CN105718042A - 用于触摸屏和触摸表面的磁悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于安装电子触摸屏的磁悬浮系统。该磁悬浮系统可设计成提供沿任意方向，即沿着x轴、y轴和/或z轴的或多或少的移动，这取决于应用。磁悬浮系统包括与第一主体耦合的第一可编程磁体和与第二主体耦合的第二可编程磁体。可编程磁体在标称构造下同时相互排斥和吸引，使得第二主体悬浮而距第一主体编程的间隔距离。作为对触觉致动器以编程弹力施加到第二主体上的力的反应，可编程磁体还允许第一主体和第二主体之间的移动，使得当没有力施加到第二主体上时，第一主体和第二主体返回到标称构造。

Description

用于触摸屏和触摸表面的磁悬浮系统

技术领域

本发明一般地涉及为用户提供触觉反馈的部件和/或系统，更特别地涉及为用户提供触觉反馈的触摸屏和触摸表面。

背景技术

新一代的消费设备越来越依赖于触摸屏输入，例如显示在屏幕上的虚拟按钮和滑块，作为物理输入的可选项。用户可以通过用一根或多根手指触摸和/或以其他方式操纵屏幕上的虚拟按钮、滑块、滚动条等来几乎排他地与这些设备进行交互。屏幕上的图形显示提供了响应于这些操纵的可视反馈。在一些更近期的触摸屏设备中，在用户的手指与触摸屏上的虚拟对象交互时，还可以为用户提供力反馈或触反馈，通称为触觉反馈。这通常是通过借助与屏幕耦合的触觉致动器移动或振动屏蔽来实现。

为允许触觉式触摸屏响应于触觉致动器而移动且因此对屏幕隔离触觉效果，触觉式触摸屏已经顺从地悬浮在它们所在的电子设备内。然而，重要的是，即使在启动触觉致动器时屏幕必须能够移动，悬浮的屏幕也必须使用户在触摸时感觉到好像它就是实质上刚性地安装的。其他已经通过不使用悬浮解决了该问题，但是不使用悬浮限制了可具有触觉效果的系统的质量。

使用用来将触摸屏和触摸表面安装在壳体内的顺从性索环的悬浮是已知的，如授予Olien等人的美国专利第8,629,954中所图示说明的，该专利全文通过引用方式合并于此。更特别地，图1复制自Olien等人的专利，该图示出了用于向触摸屏102提供触觉反馈的电子触摸屏系统100的各部件的分解视图，在机械悬浮系统中，触摸屏102使用了多个索环悬浮元件104。除了触摸屏102之外，触摸屏系统100包括载架106、电动机或触觉致动器108、防尘件110、LCD部件112和主壳体部件114。索环悬浮元件104构造为允许触摸屏102沿着某轴线优先移动，诸如沿着x轴，同时限制在其他方向上的移动，诸如沿着y轴或z轴。

除了顺从性索环部件之外，已经提出了用于如授予Rosenberg等人的美国专利第8,059,105号以及其全文通过引用方式合并于此的授予Olien等人的美国专利公布第2010/0245254A1号所阐述说明的触摸屏应用的其他悬浮装置。从Rosenberg等人的专利复制的图2图示出触摸屏系统200，其中一个或多个弹性元件204耦合在触摸板或触摸屏202与主壳体部件214之间。弹性元件204显示为螺旋形或盘绕式元件，但是可以为诸如橡胶、泡沫或挠曲件的顺从性材料。弹性元件204将触摸屏202与系统200的刚性壳体214耦合且允许触摸屏202沿着z轴移动。在图2的实施例中，一个或多个压电致动器208与触摸屏202的底侧耦合且用来将小脉冲、振动或纹理感输出到触摸屏202上以及在用户正在接触触摸屏的情况下输出给用户。

本领域对于用于触觉式触摸屏的改进的和/或可选的悬浮系统存在需求。

发明概述

本发明的实施例涉及一种触觉设备，其包括：第一主体；第二主体；触觉致动器，其用于使所述第二主体相对于所述第一主体移动且由此向第二主体的用户提供触觉效果；以及至少一个磁悬浮系统，其将第一主体和第二主体耦合在一起，使得第二主体能够相对于第一主体移动。磁悬浮系统包括与第一主体耦合的第一可编程磁体以及与第二主体耦合的第二可编程磁体。第一可编程磁体和第二可编程磁体构造为在标称构造中同时相互排斥和吸引，使得第二主体悬浮而距所述第一主体编程的间隔距离。第一可编程磁体和第二可编程磁体还构造为，作为对所述触觉致动器沿至少第一方向以编程的弹力施加到第二主体上的力的反应，允许第一主体与第二主体之间的移动，使得当没有力施加到第二主体时，第一主体和第二主体返回标称构造。

根据本发明的另一实施例，触觉设备具有磁悬浮系统，磁悬浮系统包括：壳体部件；触摸屏；触觉致动器，其用于使触摸屏相对于壳体部件移动且由此向触摸屏的用户提供触觉效果；以及至少一个磁悬浮系统，其将触摸屏和壳体部件耦合在一起，使得触摸屏能够相对于壳体部件移动。该磁悬浮系统包括与壳体部件耦合的第一可编程磁体以及与触摸屏耦合的第二可编程磁体。第一可编程磁体和第二可编程磁体构造为在标称构造中同时相互吸引和排斥，使得触摸屏悬浮而距壳体部件编程的间隔距离。第一可编程磁体和第二可编程磁体还构造为，作为对所述触觉致动器沿至少第一方向以编程的弹力施加到触摸屏上的力的反应，允许壳体部件与触摸屏之间的移动，使得当没有力施加到触摸屏上时，触摸屏和壳体部件返回标称构造。

根据本发明的另一实施例，触觉设备包括：壳体部件；触发器，其能够相对于所述壳体部件旋转；以及至少一个磁悬浮系统，其包括与壳体部件耦合的第一可编程磁体以及与触发器耦合的第二可编程磁体。第一可编程磁体和第二可编程磁体构造为在标称构造中同时相互排斥和吸引，使得触发器悬浮而距壳体部件编程的间隔距离。第一可编程磁体和第二可编程磁体还构造为，允许触发器相对于壳体部件沿至少第一方向以编程的弹力旋转，使得当没有力施加到触发器时，触发器返回标称构造。

附图说明

本发明的前述的以及其他特征和优点将从如附图所示的本发明实施例的以下说明中变得显而易见。附图并入本文中且构成说明书的一部分，进一步用来解释本发明的原理，以及使相关领域技术人员能够实现和使用本发明。附图不按比例绘制。

图1是示出用于提供触觉反馈的现有技术触觉设备的各部件的分解立体图，其中索环用于悬浮。

图2是用于提供触觉反馈的现有技术触觉设备的侧视图，其中弹簧用于悬浮。

图3是根据本发明实施例的触觉设备的侧视图，触觉设备包括用于将触摸屏沿着z轴悬浮在壳体部件上方的多个磁悬浮系统，其中磁悬浮系统显示处于其标称构造，没有对其施加力。

图4是图3的触觉设备的载架部件的立体图，仅为示例的目的，该载架部件从触觉设备移除。

图5是图3的触觉设备的壳体部件和附接到壳体部件的多个柱的立体图，仅为示例的目的，壳体部件从触觉设备移除。

图6A是常规磁体的立体图。

图6B是可编程磁体的立体图。

图7是图3的触觉设备的侧视图，其中触觉设备的致动器沿z轴对触摸屏施加向下的力。

图8是图3的触觉设备的侧视图，其中触觉设备的致动器沿着z轴向触摸屏施加向上的力。

图9是根据本发明另一实施例的触觉设备的侧视图，该触觉设备包括用于将触摸屏沿x轴悬浮在壳体部件旁边的磁悬浮系统，其中磁悬浮系统显示处于其标称构造，没有对其施加力。

图10A是控制器的立体图，该控制器包括根据本发明另一实施例的用于悬浮用户输入元件的磁悬浮系统。

图10B是图10A的控制器的另一立体图。

图11是用于悬浮图10A和图10B的控制器的触发器的磁悬浮系统的侧视图。

图12是与图10A和图10B的控制器的触发器一起使用的图11的磁悬浮系统的侧视图，其中向下的力施加到触发器上。

图13是与图10A和图10B的控制器的触发器一起使用的图11的磁悬浮系统的侧视图，其中磁悬浮系统显示处于其标称构造，没有对其施加力。

图14是根据本发明另一实施例的触觉设备的立体图，触觉设备是包括用于将可佩戴部件沿z轴悬浮在固定基体部件上方的磁悬浮系统的可佩戴部件。

发明详述

现在将参考附图来描述本发明的具体实施例，其中相同的附图标记指示相同或功能上相似的元件。下面的详细说明本质上仅为示例性的，不意在限制本发明或者本发明的应用和用途。虽然本发明实施例的描述是在用于电子触摸屏的悬浮系统的背景下，但本发明还可以用于其被视为可用的任何其他应用。此外，无意受在前面的技术领域、背景技术、发明概述或下面的详细说明中提供的任何明示或暗示的理论所约束。

本发明的实施例涉及一种用于安装触摸屏和触摸表面的磁悬浮系统。下面将在触摸屏背景内描述磁悬浮系统，其中图形显示器布置在触摸表面或触摸元件的后面。然而，将理解的是，本发明不限于用于这种触摸屏的悬浮，而是同样适用于任何触觉激励的触摸表面或触摸元件。例如，悬浮系统可能应用于悬浮计算机的触摸板，其中显示屏未与触摸板共定位。悬浮系统可应用于悬浮具有可以通过电容传感器、近场效应传感器、压电传感器或其他传感器技术所产生的至少一个触摸敏感区域或触摸敏感区域阵列的触摸元件。图形元件可以是位于触摸元件后面或者在与触摸元件分离的位置上且由主计算机更新的显示器，或者可以仅为具有指示相关触摸元件的触摸敏感区域的特征(例如，图形)的塑料表面。因此，当在下面的详细说明和权利要求中使用时，术语“触摸屏”应当解释为涵盖传统的触摸屏以及可以应用触觉效果的任何触摸表面或触摸元件以及相关联的图形元件。

本发明的实施例涉及一种具有磁悬浮系统的触觉设备。更特别地，图3示出了触觉设备300，其包括触摸表面或触摸屏302、壳体或基体部件314、用于为触摸屏302的用户提供触觉效果的触觉致动器308、以及将触摸屏302和壳体部件314耦合在一起而使得触摸屏能够相对于壳体部件移动的多个磁悬浮系统304。载架或安装部件306与触摸屏302的底侧表面耦合。为了该公开的目的，在触摸屏302附接到安装部件306上之后，安装部件306可以被视为触摸屏的一体元件或部件。载架或安装部件306由诸如钢或铝的金属片、或诸如聚碳酸酯或PC-ABS的塑料材料形成。主壳体314一般被视为隔室或外壳，但是可以是任何类型的基体部件。在一个实施例中，触觉设备300是具有例如七英寸触摸屏显示器的医疗设备。在另一实施例中，触觉设备300是具有控制触摸板或触摸屏的汽车控制台面板。触觉设备300可以是具有汽车接口(即，触摸屏、触摸板或触摸面板)的多种设备中的任一种，例如计算机、蜂窝电话、PDA、便携式游戏设备、媒体播放器、打印机、办公室电话等。触觉致动器308与安装部件306的底侧面耦合，且因此与触摸屏302耦合，且可以为多种已知的致动器类型中的任一种，包括但不限于压电致动器、音圈致动器、偏心质量致动器、E型芯类型的致动器、螺线管、移动磁体致动器、或所需的其他类型的致动器。本领域普通技术人员将理解的是，触觉致动器308的布置可以与图示的不同且不限于图3所示的位置。软件用来向触觉设备300的用户提供触觉反馈。在实施例中，触摸屏302能够基于运行的应用程序和/或操作系统来显示图形环境，例如图形用户接口(GUI)。图形环境可以包括例如背景、窗口、数据列表、光标、诸如按钮的图标以及GUI环境中公知的其他图形对象。用户通过触摸触摸屏302的各个区域来与触觉设备300交互以启动、移动、翻转、推进或以其他方式操纵屏幕上所显示的虚拟图形对象，从而向设备提供输入。这种触摸屏和GUI是公知的，如在上文通过引用方式合并的授予Rosenberg等人的美国专利第8,059,105中所例示的。虽然没有显示，触觉设备300还可以包括以任何适当的方式固定到主壳体部件314上的LCD部件(未示出)，安装防尘件(未示出)以防止触摸屏302与LCD部件之间的灰尘侵入。

在图3的实施例中，四个离散但相同的磁悬浮系统304在触觉设备的角部将触摸屏302和壳体部件314耦合，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以使用更多的磁悬浮系统，或者可以使用更少的磁悬浮系统。例如，在本发明的另一实施例中(未示出)，触摸设备可以包括在策略位置处在触摸屏302与壳体部件314之间延伸的多个离散的磁悬浮系统，策略位置诸如但不限于沿着触觉设备的中心线、沿着触觉设备的一个或多个边缘，和/或邻近触觉致动器。在本发明的又一实施例(未示出)中，仅一个磁悬浮系统可以在触摸屏的全部或部分下方连续地延伸。

触觉设备300的触摸屏302可以视为触觉式触摸屏，因为其设有触觉致动器308以及将信号提供给致动器以使其与用户触摸相协调地引起触摸屏302的期望运动相关联的控制硬件和软件。信号可以被提供以便例如与虚拟按钮压下或虚拟元件之间的碰撞相结合地引起摇晃，或者与虚拟元件遍布屏幕移动相结合地引起振动，或者如上文通过引用方式合并的授予Rosenberg等人的美国专利8,059,105中更详细描述的其他类型的屏幕移动。这种触觉反馈或触觉效果，也称为触反馈，触摸反馈以及振触反馈，允许触觉设备300的用户有更直观、参与和自然的体验，因此用户与触觉设备300之间的交互通过触觉效果提供的触反馈得以大幅提高。

在该实施例中，通过致动器308在触摸屏302上产生或输出的力是线性的且沿着z轴，z轴与触摸屏302的平面的表面垂直或成法向。为了允许用户感觉致动器308产生或输出的力，根据本发明实施例的磁悬浮系统304被安装而允许触摸屏302具有触觉反馈所要求的顺从性且通过致动器308输出的力而移动。然而，当用户在触摸屏操作期间向触摸屏302施加力时，允许触摸屏在其他方向上移动或行进会使用户感到脆弱和不稳。换言之，虽然期望在触觉反馈期间允许触摸屏移动，但是不期望允许触摸屏在用户对其进行操作或控制期间移动。为了提供期望的触觉效果，根据本发明实施例的磁悬浮系统构造为，当安装在触觉设备300中时，允许触摸屏302相对于壳体部件314在某方向上或者沿某平移轴线优先移动，诸如z方向或z轴，同时限制或抑制在其他方向上或沿着其他平移轴线的移动，诸如y方向或y轴以及x方向或x轴。参考图3所示的坐标系，磁悬浮系统304显示构造为允许触摸屏302在z轴方向上行进且限制或抑制在y轴和/或x轴方向上行进。在本发明的其他实施例中，如下面更详细描述的，磁悬浮系统304经编程或配置为允许触摸屏302在y轴和/或x轴方向上行进，和/或限制或抑制在z轴方向上行进，从而允许触摸屏在期望触觉效果的方向上移动，但是其他方向上非常有刚性。

每个磁悬浮系统304均包括与触摸屏302(经由安装部件306)附接的第一可编程磁体305A以及与壳体部件314附接的第二可编程磁体305B。第一可编程磁体305A和第二可编程磁体305B均为在单个基板上包括各种强度和极性的多个磁性元件的可编程磁体。更特别地，在图6A中显示出常规的磁体605A，而在图6B中显示出示例性的可编程磁体605B。常规的磁体605A是具有单一极性和强度的单个或单独的磁性元件，而可编程磁体605B包括各种强度和极性的多个磁性元件607。当一对可编程磁体彼此相对或面对而使得其上的磁性元件彼此相对或面对时，对应的相对磁性元件形成被设计成实现期望的行为的预编程相关模式。可编程行为是通过形成包括各种尺寸、位置、定向和饱和度的多个磁性元件的多极结构来实现。图6B的示例性的实施例图示说明了在单个或单独的表面或基板上具有六十六个磁性元件的可编程磁体，但是磁性元件的特定数量是示例性的，仅为了示例的用途，可以根据应用而变化。在图6B中，每个磁性元件607具有相同的强度和极性，但是任何磁性元件607的磁性强度和极性均可以变化而实现期望的行为。因此，在任何磁性元件607的磁性强度或极性被设计或选择成实现期望行为的意义上，可编程磁体是可编程的。然而，在可编程磁体形成有各种强度和极性的多个磁性元件607之后，磁体的可编程方面或本质是完整的，因此可编程磁体可被视为“一次”可编程磁体。可编程磁体可通过商业方式从Huntsville,AL的CorrelatedMagneticsResearchLLC获得。

返回图3，第一可编程磁体305A和第二可编程磁体305B经编程为以编程的力或强度同时相互吸引和排斥。通过将不同的磁性元件编程为在磁体的不同部分具有不同的强度和磁极方向，触摸屏302磁“悬浮”在壳体部件314上方，使得触摸以编程的弹力或阻尼浮在壳体部件上方。因此，磁悬浮系统304构造为或者编程而使得在标称构造中触摸屏302浮动或盘旋而距离壳体部件314受控或编程的间隔距离。磁悬浮系统304还构造为或编程为，作为对触觉致动器308以受控或编程的弹力施加到触摸屏上的力的反应，允许壳体部件314和触摸屏302之间的移动，使得当没有力施加到触摸屏302上时，壳体部件314和触摸屏302返回标称构造。在图3中示出了触觉设备300的标称构造，触摸屏302悬浮而距壳体部件314受控或编程的距离D_N。如本文所使用的，受控或编程的间隔距离是指触摸屏302相对于壳体部件314定位或布置，使得在壳体部件与触摸屏之间存在使其不相互接触或触摸的空间或间隙，并且该距离的测量尺寸是磁悬浮系统304的可编程特征或特性。另外，如本文所使用的，标称构造(nominalconfiguration)是当没有力施加到触摸屏302与壳体部件314中任一部件上时，触摸屏302与壳体部件314之间的相对位置或关系。换言之，标称构造可以被视为触摸屏302和壳体部件314的平衡或零力状态。

在图3的实施例中，磁悬浮系统304被构造或编程而允许触摸屏302在z轴方向上移动，而且限制或抑制在y轴和x轴方向上行进。更特别地，触摸屏302被容许或允许在相反方向上移动，即，沿着磁悬浮系统的z轴向上和向下。如本文所使用的“相反方向”包括远离彼此延伸或者面向彼此远离的一对方向，或者以彼此成180度的相对方式延伸或面向。然而，当用户在任意方向上沿着x轴或者在任意方向上沿着y轴对触摸屏302施加力时，磁悬浮系统304不允许触摸屏302在这些方向上移动，因此用户感觉到好像触摸屏302相对于触觉设备300的壳体部件314刚性地安装一样。当致动器308沿着z轴输出力时，磁悬浮系统304经编程或构造为允许触摸屏302沿着z轴向上及向下移动，从而为用户提供触觉效果。更特别地，当触觉致动器308沿着如图7上的方向箭头720所示的z轴在向下的方向上输出力时，磁悬浮系统304允许触摸屏302向下移动，使得触摸屏302与壳体部件314之间的距离减小或者缩减到缩短后距离D_S。缩短后距离D_S小于图3的标称构造中所示的受控或编程距离D_N。当触觉致动器308不再施加向下的力时，壳体部件314和触摸屏302会由于磁悬浮系统304的受控或编程弹力而返回标称构造。类似地，当触觉致动器308沿着如图8上的方向箭头820所示的z轴在向上的方向上输出力时，磁悬浮系统304允许触摸屏302向上移动，使得触摸屏302与壳体部件314之间的距离增加到较长的距离D_L。较长的距离D_L大于图3的标称构造中所示的受控或编程距离D_N。当触觉致动器308不再施加向上的力时，壳体部件314和触摸屏302会由于磁悬浮系统304的受控或编程的弹力而返回到标称构造。因此，磁悬浮系统304通过容许触摸屏沿着z轴移动而允许用户感觉到致动器308所产生的振动、摇晃和类似的触反馈，而且通过限制或防止触摸屏沿x轴和y轴移动而在用户操作期间向触摸屏302提供稳定性。

在本发明的另一实施例中，磁悬浮系统304构造为或经编程为使得除了沿x轴和沿y轴的移动之外，还限制触摸屏302沿z轴的向下移动，z轴即垂直于触觉设备300和触摸屏302。当用户在其操作期间下压触摸屏302时，磁悬浮系统304构造为限制或抑制触摸屏302相对于壳体部件314沿设备的平移轴线在第一方向上移动，在该示例中，该设备的平移轴线为z轴，使得用户感觉到好像触摸屏302刚性地安装在壳体部件314内一样。然而，作为对致动器308产生的力的反应，磁悬浮系统304构造为允许触摸屏302相对于壳体部件314沿z轴在第二或相反方向上移动。因此，磁悬浮系统经编程而在相反的致动方向上具有不同的硬度，从而限制在特定或第一方向上的移动或行进，同时仍允许在第二或相反方向上的移动。在本发明的实施例中，触摸屏302沿z轴的向下移动不受限制或者与沿x轴以及沿y轴的移动受限制一样多。触摸屏302沿z轴的向下移动所受抑制或限制仅足以不感觉到如触摸屏在被按下时正在移动，而在触觉效果的振动期间容许或允许这种向下的移动。例如，第一可编程磁体305A和第二可编程磁体305B可配置为，使得与将可编程磁体推到一起相比需要较少的力来将可编程磁体拉开。

在图3的实施例中，触觉设备300包括多个导轨或圆柱形柱316，它们可滑动地通过贯通安装部件306形成的孔或开口318接纳，从而在触摸屏302移动期间为触觉设备300提供稳定性。更特别地，另外参考图4和图5，图4示出了安装部件306的立体图，图5示出了壳体部件314和柱316的立体图，每个柱316都包括第一端317和固定或附接到壳体部件314的第二或相对端319。柱316被定尺寸为通过对应的开口318定位，使得安装部件306(以及与其附接的触摸屏302)可滑动地布置在柱316上。本文所使用的“可滑动地布置”是指，安装部件306(以及与其附接的触摸屏302)布置在柱316上且配置为相对于柱316滑动或移动。当致动器308输出力时，安装部件306(以及与其附接的触摸屏302)沿着z轴移动，安装部件(以及与其附接的触摸屏302)沿着柱316上下滑动，使得柱充当触摸屏沿z轴移动的轨道或引导件。另外，在本发明的实施例中，开口318定尺寸为仅比柱316略大，从而进一步限制或抑制触摸屏302沿着x轴和/或沿着y轴的左右移动。因此，虽然柱316不是触觉设备的必需部件，但是柱316构造为辅助磁悬浮系统304限制触摸屏302沿着x轴和/或沿着y轴的左右移动。

虽然磁悬浮系统304构造为允许沿着z轴优先移动，但是根据其另一实施例的磁悬浮系统被构造为允许在其他致动方向上优先移动，诸如沿着x轴或y轴。更特别地，图9是根据其另一实施例的触觉设备900的侧视图，该触觉设备包括用于将触摸屏902沿x轴悬置在壳体或基体部件914旁边或内部的磁悬浮系统904。磁悬浮系统904将触摸屏902与壳体部件914耦合在一起，使得触摸屏能够相对于壳体部件沿x轴移动。磁悬浮系统904显示处于没有力施加到其上的标称构造。载架或安装部件906与触摸屏902的底侧面耦合。类似于图3的实施例，每个磁悬浮系统904均包括与触摸屏902附接的第一可编程磁体905A以及与壳体部件914附接的第二可编程磁体905B。第一可编程磁体905A和第二可编程磁体905B均为在单一基板上包括各种强度和极性的多个磁性元件的可编程磁体。

然而，在该实施例中，由触觉致动器908产生或输出到触摸屏902上的力是线性的且沿着x轴，平行于触摸屏902的平坦表面。第一可编程磁体905A和第二可编程磁体905B被编程为同时以编程的力相互吸引和排斥，使得触摸屏902磁“悬浮”在壳体部件914的旁边或内部，从而触摸屏以编程的弹力或阻尼浮在壳体部件旁边或内部。因此，根据其实施例的磁悬浮系统构造为或编程为，使得触摸屏902在图9所示的标称构造中浮动或盘旋而距壳体部件914受控或编程的间隔距离，同时还构造为，作为对触觉致动器908以受控或编程的弹力施加到触摸屏上的力的反应，允许壳体部件914与触摸屏902之间的移动，使得当没有力施加到触摸屏902上时，壳体部件914和触摸屏902返回标称构造。在图9的实施例中，磁悬浮系统904构造为或编程为允许触摸屏902在x轴的方向上移动。虽然本文没有显示出，磁悬浮系统同样可以构造为允许沿着y轴有优先移动。

在图9的实施例中，弹簧元件922用作触觉设备900中的机械悬浮系统，以将触摸屏902与壳体部件914耦合且允许触摸屏902沿z轴移动。弹簧元件922显示为螺旋形或盘绕型元件，但是可以为诸如橡胶、泡沫或挠曲件的顺从性材料。在另一实施例(未示出)中，诸如磁悬浮系统304的另一磁悬浮系统可用作将触摸屏902与壳体部件914耦合且允许触摸屏902沿z轴移动的悬浮系统。在又一实施例(未示出)中，构造或编程为允许触摸屏902沿x轴方向移动的磁悬浮系统904还可以编程或构造为，沿z轴方向将触摸屏902悬浮或浮动在壳体部件914上方且允许触摸屏902沿z轴方向移动。

除了触摸屏表面之外，诸如上述那些磁悬浮系统的磁悬浮系统可以用于其他触觉应用中，从而以编程的弹力或阻尼力将移动部件相对于固定壳体部件磁悬浮。例如，诸如上述那些磁悬浮系统的磁悬浮系统可用来将用于诸如图10A-10B中所示的游戏系统的手持式游戏控制器1024的用户输入设备磁悬浮。然而，本领域技术人员将理解，控制器仅为触觉外围设备的示例性实施例，可以使用具有其他构造、形状和尺寸的触觉外围设备，诸如但不限于电话、个人数字助理(PDA)、平板设备、计算机、游戏外围设备以及用于本领域技术人员公知的虚拟现实系统的其他控制器。

图10A和10B是控制器1024的不同的立体图。控制器1024的壳体1034定形为容易地适应两只手抓握所述设备，可以是左手用户或右手用户。本领域技术人员将理解，控制器1024仅为与当前用于视频游戏控制台系统的许多“游戏板”具有类似形状和尺寸的控制器的示例性实施例，而且可以使用具有其他构造的用户输入元件、形状和尺寸的控制器，包括但不限于诸如Wii^TM遥控器或Wii^TMU控制器、SixAxis^TM控制器或Wand控制器、Xbox^TM控制器或类似控制器，以及定形为现实生活物体(诸如网球拍、高尔夫球杆、棒球拍以及类似物)和其他形状的控制器。控制器1024包括多个用户输入元件或操纵物，包括操纵杆1030、按钮1032以及触发器1036。如本文所使用的，用户输入元件是指由用户操纵来与主计算机(未示出)交互的诸如触发器、按钮、操纵杆或类似物的接口设备。在壳体1034内，控制器1024可以包括用于驱动用户输入元件的一个或多个触觉致动器(未示出)以及在用户的手通常所在的位置处与壳体1034耦合的一个或多个普通的或发隆隆声的致动器(rumbleactuator)1026、1028。这种触觉致动器为用户提供与视频游戏的操作有关的触觉反馈。

现在转到图11，将对在控制器1024内使用的磁悬浮系统1004进行说明。每个磁悬浮系统1004均包括第一可编程磁体1005A(当组装时其附接到触发器1036，如下文结合图12-13更详细说明的)以及作为容纳在控制器1024内的非移动零件的第二可编程磁体1005B。第一可编程磁体1005A和第二可编程磁体1005B均为在单个基板上包括各强度和极性的多个磁性元件的可编程磁体。第一可编程磁体1005A具有三角形构造，其包括底面或底表面1042，以及两个相对的角面或角表面1038、1040。在触发器1036被操作时，第一可编程磁体1005A旋转或绕枢转点1044枢转，枢转点形成在其相对的角表面1038、1040之间，如图11上显示的方向箭头1048所指示。

当磁悬浮系统1004用在控制器1024内时，第一可编程磁体1005A附接到触发器1036，如图12-13所示，第二可编程磁体1005B容纳在或定位在控制器1024内。图12-13是控制器1024的部分的示意图，去除壳体1034(壳体1034的一部分以虚线显示出)以图示说明触发器1024与磁悬浮系统1004之间的结构关系。图13图示出当没有力施加到触发器1024上时磁悬浮系统1004与触发器1024的标称构造。触发器1036突出到壳体1034之外或者远离壳体1034延伸，第一可编程磁体1005A的底表面1042朝向或对着第二可编程磁体1005B。第一可编程磁体1005A的底表面1042和第二可编程磁体1005B被编程为同时以编程的力相互吸引和排斥，使得触发器1024在标称构造中以编程的弹力或阻尼力磁“悬浮”，触发器1024突出到壳体1034之外或者远离壳体1034延伸。因此，根据其实施例的磁悬浮系统1004构造为或编程为，使得第一可编程磁体1005A悬浮或定位成距第二可编程磁体1005B一受控或编程的间隔距离

当向下的力如图12上的方向箭头1050所指示施加到触发器1036上时，触发器1036和附接到该触发器1036的第一可编程磁体1005A旋转或绕着枢转点1044枢转，直到第一可编程磁体1005A的角表面1040朝向或邻近第二可编程磁体1005B，如图12所示。施加到触发器1036上的向下的力可以是用户施加的(例如，相对于壳体1034手动旋转触发器1036，并且在视频游戏操作期间，用户将触发器压入控制器壳体中以输入用户的动作)或者可以通过容纳在控制器1024内用于在视频游戏操作期间为用户提供触觉效果的触觉致动器(未示出)来施加。第一可编程磁体1005A的角表面1040和/或角表面1038编程为吸引第二可编程磁体1005B。当方向箭头1050所表示的向下的力从触发器1036移除时，第一可编程磁体1005A的角表面1040和/或角表面1038和第二可编程磁体1005B之间的吸引力使得第一可编程磁体1005A(以及与其附接的触发器1036)朝向第二可编程磁体1005B移动，从而使第一可编程磁体1005A(以及与其附接的触发器1036)返回图13所示的其标称构造。第一可编程磁体1005A的角表面1040和/或角表面1038和第二可编程磁体1005B之间的吸引力因此基本上是受控的或编程的弹力，使得当没有力施加到其上时，触发器1036返回标称构造。

在其另一实施例中，诸如上述那些磁悬浮系统的磁悬浮系统用于可佩戴触觉应用中，以便以编程的弹力或阻尼将可佩戴触觉致动器相对于固定的基体部件磁悬浮。更特别地，图14是根据其实施例的包括触觉设备1452的触觉系统1400的立体图，触觉设备是使用至少一个磁悬浮系统用来沿z轴将可佩戴部件悬浮在固定的基体部件1414上方的可佩戴部件。可佩戴触觉设备1452包括至少第一可编程磁体1405A以及用于产生触觉效果的、与其附接的触觉致动器1408。在图14的实施例中，固定的基体部件1414包括多个第二可编程磁1405B₁,1405B₂，它们各自分别形成或产生具有编程或被编程特性的单独的或离散的磁悬浮系统1404₁,1404₂。可编程磁体1405A,1405B₁,1405B₂均为在单个基板上包括各种强度和极性的多个磁性元件的可编程磁体。

更特别地，每个磁悬浮系统均包括第一可编程磁体和第二可编程磁体，它们被编程为同时以编程的力吸引和排斥，使得可佩戴触觉设备1452磁“悬浮”在固定的基体部件1414上方，从而可佩戴触觉设备以编程的弹力或阻尼浮在固定的基体部件上方。因此，根据其实施例的磁悬浮系统构造为或形成为，使得在图14所示的标称构造中可佩戴触觉设备1452浮或者盘旋而距固定的基体部件1414一受控或编程的间隔距离；同时还构造为，作为对触觉致动器1008以受控或编程的弹力施加到可佩戴触觉设备上的力的反应，允许固定的基体部件1414与可佩戴触觉设备1452之间的移动，使得当没有力施加到可佩戴触觉设备上时，固定的基体部件1414和可佩戴触觉设备1452返回标称构造。

随着可佩戴触觉设备1452在固定的基体部件1414上方移动或平移，磁悬浮系统形成在第一可编程磁体1405A(附接到可佩戴触觉设备)和任何一个与第一可编程磁体1405A相对或面对的第二可编程磁体之间。每个磁悬浮系统1404₁、1404₂构造为具有预编程模式的悬浮和弹力特性。例如，在实施例中，当第一可编程磁体1405A定位成与第二可编程磁体1405B₁相对或面对时，磁悬浮系统1404₁被编程以使可佩戴触觉设备1452悬浮而距固定的基体部件1414一第一受控或编程的间隔距离，并且被编程为，作为对触觉致动器1008以第一受控或编程的弹力施加到可佩戴部件上的力的反应，而允许可佩戴触觉设备1452与固定的基体部件1414之间的移动。当第一可编程磁体1405A定位成与第二可编程磁体1405B₂相对或面对时，磁悬浮系统1404₂被编程为，使可佩戴触觉设备1452悬浮而距固定的基体部件1414一第二受控或编程的间隔距离，并且编程为，作为对触觉致动器1008以第二受控或编程的弹力施加到可佩戴部件上的力的反应，而允许可佩戴触觉设备1452与固定的基体部件1414之间的移动。第一和第二受控或编程的间隔距离可以为不同的值或者可以相同，这取决于应用，并且第一和第二受控或编程的弹力可以为不同的值或者可以相同，这取决于应用。虽然本文仅描述了两个单独的或离散的磁悬浮系统1404₁,1404₂，但是本领域普通技术人员应当理解，触觉系统1400可以使用任意数量的磁悬浮系统，并且磁悬浮系统可构造为或编程为具有如上述的相同的特性或者不同的特性。

虽然上文已经描述了各个实施例，应当理解，这些实施例仅为本发明的示例和实例说明的目的而提供，而不是以限制的方式来提供。相关领域技术人员显而易见的是，可以对其进行各种形式和细节上的改变，而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明的外延和范围不应受上述任一示例性实施例限制，而是应当仅根据随附的权利要求书及其等同布置来限定。还将理解的是，本文所描述的每个实施例的每个特征以及本文引述的每篇参考文献能够与任何其他实施例的特征相结合使用。本文论述的所有专利和公开物的全文均通过引用方式合并于此。

Claims (21)

1.一种触觉设备，包括：

第一主体和第二主体；

触觉致动器，其用于使所述第二主体相对于所述第一主体移动且因此为所述第二主体的用户提供触觉效果；以及

至少一个磁悬浮系统，其将所述第一主体和第二主体耦合在一起，使得所述第二主体相对于所述第一主体可移动，所述磁悬浮系统包括与所述第一主体耦合的第一可编程磁体和与所述第二主体耦合的第二可编程磁体，

其中所述第一可编程磁体和第二可编程磁体配置为在标称构造中同时相互排斥和吸引，使得所述第二主体悬浮距所述第一主体可编程的间隔距离，并且

其中所述第一可编程磁体和第二可编程磁体还配置为，作为对通过所述触觉致动器沿至少第一方向以编程的弹力而施加到所述第二主体上的力的反应，允许所述第一主体和所述第二主体之间的移动，使得当没有力施加到所述第二主体上时，所述第一主体和第二主体返回所述标称构造。

2.如权利要求1所述的触觉设备，其中所述第二主体包括附接到所述触觉致动器的触摸屏或触摸表面部件。

3.如权利要求1所述的触觉设备，其中所述第二主体包括附接到所述触觉致动器的可佩戴部件。

4.如权利要求1所述的触觉设备，其中所述第二主体包括外围设备的用户输入设备。

5.如权利要求4所述的触觉设备，其中所述用户输入设备是触发器。

6.如权利要求1所述的触觉设备，其中所述至少一个磁悬浮系统配置为限制所述第一主体和第二主体沿第二方向的移动，所述第一方向和所述第二方向彼此相反且沿着所述磁悬浮系统的轴线延伸。

7.如权利要求6所述的触觉设备，其中所述轴线是z轴。

8.如权利要求1所述的触觉设备，其中所述至少一个磁悬浮系统配置为允许所述第一主体和第二主体之间沿第二方向的移动，所述第一方向和所述第二方向彼此相反且沿着所述磁悬浮系统的轴线延伸。

9.如权利要求8所述的触觉设备，其中所述轴线是z轴。

10.如权利要求1所述的触觉设备，进一步包括：

在所述第一主体和第二主体之间延伸的至少一个柱，所述第二主体包括开口，所述开口的尺寸被选定成接收所述柱以使所述第二主体滑动地布置在所述柱上。

11.如权利要求10所述的触觉设备，其中所述开口的尺寸被选定成仅比所述柱略大，从而限制所述第一主体和第二主体之间沿至少第二方向的移动，所述第一方向和所述第二方向分别沿着所述磁悬浮系统的第一轴线和第二轴线延伸。

12.一种具有磁悬浮系统的触觉设备，包括：

壳体部件；

触摸屏；

触觉致动器，其使所述触摸屏相对于所述壳体部件移动且因此为所述触摸屏的用户提供触觉效果；以及

至少一个磁悬浮系统，其将所述触摸屏和壳体部件耦合在一起，使得所述触摸屏相对于所述壳体部件可移动，所述磁悬浮系统包括与所述壳体部件耦合的第一可编程磁体以及与所述触摸屏耦合的第二可编程磁体，

其中所述第一可编程磁体和第二可编程磁体配置为在标称构造中同时相互排斥和吸引，使得所述触摸屏悬浮距所述壳体部件可编程的间隔距离，并且

其中所述第一可编程磁体和第二可编程磁体还配置为，作为对通过所述触觉致动器沿至少第一方向以编程的弹力施加到所述触摸屏上的力的反应，允许所述壳体部件和所述触摸屏之间的移动，使得当没有力施加到所述触摸屏上时，所述触摸屏和壳体部件返回所述标称构造。

13.如权利要求12所述的触觉设备，其中所述至少一个磁悬浮系统配置为限制所述壳体部件与触摸屏之间沿第二方向的移动，所述第一方向和所述第二方向彼此相反且沿着所述磁悬浮系统的z轴延伸。

14.如权利要求12所述的触觉设备，其中所述至少一个磁悬浮系统配置为允许所述壳体部件与触摸屏之间沿第二方向的移动，所述第一方向和所述第二方向彼此相反且沿着所述磁悬浮系统的z轴延伸。

15.如权利要求12所述的触觉设备，进一步包括：

在所述壳体部件与触摸屏之间延伸的至少一个柱，所述触摸屏包括开口，所述开口的尺寸被选定为接收所述柱，以使所述触摸屏滑动地布置在所述柱上。

16.如权利要求15所述的触觉设备，其中所述开口的尺寸被选定成仅略大于所述柱，从而限制所述壳体部件与触摸屏之间沿至少第二方向的移动，所述第一方向和所述第二方向分别沿着所述磁悬浮系统的第一轴线和第二轴线延伸。

17.一种触觉设备，包括：

壳体部件；

触发器，所述触发器相对于所述壳体部件可旋转；

至少一个磁悬浮系统，所述磁悬浮系统包括与所述壳体部件耦合的第一可编程磁体和与所述触发器耦合的第二可编程磁体，

其中所述第一可编程磁体和第二可编程磁体配置为在标称构造中同时相互排斥和吸引，使得所述触发器悬浮距所述壳体部件编程的间隔距离，并且

其中所述第一可编程磁体和第二可编程磁体还配置为借助编程弹力允许所述触发器相对于所述壳体部件沿至少第一方向旋转，使得当没有力施加到所述触发器时，所述触发器返回所述标称构造。

18.如权利要求16所述的触觉设备，进一步包括：

触觉致动器，用于使所述触发器相对于所述壳体部件旋转且因此向所述触发器的用户提供触觉效果。

19.如权利要求16所述的触觉设备，其中所述第二可编程磁体具有三角形构造，所述三角形构造包括底面和两个相对的角面，枢转点形成在所述两个相对的角面之间。

20.如权利要求19所述的触觉设备，其中所述第二可编程磁体的至少一个表面被编程为同时排斥和吸引所述第一可编程磁体，使得所述触发器悬浮距所述壳体部件编程的间隔距离。

21.如权利要求20所述的触觉设备，其中所述第二可编程磁体的至少一个表面被编程为吸引所述第一可编程磁体。