CN102117149A - 用于具有触摸屏的无线终端的触觉反馈控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制方法和装置。该触觉反馈控制方法包括：从用户接收触摸输入；感测在接收触摸输入的位置处的电压或电流信号；基于所感测的信号向致动器发送驱动信号；由致动器基于驱动信号在接收触摸输入的触摸屏的位置处生成振动输出；当生成振动输出时生成具有预定时延的控制脉冲；以及通过将控制脉冲应用到振动输出来停止振动输出。

Description

用于具有触摸屏的无线终端的触觉反馈控制方法和装置

技术领域

本发明一般涉及包括触摸屏的无线终端，并且更具体地，涉及用于触摸屏的触觉反馈控制方法和装置。

背景技术

通常，将触摸屏构建在无线终端内以提供相对更大的屏幕并允许简单、纤细的设计。然而，不同于具有多个机械按键按钮的普通键盘(keypad)，典型的触摸屏不会向用户提供按压按键时的物理反馈，即点击的感觉，这导致在按键输入操作中的频繁错误。

为了克服这种类型的问题，提供了使用振动电动机(vibration motor)的触觉反馈方法，其中，当用户接触触摸屏时，无线终端通过生成振动反馈来允许用户识别按键输入。然而，即便这种方法仍然不能向用户提供与传统机械键盘结构相同的感觉。例如，在传统机械键盘结构中，按键接触和按键输入是相互区分开的。也就是，用户可以在按压特定按键之前感觉到该按键。然而，当使用触摸屏时，用户在触摸屏的表面上的触摸即充当(act as)按键输入，导致频繁的错误输入。也就是，用户不能感觉到触摸屏来识别用于按压的特定按键。

为了解决该问题，在触摸屏上的按键输入中，通过使用扁平型电动机(coin motor)、槽笼型电动机(bar motor)、线性电动机(linear motor)和压电致动器(piezo actuator)来提供与按键输入相应的振动反馈，由此允许用户识别按键输入。通常，用于提供振动反馈的振动电动机即便在它的振动停止之后仍具有较长的残余振动，导致在快速按键输入中发生错误的高概率。为了减小在停止振动之后的残余振动，已经提出了通过使用过驱动(over-driving)来突然停止扁平型电动机或槽笼型电动机的方法。

题为“Systems and Methods for Controlling a Resonant Device forGenerating Vibrotactile Haptic Effect”的由Grant等发明创造的美国专利公开No.2006-0119573提出了对于使用谐振的线性电动机基于180°相移的主动制动(active braking)方法。

然而，用于突然停止振动的输出的传统方法具有一些问题。

图1是图示根据现有技术的当谐振电动机停止时的振动模式的图形。

如图1所示，使用线性电动机的基于180°相位信号的制动方法非常灵敏地响应于相应的频率。即便对于距最佳点的2Hz或以上的振动，也经常不能很好地制动。

图2图示了根据现有技术的对于用于突然停止振动输出的频率与谐振频率之差的振动模式的仿真结果。

这样的操作可以用等式(1)表达，其中ω_d是类似于本征频率(naturalfrequency)的周期。从而，通过输入相位相差(out-of-phase)180°的信号，振动通过偏移而被去除。

$m\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)=c\stackrel{\·}{x}\left(t\right)+\mathrm{kx}\left(t\right)=0.$

$x\left(t\right)=e^{-\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_{n}t}(x_0\cos \left({\mathrm{\ω}}_{d}t\right)+\frac{x_0+{\mathrm{\ξ\ω}}_n{x}_0}{{\mathrm{\ω}}_d}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{d}t\right))$

$\left(x\right)t={\mathrm{Ae}}^{-\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_{n}t}*\sin ({\mathrm{\ω}}_{d}t+\mathrm{\φ})$

${\mathrm{\ω}}_d={({\mathrm{\ω}}_n^2-{(c/2m)}^2)}^{1/2}$

ω_n＝(k/m)^1/2：本征频率

c：阻尼系数

ζ＝c/(2mω_n)：阻尼率(1)

图3是图示根据现有技术的对于驱动频率与谐振频率之差的当停止振动驱动时下降时间的测量的图形。

参考图3，对于20ms或更少的短振动停止时间，将频率控制到1Hz或更低。

发明内容

因此，做出了本发明以解决至少在现有技术中出现的上述问题，并提供至少如下优点。

本发明的一个方面提供了用于突然制动振动输出而不改变驱动频率的方法，从而避免在停止振动输出之后的残余振动。

根据本发明的一个方面，对于包括触摸屏的无线终端提供了触觉反馈控制方法。该触觉反馈控制方法包括：从用户接收触摸输入；感测在接收触摸输入的位置生成的电压或电流信号；基于所感测的信号向致动器发送驱动信号；基于驱动信号在生成触摸输入的触摸屏的位置处生成振动输出；当生成振动输出时，生成具有预定时延的控制脉冲；以及通过将控制脉冲应用到维持特定模式的振动输出来停止振动输出。

根据本发明的另一方面，对于包括触摸屏的无线装置提供了触觉反馈控制装置。该触觉反馈控制装置包括：致动器，用于以特定振动频率生成振动输出；频率生成器，用于生成具有频率范围内的频率的驱动信号；以及控制器，用于接收驱动信号以驱动致动器，生成具有预定时延的控制脉冲，并通过将控制脉冲应用到维持特定模式的振动输出来停止致动器的振动输出。

附图说明

结合附图，从下面的详细描述中，本发明的一定实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，在附图中：

图1是图示根据现有技术的当制动谐振电动机时的振动模式的图形；

图2图示了根据现有技术的对于用于突然停止振动输出的频率与谐振频率之差的振动模式的仿真结果；

图3是图示根据现有技术的对于驱动频率与谐振频率之差的当停止振动驱动时下降时间的测量的图形；

图4是图示根据本发明实施例的用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制装置的框图；

图6是根据本发明实施例的控制脉冲的图形表示；以及

图7图示了根据本发明实施例的在包括触摸屏的无线终端中对于驱动频率的控制脉冲的最佳时延和制动信号的强度的仿真结果。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的各种实施例。在如下描述中找到的各种细节仅仅被提供来帮助本发明的一般理解，并且本领域技术人员很清楚，可以在本发明的范围内对细节进行一些修改或改变。

根据本发明的实施例，当在无线终端中生成振动输出作为对用户按键输入的反馈时，将具有预定时延的控制脉冲应用到维持特定模式的振动输出，当制动振动输出时去除振动而没有残余振动。

图4是图示根据本发明实施例的用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制方法的流程图。

参考图4，在步骤410中，通过触摸屏从用户接收触摸输入。触摸输入是通过用户的手指、触头笔(stylus pen)等在触摸屏的表面上的触摸，并且从用户生成至少一个触摸输入，使得可以以与传统键盘的按键输入相似的连续地迅速生成多个触摸输入。

在步骤412中，在从用户接收触摸输入的位置处感测电压或电流信号。

基于在步骤412中感测的信号来生成具有频率范围内的频率的驱动信号，并在步骤414中将其发送到致动器。

在步骤416中，由步骤414中发送的驱动信号来驱动致动器，并将由致动器的驱动生成的振动输出应用到从用户接收了触摸输入的触摸屏上的位置处。

在步骤418中，为了迅速停止由致动器生成的振动输出，生成具有预定时延的控制脉冲，并将所生成的控制脉冲输入到维持预定模式的振动输出。停止振动输出的操作旨在向用户提供对于每个触摸输入的反馈，因为从用户连续地迅速生成了多个触摸输入。

例如，控制脉冲是具有5个或更少周期的脉冲，并且脉冲的频率与基于振动输出的在致动器的驱动时的频率相同。从而，当将致动器的驱动频率控制到与脉冲的频率相同时，执行振动输出的停止。

在步骤420中，使用所生成的控制脉冲来突然停止通过驱动致动器生成的振动输出。

图5是图示根据本发明实施例的用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制装置的框图。

参考图5，无线终端包括射频(RF)通信器510、触摸屏(未示出)、至少致动器514、频率生成器516和控制器512。无线终端100还可以包括相机、扬声器、麦克风等。

RF通信器510经由天线接收射频(radio)下行链路信号，并将通过解调射频下行链路信号获取的下行链路数据输出到控制器512。另外，RF通信器510通过调制从控制器512输入的上行链路数据来生成射频上行链路信号，并经由天线将所生成的射频上行链路信号无线地发送到空中(air)。例如，可以根据码分多址(CDMA)、频分复用(FDM)或时分复用(TDM)来执行调制和解调。

触摸屏511在控制器512的控制下显示图像，当在触摸屏511的表面上接收触摸时生成按键触摸中断，并在控制器512的控制下将包括输入坐标和输入状态的用户输入信息输出到控制器512。

按键触摸中断与在传统触摸屏中生成的按键输入中断相同，使得当生成来自用户的触摸输入时，触摸屏511在生成触摸输入的位置处生成电压或电流信号，并将电压或电流信号输出到控制器512，或者生成指示按键输入的按键输入中断而不是按键触摸中断。

至少一个致动器514以特定振动频率生成振动。致动器514被安装在触摸屏之下。通常，触摸屏包括透明玻璃、触摸面板和液晶显示器(LCD)。致动器514将具有基于从控制器512输入的驱动信号的模式的振动应用到触摸屏。

致动器514使用扁平型电动机、槽笼型电动机、线性电动机、压电致动器等生成振动，作为反馈，从而允许用户识别按键输入。

频率生成器516生成具有频率范围内的频率的驱动信号，并向控制器512输出驱动信号。

控制器512感测所生成的电压或电流信号，并基于所感测的信号来控制频率生成器516生成驱动信号。

控制器512接收由频率生成器516生成的驱动信号，以驱动致动器514，并将由致动器514的驱动生成的振动应用到从用户接收触摸输入的触摸屏上的位置处。

控制器512区分在触摸屏上生成的用户按键触摸和按键点击，并且在生成按键触摸即按键输入时，控制器512仅仅在预设时间内输出对于按键输入的反馈(例如，声音或振动)。

更具体地，控制器512感测由于用户在触摸屏上的特定区域中的触摸输入而生成的电压或电流信号，生成具有频率范围内的频率(例如，在制造无线终端时所设置的单一谐振频率(本征频率))的驱动信号，并驱动致动器514以将振动输出应用到接收用户触摸输入的触摸屏上的位置处。虽然使用单一触摸输入的输入描述了图5，但是可以连续地从用户接收多个触摸输入。对于多个触摸输入，控制器512驱动致动器514，并将所生成的振动输出应用到触摸屏，作为每个触摸输入的反馈。

在下文中，为了迅速停止由致动器514生成的振动输出，控制器512生成具有预定时延的控制脉冲。

例如，控制脉冲是具有5个或更少周期的脉冲，并且脉冲的频率与驱动致动器514时的频率相同。

图6是根据本发明实施例的控制脉冲的图形表示，其中具有预定时延的控制脉冲被应用到维持特定模式的振动输出以将振动输出延迟时间t_d，并在时间t_p内驱动制动信号。

参考图6，生成具有预定时延的控制脉冲(-t_d～t_p)，以通过将其应用到在t＝-t_d之前以具有周期性脉冲波形的振动模式生成的振动输出来停止致动器514的振动输出。

通过使用等式(2)，控制器512控制控制脉冲的时间t_d和时间t_p以及制动信号强度B。

在x₁(-t_d＜t＜0)处

x₁(t)＝A₁ exp{-ξω_n(t+t_d)}sin{ω_d(t+t_d)+φ₁}

在x_b(0＜t＜t_p)处

x_b(t)＝A_b exp{-ξω_nt}sin{ω_dt+φ₂}+Bsin(ωt)

在x₂(t＞t_p)处

x₂(t)＝exp{-ξω_n(t-t_p)}[x_p0cos{ω_d(t-t_p)}+(v_p0+ξω_nx_p0)/ω_d*sin{ω_d(t-t_p)}]

如果在t＝t_p处，x_p0＝0，

因为sin(ωt_p)＝0，

x_p0＝A_b exp{-ξω_nt_p}sin{ω_dt_p+φ₂}＝0

ω_dt_p+φ₂＝(2N-1)π

v_p0＝-ω_dA_bexp{-ξω_nt_p}+Bω＝0

Bω＝ω_dA_bexp{-ξω_nt_p}

A_b，φ₂是t_d的函数

(2)

在x₁(-t_d＜t＜0)处

$x_1\left(t\right)=A_1{\exp }^{-\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_n(t+t_d)}*\sin \{{\mathrm{\ω}}_d(t+t_d)+{\mathrm{\φ}}_1\}$

在x_b(0＜t＜t_p)处

$x_b\left(t\right)=A_b{\exp }^{-\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_{n}t}*\sin ({\mathrm{\ω}}_{d}t+{\mathrm{\φ}}_2)+B\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)$

在x₂(t＞t_p)处

$x_2\left(t\right)={\exp }^{-{\mathrm{\ξ\ω}}_n(t-t_p)}*\left[x_{\mathrm{po}}\cos \right\{{\mathrm{\ω}}_d(t-t_p)\}+(v_{\mathrm{po}}+{\mathrm{\ξ\ω}}_n{x}_{\mathrm{po}})/{\mathrm{\ω}}_d*\sin \{{\mathrm{\ω}}_d(t-t_p)\left\}\right]$

如果在t＝t_p处，x_p0＝0， $v_{\mathrm{po}}=0\⇒x_2=0(t>t_P)$

sin(ωt_p)＝0

$x_{\mathrm{po}}=A_b{\exp }^{-{\mathrm{\ξ\ω}}_n{t}_p}*\sin ({\mathrm{\ω}}_d{t}_p+{\mathrm{\φ}}_2)=0$

ω_dt_p+φ₂＝(2N-1)π

$v_{\mathrm{po}}=-{\mathrm{\ω}}_d{A}_b{\exp }^{-\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_n{t}_p}+\mathrm{B\ω}=0$

$\mathrm{B\ω}={\mathrm{\ω}}_d{A}_b{\exp }^{-\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_n{t}_p}$

维持突然停止致动器514的振动输出时的驱动频率与生成致动器514的振动输出时的驱动频率相同。

当驱动频率与谐振频率之差小于20Hz时，控制器512控制控制脉冲的时延以使用从1/2周期或3/2周期的±1/2周期范围，使得随着驱动频率与谐振频率之差的增加，时延远离(move away)1/2周期或3/2周期。

为了通过控制器512设置控制脉冲的预定时延，控制器512在驱动频率处测量由致动器514的振动输出导致的阻抗(impedance)，并将最小阻抗设置为相应的谐振点，或者将输入到致动器514的驱动信号的波形匹配于由致动器514生成的反向电动势(counter electromotive force)的相位时的点设置为相应的谐振点，以获取无线终端100的谐振频率，从而控制脉冲的时延与所获取的谐振频率与驱动频率之差成比例地设置。

图7图示了根据本发明实施例的在用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制装置中相对于驱动频率与本征频率之差线性改变的控制脉冲的时延。具体地，图7图示了相对于驱动频率的制动信号的强度和控制脉冲的最优时延的仿真结果，其中300Hz的本征频率和0.05的阻尼系数。

参考图7，因为对于20Hz或更低的差，时延相对于驱动频率与谐振频率之差线性改变，所以可以通过调节控制脉冲的时延来迅速停止由致动器514的驱动生成的振动输出，而不改变驱动频率。

如可以从前述中理解的，根据本发明实施例的触觉反馈控制方法和装置在预定时延之后输入制动信号，以制动使用谐振的电动机的振动输出，从而迅速停止振动输出而没有残余振动，并使用振动反馈来允许迅速按键输入。

虽然参考本发明的一定实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，可以在其中进行形式和细节方面的各种各样的改变，而不脱离由所附权利要求及其等效物所限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制方法，所述触觉反馈控制方法包括：

从用户接收触摸输入；

感测在接收所述触摸输入的位置处生成的信号；

基于所感测的信号向致动器发送驱动信号；

由所述致动器基于所述驱动信号在接收所述触摸输入的所述触摸屏的位置处生成振动输出；

当生成所述振动输出时生成具有预定时延的控制脉冲；以及

通过将所述控制脉冲应用到所述振动输出来停止所述振动输出。

2.根据权利要求1所述的触觉反馈控制方法，其中所述振动输出是具有周期性脉冲波形的振动模式。

3.根据权利要求1所述的触觉反馈控制方法，其中停止所述振动输出包括停止所述振动输出，同时维持与生成所述振动输出时的驱动频率相匹配的驱动频率。

4.根据权利要求1所述的触觉反馈控制方法，其中使用如下生成所述控制脉冲：

在x₁(-t_d＜t＜0)处

x₁(t)＝A₁ exp{-ξω_n(t+t_d)}sin{ω_d(t+t_d)+φ₁}

在x_b(0＜t＜t_p)处

x_b(t)＝A_b exp{-ξω_nt}sin{ω_dt+φ₂}+Bsin(ωt)

在x₂(t＞t_p)处

x₂(t)＝exp{-ξω_n(t-t_p)}[x_p0cos{ω_d(t-t_p)}+(v_p0+ξω_nx_p0)/ω_d*sin{ω_d(t-t_p)}]

如果在t＝t_p处，x_p0＝0， $v_{p0}=0\⇒x_2=0(t>t_p)$

因为sin(ωt_p)＝0，

x_p0＝A_b exp{-ξω_nt_p}sin{ω_dt_p+φ₂}＝0

ω_dt_p+φ₂＝(2N-1)π

v_p0＝-ω_dA_bexp{-ξω_nt_p}+Bω＝0

Bω＝ω_dA_bexp{-ξω_nt_p}

A_b，φ₂是t_d的函数

其中t_d代表所述控制脉冲的预定时延，而t_p代表应用所述控制脉冲时的时间点。

5.根据权利要求1所述的触觉反馈控制方法，其中在驱动频率处测量由所述致动器的振动输出导致的阻抗，并将最小阻抗或者当输入到所述致动器的所述驱动信号的波形匹配于由所述致动器生成的反向电动势的相位时的时间点设置为相应的谐振点以获取谐振频率，从而所述预定时延与所获取的谐振频率和所述驱动频率之差成比例地设置。

6.根据权利要求5所述的触觉反馈控制方法，其中当所述驱动频率和所述谐振频率之差小于20Hz时，所述预定时延使用从1/2周期或3/2周期的±1/2周期的范围。

7.根据权利要求1所述的触觉反馈控制方法，还包括在生成所述控制脉冲之前，切断驱动电压以停止所述致动器的振动输出。

8.一种用于包括触摸屏的无线终端的触觉反馈控制装置，所述触觉反馈控制装置包括：

致动器，用于以特定振动频率生成振动输出；

频率生成器，用于生成具有频率范围内的频率的驱动信号；以及

控制器，用于接收所述驱动信号以驱动所述致动器，生成具有预定时延的控制脉冲，并将所述控制脉冲应用到所述振动输出以突然停止所述致动器的振动输出。

9.根据权利要求8所述的触觉反馈控制装置，其中所述控制器突然停止所述振动输出，同时维持与由所述致动器生成所述振动输出时的驱动频率相匹配的驱动频率。

10.根据权利要求8所述的触觉反馈控制装置，其中在驱动频率处测量由所述致动器的振动输出导致的阻抗，并将最小阻抗或者当输入到所述致动器的驱动信号的波形匹配于由所述致动器生成的反向电动势的相位时的时间点设置为相应的谐振点以获取谐振频率，从而所述预定时延与所获取的谐振频率和所述驱动频率之差成比例地设置。

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