用于游戲的反饋裝置的制作方法

專利名稱：用于游戲的反饋裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于游戲的反饋裝置，特別涉及向用戶提供電刺激(electro-stimulation)的用于游戲的反饋裝置。
背景技術：
諸如計算機和計算機游戲控制臺之類的許多電子設備具有用于向用戶提供與計 算機游戲中的事件有關的物理反饋的部件。提供這樣的反饋的一種方式是通過經由手持控 制器或操縱桿的振動。另一方式是經由作為對用戶對控制器的移動的阻力的反饋的“力量 反饋”。對此的例子在方向盤控制器中，其中方向盤抵抗轉動或者擺脫控制。為了增加計算機游戲對于用戶的真實性，已經提議以肌肉刺激(muse 1 e stimulation)的形式向用戶提供反饋。在權利屬于MichaelCharles Cooke的美國 2004/229702中描述了一種這樣的系統。作為對刺激肌肉的替換，已知有刺激神經(這隨后刺激肌肉)的設備。一種這樣 的設備是經皮神經電刺激(TENS)設備，并且已知用于醫療應用中。然而，在經適當訓練的人可接受在實驗室或醫療設施中操作TENS設備(或者向身 體提供某些形式的電刺激的類似設備)的同時，將認識到家庭計算機或者計算機游戲控制 臺的用戶對于這樣的設備的誤用(無論是有意還是無意)可能是危險和有害的。

發明內容
因此，本發明的目的是提供用于游戲的反饋裝置，其提供電刺激并且其中降低了 誤用設備的風險。根據本發明的第一方面，提供了一種用于游戲的反饋裝置，該反饋裝置包括至少 一個電極，用于附連到反饋裝置的用戶；以及控制單元，用于經由該至少一個電極測量用戶 的至少一個生理特性；用于基于所測量的至少一個生理特性來確定對于預定的電刺激信號 電平、該至少一個電極是否已經正確附連到用戶；以及如果確定該至少一個電極已經正確 附連到用戶，則響應于來自游戲的輸出經由該至少一個電極向用戶提供處于預定電平的電 刺激信號。根據本發明的第二方面，提供了包括如上所述的反饋裝置的計算機。根據本發明的第三方面，提供了包括如上所述的反饋裝置的計算機游戲控制臺。根據本發明的第四方面，提供了用于計算機或者計算機游戲控制臺的用戶接口， 該用戶接口包括如上所述的反饋裝置。根據本發明的第五方面，提供了一種操作用于游戲的反饋裝置的方法，該反饋裝 置具有用于將電刺激信號施加到該裝置的用戶的至少一個電極，該方法包括使用附連到 用戶的該至少一個電極測量反饋裝置的用戶的至少一個生理特性；基于所測量的用戶的至 少一個生理特性來確定對于預定的電刺激信號電平、該至少一個電極是否已經正確附連到 用戶；以及如果確定該至少一個電極已經正確附連到用戶，則允許響應于來自游戲的輸出來經由至少一個電極將處于預定電平的電刺激信號施加到用戶。 根據本發明的第六方面，提供了一種計算機程序，該計算機程序包括用于使得處 理器執行如上所述的方法的代碼。


現在將參考以下附圖，僅通過例子方式來描述本發明，附圖中圖1示出根據本發明的在由用戶使用的反饋裝置；圖2是根據本發明的第一實施例的反饋裝置的框圖；圖3是圖示根據本發明的方法的流程圖；以及圖4是根據本發明的第二實施例的反饋裝置的框圖。
具體實施例方式現在將參考提供對用戶身體中的神經的電刺激的反饋裝置(特別是包括TENS設 備的裝置)來描述本發明，但是將認識到，本發明還可以具體應用于電流前庭刺激，或者應 用于直接向用戶的肌肉、或者諸如隔膜、聲帶、眼睛或前庭器官之類的其他功能性組織提供 電刺激的裝置。另外，盡管以下將把本發明作為計算機游戲的反饋裝置來描述，但是將認識到， 本發明可以應用于其中可以使用電刺激來向用戶提供反饋的任意類型的游戲或娛樂應用 (電子器件、計算機等)。如上所述，用戶對包括TENS設備的反饋裝置的誤用(無論是有意還是無意)可能 是危險和有害的。這樣的誤用可以包括將用于向用戶施加電刺激的電極放置在用戶身體上 的不適當位置處，或者放在不適當的對象上。例如，如果電極被放在用戶身體上以使得施加 的電流經過包括諸如心臟之類的重要器官的身體區域，則施加的電流會干擾心臟的正常運 作，這會具有嚴重后果。接下來，根據電極所附連到用戶身體上的位置確定電極或者電極組與用戶的“正 確”附連，以及要經由電極施加到用戶的電刺激信號的強度。例如，盡管當將電極或電極對附連到相對的胳膊并且電刺激信號處于第一強度時 該電極或電極對可以“正確地”附連到用戶，但是如果電刺激信號處于比第一強度高得多的 第二強度，這些電極將是“不正確地”附連，并且施加處于第二強度的信號對于用戶可能是 不安全或者危險的。但是，如果電極“正確地”附連到用戶，即如果它們被附連到同一胳膊， 則施加處于第二強度的電刺激信號可能是安全的。如果電極中的一個或多個沒有附連到用 戶，則也可以認為電極“不正確地”附連。因此，一個或多個電極與用戶的“正確”附連是要施加的電刺激信號的強度以及一 個或多個電極在用戶上的位置或相對位置兩者的函數。因此，一個或多個電極與用戶的“不 正確”附連表明對于要施加的電刺激信號的強度，一個或多個電極已經以不適當位置位于 用戶上。 圖1示出了用戶2和計算機游戲控制臺4。計算機游戲控制臺4具有控制器6，該 控制器6包括允許用戶2與控制臺4交互的多個按鈕或者控制。控制器6可以包括如上所 述的傳統的振動或者力量反饋功能。
還提供了經由電纜9連接到控制臺4的反饋裝置8。反饋裝置8可以使用任意類 型的有線連接(包括USB或者FireWire (火線))或者任意類型的無線連接而連接到控制 臺4。反饋裝置8包括附連到用戶2的一個胳膊的電極對或者電極陣列10a、10b。在此 圖示中，電極10a、10b已經正確地放置在用戶2上，因為給定強度的電刺激電流將經過該胳 膊的一短段長度。但是，如果電極10被放在每個胳膊上，則該電流將需要經過胸腔，這會是 危險的。如果電極10中的一個或這兩個被放在胸腔上或者胸腔附近，會發生同樣的問題。圖2示出了根據本發明的第一實施例的反饋裝置8。反饋裝置8包括用于將裝置8經由電纜9連接到控制臺4的輸入/連接端口 12。裝置8還包括電極10a、IOb連接到其 中的電極端口 14。盡管此圖中示出了兩個電極10，但是將認識到，可以提供任意數量的電極10(例 如對于每個胳膊或者每個肢體可以有一對電極10)。反饋裝置還包括控制單元15，該控制單元15包括在處理器18的控制下將所需信 號提供給電極10的電刺激模塊16。處理器18連接到輸入/連接端口 12，其通過該輸入/ 連接端口 12接收來自控制臺4或者與要提供給用戶的反饋有關的其他電子設備的輸出。裝置8的控制單元15還包括生理特性測量模塊20，其連接到電極端口 14和處理 器18。生理特性測量模塊20通過電極10的一個或多個來測量用戶的至少一個生理特性。 取決于被測量的生理特性，模塊20可以使用(一個或多個)電極10直接或者經由與(一 個或多個)電極10集成地形成的專用傳感器(未示出)來測量該特性。處理器18接收至少一個生理特性的測量并確定電極10是否已經正確地附連到用 戶2。該確定可以通過將測量與預定閾值或者值的預定范圍(取決于被測量的特性)進行 比較來實行。圖3圖示了操作反饋裝置8的方法。在步驟101，將一個或多個電極10附連到用 戶2。電極10可以經由導電介質(比如導電粘合劑)直接與用戶電接觸。可替換地，可以 使用例如條狀物或帶狀物將電極10按壓在用戶上。在后一情況下，薄的空氣絕緣層可以將 電極10與用戶分離，但是仍然認為電極是附連的，這是因為仍然能夠在電極和用戶之間傳 輸較高頻率的AC電信號。在此階段，電極10可以位于用戶2上的任何位置，因此裝置8需 要確定經由(一個或多個)電極施加電刺激信號是否安全。在步驟103，使用(一個或多個)電極10通過生理特性測量模塊20測量用戶的至 少一個生理特性。在步驟105，確定(一個或多個)電極10是否已經正確地附連到用戶2 (例如，確 定電極是否連接經過心臟)。該確定是基于步驟103中對至少一個生理特性的測量。在一 個實施例中，該確定還考慮了要施加到用戶的電刺激信號的強度。如果確定(一個或多個)電極10已經正確地附連到用戶2，則方法轉到步驟107， 在步驟107中，允許經由(一個或多個)電極10施加電刺激信號。這些信號將通過電刺激 模塊16響應于來自控制臺4上的計算機游戲的適當輸出而產生。如果確定一個或多個電極10不正確地附連到用戶2，則方法轉到步驟109，在步驟 109中，阻止或衰減經由一個或多個電極(10)施加電刺激信號。由于電極的定位與電刺激 信號強度之間的關系，則對電刺激信號的強度的衰減會導致認為電極被“正確地”放置(假如衰減的信號強度適合于電極的位置的話)。該方法確保了如果電極不正確地附連到用戶2，則將停止施加電刺激信號，或者其 強度將顯著降低，以使得認為電極被正確放置。因此，消除了對用戶有害或傷害的風險。生理特性測量模塊20可以測量用戶2的任何適當的生理特性，包括來自心臟的心 電圖(ECG)信號或者使用腦電圖描記器(EEG)的腦電波模式。因此，使用這些特性，可以檢 測(一個或多個)電極10是否已經以可能會影響心臟或大腦的方式附連到用戶2。在本發明的一個實施例中，生理特性測量模塊20適于使用電極10來測量來自用 戶的心電圖信號。具體地，模塊20試圖檢測ECG信號(其是直觀的，因為ECG信號完全具 有特性形式)，并且如果檢測到，則測量所檢測的信號的強度。如果沒有檢測到ECG信號，或者如果檢測的信號具有在預定閾值以下的強度(如 由處理器18確定)，則處理器18使能電刺激模塊16，以使得當從計算機游戲控制臺4接收 到適當的輸出時，經由電極10將電刺激信號提供給用戶2。如果檢測到ECG信號并且其強度在預定閾值以上(如由處理器18確定)，則處理器18停用電刺激模塊16，以使得響應于來自計算機游戲控制臺4的適當輸出而不產生電刺 激信號，或者響應于來自計算機游戲控制臺4的輸出而衰減由模塊16產生的電刺激信號的 強度。在此情況下，預定閾值指示電極是否被放置得太靠近或者經過心臟(這使得測量的 ECG信號更強)。如果超過了預定閾值，則處理器18可以向用戶2提供警告消息，以指示對于給定 的電刺激信號強度，電極10還未被正確附連。可以通過在裝置8上的顯示器或者通過在與 計算機游戲控制臺4關聯的顯示器上的彈出消息來提供該警告消息。警告消息可以進一步 提供與電極10的適當定位相關的可視建議。如果在接收到警告后允許對用戶2繼續電刺 激，則將顯著地降低電刺激信號的強度(即電流、電壓、能量和/或功率)以避免傷害用戶 2。在本發明的一個實施例中，生理特性測量模塊20可以就在每次施加電刺激信號 之前(即每次從計算機游戲接收到適當的輸出時)測量至少一個特性，以便確保電極10在 游戲中還未被重新放置。然而，在施加電刺激信號之前進行測量可能在刺激中引入相對于產生對電刺激信 號的需要的游戲中的動作的延遲(或游戲本身中的延遲)。因此，在本發明的替換實施例 中，模塊20運作為在不需要電刺激信號的每個瞬間測量至少一個特性。因此，當從計算機 游戲接收到適當的輸出時，最近的特性測量已經可用，并且處理器18可以迅速確定是否可 以施加電刺激信號。但是，如果存在一起緊密地施加許多電刺激信號的時段，則可能不能維持最新的 特性測量。在此情況下，處理器18可以被編程為在預定間隔后暫停(halt)施加信號，使得 可以由模塊20進行特性測量。在進一步的實施例中，可以為電極10提供另外的感測部件，其可以檢測電極10是 否脫離用戶2，這優選地利用權利屬于本申請人的WO 2006/092766中描述的所謂“零功率 開始檢測器”。在此情況下，可以僅在檢測到電極10已經脫離用戶2的情況下實行進一步 的特性測量。圖4示出了根據本發明的第二實施例的反饋裝置。在此圖中，反饋裝置8與圖2所示的相對應，并且具有連接到生理特性測量模塊20的一組生理特性測量傳感器22 (22a, 22b)。在此實施例中，用于向用戶2施加電刺激信號的電極10再次用于測量用戶2的至少一個生理特性。另外，傳感器22或者用于測量用戶2的相同的至少一個生理特性，或者 用于測量進一步的、優選為相關的、但是來自身體的不同部分的生理特性，以便為處理器18 提供參考測量。例如，在測量的生理特性是ECG信號的情況下，可以將傳感器22a、22b放置在用戶 2上的適當位置處用于監視ECG信號。使用這些傳感器22獲得的測量用作處理器18的參 考信號，并且可以用于確定由電極10a、10b測量的信號的最大安全強度。因此，如果由電極 10a、IOb測量的ECG信號的強度在由傳感器22a、22b (其應該位于靠近心臟處)測量的信號 的特定范圍內，則可以確定電極10a、IOb太靠近心臟，并且應該停用電刺激模塊16，或者衰 減所產生的電刺激信號。可替換地，或者另外，傳感器22和電極10可以測量其定時基于電極/傳感器在用 戶2的身體上的位置而變化的生理特性。例如，電極/傳感器可以測量用戶的脈搏或者心 跳頻率，如隨著血液輸送過身體而由血壓變化而定義的那樣。在此情況下，由傳感器22對 在心臟附近的特定脈搏的測量與由電極10對肢體中的該相同脈搏的測量之間的時間差可 以指示電極10是否已經被放置為具有距心臟的符合距離。這種類型的替換或者附加測量通過最初或者隨后將電極放在非生命體上而防止 對安全特征的危害。如上所述，可以由(一個或多個)電極和/或(一個或多個)傳感器22測量任何 適當的(一個或多個)生理特性，包括ECG信號和EEG信號。進一步的可測量特性包括皮 膚導電性或排汗、皮膚溫度、肌肉張力、呼吸頻率或對用戶的血液或組織中的相關化學或生 物學水平的非干擾性(non-obtrusive)測量。此外，這些測量還可以由裝置8用于其他目 的。例如，皮膚導電性或排汗測量可以用于確定用戶的興奮水平，這可以反饋到計算機游戲 中；使用熱電偶或者非接觸紅外感測體溫計進行的皮膚溫度測量可以由裝置8使用來檢測 電極10是否已經被放置在非生命體上；肌肉張力測量可以由裝置8使用來防止與游戲有關 的重復使力損傷(RSI)，或者將用戶反應時間反饋到計算機游戲中以便將游戲內容適配為 用戶技能水平；以及呼吸頻率測量可以由裝置8用作用于確定用戶興奮水平的替換測量。因此，在本發明的進一步實施例中，特性測量可以用作計算機游戲的輸入以便控 制或者將游戲適配為用戶的反應時間或者當前情緒或興奮水平(如從諸如排汗、心率、心 率變化、呼吸頻率、肌肉張力等的測量中解釋得出的)。在本發明的進一步實施例中，電極10和/或傳感器22可以被放置在適合于附連 到用戶2的身體的特定部分的物品(item)中。例如，電極10可以被放置在臂章中。因此， 臂章的機械結構將防止用戶2將電極10放置為經過其胸腔或心臟，因此提供較少的電極10 放置錯誤并由此增加反饋設備的整體安全性。在本發明的進一步實施例中，反饋裝置8可以提供用戶可調的電刺激信號強度， 這可以基于用戶2的偏好進行設置。因此，如果處理器18運作為衰減電刺激信號的強度， 則其可以從用戶定義的水平降低到較低的水平。盡管已經將反饋裝置8作為與運行計算機游戲(控制臺4)的設備分離的組件而對其進行了描述并圖示，但是將認識到，反饋裝置8可以與該設備集成地形成，或者可以與 該設備的用戶接口、比如控制器6集成地形成。因此提供了用于游戲的反饋裝置，其提供電刺激并且其中降低了設備誤用的風險。盡管已經在附圖和以上描述中圖示并描述了本發明，這種圖示和描述將被認為是 圖示或示例性的而非限制性的；本發明不限于所公開的實施例。
根據對附圖、公開和所附權利要求的學習，在實踐要求保護的本發明時，本領域技 術人員可以理解并實現所公開的實施例的變化。在權利要求中，詞“包括”并不排除其他要 素或步驟，并且不定冠詞“一個(a)”或“一個(an)”不排除多個。單個處理器或者其他單 元可以完成權利要求中陳述的一些項的功能。在相互不同的從屬權利要求中陳述某些措施 的單純事實并不表示這些措施的組合不能用于獲益。權利要求中的任意參考標記不應被解 釋為限制范圍。計算機程序可以存儲或者分布在適當的介質上，比如與其他硬件一起或者 作為其一部分而提供的光存儲介質或者固態介質，但是也可以以其他形式分布，比如經由 因特網或者其他有線或無線電信系統。
權利要求
一種用于游戲的反饋裝置，該反饋裝置包括至少一個電極，用于附連到反饋裝置的用戶；以及控制單元，用于經由該至少一個電極測量用戶的至少一個生理特性；用于基于對該至少一個生理特性的測量來確定對于預定的電刺激信號電平、該至少一個電極是否已經正確附連到用戶；以及如果確定該至少一個電極已經正確附連到用戶，則響應于來自游戲的輸出、經由該至少一個電極向用戶提供處于預定電平的電刺激信號。
2.如權利要求1所述的反饋裝置，其中所述控制單元進一步適于如果確定該至少一個 電極已經被不正確地附連到用戶，則阻止經由該至少一個電極將電刺激信號施加到用戶。
3.如權利要求1所述的反饋裝置，其中所述控制單元適于如果確定對于該預定的信號 水平、該至少一個電極還未被正確附連到用戶，則向用戶提供處于比預定的電刺激信號低 的電平的電刺激信號。
4.如先前權利要求中的任一個所述的反饋裝置，其中所述控制單元適于通過將所測量 的至少一個生理特性與預定閾值比較來確定該至少一個電極是否已經正確附連到用戶。
5.如權利要求1到4中的任意一項所述的反饋裝置，其中所述控制單元適于通過將所 測量的至少一個生理特性與值的預定范圍比較來確定該至少一個電極是否已經正確附連 到用戶。
6.如先前權利要求中的任一個所述的反饋裝置，還包括用于附連到反饋裝置的用戶的 至少一個生理特性測量傳感器。
7.如權利要求6所述的反饋裝置，其中所示控制單元適于經由所述傳感器和至少一個 電極來測量該至少一個生理特性，以及基于通過該至少一個電極與該至少一個傳感器對該 至少一個生理特性的測量之間的比較來確定該至少一個電極是否已經正確附連到用戶。
8.如先前權利要求中的任一個所述的反饋裝置，其中所述控制單元適于當接收到來自 游戲的輸出時測量該至少一個生理特性。
9.如權利要求1到7的任意一項所述的反饋裝置，其中所述控制單元適于當未接收到 來自游戲的輸出時測量該至少一個生理特性。
10.如權利要求1到7的任意一項所述的反饋裝置，其中所述控制單元適于以周期間隔 測量該至少一個生理特性。
11.如先前權利要求中的任一個所述的反饋裝置，其中該至少一個電極與用于附連到 用戶的具體部分的物品集成。
12.如先前權利要求中的任一個所述的反饋裝置，其中該電刺激信號是經皮神經電刺 激信號。
13.如先前權利要求中的任一個所述的反饋裝置，其中該至少一個生理特性包括心電 圖信號、心阻抗圖、心沖擊圖、腦電圖信號、心率、心率變化、血壓、血壓變化、皮膚導電性、排 汗、皮膚溫度、肌肉張力和呼吸頻率中的一個或多個。
14.一種計算機，包括如權利要求1到13的任意一項所述的反饋裝置。
15.一種計算機游戲控制臺，包括如權利要求1到13的任意一項所述的反饋裝置。
16.一種用于計算機或者計算機游戲控制臺的用戶接口，該用戶接口包括如權利要求 1到13的任意一項所述的反饋裝置。
17.一種操作游戲的反饋裝置的方法，該反饋裝置具有用于將電刺激信號施加到該裝置的用戶的至少一個電極，該方法包括使用附連到用戶的該至少一個電極測量反饋裝置的用戶的至少一個生理特性；基于所測量的用戶的至少一個生理特性來確定對于預定的電刺激信號電平、該至少一 個電極是否已經正確附連到用戶；以及如果確定該至少一個電極已經正確附連到用戶，則響應于來自游戲的輸出而允許經由 該至少一個電極將處于預定電平的電刺激信號施加到用戶。
18.如權利要求17所述的方法，其中如果確定該至少一個電極已經不正確地附連到用 戶，則阻止經由該至少一個電極將電刺激信號施加到用戶。
19.如權利要求17所述的方法，其中如果確定對于預定電刺激信號電平、該至少一個 電極還未正確附連到用戶，則向用戶提供處于比該預定的電刺激信號低的電平的電刺激信 號。
20.如權利要求17-19的任意一項所述的方法，其中確定該至少一個電極是否已經正 確附連到用戶的步驟包括將所測量的至少一個生理特性與預定閾值比較。
21.如權利要求17到19的任意一項所述的方法，其中確定該至少一個電極是否已經正 確附連到用戶的步驟包括將所測量的至少一個生理特性的測量與值的預定范圍進行比較。
22.如權利要求17到21的任意一項所述的方法，還包括步驟使用附連到用戶的至少 一個傳感器來測量該反饋裝置的用戶的至少一個生理特性。
23.如權利要求22所述的方法，其中確定該至少一個電極是否正確已經附連到用戶的 步驟包括將通過該至少一個電極與通過該至少一個傳感器對該至少一個生理特性的測量 進行比較。
24.如權利要求17到23的任意一項所述的方法，其中當接收到來自游戲的輸出時進行 測量該至少一個生理特性的步驟。
25.如權利要求17到23的任意一項所述的方法，其中當未接收到來自游戲的輸出時進 行測量該至少一個生理特性的步驟。
26.如權利要求17-23的任意一項所述的方法，其中以周期間隔進行測量該至少一個 生理特性的步驟。
27.如權利要求17到26的任意一項所述的方法，其中所述電刺激信號是經皮神經電刺激信號。
28.如權利要求17到27的任意一項所述的方法，其中該至少一個生理特性包括心電 圖信號、腦電圖信號、心阻抗圖、心沖擊圖、心率、心率變化、血壓、血壓變化、皮膚導電性、排 汗、皮膚溫度、肌肉張力和呼吸頻率中的一個或多個。
29.一種計算機程序，包括用于使得處理器執行根據權利要求17到29的任意一項的方 法的代碼。
全文摘要
提供了用于游戲的反饋裝置，該反饋裝置包括至少一個電極，用于附連到反饋裝置的用戶；以及控制單元，用于經由該至少一個電極測量用戶的至少一個生理特性；用于基于所測量的該至少一個生理特性來確定對于預定的電刺激信號水平、該至少一個電極是否已經正確附連到用戶；以及如果確定該至少一個電極已經正確附連到用戶，則響應于從游戲的輸出而經由該至少一個電極向用戶提供處于預定電平的電刺激信號。
文檔編號A63F13/06GK101801480SQ200880108204
公開日2010年8月11日 申請日期2008年9月17日 優先權日2007年9月20日
發明者D·布羅肯, F·M·H·克羅姆普沃茨, M·T·約翰遜, O·M·J·范特埃夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司