[發(fā)明專利]包括三層致動(dòng)器的用于提供觸感刺激的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680014147.3
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN107533784B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·埃博拉西米塔卡魯;J·D·W·梅登;S·米拉巴斯;M·法拉卓拉西
• 申請（專利權(quán)）人: 不列顛哥倫比亞大學(xué)
• 主分類號: G08B6/00
• 分類號: G08B6/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 宋巖

1.一種用于向人類用戶提供觸感刺激的裝置，所述裝置包括：

多個(gè)三層致動(dòng)器，其沿著表面布置并且在橫向方向上彼此隔開，所述橫向方向大致與所述表面相切；

每個(gè)三層致動(dòng)器包括：

第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層電子和離子導(dǎo)電，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層具有一個(gè)或多個(gè)維度，所述一個(gè)或多個(gè)維度依賴于離子插入其中和離子從其中排出而變化；

可變形層，位于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間并與第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層接觸，以將第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層彼此物理分離，所述可變形層電絕緣并離子導(dǎo)電；以及

每對橫向相鄰的三層致動(dòng)器在其橫向相鄰的邊緣連接到可變形構(gòu)件；

其中，對于每個(gè)三層致動(dòng)器：

在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間施加第一電壓和第二電壓在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層內(nèi)產(chǎn)生對應(yīng)的第一離子分布和第二離子分布，并且在第一電壓和第二電壓的施加之間的改變造成三層致動(dòng)器在對應(yīng)的第一形狀和第二形狀之間的對應(yīng)變形；

其中三層致動(dòng)器的第一形狀大致與表面對準(zhǔn)，并且三層致動(dòng)器的第二形狀包括相對于三層致動(dòng)器的第一形狀的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層遠(yuǎn)離所述表面的移動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層由一個(gè)或多個(gè)電子和離子導(dǎo)電的聚合物制造。

3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置還包括控制電路，并且所述控制電路被配置為在第一電壓和第二電壓的施加之間切換，并且三層致動(dòng)器以大于100Hz的頻率在對應(yīng)的第一形狀和第二形狀之間切換。

4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置還包括控制電路，并且所述控制電路被配置為從第一電壓的施加切換到第二電壓的施加，并且每個(gè)三層致動(dòng)器在小于10毫秒的時(shí)間內(nèi)從第一形狀切換到第二形狀。

5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置還包括控制電路，并且所述控制電路被配置為在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間施加周期性電壓信號，所述周期性電壓信號具有大于100Hz的頻率，并且第一電壓和第二電壓與所述周期性電壓信號的最小振幅和最大振幅對應(yīng)。

6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中對于第一電壓和第二電壓之間的每次切換，第一形狀與第二形狀之間的差異為與第一電壓和第二電壓的低頻或DC施加對應(yīng)的每個(gè)三層致動(dòng)器的穩(wěn)態(tài)形狀之間最大差異的至少63％。

7.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中對于第一電壓和第二電壓之間的每次切換，每個(gè)三層致動(dòng)器在第一形狀和第二形狀之間切換，切換時(shí)間快于具有時(shí)間常數(shù)τ＝2ms的指數(shù)e^-t/τ的值。

8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中：

在第一形狀中，每個(gè)三層致動(dòng)器基本上是平面的；以及

在第二形狀中，第一導(dǎo)電層的維度相對于第一形狀的第一導(dǎo)電層的維度延伸，并且第二導(dǎo)電層的維度相對于第一形狀的第二導(dǎo)電層的維度收縮，使得在第二形狀中，每個(gè)三層致動(dòng)器在第一形狀的平面之外變形。

9.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中第一形狀與第二形狀之間的差異或過渡通過人類用戶手指中的一個(gè)或多個(gè)手指的機(jī)械感受器的觸摸感可檢測。

10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中第一形狀與第二形狀之間的差異或過渡通過人類用戶手指中的一個(gè)或多個(gè)手指的Pacinian小體的觸摸感可檢測。

11.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其中當(dāng)所述多個(gè)三層致動(dòng)器中的至少一個(gè)處于第一形狀和第二形狀中的至少一個(gè)形狀時(shí)，所述多個(gè)三層致動(dòng)器中的至少一個(gè)與效應(yīng)器接觸，并且其中所述多個(gè)三層致動(dòng)器中的至少一個(gè)在第一形狀和第二形狀之間的變形造成效應(yīng)器的對應(yīng)移動(dòng)，效應(yīng)器的移動(dòng)通過人類用戶的觸摸感可檢測。

12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中效應(yīng)器的對應(yīng)移動(dòng)在一個(gè)或多個(gè)橫向方向中。