CN108268133A - 柔性触觉致动器 - Google Patents

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Abstract

一种柔性触觉致动器和对应的方法。柔性触觉致动器包括用柔性材料形成的芯体。芯体限定体积并且是可弯曲的。电导体缠绕在芯体上并且是可弯曲的。外壳围绕电导体和至少一部分芯体。外壳包括多个柔性段和多个刚性段。外壳是可弯曲的。触觉质量块悬置在体积中，触觉质量块至少部分地由磁性材料形成。响应于电导体产生磁场，触觉质量块在体积中是可移动的。

Description

柔性触觉致动器
技术领域
本专利文献涉及触觉致动器，且更具体地涉及柔性触觉致动器。
背景技术
触觉效果被用于增强个人与电子设备的交互。触觉效果使得用户能够体验到触摸感觉，这通常由嵌入在设备中的致动器产生。最近的创新已经实现了可折叠的或以其他方式可弯曲的电子设备的发展，诸如可折叠且可弯曲的显示器、手机、平板电脑和其他设备。此外，触觉设备可以嵌入或附着到可穿戴制品，诸如服装、珠宝和手环。它们也可以嵌入或附着到织物和其他可弯曲且可折叠的设备和物件上。
在这些类型的设备和物件中体现触觉设备的问题是触觉致动器可能限制其弯曲或折叠的能力。此外，即使触觉致动器与设备一起折叠或弯曲，弯曲动作也会妨碍触觉设备的操作，并限制其振动或以其他方式传递触觉效果的能力。
发明内容
本专利文献的一个方面涉及一种柔性触觉致动器，其包括由柔性材料形成的芯体。芯体限定体积并且是可弯曲的。电磁线圈缠绕在芯体上并且是可弯曲的。外壳围绕电导体和至少一部分芯体。外壳包括多个柔性段和多个刚性段。外壳是可弯曲的。触觉质量块悬置在体积中，触觉质量块至少部分地由铁磁材料形成。响应于电磁线圈产生磁场，触觉质量块在体积中是可移动的。
本专利文献的另一个方面是一种使用触觉致动器产生触觉效果的方法，该触觉致动器具有缠绕在体积上的电磁线圈以及悬置在体积中的触觉质量块。该方法包括：使触觉致动器形变；通过线圈传导交流电流；响应于传导交流电流，产生延伸穿过该体积的磁场；并且响应于产生磁场，在触觉致动器形变的同时在体积内移动所述触觉质量块，移动的触觉质量块具有振荡的行进路径。
附图说明
图1是柔性触觉致动器的一个可能实施例的俯视平面图。
图2是图1所示的柔性触觉致动器的端视图。
图3是沿线3-3截取的图1所示的柔性触觉致动器的横截面视图。
图4是图1-3中所示的触觉致动器的一部分的剖视图。
图5是当柔性触觉致动器弯曲时沿线5-5截取的图1所示的柔性触觉致动器的横截面视图。
图6是图1-5中所示的触觉致动器的替代实施例的横截面视图。
图7是图1-5中所示的触觉致动器的替代实施例的横截面视图。
图8是图1-5中所示的触觉致动器的替代实施例的横截面视图。
图9是图1-5中所示的柔性触觉致动器的替代实施例的俯视平面视图。
图10是图9中所示的柔性触觉致动器的侧视图。
图11是图1-5中所示的柔性触觉致动器的替代实施例的俯视平面视图。
图12是图11中所示的柔性触觉致动器的侧视图。
图13是描绘先前附图中任一幅中所示的柔性触觉致动器在它可被包括在触觉使能制品中时的框图。
图14是用于致动先前附图中任一幅中所示的柔性触觉致动器的控制器的框图。
具体实施方式
将参考附图详细描述各实施例，其中相同的附图标记在多个视图中表示相同的部件和组件。对各实施例的引用并不限制本文所附的权利要求的范围。此外，在本说明书中阐述的任何示例并不旨在限制，并且仅仅阐述了所附权利要求的许多可能的实施例中的一些实施例。
只要适合，以单数使用的术语也将包括复数，反之亦然。除非另有说明或者“一个或多个”的使用显然是不合适的，否则在本文中“一(a)”的使用意味着“一个或多个”。除非另有说明，否则“或”的使用意味着“和/或”。“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”和“具有(having)”的使用是可互换的且不是旨在限制性的。术语“诸如……之类”也不是旨在限制性的。例如，术语“包括(including)”应意味着“包括但不限于”。
总的来说，本专利文献涉及可弯曲且仍传递触觉效果的触觉致动器。另外，触觉效果可以是传递给人的任何类型的触感。在一些实施例中，触觉效果体现诸如用户与触觉使能制品交互的提示、通知、反馈或确认或其他通知之类的信息。在一些实施例中，触觉效果可以体现更加复杂的消息或其他信息。在替代实施例中，触觉效果可以用于通过模拟诸如摩擦、流动和止动之类的物理特性或效果来增强用户与设备的交互。
现在参照图1-3，触觉致动器100具有芯体102、电磁线圈106、触觉质量块120和外壳114。触觉致动器100具有在约5mm至约30mm的范围内的外径，但是替代实施例可以具有小于5mm或大于30mm的直径。另外，触觉致动器100具有在约10mm至约60mm的范围内的长度，但是替代实施例可以具有小于10mm或大于60mm的长度。
芯体102具有限定空隙108的基本上管状的壁104并具有中心线110。触觉质量块120定位在空隙108中。第一和第二端盖122和124定位成靠近管状壁104的相对设置的端并且封闭空隙108。
管状壁104具有在约1mm至约3mm的范围内的厚度，但是替代实施例可以具有小于约1mm或大于3mm的内径。芯体102由具有高磁导率的材料形成，并且引导从电磁线圈106辐射的磁场，使得场的至少一部分在基本上平行于空隙108的中心线110的方向上穿过空隙108。另外，芯体102由柔性材料形成，并且在替代实施例中，芯体102也由可被拉伸的材料形成。在示例性实施例中，芯体102用铁磁凝胶状悬浮物或橡胶材料形成，但是可以使用其他材料来形成芯体102。在替代实施例中，芯体102由非磁性的或具有低磁导率的材料形成。可以用来形成芯体102的材料的示例包括弹性体，诸如聚丙烯酸、硅、氟硅、含氟弹性体和聚氨酯橡胶。在至少一些实施例中，这些弹性体可嵌有铁磁颗粒。
电磁线圈106由缠绕在芯体102的至少一部分周围的磁导体形成。在至少一些实施例中，电磁线圈106被模制或以其他方式嵌入到芯体102的管状壁104中，诸如形成在填充有导电材料的芯体102的管状壁104内的螺旋形通道。在替代实施例中，电磁线圈106可缠绕在管状壁104的外表面上或者甚至沿着管状壁104的内表面缠绕。另外，电磁线圈106可以由任何合适的电导体形成，诸如电线或导电电镀、迹线或层。对于电线，电线的尺寸可以在约30标号(gauge)至约40标号的范围内，但是替代实施例可以具有在40标号以上或30标号以下的标号。电线的标号可以根据各种设计标准而变化，包括需要或期望多强的磁场；触觉质量块的大小；触觉质量块的磁导率；针对触觉致动器的期望的性能特征，诸如速度、加速度、振荡频率和触觉致动器的移动长度；以及特别是当柔性触觉致动器弯曲时对触觉质量块的移动的抵抗性。可以调整电线的标号和流过电磁线圈106的电信号的特性以基于这些和其它标准优化磁场。
电磁线圈106沿着中心线110延伸一段长度lc，并且该长度lc约等于触觉质量块120在空隙108内的行进路径的长度lhm(在本文中更详细地讨论)。在替代实施例中，电磁线圈106的长度可延伸芯体102的管状壁104的整个长度。在其他替代实施例中，电磁线圈106的长度lc可以比触觉质量块120的行进路径长，但是小于芯体102的长度。可选地，电磁线圈106的长度lc可以延伸芯体102的整个长度。长度lc也可以比触觉质量块120的行进路径稍短，只要辐射通过电磁线圈106的端点的磁场部分或其它力能够控制触觉质量块120沿着中心线110的线性移动。电磁线圈106的长度也可以取决于触觉质量块的大小和其他设计以及性能特性，如在本文中更详细讨论的。
触觉质量块120是具有至少略小于由芯体102的管状壁104限定的空隙108的横截面积的横截面积的质量块。该尺寸使得触觉质量块120沿着触觉致动器100的中心线110移动。触觉质量块120可以具有不同的形状，包括允许其穿过空隙108并沿着中心线110移动的球形、圆柱形或任何其他形状。另外，在至少一些实施例中，触觉质量块120的横截面形状与芯体的管状壁104的内表面的横截面形状相同，但是在一些实施例中，它们可以具有不同的形状。然而，球形形状的优点在于球形触觉质量块120将不会限制触觉致动器100的弯曲动作。另外，球形触觉质量块120将不会相对于芯体的管状壁104的内表面倾斜，并且因此不会在空隙108内粘固，从而限制其移动。
触觉质量块120可以由具有正或负的净磁矩的铁类材料制成，以使得当暴露于从电磁线圈106辐射的磁场时其能够被推动。另外，触觉质量块120可以用相对于芯体102或涂覆在芯体102的表面上的涂层112具有最小摩擦的材料形成，以使得对触觉质量块120在其抵靠芯体的管状壁104移动的情况下的移动的阻力最小化。
例如，触觉质量块120可以由嵌有铁磁颗粒的弹性体材料形成。铁磁颗粒可以是纳米颗粒，但是可以使用更大的颗粒。可用于形成触觉质量块120的弹性体材料或其他材料的示例包括硅树脂、聚丙烯酸、氟硅、含氟弹性体和聚氨酯橡胶。形成铁磁颗粒的材料的示例包括碳铁、氧化铁和含有镍、铁或钴的化合物。在其他可能的实施例中，触觉质量块120仅由铁磁材料形成。
在示例性实施例中，空隙108在除触觉质量块120之外是空的。在其他示例性实施例中，空隙108包含气体。在又其他实施例中，空隙108填充有柔性悬浮物，该柔性悬浮物作用于触觉质量块120的移动，并传送由触觉质量块120的移动或振动产生的力。柔性悬浮物的示例包括硅凝胶、其他凝胶状材料和泡沫。在其它示例实施例(其中一些在本文中更详细地讨论)中，空隙108包含可操作地连接到触觉质量块并与其相互作用的弹性物理结构或其他类型的结构。
用于具有磁性的材料的涂层112被施加到芯体的管状壁104的内表面。当暴露于磁场时，抗磁材料辐射具有与感应磁场相反的方向的感应磁场。因此，当暴露于触觉质量块120中的铁磁性材料时，抗磁材料将辐射朝向触觉质量块120的中心和中心线110传播的感应磁场。因为管状壁104的内表面和触觉质量块120的横截面形状是圆形且同心的，所以从抗磁材料辐射的感应磁场对触觉质量块120的相对侧施加基本相等且相反的力，并总是促使触觉质量块120保持居中于中心线110上。
另外，只要涂层112对着触觉质量块120施加相等且相反的磁力以将其推向中心线110，则涂层112可围绕小于芯体102的整个圆周延伸。例如，围绕该圆周的交替的弧或区段可以涂覆有磁性材料。
在至少一些可能的实施例中，涂层112由诸如石墨、热解碳、铋、汞、银、金刚石碳、铅和铜之类的抗磁材料形成。涂层112沿着管状壁104的内表面的整个长度和圆周延伸。可选地，涂层112可以延伸小于芯体102的长度的长度，但仍然沿着管状壁104的等于或大于触觉质量块120的行进路径的长度延伸。在替代实施例中，涂层112延伸的长度短于触觉质量块120的行进路径。另外，涂层112是一种材料并且采用某种技术来施加，使得涂层112在触觉致动器100以及由此芯体102弯曲、拉伸或压缩时将不会被损坏。代替涂层112或除了涂层112之外还可以将具有如本文所述的磁性的单独衬里或其他构件装配到空隙108中以帮助使触觉质量块120居中。
作为涂层的替代方案，用磁性材料形成的套筒(未示出)可以被插入到空隙108中并且与管状壁104的内表面对齐。从套筒辐射的磁场将使空隙108中的触觉质量块120漂浮。套筒可以具有任何合适的长度以便当触觉质量块120在空隙108内移动时为其提供漂浮。例如，套筒可以延伸管状壁104的整个长度。在另一个示例中，套筒比管状壁104短，但是长于触觉质量块120的行进路径lhm。在另一个示例中，套筒的长度与触觉质量块120的行进路径lhm相同或比其短，只要从套筒辐射的场能够支撑触觉质量块120或使其飘浮。在另一个替代实施例中，代替或除了套筒之外还沿着管状壁104的内表面放置磁性片。磁性片可以是细长的并且沿着管状壁104的长度延伸。或者，磁性片可以具有其他形状并且沿着管状壁104的内表面放置成一图案以使得该图案辐射与触觉质量块120相互作用并使其漂浮在空隙108内并沿着整个行进路径lhm的一个磁场或多个磁场。在又其他实施例中，除了抗磁涂层112之外，还可以使用套筒或单独的磁性片。
外壳114围绕芯体的管状壁104的外径装配。外壳114可以是提供柔性且仍然保护不受压缩的框架、壳体、套筒或任何其他结构，如本文所述。
外壳114具有由刚性材料形成的多个刚性段和由柔性材料形成的多个柔性段。在可选的实施例中，形成柔性段的材料还是弹性的，因此除了被弯曲之外，它还可以被拉伸或压缩。柔性段使得触觉致动器100能够弯曲。刚性段提供防止芯体102压缩的刚性以及由芯体的管状壁104限定的空隙108的横截面积。该结构使得触觉致动器100能够在对触觉质量块120的移动具有最小限制阻尼或没有限制阻尼情况下并且因此在对触觉质量块120的振动的阻尼最小或没有阻尼的情况下被弯曲(或者如果柔性材料是弹性的时能够被压缩或拉伸)。
在所示的实施例中，外壳114是波纹状的并具有彼此平行并且围绕触觉致动器100和芯体102的圆周延伸的多个环形脊118。在该示例性实施例中，环形脊118形成刚性段。外壳114还具有彼此平行且平行于脊118的多个环形槽116或沟槽。槽116围绕触觉致动器100和芯体102的圆周延伸并形成柔性段。脊118和槽116基本上沿着芯体102和触觉致动器100的整个长度交替。
脊118和槽116可以具有相同的宽度，以沿着触觉致动器100的长度提供均匀的波纹。或者，脊118可以具有与槽不同的宽度。在又其他实施例中，脊118的宽度可以沿着触觉致动器100的长度变化。例如，从触觉质量块120的行进路径径向定位的脊118可以比沿着触觉致动器100的其他部分的脊118更宽以在触觉致动器100所在的位置提供防止空隙108压缩的更大保护。槽的宽度也可以沿着触觉致动器100的长度变化。
另外，外壳114可以使用各种不同的制造技术来制造。例如，外壳114可以利用将不同材料插入模具的不同部分中而模制在芯体102周围。在另一个示例中，可以使用3D打印机和不同的材料来打印外壳114。另外，外壳114可以与触觉致动器100的其余部分分开形成，然后插入到芯体102上，非常像套筒。在又其他实施例中，脊118和槽可以分开形成，然后使用粘合剂彼此结合或以其他方式彼此附接，或者只是分别插入到芯体102上并与之结合或者彼此结合。
虽然示出了波纹结构，但是外壳114可以具有既提供柔性又保护芯体102和空隙108免受压缩的任何其他结构。另外，外壳114可以是沿着触觉致动器100定位的单件或多件，以提供柔性和抵抗压缩的保护。
在操作中，在正和负之间振荡的电流流过电磁线圈106并产生磁场，磁场的至少一部分通过空隙108传播。磁场沿着实质上平行于中心线110的路径推动触觉质量块120。当电流改变极性时，触觉质量块120在空隙108中改变方向。触觉质量块120的这种来回移动导致触觉致动器100振动。另外，沿着芯体的管状壁104的内表面的磁性材料的涂层112沿着触觉质量块120的半径提供相等且相反的力，其将触觉质量块120推到中心线110上的居中位置并且在触觉质量块120和管状壁104之间提供间隙。如果触觉质量块120偏离中心并朝向芯体102或者甚至与芯体102接触，则从涂层112传播到触觉质量块120的磁力促使触觉质量块120回到沿着中心线110的居中位置。
另外，当触觉致动器100如图5所示弯曲时，空隙108和中心线110也弯曲并变为弯曲的。触觉致动器100的弯曲动作还使得芯体102、电磁线圈106、涂层112和中心线110弯曲。磁场从电磁线圈106辐射时传播的方向也与中心线110一起弯曲，并使触觉质量块120的路径弯曲。当触觉质量块120沿着弯曲路径移动时，动量可以使其撞击芯体102的内表面，引起对触觉质量块120的移动的一些阻尼和对触觉致动器100的振动的阻尼。然而，涂层112与触觉质量块120之间的磁性相互作用持续地将触觉质量块120推向中心线并远离芯体102，由此减小或甚至最小化触觉质量块120之间的接触，并因此减小或最小化阻尼。
图6示出了基本上类似于图1-4中所示的触觉致动器100的触觉致动器127的替代实施例。触觉致动器127具有限定空隙108并且在其内表面上具有磁性材料的涂层112的芯体102、电磁线圈106、触觉质量块120和外壳114。
替代或除了填充空隙108的悬浮物，第一弹簧126和第二弹簧128被定位在空隙108中。第一弹簧126在第一端盖122与触觉质量块120之间延伸，并且第二弹簧128在第二端盖124与触觉质量块120之间延伸。当触觉致动器127处于非致动状态(例如，未振动)时并且还当它处于致动状态(例如，振动)时，第一弹簧126和第二弹簧128沿着中心线110保持触觉质量块120。第一弹簧126和第二弹簧128也与中心线110对准，并且当安装有触觉致动器127的设备移动或者推挤时帮助将触觉质量块120保持在中心线110上。该双弹簧配置的优点在于，支撑触觉质量块120的两侧有助于将触觉质量块120保持在以中心线110为中心的位置中，因此存在由触觉质量块120移动离开中心并撞击芯体102的内表面导致的较低阻尼。
图7示出了基本上类似于图6中所示的触觉致动器127的触觉致动器125的替代实施例。触觉致动器125具有限定空隙108并且在其内表面上具有磁性材料的涂层112的芯体102、电磁线圈106、触觉质量块120和外壳114。然而，在此实施例中，触觉致动器125具有在一个端盖122与触觉质量块120之间延伸的单个弹簧126。在触觉质量块120的相对侧与相对的端盖124之间不存在第二弹簧。
该实施例的优点在于，单个弹簧配置应当比两个弹簧配置对于触觉质量块120的移动具有更小的阻尼。利用单个弹簧配置，拉伸或压缩触觉致动器125将不会延伸或压缩弹簧126，因为触觉质量块120在两侧上都不是锚定的。因此，作为触觉致动器125的拉伸或压缩的结果，移动触觉质量块120所需的力量不会改变。
对于在触觉质量块120的相对侧与触觉致动器的相对端之间锚定有两个弹簧的实施例，拉伸或压缩触觉致动器将分别使弹簧伸展或压缩。所导致的弹簧长度的变化将导致需要更多的力来移动触觉质量块120，并且因此对触觉质量块120的移动和触觉致动器的振动具有阻尼效应。因此，单个弹簧布置是有利的，因为其导致触觉质量块120和触觉致动器125的较低的阻尼。
图8示出了基本上类似于图7中所示的触觉致动器125的触觉致动器129的替代实施例。触觉致动器129具有限定空隙108并且在其内表面上具有磁性材料的涂层112的芯体102、电磁线圈106、触觉质量块120、弹簧126和外壳114。另外，铰接接头130位于端盖122和弹簧126之间。在示例性实施例中，铰接接头130可以是折叠或折纸类型的结构。铰接接头130进一步减小了由弹簧126引起的任何阻尼效应。例如，与如果一端具有一些伸展性并且被允许相对于触觉致动器129的端盖122和其他结构移动相比，当触觉致动器129弯曲时，一端固定地锚定到触觉致动器129的端盖122的弹簧126将倾向于更大程度地弯曲。
图9和10示出了基本上类似于图1-4中所示的触觉致动器100的触觉致动器134的另一个实施例。触觉致动器134具有限定空隙108并且在其内表面上具有磁性材料的涂层112的芯体102、电磁线圈106和触觉质量块120。其还包括外壳136，外壳136类似于外壳114，其围绕芯体102的圆周延伸，沿着触觉致动器134的长度延伸，并具有由刚性材料138和柔性材料135形成的交替且平行的段。然而，外壳136不是波纹状的并具有相对光滑的外表面。
图11和12示出了基本上类似于图1-4中所示的触觉致动器100的触觉致动器138的另一个实施例。触觉致动器138具有限定空隙108并且在其内表面上具有磁性材料的涂层112的芯体102、电磁线圈106和触觉质量块120。
触觉致动器138还包括外壳140，外壳140是波纹状的且基本类似于外壳114，除了外壳140的横截面的外表面是方形或其他矩形形状。尽管示出了用于外壳140的外表面的圆形和矩形形状，但是在替代实施例中的外壳可以具有任何形状并且可以是除了圆形或矩形以外的形状。另外，即使外壳140的外表面不是圆形或环形的，电磁线圈106、芯体102和空隙108仍然可以是圆柱形的并且具有圆形横截面。可选地，任何部件(包括电磁线圈106、芯体102和空隙108)的横截面可以具有非圆形的形状。
图13描绘了其中图1和图2中所示的触觉致动器100位于诸如电子设备、可穿戴制品或任何其它制品之类的制品161附近的实施例。控制器142和致动器驱动电路电连接到触觉致动器并且可以位于制品161中或者远离制品161。当触觉致动器100振动时，其产生惯性力，该惯性力被传递到制品161中的结构。这个传递的惯性力进而导致制品161也振动并且传递触觉效果。靠近触觉致动器100的制品161的结构可以是任何结构，诸如用于电子设备的外壳、触摸板、显示屏、肩带或用户与其交互的任何其他结构。电子设备的示例包括可弯曲且可折叠的设备，诸如肩带；可穿戴制品，诸如皮带、珠宝、手环和服装；可折叠且可弯曲的电子装置，诸如可折叠且可弯曲的手机、可折叠且可弯曲的平板电脑以及可折叠且可弯曲的显示器；钱包和手包；以及其他计算机、平板电脑、电子书阅读器、诸如智能电话之类的电话、显示屏、游戏控制台和控制器、虚拟现实护目镜和其他虚拟现实设备、指向设备、车辆、汽车部件、手术器械和其他医疗设备和监视器、健身器材、安全设备以及希望传递触觉效果的任何其他设备。
参考图14，用于本文公开的触觉致动器的控制器142包括总线146、处理器144、输入/输出(I/O)控制器148和存储器150。总线146将包括I/O控制器148和存储器150的控制器142的各种部件耦合到处理器144。总线146典型地包括控制总线、地址总线和数据总线。然而，总线146可以是适合于在控制器142中的部件之间传输数据的任何总线或总线的组合。
处理器144可包括配置为处理信息的任何电路并且可包括任何合适的模拟或数字电路。处理器144也可包括执行指令的可编程电路。可编程电路的示例包括微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)、或适合于执行指令的任何其它处理器或硬件。在各种实施例中，处理器144可包括单个单元、或者两个或多个单元的组合，这些单元在物理上位于单个控制器中或分开的设备中。
I/O控制器148包括监视控制器142和外围设备或外部设备的操作的电路。I/O控制器148也管理控制器142和外围设备或外部设备(未示出)之间的数据流。外部设备可驻留在控制器142和触觉致动器100并入的同一制品或设备中或者可以在系统的外部。I/O控制器148可与其相接的其他外围设备或外部设备的示例包括传感器、外部存储设备、监视器、诸如键盘、鼠标或按钮之类的输入设备、外部计算设备、移动设备、发射器/接收器以及天线。
存储器150可包括诸如随机访问存储器(RAM)的易失性存储器、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁存储器、光学存储器或任何其它合适的存储器技术。存储器150也可包括易失性存储器和非易失性存储器的组合。
存储器150被配置为存储由处理器144执行的多个程序模块，包括触觉效果确定模块152和触觉效果控制模块154。每个程序模块是数据、例程、对象、调用和执行一个或多个特定任务的其它指令的集合。虽然本文公开了某些程序模块，但是在各种实施例中，对于每个模块所描述的各种指令和任务都可以由单个程序模块、模块的不同组合、不同于本文所公开的那些模块的模块、或者由与控制器142通信的远程设备执行的模块来执行。
在示例实施例中，触觉效果确定模块152确定何时传递触觉效果。如果控制器142被编程为传递不同的触觉效果，则触觉效果确定模块152还确定要传递哪个触觉效果。触觉效果确定模块152可以用来确定要传递哪个触觉效果的示例技术包括被编程为做出决定以选择触觉效果的规则。例如，控制器142可以与GPS接收器或其他位置跟踪设备对接，并且基于用户的位置以及他们是否正在移动来确定应当传递的不同的触觉效果。
在触觉效果确定模块152确定将哪个触觉驱动信号传递到触觉致动器100并且将该确定传达给触觉效果控制模块154。触觉效果控制模块154获得对应于确定的触觉效果的电气参数、性质或特性。触觉效果控制模块154将电气参数传送到I/O控制器148，I/O控制器148将其输出到致动器驱动电路156。致动器驱动电路156具有与放大器160串联的信号发生器158，其随后生成体现由触觉效果控制模块154提供的电气参数的触觉驱动信号。致动器驱动电路156将触觉驱动信号施加到触觉致动器100的智能材料制造104中的电极。
可用于生成触觉驱动信号的信号参数的示例包括相对于事件的频率、振幅、相位、反转(inversion)、持续时间、波形、启动时间(attack time)、上升时间、淡入淡出时间(fade time)以及滞后(lag)或提前(lead)时间。另外，用于触觉驱动信号的信号和波形的示例包括直流信号、交流信号、方波、正弦波、阶跃信号、三角波、锯齿波和脉冲。另外，触觉驱动信号可具有约2V至约10V范围内的电压以及约0.1mA至约0.5mA范围内的电流。在替代实施例中，触觉驱动信号可具有低于2V或高于10V的电压以及低于0.1mA或高于0.5mA的电流。触觉驱动信号的频率可以在从大约100Hz到大约250Hz的范围内。在替代实施例中，频率可以低于100Hz或高于250Hz。在替代实施例中，触觉驱动信号具有在这些范围之外的电压或频率。另外，触觉驱动信号的期望的电压和频率可以根据致动器的结构和致动器中使用的材料的类型以及用于将触觉质量块120支撑在空隙108中的结构而变化。
在替代实施例中，不存在对通过触觉致动器100传递的触觉效果或用于生成触觉驱动信号的电气参数的确定。在这样的实施例中，控制器142被简单地编程，或者甚至硬连线，以将确定的触觉驱动信号传递到触觉致动器100。
上文描述的各种实施例仅作为示例给出且不应当解释为限制本文所附的权利要求。本领域技术人员将容易地认识到可能做出的各种修改和改变，而不必遵循本文所示出和描述的示例实施例和应用且不背离下列权利要求的真正精神和范围。

Claims (38)

1.一种柔性触觉致动器，包括：
芯体，所述芯体由柔性材料形成，所述芯体限定体积，所述芯体是可弯曲的；
电磁线圈，缠绕在所述芯体上，所述电磁线圈是可弯曲的；
外壳，围绕所述电导体和至少一部分的所述芯体，所述外壳包括多个柔性段和多个刚性段，所述外壳是可弯曲的；以及
触觉质量块，悬置在所述体积中，所述触觉质量块至少部分地由铁磁材料形成，所述触觉质量块响应于所述电磁线圈产生磁场而在所述体积中是可移动的。
2.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述芯体具有内表面并且所述内表面具有圆形截面。
3.如权利要求2所述的柔性触觉致动器，其中：
所述芯体包括铁类材料的颗粒。
4.如权利要求3所述的柔性触觉致动器，其中：
所述芯体中的所述柔性材料是有弹性的。
5.如权利要求3所述的柔性触觉致动器，其中：
所述柔性材料选自基本上由以下各项组成的组：凝胶、铁磁凝胶状悬浮物、橡胶、聚丙烯酸、硅、氟硅、含氟弹性体、聚氨酯橡胶及其组合。
6.如权利要求3所述的柔性触觉致动器，其中：
所述芯体包括环形壁并且所述电磁线圈嵌入在所述环形壁中。
7.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述触觉质量块在所述体积中具有行进路径；以及
所述电磁线圈具有至少与所述行进路径一样长的体长度。
8.如权利要求7所述的柔性触觉致动器，其中：
所述触觉质量块在所述体积中具有行进路径；以及
所述电磁线圈具有与所述行进路径大致相同长度的体长度。
9.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述电磁线圈包括电线。
10.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述外壳具有长度，并且所述柔性段和所述刚性段沿着所述外壳的长度交替。
11.如权利要求10所述的柔性触觉致动器，其中：
所述柔性段至少部分地由弹性材料形成。
12.如权利要求11所述的柔性触觉致动器，其中：
所述外壳包括多个环形脊和槽，所述脊和槽围绕所述外壳的圆周延伸；
每个槽包括底部，所述底部的截面是弧形的，每个槽的所述底部形成所述多个柔性段中的一个；以及
每个脊包括峰，所述峰的截面是弧形的，每个脊形成所述多个刚性段中的一个。
13.如权利要求11所述的柔性触觉致动器，其中：
所述外壳包括多个环形褶皱，每个褶皱围绕所述外壳的圆周延伸。
14.如权利要求11所述的柔性触觉致动器，其中：
所述外壳具有外表面，所述外表面基本上是平坦的。
15.如权利要求11所述的柔性触觉致动器，其中：
所述柔性部分具有轴向长度且所述刚性部分具有轴向长度；以及
至少一个柔性部分的轴向长度不同于至少一个刚性部分的轴向长度。
16.如权利要求11所述的柔性触觉致动器，其中：
所述外壳具有外壁，所述外壁具有截面；并且
所述截面是圆形的。
17.如权利要求11所述的柔性触觉致动器，其中：
所述外壳具有外壁，所述外壁具有截面；并且
所述截面是四边形的。
18.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述触觉质量块是球形的。
19.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述触觉质量块是多面体。
20.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述触觉质量块还包括选自基本上由以下各项组成的组中的材料：硅树脂、聚丙烯酸、氟硅、含氟弹性体、聚氨酯橡胶、包括碳铁、氧化铁、镍、铁或钴及其组合。
21.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述芯体具有内表面和中心线；以及
所述柔性装置还包括靠近所述内表面的抗磁材料，所述抗磁材料绕所述中心线的至少一部分均匀地分布。
22.如权利要求21所述的柔性触觉致动器，其中：
所述抗磁材料被施加在所述芯体的所述内表面上。
23.如权利要求21所述的柔性触觉致动器，其中：
所述抗磁材料选自基本上由以下各项组成的组：石墨、热解碳、铋、汞、银、金刚石、铅、铜及其组合。
24.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述体积包含真空。
25.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，其中：
所述体积包含非固体介质。
26.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，还包括：
第一端盖和第二端盖，封闭所述体积的第一端部和第二端部；以及
弹簧，可操作地连接在所述第一端盖与所述触觉质量块之间，所述弹簧沿着所述中心线轴向地对齐。
27.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，还包括：
铰接接头，可操作地连接在所述弹簧与所述第一端盖之间。
28.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，进一步其中：
所述铰接接头包括折叠式片材。
29.如权利要求1所述的柔性触觉致动器，还包括：
另一个弹簧，可操作地连接在所述第二端盖与所述触觉质量块之间，所述弹簧沿着所述中心线轴向地对齐。
30.一种使用触觉致动器产生触觉效果的方法，所述触觉致动器具有缠绕在体积上的电磁线圈以及悬置在所述体积中的触觉质量块，所述方法包括：
使所述触觉致动器形变；
通过所述电磁线圈传导交流电流；
响应于传导所述交流电流，产生穿过所述体积延伸的磁场；
响应于产生所述磁场，在所述触觉致动器形变的同时在所述体积内移动所述触觉质量块，移动的所述触觉质量块具有振荡的行进路径。
31.如权利要求30所述的方法，其中：
使所述触觉致动器形变包括使所述触觉致动器弯曲。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述触觉致动器其中：
使所述触觉致动器弯曲包括使包围所述电磁线圈和所述体积的外壳的间歇地隔开的段弯曲。
33.如权利要求31所述的方法，其中：
使所述触觉致动器弯曲包括在基本上不改变所述体积的截面尺寸的情况下使所述触觉致动器弯曲。
34.如权利要求33所述的方法，其中：
使所述触觉致动器弯曲包括在基本上不改变对所述触觉质量块的移动的阻尼的情况下使所述触觉致动器弯曲。
35.如权利要求30所述的方法，其中：
使所述触觉致动器形变包括沿着所述触觉致动器的长度拉伸所述触觉致动器。
36.如权利要求35所述的方法，其中：
拉伸所述触觉致动器包括拉伸包围所述电磁线圈和所述体积的外壳的间歇地隔开的段。
37.如权利要求36所述的方法，其中：
拉伸所述触觉致动器包括在基本上不改变所述体积的截面尺寸的情况下拉伸所述触觉致动器。
38.如权利要求37所述的方法，其中：
拉伸所述触觉致动器包括在基本上不改变对所述触觉质量块的移动的阻尼的情况下拉伸所述触觉致动器。
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