08被用戶針對接口表面180按壓時(shí)，軸承殼160的內(nèi)表面162在接觸區(qū)域190 接觸滾珠112,接觸區(qū)域190相對于接口表面180在內(nèi)軸承表面162的上部。因此，當(dāng)摩擦 致動(dòng)器166處于被動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在軸承殼160的內(nèi)表面162的上部區(qū)域處的接觸區(qū)域190輸 送手寫筆壓力的力。
[0086] 圖4B示出了其中摩擦致動(dòng)器166處于主動(dòng)狀態(tài)并且對滾珠112施加力的情況。如 圖4B中所示，當(dāng)摩擦致動(dòng)器166處于主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，摩擦調(diào)整器170沿著與方向D1相反的方 向D2被推向滾珠，并且摩擦調(diào)整器170與滾珠112接觸。當(dāng)摩擦調(diào)整器170與滾珠112接 觸時(shí)，軸承殼160的內(nèi)表面162在接觸區(qū)域192接觸滾珠112,接觸區(qū)域192是相對于接口 表面180的內(nèi)軸承表面162的最底部。因此，當(dāng)摩擦致動(dòng)器166處于主動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在軸承殼 160的內(nèi)表面162的下部區(qū)域處的接觸區(qū)域192輸送來自摩擦致動(dòng)器166的壓力的力。根 據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，滾珠112被針對軸承殼160的內(nèi)表面162按壓的力，連同接觸面對 滾珠112的力，可W使得滾珠112在軸承殼160中不太自由地轉(zhuǎn)動(dòng)。在摩擦致動(dòng)器166包 括壓電驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例中，對滾珠112的摩擦力的調(diào)節(jié)可相對較高的頻率來調(diào)整。
[0087] 雖然圖4A和圖4B示出了滾珠112在軸承表面162的腔內(nèi)垂直地轉(zhuǎn)移或移動(dòng)，從 而在滾珠112周圍的各種區(qū)域在滾珠112和軸承表面162之間存在間隙，但是根據(jù)一些實(shí) 施例，滾珠112可W與軸承表面162的全部或大部分接觸，即使當(dāng)摩擦致動(dòng)器166處于被動(dòng) 狀態(tài)時(shí)。也就是說，軸承表面162的表面或輪廓可W具有與滾珠112基本上類似的輪廓，從 而滾珠112緊密地適合于（fit snugly)在軸承殼160內(nèi)。
[00能]圖5A和圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的手寫筆108的更多細(xì)節(jié)，其中，另外的摩 擦致動(dòng)器被包括在手寫筆108中W提供對滾珠112的各向異性的摩擦力。也就是說，手寫筆 108可W包括上述討論到的組件，但是也可W額外包括一個(gè)或多個(gè)額外的摩擦致動(dòng)器200， 其被配置為從繞滾珠112外圍的不同角度對滾珠112施加力。
[0089] 例如，如圖5A中所示，摩擦致動(dòng)器200可W與處理器124進(jìn)行電子通信，W便控制 W相對于由摩擦致動(dòng)器166對滾珠112施加的力的方向的角度A對軸承殼160內(nèi)的滾珠112 施加的可變力。例如，摩擦致動(dòng)器200可W包括禪合到摩擦調(diào)整器204的桿或活塞202。響 應(yīng)于由處理器124提供的信號，摩擦致動(dòng)器200可W對滾珠112施加力或壓力，W通過使得 桿202和摩擦調(diào)整器204對滾珠112的表面進(jìn)行按壓來增加和/或減少在摩擦調(diào)整器204 和滾珠112之間的摩擦力。也就是說，當(dāng)橫向力沿著第一方向被施加到手寫筆108時(shí)，觸覺 反饋系統(tǒng)100可W調(diào)整施加到滾珠112的摩擦力，從而當(dāng)沿著第一方向移動(dòng)時(shí)，與越過表面 180的第二方向相比，其具有不同的滾動(dòng)阻力。
[0090] 圖5B示出了沿著圖5A中示出的B-B線取得的手寫筆108的頂視圖。如圖5B中所 示，手寫筆108可W包括排列在圍繞滾珠112的外圍或圓周的不同位置上的多個(gè)摩擦致動(dòng) 器200a-200c。摩擦致動(dòng)器200a-200c可W整合在軸承殼160中，或可W在軸承殼160外部 (例如，整合在外殼110中或禪合到外殼110)。雖然圖5B中所示的實(shí)施例包括彼此等距地 繞滾珠112外圍放置的S個(gè)摩擦致動(dòng)器200a-200c，但是各種摩擦致動(dòng)器的數(shù)量和相對位 置可W根據(jù)觸覺反饋系統(tǒng)100的設(shè)計(jì)而改變。摩擦致動(dòng)器200a-200c中的每一個(gè)可W分別 包括桿或活塞202a-202c，用于通過相應(yīng)的摩擦調(diào)整器204a-204c對滾珠112施加線性力。
[0091] 根據(jù)由摩擦致動(dòng)器200a-200c施加到滾珠112的力的方向W及施加到手寫筆108 的剪切力或橫向力的方向，施加到滾珠的摩擦力可W改變。例如，如圖5B中所示，當(dāng)W沿著 接口表面180的平面的方向D3對手寫筆108施加橫向力或剪切力時(shí)，方向D3和由摩擦致動(dòng) 器200a-200c施加的力的方向之間的角度A2可能影響由手寫筆108施加到滾珠112的摩 擦力的量。對于由摩擦致動(dòng)器200a-200c之一施加的給定量的力，當(dāng)角度A2為零度或180 度時(shí)（例如，當(dāng)來自摩擦致動(dòng)器200a-200c的力的方向平行于施加到手寫筆108的剪切力 或橫向力的方向時(shí)），在滾珠112和手寫筆108之間的摩擦力可W是最大的?？商鎿Q地，當(dāng) 角度A2等于90度或270度時(shí)（例如，當(dāng)來自摩擦致動(dòng)器200a-200c的力的方向垂直于施 加到手寫筆108的剪切力或橫向力的方向時(shí)），在滾珠112和手寫筆108之間的摩擦力可W 是最小的。
[0092] 因此，通過包括多個(gè)摩擦致動(dòng)器（例如，摩擦致動(dòng)器166和摩擦致動(dòng)器 200a-200c)，觸覺反饋系統(tǒng)100可W根據(jù)由用戶施加到手寫筆108的橫向力、手寫筆108相 對于接口表面180的位置，利用與由顯示面板106顯示的圖像的物理關(guān)系，來提供對滾珠 112的各向異性的摩擦力，W便調(diào)整由手寫筆108施加到滾珠112的摩擦力的量。例如，顯 示在顯示面板106上的圖像可W代表有紋理的表面（tex化red surface),諸如木紋，其中， 當(dāng)手寫筆108越過木材的木紋移動(dòng)或逆著木材的木紋移動(dòng)時(shí)，觸覺反饋系統(tǒng)100向滾珠112 施加更大量的摩擦力，而當(dāng)手寫筆108沿著木材的木紋或順著木材的木紋移動(dòng)時(shí)，觸覺反 饋系統(tǒng)100向滾珠112施加更少量的摩擦力。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，觸覺反饋系統(tǒng) 100可W通過利用多個(gè)摩擦致動(dòng)器166和200a-200c，根據(jù)移動(dòng)手寫筆108的方向（或根據(jù) 施加到手寫筆的橫向力的方向），不同地調(diào)節(jié)施加到滾珠112的摩擦力。
[0093] 在多個(gè)摩擦致動(dòng)器（例如，摩擦致動(dòng)器200a-200c)的情況下，觸覺反饋系統(tǒng)100 可W確定手寫筆108相對于接口表面180或電子設(shè)備102的方向或朝向的方向或朝向。例 如，觸覺反饋系統(tǒng)100可W比較手寫筆108內(nèi)的傳感器132的朝向測量結(jié)果與電子設(shè)備102 內(nèi)的傳感器150的朝向測量結(jié)果，W確定手寫筆108和電子設(shè)備102之間的相對朝向。在另 一個(gè)實(shí)施例中，手寫筆108可W包括特形的握把（contoured grip)或圖形的圖像（例如， 箭頭或標(biāo)簽），W鼓勵(lì)用戶在相對于電子設(shè)備102的朝向的某個(gè)位置握住手寫筆108。
[0094] 回到圖3,手寫筆108還可W在手寫筆108的側(cè)面的兩個(gè)或更多個(gè)位置處包括多 個(gè)應(yīng)變儀182和184。應(yīng)變儀182和184與處理器124進(jìn)行電子通信，并且被配置為檢測 或測量施加到手寫筆108的橫向力或剪切力。通過測量施加到手寫筆108的剪切力或橫向 力，W及具有如圖5A和圖5B中所示的多個(gè)多軸向摩擦調(diào)整器或摩擦致動(dòng)器，觸覺反饋系統(tǒng) 100可W調(diào)節(jié)對滾珠112的摩擦力W指導(dǎo)手寫筆108的路徑，從而準(zhǔn)許手寫筆在一個(gè)方向上 容易地移動(dòng)，但是在另一個(gè)方向上則很難移動(dòng)手寫筆（由于增加的對滾珠112的摩擦力）。 因此，通過包括諸如應(yīng)變儀182和184的換能器（trans化cer)作為手寫筆108的一部分， 觸覺反饋系統(tǒng)100可W因此具有閉環(huán)反饋控制，W便根據(jù)由用戶施加在手寫筆108上的橫 向力來創(chuàng)建期望的摩擦水平。也就是說，當(dāng)用戶對手寫筆108施加橫向力時(shí)，甚至在手寫筆 108相對于接口表面180移動(dòng)之前，觸覺反饋系統(tǒng)100可W調(diào)節(jié)對滾珠112的摩擦力。
[0095] 應(yīng)變儀182和184可W額外地被配置為測量由用戶施加到手寫筆108的垂直壓 力。因此，觸覺反饋系統(tǒng)100可W根據(jù)由用戶施加的力來調(diào)節(jié)（例如，增加或減少）由摩擦 致動(dòng)器對滾珠112施加的摩擦力，W維持摩擦調(diào)整器和滾珠112之間的摩擦系數(shù)，即使是在 由用戶施加在手寫筆上的力發(fā)生改變時(shí)。雖然應(yīng)變儀182和184被示出在手寫筆108的外 部邊緣，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，應(yīng)變儀可W被替換性地或額外地放置在手寫筆108內(nèi) 部。根據(jù)一些實(shí)施例，手寫筆108還可W包括被配置為測量在手寫筆108上的軸向壓力的 應(yīng)變儀。
[0096] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的摩擦系統(tǒng)134的更多細(xì)節(jié)，其中，手寫筆108 包括軸向致動(dòng)器210。如圖6中所示，摩擦致動(dòng)器166、軸承殼160、W及滾珠112可W在摩 擦組件或外殼212中彼此機(jī)械地禪合。摩擦組件212可W位于線性滑動(dòng)軸承（例如，洞或 腔）214內(nèi)，并且被配置為由于軸向致動(dòng)器210所施加的壓力或力而沿著線性方向kL'（例 如，平行于手寫筆108的外殼110)轉(zhuǎn)移或滑動(dòng)。軸向致動(dòng)器210被電禪合到處理器124,并 且被機(jī)械地禪合到摩擦組件212, W便響應(yīng)于由處理器124接收的數(shù)據(jù)信號，在線性滑動(dòng)軸 承214中沿著kL'方向向前和向后移動(dòng)摩擦組件212。
[0097] 因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，手寫筆108的軸承殼160和滾珠112的軸向高度 可W與手寫筆108的主體相隔離，從而可基于來自處理器124的信號，相對于手寫筆108的 外殼110調(diào)節(jié)滾珠112的高度或位置（例如，能夠轉(zhuǎn)移或滑動(dòng)）。不同于振動(dòng)馬達(dá)，軸向致 動(dòng)器210能夠生成對接口表面180的力（通過摩擦組件212和滾珠112)而不會(huì)晃動(dòng)反應(yīng) 物質(zhì)。因此，觸覺反饋系統(tǒng)100可W控制手寫筆108的軸向"凸起"，來仿真在粗趟或不平整 的表面上的書寫。
[009引圖7A和圖7B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的與作為觸覺反饋系統(tǒng)100的一部分的電 子設(shè)備102 -起操作的手寫筆108的示例。如上面所討論的，顯示面板106被配置為顯示 圖像，并且根據(jù)手寫筆108的觸摸位置、手寫筆108在觸控傳感器104上的移動(dòng)、W及所顯 示的圖像的模擬的紋理，觸覺反饋系統(tǒng)100可W調(diào)節(jié)施加在手寫筆108內(nèi)的滾珠112的摩 擦力W模擬紋理。
[0099] 如圖7A中所示，在觸覺反饋系統(tǒng)100的操作期間，手寫筆108和電子設(shè)備102經(jīng) 由通信接口114(例如，通過通信端口120和140)分別彼此交換數(shù)據(jù)230和232。如圖7B中所示，由手寫筆108發(fā)送到電子設(shè)備102的數(shù)據(jù)230可W包括指示由傳感器132測量或 計(jì)算的朝向測量結(jié)果的朝向數(shù)據(jù)234, W及指示如應(yīng)變儀182和184所測量的由用戶利用手 寫筆108對電子設(shè)備施加的剪切力和垂直力的力數(shù)據(jù)236。
[0100] 由電子設(shè)備102發(fā)送到手寫筆108的數(shù)據(jù)232可W包括與顯示在顯示面板106上 的圖像相對應(yīng)的紋理數(shù)據(jù)240。紋理數(shù)據(jù)240可W包括，例如，指示根據(jù)手寫筆108在接口 表面180上的觸摸位置而應(yīng)該施加到滾珠112的摩擦力的量的數(shù)據(jù)，被模擬的書寫器具的 類型，和/或滾珠112或手寫筆108在接口表面180上移動(dòng)（例如，滾動(dòng)）的速度。根據(jù) 一些實(shí)施例，紋理數(shù)據(jù)240可W包括基于在接口表面180上移動(dòng)的或相對于由顯示器106 顯示的圖像移動(dòng)的手寫筆1〇8(或滾珠112)的移動(dòng)的速度和方向的、指示將由摩擦致動(dòng)器 (例如，摩擦致動(dòng)器166和200a-200c)施加到滾珠112的力的量或者指示滾珠112在手寫 筆108中的軸向高度的變化（例如，使用軸向致動(dòng)器210)的信息或數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例，觸覺反饋系統(tǒng)100可W基于如紋理數(shù)據(jù)240所指示的手寫筆10