KR20200054085A - 햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 디바이스들 및 방법들 - Google Patents

햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 디바이스들 및 방법들 Download PDF

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KR20200054085A
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haptic
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haptic actuator
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에스칸다리 페이만 카리미
에르난데스 후안 마누엘 크루스
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임머숀 코퍼레이션
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Abstract

햅틱 액추에이터, 움직임 센서, 및 제어 회로를 갖는 햅틱 인에이블드 디바이스가 제시된다. 제어 회로는 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임에 기초하여 그리고 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정한다. 제어 회로는 추가로, 구동 신호가 햅틱 액추에이터에 인가되는 것에 기초하여, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정한다. 제어 회로는 측정된 움직임과 원하는 움직임 사이의 차이를 표시하는 움직임 에러를 결정하고, 조정된 구동 신호를 생성하기 위해 움직임 에러에 기초하여 구동 신호를 조정한다. 조정된 구동 신호는 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터에 인가된다. 다수의 다른 양태들이 제공된다.

Description

햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 디바이스들 및 방법들{DEVICES AND METHODS FOR CONTROLLING A HAPTIC ACTUATOR}
관련 출원(들)에 대한 상호참조
본 출원은, 2018년 11월 9일자로 출원되고 "METHOD OF CONTROLLING A HAPTIC ACTUATOR WITH OPEN-LOOP CONTROL AND CLOSED-LOOP CONTROL" 의 명칭인 미국 가출원 제 62/758,435 호를 우선권 주장하고, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서에 전부 참조로 통합된다.
발명의 기술분야
본 발명은 햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이며, 모바일 컴퓨팅, 가상 현실 또는 증강 현실 디바이스들, 게이밍, 웨어러블들에서 또는 임의의 다른 사용자 인터페이스 디바이스에서 어플리케이션을 갖는다.
전자 사용자 인터페이스 시스템들이 더 널리 보급됨에 따라, 인간들이 이들 시스템들과 상호 작용하는 인터페이스들의 품질이 점점더 중요하게 되고 있다. 햅틱 피드백, 또는 더 일반적으로, 햅틱 효과들은 사용자들에게 큐들을 제공하는 것, 특정 이벤트들의 경보들을 제공하는 것, 또는 가상 환경 내에서 더 큰 감각적 몰입을 생성하기 위해 현실적인 피드백을 제공하는 것에 의해 인터페이스들의 품질을 개선할 수 있다. 햅틱 효과들의 예들은 (활성 및 저항력 피드백과 같은) 운동감각 햅틱 효과들, 진동촉각 햅틱 효과들, 및 정전 마찰 햅틱 효과들을 포함한다. 햅틱 효과들은 구동 신호를 생성하는 것, 및 구동 신호를 햅틱 액추에이터에 인가하는 것에 의해 생성될 수도 있다.
본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는 햅틱 효과를 생성하기 위해 하이브리드 형태의 제어를 사용하도록 구성된 햅틱 인에이블드 (haptic-enabled) 디바이스에 관련된다. 햅틱 인에이블드 디바이스는 햅틱 액추에이터, 움직임 센서, 및 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임에 기초하여 그리고 햅틱 액추에이터의 트랜션트 (transient) 거동을 기술하는 모델에 기초하여 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하도록 구성되고, 여기서, 원하는 움직임은 햅틱 인에이블드 디바이스 상에 저장된 정보에 의해 정의된다. 제어 회로는 또한, 구동 신호를 햅틱 액추에이터에 인가하도록 구성된다. 제어 회로는 추가로, 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하도록, 움직임 센서를 통해, 구동 신호가 햅틱 액추에이터에 인가되는 것에 기초하여 (예컨대, 기초할 때) 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 (예컨대, 출력되는) 움직임을 측정하도록 구성된다. 제어 회로는 또한, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 (예컨대, 출력되는) 측정된 움직임과 원하는 움직임 사이의 차이를 표시하는 움직임 에러를 결정하도록 구성된다. 추가로, 제어 회로는 (예컨대, (i) 햅틱 액추에이터의 모델 및 (ii) 움직임 에러에 대해 보상하는 조정 양자 모두에 기초하는) 조정된 구동 신호를 생성하도록, 움직임 에러에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다. 부가적으로, 제어 회로는 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하도록 조정된 구동 신호를 햅틱 액추에이터에 인가하도록 구성된다.
본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는 햅틱 인에이블드 디바이스에 관련되고, 햅틱 인에이블드 디바이스는 햅틱 액추에이터, 움직임 센서, 및 햅틱 액추에이터에 의해 생성될 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 기술하는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 수신하도록 구성된 제어 회로를 포함한다. 제어 회로는 추가로, 파라미터 값에 기초하여 구동 신호의 구동 부분을 생성하도록 구성된다. 제어 회로는 추가로, 구동 신호의 구동 부분을 햅틱 액추에이터에 인가하도록 구성된다. 제어 회로는 또한, 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하도록, 움직임 센서를 통해, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 (예컨대, 출력되는) 움직임을 측정하도록 구성된다. 부가적으로, 제어 회로는 (예컨대, 구동 부분이 생성된 이후), 예를 들어, 측정된 움직임이 정의된 특성을 향해 이동 (예컨대, 수렴) 하게 하기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용함으로써, 측정된 움직임에 기초하여 구동 신호의 제동 부분을 생성하도록 구성된다. 다수의 다른 양태들이 제공된다.
본원의 실시형태들의 특징들, 목적들, 및 이점들은, 첨부 도면들에 대해 참조들이 이루어질 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 명백하게 될 것이다.
본 발명의 전술한 및 다른 특징들 및 이점들은 첨부 도면들에 예시된 바와 같은 본원의 실시형태들의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서에 통합되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들은 추가로, 본 발명의 원리들을 설명하도록 그리고 당업자로 하여금 본 발명을 제조 및 이용할 수 있게 하도록 서빙한다. 도면들은 스케일링하지 않는다.
도 1 은 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 햅틱 인에이블드 디바이스를 예시한 블록 다이어그램을 제공한다.
도 2a 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 액추에이터의 모델을 갖고 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 정의하는 정보를 갖는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체의 블록 다이어그램을 제공한다.
도 2b 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 효과에 대해 햅틱 액추에이터에 의해 출력될 움직임에 대한 원하는 파라미터 값들 및 햅틱 액추에이터의 모델을 갖는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체의 블록 다이어그램을 제공한다.
도 3a 및 도 3b 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 인에이블드 디바이스 내의 햅틱 액추에이터의 배치를 예시한다.
도 4a 내지 도 4e 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 인에이블드 디바이스 내의 햅틱 액추에이터의 배치를 예시한다.
도 5a 는 햅틱 효과를 생성하기 위한 오직 개방 루프 제어만의 사용을 예시한다.
도 5b 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 효과를 생성하기 위해 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어를 결합하는 하이브리드 형태의 제어를 사용하는 것을 예시한다.
도 5c 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 예시적인 방법을 예시한 플로우 다이어그램을 제공한다.
도 6a 및 도 6b 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 측정된 가속도와 햅틱 효과에 대한 레퍼런스 가속도의 비교를 예시한다.
도 7a 및 도 7b 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 측정된 가속도와 햅틱 효과에 대한 레퍼런스 가속도의 비교를 예시한다.
도 8a 내지 도 8d 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 측정된 가속도와 햅틱 효과에 대한 레퍼런스 가속도의 비교를 예시한다.
도 8e 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 액추에이터가 상이한 주파수들에서 달성되도록 정격화되는 최대 피크 대 피크 가속도 사이의 관계를 예시한다.
도 9a 는 본원의 일 양태에 따른, 구동 신호의 구동 부분을 생성하기 위한 개방 루프 제어와 구동 신호의 제동 부분을 생성하기 위한 폐쇄 루프 제어를 결합하는 하이브리드 형태의 제어를 예시한다.
도 9b 는 본원의 일 양태에 따른, 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하기 위한 예시적인 방법을 예시한 플로우 다이어그램을 제공한다.
도 9c 는 본원의 일 양태에 따른, 도 9a 및 도 9b 에 예시된 하이브리드 형태의 제어에 기초하여 생성되는 구동 신호를 예시한다.
도 10 은 본원의 일 양태에 따른, 상이한 제어 기법들을 사용하여 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 개별 가속도들을 예시한다.
도 11 은 본원의 일 양태에 따른, 하이브리드 형태의 제어를 사용하여 상이한 햅틱 액추에이터들에 의해 생성된 개별 가속도들을 예시한다.
다음의 상세한 설명은 사실상 단지 예시적일 뿐이며, 본 발명 또는 본 발명의 어플리케이션 및 이용들을 제한하도록 의도되지 않는다. 더욱이, 전술한 기술분야, 배경기술, 간략한 개요 또는 다음의 상세한 설명에서 제시된 임의의 명시된 또는 암시된 이론에 의해 구속될 의도는 없다.
본 명세서에서의 실시형태들은 선형 공진 액추에이터 (LRA) 또는 선형 모터와 같은 햅틱 액추에이터를 제어하여, 햅틱 액추에이터로 하여금 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임 (예컨대, 원하는 가속도) 과 밀접하게 매칭하거나 동일한 움직임 (예컨대, 가속도) 을 출력하게 하거나 또는 햅틱 파라미터 (예컨대, 가속도 파라미터) 의 원하는 파라미터 값을 갖는 움직임을 출력하게 하기 위한 디바이스들 및 방법들에 관련된다. 이들 실시형태들에서의 디바이스들 및 방법들은, 예를 들어, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어를 결합하는 하이브리드 제어기 기능으로 햅틱 액추에이터를 제어할 수도 있다. 이러한 하이브리드 제어기 기능은 또한, 폐쇄 루프 제어로의 피드 포워드로서 또는 하이브리드 형태의 제어로서 지칭될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 하이브리드 형태의 제어는, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 추적 기능 및/또는 복제 기능을 구현하는데 사용될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 추적 기능은, 시간의 함수로서 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 기술하는 파형과 밀접하게 매칭하는 움직임을 출력하도록 햅틱 액추에이터를 제어하는 것을 수반한다. 일 예에 있어서, 원하는 움직임은 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도일 수도 있고, 파형은 시간의 함수로서 원하는 가속도에 대한 값들을 기술할 수도 있다. 즉, 그러한 파형은 함수 (adesired(t)) 를 기술할 수도 있다. 양태들에 있어서, 하이브리드 형태의 제어는 원하는 가속도를 나타내는 파형 (adesired(t)) 과 밀접하게 매칭하는 방식으로 시간에 걸친 가속도 (함수 (a(t)) 에 의해 기술될 수도 있음) 를 출력하도록 햅틱 액추에이터를 제어하는데 사용될 수도 있다. 본 명세서에서의 실시형태들에 있어서, 원하는 움직임은 또한 본 명세서에서 레퍼런스 움직임으로서 지칭될 수도 있고, 원하는 가속도는 또한 레퍼런스 가속도로서 지칭될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 복제 기능은 햅틱 파라미터(들)에 대한 원하는 파라미터 값(들)을 따르는 움직임을 출력하도록 햅틱 액추에이터를 제어하는 것을 수반한다. 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 제어하기 위해, 추적 기능에 관하여 상기 설명된 파형에 부가하여 또는 그 대신에, 원하는 파라미터 값이 사용될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 햅틱 파라미터는 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도의 특성을 기술하는 가속도 파라미터일 수도 있다. 예를 들어, 원하는 가속도는 시변 가속도 (adesired(t)) 일 수도 있고, 햅틱 파라미터는 햅틱 효과의 지속기간 전반에 걸친 원하는 가속도 (adesired(t)) 에서의 피크들의 수 (예컨대, 3개 피크들), 원하는 가속도에 대한 주파수 컨텐츠, 및/또는 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 크기일 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 복제 기능은 구동 부분 및 제동 부분을 갖는 구동 신호로 햅틱 액추에이터를 제어하는 것, 및 상이한 방식들로 구동 부분 및 제동 부분을 생성하는 것을 더 수반할 수도 있다. 더 구체적으로, 구동 부분은 개방 루프 방식으로 생성될 수도 있는 한편, 제동 부분은 폐쇄 루프 방식으로 생성될 수도 있다. 개방 루프 제어는, 상기 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 구동 신호로 또는 구동 신호의 파라미터 값으로 변환하도록 구성되는 정의된 함수 (예컨대, 전달 함수) 에 기초하여 구동 부분을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 구동 부분이 구형파이면, 개방 루프 제어는 피크 대 피크 가속도, 피크들의 수, 주파수 컨텐츠, 및/또는 햅틱 파라미터에 의해 명시된 일부 다른 파라미터 값을 갖도록 구형파를 생성할 수도 있다. 이러한 실시형태에 있어서, 폐쇄 루프 제어는 제동 부분을 생성하여, 원하는 특성을 향해 햅틱 액추에이터의 움직임을 구동하도록 시도할 수도 있다. 예를 들어, 폐쇄 루프 제어는 제동 부분을 생성하여, 제로를 향해 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도를 구동할 수도 있다.
상기 서술된 바와 같이, 햅틱 액추에이터는 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임 (예컨대, 원하는 가속도) 과 밀접하게 매칭하는 움직임 (예컨대, 가속도) 을 출력하거나, 또는 햅틱 파라미터의 원하는 파라미터 값과 밀접하게 매칭하는 파라미터 값을 갖는 움직임을 출력하도록 제어될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 액추에이터를 제어하는 것은 움직임 센서를 통해 행해진 측정에 기초할 수도 있으며, 이 움직임 센서는 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 변위, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 속도, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 가속도, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 힘, 또는 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임의 일부 다른 양태를 측정할 수도 있다. 일부 상황들에 있어서, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 변위 또는 속도를 측정하는 것에 기초하여 햅틱 액추에이터를 제어하는 것이 더 용이할 수도 있지만, 가속도 센서들 (가속도계들로서도 또한 지칭될 수도 있음) 의 일반적으로 더 양호한 정확도, 더 낮은 비용 및/또는 높은 신뢰도 때문에, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 가속도를 측정하는 것에 기초하여 햅틱 액추에이터를 제어하는 것이 여전히 더 유리할 수도 있다.
상기에서 또한 서술된 바와 같이, 본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는, 개방 루프 제어 및 폐쇄 루프 제어를 사용하는 하이브리드 형태의 제어에 관련된다. 이러한 하이브리드 형태의 제어는, 예컨대, 원하는 가속도를 나타내는 파형을 추적하는 가속도를 출력하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하는데 사용될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 개방 루프 제어는 햅틱 액추에이터의 모델에 의존할 수도 있으며, 여기서, 그 모델은 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술할 수도 있다. 예를 들어, 그 모델은 햅틱 액추에이터의 전기적 특성 (예컨대, 전기 인덕턴스, 전기 저항) 및/또는 기계적 특성 (예컨대, 질량, 관성 모멘트, 댐핑) 을 근사화할 수도 있다. 일부 사례들에 있어서, 그 모델은, 움직임을 구동 신호에 관련시키거나, 또는 더 구체적으로, 가속도를 구동 신호 (예컨대, 전압 신호 또는 전류 신호) 에 관련시키는 역 전달 함수를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 역 전달 함수는 역 전달 함수로의 입력일 수도 있는 원하는 가속도 (예컨대, adesired(t)) 를, 역 전달 함수의 출력일 수도 있는 구동 신호 (예컨대, d(t)) 로 변환하도록 구성될 수도 있다. 개방 루프 제어는, 예컨대, 특정 햅틱 액추에이터의 모델에서 역 전달 함수에 의존하여 그 햅틱 액추에이터에 의해 출력될 원하는 가속도에 기초하여 구동 신호를 생성할 수도 있다.
일부 경우들에 있어서, 개방 루프 제어에만의 의존은, 모델에서의 한계들 때문에, 햅틱 액추에이터의 강인한 제어를 제공하기에 충분하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 햅틱 액추에이터는, 햅틱 액추에이터에 대해 비용을 낮게 유지하기 위하여, 극도로 타이트한 공차 (tolerance) 로 제조되지 않았을 수도 있다. 햅틱 액추에이터들의 배치 (batch) 가 제조될 경우, 햅틱 액추에이터들 중 오직 몇몇만이 평가되어, 평가된 햅틱 액추에이터들과 동일한 타입의 햅틱 액추에이터인 모든 햅틱 액추에이터들에 또는 그 배치에서의 모든 햅틱 액추에이터들에 공칭적으로 적용하는 모델을 결정하였을 수도 있다. 하지만, 완화된 제조 공차 때문에, 햅틱 액추에이터들의 배치에서의 특정 햅틱 액추에이터는 모델로부터 벗어날 수도 있고, 햅틱 액추에이터들은 서로 변동들을 가질 수도 있다. 따라서, 파라미터 값들, 역 전달 함수, 또는 모델의 다른 양태는 오직 그 배치에서의 특정 햅틱 액추에이터의 실제 거동 (예컨대, 트랜션트 거동) 의 불완전한 근사화만을 제공할 수도 있다. 더욱이, 햅틱 액추에이터가 비-최소 위상 (NMP) 시스템일 수도 있기 때문에, 개방 루프 제어만의 사용은 더 불충분할 수도 있다. NMP 시스템은 포지티브 제로들 또는 포지티브 폴들을 나타낼 수도 있으며, 이는 시스템을 오직 개방 루프 제어만으로 제어하기 어렵게 할 수도 있다.
일부 경우들에 있어서, 폐쇄 루프 제어에만의 의존은 또한, 폐쇄 루프 제어가 햅틱 액추에이터의 움직임으로 하여금 원하는 움직임을 향해 충분히 신속하게 수렴하게 하지 않을 수도 있기 때문에, 햅틱 액추에이터의 강인한 제어를 제공하기에 불충분할 수도 있다. 예를 들어, 가상 버튼의 클릭을 시뮬레이션하기 위해 햅틱 효과가 생성되고 있으면, 햅틱 효과의 총 지속기간은 상당히 짧을 수도 있다. 그러한 상황에 있어서, 햅틱 액추에이터는, 햅틱 효과가 막 종료하려 하기 훨씬 전에, 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 향해 신속히 수렴하기 시작하는 움직임을 출력할 필요가 있을 수도 있다. 그러한 상황에 대해, 폐쇄 루프 제어만으로는 종종, 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 움직임이 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임과 충분히 신속하게 매칭하게 하는데 실패할 수도 있다. 이에 따라, 본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는, 햅틱 효과를 생성하기 위해 개방 루프 제어 및 폐쇄 루프 제어 양자 모두를 사용하는 하이브리드 형태의 제어에 의존한다.
일 실시형태에 있어서, 하이브리드 형태의 제어는 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하는 것과 같이 개방 루프 제어를 사용하여 구동 신호 (예컨대, 그의 하나 이상의 부분들) 를 생성하는 것, 및 구동 신호가 햅틱 액추에이터에 인가되고 있을 때 폐쇄 루프 제어에 기초하여 구동 신호 (예컨대, 그의 하나 이상의 부분들) 를 조정하는 것을 수반할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 하이브리드 형태의 제어는 상이한 방식들로 구동 신호의 구동 부분 및 구동 신호의 제동 부분을 생성하는 것을 수반할 수도 있다. 예를 들어, 하이브리드 형태의 제어는 구형파, 정현파, 또는 일부 다른 구동 부분인 구동 부분을 생성하기 위해 초기에 개방 루프 방식으로 동작할 수도 있다. 구형파가 완료되거나 또는 막 완료되려 할 때, 햅틱 액추에이터에 대한 하이브리드 형태의 제어는 구형파를 생성하기 위한 개방 루프 제어를 사용하는 것으로부터, 햅틱 액추에이터의 관성으로부터의 잔류 가속도와 같은 잔류 모션을 제동시키거나 그렇지 않으면 정지시키기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용하는 것으로 스위칭할 수도 있다. 잔류 모션은 또한, 진동 테일 (oscillatory tail) 로서 지칭될 수도 있으며, 제동은 진동 테일을 감소시키거나 제거하는데 사용될 수도 있다. 개방 루프 제어로부터 폐쇄 루프 제어로 스위칭하는 것은 구동 부분이 햅틱 액추에이터에 대한 움직임을 생성하는 것을 향해 개선 및/또는 최적화되게 하고 그리고 제동 부분이 햅틱 액추에이터에 대한 움직임을 정지시키는 것을 향해 개선 및/또는 최적화되게 한다. 더 상세하게, 햅틱 액추에이터에 대한 움직임을 생성하는 것을 향해 개선 및/또는 최적화되는 단일의 함수 (예컨대, 전달 함수) 또는 다른 알고리즘 (제어 기법으로서 또한 지칭됨) 은 햅틱 액추에이터에 대한 움직임 (예컨대, 가속도) 을 신속하게 증가시키는 구동 신호를 생성하는 것에 집중할 수도 있지만, 이러한 단일의 함수는 긴 진동 테일 또는 차선의 제동을 야기할 수도 있다. 한편, 제동을 개선 및/또는 최적화하기 위해 그리고 진동 테일을 감소시키기 위해 단일의 함수 또는 다른 알고리즘을 조정하도록 시도하는 것은 햅틱 액추에이터의 움직임이 너무 느리게 증가하게 하는 구동 신호를 야기할 수도 있다. 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어 사이의 스위칭은, 햅틱 액추에이터의 움직임을 신속하게 증가시키는 것에 의한 것과 같이 햅틱 액추에이터의 구동을 최적화하기 위한 함수 또는 다른 알고리즘을 채용하는 것, 및 그 다음, 제동이 수행될 필요가 있을 때 상이한 알고리즘 (또는 더 일반적으로, 상이한 기법) 으로 스위칭하는 것에 의해 이러한 문제를 해결할 수도 있으며, 여기서, 이러한 후자의 알고리즘은 제동을 위해 개선 및/또는 최적화된다. 결과적으로, 전자의 알고리즘은 더 이상 햅틱 액추에이터의 구동을 햅틱 액추에이터의 제동과 밸런싱하도록 시도할 필요가 없게 하고, 따라서, 햅틱 액추에이터의 구동을 개선 및/또는 최적화하는 것을 향해 집중될 수 있다. 일 예에 있어서, 전자의 알고리즘은 구형파를 생성하기 위해 개방 루프 제어를 채용할 수도 있으며, 이는, 구형파가 햅틱 액추에이터로 하여금 큰 피크 대 피크 가속도를 출력하게 할 수 있고 그리고 가속도가 제로로부터 증가하는데 필요한 상승 시간의 양을 감소 및/또는 최소화하게 할 수 있기 때문에 햅틱 액추에이터에 의한 움직임을 신속하게 생성하기 위해 개선 및/또는 최적화될 수도 있다. 구형파가 (낮은 댐핑을 가질 수도 있는) LRA 와 같은 햅틱 액추에이터에서 긴 진동 테일을 야기할 수도 있지만, 별도의 알고리즘은, 그러한 잔류 움직임의 가속도가 제로를 향해 수렴하게 하거나 또는 더 일반적으로 햅틱 액추에이터를 제동하게 하도록 폐쇄 루프 제어를 채용할 수도 있다.
도 1 은 햅틱 액추에이터 (120) 로 햅틱 효과를 생성하기 위해 하이브리드 형태의 제어를 사용하도록 구성되는 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 를 예시한다. 햅틱 인에이블드 디바이스는, 예컨대, 모바일 폰, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 차량 사용자 인터페이스 디바이스, 웨어러블 디바이스 (예컨대, 시계), 또는 임의의 다른 햅틱 인에이블드 디바이스일 수도 있다. 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는 햅틱 액추에이터 (120), 햅틱 액추에이터 (120) 를 제어하도록 구성되는 제어 회로 (110), 움직임 센서 (130), 및 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 를 포함할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 햅틱 액추에이터 (120) 는 선형 공진 액추에이터 (LRA), 선형 모터, 편심 회전 질량 (ERM) 액추에이터, 솔레노이드 공진 액추에이터 (SRA), 압전 액추에이터, 전기 활성 중합체 (EAP) 액추에이터, 또는 임의의 다른 타입의 햅틱 액추에이터일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 다른 컴포넌트들을 포함하는 하우징을 가질 수도 있으며, 햅틱 액추에이터 (120) 는 하우징에 장착되거나 또는 하우징의 일부 내에 내장될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는 디스플레이 디바이스를 가질 수도 있고, 햅틱 액추에이터 (120) 는 디스플레이 디바이스에 부착되거나 디스플레이 디바이스 내에 내장될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는 강성 컴포넌트를 가질 수도 있고, 햅틱 액추에이터 (120) 는 강성 컴포넌트에 내장될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 햅틱 인에이블드 디바이스 (120) 는 서스펜션을 통해 장착 표면 상에 서스펜션되는 터치패드 또는 터치스크린을 포함하고, 햅틱 액추에이터는 터치패드 또는 터치스크린에 부착된다.
일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는 햅틱 액추에이터 (120) 를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하도록 구성될 수도 있다. 일부 사례들에 있어서, 제어 회로 (110) 는, 구동 신호를 생성하도록 구성되는 증폭기, 또는 더 일반적으로, 구동 회로를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (120) 는 하나 이상의 프로세서들 또는 프로세서 코어들, 프로그래밍가능 로직 어레이 (PLA) 또는 프로그래밍가능 로직 회로 (PLC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA), 주문형 집적 회로 (ASIC), 마이크로 제어기, 또는 임의의 다른 제어 회로를 포함할 수도 있다. 제어 회로 (120) 가 프로세서를 포함하면, 프로세서는 모바일 폰 또는 다른 최종 사용자 디바이스 상의 범용 프로세서와 같은 범용 프로세서일 수도 있거나, 또는 햅틱 효과들을 생성하도록 전용된 프로세서일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는 움직임 센서 (130) 로부터의 데이터에 기초하여 햅틱 액추에이터 (120) 를 제어하도록 구성될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 움직임 센서 (130) 는 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 출력되는 움직임의 변위, 속도, 가속도, 또는 일부 다른 특성을 측정하거나 그렇지 않으면 감지하도록 구성될 수도 있다. 일 예에 있어서, 움직임 센서 (130) 는 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 출력된 변위를 감지하도록 구성된 포지션 센서 (예컨대, 전위차계) 일 수도 있다. 일 예에 있어서, 움직임 센서 (130) 는 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 출력되는 가속도를 감지하도록 구성된 가속도 센서 (130) (가속도계로서 또한 지칭됨) 일 수도 있다. 예를 들어, 움직임 센서 (130) 는 스프링-질량 기반 가속도 센서, 압전 기반 가속도계 센서, MEMS (micro-machined micro-electrical-mechanical) 가속도 센서, 또는 임의의 다른 타입의 가속도 센서일 수도 있거나 또는 이들을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 움직임 센서 (130) 가 가속도 센서이면, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는, 가속도 센서를 대체하거나 증강시키는 제 2 센서를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 2 센서는 포지션 센서 (예컨대, 감지 코일), 전류 센서, 제로 크로싱 센서, 또는 임의의 다른 센서일 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 는 제어 회로 (110) 에 의해 실행될 수 있는 명령들을 저장할 수도 있고/있거나 햅틱 액추에이터의 모델 또는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 저장할 수도 있다. 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 는, 예컨대, 동적 랜덤 액세스 메모리 (DRAM), 솔리드 스테이트 드라이브 (SSD), 하드 디스크 드라이브 (HDD), 테이프 드라이브, 또는 임의의 다른 저장 디바이스를 포함할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임은, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 상에 저장된, 또는 더 구체적으로, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상에 저장된 정보에 의해 정의될 수도 있다. 예를 들어, 그 정보는 시간의 함수로서 원하는 움직임을 기술하는 레퍼런스 프로파일일 수도 있다. 도 2a 는 레퍼런스 프로파일이 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 인 예를 도시한다. 레퍼런스 가속도 프로파일은 시간 의존적 가속도 파형을 포함하거나 기술할 수도 있으며, 이는 또한 adesired(t) 로서 지칭될 수도 있다.
도 2a 의 예에 있어서, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 는 추가로, 햅틱 액추에이터 (120) 의 모델 (141) 뿐 아니라 액추에이터 제어 모듈 (149) 및 다른 모듈 (142) (예컨대, 게임 어플리케이션) 을 저장한다. 일 실시형태에 있어서, 모델 (141) 은 햅틱 액추에이터 (120) 의 트랜션트 거동을 근사화하거나 그렇지 않으면 기술할 수도 있다. 트랜션트 거동은 햅틱 액추에이터 (120) 의 전기적 및/또는 기계적 특성들을 수반할 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 모델 (141) 은 햅틱 액추에이터 (120) 의 제조자에 의해, 또는 햅틱 액추에이터 (120) 를 통합한 랩탑 또는 랩탑 터치패드와 같은 디바이스의 제조자에 의해 결정되었을 수도 있다. 모델 (141) 은 제조자에 의해 햅틱 액추에이터 (120) 또는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상에 직접 저장될 수도 있거나, 또는 인터넷 상으로 다운로드 가능하게 되었을 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 모델 (141) 은, 햅틱 액추에이터의 기계적 특성 또는 전기적 특성을 기술하는 파라미터들의 개별 파라미터 값들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 파라미터들은 햅틱 액추에이터 (120) 의 전기 인덕턴스, 전기 저항, 질량 또는 관성 모멘트, 및 댐핑 팩터일 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 모델 (141) 은 스프링 또는 전자기 코일과 같은 햅틱 액추에이터 (120) 의 컴포넌트들, 및/또는 햅틱 액추에이터의 구조를 기술할 수도 있다. 일부 사례들에 있어서, 모델 (141) 은 햅틱 액추에이터 (120) 의 컴포넌트들 또는 특성들의 단순화된 표현일 수도 있다. 예를 들어, 모델은 햅틱 액추에이터의 인덕턴스 또는 관성의 효과가 무시할 수 있다고 가정할 수도 있으며, 이는, 모델 (141) 로 하여금 햅틱 효과의 인덕턴스 또는 관성에 의해 야기될 수도 있는 2차 또는 고차 효과를 무시하게 하고 그리고 햅틱 액추에이터 (120) 의 다른 컴포넌트들 또는 특성들에 의해 야기될 수도 있는 오직 1차 효과만을 나타내게 할 수도 있다.
상기 서술된 바와 같이, 모델 (141) 은 햅틱 액추에이터 (120) 의 트랜션트 거동을 기술할 수도 있으며, 이 트랜션트 거동은 또한, 트랜션트 특성들 또는 트랜션트 다이내믹스로서 지칭될 수도 있다. 그러한 예에 있어서, 모델 (141) 은 햅틱 액추에이터 (120) 에 대한 트랜션트 모델로서 지칭될 수도 있다. 특정 햅틱 액추에이터에 대한 트랜션트 거동은, 예컨대, 햅틱 액추에이터가 얼마나 신속하게 구동 신호에 응답하는지를 기술할 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 그러한 트랜션트 거동은 입력에 대한 (예컨대, 구동 신호에 대한) 햅틱 액추에이터의 반응을 버퍼링하는 햅틱 액추에이터의 하나 이상의 관성 특성들을 통해 기술될 수도 있다. 관성 특성들은 햅틱 액추에이터의 전기적 트랜션트 특성, 및/또는 햅틱 액추에이터의 기계적 또는 전기기계적 트랜션트 특성을 포함하거나 그에 기초할 수도 있다. 전기적 트랜션트 특성은, 예컨대, 햅틱 액추에이터가 전압 구동 신호 또는 다른 입력에 응답하여 전류를 인출하거나 또는 인출되는 전류의 양을 변경하기 시작하는데 얼마나 오래 걸리는지를 기술할 수도 있다. 더 구체적으로, 전기적 트랜션트 특성은, 일 예에 있어서, 전압 입력 신호의 시작과 햅틱 액추에이터로의 전류의 흐름 사이의 시간 지연 (lag) 을 생성하는 전기 인덕턴스를 기술할 수도 있다. 기계적 또는 전기기계적 트랜션트 특성은, 예컨대, 햅틱 액추에이터로 유입된 전류로부터 생성된 힘 또는 토크와 같은 햅틱 액추에이터 내에서 생성되는 힘 또는 토크에 응답하여 햅틱 액추에이터가 움직임 또는 움직임의 변화를 출력하는데 얼마나 오래 걸리는지를 기술할 수도 있다. 예를 들어, 기계적 또는 전기기계적 트랜션트 특성은 전류에 의해 생성되는 힘 또는 토크의 시작과 햅틱 액추에이터에 의한 움직임의 출력 사이에 지연을 생성하는 관성 모멘트를 기술할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 모델 (141) 은 트랜션트 거동에 부가하여 또는 그 대신에 햅틱 액추에이터 (121) 의 정상 상태 거동을 기술하는 정보를 더 포함할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 모델은
Figure pat00001
또는
Figure pat00002
를 기술하는 함수와 같은 역 전달 함수 (T-1) 를 포함할 수도 있으며, 여기서, d(t) 는 시간 도메인에서의 구동 신호이고, adesired(t) 는 시간 도메인에서의 원하는 가속도이며, d(s) 는 라플라스 도메인에서의 구동 신호이고, adesired(s) 는 라플라스 도메인에서의 원하는 가속도이다. 모델이 역 전달 함수를 포함할 경우, 그 모델은 또한, 역 모델로서 지칭될 수도 있다. 햅틱 액추에이터에 대한 모델들은 "Method of Actuator Control based on Characterizing of Haptic Actuator" 의 명칭인 미국 가출원 제 62/622,648 호 및 "Method and Device for Performing Actuator Control based on an Actuator Model" 의 명칭인 미국 특허출원 제 16/250,494 호에 더 상세히 기술되며, 이들 출원들의 전체 내용들은 본 명세서에 참조로 통합된다.
일 실시형태에 있어서, 모델 (141) 은 오직 햅틱 액추에이터 (120) 만의 거동을 기술할 수도 있거나, 또한, 햅틱 액추에이터 (120) 가 내장된 또는 햅틱 액추에이터 (120) 가 부착된 구조를 고려할 수도 있다. 예를 들어, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 가 터치패드를 포함하고 햅틱 액추에이터 (120) 가 탄성 서스펜션을 통해 장착 표면에 차례로 장착되는 터치패드에 부착되면, 모델 (141) 은 햅틱 액추에이터 (120) 의 거동에 대한 탄성 서스펜션 및 터치패드의 효과들을 고려할 수도 있다. 그러한 사례에 있어서, 모델 (141) 은 터치패드 또는 다른 구조에 이미 부착되었던 햅틱 액추에이터 (120) 이후에 결정될 수도 있고, 랩탑 또는 다른 햅틱 인에이블드 디바이스의 제조자에 의해 결정되었을 수도 있다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 는 추가로, 액추에이터 제어 모듈 (149) 및 적어도 하나의 다른 모듈 (142) 을 저장할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 다른 모듈 (142) 은 게임 어플리케이션, 텍스팅 어플리케이션, 또는 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 상에서 실행될 수 있는 일부 다른 어플리케이션일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 모듈 (142) 은, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 상의 가상 버튼이 클릭되거나 그렇지 않으면 터치되는 것과 같은 햅틱 효과를 트리거링하는 이벤트를 조우하도록 구성될 수도 있다. 가상 버튼은, 예컨대, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 디스플레이 디바이스 (포함된다면) 상에 디스플레이되는 버튼의 이미지일 수도 있다. 그러한 예에 있어서, 모듈 (142) 은 버튼 클릭을 시뮬레이션하기 위해 햅틱 효과를 생성하도록 액추에이터 제어 모듈 (149) 에게 요청할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 모듈 (142) 은 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임 (예컨대, 원하는 가속도) 을 명시할 수도 있다. 예를 들어, 원하는 움직임은 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 에 의해, 더 구체적으로, 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 에 의해 기술된 시변 가속도 파형 (또한 시간 의존적 가속도 파형으로서도 지칭됨) 에 의해 정의된 원하는 가속도일 수도 있다.
일부 경우들에 있어서, 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 에서의 가속도 파형은 이른 시간에 실험적으로 결정되고, 그 다음, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상에 직접 저장되거나 또는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상으로 (예컨대, 인터넷을 통해) 다운로드 가능하게 되었을 수도 있다. 예를 들어, 가속도 파형은, 기계적 버튼이 클릭되거나 그렇지 않으면 사용자에 의해 작동될 때 기계적 버튼의 가속도를 측정함으로써, 기계적 버튼으로부터 실험적으로 도출되었을 수도 있다. 측정된 가속도의 값들은 기록될 수도 있으며, 예컨대, 클릭될 때 기계식 버튼의 진동 또는 다른 움직임을 반영할 수도 있다. 기록된 값들은 가속도 파형을 형성할 수도 있으며, 이는, 결국, 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 의 일부로서 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상에 저장될 수도 있다. 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 가상 버튼이 사용자에 의해 클릭될 경우, 예를 들어, 액추에이터 제어 모듈 (149) 은 가속도 파형을 재생하기 위해 햅틱 액추에이터 (120) 를 사용하도록 시도할 수도 있으며, 이는 또한, 하이브리드 형태의 제어에 의해 제공된 추적 기능의 일부로서, 클릭되는 기계식 버튼의 감각을 시뮬레이션하기 위한 노력으로, 가속도 파형을 추적하는 것으로서 지칭될 수도 있다.
상기 논의된 바와 같이, 하이브리드 형태의 제어는, 일 실시형태에 있어서, 햅틱 액추에이터 (예컨대, 120) 가 햅틱 파라미터에 대한 원하는 파라미터 값을 따르는 움직임을 출력하도록 제어되는 복제 기능을 제공할 수도 있다. 복제 기능을 위해 사용된 햅틱 파라미터(들)는 추적 기능의 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 을 증대시키거나 대체할 수도 있다. 도 2b 는 복제 기능을 위해 사용된 다양한 햅틱 파라미터들의 파라미터 값들 (144) 의 실시형태를 예시한다. 도 2a 와 유사하게, 도 2b 에서의 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 는 햅틱 액추에이터 (120) 의 모델 (141) 을 포함하고, 액추에이터 모듈 (149) 및 다른 모듈 (142) 을 포함한다. 도 2b 에 있어서, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 는 추가로, 하나 이상의 햅틱 파라미터들에 대한 파라미터 값들 (144) 을 저장한다. 일부 사례들에 있어서, 특정 햅틱 파라미터는 예컨대, 햅틱 액추에이터 (예컨대, 120) 가 햅틱 효과의 지속기간에 걸쳐 햅틱 효과에 대해 얼마나 많은 움직임을 출력할 것인지를 표시하는 변수 (예컨대, 속력 또는 가속도) 에서의 다수의 피크들을 식별할 수도 있다. 일부 사례들에 있어서, 특정 햅틱 파라미터는, 햅틱 액추에이터가 햅틱 효과에 대해 출력할 움직임의 진폭, 또는 그 움직임에서의 주파수 컨텐츠를 식별할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 파라미터 값들 (144) 은 특정 햅틱 효과들로 분할되거나 그렇지 않으면 특정 햅틱 효과들과 연관될 수도 있다. 예를 들어, 도 2b 는 햅틱 효과 1 로 라벨링된 제 1 특정 햅틱 효과와 연관되는 파라미터 값들 (144) 의 일부 및 햅틱 효과 2 로 라벨링된 제 2 특정 햅틱 효과와 연관되는 파라미터 값들 (144) 의 일부를 도시한다. 더 상세하게, 햅틱 효과 1 은 3개의 햅틱 파라미터들에 대한 개별 파라미터 값들을 포함한다. 이들 햅틱 파라미터들은 햅틱 효과에 대해 햅틱 액추에이터에 의해 출력될 가속도에서의 피크들의 총 수 (예컨대, 3 피크들), 가속도의 진폭 (예컨대, 1 gpp 의 최대 피크 대 피크 가속도), 및 가속도에 대한 주파수 컨텐츠 (예컨대, 150 Hz 를 포함하는 주파수 컨텐츠) 를 표시한다. 유사하게, 햅틱 효과 2 는 2개의 햅틱 파라미터들에 대한 개별 파라미터 값들을 포함한다. 이들 햅틱 파라미터들은 또한, 햅틱 효과에 대해 햅틱 액추에이터에 의해 출력될 가속도에서의 피크들의 총 수 (예컨대, 2 피크들), 및 가속도의 진폭 (예컨대, 1.5 gpp) 을 표시한다.
일 실시형태에 있어서, 도 2b 에서의 모듈 (142) 은, 액추에이터 제어 모듈 (149) 이 햅틱 효과 1 로서 또는 햅틱 효과 2 로서 저장된 개별 파라미터 값들을 갖는 햅틱 효과를 생성할 것을 요청할 수도 있다. 액추에이터 제어 모듈 (149) 은 햅틱 효과 1 또는 햅틱 효과 2 와 연관된 파라미터 값들을 취출할 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 액추에이터 제어 모듈 (149) 은 파라미터 값들에 기초하여 구동 신호의 구동 부분을 생성하고, 햅틱 액추에이터 (120) 에 구동 부분을 인가할 수도 있다. 구동 부분은 햅틱 액추에이터 (120) 의 모델 (141) 에 기초하여 추가로 생성될 수도 있거나, 또는 모델 (141) 의 사용없이 생성될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 액추에이터 제어 모듈 (149) 은 후속적으로, 구동 부분이 햅틱 액추에이터에 인가된 이후 제동 부분을 생성할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 도 1 의 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는 모바일 폰, 랩탑, 또는 임의의 다른 사용자 인터페이스 디바이스일 수도 있다. 도 3a 는, 예컨대, 상기 논의된 하이브리드 형태의 제어를 사용하여 햅틱 효과를 생성하도록 구성되는 모바일 폰 (200) 을 예시한다. 모바일 폰 (200) 은 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 일 실시형태일 수도 있다. 도 3a 에 도시된 바와 같이, 모바일 폰 (200) 은 터치스크린 (252) 및 플라스틱 쉘 또는 금속 쉘과 같은 쉘 (254) 에 의해 형성된 하우징 (250) 을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 모바일 폰 (200) 은 회로 보드 (260) 또는 다른 기판을 더 포함할 수도 있고, 회로 보드 (260) 또는 다른 기판에 내장된 햅틱 액추에이터 (220) 를 포함할 수도 있다. 그러한 배열에 있어서, 햅틱 액추에이터 (220) 가 진동 또는 다른 움직임을 출력할 경우, 진동은 회로 보드 (260), 및/또는 모바일 폰 (200) 의 하우징 (250) 으로 전달될 수도 있다. 회로 보드 (260) 는 추가로, 낮은 탄성도를 갖는 강성 컴포넌트일 수도 있다. 회로 보드 (260) 의 강성은 햅틱 액추에이터 (220) 로부터 회로 보드 (260) 로의 및 모바일 폰 (200) 의 하우징 (250) 으로의 진동의 전달을 용이하게 할 수도 있다. 도 3b 는, 도 3a 의 햅틱 액추에이터 (220) 가 1 cm x 2.5 cm 의 치수들을 갖는 햅틱 액추에이터 (220A) 인 예를 예시한다. 햅틱 액추에이터 (220A) 는, 예컨대, 100g 큐브에 내장된 Nidec®Sprinter Gamma®모터일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 액추에이터 (220A) 는 강성 오브젝트를 형성할 수도 있고, (서스펜션으로부터 발생할 수도 있는 임의의 추가적인 공진 주파수를 생성하지 않도록) 어떠한 서스펜션없이 모바일 폰에 내장될 수도 있다.
도 4a 는 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 일 실시형태인 사용자 인터페이스 디바이스 (300) 를 도시한다. 사용자 인터페이스 디바이스 (300) 는, 예컨대, 랩탑 또는 차량 장착형 사용자 인터페이스 디바이스 (예컨대, 중앙 콘솔 디바이스) 일 수도 있다. 사용자 인터페이스 디바이스 (300) 는 터치스크린 또는 터치패드 (352) 및 장착 컴포넌트 (354) 를 통합한다. 장착 컴포넌트 (354) 는, 예컨대, 랩탑의 하우징의 일부, 또는 차량의 본체의 일부인 장착 블록의 일부일 수도 있다. 일부 사례들에 있어서, 터치스크린 또는 터치패드 (352) 는 장착 컴포넌트 (354) 의 장착 표면 (354a) 위에 서스펜션될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 터치패드 (352) 는, 예를 들어, 스프링 서스펜션과 같은 탄성 서스펜션을 형성할 수도 있는 서스펜션 컴포넌트들 (356, 358) 을 통해 서스펜션될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 액추에이터 (320) 는 터치스크린 또는 터치패드 (352) 의 후면에 기계적으로 또는 화학적으로 부착될 수도 있다. 도 4b 는 햅틱 액추에이터 (320) 가 Nidec® HT-6220 모터 (320A) 인 예를 도시한다.
도 4c 내지 도 4e 는, 햅틱 액추에이터 (320) 및 터치스크린 또는 터치패드 (352) 가 서로 연결될 수 있는 다양한 방식들을 도시한다. 도 4c 에 있어서, 햅틱 액추에이터 (320) 는 오직 접착제의 층 (371) 만을 통해 터치패드 (352) 에 부착될 수도 있다. 하지만, 그러한 연결은, 특히 햅틱 액추에이터 (320) 가 충분히 다량의 가속도 또는 움직임의 다른 측정치를 생성할 수 있는 실시형태들에서, 상대적으로 느슨할 수도 있다. 이러한 느슨한 연결은 햅틱 액추에이터 (320) 가 가속도 또는 다른 움직임을 출력하고 있을 경우에 햅틱 액추에이터 (320) 로 하여금 터치스크린 또는 터치패드 (352) 에 대해 래틀링 (rattle) 하게 할 수도 있으며, 이는, 원치않은 가청 노이즈를 생성할 수도 있다.
도 4d 및 도 4e 는, 햅틱 액추에이터 (320) 와 터치스크린 또는 터치패드 (352) 사이에 더 강한 연결 (예컨대, 더 강성의 연결) 을 제공하고 따라서 가청 노이즈를 감소시키거나 제거하도록, 햅틱 액추에이터 (320) 를 터치스크린 또는 터치패드 (352) 에 클램핑하기 위해 하나 이상의 기계적 패스너들이 또한 사용될 수도 있는 실시형태들을 예시한다. 더 구체적으로, 도 4d 는, 햅틱 액추에이터 (320) 가 클램핑 플레이트 (375) 및 하나 이상의 기계식 패스너들 (373a, 373b) (예컨대, 나사들) 을 통해 터치스크린 또는 터치패드 (352) 에 대해 클램핑되는 실시형태를 예시한다. 햅틱 액추에이터 (320) 는 추가로, 접착제의 제 1 층 (371a) 을 통해 터치스크린 또는 터치패드 (352) 에 연결될 수도 있고, 접착제의 제 2 층 (371b) 을 통해 클램핑 플레이트 (375) 에 연결될 수도 있다. 기계적 패스너들 (373a, 373b) 로부터의 클램핑은, 햅틱 액추에이터 (320) 가 움직임을 출력하고 있을 경우, 터치패드 (352) 에 대한 햅틱 액추에이터 (320) 의 래틀링 또는 회전을 현저히 감소시킬 수도 있다. 결과적으로, 클램핑은 원치않는 가청 노이즈를 현저히 감소시키고, 햅틱 액추에이터 (320) 로부터 터치패드 (352) 로의 진동 또는 다른 움직임의 전달을 개선할 수도 있다.
도 4d 의 실시형태와 같이, 도 4e 의 실시형태는, 터치패드 (352) 의 일 실시형태인 터치패드 (352A) 로의 햅틱 액추에이터 (320) 의 부착을 예시한다. 도 4e 의 실시형태는, 클램핑 플레이트 (375) 의 일 실시형태일 수도 있는 클램핑 플레이트 (375A) 를 더 포함한다. 터치패드 (352A) 는 햅틱 액추에이터 (320) 를 수용하거나 그렇지 않으면 그 주위에 실질적으로 끼워지도록 성형화될 수도 있다. 예를 들어, 터치패드 (352A) 는, 햅틱 액추에이터 (320) 를 수용하도록 성형화되는 캐비티를 가질 수도 있다. 터치패드 (352A) 의 그러한 구성은, 터치패드 (352A) 의 표면에 수직인 축과 같은 오직 하나의 축을 따른 햅틱 액추에이터 (320) 의 움직임을 집중시킬 수도 있다. 이러한 구성은 터치패드 (352A) 의 표면에 평행한 축을 따른 햅틱 액추에이터의 래틀링 또는 다른 움직임을 감소시키거나 제거할 수도 있다.
상기 서술된 바와 같이, 본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는, 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어를 결합한 하이브리드 형태의 제어를 사용하는 것에 관련된다. 도 5a 는 햅틱 액추에이터, 또는 더 구체적으로, 도 5a 에서 플랜트로서 지칭되는 선형 공진 액추에이터 (LRA) 를 구동하기 위해 오직 개방 루프 제어만을 사용하는 표현을 도시한다. 도 5a 에서의 개방 루프 제어는 가속도를 제어하는 것에 기초하며, 역 모델로의 입력일 수도 있는 원하는 가속도 (또한 레퍼런스 가속도로서 지칭됨) 에 기초하여 전압 신호 또는 다른 구동 신호를 출력하기 위해 역 모델을 사용하는 것을 수반할 수도 있다. 역 모델은, 상기에서 기술된 역 전달 함수 (T-1) 를 포함하는 햅틱 액추에이터 (예컨대, 햅틱 액추에이터 (120)) 의 모델일 수도 있다. 도 5a 는 추가로, (구동 신호를 출력하는) 역 모델의 출력과 LRA 사이에 배치된 제한 컴포넌트를 예시한다. 제한 컴포넌트는, 크기가 너무 큰 구동 신호의 임의의 신호 값 (예컨대, 전압 값 또는 전류 값) 이 LRA 에 인가되는 것을 방지하도록 구성될 수도 있다. 신호 값은, 정의된 최대 신호 값 (예컨대, 정의된 최대 전압 값 또는 정의된 최대 전류 값) 보다 크기가 더 클 경우에 너무 높을 수도 있다. 일부 사례들에 있어서, 정의된 최대 전압 값 또는 정의된 최대 전류 값은 정의된 정격 최대 전압 값 또는 정의된 정격 최대 전류 값일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 정의된 정격 최대 전압 값 또는 정의된 정격 최대 전류 값은, LRA 또는 다른 햅틱 액추에이터가 오버히팅없이 지속가능하게 동작될 수 있는 최대 값들일 수도 있다.
상기에서 또한 논의된 바와 같이, 하이브리드 형태의 제어를 사용하는 것은 오직 개방 루프만을 사용하여 더 강인한 액추에이터 제어를 제공할 수도 있다. 하이브리드 형태의 제어는, 예컨대, 도 1 의 제어 회로 (110) 에 의해 제공될 수도 있다. 도 5b 는, 플랜트로서 지칭되는 햅틱 액추에이터 (예컨대, 햅틱 액추에이터 (120)) 가 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어의 조합으로 제어되는 하이브리드 형태의 제어의 표현을 도시한다. 개방 루프 제어는, 도 5a 에 관하여 상기 논의된 바와 같이, 역 모델 및 레퍼런스 가속도로부터 전압 신호를 생성하는 것을 여전히 수반할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 전압 신호는 실시간으로 계산되는 것보다는 미리 계산되고 (예컨대, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 에) 저장되었을 수도 있다. 저장된 전압 신호는 특정 레퍼런스 가속도와 연관될 수도 있고, 나중에, 레퍼런스 가속도에 기초한 햅틱 효과가 소망될 경우에 취출될 수도 있다.
도 5b 에서의 폐쇄 루프 제어는 가속도 센서 (예컨대, 가속도 센서 (130)) 로부터의 피드백에 기초하여 전압 신호를 조정하는 것을 수반할 수도 있다. 더 구체적으로, 가속도 센서는, 플랜트에 의해 출력되고 있는 가속도를 측정할 수도 있으며, 여기서, 가속도는 또한, 측정된 가속도로서 지칭될 수도 있다. 폐쇄 루프 제어는 레퍼런스 가속도 (예컨대, 원하는 가속도) 와 측정된 가속도 사이의 차이와 동일한 가속도 에러를 계산할 수도 있다. 더 상세하게, 시간의 특정 인스턴스에서의 가속도 에러는 시간의 그 인스턴스에 대한 레퍼런스 가속도의 값과 시간의 그 인스턴스에 대한 측정된 가속도의 값 사이의 차이와 동일한 값을 가질 수도 있다. 폐쇄 루프 제어는, 예컨대, 가속도 에러에 기초하여 전압 신호를 조정하여, LRA 에 인가되는 조정된 신호를 생성할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 조정은, 예컨대, 비례, 비례 미분 (PD), 또는 비례 적분 미분 (PID) 제어에 기초할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 역 모델은 폐쇄 루프 제어에 기초하여 업데이트될 수도 있다. 예를 들어, 역 모델은, 역 모델이 레퍼런스 가속도에 대한 전압 신호를 생성하기 위해 다시 사용될 경우, 역 모델이 조정된 구동 신호를 출력하도록 업데이트될 수도 있다.
도 5c 는, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 햅틱 효과를 생성하기 위한 예시적인 방법 (500) 을 예시하는 플로우 다이어그램을 제공한다. 방법 (500) 은, 예컨대, 제어 회로 (110) 에 의해 수행될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 그 방법은, 제어 회로 (110) 가 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임 (예컨대, 원하는 속력 또는 원하는 가속도) 에 기초하여 그리고 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하는 단계 502 에서 시작한다. 단계 502 는, 원하는 움직임, 및 원하는 움직임을 구동 신호로 변환할 수 있는 정의된 기존의 함수에 기초하여 구동 신호가 생성되는 개방 루프 제어를 사용하여 수행될 수도 있으며, 여기서, 정의된 함수는 햅틱 액추에이터 (120) 의 모델에 기초할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 원하는 움직임은, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상에 저장된 정보와 같은 햅틱 인에이블드 디바이스 상에 저장된 정보에 의해 정의될 수도 있다. 원하는 움직임은 도 2a 의 레퍼런스 가속도 프로파일 (143) 과 같은 햅틱 효과의 레퍼런스 프로파일로서 지칭될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 원하는 움직임은 시간의 함수일 수도 있고, 시간-의존적 함수로서 또한 지칭될 수도 있는 시간-의존적 파형에 의해 정의될 수도 있다. 예를 들어, 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임이 원하는 가속도를 수반하면, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 에 대한 정보는 adesired(t) 로서 지칭될 수도 있는 시간-의존적 가속도 파형일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 시간 의존적 파형을 기술하는 정보는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 상에 저장된 복수의 샘플 값들일 수도 있다. 그러한 실시형태에 있어서, 각각의 샘플 값은 햅틱 효과의 지속기간의 부분 (예컨대, 10 ms 부분) 을 나타낼 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 모델은 도 2a 의 모델 (141) 과 동일하거나 유사할 수도 있다. 모델은, 예컨대, 상기 설명된 바와 같이, 햅틱 액추에이터 (120) 의 전기적 트랜션트 거동 및/또는 햅틱 액추에이터 (120) 의 기계적 또는 전기기계적 트랜션트 거동을 기술할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 모델은 구동 신호 (예컨대, 전압 신호 (v(t))) 와, 구동 신호에 응답하여 햅틱 액추에이터 (120) 가 생성하도록 예측되는 결과적인 움직임 (예컨대, 가속도 (a(t))) 사이의 관계를 기술한다. 일부 경우들에 있어서, 모델은 역 전달 함수로의 입력으로서의 원하는 움직임 (예컨대, adesired(t)) 에 기초하여 역 전달 함수의 출력으로서의 구동 신호 (예컨대, v(t)) 를 관련시키는 역 전달 함수를 정의할 수도 있다. 일 예로서, 단계 502 에서의 모델은 역 전달 함수 (
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
) 를 포함할 수도 있다. 그러한 예에 있어서, 단계 502 는 전압 신호 또는 다른 구동 신호를 산출하도록, adesired(t) 와 같은 원하는 움직임을 나타내는 함수를 역 전달 함수에 입력하는 것을 수반할 수도 있다.
단계 503 에 있어서, 제어 회로 (110) 는 구동 신호를 햅틱 액추에이터 (120) 에 인가한다. 일 실시형태에 있어서, 단계 503 은 증폭 회로 또는 버퍼 회로를 수반할 수도 있다. 예를 들어, 제어 회로 (110) 는, 구동 신호에 대한 신호 값들인 샘플 값들을 출력할 수도 있다. 샘플 값들은 증폭 회로에 출력될 수도 있으며, 이 증폭 회로는, 샘플 값들과 매칭하는 전압 값들 또는 전류 값들을 햅틱 액추에이터 (120) 에 출력하도록 구성될 수도 있다.
단계 504 에 있어서, 제어 회로 (110) 는, 도 2a 의 움직임 센서 (130) 를 통해, 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 출력된 (예컨대, 출력되는) 움직임을 측정하며, 여기서, 움직임은 구동 신호에 기초한다. 일부 경우들에 있어서, 제어 회로 (110) 는, 구동 신호가 햅틱 액추에이터 (120) 에 인가되고 있을 때 움직임을 측정한다. 그 단계는 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정한다. 일 실시형태에 있어서, 움직임은 시간에 걸쳐 측정될 수도 있으며, 측정된 움직임은, 시간의 상이한 인스턴스들에서 샘플링된 그 움직임에 대한 값들을 포함하는 파형일 수도 있다. 예를 들어, 움직임 센서는 가속도 센서일 수도 있으며, 단계 504 에서 측정되는 움직임은 시간에 걸쳐 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 출력된 가속도일 수도 있다. 그러한 측정된 가속도는 파형 (a(t)) 일 수도 있으며, 이는 시간의 상이한 인스턴스들에서 샘플링된 가속도의 값들을 포함할 수도 있다.
단계 506 에 있어서, 제어 회로 (110) 는, 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 출력되는 측정된 움직임과 원하는 움직임 사이의 차이를 표시하는 움직임 에러를 결정한다. 예를 들어, 움직임 에러는, 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도와 원하는 가속도 사이의 차이를 표시하는 가속도 에러일 수도 있다. 단계 506 이 시간의 특정 인스턴스 (t1) 에서 수행되면, 가속도 에러는 adesired(t=t1) 마이너스 a(t=t1) 로서 결정될 수도 있다.
단계 508 에 있어서, 제어 회로 (110) 는 조정된 구동 신호를 생성하도록, 움직임 에러 (예컨대, 가속도 에러) 에 기초하여 구동 신호를 조정한다. 따라서, 조정된 구동 신호는 (i) 햅틱 액추에이터의 모델 및 (ii) 움직임 에러에 대해 보상하는 조정 양자 모두에 기초할 수도 있다. 단계 508 은, 구동 신호의 조정이 햅틱 액추에이터 (120) 에 의해 현재 출력되고 있는 움직임에 기초하거나, 또는 더 구체적으로, 현재의 움직임 에러에 기초하기 때문에, 폐쇄 루프 제어의 양태를 포함할 수도 있다. 추가로, 구동 신호가 햅틱 액추에이터 (120) 의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 단계 502 에서 처음에 생성되었기 때문에, 단계 508 에서의 조정된 구동 신호는 햅틱 액추에이터 (120) 의 모델 그리고 움직임 에러에 대해 보상하는 조정 양자 모두에 기초한다.
일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는 비례 폐쇄 루프 제어를 제공하도록, 가속도 에러의 비율에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 단계 508 이 시간의 인스턴스 (t1) 에서 수행되면, 단계 508 에서의 조정은 k1*e(t1) 에 기초할 수도 있으며, 여기서, e(t) = [adesired(t=t1) - a(t=t1)] 이고 k1 은 상수이다. 일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는 가속도 에러의 시간 의존적 미분에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 조정은 k2*de(t1)/dt 에 기초할 수도 있으며, 여기서, k2 는 또다른 상수이다. 일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는 가속도 에러의 시간 의존적 적분에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 조정은
Figure pat00005
에 기초할 수도 있으며, 여기서, k3 은 또다른 상수이다. 일 실시형태에 있어서, 다양한 조정들은 비례 미분 (PD) 제어 또는 비례 적분 미분 (PID) 제어를 제공하도록 결합될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 조정은 단계 502 에서 결정된 구동 신호에 추가되거나 그렇지 않으면 적용될 수도 있다. 예를 들어, 단계 508 이 시간 (t1) 에서 수행되면, 조정은 c(t1) 로서 지칭될 수도 있고, 구동 신호를 조정하는 것은 d(t1) + c(t1) 를 계산하는 것을 포함할 수도 있으며, 여기서, d(t) 는 단계 502 에서 결정된 구동 신호이다.
단계 510 에 있어서, 제어 회로 (110) 는 햅틱 효과를 생성하기 위해 조정된 구동 신호를 햅틱 액추에이터 (120) 에 인가한다. 조정된 구동 신호는 개방 루프 제어 및 폐쇄 루프 제어 양자 모두를 사용하여 생성되는데, 왜냐하면 개방 루프 제어는 초기 구동 신호를 생성하기 위해 502 에서 사용되고 폐쇄 루프 제어는 초기 구동 신호에 대해 조정을 행하기 위해 단계 508 에서 사용되기 때문이다. 폐쇄 루프 제어는 햅틱 액추에이터 (120) 가 원하는 움직임과 매칭하는 움직임을 출력하는 것을 보조할 수도 있는 한편, 개방 루프 제어는 햅틱 액추에이터 (120) 의 트랜션트 거동에 이미 맞춰진 초기 구동 신호를 제공함으로써 (그 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 생성됨으로써) 그 매칭 프로세스의 속도 및 정확도를 촉진할 수도 있다. 그러한 초기 구동 신호는 원하는 움직임을 향해 수렴하는 움직임을 초래하기 위해 더 적은 조정이 필요할 수도 있고, 따라서, 더 빠른 조정을 야기할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 단계 502 및 단계 503 은 각각의 햅틱 효과에 대해 오직 한번만 수행되어 햅틱 효과에 대한 초기 구동 신호를 생성 및 인가할 수도 있는 한편, 단계 504 내지 단계 510 은 시간의 상이한 인스턴스들에 걸쳐 다수회 수행되어 시간에 걸쳐 구동 신호에 대한 조정을 행할 수도 있다. 더 구체적으로, 단계 504 내지 단계 510 은 다수의 사이클들 또는 반복들에 걸쳐 수행될 수도 있으며, 여기서, i번째 사이클 또는 i번째 반복은 시간의 상이한 개별 인스턴스 또는 시간 (ti) 에 대응한다.
일 실시형태에 있어서, 단계 502 내지 단계 510 은 가상 버튼의 클릭에 응답하여 수행될 수도 있다. 그러한 실시형태에 있어서, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 는 그 표면 상에, 가상 버튼을 나타내는 영역을 가질 수도 있다. 제어 회로 (110) 는, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 가상 버튼이 클릭되거나 그렇지 않으면 작동되고 있음을 검출하도록 구성될 수도 있다. 그러한 클릭을 검출하는 것에 응답하여, 제어 회로 (110) 는 가상 버튼에 대응하는 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터 (120) 를 제어하도록 단계 502 내지 단계 510 을 수행할 수도 있다.
도 6a 는, 오직 개방 루프 제어만으로 생성되는, ameasured(t) 로서 또는 단지 a(t) 로서 지칭될 수도 있는 측정된 가속도를 도시한다. 햅틱 액추에이터가 오직 개방 루프 제어만으로 달성할 수 있는 가속도와 레퍼런스 가속도 사이의 차이를 나타내기 위하여, 측정된 가속도는 adesired(t) 로서 지칭될 수도 있는 레퍼런스 가속도에 대해 추가로 중첩된다. 도 6a 에 도시된 바와 같이, ameasured(t) 는 adesired(t) 의 가속도 값과는 상이한 가속도 값들을 갖는 부분들을 갖는다. 도 6b 는, 개방 루프 제어 및 폐쇄 루프 제어의 하이브리드 형태로 생성되는 측정된 가속도 (ameasured(t)) 를 예시한다. 도 6b 에 있어서, 개방 루프 제어와 폐쇄 루프 제어의 조합은 ameasured(t) 에 의한 adesired(t) 의 추적을 용이하게 하는 조정들을 제공할 수도 있다. 결과적으로, 도 6b 에서의 하이브리드 형태의 제어로부터 생성되는 측정된 가속도 (ameasured(t)) 는, 오직 개방 루프 형태의 제어만이 사용되는 도 6a 에 예시된 구현과 비교할 때, 레퍼런스 가속도 (adesired(t)) 를 더 근접하게 추적한다.
도 7a 는, 상기 논의된 하이브리드 형태의 제어로 생성되는 조정된 구동 신호를 예시한다. 그 도면은 추가로, 햅틱 효과에 대한 레퍼런스 가속도 및 햅틱 효과에 대해 햅틱 액추에이터 (예컨대, 120) 에 의해 출력되는 측정된 가속도를 예시한다. 도 7a 의 예에 있어서, 햅틱 효과는 버지 버튼 클릭의 감각을 시뮬레이션하도록 의도될 수도 있다. 추가로, 레퍼런스 가속도 및 레퍼런스 가속도 양자는 약 14 gpp 의 최대 피크 대 피크 진폭 (피크 대 피크 크기라고도 또한 지칭됨) 을 가질 수도 있고, 조정된 구동 신호는 약 24 Vpp 의 최대 피크 대 피크 진폭을 가질 수도 있다.
도 7b 는, 상기 논의된 하이브리드 형태의 제어로 생성되는 조정된 구동 신호의 다른 예를 도시한다. 이 예에 있어서, 조정된 구동 신호는, 예리한 버튼 클릭을 시뮬레이션하도록 의도된 햅틱 효과를 생성할 수도 있다. 햅틱 효과는 약 3 gpp 인 진폭을 갖는 레퍼런스 가속도를 가질 수도 있다. 추가로, 도 7b 에서의 조정된 구동 신호는 약 12 Vpp 의 최대 진폭을 가질 수도 있다.
상기 도면들은, 하이브리드 형태의 제어로 생성되는 조정된 구동 신호가 햅틱 액추에이터로 하여금 원하는 가속도 또는 다른 레퍼런스 가속도와 근접하게 매칭하는 가속도를 출력하게 할 수 있는 상황을 나타낸다. 하지만, 일부 사례들에 있어서, 레퍼런스 가속도는 햅틱 액추에이터에 대한 하드웨어 제한들 때문에 햅틱 액추에이터가 매칭할 수 없는 피크 대 피크 값들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 8a 는 레퍼런스 가속도가 약 3 gpp 의 최대 피크 대 피크 값을 갖는 상황을 도시한다. 레퍼런스 가속도와 매칭하도록 햅틱 액추에이터를 구동하는 것은, 크기가 정의된 정격 최대 전압 값을 초과하는 (예컨대, 7 V 를 초과하는) 조정된 구동 신호를 수반할 수도 있다. 하지만, 과도하게 높은 전압 값을 갖는 구동 신호는 햅틱 액추에이터를 손상시키거나, 또는 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도를 측정함에 있어서 문제들을 생성할 수도 있다. 따라서, 도 8b 에 예시된 바와 같이, 조정된 구동 신호는 -7V 와 7V 사이의 범위로 제한될 수도 있다. 하지만, 그러한 조정된 구동 신호는 햅틱 효과에 대한 레퍼런스 가속도를 열악하게 추적하는 측정된 가속도를 야기할 수도 있다. 따라서, 도 8a 및 8b 는, 하이브리드 형태의 추적이 특히, 구동 신호 전압이 특정 최대 피크 대 피크 진폭으로 제한될 경우에 유용하거나 최적일 수도 있음을 나타낸다. 최대 피크 대 피크 진폭은 더 일반적으로 실행가능성 엔벨로프 (feasibility envelope) 로 지칭될 수도 있으며, 이는 햅틱 액추에이터가 햅틱 액추에이터에 대한 손상을 초래하지 않고도 추적할 수 있는 움직임 특성들 (예컨대, 가속도 특성들) 의 범위를 정의한다. 예를 들어, 실행가능성 엔벨로프는, 특정 햅틱 액추에이터가 예컨대 2 gpp 미만의 최대 피크 대 피크 진폭을 갖는 레퍼런스 가속도를 실행가능하게 추적할 수 있음을 표시하고, 더 높은 최대 피크 대 피크 진폭을 갖는 레퍼런스 가속도들이 햅틱 액추에이터에 의해 상대적으로 열악한 추적을 초래할 수도 있음을 표시할 수도 있다. 도 8c 는, 추적되는 레퍼런스 가속도가 실행가능성 엔벨로프 내에 있는 최대 피크 대 피크 진폭 (예컨대, 1.2 gpp) 을 갖는 사례를 나타낸다. 그러한 사례에 있어서, 햅틱 액추에이터는 레퍼런스 가속도로의 상대적으로 근접한 매칭을 달성하는 가속도를 출력할 수도 있다. 한편, 도 8d 는, 추적되는 레퍼런스 가속도가 실행가능성 엔벨로프 외부에 있는 최대 피크 대 피크 진폭 (예컨대, 3 gpp) 을 갖는 사례를 나타낸다. 그러한 사례에 있어서, 햅틱 액추에이터는 레퍼런스 가속도에 대한 상대적으로 열악한 추적을 갖는 가속도를 출력하는 것으로 제한될 수도 있다. 도 8e 는 추가로, 햅틱 액추에이터 (예컨대, 햅틱 액추에이터 (120)) 가 달성하도록 정격화된 최대 피크 대 피크 진폭 대 가속도의 주파수 컨텐츠 사이의 예시적인 관계를 도시한다. 이러한 예시적인 관계는, 주파수가 변함 (예컨대, 증가함) 에 따라 햅틱 액추에이터에 대한 실행가능성 엔벨로프가 (더 작은 범위의 가속도 진폭들을 수용하도록) 축소할 수도 있음을 표시한다. 일 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는 원하는 움직임의 주파수 컨텐츠에 기초하여 원하는 움직임의 진폭에 대한 임계치를 결정하도록 구성될 수도 있다. 진폭이 임계치를 초과하면, 제어 회로 (110) 는, 예컨대, 임계치를 초과하지 않는 레벨로, 원하는 움직임을 나타내는 파형을 스케일링함으로써, 원하는 움직임을 스케일링하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 8e 는, 햅틱 액추에이터가 250 Hz 의 주파수에 대해 약 0.75 gpp 의 최대 피크 대 피크 진폭을 달성하도록 정격화된 예를 제공한다. 그러한 예에 있어서, 제어 회로는, 그의 주파수 컨텐츠에서 250 Hz 를 포함하는 원하는 가속도에 대한 0.75 gpp 의 임계치를 설정하도록 구성될 수도 있다. 원하는 가속도가 임계치를 초과하는 진폭을 가지면, 제어 회로 (110) 는 임계치 이하인 진폭을 갖도록, 원하는 가속도를 스케일링하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 제어 회로 (110) 는, 오직 원하는 움직임이 상기 논의된 임계치를 초과하는 진폭을 갖는 경우에만 방법 (500) 에서 예시된 추적 기능을 수행하기로 결정할 수도 있으며, 오직 진폭 파라미터에 대한 파라미터 값이 상기 논의된 임계치를 초과하지 않는 경우에만 (방법 (900) 에 관하여) 하기에서 예시된 복제 기능을 수행하도록 구성될 수도 있다.
상기 서술된 바와 같이, 본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는 햅틱 액추에이터가 도 2b 의 파라미터 값들 (144) 중 하나와 같은 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 복제하는 가속도 (또는 다른 움직임) 를 출력하는 복제 기능을 제공하는 것에 관련된다. 예를 들어, 햅틱 파라미터는 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 가속도에서의 피크들의 총 수, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 가속도의 최대 피크 대 피크 진폭, 또는 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 가속도의 주파수 컨텐츠일 수도 있다. 도 9a 는 파라미터 값을 구동 신호로 변환하는 정의된 함수에 기초하여 개방 루프 방식으로 구동 신호의 구동 부분을 생성하고, 그리고 폐쇄 루프 방식으로 제동 부분을 생성하도록 구성되는 하이브리드 형태의 제어를 도시한다. 일 실시형태에 있어서, 구동 신호의 구동 부분은 구형파일 수도 있고, 도 9a 에 도시된 바와 같이 구형파 생성기 (912) 로 생성될 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 구형파 생성기는 제어 회로 (110) 에 의해 구현될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 제동 부분은, 햅틱 액추에이터에 의해 출력되고 있는 가속도를 측정하고 그리고 가속도가 제로를 향해 수렴하게 하는 구동 신호를 생성할 수도 있는 브레이크 제어기 (914) 에 의해 생성될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 브레이크 제어기 (914) 는 제어 회로 (예컨대, 110) 에 의해 구현될 수도 있다. 도 9a 에 예시된 바와 같이, 제어 회로는 구형파 생성기 (912) 로서 기능하는 것과 브레이크 제어기 (914) 로서 기능하는 것 사이를 스위칭하도록 구성될 수도 있다.
도 9b 는 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하도록 구동 신호를 생성하기 위한 방법 (900) 을 도시한다. 방법 (900) 은, 예컨대, 제어 회로 (110) 에 의해 수행될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 방법 (900) 은, 제어 회로 (110) 가 햅틱 인에이블드 디바이스의 햅틱 액추에이터에 의해 생성될 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임 (예컨대, 원하는 가속도) 을 기술하는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 수신하는 단계 902 에서 시작한다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 파라미터는 가속도 파라미터일 수도 있으며, 햅틱 파라미터에 의해 기술된 원하는 움직임은 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도이다. 예를 들어, 햅틱 파라미터는, 예컨대, 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도 (adesired(t)) 에서의 피크들의 총 수, 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 진폭, 또는 원하는 가속도에 대한 주파수 컨텐츠일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 파라미터 값은 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 (140) 와 같은 저장 디바이스로부터 수신될 수도 있다. 방법 (900) 은 오직 햅틱 파라미터에 대한 파라미터 값만을 수신하는 것을 수반할 수도 있거나, 또는 다중의 개별 햅틱 파라미터들에 대한 다중의 파라미터 값들을 수신하는 것을 수반할 수도 있다.
단계 904 에 있어서, 제어 회로 (110) 는 파라미터 값에 기초하여 구동 신호의 구동 부분을 생성한다. 일 실시형태에 있어서, 구동 부분은 햅틱 파라미터의 파라미터 값에 기초하여 생성되는 구형파일 수도 있다. 예를 들어, 햅틱 파라미터가 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도에서의 피크들의 총 수를 표시하면, 구형파 생성기는 그 동일한 수의 피크들을 갖는 구형파를 생성할 수도 있다. 구형파가 vo 와 -vo 사이에서 교번하면, 각각의 피크는, 구형파가 vo 의 값 또는 -vo 의 값을 갖는 연속 부분을 지칭할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 햅틱 파라미터가 원하는 가속도에 대한 주파수 컨텐츠를 표시하면, 구형파 생성기는 원하는 가속도의 주파수 컨텐츠를 갖는 구형파를 생성할 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 햅틱 파라미터가 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 진폭을 표시하면, 구형파 생성기는, 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 진폭에 기초하는 피크 대 피크 진폭 (Vpp) 을 갖는 구형파를 생성할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 생성되는 구형파는 원하는 가속도의 지속기간과 동일한 지속기간을 가질 수도 있다.
단계 906 에 있어서, 제어 회로 (110) 는 구동 신호의 구동 부분을 햅틱 액추에이터에 인가한다. 일부 경우들에 있어서, 단계 906 은 단계 503 과 유사할 수도 있다. 예를 들어, 단계 906 은, 제어 회로 (110) 가 구동 부분에 대한 값을, 햅틱 액추에이터에 대한 적절한 전압 값들 또는 전류 값들을 생성하는 증폭 회로 또는 버퍼 회로에 출력하는 것을 수반할 수도 있다.
단계 908 에 있어서, 제어 회로 (110) 는, 햅틱 인에이블드 디바이스 (100) 의 움직임 센서 (130) 를 통해, 측정된 움직임을 결정하도록 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 (예컨대, 출력되는) 움직임을 측정한다. 일 실시형태에 있어서, 측정된 움직임은 시간의 상이한 인스턴스들에 대응하는 복수의 값들을 포함할 수도 있으며, 시변 파형을 형성할 수도 있다. 그 값들은 가속도 또는 속력과 같은 움직임을 측정하는 변수에 속할 수도 있다. 예를 들어, 그 값들은 시변 가속도 파형을 형성하는 가속도 값들일 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 단계 908 은 도 5c 의 단계 504 와 유사할 수도 있다.
단계 910 에 있어서, 제어 회로는, 구동 부분이 생성된 이후, 측정된 움직임에 대한 원하는 특성일 수도 있는, 측정된 움직임이 정의된 특성을 향해 수렴하게 하기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용함으로써 측정된 움직임에 기초하여 구동 신호의 제동 부분을 생성한다. 예를 들어, 측정된 움직임이 측정된 가속도를 지칭하면, 정의된 특성은 측정된 가속도가 제로를 향해 이동 (예컨대, 수렴) 하는 것을 지칭할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 폐쇄 루프 제어는 측정된 가속도의 시간 의존적 미분, 및/또는 가속도의 시간 의존적 적분에 기초한다. 다른 실시형태에 있어서, 단계 908 및 단계 910 은 생략될 수도 있으며, 제동 부분은 충격 역학 (impact mechanics) 에 기초하여 생성될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 제어 회로는, 도 9c 에 예시되는, 갭 (Tswitch) 에 기초하여 구동 부분을 생성하는 것과 제동 부분을 생성하는 것 사이를 스위칭할 수도 있다. 구동 부분은, 예컨대, 일부 경우들에 있어서 원하는 가속도의 지속기간과 동일할 수도 있는 Tsquare 의 지속기간을 갖는 구형파일 수도 있다. 구동 부분의 생성이 시간 t = 0 에서 시작하면, 구동 부분을 생성하기 위한 종료 시간은 t=Tsquare 에서일 수도 있다. 그러한 예에 있어서, 제동 부분을 생성하기 위한 스위치는 Tsquare - Tswitch 에서 발생할 수도 있다. 즉, 브레이크 제어기 기능은 구동 부분 (예컨대, 구형파) 의 종료 전에 활성화될 수도 있다. 브레이크 제어기가 일찍 활성화되는 양은 Tswitch 와 동일할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, Tswitch 는 원하는 가속도에서의 피크들의 수 및 원하는 가속도의 원하는 주파수 컨텐츠에 기초할 수도 있다. 예를 들어, Tswitch 는 f1/f2 와 동일할 수도 있으며, 여기서, f1 는 피크들의 수의 함수이고, f2 는 주파수 컨텐츠의 함수이다.
일 실시형태에 있어서, 제동 부분을 생성하는 것은 비례 적분 미분 (PID) 제어, 비례 적분 (PI) 제어, 비례 미분 (PD) 제어, 또는 조절된 이득들을 갖는 적분 (I) 제어에 기초할 수도 있다. 예를 들어, 시간 (ti) 에서의 브레이크 제어기는 시간 (ti) 에서의 가속도에 의해 승산된 제 1 상수 (k1) 에 기초하여, 시간 (ti) 에서의 가속도의 미분에 의해 승산된 제 2 상수 (k2) 에 기초하여, 및/또는 제동 부분의 시작으로부터 시간 (ti) 까지의 가속도의 적분에 의해 승산된 제 3 상수 (k3) 에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성될 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 제동 부분을 생성하는 것은 충격 역학으로부터 도출된 임펄스 신호에 기초할 수도 있다. 충격 역학은 진동 질량체를 정지시키기 위해 진동 질량체에 임펄스를 인가하는 최적의 시간 및 힘을 결정할 수도 있다. 일부 경우들에 있어서, 임펄스 신호는 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 속력에, 그리고 햅틱 액추에이터의 모델에서의 저항 및 질량에 기초할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 임펄스 신호는 신속하게 상승한 다음, 햅틱 액추에이터의 모델에서 식별된 저항 및 인덕턴스에 기초하는 지수적 레이트로 감쇠할 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 방법 (900) 에 사용되는 햅틱 액추에이터는 LRA 일 수 있으며, 이는 복제 기능을 수행하기에 매우 적합할 수도 있다. 더 구체적으로, LRA 는 짧은 상승 시간을 가질 수도 있으며, 이는 특정 파라미터 값들의 복제를 용이하게 할 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, LRA 는 추적 기능을 수행하는 것보다 복제 기능을 수행하기에 더 적합할 수도 있다. 따라서, 일 실시형태에 있어서, 방법 (500) 의 추적 기능은 LRA 가 아닌 햅틱 액추에이터를 사용할 수도 있다 (예컨대, ERM 액추에이터를 사용).
도 10 은 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 측정된 가속도에 대한 파형들 (1301, 1303, 1305) 을 예시한다. 파형 (1301) 은, 구동 부분 (예컨대, 구형파) 이 생성되고 햅틱 액추에이터에 인가되며 제동 부분은 생성되지 않고 햅틱 액추에이터에 인가되지 않는 상황에서 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도를 나타낸다. 그러한 상황에 있어서, 가속도는 햅틱 액추에이터 또는 햅틱 액추에이터 내의 컴포넌트들의 관성으로부터 기인한 진동 테일을 가지며, 여기서, 관성은 햅틱 액추에이터로 하여금 잔류 움직임을 출력하게 한다. 파형 (1303) 은, 구동 부분이 가속도에서의 진동 테일을 감소시키려고 시도하도록 수정되고 그리고 햅틱 액추에이터에 대한 제동 부분을 구체적으로 생성하기 위해 별도의 알고리즘이 사용되지 않는 상황에서 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도를 나타낸다. 그러한 상황에 있어서, 구동 부분은 햅틱 액추에이터를 신속하게 구동하는 것 및/또는 강하게 구동하는 것 사이에서 밸런싱해야 하고, 너무 많은 잔류 움직임을 발생시키는 것을 회피해야 할 수도 있다. 따라서, 이들 2개의 목적들을 밸런싱하기 위해, 이 상황에서의 구동 부분은 햅틱 액추에이터를 구동하는 관점에서 성능을 희생시키고/시키거나 잔류 움직임을 회피하는 관점에서 성능을 희생시킬 수 있다. 예를 들어, 구동 부분은, 햅틱 액추에이터를 강하고 신속하게 구동하는 관점에서 충분한 성능을 유지하도록, 잔류 움직임을 회피하는 관점에서 성능을 희생시키도록 설계될 수도 있다. 파형 (1303) 은 그러한 사례로부터 기인한 가속도를 예시하며, 여기서, 결과적인 가속도는, 햅틱 액추에이터로부터의 잔류 움직임으로부터 기인하는 진동 테일을 여전히 나타낸다. 상기 서술된 바와 같이, 본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는 구동 신호의 구동 부분을 생성하기 위해 제 1 알고리즘을 사용하는 것과 구동 신호의 별도의 제동 부분을 구체적으로 생성하기 위해 제 2 알고리즘을 사용하는 것 사이의 스위칭에 관련된다. 이는 구동 부분이 햅틱 액추에이터를 신속하게 및/또는 강하게 구동하는 것을 향해 개선 및/또는 최적화되게 하고, 제동 부분이 햅틱 액추에이터를 신속하게 제동하는 것을 향해 개선 및/또는 최적화되게 한다. 파형 (1305) 은 그러한 방식으로 햅틱 액추에이터를 구동하고 제동하는 것으로부터 기인한 가속도를 예시한다. 이 예시에 있어서, 제동 부분은 햅틱 액추에이터로부터의 가속도가 제로를 향해 이동 (예컨대, 수렴) 하게 하도록 구체적으로 개선 및/또는 최적화될 수 있으며, 이 목적과 햅틱 액추에이터를 또한 구동시키는 목적을 밸런싱해야 할 필요는 없다. 따라서, 결과적인 가속도는, 파형 (1305) 에 의해 도시된 바와 같이, 진동 테일을 실질적으로 갖지 않을 수도 있다.
상기 서술된 바와 같이, 본 명세서에서의 실시형태들의 일 양태는 완화된 제조 공차에 대한 보상에 관련되며, 이는 햅틱 액추에이터들이 서로 변동들을 갖게 할 수도 있다. 도 11 은 서로 간에 변동들을 가질 수도 있는 상이한 햅틱 액추에이터들에 의해 생성된 개별 가속도들을 예시하며, 여기서, 개별 가속도들은 (추적 기능 또는 복제 기능을 수행하기 위해) 상기 논의된 하이브리드 형태의 제어로 생성된다. 도 11 에 도시된 바와 같이, 하이브리드 형태의 제어는 상이한 햅틱 액추에이터들 간의 변동들을 극복하고 상이한 햅틱 액추에이터들이 실질적으로 균일한 가속도를 달성하게 할 수도 있다. 따라서, 하이브리드 형태의 제어는 햅틱 액추에이터들의 더 효과적이고 예측가능한 제어를 제공할 수도 있다.
다양한 실시형태들의 추가적인 논의
실시형태 1 은, 햅틱 액추에이터; 움직임 센서; 및 제어 회로를 포함하는, 햅틱 인에이블드 디바이스에 관련된다. 제어 회로는 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임에 기초하여 그리고 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하는 것으로서, 원하는 움직임은 햅틱 인에이블드 디바이스 상에 저장된 정보에 의해 정의되는, 상기 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하고; 구동 신호를 햅틱 액추에이터에 인가하고; 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하도록 (움직임은, 예컨대, 구동 신호가 햅틱 액추에이터에 인가되고 있을 때 측정될 수도 있음), 움직임 센서를 통해, 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정하는 것으로서, 움직임은 구동 신호에 기초하는, 상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정하고; 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 측정된 움직임과 원하는 움직임 사이의 차이를 표시하는 움직임 에러를 결정하고; (i) 햅틱 액추에이터의 모델 및 (ii) 움직임 에러에 대해 보상하는 조정 양자 모두에 기초하는 조정된 구동 신호를 생성하도록, 움직임 에러에 기초하여 구동 신호를 조정하고; 그리고 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하도록 조정된 구동 신호를 햅틱 액추에이터에 인가하도록 구성된다.
실시형태 2 는 실시형태 1 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 햅틱 인에이블드 디바이스는 햅틱 액추에이터가 내장된 강성 컴포넌트를 갖는 전화기이다.
실시형태 3 은 실시형태 1 또는 2 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 햅틱 인에이블드 디바이스는 서스펜션을 통해 장착 표면 상에 서스펜션되는 터치패드 또는 터치스크린을 포함하고, 햅틱 액추에이터는 터치패드 또는 터치스크린에 부착되며, 모델은 터치패드 또는 터치스크린으로의 햅틱 액추에이터의 부착을 설명한다.
실시형태 4 는 실시형태들 1 내지 3 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 원하는 움직임은 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도이며, 원하는 움직임을 정의하는 정보는 시간 의존적 가속도 파형이다.
실시형태 5 는 실시형태 4 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 움직임 센서는 가속도 센서이고, 측정되는 움직임은 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도이고, 움직임 에러는 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도와 원하는 가속도 사이의 차이를 표시하는 가속도 에러이다.
실시형태 6 은 실시형태 5 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 모델은 구동 신호들과, 구동 신호들에 응답하여 햅틱 액추에이터가 생성하도록 예측되는 결과적인 가속도들 사이의 관계를 기술한다.
실시형태 7 은 실시형태 6 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 모델은 역 전달 함수로의 입력으로서의 원하는 가속도에 기초하여 역 전달 함수의 출력으로서의 구동 신호를 관련시키는 역 전달 함수를 정의한다.
실시형태 8 은 실시형태들 5 내지 7 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 제어 회로는 가속도 에러의 비율에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다.
실시형태 9 는 실시형태들 5 내지 8 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 제어 회로는 가속도 에러의 시간 의존적 미분에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다.
실시형태 10 은 실시형태들 5 내지 9 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 제어 회로는 가속도 에러의 시간 의존적 적분에 기초하여 구동 신호를 조정하도록 구성된다.
실시형태 11 은 실시형태들 1 내지 10 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 제어 회로는 햅틱 인에이블드 디바이스의 가상 버튼이 클릭되고 있음을 검출하고, 햅틱 인에이블드 디바이스의 가상 버튼이 클릭되는 것을 검출하는 것에 응답하여 햅틱 효과를 생성하기 위해 햅틱 액추에이터를 제어하도록 구성된다.
실시형태 12 는, 햅틱 액추에이터; 움직임 센서; 및 제어 회로를 포함하는, 햅틱 인에이블드 디바이스에 관련된다. 제어 회로는 햅틱 액추에이터에 의해 생성될 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 기술하는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 수신하고; 파라미터 값에 기초하여 구동 신호의 구동 부분을 생성하고; 구동 신호의 구동 부분을 햅틱 액추에이터에 인가하고; 움직임 센서를 통해, 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하도록 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정하고; 구동 부분이 생성된 이후, 측정된 움직임이 정의된 특성을 향해 수렴하게 하기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용함으로써, 측정된 움직임에 기초하여 구동 신호의 제동 부분을 생성하도록 구성된다.
실시형태 13 은 실시형태 12 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 햅틱 파라미터는 가속도 파라미터이고, 햅틱 파라미터에 의해 기술된 원하는 움직임은 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도이다.
실시형태 14 는 실시형태 13 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 움직임 센서는 가속도 센서이고, 측정된 움직임은 햅틱 액추에이터의 측정된 가속도이며, 제어 회로는 측정된 가속도가 제로를 향해 수렴하게 하기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용함으로써 제동 부분을 생성하도록 구성된다.
실시형태 15 는 실시형태 14 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 폐쇄 루프 제어는 측정된 가속도의 시간 의존적 미분에 기초한다.
실시형태 16 은 실시형태들 14 또는 15 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 폐쇄 루프 제어는 측정된 가속도의 시간 의존적 적분에 기초한다.
실시형태 17 은 실시형태들 13 내지 16 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 햅틱 파라미터는: (i) 원하는 가속도에서의 피크들의 총 수, (ii) 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 크기, 또는 (iii) 원하는 가속도에 대한 주파수 컨텐츠 중 적어도 하나를 정의한다.
실시형태 18 은 실시형태 17 의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 구동 부분은 구형파이며, 제어 회로는 원하는 가속도에서의 피크들의 총 수와 동일한 총 수의 피크들을 갖도록, 또는 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 크기에 기초하는 피크 대 피크 크기를 갖도록, 또는 원하는 가속도의 주파수 컨텐츠와 실질적으로 동일한 주파수 컨텐츠를 갖도록, 구형파를 생성하도록 구성된다.
실시형태 19 는 실시형태들 12 내지 18 중 어느 하나의 햅틱 인에이블드 디바이스를 포함하고, 여기서, 햅틱 액추에이터는 선형 공진 액추에이터 (LRA) 이다.
양태들에 있어서, 햅틱 효과 시스템에 의해 햅틱 효과를 생성하는 방법이 제공된다. 그 방법은 햅틱 효과 시스템의 햅틱 액추에이터에 의해 생성될 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 기술하는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 수신하는 단계, 파라미터 값에 기초하여 파형을 생성하는 단계, 파형에 기초하여, 햅틱 구동 신호의 제 1 부분을 생성하는 단계, 햅틱 구동 신호의 제 1 부분에 기초하여 액추에이터의 움직임을 측정하는 단계, 및 액추에이터의 측정된 움직임에 기초하여 그리고 원하는 움직임에 기초하여 햅틱 구동 신호의 제 2 부분을 생성하는 단계를 포함한다. 양태들에 있어서, 햅틱 구동 신호의 제 1 부분은 가속도를 제공하고, 햅틱 구동 신호의 제 2 부분은 제동을 제공한다. 양태들에 있어서, 햅틱 파라미터는 원하는 가속도에서의 다수의 피크들, 원하는 가속도의 주파수 컨텐츠, 또는 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 크기를 포함한다. 양태들에 있어서, 액추에이터는 강성 질량체에 내장되거나, 또는 액추에이터는 햅틱 효과 시스템의 터치패드 또는 터치스크린에 부착되며, 터치패드 또는 터치스크린은 서스펜션을 통해 장착 표면 상에 서스펜션된다.
다양한 실시형태들이 상기 설명되었지만, 그것들은 오직 본 발명의 예시들 및 예들로서만 제시되었으며 제한으로 제시되지 않았음이 이해되어야 한다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 일탈함없이 형태 및 상세에 있어서의 다양한 변경들이 본 명세서에서 행해질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 넓이 및 범위는 상기 설명된 예시적인 실시형태들 중 임의의 실시형태에 의해 제한되지 않아야 하며, 오직 첨부된 청구항들 및 그 균등물들에 따라서만 정의되어야 한다. 본 명세서에서 논의된 각각의 실시형태의, 및 본 명세서에서 인용된 각각의 레퍼런스의 각각의 특징은 임의의 다른 실시형태의 특징들과 조합하여 사용될 수 있음이 또한 이해될 것이다. 본 명세서에서 논의된 모든 특허들 및 공개물들은 본 명세서에 참조로 전부 통합된다.

Claims (20)

  1. 햅틱 인에이블드 (haptic-enabled) 디바이스로서,
    햅틱 액추에이터;
    움직임 센서; 및
    제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    햅틱 효과에 대한 원하는 움직임에 기초하여 그리고 상기 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 상기 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하는 것으로서, 상기 원하는 움직임은 상기 햅틱 인에이블드 디바이스 상에 저장된 정보에 의해 정의되는, 상기 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하고;
    상기 구동 신호를 상기 햅틱 액추에이터에 인가하고;
    상기 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하기 위해 상기 구동 신호가 상기 햅틱 액추에이터에 인가되는 것에 기초하여, 상기 움직임 센서를 통해, 상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정하고;
    상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 상기 측정된 움직임과 상기 원하는 움직임 사이의 차이를 표시하는 움직임 에러를 결정하고;
    조정된 구동 신호를 생성하기 위해 상기 움직임 에러에 기초하여 상기 구동 신호를 조정하고; 그리고
    상기 햅틱 효과를 생성하기 위해 상기 조정된 구동 신호를 상기 햅틱 액추에이터에 인가하도록
    구성되는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 햅틱 인에이블드 디바이스는 상기 햅틱 액추에이터가 내장된 강성 컴포넌트를 갖는 전화기인, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 햅틱 인에이블드 디바이스는 서스펜션을 통해 장착 표면 상에 서스펜션되는 터치패드 또는 터치스크린을 포함하고, 상기 햅틱 액추에이터는 상기 터치패드 또는 터치스크린에 부착되며, 상기 모델은 상기 터치패드 또는 터치스크린으로의 상기 햅틱 액추에이터의 부착을 설명하는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원하는 움직임은 상기 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도이며, 상기 원하는 움직임을 정의하는 상기 정보는 시간 의존적 가속도 파형인, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 움직임 센서는 가속도 센서이고, 측정되는 움직임은 상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 가속도이고, 상기 움직임 에러는 상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력되는 상기 가속도와 상기 원하는 가속도 사이의 차이를 표시하는 가속도 에러인, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모델은 구동 신호들과, 상기 구동 신호들에 응답하여 상기 햅틱 액추에이터가 생성하도록 예측되는 결과적인 가속도들 사이의 관계를 기술하는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모델은 역 전달 함수로의 입력으로서의 상기 원하는 가속도에 기초하여 상기 역 전달 함수의 출력으로서의 상기 구동 신호를 관련시키는 상기 역 전달 함수를 정의하는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 가속도 에러에 기초하여 상기 구동 신호를 조정하도록 구성되는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 햅틱 인에이블드 디바이스의 가상 버튼이 클릭되고 있음을 검출하고, 그리고 상기 햅틱 인에이블드 디바이스의 상기 가상 버튼이 클릭되는 것을 검출하는 것에 응답하여 상기 햅틱 효과를 생성하기 위해 상기 햅틱 액추에이터를 제어하도록 구성되는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  10. 명령들이 저장된 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체로서,
    상기 명령들은, 햅틱 인에이블드 디바이스의 제어 회로에 의해 실행될 경우, 상기 제어 회로로 하여금:
    상기 햅틱 인에이블드 디바이스의 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를, 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임에 기초하여 그리고 상기 햅틱 액추에이터의 트랜션트 거동을 기술하는 모델에 기초하여 결정하게 하는 것으로서, 상기 원하는 움직임은 상기 햅틱 인에이블드 디바이스 상에 저장된 정보에 의해 정의되는, 상기 햅틱 인에이블드 디바이스의 햅틱 액추에이터에 대한 구동 신호를 결정하게 하고;
    상기 구동 신호를 상기 햅틱 액추에이터에 인가하게 하고;
    상기 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하도록, 상기 구동 신호가 상기 햅틱 액추에이터에 인가된 것에 기초하여, 상기 햅틱 인에이블드 디바이스의 움직임 센서를 통해, 상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정하게 하고;
    상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 상기 측정된 움직임과 상기 원하는 움직임 사이의 차이를 표시하는 움직임 에러를 결정하게 하고;
    조정된 구동 신호를 생성하기 위해 상기 움직임 에러에 기초하여 상기 구동 신호를 조정하게 하고; 그리고
    상기 햅틱 효과를 생성하기 위해 상기 조정된 구동 신호를 상기 햅틱 액추에이터에 인가하게 하는, 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체.
  11. 햅틱 인에이블드 디바이스로서,
    햅틱 액추에이터;
    움직임 센서; 및
    제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 햅틱 액추에이터에 의해 생성될 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 기술하는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 수신하고;
    상기 파라미터 값에 기초하여 구동 신호의 구동 부분을 생성하고;
    상기 구동 신호의 상기 구동 부분을 상기 햅틱 액추에이터에 인가하고;
    상기 움직임 센서를 통해, 상기 햅틱 액추에이터의 측정된 움직임을 결정하도록 상기 햅틱 액추에이터에 의해 출력된 움직임을 측정하고; 그리고
    상기 구동 부분이 생성된 이후, 상기 측정된 움직임이 정의된 특성을 향해 변경하게 하기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용함으로써, 상기 측정된 움직임에 기초하여 상기 구동 신호의 제동 부분을 생성하도록
    구성되는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 햅틱 파라미터는 가속도 파라미터이고, 상기 햅틱 파라미터에 의해 기술된 상기 원하는 움직임은 상기 햅틱 효과에 대한 원하는 가속도인, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 움직임 센서는 가속도 센서이고, 상기 측정된 움직임은 상기 햅틱 액추에이터의 측정된 가속도이며, 상기 제어 회로는 상기 측정된 가속도가 제로를 향해 변경하게 하기 위해 폐쇄 루프 제어를 사용함으로써 상기 제동 부분을 생성하도록 구성되는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 햅틱 파라미터는: (i) 상기 원하는 가속도에서의 피크들의 총 수, (ii) 상기 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 크기, 또는 (iii) 상기 원하는 가속도에 대한 주파수 컨텐츠 중 적어도 하나를 정의하는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구동 부분은 구형파이며, 상기 제어 회로는 상기 원하는 가속도에서의 상기 피크들의 총 수와 동일한 총 수의 피크들을 갖도록, 또는 상기 원하는 가속도의 상기 최대 피크 대 피크 크기에 기초하는 피크 대 피크 크기를 갖도록, 또는 상기 원하는 가속도의 상기 주파수 컨텐츠와 실질적으로 동일한 주파수 컨텐츠를 갖도록, 상기 구형파를 생성하도록 구성되는, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 햅틱 액추에이터는 선형 공진 액추에이터 (LRA) 인, 햅틱 인에이블드 디바이스.
  17. 햅틱 효과 시스템에 의해 햅틱 효과를 생성하는 방법으로서,
    상기 햅틱 효과 시스템의 햅틱 액추에이터에 의해 생성될 햅틱 효과에 대한 원하는 움직임을 기술하는 햅틱 파라미터의 파라미터 값을 수신하는 단계;
    상기 파라미터 값에 기초하여 파형을 생성하는 단계;
    상기 파형에 기초하여, 햅틱 구동 신호의 제 1 부분을 생성하는 단계;
    상기 햅틱 구동 신호의 상기 제 1 부분에 기초하여 상기 액추에이터의 움직임을 측정하는 단계; 및
    상기 액추에이터의 측정된 움직임에 기초하여 그리고 상기 원하는 움직임에 기초하여 상기 햅틱 구동 신호의 제 2 부분을 생성하는 단계를 포함하는, 햅틱 효과 시스템에 의해 햅틱 효과를 생성하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 햅틱 구동 신호의 상기 제 1 부분은 가속도를 제공하고, 상기 햅틱 구동 신호의 상기 제 2 부분은 제동을 제공하는, 햅틱 효과 시스템에 의해 햅틱 효과를 생성하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 햅틱 파라미터는 원하는 가속도에서의 다수의 피크들, 상기 원하는 가속도의 주파수 컨텐츠, 또는 상기 원하는 가속도의 최대 피크 대 피크 크기를 포함하는, 햅틱 효과 시스템에 의해 햅틱 효과를 생성하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 강성 질량체에 내장되거나, 또는 상기 액추에이터는 상기 햅틱 효과 시스템의 터치패드 또는 터치스크린에 부착되며, 상기 터치패드 또는 터치스크린은 서스펜션을 통해 장착 표면 상에 서스펜션되는, 햅틱 효과 시스템에 의해 햅틱 효과를 생성하는 방법.
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