CN114675739A - 一种触觉反馈组件及游戏机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及力反馈技术领域，具体涉及一种触觉反馈组件及游戏机，其中，触觉反馈组件包括：采用软磁材料制成的主体、采用软磁材料制成的活动帽、第一弹性件和电磁模块，所述主体包括呈T型连接的滑柱和安装板；所述活动帽活动套装于所述主体的滑柱上；所述第一弹性件的两端分别与所述主体、所述活动帽连接；所述电磁模块包括磁体组件和线圈；所述磁体组件套装于所述活动帽外侧，且端部与所述安装板固接；所述线圈套接于所述活动帽上，被配置为在通电时带动所述活动帽沿所述滑柱上下运动。上述结构降低了触觉反馈组件的多种工作模式之间的控制误差，进而实现精准控制，以提供丰富的力反馈体验。

Description

一种触觉反馈组件及游戏机

技术领域

本发明涉及力反馈技术领域，具体涉及一种触觉反馈组件及游戏机。

背景技术

相关技术中，在一些游戏机的输入控制部分(如游戏手柄)中，为了提升用户的游戏体验和游戏的逼真性，有的会设置一些能够进行力反馈的触觉反馈结构，这种触觉反馈结构可以将游戏中一些特定的内容或者场景的信息电流产生触觉力，进而在用户触摸时可以直接体验到由游戏内容反馈的力，实现游戏内容与玩家更加直接的交互。

随着游戏和VR系列产品的推广，扳机的交互变得越来越多，进而对于手指的触觉反馈设计也提出了新的需求。实际应用中，在没有力反馈的场景时，扳机反馈力越小体验效果越好，如此则手指不容易疲劳；而需要力反馈的场景时，需要扳机反馈给人手更大更丰富的力值体验。应对不同的体验需求，需要给力反馈装置做分离机构，在不需要大的力反馈时断电脱离自吸保持；需要大的力反馈时自弹出发挥作用。但是现有分离机构的控制精度尚存在问题，进而无法实现精准控制以应对不同的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种触觉反馈组件及游戏机，旨在精准控制反馈力以应对不同力反馈场景需求，提升用户的游戏体验感。

本发明一方面提供了一种触觉反馈组件，其包括：

采用软磁材料制成的主体，所述主体包括呈T型连接的滑柱和安装板；

采用软磁材料制成的活动帽，所述活动帽活动套装于所述主体的滑柱上；

第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别与所述主体、所述活动帽连接；

电磁模块，包括磁体组件和线圈；所述磁体组件套装于所述活动帽外侧，且端部与所述安装板固接；所述线圈套接于所述活动帽上，被配置为在通电时带动所述活动帽沿所述滑柱上下运动。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述磁体组件包括均呈环形的第一磁体和第二磁体，所述第一磁体固定于所述安装板，所述第二磁体位于所述第一磁体远离所述安装板的一侧，所述第一磁体与所述第二磁体均沿轴向充磁，且充磁方向相反。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述磁体组件还包括第一磁轭和第二磁轭，所述第一磁轭设于所述第一磁体和所述第二磁体之间，所述第二磁轭设于所述第二磁体远离所述第一磁体的一端。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述活动帽的外周设有止挡环；所述第二磁轭的内径小于所述止挡环的外径，适于止挡所述活动帽，以使所述活动帽在所述第二磁轭与所述安装板之间运动。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述线圈的一端与所述止挡，另一端与设置于所述活动帽端部的支架止挡。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述第一磁体、第二磁体、第一磁轭、第二磁轭与所述安装板的外径相同，且中心位于同一直线上；所述第一磁体、第二磁体、第一磁轭的内径相同。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述活动帽的中部设有沿长度方向延伸的盲孔，所述盲孔套装于所述主体的滑柱上。

本发明另一方面还提供了一种游戏机，其包括上述任意一项所述的触觉反馈组件。

如上所述的游戏机，进一步优选为，还包括扳机主体，包括安装架、扳机和第二弹性件，所述扳机可活动连接于所述安装架，所述第二弹性件分别连接所述扳机和所述安装架，以使所述扳机在第一位置与第二位置转动。

；所述活动帽设于所述主体与所述扳机之间，且所述活动帽与所述扳机可分离式连接；所述活动帽可于第一位置与第三位置之间往复移动，所述第二位置位于所述第一位置与第三位置之间。

如上所述的游戏机，进一步优选为，所述第一弹性件为弹簧，所述第二弹性件为扭簧。

本发明公开的触觉反馈组件中通过设置采用软磁材料制成的主体和活动帽，使得磁场环境中主体和活动帽能够磁化进而在主体与活动帽之间能够产生磁吸力，该磁吸力随着活动帽与主体的距离的变化而变化，且当主体与活动帽之间相距较远时磁吸力较小且磁吸力数值变化与行程相关性小，而在主体与活动帽之间相距较近时，磁吸力较大且磁吸力数值变化与行程相关性较大，利用主体与活动帽之间的上述特性，配合触觉反馈组件中电磁模块的驱动力以及第一弹性件的回复力，可以实现触觉反馈组件在不同工作模式下的切换，降低了触觉反馈组件的多种工作模式之间的控制误差，进而实现精准控制，从而提供了丰富的力反馈体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例中的触觉反馈组件的立体结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的爆炸图；

图4游戏机不同状态下的剖面图；

图5为本发明作用力与行程的关系图。

附图标记说明：

10-主体，11-安装板，12-滑柱；20-活动帽，21-止挡环；30-磁体组件，31-第一磁体，32-第二磁体，33-第一磁轭，34-第二磁轭；40-线圈，50-第一弹性件，60-支架，70-扳机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

本发明提出了一种游戏机，该游戏机包括扳机主体和触觉反馈组件。

请结合参照图1至图4，在本发明的一个实施例中，触觉反馈组件包括主体10、活动帽20、第一弹性件50和电磁模块，其中主体10采用软磁材料制成，并包括呈T型连接的滑柱12和安装板11；活动帽20采用软磁材料制成，并活动套装于主体10的滑柱12上；第一弹性件50的两端分别与所述主体10、活动帽20连接，此处，第一弹性件50两端与主体10和活动帽20连接方式可以为抵接，也可以为固定连接，此处不作限制；电磁模块包括相互套接的磁体组件30和线圈40，磁体组件30套装于活动帽20外侧，且端部与安装板11固接；线圈40套接于活动帽20上，线圈40被配置为在通电时带动活动帽20沿滑柱12上下运动。

通过设置采用软磁材料制成的主体10和活动帽20，使得在磁场环境中主体10和活动帽20能够磁化，进而在主体10与活动帽20之间能够产生磁吸力，由于软磁材料易磁化、易去磁的特性，该磁吸力可随着活动帽20与主体10的距离的变化而变化，进而可通过调节该磁吸力大小，配合第一弹性件50的回复力、电磁模块的驱动力实现触觉反馈组件切换不同的工作模式，提供丰富的力反馈体验。

本申请中，主体10的安装板11可以设计为圆形，滑柱12可以设计为圆柱形，且滑柱12竖立于安装板11一侧端面中心，进而形成T型结构，即安装板11与滑柱12呈T型连接。此外，安装板11和滑柱12不限于分体组装而成，也可为一体成型结构，在此不作限定。主体10应当采用软磁材料制成，例如主体10的材质可以但不限于纯铁、硅钢、坡莫合金以及一般用冷轧碳钢薄板以及钢带(SPCC)等等。

活动帽20主要用于进行按压操作，其外形可以是对应滑柱12形成的圆柱形结构，以使其能够套装于滑柱12上并可相对于滑柱12上下滑动，具体的，以活动帽20远离滑柱12的极限位置为第一位置，以活动帽20靠近滑柱12的极限位置为第三位置，将第一位置设定为A，将第三位置设定为C，活动帽20与滑柱12可在第一位置A和第三位置C之间滑动。活动帽20应当采用软磁材料制成，例如活动帽20的材质可以但不限于纯铁、硅钢、坡莫合金以及一般用冷轧碳钢薄板以及钢带(SPCC)等等。

第一弹性件50可以是弹簧、弹片或者弹性塑料件等，其分别与主体10和活动帽20连接，可以在按压活动帽20后为活动帽20提供回复力，本实施例中，将第一弹性件50提供给活动帽20的回复力设为F1，则回复力F1的大小与行程关系如图5a所示。

电磁模块包括相互套接的磁体组件30和线圈40，磁铁组件30套装于所述活动帽20外侧，且端部与安装板11固接；线圈40套接于活动帽20上，适于在通电时带动活动帽20沿滑柱12上下运动。

根据电磁驱动原理，线圈40通入电流后，在磁体组件30的磁场运动时，线圈40中产生感应电流，此时线圈40受到安培力的作用发生运动，从而带动套接的活动帽20受力运动，实现力的反馈。而线圈40中根据游戏信息受到不同方向的电流时，其受到安培力方向也不同，如此传递到活动帽20时实现了反馈力增强或者削弱的效果。本实施例中，将电磁模块提供给活动帽20的驱动力设为F2，则驱动力F2的大小与行程关系如图5b所示，其中F2a和F2b分别代表电流方向相反时的驱动力。

且因主体10和活动帽20为软磁材料制成，其在产品组装完成后能够被磁体组件30磁化，进而使主体10与活动帽20之间产生磁吸力，此外，软磁材料具有易于磁化，同时在撤去外力磁力基本消失，即易于去磁的特性，利用软磁材料的该特性可以调整主体10和活动帽20之间距离与磁吸力的变化关系。具体的，由于活动帽20与滑柱12的滑动配合连接方式，使得磁吸力在行程AC之间的变化可分为两个区间，其中以第二位置B为两个区间的临界点，当活动帽20处于行程AB之间时，活动帽20与主体10的距离较远，活动帽20未被磁化，故磁作用力的变化较小，当活动帽20处于行程BC之间时，即随着主体10和活动帽20之间的间距进一步缩小，活动帽20也将被磁化，进而与主体10之间的磁作用力剧增，直至两者相吸。本实施例中，将主体10与活动帽20因磁化而产生的吸引磁作用力设为F3，则磁吸力F3的大小与行程关系如图5c所示。

具体的，设定回复力F1、驱动力F2以及磁吸力F3的大小，使得F3在第一位置A到第二位置B之间时，F1≥F3+F2，而在第三位置C处时，F1+F2＞F3；同时，设置磁吸力F3的变化速率，使活动帽20由第一位置A向第三位置C移动过程中，磁吸力F3在AB段之间的磁吸力很小且变化较慢，而在接近C点时陡然增大，如此，则避免行程AB之间时磁吸力F3的值过大，进而产生误吸现象，进而降低了触觉反馈组件的多种工作模式之间的控制误差，实现精准控制，从而能够为游戏机提供了丰富的力反馈体验。

具体的，磁吸力F3可通过magnet软件进行磁场强度及分布仿真，通过调整触觉反馈组件内部结构(如活动帽20厚度、限制活动帽20与滑柱12最小间距等)，来调整磁吸力F3最大值的设计，如减薄铁芯活动帽20，磁吸力F3最大值会减小；反之增大；增大活动帽20与滑柱12最小间距则磁吸力F3减小，反之增大。

进一步的，通过调整、控制电磁模块驱动力F2的大小和方向，配合主体10和活动帽20之间磁吸力F3的变化及第一弹性件50产生的回复力F1可使本申请所述触觉反馈组件具有有力反馈模式和无力反馈模式，并能够在两者之间自行切换。

具体的，当触觉反馈组件处于有力反馈阶段时，活动帽处于第一位置A和第二位置B之间，当触觉反馈组件处于无力反馈阶段时，活动帽处于第二位置B和第三位置C之间，并最终因合力的作用回到第三位置C处，且在断电时与主体相吸以实现断电自保持。且基于触觉反馈组件的结构设置方式，触觉反馈组件的有力反馈模式与无力反馈模式之间的切换包括介入模式切换和介入模式脱出切换。

其中介入模式切换指触觉反馈组件从无力反馈模式切换到有力反馈模式，具体的，无力反馈模式下，活动帽20回缩并处于第三位置C与主体相吸以自保持，切换时，线圈40通电，且驱动力F2方向与磁吸力F3方向相反，以使第三位置C处的F3<F2+F1，活动帽20与主体10脱开，进入有力反馈模式。

介入模式脱出切换是指触觉反馈组件从有力反馈模式切换到无力反馈模式，具体的，有力反馈模式下，扳机70行程处于A-B之间，由于F3<F1，活动帽20无法回到第三位置C处，切换时，线圈40通电，且驱动力F2的方向与磁吸力F3方向相同，以使第二位置处F3+F2≥F1，活动帽20继续向C点移动，此时，由于F3的增速远大于F1，使F3+F2＞F1，活动帽20回到C位置处并与安装板11相吸，此时，由于第三位置处F3＞F1，活动帽能够在断电后依然保持在第三位置处，触觉反馈组件进入无力反馈模式。且由于对磁吸力F3的值的设置，以使F3在A-B段的磁吸力很小，但接近C点时陡然增大，能够避免第二位置B处的误吸现象，进而提供丰富的力反馈体验。

参照图2-3，进一步的，磁体组件30包括均呈环形的第一磁体31和第二磁体32，第一磁体31固定于安装板11，第二磁体32设置于第一磁体31远离安装板11一侧，第一磁体31和第二磁体32均沿轴向充磁，且充磁方向相反。具体的，第一磁体31和第二磁体32均可以是永磁体，例如磁铁，第一磁体31套装于活动帽20外侧，并粘接固定于安装板11上，第二磁体32与第一磁体31固定连接。实际应用中，当线圈40中通入电流时，磁体组件30形成电磁驱动器中的定子，而线圈40形成为动子，因此线圈40相对于磁体组件30运动时，第一磁体31与第二磁体32的磁感线穿过线圈40，从而产生安培力对活动帽20的运动进行增强或抑制。所述第一磁体31和所述第二磁体32相互靠近的一端的磁性相同。如此设置，使得第一磁体31和第二磁体32形成为两个单独的磁体，这样使两个磁体两端的磁路均可以穿过线圈40，即，使得更多磁感线穿过线圈40。当线圈40通电后产生的磁感更强，从而使用户通过触摸活动帽20可以更加灵敏的接收力反馈。

参照图2-3，进一步的，磁体组件30还包括第一磁轭33和第二磁轭34，第一磁轭33设于第一磁体31和第二磁体32之间，第二磁轭34设于第二磁体32远离第一磁体31的一端。其中第一磁轭33粘接固定于第一磁体31和第二磁体32之间，以使第一磁体31与第二磁体32固接，第二磁轭34粘接固定于第二磁体32的另一侧。通过第一磁轭33和第二磁轭34的设置，不仅实现了第一磁体31和第二磁体32的连接，而且第一磁体31和第二磁体32的磁力线可以通过第一磁轭33、第二磁轭34进行传输，从而进一步增加了电磁模块整体的磁场强度。

进一步的，第一磁体31、第二磁体32、第一磁轭33、第二磁轭34与安装板11的外径相同，且中心位于同一直线上；第一磁体31、第二磁体32、第一磁轭33的内径相同。通过上述尺寸限制，使组装后的产品具有一致的外径和内径，一方面比较美观，同时使得位于第一磁体31、第二磁体32、第一磁轭33所形成的内腔中的活动帽20在上下运动过程不与磁体组件30的各部分产生干涉。

进一步的，活动帽20的外周设有止挡环21；第二磁轭34的内径小于止挡环21的外径，适于止挡活动帽20，以使活动帽20在第二磁轭34与安装板11之间运动。具体的，活动帽20的端部自第二磁轭34的中心孔穿出，中部设有与第二磁轭34止挡的止挡环21，以通过止挡环21与第二磁轭34的止挡使活动帽20在第二磁轭34与安装板11之间运动，且当止挡环21与第二磁轭34抵触以形成止挡时，活动帽20处于第一位置，当活动帽20的端部与安装板11抵触以形成止挡时，活动帽20处于第三位置。通过设置止挡环21，实现活动帽20与滑柱12的滑动形成限制，进而使其在设定的行程内运行。

进一步的，线圈40的一端与止挡环21止挡，另一端与设置于活动帽20端部的支架60止挡。具体的，支架60呈环形，并通过粘接或焊接的方式设置于活动帽20靠近安装板11的一端的周沿，适于通过与止挡环21适配以限定线圈40的位置。具体安装时，先将线圈40穿装于活动帽20上，然后通过将支架60安装于活动帽20上，以使线圈40被固定于活动帽20上。

进一步的，活动帽20的中部设有沿长度方向延伸的盲孔，盲孔套装于主体10的滑柱12上；第一弹性件50设于盲孔中。盲孔的直径大于滑柱12的直径，以使活动帽20能够在滑柱12上顺畅的滑动。第一弹性件50位于盲孔中，其端部可以通过粘接的方式与滑柱12的顶端或盲孔的底部固定连接，也可以直接通过抵接的方式与滑柱12的顶端或盲孔的底部连接。

如图4所示，进一步的，本发明的一个实施例还提供了一种游戏机，其包括上述任意实施例中的触觉反馈组件，具体的，游戏机还包括扳机主体，包括安装架、扳机70和第二弹性件，所述扳机可活动连接于所述安装架，所述第二弹性件分别连接所述扳机和所述安装架，以使所述扳机在第一位置与第二位置转动。；

活动帽20设于主体10与扳机70之间，且活动帽20与扳机70可分离式连接；活动帽20可于第一位置A与第三位置C之间往复移动，第二位置B位于第一位置A和第三位置C之间。

扳机70为主要是用于进行按压操作，其外形可以是方便手部握持并与手掌抵接的弧形板，扳机70的端部设有扳机轴，并通过扳机轴转动安装于安装架上。第二弹性件为扭簧，其套装于扳机70轴上，且一个扭臂与扳机70抵接，第一个扭臂与安装架抵接，从而为扳机70提供弹性力，使扳机70能够在第一位置与第二位置之间转动。本实施例中，以第二弹性件提供的弹性力为F4，其中，扳机70位于第一位置时，扳机70受到的弹性力F4最小，扳机70位于第二位置时，扳机70受到的弹性力F4最大，具体的，弹性力F4与扳机70形成的关系如图5d所示。

将扳机70与触觉反馈组件连接时，需要使活动帽20位于主体10与扳机70之间，且活动帽20与扳机70可分离连接，活动帽20可于第一位置A与第三位置C之间往复移动，第二位置B位于第一位置A与第三位置C之间。具体的图4a示出了活动帽20处于第一位置A并与扳机70接触抵接时的状态，图4b示出了活动帽20处于第二位置B而扳机70处于最大行程并与活动帽20接触时的状态，图4c示出了活动帽20处于第三位置C而扳机70仍处于最大行程位置并与活动帽20分离时。活动帽20在第一位置与第三位置之间往复移动的过程中，当活动帽20处于第一位置与第二位置之间时，扳机70与活动帽20抵接，触觉反馈组件与第二弹性件一起为扳机70提供力反馈，即触觉反馈组件处于力反馈模式，当活动帽20处于第二位置与第三位置之间时，扳机70与活动帽20脱离，使扳机70只通过第二弹性件提供力反馈，即触觉反馈组件处于无反馈模式。

由于上述触觉反馈组件具有有力反馈模式和无力反馈模式，并能够自行实现两种模式的切换，相应的配合扳机主体以及第二弹性件，可使游戏机满足不同模式下的力反馈体验等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种触觉反馈组件，其特征在于，包括：

采用软磁材料制成的主体，所述主体包括呈T型连接的滑柱和安装板；

采用软磁材料制成的活动帽，所述活动帽活动套装于所述主体的滑柱上；

第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别与所述主体、所述活动帽连接；

电磁模块，包括磁体组件和线圈；所述磁体组件套装于所述活动帽外侧，且端部与所述安装板固接；所述线圈套接于所述活动帽上，被配置为在通电时带动所述活动帽沿所述滑柱上下运动。

2.根据权利要求1所述的触觉反馈组件，其特征在于，

所述磁体组件包括均呈环形的第一磁体和第二磁体，所述第一磁体固定于所述安装板，所述第二磁体位于所述第一磁体远离所述安装板的一侧，所述第一磁体与所述第二磁体均沿轴向充磁，且充磁方向相反。

3.根据权利要求2所述的触觉反馈组件，其特征在于，

所述磁体组件还包括第一磁轭和第二磁轭，所述第一磁轭设于所述第一磁体和所述第二磁体之间，所述第二磁轭设于所述第二磁体远离所述第一磁体的一端。

4.根据权利要求3所述的触觉反馈组件，其特征在于，

所述第一磁体、第二磁体、第一磁轭、第二磁轭与所述安装板的外径相同，且中心位于同一直线上；所述第一磁体、第二磁体、第一磁轭的内径相同。

5.根据权利要求3所述的触觉反馈组件，其特征在于，

所述活动帽的外周设有止挡环；所述第二磁轭的内径小于所述止挡环的外径，适于止挡所述活动帽，以使所述活动帽在所述第二磁轭与所述安装板之间运动。

6.根据权利要求5所述的触觉反馈组件，其特征在于，

所述线圈的一端与所述止挡环止挡，另一端与设置于所述活动帽端部的支架止挡。

7.根据权利要求1所述的触觉反馈组件，其特征在于，

所述活动帽的中部设有沿长度方向延伸的盲孔，所述盲孔套装于所述主体的滑柱上；所述第一弹性件设于所述盲孔中。

8.一种游戏机，其特征在于，包括权利要求1-7中任意一项所述的触觉反馈组件。

9.根据权利要求8所述的游戏机，其特征在于，还包括扳机主体，包括安装架、扳机和第二弹性件，所述扳机可活动连接于所述安装架，所述第二弹性件分别连接所述扳机和所述安装架，以使所述扳机在第一位置与第二位置转动；

所述活动帽设于所述主体与所述扳机之间，且所述活动帽与所述扳机可分离式连接；所述活动帽可于第一位置与第三位置之间往复移动，所述第二位置位于所述第一位置与所述第三位置之间。

10.根据权利要求9所述的游戏机，其特征在于，所述第一弹性件为弹簧，所述第二弹性件为扭簧。

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