CN111221413A - 一种定向聚焦的触觉反馈界面 - Google Patents

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CN111221413A CN201911384308.XA CN201911384308A CN111221413A CN 111221413 A CN111221413 A CN 111221413A CN 201911384308 A CN201911384308 A CN 201911384308A CN 111221413 A CN111221413 A CN 111221413A
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武国彪
姜林
李丽琛
李健
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Abstract

一种定向聚焦的触觉反馈界面，包括上面板、振动块和下面板；上面板位于下面板的上方，上面板和下面板互相平行并保持一定间距，且上面板和下面板为矩形薄板；上面板上分布有一个或多个触觉区域，且触觉区域的厚度小于非触觉区域；下面板上设置有驱动元件，驱动元件分布于下面板的四周或下面板上、下表面的特定位置，驱动元件施加电压信号后会产生振动；振动块位于触觉区域的下方，且振动块的上端面与上面板连接，下端面与下面板连接；每个触觉区域下方的振动块的数目为一个或多个。本发明既解决了每个触摸区域都要振动元件带来的成本问题，也解决了单个或两个压电元件在面板边缘振动带来的振动不均匀和能耗高的问题，使用效果好。

Description

一种定向聚焦的触觉反馈界面
技术领域
本发明涉及触觉反馈界面技术领域，尤其涉及一种定向聚焦的触觉反馈界面。
背景技术
现有的触觉反馈案例有两种主要的形式，其一，每个触摸区域下面放置有一个压电元件，该压电元件感知人的操作的同时提供振动反馈；其二，在触觉反馈的界面放置一个或两个压电元件，这个压电元件主要用来提供振动反馈，感知由电容传感器或电阻传感器提供；
第一种方式对于多个触觉反馈区域的界面来说，不仅需要多个压电元件，而且需要多个电压驱动模块，导致成本过高；第二种方式的反馈在整个界面的振动幅值差异较大，给操作者提供的触觉反馈会因为触摸位置的不同而变化，而且由于包括电容传感器，这个系统的体积过大，系统过于复杂，此外这种反馈每次触摸都要带动整个面板振动，因此能耗较高，不易于在便携设备中使用。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种定向聚焦的触觉反馈界面，既解决了每个触摸区域都要振动元件带来的成本问题，也解决了单个或两个压电元件在面板边缘振动带来的振动不均匀和能耗高的问题，使用效果好。
(二)技术方案
本发明提出了一种定向聚焦的触觉反馈界面，包括上面板、振动块和下面板；
上面板位于下面板的上方，上面板和下面板互相平行并保持一定间距，且上面板和下面板为矩形薄板；上面板上分布有一个或多个触觉区域，且触觉区域的厚度小于非触觉区域；
下面板上设置有驱动元件，驱动元件分布于下面板的四周或下面板上、下表面的特定位置，驱动元件施加电压信号后会产生振动；
振动块位于触觉区域的下方，且振动块的上端面与上面板连接，下端面与下面板连接；每个触觉区域下方的振动块的数目为一个或多个。
优选的，上面板用于给使用者传递触觉反馈，下面板作为震源，振动块用于汇聚和传递振动。
优选的，驱动元件为压电元件或音圈元件。
优选的，驱动元件为压电片，压电片为长方形并由压电材料组成；
压电片贴合在下面板上，且压电片的外侧长边与下面板的外边重合。
优选的，压电片包括第一压电片、第二压电片、第三压电片和第四压电片；
第一压电片、第二压电片、第三压电片和第四压电片分布于下面板底部的四侧。
优选的，振动块的为楔形块，且楔形块的小头与上面板相连接，楔形块的大头与下面板相连接，截面厚度按照函数形式h(x)＝εxm(m≥2)变化。
优选的，楔形块靠近上面板的一端设有椭圆球，椭圆球与上面板为接触非固定的关系。
优选的，振动块的为锥形圆台状，且圆台的小头与上面板相连接，圆台的大头与下面板相连接，截面厚度按照函数形式h(x)＝εxm(m≥2)变化。
优选的，振动块穿过下面板，且振动块的四周与下面板连接。
优选的，还包括按键；按键的数目为十二个并由激光打印而成，且按键在上面板的上端面按照三个一行，一共四行的方式排列；
按键由阿拉伯数字、“*”号和“#”以及包围阿拉伯数字和符号的圆圈图案构成。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明通过声学黑洞设计，将布置在下面板的振动的元件产生的振动，结合波形算法驱动每一个振动元件产生不同的振动幅值，使得振动块将振动元件产生的振动汇聚在振动块靠近上面板的一侧，为触觉区域提供了大而强的振动反馈；与此同时，触摸区域的按压能够引起下面板的振动，使得振动元件上产生电学信号，从而给系统提供触摸的信息；
本发明既解决了每个触摸区域都要振动元件带来的成本问题，也解决了单个或两个压电元件在面板边缘振动带来的振动不均匀和能耗高的问题，使用效果好。
附图说明
图1为本发明提出的一种定向聚焦的触觉反馈界面的结构示意图。
图2为本发明提出的一种定向聚焦的触觉反馈界面中上面板的俯视图。
图3为本发明提出的一种定向聚焦的触觉反馈界面中振动块的第一结构示意图。
图4为本发明提出的一种定向聚焦的触觉反馈界面中下面板的仰视图。
图5为本发明提出的一种定向聚焦的触觉反馈界面中振动块的第二结构示意图。
附图标记：110、上面板；111、按键；210、振动块；211、椭圆球；310、下面板；411、第一压电片；412、第二压电片；413、第三压电片；414、第四压电片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-5所示，本发明提出的一种定向聚焦的触觉反馈界面，包括上面板110、振动块210和下面板310；
上面板110位于下面板310的上方，上面板110和下面板310互相平行并保持一定间距，该间距为0.2～10mm，且上面板110和下面板310为矩形薄板；上面板110上分布有一个或多个触觉区域，且触觉区域的厚度小于非触觉区域；上面板110用于给使用者传递触觉反馈，下面板310作为震源，振动块210用于汇聚和传递振动；
下面板310上设置有驱动元件，驱动元件分布于下面板310的四周或下面板310上、下表面的特定位置，驱动元件施加电压信号后会产生振动；
振动块210位于触觉区域的下方，且振动块210的上端面与上面板110连接，下端面与下面板310连接；每个触觉区域下方的振动块210的数目为一个或多个。
在一个可选的实施例中，驱动元件为压电元件或音圈元件。
在一个可选的实施例中，驱动元件为压电片，压电片为长方形并由压电材料组成，在施加电压信号后能产生振动，在受到振动时能产生电荷；压电片贴合在下面板310上，且压电片的外侧长边与下面板310的外边重合；压电片包括第一压电片411、第二压电片412、第三压电片413和第四压电片414；第一压电片411、第二压电片412、第三压电片413和第四压电片414分布于下面板310底部的四侧。
在一个可选的实施例中，振动块210的为楔形块，且楔形块的小头与上面板110相连接，楔形块的大头与下面板310相连接，截面厚度按照函数形式h(x)＝εxm(m≥2)变化(参照附图3)。
在一个可选的实施例中，楔形块靠近上面板的一端设有椭圆球211，椭圆球211与上面板110为接触非固定的关系(参照附图5)。
在一个可选的实施例中，振动块210的为锥形圆台状，且圆台的小头与上面板110相连接，圆台的大头与下面板310相连接，截面厚度按照函数形式h(x)＝εxm(m≥2)变化。
在一个可选的实施例中，振动块210穿过下面板310，且振动块210的四周与下面板310连接。
在一个可选的实施例中，还包括按键111；按键111的数目为十二个并由激光打印而成，且按键111在上面板110的上端面(即触觉反馈的操作面)按照三个一行，一共四行的方式排列；按键111由阿拉伯数字、“*”号和“#”以及包围阿拉伯数字和符号的圆圈图案构成。
在一个可选的实施例中，上面板110由不锈钢板制成。
本发明中，通过声学黑洞设计，将布置在下面板的振动的元件产生的振动，结合波形算法驱动每一个振动元件产生不同的振动幅值，使得振动块210将振动元件产生的振动汇聚在振动块210靠近上面板110的一侧，为触觉区域提供了大而强的振动反馈；与此同时，触摸区域的按压能够引起下面板310的振动，使得振动元件上产生电学信号，从而给系统提供触摸的信息；
本发明既解决了每个触摸区域都要振动元件带来的成本问题，也解决了单个或两个压电元件在面板边缘振动带来的振动不均匀和能耗高的问题，使用效果好。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，包括上面板(110)、振动块(210)和下面板(310)；
上面板(110)位于下面板(310)的上方，上面板(110)和下面板(310)互相平行并保持一定间距，且上面板(110)和下面板(310)为矩形薄板；上面板(110)上分布有一个或多个触觉区域，且触觉区域的厚度小于非触觉区域；
下面板(310)上设置有驱动元件，驱动元件分布于下面板(310)的四周或下面板(310)上、下表面的特定位置，驱动元件施加电压信号后会产生振动；
振动块(210)位于触觉区域的下方，且振动块(210)的上端面与上面板(110)连接，下端面与下面板(310)连接；每个触觉区域下方的振动块(210)的数目为一个或多个。
2.根据权利要求1所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，上面板(110)用于给使用者传递触觉反馈，下面板(310)作为震源，振动块(210)用于汇聚和传递振动。
3.根据权利要求1所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，驱动元件为压电元件或音圈元件。
4.根据权利要求1或3所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，驱动元件为压电片，压电片为长方形并由压电材料组成；
压电片贴合在下面板(310)上，且压电片的外侧长边与下面板(310)的外边重合。
5.根据权利要求4所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，压电片包括第一压电片(411)、第二压电片(412)、第三压电片(413)和第四压电片(414)；
第一压电片(411)、第二压电片(412)、第三压电片(413)和第四压电片(414)分布于下面板(310)底部的四侧。
6.根据权利要求1所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，振动块(210)的为楔形块，且楔形块的小头与上面板(110)相连接，楔形块的大头与下面板(310)相连接，截面厚度按照函数形式h(x)＝εxm(m≥2)变化。
7.根据权利要求6所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，楔形块靠近上面板的一端设有椭圆球(211)，椭圆球(211)与上面板(110)为接触非固定的关系。
8.根据权利要求1所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，振动块(210)的为锥形圆台状，且圆台的小头与上面板(110)相连接，圆台的大头与下面板(310)相连接，截面厚度按照函数形式h(x)＝εxm(m≥2)变化。
9.根据权利要求1所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，振动块(210)穿过下面板(310)，且振动块(210)的四周与下面板(310)连接。
10.根据权利要求1所述的一种定向聚焦的触觉反馈界面，其特征在于，还包括按键(111)；按键(111)的数目为十二个并由激光打印而成，且按键(111)在上面板(110)的上端面按照三个一行，一共四行的方式排列；
按键(111)由阿拉伯数字、“*”号和“#”以及包围阿拉伯数字和符号的圆圈图案构成。
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