偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動(dòng)器的觸覺(jué)效應(yīng)優(yōu)化的制造方法與工藝

偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動(dòng)器的觸覺(jué)效應(yīng)優(yōu)化相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2012年2月1日提交的、系列號(hào)為61/593,719的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)實(shí)施例涉及致動(dòng)器，尤其涉及用于生成觸覺(jué)效應(yīng)的致動(dòng)器。

背景技術(shù)：
電子設(shè)備制造商致力于為用戶生成豐富接口。傳統(tǒng)的設(shè)備使用視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)提示來(lái)給用戶提供反饋。在一些接口設(shè)備中，動(dòng)覺(jué)反饋(例如作用力和反作用力反饋)和/或觸覺(jué)反饋(例如振動(dòng)、紋理和熱度)也被提供給用戶，更一般地被統(tǒng)稱為“觸覺(jué)反饋”或“觸覺(jué)效應(yīng)”。觸覺(jué)效應(yīng)可以提供加強(qiáng)和簡(jiǎn)化用戶接口的提示。特殊地，振動(dòng)效應(yīng)或振動(dòng)觸覺(jué)效應(yīng)，可以用于在提供提示給電子設(shè)備的用戶以提醒用戶特別的事件，或在模擬環(huán)境或虛擬環(huán)境中提供真實(shí)反饋來(lái)生成更強(qiáng)的感知浸入。為了生成振動(dòng)效應(yīng)，很多設(shè)備使用一些類型的致動(dòng)器。已知的用于這種目的的致動(dòng)器包括例如偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(“ERM”)致動(dòng)器，其中偏心質(zhì)量塊被電機(jī)驅(qū)動(dòng)，線性諧振致動(dòng)器(“LRA”)，其中連接到彈簧的質(zhì)量塊被前后驅(qū)動(dòng)，或例如壓電、電活性聚合物、形狀記憶合金的“智能材料”。很多這些致動(dòng)器以及與它們交互的設(shè)備，都具有動(dòng)態(tài)確定和控制的最佳內(nèi)置諧振頻率，使得生成觸覺(jué)效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以是最有效和高效，例如美國(guó)專利US7,843,277中公開(kāi)的LRA設(shè)備的優(yōu)化。致動(dòng)器的性能特征，例如上升時(shí)間、制動(dòng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)電壓，可以基于致動(dòng)器的設(shè)計(jì)和制造商而改變，并且還由于物理振動(dòng)、溫度波動(dòng)、疲勞和耗損在致動(dòng)器的生命期間變化。此外，設(shè)備制造商想要自由地基于成本、可行性和性能特征來(lái)隨意地替換不同的致動(dòng)器而不有損設(shè)備提供的觸覺(jué)反饋或需要高花費(fèi)的手工重配置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
一個(gè)實(shí)施例是使用偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(“ERM”)致動(dòng)器生成觸覺(jué)效應(yīng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)確定ERM致動(dòng)器的反電動(dòng)勢(shì)(“EMF”)并且接收包括一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的觸覺(jué)效應(yīng)信號(hào)，參數(shù)中的一個(gè)是根據(jù)時(shí)間的電壓幅度電平。該系統(tǒng)至少基于反EMF來(lái)改變電壓幅度電平，并且將改變的觸覺(jué)效應(yīng)信號(hào)應(yīng)用到ERM致動(dòng)器。附圖說(shuō)明圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的觸覺(jué)使能系統(tǒng)的框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1中ERM的剖面局部透視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1中ERM驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)確定ERM穩(wěn)態(tài)計(jì)數(shù)器EMF(“SSCE”)電平的功能流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ERM驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)確定ERM上升時(shí)間的功能流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ERM驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)確定ERM制動(dòng)時(shí)間的功能流程圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ERM驅(qū)動(dòng)模塊使用反EMF時(shí)來(lái)調(diào)整ERM速度的功能流程圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ERM驅(qū)動(dòng)模塊在生成觸覺(jué)效應(yīng)之前使用反EMF來(lái)確定電機(jī)是否旋轉(zhuǎn)時(shí)的功能流程圖。具體實(shí)施方式一個(gè)實(shí)施例是使用偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量(“ERM”)致動(dòng)器生成觸覺(jué)效應(yīng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是ERM致動(dòng)器使用反電動(dòng)勢(shì)(“EMF”)從而獲取運(yùn)行參數(shù)，包括上升時(shí)間、制動(dòng)時(shí)間和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)差異。運(yùn)行參數(shù)之后被控制器用來(lái)生成觸覺(jué)效應(yīng)從而優(yōu)化系統(tǒng)的行為。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的觸覺(jué)使能系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)10包括觸摸感應(yīng)表面11或安裝在外殼15內(nèi)的其他類型的用戶接口，并且可包括機(jī)械按鍵/按鈕13。系統(tǒng)10內(nèi)部是在系統(tǒng)10上生成振動(dòng)的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，在觸摸表面11上生成振動(dòng)。觸覺(jué)反饋系統(tǒng)包括處理器或控制器12。耦接到處理器12的是存儲(chǔ)器20和耦接到ERM致動(dòng)器18的致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路16。處理器12可以是任何類型的通用處理器，或者可以是專門(mén)設(shè)計(jì)成提供觸覺(jué)效應(yīng)的處理器，例如專用集成電路(“ASIC”)。處理器12可以是運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)10的同一處理器，或者可以是獨(dú)立處理器。處理器12可以決定什么觸覺(jué)效應(yīng)被呈現(xiàn)以及基于高電平參數(shù)決定其中效應(yīng)的使用順序。一般地，限定觸覺(jué)效應(yīng)的高電平參數(shù)包括振幅、頻率和持續(xù)時(shí)間。低電平參數(shù)例如流電機(jī)命令也可以被用于確定特殊的觸覺(jué)效應(yīng)。如果觸覺(jué)效應(yīng)包括當(dāng)觸覺(jué)效應(yīng)被生成時(shí)這些參數(shù)的一些變化，或基于用戶交互的這些參數(shù)的變化，觸覺(jué)效應(yīng)可以被認(rèn)為是“動(dòng)態(tài)的”。處理器12向致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路16輸出控制信號(hào)，其包括用于向ERM18提供所需電流和電壓(即，“電機(jī)信號(hào)”)以產(chǎn)生所需要的觸覺(jué)效應(yīng)的電子元件和電路。系統(tǒng)10可包括多于一個(gè)的ERM18，并且每個(gè)ERM可包括全都耦接到通用處理器12的單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路16。存儲(chǔ)器設(shè)備20可以是任何類型的存儲(chǔ)設(shè)備或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)或只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)。存儲(chǔ)器20存儲(chǔ)處理器12執(zhí)行的指令。在這些指令中，存儲(chǔ)器20包括ERM驅(qū)動(dòng)模塊22，其指令被處理器12執(zhí)行時(shí)，生成ERM18的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)還使用來(lái)自ERM18的反EMF來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如下文更詳細(xì)地公開(kāi)。存儲(chǔ)器20還可以位于處理器12的內(nèi)部，或是內(nèi)部和外部存儲(chǔ)器的任意組合。觸摸表面11識(shí)別觸摸，并且還可以識(shí)別表面上觸摸的位置和幅度。與觸摸對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)被發(fā)送到處理器12，或系統(tǒng)10內(nèi)部的另一個(gè)處理器，并且處理器12解釋這些觸摸并響應(yīng)地生成觸摸效應(yīng)信號(hào)。觸摸表面11可以使用任何感測(cè)技術(shù)感測(cè)觸摸，包括電容感測(cè)、電阻感測(cè)、表面聲波感測(cè)、壓力感測(cè)、光學(xué)感測(cè)等等。觸摸表面11可以感測(cè)多點(diǎn)觸摸并能夠區(qū)分同時(shí)發(fā)生的多點(diǎn)觸摸。觸摸表面11可以生成和顯示用于與用戶交互的圖像的觸摸屏，例如鍵盤(pán)、撥號(hào)盤(pán)等等，或者是具有最小圖像或沒(méi)有圖像的觸摸板。系統(tǒng)10可以是手持設(shè)備，例如蜂窩手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、智能電話、平板電腦、游戲操縱桿等，或可以是提供用戶接口的任何其他類型的設(shè)備，并且包括包含一個(gè)或多個(gè)ERM致動(dòng)器的觸覺(jué)效應(yīng)系統(tǒng)。用戶接口可以是觸摸感應(yīng)表面，或者可以是例如鼠標(biāo)、觸摸板、小型操作桿、滾輪、追蹤球、游戲板或游戲控制器等任何其他類型的用戶接口。在具有多于一個(gè)ERM的實(shí)方例中，每個(gè)ERM可具有不同的旋轉(zhuǎn)功能從而在設(shè)備上生成大范圍的觸覺(jué)效應(yīng)。系統(tǒng)10還可以包括一個(gè)或多個(gè)感測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)器中的一個(gè)是加速計(jì)(未示出)，其測(cè)量ERM18和系統(tǒng)10的加速度。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1中ERM18的剖面局部透視圖。ERM18包括具有圍繞旋轉(zhuǎn)軸由205旋轉(zhuǎn)的離心砝碼203的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊201。在操作中，任何類型的電機(jī)可被耦接到ERM18以響應(yīng)于通過(guò)電機(jī)的兩導(dǎo)線(圖2未示出)施加到電機(jī)的電壓量和極性，而導(dǎo)致圍繞旋轉(zhuǎn)軸205沿一個(gè)或兩個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，旋轉(zhuǎn)的相同方向上電壓的施加會(huì)產(chǎn)生加速效應(yīng)并致使ERM18提高其旋轉(zhuǎn)速度，并且旋轉(zhuǎn)反方向上電壓的施加會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)效應(yīng)并致使ERM18降低甚或逆轉(zhuǎn)其旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)期間確定ERM18的角速度。角速度是旋轉(zhuǎn)速度的測(cè)量尺度，并且代表角速度的矢量數(shù)量的大小。以弧度每秒計(jì)的角速度或頻率ω，通過(guò)因子2π關(guān)聯(lián)到以圈數(shù)每秒計(jì)的頻率v，也叫HZ。由圖1的驅(qū)動(dòng)電路16施加到ERM18的驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期，其中至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖被施加到ERM18，以及監(jiān)測(cè)周期，其中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量塊201的反EMF(也被稱為“逆電動(dòng)勢(shì)(CEMF)”)被接收并且被用來(lái)確定ERM18的角速度。在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)周期和監(jiān)測(cè)周期并發(fā)并且本發(fā)明在驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測(cè)周期期間動(dòng)態(tài)地確定ERM18的角速度。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ERM驅(qū)動(dòng)模塊22確定ERM18的穩(wěn)態(tài)計(jì)數(shù)EMF(“SSCE”)電平的功能流程圖。SSCE是要實(shí)現(xiàn)基本最大力的反EMF目標(biāo)并且被認(rèn)為是可被測(cè)量的所有反EMF的子集。在一個(gè)實(shí)施例中，下面圖3和圖4-7的流程圖功能，被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或其他計(jì)算機(jī)可讀或有形媒介中的軟件所實(shí)施，并且由處理器執(zhí)行。在其他實(shí)施例中，該功能由硬件實(shí)施(例如，通過(guò)使用專用集成電路(“ASIC”)、可編程門(mén)陣列(“PGA”)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(“FPGA”)等)，或軟件和硬件的任何組合。在301，模塊22接收或另外被提供ERM18的額定電壓。該額定電壓或標(biāo)準(zhǔn)電壓是ERM18制造商推薦的操作電壓電平。在一個(gè)實(shí)施例中，額定電壓電平是3伏。額定電壓可被任何裝置確定，包括但不限于系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、非易失性存儲(chǔ)器中的編碼，或從制造商或終端用戶接收的手動(dòng)輸入。在303，額定電壓被施加到ERM18達(dá)測(cè)試時(shí)間T1。該額定電壓可以被連續(xù)地施加或以一個(gè)或多個(gè)脈沖方式施加。測(cè)試時(shí)間T1可被自動(dòng)確定，編碼在非易失性存儲(chǔ)器上，或手動(dòng)輸入，但應(yīng)足夠長(zhǎng)來(lái)使得ERM18在給定應(yīng)用額定電壓下達(dá)到穩(wěn)態(tài)角速度。測(cè)試時(shí)間T1的典型值范圍可在200ms到1000m之間。一旦ERM18達(dá)到了穩(wěn)態(tài)角速度，在305，ERM18穩(wěn)態(tài)計(jì)數(shù)器EMF(“SSCE”)的值在監(jiān)測(cè)周期期間被測(cè)量，并且在307，SSCE的值作為狀態(tài)信號(hào)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ERM驅(qū)動(dòng)模塊22確定ERM18上升時(shí)間的功能流程圖。在一個(gè)實(shí)施例中，圖4的功能并不是在圖3的功能之后被初始化，而是直到隨著ERM減速(spoolsdown)反EMF返回到零。在401，測(cè)試時(shí)間T2被設(shè)定為低初始值，例如10ms，但是T2的初始值可以是可能小于ERM18上升...