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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。