表面上物体的转移

申请号 CN200980154554.4 申请日 2009-10-30 公开(公告)号 CN102281929A 公开(公告)日 2011-12-14
申请人 弗劳恩霍夫应用研究促进协会; 发明人 史蒂芬·克雷格洛; 哈拉尔德·波普; 约瑟夫·伯恩哈德; 哈拉尔德·福克斯; 马雷·盖尔; 曼弗雷德·卢茨基; 托马斯·施波雷尔; 桑德拉·布里克斯;
摘要 本 发明 的基本思想在于,在确定物体(10)在表面上的 位置 的情况下,还可以使用转移机构来在表面上转移物体,这产生较少的可再现转移移动,这是因为相比于期望的移动,可以基于观察到的移动来直接执行调节。描述了使用压缩空气、磁学和/或弯曲波的 实施例 。
权利要求

1.一种用于在气垫上可控转移的物体,包括:
平底部(30);以及
在水平底部中的多个凹口(321-9),其中,至少一个预定的凹口(322-9)与物体的侧壁相邻,在侧壁(38)中形成开口(402-9),气垫的空气通过所述开口(402-9)从所述至少一个预定的凹口横向排出。
2.根据权利要求1所述的物体,具有:可控装置(842-9),用于选择性地关闭和打开开口(402-9)。
3.根据权利要求2所述的物体,其中,用于选择性地关闭和打开开口的可控装置(842-9)是外部无线可控的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的物体,其中,多个预定的凹口(322-9)与物体的侧壁(38)相邻,并且侧壁中形成在多个开口(402-9),气垫的空气通过所述开口从所述多个预定凹口横向地排出,即,沿不同方向排出,使得利用通过所述多个开口(402-9)中的一个或多个开口,物体绕着垂直于水平底部的轴可旋转和/或可横向平移。
5.根据前述权利要求中任一项所述的物体,被实现为用于桌面游戏的游戏棋子。
6.根据前述权利要求中任一项所述的物体,还包括:光学传感器(628),容纳在物体内或物体处,用于光学扫描对物体的水平底部予以支撑的支撑面,以及将得到的扫描结果无线发送到外部。
7.根据权利要求6所述的物体,还被实现为向外部进行无线识别。
8.一种用于在气垫上转移物体(10)的系统,包括:
在水平表面(12)中的多个喷嘴(20),彼此单独可控,以让压缩空气流出,从而在物体与水平表面之间形成气垫(80);
用于确定物体在水平表面上的位置的装置(14);以及
用于根据所确定的位置来控制喷嘴的装置(18)。
9.根据权利要求8所述的系统,其中,物体(10)包括水平底部(30)和在水平底部(30)中的多个凹口(321-9),其中至少一个预定的凹口(322-9)与物体(10)的侧壁(38)相邻,在侧壁(38)中形成开口(402-9),气垫的空气通过所述开口(402-9)从所述至少一个预定的凹口(322-9)横向排出;并且用于控制喷嘴的装置(18)被实现为还根据物体的所确定的位置与物体的期望位置之间的偏差来控制喷嘴(20),使得物体接近水平表面上的期望位置。
10.根据权利要求9所述的系统,其中,所述多个喷嘴(20)之间的平均最小距离比所述至少一个凹口(322-9)的横向延伸部分小。
11.根据权利要求8所述的系统,还包括:可控装置(82;810),用于向物体(10)上施加横向方向的,以使物体(10)接近所述物体(10)的期望位置。
12.根据权利要求11所述的系统,其中,所述可控装置(810)被实现为,使得横向方向的力是磁吸引力或磁排斥力。
13.根据权利要求12所述的系统,其中,可控装置(810)包括:具有横向分布的磁线圈的元件,用于确定物体在水平表面上的位置的装置(14)包括平板屏幕(802),所述平板屏幕(802)被布置在所述元件与水平表面(12)之间,其中,磁线圈是彼此单独可控的,以产生排列与表面垂直的磁偶极子。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的系统,其中,每个喷嘴(20)包括形成在可变形材料(60)中的缝隙(62),在缝隙的两侧上布置电极,所述电极被设置为不同的极性,以打开缝隙。
15.根据权利要求14所述的系统,其中,在关闭的缝隙和打开的缝隙的情况下,电极彼此电绝缘。
16.根据权利要求14或15所述的系统,其中,喷嘴(20)的可变形材料被布置在载体板的孔(72)中。
17.根据权利要求16所述的系统,其中,载体板和可变形材料对光都是透明的,载体板和可变形材料的折射率比在0.8和1.25之间。
18.根据权利要求8至17中任一项所述的系统,其中,所述多个喷嘴(20)形成在喷嘴板的水平表面中,用于确定物体在水平表面上的位置的装置(14)还包括:
显示器(802),其中,喷嘴板(800)是透明的,并且在显示器(802)前面沿观看方向布置,其中显示器(802)通过喷嘴板(800)对观看者可见;
控制装置(618),用于控制显示器(802),使得显示器(802)指示横向变化信息;
光学传感器(628),容纳在物体中或物体处,用于光学扫描对物体的水平底部予以支撑的支撑面,以获得与横向变化信息有关的扫描结果;以及
确定装置,用于根据扫描结果来确定物体的位置。
19.一种系统,包括:
在水平表面中的多个喷嘴,通过所述多个喷嘴引导压缩空气;
用于在压缩空气所产生的气垫上可控转移的物体,所述物体包括:
水平底部;
水平底部中的多个凹口,其中,至少一个预定的凹口与物体的侧壁相邻,在侧壁中形成开口,气垫的空气通过所述开口从所述至少一个预定的凹口横向排出;以及可控装置,用于选择性地关闭和打开开口;以及
用于确定物体在水平表面上的位置的装置;以及
用于对选择性关闭和打开开口的可控装置加以控制以使物体接近水平表面上的期望位置的装置。
20.一种用于在表面(12)上移动磁吸引的或磁排斥的物体(10)的系统,包括:
多个磁线圈(90),沿表面(12)分布,彼此单独可控,以产生排列与表面垂直的磁偶极子;
用于确定物体在表面上的位置的装置(14);
用于控制沿表面分布的多个磁线圈以使物体接近表面上的期望位置的装置(18)。
21.根据权利要求20所述的系统,其中,物体(10)由可透磁材料形成,物体(10)包括与物体的支撑面以磁吸引或磁排斥方式横向偏移的两个元件(100)。
22.根据权利要求20或21所述的系统,还包括形成表面(12)的喷嘴板(800),所述喷嘴板(800)包括表面中的多个喷嘴,通过所述多个喷嘴引导压缩空气以在物体与表面(12)之间形成气垫。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的系统,其中,用于确定物体在表面上的位置的装置(14)还包括:
显示器(802),其中,将表面(12)沿观看方向布置在显示器(802)前面,将显示器(802)布置在表面(12)与沿表面(12)分布的多个磁线圈(90)之间,其中显示器通过表面对观看者可见;
控制装置(618),用于控制显示器(802),使得显示器指示横向变化信息;
光学传感器(628),容纳在物体(10)中或物体(10)处,用于光学扫描对物体的水平底部予以支撑的支撑面,以获得与横向变化信息有关的扫描结果;以及
确定装置,用于根据扫描结果来确定物体的位置。
24.一种用于在表面(12)上移动物体(10)的设备,包括:
弯曲波产生装置(141),用于在表面(12)中产生弯曲波;
用于确定物体(10)在表面上的位置的装置(14);以及
用于控制弯曲波产生装置(141)使得基于弯曲波物体(10)接近物体(10)在表面(12)上的期望位置的装置(18)。
25.根据权利要求24所述的设备,其中,弯曲波产生装置(141)包括沿表面的边缘布置的多个结构承载的声音产生装置(160)。
26.根据权利要求24或25所述的设备,其中,用于控制的装置(18)被实现为:根据波场合成,使用在由弯曲波产生装置产生的表面波峰(144)处表面的表面点的所得到的移动分量,来控制弯曲波产生装置(141),使得物体(10)接近期望位置,其中所述移动分量沿表面的切向传播。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的设备,其中,表面(12)由板(150)形成,板(150)在板(150)的边缘处包括弯曲波反射衰减终止。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的设备,其中,用于确定物体在表面上的位置的装置(14)还包括:
显示器(610),其中,将表面沿观看者方向布置在显示器前面,显示器通过表面对观看者可见;
控制装置(618),用于控制显示器,使得显示器指示横向变化信息;
光学传感器(628),容纳在物体(10)中或物体(10)处,用于光学扫描对物体的水平底部予以支撑的支撑面,以获得与横向变化信息有关的扫描结果;以及
确定装置,用于根据扫描结果来确定物体的位置。
29.根据权利要求24至28中任一项所述的设备,还包括形成表面的喷嘴板,所述喷嘴板包括表面中的多个喷嘴,通过所述多个喷嘴引导空气以在物体与表面之间形成气垫。
30.一种利用水平表面(12)中的多个喷嘴(20)来转移气垫上的物体(10)的方法,所述多个喷嘴(20)彼此单独可控,以让压缩空气流出,从而在物体与水平表面之间形成气垫(80),所述方法包括:
确定物体在表面上的位置;以及
根据所确定的位置来控制喷嘴。
31.一种利用压缩空气所产生的气垫以及水平表面中的多个喷嘴来转移物体(10)的方法,通过所述多个喷嘴引导压缩空气,其中,物体包括水平底部和水平底部中的多个凹口,其中,至少一个预定的凹口与物体的侧壁相邻,在侧壁中形成开口,通过所述开口气垫中的空气从所述至少一个预定的凹口横向流出,所述方法包括:
确定物体在表面上的位置;以及
根据所确定的位置,选择性地关闭和打开开口,以使物体接近水平表面上的期望位置。
32.一种利用沿表面(12)分布的多个磁线圈(90)在表面(12)上移动磁吸引或磁排斥的物体(10)的方法,所述多个磁线圈(90)彼此单独可控,以产生排列与表面垂直的磁偶极子,所述方法包括:
确定物体在表面上的位置;以及
控制沿表面分布的所述多个磁线圈,以使物体接近表面上的期望位置。
33.一种利用弯曲波在表面(12)上移动物体(10)的方法,包括:
确定物体在表面上的位置;以及
在表面(12)中产生弯曲波,使得基于弯曲波物体(10)接近物体(10)在表面(12)上的期望位置。
34.一种具有程序代码的计算机程序,所述程序代码用于在计算机上执行所述计算机程序时执行根据权利要求30至33中任一项所述的方法。

说明书全文

表面上物体的转移

[0001] 描述
[0002] 本发明涉及表面上物体的转移,例如游戏棋盘上游戏棋子的转移。
[0003] “经典”棋盘游戏由物理游戏盘(游戏棋盘)和游戏棋子组成。(人类)游戏者根据游戏规则将游戏棋子放在底板上,并移动游戏棋子。传统的计算机不能实现这种典型游戏。传统计算机既不知道游戏棋子在游戏盘上的位置,也不能够移动游戏棋子。
[0004] 为了适应当今在计算机上常见的经典棋盘游戏,在计算机中“虚拟地”设定游戏棋盘和游戏棋子,并在计算机的显示器上显示所述游戏棋盘和游戏棋子。计算机知道所有游戏棋子在虚拟游戏盘上的位置。游戏棋子的移动仅发生在该虚拟游戏盘或程序上。棋子仅可以在狭义上由“计算机”来移动。当然,计算机可以基于人的输入来执行移动。这样,计算机和人就可以在虚拟游戏盘或程序上“一起”玩游戏了。这种机制也可以与网络结合使用,以使不同的人在处于空间上分离的不同位置时可以参与到相同的游戏中。
[0005] 如同人类将“真实”游戏棋子拿在手中并移动游戏棋子,并且常常偏爱物理游戏棋盘上的表现一样,例如,对于棋类游戏计算机,通常在计算机中虚拟地设定和移动游戏盘和游戏棋子,人模仿计算机之外真实游戏棋盘上的移动。经由合适的界面,人和计算机在此告知对方所发生的移动,人更新游戏棋子在物理游戏棋盘上的位置。
[0006] 具体地,关于棋类游戏计算机,还通常经由机械开关磁性开关使游戏棋子的位置变化能被计算机直接检测到。本文中,将开关置于稳固地给定的游戏域下方。如果在域上移动游戏棋子,则在移动的开始域和在移动的目的地执行切换机制。根据该信息,棋类游戏计算机可以电子地检测并存储所述移动。当今的系统中并不检测所述移动中涉及哪个游戏棋子的信息。计算机本身通过基于限定的起始位置对所有游戏移动进行更新,来产生该信息。计算机所显示的计算机的游戏移动通常必需由人在物理底板上进行。
[0007] 还存在一种解决方案,其中,计算机经由机器人握臂直接移动游戏棋子,然而这是一种成本很高并且耗时的方法,因此很难被采用。除此之外,这些解决方案典型地专用于特定的游戏,例如棋类游戏。此外,这些解决方案还存在一定的局限性。例如有些游戏棋子可以不同时移动。
[0008] 在DE102006009451.4中,提出将游戏棋子定位在游戏棋盘上以使用RFID技术,其中,在这方面,将RFID读取器或读取器天线附着在游戏棋盘的域下方,为游戏棋子提供RFID应答器。如果将游戏棋子放到域上,则游戏域下方的读取器读出并识别应答器。游戏棋子从而与读取器或读取器线圈的位置相关联。
[0009] 根据仍未公开的DE 102008006043.7
[0010] -游戏盘被替换成平放的计算机显示器,例如,LCD形式的,因此所述计算机显示器可以显示任何游戏盘。
[0011] -每个游戏棋子在底部具有光学传感器,具有ID,并且经由无线电连接而连接到游戏计算机。
[0012] 在后一种方法中,游戏计算机可以利用游戏棋盘上显示的信息与游戏棋子中传感器的读数的合适组合,来自动确定位于游戏棋盘上的游戏棋子的类型和位置。因为可以非常精确并且快速地执行这一操作,因此游戏计算机可以虚拟地连续跟踪游戏棋子在游戏棋盘上的位置。
[0013] 根据以上解决方案,可以构建棋盘游戏的通用计算机适配,其中,计算机在起到游戏棋盘作用的屏幕上示出可变游戏盘,并自动检测多个物理被动游戏棋子的位置。根据现有技术,在几乎不作出技术努的情况下,是不可能通过计算机来实现对这些物理棋子的自动且高效移动的。只有具有计算机握臂或主动自移动游戏棋子的在技术上庞大的特殊解决方案才可以,然而这具有许多缺点。
[0014] 然而,需要计算机能够高效且自动地移动在游戏棋盘上随机分布的被动游戏棋子,而不必使用机器人握臂,或者不需要游戏棋子中的主动驱动。
[0015] 上述类型的过程的问题也出现在其他地方,并且不限于游戏场景。除此之外,与游戏棋子的移动有关的问题根据游戏而变化。例如,与具有若干游戏棋子的游戏相比,仅具有一个游戏棋子的游戏对于运动产生的需求更小,其中,一个游戏棋子或合适的游戏棋子子集必须相对于其他游戏棋子在表面或游戏棋盘上移动。此外,旋转对称地设定一些游戏棋子,使得这些游戏棋子相对于表面的旋转方位通常是不相干的,其中,这可以与其他游戏棋子不同,在一些游戏中,游戏棋子的方位或观看方向很重要。
[0016] 因此,本发明的目的是提供一种在表面上移动游戏棋子的构思,可以以较低的成本和空间和/或较高的可应用性来实现这种构思,事实上运动产生所需的元件与更多的用于对游戏表面上的移动加以检测的可能检测原理兼容。
[0017] 这一目的可以通过根据权利要求1所述的物体、根据权利要求8、19、20和24之一所述的系统以及根据权利要求30至33之一所述的方法来实现。
[0018] 本发明所基于的基本思想是,在确定表面上物体的位置的情况下,还可以使用转移机构来转移表面上的物体,这几乎不会引起可重现的转移移动,因为与所需的移动相比,可以基于观察到的移动来直接执行控制。
[0019] 根据本发明的第一方面,通过利用物体与表面之间的气垫来引起转移,来使用这种思想。以这样一种方式来“承载”,可以基于以非接触方式(例如,利用磁场、以静电方式等)来工作的非常不同的装置,来横向移动物体。根据一个实施例,如在位置确定装置所获得的物体的位置处,选择性地在物体下方横向地执行气垫的产生。这样,可以减小多个物体中一个或多个所选物体相对于其他物体的转移摩擦,使得施加横向力的装置不必须产生具体仅用于所述一个或多个选定物体的力,而是也可以产生作用到所有物体上的一个场,但这仅使得来实现具有减小的传送摩擦的物体实际移动。此外,通过要在上面转移物体的表面而吹出的、用于产生气垫的压缩空气不仅可以用于减小表面上的转移摩擦,还可以用于产生物体在表面上的横向移动或者用于在表面上横向移动物体的横向移动力。根据一个实施例,与其中形成多个气室的物体底部的特殊实现方式相结合来执行这一操作,其中所述多个气室彼此分离,其中的一个或多个气室包括在侧壁上的开口,通过所述开口可以横向排出气垫的空气,从而由于产生的反冲而使物体受到横向力。结合确定物体在表面上的位置的合适位置确定装置,以及结合用于产生气垫的单独可控喷气嘴的密集分布,以这种方式,具体地可以将空气吹入物体的气室的期望子集,从而将物体移动到期望的位置。备选地,当然还能够提供用于将物体的气室的横向开口关闭和打开的关闭和打开机构,其中,不需要单独控制喷气嘴。
[0020] 根据另一方面,转移移动产生以磁的形式发生在表面上。布置沿表面分布的单独可控磁线圈,所述电磁线圈可以彼此单独被控制,以产生具有与表面垂直的定向的磁偶极子。当物体具有可以磁吸引或磁排斥的元件,或者多个这样的元件时,可以在表面上使物体移位,即,基于磁排斥,或者沿途拉动物体,即,基于磁吸引。
[0021] 根据另一方面,转移移动由表面中的弯曲波引起。根据一个实施例,在这方面,根据波场合成来计算在表面中传播的表面波,使得在主要支撑物体的表面波峰处,得到的表面的表面点的移动分量(与表面相切)引起物体沿期望位置方向的移动。
[0022] 各个方面的共同点是,在表面上方不需要握臂或其他悬置结构,所述握臂或其他悬置结构会破坏设备或游戏的美感,并且会影响应用。
[0023] 可以将根据上述方面产生移动所需的组件隐藏在转移表面下面。本文中,这些方面还使得能够可选地由转移表面来执行位置确定。根据本发明的实施例,通过将单独转移机构与位置确定装置相结合来利用这一点,其中位置确定装置将屏幕显示器与物体中的光学传感器相结合使用,如下文将更详细描述的。由此,可以将转移表面与位置确定和转移移动产生所需的大多数组件一起集成在还能够在转移表面上显示任何图案的元件中。
[0024] 在下文中,将参考附图来更详细地说明本发明的优选实施例,附图中:
[0025] 图1示出了用于在表面上转移或移动物体的系统的示意性框图
[0026] 图2示出了喷嘴板的部分空间视图;
[0027] 图3示出了根据实施例的物体底部的仰视图;
[0028] 图4a、b示出了喷嘴板的示意性俯视图,所述喷嘴板具有单独的可控喷气嘴,具有图3所示的底部的物体位于表面上,其中,图4a和4b通过激活不同的喷气嘴来引起不同的位置变化;
[0029] 图5a、b示出了根据实施例的处于关闭或打开状态的喷气嘴的俯视图;
[0030] 图6a、b示出了根据图5a和5b类型的喷气嘴的俯视图,如在图4a和4b中一样;
[0031] 图7示出了图1的系统的一部分的示意图,以示出根据实施例的用于在表面上移动物体的可能装置;
[0032] 图8示出了根据另一实施例的物体的底部的仰视图;
[0033] 图9a示出了根据一个实施例的磁线圈阵列的部分空间视图;
[0034] 图9b示出了图9a的矩阵的示意性俯视图;
[0035] 图10a-c示出了位于转移表面上的物体的示意性侧视图,其中根据不同实施例,在磁阵列与物体之间具有不同的磁作用方式;
[0036] 图11a、b示出了具有不同元件的物体的示意性平面图,所述不同元件可以被磁吸引或磁排斥;
[0037] 图12a、b示出了磁线圈阵列和位于磁线圈阵列上的物体的示意性俯视图,示出了磁阵列中的电磁线圈的不同激活模式的示例,用于在表面上产生物体的不同位置变化;
[0038] 图13a、b示出了图12a和12b的示意性俯视图,但是使用磁排斥作用方式;
[0039] 图14示出了利用表面波来产生移动的示意图;
[0040] 图15a、b示出了根据本发明实施例的弯曲波产生装置的截面图和俯视图,弯曲波产生装置沿着形成转移表面的板的外围边缘;
[0041] 图16示出了用于确定物体在显示器上的位置的装置的示意性侧视图;
[0042] 图17示出了根据实施例的具有游戏棋子位置确定功能的游戏设备的示意图;
[0043] 图18示出了来自图17的传送装置的结构的示意图;
[0044] 图19示出了根据实施例的图17的游戏设备的功能的流程图
[0045] 图20示出了用于检测图17和18所示的游戏棋子在显示器上的位置和方位的可能模式的示意图;
[0046] 图21示出了根据另一实施例的图17的游戏设备的功能的流程图;
[0047] 图22示出了在根据图21的方法中的二元(binary)搜索中逐步使用的屏幕显示的序列的示意图;
[0048] 图23示出了根据实施例布置在显示器上的游戏棋子的底部部分的截面图;
[0049] 图24示出了根据一个实施例的底座的示意性截面图,所述底座具有用于安装到游戏棋子底部的传送装置;
[0050] 图25示出了根据一个实施例的被掩模覆盖的光电池的示意图;
[0051] 图26a示出了形成转移表面的元件的结构的截面图,所述元件包括移动产生装置和位置确定装置的一部分,使得在所述元件外部仅需要控制和评估单元,例如,计算机;
[0052] 图26b示出了游戏棋子的截面侧视图,所述游戏棋子可以与图26a的组件一起使用;以及
[0053] 图26c示出了根据另一实施例的形成转移表面的组件的结构的截面图,所述组件包括移动产生装置和位置确定装置的一部分。
[0054] 在下文中,将更详细地说明本发明的不同实施例。本文中,不同附图中重复出现的元件具有相同或相似的附图标记,省略了对所述元件及其功能的重复描述。
[0055] 具体地,描述了上述不同方面的不同实施例,然而这些不同实施例也可以部分地彼此组合,如在下文中不同地方提到的。
[0056] 尽管说明书频繁地涉及游戏应用,然而本发明当然还可以应用于可以在表面上自动移动物体的其他应用领域,例如,在物流领域等。
[0057] 图1一般性地示出了用于在表面12上移动物体10的系统。所述系统包括位置确定装置14,位置确定装置14能够确定物体10在表面12上的位置(例如,重心的横向位置)、和/或横向观看方向或物体围绕表面12的表面法线相对于基准方向的扭曲。下文中参照图16-25描述了位置确定装置14的实施例,根据该实施例,位置确定装置14包括物体10中的光学传感器以及显示器,显示器用于从表面12的背面通过表面12向放置物体12的正面方向显示所述显示器的屏幕显示。然而其他位置确定装置14也是可能的,例如,包括记录从顶部(即,相对于图1从顶部)记录转移表面12的摄像机(未示出)、或者例如非接触工作的其他距离传感器(例如,沿转移表面12的边缘布置的两个或更多个距离传感器)。
[0058] 图1的系统还包括用于在表面上移动物体的装置,即,装置16。装置16因此在没有用户交互的情况下执行实际移动。下文中具体参考图2-16描述了移动装置16的不同实施例。根据这些实施例,移动装置16被实现为使得例如通过压缩空气、以磁性的方式或利用弯曲波来非接触地向物体10施加力以改变物体10在表面12上的位置。然而,如下文中提到的,其他机制或其他机制的组合也是可能的。
[0059] 位置确定装置14和移动装置16彼此耦合。具体地,位置确定装置14和移动装置16可以例如经由控制装置18而彼此耦合。控制装置18例如包括执行合适程序的处理器。
具体地,控制装置18被实现为基于移动装置所确定的物体10在表面12上的位置以及物体
10的预定基准位置或期望位置,来控制移动装置16,使得物体10接近期望位置,从而形成使物体10到达其期望位置的控制回路。从哪里提供期望位置可以根据应用而不同。可以外部地向控制装置18提供期望位置。然而除了具有控制移动装置16的功能以外,控制装置
18还可以执行对物体10的期望位置予以影响的其他功能。例如,控制装置18还起到游戏计算机的作用,所述游戏计算机能够经由特定的输入设备从游戏者手动地接收物体10的期望位置变化,和/或单独地计算物体10的期望位置变化。合适的输入装置例如为表面12提供了键盘鼠标、语音输入、触摸屏功能等。如上所述,可以使用根据图1的系统的其他应用也是可能的,例如,物流应用,其中,在这种情况下,控制装置18例如同时接管物流任务,以除了其他之外还计算物体10的期望位置。
[0060] 尽管下文中将多次提到,然而应注意,位置确定装置14和移动装置16可以被实现为能够单独地操纵表面12上的若干物体10和10’,即,确定物体10和10’的相应位置或相对于另一个物体单独地移动一个物体。因此,控制装置18可以被实现为管理物体10和10’的期望位置,或至少执行对物体10和10’的期望位置的调节或控制。
[0061] 将参考图2至8来描述以下实施例,根据这些实施例,用于在表面上移动物体的装置60在物体与转移表面之间形成气垫,使得可以克服传统上在物体底部与转移表面之间出现的物体静摩擦和动摩擦,取而代之的是由气垫引起的实质上更低的摩擦。
[0062] 图2示例性地示出了表面12,即,转移表面,所述转移表面具有阵列或具有喷气嘴20的横向分布。在图2中,横向分布被示为成行和列的规则横向分布。然而喷气嘴20的其他规则布置和不规则横向分布也是可能的。此外,在图2中将喷气嘴20示例性地示为单独可控或单独可关闭/可打开,除了一个开口28以外的所有其他开口均被示为处于关闭状态。然而如稍后参考图7来描述的,移动装置16还可以使用始终打开的喷气嘴20或只能一起控制的喷气嘴20。除此之外,喷气嘴被示为仿佛在出气口(即,气)处可关闭和可打开。然而,还可以利用位于与气阀相关联的空气通道中的阀,来使喷气嘴单独可控,其中所述通道将喷气嘴连接至压力源。
[0063] 在图2中,转移表面12被示例性地示为平行六面体(例如,喷嘴板22)的主侧,喷嘴板22的正面形成了转移表面12,并且包括喷气嘴20。然而其他形式也是可能的。
[0064] 尽管图2中没有明确示出,然而喷气嘴20自然要以流体方式连接至压力源,使得在喷气嘴的打开状态下,如图20a所示,压缩空气从喷嘴排出。压缩空气例如沿着转移表面12的表面法线离开喷嘴20。然而喷嘴还可以被实现为使得空气沿着相对于表面法线倾斜的方向从喷嘴排出。本文中横向倾斜方向(即,表面12的切向)例如可以针对不同的喷气嘴20而不同,下文中再次提到了这一点。
[0065] 现在参考图3至6b描述了实施例,在所示实施例中,单独可控的喷气嘴的阵列与具有相应底部的物体相结合使用,以产生物体在表面上的横向移动。图3示例性地示出了物体10的底部的可能实现方式。在图3的上部,示出了物体10的关联侧视图以便更好地理解。
[0066] 如图3所示,在物体10的底部30,形成若干凹口321-329。另外底部或底面320是平的,即,包括水平支撑面34。如图3中示例示出的,凹陷或凹口321-329可以包括从支撑面34延伸到物体10内部的公共深度t。如图3所示,凹口321-329被垂直穿过支撑面34的内壁36分开。此外,在凹口当中,有一些凹口(例如,凹口322-329)与物体10的外侧壁38相邻。在图3的示例情况中,在侧壁38中为每一个凹口322-328提供开口402-409,开口
402-409使得在物体10下方形成气垫的空气能够从相应凹口322-329横向排出。提供彼此间成90°的开口,例如开口402、404、406和408,使气体以相对于旋转轴42旋转对称的形式,从图3中示例性地形成的物体10径向地流出。提供与开口402、404、406和408偏移45°的、彼此间成90°的四个开口403、405、407和409,以使气体沿着包括切向分量的方向从相应的凹口或腔室323、325、327和329流出。具体地,这些开口成对实现,使得相对的开口对403和
407或者405和409让空气沿着相同的旋转方向流出,即,沿逆时针方向或者顺时针方向从上述凹口流出。
[0067] 如参考图4a和4b示例性地示出的,由于实现了凹口以及由凹口形成的腔室,通过合适地选择这些腔室的子集从喷气嘴接收压缩空气,可以旋转表面上的物体10和/或沿期望方向移动物体10,即,引起平移移动与绕轴42旋转的任意混合。因此,利用通过开口402横向流出的空气,腔室322内的压缩空气使物体42沿着与横向流出的空气相反的方向移动。这相应地适用于开口404、406和408。如果压缩空气同时流入腔室403和407,则在相应开口中排出的空气会引起物体顺时针方向的旋转(参见图3)。通过将压缩空气引入腔室
329和325来实现相应的反向旋转。当填充有压缩气体时各个面被壁(图3中的内壁36)封闭的腔室321不会引起施加到物体10上的横向力,因此可以被压缩空气填充,以通过物体
10与表面之间的相应气垫来承载物体10。
[0068] 以下将再次参考图4a和4b来说明控制装置18、单独可控的喷气嘴20和物体10的底部30的特殊实现之间的交互。图4示出了转移表面12和单独可控的气阀20的截面。控制装置18经由位置确定装置14获知图4中指示的物体10在表面12上的位置。在图4a中,假定期望位置计划将物体10向南移动(图4a中的底部)。相应地,在位于中央气室321下方并与中央气室321横向对准的气阀20旁边的控制装置18激活或打开与位于北边的气室322对准的空气开口20,使得通过该腔室322的相应开口横向流出的空气沿着期望的方向来移位由打开的喷气嘴20产生的气垫所承载的物体10,如由箭头50指示的。在图4a中,打开的气阀由椭圆指示,而关闭的气阀由线来指示。
[0069] 图4b示出了与图4a相同的起始部分。然而在这种情况下,假定控制装置18必需旋转物体10,以使物体10接近期望位置,即,顺时针方向旋转物体10。相应地,与将空气吹入中央腔室321的气阀20不同,控制装置18打开与相对的气室322和327相对的气阀20。从腔室324横向流出的空气沿切线方向产生推力52,所述切线方向与从相对的气室327横向流出的空气所产生的推力54的方向相对,从而实现物体10沿顺时针方向的期望旋转移动。
[0070] 应注意,根据图3的底部的特殊实现方式仅仅是示例。许多修改是可能的。例如,如果物体10的旋转移动不重要,则物体10可以仅包括三个开口,这三个开口使空气可以径向流出,并且例如被布置为彼此成120°。例如,如果例如通过相应的棋盘来确定表面12上物体10的轨迹,则仅在一个凹口或腔室旁边提供在侧壁38中具有相应开口的横向凹口就足够了,这不包括侧壁中的横向开口,如腔室321。
[0071] 在图2-4b的以上描述中,喷气嘴20有时也被称作气阀。原因在于,对喷气嘴的单独控制可以直接发生在喷气嘴处,在这种情况下喷气嘴起到气阀的作用;或者可以使阀与始终打开的每个喷气嘴相关联,经由所述阀可以单独控制相应的喷气嘴。可以向每一个由这样的喷气嘴和相关的阀组成的对特别分配相应的空气通道,这需要许多空间。
[0072] 图5a和5b示出了气阀20的关闭和打开状态的示例。根据图5a和5b,气阀由60形成。例如,整个本体22(图2)由硅构成,或主载体(例如,玻璃板)具有孔矩阵,这些孔被钻入玻璃板,根据图5a和5b的单独硅阀被填入这些孔中。例如,阀的材料60(例如,硅)具有与载体板的材料(例如,玻璃)的折射率相同的折射率,在这种情况下,例如产生通过表面12的完全透明的外观。折射率可以例如是1.43。在优选弹性阀材料60中,提供例如从表面12到达对面64的缝隙62,在所述缝隙62处可以施加压缩空气。缝隙例如切入弹性材料60中。
[0073] 沿横向方向提供缝隙电极60和68,可以向所述缝隙电极60和68施加不同的电位。缝隙62中的内涂层70保证图5a所示的关闭状态下电极66和68不接触。当然,当电极66和68与缝隙62相隔较远,以至于电极66和68即使在关闭状态下也不会相互接触时,也可以省去内涂层70。
[0074] 在图5a的情况下,现在控制装置18使图5a的气阀关闭。在这方面,向电极66和68施加不同的电位。在图5b中示出了利用相同极性的电荷载体来为电极66和68充电的情况。根据图5a和5b的实施例,因此气阀的电极66和68可以耦合至两个不同的电压源,其中,电极66和68分别连接至相同的极。在图5b中,所述极例如是负极。因此,在电极在电极66和68之间产生的静电排斥力使缝隙62打开成为椭圆,如图5b所示。
[0075] 根据图5a和5b的实施例当然仅是示例,其他实现方式也是可能的。此外,图5a和5b是以简化的形式示出的,没有示出连接至66和68的馈线。然而,对于气阀的单独控制,气阀必需可以经由相应的单独线路可与上述电压源连接或可从上述电压源拆卸。此外,还应注意,在图5a和5b中,线路72示例性地示出了阀材料60与上述载体板(例如,玻璃板)之间的可能界面。
[0076] 图6a和6b示出了对图4a和4b所示的用于产生移动的相应气阀矩阵的控制,这应用于图5a和5b的气阀的实施例。简言之,图6a和6b示出了转移表面12的一部分,该部分示例性地具有根据图5a和5b的阀20的阵列,其中,物体10位于表面12上,包括根据图3的底面设计。如图6a所示,布置在腔室321和322下方的气阀20处于根据图5b的打开状态下,以实现向南的移动,如在图4a和在图6b中的情况一样,只有布置在腔室321、323和327下方的那些气阀处于根据图5b的状态下,而相应的其他气阀处于根据图5a的关闭状态下。
[0077] 如稍后将参考图26a和26b来描述的,如参考图5a至图6b而描述的实现具有相同折射率的玻璃板来承载的气阀具有以下优点:在气阀关闭的情况下,玻璃板的外观不受气阀的干扰。换言之,利用关闭的气阀,不会产生会影响板透明度的“不连续点”,根据图16至图25的实施例,这是特别有利的,据此,位置确定装置14使用位于转移表面下方的显示器来执行位置确定。
[0078] 例如,喷气嘴20之间的平均最小距离小于凹口322-9的横向延伸部分。优选地,喷气嘴20之间的平均最小距离小于或等于凹口322-9的最小横向尺寸。根据物体由于与期望位置的偏移而执行的移动,控制装置18则选择位于合适凹口322-9下方的用于吹气的喷嘴。
[0079] 在图2至图6b中,通过给相应的气室换气或将空气吹入相应的气室,用于产生气垫的压缩空气产生横向力,以改变由气垫本身承载的物体的位置。
[0080] 图7示出了实现用于在表面上移动物体的装置16的可能方式,据此,装置16包括:表面12上的由单独可控的喷气嘴组成的阵列,用于在物体10与表面12之间(即,具体在物体10的位置处)产生气垫80;以及另一装置82,用于非接触横向移位和/或旋转气垫80上的物体10。用于非接触横向移位的装置82可以例如使用静电力、磁力或表面12相对于重力场的倾斜,以引起表面12上物体10的期望的位置变化。
[0081] 如果表面12上的多个物体当中的仅一个物体10具体发生位置的改变,则装置82不限于这种能够具体影响期望的物体10的实现方式。相反,在期望的物体10下方产生气垫80使得仅对于该物体10消除了另外作用在表面12与物体10之间的静摩擦和动摩擦,使得由装置82引起的横向力仅针对期望的物体10引起横向移动。
[0082] 装置82的一种可能实现方式例如提供,不通过产生相应的场来移动物体10,而是在图3的情况下选择性地打开和关闭底面腔室中的横向开口。除了图3的实现方式以外,在图8的情况下,提供用于选择性地打开和关闭开口402-409的装置842-9,例如控制装置18可以经由无线接口来控制装置842-9。根据以上描述,控制装置18控制装置84,使得可以通过期望的开口402-409横向地排出空气,其中,空气另外形成气垫80。
[0083] 在根据图8的备选方案中,应注意,在使用用于选择性关闭和打开开口的、分别与开口相关联的装置的情况下,也可以使用喷气嘴,喷气嘴可以被一起控制,或者可以不受控制而是始终打开。如果在这种情况下物体10位于表面12上,则关于不应改变位置的物体,装置842-9集合可以被控制为使得所有相应的开口都关闭,从而相应的气垫仅以在物体下方承载的方式来起作用。仅关于要移动的一个或多个物体,通过装置842-849来打开一个或多个开口。
[0084] 尽管参考图2-8描述的上述实施例具有在物体与转移表面之间产生气垫的共同点,然而这仅表示以下参考图9a-13b描述实施例的一种可选方式。根据以下描述的实施例,通过合适地控制沿转移表面分布布置的单独可控磁线圈的横向分布,来产生表面上物体的位置变化。
[0085] 图9a和9b示例性地示出了转移表面12,沿转移表面12布置了由磁线圈90组成的阵列,使得由流经该磁线圈90的电流产生的磁流量基本上相对于与表面12垂直的轴而对称延伸。换言之,磁线圈90的纵轴与表面12垂直。如图9a所示,磁线圈90例如嵌入载体材料92中,载体材料90例如由可透磁材料组成。为了简化图示,磁线圈90的单独可控性由为了简化示意图9a和9b中未示出的相应线路和开关引起,这使得对于单独的磁线圈90,可以通过该磁线圈90单独产生电流。
[0086] 根据实施例,磁线圈90可以仅被设置为两个状态(例如,载流状态和非载流状态)或经过交流状态和无电流状态的状态,或者可以被设置为三个状态,即,无电流状态以及与电流流动方向有关的另外两个不同状态。例如通过提供电磁线圈90与电压源之间的单独的或选择性的可连接性,这些可控性也可以组合,其中所述电压源根据控制装置18的控制,针对所有电磁线圈90等同地提供交流电流、向一个方向直流电压、或者向另一个方向提供直流电压。
[0087] 当用于在表面上移动物体的装置16(图1)包括单独可控磁线圈90的分布时,控制装置18能够使物体10从由位置确定装置14接收的当前位置偏移到期望位置。在这方面,物体10自身可以由磁吸引和/或排斥材料组成,例如,,或者物体局部地具有在另外的可透磁材料中的一个或多个这种磁吸引和/或磁排斥元件。
[0088] 图10a-10c示出了物体10由另外的可透磁材料制成的实施例,然而其中,在物体10的底部区域中,布置磁吸引和/或磁排斥元件,例如浇注到可透磁材料中。可透磁材料可以例如是塑料。根据图10a和10b,元件100例如是永磁体。根据图10c的实施例,元件例如是线圈110。如在下文中将描述的,当然可以在一个物体中沿着物体10的支撑面将若干元件100或110布置在横向不同位置。在图10a和10b的情况下,示例性地沿着转移表面
12的表面法线来布置永磁体10的磁极,在图10c的情况下,线圈轴沿着表面法线。
[0089] 图10a示例性地示出了控制装置18如何使用磁排斥力来沿着表面12移动物体10。在这方面,控制装置18例如沿表面12激活线圈90之一,使得该线圈90的磁北极面对表面12上永磁体100的北极,即,多个电磁线圈中的所述一个电磁线圈90被布置为沿着与物体10要移动到的方向112相对的一个方向,相对于永磁体100的位置而偏移。永磁体
100与激励线圈90之间的磁排斥向期望的方向112产生力。
[0090] 另一方面,控制装置18能够控制被布置为沿期望移位方向112与永磁体100偏移的电磁线圈90,使得电磁线圈90的磁南/北排列对应于永磁体的南/北排列,从而线圈90和永磁体100的相对磁极在表面12上彼此相对,并且产生的磁吸引力使物体10沿期望方向112横向移位。在图10b的情况下,控制装置19激励多个磁线圈当中一个磁线圈90,所述一个磁线圈90被布置为沿调整到物体10要移动到的方向112或与该方向相同的一个方向,相对于永磁体100的位置而偏移。
[0091] 在图10c的情况下,存在不同的控制可能性。如果适合的,在物体10中,布置图10c中未示出的电流产生装置(例如,电池或蓄电池),所述电流产生装置在物体10的磁线圈110中产生电流,使得物体10在该状态下起到永磁体100的作用。在这种情况下,控制装置18可以执行图10a和10b所描述的控制。
[0092] 磁线圈110不必须例如由物体内部电池等来在外部控制,以承载电流从而表现为永磁体。电磁线圈110的端部还可以经由与线圈110平行的支路而断路,或者可以经由阻抗而彼此电连接。在这种情况下,由激励线圈90来建立或衰减的磁场感应通过物体10的电磁线圈110的电流,所述电流继而产生与磁场变化相对的磁场,即,在激励线圈90产生的磁场增大情况下的相对磁场,以及在激励线圈90产生的磁场减小情况下的调整(rectified)磁场。控制装置18可以通过以下方式来使用这种效应:控制被布置为沿着与期望方向112相对的方向与线圈110偏移的那些磁线圈90’,使得这些磁线圈90’产生在线圈110处变得更强的磁场,由于磁线圈110中的感生电流,所述磁场使物体10沿期望的方向112移动;以及控制被布置为沿期望方向112与线圈110偏移的磁线圈90,使得这些磁线圈90产生变得更弱的磁场,所述变得更弱的磁场引起磁线圈110的吸引,从而引起在方向112上对物体10的吸引。控制装置可以执行这一操作,例如使得顺序地控制例如激励线圈90或90’,从而沿方向112在物体10的磁线圈110的区域下方或区域中,沿方向112在磁线圈110前方,激励线圈首先导致磁线圈110位置处磁场的增大,然后沿方向112在磁线圈110后方,磁线圈导致电磁线圈110位置处磁场的减小。因此,与图10a和10b的实施例不同,控制装置18激活激励线圈90的激励位置并不在激励线圈90前方推送物体或沿途拉动物体,而是激励位置周期性地沿期望的方向112经过物体10当前所处的底面空间。
[0093] 控制装置通过以下方式来引起更长距离(即,大于线圈间距离)的移位:选择性地激活线圈,使得被激活的线圈90所处的位置迅速超过或落后于物体10的当前位置或由装置14确定的位置,以便如上所述“沿途拉”或“向前推”物体。
[0094] 图11a和11b再次示出了在物体10的另外可透磁材料中为物体10提供彼此偏移布置的磁吸引和/或磁排斥元件的可能情况。具体地,在图11a的情况下,两个线圈绕组110a和110b被布置为横向彼此偏移,而在图11b的情况下,在物体10的底座中提供两个永磁体100a和100b,这两个永磁体100a和100b被布置为彼此相对偏移,这两个永磁体100a和100b的磁北极和磁南极被示例性地布置为相同并且沿着物体10的支撑面的表面法线。
线圈110a和110b的纵轴也垂直经过物体10的支撑面。
[0095] 图12a和12b示出了控制装置18如何在以下情况下可以产生物体10的平移移动和旋转移动:根据图11a和10c的物体10包括无源磁线圈,或根据图11的物体10包括磁体,其中使用该磁体与沿着表面12的阵列的磁线圈之间的磁吸引力。
[0096] 图12示出了特定起始位置处的物体10,其中,控制装置18期望向箭头方向平移移动物体10。图12a假定物体10包括四个永磁体100a-100d或两个磁线圈110a和110b。电磁线圈110a和110b之间或者四个永磁体100a-100d之间的距离被选择为与规则布置的磁线圈90的距离相对应。例如,四个永磁体100a-100d示例性地被布置为使得:在图12a中指示的位置处,这四个永磁体100a-100d精确地与相应的四个磁线圈90相对。通过再次将物体10旋转90°,这种情况适用于其他磁线圈90。现在为了产生向期望方向的移动,如以箭头和标号来指示的,控制装置18将对磁线圈90的激活从布置在永磁体100a-100d或者线圈110a和110b下方的磁线圈传递到被布置为沿该期望方向与所述永磁体或者线圈110a和110b偏移的磁线圈,即,首先激励由编号1为的箭头指向的磁线圈,然后激励由编号为2的箭头指向的磁线圈,等等。当然,相应磁线圈90的激励取决于物体10是具有线圈110a和110b的物体10还是具有永磁体100a-100d的物体10,其中,根据情况,激励包括向相应的磁线圈90施加电压变化,或者如图10a-10c所示施加直流电压,即,在物体10中是永磁体的情况下,激励位置仅在物体10后面拖曳物体10,而在物体10中是磁线圈的情况下,临时控制激励线圈,使得磁场在物体10的磁线圈的位置处减小,从而沿期望方向(图12a中,右上方)产生吸引力。本文中,在后一种情况下,在期望的移动方向的前方,激励线圈90先前还已经被控制为:例如在物体10的磁线圈的位置处,引起磁场的增大,从而在期望的方向上(图12a中,右上方)产生排斥力。
[0097] 在图12b中,示出了与图12a中相同的起始位置,然而其中用于离开该起始位置并实现物体10的旋转移动的控制装置18激活其他磁线圈90。图12b中利用编号为1的箭头再次示出了当前激励的磁线圈下次如何被激励。如图所示,引起逆时针旋转移动。
[0098] 图13a和13b再次涉及了图10a中所示的情况,即,利用磁排斥来实现物体的移动。在图13a和13b的情况下,物体仅包括两个永磁体100a和100b,这与图11b的情况一样。磁极性对应于图10a的磁极性,即,激励的磁线圈90的极性与永磁体100a和100b的极性方向相反。图13a和13b再次示出了激励的电磁线圈90的位置移动的方向,以使永磁体100a和100b“移到其自身前面”。
[0099] 参考图14-15b,在下文中描述用于在表面上移动物体的装置16(图1)的实施例,根据该实施例,用于产生移动的装置在表面12中产生弯曲波或表面波。因此,以下公开示出了根据图9a-13b的磁横向移动产生方式的备选方案,并且可以可选地与使用气垫来减小物体重量的方法相结合。
[0100] 图14示出了该实施例所基于的原理。由弯曲波产生装置141产生的沿转移表面12传播的表面波或弯曲波,当随时间来考虑表面12的表面点的位置时,引起表面12的表面点的椭圆移动114。再次注意到,在图14中,关于表面12的横向延伸部分示出了表面12在固定时刻的状态,对于特殊表面点140,当然随时间示出了所述表面点140的位置,即,在
140处以椭圆和箭头来示出。在图14的情况下,弯曲波的移动方向沿着箭头142。可以看出,在对象10所处的相应的波峰144处,即,线140在最高点处的方向,表面12上的表面点沿着与弯曲波传播方向142相对的方向146移动。至少主要由波峰144支撑的物体10因此沿着与波峰处表面点相同的方向148移动,这是由于弯曲波,即,方向146。
[0101] 根据图14的实施例,因此用于在表面上移动物体的装置16(图1)包括用于在表面12中产生弯曲波的装置,控制装置18产生弯曲波,使得如图14所示,物体10向着期望的方向移动。控制装置18在这种情况下可以使用波场分析中的已知计算方法,以相应地计算弯曲波产生。
[0102] 图15a和15b表示如何在转移表面12中产生弯曲波的可能方式。转移表面12由板150形成,板150例如是刚性的,并且可以是透明的,使得可以与位置确定装置14的以下实施例相结合,据此,将屏幕152用于位置确定,在图15a中已经示出了这一点。利用横截面为u形的载体156,通过可以起到粘合作用的材料和/或用于使弯曲波衰减的装置,来沿着板12的边缘154来固定板12,其中,所述起到粘合作用的材料和/或用于使弯曲波衰减的装置在板50中占据在起到固定夹作用的载体156与板150之间的空间或间隙,从而机械地连接载体156和板150,或者在听觉上将载体156和板150耦合或去耦合。向板150的两侧应用压电元件160,所述压电元件160向着载体156的相对内壁162a和162b延伸,以便也应用到内壁162a和162b,使得机械振动可以转移到板150,而尽可能沿着表面法线方向不损害板150,如图15a中用双箭头指示的。例如,压电元件160沿着板150的边缘154示例性地彼此等距布置。
[0103] 在载体156中,如图15a和15b所示,可以沿板边缘的延伸方向提供槽164,由衰减材料158固定的板150伸入到槽164中,使得当沿着表面法线方向向板150施加过高的力时,不会损坏压电元件160或衰减材料158。换言之,槽限制了板150沿表面法线方向围绕由衰减材料158限定的静止位置的平移移动,使得不损坏压电元件。
[0104] 当然还相对于压电元件160布置在外部的槽164可以被实现为使得在板150与所述槽164的内侧之间没有任何空间,从而槽164固定板150。根据情况,例如板的刚度和厚度,后一种解决方案可以便于以合适的频率和幅度来实现弯曲波产生。
[0105] 然而,还应注意,对于图15a和15b所示的解决方案,存在多个备选方案,所述多个备选方案与激励的类型(即,除了压电驱动以外的其他驱动)有关,例如,通过电动驱动来激励,所述多个备选方案还与边缘处的固定或非固定、边缘处例如通过衰减材料或对边缘截面的合适定形而实现的弯曲波衰减、板的支撑物(例如,由取代槽的焊珠和/或泡沫材料来支撑)、以及激励装置160的布置有关。
[0106] 尽管图15a中示出压电元件160被布置在板150两侧,然而压电元件160也可以仅布置在一侧,例如形成转移表面12的一侧。
[0107] 通过合适的预防措施,可以防止边缘154处板150中弯曲波的反射。对此,沿着板150的边缘154为板150加涂层,或者合适地选择衰减材料158,或者板150的形状在板150的边缘处包括尖端细的截面等,以采用这些方式之一或这些方式的组合来提供抗反射边缘末端。
[0108] 尽管图15a和15b未示出,然而板150可以例如包括矩形或方形形状。其他形状也是可能的,例如,圆形等。
[0109] 最后,应注意,不必须在板中形成弯曲波。也可以在一侧起到转移平面作用的庞大本体中产生表面波。
[0110] 在针对用于在表面上移动物体的装置16(图1)描述了本发明的实施例之后,下文中,首先参考图16-25描述位置确定装置14(图1)的多个实施例,根据所述多个实施例,位置确定装置14包括显示器和物体中的光学传感器。
[0111] 图16示出了用于确定物体601在显示器602上的位置或地点的设备。设备包括:控制装置603a,用于控制显示器602,使得该显示器横向改变正面602a处的信息;以及光学传感器603b,用于容纳在物体601中或物体601处,以对物体601所处于或位于的正面602a的支撑面602a’进行光学扫描,以得到与横向变化信息有关的采样结果。除此之外,设备还包括:确定装置604、604’,用于根据采样结果来确定物体601在显示器602上的位置,如图
16中由虚线指示的,确定装置604、604’布置在物体中或物体处和/或布置在物体外部并且与物体分离。
[0112] 如以下实施例中将更详细说明的,显示器602根据控制装置603a的控制来显示的横向变化信息有不同的可能。例如,通过控制显示器602使得显示器602显示与显示器602的当前屏幕背景可区分的光学空间有限特征,例如,完全照亮的像素、关断的像素或在正面602a在不同位置处顺序地显示横向变化信息的闪烁像素,显示装置603a可以控制显示器
602顺序地请求物体601在显示器602上的潜在地点或位置。在这方面,所述特征以Z字形方式(例如,一行接一行)扫描整个屏幕。基于潜在位置处特征的顺序显示与确定装置之间的同步,确定装置604或604’可以根据显示器602上的特征的顺序显示与光学传感器
603b检测到特征的时间(即,特征位于支撑面602a’内时的时间)之间的时间关系或比值,来断定物体601在显示器602上的位置。如果确定装置604或604’被布置在物体601外部,如604’指示的,则可以例如以公共的时基的简单方式来执行确定装置604’与控制装置
603a之间的公共时间基础或同步。下文中参考以下附图更详细地说明这种情况。然而还可以由控制装置603a向物体601中的确定装置通知特征的顺序显示的开始,所述特征然后以预定的速度(例如,周期性地)经过可能的地点或位置。为了保持同步,可以提供另外的比较。确定装置604或604’和控制装置603a还可以协作,使得在每一次将特征移位到下一个可能位置之后,主动询问光学传感器603b检测到的亮度值,然后首先进一步移位特征然后询问下个亮度值,等等。
[0113] 除了通过顺序经过这些位置并顺序指出这些位置处的特征来顺序地或甚至周期性地询问物体601的可能位置的上述可能情况之外,还可以由控制装置603a来确定位置,所述控制装置603a控制显示器602,使得显示器602显示逐步细化的二元再分,这使得可以-n以与显示器602的范围的2 相对应的精度,分n步来定位物体601。例如,控制装置603a首先通过以下方式将显示器602的范围分成两半:在其中的一半显示的内容与在另一半显示的内容不同,或者使其中一半的屏幕背景与另一半的屏幕背景有所不同。基于光学传感器603b的采样结果,确定装置604可以确定物体601位于哪一半中,然后确定装置604在下一步骤中以相应的方式将这一半再分为两半,并基于新的采样结果来确定物体601位于屏幕602的哪个四分之一屏幕中,等等。在显示器602上有多个物体的情况下,控制装置
603a还可以在特定步骤中物体所占的所有当前区域分成两半,因此可以通过上述逐步细化的二元再分来以相同的分辨率定位多个物体。在以下实施例中也更详细地说明了这种类型的定位。确定装置604或604’和控制装置603a之间的公共时间基础使得确定装置可以以逐步细化的二元再分将光学传感器603b的采样结果分配给正确的步骤,可以如显示屏幕的先前扫描询问中一样来实现所述公共时间基础,例如,通过每步骤中询问一个或多个亮度值来实现所述公共时间基础。
[0114] 最后,控制装置603a可以控制显示器602,使得该显示器显示横向变化信息,所述横向变化信息横向地变化,使得使用该信息的由光学传感器603b来扫描的具有对应范围的部分,可以最终断定显示器602内的位置。上述的示例是显示器602上棋盘图案,所述棋盘图案具有从显示器602的一个角向上到对角严格单调变化的间隔宽度。在这种情况下,在确定装置604与控制装置603a之间不需要同步或公共时间基础。
[0115] 在物体601的外部容纳确定装置604’的一个优点是,对于要定位的每个物体601的性能需求降低。在从光学传感器603b向确定装置604’无线传输的情况下,例如可以直接向确定装置604’传递由光学传感器603b检测到的亮度信息,然后确定装置604’关于显示器602上显示的横向变化信息来检查所述亮度信息。然而,位于物体601中的确定装置的部件604已经执行了对光学传感器603b的纯亮度信息的预处理,以将从亮度信息中提取的信息发送到其他部件604’,例如,在支撑面602a的区域中顺序经过显示器602的特征的出现时间。以下说明不同的其他可能方案。
[0116] 到目前为止粗略地描述了用于确定显示器上的物体的设备,下文中参考图17-20来描述例如用于棋类等的游戏设备,其中,在游戏设备的显示器上定位一个或多个游戏棋子,因此可以说以下公开还示出了图16中描述的设备的可能应用。
[0117] 尽管在下文中描述了这样的游戏设备,然而这里所使用的位置确定还可以应用于针对相应物体的其他应用,如在描述图16-20之后将说明的。
[0118] 图17的游戏设备通常由605来表示,包括显示器610、计算机612、接收机614和游戏棋子616。计算机612连接至显示器610,并且包括:用于控制显示器610的控制装置618,例如计算机612的显卡;以及处理装置620,例如与计算机612上执行的程序相结合的计算机612的CPU,用于游戏设备605的游戏功能,如以下将详细说明的。计算机612或处理装置620还连接至接收机614。
[0119] 游戏棋子616包括底面空间622,在游戏过程中在显示器610上支撑所述底面空间622,从而所述底面空间覆盖显示器610的屏幕内容的一部分,即,支撑面。
[0120] 传输装置624位于游戏棋子616的内部,传输装置624与接收机614通信,并且还能够在每当将游戏棋子616放在显示器610上时检测位于底面空间622下方的屏幕内容部分。
[0121] 游戏设备还具有在没有用户交互的情况下移动游戏棋子的能力,其中,在这方面,计算机612或处理装置620例如还接管控制器18的功能,并且具有经由控制器18耦合至位置确定装置的移动装置16,其中,位置确定装置由显示器610、处理装置620、控制装置618和物体616中的光学传感器形成。
[0122] 如图18所示,传输装置624具体包括:发射机626,能够向接收机614发送响应信号,以下将更详细说明这一点;以及光学传感器628,例如,光电池或光电阵列,排列为使得检测入射在底面空间622上的辐射或光。除此之外,传输装置624还可以包括处理装置630,经由所述处理装置630,发射机626耦合至光学传感器628,然而其中备选地,发射机626和光学传感器628之间也可以直接耦合。
[0123] 在以上描述了游戏设备605的单独组件之后,在下文中参考图19来描述游戏期间游戏设备的操作。例如,游戏可以是棋类等,然而其中以下参考图19的公开局限于结合对显示器610上游戏棋子616的位置的确定来描述处理装置620的功能,其中处理装置620使用所述位置的确定来绘制游戏移动,确定计算机对手的游戏移动等等。
[0124] 在基本状态下,即,在根据图19的方法的初始状态下,处理装置620使控制装置618控制显示器610,使得显示器610显示游戏域。因此处理装置620可以知道显示器610上示出的游戏域。在图17中,作为示例,游戏域被示为包括三个游戏域632,在这三个游戏域632上可以根据游戏规则放置游戏棋子616。在步骤634执行对背景图像的显示。然后,控制装置618控制显示器610,使得在可能的游戏域632处背景图像或游戏棋盘被特殊图案覆盖,其中,图案清楚地从背景图像中凸显出来。具体地,在步骤636中控制装置618控制显示器610,使得所述特殊图案一个接一个地经过游戏域632,并且顺序地、一个接一个地将所述特殊图案例如周期性地传递到每个显示器。相应游戏域632中图案的显示可以例如局限于游戏域632内部的部分区域638,例如,局限于显示器610的像素。所述特殊图案可以在特殊颜色或关于亮度或颜色的瞬时变化方面与表示游戏棋盘其余的背景不同,其中,在下文中将在这方面提供不同的实施例。
[0125] 在步骤636中,传输装置624的光学传感器628连续扫描显示器610的屏幕内容的一部分,显示器610位于游戏棋子616的底面空间622下方。在步骤636中,一旦在放置了游戏棋子616的游戏域632中显示特殊图案,则在光学传感器628的输出信号处可以检测到用于处理装置630的特殊图案。在处理装置630在步骤640中检测光学图案之后,处理装置630使发射机626经由非接触接口642向接收机614发出响应信号(步骤644)。接收机614将响应信号传送到处理装置620上。当接收到响应信号时,还通知处理装置620与在步骤636中显示特殊图案的游戏域632有关的信息。考虑到在相应游戏域632中显示特殊图案与接收由接收机626发出的响应信号的信息之间可能有时间偏移,处理装置620在步骤646中确定游戏棋子616在显示器610上的位置。
[0126] 例如,可以利用RFID技术(射频识别)来经由非接触接口642发射响应信号。然而,传输装置624向处理装置18的有线接合传输(图17中未示出)也是可能的。
[0127] 如果发射机626在步骤644中发射的信号被设计为包含唯一标识号,则在步骤646中,除了棋子的位置确定之外,还可以执行对多个游戏棋子中的游戏棋子的唯一标识。这使得可以实现诸如棋类之类的游戏,其中,游戏棋子具有不同的含义,因此处理装置620应当能够区分游戏棋子。
[0128] 在棋类游戏的情况下,唯一标识号可以例如是在1和32之间的标识号,以区分32个棋子。
[0129] 由于在游戏的任何时刻,处理装置618都知道位于显示器610上的游戏棋子616的位置和类型,所以可以快速“拷贝”特殊游戏状况,而不用首先必须从棋类开始位置“玩到”该状况。
[0130] 如果计算机612或处理装置620还连接到数据接口648(例如,调制解调器或网络连接),则处理装置620可以向外部设备发送所有游戏棋子的位置和标识,如果可以的话,还可以发送显示器610上示出的背景。此外,如果处理装置620被设计为还可以从数据接口648接收数据,则以这种方式,可以实现小组游戏者模式。例如,在棋类游戏中,两个游戏者可以互相玩,其中,利用数据接口648经由互联网将这两个游戏者的处理装置620联网。每个游戏者仅可以移动他自己的棋子。本地计算机可以利用装置14、16和18来移动经由网络而连接的游戏者的棋子。例如,在第一游戏者移动的情况下,可以本地检测显示器610示出的游戏棋盘下方当前移动的游戏棋子616的新位置,如图19所示。然后处理装置620可以利用数据接口648经由互联网将该棋子的新位置报告给第二游戏者的相应处理装置620,第二游戏者的相应处理装置620继而可以使控制装置618控制移动装置,使得在第二游戏者的显示器610上移动后的游戏棋子616(例如,象、卒等)占据新位置。此后,第二游戏者可以注册新的游戏状况,并计划他的下一步移动,在执行下一步移动之后,根据上述方法再将所述下一步移动报告给第一游戏者。因此,游戏605可以用作棋类游戏,在棋类游戏中,人可以与计算机玩,还可以与另一个空间上分离的游戏者玩,并且敌方棋子自动移动。处理装置620还可以检查与游戏规则的符合性,并当所执行的动作不符合游戏规则时,通知一个游戏者(在与计算机对手玩的游戏的情况下)或多个游戏者(在处于小组游戏者模式的游戏的情况下)。
[0131] 尽管在棋类游戏的上述示例中,小组游戏者模式自然包括仅两个游戏者,然而也可以利用游戏设备605来玩多个游戏者互相竞争的游戏,例如,游戏“Mensch-Arger-Dich-Nicht”(与Ludo棋盘游戏兼容)。
[0132] 另一实施例示出了游戏的实现方式,例如,策略游戏,其中,不仅单独游戏棋子的位置和标识的确定非常重要,而且游戏棋盘上的棋子的方位也很重要。可以使用例如图5所示的设备和方法,来检测游戏棋子的方位信息,对于一些游戏来说,游戏棋子的方位信息在战略上很重要,例如,军事部队的前进、撤退或钳形移动。在显示器10的每一个域中顺序示出的图案38可以例如包括3×3个像素。可以如在棋类游戏的上述实施例中一样,执行对游戏棋子16的位置和该游戏棋子16的标识的确定。例如,现在可以执行对游戏棋子16的方位确定,使得在四个时间步骤中,可以关断图案38的每一个角像素(未示出所述角像素),因此传输装置24的光学传感器28检测不到该角像素。
[0133] 然后可以在传输装置624处设置相应的光学传感器628,使得大小为3×3个像素的域的角像素可以为空或“盲”面板(即,不能被扫描)。在四个时间步骤中的每一个时间步骤中,容纳在传输装置624中的处理装置630检查由光学传感器628检测到的暗(即,未照亮的)角像素的个数。在四个时间步骤之一中,图案628的关断的角像素与光学传感器628的“盲”角像素一致,即,只有一个角像素被检测为暗。在四个时间步骤结束时,处理装置630使发射机626向处理装置620发送响应信号,所述响应信号包含与在四个时间步骤中的哪一个步骤中注册所述仅一个暗角像素有关的信息。如果参考附图处理装置620知道发射机626处盲像素的位置(例如“左后方”),则根据该信号,对游戏棋子616的方位确定是可能的,因为处理装置620通过获知显示图案628时的四个时间步骤以及与在四个时间步骤中的哪个时间步骤注册仅一个暗角像素有关的信息,获得了游戏棋子616的唯一方位信息。这种类型的检测将使得可以实现游戏棋子616的四个方位方向,即“正前”、“向右转”、“向左转”以及“倒退”。图案638和光学传感器628的更精细“像素化或模糊”例如使得可以更精确地确定游戏棋子616的方位。
[0134] 备选地,还可以由传输装置624来确定游戏棋子616的方位,其中,传输装置624将光学传感器628检测到的图案638作为响应信号报告给处理装置620。例如,处理装置620然后可以通过检测到包含在响应信号中的图案638的图像被“上下颠倒”,根据该响应信号,并使用与图案638在显示器610上的方位有关的认知,来确定游戏棋子616的方位。
[0135] 尽管始终由光学传感器628检测图案628来触发步骤644中对响应信号的发送,然而传输装置624还能够永久性地向处理装置620发送由光学传感器628检测到的图像以及唯一标识号。然后处理装置620例如使控制装置618周期性地在域632中之一分别示出图案626。在这种情况下,当传输装置624发送的图像包含图像626,从而可以实现对域632中物体626的唯一位置确定(其中,产生图案626)时,由用于注册的处理装置620来执行对物体616的位置确定。
[0136] 如上所述,如果发出传感器628的测量值,其中测量值可以是取决于入射到传感器628上的光的数值,则可以省略处理装置630。当然,处理装置可以通过量化或阈值比较,在该值发出之前确定与该值不同的另一值,其中,该值然后被发送至确定装置。在传感器具有多个像素的情况下,例如在一个时间点向确定装置发射所有像素的测量值。处理装置630还可以例如通过预处理根据像素的多个测量值来确定标量值,然后该标量值被作为响应信号发送到确定装置。
[0137] 尽管以上仅描述了设备和方法,其中处理装置620使控制装置618在域632之一中顺序地分别显示图案638,然而也可以在显示器610上的每个域632中同时显示不同的唯一可区分的图案638。然后能够由发射机626来确定物体616的位置,发射机626向处理装置620连续发送由光学传感器628检测到的图像,然后,处理装置620通过将接收到的图像与域636中示出的所有图案相比较,来确定域632中物体616的位置,其中,所显示的图案638与响应信号中包含的图像相对应。本文中,备选地,处理装置620还可以考虑所发送的图像的旋转,以得到图像与显示器610上示出的图案的匹配。
[0138] 在图16至20的以上论述中,起到图16的确定装置604’的作用的处理装置620以及处理装置630接管图16的确定装置604的任务。
[0139] 同样明确注意到,光学传感器603b或628不必须包括横向分辨率。光学传感器可以包括仅一个像素,从而针对每一个时间点确定包括和不包括颜色信息的仅一个亮度值。具体地,光学传感器可以被实现为单个光电二极管光电二极管阵列不是必须的。在涉及具有多个游戏棋子的游戏的以下实施例中将再次说明这一点,并且将参考图17来说明这一点。例如,在该实施例中,所有游戏棋子616包括无源或半无源的RFID传感器,所述RFID传感器包括装置626,如果可以的话还包括630,一个单光电传感器(例如,光电二极管628)连接至所述RFID传感器,所述单个光电传感器例如包括光敏区域,所述光敏区域在尺寸方面比显示器610的像素大。由于在该示例情况下游戏棋子仅具备尺寸相对较大的光电二极管,所以游戏的成本比在相应游戏棋子616中有光电二极管阵列的情况更低。
[0140] 在该游戏场景下,图17的设备执行根据图21的方法,例如以在显示器610上定位游戏棋子,如果可以的话,还确定游戏棋子的方位。如图21所示,方法由处理装置620开始,处理装置620经由控制装置618指示计算机612中的显示器将屏幕关断,使得屏幕变暗(步骤660)。然后,处理装置620经由发射机/接收机614来搜索所有可达的RFID 624或所有可达的游戏棋子616,并标注和存储相应光电传感器628的状态或亮度值,即,相应的可达的游戏棋子的光电传感器在询问时看起来是暗还是亮(步骤662)。根据RFID技术(当然,RFID技术仅是无线通信642的示例),例如针对处理装置620,可以每秒找到100到1000个RFID,从而找到100到1000个游戏棋子。步骤662的结果是位于接收机614附近而与是否位于游戏棋盘或显示器610上无关的所有游戏棋子的列表。
[0141] 此后,计算机612的处理装置620经由控制装置618接通(点亮)显示器610(步骤664),并在随后的步骤666中再次搜索所有可达的RFID 624,或在步骤666中至少标注可达的RFID 624的光电传感器628的状态。根据每个可达的RFID 624的两个亮度值,处理装置620能够检测那些获得的游戏棋子616,其中在所述游戏棋子616处相应光学传感器628的状态或检测亮度值改变多于预定度量。处理器620在步骤668中执行这种对步骤664中的接通或点亮步骤之前和之后的亮度值的比较。步骤68的结果是位于游戏棋盘或显示器610上的游戏棋子,因为假定传感器状态发生改变的游戏棋子被置于显示器610上,而其他游戏棋子不被置于显示器610或游戏棋盘上。
[0142] 步骤660至668可以重复一次或多次,以提高步骤668的检测安全性,其中,步骤662和666中的扫描和标注例如可以限于已知的RFID。总而言之,即,在重复或不重复的情况下,例如在两秒的最大时间内执行步骤660至668。
[0143] 此后,计算机612中的处理装置620使得经由控制装置618逐步将显示器610分为两半,例如,首先将显示器610的一半6101切换到暗,而将另一半6102切换到亮,在下一步骤中,将两个一半中的一半6103切换到暗,而将另一半6104切换到亮,而在下一步骤中,将限定的四分之一6103再分为暗的一半和亮的一半,以此类推。图22按照从左到右的顺序示出了可以在显示器610上在单独的步骤中一个接一个显示的屏幕显示的一个可能顺序,其中仅示出了四个示例单独的子步骤670a、670b、670c、670d。当处理装置620在步骤670中执行这种二元划分时,处理装置620针对步骤670的每一个子步骤来记录相应的光学传感器628指示游戏棋子位于屏幕的亮半部还是暗半部上。这样,处理装置620在步骤670中执行对游戏棋子616的位置的“二元搜索”。针对二元搜索670的单独子步骤670a、670b、670c、
670d,基于所记录或日志记录的游戏棋子616的响应或反馈,或者日志记录的亮度值,处理装置620然后推断各个单独游戏棋子的位置。
[0144] 备选地,处理装置620能够在步骤670中执行二元搜索,以确定什么游戏棋子位于越来越小的亮区域,即,通过以下方式来确定:首先将屏幕的一半、然后四分之一、然后八分之一切换为亮和暗,然后检查什么游戏棋子,然后报告亮或暗。关于每个域,必需搜索越来越小并且已知的棋子,因此仅必需更精确处理上面有游戏棋子的区域,步骤670中的二元搜索并不是非常耗时的。
[0145] 从图22可以看出,在二元搜索670中的每个子步骤中划分成亮区域和暗区域的区域划分变得越来越小。具体地,该划分能够变得如同像素分辨率自身一样小。具体地,划分可以变得精细到以至于一个子步骤中的各个单独明亮区域比游戏棋子616的光学传感器628小,即,比游戏棋子616的底面空间或占地面积小,使得处理装置620还可以确定游戏棋子616的边缘,具体地根据各个单独子步骤670a至670d的日志记录的响应或亮度值,来确定相应光学传感器628的光敏区域的边缘。
[0146] 因此,步骤670的结果是位于屏幕610上的游戏棋子616的位置。
[0147] 在随后的步骤672中,现在在步骤670的游戏棋子的每个位置处的处理装置620执行对位于屏幕610上的游戏棋子616的光电传感器628的光电传感器范围的精确扫描。例如,扫描提供了仅一个像素或仅一个光点的扫描。例如,将具有合适几何图案的掩模放置在每个游戏棋子616的光电传感器628的前面,其中,通过屏幕平面90°的旋转,或例如仅
360°的旋转,可以仅将图案转换成原始形式。在这种情况下,通过步骤672中的扫描,不仅可以确定游戏棋子616的位置,还可以确定游戏棋子的方向,其中相应的游戏棋子要对准到或定向到所述位置和方向。例如,可以经由发送/接收装置614以高频率来分开地寻址或查询游戏棋子616的RFID 626。例如,每秒执行多于100次读取是可能的,使得步骤672中的精确扫描可以快速地发生并且对于用户来说是察觉不到的。具体地,步骤672中的精确扫描例如局限于游戏棋子位置。利用仅发送亮度值的传感器,可以将上述针对掩模的横向分辨率的相应图案识别的努力移到计算机612或处理装置620。游戏棋子616仅需要掩模或相应地定形的光电传感器628。如果在相应游戏中不需要检测游戏棋子的方位,则可以采用圆形光电传感器或圆形掩模。
[0148] 在图23中示出了游戏棋子616还可以在其底面空间622处包括透镜690,例如,塑料透镜,所述透镜690将显示器610的像素692映射到游戏棋子616的光学传感器628或掩模(未示出)上,以改善光学特征。例如,透镜690横跨显示器610的底面空间622与像素692之间的距离,所述距离由保护屏幕694来限定,所述保护屏幕694位于屏幕或显示器610与游戏棋子616之间,用于防止屏幕610机械损坏等,并且另外是透明的。通过以这种方式来使用透镜690,还会减小在游戏棋子616的底面空间622上的漂移的负面效应,因为漂移不会位于物体平面内,而是接近透镜平面。
[0149] 当然,应注意,参考图21至31描述的实施例还可以被执行为,使得在游戏棋子内,即,在处理装置630内执行上述图案识别。
[0150] 最后应注意,能够在多个或一个游戏棋子在显示器610上移动的过程中跟踪显示器610上的所述多个或一个游戏棋子。为此,例如以足够高的频率来扫描游戏棋子或物体。这样,既可以检测与中心位置的偏移,也可以检测扭曲。这样,可以当用户在游戏域或显示器610上移动游戏棋子时,跟踪所述游戏棋子。
[0151] 此外,最后图24应明确示出传输装置624可以不稳固地连接到实际游戏棋子616,而是仍然附着到所述实际游戏棋子616。根据图24,传输装置624例如布置在底座600中,可以以另外一种方式向底座600中插入、旋入或安装游戏棋子616。图25最后示出了面板710的一种可能布置的俯视图,其中面板710覆盖光学传感器(例如,光电池628)的光敏区域,并且包括开口712,开口712确定了光学传感器628的有效光敏区域,这是因为光只有通过该开口712才能从显示器入射在传感器628上。除此之外,作为示例,示出了区域712的范围可以大于在表示所有像素的714处所示的像素。当然,传感器自身也可以以形状712来实现,其中在这种情况下可以省略面板。图25所示的面板使得可以例如通过扫描开口712周围特征是仅一个像素714大的区域(例如在亮和暗之间交替的像素),来实现上述精确的位置和方位确定。这样,确定装置可以确定覆盖域712大于预定程度的所有像素714。传感器628经由发射机向确定装置发送的响应信号例如是二进制的,并且指示检测到的亮度值是否超过与某时刻(例如当前查询时间处)覆盖的预定程度相对应的预定度量。当然,响应信号也可以以更精确的等级来指示亮度值。
[0152] 在图16至25的以上描述中,仅示意性地示出了移动装置16和控制装置18的存在。以上参考图2至16描述的实施例非常适合于与根据图16至25的实施例相组合,以下参考图26a至26b再次说明了这一点,其中图26a至26b示出了根据图16至25的位置确定装置的显示器如何可以与移动装置16的上述实施例相组合或相对于上述实施例而布置。
[0153] 如上所述,可以以透明或半透明的形式来制造板,所述板具有根据图2至8的实施例的单独可控喷嘴阀。因此,根据图26a,这些实施例可以通过布置在显示器802顶部的气阀板800来与图16至25的实施例相组合,其中所述显示器802包括覆盖板804,并且与图16至25的实施例的显示器相对应。在气阀板800与显示器802之间,提供间隙806,所述间隙806起到压力室的作用,其中,在转移表面12处,压缩空气通过板800中被激活的气阀而放出。板800的透明性确保了观看者通过覆盖板804(当然,也是透明的)、通过压力室
806、以及通过气阀板800可以看到由显示器802的像素808产生的图像,其中所述气阀板
800远离显示器802的侧面形成了透明表面12。在根据图3或8的物体底面实现的示例情况下,物体中的上述光学传感器可以在凹口之一中(例如中央凹口中)检测由显示器802指示的横向变化信息,如果可以的话还可以经由发射机传递扫描结果。
[0154] 图26中示出了可能物体或可能游戏棋子的相应截面,其中,根据图23的光学传感器的布置仅是示例。
[0155] 图26示出了还可以组合实施例2至8、9至13b以及16至25。同样,压力室或压力间隙806将显示器802与气阀板800分开,气阀板800的正面形成透明表面12。磁线圈板位于显示器802的面对并且远离气阀板800的一侧,可以根据图9a来实现所述磁线圈板。因此可以通过磁驱动来处理在气垫上悬浮的物体,其中所述磁驱动由磁线圈板810产生,其中,经由位置确定装置使用显示器802来确定位置。
[0156] 如图15a已经示出的,通过将显示器简单地布置在弯曲波板的下方,可以将图16至25的实施例与图14至15b的实施例相组合。然而应注意,还应当可以在玻璃板中产生弯曲波,根据图6a和6b的实施例,所述玻璃板包括用于气阀的孔,其中在这种情况下并且以这种方式,图2至8的实施例也可以与图14至15b的实施例相组合,即,可以与图16至20的实施例的同时组合相组合。
[0157] 换言之,上述实施例使得游戏计算机可以参照游戏棋子的位置或方位以受控的方式或“自由的”方式在游戏棋盘上移动被动游戏棋子。特别地,还可以在该棋子上施加力,其中,在游戏盘平面内,该移动力的位置、方向和强度是在特定极限内可控的。甚至可以当场旋转游戏棋子。为此,向游戏棋子施加两个力矢量,其中所述两个力矢量包括在游戏盘平面内的两个相对的分量,并且影响棋子的不同点,这与图4b、6b、12b和13b的情况一样。如果同时移动n个游戏棋子,则相应地必须将力矢量控制n次,然而这基本上是没有问题的。
[0158] 游戏棋子可以具有略微偏离的特征,例如,游戏棋子在游戏棋盘上的摩擦、游戏棋子的重量等等。然而这不是问题,因为控制装置实现了反馈机制,所述反馈机制分别考虑游戏棋子的当前位置和方位,如果需要的话还将所述当前位置和方位反馈至游戏计算机。
[0159] 因此,上述实施例满足了频繁需要大量力矢量的游戏设备的需求,其中这些力矢量必须在位置、方向和强度方面自由可控。上述实施例利用以下事实:这些变量的控制不必须具有随机精细的分辨率。相反,量化等级是可能的,所述量化等级依赖于所使用的游戏棋子的特性,例如游戏棋子的尺寸。例如,如果使用的最小游戏棋子的直径是10mm,则这足以例如在该直径的四分之一(即,例如2.5mm)的分辨率下控制力矢量的位置。精确值取决于相应的实现方式。
[0160] 控制装置还可以确定作用在游戏棋子上的力矢量的强度。从位置确定装置,利用物体或游戏棋子的受控可变位置或速度以及“力矢量”的调节可变方向和强度,来获得闭合回路。控制装置可以实现PID调节器,使得力矢量的强度可以被适配为使得可以实现尽可能稳定的移动,同时防止或最小化对其他游戏棋子的副作用。例如,控制装置可以将力矢量从最小值开始增大,直到期望的游戏棋子发生移动,然后可以保持该力矢量或由于去除静摩擦甚至减小力矢量。在图2至8的实施例中通过连接另外的气阀,或者甚至通过设置施加到气阀的气压,来执行力的量化。还可以控制弯曲波的强度。最后,还可以控制图9a至15b的实施例中通过磁线圈的电流。
[0161] 位置确定装置可以用于进一步检查没有移动的所有棋子的位置,如果需要的话,控制装置还使用合适的附加力矢量来使这些不要移动的棋子保持稳定。
[0162] 具体地,上述实施例示出了产生上述力矢量的三种不同物理可能性,一种可能性是利用透明的(如果可以的话,薄的)板中的弯曲波,所述板例如是可以位于游戏盘上的塑胶板,例如在图16至25的实施例的情况下是屏幕。另一可能性是使用由起到游戏盘作用的屏幕下方的可控电磁体矩阵来产生的磁场。最后,还使用压缩空气,所述压缩空气经由具体在游戏棋子所在的位置处在游戏盘上方的透明薄板中的可控阀而排出。除此之外,还描述了或多或少使用上述物理可能性的其他实施例。
[0163] 根据给定的辅助条件,例如,要移动的游戏棋子的类型、形状和尺寸,可以有利地使用一个或多个上述力或功率源,即,用于实现的弯曲波、磁场、或压缩空气,如上所述。因此,例如,利用压缩空气,可以具体减小游戏盘的游戏棋子或部分区域下方的摩擦,即,通过减小气垫效应来减小所述摩擦,以通过磁场来移动游戏棋子,其中,图26c也针对该组合。
[0164] 因此,上述实施例必然可以应用在游戏领域中,具体地应用于桌面游戏领域中。具体地,上述实施例可以用在计算机游戏中,所述计算机游戏使得游戏计算机能够高效地并且自动地移动游戏棋盘上的游戏棋子,即,无需人的交互。
[0165] 如所示的,上述实施例能够与作为游戏棋盘的屏幕相组合,其中,计算机可以甚至使用屏幕来自动检测游戏棋子的位置,如上所述。
[0166] 上述实施例还解决了与游戏频繁相关的问题,即,必须同时移动多个而游戏棋子的问题。本文中上述实施例几乎不需要或根本不需要任何可移动部件。
[0167] 关于图14至15b,同样注意到对于板而言,优选地使用薄的板。由于板的表面点沿椭圆曲线移动,其中,移动在波峰处沿一个方向进行,而在波谷处沿另一方向进行,因此可以通过波峰上的表面波点来进行移动,要转移的物体位于波峰上,即,物体(例如,游戏棋子)主要与波峰的点相接触,向着波峰表面点移动的方向受到摩擦力
[0168] 控制装置现在以足够高的精度来控制板中的波形,使得在要移动的每个游戏棋子下方,具有足够高的幅度和合适方向的波峰“经过”,或者在不要移动的游戏棋子下方,可能的波峰保持足够小。由此,控制装置可以具体移动期望的物体或将所述期望的物体放到期望的位置中。对于物体或游戏棋子的旋转,控制装置例如可以在物体的支撑面的相对边缘处产生反向波列,所述反向波列在所述相对边缘处向相对方向产生力或将力施加到所述相对方向。在这方面,控制装置可以使用波场合成来产生几乎随机的波场。这种波场合成是声学领域公知的。因此,如以上关于图18a和18b描述的,转移表面可以被大量弯曲波产生装置包围,如,压电元件,其中,每个弯曲波产生装置根据Huygens’原理提供覆盖期望波场的首波或基波。
[0169] 可以有利的是,弯曲波产生装置彼此间距离不超过特定最小距离。该最小距离可以取决于弯曲波产生装置产生弯曲波的频率。控制装置18因此可以利用以下事实:波场合成原理也适用于固体本体和声波范围。例如,弯曲波可以包括比要转移的游戏棋子或物体的尺寸小的波长。例如,诸如上述压电元件之类的声源在薄板中产生具有足够高频率的波列的合适波场,其中,例如以彼此间合适的小距离,沿着板的边缘来布置声源。如上所述,本文中,板可以终止于声学特性阻抗,以限制边缘处不期望的反射。根据应用,彼此间具有更大距离的更少弯曲波产生装置可以是足够的。换言之,根据应用,以更少数目的基波或更少的弯曲波产生装置来产生的波场也是足够的。
[0170] 图26c还示出了可以在作为游戏盘的显示器或薄平板显示器下方提供由单独可控的小线圈组成的矩阵,所述矩阵的排列垂直于游戏盘。这样,通过合适地控制这些磁线圈,可以在游戏盘的平面中产生可控的磁场。可以“准静态地”使用所述可控的电磁场,或者根据线性电机的原理,所述可控的电磁场还用于移动游戏棋子,其中游戏棋子是图10c的游戏棋子的实施例。如果图26b中的游戏棋子包括根据图10a至图10c的磁吸引或磁排斥元件,则图26b的游戏棋子例如可以用在这方面。
[0171] 关于游戏棋子中的准静态解决方案,例如,定位小的永磁体,并简单地使用游戏棋盘下方的磁线圈来向这些永磁体施加张力或剪切力。由此,产生期望的力矢量,利用磁线圈的足够精细的光栅和线圈的合适控制,结合上述由位置确定装置实现的反馈,可以实现游戏棋子的期望移动。如果在游戏棋子中容纳了甚至两个或更多个永磁体,则如以上参考图12a至13b所示的,一个永磁体可以设置在在游戏底面的一侧,而另一个永磁体可以设置在相对侧,从而当磁场在两侧沿相应的方向来拉动或推送时,可以容易地旋转或转动棋子。在合适地设定了游戏棋子的情况下,例如还可以使用剪切效应来减小使支架或底座负重的棋子的重量,从而便于利用附着在棋子重心下方的磁体来移位或拉动棋子。
[0172] 关于根据图10c的线性电机解决方案,小的磁线圈位于游戏棋子中起到“转子线圈”作用,其中磁场的变化可以感生电流。位于游戏棋盘下方的磁线圈可以是场线圈或激励线圈,所述场线圈或激励线圈产生移动的磁场,移动的磁场在转子线圈上施加力。在合适地实现激励线圈的情况下,例如,到转子绕组的距离或者激励线圈矩阵的“分辨率”合适,可以将单独转子线圈上的力直接彼此去耦合,这足以执行游戏棋子的期望单独移动。另一种可能实现方式是,例如利用与平行于实际线圈110的分支相连的开关或可控电阻,来使游戏棋子中的转子线圈110“可切换”,从而使转子线圈单独可激活。然后,对磁场的移动可以规模更大,这可以便于设定激励矩阵或磁场线圈矩阵。通过选择期望的转子线圈,可以移动和旋转期望的棋子。
[0173] 例如,可以通过用控制装置打开或闭合相应的开关元件或转子线圈,从外部单独地命令要移动的游戏棋子或物体。
[0174] 图2至8的上述实施例针对气垫上物体“悬浮”所依据的原理。例如,气垫的空气来自于底座板的许多精细的孔或喷气嘴。如上所述,底座板可以被实现为布置在游戏棋盘(例如,显示器)上方的透明板。因此,在板上,期望的物体(例如,游戏棋子)可以悬浮。游戏棋子下方的气垫消除了棋子与地面或底面板之间的摩擦,使得可以沿一个方向容易地移动游戏棋子。
[0175] 如上所述,可以将用于减小摩擦的气垫效应与移动的其他物理可能性或用于移动的上述力相结合。然而,如果地面板中的喷气嘴可以单独打开和关闭,并且参考图2至8所述来合适地定形游戏棋子的底部,则可以借助于地面板中喷气嘴来产生用于移动的力。
[0176] 关于以上多次提到的具有单独可控气阀的透明板,应注意,所述透明板可以是薄的非导电塑料板。为了制造单独可控的气阀,例如,利用激光在起到阀的作用的非导电塑料板中切割出非常精细的短缝隙。经由静电力,这些缝隙可以保持打开或被关闭。在这方面,可以用透明导电材料来涂覆上述缝隙,然后所述缝隙就可以具有非导电透明覆盖层。缝隙的侧面从而虚拟地形成了“平板电容器”。在其他步骤中,在合适透明材料的地面板的顶部和底部,可以应用导电迹线和晶体管的矩阵,使得可以单独地对缝隙的每一侧进行寻址和充电。
[0177] 如果现在为缝隙的侧面提供相同极性的电荷,则缝隙排斥并且保持气阀打开,而为缝隙提供不同极性的电荷时,缝隙吸引并保持阀关闭,如上所述。如果可以的话,有利的是板在这方面包括足够的柔韧性。
[0178] 根据备选实施例,使用位于彼此上方的两个箔来实现静电阀。
[0179] 可以实现游戏棋子的地面板,使得可以利用可控的气阀在棋子上施加合适的移动力,从而横向移动棋子。一种可能的设计是,如上所述,将游戏棋子的地面板分成以小的边缘彼此分开的分离区域。经由气阀,可以单独为元件提供空气。在棋子的中心,可以附着元件,所述元件的边界封闭并且形成承载气垫。在这些元件周围可以布置边界不完全封闭的其他元件。在边界的开口处,如果为元件提供空气,则取决于形状的“推力喷嘴”可以产生沿游戏棋子方向或与游戏棋子方向垂直的推力。在这方面,再次参考图3、4a和4b的描述。为了移动游戏棋子,可以为中央元件提供空气以激活承载气垫,从而实现摩擦的减小,并且可以为一个或多个其他元件提供空气,从而产生沿着特定方向移动或特定旋转移动的期望力。
[0180] 由于上述实施例,所以不必须使用机器人握臂在表面上移动物体。游戏棋子处的主动移动元件不是必须的。在不移动部件的情况下产生力矢量,在上述实施例中用于产生弯曲波的静电气阀或压电元件除外。通过上实施例,可以同时旋转或移动多个游戏棋子,可以排他性地“从底部”进行力矢量产生。因此游戏盘上方或转移表面上方的空间可以保持干净。具体地,以上实施例使得可以针对游戏计算机实现“可触摸的”游戏棋盘界面。计算机可以检测人的移动,并且可以在其他地方直接对物理游戏棋子执行计算机的移动或人的移动。游戏布置适合于使用游戏盘和游戏棋子的“任何”游戏。
[0181] 关于上述单独可控的气阀,应注意,有利地,所使用的材料(例如,硅)应当具有足够的柔韧性以高效地打开和关闭空气间隙。如上所述,由于电场,可以使用静电力作为施加力。因此,可以透明地形成所得到的电容器极板。根据应用,仅使每个单独可控阀的电容器基板的一个电极或一个基板可控就足够了,如果例如在单独可控气阀的缝隙的区域中或一侧上引入具有永久电荷的区域作为电容器基板中的另一个基板或另一个电极的话。如上所述,硅气阀可以位于稳定的载体板中,例如由玻璃制成的板,具有阀大小的孔。硅阀和玻璃的折射率可以被选择为是相同的,例如1.43。因此,可以保证在玻璃板到硅阀的过渡处不会有不连续的点,从而透明性不受到干扰。
[0182] 关于图14至15b的实施例,应注意,对于移动效果,还可以使用驻波的产生。控制装置可以控制移动装置16,使得在要移动的物体或游戏棋子具有合适的底部形状的情况下,可以将物体或游戏棋子放置在驻波的“波谷”中。如果例如通过缓慢调节产生波列之一的相位来缓慢移动驻波,则可以利用波峰来沿途拉动游戏棋子。如果将具有相应形状的区域定位在游戏棋子处,则还可以利用两个不同的驻波来旋转棋子。
[0183] 根据情况,上述方法可以以硬件软件的形式实现,例如,定位和识别显示器上的物体的方法、或者在表面上移动物体的方法。可以在数字存储介质中实现,具体地,具有电可读控制信号软盘、CD或DVD,所述电可读控制信号与可编程计算机系统协作,使得执行相应的方法。因此,本发明一般还涉及一种软件程序产品或计算机程序或者程序产品,具有存储在计算机可读载体上的程序代码,以在计算机或处理器上执行软件程序产品时执行本发明的方法。换言之,本发明因此可以被实现为具有程序代码的计算机程序、软件程序或者程序,所述程序代码用于在处理器上执行所述程序时执行方法。本文中处理器可以由计算机、芯片卡、游戏计算机或其他集成电路来形成。
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