提供觸覺(jué)響應(yīng)控制的彈性剪切材料的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】提供觸覺(jué)響應(yīng)控制的彈性剪切材料
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]該專(zhuān)利合作條約專(zhuān)利申請(qǐng)要求于2012年7月26日提交的并且標(biāo)題為aElastomeric Shear Material Providing Haptic Response Control, ” 的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)61/675，993的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容全文以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明整體涉及控制觸覺(jué)響應(yīng)，并且更具體地涉及采用彈性材料來(lái)控制觸覺(jué)響應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0004]觸覺(jué)響應(yīng)元件在計(jì)算設(shè)備中正變得越來(lái)越常見(jiàn)。它們提供觸覺(jué)反饋，從而響應(yīng)于某些條件諸如用戶(hù)輸入、軟件狀態(tài)和/或操作、誤差條件、確認(rèn)等來(lái)實(shí)現(xiàn)廣泛的輸出。觸覺(jué)響應(yīng)可與輸入設(shè)備結(jié)合或結(jié)合到輸入設(shè)備中，使得輸入設(shè)備不但可以接受用戶(hù)輸入而且還提供觸覺(jué)反饋。觸覺(jué)響應(yīng)元件通常通過(guò)移動(dòng)或者以另外方式致動(dòng)該元件在起始位置和行進(jìn)位置之間的被觸摸部分來(lái)提供觸覺(jué)反饋。在一些實(shí)施例中該運(yùn)動(dòng)可多次和/或以變化的頻率重復(fù)，但是通常需要一些運(yùn)動(dòng)。
[0005]然而，迄今的觸覺(jué)響應(yīng)元件通常有些難以控制。許多觸覺(jué)響應(yīng)元件不產(chǎn)生清脆愉悅的觸覺(jué)輸出。相反，它們的輸出可能類(lèi)似于嗡嗡聲或振動(dòng)。不僅一些用戶(hù)發(fā)現(xiàn)這種感覺(jué)不愉快，而且這些感覺(jué)需要一些時(shí)間來(lái)產(chǎn)生(和感測(cè))并且需要一些時(shí)間來(lái)終止。例如，振動(dòng)性運(yùn)動(dòng)可能需要積累到諧振頻率以提供待由用戶(hù)感測(cè)的足夠大的力。
[0006]在許多情況下，可能難以充分抑制或以其他方式控制觸覺(jué)響應(yīng)元件以便提供實(shí)感輸出。這種困難的一部分可能是由于不能快速使觸覺(jué)響應(yīng)元件的被觸摸部分從其行進(jìn)位置返回至其起始點(diǎn)所造成的。彈簧通常用于將被觸摸位置偏置回到起始位置，但是彈簧通常缺少阻尼能力。
[0007]類(lèi)似地，粘彈性聚合物可用于使觸覺(jué)響應(yīng)元件的被觸摸部分從其行進(jìn)位置返回至其起始位置。通常，當(dāng)被觸摸部分行進(jìn)時(shí)，此類(lèi)彈性體被置于受力或壓縮狀態(tài)，這使得彈性體以類(lèi)似于彈簧的方式作出反應(yīng)(例如，當(dāng)使被觸摸部分從行進(jìn)位置返回至起始位置時(shí)施加非線性力)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本文所述的實(shí)施例可呈能夠感測(cè)力并且響應(yīng)于所感測(cè)的力而提供觸覺(jué)輸出的輸入設(shè)備的形式。
[0009]本發(fā)明設(shè)想了一種觸覺(jué)響應(yīng)元件。該觸覺(jué)響應(yīng)元件可生成作為輸出的觸感并與計(jì)算設(shè)備相關(guān)聯(lián)?？赏ㄟ^(guò)使觸覺(jué)響應(yīng)元件的一部分移位來(lái)產(chǎn)生觸感。凝膠可起到使觸覺(jué)響應(yīng)元件的移動(dòng)部件返回至起始點(diǎn)或零點(diǎn)的作用。對(duì)移動(dòng)部件的移位可在凝膠上施加剪切力，而不是拉伸壓縮力。
[0010]附加實(shí)施例和特征在下面的說(shuō)明書(shū)中被部分地闡述，并且當(dāng)檢查本說(shuō)明書(shū)或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而獲悉時(shí)，附加實(shí)施例和特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)部分變得顯而易見(jiàn)?？蓞⒖夹纬杀竟_(kāi)的一部分的說(shuō)明書(shū)和附圖的其余部分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)的進(jìn)一步理解。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1A-1C示出了用于若干配置下的負(fù)載測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器。
[0012]圖1D示出了用于包括一個(gè)應(yīng)變儀的標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器的電路圖。
[0013]圖1E示出了用于包括四個(gè)應(yīng)變儀的標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器的電路圖。
[0014]圖2示出了用于標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器的電路圖。
[0015]圖3A示出了一個(gè)實(shí)施例中的包括用于負(fù)載測(cè)量的梁的一側(cè)上的兩個(gè)應(yīng)變儀或兩對(duì)應(yīng)變儀的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器。
[0016]圖3B示出了一個(gè)實(shí)施例中的包括兩個(gè)應(yīng)變儀的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的頂視圖。
[0017]圖3C示出了一個(gè)實(shí)施例中的包括兩對(duì)應(yīng)變儀或四個(gè)應(yīng)變儀的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的頂視圖。
[0018]圖3D示出了一個(gè)實(shí)施例中的具有柔性支撐件的力矩補(bǔ)償彎梁的側(cè)視圖。
[0019]圖3E示出了另一個(gè)實(shí)施例中的具有柔性支撐件的力矩補(bǔ)償彎梁的側(cè)視圖。
[0020]圖4示出了一個(gè)實(shí)施例中的用于力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的兩個(gè)應(yīng)變儀的電連接的圖示。
[0021]圖5示出了一個(gè)實(shí)施例中的用于力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的兩對(duì)應(yīng)變儀的惠斯通電橋連接。
[0022]圖6A是一個(gè)實(shí)施例中的包括公共載體上的與彎梁對(duì)準(zhǔn)的兩個(gè)應(yīng)變儀的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的頂視圖。
[0023]圖6B是另一個(gè)實(shí)施例中的包括公共載體上的與彎梁對(duì)準(zhǔn)的四個(gè)應(yīng)變儀的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的頂視圖。
[0024]圖7A是一個(gè)實(shí)施例中的用于利用四個(gè)彎梁進(jìn)行支撐和利用四個(gè)力矩補(bǔ)償彎梁傳感器進(jìn)行負(fù)載測(cè)量的觸控板(TP)的系統(tǒng)圖的頂視圖。
[0025]圖7B是穿過(guò)圖7A的彎梁702A的剖面圖。
[0026]圖7C示出了一個(gè)實(shí)施例中的具有在各個(gè)力位置處受力的四個(gè)彎梁的平臺(tái)的頂視圖。
[0027]圖8A是另一個(gè)實(shí)施例中的在拐角處具有四個(gè)彎梁的觸控板的底部的透視圖。
[0028]圖8B是一個(gè)實(shí)施例中的圖8A的拐角處的四個(gè)梁中的一個(gè)梁的放大視圖。
[0029]圖9是示出一個(gè)實(shí)施例中的用于制造耦接至觸摸輸入設(shè)備的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的步驟的流程圖。
[0030]圖10是具有包括與梁對(duì)準(zhǔn)的四個(gè)應(yīng)變儀的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的示例性應(yīng)變分布。
[0031]圖11是一個(gè)實(shí)施例中的示例性觸控板。
[0032]圖12A示出了來(lái)自用于0.8mm厚的平臺(tái)的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器和標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器或非力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的沿圖11的路徑A的一個(gè)樣本力輸出。
[0033]圖12B示出了來(lái)自用于0.8mm厚的平臺(tái)的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器和標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器或非力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的沿圖11的路徑B的一個(gè)樣本力輸出。
[0034]圖13A示出了來(lái)自用于2.3mm厚的平臺(tái)的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的沿圖11的路徑A的一個(gè)樣本力輸出。
[0035]圖13B示出了來(lái)自用于2.3mm厚的平臺(tái)的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器的沿圖11的路徑B的一個(gè)樣本力輸出。
[0036]圖14A示出了作為用于2.3mm厚的平臺(tái)的負(fù)載的函數(shù)的力矩補(bǔ)償彎梁傳感器輸出的樣本線性度。
[0037]圖14B示出了樣本力矩補(bǔ)償彎梁傳感器與用于2.3mm厚的平臺(tái)的線性度的偏差。
[0038]圖15是示出了一個(gè)實(shí)施例中的用于利用力矩補(bǔ)償彎梁傳感器來(lái)確定觸控板的力和力的位置的步驟的流程圖。
[0039]圖16是一個(gè)實(shí)施例中的觸控板的簡(jiǎn)化系統(tǒng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]通常，本文所述的實(shí)施例可呈用于確定負(fù)載或力的傳感器或者與此類(lèi)傳感器一起操作的結(jié)構(gòu)的形式。作為一個(gè)實(shí)例，觸控板可與一個(gè)或多個(gè)力傳感器相關(guān)聯(lián)，如本文所述。當(dāng)向觸控板施加力時(shí)，一個(gè)或多個(gè)傳感器可檢測(cè)到應(yīng)變。該應(yīng)變可與在觸控板上所施加的力相關(guān)聯(lián)并且因此可確定所施加的力的量。另外，通過(guò)采用適當(dāng)配置下的多個(gè)傳感器，除了可確定力的大小之外，還可確定施加該力的位置。
[0041 ] 可在觸控板中采用凝膠或彈性材料。例如，凝膠可
[0042]可結(jié)合如以下簡(jiǎn)述的附圖，參考以下詳細(xì)描述來(lái)理解本公開(kāi)。注意，為了例示清晰，附圖中的某些元件可能未按比例繪制。
[0043]圖1A-1C示出了位于梁上并用于負(fù)載測(cè)量的彎梁應(yīng)變傳感器；圖1A-1C中的每個(gè)圖示出了當(dāng)負(fù)載位置沿著梁變化時(shí)的若干配置下的梁傳感器和梁。例如，梁可用于支撐壓敏觸控板。
[0044]圖1A示出了被置于梁106的梁基座102附近并且沿X軸水平定位的彎梁應(yīng)變傳感器102。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)彎梁應(yīng)變傳感器102進(jìn)行取向，使其沿X軸對(duì)應(yīng)變作出響應(yīng)。在實(shí)施例中，觸控板平板108基本上平行于梁106并且傳感器102與梁的軸對(duì)準(zhǔn)。該軸在圖中被標(biāo)記為“X軸”。觸控板108通過(guò)凝膠110被附接到彎梁106。
[0045]仍參考圖1A，沿Z軸通過(guò)凝膠110的中心114C垂直施加負(fù)載。在此情況下，凝膠層IlOA具有均勻厚度，但是在另選的實(shí)施例中，凝膠可以是非均勻或者不同形狀的。觸控板108可為平臺(tái)或平板。
[0046]如圖1B中所示，當(dāng)施加力時(shí)，凝膠朝著梁基座104被壓縮。梁106彎曲，使得在比力位置114A更靠近梁基座104的力位置114B處通過(guò)凝膠IlOB施加該力。
[0047]現(xiàn)在參考圖1C，凝膠在自由端或邊緣112附近被壓縮，使得在比力位置114A更靠近自由端112的力位置114C處通過(guò)凝膠IlOC施加該力。在應(yīng)變傳感器1