具有柔性铰接件的触觉界面制造技术

本发明专利技术涉及具有柔性铰接件的触觉界面。公开了一种限定用户能够接触的触觉表面(S)的柔性触觉界面(1)，所述界面包括：多个刚性触觉元件(3)，所述多个刚性触觉元件(3)通过柔性支撑件(4)连接，所述柔性支撑件(4)形成在至少两个相邻的刚性触觉元件之间延伸的至少一个铰接件(40)；以及与每个刚性触觉元件(3)接触的至少一个致动器(5)，所述致动器(5)被布置为将机械激励传输到所述刚性触觉元件(3)，以便以通过触摸可检测到的振动振幅(f)驱动位于所述刚性触觉元件之间的所述铰接件(40)振动。性触觉元件之间的所述铰接件(40)振动。性触觉元件之间的所述铰接件(40)振动。

【技术实现步骤摘要】
具有柔性铰接件的触觉界面


[0001]本专利技术涉及人机界面，尤其是那些产生触觉效果的人机界面。

技术介绍

[0002]触觉界面使用户能够通过触摸感与环境交互。如今，触觉效果越来越多地用于许多应用中，例如用于智能手机上，当按下屏幕上显示的键以模拟按下按钮的印象时，智能手机会产生轻微振动。触觉应用也适用于虚拟或增强现实设备，尤其是能够在视频游戏中获得更大的沉浸感。当用户接触触觉表面时，在触觉表面产生触觉效果的触觉界面、例如触觉平板，尤其可以集成到诸如计算机、平板电脑和/或智能手机的许多技术中。
[0003]已知的是，由于超声换能器发射在刚性触觉表面上传播的超声波，因此在刚性触觉表面上产生各种各样且相对复杂的触觉效果。
[0004]随着诸如可折叠移动电话和卷轴电视的柔性商业产品进入市场，需要有可集成到此类产品中的柔性触觉界面。
[0005]然而，由于超声换能器发射的超声波部分被柔性材料吸收，因此承载超声换能器的简单柔性支撑件的使用具有限制；于是，当用户用其手指或手在这种支撑件上施加压力时，用户很难感知产生的触觉效果。
[0006]此外，已知的是使用气动致动在柔性结构上产生触觉效果。专利US10240688B2公开了一种包括用于产生拓扑效果的气动致动器的柔性触觉界面。
[0007]Yu等人的文章“Skin
‑
integrated wireless haptic interfaces for virtual and augmented reality”(Nature，2019)公开了一种包括用于产生不同触觉效果的磁性致动器的柔性触觉界面。然而，通过这种界面获得的触觉效果的空间分辨率相对较低，并且使用磁性致动器导致高电能消耗。
[0008]最后，非牛顿流体已经被用于产生简单的触觉效果，例如按钮效果和浮凸效果。Lochtefeld的文章“Towards real organic user interfaces
‑
using non
‑
Newtonian fluids for self
‑
actuated displays”(CHI13研讨会，2013)描述了一种触觉设备，该触觉设备在放置在固定扬声器网络上的两个柔性膜之间使用流变增粘非牛顿流体。当声波在该流体中传播并使其局部硬化时，会产生手指可以感知的拓扑。

技术实现思路

[0009]专利技术声明
[0010]需要进一步改进柔性触觉界面，尤其是以便获得能够产生各种触觉效果并在整个界面上具有良好空间分辨率的触觉界面。
[0011]专利技术概述
[0012]本专利技术旨在响应这一需求，并根据其第一方面，通过一种限定用户能够接触的触觉表面的柔性触觉界面来实现这一点，所述界面包括：
[0013]·
多个刚性触觉元件，所述多个刚性触觉元件通过柔性支撑件连接，所述柔性支
撑件形成在至少两个相邻的刚性触觉元件之间延伸的至少一个铰接件，以及
[0014]·
与每个刚性触觉元件接触的至少一个致动器，所述致动器被布置为将机械激励传输到所述刚性触觉元件，以便以通过触摸可检测到的振动振幅驱动位于所述刚性触觉元件之间的所述铰接件振动。
[0015]“通过触摸可检测到”必须理解为在0.05N和0.5N之间的载荷下，铰接件的振动振幅超过1微米量级的振幅。
[0016]“将机械激励传输到刚性触觉元件”是指以通过触摸可检测到的振幅引起刚性触觉元件的振动，刚性触觉元件的振动振幅可以与铰接件的振动振幅不同，尤其是低于铰接件的振动振幅。
[0017]通过本专利技术，由于除了被激励的刚性触觉元件的振动外，铰接件的振动也参与了触觉界面产生的触觉效果，因此可以获得具有相对良好的空间分辨率的触觉效果。
[0018]因此，益处是：获得具有一定柔性的触觉界面，同时提供以良好空间分辨率产生的各种触觉效果，尤其是被激励的触觉元件之间没有明显的不连续性，以及适用于多种应用。
[0019]所述界面优选包括控制电路，所述控制电路被配置为调制发送到致动器的信号，以便机械地引起刚性触觉元件和铰接件的振动，并在触觉表面上产生触觉感觉。
[0020]触觉元件和铰接件的振动可以产生摩擦变化，该摩擦变化可以由用户在触觉表面上移动手指而通过触摸检测到。这种效果称为挤压膜效果，可以给用户触摸包括浮凸或具有不同纹理的表面的印象。
[0021]触觉元件和铰接件的振动还可以产生脉冲，该脉冲可以由用户在触觉表面上施加静态接触而通过触摸检测到。例如，这种效果可以给用户按下按钮的印象。
[0022]刚性触觉元件
[0023]本专利技术不限于激励特定材料或具有特定形状的各个触觉元件。然而，某些形状和材料可以促进界面的制造。
[0024]因此，至少一些刚性触觉元件、更好地是所有刚性触觉元件可以具有多面体、优选平行六面体的总体形状。当从正面看时，这些刚性触觉元件尤其可呈矩形、特别是正方形叶片的形状。
[0025]至少一些刚性触觉元件、更好地是所有刚性触觉元件优选由相对坚硬和广泛使用的材料制成，例如玻璃、优选硼硅酸盐玻璃。
[0026]至少一些刚性触觉元件、更好地是所有刚性触觉元件优选具有基本恒定的厚度，该厚度优选在50微米和5mm之间、更好地在200微米和700微米之间。
[0027]至少一些刚性触觉元件、更好地是所有刚性触觉元件可以具有至少1cm2的表面积，例如，当刚性触觉元件从正面看具有矩形叶片形状时，上表面的尺寸为至少10mm
×
至少15mm。
[0028]所有刚性触觉元件可以相同。替选地，在同一界面中，可以例如根据触觉元件相对于触觉表面的位置和/或根据应用，组合不同大小的各个触觉元件。
[0029]支撑件和铰接件
[0030]“支撑件”是指将刚性触觉元件保持在适当位置并确保其在触觉界面中的内聚力的任何单层或多层结构。支撑件优选由一种或多种聚合物材料形成，该聚合物材料可促进制造并获得所需的触觉界面柔性，同时在铰接件水平上产生具有所需振幅的变形。
[0031]“铰接件”是指将两个相邻触觉元件连接在一起的柔性部分。铰接件可包括一层或多层，这取决于支撑件的结构，在多层铰接件的情况下，各层在振动中机械耦合。
[0032]支撑件可以包括聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、KAPTON(聚酰亚胺)、或任何其他合适的材料。
[0033]支撑件的厚度可以根据其柔性来选择，支撑件越软，其厚度越大，这样能够同时保持所需的柔性。
[0034]支撑件优选在铰接件水平上具有基本恒定的厚度，该厚度优选在100微米和800微米之间。
[0035]支撑件的等效杨氏模量可以在0.5GPa和9GPa之间，更好地在2GPa和5GPa之间。
[0036]“等效杨氏模量”对于多层支撑件，是指由各层的厚度加权的各层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限定用户能够接触的触觉表面(S)的柔性触觉界面(1)，所述界面包括：
·
多个刚性触觉元件(3)，所述多个刚性触觉元件(3)通过柔性支撑件(4)连接，所述柔性支撑件(4)形成在至少两个相邻的刚性触觉元件之间延伸的至少一个铰接件(40)，以及
·
与每个刚性触觉元件(3)接触的至少一个致动器(5)，所述致动器(5)被布置为将机械激励传输到所述刚性触觉元件(3)，以便以通过触摸可检测到的振动振幅(f)驱动位于所述刚性触觉元件之间的所述铰接件(40)振动。2.根据权利要求1所述的触觉界面，其中，所述支撑件(4)的等效杨氏模量在0.5GPa和8.5GPa之间，所述支撑件(4)在所述铰接件的水平上的厚度e
c
与两个相邻的刚性触觉元件之间的间距L
c
的比率e
c
/L
c
在0.023和0.128之间。3.根据权利要求1或2所述的触觉界面，包括控制电路(6)，所述控制电路(6)被配置为调制发送到所述致动器(5)的信号，以便机械地引起所述刚性触觉元件(3)和所述铰接件(40)的振动，并在所述触觉表面(S)上产生触觉感觉。4.根据权利要求1至3中任一项所述的触觉界面，其中，所述支撑件(4)由聚合物材料制成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的触觉界面，其中，所述支撑件(4)在所述铰接件(40)的水平上具有基本恒定的厚度(e
c
)，所述厚度优选在100微米和800微米之间。6.根据权利要求1至5中任一项所述的触觉界面，其中，所述支撑件(4)的等效杨氏模量(E)在2GPa和5GPa之间。7.根据权利要求1至6中任一项所述的触觉界面，其中，两个相邻的刚性触觉元件(3)之间的间距(L
c
)在1mm和10mm之间，更好地在3mm和8mm之间。8.根据权利要求1至7中任一项所述的触...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：