CN111176436A - 用于控制触觉致动器的设备和方法 - Google Patents

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CN111176436A CN201911084537.XA CN201911084537A CN111176436A CN 111176436 A CN111176436 A CN 111176436A CN 201911084537 A CN201911084537 A CN 201911084537A CN 111176436 A CN111176436 A CN 111176436A
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Abstract

本公开涉及用于控制触觉致动器的设备和方法。提出了具有触觉致动器、移动传感器和控制电路的支持触觉的设备。所述控制电路基于触觉效果的期望移动和基于描述所述触觉致动器的瞬态行为的模型来确定所述触觉致动器的驱动信号。所述控制电路还基于施加到所述触觉致动器的所述驱动信号来测量由所述触觉致动器输出的移动。所述控制电路确定指示所述测量的移动和所述期望移动之间的差的移动误差，并基于所述移动误差来调整所述驱动信号以生成调整后的驱动信号。将所述调整后的驱动信号施加到所述触觉致动器以生成所述触觉效果。提供了许多其他方面。

Description

用于控制触觉致动器的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月9日提交的题为“METHOD OF CONTROLLING A HAPTICACTUATOR WITH OPEN-LOOP CONTROL AND CLOSED-LOOP CONTROL”的美国临时申请62/758,435的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于控制触觉致动器的设备和方法，并且在移动计算、虚拟现实或增强现实设备、游戏、可穿戴设备或任何其他用户界面设备中具有应用。
背景技术
随着电子用户界面系统变得越来越普遍，人们通过其与这些系统交互的界面的质量变得越来越重要。触觉反馈，或者更一般而言，触觉效果，可以通过向用户提供提示、提供具体事件的警报或者提供逼真的反馈来提高界面的质量，从而在虚拟环境内产生更强的感官沉浸感。触觉效果的示例包括动觉触觉效果(例如主动力和阻力反馈)、振动触感触觉效果和静电摩擦触觉效果。触觉效果可以通过生成驱动信号并将驱动信号施加到触觉致动器来生成。
发明内容
本文实施例的一个方面涉及一种支持触觉的设备，其被配置为使用混合控制形式来生成触觉效果。支持触觉的设备包括触觉致动器、移动传感器和控制电路。控制电路被配置为基于触觉效果的期望移动和基于描述触觉致动器的瞬态行为的模型来确定触觉致动器的驱动信号，其中期望移动由存储在支持触觉的设备上的信息来定义。控制电路还被配置为将驱动信号施加到触觉致动器。控制电路还被配置为基于(例如，当)驱动信号被施加到触觉致动器(时)，经由移动传感器测量由触觉致动器输出(例如，正在输出)的移动，以便确定触觉致动器的测量的移动。控制电路还被配置为确定移动误差，该移动误差指示由触觉致动器输出(例如，正在输出)的测量的移动和期望移动之间的差。此外，控制电路还被配置为基于移动误差来调整驱动信号，以便生成调整后的驱动信号(例如，基于(i)触觉致动器的模型和(ii)补偿移动误差的调整两者)。另外，控制电路还被配置为将调整后的驱动信号施加到触觉致动器，以控制触觉致动器生成触觉效果。
本文实施例的一个方面涉及一种支持触觉的设备，包括触觉致动器、移动传感器和控制电路，该控制电路被配置为接收触觉参数的参数值，该参数值描述要由触觉致动器生成的触觉效果的期望移动。控制电路还被配置为基于参数值生成驱动信号的驱动部分。控制电路还被配置为将驱动信号的驱动部分施加到触觉致动器。控制电路还被配置为经由移动传感器测量由触觉致动器输出(例如，正在输出)的移动，以便确定触觉致动器的测量的移动。此外，控制电路还被配置为，例如通过使用闭环控制，基于测量的移动生成(例如，在驱动部分生成之后)驱动信号的制动部分，使测量的移动朝着定义的特性移动(例如，收敛)。提供了许多其他方面。
通过阅读下面将参考附图的详细描述，本领域技术人员将会清楚本发明实施例的特征、目的和优点。
附图说明
本发明的前述和其他特征和优点将从下面对如附图所示的实施例的描述中变得明显。结合于此并构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实施和使用本发明。这些附图没有按比例绘制。
图1提供了示出根据本发明的方面的用于控制触觉致动器生成触觉效果的支持触觉的设备的框图。
图2A提供了根据本发明的方面的非瞬时性计算机可读介质的框图，该介质具有触觉致动器的模型，并且具有定义触觉效果的期望移动的信息。
图2B提供了根据本发明的方面的非瞬时性计算机可读介质的框图，该介质具有触觉致动器的模型和要由触觉致动器输出的用于触觉效果的移动的期望参数值。
图3A和图3B示出了根据本发明的方面的触觉致动器在支持触觉的设备内的放置。
图4A-图4E示出了根据本发明的方面的触觉致动器在支持触觉的设备内的放置。
图5A示出了仅使用开环控制来生成触觉效果。
图5B示出了根据本发明的方面，使用结合开环控制和闭环控制的混合控制形式来生成触觉效果。
图5C提供了示出根据本发明的方面的用于控制触觉致动器生成触觉效果的示例方法的流程图。
图6A和图6B示出了根据本发明的方面的触觉效果的参考加速度和由触觉致动器输出的测量的加速度的比较。
图7A和图7B示出了根据本发明的方面的触觉效果的参考加速度和由触觉致动器输出的测量的加速度的比较。
图8A-图8D示出了根据本发明的方面的触觉效果的参考加速度和由触觉致动器输出的测量的加速度的比较。
图8E示出了根据本发明的方面的触觉致动器在不同频率下额定达到的最大峰峰加速度之间的关系。
图9A示出了根据本发明的方面的结合生成驱动信号的驱动部分的开环控制和生成驱动信号的制动部分的闭环控制的混合控制形式。
图9B提供了示出根据本发明的方面的用于控制触觉致动器生成触觉效果的示例方法的流程图。
图9C示出了根据本发明的方面的基于图9A和图9B所示的混合控制形式生成的驱动信号。
图10示出了根据本发明的方面的由触觉致动器使用不同控制技术输出的相应加速度。
图11示出了根据本发明的方面的由不同触觉致动器使用混合控制形式生成的相应加速度。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，无意受前面的技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方法中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
本文的实施例涉及这样的设备和方法，用于控制触觉致动器(诸如线性谐振致动器(LRA)或线性马达)以使触觉致动器输出与触觉效果的期望移动(例如期望加速度)紧密匹配或相同的移动(例如加速度)，或者输出具有触觉参数(例如加速度参数)的期望参数值的移动。这些实施例中的设备和方法可以例如利用混合控制器功能来控制触觉致动器，该混合控制器功能结合开环控制和闭环控制，如下文更详细描述的。这种混合控制器功能也可以称为带有闭环控制的前馈，或者称为混合控制形式。在一些情况下，混合控制形式可以用于实现跟踪功能和/或复制功能，如下面更详细描述的。
在实施例中，跟踪功能涉及控制触觉致动器输出与作为时间函数描述触觉效果的期望移动的波形紧密匹配的移动。在一个示例中，期望移动可以是触觉效果的期望加速度，并且波形可以将期望加速度的值描述为时间函数。换句话说，这样的波形可以描述函数adesired(t)。在各方面，混合控制形式可以用于控制触觉致动器以与表示期望加速度的波形adesired(t)紧密匹配的方式输出随时间的加速度(这可以由函数a(t)来描述)。在本文的实施例中，期望移动在本文也可以被称为参考移动，并且期望加速度也可以被称为参考加速度。
在实施例中，复制功能涉及控制触觉致动器输出遵循触觉参数的期望参数值的移动。除了上述针对跟踪功能的波形之外，或者代替上述波形，可以使用期望参数值来控制由触觉致动器输出的移动。在一些情况下，触觉参数可以是描述触觉效果的期望加速度特性的加速度参数。例如，期望加速度可以是时变加速度adesired(t)，并且触觉参数可以是在触觉效果持续期间期望加速度adesired(t)中的峰的数量(例如，3个峰)、期望加速度的频率成分和/或期望加速度的最大峰峰幅度。
在实施例中，复制功能还可以涉及用具有驱动部分和制动部分的驱动信号来控制触觉致动器，并且以不同的方式生成驱动部分和制动部分。更具体地，驱动部分可以以开环方式生成，而制动部分可以以闭环方式生成。开环控制可以基于被配置为将上述触觉参数的参数值转换成驱动信号或驱动信号的参数值的定义的函数(例如传递函数)来生成驱动部分。例如，如果驱动部分是方波，开环控制可以生成方波以具有峰峰加速度、峰的数量、频率成分和/或由触觉参数指定的一些其他参数值。在该实施例中，闭环控制可以生成制动部分，以试图驱动触觉致动器朝着期望特性移动。例如，闭环控制可以生成制动部分来驱动由触觉致动器输出的加速度朝着零。
如上所述，可以控制触觉致动器，以便输出与触觉效果的期望移动(例如，期望加速度)紧密匹配的移动(例如，加速度)，或者输出具有与触觉参数的期望参数值紧密匹配的参数值的移动。在实施例中，控制触觉致动器可以基于通过移动传感器进行的测量，移动传感器可以测量由触觉致动器输出的位移、由触觉致动器输出的速度、由触觉致动器输出的加速度、由触觉致动器输出的力或者由触觉致动器输出的移动的一些其他方面。在一些情况下，尽管基于由触觉致动器输出的测量位移或速度来控制触觉致动器可能更容易，但是基于由触觉致动器输出的测量加速度来控制触觉致动器可能仍然更有利，因为加速度传感器(也可以称为加速度计)通常具有更好的精度、更低的成本和/或更高的可靠性。
同样如上所述，本文实施例的一个方面涉及使用开环控制和闭环控制的混合控制形式。这种混合控制形式可以用于例如控制触觉致动器输出加速度，该加速度跟踪表示期望加速度的波形。在实施例中，开环控制可以依赖于触觉致动器的模型，其中该模型可以描述触觉致动器的瞬态行为。例如，模型可以近似触觉致动器的电性质(例如电感、电阻)和/或机械性质(例如质量、惯性矩、阻尼)。在一些情况下，模型可以包括将移动与驱动信号相关的逆传递函数，或者更具体地将加速度与驱动信号(例如，电压信号或电流信号)相关的逆传递函数。例如，逆传递函数可以被配置为将可以是逆传递函数的输入的期望加速度(例如，adesired(t))转换成可以是逆传递函数的输出的驱动信号(例如，d(t))。开环控制可以例如依赖于特定触觉致动器模型中的逆传递函数来基于要由该触觉致动器输出的期望加速度，生成驱动信号。
在某些情况下，由于模型的限制，仅仅依靠开环控制可能不足以提供对触觉致动器的鲁棒控制。例如，为了保持触觉致动器的低成本，触觉致动器可能没有以非常严格的公差被制造。当制造一批触觉致动器时，可能只评估了几个触觉致动器，以确定名义上适用于该批中所有触觉致动器的模型，或者适用于与被评估的触觉致动器类型相同的所有触觉致动器的模型。然而，由于宽松的制造公差，该批触觉致动器中的特定触觉致动器可能偏离模型，并且触觉致动器可能彼此之间有变化。因此，参数值、逆传递函数或模型的其他方面可能仅提供该批中特定触觉致动器的实际行为(例如，瞬态行为)的不完美近似。此外，单独使用开环控制可能还不够，因为触觉致动器可以是非最小相位(NMP)系统。NMP系统可能呈现正零点或正极点，这可能会使系统仅用开环控制难以控制。
在一些情况下，仅仅依靠闭环控制可能也不足以提供对触觉致动器的鲁棒控制，因为闭环控制可能不会使触觉致动器的移动足够快地朝着期望移动收敛。例如，如果正在生成触觉效果来模拟对虚拟按钮的点击，触觉效果的总持续时间可能相当短。在这种情况下，触觉致动器可能需要输出在触觉效果即将结束之前快速开始朝着触觉效果的期望移动收敛的移动。对于这种情况，仅闭环控制有时可能无法使触觉致动器正输出的移动足够快地匹配触觉效果的期望移动。因此，本文实施例的一个方面依赖于混合控制形式，该控制使用开环控制和闭环控制两者来生成触觉效果。
在实施例中，混合控制形式可以涉及使用开环控制(诸如，基于描述触觉致动器的瞬态行为的模型)生成驱动信号(例如，驱动信号的一个或多个部分)，并且当驱动信号正被施加到触觉致动器时，基于闭环控制来调整驱动信号(例如，驱动信号的一个或多个部分)。在实施例中，混合控制形式可以涉及以不同的方式生成驱动信号的驱动部分和驱动信号的制动部分。例如，混合控制形式可以最初以开环方式运行，以生成驱动部分，该驱动部分是方波、正弦波或某种其他驱动部分。当方波结束或即将结束时，触觉致动器的混合控制形式可以从使用开环控制来生成方波切换到使用闭环控制来制动或以其他方式停止剩余运动，诸如来自触觉致动器的惯性的剩余加速度。剩余运动也可以被称为振荡拖尾，并且制动可以用于减少或消除振荡拖尾。从开环控制切换到闭环控制允许驱动部分朝着为触觉致动器产生移动来改进和/或优化，以及制动部分朝着为触觉致动器停止移动来改进和/或优化。更具体地，朝着为触觉致动器产生移动来改进和/或优化的单个函数(例如传递函数)或其他算法(也称为控制技术)可能会集中于产生快速提升触觉致动器的移动(例如加速度)的驱动信号，但是该单个函数可能会导致长的振荡拖尾或次优制动。另一方面，试图调整单个函数或其他算法来改进和/或优化制动以及减少振荡拖尾可能会导致使触觉致动器的移动上升太慢的驱动信号。开环控制和闭环控制之间的切换可以通过采用函数或其他算法来优化触觉致动器的驱动来解决这个问题，诸如通过使触觉致动器的移动快速上升，然后当需要执行制动时切换到不同的算法(或者更一般地，不同的技术)，其中，此后一种算法针对制动改进和/或优化。结果，前一种算法不再需要试图平衡驱动触觉致动器和制动触觉致动器，因此可以集中于改进和/或优化驱动触觉致动器。在一个示例中，前一种算法可以采用开环控制来生成方波，该方波可以被改进和/或优化以快速产生触觉致动器的移动，因为方波可以导致触觉致动器输出大的峰峰加速度，并且减少和/或最小化加速度从零上升所需的上升时间量。尽管方波可以在诸如LRA之类的触觉致动器(其可以具有低阻尼)中引起长的振荡拖尾，但是，一个分开的算法可以采用闭环控制来使得这种剩余移动的加速度朝着零收敛，或者更一般地，制动触觉致动器。
图1示出了被配置为使用混合控制形式来利用触觉致动器120生成触觉效果的支持触觉的设备100。支持触觉的设备可以是例如移动电话、膝上型计算机、平板计算机、车辆用户界面设备、可穿戴设备(例如手表)或任何其他支持触觉的设备。支持触觉的设备100可以包括触觉致动器120、被配置为控制触觉致动器120的控制电路110、移动传感器130和非瞬时性计算机可读介质140。
在实施例中，触觉致动器120可以是线性谐振致动器(LRA)、线性马达、偏心旋转质块(ERM)致动器、螺线管谐振致动器(SRA)、压电致动器、电活性聚合物(EAP)致动器或任何其他类型的触觉致动器。在实施例中，支持触觉的设备100可以具有外壳，外壳里包括支持触觉的设备100的其他部件，并且触觉致动器120可以安装到外壳上，或者嵌入外壳的一部分内。在实施例中，支持触觉的设备100可以具有显示设备，并且触觉致动器120可以附接到显示设备，或者嵌入在显示设备内。在一些情况下，支持触觉的设备100可以具有刚性部件，并且触觉致动器120可以嵌入刚性部件中。在一些情况下，支持触觉的设备120包括经由悬架悬挂在安装表面上的触摸板或触摸屏，并且触觉致动器附接到触摸板或触摸屏。
在实施例中，控制电路110可以被配置为生成驱动信号来驱动触觉致动器120。在一些情况下，控制电路110可以包括放大器，或者更一般地包括被配置为生成驱动信号的驱动电路。在实施例中，控制电路120可以包括一个或多个处理器或处理器核、可编程逻辑阵列(PLA)或可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、微控制器或任何其他控制电路。如果控制电路120包括处理器，则处理器可以是通用处理器，诸如移动电话或其他最终用户设备上的通用处理器，或者可以是专用于生成触觉效果的处理器。在实施例中，控制电路110可以被配置为基于来自移动传感器130的数据来控制触觉致动器120。
在实施例中，移动传感器130可以被配置为测量或以其他方式感测由触觉致动器120正在输出的移动的位移、速度、加速度或一些其他特性。在一个示例中，移动传感器130可以是位置传感器(例如电位计)，其被配置为感测由触觉致动器120输出的位移。在一个示例中，移动传感器130可以是加速度传感器130(也称为加速度计)，其被配置为感测由触觉致动器120正在输出的加速度。例如，移动传感器130可以是或可以包括基于弹簧质块的加速度传感器、基于压电的加速度计传感器、微机械微电机械(MEMS)加速度传感器或任何其他类型的加速度传感器。在实施例中，如果移动传感器130是加速度传感器，支持触觉的设备100可以包括替代或增强加速度传感器的第二传感器。例如，第二传感器可以是位置传感器(例如，感测线圈)、电流传感器、过零传感器或任何其他传感器。
在实施例中，非瞬时性计算机可读介质140可以存储可由控制电路110执行的指令，和/或可以存储触觉致动器的模型或触觉参数的参数值。非瞬时性计算机可读介质140可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)、固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、磁带驱动器或任何其他存储设备。
在实施例中，触觉效果的期望移动可以由存储在支持触觉的设备100上或者更具体地存储在非瞬时性计算机可读介质140上的信息来定义。例如，该信息可以是将期望移动描述为时间函数的参考曲线。图2A描绘了其中参考曲线是参考加速度曲线143的示例。参考加速度曲线可以包括或描述依赖于时间的加速度波形，其也可以被称为adesired(t)。
在图2A的示例中，非瞬时性计算机可读介质140还存储触觉致动器120的模型141以及致动器控制模块149和另一模块142(例如，游戏应用)。在实施例中，模型141可以近似或以其他方式描述触觉致动器120的瞬态行为。瞬态行为可以涉及触觉致动器120的电性质和/或机械性质。在一些情况下，模型141可能已经由触觉致动器120的制造商确定，或者由包括触觉致动器120的诸如膝上型计算机或膝上型触摸板之类的设备的制造商确定。模型141可以由制造商直接存储在触觉致动器120或非瞬时性计算机可读介质140上，或者可以可用于通过互联网下载。
在实施例中，模型141可以包括描述触觉致动器的机械性质或电性质的参数的相应参数值。例如，参数可以是触觉致动器120的电感、电阻、质量或惯性矩以及阻尼因子。在一些情况下，模型141可以描述触觉致动器120的部件，诸如弹簧或电磁线圈，和/或触觉致动器的结构。在一些情况下，模型141可以是触觉致动器120的部件或性质的简化表示。例如，模型可以假设触觉致动器的电感或惯性的影响可以忽略不计，这可以允许模型141忽略可能由触觉效果的电感或惯性引起的二阶或高阶影响，并且仅表示可能由触觉致动器120的其他部件或性质引起的一阶影响。
如上所述，模型141可以描述触觉致动器120的瞬态行为，其也可以被称为瞬态特性或瞬态动力学。在这样的示例中，模型141可以被称为触觉致动器120的瞬态模型。特定触觉致动器的瞬态行为可以描述例如触觉致动器响应驱动信号的速度。在一些情况下，这种瞬态行为可以通过触觉致动器的一个或多个惯性性质来描述，这些惯性性质缓冲触觉致动器对输入(例如，对驱动信号)的反应。惯性性质可以包括或基于触觉致动器的电瞬态特性、和/或触觉致动器的机械或机电瞬态特性。电瞬态特性可以描述例如触觉致动器响应于电压驱动信号或其他输入开始汲取电流或改变汲取的电流量需要多长时间。更具体地，在一个示例中，电瞬态特性可以描述电感，该电感在电压输入信号的开始和电流流入触觉致动器之间产生时间滞后。机械或机电瞬态特性可以描述，例如，触觉致动器响应于触觉致动器内生成的力或扭矩(诸如根据汲取到触觉致动器中的电流生成的力或扭矩)输出移动或移动变化需要多长时间。例如，机械或机电瞬态特性可以描述在由电流产生的力或扭矩的开始和由触觉致动器输出的移动之间产生滞后的惯性矩。在实施例中，除了瞬态行为之外或代替瞬态行为，模型141还可以包括描述触觉致动器121的稳态行为的信息。
在实施例中，模型可以包括逆传递函数T-1，诸如描述
Figure BDA0002264987890000111
或
Figure BDA0002264987890000112
的函数，其中d(t)是时域中的驱动信号，adesired(t)是时域中的期望加速度，d(s)是拉普拉斯域中的驱动信号，并且adesired(s)是拉普拉斯域中的期望加速度。当模型包括逆传递函数时，它也可以被称为逆模型。触觉致动器的模型在题为“Method of ActuatorControl based on Characterizing of Haptic Actuator”的美国临时申请No.62/622,648和题为“Method and Device for Performing Actuator Control based on anActutaor Model”的美国专利申请No.16/250,494中有更详细的描述，其全部内容在此引入作为参考。
在实施例中，模型141可以仅描述触觉致动器120的行为，或者还可以考虑触觉致动器120嵌入其中或者触觉致动器120附接到其的结构。例如，如果支持触觉的设备100包括触摸板，并且触觉致动器120附接到触摸板，触摸板又经由弹性悬架安装到安装表面，则模型141可以考虑触摸板和弹性悬架对触觉致动器120的行为的影响。在这种情况下，模型141可能已经在触觉致动器120已经被附接到触摸板或其他结构之后被确定，并且可能已经由膝上型计算机或其他支持触觉的设备的制造商确定。
如图2A所示，非瞬时性计算机可读介质140可以进一步存储致动器控制模块149和至少一个其他模块142。在实施例中，另一模块142可以是游戏应用、短信应用或可以在支持触觉的设备100上执行的某种其他应用。在实施例中，模块142可以被配置为遇到触发触觉效果的事件，诸如支持触觉的设备100上的虚拟按钮被点击或以其他方式被触摸。虚拟按钮可以是例如在支持触觉的设备100的显示设备(如果包括的话)上显示的按钮的图像。在这样的示例中，模块142可以请求致动器控制模块149生成触觉效果来模拟对按钮的点击。在实施例中，模块142可以为触觉效果指定期望移动(例如，期望加速度)。例如，期望移动可以是由参考加速度曲线143定义的期望加速度，更具体地，由参考加速度曲线143描述的时变加速度波形(也称为依赖于时间的加速度波形)定义的期望加速度。
在一些情况下，参考加速度曲线143中的加速度波形可以在较早的时间通过实验已经确定，然后直接存储在非瞬时性计算机可读介质140上，或者可用于下载到非瞬时性计算机可读介质140上(例如，经由互联网)。例如，加速度波形可以通过在用户点击或以其他方式致动机械按钮时测量机械按钮的加速度，从机械按钮通过实验已经导出。可以记录测量的加速度值，并且可以反映例如机械按钮被点击时的振动或其他移动。记录的值可以形成加速度波形，该加速度波形最终可以作为参考加速度曲线143的一部分存储在非瞬时性计算机可读介质140上。例如，当用户点击支持触觉的设备100的虚拟按钮时，致动器控制模块149可以尝试使用触觉致动器120来再现加速度波形，这也可以被称为跟踪加速度波形，以努力模拟机械按钮正被点击的感觉，作为由混合控制形式提供的跟踪功能的一部分。
如上所述，混合控制形式在实施例中可以提供复制功能，其中触觉致动器(例如，120)被控制以输出遵循触觉参数的期望参数值的移动。用于复制功能的触觉参数可以增强或替代跟踪功能的参考加速度曲线143。图2B示出了用于复制功能的各种触觉参数的参数值144的实施例。类似于图2A，图2B中的非瞬时性计算机可读介质140包括触觉致动器120的模型141，并且包括致动器模块149和另一模块142。在图2B中，非瞬时性计算机可读介质140还存储一个或多个触觉参数的参数值144。在一些情况下，特定触觉参数可以识别例如变量(例如速度或加速度)中的峰的数量，该变量指示触觉致动器(例如120)在触觉效果的持续时间内要为触觉效果输出多少移动。在一些情况下，特定触觉参数可以识别触觉致动器要为触觉效果输出的移动的振幅，或者该移动中的频率成分。在实施例中，参数值144可以被分成具体触觉效果或者以其他方式与具体触觉效果相关联。例如，图2B描绘了与标记为触觉效果1的第一具体触觉效果相关联的一些参数值144，以及与标记为触觉效果2的第二具体触觉效果相关联的一些参数值144。更具体地，触觉效果1包括三个触觉参数的相应参数值。这些触觉参数指示将由触觉致动器为触觉效果输出的加速度中的峰的总数(例如，3个峰)、加速度的振幅(例如，1gpp的最大峰峰加速度)和加速度的频率成分(例如，包括150赫兹的频率成分)。类似地，触觉效果2包括两个触觉参数的相应参数值。这些触觉参数也指示将由触觉致动器为触觉效果输出的加速度中的峰的总数(例如，2个峰)和加速度的振幅(例如，1.5gpp)。
在实施例中，图2B中的模块142可以请求致动器控制模块149生成触觉效果，该触觉效果具有存储为触觉效果1或触觉效果2的相应参数值。致动器控制模块149可以检索与触觉效果1或触觉效果2相关联的参数值。在一些情况下，致动器控制模块149可以基于参数值来生成驱动信号的驱动部分，并将驱动部分应用于触觉致动器120。驱动部分可以进一步基于触觉致动器120的模型141而生成，或者可以不使用模型141而生成。在一些情况下，致动器控制模块149可以在驱动部分已经被施加到触觉致动器之后随后生成制动部分。
在实施例中，图1的支持触觉的设备100可以是移动电话、膝上型计算机或任何其他用户界面设备。图3A示出了移动电话200，该移动电话200被配置为使用例如上述混合控制形式来生成触觉效果。移动电话200可以是支持触觉的设备100的实施例。如图3A所示，移动电话200包括由触摸屏252和外壳254(诸如塑料外壳或金属外壳)形成的外壳250。在实施例中，移动电话200可以进一步包括电路板260或其他基板，并且可以包括嵌入在电路板260或其他基板中的触觉致动器220。在这种布置中，当触觉致动器220输出振动或其他移动时，振动可以传递到电路板260和/或移动电话200的外壳250。电路板260还可以是具有低弹性的刚性部件。电路板260的刚性可以有助于振动从触觉致动器220传递到电路板260和移动电话200的外壳250。图3B示出了其中图3A的触觉致动器220是尺寸为1cm×2.5cm的触觉致动器220A的示例。触觉致动器220A可以是例如嵌入在100克立方体中的
Figure BDA0002264987890000131
Sprinter
Figure BDA0002264987890000132
马达。在实施例中，触觉致动器220A可以形成刚性体，并且可以嵌入在移动电话中而没有任何悬架(以便不会产生由悬架可能产生的任何附加谐振频率)。
图4A描绘了作为支持触觉的设备100的实施例的用户界面设备300。用户界面设备300可以是例如膝上型计算机或车载用户界面设备(例如中央控制台设备)。用户界面设备300包括触摸屏或触摸板352和安装部件354。安装部件354可以是例如膝上型计算机外壳的一部分、或者是作为车辆主体一部分的安装架的一部分。在一些情况下，触摸屏或触摸板352可以悬挂在安装部件354的安装表面354a上。在一些情况下，触摸板352可以经由悬挂部件356、358悬挂，悬挂部件356、358可以形成弹性悬架，诸如例如弹簧悬架。在实施例中，触觉致动器320可以以机械方式或以化学方式附接到触摸屏或触摸板352的后表面。图4B描绘了其中触觉致动器320是
Figure BDA0002264987890000141
HT-6220马达320A的示例。
图4C-4E描绘了其中触觉致动器320和触摸屏或触摸板352可以相互连接的各种方式。在图4C中，触觉致动器320可以仅通过粘合剂层371附接到触摸板352。然而，这种连接可能相对松散，尤其是在触觉致动器320能够生成足够大的加速度或其他移动度量的实施例中。当触觉致动器320输出加速度或其他移动时，这种松散的连接可能允许触觉致动器320相对于触摸屏或触摸板352发出咯咯声(rattle)，这可能产生不希望的听得见的噪声。
图4D和图4E示出了实施例，其中一个或多个机械紧固件也可以用于将触觉致动器320夹紧到触摸屏或触摸板352，以便在触觉致动器320和触摸屏或触摸板352之间提供更强的连接(例如，更刚性的连接)，从而减少或消除听得见的噪声。更具体地，图4D示出了一个实施例，其中触觉致动器320通过夹板375和一个或多个机械紧固件373a、373b(例如螺钉)被夹紧在触摸屏或触摸板352上。触觉致动器320还可以经由第一粘合剂层371a连接到触摸屏或触摸板352，并且经由第二粘合剂层371b连接到夹板375。当触觉致动器320输出移动时，来自机械紧固件373a、373b的夹紧可以显著减少触觉致动器320相对于触摸板352的咯咯声和旋转。结果，夹紧可以显著减少不希望的听得见的噪声，并改进振动或其他移动从触觉致动器320到触摸板352的传输。
像图4D的实施例一样，图4E的实施例示出触觉致动器320与触摸板352A的附接，触摸板352A是触摸板352的实施例。图4E的实施例还包括夹板375A，其可以是夹板375的实施例。触摸板352A可以被成形为接纳触觉致动器320或以其他方式基本适合在触觉致动器320周围。例如，触摸板352A可以具有被成形为接纳触觉致动器320的空腔。触摸板352A的这种配置可以使触觉致动器320仅沿着一个轴，诸如垂直于触摸板352A表面的轴，进行漏斗移动。这种配置可以减少或消除触觉致动器沿着平行于触摸板352A表面的轴的咯咯声或其他移动。
如上所述，本文实施例的一个方面涉及使用结合开环控制和闭环控制的混合控制形式。图5A描绘了仅使用开环控制来驱动触觉致动器的表示，或者更具体地，该触觉致动器是线性谐振致动器(LRA)，其在图5A中被称为装置(plant)。图5A中的开环控制基于控制加速度，并且可以涉及使用逆模型基于期望加速度(也称为参考加速度，期望加速度可以是逆模型的输入)输出电压信号或其他驱动信号。逆模型可以是触觉致动器(例如，触觉致动器120)的模型，其包括逆传递函数T-1，如上所述。图5A进一步示出了设置在逆模型的输出端(其输出驱动信号)和LRA之间的限制部件。限制部件可以被配置为防止驱动信号的幅度太高的任何信号值(例如，电压值或电流值)被施加到LRA。当信号值的幅度高于定义的最大信号值(例如，定义的最大电压值或定义的最大电流值)时，信号值可能太高。在一些情况下，定义的最大电压值或定义的最大电流值可以是定义的额定最大电压值或定义的额定最大电流值。在实施例中，所定义的额定最大电压值或所定义的额定最大电流值可以是LRA或其他触觉致动器可持续操作而不会过热的最大值。
同样如上所述，使用混合控制形式可以仅使用开环来提供更鲁棒的致动器控制。混合控制形式可以由例如图1的控制电路110提供。图5B描绘了混合控制形式的表示，其中被称为装置的触觉致动器(例如，触觉致动器120)通过开环控制和闭环控制的组合来控制。开环控制仍然可以涉及从逆模型和参考加速度生成电压信号，如上面参考图5A所讨论的。在实施例中，电压信号可以提前计算并存储(例如，存储在非瞬时性计算机可读介质140中)，而不是实时计算。存储的电压信号可以与特定的参考加速度相关联，并且可以稍后在期望基于参考加速度的触觉效果时被检索。
图5B中的闭环控制可以涉及基于来自加速度传感器(例如，加速度传感器130)的反馈来调节电压信号。更具体地，加速度传感器可以测量由装置(致动器)正在输出的加速度，其中，加速度也可以被称为测量的加速度。闭环控制可以计算加速度误差，该加速度误差等于参考加速度(例如，期望加速度)和测量的加速度之间的差。更具体地，特定时刻的加速度误差可以具有等于该时刻的参考加速度值和该时刻的测量的加速度值之间的差的值。闭环控制可以例如基于加速度误差来调节电压信号，以便生成施加到LRA的调整后的信号。在实施例中，调整可以基于例如比例、比例微分(PD)或比例积分微分(PID)控制。在实施例中，可以基于闭环控制来更新逆模型。例如，可以更新逆模型，使得当逆模型再次用于生成参考加速度的电压信号时，逆模型将输出调整后的驱动信号。
图5C提供了示出用于由支持触觉的设备100的触觉致动器120生成触觉效果的示例方法500的流程图。方法500可以由例如控制电路110来执行。在实施例中，该方法开始于步骤502，其中控制电路110基于触觉效果的期望移动(例如，期望速度或期望加速度)并基于描述触觉致动器的瞬态行为的模型来确定触觉致动器的驱动信号。步骤502可以使用开环控制来执行，其中基于期望移动和能够将期望移动转换成驱动信号的定义的、预先存在的函数来生成驱动信号，其中定义的函数可以基于触觉致动器120的模型。
在实施例中，期望移动可以由存储在支持触觉的设备上的信息，诸如存储在支持触觉的设备100的非瞬时性计算机可读介质140上的信息，来定义。期望移动可以被称为触觉效果的参考曲线，诸如图2A的参考加速度曲线143。在一些情况下，期望移动可以是时间的函数，并且可以由依赖于时间的波形来定义，该波形也可以被称为依赖于时间的函数。例如，如果触觉效果的期望移动涉及期望加速度，则支持触觉的设备100上的信息可以是依赖于时间的加速度波形，其可以被称为adesired(t)。在实施例中，描述依赖于时间的波形的信息可以是存储在非瞬时性计算机可读介质140上的多个样本值。在这样的实施例中，每个样本值都可以表示触觉效果持续时间的一部分(例如10ms的部分)。
在实施例中，模型可以与图2A的模型141相同或相似。如上所述，该模型可以描述例如触觉致动器120的电瞬态行为和/或触觉致动器120的机械或机电瞬态行为。在实施例中，该模型描述了驱动信号(例如，电压信号v(t))和预测触觉致动器120响应于驱动信号生成的所得移动(例如，加速度a(t))之间的关系。在一些情况下，该模型可以定义这样的逆传递函数，该逆传递函数基于作为逆传递函数的输入的期望移动(例如，adesired(t))关联于作为逆传递函数的输出的驱动信号(例如，v(t))。作为示例，步骤502中的模型可以包括逆传递函数
Figure BDA0002264987890000171
或
Figure BDA0002264987890000172
在这样的示例中，步骤502可以涉及将表示期望移动(诸如adesired(t))的函数输入到逆传递函数中，以便产生电压信号或其他驱动信号。
在步骤503中，控制电路110将驱动信号施加到触觉致动器120。在实施例中，步骤503可以涉及放大电路或缓冲电路。例如，控制电路110可以输出作为驱动信号的信号值的样本值。样本值可以被输出到放大电路，放大电路可以被配置为向触觉致动器120输出与样本值匹配的电压值或电流值。
在步骤504中，控制电路110经由图2A的移动传感器130测量由触觉致动器120输出(例如，正在输出)的移动，其中该移动基于驱动信号。在一些情况下，当驱动信号正在被施加到触觉致动器120时，控制电路110测量移动。该步骤确定触觉致动器的测量的移动。在实施例中，可以随时间测量移动，并且测量的移动可以是包括在不同时刻采样的该移动的值的波形。例如，移动传感器可以是加速度传感器，并且在步骤504中测量的移动可以是由触觉致动器120随时间输出的加速度。这种测量的加速度可以是波形a(t)，其可以包括在不同时刻采样的加速度值。
在步骤506中，控制电路110确定移动误差，该移动误差指示由触觉致动器120正在输出的测量的移动和期望移动之间的差。例如，移动误差可以是加速度误差，其指示期望加速度和由触觉致动器正在输出的加速度之间的差。如果步骤506在特定时刻t1执行，则加速度误差可以被确定为adesired(t＝t1)减去a(t＝t1)。
在步骤508中，控制电路110基于移动误差(例如，加速度误差)来调整驱动信号，以便生成调整后的驱动信号。调整后的驱动信号因此可以基于(i)触觉致动器的模型和(ii)补偿移动误差的调整两者。步骤508可以包括闭环控制的方面，因为对驱动信号的调整基于触觉致动器120当前正在输出的移动，或者更具体地基于当前移动误差。此外，因为驱动信号最初是在步骤502中基于描述触觉致动器120的瞬态行为的模型生成的，所以在步骤508中调整后的驱动信号基于触觉致动器120的模型和补偿移动误差的调整两者。
在实施例中，控制电路110被配置为基于加速度误差的比例来调整驱动信号，以便提供成比例的闭环控制。例如，如果在时刻t1执行步骤508，则步骤508中的调整可以基于k1*e(t1)，其中，e(t)＝[adesired(t＝t1)-a(t＝t1)]，其中k1是常数。在实施例中，控制电路110被配置为基于加速度误差的依赖于时间的导数来调整驱动信号。例如，调整可以基于k2*de(t1)/dt，其中k2是另一个常数。在实施例中，控制电路110被配置为基于加速度误差的依赖于时间的积分来调整驱动信号。例如，调整可以基于
Figure BDA0002264987890000181
其中k3是另一个常数。在实施例中，可以组合各种调节，以便提供比例微分(PD)控制或比例积分微分(PID)控制。在实施例中，可以将调整添加到或以其他方式施加于在步骤502中确定的驱动信号。例如，如果在时间t1执行步骤508，则调整可以被称为c(t1)，并且调整驱动信号可以包括计算d(t1)+c(t1)，其中，d(t)是在步骤502中确定的驱动信号。
在步骤510中，控制电路110将调整后的驱动信号施加到触觉致动器120，以生成触觉效果。由于在步骤502中使用开环控制来生成初始驱动信号，并且在步骤508中使用闭环控制来对初始驱动信号进行调整，所以使用开环控制和闭环控制来生成调整后的驱动信号。闭环控制可以帮助触觉致动器120输出匹配期望移动的移动，而开环控制可以通过提供已经针对触觉致动器120的瞬态行为定制的初始驱动信号(通过基于描述该瞬态行为的模型生成)来促进该匹配过程的速度和精度。这种初始驱动信号可能需要较少的调整来导致朝着期望移动收敛的移动，因此可能会导致更快的调整。在实施例中，对于每个触觉效果，步骤502和503可以仅执行一次，以便为触觉效果生成并应用初始驱动信号，而步骤504至510可以在不同的时刻执行多次，以便随着时间对驱动信号进行调整。更具体地，步骤504至510可以在许多周期或迭代中执行，其中，第i周期或第i迭代对应于不同的相应时刻，或时间ti。
在实施例中，步骤502至510可以响应于对虚拟按钮的点击来执行。在这样的实施例中，支持触觉的设备100可以在其表面上具有表示虚拟按钮的区域。控制电路110可以被配置为检测支持触觉的设备100的虚拟按钮正在被点击或以其他方式被致动。响应于检测到这种点击，控制电路110可以执行步骤502至510，以控制触觉致动器120生成对应于虚拟按钮的触觉效果。
图6A描绘了仅通过开环控制生成的测量的加速度，其可以被称为ameasured(t)或简称为a(t)。测量的加速度进一步与参考加速度叠加，参考加速度可以被称为adesired(t)，以便显示参考加速度和触觉致动器仅通过开环控制能够实现的加速度之间的差。如图6A所示，ameasured(t)具有其加速度值不同于adesired(t)的加速度值的部分。图6B示出了用开环控制和闭环控制的混合形式生成的测量的加速度ameasured(t)。在图6B中，开环控制和闭环控制的组合可以提供便于通过ameasured(t)来跟踪adesired(t)的调整。因此，与其中仅使用开环控制形式的图6A所示的实施方式相比，从图6B中的混合控制形式生成的测量的加速度ameasured(t)更接近地跟踪参考加速度adesired(t)。
图7A示出了用上述混合控制形式生成的调整后的驱动信号。该图还示出了触觉效果的参考加速度和由触觉致动器(例如，120)输出的触觉效果的测量的加速度。在图7A的示例中，触觉效果可以旨在模拟嗡嗡声按钮点击的感觉。此外，参考加速度和测量的加速度两者可以具有大约14gpp的最大峰峰振幅(也称为峰峰幅度)，并且调整后的驱动信号可以具有大约24Vpp的最大峰峰振幅。
图7B描绘了用上述混合控制形式生成的调整后的驱动信号的另一个示例。在该示例中，调整后的驱动信号可以生成旨在模拟尖锐按钮点击的触觉效果。触觉效果可以具有振幅大约为3gpp的参考加速度。此外，图7B中调整后的驱动信号可以具有大约12Vpp的最大振幅。
上面的图展示了一种情况，其中用混合控制形式生成的调整后的驱动信号能够使触觉致动器输出与期望加速度或其他参考加速度紧密匹配的加速度。然而，在一些情况下，由于触觉致动器上的硬件限制，参考加速度可能具有对于触觉致动器来说不可行的峰峰值。例如，图8A描绘了其中参考加速度具有大约3gpp的最大峰峰值的情况。为了驱动触觉致动器以匹配参考加速度可能需要调整后的驱动信号在幅度上超过定义的额定最大电压值(例如，超过7V)。然而，具有过高电压值的驱动信号可能会损坏触觉致动器或者在测量由触觉致动器正在输出的加速度时产生问题。因此，如图8B所示，调整后的驱动信号可以被限制在-7V和7V之间的范围内。然而，这种调整后的驱动信号可能会导致较差地跟踪触觉效果的参考加速度的测量的加速度。因此，图8A和图8B表明，当驱动信号电压被限制在特定的最大峰峰振幅时，混合跟踪形式可能特别有用或最优。最大峰峰振幅可以更一般地被称为可行性包络，其定义了触觉致动器在不损坏触觉致动器的情况下跟踪的可行的移动特性(例如加速度特性)的范围。例如，可行性包络可以指示特定触觉致动器可以可行地跟踪具有例如小于2gpp的最大峰峰振幅的参考加速度，和具有较高最大峰峰振幅的参考加速度可能会导致触觉致动器相对较差的跟踪。图8C示出了正在被跟踪的参考加速度具有落入可行性包络内的最大峰峰振幅(例如，1.2gpp)的情况。在这种情况下，触觉致动器可以输出实现与参考加速度相对紧密匹配的加速度。另一方面，图8D示出了正在被跟踪的参考加速度具有超出可行性包络的最大峰峰振幅(例如，3gpp)的情况。在这种情况下，触觉致动器可以被限制为输出对参考加速度具有相对较差跟踪的加速度。图8E进一步描绘了触觉致动器(例如，触觉致动器120)被额定实现的最大峰峰振幅与加速度的频率成分之间的示例关系。该示例关系指示触觉致动器的可行性包络可以随着频率变化(例如，增大)而收缩(以便适应更小范围的加速度振幅)。在实施例中，控制电路110可以被配置为基于期望移动的频率成分来确定期望移动的振幅的阈值。如果振幅超过阈值，则控制电路110可以被配置为缩放期望移动，诸如通过将表示期望移动的波形缩放到不超过阈值的水平。例如，图8E提供了一个示例，其中触觉致动器被额定为对于250赫兹的频率实现大约0.75gpp的最大峰峰振幅。在这样的示例中，控制电路可以被配置为为期望加速度设置0.75gpp的阈值，该加速度在其频率成分中包括250赫兹。如果期望加速度具有超过阈值的振幅，则控制电路110可以被配置为缩放期望加速度以具有等于或小于阈值的振幅。在另一个实施例中，控制电路110可以仅在期望移动具有超过上述阈值的振幅时确定执行方法500中示出的跟踪功能，并且可以被配置为仅在振幅参数的参数值没有超过上述阈值时执行下面(关于方法900)示出的复制功能。
如上所述，本文实施例的一个方面涉及提供复制功能，其中触觉致动器输出加速度(或其他移动)，该复制功能复制触觉参数的参数值，诸如图2B的参数值144之一。例如，触觉参数可以是由触觉致动器输出的加速度中的峰的总数、由触觉致动器输出的加速度的最大峰峰振幅或者由触觉致动器输出的加速度的频率成分。图9A描绘了混合控制形式，其被配置为基于将参数值转换成驱动信号的定义的函数，以开环方式生成驱动信号的驱动部分，并且以闭环方式生成制动部分。在实施例中，驱动信号的驱动部分可以是方波，并且可以用方波发生器912生成，如图9A所示。在一些情况下，方波发生器可以由控制电路110来实现。在实施例中，制动部分可以由制动控制器914生成，制动控制器914可以测量由触觉致动器正在输出的加速度，并生成迫使加速度朝着零收敛的驱动信号。在实施例中，制动控制器914可以由控制电路(例如，110)来实现。如图9A所示，控制电路可以被配置为在充当方波发生器912和充当制动控制器914之间切换。
图9B描绘了用于生成驱动信号以控制触觉致动器生成触觉效果的方法900。方法900可以由例如控制电路110来执行。在实施例中，方法900开始于步骤902，在步骤902中，控制电路110接收触觉参数的参数值，该参数值描述要由支持触觉的设备的触觉致动器生成的触觉效果的期望移动(例如，期望加速度)。在实施例中，触觉参数可以是加速度参数，并且由触觉参数描述的期望移动是触觉效果的期望加速度。例如，触觉参数可以是例如触觉效果的期望加速度adesired(t)中的峰的总数、期望加速度的最大峰峰振幅或者期望加速度的频率成分。在实施例中，参数值可以从诸如非瞬时性计算机可读介质140之类的存储设备接收。方法900可以涉及仅接收触觉参数的参数值，或者可以涉及接收多个相应触觉参数的多个参数值。
在步骤904中，控制电路110基于参数值来生成驱动信号的驱动部分。在实施例中，驱动部分可以是基于触觉参数的参数值生成的方波。例如，如果触觉参数指示触觉效果的期望加速度中的峰的总数，则方波发生器可以生成具有相同数量的峰的方波。如果方波在vo和–vo之间交替，那么每个峰可以指其中方波具有vo值或-vo值的连续部分。在实施例中，如果触觉参数指示期望加速度的频率成分，则方波发生器可以生成具有期望加速度的频率成分的方波。在一些情况下，如果触觉参数指示期望加速度的最大峰峰振幅，则方波发生器可以生成具有峰峰振幅Vpp的方波，该峰峰振幅Vpp基于期望加速度的最大峰峰振幅。在实施例中，生成的方波可以具有等于期望加速度持续时间的持续时间。
在步骤906中，控制电路110将驱动信号的驱动部分施加到触觉致动器。在一些情况下，步骤906可以类似于步骤503。例如，步骤906可以涉及控制电路110向放大电路或缓冲电路输出驱动部分的值，放大电路或缓冲电路为触觉致动器生成适当的电压值或电流值。
在步骤908中，控制电路110，经由支持触觉的设备100的移动传感器130，测量由触觉致动器输出(例如，正在输出)的移动，以便确定测量的加速度。在实施例中，测量的移动可以包括对应于不同时刻的多个值，并且可以形成时变波形。这些值可能属于度量该移动的变量，诸如加速度或速度。例如，这些值可以是形成时变加速度波形的加速度值。在实施例中，步骤908可以类似于图5C的步骤504。
在步骤910中，在生成驱动部分之后，控制电路通过使用闭环控制基于测量的移动来生成驱动信号的制动部分，来使测量的移动朝着定义的特性(定义的特性可以是测量的移动的期望特性)收敛。例如，如果测量的移动指的是测量的加速度，那么所定义的特性可以指的是朝着零移动(例如，收敛)的测量的加速度。在实施例中，闭环控制基于测量的加速度的依赖于时间的导数和/或加速度的依赖于时间的积分。在另一个实施例中，步骤908和步骤910可以省略，并且制动部分可以基于冲击力学生成。
在实施例中，控制电路可以基于间隙Tswitch，在生成驱动部分和生成制动部分之间切换，如图9C所示。驱动部分可以是例如具有Tsquare的持续时间的方波，在某些情况下，该持续时间可以等于期望加速度的持续时间。如果驱动部分的生成开始于时间t＝0，则用于生成驱动部分的结束时间可以是t＝Tsquare。在这样的示例中，切换到生成制动部分可以发生在Tsquare-Tswitch。也就是说，制动控制器功能可以在驱动部分(例如方波)结束之前被激活。制动控制器提早激活的量可能等于Tswitch。在实施例中，Tswitch可以基于期望加速度中的峰的数量和期望加速度的期望频率成分。例如，Tswitch可以等于f1/f2，其中f1是峰的数量的函数，f2是频率成分的函数。
在实施例中，生成制动部分可以基于比例积分微分(PID)控制、比例积分(PI)控制、比例微分(PD)控制或具有调谐增益的积分(I)控制。例如，时间ti处的制动控制器可以被配置为从制动部分的开始到时间ti，基于第一常数k1乘以时间ti处的加速度、基于第二常数k2乘以时间ti处的加速度的导数和/或基于第三常数k3乘以加速度的积分来调整驱动信号。
在实施例中，生成制动部分可以基于从冲击力学导出的脉冲信号。冲击力学可以确定向振荡质块施加脉冲以停止振荡质块的最佳时间和力。在一些情况下，脉冲信号可以基于由触觉致动器正在输出的速度、以及触觉致动器模型中的电阻和质量。在实施例中，脉冲信号可以快速上升，然后以指数速率衰减，该指数速率基于触觉致动器模型中的识别的电阻和电感。
在实施例中，用于方法900的触觉致动器可以是LRA，其非常适合于执行复制功能。更具体地，LRA可以具有短的上升时间，这可以促进某些参数值的复制。在实施例中，LRA可能比执行跟踪功能更适合于执行复制功能。因此，在实施例中，方法500的跟踪功能可以使用不是LRA的触觉致动器(例如，使用ERM致动器)。
图10示出了由触觉致动器输出的测量的加速度的波形1301、1303、1305。波形1301表示在生成驱动部分(例如方波)并将其施加到触觉致动器并且没有生成制动部分也没有施加到触觉致动器的情况下，由触觉致动器输出的加速度。在这种情况下，加速度具有由触觉致动器或触觉致动器内的部件的惯性导致的振荡拖尾，其中惯性导致触觉致动器输出剩余移动。波形1303表示在驱动部分被修改以试图减小加速度中的振荡拖尾并且其中没有分开的算法被用于专门生成触觉致动器的制动部分的情况下，由触觉致动器输出的加速度。在这种情况下，驱动部分可能不得不在快速和/或强力驱动触觉致动器和避免生成太多剩余移动之间进行平衡。为了平衡这两个目标，在这种情况下，驱动部分可以因此牺牲在驱动触觉致动器方面的性能和/或牺牲在避免剩余移动方面的性能。例如，驱动部分可以被设计成牺牲在避免剩余移动方面的性能，以便在强力和快速驱动触觉致动器方面保持足够的性能。波形1303示出了由这种情况产生的加速度，其中所得加速度仍然呈现振荡拖尾，这是由来自触觉致动器的剩余移动产生的。如上所述，本文实施例的一个方面涉及在使用第一算法生成驱动信号的驱动部分和使用第二算法专门生成驱动信号的分开的制动部分之间进行切换。这允许驱动部分朝着快速和/或强力驱动触觉致动器被改进和/或优化，并且允许制动部分朝着快速制动触觉致动器被改进和/或优化。波形1305示出了以这种方式驱动和制动触觉致动器产生的加速度。在该图示中，制动部分可以被改进和/或优化，特别是朝着使来自触觉致动器的加速度朝着零移动(例如，收敛)，并且不需要将该目标与也驱动触觉致动器的目标相平衡。因此，如波形1305所示，所得加速度基本上没有振荡拖尾。
如上所述，本文实施例的一个方面涉及补偿可能会导致触觉致动器彼此之间有变化的宽松的制造公差。图11示出了由不同触觉致动器生成的各自的加速度，这些触觉致动器可能彼此之间有变化，其中各自的加速度是用上述混合控制形式生成的(以执行跟踪功能或复制功能)。如图11所示，混合控制形式可以克服不同触觉致动器之间的变化，并使不同触觉致动器实现基本均匀的加速度。因此，混合控制形式可以提供触觉致动器的更有效和更可预测的控制。
对各种实施例的附加讨论
实施例1涉及一种支持触觉的设备，包括：触觉致动器；移动传感器；和控制电路。控制电路被配置为基于触觉效果的期望移动和基于描述触觉致动器的瞬态行为的模型来确定触觉致动器的驱动信号，其中，期望移动由存储在支持触觉的设备上的信息来定义；将驱动信号施加到触觉致动器；经由移动传感器，测量由触觉致动器输出的移动，其中，该移动基于驱动信号，以便确定触觉致动器的测量的移动(例如，当驱动信号正在被施加到触觉致动器时，可以测量该移动)；确定移动误差，该移动误差指示由触觉致动器正在输出的测量的移动和期望移动之间的差；基于移动误差来调整驱动信号，以便基于(i)触觉致动器的模型和(ii)补偿移动误差的调整两者，来生成调整后的驱动信号；并将调整后的驱动信号施加到触觉致动器，以控制触觉致动器生成触觉效果。
实施例2包括实施例1的支持触觉的设备，其中，支持触觉的设备是具有刚性部件的电话，触觉致动器嵌入在刚性部件中。
实施例3包括实施例1或2的支持触觉的设备，其中，支持触觉的设备包括经由悬架悬挂在安装表面上的触摸板或触摸屏，其中，触觉致动器附接到触摸板或触摸屏，并且其中，模型考虑触觉致动器附接到触摸板或触摸屏。
实施例4包括实施例1至3中任一实施例的支持触觉的设备，其中，期望移动是触觉效果的期望加速度，并且其中，定义期望移动的信息是依赖于时间的加速度波形。
实施例5包括实施例4的支持触觉的设备，其中，移动传感器是加速度传感器，其中，测量的移动是由触觉致动器正在输出的加速度，并且其中，移动误差是指示期望加速度和由触觉致动器正在输出的加速度之间的差的加速度误差。
实施例6包括实施例5的支持触觉的设备，其中，模型描述驱动信号和预测触觉致动器响应于驱动信号生成的所得加速度之间的关系。
实施例7包括实施例6的支持触觉的设备，其中，模型定义逆传递函数，该逆传递函数将作为逆传递函数的输入的期望加速度与作为逆传递函数的输出的驱动信号相关联。
实施例8包括实施例5至7中任一实施例的支持触觉的设备，其中，控制电路被配置为基于加速度误差的比例来调整驱动信号。
实施例9包括实施例5至8中任一实施例的支持触觉的设备，其中，控制电路被配置为基于加速度误差的依赖于时间的导数来调整驱动信号。
实施例10包括实施例5至9中任一实施例的支持触觉的设备，其中，控制电路被配置为基于加速度误差的依赖于时间的积分来调整驱动信号。
实施例11包括实施例1至10中任一实施例的支持触觉的设备，其中，控制电路被配置为检测支持触觉的设备的虚拟按钮正在被点击，并且响应于检测到支持触觉的设备的虚拟按钮正在被点击，控制触觉致动器生成触觉效果。
实施例12涉及一种支持触觉的设备，包括：触觉致动器；移动传感器；和控制电路。控制电路被配置为接收触觉参数的参数值，该参数值描述要由触觉致动器生成的触觉效果的期望移动；基于参数值生成驱动信号的驱动部分；将驱动信号的驱动部分施加到触觉致动器；经由移动传感器，测量由触觉致动器输出的移动，以便确定触觉致动器的测量的移动；在生成驱动部分之后，通过使用闭环控制基于测量的移动生成驱动信号的制动部分，来使测量的移动朝着定义的特性收敛。
实施例13包括实施例12的支持触觉的设备，其中，触觉参数是加速度参数，并且由触觉参数描述的期望移动是触觉效果的期望加速度。
实施例14包括实施例13的支持触觉的设备，其中，移动传感器是加速度传感器，并且测量的移动是触觉致动器的测量的加速度，并且其中，控制电路被配置为通过使用闭环控制生成制动部分，来使得测量的加速度朝着零收敛。
实施例15包括实施例14的支持触觉的设备，其中，闭环控制基于测量的加速度的依赖于时间的导数。
实施例16包括实施例14或15中任一实施例的支持触觉的设备，其中，闭环控制基于测量的加速度的依赖于时间的积分。
实施例17包括实施例13至16中任一实施例的支持触觉的设备，其中，触觉参数定义以下中的至少一项：(i)期望加速度中的峰的总数，(ii)期望加速度的最大峰峰幅度，或(iii)期望加速度的频率成分。
实施例18包括实施例17的支持触觉的设备，其中，驱动部分是方波，并且控制电路被配置为生成方波，以具有与期望加速度中的峰的总数相同的峰的总数，或者具有基于期望加速度的最大峰峰幅度的峰峰幅度，或者具有与期望加速度的频率成分基本相同的频率成分。
实施例19包括实施例12至18中任一实施例的支持触觉的设备，其中，触觉致动器是线性谐振致动器(LRA)。
在各方面，提供一种通过触觉效果系统生成触觉效果的方法。该方法包括接收触觉参数的参数值，该参数值描述将由触觉效果系统的触觉致动器生成的触觉效果的期望移动，基于参数值生成波形，基于波形来生成触觉驱动信号的第一部分，基于触觉驱动信号的第一部分来测量致动器的移动，以及基于致动器的所测量的移动和基于期望移动，来生成触觉驱动信号的第二部分。在一些方面，触觉驱动信号的第一部分提供加速度，触觉驱动信号的第二部分提供制动。在一些方面，触觉参数包括期望加速度中的峰的数量、期望加速度的频率成分或者期望加速度的最大峰峰幅度。在一些方面，致动器嵌入在刚性质块中，或者致动器附接到触觉效果系统的触摸板或触摸屏，触摸板或触摸屏经由悬架悬挂在安装表面上。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是应该理解，它们仅仅作为本发明的说明和示例而呈现，而不是作为限制。对相关领域的技术人员来说明显的是，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，本发明的宽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定义。还应当理解，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他实施例的特征结合使用。本文所讨论的所有专利和出版物在此全部引入作为参考。

Claims (15)

1.一种支持触觉的设备，包括：
触觉致动器；
移动传感器；
控制电路，所述控制电路被配置为：
基于触觉效果的期望移动和基于描述所述触觉致动器的瞬态行为的模型，确定所述触觉致动器的驱动信号，其中，所述期望移动由存储在所述支持触觉的设备上的信息定义；
将所述驱动信号施加到所述触觉致动器；
经由所述移动传感器，基于施加到所述触觉致动器的所述驱动信号，测量由所述触觉致动器输出的移动，以确定所述触觉致动器的测量的移动；
确定移动误差，所述移动误差指示由所述触觉致动器输出的所述测量的移动和所述期望移动之间的差；
基于所述移动误差来调整所述驱动信号以生成调整后的驱动信号；和
将所述调整后的驱动信号施加到所述触觉致动器以生成所述触觉效果。
2.根据权利要求1所述的支持触觉的设备，其中，所述支持触觉的设备是具有刚性部件的电话，所述触觉致动器嵌入在所述刚性部件中，或者所述支持触觉的设备包括经由悬架悬挂在安装表面上的触摸板或触摸屏，其中，所述触觉致动器附接到所述触摸板或触摸屏，并且其中，所述模型考虑所述触觉致动器附接到所述触摸板或触摸屏。
3.根据权利要求1所述的支持触觉的设备，其中，所述期望移动是所述触觉效果的期望加速度，并且其中，定义所述期望移动的信息是依赖于时间的加速度波形。
4.根据权利要求3所述的支持触觉的设备，其中，所述移动传感器是加速度传感器，其中所测量的所述移动是由所述触觉致动器正在输出的加速度，并且其中，所述移动误差是指示所述期望加速度和由所述触觉致动器正在输出的所述加速度之间的差的加速度误差，并且其中，所述控制电路被配置为基于所述加速度误差来调整所述驱动信号。
5.根据权利要求4所述的支持触觉的设备，其中，所述模型描述驱动信号和预测所述触觉致动器响应于所述驱动信号生成的所得加速度之间的关系。
6.一种其上存储有指令的非瞬时性计算机可读介质，所述指令当由支持触觉的设备的控制电路执行时，使得所述控制电路：
基于触觉效果的期望移动和基于描述所述触觉致动器的瞬态行为的模型，确定所述支持触觉的设备的触觉致动器的驱动信号，其中，所述期望移动由存储在所述支持触觉的设备上的信息定义；
将所述驱动信号施加到所述触觉致动器；
经由所述支持触觉的设备的移动传感器，基于施加到所述触觉致动器的所述驱动信号，测量由所述触觉致动器输出的移动，以便确定所述触觉致动器的测量的移动；
确定移动误差，所述移动误差指示由所述触觉致动器输出的所述测量的移动和所述期望移动之间的差；
基于所述移动误差来调整所述驱动信号以生成调整后的驱动信号；和
将所述调整后的驱动信号施加到所述触觉致动器以生成所述触觉效果。
7.一种支持触觉的设备，包括：
触觉致动器；
移动传感器；
控制电路，所述控制电路被配置为：
接收触觉参数的参数值，所述参数值描述要由所述触觉致动器生成的触觉效果的期望移动；
基于所述参数值生成驱动信号的驱动部分；
将所述驱动信号的所述驱动部分施加到所述触觉致动器；
经由所述移动传感器，测量由所述触觉致动器输出的移动，以确定所述触觉致动器的测量的移动；
在生成所述驱动部分之后，通过使用闭环控制基于所述测量的移动生成所述驱动信号的制动部分，来使所述测量的移动朝着定义的特性变化。
8.根据权利要求7所述的支持触觉的设备，其中，所述触觉参数是加速度参数，并且由所述触觉参数描述的所述期望移动是所述触觉效果的期望加速度。
9.根据权利要求8所述的支持触觉的设备，其中，所述移动传感器是加速度传感器，并且所述测量的移动是所述触觉致动器的测量的加速度，并且其中，所述控制电路被配置为通过使用闭环控制生成制动部分，来使得所述测量的加速度朝着零变化。
10.根据权利要求9所述的支持触觉的设备，其中所述触觉参数定义以下中的至少一项：(i)所述期望加速度中的峰的总数，(ii)所述期望加速度的最大峰峰幅度，或者(iii)所述期望加速度的频率成分。
11.根据权利要求10所述的支持触觉的设备，其中，所述驱动部分是方波，并且所述控制电路被配置为生成所述方波，以具有与所述期望加速度中的所述峰的总数相同的峰的总数，或者具有基于所述期望加速度的所述最大峰峰幅度的峰峰幅度，或者具有与所述期望加速度的频率成分基本相同的频率成分。
12.一种通过触觉效果系统生成触觉效果的方法，包括：
接收触觉参数的参数值，所述参数值描述要由所述触觉效果系统的触觉致动器生成的触觉效果的期望移动；
基于所述参数值来生成波形；
基于所述波形来生成触觉驱动信号的第一部分；
基于所述触觉驱动信号的第一部分来测量所述致动器的移动；和
基于所述致动器的所测量的移动和基于所述期望移动，来生成所述触觉驱动信号的第二部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述触觉驱动信号的第一部分提供加速度，所述触觉驱动信号的第二部分提供制动。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述触觉参数包括期望加速度中的峰的数量、所述期望加速度的频率成分或者所述期望加速度的最大峰峰幅度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动器嵌入在刚性质块中，或者所述致动器附接到所述触觉效果系统的触摸板或触摸屏，所述触摸板或触摸屏经由悬架悬挂在安装表面上。
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