一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，包括筆頭、套環(huán)、第一殼體、連接筒、第二殼體、端部殼體、電機(jī)、彈簧、滑塊、絲桿、光電編碼盤(pán)、測(cè)控模塊、振動(dòng)觸覺(jué)模塊和電源；第一殼體包括前殼體和后殼體，第一殼體內(nèi)壁上設(shè)有限位槽；筆頭與連接筒的一端固定連接，連接筒的另一端穿過(guò)前殼體的端部通孔；套環(huán)與連接筒間隙配合；絲桿的一端連接在連接筒中，絲桿的另一端與電機(jī)連接；滑塊套裝在絲桿上，滑塊與絲桿相配合；彈簧的一端連接在滑塊上，彈簧的另一端連接在套環(huán)上；光電編碼盤(pán)連接在電機(jī)上，測(cè)控模塊分別與光電編碼盤(pán)和電機(jī)連接。該力觸覺(jué)反饋電容筆解決移動(dòng)終端的力觸覺(jué)交互難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，且能夠產(chǎn)生連續(xù)的力覺(jué)反饋。
【專利說(shuō)明】一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于人機(jī)交互裝置，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，實(shí)現(xiàn)了人與移動(dòng)終端之間的力觸覺(jué)交互。
【背景技術(shù)】
[0002]力觸覺(jué)(haptic)是力覺(jué)(force)與觸覺(jué)(tactile)的統(tǒng)稱。觸覺(jué)是指由壓力、振動(dòng)等機(jī)械刺激引起的與觸摸有關(guān)的感受。力覺(jué)是指肌肉、骨骼的內(nèi)部力量和運(yùn)動(dòng)等引起的身體感受。人在觸摸物體的過(guò)程中，可以獲得物體壓覺(jué)、柔順性、紋理等力觸覺(jué)感受。雖然人獲取信息的主要方式是視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)，但是力觸覺(jué)有著不可替代的作用:首先，力觸覺(jué)是獲取信息的重要通道。當(dāng)人們與環(huán)境進(jìn)行信息交互時(shí)，通過(guò)觸摸可以對(duì)物體的形狀、材質(zhì)、紋理等屬性達(dá)到更好的認(rèn)知。特別是當(dāng)視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)受限時(shí)，可以使用力觸覺(jué)交互方式表征當(dāng)前的信息。其次，力觸覺(jué)是實(shí)現(xiàn)精確操作和控制的有效手段。例如，當(dāng)遙操作機(jī)器人與環(huán)境相互作用時(shí)，操作者需要通過(guò)力觸覺(jué)提示感知物體位置等信息，才能保證準(zhǔn)確地完成任務(wù)。
[0003]移動(dòng)終端作為迅速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算與通訊設(shè)備，近年來(lái)進(jìn)入智能化發(fā)展階段，其人機(jī)交互接口的功能目前主要集中在視聽(tīng)覺(jué)交互上，能提供的力觸覺(jué)功能很有限。力觸覺(jué)再現(xiàn)與交互技術(shù)是一種新興的人機(jī)交互技術(shù)，能夠讓操作者觸摸、感知和操縱虛擬物體，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境的主動(dòng)探索，拓展了傳統(tǒng)的人機(jī)交互模式，進(jìn)一步提高人機(jī)交互的質(zhì)量。將觸覺(jué)再現(xiàn)與交互技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)終端能夠拓寬移動(dòng)終端的功能和應(yīng)用范圍，能夠擴(kuò)大受眾人群(如視聽(tīng)障礙者)，增強(qiáng)臨場(chǎng)感，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外的力觸覺(jué)筆式交互裝置僅能夠通過(guò)振動(dòng)給予操作者簡(jiǎn)單觸覺(jué)提示，而無(wú)法給予連續(xù)的力覺(jué)反饋感知，因此難以通過(guò)觸摸來(lái)感知屏幕中物體的三維形狀。本裝置與移動(dòng)終端技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種有效的便攜式力觸覺(jué)交互電容筆裝置，不僅能實(shí)現(xiàn)可控頻率的振動(dòng)觸覺(jué)反饋提示，還能夠產(chǎn)生連續(xù)的力覺(jué)反饋，填補(bǔ)目前移動(dòng)終端力觸覺(jué)人機(jī)交互領(lǐng)域的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，該力觸覺(jué)反饋電容筆解決移動(dòng)終端的力觸覺(jué)交互難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，且能夠產(chǎn)生連續(xù)的力覺(jué)反饋。
[0006]技術(shù)方案:為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，該電容筆包括筆頭、套環(huán)、第一殼體、連接筒、第二殼體、端部殼體、位于第一殼體中的電機(jī)、彈簧、滑塊和絲桿，以及位于第二殼體中的光電編碼盤(pán)、測(cè)控模塊和電源；第二殼體固定連接在第一殼體和端部殼體之間；第一殼體包括前殼體和與前殼體固定連接的后殼體，前殼體的外徑小于后殼體的外徑，第一殼體的內(nèi)壁上設(shè)有限位槽；筆頭與連接筒的一端固定連接，連接筒的另一端穿過(guò)前殼體的端部通孔，位于前殼體內(nèi)，且連接筒的筒徑小于前殼體的端部通孔直徑；套環(huán)套裝在前殼體上，套環(huán)可沿前殼體軸向移動(dòng)；套環(huán)與連接筒間隙配合；絲桿的一端通過(guò)軸承連接在連接筒中，絲桿的另一端與電機(jī)的輸出軸連接；滑塊套裝在絲桿上，滑塊與絲桿相配合，且滑塊上設(shè)有吊耳，吊耳位于第一殼體的限位槽中；彈簧的一端連接在滑塊上，彈簧的另一端連接在套環(huán)上；光電編碼盤(pán)連接在電機(jī)上，測(cè)控模塊分別與光電編碼盤(pán)和電機(jī)連接，電源為測(cè)控模塊和電機(jī)供電。
[0007]進(jìn)一步，所述的筆頭、連接筒、軸承、套環(huán)、彈簧、滑塊、絲桿、第一殼體均采用導(dǎo)電材料制成。
[0008]進(jìn)一步,所述的第二殼體和端部殼體均采用非金屬材料制成。
[0009]進(jìn)一步，所述的測(cè)控模塊包括無(wú)線通信電路、控制電路、電源管理電路，控制電路通過(guò)導(dǎo)線分別與無(wú)線通信電路和電源管理電路連接，電源管理電路通過(guò)導(dǎo)線連接電源，無(wú)線通信電路與移動(dòng)終端中的無(wú)線通信模塊通訊連接；無(wú)線通信電路用于接收移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)，以及向移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0010]進(jìn)一步，所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:還包括振動(dòng)觸覺(jué)模塊，振動(dòng)觸覺(jué)模塊位于第二殼體中，電源為振動(dòng)觸覺(jué)模塊供電，且振動(dòng)觸覺(jué)模塊與測(cè)控模塊通過(guò)導(dǎo)線連接。
[0011]進(jìn)一步，所述的套環(huán)包括外環(huán)、內(nèi)環(huán)、安裝孔以及支撐塊；內(nèi)環(huán)位于外環(huán)中，且外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間通過(guò)支撐塊固定連接，每個(gè)支撐塊上設(shè)有一個(gè)安裝孔；彈簧的一端套裝在安裝孔中；第一殼體位于外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間的空隙中，連接筒位于內(nèi)環(huán)的空腔中，且連接筒和內(nèi)環(huán)之間有空隙。
[0012]進(jìn)一步，所述的前殼體上開(kāi)有開(kāi)口槽，開(kāi)口槽與套環(huán)的支撐塊間隙配合，第一殼體的一端穿過(guò)套環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的空隙，與筆頭進(jìn)行螺紋連接。
[0013]進(jìn)一步，所述的開(kāi)口槽的長(zhǎng)度大于支撐塊的長(zhǎng)度。
[0014]進(jìn)一步，所述的支撐塊為兩個(gè)，且相對(duì)布設(shè)在外環(huán)和內(nèi)環(huán)之間；前殼體上的開(kāi)口槽為兩個(gè)；每個(gè)支撐塊分別與一個(gè)開(kāi)口槽間隙配合。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用于移動(dòng)終端交互的帶有力觸覺(jué)反饋功能的電容筆，當(dāng)人手握住該電容筆在移動(dòng)終端屏幕上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，該電容筆內(nèi)的彈簧在電機(jī)的帶動(dòng)下發(fā)生形變，從而在人的手部產(chǎn)生彈性力反饋，從而可以感受到屏幕所顯示的圖像的輪廓、凹凸等三維信息，并且利用該電容筆的振動(dòng)觸覺(jué)模塊產(chǎn)生多種模式的振動(dòng)可以增強(qiáng)圖像的邊緣信息，從而實(shí)現(xiàn)碰撞運(yùn)動(dòng)的效果，利用電機(jī)帶動(dòng)彈簧形變的方式產(chǎn)生彈性力反饋，可以實(shí)現(xiàn)阻尼運(yùn)動(dòng)的效果，拓展了移動(dòng)終端的觸覺(jué)人機(jī)交互方式，填補(bǔ)了目前移動(dòng)終端力觸覺(jué)人機(jī)交互領(lǐng)域的空白。
[0016](2)本發(fā)明的力觸覺(jué)反饋電容筆利用滑塊絲桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制電路控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，使滑塊沿絲桿發(fā)生定量的位移，導(dǎo)致彈簧發(fā)生形變，從而在人手部產(chǎn)生相應(yīng)的力覺(jué)反饋效果，通過(guò)計(jì)算滑塊運(yùn)動(dòng)的速度及位移，可對(duì)電容筆的力覺(jué)反饋進(jìn)行連續(xù)地、精確地控制。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)的力觸覺(jué)反饋電容筆能夠產(chǎn)生連續(xù)的、可控的力覺(jué)反饋。
[0017](3)本發(fā)明設(shè)計(jì)的力觸覺(jué)反饋電容筆通過(guò)無(wú)線通信方式與移動(dòng)終端進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交互，不受移動(dòng)終端的接口限制，該力觸覺(jué)反饋電容筆可以適配于任意帶有同類無(wú)線通信模塊的移動(dòng)終端，應(yīng)用范圍廣泛，使用方便，具有極大的市場(chǎng)前景。[0018](4)本發(fā)明設(shè)計(jì)的力觸覺(jué)反饋電容筆采用無(wú)線通信方式，且機(jī)械結(jié)構(gòu)呈直線排布，簡(jiǎn)單、緊湊，有利于安裝在筆殼中，該電容筆體積小、重量輕，具有良好的便攜性、移動(dòng)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的局部爆炸圖。
[0021]圖3為本發(fā)明中的套環(huán)結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖4為本發(fā)明中的第一殼體的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖5為本發(fā)明中的第一殼體的正視圖。
[0024]圖6為本發(fā)明的使用狀態(tài)圖。
[0025]圖7為本發(fā)明工作中的彈簧形變圖。
[0026]圖8為本發(fā)明工作時(shí)，電容筆和人手接觸點(diǎn)的受力分析圖。
[0027]圖9為本發(fā)明工作時(shí)，彈簧形變的原理圖。
[0028]圖中有:1.筆頭，2.套環(huán)，3.第一殼體，4.電機(jī)，5.第二殼體，6.控制電路，7.振動(dòng)觸覺(jué)模塊，8.連接筒，9.彈簧，10.滑塊，11.絲桿，12.光電編碼盤(pán)，13.電源管理電路，
14.無(wú)線通信電路，15.電源，16.端部殼體，17.軸承、外環(huán)201、內(nèi)環(huán)202、安裝孔203、支撐塊204、開(kāi)口槽301、限位槽302。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0030]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，包括筆頭1、套環(huán)2、第一殼體3、連接筒8、第二殼體5、端部殼體16、位于第一殼體3中的電機(jī)4、彈簧9、滑塊10和絲桿11，以及位于第二殼體5中的光電編碼盤(pán)12、測(cè)控模塊和電源
15。第二殼體5固定連接在第一殼體3和端部殼體16之間；第一殼體3包括前殼體和與前殼體固定連接的后殼體，前殼體的外徑小于后殼體的外徑，第一殼體3的內(nèi)壁上設(shè)有限位槽302。筆頭I與連接筒8的一端固定連接，連接筒8的另一端穿過(guò)前殼體的端部通孔，位于前殼體內(nèi)，且連接筒8的筒徑小于前殼體的端部通孔直徑；套環(huán)2套裝在前殼體上，套環(huán)2可沿前殼體軸向移動(dòng)；套環(huán)2與連接筒8間隙配合；絲桿11的一端通過(guò)軸承17連接在連接筒8中，絲桿11的另一端與電機(jī)4的輸出軸連接；滑塊10套裝在絲桿11上，滑塊10與絲桿11相配合，且滑塊10上設(shè)有吊耳，吊耳位于第一殼體3的限位槽302中；彈簧9的一端連接在滑塊10上，彈簧9的另一端連接在套環(huán)2上；光電編碼盤(pán)12連接在電機(jī)4上，測(cè)控模塊分別與光電編碼盤(pán)12和電機(jī)4連接，電源15為測(cè)控模塊和電機(jī)4供電。測(cè)控模塊用于與移動(dòng)終端的無(wú)線模塊進(jìn)行通訊，并根據(jù)移動(dòng)終端傳輸?shù)闹噶羁刂齐姍C(jī)4的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制彈簧9的移動(dòng)。測(cè)控模塊對(duì)電源15進(jìn)行管理，用于為電容筆供電。
[0031]上述結(jié)構(gòu)的力觸覺(jué)反饋電容筆中，滑塊10被第一殼體3的限位槽302限位，滑塊10與套環(huán)2之間用彈簧9進(jìn)行連接，絲桿11末端與執(zhí)行電機(jī)4輸出軸連接。通過(guò)讀取光電編碼盤(pán)12的信息及電機(jī)4轉(zhuǎn)速，即可計(jì)算出滑塊10的位移，滑塊10位移變化導(dǎo)致彈簧9形變，因此可以在手指握住的套環(huán)2處產(chǎn)生連續(xù)力反饋?zhàn)兓?br> [0032]進(jìn)一步:所述的筆頭1、連接筒8、軸承17、套環(huán)2、彈簧9、滑塊10、絲桿11、第一殼體3均采用導(dǎo)電材料制成。這樣人手握在套環(huán)2上時(shí)，便于將手部的電荷傳導(dǎo)至筆尖。
[0033]進(jìn)一步:所述的第二殼體5和端部殼體16均采用非金屬材料制成。這樣保證無(wú)線通信電路14發(fā)出的信號(hào)不被屏蔽。
[0034]進(jìn)一步:所述的測(cè)控模塊包括無(wú)線通信電路14、控制電路6和電源管理電路13，控制電路6通過(guò)導(dǎo)線分別與無(wú)線通信電路14和電源管理電路13連接，電源管理電路13通過(guò)導(dǎo)線連接電源15，無(wú)線通信電路14與移動(dòng)終端中的無(wú)線通信模塊通訊連接，無(wú)線通信電路14用于接收移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)，以及向移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)。控制電路6用于根據(jù)無(wú)線通信電路14傳回的信息控制電機(jī)4的轉(zhuǎn)速及振動(dòng)觸覺(jué)模塊7的振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間，并且讀取電機(jī)4旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，并將其經(jīng)過(guò)無(wú)線通信電路14發(fā)送至移動(dòng)終端。電源管理電路13能夠檢測(cè)電源15電量，并在充電時(shí)保護(hù)電源15防止過(guò)充，在電源15使用中防止過(guò)放。
[0035]無(wú)線通信電路14可以選用常見(jiàn)的藍(lán)牙模塊，例如HC05?？刂齐娐?可以選用STM32微處理器為核心，搭載TI公司的DRV8830芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電源管理電路13可以選用TI (德州儀器)公司的bq3060芯片。本專利的重點(diǎn)不在于這些具體型號(hào)的芯片選擇，只要能夠?qū)崿F(xiàn)其功能的現(xiàn)有芯片，皆可以應(yīng)用到本發(fā)明中。
[0036]進(jìn)一步，所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，還包括振動(dòng)觸覺(jué)模塊7，振動(dòng)觸覺(jué)模塊7位于第二殼體5中，電源15為振動(dòng)觸覺(jué)模塊7供電，且振動(dòng)觸覺(jué)模塊7與測(cè)控模塊通過(guò)導(dǎo)線連接。振動(dòng)觸覺(jué)模塊7的振動(dòng)頻率及振動(dòng)時(shí)間可通過(guò)電信號(hào)由測(cè)控模塊中的控制電路6進(jìn)行控制。振動(dòng)觸覺(jué)模塊7用于產(chǎn)生不同頻率、不同持續(xù)時(shí)間的振動(dòng)觸覺(jué)反饋。
[0037]進(jìn)一步，如圖3所示，套環(huán)2為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具體包括外環(huán)201、內(nèi)環(huán)202、安裝孔203以及支撐塊204。內(nèi)環(huán)202位于外環(huán)201中，且外環(huán)201和內(nèi)環(huán)202之間通過(guò)支撐塊204固定連接，每個(gè)支撐塊204上設(shè)有一個(gè)安裝孔203。彈簧9的一端套裝在安裝孔203中。第一殼體3位于外環(huán)201和內(nèi)環(huán)202之間的空隙中，連接筒8位于內(nèi)環(huán)202的空腔中，且連接筒8和內(nèi)環(huán)202之間有空隙。按照正常握筆方式，人的食指及大拇指握住外環(huán)201。
[0038]進(jìn)一步,如圖4和圖5所不,作為優(yōu)選,第一殼體3呈圓筒狀。第一殼體3包括前殼體和后殼體，前殼體上開(kāi)有開(kāi)口槽301,前殼體內(nèi)壁上設(shè)有限位槽302。限位槽302用于對(duì)滑塊10進(jìn)行限位，使得滑塊10在絲桿11發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)只能沿限位槽302進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。開(kāi)口槽301與套環(huán)2的支撐塊204間隙配合，使第一殼體3末端可以穿過(guò)套環(huán)2的內(nèi)環(huán)202和外環(huán)201，并與筆頭I進(jìn)行螺紋連接。開(kāi)口槽301的長(zhǎng)度大于支撐塊204的長(zhǎng)度，使得套環(huán)2沿開(kāi)口槽301移動(dòng)。
[0039]作為優(yōu)選，所述的支撐塊204為兩個(gè)，且相對(duì)布設(shè)在外環(huán)201和內(nèi)環(huán)202之間。前殼體上的開(kāi)口槽301為兩個(gè)。每個(gè)支撐塊204分別與一個(gè)開(kāi)口槽301間隙配合。
[0040]如圖6所示，本發(fā)明的力觸覺(jué)反饋電容筆在使用時(shí)，人手以正常握筆方式握住力觸覺(jué)反饋電容筆，其中食指及大拇指握在套環(huán)2上，食指末端與第一殼體3相接觸，如圖6中0點(diǎn)所示。本發(fā)明的筆頭1、連接筒8、軸承17、套環(huán)2、彈簧9、滑塊10、絲桿11、第一殼體3全部采用導(dǎo)電材料。因此，在正常握筆方式下，人手部的電荷可以順利傳導(dǎo)至力觸覺(jué)反饋電容筆的筆頭I。本發(fā)明的無(wú)線通信電路14安裝在第二殼體5內(nèi)部。由于第二殼體5與端部殼體16均采用非金屬材料，因此可以保證無(wú)線模塊發(fā)出的信號(hào)不被屏蔽。
[0041]如圖7所示，為本發(fā)明的力觸覺(jué)反饋電容筆中力觸覺(jué)反饋機(jī)構(gòu)彈簧形變圖。電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲桿11轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊10沿絲桿11上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)彈簧9發(fā)生形變。套環(huán)2可以在第一殼體3的開(kāi)口槽301中上下移動(dòng)，也會(huì)造成彈簧9發(fā)生形變。因此，彈簧9的總形變量是由套環(huán)2的移動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量與滑塊10的移動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量?jī)刹糠謽?gòu)成。但是，套環(huán)2的移動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量遠(yuǎn)小于滑塊10的移動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量，所以，套環(huán)2的移動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量可忽略不計(jì)。
[0042]如圖8所示，為本發(fā)明的力觸覺(jué)反饋受力分析圖。人手握在套環(huán)2上，首先，對(duì)套環(huán)2進(jìn)行受力分析W點(diǎn)為作用點(diǎn)，人手所受到力的是由彈簧9形變?cè)斐傻膹椓?同時(shí)套環(huán)2受到人手對(duì)它的壓力仏，&與/^是一對(duì)相互作用力，~=/^，作用方向相反。其次，對(duì)力觸覺(jué)反饋電容筆整體進(jìn)行受力分析:將力觸覺(jué)反饋電容筆整體記為O,(將力觸覺(jué)反饋電容筆整體記為O是指將整個(gè)電容筆看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)行外力分析，此時(shí)無(wú)需考慮電容筆內(nèi)部的彈簧的作用力)該電容筆受到人手對(duì)它的壓力/^，以及移動(dòng)終端的屏幕對(duì)電容筆施加的沿該電容筆方向的作用力廠，/7壓=廠。因此可得W=/7壓=Z7彈=々.ΛΖ，其中，左為彈簧9的彈性系數(shù)，ΛΖ為彈簧9的形變量。當(dāng)ΛΖ發(fā)生變化時(shí)，人手握在套環(huán)2可以感受到變化的力觸覺(jué)反饋。
[0043]如圖6、圖7、圖8和圖9，人手握住力觸覺(jué)反饋電容筆，在移動(dòng)終端的電容屏表面運(yùn)動(dòng)，以圖6中A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)為例說(shuō)明力觸覺(jué)反饋電容筆的工作過(guò)程:在初始狀態(tài)下，以正常握筆方式接觸屏幕，則/00，根據(jù)廠=可知，彈簧9存在初始形變量LX二 Nx >0，即彈簧9在初始狀態(tài)下呈伸長(zhǎng)狀態(tài)。當(dāng)力觸覺(jué)反饋電容筆從J點(diǎn)滑動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，移動(dòng)終端電容屏能夠根據(jù)屏幕電容變化獲得J點(diǎn)的坐標(biāo)信息C^，h)和A點(diǎn)的坐標(biāo)信息(?, A)，上位機(jī)軟件根據(jù)兩點(diǎn)的坐標(biāo)信息，可以計(jì)算出yA)坐標(biāo)下圖像的高度信息&，/?(&，
坐標(biāo)下的圖像高度信息之，記Lh二 hB-hA。如圖9所示，套環(huán)2的運(yùn)動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量遠(yuǎn)小于滑塊10的運(yùn)動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量，因此套環(huán)2的運(yùn)動(dòng)對(duì)彈簧9造成的形變量可忽略不計(jì)，即Δx1’≈0， Δx2'≈O。若Δh>0，則說(shuō)明沒(méi)點(diǎn)的圖像高度高于J點(diǎn)的圖像高度，電機(jī)4通過(guò)絲桿11帶動(dòng)滑塊10向上運(yùn)動(dòng)，使彈簧9的形變量增加了 Δx2，因此人手感受到的阻尼力>&，滑動(dòng)過(guò)程中人手會(huì)感受到阻尼力增大，從J點(diǎn)到?jīng)]點(diǎn)有凸起的感受。反之，若Δh〈0，說(shuō)明A點(diǎn)的圖像高度低于J點(diǎn)的圖像高度，電機(jī)4通過(guò)絲桿11帶動(dòng)滑塊10向下運(yùn)動(dòng)，使彈簧9的形變量減少了 Δx2，因此人手感受到的阻尼力2=A( Ax-Ax2X /?，阻尼力變小，人手感受到從J點(diǎn)到?jīng)]點(diǎn)高度變低，有下凹的感受。因此，通過(guò)控制電機(jī)4的運(yùn)動(dòng)，使彈簧9的形變量Δx發(fā)生變化，從而使人手感受到變化的力覺(jué)反饋。
[0044] 本發(fā)明的力觸覺(jué)反饋電容筆的測(cè)控模塊包括無(wú)線通信電路14、控制電路6和電源管理電路13。當(dāng)筆頭I在屏幕上滑動(dòng)時(shí)，移動(dòng)終端通過(guò)觸屏獲取筆頭I在屏幕上的位置信息，并進(jìn)行該位置的圖像高度信息的提取及計(jì)算。移動(dòng)終端自身攜帶的無(wú)線通信模塊向本發(fā)明的測(cè)控模塊中的無(wú)線通信電路14發(fā)送振動(dòng)觸覺(jué)模塊7的振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間控制信息以及電機(jī)4的轉(zhuǎn)速信息。無(wú)線通信電路14收到來(lái)自移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)后，將其發(fā)送給控制電路6?？刂齐娐?用于分析無(wú)線通信電路14接收到的控制信息，從而控制電機(jī)4的轉(zhuǎn)速及振動(dòng)觸覺(jué)模塊7的振動(dòng)頻率和振動(dòng)時(shí)間，并將光電編碼盤(pán)12檢測(cè)到的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)通過(guò)無(wú)線通信電路14發(fā)送給移動(dòng)終端。電源管理電路13能夠檢測(cè)電源15的電量并在充電時(shí)防止過(guò)充，在電源15使用中防止過(guò)放。電源15的電量信息通過(guò)無(wú)線通信電路14發(fā)送給移動(dòng)終端，使移動(dòng)終端可以實(shí)時(shí)顯示電容筆電量。
[0045]本發(fā)明的電容筆中，套環(huán)2、彈簧9、滑塊IO、絲桿11、第一殼體3組成力反饋模塊。力反饋模塊用于產(chǎn)生連續(xù)的力覺(jué)反饋。測(cè)控模塊用于與移動(dòng)終端的無(wú)線模塊進(jìn)行通訊，并根據(jù)移動(dòng)終端傳輸?shù)闹噶羁刂屏Ψ答伳K及振動(dòng)觸覺(jué)模塊7,并對(duì)電源15進(jìn)行管理。電源15用于為電容筆供電。本發(fā) 明的電容筆可以提供彈性力反饋及振動(dòng)觸覺(jué)反饋。通過(guò)讀取光電編碼盤(pán)12的信息及電機(jī)4的轉(zhuǎn)速計(jì)算滑塊10的位移，滑塊10位移變化導(dǎo)致彈簧9形變，在手指握住的套環(huán)2處產(chǎn)生連續(xù)力反饋?zhàn)兓?br> 【權(quán)利要求】
1.一種用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:該電容筆包括筆頭(I)、套環(huán)(2)、第一殼體(3)、連接筒(8)、第二殼體(5)、端部殼體(16)、位于第一殼體(3)中的電機(jī)(4)、彈簧(9)、滑塊(10)和絲桿(11)，以及位于第二殼體(5)中的光電編碼盤(pán)(12)、測(cè)控模塊和電源(15)； 第二殼體(5)固定連接在第一殼體(3)和端部殼體(16)之間；第一殼體(3)包括前殼體和與前殼體固定連接的后殼體，前殼體的外徑小于后殼體的外徑，第一殼體(3)的內(nèi)壁上設(shè)有限位槽(302)； 筆頭(I)與連接筒(8)的一端固定連接，連接筒(8)的另一端穿過(guò)前殼體的端部通孔，位于前殼體內(nèi)，且連接筒(8)的筒徑小于前殼體的端部通孔直徑；套環(huán)(2)套裝在前殼體上，套環(huán)(2)可沿前殼體軸向移動(dòng)；套環(huán)(2)與連接筒(8)間隙配合；絲桿(11)的一端通過(guò)軸承(17 )連接在連接筒(8 )中，絲桿(11)的另一端與電機(jī)(4 )的輸出軸連接；滑塊(10 )套裝在絲桿(11)上，滑塊(10)與絲桿(11)相配合，且滑塊(10)上設(shè)有吊耳，吊耳位于第一殼體(3)的限位槽(302)中；彈簧(9)的一端連接在滑塊(10)上，彈簧(9)的另一端連接在套環(huán)(2)上；光電編碼盤(pán)(12)連接在電機(jī)(4)上，測(cè)控模塊分別與光電編碼盤(pán)(12)和電機(jī)(4)連接，電源(15)為測(cè)控模塊和電機(jī)(4)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的筆頭(I)、連接筒(8)、軸承(17)、套環(huán)(2)、彈簧(9)、滑塊(10)、絲桿(11)、第一殼體(3)均采用導(dǎo)電材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的第二殼體(5 )和端部殼體(16)均米用非金屬材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的測(cè)控模塊包括無(wú)線通信電路(14)、控制電路(6)、電源管理電路(13)，控制電路(6)通過(guò)導(dǎo)線分別與無(wú)線通信電路(14)和電源管理電路(13)連接，電源管理電路(13)通過(guò)導(dǎo)線連接電源(15)，無(wú)線通信電路(14)與移動(dòng)終端中的無(wú)線通信模塊通訊連接；無(wú)線通信電路(14)用于接收移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)，以及向移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:還包括振動(dòng)觸覺(jué)模塊(7)，振動(dòng)觸覺(jué)模塊(7)位于第二殼體(5)中，電源(15)為振動(dòng)觸覺(jué)模塊(7)供電，且振動(dòng)觸覺(jué)模塊(7)與測(cè)控模塊通過(guò)導(dǎo)線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的套環(huán)(2)包括外環(huán)(201)、內(nèi)環(huán)(202)、安裝孔(203)以及支撐塊(204);內(nèi)環(huán)(202)位于外環(huán)(201)中，且外環(huán)(201)和內(nèi)環(huán)(202)之間通過(guò)支撐塊(204)固定連接，每個(gè)支撐塊(204)上設(shè)有一個(gè)安裝孔(203);彈簧(9)的一端套裝在安裝孔(203)中；第一殼體(3)位于外環(huán)(201)和內(nèi)環(huán)(202)之間的空隙中，連接筒(8)位于內(nèi)環(huán)(202)的空腔中，且連接筒(8)和內(nèi)環(huán)(202)之間有空隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的套環(huán)(2)呈環(huán)狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的前殼體上開(kāi)有開(kāi)口槽(301)，開(kāi)口槽(301)與套環(huán)(2)的支撐塊(204)間隙配合，第一殼體(3 )的一端穿過(guò)套環(huán)(2 )的內(nèi)環(huán)(202 )和外環(huán)(201)之間的空隙，與筆頭(I)進(jìn)行螺紋連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的開(kāi)口槽(301)的長(zhǎng)度大于支撐塊(204)的長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于移動(dòng)終端交互的便攜式力觸覺(jué)反饋電容筆，其特征在于:所述的支撐塊(204)為兩個(gè)，且相對(duì)布設(shè)在外環(huán)(201)和內(nèi)環(huán)(202)之間；前殼體上的開(kāi)口槽(301)為兩個(gè)；每個(gè)支撐塊(2`04)分別與一個(gè)開(kāi)口槽(301)間隙配合。
【文檔編號(hào)】G06F3/0354GK103885615SQ201410099125
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】宋愛(ài)國(guó), 韓曄珍, 吳涓, 王路, 田磊, 胡海樺 申請(qǐng)人:東南大學(xué)