基于壓電馬達(dá)的觸覺響應(yīng)解決方案

隨著觸摸屏在手持式消費(fèi)類設(shè)備中逐步替代機(jī)械按鍵，由于缺乏觸覺響應(yīng)，消費(fèi)者開始提出對實(shí)時(shí)響應(yīng)的需求。用戶已經(jīng)習(xí)慣了按鍵按下時(shí)表示成功操作按鍵輸入的機(jī)械觸感，如圖1所示鍵盤。近來，由于缺乏好的觸覺反饋設(shè)計(jì)，從而帶動(dòng)了電子觸覺響應(yīng)系統(tǒng)的需求。

圖1. 基于軟件的按下激活按鍵

　　使用壓電驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)觸覺反饋是一種比較有前途的方法，這種方式已經(jīng)在少數(shù)消費(fèi)類設(shè)備中應(yīng)用了很多年。壓電式觸覺反饋具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括：快速響應(yīng)、超薄外觀、低功耗以及大量可以利用的壓電材料和組裝工藝。

　　壓電特性和比較

　　壓電材料有各種不同的形狀、尺寸、厚度、電壓范圍、作用力和額定電容，可以加工成特定形狀，以滿足特殊應(yīng)用及封裝的需求，并可以提供單層和多層結(jié)構(gòu)。多個(gè)壓電體可以實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的觸覺反饋和多種不同的觸感。

　　工作在諧振點(diǎn)及其附近的壓電驅(qū)動(dòng)應(yīng)用包括：

　　●振動(dòng)激勵(lì)和消除

　　●微型泵

　　●微型雕刻系統(tǒng)

　　●超聲鉆孔/焊接/雕刻/解剖/計(jì)量

　　工作在諧振點(diǎn)以下的應(yīng)用包括：

　　●觸覺響應(yīng)

　　●圖像穩(wěn)定

　　●自動(dòng)對焦系統(tǒng)

　　●纖維光學(xué)校準(zhǔn)

　　●結(jié)構(gòu)變形

　　●磨損補(bǔ)償

　　壓電工作原理

　　低于諧振頻率時(shí)，壓電體可以簡單地用一個(gè)電容模擬。當(dāng)直流電壓加在壓電體兩端，構(gòu)造和物理形狀不同的壓電體會產(chǎn)生不同的形變（圖2）。

圖2. 簡化壓電體模型

　　庫侖定律指出Q＝CV，但在壓電體中電容不是常數(shù)，這是因?yàn)殡娙輼O板間距會隨著電壓變化而變化。

　　當(dāng)對壓電體施加電壓時(shí)，由于極板間距離發(fā)生變化（圖3A），電容量也會隨之改變。壓電體位移正比于電場強(qiáng)度，而電場強(qiáng)度是極板間電壓和距離的函數(shù)。外加電壓和壓電驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的作用力保持著合理的正比關(guān)系（圖3C）。

　　在大多數(shù)壓電驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)范圍內(nèi)，壓電體等效電容的電荷與位移量都保持近似正比關(guān)系。如果等效電容極板間沒有漏電流，即使極板與電壓源斷開，仍能夠保持位移量。

圖3. 位移量和作用力與外加電壓

　　作用力正比于壓電體外加電壓（圖3）。作用力（相對于時(shí)間）是影響觸覺響應(yīng)的主要因素，它決定了用戶的感覺，使用多層壓電體可以改進(jìn)位移量。