用于減小輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的摩擦的超級(jí)滑動(dòng)的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開通常涉及輸入設(shè)備，且特別涉及用于控制輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的摩擦的 設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去幾十年來，發(fā)展了用于生成計(jì)算機(jī)的指令的幾種類型的輸入設(shè)備。這些設(shè) 備包括鼠標(biāo)、軌跡球、鍵盤和觸控板。那些輸入設(shè)備中的一些相對(duì)于基準(zhǔn)面（例如支座）進(jìn) 行移動(dòng)以生成指令。這些輸入設(shè)備包括例如鼠標(biāo)。其它輸入設(shè)備適合于將物體相對(duì)于輸入 設(shè)備的有效表面的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成用于計(jì)算機(jī)的指令。那些設(shè)備包括觸控板。
[0003] 隨著時(shí)間的推移，用戶形成了關(guān)于使用用于生成特定的指令的特定輸入設(shè)備的某 些偏好。例如，鼠標(biāo)特別適合于控制在計(jì)算機(jī)屏幕上的光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。觸控板特別適合于允 許用戶鏈接到特定的手勢(shì)功能例如以翻看一疊文件。當(dāng)使用輸入設(shè)備時(shí)，應(yīng)注意，在輸入設(shè) 備和基準(zhǔn)面（輸入設(shè)備在基準(zhǔn)面上進(jìn)行使用）之間的摩擦直接影響使用輸入設(shè)備的舒適度 和所產(chǎn)生的指令的準(zhǔn)確度。
[0004] 例如，對(duì)于鼠標(biāo)，該摩擦對(duì)鼠標(biāo)相對(duì)于基準(zhǔn)面的運(yùn)動(dòng)和由用戶在將計(jì)算機(jī)屏幕上 的光標(biāo)從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置時(shí)消耗的力有影響。當(dāng)使用鼠標(biāo)時(shí)，摩擦減小了用戶的 行動(dòng)速度以及他對(duì)光標(biāo)的定位的精確度。此外，當(dāng)鼠標(biāo)在基準(zhǔn)面上移動(dòng)時(shí)，摩擦可導(dǎo)致噪 聲的產(chǎn)生。減小摩擦將增加鼠標(biāo)滑動(dòng)和精確度。此外，這將幫助減小或甚至消除滑動(dòng)粘附 (slip stick)，其為由在靜摩擦和動(dòng)摩擦之間的差異引起的效應(yīng)。由于這個(gè)和其它原因，減 小并控制鼠標(biāo)和基準(zhǔn)面之間的摩擦可明顯增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)。
[0005] 應(yīng)注意，當(dāng)在基準(zhǔn)面上使用鼠標(biāo)時(shí)，為了使用戶舒適地使用鼠標(biāo)，需要一些摩擦。 例如，如果用戶不能夠點(diǎn)擊同一點(diǎn)兩次，他將不能夠執(zhí)行用得很多的雙擊操作。另一例子 是，當(dāng)鼠標(biāo)未被使用時(shí)，鼠標(biāo)不應(yīng)從用戶由于缺少摩擦而留下它的位置移走。這可例如是假 設(shè)基準(zhǔn)面是傾斜的情況。
[0006] 在輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面或支座之間的摩擦水平對(duì)其它類型的設(shè)備（例如觸控板）也 是重要的。當(dāng)使用觸控板時(shí)，用戶將在觸控板的有效表面之上或相對(duì)于觸控板的有效表面 移動(dòng)物體或手指。在觸控板和基準(zhǔn)面之間的摩擦應(yīng)足以避免當(dāng)在有效表面之上移動(dòng)手指或 物體時(shí)設(shè)備本身產(chǎn)生位移。如果摩擦不是足夠的，則用戶會(huì)最終使用兩只手來向計(jì)算機(jī)提 供指令。將需要一只手來將觸控板保持在固定位置處，而使用另一只手來在觸控板的有效 表面上生成指令。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 輸入設(shè)備通信地耦合到主機(jī)，其中輸入設(shè)備相對(duì)于基準(zhǔn)面的運(yùn)動(dòng)被測(cè)量，且其中 在輸入設(shè)備和所述基準(zhǔn)面之間的摩擦是動(dòng)態(tài)可減小的。輸入設(shè)備包括殼體和用于接觸基準(zhǔn) 面的執(zhí)行器。執(zhí)行器包括第一層和第二層，第一層包括向其施加了電壓的壓電材料，而第二 層包括與第一層不同的、粘結(jié)到第一層的材料。電壓到第一層的施加導(dǎo)致一層空氣存留在 執(zhí)行器和基準(zhǔn)面之間。這層空氣將在輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的摩擦從第一數(shù)量的摩擦減小 到第二數(shù)量的摩擦。第一層為具有外徑的圓盤形狀，而第二層為具有等于或大于第一層的 外徑的外徑的圓盤形狀。第二層的外徑在5-8. 5mm的區(qū)間中。
[0008] 輸入設(shè)備通信地耦合到主機(jī)，其中輸入設(shè)備相對(duì)于基準(zhǔn)面的運(yùn)動(dòng)被測(cè)量，且其中 在輸入設(shè)備和所述基準(zhǔn)面之間的摩擦是動(dòng)態(tài)地可減小的。輸入設(shè)備包括殼體和用于接觸基 準(zhǔn)面的執(zhí)行器。執(zhí)行器包括第一層和第二層，第一層包括向其施加了電壓的壓電材料，而第 二層包括與第一層不同的、粘結(jié)到第一層的材料。電壓到第一層的施加導(dǎo)致一層空氣存留 在執(zhí)行器和基準(zhǔn)面之間。這層空氣將在輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的摩擦從第一數(shù)量的摩擦減 小到第二數(shù)量的摩擦。
【附圖說明】
[0009] 在附圖中，示出了結(jié)構(gòu)，其連同下面提供的詳細(xì)描述一起描述示例性實(shí)施方式。使 用相同的參考數(shù)字標(biāo)示相同的元件。應(yīng)理解，被示為單個(gè)部件的元件可以用多個(gè)部件代替， 且被示為多個(gè)部件的元件可以用單個(gè)部件代替。附圖并不是按比例的，且某些元件的比例 可為了說明的目的而被放大。
[0010] 圖1是以具有三個(gè)設(shè)備的鼠標(biāo)的形式的輸入設(shè)備的三維表示，這三個(gè)設(shè)備用于在 鼠標(biāo)的底部和基準(zhǔn)面之間產(chǎn)生擠壓膜；
[0011] 圖2示出根據(jù)圖1的用于產(chǎn)生擠壓膜的設(shè)備之一的細(xì)節(jié)；
[0012] 圖3示出用于產(chǎn)生擠壓膜的設(shè)備的側(cè)視圖；
[0013] 圖4A和4B示出壓電元件分別在擴(kuò)張和收縮階段期間的運(yùn)動(dòng)；
[0014] 圖5示出用于產(chǎn)生包括壓電材料的疊層的擠壓膜的設(shè)備；
[0015] 圖6示出所繪制的空氣間隙與時(shí)間的關(guān)系曲線圖；
[0016] 圖7示出所繪制的壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線圖；
[0017] 圖8示出在彎曲支柱的執(zhí)行器的截面圖中的第一實(shí)施方式；
[0018] 圖9示出由擠壓膜產(chǎn)生的平均力的示意性表示；
[0019] 圖10示出完整的圓盤壓電折彎?rùn)C(jī)執(zhí)行器；
[0020] 圖11示出所產(chǎn)生的1000個(gè)隨機(jī)選擇的執(zhí)行器，在實(shí)驗(yàn)的空間中表示了其的軌 跡；
[0021] 圖12、13和14示出表示作為計(jì)算的力的函數(shù)的最大振動(dòng)幅度、掃過體積和掃過表 面的三個(gè)曲線圖；
[0022] 圖15表示優(yōu)化過程流動(dòng)指示；
[0023] 圖16示出作為迭代數(shù)量的函數(shù)的Pareto前沿的演變；
[0024] 圖17示出完整的壓電圓盤的優(yōu)化結(jié)果；
[0025] 圖18示出Pareto前沿個(gè)體的完整的壓電圓盤的相關(guān)函數(shù)；
[0026] 圖19示出由模擬力代替的相關(guān)性的優(yōu)化結(jié)果；
[0027] 圖20示出如圖8所示的壓電環(huán)元件的優(yōu)化結(jié)果；
[0028] 圖21示出Pareto前沿個(gè)體的壓電環(huán)元件的相關(guān)函數(shù)；
[0029] 圖22示出由模擬力代替的相關(guān)性的優(yōu)化結(jié)果；
[0030] 圖23表示具有軸對(duì)稱執(zhí)行器橫截面的彎曲執(zhí)行器的第三實(shí)施方式；
[0031] 圖24示出根據(jù)圖23的壓電執(zhí)行器的優(yōu)化結(jié)果；
[0032] 圖25示出Pareto前沿個(gè)體的圓形壓電補(bǔ)片的相關(guān)函數(shù)；
[0033] 圖26示出由模擬力代替的相關(guān)性的優(yōu)化結(jié)果；
[0034] 圖27表示所產(chǎn)生的歸一化平均力與歸一化相關(guān)假設(shè)的比較；
[0035] 圖28示出具有波長(zhǎng)X彡20mm的相關(guān)函數(shù)；
[0036] 圖29示出具有波長(zhǎng)X彡l〇mm的相關(guān)函數(shù)；
[0037] 圖30表不振動(dòng)拓?fù)洌?br>[0038] 圖31示出三個(gè)所研宄的折彎?rùn)C(jī)拓?fù)涞南嚓P(guān)函數(shù)；
[0039] 圖32示出三個(gè)折彎?rùn)C(jī)拓?fù)涞淖罴裀areto前沿；
[0040] 圖33示出根據(jù)圖8、10和23的最佳執(zhí)行器的歸一化Pareto前沿；以及
[0041] 圖34以表1的形式示出優(yōu)化邊界。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 在下面的說明書中，如在本文使用的，"輸入設(shè)備"可包括常規(guī)的鼠標(biāo)、光學(xué)鼠標(biāo)、 觸控板、軌跡球等。用于減小和控制由輸入設(shè)備在基準(zhǔn)面上的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦的設(shè)備和/ 或方法可與需要連續(xù)四處移動(dòng)的任何輸入設(shè)備一起使用（例如以控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)）。因此雖 然隨后的討論致力于鼠標(biāo)，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，設(shè)備可與其它這樣的輸入設(shè)備一起使用。此外，"基 準(zhǔn)面"、"桌子"、"表面"和"工作表面"可互換地使用，并被考慮為包括包含鼠標(biāo)墊的任何表 面，輸入設(shè)備可在該表面上進(jìn)行使用。
[0043] 在一個(gè)實(shí)施方式中，公開了用于減小和控制由輸入設(shè)備在基準(zhǔn)面上的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 摩擦或用于減小和控制由控制指令的生成的輸入設(shè)備內(nèi)的移動(dòng)零件產(chǎn)生的摩擦的設(shè)備和 方法。
[0044] 各種實(shí)施方式涵蓋可單獨(dú)地或組合地使用以減小動(dòng)摩擦和/或靜摩擦的解決方 案。一些實(shí)施方式以材料的組合形式進(jìn)行優(yōu)化。該材料導(dǎo)致對(duì)在輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的 摩擦的更好控制以及噪聲抑制。
[0045] 在一個(gè)實(shí)施方式中，通過優(yōu)化在輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的超級(jí)滑動(dòng)效應(yīng)來控制在 輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的摩擦的減小。因此，使用了即使當(dāng)用戶使她/他的手的重量加到 自己的輸入設(shè)備的重量時(shí)也防止輸入設(shè)備接觸基準(zhǔn)面的擠壓膜。例如，這通過使用包括壓 電材料的輸入設(shè)備的底腳以產(chǎn)生振蕩來實(shí)現(xiàn)。施加到底腳的功率可被改變以動(dòng)態(tài)地控制在 輸入設(shè)備和基準(zhǔn)面之間的摩擦的數(shù)量。
[0046] 在一些情況中，當(dāng)?shù)阶雷拥木嚯x增加時(shí)，提升力急劇降低，產(chǎn)生到基準(zhǔn)面的小的但 相對(duì)穩(wěn)定的距離。
[0047] 另一實(shí)施方式包括用于適當(dāng)?shù)乜刂迫缜闆r所需要的摩擦的智能算法。例如，當(dāng)用 戶期望使用輸入設(shè)備雙擊顯示器上的特定點(diǎn)時(shí)，可能需要在輸入設(shè)備和工作表面之間的更 大的摩擦。此外，為了在各種游戲環(huán)境中使用，更多或更少的摩擦可能是合乎需要的。
[0048] 本文所述的特征和優(yōu)點(diǎn)并不是包括一切的，且具體地，基于本文的附圖、說明書和 權(quán)利要求書，很多額外的特征和優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員明顯。而且，應(yīng)注意，在 說明書中使用的語言主要被選擇用于可讀性和教學(xué)目的，且不能被選擇來描繪或限制該創(chuàng) 造性主題，采用確定這樣的創(chuàng)造性主體所必需的權(quán)利要求。
[0049] 圖2示出一個(gè)實(shí)施方式，其中超聲擠壓膜被用于減小在輸入設(shè)備10 (例如，如在圖 1上描繪的鼠標(biāo)10)和工作表面11之間的摩擦。鼠標(biāo)10設(shè)置有三個(gè)設(shè)備（或底腳）15以 由于所述設(shè)備15的振動(dòng)而產(chǎn)生擠壓膜。在一個(gè)實(shí)施方式中，這樣的振動(dòng)垂直于在表面11之 上的鼠標(biāo)10的運(yùn)動(dòng)的平面。如圖1所示的鼠標(biāo)具有包括由壓電材料制成的層的三個(gè)單獨(dú) 的圓盤形的底腳15。在一個(gè)實(shí)施方式中，這個(gè)壓電層粘接到由不同材料制成的另一層。在 另一實(shí)施方式中，底腳15由上下振動(dòng)的疊層（例如壓電層的疊層）制成?？墒褂玫膲弘姴?料的例子包括壓電陶瓷材料PIC 151、PIC 155、PIC 255。在一個(gè)實(shí)施方式中，可使用壓電 聚合物來代替壓電陶瓷材料。應(yīng)注意，也可使用可類似地進(jìn)行激勵(lì)的其它材料。
[0050] 當(dāng)這些底腳15中的一個(gè)或多個(gè)在正確的頻率下被電子地激勵(lì)時(shí)，它們?cè)谒鼈兒?工作表面11之間振動(dòng)并存留一層空氣。空氣膜由于振動(dòng)而出現(xiàn)，且振動(dòng)太快而不允許空氣 逸出薄間隙。這層空氣顯著地減小了摩擦，且鼠標(biāo)10僅