相關申請的叉引用

本申請要求根據(jù)35u.s.c.§119(e)于2016年2月26日提交的美國臨時申請62/300,722的優(yōu)先權，其全部內容通過引用并入至本文中。

本文實施例一般針對的是懸浮觸屏組件，更具體地，針對的是使能或改進重懸浮觸屏組件的觸覺效果的部件。

背景技術：

觸覺學是觸覺與力反饋技術，其通過將觸覺反饋效果(即“觸覺效果”)，例如力、震動以及運動施加給用戶，從而利用用戶的觸感。例如移動設備、觸屏設備、觸摸板設備以及個人電腦等設備，可設置為產(chǎn)生觸覺效果。一般，對能夠產(chǎn)生觸覺效果的嵌入式硬件(例如致動器)的呼叫可在設備操作系統(tǒng)(“os”)內進行編程。這些呼叫指定執(zhí)行哪些觸覺效果。例如，當用戶例如使用按鍵、觸屏、觸摸板、控制桿、操縱輪、或其他控件與設備交互時，設備os可通過控制電路向嵌入式硬件發(fā)送執(zhí)行命令。然后，嵌入式硬件產(chǎn)生合適的觸覺效果。

在汽車環(huán)境中，觸覺可提供觸感反饋，以協(xié)助在汽車環(huán)境中創(chuàng)建更為確信、更安全的用戶體驗。觸覺的汽車應用已囊括旋鈕、操縱桿、觸摸板以及觸屏。汽車環(huán)境中的觸屏應用正在增長。觸屏是導航系統(tǒng)的天然界面，而觸覺反饋提升了觸屏的整體可用性、以及導航系統(tǒng)人機界面的具體特性。用戶體驗到更多的直覺交互、更少的掃視時間從而提升安全性、以及節(jié)省空間的設計。觸屏按鍵發(fā)送用戶能夠通過觸屏確切感覺到的觸覺脈沖，因為觸屏安裝在允許觸屏運動的懸浮件上，使得用戶能夠快速掃視和觸摸，即可選擇觸屏的圖標。此外，通過使用近距感知，當手接近觸屏時能夠檢測到手。當圖標被按壓，觸屏脈沖以確認命令，使得個人能夠安全地繼續(xù)注視路面。由此，觸覺觸屏或觸摸板的物理反饋使得司機能夠操作系統(tǒng)，無需注視觸屏或平板。凱迪拉克cue和謳歌rlx的on-demandmulti-usedisplay^tm(請求式多用途顯示器)是兩種汽車觸覺觸屏的應用。雷克薩斯nx使用了觸覺觸摸板應用。

汽車環(huán)境中所用的觸屏為大顯示屏，并且比其他觸覺觸屏更重。例如，可能需要10英寸的顯示屏，并且其重量可達到約500g，因為為了更佳的可見性，系統(tǒng)包括通過光學貼合固定至觸摸面板的lcd。觸屏或面板可稱為懸浮屏，因為它安裝在懸浮系統(tǒng)上，以允許觸屏隨著觸覺效果產(chǎn)生而運動。為了向懸浮系統(tǒng)設備提供觸覺，需要小行程或運動以及用于加速的高的力。隨著可移動的塊件(例如觸屏及其組件)變得更大和/或更重，所需的力也提升至超過了具有成本效益的電磁閥或推拉式致動器所能提供的力。結果是，需要多種電磁閥或推拉式致動器來產(chǎn)生這種所需的力，而這是不具有成本效益的，且占用太多實際財產(chǎn)。由此，存在對致動器增幅機構的需要，其能夠以更大的力移動可移動的塊件，以產(chǎn)生所需的位移和加速度需要。

當前致動器技術的另一議題是對于更高效、更具成本效益的制動機構的需要。當前，制動可通過主動制動工序來完成。這是通過向用于初始移動塊件的同一致動器發(fā)送反向信號來完成的。然而，這種方法的問題是，由于發(fā)送精確的反向信號所需的測量要求，該方法非常難以實施。不僅僅是非常難以實現(xiàn)測量和計算，還有所產(chǎn)生的制動力受限于致動器的強度及其性能。結果是，這樣僅僅生成了一種有限的制動力，在進入完全靜止態(tài)之前，這將使得可移動的塊件持續(xù)移動或振動。

其他人也嘗試過通過被動摩擦制動來解決這一問題。這是通過將附著至固定塊件的材料壓在附著至可移動塊件上，由此當可移動塊件相對靜止塊件移動時，產(chǎn)生與行程反向的摩擦力來完成的。一旦撤除致動力，這使得可移動塊件減速。這兩種材料之間的摩擦由正交施加于摩擦表面的力以及彼此相互摩擦的兩種材料之間的靜/動摩擦系數(shù)來控制。然而，這也是非常難以實施的，因為摩擦必須施加至可移動塊件，以及這種摩擦力隨著正交施加于表面的力大幅度地變化。進一步地，這種方案難以實施，因為其需要使用更強力的致動器，因為在貫穿觸覺效果持續(xù)期間，摩擦力總是反向運動。由此，也存在對于能夠提供更有效制動的制動機構的需要，其中這種制動機構不存在這樣的限制。

技術實現(xiàn)要素：

本文實施例涉及用于增大由推拉式致動器提供的觸覺效果的系統(tǒng)。根據(jù)本文實施例，該系統(tǒng)包括推拉式致動器以及致動器增幅裝置，該推拉式致動器設置為提供力和位移。該致動器增幅裝置包括致動器安裝座，其設置為將致動器增幅裝置附著于外殼部件；杠桿部件，其包括杠桿臂和支點；以及耦合至杠桿臂的輸出接口，并設置為將致動器增幅裝置附著至可移動塊件。該推拉式致動器布置在致動器安裝座內。杠桿臂具有耦合至推拉式致動器的第一端，以承受來自推拉式致動器的力，以及耦合至支點的第二相反端。該杠桿設置為在承受來自推拉式致動器的力時，在支點上樞轉。杠桿部件傳遞并減小由推拉式致動器向可移動塊件提供的位移，并且杠桿部件還傳遞并放大由推拉式致動器向可移動塊件提供的力。

根據(jù)本文的另一實施例，系統(tǒng)包括外殼部件、設置為提供力和位移的推拉式致動器、包括杠桿臂和支點的杠桿部件、以及通過輸出接口耦合至杠桿臂的觸覺觸摸表面。該推拉式致動器通過致動器安裝座耦合至外殼部件。該杠桿臂具有耦合至推拉式致動器的第一端，以承受來自推拉式致動器的力，以及耦合至支點的第二相反端，使得該杠桿設置為在承受來自推拉式致動器的力時，在支點上樞轉。從推拉式致動器傳遞至觸覺接觸表面的位移量由杠桿部件來減小，并且從推拉式致動器傳遞至觸覺接觸表面的力量由杠桿部件來增大。

根據(jù)本文的另一實施例，系統(tǒng)包括外殼部件，耦合至外殼部件、可相對于外殼部件移動的可移動塊件，設置為提供力來相對外殼部件移動可移動塊件的致動器，以及耦合至外殼部件的材料止塊。當可移動塊件接觸材料止塊時，該材料止塊設置為抑制可移動塊件。當可移動塊件接觸材料止塊時，該材料止塊壓緊，并且壓緊的材料止塊出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，抑制可移動塊件。

附圖說明

本發(fā)明的上述及其他特征以及優(yōu)點將會由下文的如所附附圖所示的實施例進行明晰。所附附圖并入至本文并構成說明書的一部分，進一步用作解釋本發(fā)明的原理并使得相關領域技術人員能夠制造并使用本發(fā)明。附圖不按比例。

圖1是本文實施例的致動器增幅裝置的俯視圖，其中致動器增幅裝置包括具有杠桿臂和支點的杠桿部件，該杠桿部件設置為傳遞并減小由推拉式致動器向可移動塊件提供的位移，并設置為傳遞并放大由推拉式致動器向可移動塊件提供的力。

圖2是圖1的致動器增幅裝置的俯視圖，其具有布置于其上并與其耦合的可移動塊件。

圖3是圖1的杠桿部件的放大圖，以顯示其運行，僅為了圖示將該杠桿部件從致動器增幅裝置移除。

圖4是將圖1的致動器增幅裝置并入至其中的觸覺設備的爆炸透視圖。

圖4a是具有本文另一實施例的致動器增幅裝置的觸覺設備的爆炸透視圖，其中該致動器增幅裝置在觸覺設備的朝向使得其提供或輸出的增幅力的方向為沿z軸向上和/或向下。

圖4b是布置在圖4a的觸覺設備的觸屏與外殼部件之間的圖4a的致動器增幅裝置的側視圖，以顯示其運行。

圖5是本文另一實施例的系統(tǒng)的剖視圖，其中該系統(tǒng)包括材料止塊，其設置為當可移動塊件接觸材料止塊時，抑制可移動塊件，并且該系統(tǒng)允許可移動塊件向上運動。

圖6a是應用于沒有材料止塊的圖5所示系統(tǒng)的觸覺效果圖示。

圖6b是應用于具有材料止塊的圖5所示系統(tǒng)的觸覺效果圖示。

圖7是順序地應用于具有材料止塊的圖5所示系統(tǒng)的兩種觸覺效果圖示。

圖8是本文另一實施例的系統(tǒng)的剖視圖，其中該系統(tǒng)包括材料止塊，其設置為當可移動塊件接觸材料止塊時，抑制可移動塊件，并且該系統(tǒng)允許可移動塊件向下運動。

圖9是本文另一實施例的系統(tǒng)的剖視圖，其中該系統(tǒng)包括材料止塊，其設置為當可移動塊件接觸材料止塊時，抑制可移動塊件，并且該系統(tǒng)允許可移動塊件橫向運動。

具體實施方式

現(xiàn)參照附圖描述本發(fā)明的具體實施方式，其中相同的附圖標記指示相同的或功能相似的元件。以下的詳細說明本質上僅僅是示范，并非旨在限制本發(fā)明或本發(fā)明的應用/使用。進一步地，其目的不是在于以前述技術領域、背景技術、發(fā)明內容或下文的具體實施方式所呈現(xiàn)的表述或暗示原理作為限制。進一步地，盡管本文所述實施例主要針對的是與重懸浮觸屏組件一起使用的致動器增幅裝置，本領域技術人員可認識到，本說明可同等地應用于其他可移動塊件。本文所示的致動器增幅裝置實施例在觸屏環(huán)境內進行描述，其中圖形顯示器布置在觸摸表面或觸摸元件之后。然而，可以理解的是，本發(fā)明不受限于用于這種觸屏的致動器增幅裝置，而是同等地應用于任何觸覺激發(fā)接觸表面或接觸元件。例如，致動器增幅裝置可應用于計算機觸摸板，其中顯示器屏幕不是與觸摸板處于同一位置。可以向觸摸元件添加至少一個觸敏區(qū)域或觸敏區(qū)域陣列，觸敏區(qū)域或觸敏區(qū)域陣列可由電容式傳感器、近場效應傳感器、壓電式傳感器或其他傳感器技術來創(chuàng)建。示圖元件可以是位于觸摸元件之后或與觸摸元件分開的位置的顯示器，并由主機更新，或者其可以是簡單地具有特征(例如圖形)的塑料表面，該特征指示相關聯(lián)的接觸元件的觸敏區(qū)域。由此，下文的具體實施方式以及權利要求中所用術語“觸摸表面”須理解成包含傳統(tǒng)的觸屏以及任何觸摸表面或觸摸元件以及相關聯(lián)的示圖元件，觸覺效果可施加至該觸摸表面。

圖1是用于放大由電磁閥或推拉式致動器102提供的觸覺效果的系統(tǒng)100的俯視圖。系統(tǒng)100包括本文實施例的致動器增幅裝置108，并且圖1示出了致動器增幅裝置108耦合至固定塊件或外殼部件106的一部分。圖2是布置在外殼部件106上的可移動塊件或觸覺接觸表面104的俯視縮放圖，這樣致動器增幅裝置108封裝或布置在外殼部件106與觸覺接觸部件104內或其間。如文本即將更為詳細解釋那樣，致動器增幅裝置108包括具有杠桿臂112和支點114的杠桿部件110。杠桿部件110設置為向觸覺接觸表面104傳遞并減小由推拉式致動器102提供的位移，并設置為向觸覺接觸表面104傳遞并放大由推拉式致動器102提供的力。換言之，杠桿部件110承受由推拉式致動器102提供的大行程/低出力，并通過利用杠桿部件110將之轉換成小行程/高出力。通過機械地改動或增大推拉式致動器102的輸出力，杠桿部件110通過利用自身，使能重觸屏或觸摸表面觸覺組件。杠桿部件110可根據(jù)各個力的要求或任意標準的推拉式致動器來設計。杠桿部件110設計為施加力，該力僅受限于致動器的輸出力和該設計的觸覺要求。

尤其是，參照圖1，致動器增幅裝置108包括設置為將推拉式致動器102附著至外殼部件106的致動器安裝座116、杠桿部件110、以及設置為將杠桿部件110附著至觸覺接觸表面104的輸出接口118。致動器安裝座116附著至或整體形成于外殼部件106，并設置為在其內或其上容置致動器102，由此將推拉式致動器102耦合至外殼部件106。在本文實施例中，外殼部件106是汽車儀表盤框架，而觸覺接觸表面104是觸屏，其設置為相對于外殼部件106移動。在一實施例中，觸覺接觸表面104的重量為200克至2000克之間。外殼部件106是靜止部件，意味著它不旨在或設置為通過推拉式致動器102移動，并且在本文實施例中，它是至少部分地包圍并保護系統(tǒng)100部件的外殼。然而，外殼部件106可以是任意類型的固定或靜止塊件，而觸覺接觸表面104可以是任意類型的可移動塊件。本文所用的術語“固定塊件”包括靜止部件，其不旨在或設置為通過推拉式致動器102移動，而本文所用的術語“可移動塊件”包括旨在或設置為通過推拉式致動器102相對于固定塊件移動的部件。

杠桿部件110在致動器安裝座116(耦合至固定塊件或外殼部件106)與輸出接口118(耦合至可移動塊件或觸覺接觸表面104)之間延伸。杠桿部件110的杠桿臂112具有耦合至推拉式致動器102的第一端111，以承受來自推拉式致動器的力，以及耦合至杠桿部件110支點114的相反端或第二端113。支點114附著至外殼部件106的一部分。尤其是，推拉式致動器102的本體101布置在致動器安裝座116內或其上，而杠桿臂112的第一端111耦合至推拉式致動器102的活塞103。輸出接口118例如可以是銷，其耦合至杠桿臂112鄰近其第二端113，并附著于觸覺接觸表面104。如本文所用，“鄰近”第二端113包括，輸出接口118直接在支點114旁邊或與支點114稍微分隔開，使得輸出接口118不干涉支點114的運行。觸覺接觸表面104不直接附著于外殼部件106，而是僅僅直接附著于輸出接口118。

圖3是杠桿部件110的放大圖，以顯示其運行和運動，僅為了圖示，將杠桿部件110從致動器增幅裝置108移除。推拉式致動器102設置為提供或輸出力fo和位移do。在示范性實施例中，推拉式致動器102向杠桿臂112的第一端111提供拉力，這造成杠桿臂112的第一端111移動或行走位移do的長度。杠桿部件110設置為在承受來自推拉式致動器102的力fo時，在支點114上樞轉。尤其是，當杠桿臂112的第一端111沿拉動方向移動時，杠桿部件110沿支點114以順時針方向樞轉。杠桿部件110的運動使輸出接口118(其耦合至杠桿臂112鄰近其第二端113)也會移動，且作為結果，移動耦合至輸出接口118的觸覺接觸表面104。輸出接口118沿相似的拉動方向移動，但是由輸出接口118移動的距離遠小于由杠桿臂112的第一端111移動的距離。如圖3所示，輸出接口118和與其耦合的觸覺接觸表面104行進減小的位移dr而不是位移do的長度。由此，杠桿部件110向觸覺接觸表面104傳遞并減小由推拉式致動器102提供的位移。換言之，從推拉式致動器102傳遞至觸覺接觸表面104的位移量被杠桿部件110減小。在本文實施例中，更小的位移dr處于毫米水平，當然需要理解的是，更小的位移dr的量取決于來自推拉式致動器102的力量fo、杠桿部件110的尺寸以及支點114的位置。

由于機械增益，杠桿部件110還向觸覺接觸表面104傳遞并放大由推拉式致動器102提供的力fo。換言之，從推拉式致動器102傳遞至觸覺接觸表面104的力量由杠桿部件110增大。尤其是，杠桿部件110維持來自推拉式致動器102的輸入的動量，并針對運動來權衡力，以獲得輸出力的所需增幅。進出杠桿部件110的動量必須相同，而動量是力和速度的乘積。隨著杠桿部件110在支點114上樞轉，杠桿臂112的第一端111比杠桿臂112的第二端113進一步遠離支點114，由此第一端111比第二端113更快地移動。由此，施加至杠桿臂112第一端111的力fo在杠桿臂112的第二端113增至更大的力fa。然后，更大的力fa從輸出接口118傳遞至觸覺接觸表面104，以產(chǎn)生所需的加速度曲線。同樣地，杠桿部件110運行，將推拉式致動器102的輸出力(力fo)乘以機械增益，由此相比僅有推拉式致動器102的情況，得到推拉式致動器102與杠桿部件110結合在一起后新的輸出力(更大的力fa)和輸出行程(更小的位移dr)。杠桿部件110改動推拉式致動器102的輸出力和推拉式致動器102的活塞103的行程。

位移do和更小的位移dr可分別認為是杠桿部件110的不同輸入和輸出杠桿。類似地，力fo和更大的力fa可分別認為是輸入和輸出杠桿處的不同輸入力和輸出力。力fo是輸入杠桿處的輸入，而更大的力fa在輸出杠桿處。更大的力fa由杠桿部件110的機械增益乘得。

相應地，致動器增幅裝置108放大由推拉式致動器102向觸覺接觸表面104提供或輸出的力。致動器增幅裝置108可按照所需比率無限制地放大力。例如，比率可以是0.001比1，或1,000比1，唯一需要的改動是輸出接口的位置。本發(fā)明僅需要單個杠桿部件110，而致動器增幅裝置108使得具有尺寸限制的、更大或更重形狀因子上的觸覺僅僅受限于致動器性能和所需的觸覺效果。然而，盡管描述為與單個推拉式致動器一起使用，本領域普通技術人員可以理解的是，本文所述的致動器增幅裝置可以與多個致動器一起使用，這取決于系統(tǒng)所需的或必需的輸出力。

圖4是具有并入其中的致動器增幅裝置108的觸覺設備440的各個部件的爆炸透視圖。觸覺設備440向觸屏430提供觸覺反饋。除了觸屏430之外，觸覺設備440包括載體432、向觸屏430用戶提供觸覺效果的推拉式致動器102、防塵密封434、lcd部件436、以及外殼部件438。觸屏430和外殼部件438耦合在一起，這樣觸屏430相對于外殼部件438可移動。換言之，至少觸屏430是可移動塊件，而外殼部件438是固定塊件。觸覺設備440的其他部件可耦合至觸屏430并與其同時移動，這取決于這些部件的大小、定位、以及特定結構。例如，在一實施例中，載體432、防塵密封434、lcd部件436以及觸屏430可耦合在一起，使得這些部件可被共同視為可移動塊件。載體432可由金屬薄片形成，例如鋼或鋁、或塑料材料如聚碳酸酯或pc-abs。致動器增幅裝置108通過如上所述的輸出接口118附著至可移動塊件的至少一個部件，使得輸出接口118耦合至觸屏430。致動器增幅裝置108的尺寸和定位可不同于圖4所示的情況，這取決于輸出接口118附著至可移動塊件所需的定位。在另一實施例中，載體432和觸屏430可耦合在一起，使得載體432和觸屏430被共同認為是可移動塊件。當載體432和觸屏430共同作為可移動塊件，lcd部件436以任意合適的方式，利用防塵密封434耦合至外殼部件438，安裝防塵密封434是為了防止塵埃入侵觸屏430與lcd部件436之間。外殼部件438一般認為是隔間或外殼，但也可以是任意類型的基底部件。在一實施例中，觸覺設備440可以例如是具有7英寸觸屏顯示器的醫(yī)療設備。觸覺設備440可以是任意若干具有汽車界面(即觸屏、觸摸板、或觸摸面板)的設備，例如電腦、移動電話、pda、便攜游戲設備、媒體播放器、打印機、辦公室電話，等等。軟件用于為觸覺設備440用戶提供觸覺反饋。在一實施例中，觸屏430能夠基于正在運行的應用程序和/或操作系統(tǒng)顯示圖形環(huán)境，例如圖形用戶界面(gui)。圖形環(huán)境例如可包括背景、窗口、數(shù)據(jù)列表、游標、圖標如按鍵、以及其他gui環(huán)境中公知的圖形目標。用戶與觸覺設備440通過接觸觸屏430的各個區(qū)域，激活、移動、輕彈、推進或以其他方式操作屏幕上顯示的虛擬圖形目標，進行交互并由此為設備提供輸入。這種觸屏和gui是公知的，如rosenberg等人的美國專利us8,059,105，通過引用并入上文。

觸覺設備440的觸屏430可認為是觸覺觸屏，其中觸覺設備440設置有推拉式致動器102以及相關聯(lián)的控制硬件和軟件，硬件和軟件向推拉式致動器102提供信號使其配合用戶的觸摸，引發(fā)觸屏430的所需運動。例如，可提供信號以引致?lián)u晃與虛擬按鍵的按壓或虛擬元素之間的碰撞的相結合，或者與虛擬元素跨屏幕的運動相結合的振動，或者其他類型的屏幕運動，如rosenberg等人的美國專利us8,059,105，通過引用并入上文。這種觸覺反饋或效果，又稱為觸覺反饋、接觸反饋、以及觸覺振動反饋，為觸覺設備440實現(xiàn)了更直觀、更吸引且更自然的用戶體驗，并且用戶與觸覺設備440之間的交互通過觸覺效果提供的觸覺反饋顯著提升。

在圖4的實施例中，觸覺設備440設置為允許或準許觸屏430的橫向運動或位移。換言之，致動器增幅裝置108在觸覺設備440內的朝向使得推拉式致動器102以邊到邊的方式沿x軸移動觸屏430。然而，根據(jù)本文另一實施例，推拉式致動器和致動器增幅裝置可設置為沿z軸上下移動觸屏或觸覺接觸表面。尤其是，圖4a是觸覺設備440a各個部件的爆炸透視圖。觸覺設備440a包括與觸覺設備440相同的部件，除了觸覺設備440a包括推拉式致動器402和致動器增幅裝置408，致動器增幅裝置408在觸覺設備440a內的朝向使得由致動器增幅裝置408提供或輸出的更大的力的方向為沿z軸向上和/或向下。尤其是，圖4b是致動器增幅裝置408的側視圖，以顯示其運行。僅為了明晰，載體432、防塵密封434、lcd部件436不顯示在圖4b中，且圖4b顯示了具有外殼部件438的致動器增幅裝置408作為固定塊件的運行，而只有觸屏430作為可移動塊件。然而，如上所述參照圖4，載體432、防塵密封434、lcd部件436中的一個或多個可耦合至觸屏430并與其作為可移動塊件共同移動。致動器增幅裝置408包括設置為將推拉式致動器402附著至外殼部件438的致動器安裝座416、具有杠桿臂412和支點414的杠桿部件410、以及設置為將杠桿部件410耦合至觸屏430的輸出接口418。致動器安裝座416附著至或整體形成于外殼部件438的底板437(見圖4a)，并設置為在其內或其上容置推拉式致動器402，由此將推拉式致動器402耦合至外殼部件438。在本實施例中，推拉式致動器402朝向并設置為沿z軸以向上方向移動杠桿臂412的第一端411，由力fo的方向箭頭所指示。由于機械增益，杠桿部件410向觸屏430傳遞并放大由推拉式致動器402提供的力fo。隨著杠桿部件410在支點414上樞轉，施加至杠桿臂412的第一端411的力fo將會在杠桿臂412的第二端413放大或增大至更大的力fa。然后，更大的力fa從輸出接口418傳遞至觸屏430以產(chǎn)生所需的加速度曲線。尤其是，在本實施例中，支點414附著至外殼部件438的側壁439(見圖4a)，或外殼部件438的其他類似部分，以允許其樞轉。進一步地，如圖4b的虛線部分所示，當杠桿臂412的第一端411沿向上方向移動時，在本實施例中輸出接口418的長度足以為杠桿臂412提供空隙。由此，致動器增幅裝置408以相似于致動器增幅裝置108的方式運行，除了致動器增幅裝置408改為上下移動觸屏或觸覺接觸表面。

在本文實施例中，合適的是，包括制動系統(tǒng)或機構，用于在通過推拉式致動器102施加觸覺效果之后，抑制或減速觸覺接觸表面104的運動。圖5是本文另一實施例的系統(tǒng)500的剖視圖，其中系統(tǒng)500包括材料止塊522，其設置為當觸覺接觸表面504接觸材料止塊522時，抑制可移動塊件或觸覺接觸表面504。在圖5的實施例中，系統(tǒng)500允許觸覺接觸表面504向上(沿z軸方向)運動或位移，這將會在本文中更為詳細地描述。在本示例中，觸覺接觸表面504為觸屏，但是在其他實施例中觸覺接觸表面504可以是實體塊件，例如一般可在線性響應致動器(lra)中發(fā)現(xiàn)的一款，或者可以是本文所述的任意類型的觸覺激發(fā)接觸表面或接觸元件。系統(tǒng)500包括固定塊件或外殼部件506、耦合至外殼部件506以相對于其可移動的觸覺接觸表面504、設置為提供力以相對于外殼部件506移動觸覺接觸表面504的致動器502、以及耦合至外殼部件506的材料止塊522。材料止塊522是被動制動機構，其設置為當觸覺接觸表面504接觸材料止塊522時，抑制或減速觸覺接觸表面504。如本文即將更為詳細地解釋那樣，當觸覺接觸表面504接觸材料止塊時，材料止塊522壓緊，并且壓緊的材料止塊出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，以抑制或減速觸覺接觸表面504。

除了如上所述的部件，系統(tǒng)500還可包括一個或多個懸浮元件526a、526b，當其安裝在系統(tǒng)500內時，設置為允許觸覺接觸表面504優(yōu)先沿某一方向或沿某一平移軸運動，例如z向或z軸，同時限制其沿其他方向或沿其他平移軸運動，例如y向或y軸以及x向或x軸。懸浮元件526a、526b顯示為彈簧元件，但也可以是柔性材料，例如橡膠、泡沫、或皺褶部，如rosenberg等人的公開號為us2008/0111788a1的美國專利申請，通過引用將其全部內容并入本文，以及如olien等人的公開號為us2010/0245254a1的美國專利申請，通過引用將其全部內容并入本文。懸浮元件526a、526b還可包括如olien等人的美國專利us8,629,954所述的柔性墊圈，通過引用將其全部內容并入本文，或者可以是如redelsheimer等人的美國專利us9,213,409所述的雙層剛性懸浮系統(tǒng)，通過引用將其全部內容并入本文。在圖5的實施例中，懸浮元件526a、526b將系統(tǒng)500的觸覺接觸表面504耦合至外殼部件506，并允許觸覺接觸表面504沿z軸移動。

在圖5的實施例中，致動器502示出為耦合至觸覺接觸表面504的底面，并且如果用戶正在接觸觸覺接觸表面504，其用作將小脈沖、振動、或質感輸出到觸覺接觸表面504上，并輸出給用戶。盡管致動器502示出為耦合至觸覺接觸表面504的底面，對于本領域普通技術人員而言顯而易見的是，致動器502的位置可根據(jù)系統(tǒng)500所用的致動器應用和類型而改變。顯示的是耦合至觸覺接觸表面504，這樣代表的是，其設置為提供力，以相對于外殼部件506移動觸覺接觸表面504。致動器502可以是如上所述的推拉式致動器102，其中它可以物理上地耦合至外殼部件506，并可利用致動器增幅裝置108來放大由致動器向觸覺接觸表面504提供或輸出的力。在圖5的實施例中，如下文更為詳細的描述，致動器502沿z軸以向上方向移動觸覺接觸表面504，由方向箭頭524所指示。同樣地，當致動器增幅裝置108應用在圖5的實施例時，修改致動器增幅裝置108的朝向，以便如上所述地放大由致動器提供或輸出的、沿向上和/或向下方向的力，可參照圖4a和4b。此外，由材料止塊522設置成的被動制動機構還可與其他觸覺致動器一起使用，由此在本文另一實施例中，致動器502還可以是若干已知的致動器類型，包括但不限于線性可移動塊件致動器、具有可移動塊件的慣性致動器、壓電式致動器、音圈致動器、偏心質塊致動器、e型磁芯致動器、動磁式致動器、或所需的其他類型致動器。

觸覺接觸表面504包括耦合至其底面的間隔件520。間隔件520耦合至觸覺接觸表面504的底面，使得間隔件520與觸覺接觸表面504同時移動，并如本文所用，當間隔件520存在時，其被認為是觸覺接觸表面504的集成元件或延伸件。換言之，觸覺接觸表面504和間隔件520共同為可移動塊件。在圖5所示的實施例中，間隔件520用于防止觸覺接觸表面504的任何向下運動，這樣間隔件520的長度使得其自由端或非附著端543置于材料止塊522附近或抵靠材料止塊522。由此，間隔件520的相反端或附著端541耦合至觸覺接觸表面504，而間隔件520的非附著端543抵靠材料止塊522但不與其耦合。在其他實施例中(未示出)，如果期望允許觸覺接觸表面504做一些向下運動，可省略間隔件520或其可具有更短的長度，這樣在間隔件520的非附著端543與材料止塊522之間存在間隙。材料止塊522耦合至外殼部件506，使得材料止塊522相對于外殼部件506有效地固定或靜止。在圖5的實施例中，材料止塊522耦合至外殼部件506的底板。材料止塊522可用粘合劑耦合至外殼部件506，或可使用其他安裝方法，例如但不限于回形針(clip)。

觸覺接觸表面504設置為具有不循環(huán)或多次循環(huán)的振動，以提供觸覺效果。當致動器502提供力，以相對于外殼部件506移動觸覺接觸表面504時，觸覺接觸表面504沿z軸以向上方向移動，如方向箭頭524所指示。換言之，激活觸覺接觸表面504，以便按方向箭頭524的方向移離材料止塊522。懸浮元件526a、526b設置為允許觸覺接觸表面504優(yōu)先沿z向或z軸運動，同時限制其沿y向或y軸以及x向或x軸運動。隨著觸覺接觸表面504到達其峰值，觸覺接觸表面504隨后將會沿相反方向朝著材料止塊522移動返回。換言之，在沿z軸向上移動后，觸覺接觸表面504諧振并沿z軸向下移動，如方向箭頭528所指示。當觸覺接觸表面504按方向箭頭528的方向朝著外殼部件506移動時，觸覺接觸表面504的間隔件520碰到并隨后壓緊材料止塊522。材料止塊522由彈性體或橡膠材料制成，其在觸覺效果結束時，通過滯后現(xiàn)象被動地施加制動。這導致了觸覺接觸表面504的減速，因為材料止塊522吸收了來自觸覺接觸表面504的能量并將之移離觸覺接觸表面504。觸覺接觸表面504與材料止塊522之間的觸碰降低觸覺接觸表面504的速度，結果由于壓緊的材料出現(xiàn)滯后現(xiàn)象而停留(持續(xù)地速度為0)，并且觸覺接觸并表面504的能量移離系統(tǒng)。如果所施加的觸覺效果結束(即如果致動器502已停止激活或移動觸覺接觸表面504)，觸覺接觸表面504將達到停止。這種能量可感覺到是對外殼部件506的強力振動效果，或可以完全被材料止塊522所吸收而不顯現(xiàn)在外殼部件506上。材料止塊522可由彈性材料形成，其能夠有效地吸收或去除能量，例如但不限于硅橡膠、天然橡膠以及熱塑性彈性體(tpe)。在本文另一實施例中，材料止塊522由機敏材料形成。

材料止塊522允許在系統(tǒng)500中使用較弱的致動器，因為遠離材料止塊522的初始行程不是反向的。另一好處在于，材料止塊522為被動制動機構，由此不需要任何來自致動器502的輸入來停止或主動制動觸覺接觸表面504。主動制動需要來自致動器502的反向信號，同時被動制動機構減少使可移動塊件制動所需的處理量、計算量和電量。材料止塊522還實現(xiàn)了關于制動力的零限制，因為材料止塊522能夠根據(jù)由觸覺接觸表面504在受到?jīng)_擊時對其施加的力，生成制動所必須的必要返回力。

材料止塊522的運行通過圖6a和6b之間的比較來顯示。圖6a是應用于沒有材料止塊522的系統(tǒng)的觸覺效果圖示550a，而圖6b是應用于具有材料止塊522的系統(tǒng)500的觸覺效果圖示550b。在圖6a和6b中，所施加的觸覺效果由脈沖552表示。波形554a顯示了沒有材料止塊522的系統(tǒng)中的觸覺接觸表面最終運動或位移。沒有材料止塊522對其施加抑制，脈沖552所表示的觸覺效果使觸覺接觸表面持續(xù)振動。當沒有制動機構時，可移動塊件或觸覺接觸表面將會保持振動，由此在向其施加力后，產(chǎn)生多余的效果和塊件運動。觸覺接觸表面最后將會由于自然的能耗如摩擦而減速，但是觸覺接觸表面仍可繼續(xù)移動一段延長期，由此產(chǎn)生多余的觸覺效果。

然而，如圖6b所示，脈沖552所表示的觸覺效果能夠通過沖擊材料止塊522來停止。波形554b顯示了具有材料止塊522的系統(tǒng)500中的觸覺接觸表面504最終運動或位移。通過將材料止塊522偏轉毫米級的一小段距離，來自系統(tǒng)的能量會消散，使觸覺接觸表面504的運動停止。能量通過材料止塊522的抑制和遲滯現(xiàn)象來消散，其中通過偏轉進入材料止塊522的能量轉變?yōu)榧訜岵牧现箟K522，由此來自材料止塊522的能量不會返回觸覺接觸表面504。觸覺接觸表面504將會與材料止塊522觸碰，而它們的振動會完全停止或接近完全停止，這樣在首次撞擊到材料止塊522之后，觸覺接觸表面504將會達到按需盡可能少運動的停止。材料止塊522確保不會輸出無用的運動或多余的效果。

在某些情況下，觸覺接觸表面504的振動仍可以是需要的，以便傳達特定的效果。盡管存在材料止塊522，仍然可獲得觸覺接觸表面504的振動。尤其是，圖7是循序應用于具有材料止塊522的系統(tǒng)500的兩種觸覺效果圖示750。這兩種循序施加的觸覺效果由脈沖752a、752b所表示，而波形754顯示了具由材料止塊522的系統(tǒng)500中觸覺接觸表面504的最終運動或位移。第二脈沖752b與觸覺接觸表面504的振動處于同一相位。由致動器502施加兩個或多個循序的脈沖導致觸覺接觸表面504的振動，而這種振動可以是更大的效果，例如點擊效果、轟動效應、凹凸效果、或粒度效應。由此，即使存在材料止塊522，觸覺接觸表面504的振動可以通過向觸覺接觸表面504施加兩個或多個脈沖來產(chǎn)生。

材料止塊的構造或布置可不同于圖5所示那樣，這取決于觸覺接觸表面的所需優(yōu)選運動。圖8是系統(tǒng)800的剖視圖，其包括材料止塊822，其設置為當觸覺接觸表面804接觸材料止塊822時，抑制觸覺接觸表面804。在圖8的實施例中，比起系統(tǒng)500所允許的向上運動，系統(tǒng)800允許觸覺接觸表面804向下運動或位移。尤其是，系統(tǒng)800包括固定塊件或外殼部件806、耦合至外殼部件806以相對于其可移動的觸覺接觸表面804、耦合至觸覺接觸表面804并設置為提供力以相對于外殼部件806移動觸覺接觸表面的致動器802、以及耦合至外殼部件806的材料止塊822。材料止塊822耦合至外殼部件806，使得材料止塊822相對于外殼部件806有效地固定或靜止。在圖8的實施例中，材料止塊822可耦合至外殼部件806的側壁(未示出)或其他較小的部分。材料止塊822可用粘合劑耦合至外殼部件806，或可使用其他安裝方法，例如但不限于回形針。此外，系統(tǒng)800還可包括一個或多個懸浮元件826a、826b，當其安裝在系統(tǒng)800內時，設置為允許觸覺接觸表面804優(yōu)先沿某一方向或沿某一平移軸運動，例如z向或z軸，同時限制其沿其他方向或沿其他平移軸運動，例如y向或y軸以及x向或x軸。類似于如上所述的材料止塊522，材料止塊822是被動制動機構，其設置為當觸覺接觸表面804接觸材料止塊822時，抑制或減速觸覺接觸表面804。當觸覺接觸表面804接觸材料止塊822時，材料止塊822壓緊，并且壓緊的材料止塊出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，以抑制或減速觸覺接觸表面804。

當致動器802提供力，以相對于外殼部件806移動觸覺接觸表面804時，觸覺接觸表面804沿z軸以向下方向移動，如方向箭頭824所指示。換言之，激活觸覺接觸表面804，以便按方向箭頭824的方向移動。在本實施例中，由致動器802施加的向下的力會將觸覺接觸表面804移向材料止塊822，且不會與其碰撞。隨著觸覺接觸表面804到達其峰值，觸覺接觸表面804隨后將會沿相反方向移動返回。換言之，在沿z軸向下移動后，觸覺接觸表面804諧振并沿z軸向上移動，如方向箭頭828所指示。為了在返回沖程(即，當如方向箭頭828所指示地向上移動時)期間使得觸覺接觸表面804與材料止塊822碰撞來激活被動制動，觸覺接觸表面804包括與其耦合的l型間隔件820。l型間隔件820耦合至觸覺接觸表面804的底面，使得l型間隔件820與觸覺接觸表面804同時移動，并如本文所用，當l型間隔件820存在時，其被認為是觸覺接觸表面804的集成元件或延伸件。換言之，觸覺接觸表面804和l型間隔件820共同為可移動塊件。l型間隔件820包括桿部844和基部842。當觸覺接觸表面804向上行進，l型間隔件820的基部842與材料止塊822碰撞，并隨后壓緊材料止塊822，以抑制系統(tǒng)800并為觸覺接觸表面804提供被動制動。

圖9是系統(tǒng)900的剖視圖，其包括材料止塊922，其設置為當觸覺接觸表面904接觸材料止塊922時，抑制觸覺接觸表面904。在圖9的實施例中，比起系統(tǒng)500、800分別允許的向上、向下運動，系統(tǒng)900允許觸覺接觸表面904橫向運動或位移。尤其是，系統(tǒng)900包括固定塊件或外殼部件906、耦合至外殼部件906以相對于其可移動的觸覺接觸表面904、耦合至觸覺接觸表面904并設置為提供力以相對于外殼部件906移動觸覺接觸表面的致動器902、以及耦合至外殼部件906的材料止塊922。材料止塊922耦合至外殼部件906，使得材料止塊922相對于外殼部件906有效地固定或靜止。在圖9的實施例中，材料止塊922可耦合至外殼部件906的側壁(未示出)或其他較小的部分。材料止塊922可用粘合劑耦合至外殼部件906，或可使用其他安裝方法，例如但不限于回形針。此外，系統(tǒng)900還可包括一個或多個懸浮元件926a、926b，當其安裝在系統(tǒng)900內時，設置為允許觸覺接觸表面904優(yōu)先沿某一方向或沿某一平移軸運動，例如x向或x軸，同時限制其沿其他方向或沿其他平移軸運動，例如y向或y軸以及z向或z軸。懸浮元件926a、926b顯示為彈簧元件，其可由不同于懸浮元件526a、526b的材料形成，以便設置懸浮元件926a、926b允許沿x向或x軸的運動，同時限制沿y向或y軸以及x向或x軸的運動?；蛘?，本領域普通技術人員可以理解的是，懸浮元件926a、926b可形成不同的傾角，以便選擇性地允許沿x向或x軸的運動，同時限制沿y向或y軸以及沿z向或z軸的運動，和/或懸浮元件926a、926b可由柔性墊圈或柔性材料形成，例如橡膠、泡沫、或如上所述的皺褶部，以便選擇性地允許沿x向或x軸的運動，同時限制沿y向或y軸以及沿z向或z軸的運動。在本實施例中，外殼部件906包括形成于其中的相對凹槽或通道907，以允許觸覺接觸表面904的橫向或邊到邊運動。類似于如上所述的材料止塊522，材料止塊922是被動制動機構，其設置為當觸覺接觸表面904接觸材料止塊922時，抑制或減速觸覺接觸表面904。當觸覺接觸表面904接觸材料止塊922時，材料止塊922壓緊，并且壓緊的材料止塊出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，以抑制或減速觸覺接觸表面904。

在本實施例中，由致動器902產(chǎn)生或輸出至觸覺接觸表面904上的力是沿x軸呈線性的，平行于觸覺接觸表面904的平面。當致動器902提供力，以相對于外殼部件906移動觸覺接觸表面904時，觸覺接觸表面904沿x軸以橫向向右方向移動，如方向箭頭924所指示。換言之，激活觸覺接觸表面904，以便按方向箭頭924的方向移離材料止塊922。隨著觸覺接觸表面904到達其峰值，觸覺接觸表面904隨后將會沿相反方向移動返回。換言之，在沿x軸橫向向右移動后，觸覺接觸表面904諧振并沿x軸橫向向左移動，如方向箭頭928所指示。在本實施例中，觸覺接觸表面904橫向移動，而材料止塊922位于其下方。為了在返回沖程(即，當如方向箭頭928所指示橫向向左移動時)期間使得觸覺接觸表面904與材料止塊822碰撞來激活被動制動，觸覺接觸表面904包括與其耦合的間隔件920。間隔件920耦合至觸覺接觸表面904的底面，使得間隔件920與觸覺接觸表面904同時移動，并如本文所用，當間隔件920存在時，其被認為是觸覺接觸表面904的集成元件或延伸件。換言之，觸覺接觸表面904和間隔件920共同為可移動塊件。當觸覺接觸表面904橫向向左行進，間隔件920與材料止塊922碰撞，并隨后壓緊材料止塊922，以抑制系統(tǒng)900并為觸覺接觸表面904提供被動制動。

盡管如上所述的實施例顯示了用于制動一個行進方向的材料止塊，本文實施例可包括兩個或多個材料止塊，以被動制動兩個或多個行進方向。

本文特別示出和/或描述了若干實施例。然而，需要注意的是，在不脫離本發(fā)明的精神和目標范圍的前提下，所公開的實施例的修改和變體由上述教導所覆蓋并處于所附權利要求的范圍內。盡管上文描述了本發(fā)明的各種實施例，需要理解的是，它們僅僅是通過圖示和示例的方式進行呈現(xiàn)，而不是限制。對于相關領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可在其中進行各種形式和細節(jié)上的改動。因此，本發(fā)明的幅度和范圍不應受限于任一上述示范性實施例，而應該僅由所附權利要求及其等同物確定。還需要理解的是，本文所論述的每個實施例的每個特征，以及本文所引用的每個引用，可以與任意其他實施例的特征結合使用。本文所論述的所有專利和專利申請通過引用將其全部內容并入至本文中。