力反馈装置、电子设备及电子设备系统的制作方法

1.本发明涉及人机交互技术领域，特别涉及一种力反馈装置、应用该力反馈装置的电子设备及电子设备系统。


背景技术：

2.随着近年来例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等外设的不断发展，用户对使用外设时的感官要求也越来越高。正因如此，如何能够满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求，也成为了研发人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种力反馈装置、应用该力反馈装置的电子设备及电子设备系统，旨在为用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求。
4.为实现上述目的，本发明的一实施例提出一种力反馈装置，该力反馈装置包括：
5.扳机键，所述扳机键具有初始位和下沉位；
6.弹性组件，所述弹性组件设置在所述扳机键的内侧，所述弹性组件包括多个依次设置且劲度系数各不相同的弹性件，其中一个所述弹性件的自由端朝向所述扳机键设置，用于承接所述扳机键由初始位变换至下沉位过程中的下压力；以及
7.驱动组件，所述驱动组件设置在所述扳机键的内侧，并与所述弹性组件传动连接，用于驱使所述弹性组件活动，以使能够承接所述扳机键下压力的弹性件在多个所述弹性件之间变换。
8.在本发明的一实施例中，所述扳机键的面向所述弹性组件的一侧朝向所述弹性组件凸设有触发部，所述触发部的自由端在所述扳机键由初始位变换至下沉位的过程中与其中一个所述弹性件的自由端抵顶配合。
9.在本发明的一实施例中，相邻的两个所述弹性件之间形成有用于收容所述触发部的自由端的收容空间。
10.在本发明的一实施例中，所述弹性组件还包括转盘，多个所述弹性件沿所述转盘的周向依次设置，所述驱动组件传动连接于所述转盘，用于驱使所述转盘转动。
11.在本发明的一实施例中，所述弹性件包括顶盖和弹簧，所述弹簧的一端固定在所述转盘上，另一端盖设有所述顶盖并凸出所述转盘的面向所述扳机键的一侧盘面设置，以形成所述弹性件的自由端。
12.在本发明的一实施例中，所述转盘包括底板、面板以及转轴，所述底板和所述面板相对设置，且均套设在所述转轴上，以随所述转轴同步转动，所述底板位于所述面板的背对所述按键的一侧，所述驱动组件传动连接于所述转轴，用于驱使所述转轴转动；
13.所述顶盖包括筒体部和外延部，所述筒体部一端开口、一端封闭，所述外延部由所
述筒体部的开口一端向外延伸形成，所述筒体部穿设于所述面板并凸出所述面板的面向所述扳机键的表面设置，所述外延部抵顶在所述面板的面向所述底板的表面上；
14.所述弹簧的一端抵顶在所述底板的面向所述面板的表面上，另一端插设在所述筒体部中。
15.在本发明的一实施例中，所述底板的面向所述面板的表面凸设有定位柱，所述弹簧的朝向所述底板的一端套设于所述定位柱。
16.在本发明的一实施例中，所述驱动组件包括主动轮、从动轮以及电机，所述主动轮套设在所述电机的输出轴上，以在所述电机的驱动下转动；所述从动轮与所述转盘同轴连接，并传动连接于所述主动轮，以在所述主动轮的驱动下转动。
17.在本发明的一实施例中，所述驱动组件还包括电位器，所述电位器与所述电机的输出轴连接，用于监测所述电机的转动过程。
18.在本发明的一实施例中，所述力反馈装置还包括霍尔元件和磁性件，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之一设置在所述扳机键上，用于监测所述扳机键的位置。
19.本发明的一实施例还提出一种电子设备，该电子设备包括力反馈装置，该力反馈装置包括：
20.扳机键，所述扳机键具有初始位和下沉位；
21.弹性组件，所述弹性组件设置在所述扳机键的内侧，所述弹性组件包括多个依次设置且劲度系数各不相同的弹性件，其中一个所述弹性件的自由端朝向所述扳机键设置，用于承接所述扳机键由初始位变换至下沉位过程中的下压力；以及
22.驱动组件，所述驱动组件设置在所述扳机键的内侧，并与所述弹性组件传动连接，用于驱使所述弹性组件活动，以使能够承接所述扳机键下压力的弹性件在多个所述弹性件之间变换。
23.本发明的一实施例还提出一种电子设备系统，该电子设备控制系统包括上述电子设备，以实现对电子设备系统的控制。
24.本发明的技术方案，弹性组件进行活动的目的是，使其中一个弹性件能够来到一个特殊的位置(定义为承载位)；此时，位于承载位的这一个弹性件便可以与扳机键形成配合，在扳机键由“初始位”向“下沉位”运动的过程中，承载扳机键的下压力，从而在扳机键上产生一个反作用力，以使该反作用力可以通过扳机键传递至用户的手指，实现力反馈输出。
25.另一方面，由于弹性组件可在驱动组件的驱使下活动，弹性组件中的每一个弹性件便都可以在承载位和其他位置之间进行切换，从而使不同劲度系数的弹性件均可以来到承载位而与扳机键形成配合，以在以扳机键上产生具有不同力值曲线的反作用力，进而实现不同的力反馈输出，以适应不同的应用场景，最终为用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
27.图1为本发明电子设备一实施例的结构示意图；
28.图2为图1中力反馈装置一实施例的结构示意图；
29.图3为图2中力反馈装置的爆炸图；
30.图4为图2中力反馈装置扳机键处于下沉位时的结构示意图。
31.附图标号说明：
[0032][0033][0034]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0037]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0038]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是
电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0040]
针对背景技术所反映的技术问题，本发明提出一种力反馈装置，旨在为用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等，如图1所示的游戏手柄)的感官要求。
[0041]
下面将在具体实施例中对本发明提出的力反馈装置的具体结构进行说明：
[0042]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，该力反馈装置100包括：
[0043]
扳机键10，所述扳机键10具有初始位和下沉位；
[0044]
弹性组件30，所述弹性组件30设置在所述扳机键10的内侧，所述弹性组件30包括多个依次设置且劲度系数各不相同的弹性件31，其中一个所述弹性件31的自由端朝向所述扳机键10设置，用于承接所述扳机键10由初始位变换至下沉位过程中的下压力；以及
[0045]
驱动组件50，所述驱动组件50设置在所述扳机键10的内侧，并与所述弹性组件30传动连接，用于驱使所述弹性组件30活动，以使能够承接所述扳机键10下压力的弹性件31在多个所述弹性件31之间变换。
[0046]
需要说明的是，扳机键10、弹性组件30、驱动组件50等部件，既可以安装在专门设置的独立于电子设备1000外壳的底座上，也可以收容在电子设备1000的外壳中，且直接安装在外壳上。下面以扳机键10、弹性组件30、驱动组件50等部件安装在底座上为例进行介绍：
[0047]
扳机键10，既可以是各类操作手柄(例如游戏手柄等)的按键，也可以是玩具枪的扳机，还可以是虚拟现实设备(简称vr设备)的按键，亦或者是增强现实设备(简称ar设备)的按键。扳机键10用于与用户的手指接触，以实现力反馈，具体地(以本实施例中扳机键10采用转动连接的方式进行安装为例)：扳机键10具有相连接的固定端11和移动端13，扳机键10的固定端11与底座转动连接，使得扳机键10的移动端13可绕固定端11进行转动而发生位移，从而能够“弹起”至最高处而获得“初始位”(如图2所示)，或者“下沉”至最低处而获得“下沉位”(如图4所示)，进而使得扳机键10可向用户的手指反馈作用力，或者撤销反馈在用户手指上的作用力，进而完成与用户的交互。
[0048]
进一步地，底座上还配置有弹性组件30和驱动组件50，其中：弹性组件30可活动地设置在底座上，活动形式既可以是平移，也可以是转动(后文中会详细介绍)，还可以是其他简单的或者复杂的活动形式，本领域技术人员可以根据实际应用场景(例如跳跃、射击、奔跑等动作场景)的不同，进行合理的设计，在此不再一一赘述。可以理解地，弹性组件30进行活动的目的是，使其中一个弹性件31能够来到一个特殊的位置(定义为承载位)；此时，位于承载位的这一个弹性件31便可以与扳机键10形成配合，在扳机键10由“初始位”向“下沉位”运动的过程中，承载扳机键10的下压力，从而在扳机键10上产生一个反作用力，以使该反作用力可以通过扳机键10传递至用户的手指，实现力反馈输出。
[0049]
另一方面，由于弹性组件30可在驱动组件50的驱使下活动，弹性组件30中的每一
个弹性件31便都可以在承载位和其他位置之间进行切换，从而使不同劲度系数的弹性件31均可以来到承载位而与扳机键10形成配合，以在以扳机键10上产生具有不同力值曲线的反作用力，进而实现不同的力反馈输出，以适应不同的应用场景，最终为用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求。
[0050]
此外，还需要说明的是，若弹性组件30采用平移的方式进行活动，既可以将弹性组件30中的多个弹性件31沿一直线进行排列(具体可以利用合适的承载治具来实现多个弹性件31的安装和固定)，并且可以配置直线机构(例如丝杆传动机构、气缸、电缸、直线电机55等)来驱使多个弹性件31沿其排列方向进行平移(具体可利用直线机构驱使安装有多个弹性件31的承载治具平移)，从而使多个弹性件31可以依次来到同一个位置(即承载位)而与扳机键10形成配合，实现不同的力反馈输出。当然，相较于利用合适的承载治具同时带动多个弹性件31一起平移的方式，还可以对多个弹性件31施行单独驱动，即：利用多个直线机构分别驱使多个弹性件31平移至同一个位置(即承载位)即可。
[0051]
关于弹性件31，其可以是具有弹性的构件，例如弹片、弹簧313、橡胶垫等，其一端固定在承载治具上、另一端朝向扳机键10设置，用来与扳机键10接触，以在扳机键10上产生一个反作用力。关于弹性件31，其还可以由具有弹性的构件和与之配合的其他零部件构成，例如后文中介绍的弹性件31。本领域技术人员可以根据实际应用场景的需求，进行合理的选择，在此不再一一赘述。
[0052]
关于扳机键10的可活动，除了可以是上述转动的方式外，还可以是滑动的方式，即与底座滑动连接或者与电子设备1000的外壳滑动连接，依靠滑动的方式下沉而来到“下沉位”，且依靠滑动的方式弹起而回到“初始位”。
[0053]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述扳机键10的面向所述弹性组件30的一侧朝向所述弹性组件30凸设有触发部15，所述触发部15的自由端在所述扳机键10由初始位变换至下沉位的过程中与其中一个所述弹性件31的自由端抵顶配合。
[0054]
可以理解地，通过触发部15，不仅可以拉近扳机键10和弹性件31之间的距离，便于扳机键10和弹性件31之间形成稳定的配合关系；而且还可以提升扳机键10的指向性，便于扳机键10更加准确地与目标弹性件31形成稳定的配合关系，避免误触的发生。这样，可以更加稳定且更加准确地为扳机键10提供力反馈作用，从而为用户提供更为优质的触觉反馈体验。
[0055]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，相邻的两个所述弹性件31之间形成有用于收容所述触发部15的自由端的收容空间30a。
[0056]
可以理解地，当不需要进行力反馈作用时，便可通过驱动弹性组件30活动而使收容空间30a移动至对准扳机键10的触发部15。这样，在扳机键10由初始位向下沉位移动的过程中，扳机键10的触发部15将逐渐靠近并进入收容空间30a中，从而避免了弹性件31发生抵顶配合。利用这样的设计，既可以实现力反馈装置100在“力反馈功能”开启和“力反馈功能”关闭之间的灵活切换，还可以实现对力反馈作用的突然泄力过程，从而满足更多场景的使用需求，为用户提供更为优质的触觉反馈体验。
[0057]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述弹性组件30还包括转盘33，多个所述弹性件31沿所述转盘33的周向依次设置，所述驱动组件50传动连接于所述
转盘33，用于驱使所述转盘33转动。
[0058]
可以理解地，本实施例的技术方案，弹性组件30采用转动的方式进行活动，不仅实现了多个弹性件31位置的切换，能够为扳机键10提供多种稳定的力反馈作用；而且方式简单、快速可靠，所需要的驱动组件50的配置和布局也相对简单。此外，多个弹性件31可以沿转盘33的周向进行布置，还有利于实现力反馈装置100的紧凑化布局，有利于降低力反馈装置100的体积，从而便于其在相关电子设备1000中的安装和布局。
[0059]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述弹性件31包括顶盖311和弹簧313，所述弹簧313的一端固定在所述转盘33上，另一端盖设有所述顶盖311并凸出所述转盘33的面向所述扳机键10的一侧盘面设置，以形成所述弹性件31的自由端。
[0060]
可以理解地，弹簧313可以为弹性件31提供稳定、可靠的弹性支持，顶盖311可以为扳机键10的触发端提供稳定、可靠的接触面，二者相配合，可使弹性件31与扳机键10的配合更加稳定，使力反馈作用更加稳定地进行，从而为用户提供更为优质的触觉反馈体验。
[0061]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述转盘33包括底板331、面板333以及转轴335，所述底板331和所述面板333相对设置，且均套设在所述转轴335上，以随所述转轴335同步转动，所述底板331位于所述面板333的背对所述按键的一侧，所述驱动组件50传动连接于所述转轴335，用于驱使所述转轴335转动；
[0062]
所述顶盖311包括筒体部3111和外延部3113，所述筒体部3111一端开口、一端封闭，所述外延部3113由所述筒体部3111的开口一端向外延伸形成，所述筒体部3111穿设于所述面板333并凸出所述面板333的面向所述扳机键10的表面设置，所述外延部3113抵顶在所述面板333的面向所述底板331的表面上；
[0063]
所述弹簧313的一端抵顶在所述底板331的面向所述面板333的表面上，另一端插设在所述筒体部3111中。
[0064]
可以理解地，在扳机键10由初始位向下沉位切换的过程中，扳机键10的触发部15将会抵顶在顶盖311筒体部3111的封闭一端的端面上，并驱使筒体部3111在面板333上的避让孔中朝向底板331穿行。在此过程中，顶盖311的外延部3113离开面板333的面向底板331的表面，弹簧313压缩，形成对扳机键10的力反馈作用。而当作用在扳机键10上的压力撤销时，弹簧313向初始状态回复，驱使筒体部3111在面板333上的避让孔中朝远离底板331的方向穿行，直至顶盖311的外延部3113重新抵顶在面板333的面向底板331的表面上为止。此时，面板333对顶盖311的位置起到限定作用，可防止顶盖311从弹簧313上脱落。这样，便可实现每一个弹性件31与扳机键10稳定的配合，为扳机键10提供多种稳定的力反馈作用，从而为用户提供更为优质的触觉反馈体验。
[0065]
为了使弹性件31与扳机键10的配合更加稳定，使力反馈作用更加稳定地进行，从而为用户提供更为优质的触觉反馈体验，还可以对转盘33进行如下配置：
[0066]
如图1和图2所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述底板331的面向所述面板333的表面凸设有定位柱337，所述弹簧313的朝向所述底板331的一端套设于所述定位柱337。
[0067]
本实施例中，底板331的面向面板333的表面凸设有多个定位柱337，多个定位柱337沿底板331的周向间隔设置，每一弹簧313套设于一定位柱337。
[0068]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述驱动组件50包括主动
轮51、从动轮53以及电机55，所述主动轮51套设在所述电机55的输出轴上，以在所述电机55的驱动下转动；所述从动轮53与所述转盘33同轴连接，并传动连接于所述主动轮51，以在所述主动轮51的驱动下转动。
[0069]
可以理解地，通过主动轮51、从动轮53以及电机55的配合，实现对转盘33的驱动，不仅结构简单、拆装方便，而且还具有稳定性强、可靠性高的优势，从而有利于快速且准确地控制对应的弹性件31与扳机键10进行配合，为用户提供更为优质的触觉反馈体验。并且，本实施例的设计，还可以避免电机55堵转，提升电机55使用寿命，从而增加力反馈装置100的可靠性。
[0070]
需要说明的是，本实施例中，主动轮51和从动轮53都是锥齿轮，主动轮51同轴固定在电机55的输出轴上，从动轮53则套设在转盘33的转轴335上，并与主动轮51啮合。这样，电机55运行，便可驱动主动轮51转动；主动轮51转动，便可驱动从动轮53转动；从动轮53转动，便可驱动转轴335转动；转轴335转动，便可驱动底板331和面板333转动；从而驱动其上的多个弹性件31以转轴335为中心转动，实现位置的切换，实现不同劲度系数的弹性件31与扳机键10的配合，进而产生不同的力反馈作用，以满足不同场景的需求。
[0071]
并且，本实施例中，主动轮51位于从动轮53的背对扳机键10的一侧，电机55位于主动轮51的面向从动轮53的一侧；这样，还有利于力反馈装置100结构的紧凑化，有利于减小力反馈装置100的体积，从而便于其在电子设备1000中的安装和布局。
[0072]
当然，在其他实施例中，主动轮51和从动轮53还可以呈现其他有效且合理的形式，例如：主动轮51和从动轮53都是直齿轮，通过直接啮合或中间的齿轮组实现传动；又例如：主动轮51和从动轮53都是皮带轮，通过套设皮带实现传动。
[0073]
可以理解地，本领域技术人员可以根据实际应用需求的不同，进行合理的选择，在此不再一一赘述。
[0074]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述驱动组件50还包括电位器70，所述电位器70与所述电机55的输出轴连接，用于监测所述电机55的转动过程。
[0075]
此时，通过电位器70，便可对电机55的转动过程予以监测，从而便于控制系统获知电机55当前的状态，进而便于控制系统对电机55的运行进行精确控制，实现更加精确的传动动作，最终快速且准确地选中对应的弹性件31与扳机键10进行配合或者突然泄力，以为用户提供更为优质的触觉反馈体验。
[0076]
需要说明的是，电位器70可以采用旋转式电位器70，通过将旋转式电位器70的旋转轴335与电机55的输出轴进行同轴连接；这样，电机55运行时，旋转式电位器70便可对电机55的转动过程进行监测。
[0077]
如图2至图4所示，在本发明力反馈装置100一实施例中，所述力反馈装置100还包括霍尔元件(图未示出)和磁性件90，所述霍尔元件和所述磁性件90的其中之一设置在所述扳机键10上，用于监测所述扳机键10的位置。
[0078]
需要说明的是，霍尔元件需要搭配磁性件90一同使用，当霍尔元件设置在扳机键10上时，磁性件90既可以设置在弹簧313组件上，例如设置在转盘33上(具体可沿转盘33的周向环绕布置或者布置在转盘33的中心处)，在霍尔元件随扳机键10移动而靠近转盘33时触发霍尔元件；磁性件90也可以设置在其他结构上，例如设置在用于安装扳机键10、弹性组件30、驱动组件50等部件的底座上，在霍尔元件随扳机键10移动而靠近转盘33时触发霍尔
元件。当然，霍尔元件和磁性件90的位置也可以互换(如本实施例的设计)。当然，还可以采用其他有效且合理的配置方式，本领域技术人员可以根据实际应用需求的不同，进行合理的选择，在此不再一一赘述。
[0079]
可以理解地，霍尔元件即霍尔传感器；磁性件90既可以是自身带有磁性的物质，例如永磁材料(具体可以是铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料、复合永磁材料等)，也可以是由软磁材料(具体可以是铁、铁合金、镍、镍合金、钴、钴合金等)配合线圈构成。
[0080]
此时，通过霍尔元件和磁性件90的配合，便可对扳机键10的位置予以监测，从而便于控制系统了解扳机键10当前的位置信息，进而便于控制系统对电机55的运行进行精确控制，实现更加精确的传动动作，最终快速且准确地选中对应的弹性件31与扳机键10进行配合或者突然泄力，以为用户提供更为优质的触觉反馈体验。
[0081]
如图1所示，本发明还提出一种电子设备1000，该电子设备1000包括如前所述的力反馈装置，该力反馈装置的具体结构参照前述实施例。由于本电子设备1000采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0082]
可以理解地，电子设备1000可以是各类操作手柄(例如游戏手柄等)、虚拟现实设备、增强现实设备等。
[0083]
本发明还提出一种电子设备系统，该电子设备系统包括如前所述的电子设备，以实现对电子设备系统的控制，如游戏手柄与游戏主机或vr手柄与vr头戴设备组成的系统等。该力反馈装置的具体结构参照前述实施例。由于本电子设备系统采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0084]
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。