CN116418191A - 一种触觉激励器及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触觉激励器及可穿戴设备，属于触觉反馈技术领域，该触觉激励器包括外壳、振动组件、线圈、弹片和传振件。外壳设有内腔；振动组件活动设于所述内腔内；线圈与所述外壳相对固定，用于驱动所述振动组件振动；弹片连接于所述外壳和所述振动组件之间；传振件与所述振动组件传动连接，所述振动组件的振动通过所述外壳和所述传振件直接或间接地作用至目标物。本发明的触觉激励器通过一个器件就可以对目标物进行压力、位移和加速度的多模式输出，且输出频率范围更宽。

Description

一种触觉激励器及可穿戴设备

技术领域

本发明涉及触觉反馈技术领域，尤其涉及一种触觉激励器及可穿戴设备。

背景技术

触觉激励器（例如线性振动马达）能够产生振动，从而给予使用者以触觉反馈，其在游戏手柄、手环、手套、头盔、腰带和衣物上面应用较为广泛，例如可以根据游戏场景给予使用者不同的振动反馈，从而提高沉浸感，丰富游戏体验。

现有技术中，触觉激励器通常包括外壳和设置在外壳内的能够往复运动的振动部分，振动部分的振动通过弹性件传递至外壳，再通过外壳输出至外界，由人体感知到，弹性件能够带动振动部分复位。外壳通常只能输出振动加速度，输出频率范围也不够宽（通常在50~500Hz），效果不够丰富。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种触觉激励器及可穿戴设备，该触觉激励器能够同时输出加速度、位移和压力，触觉反馈更为丰富。

为实现上述发明目的，一方面，本发明提出了一种触觉激励器，包括：

外壳，设有内腔；

振动组件，活动设于所述内腔内；

线圈，与所述外壳相对固定，用于驱动所述振动组件振动；

弹片，连接于所述外壳和所述振动组件之间；以及，

传振件，与所述振动组件传动连接，所述振动组件的振动通过所述外壳和所述传振件直接或间接地作用至目标物。

进一步地，至少部分的所述传振件相对所述弹片更靠近所述内腔的外侧，在所述振动组件的振动过程中，所述传振件至少部分延伸至所述内腔外部，所述外壳和所述传振件直接或间接的与目标物接触。

进一步地，所述外壳设有开口端；

所述弹片与所述开口端的端面相连；或者，

所述弹片位于所述内腔内，至少部分的所述外壳相比所述弹片更靠近所述内腔的外侧。

进一步地，所述的触觉激励器还包括连接于所述外壳的开口端和所述传振件之间的柔性件，所述柔性件覆盖所述开口端和所述传振件之间的开口区域。

进一步地，所述的触觉激励器还包括转接件，所述转接件包括与所述传振件相连的板部以及与所述板部相连的延伸部，所述延伸部与所述外壳的外周面相对设置，所述外壳和所述转接件直接或间接的与目标物接触。

进一步地，所述延伸部呈环状，并环绕于所述外壳的外部，所述板部封住所述延伸部的一端。

进一步地，所述外壳设有分别位于两端的第一开口端和第二开口端，所述触觉激励器包括两个分别位于所述振动组件两端的传振件。

进一步地，所述弹片包括与所述外壳相对固定的外支架、与所述振动组件相连的内支架以及连接在所述外支架和所述内支架之间的弹性臂；所述传振件与所述内支架相连，或者，所述传振件与所述振动组件相连。

进一步地，所述的触觉激励器包括两个弹片，两个所述弹片分别连接在所述振动组件的两端。

进一步地，所述外壳设有分别位于其两端的第一开口端和第二开口端，两个所述弹片分别设于所述第一开口端和所述第二开口端处。

进一步地，所述振动组件包括磁体和分别连接于所述磁体两端的两个导磁件，所述磁体的磁极沿着振动方向设置，所述触觉激励器包括两个线圈，两个所述线圈分别环绕于两个所述导磁件外部，通入两个所述线圈内的电流方向相反。

进一步地，所述振动组件包括两个磁体和位于两个所述磁体之间的导磁件，两个所述磁体的磁极均沿着振动方向设置，且两个所述磁体同极相对设置，所述线圈环绕于所述导磁件外部。

另一方面，本发明提出了一种可穿戴设备，包括如上所述的触觉激励器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明中，触觉激励器包括与振动组件传动连接的传振件，振动组件的振动能够通过外壳和传振件作用至目标物，例如人体，这样，触觉激励器一方面能够通过其外壳向人体传递振动加速度，另一方面能够通过传振件向外传递压力和位移，从而通过一个器件就可以对人体进行压力、位移和加速度的多模式输出，对人体不同的触觉神经小体施加对应刺激，效果更为逼真、细腻。另外，触觉激励器的输出范围达到1~1000Hz，输出频率范围更宽。

附图说明

图1是本发明实施例1中触觉激励器的立体示意图。

图2是本发明实施例1中触觉激励器的剖视图。

图3是本发明实施例1中振动组件的磁路示意图。

图4是本发明实施例1中弹片的立体示意图。

图5是本发明实施例2中触觉激励器的剖视图。

图6是本发明实施例3中触觉激励器的剖视图。

图7是本发明实施例4中触觉激励器的剖视图。

图8是本发明实施例5中触觉激励器的剖视图。

图9是本发明实施例6中触觉激励器的立体示意图。

图10是本发明实施例6中触觉激励器的剖视图。

图11是本发明实施例6中一种实施方式的触觉激励器的触觉输出曲线图。

图12是本发明实施例7中触觉激励器的剖视图。

图13是本发明实施例8中触觉激励器的剖视图。

图14是本发明实施例9中触觉激励器的剖视图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例1

如图1至图4所示，本发明提出了一种触觉激励器，其包括外壳1、振动组件2、线圈3、弹片4和传振件5。

外壳1设有内腔10，振动组件2和线圈3均设于内腔10内，其中，振动组件2通过弹片4与外壳1相连，通过弹片4与外壳1弹性连接，能够相对外壳1活动。线圈3与外壳1相对固定，用于驱动振动组件2振动，具体的，线圈3通入交变电流后能够产生变化的电磁场，该电磁场与振动组件2的磁场相互作用后能够驱动振动组件2振动。在振动组件2偏离平衡位置后，弹片4发生弹性变形，能够提供带动振动组件2回到平衡位置的弹力，带动振动组件2复位。

线圈3与振动组件2形成的振动结构不限，现有技术中能够使线圈3和振动组件2产生相对振动的结构均可应用于此。本实施例中，振动组件2包括磁体20和分别连接在磁体20两端的两个导磁件21，线圈3的数量为两个，两个线圈3分别环绕于两个导磁件21的外周。导磁件21采用导磁材料制成，其能够引导磁体20的磁感线改变方向，使磁感线更集中的穿过线圈3，从而提高磁场利用效率。如图3所示，磁体20N极发出的磁感线（图3中以带箭头的虚线示意出了磁感线），先穿过上端的线圈3，然后穿过下端的线圈3返回磁体20的S极。工作时，上下两个线圈3通入的电流方向相反，这样，根据电磁力的原理，磁体20将同时受到向上或者向下的力，在线圈3通入交流电时，磁体20受到的磁力也交替变化，从而发生上下振动。

由于振动组件2的外部环绕有两个线圈3，从磁体20发出的磁感线能够与两个线圈3发生相互作用，因此，对磁体20的磁场的利用效率更高，同时导磁件21的设置，使得磁感线更集中的穿过线圈3，进一步提高了磁场的利用效率，因此骨传导发声装置的驱动效率更高，有利于提高灵敏度和驱动力，提高音质。在其他实施例中，线圈3的数量也可以是一个，环绕在上方或者下方的导磁件21外部。

线圈3与外壳1相对固定，如图2所示，外壳1设置有径向内凸的内凸件11，两个线圈3由内凸件11隔开，分别连接在内凸件11上下两表面上，线圈3和内凸件11之间例如通过胶粘、焊接等方式相连。优选的，内凸件11呈环状。

作为一种优选的实施方式，如图3和图4所示，弹片4包括外支架40、内支架41以及连接在外支架40和内支架41之间的弹性臂42。外支架40优选呈环状，其与外壳固定连接，内支架41与振动组件2相连，与振动组件2同步运动，在内支架41偏离原位时，弹性臂42发生弹性变形以提供复位力。弹性臂42的数量优选为两条以上，本实施例中，弹性臂42的数量为三条，且呈弧形，使得弹性臂42具有更长的长度，弹性变形量更大，振动组件2的振幅也可以设计得更大。

如图2和图3所示，导磁件21包括与磁体20相连的板体211和自板体211外凸的凸台210，凸台210与内支架41相连，由于凸台210的外轮廓尺寸更小，因此，在其与内支架41相连后，对弹性臂42变形产生的影响更小。优选的，凸台210不与弹性臂42正对设置，其外缘不延伸至弹性臂42下方，从而不会影响到弹性臂42的弹性变形。可以理解的是，板体211和凸台210除了设置成一体成型的之外，还可以做成分体式的。

本实施例中，振动组件2两端均设置有弹片4，这样，振动组件2的两端均通过弹片4与外壳1弹性连接，不会因为一端悬空而在振动过程中发生摇摆、晃动，振动组件2振动时的线性度更好，能够提高声音质量，同时不易与外部零部件撞击导致损坏，更为可靠。在其他实施例中，也可以仅在振动组件2的一端设置弹片4。

传振件5与振动组件2传动连接，其至少部分位于内腔10外部，以将振动向外传递给目标物，目标物例如是人体。如图1和图2所示，本实施例中，传振件5的数量为一个，仅在振动组件2的一端设置有传振件5，该传振件5能够随着振动组件2振动，从而在振动组件2的带动下将位移和压力传递给人体。在触觉激励器工作时，振动组件2的振动通过外壳1和传振件5作用于人体，例如将外壳1和传振件5设置成与人体皮肤直接或者间接接触，使外壳1和传振件5均能够独立的直接或者通过其他零部件间接的将振动传递给人体。这样，一方面可以通过传振件5进行压力和位移输出，压力和位移输出通常用于较低频的触觉感知。另一方面，该触觉激励器还可以和普通振动马达一样通过外壳1输出振动加速度，达到位移、压力和振动加速度多参数输出的效果，触觉感受更为丰富。进一步地，传振件5主要输出共振频率以下的触觉激励（位移），外壳1主要输出共振频率以上的触觉激励（加速度），输出频率范围宽，能够达到1000Hz，通过一个器件就能够在1~1000Hz的宽频段提供细节更丰富的触觉感受。

为了便于传振件5向外部输出振动，至少部分的传振件5相对弹片4更靠近内腔10的外侧，以便于其与人体接触。在振动组件2的振动过程中，传振件5至少部分延伸至内腔10外部，以使得其能够可靠的向外传力。也就是说，初始状态时，传振件5可以位于内腔10内或者位于内腔10外或者部分位于内腔10外，只要在振动时，能够伸出内腔10即可。

如图2所示，本实施例中，外壳1设有第一开口端1a和第二开口端1b，两个开口端分别位于外壳1的两端。两个弹片4分别设于第一开口端1a和第二开口端1b处，弹片4的外支架40与对应的开口端的端面相连。传振件5与上方的弹片4的内支架41相连，其整体位于内腔10的外部。

本实施例中，传振件5呈圆柱状，但是其形状不限于此，在其他实施例中，传振件5还可以是其他的形状，而且，传振件5不限于仅包括一个零件，其可以由多个零件连接而成。

如图1和图2所示，触觉激励器还包括端盖7，端盖7设于第二开口端1b处，其与外支架40相连，并封住第二开口端1b，能够对内腔10内的零部件起到保护作用。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1的主要区别在于，本实施例中，靠近第一开口端1a的弹片4设于内腔10内，且距第一开口端1a的端面具有一定的距离，外壳1设有环绕于弹片4外部的环部13，这样，至少部分的外壳1（即图中的环部13）相比于弹片4更靠近内腔10的外侧，更便于与传振件5一同将振动组件2的振动向外传递。传振件5与弹片4的内支架41相连，其沿着振动方向向着内腔10的外侧延伸。

本实施例中，由于第一开口端1a的端面与传振件5的端面在竖直方向上更为接近，因此，更便于第一开口端1a和传振件5同时与目标物（例如人体皮肤）接触，从而提供更丰富的触觉反馈。

如图5所示，还可以在第一开口端1a和传振件5之间连接柔性件50，柔性件50优选覆盖第一开口端1a和传振件5之间的开口区域，以起到防尘防水的效果，同时不影响传振件5和外壳1的振动。柔性件50例如可以是硅胶等材质。

实施例3

如图6所示，本实施例与实施例1的区别之一在于传振件5的连接方式不同。本实施例中，弹片4的内支架41设有通孔410，传振件5与振动组件2相连，具体的，其与凸台210的端面相连，且穿设在通孔410内。

进一步地，本实施例中，外壳1是分体式的结构，其包括基壳部12和外接壳部14，弹片4的外支架40连接在基壳部12的端面上，外接壳部14连接于弹片4的外支架40背离基壳部12的表面上，这样，外接壳部14的外端面和传振件5的外端面在竖直方向上更为接近，更便于外接壳部14和传振件5同时与人体等目标物接触，从而向人体提供触觉反馈，显然的，外接壳部14和传振件5在目标物上的作用区域相邻近。

可以理解的是，外接壳部14也可以直接与基壳部12相连。

作为一种优选的实施方式，外接壳部14呈环状，可以在一个环状区域内向人体传递振动，显然的，在外接壳部14和传振件5之间也可以设置如实施例2中所述的柔性件50，其覆盖外接壳部14和传振件5之间的开口区域，以增强保护效果，且能够随着传振件5的移动而变形，不影响振动组件2的振动。在其他实施例中，外接壳部14也可以是其他的形状，例如杆状，弧状等等。

实施例4

如图7所示，本实施例与实施例1的主要区别在于，触觉激励器包括两个传振件5，且其不包括端盖7。

两个传振件5分别位于振动组件2两端，如图7所示，两个传振件5分别连接在两个弹片4的内支架41上，且向外凸出。因此，两端的两个传振件5均能够对人体输出压力和位移，可以选择任意一个传振件5对人体产生触觉反馈，也可以设置成两个传振件5均对人体产生触觉反馈。

可以理解的是，两个传振件5也可以像实施例3中那样，连接在振动组件2的凸台210上，两个传振件5还可以一个连接在凸台210上，另一个连接在内支架41上。

显然的，实施例2中外壳1延伸至弹片4的构造以及实施例3中设置外接壳部14的结构，也可以应用至本实施例或者其他实施例中。

实施例5

如图8所示，本实施例与实施例4的主要区别在于，两个弹片4均设于内腔10内，与各自对应的开口端的端面间隔一定的距离，传振件5则与弹片4的内支架41相连，其部分位于内腔10内。

可以理解的是，外壳1的开口端的端面可以与传振件5的端面平齐，也可以高于或低于传振件5的端面，参考图8，传振件5的端面相对外壳1的第一开口端1a的端面更向外凸出，而外壳1的第二开口端1b的端面相对传振件5的端面更向外凸出。

实施例6

本实施例与实施例1的主要区别在于，本实施例中，传振件5通过其他部件间接的将振动传递至外部。如图9和图10所示，触觉激励器还包括转接件6，转接件6包括与传振件5相连的板部60和与板部60相连的延伸部61，延伸部61自板部60的外缘向着外壳1所在侧延伸，并与外壳1的外周面相对设置。振动组件2的振动能够通过转接件6向外传递，由转接件6将振动传递至目标物人体。显然的，当转接件6与目标物接触或者通过其他与转接件6相连的部件与目标物接触时，其能够将压力和位移传递给目标物。

作为一种优选的实施方式，转接件6的延伸部61呈环状，使得转接件6整体套设在外壳1外部，板部60封住延伸部61的一端。这样，转接件6可以对外壳1内的零部件起到更全面的保护作用，能够提高防水防尘的效果。在其他实施方式中，转接件6也可以呈杆状、弧状或者其他形状。

如图11所示，图11示出了一种实施方式的触觉激励器的输出曲线图，图中，虚线为转接件6的位移输出，实线为外壳1的加速度输出，转接件6主要输出共振频率以下的触觉激励（位移），外壳4则能够输出共振频率以上的触觉激励（加速度），当触觉激励器作用于人体时，能够给予人体全频段更丰富的触觉感受。

由于延伸部61的外端与端盖7的外端相邻，因此，延伸部61和端盖7能够同时与人体等目标物接触，进而对目标物传递各自的振动。作为一种优选的实施方式，当振动组件2处于初始位置时，延伸部61的第一端面62与端盖7的第二端面70平齐，以更全面的保护外壳4。进一步地，第一端面62和第二端面70之间还可以设置封住两者之间的开口区域的柔性件50，以起到更好的防水防尘效果。

实施例7

如上文所述，线圈3与振动组件2形成的振动结构不限。如图12所示，本实施例中，振动组件2包括两个磁体20和连接在两个磁体20之间的导磁件21，导磁件21呈板状。两个磁体20和导磁件21沿着振动方向排列设置，且两个磁体20同极相对设置，例如下方磁体设置为S极在上，N极在下，上方磁体设置成N极在上，S极在下。

外壳1设置有向内凸起的内凸件11，线圈3的数量为一个，其连接在内凸件11上且环绕于导磁件21的外部，在导磁件21的引导下，两个磁体20的磁感线能够集中的穿过线圈3，进而提高驱动力。当线圈3内通入交变电流时，振动组件2即在磁场力的作用下做往复运动。

本实施例中，磁体20和弹片4的内支架41之间连接有隔离件22，隔离件22隔开弹片4和磁体20，以避免磁体20对弹片4的变形产生不利影响。

可以理解的是，振动组件2除了通过多个零件连接而成之外，还可以设置成单个的零件，一体充磁形成两个磁体20和位于两个磁体20之间的导磁件21。

实施例8

本实施例与实施例7的区别在于，如图13所示，本实施例中，触觉激励器不包括端盖7，其包括两个传振件5，两个传振件5分别连接在两个弹片4的内支架41上且位于外壳1外部，以便于向外传递振动。

实施例9

本实施例与实施例7的区别在于，如图14所示，本实施例中，触觉激励器还包括转接件6，转接件6的结构和连接方式可以参考上文实施例6中的描述，此处不再赘述。

可以理解的是，本发明中，在没有冲突的情况下，某一实施例中的结构也可以应用于其他实施例中，并非仅能应用在该实施例中。

本发明还提出了一种可穿戴设备，其包括上文所述的触觉激励器。可穿戴设备例如是游戏手柄、手环、手套、头盔、腰带和衣物等。

上述仅为本发明的具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种触觉激励器，其特征在于，包括：

外壳（1），设有内腔（10）；

振动组件（2），活动设于所述内腔（10）内；

线圈（3），与所述外壳（1）相对固定，用于驱动所述振动组件（2）振动；

弹片（4），连接于所述外壳（1）和所述振动组件（2）之间；以及，

传振件（5），与所述振动组件（2）传动连接，所述振动组件（2）的振动通过所述外壳（1）和所述传振件（5）直接或间接地作用至目标物。

2.如权利要求1所述的触觉激励器，其特征在于，至少部分的所述传振件（5）相对所述弹片（4）更靠近所述内腔（10）的外侧，在所述振动组件（2）的振动过程中，所述传振件（5）至少部分延伸至所述内腔（10）外部，所述外壳（1）和所述传振件（5）直接或间接的与目标物接触。

3.如权利要求2所述的触觉激励器，其特征在于，所述外壳（1）设有开口端；

所述弹片（4）与所述开口端的端面相连；或者，

所述弹片（4）位于所述内腔（10）内，至少部分的所述外壳（1）相比所述弹片（4）更靠近所述内腔（10）的外侧。

4.如权利要求3所述的触觉激励器，其特征在于，其还包括连接于所述外壳（1）的开口端和所述传振件（5）之间的柔性件（50），所述柔性件（50）覆盖所述开口端和所述传振件（5）之间的开口区域。

5.如权利要求1所述的触觉激励器，其特征在于，其还包括转接件（6），所述转接件（6）包括与所述传振件（5）相连的板部（60）以及与所述板部（60）相连的延伸部（61），所述延伸部（61）与所述外壳（1）的外周面相对设置，所述外壳（1）和所述转接件（6）直接或间接的与目标物接触。

6.如权利要求5所述的触觉激励器，其特征在于，所述延伸部（61）呈环状，并环绕于所述外壳（1）的外部，所述板部（60）封住所述延伸部（61）的一端。

7.如权利要求1至6任一项所述的触觉激励器，其特征在于，所述外壳（1）设有分别位于两端的第一开口端（1a）和第二开口端（1b），所述触觉激励器包括两个分别位于所述振动组件（2）两端的传振件（5）。

8.如权利要求1至6任一项所述的触觉激励器，其特征在于，所述弹片（4）包括与所述外壳（1）相对固定的外支架（40）、与所述振动组件（2）相连的内支架（41）以及连接在所述外支架（40）和所述内支架（41）之间的弹性臂（42）；所述传振件（5）与所述内支架（41）相连，或者，所述传振件（5）与所述振动组件（2）相连。

9.如权利要求1至6任一项所述的触觉激励器，其特征在于，其包括两个弹片（4），两个所述弹片（4）分别连接在所述振动组件（2）的两端。

10.如权利要求9所述的触觉激励器，其特征在于，所述外壳（1）设有分别位于其两端的第一开口端（1a）和第二开口端（1b），两个所述弹片（4）分别设于所述第一开口端（1a）和所述第二开口端（1b）处。

11.如权利要求1至6任一项所述的触觉激励器，其特征在于，所述振动组件（2）包括磁体（20）和分别连接于所述磁体（20）两端的两个导磁件（21），所述磁体（20）的磁极沿着振动方向设置，所述触觉激励器包括两个线圈（3），两个所述线圈（3）分别环绕于两个所述导磁件（21）外部，通入两个所述线圈（3）内的电流方向相反。

12.如权利要求1至6任一项所述的触觉激励器，其特征在于，所述振动组件（2）包括两个磁体（20）和位于两个所述磁体（20）之间的导磁件（21），两个所述磁体（20）的磁极均沿着振动方向设置，且两个所述磁体（20）同极相对设置，所述线圈（3）环绕于所述导磁件（21）外部。

13.一种可穿戴设备，其特征在于，包括如权利要求1至12任一项所述的触觉激励器。

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