CN110609605A - 用于生成清脆触觉效果的参考信号变化 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于生成清脆触觉效果的参考信号变化。使用开环驱动电路驱动致动器的系统、方法和指令在处理器处根据预定或预测的命令信号生成参考输入信号、将参考输入信号供应给放大器以生成命令信号以及将命令信号供应给触觉输出设备以呈现触觉效果。
Description
技术领域
本发明的实施例一般而言涉及生成清脆(crisp)触觉效果的电子设备，并且更特别地，涉及用于生成清脆触觉效果的参考信号变化。
背景技术
电子设备制造商努力为用户生产丰富的界面。常规设备使用视觉和听觉提示向用户提供反馈。在一些界面设备中，还向用户提供动觉反馈(例如，主动的力反馈和抵抗性的力反馈)和/或触感反馈(例如，振动、纹理和热)，更一般地被统称为“触觉反馈”或“触觉效果”。触觉反馈可以提供增强和简化用户界面的提示。具体而言，振动效果或振动触感触觉效果在向电子设备的用户提供提示的方面可以是有用的，该提示提醒用户具体事件或者提供在模拟或虚拟环境内产生更强感官沉浸的真实反馈。
随着诸如智能电话和平板电脑之类的移动设备的不断发展，用户现在能够在手持设备上观看传统上只有在电影院、电视或家庭影院系统中才能看到的高清晰度音频和视频。利用具有触觉功能的(haptically-enabled)移动设备，内容观看被充分增强，并且除了音频和视频内容成分之外，观众通常还偏好触觉内容成分。但是，为了与高清晰度音频/视频兼容，例如，需要清脆触觉效果，并且其在本文中提供。
发明内容
本发明的实施例一般而言涉及生成清脆触觉效果的电子设备，并且更特别地，涉及用于生成大幅改进相关技术的清脆触觉效果的参考信号变化。
实施例的特征和优点在以下描述中阐述，或者将从描述中清楚，或者可以通过实践本发明来学习。
在一个示例中，用于使用开环驱动电路驱动致动器的系统、方法和指令在处理器处根据预定或预测的命令信号生成参考输入信号、将参考输入信号供应给放大器以生成命令信号以及将命令信号供应给触觉输出设备以呈现触觉效果。
附图说明
进一步的实施例、细节、优点和修改将从以下结合附图进行的对优选实施例的详细描述变得清楚。
图1是根据本发明的示例实施例的具有触觉功能的系统/设备的框图。
图2图示了用于生成触觉命令信号和清脆触觉效果的已知闭环触觉驱动电路。
图3图示了根据本发明的示例实施例的用于生成触觉命令信号和清脆触觉效果的开环触觉驱动电路。
图4图示了根据本发明的示例实施例的用于驱动致动器的方法。
图5图示了在根据本发明的示例实施例的开环驱动电路中使用参考输入信号作为制动信号(braking signal)。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，这些实施例的示例由附图图示。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的普通技术人员将清楚，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它实例中，没有详细描述众所周知的方法、过程、部件和电路，以免不必要地模糊实施例的各方面。只要有可能，就将用相似的附图标记用于相似的元件。
示例实施例一般而言涉及改进的触觉驱动电路。在各种实施例中的每个实施例中，开环触觉驱动电路被配置为通过修改参考输入信号以操纵和以其它方式控制所生成的触觉效果来生成“清脆”触觉(振动触感)效果。消除了昂贵的输出传感器和闭环反馈信号(如在闭环触觉驱动电路中所使用的)的使用。
图1是根据本发明的示例实施例的具有触觉功能的系统/设备10的框图。系统10包括安装在外壳15内的触摸或压力敏感表面11或者其它类型的用户界面，并且可以包括机械按键/按钮13。
在系统10内部的是触觉反馈系统，该触觉反馈系统在系统10上生成触觉效果并且包括处理器或控制器12。耦合到处理器12的是存储器20以及耦合到致动器18的触觉驱动电路16。处理器12可以是任何类型的通用处理器，或者可以是专门设计用于提供触觉效果的处理器，诸如专用集成电路(“ASIC”)。处理器12可以是操作整个系统10的同一处理器，或者可以是单独的处理器。处理器12可以基于高级参数来决定要播放什么触觉效果以及按什么次序播放效果。一般而言，定义特定触觉效果的高级参数包括量值、频率和持续时间。诸如流式马达命令(streaming motor command)之类的低级参数也可以用于确定特定触觉效果。如果触觉效果包括这些参数的在生成该触觉效果时的某种变化或者这些参数的基于用户的交互的变化，那么可以认为该触觉效果是“动态的”。在一个实施例中，触觉反馈系统在系统10上生成振动30、31或其它类型的触觉效果。
处理器12将控制信号输出到触觉驱动电路16，触觉驱动电路16包括用于向致动器18供应所需的电流和电压(即“马达信号”)以产生期望的触觉效果的电子部件和电路系统。系统10可以包括多于一个致动器18，并且每个致动器可以包括单独的触觉驱动电路16，所有这些驱动电路16都耦合到公共的处理器12。
触觉驱动电路16被配置为生成一个或多个触觉驱动信号。例如，触觉驱动信号可以在致动器18的谐振频率处或附近(例如，+/-20Hz、30Hz、40Hz等)生成。在某些实施例中，触觉驱动电路16可以包括各种信号处理级(signal processing stage)，每个级定义这些信号处理级的被应用以生成触觉命令信号的子集。
非瞬态存储器20可以包括可以由处理器12访问的各种计算机可读介质。在各种实施例中，本文描述的存储器20和其它存储器设备可以包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质。例如，存储器20可以包括以下的任何组合：随机存取存储器(“RAM”)、动态RAM(“DRAM”)、静态RAM(“SRAM”)、只读存储器(“ROM”)、闪存、高速缓冲存储器和/或任何其它类型的非瞬态计算机可读介质。存储器20存储由处理器12执行的指令。在这些指令当中，存储器20包括音频触觉模拟模块22，音频触觉模拟模块22是当由处理器12执行时使用扬声器和致动器18生成高带宽触觉效果的指令，如下面更详细公开的。存储器20也可以位于处理器12的内部，或者是内部和外部存储器的任何组合。
系统10可以是任何类型的手持/移动设备，诸如蜂窝电话、个人数字助理(“PDA”)、智能电话、计算机平板电脑、游戏控制台、遥控装置或包括具有一个或多个致动器的触觉效果系统的任何其它类型的设备。系统10可以是可穿戴设备，诸如腕带、头带、眼镜、环、腿带、集成到衣服中的阵列等，或者是用户可以穿戴在身体上或可以由用户持有的并且具有触觉功能的任何其它类型的设备(包括家具或交通工具方向盘)。另外，系统10的一些元件或功能可以远程定位，或者可以由与系统10的其余元件通信的另一个设备实现。
致动器18可以是能够生成触觉效果的任何类型的致动器或触觉输出设备。一般而言，致动器是触觉输出设备的示例，其中触觉输出设备是被配置为响应于驱动信号而输出诸如振动触感触觉效果、静电摩擦触觉效果、温度变化和/或变形触觉效果之类的触觉效果的设备。虽然在整个详细描述中可以使用术语致动器，但是本发明的实施例可以容易地应用于各种触觉输出设备。致动器18可以是例如电动马达、电磁致动器、音圈、形状记忆合金、电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质块马达(“ERM”)、谐波ERM马达(“HERM”)、线性谐振致动器(“LRA”)、螺线管谐振致动器(“SRA”)、压电致动器、宏观纤维复合物(“MFC”)致动器、高带宽致动器、电活性聚合物(“EAP”)致动器、静电摩擦显示器、超声波振动发生器等。在一些实例中，致动器本身可以包括触觉驱动电路。
目前，在类似额定的致动器之间存在高度差异。因此，类似额定的致动器经常产生不一致的触觉响应。差异在不同致动器制造商之间尤其大，但是在由单个制造商生产的致动器当中仍然是显著的。类似额定的致动器之间的差异对于生成“清脆”触觉效果尤其是可察觉的。
清脆触觉效果包括达到基本上高加速度值或峰值加速度值(例如，2.5峰到峰引力(peak to peak gravity)，或3.5Gpp)的短持续时间触觉效果(例如，5ms)。换句话说，在生成清脆触觉效果期间，致动器可以在不到一个周期内达到高加速度或峰值加速度。此外，在驱动信号被移除之后的5ms内，致动器返回到停止位置。
清脆触觉效果的生成存在许多缺点。例如，一些已知技术最多利用高谐振系统发挥作用，并且不能在短持续时间(例如，5ms)内产生高加速度值。在5ms内生成高加速度触觉效果通常使用生成100Hz及以上的范围内的振动的致动器。例如，用于驱动触觉效果的单个振荡可以具有10ms的持续时间，因此，在驱动信号的中点(即5ms)之前，加速度已经很高。其它已知技术试图通过使用闭环触觉驱动电路(诸如图2中描绘的闭环触觉驱动电路200)来修改触觉驱动信号。这种已知的驱动电路已经适于产生“清脆”触觉效果。但是，由于结合了昂贵的传感器，因此这种技术过于复杂和昂贵。
图2图示了用于生成触觉命令信号和清脆触觉效果的已知闭环触觉驱动电路200。如图2所示，闭环触觉驱动电路200包括电子设备210(例如，智能电话、平板电脑或其它便携式电子设备)，电子设备210包括微处理器/控制器212、放大器220、致动器218和传感器240。
微处理器/控制器212可以被实现为单独的微处理器和控制器，或者替代地，可以被集成为单个设备。微处理器/控制器212可以包括各种配置，诸如结合图1的处理器12描述的那些配置。在一些实施例中，微处理器/控制器212可以是应用处理器，诸如智能电话应用处理器。放大器220可以是被配置为增加接收到的输入信号(诸如后处理的参考输入信号)的功率的任何已知的放大器。放大器220可以被配置为增加后处理的参考输入信号的电压量值或电流量值。致动器218可以包括任何触觉输出设备，诸如结合图1的致动器18描述的各种触觉输出设备。传感器240可以是被配置为连续地或定期地监测由致动器218输出的振动的任何已知的传感器。
微处理器/控制器212被配置为接收参考输入信号201，诸如指定将由电子设备210播放的清脆触觉效果的单个振荡输入信号。如图2所示，参考输入信号201是单个振荡信号。在被微处理器/控制器212和放大器220处理之后，生成命令信号221。命令信号221被供应给致动器218。但是，在闭环触觉驱动电路200的这个级，命令信号221可以不再包括单个振荡信号。替代地，命令信号221的形式或形状可以与参考输入信号201不同，并且可以包括多个振荡或周期。
这里，微处理器/控制器212被配置为基于致动器218的各个特性对参考输入信号201进行调整。例如，虽然致动器218可以被额定为具有特定特性(诸如谐振频率)，但是制造公差通常产生在额定特性范围(诸如谐振频率的+/-20Hz)内的致动器。在闭环触觉驱动电路200中，微处理器/控制器212可以基于经由闭环反馈信号241从传感器240接收到的实时致动器数据来调整参考输入信号201。进而，得到的命令信号221消除了与参考输入信号201所意图的触觉效果相比所不想要的振动。
当处理命令信号221时，致动器218进行呈现触觉反馈。这里，传感器240监测由致动器218产生的触觉反馈，并实时或接近实时地进行校正，以得到期望的生成的触觉效果，诸如生成的触觉效果231。通过将闭环反馈信号241应用于微处理器/控制器212，触觉效果(诸如生成的触觉效果231)可以被生成为清脆触觉效果并且如参考输入信号201所意图的。遗憾的是，传感器240通常是高成本部件，并且其连续使用更快地耗尽电子设备210的电池。
作为闭环体系架构(诸如闭环触觉驱动电路200)的替代方案，一些已知的触觉驱动电路使用开环体系架构。到目前为止，已知的开环触觉驱动电路也存在问题。通常，已知的开环触觉驱动电路被配置为驱动致动器以进行第一振荡。进而，第一振荡之后跟随的是180度相移的第二振荡。这里，第二振荡被配置为停止第一振荡。但是，由于类似额定的致动器之间的高度差异，不能依靠第二振荡来有效地停止致动器。因此，迄今为止，较昂贵的闭环体系架构是优选的。
图3图示了根据本发明的示例实施例的用于生成触觉命令信号和清脆触觉效果的开环触觉驱动电路300。如图3所示，开环触觉驱动电路300包括电子设备310(例如，智能电话、平板电脑或其它便携式电子设备)，电子设备310包括微处理器/控制器312、放大器320和致动器318。
与图2的闭环触觉驱动电路200相比，开环触觉驱动电路300不包括昂贵的传感器240和对应的闭环反馈信号241。替代地，本发明的实施例改变参考输入信号301，以便可靠地实现清脆触觉效果。
微处理器/控制器312可以被实现为单独的微处理器和控制器，或者替代地，可以被集成为单个设备。例如，专用处理器可以用于执行一个或多个校准算法以确定或预测致动器318的致动器简况(actuator profile)。替代地，致动器简况可以由微处理器/控制器312确定。在另一个示例中，校准信息或致动器简况可以存储在微处理器/控制器312内或存储在耦合的非瞬态存储器(未示出)内。微处理器/控制器312可以包括各种配置，诸如结合图1的处理器12描述的那些配置。在一些实施例中，微处理器/控制器312可以是应用处理器，诸如智能电话应用处理器。放大器320可以是被配置为增加接收到的输入信号(例如后处理的参考输入信号)的功率的任何已知的放大器。放大器320可以被配置为增加后处理的参考输入信号的电压量值或电流量值。致动器318可以包括任何触觉输出设备，诸如结合图1的致动器18描述的触觉输出设备。
微处理器/控制器312被配置为接收参考输入信号301。这里，微处理器/控制器312被配置为在没有致动器318的实时反馈的情况下对参考输入信号301进行调整。替代地，微处理器/控制器312可以执行一个或多个校准算法以确定或预测致动器318的致动器简况和/或特性。如以上所讨论的，虽然致动器318可以被额定为具有特定特性(诸如谐振频率)，但是制造公差通常产生在额定特性范围(诸如谐振频率的+/-20Hz)内的致动器。一个或多个校准算法的执行捕获在类似额定的致动器之间出现的这种变化并且存储这种变化。
在开环触觉驱动电路300中，微处理器/控制器312还可以基于预定命令信号调整参考输入信号301。例如，参考输入信号301可以包括预定命令信号(例如，诸如图2的命令信号221)。替代地或附加地，微处理器/控制器312可以基于被配置为确定或预测致动器318的特性(诸如谐振频率)的一个或多个校准算法来调整参考输入信号301。换句话说，微处理器/控制器312被配置为确定所预测的致动器318的致动器简况和/或特性。进而，与将以其它方式由参考输入信号301产生的触觉效果相比，得到的命令信号321消除了不想要的振动。这种不想要的振动部分地由于致动器特性的变化而出现。因此，并且例如，代替包括对应于清脆触觉效果的单个振荡输入信号，参考输入信号301发生变化并且可以包括各种形式或形状以产生期望的生成的触觉效果331，即，清脆触觉效果。在一些实施例中，在由微处理器/控制器312和放大器320进行处理之前，可以应用预测的命令信号作为参考输入信号。
因此，如图3所示，参考输入信号301可以包括多个周期(即，不是单个振荡)。在被微处理器/控制器312处理并被放大器320放大之后，得到的命令信号321被供应给致动器318。得到的信号(诸如命令信号321)被供应给致动器318，并且呈现触觉效果331。
为了实现清脆触觉效果，制动信号可以被包括在参考输入信号301中。例如，可以在参考输入信号301的每次振荡(例如，第一振荡、第二振荡、第三振荡等)之后反复地施加制动信号，并且可以延迟后续的参考输入信号直到在触觉效果331中出现制动。进而，可以存储这样的(一个或多个)制动信号以用作未来的参考输入信号并用于呈现后续触觉效果。这里，还应该注意的是，后续参考输入信号的振荡可以具有不同的频率。
本发明的实施例涉及触觉驱动器电路(例如，图1的触觉驱动电路16和开环触觉驱动电路300)的集成电路级的内部解决方案。根据本发明的实施例，被配置为驱动致动器的命令信号具有用于生成期望的清脆触觉效果的形状。通常，命令信号是被配置为驱动致动器的正弦信号。在一些实例中，命令信号可以采用各种形式或形状，只要由致动器产生的得到的加速度具有清脆触觉效果的特性即可。在一些实施例中，可以使用非常高频率的脉冲来在具体的时间点推动或拉动致动器。例如，脉冲的能量可以与具体频率的正弦信号中的能量相同。
图4图示了根据本发明的示例实施例的用于驱动致动器的功能400。特别地，功能400被配置为生成清脆触觉效果。在一些实例中，图4的流程图的功能400由存储在非瞬态存储器或者其它计算机可读或有形介质中的软件实现，并由处理器执行。在其它实例中，功能可以由硬件(例如，通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等)或者硬件和软件的任何组合来执行。
首先，功能400可以生成被配置为呈现一个或多个触觉效果的参考输入信号。虽然未示出，但是可以在开环驱动电路(例如，图3的开环驱动电路300)的微处理器/控制器(例如，图1的处理器12或图3的微处理器/控制器312)处可选地接收对应于一个或多个触觉效果的初始参考输入信号。在410处，功能400可以基于预定命令信号生成、调整或以其它方式操纵参考输入信号。例如，参考输入信号可以包括或基于预定命令信号(例如，诸如图2的命令信号221)。替代地或附加地，功能400可以基于被配置为确定或预测致动器的一个或多个特性(诸如谐振频率)的一个或多个校准算法来调整参考输入信号。换句话说，参考输入信号可以包括预定或预测的命令信号。在一些实例中，诸如在生成清脆触觉效果时，参考输入信号可以包括一个或多个制动成分信号。
附加地或替代地，功能400可以使用一个或多个校准算法来确定或预测致动器简况和/或致动器信息。致动器简况和/或信息可以用于生成参考输入信号。例如，谐振频率可以使用各种技术来确定。例如，谐振频率可以通过监测致动器的操作来自动确定。替代地，谐振频率可以由致动器供应，或者可以通过使用查找表来确定。在又一个示例中，谐振频率可以使用一个或多个反电动势(back electromotive force，“反-EMF”)算法来确定。
接下来，在420处，参考输入信号(例如，预测的命令信号)在放大器(例如，图3的放大器320)处被放大以生成命令信号。最后，在430处，命令信号被供应给触觉输出设备以呈现清脆触觉效果。因此，通过改变参考输入信号的形状，可以提供清脆触觉效果。
图5图示了在根据本发明的示例实施例的开环驱动电路中使用参考输入信号作为制动信号。如图5所示，相对于时间示出了被描绘为实线的参考输入信号的归一化输入电压510和被描绘为虚线的致动器的加速度520。特别地，描绘了实现清脆触觉效果的参考输入信号的示例形式或形状。
这里，参考输入信号510包括驱动致动器的两个振荡或周期以及停止致动器的一个振荡或周期。如所描绘的，在参考输入信号510的前两个振荡或周期之后存在“间隙”515。间隙515生成相位反转定时(phase inversion timing)，该相位反转定时导致下一个周期是制动信号，在该制动信号之后致动器的加速度520快速下降。因为致动器不会振荡超过附加的5ms，因此产生得到的清脆触觉效果。在一些实例中，并且为了获得甚至更短的触觉效果，可以使用单个振荡来驱动致动器，并且可以使用一个振荡来停止其振动。在替代实施例中，一个或多个高频制动脉冲可以用于快速(例如，在5ms内)抵消或抑制致动器的加速度。
如以上所讨论的，与已知技术相比，本发明的实施例以大大降低的成本提供了清脆触觉效果。在本文描述的各种实施例中的每个实施例中，开环触觉驱动电路被配置为通过修改参考输入信号以快速停止致动器的振动来生成清脆触觉效果。消除了昂贵的输出传感器和闭环反馈信号的使用。附加地，因为更容易补偿致动器中的制造变化，因此可以简化致动器制造处理。
本领域普通技术人员将容易理解，如以上所讨论的本发明可以以不同次序的步骤和/或以与所公开的那些配置不同的配置中的元件来实践。此外，本领域普通技术人员将容易理解，可以以各种组合实践各种实施例的特征。因此，虽然已经基于这些优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说将清楚的是，某些修改、变化和替代构造将是清楚的，同时保持在本发明的精神和范围内。因此，为了确定本发明的边界和界限，应该参考所附权利要求。
Claims (20)
1.一种用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，所述方法包括：
在处理器处根据预定或预测命令信号生成参考输入信号；
将所述参考输入信号供应给放大器以生成命令信号；以及
将所述命令信号供应给所述触觉输出设备以呈现触觉效果。
2.根据权利要求1所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，其中所述参考输入信号包括一个或多个制动信号。
3.根据权利要求1所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，其中所述触觉效果的振荡在制动信号的5ms内停止。
4.根据权利要求1所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，其中所述参考输入信号是根据由校准处理预定的致动器简况来确定的。
5.根据权利要求1所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，其中所述参考输入信号是根据所述触觉输出设备的谐振频率来确定的。
6.根据权利要求5所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，其中所述谐振频率是通过监测所述触觉输出设备的操作来确定的。
7.根据权利要求1所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的方法，其中所述命令信号是根据所述触觉输出设备的谐振频率来确定的。
8.一种用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，所述设备包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器存储用于由所述处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于以下的指令：
在所述处理器处根据预定或预测命令信号生成参考输入信号；
将所述参考输入信号供应给放大器以生成命令信号；以及
将所述命令信号供应给所述触觉输出设备以呈现触觉效果。
9.根据权利要求8所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，其中所述参考输入信号包括一个或多个制动信号。
10.根据权利要求8所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，其中所述触觉效果的振荡在制动信号的5ms内停止。
11.根据权利要求8所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，其中所述参考输入信号是根据由校准处理预定的致动器简况来确定的。
12.根据权利要求8所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，其中所述参考输入信号是根据所述触觉输出设备的谐振频率来确定的。
13.根据权利要求12所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，其中所述谐振频率是通过监测所述触觉输出设备的操作来确定的。
14.根据权利要求8所述的用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备的设备，其中所述命令信号是根据所述触觉输出设备的谐振频率来确定的。
15.一种存储被配置为由处理器执行的一个或多个程序的非瞬态计算机可读存储介质，所述一个或多个程序用于使用开环触觉驱动电路驱动触觉输出设备，所述一个或多个程序包括用于以下的指令：
在所述处理器处根据预定或预测命令信号生成参考输入信号；
将所述参考输入信号供应给放大器以生成命令信号；以及
将所述命令信号供应给所述触觉输出设备以呈现触觉效果。
16.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述参考输入信号包括一个或多个制动信号。
17.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述触觉效果的振荡在制动信号的5ms内停止。
18.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述参考输入信号是根据由校准处理预定的致动器简况来确定的。
19.根据权利要求15所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述参考输入信号是根据所述触觉输出设备的谐振频率来确定的。
20.根据权利要求19所述的非瞬态计算机可读存储介质，其中所述谐振频率是通过监测所述触觉输出设备的操作来确定的。
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