变曲率交互式设备702上的虚拟显示。用户可以例如通过绘图、点击、书写等与可变曲率交互式设备702上的虚拟显示器交互，并且用户的移动可以被传感器检测到，作为向沉浸式现实系统700的输入。因此，在这个实施例中，即使可变曲率交互式设备702没有触摸屏或显示器，用户仍然可以与它交互，就好像它包括了两者一样。
图9是图示修改可变曲率交互式设备的曲率以提供触觉效果的曲率修改处理800的流程图。可以经由本文公开的任何可变曲率交互式设备来执行处理800，包括其中将可变曲率交互式设备面板封装或封闭在外壳中的那些设备，以及处理的各种操作可能所需的在本文中描述的使用特征的任意组合的相关联部件。由处理800使用的可变曲率交互式设备可以包括与本文描述的实施例一致的任何可变曲率交互式设备，包括可变曲率交互式设备102、502、602、702。曲率修改处理800可以以任何顺序用更多或更少的所描述的操作来执行。
在操作802中，曲率修改处理800包括将激活控制信号传输到可变曲率交互式设备。与可变曲率交互式设备相关联的一个或多个处理器经由适当的电路系统生成一个或多个激活控制信号并将其传输到可变曲率交互式设备。激活控制信号可以包括由处理器发送并由可变曲率交互式设备的每个致动器单独接收的多个激活控制信号，和/或可以是由处理器发送并路由到可变曲率交互式设备的各个致动器的单个激活控制信号。由处理器生成的一个或多个激活控制信号被生成以引起特定效果，例如，以修改可变曲率交互式设备的刚度、输出振动触觉效果和/或提供动觉移动效果。激活控制信号也可以被配置为提供多种效果的组合，诸如既引起刚度修改又引起振动。
在操作804中，曲率修改处理800包括通过一个或多个致动器向可变曲率交互式设备面板施加或增加折曲力。致动器响应于激活控制信号生成或施加折曲力。可以根据致动器的类型施加折曲力。例如，被配置为响应于激活控制信号而膨胀或收缩的致动器(诸如，例如(mfc)致动器)可以通过膨胀和/或收缩将折曲力强加到可变曲率交互式设备面板。其它类型的致动器(诸如电活性聚合物致动器)可以被配置为响应于激活控制信号而弯曲或折曲，并因此通过折曲或弯曲强加折曲力。施加到可变曲率交互式设备面板的折曲力的量可以根据激活控制信号的量值或其它属性而变化。
由致动器引起的可变曲率交互式设备面板的曲率的变化导致以刚度修改、振动触觉效果和/或动觉移动效果的形式输出触觉效果。致动器可以被配置为在可变曲率交互式设备面板的任何维度的方向上施加折曲力，并因此取决于致动器布置在任何维度的方向上改变可变曲率交互式设备面板的曲率。
在操作806中，曲率修改处理800可选地包括通过设置在可变曲率交互式设备面板上的一个或多个传感器来确定可变曲率交互式设备面板的曲率。包括例如折曲传感器、应变仪等的传感器被设置在可变曲率交互式设备面板上并且被配置为确定面板的曲率。如由一个或多个传感器确定的面板曲率可以经由电路系统被传输或以其它方式发送到处理器，以进行解释、分析和控制。
在操作808中，弯曲处理800可选地包括根据由一个或多个传感器确定的面板的曲率来调整激活控制信号。可以从一个或多个传感器接收面板曲率信息的处理器被配置为使用面板曲率信息来调整激活控制信号。因此，处理器可以根据所确定的曲率连续地调整面板的激活控制信号，以实现期望的曲率和/或期望的刚度。这个特征可能很重要，因为执行器的功效和/或面板刚度可能随时间而变化。因此，随着时间的推移，可能需要不同的激活电压来在可变曲率交互式设备面板中实现相同的曲率或刚度。在其它实施例中，由于可变曲率交互式设备面板与外部对象(诸如，用户的手或身体、可变曲率交互式设备面板搁置在其上的表面，和/或可变曲率交互式设备面板放置的外壳或壳体)的交互，可能需要曲率修改。例如，结合到柔性用户设备中的可变曲率交互式设备面板的行为可能与柔性用户设备外部的可变曲率交互式设备面板的行为不同。如果将该柔性用户设备放置在保护壳等的内部，那么可变曲率交互式设备面板的行为可能仍然不同。因此，处理器被配置为根据传感器确定的曲率信息主动地调整激活控制信号，以在反馈回路中控制可变曲率交互式设备面板的曲率。
在一些实施例中，处理器可以根据面板刚度和面板曲率之间的相关性以开环的方式调整控制信号。控制器的存储器单元可以存储包含面板刚度和面板曲率之间的相关性信息的查找表或其它数据存储库。因此，即使没有闭环控制，控制器也可以准确地工作以提供适当量的曲率来引起特定的刚度。
在操作810中，曲率修改处理800包括可选地根据由一个或多个传感器提供的面板曲率信息来检测用户输入。如以上所讨论的，一个或多个传感器被配置为确定可变曲率交互式设备沿着面板的任何维度方向的面板曲率信息。由用户强加的面板的折曲可以由一个或多个传感器检测到，并被传输或以其它方式传送给处理器。处理器被配置为将这样的面板曲率信息解释为用户输入。在一些实施例中，处理器被配置为在指示由一个或多个致动器引起的面板曲率的面板曲率信息与由用户输入引起的面板曲率之间进行区分。例如，可以通过将根据由控制器提供的激活控制信号预期的面板曲率与由一个或多个传感器检测到的面板曲率进行比较来执行这种区分。
上面描述了修改可变曲率交互式设备的刚度的示例处理800的说明性流程。如图9所示的处理仅仅是示例性的，并且在不脱离本文公开的实施例的范围的情况下存在变型。可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行步骤、可以执行附加步骤，和/或可以执行更少的步骤。
各种实施例的附加讨论。
实施例1是可变曲率交互式设备，其包括具有长度维度和宽度维度的面板，长度维度和宽度维度限定面板的平面；布置在面板上的致动器，该致动器被配置为在被激活时在宽度维度的方向对面板提供折曲力；以及被配置为向致动器提供激活信号的电路。
致动器被配置为使得折曲力在宽度维度上引起面板的弯曲，面板的弯曲导致面板在长度维度的方向上的刚度增加。
实施例2是实施例1的可变曲率交互式设备，还包括被配置为确定宽度维度曲率的宽度维度传感器。
实施例3是实施例1或2的可变曲率交互式设备，还包括被配置为确定长度维度曲率的长度维度传感器。
实施例4是实施例1至3中任一项的可变曲率交互式设备，还包括处理器，该处理器被配置为经由电路向致动器提供激活信号，其中该处理器还被配置为根据软件应用来增加面板的刚度。
实施例5是实施例1至4中任一项的可变曲率交互式设备，还包括处理器，该处理器被配置为经由电路向致动器提供激活信号，其中该处理器还被配置为接收来自宽度维度传感器的宽度维度曲率输入，并且使用宽度维度曲率输入来调整激活信号。
实施例6是实施例1至5中任一项的可变曲率交互式设备，还包括处理器，该处理器被配置为经由电路向致动器提供激活信号，其中该处理器还被配置为接收来自长度维度传感器的长度维度曲率输入；并且将长度维度曲率输入提供给软件应用作为输入。
实施例7是实施例1至6中任一项的可变曲率交互式设备，其中可变曲率交互式设备被配置为用作沉浸式现实输入设备。
实施例8是实施例1至7中任一项的可变曲率交互式设备，其中致动器是宽度维度致动器，并且折曲力是宽度维度折曲力，并且可变曲率交互式设备还包括设置在面板上的长度维度致动器，该长度维度致动器被配置为在被激活时在长度维度的方向上向面板提供长度维度折曲力，其中长度维度致动器被配置为使得长度维度折曲力在长度维度上在面板中引起长度维度弯曲，面板的长度维度弯曲用于增加面板在宽度维度的方向上的刚度。
实施例9是实施例1至8中任一项的可变曲率交互式设备，其中致动器包括mfc致动器和智能存储器致动器中的至少一个。
实施例10是实施例1至9中任一项的可变曲率交互式设备，其中致动器还被配置为响应于激活信号而提供振动触觉效果。
实施例11是实施例1至10中任一项的可变曲率交互式设备，还包括显示屏。
实施例12是一种修改可变曲率交互式设备的曲率的方法，包括：向设置在具有长度维度和宽度维度的面板上的致动器提供激活信号，其中长度维度和宽度维度限定面板的平面；响应于激活信号，由致动器在宽度维度的方向上向面板施加折曲力；通过折曲力在宽度维度上引起面板的弯曲；以及基于弯曲在长度维度的方向上增加面板的刚度。
实施例13是实施例12的方法，还包括利用宽度维度传感器确定在宽度维度的方向上的宽度维度曲率；并且根据宽度维度曲率调整激活信号。
实施例14是实施例12或13的方法，还包括利用长度维度传感器确定在长度维度的方向上的长度维度曲率；并且根据长度维度曲率调整激活信号。
实施例15是实施例12至14中任一项的方法，还包括通过处理器并根据软件应用来增加面板的刚度。
实施例16是实施例12至15中任一项的方法，还包括从用户接收折曲输入作为对沉浸式现实系统的输入。
实施例17是实施例12至16中任一项的方法，其中致动器是宽度维度致动器，并且折曲力是宽度维度折曲力，该方法还包括利用长度维度致动器在长度维度的方向上向面板提供长度维度折曲力；通过长度维度折曲力在长度维度的方向上引起面板中的长度维度弯曲；以及响应于长度维度弯曲，在宽度维度的方向上增加面板的刚度。
实施例18是实施例12至17中任一项的方法，其中致动器包括mfc致动器和智能存储器致动器中的至少一个。
实施例19是实施例12至18中任一项的方法，还包括利用致动器提供振动触觉效果。
实施例20是实施例12至19中任一项的方法，还包括经由显示屏提供视觉显示。
因此，提供了用于修改交互式设备的曲率的系统、设备和方法。虽然上面已经描述了根据本发明的各种实施例，但是应该理解的是，它们仅以说明和示例的方式给出，而不是限制。对于相关领域的技术人员将显而易见的是，可以在形式和细节上进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的广度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。还应该理解的是，本文讨论的每个实施例的每个特征以及本文引用的每个参考的特征可以与任何其它实施例的特征结合使用。可以在与本文描述的其它方法的任何组合中使用以上的用于生成修改曲率和生成触觉效果的方法的方面，或者可以单独使用这些方法。
1.一种可变曲率交互式设备，包括：
具有长度维度和宽度维度的面板；
设置在所述面板上的致动器，所述致动器被配置为当被激活时在所述宽度维度的方向上向所述面板提供折曲力；以及
被配置为向所述致动器提供激活信号的电路；
其中所述致动器被配置为使得所述折曲力在所述宽度维度的方向上引起所述面板的弯曲，所述面板的弯曲导致所述面板在所述长度维度的方向上的刚度增加。
2.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，还包括被配置为确定宽度维度曲率的宽度维度传感器。
3.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，还包括被配置为确定长度维度曲率的长度维度传感器。
4.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，还包括被配置为经由所述电路向所述致动器提供激活信号的处理器，其中所述处理器还被配置为根据软件应用来增加所述面板的刚度。
5.如权利要求2所述的可变曲率交互式设备，还包括被配置为经由所述电路向所述致动器提供激活信号的处理器，其中所述处理器还被配置为：
接收来自所述宽度维度传感器的宽度维度曲率输入；以及
使用所述宽度维度曲率输入来调整所述激活信号。
6.如权利要求3所述的可变曲率交互式设备，还包括被配置为经由所述电路向所述致动器提供激活信号的处理器，其中所述处理器还被配置为：
接收来自所述长度维度传感器的长度维度曲率输入；以及
将所述长度维度曲率输入提供给软件应用作为输入。
7.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，其中所述可变曲率交互式设备被配置为用作沉浸式现实输入设备。
8.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，其中所述致动器是宽度维度致动器，并且所述折曲力是宽度维度折曲力，并且所述可变曲率交互式设备还包括：
设置在所述面板上的长度维度致动器，所述长度维度致动器被配置为当被激活时在所述长度维度的方向上向所述面板提供长度维度折曲力，
其中所述长度维度致动器被配置为使得所述长度维度折曲力在所述长度维度中引起所述面板中的长度维度弯曲，所述面板的长度维度弯曲用于增加所述面板在宽度维度的方向上的刚度。
9.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，其中所述致动器包括mfc致动器和智能存储器致动器中的至少一个。
10.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，其中所述致动器还被配置为响应于所述激活信号而提供振动触觉效果。
11.如权利要求1所述的可变曲率交互式设备，还包括显示屏。
12.一种修改可变曲率交互式设备的曲率的方法，所述可变曲率交互式设备具有致动器和面板，所述方法包括：
向设置在所述面板上的所述致动器提供激活信号，所述面板具有长度维度和宽度维度；
响应于所述激活信号，由所述致动器在所述宽度维度的方向上向所述面板提供折曲力；
通过所述折曲力引起所述面板在所述宽度维度上的弯曲；以及
基于所述面板的弯曲，增加所述面板在所述长度维度的方向上的刚度。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
利用宽度维度传感器确定在所述宽度维度的方向上的宽度维度曲率；以及
根据所述宽度维度曲率调整所述激活信号。
14.如权利要求12所述的方法，还包括：
利用长度维度传感器确定在所述长度维度的方向上的长度维度曲率；以及
根据所述长度维度曲率调整所述激活信号。
15.如权利要求12所述的方法，还包括通过处理器并根据软件应用来增加所述面板的刚度。
16.如权利要求12所述的方法，还包括从用户接收折曲输入作为对沉浸式现实系统的输入。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述致动器是宽度维度致动器，并且所述折曲力是宽度维度折曲力，所述方法还包括：
利用所述长度维度致动器在所述长度维度的方向上向所述面板提供长度维度折曲力；
通过所述长度维度折曲力在所述长度维度的方向上引起所述面板中的长度维度弯曲；以及
响应于所述长度维度弯曲，在所述宽度维度的方向上增加所述面板的刚度。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述致动器包括mfc致动器和智能存储器致动器中的至少一个。
19.如权利要求12所述的方法，还包括利用所述致动器提供振动触觉效果。
20.如权利要求12所述的方法，还包括经由显示屏提供视觉显示。
技术总结