TW201303638A - 電活性聚合物致動器反饋裝置，系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於電活性聚合物模組之電子阻尼反饋控制系統、一種電活性聚合物裝置、以及一種用於產生寫實效果的電腦實施方法。該電子阻尼控制器會被耦合於在使用者界面裝置與電活性聚合物致動器之間的反饋迴路中，在此該致動器會被耦合到該使用者界面裝置。該電子阻尼控制器係被架構以應使用者輸入來接收來自使用者界面裝置的致動訊號。因應該致動訊號，該電子阻尼控制器會產生一電子阻尼訊號，以耦合到該致動器。該電活性聚合物裝置包括一使用者界面裝置、耦合到該使用者界面裝置的一電活性聚合物致動器以及該電子阻尼控制器。本發明可提供改善的使用者界面裝置。

Description

電活性聚合物致動器反饋裝置，系統及方法 【相關申請案之交互參照】
在35 USC§119(e)下，本申請案主張2011年3月9日提出申請、標題為〝利用電子阻尼以用於觸控式螢幕上之改良鍵扣夾複製之電活性聚合物密著性致動器〞之美國臨時專利申請案案號61/450,772，以及2011年4月7日提出申請、標題為〝產生理想密著性效果的方法〞之美國臨時專利申請案案號61/472,777之的權益，其中每一個的全部發明在此均以引用的方式併入。
在許多實施例中，本發明一般係關於使用者界面裝置，且更特別地係關於通常使用於透過使用者而與電腦與機械裝置交界之裝置上之改良〝鍵扣夾〞複製之電子阻尼的應用。本發明同樣係關於當使用者碰觸一表面、按一按鈕或鍵、或轉動一旋扭時之一種產生理想觸覺反應的方法。
在許多應用中，使用者每天與電子以及機械裝置連接。此些應用包括與智慧型手機以及平板電腦上的觸控式螢幕、電腦滑鼠、軌跡球、觸控板裝置、遙控控制裝置、電器用品的使用者界面、遊戲控制器與操縱台、電腦顯示器互動。此些界面裝置提供力反饋或觸覺反饋給 使用者，其係共同稱為〝密著性反饋〞。在其他型態裝置中之密著性版本的觸控式螢幕顯示器、滑鼠、搖桿、方向盤、觸控板、遊戲控制器，其係已經提供一些形式的密著性反饋給使用者。一些手持行動裝置以及遊戲控制器，例如，可應用使用小振動器的習知密著性反饋裝置，以藉由提供力反饋振動給使用者同時播放電玩遊戲而來增強使用者的遊戲經驗，或者承認一虛擬按鈕已經在觸控式螢幕顯示器上被選出。
雖然此些振動器足以藉由傳送知覺給使用者而來提供觸覺反饋，但是它們並不足以複製真實的〝鍵扣夾〞知覺。更者，當習知電活性聚合物反饋裝置被使用來移動觸控式螢幕以提供觸覺反饋時，它們則會產生造成不希望知覺的機械性振鈴。通常，當試著提供〝鍵扣夾〞反應知覺給使用者時，此些不希望知覺則會以固有的〝嗡嗡響〞來表現。這會產生不理想的感覺給使用者。
使用非線性系統來產生理想效果已經被證明受到挑戰。習知的技術例如會以圖形界面來使用一試驗與錯誤的方法。不過，此些技術並不會以必要的波型來提供給使用者，其係並且需要一〝猜且試〞的方法，來提供理想的密著性效果。
為了克服以習知密著性反饋裝置所體驗到的這些與其他挑戰，本發明會提供在介質彈性體上所實施之以電活性聚合物為主的反饋模組，其係具有製造反應性與小型兩者之使用者界面裝置所必要的帶寬與能量密 度。此些電活性聚合物反饋模組包括薄板，其係包含被夾於兩電極層之間的介質彈性體薄膜。當將高電壓施加到電極時，兩相吸的電極包含被夾於電極層之間的薄板部份。電活性聚合物反饋裝置可具有細長、低功率模組的形式，其係可被放置在觸控式螢幕顯示器下面，以提供密著性反饋。此些反饋裝置可提供改良的電活性聚合物致動器，其係可使用電子阻尼技術與扣夾複製技術來產生理想的〝鍵扣夾〞知覺與反應。
本發明適用於以電活性聚合物為主之致動器的種種態樣。在一種實施例中，用於電活性聚合物模組的電子阻尼反饋控制系統會被提供。該系統包含一電子阻尼控制器，其係會被耦合於在使用者界面裝置與電活性聚合物致動器之間的反饋迴路中，其中該電活性聚合物致動器會被耦合到該使用者界面裝置。該電子阻尼控制器係被架構，以應使用者輸入來接收來自使用者界面裝置的致動訊號。因應該致動訊號，該電子阻尼控制器會產生一電子阻尼訊號，以驅動該致動器並且阻尼機械振動。本發明可提供改善的使用者界面裝置，譬如例如觸控式螢幕顯示器、平板電腦、膝上型電腦、電腦滑鼠、軌跡球、觸控板裝置、遙控控制裝置、電器用品的使用者界面、遊戲控制器、遊戲操縱台、可攜式遊戲系統、電腦顯示器、手持裝置、智慧型手機、行動裝置、行動 電話、行動網際網路裝置、個人數位助理、全球定位系統接收器、遙控控制、電腦與遊戲週邊、以及類似物。
在解釋電活性聚合物反饋裝置的實施例以前，應該注意的是，所揭露的實施例並不限於在附圖與說明中所示部件之結構與配置細節的應用或使用。所揭露的實施例可被實施或合併於其他實施例、變化與變更中，並且可呈種種方式來實行或實施。再者，除非有另外指示，在此所應用的術語與表示會被選擇，以用於說明顯示目的之實施例以及為了讀者之方便，其係並且不打算用於將任一實施例限制在所揭露的特定者。再者，應該理解的是，所揭露實施例、實施例表示與實例的任一個或更多個可結合其他揭露實施例、實施例表示、與實例的任一個或更多個而不受限制。因此，在一種實施例中所揭露之元件以及在另一種實施例中所揭露之元件的組合，其係可被視為在本發明與附加申請專利範圍的範圍內。
本發明提供一種用於電活性聚合物模組的電子阻尼反饋控制系統，該系統包含被耦合於使用者界面裝置與電活性聚合物致動器之間反饋迴路中的電子阻尼控制器，其中該致動器會被耦合到使用者界面裝置，且其中該電子阻尼控制器會被架構，以應使用者輸入並且應致動訊號而來接收來自使用者界面裝置的致動訊號，該 電子阻尼控制器會產生一電子阻尼訊號以驅動該致動器並且阻尼機械移動。
在種種實施例中，本發明提供電活性聚合物反饋裝置，該裝置使用電子阻尼技術與扣夾複製技術來提供理想的〝鍵扣夾〞知覺與反應。將理解的是，在整個本發明，術語〝電活性聚合物〞與〝介質彈性體〞可被互換地使用。這些與其他特定實施例會被顯示與說明如下。
本發明提供電活性聚合物整合反饋裝置的種種實施例。在開始說明包含以電活性聚合物為主之反饋模組的種種整合裝置以前，本發明會簡短地回到圖1，其係顯示根據一種實施例所設計之電活性聚合物系統的切割圖，其係可被整體性地合併種種裝置，譬如例如觸控式螢幕顯示器、平板電腦、膝上型電腦、電腦滑鼠、軌跡球、觸控板裝置、遙控控制裝置、電器用品的使用者界面、遊戲控制器、遊戲操縱台、可攜式遊戲系統、電腦顯示器、手持裝置、智慧型手機、行動裝置、行動電話、行動網際網路裝置、個人數位助理、全球定位系統接收器、遙控控制、電腦與遊戲週邊、以及類似物。整合電活性聚合物系統可增強使用者的觸覺反饋經驗。一電活性聚合物系統的一種實施例現在可參考電活性聚合物模組100來說明。當以高電壓來通電時，電活性聚合物致動器會使輸出板102(例如，滑動表面)相關於固定板104(例如，固定表面)來滑動。平板102、104係由鋼珠所分開，其係並且具有限制移動在希望方向、 限制旅程並且經得起降落測試的特徵。為了整合成行動裝置，頂板102可被附加到慣性質量，譬如該行動裝置的電池或觸控表面、螢幕或顯示器。在圖1所示的實施例中，電活性聚合物模組100的頂板102包含一滑動表面，該滑動表面可安裝到如箭頭106所示來雙向移動的惰性質量或觸控式表面的背面。在輸出板102與固定板104之間，電活性聚合物模組100包含至少一電極108、選擇性地至少一區分器110、以及附著到滑動表面(例如，頂平板102)的至少一桿112。框架與區分器切段114會附著到固定表面，例如底板104。電活性聚合物模組100包含任何數目的桿112，其係被架構成陣列，以放大滑動表面的動作。電活性聚合物模組100可經由彈性纜線而被耦合到致動器控制器電路的驅動電子。
電活性聚合物模組100的優點包括提供力反饋反應給更有理想知覺的使用者、可實質立即地感受、消耗明顯更少的電池壽命、並且適合自訂設計與性能選擇。電活性聚合物模組100代表Sunnyvale,CA之Artifical Muscle公司(AMI)所研發的電活性聚合物模組。
仍參考圖1，電活性聚合物模組100的許多設計變數(例如，厚度、足跡)，其係可藉由模組積分器的需求被固定，同時其他變數(例如，介質層的數目、操作電壓)則可由成本所限制。因為致動器幾何形狀-剛性支撐結構對活性介質之足跡的配置-不會影響成本很大，所以將電活性聚合物模組100之性能裁減成一應用 則是合理的方式，在此電活性聚合物模組100則會與移動裝置整合。
以電腦實施的成型技術可被應用來估算不同致動器幾何形狀的優點，譬如：(1)手機/用戶系統的機械；(2)致動器性能；以及(3)用戶知覺。這三個元件可一起提供一電腦實施過程，以用來估算候選設計的密著性性能以及使用所估算的密著性性能資料，以選出適合大量生產的密著性設計。該模組會預測兩種效果的性能：長效(遊戲與音樂)與短效(鍵扣夾)。〝性能〞在此會被定義為在使用中一模組可產生的最大知覺。用來估算候選設計之密著性性能的此電腦實施過程，其係可被更詳細地說明於共同設計的國際PCT專利申請案中，編號PCT/US2011/000289，2011年2月15日提出申請，標題為〝用來量化其性能的密著性設備與技術〞，其全部內容在此以引用的方式併入本文。
在本發明裝置中之電與機械能之間的轉換，其係依據電活性聚合物之一或更多活性區域的能量轉化，譬如例如介質彈性體。當由電能致動時，電活性聚合物會偏斜。為了協助顯示在將電能轉換成機械能時電活性聚合物的性能，根據一種實施例，圖2A則會顯示轉換器部份200的頂部透視圖。轉換器部份200包含一電活性聚合物202，其係用來在電能與機械能之間轉換。在一種實施例中，電活性聚合物意指在兩電極之間充當做絕緣介質的聚合物，其係並且在當電壓差施加於兩電極之間 時偏斜。頂部與底部電極204與206係被各別附著到在其頂部與底部表面上的電活性聚合物202，以提供電壓差於一部份的聚合物202。聚合物202係以頂部與底部電極204與206所提供電場的變化來偏斜。因應電極204與206所提供電場變化之轉換器部份200的偏斜，其係被視為致動。當聚合物202在形狀、厚度與/或區域上改變時，該偏斜可被使用來產生機械功。
圖2B顯示根據一種實施例所設計之轉換器部份200的頂部透視圖，其係包括因應電場變化的偏斜。一般而言，偏斜意指一部份聚合物202的任何位移、延伸、收縮、扭轉、線性或面積應變、或者任何其他變形。與被施加到或透過電極204、206所施加之電壓差相應之電場的變化，其係會在聚合物202內產生機械壓力。在此情形中，電極204、206所產生的不同電荷會彼此吸引並且提供一收縮力於電極204、206之間以及一延伸力於在平面方向208、210之聚合物202上，以導致聚合物202在電極204、206之間收縮並且在平面方向208、210中伸展。
在一些情形中，電極204、206涵蓋與聚合物全部面積有關的一有限部份聚合物202。這可被進行以避免在聚合物202邊緣周圍的電擊穿，或者以得到一或更多部份聚合物的定制偏斜。誠如在此所使用的術語，一活性區域係以一部份的轉換器來定義，其係包含聚合物材料202以及至少兩電極。當活性區域被使用來將電能轉 換成機械能時，活性區域包括一部份聚合物202，其係具有足夠的靜電力以致使該部份偏斜。當活性區域被使用來將機械能轉換成電能時，活性區域包括一部份聚合物202，其係具有足夠的偏斜以致使靜電能量的改變。在以下將說明地，根據本發明所設計的聚合物會具有複數個活性區域。在一些情形中，在活性區域以外的聚合物202材料，其係會在偏斜期間內充當做在活性區域上的外部彈簧力。更具體地，在活性區域以外的聚合物材料可藉由其收縮或延伸而來抵擋活性區域的偏斜。電壓差與所感應電荷的移除則會造成反效果。
電極204、206係為柔順地，其係並且與聚合物202來改變形狀。聚合物202以及電極204、206的架構可提供用於以偏斜來增加聚合物202反應。更具體地，當轉換器部份200偏斜時，聚合物202的收縮會引導電極204、206的相反電荷更接近，且聚合物202的伸展會分隔在每一電極中的相同電荷。在一種實施例中，電極204、206的其中一個會被接地。
一般而言，轉換器部份200會持續偏斜，直到機械力平衡該靜電力以驅動該偏斜為止。機械力包括聚合物202材料的彈性恢復力、電極204、206的柔順性以及由連接到該轉換器部份200之裝置與/或負載所提供的任何外部阻抗。由於所施加電壓所造成之轉換器部份200的偏斜，其係亦可取決於許多其他因子，譬如聚合物202介質常數以及聚合物202的尺寸。
根據本發明所設計的電活性聚合物能夠以任何方向來偏斜。在將電壓施加在電極204、206以後，聚合物202會在兩平面方向208、210上延伸(伸展)。在一些情形中，聚合物202不可收縮，例如在應力下具有實質一定的體積。就不可收縮的聚合物202而言，聚合物202會由於在平面方向208、210中的延伸而減少厚度。應該注意的是，該些實施例不限於不可收縮的聚合物，且聚合物202的偏斜不會符合此一簡單關係。
將相當大電壓差施加於圖2A所示轉換器部份200上的電極204、206之間，其係將造成轉換器部份200改變成更薄、更大的面積形狀，如圖2B所示。以此方式，轉換器部份200會將電能轉換成機械能。轉換器部份200亦可被使用來以雙向方式將機械能轉換成電能。
圖2A與2B可被使用來顯示一種方式，其中轉換器部份200會將機械能轉換成電能。例如，假如轉換器部份200可藉由外力而機械性伸展成更薄、更大的區域形狀，譬如在圖2B中所示，且相當小的電壓差(比致動該薄膜到圖2B之架構所必要的更小)則會被施加於電極204、206之間，當外力移除時，轉換器部份200會將在電極之間的面積收縮成譬如在圖2A中的形狀。將轉換器伸展意指將轉換器200從其最初靜止位置偏斜-基本上以造成在電極之間之聚合物200部份的更大淨區域，例如，在電極之間之方向208、210所定義的平面中。該靜止位置意指不具有任何外部電性或機械輸 入的轉換器部份200的位置，其係並且可包含任何預應變於聚合物中。一旦轉換器部份200被伸展的話，相當小的電壓差會被提供，以致於結果所產生的靜電力不足以平衡該伸展的彈性恢復力。轉換器部份200因此會收縮且它會變得更厚，並在方向208、210所定義的平面中具有更小的平面區域(與在方向212之電極之間的厚度正交)。當聚合物202變更厚時，它會分開電極204、206與其相應不同的電荷，因此會提高該電荷的電能與電壓。再者，當電極204、206收縮成更小面積時，在每一電極內的相同電荷則會壓縮，其係亦可提高該電荷的電能與電壓。因此，以電極204、206上的不同電荷，從譬如在圖2B所示之形狀收縮成譬如在圖2A所示者，其係會提高該電荷的電能。亦即是，機械偏斜會被轉換成電能，且轉換器部份200會被充當做產生器。
在一些情形中，轉換器部份200可被電性地描述為一可變電容。電容會減少，以用於從圖2B所示到圖2A所示的形狀變化。基本上，在電極204、206之間的電壓差將會藉由收縮來提高。正常下，就是這樣，例如假如在收縮過程內，額外電荷不被添加或不從電極204、206剪去的話。電能U的增加可由公式U=0.5Q2/C顯示，在此Q係為正電極上之正電荷的數量，且C係為與聚合物202之本徵介質特性與其幾何形狀有關的可變電容。假如Q被固定且C減少的話，那麼電能U則會增加。電能與電壓的增加可在與電極204、206電性 溝通的適當裝置或電子電路中被復原或使用。此外，轉換器部份200可被機械性連接到機械輸入，該機械性輸入會使聚合物偏斜並且提供機械能。
轉換器部份200會當它收縮時將機械能轉換成電能。當將轉換器部份200完全收縮於方向208、210所定義之平面時，一些或全部的電荷與能量可被移除。或者，在收縮期間內，一些或全部的電荷與能量可被移除。假如在收縮期間內，聚合物202中的電場壓力增加並且與機械彈性恢復力以及外部負載達成平衡的話，該收縮將在完全收縮以前停止，且沒有進一步彈性機械能將被轉換成電能。移除一些電荷與所儲存的電能，其係會減少電場壓力，從而允許持續收縮。因此，移除一些電荷進一步會將機械能轉換成電能。當以產生器來操作時，轉換器部份200的準確電性行為則取決於任何電性與機械負載以及聚合物202與電極204、206的本徵特性。
在一種實施例中，電活性聚合物202可被預應變。在一或更多方向中，聚合物的預應變可被說明為與預應變前在那方向之尺度有關之預應變後在一方向的尺度變化。預應變包含聚合物202的彈性變形，其係並且例如藉由在拉伸上伸展聚合物並當伸展時固定一或更多邊緣而形成。就許多聚合物而言，預應變改善電與機械能之間的轉換。被改善的機械反應致使一電活性聚合物的更大機械功，例如更大偏斜與致動壓力。在一種實施 例中，預應變改善聚合物202的介質強度。在另一實施例中，預應變係為彈性的。在致動以後，彈性預應變聚合物理想上係為不固定的，其係並且可回到其最初狀態。預應變可被加諸在使用剛性框架的邊界，其係或者亦可局部被實施以用於一部份的聚合物。
在一種實施例中，預應變可被均勻地施加在一部份聚合物202上，以產生各向同性的預應變聚合物。藉由實例，丙烯酸彈性聚合物可在兩平面方向上伸展200至400個百分點。在另一實施例中，預應變可被不等地施加在不同的方向上，以用於一部份聚合物202，以產生各向異性預應變聚合物。例如，矽薄膜可在一平面方向上被伸展大約0至50%且在另一平面方向上被伸展大約30-100%。在本情形中，聚合物202可在一方向偏斜地比當被致動時的另一方向更大。當不希望受到理論侷限時，本發明者相信在一方向上將聚合物預應變可增加在預應變方向中聚合物的硬度。相應地，該聚合物在高預應變方向上相當較硬，且在低應變方向中更柔順，且一旦致動的話，有更多偏斜會發生在低預應變方向中。在一種實施例中，藉由在垂直方向210中利用大的預應變，在轉換器部份200之方向中的偏斜可被增強。例如，使用當作轉換器部份200的丙烯酸彈性體聚合物可在方向208上伸展200個百分點，並且在垂直方向210上伸展500個百分點。聚合物的預應變數量係依據在一應用中的聚合物材料以及希望的聚合物性能。
圖3A係為根據一種實施例所設計之用來量化電活性聚合物模組之性能的系統300圖，其係提供用於遊戲/音樂與扣夾的適當性能。系統300可被應用來產生電子阻尼的電訊號，以改善通常使用於透過使用者而與電腦與機械裝置交界之觸控式螢幕上的〝鍵扣夾〞複製。系統300同樣可被使用於當使用者碰觸一表面、按一按鈕或鍵、或轉動一旋扭時來產生理想觸覺反應。如圖3A所示，系統300的輸出係為因應穩定狀態輸入302的知覺(S)對頻率(f)，而且到致動器機械系統模組306內的暫態輸入304則會模擬圖1的電活性聚合物模組100。功能上，致動器機械系統模組306代表施加一輸入壓力到電活性聚合物模組100的指尖部份308，或者壓擠密著性模組100的手掌部份310。以不同頻率將最大電壓施加到致動器100，其係會在使用者將察覺以當作知覺S(f)的致動器機械系統模組306中產生穩定狀態的振幅A(f)。強度察覺模組312繪製位移對知覺之圖。取決於頻率與振幅的這些知覺S(f)會具有以分貝來表示的強度，其係並且說明一設計的遊戲能力。扣夾能力可以相同的方式來說明。暫態反應之振幅x(t)對在全電壓上的脈衝，其係會被繪製成以分貝為單位的知覺。那知覺係為在單一循環中該設計可產生的最強〝扣夾〞。因為遊戲性能可制衡共振，所以它可超過扣夾性能。
圖3B係為根據一種實施例所設計之系統300的功 能性方塊圖314。知覺S(t)係應穩定狀態輸入指令V(t)而產生。致動器機械系統模組306會應該輸入指令V(t)而產生一位移x(t)。強度察覺模組312可繪製位移輸入x(t)對知覺S(t)的圖。
根據此方法，一模組可被架構以用來量化電活性聚合物模組100的性能。同樣要說明的係為其中電活性聚合物模組100運作之致動器機械系統306的校準，其係包括指尖部份308與手掌部份310兩者。處理致動器性能的本發明部份可提供一般目的之模組與致動器切段方法，其係調整性能以匹配致動器機械系統306。知覺模組對公佈資料之校準同樣會被呈現。密著性模組100的性能對致動器幾何形狀會被討論。相較於該模組以及其他技術測量之真實模組的性能同樣會在以下被討論。
此模組的一種相關應用係為手持行動裝置，其係具有相關於剩下的行動裝置質量而橫向驅動觸控式螢幕的一電活性聚合物模組。在不同行動裝置中許多顯示器與觸控式螢幕的調查會導致平均大約25克的移動質量，以及剩餘大約100克的裝置質量。這些值代表明顯數量的行動裝置，但卻可輕易改變以用於其他種類的消費性電子產品(亦即，全球定位衛星(GPS)系統、遊戲系統)。
說明手機與用戶的機械結構
圖4A係為根據一種實施例所設計之在圖3A-3B所 示之致動器機械系統模組306的機械系統模組400。在圖3A-3B所示的致動器機械系統306會被延伸。虛線盒顯示配合資料之指尖402、掌部408與致動器410的參數。在使用中，電活性聚合物模組100係為部份的較大機械系統，其係包括指尖402、觸控式螢幕404、手機外殼406與掌部408。機械系統模組400顯示估計本系統以及在它裡面之致動器的集總元件。指尖402與掌部408係被視為簡單的(m、k、c)質量-彈簧-阻尼器系統。為了估計這些參數，對近側/遠側切變振動的穩定狀態回應，其係於按鍵期間內在指標指尖402上以及在握持手機尺寸質量之掌部408上被測量。這些測量會將資料增加到密著性阻抗上的增長文獻，特別是在皮膚上的切線牽引，在此空間限制會允許只有一些實例的引文。此些文獻的實例例如包括Lundstrom,R.，〝局部振動-人類手部平滑皮膚的機械阻抗〞生物力學期刊17,137-144(1984)；Hajian,A.Z.與Howe,R.D.，〝在人類指尖之機械阻抗的識別〞ASME生物力學工程期刊119(1),109-114(1997)；以及Israr,A.,Choi,S.與Tan,H.Z.,〝在臨界與超臨界刺激位準上手持球形工具的機械阻抗〞，Proceedings of the Second Joint EuroHaptics Conference and Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems,55-60(2007)。
圖4B顯示根據一種實施例所設計之致動器410的 性能模組412。致動器力(F)與彈簧率(k3)取決於幾何形狀(第一九參數)、切變模組(G)與電特性。幾何形狀變數n(虛線圓圈)例如代表在模擬期間內可變的一變數。致動器410可被視為平行一彈簧與阻尼器的一力源。添加額外的阻尼器，此一個二次方(F=-cq3V2)，其係可改善對測量信能的校準。致動器410的幾何形狀決定了阻擋力與被動彈簧率。Neo-Hookean模組說明了受到具有一自由參數之事先伸展(ρ)、切變模組(G)之介質的機械，其係會被校準，以拉長應力/應變測試。能量模組會產生力的小型表示，其係為致動器位移與電壓的函數。將致動器切成(n)段，其係會允許設計者在長自由衝程與高阻擋力之間交換有效的機械功，其係並且可同樣調整整個系統的共振頻率來匹配電活性聚合物模組的需求。
分段方法
圖5A顯示根據一種實施例所設計之在桿陣列幾何形狀中所架構之切段致動器500的一種態樣。將在已知足跡內的致動器500切成(n)段，其係會提供一種用於設定該系統之被動硬度與阻擋力的方法。事先伸展介質彈性體502可藉由一剛性材料而固持在適當之處，該剛性材料可定義一外部框架504以及一或更多窗506於框架504內。在每一窗506裡面的係為相同硬框架材料之桿508，且在桿508之一或兩側上的係為電極510。 將電位差施加到在桿508之一側上的介質彈性體502，其係會產生靜電壓力於彈性體中，而且此壓力會將力施加在桿508上，例如由Pelrine,R.E.,Komblush,R.D.以及Joseph,J.P.，之〝以柔順電極當作一種致動構件之聚合物介質的電伸縮〞所說明的，感應器與致動器A64,77-85(1998)。在桿508上的力係以致動器500的有效截面來定標，其係並且因此以切段512的數目來線性增加，其中每一個均可增加到寬度(yi)。被動彈簧率以n2來定標，因為每一額外切段512可將致動器500裝置有效地硬化兩次，首先藉由在伸展方向(xi)將其縮短，且第二藉由添加到抗位移的寬度(yi)。彈簧率與阻擋力兩者可以介質層數目(m)來線性定標。
圖5B係為根據一種實施例所設計之在圖5A所示切段致動器500的側視圖，其係顯示相關於該致動器500之框架504與桿508元件之相位之電性配置的一種態樣。圖5C係為顯示框架504之機械性耦合到底板514以及桿508之機械性耦合到輸出板516的側視圖。切段致動器500的輸出板516可整體性地合併種種裝置，譬如例如觸控式顯示器、平板電腦、膝上型電腦、電腦滑鼠、軌跡球、觸控板裝置、遙控控制裝置、電器用品的使用者界面、遊戲控制器、遊戲操縱台、可攜式遊戲系統、電腦顯示器、手持裝置、智慧型手機、行動裝置、行動電話、行動網際網路裝置、個人數位助理、全球定位系統接收器、遙控控制、以及類似物，以提供反饋。 在一種實施例中，輸出板516或切段致動器500可被連接到一移動質量，以將到使用者的觸覺反饋知覺放大。在一些實施例中，該移動質量係為被安裝在拖盤中的電池。
現在參考圖5A-C，將致動器500切段，其係決定在致動方向518之合成切段致動器500的有效靜止長度(xi)以及合成切段致動器500的有效寬度(yi)，其係根據如下：
在此：xf係為在x-方向上的足跡；yf係為在y-方向上的足跡；d係為區分器的寬度；e係為邊緣的寬度；n係為切段的數目；b係為桿的寬度；a係為桿後傾；以及m係為層數目。
根據本發明所設計的模擬資料係依據d=1.5mm區分器、b=2mm桿、e=5mm邊緣、xf=76mm x_足跡且yf=36mm y_足跡。與介質以及幾何形狀有關的其他值例 如包括切變模組G、介質常數ε、未延伸厚度z0、層數目m以及桿後傾a。
暫態反應-扣夾性能
圖6A係為根據一種實施例所設計之候選模組可提供以供掌部與指尖使用之預定扣夾振幅的圖形代表600。以μm、pp為單位的振幅係沿著垂直軸來顯示，且以赫茲(Hz)為單位的頻率則沿著水平軸來顯示。圖6B係為根據一種實施例所設計之候選模組所提供以供掌部與指尖使用之預定扣夾知覺的圖形代表610。以分貝為單位的知覺re：0.1μm、250 Hz，其係沿著垂直軸來顯示，且以赫茲(Hz)為單位的頻率則沿著水平軸來顯示。為了估計由候選設計所提供的扣夾性能，全電壓脈衝則會被模擬。共振頻率之四分之一週期之脈衝的持續時期，其係可依據設計而變。峰值位移可被轉換成知覺位準的估計。結果則類似那些穩定狀態者-有更多切段減少振幅但卻增加知覺。
測量模組性能對成型
圖7係為根據一種實施例所設計之具有一測試質量在工作台頂部被測量之模組之穩定狀態反應的圖形代表700，成型(線)對測量(點)。六段致動器設計會提供合理的交易於穩定狀態遊戲性能與扣夾性能之間(圖6)。具有測試質量之六段致動器模組的穩定狀 態反應會在工作台上被測量(圖7，點)，並且與該系統模組顯示良好的同意(圖7，線)。在工作台上的振幅會超過模擬振幅，其係因為工作台測試會排除該掌與指尖的硬度、阻尼與相關移動。
圖8係為根據一種實施例所設計之兩使用者(點)之觀察扣夾資料以及一平均使用者(線)之模型估計的圖形代表800。以微米(μm)為單位的位移係沿著垂直軸顯示，且以秒為單位的時間係沿著水平軸而顯示。為了評估該模組之能力，以預測該模組在使用中的扣夾性能，兩使用者可測試一手機模型。在校準期間內，每一使用者握持他們所具有的〝手機〞(~100公克測試質量)。被安裝在測試質量上的係為一電活性聚合物模組，且被安裝在該模組上的係為第二~25克質量，其係近似〝螢幕〞。使用者以指尖與~0.5N按壓力來碰觸〝螢幕〞，其係近似一鍵按壓。電壓脈衝會被施加到該模組達0.004秒(近似該成型系統共振的四分之一循環)。〝電話〞與〝螢幕〞的移位(圖8，點)可用一雷射移位尺(Keyence,LK-G152)來追蹤。如所示(圖8，線)，該模組會產生這兩使用者所經歷之扣夾暫態的合理估算，因為它們會碰觸螢幕同時將電話盒支撐於手掌中。看起來，那些熟諳該技藝者將會理解到，這兩握取會比該模組具有更低的彈簧率以及更高的阻尼比率。該模組係依據平均值，且各別彈簧率與阻尼係數甚至會在相同物體的握取之間實質地變化。
圖9A顯示根據一種實施例所設計的一電子阻尼反饋控制系統900，其係包含耦合到使用者界面裝置902與電子阻尼控制器910的切段致動器904。該切段致動器904類似結合圖5A-5C來說明的切段致動器500。在一種實施例中，電子阻尼反饋控制系統900包含電活性聚合物致動器904以及電子阻尼控制器910，以用來產生電子阻尼訊號912，以改善該觸控式螢幕界面裝置902的〝鍵扣夾〞複製。在一種實施例中，致動器904(例如，切段致動器)係經由致動器桿906而耦合到底板908。電子阻尼控制器910係被耦合於使用者界面裝置902與致動器904之間的反饋迴路中。底板908會被修改並被架構，以耦合到使用者界面裝置902，以提供觸覺反饋給使用者。致動器904可被定標，以將任何尺寸的裝置定址，其係並且可被合併入垂直位移、水平位移與慣性驅動架構中，以例如容納許多不同的應用。
在種種實施例中，致動器904係被直接驅動或者慣性驅動或者其組合。直接驅動致動器904可以快速的反應時間(5-10ms)而提供強的觸控反饋於較佳的靈敏度光譜中(50-300Hz)。直接驅動致動器904可被架構以安裝到顯示器以及/或者觸控式感應器背面，以提供直接反饋到觸控式裝置的指部或者安裝到電池托盤，以提供可在整個裝置中被感覺到的慣性反饋。藉由將反饋與應用中的視力與聲音同步化，直接驅動致動器904可增強使用者界面裝置902的使用者經驗。由於快速反應 時間與寬頻率操作範圍，直接驅動致動器904會致使種種知覺組合。直接驅動致動器904可以範圍為0-3.7V的低輸入電壓來驅動，其係並且可藉由觸發、脈衝寬度調變(PWM)、或類比電壓來控制。
慣性驅動致動器904會以快速的反應時間(5-10ms)而提供強的觸控反饋於較佳的靈敏度光譜(50-300Hz)中。藉由將反饋與應用中的視力與聲音同步化，慣性驅動致動器904可增強行動裝置的使用者經驗。由於快速反應時間與寬頻率操作範圍，慣性驅動致動器904會致使種種知覺組合。慣性驅動致動器904可以範圍0-3.7V的低輸入電壓來驅動，其係並且可藉由觸發、脈衝寬度調變、或類比電壓來控制。
在一些實施例中，會有複數個致動器904，其係可以共用或獨立的驅動電路以及/或者電子阻尼反饋控制系統900來驅動。這在使用者界面裝置上是有利的，在此短(例如，〝鍵扣夾〞)與長(例如，遊戲/音樂)反應兩者是令人希望的。在一些應用中，在空間與時間兩者上分佈反饋反應亦同樣有利。例如，〝鍵扣夾〞可在被設計以充當做鍵盤的裝置部份中被傳送，同時遊戲反應可被傳送到在手部手掌中被固持的裝置部份。另一實例係為在耳機中，在此，方向性、定量與定性資訊可經由每一耳機而透過該效果的獨立控制來傳送給使用者，例如短效果可被傳送到頭戴耳機的一耳機，同時長效果可被獨立傳送到頭戴耳機的第二個耳機。
藉由移動使用者界面裝置902，電子阻尼反饋控制系統900係被架構以產生觸覺反饋給使用者。在種種不同實施例中，使用者界面裝置902係為平板電腦、膝上型電腦、電腦顯示器、智慧型手機、行動裝置、行動電話、行動網際網路裝置、個人數位助理、全球定位系統接收器、桌上型電腦、賭場遊戲機械、銷售點資訊站、工業控制的觸控式螢幕顯示器。在其他實施例中，界面裝置902係為一輸入裝置，譬如電腦滑鼠、軌跡球、觸控板、遙控控制裝置、電器用品的使用者界面、遊戲控制器、遊戲操縱台、可攜式遊戲系統、遙控控制、以及類似物。使用者界面裝置902的移動係為水平或垂直。就被設計用於共振操作(基本上70Hz-150Hz)的電活性聚合物系統而言，單一致動器脈衝會提供觸覺反應給使用者。此反應基本上包括產生不希望且不理想效果的後期機械振鈴。藉由施加一抵銷複雜波型到致動器904以提供電子阻尼並且產生一理想〝鍵扣夾〞效果，此不希望的機械振鈴效果可被最小化或者實質刪除。
在一種實施例中，電子阻尼功能可藉由被耦合到使用者界面裝置902之電路的電子阻尼控制器910所實施。電子阻尼控制器910可能可藉由施加被施加到致動器904的阻尼電壓控制訊號912而來控制使用者界面裝置902的阻尼力，並且阻尼機械移動，譬如振動。在一種實施例中，電子阻尼控制器910係被架構，以當使用者觸控使用者界面裝置時，檢測由使用者界面裝置902 所產生的致動訊號918。因應該致動訊號918，電子阻尼控制器910會施加一阻尼電壓控制訊號912(圖9B，根據一種實施例)到致動器904，以控制該使用者界面裝置902的阻尼。該電壓訊號902阻尼該致動器904的動作以及因此該使用者界面裝置902的動作916，以減少或實質最小化不想要的機械振鈴並且提供逼真的〝鍵扣夾〞觸覺反饋給使用者。根據一種實施例，被施加到致動器904的阻尼電壓控制訊號912會造成致動器904根據圖9C所示的位移曲線914來移動。
將使用者界面裝置902反應之特定機械振鈴阻尼所必需的阻尼電壓控制訊號912特徵，譬如例如波型形狀、振幅與頻率，其係可被實驗性地決定或者可被成型。用來量化電活性聚合物模組之性能的系統300(圖3A、3B)可被使用來決定例如阻尼電壓控制訊號912特徵。更者，阻尼電壓控制訊號912特徵可使用結合圖4A來說明的機械系統模組400以及結合圖4B來說明的致動器性能模組412來成型。阻尼電壓控制訊號912的特徵可依據一候選模組所提供以供圖6A所示掌部與指尖使用之預測扣夾振幅的圖形代表、或者依據一候選模組所提供以供例如掌部與指尖使用之預測扣夾知覺的圖形代表來決定。用來決定阻尼電壓控制訊號912之特徵的其他有用資料包括，不限於，具有測試質量之模組的穩定狀態反應、使用者的觀察扣夾資料、以及結合圖7與8來說明之平均使用者之模組的預測。將理解到的 是，其他技術可被應用來決定阻尼電壓控制訊號912的特徵。於是，一旦特定使用者界面裝置902的機械振鈴圖案被決定的話，阻尼電壓控制訊號912的特徵則可被研發，以致於阻尼電壓控制訊號912之施加到致動器902能夠電性控制模組904的阻尼。
在種種實施例中，電子阻尼控制器910包括用來儲存複數個電子電壓阻尼訊號的記憶體，該電子電壓阻尼訊號可依據致動訊號以及/或者當提供密著性反饋時由特定使用者界面裝置902所產生之振動振鈴的特定圖案來施加。更者，阻尼電壓控制訊號912波型可藉由電子阻尼控制器910的元件來修改，以便容納來自使用者界面裝置902之檢測致動訊號918的強度以及/或者波型型態。於是，一旦阻尼電壓控制訊號912由電子阻尼控制器910選出的話，阻尼電壓控制訊號912則可根據被檢測的致動訊號918被放大或阻尼。電子阻尼控制器910係為數位、類比或其組合。在數位訊號處理實施過程中，所需要的電子阻尼電壓訊號輪廓可呈數位格式來儲存，且數位-至-類比轉換器以及/或者放大器則可被使用來產生阻尼電壓控制訊號912，以施加到致動器。在其他實施例中，電子阻尼控制器包含微處理器、記憶體、類比至-數位轉換器、數位-至-類比轉換器、以及放大器。
圖9D顯示根據一種實施例所設計的電子阻尼控制器910。在一種實施例中，電子阻尼控制器910接收來 自使用者界面裝置902的訊號並且輸出一對應的電子阻尼訊號912到該電活性聚合物致動器904，以改善觸控式螢幕界面裝置902的〝鍵扣夾〞複製。從使用者界面裝置902接收的致動訊號918係為一簡單脈衝，或者係為代表有多少力被使用來致動該使用者界面裝置902的一數位值。類比-至-數位(A/D)轉換器920將該致動訊號918數位化並且將它提供到處理器922。在種種不同實施例中，處理器922係為一般目的處理器、數位訊號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘極陣列(FPGA)、可程式化邏輯裝置(PLD)、或者其他可程式化邏輯裝置、分開的閘極或電晶體邏輯、分開的硬體元件、或者被設計以執行在此所說明功能的任何組合。依據可事先程式化的邏輯或者依據致動訊號918的即時評估，處理器922可從記憶體924選出一適當的數位波型。該數位波型924可被儲存在記憶體924中並且與種種使用者界面裝置902互相產生關聯。於是，當處理器922接收致動訊號918時，它可從記憶體924選出適當的數位波型。數位-至-類比(D/A)轉換器926會將數位化的波型資訊轉換成由放大器928所放大的類比訊號。放大器928會被連接到電活性聚合物致動器904並且將呈類比形式的選出電子阻尼訊號912施加到電活性聚合物致動器904。在一種實施例中，處理器922可被架構可僅僅依據致動訊號918的特徵來產生適當的電子阻尼訊號912，而不需要儲存波型於記憶 體924中。在其他實施例中，致動訊號918包括致動力資訊，以致於處理器922能夠在數位-至-類比轉換器926以前將定標因子施加到數位化波型。將理解的是，在不限制本發明範圍下，可程式化增益放大器可完成相同的定標功能。
在一種實施例中，模型化工作站電腦930可被使用來產生電子阻尼訊號912波型，其係隨後被儲存在數位化波型資料庫932中。資料庫932可被連接到電子阻尼控制器910，以致於數位波型記憶體924可以資料庫932的內容來週期性更新。
在一種實施例中，電子阻尼訊號912可依據使用者界面裝置902的型態而透過使用者來最佳化。關於此，電子阻尼控制器910可被放置在〝學習〞模式中，在此使用者可施加一力到使用者界面裝置902並且感受〝鍵扣夾〞觸覺反饋。電子阻尼控制器910隨後可顯示圖形指示於使用者界面裝置902上，以致使使用者調整電子阻尼訊號912的振幅、頻率與其他特徵。因此，藉由試驗與失誤，使用者可最佳化〝鍵扣夾〞觸覺反饋。該調整製程可被簡化，其係藉由致使使用者輸入適當的阻尼係數，該電子阻尼控制器910則會將該適當的阻尼係數轉換成適當的電子阻尼訊號912。
圖10係為根據一種實施例所設計之產生寫實效果之電腦實施方法1000的邏輯圖。根據一種實施例，在1002，方法1000包含將希望的效果特徵化。希望效果 的特徵化包括在時間領域中測量該電活性聚合物系統的加速、速率與位移，並且決定該電活性聚合物系統是否緊接著一線性、第二順序、質量彈簧阻尼器系統，或者是否它同樣地為雙共振耦合系統，譬如直接或慣性致動器系統。該系統具有關於共振頻率、質量、硬度與阻尼的特徵。任何聲音效果同樣可被特徵化。
在1004，在一種實施例中，方法1000包含決定用於希望效果的一電活性聚合物複製系統。這包括選出一用於電活性聚合物系統的致動器，直接或慣性驅動，該移動質量(或者懸置與反應質量)，阻擋力容量，撞擊。本製程進一步包括估計直接驅動與慣性驅動系統的典型負載。換句話說，估計它是否為手指碰觸或握在手中等等。
在1006，在一種實施例中，方法1000包含在動態情況下評估該電活性聚合物複製系統的容量。此製程進一步包含決定對應該希望效果的一致動器驅動波型是否呈線性或非線性操作模式。此製程進一步包含決定軸平移是否有效(垂直切線)。
在1008，在一種實施例中，方法1000包含編輯一有效電壓輪廓，直到得到希望的效果輸出為止，以用於相當簡單效果或者實質類似過去結果的效果。雖然本製程具有試驗與失誤的特徵，但是當先前波型非常接近希望的反應時，該方法則會運作良好。
在1010，在一種實施例中，方法1000包含產生一 時間領域，其係為用於複雜或非線性效果的非線性系統模組。該製程進一步包含使用密閉迴路的反饋分析來得到必要的輸入波型以產生希望的效果。當得到可實現的解法時，該製程包含實施可實現的解法並且重複在1008中所說明的編輯製程以用於細微的調整。當無法得到可實現的解法，該製程會包含改變該複製系統。
圖11顯示一系統1100，其中結合圖10來說明之方法1000的實施例可被實施。在種種實施例中，方法1000可結合硬體與軟體來實施。硬體例如包含一般目的之電腦1102、加速度計1104、麥克風1106、觸發器控制器1110以及波型顯示裝置1112。軟體1114例如包含波編輯器以及PSPICE定型程式。該系統輸出包括結合圖4A、4B所說明的機械系統模組400與致動器性能模組412，以及結合圖3A、3B所說明之用來將提供適當性能給遊戲/音樂與扣夾應用之電活性聚合物模組性能量化的系統，例如，此全部均可藉由一般目的之電腦1102來實施。方法1000進一步包含實質記錄與播放聲音與密著性效果兩者，直到設計者1118滿足希望效果為止。該播放係藉由物理性按壓感應器1120來觸發，其係為部份的感受過程。系統模組的密閉迴路控制(例如，在PSPICE)會產生一電壓波型1122，該電壓波型會產生希望的加速並且由電腦顯示器1126所顯示。在電壓波型1122的細微調整期間內，可測量加速，且波型1124則會被顯示在波型顯示裝置1112中。
在產生機械系統模組400與致動器性能模組412以後，結合圖4A、4B來說明，使用方法1000，一般目的之電腦1102係被架構以實施機械系統模組400與致動器性能模組412，以發展希望的效果。誠如先前所討論的，機械系統模組400係被使用來將希望電活性聚合物致動器的機械態樣定型。該虛線盒指出配合資料以產生模組之指尖402、掌部408與致動器410的參數。指尖402與掌部408會被視為簡單的(m,k,c)質量-彈簧-阻尼器系統。為了估計這些參數，對近側/遠側切變變化的穩定狀態反應，其係於鍵按壓期間內在指標指尖402上並且在握持手機尺寸質量之掌部408上被測量。致動器力(F)以及彈簧率(k3)取決於幾何形狀(第一九參數)、切變模組(G)與電特性。幾何變數n(虛線圓圈)例如代表在模擬期間內可變的一變數。致動器410可被視為平行一彈簧與阻尼器的一力源。
由於已經以一般術語來說明產生寫實效果的電腦實施方法1000與系統1100，所以本發明現在回到實施方法1000之一般目的電腦1102環境的一個非限制實例。圖12顯示根據一種實施例所設計的實例環境1210，其係代表用來實施電腦實施方法1000之種種態樣之一般目的電腦，以用來量化電活性聚合物設備的性能。電腦系統1212包括處理器1214、系統記憶體1216、與系統匯流排1218。系統匯流排1218將包括(但不限於)系統記憶體1216的系統元件耦合到處理器1214。 處理器1214係為種種可用處理器的任一個。雙微處理器與其他多處理器架構亦可被使用當作處理器1214。
系統匯流排1218係為數種匯流排結構的任一種，包括記憶體匯流排或記憶體控制器、週邊匯流排或外部匯流排、以及/或者使用任一不同有效匯流排架構的局部匯流排，其係包括但不限於9-位元匯流排、工業標準架構(ISA)、微通道架構(MSA)、延伸ISA(EISA)、智慧型電子驅動器(IDE)、VESA局部匯流排(VLB)、週邊組件互連件(PCI)、通用串聯匯流排(USB)、高階繪圖埠(AGP)、個人電腦記憶體卡國際協會匯流排(PCMCIA)、小電腦系統界面(SCSI)或者其他週邊匯流排。
系統記憶體1216包括揮發性記憶體1220與非揮發性記憶體1222。基本輸入/輸出系統(BIOS)，包含在電腦系統1212內之元件之間傳送資訊的基本路徑，譬如在起始期間內，其係會被儲存在非揮發性記憶體1222。例如，非揮發性記憶體1222包括唯讀記憶體(ROM)、可程式化ROM(PROM)、電子可程式化ROM(EPROM)、電可拭除ROM(EEPROM)、或快閃記憶體。揮發性記憶體1220包括隨機存取記憶體(RAM)，其係當作外部快取記憶體。更者，RAM可以許多形式來得到，譬如同步RAM(SRAM)、動態RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、雙資料率SDRAM(DDR SDRAM)、增強型SDRAM(ESDRAM)、同步鏈結DRAM (SLDRAM)以及直接Rambus RAM(DRRAM)。
電腦系統1212同樣包括可移除/非可移除、揮發性/非揮發性電腦儲存媒介。圖12例如顯示一磁碟機1224。該磁碟機1224包括但不限於類似磁碟驅動器、軟碟驅動器、磁帶驅動、JAZ驅動器、Zip驅動器、LS-60驅動器、快閃記憶體卡或記憶體條的裝置。此外，磁碟機1224包括各別或結合其他儲存媒體的儲存媒體，其係包括但不限於光碟驅動器，譬如光碟ROM裝置(CD-ROM)、CD可記錄驅動器(CD-R Drive)、CD可寫驅動器(CD-RW Drive)、或者數位影音光碟ROM驅動器(DVD-ROM)。為了促進磁碟機1224連接到系統匯流排1218，基本上可使用可移動或不可移動的界面1226。
要理解的是，圖12說明充當做在適當操作環境1210中所說明之使用者與基本電腦資源之間中介的軟體。此軟體包括操作系統1228。可被儲存在磁碟機1224上的操作系統1228，其係用來控制與分配電腦系統1212的資源。經由儲存在系統記憶體1216中或者在磁碟機1224上的程式模組1232與程式資料1234，系統應用1230可利用藉由操作系統1228的資源管理。要理解的是，在此所說明的種種元件可以種種操作系統或操作系統之組合來實施。
使用者會將指令或資訊，經由輸入裝置1236而輸入到電腦系統1212內。輸入裝置1236包括但不限於點 選裝置，譬如滑鼠、軌跡球、記錄針、觸控板、鍵盤、麥克風、操縱桿、遊戲桿、衛星碟、掃描器、電視選台卡、數位相機、數位攝影機、網路照相機、以及類似物。這些與其他輸入裝置會經過系統匯流排1018、經由界面埠1238而連接到處理器1214。界面埠1238例如包括串聯埠、並聯埠、遊戲埠以及通用串聯匯流排(USB)。輸入裝置1240使用其中一些相同型態的埠來當作輸入裝置1236。因此，例如，USB埠可被使用來提供輸入到電腦系統1212以及將來自電腦系統1212的資訊輸出到輸出裝置1240。輸出配接器1242被提供，以顯示在需要特定配接器的其他輸出裝置1240中，有一些輸出裝置1240，像監視器、喇叭與列印器。旨在顯示而非限制的輸出配接器1242包括影像與聲音卡，其係提供一種在輸出裝置1240與系統匯流排1218之間連接的構件。應該注意的是，其他裝置以及/或者裝置系統會提供輸入與輸出性能兩者，譬如遙控電腦1244。
電腦系統1212可在使用到一或更多遙控電腦(譬如遙控電腦1244)之邏輯連接的網路環境中操作。遙控電腦1244係為個人電腦、伺服器、路由器、網路PC、工作站、以微處理器為主的電器用品、同級裝置或其它共用網路節點與類似物，其係並且基本上包括關於電腦系統1212來說明的許多或全部元件。為了簡化之目的，只有一記憶體儲存裝置1246是以遙控電腦1244來顯示。遙控電腦1244係經由網路界面1248而被邏輯性 地連接到電腦系統1212，其係並且隨後會經由溝通連接1250而被物理性地連接。網路界面1248包含溝通網路，譬如局部區域網路(LAN)以及寬區域網路(WAN)。LAN技術包括光纖分散式資料界面(FDDI)、銅分散式資料界面(CDDI)、乙太/IEEE 802.3、訊號環/IEEE 802.5、以及類似物。WAN技術包括但不限於點對點連結、電路切換網路(像整體服務數位網路(ISDN)與其變化)、封包切換網路以及數位用戶線(DSL)。
溝通連結1250意指被應用來將網路界面1248連接到匯流排1218的硬體/軟體。雖然為了清楚顯示，溝通連結1250係被顯示在電腦系統1212裡面，但是它亦可在電腦系統1212外部。用來連接到網路界面1248所必要的硬體/軟體，僅為了示範性目的，其係包括內部與外部技術，譬如包括規則性電話等級數據機、纜線數據機以及DSL數據機的數據機、ISDN配接器與乙太卡。
誠如在此所使用，術語〝元件〞、〝系統〞與類似物可同樣地意指與電腦有關的實體：硬體、硬體與軟體的組合、軟體、或執行中的軟體，除了電機裝置以外。例如，一元件係為(但不限於)在處理器上執行的製程、處理器、物體、可執行、執行線、程式、以及/或者電腦。
值得注意的是，對〝一種態樣〞或〝一態樣〞的任何參考意指結合該態樣來說明的一特定特色、結構或特徵係被包括在至少一態樣中。在該說明書中之片語〝在 一態樣中〞或〝在一態樣中〞的出現不一定全部意指相同態樣。
除非有另外被特定陳述，可理解到的是，譬如〝加工處理〞、〝電腦計算〞、〝計算〞、〝決定〞或類似物的術語意指一電腦或電腦系統或類似電子計算裝置的動作以及/或者製程，譬如一般目的處理器、DSP、ASIC、FPGA或其它可程式化邏輯裝置、分開的閘極或電晶體邏輯、分開的硬體元件或者被設計以執行在此所說明功能的其任何組合，該些功能可將在暫存器與/或記憶體內以物理量(例如，電子)描繪的資料操縱以及/或者轉換成在記憶體、暫存器或其它此資訊儲存、傳送或顯示裝置內以物理量描繪的其他資料。
值得注意的是，對〝一個實施例〞或〝一實施例〞的任何參考意指結合該實施例來說明的特定特色、結構或特徵會被包括在至少一實施例中。在本說明書中之片語〝在一實施例中〞或者〝在一態樣中〞的出現不一定全部意指相同實施例。
值得注意的是，一些實施例可使用表達式〝耦合〞與〝連接〞連同它們的衍生物來說明。這些術語不一定打算彼此為同義字。例如，一些實施例可使用術語〝連接〞以及/或者〝耦合〞來說明，以意指兩或更多元件彼此直接物理或電性接觸。不過，術語〝耦合〞同樣地意指兩或更多元件彼此不直接接觸，但卻仍彼此合作或互動。
將令人理解的是，雖然沒有被明確說明或顯示於此，那些熟諳該技藝者將能夠設計實施本發明原理並且被包括在其範圍內的種種配置。更者，在此所引用的所有實例與情況語言原則上打算協助該讀者理解在本發明中所說明的原理以及有助於促進該技藝的概念，其係並且會被詮釋為不受限於此些被特定引用的實例與情況。更者，在此敘述原理、實施例的全部陳述、與實施例以及其特定實例，其係打算包含其結構性與功能性等同物兩者。此外，此些等同物打算包括目前已知的等同物以及在未來會被研發的等同物兩者，亦即，在不論結構之下，進行相同功能的任何研發元件。因此，本發明之範圍不打算限制於在此所顯示與說明的示範性實施例與實施例。本發明的範圍寧願由附加申請專利範圍所實施。
在本發明前後文中(尤其在以下申請專利範圍之前後文中)所使用的術語〝一〞與〝一〞與〝該〞與類似參考對象，其係可被詮釋為涵蓋單一個或複數個兩種，除非在此有另外被指示或者由前後文所明顯反駁。在此數值範圍的敘述僅僅打算當作個別參考在範圍內每一各別值的一速記方法。除非在此有另外被指示，每一各別值係會被併入於該說明書中，好像在此被各別引用一樣。在此所說明的所有方法可呈任何適當順序來進行，除非在此有另外被指示或者由前後文所明顯反駁。在此所提供之任一與全部實例或者示範性語言的使用(例 如，〝譬如〞、〝在該情形中〞、〝藉助實例〞)僅僅打算更佳地闡明本發明，其係並且不會施加限制在另外被提出申請的本發明範圍上。在該說明書中沒有任何語言應該被詮釋為意指任何對實施本發明而言實質重要之沒被申請的元件。進一步要注意的是，該申請專利範圍可被設計為排除任何選擇性元件。同樣地，此敘述打算充當做先行基礎，以單獨、僅僅使用此排外用語以及結合申請元件之複述的類似物，或者使用一負限制。
在此所揭露之替代性元件或實施例的群組不會被詮釋為限制性。每一組元件可被參考並且各別或者以與該組之其他元件或者在此所發現之其他元件的任何組合來提出申請。可預期的是，一組的其中一個或更多個元件可被包括在一組中或者從其被刪除，以為了方便以及/或者可專利性。雖然本發明之特定特色已經如以上所說明地顯示，但是許多變更、替換、改變與等同物現將會發生在那些熟諳該技藝者身上。因此要理解的是，附加申請專利範圍打算涵蓋在所揭露實施例之範圍與附加申請專利範圍內的所有此些變更與改變。
100‧‧‧電活性聚合物模組
102‧‧‧頂板
104‧‧‧固定板
106‧‧‧箭頭
108‧‧‧電極
110‧‧‧區分器
112‧‧‧桿
114‧‧‧區分器片段
200‧‧‧轉換器部份
202‧‧‧電活性聚合物
204‧‧‧頂部電極
206‧‧‧底部電極
208‧‧‧平面方向
210‧‧‧平面方向
300‧‧‧系統
302‧‧‧穩定狀態輸入
306‧‧‧致動器機械系統模組
308‧‧‧指尖部份
310‧‧‧手掌部份
312‧‧‧強度察覺模組
400‧‧‧機械系統模組
402‧‧‧指尖
404‧‧‧觸控式螢幕
406‧‧‧手機外殼
408‧‧‧掌部
410‧‧‧致動器
412‧‧‧性能模組
500‧‧‧切段致動器
502‧‧‧介質彈性體
504‧‧‧外部框架
506‧‧‧窗
508‧‧‧桿
510‧‧‧電極
512‧‧‧額外切段
514‧‧‧底板
516‧‧‧輸出板
518‧‧‧致動方向
900‧‧‧電子阻尼系統
902‧‧‧使用者界面裝置
904‧‧‧切段致動器
906‧‧‧致動器桿
908‧‧‧底板
910‧‧‧電子阻尼控制器
912‧‧‧電子阻尼訊號
914‧‧‧位移曲線
916‧‧‧動作
918‧‧‧致動訊號
920‧‧‧類比-至-數位(A/D)轉換器
922‧‧‧處理器
924‧‧‧記憶體
926‧‧‧數位-至-類比(D/A)轉換器
928‧‧‧放大器
930‧‧‧模型化工作站電腦
932‧‧‧數位化波型資料庫
1100‧‧‧系統
1102‧‧‧電腦
1104‧‧‧加速度計
1106‧‧‧麥克風
1110‧‧‧觸發器控制器
1112‧‧‧波型顯示裝置
1114‧‧‧軟體
1118‧‧‧設計者
1120‧‧‧物理性按壓感應器
1122‧‧‧電壓波型
1124‧‧‧波型
1126‧‧‧電腦顯示器
1210‧‧‧實例環境
1212‧‧‧電腦系統
1214‧‧‧處理器
1216‧‧‧系統記憶體
1218‧‧‧系統匯流排
1220‧‧‧揮發性記憶體
1222‧‧‧非揮發性記憶體
1224‧‧‧磁碟機
1226‧‧‧界面
1228‧‧‧操作系統
1230‧‧‧系統應用
1232‧‧‧程式模組
1234‧‧‧程式資料
1236‧‧‧輸入裝置
1238‧‧‧界面埠
1240‧‧‧輸入裝置
1242‧‧‧輸出配接器
1244‧‧‧遙控電腦
1246‧‧‧記憶體儲存裝置
1248‧‧‧網路界面
1250‧‧‧溝通連接
圖1係為根據一種實施例所設計之電活性聚合物系統的剖視圖；圖2A顯示根據一種實施例之根據一種實施例所設計之電活性聚合物系統之轉換器部份的頂部透視圖；圖2B顯示根據一種實施例所設計之在圖2A所示之電活性聚合物系統之轉換器部份的頂部透視圖，其係包括因應電場變化之偏折；圖3A係為根據一種實施例所設計之用來量化電活性聚合物模組之性能的系統圖，其係提供用於遊戲/音樂與扣夾應用的適當性能；圖3B係為根據一種實施例所設計之在圖2A所示系統的功能性方塊圖；圖4A係為根據一種實施例所設計之在圖3A-B所示之致動器機械系統的機械系統模組；圖4B顯示根據一種實施例所設計之電活性聚合物致動器的性能模組；圖5A顯示根據一種實施例所設計之在桿陣列幾何形狀中所架構之切段致動器的一種態樣；圖5B係為根據一種實施例所設計之在圖5A所示切段致動器的側視圖，其係顯示相關於該致動器之框架與桿元件之相位之電性配置的一種態樣；圖5C係為根據一種實施例所設計之顯示框架之機械性耦合到底板以及桿之機械性耦合到輸出板的側視圖； 圖6A係為根據一種實施例所設計之候選模組可提供以供掌部與指尖使用之預定扣夾振幅的圖形代表；圖6B係為根據一種實施例所設計之候選模組可提供以供掌部與指尖使用之預定扣夾知覺的圖形代表；圖7係為根據一種實施例所設計之具有一測試質量在工作台頂部被測量之模組之穩定狀態反應的圖形代表700，成型(線)對測量(點)；圖8係為根據一種實施例所設計之兩使用者(點)之觀察扣夾資料以及一平均使用者(線)之模型的估計的圖形代表；圖9A顯示根據一種實施例所設計的一電子阻尼系統，其係包含耦合到使用者界面裝置與電子阻尼控制器的切段致動器；圖9B係為根據一種實施例所設計之因應一致動訊號之由電子阻尼控制器所產生的阻尼電壓控制訊號的圖形代表；圖9C係為根據一種實施例所設計之代表因應阻尼電壓控制訊號之電活性聚合物致動器之動作之位移曲線的圖形代表；圖9D顯示根據一種實施例所設計的電子阻尼控制器；圖10係為產生寫實效果之電腦實施方法1000的邏輯圖；圖11顯示根據一種實施例所設計的系統，其中結合圖10來說明之方法的實施例可被實施；以及 圖12顯示根據一種實施例所設計的實例環境，其係代表用來實施電腦實施方法之種種態樣之一般目的電腦，以用來量化電活性聚合物設備的能力。
100‧‧‧電活性聚合物模組
102‧‧‧頂板
104‧‧‧固定板
106‧‧‧箭頭
108‧‧‧電極
110‧‧‧區分器
112‧‧‧桿
114‧‧‧區分器片段

Claims (17)

  1. 一種用於電活性聚合物模組的電子阻尼反饋控制系統，該系統包含：一電子阻尼控制器，其係被耦合於在使用者界面裝置與一電活性聚合物致動器之間的反饋迴路中，其中該致動器會被耦合到該使用者界面裝置，且其中該電子阻尼控制器會被架構，以應使用者輸入並且應致動訊號而接收來自使用者界面裝置的致動訊號，該電子阻尼控制器會產生一電子阻尼訊號，以驅動該致動器並且阻尼機械移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之反饋控制系統，其中該電子阻尼控制器包含用來儲存與一電子阻尼訊號相關之數位波型的一記憶體，且其中該電子阻尼控制器可從該記憶體選出波型，其係對應預定型態的使用者界面裝置與/或致動訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項之反饋控制系統，進一步包含依據致動訊號之特徵來決定使用者界面裝置型態並且從該記憶體選出對應預定型態之使用者界面裝置與/或致動訊號的處理器。
  4. 如申請專利範圍第3項之反饋控制系統，進一步包含：一數位至類比轉換器，其係被耦合到該處理器，其中該轉換器會產生從該記憶體選出之波型的類比訊號代表；以及一放大器，其係被耦合到該轉換器，以放大從轉換器收到的類比訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項之反饋控制系統，其中架構該處理器，以將一定標因子施加到從該記憶體選出的波型，以根據致動訊號所指示的力來將該電子阻尼訊號定標。
  6. 如申請專利範圍第4項與第5項其中一項之反饋控制系統，其中該放大器係為可程式化增益放大器，其係並且可被架構，以施加一定標因子到從該記憶體選出的波型，以根據致動訊號所指示的力來將該電子阻尼訊號定標。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項之反饋控制系統，其中該電子阻尼訊號會被架構，以驅動從慣性驅動致動器與直接驅動致動器所組成群組選出的其中一者。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項任一項之反饋控制系統，其中該電子阻尼控制器會被架構，以接收來自使用者的輸入，以根據使用者偏好而使電子阻尼訊號最佳化。
  9. 一種裝置，包含：一使用者界面裝置；一電活性聚合物致動器，其係會被耦合到該使用者界面裝置；以及根據申請專利範圍第1項至第8項之任一項所設計的電子阻尼反饋控制系統。
  10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該電子阻尼信號會使用電腦實施方法來設計，以用來產生寫實的效果，該方法包含：將一電活性聚合物系統的希望效果特徵化；決定該希望效果的複製系統；在動態情況下，評估該複製系統的容量；編輯一效果電壓輪廓，直到得到該希望的效果輸出為止；以及根據該希望的效果來產生一時間領域的非線性系統模組。
  11. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中將該希望效果特徵化包含：測量在時間領域中之系統的加速、速率與位移；以及決定是否該電活性聚合物系統緊接著一線性、第二順位、質量彈簧阻尼器系統，或者是否該電活性聚合物系統緊接著一雙共振耦合系統，其中該電活性聚合物系統係關於共振頻率、質量、硬度與阻尼化而被特徵化。
  12. 如申請專利範圍第10項與第11項其中一項之裝置，其中：決定該希望效果的一複製系統，進一步包含：選出一電活性聚合物致動器，以用於該電活性聚合物系統；以及估計該選出電活性聚合物致動器的一負載。
  13. 如申請專利範圍第10項至第12項任一項之裝置，其中：在動態情況下估計該電活性聚合物複製系統的容量，進一步包含：決定是否對應該希望效果的一電活性聚合物致動器驅動波型是線性或非線性。
  14. 如申請專利範圍第10項至第13項任一項之裝置，進一步包含：編輯該效果電壓輪廓，直到得到該希望效果輸出為止，以用於簡單效果或者實質類似過去結果的效果。
  15. 如申請專利範圍第10項至第14項任一項之裝置，其中：根據該希望效果來產生一時間領域非線性系統模組，進一步包含：得到一輸入波型，以使用密閉的迴路反饋分析來產生該希望的效果。
  16. 如申請專利範圍第10項至第15項任一項之裝置，其中：根據該希望效果來產生一時間領域非線性系統模組，進一步包含：重複編輯該效果電壓輪廓，直到得到該希望效果輸出為止。
  17. 如申請專利範圍第9項至第16項任一項之裝置，其中該裝置係從觸控式螢幕顯示器、平板電腦、膝上型電腦、電腦滑鼠、軌跡球、觸控裝置、遙控控制裝置、電器用品的使用者界面、遊戲控制器、遊 戲操縱台、可攜式遊戲系統、電腦顯示器、手持裝置、智慧型手機、行動裝置、行動電話、行動網際網路裝置、個人數位助理、全球定位系統接收器、遙控控制、電腦週邊與遊戲週邊所組成群組選出。
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