▶ マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】触覚コントローラ
(51)【国際特許分類】
G06F 3/01 20060101AFI20240910BHJP
【ＦＩ】
G06F3/01 560
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021573457
(86)(22)【出願日】2020-04-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-15
(86)【国際出願番号】 US2020030008
(87)【国際公開番号】W WO2020251667
(87)【国際公開日】2020-12-17
【審査請求日】2023-03-16
(31)【優先権主張番号】16/439,596
(32)【優先日】2019-06-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】314015767
【氏名又は名称】マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】シンクレア，マイケル ジャック
(72)【発明者】
【氏名】ゴンザレス フランコ，マル
(72)【発明者】
【氏名】ホルツ，クリスチャン
(72)【発明者】
【氏名】オブエク，エヤル
【審査官】塩屋 雅弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－０４８６５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１１５３５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ ３／０１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベースと、前記ベースに回転的に固定され、共通の軸の周りで回転するように構成される、第１及び第２のキャプスタンと、
前記第１及び第２のキャプスタンの間に接続されるエネルギ貯蔵機構と、
前記第１のキャプスタンに固定されるユーザ係合アセンブリと、
前記第１のキャプスタンの周りに巻かれ、前記ベースに対して固定される第１の端と、前記ベースに対して固定される第１のアクチュエータに固定される第２の端とを有する、第１のコードと、
前記第２のキャプスタンの周りに巻かれ、前記ベースに対して固定される第１の端と、前記ベースに対して固定される第２のアクチュエータに固定される第２の端とを有する、第２のコードと、
前記第１及び第２のキャプスタンが受ける回転摩擦を制御することによって前記ユーザ係合アセンブリに加えられる回転力を制御するように構成されるコントローラと、を含む、
デバイス。
【請求項2】
前記ベースは、ハンドル、副木、又は手袋を更に含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記ハンドルは、前記共通の軸と同一の広がりを持つ、請求項２に記載のデバイス。
【請求項4】
前記第１及び第２のキャプスタンの高さ及び幅は同一であるか、或いは、前記第１及び第２のキャプスタンの高さ及び／又は幅は異なる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項5】
前記第１及び第２のキャプスタンは、前記共通の軸に沿って細長いか、或いは、前記第１及び第２のキャプスタンは、前記共通の軸に対して横方向に平坦化されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項6】
前記第１及び第２のキャプスタンは、溝付きである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項7】
前記第１及び第２のキャプスタンは、螺旋パターンにおいて溝付きである、請求項６に記載のデバイス。
【請求項8】
前記第１及び第２のキャプスタンは、渦巻きパターンにおいて溝付きである、請求項６に記載のデバイス。
【請求項9】
前記第１及び第２のキャプスタンは、前記第１及び第２のコードの直径と等しい直径を有する螺旋溝を画定する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項10】
前記第１及び第２のキャプスタンの材料並びに前記第１及び第２のコードの材料は、互いの１０％である静摩擦係数及び動摩擦係数を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項11】
前記第１及び第２のアクチュエータは、第１及び第２の捩れストリングアクチュエータを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項12】
前記エネルギ貯蔵機構は、バネを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項13】
前記ユーザ係合アセンブリは、アームと、指リングとを含むか、或いは、前記ユーザ係合アセンブリは、アームと、ハンドループとを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項14】
前記ベースに対する前記アームの角度向き及び／又は前記ベースに対する前記アームの回転を感知するように構成されるセンサを更に含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項15】
ベースに回転的に固定され、共通の軸の周りで回転するように構成される、第１及び第２のキャプスタンと、前記第１及び第２のキャプスタンの間に接続されるエネルギ貯蔵機構と、
前記第１のキャプスタンに固定されるユーザ係合アセンブリと、
前記第１及び第２のキャプスタンが受ける回転摩擦を制御することによって前記ユーザ係合アセンブリに加えられる回転力を制御するように構成されるコントローラと、を含む、
デバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
現実の生活において、人間は手を使って物体と相互作用(対話)する傾向がある。人間はそのような物体に手を伸ばし、触れ、掴み、操作し且つ解放する傾向がある。しかしながら、仮想現実（ＶＲ）において、仮想オブジェクトとのそのような粒の細かい相互作用は、今日では一般に可能でない。相互作用のために一般に使用される市販のＶＲコントローラは、現実的な触覚フィードバックを与え(render)、そのような自然な使用をサポートする能力を欠いている。
【0002】
ＶＲにおける現実的な相互作用の文脈における触覚コントローラの研究が近年普及してきて、手袋の触覚付与能力(haptic rendering capabilities)と競合する様々なプロトタイプを生成した。仮想オブジェクトと相互作用するときにより自然な触覚体験を提供するために、個々のコントローラは、接触、ドラッグ、片手把持及び両手掴みに応答して、フィードバックを与えるように設計されている。これらのコントローラの全ては、妥当な忠実度の触覚知覚(haptic sensations)を生成するための複雑な機構(メカニズム)を含む。
【0003】
現実的な方法において仮想オブジェクトについての触覚を首尾よく与えることの主な制約は、コントローラが、相互作用中にヒューマンスケールの力を生成し且つそれに耐え、特にコントローラに対する力が潜在的に最も高いときにオブジェクトを把握し且つ狭窄するときに、フィードバックを与える際に持続するように構築されなければならないことである。ハンドヘルドコントローラに対するそのような大きさの力を達成することは、特にそのようなデバイスはグラウンド(接地)されない傾向があるので、困難である。
【0004】
研究は強力な把持フィードバックをもたらす様々なコントローラを導入した。１つの解決策は、強力なサーボモータを備える能動機構を使用することであり、それは重く、高価で、頑健(ロバスト)でなく、電力不足(power-hungry)の設計をもたらす。代替案は、ユーザがブレーキを用いて加えた力に抵抗し、プログラム可能な点で入力の動きを停止することであり、それは高い力を維持することができるが、特定の点では把持をロックし、手動解除を必要とする。このオンオフロックは、剛性(rigid)オブジェクトを把持するのにはよいが、コンプライアントな(compliant)オブジェクト又はコンピュータ制御された解除を必要とする剛性オブジェクトを与えること（例えば、一缶の又は一杯の水を粉砕すること）には不十分である。本概念は、これらの問題及び／又は他の問題のいずれにも対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【0005】
添付の図面は、本概念の実装を図示している。図示する実施形態の構成は、添付の図面と共に以下の記述を参照することによって、より容易に理解されることができる。同等の要素を示すことが可能な場合は、様々な図面において同等の参照番号が使用される。場合によっては、同等の要素を区別するために、参照番号の後に括弧が利用される。関連する括弧のない参照番号の使用は、その要素に総称的である。添付の図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。図において、参照番号の左端の桁は、参照番号が最初に現れる図を特定している。明細書及び図面中の異なるインスタンスにおける類似の参照番号の使用は、類似の又は同一の項目を示すことがある。
【0006】
【図1】本概念の幾つかの実装と一致する、エネルギ貯蔵抵抗触覚制御概念を利用することができる例示的なシステムを示している。
【0007】
【図2】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なエネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラの斜視図を示している。
【図3】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なキャプスタンに関する概略的な力図を示している。
【図4】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なエネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラの斜視図を示している。
【図5】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なエネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラの斜視図を示している。
【図6】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なエネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラの斜視図を示している。
【図7】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なエネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラの斜視図を示している。
【0008】
【図8】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なアクチュエータの立面図を示している。
【0009】
【図9】本概念の幾つかの実装と一致するエネルギ貯蔵抵抗触覚制御概念を利用することができる例示的なシステムを示している。
【0010】
【図10】本概念の幾つかの実装と一致する、例示的なエネルギ貯蔵抵抗触覚制御方法のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本概念は、（拡張現実及び／又は混合現実を含む）仮想現実環境及び／又は自然運動をシミュレートする他の環境において使用することができるエネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラ(energy-storing resistive haptic controller)に関する。エネルギ貯蔵抵抗触覚コントローラ又はＥＳＲ触覚コントローラは、ユーザの指、手、手首、腕、頭／首、脚などに関するような、様々な使用シナリオのために構成されることができる。幾つかの構成において、ＥＳＲ触覚コントローラは、粒度の細かい器用さの操作を用いて仮想オブジェクトを操作するためにユーザの手と協働して使用することができる、ハンドヘルド剛性自然ユーザインターフェース（ＮＵＩ）として現れることがある。ＥＳＲ触覚コントローラは、多目的触感(tactile)体験を提供することもできる。例えば、ＥＳＲ触覚コントローラは、ＶＲ環境において、剛性オブジェクト及びコンプライアントオブジェクトの両方に触れ且つそれらを把持するための触覚フィードバックを与える、力に抵抗する(force resisting)グラウンドされていない(ungrounded)触覚コントローラとして現れることができる。以前のコントローラとは対照的に、本発明のＥＳＲ触覚コントローラの実装は、大きな、高力の、電気消費的な、及び／又は高価なアクチュエータを使用することなく、ヒューマンスケール(人間規模)(human-scale)の力を与えることができる。
【0012】
本概念は、ヒューマンスケールの力を維持できるＥＳＲ触覚コントローラを提供することができる。ＥＳＲ触覚コントローラは、制御されたブレーキ技術を利用して、様々な剛性及び／又はコンプライアンス(compliance)レベルで把持フィードバックを与えることができる。触覚のための抵抗デバイスは、安定性、安全性、電力要件、複雑性、速さ、デバイス重量当たりの力、及び／又はコストの領域において、能動的な直接モータ触覚に対して利点を有する。ＥＳＲ触覚コントローラは、可変純抵抗力を生成するキャプスタンベースのブレーキと、コンプライアンスの知覚のために内蔵バネの貯蔵エネルギを出力することができるクラッチ可能なバネとを利用することができる。キャプスタンブレーキにクラッチ付きバネのこの二重性(duality)は、二値(バイナリ)ブレーキ又はバネの制限を超える特異なＥＳＲ触覚コントローラを生成することができ、ヒューマンスケールの力を示すこともできる。
【0013】
図１は、本概念の幾つかの実装と一致する仮想現実システム１００を図示している。仮想現実システム１００は、基地局１０２を含むことができる。基地局１０２は、ユーザ１０４からの入力を受信及び処理すること、ユーザ１０４へのフィードバックを生成及び出力することを含む、仮想現実世界を生成及び実行するためのハードウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。基地局１０２は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバ、ゲーム機、スマートフォン、タブレット、ノートブック、自動車、シミュレータ等を含む、任意のコンピューティングデバイスであってよい。
【0014】
幾つかの実装において、仮想現実システム１００は、ヘッドセット１０６（又は他のスマートウェアラブル）を含むことができる。ヘッドセット１０６は、例えば、仮想現実、実世界（例えば、シーン）、及び／又はユーザに関する情報を受信することができるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）であってよい。幾つかの実装において、ヘッドセット１０６は、基地局１０２及び／又はヘッドセット１０６に入力を提供するための（図１には示されていない）１つ以上のセンサを含んでよい。センサは、例えば、加速度計、ジャイロスコープ、カメラ、マイクロホン等を含むことがある。従って、ヘッドセット１０６は、ユーザの周囲のオブジェクト、ユーザの頭の位置、ユーザの頭が向いている方向、ユーザの眼が開いているか閉じているか、ユーザの眼がどの方向を見ているか等を検出することができることがある。ヘッドセットは、オーディオ及び／又はビジュアルデータのようなデータをユーザ１０４に提示する能力を有することができる。
【0015】
仮想現実システム１００は、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８を更に含むことができる。ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、ベースアセンブリ１１０、係合アセンブリ１１２、及び／又はキャプスタンアセンブリ１１４を含むことができる。本発明の概念と一致して、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、ユーザ１０４が自分の手１１６に保持し、ベースステーション１０２及び／又はヘッドセット１０６に入力及び／又は出力を提供するために指１１８の１つ以上で操作することができる、ハンドヘルドデバイスであってよい。（他の実装において、ＥＳＲ触覚コントローラは、他の身体部分と協働するように構成されてよい）。ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、ヘッドセット１０６及び／又は基地局１０２と協働して機能して、ユーザのために現実的な拡張体験を作り出すことがある。例えば、ヘッドセット１０６は、ボールなどのオブジェクトを保持するユーザに示してよく、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、ボールを狭窄するユーザの知覚を模倣してよい。上述のように（並びに以下でより詳細に記載するように）、ＥＳＲ触覚コントローラは、フォームボール又はテニスボールのような弾性ボールを圧搾することに比較して、粘土のボールのような非弾性ボールを圧搾することを模倣するために、異なるユーザ知覚を作り出すことができる。
【0016】
簡潔には、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、指の動き及び／又は力を直接的に及び／又は間接的に感知することがある。同様に、ＥＳＲ触覚コントローラは、指１１８に力を加えることがある。更に、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、基地局１０２及び／又はヘッドセット１０６によって実行されている仮想現実世界から触覚情報を受信してよく、１つ以上のユーザの指１１８の１つ以上に触覚情報を与え且つ／或いはユーザの指からの情報を基地局１０２及び／又はヘッドセット１０６に情報を送信して戻すことができる。この場合、触覚情報は、他の指と親指がＥＳＲ触覚コントローラを握っている状態のユーザの示指に関することができる。他の構成において、係合アセンブリ１１２は、例えば、より多くの指及び／又は異なる指及び／又は親指を収容することがある。
【0017】
図示するシステム実装は、基地局１０２、ヘッドセット１０６、及びＥＳＲ触覚コントローラ１０８を含むことに留意のこと。他のシステム実装が考えられる。例えば、ヘッドセット１０６は、基地局の機能を実行するロバストな自己充足型デバイスであることができる。そのような場合には、例えば、ヘッドセット１０６及びＥＳＲ触覚コントローラ１０８を用いて、記載する機能性を達成することができる。更に、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、説明の目的のために本明細書で提供される拡張現実シナリオを超える他のシナリオで利用されることができる。場合によっては、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、ロバストな自己充足型デバイスであることができる。他の場合には、ＥＳＲ触覚コントローラは、ＥＳＲ触覚コントローラに代わって幾つかの機能性を実行するために、ヘッドセット又は基地局のような他のデバイスに依存することができる。
【0018】
人間の肢に直接的に力を加える殆どの従来的な触覚コントローラは、電気機械的能動型である。すなわち、それらは加えられる電気信号からヒューマンスケールの力又はトルクを能動的に生成する。それらは電気エネルギを必要とされる力又はトルクに直接的に変換する。これは力を作り出すために大きな電力を必要とする。アクティブアクチュエータは、特に触覚学を用いるモバイルデバイスにおいて、多くの場合、必要とされる大きな力を生成するために減速される小さな電気モータで構成される。これは、遅い作動速度、大きなバッテリ電力要求、人間が加える過度の力によって損なわれる得る脆弱なデバイス、及び／又はこれらの問題の組み合わせを引き起こし得る。
【0019】
従来の触覚コントローラは、安全上の問題、場合により指を挟むことも引き起こし得る。対照的に、本実装は、外部の機械的運動（人間の入力）に抵抗するために抵抗アクチュエータを利用することができる。この抵抗アクチュエータは、より大きな抵抗力で人間の肢の動きに対する触覚応答を供給することができる一方で、従来のギアボックスにサーボを加えた解決策よりも遙かに少ない電力を消費し、より高速で動作し且つ／或いは抵抗アクチュエータに過剰な力を加えるユーザによって損なわれない（例えば、ＥＳＲ触覚コントローラは、ユーザがＥＳＲ触覚コントローラに過剰な力を利用する場合に破壊する前にスリップすることによって内蔵フォールトトレランス(故障許容)を提供することができる）。従来の抵抗触覚デバイスは、エネルギ貯蔵の手段に関しては何も提供しない。本概念は、バネをシミュレートする能力を提供し、非剛性（スキッシュ）仮想オブジェクトをシミュレートすることができる。よって、本ＥＳＲ触覚コントローラは、ユーザの動きに対する抵抗ブレーキ、及びユーザの動きからのエネルギ貯蔵を提供することができる。すなわち、例えば、ユーザは、エネルギをシステムに供給することができる。この組み合わせは、非弾性仮想オブジェクト及び弾性仮想オブジェクトの両方を狭窄するときに、ユーザにより現実的な経験を提供することができる。
【0020】
図２は、第１及び第２のキャプスタン２０２を含むことができるＥＳＲ触覚コントローラ１０８を示している。この場合、第１のキャプスタン２０２（１）は、バネキャプスタン２０４として作動することができ、第２のキャプスタン２０２（２）は、ブレーキキャプスタン２０６として作動することができる。触覚コントローラ１０８は、他の要素の中でも、ベース２０８、ハンドル２１０、キャプスタンアーム２１２、指の長さ調整機構２１４、指リング２１６(指輪)、エンコーダギヤ２１８、バネキャプスタン２０４用のコード２２０、ブレーキキャプスタン２０６用のコード２２２、ブレーキコードグラウンド（例えば、ブレーキキャプスタングラウンド）２２４、バネコードグラウンド（例えば、バネコードグラウンド）２２６、ブレーキアクチュエータ２２８、バネアクチュエータ２３０、エンコーダ２３２、及び／又はハンドストラップ２３４を含むこともできる。この場合、ブレーキアクチュエータ２２８及びバネアクチュエータ２３０は、捩れストリング(twisted string)アクチュエータ２３５として現れ、それらは図８に関してより詳細に議論される。
【0021】
ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、（この視野において直接的に見えない）エネルギ貯蔵機構２３６、（ベースの下面にあり、この視野において直接的に見えない）コントローラ２３８、及び／又は通信コンポーネント２４０を含むこともできる。エネルギ貯蔵機構２３６は、第１のキャプスタン２０２と第２のキャプスタン２０２との間に接続されることができる。エネルギ貯蔵機構２３６は、図３及び図４において明らかである。通信コンポーネント２４０は、ワイヤを介した或いはワイヤレスの、コントローラ２３８と基地局１０２及び／又はヘッドセット１０６のような他のデバイスとの間の通信を容易にすることができる。
【0022】
係合アセンブリ１１２は、センサ２４２及び／又は出力デバイス２４４を含むことができ、それらの両方は、この場合、指リング２１６上に位置付けられ、コントローラ２３８に通信的に結合されることができる。センサは、とりわけ、加速度計、ジャイロスコープ、カメラ、マイクロホン、及び／又は圧力センサのいずれかを含むことができる。ＥＳＲ触覚コントローラ１０８は、６軸センサのような他のセンサを含むこともできる。
【0023】
出力デバイス２４４は、ユーザに提供される触覚フィードバックを増大させることができるスピーカ、ブザー、アクチュエータ等であることができる。例えば、ユーザが仮想の空のアルミニウム飲料缶を押し潰すシナリオにおいて、キャプスタンアセンブリ１１４は、ユーザが感じると予想する抵抗を提供することができる一方で、出力デバイスは、音及び／又は振動を介して缶を潰すことに関連する「しわ(crinkling)」を提供する。
【0024】
上述のように、場合によっては、出力デバイス２４４は、アクチュエータであることができる。例えば、アクチュエータは、ＶＣＡの慣性質量に関して広帯域振動触覚作動力(wide-band vibrotactile actuation forces)を提供することができるボイスコイルアクチュエータ（ＶＣＡ）であってよい。アクチュエータは、触覚フィードバックを提供する音（場合によっては、人間が聴くことのできる音ではなく、音声スペクトル内の振動）を再生することができる。例えば、ＶＣＡは、直径９ｍｍのボイスコイルを含んでよく、５５～７５デシベルの音圧レベルを生成することができてよい。よって、アクチュエータは、力及び固有受容を含む、運動感覚知覚(kinesthetic perception)を提供することができる。
【0025】
コントローラ２３８は、コントローラに格納された、且つ／或いは基地局１０２及び／又はヘッドセット１０６のような他のデバイスから通信された、コンピュータ可読命令に基づいて、ブレーキアクチュエータ２２８、バネアクチュエータ２３０、及び／又は出力デバイス２４４を制御することができる。よって、コントローラ２３８は、人間の指の動きに抵抗するためのプログラム可能なブレーキの抵抗摩擦を促進することができる。例えば、ユーザの動作に応答して、コントローラ２３８は、エネルギをエネルギ貯蔵機構２３６内に貯蔵させるような方法で、ブレーキアクチュエータ２２８を介してブレーキキャプスタン２０６を制御し、バネアクチュエータ２３０を介してバネキャプスタン２０４を制御することができる。例えば、コントローラ２３８は、ブレーキキャプスタン２０６とはわずかに異なる回転抵抗をバネキャプスタン２０４上で作り出すことができる。この差は、エネルギ貯蔵機構を負荷(ロード)することができる。コントローラ２３８は、ユーザが彼らの握りを減少させるときに、この貯蔵されたエネルギが「弾性」感触を作り出すことを可能にする。これらの概念の適用は、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８が、他の潜在的な利点の中でも、実施するための低コスト、簡単、安全、ヒューマンスケールの力で作動、低い待ち時間、高速、及び低電力要求のような、特徴を提供することを可能にする。これらの機能は、以下で更に詳細に議論される。
【0026】
図示の構成は、第１のキャプスタン２０２及び第２のキャプスタン２０２を利用して、単一の指に関連する指の動きに対する抵抗を提供することに留意のこと。追加のキャプスタン２０２を追加して、追加の指及び／又は親指についての抵抗を提供することができる。例えば、別の実装は、ベース２０８に回転的に固定され、第１及び第２のキャプスタンと同じ又は異なる軸の周りを回転するように構成された、第３及び第４のキャプスタン２０２を介して、別の指に対する別個の抵抗を提供することができる。第３のキャプスタンと第４のキャプスタンとの間に第２のエネルギ貯蔵機構を接続することができる。第２のユーザ係合アセンブリを第３のキャプスタンに固定することができる。第３のコードが、第３のキャプスタンの周囲に巻き付けられることができ、第３のコードは、ベースに対して固定される第１の端と、ベースに対して固定される第３のアクチュエータに固定される第２の端とを有する。第４のコードが、第４のキャプスタンの周囲に巻き付けられることができ、第４のコードは、ベースに固定される第１の端と、ベースに対して固定される第４のアクチュエータに固定される第２の端とを有する。コントローラは、第１の指に対して第１のキャプスタン及び第２のキャプスタンを制御することができ、第２の指に対しては第３のキャプスタン及び第４のキャプスタンを制御することができる。更に他の実施形態は、ユーザの手に対して作動し、（例えば、手と前腕との間の）手首関節での動きに抵抗する、ように構成されることができる。他の付属物（例えば、関節）のために、類似の実装が構成されることができる。例えば、キャプスタンは、他の構成の中でも、手ループ又は脚ループを有する副木(splint)において、或いは手袋において実装されることができる。
【0027】
図３は、キャプスタン２０２（２）、コード２２２、ブレーキキャプスタングラウンド２２４（ブレーキキャプスタン接地）、及びブレーキアクチュエータ２２８の関係を示している。キャプスタン２０２（２）は、ブレーキキャプスタンとして機能することができる。ブレーキキャプスタンは、コードで巻かれたキャプスタン（ドラム）の対数力関係を利用することができる。この力関係において、コード－キャプスタン摩擦は、固定総巻角(wind angle)（φ）及びコードとキャプスタンドラムとの間の固定相互摩擦係数に依存する。
【0028】
【数0001】
【0029】
【数0002】
【0030】
この実施において、ブレーキキャプスタングラウンド２２４は、より高い張力（Ｔｌｏａｄ）を提供することができ、ブレーキアクチュエータ２２８は、より低い張力（Ｔｈｏｌｄ）を提供することができる。
【0031】
図４は、力の方程式と共に、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８のブレーキキャプスタンの態様の一部の概略図を示している。（バネキャプスタン及びエネルギ貯蔵機構は含まれない）。コードがキャプスタンドラムに関して移動する殆どのキャプスタンシステムとは異なり、幾つかのＥＳＲ触覚コントローラ実装におけるキャプスタンは、ユーザの指によって回転される。ブレーキアクチュエータ２２８は、コードに対して低い張力（Ｔｈｏｌｄ）を加えることができ、コードのより高い張力（Ｔｌｏａｄ）側は、ブレーキキャプスタングラウンド２２４によってＥＳＲ触覚コントローラ１０８に固定（接地）される。よって、ユーザが、小さなアクチュエータ張力の状態で或いはＴｈｏｌｄアクチュエータ張力がない状態で、キャプスタンを反時計回り方向に回転させようとすると、キャプスタン２０２（２）は、多かれ少なかれ自由に回転することができる。Ｔｈｏｌｄ張力がブレーキアクチュエータ２２８によって増加されるにつれて、Ｔｌｏａｄは指数関数的に増加し、キャプスタン２０２（２）を反時計回り方向に回転させるのをより困難にする。
【0032】
【数0003】
【0033】
【数0004】
【0034】
【数0005】
【0035】
【数0006】
【0036】
ユーザがキャプスタン２０２（２）を時計方向に回転させると、キャプスタン２０２（２）のコード出口点をブレーキアクチュエータ２２８に近づけることによって、Ｔｈｏｌｄは自動的に低減される。キャプスタン（指開口）の方向を逆転することによってＴｈｏｌｄが自動的に解放すると、幾つかの実装は、回転の方向に依存して非常に非対称な力を利用することができる。この構成は、指が閉じるとプログラムされた力を可能にし、抵抗力が望まれない場所で指が開くと低い力を可能にする。これらの態様及び他の態様は、図５～図７に関連して以下の議論において拡張される。
【0037】
図５～図７は、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８の幾つかの実装の幾つかの構成に関するさらなる詳細を集合的に示している。図５はキャプスタンアセンブリ１１４の分解図を示している。エネルギ貯蔵機構２３６は、バネキャプスタン２０４とブレーキキャプスタン２０６との間で明らかである。この例において、エネルギ貯蔵機構２３６は、捻りバネのような、バネ５０２として現れる。バネ５０２の一端が、５０４で示されるように、バネキャプスタン２０４に接続され、バネ５０２の他端が、５０６で示されるように、ブレーキキャプスタン２０６に接続される。
【0038】
この場合、バネキャプスタン２０４及びブレーキキャプスタン２０６は、ｚ基準軸に対して平行な共通の回転軸に沿って垂直に積み重ねられる（例えば、同一の広がりを持つ）。更に、バネキャプスタン２０４及びブレーキキャプスタン２０６は、（例えば、ｘｙ基準平面で測定された）同じ直径を有するが、他の実装は、異なる直径を有することができる。この場合、バネキャプスタン２０４及びブレーキキャプスタン２０６は、垂直方向（例えば、ｚ基準方向）に高さが伸びており、その中に形成された溝５０８（例えば、螺旋パターンを有する溝）を有する。溝５０８は、コード２２０及び２２２の直径にほぼ等しい（例えば、張力状態でコードの直径のプラス又はマイナス２０％の）直径を有することができる。コード２２０は、バネキャプスタングラウンド２２６からバネアクチュエータ２３０へ溝５０８（１）の周囲に巻き付けられることができる。同様に、コード２２２は、ブレーキキャプスタングラウンド２２４からブレーキアクチュエータ２２８へ溝５０８（２）の周囲に巻き付けられることができる。溝５０８は、コードがそれ自体の上に巻かれる可能性を減らし且つ／或いは排除し、それによって、キャプスタンを動作不能にする。この目的のために、幾つかの実装では、コードが溝の中に嵌まって、コードがそれ自体の上に重なり合うあらゆる可能性を更に減少させるように、溝は、溝の幅よりも深くあることができる。
【0039】
１つの観点から、図示の実装は、線形ブレーキ(リニアブレーキ)として使用される改良されたキャプスタン構成と、触覚フィードバックにおいてコンプライアンス(compliance)及びプッシュバック(push-back)を与えるために同じキャプスタンベースのブレーキアプローチを使用する可変剛性バネ機構とを提供することもできる。これは、低コストで、低い待ち時間で、安価且つ簡単な捩りバネアクチュエータを用いて達成されることができ、捻りバネアクチュエータの低力は、エネルギ貯蔵機構によって拡大される。この態様は、以下に記載される。
【0040】
バネキャプスタン２０４又はブレーキキャプスタン２０６のいずれかをバネキャプスタン２０４及びブレーキキャプスタン２０６の他方に対して回転させることは、バネ５０２に力を加えることができる。力は、バネ５０２に貯蔵され、その後、解放されることができる。例えば、ユーザは、キャプスタンアーム２１２に力を加えて、キャプスタンアームを回転させてよい（例えば、把持又は狭窄運動）。ブレーキキャプスタンの回転に対する抵抗は、ブレーキアクチュエータによって設定されることができる。キャプスタンアーム２１２をブレーキキャプスタン２０６に固定できることを思い出されたい。キャプスタンアーム２１２を回転させることは、バネキャプスタン２０４が静止したままであるか或いはバネアクチュエータに対する張力によって制御される故により少なく回転する間に、ブレーキキャプスタン２０６を回転させることができる。これはバネ５０２に力を加えることができ、それは（ユーザからの）エネルギをバネ内に貯蔵させることができる。この貯蔵されたエネルギは、キャプスタンアーム２１２で反対の回転力を生成して、弾性オブジェクト（例えば、フォームボール）を圧搾することを模倣することができる。
【0041】
バネキャプスタン２０４及びブレーキキャプスタン２０６は、任意の固体材料から形成されることができる。溝は、キャプスタンが形成された後に成形される或いは機械加工されることのような様々な方法において形成されることができる。コード２２０及び２２２は、ポリマ、コポリマ、金属等のような、様々な材料から形成されることができる。コードは、（例えば、包装された(wrapped)又は編んだ(braided)）単一ストランド又はマルチストランドであることができる。キャプスタン及びコード材料の任意の組み合わせを利用することができるが、幾つかの実施形態は、特定の特性を示す材料のペアを選択することができる。この態様は、以下により詳細に記載される。
【0042】
殆どのキャプスタンシステムと同様に、コードとキャプスタン（例えば、ドラム）との間の摩擦関係は、静的（コードに関して移動しないキャプスタン）又は動的（回転するキャプスタン）のいずれかである傾向があり、通常、キャプスタンを使用する殆どの用途で非常に異なることに留意のこと。幾つかの実装は、例えば、２０％以下のような又は１０％以下でさえあるような、キャプスタン及びコードの静摩擦係数とキャプスタン及びコードの運動摩擦係数又は動的摩擦係数との間に比較的小さな差を有する、キャプスタン及びコードのための材料のペアを選択することができる。静摩擦と動摩擦との間の比較的小さな差及びヒステリシス（小さなスティックスリップ係数）は、単に二値（オン／オフ）モードではなく、直線的な方法におけるブレーキの作動を可能にすることができる。
【0043】
材料のペアの一例は、ベクトラン（Celanese CorporationからのＬＣＤプラスチック）コードと共にドラム材料のためのアセタール（例えば、デルリン（登録商標））を含むことができる。この組み合わせは、ほぼ直線的なブレーキ操作が可能にすることができる。更に、アセタールでの滑りやすさの他に、ベクトランは、非常に高い伸縮抵抗及び低いクリープ(creep)を有する。
【0044】
図３及び図４に関して上述したように、ユーザがキャプスタン２０２（２）を時計方向に回転させると、キャプスタン２０２（２）のコード出口点をブレーキアクチュエータ２２８により近く移動させることによって、Ｔｈｏｌｄが自動的に低減されることを思い出されたい。キャプスタン（指開口）の方向を逆転させることによってＴｈｏｌｄを自動的に解放することで、幾つかの実装は、回転方向に依存する高度に非対称な力を利用することができる。この構成は、指が閉じるときにプログラムされた力を可能にし、抵抗力が望まれない場所で指が開くときに低い力を可能にする。
【0045】
しかしながら、実際には、キャプスタン２０４、２０６に対するコード２２０、２２２の付着力(sticking force)は、強い閉鎖力事象の後に存在し得るので、ユーザが指を開くときに、実際には、全ての張力が解放されない。これは、少なくとも部分的には、キャプスタンの柔らかいアセタールに部分的に着座しているベクトランコードの織物(weave)に起因する。
【0046】
付着力に対する１つの解決策は、指位置エンコーダ２３２で達成されることができる。指位置エンコーダは、ベース２０８上の点に対するキャプスタンアーム２１２の角度向きを提供することができる。指位置エンコーダ２３２からの情報が、ユーザが指を開いていることを示すとき、コントローラ２３８は、ブレーキアクチュエータ２２８に小さな逆パルスを加えることができ、それはコード２２２で低側の張力を更に解放し、よって、ブレーキキャプスタン２０６（例えば、ドラム）を解放して自由に回転させる。
【0047】
よって、触覚コントローラ１０８は、ブレーキキャプスタン２０２を介して（ほぼ）線形のブレーキ機能性を提供することができる。触覚コントローラ１０８は、エネルギ貯蔵機構２３６及びバネキャプスタン２０４と組み合わせにおいて同じキャプスタンベースのブレーキアプローチを使用して、可変剛性バネ機能性を提供して、触覚フィードバックにおいてコンプライアンス及びプッシュバックを与えることができる。
【0048】
図６は、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８Ａの代替的なキャプスタンアセンブリ１１４Ａを示している。このキャプスタンアセンブリ１１４Ａは、たとえ溝５０８がｚ基準軸の周囲で同じ（又は類似の）数のラップ(wraps)を作ることができるとしても、垂直方向に拘束される（例えば、ｚ基準方向においてより少ない空間を占める）平坦化されたバネキャプスタン２０４及びブレーキキャプスタン２０６を利用することができる。この場合、溝は、平坦化されたディスク形状のキャプスタンの両側に螺旋パターンを形成することができる。説明の目的のために、このキャプスタンは、一方の側の溝５０８から他方の側の溝５０８へのパススルー(通路)(passthrough)を有する蓄音機レコードに類似していると考えられることができる。螺旋キャプスタン実装は、キャプスタンアセンブリの全体的なサイズを低減することができ、様々なハンドヘルドＥＳＲ触覚コントローラ１０８Ａ、特に複数の指を独立してアドレス指定するハンドヘルドＥＳＲ触覚コントローラ１０８Ａに含めるために、それをより適合可能にする。
【0049】
図７は、平坦化されたキャプスタン構成を利用する別のキャプスタンアセンブリ１１４Ｂを示している。この場合、溝３０４（２）は、複数の平坦化された「ミニキャプスタン」７０２（これらの全てが特異性をもって指定されているわけではない）によって定義される。平坦化されたミニキャプスタン７０２は、回転軸の周りに半径方向に配置される（例えば、回転軸は、ｚ基準軸に対して平行である）。キャプスタンのコードの総ラップは、個々のミニキャプスタンの周りのラップの合計として計算されることができる。
【0050】
図８は、捩れストリングアクチュエータ２３５(twisted string actuator)として現れるバネアクチュエータ２３０の詳細を示している。これらの詳細は、ブレーキアクチュエータ２２８に等しく適用可能である。コントローラ２３８は、モータ８０２に電気的に結合される。モータ８０２の出力シャフト８０４は、捩れストリング機構８０８の近接端８０６（例えば、ハブ）に接続される。捩れストリング機構は、回転的に固定されるが、摺動アームとして機能することができる。コード２２０は、バネループ８１０に接続される。バネループ８１０は、コードと捩れストリング機構８０８の遠位端８１２との間に延在する。ストリング又はコード８１４は、捩れストリング機構８０８の近位端８０６から延び、遠位端８１２の周囲をループし、近位端８０６に戻ることができる。
【0051】
インスタンス１は、捩れバネアクチュエータが長さＬ１を有する、巻き戻された状態の捩れストリングアクチュエータ２３５を示している。インスタンス２は、コントローラ２３８がモータ８０２をアクティブ化させ、出力シャフトを第１の方向（例えば、時計回り又は反時計回り）に回転させた、巻かれた状態の捩れストリングアクチュエータ２３５を示している。出力シャフトは回転し、コード８１４を巻き、それは捩れストリングアクチュエータ２３５の長さＬ２を短くしている。換言すれば、コード８１４がモータ８０２によって巻かれると、コードは、バネループ８１０に結合された摺動アームを引っ張り、モータに供給される電流に対する関数としてキャプスタンのＨＯＬＤ側にコード張力を加える。この長さの短縮は、バネループ８１０を介してコード２２０に張力をかける。バネループに対する張力は、バネループ８１０をわずかに拡張させることができ、それは巻かれた状態においてコードに対する張力を一貫して維持するのを助けることができる。換言すれば、引っ張りが増加し、キャプスタンが回転するにつれて、小さな見かけのコード伸張を補うために、バネループ８１０は、アクチュエータに加えられたコンプライアンス機能を果たすことができ、ＨＯＬＤ及びＬＯＡＤ張力の両方を少量だけ変化させる。
【0052】
巻かれた状態において、コード２２０に対する張力は、出力シャフトを更に同じ方向に回転させることによって容易に調整されることができ、或いは出力シャフトを反対方向に回転させることによって低減させることができる。
【0053】
任意のタイプのアクチュエータを利用することができるが、捩れストリングアクチュエータ（ＴＳＡ）２３５は、電気エネルギを機械的エネルギに変換することにおける効率に加えて、その逆駆動性(back-drivability)を提供することができ、それはスパーギア(平歯車)のようなギアを用いるよりも良い。また、そのエネルギ変換効率に加えて、低慣性負荷及びコアレスモータ設計の故に、応答及び待ち時間は、他の合理的な価格のオプションよりもはるかに速いことができる。ＴＳＡは、ギアを備えたアクチュエータに特徴的なものよりも少ないノイズを生む傾向もある。更に、捩れバネアクチュエータは、ユーザが検出可能な遅れを回避するために、比較的迅速な応答時間を提供することができる。更に、ＴＳＡは、しばしば、それらの低い力の故に好ましくないと見なされるが、キャプスタンアセンブリは、コントローラからの高い張力の力に依存せず、よって、あらゆる潜在的に負の側面を最小限に抑えながら、ＴＳＡの有利な側面を活用することができる。
【0054】
様々な態様を上記で詳細に議論した。これらの態様のコンテキストは、図２に戻ることによって提供されることができる。コントローラ２３８は、指位置エンコーダ２３２からの入力に基づいてＥＳＲ触覚コントローラ１０８を制御することができる。コントローラ２３８は、ブレーキキャプスタン２０６に噛合された回転ポテンショメータエンコーダ出力を変換することができる。コントローラ２３８は、図３及び図４のキャプスタン方程式に従う抵抗における予測可能かつ反復可能な力を生成することができるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を介してそれぞれのアクチュエータを駆動することによって、その力フィードバック挙動及びバネ係合を調整することができる。
【0055】
この構成は、多くの触覚シナリオを合成することができる。指位置エンコーダ２３２がオブジェクトとの適切な接触位置を報告すると、コントローラ２３８は、ブレーキアクチュエータ２２８を介してキャプスタンブレーキ２０６を所望の低い張力に作動させることができ、この低い張力は、ユーザの指に抵抗力として直ちに機械的に伝達される。例えば、粘土のような、剛性オブジェクトよりも硬くないものを圧搾する絞るシミュレーションのために、ブレーキアクチュエータ２２８は、剛性材料よりも少ない力で作動するように命令される。ユーザは、粘土との接触を感じるが、十分な加えられる力で、粘土を圧搾し且つ変形させることができ、適切な視覚がＶＲディスプレイに現れる。
【0056】
コントローラ２３８は、仮想オブジェクトが押し戻すシナリオ（例えば、ユーザの指を押すデバイスからの能動的な力）を更に合成して、バネ又は他のコンプライアントな触覚をシミュレートすることができる。コントローラ２３８は、バネ５０２又は弾性バンドのような他のエネルギ貯蔵機構２３６を通じてブレーキキャプスタン２０６に接続される第２のもの（例えば、バネキャプスタン２０４）を使用することによって、コンプライアンスの触覚知覚を合成することができる。この第２のキャプスタン（例えば、バネキャプスタン２０４）は、適切なときにバネに係合するクラッチとして機能することができる。
【0057】
バネキャプスタン２０４は、その高圧負荷（ＴＬｏａｄ）コード側を、第２の低圧アクチュエータ（例えば、バネアクチュエータ２３０）に接続された低圧（ＴＨｏｌｄ）側及びバネキャプスタングラウンド２２６を介してコントローラ本体又はベース２０８に接地させることもできる。バネ及びブレーキキャプスタンの作動がないならば、それらは指が閉じると自由に回転する。バネキャプスタン２０４のみが最大の力で作動されるならば、指移動及びブレーキキャプスタン２０６は、回転バネ（例えば、エネルギ貯蔵機構２３６）及びキャプスタンを通じてグラウンドに接続される。この場合、ユーザは、一定のバネ係数ｋで、バネを狭窄することを経験する。よって、以下の通りである。
【数0007】
【0058】
この場合、ｋは、定数であることに留意のこと。バネキャプスタン２０４が、より小さな作動力の故に滑ることが許容され、且つ／或いは線形制動力を加えるならば、コントローラ２３８は、ユーザが感じるバネ定数ｋ’を変調することができる。知覚されるコンプライアンスは、今や、固定バネ定数、バネキャプスタンがどれだけ滑るか、及びどれだけブレーキが加えられるかの関数である。コントローラ２３８は、これらの変数を使用することによって、多くの異なる知覚されたバネ挙動を合成するようにプログラムされることができる。
【0059】
図９は、本概念の幾つかの実装と一致する、システム１００のさらなる詳細を示している。システム１００は、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８、ヘッドセット１０６、基地局１０２、及び／又は、パーソナルコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末、パッド型コンピュータ、モバイルコンピュータ、ウェアラブルデバイス、カメラ、アプライアンス、スマートデバイス、ＩｏＴデバイス、車両等、及び／又は進化し続ける或いは未だ開発されていない無数のタイプのコンピューティングデバイスのいずれかのような、他のデバイス９００を含んでよい。上述のように、これらのデバイス９００のいずれも、所与の機能性を達成するために自立した態様で作動することができ、或いはその機能性を達成するために他のデバイスと協働して作動することができる。
【0060】
図９は、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８、ヘッドセット１０６、基地局１０２、及び／又は他のデバイスによって利用されることができる２つの例示的なデバイス構成９０２を示している。ＥＳＲ触覚コントローラ１０８のような個々のデバイスは、構成９０２（１）もしくは９０２（２）のいずれか、又は代替的な構成を利用することができる。（図面のページ上の空間制約の故に、各デバイスに対するデバイス構成を示すのではなく、各デバイス構成の１つのインスタンスが図示される）。簡潔には、デバイス構成９０２（１）は、オペレーティングシステム（ＯＳ）中心構成を表している。デバイス構成９０２（２）は、システムオンチップ（ＳＰＣ）構成を表している。デバイス構成９０２（１）は、１つ以上のアプリケーション９０４、オペレーティングシステム９０６、及びハードウェア９０８に編成される。ハードウェア９０８は、記憶装置／メモリ９１０と、プロセッサ９１２とを含むことができる。ベースアセンブリ１１０、係合アセンブリ１１１、及びキャプスタンアセンブリ１１４のような他のハードウェア９０８が、図２に関して上記で詳細に記載されており、ここでは再び紹介されない。デバイス構成９０２（２）は、共用リソース９１４、専用リソース９１６、及びそれらの間のインタフェース９１８に編成される。
【0061】
コントローラ２３８は、記憶装置／メモリ９１０に格納され、プロセッサ９１２によって実行される、ソフトウェアとして現れてよい。他の場合において、コントローラ２３８は、マイクロコントローラのような、専用ハードウェア又はファームウェアコントローラであってよい。コントローラは、仮想現実シナリオ、トレーニングシナリオ等のような、シナリオに関連する情報を受信することができる。情報は、とりわけ、オブジェクトの弾力性、及び／又はテクスチャのような、ユーザが把持しているオブジェクトの特性に関する情報を含むことができる。コントローラは、とりわけ、指、腕、又は脚のような、ユーザの身体部分に関する情報を受信することもできる。コントローラは、ＥＳＲ触覚コントローラ１０８のようなデバイスを制御する信号を生成して、ユーザが「実際の」物体を把持するときに経験する触覚フィードバックを合成することができる。
【0062】
本明細書で使用するとき、「デバイス(device)」、「コンピュータ(computer)」、又は「コンピューティングデバイス(computing device)」という用語は、ある量の処理能力及び／又は記憶能力を有する任意のタイプのデバイスを意味し得る。処理能力は、機能性を提供するために、コンピュータ可読命令の形態におけるデータを実行することができる１つ以上のプロセッサによって提供されることができる。コンピュータ可読命令及び／又はユーザ関連データのようなデータは、デバイスの内部又は外部にあることができる記憶装置のような、記憶装置に格納されることができる。記憶装置は、とりわけ、揮発性又は不揮発性メモリ、ハードドライブ、フラッシュ記憶デバイス、及び／又は光記憶装置（例えば、ＣＤ、ＤＶＤなど）、遠隔記憶装置（例えば、クラウドベースの記憶装置）のうちの任意の１つ以上を含むことができる。本明細書で使用するとき、「コンピュータ可読媒体(computer-readable media)」という用語は、信号を含むことができる。対照的に、「コンピュータ可読記憶媒体(computer-readable storage media」という用語は、信号を含まない。コンピュータ可読記憶媒体は、「コンピュータ可読記憶デバイス(computer-readable storage device)」を含む。コンピュータ可読記憶デバイスの例は、とりわけ、ＲＡＭのような揮発性記憶媒体、及びハードドライブ、光ディスク、及びフラッシュメモリのような不揮発性記憶媒体を含む。
【0063】
上述のように、デバイス構成９０２（２）は、システムオンチップ（ＳＯＣ）タイプの設計であると考えられることができる。そのような場合、デバイスによって提供される機能性は、単一のＳＯＣ又は複数の結合されたＳＯＣ上に統合されることができる。１つ以上のプロセッサ９１２は、記憶装置／メモリ９１０などのような共用リソース９１４、及び／又は特定の具体的な機能性を実行するように構成されたハードウェアブロックのような１つ以上の専用リソース９１６と協調するように構成されることができる。よって、本明細書で使用するとき、「プロセッサ(processor)」という用語は、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィカル処理装置（ＧＰＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コントローラ、マイクロコントローラ、プロセッサコア、及び／又は他のタイプの処理デバイスを指すこともできる。
【0064】
一般的に、本明細書に記載する機能性のいずれも、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア（例えば、固定論理回路）、又はこれらの実装の組み合わせを使用して実装されることができる。本明細書で使用するとき、「コンポーネント(構成要素)(component)」という用語は、一般的に、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、デバイス全体もしくはネットワーク、又はそれらの組み合わせを表す。例えば、ソフトウェア実装の場合、これらは、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ又は複数のＣＰＵ）で実行されるときに指定されるタスクを実行するプログラムコードを表すことがある。プログラムコードは、コンピュータ可読記憶媒体のような、１つ以上のコンピュータ可読メモリデバイスに格納されることができる。コンポーネントの構成及び技術は、プラットフォームに依存せず、それはそれらが様々な処理構成を有する様々な商用コンピューティングプラットフォームに実装される場合があることを意味する。
【0065】
図１０は、オブジェクトのシミュレーションに関する例示的な方法１０００を図示するフローチャートを示している。行為１００２において、方法は、仮想オブジェクトに関する情報を受信することができる。情報は、サイズ、テクスチャ、硬度、弾力性等のような、様々な特性を含むことができる。行為１００４において、方法は、仮想オブジェクトのユーザ係合(user engagement)についての他の情報を受信することができる。他の情報は、圧力センサ及び／又は位置センサのような、様々なセンサから得られることができる。例えば、位置センサは、ユーザが係合している要素の回転を引き起こしている仮想オブジェクトに対してユーザが力を加えていることを示すことができる。例えば、ユーザ係合は、ベースに対するキャプスタンアームの回転を引き起こすことがある。圧力センサは、ユーザが係合で作り出している圧力を直接的に又は間接的に感知することがある。例えば、指リング内に位置付けられる圧力センサは、ユーザが指リングに対して生成している圧力を感知することがある。同様に、キャプスタンアームは、ユーザの前腕に対する手の動きが位置センサ及び／又は圧力センサによって感知されるように、ユーザの手首を横切って延びることができる。
【0066】
行為１００６において、方法は、信号を送信して、第１のキャプスタン及び／又は第２のキャプスタンを制御して、ユーザ係合に対する抵抗を提供してよい。信号は、少なくとも部分的には、情報及び他の情報に基づくことができる。幾つかの構成において、信号は、第１及び／又は第２のキャプスタンに関連するアクチュエータのような、アクチュエータに向けられてよい。
【0067】
行為１００８において、方法は、少なくとも部分的に、信号に基づいて、ユーザ係合に対する抵抗を生成することができる。例えば、第1のキャプスタンは、ブレーキキャプスタンであってよい。物体が非弾性オブジェクトであるならば、ブレーキキャプスタンの作動は、「現実の」物体と係合するときに感じる抵抗をシミュレートすることができる。信号は、ブレーキキャプスタンでコードに張力をかけるアクチュエータに通電するために使用されることができる。オブジェクトが弾性的であるならば、第２のキャプスタン（例えば、バネキャプスタン）に信号を送ることによって、ユーザ係合に抵抗しながら、エネルギを貯蔵することができる。この貯蔵されたエネルギは、ユーザが係合を低減する（例えば、硬く狭窄するのを止める）ときに、オブジェクトの弾性的性質をシミュレートするために利用されることができる。ある場合には、２つのキャプスタンは、エネルギ貯蔵機構によって相互接続されることができる。２つのキャプスタンの間の相対的な回転を制御することによって、エネルギは、エネルギ貯蔵機構に蓄えられることができる。このエネルギは、オブジェクトの弾性特性を合成するために放出されることができる。方法は、このエネルギを生成する必要がなく、代わりに、ユーザ係合によって加えられるエネルギを貯蔵することができる。
【0068】
様々な例が上記に記載されている。追加的な例が以下に記載される。一例は、ベースと、ベースに回転的に固定され、共通の軸の周りで回転するように構成される、第１のキャプスタン及び第２のキャプスタンと、第１のキャプスタンと第２のキャプスタンとの間に接続されるエネルギ貯蔵機構と、第１のキャプスタンに固定されるユーザ係合アセンブリと、第１のキャプスタンの周りに巻かれ、ベースに対して固定される第１の端と、ベースに対して固定される第１のアクチュエータに固定される第２の端とを有する、第１のコードと、第２のキャプスタンの周りに巻かれ、ベースに対して固定される第１の端と、ベースに対して固定される第２のアクチュエータに固定される第２の端と、を有する、第２のコードとを含む、デバイスを含む。
【0069】
別の例は、ベースが、ハンドル、副木、又は手袋を含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0070】
別の例は、ハンドルが、共通の軸と同一の広がりを持つ、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0071】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンの高さ及び幅が同一であるか、或いは、前記第１及び第２のキャプスタンの高さ及び／又は幅が異なる、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0072】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンが、共通の軸に沿って細長いか、或いは、前記第１及び第２のキャプスタンが、共通の軸に沿って平坦化されている上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0073】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンが、溝付きである、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0074】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンが、螺旋パターンにおいて溝付きである、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0075】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンが、渦巻きパターンにおいて溝付きである、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0076】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンが、第１及び第２のコードの直径と等しい直径を有する螺旋溝を画定する、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0077】
別の例は、第１及び第２のキャプスタンの材料並びに第１及び第２のコードの材料が、互いの１０％である静摩擦係数及び動摩擦係数を有する、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0078】
別の例は、第１及び第２のアクチュエータが、第１及び第２の捩れストリングアクチュエータを含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0079】
別の例は、エネルギ貯蔵機構が、バネを含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0080】
別の例は、ユーザ係合アセンブリが、アームと、指リングとを含むか、或いは、前記ユーザ係合アセンブリが、アームと、ハンドループとを含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0081】
別の例は、デバイスが、ベースに対するアームの角度向き及び／又はベースに対するアームの回転を感知するように構成されるセンサを更に含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0082】
別の例は、センサが、アームを直接的に感知するか、或いは、センサが、前記第１及び／又は第２のキャプスタンを感知する、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0083】
別の例は、センサが、指位置エンコーダを含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0084】
別の例は、デバイスが、少なくとも部分的にセンサからのデータに基づいて第１及び第２のアクチュエータの作動を制御するように構成されるコントローラを更に含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0085】
別の例は、デバイスが、ベースに回転的に固定され、共通の軸の周りで回転するように構成される、第３および第４のキャプスタンと、第３及び第４のキャプスタンの間に接続される第２のユーザ係合アセンブリと、第３のキャプスタンの周りに巻かれ、ベースに対して固定される第１の端と、ベースに対して固定される第３のアクチュエータに固定される第２の端とを有する、第３のコードと、第４のコードの周りに巻かれ、ベースに対して固定される第１の端と、ベースに対して固定される第４のアクチュエータに固定される第２の端とを有する、第４のコードと、を更に含む、上記及び／又は下記の例のいずれかを含むことができる。
【0086】
別の例は、ベースに回転的に固定される第１及び第２のキャプスタンと、第１及び第２のキャプスタンの間に接続されるエネルギ貯蔵機構と、第１のキャプスタンに固定されるユーザ係合アセンブリと、１及び第２のキャプスタンが受ける回転摩擦を制御することによってユーザ係合アセンブリに加えられる回転力を制御するように構成されるコントローラと、を含む、デバイスを含むことができる。
【0087】
別の例は、仮想オブジェクトに関する情報を受信することと、仮想オブジェクトのユーザ係合に関する他の情報を受信することと、信号を送信して第１のキャプスタン及び／又は第２のキャプスタンを制御してユーザ係合に対する抵抗を提供することと、を含むことができる。
【0088】
様々な例が上記に記載されている。主題事項は、構造的構成及び／又は方法論的行為に特有の言語で記載されているが、添付の請求項において定義された主題事項は、必ずしも上述の特定の構成または行為に限定されない。むしろ、上述の特定の構成及び行為は、請求項を実施する例示的な形態として提示され、当業者によって認識される他の構成及び行為は、請求項の範囲内であることが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
