一种智能终端的触觉振动控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及触觉反馈技术领域，特别涉及一种智能终端的触觉振动控制系统和方 法。
【背景技术】
[0002] 多年以来，通信和媒体技术领域对视觉和听觉两种信息的接收通道进行了充分的 探索和利用，虽然触觉在虚拟现实和游戏特效等领域有应用，如应用在远程或间接操控、利 用游戏手柄的振动模拟射击、爆炸等场景，但直到近几年，才开始进一步挖掘触觉的信息通 道。
[0003] 线性谐振致动器是一种质量块加载在弹簧上的电磁系统，存在固有或自然谐振频 率，而且通常是高品质因子系统，因此当输入的驱动电信号停止后，系统的震荡响应不会立 刻消失而是逐渐减弱，这种残余振动会持续一段时间，甚至会对下一次的振动造成影响，无 法实现期望的振动效果。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本发明提供了一种智能终端的触觉振动控制系统和方法，以有效 地抑制或消除线性谐振致动器的残余振动。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0006] -方面，本发明实施例提供了一种智能终端的触觉振动控制系统，该触觉振动控 制系统包括:命令生成器、触觉驱动器、线性谐振致动器、传感模组、反馈单元和比较器；
[0007] 命令生成器根据输入信号生成原始命令信号，并根据比较器发送的误差信号调整 原始命令信号，将调整后的命令信号发送给触觉驱动器；
[0008] 触觉驱动器根据接收到的调整后的命令信号生成驱动信号，并将生成的驱动信号 发送给线性谐振致动器；
[0009] 线性谐振致动器接收所述驱动信号，并在驱动信号的驱动下振动；
[0010]传感模组包括多种传感器，每种传感器实时感应线性谐振致动器的状态，在感应 到线性谐振致动器振动时，生成相应的传感信号；
[0011] 反馈单元将传感模组生成的多路传感信号融合，得到用于估计线性谐振致动器振 动模式的反馈信号，并将反馈信号发送给比较器；
[0012] 比较器比较反馈信号与输入信号中表征线性谐振致动器振动模式的期望信号，根 据比较结果生成误差信号，并将误差信号发送给命令生成器。
[0013] 另一方面，本发明实施例提供了一种智能终端的触觉振动控制方法，该方法包括：
[0014] 根据输入信号生成原始命令信号，并根据生成的误差信号调整原始命令信号，以 及根据调整后的命令信号生成驱动信号，使线性谐振致动器在驱动信号的驱动下振动；
[0015] 通过多种传感器实时感应线性谐振致动器的状态，在感应到线性谐振致动器振动 时，生成相应的多路传感信号；
[0016]将多路传感信号融合得到用于估计线性谐振致动器振动模式的反馈信号；
[0017]比较所述反馈信号与输入信号中表征所述线性谐振致动器振动模式的期望信号， 根据比较结果生成误差信号，并根据误差信号调整生成的原始命令信号。
[0018] 本发明的有益效果为:针对线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时出现拖尾的残 余现象，采用闭环控制方式来控制线性谐振致动器，通过设置多个能够对线性谐振致动器 的振动状态进行监测或感应的传感器，将多个传感器输出的表征振动模式相关物理量的传 感信号作为反馈信号来实时控制线性谐振致动器振动的物理量，通过有效整合的方式来更 加鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，达到解决线性谐振致动器振动时出现拖尾的残余 现象;且本方案能够通过实时的反馈和调整，达到对致动器的振动状态进行实时调整的技 术效果。本发明相比于单一使用反电动势信号的处理方式，通过设置多种传感器的技术方 案能够解决在该反电动势信号的信噪比较低时，预测出的振动相关物理变量不可靠，出现 的反馈调节精度差的问题。
[0019] 在优选方案中，本发明还通过设置滤波器进一步解决线性谐振致动器在驱动信号 停止驱动时出现的残余现象，利用滤波器对命令生成器输出的命令信号或者对输入信号进 行滤波处理，使得在通过后续生成的驱动信号驱动线性谐振致动器振动时，具有快速的启 动响应速率和制动响应速率，弱化时间维度上间隔较短的前后振动事件的重叠程度，提高 前后振动事件时间维度上的区分度，实现快速启动和快速制动，从而保证得到期望的振动 效果。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例一提供的智能终端的触觉振动控制系统框图；
[0021] 图2为实施例一提供的闭环触觉振动控制系统工作过程示意图；
[0022] 图3为实施例二提供的智能终端的触觉振动控制系统框图；
[0023]图4a为实施例二提供的未经滤波处理的命令信号示意图；
[0024]图4b为实施例二提供的未经滤波处理的线性谐振致动器振子位移图；
[0025]图5a为实施例二提供的滤波处理后的命令信号示意图；
[0026]图5b为实施例二提供的滤波处理后的线性谐振致动器振子位移图；
[0027] 图6为实施例二提供的一种闭环触觉振动控制系统工作过程示意图；
[0028] 图7为实施例二提供的另一种闭环触觉振动控制系统工作过程示意图；
[0029]图8为实施例三提供的智能终端的触觉振动控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0031] 触觉作为人体的重要感觉模态，其具有视觉和听觉无可替代的优势：
[0032] 1、相比于视听器官，人体皮肤表面积较大，可以作为信息接收点的可选部位很多， 如指尖、手掌和手臂等部位；
[0033] 2、当人体视听器官不便于使用时，如视听器官被占用时，可以利用皮肤受力或震 动来接收信息；
[0034] 3、触觉通道的信息交流较为隐蔽，具有较高的安全性。
[0035] 针对触觉的上述优势，基于触觉的力反馈、振动反馈的技术逐渐应用到消费电子 和工业控制领域，成为人机交互界面的重要组成部分，广泛见于手持设备、穿戴设备、家用 电器和工控设备中。
[0036] 触觉振动系统的重要功能是传递信息，不同振动模式表示不同信息，因而要求能 够对致动器（a c t u a t 〇 r)的振动频率和振动幅度进行精准控制。偏心旋转质量致动器 (Eccentric Rotating Mass motor,ERM)和线性谐振致动器（Linear Resonant Actuator, LRA)是两种常见的致动器，偏心旋转质量致动器的振动频率和振动幅度不能独立控制而且 会有噪声伴随产生；而线性谐振致动器不存在这些问题，而且启动和制动时间比偏心旋转 质量致动器短，因此应用更加广泛。
[0037] 线性谐振致动器是一种质量块加载在弹簧上的电磁系统，存在固有或自然谐振频 率，而且通常是高品质因子系统。因而线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时还会出现拖 尾的残余现象。
[0038] 本发明针对线性谐振致动器在驱动信号停止驱动时还会出现拖尾的残余现象，通 过设置多个能够对线性谐振致动器的振动状态进行监测或感应的传感器，将多个传感器输 出的表征振动模式相关物理量的传感信号作为反馈信号来实时控制线性谐振致动器振动 的物理量，通过有效整合的方式来更加鲁棒地估计致动器的状态并施加控制，达到解决线 性谐振致动器振动时出现拖尾的残余现象。
[0039] 实施例一：
[0040] 图1为本实施例提供的智能终端的触觉振动控制系统框图，本发明智能终端可以 为手持设备、可穿戴设备(如智能手表、智能手环）、工控设备。
[0041] 如图1所示，图1中的触觉振动控制系统为开环控制系统，包括:命令生成器11、触 觉驱动器12、线性谐振致动器13、传感模组14、反馈单元15和比较器16。
[0042] 如图1所示，命令生成器11的输出端连接至触觉驱动器12的输入端，触觉驱动器12 的输出端连接至线性谐振致动器13的输入端，线性谐振致动器13的输出端连接至传感模组 14的输入端，传感模组14的输出端连接至反馈单元15的输入端，反馈单元15的输出端连接 至比较器16的第一输入端，比较器16的第二输入端连接接入期望信号，比较器16的输出端 连接至命令生成器11的输入端。
[0043] 命令生成器11根据输入信号生成原始命令信号，并根据比较器16发送的误差信号 调整原始命令信号，将调整后的命令信号发送给触觉驱动器12。
[0044] 本实施例中的命令生成器11可以设置PID(proportional integral derivative， 比例积分微分)控制单元来调整生成的原始命令信号。优选地每半个线性谐振致动器振动 周期内根据误差信号调整原始命令信号，如调整原始命令信号对应波形的幅度、时长或周 期等波形参数。
[0045] 其中，本实施例的输入信号可以为包括表征线性谐振致动器振动模式的期望信号 和选择指令，也可以为媒体流数据，媒体流数据可以为音频流数据、视频流数据等媒体流数 据。
[0046] 如图1所示，本实施例中的命令生成器11还与振动效果库17连接，振动效果库17中 的振动模式列表记录有线性谐振致动器每种振动模式对应的表征振动效果的物理量序列。
[0047] 当输入信号为包括表征线性谐振致动器振动模式的期望信号和选择指令时，命令 生成器11读取振动效果库17的振动模式列表，并根据输入信号中的选择指令从该振动模式 列表中选择相应的物理量序列，