可穿戴游戏设备及其方法与流程

1.本发明涉及可穿戴设备的技术领域，并且更具体地，涉及可穿戴游戏设备。
2.本发明的目的涉及一种从应用、特别是计算机电子游戏(video game，视频游戏)或其它软件应用向用户提供物理反馈的可穿戴游戏设备。


背景技术：

3.电子游戏的世界从一开始就已经被针对游戏的外围设备(peripherals)所围绕。操纵杆在80年代广泛使用，而触觉设备在90年代期间变得更常见。
4.触觉设备以前主要基于并且现在仍然主要基于以机械为基础的振动设备，该振动设备借助电动马达产生振动。这些设备不提供当前在电子游戏上执行的情况的真实感觉(sensation)或感触(feeling)，因为触觉引擎仅刺激身体的外部部分；因此，不能适当地模拟任何更深的动作，即，胃中的刺痛需要更深的感知，而不是腹部区域上的外部振动或脉冲，其可以是电子游戏中的拳击或只是低踢。
5.因此，广泛公认的是，更深层次的感觉意指提供还适用于任何类似的人机交互的真实的电子游戏体验。
6.在这个意义上，专利申请ep3023867a2公开了一种用于用户与虚拟环境的交互式生理和技术同步的方法，包括获取用户的生物参数和/或运动参数，将用户的生物参数和/或运动参数传送到应用程序，在应用程序中生成反馈信号，将反馈信号传输到计算设备，处理反馈信号并供应反馈脉冲，该反馈脉冲通过与用户的皮肤接触来唤起用户神经系统中的物理感觉，其中，反馈脉冲使用电脉冲来供应。由专利文献ep3023867a2公开的方法需要预先获取用户的生物参数和/或运动参数，这些参数被传送到应用程序。
7.专利文献ep2291115b1公开了一种用于身体的防篡改的电刺激的可穿戴设备和系统；该设备主要针对电肌肉刺激(ems)的应用，也称为用户身体的神经肌肉电刺激(nmes)或电肌刺激(electromyostimulation，肌电刺激)，其适合用户身体的一部分并且包括嵌入在可穿戴设备中的至少一个电极，该电极将刺激电流传送到用户身体。专利文献ep2291115b1的设备提供了连接点作为所述至少一个电极与被构造为生成刺激电流的控制单元之间的中间连接。在专利文献ep2291115b1中，检测器被构造为检测连接点与所述至少一个电极之间的物理关联的改变是否超过预定阈值，从而使得能够检测对设备的误用和篡改。
8.专利文献us9293015b2公开了一种用于电肌肉刺激电极的触觉驱动电路，该电极具有用于从触觉效果处理器接收基于触觉效果的触觉信号的输入。专利文献us9293015b2的驱动电路包含用于基于触觉信号生成电肌肉刺激电流的逻辑操作；因此，与用户皮肤接触的电极接收电肌肉刺激电流，通过电极附近的肌肉的收缩和松弛引起触觉效果。
9.专利文献ep3182266a1旨在确定触觉效果并传输与该触觉效果相关联的触觉信号。专利文献ep3182266a1中公开的系统还可包括被构造为接收触觉信号并输出触觉效果的多功能触觉输出设备；所述多功能触觉输出设备又可包括单个触觉致动器。


技术实现要素：

10.本发明公开了一种可穿戴游戏设备和一种在玩电子游戏时用于物理地刺激穿戴所述可穿戴设备的用户的方法。
11.因此，本发明的第一方面涉及一种可穿戴设备，优选地在一件衣服上实现，该衣服设有多个电极，这些电极被布置为使得它们能够刺激至少一块肌肉或肌肉群，以使它们产生一系列表示与在玩电子游戏时执行的动作相关联的特定感觉的电生成的刺激。
12.用于对穿戴所述可穿戴游戏设备玩电子游戏的用户生成感觉的方法的目的主要针对在用户玩所述电子游戏时借助电刺激所述用户的一块或多块肌肉来模拟在电子游戏上执行的动作。
13.本发明的方法借助控制单元生成一系列电脉冲来进行，这些电脉冲被引导到电极。所述感觉由控制单元创建，该控制单元可以配备有双h桥，输出信道连接到该双h桥。
14.本发明的方法提供了任何类型的波，甚至远离本领域已知的预先设定的波，能够生成需要位于已知标准内的信号。即，该特征允许我们偏离传统的波，控制单元可以生成双相四边形的(quadrangular，矩形)、优选对称的波，从而产生一个或多个脉冲，因此不需要在波内重复，即，借助异步脉冲列(impulse train)就能够刺激肌肉。
15.由于能够同时刺激两块肌肉的可能性，本发明能够在两块肌肉中生成脉冲列，并且模拟例如子弹进入胸部并且离开背部，且在这两个部位中流血。为此，我们在接收与感觉相关的脉冲的每块肌肉中建立了非对称和多形式的波，并且具有不同的深度和时间，能通过能够同时刺激两块肌肉来建立更真实的感觉。
16.值得注意的是，在本发明的任一方面的任何实施例中，词语“导体”和/或“导电的”被无关联地使用于指代与电导率σ相关的物理性质。
附图说明
17.为了补充正在描述的说明书并且为了有助于更好地理解本发明的特性，根据其实际实施例的优选示例，附加一组附图作为所述说明书的整体部分，其中，以下内容具有说明性和非限制性的特性：
18.图1a-1e从不同视角示出了本发明的可穿戴游戏设备的一系列视图，从而可以理解其构造的不同部分。
19.图2示出了作为开放式背心的本发明的可穿戴游戏设备对象的图示，其中从内部示出了所有部分。
20.图3示出了电极的分解图，其示出了该电极不同的层。
21.图4a、4b示出了本发明的可穿戴游戏设备对象的电极的两个图示，其中表示出导电层和至少由接触导电层的线缆的导电弹性芯的导电部分(4a)和布置在导电层顶部上的导电凝胶层(4b)生成的环。
22.图5示出了一对图示，其中表示出线缆和其中的横截面，示出了外部电绝缘结构和导电弹性芯，该导电弹性芯又包括覆盖有导体层的弹性结构。
23.图6示出了两个曲线图，其中表示出由控制单元生成的波。
24.图7示出了能够由控制单元生成的双相四边形的并优选对称的波的细节。
具体实施方式
25.在本发明的一个方面的对象的优选实施例中，呈现了可穿戴游戏设备(1)，其呈现为一件衣服，设有通过线缆(3)连接到控制单元(4)的一组电极(2)；在图1a-1e所示的所有这些可穿戴游戏设备(1)中，线缆(3)被描绘为优选通过缝纫紧固到诸如图2的背心的该件衣服。
26.线缆(3)包括外部电绝缘结构(33)和导电弹性芯(31)，该导电弹性芯又包括覆盖有电导体层(311)的弹性结构(312)，该电导体层被构造为电连接到电极(2)的导电层(22)，该导电层由作为电极(2)一部分的导电凝胶层(21)覆盖，如图3所示。导电凝胶层(21)包括导电粘性凝胶，该导电粘性凝胶允许容易且牢固地放置在用户的皮肤上，由于它由凝胶形式的电导体材料制成，故不需要水或任何湿气，还为用户的身体提供较低的电阻。在本发明的优选实施例中，低粘度导电凝胶总体上表现得最好，具有相对较低的接触阻抗大小和优异的性能；电极(2)的导电层(22)由碳基材料制成。
27.被称为弹性线缆(3)并在图5中描绘的线缆(3)的芯包括一系列弹性结构(312)，这些弹性结构可由弹性体细丝制成，该弹性体细丝在静止时能够拉伸其长度的160％，这些弹性结构覆盖有漆包铜线，从而限定电导体层(311)，漆包铜线优选地以z字形式布置以允许其与弹性体一起拉伸，使得用户在极其舒适的同时，发送的电信号的质量在途径可穿戴游戏设备(1)期间不会遭受损失，在本发明的优选实施例中，优选地具有以下规格的弹性线缆(3)：
28.·
18.86％弹性体；
29.·
47.44％漆包铜线；
30.·
33.70％黑色带纹理的聚酰胺线；
31.·
弹性：160％；
32.·
尺码(footage)：606米/千克(meters/kg)。
33.导电弹性芯(31)由外部电绝缘结构(33)覆盖，该外部电绝缘结构可包括带纹理的聚酰胺线并且提供结构功能，并且绝缘添加剂可以添加到该外部电绝缘结构，使得该外部电绝缘结构不允许电流传输。
34.该线缆(3)结构包括外部电绝缘结构(33)和导电弹性纤维(31)，该导电弹性纤维又包括弹性结构(312)，该弹性结构覆盖有连接到电极(2)的导电层(22)的导体层(311)，该线缆结构确保没有电流泄漏。此外，由于其弹性，一旦优选地借助刺绣机将其缝合到该件衣服，其就适于身体；因此，一旦线缆被固定到该件衣服，它总是保持在相对于该件衣服的固定位置处，但是同时，已经讨论过的线缆(3)结构提供了与构成该件衣服的材料(即)的弹性一致的所需弹性。弹性线缆(3)从控制单元(4)的连接部延伸穿过该件衣服的结构到达可穿戴游戏设备的每个电极(2)，优选地，二十个电极(2)具有用于每个电极(2)的线缆(3)，在优选实施例中，线缆(3)借助控制单元(4)的磁性销(在图中未表示)附接到控制单元(4)。借助刺绣机，线缆(3)通过限定在该件衣服内部的每个路径插入，使得控制单元(4)的磁输入与缝制到夹克的电极(2)之间的连接可以是完全连接。线缆(3)到由导电炭黑制成的导电层(22)的连接优选地通过至少线缆(3)的导体层(311)沿着所述导电层(22)的周边的电接触来进行；因此，线缆(3)的端部被适当地制备，使得其提供100％的导电性。
35.在本发明的稍早介绍的方法的优选实施例中，作为本发明的一种示例，玩电子游戏的用户具有相应的游戏角色，其胸部被近距离击中，为了实现这一点，本发明的方法借助控制单元(4)想象出与在胸部处近距离平射(point-blank shot)(其中子弹进入胸部、从背部出来)相关联的一组感觉。
36.为了提供这种感觉，可穿戴游戏设备(1)包括该件衣服、由线缆(3)连接到控制单元(4)的电极(2)，该可穿戴游戏设备由玩电子游戏的用户以如下方式穿戴，使得所述电极(2)被布置在该件衣服处，当如上所述的那样被击中时，刺激穿戴该件衣服的所述用户的与感觉中所涉及的肌肉(即胸部肌肉和背部肌肉)相关的至少一块肌肉；为了这样做，控制单元(4)包括每个电极(2)的信息，所述信息包含其位置和电极(2)相对于用户身体的相对位置，因此，一块肌肉或多块肌肉影响每个电极(2)或多组电极(2)，它们被构造为响应在电子游戏中发生的动作而生成由控制单元(4)命令的电脉冲。如图4b所示，由于电极的导电层(22)布置在电极(2)的导电凝胶层(21)下方，导电凝胶层(21)由于凝胶的粘性而固定到用户的皮肤，因此提供无水固定和更好的导电性；为此，如图4a所示，导电层(22)与线缆(3)的导体层(311)电接触，该导体层又刺绣到衣服，该衣服由于其弹性而允许自由运动，一旦控制单元(4)产生脉冲或脉冲组，所述脉冲就通过线缆(3)传输，更准确地说，通过包括覆盖有导体层(311)的弹性结构(312)的导电弹性纤维(31)传输，到达与电极(2)的位置相关联的肌肉，其以特定方式被刺激，该特定方式表示在电子游戏期间对相应角色进行的动作分别产生的感觉。
37.因此，在与本发明第二方面的方法的说明性实施例相关的当前场景中，其中用户正在玩fps电子游戏，其中子弹射出并且角色被击中胸部，子弹进入胸部并且从背部出来。
38.在又一优选实施例中，可穿戴游戏设备(1)的控制单元(4)包括处理单元，该处理单元能够生成如图6和/或图7所描绘的不同类型的波，该波是可由控制单元(4)生成的双相四边形的并且优选地对称的波。在本发明的优选实施例中，控制单元(4)可以配备有至少两个分别与五个输出信道相关联的h形桥，其目的是生成可以作为刺激同时发送到两块或更多块肌肉的一或多个脉冲，以使由玩家所感知的感觉尽可能真实。如本领域技术人员可知，这是可以实现的，由于本发明的目的是产生一种类型的波，故其不需要适应于波的预先建立的频率类型(周期性)。可以修改信道和桥的数量，同时保持输出信道的对称性。
39.用于创建感觉的变量被分组为轨迹(track)；形成一系列被先前设计并且引起相应的感觉的轨迹组；每个轨迹包括一个或多个脉冲，优选地具有相同的波特性，其被适当地排序，形成脉冲序列。与命中右胸肌并离开右背肌(留下短暂的流血感觉)的子弹相关的那些变量可以列出如下：
[0040]-轨迹1(输入冲击)：
[0041]
信道数量：5(右胸肌)
[0042]
tip：正脉冲时间：300us
[0043]
tin：300us的负脉冲时间
[0044]
tp：0ds
[0045]
tpc：200us
[0046]
i(强度)：100％
[0047]
循环编号：1
[0048]
职责(obligation)(s/n)：s-轨迹2(输出冲击)：
[0049]
信道数量：1(右背肌)
[0050]
tip：正脉冲时间：300us
[0051]
tin：300us的负脉冲时间
[0052]
tp：0ds
[0053]
tpc：0ds
[0054]
i(强度)：75％
[0055]
循环编号：1
[0056]
职责(s/n)：s
[0057]-轨迹3(输入流血)：
[0058]
信道数量：5(右胸肌)
[0059]
tip：正脉冲时间：300us
[0060]
tin：300us的负脉冲时间
[0061]
tp：0us
[0062]
tpc：500us
[0063]
i(强度)：40％
[0064]
循环编号：500
[0065]
职责(s/n)：n
[0066]-轨迹4(开始流血)：
[0067]
信道数量：1(右背肌)
[0068]
tip：正脉冲时间：300us
[0069]
tin：300us的负脉冲时间
[0070]
tp：0us
[0071]
tpc：500us
[0072]
i(强度)：30％
[0073]
循环编号：500
[0074]
职责(s/n)：n
[0075]
其中：
[0076]
信道数量：输出信道的数量
[0077]
tip：每个正脉冲时间为150us-400us
[0078]
tin：每个负脉冲时间为150us-400us
[0079]
tp：信道之间的暂停时间
[0080]
tpc：循环之间的暂停时间。
[0081]
i：强度(ma)。
[0082]
循环编号：循环的数量
[0083]
职责(s/n)。
[0084]
在这种情况下，感觉可由以下组成：轨迹1 轨迹2 轨迹3 轨迹4，其中同时发送轨迹1和轨迹2，同时发送轨迹3和轨迹4。