KR20180079203A - 캔틸레버 빔 및 스마트 재료를 갖는 관성 햅틱 액추에이터들 - Google Patents

캔틸레버 빔 및 스마트 재료를 갖는 관성 햅틱 액추에이터들 Download PDF

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만수르 알그후네
바히드 코쉬카바
후안 마누엘 크루즈-헤르난데즈
네일 티. 올리엔
로버트 에이. 라크루아
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

햅틱 액추에이터는 베이스 및 베이스에 의해 적어도 부분적으로 서스펜딩되는 햅틱 변환기를 포함한다. 햅틱 변환기는 기판 및 기판에 동작가능하게 연결되는 스마트 재료를 포함한다. 스마트 재료는 결정된 주파수를 갖는 전기 신호에 응답하여 공진을 갖고, 공진은 햅틱 변환기로 하여금 진동하게 하고 햅틱 효과를 전달하게 한다.

Description

캔틸레버 빔 및 스마트 재료를 갖는 관성 햅틱 액추에이터들{INERTIAL HAPTIC ACTUATORS HAVING A CANTILEVERED BEAM AND A SMART MATERIAL}
일반적인 표현으로, 본 특허 문서는 햅틱 액추에이터들에 관한 것으로, 특히 캔틸레버 빔 및 스마트 재료를 갖는 관성 햅틱 액추에이터들에 관한 것이다.
선형 공진 햅틱 액추에이터들은 많은 상이한 타입들의 휴대용 전자 디바이스들을 포함하는 다양한 응용들에 사용된다. 이러한 액추에이터들은 통상 피에조 벤더들이며, 피에조 벤더들은 압전 변환기에 의해 형성되는 층을 갖는 서스펜딩된 빔들이다. 전압을 압전 변환기에 인가하는 것은 변환기로 하여금 진동하게 하며, 그것은 결국 빔을 진동시켜 햅틱 효과를 전달한다. 이러한 타입들의 햅틱 액추에이터들은 크리스프 퍼포먼스(crisp performance)를 전달하지만, 변환기들은 전형적으로 세라믹을 포함하고 깨지기 쉽다. 어떤 것에 낙하되거나 부딪치는 것으로부터의 급격한 충돌은 통상 변환기로 하여금 파손되게 하며, 그것은 햅틱 액추에이터가 동작하고 햅틱 효과들을 전달하는 것을 불가능하게 한다.
본 특허 문서의 일 양태는 베이스 및 베이스에 의해 적어도 부분적으로 서스펜딩되는 햅틱 변환기를 포함하는 햅틱 액추에이터이다. 햅틱 변환기는 기판 및 기판에 의해 지지되는 스마트 재료 구성요소를 갖는다. 스마트 재료 구성요소는 스마트 재료를 갖고, 스마트 재료는 캡슐화된다. 햅틱 변환기는 결정된 주파수를 갖는 전기 신호에 응답하여 공진을 갖고, 공진은 햅틱 변환기로 하여금 진동하게 하고 햅틱 효과를 전달하게 한다.
다른 양태는 햅틱 액추에이터를 갖는 장치이다. 장치는 하우징, 하우징에 위치되는 컨트롤러, 및 하우징 내에 위치되고 적어도 부분적으로 캔틸레버되는 햅틱 액추에이터를 포함한다. 햅틱 액추에이터는 컨트롤러에 전기적으로 연결되고 기판 및 기판에 의해 지지되는 스마트 재료 구성요소를 갖는다. 스마트 재료 구성요소는 스마트 재료를 갖고, 스마트 재료는 캡슐화된다. 햅틱 변환기는 결정된 주파수를 갖는 전기 신호에 응답하여 공진을 갖는다. 공진은 햅틱 변환기 및 하우징으로 하여금 진동하게 하여 햅틱 효과를 전달하게 한다.
다른 양태는 햅틱 효과를 발생시키는 방법이다. 방법은 전기 신호를 캡슐화된 스마트 재료에 인가하는 단계; 전기 신호를 인가하는 것에 응답하여 기판을 진동시키는 단계; 및 기판을 진동시키는 것에 응답하여 햅틱 효과를 전달하는 단계를 포함한다.
도 1은 햅틱 액추에이터의 상부 등측도이다.
도 2는 도 1에 예시되는 햅틱 액추에이터의 측면도이다.
도 3a는 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터에 대한 스마트 재료 제작물의 분해 등측도이다.
도 3b는 라인 3B-3B을 따라 절취되는, 도 3a에 예시되는 스마트 재료 제작물의 측면도이다.
도 4a는 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터에 대한 스마트 재료 제작물의 대안 실시예의 분해 등측도이다.
도 4b는 라인 4B-4B를 따라 절취되는, 도 4a에 예시되는 대안 스마트 재료 제작물의 측면도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터의 대안 실시예의 측면도이다.
도 6은 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터의 다른 대안 실시예의 측면도이다.
도 7은 도 6에 예시되는 햅틱 액추에이터의 대안 실시예의 측면도이다.
도 8은 도 6에 예시되는 햅틱 액추에이터의 다른 대안 실시예의 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시되는 베이스들을 더 상세히 예시한다.
도 10은 햅틱 액추에이터가 선택적으로 진동하게 하는 다른 구조체에 근접하여 위치되는 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터의 측면도이다.
도 11은 도 1 내지 도 8에 예시되는 햅틱 액추에이터들의 동작을 제어하는 컨트롤러의 기능 블록도이다.
다양한 실시예들은 유사한 참조 번호들이 수개의 도면들 도처에서 유사한 부분들 및 어셈블리들을 표현하는 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 다양한 실시예들에 대한 참조는 이에 첨부되는 청구항들의 범위를 제한하지 않을 것이다. 부가적으로, 본 명세서에 제시되는 임의의 예들은 제한적이도록 의도되지 않고 첨부된 청구항들에 대한 많은 가능한 실시예들 중 일부만을 제시한다.
적절할 때마다, 단수로 사용되는 용어들은 또한 복수를 포함하고 역도 또한 같을 것이다. 본원에서의 "하나의(a)"의 사용은 달리 명시되지 않는 한 또는 "하나 이상의"의 사용이 분명히 부적절한 경우에 "하나 이상"을 의미한다. "또는"의 사용은 달리 명시되지 않는 한 "및/또는"을 의미한다. "포함한다(comprise, comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(include, includes)", "포함하는(including)", "갖는다", 및 "갖는"의 사용은 교환가능하고 제한적이도록 의도되지 않는다. 용어 "예컨대"는 또한 제한적이도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 용어 "포함하는"은 "포함하지만, 제한되지 않는"을 의미할 것이다.
일반적인 표현으로, 본 특허 문서는 캔틸레버 빔으로 형성되는 내구성 및 충격 방지 벤더를 갖는 관성 또는 선형 공진 햅틱 액추에이터들과 관련된다. 캔틸레버 빔은 기판 및 스마트 재료 어셈블리를 가지며, 그것은 사용자에게 전달을 위한 햅틱 효과를 발생시키기 위해 외부 자극 예컨대 전기 신호, 전기 필드, 또는 자기 필드 온도에 의해 자극될 때 벤딩된다. 본 특허 문서는 또한 빔의 공진 주파수의 더 정확한 튜닝을 가능하게 하기 위해 제어된 감쇠를 제공하는 캔틸레버 빔을 서스펜딩하기 위한 구조체들과 관련된다.
종래의 압전 벤더들에 비해, 본원에 개시되는 벤더들을 사용하는 햅틱 액추에이터들은 상당히 더 충격 방지되고 내구성이 있다. 따라서, 햅틱 액추에이터들에 대한 벤더들을 사용하는 전자 디바이스들의 제조자들은 파손을 방지하기 위해 빔들의 이동을 인공적으로 제한하거나 빔들의 이동을 다른 방법으로 감쇠시킬 필요는 없다. 제조자들은 내구성 또는 충격 방지를 증가시키기 위해 더 두껍거나, 더 짧거나, 더 넓은 캔틸레버 빔들을 제조할 필요는 없다. 그 다음, 제조자들은 더 강하고 매우 다양한 햅틱 효과들을 전달하기 위해 진동할 때 상당한 가속도, 굴곡, 및 변위를 발생시키는 햅틱 액추에이터들을 디자인하고 구현할 수 있다. 또한, 그들은 비교적 더 적은 전력 소비를 필요로 하는 햅틱 액추에이터들을 디자인할 수 있다. 본원에 개시되는 캔틸레버 빔들 및 서스펜션들은 또한 햅틱 액추에이터를 원하는 공진 주파수로 튜닝할 때 더 큰 가요성을 제공한다.
햅틱 효과는 사람에게 전달되는 임의의 타입의 촉각 감각일 수 있다. 일부 실시예들에서, 햅틱 효과는 햅틱 가능 물품 또는 다른 통지들과 사용자의 상호작용의 정보 예컨대 큐, 통지, 피드백 또는 확인을 구체화한다. 일부 실시예들에서, 햅틱 효과는 더 복잡한 메시지 또는 다른 정보를 구체화할 수 있다. 대안 실시예들에서, 햅틱 효과는 물리 성질 또는 효과 예컨대 마찰, 흐름, 및 디텐트들을 시뮬레이션함으로써 디바이스와 사용자의 상호작용을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 선형 공진 햅틱 액추에이터(100)의 예시적 실시예는 기판(102), 기판(102)의 표면을 따라 층화되는 스마트 재료 제작물(104), 및 기판(102)을 지지하는 베이스 또는 지지체(106)를 갖는다. 기판(102) 및 스마트 재료 제작물(104)은 베이스(106)에 의해 지지되고 베이스에서 캔틸레버되는 빔(108) 구조체를 형성한다. 적어도 하나의 실시예에서, 그리고 본원에 더 상세히 개시되는 바와 같이, 스마트 재료 제작물(104)은 스마트 재료 및 전기 신호를 수신하고 스마트 재료에 인가되는 전기 필드를 발생시키는 적어도 한 쌍의 전극들을 포함한다. 대안 실시예들에서, 스마트 재료 제작물(104)은 기판(102)의 하단 표면을 따라 배치될 수 있거나, 햅틱 액추에이터는 2개의 스마트 재료 제작물들을 포함할 수 있으며 하나는 기판의 일 표면을 따라 위치되고 다른 것은 기판(102)의 반대로 배치된 표면을 따라 위치된다.
스마트 재료 제작물(104)의 대안 실시예들은 다양한 실시예들을 가질 수 있다. 이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 예를 들어, 스마트 재료 제작물(104)의 가능한 실시예는 제1 세트의 전극들(107a 및 107b), 제2 세트의 전극들(109a 및 109b), 및 제1 및 제2 세트의 전극들 사이의 스마트 재료 구성요소(111)를 갖는 매크로 섬유 복합재(macro fiber composite)(MFC)이다. 스마트 재료 구성요소(111)는 복수의 매크로 섬유들(1131 내지 113n) 또는 다른 타입들의 세장형 부재들을 갖는다. 적어도 일부 실시예들에서, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 서로 병행하여 배열되므로 그들은 비자극되거나 이완된 상태에 있을 때 동일한 평면 상에 놓여지고 따라서 벤딩되지 않는다. 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 실질적으로 전극들(107a, 107b 및 109a, 109b)의 일단부로부터 전극들의 타단부로 나오는 길이를 갖는다. 부가적으로, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 실질적으로 정사각형 또는 직사각형인, 그들의 길이(l)에 대한 단면을 갖는다. 스마트 재료가 전기 필드에 노출될 때 스마트 재료에 의해 발생되는 차단력은 방정식 1에 의해 정의된다:
Fmax=(E*AΔL)/l (1)
여기서, Fmax는 매크로 섬유들의 차단력이고, E*는 매크로 섬유들에 대한 유효 탄성률이고, A는 매크로 섬유들의 단면적이고, ΔL은 매크로 섬유들에 대한 변위이고, l은 매크로 섬유들의 길이이다. 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 길이 및 단면적을 최대화하는 장점은 그들이 주어진 전기 필드에 노출될 때, 매크로 섬유들에 대한 차단력 및 변위 크기가 최대화된다는 것이다. 그러나, 대안 실시예들은 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 대해 상이한 구성들을 갖는다. 예를 들어, 단면적은 직사각형이 아닌 원형, 타원형, 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 부가적으로, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 길이(l)는 전극들(107a, 107b 및 109a, 109b)의 길이보다 더 길거나 더 짧을 수 있다. 부가적으로, 각각의 매크로 섬유(1131 내지 113n)는 고체 스마트 재료 구조체 예컨대 고체 압전세라믹 또는 다른 스마트 재료일 수 있다. 대안적으로, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 스마트 재료의 인접 층들 사이에 전극과 같은 대안 재료의 층들을 가지면서 스마트 재료의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이모르프 매크로 섬유는 스마트 재료의 각각의 층 사이에 전극을 가지면서 압전세라믹 또는 다른 스마트 재료의 2개의 층들을 포함할 수 있다. 다른 실시예는 스마트 재료의 2개보다 많은 층들을 포함할 수 있다.
스마트 재료 구성요소가 13 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 갖는 것으로 예시되지만, 대안 실시예들은 상이한 수들의 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 가질 수 있다. 부가적으로, 매크로 섬유들이 본원에 논의되지만, 스마트 재료는 대안 구조체들 예컨대 마이크로 섬유들을 갖거나 가능하게 심지어 나노미터 스케일일 수 있다. 스마트 재료에 대한 구조체들의 다른 예들은 그들이 두꺼운 것보다 실질적으로 더 넓은 복수의 로드들, 플래너 패널들, 및 슬랫들을 포함한다.
매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 가요성이고 매크로 섬유들이 벤딩되는 것을 허가하는 매크로 섬유 복합재(MFC)를 형성하기 위해 에폭시 또는 다른 재료로 캡슐화(101)된다. 세장형 로드들을 캡슐화하기 위해 사용될 수 있는 에폭시의 일 예는 Loctite™ 브랜드 에폭시 EA-120HP를 포함한다. 낮은 레벨의 감쇠 및 높은 강성을 갖는 에폭시들 및 재료들을 포함하는, 다른 에폭시들 및 재료들은 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 캡슐화하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 여러가지 상이한 기술들에 의해 캡슐화될 수 있다. 예를 들어, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 에폭시로 몰딩될 수 있다. 대안 실시예에서, 에폭시는 3D 프린팅 기술들을 사용하여 프린팅된다. 또 다른 실시예들에서, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 보호 기판 예컨대 폴리이미드 필름 상에 퇴적되고, 에폭시는 매크로 섬유들 사이에 추가되고, 다른 보호 기판 예컨대 다른 폴리이미드 필름은 섬유들의 상단 위로 층화된다. 또 다른 실시예들에서, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 제2 세트의 전극들(109a 및 109b) 또는 기판(102)에 직접 위치되고 그 다음에 캡슐화 재료는 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 통해 형성되어 그것은 기판(102)의 표면으로부터 그 다음에 매크로 섬유들(1131 내지 113n) 위에서 수평으로 연장된다. 이러한 실시예에서, 기판(102)은 캡슐화(101)의 일부를 형성한다.
스마트 재료의 단일 유닛 대신에 복수의 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 갖는 것 및 그 다음에 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 캡슐화(101)하는 것은 내구성을 햅틱 액추에이터(100)에 제공한다. 예를 들어, 매크로 섬유(1131 내지 113n)가 크래킹되면, 크랙은 하나의 매크로 섬유(1131 내지 113n)에 대해 분리되고 다른 매크로 섬유들(1131 내지 113n)로 확산되지 않으며, 그것은 손상되지 않고 완전히 사용할 준비가 갖춰진다. 부가적으로, 에폭시는 전기 필드에 노출될 때 계속 벤딩하고 기능할 수 있도록 크래킹된 매크로 섬유(1131 내지 113n)를 함께 유지하지만, 차단력은 크래킹된 매크로 섬유(1131 내지 113n)를 위해 감소될 수 있다. 이러한 구조체는 세라믹계 압전 재료를 사용하는 종래의 햅틱 벤더들과 비교할 때 심지어 세라믹계 압전 재료의 사용이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하고 높은 레벨의 내구성 및 신뢰성을 여전히 제공할 수 있게 한다.
제1 세트의 전극들 내의 각각의 전극(107a 및 107b)은 제1 필름(115) 상에 실장되고 메인 리드 또는 트레이스(117a 및 117b) 각각을 가지며, 이 메인 리드 또는 트레이스는 스마트 재료 구성요소(111)의 길이를 따라 연장된다. 복수의 전극 핑거들(119a 및 119b) 각각은 메인 리드들(117a 및 117b) 각각으로부터 연장되고, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 직교하거나 90°이다. 제1 세트의 전극들 내의 전극들(107a 및 107b)은 대향하고 제1 및 제2 전극들(107a 및 107b)로부터의 전극 핑거들(119a 및 119b) 각각은 대향 전극(107b 및 107a) 각각의 트레이스를 향해 교대되고 연장되어, 전극 핑거들은 서로 맞물린다. 제2 세트의 전극들(109a 및 109b)은 제2 필름(121) 상에 실장되고 제1 및 제2 전극들(107a 및 107b)과 실질적으로 유사하고 또한 메인 리드들(123a 및 123b) 각각, 및 서로 맞물린 전극 핑거들(125a 및 125b) 각각을 갖는다. 적어도 일부 실시예들에서, 제1 세트의 전극들(107a 및 107b)에 대한 전극 핑거들(119a 및 119b)은 제2 세트의 전극들(109a 및 109b)에 대한 전극 핑거들(125a 및 125b) 각각과 대향한다.
부가적으로, 전극 핑거들(119a 및 119b)이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 직교하는 것으로 예시되지만, 전극 핑거들 및 매크로 섬유들은 전극 핑거들(119a 및 119b) 사이에 흐르는 전기 필드가 매크로 섬유들의, 길이(l)를 따라 흐르거나 방사하는 벡터를 갖는 한 90°보다 서로에 대한 각진 배향을 갖는다.
동작에서, 제1 및 제2 세트들의 전극들(107a, 107b 및 109a, 109b)은 적어도 2개의 가능한 조합들로 가압될 수 있다. 도 3b를 여전히 참조하면, 예를 들어, 각각의 세트의 전극들 내의 제1 전극(107a 및 109a)은 하나의 극성을 갖는 전기 신호로 가압될 수 있고 각각의 세트의 전극들 내의 제2 전극(107b 및 109b)은 제1 신호와 180°위상이 다른 전기 신호 또는 반대 극성으로 가압될 수 있다. 이러한 실시예에서, 전기 필드(127)는 음의 극성을 갖는 전극 쌍 내의 각각의 전극 핑거로부터 양의 극성을 갖는 전극 쌍 내의 인접 전극 핑거들로 지향된다. 햅틱 구동 신호가 발진하면, 제1 및 제2 전극들의 극성은 양과 음 사이에서 교대로 시트프할 것이다. 대안 실시예들은 180°와 다른 위상 시프트를 갖지만, 서로에 대해 여전히 위상이 다른 신호들에 의해 각각의 세트의 전극들 내의 전극들(107a, 107b 및 109a, 109b)을 가압할 것이다. 예를 들어, 전극들(107a)은 양의 극성을 가질 것인 반면에 전극(107b)은 음의 극성을 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 스마트 재료 제작물(105)의 대안 실시예를 예시한다. 이러한 실시예는 도 3a 및 도 3b에 예시되는 스마트 재료 제작물(105)과 실질적으로 유사하고, 제1 및 제2 전극들(129 및 131) 사이에 위치되는 스마트 재료 구성요소(111)를 포함한다. 스마트 재료 구성요소(111)는 도 3a 및 도 3b에 예시되는 스마트 재료 구성요소와 유사하고 캡슐화(101)되는 복수의 매크로 섬유들(1131 내지 113n) 또는 유사한 세장형 부재들을 포함한다. 스마트 재료 구성요소(111)는 제1 및 제2 대향 표면들(133 및 135)을 갖는다.
제1 및 제2 전극들(129 및 131)은 스마트 재료 구성요소(111)의 제1 및 제2 대향 표면(133 및 135)과 동일한 공간에 걸친다. 예시적 실시예에서, 제2 전극(131)은 스마트 재료 구성요소(111)와 기판(102) 사이에 위치되거나 층화된다. 대안 실시예에서, 기판(120)은 전기 전도성 재료로 형성되고 제2 전극의 기능을 한다. 동작에서, 햅틱 구동 신호는 제1 및 제2 전극들(129 및 131)에 인가되며 햅틱 구동 신호는 제1 전극(129)에 인가되는 하나의 위상을 갖고 햅틱 구동 신호는 반전되므로 그것의 위상은 제2 전극(131)에 인가되기 전에 180°시프트된다. 이러한 방식으로, 제1 및 제2 전극들(129 및 131)은 반대 극성을 가질 것이다. 햅틱 구동 신호가 발진하면, 제1 및 제2 전극들의 극성은 양과 음 사이에서 교대로 시프트할 것이다. 대안 실시예들은 180°와 다른 위상 시프트를 갖지만, 서로에 대해 여전히 위상이 다른 신호들로 각각의 세트의 전극들 내의 전극들(107a, 107b 및 109a, 109b)을 가압할 것이다. 예를 들어, 전극들(107a)은 양의 극성을 가질 것인 반면에 전극(107b)은 음의 극성을 갖는다.
이러한 구성에서, 제1 및 제2 전극들(129 및 131)은 제1 및 제2 전극들(129 및 131) 사이에 전달되고 매크로 섬유들의, 길이(l)에 직교하는 방법으로 스마트 재료 구성요소(111) 내의 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 통과하는 전기 필드(137)를 발생시킨다. 예시적 실시예에서, 햅틱 구동 신호는 제1 및 제2 전극들(129 및 131) 사이에 전달되고 스마트 재료 구성요소(111)를 통과하는 전기 필드(137)가 실질적으로 균일하도록 제1 및 제2 전극들(129 및 131)에 인가된다. 대안 실시예들은 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 길이를 따르는 일 부분이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 길이의 상이한 부분과 상이한 차단력을 갖기 위해 전극들(129 및 131)이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의, 길이(l)를 따라 경사도 또는 변화되는 진폭을 갖는 전기 필드를 발생시키도록 햅틱 구동 신호를 제1 및 제2 전극들(129 및 131)에 인가한다.
제1 및 제2 전극들(129 및 131)이 직사각형이고 스마트 재료 구성요소(111)의 표면들과 동일한 공간에 걸치는 것으로 예시되지만, 대안 실시예들은 스마트 재료 구성요소(111)의 표면에 대해 상이한 형상들 및 상이한 크기들을 갖는 전극들을 가질 수 있다. 부가적으로, 각각의 전극(129 및 131)은 액추에이터 구동 신호로부터 개별 신호를 각각 수신하는 개별 세그먼트들을 가질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 전극(129 및 131)에 대한 세그먼트들은 스마트 재료 구성요소(111)의 일 측면 상의 전극 세그먼트들이 하나의 극성을 갖고 스마트 재료 구성요소(111)의 반대 측면 상의 전극 세그먼트들이 반대 극성을 갖도록 햅틱 액추에이터 컨트롤러에 연결된다. 개별 전극 세그먼트들을 갖는 것은 상이한 진폭들의 햅틱 구동 신호들이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의, 길이(l)를 따라 인가될 수 있게 하며, 그것은 전기 필드의 진폭이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 길이를 따라 변화될 수 있게 한다.
이제 도 3b 및 도 4b를 참조하면, 스마트 재료 구성요소(111) 내에 매크로 섬유(1131 내지 113n)를 형성하는 스마트 재료는 외부 자극 예컨대 전기 신호, 전기 필드, 자기 필드, 또는 온도에 의해 자극될 때 팽창하거나 수축하는 재료이다. 동작에서, 그리고 본원에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 전기 필드는 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 인가된다. 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하는 스마트 재료는 전기 필드의 극성 또는 방향에 따라, 전기 필드에 응답하여 팽창하거나 수축한다. 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하는 스마트 재료가 기판(102)에 대해 고정되기 때문에, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)은 스마트 재료가 팽창할 때 일 방향으로 벤딩되고 스마트 재료가 수축할 때 반대 방향으로 벤딩된다. 필드가 발진 파형에 의해 발생될 때, 필드는 스마트 재료로 하여금 반복적으로 팽창하고 수축하게 하고 따라서 매크로 섬유들(1131 내지 113n) 및 그러므로 빔(108)으로 하여금 방향들 사이에서 앞뒤로 벤딩되게 하며, 그것은 결국 캔틸레버 빔(108)으로 하여금 진동하게 한다. 대안적으로, 비교대 필드는 빔(108)으로 하여금 벤딩하게 하고 그것의 위치를 유지하게 하기 위해 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 인가될 수 있으며, 그것은 햅틱 효과들 예컨대 클리킹 감각, 가상 디텐트, 가상 버튼, 및 유사한 비진동 햅틱 효과들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 원리는 본원에 설명되는 바와 같이 스마트 재료가 매크로 섬유들(1131 내지 113n)로 형성되는 실시예들 및 스마트 재료가 매크로 섬유들과 다른 구조체들로 형성되는 대안 실시예들에 적용된다.
예시적 실시예에서, 전기 신호의 전위는 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하는 스마트 재료로 하여금 빔(108)을 빔(108)의 고유 또는 공진 주파수에서 또는 이 주파수 근방에서 진동하게 하기에 충분히 강한 전기 필드를 발생시키는 값을 갖는다. 이러한 주파수에서 진동하는 것은 빔(108)으로 하여금 기계 공진을 경험하게 하고 (빔(108)을 비공진 주파수들에서 진공하는 것에 대해) 최대 편향을 빔(108)의 길이에 직교하는 방향으로 갖게 한다. 적어도 일부 실시예들에서, 빔(108)의 편향의 가속도는 약 4 G 내지 약 9 G의 범위이지만, 다른 실시예들은 4 G보다 더 작거나 9 G보다 더 큰 가속도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔은 약 100 G 이하의 범위인 가속도를 가질 수 있다. 그 결과, 빔(108)의 진동의 진폭은 빔(108)이 비공진 주파수에서 진동할 때보다 기계 공진에서 더 크다. 적어도 일부 실시예들에서, 빔이 진동하는 공진 주파수는 약 100 Hz 내지 약 200 Hz의 범위이지만, 다른 실시예는 100 Hz보다 더 낮거나 200 Hz보다 더 높은 공진 주파수를 가질 것이다. 대안 실시예들에서, 빔(108)은 비공진 주파수에서 진동한다.
부가적으로, 빔(108)의 공진 주파수는 빔(108)이 더 짧으면 더 높고, 공진 주파수는 빔(108)이 더 길면 더 낮다. 그 결과, 더 높은 전압은 편향의 양을 증가시키기 위해 더 짧은 빔들(108)을 위해 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 인가되어야 한다. 본원에 개시되는 바와 같은 다양한 실시예들에서, 빔(108) 및 베이스(106)의 물리 특성들은 빔(108)의 고유 주파수 및 감쇠을 튜닝하기 위해 조정될 수 있다. 빔의 감쇠가 더 낮을수록, 고유 주파수가 공진 주파수에 더 가까워질 것이다. 빔의 질량의 포함하기 위해 조정될 수 있는 빔(108)의 물리 특성들; 필요하다면, 빔에 추가되는 보충 질량의 양; 빔의 길이, 폭, 및 두께; 빔의 길이 및 폭을 따르는 질량의 분포. 빔을 제작하기 위해 사용되는 재료, 및 빔 내의 층들의 수. 따라서, 물리 특성들은 빔(108)의 공진 주파수를 감소시키고 더 짧은 빔들(108)의 사용을 가능하게 하기 위해 조정될 수 있다. 더 짧은 빔(108)은 더 적은 공간을 필요로 하고 더 작은 전자 디바이스들의 디자인을 가능하게 한다. 햅틱 액추에이터(100)는 또한 공진 주파수를 낮추기 위해 튜닝될 수 있으므로 더 적은 전압은 빔(108)으로 하여금 벤딩하게 하고 햅틱 효과를 전달하게 하도록 요구된다. 빔(108)은 또한 빔(108)의 길이와 다른 물리 특성들을 조정함으로써 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 빔(108)의 두께는 빔(108)의 공진 주파수를 변경하기 위해 조정될 수 있다. 다른 예에서, 스마트 재료의 타입 또는 조성물은 또한 빔(108)이 공진하는 주파수를 변경할 수 있고 스마트 재료는 빔(108)을 튜닝하기 위해 선택될 수 있다. 빔(108)의 물리 특성들은 또한 공진 주파수를 증가시키기 위해 조정될 수 있다. 햅틱 액추에이터(100)의 공진 주파수는 상이한 이유들 예컨대 햅틱 효과들을 전달하는 성능 표준들을 충족하는 것; 전자 디바이스 내에서 요건들을 패키징하는 빔(108)의 길이 및 전체 크기를 최적화하는 것; 햅틱 액추에이터(100)의 전력 소비를 최소화하는 것, 또는 디자인 사양들 내에 전력 소비를 적어도 맞추는 것; 및 결정된 예산들 내에 제조 비용들을 맞추는 것을 위해 튜닝될 수 있다.
적어도 일부 실시예들에서, 햅틱 액추에이터(100)의 빔(108)은 약 3200 N/m 이하의 범위인 강성을 갖는다. 이러한 범위에서의 구조체의 강성은 빔(108)이 사용자에 의해 느껴질 수 있는 진동의 레벨을 갖게 할 수 있다. 대안 실시예들은 약 800 N/m 이상의 범위인 강성을 가질 수 있다. 다른 대안 실시예는 약 500 N/m 내지 약 4000 N/m의 범위인 강성을 가지며, 그것은 전기 자극이 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 인가될 때 진동하기에 충분한 가요성을 제공하고 햅틱 액추에이터(100)를 포함하는 디바이스가 이동하고 있고 어떠한 전기 자극도 매크로 섬유들(1131 내지 113n)에 인가되지 않을 때 최소 진동을 갖는다.
부가적으로, 빔(108)은 관성 질량의 기능을 하고 진동 빔(108)이 관성력의 레벨을 그들로 하여금 사용자가 느낄 수 있는 진폭에서 진동하게 하기에 충분한 인접 구조체들(예를 들어, 하우징, 터치 표면)에 전달하기에 충분히 큰 질량을 갖는다. 근접 구조체들을 진동시키기에 충분한 관성력을 생성하도록 요구되는 질량의 양은 적용간에 변화될 수 있다.
빔(108)의 질량은 원하는 햅틱 효과를 사용자에게 전달하기 위해 햅틱 액추에이터(100)의 진동을 튜닝하도록 변화될 수 있다. 빔(108)의 질량은 빔(108)의 치수들을 변경하거나, 스마트 재료 구성요소(111)를 제작하기 위해 상이한 재료들 또는 구조체들을 사용하거나, 기판(102)에 대해 상이한 재료들을 사용하거나, 보충 관성 질량(도시되지 않음)을 빔(108)에 추가함으로써 변화될 수 있다. 부가적으로, 빔의 질량 분포 및 빔(108)의 길이 또는 폭을 따르는 임의의 보충 질량의 위치는 햅틱 액추에이터(100)를 더 튜닝하기 위해 조정될 수 있다. 베이스(106)에서 떨어져서 분포되는 질량이 더 많을수록 빔의 고유 주파수가 더 낮아지고 빔의 공진 주파수가 더 낮아진다.
본원에 주목되는 바와 같이, 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하기 위해 사용되는 스마트 재료는 외부 자극 예컨대 전기 필드를 기계 운동으로 변환하는 재료이다. 전기 필드가 스마트 재료에 인가될 때, 그것은 스마트 재료 내의 분자들로 하여금 함께 더 가깝게 이동하게 하므로 스마트 재료는 분자들을 수축하게 하거나 분자들로 하여금 더 멀리 떨어지게 이동하게 하므로 스마트 재료는 팽창한다. 스마트 재료를 수축하는 것은 기판(102)을 일 방향으로 벤딩하고 스마트 재료를 팽창하는 것은 기판(102)을 반대 방향으로 벤딩한다. 햅틱 구동 신호가 발진할 때, 벤딩의 양은 발진 신호의 진폭 및 극성에 따라 변화하여 스마트 재료로 하여금 팽창하고 수축하게 하고 기판(102) 및 따라서 빔(108)으로 하여금 위 및 아래로 진동하게 하거나 편향하게 한다. 일부 스마트 재료에 대해, 벤딩의 방향은 또한 햅틱 구동 신호의 극성에 따라 변화할 수 있다.
기판(102)이 전기 전도성이고 전극으로 동작하는 실시예들에서, 스마트 재료 제작물(104)은 에폭시, 접착제, 또는 임의의 다른 적절한 기술을 사용하여 기판(102)의 표면에 본딩되거나 다른 방법으로 부착된다. 햅틱 액추에이터(100)를 제조하는 대안 공정들에서, 제2 전극(들)은 패턴닝, 서브트랙티브, 에디티브, 및 세미 에디티브 공정들을 포함하는 임의의 타입의 공정을 사용하여 기판(102)의 표면 위로 프린팅되거나 기판(102)의 표면 위로 퇴적될 수 있다. 예들은 실크 스크린 프린팅, 광식각, 밀링, 레이저 레지스트 어블레이션, 프린팅, 및 화학 퇴적 및 에칭을 포함한다. 전극은 기판 상에 형성될 수 있고 스마트 재료 구성요소는 전극 위에 도포된다. 대안적으로, 제2 전극은 전극을 필름 상에 형성한 다음에 필름을 스마트 재료 구성요소(111)에 접착하는 대신에 유사한 기술들을 사용하여 스마트 재료 구성요소(111)의 하부 표면에 도포될 수 있다. 제1 전극을 스마트 재료 구성요소(111)의 상부 표면에 도포하기 위해 얇은 필름을 사용하는 대신에, 제1 전극은 제2 전극을 형성하고 그것을 기판(102) 또는 스마트 재료 구성요소(111)의 표면에 도포하는 것에 대해 본원에 설명되는 것들과 유사한 공정들을 사용하여 형성되고 스마트 재료 구성요소(111)에 도포될 수 있다.
햅틱 액추에이터(100)를 제조하는 또 다른 대안 공정들에서, 스마트 재료 구성요소는 3D 또는 잉크젯 프린팅 기술들을 사용하여 형성되고 기판(102)에 도포될 수 있다. 프린팅 기술들을 사용할 때, 캡슐화 및 매크로 섬유들 둘 다는 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 캡슐화 또는 매크로 섬유들 중 어느 하나만이 프린팅에 의해 형성되고, 다른 비프린팅 기술들은 스마트 재료 구성요소의 다른 부분들을 형성하기 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, 기판(102)은 또한 프린팅 기술들을 사용하여 제조될 수 있다. 스마트 재료 제작물(104) 및 기판(102)은 결합을 증가시키고, 빔(108)을 더 적게 부러지게 하고 따라서 물리 충격에 더 견디게 하기 위해 프린팅 후에 어닐링될 수 있다.
스마트 재료 제작물 및 스마트 재료 구성요소를 형성하고, 그들을 기판에 부착하는 다른 기술들 또는 공정들이 가능하며, 기판(102) 위로 재료들의 열경화, 전착, 또는 화학 퇴적을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 스마트 재료 구성요소(111)는 기판(102)의 전체 표면(110)과 동일한 공간에 걸치고 이 전체 표면을 커버하거나 대안적으로 기판(102)의 표면(110)의 일부를 단지 커버할 수 있다. 부가적으로, 스마트 구성요소(111)는 두께들의 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 스마트 재료 구성요소(111)의 두께는 약 0.5 mm 이하의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 스마트 재료 구성요소(111)의 두께는 약 1 mm 이상의 범위일 수 있다. 또 다른 예들에서, 두께는 약 0.1 mm 내지 약 2 mm의 범위이다. 이러한 범위들에서의 두께들은 적어도 1 m의 높이로부터 햅틱 액추에이터(100)의 낙하 테스트를 견뎌 내기 위해 경량이고, 충격 방지이고, 내구성이 있는 매우 얇은 내구성 햅틱 액추에이터(100)를 제공한다.
부가적으로, 스마트 재료 구성요소(111)는 적어도 일부 실시예들에서 약 3200 N/m 이하의 탄성률을 가지며, 다른 실시예들은 약 800 이상의 범위인 탄성률을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 스마트 재료 구성요소(111)는 약 500 N/M 및 4000 N/m의 범위인 탄성률을 갖는다. 탄성률이 더 낮을수록, 스마트 재료 구성요소(111)의 벤딩을 야기하도록 요구되는 힘이 더 적어진다. 또한, 햅틱 액추에이터(100)는 햅틱 액추에이터의 물리 특성들 예컨대 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하기 위해 사용되는 스마트 재료의 타입; 매크로 섬유들을 캡슐화(101)하기 위해 사용되는 재료; 기판을 형성하기 위해 사용되는 재료; 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 치수들; 스마트 재료 구성요소(111)의 치수들; 및 매크로 섬유들(1131 내지 113n) 및 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 캡슐화(101)하기 위해 사용되는 재료를 포함하는, 기판 및 스마트 재료 구성요소(111) 내의 재료들의 탄성률을 조정함으로써 원하는 진동 및 햅틱 피드백을 전달하기 위해 튜닝될 수 있다.
상이한 타입들의 스마트 재료는 매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 햅틱 벤더들에 유용할 수 있는 압전 재료의 예들은 압전 세라믹스 예컨대 티탄산 바륨(BaTiO3) 또는 티탄산 지르콘산 납(lead zirconate titanate)(PZT)을 포함한다. 다른 예들은 압전 결정들 예컨대 삼방 결정화 실리카(SiO2), 오르토인산 알루미늄(AlPO4), 또는 오르토인산 갈륨(GaPO4)을 포함할 수 있다. 햅틱 벤더들에 적절한 다른 압전 재료가 또한 사용될 수 있다.
매크로 섬유들(1131 내지 113n)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 스마트 재료의 다른 예는 유전체 엘라스토머들 예컨대 아크릴, 실리콘, 천연 고무들, 및 다른 엘라스토머 고무들에 기초한 것들을 포함한다. 다른 예들은 전기활성 폴리머들(electroactive polymers)(EAP) 예컨대 불화 폴리비닐리덴(polyvinylidene fluoride)(PVDF), 호모-폴리머들, 코-폴리머들 예컨대 폴리락틱 산(polylactic acid)(PLA) 및 폴리(l-락틱 산)(poly(l-lactic acid))(PLLA), 및 터-폴리머들을 포함한다. 높은 유전체 상수 및 비정체 응력 변형 곡선을 갖는 다른 유전체 엘라스토머들이 또한 사용될 수 있다. 부가적으로, 스마트 재료는 엘라스토머의 전기 및 기계 성질들 둘 다를 수정하기 위해 베이스 엘라스토머를 사용하고 그것을 외부 첨가제와 혼합함으로써 형성될 수 있다. 이러한 폴리머들의 장점은 그들이 세라믹을 포함하지 않고, 종래의 압전 변환기들보다 더 충격 방지되고 내구성이 있다는 것이다. 부가적으로, 그들은 전기 신호들에 스마트 재료(104)의 반응성을 통한 더 좋은 제어, 스마트 재료의 밀도 및 따라서 중량을 통한 제어, 및 스마트 재료의 충격 방지 및 내구성을 통한 제어를 위해 광범위한 물리 및 전기 성질들을 나타내도록 공식화되고 처리될 수 있다. 공식화 및 처리는 상이한 환경들에서의 상이한 응용들 및 동작을 위해 이러한 특성들을 최적화하도록 조정될 수 있다. 이러한 스마트 재료들은 또한 종래의 세라믹계 압전 변환기들보다 더 낮은 전압들로 작동될 수 있고, 고선명 햅틱 효과들을 발생시킬 수 있다.
기판(102)은 그것의 형상을 유지하고 단일 베이스에서 캔틸레버되고 2개 이상의 베이스들 사이에서 서스펜딩되기에 충분한 강성인 재료로 형성된다. 마찬가지로, 기판(102)은 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 벤딩 액션이 그것으로 하여금 매크로 섬유들(1131 내지 113n)의 벤딩 액션에 의해 구부러지게 하고 그것의 기계 공진에 도달하게 하기에 충분한 가요성이며, 그것은 주위 구조체들에 전달되는 관성력을 최대화한다. 적어도 일부 실시예들에서, 기판(102)은 HD 햅틱 효과를 전달하기에 충분한 높은 주파수들에서 진동하기에 충분한 가요성이 있다.
예시적 실시예에서, 기판(102)은 약 1 mm 이하의 범위인 두께를 갖는다. 다른 예에서, 기판(102)은 약 0.5 mm 이상의 두께를 갖는다. 또 다른 예들에서, 기판(102)의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 1 mm의 범위이다. 부가적으로, 기판(102)은 적어도 일부 실시예들에서 약 3200 N/m 이하의 탄성률을 갖는다. 다른 실시예들은 약 800 이상의 탄성률을 가질 수 있다. 다른 예에서, 기판(102)은 약 500 N/m 및 약 4000 N/m의 범위인 탄성률을 갖는다. 기판(102)에 대한 치수들, 재료, 및 탄성률은 원하는 진동 및 햅틱 피드백을 전달하기 위해 햅틱 액추에이터(100)를 튜닝하도록 조정될 수 있다. 그들은 또한 빔(108)으로 하여금 진동하게 하기 위해 스마트 재료 제작물(104) 내의 전극들에 인가되도록 요구되는 전압의 양을 조정하도록 튜닝될 수 있다.
기판(102)을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료들의 예들은 폴리머들, 금속들, 및 복합재들을 포함한다. 부가적으로, 기판(102)은 전기 전도성일 수 있다. 전기 전도성 재료가 사용되면, 기판(102)은 접지에 연결되고 기판(102)에 인가되는 전기 신호에 대한 접지 평면으로 동작할 수 있다. 기판을 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료의 예들은 스틸; 복합 재료들 예컨대 에폭시 매트릭스에 내장되는 섬유유리 또는 탄소 섬유; 및 가공된 플라스틱스 예컨대 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone)(PEEK), 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene)(ABS)을 포함한다. 본원에 개시되는 응용들에 충분한 높은 강성 및 낮은 감쇠 값들을 갖는 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다.
대안 실시예들에서, 스마트 재료 구성요소(111)는 충분한 구조 무결성을 가지며, 햅틱 액추에이터(100)는 스마트 재료 제작물(104)을 지지하기 위해 개별 기판을 갖지 않는다. 이러한 실시예들에서, 스마트 재료 제작물(104)은 빔(108)을 형성하고, 베이스(106)는 스마트 재료 제작물(104)을 직접 지지한다. 개별 질량은 빔(108)이 벤딩될 때 근접 구조체들을 진동하기에 충분한 관성력을 생성하도록 요구되면 스마트 재료 제작물(104)에 추가될 수 있다.
베이스 또는 지지체(106)는 빔(108)의 단부 부분에 근접하여 위치된다. 적어도 일부 실시예들에서, 베이스(106)는 빔(108)의 캔틸레버 부분의 길이를 최대화하고 내구성을 여전히 제공하기 위해 가능한 한 빔(108)의 에지(114)에 가깝다.
빔(108)을 지지하는 베이스(106)는 다양한 구성들을 가질 수 있다. 예시적 실시예에서, 빔(108)에 근접하는 베이스(106)의 일부는 빔(108)을 연결하고 지지하기 위해 충분히 큰 표면적(116)을 갖지만, 그것이 빔(108)의 진동 시에 최소 감쇠 효과 또는 간섭을 갖는 것이 충분히 작다. 대안 실시예들에서, 베이스(106)와 빔(108) 사이의 표면적(116)은 햅틱 액추에이터(100)를 튜닝하기 위해 베이스(106)가 빔(108)의 진동 시에 갖는 감쇠 효과를 수정하도록 조정될 수 있다.
부가적으로, 베이스(106)는 빔(108)의 전체 길이를 따라 벤딩 및 진동을 가능하게 하기 위해 적어도 일부 압축성을 갖는다. 대안 실시예들에서, 베이스(106)는 실질적으로 비압축성이다. 다양한 실시예들에서, 빔(108)의 압축성은 베이스(106)가 빔(108)의 진동 시에 갖는 감쇠 효과를 더 조정하기 위해 조정될 수 있다.
베이스(106)는 다양한 구조체들을 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스(106)는 중공이거나 특정 레벨의 압축성을 갖는 고체 재료로 형성될 수 있다. 대안 실시예에서, 베이스(106)는 중공이고 적어도 부분적으로 가요성인 재료로 형성된다. 그 다음, 베이스(106)는 자성 유체 예컨대 자기유동 유체(magnetorheological fluid)(MRF)로 충전된다. MRF의 점도는 베이스(106)의 압축성에 영향을 미치며, 그것은 빔(108)의 벤딩의 크기 및 그것의 공진 주파수에 영향을 미친다. 자성 유체는 유체의 점도를 조정하고 따라서 빔(108)의 벤딩의 양 및 공진 주파수를 조정하기 위해 자기 필드에 노출될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 햅틱 액추에이터(100)는 자기 필드의 강도 및 따라서 자성 유체의 점도를 조정함으로써 튜닝될 수 있다.
햅틱 액추에이터의 대안 실시예는 도 5에 예시된다. 이러한 실시예에서, 햅틱 액추에이터(154)는 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터(100)와 실질적으로 유사하다. 햅틱 액추에이터(154)는 기판(102)을 갖는 빔(108)을 포함한다. 또한, 그것은 베이스(106)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 베이스(106)는 빔(108)이 베이스(106)의 반대로 배치된 측면들 위에 캔틸레버되도록 빔(108)의 길이를 따라 위치된다. 제1 스마트 재료 제작물(104')은 베이스(106)의 일 측면을 따라 기판(102)의 표면(110) 상에 있거나 이 표면에 근접한다. 제2 개별 스마트 재료 제작물(104")은 베이스(106)의 반대 측면을 따라 기판(102)의 표면(110) 상에 있거나 이 표면에 근접한다. 2개의 스마트 재료 제작물들(104' 및 104")은 스마트 재료 제작물(104)과 실질적으로 유사하지만, 스마트 재료 제작물들(104' 및 104")의 구조체들은 대안 실시예들에서 서로 상이할 수 있다.
예시된 실시예에서, 베이스(106)는 빔(108)의 중심 부분에 근접한다. 그러나, 대안 실시예들에서, 베이스(106)는 중심에서 벗어나서 위치되고 빔(108)의 길이를 따르는 임의의 위치에 위치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 베이스(106)는 원하는 햅틱 효과를 전달하기 위해 상이한 햅틱 효과들을 제공하고 햅틱 액추에이터(154)를 튜닝하도록 위치될 수 있다.
부가적으로, 2개의 스마트 재료 제작물들(104' 및 104") 내의 매크로 섬유들은 상이한 햅틱 효과들을 생성하기 위해 상이한 성질들, 파라미터들, 또는 특성들을 갖는 개별 전기 신호들에 의해 자극될 수 있다. 예를 들어, 2개의 스마트 재료 제작물들(104' 및 104")에 인가되는 전기 신호들은 상이한 진폭들, 주파수들, 기간들, 파형들, 및 위상들을 가질 수 있다.
햅틱 액추에이터의 다른 대안 실시예는 도 6에 예시된다. 이러한 실시예에서, 햅틱 액추에이터(118)는 도 1 및 도 2에 예시되는 햅틱 액추에이터(100)와 실질적으로 유사하다. 햅틱 액추에이터(118)는 스마트 재료 제작물(104)을 갖는 빔(108) 및 기판(102)을 포함한다.
햅틱 액추에이터는 2개의 베이스들(120 및 122)을 갖는다. 하나의 베이스(120)는 빔(108)의 하나의 에지(114)에 근접하고 다른 베이스(122)는 빔(108)의 반대로 배치된 에지(124)에 근접한다. 적어도 일부 실시예들에서, 베이스들(120 및 122)은 빔(108)의 캔틸레버 부분의 길이를 최대화하고 빔(108)의 공진 주파수를 최대화하고 베이스들(120 및 122)이 빔(108)의 진동 시에 갖는 감쇠 효과를 최소화하기 위해 빔(108)의 에지들(114 및 124) 각각에 가능한 한 가깝게 위치된다. 이러한 실시예에서, 2개의 베이스들(120 및 122)을 갖는 것은 도 1, 도 2, 및 도 5에 예시된 바와 같이 하나의 베이스만을 갖는 것보다 더 많은 감쇠를 빔(108)에 제공할 것이다.
햅틱 액추에이터의 다른 대안 실시예는 도 7에 예시된다. 이러한 실시예에서, 햅틱 액추에이터(126)는 도 6에 예시되는 햅틱 액추에이터(118)와 실질적으로 유사하다. 햅틱 액추에이터(126)는 스마트 재료(104)를 갖는 빔(108), 기판(102), 및 빔(108)의 반대 에지들(114 및 124) 각각에 근접하여 위치되는 2개의 베이스들(128 및 130)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 베이스들(128 및 130) 중 하나 또는 어느 하나는 빔(108)을 지지하는 스프링을 가지고 형성된다.
스프링은 고체 베이스에 비해 수개의 장점들을 가질 수 있다. 예를 들어, 스프링은 액추에이터(126)를 수용하는 디바이스가 낙하되거나 다른 방법으로 충돌을 받으면 충격을 흡수하고 햅틱 액추에이터(126)의 내구성을 증가시킬 수 있다. 부가적으로, 스프링은 압축성이며, 그것은 빔(108)의 편향 및 진동이 최대화될 수 있게 한다. 부가적으로, 스프링의 치수들 및 스프링 상수는 스프링의 압축성을 조정하고 햅틱 액추에이터(126)를 튜닝하기 위해 조정될 수 있다. 상이한 실시예들은 상이한 타입들의 스프링을 사용할 수 있다. 도 7은 리프 스프링들을 예시하지만, 대안 실시예들은 예시된 리프 스프링들 대신에 또는 이 스프링들에 더하여 다른 타입들의 스프링들을 포함할 수 있다.
햅틱 액추에이터의 다른 대안 실시예는 도 8에 예시된다. 이러한 실시예에서, 햅틱 액추에이터(132)는 도 6에 예시되는 햅틱 액추에이터(118)와 실질적으로 유사하다. 햅틱 액추에이터(132)는 스마트 재료(104)를 갖는 빔(108), 기판(102), 및 빔(108)의 반대 에지들(114 및 124) 각각에 근접하여 위치되는 2개의 베이스들(139 및 141)을 포함한다.
이러한 실시예에서, 베이스들(139 및 141) 중 하나 또는 어느 하나는 자기유동 유체(MRF)로 충전되는 유압 실린더(134)를 포함한다. 도 9a 및 도 9b에 예시되는 바와 같이, 각각의 유압 실린더(134)는 배럴(138) 및 배럴(138) 내에 위치되는 피스톤(140)을 갖는다. 배럴(138)은 또한 MRF(142)를 포함한다. 타이 로드(144)는 배럴(138)의 내부 캐비티로부터 연장되고 피스톤(140)에 동작가능하게 연결되는 일단부(146) 및 빔(108)에 근접하고 빔을 지지하는 반대 단부(148)를 갖는다. 대안 실시예들은 MRF와 다른 적절한 자성 유체를 사용할 수 있다.
전기 도체는 전자기 코일(156)을 형성하기 위해 배럴(138)에 랩어라운드된다. 전기 전류가 전자기 코일(156)을 통해 흐를 때, 그것은 배럴(138) 및 MRF(142)의 내부를 통과하는 자기 필드를 발생시킨다.
MRF는 중간 유체에 부유되는 매크로 크기 자기 입자들(150)을 갖는 유체이다. 자기 입자들(150)은 그들을 자기 필드에 노출함으로써 선택적으로 편광될 수 있다. 비자화된 상태에서, 자기 입자들(150)은 중간 유체에 랜덤하게 분배된다. 유압 실린더(134) 및 그것의 MRF(142)는 이러한 상태에서 그것의 가장 큰 레벨의 압축성을 갖고 최소 감쇠를 빔(108)의 기계 진동에 제공할 것이다.
MRF(142)가 자기 필드에 노출될 때, MRF(142)는 자화된 상태에 진입하고 자기 입자들(150)은 자기 쌍극자 모멘트들을 전개하고 편광된다. 편광된 입자들(150)은 자기 필드를 위해 플럭스 라인들의 일반 방향으로 열들(152)에 그들 자체를 정렬한다. 자기 입자들(150)을 정렬하는 것은 MRF(142)의 점도를 증가시키거나 MRF(142)를 더 적게 압축가능하게 한다. MRF(142)의 점도가 더 커질수록 유압 실린더(134)가 빔(108)의 기계 진동에 대해 갖는 감쇠 효과가 더 커진다. 자기 필드의 강도가 증가함에 따라, 자기 입자들(150)의 쌍극자 모멘트가 또한 증가하며, 그것은 결국 자기 입자들(150) 사이의 인력을 증가시킨다. 이러한 증가된 인력은 MRF(142)의 점도를 더 증가시키고 유압 실린더(134)가 빔(108)의 진동들 시에 갖는 감쇠 효과를 증가시킨다. 자기 필드의 강도가 감소함에 따라, 자기 입자들(150)의 쌍극자 모멘트가 또한 감소하며, 그것은 결국 자기 입자들(150) 사이의 인력을 감소시킨다. 이러한 감소된 인력은 MRF(142)의 점도를 감소시키고 유압 실린더(134)가 빔(108)의 진동들 시에 갖는 감쇠 효과를 감소시킨다. 이러한 실시예에서, 햅틱 액추에이터(132)는 코일(156)을 통해 전도되는 전기 전류의 양을 조정함으로써 원하는 햅틱 효과를 전달하기 위해 튜닝될 수 있다. 전류가 더 클수록, MRF(142)의 점성이 더 많고 전류가 더 낮을수록 MRF(142)의 점성이 더 적다.
다른 대안 실시예에서, 베이스들(139 및 141) 중 하나 또는 둘 다는 예시된 바와 같이 유압 실린더들 대신에 솔레노이드들일 수 있다. 솔레노이드들은 유압 실린더와 유사한 방식으로 동작한다. 솔레노이드들은 하우징 및 하우징의 내부 체적으로부터 돌출하고 기판(102)을 맞물리게 하는 플런저를 갖는다. 플런저는 제1철 또는 자기 재료로 형성되고, 스프링은 플런저를 하우징으로 강요하기 위해 플런저와 하우징 사이에 맞물리게 된다. 전자기 코일은 코일에 랩어라운드된다. 전자기 코일이 가압될 때 그것은 플런저를 하우징에서 그리고 기판(102)을 향해 강요한다. 전자기 코일을 통해 흐르는 전류가 더 클수록, 그것이 발생시키는 자기 필드가 더 커지고, 기판에 대해 플런저를 강요하는 힘이 더 커진다. 플런저는 벤더(108)의 진동을 감쇠하고 기판(102)에 대해 플런저에 의해 가해지는 힘이 더 클수록, 플런저에 의해 제공되는 감쇠 효과가 더 커진다.
본원에 설명되는 베이스들의 다양한 실시예들 및 배열들은 캡슐화될 수 있는 스마트 재료를 갖는 햅틱 벤더로 예시되지만, 본원에 개시되는 베이스들은 또한 캡슐화되지 않는 세라믹계 압전 재료를 사용하는 종래의 햅틱 벤더들과 사용될 수 있다.
도 10은 도 1 및 도 2에 도시된 햅틱 액추에이터(100)가 다른 구조체와 근접하여 위치되는 일 실시예를 예시하지만, 대안 실시예들은 본원에 개시되는 햅틱 액추에이터 실시예들 중 어느 것을 포함할 수 있다. 햅틱 액추에이터의 빔(108)이 진동함에 따라, 그것은 햅틱 액추에이터(100)에 근접하는 구조체(160)에 전달되는 관성력을 발생시킨다. 이러한 전달된 관성력은 차례로, 근접 구조체(160)로 하여금 또한 진동하게 하고 햅틱 효과를 전달하게 한다. 진동하게 되는 햅틱 액추에이터(100)에 근접하는 구조체(160)는 임의의 구조체 예컨대 전자 디바이스, 터치 패드, 디스플레이 스크린에 대한 하우징, 또는 사용자가 상호작용하는 임의의 다른 구조체일 수 있다. 전자 디바이스들의 예들은 컴퓨터들, 태블릿들, 전자책 리더들, 전화들 예컨대 스마트폰들, 디스플레이 스크린들, 게임 콘솔들 및 컨트롤러들, 가상 현실 고글들 및 다른 가상 현실 장비, 포인팅 디바이스들, 차량들, 자동차 구성요소들, 외과 기구들 및 다른 의료 장비 및 모니터들, 운동 장비, 안전 장비, 및 햅틱 효과를 전달하기 위해 요망되는 임의의 다른 장치를 포함한다.
도 11을 참조하면, 본원에 개시되는 햅틱 액추에이터들에 대한 컨트롤러(162)는 버스(164), 프로세서(166), 입력/출력(input/output)(I/O) 컨트롤러(168) 및 메모리(170)를 포함한다. 버스(164)는 I/O 컨트롤러(168) 및 메모리(170)를 포함하는, 컨트롤러(162)의 다양한 구성요소들을 프로세서(166)에 결합한다. 버스(164)는 전형적으로 제어 버스, 어드레스 버스, 및 데이터 버스를 포함한다. 그러나, 버스(164)는 컨트롤러(162) 내의 구성요소들 사이에 데이터를 전송하는데 적절한 임의의 버스 또는 버스들의 조합일 수 있다.
프로세서(166)는 정보를 처리하도록 구성되는 임의의 회로를 포함할 수 있고 임의의 적절한 아날로그 또는 디지털 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(166)는 또한 명령어들을 실행하는 프로그램가능 회로를 포함할 수 있다. 프로그램가능 회로들의 예들은 명령어들을 실행하는데 적절한 마이크로프로세서들, 마이크로컨트롤러들, 주문형 집적 회로들(application specific integrated circuits)(ASICs), 프로그램가능 게이트 어레이들(programmable gate arrays)(PGAs), 필드 프로그램가능 게이트 어레이들(field programmable gate arrays)(FPGAs), 또는 임의의 다른 프로세서 또는 하드웨어를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 프로세서(166)는 단일 유닛, 또는 2개 이상의 유닛들 조합을 포함할 수 있으며, 유닛들은 단일 컨트롤러 또는 개별 디바이스들에 물리적으로 위치된다.
I/O 컨트롤러(168)는 컨트롤러(162) 및 주변 또는 외부 디바이스들의 동작을 감시하는 회로를 포함한다. I/O 컨트롤러(168)는 또한 컨트롤러(162)와 주변 장치들 또는 외부 디바이스들(도시되지 않음) 사이의 데이터 흐름을 관리한다. 외부 디바이스들은 컨트롤러(162) 및 햅틱 액추에이터가 통합되는 동일한 디바이스에 상주할 수 있거나 시스템 외부에 있을 수 있다. I/O 컨트롤러(168)가 인터페이스할 수 있는 다른 주변 또는 외부 디바이스들의 예들은 센서들, 외부 저장 디바이스들, 모니터들, 입력 디바이스들 예컨대 키보드들, 마우스들 또는 푸시버튼들, 외부 컴퓨팅 디바이스들, 이동 디바이스들, 송신기들/수신기들, 및 안테나들을 포함한다.
메모리(170)는 휘발성 메모리 예컨대 랜덤 액세스 메모리(random access memory)(RAM), 판독 전용 메모리(read only memory)(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리(electrically erasable programmable read only memory)(EEPROM), 플래시 메모리, 자기 메모리, 광 메모리 또는 임의의 다른 적절한 메모리 기술을 포함할 수 있다. 메모리(170)는 또한 휘발성 및 비휘발성 메모리의 조합을 포함할 수 있다.
메모리(170)는 햅틱 효과 결정 모듈(172) 및 햅틱 효과 제어 모듈(174)을 포함하는, 프로세서(166)에 의한 실행을 위한 다수의 프로그램 모듈들을 저장하도록 구성된다. 각각의 프로그램 모듈은 하나 이상의 특정 작업을 수행하는 데이터, 루틴들, 객체들, 호출들 및 다른 명령어들의 집합이다. 특정 프로그램 모듈들이 본원에 개시되지만, 각각의 모듈에 대해 설명되는 다양한 명령어들 및 작업들은 다양한 실시예들에서, 단일 프로그램 모듈, 상이한 조합의 모듈들, 본원에 개시되는 것들과 다른 모듈들, 또는 컨트롤러(162)와 통신하는 원격 디바이스들에 의해 실행되는 모듈들에 의해 수행될 수 있다.
예시적 실시예에서, 햅틱 효과 결정 모듈(172)은 햅틱 효과를 전달할 때를 결정한다. 컨트롤러(162)가 상이한 햅틱 효과들을 전달하도록 프로그래밍되면, 햅틱 효과 결정 모듈(172) 또한 어느 햅틱 효과를 전달하는지를 결정한다. 햅틱 효과 결정 모듈(172)이 어느 햅틱 효과를 전달하는지를 결정하기 위해 사용할 수 있는 예시적 기술은 햅틱 효과를 선택하는 결정들을 하도록 프로그래밍되는 규칙들을 포함한다. 예를 들어, 컨트롤러(162)는 GPS 수신기 또는 다른 위치 추적 디바이스와 인터페이스되고 사용자의 위치에 기초하여 전달되어야 하는 상이한 햅틱 효과들 및 그들이 이동하고 있는지를 결정할 수 있다.
햅틱 효과 결정 모듈(172)은 어느 햅틱 신호를 햅틱 액추에이터(100)에 전달하는지를 결정하고 그러한 결정을 햅틱 효과 제어 모듈(174)에 통신한다. 햅틱 효과 제어 모듈(174)은 결정된 햅틱 효과에 대응하는 전기 파라미터들, 성질들, 또는 특성들을 획득한다. 햅틱 효과 제어 모듈(174)은 전기 파라미터들을 I/O 컨트롤러(168)에 통신하며, 이 컨트롤러는 그들을 액추에이터 구동 회로(176)에 출력한다. 그 다음, 액추에이터 구동 회로(176)는 햅틱 효과 제어 모듈(174)에 의해 제공되는 전기 파라미터들을 구체화하는 햅틱 구동 신호를 발생시킨다. 액추에이터 구동 회로(176)는 햅틱 구동 신호를 햅틱 액추에이터(100)의 스마트 재료 제작물(104) 내의 전극들에 인가한다.
햅틱 액추에이터가 튜닝가능 베이스, 예컨대 도 8, 도 9a, 및 도 9b에 예시되는 튜닝가능 베이스들(139 및 141)을 포함하면, 햅틱 효과 제어 모듈(174)은 결정된 또는 다른 방법으로 원하는 감쇠 효과를 달성하기 위해 전기 전류를 베이스들(139 및 141) 내의 전자기 코일들(156)에 적용하는 것을 결정할 것이다. 그 다음, 햅틱 효과 제어 모듈(174)은 이러한 베이스들(139 및 141) 내의 전자기 코일들(156)에 인가하는 신호를 정의하는 전기 파라미터들을 I//O 컨트롤러(168)에 통신할 것이며, 이 컨트롤러는 그들을 액추에이터 구동 회로(176)에 출력한다. 액추에이터 구동 회로(176)는 그러한 파라미터들을 갖는 감쇠 신호를 발생시키고 그러한 감쇠 신호를 햅틱 액추에이터의 베이스들(139 및 141) 내의 코일들(156)에 인가한다.
햅틱 구동 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있는 신호 파라미터들의 예들은 이벤트에 대해 주파수, 진폭, 위상, 반전, 지속, 파형, 시작 시간, 상승 시간, 페이드 시간, 및 지체 또는 리드 시간을 포함한다. 부가적으로, 햅틱 구동 신호에 대한 신호들 및 파형들의 예들은 직류 신호들, 교류 신호들, 구형파들, 정현파들, 스텝 신호들, 삼각파들, 톱니파들, 및 펄스들을 포함한다. 부가적으로, 햅틱 구동 신호는 약 60 V 내지 약 100 V의 범위인 전압을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 햅틱 구동 신호는 약 2 kV 이하의 범위인 전압을 가질 수 있다. 햅틱 구동 신호의 주파수는 약 60 Hz 내지 약 250 Hz의 범위일 수 있다. 다른 실시예들에서, 햅틱 구동 신호의 주파수는 약 300 Hz 이하의 범위일 수 있다. 대안 실시예들에서, 햅틱 구동 신호는 이러한 범위들 외의 전압 또는 주파수를 갖는다. 부가적으로, 햅틱 구동 신호의 원하는 전압 및 주파수는 액추에이터의 구조체 및 액추에이터들에 사용되는 스마트 재료의 타입에 따라 변화될 수 있다.
대안 실시예에서, 햅틱 액추에이터를 통해 전달되는 햅틱 효과 또는 햅틱 구동 신호를 발생시키는데 사용하는 전기 파라미터들의 어떠한 결정도 없다. 그러한 실시예에서, 컨트롤러(162)는 결정된 햅틱 구동 신호를 햅틱 액추에이터에 전달하기 위해, 간단히 프로그래밍되거나, 심지어 하드 와이어링된다.
상기 설명된 다양한 실시예들은 예시만으로서 제공되고 이에 첨부되는 청구항들을 제한하도록 해석되지 않아야 한다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본원에 예시되고 설명되는 예시적 실시예들 및 응용들을 따르는 것 없이, 그리고 이하의 청구항들의 진정한 사상 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 이루어질 수 있는 다양한 수정들 및 변경들을 용이하게 인식할 것이다.

Claims (25)

  1. 햅틱 액추에이터로서,
    베이스; 및
    상기 베이스에 의해 적어도 부분적으로 서스펜딩되는 햅틱 변환기 - 상기 햅틱 변환기는 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 스마트 재료 구성요소를 가짐 - 를 포함하며;
    상기 스마트 재료 구성요소는 스마트 재료를 갖고, 상기 스마트 재료는 캡슐화되고;
    상기 햅틱 변환기는 결정된 주파수를 갖는 전기 신호에 응답하여 공진을 가지며, 상기 공진은 상기 햅틱 변환기로 하여금 진동하게 하고 햅틱 효과를 전달하게 하는, 햅틱 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 재료는 복수의 세장형 부재들을 포함하는 햅틱 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스마트 재료는 복수의 매크로 섬유들을 포함하는 햅틱 액추에이터.
  4. 제2항에 있어서, 상기 스마트 재료는 압전 재료, 전기활성 폴리머, 및 그들의 조합들로 본질적으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 햅틱 액추에이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스마트 재료는 약 60 Hz 내지 약 250 Hz의 범위인 주파수를 갖는 전기 신호의 인가 시에 공진하는 햅틱 액추에이터.
  6. 제4항에 있어서, 상기 스마트 재료는 약 60 V 내지 100 V의 범위인 진폭을 갖는 전기 신호의 인가 시에 공진하는 햅틱 액추에이터.
  7. 제4항에 있어서, 상기 베이스는 상기 기판의 단부 부분에 근접하여 위치되고 상기 기판은 캔틸레버를 형성하는 햅틱 액추에이터.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기판은 제1 및 제2 단부 부분들 및 상기 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에 연장되는 중심 부분을 갖는 세장형 부재를 포함하고;
    상기 베이스는 상기 중심 부분에 근접하여 위치되는 햅틱 액추에이터.
  9. 제4항에 있어서, 상기 베이스는 제1 및 제2 베이스들을 포함하고, 상기 기판은 상기 제1 베이스와 제2 베이스 사이에 연장되는 캔틸레버 브리지를 형성하는 햅틱 액추에이터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 베이스들 중 적어도 하나는 각각 스프링을 포함하는 햅틱 액추에이터.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 베이스들 중 적어도 하나는 스마트 젤을 포함하는 햅틱 액추에이터.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 베이스들 중 적어도 하나는 자기 필드가 있을 때 선택적으로 변화하는 점도를 갖는 유체를 포함하는 햅틱 액추에이터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유체는 자기유동 유체, 자성 유체, 또는 그들의 조합들로 본질적으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 햅틱 액추에이터.
  14. 제9항에 있어서, 상기 베이스들 중 적어도 하나는 솔레노이드를 포함하며, 상기 솔레노이드는 상기 세장형 부재에 대해 비스듬히 배열되는 축을 갖는 햅틱 액추에이터.
  15. 제1항에 있어서, 상기 기판에 동작가능하게 연결되는 질량체를 더 포함하는 햅틱 액추에이터.
  16. 햅틱 액추에이터를 갖는 장치로서,
    하우징;
    상기 하우징에 위치되는 컨트롤러; 및
    상기 하우징에 위치되고 적어도 부분적으로 캔틸레버되는 햅틱 액추에이터 - 상기 햅틱 액추에이터는 상기 컨트롤러에 전기적으로 연결됨 - 를 포함하며, 상기 햅틱 액추에이터는,
    기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 스마트 재료 구성요소를 갖는 햅틱 변환기를 포함하고;
    상기 스마트 재료 구성요소는 스마트 재료를 가지며, 상기 스마트 재료는 캡슐화되고;
    상기 햅틱 변환기는 결정된 주파수를 갖는 전기 신호에 응답하여 공진을 가지며, 상기 공진은 상기 햅틱 변환기로 하여금 진동하게 하고 햅틱 효과를 전달하게 하는, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스마트 재료는 복수의 세장형 부재들을 포함하는 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 스마트 재료는 압전 재료, 전기활성 폴리머, 및 그들의 조합들로 본질적으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전기 신호를 상기 스마트 재료에 인가하도록 구성되며, 상기 전기 신호는 약 60 Hz 내지 약 250 Hz의 범위인 주파수를 갖는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전기 신호를 상기 스마트 재료에 인가하도록 구성되며, 상기 전기 신호는 약 60 V 내지 100 V의 범위인 진폭을 갖는 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 기판은 제1 및 제2 단부 부분들 및 상기 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에 연장되는 중심 부분을 갖는 세장형 부재를 포함하고;
    상기 베이스는 제1 및 제2 베이스들을 포함하고, 상기 기판은 상기 제1 베이스와 제2 베이스 사이에 연장되는 캔틸레버 브리지를 형성하는 장치.
  22. 햅틱 효과를 발생시키는 방법으로서,
    전기 신호를 캡슐화된 스마트 재료에 인가하는 단계;
    상기 전기 신호를 인가하는 것에 응답하여 상기 캡슐화된 스마트 재료 및 기판을 진동시키는 단계; 및
    상기 캡슐화된 스마트 재료 및 기판을 진동시키는 것에 응답하여 햅틱 효과를 전달하는 단계
    를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 스마트 재료는 압전 재료, 전기활성 폴리머, 및 그들의 조합들로 본질적으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  24. 제22항에 있어서, 전기 신호를 스마트 재료에 인가하는 단계는 약 60 Hz 내지 약 250 Hz의 범위인 주파수를 갖는 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제22항에 있어서, 전기 신호를 스마트 재료에 인가하는 단계는 약 60 V 내지 약 100 V의 범위인 진폭을 갖는 전기 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
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