CN107291147A - 具有不对称反馈的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于连接至由用户致动的输入装置的装置，所述装置包括：驱动构件，所述驱动构件用于连接至所述输入装置；从动构件；其中所述驱动构件的运动仅在所述驱动构件已移动了一定量之后才被传递到所述从动构件；并且其中在所述驱动构件在一个方向上移动时，机构被提供用来将力传递回到所述用户。

Description

具有不对称反馈的装置

技术领域

本公开涉及一种力装置，其中传递回到操作者的力根据装置的位置和装置操作的方向而有所不同。

背景技术

经常会发生装置(诸如轮子、手柄或可转动的把手)旋转的情况。例如，可转动的把手可以由用户旋转来控制机械。

在某些情况下，希望向用户指示对有待控制的装置的致动已经开始，并且这可以通过改变因装置的操作而传递到用户的力的大小来完成。传递回到用户的力经常会随着装置的旋转的量的增加而增大。然而，可能希望如图1所示提供增大的力的猛增，使得用户能够意识到装置正在操作，以避免装置的意外操作。

本公开致力于解决这个问题。

发明内容

本文公开了一种用于连接至由用户致动的输入装置的装置，所述装置包括：可移动驱动构件，所述可移动驱动构件用于连接至输入装置；以及可移动从动构件；其中驱动构件的运动仅在驱动构件已移动了一定量之后才被传递到从动构件；并且其中在驱动构件移动时，机构被提供用来将力传递回到用户。

制动机构可以被提供用来防止从动构件在任一方向上的运动，直到驱动构件的运动被传递到从动构件为止。

所述驱动构件和所述从动构件可以被布置成可旋转，其中驱动构件的旋转仅在驱动构件已旋转了一定量之后才会被传递到从动构件。

所述驱动构件和所述从动构件可以是呈板的形式，所述板大体彼此平行并且绕大体垂直于所述板的轴线旋转。

驱动构件和从动构件中的一个可以具有突出部，并且驱动构件和从动构件中的另一个可以具有细长凹部，突出部安插在所述细长凹部中；使得驱动构件的旋转会引起突出部沿着凹部移动直到突出部接触凹部的端部为止，并且驱动构件的进一步的旋转会引起从动构件旋转。

所述凹部可以是呈驱动构件或从动构件中的狭槽的形式。

形成驱动构件和从动构件的板可以是扇形形状的，并且所述装置还可以包括辊，所述辊通过偏置机构诸如弹簧而被迫抵靠在板的边缘上。

偏置机构可以固定至装置的壳体。

形成驱动构件的板的边缘可以具有其中带有阶部的轮廓，使得在使阶部移动经过辊时，偏置弹簧被压缩，并且此压缩能作为传递回到用户的力的增大而被用户感受到。

阶部可以被定位成使得所述辊在驱动构件的旋转被传递到从动构件时所处的点处或其周围接触阶部，从而使得力在从动构件开始旋转时被用户感受到。

从动构件可以具有带有前面部分和后面部分的轮廓，所述辊在从动构件开始旋转之后接触从动构件的轮廓的后面部分，并且从动构件的轮廓的后面部分的半径等于或大于驱动构件的轮廓中在阶部之后的部分的半径。

从动构件的轮廓的前面部分的半径可以朝向从动构件的轮廓的后面部分增大，使得从动构件的轮廓的前面部分开始处的半径小于驱动构件的轮廓开始处的半径，并且从动构件的轮廓的前面部分结束处的半径等于或大于阶部的半径。

附图说明

现将仅通过举例并参考图1至图11来描述本公开的一些示例性实施方案，其中：

图1以高度示意性形式示出在装置通过输入装置的运动而实现致动的过程中传递回到用户的力与操作程度之间的关系；

图2以高度示意性形式示出在输入装置的释放过程中传递回到用户的力与操作程度之间的关系；

图3是装置的左侧示意图；

图4是装置的右侧示意图；

图5A至图5D示出处于其中性(未致动)位置的装置；

图6A至图6D示出在驱动构件的运动即将被传递到从动构件的状态下的装置，其中传递回到用户的力会出现相关联的猛增；

图7A至图7D示出在驱动构件和从动构件一起移动的状态下的装置；

图8A至图8D示出在其返回至其原始中性位置的状态下的装置；

图9是在装置处于其中性(未致动)位置时驱动构件和从动构件的轮廓的前面部分的特写侧视图；

图10是驱动构件和从动构件的轮廓的透视图；并且

图11是类似于图1的视图，但是示出传递回到用户的力与操作程度之间的不同关系。

具体实施方式

本发明的装置可以位于输入装置与有待控制的装置之间，但是具有更普遍的应用。输入装置可以由用户来致动(更确切地说是旋转)，并且可以是轮子、手柄或可转动的把手。

如图1和图2所示，当用户移动输入装置时，力会被传递回到用户。这个力与输入装置的操作的程度是大体一致的；然而，如图1所示，用户在他或她开始移动输入装置之后不久就会体验到传递的力的“猛增”(由参考字母“F”表示)。这个“猛增”可以告知用户装置的致动即将开始，并且可以帮助避免意外致动。如图2所示，当装置返回至其原始位置时并不存在这样的“猛增”。

图1和图2显示传递回到用户的力与输入装置的操作的程度大体一致(因为力对位置的曲线图具有斜率)。在其他形式中，传递回到用户的力可能是大体一致的(猛增除外)，在此情况下，力对位置的曲线图将是大体水平的。传递回到用户的力可能为零。

如图3和图4(以及还有图5A、图6A、图7A和图8A)所示，装置10包括驱动构件20，所述驱动构件20旋转地连接至输入装置；以及从动构件30，所述从动构件30可以连接至有待控制的装置。输入装置的旋转会引起驱动构件旋转，并且(如稍后将解释)驱动构件的旋转会引起从动构件旋转。驱动构件和从动构件绕同一个轴线旋转，并且可以例如安装在单个轴上。

在本实施方案中，驱动构件和从动构件均呈扇形形状的板22、32的形式，所述扇形形状的板22、32可以绕公共轴线旋转。驱动构件和从动构件被布置成使得驱动构件可以在不会引起从动构件旋转的情况下进行较小程度的旋转(也就是说，驱动构件与从动构件之间存在空动机构)。

在本实施方案中，这借助于驱动构件20上的突出部24来实现，所述突出部24朝向从动构件30突出，并且被接纳在从动构件30中的凹部34中。(将了解到，突出部和凹部同样可以反过来布置，其中突出部处于从动构件上，而凹部处于驱动构件上。)凹部34在径向方向上是细长的，使得在驱动构件20旋转时，突出部24可沿着从动构件30中的凹部34移动。如图所示，凹部34可以是从动构件30中的狭槽，并且突出部24可以穿过所述狭槽。

凹部具有有限长度，并且在装置10处于其中性(未致动)状态时，突出部24定位在凹部34的一端。驱动构件20始于中性状态的初始旋转(示出于图5A至图5D)将使突出部24沿着凹部34移动直到突出部24到达凹部34的端部为止(示出于图6A至图6D)。驱动构件20和从动构件30被分离，使得驱动构件20的旋转运动不会自动引起从动构件30的旋转运动；如果需要，那么可以提供与从动构件30相关联的某一形式的摩擦制动来防止任一个方向上的移动。

驱动构件20的进一步的旋转会使突出部24抵靠在凹部34的端部上，而这会引起从动构件30的旋转。由制动器施加的制动力是相对较弱的，并且轻易就会被驱动构件的进一步的旋转克服。因此，在从动构件30旋转之前，驱动构件20始于中性状态的一些旋转是需要的，在此时间期间，驱动构件20的扇形形状的板22相对于从动构件30的扇形形状的板32发生旋转。

虽然已经描述了空动机构的特定布置，但是技术人员将了解到，运动可以任何合适的方式在驱动构件与从动构件之间传递。

如上所述，驱动构件20和从动构件30均是呈大体扇形形状的板22、32的形式，并且辊40通过偏置机构42而靠着板22、32的边缘偏置。在当前的实施方案中，此偏置机构42是机械弹簧，但是可以使用任何合适的装置(诸如气体弹簧)。板22、32的边缘用作凸轮，其中辊40用作凸轮从动件。弹簧42固定至装置10的壳体，并且因此在驱动构件20和从动构件30旋转时并不会移动。

如图3所示，板22、32的边缘的轮廓是大体圆形的，并且因此辊40可以在板旋转时在板22、32的边缘上平稳地滚动。(将了解到，板22、32的边缘的轮廓会移动，而辊40大体是静止的；然而，由于很容易观察到辊40沿着板22、32的边缘的轮廓移动，所以在以下描述中大体会提到这点。)。

然而，板22、32的边缘的一些区域具有非圆形轮廓，所述非圆形轮廓被成型来使辊40移动，以便于压缩弹簧42。需要一定大小的另外的力来压缩弹簧42，并且这个另外的力能够作为先前提及的“猛增”而被固持输入装置的用户感受到。

弹簧42的这个压缩会在临近输入装置开始旋转(以及因此临近驱动构件20开始旋转)时发生，使得用户能被告知所述旋转。然而，将了解到，轮廓可以具有任何所需的形状，以允许弹簧在装置的操作期间的任何适当时间点发生压缩。用户可以在驱动构件因空动机构所致的自由冲程结束之前感受到“猛增”。另外，此压缩可以分两个或更多个步骤发生。

参考图3至图10描述的装置的实施方案具有会在装置的致动期间在单个点处发生弹簧的压缩的轮廓，但是技术人员将了解到，本发明并不限于此布置。

为了简单起见，在旋转过程的前面部分期间与辊40相接触的轮廓的部分将被称为轮廓的“前面部分”或“第一部分”，而在旋转过程的后面部分期间与辊40相接触的轮廓的部分将被称为轮廓的“后面部分”或“第二部分”。

如图5A和图5B最佳所示，驱动构件20具有包括具有恒定半径的第一部分26和具有恒定半径的第二部分28的轮廓，其中第二部分28的半径略大于第一部分26的半径。第一部分26和第二部分28通过阶部27来连接，辊40可以在所述阶部27上滚动。在辊40在阶部27上滚动时，偏置弹簧42被压缩来提供“猛增”。

在这个实施方案中，驱动构件20和从动构件30被布置成使得在驱动构件20通过输入装置的操作而旋转时，驱动构件20上的阶部27在驱动构件20上的突出部24到达从动构件30中的凹部34的端部的同时(或比之略早)到达辊40。因此，用户在从动构件30开始移动时(或之前不久)感受到“猛增”。如果用户不经意地操作输入装置，那么这个“猛增”将告知他们所述操作，并且他们之后可以将输入装置返回至其原始(未致动)状态。

然而，如果用户有意地操作输入装置，那么他们将在“猛增”之后继续使输入装置旋转。如上文所解释，这会引起从动构件30的旋转。

在这个实施方案中，在从动构件开始旋转时，出现“猛增”。然而，如上文所解释，本发明并不限于此，并且猛增可以在从动构件开始旋转之前或之后出现。另外，驱动构件和从动构件可以被布置成使得用户可在操作过程中感受到超过一次猛增。

从动构件30的轮廓的前面部分36是具有逐渐增大的半径的扇形，而从动构件30的轮廓的后面部分38是具有恒定半径的扇形。从动构件的轮廓的两个部分36、38 (在点37处)平滑地连接在一起。

从动构件30的轮廓的前面部分36开始处的半径小于驱动构件20的轮廓的第一部分26的半径。另外，从动构件30的轮廓的后面部分38的半径等于或(优选地)略大于驱动构件20的轮廓的第二部分28的半径。由于从动构件30的轮廓的前面部分36和后面部分38平滑地连接在一起，所以由此得出：从动构件30的轮廓的前面部分36结束处的半径与从动构件30的轮廓的后面部分38的半径相同，并且因此还等于或略大于驱动构件20的轮廓的第二部分28的半径。因此，从动构件30的轮廓的前面部分36的半径从小于驱动构件20的轮廓的第一部分26的半径增加到等于或略大于驱动构件20的轮廓的第二部分28的半径。

当从动构件30因驱动构件20的继续旋转而旋转(如图6A至图6D所示，其示出驱动构件20上的突出部24到达从动构件30中形成的凹部34的端部时的状态；以及如图7A至图7D所示，其示出驱动构件20和从动构件30两者均从图6A至图6D中的对应的位置开始旋转)时，辊40沿着驱动构件20的轮廓的第二部分28的开始部分移动。辊40之后接触从动构件30的轮廓的前面部分36的端部，所述端部如上所述具有等于或略大于驱动构件20的轮廓的第二部分28的半径的半径。如果从动构件的轮廓的前面部分36的端部的半径略大于驱动构件20的轮廓的第二部分28的半径，那么这会很轻微地压缩偏置弹簧42；然而，所述压缩太小以至于其无法让用户感受到传递回到用户的力的猛增。

辊40之后在从动构件30的轮廓的前面部分36与后面部分38之间的平滑接头37上移动，并且驱动构件20和从动构件30的随后旋转继续使辊40在从动构件30的轮廓的后面部分38上移动。由于从动构件30的轮廓的这个部分具有恒定半径，所以不存在对偏置弹簧42的进一步的压缩。

在替代形式中，从动构件30的轮廓的后面部分38可以具有逐渐增大的半径。在此布置下，弹簧42将随着辊40在从动构件30的轮廓的后面部分38上移动而被逐渐压缩，并且因此逐渐压缩弹簧42所需的力将作为逐渐增大的反馈力而被用户感受到。

类似地，驱动构件20的轮廓的第一部分26不需要是圆形的，并且也可以具有逐渐增大的半径，使得用户将在驱动构件的旋转的初始部分中感受到逐渐增大的反馈力。

如果驱动构件20的轮廓的第一部分26和从动构件30的轮廓的后面部分38均具有增大的半径，那么用户在驱动构件的整个旋转过程中将感受到逐渐增大的反馈力。如果半径的增加率不同，那么用户将感受到如图11示意性所示的反馈力的增加的量的改变。驱动构件20的轮廓的第一部分26对应于“斜线A”，并且从动构件30的轮廓的后面部分38对应于“斜线B”。如果这个变化非常明显，那么可能没有必要提供反馈力的“猛增”，并且因此可能不需要阶部27。

当装置返回至其原始状态时，使输入装置在相反方向上旋转，并且这会使驱动构件20往回朝向其原始位置旋转。由于驱动构件20和从动构件30不接触(借助于突出部24和凹部34实现的接触除外)，并且从动构件的运动通过摩擦制动来制动，所以驱动构件20的旋转运动不会引起从动构件30的旋转运动，并且因此从动构件30最初并不移动。辊40因此保持与从动构件30的轮廓上的同一个点接触。

然而，驱动构件20上的突出部24会沿着从动构件30中的凹部34往回移动，直到所述突出部24接触凹部34中其原始定位的端部为止(如图8A至图8D所示)。在此时，驱动构件20和从动构件30的相对位置与驱动构件20的运动原先开始时的相对位置相同(如通过将图5A至图5D与图8A至图8D进行比较可见)。然而，驱动构件20和从动构件30相对于辊40的旋转位置是不同的(如再次通过将图5A至图5D与图8A至图8D进行比较可见)。

驱动构件20随后朝向其原始位置进行的旋转将克服摩擦制动的制动力并且会使从动构件30移动，并且因此，辊40将在驱动构件20和从动构件30的轮廓上移动。

由于从动构件30的轮廓的后面部分38的半径大于驱动构件20的第二部分28的半径，所以所述辊在驱动构件20和从动构件30旋转回到其原始位置时将沿着从动构件30的轮廓移动。另外，辊40(如从图9可见)将在从动构件30的轮廓的后面部分38与前面部分36之间的平滑接头37上移动，并且之后将沿着从动构件30的轮廓的前面部分36移动。

如上所述，从动构件30的轮廓的前面部分36的半径逐渐减小，直到所述半径小于驱动构件20的轮廓的第一部分26的半径为止。因此，辊40将沿着从动构件30的轮廓的前面部分38移动，直到到达减小的半径等于驱动构件20的轮廓的第一部分26的半径的点(图9中的点50)为止。驱动构件20和从动构件30的继续运动之后将使辊40沿着驱动构件20的轮廓的第一部分26移动，直到所述辊(如图5A至图5D所示)最终返回到其原始位置为止。

在辊40的返回运动期间，偏置弹簧42逐渐解除压缩。在返回运动中不存在进一步压缩弹簧42的点，并且因此如从图2可见，在返回路径上并不存在力的“猛增”。然而，在替代实施方案中，驱动构件和从动构件的轮廓可以被布置成包括阶部，并且因此在返回路径期间提供力的“猛增”(如果合适或需要的话)。

机构(未示出)可以被提供用来将驱动构件20偏置到其未致动位置，使得装置10可在用户释放输入装置时返回至其中性(未致动)状态。这些机构可以呈螺旋弹簧或类似物的形式，它们布置在驱动构件20和从动构件30在上面旋转的轴的周围。这些机构优选地是相对较弱的，使得其所施加的偏置轻易就可被装置的用户克服。

另外，在上文描述的实施方案中，驱动构件旋转地连接至输入装置，并且驱动构件和从动构件绕同一个轴线旋转。然而，驱动构件和从动构件还有可能沿直线移动。驱动构件和从动构件可以是呈大体直线板(或具有任何合适的形状的板，这取决于装置的具体应用)的形式，其中每个板的边缘形成驱动构件和从动构件的轮廓。

所述装置利用简单的构造向用户提供反馈来向所述用户告知装置的致动，并且因此有助于避免意外致动。

Claims (12)

1. 一种用于连接至由用户致动的输入装置的装置，所述装置包括：

可移动驱动构件，所述可移动驱动构件用于连接至所述输入装置；以及

可移动从动构件；

其中所述驱动构件的运动仅在所述驱动构件已移动了一定量之后才被传递到所述从动构件；

并且其中在所述驱动构件移动时，机构被提供用来将力传递回到所述用户。

2.如权利要求1所述的装置，其中制动机构被提供用来防止所述从动构件在任一方向上的运动，直到所述驱动构件的运动被传递到所述从动构件为止。

3.如权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述驱动构件和所述从动构件被布置成可旋转，并且所述驱动构件的旋转仅在所述驱动构件已旋转了一定量之后才被传递到所述从动构件。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述驱动构件和所述从动构件是呈板的形式，所述板大体彼此平行并且绕大体垂直于所述板的同一个轴线旋转。

5.如权利要求3或权利要求4所述的装置，其中：

所述驱动构件和所述从动构件中的一个具有突出部；

所述驱动构件和所述从动构件中的另一个具有细长凹部，所述突出部安插在所述细长凹部中；

使得所述驱动构件的旋转引起所述突出部沿着所述凹部移动直到所述突出部接触所述凹部的端部为止，并且所述驱动构件的进一步的旋转引起所述从动构件旋转。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述凹部是呈所述驱动构件或所述从动构件中的狭槽的形式。

7.如权利要求4或从属于其的任何权利要求所述的装置，其中形成所述驱动构件和所述从动构件的所述板是扇形形状的，并且所述装置还包括辊，所述辊通过偏置机构诸如弹簧而被迫抵靠在所述板的边缘上。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述偏置机构固定至所述装置的壳体。

9.如权利要求7或权利要求8所述的装置，其中形成所述驱动构件的所述板的所述边缘具有其中带有阶部的轮廓，使得在使所述阶部移动经过所述辊时，所述偏置机构被压缩，并且此压缩在所述力的增大被传递回到所述用户时被所述用户感受到。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述阶部被定位成使得所述辊在所述驱动构件的旋转被传递到所述从动构件时所处的点处或其周围接触所述驱动构件的所述阶部，从而使得力在所述从动构件开始旋转时被所述用户感受到。

11.如权利要求9或权利要求10所述的装置，其中所述从动构件具有带有前面部分和后面部分的轮廓，并且所述从动构件的所述轮廓的所述后面部分的半径等于或大于所述驱动构件的所述轮廓中在所述阶部之后的部分的半径。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述从动构件的所述轮廓的所述前面部分的半径朝向所述从动构件的所述轮廓的所述后面部分增大，使得所述从动构件的所述轮廓的所述前面部分开始处的半径小于所述驱动构件的所述轮廓开始处的半径，并且所述从动构件的所述轮廓的所述前面部分结束处的半径等于或大于所述阶部的半径。