解析觸摸屏系統(tǒng)中的觸覺反饋功能
作為用戶輸入設(shè)備的觸摸屏正在快速普及。從某些需求(如蘋果公司的iPhone)可以看出，一個(gè)出眾的用戶接口將帶來極具競(jìng)爭(zhēng)力的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。不過對(duì)其他應(yīng)用而言，還需要克服其他一些問題，如安全方面的問題、娛樂分心問題或者其他可用性問題。
來自工業(yè)、商業(yè)以及消費(fèi)類等所有市場(chǎng)領(lǐng)域的用戶都在不斷追求更好的人機(jī)接口。目前，觸摸激活接口方面的最新技術(shù)是觸覺反饋，它可以向用戶提供立即和正確無誤的確認(rèn)。該功能被用來改善用戶性能和滿意度。此外，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師通過提供直觀的觸覺提示可以將功能復(fù)雜度降到最低。本文將討論如何為產(chǎn)品的觸摸激活接口添加觸覺反饋(觸覺技術(shù))。
目前現(xiàn)狀
能夠提供觸覺的觸摸接口系統(tǒng)依賴于執(zhí)行器產(chǎn)生觸感。執(zhí)行器和控制技術(shù)的發(fā)展使得目前的執(zhí)行器能夠支持各種從很小到很大的觸摸面板和觸摸屏上的觸摸反饋，產(chǎn)品范圍覆蓋了從手機(jī)到寬屏觸摸監(jiān)視器等各種產(chǎn)品。另外，支持觸覺系統(tǒng)所需的處理器負(fù)荷相當(dāng)小，觸摸輸入技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)非常普及，機(jī)電解決方案也都是現(xiàn)成的。
工作原理
對(duì)用于觸摸激活控制的觸覺技術(shù)的通常解釋是，按鍵或開關(guān)的全程動(dòng)作必須完全復(fù)制才最有效。但實(shí)際上，人類手指的感知靈敏性并不這樣低。大量的研究發(fā)現(xiàn)，如果結(jié)合適當(dāng)?shù)募铀俣�，人類手指的神�?jīng)元可以檢測(cè)非常小的運(yùn)動(dòng)。在1.5g以上的加速度條件下，僅有0.1mm的運(yùn)動(dòng)就能被人類感知為確認(rèn)響應(yīng)。
不過，1.5g這個(gè)最低水平的加速度，還不足以產(chǎn)生最佳的觸覺效果。通過產(chǎn)生一個(gè)加速度和一個(gè)具有較強(qiáng)刺激的位移可以產(chǎn)生更有效的觸覺效果。通過本文所示的“相圖(phase portraits)”可以看到這些加速度和位移。在成功地將觸覺技術(shù)通過電子機(jī)械方式集成進(jìn)觸覺接口器件后可以產(chǎn)生相圖。
解決方案
觸覺反饋系統(tǒng)架構(gòu)中通常包括：(1)執(zhí)行器，可以是直流電磁型，或者是體積較大、必須正確安裝到觸摸屏中的定制器件，(2)觸覺控制軟件，可以安裝在一個(gè)控制板上，或嵌入到產(chǎn)品的主處理器中，(3)一個(gè)觸覺效果庫(kù)，(4)一個(gè)從主程序調(diào)用觸覺效果的可編程接口。上述幾部分中任何一個(gè)的錯(cuò)誤實(shí)現(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗。
執(zhí)行機(jī)制
最好的方法是使用為產(chǎn)生觸覺效果專門設(shè)計(jì)的執(zhí)行器，因?yàn)橹匦赂淖円粋�(gè)通用電機(jī)和螺線管的用途極具挑戰(zhàn)性。為觸覺應(yīng)用設(shè)計(jì)的執(zhí)行器將來自控制器的觸覺信號(hào)轉(zhuǎn)換成特定相圖所描述的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。很明顯，除了提供一個(gè)好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)外，所選的執(zhí)行器需要滿足嚴(yán)格的功率、效率和可靠性指標(biāo)。
在手機(jī)中常用的兩種執(zhí)行器也非常適用于小型觸摸平面產(chǎn)品(對(duì)角線長(zhǎng)度在7英寸以下)。它們分別是偏心旋轉(zhuǎn)塊電機(jī)(ERM) (照片中所示)和線性諧振執(zhí)行器(LRA)，其中有個(gè)塊狀物在兩個(gè)磁極之間振動(dòng)。屏幕較大的產(chǎn)品，如那些從7英寸到36英寸帶觸摸接口的產(chǎn)品，就需要較大的執(zhí)行器。Immersion A100 和A300就是這樣兩種產(chǎn)品。
圖1：A300執(zhí)行器的位移和時(shí)間關(guān)系。
圖2：A300執(zhí)行器的加速度與時(shí)間關(guān)系。
圖3：A300中加速度與位移的關(guān)系(相圖)。
圖4：ERM電機(jī)利用一個(gè)偏心塊來為小型設(shè)備提供觸覺效果。照片中顯示的是Sanyo公司的微型直流電機(jī)。
圖5：A100觸覺執(zhí)行器。
