CN106471439A - 用于增强的触觉效果的复杂质量轨迹 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触觉致动器，包括用于限定第一“J”轨迹的机械连接，用于限定第二“J”轨迹的机械连接，以及马达。所述马达耦合至所述机械连接，从而同时对第一质量块和第二质量块分别在所述第一“J”轨迹上和所述第二“J”轨迹上进行加速。在第一时间间隔内，所述加速中的第一质量块的反作用力大致抵消所述加速中的第二质量块的反作用力；在第二时间间隔内，所述加速中的第一质量块的反作用力不能大致抵消所述加速中的第二质量块的反作用力。这种非平衡状态导致轻击信号的产生。

Description

用于增强的触觉效果的复杂质量轨迹

相关技术的交叉引用

本申请要求享有2014年2月11日提交的美国临时专利申请US61/938613以及2014年9月17日提交的美国临时专利申请US62/051358的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及信号发送装置及方法，具体涉及触觉信号发送装置及方法。

背景技术

随着消费电子设备变得越来越薄越小，设备与用户之间的有效交互已变得越来越有挑战。很多类似设备(包括如手机、智能手表等)都是依赖触觉反馈向用户提供非视觉提示和警告。触觉组件利用移动质量块将动量传递给用户；而最常见的是以振动的形式传递。现有的触觉技术虽然有很多，但是用于薄型设备(厚度小于5mm)的触觉技术仅分为两种，即：线性共振致动器(linear resonant actuator,LAR)和偏心旋转致动器(eccentricrotating mass,ERM)。

偏心旋转致动器采用的是一个小型的电动马达，该马达在启动后绕轴进行偏心旋转。旋转轴不经过输出质量的质量中心，因此，在启动后，偏心旋转致动器能通过马达架传递振动。偏心旋转致动器的特点是相对于设备尺寸而言具有很高的振动输出量，但响应速度很慢，并且只能产生一种振动效果。例如，iPhone5就采用了偏心旋转致动器。

线性共振致动器采用的是一个线性的磁致动器，该致动器驱动一个耦合至弹簧的质量块进行往复运动，而非旋转运动。典型的线性共振致动器的运动轴都与设备的最薄维度相平行。与偏心旋转致动器相比，这些线性共振致动器的响应速度较快，但也只能产生一种振动效果。

线性共振致动器的另外一种形式是将运动轴垂直于设备的最薄维度设置。这种扩大的移动范围使这种线性共振致动器能够进行非共振运行，从而产生比振动短得多的输出脉冲(即“轻击”)。然而，不论是在哪种情况下，输出动量都与设备的最薄维度相垂直。经仔细考虑，本发明的发明人最终意识到这种方向对于大部分消费电子产品来说都是不理想的。

线性共振致动器和偏心旋转致动器不宜用来在适合作为消费电子产品(如厚度小于5mm)的设备中产生近似于“轻击”的、与设备的最薄维度相平行的输出。并且，目前没有技术能够在这样的设备中沿多个轴产生触觉效果。

发明内容

本发明所涉及的是在一个触觉组件中使用复杂质量轨迹。在本发明中，一个简单轨迹是指一次连续的旋转或一次线性往复运动，一个复杂质量轨迹是指该轨迹不是一个简单轨迹。

复杂质量轨迹相较于现有技术能够用来产生更好的触觉效果。最重要的一种复杂质量轨迹是“J”轨迹。“J”轨迹的大部分轨迹都几乎是直线型的，且垂直于设备的最薄维度的方向，但是“J”轨迹在其轨迹的某一段附近又会突然弯曲，从而变得平行于产品的最薄维度。

将两个上述“J”轨迹背靠背相接，就形成一个双“J”轨迹，这种设计能够实现多功能触觉组件。仅利用循环一个的末端部分，就能够产生与设备的最薄维度相平行的垂直振动。而利用整个循环，就能够产生一个“轻击”。仅利用被平直部分，非对称驱动，就能够产生与设备的最薄维度相垂直的侧向振动。

集成在触觉组件中的加速计，可以为主动控制提供力反馈。或者，可以利用设置在设备(如移动手持终端)的其他部位的加速计来感测主动控制。

应当理解的是，在不同的实施例中，触觉组件可扩大为包括更多的“J”轨迹，进一步增强能产生的各组信号。也就是说，“‘J’轨迹”这个术语以及本发明附图中所示的各种形状，仅仅是对各种轨迹和加速度的示例性说明，所述各种轨迹和加速度都应落入本发明的保护范围，并以权力要求为准。此外，尽管本发明中所列举的几种轨迹都呈现出镜面对称，但应当理解的是，这仅仅是对各种轨迹和设置的示例性说明。所以，由相反的惯性质量块所遵循的各种轨迹都将根据特定实施例的信号发送要求和其它要求来设置，并且根据本发明的特定实施例的要求呈现出局部对称和/或部分对称和/或动态对称和/或非对称。具体而言，除其它可能性外，在某些实施例中，会在设备使用和/或信号发送操作过程中对轨迹的特征进行修改。

同样，除非另有说明，不应当认为本发明的某个实施例中所采用的惯性质量块具有相同的质量或其它相同的特征。在本发明的特定的实施例中，会用特定的加速度分布来动态地改变各个惯性质量块的有效特征和各个质量块的特征之间的关系。另外，在本发明的某些方面，相对于若干个小的质量块，可以使用一个大的质量块。

另外，所使用的惯性质量块的特征可以根据特定实施例的要求进行选择。例如，惯性质量块具有或多或少的弹性特征对于本发明的任何一种应用都是有益的。确实，在某些应用中，会使用比较没有弹性的弹性质量块。在某些实施例中，这种质量块包含设置在一个壳体中的若干小质量块，从而能够产生相对无弹性的响应。在其它实施例中，根据材料的弹性和其它特征来选择惯性质量块的材料。因此，在本发明的特定实施例中，会选择诸如铁、高分子材料、或其它有机材料等作为惯性质量块的材料。

还应当注意的是，为了能够清楚的表达，本发明的实施例大多用一个或多个机械连接来限定“J”轨迹，其它能够限定“J”轨迹的方式都被认为落入本发明的保护范围。所以，在本发明的某些实施例中，会采用诸如导轨和导辊、和/或柔性装置和/或铰链装置、和其结合来限定一个或多个惯性质量块的一个或多个轨迹。

应当注意的是，在本发明中，术语“触觉警告装置”和“触觉致动器”是互换使用的和意图互换使用的。

以下描述是为了让本领域技术人员能够制造和使用本发明所揭露的技术，其中阐述了本发明的发明人目前能够想到的实施本发明的最佳方式。为了解释清楚起见，以下描述包含了很多具体细节，以期使本领域技术人员能够彻底了解本发明。然而，很显然，对于本领域技术人员来说本发明的实施可能不需要这些具体细节。另一方面，框图中之所以显示已为人熟知的结构和装置也是为了更加清楚地阐明本发明。本发明的这些和其它优点和特征将会在随后的结合附图所提供的具体实施例中变得更加容易理解。

应当注意的是，不同的附图用来阐明本发明技术方案的不同方面，没有任何单个附图是用来阐明整个技术方案的，所有的附图一起用来阐明本发明的所有方面和原理。因此，不应当认为某个附图专门涉及的是本发明技术方案的一个孤立的方面或形式。相反地，本领域技术人员应当理解，所有的附图一起反映了用来举例说明本发明的所有实施例。

相应地，在本说明书中，“一个实施例”这样的表达意味着与该实施例相关的特定技术特征、结构、或特性至少包含在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书中所提及的“一个实施例”并不一定指同一个实施例。此外，所述特定技术特征、结构、或特性可以以任何方式在一个或多个实施例中进行结合。

附图说明

图1以框图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分；

图2以框图形式显示了根据本发明的原理构造的另一个触觉致动器的一部分；

图3A以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的一个瞬间状态；

图3B以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的另一个瞬间状态；

图3C以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的又一个瞬间状态；

图4A以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个示例性的触觉致动器的一部分的一个瞬间状态；

图4B以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个示例性的触觉致动器的一部分的另一个瞬间状态；

图5A以图形形式显示了一个线性共振致动器的一部分的时间与位置的函数关系；

图5A以图形形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的两部分的时间与位置的函数关系；

图6示例性地显示了根据本发明的原则制备的一个触觉共振致动器的瞬间状态；

图7A以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的一个瞬间状态；

图7B以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的另一个瞬间状态；

图7C以机械图的形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的又一个瞬间状态；

图8以透视图的形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的结构；

图9是根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的剖视图；

图10A是根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的示意图；

图10B是根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的示意图；

图11是根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的制造流程图；

图12A是根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的一部分的制造工艺的透视示意图；

图12B是基于制造根据本发明的原理制备的一个触觉致动器的生产工艺而制造的一个示例性装置的透视示意图；

图13是根据本发明的原理制备的一个线性共振致动器的示意图；和

图14是根据本发明的原理制备的一个线性共振致动器的瞬间状态的示意图。

具体实施方式

以下描述是为了让本领域技术人员能够制造和使用本发明所揭露的技术，其中阐述了本发明的发明人目前能够想到的实施本发明的最佳方式。为了解释清楚起见，以下描述包含了很多具体细节，以使本领域技术人员能够彻底了解本发明。然而，很显然，对于本领域技术人员来说本发明的实施可能不需要这些具体细节。另一方面，框图中之所以显示已为人熟知的结构和装置也是为了更加清楚地阐明本发明。

图1以框图形式显示了根据本发明的原理制备的触觉致动器100的一部分。所述触觉致动器100包括电源102，其能有效地通过控制装置104耦合至马达部分106。所述马达部分106机械耦合108至传送部110。所述传送部110进一步机械耦合112至惯性质量部114。

所述传送部110构造成从所述马达部分106接收机械能，并对所述惯性质量部114相对于所述马达部分106的位置沿期望的空间路线加速。在本发明的实施例中，所述惯性质量部114包括一个或多个单个元件。这些单个元件根据特定的设计和应用沿各自的路线相对于所述马达部分的位置加速。同样，在各个的实施例中，所述传动部110可包括几个或多或少分离的部分。同样，有些实施例可包括一个或多个马达部分。事实上，在某些实施例中，所述触觉致动器100只是几个多少有些相似的触觉致动器子系统中的一个，这些子系统共同组成一个触觉致动器系统。

图2以框图形式显示了根据本发明的原理制备的一个触觉致动器200的一部分。所述触觉致动器200包括电源202，其能有效地通过控制装置204耦合至马达部分206。所述马达部分206机械耦合208至第一传送部210，同时也机械耦合212至第二传送部214。所述第一传送部210进一步机械耦合216至第一惯性质量部218。同样，所述第二传送部214进一步机械耦合220至第二惯性质量部222。

本领域技术人员应当清楚，所述系统可被设置为使得所述第一传送部210和第二传送部214基本上同时从所述马达部分接收机械能。此外，根据特定应用的要求，所述第一传送部210和第二传送部214可被设置为使得所述第一惯性质量部218和所述第二惯性质量部222在其至少部分运动中对称地偏离彼此，从而使所述触觉致动器系统200的质量中心由于所述运动而不经历或只经历少量的加速。

在本发明的一些实施例中，如上，所述第一惯性质量部218和所述第二惯性质量部222在相反的方向上受到对称地驱动，而后沿共同的方向加速，从而使所述触觉致动器系统200的质量中心产生突然的变化。这种方向变化的结果是产生强烈的机械输出信号。，这种输出信号在一种实施例中通过所述马达部分206输送，在另一种实施例中通过所述传送部210和214或其中之一直接输送给系统的壳体(未示出)。

图3A,3B,和3C分别以机械图形式显示了一个示例性的触觉致动器系统的子系统的三个瞬间状态300，302和304。值得注意的是，图3A,3B,和3C的子系统被实施成若干个机械连接，所述机械连接包括大体呈刚性的结构元件和枢接点。

第一连接306为所示子系统提供机械基础。为方便讨论，可以认为第一连接306在所示整个瞬间状态中都是大体静止的。在一个实例中，连接306可机械耦合至消费设备的壳体(未示出)，从而使手持或接触所述壳体的用户能够轻易检测到传送至第一连接306的机械脉冲。

连接306支撑第一和第二枢接点308和310。在实际中，这些枢接点可实施为旋转铰链或柔性铰链，或其它形式。在某些实施例中，正如下文所要进一步讨论的，这些铰链和所述大体为刚性的连接元件最好能通过使用μMECS^TM制造技术来实施。

枢接点308支撑另一个连接312，从而实现所示枢转运动314。枢接点310支撑连接316以实现所示枢转运动318。在连接312和连接316的远端或远端附近分别进一步设置枢轴点320和322。枢接点320支撑连接324，枢接点322支撑连接326，从而分别实现枢转运动328和330。

如图所示，连接316和连接324相耦合于中间枢接点332。连接324在其一个远端上支撑另一个枢接点334。连接326在其一个远端上支撑又一个枢接点336。另一个连接338在其两端或近两端处耦合于枢接点334和336之间。

如上所述，图3A,3B,和3C分别说明了所述触觉致动器子系统运行过程中的三个瞬间状态。在一个实施例中，子系统的运行能够产生从状态300到状态302再到状态304的过渡。与该过渡一致，枢接点334受到驱动沿“J”轨迹340运动。相应地，当所述子系统处于状态300时，枢接点334大约处于“J”轨迹340的近端342。当所述子系统处于状态302时，枢接点334处于“J”轨迹340的中间位置344。当所述子系统处于状态304时，枢接点334大约处于“J”轨迹340的远端349。

本领域技术人员应当理解的是，所述状态300，302和304均为示例性的，在任意的一个中间时间点上，枢接点334会处于所述“J”轨迹的一个相应的位置。另外，本领域技术人员应当理解，所述枢接点334沿所述“J”轨迹的运动并不一定要始于某一个特定的状态，而是根据实际应用的要求选择以任何一种方式沿所述“J”轨迹来回移动。此外，在不同的实施例中，所述沿“J”轨迹的运动都是周期性的，根据实际应用的要求而连续地进行或以有限地周期数(包括1/N周期或N个周期)来进行。

还应当理解的是，所述“J”轨迹的特征将因特定子系统的设计的不同而不同。在所示实施例中，所述“J”轨迹340包括大体为直线型的第一部分346和大体为弧线的第二部分348，而这些部分的特征，包括其长度和线性度，都将随着应用的不同而不同。

例如，在某些实际应用中，大体上呈直线型的部分346实际上有点呈非直线型(例如有点呈弧线)。尽管如此，所产生的机械信号仍会完全在特定应用要求的范围之内，因而是完全可接受和可取的。同样地，弧线部分348在某些实施例中会大体上呈圆形，而在另外一些实施例中则被按照特定应用的要求设定成任何曲线型。

暂且再次回到图1，应当理解的是，在一些实施例中，图3A,3B,和3C所描述的子系统对应于所述触觉致动器100的所述传动部110的一部分。此外，应当理解的是，在某些实施例中，所连接的用于形成所述“J”轨迹(通常与枢接点334相一致)的惯性质量块对应于所述触觉致动器100的惯性质量部114。在实际中，精确惯性质量块(未示出)至所述子系统的精确耦合于取决于特定应用的要求，可包括耦合至连接324，连接338，和枢接点334中的一个或多个。已经了解了本发明的要求和优点，本领域技术人员就可通过最少的试验确定对特定应用而言有益的特定装置。

尽管在此披露的系统和装置是新颖和有益的，但是在已经了解了本发明的优点的前提下，本领域技术人员能很容易通过最少试验确定提供一个能够产生满足特定技术应用需要的“J”轨迹(或其它轨迹)的子系统所必须的特定特征。

尽管有以上所述，但应当注意的是，在一个示例性的实施例中，连接306和338各自的长度约为49个单位，连接312和326各自的长度约为45个单位，连接316和324各自的长度约为89个单位。另外，连接316上枢接点310和332之间的部分的示例性长度约为64个单元，于是枢接点332和322之间的部分的示例性长度约为25个单元。类似地，枢接点334和332之间的部分的示例性长度为64个单元，于是枢接点332和320之间的部分的示例性长度约为25个单元。

还应当注意的是，在一个示例性的实施例中，提供一个与“J”轨迹340的大体呈直线型的第一部分346所在的平面共面或相平行的参考线350。在另外一个示例性的实施例中，角352在所述子系统的运行过程中基本始终保持不变，并且角度大小，例如，约为70°。进一步应当注意的是，如图3A，3B和3C所示，正确选择角352的大小有助于实现一个子系统与另外一个子系统之间的迅速对齐，从而使各“J”轨迹340各自的大体呈直线型的部分346大致直接相反。结果是，耦合于一个子系统的惯性质量块的运动被另一个子系统的惯性质量块的相应运动抵消。如前所述，这种抵消使得在相应时间两个子系统总体的质量中心产生最小的加速度。如此，就能减小直线部分346上的运动造成的杂散信号对用户的干扰。

图4A和4B相应显示了触觉致动器中两个子系统的完全相反的运动。进一步可参考图2及上述对图2的描述。图4A以机械图形式显示了根据本发明的原理制备的触觉致动器的一部分400。所示部分400包括第一子系统402和第二子系统404。所述第一子系统402和所述第二子系统404安装并构造为使得各个惯性质量块(未示出)沿各自的“J”轨迹406和408运动。参照或“地”连接410和412在空间上大致相对彼此固定，并且均与公共连接414相连接。每个连接410和412设置成与公共连接414呈各自的角度416和418。在某些实施例中，角416和角418大小相等(虽然通过镜像对称转化而来)，从而与另一个公共连接420一起形成一个等腰梯形。

读者应当理解，虽然每个连接都是以单个线段的形式示意性地呈现，但是每个涉及的连接都可以以任何形式在可操作的空间内支撑所示枢接点。此外，尽管显示为形成梯形的边，但连接414和连接420纯粹是可有可无的，具体视特定实施例的要求而定。还应当注意的是，为了描述方便，这些连接代表了能够使所述有效的枢接点彼此处于想要的空间关系中的各种结构。例如，在连接410和连接412被机械耦合为相对于彼此大致固定的情况下，可以省去连接420和/或连接414。连接410和/或连接412的这种耦合可受到二者均耦合至例如一个部分或完全设置在所述梯形周长范围内的马达壳的影响。在其它实施例中，连接410和连接412不是独立的机械元件，而是一起形成一个更大的结构的一部分，需要再次理解的是，这种结构的唯一用途是为所示枢接点(如420，422，424，和426)提供适当的支撑。

如图所示，在一个实施例中，连接428和连接423于其各自的近端处分别耦合至枢接点422和枢接点424。另一个装置(未示出)被安排用于驱动连接428绕枢接点422枢转432的力，以及用于驱动连接430绕枢接点424枢转434的力。看了图3A，3B和3C及其描述，本领域技术人员容易理解这种枢转力能导致连接428绕枢接点422枢转以及连接430绕枢接点424枢转，并如箭头440和442分别所示，相应地导致枢接点436沿“J”轨迹406运动以及枢接点438沿“J”轨迹408运动。

自然地，根据牛顿定律，装置在枢接点436处沿“J”轨迹406的直线部分444的加速一定会使在与箭头440相反的方向上产生相等的反作用力。同样，装置在枢接点438处的加速一定会使在与箭头442相反的方向上产生相等的反作用力。只要连接428和连接430的枢转432和枢转434基本同时进行，并且只要所述两个子系统402和404的部件、累计质量和累计加速度都基本相同，这些反作用力都会相应地相等。另外，只要所述系统的连接大致为刚性，并且所述枢接点因此而相对于彼此大致固定地设置，这些反作用力就会相互抵消，从而使所述整个系统的质量中心都不会产生运动。当然，在一个不理想的系统中，所述部件的路径上会呈现出一些弹性和非线性特征。但是在一个精心设计的系统中，在沿箭头440和442的相反运动过程中会产生振动，但这种振动对于实际应用来说是可以忽略的。

同样地，如图4B所示，使连接428和430分别沿相反方向450和452绕枢接点422和424枢转能够导致枢接点436和438分别在箭头454和456的方向上沿“J”轨迹406和408的直线部分加速。再一次地，装置在临近枢接点436和438处的加速产生了大小大致相同和方向相反的反作用力。只要整个装置是大致为刚性的，整个系统的质量中心的任何位移都将是最小的。

应当理解的是，枢接点436和438可在“J”轨迹406和408的直线部分444和446内反复地、或多或少无限期地振荡，但不会产生能传递到用户的实质性输出。然而，很显然，对于本领域技术人员来说，连接428和连接430分别在方向432和434上的进一步旋转会驱使枢接点436和438离开“J”轨迹406和408的直线部分444和446，进而分别进入弧线部分458和460。

由于连接和枢接点的刚性特征，上述过渡会导致装置质量块在枢接点436和438处迅速加速，从而进入到或多或少与箭头440和442相垂直的方向。再一次地，根据牛顿定律，会产生一个与该加速度大小相同但方向相反的反作用，且由子系统402和404的连接组件传递的离心力使该反作用表达为诸如连接414的在箭头462的方向上的加速度。

所述加速度的特性通常由该装置的质量决定，尤其是由该装置在枢接点436和438处的质量块决定。所述在枢接点436个438处的质量块的动能具特殊的重要作用，所述动能来源于所述质量块在“J”轨迹406和408的直线部分444和446上的加速度以及其它施加的用于对所述质量块在“J”轨迹406和408的弧线部分458和460上进行加速的能量。

在本发明的一些实施例中，子系统402和404的连接和枢接点构造为能够使枢接点436在“J”轨迹406的远端464上突然减速，使枢接点438在“J”轨迹408的远端466上突然减速。根据子系统元件的刚性，这些突然的减速会被传递至装置的平衡点，具体说传递至连接414，从而使连接414在箭头462的相反方向上加速。

本领域技术人员应当理解的是，如果整个装置处在一个自由空间中，那么与箭头462相反的加速度会使整个装置完全回归到起点。然而，只要所述装置是一个消费电子设备的一部分，那么在每半个循环中，能量就会通过设备的壳体被传递至用户。结果是，根据系统性质，半个或两个半个循环会被识别为一个“轻击”输出。正如之前在描述图1时所说，枢接点436和438被耦合至附加的惯性质量部会使所述“轻击”的大小增加，所述惯性质量部在质量上与有效空间相符，并且驱动整个装置的能量和结构强度。尽管有上述所言，但是在本发明的一些实施例中，“J”轨迹和加速度分布图的选择会避免绕整个装置的质量中心的旋转。

还应当理解的是，尽管上述描述采用了像图4A那样具有沿枢接点436和438的“J”轨迹向外进行的起始运动的一个初始构造，但在另外的实施例中，所述枢接点的起始位置可以在“J”轨迹上的任何位置，具体该实施例的要求而定。

因此，例如，在本发明的一个实施例中，子系统的初始构造会像图4B所示，其中枢接点436和438的初始位置分别为468和470。在这样的一个实施例中，例如，枢接点436和438刚开始会因受到驱动而分别沿箭头454和456的方向朝内运动，从而在该循环的这一部分积累动能。到“J”轨迹406和408各自的近端472和474时，枢接点436和438各自会迅速减速并反转方向。

只要能或多或少弹性地实现所述减速和反转，在枢接点436和438最初朝内运动的过程中所获得的动能就能够被返还至该装置，进而在枢接点436和438沿“J”轨迹406和408的直线部分444和446向外运动时，由另外的驱动力补充该动能。在这种结构中，耦合于或邻近枢接点436和438的惯性质量块可能会携带比其它情况下更大的动能到达“J”轨迹406和408的远端464和466。

在不同的实施例中，上述弹性反转能够通过在“J”轨迹406和408的近端472和474处分别设置，例如，诸如机械弹簧装置的装置476和478来实现。枢接点436和438和/或对应的直线质量部分上会安装适当的机械特征以撞击所述机械弹簧装置的接收部，从而压缩弹簧，进而在弹簧达到最大压缩量而开始伸展时，使所述机械特征被反向加速。

根据上述描述，本领域技术人员会理解，在本发明的其它相应的实施例中，也可以采用其它的弹性装置。如此，在本发明的某些实施例中，会省去装置476和478。相反，会利用子系统402和404的一个或多个连接和/或枢接点的固有弹性来存储动能并将动能送回至支撑在枢接点436和438处或附近的惯性质量块。

在本发明的另外的一些实施例中，利用永磁铁装置的吸引力和/或排斥力来存储和释放“J”轨迹406和408的末端472和474附近的惯性质量块动能。在本发明的还有另外一些实施例中，有效的能量储存可通过电磁装置来实现，电磁装置在惯性质量部加速期间在例如螺线管或旋转式发电机处接收动能。所述动能被转化为机械能，可以电容性地和/或用一个电话电池来存储机械能。所存储的能量自此通过作为电马达的所述螺线管或旋转式发电机被返还至所述移动质量块。

这种主动器件的好处在于其可安装在直线部分444和446各自的两端，即安装在端472，474和初始位置468，470处。在实际操作中，枢接点436和438处的惯性质量块可在驱动下分别沿直线部分444和446反复来回运动(最好以谐振频率)，并在每个循环获得额外能量。此后，在一个适当的时间和/或为了响应控制信号，可暂停位于初始位置468和470处的弹性装置，从而使惯性质量块连同其所有的累积能量传递到“J”轨迹406和408的弧线部分458和460。

对于本领域技术人员来说，这种能量共振累积的优点是显而易见的。相应地，在本发明的某些实施例中，会利用所述系统的固有弹性在没有主动控制的情况下在移动惯性质量部上积累能量。另外，应当注意的是，由于沿直线部分的运动基本都是对称的并且在相反方向上抵消，所以在移动质量块的动能共振累积的过程中，如果有任何能量进入到整个系统的外部加速中，那这种能量的量也是很少的。

图5A以图形形式500显示了一个线性共振致动器的质量块在时间504内的移动502。从图表可以明显看出，所述线性共振致动器得益于系统共振，所述移动质量块逐渐积累能量并且在大约时间T时产生最大信号。然而，振动信号506的整个持续时间必须相当地长以能够克服系统惯性并积累大量的共振能量，从而使用户检测到持续很长时间的嗡嗡声。该系统不能产生强烈的轻击。

相反，图5B显示了根据本发明的原理制备的一个触觉振致动器的两个子系统520和522的信号特征。与线性共振致动器相同，所述触觉振动器的子系统通过机械振荡在时间段524内积累能量。所述两个子系统以180°相位差振动。其结果是，在时间段524内没有产生外部信号。如果需要外部信号，在时间526时，所述两个子系统的质量块被转入到一个新的空间维度528。因为在这个新的空间维度528内两个质量块在同样的方向运动，其反作用力不再相互对抗，而是帮助产生一个高能量短时长530的信号。在短时长530的结尾532，两个子系统的质量块继续在同一维度内反相位振荡，从而再次抑制任何可感知的外部信号。

线性共振致动器振动的最佳频率约为40HZ。根据本发明，相比最佳线性共振致动器的40HZ信号，触觉致动器的高能宽谱轻击信号能够更好地吸引用户的注意。

图6进一步地以图形形式600显示了根据本发明的原理构造的触觉致动器在操作循环中的与各相位相关的输出信号。如图所示，当触觉致动系统的两个惯性质量部604和606分别在其“J”轨迹612,614的近端608和610处并彼此处于静止状态602时，无输出信号产生。

同样地，当两个惯性质量部604和606沿各自的“J”轨迹612,614的直线部分618和620远离彼此对称运动616时，无输出信号产生。应当注意的是，只要两个质量块经历的加速分布是对称相反的，无论质量块是匀速运动还是加速运动，都不会有输出信号产生。

当质量块行进超出“J”轨迹612和614的直线部分618和620并分别进入弧线部分622和624，惯性质量部604和606产生轻击信号626。最终628，当惯性质量部604和606重新进入直线部分618和620并继续对称相反地运动，无输出信号产生。

在本发明的一些实施例中，“J”轨迹612和614的直线部分618和620比弧线部分622和624长得多。因此，惯性质量部604和606能够在相对较长的一段时间内获得大量动能，然后在惯性质量部604和606经过弧线部分622和624的短时间内迅速释放该动能，从而使所述系统达到平衡。这种对能量的迅速释放就产生了本发明所提供的触觉致动器的轻击模式中的特色轻击信号。

在采用大弹簧常数的情况下，用一个电磁铁或其它马达部将惯性质量部604和606拉至各自的“J”轨迹612和614的近端608和610并靠在弹簧上。此后，释放所述电磁铁或其它马达部，使得弹簧和磁铁/马达部一起对质量块加速。这种操作模式下就产生了一个良好的单循环轻击。

或者，可建立线性的共面振动，由于运动是相同且相反的，这种振动会对外界世界产生最小的影响。此后，采取额外措施使两个惯性质量部转过“J”的弯部从而进入到弧线部分622和624。在某些实施例中，额外措施包括重新配置连接，或仅仅急增电流使振幅上升。

在另一种操作模式中，在直线部分612和614内的振荡中建立振动。此后，电流的急增驱动两个惯性质量块604和606经过一个双稳态点，使得惯性质量块被锁住和存储在一个翘起的位置，就像操作复合弓一样。保持这种状态直到需要输出一个轻击信号，这时对整个系统施加相反的急增电流。所述电流急增克服所述锁闭力而使惯性质量部604和606被释放。两个惯性质量块604和606以极速穿过弧形部622和624，从而产生所需的轻击信号。

还应当注意的是，轻击模式只是根据本发明所提供的一个系统和装置的可用操作模式之一。诚然，本发明的一个优点就是可利用单个装置来产生特征大相径庭的输出信号。例如，应当清楚的是，尽管本发明的各个实施例有益地采用不同的共振振荡操作模式，然而在其它的一些实施例中，仅一个循环或半个循环就足以产生所所需的轻击信号。此外，其它的操作模式也可用来产生其它不同的信号。

在又一个实施例中，根据本发明的原理所提供的触觉致动器配置为通过使重量(例如606)在“J”轨迹的远端稍稍停留，从而在第一模式中产生轻击。在第二模式中，使所述重量(例如606)行进越过所述停留点，进而冲撞一个鼓、铁砧、或其它能够发出回响的装置或装置的一部分，从而产生伴随所述轻击信号的可听见的输出。

图7A以机械图的形式显示了根据本发明的原理所制备的一个触觉致动器700的一个实施例的一些方面。所示触觉致动器700处在一个可以产生如上所述的单个轻击或若干轻击701的模式中。也就是说，所示操作模式包括使枢接点702和704分别经过“J”轨迹706和708各自的直线和弧线部分，同时又使枢接点702和704保持对称且相反的速度分布710，712和714，716。

图7B显示了另外一个操作模式718。在该操作模式中，枢接点702和704仅经过“J”轨迹706和708的直线部分720和722。此外，枢接点702和704同时在相同的方向上运动。也就是说，枢接点702和704同时在第一方向724，726上运动，而后又同时在第二方向728,730上运动。不断循环重复这些运动就产生了整个系统的侧向振动732，该侧向振动与传统线性共振致动器所产生的振动相似。

图7C显示了又一个操作模式740。在该操作模式中，枢接点702和704仅经过“J”轨迹706和708的弧线部分742和744。此外，枢接点702和704同时在相同的方向上运动。也就是说，枢接点702和704同时在第一方向746，748上运动，而后又同时在第二方向750,752上运动。不断循环重复这些运动就产生了整个系统的横向振动754，该横向振动大致与振动732相垂直。在一个典型的实施例中，横向振动754的方向与整个装置的较小维度的方向一致，而侧向运动732的方向与整个装置的较大维度的方向一致。

图8以透视图的方式示意性地显示了根据本发明的原理制备的另一个触觉致动器800。所述触觉致动器800构造为提供位于两个大致垂直的平面内的“J”轨迹。如此，例如，马达部分802机械耦合804至第一传动部806，并进而通过所述第一传动部806耦合至第一惯性质量部808。所述第一传动部806适于从所述马达部分802接收机械能，并驱动所述惯性质量部808沿第一“J”轨迹810的全部或一部分运行。

所述马达部分802还机械耦合812至第二传动部814，并进而通过所述第二传动部814耦合至第二惯性质量部816。所述第二传动部814适于从所述马达部分802接收机械能，并驱动所述第二惯性质量部沿第二“J”轨迹818的全部或一部分运行。在某些实施例中，所述第一“J”轨迹810和所述第二“J”轨迹818位于同一个几何平面820内。

所述马达部分802进一步机械耦合822至第三传动部824，并进而通过所述第三传动部824耦合至第三惯性质量部826。所述第三传动部824适于从所述马达部分802接收机械能，并驱动所述第三惯性质量部沿第三“J”轨迹828的全部或一部分运行。

所述马达部分802进一步机械耦合830至第四传动部832，并进而通过所述第四传动部832耦合至第四惯性质量部834。所述第四传动部832适于从所述马达部分802接收机械能，并驱动所述第四惯性质量部沿第四“J”轨迹836的全部或一部分运行。在某些实施例中，如图所示，所述第三“J”轨迹828和所述第四“J”轨迹836位于同一个几何平面838内。在一些实施例中，如图所示，所述平面820和所述平面838彼此大致垂直。

在一些实施例中，所述马达部分802驱动所述惯性质量块808，816，826和834同时沿各自的“J”轨迹运动，以至于在“J”轨迹的各自的直线部分上，所述质量块808和所述质量块816的速度和加速度对称相反，所述质量块826和所述质量块834的速度和加速度也对称相反。在该操作模式中，反作用的加速度相互抵消，并且当所述惯性质量块808，816，826和834可以沿各个“J”轨迹的弧线部分行进时，所述系统800会产生轻击信号。

在这种情况下，所产生的信号会反映出所述四个质量块沿J”轨迹的弧线部分迅速加速的累积效应。与只有两个惯性质量块的系统相比，这种结构使得所述惯性质量块在空间上分布更广。当然，某些应用会有益地使用只有两个惯性质量块的系统。

另外，通过改变所述马达部分802传递给所述四个传送部806，814，824和832的机械信号的大小和相位关系，会有各种不同的输出信号传送给整个系统。例如，通过适当地调整所述信号的相位和将惯性质量块的运动限制在各“J”轨迹各自的直线部分，能够实现触觉致动器800的质量中心的周期性的椭圆形位移。如图，如果传送部被配置为关于马达部分对称，所述椭圆运动就会发生在一个与平面820和平面838垂直的平面里。

本领域技术人员应当理解的是，一个物体的轴并不局限于一个或两个，呈六角对称、八角对称或其它对称的装置也可以用于产生有益效果。同样地，在特定的应用中，需要提供奇数个子系统，每个子系统能够产生奇数个“J”轨迹。自然，这样的系统不会像具有偶数个子系统的系统一样产生某些反作用力之间的抵消。但是，在特定应用中，这种奇数设置是有益的。这些不同的轨迹及其构成部分可以被整体地使用或部分地使用，或组合使用，从而产生大量的加速元件。对于本领域技术人员来说，很显然，根据以上所述，这些加速元件可以以适当同步和/或延迟的方式组合起来。这种组合可以在小的形状因子变化范围内提供比传统信号发送装置更多的信号。

本领域技术人员应当进一步理解，尽管上述表明“J”轨迹的直线部分大致呈直线型，弧线部分大致呈弧线形，但所述机械系统必须设计为接近这种理想状态的程度还是取决于特定应用的要求。在很多实际系统中，这些特征上的实质偏离是完全可以接受的。

本领域技术人员还应当理解的是，在某些实施例中，马达部分802包括若干个单个可控马达，和/或若干个单个可控传输元件，从而使所需信号能够被耦合到各个传送部806，814，824和832。掌握了以上所述技术，本领域技术人员就能够容易地配置本发明各个实施例，从而产生大量不同的可在相应装置中实现的信号。

如上所述，所述马达部分802可包括任何一种旋转式和/或螺线管型电磁马达。此外，电容式、压电式、和风动式马达、液压马达、电活性聚合物纤维和人造肌肉装置、以及其它本领域已知或正在被熟知的其它动力装置都可以用在各自的实施例中，并且落入本发明权利要求所限定的发明范围之中。

图9以剖视图形式显示了根据本发明的原理制备的一个示例性的马达部分900的一部分。马达部分900包括Sarrus联动机构902和音圈部分904。Sarrus联动机构是一种包括上部元件906、下部元件908和周边铰链(如910，912，914)的机械装置。Sarrus联动机构的特点是，利用周边铰链使上部和下部元件在保持平行的同时朝向彼此或远离彼此地运动。应当理解的是，所示Sarrus机构可以设置为其它任何结构，包括将铰链设置成朝内折叠的结构。

所述音圈904包括，例如，永磁铁部分916和线圈部分918。所述磁铁部分916包括外极片920和内极片922。所述外极片920的一端和所述内极片922的一端通过用磁性材料制成的盘924彼此耦合，从而在所述外极片920和所述内极片922之间形成一个轴向圆柱形狭槽926。通常情况下，所述外极片、盘、以及内极片形成为一个整体单元。

所述永磁铁部分的磁力在所述圆柱形狭槽926中形成磁通线。所述线圈部分918包括线圈。所述线圈包括缠绕很多圈的细金属线，从而使线圈部分紧紧地安装在所述槽926内。线圈通电后，在轴向方向928上受到螺线圈式的磁力，从而基于电流的方向和所述永磁铁部分916的极性，使所述线圈部分918要么被排斥出槽926，要么被吸进槽926。于是，电能被转换成了用于机械系统的机械能。

本领域技术人员应当理解的是，像示例性马达部分900的马达部分可以邻近一个支撑结构设置。可在，例如Sarrus联动机构的上部元件906和支撑结构之间设置适当的连接机构，从而将所述马达部分900产生的机械能传递到传送部(例如图7A所示的700)的连接机构。这样，所述马达部分900就可以用于为枢接点702，704提供能量并且驱动枢接点702，704沿各自的“J”轨迹706，708运动。

图10A示意性地显示了根据本发明的原理制备的一个Sarrus联动机构的一部分和联动装置1000。第一元件1002形成为与Sarrus联动机构的一个上部元件相对应的平板。为清楚起见，忽略Sarrus联动机构的平衡性。所述第一元件1002为联动子系统的平衡提供驱动输入。在所示实施例中，所述第一元件1002固定耦合至一个机械电源，如像上述音圈904一样的移动线圈。

第二元件作为接地元件1004起作用。在一个示例性的实施例中，所述元件1004在空间上大致相对于例如音圈904的磁铁部分固定，通常而言，相对于诸如消费电子设备的一个更大的系统的壳体固定。在触觉致动器运行过程中，所述第一元件1002和所述接地元件1004之间产生相对运动。该运动大致与所述第一元件1002和所述接地元件1004所在的可见平面垂直(即纸张以外)。如上所述，是Sarrus联动机构维持了该垂直关系。

第三传送连接元件1006通过第四输入元件1008耦合于所述第一元件1002和所述接地元件1004之间。相应地，所述传送连接元件1006通过第一枢接点1010枢转耦合至所述第一元件1002，并通过第二枢接点1012枢转耦合至所述第四输入元件1008。所述第四输入元件1008通过另一个枢接点1014耦合至所述接地元件1004，并在其另一端通过另一个枢接点1018耦合至另一个连接元件1016。连接元件1016通过另一个枢接点1020进一步耦合至又一个连接元件1022的近端。

连接元件1022是(或耦合至)一个惯性质量部，同时也通过一个枢接点1028枢转耦合至另一个连接元件1024。连接元件1024的另一端通过枢接点1030枢转耦合至另一个连接元件1032的远端。

连接元件1032的近端通过枢接点1034枢转耦合至所述接地元件1004。此外，连接元件1032通过共同的中间枢接点1036(被遮盖)耦合至连接元件1016。

图10B以机械连接示意图的形式用同样的附图标记显示了与图10A相同的结构。需要注意的是，在正常运行中，图10B中的枢接点1012承受着拉力。鉴于图10A所示，对于本领域技术人员来说，这很显然只是根据示意图而构造的产品，在实际应用中是很容易避免的。

根据本发明的原理所提供的触觉致动器需要各种小部件之间有效和反复相互作用。所以，该触觉致动器非常适于采用最新的μMECS^TM制造技术来制造。

关于μMECS^TM制造技术，2013年2月24日提交的国际申请PCT/US 2014/018096中已经对其进行了详细介绍，其全部内容并入本文中。如该国际申请和本文所述，μMECS^TM工艺能够通过层叠柔性和刚性材料形成的图案层使复杂的被动和主动机械部件、机电部件、光学部件和其它部件形成为一体化组件。

图11的框图显示了示例性制造工艺1100的各个步骤，该工艺可用于制造根据本发明原则所提供的装置。所述工艺始于步骤1102，包括在步骤1104中，在一个或多个大体平整的由或多或少呈刚性的材料制成的薄片上形成图案。在一个典型的应用中，所述薄片中的至少一个是大体呈刚性的。在某些应用中，所述大体为刚性的材料可具有各向异性的特征，以至于其在某个轴上表现出比在另外一个轴上或多或少的刚性。

在不同的应用中，所述薄片包括像，例如，玻璃纤维加强聚酯、碳加强聚酯、或其它填充或加强高分子材料这样的材料。或者/此外，所述大体呈刚性的材料可包括一种含金属材料，所述金属材料例如可以是任何合适的金属或金属合金。在某些示例性应用中，在这样材料的薄片中形成图案的步骤包括通过光刻蚀去除材料，通过激光加工去除材料，利用模具让材料成图和/或使用切削工具去除材料。此外，在成图过程中也可以使用其它的工艺。

在步骤1106中，在一个或多个由大体呈平面柔性的材料制成的薄片上形成图案。在各种应用中，所述大体呈柔性的材料可以是完全呈柔性的。在某些应用中，所述柔性材料可具有各向异性的特征，以至于其在某个轴上表现出比在另外一个轴上或多或少的柔性。可采用任何适用于柔性材料的方法在所述柔性材料上成图，此外成图方法还包括上述用于刚性材料的任何工艺。

在步骤1108中，在一个或多个由粘合材料制成的薄片上形成图案。在不同情况下，所述粘合材料可完全呈柔性。在其它情况下，所述粘合材料可完全呈刚性。在某些情况下，所述粘合材料可具有各向异性的特征，以至于其在某个轴上表现出比在另外一个轴上或多或少的柔性或刚性。可采用任何适用于该粘合材料的方法在所述粘接材料上成图，此外成图方法还包括上述用于所述刚性材料和所述柔性材料的任何工艺。

在步骤1110中，提供固定装置来使步骤1104-1108中制备的不同刚性、柔性、和粘性材料片对齐。在某些实施例中，所述固定装置包括本领域所熟知的定位销。在其它实施例中，所述固定装置包括主动校准致动器和/或光学校准装置。

在步骤1112中，将之前制备和成图的薄片(在一些情况下也包括未成图的材料薄片)涂覆到所述固定装置上，以形成组件。应当理解的是，在某些实施例中，各个薄片的图形和材料会因特定应用的要求的不同而不同。此外，在某些情况下，会省去一个或多个粘合材料薄片，以利于将粘合材料涂到单个薄片和/或表面区域上。粘合材料可以以任何本领域已知的或正在被熟知的方式来涂覆。举例来说，在将单个薄片施加到组件上时，可以以液体、粉末、气溶胶、或气体形式涂覆粘合材料。

本领域技术人员可以理解，基于目前所有的阐述，所述各层和图形的选择和涂覆都取决于所制备特定组件的要求。因此，例如，当需要联合特征时，可在柔性层上下两侧的大体为刚性的薄片上设置一个空隙，从而使中间柔性层的一部分暴露出来并最终能够柔性支撑与其邻接的更具有刚性的材料。

在步骤1114中，对组装的材料和/或固定装置施加固化条件。在某些实施例中，固化条件包括对组装层进行加热和/或加压。在另外的一些实施例中，固化条件包括使用像例如催化剂、对比温度、和气体化学组分这样的物理或化学助剂或其它适当的条件，以使所述各层结合起来形成一个集成组件。

根据步骤1116，在某些实施例中，所述集成组件随后被从所述固定装置上移除。在一些实施例中，所述集成组件随后被转移到另外一个固定设备上。在其它实施例中，本领域技术人员可以理解，所述集成组件被保留在所述固定装置上以待进一步处理。

在步骤1118中，根据本发明的某些实施例所提供的方法包括移除所述刚性和/或柔性层中的一个或多个的某些部分。这些部分(以下称支架)在前述处理步骤中支撑了相应层的特定区域。这些支架的移除可使剩下的一个或多个部分相对于所述组件的其它附加部分转化、旋转、或重新定位。该步骤可包括从一个较大薄片/组件上移除单个组件，所述较大薄片/组件上安装有具有相似或不同构造的组件。

在某些实施例中，通过激光加工实现特定支撑区域的移除。在其它各种实施例中，通过机械加工、湿化学蚀刻、化学气相蚀刻、雕刻、切割、模切、穿孔、和/或撕除、以及其它等方式来实现特定支撑区域的移除。本领域技术人员应当理解的是，也可以有益地使用这些方式的任意结合，并且所述结合落入本发明的范围之中。

一旦完成所述一个或多个刚性/柔性层的已确认部分的移除，所述组件即根据步骤1120被启动，并从其现有状态过渡到启动后的构造。在某些实施例中，所述启动包括重新定位所述材料薄片中的一个或多个的一个或多个区域中的某些部分。这样，例如，在某些实施例中，所述组件的一部分就会像弹出书一样从其初始平面折叠而形成一个三维组件。

在本发明的相应实施例中，所述启动由各种运动组成，所述运动包括各种转化以及沿和绕一个或多个轴旋转。在各自的实施例中，述启动可通过主动固定装置、单个工人操作、机器人装置、集成于所述组件内部的装置(例如像弹簧、马达、压电致动器、双金属装置/双压电晶片装置、磁致动器、电磁致动器、和热胀/收缩装置)、化学反应(包括例如气体生成工艺、晶化工艺、脱水工艺、和聚合工艺)、或其它符合特定应用要求的处理装置来实现。

在某些实施例中，根据步骤1122，可通过进一步的工艺步骤使所述装置固定在其启动构造。除了那些根据当前所述对本领域技术人员来说是显而易见的的方法，在某些实施例中，所述将所述装置固定在其启动构造的步骤包括点焊、波峰焊、浸焊、回流焊、引线接合、电焊、激光焊接、超声波焊接、热粘合、化学粘结剂粘合、启动棘轮装置、启动单螺旋制动装置、使用按扣和钩环紧固件、铆钉、或其它本领域人员已知或正在熟知的紧固件或紧固方法。

当然，读者应当理解的是，在某些实施例中，将所述装置重新定位到其启动构造的方法和机构将用于在不进行额外步骤1122或操作的情况下固定所述构造。此外，步骤1122中的固定通常情况下是永久的，但在某些应用中是临时的和/或反复的。

在步骤1124中，通过移除或切断额外的支架元件来释放所述被启动的装置并使其与剩余的支架相分离。本领域技术人员应当理解，如果所述装置在启动前已被完全从相关的支架上释放，则不需要这一步骤。另外，在其它实施例和应用中，所述被启动的装置仍旧耦合于周围的支架，以进行其它的操作步骤。如果使用了步骤1124，则可根据当即情况有益地使用上述如步骤1118中的途径和方法。

此后，再次根据特定装置或实施例的要求，使用步骤1126所示的各种测试、包装、系统整合、和其它制造或应用步骤。之后以步骤1128结束整个操作。

图12A显示了与例如工艺1100相一致的一种组件的某些元件1200。所述元件包括第一成图刚性层1202，第二成图刚性层1204，第三成图柔性层1206，以及第一成图粘合层1208和第二成图粘接合1210。

如图所示，每个示例性层的图案包括开口如1212,1214，用于接收相应的定位栓/销如1216，1218。所述定位销用于在压合所述组件并固化完所述粘合层1208,1210时对齐各个图案。应当理解的是，在本发明的某些应用和实施例中，也可以采用其它的对齐方法和技术(例如光学对齐)。

结果是，如图12B所示的1230，形成一个示例性的铰链组件1232。通过切断各支撑区域如1236，该铰链组件已从周围的支撑材料1234释放。很显然，被释放的组件包括耦合于第一和第二刚性元件1240和1242之间的铰链1238。如放大区域1244中所示，每个刚性元件包括上刚性部分1246和下刚性部分1248。所述上刚性部分1246和下刚性部分1248分别通过固化或活化了的粘合材料1252和1254耦合于柔性部分1250的两侧。进一步应当理解的是，固定步骤明显与所述铰链组件1232无关，但这种进一步的工艺步骤确实能使其它组件受益。

对μMECS^TM制造工艺进行描述后，需要注意的是以上对根据本发明的原理所提供的触觉致动器的各个实施例的描述都不应理解为对本发明的限制。本发明也考虑到了致动器的其它新颖构造，并将在以下部分对其进行描述。

在如图13所示的一个实施例中，由静止的薄型永磁铁1306，1308以及闭路软磁结构在触觉致动器1304的狭小的横向空气隙1302中形成磁场。水平载流线圈1312处于所述磁场之中并被迫沿横向直线轨迹1314运动。由于线圈上电流的回路具有相同的电流密度和相反的方向，沿所述空气隙的一半的磁场方向必须反转，从而保证线圈上的合力在一个方向上。

利用曲折机构和联动机构来实现所述直线轨迹，以及使所述线圈悬在所述空气隙中而不接触周围结构的内部。驱动输出来源于用于设置所述线圈的移动滑块。所述滑块连接于所述曲折联动机构。通过保证所述曲折元件具有良好的偏轴刚度，所述线圈能够通过使所述机构的旋转轴垂直于所述装置的平面从而与所述空气隙的内部保持恒定距离。机械弹簧连接于所述滑块并地接于所述装置，以增加所述致动器的共振频率。与所述线圈的电连接可以通过导电弹簧实现。或者，电连接可通过使柔性线缆连接于所述线圈滑块组件来实现。

如图14所示，实施例1400与线性致动器相类似，只是其移动线圈的轨迹被限制为弧形。所述线圈和磁铁最好重新构造为弧形，以提高所述装置的能量密度。机械弹簧1402和1404最好也构造成能绕滑块的旋转轴提供相等的抗扭刚度。曲折机构1406和1408作为运动约束限制所述滑块的运动。

进一步地，也可以用高密度材料来形成线性致动器中的线圈滑块或增加移动滑块的体积，从而使滑块运动在装置中产生更大的振动。或者，也可以用高密度材料来形成旋转致动器中的线圈滑块或增加移动滑块的体积，从而使滑块运动在装置中产生更大的振动。

另一种方法是，线性或旋转致动器的线圈滑块运动可以为具有机械效益或能够增强所述运动的联动机构或机构的提供输入，从而提高更大振动质量块的加速度并产生更大的振动。最简单的形式是，用旋转致动器的旋转轴作为简单杠杆的支点(线圈到支点的距离是力臂)，以及为所述杠杆的输出增加更大的振动质量块。如果施加于所述杠杆的质量块与线圈一样在支点的同一侧，则线圈的质量块会增加装置中的总振动量。所述线性致动器的输出运动也可以用于为杠杆机构提供输入，从而产生更大振动质量块的旋转运动。

压电致动器驱动简单杠杆机构，简单杠杆机构放大致动器输出的运动，从而为大的旋转的移动质量块产生大的输出掠角。所述压电制动器只须为所述机构提供高力低位移的输出。

两个耦合到一个线性致动器或由两个独立的致动器(线性或旋转、压电或电磁的)解耦或驱动的旋转振动质量块共面同相运动能够在一个方向产生强大的振动，而在另一个方向由于所述移动质量块的对称性而抵消振动，从而产生一个单向振动马达。如果所述移动质量块由两个独立的致动器解耦并且被异相驱动，则所述移动质量块也可以产生扭矩。

可以通过添加联动机构来增大所述振动质量块的轨迹，否则，振动质量块就会在一个平面。导致所述移动质量块产生离面位移所需的离心力会产生离面振动。

尽管上述示例性的实施例主要选自消费电子装置用户界面领域，但是本领域人员应当理解的是，本发明所有的原理都得到了同样地应用，本发明的优点也通过多种其它的系统，包括例如机器人系统以及其它系统也同样得到了实现。此外，虽然对本发明当前的优选实施例进行了详细描述，但本发明不限于所公开的实施例。在不超出本发明的精神与范围的情况下，可对本发明进行修改而使其包括任何变化、更改、替换、或目前尚未描述的任何等同装置。相应地，本发明不应被视为限于以上描述，而仅限于权利要求所限定的范围。

Claims (22)

1.一种触觉致动器，包括：

用于限定第一“J”轨迹的第一组机械连接；

用于限定第二“J”轨迹的第二组机械连接；

第一质量块；

第二质量块；和

马达部分，所述马达部分具有能有效地耦合至所述第一组和第二组机械连接的输出机构，以便对所述第一和第二质量块分别在所述第一和第二“J”轨迹上进行加速以响应所述触觉致动器接收到的输入信号，从而产生触觉输出。

2.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中所述第一和第二“J”轨迹在其各自长度上至少一部分是共轴的。

3.根据权利要求2所述的触觉致动器，进一步包括控制装置，所述控制装置构造为使所述第一和第二质量块沿所述第一和第二“J”轨迹的所述共轴部分产生振荡运动。

4.根据权利要求3所述的触觉致动器，其中所述振荡运动使所述第一和第二质量块进行共振能量积累。

5.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中所述第一和第二“J”轨迹在其各自长度上至少一部分是非共轴的。

6.根据权利要求5所述的触觉致动器，进一步包括控制装置，所述控制装置构造为使所述第一和第二质量块沿所述第一和第二“J”轨迹的所述非共轴部分产生振荡运动。

7.根据权利要求6所述的触觉致动器，其中所述振荡运动产生能够从外部检测到的触觉振动。

8.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中所述触觉输出包括孤立的轻击。

9.根据权利要求1所述的触觉致动器，其中所述触觉输出包括一连串易感知的轻击，所述一连串的轻击容易被用户感知为不连续的轻击。

10.根据权利要求1所述的触觉致动器，进一步包括弹性装置，所述弹性装置构造为接收来自所述第一质量块的动能，并随后将所述动能返还于所述第一质量块，从而使所述第一质量块的速度在所述“J”轨迹的一部分上增加。

11.一种向信号接收者发送信号的方法，包括：

在相同的第一时间间隔内，对第一和第二惯性质量块共轴地进行加速；和

在相同的第二时间间隔内，对所述第一和第二惯性质量块非共轴地进行加速，以产生所述接收者在所述第二时间间隔内能够检测到的轻击信号。

12.根据权利要求11所述的向信号接收者发送信号的方法，其中对所述第一和第二惯性质量块非共轴地进行加速包括：

在所述第二时间间隔内，对所述第一惯性质量块在第一弧形轨迹上进行加速；和

在所述第二时间间隔内，对所述第二惯性质量块在第二弧形轨迹上进行加速。

13.根据权利要求12所述的向信号接收者发送信号的方法，其中所述第一弧形轨迹和所述第二弧形轨迹大体上是共面的。

14.根据权利要求11所述的向信号接收者发送信号的方法，其中在所述第一时间间隔内对所述第一和第二惯性质量块共轴地进行加速包括：

在所述第一时间间隔内，对所述第一和第二惯性质量块在相反的方向上进行加速。

15.根据权利要求11所述的向信号接收者发送信号的方法，其中在所述第一时间间隔内对所述第一和第二惯性质量块共轴地进行加速包括：

在所述第一时间间隔内，使所述第一和第二惯性质量块同步地在同一个方向上振荡。

16.根据权利要求11所述的向信号接收者发送信号的方法，其中在所述第一时间间隔内对所述第一和第二惯性质量块共轴地进行加速包括：

在所述第一时间间隔内，使所述第一和第二惯性质量块同步地在相反的方向上振荡。

17.一种用于产生触觉信号的装置，包括：

第一惯性质量块；

第二惯性质量块；和

加速装置；其中

所述加速装置配置成能够在第一时间间隔内对所述第一惯性质量块和所述第二惯性质量块相对于彼此对称地进行加速，以及

所述加速装置配置成能够在第二时间间隔内对所述第一惯性质量块和所述第二惯性质量块相对于彼此非对称地进行加速，从而在所述第二时间间隔内产生主要的触觉信号，该主要的触觉信号远比在所述第一时间间隔内产生的小信号更容易被检测到。

18.根据权利要求17所述的用于产生触觉信号的装置，其中所述主触觉信号所传递的机械能至少约为所述小信号所传递的机械能的2倍。

19.根据权利要求17所述的用于产生触觉信号的装置，其中所述主要触觉信号所传递的机械能至少约为所述小信号所传递的机械能的5倍。

20.根据权利要求17所述的用于产生触觉信号的装置，其中所述主要触觉信号所传递的机械能至少约为所述小信号所传递的机械能的10倍。

21.根据权利要求17所述的用于产生触觉信号的装置，其中所述主要触觉信号所传递的机械能至少约为所述小信号所传递的机械能的100倍。

22.一种触觉致动器，包括：

用于限定第一“J”轨迹的第一组机械连接；

用于限定第二“J”轨迹的第二组机械连接；和

马达部分，所述马达部分耦合至所述第一组和第二组机械连接，从而为了响应输入信号对所述第一质量块和所述第二质量块分别在所述第一“J”轨迹上和所述第二“J”轨迹上同步地进行加速，以使得在第一时间间隔内，所述加速中的第一质量块的反作用力大致抵消所述加速中的第二质量块的反作用力，以及在第二时间间隔内，所述加速中的第一质量块的反作用力不能大致抵消所述加速中的第二质量块的反作用力。