CN110609611A - 用于提供有限持续时间的触觉效果的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于提供有限持续时间的触觉效果的系统、设备和方法。用于提供有限持续时间的触觉效果的系统包括传感器、控制电路和振动致动器，其被配置为振动致动器的闭环反馈控制。传感器被配置为测量由振动致动器引起的运动特性。控制电路被配置为从传感器接收运动特性信息并提供振动致动器的闭环反馈控制。闭环反馈控制允许有限持续时间的触觉效果期间对振动致动器输出的精确控制。

Description

用于提供有限持续时间的触觉效果的系统、设备和方法

技术领域

本发明涉及用于提供有限持续时间的触觉效果的系统、设备和方法。特别地，本发明针对提供用于振动致动器的闭环反馈控制以产生良好定义的有限持续时间的触觉效果的技术。

背景技术

用于产生振动效果的触觉致动器，即，诸如偏心旋转质块、线性谐振致动器、基于压电的致动器等的振动致动器，通常用在触觉使能设备中以提供中等到长持续时间的振动效果。这样的触觉效果作为嗡嗡声或振动感觉呈现给用户。提供嗡嗡声感觉可以通过激励振动致动器振荡许多次(例如，数十次、数百次或甚至数千次)来实现。这样的振动效果通过振动致动器的常规开环控制技术来实现。在这些情况下，在有限持续时间内的精确致动器控制是不需要的且会在设备制造中引入不必要的成本。

在一些情况下，可能期望产生有限持续时间的触觉效果，其中振动致动器仅经历少量(例如，少于10次)振荡。这样的触觉效果可以作为点击而不是嗡嗡声呈现给用户。例如，可能期望这些类型的点击提供对触摸屏输入的机械响应的感觉和满足感。常规上，开环控制技术和硬件适于通过例如实现致动器制动来提供这些短持续时间的点击。通过开环制动保持具有清晰边沿的高质量良好定义的感觉可能需要良好的致动器表征。致动器与开环控制方案的特性的偏差可导致减弱而不是清晰结束的效果。因此，例如，与线性谐振致动器的指定谐振频率的差异可导致有限持续时间的触觉效果退化。该问题的常规方案包括致动器输出的制造后表征和开环控制参数的调整。

本文描述的发明提供了在触觉使能设备中生成有限持续时间的触觉效果的改进方法。

发明内容

本文提供了适应振动致动器的闭环反馈控制以产生有限持续时间的精确触觉振动效果的系统、设备和方法。迄今为止，闭环反馈控制尚未应用于振动致动器，因为认为常规的振动效果不需要精确控制。常规的触觉使能设备也不包括闭环控制的必要组件，并且认为引入这些组件不必要地增加了这些设备的成本。

本发明的实施例可以包括传感器、控制电路和振动致动器，其特别地被配置为提供闭环控制能力以产生有限持续时间的振动效果。实施例还可以包括结合这些组件的设备和系统以及实现闭环控制技术以提供有限持续时间的触觉效果的方法。

在实施例中，提供了一种触觉使能设备。触觉使能设备可以包括振动致动器、传感器，传感器被配置为测量包括触觉使能设备的组件的加速度、速度和位移中的至少一个的运动特性，并输出运动特性反馈信号。触觉使能设备可以包括控制电路，该控制电路包括集成电路，该集成电路包括微处理器，该微处理器被配置为控制振动致动器以产生小于20ms的有限持续时间的触觉效果。触觉使能设备的控制电路可以通过接收期望的效果信号(其中期望的效果信号表示有限持续时间的触觉效果)来执行控制，可以提供控制信号以激活振动致动器，可以以至少10kHZ的采样频率来采样运动特性反馈信号，并且可以在连续提供控制信号的同时根据运动特性反馈信号和期望的效果信号以所述采样频率连续调整控制信号，其中连续调整控制信号使期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差最小化。

在实施例中，提供了一种控制触觉使能设备的振动致动器以产生有限持续时间的触觉效果的方法。该方法可以包括由包括包含有微处理器的集成电路的控制电路来接收期望的效果信号，期望的效果信号表示有限持续时间的触觉效果，有限持续时间的触觉效果小于20ms。该方法可以包括由控制电路提供控制信号以激活振动致动器，并且通过传感器随时间测量包括触觉使能设备的组件的加速度、速度和位移中的至少一个的运动特性。该方法可以包括由传感器输出指示运动特性的运动特性反馈信号，并控制振动致动器以提供有限持续时间的触觉效果。根据该方法，可以通过以下方式来执行控制振动致动器：以至少10kHZ的采样频率来采样运动特性反馈信号，并且在提供控制信号的同时根据运动特性反馈信号和期望的效果信号以所述采样频率连续调整控制信号，其中连续调整控制信号使期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差最小化。

附图说明

从如附图中所示的本发明的实施例的以下描述中，本发明的前述和其它特征和优点将变得明显。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是图示根据本发明的实施例的触觉使能设备的方面的示意图。

图2是图示根据本发明的实施例的经由集成电路实现的控制电路的示意图。

图3是图示根据本发明的实施例的经由处理器实现的控制电路的示意图。

图4是图示根据本发明的实施例的经由电路系统组件实现的控制电路的示意图。

图5是图示根据本发明的实施例的反馈环路的操作的图。

图6A和图6B图示了在有限持续时间的触觉效果期间振动致动器的控制信号和运动特性反馈信号。

图7A图示了x轴线性谐振致动器。

图7B图示了z轴线性谐振致动器。

图8图示了结合发光二极管的致动器和并置的传感器实施例。

图9图示了结合应变检测传感器的致动器和并置的传感器实施例。

图10图示了用于控制振动致动器的处理的流程图。

具体实施方式

现在参考各图描述本发明的具体实施例。以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在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。

本文描述的实施例涉及触觉使能设备。与本文的实施例一致的触觉使能设备可以被配置作为智能电话、平板计算设备、智能手表、健身带、触觉使能可穿戴设备、眼镜、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和/或混合现实(MR)耳机、手持游戏设备、个人计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机等)、电视、交互式标志和/或可被编程为向用户提供触觉输出的其它设备。与本发明的实施例一致的触觉使能设备包括具有用于向触觉使能设备传递振动效果的一个或多个振动致动器的设备。在本发明的实施例中，触觉使能设备还可以包括用户输入元件，例如，控制元件，诸如触发器、按钮、操纵杆、操纵手柄、触摸屏、触摸板等，以允许用户与计算机系统交互。触觉使能设备还可以包括被配置为增强无论触觉使能还是没有触觉使能的其它设备的能力的外围设备。

与本发明的实施例一致的触觉使能设备可以包括处理系统。与本文描述的实施例一致的处理系统包括一个或多个处理器(为了方便起见，在本文中也可互换地称为处理器、(一个或多个)处理器)、一个或多个存储器单元、音频输出、用户输入元件、一个或多个通信单元和/或其它组件。处理器可以由一个或多个计算机程序指令来编程以执行本文描述的方法。与本发明一致的通信单元可以包括可以与外围设备进行传输或通信的任何有线或无线连接设备。

在本发明的实施例中，触觉使能设备可以与被配置为向触觉使能设备提供触觉控制信号的处理系统分开提供。这种触觉使能设备包括振动致动器和所需的控制电路系统以及激活振动致动器的电源。与处理系统分开提供的触觉使能设备可以是例如旨在用于与中央处理系统通信的可穿戴设备。根据这些实施例的触觉使能设备可以包括腕带、戒指、腿带、手指附件、手套、眼镜以及被配置为提供触觉输出的其它类型的设备。

本发明的实施例涉及振动致动器的闭环反馈控制，以产生有限持续时间的触觉效果。与本发明的实施例一致的反馈控制系统被配置为减少和/或最小化由期望的效果信号表示的预期触觉效果与由运动特性信号表示的输出触觉效果之间的误差。提供期望的效果信号以表示旨在由振动致动器产生的触觉效果。响应于期望的效果信号，如本文所述的反馈控制系统控制触觉输出，该触觉输出由输出运动特性信号的传感器测量。运动特性信号由反馈系统使用来最小化触觉输出中的误差。

如本文所使用的，“振动致动器”是指被配置为响应于控制信号而通过振荡或振动产生触觉效果的致动器。与本发明的实施例一致的振动致动器能够通过以10Hz或更高的振荡或振动产生触觉效果。有限持续时间的触觉效果是指具有持续时间小于100ms的触觉效果。有限持续时间的触觉效果的长度可以根据致动器的频率而变化。例如，以10Hz的致动器的一次振荡需要100ms，并且有限持续时间的触觉效果可以是100ms或更短。作为对照，以1,000Hz时，一次振荡仅需要1ms，并且有限持续时间的触觉效果可以包括15次振荡，大约花费15ms。在实施例中，有限持续时间的触觉效果可以具有小于100ms、小于50ms、30ms、小于25ms、小于20ms和/或小于15ms的持续时间。在实施例中，有限持续时间的触觉效果可以采用在50Hz和500Hz之间操作的振动致动器用于15ms和50ms之间的持续时间。有限持续时间的触觉效果持续时间的选择可以基于所使用的致动器的类型、由振动致动器提供的力或位移的大小和/或由设计者寻求的效果的类型来执行。在实施例中，有限持续时间的触觉效果的持续时间可以根据振动致动器产生触觉效果的代表性瞬态时间来确定。有限持续时间的触觉效果可以通过振动致动器执行1到大约15次任何振荡来产生，其中所传递的振荡的数量可以根据振动致动器的频率来选择。本发明的实施例还涉及振动致动器的闭环反馈控制，以产生有限持续时间的清晰触觉效果。如本文所使用的，“清晰触觉效果”是指在效果完成时具有突发截止的触觉效果。

在实施例中，与本发明的实施例一致的振动致动器可以包括能够以10Hz和10,000Hz之间的频率产生振动效果的宏纤维复合致动器。在还有的实施例中，与本发明的实施例一致的振动致动器可以包括能够以大约10Hz和10,000Hz之间的频率产生振动效果的基于压电材料的振动致动器，诸如压电陶瓷致动器。在还有的实施例中，与本发明的实施例一致的振动致动器可以包括能够以大约50Hz和500Hz之间的频率产生振动效果的LRA。本发明的实施例可以采用被配置为通过在10Hz和10,000Hz频率范围中振动组件来传递触觉效果的其它类型的振动致动器。

与本发明的实施例一致的一些振动致动器(诸如LRA)被设计为提供对频率输入的谐振响应，并且通常具有高Q-因子或窄带宽。这样的致动器被构造成使阻尼最小化以提供更高的效率。因此，当以振动致动器的谐振频率提供命令信号时，振动触觉响应被最大化。为了防止浪费的能量，这样的致动器被构造成使摩擦和其它阻尼源最小化。当到振动致动器的控制信号停止时，振动致动器仍将以其谐振频率振荡若干次。引起强烈的触觉效果需要相应的强大信号，这在没有阻尼的情况下将使振动致动器在减慢到停止之前振荡若干次。对于振动致动器的常规使用，这是可接受的结果，因为在控制信号停止之后数十毫秒的自由振荡不会使几百毫秒的振动或嗡嗡声的触觉效果退化。相反，数十毫秒的自由振荡将使预期15毫秒的触觉效果显著失真。

图1是图示根据本发明的实施例的触觉使能设备100的方面的示意图。触觉使能设备100包括一个或多个振动致动器105、控制电路102、一个或多个运动特性传感器107和外壳101。可选地，触觉使能设备100还包括显示屏106、至少一个处理器108、至少一个存储器单元120、一个或多个用户输入元件110、一个或多个音频输出109以及一个或多个通信单元112。

振动致动器105包括被配置为响应于控制信号而振荡或振动的致动器。振动致动器105被配置为当以超过50Hz的频率振荡时产生触觉效果。振动致动器105可以包括被配置有弹簧质块振荡系统的致动器，诸如线性谐振致动器(LLA)和音圈致动器。与本发明的实施例一致的线性谐振致动器可以包括x轴LRA(xLRA)和z轴LRA(zLRA)，下面参考图7A和图7B提供其进一步的描述。振动致动器105还可以包括压电致动器。与本发明的实施例一致的振动致动器105被配置为产生范围大约在10Hz和1000Hz之间的振荡效果。

运动特性传感器107包括被配置为测量运动的换能器和传感器。运动特性传感器107被配置为测量触觉使能设备100的触觉激活组件173的运动特性，例如，如图2-图4中的每一个所示。触觉激活组件173是触觉使能设备100中通过运动特性传感器测量其运动特性的任何组件。与本发明的实施例一致的运动特性传感器107包括与振动致动器105并置的运动特性传感器107和与振动致动器105非并置的运动特性传感器107。如本文所使用的，与振动致动器并置的运动特性传感器107被配置为测量致动器组件的运动特性，诸如致动器质块的位移。因此，对于并置的运动特性传感器107，触觉激活组件173是致动器子组件，诸如致动器质块。如本文所使用的，与振动致动器105非并置的运动特性传感器107被配置为测量不是振动致动器105的一部分的、振动致动器105为其引起运动的触觉激活组件173的运动特性。在实施例中，非并置的运动特性传感器107可以附接到触觉使能设备100的触觉激活组件173，振动致动器105振动地耦合到该触觉激活组件173。在附加的实施例中，非并置的运动特性传感器107可以位于远离触觉使能设备100，并且测量运动特性传感器107未附接到的触觉激活组件173的运动特性。

并置的运动特性传感器107包括被配置为确定致动器组件的运动特性的传感器。这样的运动特性可以包括，例如，诸如位移、力、速度、动量、角速度、角动量和加速度之类的向量值，以及诸如速率、距离和加速度大小之类的标量值。其它运动特性可以包括振荡特性，诸如频率、振幅和相位。在实施例中，可以使用上述运动特性中的一个或多个的直接测量来确定其它运动特性的值。例如，可以使用加速度的直接测量来间接地确定速度和/或位移。在一些示例中，系统参数可以存储在存储器中用于在这种确定中使用。例如，系统的质块可以存储为参数并与加速度的测量组合以允许确定力。在并置的运动特性传感器107的示例中，并置的运动特性传感器107被配置为确定振动致动器105的移动质块的运动特性。在另一个示例中，并置的运动特性传感器107被配置为测量与弹簧质块致动器系统相关联的弹簧的应变。下面参考图8和图9讨论具体实施例。

非并置的运动特性传感器107包括直接或间接地振动地耦合到触觉使能设备100的一个或多个触觉激活组件173并且被配置为测量触觉使能设备100的所述一个或多个触觉激活组件173的运动特性的传感器。如本文所使用的，两个特征之间的间接振动耦合意味着，在特征之间、甚至特征没有被直接附接到的地方没有明显的阻尼或其它隔离因素的情况下，机械力可以在两个特征之间传输。例如，安装到在没有阻尼特征的情况下被附接到触觉使能设备100的外壳101的平台的运动特性传感器107间接地振动地耦合到外壳101，并且因此外壳101可以是触觉激活组件173。如本文所使用的，两个特征之间的直接振动耦合意味着，在没有中间组件的情况下，两个特征彼此直接地连接。例如，拧到或粘附到触觉使能设备100的外壳101的运动特性传感器107直接地振动地耦合到充当触觉激活组件173的外壳101。作为对照，如果以下情况则触觉使能设备100的两个特征或组件可以被称为没有振动地耦合：该两个组件或者未连接或者经由用作耗散机械力的结构连接使得其中一个组件的振动导致另一个组件不振动或振动明显减弱，。例如，触觉使能设备100可以包括显示屏106，该显示屏106经由悬架系统安装到外壳101，使得显示屏106的振动不会显著地传送到外壳101。

在实施例中，振动致动器105和运动特性传感器107两者可以直接或间接地振动地耦合到触觉使能设备100的显示屏106或外壳101。因此，运动特性传感器107可以被配置为确定作为运动特性传感器107和振动致动器105相互耦合到的触觉激活组件173的显示屏106或外壳101的运动特性。运动特性传感器107和振动致动器105可以在触觉使能设备100内位于彼此附近和/或可以在设备内位于远离彼此。运动特性传感器107被配置为基于振动致动器105的致动来测量触觉使能设备100的一个或多个触觉激活组件173的运动特性。这样的运动特性可以包括，例如，诸如位移、力、速度、动量、角速度、角动量和加速度之类的向量值，以及诸如速率、距离和加速度大小之类的标量值。其它运动特性可以包括振荡特性，诸如频率、振幅和相位。在实施例中，可以使用上述运动特性中的一个或多个的直接测量来确定其它运动特性的值。例如，可以使用加速度的直接测量来确定速度和/或位移。在一些示例中，存储的系统参数可以用在这样的确定中。例如，系统质块的知识与加速度的测量组合可以允许确定力。

非并置的运动特性传感器107可以是例如加速度计。实现为加速度计的运动特性传感器107可以是专门选择用于检测触觉使能设备100组件的运动特性的换能器，和/或可以是包括在触觉使能设备100内用于其它目的的换能器。例如，触觉使能设备100经常包括用于倾斜控制或步进计数目的的加速度计。这种加速度计可以作为运动特性传感器107提供运动特性信息。在可选实施例中，实现为加速度计的运动特性传感器107被定向成检测与振动致动器105被定向成产生移动的相同移动轴中的运动。

非并置的运动特性传感器107可以被实现为触觉使能设备100内的其它传感器。例如，触觉使能设备100的相机可以安装到触觉激活组件173，并且用于基于被捕获的图像中的图像抖动或干扰来确定触觉激活组件173(以及与其耦合的任何组件)的运动特性。在另一个示例中，触觉使能设备100的陀螺仪可以用作运动特性传感器107。非并置的运动特性传感器107还可以包括被配置为通过使用Wi-Fi三角测量或GPS来确定位置的设备和/或传感器，诸如天线。

非并置的运动特性传感器107还可以包括位于远离触觉使能设备100的任何组件并且没有耦合到触觉使能设备100的任何组件的设备或传感器。例如，位于远程的相机、超声波、激光雷达、雷达或其它传感器系统可以用作非并置的运动特性传感器107用于运动特性确定。

触觉使能设备100不限于使用一种或一种类型的运动特性传感器107。可以结合使用相同或不同类型的多个运动特性传感器107，以提供具有增加的信息的运动控制信号。

用于本发明的实施例的控制电路102可以是被配置用于控制振动致动器105的组件的集合。在实施例中，控制电路102可以包括集成电路，该集成电路包含专用于提供触觉控制功能的组件。例如，控制电路102可以包括专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)、片上系统(“SoC”)或其它类型的集成电路。在还有的实施例中，控制电路102可以完全以硬件组件实现，并且可以包括被配置为执行本文所讨论的功能的各种电子组件。在还有的实施例中，控制电路102可以至少部分地由处理器108实现，处理器108被配置为实现触觉使能设备100的进一步功能。在其它实施例中，控制电路102的功能可以由能够执行所需计算的硬件和软件的任何组合来执行。

触觉使能设备100的可选组件还包括显示屏106、至少一个处理器108、至少一个存储器单元120、用户输入元件110、音频输出109以及一个或多个通信单元112。

触觉使能设备100可以包括一个或多个处理器108和一个或多个存储器单元120。处理器108可以由存储在(一个或多个)存储器单元120中的一条或多条计算机程序指令编程。如本文所述，处理器108的功能可以由存储在(一个或多个)存储器单元120或另一个计算机可读或有形介质中的软件实现，并由处理器108执行。如本文所使用的，为方便起见，各种指令可以被描述为执行操作，但实际上，各种指令对处理器108进行编程以执行操作。

本文描述的各种指令可以存储在存储器单元120中，存储器单元120可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存和/或适于存储软件指令的任何其它存储器。(一个或多个)存储器单元120可以存储将由处理器108执行的计算机程序指令(例如，前述指令)以及可以由处理器108操纵的数据。

用于本发明的实施例的用户输入元件110可以包括适合于接受用户输入的任何元件。这些元件可以包括按钮、开关、拨盘、杠杆、触摸屏、触摸板等。用户输入元件110还可以包括外围连接的设备，诸如鼠标、操纵杆、游戏控制器、键盘等。用户输入元件110还可以包括相机、雷达设备、激光雷达设备、超声设备和被配置为远程地捕获用户手势的其它设备。

根据本发明的实施例的通信单元112可以包括被配置用于外部通信的一个或多个设备或组件。通信单元可以包括有线通信端口，诸如USB端口、端口、A/V端口、光缆端口以及被配置为以有线方式接收或发送信息的任何其它组件或设备。通信单元还可以包括无线通信设备，诸如天线、天线、蜂窝天线、红外传感器、光学传感器以及被配置为无线地接收和/或传送信息的任何其它设备。在还有的实施例中，通信单元112可以包括被配置为经由超声波传送信息的超声扬声器和麦克风。

用于本发明的实施例的显示屏106可以是用于向用户提供视觉输出的屏幕。显示屏106可以包括触摸屏能力(并且因此也用作用户输入元件110)。显示屏106可以具有任何尺寸、形状或配置，以适应触觉使能设备100的需要。在触觉使能设备100的一些实施例中，诸如被配置用于传递触觉效果的可穿戴设备，不需要显示屏106。在实施例中，显示屏106可以包括头戴式显示屏，诸如VR、AR或MR头戴式耳机、护目镜和/或其它VR/AR/MR显示设备。在实施例中，显示屏106可以被投射到表面上或者用于在空中显示。

音频输出109包括被配置为向用户提供音频输出的设备。音频输出109可以包括扬声器以及被配置用于将音频信号传递到扬声器或耳机的音频输出端口，诸如耳机插孔。

图2图示了被实现为集成电路的控制电路202的操作。如图2所示，控制电路202是包括微处理器201和放大器203的集成电路。控制电路202被配置为接收期望的效果信号220和运动特性反馈信号222，并将命令信号221输出到触觉使能设备100的振动致动器105。

期望的效果信号220由控制电路202接收。期望的效果信号220表示期望的触觉输出。期望的效果信号220是表示随时间测量的运动特性的期望值的时变信号。期望的效果信号220可以是任何运动特性的时变信号，包括本文所讨论的那些运动特性中的每个。例如，期望的效果信号220可以是随时间的加速度。期望的效果信号220可以表示触觉使能设备100的触觉激活组件173的期望的运动特性。在实施例中，期望的效果信号220可以表示耦合到触觉激活组件173的触觉使能设备100的不同组件的期望的运动特性。期望的效果信号220可以从触觉使能设备100的处理器108接收，或者可以从触觉使能设备100外部的源接收。例如，在触觉使能设备100被实现为用于提供触觉效果的可穿戴设备(诸如手镯)的情况下，期望的效果信号220可以从可穿戴设备与之相关联的较大系统的处理器传递到控制电路202。在实施例中，期望的效果信号220可以跟踪与运动特性传感器107相同的参数，例如，当运动特性传感器107是加速度计时，期望的效果信号220可以指示随时间的期望加速度。在还有的实施例中，期望的效果信号220可以跟踪与运动特性传感器107不同的参数。例如，当运动特性传感器107是加速度计时，期望的效果信号220可以指示随时间的期望速度。在这样的实施例中，控制电路202转换期望的效果信号220或者运动特性反馈信号222，使得它们处于可兼容的单位。

运动特性反馈信号222从运动特性传感器107接收。运动特性传感器107，无论是并置还是非并置的，都被配置为检测、测量和/或确定触觉激活组件173的至少一个运动特性，并且基于运动特性向控制电路202传递运动特性反馈信号222。如以上所讨论的，运动特性传感器107可以基于直接测量的运动特性(例如，由加速度计测量的加速度)传递运动特性反馈信号222，和/或可以传递从测量的运动特性导出的运动特性反馈信号222，例如，从由加速度计测量的加速度导出的速度信号。

控制电路202接收期望的效果信号220和运动特性反馈信号222两者，并将命令信号221输出到振动致动器105。微处理器201将期望的效果信号220与运动特性反馈信号222比较以确定它们之间的误差。基于该误差，微处理器201生成未放大的命令信号224，未放大的命令信号224由放大器203放大以产生命令信号221。命令信号221被输出到振动致动器105以引起触觉输出。当振动致动器105由命令信号221驱动时，振动致动器105的触觉输出由运动特性传感器107测量。在实施例中，并置的运动特性传感器107直接测量振动致动器105组件的运动特性，而在还有的实施例中，非并置的运动特性传感器107测量与触觉使能设备100的振动致动器105振动地耦合的触觉激活组件173的运动特性。

控制电路202接收运动特性反馈信号222并将运动特性反馈信号222与期望的效果信号220比较，以连续地调整未放大的命令信号224，从而连续地调整输出到振动致动器105的命令信号221，以最小化期望的效果信号220和运动特性反馈信号222之间的误差。在实施例中，控制电路202还利用期望的效果信号220和/或运动特性反馈信号222的先前值来用于未放大的命令信号224的连续调整。

如本文所使用的，连续调整意味着由控制电路202输出的信号(例如，命令信号221)在该信号的输出期间在持续的基础上被调整以产生触觉效果或输出。对于数字应用，应该理解的是，连续调整包括重复的离散调整。如本文所使用的，连续调整不包括使用触觉输出的测量来用于调整未来触觉效果的参数，即使定期执行也是如此。在实施例中，连续调整可以经由模拟电路系统来执行。在实施例中，连续调整可以以超过1kHZ、5kHZ、10kHZ和20kHZ的频率来数字地执行。在实施例中，以等于或超过连续调整频率的频率对运动特性反馈信号222采样。“连续调整”的这些定义适用于本文所讨论的该术语的所有实施例和用途。由控制电路202实现的反馈控制环路将参考图5更详细地讨论。

在还有的实施例中，控制电路202不对整个触觉效果进行操作。如以上所讨论的，振动致动器105可以被配置具有最小阻尼，因此可能需要主动控制以在振动致动器105将要停止时消除非期望的效果。因此，在实施例中，控制电路202操作以在开环控制的初始时段之后控制振动致动器105。例如，振动致动器105可以被提供有初始命令信号，该初始命令信号被配置为发起触觉效果。初始命令信号可以是预定的并且在短持续时间(小于10ms)内提供以发起来自振动致动器105的触觉效果。在初始短持续时间之后，控制电路202然后可以经由如以上所讨论的连续调整采用主动控制，以消除来自振动致动器105的任何进一步的触觉效果。因此，在一些实施例中，控制电路202的闭环控制可以用于有限持续时间触觉效果的一部分，该一部分小于有限持续时间的触觉效果的整个持续时间。

图3图示了经由处理器108实现的控制电路302。如图3所示，控制电路302包括处理器108和放大器303。控制电路302被配置为接收期望的效果信号320和运动特性反馈信号322，并将命令信号321输出到触觉使能设备100的振动致动器105。

控制电路302的处理器108是被配置为针对触觉使能设备100执行各种其它计算任务的相同的处理器108。例如，处理器108可以是触觉使能设备100的主处理单元，执行大多数处理任务，包括运行软件应用、生成图形显示和其它任务。在图3的实施例中，处理器108的一部分处理能力专用于控制电路302。

期望的效果信号320由处理器108生成。如以上所讨论的，处理器108为触觉使能设备100运行若干任务，并响应于软件应用请求生成期望的效果信号320。在还有的实施例中，处理器108可以从位于远程的设备或从另一个处理器接收期望的效果信号320。

运动特性反馈信号322由处理器108从运动特性传感器107接收。处理器108比较运动特性反馈信号322和期望的效果信号320以确定它们之间的误差。根据该误差，处理器108生成未放大的命令信号324，未放大的命令信号324在作为命令信号321被输出到振动致动器105之前由放大器303放大。振动致动器105响应于命令信号321产生触觉输出。触觉输出由运动特性传感器107测量，并且测量的输出作为运动特性反馈信号322被发送到控制电路302。

控制电路302接收运动特性反馈信号322并将其与期望的效果信号320比较，以提供输出到振动致动器105的命令信号321的连续调整，以最小化期望的效果信号320和运动特性反馈信号322之间的误差。在实施例中，控制电路302还可以在连续调整中使用期望的效果信号320和/或运动特性反馈信号322的先前值。由控制电路302实现的反馈控制环路将参考图5更详细地讨论。

图4图示了经由电路系统组件用硬件实现的控制电路402。如图4所示，控制电路402至少包括比较单元404、控制器单元401和放大器单元403。

比较单元404接收期望的效果信号420和运动特性反馈信号422，并且作为响应，输出指示期望的效果信号420和运动特性反馈信号422之间的差异的误差信号423。比较单元404可以例如由诸如运算放大器(op-amp)、电阻器、二极管、电容器、电感器、晶体管和任何其它合适的组件之类的电路系统组件来实现。在实施例中，例如，比较单元可以通过使用差分放大器电路来实现。

误差信号423由控制器单元401接收，控制器单元401输出未放大的命令信号424。控制器单元401基于误差信号423确定未放大的命令信号424。控制器单元401被配置为减小误差信号423。控制器单元401的实现取决于要实现的控制方案。控制器单元401可以由诸如运算放大器(op-amp)、电阻器、二极管、电容器、电感器、晶体管和任何其它合适的组件之类的电路系统组件来实现。

未放大的命令信号424在作为命令信号421被输出到振动致动器105之前由放大器403放大。放大器403可以由诸如运算放大器(op-amp)、电阻器、二极管、电容器、电感器、晶体管和任何其它合适的组件之类的电路系统组件来实现。命令信号421由振动致动器105接收，振动致动器105通过产生触觉输出来响应。触觉输出由运动特性传感器107测量，运动特性传感器107将运动特性反馈信号422提供回比较单元404。

因此，控制电路402操作以响应于由运动特性传感器107产生的运动特性反馈信号422而提供对命令信号421的连续调整。执行对命令信号421的连续调整以最小化期望的效果信号420和运动特性反馈信号422之间的误差。在实施例中，控制电路402还可以在连续调整中使用期望的效果信号420和/或运动特性反馈信号422的先前值。由控制电路402实现的反馈控制环路将参考图5更详细地讨论。

图5图示了与本发明的实施例一致的反馈环路500的操作。反馈环路500由控制电路102以在本文讨论的任何特定控制电路实施例202、302、402来实现。在还有的实施例中，反馈环路500可以由能够执行反馈环路500的功能的软件、硬件和固件的任何组合来实现。反馈环路500包括比较器块501、控制块502、系统块505和反馈块507。

比较器块501和控制块502由控制电路102实现，控制电路102可以由控制电路202、302、402中的任何一个以及其它合适的组件来实现。比较器块501接收期望的效果信号520和运动特性反馈信号522。比较器块501比较期望的效果信号520和运动特性反馈信号522以产生误差信号524。控制块502接收误差信号524并生成命令信号521，该命令信号521被提供给系统块505的振动致动器105。

控制块502可以实现任何合适的控制方案。例如，控制块502可以实现超前补偿控制器。当用LRA实现时，由于LRA系统在谐振频率的滞后，超前补偿控制可能是有利的。当LRA在谐振频率被激励时，初始频率响应表现出相对于输入信号的相位滞后。超前补偿控制可以起抵消该滞后的作用并减小期望的效果信号520和运动特性反馈信号522之间的误差。在其它示例中，控制块502可以实现比例控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器、比例积分(PI)控制器、超前-滞后补偿控制器和/或任何其它适当的控制器。

响应于接收到命令信号521，振动致动器105被激活，使得系统块505产生输出触觉效果523。系统块505包括振动致动器105并且表示触觉使能设备100的受控组件。系统块505的传递函数取决于各种系统组件的结构和位置。例如，在振动致动器105和运动特性传感器107并置的情况下，系统块505表示由运动特性传感器107测量的振动致动器105的触觉激活组件173。在示例中，运动特性传感器107可以测量振动致动器105的振荡质块的位移。在振动致动器105和运动特性传感器107非并置的情况下，系统块505表示形成耦合到由运动特性传感器107测量的触觉激活组件173的致动系统的组件的集合。例如，在运动特性传感器107是耦合到作为触觉激活组件173的设备外壳101的加速度计的情况下，系统块505表示振动地耦合到振动致动器105和运动特性传感器107的结构组件。在另一个示例中，在运动特性传感器107是位于远离触觉使能设备100的相机的情况下，系统块505表示振动地耦合到振动致动器105的由运动特性传感器107测量的振动组件。

输出触觉效果523由反馈块507接收。反馈块507包括一个或多个运动特性传感器107并且表示从输出触觉效果523到运动特性反馈信号522的反馈路径。

因此，反馈环路500操作以提供振动致动器105的闭环反馈控制。

当应用于产生有限持续时间的触觉效果，即，具有持续时间小于50ms的效果时，反馈环路500是有利的。在实施例中，有限持续时间的触觉效果可以在5到50ms之间，并且使用振动致动器105的1到10次之间的振荡。由于由本发明的实施例产生的触觉效果的有限持续时间，反馈环路500操作以提供命令信号521的连续调整。这种连续调整意味着甚至在非常短的触觉效果期间命令信号521也基于运动特性反馈信号522多次被调整。在实施例中，运动特性反馈信号522可以以超过1kHz、超过5kHz、超过10kHz和/或超过20kHz的采样频率捕获系统块505的运动。控制块502可以以与运动特性反馈信号522的采样频率相同的速率执行对命令信号521的更新。在实施例中，反馈环路500可以在模拟电路系统中实现，因此可以提供对命令信号521的连续调整。在实施例中，命令信号521(以及关于先前实施例讨论的命令信号221、321、421)包括脉冲宽度调制(PWM)信号或者在输入到振动致动器105之前被转换成PWM信号。因此，命令信号521(以及关于先前实施例讨论的命令信号221、321、421)的频率可以是PWM信号的频率的整数除数。与本发明的实施例一致的PWM信号可以在10kHz至1mHz的范围内。

如以上所讨论的，与本发明的实施例一致的振动致动器105表示欠阻尼系统。当给这种振动致动器105的激励信号停止时，振动致动器105将在变为静止之前继续振荡若干周期。反馈环路500被配置为最小化振动致动器105的这个方面并且向系统添加受控阻尼，以便为触觉效果提供清晰截止或突发停止。

控制环路500可以被理解为向振动致动器105提供受控阻尼，以引起有限持续时间的触觉效果，该有限持续时间的触觉效果被产生为具有对该效果的清晰截止或结束。

图6A和图6B分别图示了在有限持续时间的触觉效果期间捕获的示例命令信号621和运动特性反馈信号622，包括线性谐振致动器的激励。如图6A和图6B所示，命令信号621包括在小于20ms的时间段内的三个完整周期。作为响应，运动特性反馈信号622(在该示例中是加速度信号)也包括在相似时间段内的三个完整周期。从这些图中可以看出，运动特性反馈信号622的振幅比其响应的命令信号621需要更长的时间来达到最大值。

图7A图示了与本发明的实施例一致的x轴线性谐振致动器705(xLRA)。xLRA 705包括壳体701、移动质块702、弹簧703和驱动器704。在实施例中，驱动器704是音圈，其被配置为感应与移动质块702的磁体相互作用的磁场。xLRA 705被配置使得移动质块702沿着与其结合的触觉使能设备700的x轴711或y轴712移动。触觉使能设备700的x轴711表示与触觉使能设备700的长度或宽度维度平行的轴。触觉使能设备700经常被配置有明显大于深度(z轴713)维度的长度和宽度维度。在xLRA 705中，质块702被配置为在与xLRA 705自身的两个最大维度(例如，长度和/或宽度)中的至少一个一致的方向上行进。该特征可以允许移动质块702行进与其尺寸相比相对大的距离，并且因此利用了触觉使能设备700的较大长度或宽度维度。虽然提及并配置用于“x轴”，但是xLRA 705的定义结构特征是质块相对于xLRA 705的维度的行进方向，而不是其所使用的特定朝向。在不同维度的触觉使能设备700中，xLRA705可以在任何方向上定向。

图7B图示了与本发明的实施例一致的z轴线性谐振致动器755(zLRA)。zLRA 755包括外壳751、移动质块752、弹簧753和驱动器754。在实施例中，驱动器754是音圈，其被配置为感应与移动质块752的磁体相互作用的磁场。zLRA 755被配置使得移动质块752沿着与其结合的触觉使能设备750的z轴763移动。触觉使能设备755的z轴763表示平行于触觉使能设备750的深度维度的轴。触觉使能设备750经常被配置有明显大于深度(z轴763)维度的长度(x轴761)和宽度维度(y轴762)。在zLRA 755中，质块752被配置为在与zLRA 755自身的最小维度(例如，深度)一致的方向上行进。该特征导致移动质块752行进与其尺寸相比相对短的距离，并且因此适合于触觉使能设备750的相对较短的深度维度。虽然提及并配置用于“z轴”，但是zLRA 755的定义结构特征是质块的行进的相对短的长度，而不是其所使用的特定朝向。在不同维度的触觉使能设备750中，zLRA 755可以在任何方向上定向。

图8图示了包括并置的运动特性传感器607的振动致动器605。如图8所示，振动致动器605包括并置的运动特性传感器607，运动特性传感器607包括发射器二极管608和接收器二极管609。振动致动器605还包括壳体601、弹簧603、质块604和驱动器606。图8旨在图示并置的运动特性传感器607的操作原理。图8图示了振动致动器605的一些组件，并不旨在包括所有组件、组件的确切配置或者按比例绘制。

振动致动器605通过驱动器606驱动质块604在弹簧603上振荡的动作操作。当以弹簧质块系统的谐振频率驱动时，由振动致动器605产生的振动被增强。在实施例中，振动致动器605是线性谐振致动器，并且驱动器606是被配置为经由附接到质块604的磁体(未示出)来驱动质块604的音圈。

并置的运动特性传感器607被配置为确定质块604的位置，质块604因此用作触觉激活组件。发射二极管608发光，并且反射二极管609接收从质块604反射的光。基于反射光的属性，并置的运动特性传感器607确定质块604的至少一个属性。例如，运动特性传感器607可以基于反射光的强度确定并置的运动特性传感器607和质块604之间的距离，即位移。在另一个示例中，可以根据多普勒效应基于反射光的频率确定质块604的速率或速度。相应地，并置的运动特性传感器607可以基于反射光属性直接地测量质块604的运动特性。测量的运动特性可以用于确定其它相关的特性。例如，质块604的位移的直接测量可以用于确定诸如位移、速度、动量和加速度之类的向量值以及诸如速率、距离和加速度大小之类的标量值。另外，可以确定质块604的位置。质块604的位移测量还可以用于确定振荡频率、振幅和相位。

在图8中，振动致动器605包括单个并置的运动特性传感器607，其测量从质块604反射的光。该实施例图示了使用发光二极管608和接收二极管609来确定质块604的运动特性。在还有的实施例中，可以使用多于一个并置的运动特性传感器607。在还有的实施例中，并置的运动特性传感器607的发光二极管608和接收二极管609可以在壳体601内位于远离彼此。在还有的实施例中，振动致动器605可以利用旋转质块604而不是线性移动。在这样的实施例中，并置的运动特性传感器607还可以测量或确定角速度和/或角动量。

图9图示了根据本发明的实施例的包括并置的运动特性传感器907的振动致动器905。振动致动器905还包括壳体901、弹簧903、质块904和驱动器906。图9旨在图示并置的运动特性传感器907的操作原理。图9图示了振动致动器905的一些组件，并且不旨在包括所有组件、组件的确切配置或者按比例绘制。

振动致动器905通过驱动器906驱动质块904在弹簧903上振荡的动作操作。当以弹簧质块系统的谐振频率驱动时，由振动致动器905产生的振动被增强。在实施例中，振动致动器905是线性谐振致动器，弹簧903是波形弹簧，并且驱动器906是被配置为经由附接到质块904的磁体(未示出)来驱动质块904的音圈。

并置的运动特性传感器907是被配置为测量弹簧903中的应变的应变检测传感器，弹簧903用作触觉激活组件173。弹簧903的应变的测量可以用于确定弹簧903的位移并因此确定质块904的位移，并因此确定诸如质块904的位移、速度、动量和加速度之类的向量值以及诸如质块904的速率、距离和加速度大小之类的标量值。另外，可以确定质块904的位置。

并置的运动特性传感器907可以用在包括弹簧的任何致动器中，弹簧包括采用波形弹簧、板簧和任何其它类型的弹性构件的那些弹簧。

在实施例中，并置的运动特性传感器907是固定到弹簧903的应变仪，被配置为根据与弹簧903的伸长或压缩相关的电阻中的变化来测量应变。在实施例中，并置的运动特性传感器907可以包括任何其它类型的应变检测传感器。在实施例中，并置的运动特性传感器907可以是被配置为基于弹簧903自身的电阻测量来检测或确定弹簧903中的应变的应变传感器。

图10示出了提供振动致动器的闭环反馈控制的处理1000的流程图。处理1000可以由本文讨论的任何控制电路102、202、302、402结合本文讨论的其它特征和组件的任何组合执行。因此，处理1000采用如本文所讨论的任何振动致动器105、605、705、755、905。处理1000采用至少一个传感器，其可以包括如本文所讨论的任何运动特性传感器107、607、907。如上所述，处理1000由硬件组件、固件组件、软件组件和/或这些的组合执行。由处理1000实现的闭环反馈控制可以被理解为向受控系统提供受控阻尼，以便为触觉效果提供急剧截止或突发停止。如以上所讨论的，闭环反馈控制可以仅用于传递的触觉效果的一部分，例如，以消除触觉效果结束时的过度振动。这样的实施例与下面讨论的处理1000一致。

在操作1002中，处理1000包括接收期望的效果信号。期望的效果信号表示触觉使能设备试图产生的触觉效果。处理1000的目标是减小测量的触觉效果(即由运动特性反馈信号测量)和旨在由期望的效果信号产生的触觉效果之间的误差。本文讨论的实施例非常适合于产生小于50ms、小于30ms、小于20ms、小于15ms和小于10ms的清晰触觉效果。

在操作1004中，处理1000包括提供控制信号以使振动致动器传递有限持续时间的触觉效果。选择控制信号的初始值以发起振动致动器的运动并引起有限持续时间的触觉效果。控制信号的初始值根据期望的效果信号和反馈系统的已知特性来确定，反馈系统至少包括振动致动器、其耦合到的组件以及传感器。虽然来自传感器的反馈将起最小化期望的效果信号和运动特性信号(即测量的触觉效果)之间的误差的作用，但是选择接近实现期望输出所必要的初始控制信号值来最小化触觉效果的早期部分中的误差。

在操作1006中，处理1000包括由传感器测量触觉使能设备的触觉激活组件的一个或多个运动特性。在实施例中，传感器是如本文所讨论的运动特性传感器。运动特性可以包括诸如位移、速度、动量、角速度、角动量和加速度之类的向量值以及诸如速率、距离和加速度大小之类的标量值。运动特性基于触觉使能设备的触觉激活组件的移动来测量。运动特性可以直接地测量，或者可以从直接测量的值导出。触觉激活组件可以是振动致动器的组件和/或可以是触觉使能设备的另一个组件。运动特性传感器可以直接或间接地振动地耦合到触觉激活组件，或者可以位于远离触觉激活组件。

在操作1008中，处理1000包括由传感器输出指示用于振动致动器的反馈控制的运动特性的运动特性反馈信号。

在操作1010中，处理1000包括控制振动致动器以产生有限持续时间的触觉效果。利用控制电路来执行对运动特性的控制，控制电路可以包括集成电路中的一个或多个，集成电路包括微处理器、触觉使能设备的处理器和/或电路系统组件。通过包含如下所述的操作1012-1014的反馈环路来执行控制运动特性。

在操作1012中，处理1000包括对运动特性反馈信号采样。由传感器输出的运动特性反馈信号由控制电路采样。在一些实施例中，控制电路以模拟方式操作并接收运动特性反馈信号，但不对运动特性反馈信号离散采样。由于要产生的触觉效果的有限持续时间性质和对具有用于产生清晰效果的快速建立时间的需要，因此必须以高速率执行反馈控制调整。以足够高的速率对运动特性反馈信号采样，以允许高速率的反馈控制调整。因此，以超过1kHz、5kHz、10kHz和20kHz的速率采样运动特性反馈信号。在这些中选择的特定采样率可以根据有限持续时间的触觉效果的要求以及控制电路组件的特性和能力来确定。

在操作1014中，处理1000包括在连续提供控制信号的同时根据运动特性反馈信号和期望的效果信号提供对控制信号的连续调整。控制信号的连续调整最小化期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差。运动特性反馈信号测量输出触觉效果，因此连续调整用来控制振动致动器以控制输出触觉效果。反馈系统减小和/或最小化由期望的效果信号表示的预期的触觉效果和由运动特性信号表示的输出触觉效果之间的误差。在实施例中，以等于运动特性反馈信号被采样的速率的速率来执行对控制信号的连续调整。

以上描述了根据本文描述的实施例的提供振动致动器的闭环控制以产生有限持续时间的触觉效果的示例处理1000的说明性流程。如图10所示的处理仅仅是示例性的，并且在不脱离本文公开的实施例的范围的情况下存在变化。可以以与所描述的顺序不同的顺序执行这些步骤、可以执行附加步骤和/或可以执行更少的步骤。

各种实施例的另外讨论

实施例1是一种触觉使能设备，包括：

·振动致动器；

·传感器，被配置为测量包括触觉使能设备的触觉激活组件的加速度、速度和位移中的至少一个的运动特性，并输出运动特性反馈信号；以及

·控制电路，包括集成电路，所述集成电路包括微处理器，所述微处理器被配置为通过以下方式控制振动致动器以产生小于20ms的有限持续时间的触觉效果：接收期望的效果信号，所述期望的效果信号表示有限持续时间的触觉效果；提供控制信号以激活振动致动器；以至少10kHZ的采样频率来采样运动特性反馈信号；以及在连续提供控制信号的同时，根据运动特性反馈信号和期望的效果信号以所述采样频率提供对控制信号的连续调整，

其中，提供对控制信号的连续调整使期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差最小化。

实施例2包括实施例1的触觉使能设备，其中以所述采样频率提供对控制信号的连续调整进一步根据期望的效果信号和运动特性反馈信号中的至少一个的先前值来执行。

实施例3包括实施例1或2的触觉使能设备，其中

·振动致动器耦合到设备的触觉激活组件，并且被配置为经由触觉激活组件向触觉使能设备传递触觉输出，

·传感器包括耦合到触觉使能设备的触觉激活组件的加速度计，以及

·运动特性反馈信号是加速度信号。

实施例4包括实施例1-3中任一个的触觉使能设备，其中传感器包括安装到触觉激活组件的相机，并且运动特性反馈信号基于图像抖动。

实施例5包括实施例1-4中任一个的触觉使能设备，其中触觉激活组件是振动致动器的子组件。

实施例6包括实施例5的触觉使能设备，其中子组件是振动致动器的质块，并且传感器包括被配置为测量质块的位移的发射二极管和接收二极管。

实施例7包括实施例5的触觉使能设备，其中子组件是振动致动器的质块，并且传感器是被配置为测量振动致动器的弹簧的应变的应变检测传感器。

实施例8包括实施例1-7中任一个的触觉使能设备，其中提供对控制信号的连续调整根据比例微分控制来执行。

实施例9包括实施例1-7中任一个的触觉使能设备，其中提供对控制信号的连续调整根据超前补偿控制来执行。

实施例10包括实施例1-9中任一个的触觉使能设备，其中提供对控制信号的连续调整针对有限持续时间的触觉效果的一部分发生，该一部分小于有限持续时间的触觉效果的整个持续时间。

实施例11包括实施例1-10中任一个的触觉使能设备，其中振动致动器包括线性谐振致动器、宏纤维复合致动器和压电陶瓷致动器中的至少一个。

实施例12是控制触觉使能设备的振动致动器以产生有限持续时间的触觉效果的方法，所述方法包括：

·由控制电路接收期望的效果信号，所述期望的效果信号表示有限持续时间的触觉效果，所述有限持续时间的触觉效果小于20ms，所述控制电路包括集成电路，所述集成电路包括微处理器；

·由控制电路提供控制信号以激活振动致动器；

·由传感器随时间测量包括触觉使能设备的触觉激活组件的加速度、速度和位移中的至少一个的运动特性；

·由传感器输出指示运动特性的运动特性反馈信号；以及

·通过以下方式控制振动致动器以提供有限持续时间的触觉效果：以至少10kHZ的采样频率来采样运动特性反馈信号，以及在提供控制信号的同时，根据运动特性反馈信号和期望的效果信号以所述采样频率提供对控制信号的连续调整，

其中，提供对控制信号的连续调整使期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差最小化。

实施例13包括实施例12的方法，其中以所述采样频率提供对控制信号的连续调整进一步根据期望的效果信号和运动特性反馈信号中的至少一个的先前值来执行。

实施例14包括实施例12或13的方法，其中

·提供控制信号以激活振动致动器经由耦合到振动致动器的触觉激活组件向触觉使能设备传递触觉输出，以及

·测量运动特性包括由传感器测量触觉激活组件的加速度，传感器包括耦合到触觉激活组件的加速度计。

实施例15包括实施例12-14中任一个的方法，其中测量运动特性包括基于由传感器记录的图像抖动来测量运动特性，传感器包括安装到组件的相机。

实施例16包括实施例12-15中任一个的方法，其中触觉激活组件是振动致动器的子组件。

实施例17包括实施例16的方法，其中子组件是振动致动器的质块，并且测量运动特性包括由传感器测量质块的位移，传感器包括发射二极管和接收二极管。

实施例18包括实施例16的方法，其中子组件是振动致动器的质块并且测量运动特性包括测量振动致动器的弹簧的应变。

实施例19包括实施例12-18中任一个的方法，其中提供对控制信号的连续调整根据比例微分控制来执行。

实施例20包括实施例12-19中任一个的方法，其中提供对控制信号的连续调整根据超前补偿控制来执行。

实施例21包括实施例12-20中任一个的方法，其中提供对控制信号的连续调整针对有限持续时间的触觉效果的一部分发生，该一部分小于有限持续时间的触觉效果的整个持续时间。

实施例22包括实施例12-21中任一个的方法，其中振动致动器包括线性谐振致动器、宏纤维复合致动器和压电陶瓷致动器中的至少一个。

因此，提供了在有限持续时间的触觉效果期间使用闭环控制系统提供对振动致动器的精确控制的系统、设备和方法。由本文的实施例实现的精确控制方法允许产生具有清晰或突发完成的有限持续时间的触觉效果。虽然上面已经描述了根据本发明的各种实施例，但是应该理解的是，它们仅以图示和示例的方式呈现，而不是限制。对于相关领域的技术人员明显的是，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，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。还将理解的是，本文所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。换句话说，渲染触觉效果的上述方法的各方面可以与本文描述的其它方法任意组合使用，或者这些方法可以单独使用。本文讨论的所有专利和参考文献均通过引用整体并入本文。

Claims (10)

1.一种触觉使能设备，包括：

振动致动器；

传感器，被配置为测量包括触觉使能设备的触觉激活组件的加速度、速度和位移中的至少一个的运动特性，并输出运动特性反馈信号；

控制电路，包括集成电路，所述集成电路包括微处理器，所述微处理器被配置为通过以下方式控制振动致动器以产生小于20ms的有限持续时间的触觉效果：

接收期望的效果信号，所述期望的效果信号表示有限持续时间的触觉效果，

提供控制信号以激活振动致动器，

以至少10kHZ的采样频率来采样运动特性反馈信号，以及

在连续提供控制信号的同时，根据运动特性反馈信号和期望的效果信号以所述采样频率提供对控制信号的连续调整，

其中，提供对控制信号的连续调整使期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差最小化。

2.如权利要求1所述的触觉设备，其中以所述采样频率提供对控制信号的连续调整进一步根据期望的效果信号和运动特性反馈信号中的至少一个的先前值来执行。

3.如权利要求1所述的触觉设备，其中，

振动致动器耦合到设备的触觉激活组件，并且被配置为经由触觉激活组件向触觉使能设备传递触觉输出，

传感器包括耦合到触觉使能设备的触觉激活组件的加速度计，以及

运动特性反馈信号是加速度信号。

4.如权利要求1所述的触觉设备，其中传感器包括安装到触觉激活组件的相机，并且运动特性反馈信号基于图像抖动。

5.如权利要求1所述的触觉设备，其中触觉激活组件是振动致动器的子组件。

6.如权利要求5所述的触觉设备，其中子组件是振动致动器的质块，并且传感器包括被配置为测量质块的位移的发射二极管和接收二极管。

7.如权利要求5所述的触觉设备，其中子组件是振动致动器的质块，并且传感器是被配置为测量振动致动器的弹簧的应变的应变检测传感器。

8.如权利要求1所述的触觉使能设备，其中提供对控制信号的连续调整根据比例微分控制来执行。

9.如权利要求1所述的触觉使能设备，其中提供对控制信号的连续调整根据超前补偿控制来执行。

10.一种控制触觉使能设备的振动致动器以产生有限持续时间的触觉效果的方法，所述方法包括：

由控制电路接收期望的效果信号，所述期望的效果信号表示有限持续时间的触觉效果，所述有限持续时间的触觉效果小于20ms，所述控制电路包括集成电路，所述集成电路包括微处理器；

由控制电路提供控制信号以激活振动致动器；

由传感器随时间测量包括触觉使能设备的触觉激活组件的加速度、速度和位移中的至少一个的运动特性；

由传感器输出指示运动特性的运动特性反馈信号；以及

通过以下方式控制振动致动器以提供有限持续时间的触觉效果：

以至少10kHZ的采样频率来采样运动特性反馈信号，以及

在提供控制信号的同时，根据运动特性反馈信号和期望的效果信号以所述采样频率提供对控制信号的连续调整，

其中，提供对控制信号的连续调整使期望的效果信号和运动特性反馈信号之间的误差最小化。