"触覚"という言葉はギリシャ語から生まれ",捉える"または"認識する"という意味です.エンジニアリングでは,触覚を利用する技術を指します.電子システムでは,触覚は,触覚を操作する技術です.触覚は,通常,人間と機械の相互作用を強化するためにデバイスに統合された力または触覚フィードバックメカニズムを記述するために使用されます..
エンジニアリングの観点から,触覚フィードバックは,通常,機械的なアクチュエータを通じて達成されます.これらのアクチュエータは,制御された振動,動き,または力を生成することができます.エクセントリック・ローティング・マース (ERM) モーターを含む線形共鳴アクチュエータ (LRA) と,圧力と重み,表面質感などの現実世界の物理的感覚をシミュレートできるピエゾ電気要素.触覚の仕様を組み合わせることで,触覚技術が視覚的・聴覚的ヒントを補完し,デジタルインターフェースをより直感的で応答性のあるものにしますこれは,正確な入力検証や浸透的なユーザー体験を必要とするアプリケーションにとって特に重要です.仮想オブジェクト操作を含む.
強化されたインタラクションの需要が増えることで 触覚技術の応用が 複数の分野で加速しています消費者電子機器のゲームコントローラーやタッチスクリーンから 自動車のダッシュボードのフィードバックコントローラー,医療における手術シミュレーションまでこの記事では,触覚フィードバックの詳細な紹介をします.基本技術と触覚技術におけるピエゾ電気要素の使用の利点を含む.
触覚式アクチュエータの共通技術
タクチルアクチュエータは,電気エネルギーを機械的な動きに変換することによって,振動,移動,圧力などの触覚感覚を生成する電機センサーである.このアクチュエータは,触覚フィードバックシステムの機能的コアですユーザーインターフェースで正確な物理反応を達成できる
触覚システムには複数の操作技術があり,それぞれ独自の動作原理と性能特性があります.
ピエゾ電気アクチュエータは,外部の電場による機械的変形と振動を生成するために,ピエゾ電気要素を使用し,それによって高周波,軽い移動低遅延フィードバック信号 (Same Sky ピアゾエレクトリック要素シリーズを参照してください).
エクセントリック・ローティング・マス (ERM) モーターは,DCモーターシャフトに設置されたエクセントリック・マス・ブロックで構成される.不均衡の負荷の回転は通常低周波の振動力を発生させるこの技術は,一般的にモバイルデバイスや低コストアプリケーションで使用されています.
電気活性ポリマー (EAP) 駆動器は,電場の影響で膨張または収縮する介電ポリマーを使用する.このタイプの材料は,スムーズで柔軟な運動曲線を生成することができます.しかし,通常,より高い電圧が必要になります..
線形共振アクチュエータ (LRA) の動作原理は,電磁場を交互に動かすことで,単軸に沿って磁石ブロックを動かすことです.LRAを共鳴周波数に調節することで,より効率的で迅速な応答時間の方向フィードバックが得られます..
音声コイルアクチュエータ (VCA) は,ローレンツ力原理を利用し,磁場に懸かっているコイルが電流の作用下では線形的に動くことを意味します.VCAはブロードバンドで動作し,幅と周波数を正確に制御することができます.
各タイプのアクチュエータには周波数応答,電力効率,統合の複雑性,フィードバックの忠誠性との間のトレードオフが必要です.特定の選択は ターゲットアプリケーションに依存します - ウェアラブルデバイスの微妙な触覚信号であるかどうかAR/VRインターフェースや 自動車のタッチスクリーンで強力なフィードバック
触覚フィードバックにおけるピエゾ電気コンポーネントの基礎知識
ピエゾ電気効果とは,機械的なストレスにさらされたとき,特定の材料に電荷が生じる現象を指す.この現象は逆転可能である.これらの材料に電場が加わると触覚フィードバックシステムで使用されるピエゾ電気アクチュエータの基本動作原理である.
触覚用アプリケーションでは,ピエゾエレクトリック要素は主に逆効果によって駆動され,入力電圧に基づいてマイクロスケール移動または振動を生成する.これらの部品は,力や圧力センサーとしても構成できます.触覚感のあるインターフェースや閉ループシステムに二重機能を統合する.
ピエゾ電気屈曲装置は,相反の偏振が結合した2つのピエゾ電気層から構成される一般的なアクチュエータ構造である.電圧が適用されると,一層が膨張し,もう一層が収縮します.このタイプの折りたたみ移動は,高度な精度と局所的な移動を必要とするアプリケーションに非常に適しています.
対照的に,多層ピエゾエレクトリックエレメントは,多くの薄いピエゾエレクトリック層を並列に積み重ね,動作電圧を削減しながら機械出力力を大幅に増加させます.より大きな力や移動が必要となる場合この構造は,大きな触覚表面や限られた電圧幅を持つ低電力組み込みシステムなど,重要な利点を持っています.
ピエゾ電気要素の傾き幅は入力信号に比例し,それによって静的位置付けと動的振動曲線の高解像度制御を達成する.他の多くのアクチュエータと異なり微妙な信号差やコードフィードバックを必要とするアプリケーションに適しています.
ピエゾ電気部品の"折りたたみ"
図 1 ピアゾ 電気 部品 の "折りたたみ" (画像 源:同じ 天)
触覚設計におけるピエゾ電気要素の利点
触覚フィードバックシステムで使用されるピエゾ電気要素は,高速で高力機械的移動を生成するために反ピエゾ電気効果を利用する.ピエゾエレクトリック要素の固有の材料特性により,通常,1ミリ秒未満の応答時間がもたらされる.リアルタイムで最小限の遅延で触覚によるフィードバックを可能にします これは高精度で瞬時にユーザーから応答を必要とするアプリケーションにとって重要です
ERMやLRAのような質量駆動動動動機とは異なり,ピエゾ電気装置は,懸垂部品の慣性または共鳴に依存しません.したがって,ピエゾ電気装置は,低電力消費とより速い安定化時間を持っていますこれらの特性により,ピエゾ電気装置は,電池駆動またはエネルギー効率と外側の寸法が厳格に制限されている携帯システムへの統合に特に適しています.
ピエゾエレクトリック要素の細かくて平らな幾何学的な形は,コンパクトな機械的統合を容易にする.エンジニアは,複数のピエゾ電気アクチュエータを単一の設計に組み込み,触覚網の出力を増幅したり,ユーザーインターフェイス上の触覚信号の空間分布分析を達成することができます.タッチパッド,ウェアラブルデバイス,電容性タッチスクリーンなどのアプリケーションでは,これらの構成が運動,方向のヒント,または圧力グラデーションをシミュレートするために使用できます.
ピエゾ電動アクチュエータは,運転信号周波数,振幅,波形に関して高度な構成可能性があり,さまざまなフィードバックテクスチャと効果をサポートする.この技術は様々な機械的および電気的形も提供しています自動車,医療,産業,および消費者電子機器市場向けにカスタマイズされたソリューションを提供します.
ピエゾ電気部品の設計上の考慮事項
ピエゾ電気技術に基づく触覚フィードバックシステムを設計するには,次の主要な要因を慎重に考慮する必要があります.
駆動ブロック: 振動の効率的な伝達を確保するために,押棒力を慣性負荷と一致させる.
コンポーネントタイプ:電圧,移動,サイズ制限に基づいて単層または多層のコンポーネントを選択します.
メカニカルエンベロープ表面:アクチュエータが利用可能なスペース内に設置されていることを確認する.
アクティベーション軸: 部品セットの適切な形状を選択するために動きの方向を決定する.
電源とドライバ: システム電源とピエゾ電気装置の容量負荷を一致させ,効率的な興奮を達成するために互換性のあるドライバを選択します.
周波数要求:最適な触覚フィードバックを得るために,部品の共鳴周波数または必要な帯域幅を決定する.
熱条件:ピエゾ電気要素の動作温度範囲がシステムの環境条件を満たしていることを確認する.