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触觉反馈感知装置

阅读:1048发布:2020-05-22

专利汇可以提供触觉反馈感知装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 触觉反馈 与 感知 装置,其包括: 电路 板;设置在所述 电路板 上的压电陶瓷 制动 器,包括压电陶瓷 块 以及设置在压电陶瓷块上的 阴极 和 阳极 ,阴极和阳极通过所述电路板被施加不同的 电压 以使压电陶瓷块振动从而带动电路板振动;以及设置在所述电路板上的应变 传感器 ,用于侦测电路板的振动。本 发明 的触觉反馈与感知装置性能良好,感应 精度 高,且体积小巧。,下面是触觉反馈感知装置专利的具体信息内容。

1.一种触觉反馈感知装置,其特征在于:其包括:
电路板;
设置在所述电路板上的压电陶瓷制动器,所述压电陶瓷制动器包括压电陶瓷以及设置在压电陶瓷块上的阴极阳极,阴极和阳极通过所述电路板被施加不同的电压以使压电陶瓷块振动从而带动电路板振动;以及
设置在所述电路板上的应变传感器,用于侦测电路板的振动。
2.如权利要求1所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述压电陶瓷块包括靠近电路板的底表面、远离电路板并与底表面相对的顶表面、以及连接在底表面和顶表面之间的多个侧面;阴极局部覆盖压电陶瓷块的底表面并弯折延伸至一个侧面,并继续弯折延伸局部覆盖顶表面;阳极局部覆盖压电陶瓷块的顶表面并弯折延伸至一个侧面,并继续弯折延伸局部覆盖底表面。
3.如权利要求1所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述应变传感器的数量为两个,分别设置在所述压电陶瓷制动器的相对两侧,且与所述压电陶瓷制动器间隔设置。
4.如权利要求1所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述压电陶瓷块包括外圈陶瓷和内圈陶瓷,其中所述外圈陶瓷环绕所述内圈陶瓷且与所述内圈陶瓷间隔设置;压电陶瓷制动器还包括设置在内圈陶瓷上的第一阴极和第一阳极、以及设置在外圈陶瓷上的第二阴极和第二阳极,第一阴极和第一阳极通过所述电路板被施加不同的电压以使内圈陶瓷振动,第二阴极和第二阳极通过所述电路板被施加不同的电压以使外圈陶瓷振动。
5.如权利要求4所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述内圈陶瓷包括靠近所述电路板的底表面、远离所述电路板并与所述底表面相对的顶表面、以及连接在所述底表面和所述顶表面之间的至少一个侧表面,第一阴极至少局部覆盖内圈陶瓷的顶表面,第一阳极至少局部覆盖内圈陶瓷的底表面。
6.如权利要求4所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述内圈陶瓷包括柱状结构的多个压电陶瓷单元。
7.如权利要求4所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述外圈陶瓷包括靠近所述电路板的底面,远离所述电路板并与所述底面相对的顶面、以及连接在所述底面和所述顶面之间的至少一个侧面,第二阴极局部覆盖外圈陶瓷的顶面并弯折延伸至外圈陶瓷的一个侧面,并继续弯折延伸局部覆盖外圈陶瓷的底面,第二阳极局部覆盖外圈陶瓷的底面并弯折延伸至外圈陶瓷的一个侧面,并继续弯折延伸局部覆盖外圈陶瓷的顶面。
8.如权利要求1所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述压电陶瓷制动器包括外圈压电陶瓷、设置在内圈压电陶瓷上的第一阴极和第一阳极,所述应变传感器包括外圈压电陶瓷、设置在外圈陶瓷上的第二阴极和第二阳极,其中外圈压电陶瓷环绕内圈压电陶瓷且与内圈压电陶瓷间隔设置。
9.如权利要求8所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述内圈压电陶瓷包括靠近所述电路板的底表面、远离所述电路板并与所述底表面相对的顶表面、以及连接在所述底表面和所述顶表面之间的至少一个侧表面;所述第一阴极覆盖内圈压电陶瓷的顶表面并弯折延伸至一个侧表面,并继续弯折延伸局部覆盖顶表面;第一阳极局部覆盖内圈压电陶瓷的底表面。
10.如权利要求8所述的触觉反馈与感知装置,其特征在于:所述外圈压电陶瓷包括靠近所述电路板的底面,远离所述电路板并与所述底面相对的顶面、以及连接在所述底面和所述顶面之间的至少一个侧面;第二阴极局部覆盖外圈压电陶瓷的顶面并弯折延伸至外圈陶瓷的一个侧面,并继续弯折延伸局部覆盖外圈压电陶瓷的底面;第二阳极局部覆盖外圈压电陶瓷的底面并弯折延伸至外圈压电陶瓷的一个侧面,并继续弯折延伸局部覆盖外圈压电陶瓷的顶面。

说明书全文

触觉反馈感知装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种触觉反馈与感知装置。

背景技术

[0002] 触觉反馈元件是现今流行的一种电子器件,其可应用于触摸板、平面键盘等各种电子装置中。触觉反馈元件的概念为仿真传统机械式键盘与鼠标,在进行触摸操作的过程中对应产生反馈。目前主要的几种触觉反馈元件包括以下几种:(1)制动器(Actuator),如透过线圈达、压电开关或MEMS微机电开关驱动而振动;(2)电场式的触觉反馈,通过手指感受到电场电荷的排斥;(3)电容式的触觉反馈,通过强电容薄膜充电的磁吸斥力;(4)声波的触觉反馈,通过压电陶瓷施加电压,产生振动和形变。

发明内容

[0003] 本发明提供一种触觉反馈与感知装置,其包括:
[0004] 电路板;
[0005] 设置在所述电路板上的压电陶瓷制动器,包括压电陶瓷以及设置在压电陶瓷块上的阴极阳极,阴极和阳极通过所述电路板被施加不同的电压以使压电陶瓷块振动从而带动电路板振动;以及
[0006] 设置在所述电路板上的应变传感器,用于侦测电路板的振动。
[0007] 本发明的触觉反馈与感知装置性能良好,感应精度高,且体积小巧。附图说明
[0008] 图1是本发明第一实施例的触觉反馈与感知装置的俯视示意图。
[0009] 图2是图1中的触觉反馈与感知装置的剖面示意图。
[0010] 图3是本发明第二实施例的触觉反馈与感知装置的俯视示意图。
[0011] 图4是图3中的触觉反馈与感知装置的剖面示意图。
[0012] 图5是本发明内圈陶瓷的示意图。
[0013] 图6是本发明一实施例的振动波形图。
[0014] 图7是本发明第三实施例的触觉反馈与感知装置的俯视示意图。
[0015] 图8是图7中的触觉反馈与感知装置的剖面示意图。
[0016] 主要元件符号说明
[0017]触觉反馈与感知装置 100、200、300
电路板 10
压电陶瓷制动器 30
应变传感器 50
压电陶瓷块 31
阴极 33
阳极 35
顶表面 313
底表面 311
侧表面 315
阴极电极 11
阳极电极 13
连接端子 19
外圈陶瓷 31b
内圈陶瓷 31a
第一阴极 33a
第一阳极 35a
第二阴极 33b
第二阳极 35b
底面 312
顶面 314
侧面 316
第一阴极电极 11a
第一阳极电极 13a
第二阴极电极 11b
第二阳极电极 13b
内圈压电陶瓷 32
外圈压电陶瓷 52
[0018] 具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

[0019] 附图中示出了本发明的实施例,本发明可以通过多种不同形式实现,而并不应解释为仅局限于这里所阐述的实施例。相反,提供这些实施例是为了使本发明更为全面和完整的公开,并使本领域的技术人员更充分地了解本发明的范围。为了清晰可见,在图中,层和区域的尺寸被放大了。
[0020] 可以理解,尽管第一、第二等这些术语可以在这里使用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分,但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应仅限于这些术语。这些术语只是被用来区分元件、组件、区域、层和/或部分与另外的元件、组件、区域、层和/或部分。因此,只要不脱离本发明的教导,下面所讨论的第一部分、组件、区域、层和/或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层和/或部分。
[0021] 这里所用的专有名词仅用于描述特定的实施例而并非意图限定本发明。如这里所用的,单数形式“一”、“一个”和“该”也意图涵盖复数形式,除非上下文清楚指明是其它情况。还应该理解,当在说明书中使用术语“包含”、“包括”时,指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在。
[0022] 这里参考剖面图描述本发明的实施例,这些剖面图是本发明理想化的实施例(和中间构造)的示意图。因而,由于制造工艺和/或公差而导致的图示的形状不同是可以预见的。因此,本发明的实施例不应解释为限于这里图示的区域的特定形状,而应包括例如由于制造而产生的形状的偏差。图中所示的区域本身仅是示意性的,它们的形状并非用于图示装置的实际形状,并且并非用于限制本发明的范围。
[0023] 除非另外定义,这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所述领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应当理解,比如在通用的辞典中所定义的那些的术语,应解释为具有与它们在相关领域的环境中的含义相一致的含义,而不应以过度理想化或过度正式的含义来解释,除非在本文中明确地定义。
[0024] 实施例一
[0025] 请参阅图1,本发明第一实施例的触觉反馈与感知装置100,其集成触觉反馈与触碰感知,其包括电路板10以及设置在电路板10上的压电陶瓷制动器30和应变传感器50。
[0026] 电路板10为金属基印刷电路板10(Metal Core PCB,MCPCB),即是将印刷电路板附贴在热传导效果好的金属层上,可改善电路板层面的散热。本实施例中,电路板10包括不锈层(图未示)以及设置在不锈钢层上的导热聚合物层(图未示)。
[0027] 请一并参阅图1和图2,压电陶瓷制动器30包括压电陶瓷块31以及设置在压电陶瓷块31上的阴极33和阳极35,其中阴极33和阳极35相互电性绝缘。本实施例中,压电陶瓷块31大致成矩形块状。如图2所示,压电陶瓷块31包括靠近电路板10的底表面311、远离电路板10并与底表面311相对的顶表面313、以及连接在底表面311和顶表面313之间的多个侧表面315。阴极33局部覆盖压电陶瓷块31的底表面311并弯折延伸至一个侧表面315,并继续弯折延伸局部覆盖顶表面313。阳极35局部覆盖压电陶瓷块31的顶表面313并弯折延伸至一个侧表面315,并继续弯折延伸局部覆盖底表面311。阳极35覆盖顶表面313的面积大于阴极33覆盖顶表面313的面积;阴极33覆盖底表面311的面积大于阳极35覆盖底表面311的面积。阴极
33和阳极35二者间隔设置使其二者相互电性绝缘。
[0028] 应变传感器50为本领域常规的,其可包括使用惠斯通电桥原理的电阻进行感应的电路结构,其中图1和图2并未具体示出其电路结构。如图1和图2所示,应变传感器50的数量为两个,分别设置在压电陶瓷制动器30的相对两侧,且与压电陶瓷制动器30间隔设置。在压电陶瓷制动器30的相对两侧各设置一应变传感器50是为了能更有效的传递压电效应产生的电信号
[0029] 所述底表面311上设置有阴极33的部分和阳极35的部分,以使阴极33和阳极35较好的实现与电路板10的电性连接。如图1所示,电路板10上设置有阴极电极11和阳极电极13,其中阴极电极11与阴极33电性连接,阳极电极13与阳极35电性连接。
[0030] 电路板10给予阴极电极11和阳极电极13不同的电压,例如阴极电极11为方波信号,而阳极电极13为零电势,进而使压电陶瓷块31上的阴极33和阳极35具有不同的电压,压电陶瓷块31在电压差的情况下振动,振动的波形与输入的阴极电极11的电压相同。压电陶瓷块31的振动带动整个电路板10振动,而应变传感器50侦测并监控电路板10之振动(应变行为),若有外力碰触电路板10而改变电路板10的振动,则应变传感器50侦测到的波形与振幅会发生变化,应变传感器50回传信号到触控电路(图未示)达到触控反应,即可根据应变传感器50的信号变化达到触控目的。
[0031] 可以理解的,所述电路板10上还可设置各种连接端子19,以连接其他的电子元件(图未示),如电路、电源、放大器等。
[0032] 本实施例的触觉反馈与感知装置100性能良好,感应精度高。
[0033] 实施例二
[0034] 请参阅图3和图4,本发明第二实施例的触觉反馈与感知装置200,其包括电路板10以及设置在电路板10上的压电陶瓷制动器30和应变传感器50。
[0035] 请一并参阅图3和图4,压电陶瓷制动器30包括压电陶瓷块31,而压电陶瓷块31包括内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b,其中外圈陶瓷31b环绕内圈陶瓷31a且与内圈陶瓷31a间隔设置。压电陶瓷制动器30还包括设置在内圈陶瓷31a上的第一阴极33a和第一阳极35a、以及设置在外圈陶瓷31b上的第二阴极33b和第二阳极35b,其中第一阴极33a和第一阳极35a相互电性绝缘,第二阴极33b和第二阳极35b相互电性绝缘。
[0036] 请一并参阅图3和图4,本实施例中,内圈陶瓷31a为矩形块状,其俯视图为矩形,其包括靠近电路板10的底表面311、远离电路板10并与底表面311相对的顶表面313、以及连接在底表面311和顶表面313之间的多个侧表面315。第一阴极33a覆盖内圈陶瓷31a的顶表面313并弯折延伸至一个侧表面315,并继续弯折延伸局部覆盖底表面311。第一阳极35a局部覆盖内圈陶瓷31a的底表面311。第一阴极33a覆盖底表面311的面积小于第一阳极35a覆盖底表面311的面积。第一阴极33a和第一阳极35a二者间隔设置使其二者相互电性绝缘。可以理解的,侧表面315的数量依据内圈陶瓷31a的形状而变化,例如内圈陶瓷31a为圆柱状,则侧表面315的数量为一个,且为曲面。
[0037] 外圈陶瓷31b的俯视图为矩形环状,其包括靠近电路板10的底面312,远离电路板10并与底面312相对的顶面314、以及连接在底面312和顶面314之间的多个侧面316。可以理解的,侧面316的数量依据外圈陶瓷31b的形状而变化,例如外圈陶瓷31b为圆柱环状,则侧面316的数量为一个,且为曲面。第二阴极33b局部覆盖外圈陶瓷31b的顶面314并弯折延伸至外圈陶瓷31b的一个侧面316,并继续弯折延伸局部覆盖外圈陶瓷31b的底面312。第二阳极35b局部覆盖外圈陶瓷31b的底面312并弯折延伸至外圈陶瓷31b的一个侧面316,并继续弯折延伸局部覆盖外圈陶瓷31b的顶面314。如图3所示,第二阴极33b覆盖顶面314的面积大于第二阳极35b覆盖顶面314的面积。
[0038] 如图4,电路板10上分别设置有第一阴极电极11a、第一阳极电极13a、第二阴极电极11b、和第二阳极电极13b,其中第一阴极电极11a与第一阴极33a电性连接,第一阳极电极13a与第一阳极35a电性连接,第二阴极电极11b与第二阴极33b电性连接,第二阳极电极13b与第二阳极35b电性连接。电路板10给予第一阴极电极11a和第一阳极电极13a不同的电压,进而使内圈陶瓷31a上的第一阴极33a和第一阳极35a具有不同的电压,内圈陶瓷31a在电压差的情况下振动。同时电路板10给予第二阴极电极11b和第二阳极电极13b不同的电压,进而使外圈陶瓷31b上的第二阴极33b和第二阳极35b具有不同的电压,外圈陶瓷31b在电压差的情况下振动。内圈陶瓷31a通过第一阴极电极11a和第一阳极电极13a输入电压信号,外圈陶瓷31b通过第二阴极电极11b和第二阳极电极13b输入电压信号。
[0039] 一实施例中,第一阴极电极11a和第一阳极电极13a接入的电压信号不同于第二阴极电极11b和第二阳极电极13b接入的电压信号,如此,内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b产生两种不同波形的谐振,形成不同的触觉回馈感受。
[0040] 另一实施例中,第一阴极电极11a和第一阳极电极13a接入的电压信号与第二阴极电极11b和第二阳极电极13b接入的电压信号相同,即第一阴极电极11a和第二阴极电极11b的电压信号相同,第一阳极电极13a和第二阳极电极13b的电压信号相同。但是内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b选用不同的压电陶瓷,由于内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b两者本身压电特性与面积的差异,内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b也会产生两种不同波形的谐振,形成不同的触觉回馈感受。例如,具体的:外圈陶瓷31b选用100-400微米厚度的锆酸铅(PZT)压电陶瓷,而内圈陶瓷31a包括柱状结构且相互间隔设置的多个压电陶瓷单元310,如图5所示,此时第一阴极33a覆盖所有压电陶瓷单元310远离电路板10的顶表面313,第一阳极35a覆盖所有压电陶瓷单元310靠近电路板10的底表面311。
[0041] 一实施例中,由内圈陶瓷31a贡献高频振动,外圈陶瓷31b贡献低频振动,由此可使触觉上感受除了异物感,也可使指尖产生刺感。
[0042] 请参阅图6所示的振动波形图,其中横坐标代表相位,纵坐标代表振幅,(a)和(b)分别代表内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b的振动波形,(c)代表内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b的叠加的振动波形。
[0043] 每一个压电陶瓷单元310的材质为复合材料,其具有高机电偶和系数,多用于医疗用超声成像探头
[0044] 本实施例的触觉反馈与感知装置200通过内圈陶瓷31a和外圈陶瓷31b产生不同的振动,可形成与众不同的触感。
[0045] 实施例三
[0046] 请参阅图7和图8,本发明第三实施例的触觉反馈与感知装置300,其包括电路板10以及设置在电路板10上的压电陶瓷制动器30和应变传感器50。
[0047] 请一并参阅图7和图8,压电陶瓷制动器30包括内圈压电陶瓷32,应变传感器50包括外圈压电陶瓷52,其中外圈压电陶瓷52环绕内圈压电陶瓷32且与内圈压电陶瓷32间隔设置。压电陶瓷制动器30还包括设置在内圈压电陶瓷32上的第一阴极33a和第一阳极35a。应变传感器50还包括设置在外圈陶瓷31b上的第二阴极33b和第二阳极35b,其中第一阴极33a和第一阳极35a相互电性绝缘,第二阴极33b和第二阳极35b相互电性绝缘。内圈压电陶瓷32振动带动电路板10振动,外圈压电陶瓷52利用正压电特性侦测振动,在第二阴极33b和第二阳极35b输出电压值,当外力触碰改变电路板10的波形和振幅,可根据外圈压电陶瓷52上的第二阴极33b和第二阳极35b输出的电压变化,达到触控反应。
[0048] 本实施例中,内圈压电陶瓷32为矩形块状,其俯视图为矩形,如图8所示,其包括靠近电路板10的底表面311、远离电路板10并与底表面311相对的顶表面313、以及连接在底表面311和顶表面313之间的多个侧表面315。第一阴极33a覆盖内圈压电陶瓷32的顶表面313并弯折延伸至一个侧表面315,并继续弯折延伸局部覆盖底表面311。第一阳极35a局部覆盖内圈压电陶瓷32的底表面311。第一阴极33a覆盖底表面311的面积小于第一阳极35a覆盖底表面311的面积。第一阴极33a和第一阳极35a二者间隔设置使其二者相互电性绝缘。
[0049] 本实施例中,外圈压电陶瓷52的俯视图为矩形环状,如图8所示,其包括靠近电路板10的底面312,远离电路板10并与底面312相对的顶面314、以及连接在底面312和顶面314之间的多个侧面316。第二阴极33b局部覆盖外圈压电陶瓷52的顶面314并弯折延伸至外圈陶瓷31b的一个侧面316,并继续弯折延伸局部覆盖外圈压电陶瓷52的底面312。第二阳极35b局部覆盖外圈压电陶瓷52的底面312并弯折延伸至外圈压电陶瓷52的一个侧面316,并继续弯折延伸局部覆盖外圈压电陶瓷52的顶面314。如图7所示,第二阴极33b覆盖顶面314的面积大于第二阳极35b覆盖顶面314的面积。
[0050] 如图8所示,电路板10上分别设置有第一阴极电极11a、第一阳极电极13a、第二阴极电极11b、和第二阳极电极13b,其中第一阴极电极11a与第一阴极33a电性连接,第一阳极电极13a与第一阳极35a电性连接,第二阴极电极11b与第二阴极33b电性连接,第二阳极电极13b与第二阳极35b电性连接。电路板10给予第一阴极电极11a和第一阳极电极13a不同的电压,进而使内圈压电陶瓷32上的第一阴极33a和第一阳极35a具有不同的电压,内圈压电陶瓷32在电压差的情况下振动。内圈压电陶瓷32通过第一阴极电极11a和第一阳极电极13a输入电压信号从而振动,外圈压电陶瓷52接收振动信号从而在第二阴极33b和第二阳极35b形成感应电荷,并通过第二阴极电极11b和第二阳极电极13b输入出感应电压信号。
[0051] 本实施例的触觉反馈与感知装置300通过内圈压电陶瓷32产生振动,而外圈压电陶瓷52接收振动信号,不需要额外设置其他类型的应变传感器,体积小巧。
[0052] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,图示中出现的上、下、左及右方向仅为了方便理解,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
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