一种力反馈单元及电子设备的制作方法

1.本发明涉及力反馈技术领域，尤其涉及一种力反馈单元及电子设备。


背景技术：

2.随着游戏行业和虚拟技术的发展，对感官刺激的模拟越发重要。例如，对于游戏手柄而言，现有技术中存在具有力反馈单元的手柄，在使用者按压按钮时，力反馈单元内的驱动构件能够对按钮施加与按压方向相反的作用力，从而使得按压按钮的手指能够感受到与游戏或者虚拟环境内场景对应的触感，获得更为细腻和逼真的体验。
3.相关技术中，力反馈单元常通过电机驱动传动机构对按钮施加阻力。例如，传动机构为齿轮齿条传动，齿条能够被齿轮驱动至与按钮抵接，当两者抵接时，电机通过齿轮驱动齿条向着按钮移动对按钮施加阻力。
4.相关技术中，电机通常仅能够对按钮施加与按压方向相反的阻力，导致按钮的触觉反馈存在一定的局限性；另外，按钮和传动机构的接触部分需要频繁抵接，导致接触部分容易磨损，从而产生性能变化。
5.因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种力反馈单元及电子设备，该力反馈单元能够实现更为丰富的触觉反馈。
7.为实现上述发明目的，一方面，本发明提出了一种力反馈单元，包括：
8.按钮，包括供手指按压的按压件和与所述按压件相连的传动臂，按压所述按压件时，所述按钮整体绕第一轴线转动；
9.传动件，其包括与所述传动臂相连的第一状态和与所述传动臂脱离的第二状态；
10.驱动装置，用于驱动传动件在所述第一状态和所述第二状态之间切换，在所述第一状态时，所述驱动装置通过所述传动机构对所述按钮施力；以及，
11.壳体，用于安装所述按钮、所述传动件和所述驱动装置。
12.进一步地，所述传动件与所述壳体可旋转连接，所述驱动装置通过驱动所述传动件转动使所述传动件在所述第一状态和所述第二状态之间切换。
13.进一步地，所述传动臂具有齿轮部，所述传动件包括与所述壳体可旋转连接的转轴以及与所述转轴相连的齿轮盘，所述齿轮盘的部分表面设有轮齿，在所述第一状态时，所述齿轮盘的轮齿与所述齿轮部啮合，在所述第二状态时，所述齿轮盘的轮齿与所述齿轮部脱离啮合。
14.进一步地，所述驱动装置为电机，其电机轴设置有蜗杆，所述传动件还包括连接在所述转轴上的蜗轮，所述蜗杆和所述蜗轮啮合。
15.进一步地，所述的力反馈单元还包括用于检测所述传动件的转动角度的检测传感器。
16.进一步地，所述检测传感器为变阻器，其安装于所述壳体上且与所述传动件相连，所述传动件转动时，所述变阻器的阻值发生变化。
17.进一步地，所述按压件与所述传动臂固定连接；或者，所述按压件与所述传动臂一体成型。
18.进一步地，所述的力反馈单元还包括复位件，所述复位件用于施加驱动按钮复位的力。
19.进一步地，所述复位件为扭簧，所述扭簧与所述壳体相连，且所述扭簧的两个扭力臂分别与所述壳体和所述按压件相连。
20.进一步地，所述的力反馈单元还包括与所述壳体相连的微动开关，所述按钮被压下后，触发所述微动开关。
21.进一步地，所述壳体具有腔体，所述按钮与所述壳体可旋转连接，所述传动臂延伸至所述腔体内，当所述传动臂与所述壳体内壁接触时，所述按钮处于最大的下压位置；
22.所述按压件设有收容腔以及凸出至所述收容腔内的第一限位部，所述壳体设有伸入所述收容腔内的第二限位部，当所述第一限位部和所述第二限位部接触时，所述按压件处于未被压下的初始位置。
23.另一方面，本发明提出了一种电子设备，包括如上任一项所述的力反馈单元。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.1.本发明中，驱动装置能够驱动传动件在与传动臂相连的第一状态和与传动臂脱离的第二状态之间切换，当传动件与传动臂相连时，驱动装置能够对按钮施力，由于传动件与传动臂相连，因此，驱动装置对按钮施加的力的方向可以相反，既能够对按钮施加阻碍其下压的阻力，也能够协助手指快速压下按钮，有利于力反馈单元做出更为丰富和细腻的触觉反馈，提高使用体验。
26.2.作为改进，传动件和传动臂通过齿轮啮合的方式实现连接，且传动件的齿轮盘仅部分表面设置有轮齿，通过转动传动件即可方便的实现传动件与传动臂的啮合或脱离，在啮合时，同样可以通过转动传动件对按钮施力，这样，通过一个驱动装置即可实现传动件的状态切换以及对按钮的施力，结构更为简单。
附图说明
27.图1是本发明中一种实施例的力反馈单元的结构示意图。
28.图2是图1所示的力反馈单元另一视向的结构示意图，且图中未示出盖板。
29.图3是本发明中一种实施例的按钮的结构示意图。
30.图4是本发明中一种实施例的力反馈单元的俯视图，图中传动臂与传动件相啮合。
31.图5是本发明中一种实施例的力反馈单元的俯视图，图中传动臂与传动件脱离啮合。
32.图6是本发明中一种实施例的驱动装置与传动件的连接示意图。
33.图7是图1所示的力反馈单元另一视向的结构示意图。
34.图8是本发明中一种实施例的力反馈单元的俯视图，图中按钮处于最大下压位置。
35.图9是本发明中一种实施例的力反馈单元的结构示意图，图中未显示按钮和盖板。
36.图10是本发明中一种实施例的力反馈单元的俯视图，图中按钮处于初始位置。
具体实施方式
37.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本技术的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
38.本技术中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
40.如图1至图10所示，本发明公开了一种力反馈单元，包括按钮1、传动件2、驱动装置3和壳体4。
41.按钮1包括供手指按压的按压件10和与按压件10相连的传动臂11，在压下按压件10时，按钮1整体绕第一轴线1a转动。如图2和图3所示，力反馈单元包括与壳体4相连的旋转轴42，按压件10设置有与旋转轴42相连的连接部102，通过旋转轴42连接按钮1和壳体4，可以实现按钮1与壳体4之间的可旋转连接，可以理解的是，旋转轴42的轴线即为第一轴线1a。
42.为了使得按钮1的按压件10和传动臂11能够作为整体同步转动，在一种优选的实施方式中，按压件10和传动臂11通过注塑的方式一体成型，此时按钮1为单个零件。在另一种优选的实施方式中，按压件10和传动臂11是固定连接的，例如通过焊接、热熔、粘接或者其他固定连接的方式将按压件10和传动臂11固定连接在一起。这样，按压件10和传动臂11相对固定，在压下按压件10时，按压件10和传动臂11能够同时绕着第一轴线1a转动。
43.传动件2用于将驱动装置3的机械力通过例如齿轮传动的方式传递至按钮1处，其能够使按钮1发生位移行程的变化，即能够改变按钮1的位置。传动件2包括与传动臂11相啮合的第一状态(参考图4)和与传动臂11脱离啮合的第二状态(参考图5)，驱动装置3能够驱动传动件2在第一状态和第二状态之间切换，即能够驱动传动件2与传动臂11啮合连接完成传动的目的，或者驱动传动件2与传动臂11脱离接触使得按钮1处于空载状态。
44.当传动件2处于与传动臂11啮合相连的第一状态时，驱动装置3能够通过传动件2和传动臂11将力施加至按压件10处，使得按压件10处产生位移上的变化，从而使与按钮1接触的手指感受到不同的阻力或者感受到振动反馈。当传动件2处于与传动臂11分离的第二状态时，驱动装置3与按钮1之间的力传递路径被切断。
45.由于传动件2在第一状态时，其与传动臂11相连，因此，驱动装置3能够通过传动件2对按钮1施加与压下按钮1的力方向相同或者相反的力，即驱动装置3能够通过传动件2对按钮1施加方向相反的力。在一种情形中，驱动装置3通过传动件2对按钮1施加与压下按钮1相反方向的力，此时手指按压按钮1时将受到更大的阻力。在一种情形中，驱动装置3通过传动件2对按钮1施加与压下按钮1相同方向的力，此时手指按压按钮1时将受到更小的阻力。
在一种情形中，驱动装置3可以通过传动件2对按钮1施加方向反复变化的力，例如通过控制电路控制驱动装置3驱动传动件2进行正转或者反转，从而反复变化力的方向，使按钮1在一定范围内往复摆动，从而使手指感受到振动反馈。在一种情形中，驱动装置3先通过传动件2对按钮1施加与压下按钮1相反方向的力，在下压一定幅度后，通过传动件2对按钮1施加与压下按钮1相同方向的力或者传动件2被下压至与按钮1脱离，此时手指失去驱动装置3的阻力，实现快速的泄压。这样，通过改变驱动装置3对按钮1施加的力，可以使手指感觉到不同的反馈，从而模拟例如接触不同弹性的物体或者扣压扳机等不同的情景。
46.壳体4用于安装按钮1、传动件2和驱动装置3，作为一种优选的实施方式，壳体4设有腔体40，腔体40一端开口，以便于安装零部件。传动件2设置在腔体40内，按钮1的按压件10位于腔体40外部，其传动臂11延伸至腔体40内，以便于与传动件2相连。驱动装置3安装于壳体4的侧壁上，其部分伸入腔体40内与传动件2相连。壳体4具有遮盖腔体40的开口端的盖板45，使得腔体40形成相对较为密闭的空间，以保护内部的结构。
47.在一些实施例中，传动件2与壳体4可旋转连接，驱动装置3通过驱动传动件2转动使传动件2在第一状态和第二状态之间切换。作为一种优选的实施方式，驱动装置3为电机，传动件2与传动臂11之间通过轮齿啮合的方式实现连接，这样，当传动件2和传动臂11处于啮合状态时，通过电机驱动传动件2向相反的方向转动，即可对按钮1施加不同方向的力。
48.如图6所示，传动件2包括与壳体4可旋转连接的转轴21以及与转轴21相连的齿轮盘20，齿轮盘20不是整周都设有轮齿200，而是仅部分的表面设有轮齿200，其他的表面未设置轮齿，例如设置成光面。传动臂11则设置有包括多个轮齿的齿轮部12，在第一状态时，参考图4(图4中以虚线示出了齿轮盘20和齿轮部12的位置)，齿轮盘20的轮齿200与齿轮部12啮合，传动件2能够带动传动臂11绕着第一轴线1a转动；在第二状态时，参考图5(图5中以虚线示出了齿轮盘20和齿轮部12的位置)，齿轮盘20与轮齿200脱离啮合。可以理解的是，由于齿轮盘20仅部分表面设置有轮齿200，因此，其在旋转过程中，能够旋转至与齿轮部12脱离啮合，当驱动装置3驱动传动件2旋转至与齿轮部12啮合时，传动件2即处于第一状态，反之，当传动件2旋转至与齿轮部12脱离接触时，传动件2即处于第二状态。
49.优选的，齿轮部12的分度圆12a(标号见图4)的圆心与第一轴线1a重合，这样，在齿轮盘20与齿轮部12a啮合传动时，两者的啮合更为可靠，传动效果更好。
50.可以理解的是，通过轮齿啮合的方式实现传动件2与传动臂11之间的连接和脱离，在连接和脱离时更为平稳，不易发生磨损。
51.如图6所示，驱动装置3为电机，其电机轴设置有蜗杆30，传动件2还包括与转轴21相连的蜗轮22，蜗杆30与蜗轮22相啮合，当驱动装置3的电机轴转动时，蜗杆30带动蜗轮22转动，蜗轮22带动转轴21及转轴21上的齿轮盘20转动。作为一种优选的实施方式，蜗轮22的直径要大于齿轮盘20的直径，以增大传递至齿轮盘20的作用力。
52.在一些实施例中，如图1所示，力反馈单元还包括用于检测传动件2转动角度的检测传感器5，通过检测传感器5检测传动件2的位置，能够确定轮齿200的位置，从而判断出当前轮齿200是否处于啮合状态。这样，可以有针对性的驱动传动件2转动，使之与传动臂11脱离或者啮合。作为一种优选的实施方式，检测传感器5为滑动变阻器，其安装在壳体4上且与传动件2相连，在传动件2转动时，滑动变阻器的阻值发生变化，根据滑动变阻器的阻值变化可以计算得出传动件2的转动角度，进而得出当前轮齿200的位置。
53.如图7所示，力反馈单元包括与壳体4相连的复位件6，复位件6用于施加驱动按钮1复位的力。复位件6例如可以通过磁力或者弹力驱动按钮1复位，在压下按钮1时，复位件6施加的复位力与按钮1的移动方向相反，从而对按钮1施加一定的阻力。
54.在一种优选的实施方式中，复位件6为扭簧，扭簧具有两个扭力臂60，在壳体4的外表面上设置有固定扭簧的第一固定部43以及固定其中一个扭力臂60的第二固定部44，在按压件10的外表面上设置有用于固定另一个扭力臂60的第三固定部103，当按钮1被压下时，其带动扭力臂60转动，扭簧变形后对按压件10施加阻碍其运动的弹力，在按压件10失去按压力时，扭簧即对按压件10施加驱动其复位的弹力。
55.这样，当传动件2处于第二状态时，齿轮盘20与传动臂11脱离啮合，因此，在按钮1失去按压力时，复位件6对按钮1的复位力能够驱动按钮1回到初始位置。当传动件2处于第一状态时，齿轮盘20与传动臂11啮合，因此，即使按钮1失去按压力，也能够保持当前位置，并在驱动装置3的驱动下运动。
56.可以理解的是，复位件6除了采用扭簧之外，还可以是其他的零部件。例如，复位件6可以是设置在按钮1和壳体4之间的弹簧，弹簧的两端抵接在按钮1和壳体4之间，通过弹簧的弹力实现按钮1的复位；又如，复位件6为磁铁，在按钮1和壳体4上均设置有磁铁，且按钮1和壳体4上的磁铁同极相对设置，通过磁铁的磁斥力实现按钮1的复位。
57.力反馈单元还包括安装在壳体4上的微动开关7，微动开关7位于按压件10的移动路径上，当按钮1被压下后，其压下微动开关7，从而触发微动开关7，发出电信号。此电信号会传导到驱动装置3的控制电路中，由控制电路计算处理后给驱动装置3正转或者反转的指令，这样，压下按钮1后能够触发相应的操作指令，对游戏或者虚拟环境进行交互。微动开关7例如可以是导电硅胶按键。
58.按钮1具有两个极限位置，分别为未被下压时的初始位置和下压到底后的最大下压位置，按钮1能够在两个极限位置之间活动。力反馈单元设置有用于限定两个极限位置的限定结构。
59.在一些实施例中，如图7所示，壳体4开设有与腔体40相通的通孔46，按钮1的传动臂11通过通孔46延伸至腔体40内，当按钮1转动时，传动臂11的端部在腔体40内活动。如图8所示，当传动臂11与壳体4的内壁接触时，按钮1处于最大的下压位置。由于直接利用了传动臂11和壳体4进行限位，无需额外设置限位部件，因此能够简化结构。
60.在一些实施例中，如图3、图9和图10所示，按压件10设有朝着壳体3开口的收容腔100以及凸出至收容腔100内的第一限位部101，第一限位部101设置于靠近收容腔100开口端的位置。壳体4设置有伸入至收容腔100内的第二限位部41，当第一限位部101和第二限位部41接触时，按压件10处于未被压下的初始位置(参考图10，图10中以虚线示出了此时收容腔100、第一限位部101和第二限位部41的位置)。如图9所示，第二限位部41设有向着第一限位部101所在侧凸出的勾部410，以便于与第一限位部101抵接。
61.由于限制按钮1的极限位置的结构位于壳体4和按压件10的内部，因此，不易受到外部物体的干扰，限位更为可靠。
62.本发明还提出了一种电子设备，其包括如上文所述的力反馈单元。电子设备例如可以是游戏或者vr/ar手柄，在游戏过程或者其他场景中，力反馈单元能够根据不同的场景对按压按钮1的手指施加不同的触觉反馈，以获得更为逼真和细腻的使用体验。
63.上述仅为本发明的具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。