挠性设备、系统和方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201280014227.0

申请日:

2012.01.17

公开号:

CN103688452A

公开日:

2014.03.26

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H02K 33/00申请公布日:20140326|||实质审查的生效IPC(主分类):H02K 33/00申请日:20120117|||公开

IPC分类号:

H02K33/00; H04B1/38

主分类号:

H02K33/00

申请人:

拜耳知识产权有限责任公司

发明人:

S.J.比格斯; R.N.希契科克; A.奥比斯波; I.波利亚科夫; 关淑文; M.A.罗森塔尔; 俞美京; A.扎拉比

地址:

德国蒙海姆

优先权:

2011.01.18 US 61/433,640; 2011.01.18 US 61/433,655; 2011.02.15 US 61/442,913; 2011.04.21 US 61/477,712; 2011.04.21 US 61/477,680; 2011.06.03 US 61/493,123; 2011.06.06 US 61/493,588; 2011.06.07 US 61/494,096

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司 72001

代理人:

俞华梁;王忠忠

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内容摘要

本发明公开一种致动器模块。该致动器模块包括致动器,其中具有设置在第一与第二电极之间的至少一个弹性介电薄膜。具有至少一个挠曲的悬置系统耦合到致动器。挠曲使悬置系统能够在第一和第二电极被激励时沿预定方向移动。还公开一种包括致动器模块和挠曲的移动装置,其中致动器模块部件用于提供触觉反馈。

权利要求书

权利要求书
1.  一种致动器模块,包括:
设置在第一与第二电极之间的致动器;以及
悬置系统,包括耦合到所述致动器的至少一个挠曲,其中所述挠曲在所述第一和第二电极被激励时使所述悬置系统能够沿预定方向移动。

2.  如权利要求1所述的致动器模块,其中,所述致动器包括设置在第一与第二电极之间的至少一个弹性介电薄膜。

3.  如权利要求1和2中的任一项所述的致动器模块,其中,所述致动器是扁平或平面的。

4.  如权利要求1至3中的任一项所述的致动器模块,其中,所述悬置系统包括至少一个行程挡块,以便限制所述悬置系统沿所述预定方向的移动。

5.  如权利要求1至4中的任一项所述的致动器模块,还包括挠性托架,其中所述挠性托架包括所述至少一个挠曲。

6.  如权利要求5所述的致动器模块,其中,所述挠性托架包括至少一个行程挡块,以便限制所述悬置系统沿所述预定方向的移动。

7.  如权利要求5所述的致动器模块,其中,所述至少一个挠曲与所述挠性托架整体地形成。

8.  如权利要求5所述的致动器模块,其中,所述挠性托架限定在其中接纳电池的开口。

9.  如权利要求5所述的致动器模块,其中,所述致动器在一侧耦合到所述挠性托架,以及其中所述致动器在另一侧耦合到安装表面。

10.  如权利要求1至9中的任一项所述的致动器模块,其中,所述致动器包括第一和第二板,以及其中所述挠曲将所述第一板耦合到所述第二板。

11.  一种移动装置,包括:
如权利要求1至10中的任一项所述的致动器模块;以及
耦合到所述致动器的质量块。

12.  如权利要求11所述的移动装置,其中,所述质量块包括触摸表面。

13.  如权利要求11和12中的任一项所述的移动装置,其中,所述致动器模块提供触觉反馈。

14.  一种包括有源阻尼器的移动装置,所述有源阻尼器包括:
活动阻尼器挡块,配置成在致动器模块中啮合质量块;以及
阻尼器致动器,具有耦合到所述活动阻尼器挡块的第一侧以及耦合到安装表面的第二侧;其中所述活动阻尼器挡块配置成当所述阻尼器致动器被激励时啮合所述质量块。

15.  如权利要求14所述的移动装置,其中,所述活动阻尼器挡块包括配置成当所述阻尼器致动器被激励时沿第一方向收缩以及沿第二方向膨胀的顺应材料。

16.  如权利要求11至14中的任一项所述的移动装置,还包括:
显示子部件,耦合到触摸表面;以及
主体子部件,耦合到所述显示子部件,其中所述致动器设置在所述显示子部件与所述主体子部件之间。

17.  如权利要求16所述的移动装置,其中,所述主体子部件包括配置成耦合到所述触摸表面的滑轨。

18.  如权利要求16所述的移动装置,其中,所述显示子部件包括耦合到所述触摸表面和所述滑轨的夹子。

19.  如权利要求16所述的移动装置,其中,所述致动器位于所述主体子部件中。

20.  如权利要求16至19中的任一项所述的移动装置,其中,所述主体子部件包括至少一个限位螺钉,以便在预定方向提供机械硬挡块以限制移动。

21.  如权利要求11所述的移动装置,包括包含至少一个电连接的壳体,其中所述壳体配置成接纳电池,其中所述挠曲配置成悬置所述电池以及将所述电池电耦合到所述至少一个电连接。

22.  如权利要求11所述的致动器模块,其中,所述挠曲包括:
具有第一端和第二端的纵向延伸延长主体,所述延长主体进行延伸;
第一夹子,从所述主体的第一端向外延伸,其中所述第一夹子配置成啮合所述第一板的边缘;以及
第二夹子,从所述主体的第二端向外延伸,其中所述第二夹子配置成啮合所述第二板的边缘;
其中所述第一和第二夹子沿与所述纵向延伸延长主体基本上垂直的方向偏移以限定所述第一与第二板之间的间隙。

23.  如权利要求22所述的致动器模块,其中,所述第一和第二夹子各限定适合接纳所述第一和第二板的对应边缘的狭槽。

24.  如权利要求22所述的致动器模块,其中,所述第一夹子包括第一和第二榫,并且所述第二夹子包括第一和第二榫,以及其中所述第一夹子的第一和第二榫限定啮合所述第一板的边缘的第一狭槽,并且其中所述第二夹子的第一和第二榫限定啮合所述第二板的边缘的第二狭槽。

25.  如权利要求24所述的致动器模块,其中,对应第一和第二夹子的第一和第二榫各包括配置成啮合所述第一和第二板中形成的对应狭槽的齿。

说明书

说明书挠性设备、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC§119(e)要求如下美国临时专利申请号的权益:61/433640,2011年1月18日提交,标题为“FRAMELESS DESIGN CONCEPT AND PROCESS FLOW”;61/433655,2011年1月18日提交,标题为“SLIDING MECHANISM AND AMI ACTUATOR INTEGRATION”;61/442913,2011年2月15日提交,标题为“FRAME-LESS DESIGN”;61/477680,2011年4月21日提交,标题为“Z-MODE BUMPERS”;61/477712,2011年4月21日提交,标题为“FRAMELESS APPLICATION”,61/493123,2011年6月3日提交,标题为“FLEXURE SYSTEM DESIGN”;61/493588,2011年6月6日提交,标题为“ELECTRICAL BATTERY CONNECTION”;以及61/494096,2011年6月7日提交,标题为“BATTERY VIBRATOR FLEXURE WITH METAL BATTERY CONNECTOR FLEXURE”,通过引用将其每个的完整公开结合于此。
技术领域
在各个实施例中,本公开一般涉及用于集成致动器以便将其运动有效地耦合到另一个对象的设备、系统和方法。更具体来说,本公开涉及与移动装置相集成以移动和/或振动移动装置的表面和组件的致动器模块。具体来说,这个致动器模块适合向移动装置的用户提供触觉反馈。
背景技术
一些手持移动装置和游戏控制器采用常规触觉反馈装置,其中使 用小振动器、通过在进行视频游戏的同时向用户提供力反馈振动来增强用户的游戏体验。支持特定振动器的游戏能够使移动装置或游戏控制器在选择情况中、例如在用武器射击或者受到伤害时进行振动,以便增强用户的游戏体验。虽然这类振动器足以传递大引擎和爆炸的感觉,但是它们是相当单调的,并且要求较高的最小输出阈值。相应地,常规振动器无法充分地再现细微振动。除了低振动响应带宽之外,常规触觉反馈装置的附加限制包括在附连到诸如智能电话或游戏控制器之类的移动装置时的庞大和笨重。
为了克服常规触觉反馈装置所遭遇的这些及其它难题,本公开提供介电弹性体上的基于电活性聚合物人工肌肉(EPAMTM)的触觉反馈,介电弹性体具有制作反应迅速并且紧凑的触觉显示器所需的带宽和能量密度。这类EPAMTM触觉反馈模块包括薄片,薄片包括夹在两个电极层之间的介电弹性体薄膜。当高电压施加到电极时,两个吸合电极压缩整个薄片。基于EPAMTM的触觉反馈装置提供一种纤细的低功率触觉模块,该触觉模块能够放置在悬置托架上的惯性质量块(例如电池)下面以提供触觉反馈。触觉反馈装置可通过可在50Hz与300Hz之间(以5ms响应时间)来滤波或处理的主装置音频信号来驱动,以便优化用户所遇到的感觉。
发明内容
在本发明的一个实施例中,提供一种致动器模块。该模块包括一种致动器,其中包括设置在第一与第二电极之间的至少一个弹性介电薄膜。包括至少一个挠曲的悬置系统耦合到致动器。挠曲使悬置系统能够在第一和第二电极被激励时沿预定方向移动。致动器模块系统特别适合向移动装置提供触觉反馈能力。
附图说明
为了进行说明而不是限制,现在将结合附图来描述本发明,其中:
图1是按照一个实施例的致动器系统的剖面图。
图2是示出操作原理的EPAM致动器系统的一个实施例的示意图。
图3A、图3B、图3C示出按照各个实施例的一/三/六条致动器阵列的三种可能配置。
图4是可适配并且配置到移动触摸表面传感器中的触觉致动器阵列的一个实施例的示意图。
图5是可适配并且配置到装置受动器中的触觉致动器阵列的一个实施例的示意图。
图6是用于电池受动器挠性托架的挠性悬置系统的一个实施例的分解图。
图7是图6所示挠性悬置系统的局部剖面图。
图8是包括挠性托架的图6和图7所示挠性悬置系统的一个实施例的示意图。
图9示出用于沿X和Y方向来对图6-8所示挠性悬置系统60的运动进行建模的X和Y轴振动运动图90。
图10示出用于沿X和Z方向来对图6-8所示挠性悬置系统的运动进行建模的X和Z轴振动运动图。
图11是示出按照一个实施例、图6-8所示挠性悬置系统的挠性托架行程挡块部件的示意图。
图12是按照一个实施例的挠性联接梁模型的示意图。
图13示出没有电池的挠性托架的一个实施例。
图14示出挠性托架的一个实施例的一段。
图15示出在柔性薄膜而不是固定刚性框架上形成的触觉致动器带模块的一个实施例。
图16示出刚性/刚硬衬底的弯曲表面上安装的触觉致动器带模块的一个实施例。
图17是具有由开口、挠曲以及从挠性托架的底部突出的致动器 模块的柔性电缆部分所限定的空电池盒的挠性托架的顶视图。
图18是图17所示挠性托架的底视图,其中致动器模块固定地耦合到挠性托架的底部。
图19是图17所示挠性托架的顶视图,其中电池位于电池盒中。
图20是与至少一个触觉致动器带模块相集成的平板计算机的顶视图。
图21是平板计算机的底视图,其中移开了后盖以使电池盒外露。
图22示出与触觉模块的一个实施例在机械上集成的游戏控制器,其中游戏控制器的电池组盖和后盖均被移开。
图23示出图22所示游戏控制器,其中重新安装了后盖。
图24示出图22所示游戏控制器,其中重新安装了后盖和电池组盖。
图25是按照一个实施例、与触觉模块相集成的移动装置的透视图。
图26是按照一个实施例、图25所示移动装置的侧视图。
图27是按照一个实施例、图25所示移动装置的顶视图。
图28是按照一个实施例的移动装置的后盖。
图29是按照一个实施例、包括触摸表面以及两个主要子部件(显示子部件和主体子部件)的移动装置的透视图。
图30是按照一个实施例、图29所示移动装置的详细侧视图。
图31是按照一个实施例、图29所示移动装置的侧视图,示出触摸表面的运动方向。
图32是按照一个实施例、图29所示移动装置的一个实施例的分解透视图。
图33是按照一个实施例、图29所示移动装置的分解侧视图。
图34是按照一个实施例、图32所示移动装置的主体子部件部分的透视图,触觉致动器位于其中。
图35是按照一个实施例、图34所示主体子部件的放大局部透视 图。
图36是按照一个实施例、图32所示移动装置的显示子部件的局部透明侧视图。
图37是按照一个实施例、图32所示移动装置的显示子部件的局部透明侧视图。
图38是按照一个实施例、包括电池受动器的移动装置的底部壳体部分的透视图。
图39是按照一个实施例、图38所示移动装置的截面图。
图40是按照一个实施例、图38所示移动装置的局部详细截面侧。
图41是按照一个实施例、图38所示移动装置的可拆卸电池和电池托架的截面透视图。
图42是按照一个实施例、图38所示移动装置的滑动机构的滑轨的局部截面图。
图43是按照一个实施例、具有致动器移动板的电池受动器的顶视图。
图44是按照一个实施例、具有图43所示致动器移动板并且位于滑轨上方的电池受动器的局部透视图。
图45是按照一个实施例、图43-44所示电池受动器的局部透视图,示出滑轨的位置和取向。
图46是按照一个实施例、图43-45所示电池受动器的局部透视图,示出位于电池托架中的触觉致动器。
图47是按照一个实施例、与触觉模块相集成的移动装置的一个实施例的底视图。
图48是按照一个实施例、用于使电池耦合到柔性电路区域和接地连接区域的弹簧电连接器的详细视图。
图49是按照一个实施例的移动装置的局部剖面图,示出电池托架、弹簧电连接器和互连柔性电缆。
图50是按照一个实施例、包括将金属电池连接器用作挠曲的电 池振动器挠曲的集成挠曲-电池连接系统的截面图。
图51是图50所示的集成挠曲-电池连接系统的顶视图。
图52是包括耦合到第一输出条的触觉致动器的Z模触觉致动器的一个实施例的截面侧视图,其中触觉致动器被断电。
图53是图52所示Z模触觉致动器的截面侧视图,其中Z模触觉致动器被激励。
图54是包括耦合到断电触觉致动器的顺应阻尼器的Z模触觉阻尼器的一个实施例的截面图。
图55示出处于激励状态、即电压“接通”的图54所示触觉阻尼器。
图56示出处于断电状态、即电压“关断”的触觉致动器的一个实施例。
图57示出处于激励状态、即电压“接通”的图56所示触觉致动器。
图58示出处于断电状态、即电压“关断”的集成阻尼器和触觉致动器的一个实施例。
图59示出处于激励状态、即电压“接通”的图56所示集成阻尼器和触觉致动器的一个实施例。
图60示出用于固定触觉模块的第一和第二板的外部夹式挠曲的一个实施例。
图61示出按照各个实施例、固定触觉模块的顶板和底板的内部夹式挠曲的一个实施例。
图62示出按照各个实施例、固定触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个实施例。
图63示出按照各个实施例、固定触觉模块的第一和第二板的外部夹式挠曲的一个实施例。
图64示出按照各个实施例、固定触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个实施例。
图65是按照一个实施例、固定到触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个实施例的透视图。
图66是按照一个实施例、固定到触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个实施例的透视图。
图67是能够弯曲以形成结合图64-66所述的外部夹式挠曲的单一扁平金属组件的一个实施例的后视图。
图68是能够弯曲以形成结合图64-66所述的外部夹式挠曲的单个扁平金属组件的一个实施例的正视图。
图69示出结合图64-66所述的外部夹式挠曲的一个端部的详细正视图。
图70是沿图69的线条70-70的外部夹式挠曲的详细侧视图。
图71是简单悬壁梁的偏转的示意图表示。
图72是示出相对从等式1所预期的值所绘制的钢挠曲的理论与测量之间的一致性的图形表示。
图73和图74是扭转弹簧的示意图。
图75是位移相对于反作用力的测量的图形表示。
图76是用于从传感器输入来激活触觉模块的电子控制电路的系统图。
具体实施方式
在详细说明所公开实施例之前,应当注意,所公开实施例的应用或使用并不局限于附图和描述中所述的部件的构造和布置的细节。所公开实施例可在其它实施例、变化和修改中实现或者结合,并且可按照各种方式来实施或执行。此外,除非另加说明,否则本文所采用的术语和表达为了方便读者而选择用于描述说明性实施例,而并不是为了对其进行限制。此外,应当理解,所公开实施例、实施例的表达以及示例中的任何一个或多个能够非限制性地与其它所公开实施例、实施例的表达以及示例中的任一个或多个相结合。因此,一个实施例中公开的元素与另一个实施例中公开的元素的组合被认为处于本公开和所附权利要求书的范围之内。
本公开提供基于电活性聚合物人工肌肉(EPAMTM)的集成触觉反馈装置的各个实施例。在开始描述包括基于EPAMTM的触觉反馈模块的各种集成装置之前,本公开简要地参照图1,图1提供可与手持装置(例如移动装置、游戏控制器、控制台等)整体结合以增强轻便小巧模块中的用户振动反馈体验的触觉系统的剖面图。相应地,现在参照触觉模块10来描述触觉系统的一个实施例。触觉致动器在由高电压激励时使输出板12(例如滑动表面)相对于固定板14(例如固定表面)滑动。板12、14通过钢珠来分隔,并且具有将移动限制到预期方向、限制行程并且耐受跌落试验的特征。为了集成到移动装置中,顶板12可附连到惯性质量块,例如电池或移动装置的触摸表面、屏幕或显示器。在图1所示的实施例中,触觉模块10的顶板12由安装到惯性质量块的滑动表面或者如箭头16所示能够双向移动的触摸表面的背面来组成。在输出板12与固定板14之间,触觉模块10包括至少一个电极18、可选的至少一个隔板11以及附连到滑动表面、例如顶板12的至少一个部分或条13。框架和分隔段15附连到固定表面、例如底板14。触觉模块10可包括配置为阵列的任何数量的条13,以便增强滑动表面的运动。触觉模块10可经由柔性电缆19耦合到致动器控制器电路的驱动电子器件。
基于EPAMTM的触觉模块10的优点包括向用户提供更逼真感受的力反馈振动,能够基本上立即感受,消耗明显更少电池使用寿命,并且适合于可定制设计和性能选项。触觉模块10表示由Artificial Muscle Inc.(AMI)(Sunnyvale,CA)所研制的致动器模块。
仍然参照图1,触觉模块10的许多设计变量(例如厚度、占用面积)可根据模块集成者的需要来固定,而其它变量(例如介电层数量、工作电压)可根据成本来限制。由于致动器几何结构–(相对地)将占用面积分配给刚性支承结构与活性电介质–不会过多地影响成本,所以一种适当方式是使触觉模块10的性能适合其中触觉模块10与移动装置相集成的应用。
计算机实现建模技术能够用于计量不同致动器几何结构的价值,例如:(1)手机/用户系统的机械学;(2)致动器性能;以及(3)用户感觉。这三个成分共同提供用于估计候选设计的触觉能力并且使用所估计触觉能力数据来选择适合于大批量生产的触觉设计的计算机实现过程。模型预测两种效果的能力:长期效果(游戏和音乐)以及短期效果(按钮点击)。“能力”在本文中定义为模块在服务中能够产生的最大感觉。在2011年2月15日提交的标题为“HAPTIC APPARATUS AND TECHNIQUES FOR QUANTIFYING CAPABILITY THEREOF”的共同受让国际PCT专利申请No.PCT/US2011/000289中更详细描述了用于估计候选设计的触觉能力的这类计算机实现过程,通过引用将其完整公开结合于此。
图2是示出操作原理的致动器系统20的一个实施例的示意图。致动器系统20包括电耦合到致动器模块21、示为低电压直流(DC)电池的电源22。致动器模块21包括设置在(例如夹在)两个导电电极24A、24B之间的薄弹性电介质26。在一个实施例中,导电电极24A、24B是可拉伸的(例如适形的或顺应的),并且可使用任何适当技术、例如丝网印刷来印刷在弹性电介质26的顶部和底部。致动器模块21通过闭合开关28以将电池22耦合到致动器电路29来激活。致动器电路29将低DC电压VBatt转换为适合于驱动触觉模块21的高DC电压Vin。当高电压Vin施加到导电电极24A、24B时,弹性电介质26在静电压力下沿垂直方向(V)收缩以及沿水平方向(H)膨胀。弹性电介质26的收缩和膨胀能够作为运动来利用。运动或位移量与输入电压Vin成比例。运动或位移可通过如以下结合图3A、图3B和图3C所述的触觉致动器的适当配置来增强。
图3A、图3B、图3C示出按照各个实施例的致动器阵列30、34、36的三种可能配置(除了其它配置之外)。致动器阵列的各个实施例可包括任何适当数量的条,这取决于应用以及应用的物理间距限制。附加条提供附加位移,并且因此增强用户能够基本上立即感受的力反 馈振动的现实感受。致动器阵列30、34、36可经由柔性电缆38耦合到致动器控制器电路的驱动电子器件。
图3A示出一条致动器阵列30的一个实施例。单条触觉致动器阵列30包括固定板31、电极32以及耦合到固定板31的弹性电介质33。
图3B示出包括耦合到固定框架31的三条34A、34B、34C的三条致动器阵列34的一个实施例,其中各条通过隔板37来分隔。条34A-C的每个包括电极32和弹性电介质33。与图3A的单条致动器阵列30相比,三条触觉阵列34增强滑动表面的运动。
图3C示出包括耦合到固定框架31的六条36A、36B、36C、36D、36E、36F的六条致动器阵列36的一个实施例,其中各条通过隔板37来分隔。条34A-F的每个包括电极32和弹性电介质33。与图3A的单条致动器阵列30和图3B的三条致动器阵列34相比,六条致动器阵列36增强滑动表面的运动。
参照图3A-3C所示的致动器阵列30、34、36可在多种应用中集成到多种装置中,以便实现预期效果。例如,在一个实施例中,致动器阵列可适配并且配置到移动触摸表面传感器40中,如图4示意所示。在图4所示的实施例中,致动器阵列与触摸屏/LCD模块42相集成,以便实现在平面中沿箭头44所示的方向移动触摸屏/LCD模块42的滑动致动器。运动反馈能够通过手指46来感受。
在另一个示例中,致动器阵列可适配并且配置到装置受动器50中,如图5示意所示。在图5所示的实施例中,致动器阵列与惯性质量块52相集成。装置受动器50在平面中沿箭头54所示的方向移动惯性质量块52。因惯性质量块52的运动引起的反馈力能够通过手54来感受。这种运动能够是规则或周期的、例如振动,或者它能够具有距离和加速度的任意序列,以便实现特定触觉效果。
下面将更详细描述如图4和图5中所示的移动触摸表面传感器40和装置受动器50的各个实施例。但是,在开始这类详细描述之前,本公开现在开始挠性悬置系统的描述,挠性悬置系统可用于随后描述 的触觉系统的各个实施例中。按照本公开,挠性悬置系统简化将致动器阵列实现到多种装置中所需的机械基础设施。
图6是包括用于电池受动器挠性托架64的挠性悬置系统61的触觉模块60的一个实施例的分解图。图7是包括图6所示挠性悬置系统61的触觉模块60的局部剖面图。现在参照图6和图7,在一个实施例中,挠性托架64限定用于在其中接纳电池62的开口。触觉致动器66(以分解视图格式示出)的一侧耦合到挠性托架64的底部,以及触觉致动器66的另一侧耦合到充当机械地的安装表面68。在图6所示的实施例中,触觉致动器66包括两组触觉致动器阵列。第一和第二组触觉致动器阵列各包括输出条粘合剂66A、66A’,以便将第一组触觉致动器阵列66B、66B’耦合到挠性托架64的底部。备选地,这种耦合可以是机械的。框架间粘合剂66C、66C’用于将第一组触觉致动器阵列66B、66B’耦合到第二组触觉致动器阵列66D、66D’。基础框架粘合剂66E、66E’将第二组触觉致动器阵列66D、66D’耦合到安装表面68。如图6所示,触觉致动器66包括双重三条触觉致动器阵列。在其它实施例中,如下文所述,包括任何适当数量的条的任何适当数量的触觉致动器阵列可用于电池受动器挠性托架应用中。挠性悬置系统61与电池挠性托架64的集成使对附加悬置组件的需要为最小,并且提供对跌落或者跌落试验期间所遇到的冲击的增加抗性。虽然图6中未示出,但是电池62例如可连接到具有柔性电缆连接器的印刷电路板。
挠性悬置系统61能够用于悬置电池62、触摸屏或者用于向用户提供振动触觉刺激的任何其它质量块或板。挠性悬置系统61的一个作用是沿除了触觉运动的轴之外的方向提供硬度,以便保持移动和静止组件之间的机械间隙,同时沿运动的触觉方向提供尽可能少的阻力以免妨碍触觉性能。具有安装在挠性托架64之下的触觉致动器66的挠性悬置系统61使用托架质量和电池质量的组合作为惯性质量,如下文中参照图9和图10更详细论述。图7还示出设置在挠性托架64 中以使触觉致动器66能够移动挠性托架64的挠曲70。
图8是包括图6和图7所示的包括挠性托架的挠性悬置系统61的触觉模块60的一个实施例的示意图。挠性托架64包括挠曲70、行程挡块72和74以及位于挠性托架64所限定的开口中的电池62。挠曲70和行程挡块72、74能够模塑到挠性托架64中,或者能够作为独立组件来提供。如前面所述,挠性托架64耦合到安装表面68,安装表面68充当挠性悬置系统61的机械地。位于一个或多个位置中的挠曲70使挠性托架64能够沿一个或多个运动方向振动。在所示实施例中,挠性托架64包括使挠性托架64能够沿X和Y方向移动的四个独立挠曲70。挠性托架64还包括X行程挡块72和Y行程挡块74,以便限制沿预定方向的行程或移动,并且防止来自冲击类型移动的损坏。提供X和Y行程挡块72、74以限制挠性托架64沿X和Y运动方向的运动,如以下参照图9和图10更详细论述,使得挠性悬置系统61能够经受住在与挠性悬置系统61相集成的装置跌落时可能遇到的突然G冲击。
图9示出用于沿X和Y方向来对图6-8所示挠性悬置系统61的运动进行建模的X和Y轴振动运动图90。图10示出用于沿X和Z方向来对图6-8所示挠性悬置系统60的运动进行建模的X和Z轴振动运动图100。现在参照图6-10,kfx=沿X轴的挠曲70和电连接的组合硬度,kax=沿X轴的触觉致动器66的有效硬度,kfz=沿Z轴的挠曲70和电连接的组合硬度,mtray+mbatt=由电池62的质量和运动中的任何其它支承结构所组成的总簧上质量。
X轴顺应性
沿X轴的顺应性是在评估挠性悬置系统60的性能时要考虑的一个因素。例如,组合非致动器硬度(kfx)应当尽可能地减小并且保持为低于致动器硬度(kax)的大约10%。来自电互连的附加硬度应当被包括在非致动器硬度计算中。通过适当地使用行程挡块72、74,沿X轴的挠曲70的硬度无需经受住G冲击。
Z轴顺应性
沿Z轴的顺应性应当尽可能地减小,以便减小因重力或用户输入引起的以及具体来说当挠性悬置系统60与其中在用户输入期间应当确保组件的无限制X轴移动的触摸表面(例如触摸屏或触摸板)悬置应用相集成时的动态质量的偏转。理想地,总Z轴硬度能够超过300×总X轴硬度。如果没有使用负Z方向(-Z方向)行程挡块,则挠曲70应当配置成耐受电池62移开时可能遇到的力和冲击。
Y轴顺应性
通过适当设计的挠曲70,当挠曲70梁处于压缩或承受拉力时,沿Y轴的顺应性较小。沿Y轴的任何顺应性是挠曲的扣紧或拉伸的结果,这在所有情况下都是不合需要的。例如,应当使沿Y轴的偏转量为最小,以便防止碰撞或冲击期间对挠曲70的损坏。
下表1按照一个实施例、基于硬度小于总触觉致动器66硬度的10%来提供总挠性硬度,其中所提供的值是近似示例值。
表1

图11是示出按照一个实施例、图6-8所示挠性悬置系统60的挠性托架64行程挡块部件72、74的示意图110。在图11所示的挠性悬置系统60中,电活性聚合物层116通过由粘合剂114交替附连到装置的安装表面68以及挠性托架64的基底的多个屏幕印刷触觉致动器输出条或隔板112来分布。挠曲70为了方便和清楚起见而以符号来表示。在一个实施例中,在可能的情况下提供挡块72、74,同时在正 常负荷下允许动态质量的自由移动。行程挡块72、74防止过度延伸以及对挠曲70和触觉致动器66的损坏。本文所示挠曲70的实施例完全适用于沿除了Z方向之外的所有轴的内置行程挡块72、74,其中将电池62从挠性托架64中拉出可能引起损坏。正Z方向(+Z方向)挡块可使用可适合于经受住例如高达1.5m的工业标准跌落试验的致动器框架本身来实现。
下表2按照一个实施例提供挠性托架挡块72、74间隙。下表2中标记为A-F的间隙是近似示例值,并且对应于图11中类似标记的间隙。

图12是按照一个实施例的挠性联接122梁模型的示意图120。挠性联接122能够利用多种材料来制成。在一个实施例中,例如,挠性联接122可使用内建于手机后盖或者平板电池安装框架的联接的注模集合由塑料来制成。在这类实施例中,非限制性地例如,挠性联接材料可由诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”)之类的可模压塑料来制成。对于涉及较大Z方向负荷和/或具有有限空间的应用,挠性联接122可由金属片来制成,并且能够模塑为塑料框架。备选地,整个冲压金属片子部件能够被制作并且用于要求较大Z方向负荷的应用中。下文中结合图60-70来公开金属片冲压挠曲的实施例。单独联接122的硬度能够使用图12所示的梁模型来计算,例如,其中对在对应力Fx和Fz)下沿X和Z方向的挠性联接122的偏转(dx和dz)来建模。
图13示出没有电池的挠性托架64的一个实施例。挠性托架64包括固定安装到安装表面的刚性外框架130。在所示实施例中,刚性外框架130可通过经由一个或多个孔口132所插入的紧固件来固定地安装到安装表面。优选紧固件包括螺钉、螺栓、铆钉等。如图13所示,挠性托架64包括挠曲70,挠曲70使挠性托架64能够沿X和Y方向移动,以便对用户提供振动触觉刺激。还示出的是X行程挡块72和Y行程挡块74,以便防止过度延伸以及对挠曲70和触觉致动器的损坏。
图14示出挠性托架64的一个实施例的一段140。段140示出挠曲70的直径和以及两个挠曲段之间的重叠距离d1和挠曲70的弯曲段之间的距离d2。表3按照一个实施例提供参考设计挠曲参数,其中所提供的值是近似示例值。
表3

图15示出在柔性薄膜152而不是固定刚性框架上形成的触觉致 动器带模块150的一个实施例。在一个实施例中,触觉致动器带模块150包括如结合图1和图3A-C所述的致动器阵列元件,而没有固定板14刚性框架元件、例如图1所示的触觉模块10。通过消除固定板刚性框架,如与刚性框架触觉模块相比,柔性触觉致动器带模块150具有总体减小厚度。在应用中,触觉致动器带模块150能够安装到刚性或刚硬衬底以支承柔性薄膜152。在一个实施例中,例如,为了易于安装到刚性衬底,触觉致动器带模块150的柔性薄膜152可以是单面或双面胶带。
图16示出刚性/刚硬衬底164的弯曲表面162上安装的触觉致动器带模块150的一个实施例。如所示,触觉致动器带模块150采用衬底164的硬度来支承薄膜152。下文中描述采用柔性触觉致动器带模块150的与移动装置相集成的触觉模块的各个实施例。
图17-19示出用于移动装置的电池受动器的挠性托架64的一个实施例。图17是具有由开口、挠曲70以及从挠性托架64的底部突出的触觉模块188的柔性电缆174部分所限定的空电池盒172的挠性托架64的顶视图。触觉模块188经由柔性电缆174电耦合到致动器控制器电路。在电池盒172的内部突出的电池触点176将电池62耦合到移动装置的主要电路。当电池62插入电池盒172时,电池62端子与托架64中的电池触点176进行电连接。
图18是挠性托架64的底视图,其中触觉模块188固定地耦合到挠性托架64的底部182。电池柔性电缆连接器184耦合到挠性托架64内部的电池触点176。在一个实施例中,电池触点176可称作弹簧电连接器,其实施例在下文中更详细描述。电池柔性电缆连接器184通过挠性托架64中形成的狭槽186来布线。在各个实施例中,触觉模块188可以是图15和图16所示的触觉致动器带模块150、图1所示的触觉模块10或者与本公开一致的其它适当触觉模块。虽然示出三条触觉模块188,但是非限制性地可采用具有更少或更多数量的条的任何适当触觉模块。活动区域的形状应当被理解为并不局限于矩形 条,而是可能具有多种几何形状的任一种。
图19是挠性托架64的顶视图,其中电池62位于电池盒172中。集成挠性托架64、电池62和触觉模块188形成电池受动器系统,以便提供振动触觉反馈,它采用电池62作为惯性质量块。
图20和图21示出与至少一个触觉致动器带模块204相集成的平板计算机200的一个实施例。图20是平板计算机200的顶视图,以及图21是平板计算机200的底视图,其中后盖被移开以使电池盒206外露。在图20-21所示的实施例中,两个触觉模块204安装到充当装置受动器的惯性质量块的平板计算机200电池。致动器控制器202电耦合到两个触觉模块204以驱动触觉模块204,如前面结合图2所述。在各个实施例中,触觉模块204可以是图15和图16所示的触觉致动器带模块150、图1所示的触觉模块10或者与本公开一致的其它适当触觉模块。如所示,触觉模块204包括三条。但是,在其它实施例中,触觉模块204非限制性地可包括更多或更少数量的条。
图22-24示出在机械上与触觉模块222的一个实施例相集成的游戏控制器220。触觉模块222配置成安装到电池盖226的内部,电池盖226位于电池组224之上,电池组224位于游戏控制器220之下。图22中,游戏控制器220使游戏控制器220的后盖228和电池组224盖226均被移开。图23示出游戏控制器220,其中重新安装了后盖228。图24示出游戏控制器220,其中重新安装了后盖228和电池组224盖226。电池组226包括具有电池组226壳体中的行程挡块的活动受动器托架(未示出)。在各个实施例中,触觉模块222可以是图15和图16所示的触觉致动器带模块150、图1所示的触觉模块10或者与本公开一致的其它适当触觉模块。如所示,触觉模块204包括三条。但是,在其它实施例中,触觉模块204非限制性地可包括更多或更少数量的条。
图25-28示出按照各个实施例、与触觉模块相集成的移动装置。图25是与触觉模块相集成的移动装置250的透视图。图26是移动装 置250的侧视图,以及图27是移动装置250的顶视图。移动装置250包括机壳254和顶板256。在一个实施例中,机壳254可由例如机械加工铝或者其它适当材料来形成。在一个实施例中,顶板256可由例如碳纤维复合材料或者其它适当材料来形成,以及在另一个实施例,可以是水射流切割碳纤维复合材料。图28是移动装置250的后盖258。可与结合图17-19所述的挠性托架64电池受动器相似的挠性托架280电池受动器与移动装置的后盖258相集成。挠曲284使挠性托架280能够在耦合到位于电池盒282中的电池的触觉致动器的影响之下移动。
图29-46示出与触觉致动器和滑动机构相集成以便移动触摸表面并且振动移动装置内部的电池的移动装置的各个实施例。移动触摸表面的“移动表面”面临的难题之一是移动装置的斜面与触摸表面之间的密封。另一难题是保持触摸表面的边缘周围的斜面,以便向触摸表面屏幕提供硬度并且改进跌落试验耐受性。图29-37示出包括触摸表面292以及两个主要子部件(显示子部件294和主体子部件296)的移动装置290的一个实施例。图38-46示出移动装置380的电池受动器382的一个实施例。
图29是按照一个实施例、包括触摸表面292以及两个主要子部件(显示子部件294和主体子部件296)的移动装置290的透视图。图30是按照一个实施例的移动装置290的详细侧视图。图31是示出触摸表面292的运动方向的移动装置290的侧视图。现在参照图29-31,将会理解,触摸表面292可表示触摸屏、触摸板或者利用触摸的其它用户界面。触摸表面292、显示子部件294和主体子部件296可按照与常规移动装置相同的方式来密封。位于显示子部件294与主体子部件296之间的触觉致动器沿箭头310所示的方向移动触摸屏292。在各个实施例中,移动装置290还可包括显示器、斜面以及诸如正面照相装置、喇叭等的其它组件。在各个实施例中,显示子部件294包括柔性电缆,柔性电缆将显示子部件294的电子组件连接到主体子部件 296中的主要电路板。在各个实施例中,主体子部件296包括主要机壳、电池、主要电路板、照相装置等。主体子部件296机壳还可包括允许柔性电缆通过机壳以及传递到主体子部件296中的主要电路板的狭槽或切口。现在将更详细论述移动装置290的各种组件。
按照一个实施例,图32是移动装置290的一个实施例的分解透视图,以及图33是移动装置290的分解侧视图。在一个实施例中,移动装置290包括如前文结合图1-3C所述的、位于显示子部件294与主体子部件296之间以移动触摸表面292的触觉致动器320。主体子部件296包括配置成在其中接纳触觉致动器320的凹陷盒。在所示实施例中,触觉致动器320包括六条。但是,在其它实施例中,触觉致动器非限制性地可包括更少或更多数量的条。滑动机构用于移动触摸表面292。滑动机构包括位于主体子部件296中的滑轨328以及耦合到位于显示子部件294之下的滑轨328并且耦合到触摸表面292的对应夹子324。在所示实施例中,滑轨328结合在主体子部件296的机壳中。在其它实施例中,例如,滑轨328可结合到显示子部件294中。限位螺钉326提供沿X和Y方向的机械硬挡块,以便例如限制触摸表面292的移动,以及为了经受住跌落试验。沿Z方向的机械硬挡块可由滑动机构来提供。X和Y止动固定螺钉326提供固定螺钉326周围的间隙,以便允许有限移动并且还允许跌落试验的情况下的支承。
图34-35是按照一个实施例、与移动装置290的主体子部件296部分相集成的触觉致动器320的详细视图。图34是按照一个实施例的移动装置290的主体子部件296部分的透视图,触觉致动器320位于其中。图35是按照一个实施例、图34所示主体子部件296的放大局部透视图。触觉致动器320位于主体子部件296的凹陷盒322(图32)中。滑轨328设置在主体子部件296的侧面。显示柔性通槽340在主体子部件296机壳中形成以接纳柔性电缆,柔性电缆将显示子部件294中的电子组件与主体子部件296中的主要电路板电耦合。X-Y止动固 定螺钉孔口342设置在主体子部件296中以接纳固定螺钉326(图32-33)
图36-37示出显示子部件294和主体子部件296的细节。图36是按照一个实施例的移动装置290的显示子部件294的局部透明侧视图。图37是按照一个实施例的移动装置290的显示子部件294的局部透明侧视图。图36示出滑动机构362的轨道细节以及如由图37所示固定螺钉326来控制的显示子部件294与主体子部件296之间的隙距360。又如图37所示的是通槽340以及将显示子部件294电子组件与主要电路主体子部件296电耦合的柔性电缆370。
图38-46示出移动装置380的电池受动器382的一个实施例。图38是按照一个实施例、包括电池受动器382的移动装置380的底部壳体388部分的透视图。在一个实施例中,电池受动器382包括托架384,其中包括电池连接器386。电池受动器382契合在移动装置380的壳体388(例如机壳)部分内部。图38-46所示的移动装置380的实施例与结合图29-37所述的滑动机构(例如滑轨和夹子)相结合地利用触觉致动器。电池受动器382运动通过箭头389来表示。电池充当电池受动器382的惯性质量块。电池托架384使用户能够易于更换电池。电池托架384与壳体388之间的间隙允许沿箭头389的方向的自由运动,同时为了跌落试验而提供机械硬挡块。电池柔性电缆提供电池与移动装置380的主要电路板之间的电连接,同时允许电池托架384移动。
按照一个实施例,图39是移动装置380的截面图,以及图40是移动装置380的局部详细截面侧。移动装置380包括电池390、触摸表面392和显示器394。电池托架384位于壳体388内部,以及触觉致动器396附连到电池托架384的底部。触觉致动器396位于显示器304与电池托架384之间。电池390位于电池托架384内部,以及当托架384沿箭头389的方向移动时充当惯性质量块。电池390电耦合到电池连接器386。
图41是按照一个实施例的移动装置380的可拆卸电池390和电 池托架384的截面透视图。图42是按照一个实施例的移动装置380的滑动机构420的滑轨的局部截面图。电池390位于电池托架384之内,以及触觉致动器396的一侧固定地耦合到电池托架384的底部。显示器394位于触觉致动器396的另一侧。触摸表面392耦合到显示器394。
图43-46示出按照一个实施例的电池受动器382的各种细节。图43是按照一个实施例、具有致动器移动板440的电池受动器382的顶视图。图44是按照一个实施例、具有致动器移动板440并且如图43和图45所示位于滑轨430上方的电池受动器382的局部透视图。图45是按照一个实施例的电池受动器382的局部透视图,示出滑轨430的位置和取向。图46是按照一个实施例的电池受动器382的局部透视图,示出位于电池托架384中的触觉致动器396。在各个实施例中,致动器移动板440可与电池托架384相集成,以便提供更紧凑装置。滑轨430机构还为电池托架384的有限运动提供支承。
图47-49示出与触觉模块的一个实施例相集成的移动装置的电池电连接的一个实施例。图47是按照一个实施例、与触觉模块相集成的移动装置470的一个实施例的底视图。去除了移动装置470的后盖,以便示出电池托架472、电池的弹簧电连接器474、互连柔性电缆476以及允许电池托架472振动和/或向用户提供振动触觉刺激的挠曲478。如前面结合多个实施例所述,包括挠曲478的电池托架472耦合到触觉致动器(未示出),以便沿箭头479所示的方向对电池托架472赋予运动。挠曲478实现运动,以及挡块(未示出)被提供以限制电池托架472的运动。电池的弹簧电连接器474用于将电池耦合到主要电路板中的电子组件以及移动装置478的显示器。互连柔性电缆476用于将触觉致动器电耦合到致动器电路(未示出),以便驱动触觉致动器。图48是按照一个实施例、用于使电池耦合到柔性电路区域480和接地连接区域482的弹簧电连接器474的详细视图。图49是按照一个实施例的移动装置470的局部剖面图,示出电池托架472、弹簧电连 接器474和互连柔性电缆476。还示出的是挠曲478之一。
图50是按照一个实施例、包括将金属电池连接器用作挠曲的电池受动器挠曲的集成挠曲-电池连接系统500的截面图。图51是图50所示的集成挠曲-电池连接系统500的顶视图。壳体506配置成接纳电池502,并且支持挠性悬置系统504,挠性悬置系统504既充当电池502的悬置系统又电耦合到电连接508。触觉模块可耦合到电池502,以便向用户提供振动触觉刺激。电池502充当用于赋予运动的惯性质量块。当电池502用作为了移动的惯性质量块时,需要提供悬置系统,悬置系统由挠性悬置系统504来提供。图50-51所示的实施例集成电池502的电连接508和挠性悬置系统504的功能性。相应地,如图50所示,在一个实施例中,电池502的电连接包括挠性悬置系统504,挠性悬置系统504能够由具有适当机械性质的金属电导体(例如黄铜、铜、金、银、不锈钢等)来制成,并且能够进行电传导以实现到电池502的电连接508的充分电耦合。如图50所示,挠性悬置系统504包括截面与“M”相似的挠性元件,以便提供弹簧状运动以及使电池502能够按照箭头509所示的运动进行移动。如图51所示,在一个实施例中,各电池端子电耦合到独立挠性悬置系统504。相应地,在一个实施例中,使用两个挠性悬置系统504元件。将会理解,在其它实施例中能够采用更少或更多数量的挠性悬置系统504元件。
图52-57示出有源地对移动装置中的触摸表面542的移动进行阻尼的Z模致动器的各个实施例。例如,Z模方向表示按钮类型力施加到移动装置的触摸表面542而不是与手势关联的滑动力的方向。耦合到触摸表面542的触觉致动器在被激励时提供触觉反馈以向用户给予诸如在按下实际按钮时所感受的“按钮点击”或者与特定活动关联的质地或手势之类的感觉。另外,触觉致动器可配置成向用户给予不同活动的不同感觉,例如使各按钮感受是不同的,因此用户能够分辨它们在虚拟小键盘上的位置。作为一个示例,结合图29-37来描述利用具有触觉致动器的滑动机构来移动触摸表面542的移动装置的实施例。 触摸表面542滑动机构的顺应性应当较低,以便实现较低功率触觉致动器用于更易于在围绕壳体546之间的触摸表面542的周身所设置的隙距“d”(图54-57)中横向移动触摸表面542。但是,当没有激励触觉致动器时,触摸表面542可感受松动,并且可在间隙“d”中略微来回移动。相应地,在一个实施例中,包括一个或多个有源阻尼器520、540、560的阻尼器模块能够用于在不需要触觉反馈时阻尼触摸表面542的运动。有源阻尼器520、540、560包括配置成啮合触摸表面542的活动输出条阻尼器挡块522、544、564。在一个实施例中,触摸表面542阻尼功能性可使用在有源阻尼器520、540、560被激励(例如加电)时内缩的Z模阻尼器来实现。
图52是包括耦合到第一输出条阻尼器挡块522的阻尼器致动器528的Z模有源阻尼器520的一个实施例的截面侧视图,其中触觉致动器被断电。阻尼器致动器528包括位于第一与第二电极527、529之间的柔性膜525。图53是图52所示Z模有源阻尼器520的截面侧视图,其中Z模有源阻尼器520被激励。现在将描述图52-53,以便一般说明Z模有源阻尼器520的概念。虽然针对沿Z方向的操作来描述图52-53所示的实施例,但是将会理解,所示实施例可适配并且配置成沿任何方向进行操作。相应地,当高电压电源从“关断”切换到“接通”并且驱动电压施加到阻尼器致动器528的第一和第二电极527、529时,Z模有源阻尼器520改变配置。有源阻尼器520包括两个输出条,即第一(例如顶)输出条阻尼器挡块522以及第二(例如底)输出条524,其中阻尼器致动器528位于它们之间。在第二板固定地耦合到充当机械地的安装表面526的同时,第一输出条阻尼器挡块522沿Z方向自由移动。图52中,电压“关断”,使得没有激励阻尼器致动器528。图53示出将激励电压施加到阻尼器致动器528的第一和第二电极527、529之后的有源阻尼器520。激励电压使柔性膜525在静电压力下沿垂直方向(Z)收缩以及沿水平方向(X)膨胀,这在所公开实施例中作为沿Z方向的运动来利用。运动或位移量ZΔ与输入电压的幅值以及其 它变量成比例。它能够通过使用位于电极527、529与输出条522、524之间、因与柔性膜525和电极527、529的耦合而能够沿垂直方向(Z)收缩以及沿水平方向(X)膨胀的一个或多个顺应层来放大。
图54-55示出有源阻尼移动装置的触摸表面542的移动的Z模有源阻尼器540的一个实施例。图54是包括耦合到断电阻尼器致动器528、即电源关断的顺应阻尼器挡块544的Z模触觉阻尼器540的一个实施例的截面图。触觉阻尼器540在被断电时限制或减小触摸表面542的移动。在图54所示的实施例中,第一(例如顶)输出条包括具有带斜侧壁的截头圆锥配置的顺应阻尼器挡块544并且由顺应材料制成。在另一个实施例(未示出)中,阻尼器挡块544可采取具有沿间隙延伸某个长度的斜壁的条带形式。在断电或“关断”状态中,顺应阻尼器挡块544楔在触摸表面542与壳体546之间,以便减小或消除壳体546与触摸表面542之间的处于接触区域548的间隙。图55示出处于激励状态、即电压“接通”的有源阻尼器540。在激励状态中,顺应阻尼器挡块544沿Z方向内缩,从而当阻尼器致动器528在静电压力下沿垂直方向(Z)收缩以及沿水平方向(X)膨胀时创建间隙550。内缩顺应阻尼器挡块544创建紧邻其侧壁的间隙550以使触摸表面542与壳体546之间的间隙暴露,以便使触摸表面542能够在间隙“d”中横向移动。在图54-55所示的实施例中,顺应阻尼器挡块544由因材料不可压缩性而能够沿X方向横向拉伸以及沿Z方向收缩的可变形拉伸材料来制成。阻尼量取决于顺应阻尼器挡块544的侧壁的顺应性。顺应阻尼器挡块544的可变形性在阻尼触摸表面542的运动方面的有效性取决于材料具有在具有适当机械完整性的同时进行变形的适当顺应性以便在接触区域548与触摸表面542和壳体546啮合时用作挡块的能力。
图56-57示出有源阻尼移动装置的触摸表面542的移动的Z模有源阻尼器560的另一个实施例。图56示出处于断电状态、即电压“关断”的阻尼器致动器528的一个实施例。在断电状态中,有源阻尼器 560限制或减小触摸表面542的移动。图57示出处于激励状态、即电压“接通”的阻尼器致动器528。在激励状态中,有源阻尼器560内缩以实现触摸表面542的移动。在图56所示的实施例中,输出条阻尼器挡块564具有截头圆锥配置,其中侧壁减小或消除壳体546与触摸表面542之间的处于接触区域548的任何间隙。减小量取决于顶输出条阻尼器挡块564的侧壁的顺应性。图57中,激励有源阻尼器560,即电压“接通”,阻尼器挡块564沿Z方向内缩,从而创建允许触摸表面542在间隙“d”之内在触摸表面542与壳体546之间横向移动的间隙550。在图56-57所示的实施例中,顶阻尼器挡块564由非变形材料来制成,使得阻尼器挡块564因材料不可压缩性而基本上不会沿X方向横向拉伸以及沿Z方向收缩。非变形阻尼器挡块564在阻尼触摸表面542的运动方面的有效性取决于材料抵制变形以便提供适当机械完整性以用作触摸表面542的挡块或阻尼器的能力。
图58-59示出集成阻尼器和触觉致动器的一个实施例。图58示出处于断电状态、即电压“关断”的集成阻尼器和触觉致动器580的一个实施例。Z模有源阻尼器582被延伸(例如高),并且限制断电状态的触摸表面或者任何惯性质量块的移动。图59示出处于激励状态、即电压“接通”的图56所示集成阻尼器和触觉致动器580的一个实施例。Z模触觉阻尼器582内缩以允许触摸表面运动。触觉致动器则能够横向移动触摸表面。
图60-63示出固定触觉模块的第一和第二板的夹式挠曲的各个实施例。例如,简要参照图1,触觉模块10包括第一板、即第一输出板12(例如滑动表面)以及第二固定板14(例如固定表面),其中第一输出板12相对于第二固定板14移动。图60示出用于固定触觉模块的第一和第二板的外部夹式挠曲600的一个实施例。在一个实施例中,外部夹式挠曲600包括纵向延伸延长主体602以及固定第一板(例如顶板)的第一组夹子633a、603b和固定第二板(例如底板)的第二组夹子605a、605b。第一和第二组夹子603a、603b和605a、605b沿垂直Y 方向偏移距离d1,与纵向延伸延长主体602基本上垂直,其中距离d1是在第一和第二板固定到外部夹式挠曲600时在它们之间的距离,并且适合在第一与第二板之间接纳触觉致动器。第一组夹子603a、603b沿垂直Y方向偏移距离g1以限定固定厚度总共为g1的第一板的边缘的开口或狭槽。第二组夹子605a、605b沿垂直Y方向偏移距离g2以限定固定厚度总共为g2的第二板的边缘的开口或狭槽。在所示实施例中,g1=g2,但是,在其它实施例中,g1≠g2,并且这些尺寸能够是不同的。夹子603a、603b、605a、605b作为基本上平的榫来形成,该榫从主体602向外凸出并且与主体602大致垂直。夹子603a和605a以面朝上取向来定位,以及夹子603b和605b以面朝下取向来定位。夹子603a、603b、605a、605b的每个包括对应齿604a、604b、606a、606b,它们具有大致45°弯头,以便可靠地附连到对应第一和第二板中形成的狭槽。夹子603b和605b还包括对应T形切口607、609,其中用尖点在T形切口607、609下推使两个耳状物对角地向下弯曲,从而将板固定到外部夹式挠曲600。提供垂直加硬凸缘608,以便消除不希望的可挠性。
图61示出按照各个实施例、固定触觉模块的顶板618和底板619的内部夹式挠曲610的一个实施例。在一个实施例中,内部夹式挠曲610包括纵向延伸延长主体612以及固定第一板618(例如顶板)的第一夹子614和固定第二板619(例如底板)的第二夹子616。夹子614、616限定半径“r”的弯头。第一夹子614包括蝶片615,蝶片615向下弯曲,并且配置成被接纳在第一板618中形成的对应狭槽618’中。第二夹子616包括蝶片617,蝶片617向上弯曲,并且配置成被接纳在第二板619中形成的对应狭槽619’中。第一和第二夹子614、616最初采取虚线614’、616’所示的配置。当夹子614、616固定到对应第一和第二板618、619时,夹子614’、616则卷曲成实线所示的形式。如图61所示,夹子614、616限定沿Y方向的间隙g1和g2,以便限定适合于接纳对应第一和第二板618、619的开口或狭槽。在所示实施例中, g1=g2,但是,在其它实施例中,g1≠g2,并且这些尺寸能够是不同的。提供肋片611以加固内部夹式挠曲610的主体612,以便防止不希望的弯曲。第一和第二夹子614、616沿垂直Y方向偏移距离d1,与纵向延伸延长主体612基本上垂直,其中d1是在第一和第二板618、619固定到内部夹式挠曲610时在它们之间的距离,并且适合在第一与第二板618、619之间接纳触觉致动器。
图62示出按照各个实施例、固定触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲620的一个实施例。在一个实施例中,外部夹式挠曲620包括纵向延伸延长主体622以及沿垂直Y方向限定g1的空间625以限定用于接纳第一板(未示出)的边缘的开口或狭槽的第一夹子623以及沿垂直Y方向限定g2的空间626以限定用于接纳第二板629的边缘的开口或狭槽的第二夹子624。如图62所示,夹子623、624沿Y方向偏移距离d1,与纵向延伸延长主体622基本上垂直,其中d1是第一与第二板之间的距离。夹子623配置成在空间625中啮合第一板(未示出)的边缘,以及夹子624配置成在空间626中啮合第二板629的边缘,使得第一和第二板沿Y方向隔着它们之间限定的空间d1垂直堆叠,并且适合于在第一与第二板之间接纳触觉致动器。在所示实施例中,g1=g2,但是,在其它实施例中,g1≠g2,并且这些尺寸能够是不同的。
图63示出按照各个实施例、固定触觉模块的第一和第二板的外部夹式挠曲630的一个实施例。在一个实施例中,外部夹式挠曲630包括纵向延伸延长主体632以及固定第一板634(例如顶板)的第一组夹子633a、633b和固定第二板636(例如底板)的第二组夹子635a、635b。第一和第二组夹子633a、633b和635a、635b沿垂直Y方向偏移距离d1,与纵向延伸延长主体632基本上垂直,其中d1是在第一和第二板634、636固定到外部夹式挠曲630时在它们之间的距离。第一组夹子633a、633b沿垂直Y方向偏移距离g1以限定固定厚度总共为g1的第一板634的边缘的开口或狭槽,并且适合于在第一与第二板634、636之间接纳触觉致动器。第二组夹子635a、635b沿垂直Y方 向偏移距离g2以限定固定厚度总共为g2的第二板636的边缘的开口或狭槽。在所示实施例中,g1=g2,但是在其它实施例中,g1≠g2,并且这些厚度能够是不同的。夹子643a、643b、645a、645b作为基本上平的榫来形成,该榫从主体642向外凸出并且与主体642大致垂直,参见图64。
图64示出按照各个实施例、固定触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲640的一个实施例。在一个实施例中,外部夹式挠曲640包括纵向延伸延长主体642以及固定第一板(例如顶板)的第一组夹子643a、643b和固定第二板(例如底板)的第二组夹子645a、645b。第一和第二组夹子643a、643b和645a、645b沿垂直Y方向偏移距离d1,与纵向延伸延长主体622基本上垂直,其中d1是在第一和第二板固定到外部夹式挠曲640时在它们之间的距离,并且适合在第一与第二板之间接纳触觉致动器。第一组夹子643a、643b沿垂直Y方向偏移距离g1以限定固定厚度总共为g1的第一板的边缘的开口或狭槽。第二组夹子645a、645b沿垂直Y方向偏移距离g2以限定固定厚度总共为g2的第二板的边缘的开口或狭槽。在所示实施例中,g1=g2,但是,在其它实施例中,g1≠g2,并且这些尺寸能够是不同的。夹子643a、643b、645a、645b作为基本上平的榫来形成,该榫从主体642向外凸出并且与主体642大致垂直。夹子643a和645a以面朝上取向来定位,以及夹子643b和645b以面朝下取向来定位。夹子643a、643b、645a、645b的每个包括对应齿644a、644b、646a、646b,它们具有大致90°弯头,以便可靠地附连到对应板中形成的狭槽。提供一对狭槽641a、641b,以便接纳第一和第二板上形成的蝶片。狭槽641a接纳来自第一板的蝶片,而狭槽641b接纳来自第二板的蝶片。提供垂直加硬凸缘647,以便消除不希望的可挠性。提供角形加硬凸缘648a、648b、648c,以便消除夹子643a、643b、645a、645b上方不希望的可挠性。
图65-66是按照一个实施例、固定到触觉模块650的顶板652和底板654的外部夹式挠曲640的一个实施例的透视图。参照图65,外 部夹式挠曲640的一组夹子643a、643b插入顶板652中形成的狭槽656、658中。另一组夹子645a、645b插入相应狭槽中,但是没有示出,因为顶板652遮挡视图。齿644a、644b示为插入狭槽656、658,以便将夹子643a、643b保持到顶板652。虽然因为顶板652遮挡视图而未示出,但是夹子645a、645b的齿646a、646b也插入底板654中形成的对应狭槽。现在来看图66,外部夹式挠曲640的后视图示为固定到顶板652和底板654。在这个视图中,在顶板652和底板654中形成的蝶片657、659示为插入对应狭槽641a、641b。
外部夹式挠曲600、610、620、630、640的每个能够由单片扁平金属片来形成。在各个实施例中,外部夹式挠曲600、610、620、630、640能够由诸如铜、铝、锡、钢、钛之类的多种金属或者它们的任何适当合金、例如黄铜、青铜、不锈钢等等来形成。更具体来说,夹式挠曲可由不锈钢(SS)来形成,非限制性地包括例如302SS、304SS、316SS。在一个实施例中,夹式挠曲能够冲压为单个组件,或者可用作绘制光掩模的开始并且然后弯曲为最终形式。
图67-68示出能够弯曲以形成结合图64-66所述的外部夹式挠曲640的单一扁平金属组件670的一个实施例。图67是扁平组件670的后视图,以及图68是扁平组件670的正视图。外部夹式挠曲640的各种元件,例如狭槽641a、641b、主体642、夹子643a、643b、645a、645b、齿644a、644b、646a、646b、垂直加硬凸缘647以及角形加硬凸缘648a、648b、648c。另外,图68还示出弯曲线以形成外部夹式挠曲640的最终配置。弯曲线671、672和677用于形成角形加硬凸缘648a、648b、648c。弯曲线673、674、675、676用于形成夹子643a、643b、645a、645b。弯曲线678、679用于形成夹子643a的齿644a。弯曲线680、681用于形成夹子643b的齿644b。弯曲线682、683用于形成夹子645b的齿646b。弯曲线684、685用于形成夹子645a的齿646a。
图69示出结合图64-66所述的外部夹式挠曲640的一个端部690 的详细正视图。外部夹式挠曲640的端部690示出相对于相应夹子643a、643b的基底部分以法线取向的齿644a、644b。
图70是沿图69的线条70-70的外部夹式挠曲640的详细侧视图。如图70所示,夹子643b的底部与夹子645b的顶部之间的间隙是也在图64中示出的“d1”。这些夹子643b、645b之间的距离d1限定顶板与底板之间的空间。还详细示出的是底部夹子643a与顶部夹子643b之间的间隙“g1”以及底部夹子645a与顶部夹子645b之间的间隙“g2”。在图64中示出间隙“g1”和“g2”。侧视图还示出角形加硬凸缘648a、648b、648c和垂直加硬凸缘647的相对取向以及主体642的垂直壁与齿644a、644b、646a、646b的近垂直边缘702之间的间隙“d3”。
描述了可与按照本公开的触觉致动器的各个实施例相集成的挠曲的各个实施例,描述现在转到诸如挠曲的尺寸以及趋向于不弯曲金属结构的负荷之类的挠曲设计考虑因素。关于尺寸,在一些应用中,在板之间可能存在极小间隔(例如d1)。例如,在一个实施例中,触觉模块可具有大约0.8mm的板间隔。内部挠曲与这类窄板间隔的配合使用是不实际的。在这类应用中,外部挠曲会是更实际的。内部挠曲可能可用于惯性驱动(电池摇动器),其中空间是不太受欢迎。关于不弯曲金属的负荷,在碰撞试验(通常为300g)期间,25g屏幕作用就像7.5kg的静态负荷。那就相当于具有将屏幕从悬置撕开的15磅。相应地,硬挡块用于携带高碰撞负荷,如前面所述。
与挠曲设计关联的考虑因素的一些附加信息包括性能规范、材料性质和偏转性质。关于性能规范,考虑因素包括行进方向的硬度、各挠曲上引起扣紧的正常负荷、各挠曲在扣紧发生之前必须提供以防止挤出致动器的沿法线方向的硬度以及悬置必须耐受而没有超过挠曲中的屈服应力的跌落试验负荷。
沿行进方向的硬度定义为:
kt<(0.2×致动器的钳制力)/(行程)
kt<(0.2*0.19N)/(0.2E-3m)
kt<190N/m
各挠曲上引起扣紧的正常负荷表示为:
Fbuckle=(Fkeypress)×(安全系数)/(挠曲数量)
Fbuckle=(60gramf)*(4)/(4)
Fbuckle=60gramf=0.6N
各挠曲在扣紧发生之前必须提供以防止挤出致动器的沿法线方向的硬度表示为:
kn>(Fbuckle)/(罐中的最小间隙)
kt>(0.6N)/(0.1E-3m)
kt<60,000N/m
悬置必须耐受而没有超过挠曲中的屈服应力的跌落试验负荷(σmax),其中移动电话壳内部的典型加速度经受1m跌落=300g,如C.Y.Zhou、T.X.Yu、Ricky S.W.Lee的“Drop/impact Tests and Analysis of Typical Portable Electronic Devices”(International Journal of Mechanical Sciences50(2008)905-917)中所述,通过引用将其结合到本文中。
有效质量=(屏幕质量)×(单位为g的加速度)
有效质量=(0.025kg)×(300)=7.5kg
Fdrop=(0.025kg)*(300)*(9.8N/kg)
Fdrop=70N
材料性质
拉伸模量(304不锈钢的所有混合物):
Y=~200-210GPa
不锈钢的最终强度:
σmax=0.8-2GPa(混合物相关)
屈服强度(混合物相关)在表4中示出。)
表4
混合物屈服强度(MPa)
304软(215typ)-596(max)316软4153041/4硬8803041/2硬10003043/4硬11403011400
疲劳极限
σmax=200-500MPa(混合物相关,使用200MPa)
εmax=~0.1%
关于材料的附加信息能够见于表示为“calce.umd.edu/general/Facilities/Hardness_ad_.htm”的万维网网站。
图71是简单悬壁梁的偏转的示意图710表示。参照图71,简单悬壁梁的偏转能够分析如下:
P=点A上的负荷[N]
L=梁长度[m]
E=杨氏模量[N/m2]
I=弯曲中的惯性矩。对于矩形截面,l=bt3/12
将惯性矩(I)插入等式产生表达式:
ya=12PL3Ebt3]]>
对弯曲硬度(k=P/y)求解产生表达式:
k=bE12(t3L3)]]>
注意,如果梁的厚度(t)和长度(L)均加倍,则弯曲硬度保持不变。
关于梁偏转分析的附加信息能够见于Beer F.P.、Johnston E.R.的“Mechanics of Materials”(McGraw Hill(1992)),通过引用将其结合到本文中。
有鉴于以上背景,现在将描述沿行进方向移动固定引导挠曲的 力。移动固定引导挠曲相当于串联设置的长度(L/2)的两个非固定梁,其中每个梁的硬度由下列表达式给出:
k_half=2bE3(t3L3)]]>
机械串联的两个这种弹簧为单独一个的硬度的一半
k=bE12(t3L3)]]>          等式1
移动到位置d所需的力简单地为F=kd。
图72是示出相对从等式1所预期的值所绘制的钢挠曲的理论与测量之间的一致性图形表示720。水平轴表示位移(μm),以及垂直轴表示力(N)。0.002”不锈钢垫片的条带被切割成2.2mm宽,并且以固定引导配置来支承,其中一侧附连到微定位器上的测力计以及另一侧接地。力和位移被测量并且绘制为曲线722。理论硬度按照等式1来计算,并且还示为曲线724。在这种比较中,基于基本原理的理论将力低估大约2倍,但是给出正确的数量级。因此,等式1是粗略设计的有用工具。
虚功的原理能够应用于挠曲的Howell的弹簧支柱近似,如下文所述。有用结果是下式:
F(x)=8γKΘht3E3l(γ2l2-x2)0.5sin-1(xγl)]]>
其中:
F=偏转到位置(x)所需的力[N]
h=挠曲的高度[m]
t=挠曲的厚度[m]
l=笔直时的挠曲的长度
E=杨氏模量[N/m2](弹性的模量)
x=从静止位置的横向位移[m]
γ=0.8517
KΘ=2.67617
作为一个示例,考虑(1.0mm高×3mm长×0.012mm厚)的钢挠曲。挠曲需要以可接受的小力(例如<可用致动力的20%)行进0.1mm,其中:
h=1.0E-3[m]
t=0.012E-3[m]
l=3E-3[m]
E=200E9[N/m2]
x=0.1E-3[m]
F(x)=8γKΘht3E3l(γ2l2-x2)0.5sin-1(xγl)]]>
现在参照图73和图74来描述挠曲的刚性主体近似,其中挠曲的运动学和硬度的有用近似将挠曲当作由两个扭转弹簧所接合的三个刚性链接。附加信息可见于Howell L.L的“Compliant Mechanisms”(John Wiley and Sons,Inc.(2001)[151,163-164])。
各扭转弹簧的弹簧系数由下式来提供:
K=2γKΘEIl]]>
K=扭转弹簧常数(Nm/radian)
E=杨氏模量[N/m2]
I=弯曲中的惯性矩
l=笔直时的梁的长度
几何形状相关比例因子
γ=0.8517
KΘ=2.67617
图73和图74是扭转弹簧的示意图730、740。现在参照图73和图74,要注意,存在生成与角(θ)成比例的扭矩的两个扭转弹簧。进行集成,能够看到,由两个扭转弹簧所存储的势能与角(θ)的平方关联。
τspring=Kθ
Uspring=&Integral;0θ1τdθ]]>
Uspring=K&Integral;0θtθdθ]]>
Uspring(θ)=Kθ2
注意,在一个挠曲中存在两个虚拟弹簧:
Uflex(θ)=2Kθ2
还应当注意,刚性主体机构的角(θ)能够根据机构从笔直到某个新位置(x)的位移来表达如下:
sinθxγl&RightArrow;θ=sin-1(xγl)]]>
这时,弹性势能能够相对机构的位移表达如下:
U=2K[sin-1(xγl)]2]]>
挠曲的弹性变形中存储的能量通过应用于挠曲的线性运动的等量功(∫Fdx)来提供如下:
&Integral;0xF(x)dx=2K[sin-1(xγl)]2]]>
微分提供:
F(x)=ddx2K[sin-1(xγl)]2]]>
F(x)=4K(γ2l2-x2)0.5sin-1(xγl)]]>
代替扭转硬度K,产生将挠曲推送到距离x所需的力的紧凑表达如下:
F(x)=8γKΘbt3E3l(γ2l2-x2)0.5sin-1(xγl)]]>          等式2
图75是位移相对反作用力的测量的图形表示750。悬置采用各(1.0mm高×3.0mm长×0.012mm厚)的四个挠曲来建原型。图75中示出位移相对反作用力的测量752,其中沿水平轴示出行程(μm),以及沿垂直轴示出力(N)连同按照等式2的预测值754。虽然滞后和误差在测量中是显而易见的,但是数据与理论足够完全一致,支持等式2是有用设计工具的概念。
图76是用于从传感器输入来激活触觉模块764的电子控制电路的系统图760。按照系统760的一个实施例,传感器控制器761监测 来自多种传感器输入源762的输入。传感器输入源可包括例如触摸传感器输入762a、加速计输入762b或者其它传感器输入762c。将会理解,这类传感器输入762可在移动装置平台中是有关联的。一旦传感器控制器761接收来自传感器输入源762之一的传感器输入,传感器控制器761将输出信号提供给触觉模块764。在一个方面,传感器控制器761可向触觉控制器767提供模拟输出信号763(TRIG)。在另一方面,传感器控制器761可向应用处理器766提供数字输出信号765。应用处理器766可向触觉控制器767提供数字或模拟输出信号。触觉控制器767生成低电压模拟输出信号,该信号被提供给高电压放大器768。按照本文所公开的各个实施例,高电压放大器的高电压模拟输出则耦合到触觉致动器769。
如本文所使用,应用处理器766可使用诸如通用处理器和/或状态机之类的任何适当处理器电路或逻辑装置(电路)来实现为主中央处理单元(CPU)、从微控制器或者其它适当配置。按照所述实施例,应用处理器766还可实现为芯片多处理器(CMP)、专用处理器、嵌入式处理器、媒体处理器、输入/输出(I/O)处理器、协处理器、微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置(PLD)或者其它处理装置。
在一个实施例中,应用处理器766或者主或从微控制器可包括能够用于产生复合模拟波形的数模转换器(DAC)。另外,在一个实施例中,高电压放大器768可基于Maxim MAX8622照相闪光灯控制器。MAX8622是快速有效地对高电压照相闪光灯电容器进行充电的回扫开关调节器。它完全适合在使用2电池碱性/NiMH或者单电池Li+电池的数字、蜂窝电话和智能电话应用中使用。内部低导通电阻n沟道MOSFET通过降低开关功率损耗来改进效率。在另一个实施例中,高电压放大器可以是基于HV817和LN100的SUPERTEX1kV放大器解决方案。
在一个实施例中,触觉控制器767可基于Maxim MAX11835集 成电路,以便经由I2C或流播模拟来触发所存储波形。MAX11835是触觉致动器控制器,该控制器提供驱动触觉致动器以向以用户触摸界面为主要内容的产品添加触觉反馈的完全解决方案。MAX11835还驱动包括单层、多层压电或者电活性聚合物致动器的致动器。装置有效地生成包括正弦波、梯形、正方形和脉冲的任何类型的用户可编程波形,以便驱动压电负荷以创建定制触觉感觉。低功率装置通过I2C接口与应用处理器或者主控制器直接接口,以及将包括升压调节器、模式存储存储器以及波形发生器块的各种块集成在一个封装中,因而提供完全触觉反馈控制器解决方案。
在一个实施例中,Immersion的TOUCHSENSE5500可用于运行Immersion TOUCHSENSE软件,以便增强由内置于装置的触觉致动器所产生以创建振动、例如振动触觉反馈的触觉效果或者触觉反馈。触觉致动器能够采用Immersion TOUCHSENSE软件来创建触觉感觉,类似当按压虚拟按钮时的按钮“点击”的感受。触觉提供真实感并且改进用户体验,并且存在于例如移动电话、平板和游戏控制器等的消费者装置中。在一个实施例中,一般称作“二线接口”的集成电路间(流播I2C)接口可用作多主串联单端计算机总线,以便将低速外设附连到主板、嵌入式系统、蜂窝电话或者其它电子装置。I2C系统可以是从Siemens AG(后来的Infineon Technologies AG)、NEC、Texas Instruments、STMicroelectronics(以前的SGS-Thomson)、Motorola(后来的Freescale)、Intersil等等得到的。可采用如同DAC中一样的相似放大器。触觉效果库可被创建并且存储在存储器中。在一个实施例中,音频处理器–与Mophie Inc.所提供的相似–可用于增强由内置于装置的触觉致动器所产生的触觉效果或者触觉反馈。
前面所述移动装置的广义分类包括例如个人通信装置、手持装置和移动电话。在各个方面,移动装置可表示手持便携装置、计算机、移动电话、智能电话、平板个人计算机(PC)、膝上型计算机等或者它们的任何组合。智能电话的示例包括基于移动计算平台的任何高端移 动电话,具有比当代功能电话更高级的计算能力和连通性。一些智能电话主要组合个人数字助理(PDA)和移动电话或照相电话的功能。其它更高级的智能电话还用于组合便携媒体播放器、低端小型数码相机、袖珍摄像机和全球定位系统(GPS)导航单元的功能。现代智能电话通常还包括高分辨率触摸屏(例如触摸表面)、能够访问并且适当显示标准网页而不只是移动优化站点的万维网浏览器以及基于Wi-Fi和移动宽带的高速数据访问。由现代智能电话所使用的一些常见移动操作系统(OS)包括Apple的IOS、Google的ANDROID、Microsoft的WINDOWS MOBILE和WINDOWS PHONE、Nokia的SYMBIAN、RIM的BLACKBERRY OS以及嵌入式Linux分布、例如MAEMO和MEEGO。这类操作系统能够安装在许多不同的电话型号上,并且各装置通常能够对于其使用期限接收多个OS软件更新。移动装置还可包括例如移动装置(IOS、ANDROID、Windows phones、3DS)的游戏情况、诸如XBOX控制台和PC控制器之类的游戏控制器或游戏控制台、平板计算机(IPAD、GALAXY、XOOM)的游戏情况、集成便携/移动游戏装置、触觉键盘和鼠标按钮、可控阻力/力、变形表面、变形结构/形状等等。
要理解,本文所述的实施例示出示例实现,并且功能元件、逻辑块、程序模块和电路元件可按照与所述实施例一致的各种其它方式来实现。此外,由这类功能元件、逻辑块、程序模块和电路元件所执行的操作对于给定实现可进行组合和/或分离,并且可由更多数量或者更少数量的组件或程序模块来执行。本领域的技术人员通过阅读本公开将会清楚地知道,本文所述和所示的单独实施例的每个具有分立组件和特征,它们可易于与其它若干实施例的任一个的特征分离或者相结合,而没有背离本公开的范围。任何所述方法能够按照所述事件的顺序或者按照逻辑上可能的任何其它顺序来执行。
值得注意的是,提到“一个实施例”或“实施例”表示结合该实施例所述的特定特征、结构或特性包含在至少一个实施例中。词语“在一 个实施例中”或者“在一个方面”在本说明书中的出现不一定都表示同一实施例。
值得注意的是,一些实施例可使用表达“耦合”和“连接”及其派生来描述。这些术语不是要作为彼此的同义词。例如,一些实施例可使用术语“连接”和/或“耦合”来描述,以便指示两个或更多元件相互直接物理或电气接触。但是,术语“耦合”还可表示两个或更多元件不是相互直接接触,但仍然相互配合或交互。
将会理解,虽然本文中没有明确描述或示出,但是本领域的技术人员将能够设计各种布置,这些布置体现本公开的原理,并且包含在其范围之内。此外,本文所述的所有示例和条件语言主要意在帮助读者了解本公开中所述的原理和有助于促进现有技术的概念,并且将被理解为不是对这类具体所述示例和条件的限制。此外,本文中描述原理、实施例的所有陈述及其具体示例意在包含其结构和功能等效方面。另外,预计这类等效方面包括当前已知的等效方面以及将来开发的等效方面,即,所开发的执行相同功能的任何元件,而与结构无关。因此,本公开的范围不是要局限于示范实施例和本文所示和所述的实施例。相反,本公开的范围由所附权利要求书来体现。
在本公开的上下文中(特别是在以下权利要求书的上下文中)使用的术语“一”、“一个”、“该”以及类似提法将被理解为涵盖单数和复数,除非本文另加说明或者上下文明显矛盾。本文中的值的范围的叙述只是意在用作单独表示落入该范围之内的每个独立值的简写方法。除非本文中另加说明,否则每个单独值结合到本说明书中,好像本文中单独叙述一样。本文所述的所有方法能够按照任何适当顺序来执行,除非本文中另加说明或者上下文明显矛盾。本文所提供的随便什么示例或示范语言(例如,“诸如”、“在情况下”、“作为举例”)的使用意在只是更好地阐释本发明,而不是对要求保护的本发明的范围施加限制。本说明书中的语言不应当被理解为将任何未要求保护元件表示为对本发明的实施是必要的。还要注意,权利要求书可能起草为排除任何可 选元件。因此,这种陈述意在用作结合要求保护元件的叙述或者否定限制的使用相结合的诸如只、仅等的这类排他术语的使用的前提基础。
本文所公开的备选元件或实施例的编组不是要被理解为限制。各编组成员可表示并且单独或者与该编组的其它成员或者本文中存在的其它元件的任何组合来要求保护。预计编组的一个或多个成员为了方便和/或专利性的原因而可包含在编组中从其中删除。
虽然如以上所述示出实施例的某些特征,但本领域的技术人员现在会想到多种修改、替换、变更以及等效形式。因此要理解,所附权利要求书意在涵盖落入所公开实施例和所附权利要求书的范围之内的所有这类修改和变更。

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1、(10)申请公布号 CN 103688452 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103688452 A (21)申请号 201280014227.0 (22)申请日 2012.01.17 61/433,640 2011.01.18 US 61/433,655 2011.01.18 US 61/442,913 2011.02.15 US 61/477,712 2011.04.21 US 61/477,680 2011.04.21 US 61/493,123 2011.06.03 US 61/493,588 2011.06.06 US 61/494,096 2011.06.07 。

2、US H02K 33/00(2006.01) H04B 1/38(2006.01) (71)申请人 拜耳知识产权有限责任公司 地址 德国蒙海姆 (72)发明人 S.J. 比格斯 R.N. 希契科克 A. 奥比斯波 I. 波利亚科夫 关淑文 M.A. 罗森塔尔 俞美京 A. 扎拉比 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 俞华梁 王忠忠 (54) 发明名称 挠性设备、 系统和方法 (57) 摘要 本发明公开一种致动器模块。该致动器模块 包括致动器, 其中具有设置在第一与第二电极之 间的至少一个弹性介电薄膜。具有至少一个挠曲 的悬置系统耦合到致动器。挠曲使悬置系统。

3、能够 在第一和第二电极被激励时沿预定方向移动。还 公开一种包括致动器模块和挠曲的移动装置, 其 中致动器模块部件用于提供触觉反馈。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.09.18 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/021506 2012.01.17 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2012/099850 EN 2012.07.26 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 25 页 附图 61 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书25页 附图61页 (10)申请公布号 CN 。

4、103688452 A CN 103688452 A 1/2 页 2 1. 一种致动器模块, 包括 : 设置在第一与第二电极之间的致动器 ; 以及 悬置系统, 包括耦合到所述致动器的至少一个挠曲, 其中所述挠曲在所述第一和第二 电极被激励时使所述悬置系统能够沿预定方向移动。 2. 如权利要求 1 所述的致动器模块, 其中, 所述致动器包括设置在第一与第二电极之 间的至少一个弹性介电薄膜。 3. 如权利要求 1 和 2 中的任一项所述的致动器模块, 其中, 所述致动器是扁平或平面 的。 4.如权利要求1至3中的任一项所述的致动器模块, 其中, 所述悬置系统包括至少一个 行程挡块, 以便限制所述悬。

5、置系统沿所述预定方向的移动。 5.如权利要求1至4中的任一项所述的致动器模块, 还包括挠性托架, 其中所述挠性托 架包括所述至少一个挠曲。 6. 如权利要求 5 所述的致动器模块, 其中, 所述挠性托架包括至少一个行程挡块, 以便 限制所述悬置系统沿所述预定方向的移动。 7. 如权利要求 5 所述的致动器模块, 其中, 所述至少一个挠曲与所述挠性托架整体地 形成。 8. 如权利要求 5 所述的致动器模块, 其中, 所述挠性托架限定在其中接纳电池的开口。 9. 如权利要求 5 所述的致动器模块, 其中, 所述致动器在一侧耦合到所述挠性托架, 以 及其中所述致动器在另一侧耦合到安装表面。 10. 。

6、如权利要求 1 至 9 中的任一项所述的致动器模块, 其中, 所述致动器包括第一和第 二板, 以及其中所述挠曲将所述第一板耦合到所述第二板。 11. 一种移动装置, 包括 : 如权利要求 1 至 10 中的任一项所述的致动器模块 ; 以及 耦合到所述致动器的质量块。 12. 如权利要求 11 所述的移动装置, 其中, 所述质量块包括触摸表面。 13. 如权利要求 11 和 12 中的任一项所述的移动装置, 其中, 所述致动器模块提供触觉 反馈。 14. 一种包括有源阻尼器的移动装置, 所述有源阻尼器包括 : 活动阻尼器挡块, 配置成在致动器模块中啮合质量块 ; 以及 阻尼器致动器, 具有耦合到。

7、所述活动阻尼器挡块的第一侧以及耦合到安装表面的第二 侧 ; 其中所述活动阻尼器挡块配置成当所述阻尼器致动器被激励时啮合所述质量块。 15. 如权利要求 14 所述的移动装置, 其中, 所述活动阻尼器挡块包括配置成当所述阻 尼器致动器被激励时沿第一方向收缩以及沿第二方向膨胀的顺应材料。 16. 如权利要求 11 至 14 中的任一项所述的移动装置, 还包括 : 显示子部件, 耦合到触摸表面 ; 以及 主体子部件, 耦合到所述显示子部件, 其中所述致动器设置在所述显示子部件与所述 主体子部件之间。 17. 如权利要求 16 所述的移动装置, 其中, 所述主体子部件包括配置成耦合到所述触 摸表面的滑。

8、轨。 权 利 要 求 书 CN 103688452 A 2 2/2 页 3 18. 如权利要求 16 所述的移动装置, 其中, 所述显示子部件包括耦合到所述触摸表面 和所述滑轨的夹子。 19. 如权利要求 16 所述的移动装置, 其中, 所述致动器位于所述主体子部件中。 20. 如权利要求 16 至 19 中的任一项所述的移动装置, 其中, 所述主体子部件包括至少 一个限位螺钉, 以便在预定方向提供机械硬挡块以限制移动。 21. 如权利要求 11 所述的移动装置, 包括包含至少一个电连接的壳体, 其中所述壳体 配置成接纳电池, 其中所述挠曲配置成悬置所述电池以及将所述电池电耦合到所述至少一 个。

9、电连接。 22. 如权利要求 11 所述的致动器模块, 其中, 所述挠曲包括 : 具有第一端和第二端的纵向延伸延长主体, 所述延长主体进行延伸 ; 第一夹子, 从所述主体的第一端向外延伸, 其中所述第一夹子配置成啮合所述第一板 的边缘 ; 以及 第二夹子, 从所述主体的第二端向外延伸, 其中所述第二夹子配置成啮合所述第二板 的边缘 ; 其中所述第一和第二夹子沿与所述纵向延伸延长主体基本上垂直的方向偏移以限定 所述第一与第二板之间的间隙。 23. 如权利要求 22 所述的致动器模块, 其中, 所述第一和第二夹子各限定适合接纳所 述第一和第二板的对应边缘的狭槽。 24. 如权利要求 22 所述的致。

10、动器模块, 其中, 所述第一夹子包括第一和第二榫, 并且所 述第二夹子包括第一和第二榫, 以及其中所述第一夹子的第一和第二榫限定啮合所述第一 板的边缘的第一狭槽, 并且其中所述第二夹子的第一和第二榫限定啮合所述第二板的边缘 的第二狭槽。 25. 如权利要求 24 所述的致动器模块, 其中, 对应第一和第二夹子的第一和第二榫各 包括配置成啮合所述第一和第二板中形成的对应狭槽的齿。 权 利 要 求 书 CN 103688452 A 3 1/25 页 4 挠性设备、 系统和方法 0001 相关申请的交叉引用 0002 本 申 请 根 据 35USC119(e) 要 求 如 下 美 国 临 时 专 利。

11、 申 请 号 的 权 益 : 61/433640,2011 年 1 月 18 日提交, 标题为 “FRAMELESS DESIGN CONCEPT AND PROCESS FLOW” ; 61/433655,2011 年 1 月 18 日提交, 标题为 “SLIDING MECHANISM AND AMI ACTUATOR INTEGRATION” ; 61/442913, 2011 年 2 月 15 日 提 交,标 题 为 “FRAME-LESS DESIGN” ; 61/477680, 2011 年 4 月 21 日提交, 标题为 “Z-MODE BUMPERS” ; 61/477712,。

12、 2011 年 4 月 21 日提交, 标题为 “FRAMELESS APPLICATION” , 61/493123, 2011 年 6 月 3 日提交, 标题为 “FLEXURE SYSTEM DESIGN” ; 61/493588, 2011年6月6日提交, 标题为 “ELECTRICAL BATTERY CONNECTION” ; 以及 61/494096, 2011 年 6 月 7 日提交, 标题为 “BATTERY VIBRATOR FLEXURE WITH METAL BATTERY CONNECTOR FLEXURE” , 通过引用将其每个的完整公开结合于此。 技术领域 000。

13、3 在各个实施例中, 本公开一般涉及用于集成致动器以便将其运动有效地耦合到另 一个对象的设备、 系统和方法。更具体来说, 本公开涉及与移动装置相集成以移动和 / 或振 动移动装置的表面和组件的致动器模块。具体来说, 这个致动器模块适合向移动装置的用 户提供触觉反馈。 背景技术 0004 一些手持移动装置和游戏控制器采用常规触觉反馈装置, 其中使用小振动器、 通 过在进行视频游戏的同时向用户提供力反馈振动来增强用户的游戏体验。 支持特定振动器 的游戏能够使移动装置或游戏控制器在选择情况中、 例如在用武器射击或者受到伤害时进 行振动, 以便增强用户的游戏体验。 虽然这类振动器足以传递大引擎和爆炸的。

14、感觉, 但是它 们是相当单调的, 并且要求较高的最小输出阈值。 相应地, 常规振动器无法充分地再现细微 振动。除了低振动响应带宽之外, 常规触觉反馈装置的附加限制包括在附连到诸如智能电 话或游戏控制器之类的移动装置时的庞大和笨重。 0005 为了克服常规触觉反馈装置所遭遇的这些及其它难题, 本公开提供介电弹性体上 的基于电活性聚合物人工肌肉 (EPAMTM) 的触觉反馈, 介电弹性体具有制作反应迅速并且紧 凑的触觉显示器所需的带宽和能量密度。这类 EPAMTM触觉反馈模块包括薄片, 薄片包括夹 在两个电极层之间的介电弹性体薄膜。当高电压施加到电极时, 两个吸合电极压缩整个薄 片。基于 EPAM。

15、TM的触觉反馈装置提供一种纤细的低功率触觉模块, 该触觉模块能够放置在 悬置托架上的惯性质量块 ( 例如电池 ) 下面以提供触觉反馈。触觉反馈装置可通过可在 50Hz 与 300Hz 之间 ( 以 5ms 响应时间 ) 来滤波或处理的主装置音频信号来驱动, 以便优化 用户所遇到的感觉。 发明内容 0006 在本发明的一个实施例中, 提供一种致动器模块。 该模块包括一种致动器, 其中包 说 明 书 CN 103688452 A 4 2/25 页 5 括设置在第一与第二电极之间的至少一个弹性介电薄膜。 包括至少一个挠曲的悬置系统耦 合到致动器。挠曲使悬置系统能够在第一和第二电极被激励时沿预定方向移。

16、动。致动器模 块系统特别适合向移动装置提供触觉反馈能力。 附图说明 0007 为了进行说明而不是限制, 现在将结合附图来描述本发明, 其中 : 0008 图 1 是按照一个实施例的致动器系统的剖面图。 0009 图 2 是示出操作原理的 EPAM 致动器系统的一个实施例的示意图。 0010 图 3A、 图 3B、 图 3C 示出按照各个实施例的一 / 三 / 六条致动器阵列的三种可能配 置。 0011 图 4 是可适配并且配置到移动触摸表面传感器中的触觉致动器阵列的一个实施 例的示意图。 0012 图 5 是可适配并且配置到装置受动器中的触觉致动器阵列的一个实施例的示意 图。 0013 图 6。

17、 是用于电池受动器挠性托架的挠性悬置系统的一个实施例的分解图。 0014 图 7 是图 6 所示挠性悬置系统的局部剖面图。 0015 图 8 是包括挠性托架的图 6 和图 7 所示挠性悬置系统的一个实施例的示意图。 0016 图 9 示出用于沿 X 和 Y 方向来对图 6-8 所示挠性悬置系统 60 的运动进行建模的 X 和 Y 轴振动运动图 90。 0017 图 10 示出用于沿 X 和 Z 方向来对图 6-8 所示挠性悬置系统的运动进行建模的 X 和 Z 轴振动运动图。 0018 图11是示出按照一个实施例、 图6-8所示挠性悬置系统的挠性托架行程挡块部件 的示意图。 0019 图 12 。

18、是按照一个实施例的挠性联接梁模型的示意图。 0020 图 13 示出没有电池的挠性托架的一个实施例。 0021 图 14 示出挠性托架的一个实施例的一段。 0022 图 15 示出在柔性薄膜而不是固定刚性框架上形成的触觉致动器带模块的一个实 施例。 0023 图16示出刚性/刚硬衬底的弯曲表面上安装的触觉致动器带模块的一个实施例。 0024 图 17 是具有由开口、 挠曲以及从挠性托架的底部突出的致动器模块的柔性电缆 部分所限定的空电池盒的挠性托架的顶视图。 0025 图 18 是图 17 所示挠性托架的底视图, 其中致动器模块固定地耦合到挠性托架的 底部。 0026 图 19 是图 17 所。

19、示挠性托架的顶视图, 其中电池位于电池盒中。 0027 图 20 是与至少一个触觉致动器带模块相集成的平板计算机的顶视图。 0028 图 21 是平板计算机的底视图, 其中移开了后盖以使电池盒外露。 0029 图 22 示出与触觉模块的一个实施例在机械上集成的游戏控制器, 其中游戏控制 器的电池组盖和后盖均被移开。 0030 图 23 示出图 22 所示游戏控制器, 其中重新安装了后盖。 说 明 书 CN 103688452 A 5 3/25 页 6 0031 图 24 示出图 22 所示游戏控制器, 其中重新安装了后盖和电池组盖。 0032 图 25 是按照一个实施例、 与触觉模块相集成的移。

20、动装置的透视图。 0033 图 26 是按照一个实施例、 图 25 所示移动装置的侧视图。 0034 图 27 是按照一个实施例、 图 25 所示移动装置的顶视图。 0035 图 28 是按照一个实施例的移动装置的后盖。 0036 图29是按照一个实施例、 包括触摸表面以及两个主要子部件(显示子部件和主体 子部件 ) 的移动装置的透视图。 0037 图 30 是按照一个实施例、 图 29 所示移动装置的详细侧视图。 0038 图 31 是按照一个实施例、 图 29 所示移动装置的侧视图, 示出触摸表面的运动方 向。 0039 图 32 是按照一个实施例、 图 29 所示移动装置的一个实施例的分。

21、解透视图。 0040 图 33 是按照一个实施例、 图 29 所示移动装置的分解侧视图。 0041 图34是按照一个实施例、 图32所示移动装置的主体子部件部分的透视图, 触觉致 动器位于其中。 0042 图 35 是按照一个实施例、 图 34 所示主体子部件的放大局部透视图。 0043 图 36 是按照一个实施例、 图 32 所示移动装置的显示子部件的局部透明侧视图。 0044 图 37 是按照一个实施例、 图 32 所示移动装置的显示子部件的局部透明侧视图。 0045 图 38 是按照一个实施例、 包括电池受动器的移动装置的底部壳体部分的透视图。 0046 图 39 是按照一个实施例、 图。

22、 38 所示移动装置的截面图。 0047 图 40 是按照一个实施例、 图 38 所示移动装置的局部详细截面侧。 0048 图 41 是按照一个实施例、 图 38 所示移动装置的可拆卸电池和电池托架的截面透 视图。 0049 图 42 是按照一个实施例、 图 38 所示移动装置的滑动机构的滑轨的局部截面图。 0050 图 43 是按照一个实施例、 具有致动器移动板的电池受动器的顶视图。 0051 图 44 是按照一个实施例、 具有图 43 所示致动器移动板并且位于滑轨上方的电池 受动器的局部透视图。 0052 图 45 是按照一个实施例、 图 43-44 所示电池受动器的局部透视图, 示出滑轨。

23、的位 置和取向。 0053 图 46 是按照一个实施例、 图 43-45 所示电池受动器的局部透视图, 示出位于电池 托架中的触觉致动器。 0054 图 47 是按照一个实施例、 与触觉模块相集成的移动装置的一个实施例的底视图。 0055 图 48 是按照一个实施例、 用于使电池耦合到柔性电路区域和接地连接区域的弹 簧电连接器的详细视图。 0056 图 49 是按照一个实施例的移动装置的局部剖面图, 示出电池托架、 弹簧电连接器 和互连柔性电缆。 0057 图 50 是按照一个实施例、 包括将金属电池连接器用作挠曲的电池振动器挠曲的 集成挠曲 - 电池连接系统的截面图。 0058 图 51 是。

24、图 50 所示的集成挠曲 - 电池连接系统的顶视图。 0059 图 52 是包括耦合到第一输出条的触觉致动器的 Z 模触觉致动器的一个实施例的 说 明 书 CN 103688452 A 6 4/25 页 7 截面侧视图, 其中触觉致动器被断电。 0060 图 53 是图 52 所示 Z 模触觉致动器的截面侧视图, 其中 Z 模触觉致动器被激励。 0061 图 54 是包括耦合到断电触觉致动器的顺应阻尼器的 Z 模触觉阻尼器的一个实施 例的截面图。 0062 图 55 示出处于激励状态、 即电压 “接通” 的图 54 所示触觉阻尼器。 0063 图 56 示出处于断电状态、 即电压 “关断” 的。

25、触觉致动器的一个实施例。 0064 图 57 示出处于激励状态、 即电压 “接通” 的图 56 所示触觉致动器。 0065 图 58 示出处于断电状态、 即电压 “关断” 的集成阻尼器和触觉致动器的一个实施 例。 0066 图 59 示出处于激励状态、 即电压 “接通” 的图 56 所示集成阻尼器和触觉致动器的 一个实施例。 0067 图 60 示出用于固定触觉模块的第一和第二板的外部夹式挠曲的一个实施例。 0068 图 61 示出按照各个实施例、 固定触觉模块的顶板和底板的内部夹式挠曲的一个 实施例。 0069 图 62 示出按照各个实施例、 固定触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个 实。

26、施例。 0070 图 63 示出按照各个实施例、 固定触觉模块的第一和第二板的外部夹式挠曲的一 个实施例。 0071 图 64 示出按照各个实施例、 固定触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个 实施例。 0072 图 65 是按照一个实施例、 固定到触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个 实施例的透视图。 0073 图 66 是按照一个实施例、 固定到触觉模块的顶板和底板的外部夹式挠曲的一个 实施例的透视图。 0074 图 67 是能够弯曲以形成结合图 64-66 所述的外部夹式挠曲的单一扁平金属组件 的一个实施例的后视图。 0075 图 68 是能够弯曲以形成结合图 64-66 所述的外。

27、部夹式挠曲的单个扁平金属组件 的一个实施例的正视图。 0076 图 69 示出结合图 64-66 所述的外部夹式挠曲的一个端部的详细正视图。 0077 图 70 是沿图 69 的线条 70-70 的外部夹式挠曲的详细侧视图。 0078 图 71 是简单悬壁梁的偏转的示意图表示。 0079 图 72 是示出相对从等式 1 所预期的值所绘制的钢挠曲的理论与测量之间的一致 性的图形表示。 0080 图 73 和图 74 是扭转弹簧的示意图。 0081 图 75 是位移相对于反作用力的测量的图形表示。 0082 图 76 是用于从传感器输入来激活触觉模块的电子控制电路的系统图。 具体实施方式 0083。

28、 在详细说明所公开实施例之前, 应当注意, 所公开实施例的应用或使用并不局限 说 明 书 CN 103688452 A 7 5/25 页 8 于附图和描述中所述的部件的构造和布置的细节。所公开实施例可在其它实施例、 变化和 修改中实现或者结合, 并且可按照各种方式来实施或执行。此外, 除非另加说明, 否则本文 所采用的术语和表达为了方便读者而选择用于描述说明性实施例, 而并不是为了对其进行 限制。此外, 应当理解, 所公开实施例、 实施例的表达以及示例中的任何一个或多个能够非 限制性地与其它所公开实施例、 实施例的表达以及示例中的任一个或多个相结合。 因此, 一 个实施例中公开的元素与另一个实。

29、施例中公开的元素的组合被认为处于本公开和所附权 利要求书的范围之内。 0084 本公开提供基于电活性聚合物人工肌肉 (EPAMTM) 的集成触觉反馈装置的各个实 施例。在开始描述包括基于 EPAMTM的触觉反馈模块的各种集成装置之前, 本公开简要地参 照图1, 图1提供可与手持装置(例如移动装置、 游戏控制器、 控制台等)整体结合以增强轻 便小巧模块中的用户振动反馈体验的触觉系统的剖面图。相应地, 现在参照触觉模块 10 来 描述触觉系统的一个实施例。触觉致动器在由高电压激励时使输出板 12( 例如滑动表面 ) 相对于固定板 14( 例如固定表面 ) 滑动。板 12、 14 通过钢珠来分隔, 。

30、并且具有将移动限制 到预期方向、 限制行程并且耐受跌落试验的特征。为了集成到移动装置中, 顶板 12 可附连 到惯性质量块, 例如电池或移动装置的触摸表面、 屏幕或显示器。在图 1 所示的实施例中, 触觉模块 10 的顶板 12 由安装到惯性质量块的滑动表面或者如箭头 16 所示能够双向移动 的触摸表面的背面来组成。在输出板 12 与固定板 14 之间, 触觉模块 10 包括至少一个电极 18、 可选的至少一个隔板11以及附连到滑动表面、 例如顶板12的至少一个部分或条13。 框 架和分隔段 15 附连到固定表面、 例如底板 14。触觉模块 10 可包括配置为阵列的任何数量 的条 13, 以便。

31、增强滑动表面的运动。触觉模块 10 可经由柔性电缆 19 耦合到致动器控制器 电路的驱动电子器件。 0085 基于EPAMTM的触觉模块10的优点包括向用户提供更逼真感受的力反馈振动, 能够 基本上立即感受, 消耗明显更少电池使用寿命, 并且适合于可定制设计和性能选项。 触觉模 块 10 表示由 Artificial Muscle Inc.(AMI)(Sunnyvale, CA) 所研制的致动器模块。 0086 仍然参照图1, 触觉模块10的许多设计变量(例如厚度、 占用面积)可根据模块集 成者的需要来固定, 而其它变量 ( 例如介电层数量、 工作电压 ) 可根据成本来限制。由于致 动器几何结。

32、构 ( 相对地 ) 将占用面积分配给刚性支承结构与活性电介质 不会过多地 影响成本, 所以一种适当方式是使触觉模块 10 的性能适合其中触觉模块 10 与移动装置相 集成的应用。 0087 计算机实现建模技术能够用于计量不同致动器几何结构的价值, 例如 : (1) 手机 / 用户系统的机械学 ; (2) 致动器性能 ; 以及 (3) 用户感觉。这三个成分共同提供用于估计候 选设计的触觉能力并且使用所估计触觉能力数据来选择适合于大批量生产的触觉设计的 计算机实现过程。 模型预测两种效果的能力 : 长期效果(游戏和音乐)以及短期效果(按钮 点击)。 “能力” 在本文中定义为模块在服务中能够产生的最。

33、大感觉。 在2011年2月15日提 交的标题为 “HAPTIC APPARATUS AND TECHNIQUES FOR QUANTIFYING CAPABILITY THEREOF” 的共同受让国际 PCT 专利申请 No.PCT/US2011/000289 中更详细描述了用于估计候选设计 的触觉能力的这类计算机实现过程, 通过引用将其完整公开结合于此。 0088 图 2 是示出操作原理的致动器系统 20 的一个实施例的示意图。致动器系统 20 包 括电耦合到致动器模块 21、 示为低电压直流 (DC) 电池的电源 22。致动器模块 21 包括设置 说 明 书 CN 103688452 A 。

34、8 6/25 页 9 在 ( 例如夹在 ) 两个导电电极 24A、 24B 之间的薄弹性电介质 26。在一个实施例中, 导电电 极 24A、 24B 是可拉伸的 ( 例如适形的或顺应的 ), 并且可使用任何适当技术、 例如丝网印刷 来印刷在弹性电介质 26 的顶部和底部。致动器模块 21 通过闭合开关 28 以将电池 22 耦合 到致动器电路 29 来激活。致动器电路 29 将低 DC 电压 VBatt转换为适合于驱动触觉模块 21 的高 DC 电压 Vin。当高电压 Vin施加到导电电极 24A、 24B 时, 弹性电介质 26 在静电压力下 沿垂直方向 (V) 收缩以及沿水平方向 (H) 。

35、膨胀。弹性电介质 26 的收缩和膨胀能够作为运 动来利用。运动或位移量与输入电压 Vin成比例。运动或位移可通过如以下结合图 3A、 图 3B 和图 3C 所述的触觉致动器的适当配置来增强。 0089 图 3A、 图 3B、 图 3C 示出按照各个实施例的致动器阵列 30、 34、 36 的三种可能配置 (除了其它配置之外) 。致动器阵列的各个实施例可包括任何适当数量的条, 这取决于应用 以及应用的物理间距限制。附加条提供附加位移, 并且因此增强用户能够基本上立即感受 的力反馈振动的现实感受。致动器阵列 30、 34、 36 可经由柔性电缆 38 耦合到致动器控制器 电路的驱动电子器件。 00。

36、90 图 3A 示出一条致动器阵列 30 的一个实施例。单条触觉致动器阵列 30 包括固定 板 31、 电极 32 以及耦合到固定板 31 的弹性电介质 33。 0091 图 3B 示出包括耦合到固定框架 31 的三条 34A、 34B、 34C 的三条致动器阵列 34 的 一个实施例, 其中各条通过隔板 37 来分隔。条 34A-C 的每个包括电极 32 和弹性电介质 33。 与图 3A 的单条致动器阵列 30 相比, 三条触觉阵列 34 增强滑动表面的运动。 0092 图 3C 示出包括耦合到固定框架 31 的六条 36A、 36B、 36C、 36D、 36E、 36F 的六条致动 器阵。

37、列 36 的一个实施例, 其中各条通过隔板 37 来分隔。条 34A-F 的每个包括电极 32 和弹 性电介质 33。与图 3A 的单条致动器阵列 30 和图 3B 的三条致动器阵列 34 相比, 六条致动 器阵列 36 增强滑动表面的运动。 0093 参照图3A-3C所示的致动器阵列30、 34、 36可在多种应用中集成到多种装置中, 以 便实现预期效果。 例如, 在一个实施例中, 致动器阵列可适配并且配置到移动触摸表面传感 器 40 中, 如图 4 示意所示。在图 4 所示的实施例中, 致动器阵列与触摸屏 /LCD 模块 42 相 集成, 以便实现在平面中沿箭头 44 所示的方向移动触摸屏。

38、 /LCD 模块 42 的滑动致动器。运 动反馈能够通过手指 46 来感受。 0094 在另一个示例中, 致动器阵列可适配并且配置到装置受动器 50 中, 如图 5 示意所 示。在图 5 所示的实施例中, 致动器阵列与惯性质量块 52 相集成。装置受动器 50 在平面 中沿箭头54所示的方向移动惯性质量块52。 因惯性质量块52的运动引起的反馈力能够通 过手 54 来感受。这种运动能够是规则或周期的、 例如振动, 或者它能够具有距离和加速度 的任意序列, 以便实现特定触觉效果。 0095 下面将更详细描述如图 4 和图 5 中所示的移动触摸表面传感器 40 和装置受动器 50 的各个实施例。但。

39、是, 在开始这类详细描述之前, 本公开现在开始挠性悬置系统的描述, 挠性悬置系统可用于随后描述的触觉系统的各个实施例中。按照本公开, 挠性悬置系统简 化将致动器阵列实现到多种装置中所需的机械基础设施。 0096 图 6 是包括用于电池受动器挠性托架 64 的挠性悬置系统 61 的触觉模块 60 的一 个实施例的分解图。图 7 是包括图 6 所示挠性悬置系统 61 的触觉模块 60 的局部剖面图。 现在参照图 6 和图 7, 在一个实施例中, 挠性托架 64 限定用于在其中接纳电池 62 的开口。 说 明 书 CN 103688452 A 9 7/25 页 10 触觉致动器 66( 以分解视图格。

40、式示出 ) 的一侧耦合到挠性托架 64 的底部, 以及触觉致动器 66 的另一侧耦合到充当机械地的安装表面 68。在图 6 所示的实施例中, 触觉致动器 66 包 括两组触觉致动器阵列。第一和第二组触觉致动器阵列各包括输出条粘合剂 66A、 66A , 以 便将第一组触觉致动器阵列 66B、 66B 耦合到挠性托架 64 的底部。备选地, 这种耦合可以 是机械的。框架间粘合剂 66C、 66C 用于将第一组触觉致动器阵列 66B、 66B 耦合到第二组 触觉致动器阵列 66D、 66D 。基础框架粘合剂 66E、 66E 将第二组触觉致动器阵列 66D、 66D 耦合到安装表面 68。如图 6。

41、 所示, 触觉致动器 66 包括双重三条触觉致动器阵列。在其它实 施例中, 如下文所述, 包括任何适当数量的条的任何适当数量的触觉致动器阵列可用于电 池受动器挠性托架应用中。挠性悬置系统 61 与电池挠性托架 64 的集成使对附加悬置组件 的需要为最小, 并且提供对跌落或者跌落试验期间所遇到的冲击的增加抗性。虽然图 6 中 未示出, 但是电池 62 例如可连接到具有柔性电缆连接器的印刷电路板。 0097 挠性悬置系统 61 能够用于悬置电池 62、 触摸屏或者用于向用户提供振动触觉刺 激的任何其它质量块或板。挠性悬置系统 61 的一个作用是沿除了触觉运动的轴之外的方 向提供硬度, 以便保持移动。

42、和静止组件之间的机械间隙, 同时沿运动的触觉方向提供尽可 能少的阻力以免妨碍触觉性能。具有安装在挠性托架 64 之下的触觉致动器 66 的挠性悬置 系统 61 使用托架质量和电池质量的组合作为惯性质量, 如下文中参照图 9 和图 10 更详细 论述。图 7 还示出设置在挠性托架 64 中以使触觉致动器 66 能够移动挠性托架 64 的挠曲 70。 0098 图 8 是包括图 6 和图 7 所示的包括挠性托架的挠性悬置系统 61 的触觉模块 60 的 一个实施例的示意图。挠性托架 64 包括挠曲 70、 行程挡块 72 和 74 以及位于挠性托架 64 所限定的开口中的电池 62。挠曲 70 和。

43、行程挡块 72、 74 能够模塑到挠性托架 64 中, 或者能 够作为独立组件来提供。 如前面所述, 挠性托架64耦合到安装表面68, 安装表面68充当挠 性悬置系统 61 的机械地。位于一个或多个位置中的挠曲 70 使挠性托架 64 能够沿一个或 多个运动方向振动。在所示实施例中, 挠性托架 64 包括使挠性托架 64 能够沿 X 和 Y 方向 移动的四个独立挠曲 70。挠性托架 64 还包括 X 行程挡块 72 和 Y 行程挡块 74, 以便限制沿 预定方向的行程或移动, 并且防止来自冲击类型移动的损坏。提供 X 和 Y 行程挡块 72、 74 以限制挠性托架 64 沿 X 和 Y 运动方。

44、向的运动, 如以下参照图 9 和图 10 更详细论述, 使得挠 性悬置系统 61 能够经受住在与挠性悬置系统 61 相集成的装置跌落时可能遇到的突然 G 冲 击。 0099 图 9 示出用于沿 X 和 Y 方向来对图 6-8 所示挠性悬置系统 61 的运动进行建模的 X 和 Y 轴振动运动图 90。图 10 示出用于沿 X 和 Z 方向来对图 6-8 所示挠性悬置系统 60 的 运动进行建模的 X 和 Z 轴振动运动图 100。现在参照图 6-10, kfx= 沿 X 轴的挠曲 70 和电连 接的组合硬度, kax= 沿 X 轴的触觉致动器 66 的有效硬度, kfz= 沿 Z 轴的挠曲 70。

45、 和电连接的 组合硬度, mtray+mbatt=由电池62的质量和运动中的任何其它支承结构所组成的总簧上质量。 0100 X 轴顺应性 0101 沿 X 轴的顺应性是在评估挠性悬置系统 60 的性能时要考虑的一个因素。例如, 组 合非致动器硬度 (kfx) 应当尽可能地减小并且保持为低于致动器硬度 (kax) 的大约 10%。来 自电互连的附加硬度应当被包括在非致动器硬度计算中。 通过适当地使用行程挡块72、 74, 沿 X 轴的挠曲 70 的硬度无需经受住 G 冲击。 说 明 书 CN 103688452 A 10 8/25 页 11 0102 Z 轴顺应性 0103 沿 Z 轴的顺应性应。

46、当尽可能地减小, 以便减小因重力或用户输入引起的以及具体 来说当挠性悬置系统 60 与其中在用户输入期间应当确保组件的无限制 X 轴移动的触摸表 面 ( 例如触摸屏或触摸板 ) 悬置应用相集成时的动态质量的偏转。理想地, 总 Z 轴硬度能 够超过 300 总 X 轴硬度。如果没有使用负 Z 方向 (-Z 方向 ) 行程挡块, 则挠曲 70 应当配 置成耐受电池 62 移开时可能遇到的力和冲击。 0104 Y 轴顺应性 0105 通过适当设计的挠曲 70, 当挠曲 70 梁处于压缩或承受拉力时, 沿 Y 轴的顺应性较 小。 沿Y轴的任何顺应性是挠曲的扣紧或拉伸的结果, 这在所有情况下都是不合需要。

47、的。 例 如, 应当使沿 Y 轴的偏转量为最小, 以便防止碰撞或冲击期间对挠曲 70 的损坏。 0106 下表 1 按照一个实施例、 基于硬度小于总触觉致动器 66 硬度的 10% 来提供总挠性 硬度, 其中所提供的值是近似示例值。 0107 表 1 0108 0109 图 11 是示出按照一个实施例、 图 6-8 所示挠性悬置系统 60 的挠性托架 64 行程挡 块部件 72、 74 的示意图 110。在图 11 所示的挠性悬置系统 60 中, 电活性聚合物层 116 通过 由粘合剂 114 交替附连到装置的安装表面 68 以及挠性托架 64 的基底的多个屏幕印刷触觉 致动器输出条或隔板11。

48、2来分布。 挠曲70为了方便和清楚起见而以符号来表示。 在一个实 施例中, 在可能的情况下提供挡块 72、 74, 同时在正常负荷下允许动态质量的自由移动。行 程挡块 72、 74 防止过度延伸以及对挠曲 70 和触觉致动器 66 的损坏。本文所示挠曲 70 的 实施例完全适用于沿除了 Z 方向之外的所有轴的内置行程挡块 72、 74, 其中将电池 62 从挠 性托架 64 中拉出可能引起损坏。正 Z 方向 (+Z 方向 ) 挡块可使用可适合于经受住例如高 达 1.5m 的工业标准跌落试验的致动器框架本身来实现。 0110 下表 2 按照一个实施例提供挠性托架挡块 72、 74 间隙。下表 2。

49、 中标记为 A-F 的间 隙是近似示例值, 并且对应于图 11 中类似标记的间隙。 说 明 书 CN 103688452 A 11 9/25 页 12 0111 0112 图 12 是按照一个实施例的挠性联接 122 梁模型的示意图 120。挠性联接 122 能够 利用多种材料来制成。在一个实施例中, 例如, 挠性联接 122 可使用内建于手机后盖或者平 板电池安装框架的联接的注模集合由塑料来制成。 在这类实施例中, 非限制性地例如, 挠性 联接材料可由诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯 (“ABS” ) 之类的可模压塑料来制成。对于涉及较 大 Z 方向负荷和 / 或具有有限空间的应用, 挠性联接 122 可由金属片来制成, 并且能够模塑 为塑料框架。备选地, 整个冲压金属片子部件能够被制作并且用于要求较大 Z 方向负荷的 应用中。

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