一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及觸覺反饋技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多年以來，通信和媒體技術(shù)領(lǐng)域?qū)σ曈X和聽覺兩種信息的接收通道進行了充分的 探索和利用，雖然觸覺在虛擬現(xiàn)實和游戲特效等領(lǐng)域有應用，如應用在遠程或間接操控、利 用游戲手柄的振動模擬射擊、爆炸等場景，但直到近幾年，才開始進一步挖掘觸覺的信息通 道。
[0003] 線性諧振致動器是一種質(zhì)量塊加載在彈簧上的電磁系統(tǒng)，存在固有或自然諧振頻 率，而且通常是高品質(zhì)因子系統(tǒng)，因此當輸入的驅(qū)動電信號停止后，系統(tǒng)的震蕩響應不會立 刻消失而是逐漸減弱，這種殘余振動會持續(xù)一段時間，甚至會對下一次的振動造成影響，無 法實現(xiàn)期望的振動效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)和方法，以有效 地抑制或消除線性諧振致動器的殘余振動。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006] -方面，本發(fā)明實施例提供了一種智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)，該觸覺振動控 制系統(tǒng)包括:命令生成器、觸覺驅(qū)動器、線性諧振致動器、傳感模組、反饋單元和比較器；
[0007] 命令生成器根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并根據(jù)比較器發(fā)送的誤差信號調(diào)整 原始命令信號，將調(diào)整后的命令信號發(fā)送給觸覺驅(qū)動器；
[0008] 觸覺驅(qū)動器根據(jù)接收到的調(diào)整后的命令信號生成驅(qū)動信號，并將生成的驅(qū)動信號 發(fā)送給線性諧振致動器；
[0009] 線性諧振致動器接收所述驅(qū)動信號，并在驅(qū)動信號的驅(qū)動下振動；
[0010]傳感模組包括多種傳感器，每種傳感器實時感應線性諧振致動器的狀態(tài)，在感應 到線性諧振致動器振動時，生成相應的傳感信號；
[0011] 反饋單元將傳感模組生成的多路傳感信號融合，得到用于估計線性諧振致動器振 動模式的反饋信號，并將反饋信號發(fā)送給比較器；
[0012] 比較器比較反饋信號與輸入信號中表征線性諧振致動器振動模式的期望信號，根 據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號，并將誤差信號發(fā)送給命令生成器。
[0013] 另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種智能終端的觸覺振動控制方法，該方法包括：
[0014] 根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并根據(jù)生成的誤差信號調(diào)整原始命令信號，以 及根據(jù)調(diào)整后的命令信號生成驅(qū)動信號，使線性諧振致動器在驅(qū)動信號的驅(qū)動下振動；
[0015] 通過多種傳感器實時感應線性諧振致動器的狀態(tài)，在感應到線性諧振致動器振動 時，生成相應的多路傳感信號；
[0016]將多路傳感信號融合得到用于估計線性諧振致動器振動模式的反饋信號；
[0017]比較所述反饋信號與輸入信號中表征所述線性諧振致動器振動模式的期望信號， 根據(jù)比較結(jié)果生成誤差信號，并根據(jù)誤差信號調(diào)整生成的原始命令信號。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為:針對線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時出現(xiàn)拖尾的殘 余現(xiàn)象，采用閉環(huán)控制方式來控制線性諧振致動器，通過設(shè)置多個能夠?qū)€性諧振致動器 的振動狀態(tài)進行監(jiān)測或感應的傳感器，將多個傳感器輸出的表征振動模式相關(guān)物理量的傳 感信號作為反饋信號來實時控制線性諧振致動器振動的物理量，通過有效整合的方式來更 加魯棒地估計致動器的狀態(tài)并施加控制，達到解決線性諧振致動器振動時出現(xiàn)拖尾的殘余 現(xiàn)象;且本方案能夠通過實時的反饋和調(diào)整，達到對致動器的振動狀態(tài)進行實時調(diào)整的技 術(shù)效果。本發(fā)明相比于單一使用反電動勢信號的處理方式，通過設(shè)置多種傳感器的技術(shù)方 案能夠解決在該反電動勢信號的信噪比較低時，預測出的振動相關(guān)物理變量不可靠，出現(xiàn) 的反饋調(diào)節(jié)精度差的問題。
[0019] 在優(yōu)選方案中，本發(fā)明還通過設(shè)置濾波器進一步解決線性諧振致動器在驅(qū)動信號 停止驅(qū)動時出現(xiàn)的殘余現(xiàn)象，利用濾波器對命令生成器輸出的命令信號或者對輸入信號進 行濾波處理，使得在通過后續(xù)生成的驅(qū)動信號驅(qū)動線性諧振致動器振動時，具有快速的啟 動響應速率和制動響應速率，弱化時間維度上間隔較短的前后振動事件的重疊程度，提高 前后振動事件時間維度上的區(qū)分度，實現(xiàn)快速啟動和快速制動，從而保證得到期望的振動 效果。
【附圖說明】
[0020] 圖1為實施例一提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖；
[0021] 圖2為實施例一提供的閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖；
[0022] 圖3為實施例二提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖；
[0023]圖4a為實施例二提供的未經(jīng)濾波處理的命令信號示意圖；
[0024]圖4b為實施例二提供的未經(jīng)濾波處理的線性諧振致動器振子位移圖；
[0025]圖5a為實施例二提供的濾波處理后的命令信號示意圖；
[0026]圖5b為實施例二提供的濾波處理后的線性諧振致動器振子位移圖；
[0027] 圖6為實施例二提供的一種閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖；
[0028] 圖7為實施例二提供的另一種閉環(huán)觸覺振動控制系統(tǒng)工作過程示意圖；
[0029]圖8為實施例三提供的智能終端的觸覺振動控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0031] 觸覺作為人體的重要感覺模態(tài)，其具有視覺和聽覺無可替代的優(yōu)勢：
[0032] 1、相比于視聽器官，人體皮膚表面積較大，可以作為信息接收點的可選部位很多， 如指尖、手掌和手臂等部位；
[0033] 2、當人體視聽器官不便于使用時，如視聽器官被占用時，可以利用皮膚受力或震 動來接收信息；
[0034] 3、觸覺通道的信息交流較為隱蔽，具有較高的安全性。
[0035] 針對觸覺的上述優(yōu)勢，基于觸覺的力反饋、振動反饋的技術(shù)逐漸應用到消費電子 和工業(yè)控制領(lǐng)域，成為人機交互界面的重要組成部分，廣泛見于手持設(shè)備、穿戴設(shè)備、家用 電器和工控設(shè)備中。
[0036] 觸覺振動系統(tǒng)的重要功能是傳遞信息，不同振動模式表示不同信息，因而要求能 夠?qū)χ聞悠鳎╝ c t u a t 〇 r)的振動頻率和振動幅度進行精準控制。偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動器 (Eccentric Rotating Mass motor,ERM)和線性諧振致動器（Linear Resonant Actuator, LRA)是兩種常見的致動器，偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量致動器的振動頻率和振動幅度不能獨立控制而且 會有噪聲伴隨產(chǎn)生；而線性諧振致動器不存在這些問題，而且啟動和制動時間比偏心旋轉(zhuǎn) 質(zhì)量致動器短，因此應用更加廣泛。
[0037] 線性諧振致動器是一種質(zhì)量塊加載在彈簧上的電磁系統(tǒng)，存在固有或自然諧振頻 率，而且通常是高品質(zhì)因子系統(tǒng)。因而線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時還會出現(xiàn)拖 尾的殘余現(xiàn)象。
[0038] 本發(fā)明針對線性諧振致動器在驅(qū)動信號停止驅(qū)動時還會出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象，通 過設(shè)置多個能夠?qū)€性諧振致動器的振動狀態(tài)進行監(jiān)測或感應的傳感器，將多個傳感器輸 出的表征振動模式相關(guān)物理量的傳感信號作為反饋信號來實時控制線性諧振致動器振動 的物理量，通過有效整合的方式來更加魯棒地估計致動器的狀態(tài)并施加控制，達到解決線 性諧振致動器振動時出現(xiàn)拖尾的殘余現(xiàn)象。
[0039] 實施例一：
[0040] 圖1為本實施例提供的智能終端的觸覺振動控制系統(tǒng)框圖，本發(fā)明智能終端可以 為手持設(shè)備、可穿戴設(shè)備(如智能手表、智能手環(huán)）、工控設(shè)備。
[0041] 如圖1所示，圖1中的觸覺振動控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，包括:命令生成器11、觸 覺驅(qū)動器12、線性諧振致動器13、傳感模組14、反饋單元15和比較器16。
[0042] 如圖1所示，命令生成器11的輸出端連接至觸覺驅(qū)動器12的輸入端，觸覺驅(qū)動器12 的輸出端連接至線性諧振致動器13的輸入端，線性諧振致動器13的輸出端連接至傳感模組 14的輸入端，傳感模組14的輸出端連接至反饋單元15的輸入端，反饋單元15的輸出端連接 至比較器16的第一輸入端，比較器16的第二輸入端連接接入期望信號，比較器16的輸出端 連接至命令生成器11的輸入端。
[0043] 命令生成器11根據(jù)輸入信號生成原始命令信號，并根據(jù)比較器16發(fā)送的誤差信號 調(diào)整原始命令信號，將調(diào)整后的命令信號發(fā)送給觸覺驅(qū)動器12。
[0044] 本實施例中的命令生成器11可以設(shè)置PID(proportional integral derivative， 比例積分微分)控制單元來調(diào)整生成的原始命令信號。優(yōu)選地每半個線性諧振致動器振動 周期內(nèi)根據(jù)誤差信號調(diào)整原始命令信號，如調(diào)整原始命令信號對應波形的幅度、時長或周 期等波形參數(shù)。
[0045] 其中，本實施例的輸入信號可以為包括表征線性諧振致動器振動模式的期望信號 和選擇指令，也可以為媒體流數(shù)據(jù)，媒體流數(shù)據(jù)可以為音頻流數(shù)據(jù)、視頻流數(shù)據(jù)等媒體流數(shù) 據(jù)。
[0046] 如圖1所示，本實施例中的命令生成器11還與振動效果庫17連接，振動效果庫17中 的振動模式列表記錄有線性諧振致動器每種振動模式對應的表征振動效果的物理量序列。
[0047] 當輸入信號為包括表征線性諧振致動器振動模式的期望信號和選擇指令時，命令 生成器11讀取振動效果庫17的振動模式列表，并根據(jù)輸入信號中的選擇指令從該振動模式 列表中選擇相應的物理量序列，