[发明专利]设置有加强件的触觉反馈装置

说明书

本发明涉及一种触觉反馈装置(1；10)，包括支撑件(4)，其能够振动并且其第一面涂覆有至少一个层(2、3)，该层结合有用于检测用户的手指的位置的检测装置，所述装置(1；10)包括机电致动器(12)，其沿着支撑件(4)或层(2、3)的边缘对齐并且能够使所述支撑件(4)和所述层(2,3)以超声波谐振频率振动，其特征在于，所述支撑件(4)在其第二面上包括一组加强件(5)，该组加强件分布在整个该第二面上并被构造为使支撑件(4)沿着垂直于加强件(5)的轴线的弯曲更难，加强件(5)被设置成获得支撑件(4)的轴向且均匀的振动模式，该振动模式的所有波腹都具有基本相等的振幅。

技术领域

本发明涉及基于超声波润滑原理的触觉反馈表面。

背景技术

已经知晓这种触觉反馈装置：其中振动传播介质是能够振动的薄板。当与其他两个维度相比以及与所考虑的振动波的波长相比板具有小厚度时，该板被称为“薄”。

以已知的方式，该板可以是单片的或多层的并且呈矩形形状。机电致动器设置在板上以激励轴向振动模式，也即，其振动节点沿平行于板的其中一个棱边的线彼此对齐。

在其厚度不超过由致动器产生的振动的波长两倍的板中，会产生称为λ波 A0(或在厚度不对称多层板的情况下为准λ波)的弯曲波，并在平行于致动器的对齐线的两个边界上反射。

当正确调整致动频率时，会激励稳态模式，该模式将通过谐振效应充当放大器。因此以超声波频率获得的大位移幅度导致在用户手指的指腹下产生压缩空气垫(英语术语的所谓“挤压膜”效应)。手指被表面推开，摩擦系数降低且在手指运动时获得触觉反馈效果。称之为超声波润滑。

然而，这种方法有一个缺点。实际上，为了在表面的所有点处获得均匀的触觉反馈效果，板的振动尽可能均匀是至关重要的。然而，例如当待致动表面的纵横比(长对宽)接近1时，则存在基本在相同的谐振频率下的两种模式的叠加，一种模式沿轴线X，另一模式沿轴线Y，这通过产生干涉而扰乱模态形变。由于致动器的位置和模态形变的变化之间的不相容性，这种现象劣化了致动器的线性分支(antenne)的致动效率。致动器不能再由单个信号致动，因为这些致动器不再同相振动。

除方形支撑件以外，其他形状的支撑件也会遇到这种劣化：事实上，当试图通过矩形支撑件以外的不同支撑件(例如结合弯曲边缘以及直线边缘或非平行边缘的复杂几何形状)上的一排致动器获得轴向谐振模式时，这就会发生。

其他问题可能会被添加到干扰问题上，例如波的聚焦的问题，这会导致局部过载电流，且因此导致支撑件的振动幅度的可变性，例如在出现凹面的支撑件上，以及在当支撑件呈圆盘形状时的极端情况下。

从文献EP 3 287 880 A1已知一种触觉装置，其设置有通过压电致动器以超声波频率振动的板，并且其下面在某些特定位置处具有凹槽或局部厚度减小的周期性结构。这种周期性结构起到布拉格反射器的作用，从而允许将驻波限制在致动器周围限定的区域，特别是响应于用户手指的接触而应该选择性地振动的板的区域。由于只有位于由用户触摸的区域附近的致动器才会振动，因此这种结构追求的目标是限制能量消耗。

因此，该文献中描述的周期性结构产生与本发明所追求相反的效果，本发明追求的是在超声波润滑类型的整个触觉反馈支撑件上以令人满意的振幅强烈激励特殊轴向模式(沿X或Y的单向)，而无论该支撑件的形状如何，无论是矩形、方形、圆盘形，甚至任何形状。

发明内容

发明目的

本发明的总体目的在于提出一种用于克服现有技术的限制的技术方案，尤其是用于在整个支撑件上获得表现出非常均匀的单向振动的轴向模式，而无论待致动表面的几何形状和尺寸如何，以保证由一排致动器在整个支撑件上实现最佳致动。

发明概述