射流泵和闭锁闸门
背景
本公开总体上涉及用于头戴式显示器(HMD)的射流元件(fluidic device)，且更具体地涉及在虚拟现实系统中使用射流元件。
虚拟现实(VR)是由计算机技术创建并例如通过VR系统呈现给用户的模拟环境。在一些VR系统中，可穿戴设备(例如，手套)允许用户与虚拟对象进行交互。在这种可穿戴设备上的电路可能是复杂的、庞大的以及在一些情况下是重的。因此，传统的可穿戴设备可能减损用户对VR系统的体验。
概述
所公开的发明的实施例包括在VR、增强现实(AR)系统和/或混合现实(MR)系统中使用的射流元件。射流元件是与电子元件(例如，电场效应晶体管、电气二极管、电阻器、电容器等)类似地起作用的流体处理元件。此外，射流元件是可组合的，意味着射流元件可以耦合在一起以形成复合射流元件(例如，解码器)。在一些实施例中，成组的射流元件被耦合在一起以充当用于VR系统的可穿戴设备(例如，触觉手套)上的触觉装置的控制器。
在一个实施例中，射流元件包括通道导管、泵室和阀装置。通道导管被配置成将流体从第一流体入口输送到流体出口。第一流体入口是通道导管中流体的输入端。流体出口是通道导管中流体的输出端。泵室被配置成从第二流体入口接收流体。第二流体入口是泵室中流体的输入端。泵室包括第一内表面和第二内表面。泵室的第二内表面的一部分邻近通道导管，并且泵室的第二内表面的该部分中的间隙(gap)形成通道导管的第一流体入口。阀装置定位于泵室内。阀装置被配置成根据泵室内的流体压力改变位置，以控制从泵室经由通道导管的第一流体入口流入通道导管的流体流量。具体而言，阀装置被配置成根据泵室内的第一流体压力将第一流量的流体从泵室经由通道导管的第一流体入口引入通道导管中。阀装置还被配置成根据泵室内的第二流体压力而将第二流量的流体从泵室经由通道导管的第一流体入口引入通道导管中，其中第二流体压力高于第一流体压力。
在替代实施例中，射流元件包括第一通道导管、第二通道导管、颈部和阀装置。第一通道导管包括第一内表面和第二内表面。第一通道导管被配置成将流体从第一流体入口输送到第一流体出口。第一流体入口是第一通道导管中流体的输入端。第一流体出口是第一通道导管中流体的输出端。第二通道导管包括第三内表面和第四内表面。第二通道导管邻近第一通道导管定位，使得第一通道导管和第二通道导管共享公共壁。公共壁包括第一通道导管的第二内表面的一部分和第二通道导管的第三内表面的一部分。第二通道导管被配置成将流体从第二流体入口输送到第二流体出口。第二流体入口是第二通道导管中流体的输入端。第二流体出口是第二通道导管中流体的输出端。颈部定位于第二通道导管的第二流体入口和第二通道导管的第二流体出口之间。颈部包括第二通道导管的第四内表面的一部分和包括在公共壁中的第二通道导管的第三内表面的一部分。阀装置定位于第一通道导管内。阀装置被配置成根据第一通道导管中的流体压力，通过改变位置以使公共壁变形来控制第二通道导管中的流体流量。公共壁的变形改变了颈部的横截面积。颈部横截面积的这种变化改变了第二通道导管中的流体流量。具体而言，阀装置被配置成根据第一通道导管内的第一流体压力而引起第二通道导管中流体的第一流量。阀装置还被配置成根据第一通道导管内的第二流体压力而引起第二通道导管中流体的第二流量，其中第二流体压力高于第一流体压力。
根据本发明的实施例在针对射流元件的所附权利要求中被具体公开，其中在一个权利要求类别(例如，射流元件)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如方法、系统、存储介质和计算机程序产品)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。
在根据本发明的实施例中，射流元件可以包括：
通道导管，其被配置成将流体从第一流体入口输送到流体出口，其中第一流体入口是通道导管中流体的输入端，并且流体出口是通道导管中流体的输出端；
泵室，其被配置成从第二流体入口接收流体，其中第二流体入口是泵室中流体的输入端，泵室包括第一内表面和第二内表面，泵室的第二内表面的一部分邻近通道导管，并且泵室的第二内表面的该部分中的间隙形成通道导管的第一流体入口；以及
阀装置，其定位于泵室内，阀装置被配置成根据泵室内的流体压力改变位置以控制从泵室经由通道导管的第一流体入口流入通道导管的流体流量，阀装置被配置成根据泵室内的第一流体压力来将第一流量的流体从泵室经由通道导管的第一流体入口引入通道导管中，并且根据泵室内的第二流体压力来将第二流量的流体从泵室经由通道导管的第一流体入口引入通道导管中，第二流体压力高于第一流体压力。
阀装置可以包括多个段，该多个段可以包括第一段和第二段，第一段可以在第一耦合点耦合到泵室的第一内表面，第二段可以在第二耦合点耦合到泵室的第二内表面，并且多个段中的每个段可以在附加耦合点耦合到至少一个其他段。
多个段可以包括第三段，第一段可以在第三耦合点耦合到第三段，第三段也可以在第四耦合点耦合到第二段，并且第二段也可以在第四耦合点耦合到第三段。
泵室内增大的流体压力可以导致多个段围绕其相应的耦合点旋转，该移动用于将流体泵入通道导管中。
泵室的第一内表面和泵室的第二内表面上的耦合点可以被固定在适当的位置。
泵室内的压力从第一流体压力到第二流体压力的周期性变化可以导致阀装置周期性地将流体泵入通道导管中。
在根据本发明的实施例中，射流元件可以包括：
第一通道导管，其包括第一内表面和第二内表面，第一通道导管被配置成将流体从第一流体入口输送到第一流体出口，其中第一流体入口是第一通道导管中流体的输入端，并且第一流体出口是第一通道导管中流体的输出端；
第二通道导管，其包括第三内表面和第四内表面，第二通道导管邻近第一通道导管定位，使得第一通道导管和第二通道导管共享公共壁，公共壁包括第一通道导管的第二内表面的一部分和第二通道导管的第三内表面的一部分，第二通道导管被配置成将流体从第二流体入口输送到第二流体出口，其中第二流体入口是第二通道导管中流体的输入端，并且第二流体出口是第二通道导管中流体的输出端；
颈部，其定位于第二通道导管的第二流体入口和第二通道导管的第二流体出口之间，颈部包括第二通道导管的第四内表面的一部分和包括在公共壁中的第二通道导管的第三内表面的一部分；以及
阀装置，其定位于第一通道导管内，阀装置被配置成根据第一通道导管中的流体压力，通过改变位置以使公共壁变形来控制第二通道导管中的流体流量，公共壁的变形由此改变颈部的横截面积，这改变第二通道导管中的流体流量，其中阀装置被配置成根据第一通道导管内的第一流体压力引起第二通道导管中流体的第一流量，并且根据第一通道导管内的第二流体压力引起第二通道导管中流体的第二流量，并且第二流体压力高于第一流体压力。
第一通道导管的第一流体入口可以邻近第二通道导管的第二流体出口，并且第一通道导管的第一流体出口可以邻近第二通道导管的第二流体入口。
阀装置可以包括多个段，该多个段可以包括第一段和第二段，第一段可以在第一耦合点耦合到第一通道导管的第一内表面，第二段可以在第二耦合点耦合到通道导管的第二内表面，并且多个段中的每个段可以在附加耦合点耦合到至少一个其他段。
每个段可以被配置成围绕至少一个耦合点旋转。
多个段还可以包括第三段，第一段可以在第三耦合点耦合到第三段，并且第三段可以在第四耦合点耦合到第二段。
第一通道导管的第一内表面和第一通道导管的第二内表面上的耦合点可以被固定在适当的位置。
流体压力到第二流体压力的增加可以导致多个段以使公共壁变形的方式移动。
在本发明的另外的实施例中，一个或更多个计算机可读非暂时性存储介质包含软件，该软件在被执行时可操作来在根据本发明或任何上面提到的实施例的系统中实施。
在本发明的另外的实施例中，计算机实现的方法使用根据本发明或任何上面提到的实施例的系统。
在本发明的另外的实施例中，优选地包括计算机可读非暂时性存储介质的计算机程序产品用在根据本发明或任何上面提到的实施例的系统中。
附图简述
图1A是根据实施例的在低压状态下用作泵的示例射流元件的横截面。
图1B是根据实施例的图1A所示的示例射流元件从其流体入口的角度来看的横截面。
图1C是根据实施例的处于高压状态的图1A所示的示例射流元件的横截面。
图1D是根据实施例的图1C所示的示例射流元件从其流体入口的角度来看的横截面。
图2A是根据实施例的在低压状态下用作闭锁闸门(latching gate)的示例射流元件的横截面。
图2B是根据实施例的图2A所示的示例射流元件的从其流体入口的角度来看的横截面。
图2C是根据实施例的处于高压状态的图2A所示的示例射流元件的横截面。
图2D是根据实施例的图2C所示的示例射流元件从其流体入口的角度来看的横截面。
图3是根据实施例的包括VR系统的系统环境的框图。
图4是根据实施例的用于与虚拟对象交互的示例触觉手套。
附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到本文示出的结构和方法的替代实施例可以被采用而不偏离本文所述的本公开的原理或者所推崇的益处。
详细描述
系统综述
所公开的发明的实施例包括在虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统和/或混合现实(MR)系统中使用的射流元件。在一些实施例中，射流元件是由软材料制成的元件，其使用填充有流体的毫米或更小的通道来传输信息，并且射流元件通常实现逻辑并且具有用于传输信息的控制致动器。在一个实施例中，射流元件是与电气系统中的电子元件(例如，电气晶体管、电气二极管等)类似地起作用的流体处理元件。例如，射流元件可以被设计成使得它作为射流闭锁闸门或泵进行操作。此外，射流元件是可组合的，意味着射流元件可以耦合在一起以形成复合射流元件。在一些实施例中，成组的射流元件被耦合在一起以充当VR系统的可穿戴设备(例如，触觉手套)上的触觉装置的控制器。
下面参照图1A-图2D描述关于用作闭锁闸门和泵的射流元件的详细示例。
在一个实施例中，可穿戴设备在用于向穿戴该设备的用户提供VR、AR、MR或其某种组合体验的系统中被实现。更详细地，可穿戴设备响应于来自系统的控制台的指令向用户提供触觉反馈。可穿戴设备包括至少一个致动器和控制器。控制器由如上所述的多个射流元件组成。在一些实施例中，射流元件耦合在一起以形成一个或更多个复合射流元件。复合射流元件是由多个射流元件形成的元件，这些射流元件耦合在一起以形成射流电路，并且这些射流元件是“可组合的”，因为多个射流元件可以耦合在一起以生成更大的结构。关于“复合射流元件”的更多细节可以在例如美国专利申请第62/449,323号和美国专利申请第62/399,153号中找到，这两个申请都由此通过引用以其整体并入。
在一些实施例中，射流元件用作泵。在这些实施例中，射流元件包括：泵室，其包括流体入口；泵室内部的阀装置；以及通道导管，其包括流体出口以及连接到泵室的流体入口。施加在阀装置上的流体压力控制阀装置周期性地关闭和打开通道导管的流体入口，允许来自泵室的流体被周期性地泵入通道导管中。
在替代实施例中，射流元件用作闭锁闸门。在这些实施例中，射流元件包括由内表面界定并具有流体入口和流体出口的第一通道导管、位于第一通道导管内的阀装置和由内表面界定并包括流体入口和流体出口的第二通道导管。特别地，阀装置连接到第一通道导管的与第二导管通道相邻的内表面的部分。从第一通道导管的流体入口施加在阀装置上的流体压力控制阀装置以拉动第一通道导管的内表面，并进一步拉动第二通道导管的与第一通道导管相邻的内表面的一侧，这允许第二通道导管打开并允许第二通道导管内的流体从流体入口流向流体出口。响应于施加到阀装置的流体压力而打开第二通道导管使得射流元件在这种模式下用作闭锁闸门。
流量表示流体在射流元件的通道导管中从一端流向另一端的速率。示例体积流量为60ml/min。射流元件的通道导管中的流量可能受到例如来自对应流体入口的流体压力的影响。
通道导管的“打开(open)”状态指当通道导管中的流体以某个打开阈值流量从一端流向另一端时的状态。相反，通道导管的“关闭(close)”状态是指当通道导管中的流体流小于某个关闭阈值流量时的状态，防止通道导管中的流从一端流向另一端。此外，当通道导管从打开状态转变到关闭状态或从关闭状态转变到打开状态时出现“过渡(transitionary)”状态。
这里描述的“高压”、“过渡”压和“低压”取决于射流元件结构和填充射流元件的流体的压力。通常，“低压”是处于低压范围内的流体压力，“高压”是处于高压范围内的流体压力，以及“过渡”压是处于低压范围和高压范围之间的流体压力。注意，在一些实施例中，存在高压范围和低压范围，但不存在过渡范围。此外，射流元件的不同部件可以具有不同的高压范围、不同的过渡压范围和不同的低压范围。例如，闸门的高压范围可以明显小于源的高压范围。
现在转到对用作泵的示例射流元件100的讨论，图1A是根据实施例的在低压状态下用作泵的示例射流元件100的横截面。射流元件100包括泵室105、通道导管110和阀装置115。
泵室105是射流元件100的一部分，并且由内表面120(120A和120B，统称为120)限定，并且在图1A所示的横截面中，示出了内表面120A的一侧和内表面120B的另一侧。特别地，内表面120B的该侧邻近通道导管110，并且在内表面120A的该侧上存在间隙，如下所述，该间隙形成通道导管的流体入口125。在一个实施例中，泵室105的内表面120由薄膜制成。泵室105也包括流体入口130，流体从流体入口130流入泵室。如下文更充分描述的，当通道导管处于打开状态时，泵室105内的流体被引向并进入通道导管110。泵室105还包括如下所述的阀装置115。
通道导管110是射流元件100的包围通道的一部分，其中流体在通道内部流动。通道导管110由内表面135限定。通道导管110包括流体入口125和流体出口140，当通道导管处于打开状态时，通道导管内部的流体从流体入口流向流体出口。通道导管110经由通道导管的流体入口125连接到泵室105的内表面120B的一侧。
阀装置115是射流元件100的一部分。阀装置115包括多个段，该多个段耦合在一起，使得两个耦合的段可以在该两个耦合段的耦合点处旋转。旋转可以沿着平行于Z轴的轴发生，并且可以是顺时针或逆时针的。在一个实施例中，阀装置130包括三个段，这三个段被标记为图1A和图1C中所示的段145A、145B和145C。在多个段中，段145A耦合到内表面120A的一侧，段145C耦合到内表面120B的一侧，并且段145B耦合到段145A和段145C。段145A的耦合到内表面120A的部分和段145C的耦合到内表面120B的部分在相应的耦合点处耦合。另外在每个耦合点，旋转可以围绕平行于Z轴的轴发生，并且旋转可以是顺时针或逆时针的。泵室105中段145B的定位(location)可以随着流体压力而改变。段145A和145C也可以改变位置，除了段145A、145C分别与内表面120A和120C的耦合点保持固定之外。在一个实施例中，阀装置115由诸如塑料的可变形材料制成。阀装置115的三个段145A、145B、145C可以根据泵室105内的流体压力移动，更具体地，根据来自泵室的流体入口130的流体压力移动。作为一个示例，随着来自流体入口130的流体压力的增大，导致段145A围绕其与内表面120A的耦合点逆时针旋转，并且段145C围绕其与内表面120B的耦合点顺时针旋转。段145A和145C的移动导致段145B也在正y方向上移动，并且也逆时针旋转。在图1A中，射流元件100处于低压状态，其中通道导管110处于对应的打开状态。
射流元件100的低压状态指示泵室105内的流体压力低于一定阈值，并且例如，流体的流量可能低于一定阈值。在低压状态下，在从流体入口130施加在阀装置115上的流体压力没有达到或超过阈值的情况下，阀装置位于离开内表面120B的一侧一定距离处，并且特别地如图1A所示，段145A和段145B离开内表面120B的侧面。因此，通道导管110的流体入口125是打开的，这允许泵室105内部的流体被导向并流入通道导管，并且通道导管处于打开状态。
射流元件100的过渡状态是高压状态和低压状态之间的状态。作为一个示例，在射流元件100从高压状态到低压状态的过渡状态期间，泵室105内部的流体压力逐渐减小，直到最初关闭的间隙变得打开，以允许通道导管110从关闭状态转换到打开状态。作为另一个示例，在射流元件100从低压状态到高压状态的过渡状态期间，泵室105内部的流体压力逐渐增大，直到最初打开的间隙变得关闭，以允许通道导管110从打开状态转换到关闭状态。
图1B是根据实施例的图1A所示的示例射流元件100从其流体入口130的角度来看的横截面150。如图1B所示，横截面150是矩形形状。在图1B中，通道导管110处于打开状态，段145A离开内表面120B的侧面，并且存在允许来自流体入口130的流体被导向并进入通道导管110的开口部分155，这指示射流元件100处于打开状态。在替代实施例中，从流体入口130来看的横截面150可以具有不同的形状，例如，圆形、正方形或某个其他形状。注意，在该视图中没有示出通道导管110。然而，通道导管110可以具有矩形横截面，或者替代地，具有圆形、正方形或某个其他形状。
图1C是根据实施例的处于高压状态的图1A所示的示例射流元件100的横截面。在图1C的实施例中，射流元件100处于高压状态。射流元件100的高压状态指示泵室105内部的流体压力达到或高于某一阈值，并且例如，流体的流量可以高于某个阈值。在高压状态下，施加在阀装置115上的流体压力推动阀装置115的段145A和段145B远离流体入口130。流体压力还将阀装置115的段145A和段145B的一部分推靠在内表面120B的侧面。这关闭了通道导管110的流体入口125，并且相应地防止泵室105内部的流体流入通道导管110，并将通道导管置于关闭状态。
图1D是根据实施例的图1C所示的示例射流元件从其流体入口130的角度来看的横截面155。在图1D中，导管通道120处于关闭状态，段145A的一部分被推靠在内表面120B的侧面，并相应地关闭了通道导管的流体入口125，防止泵室105内部的流体流入通道导管。
在一个实施例中，借助来自泵室105内部的流体的恒定压力脉冲，阀装置115的段145A、145B、145C周期性地朝向y轴移动以被推靠在内表面120B上，以及远离内表面120B移动。阀装置115的这种周期性移动切断进入通道导管110内的流体和允许流体进入通道导管110，并使通道导管120周期性地处于关闭状态和打开状态。通道从关闭状态到打开状态(或者从打开状态到关闭状态)的周期性改变允许射流元件100用作泵。
图2A是根据实施例的在低压状态下用作闭锁闸门的示例射流元件200的横截面。射流元件200包括第一通道导管205、与第一通道导管205隔离的第二通道导管210以及位于第一通道导管内部的阀装置215。图2A所示的射流元件200仅仅是一个示例，并且在未示出的替代实施例中，射流元件200可以包括附加的/更少的或不同的部件。
第一通道导管205包围通道，其中流体在通道内部流动。第一通道导管205由内表面220(220A和220B统称为220)限定，并且在图2A所示的横截面中，示出了内表面220A和220B的两侧。第一通道导管205包括流体入口215，流体从该入口流入第一通道导管。第一通道导管205和第二通道导管210共享公共壁。公共壁包括第一通道导管中内表面220B的一部分和第二通道导管中内表面225A的一部分。公共壁也是可变形的，因为内表面220B和/或内表面225A可以因例如由阀装置215施加在公共壁上的力而(例如，沿着平行于X轴的轴)被拉动或推动。
阀装置215是射流元件200的一部分，在一个实施例中，阀装置215包括多个段。在一个实施例中，阀装置215包括三个段，其被标记为图2A和图2C中所示的段230A、230B和230C。三个段230A、230B、230C耦合在一起，使得两个耦合段可以在这两个耦合段之间的耦合点处旋转。段230A的耦合到内表面220A的部分和段220C的耦合到内表面220B的部分在相应的耦合点处耦合。段230B在相应的耦合点处耦合到段230A和段230C。另外在每个耦合点，旋转可以围绕平行于Z轴的轴发生，并且旋转可以是顺时针或逆时针的。如下文所解释的，第一通道导管205中段230B的定位可以随着流体压力而改变。段230A和230C也可以改变位置，除了段230A、230C分别与内表面220A和220C的耦合点保持固定之外。在多个段中，段230A耦合到内表面220A的侧面，段230C耦合到内表面220B的侧面，并且段230B连接段230A和段230C。在一个实施例中，阀装置230由诸如塑料的可变形材料制成。阀装置230的段230A、230B、230C可以根据第一通道导管205内部的流体压力移动，更具体地，根据来自第一通道导管的流体入口215的流体压力移动。作为一个示例，随着来自流体入口215的流体压力的增大(高于阈值)，导致段230A围绕其与内表面220A的耦合点逆时针旋转，并且段230C围绕其与内表面220B的耦合点顺时针旋转。段230A和230C的移动导致段230B也在正y方向上移动，并且也逆时针旋转。在图2A中，射流元件200处于低压状态，第二通道导管210处于对应的关闭状态。
第二通道导管210位于第一通道导管205附近。第二通道导管210由内表面225(内表面225A和228B统称为内表面220)限定，并且在图2A所示的横截面中，示出了内表面225A和225B的两侧。第二通道导管210包括流体入口235和流体出口240，当第二通道导管210处于打开状态时，流体从流体入口流向流体出口。第二通道导管210还包括位于流体入口235和流体出口240之间的颈部245。颈部245是第二通道导管210中的一个定位，在该定位处第二通道导管210的横截面的面积可以被调节(即，增大或减小)，以调节通过第二通道导管210的流体流。颈部245包括与第一通道导管205的公共壁。公共壁包括内表面220B和内表面225A的部分。内表面220A的作为公共壁的一部分的部分上的调节力可以调节颈部245的横截面。如下面详细讨论的，调节力由阀装置215部分基于第一通道导管205中的流体压力来施加。
射流元件200可以处于低压状态(即，第二通道导管210处于关闭状态)、高压状态(即，第二通道导管210处于打开状态)或过渡状态(即，第二通道导管210处于打开状态和关闭状态之间)。
射流元件200的低压状态指示第一通道导管205低于一定阈值，并且例如，流体的流量可能低于一定阈值。在低压状态下，没有足够大的压力施加在阀装置215上，使得阀装置215不会将内表面220B拉离其原始位置。因此，颈部245的横截面保持较小，这限制了从第二通道导管210的流体入口235到流体出口240的流体流动(并且在一些实施例中停止流动)，并且将第二通道导管210置于关闭状态。
射流元件200的过渡状态是高压状态和低压状态之间的状态。作为一个示例，在射流元件200从低压状态到高压状态的过渡状态期间，第一通道导管205内部的流体压力增大，导致阀装置215在-X方向上对内表面220B施加更多的力。这导致内表面220B变形，该变形导致颈部245的横截面增大。这允许第二通道导管210从关闭状态转换到打开状态。作为另一个示例，在射流元件200从高压状态到低压状态的过渡状态期间，第一通道导管205内的流体压力逐渐减小，导致阀装置215在-X方向上对内表面220B施加较小的力。这使得内表面220B变形较小，并且使得颈部245的横截面减小，并且将第二通道导管210置于关闭状态。
图2B是根据实施例的图2A所示的示例射流元件200从其流体入口215的角度来看的横截面250。如图2B所示，横截面250包括两个部分255和260。横截面255对应于第一通道导管205，并且横截面260对应于第二通道导管210。如图2B所示，横截面255具有矩形形状，并且横截面具有圆形形状。在图2B中，射流元件200处于低压状态，第二通道导管210处于关闭状态。在替代实施例中，横截面255和横截面260可以具有不同的形状，例如，椭圆形、正方形或某个其他形状。
图2C是根据实施例的处于高压状态的图2A所示的示例射流元件200的横截面。在图2C的实施例中，射流元件200处于高压状态，并且来自第一通道导管205的流体入口215的流体压力已经达到或超过一定阈值，以使内表面220B在负X方向上移动，并且相应地，第二通道导管210的内表面225A也在负X方向上移动。这种变形导致颈部229的横截面增大，并且通过第二通道导管210的流体流量增大。一旦达到阈值流量，第二通道导管210就处于打开状态。
射流元件200的高压状态指示第一通道导管205内部的流体压力高于一定阈值。在高压状态下，在阀装置215上施加足够大的压力时，阀装置施加一定量的力以使第一通道导管205的内表面220B朝向负x轴移动。因此，由于第一通道导管205和第二通道导管210共享的公共壁，第二通道导管210的内表面225A也朝向负x轴移动，并且颈部229的横截面增大。这允许第二通道导管210内部的流体从流体入口235流向流体出口240，并使第二通道导管210处于打开状态。
在第一通道导管205内的流体压力达到阈值压力时，颈部245的横截面增大到足以将第二通道导管210置于打开状态的点。因此，通过控制第一通道导管205中的流体压力来影响第二通道导管210内的流体流动，射流元件200用作闭锁闸门。
图2D是根据实施例的图2A所示的示例射流元件200从其流体入口215的角度来看的横截面250。如图2B所示，横截面250包括两个部分255和260。横截面255对应于第一通道导管205，横截面260对应于第二通道导管210。如图2B所示，横截面255具有矩形形状，并且横截面具有圆形形状。在图2B中，射流元件200处于高压状态，并且第二通道导管210处于打开状态。在替代实施例中，横截面255和横截面260可以具有不同的形状，例如，椭圆形、正方形或某个其他形状。
图3是根据一个实施例的包括触觉组件305的系统300的框图。系统300可以在VR环境、增强现实(AR)环境、混合现实(MR)环境或其某种组合中操作。系统300包括头戴式显示器(HMD)310、成像设备315和触觉组件305，这些组件各自耦合到控制台320。虽然图3示出了包括一个HMD 310、一个成像设备315和一个触觉组件305的示例系统300，但在其他实施例中，系统300中可以包括任何数量的这些部件。例如，可以有多个HMD 310，每个HMD 310具有相关联的触觉组件305，并且由一个或更多个成像设备315监控，其中每个HMD 310、触觉组件305和成像设备315与控制台320通信。在替代配置中，不同的和/或附加的部件可以被包括在系统300中。此外在一些实施例中，系统300可以被修改为包括其他系统环境，例如AR系统环境。
HMD 310向用户呈现媒体。HMD 310所呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施例中，经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)来呈现音频，该外部设备从HMD 310、控制台320或两者接收音频信息并基于该音频信息来呈现音频数据。HMD310可以包括可以刚性或非刚性地彼此耦合在一起的一个或更多个刚性主体。刚性主体之间的刚性耦合使所耦合的刚性主体充当单个刚性实体。相比之下，刚性主体之间的非刚性耦合允许刚性主体相对于彼此移动。在一些实施例中，HMD 310还可以充当增强现实(AR)和/或混合现实(MR)头戴式装置(headset)。在这些实施例中，HMD 310用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。
HMD 310包括电子显示器325、光学块(optics block)330、一个或更多个定位器335、一个或更多个位置传感器340和惯性测量单元(IMU)345。
光学块330放大从电子显示器325接收的光，校正与图像光相关联的光学误差，并且校正后的图像光被呈现给HMD 310的用户。光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或影响从电子显示器325发射的图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学块330可以包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，光学块330中的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层，例如抗反射涂层。
存在相对于彼此并相对于HMD 305上的特定参考点定位于HMD 305上的特定位置的对象。定位器320可以是发光二极管(LED)、锥体棱镜
(corner cube reflector)、反射标记、与HMD 305操作的环境形成对比的一种类型的光源或其某种组合。在定位器320是有源的(即，LED或其他类型的发光设备)的实施例中，定位器320可以发射在可见光波段(约380nm至750nm)中、在红外(IR)波段(约750nm至1mm)中、在紫外波段(10nm至380nm)中、电磁波谱的某个其他部分或其某种组合中的光。
在一些实施例中，定位器320定位于HMD 310的外表面之下，该外表面对于由定位器335发射或反射的光的波长是透光的，或者足够薄而基本上不减弱由定位器335发射或反射的光的波长。另外，在一些实施例中，HMD 310的外表面或其他部分在光的波长的可见光波段中是不透光的。因此，定位器335可以在外表面下发射在IR波段中的光，该外表面在IR波段中是透光的，但在可见光波段中是不透光的。
IMU 345是基于从一个或更多个位置传感器340接收的测量信号来生成快速校准数据的电子设备。位置传感器340响应于HMD 310的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器340的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU 345的误差校正的一种类型的传感器或者其某种组合。位置传感器340可以定位于IMU 345的外部、IMU 345的内部或者这两种位置的某种组合。
基于来自一个或更多个位置传感器340的一个或更多个测量信号，IMU 345生成快速校准数据，该校准数据指示HMD 310相对于HMD 310的初始位置的估计位置。例如，位置传感器340包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，IMU 345对测量信号进行快速采样，并根据采样的数据计算HMD 310的估计位置。例如，IMU345对从加速度计接收的测量信号在时间上求积分以估计速度矢量，并对速度矢量在时间上求积分以确定HMD 310上的参考点的估计位置。可替代地，IMU 345将采样的测量信号提供给HMD 310，HMD 310确定快速校准数据。参考点是可以用来描述HMD 310位置的点。尽管参考点通常可以被定义为空间中的点；然而，在实践中，参考点被定义为HMD 310内的点(例如，IMU 345的中心)。
IMU 345从控制台320接收一个或更多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或更多个校准参数用于保持对HMD 310的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU 345可以调整一个或更多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些校准参数使得IMU 345更新参考点的初始位置，使得其对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差)导致参考点的估计位置随着时间的推移而“漂移”远离参考点的实际位置。
成像设备315根据从控制台320接收的校准参数来生成慢速校准数据。慢速校准数据包括由成像设备315可检测到的显示定位器335的被观察的位置的一个或更多个图像。成像设备315可以包括一个或更多个照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获图像的任何其他设备(包括一个或更多个定位器335)、或者其某种组合。另外，成像设备315可以包括一个或更多个滤波器(例如，用于增大信噪比)。成像设备315被设计成在成像设备315的视场中检测从定位器335发射或反射的光。在定位器335包括无源元件(例如，后向反射器)的实施例中，成像设备315可以包括照亮一些或所有定位器335的光源，定位器335朝着成像设备315中的光源后向反射光。慢速校准数据从成像设备315被传递到控制台320，并且成像设备315从控制台320接收一个或更多个校准参数以调节一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
触觉组件305是允许用户向控制台320发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。触觉组件305还提供触觉反馈，其包括接触虚拟对象的感知。在一个实施例中，触觉组件305包括形成一个或更多个复合射流元件的多个可组合的射流元件。复合射流元件可以用于例如根据来自控制台320的触觉反馈信号来对在触觉组件305中包括的致动器进行寻址。在一个实施例中，如下面在图4中更全面描述的，触觉组件305是触觉手套，通过该触觉手套，控制台320使用户能够与虚拟对象交互。
在图3中，触觉组件305还包括定位器350、一个或更多个位置传感器355和惯性测量单元(IMU)360。在一些实施例中，定位器350、一个或更多个位置传感器355、惯性测量单元(IMU)380被安装以确定触觉组件305的物理位置或移动。此外，触觉组件305从控制台320接收对应于对用户的触觉反馈的触觉反馈信号。触觉组件305根据触觉反馈信号来向用户提供触摸虚拟空间中的虚拟对象的触觉反馈。特别地，触觉组件305阻止或实现与虚拟空间中的虚拟对象接触的用户的一部分的物理移动。例如，如果用户的手指与虚拟空间中的虚拟对象(例如，虚拟墙壁)接触，则触觉组件305阻止用户手指在穿过虚拟空间中的虚拟对象的方向上移动的物理移动。因此，用户可以接收接触虚拟对象的感知。
在一个实施例中，触觉反馈信号指示待被致动的触觉组件305的位置或部分、以及用于提供触觉反馈的触觉组件305的位置或部分的致动量。在该实施例中，致动量由例如控制台320根据对应于触觉组件305的物理位置的触觉组件305的虚拟位置和在虚拟空间中的虚拟对象的虚拟位置来确定。触觉组件305根据由触觉反馈信号指示的致动量来提供用户触摸虚拟对象的触觉感知。
定位器350是相对于彼此以及相对于触觉组件305上的触觉组件305的特定参考点定位于触觉组件305上特定位置的对象。定位器350基本上类似于定位器335，除了定位器350是触觉组件305的一部分以外。此外，在一些实施例中，触觉组件305的外表面或其他部分在光的波长的可见光波段中是不透光的。因此，定位器350可以在外表面下发射在IR波段中的光，该外表面在IR波段中是透光的，但在可见光波段中是不透光的。
位置传感器355响应于触觉组件305的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器355基本上类似于位置传感器340，除了位置传感器355是触觉组件305的一部分以外。位置传感器355可以定位于IMU 360的外部、IMU 360的内部或者这两种位置的某种组合。
基于来自一个或更多个位置传感器355的一个或更多个测量信号，IMU 360生成触觉组件305的快速校准数据，其指示触觉组件305相对于触觉组件305的初始位置的估计位置。例如，位置传感器355包括测量触觉组件305的平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量触觉组件305的旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，IMU 360对测量信号进行快速采样，并根据所采样的数据计算触觉组件305的估计位置。例如，IMU 360对从加速度计接收到的测量信号在时间上求积分以估计速度矢量，并对速度矢量在时间上求积分以确定触觉组件305的参考点的估计位置。可替代地，IMU 360向控制台320提供所采样的测量信号，控制台320确定触觉组件305的快速校准数据。触觉组件305的参考点是可以用来描述触觉组件305的位置的点。虽然触觉组件305的参考点通常可以被定义为在空间中的点；然而，在实践中，触觉组件305的参考点被定义为在触觉组件305内的点(例如，IMU 360的中心)。
IMU 360从控制台320接收触觉组件305的一个或更多个校准参数。如下面进一步讨论的，触觉组件305的一个或更多个校准参数用于保持触觉组件305的跟踪。基于触觉组件305的接收到的校准参数，IMU 360可以调整一个或更多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施例中，触觉组件305的某些校准参数使IMU 360更新触觉组件305的参考点的初始位置，使得它对应于触觉组件305的参考点的下一个校准的位置。将触觉组件305的参考点的初始位置更新为触觉组件305的参考点的下一个校准的位置帮助减小与确定的估计位置相关联的累积误差。
控制台320根据从成像设备315、VR头戴式装置305和触觉组件305中的一个或更多个接收到的信息而向HMD 310提供用于呈现给用户的媒体。在图3所示的示例中，控制台320包括应用储存器365、跟踪模块370和虚拟现实(VR)引擎375。控制台320的一些实施例具有与结合图3描述的模块不同的模块。类似地，下面进一步描述的功能可以以与在这里描述的方式不同的方式分布在控制台320的部件当中。
应用储存器365存储用于由控制台320执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，这些指令当由处理器执行时生成用于向用户呈现的内容。由应用生成的内容可以响应于经由HMD 310或触觉组件305的移动从用户接收的输入。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
跟踪模块370使用一个或更多个校准参数来校准VR系统300，并且可以调整一个或更多个校准参数以降低HMD 310位置确定中的误差。例如，跟踪模块370调整成像设备315的焦点以获得在HMD 310上的观察到的定位器的更准确的位置。此外，由跟踪模块370执行的校准还考虑了从IMU 345接收的信息。另外，如果失去对HMD 310的跟踪(例如，成像设备315失去对至少阈值数量的定位器335的视线)，则跟踪模块370重新校准系统300的一些或全部。
跟踪模块370使用来自成像设备315的慢速校准信息来跟踪HMD 310的移动。跟踪模块370使用来自慢速校准信息的观察到的定位器和HMD310的模型来确定HMD 310的参考点的位置。跟踪模块370还使用来自快速校准信息的位置信息来确定HMD 310的参考点的位置。此外，在一些实施例中，跟踪模块370可以使用快速校准信息、慢速校准信息或其某种组合的部分来预测HMD 310的未来定位。跟踪模块370向VR引擎375提供HMD 310的估计或预测的未来位置。
VR引擎375在系统300内执行应用，并从跟踪模块370接收HMD 310的位置信息、加速度信息、速度信息、所预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，VR引擎375确定要提供给HMD 310用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则VR引擎375生成用于HMD 310的内容，该内容反映(mirror)用户在虚拟环境中的移动。另外，VR引擎375响应于从触觉组件305接收的动作请求来在控制台320上执行的应用内执行动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由HMD 310的视觉或听觉反馈或者经由触觉组件305的触觉反馈。
图4是根据实施例的用于与虚拟对象进行交互的示例触觉手套400。图4所示的触觉手套400包括手套主体410、触觉装置420、控制器430、信令路径440、一个或更多个定位器425、位置传感器460和IMU 480。在图4中仅仅示出信令路径440、一个触觉装置420、一个位置传感器460和一个IMU 480以简化描述。在未示出的替代实施例中，触觉手套400可以包括连接到控制器430的多个管、位置传感器和触觉装置，例如，对于触觉手套400的每个指部，一组触觉装置、位置传感器和IMU可以连接到控制器。同样，由触觉手套400的各种实体执行的功能在不同的实施例中可以不同。另外，触觉手套400的各种实体可以位于手套主体410上的不同位置上。作为一个示例，附加的触觉装置420和位置传感器460定位于手套主体410的不同部分处。作为另一个示例，触觉装置420耦合到手套主体410的全部指部或者包裹手套主体410的全部指部。作为另一个示例，控制器430耦合到手套主体410的对应于例如手腕或手掌的不同部分。
手套主体410是覆盖手的装置，例如，耦合到位置传感器460、触觉装置420、控制器430和信令440的服装。在一个实施例中，位置传感器460耦合到手套主体410的相应指部(例如，对应于手套主体的指尖部的部分)；触觉装置420耦合到手套主体410的相应指部部分(例如，对应于在两个指骨之间的关节的部分)；并且控制器430耦合到手套主体410的对应于手背(即，背侧)的部分。信令路径440耦合在控制器430和触觉装置420之间。在一个实施例中，这些部件中的一个或更多个放置在手套主体410的外表面之下，因此是从外部不可见的。另外或可替代地，这些部件中的一些放置在手套主体410的外表面上，并且是在视觉上可检测的。
在一个实施例中，触觉手套400可以是图3所示的触觉组件440，以及触觉手套400的定位器425、位置传感器460和IMU 480可以是图3所示的触觉组件305的相应定位器350、位置传感器355和IMU 380。可以根据来自IMU 480的快速校准数据和/或来自成像设备315对定位器425的慢速校准来检测并跟踪用户的手的移动。此外，包括用户接触虚拟对象的感知的触觉反馈可以由控制器430、信令440和触觉装置420提供给用户。
触觉装置420提供触觉反馈，其包括用户触摸虚拟对象的感知。在一个实施例中，触觉装置420根据从控制器430接收到的指令被致动。在一个实施例中，触觉装置420耦合到对应于在手套主体410的两个指骨之间的关节的部分。在另一个实施例中，触觉装置420覆盖整个手套主体410或者放置在手套主体410的其他部分(例如，对应于在两个不同指部之间的关节的区域)上。触觉装置420可以是例如多个致动器。
控制器430是提供指令以使触觉装置420执行特定功能的设备。控制器430可以从控制台320接收指令或触觉反馈，并相应地致动触觉装置420。控制器430包括多个射流元件，这些射流元件生成用于一个或更多个触觉装置(例如，致动器)的指令。如上面详细讨论的，关于图1A-图2B，射流元件是可组合的，并且可以耦合在一起以形成复合射流元件，例如解码器。例如，解码器可以帮助减少在控制器430内的逻辑连接和/或到触觉装置420的连接的数量。因此，控制器430可以由多个射流元件(包括上面关于图1A-图2D描述的那些元件的各种组合)组成。类似于控制器430，信令路径440可以是由参照图1A-图2B的射流元件形成的射流元件或管。
附加的配置信息
本公开的实施例的前述描述为了说明的目的被提出；它并不意图为无遗漏的或将本公开限制到所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。
本描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面描述了本公开的实施例。这些算法描述和表示通常被数据处理领域的技术人员用来将他们工作的实质有效地传达给本领域中的其他技术人员。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为通过计算机程序或等效电路、微码等来实现。此外，将操作的这些布置称为模块有时候也被证明是方便的而不失一般性。所描述的操作和它们的相关模块可以体现在软件、固件、硬件或其任何组合中。
可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括包含计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，计算机程序代码可由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。
本公开的实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造成用于所需的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这样的计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者适于存储电子指令的任何类型的介质中，该介质可以耦合到计算机系统总线。此外，本说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计以提高计算能力的体系结构。
本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括由计算过程产生的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形计算机可读介质上且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。
最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制创造性主题。因此，意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。
