偏心旋转质量致动器的触觉效应优化的制造方法与工艺

偏心旋转质量致动器的触觉效应优化相关申请的交叉引用本申请要求2012年2月1日提交的、系列号为61/593,719的美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用合并于此。技术领域一个实施例涉及致动器，尤其涉及用于生成触觉效应的致动器。

背景技术：
电子设备制造商致力于为用户生成丰富接口。传统的设备使用视觉和听觉提示来给用户提供反馈。在一些接口设备中，动觉反馈(例如作用力和反作用力反馈)和/或触觉反馈(例如振动、纹理和热度)也被提供给用户，更一般地被统称为“触觉反馈”或“触觉效应”。触觉效应可以提供加强和简化用户接口的提示。特殊地，振动效应或振动触觉效应，可以用于在提供提示给电子设备的用户以提醒用户特别的事件，或在模拟环境或虚拟环境中提供真实反馈来生成更强的感知浸入。为了生成振动效应，很多设备使用一些类型的致动器。已知的用于这种目的的致动器包括例如偏心旋转质量(“ERM”)致动器，其中偏心质量块被电机驱动，线性谐振致动器(“LRA”)，其中连接到弹簧的质量块被前后驱动，或例如压电、电活性聚合物、形状记忆合金的“智能材料”。很多这些致动器以及与它们交互的设备，都具有动态确定和控制的最佳内置谐振频率，使得生成触觉效应的驱动信号可以是最有效和高效，例如美国专利US7,843,277中公开的LRA设备的优化。致动器的性能特征，例如上升时间、制动时间和稳态电压，可以基于致动器的设计和制造商而改变，并且还由于物理振动、温度波动、疲劳和耗损在致动器的生命期间变化。此外，设备制造商想要自由地基于成本、可行性和性能特征来随意地替换不同的致动器而不有损设备提供的触觉反馈或需要高花费的手工重配置。

技术实现要素：
一个实施例是使用偏心旋转质量(“ERM”)致动器生成触觉效应的系统。该系统确定ERM致动器的反电动势(“EMF”)并且接收包括一个或多个参数的触觉效应信号，参数中的一个是根据时间的电压幅度电平。该系统至少基于反EMF来改变电压幅度电平，并且将改变的触觉效应信号应用到ERM致动器。附图说明图1是根据本发明一个实施例的触觉使能系统的框图。图2是根据本发明一个实施例的图1中ERM的剖面局部透视图。图3是根据本发明一个实施例的图1中ERM驱动模块来确定ERM稳态计数器EMF(“SSCE”)电平的功能流程图。图4是根据本发明一个实施例的ERM驱动模块来确定ERM上升时间的功能流程图。图5是根据本发明一个实施例的ERM驱动模块来确定ERM制动时间的功能流程图。图6是根据本发明一个实施例的ERM驱动模块使用反EMF时来调整ERM速度的功能流程图。图7是根据本发明一个实施例的ERM驱动模块在生成触觉效应之前使用反EMF来确定电机是否旋转时的功能流程图。具体实施方式一个实施例是使用偏心旋转质量(“ERM”)致动器生成触觉效应的系统。该系统的特点是ERM致动器使用反电动势(“EMF”)从而获取运行参数，包括上升时间、制动时间和每分钟转数差异。运行参数之后被控制器用来生成触觉效应从而优化系统的行为。图1是根据本发明一个实施例的触觉使能系统10的框图。系统10包括触摸感应表面11或安装在外壳15内的其他类型的用户接口，并且可包括机械按键/按钮13。系统10内部是在系统10上生成振动的触觉反馈系统。在一个实施例中，在触摸表面11上生成振动。触觉反馈系统包括处理器或控制器12。耦接到处理器12的是存储器20和耦接到ERM致动器18的致动器驱动电路16。处理器12可以是任何类型的通用处理器，或者可以是专门设计成提供触觉效应的处理器，例如专用集成电路(“ASIC”)。处理器12可以是运行整个系统10的同一处理器，或者可以是独立处理器。处理器12可以决定什么触觉效应被呈现以及基于高电平参数决定其中效应的使用顺序。一般地，限定触觉效应的高电平参数包括振幅、频率和持续时间。低电平参数例如流电机命令也可以被用于确定特殊的触觉效应。如果触觉效应包括当触觉效应被生成时这些参数的一些变化，或基于用户交互的这些参数的变化，触觉效应可以被认为是“动态的”。处理器12向致动器驱动电路16输出控制信号，其包括用于向ERM18提供所需电流和电压(即，“电机信号”)以产生所需要的触觉效应的电子元件和电路。系统10可包括多于一个的ERM18，并且每个ERM可包括全都耦接到通用处理器12的单独的驱动电路16。存储器设备20可以是任何类型的存储设备或计算机可读介质，例如随机存取存储器(“RAM”)或只读存储器(“ROM”)。存储器20存储处理器12执行的指令。在这些指令中，存储器20包括ERM驱动模块22，其指令被处理器12执行时，生成ERM18的驱动信号，同时还使用来自ERM18的反EMF来调整驱动信号，如下文更详细地公开。存储器20还可以位于处理器12的内部，或是内部和外部存储器的任意组合。触摸表面11识别触摸，并且还可以识别表面上触摸的位置和幅度。与触摸对应的数据被发送到处理器12，或系统10内部的另一个处理器，并且处理器12解释这些触摸并响应地生成触摸效应信号。触摸表面11可以使用任何感测技术感测触摸，包括电容感测、电阻感测、表面声波感测、压力感测、光学感测等等。触摸表面11可以感测多点触摸并能够区分同时发生的多点触摸。触摸表面11可以生成和显示用于与用户交互的图像的触摸屏，例如键盘、拨号盘等等，或者是具有最小图像或没有图像的触摸板。系统10可以是手持设备，例如蜂窝手机、个人数字助理(PDA)、智能电话、平板电脑、游戏操纵杆等，或可以是提供用户接口的任何其他类型的设备，并且包括包含一个或多个ERM致动器的触觉效应系统。用户接口可以是触摸感应表面，或者可以是例如鼠标、触摸板、小型操作杆、滚轮、追踪球、游戏板或游戏控制器等任何其他类型的用户接口。在具有多于一个ERM的实方例中，每个ERM可具有不同的旋转功能从而在设备上生成大范围的触觉效应。系统10还可以包括一个或多个感测器。在一个实施例中，感测器中的一个是加速计(未示出)，其测量ERM18和系统10的加速度。图2是根据本发明一个实施例的图1中ERM18的剖面局部透视图。ERM18包括具有围绕旋转轴由205旋转的离心砝码203的旋转质量块201。在操作中，任何类型的电机可被耦接到ERM18以响应于通过电机的两导线(图2未示出)施加到电机的电压量和极性，而导致围绕旋转轴205沿一个或两个方向上的旋转。应当认识到，旋转的相同方向上电压的施加会产生加速效应并致使ERM18提高其旋转速度，并且旋转反方向上电压的施加会产生制动效应并致使ERM18降低甚或逆转其旋转速度。本发明的一个实施例在驱动信号的监测期间确定ERM18的角速度。角速度是旋转速度的测量尺度，并且代表角速度的矢量数量的大小。以弧度每秒计的角速度或频率ω，通过因子2π关联到以圈数每秒计的频率v，也叫HZ。由图1的驱动电路16施加到ERM18的驱动信号包括一个驱动周期，其中至少一个驱动脉冲被施加到ERM18，以及监测周期，其中旋转质量块201的反EMF(也被称为“逆电动势(CEMF)”)被接收并且被用来确定ERM18的角速度。在另一个实施例中，驱动周期和监测周期并发并且本发明在驱动和监测周期期间动态地确定ERM18的角速度。图3是根据本发明一个实施例的ERM驱动模块22确定ERM18的稳态计数EMF(“SSCE”)电平的功能流程图。SSCE是要实现基本最大力的反EMF目标并且被认为是可被测量的所有反EMF的子集。在一个实施例中，下面图3和图4-7的流程图功能，被存储在存储器或其他计算机可读或有形媒介中的软件所实施，并且由处理器执行。在其他实施例中，该功能由硬件实施(例如，通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等)，或软件和硬件的任何组合。在301，模块22接收或另外被提供ERM18的额定电压。该额定电压或标准电压是ERM18制造商推荐的操作电压电平。在一个实施例中，额定电压电平是3伏。额定电压可被任何装置确定，包括但不限于系统的自动监测、非易失性存储器中的编码，或从制造商或终端用户接收的手动输入。在303，额定电压被施加到ERM18达测试时间T1。该额定电压可以被连续地施加或以一个或多个脉冲方式施加。测试时间T1可被自动确定，编码在非易失性存储器上，或手动输入，但应足够长来使得ERM18在给定应用额定电压下达到稳态角速度。测试时间T1的典型值范围可在200ms到1000m之间。一旦ERM18达到了稳态角速度，在305，ERM18稳态计数器EMF(“SSCE”)的值在监测周期期间被测量，并且在307，SSCE的值作为状态信号被存储在存储器中。图4是根据本发明一个实施例的ERM驱动模块22确定ERM18上升时间的功能流程图。在一个实施例中，图4的功能并不是在图3的功能之后被初始化，而是直到随着ERM减速(spoolsdown)反EMF返回到零。在401，测试时间T2被设定为低初始值，例如10ms，但是T2的初始值可以是可能小于ERM18上升...