双刚度悬挂系统
阅读：536发布：2020-05-12
专利汇可以提供双刚度悬挂系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 中所公开的设备包括：壳体组件、 触摸屏 ，触摸 致动器 和至少一个双 刚度 悬挂系统，所述触觉致动器用于使所述触摸屏相对于壳体组件移动，所述至少一个双刚度悬挂系统将所述触摸屏与壳体组件耦合在一起，使得所述触摸屏能够相对于壳体组件移动。双刚度悬挂系统具有第一刚度的第一元件和第二刚度的第二元件，所述第二刚度比所述第一刚度硬。所述双刚度悬挂系统构造成由于双刚度悬挂系统的第一元件而限制所述触摸屏与所述壳体组件之间在第一方向上的移动，同时还构造成由于双刚度悬挂系统的第二元件而允许触摸屏相对于壳体组件在相反的第二方向上的移动。，下面是双刚度悬挂系统专利的具体信息内容。
1.具有双刚度悬挂系统的设备，包括：
壳体组件；
触摸屏；
触觉致动器，其用于使所述触摸屏相对于所述壳体组件移动且因此向所述触摸屏的用户提供触觉效果；以及
至少一个双刚度悬挂系统，其将所述触摸屏和壳体组件耦合在一起，使得所述触摸屏能够相对于所述壳体组件移动，所述至少一个双刚度悬挂系统具有第一刚度的第一元件和第二刚度的第二元件，所述第一刚度比所述第二刚度硬，其中所述至少一个悬挂系统构造成由于所述双刚度悬挂系统的所述第一元件而限制所述触摸屏与所述壳体组件之间至少在第一方向上的移动，同时还构造成由于所述双刚度悬挂系统的所述第二元件而允许所述触摸屏相对于所述壳体组件在与所述第一方向相反的第二方向上的移动。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件由第二弹性体材料形成，所述第一弹性体材料不同于所述第二弹性体材料。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件由第二弹性体材料形成，所述第一弹性体材料与所述第二弹性体材料相同。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述第一弹性体材料具有与所述第二弹性体材料不同的硬度计硬度。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述第一元件具有第一形状，所述第二元件具有第二形状，所述第一形状不同于所述第二形状。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述第一形状是圆柱形，所述第二形状包括截头锥形部分。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述壳体组件包括侧壁延伸件，该侧壁延伸件限定了用于接纳所述双刚度悬挂系统的所述第二元件的阱，其中所述侧壁延伸件限制所述触摸屏与所述壳体组件之间在所述第二方向上的过度移动。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件是盘簧或板簧之一。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个双刚度悬挂系统包括具有柱和基板的支撑架，所述柱的第一端与所述触摸屏的底侧表面耦合，所述柱的第二端与所述基板耦合，并且其中所述支撑架的所述柱延伸通过贯通所述壳体组件的一部分以及贯通所述至少一个双刚度悬挂系统的第一元件和第二元件所形成的通道，使得所述第一元件夹在所述触摸屏与所述壳体组件的段之间，所述第二元件夹在所述壳体组件的所述一部分和所述基板之间。
10.如权利要求1所述的设备，其中通过所述至少一个双刚度悬挂系统的所述第一元件和第二元件夹住所述壳体组件的一部分。
11.具有双刚度悬挂系统的设备，包括：
壳体组件；
触摸屏；
触觉致动器，其用于使所述触摸屏相对于所述壳体组件移动且因此向所述触摸屏的用户提供触觉效果；以及
至少一个双刚度悬挂系统，其将所述触摸屏和壳体组件耦合在一起，使得所述触摸屏能够相对于所述壳体组件移动，所述至少一个双刚度悬挂系统具有第一元件和第二元件，所述第一元件由具有第一刚度的第一弹性体材料形成，所述第二元件由具有第二刚度的第二弹性体材料形成，所述第一刚度比所述第二刚度硬，其中所述双刚度悬挂系统的所述第一元件构造成限制所述触摸屏与所述壳体组件之间至少在第一方向上的移动，同时所述双刚度悬挂系统的所述第二元件构造成允许所述触摸屏相对于所述壳体组件在与所述第一方向相反的第二方向上的移动。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件由第二弹性体材料形成，所述第一弹性体材料不同于所述第二弹性体材料。
13.如权利要求11所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件由第二弹性体材料形成，所述第一弹性体材料与所述第二弹性体材料相同。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述第一元件具有第一形状，所述第二元件具有第二形状，所述第一形状不同于所述第二形状。
15.如权利要求11所述的设备，其中所述壳体组件包括侧壁延伸件，该侧壁延伸件限定了用于接纳所述双刚度悬挂系统的所述第二元件的阱，其中所述侧壁延伸件限制所述触摸屏与所述壳体组件之间在所述第二方向上的过度移动。
16.如权利要求11所述的设备，其中所述至少一个双刚度悬挂系统包括具有柱和基板的支撑架，所述柱的第一端与所述触摸屏的底侧表面耦合，所述柱的第二端与所述基板耦合，并且其中所述支撑架的所述柱延伸通过贯通所述壳体组件的一部分以及贯通所述至少一个双刚度悬挂系统的第一元件和第二元件所形成的通道，使得所述第一元件夹在所述触摸屏与所述壳体组件的所述一部分之间，所述第二元件夹在所述壳体组件的所述一部分和所述基板之间。
17.具有双刚度悬挂系统的设备，包括：
壳体组件；
触摸屏；
触觉致动器，其用于使所述触摸屏相对于所述壳体组件移动且因此向所述触摸屏的用户提供沿所述设备的第一轴的触觉效果；以及
至少一个双刚度悬挂系统，其将所述触摸屏和壳体组件耦合在一起，使得所述触摸屏能够相对于所述壳体组件移动，所述至少一个双刚度悬挂系统具有第一刚度的第一元件和第二刚度的第二元件，所述第一刚度比所述第二刚度硬，其中所述至少一个悬挂系统构造成由于所述双刚度悬挂系统的所述第一元件而限制所述触摸屏与所述壳体组件之间至少在第一方向上的移动，同时还构造成由于所述双刚度悬挂系统的所述第二元件而允许所述触摸屏相对于所述壳体组件在第二方向上的移动，其中所述第一方向和所述第二方向彼此相反且沿所述设备的第一轴延伸。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件由第二弹性体材料形成。
19.如权利要求17所述的设备，其中所述第一元件由第一弹性体材料形成，所述第二元件是盘簧或板簧之一。
20.如权利要求17所述的设备，其中所述至少一个双刚度悬挂系统包括具有柱和基板的支撑架，所述柱的第一端与所述触摸屏的底侧表面耦合，所述柱的第二端与所述基板耦合，并且其中所述支撑架的所述柱延伸通过贯通所述壳体组件的一部分以及贯通所述至少一个双刚度悬挂系统的第一元件和第二元件所形成的通道，使得所述第一元件夹在所述触摸屏与所述壳体组件的所述一部分之间，所述第二元件夹在所述壳体组件的所述一部分和所述基板之间，所述通道定尺寸为限制所述触摸屏与所述壳体组件之间至少沿所述设备的第二轴的移动。
双刚度悬挂系统
技术领域
背景技术
[0002] 新一代的消费者设备越来越依赖于诸如显示在屏幕上的虚拟按钮和滑块的触摸屏输入作为物理输入的替代方式。用户可以几乎唯一地通过用一个或多个手指触摸和/或以其他方式操纵屏幕上的虚拟按钮、滑块、滚动条等来与这些设备交互。屏幕上的图形显示响应于这些操纵而提供可视反馈。在一些更近期的触摸屏设备中，在用户的手指与触摸屏上的虚拟对象交互时，还能够向用户提供力反馈或触反馈，通常统称为触觉反馈。这通常是通过与屏幕耦合的触觉致动器移动或振动屏幕来实现的。
[0003] 为允许触觉触摸屏响应于触觉致动器移动且因此对屏幕隔离触觉效果，在触觉触摸屏所在的电子设备内顺从性地悬挂触觉触摸屏。然而，重要的是，即使当触觉致动器启动时屏幕必须能够移动，尽管如此悬挂的屏幕仍必须使用户感觉到好像在触摸时其基本上刚性地安装一样。其他的不是通过使用悬挂件来解决问题，但是不使用悬挂件限制了可具有触觉效果的系统的重量。
[0004] 使用将触摸屏和触摸表面安装在壳体内的顺从性垫环的悬挂件是已知的，如2011年3月16日递交的授予Olien等人的美国专利申请No.13/049,265中所图示说明的，该申请全部通过引用合并于本文中。更特别地，从Olien等人的专利申请中复制的图1图示说明了向触摸屏102提供触觉反馈的电子触摸屏系统100的各组件的分解视图，其在顺从悬挂系统中使用多种垫环悬挂元件104。除了触摸屏102之外，触摸屏系统100包括载架106、电动机或触觉致动器108、防尘罩110、LCD组件112和主壳体组件114。垫环悬挂元件104构造成允许触摸屏102沿某轴(例如沿x轴)的优先移动，同时限制沿其他方向(例如沿y轴或z轴)的移动。
[0005] 除了顺从垫环组件之外，已经提供了其他悬挂件用于触摸屏应用，如其全部通过引用合并于本文中的授予Rosenberg等人的美国专利No.8,059,105和其全部通过引用合并于本文中的授予Olien等人的美国专利申请公开No.2010/0245254 A1中图示说明的。图2是从Rosenberg等人的专利中复制的，其图示说明了一种触摸屏系统200，其具有耦合在触摸板或触摸屏202与主壳体组件214之间的一个或多个弹簧元件204。弹簧元件204显示为螺旋线或盘绕元件，但是可以是诸如橡胶、泡沫或屈曲材料等顺从性材料。弹簧元件
204将触摸屏202与系统200的刚性壳体214耦合且允许触摸屏202沿z轴移动。在图2的实施例中，一个或多个压电致动器208与触摸屏202的底侧耦合且用来将小脉冲、振动或纹理感输出到触摸屏202上，如果用户正在接触触摸屏则输出给用户。
204将触摸屏202与系统200的刚性壳体214耦合且允许触摸屏202沿z轴移动。在图2的实施例中，一个或多个压电致动器208与触摸屏202的底侧耦合且用来将小脉冲、振动或纹理感输出到触摸屏202上，如果用户正在接触触摸屏则输出给用户。
[0006] 本领域中对于用于触觉触摸屏的改进的和/或可替代的顺从悬挂系统存在需求。
[0007] 发明概述
[0008] 本发明的实施例涉及具有双刚度悬挂系统的设备。该设备包括壳体组件、触摸屏、触觉致动器和至少一个双刚度悬挂系统，所述触觉致动器用于使所述触摸屏相对于所述壳体组件移动且因此向触摸屏的用户提供触觉效果，所述至少一个双刚度悬挂系统将触摸屏与壳体组件耦合在一起，使得触摸屏能够相对于壳体组件移动。至少一个双刚度悬挂系统具有第一刚度的第一元件和第二刚度的第二元件，所述第一刚度比所述第二刚度硬。至少一个双刚度悬挂系统构造成由于由于所述双刚度悬挂系统的第一元件而限制触摸屏与壳体组件之间至少在第一方向上的移动，同时还构造成由于双刚度悬挂系统的第二元件而允许触摸屏相对于壳体组件在与第一方向相反的第二方向上的移动。
[0009] 在本发明的另一实施方案中，该设备包括壳体组件、触摸屏、触觉致动器和至少一个双刚度悬挂系统，所述触觉致动器用于使触摸屏相对于壳体组件移动且因此向触摸屏的用户提供触觉效果，至少一个双刚度悬挂系统将触摸屏与壳体组件耦合在一起，使得触摸屏能够相对于壳体组件移动。至少一个双刚度悬挂系统具有第一元件和第二元件，所述第一元件由具有第一刚度的第一弹性材料形成，所述第二元件由具有第二刚度的第二弹性材料形成，所述第一刚度比所述第二刚度硬。双刚度悬挂系统的第一元件构造成限制触摸屏与壳体组件之间至少在第一方向上的移动，而双刚度悬挂系统的第二元件构造成允许触摸屏相对于壳体组件在与第一方向相反的第二方向上的移动。
[0010] 在本发明的另一实施例中，该设备包括壳体组件、触摸屏、触觉致动器和至少一个双刚度悬挂系统，所述触觉致动器用于使触摸屏相对于壳体组件移动且因此向触摸屏用户提供沿设备的第一轴的触觉效果，至少一个双刚度悬挂系统将触摸屏与壳体组件耦合在一起，使得触摸屏能够相对于壳体组件移动。至少一个双刚度悬挂系统具有第一刚度的第一元件和第二刚度的第二元件，第一刚度比第二刚度硬。至少一个双刚度悬挂系统构造成由于双刚度悬挂系统的第一元件而限制触摸屏与壳体组件之间至少在第一方向上的移动，同时还构造成由于双刚度悬挂系统的第二元件而允许触摸屏相对于壳体组件在第二方向上的移动。第一方向和第二方向彼此相对且沿设备的第一轴延伸。附图说明
[0011] 本发明的前述的以及其他的特征和优点将从如附图所图示说明的本发明实施例的以下说明中变得清晰。包含在本文中且构成说明书一部分的附图进一步用来解释本发明的原理且使本领域技术人员能够实现和利用本发明。附图不是按比例。
[0012] 图1是示出用于提供触觉反馈的现有技术触觉设备的各组件的分解立体图，其中垫环用于悬挂。
[0013] 图2是用于提供触觉反馈的现有技术触觉设备的侧视图，其中弹簧用于悬挂。
[0014] 图3是根据本发明实施例的用于提供触觉反馈的触觉设备的侧剖视图，其中双刚度悬挂系统用于悬挂且该双刚度悬挂系统包括第一弹性体元件或组件和第二弹性体元件或组件。
[0015] 图3A示出了沿z轴的向下的力施加到图3的触觉设备的触摸屏上。
[0016] 图3B示出了沿z轴的向上的力施加到图3的触觉设备的触摸屏上。
[0017] 图4是图3的触觉设备的双刚度悬挂系统的第一弹性体元件的立体图，其中仅为图示说明的目的第一弹性体元件从触觉设备中移除。
[0018] 图5是图3的触觉设备的双刚度悬挂系统的第二弹性体元件的立体图，其中仅为图示说明的目的第二弹性体元件从触觉设备中移除。
[0019] 图6是根据本发明另一实施例的用于提供触觉反馈的触觉设备的侧剖视图，其中双刚度悬挂系统用于悬挂且该双刚度悬挂系统包括第一弹性体元件或组件，该第一弹性体元件或组件具有作为第二弹性体元件或组件的替代的形状或构造。
[0020] 图7是图6的触觉设备的双刚度悬挂系统的第一弹性体元件的立体图，其中仅为图示说明的目的第一弹性体元件从触觉设备中移除。
[0021] 图8是图6的触觉设备的双刚度悬挂系统的第二弹性体元件的立体图，其中仅为图示说明的目的第二弹性体元件从触觉设备中移除。
[0022] 图9是根据本发明另一实施例的用于提供触觉反馈的触觉设备的侧剖视图，其中双刚度悬挂系统用于悬挂，该双刚度悬挂系统包括第一弹性体元件或组件和第二非弹性弹簧元件或组件。
[0023] 图10是根据本发明另一实施例的用于提供触觉反馈的触觉设备的侧剖视图，其中双刚度悬挂系统用于沿x轴悬挂。
[0024] 图11是根据本发明另一实施例的用于提供触觉反馈的触觉设备的侧剖视图，其中双刚度悬挂系统用于悬挂，该双刚度悬挂系统包括第一弹性体元件或组件和第二弹性体元件或组件，其中在该实施例中触觉设备的载架不包括阱(well)或孔。
[0025] 图12和图13分别是根据本发明另一实施例的用于提供触觉反馈的触觉设备的立体图和侧剖视图，其中双刚度悬挂系统用于悬挂，该双刚度悬挂系统包括第一弹性体元件或组件和第二弹性体元件或组件，其中在该实施例中触觉设备的载架的一部分由第一和第二弹性组件夹住。
[0026] 发明详述
[0027] 现在将参考附图来描述本发明的具体实施例，其中相似的附图标记表示相同或功能上相似的元件。下面的详细说明本质上仅是示例性的，不意在限制本发明或本发明的应用和用途。虽然本发明的实施例的描述是在用于电子触摸屏的悬挂系统的背景下，但是本发明还可应用于认为有用的任何其他应用。此外，无意受在前面的技术领域、背景技术、发明概述或下面的发明详述中所提出的任何表达的或暗示的理论所限制。
[0028] 本发明的实施例涉及用于将触摸屏和触摸表面安装在壳体内的双刚度悬挂系统。下面将在触摸屏背景下描述该双刚度悬挂系统，其中图形显示器布置在触摸表面或触摸元件的后面。然而，应当理解，本发明不限于这种触摸屏的悬挂件，而是可同等适用于任何触觉激励的触摸表面或触摸元件。例如，该悬挂系统可能应用于悬挂计算机的触摸板，其中显示屏未与触摸板定位在同位置。其可以应用于悬挂具有可通过电容传感器、近场效应传感器、压电传感器或其他传感器技术产生的至少一个触摸敏感区域或触摸敏感区域阵列的触摸元件。图形元件可以是位于触摸元件后面或者位于与触摸元件分离的位置且由主计算机更新的显示器，或者其可以仅为具有表明相关触摸元件的触摸敏感区域的特征(例如，图形)的塑料表面。因此，在下面的详细说明和权利要求书中所使用的术语触摸屏应解释为包含了传统意义上的触摸屏以及可应用触觉效果的任何触摸表面或触摸元件以及相关的图形元件。
[0029] 本发明的实施例涉及具有双刚度悬挂系统的触觉设备。更具体地，图3示出了触觉设备300，其包括触摸表面或屏幕302、载架或壳体组件306、触觉致动器308和双刚度悬挂系统304A、304B，触觉致动器用于向触摸屏用户提供触觉效果，双刚度悬挂系统将触摸屏302和壳体组件306耦合在一起，使得触摸屏能够相对于壳体组件移动。载架或壳体组件306可以由诸如钢或铝的金属片或诸如聚碳酸酯或PCABS的塑料材料形成。通过本领域已知的任何适合的方式，包括但不限于螺纹紧固件、搭扣配合紧固件、压配合紧固件和粘合剂，将载架或壳体组件306与主壳体314刚性地或固定地耦合，如图3的虚线所示。主壳体314通常认为是隔室或外壳，但是可以是任何类型的基础组件。在实施例中，触觉设备300可以是具有例如七英寸触摸屏显示器的医疗设备。触觉设备300可以是具有自动接口(即，触摸屏、触摸板或触摸面板)的多种设备中的任一种，诸如例如计算机、蜂窝电话、PDA、便携式游戏设备、媒体播放器、打印机、办公室电话等。触觉致动器308与触摸屏302的底侧表面耦合，可以是多种已知的致动器类型中的任一种，包括但不限于压电致动器、音圈致动器、偏心质量致动器、E芯型致动器、螺线管、移动磁体致动器或所需的其他类型的致动器。本领域普通技术人员将理解的是，触觉致动器308的放置可与图示的不同且不限于图3所示的位置。软件用来向触觉设备300的用户提供触觉反馈。在实施例中，触摸屏302能够基于例如图形用户接口(GUI)的正运行的应用程序和/或操作系统来显示图形环境。图形环境可以包括例如背景、窗口、数据列表、光标、诸如按钮的图标以及GUI环境中公知的其他图形对象。用户通过触摸触摸屏302的各个区域来启动、移动、快速动、前进或其他方式操纵显示在屏幕上的虚拟图形对象且因此提供输入给设备而与触觉设备300交互。
这种触摸屏和GUI是公知的，如通过上文通过引用并入的授予Rosenberg等人的美国专利No.8,059,105中所例示的。虽然未示出，触觉设备300还可以包括以任意适当的方式固定到主壳体组件314上的LCD组件(未示出)，安装防尘罩(未示出)以防止灰尘侵入触摸屏
302与LCD组件之间。
这种触摸屏和GUI是公知的，如通过上文通过引用并入的授予Rosenberg等人的美国专利No.8,059,105中所例示的。虽然未示出，触觉设备300还可以包括以任意适当的方式固定到主壳体组件314上的LCD组件(未示出)，安装防尘罩(未示出)以防止灰尘侵入触摸屏
302与LCD组件之间。
[0030] 在图3的实施例中，两个分散的、但是相同的双刚度悬挂系统304A,304B将触摸屏302和壳体组件306耦合，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以使用更多的双刚度悬挂系统，或者可以使用仅一个双刚度悬挂系统。例如，在本发明的另一实施例(未示出)中，触觉设备可以包括在触摸屏302与壳体组件306之间延伸的多个分散的双刚度悬挂系统，位于按策略规划的位置上，这些位置例如但不限于触觉设备的角部和/或沿触觉设备的一个或多个边缘。在本发明的又一实施例(未示出)中，仅一个双刚度悬挂系统可以在触摸屏全部或一部分下方连续地延伸。
[0031] 触觉设备300的触摸屏302可以视为触觉触摸屏，因为其设有触觉致动器308和向致动器提供信号以使其与用户触摸相配合而诱发触摸屏302的期望运动的相关的控制硬件和软件。可以提供信号以便，例如，诱发与虚拟按钮按压或虚拟元件之间碰撞相一致的摇动，或者与虚拟元件移动通过屏幕相一致的振动，或者如上文通过引用合并的授予Rosenberg等人的美国专利No.8,059,105中更详细描述的其他类型的屏幕移动。这种触觉反馈或效果，还称为触反馈、触摸反馈和振动触反馈，允许触觉设备300的用户有更直观的、参与性的和更自然的体验，因此通过触觉效果提供的触反馈极大地增强用户与触觉设备300之间的交互。
[0032] 在该实施例中，通过致动器308产生或输出到触摸屏302上的力是线性的且沿z轴，该方向与触摸屏302的平面表面垂直或成法向。为了使用户能够感觉到致动器308所产生或输出的力，根据本发明实施例的双刚度悬挂系统安装成允许触摸屏302具有触觉反馈所需的顺从性且通过致动器308输出的力移动。然而，当用户在操作期间向触摸屏302施加力时，使得触摸屏沿着z轴移动或行进会让用户感觉到脆弱或不稳定。换言之，虽然期望触摸屏在触觉反馈期间沿着z轴移动，但是不期望在用户操作或控制触摸屏的过程中触摸屏沿着z轴移动。因此，根据本发明实施例的双刚度悬挂系统构造成或形成为在不同方向上具有不同的刚度特性。通过包括两个具有不同刚度的元件或组件，可以设计或构造悬挂系统的性能以与其所安装的系统匹配。例如，悬挂系统的刚度在不同方向上是变化的，即，在一个方向上较大而在另一方向上较小，从而允许触摸屏在期望触觉效果的方向上移动，但是在其他方向上非常有刚性。因此，根据本发明实施例的双刚度悬挂系统构造成允许触摸屏302相对于壳体组件306在第一方向上优先移动，同时限制至少在相反的第二方向上移动。本文所使用的“相反方向”包括彼此远离地延伸或朝向的一对方向，或者以彼此相隔180度的相对的方式延伸或朝向。
[0033] 更具体地，每个双刚度悬挂系统304A,304B具有第一刚度的第一元件或组件320以及第二刚度的第二元件或组件322。第一元件320的第一刚度比第二元件322的第二刚度硬或大。在一个实施例中，虽然不要求，第二元件322易于压缩或者是顺从性的。当用户在其操作过程中按压触摸屏302时，如图3A所示包括向下方向的箭头340，每个双刚度悬挂系统的较硬的第一元件320限制或抑制了触摸屏302相对于壳体组件306沿着设备的平移轴在第一方向上的移动，以使用户感觉到好像触摸屏302刚性地安装在壳体组件314内一样，在该实例中设备的平移轴是z轴。然而，反作用于致动器308所产生的力，每个双刚度悬挂系统的更顺从的第二元件322允许触摸屏302相对于壳体组件306沿着图3B所示的包含向上方向箭头342的z轴在第二或相反方向上的移动。因此，根据本发明实施例的双刚度悬挂系统在相反的致动方向上具有不同的刚度，从而限制在特定的或第一方向上的移动或行进，同时仍允许在第二或相反方向上移动。虽然双刚度悬挂系统304A,304B构造成允许沿z轴优先移动，这种双刚度悬挂系统可构造成允许在其他致动方向上优先移动，例如沿x轴或y轴，如本文中结合图10更详细论述的。
[0034] 参考图4和图5，它们示出了从触觉设备300移除的双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件320和第二元件322的立体图，第一元件320和第二元件322是圆筒状或管状组件，其分别限定了贯通的管腔或通道321、323。圆筒状或管状的组件可以具有平坦的顶面和底面，或者可以具有类似于环状O型圈的圆整的顶面和底面。虽然显示为限定了圆形的管腔或通道321、323，第一元件和第二元件可以具有可替代的截面形状。例如，在另一实施例(未示出)中，第一元件和第二元件可以是具有星形截面挤出形状的O型圈，或者是可以改变总体顺从性的任意截面形状。第一元件320和第二元件322具有相同的构造或形状，并且均由弹性体材料形成，诸如但不限于硅酮橡胶、天然橡胶和热塑性弹性体(TPE)，硬度计硬度在10肖氏A至95肖氏A的范围内。在一个实施例中，第一元件320和第二元件322由相同的弹性体材料形成，但是具有不同的硬度计硬度，使得第一元件320的第一刚度比第二元件322的第二刚度硬或大。在另一实施例中，第一元件320和第二元件322由具有不同硬度计硬度的不同弹性体材料形成，使得第一元件320的第一刚度比第二元件322的第二刚度硬或大。例如，在本发明的一个实施例中，第一元件320为肖氏50丁腈橡胶O型圈，而第二元件322为肖氏20硅酮弹性体O型圈。
[0035] 除了允许触摸屏302相对于壳体组件306在第一方向上优先移动同时限制至少在相反的第二方向上移动之外，双刚度悬挂系统304A,304B的弹性体组件提供了防水的附加益处，而不需要附加的零件或垫圈。更具体地，一个或多个防水垫圈通常包含在触摸屏302与壳体组件306之间以防止触觉设备300外部的水或其他液体渗入触觉设备的内部以及可能损坏容纳在其中的电子组件。这种防水垫圈通常位于触摸屏302与壳体组件306之间的空隙区域344中。然而，由弹性体材料形成的第一组件320充当防水垫圈，因此不需要附加的零件或组件，从而减少触觉设备300所需的总零件数。
[0036] 每个双刚度悬挂系统304A,304B通过支撑架或保持架324安装在触摸屏302与壳体组件306之间。每个支撑架324包括圆柱形的柱或杆326和基板328。柱326的第一端与触摸屏302的底侧表面耦合，并且基板328与柱326的第二端耦合。柱326定尺寸为通过第一元件320和第二元件322的各自的管腔321、323以及通过延伸贯通壳体组件306的通道或管腔334定位。柱326的外径等于或仅略小于第一元件320和第二元件322的各自的管腔321、323的直径以及延伸贯通壳体组件306的管腔334的直径。当组装时，双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件320和第二元件322分别定位在每个支撑架324的柱326上方，双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件或组件320在触摸屏302与壳体组件306的一部分之间延伸或夹在触摸屏302与壳体组件306的一部分之间，双刚度悬挂系统304A,304B的第二元件或组件322在壳体组件306的一部分与基板328之间延伸或夹在壳体组件306的一部分与基板328之间。不要求第一元件320和第二元件322附着或固定到触觉设备的任何其他组件，相反定位在或夹在触摸屏与壳体组件之间或定位在或夹在壳体组件与基板之间。在本发明的另一实施例中，第一元件320和第二元件322中的每一个的一个表面可以附着或固定到触觉设备的相邻组件。
[0037] 由于柱326通过壳体组件306的通道或管腔334延伸或定位，基本上不容许或者限制触摸屏302沿x轴以及沿y轴的从一边到另一边的移动。另外，双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件320由足够硬质的材料形成，使得还限制触摸屏302沿z轴(即与触觉设备300和触摸屏302垂直)的向下移动。在其一个实施例中，限制或抑制触摸屏302沿z轴的向下移动不如沿x轴以及沿y轴的运动被限制的那样多。触摸屏302沿着z轴的向下移动仅被限制或抑制到足以不会有在按压时好像触摸屏在移动的感觉的程度，但是在触觉效果振动期间容许或允许该向下移动。因此，当用户沿着任意方向上的x轴、任意方向上的y轴和/或沿向下方向的z轴对触摸屏302施力时，双刚度悬挂系统304A、304B不允许触摸屏302在这些方向上移动，因此用户会感觉到好像触摸屏302刚性地安装在触觉设备
300的主壳体314内一样。然而，当致动器308输出沿z轴的力时，双刚度悬挂系统304A、
304B的第二元件322由足够柔顺的材料形成，而使得允许触摸屏302沿z轴向上移动且在一些实施例中还允许触摸屏302沿z轴向下移动从而向用户提供触觉效果。因此，双刚度悬挂系统304A、304B的第二元件322允许用户感觉到致动器308所产生的振动、摇动和类似的触反馈，而双刚度悬挂系统304A、304B的第一元件320在用户操作过程中提供触摸屏
302的稳定性。
300的主壳体314内一样。然而，当致动器308输出沿z轴的力时，双刚度悬挂系统304A、
304B的第二元件322由足够柔顺的材料形成，而使得允许触摸屏302沿z轴向上移动且在一些实施例中还允许触摸屏302沿z轴向下移动从而向用户提供触觉效果。因此，双刚度悬挂系统304A、304B的第二元件322允许用户感觉到致动器308所产生的振动、摇动和类似的触反馈，而双刚度悬挂系统304A、304B的第一元件320在用户操作过程中提供触摸屏
302的稳定性。
[0038] 除了如上所示的限制触摸屏302沿着x轴和y轴的移动之外，在图3的实施例中，载架或壳体组件306的几何结构或构造还限制在向上的方向上沿z轴的过度移动或行进。更特别地，如上所述，双刚度悬挂系统304A、304B的第二元件322由足够顺从的材料形成而使得容许触摸屏302沿着z轴向上移动从而当致动器308沿z轴输出力时向用户提供触觉效果。然而，可能期望限制或抑制触摸屏302沿着z轴的过度的向上移动。在图3的实施例中，载架或壳体组件306定形或构造成使得双刚度悬挂系统304A、304B的第二元件322容纳在由壳体组件306的侧壁延伸件332限定的阱或孔330内。重要地，参考图3B，该图示出了通过致动器308在如方向箭头342所示的向上方向上沿z轴所施加的力而允许触摸屏
302向上移动，当由于触摸屏302向上移动而压缩或压扁第二弹性体元件322时第二弹性体元件322沿径向扩展。壳体组件306的侧壁延伸件332径向地围绕每个第二弹性体元件，因此当致动器308沿z轴输出力时限制了其轴向压缩和径向扩展的量。当每个第二弹性体元件332被压缩在阱或孔330内时，壳体组件306的侧壁延伸件332的较硬的材料将限制或阻止第二弹性体元件332沿径向方向的过度压缩，从而限制触摸屏302沿z轴的向上方向的过度移动或行进。换言之，如果触觉设备300的移动结构曾经导致第二弹性体元件332在向上方向上沿z轴达到最大挠度(deflection)，则壳体组件306的侧壁延伸件332充当对于触摸屏302的硬止挡件，即，物理止动件。可以通过改变在第二弹性体元件和侧壁延伸件332之间所容许的距离或空间来选择对于过度移动或行进的限制量或限制程度。
302向上移动，当由于触摸屏302向上移动而压缩或压扁第二弹性体元件322时第二弹性体元件322沿径向扩展。壳体组件306的侧壁延伸件332径向地围绕每个第二弹性体元件，因此当致动器308沿z轴输出力时限制了其轴向压缩和径向扩展的量。当每个第二弹性体元件332被压缩在阱或孔330内时，壳体组件306的侧壁延伸件332的较硬的材料将限制或阻止第二弹性体元件332沿径向方向的过度压缩，从而限制触摸屏302沿z轴的向上方向的过度移动或行进。换言之，如果触觉设备300的移动结构曾经导致第二弹性体元件332在向上方向上沿z轴达到最大挠度(deflection)，则壳体组件306的侧壁延伸件332充当对于触摸屏302的硬止挡件，即，物理止动件。可以通过改变在第二弹性体元件和侧壁延伸件332之间所容许的距离或空间来选择对于过度移动或行进的限制量或限制程度。
[0039] 如上所述，双刚度悬挂系统的第一元件和第二元件可以由具有不同硬度计硬度的弹性体材料形成，使得第一元件的第一刚度比第二元件的第二刚度硬或大。然而，在其另一实施例中，双刚度悬挂系统的第一和第二弹性体元件可以具有不同的形状或构造，使得第一元件的第一刚度比第二元件的第二刚度硬或大。换言之，改变双刚度悬挂系统的元件之一的几何结构或形状可以改变该元件沿特定轴的刚度。更特别地，图6示出了触觉设备600，包括触摸表面或触摸屏602、载架或壳体组件606、用于向触摸屏用户提供触觉效果的触觉致动器608以及将触摸屏602与壳体组件606耦合在一起而使得触摸屏能够相对于壳体组件移动的双刚度悬挂系统604A,604B。虽然没有示出，本领域普通技术人员将理解的是，载架或壳体组件606与如图所示以及在图3的实施例中描述的主壳体(未示出)刚性地或固定地耦合。
[0040] 除了其中组件的至少部分具有不同的形状或构造从而提供具有在相反的致动方向上具有不同刚度的两个元件或组件的触觉设备600从而限制触摸屏602相对于壳体组件606在特定的或第一方向上移动或行进而仍允许在第二或相反方向上移动之外，双刚度悬挂系统604A,604B操作类似于上述的双刚度悬挂系统304A,304B。更特别地，每个双刚度悬挂系统604A,604B具有第一刚度的第一元件或组件620以及第二刚度的第二元件或组件
622。第一元件620的第一刚度比易于压缩或顺从的第二元件622的第二刚度硬或大。当用户在操作期间按压触摸屏602时，每个双刚度悬挂系统的较硬的第一元件620限制了触摸屏602相对于壳体组件606沿设备的平移轴在第一方向上的移动，使得用户感觉到好像触摸屏602刚性地安装在主壳体组件内一样，在该实例中设备的平移轴是z轴。然而，反作用于致动器608所产生的力，每个双刚度悬挂系统的更顺从的第二元件622允许触摸屏602相对于壳体组件606沿z轴在第二或相反的方向上移动。
622。第一元件620的第一刚度比易于压缩或顺从的第二元件622的第二刚度硬或大。当用户在操作期间按压触摸屏602时，每个双刚度悬挂系统的较硬的第一元件620限制了触摸屏602相对于壳体组件606沿设备的平移轴在第一方向上的移动，使得用户感觉到好像触摸屏602刚性地安装在主壳体组件内一样，在该实例中设备的平移轴是z轴。然而，反作用于致动器608所产生的力，每个双刚度悬挂系统的更顺从的第二元件622允许触摸屏602相对于壳体组件606沿z轴在第二或相反的方向上移动。
[0041] 图7和图8示出了从触觉设备600移除的双刚度悬挂系统604A,604B的第一元件620和第二元件622的立体图。不同于之前的图3的实施例，第一元件620和第二元件622具有不同的形状和构造从而改变其刚度。第一元件620类似于第一元件320且为限定了贯通其中的管腔或通道621的圆筒状或管状的组件。第二元件622也限定了贯通其中的管腔或通道623，但是第二元件622包括截头锥形部分838，其改变了其刚度使得第二元件622不如第一元件620硬。第一元件620和第二元件622均由诸如但不限于硅酮橡胶、天然橡胶和热塑性弹性体(TPE)的弹性材料形成，应当在10肖氏A至95肖氏A的范围内。在该实施例中，由于第一元件和第二元件的不同的刚度是由于其不同的形状或构造而产生的，所以第一元件620和第二元件622可以由具有相同硬度计硬度的相同的弹性材料形成。可替代地，第一元件620和第二元件622可以由不同的弹性材料形成。另外，第二元件622的部分838可以具有除了截头锥形之外的形状或构造从而改变其刚度。例如，第二元件622的部分838可以是椭圆形、碗形、金字塔形，或者具有沿贯通其中的水平线截取的减小表面积的任何其他构造。
[0042] 在另一实施例中，双刚度悬挂系统的第一元件和第二元件中的一个或两个可以是非弹性体的弹簧组件，从而将第一元件的第一刚度构造成比第二元件的第二刚度更硬或更大。更特别地，图9示出了触觉设备900，其包括触摸表面或触摸屏902、载架或壳体组件906、用于向触摸屏用户提供触觉效果的触觉致动器908以及将触摸屏902和壳体组件906耦合在一起而使得触摸屏能够相对于壳体组件移动的双刚度悬挂系统904A,904B。虽然没有示出，本领域普通技术人员将理解的是，载架或壳体组件906如图所示且如图3的实施例中所描述的那样刚性地或固定地与主壳体(未示出)耦合。
[0043] 除了元件中至少一个是非弹性体弹簧组件从而提供具有在相反的致动方向上具有不同刚度的两个元件或组件的触觉设备900从而限制触摸屏902相对于壳体组件906在特定的或第一方向上移动或行进而仍允许在第二或相反方向上移动之外，双刚度悬挂系统904A,904B操作类似于上述的双刚度悬挂系统304A,304B。更特别地，每个双刚度悬挂系统
904A,904B具有第一刚度的第一弹性体元件或组件920以及第二刚度的第二非弹性体弹簧元件或组件922。第一元件902的第一刚度比易于压缩或顺从的第二元件922的第二刚度更硬或更大。当在操作过程中用户按压触摸屏902时，每个双刚度悬挂系统的较硬的第一元件920限制或抑制触摸屏902相对于壳体组件906沿着设备的平移轴在第一方向上的移动，使得用户感觉到好像触摸屏902刚性地安装在主壳体组件内一样，在该示例中设备的平移轴为z轴。然而，反作用于致动器908所产生的力，每个双刚度悬挂系统的更顺从的第二元件922允许触摸屏902相对于壳体组件906沿z轴在第二或相反方向上移动。
904A,904B具有第一刚度的第一弹性体元件或组件920以及第二刚度的第二非弹性体弹簧元件或组件922。第一元件902的第一刚度比易于压缩或顺从的第二元件922的第二刚度更硬或更大。当在操作过程中用户按压触摸屏902时，每个双刚度悬挂系统的较硬的第一元件920限制或抑制触摸屏902相对于壳体组件906沿着设备的平移轴在第一方向上的移动，使得用户感觉到好像触摸屏902刚性地安装在主壳体组件内一样，在该示例中设备的平移轴为z轴。然而，反作用于致动器908所产生的力，每个双刚度悬挂系统的更顺从的第二元件922允许触摸屏902相对于壳体组件906沿z轴在第二或相反方向上移动。
[0044] 第一弹性体元件920类似于第一元件320且为圆筒状或管状组件，其限定了贯通其中的管腔或通道(图9中未示出)。在图9的实施例中，第二元件922是螺旋形或盘绕型弹簧元件，其也限定了贯通其中的管腔或通道(图9中没有显示)。第二元件922的螺旋形或盘绕型弹簧元件不如第一弹性体元件920那样硬，或者比第一弹性体元件920更顺从。如本领域普通技术人员将理解的是，可以使用除了螺旋形或盘绕型元件之外的其他非弹性体弹簧元件作为第二元件922。例如，第二非弹性弹簧元件922可是不如第一弹性体元件920硬或者比第一弹性体元件920更顺从的屈曲件或板簧。另外，在其另一实施例(未示出)中，双刚度悬挂系统的第一元件可以替换成不同的弹簧元件，即螺旋形或盘绕型弹簧元件或板簧元件，其比双刚度悬挂系统的第二元件更硬，其可以是顺从性的弹性体、螺旋形或盘绕型的弹簧元件或板簧元件。重要的是，双刚度悬挂系统的一个或两个元件可以是任意类型的弹簧元件，包括但不限于弹性体、螺旋形或盘绕型弹簧、板簧、片簧、波形垫圈、卡扣圆顶弹簧，只要两个元件或组件在相反的致动方向上具有不同的刚度从而抑制触摸屏相对于壳体组件在特定的或第一方向上的移动或行进而仍允许在第二或相反的方向上的移动即可。
[0045] 除了改变双刚度悬挂系统中所使用的弹簧元件的类型之外，双刚度悬挂系统可构造成允许在除了沿z轴之外的致动方向上优先移动。更特别地，图10示出了触觉设备1000，包括触摸表面或触摸屏1002、载架或壳体组件1006、用于向触摸屏用户提供触觉效果的触觉致动器1008以及将触摸屏1002和壳体组件1006耦合在一起而使得触摸屏能够相对于壳体组件移动的双刚度悬挂系统1004A,1004B。虽然没有显示，本领域普通技术人员将理解的是，载架或壳体组件1006刚性地或者固定地与主壳体1014耦合，如图10的虚线所示。在该实施例中，通过致动器1008产生的或者输出到触摸屏1002上的力是线性的且沿x轴，平行于触摸屏1002的平面表面。
[0046] 除了悬挂系统定向成限制触摸屏1002相对于壳体组件1006沿x轴在特定的或第一方向上的移动或行进而仍允许沿x轴在第二或相反方向上的移动之外，双刚度悬挂系统1004A,1004B第一元件1020和第二元件1022类似于双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件320和第二元件322。更特别地，每个双刚度悬挂系统1004A,1004B具有第一刚度的第一元件或组件1020以及第二刚度的第二元件或组件1022。第一元件1020的第一刚度比易于压缩或顺从的第二元件1022的第二刚度更硬或更大。值得注意的是，当沿着x轴而不是沿z轴定向悬挂系统时，双刚度悬挂系统1004A,1004B的第一元件和第二元件的位置相对于彼此交换。更特别地，双刚度悬挂系统1004A的较硬的第一元件1020在触摸屏1002与壳体组件1006之间延伸，而双刚度悬挂系统1004B的较硬的第一元件1020在壳体组件1006与其支撑架的基板之间延伸。类似地，双刚度悬挂系统1004A的较不硬的第二元件1022在壳体组件1006与其支撑架的基板之间延伸，而双刚度悬挂系统1004B的较不硬的第二元件
1022在触摸屏1002与壳体组件1006之间延伸。因此，如果系统定向为从左到右，则每个悬挂元件的右侧元件相同，每个悬挂元件的左侧元件相同。因此，当在操作期间用户沿x轴对触摸屏1002施加从一边到另一边的力时，例如通过对触摸屏1002施加滑动移动，双刚度悬挂系统1004A,1004B的较硬的第一元件1020协同工作以限制或抑制触摸屏1002相对于壳体组件1006沿设备的平移轴在第一方向上移动，在该实例中设备的平移轴是x轴。然而，反作用于致动器1008沿x轴所产生的力，双刚度悬挂系统1004A,1004B的更顺从的第二元件1022协调工作而允许触摸屏1002相对于壳体组件1006沿x轴在第二或相反方向上移动。虽然此处没有示出，双刚度悬挂系统同样可以构造成允许沿y轴优先移动。
1022在触摸屏1002与壳体组件1006之间延伸。因此，如果系统定向为从左到右，则每个悬挂元件的右侧元件相同，每个悬挂元件的左侧元件相同。因此，当在操作期间用户沿x轴对触摸屏1002施加从一边到另一边的力时，例如通过对触摸屏1002施加滑动移动，双刚度悬挂系统1004A,1004B的较硬的第一元件1020协同工作以限制或抑制触摸屏1002相对于壳体组件1006沿设备的平移轴在第一方向上移动，在该实例中设备的平移轴是x轴。然而，反作用于致动器1008沿x轴所产生的力，双刚度悬挂系统1004A,1004B的更顺从的第二元件1022协调工作而允许触摸屏1002相对于壳体组件1006沿x轴在第二或相反方向上移动。虽然此处没有示出，双刚度悬挂系统同样可以构造成允许沿y轴优先移动。
[0047] 虽然上文已经描述了各个实施例，应当理解的是，这些实施例仅是作为本发明的例示和实例而提供的，不是为了限制。相关领域技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种形式上和细节上的改变。
[0048] 例如，不要求壳体组件或载架定形或构造成使得双刚度悬挂系统的元件容纳在由其侧壁延伸件限定的阱或孔内。不需要这种限制或抑制悬挂系统的过度移动的阱或孔，诸如图11的实施例所示，其包括触觉设备1100，该触觉设备1100包括触摸表面或触摸屏1102、载架或壳体组件1106、用于向触摸屏用户提供触觉效果的触觉致动器1108以及将触摸屏1102与壳体组件1106耦合在一起而使得触摸屏能够相对于壳体组件移动的双刚度悬挂系统1104A,1104B。双刚度悬挂系统1104A,1104B的第一元件1120和第二元件1122与双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件320和第二元件322相同。此外，除了载架或壳体组件1106不包括限定了用于容纳双刚度悬挂系统1104A,1104B的第二或更顺从的元件1122的阱或孔的侧壁延伸件之外，触觉设备1100与触觉设备300相同。
[0049] 另外，根据本文所图示的实施例的双刚度悬挂系统可以通过除了上文图示的方式之外的其他方式来与主壳体耦合。例如，图12和图13示出了触觉设备1200，包括触摸表面或触摸屏1202、载架或壳体组件1206，以及将触摸屏1202和壳体组件1206耦合在一起而使得触摸屏能够相对于壳体组件移动的双刚度悬挂系统1204A,1204B。双刚度悬挂系统1204A,1204B的第一元件1220和第二元件1222与双刚度悬挂系统304A,304B的第一元件320和第二元件322相同。此外，除了载架或壳体组件1206具有不同的形状或构造且触觉设备1200不包括具有如上文参考图3所描述的用于将双刚度悬挂系统与触摸屏耦合的柱和基板的支撑架之外，触觉设备1200类似于触觉设备300。更特别地，壳体组件1206包括L形支架1246，其在两相对的边缘上与壳体组件耦合或一体地形成。双刚度悬挂系统
1204A,1204B的第一元件1220和第二元件1222夹住L形支架1246的平面部分1248。换言之，较硬的第一元件1220布置在L形支架1246的平面部分1248的下方或下面，顺从的第二元件1222布置在L形支架1246的平面部分1248的上方或上面。
1204A,1204B的第一元件1220和第二元件1222夹住L形支架1246的平面部分1248。换言之，较硬的第一元件1220布置在L形支架1246的平面部分1248的下方或下面，顺从的第二元件1222布置在L形支架1246的平面部分1248的上方或上面。
[0050] 因此，本发明的广度和范围不应受上述任意示例性实施例限制，而是应当仅由随附的权利要求书及其等同内容限定。还应理解的是，本文所论述的以及本文所引用的各参考文献中的各个实施例的各个特征能够与任意其他实施例的特征组合使用。本文所论述的所有专利和公开的全文均通过引用合并于本文中。
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