DE10022513A1 - Aktuatorsteuerung zur Bereitstellung einer linearen und kontinuierlichen Kraftausgabe - Google Patents
Aktuatorsteuerung zur Bereitstellung einer linearen und kontinuierlichen KraftausgabeInfo
- Publication number
- DE10022513A1 DE10022513A1 DE10022513A DE10022513A DE10022513A1 DE 10022513 A1 DE10022513 A1 DE 10022513A1 DE 10022513 A DE10022513 A DE 10022513A DE 10022513 A DE10022513 A DE 10022513A DE 10022513 A1 DE10022513 A1 DE 10022513A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- actuator
- output
- force
- signals
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
- G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
- G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
- G06F3/0383—Signal control means within the pointing device
Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Aktuators zur Bereitstellung einer linearen und kontinuierlichen Kraftausgabe an einen Benutzer einer Force-Feedback-Vorrichtung. Zur Bereitstellung einer kontinuierlichen und ruckfreien Kraftausgabe in einem Null-Übergangsbereichsbetrieb werden zwei Treibersignale verwendet, die jeweils einen Stromfluß in einer anderen Richtung in dem Aktuator veranlassen. Wenn eine gewünschte Ausgabekraft in dem Übergangsbereich liegt, werden die zwei Treibersignale gewechselt, um eine schnelle Richtungsumschaltung der Ausgabekraft zu veranlassen. Wenn die gewünschte Kraft außerhalb des Übergangsbereiches liegt, wird nur ein Treibersignal verwendet, um eine Ausgabekraft in einer Richtung zu bewirken. Zum Ausgleich einer nichtlinearen Ausgabe des Aktuators wird ein gewünschter Befehlsstrom mit einem angenäherten Punkt einer Charakterisierungskurve des Aktuators korreliert, wobei die Kurve Punkte enthält, die in einer zuvor durchgeführten Charakterisierung des Aktuators bestimmt wurden. Der angenäherte Punkt wird unter Verwendung einer linearen Annäherung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten bestimmt und aus dem angenäherten Punkt ein Treibersignal-Arbeitszyklus bestimmt. Es können auch andere Merkmale realisiert sein, um eine Spannungsschwankung der Stromversorgung, eine Gegen-EMK-Wirkung und die Temperatur auszugleichen.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf
Aktuatorsteuerungstechniken und insbesondere auf die Steuerung
von Kraftempfindungen, die von Aktuatoren in einer Force-
Feedback-Schnittstellenvorrichtung ausgegeben werden.
Durch Verwenden einer Schnittstellenvorrichtung kann ein
Benutzer mit einer von einem Computersystem angezeigten
Umgebung in Dialog treten, um Funktionen und Aufgaben auf dem
Computer durchzuführen, beispielsweise das Spielen eines
Spiels, Erleben einer Simulation oder virtuellen
Wirklichkeitsumgebung, Benutzen eines computergestützten
Gestaltungssystems, Bedienen einer graphischen
Benutzeroberfläche (GUI) oder andersartiges Beeinflussen von
auf dem Bildschirm veranschaulichten Geschehnissen oder
Abbildungen. Übliche Mensch/Computer-
Schnittstellenvorrichtungen, die für einen derartigen Dialog
verwendet werden, sind u. a. ein Joystick, eine Maus, eine
Rollkugel, ein Steuerrad, eine Art Stift (Stylus), ein Tablett,
eine druckempfindliche Kugel oder dergleichen, die an das
Computersystem angeschlossen sind, das die angezeigte Umgebung
steuert.
Bei einigen Schnittstellenvorrichtungen wird dem Benutzer auch
eine haptische Rückkopplung oder taktile Rückkopplung zur
Verfügung gestellt, die hierin allgemein als "Force Feedback"
bezeichnet wird. Diese Arten von Schnittstellenvorrichtungen
können körperliche Empfindungen liefern, die von dem Benutzer,
der den körperlichen Gegenstand der Schnittstellenvorrichtung
betätigt, gefühlt werden. Beispielsweise kann der Wingman Force
Joystick oder die Wingman Force Maus von der Firma Logitech an
einen Computer angeschlossen werden und gibt Kräfte an einen
Benutzer der Steuerung ab. In der Vorrichtung werden ein oder
mehr Motoren oder andere Aktuatoren verwendet, die an das
Steuerungscomputersystem angeschlossen sind. Das Computersystem
steuert die Kräfte auf dem Handhabungsgerät der Force-Feedback-
Vorrichtung und/oder auf dem Gehäuse des Geräts in Verbindung
und koordiniert mit angezeigten Geschehnissen und Dialogen auf
dem Host, indem es Steuersignale oder Steuerbefehle an die
Force-Feedback-Vorrichtung und die Aktuatoren sendet.
Bei Force-Feedback-Vorrichtungen ist es wichtig, eine genaue
Kontrolle über die Kraftausgabe der Aktuatoren zu haben, so daß
gewünschte Kraftempfindungen präzise zu dem Benutzer
transportiert werden. Typischerweise werden Aktuatoren durch
Steuern des Stroms durch den Aktuator gesteuert, wie z. B. ein
Gleichstrom-Bürstenmotor oder ein Schwingspulenaktuator. Zu
einer ersten Annäherung ist die Drehmomentausgabe des Aktuators
direkt proportional zum Aktuatorstrom. Es gibt jedoch mehrere
verschiedene Eigenschaften, die die Stromsteuerung durch den
Aktuator schwierig gestalten. Zu diesen Eigenschaften gehören
die Temperaturschwankung der Spule in dem Aktuator, die Gegen-
EMK (elektromotorische Kraft) von der Benutzerbewegung des
Handhabungsgeräts der Vorrichtung, die Spannungsschwankung der
Stromversorgung und die veränderliche Spulenimpedanz (die sich
mit der Temperatur und dem Strom ändert). Die nichtlineare
Kraftausgabereaktion von Aktuatoren in Bezug auf den
Befehlssignalpegel oder Arbeitszyklus kann Probleme bei der
Bereitstellung gewünschter Kraftgrößen und -empfindungen in
Force-Feedback-Anwendungen verursachen, da die Kraftgröße, die
an den Aktuator verfügt wird, nicht notwendigerweise die
Kraftgröße sein muß, die vom Aktuator tatsächlich an den
Benutzer ausgegeben wird.
Neben diesen Problemen gibt es einige Kernprobleme, die mit der
Verwendung eines Schaltmodus-Motorverstärkers verbunden sind.
Das bedeutendste dieser Kernprobleme für ein Force-Feedback-
System ist mit dem Null-Übergangspunkt verbunden, d. h. der
Stelle, wo die Strom- und Aktuator-Ausgabekraft die Richtung
wechselt. Das Grundproblem besteht darin, daß beim Ändern des
Steuerbefehls an den Aktuator von positiv auf negativ (oder
negativ auf positiv) eine Unterbrechung auftritt, wenn der
Kraftsteuerbefehl durch den Nullpunkt hindurch- oder nahe am
Nullpunkt vorbeigeht. Diese Unterbrechung im Aktuatorstrom
führt zu einer Unterbrechung in der Kraftausgabe und ist für
den Benutzer oft durchaus wahrnehmbar, was zu Brüchen in der
Ausgabetreue der Kraftempfindungen in Force-Feedback-
Anwendungen führt.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung eines Aktuators, um eine lineare und
kontinuierliche Kraftausgabe an einen Benutzer einer Force-
Feedback-Vorrichtung bereitzustellen. Die hierin beschriebenen
Steuermerkmale ermöglichen eine Minimierung der Unterbrechungen
an Null-Kraft-Übergangsbereichen bei gleichzeitiger
Bereitstellung starker Kräfte an den oberen Bereichen des
Kraftbereiches und verringern die von vielen Aktuatoren
erzeugte nichtlineare Kraftausgabe in Bezug auf das
Eingabebefehlssignal an den Aktuator.
Insbesondere schließt ein Verfahren zur Befehlssteuerung einer
gewünschten Kraft von einem in einer Force-Feedback-Vorrichtung
vorgesehenen Aktuator die Bereitstellung zweier Treibersignale
ein, wobei jedes der Treibersignale einen Stromfluß in einer
anderen Richtung in dem Aktuator veranlaßt und dadurch die
Ausgabe einer Kraft durch den Aktuator in zwei
unterschiedlichen entsprechenden Richtungen bewirkt. Wenn eine
gewünschte auszugebende Kraft in einem Übergangsbereich unter
einer vorbestimmten Schwellenkraft liegt, werden die zwei
Treibersignale für jede Periode der Treibersignale
abgewechselt, um einen entsprechenden Strom in dem Aktuator zu
veranlassen und dadurch die Richtung der gewünschten Kraft für
jede der Perioden zu schalten. Wenn die gewünschte Kraft über
der vorbestimmten Schwellenkraft liegt, wird nur eines der
Treibersignale verwendet, um einen Strom in dem Aktuator in
einer Richtung zu veranlassen und die Ausgabe der gewünschten
Kraft in einer Richtung zu bewirken.
Die Treibersignale sind vorzugsweise PWM-Treibersignale, und es
ist vorzugsweise ein Auswahlsignal vorgesehen, um zwischen der
Verwendung der zwei PWM-Treibersignale und der Verwendung nur
eines der PWM-Treibersignale zu wählen. Jedes der PWM-
Treibersignale kann zwei Schalter in einer Aktuator-
Brückenschaltung steuern, die Strom an den Aktuator liefert.
Das Auswahlsignal kann durch eine Selektionsschaltung
bereitgestellt werden, die ein Flipflop und einen parallelen
Widerstand aufweist. Eine Schaltung der vorliegenden Erfindung
zur Befehlssteuerung einer gewünschten Kraft von einem in einer
Force-Feedback-Vorrichtung vorgesehenen Aktuator schließt eine
Selektionsschaltung und eine Brückenschaltung ein, die eine
ähnliche Funktionsvielfalt durchführen.
Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Steuerung eines
Aktuators zum Ausgleichen einer nichtlinearen Ausgabe des
Aktuators schließt das Bestimmen eines gewünschten
Befehlsstroms für einen Aktuator ein, wobei der Befehlsstrom
die Ausgabe einer gewünschten Ausgabekraft durch den Aktuator
veranlaßt. Der gewünschte Befehlsstrom wird mit einem
angenäherten Punkt einer Charakterisierungskurve des Aktuators
korreliert, wobei die Charakterisierungskurve viele
verschiedene Punkte enthält, die in einer zuvor durchgeführten
Charakterisierung des Aktuators bestimmt wurden. Der
angenäherte Punkt wird unter Verwendung einer linearen
Annäherung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten der
vielen verschiedenen Punkte bestimmt und ausgehend von dem
angenäherten Punkt der Charakterisierungskurve ein geforderter
Kommando-Arbeitszyklus bestimmt. Ein den bestimmten Kommando-
Arbeitszyklus aufweisendes Treibersignal wird an den Aktuator
angelegt, um den Aktuator zur Ausgabe der gewünschten Kraft zu
veranlassen.
Die vielen verschiedenen Punkte der Charakterisierungskurve
werden in einer Nachschlagetabelle gespeichert, und es werden
vorzugsweise zumindest drei Punkte gespeichert, um zumindest
zwei lineare Abschnitte der Charakterisierungskurve
bereitzustellen. Der Übergangsbereich kann auch mit der
Linearisierungsmethode realisiert werden, so daß abwechselnd
erste und zweite Treibersignale ausgegeben werden, um den
Aktuator anzutreiben, wenn die gewünschte Ausgabekraft zwischen
Null und einer Schwellenkraft liegt, wobei ein linear
angenäherter Arbeitszyklus für beide Treibersignale erhalten
wird.
Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung können zur
Bereitstellung einer lineareren Kraftausgabe implementiert
sein. Beispielsweise können dem Aktuator von einer
Stromversorgung zugeführte Spannungsschwankungen derart
ausgeglichen werden, daß die Aktuatorausgabe ungeachtet der
Schwankungen linear ist. Eine Aktuatorstromänderung, verursacht
durch eine Gegen-EMK-Wirkung, die durch die Bewegung eines
Handhabungsgeräts der Force-Feedback-Vorrichtung durch den
Benutzer ausgelöst wird, kann vorhergesagt werden. Die
vorhergesagte Motorstromänderung kann auf einer bestimmten
Geschwindigkeit des Handhabungsgeräts basieren, und das
Treibersignal an den Aktuator kann dann in Übereinstimmung mit
der vorhergesagten Stromänderung ausgeglichen werden.
Schließlich kann das Treibersignal basierend auf
Temperaturinformationen eingestellt werden, die eine
Temperaturänderung der Drahtspulen des Aktuators anzeigen, um
eine durch eine Temperaturschwankung in der Spulenwicklung
verursachte Stromänderung in dem Aktuator auszugleichen und die
Ausgabe der gewünschten Kraft zu veranlassen.
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen
bereit, die die Aktuatorausgabe in einer Force-Feedback-
Vorrichtung steuern, um eine linearere und kontinuierlichere
Ausgabe zu ermöglichen. Die über einem Nullübergang der
Ausgabekraft auftretende diskontinuierliche Strom- und
Ausgabekraft wird mit der dualen Bereichssteuerung der
vorliegenden Erfindung minimiert. Die nichtlineare Ausgabe der
Aktuatoren wird unter Verwendung der Vorcharakterisierung des
offenen Regelkreises und der linearen Annäherung der
Aktuatorausgabe und anderer Techniken minimiert. Diese Merkmale
machen es möglich, daß der Aktuator in einer Force-Feedback-
Vorrichtung Kraftempfindungen mit größerer Wiedergabetreue und
größerem Realismus vermittelt.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
Fachleuten auf diesem Gebiet beim Durchlesen der folgenden
Beschreibung der Erfindung und beim Studium der einzelnen
Figuren der Zeichnung klar werden.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer
Schnittstellenvorrichtung und eines zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Host-
Computers;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform
einer Selektionsschaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform
einer Schaltung für die vorliegende Erfindung mit
einer Selektionsschaltung nach Fig. 2 und
Brückenschaltungen für zwei Aktuatoren;
Fig. 4 ist ein Graph zur Darstellung einer idealisierten
Aktuatorkraft-Gangkurve unter Verwendung der dualen
Bereichssteuerung der vorliegenden Erfindung,
basierend auf der Eingabe des Arbeitszyklus-
Treibersignals;
Fig. 5 ist ein Zustandsdiagramm, das die Zustandsformen der
Treiber- und Auswahlsignale für den Einzeltreiber-
Steuerungsbereich der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Zustandsdiagramm, das die Zustandsformen der
Treiber- und Auswahlsignale für den
Übergangssteuerungsbereich der vorliegenden Erfindung
zeigt;
Fig. 7a ist ein Graph zur Darstellung einer typischen
nichtlinearen Beziehung zwischen Arbeitszyklus und
Aktuatorstrom;
Fig. 7b ist ein Graph zur Darstellung einer Linearisierung
der vorliegenden Erfindung einer Kurve, basierend auf
einem nichtlinearen Ansprechen eines Aktuators auf
den Arbeitszyklus; und
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens
der vorliegenden Erfindung zur Steuerung der
Treibersignale zur Bereitstellung einer linearen und
ruhigen Kraftausgabe des Aktuators.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Force-Feedback-
Schnittstellensystem 10 zur Verwendung mit der vorliegenden
Erfindung darstellt und durch ein Host-Computersystem gesteuert
wird. Das Schnittstellensystem 10 schließt ein Host-
Computersystem 12 und eine Schnittstellenvorrichtung 14 ein.
Das Host-Computersystem 12 kann ein Personalcomputer sein, wie
z. B. ein IBM-kompatibler Personalcomputer bzw. ein Macintosh,
oder ein Arbeitsplatzrechner (Workstation) wie eine Workstation
von SUN oder Silicon Graphics. Alternativ kann das Host-
Computersystem 12 eines aus einer Vielfalt von Heimvideo-
Spielsystemen sein, wie z. B. Systeme, die von Nintendo, Sega
oder Sony erhältlich sind, ein Fernseh-"Aufsetzkasten" oder ein
"Netzrechner", etc.. Das Host-Computersystem 12 implementiert
vorzugsweise ein Host-Anwendungsprogramm, mit dem ein
Benutzer 22 über Peripheriegeräte und die
Schnittstellenvorrichtung 14 einen Dialog führt. Das Host-
Anwendungsprogramm kann beispielsweise ein Video- oder
Computerspiel, eine medizinische Simulation, ein
wissenschaftliches Analyseprogramm, ein Betriebssystem, eine
Graphik-Benutzerschnittstelle oder ein anderes
Anwendungsprogramm sein, das Force Feedback verwendet.
Typischerweise liefert die Host-Anwendung Bilder zur Anzeige
auf einer Anzeige-Ausgabevorrichtung, wie unten beschrieben,
und/oder anderes Feedback wie akustische Signale.
Das Host-Computersystem 12 weist vorzugsweise einen Host-
Mikroprozessor 16, einen Taktgeber 18, einen Bildschirm 20 und
eine Akustikausgabevorrichtung 21 auf. Bei dem
Mikroprozessor 16 kann es sich um einen oder mehr eines
beliebigen bekannten Mikroprozessortyps handeln. In dem Host-
Computer sind vorzugsweise auch ein Direktzugriffsspeicher
(RAM), ein Festspeicher (ROM) und eine Eingabe/Ausgabe-(I/O)-
Elektronik enthalten. Der Bildschirm 20 kann zur Anzeige von
Bildern verwendet werden, die von dem Host-Computersystem 12
oder anderen Computersystemen erzeugt werden, und kann ein
Standardbildschirm, eine Kathodenstrahlröhre (CRT), ein
Flachbildschirm, eine 3D-Brille oder irgendeine andere
Bildschirm-Benutzeroberfläche sein. Die
Akustikausgabevorrichtung 21, wie z. B. Lautsprecher, ist
vorzugsweise über Verstärker, Filter und andere dem Fachmann
auf diesem Gebiet bekannte Schaltungen an den Host-
Mikroprozessor 16 angeschlossen (z. B. in einer Soundkarte) und
liefert die Tonausgabe von dem Host-Computer 12 an den
Benutzer 22. Andere Arten von Peripheriegeräten können
ebenfalls an den Host-Prozessor 16 angeschlossen sein,
beispielsweise Speichervorrichtungen (Magnetplattenlaufwerk,
CD-ROM/DVD-ROM-Laufwerk, Magnetdiskettenlaufwerk etc.), Drucker
und andere Eingabe- und Ausgabegeräte. Die Daten zur
Implementierung der Schnittstellen der vorliegenden Erfindung
können auf computerlesbaren Medien wie einem Speicher (RAM oder
ROM), einer Festplatte, einer CD-ROM oder DVD-ROM etc.
gespeichert sein.
Eine Schnittstellenvorrichtung 14 ist durch einen
bidirektionalen Bus 24 mit dem Host-Computersystem 12
verbunden. Der bidirektionale Bus sendet Signale in beide
Richtungen zwischen dem Host-Computersystem 12 und der
Schnittstellenvorrichtung. Ein Schnittstellenanschluß des Host-
Computersystems 12, wie z. B. ein RS232- oder serieller USB-
(universeller serieller Bus)-Schnittstellenanschluß, paralleler
Anschluß, Spiele-Anschluß (Gameport) etc., verbindet den Bus 24
mit dem Host-Computersystem 12. Alternativ kann eine drahtlose
Kommunikationsverbindung verwendet werden.
Die Schnittstellenvorrichtung 14 weist einen örtlichen
Mikroprozessor 26, Meßfühler 28, Aktuatoren 30, einen
Benutzergegenstand 34, eine wahlweise Sensorschnittstelle 36,
eine wahlweise Aktuatorschnittstelle 38 und andere wahlweise
Eingabevorrichtungen 39 auf. Der örtliche Mikroprozessor 26 ist
an den Bus 24 angeschlossen und wird als örtlich zur
Schnittstellenvorrichtung 14 angesehen und dient der
Kraftrückkopplung und Sensor-Ein/Ausgabe der
Schnittstellenvorrichtung 14. Der Mikroprozessor 26 kann mit
Softwarebefehlen beliefert werden, auf Steuerbefehle oder
Anforderungen von dem Computer-Hauptrechner 12 warten, den
Steuerbefehl oder die Anforderung entschlüsseln und Eingangs-
und Ausgangssignale entsprechend dem Steuerbefehl oder der
Anforderung verarbeiten/steuern. Darüber hinaus arbeitet der
Prozessor 26 vorzugsweise unabhängig vom Host-Computer 12,
indem er Meßfühlersignale liest und die entsprechenden Kräfte
aus diesen Meßfühlersignalen, Zeitsignalen und gespeicherten
oder übertragenen Befehlen berechnet, die in Übereinstimmung
mit einem Host-Steuerbefehl ausgewählt wurden. Geeignete
Mikroprozessoren zur Verwendung als örtlicher Mikroprozessor 26
sind u. a. beispielsweise der Immersion Touchsense Processor
von der Firma Immersion Corporation, der MC68HC711E9 von
Motorola, der PIC16C74 von Microchip und der 82930AX von der
Intel Corporation. Der Mikroprozessor 26 kann einen
Mikroprozessorchip oder Mehrfach-Prozessoren und/oder Co-
Prozessorchips und/oder Digitalsignalprozessor-(DSP)-Fähigkeit
aufweisen.
In Übereinstimmung mit Befehlen, die der Host-Computer 12 über
den Bus 24 liefert, kann der Mikroprozessor 26 Signale von den
Meßfühlern 28 empfangen und Signale an die Aktuatoren 30 der
Schnittstellenvorrichtung 14 liefern. In einer bevorzugten
Ausführungsform einer örtlichen Steuerung liefert
beispielsweise der Host-Computer 12 über den Bus 24 höhere
Kontrollsteuerbefehle an den Mikroprozessor 26, und der
Mikroprozessor 26 leitet die niedrigen Kraftsteuerschleifen an
die Meßfühler und Aktuatoren in Übereinstimmung mit den höheren
Steuerbefehlen und unabhängig vom Host-Computer 12. Das Force-
Feedback-System stellt demzufolge eine Informationsschleife der
Host-Steuerung und eine Informationsschleife der örtlichen
Steuerung in einem verteilten Steuersystem bereit. Der
Mikroprozessor 26 kann Steuerbefehle auch von beliebigen
anderen auf der Schnittstellenvorrichtung 14 enthaltenen
Eingabevorrichtungen 39 erhalten, beispielsweise Knöpfe, und
liefert entsprechende Signale an den Host-Computer 12, um
anzuzeigen, daß die Eingabeinformation und alle in der
Eingabeinformation enthaltenen Informationen erhalten wurden.
An den Mikroprozessor 26 in der Schnittstellenvorrichtung 14
ist vorzugsweise ein örtlicher Speicher 27 angeschlossen, z. B.
ein RAM und/oder ROM, um Befehle für den Mikroprozessor 26 zu
speichern und temporäre und andere Daten zu speichern. Darüber
hinaus kann ein örtlicher Taktgeber 29 zur Lieferung von
Taktdaten an den Mikroprozessor 26 angeschlossen sein.
Meßfühler 28 fühlen die Position, Bewegung und/oder andere
Merkmale eines Benutzergegenstands 34 der
Schnittstellenvorrichtung 14 längs einem oder mehr
Freiheitsgraden ab und liefern Signale an den
Mikroprozessor 26, die diese Merkmale darstellende
Informationen enthalten. Es können rotierende oder lineare
optische Codeumsetzer, Potentiometer, Photodioden- oder
Photowiderstandsmeßfühler, Geschwindigkeitssensoren,
Beschleunigungssensoren, Dehnungsmeßfühler oder andere Arten
von Meßfühlern verwendet werden. Die Meßfühler 28 liefern ein
elektrisches Signal an eine wahlweise Sensorschnittstelle 36,
die dazu benutzt werden kann, Meßfühlersignale in Signale
umzusetzen, die von dem Mikroprozessor 26 und/oder Host-
Computersystem 12 gedeutet werden können.
Unter Ansprechen auf die vom Mikroprozessor 26 erhaltenen
Signale übertragen die Aktuatoren 30 Kräfte in einer oder mehr
Richtungen entlang einem oder mehr Freiheitsgraden an das
Handhabungsgerät 34 der Schnittstellenvorrichtung 14 und/oder
übertragen Kräfte an das Gehäuse oder einen anderen Teil der
Vorrichtung 14. Die Aktuatoren 30 können zweierlei Typen
umfassen: aktive Aktuatoren und passive Aktuatoren. Zu den
aktiven Aktuatoren gehören lineare Stromregelmotoren,
Schrittmotoren, pneumatische/hydraulische aktive Aktuatoren,
ein Drehmomenterzeuger (Motor mit begrenzter Winkelreichweite),
Schwingspulenaktuatoren und andere Arten von Aktuatoren, die
eine Kraft übertragen, um ein Objekt zu bewegen. Als
Aktuatoren 30 können auch passive Aktuatoren verwendet werden,
wie z. B. Magnetpulverbremsen, Reibungsbremsen oder
pneumatische/hydraulische passive Aktuatoren. Die
Aktuatorschnittstelle 38 kann wahlweise zwischen den
Aktuatoren 30 und dem Mikroprozessor 26 angeschlossen sein, um
Signale vom Mikroprozessor 26 in entsprechende Signale zum
Antrieb der Aktuatoren 30 umzusetzen.
In der Schnittstellenvorrichtung 14 können wahlweise auch
andere Eingabevorrichtungen 39 enthalten sein und
Eingabesignale zum Mikroprozessor 26 oder zum Host-Prozessor 16
senden. Solche Eingabevorrichtungen können u. a. Knöpfe,
Wählscheiben, Schalter, Hebel oder andere Mechanismen sein. In
Ausführungsformen, wo der Benutzergegenstand 34 z. B. ein
Joystick ist, können andere Eingabevorrichtungen einen oder
mehr Knöpfe aufweisen, die z. B. auf dem Joystick-Griff oder
Unterteil vorgesehen sind. An die Aktuatorschnittstelle 38
und/oder Aktuatoren 30 kann wahlweise eine Stromversorgung 40
zur Bereitstellung elektrischer Leistung angeschlossen sein. In
der Schnittstellenvorrichtung 14 ist wahlweise ein
Sicherheitsschalter 41 zur Bereitstellung eines Mechanismus zur
Deaktivierung der Aktuatoren 30 aus Sicherheitsgründen
enthalten.
Das Handhabungsgerät ("Benutzergegenstand") 34 ist ein
körperliches Objekt, Gerät oder Artikel, den ein Benutzer
greifen oder andersartig berühren oder steuern kann, und der an
die Schnittstellenvorrichtung 14 angeschlossen ist. Mit
"greifen" ist gemeint, daß Benutzer einen Abschnitt des
Handhabungsgeräts in irgendeiner Form lösbar fassen, berühren
oder greifen können, z. B. mit der Hand, den Fingerspitzen
oder, im Falle von Behinderten, sogar mit dem Mund. Der
Benutzer 22 kann den Gegenstand entlang vorgesehener
Freiheitsgrade betätigen und bewegen, um eine Verbindung mit
dem Host-Anwendungsprogramm herzustellen, das der Benutzer
gerade auf dem Bildschirm 20 betrachtet. Das
Handhabungsgerät 34 kann ein Joystick, eine Maus, eine
Rollkugel, ein Stylus (z. B. am Ende einer Verbindung), ein
Steuerrad, eine Kugel, ein medizinisches Instrument
(Laparoskop, Katheter etc.), Billard-Queue (z. B. Bewegen des
Queue über aktivierte Rollen), Handgriff, Griffknopf, Knopf
oder anderes Objekt sein. Zu den Mechanismen, die zur
Bereitstellung der Freiheitsgrade an den Benutzergegenstand
verwendet werden können, gehören Tragrahmenmechanismen,
Schlitzjochmechanismen, Biegemechanismen etc.. Es können
verschiedene Ausführungsformen geeigneter Mechanismen für
Force-Feedback-Vorrichtungen verwendet werden.
Die hierin erörterten Gestaltungsformen sprechen mehrere der
oben beschrieben Eigenschaften und Probleme der
Aktuatorsteuerung an und beseitigen oder reduzieren die
unerwünschten Wirkungen, die diese Eigenschaften auf die
Aktuatorausgabe in dem Force-Feedback-System 10 haben.
Die hierin beschriebene Aktuatorschnittstelle 38 weist einen
Motorverstärker für jeden Aktuator 30 auf, der durch Ausgaben
von dem örtlichen Mikroprozessor 26 (oder alternativ durch den
Host-Mikroprozessor 16) gesteuert wird. Jeder Verstärker wird
auf Wegen gesteuert, wie nachstehend beschrieben, um glattere
Null-Übergangspunkte und eine einfachere, kostenwirksamere
Linearisierung der Aktuatorausgabe bereitzustellen.
Der örtliche Mikroprozessor 26 (oder Host-Mikroprozessor 16 in
einer Ausführungsform mit einer Host-Steuerung) ist
vorzugsweise mit einer Direktsteuerung über drei Signale für
jeden Motorverstärker ausgestattet. Die drei von dem
Mikroprozessor ausgegebenen Signale heißen PWMA, PWMB und
SELECT und werden in eine Brückenschaltung eingegeben, die den
Verstärker mit diesen Mikroprozessorsignalen verbindet. Die
Signale haben die folgenden Funktionen mit Bezug auf die
Brückenschaltung (siehe Fig. 3), die einen Motor und vier
Schalter aufweist (die vorzugsweise Treiber sind,
beispielsweise Transistoren wie z. B. FET), die einen Stromfluß
durch den Motor in der einen oder der anderen Richtung
ermöglichen, je nachdem, wie die vier Schalter gesteuert sind.
Die Verwendung von Schaltern zur Steuerung der Stromrichtung in
Verstärkern ist Fachleuten auf diesem Gebiet gut bekannt.
Basierend auf diesen drei Eingaben gibt es zwei
Ausgangssignale, die an den Verstärker angelegt werden: DRIVEA
und DRIVEB. DRIVEA wird hoch angegeben, damit Strom in
positiver Richtung fließt, und DRIVEB wird hoch angegeben,
damit Strom in negativer Richtung fließt. Eine gleichzeitige
Angabe der beiden Signale DRIVEA und DRIVEB ist nicht gültig.
Diese Signale sind dieselben wie PWMA bzw. PWMB, außer daß sie
durch den Zustand der Auswahlleitung "gegattert" sind. Die
Logik ist wie folgt:
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine geeignete
Selektionsschaltung 100 zur Realisierung der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die Signale 102 werden von dem steuernden
Mikroprozessor ausgegeben, und die Signale 104 werden an die
Brückenschaltungsschalter ausgegeben.
Die Schaltung gemäß Fig. 2 arbeitet unter Verwendung der
Signale von dem Mikroprozessor (wobei die SELECT-Leitung hoch,
niedrig oder nicht aktiv sein kann, z. B. hohe Impedanz) und
verarbeitet die Signale unter Verwendung der zwei UND-
Tore 106 und 108, des Flipflops 110, und des Widerstands 112.
Wenn die SELECT-Leitung hoch oder niedrig ist, gibt das
Flipflop 110 ein hohes bzw. niedriges Signal aus, um das PWMA-
oder PWMB-Signal zu aktivieren. Wenn die SELECT-Leitung im
dritten Zustand ist, durchläuft die umgekehrte Q-Ausgabe vom
Flipflop 110 den Widerstand 112 und wählt basierend auf der
Taktsignaleingabe an das Flipflop 110 abwechselnd das PWMA-
Signal und das PWMB-Signal aus.
Die Schaltung 100 kann in einer Force-Feedback-Vorrichtung mit
zwei Aktuatoren zweimal dupliziert werden, dreimal bei drei
Aktuatoren etc., wobei jeder Aktuator eine für ihn reservierte
Reihe von DRIVEA- und DRIVEB-Signalen erhält.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer
Schaltung 130 unter Einschluß der Selektionsschaltung 100 gemäß
Fig. 2 und einer Brückenschaltung für jeden von zwei in einer
Force-Feedback-Vorrichtung enthaltenen Aktuatoren. Die
Brückenschaltung 132 erhält die Signale DRIVEA1 und DRIVEB1 von
den UND-Toren 136 und 138, die den Toren 106 und 108 der Fig. 2
entsprechen. Das Signal DRIVEA1 veranlaßt einen Stromfluß durch
den Motor 142 in einer Richtung und eine Kraftausgabe in einer
entsprechenden Richtung in dem Freiheitsgrad des Aktuators;
während dies geschieht, ist das Signal DRIVEB1 niedrig. Die
Schalter 140a und 140c sind geschlossen, um diese Stromrichtung
zu ermöglichen, während die Schalter 140b und 140d geöffnet
sind. In ähnlicher Weise veranlaßt das Signal DRIVEB1, wenn es
hoch ist, einen Stromfluß und eine Kraftausgabe vom Motor 142
in den entgegengesetzten Richtungen wie wenn das Signal DRIVEA1
hoch ist, und das Signal DRIVEA1 ist niedrig. Die Schalter 140b
und 140d sind in diesem Fall geschlossen, während die
Schalter 140a und 140c geöffnet sind. Die Schalter 140 sind
vorzugsweise Transistoren wie z. B. FET, wie dargestellt.
In ähnlicher Weise liefert eine Brückenschaltung 134 den
Betriebsstrom für den zweiten Motor 144 ausgehend von den
eingehenden Signalen DRIVEA2 und DRIVEB2. Diese Signale sind
von DRIVEA1 und DRIVEB1 abgetrennt und aus separaten PWM-
Signalen abgeleitet; dadurch kann jeder Motor unabhängig
gesteuert werden. UND-Tore 146 und 148 wirken ähnlich wie die
Tore 106 und 108 von Fig. 2, und Schalter 150a, 150b, 150c
und 150d arbeiten ähnlich wie die Schalter 140, wie oben für
die Brückenschaltung 132 beschrieben.
Die Kraftausgabe durch die Nullstrom-Befehlskreuzung soll
möglichst ruhig und linear sein, um irgendwelche unerwünschten
"Schalt"-Kräfte zu vermeiden oder zu reduzieren, die die
Kraftempfindungen beeinträchtigen, wie sie der Benutzer der
Force-Feedback-Vorrichtung erfährt. Um diese ruhige Ausgabe zu
erreichen, sind in der vorliegenden Erfindung zwei
Steuerbereiche vorgesehen: der "Übergangs"-Bereich und der
"Einzelantriebs"-Bereich.
Fig. 4 ist ein Graph 200 zur Darstellung der
Leistungskurven 202 und 204 für einen idealen Aktuator, der
eine Ausgangskraft (und den Strom in dem Aktuator) liefert, die
linear auf dem Eingangsarbeitszyklus basiert. Eine Kurve 202
zeigt das an den Aktuator angelegte Signal DRIVEA, und die
Kurve 204 zeigt das an den Aktuator angelegte Signal DRIVEB.
Der Einzelantriebsbereich für das PWMA ist für positiv
gerichtete Kräfte auf der rechten Seite des Graphs gezeigt,
wobei nur das PWMA-Signal als DRIVEA-Signal angelegt wird. Der
Einzelantriebsbereich für das PWMB für negativ gerichtete
Kräfte ist in ähnlicher Weise auf der linken Seite des Graphs
gezeigt. Der Übergangsbereich ist zwischen den zwei
Einzelantriebsbereichen gezeigt, wobei die Signale DRIVEA und
DRIVEB beide ausgegeben werden, wie nachstehend erläutert
(z. B. wenn die SELECT-Leitung im Tri-Zustand ist). Wenn der
Arbeitszyklus für eines der Signale hinaufgesetzt wird, wird
der Arbeitszyklus für das andere Signal heruntergesetzt. An
einem Punkt P sind die Arbeitszyklen der zwei Signale gleich,
wodurch in beide Richtungen gleiche Kraftbeträge bereitgestellt
werden, die einander aufheben und tatsächlich eine Null-
Ausgabekraft verursachen, wie sie der Benutzer erfährt. Die
Breite des Übergangsbereichs ist vorzugsweise so groß, daß sie
eine Schaltausgabe über den Bereich nahe der Null-Ausgabekraft
und eine ruckfreie Ausgabe liefert, wenn von einem
Einzelantriebsbereich zum Übergangsbereich und umgekehrt
geschaltet wird.
Im Übergangsbereich wechselt das Verfahren die an die Brücke
angelegten Antriebsleitungen DRIVEA und DRIVEB in jeder PWM-
Periode. Dies wird durch Aufrechterhalten eines Tri-Zustands
auf der SELECT-Ausgabe erreicht. Das Ziel ist es, eine bessere
Steuerung der Stromausgabe für einen niedrigen Strompegel zu
gewinnen und ruhigere Übergänge durch den Null-
Ausgabekraftpunkt zu erreichen. Da die Stromantriebsrichtung
bei jedem Zyklus umgeschaltet wird, wird eine Situation
geschaffen, wo die mittlere Stromausgabe bei oder nahe Null ist
und in jeder Richtung ruckfrei eingestellt werden kann.
In jedem "Einzelantriebs"-Bereich wird der Verstärker auf
dieselbe Art und Weise angetrieben wie herkömmliche
Schaltmodusverstärker. Nur eine Seite der Brücke ist aktiv,
während die andere Seite in einem inaktiven Zustand gehalten
wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Auswahlleitung
entweder hoch oder niedrig gehalten wird, wie in obiger Tabelle
vorgesehen. Dies sorgt dafür, daß entweder das PWMA-Signal oder
das PWMB-Signal angelegt wird, aber nicht beide PWM-Signale.
Zur Einstellung von Aktuatorstrom und Ausgabekraft wird der
Arbeitszyklus des aktiven Einzeltreibersignals heraufgesetzt
und herabgesetzt.
Dagegen gibt es in der herkömmlichen Ausführung einer
H-Brückenschaltung zwei Hauptverfahren, die zur Steuerung der
Brücke verwendet werden. Das erste Verfahren treibt nur eine
Seite der Brücke auf einmal mit Strom an (z. B. ist eine Seite
der Brücke aktiv). Die Ausgangsgröße wird durch den
Arbeitszyklus eines einzigen Steuerungstreibersignals
gesteuert. Zur Änderung der Richtungen der Ausgabekraft wird
die aktive Seite der Brücke unter Verwendung eines
Richtungssignals umgeschaltet, und dasselbe
Steuerungstreibersignal an die andere Seite der Brücke
ausgegeben. Das Resultat ist, daß der Verstärker beim Wechsel
der Ausgabekraftrichtung durch Null von der Stromsteuerung in
nur einer Richtung zur Stromsteuerung in der Gegenrichtung
übergeht. Dies kann erhebliche Unterbrechungen am Null-
Übergangspunkt erzeugen.
Das zweite herkömmliche Verfahren stellt ebenfalls sowohl ein
Amplitudensignal als auch ein Richtungssignal bereit; beide
Seiten der Brückenschaltung werden permanent abwechselnd mit
dem Signal angetrieben, und die Ausgabekraft wird durch
Wechseln des Arbeitszyklus und Vorzeichens des Richtungssignals
gesteuert. Wenn eine Richtung durch den Arbeitszyklus
begünstigt wird, verschiebt sich die Ausgabe des Aktuators in
diese Richtung und umgekehrt. Das Problem bei diesem Verfahren
ist eine schwächere Ausgabekraft an den höher gesteuerten
Pegeln; da der Aktuator immer in beide Richtungen angetrieben
wird, ist die Kraft in einer Richtung begrenzt, und die
maximale Kraftausgabe ist geringer als bei der ersten Methode.
Die vorliegende Erfindung verwendet ein anderes Verfahren. Bei
niedrigen Ausgangspegeln (dem Übergangsbereich) wird die
angetriebene Richtung auf einer Zyklus-um-Zyklus-Basis
gewechselt, um einen glatten Übergang durch die Null-
Ausgabekraft zu erzielen, d. h. beide Seiten der Brücke werden
durch Wechsel der Antriebsrichtung bei jedem Zyklus
ausgeglichen. Jede Richtung weist ein zugeordnetes
Treibersignal auf, wobei die Steuerungstreibersignale
wechselweise geschaltet werden. Wenn die gewünschte Kraft
größer wird und die Schwelle zwischen Übergangsbereich und
Einzelantriebsbereich überschreitet, wird der Ausgang
umgeschaltet, so daß nur eine Richtung durch ein Treibersignal
angetrieben wird (Einzelantriebsbereich). Dies ermöglicht eine
ruhige Steuerung des Ausgangsstroms ohne Einsatz eines
Extrastroms (der dem Ausgangsantrieb in der Tat schaden würde).
Dadurch daß in der Ausführung der vorliegenden Erfindung beide
Seiten der Brücke nahe Null gegeneinander betrieben werden,
tritt das normalerweise in Schaltmodusverstärkern vorhandene
Stromkippen nicht auf. Da der Arbeitszyklus für jedes PWM-
Signal im Übergangsbereich halbiert wird, wird der
Arbeitszyklus jedes unbearbeiteten PWM-Signals vorzugsweise
verdoppelt, um ein PWM-Treibersignal des gewünschten
Arbeitszyklus zu erhalten und die Ausgabe an den
Einzelantriebsbereich anzupassen.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung 210 der oben als
Zustandsdiagramm Spannung : Zeit beschriebenen Signale, wobei die
SELECT-Leitung entweder einen hohen Zustand oder einen
niedrigen Zustand aufweist. In diesen Situationen ist nur eine
Seite der Brückenschaltung angetrieben. Das Einstellen der
Auswahlleitung auf hoch oder niedrig sperrt das Treibersignal
zur anderen Seite. Dies ist der Einzelantriebsmodus, in dem die
Brücke beim Anlegen einer Kraft überwiegend verwendet wird,
außer wenn eine Kraftausgabe nahe Null erwünscht ist.
Vor dem Zeitpunkt L hat das SELECT-Signal einen hohen Zustand,
was das Anlegen des Signals PWMA an die Schalter oben links und
unten rechts in der Brückenschaltung veranlaßt. Dies verursacht
die Ausgabe des Signals DRIVEA als PWMA-Signal, wie gezeigt,
und läßt Strom in positiver Richtung durch den Aktuator
fließen, um eine Kraftausgabe in der entsprechenden Richtung zu
bewirken. Nach der Strichlinie hat das SELECT-Signal auf einen
niedrigen Zustand gewechselt, was das Anlegen des Signals PWMB
an die Schalter oben rechts und unten links in der
Brückenschaltung veranlaßt. Dies verursacht die Ausgabe des
Signals DRIVEB als PWMB-Signal und läßt Strom in negativer
Richtung fließen, um eine Kraftausgabe in der entgegengesetzten
Richtung zu dem PWMA-Signal zu bewirken.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung 214 der Signale in einem
Zustandsdiagramm Spannung : Zeit, wobei das SELECT-Signal in
einem dritten Zustand ist (Tri-Zustand). In dieser Situation
wechselt die Brücke die aktiven Seiten, weil die Auswahlleitung
im Tri-Zustand ist. Wenn die Auswahlleitung nicht aktiv ist
(hohe Impedanz), wird Q' an den Eingang D des Flipflop
angelegt. Dies bewirkt, daß die Ausgänge des Flipflop jedesmal
kippen, wenn eine ansteigende Kante am PWMA vorkommt.
Wie gezeigt, bewirkt dies, daß das Signal DRIVEA in jeder
zweiten hohen Periode des PWMA-Signals hoch ist und in den
Perioden zwischen diesen hohen Perioden niedrig ist. Dies
bewirkt ferner, daß das Signal DRIVEB in jeder zweiten hohen
Periode des PWMB-Signals hoch ist und in den Perioden zwischen
diesen hohen Perioden niedrig ist. Die Signale DRIVEA und
DRIVEB sind also in wechselnden Perioden hoch, was eine rasche
Richtungsumschaltung des Motors im Übergangsbereich bewirkt und
eine mögliche große Umschaltkraft beim Wechsel der
Ausgabekraftrichtung verhindert. Des weiteren ist zwischen den
Impulsen auf den DRIVE-Signalen eine gewisse Zeit vorgesehen,
um ein Schalten der Transistoren zu ermöglichen, wodurch mehr
Leistungseffizienz bereitgestellt wird.
Das Anlegen eines einfachen impulsbreitenmodulierten
Ausgangswertes an eine Aktuator-Antriebsschaltung wird
gemeinhin nicht sehr übereinstimmende Resultate über den
Ausgabekraftbereich des Aktuators ergeben. Aufgrund der Zeit,
die zur Bildung einer Spannung mit dem Strom benötigt wird,
hält in vielen Fällen die Induktanz des Aktuators den
durchschnittlichen Motorstrom sehr niedrig, bis der
Steuerungsarbeitszyklus sich der Halbzeit nähert. Wenn der
Arbeitszyklus über 50% steigt, steigt die Kurve, die das
Verhältnis Arbeitszyklus : Aktuatorstrom beschreibt, abrupt an
und ist insgesamt noch nicht sehr linear. Verschiedene
Abschnitte der Kurve sind jedoch relativ linear.
Die vorliegende Erfindung kennzeichnet die Linearität der
verschiedenen Abschnitte der Kurve für einen spezifischen
Aktuator und verwendet dann die stückweise lineare Annäherung,
um einen Aktuatorsteuerbefehl ausgehend von einem gewünschten
Aktuatorstrom zu generieren, d. h. die stückweise
Linearisierung wird auf einer Ausgabekennzeichnung eines
Aktuators durchgeführt, um zu bewirken, daß der Ausgangsstrom
durch den Aktuator hindurch bezüglich des berechneten
Steuerbefehls linear ist. Zuerst wird das Aktuatordrehmoment
für einen spezifischen Aktuator charakterisiert, um eine von
dem Aktuator ausgegebene Drehmomentannäherung zu kennen, wenn
Steuerbefehle von verschiedenen Arbeitszyklen eingegeben
werden. Während des Betriebs stellt die stückweise
Linearisierung die Steuerbefehlausgabe so ein, daß die Nicht-
Linearität zwischen dem Kommando-Arbeitszyklus und dem
Ausgangsstrom beseitigt wird. Durch Gestalten der
Aktuatorleistung im Vorfeld besteht keine Notwendigkeit, den
Strom in dem Aktuator während der Laufzeit zu messen, um den
Arbeitszyklus in Art einer geschlossen Schleife einzustellen.
Zum Beispiel wird in vielen bestehenden Aktuatoren der Strom in
dem Aktuator (oder die Ausgabekraft, die dem allgemein
entspricht) während der Laufzeit gemessen und zu dem
Mikroprozessor oder einer anderen Steuerschaltung in einem
geschlossen Regelsystem rückgekoppelt, so daß die PWM-Ausgabe
so eingestellt werden kann, daß der gewünschte Strom und die
gewünschte Ausgabekraft erzeugt werden. Dies ermöglicht eine
Kompensierung der Nicht-Linearität des Aktuators, erfordert
aber teuere Bauteile. Die Charakterisierung der vorliegenden
Erfindung ermöglicht die Verwendung eines offenen
Steuersystems, welches die kostspieligeren Teile eines
geschlossenen Regelsystems nicht benötigt.
Sowohl im Übergangsbereich als auch im Einzelantriebsbereich
wird die stückweise Linearisierung vorzugsweise für die
gewünschte Ausgabekraft ausgeführt. Diese Linearisierung
erfolgt auf Basis des offenen Steuerkreises auf einem
Aktuatormodell oder einer Charakterisierung, die in einer
Testsituation vor der tatsächlichen Laufzeit generiert wird.
Mit anderen Worten, die Kraftausgabe des Aktuators (oder im
Aktuator fließender Strom) wird geprüft und an verschiedenen
Kommando-Arbeitszyklen aufgezeichnet und dann werden, basierend
auf den aufgezeichneten Kraft-(oder Strom)-Daten, einzelne
Abschnitte des Ansprechdiagramms geformt, die annähernd linear
sind. In der Laufzeit wird dann die gewünschte Aktuatorkraft
mit einem linearen Abschnitt der Steuerbefehlskurve korreliert,
um den erforderlichen Kommando-Arbeitszyklus zu bestimmen.
Zum Beispiel zeigt Fig. 7a einen Graph 220, der die Beziehung
zwischen dem tatsächlichen Strom in einem Aktuator (vertikale
Skala), der proportional zur Kraftausgabe des Aktuators ist,
und der Eingabe verschiedener PWM-Arbeitszyklen (horizontale
Skala) darstellt. Die Ansprechkurve 222 ist nichtlinear, so daß
die ausgegebene Aktuatorkraft nicht einfach basierend auf einer
linearen oder anderen einfachen Beziehung mit dem eingegebenen
Arbeitszyklus angenommen werden kann. Zum Beispiel ergibt sich
für fast die ganze untere Hälfte der Arbeitszyklen (bis zum
Punkt P1) ein sehr kleiner Aktuatorstrom und eine sehr kleine
Ausgabekraft aus dem Eingangsarbeitszyklus, und es gibt nur
eine geringe Strom- und Ausgabesteigerung, wenn der
Arbeitszyklus erhöht wird. Nach dem Punkt P1 jedoch erhöht sich
die Strom- und Kraftausgabe bei einer Steigerung des
Arbeitszyklus wesentlich schneller. Aber selbst über dem Punkt
P1 weicht die Kurve erheblich von einer linearen Bahn ab.
Mehrerlei Abschnitte der Kurve 222 sind jedoch annähernd
linear. Beispielsweise können die Abschnitte zwischen den
bezeichneten Punkten P1 und P2, den Punkten P2 und P3, und den
Punkten P3 und P4 auf der Kurve als gerade Linien angenähert
werden. Eine stückweise Linearisierung kann dort bereitgestellt
werden, wo die bezeichneten Punkte P1-P4 in einer Tabelle in
einem Speicher, auf einer Magnetplatte oder einem anderen
computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind und gewünschte
Punkte zwischen zwei aufeinanderfolgenden der Punkte P1-P4 oder
außerhalb davon unter Verwendung einer linearen Formel
angenähert werden können.
Fig. 7b zeigt einen Graph 230, der die Linearisierung einer
Kurve auf der Basis eines nichtlinearen Ansprechens eines
Aktuators auf den Arbeitszyklus darstellt. Die vertikale Skala
ist der verfügte Treiberarbeitszyklus (am Aktuator gesehen) und
die horizontale Skala ist die gewünschte Ausgabekraft des
Aktuators. Die Kurve PWMA deutet den Treiberarbeitszyklus des
PWMA-Signals bei verschiedenen gewünschten Ausgabekraftgrößen
an. Die Punkte R auf der Kurve sind Istpunkte aus dem
nichtlinearen Ansprechen des Aktuators, wie aus der in Fig. 7a
gezeigten Vorcharakterisierung des Aktuators bestimmt. Die
Punkte zwischen den Punkten R wurden linear angenähert. Wenn
demzufolge eine besondere Ausgabekraft des Aktuators erwünscht
ist, bestimmt eine lineare Annäherung, welcher angenäherte
Arbeitszyklus verfügt werden muß, um diese Kraftausgabe zu
erzielen.
Die stückweise Annäherung der vorliegenden Erfindung wird
vorzugsweise in Verbindung mit dem Übergangsbereich und dem
Einzelantriebsbereich der vorliegenden Erfindung erreicht, wie
oben beschrieben. Fig. 7b stellt den Übergangsbereich und den
Einzelantriebsbereich dar. Ein Abschnitt des Übergangsbereichs
ist zwischen dem Kraftpegel 0 und einer Schwellenkraft F
gezeigt. Im Übergangsbereich ist die PWMA-Kurve sowie ein
Abschnitt einer PWMB-Kurve gezeigt, ähnlich wie der in Fig. 4
gezeigte Übergangsbereich des idealen Aktuators, wo beide PWM-
Signale die Ausgaben wechseln. In diesem Übergangsbereich ist
eine direkte lineare Annäherung der Kurve gemäß Fig. 7a wegen
des Vorhandenseins zweier Kurven nicht so geradlinig. Demnach
können die angenäherten Punkte R und C2 der Kurven PWMA und
PWMB im Übergangsbereich durch systematisches Probieren
empirisch bestimmt werden, z. B. durch Bestimmen von
Arbeitszyklen, die einen ruckfreien Übergang von der Kurve des
Einzelantriebsbereichs bereitstellen, oder durch Verwenden
eines zweidimensionalen Oberflächen-Kurvenbildes mit zwei
Variablen.
Die PWMA-Kurve macht an der Schwellenkraft F einen Schritt nach
oben, wo die SELECT-Leitung vom Tri-Zustand in einen hohen
Zustand übergeht. Der Punkt C1 ist Teil der
Einzelantriebsbereich-Kurve, während der Punkt C2 Teil der
Übergangsbereich-Kurve ist. Diese Stufe ist in der linearen
Annäherungskurve bewußt eingeschlossen, um die Induktanz im
Aktuator auszugleichen. Da das Signal im Übergangsbereich eine
niedrigere Frequenz aufweist, wird für den gleichen
Arbeitszyklus mehr Strom bereitgestellt; zum Ausgleich dafür
wird daher der Arbeitszyklus heruntergesetzt. Der Punkt C2 wird
vorzugsweise basierend auf der Abstimmung des Stroms bei C2 mit
dem Strom am Punkt C1 bestimmt, um einen glatten Moduswechsel
bereitzustellen.
Der Graph ist auf der linken Hälfte der 0-Kraft-Achse
vorzugsweise identisch, außer daß das PWMB-Signal ansteigt, je
weiter man sich von der 0-Achse wegbewegt (und enthält eine
ähnliche Stufe wie zwischen den Punkten C1 und C2), und das
PWMA-Signal geht an einem Schwellenwert von annähernd -F gegen
Null, ähnlich wie der in Fig. 4 gezeigte Idealgraph.
Vorzugsweise ist eine die Arbeitszykluskurven PWMA und PWMB
beschreibende Nachschlagetabelle in einem Arbeitsspeicher oder
anderen Speichermedium gespeichert, wie z. B. dem örtlichen
Speicher auf der Force-Feedback-Vorrichtung, auf den der
örtliche Mikroprozessor zugreifen kann. Die Nachschlagetabelle
speichert die gewünschte Kraft für jeden Punkt R und den
entsprechenden Arbeitszyklus für jeden Punkt R sowohl für die
PWMA-Kurve als auch die PWMB-Kurve. Beide Punkte C1 und C2 sind
mit ihrem entsprechenden PWMA- und PWMB-Arbeitszyklus ebenfalls
in der Tabelle gespeichert. Für die gewünschten Kraftwerte im
Einzelantriebsbereich ist einer der zugeordneten PWM-
Kurvenwerte in der Tabelle Null, da nur ein PWM-Signal in
diesem Bereich angegeben ist. Zum Beispiel sind alle PWMB-
Arbeitszykluswerte in der Tabelle für gewünschte Kraftwerte
über der Schwellenkraft F gleich Null. Nur eine Hälfte des
gesamten Kraftbereiches, z. B. nur der positive Bereich, wie in
Fig. 7b gezeigt, braucht gespeichert werden, da die Kurve in
der anderen Hälfte des Bereiches vorzugsweise identisch ist und
rasch aus den vorhandenen gespeicherten Punkten bestimmt werden
kann. Zum Beispiel sind für den negativen Abschnitt des Graphs
anstelle der PWMB-Werte die PWMA-Arbeitszykluswerte gleich
Null.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Verfahren 280
zur Bestimmung der PWMA- und PWMB-Werte und des Zustands der
SELECT-Leitung unter Verwendung einer linearisierten
Nachschlagetabelle, wie oben beschrieben. Der Prozeß beginnt
bei 282 während der Laufzeit, wenn Kräfte ausgegeben werden
sollen. Im Schritt 284 bestimmt ein Mikroprozessor oder eine
andere Steuereinrichtung die von dem Aktuator auszugebende
gewünschte Kraft. Dies kann ausgehend von einem erhaltenen
Host-Steuerbefehl oder -Wert, einer örtlichen Routine oder
einem Algorithmus oder anderen Verfahren bestimmt werden. Wenn
beispielsweise zwei angezeigte Objekte in einer graphischen
Umgebung kollidieren, wird basierend auf vorbestimmten
Beziehungen, Merkmalen der Objekte und anderen Faktoren eine
gewünschte Kraft berechnet, die dem Benutzer die Kollision
haptisch aufzeichnet. Im Schritt 286 findet der Mikroprozessor
die zwei Kraftwerte in der Nachschlagetabelle, die die
gewünschte Kraft umgeben, d. h. die zwei Werte, zwischen denen
die gewünschte Kraft in der Tabelle liegen würde. Vorzugsweise
wird der Absolutwert der gewünschten Kraft verwendet, da nur
der positive (oder negative) Kräftebereich in der Tabelle
gespeichert werden braucht, wie oben erläutert. Im Schritt 288
werden die PWMA- und PWMB-Arbeitszykluswerte aus der Tabelle
abgerufen, der diese Umgebungskraftwerte zugeordnet sind. Im
Schritt 290 interpoliert der Prozeß linear zwischen den PWMA-
Werten, um einen interpolierten PWMA-Wert zu finden, und
interpoliert auf ähnliche Weise linear zwischen den PWMB-
Werten, um einen interpolierten PWMB-Wert zu finden. Diese
interpolierten PWMA- und PWMB-Werte sind die resultierenden
linear angenäherten Werte des Arbeitszyklus für jedes Signal.
Zur Bestimmung des Zustands der SELECT-Leitung führt der Prozeß
beginnend bei Schritt 292 die folgenden Schritte durch. Wenn
die gewünschte Kraft (von Schritt 284) kleiner ist als Null,
zeigt dies an, daß sie in entgegengesetzter Richtung zu
positiven Kraftwerten verläuft, d. h. es wird der negative
Bereich des Graphs verwendet. Falls dies so ist, werden in
Schritt 294 die interpolierten Werte für PWMA und PWMB
überlagert. Nach dem Schritt 294 oder falls die gewünschte
Kraft gleich 0 oder größer ist, wird Schritt 296 eingeleitet,
in dem das Verfahren überprüft, ob der interpolierte PWMA-Wert
gleich Null ist. Falls ja, zeigt dies an, daß der
Einzelantriebsbereich im negativen Bereich des Graphs verwendet
wird und daß das PWMB-Signal zur Befehlssteuerung des Motors
verwendet wird, d. h. in der Brückenschaltung sollten die
Schalter B aktiviert sein. Demzufolge wird die SELECT-Leitung
im Schritt 298 auf einen niedrigen Zustand gesetzt, um dem
PWMB-Signal die Befehlssteuerung des Aktuators zu ermöglichen.
Wenn der interpolierte PWMA-Wert nicht Null ist, dann überprüft
das Verfahren in Schritt 300, ob das PWMB-Signal gleich Null
ist. Falls ja, wird der Einzelantriebsbereich im positiven
Bereich des Graphs verwendet, und das PWMA-Signal wird zur
Befehlssteuerung des Motors verwendet, d. h. in der
Brückenschaltung sollten die Schalter A aktiviert sein.
Demzufolge wird die SELECT-Leitung im Schritt 302 auf einen
hohen Zustand gesetzt, um dem PWMA-Signal die Befehlssteuerung
des Aktuators zu ermöglichen. Wenn der PWMB-Wert in Schritt 300
nicht gleich Null ist, dann sind sowohl der PWMA- als auch der
PWMB-Arbeitszyklus ungleich Null, und der Übergangsbereich ist
aktiv. Demzufolge wird die SELECT-Leitung im Schritt 304 auf
den Tri-Zustand gesetzt. Nach einem beliebigen der
Schritte 298, 302 und 304 werden die interpolierten PWM-
Arbeitszyklen zur Ausgabe entsprechender PWM-Signale an die
entsprechende Hardware verwendet, um den Aktuator in
Schritt 306 mit dem entsprechend eingestellten SELECT-Status zu
betreiben, und bei 308 ist der Prozeß abgeschlossen. Wenn noch
eine Kraft durch den Aktuator ausgegeben werden soll, wird das
Verfahren wiederholt. Das obige Verfahren kann ganz oder
teilweise von einem Mikroprozessor oder einer anderen
Schaltungsanordnung durchgeführt werden. Falls zusätzliche
Aktuatoren verwendet werden, z. B. zur Bereitstellung von
Kräften in anderen Freiheitsgraden als in einem Joystick mit
zwei Freiheitsgraden, dann kann der Prozeß für jeden
zusätzlichen Aktuator dupliziert werden.
Das obige Verfahren ist insbesondere bei preiswerteren
Vorrichtungen von Nutzen, bei denen die Gegen-EMK kein
signifikantes Problem ist (siehe unten). Zum Beispiel können
einige Force-Feedback-Vorrichtungen vibrotaktile Kräfte auf das
Gehäuse der Vorrichtung bereitstellen, wobei der Benutzer die
Aktuatorachse nicht verschiebt, wenn er das Handhabungsgerät
bewegt. Einige Beispiele für eine derartige Vorrichtung sind
Gamepads oder Mäuse, die einen umlaufenden Exzentermotor oder
vibrotaktilen Linearmotor einschließen, der Vibrationen auf das
Gehäuse der Vorrichtung erzeugt. In einer derartigen
Vorrichtung wird die Welle des Motors vom Benutzer nicht
bewegt, und daher werden keine Gegen-EMK Kräfte erzeugt,
wodurch die oben beschriebene Linearisierung zur Vorhersage der
Aktuatorausgabe ziemlich genau möglich ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene
Linearisierungsverfahren auch mit anderen
Aktuatorsteuerschaltungen verwendet werden kann. Zum Beispiel
können die Aktuatoren in einer bestimmten Force-Feedback-
Vorrichtung nicht unter Verwendung von PWM-Signalen angetrieben
sein, können aber trotzdem eine nichtlineare Ausgabekraft in
Bezug auf den Eingangsstrom oder die Eingangsspannung
bereitstellen. Die Ausgabekraftkurve für einen solchen Aktuator
kann ähnlich wie oben analysiert werden, um Punkte zu
bestimmen, zwischen denen die Kurve annähernd linear ist. Zur
Laufzeit kann eine Nachschlagetabelle bereitgestellt sein, um
den Ausgabewert in Art einer offenen Schleife zu linearisieren,
ähnlich wie bei der oben beschriebenen PWM-Linearisierung.
Zur Verbesserung der Linearisierung der Aktuatorausgabe können
auch andere Techniken anstelle der oben beschriebenen Verfahren
oder zusätzlich dazu verwendet werden. Die oben beschriebenen
Methoden beheben keine Stromversorgungsschwankung,
Temperaturschwankung oder die Gegen-EMK, die durch die
Benutzerbewegung erzeugt wird. Diese Wirkungen können in
wechselndem Ausmaß ausgeglichen werden, wenn die Effekte vom
Mikroprozessor oder einer anderen Steuerschaltung entweder
gemessen oder eingerichtet werden. Einige Techniken der
vorliegenden Erfindung zum Ausgleichen dieser Effekte sind
nachstehend beschrieben.
Eine Schwankung im Spannungspegel der Aktuator-Stromversorgung
wird bei bestehenden Force-Feedback-Vorrichtungen nicht
typischerweise überwacht. Wenn eine gut geregelte
Stromversorgung verwendet wird, die z. B. die Leistung nicht
signifikant mit Belastung verändert und/oder eine niedrige
Wellenstromspezifikation aufweist, muß eine Schwankung in der
Stromversorgung kein Kernproblem sein. In anderen Ausführungen
jedoch kann die Stromversorgungsspannung in einem größeren Maße
variieren. Da der Aktuatorstrom sich fast linear zur
Netzspannung verändert (bei Annahme eines konstanten
Arbeitszyklus-Steuerbefehls an einen Schaltmodusverstärker),
können Schwankungen in der Netzspannung unerwünschte
Schwankungen im Aktuatorstrom und damit in der Ausgabekraft
verursachen. Der Netzspannungspegel kann mittels eines Analog-
Digital-Wandlers in der Aktuator-Schnittstellenschaltung
gemessen werden und dann die Steuerbefehlausgabe auf einen
gewünschten Wert aktualisiert werden, um eine mögliche
Schwankung im Netzstrompegel auszugleichen.
In Ausführungsformen der Force-Feedback-Vorrichtung mit
Gleichstrommotoren, die durch eine Übersetzung mit dem
Handhabungsgerät verbunden sind (beispielsweise ein
Übertragungssystem wie z. B. ein Riemenantrieb, Zahnradgetriebe
oder Capstan-Antrieb), können die Motorgeschwindigkeiten sehr
groß werden, wenn der Benutzer das Handhabungsgerät bewegt.
Dies führt zu einer Situation, wo der Motorstrom (und damit die
Motorleistungsenergie) signifikant schwankt, wenn das
Handhabungsgerät aufgrund der Gegen-EMK-Wirkung in
unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten bewegt wird. Da die Geschwindigkeit des
Handhabungsgeräts in einer Force-Feedback-Vorrichtung
typischerweise bereits gemessen wird (beispielsweise zur
Bestimmung von geschwindigkeitsabhängigen Kräften wie z. B.
Dämpfungskräfte), kann diese abgefühlte
Geschwindigkeitsinformation auch dazu verwendet werden, die
durch die Bewegung des Handhabungsgeräts durch den Benutzer
verursachte Motorstromänderung vorherzusagen und die
vorhergesagte Stromänderung dann in dem Steuerbefehl
auszugleichen, der an den Motorverstärker angelegt wird. Zum
Beispiel können in einer Ausführungsform verschiedene
Geschwindigkeiten des Handhabungsgeräts für verschiedene
Motorstromänderungen und verschiedene Ausgleichswerte
ausgearbeitet sein, die die PWM-Signale ändern, um den EMK-
Effekt auszugleichen. Diese Beziehungen können als
Nachschlagetabelle gespeichert sein oder auf eine oder mehr
Formeln reduziert sein, falls möglich. Die Richtung des
Handhabungsgeräts kann ebenfalls berücksichtigt werden, falls
die Richtung den Motorstrom ändert. Die Geschwindigkeit des
Handhabungsgeräts wird dann während des Betriebs der
Vorrichtung abgetastet und der entsprechende Ausgleichswert
(oder PWM-Wert) bestimmt, um eine linearere Aktuatorausgabe
bereitzustellen.
Wenn höhere Stromwerte durch einen Aktuator fließen, beginnt
die Spulenwicklung in dem Aktuator, sich aufzuheizen. Die
Temperaturänderung ändert die Impedanz der Spule und wirkt sich
auf den durch sie hindurchfließenden Strom aus. Die
Spulentemperatur kann mit einem Temperaturmeßfühler gemessen
werden (oder einem anderen Meßfühler, der ein Aktuatormerkmal
mißt, das proportional zur Temperatur ist), oder die
Spulentemperatur kann unter Verwendung bereits vorhandener
Modelle auf Basis des angesteuerten Stroms modelliert werden,
so daß sie sich der momentanen Spulentemperatur annähert. Die
Temperatur-Information oder -Schätzung kann mit einem Muster
der Impedanzabweichung mit der Temperatur zum Einstellen der
Steuerbefehlsausgabe verwendet werden, um den gewünschten Strom
und die gewünschte Ausgabekraft zu erhalten. Zum Beispiel kann
das Muster der Impedanzabweichung durch eine Vorkennzeichnung
der Impedanz des Aktuators vor der Laufzeit erhalten werden.
Zwar ist diese Erfindung bezogen auf mehrere bevorzugte
Ausführungsformen beschrieben worden, es wird jedoch erwartet,
daß diesbezügliche Veränderungen, Vertauschungen und
Äquivalente für Fachleute auf diesem Gebiet beim Lesen der
Beschreibung und Studieren der Zeichnungen offensichtlich
werden. Des weiteren ist die bestimmte Terminologie zum Zwecke
der darstellerischen Klarheit verwendet worden und nicht zur
Einschränkung der vorliegenden Erfindung.
Claims (25)
1. Verfahren zur Befehlssteuerung einer gewünschten Kraft von
einem in einer Force-Feedback-Vorrichtung vorgesehenen
Aktuator, wobei das Verfahren umfaßt:
- - Bereitstellen zweier Treibersignale, wobei jedes der Treibersignale dazu dient, einen Stromfluß in einer anderen Richtung in dem Aktuator zu veranlassen und dadurch die Ausgabe einer Kraft durch den Aktuator in zwei unterschiedlichen entsprechenden Richtungen zu veranlassen;
- - Abwechseln zwischen den zwei Treibersignalen für jede Periode der Treibersignale, wenn eine gewünschte auszugebende Kraft unter einer vorbestimmten Schwellenkraft liegt, um einen entsprechenden Strom in dem Aktuator zu veranlassen und dadurch die Richtung der gewünschten Kraft für jede der Perioden zu schalten; und
- - Verwenden nur eines der Treibersignale, wenn die gewünschte Kraft über der vorbestimmten Schwellenkraft liegt, um einen Strom in dem Aktuator in einer Richtung zu veranlassen und die Ausgabe der gewünschten Kraft in einer Richtung zu veranlassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Treibersignale PWM-
Treibersignale sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Auswahlsignal
vorgesehen ist, um zwischen der Verwendung der zwei PWM-
Treibersignale und der Verwendung nur eines der PWM-
Treibersignale zu wählen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Auswahlsignal drei
Zustandsformen aufweist, so daß ein erster dieser Zustände
die Verwendung nur eines ersten der PWM-Treibersignale
veranlaßt, ein zweiter dieser Zustände die Verwendung nur
eines zweiten der PWM-Treibersignale veranlaßt, und ein
dritter dieser Zustände das Abwechseln zwischen dem ersten
und dem zweiten PWM-Treibersignal veranlaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei jedes der PWM-
Treibersignale zwei Schalter in einer Aktuator-
Brückenschaltung steuert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Auswahlsignal durch
ein Flipflop und einen parallel zu dem Flipflop
angeordneten Widerstand geleitet wird, wobei eine Ausgabe
des Flipflop zur Auswahl dafür verwendet wird, ob das
erste PWM-Signal an den Aktuator geliefert wird, und wobei
eine invertierte Ausgabe des Flipflop zur Auswahl dafür
verwendet wird, ob das zweite PWM-Signal an den Aktuator
geliefert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die
Korrelation der durch den Aktuator auszugebenden
gewünschten Kraft mit einem angenäherten linearen
Abschnitt einer Charakterisierungskurve von Treibersignal-
Arbeitszyklen für den Aktuator, um einen geforderten
Arbeitszyklus für die Treibersignale zu bestimmen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die
Charakterisierungskurve eine Vielzahl von Punkten enthält,
die aus einer vor der Laufzeit des Aktuators
durchgeführten Charakterisierung erhalten wurden.
9. Schaltung zur Befehlssteuerung einer gewünschten Kraft von
einem in einer Force-Feedback-Vorrichtung vorgesehenen
Aktuator, wobei die Schaltung umfaßt:
- - eine Selektionsschaltung, die zwei Treibersignale erhält, wobei die Selektionsschaltung eines der Treibersignale oder beide Treibersignale zur Ausgabe von der Selektionsschaltung auswählt, wobei nur eines der Treibersignale ausgewählt wird, wenn eine von dem Aktuator auszugebende gewünschte Kraft über einer vorbestimmten Schwellenkraft liegt, und wobei beide Treibersignale ausgewählt werden, wenn die gewünschte Kraft zwischen der Schwellenkraft und Null liegt, so daß die zwei Treibersignale durch Abwechseln jedes Treibersignals für jede Periode der Treibersignale ausgegeben werden; und
- - eine Brückenschaltung, die an die Selektionsschaltung angeschlossen ist und das von der Selektionsschaltung ausgewählte Treibersignal erhält, wobei die Brückenschaltung einen Stromfluß entsprechend dem Treibersignal in dem Aktuator veranlaßt, wodurch eine Kraftausgabe durch den Aktuator in einer entsprechenden Richtung veranlaßt wird, wobei die Kraft in einer Richtung ausgegeben wird, wenn die Brückenschaltung das eine ausgewählte Treibersignal erhält, und die Richtung der gewünschten Kraft für jede der Perioden der Treibersignale geschaltet wird, wenn die Brückenschaltung die abwechselnden Treibersignale erhält.
10. Schaltung nach Anspruch 9, wobei die Treibersignale PWM-
Treibersignale sind.
11. Schaltung nach Anspruch 10, wobei ein Auswahlsignal
vorgesehen ist, um zwischen der Verwendung der zwei PWM-
Treibersignale und der Verwendung nur eines der PWM-
Treibersignale zu wählen.
12. Schaltung nach Anspruch 11, wobei das Auswahlsignal drei
Zustandsformen aufweist, so daß ein erster der Zustände
die Verwendung nur eines ersten der PWM-Treibersignale
veranlaßt, ein zweiter dieser Zustände die Verwendung nur
eines zweiten der PWM-Treibersignale veranlaßt, und ein
dritter dieser Zustände das Abwechseln zwischen dem ersten
und dem zweiten PWM-Treibersignal veranlaßt.
13. Schaltung nach Anspruch 10, wobei die Brückenschaltung
vier Schalter einschließt und wobei jedes der PWM-
Treibersignale zwei der Schalter steuert.
14. Schaltung nach Anspruch 13, wobei die Selektionsschaltung
ein Flipflop und einen parallel zu dem Flipflop
angeordneten Widerstand einschließt, wobei eine Ausgabe
des Flipflop zur Auswahl dafür verwendet wird, ob das
erste PWM-Signal an die Brückenschaltung geliefert wird
und wobei eine invertierte Ausgabe des Flipflop zur
Auswahl dafür verwendet wird, ob das zweite PWM-Signal an
die Brückenschaltung geliefert wird.
15. Schaltung nach Anspruch 9, ferner umfassend einen
Speicher, der eine Nachschlagetabelle mit PWM-
Arbeitszykluswerten speichert, wobei die
Nachschlagetabelle die von dem Aktuator auszugebende
gewünschte Kraft mit einem angenäherten linearen Abschnitt
einer Charakterisierungskurve von Treibersignal-
Arbeitszyklen für den Aktuator korreliert, um einen
geforderten Arbeitszyklus für die Treibersignale zu
bestimmen.
16. Verfahren zur Steuerung eines Aktuators zum Ausgleichen
einer nichtlinearen Ausgabe des Aktuators, wobei das
Verfahren umfaßt:
- - Bestimmen eines gewünschten Befehlsstroms für einen Aktuator, wobei der Befehlsstrom die Ausgabe einer gewünschten Ausgabekraft durch den Aktuator veranlaßt; und
- - Korrelieren des gewünschten Befehlsstroms mit einem angenäherten Punkt einer Charakterisierungskurve des Aktuators, wobei die Charakterisierungskurve eine Vielzahl von Punkten enthält, die in einer zuvor durchgeführten Charakterisierung des Aktuators bestimmt wurden, wobei der angenäherte Punkt unter Verwendung einer linearen Annäherung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten der Vielzahl von Punkten bestimmt wird, und wobei ausgehend von dem angenäherten Punkt der Charakterisierungskurve ein geforderter Kommando-Arbeitszyklus bestimmt wird, wobei ein den bestimmten Kommando-Arbeitszyklus aufweisendes Treibersignal an den Aktuator angelegt wird, um den Aktuator zur Ausgabe der gewünschten Kraft zu veranlassen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl von Punkten
der Charakterisierungskurve in einer Nachschlagetabelle
gespeichert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl von Punkten
zumindest drei Punkte aufweist, um zumindest zwei lineare
Abschnitte der Kurve bereitzustellen.
19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Treibersignal ein
erstes Treibersignal ist, und wobei auch ein zweites
Treibersignal ausgegeben wird, um den Aktuator
anzutreiben, wenn die gewünschte Ausgabekraft zwischen
Null und einer Schwellenkraft liegt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das erste und das zweite
Treibersignal an jeder Periode der Treibersignale
abgewechselt werden, um einen Schaltstrom in dem Aktuator
und eine Umschaltausgabekraft bereitzustellen, wenn das
erste und das zweite Treibersignal beide ausgegeben
werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei ein linear angenäherter
Arbeitszyklus für beide Treibersignale erhalten wird.
22. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die
Charakterisierungskurve an der Schwellenkraft eine Stufe
aufweist.
23. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das
Ausgleichen von Spannungsschwankungen, die dem Aktuator
von einer Stromversorgung zugeführt werden, so daß die
Aktuatorausgabe ungeachtet der Schwankungen linear ist.
24. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Aktuator in einer
Force-Feedback-Vorrichtung vorgesehen ist, die auch ein
von einem Benutzer bewegtes Handhabungsgerät einschließt,
wobei der Aktuator die Kraft auf dem Handhabungsgerät
ausgibt, und ferner umfassend:
- - Vorhersagen einer Aktuatorstromänderung, verursacht durch eine Gegen-EMK-Wirkung, die durch eine Bewegung des Handhabungsgeräts durch den Benutzer ausgelöst wird, wobei die vorhergesagte Motorstromänderung auf einer bestimmten Geschwindigkeit des Handhabungsgeräts basiert; und
- - Ausgleichen des Treibersignals an den Aktuator in Übereinstimmung mit der vorhergesagten Stromänderung, um die von der Gegen-EMK-Wirkung verursachte nichtlineare Ausgabe des Aktuators zu verringern.
25. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das Erhalten
von Temperaturinformationen zur Angabe einer Temperatur
einer Spulenwicklung des Aktuators und Einstellen des
Treibersignals basierend auf diesen
Temperaturinformationen, um eine durch eine
Temperaturschwankung in der Spulenwicklung verursachte
Stromänderung in dem Aktuator auszugleichen und die
Ausgabe der gewünschten Kraft zu veranlassen.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US133370 | 1987-12-15 | ||
US13337099P | 1999-05-10 | 1999-05-10 | |
US565788 | 2000-05-05 | ||
US09/565,788 US6762745B1 (en) | 1999-05-10 | 2000-05-05 | Actuator control providing linear and continuous force output |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10022513A1 true DE10022513A1 (de) | 2001-01-25 |
DE10022513B4 DE10022513B4 (de) | 2011-02-24 |
Family
ID=26831318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10022513A Expired - Lifetime DE10022513B4 (de) | 1999-05-10 | 2000-05-10 | Aktuatorsteuerung zur Bereitstellung einer linearen und kontinuierlichen Kraftausgabe |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6762745B1 (de) |
DE (1) | DE10022513B4 (de) |
GB (1) | GB2350698B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10153111A1 (de) * | 2001-07-20 | 2003-02-06 | Jennifer Harden | Vorrichtung zur Übertragung einer Kraftwirkung |
Families Citing this family (68)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3920618B2 (ja) | 2001-10-18 | 2007-05-30 | アルプス電気株式会社 | 力覚付与入力装置 |
JP2003311665A (ja) * | 2002-04-17 | 2003-11-05 | Yaskawa Electric Corp | ロボットシステム及び制御装置 |
JP3895662B2 (ja) * | 2002-10-24 | 2007-03-22 | 本田技研工業株式会社 | 操舵装置 |
CN101093399A (zh) * | 2003-02-27 | 2007-12-26 | 松下电器产业株式会社 | 线性振动激励器的闭环控制 |
US6836713B2 (en) * | 2003-04-03 | 2004-12-28 | Coato Workshop, Inc. | Navigational method and device for user interface for motor vehicles |
US7029239B2 (en) * | 2003-05-19 | 2006-04-18 | Standard Microsystems Corporation | Piecewise linear control of the duty cycle of a pulse width modulated signal |
US20050004579A1 (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-06 | Schneider M. Bret | Computer-assisted manipulation of catheters and guide wires |
US7355358B2 (en) * | 2003-10-23 | 2008-04-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Configurable H-bridge circuit |
JP2005161469A (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-23 | Sony Corp | ロボット装置及びロボット装置のための過電流保護装置 |
WO2007030603A2 (en) | 2005-09-08 | 2007-03-15 | Wms Gaming Inc. | Gaming machine having display with sensory feedback |
US7504785B2 (en) * | 2005-09-09 | 2009-03-17 | Agilent Technologies, Inc. | System for controlling an electrostatic stepper motor |
WO2007117418A2 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Wms Gaming Inc. | Portable wagering game with vibrational cues and feedback mechanism |
CA2651780C (en) * | 2006-05-19 | 2015-03-10 | Mako Surgical Corp. | A method and apparatus for controlling a haptic device |
US7843431B2 (en) * | 2007-04-24 | 2010-11-30 | Irobot Corporation | Control system for a remote vehicle |
US7843426B2 (en) * | 2006-11-15 | 2010-11-30 | Honeywell International Inc. | Active human-machine interface system including interposed sector gears |
US8179202B2 (en) * | 2007-02-16 | 2012-05-15 | Immersion Corporation | Multiple pulse width modulation |
US8621348B2 (en) | 2007-05-25 | 2013-12-31 | Immersion Corporation | Customizing haptic effects on an end user device |
ITMI20091185A1 (it) * | 2009-07-06 | 2011-01-07 | Emanuele Lindo Secco | Metodo di interfacciamento tra un operatore ed un dispositivo robotico e/o protesico multi-articolare per la movimentazione dello stesso |
US8619044B2 (en) * | 2009-09-30 | 2013-12-31 | Blackberry Limited | Electronic device including tactile touch-sensitive display and method of controlling same |
EP2306271B1 (de) | 2009-09-30 | 2015-01-07 | BlackBerry Limited | Elektronische Vorrichtung, die eine taktile, berührungsempfindliche Anzeige enthält, und Verfahren zu deren Steuerung |
US20110148607A1 (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-23 | Charles Timberlake Zeleny | System,device and method for providing haptic technology |
US20120302323A1 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Wms Gaming Inc. | Haptic gaming chairs and wagering game systems and machines with a haptic gaming chair |
US9449456B2 (en) | 2011-06-13 | 2016-09-20 | Bally Gaming, Inc. | Automated gaming chairs and wagering game systems and machines with an automated gaming chair |
US9102400B2 (en) | 2011-10-21 | 2015-08-11 | Sikorsky Aircraft Corporation | Methods and systems for providing constant-feel, multi-axis tactile cues |
DE102011089996B4 (de) * | 2011-12-27 | 2018-02-01 | Continental Automotive Gmbh | Bordnetzsystem und Verfahren zum Betreiben eines Bordnetzsystems |
EP2624100B1 (de) * | 2012-02-01 | 2017-06-14 | Immersion Corporation | Exzenterdrehmassenaktuatoroptimierung für haptische Effekte |
CN104423541B (zh) * | 2013-08-22 | 2017-06-16 | 瑞昱半导体股份有限公司 | 具有触感补偿功能的音频装置及音频使用方法 |
US10298164B2 (en) * | 2014-05-16 | 2019-05-21 | Raytheon Company | Linear actuator force matching using back EMF |
US9632491B1 (en) * | 2014-06-18 | 2017-04-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Reconfigurable drive current system |
US9577562B2 (en) | 2014-12-05 | 2017-02-21 | Raytheon Company | Method and apparatus for back electromotive force (EMF) position sensing in a cryocooler or other system having electromagnetic actuators |
US10613629B2 (en) | 2015-03-27 | 2020-04-07 | Chad Laurendeau | System and method for force feedback interface devices |
JP6697991B2 (ja) * | 2016-09-26 | 2020-05-27 | 株式会社デンソーテン | 入力装置、入力装置の制御方法およびプログラム |
US10732714B2 (en) | 2017-05-08 | 2020-08-04 | Cirrus Logic, Inc. | Integrated haptic system |
US11259121B2 (en) | 2017-07-21 | 2022-02-22 | Cirrus Logic, Inc. | Surface speaker |
CN107606284A (zh) * | 2017-07-27 | 2018-01-19 | 四川安特尼斯自控科技有限公司 | 采用pwm控制调节阀的方法及基于pwm控制的调节阀 |
US10467869B2 (en) * | 2017-07-30 | 2019-11-05 | Immersion Corporation | Apparatus and method for providing boost protection logic |
US10422329B2 (en) | 2017-08-14 | 2019-09-24 | Raytheon Company | Push-pull compressor having ultra-high efficiency for cryocoolers or other systems |
US10455339B2 (en) | 2018-01-19 | 2019-10-22 | Cirrus Logic, Inc. | Always-on detection systems |
US10620704B2 (en) | 2018-01-19 | 2020-04-14 | Cirrus Logic, Inc. | Haptic output systems |
US11139767B2 (en) | 2018-03-22 | 2021-10-05 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatus for driving a transducer |
US10795443B2 (en) | 2018-03-23 | 2020-10-06 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatus for driving a transducer |
US10667051B2 (en) | 2018-03-26 | 2020-05-26 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatus for limiting the excursion of a transducer |
US10820100B2 (en) | 2018-03-26 | 2020-10-27 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatus for limiting the excursion of a transducer |
US10832537B2 (en) | 2018-04-04 | 2020-11-10 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatus for outputting a haptic signal to a haptic transducer |
US11069206B2 (en) | 2018-05-04 | 2021-07-20 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatus for outputting a haptic signal to a haptic transducer |
WO2020010328A1 (en) * | 2018-07-05 | 2020-01-09 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Multi-modal fingertip sensor with proximity, contact, and force localization capabilities |
US11269415B2 (en) | 2018-08-14 | 2022-03-08 | Cirrus Logic, Inc. | Haptic output systems |
GB201817495D0 (en) | 2018-10-26 | 2018-12-12 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | A force sensing system and method |
US20200313529A1 (en) | 2019-03-29 | 2020-10-01 | Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. | Methods and systems for estimating transducer parameters |
US11509292B2 (en) | 2019-03-29 | 2022-11-22 | Cirrus Logic, Inc. | Identifying mechanical impedance of an electromagnetic load using least-mean-squares filter |
US11644370B2 (en) | 2019-03-29 | 2023-05-09 | Cirrus Logic, Inc. | Force sensing with an electromagnetic load |
US10955955B2 (en) | 2019-03-29 | 2021-03-23 | Cirrus Logic, Inc. | Controller for use in a device comprising force sensors |
US10992297B2 (en) | 2019-03-29 | 2021-04-27 | Cirrus Logic, Inc. | Device comprising force sensors |
US10726683B1 (en) | 2019-03-29 | 2020-07-28 | Cirrus Logic, Inc. | Identifying mechanical impedance of an electromagnetic load using a two-tone stimulus |
US10828672B2 (en) | 2019-03-29 | 2020-11-10 | Cirrus Logic, Inc. | Driver circuitry |
US11150733B2 (en) | 2019-06-07 | 2021-10-19 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatuses for providing a haptic output signal to a haptic actuator |
US10976825B2 (en) | 2019-06-07 | 2021-04-13 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and apparatuses for controlling operation of a vibrational output system and/or operation of an input sensor system |
GB2604215B (en) | 2019-06-21 | 2024-01-31 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | A method and apparatus for configuring a plurality of virtual buttons on a device |
US11408787B2 (en) | 2019-10-15 | 2022-08-09 | Cirrus Logic, Inc. | Control methods for a force sensor system |
US11380175B2 (en) | 2019-10-24 | 2022-07-05 | Cirrus Logic, Inc. | Reproducibility of haptic waveform |
US11545951B2 (en) | 2019-12-06 | 2023-01-03 | Cirrus Logic, Inc. | Methods and systems for detecting and managing amplifier instability |
US11662821B2 (en) | 2020-04-16 | 2023-05-30 | Cirrus Logic, Inc. | In-situ monitoring, calibration, and testing of a haptic actuator |
CN112821837B (zh) * | 2021-01-22 | 2023-01-31 | 维沃移动通信有限公司 | 设备控制方法、装置和电子设备 |
US11826910B2 (en) * | 2021-05-20 | 2023-11-28 | Carnegie Mellon University | Direct drive end-effectors with parallel kinematics |
US11933822B2 (en) | 2021-06-16 | 2024-03-19 | Cirrus Logic Inc. | Methods and systems for in-system estimation of actuator parameters |
US11908310B2 (en) | 2021-06-22 | 2024-02-20 | Cirrus Logic Inc. | Methods and systems for detecting and managing unexpected spectral content in an amplifier system |
US11765499B2 (en) | 2021-06-22 | 2023-09-19 | Cirrus Logic Inc. | Methods and systems for managing mixed mode electromechanical actuator drive |
US11552649B1 (en) | 2021-12-03 | 2023-01-10 | Cirrus Logic, Inc. | Analog-to-digital converter-embedded fixed-phase variable gain amplifier stages for dual monitoring paths |
Family Cites Families (99)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2832073A (en) | 1954-11-10 | 1958-04-22 | Hazeltine Research Inc | Control system |
US3157853A (en) | 1957-12-06 | 1964-11-17 | Hirsch Joseph | Tactile communication system |
GB958325A (en) | 1962-07-08 | 1964-05-21 | Communications Patents Ltd | Improvements in or relating to ground-based flight training or simulating apparatus |
US3497668A (en) | 1966-08-25 | 1970-02-24 | Joseph Hirsch | Tactile control system |
US3517446A (en) | 1967-04-19 | 1970-06-30 | Singer General Precision | Vehicle trainer controls and control loading |
US3903614A (en) | 1970-03-27 | 1975-09-09 | Singer Co | Apparatus for simulating aircraft control loading |
US3919691A (en) | 1971-05-26 | 1975-11-11 | Bell Telephone Labor Inc | Tactile man-machine communication system |
US3902687A (en) | 1973-06-25 | 1975-09-02 | Robert E Hightower | Aircraft indicator system |
US3923166A (en) | 1973-10-11 | 1975-12-02 | Nasa | Remote manipulator system |
US4125800A (en) | 1975-09-02 | 1978-11-14 | Contraves Gorez Corporation | Power controller with a modular power output |
US4160508A (en) | 1977-08-19 | 1979-07-10 | Nasa | Controller arm for a remotely related slave arm |
US4236325A (en) | 1978-12-26 | 1980-12-02 | The Singer Company | Simulator control loading inertia compensator |
NL8006091A (nl) | 1980-11-07 | 1982-06-01 | Fokker Bv | Vluchtnabootser. |
US4382217A (en) | 1981-05-15 | 1983-05-03 | Gould Inc. | Starting control circuit for an A.C. motor |
US4599070A (en) | 1981-07-29 | 1986-07-08 | Control Interface Company Limited | Aircraft simulator and simulated control system therefor |
ZA828579B (en) | 1981-12-09 | 1983-09-28 | Sperry Corp | Pulse width modulated control circuit for double solenoid valve |
DE3382431D1 (de) | 1982-01-22 | 1991-11-14 | British Aerospace | Steuerungsgeraet. |
US4477043A (en) | 1982-12-15 | 1984-10-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Biodynamic resistant control stick |
US4581491A (en) | 1984-05-04 | 1986-04-08 | Research Corporation | Wearable tactile sensory aid providing information on voice pitch and intonation patterns |
US4632341A (en) | 1985-02-06 | 1986-12-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Stabilizing force feedback in bio-actuated control systems |
US5078152A (en) | 1985-06-23 | 1992-01-07 | Loredan Biomedical, Inc. | Method for diagnosis and/or training of proprioceptor feedback capabilities in a muscle and joint system of a human patient |
US4713007A (en) | 1985-10-11 | 1987-12-15 | Alban Eugene P | Aircraft controls simulator |
US5275174B1 (en) | 1985-10-30 | 1998-08-04 | Jonathan A Cook | Repetitive strain injury assessment |
NL8503096A (nl) | 1985-11-11 | 1987-06-01 | Fokker Bv | Simulator van mechanische eigenschappen van een besturingssysteem. |
US5103404A (en) | 1985-12-06 | 1992-04-07 | Tensor Development, Inc. | Feedback for a manipulator |
US4891764A (en) | 1985-12-06 | 1990-01-02 | Tensor Development Inc. | Program controlled force measurement and control system |
US4934694A (en) | 1985-12-06 | 1990-06-19 | Mcintosh James L | Computer controlled exercise system |
US4800721A (en) | 1987-02-13 | 1989-01-31 | Caterpillar Inc. | Force feedback lever |
US4758692A (en) | 1987-05-19 | 1988-07-19 | Otto Engineering, Inc. | Joystick type control device |
US5038089A (en) | 1988-03-23 | 1991-08-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Synchronized computational architecture for generalized bilateral control of robot arms |
US4825157A (en) | 1988-05-16 | 1989-04-25 | Mikan Peter J | Hall-effect controller |
NL8801653A (nl) | 1988-06-29 | 1990-01-16 | Stork Kwant Bv | Besturingsstelsel. |
US4930770A (en) | 1988-12-01 | 1990-06-05 | Baker Norman A | Eccentrically loaded computerized positive/negative exercise machine |
US4933584A (en) | 1988-12-22 | 1990-06-12 | General Electric Company | Electronically commutated motor having skewed magnetics |
US4949119A (en) | 1989-01-12 | 1990-08-14 | Atari Games Corporation | Gearshift for a vehicle simulator using computer controlled realistic real world forces |
JPH02185278A (ja) | 1989-01-12 | 1990-07-19 | Taito Corp | 光線銃射撃ゲーム装置 |
US5044956A (en) | 1989-01-12 | 1991-09-03 | Atari Games Corporation | Control device such as a steering wheel for video vehicle simulator with realistic feedback forces |
US5019761A (en) | 1989-02-21 | 1991-05-28 | Kraft Brett W | Force feedback control for backhoe |
US5076517A (en) | 1989-08-14 | 1991-12-31 | United Technologies Corporation | Programmable, linear collective control system for a helicopter |
US4961038A (en) | 1989-10-16 | 1990-10-02 | General Electric Company | Torque estimator for switched reluctance machines |
US5022407A (en) | 1990-01-24 | 1991-06-11 | Topical Testing, Inc. | Apparatus for automated tactile testing |
US5184319A (en) | 1990-02-02 | 1993-02-02 | Kramer James F | Force feedback and textures simulating interface device |
GB9004690D0 (en) | 1990-03-02 | 1990-04-25 | Black & Decker Inc | Flange mounting arrangement |
US5035242A (en) | 1990-04-16 | 1991-07-30 | David Franklin | Method and apparatus for sound responsive tactile stimulation of deaf individuals |
JPH0685820B2 (ja) | 1990-04-25 | 1994-11-02 | 株式会社エポック社 | 体感ゲーム機 |
US5547382A (en) | 1990-06-28 | 1996-08-20 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Riding simulation system for motorcycles |
US5193963A (en) | 1990-10-31 | 1993-03-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Force reflecting hand controller |
US5223776A (en) | 1990-12-31 | 1993-06-29 | Honeywell Inc. | Six-degree virtual pivot controller |
US5142931A (en) | 1991-02-14 | 1992-09-01 | Honeywell Inc. | 3 degree of freedom hand controller |
US5212473A (en) | 1991-02-21 | 1993-05-18 | Typeright Keyboard Corp. | Membrane keyboard and method of using same |
US5334027A (en) | 1991-02-25 | 1994-08-02 | Terry Wherlock | Big game fish training and exercise device and method |
US5194786A (en) | 1991-02-27 | 1993-03-16 | Kollmorgen Corporation | Linear current source amplifier for brushless dc motor |
US5240417A (en) | 1991-03-14 | 1993-08-31 | Atari Games Corporation | System and method for bicycle riding simulation |
EP0580729B1 (de) | 1991-03-21 | 1996-07-10 | Atari Games Corporation | Fahrtsimulator mit überkreuzter netzwerkrückkoppelung |
US5276621A (en) | 1991-05-20 | 1994-01-04 | General Motors Corporation | Quarter car variable force suspension system control |
US5146566A (en) | 1991-05-29 | 1992-09-08 | Ibm Corporation | Input/output system for computer user interface using magnetic levitation |
US5185561A (en) | 1991-07-23 | 1993-02-09 | Digital Equipment Corporation | Torque motor as a tactile feedback device in a computer system |
US5889670A (en) | 1991-10-24 | 1999-03-30 | Immersion Corporation | Method and apparatus for tactilely responsive user interface |
US5271290A (en) | 1991-10-29 | 1993-12-21 | United Kingdom Atomic Energy Authority | Actuator assembly |
US5309140A (en) | 1991-11-26 | 1994-05-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Feedback system for remotely operated vehicles |
US5327790A (en) | 1992-06-19 | 1994-07-12 | Massachusetts Institute Of Technology | Reaction sensing torque actuator |
US5264768A (en) | 1992-10-06 | 1993-11-23 | Honeywell, Inc. | Active hand controller feedback loop |
US5790108A (en) | 1992-10-23 | 1998-08-04 | University Of British Columbia | Controller |
US5629594A (en) | 1992-12-02 | 1997-05-13 | Cybernet Systems Corporation | Force feedback system |
US5785630A (en) | 1993-02-02 | 1998-07-28 | Tectrix Fitness Equipment, Inc. | Interactive exercise apparatus |
US5513100A (en) | 1993-06-10 | 1996-04-30 | The University Of British Columbia | Velocity controller with force feedback stiffness control |
US5466213A (en) | 1993-07-06 | 1995-11-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Interactive robotic therapist |
US5805140A (en) | 1993-07-16 | 1998-09-08 | Immersion Corporation | High bandwidth force feedback interface using voice coils and flexures |
US5734373A (en) * | 1993-07-16 | 1998-03-31 | Immersion Human Interface Corporation | Method and apparatus for controlling force feedback interface systems utilizing a host computer |
US5739811A (en) | 1993-07-16 | 1998-04-14 | Immersion Human Interface Corporation | Method and apparatus for controlling human-computer interface systems providing force feedback |
WO1995002801A1 (en) | 1993-07-16 | 1995-01-26 | Immersion Human Interface | Three-dimensional mechanical mouse |
US5625576A (en) | 1993-10-01 | 1997-04-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Force reflecting haptic interface |
WO1995020787A1 (en) | 1994-01-27 | 1995-08-03 | Exos, Inc. | Multimode feedback display technology |
JP2665313B2 (ja) | 1994-04-22 | 1997-10-22 | 国際電業株式会社 | 反力発生装置 |
US6004134A (en) | 1994-05-19 | 1999-12-21 | Exos, Inc. | Interactive simulation including force feedback |
US6422941B1 (en) | 1994-09-21 | 2002-07-23 | Craig Thorner | Universal tactile feedback system for computer video games and simulations |
US5766016A (en) | 1994-11-14 | 1998-06-16 | Georgia Tech Research Corporation | Surgical simulator and method for simulating surgical procedure |
US5666138A (en) | 1994-11-22 | 1997-09-09 | Culver; Craig F. | Interface control |
US5691898A (en) | 1995-09-27 | 1997-11-25 | Immersion Human Interface Corp. | Safe and low cost computer peripherals with force feedback for consumer applications |
US5687080A (en) | 1995-06-20 | 1997-11-11 | Ziba Design, Inc. | Multiple axis data input apparatus and method |
US5589854A (en) | 1995-06-22 | 1996-12-31 | Tsai; Ming-Chang | Touching feedback device |
US5959613A (en) | 1995-12-01 | 1999-09-28 | Immersion Corporation | Method and apparatus for shaping force signals for a force feedback device |
US5999168A (en) | 1995-09-27 | 1999-12-07 | Immersion Corporation | Haptic accelerator for force feedback computer peripherals |
US6100874A (en) | 1995-11-17 | 2000-08-08 | Immersion Corporation | Force feedback mouse interface |
US6336364B1 (en) * | 1996-01-31 | 2002-01-08 | Hunter Engineering Company | Wheel balancer with wheel rim runout measurement |
US6050718A (en) | 1996-03-28 | 2000-04-18 | Immersion Corporation | Method and apparatus for providing high bandwidth force feedback with improved actuator feel |
US5825808A (en) | 1996-04-04 | 1998-10-20 | General Electric Company | Random parity coding system |
US6111577A (en) | 1996-04-04 | 2000-08-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for determining forces to be applied to a user through a haptic interface |
US5802353A (en) | 1996-06-12 | 1998-09-01 | General Electric Company | Haptic computer modeling system |
US5990869A (en) | 1996-08-20 | 1999-11-23 | Alliance Technologies Corp. | Force feedback mouse |
US5694013A (en) | 1996-09-06 | 1997-12-02 | Ford Global Technologies, Inc. | Force feedback haptic interface for a three-dimensional CAD surface |
JPH114966A (ja) | 1996-10-01 | 1999-01-12 | Sony Computer Entateimento:Kk | ゲーム機用操作装置及びゲーム装置 |
US6154201A (en) | 1996-11-26 | 2000-11-28 | Immersion Corporation | Control knob with multiple degrees of freedom and force feedback |
US6020876A (en) | 1997-04-14 | 2000-02-01 | Immersion Corporation | Force feedback interface with selective disturbance filter |
US6104382A (en) | 1997-10-31 | 2000-08-15 | Immersion Corporation | Force feedback transmission mechanisms |
US6020875A (en) | 1997-10-31 | 2000-02-01 | Immersion Corporation | High fidelity mechanical transmission system and interface device |
US6191796B1 (en) * | 1998-01-21 | 2001-02-20 | Sensable Technologies, Inc. | Method and apparatus for generating and interfacing with rigid and deformable surfaces in a haptic virtual reality environment |
US6219034B1 (en) | 1998-02-23 | 2001-04-17 | Kristofer E. Elbing | Tactile computer interface |
GB2347199A (en) | 1999-02-22 | 2000-08-30 | Haptic Technologies Inc | A hand controller for cursor movement |
-
2000
- 2000-05-05 US US09/565,788 patent/US6762745B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-10 DE DE10022513A patent/DE10022513B4/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-10 GB GB0011216A patent/GB2350698B/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10153111A1 (de) * | 2001-07-20 | 2003-02-06 | Jennifer Harden | Vorrichtung zur Übertragung einer Kraftwirkung |
DE10153111B4 (de) * | 2001-07-20 | 2007-04-12 | Jennifer Harden | Vorrichtung zur Übertragung einer Kraftwirkung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2350698B (en) | 2003-11-12 |
GB2350698A (en) | 2000-12-06 |
GB0011216D0 (en) | 2000-06-28 |
DE10022513B4 (de) | 2011-02-24 |
US6762745B1 (en) | 2004-07-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10022513B4 (de) | Aktuatorsteuerung zur Bereitstellung einer linearen und kontinuierlichen Kraftausgabe | |
DE10004372B4 (de) | Gestaltung von Kraftempfindungen für Computeranwendungen mit Geräuschen | |
DE69635902T2 (de) | Verfahren und einrichtung zur kraftrückkopplung für eine graphische benutzerschnittstelle | |
DE69724416T2 (de) | Zeigersteuerung mit benutzerrückführungsmechanismus | |
DE60311608T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Schalten der Steuerung zwischen verbundenen Vorrichtungen | |
US8519948B2 (en) | Control schemes for haptic feedback interface devices | |
CA2263988A1 (en) | Force feedback mouse | |
US6342880B2 (en) | Force feedback system including multiple force processors | |
DE69233133T2 (de) | Gerät zur auf einem Anzeigeschirm angezeigten Manipulation eines Objektes | |
DE102010030974A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Verwalten der Funktionen von Peripheriegeräten | |
Galambos | Vibrotactile feedback for haptics and telemanipulation: Survey, concept and experiment | |
DE112014004646T5 (de) | Kraftsensor mit haptischer Rückmeldung | |
DE19917660A1 (de) | Verfahren und Eingabeeinrichtung zum Steuern der Lage eines in einer virtuellen Realität graphisch darzustellenden Objekts | |
CN105787872B (zh) | 图像处理装置、图像处理装置的控制方法 | |
DE102019117336A1 (de) | Mehrmodus-rollrad für ein eingabesystem | |
DE10234137A1 (de) | System und Verfahren, um Benutzern zu ermöglichen, graphische Bilder zu editieren | |
EP1194005B1 (de) | Verfahren zur Einstellung einer Übertragungscharakteristik einer elektronischen Schaltung | |
DE112011100233T5 (de) | System und Verfahren zum visuellen Anzeigen von Aktionen-pro-Minute-Informationen unter Verwendung von Beleuchtung | |
DE102017218120A1 (de) | Verfahren zur Bereitstellung einer haptischen Rückmeldung an einen Bediener einer berührungssensitiven Anzeigeeinrichtung | |
DE112017001781T5 (de) | Informationsverarbeitungsvorrichtung, Informationsverarbeitungsverfahren und nicht transientes, computerlesbares Medium | |
DE102017204351A1 (de) | Manuell betätigbare taktile Ein-/Ausgabeeinrichtung und deren Betriebsverfahren sowie Datenverarbeitungsanlage | |
CN109617969A (zh) | 指甲美化图共享方法、装置、存储介质及系统 | |
DE112019002798T5 (de) | Informationsverarbeitungsvorrichtung, informationsverabeitungsverfahren und programm | |
EP1019800B1 (de) | System zum erfassen und zum verarbeiten von benutzer-eingaben | |
DE102004012035A1 (de) | Bilderzeugungssystem-Steuerfeldverfahren und Vorrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: BRAUN, ADAM C., SUNNYVALE, CALIF., US TIERLING, KOLLIN M., MILPITAS, CALIF., US SCHENA, BRUCE M., MENLO PARK, CALIF., US |
|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: FIENER, J., PAT.-ANW., 87719 MINDELHEIM |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G06F 3/01 AFI20051017BHDE |
|
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110619 |
|
R071 | Expiry of right |