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(lái)極具競(jìng)爭(zhēng)力的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。不過(guò)對(duì)其他應(yīng)用而言，還需要克服其他一些問(wèn)題，如安全方面的問(wèn)題、娛樂(lè)分心問(wèn)題或者其他可用性問(wèn)題。

來(lái)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(jué)反饋，它可以向用戶提供立即和正確無(wú)誤的確認(rèn)。該功能被用來(lái)改善用戶性能和滿意度。此外，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師通過(guò)提供直觀的觸覺(jué)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(jué)反饋(觸覺(jué)技術(shù))。

目前現(xiàn)狀

能夠提供觸覺(jué)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(jué)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(jué)技術(shù)的通常解釋是，按鍵或開(kāi)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)募铀俣龋祟愂种傅纳窠?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(guò)，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(jué)效果。通過(guò)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(jué)效果。通過(guò)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(jué)技術(shù)通過(guò)電子機(jī)械方式集成進(jìn)觸覺(jué)接口器件后可以產(chǎn)生相圖。

解決方案

觸覺(jué)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(jué)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(jué)效果庫(kù)，(4)一個(gè)從主程序調(diào)用觸覺(jué)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(jué)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(jué)應(yīng)用設(shè)計(jì)的執(zhí)行器將來(lái)自控制器的觸覺(jué)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(lái)為小型設(shè)備提供觸覺(jué)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(jué)執(zhí)行器

圖6：A300觸覺(jué)執(zhí)行器

圖7：執(zhí)行器的正確定位和安裝將使運(yùn)動(dòng)能夠有效地傳遞到用戶的指尖上
應(yīng)該對(duì)所有執(zhí)行器進(jìn)行優(yōu)化，以便在位移很小的同時(shí)能產(chǎn)生較大的力，還要仔細(xì)選擇這些執(zhí)行器來(lái)滿足性能和壽命方面的要求。設(shè)計(jì)所要求的執(zhí)行器的類型和數(shù)量取決于觸摸屏或面板的體積、重量和實(shí)現(xiàn)方案。

為了產(chǎn)生觸覺(jué)效果而誤用簡(jiǎn)單的螺線管和電機(jī)常易導(dǎo)致不良的實(shí)現(xiàn)。由于使用了不合適的執(zhí)行器性能，延遲或者很慢的執(zhí)行器加速、位移過(guò)大或者缺少對(duì)位移的精確控制都是常見(jiàn)的一些問(wèn)題。

執(zhí)行器安裝不良也是觸覺(jué)系統(tǒng)中的常見(jiàn)問(wèn)題。如果實(shí)現(xiàn)得不好，不僅是觸摸接口本身，連整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)諧振。在手持設(shè)備中可能問(wèn)題還不大，但在固定設(shè)備中則不然，過(guò)強(qiáng)的諧振所產(chǎn)生的效果不亞于地震，而不再是友好的確認(rèn)指示。如果安裝設(shè)置將接口壓迫到其加速度和位移被抑制在檢測(cè)點(diǎn)之外的程度，還會(huì)發(fā)生其他極端的結(jié)果。

執(zhí)行器的正確安裝會(huì)將位移有效地轉(zhuǎn)移到用戶的指尖上。觸摸屏顯示器被安裝在一個(gè)底座上，然后進(jìn)行柔性密封。觸覺(jué)執(zhí)行器可以提供顯示器和底座之間的主要附屬裝置，從而允許觸摸面“懸浮”，這樣可將最大的能量轉(zhuǎn)移到指尖上。

控制系統(tǒng)

對(duì)執(zhí)行器的正確控制是通過(guò)軟件和電路實(shí)現(xiàn)的，軟件和電路主要用來(lái)處理觸摸輸入，并向執(zhí)行器提供正確的指令。

控制指令應(yīng)該 對(duì)相關(guān)的執(zhí)行器技術(shù)和理想的相圖進(jìn)行優(yōu)化，這種相圖應(yīng)能正確確認(rèn)用戶的輸入，同時(shí)又不干擾用戶的注意力。提供這樣的響應(yīng)要求選擇一個(gè)具有合適驅(qū)動(dòng)輸出能力和0.25MIPS冗余處理能力的處理器，還要為目標(biāo)執(zhí)行器選用一個(gè)合適的放大器。整個(gè)通信路徑 (從用戶輸入到觸覺(jué)響應(yīng)啟動(dòng)) 的延時(shí)應(yīng)該小于30ms。

觸覺(jué)效果庫(kù)

觸覺(jué)效果庫(kù)應(yīng)該包括各種效果，從而能使用戶清楚地分辨各種觸摸屏控制的感覺(jué)，并且可以將眾多的功能分開(kāi)來(lái)。最好的方法是，觸覺(jué)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩艚涌谠O(shè)計(jì)師提供一個(gè)方便體驗(yàn)效果的方法，以便他們能從觸覺(jué)效果庫(kù)中選用最好的效果。

編程接口

通過(guò)簡(jiǎn)化的API從主程序中調(diào)用觸覺(jué)效果有助于軟件的集成。軟件開(kāi)發(fā)工具也很有用。Immersion公司提供了這樣的開(kāi)發(fā)工具，它向設(shè)計(jì)師提供了幾種編程選擇，包括Windows ActiveX控制、源代碼形式的交叉平臺(tái)API以及對(duì)定制接口的通信支持。還包括樣本代碼以及一個(gè)如何將觸覺(jué)反饋加到主程序中的完整過(guò)程描述。

今天的新型觸覺(jué)接口能夠在觸摸激活控制方面向用戶提供更加熟悉的、動(dòng)人和滿意的用戶體驗(yàn)。所幸的是，如今觸覺(jué)系統(tǒng)在技術(shù)上已經(jīng)成熟，機(jī)電集成也得到了很好地普及。這一新興技術(shù)的關(guān)鍵要素是執(zhí)行器集成、安裝、觸覺(jué)控制和編程。在按照本文的指導(dǎo)方針進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在觸摸激活控制感覺(jué)以及直覺(jué)、滿意度以及自然的用戶交互方面，觸覺(jué)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。 (end)