一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括命令生成器、濾波器、觸覺驅(qū)動器和線性諧振致動器，命令生成器根據(jù)輸入信號生成原始命令信號；濾波器對該原始命令信號濾波，使濾波后的命令信號的起始預定數(shù)目脈沖的幅值大于設(shè)定閾值，且末尾預定個數(shù)脈沖的相位反轉(zhuǎn)；觸覺驅(qū)動器根據(jù)所述濾波后的命令信號生成驅(qū)動致動器振動的驅(qū)動信號。本實用新型通過濾波器對命令生成器生成的原始命令信號進行濾波處理，使得在利用后續(xù)生成驅(qū)動信號驅(qū)動致動器振動時，致動器能夠快速的動響應(yīng)和制動響應(yīng)，弱化時間維度上間隔較短的前后振動事件的重疊程度，提高前后振動事件時間維度上的區(qū)分度，保證得到期望的振動效果。
【專利說明】
-種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及觸覺反饋技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種智能終端的觸覺振動控制系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多年W來，通信和媒體技術(shù)領(lǐng)域?qū)σ曈X和聽覺兩種信息的接收通道進行了充分的 探索和利用，雖然觸覺在虛擬現(xiàn)實和游戲特效等領(lǐng)域有應(yīng)用，如應(yīng)用在遠程或間接操控、利 用游戲手柄的振動模擬射擊、爆炸等場景，但直到近幾年，才開始進一步挖掘觸覺的信息通 道。
[0003] 線性諧振致動器是一種質(zhì)量塊加載在彈黃上的電磁系統(tǒng)，存在固有或自然諧振頻 率，而且通常是高品質(zhì)因子系統(tǒng)，因此當輸入的驅(qū)動電信號停止后，系統(tǒng)的震蕩響應(yīng)不會立 刻消失而是逐漸減弱，運種殘余振動會持續(xù)一段時間，甚至會對下一次的振動造成影響，無 法實現(xiàn)期望的振動效果。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 鑒于上述問題，本實用新型提供了一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)，W有效地 抑制或消除線性諧振致動器的殘余振動。
[0005] 為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是運樣實現(xiàn)的：
[0006] 本實用新型實施例提供了一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)，該觸覺振動控制系 統(tǒng)包括:命令生成器、濾波器、觸覺驅(qū)動器和線性諧振致動器；
[0007] 命令生成器根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并將原始命令信號發(fā)送給濾波器；
[0008] 濾波器對接收到的原始命令信號濾波，并將濾波后的命令信號發(fā)送給觸覺驅(qū)動 器;濾波后的命令信號的起始預定數(shù)目脈沖的幅值大于設(shè)定闊值，且末尾預定個數(shù)脈沖的 相位反轉(zhuǎn)；
[0009] 觸覺驅(qū)動器根據(jù)接收到的濾波后的命令信號生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號 發(fā)送給線性諧振致動器；
[0010] 線性諧振致動器接收所述驅(qū)動信號，并在驅(qū)動信號的驅(qū)動下振動。
[0011] 本實用新型的有益效果為:針對線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時還會出現(xiàn) 拖尾的殘余現(xiàn)象，本實用新型采用開環(huán)控制方式來控制線性諧振致動器，通過在開環(huán)控制 中增設(shè)濾波器，利用濾波器對命令生成器生成的原始命令信號進行濾波處理，使得在通過 后續(xù)生成的驅(qū)動信號驅(qū)動線性諧振致動器振動時，快速的啟動響應(yīng)和制動響應(yīng)，弱化時間 維度上間隔較短的前后振動事件的重疊程度，提高前后振動事件時間維度上的區(qū)分度，實 現(xiàn)快速啟動和快速制動，從而保證得到期望的振動效果。
[0012] 在優(yōu)選方案中，本實用新型還通過設(shè)置多個能夠?qū)€性諧振致動器的振動狀態(tài)進 行監(jiān)測或感應(yīng)的傳感器，將多個傳感器輸出的表征振動模式相關(guān)物理量的傳感信號融合為 反饋信號的反饋單元，和能夠根據(jù)反饋信號和輸入信號中的期望信號生成誤差信號的比較 器來實時控制線性諧振致動器振動的物理量，通過有效整合的方式來更加魯棒地估計線性 諧振致動器的狀態(tài)并施加控制，進一步解決線性諧振致動器振動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象。 并且，本方案能夠通過實時的反饋和調(diào)整，達到對致動器的振動狀態(tài)進行實時調(diào)整的技術(shù) 效果。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例一提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖；
[0014] 圖2為實施例一提供的開環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖；
[0015] 圖3a為實施例一提供的未經(jīng)濾波處理的命令信號示意圖；
[0016] 圖3b為實施例一提供的未經(jīng)濾波處理的線性諧振致動器振子位移圖；
[0017] 圖4a為實施例一提供的濾波處理后的命令信號示意圖；
[0018] 圖4b為實施例一提供的濾波處理后的線性諧振致動器振子位移圖；
[0019] 圖5為實施例二提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖；
[0020] 圖6為實施例二提供的一種閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖；
[0021] 圖7為實施例二提供的另一種閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新 型實施方式作進一步地詳細描述。
[0023] 觸覺作為人體的重要感覺模態(tài)，其具有視覺和聽覺無可替代的優(yōu)勢：
[0024] 1、相比于視聽器官，人體皮膚表面積較大，可W作為信息接收點的可選部位很多， 如指尖、手掌和手臂等部位；
[0025] 2、當人體視聽器官不便于使用時，如視聽器官被占用時，可W利用皮膚受力或震 動來接收信息；
[0026] 3、觸覺通道的信息交流較為隱蔽，具有較高的安全性。
[0027] 針對觸覺的上述優(yōu)勢，基于觸覺的力反饋、振動反饋的技術(shù)逐漸應(yīng)用到消費電子 和工業(yè)控制領(lǐng)域，成為人機交互界面的重要組成部分，廣泛見于手持設(shè)備、穿戴設(shè)備、家用 電器和工控設(shè)備中。
[0028] 觸覺振動系統(tǒng)的重要功能是傳遞信息，不同振動模式表示不同信息，因而要求能 夠?qū)χ聞悠鳎╝ C t U a 10 r)的振動頻率和振動幅度進行精準控制。偏屯、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動器 化ccentric Rotating Mass motor,ERM)和線性諧振致動器(Xinear Resonant Actuator, LRA)是兩種常見的致動器，偏屯、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動器的振動頻率和振動幅度不能獨立控制而且 會有噪聲伴隨產(chǎn)生；而線性諧振致動器不存在運些問題，而且啟動和制動時間比偏屯、旋轉(zhuǎn) 質(zhì)量致動器短，因此應(yīng)用更加廣泛。
[0029] 線性諧振致動器是一種質(zhì)量塊加載在彈黃上的電磁系統(tǒng)，存在固有或自然諧振頻 率，而且通常是高品質(zhì)因子系統(tǒng)。因而線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時還會出現(xiàn)拖 尾的殘余現(xiàn)象。
[0030] 本實用新型針對線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象進 行分析得到:該拖尾的殘余現(xiàn)象完全由驅(qū)動信號與線性諧振致動器沖激響應(yīng)的卷積決定， 因而本實施例通過對驅(qū)動信號進行處理，w達到改變其與線性諧振致動器沖激響應(yīng)卷積后 的輸出。
[0031] 實施例一；
[0032] 圖1為本實施例提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖，本實用新型智能終端 可W為手持設(shè)備、可穿戴設(shè)備(如智能手表、智能手環(huán)）、工控設(shè)備。
[0033] 如圖1所示，圖1中的觸覺振動控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，包括:命令生成器11、濾 波器12、觸覺驅(qū)動器13和線性諧振致動器14。
[0034] 如圖1所示，命令生成器11的輸出端連接至濾波器12的輸入端，濾波器12的輸出端 連接至觸覺驅(qū)動器13的輸入端，觸覺驅(qū)動器13的輸出端連接至線性諧振致動器14的輸入 玉山 乂而。
[0035] 命令生成器11根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并將原始命令信號發(fā)送給濾波器 12。本實施例中的輸入信號可W為包括表征線性諧振致動器振動模式的期望信號和選擇指 令，也可W為媒體流數(shù)據(jù)，媒體流數(shù)據(jù)可W為音頻流數(shù)據(jù)、視頻流數(shù)據(jù)等媒體流數(shù)據(jù)。
[0036] 如圖1所示，本實施例中的命令生成器11還與振動效果庫15連接，振動效果庫15中 的振動模式列表記錄有線性諧振致動器每種振動模式對應(yīng)的表征振動效果的物理量序列。
[0037] 當輸入信號為包括表征線性諧振致動器振動模式的期望信號和選擇指令時，命令 生成器11讀取振動效果庫15的振動模式列表，并根據(jù)輸入信號中的選擇指令從該振動模式 列表中選擇相應(yīng)的物理量序列，將該物理量序列作為原始命令信號。
[0038] 當輸入信號為媒體流數(shù)據(jù)時，命令生成器11從該媒體流數(shù)據(jù)中獲取媒體流數(shù)據(jù)衍 生出的表征振動效果的物理信號，將該物理信號作為原始命令信號。
[0039] 濾波器12,對接收到的原始命令信號濾波，并將濾波后的命令信號發(fā)送給觸覺驅(qū) 動器13;濾波后的命令信號的起始預定數(shù)目脈沖的幅值大于設(shè)定闊值，且末尾預定個數(shù)脈 沖的相位反轉(zhuǎn)。本實施例提供的開環(huán)控制方案中要求經(jīng)濾波器處理后的命令信號在初始時 段具有過驅(qū)動特點并且在末尾時段具有主動制動特點。
[0040] 需要說明的是，圖1中濾波器12優(yōu)選地作為命令生成器11的后置模塊，設(shè)置在命令 生成器11和觸覺驅(qū)動器之間，W更好地對命令生成器11生成的原始命令進行濾波；當然，在 實際應(yīng)用中，本實施例的濾波器12還可W作為命令生成器11的前置模塊，即濾波器12的輸 出端連接至命令生成器的輸入端，濾波器12對輸入信號進行濾波，使命令生成器11根據(jù)濾 波后的輸入信號生成的命令信號在初始時段具有過驅(qū)動特點并且在末尾時段具有主動制 動特點。
[0041] 本實施例中濾波器的參數(shù)由線性諧振致動器的沖激響應(yīng)決定，優(yōu)選地濾波器的時 域信號為沖激信號。如圖1所示，本實施例中的觸覺振動控制系統(tǒng)還設(shè)置有與濾波器12連接 的參數(shù)存儲器16,該參數(shù)存儲器16中至少存儲有計算線性諧振致動器的阻尼諧振周期和阻 尼比的固有參數(shù)，從而可W利用計算得到的阻尼諧振周期和阻尼比來計算沖激信號每個沖 激的沖激時刻和沖激幅度。
[0042] 在設(shè)計濾波器12時，可W根據(jù)線性諧振致動器14的諧振頻率和阻尼比計算得到線 性諧振致動器14的阻尼諧振周期，如根據(jù)公式
計算該線性諧振致動器的阻尼 諧振周期Td，再根據(jù)阻尼諧振周期Td確定沖激信號每個沖激的沖激時刻；W及根據(jù)線性諧振 致動器14的阻尼比計算得到每個沖激的沖激幅度，如根據(jù)公式
計算沖激的沖 激幅度;其中，fn為線性諧振致動器的諧振頻率，ζ為線性諧振致動器的阻尼比。
[0043] 假設(shè)本實施例中的沖激包括兩個沖激，則包括兩個沖激的沖激時刻和沖激幅度滿 足的約束條件為:ti = 0，Ai+A2 = l，ti和t2分別為第一個沖激和第二個沖激的沖激時刻，Ai和 A2分別為第一個沖激和第二個沖激的沖激幅值。
[0044] 若線性諧振致動器的諧振頻率為fn=175Hz，阻尼比為（ = 0.028,則根據(jù)上述線性 諧振致動器的阻尼諧振周期計算公式可W計算出其阻尼諧振周期Td = 5.8ms，則第一個沖 激的沖激時刻11 = 0，沖激幅值
第二個沖激的沖激時刻 =2.9 ms，沖激幅值 A2 = 1-Ai = 0.478。
[0045] 觸覺驅(qū)動器13根據(jù)接收到的濾波后的命令信號生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信 號發(fā)送給線性諧振致動器14。
[0046] 線性諧振致動器14接收驅(qū)動信號，并在驅(qū)動信號的驅(qū)動下振動。
[0047] 當然，本實施例中的觸覺振動控制系統(tǒng)還包括控制命令生成器11、濾波器12、觸覺 控制器13、線性諧振致動器14、振動效果庫15和參數(shù)存儲器16間信號傳遞的微控制單元，將 該微控制單元作為觸覺振動控制系統(tǒng)的中央控制器。
[0048] 本實施例觸覺振動控制系統(tǒng)的工作過程如圖2所示：
[0049] 智能終端中的微控制單元根據(jù)某些觸發(fā)事件(如用戶按壓觸摸屏)生成輸入信號， 使命令生成器11依據(jù)該輸入信號中的選擇指令從振動效果庫15中選擇期望的振動模式對 應(yīng)的數(shù)字化的物理量序列作為原始命令信號，或者依據(jù)該輸入信號中的媒體流數(shù)據(jù)衍生出 的模擬化的物理信號作為原始命令信號，命令生成器11將其生成的數(shù)字或模擬的原始命令 信號發(fā)送給濾波器12進行濾波處理;濾波器12將濾波處理后的命令信號發(fā)送給觸覺驅(qū)動器 13,由觸覺驅(qū)動器13根據(jù)該濾波后的命令信號生成相應(yīng)的驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號可W為驅(qū) 動電流或驅(qū)動電壓；線性諧振致動器14在驅(qū)動電流或驅(qū)動電壓的驅(qū)動下發(fā)生振動，使得該 智能終端受迫振動，既而用戶與該智能終端接觸的部位會產(chǎn)生振動觸感。
[0050] 其中，圖3a和圖3b分別為未經(jīng)濾波處理的命令信號示意圖和線性諧振致動器振子 位移圖，圖4a和圖4b分別為濾波處理的命令信號示意圖和線性諧振致動器振子位移圖；對 比圖3a和圖4曰，可W看出濾波處理后的命令信號在第一個脈沖的沖激時刻具有過驅(qū)動特 點，即信號的幅值睹然增大，在最后一個脈沖的沖激時刻具有主動制動特點，即信號的相位 發(fā)生反轉(zhuǎn);對比圖3b和圖4b，可W看出經(jīng)過濾波處理后，線性諧振致動器具有啟動快、制動 快的振動效果，且能夠很好地抑制拖尾的殘余現(xiàn)象。
[0051] 本實施例的觸覺振動控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式來控制線性諧振致動器，通過在 開環(huán)控制中增設(shè)濾波器，利用濾波器對命令生成器生成的原始命令信號進行濾波處理，使 得在通過后續(xù)生成的驅(qū)動信號驅(qū)動線性諧振致動器振動時，具有快速的啟動響應(yīng)和制動響 應(yīng)，弱化時間維度上間隔較短的前后振動事件的重疊程度，提高前后振動事件時間維度上 的區(qū)分度，實現(xiàn)快速啟動和快速制動，從而保證得到期望的振動效果。
[0052] 實施例二：
[0053] 為了進一步解決線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象，本 實施例通過設(shè)置多個能夠?qū)€性諧振致動器的振動狀態(tài)進行監(jiān)測或感應(yīng)的傳感器，將傳感 器輸出的表征振動模式相關(guān)物理量的傳感信號作為反饋信號來實時控制線性諧振致動器 振動的物理量，通過有效整合的方式來更加魯棒地估計致動器的狀態(tài)并施加控制，達到進 一步解決線性諧振致動器振動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象。
[0054] 圖5為本實施例提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖，如圖5所示，通過在觸 覺振動控制系統(tǒng)設(shè)置傳感模組55、反饋單元56和比較器57,使圖5中命令生成器51、濾波器 52、觸覺驅(qū)動器53、線性諧振致動器54,傳感模組55、反饋單元56和比較器57構(gòu)成了閉環(huán)控 制的觸覺振動控制系統(tǒng)。
[0055] 如圖5所示，命令生成器51的輸出端連接至濾波器52的輸入端，濾波器52的輸出端 連接至觸覺驅(qū)動器53的輸入端，觸覺驅(qū)動器53的輸出端連接至線性諧振致動器54的輸入 端，線性諧振致動器54的輸出端連接至傳感模組55的輸入端，傳感模組55的輸出端連接至 反饋單元56的輸入端，反饋單元56的輸出端連接至比較器57的第一輸入端，比較器57的第 二輸入端連接接入期望信號，比較器57的輸出端連接至命令生成器51的輸入端。
[0056] 命令生成器51，根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并根據(jù)比較器57發(fā)生的誤差信 號調(diào)整其生成的原始命令信號，將原始命令信號發(fā)送給濾波器52。其中，本實施例中的濾波 器52、觸覺驅(qū)動器53、線性諧振致動器54的具體工作方式參見實施例一中的濾波器12、觸覺 驅(qū)動器13、線性諧振致動器14相關(guān)描述，在此不再寶述。
[0057] 傳感模組55包括多種傳感器，每種傳感器實時感應(yīng)線性諧振致動器54的狀態(tài)，在 感應(yīng)到線性諧振致動器54振動時，生成相應(yīng)的傳感信號。
[0058] 傳感模組55包括反電動勢感應(yīng)電路，反電動勢感應(yīng)電路設(shè)置在線性諧振致動器54 上，在線性諧振致動器振動時，該反電動勢感應(yīng)電路生成反電動勢信號；
[0059] 和/或，傳感模組55包括在智能終端中與線性諧振致動器54相分離的位置設(shè)置的 運動傳感器，在線性諧振致動器振動時，該運動傳感器生成相應(yīng)的運動傳感信號；
[0060] 和/或，傳感模組55包括設(shè)置在線性諧振致動器54上的運動傳感器，在所述線性諧 振致動器振動時，該運動傳感器生成相應(yīng)的運動傳感信號；
[0061] 其中，運動傳感器指能夠?qū)崟r感應(yīng)線性諧振致動器的重要物理量，運動傳感器可 W是基于壓電、超聲、紅外、電容等器件的傳感器，如可W感應(yīng)振動加速度、振動速度、振動 位移或振動頻率的相關(guān)傳感器。優(yōu)選地，運動傳感器包括加速度傳感器、激光多普勒振動測 試儀、麥克風和巧螺儀的一種或多種。
[0062] 反饋單元56將傳感模組55生成的多路傳感信號融合，得到用于估計線性諧振致動 器振動模式的反饋信號，并將反饋信號發(fā)送給比較器57。
[0063] 比較器57比較反饋信號與輸入信號中表征線性諧振致動器振動模式的期望信號， 根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號，并將誤差信號發(fā)送給命令生成器51。
[0064] 本實施例中的命令生成器可W設(shè)置PID(p;ropo;rtional integral derivative,比 例積分微分)控制單元來調(diào)整生成的原始命令信號。優(yōu)選地每半個線性諧振致動器振動周 期內(nèi)根據(jù)誤差信號調(diào)整原始命令信號，如調(diào)整原始命令信號對應(yīng)波形的幅度、時長或周期 等波形參數(shù)。
[0065] 本實施例的觸覺振動控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式來控制線性諧振致動器，通過在 閉環(huán)控制中設(shè)置多種能夠感應(yīng)線性諧振致動器振動狀態(tài)的傳感器，在線性諧振致動器振動 時，通過設(shè)置多個能夠?qū)€性諧振致動器的振動狀態(tài)進行監(jiān)測或感應(yīng)的傳感器，將多個傳 感器輸出的表征振動模式相關(guān)物理量的傳感信號作為反饋信號來實時控制線性諧振致動 器振動的物理量，通過有效整合的方式來更加魯棒地估計致動器的狀態(tài)并施加控制，達到 進一步解決線性諧振致動器振動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象。并且，本實施例能夠通過實時的 反饋和調(diào)整，達到對線性諧振致動器的振動狀態(tài)進行實時調(diào)整的技術(shù)效果。
[0066] 此外，相比于單一使用反電動勢信號的處理方式，本實施例上述設(shè)置多種傳感器 的技術(shù)方案能夠解決在該反電動勢信號的信噪比較低時，預測出的振動相關(guān)物理變量不可 靠，出現(xiàn)的反饋調(diào)節(jié)精度差的問題。
[0067] 在本實施例的一個實現(xiàn)方案中，反饋單元56包括:獲取模塊和加權(quán)模塊;其中，
[0068] 獲取模塊接收傳感模組55發(fā)送的多路傳感信號，分別獲取每路傳感信號的物理量 觀察值，并將不同類型的物理量觀察值轉(zhuǎn)換為同一參考系下同類型的物理量觀察值；
[0069] 加權(quán)模塊計算每路傳感信號的物理量觀察值的加權(quán)系數(shù)，并將各路傳感信號的物 理量觀察值按照各自加權(quán)系數(shù)求和，得到用于估計線性諧振致動器振動模式的物理量估計 值，根據(jù)物理量估計值生成反饋信號發(fā)送給比較器57;
[0070] 則比較器57將所述反饋信號的物理量估計值和所述期望信號中該物理量的期望 值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號。
[0071] 如圖5所示，該觸覺振動控制系統(tǒng)還包括與反饋單元56連接的參數(shù)存儲器58,用于 存儲根據(jù)物理量估計值推算出的線性諧振致動器的固有參數(shù)，該固有參數(shù)包括線性諧振致 動器的一些長期緩變的性能參數(shù)，如線性諧振致動器內(nèi)部摩擦力、與彈黃強度相關(guān)的諧振 頻率、磁流密度等參數(shù)，可W通過設(shè)置相應(yīng)的變化闊值，來適時的更新該性能參數(shù)。如當根 據(jù)反饋信號的物理量估計值推算出的線性諧振致動器內(nèi)部摩擦力相比于參數(shù)存儲器中該 參數(shù)的當前值滿足變化闊值，則用推算出的線性諧振致動器內(nèi)部摩擦力更新參數(shù)存儲器中 該參數(shù)，便于了解和掌握線性諧振致動器的性能。
[0072] 為了便于說明本實施例獲取模塊和加權(quán)模塊的具體工作方式，W能夠輸出BEMF信 號（Back Electro-Motive化rce，反電動勢）的邸MF感應(yīng)電路和能夠輸出加速度信號的加 速度傳感器為例，詳細說明反饋信號和誤差信號的生成。
[0073] 由于線性諧振致動器在振動的時候會產(chǎn)生BEMF信號，通過設(shè)置相應(yīng)的傳感電路即 可獲得跨線性諧振致動器兩級的電壓信號或流過線性諧振致動器的電流信號，去除該電壓 信號或電流信號中線性諧振致動器阻抗導致的直流分量就可W得到所需的邸MF信號。邸MF 信號既包含線性諧振致動器的振動狀態(tài)信息，如速度、加速度等信息，也包含線性諧振致動 器本身的一些物理參數(shù)信息，如馬達因子。
[0074] 本實施例W加速度物理量為例，首先，由于反電動勢感應(yīng)電路設(shè)置在線性諧振致 動器54上，因而從肥MF信號中提取出加速度觀察值S1是線性諧振致動器54自身振子的加速 度，若加速度傳感器設(shè)置在線性諧振致動器54上，貝陽日速度傳感器輸出的加速度信號也是 該線性諧振致動器54自身振子的加速度，則直接從該加速度信號中獲取相應(yīng)的加速度觀察 值S2。
[0075] 然后，計算運兩路加速度觀察值的加權(quán)系數(shù)，可W采用加速度觀察值的信噪比或 方差來計算加權(quán)系數(shù);通過方差計算加權(quán)系數(shù)時，對每路加速度觀察值進行統(tǒng)計處理得到 每路加速度觀察值的方差，計算兩路加速度觀察值的方差倒數(shù)和，每路加速度觀察值方差 的倒數(shù)與所述方差倒數(shù)和的比值即為其加權(quán)系數(shù);在通過信噪比計算加權(quán)系數(shù)時，計算每 路加速度觀察值的信噪比，并對兩路加速度觀察值的信噪比進行歸一化處理即可得到各自 的加權(quán)系數(shù)。
[0076] 接著，根據(jù)加權(quán)求和的方式計算用于估計線性諧振致動器各個時刻振動模式的加 速度估計值EWEstimate化1116店￥)店￥(1)=日514)+盼2(〇;其中，日+0 = 1，51(〇為1時刻 從BEMF信號中提取出的加速度觀察值，α為S1 (t)的加權(quán)系數(shù)，S2 (t)為t時刻加速器傳感器 采集到的加速度觀察值，β為S2(t)的加權(quán)系數(shù)。
[0077] 最后，比較加速度估計值EV和輸入信號中的加速度期望值0八〇63^6(1 Value，DV) 各個時刻的差異，如通過對t時刻的加速度估計值EV(t)和t時刻的加速度期望值DV(t)做差 生成誤差信號化r(t)，即Err(t) =EV(t)-W(t)。
[0078] 需要說明的是，若本實施例中的加速度傳感器設(shè)置在智能終端中與線性諧振致動 器54相分離的位置，則該加速器傳感器輸出的加速度信號是智能終端的加速度，需要將加 速器傳感器輸出的加速度信號轉(zhuǎn)換為線性諧振致動器54的振子加速度，可W通過智能終端 與振子的質(zhì)量比進行加速度的轉(zhuǎn)換。
[0079] 進一步需要說明的是，若本實施例從BEMF信號中提取出的物理量觀察值為速度觀 察值，還需要將兩個不同類型的物理量觀察值轉(zhuǎn)換為相同類型的物理量觀察值，如將肥MF 信號中提取的速度觀察值轉(zhuǎn)換為加速度觀察值，或者將加速度傳感器輸出的加速度觀察值 轉(zhuǎn)換為速度觀察值。
[0080] 在本實施例的另一實現(xiàn)方案中，上述觸覺振動控制系統(tǒng)中還設(shè)置了濾波器，該濾 波器的參數(shù)設(shè)計方式參見實施例一中的相關(guān)描述。
[0081] 如圖6所示，圖6示出了一種閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖，圖6中的濾波 器62構(gòu)成閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)的一部分，其連接在命令生成器61和觸覺控制器63之間， 用于對原始命令信號濾波，使濾波器處理后的命令信號在初始時段具有過驅(qū)動特點并且在 末尾時段具有主動制動特點。
[0082] 如圖7所示，圖7示出了另一閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖，圖7中的濾波 器72的輸出端連接在命令生成器71的輸入端，用于對輸入信號濾波，并將濾波后的輸入信 號發(fā)送給命令生成器71，使命令生成器71生成的命令信號在初始時段具有過驅(qū)動特點并且 在末尾時段具有主動制動特點。
[0083] 需要說明的是，圖6和圖7中的觸覺控制器63、73,線性諧振致動器64、74,傳感器模 組65、75，反饋單元66、76，比較器67、77的具體工作方式參見本實施例中的相關(guān)描述，在此 不再寶述。
[0084] 參照圖6和圖7所示，該觸覺振動控制系統(tǒng)的工作過程如下：智能終端中包括多種 傳感器的傳感模組（圖6和圖7中示例性示出具有BEMF感應(yīng)電路和加速度傳感器的傳感模 組)實時感應(yīng)線性諧振致動器的狀態(tài)，在線性諧振致動器振動器時，傳感模組將每種傳感器 感應(yīng)的傳感信號發(fā)送給反饋單元進行傳感信號的融合處理，得到用于估計線性諧振致動器 振動模式的反饋信號，比較器通過比較反饋信號和期望信號生成相應(yīng)的誤差信號，使得命 令控制器根據(jù)該誤差信號調(diào)整其生成的原始命令信號。
[0085] 綜上所述，針對線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時還會出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn) 象，本實用新型采用開環(huán)控制方式來控制線性諧振致動器，通過在開環(huán)控制中增設(shè)濾波器， 利用濾波器對命令生成器生成的原始命令信號進行濾波處理，使得在通過后續(xù)生成的驅(qū)動 信號驅(qū)動線性諧振致動器振動時，快速的啟動響應(yīng)和制動響應(yīng)，弱化時間維度上間隔較短 的前后振動事件的重疊程度，提高前后振動事件時間維度上的區(qū)分度，實現(xiàn)快速啟動和快 速制動，從而保證得到期望的振動效果。在優(yōu)選方案中，本實用新型還通過設(shè)置多個能夠?qū)?線性諧振致動器的振動狀態(tài)進行監(jiān)測或感應(yīng)的傳感器，將多個傳感器輸出的表征振動模式 相關(guān)物理量的傳感信號融合為反饋信號的反饋單元，和能夠根據(jù)反饋信號和輸入信號中的 期望信號生成誤差信號的比較器來實時控制線性諧振致動器振動的物理量，通過有效整合 的方式來更加魯棒地估計線性諧振致動器的狀態(tài)并施加控制，進一步解決線性諧振致動器 振動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象。并且，本方案能夠通過實時的反饋和調(diào)整，達到對致動器的振 動狀態(tài)進行實時調(diào)整的技術(shù)效果。
[0086] W上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范 圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實 用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺振動控制系統(tǒng)包括:命令 生成器、濾波器、觸覺驅(qū)動器和線性諧振致動器； 所述命令生成器根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并將所述原始命令信號發(fā)送給所述 濾波器； 所述濾波器對接收到的所述原始命令信號濾波，并將濾波后的命令信號發(fā)送給所述觸 覺驅(qū)動器;濾波后的命令信號的起始預定數(shù)目脈沖的幅值大于設(shè)定閾值，且末尾預定個數(shù) 脈沖的相位反轉(zhuǎn)； 所述觸覺驅(qū)動器根據(jù)接收到的濾波后的命令信號生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號 發(fā)送給所述線性諧振致動器； 所述線性諧振致動器接收所述驅(qū)動信號，并在所述驅(qū)動信號的驅(qū)動下振動。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器的時域信號為沖 激信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺振動控制系統(tǒng) 還包括:傳感模組、反饋單元和比較器； 所述傳感模組包括多種傳感器，每種傳感器實時感應(yīng)所述線性諧振致動器的狀態(tài)，在 感應(yīng)到所述線性諧振致動器振動時，生成相應(yīng)的傳感信號； 所述反饋單元將所述傳感模組生成的多路傳感信號融合，得到用于估計所述線性諧振 致動器振動模式的反饋信號，并將所述反饋信號發(fā)送給所述比較器； 所述比較器比較所述反饋信號與所述輸入信號中表征所述線性諧振致動器振動模式 的期望信號，根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號，并將所述誤差信號發(fā)送給所述命令生成器； 所述命令生成器接收所述誤差信號，并根據(jù)所述誤差信號調(diào)整其生成的原始命令信 號。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋單元包括:獲取模 塊和加權(quán)模塊； 所述獲取模塊接收所述傳感模組發(fā)送的多路傳感信號，分別獲取每路傳感信號的物理 量觀察值，并將不同類型的物理量觀察值轉(zhuǎn)換為同一參考系下同類型的物理量觀察值； 所述加權(quán)模塊計算每路傳感信號的物理量觀察值的加權(quán)系數(shù)，并將各路傳感信號的物 理量觀察值按照各自加權(quán)系數(shù)求和，得到用于估計所述線性諧振致動器振動模式的物理量 估計值，根據(jù)所述物理量估計值生成反饋信號發(fā)送給所述比較器； 所述比較器將所述反饋信號的物理量估計值和所述期望信號中該物理量的期望值進 行比較，根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感模組包括反電動勢 感應(yīng)電路，所述反電動勢感應(yīng)電路設(shè)置在所述線性諧振致動器上，在所述線性諧振致動器 振動時，該反電動勢感應(yīng)電路生成反電動勢信號； 和/或，所述傳感模組包括所述在智能終端中與所述線性諧振致動器相分離的位置設(shè) 置的運動傳感器，在所述線性諧振致動器振動時，該運動傳感器生成相應(yīng)的運動傳感信號； 和/或，所述傳感模組包括設(shè)置在所述線性諧振致動器上的運動傳感器，在所述線性諧 振致動器振動時，該運動傳感器生成相應(yīng)的運動傳感信號； 其中，所述運動傳感器至少包括加速度傳感器、激光多普勒振動測試儀、麥克風和陀螺 儀一種或多種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺振動控制系統(tǒng)還包 括振動效果庫，所述振動效果庫的振動模式列表記錄有每種振動模式對應(yīng)的表征振動效果 的物理量序列。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺振動控制系統(tǒng)還包 括參數(shù)存儲器； 所述參數(shù)存儲器存儲根據(jù)所述反饋信號的物理變量估計值推算出的所述線性諧振致 動器的固有參數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺振動控制系統(tǒng)還包 括微控制單元； 所述微控制單元控制所述觸覺振動控制系統(tǒng)各器件間的信號傳遞。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸覺振動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述智能終端包括手持設(shè) 備、可穿戴設(shè)備和工控設(shè)備，所述可穿戴設(shè)備包智能手環(huán)和智能手表。
【文檔編號】G05D19/02GK205485661SQ201521138783
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】李波, 馮勇強, 樓廈廈
【申請人】歌爾聲學股份有限公司