CN113589922B - 一种大行程弹片结构的触觉执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种大行程弹片结构的触觉执行器；包括外壳，呈壳体结构；弹片，包括外条形段、内条形段和连接段；两个外条形段和两个内条形段的两端分别与两个连接段固定连接，两个内条形段设在两个外条形段之间；外条形段和内条形段均呈“C”字型；两个外条形段固定设置在外壳内；振动机构，包括托块和主磁体；托块固定设置在两个内条形段上，主磁体固定设置在托块上；两个线圈，固定安装在外壳内，且分别设置在主磁体的两侧；两个线圈通电后产生的磁性相反；线路板，用于在收到屏幕的信号时，将交流电通向两个线圈。本发明的目的就是提供一种大行程弹片结构的触觉执行器，通过振动明确告诉操作者操作指令已完成。

Description

一种大行程弹片结构的触觉执行器

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种大行程弹片结构的触觉执行器。

背景技术

由于显示屏的虚拟按钮、旋钮能够将控制动作进行集中、统一化的处理，而且相对于传统的实体按钮、旋钮，显示屏的虚拟按钮、旋钮能更加节省安装空间，因此虚拟按钮、旋钮已经在工业、汽车等许多领域中取代了传统的实体按钮、旋钮。但不同于实体按钮、旋钮有着明显的操作手感，虚拟的按钮、旋钮并不能给操作者的手指带来任何感觉，对于操作者而言，无法明确自己是否已经控制虚拟按钮、旋钮执行了动作，因此需要操作者的手指在按压在屏幕的时候，需要产生一个反馈信号，来告诉操作者操作指令是否执行。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种大行程弹片结构的触觉执行器，在操作者的手指按压屏幕时产生振动，从而明确告诉操作者操作指令已完成。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种大行程弹片结构的触觉执行器，在操作者的手指按压屏幕时产生振动，从而明确告诉操作者操作指令已完成。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

包括：外壳，呈内部为空腔的壳体结构；

弹片，固定设置在所述外壳内；所述弹片包括两个外条形段、两个内条形段和两个连接段；两个所述外条形段的两端分别与两个所述连接段固定连接，两个所述内条形段的两端分别与两个所述连接段固定连接，两个所述内条形段设置在两个所述外条形段之间；所述外条形段和所述内条形段截面均呈“C”字型；两个所述外条形段固定设置在所述外壳内；

振动机构，固定设置在两个所述内条形段上；振动结构包括托块和主磁体；所述托块固定设置在两个所述内条形段上，所述主磁体固定设置在所述托块上；

两个线圈，固定安装在所述外壳内，且分别设置在所述主磁体的两侧，用于通过吸引和排斥所述主磁体使所述振动机构产生运动；两个所述线圈通电后产生的磁性相反；

线路板，与屏幕、交流电和两个所述线圈电连接，用于在收到屏幕的信号时，将交流电通向两个所述线圈。

进一步地，所述内条形段的两端设置有弯折段，用于增加所述内条形段的长度。

进一步地，所述弯折段均向两个所述内条形段之间进行弯折。

进一步地，所述弹片上还设置有加强板，所述加强板的两侧分别与两个所述内条形段的中间段固定连接，所述振动机构固定设置在所述加强板上。

进一步地，所述弹片由单个金属片冲压成型，形成一体结构。

进一步地，所述振动机构还包括两个副磁体，两个所述副磁体固定设置在所述托块上，且两个所述副磁体分别设置在所述主磁体运动方向的两侧；所述副磁体的磁性与所述主磁体相反。

进一步地，两个所述副磁体之间的距离大于两个所述线圈之间的距离。

进一步地，所述托块包括磁碗、甩块和托盖；所述甩块设置在所述磁碗内部；所述托盖抵接所述甩块顶端，并与所述磁碗固定连接。

进一步地，所述托盖的外侧向所述甩块方向延伸，且抵住所述甩块的侧面。

进一步地，所述外壳上设置有若干个下凹处，所述下凹处向所述外壳内部弯折并形成固定面，两个所述外条形段与所述固定面固定连接。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

设计的一种大行程弹片结构的触觉执行器，在人的手指触碰到屏幕后屏幕会产生信号，线路板收到信号将交流电通向两个线圈，使两个线圈产生相反且不断变换方向的磁性，从而使设置有主磁体的振动机构产生大行程的来回往复运动，并带动弹片产生大幅度的变形，从而触觉执行器整体产生振动，明确告诉操作者操作指令已完成；通过在内条形段上设置弯折段，使内条形段的长度大于外条形段，内条形段相对于外条形段更容易产生变形，在振动机构运动时内条形段与外条形段的变形程度不一致，使产生的振动更大；通过设置副磁体，增大振动机构的磁场强度和密度，从而增加线圈磁性对振动机构的力的作用，使振动机构的运动幅度加大，从而加大整体的振动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中大行程弹片结构的触觉执行器的结构***图；

图2为本发明实施例中弹片的结构示意图；

图3为本发明实施例中振动机构的结构***图；

图4为本发明实施例中外壳的结构示意图；

图5为本发明实施例中大行程弹片结构的触觉执行器的线圈第一状态的原理示意图；

图6为本发明实施例中大行程弹片结构的触觉执行器的线圈第二状态的原理示意图；

附图标记：外壳1、下凹处11、固定面12、弹片2、外条形段21、内条形段22、弯折段221、连接段23、加强板24、振动机构3、托块31、磁碗311、甩块312、托盖313、主磁体32、副磁体33、线圈4、线路板5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种大行程弹片结构的触觉执行器，如图1~4所示，包括：外壳1，呈内部为空腔的壳体结构；

弹片2，固定设置在外壳1内；弹片2包括两个外条形段21、两个内条形段22和两个连接段23；两个外条形段21的两端分别与两个连接段23固定连接，两个内条形段22的两端分别与两个连接段23固定连接，两个内条形段22设置在两个外条形段21之间；外条形段21和内条形段22截面均呈“C”字型；两个外条形段21固定设置在外壳1内；

振动机构3，固定设置在两个内条形段22上；振动结构包括托块31和主磁体32；托块31固定设置在两个内条形段22上，主磁体32固定设置在托块31上；

两个线圈4，固定安装在外壳1内，且分别设置在主磁体32的两侧，用于通过吸引和排斥主磁体32使振动机构3产生运动；两个线圈4通电后产生的磁性相反；

线路板5，与屏幕、交流电和两个线圈4电连接，用于在收到屏幕的信号时，将交流电通向两个线圈4。

本触觉执行器的具体工作过程如下：操作员在触碰屏幕时，屏幕会产生信号并传输给线路板5，线路板5在接收到信号时将交流电通向两个线圈4，使两个线圈4产生不断变换的磁性，从而对振动机构3的主磁体32产生力的作用带动振动机构3做往复运动，振动机构3带动弹片2的内条形段22不断产生弹性形变，将振动通过弹片2传递至外壳1上，外壳1可以之间安装在屏幕背面或屏幕的固定装置上，使外壳1产生的振动直接带动屏幕振动，操作者可以明确知道操作指令已完成；为了防止振动破坏屏幕，外壳1也可以独立设置，操作员可以通过直接触摸外壳1进行判断。当操作员的手指从屏幕上离开后，屏幕停止给线路板5传输信息，此时线路板5会停止向两个线圈4通交流电，线圈4失去磁性，振动机构3停止运动，此时触觉执行器不会再振动，操作者可以明确知道手指已离开屏幕。

两个线圈4带动振动机构3做往复运动的原理如下：如图5所示，为第一状态，一个线圈4的上端为S极、下端为N极，另一个线圈4的磁性相反，则主磁体32的S极在两个磁场作用下向图示左侧方向产生移动；由于两个线圈4通的是交流电，因此在一段时间后电流方向会产生变化，使两个线圈4进入如图6所示的第二状态，此时一个线圈4的上端为N极、下端为S极，另一个线圈4的磁性相反，则主磁体32的S极在两个磁场作用下向图示右侧方向产生移动；交流电会持续改变电流方向，因此两个线圈4会在第一状态和第二状态之间不停变换，使主磁体32产生往复运动，从而带动振动机构3整体进行往复运动。这里需要指出的是，主磁体32的上端也可以是N极，此时主磁体32在第一状态和第二状态的运动方向与上述描述的方向相反。

为了增加振动幅度是操作者的感受更加明显，如图2所示，内条形段22的两端设置有弯折段221，用于增加内条形段22的长度，使内条形段22的长度大于外条形段21，内条形段22相比外条形段21更容易产生形变，当振动机构3运动时，易产生形变的内条形段22可以增大振动机构3的运动行程，同时内条形段22与外条形段21的形变程度不一致，使弹片2整体的晃动幅度增加，从而增加振动幅度。进一步地，弯折段221均向两个内条形段22之间进行弯折，使两个内条形段22的两端形成中间窄上下两边宽的腰形结构，当振动机构3运动时，两个内条形段22之间就可以产生一定的扭转，从而进一步增加振动幅度。

由于两个内条形段22会经常产生变形，为了避免内条形段22与振动机构3的连接处因变形而被破坏，如图2所示，弹片2上还设置有加强板24，加强板24的两侧分别与两个内条形段22的中间段固定连接，振动机构3固定设置在加强板24上，加强板24可以在不影响两个内条形段22两端变形的情况下减少两个内条形段22的中间段的变形程度，从而避免振动机构3与内条形段22脱离。

若弹片2为多个零件拼接而成，由于外条形段21和内条形段22会经常产生变形，其连接处极易断裂，为了提高弹片2的可靠性，如图2所示，弹片2由单个金属片冲压成型，形成一体结构。

为了再进一步增加振动幅度是操作者的感受更加明显，如图3所示，振动机构3还包括两个副磁体33，两个副磁体33固定设置在托块31上，且两个副磁体33分别设置在主磁体32运动方向的两侧；副磁体33的磁性与主磁体32相反，副磁体33的磁场可以与主磁体32的磁场相叠加，提升振动机构3整体的磁场强度和密度，则振动机构3整体所受到的线圈4的磁场力就会增加，使振动机构3的运动幅度增加，从而增加振动幅度。优选地，两个副磁体33之间的距离大于两个线圈4之间的距离，如图5所示，在第一状态时，图示左侧的副磁体33的N极会被图示左侧的线圈4的N极向左排斥，图示右侧的副磁体33的N极会被图示右侧的线圈4的S极向左吸引，从而使振动机构3向左运动的受力增加，从而使振动机构3能有更大的运动行程；同理，如图6所示，在第二状态时，两个线圈4会分别对副磁体33均产生向右的力，从而使振动机构3能有更大的运动行程，第一状态与第二状态组合后，振动机构3就获得了更大的往复运动幅度，最终增加了触觉执行器的振动幅度。

为了控制振动机构3的惯性，如图3所示，托块31包括磁碗311、甩块312和托盖313；甩块312设置在磁碗311内部；托盖313抵接甩块312顶端，并与磁碗311固定连接。甩块312可以根据实际需要进行重量和数量的调整，使振动机构3整体的质量可以调整，当甩块312的质量增加、数量增多，则振动机构3的质量增加，振动机构3的惯性增大，使振动机构3往复运动能力减小，触觉执行器的振动幅度减小；当甩块312的质量减小、数量减少，则振动机构3的质量减小，振动机构3的惯性减小，使振动机构3往复运动能力增大，触觉执行器的振动幅度增大。

为了防止甩块312脱落，如图3所示，托盖313的外侧向甩块312方向延伸，且抵住甩块312的侧面。

为了避免振动机构3的运动和弹片2的形变被外壳1的内壁影响，如图4所示，外壳1上设置有若干个下凹处11，下凹处11向外壳1内部弯折并形成固定面12，两个外条形段21与固定面12固定连接。下凹处11的固定面12将振动机构3和弹片2抬起，有效减小了振动机构3和弹片2其他部位与外壳1内壁干涉的可能性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，包括；

外壳（1），呈内部为空腔的壳体结构；

弹片（2），固定设置在所述外壳（1）内；所述弹片（2）包括两个外条形段（21）、两个内条形段（22）和两个连接段（23）；两个所述外条形段（21）的两端分别与两个所述连接段（23）固定连接，两个所述内条形段（22）的两端分别与两个所述连接段（23）固定连接，两个所述内条形段（22）设置在两个所述外条形段（21）之间；所述外条形段（21）和所述内条形段（22）截面均呈“C”字型；两个所述外条形段（21）固定设置在所述外壳（1）内；所述内条形段（22）的两端设置有弯折段（221），用于增加所述内条形段（22）的长度；所述弹片（2）上还设置有加强板（24），所述加强板（24）的两侧分别与两个所述内条形段（22）的中间段固定连接；所述弹片（2）由单个金属片冲压成型，形成一体结构；

振动机构（3），固定设置在两个所述内条形段（22）上；振动结构包括托块（31）和主磁体（32）；所述托块（31）固定设置在两个所述内条形段（22）上，所述主磁体（32）固定设置在所述托块（31）上；所述振动机构（3）固定设置在所述加强板（24）上；

两个线圈（4），固定安装在所述外壳（1）内，且分别设置在所述主磁体（32）的两侧，用于通过吸引和排斥所述主磁体（32）使所述振动机构（3）产生运动；两个所述线圈（4）通电后产生的磁性相反；

线路板（5），与屏幕、交流电和两个所述线圈（4）电连接，用于在收到屏幕的信号时，将交流电通向两个所述线圈（4）。

2.根据权利要求1所述的大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，所述弯折段（221）均向两个所述内条形段（22）之间进行弯折。

3.根据权利要求1所述的大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，所述振动机构（3）还包括两个副磁体（33），两个所述副磁体（33）固定设置在所述托块（31）上，且两个所述副磁体（33）分别设置在所述主磁体（32）运动方向的两侧；所述副磁体（33）的磁性与所述主磁体（32）相反。

4.根据权利要求3所述的大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，两个所述副磁体（33）之间的距离大于两个所述线圈（4）之间的距离。

5.根据权利要求1所述的大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，所述托块（31）包括磁碗（311）、甩块（312）和托盖（313）；所述甩块（312）设置在所述磁碗（311）内部；所述托盖（313）抵接所述甩块（312）顶端，并与所述磁碗（311）固定连接。

6.根据权利要求5所述的大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，所述托盖（313）的外侧向所述甩块（312）方向延伸，且抵住所述甩块（312）的侧面。

7.根据权利要求1所述的大行程弹片结构的触觉执行器，其特征在于，所述外壳（1）上设置有若干个下凹处（11），所述下凹处（11）向所述外壳（1）内部弯折并形成固定面（12），两个所述外条形段（21）与所述固定面（12）固定连接。