Видео введение:Тактильные ощущения с вводом: считывание с помощью линейных резонансных актуаторов
По мере того, как носимые и портативные устройства уменьшаются в размерах, тактильные ощущения становятся все более важным каналом обратной связи, будь то тихий сигнал тревоги или едва уловимое ощущение «щелчка» при нажатии кнопки на сенсорном экране. Тактильная обратная связь, которая присутствует почти во всех носимых устройствах и мобильных телефонах, обычно достигается с помощью линейного резонансного привода (LRA), небольшого линейного двигателя, который использует резонанс для обеспечения мощного тактильного сигнала в небольшом корпусе. Однако чувствительность к прикосновению и давлению, необходимая для активации тактильной обратной связи, часто зависит от дополнительного отдельного оборудования, что увеличивает цену, размер и сложность системы.
В представленной на ACM UIST 2020 статье «Тактильные сигналы с входами: обратные ЭДС в линейных резонансных приводах для восприятия прикосновения, давления и окружающей среды» мы демонстрируем, что широко доступные LRA могут воспринимать широкий спектр внешней информации, такой как прикосновение, постукивание. для передачи информации о контакте с кожей, предметами и поверхностями также может передаваться удар и давление. Мы достигли этого, используя готовый LRA, мультиплексируя привод с короткими импульсами сигналов специальной формы, предназначенными для обнаружения с использованием напряжений противо-ЭДС.Мы показываем, что этот подход эффективен для реализации выразительного потенциала в дискретных кнопках и вибротактильных интерфейсах, и продемонстрировать, как этот подход предоставляет богатые возможности распознавания для встроенных тактильных модулей в мобильных устройствах, расширяя возможности распознавания с меньшим количеством компонентов. Наша технология может быть совместима со многими существующими приводами LRA, поскольку они уже используют определение обратной ЭДС для автоматической регулировки частоты вибрации.
LRA принцип противодействия электродвижущей силе
Внутри корпуса LRA находится магнит, прикрепленный к небольшой массе, обе из которых свободно перемещаются на пружинах. Магнит движется в ответ на напряжение возбуждения, создаваемое звуковой катушкой. Движение колеблющейся массы создает противо-ЭДС или обратную ЭДС, которая представляет собой напряжение, пропорциональное скорости изменения магнитного потока. Большая скорость колебаний создает большее напряжение противо-ЭДС, в то время как масса покоя создает нулевое напряжение противо-ЭДС.
Активная противо-ЭДС для индукции
Прикосновение или контакт с LRA во время вибрации изменяет скорость внутренней массы, поскольку энергия рассеивается в контактирующем объекте. Это относится к мягким материалам, которые деформируются под давлением, например к человеческому телу. Например, палец поглощает различное количество энергии при контакте с LRA в зависимости от силы контакта. Управляя LRA небольшим количеством энергии, мы можем измерить это явление, используя напряжение обратной ЭДС. Поскольку обнаружение с поведением обратной ЭДС является активным процессом, ключевым моментом, позволившим провести эту работу, стала разработка специальной нерезонансной формы волны драйвера, которая обеспечивает непрерывное измерение при минимальных вибрациях, звуке и энергопотреблении.
Мы измеряем противоЭДС от плавающего напряжения между двумя выводами LRA, что требует мгновенного отключения драйвера двигателя во избежание помех. Когда привод отключен, масса все еще колеблется внутри LRA, создавая колеблющееся напряжение обратной ЭДС. Поскольку коммерческие драйверы LRA, чувствительные к противо-ЭДС, не предоставляют необработанных данных, мы разработали специальную схему, способную улавливать и усиливать небольшие напряжения противо-ЭДС. Мы также генерировали специальные импульсы привода, чтобы свести к минимуму вибрацию и потребление энергии.
применение
Поведение LRA, используемых в мобильных телефонах, одинаково независимо от того, находятся ли они на столе, на мягкой поверхности или в руке. Это может вызвать проблемы, так как вибрирующий телефон может соскользнуть со стеклянного стола или издавать громкие и нежелательные вибрирующие звуки. В идеале LRA на телефоне должен автоматически подстраиваться под окружающую среду. Мы показываем, как мы используем технологию обратного ЭДС LRA для обнаружения, подключаясь напрямую к LRA Pixel 4, а затем классифицируя, держите ли вы телефон, кладете ли его на мягкую поверхность (пенопласт) или кладете на стол.
Мы также показываем прототип, демонстрирующий, как LRA можно использовать в качестве комбинированного устройства ввода/вывода в портативной электронике. Мы подключили два LRA, один с левой стороны телефона и один с правой. Эти кнопки обеспечивают чувствительность к нажатию, прикосновению и давлению. Они также запрограммированы на тактильную обратную связь при обнаружении прикосновения.
Существует множество носимых тактильных вспомогательных устройств, таких как рукава, жилеты и браслеты. Чтобы передавать тактильную обратную связь с постоянным усилием кожи, тактор должен оказывать правильное давление, оно не может быть слишком слабым или слишком тугим. В настоящее время типичным способом сделать это является ручная настройка, которая может быть непоследовательной и не иметь измеримой обратной связи. Мы покажем, как можно использовать технологию LRA Back EMF для непрерывного мониторинга браслета и оповещения пользователя, если он слишком тугой, слишком свободный или в самый раз.
Оцените LRA как датчик
LRA хорошо работает как датчик давления, потому что он имеет квадратичную реакцию на величину силы во время прикосновения. Наш метод работает для всех пяти готовых типов LRA, которые мы оцениваем. При типичном потреблении энергии всего 4,27 мА датчик в течение всего дня сократит время автономной работы телефона Pixel 4 только с 25 до 24 часов. Энергопотребление можно значительно снизить, используя маломощные усилители и активные датчики только при необходимости, например, когда телефон активен и взаимодействует с пользователем.
Задача активного распознавания состоит в том, чтобы свести к минимуму вибрации, чтобы они не обнаруживались при прикосновении и не производили слышимого звука. Мы оптимизировали активное распознавание, чтобы производить всего 2 дБ звука и размах ускорения 0,45 м/с 2 , что едва заметно и тихо для ваших пальцев по сравнению с обычными 8,49 м/с 2 .
В будущем мы планируем изучить другие методы измерения, и, возможно, измерение тока может стать альтернативой. Кроме того, использование машинного обучения может улучшить восприятие и обеспечить более точную классификацию сложных моделей обратной ЭДС. Наш метод может быть доработан для достижения обратной связи с обратной связью с приводами и датчиками, что позволит приводу обеспечивать одинаковое усилие независимо от внешних условий.
Мы считаем, что эта работа открывает новые возможности для использования существующего вездесущего оборудования для обеспечения тактильных приводов с богатым взаимодействием и обратной связью с обратной связью.
Инструкции по обновлению: Приоритет отдается обновлению общедоступной учетной записи WeChat «Блог дождливой ночи», а блог будет обновлен позже, а затем будет распространен на различные платформы.Если вы хотите узнать больше заранее, обратите внимание на Публичный аккаунт WeChat «Блог дождливой ночи».
Источник блога:Блог Дождливой ночи