CN110609609A - 具有磁性预载荷设备的触觉致动器组件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有磁性预载荷设备的触觉致动器组件。更具体而言，给出了一种包括触觉致动器和预载荷设备的触觉致动器组件。触觉致动器被构造为生成沿着第一轴的位移，其中触觉致动器是压电致动器。预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷。预载荷设备包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力，该磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。

Description

具有磁性预载荷设备的触觉致动器组件
技术领域
本发明涉及具有磁性预载荷设备的触觉致动器组件，其在游戏、消费电子产品、汽车、娱乐和其它行业中具有应用。
背景技术
触觉提供触感和力反馈技术，该技术通过向用户施加诸如力、振动和其它运动之类的触觉效果来利用用户的触觉。诸如移动设备、平板计算机和手持式游戏控制器之类的设备可以被配置为生成触觉效果。可以利用诸如偏离中心旋转质量(ERM)致动器或线性谐振致动器(LRA)的触觉致动器生成触觉效果。触觉效果可以包括在这些设备的表面或其它部分处提供振动的振动触感触觉效果。
发明内容
本文实施例的一个方面涉及一种触觉致动器组件，包括触觉致动器和预载荷设备。触觉致动器被构造为生成沿着第一轴的位移，其中触觉致动器是压电致动器。预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷，并且包括布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力的第一部件和第二部件，磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
本文实施例的一个方面涉及一种触觉致动器组件，包括：触觉致动器和预载荷设备。触觉致动器包括压电材料层，该压电材料层被构造为生成沿着平行轴的应变，该平行轴平行于层的平面表面，并且包括位移转换设备，该位移转换设备被构造为将压电材料层沿着平行轴的应变转换为触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，该垂直轴垂直于层的平面表面。触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成触觉致动器沿着垂直轴的位移。预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在所述触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，并且包括布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力的第一部件和第二部件，磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
本文实施例的一个方面涉及一种启用了触觉的设备，包括外壳、电源和触觉致动器组件，该触觉致动器组件被构造为在外壳的外表面处生成触觉效果，触觉致动器组件包括触觉致动器和预载荷设备。触觉致动器包括压电材料层，该压电材料层被构造为产生沿着平行轴的应变，平行轴平行于层的平面表面，附接到压电材料层或嵌入压电材料层内的至少两个电极，以及位移转换设备，该位移转换设备被构造为将压电材料层沿着平行轴的应变转换成触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，垂直轴垂直于层的平面表面，其中触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成触觉致动器沿着垂直轴的位移。预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，预载荷设备包括布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力的第一部件和第二部件，该磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。启用了触觉的设备还包括控制单元，该控制单元被配置为控制电源以向触觉致动器的至少两个电极提供电力。
附图说明
从以下对附图所示实施例的详细描述中，本发明的前述和其它特征、目的和优点将变得显而易见。并入本文并形成说明书一部分的附图进一步用于解释本发明的原理并使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。附图不按比例绘制。
图1描绘了根据本发明实施例的具有触觉致动器组件的启用了触觉的设备的框图。
图2A和图2B描绘了根据本发明实施例的触觉致动器组件和触觉致动器的框图。
图3A和图3B描绘了根据本发明实施例的启用了触觉的设备和布置在启用了触觉的设备的后侧上的触觉致动器组件。
图4描绘了根据本发明实施例的布置在触觉致动器组件的外壳的后面板内的触觉致动器组件。
图5描绘了根据本发明实施例的启用了触觉的系统的框图，该系统包括触摸屏设备、触觉致动器组件和安装部件。
图6描绘了根据本发明实施例的启用了触觉的系统，该系统包括触摸屏设备、触觉致动器组件和安装部件。
图7A和图7B描绘了根据本发明实施例的具有触觉致动器和预载荷设备的触觉致动器组件。
图8A-图8E描绘了根据本发明实施例的用于触觉致动器组件的示例触觉致动器。
图9描绘了根据本发明实施例的用于触觉致动器组件的示例触觉致动器。
图10描绘了根据本发明实施例的具有触觉致动器和预载荷设备的触觉致动器组件。
图11A描绘了根据本发明实施例的具有预载荷设备的触觉致动器组件，该预载荷设备包括两个永磁体。
图11B描绘了根据本发明实施例的具有预载荷设备的触觉致动器组件，该预载荷设备包括永磁体和电磁体。
图11C描绘了根据本发明实施例的具有预载荷设备的触觉致动器组件，该预载荷设备包括永磁体和铁磁部件。
图11D描绘了根据本发明实施例的具有预载荷设备的触觉致动器组件，该预载荷设备相对于组件的触觉致动器偏离中心。
图12提供了描绘根据本发明实施例的由触觉致动器输出的力与由触觉致动器输出的位移之间的示例关系的曲线图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本发明或本发明的应用和用途。此外，无意受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
本文实施例的一个方面涉及提供用于触觉致动器组件的磁性预载荷设备。触觉致动器组件可以包括触觉致动器(诸如压电致动器)，其被配置为输出位移(例如，应变或其它变形)和力。在一个示例中，该位移可以通过在第一位移值和第二位移值之间振荡而被使用来生成振动触感触觉效果。磁性预载荷设备可以被配置为在触觉致动器上生成预载荷，其约束由触觉致动器提供的位移。该约束仍然可以允许触觉致动器输出位移，但是相对于不存在磁性预载荷设备的情况减小位移的振幅。在一些情况下，位移可以采取使得触觉致动器沿着特定轴膨胀的应变的形式，并且由磁性预载荷设备生成的预载荷可以是压缩负载，其抵抗触觉致动器沿着那个轴的扩展。在一些情况下，预载荷可以是位于触觉致动器组件外部的、独立于用户交互或影响的负载。换句话说，预载荷可以是例如内置到触觉致动器组件中或者在触觉致动器组件内部的负载。预载荷可以约束来自触觉致动器的位移、触觉致动器的位移的改变量，或其组合。
在实施例中，磁性预载荷设备可以约束或以其它方式抵抗来自触觉致动器的位移，以便防止也由触觉致动器输出的力变得太弱。例如，触觉致动器可以具有如图12中的力-位移剖面，其中触觉致动器在输出更多位移时输出更小的力，反之亦然。如果在利用驱动信号或其它刺激驱动触觉致动器时没有向触觉致动器施加预载荷，那么触觉致动器在一些情况下可以输出等于额定位移drated(也称为标称位移)的位移，该额定位移与触觉致动器相关联并且与驱动信号的振幅相关联。例如，触觉致动器可以是压电致动器。当驱动信号施加到压电致动器时，压电致动器可以输出沿着特定轴的等于额定位移(例如，额定应变)的应变。但是，当由触觉致动器提供的位移量等于额定位移时，位移可以伴随有很小的力或没有力。例如，图12图示了一种情况，其中触觉致动器输出其值在触觉致动器的额定位移附近振荡的位移(例如，作为被振荡驱动信号驱动的结果)。由于没有预载荷或外部载荷，触觉致动器可以输出这种位移。振荡位移可以转化为振动触感触觉效果，但是振动触感触觉效果可以仅伴随有少量的力，如图12中所描绘的。因此，振动触感触觉效果可以被用户感知为非常弱，或者根本不能被感知到。
图12还图示了另一种情况，其中触觉致动器在存在预载荷的情况下生成位移。图12中两种情况下的位移可以由相同的信号振幅或相同的驱动信号生成。在实施例中，预载荷可以将来自触觉致动器的位移约束到其额定位移的分数(例如，1/2、3/4)的值。作为示例，预载荷可以约束由触觉致动器输出的位移，使得位移从35μm(当不存在预载荷时)减小到1μm(当存在预载荷时)。通过减小位移，预载荷可以使得触觉致动器输出的力增加。因此，如果由包括预载荷的触觉致动器组件生成振动触感触觉效果，那么伴随振动触感触觉效果的力可以相对于由没有预载荷的触觉致动器生成振动触感触觉效果的情况下更强并且可感知度更高。
在实施例中，磁性预载荷设备可以约束或以其它方式抵抗来自触觉致动器的移位，以便保护触觉致动器。例如，包括压电陶瓷材料的触觉致动器可以是脆性的，因此可以由于过度应变或其它位移而遭受破裂或其它损坏。在这种情况下，根据本文的磁性预载荷设备可以通过约束触觉致动器的位移来约束触觉致动器的运动范围，并且因此可以防止触觉致动器遭受与过度应变相关联的损坏。
在实施例中，磁性预载荷设备经由(一个或多个)磁力生成预载荷。(一个或多个)磁力可以例如生成压缩载荷，该压缩载荷抵抗触觉致动器组件的触觉致动器沿着一个或多个运动轴的扩展。在一些情况下，(一个或多个)磁力可以由布置在触觉致动器的相对侧(或更一般地，相对端)上的一对永磁体生成，使得触觉致动器夹在两个永磁体之间。永磁体可以被定向成使得一个磁体的极(例如，N极)面向另一个磁体的相反极(例如，S极)，以便在永磁体之间生成磁吸引力。因为触觉致动器夹在两个永磁体之间，因此磁吸引力可以充当抵抗触觉致动器的扩展的压缩载荷。在实施例中，永磁体可以能够在保持小尺寸的同时生成(一个或多个)强磁力。例如，每个永磁体可以具有小于一毫米或仅几毫米的厚度。
在其它实施例中，(一个或多个)磁力可以由永磁体和电磁体生成。电磁体可以由例如导电线圈形成，该导电线圈被构造为当电流或其它驱动信号通过该线圈时生成磁场。在一些情况下，可以改变电磁体的强度，以便改变施加到触觉致动器的预载荷量。在实施例中，可以选择性地激活或停用电磁体。当驱动信号被施加到触觉致动器时，或者更一般地说当提供触觉效果时，可以激活电磁体以在触觉致动器上提供预载荷。当向触觉致动器的驱动信号结束时，触觉致动器可能由于触觉致动器的各种部件的惯性而仍然经历一些残余振荡(例如，残余振动)。可以停用电磁体以对残余振荡提供制动效果。制动效果可以抑制或以其它方式减小伴随残余振荡、和/或残余振荡的位移或其它运动的力。当电磁体被停用时，伴随残余振荡的力可以被抑制或以其它方式减小，因为停用电磁体移除了触觉致动器上的预载荷。当预载荷被移除时，相对于存在预载荷的情况，残余振荡可以具有更高的位移值，但具有较小的力。因此，在移除预载荷的情况下，残余振荡可以被用户感知为弱，或者可以是用户察觉不到的。在实施例中，当电磁体被停用时，残余振荡的位移或其它移动可以被抑制或以其它方式减小，因为电磁体可以由导电线圈形成。导电线圈可以充当能量收集器，其从残余振荡中吸收动能并将动能转换成电能。在实施例中，导电线圈的能量收集功能可以独立于任何制动功能并且与其分开使用。
在其它实施例中，磁性预载荷设备的(一个或多个)磁力可以由永磁体和铁磁部件(诸如铁磁材料层)生成。铁磁材料可以是例如铁、钴、镍或这些材料的合金。在一些情况下，(一个或多个)磁力可以由一对电磁体产生。
在实施例中，具有磁性预载荷设备的触觉致动器组件可以布置在触觉致动器组件的将经历很少或不经历外部载荷的位置处。例如，触觉致动器组件可以布置在移动电话的后侧，诸如布置在移动电话的后面板的内表面上。后面板可以具有低质量(例如，小于1g)，并且可以在触觉致动器组件上施加小于1N的外部载荷。在这种情况下，磁性预载荷设备可以有利地提供预载荷以约束组件的触觉致动器的位移。
图1描绘了启用了触觉的设备100的框图，该设备可以包括结合了预载荷设备的触觉致动器组件120。更具体而言，启用了触觉的设备100包括外壳110、触觉致动器组件120、控制单元130和电源140。在实施例中，启用了触觉的设备100可以是用户接口设备，诸如移动电话、平板计算机、膝上型计算机、手持式游戏控制器、可穿戴设备(例如，启用了触觉的电子表、手套或头戴式设备)或任何其它用户接口设备。
在实施例中，电源140可以包括电池或其它能量存储设备，其被配置为为触觉致动器组件120提供电力以生成触觉效果(术语“电力”和“能量”在本文中可互换使用)。在实施例中，控制单元130可以被配置为控制电源140以驱动触觉致动器组件120的触觉致动器，其在下面更详细地描述。例如，控制单元130可以被配置为控制电源140以生成要施加到触觉致动器组件120的触觉致动器的驱动电压信号或驱动电流信号。电源140可以被配置为生成用于触觉致动器组件120的触觉致动器的驱动信号，其具有50V至100V范围内的振幅(例如，60V驱动信号)。
在实施例中，控制单元130可以专用于控制在启用了触觉的设备100上生成触觉效果，或者可以是控制启用了触觉的设备100上的其它操作的通用控制单元。在实施例中，控制单元130可以包括一个或多个微处理器、一个或多个处理核、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或任何其它处理电路。
图2A图示了触觉致动器组件120A的框图，该触觉致动器组件120A是触觉致动器组件120的实施例。触觉致动器组件120A包括触觉致动器121和预载荷设备127。下面更详细地描述预载荷设备127。在实施例中，预载荷设备可以被配置为生成在2N至4N范围内的压缩载荷。在实施例中，触觉致动器121被配置为输出沿着特定轴的位移和力。例如，触觉致动器121可以是压电致动器，或电活性聚合物(EAP)致动器，诸如包括聚偏二氟乙烯(PVDF)的EAP致动器。在实施例中，触觉致动器121可以被配置为表现出沿着一个或多个轴扩展或收缩触觉致动器的应变或其它变形。
图2B描绘了触觉致动器121的实施例的框图。在图2B的实施例中，触觉致动器121包括压电层121a(也称为压电材料层或压电材料片)、电极121b和位移转换设备121c。压电层121a可以连接到电极121b，并且可以被构造为当驱动信号施加到电极121b时输出沿着一个或多个轴的应变。在一些情况下，压电层121可以包括压电材料子层的堆叠，其中每个子层直接夹在电极121b的两个电极之间。在其它情况下，压电层121a仅具有一个这样的子层。
在实施例中，位移转换设备121c可以被配置为将沿着第一轴(例如，x轴)的应变或其它位移转换成沿着第二轴(例如，z轴)的位移。在实施例中，第一轴可以是平行轴，其中平行轴平行于压电层121a的平面表面。在一个实施例中，第二轴可以是垂直轴，其中垂直轴垂直于压电层121a的平面表面。在一些情况下，位移转换设备121c可以是位移放大设备，其被配置为将沿着第一轴的位移(例如，Δx)放大到沿着第二轴的更大的位移(例如，Δz)。
图3A和3B描绘了启用了触觉的设备200，其是启用了触觉的设备100的实施例。启用了触觉的设备200可以是例如移动电话或平板计算机。启用了触觉的设备200可以包括外壳210，外壳210至少由前面板212和后面板214形成。前面板212可以形成外壳210的前侧，并且可以结合触摸屏设备213，诸如具有电容式或电阻式触摸传感器的液晶显示器(LCD)或发光显示器(LED)。后面板214可以形成外壳210的后侧。外壳210的前侧可以是在使用期间一般面向用户的一侧，而后侧布置在外壳210的前侧的对面或与其相对。
如图3B中所示，启用了触觉的设备200还包括触觉致动器组件220。在一些实施例中，触觉致动器组件220布置在后面板214内，或布置在后面板214的内表面或外表面上。例如，图4描绘了一个实施例，其中后面板214具有腔体214a，并且触觉致动器组件220通过被布置在腔体214a内而嵌入后面板214内。触觉致动器组件220可以被配置为例如在后面板214的外表面或外部表面214b处生成振动触感触觉效果。振动触感触觉效果可以在以下情况下生成：当触觉致动器组件以一定的频率沿着图4中的轴217重复地扩展和收缩，以便输出沿着轴217的振荡位移(也称为振荡振动或振荡移动)。更一般地说，振动触感触觉效果可以在以下情况下生成：当触觉致动器组件产生时变的位移量，诸如在特定频率下其值振荡的位移。当触觉致动器组件220输出位移时，它可以按压或拉动后面板214的子层214c。子层214c可以是具有合适的杨氏模量的材料，并且可以足够薄以便能够由于被触觉致动器组件220作用(诸如通过被按压或者被组件拉)而能够经受弹性弯曲或其它弹性变形。换句话说，后面板214的子层214c可以被构造为具有允许其相对于后面板214的其余部分向内和向外弯曲的刚度，如图4中的虚线所示，以生成振动触感触觉效果。
如下面更详细讨论的，触觉致动器组件220可以包括预载荷设备，该预载荷设备约束触觉致动器组件沿着轴(诸如轴217)的扩展。子层214c(或更一般地说后面板214)其本身可能缺乏足够的刚度来约束触觉致动器组件220的扩展。例如，由子层214c(或更一般地说由后面板214)施加到触觉致动器组件220的任何压缩载荷可以小于1N。更一般地说，由外壳210施加到触觉致动器组件220的任何压缩载荷可以小于1N。在一些情况下，外壳可以不在触觉致动器组件220上施加压缩载荷。在这种情况下，缺乏预载荷可以允许从触觉致动器组件的触觉致动器输出的位移量过大，其中过大的位移会减小外表面214b处的振动触感触觉效果的力并且会增加触觉致动器组件220的触觉致动器的损坏风险。因此，根据本文的预载荷设备在这样的应用中可以是有利的，以约束沿着触觉致动器组件220的轴217的位移，并且特别是其触觉致动器沿着轴217的位移。
在实施例中，由触觉致动器组件220输出的位移可以由触觉致动器组件的触觉致动器生成。例如，如果触觉致动器组件220的触觉致动器沿着轴217扩展5μm，使得触觉致动器输出5μm的位移，那么触觉致动器组件220也可以扩展5μm，使得触觉致动器组件220也输出5μm的位移。因而，触觉致动器的位移量和触觉致动器组件220的位移量可以相同，或者可以不同。
在实施例中，由触觉致动器组件220输出的力(诸如施加在子层214c上的力)可以等于由组件220的触觉致动器生成的力减去任何预载荷的力。例如，触觉致动器组件220可以生成4N的预载荷。预载荷可以是针对触觉致动器的压缩载荷，其造成或导致触觉致动器生成大约20N的力。在一些情况下，由触觉致动器组件输出的力可以是大约16N。
在实施例中，图4中示出的启用了触觉的设备200还可以包括布置在后面板214的内表面214d上的刚性部件218。更具体而言，刚性部件218可以与内表面214d接触。刚性部件218可以引导来自触觉致动器组件220的位移朝着后面板214的外表面214b，而不是朝着内表面214d。更具体而言，刚性部件218可以沿着轴217是不可压缩的，使得当触觉致动器组件220的触觉致动器沿着轴217扩展时，子层214c提供比刚性部件218更小的抵抗该扩展的阻力。因此，组件220的触觉致动器的扩展的大部分或全部可以朝着弯曲子层214c而不是朝向压缩刚性部件218被引导。刚性部件218的示例可以包括金属框架、印刷电路板(PCB)基板或刚性电池壳。
在实施例中，本文实施例的触觉致动器组件可以是启用触觉的系统(例如图5的触觉启用系统300)的一部分。在实施例中，启用了触觉的系统300可以是用于提供各种车载功能的中央控制台系统，车载功能包括显示导航指令、提供娱乐选项和显示传感器数据。在实施例中，启用了触觉的系统300包括触摸屏设备310、触觉致动器组件320、控制单元330、电源340和安装部件350。控制单元330可以类似于图1的控制单元130，并且电源340可以类似于电源140。触摸屏设备310可以是例如被配置为接收触摸输入的电容式或电阻式LCD或LED触摸屏。
与触觉致动器组件120或220类似，触觉致动器组件320可以被配置为输出位移和力，以在触摸屏设备310处生成触觉效果。触觉致动器组件320可以包括预载荷设备以约束位移，使得足够量的力伴随该位移。触摸屏设备310可以直接或间接地连接到安装部件350。在实施例中，安装部件350可以是车辆中央控制台的主体的一部分。
图6描绘了启用了触觉的系统400，其是启用了触觉的系统300的实施例。启用了触觉的系统400包括触摸屏设备410、触觉致动器组件420和安装部件450。在实施例中，触摸屏设备410可以具有小于10g的质量。触觉致动器组件420可以被构造为输出沿着轴417的位移。因此，触觉致动器组件420可以按压/推动和拉动触摸屏设备410的表面410a，以在触摸屏设备410的外表面410b处生成振动触感触觉效果。表面410b可以是面向驾驶员的前外表面，而表面410a可以是触摸屏设备410的相对表面。在实施例中，安装部件450可以是刚性部件，并且可以具有比触摸屏设备410大得多的质量，使得由触觉致动器组件420输出的大部分或全部位移指向移动触摸屏设备410，而不是指向移动安装部件450。在实施例中，触摸屏设备410可以经由触觉致动器组件420连接到安装部件450。在实施例中，触摸屏设备410可以经由悬架连接到安装部件450，该悬架允许触摸屏410沿着轴417移动。
在实施例中，触觉致动器组件420可以包括预载荷设备，该预载荷设备约束触觉致动器组件420沿着轴417的扩展。在图6的实施例中，触摸屏设备410的重量W本身不能提供足够的载荷以在触觉致动器组件420上提供沿着轴417的足够的压缩载荷。如图6中所描绘的，重量W可能不足，因为它的量值太低(因为触摸屏设备410的质量低)，和/或重量W作用在部分或完全垂直于轴417的方向上。在这样的应用中，根据本文所述的预载荷设备可以结合到触觉致动器组件420中，以便约束触觉致动器组件的扩展。
图7A和图7B中示出了触觉致动器组件520的实施例。触觉致动器组件520包括触觉致动器521和预载荷设备527。如图7B中所描绘的，触觉致动器521可以被构造为通过沿着轴517扩展而输出沿着轴517的位移。由触觉致动器521输出的位移可以变为由触觉致动器组件520整体输出的位移。在实施例中，轴517可以表示触觉致动器组件520的厚度维度，并且由触觉致动器组件520输出的位移可以指触觉致动器组件520相对于例如触觉致动器521未被激活的基线状态的厚度改变或Δt。在实施例中，触觉致动器521可以是压电致动器。
在实施例中，预载荷设备527包括至少第一部件527a和第二部件527b，第一部件527a和第二部件527b被配置为生成预载荷，其可以是压缩载荷的形式(如图7A和图7B中的箭头560所表示的)，其抵抗沿着触觉致动器521和触觉致动器组件520的轴517的扩展。触觉致动器521夹在或以其它方式布置在第一部件527a和第二部件527b之间。在实施例中，第一部件527a和第二部件527b可以经由粘合剂或某种其它附接方式附接到触觉致动器521的相对侧。在实施例中，第一部件527a和第二部件527b可以保持与触觉致动器521的相对侧接触或紧密接近，而不固定地附接到其。在一些情况下，压缩载荷可以由将第一部件527a和第二部件527b彼此吸引的一个或多个力生成。如下面更详细地讨论的，预载荷设备527可以是磁性预载荷设备，其被构造为生成将第一部件527a和第二部件527b彼此吸引的(一个或多个)磁力。
图8A-图8D图示了触觉致动器621，其是触觉致动器521的实施例。在这个实施例中，触觉致动器621是压电致动器，其包括压电材料层621a，压电材料层621a被构造为生成沿着轴(诸如轴618和/或轴619)的应变，该轴平行于层621a的平面表面(例如，621a-1或621a-2)。在实施例中，压电材料层621a可以具有9mm至25mm范围内的长度L，9mm至25mm范围内的宽度W，以及0.3mm至2mm范围内的厚度T2(参见图8B)。在实施例中，如图8A所示，层621a的长度L和宽度W可以彼此相等。在实施例中，压电材料层621a是锆钛酸铅(PZT)或其它压电陶瓷材料层。在实施例中，压电材料层621a是聚合物层。在实施例中，如图8B中所示，触觉致动器621可以具有1mm至4mm范围内的总厚度T1。在实施例中，触觉致动器621可以是PowerHapTM压电致动器的一个版本，诸如来自的小型化PowerHapTM 2.5G类型的触觉致动器。
如图8A-图8C中所示，触觉致动器621还包括位移转换设备621b-1/621b-2，其被构造为将沿着轴(诸如轴618或轴619)的应变转换成触觉致动器621沿着轴617的扩展或收缩，轴617垂直于压电材料层621a的平面表面(例如，表面621a-1或621a-2)。轴618或619可以被称为平行轴，而轴617可以被称为垂直轴。在实施例中，由触觉致动器621输出的沿着轴617的位移可以源自触觉致动器621沿着轴617的扩展或收缩。
在实施例中，位移转换设备621b-1/621b-2是位移放大设备，其被配置为将由沿着轴618或轴619的应变造成的位移(即，第一位移量)转换成沿着轴617的更大量的位移(即，第二位移量)，其中第二位移大于第一位移(参见图8C)。由触觉致动器621输出的沿着特定轴的位移可以指例如触觉致动器621相对于其中触觉致动器621未被激活的基线状态沿着那个轴的维度的改变(例如，长度、宽度或厚度的改变)。
在实施例中，位移放大设备包括杠杆设备，该杠杆设备被构造为执行从第一位移到第二位移的转换。例如，图8A-图8C中的位移转换设备621b-1/621b-2是杠杆设备，其包括布置在压电材料层621a的相对侧或相对表面上的第一盘621b-1和第二盘621b-2。第一盘621b-1和第二盘621b-2中的每个盘可以是例如从圆形基部(例如，621f-1)到圆形中心部分(例如，621g-1)逐渐变细的金属片(也称为金属层)，以与压电材料层621a的相应平面表面621a-1/621a-2形成截头圆锥。截头圆锥也可以被称为钹或截头圆锥形端盖。如图8B中所示，截头圆锥可以具有斜率长度为S的倾斜部分，其中倾斜部分可以与压电材料层621a的平面(例如，621a-1)形成角度θ。在一些情况下，角度θ可以具有小于45°的值(例如，15°)。倾斜部分可以为截头圆锥形成高度H。高度H可以等于或基本上等于第一盘621b-1和/或第二盘621b-2的高度，并且可以在例如0.2mm至0.7mm的范围内。如果倾斜部分投射到平面表面621a-1上，那么它还可以具有基部宽度B。另外，第一盘621b-1和第二盘621b-2中的每个盘可以具有厚度T3(参见图8B)。这是0.1mm至0.5mm的范围。如图8A中所描绘的，每个盘621b-1、621-b2的圆形基部(例如，621f-1)可以具有在9mm至12mm范围内的直径d1，而每个盘621b-1、621b-2的圆形中心部分(例如，621g-1)的直径d2可以在2mm至3mm的范围内。上面讨论的维度值仅仅是示例，并且上面给出的各种维度可以具有其它值。
在实施例中，触觉致动器621可以经由位移转换设备621b-1/621b-2的表面与其它部件(例如，与预载荷设备)接口。例如，触觉致动器621可以经由盘621b-1的圆形中心部分(例如，261g-1)的外表面621h-1与预载荷设备接口，和/或与盘621b-2的圆形中心部分(例如，261g-1)的外表面621h-2接口。外表面621h-1和外表面621h-2可以形成触觉致动器621的相对外表面(也称为相对的外表面)，并且可以分别充当触觉致动器621的第一接口表面和第二接口表面。在这种实施例中，预载荷设备可以包括第一部件和第二部件，第一部件和第二部件布置在触觉致动器621的相应的相对表面上。在一些情况下，可以在外表面621h-1、621h-2上施加粘合剂层以将它们粘附到预载荷设备的第一部件和第二部件。
在实施例中，如图8B和图8C中所示，触觉致动器621还包括电极621c-1和621c-2。当在电极621c-1和621c-2之间产生电压差时，压电材料层621a可以输出沿着轴618和/或轴619的应变。例如，压电材料层621a可以沿着轴619收缩到由图8C中的虚线所指示的收缩状态CS。在实施例中，压电材料层621a也可以经受沿着轴617的一些应变，但程度比沿着轴619的应变小得多。在实施例中，层621a沿着轴619的应变可以在5μm至50μm的范围内，而层621a沿着轴617的应变可以在0.5μm至2μm的范围内。在实施例中，层621a还可以生成沿着轴618的应变。沿着轴619的应变和沿着轴618的应变可以相同，或者可以不同。图8C中的位移转换设备621b-1/621b-2可以将沿着轴619的应变转换成触觉致动器621沿着轴617扩展到由图8C中的虚线指示的扩展状态ES。由触觉致动器621输出的位移可以来自触觉致动器621的扩展。
图8D图示了压电材料层621a的实施例，其包括压电材料的子层621p-1、621p-2、621p-3、621p-4...621p-n的堆叠。另外，电极621c-1和电极621c-2可以形成交叉指型或梳状图案。这个图案可以减小两个电极之间的距离，这可以允许在它们之间产生更强的电场。更具体而言，电极621c-1可以包括嵌入压电材料层621a内的第一组电极层621d-1、621d-2...621d-n。第一组电极层621d-1...621d-n的每个电极层可以基本上延伸穿过层621a的长度或宽度。类似地，电极621c-2可以包括第二组电极层621e-1、621e-2...621e-n，它们也嵌入在压电材料层621a内。第二组电极层621e-1...621e-n的每个电极层可以基本上延伸穿过层621a的长度或宽度。
在实施例中，多个子层621p-1...621p-n中的每个子层可以直接布置在第一组电极层621d-1...621d-n中的一个和第二组电极层621e-1...621e-n中的一个之间，使得两个电极层紧邻该子层。例如，子层621p-1直接布置在电极层621d-1和电极层621e-1之间，其中电极层621d-1和电极层621e-1紧邻子层621p-1。
在实施例中，当在第一组电极层621d-1...621d-n的任何电极层与第二组电极层621e-1...621e-n的相应或相邻电极层之间产生电压差时，电压差可以在两个电极层之间生成电场。电场可以沿着轴617对准。在实施例中，轴617可以与多个子层621p-1...621p-n中的每个子层的压电材料的极化(poling)方向平行。在实施例中，压电材料的极化方向可以与多个子层621p-1...621p-n中的每个子层平行，或者更一般地可以与层621a平行。例如，极化方向可以与层621a的长度维度或宽度维度平行。沿着轴617在两个电极层之间的电场可以使它们之间的压电材料的子层生成应变。应变可以沿着轴617-619中的一个或多个。例如，图8D描绘了子层621p-1...621-n沿着轴619收缩并沿着轴617扩展，如图中的虚线所指示的。沿着轴619的应变量可以基于压电材料的d31系数的值，而沿着轴617的应变量可以基于压电材料的d33系数的值。在实施例中，沿着轴619的应变量可以显著大于沿着轴617的应变量。
如上所述，位移转换设备621b-1/621b-2可以被配置为将沿着轴619的应变转换成沿着轴617的位移和力。在实施例中，位移转换设备621b-1/621b-2可以形成通过关节(例如，活动铰链)连接的多个连杆，并且连杆的几何形状可以导致沿着轴619的应变被转换，并且在一些情况下被放大，成沿着轴617的位移。例如，图8B描绘了涉及维度S、H和B的几何形状，这些在上面参考图8B进行了讨论。这些维度可以与直角三角形的维度对应。如图8B和图8C中所描绘的，当沿着轴619存在应变时，压电材料层621a的长度或宽度可以减小到收缩状态CS。因此，维度B可以减小，这可能迫使角度θ增加。θ的增加可以反过来增加维度H。当θ改变时，维度S可以保持相同，诸如S1的值。在这种情况下，因为S(等于S1)、B和H的维度与直角三角形的维度对应，所以B的值可以被计算为S1cosθ，而H的值可以被计算为S1sinθ。图8E图示了针对这种情况的H和B的曲线图，其中沿着图8C的轴619的应变引起B的变化(即，ΔB)和H的变化(即，ΔH)。量ΔB可以表示沿着轴619的位移，而量ΔH可表示沿着轴617的位移。如图8B、图8C和图8E中所描绘的，使层621a收缩到收缩状态CS的应变可以迫使角度θ从θ1增加到θ2。在图8E中，θ1和θ2都小于45°。在这样的实施例中，θ的增加可以导致相对于ΔB更大的ΔH。换句话说，图8E例示了诸如图8B和图8C中的几何形状的几何形状可以导致沿着轴617的位移相对于沿着轴619的位移被放大。
图9描绘了触觉致动器721，其是触觉致动器521的实施例。与触觉致动器621类似，触觉致动器721包括压电材料层721a。触觉致动器721还包括位移转换设备721b，该位移转换设备721b被配置为生成沿着轴719的应变，该轴719平行于层721a的平面表面721a-1以沿着轴717移位。轴719可以被称为平行轴，而轴717可以被称为垂直轴。如图9中所描绘的，位移转换设备721b可以形成框架，该框架包括一对连杆721b-1、721b-2，每个连杆充当杠杆以将沿着轴719的位移放大到沿着轴717的更大位移量。一对连杆721b-1、721b-2可以通过一对相应的活动铰链721c-1、721c-2连接到中心部分721b-3。框架还可以包括一对连杆721b-5、721b-6，其也充当杠杆以将沿着轴719的位移放大到沿着轴717的更大位移量。一对连杆721b-5、721b-6可以通过另一对相应的活动铰链721c-3、721c-4连接到中心部分721b-4。中心部分721b-3和721b-4可以例如充当触觉致动器721的相应接口表面，并且在一些情况下可以充当触觉致动器721的相应的相对外表面。位移转换和放大设备也在标题为“Methodand Apparatus for Enabling Floating Touch Screen Haptics Assemblies”的美国专利No.9,866,149(IMM539)中进行了讨论，其全部内容通过引用并入本文。
图10描绘了触觉致动器组件820的部分分解图，该触觉致动器组件820是触觉致动器组件120至520中的任何一个的实施例。触觉致动器组件包括触觉致动器821和预载荷设备827。在实施例中，触觉致动器821可以类似于触觉致动器621，并且可以包括压电材料层821a，其被构造为生成沿着轴819的应变，该轴819平行于层821a的平面821a-1。触觉致动器组件820还包括位移转换设备，其包括第一盘821b-1和第二盘821b-2。类似于位移转换设备621b-1/621b-2，第一盘821b-1和第二盘821b-2中的每一个可以是与压电材料层821a的相应表面形成截锥(也称为钹)的金属层。在实施例中，预载荷设备827包括第一部件827a和第二部件827b，第一部件827a和第二部件827b被构造为生成以压缩载荷的形式的预载荷，该压缩载荷抵抗触觉致动器821沿着垂直于或基本垂直于层821a的平面821a-1的轴817的扩展，并因此抵抗触觉致动器组件820沿着轴817的扩展(轴819可以被称为平行轴，而轴817可以被称为垂直轴)。
在实施例中，第一部件827a和第二部件827b可以被构造为通过磁力生成预载荷，该磁力将第一部件827a和第二部件827b彼此吸引。在实施例中，第一部件827a和第二部件827b可以被构造为在触觉致动器821上生成以压缩载荷的形式的预载荷，其在2N至4N的范围内。可以在两个永磁体之间、在永磁体和铁磁材料之间、在永磁体和电磁体之间或以某种其它方式产生磁力。
图11A图示了其中预载荷(或者更具体而言是压缩载荷)由两个永磁体产生的实施例。更具体而言，该图图示了触觉致动器组件920，其是触觉致动器组件820的实施例。触觉致动器组件920包括触觉致动器921和预载荷设备927，触觉致动器921可以与触觉致动器821相同或相似。预载荷设备927可以是预载荷设备827的实施例，并且包括第一部件927a和第二部件927b，第一部件927a和第二部件927b被构造为生成将第一部件927a和第二部件927b彼此吸引的磁力，以便生成压缩载荷。在图11A的实施例中，第一部件927a和第二部件927b中的每一个是永磁体。在实施例中，包括第一部件927a和第二部件927b的每个永磁体可以嵌入基板(诸如塑料基板)中。例如，第一部件927a可以嵌入基板929a中，基板929a进而可以与触觉致动器921(例如，与触觉致动器921的第一接口表面)直接接触。第二部件927b可以嵌入基板929b中，基板929b进而也可以与触觉致动器921(例如，与触觉致动器921的第二接口表面)直接接触。在另一个实施例中，可以省略基板929a、929b，并且第一部件927a本身可以与触觉致动器直接接触，而第二部件927b本身也可以与触觉致动器直接接触。
在实施例中，形成第一部件927a和第二部件927b的永磁体可以各自具有高磁强度，但仍具有薄轮廓，以便为触觉致动器组件920保持低总体厚度。例如，形成第一部件927a和第二部件927b的永磁体可以各自具有至少1毫特斯拉(mT)或1000高斯的强度，并且具有1mm至2mm范围内的厚度。在一些情况下，第一部件927a和第二部件927b中的每一个可以是钕磁体。在一些情况下，第一部件927a和第二部件927b中的每一个可以是AlNiCo磁体。第一部件927a和第二部件927b可以具有相同的形状(例如，矩形或圆形)，或者可以具有不同的形状。在一些情况下，第一部件927a和第二部件927b可以各自为矩形，并且可以具有各自在9mm至25mm范围内的长度和宽度。
图11A还图示了可以向触觉致动器921提供电力的电源940。电源940可以由控制单元930控制，以向触觉致动器组件920的电极921c-1、921c-2提供驱动信号，诸如电压信号或驱动信号。在实施例中，控制单元930可以控制电源940以向触觉致动器组件920提供正弦驱动信号，这可以使触觉致动器921输出沿着轴917的振荡位移(诸如振动)，其中轴917垂直于或基本垂直于触觉致动器921的压电材料层921a的平面表面。在实施例中，正弦驱动信号可以具有在例如60V至120V的范围内的峰-峰振幅，以及在50Hz至200Hz的范围内的频率。预载荷设备927可以生成在例如2N至4N的范围内的压缩载荷，以抵抗触觉致动器921沿着轴917的扩展，或更一般地说是位移。
图11B图示了其中预载荷(或者更具体而言是压缩载荷)由永磁体和电磁体产生的实施例。更具体而言，该图图示了触觉致动器组件1020，其是触觉致动器组件820的实施例。触觉致动器组件1020包括触觉致动器1021和预载荷设备1027，触觉致动器1021可以与触觉致动器821相同或相似。预载荷设备1027可以是预载荷设备827的实施例，并且包括第一部件1027a和第二部件1027b，第一部件1027a和第二部件1027b被构造为生成将第一部件1027a和第二部件1027b彼此吸引的一个或多个磁力，以便生成压缩载荷。在图11B的实施例中，第一部件1027a是永磁体，并且第二部件1027b是电磁体。更具体而言，第二部件1027b可以是导电线圈，当电流通过导电线圈时，该导电线圈变为电磁体。类似于图11A的实施例，第一部件1027a和第二部件1027b可以嵌入相应的基板(诸如基板1029a和1029b)中。在另一个实施例中，可以省略基板1029a、1029b。
在实施例中，第一部件1027a可以类似于第一部件927a。例如，第一部件1027a可以是具有至少1000高斯的强度的钕磁体。在实施例中，第二部件1027b可以是由铜线圈或其它导电线圈形成的电磁体。导电线圈可以具有小于10mm的厚度(例如，在1mm至2mm的范围内)。导电线圈可以形成圆形、方形或任何其它形状。在一些情况下，导电线圈可以经由光刻工艺形成。
图11B还图示了向触觉致动器组件1020提供电力的电源1040。电源1040可以由控制单元1030控制，以向触觉致动器1021的电极1021c-1、1021c-2提供第一驱动信号，并向由第二部件1027b形成的电磁体提供第二驱动信号。在实施例中，第一驱动信号可以是例如正弦驱动信号，而第二驱动信号可以是直流(DC)信号。控制单元1030可以被配置为控制DC信号的振幅，以便控制由第二部件1027b形成的电磁体生成的磁场的强度。在实施例中，控制单元1030可以被配置为确定DC信号的什么振幅将使第二部件1027b的电磁体生成具有与由第一部件1027a的永磁体生成的磁场相同的强度的磁场。
在实施例中，控制单元1030可以被配置为激活和停用第二部件1027b的电磁体。可以通过向形成第二部件1027b的导电线圈提供电力(例如，电流)来激活电磁体，并且可以通过停止向导电线圈供电来停用电磁体。
在实施例中，控制单元1030可以停用由第二部件1027b形成的电磁体，以便实现抑制触觉致动器1021的任何残余振荡(也称为残余振动)的制动功能。例如，在向电极1021c-1、1021c-2的驱动信号结束之后，触觉致动器1021可以由于触觉致动器1021的各种部件的惯性(诸如其位移转换设备的部件的惯性)而继续沿着轴1017振荡(例如，垂直于触觉致动器1021的压电材料层1021a的平面表面的轴)。虽然残余振荡最终可以通过摩擦而耗散，但是当驱动信号旨在产生清晰且短的触觉效果时，依赖于这种耗散仍然是不合需要的。
在实施例中，使由第二部件1027b形成的电磁体停用可以通过减小与残余振荡相关联的力和/或通过从残余振荡吸收动能来抵消残余振荡。更具体而言，当图11B中的电磁体停用时，第一部件1027a和第二部件1027b之间的吸引力可以停止。因此，在触觉致动器1021上不再有预载荷。没有预载荷可以使得伴随残余振荡的任何力全部或部分地转换成更大的位移(相对于存在预载荷的情况)。因此，伴随残余振荡的力可以减小。因此，用户对残余振荡的感知同样可以减小或消失，这可以允许在残余振荡之前的对应触觉效果感觉更短且更清晰。另外，因为残余振荡的力已经减小，所以它也可以更快地耗散或以其它方式停止。
此外，如果第二部件1027b是形成电磁体的导电线圈，那么当电磁体被停用时，导电线圈可以表现得像吸收残余振荡的动能并将其转换成电能的发电机。更具体而言，触觉致动器1021沿着轴1017的残余振荡可以使第一部件1027a的永磁体在朝向第二部件1027b的导电线圈移动和远离导电线圈移动之间振荡，这可以改变通过导电线圈的磁通量。导电线圈可以从变化的磁通量生成电能，从而有效地吸收残余振荡的动能。换句话说，变化的磁通量可以使导电线圈生成电流，该电流进而可以生成抵抗第一部件1027a的永磁体的移动并且抵抗残余振荡的磁场。
在实施例中，控制单元1030可以在停止或以其它方式结束向电极1021c-1、1021c-2的驱动信号的同时停用由第二部件1027b形成的电磁体。例如，驱动信号可以从存储设备检索，并且可以具有预定的持续时间。在这种情况下，可以在驱动信号的预定的持续时间到期的同时停用电磁体。在更具体的示例中，控制单元1030可以在向触觉致动器1021的驱动信号结束的同时停止到第二部件1027b的导电线圈的DC信号或其它驱动信号。在实施例中，控制单元1030可以在向触觉致动器1021的驱动信号结束之前或稍微之后停用由第二部件1027b形成的电磁体。
在实施例中，第二部件1027b的导电线圈可以用于独立于任何制动功能而收集能量。更具体而言，当触觉致动器1021(并且更一般地说是触觉致动器组件1020)未被用于生成触觉效果时，导电线圈可以用于收集能量。可以从触觉致动器组件1020经历的外力(诸如来自用户或更一般地说是来自触觉致动器组件1020的外部环境的外力)收集能量。例如，触觉致动器组件1020可以结合到用户在行走时由用户携带的启用了触觉的设备(例如，设备100)中。当用户来回摆动他或她的手时，启用了触觉的设备可以例如在用户的手中携带。用户的摆动运动可以在触觉致动器组件1020上施加力，这使得其部件移动。例如，来自用户的摆动运动的外力可以在触觉致动器1021上以及在预载荷设备的第一和第二部件1027a、1027b上施加应力，这可以引起那些部件沿着轴1017的拉伸或收缩。因此，第一部件1027a的永磁体可以在朝向第二部件1027b的导电线圈移动以及远离导电线圈移动之间交替。永磁体和导电线圈之间的这种相对运动可以使通过导电线圈的磁通量改变，这导致导电线圈生成电流。因此，形成第二部件1027b的导电线圈可以用于从触觉致动器组件1020接收的外力中收集能量。在实施例中，电源1040可以包括电池或其它能量存储设备，其被配置为存储由导电线圈收集的能量。例如，由第二部件1027b的导电线圈生成的电流可以被整流并用于增加存储在电源1040的能量存储设备中的电荷量。
图11C图示了其中预载荷(或者更具体而言是压缩载荷)由永磁体和铁磁部件(诸如铁磁材料层)产生的实施例。更具体而言，该图图示了触觉致动器组件1120，其是触觉致动器组件820的实施例。触觉致动器组件1120包括触觉致动器1121和预载荷设备1127，触觉致动器1121可以与触觉致动器821相同或相似。触觉致动器1121可以由电源1040驱动，电源1040可以由控制单元1130控制以生成驱动信号。预载荷设备1127可以是预载荷设备827的实施例，并且包括第一部件1127a和第二部件1127b，第一部件1127a和第二部件1127b被构造为生成将第一部件1127a和第二部件1127b彼此吸引的磁力，以便生成压缩载荷。在图11C的实施例中，第一部件1127a是永磁体(诸如钕磁体)，并且第二部件1127b是铁磁材料层。在实施例中，形成第二部件1127b的铁磁材料可以是铁、镍、钴或包含这些材料中的一种或多种的合金之一。在实施例中，形成第二部件1127b的铁磁材料层可以具有圆形形状、矩形形状或任何其它形状。在实施例中，形成第二部件1127b的铁磁材料层的厚度可以在1mm至10mm的范围内。而且，图11C图示了其中第一部件1127a和第二部件1127b未嵌入另一个基板(诸如塑料基板)内的实施例。在另一个实施例中，第一部件1127a和第二部件1127b可以包括在塑料基板中。
在实施例中，触觉致动器组件920/1020/1120的总厚度(诸如图11C中的T4)可以在2mm至10mm的范围内，其中触觉致动器组件的厚度包括至少预载荷设备的第一部件929a/1029a/1129a的厚度、从预载荷设备的第一部件929a/1029a/1129a到第二部件929b/1029b/1129b的距离，以及第二部件929b/1029b/1129b的厚度。
在实施例中，当将例如50V至100V的电压差施加到触觉致动器921/1021/1121的两个电极时，并且当压缩载荷或其它预载荷被预载荷设备927/1027/1127施加到触觉致动器921/1021/1121时，触觉致动器921/1021/1121输出在1μm至15μm范围内的位移(相对于其中不向触觉致动器921/1021/1121施加电压差的基线状态)，并且触觉致动器组件920/1020/1120被构造为输出沿着轴917/1017/1117的在2N至10N范围内的力。
在实施例中，当施加到触觉致动器921/1021/1121的电压差例如在50V和100V之间时，并且当由预载荷设备927/1027/1127向触觉致动器921/1021/1121施加压缩载荷时，触觉致动器输出在触觉致动器921/1021/1121的预定标称位移的25％至50％的范围内的位移(相对于基线状态)，其中标称位移可以是特定于电压差的。另外，在这个示例中，触觉致动器组件920/1020/1120可以被构造为输出沿着轴917/1017/1117的力，该力在触觉致动器921/1021/1121的预定阻挡力的50％至75％的范围内，其中阻挡力也可以是特定于电压差的。
在实施例中，控制单元130/930/1030/1130可以被配置为生成用于触觉致动器121/921/1021/1121的驱动信号，该驱动信号处于相应的触觉致动器121/921/1021/1121的谐振频率处。在实施例中，驱动信号可以具有低于预定阈值的振幅(例如，峰-峰振幅)，以便进一步避免生成即使存在预载荷也将会损坏触觉致动器的过大的力或位移。
在实施例中，控制单元130/330/930/1030/1130可以被配置为生成具有频率分量的驱动信号，该频率分量包括至少作为触觉致动器121/921/1021/1121的谐振频率的第一频率和不是触觉致动器121/921/1021/1121的谐振频率的第二频率。换句话说，驱动信号可以包括具有第一频率的第一分量和具有第二频率的第二分量。在一些情况下，第一分量和第二分量可以是驱动信号的唯一频率。控制单元130/330/930/1030/1130可以使得驱动信号的第一分量具有低于预定阈值的第一振幅(因为第一分量具有谐振频率)，并且可以使第二分量具有第二振幅，该第二振幅高于第一振幅并高于预定阈值。
在实施例中，触觉致动器组件可以包括相对于组件的触觉致动器偏离中心的预载荷设备。在这种实施例中，当触觉致动器生成位移时(诸如通过向外扩展)触觉致动器可以向预载荷设备施加扭矩。扭矩可以使预载荷设备相对于触觉致动器旋转，并且可以使预载荷设备表现出摆动运动。例如，图11D描绘了触觉致动器组件1220，其包括触觉致动器1221和预载荷设备1227。触觉致动器1221可以包括压电材料层1221a，并且可以被构造为输出沿着垂直轴1217的位移，其中垂直轴1217垂直于层1221a的平面表面1221a-1。预载荷设备1227可以包括第一部件1227a和第二部件1227b，第一部件1227a和第二部件1227b被构造为生成将第一部件1227a和第二部件1227b彼此吸引的磁力。例如，第一部件1227a和第二部件1227b都可以是永磁体。第一部件1227a和第二部件1227b可以分别布置在触觉致动器1221的第一外表面1221h-1和第二外表面1221h-2上(第一外表面1221h-1和第二外表面1221h-2可以是触觉致动器1221的相对表面)。在一些情况下，第一部件1227a和第二部件1227b可以分别与第一外表面1221h-1和第二外表面1221h-2直接接触并接合。在实施例中，第一部件1227a可以与例如启用了触觉的设备的后面板接触或以其它方式相邻，而第二部件1227b可以安装到比后面板刚度更高和/或比后面板有更多质量的安装部件1250。在这种实施例中，安装部件1250可以将来自触觉致动器1221和来自组件1220的移位朝着移动后面板而不是移动安装部件1250引导。
如图11D中所示，第一部件1227a可以相对于触觉致动器1221的第一外表面1221h-1偏离中心。更具体而言，第一部件1227可以安装在第一部件1227的质心1227a-1偏离第一外表面1221h-1的中心1221i-1的位置处。换句话说，质心1227a-1和第一外表面1221h-1的中心1227i-1不沿着垂直轴1217成一直线。在这种情况下，当触觉致动器1221扩展或以其它方式生成沿着垂直轴1217的位移时，触觉致动器1221可以对相对于第一部件1227a的质心1227a-1偏离中心的第一部件1227a-1施加力，因此可以生成绕第一部件1227a的质心1227a-1的扭矩(也称为力矩)。因此，第一部件1227a在被触觉致动器1221推动时可以围绕其质心1227a-1表现出一些旋转。换句话说，通过将第一部件1227a相对于第一外表面1221h-1的中心1221i-1偏离中心放置，第一部件1227a的一部分可以在被触觉致动器1221推动时充当杠杆。这种杠杆构造可以能够增强由触觉致动器1221和第一部件1227a的移动生成的触觉效果。
在图11D的实施例中，第二部件1227b相对于触觉致动器1221的第二外表面1221h-2居中。在另一个实施例中，第二部件1227b也相对于触觉致动器1221的第二外表面1221h-2的中心偏离中心。
以下给出各种实施例的附加讨论：
实施例1涉及一种触觉致动器组件，包括触觉致动器和预载荷设备。触觉致动器被构造为生成沿着第一轴的位移，其中触觉致动器是压电致动器。
预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷，并且包括布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力的第一部件和第二部件，该磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
实施例2是一种触觉致动器组件，包括：触觉致动器和预载荷设备。触觉致动器包括压电材料层，该压电材料层被构造为生成沿着平行轴的应变，平行轴平行于层的平面表面，并且包括位移转换设备，该位移转换设备被构造为将压电材料层沿着平行轴的应变转换成触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，该垂直轴垂直于层的平面表面。触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成触觉致动器沿着垂直轴的位移。
预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，并且包括布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力的第一部件和第二部件，磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
实施例3包括实施例2的触觉致动器组件，其中触觉致动器的位移转换设备是位移放大设备，该位移放大设备被构造为将压电材料层由于其应变而输出的沿着平行轴的位移转换成触觉致动器沿着垂直轴的更大位移。
实施例4包括实施例3的触觉致动器组件，其中触觉致动器的位移放大设备包括杠杆设备，该杠杆设备被构造为将沿着平行轴的位移转换成沿着垂直轴的更大位移。
实施例5包括实施例4的触觉致动器组件，其中触觉致动器的杠杆设备包括布置在压电材料层的相应的相对平面表面上的第一盘和第二盘，其中第一盘和第二盘中的每个盘与压电材料层的相应平面表面形成截头圆锥。
实施例6包括实施例2-5中任一个的触觉致动器组件，其中预载荷设备的第二部件是由导电线圈形成的电磁体。
实施例7包括实施例6的触觉致动器组件，其中导电线圈的厚度在1mm至2mm的范围内。
实施例8包括实施例2-5中任一个的触觉致动器组件，其中预载荷设备的永磁体是第一永磁体，并且其中预载荷设备的第二部件是第二永磁体。
实施例9包括实施例8的触觉致动器组件，其中预载荷设备的第一永磁体和第二永磁体中的每个永磁体的厚度在0.5mm至2mm的范围内。
实施例10包括实施例2-9中任一个的触觉致动器组件，其中永磁体具有至少1000高斯的强度。
实施例11包括实施例2-10中任一个的触觉致动器组件，其中预载荷设备的第二部件是铁磁部件，并且其中铁磁部件是金属层。
实施例12包括实施例2-11中任一个的触觉致动器组件，其中永磁体是钕磁体。
实施例13包括实施例2-12中任一个的触觉致动器组件，其中由预载荷设备的第一部件和第二部件生成的、沿着垂直轴的压缩载荷在2N至4N的范围内。
实施例14包括实施例2-13中任一个的触觉致动器组件，其中触觉致动器组件的厚度在1mm至5mm的范围内，并且其中触觉致动器组件的厚度包括至少第一部件的厚度、第一部件到第二部件的距离，以及第二部件的厚度。
实施例15包括实施例2-14中任一个的触觉致动器组件，其中触觉致动器还包括至少两个电极，所述至少两个电极附接到压电材料层或嵌入在压电材料层内并且被构造为产生沿着垂直轴的电压差，其中压电材料层被构造为响应于沿着垂直轴的电压差而沿着平行轴收缩。
实施例16包括实施例15的触觉致动器组件，其中当所述至少两个电极之间的电压差在50V和100V之间时并且当压缩载荷通过预载荷设备施加到触觉致动器时，触觉致动器相对于其中在所述至少两个电极之间没有电压差的基线状态输出沿着垂直轴的在1μm至15μm的范围内的位移，并且触觉致动器组件被构造为输出沿着垂直轴的在2N至10N的范围内的力。
实施例17包括实施例15或16的触觉致动器组件，其中当所述至少两个电极之间的电压差在50V和100V之间时并且当压缩载荷通过预载荷设备施加到触觉致动器时，触觉致动器组件相对于其中在所述至少两个电极之间没有电压差的基线状态输出沿着垂直轴的位移，该位移在用于触觉致动器的预定标称位移的25％至50％的范围内并且与电压差相关联，并且触觉致动器组件被构造为输出沿着垂直轴的力，该力在用于触觉致动器的预定阻挡力的50％至75％的范围内并且与电压差相关联。
实施例18包括实施例2-17中任一个的触觉致动器组件，其中压电材料层是锆钛酸铅(PZT)材料层。
实施例19包括实施例2-17中任一个的触觉致动器组件，其中压电材料层是聚合物层。
实施例20包括实施例2-19中任一个的触觉致动器组件，其中压电材料层包括压电材料子层的堆叠，其中压电材料的每个子层直接在被构造为在子层两端生成电压差的两个电极之间。
实施例21包括实施例2-20中任一个的触觉致动器组件，其中预载荷设备的第一部件或第二部件中的至少一个部件相对于相对表面的相应表面的中心偏离中心，使得所述至少一个部件的质心和相应表面的中心不沿着垂直轴成一直线。
实施例22涉及一种启用了触觉的设备，包括外壳、电源和触觉致动器组件，该触觉致动器组件被配置为在外壳的外表面处生成触觉效果，触觉致动器组件包括触觉致动器和预载荷设备。
触觉致动器包括压电材料层，该压电材料层被构造为生成沿着平行轴的应变，平行轴平行于层的平面表面，附接到压电材料层或嵌入压电材料层内的至少两个电极，以及位移转换设备，该位移转换设备被构造为将压电材料层沿着平行轴的应变转换成触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，垂直轴垂直于层的平面表面，其中触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成触觉致动器沿着垂直轴的位移。
预载荷设备与触觉致动器相邻并且被构造为在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，预载荷设备包括布置在触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力的第一部件和第二部件，该磁力将第一部件和第二部件彼此吸引，以便在触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷。第一部件是永磁体，并且第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
启用了触觉的设备还包括控制单元，该控制单元被配置为控制电源以向触觉致动器的所述至少两个电极提供电力。
实施例23包括实施例22的启用了触觉的设备，其中由启用了触觉的设备的外壳施加到触觉致动器组件的任何压缩载荷小于1N。
实施例24包括实施例22或23的启用了触觉的设备，还包括形成外壳的第一侧的触摸屏设备，其中外壳包括形成外壳的第二且相对侧的后面板，其中触觉致动器组件布置在外壳的第二侧处，使得由触觉致动器组件生成的力抵靠外壳的第二侧施加。
实施例25包括实施例22-24中任一个的启用了触觉的设备，其中触觉致动器组件的厚度在2mm至10mm的范围内。
实施例26包括实施例22-25中任一个的启用了触觉的设备，其中第二部件是电磁体，并且其中控制单元被配置为激活和停用电磁体。
实施例27包括实施例26的启用了触觉的设备，其中控制单元被配置为控制电源以向触觉致动器组件的触觉致动器提供驱动信号，在驱动信号被提供给触觉致动器时激活电磁体，以便使得预载荷设备向触觉致动器施加压缩载荷，以及在到触觉致动器的驱动信号结束时停用电磁体。
实施例28包括实施例26或27的启用了触觉的设备，其中驱动信号是具有预定持续时间的周期信号，其中电磁体在预定持续时间期间被激活，并且在预定持续时间到期时被停用。
实施例29包括实施例22-28中任一个的启用了触觉的设备，其中电磁体包括导电线圈，并且其中当电磁体被停用时，导电线圈和永磁体通过施加到启用了触觉的设备的外力而相对于彼此可移动，其中导电线圈被构造为从永磁体和导电线圈的相对移动中收集电力，并且其中电源包括被构造为存储由导电线圈收集的电力的电力存储设备。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是应当理解的是，它们仅仅作为本发明的说明和示例而给出，而不是作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。还应理解的是，本文讨论的每个实施例的每个特征以及本文引用的每个参考文献的每个特征可以与任何其它实施例的特征组合使用。本文讨论的所有专利和出版物均通过引用整体并入本文。

Claims (10)

1.一种触觉致动器组件，包括：
触觉致动器，所述触觉致动器被构造为生成沿着第一轴的位移，其中所述触觉致动器是压电致动器；以及
预载荷设备，所述预载荷设备与所述触觉致动器相邻并且被构造为在所述触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷，所述预载荷设备包括：
第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件布置在所述触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力，所述磁力将所述第一部件和所述第二部件彼此吸引，以便在所述触觉致动器上生成沿着第一轴的压缩载荷，
其中所述第一部件是永磁体，并且
其中所述第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
2.一种触觉致动器组件，包括：
触觉致动器，所述触觉致动器包括：
压电材料层，所述压电材料层被构造为生成沿着平行轴的应变，所述平行轴平行于所述压电材料层的平面表面，以及
位移转换设备，所述位移转换设备被构造为将所述压电材料层沿着平行轴的应变转换成所述触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，所述垂直轴垂直于所述压电材料层的平面表面，
其中所述触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成所述触觉致动器沿着垂直轴的位移；以及
预载荷设备，所述预载荷设备与所述触觉致动器相邻并且被构造为在所述触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，所述预载荷设备包括：
第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件布置在所述触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力，所述磁力将所述第一部件和所述第二部件彼此吸引，以便在所述触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，
其中所述第一部件是永磁体，并且
其中所述第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个。
3.如权利要求2所述的触觉致动器组件，其中所述触觉致动器的位移转换设备是位移放大设备，所述位移放大设备被构造为将所述压电材料层由于其应变而输出的沿着平行轴的位移转换成所述触觉致动器沿着垂直轴的更大位移。
4.如权利要求3所述的触觉致动器组件，其中所述触觉致动器的位移放大设备包括杠杆设备，所述杠杆设备被构造为将沿着平行轴的位移转换成沿着垂直轴的更大位移。
5.如权利要求4所述的触觉致动器组件，其中所述触觉致动器的杠杆设备包括布置在所述压电材料层的相应的相对平面表面上的第一盘和第二盘，其中所述第一盘和所述第二盘中的每个盘与所述压电材料层的相应平面表面形成截头圆锥。
6.如权利要求2所述的触觉致动器组件，其中所述预载荷设备的第二部件是由导电线圈形成的电磁体。
7.如权利要求6所述的触觉致动器组件，其中所述导电线圈的厚度在1mm至2mm的范围内。
8.如权利要求2所述的触觉致动器组件，其中所述预载荷设备的永磁体是第一永磁体，并且其中所述预载荷设备的第二部件是第二永磁体。
9.如权利要求8所述的触觉致动器组件，其中所述预载荷设备的第一永磁体和第二永磁体中的每个永磁体的厚度在0.5mm至2mm的范围内。
10.一种启用了触觉的设备，包括：
外壳；
电源；
触觉致动器组件，所述触觉致动器组件被配置为在所述外壳的外表面处生成触觉效果，所述触觉致动器组件包括：
触觉致动器，所述触觉致动器包括：
压电材料层，所述压电材料层被构造为生成沿着平行轴的应变，所述平行轴平行于所述压电材料层的平面表面，
至少两个电极，所述至少两个电极附接到所述压电材料层或嵌入所述压电材料层内，以及
位移转换设备，所述位移转换设备被构造为将所述压电材料层沿着平行轴的应变转换成所述触觉致动器沿着垂直轴的扩展或收缩，所述垂直轴垂直于所述压电材料层的平面表面，其中所述触觉致动器的扩展或收缩被配置为生成所述触觉致动器沿着垂直轴的位移；
预载荷设备，所述预载荷设备与所述触觉致动器相邻并且被构造为在所述触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，所述预载荷设备包括：
第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件布置在所述触觉致动器的相对表面上并且被构造为生成磁力，
所述磁力将所述第一部件和所述第二部件彼此吸引，以便在所述触觉致动器上生成沿着垂直轴的压缩载荷，
其中所述第一部件是永磁体，以及
其中所述第二部件是另一个永磁体、电磁体或包括铁磁材料的铁磁部件中的至少一个；以及
控制单元，所述控制单元被配置为控制电源以向所述触觉致动器的所述至少两个电极提供电力。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112363620A (zh) * 2020-11-12 2021-02-12 中国空间技术研究院 基于磁场驱动的触觉反馈结构、反馈系统、穿戴系统
CN113220166A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 北京京东方技术开发有限公司 一种触觉再现基板及其驱动方法、电子设备
CN115606087A (zh) * 2020-05-12 2023-01-13 动运科学技术有限公司（Kr） 用于去除线性共振致动器中残余振动的装置及其方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10996755B2 (en) * 2018-02-28 2021-05-04 Google Llc Piezoelectric haptic feedback module
US20190384399A1 (en) * 2018-06-15 2019-12-19 Immersion Corporation Piezoelectric displacement amplification apparatus
US11670962B2 (en) * 2019-04-09 2023-06-06 Apple Inc. Electronic device with coil for wireless charging and haptic outputs
US11632063B1 (en) * 2019-08-27 2023-04-18 Meta Platforms Technologies, Llc Structured actuators
US11539279B2 (en) 2019-09-27 2022-12-27 Apple Inc. Gap-closing actuator having a double-wound driving coil
US20230125655A1 (en) * 2021-10-26 2023-04-27 Meta Platforms Technologies, Llc Electrostatic zipper with ionoelastomer membranes for decreased operating voltage
WO2023102309A1 (en) * 2021-12-02 2023-06-08 Plx, Inc. Self-aligning active retroreflector system and method

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6002184A (en) * 1997-09-17 1999-12-14 Coactive Drive Corporation Actuator with opposing repulsive magnetic forces
US20080060856A1 (en) * 2000-01-19 2008-03-13 Immersion Corporation Haptic interface for touch screen embodiments
CN103597425A (zh) * 2011-06-17 2014-02-19 苹果公司 触觉反馈设备
CN103941909A (zh) * 2013-01-18 2014-07-23 Smk株式会社 力反馈型触摸面板装置
CN105653026A (zh) * 2014-11-12 2016-06-08 意美森公司 触觉控制器
CN105718040A (zh) * 2014-12-22 2016-06-29 伊默森公司 具有带预编程磁性表面和用于产生不同触觉效果的模式的可编程磁体的触觉致动器
CN105718042A (zh) * 2014-12-22 2016-06-29 伊默森公司 用于触摸屏和触摸表面的磁悬浮系统
CN106293054A (zh) * 2015-06-29 2017-01-04 苹果公司 具有触觉反馈的输入
CN106951176A (zh) * 2014-09-02 2017-07-14 苹果公司 电子触摸通信
CN107735748A (zh) * 2015-07-01 2018-02-23 因文图斯工程有限公司 具有旋转单元的触觉操作装置和方法
US20180059791A1 (en) * 2016-08-26 2018-03-01 Apple Inc. Electronic device including halbach array based haptic actuator and related methods
CN107850946A (zh) * 2015-09-18 2018-03-27 苹果公司 包括可滑动耦接质块并包括线圈的触觉致动器及相关方法
CN107890978A (zh) * 2016-10-04 2018-04-10 意美森公司 包含有电永磁体的触觉致动器
CN108021231A (zh) * 2016-11-03 2018-05-11 意美森公司 具有高清晰度性能的电磁触觉致动器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005514681A (ja) * 2001-10-23 2005-05-19 イマージョン　コーポレーション 電子デバイスのユーザに静的な状態を伝達することによる触覚フィードバックを用いる方法
GB0721433D0 (en) * 2007-11-01 2007-12-12 Qinetiq Ltd Temperature compensating flextensional transducer
WO2012047626A1 (en) * 2010-09-27 2012-04-12 University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education Portable haptic force magnifier
US9866149B2 (en) 2014-07-28 2018-01-09 Immersion Corporation Method and apparatus for enabling floating touch screen haptics assemblies
DE102016116763A1 (de) * 2016-09-07 2018-03-08 Epcos Ag Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung
DE102016122610B4 (de) * 2016-11-23 2019-04-18 Tdk Electronics Ag Vorrichtung, die einen haptischen Feedback vermittelt und Bauelement mit der Vorrichtung

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6002184A (en) * 1997-09-17 1999-12-14 Coactive Drive Corporation Actuator with opposing repulsive magnetic forces
US20080060856A1 (en) * 2000-01-19 2008-03-13 Immersion Corporation Haptic interface for touch screen embodiments
CN103597425A (zh) * 2011-06-17 2014-02-19 苹果公司 触觉反馈设备
CN103941909A (zh) * 2013-01-18 2014-07-23 Smk株式会社 力反馈型触摸面板装置
CN106951176A (zh) * 2014-09-02 2017-07-14 苹果公司 电子触摸通信
CN105653026A (zh) * 2014-11-12 2016-06-08 意美森公司 触觉控制器
CN105718042A (zh) * 2014-12-22 2016-06-29 伊默森公司 用于触摸屏和触摸表面的磁悬浮系统
CN105718040A (zh) * 2014-12-22 2016-06-29 伊默森公司 具有带预编程磁性表面和用于产生不同触觉效果的模式的可编程磁体的触觉致动器
CN106293054A (zh) * 2015-06-29 2017-01-04 苹果公司 具有触觉反馈的输入
CN107735748A (zh) * 2015-07-01 2018-02-23 因文图斯工程有限公司 具有旋转单元的触觉操作装置和方法
CN107850946A (zh) * 2015-09-18 2018-03-27 苹果公司 包括可滑动耦接质块并包括线圈的触觉致动器及相关方法
US20180059791A1 (en) * 2016-08-26 2018-03-01 Apple Inc. Electronic device including halbach array based haptic actuator and related methods
CN107890978A (zh) * 2016-10-04 2018-04-10 意美森公司 包含有电永磁体的触觉致动器
CN108021231A (zh) * 2016-11-03 2018-05-11 意美森公司 具有高清晰度性能的电磁触觉致动器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115606087A (zh) * 2020-05-12 2023-01-13 动运科学技术有限公司（Kr） 用于去除线性共振致动器中残余振动的装置及其方法
CN112363620A (zh) * 2020-11-12 2021-02-12 中国空间技术研究院 基于磁场驱动的触觉反馈结构、反馈系统、穿戴系统
CN113220166A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 北京京东方技术开发有限公司 一种触觉再现基板及其驱动方法、电子设备
CN113220166B (zh) * 2021-05-31 2024-05-17 北京京东方技术开发有限公司 一种触觉再现基板及其驱动方法、电子设备

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Publication number Publication date
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