CN119384652A - 触觉输入装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触觉输入装置。根据本发明的触觉输入装置，其用于向使用者提供触觉触感，该装置包括：壳体部，其提供内部空间；轴部，其一端向外部露出，另一端位于所述壳体部的内部空间；磁路部，其布置于所述轴部的至少一侧且用于形成磁路；弹性部，其与所述轴部的另一端接触且向所述轴部提供恢复力；磁流变流体，其填充于所述内部空间的至少一部分。

Description

触觉输入装置

技术领域

本发明涉及一种触觉输入装置。更具体地，涉及通过输入装置输入的过程中可向使用者提供触觉触感的触觉输入装置。

背景技术

在使用各种电子和机械设备时，自然、便于使用且可传递信息的界面越来越受到关注。键盘、鼠标、触摸板、触摸笔和平板电脑等计算机输入装置提供应用输入和显示器上的光标控制等。

一些界面设备可以向用户提供触觉反馈。例如，操纵杆、鼠标、游戏手柄、方向盘或其他设备可根据诸如游戏或其他应用程序中的显示器上发生的事件或互动向用户提供触觉触感。

另外，为了向用户提供方便的界面，基于触摸板(touch pad)或语音识别的输入方法不断地增加。尽管如此，键盘和鼠标等按键式输入装置仍然是最常用的输入方式。然而，按键式输入装置的问题在于，作为用户施加的外力的反馈，只能向用户提供弹簧等弹性机构的反弹力。这意味着它们不能以多种方式向用户提供反馈，而只能提供相同的触感。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供一种触觉输入装置，其可向使用者提供触感且可提供各种形态的触感。

另外，本发明的目的在于，提供一种触觉输入装置，其可以较小的尺寸和较薄的厚度形成且可以较小的能量进行驱动。

但是这些技术问题仅为示例性的，并非用于限定本发明的范围。

技术方案

本发明的上述目的通过触觉输入装置得以实现，所述触觉输入装置向使用者提供触觉触感，该装置包括：壳体部，其提供内部空间；轴部，其一端向外部露出，另一端位于所述壳体部的内部空间；磁路部，其布置于所述轴部的至少一侧且用于形成磁路；弹性部，其与所述轴部的另一端接触且向所述轴部提供恢复力；磁流变流体，其填充于所述内部空间的至少一部分。

此外，根据本发明的一实施例，可进一步包括控制部，其用于控制所述磁路部形成的磁路。

此外，根据本发明的一实施例，所述壳体部可包括：第一壳体，其布置于上部且形成有供所述轴穿过的轴通孔；以及第二壳体，其布置于下部且提供用于容纳所述磁流变流体的所述内部空间。

此外，根据本发明的一实施例，所述第二壳体可包括用于容纳所述磁流变流体和所述弹性部的容纳部。

此外，根据本发明的一实施例，所述挤压部至少包括磁性部分，所述磁路部沿XY面方向形成，所述磁路部的一端和另一端支撑在所述容纳部和所述第二壳体上，且可布置于所述内部空间。

此外，根据本发明的一实施例，所述控制部可包括控制电路部及向所述控制电路部传递电力的控制终端部，所述控制电路部布置于所述内部空间，所述控制终端部中至少一部分向所述壳体部的外部露出。

此外，根据本发明的一实施例，所述轴部的一端可连接有旋钮(knob)。

此外，根据本发明的一实施例，所述容纳部的内部还可以布置有开关部，所述轴部的另一端凸出地形成有用于按压所述开关部的按压部。

此外，根据本发明的一实施例，所述轴部的另一端可至少包括用于挤压所述弹性部的挤压部，所述挤压部之间形成有供所述磁流变流体移动的空间即流动部。

此外，根据本发明的一实施例，以XY面方向为基准，从所述磁路部的第一极开始，中间夹设所述挤压部，直至所述第二极为止可形成有磁力线。

此外，根据本发明的一实施例，所述轴部的侧面可形成有卡止部，所述卡止部将所述轴部的驱动范围限制在所述第一壳体的所述轴通孔的下部面为止。

此外，根据本发明的一实施例，进一步可包括轭部，其布置于所述第二壳体的内部空间且提供第二内部空间。

此外，根据本发明的一实施例，所述轭部的所述第二内部空间填充有所述磁流变流体，所述第二内部空间的上部由所述第一壳体密封，所述第二内部空间的下部由所述第二壳体密封。

此外，根据本发明的一实施例，所述轭部与所述第二壳体之间的空间上可布置有所述磁路部。

此外，根据本发明的一实施例，所述第二内部空间上可布置有所述弹性部，所述轴部的另一端插入所述弹性部。

此外，根据本发明的一实施例，所述轴部的侧面还可以形成有卡止部，所述卡止部具有与所述第二内部空间的宽度对应的宽度，所述轭部的内侧面引导所述轴部在所述第二内部空间沿Z轴方向驱动。

此外，根据本发明的一实施例，在所述卡止部的端部向下可进一步延伸形成有侧边部。

此外，根据本发明的一实施例，所述侧边部至少可包括磁性部分，以Z轴方向为基准，从所述磁路部的上部开始，中间夹设所述卡止部和所述侧边部，直至所述磁路部的下部为止可形成有磁力线。

此外，根据本发明的一实施例，所述轴部的侧面形成有卡止部，进一步可包括保护器部，其比所述卡止部更靠下布置且包住所述轴部的外周，布置于所述容纳部的上部以防止所述磁流变流体从所述容纳部泄露。

此外，根据本发明的一实施例，所述保护器部由弹性材料构成，当对所述轴部的一端施加向下的力时，所述卡止部可挤压所述保护器部且使所述轴部向下移动。

此外，根据本发明的一实施例，多个所述弹性部在所述容纳部内沿XY面方向水平布置。

此外，根据本发明的一实施例，所述磁路部可包括：第一极和第二极，其用于形成磁场；第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯插设于所述第一极中，所述第二磁芯插设于所述第二极中。

此外，根据本发明的一实施例，所述磁路部用于连接所述第一磁芯的外侧和第二磁芯的外侧，且进一步包括磁边缘部，其用于包住所述第一极的外侧部和所述第二极的外侧部。

此外，根据本发明的一实施例，所述磁边缘部的下面支撑于所述壳体部的内侧台阶上。

此外，根据本发明的一实施例，所述磁边缘部至少可包括磁性部分，以Z轴方向为基准，从所述磁路部的上部开始，中间夹设所述轴部和所述磁边缘部，直至所述磁路部的下部为止可形成磁力线。

有益效果

根据本发明如上所述的结构，具有可向使用者提供触感且提供各种形态的触感的效果。

此外，根据本发明，具有可以较小的尺寸和较薄的厚度形成且以较小的能量便可驱动的效果。

很显然，这些效果并不能限定本发明的范围。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的触觉输入装置的立体示意图。

图2是根据本发明第一实施例的触觉输入装置的截面示意图。

图3是根据本发明第一实施例的触觉输入装置的分解立体示意图。

图4是根据本发明第一实施例的触觉输入装置的驱动过程的示意图。

图5是根据本发明第一实施例的触觉输入装置的磁路部与轴部之间的磁力线形态的示意图。

图6是根据本发明第二实施例的触觉输入装置的立体示意图。

图7是根据本发明第二实施例的触觉输入装置的截面示意图。

图8是根据本发明第二实施例的触觉输入装置的分解立体示意图。

图9是根据本发明第二实施例的触觉输入装置的驱动过程的示意图。

图10是根据本发明第二实施例的触觉输入装置的磁路的示意图。

图11是根据本发明第三实施例的触觉输入装置的立体示意图。

图12是根据本发明第三实施例的触觉输入装置的截面示意图。

图13是根据本发明第三实施例的触觉输入装置的分解立体示意图。

图14是与图12不同的侧面的截面示意图。

图15是根据本发明第三实施例的触觉输入装置的驱动过程的示意图。

图16是根据本发明的一实验例的触觉输入装置的无负载测试曲线图。

图17是根据本发明的一实验例的触觉输入装置的负载测试曲线图。

附图标记的说明：

100、200、300：触觉输入装置

110、210、310：壳体部

111、211、311：第一壳体

115、215、315：第二壳体

117、317：容纳部

120、220、320：轴部

130、230、330：磁路部

140、240、340：弹性部

160、260、360：控制部

170、370：旋钮

180、280：开关部

250：轭部

390：保护器部

M：磁流变流体

R1、R5、R6：第二壳体的内部空间

R2、R7：容纳部的容纳空间

R3：磁路部的中央空间

R4：轭部的第二内部空间

具体实施方式

参照以实施例为示例图示的附图。为了使本领域技术人员能够实施本发明，下面具体说明这些实施例。下面充分且详细地说明这些实施例，以使所属技术领域中具有通常知识者能够实施本发明。本发明的各种实施例应理解为互为不同但不相排斥。例如，在此记载的特定形状、结构及特性可将一实施例在不超出本发明的精神及范围的情况下实现为其他实施例。另外，公开的每一个实施例中的个别组成要素的位置或布置应理解为在不超出本发明精神及范围情况下可进行变更。因此，以下详细说明并非用于限定本发明，只要能适当地说明，本发明的范围仅由所附的权利要求和与其等同的所有范围限定。附图中类似的附图标记通过各个方面指代相同或类似的功能，为了方便起见，长度、面积及厚度等及其形态还可夸大表示。

为了使本领域技术人员容易实施本发明，下面将参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

当本发明的触觉输入装置100、200基于使用者施加的外力执行输入操作时，能够提供触觉触感。本发明的触觉输入装置100、200可不受限制地应用于键盘，鼠标、按钮等基于使用者的按压进行输入的输入装置中。

图1是根据本发明第一实施例的触觉输入装置100的立体示意图。图2是根据本发明第一实施例的触觉输入装置100的截面示意图。图3是根据本发明第一实施例的触觉输入装置100的分解立体示意图。

参照图1至图3，根据本发明第一实施例的触觉输入装置100可包括壳体部110：111、115、轴部120、磁路部130、弹性部140、磁流变流体M。其中，还可以包括控制部160、旋钮170、开关部180等。

壳体部110：111、115是触觉输入装置100的外壳，可提供用于容纳其他构件的内部空间R1。壳体部110可包括布置于上部的第一壳体111和布置于下部的第二壳体115。第一壳体111与第二壳体115可通过互相连接或配合插接形成内部空间R1。壳体部110能够由SUS、PC(聚碳酸酯)等材料形成。

第一壳体111大致可以为下部开放的六面体形状。第一壳体111的上面111a可形成有可供轴120沿Z轴方向上下运动的轴通孔112。第一壳体111的侧面111b具有可与第二壳体115插接的形状。因此，内部空间R1除了轴通孔112部分以外可以为封闭状态。

第二壳体115大致可以为下部开放的六面体形状。第二壳体115的侧面可形成有控制孔116，可供控制部160的控制终端部165通过。

此外，第二壳体115的内部空间R1可形成有容纳部117。容纳部117可以是上部开放的管状或柱状。当容纳部117的下部面由第二壳体115的内侧下部面代替时，容纳部117可以为上下部均开放的管状或柱状。

容纳部117可提供与轴部120的延伸方向(Z轴方向)相同方向上的容纳空间R2。容纳部117的容纳空间R2的形态即内径可与轴部120的外径对应。因此，当轴部120沿Z轴方向操作时，轴部120的轴不偏离容纳空间R2而在其内操作。优选地，容纳空间R2的高度小于壳体部110的内部空间R1上布置的轴部120部分的Z轴方向的长度。

磁流变流体M可填充于容纳部117的容纳空间R2。磁流变流体M包含磁性颗粒以及分散有磁性颗粒的油、水等流体状介质。优选地，磁流变流体M在容纳空间R2内优选以由轴部120密封的状态布置。此外，容纳部117的容纳空间R2可布置有弹性部140。此外，可选地，容纳部117的容纳空间R2可进一步布置有开关部180。

轴部120可设置为向使用者直接传递作为对施加的外力的反弹力的触觉触感。轴部120可大体上沿着Z轴方向延伸形成。轴部120的一端(上端部)向壳体部110的外部露出，另一端(下端部)可位于壳体部110的内部空间R1。轴部120的一端(上端部)可通过轴通孔112向壳体部110的外部露出。优选地，轴通孔112的平面截面形状与轴部120的平面截面形状对应，轴部120以Z轴方向为基准从下而上穿过轴通孔112，则壳体部110的内部空间R1被封闭。为了实现彻底封闭状态，轴通孔112、轴部120的周边可进一步夹设密封件(未图示)。

可选地，轴部120的一端可连接有旋钮170。旋钮170的作用是扩大使用者与触觉输入装置100的接触面且更好向使用者传递触觉触感。旋钮170上形成有连接孔173，以与轴部120的上部面121上形成的紧固孔122连通。通过在连接孔173和紧固孔122中安装螺丝、螺栓等紧固件175，可固定轴部120与旋钮170。

轴部120的侧面可形成有卡止部124。卡止部124可朝轴部120的侧面方向(XY面形成方向)凸出地形成。卡止部124可限制轴部120的驱动范围上限，以防止轴部120穿过轴通孔112向外部偏离。优选地，卡止部124朝轴部120的侧面方向凸出，以免进入容纳空间R2内。优选地，卡止部124形成于轴部120的两侧面且与轴通孔112的下部面[或者，第一壳体111的上面111a内侧]接触，但只要在轴部120卡在轴通孔112的下部面[或者，第一壳体111的上面111a内侧]的范围内，卡止部124也可以只形成在轴部120的一侧面。

轴部120的另一端(下端部)至少可包括用于挤压弹性部140的挤压部125。此外，轴部120的另一端可形成有供磁流变流体M移动的空间即流动部S1。即，除了形成有流动部S1的空间以外的轴部120的另一端部可作为挤压部125提供。

为了挤压弹性部140，挤压部125可与弹性部140的边缘对应。例如，如果弹性部140是弹簧形状，则为了按压弹簧的边缘部分，可至少具有与边缘对应的形状。作为一实施例，本说明书中虽然图示了挤压部125的平面截面(XY面)形状为H形状，但不限于此，只要能够形成流动部S1且能够挤压弹性部140即可。

此外，挤压部125实质上可以是形成磁流变流体M的磁链时朝Z轴方向驱动过程中承受剪切力、阻力、力矩、刚度变化等的部分。为了更好的形成磁链，轴部120或者挤压部125可包括磁性部分。包括磁性部分是指全部由磁性材料构成或只有一部分为磁性材料。磁性材料可包含铁、镍、钴、铁氧体(Fe₃O₄)或者它们的合金以及被氮化、氧化、碳化、硅化的金属。根据一实施例，轴120可以由冷轧钢板(SPCC)等材料形成。

轴部120的另一端(下端部)可进一步形成有按压部127。按压部127设置为挤压部125挤压弹性部140时能够按压容纳部117的底面上布置的开关部180，而并非与弹性部140直接接触。按压部127位于与挤压部125不同的XY面区域上且向下部凸出地形成。从另一观点来看，当弹性部140为内部中空的弹簧时，按压部127可朝弹性部140内部中空的空间凸出地形成。

磁路部130可形成用于改变磁流变流体M行为的磁路。磁路部130可利用来自控制部160的控制信号或者控制电力生成磁路即磁场。磁路部130可使用用于控制磁场方向的手段。优选地，磁路部130包括螺线管线圈，并通过控制其中流动的电流方向来改变磁场方向。

在壳体部110的内部空间R1，磁路部130可布置于轴部120的至少一侧。为了在轴部120的侧面上沿XY面方向形成磁力线，磁路部130优选沿着XY面方向形成。本说明书虽然例举了磁路部130在轴部120的左侧和右侧相隔布置，但可选地，磁路部130可以只布置于轴部120的一侧。或者，磁路部130也可以布置于除了轴部120的左侧面和右侧面以外的其他一侧。

磁路部130的一端137可支撑于容纳部117上，另一端135支撑于第二壳体115上。具体地，磁路部130的一端137可插在形成于容纳部117侧壁的支撑孔119中并得到支撑。另一端135可支撑于第二壳体115的内侧壁上形成的预定台阶上或者附着于第二壳体115的内侧壁并得到支撑。

磁路部130的第一极131和第二极132可作为磁铁提供。例如，第一极131、第二极132可包括线圈(coil)且可包括螺线管电磁体。或者，磁路部130可包括永久磁铁。第一极131和第二极132可以与水平面方向(XY面方向)平行且相互间隔地布置。为了形成闭环形态的磁力线MF[参照图5]，第一极131和第二极132优选具有不同的极性。例如，第一极131可以为N极，第二极132可以为S极。

磁路部130的另一端135与控制部160电连接，从而可接收电力。磁路部130的另一端135可作为第一极131、第二极132的磁芯(core)提供。磁路部130的一端137插在容纳部117的支撑孔119中，以使磁路部130朝水平面方向布置，同时堵住支撑孔119实现对容纳部117内部磁流变流体M的密封。

此外，与挤压部125一样，磁路部130的一端137可包括磁性部分。由此，可使磁力线MF沿着第一极131、第二极132、一端137、轴部120[或者，挤压部125]更好地形成。

弹性部140可布置于容纳部117的容纳空间R2。弹性部140可与轴部120的下部[或者，挤压部125]接触并对其进行支撑。当使用者向轴部120的上端或者旋钮170施加外力P[参照图4]时，弹性部140提供基于阻力的触觉触感，如果使用者施加的外力P被解除，则弹性部140提供恢复力，使轴部120返回到上部位置。弹性部140优选以线圈弹簧的形态提供，也可以是公知的橡胶圆顶、其他弹性机构。作为一例，弹性部140的材料可包含如SWP的钢琴线。

控制部160可对磁路部130形成的磁路进行控制。控制部160实质上可包括控制电路部161和控制终端部165，控制电路部161向磁路部130传递控制信号或者控制电力，控制终端部165从外部的电力供给手段(未图示)接收电力并将其传递给控制电路部161。控制电路部161可布置于壳体部110的内部空间R1。控制终端部165从控制电路部161延伸，并穿过控制孔116向壳体部110的外部露出。

开关部180可布置于容纳部117。随着开关部180被轴部120的按压部127按压，开关部180将输入信号传递给与触觉输入装置100连接的装置。开关部180的信号也可以传递给控制部160。控制部160可进一步考虑开关部180的输入信号，并控制磁路部130的磁路形成。

图4是根据本发明第一实施例的触觉输入装置100的驱动过程的示意图。图5是根据本发明第一实施例的触觉输入装置100中磁路部130与轴部120之间的磁力线MF形态的示意图。

参照图4和图5，磁路部130可以水平面(XY面)方向形成，以第一极131和第二极132的线圈呈相反极性地缠绕。由此，磁路也以水平面方向形成并与磁路部130的形成方向对应。此外，挤压部125也可由磁性材料形成，有助于磁力线MF以水平面方向形成。如图5所示，磁力线MF可依次沿着第一极131-挤压部125-第二极132形成磁环(magnetic loop)。

如图4所示，使用者向轴部120[或者，旋钮170]施加外力P并进行按压时，轴部120对弹性部140进行挤压。如果没有施加磁场且没有形成磁力线MF，则弹性部140被挤压(140->140')的同时向使用者提供对应固有弹力的反弹力。

如果有磁场施加且有磁力线MF形成，则磁流变流体M中的磁性颗粒可沿着磁力线MF方向形成磁链(M->M')。磁链可大概从容纳有磁流变流体M的容纳部117内侧壁形成直至轴部120的一侧为止。或者，磁链可从轴部120的流动部S1内形成直至轴部120的一侧[或者，挤压部125的一侧]、容纳部117的内侧壁为止。基于磁力线MF形成磁链，因此可对轴部120的Z轴方向的驱动施加阻力。即，磁链可沿垂直于轴部120的驱动方向的水平面(XY面)方向上形成，并可在轴部120的Z轴驱动方向上施加阻力。轴部120沿Z轴驱动的过程中施加的阻力可根据磁场的强度、磁链的结合力等变化。使用者可根据阻力的形态、模式、强度等感受触觉触感。

当使用者施加的外力P被解除且磁路部130的磁场也被解除时，轴部120可基于弹性部140的恢复力向上复位。

图6是根据本发明第二实施例的触觉输入装置200的立体示意图。图7是根据本发明第二实施例的触觉输入装置200的截面示意图。图8是根据本发明第二实施例的触觉输入装置200的分解立体示意图。下面，只描述与图1至图5的第一实施例不同的构件，相同的构件由之前描述代替。第一实施例和第二实施例中相同构件的附图标记用100系列、200系列表示，且互相对应。在下文中，除非另有说明，图6至图8中的各构件可以由前述图1至图5中所描述的构件代替。

参照图6至图8，根据本发明第二实施例的触觉输入装置200可包括壳体部210：211、215、轴部220、磁路部230、弹性部240、轭部250、磁流变流体M。在此，还可以包括控制部260、开关部280等。第二实施例的触觉输入装置200的尺寸小于第一实施例的触觉输入装置100且结构更简单。

壳体部210：211、215是触觉输入装置200的外壳，可提供用于容纳其他构件的内部空间R5。第一壳体211可以是形成有轴通孔212的大体平板形态。第二壳体215大致可以为上部开放的六面体形状。第二壳体215的侧面可形成有使控制部260与磁路部230电连接的通道即连通孔216。

磁路部230可布置于第二壳体部215的内部空间R5。磁路部230可采用被包住的形态，且与第二壳体部215的内侧面对应。磁路部230可以呈筒状，具有中央空间R3。磁路部230可由沿第二壳体部215内侧面缠绕的线圈提供。

第二实施例的触觉输入装置200还可以包括轭部250。轭部250可布置于第二壳体215的内部空间R5。更为具体地，轭部250可布置于磁路部230的中央空间R3内。轭部250可提供第二内部空间R4。轭部250可采用被包住的形态，且与磁路部230的内侧面对应。轭部250可以呈管状或柱状，具有中央空间R4。轭部250可以由与壳体部210相同的SUS、PC(聚碳酸酯)等材料形成。

轭部250可提供与轴部220的延伸方向(Z轴方向)相同方向上的第二内部空间R4。轭部250的第二内部空间R4的形态即内径可与轴部220的外径对应。因此，具有轴部220沿Z轴方向操作时使轴部220的轴的操作不偏离第二内部空间R4的优点。

磁流变流体M可填充于第二内部空间R4。为了使磁流变流体M密封，第二内部空间R4的高度可与第二壳体215的高度对应。第二壳体215的内部空间R5可被轭部250划分为磁路部230布置空间和用于布置磁流变流体M的第二内部空间R4。因此，具有可防止磁流变流体M的磁性颗粒直接粘贴到磁路部230的优点。

在第二壳体215的内部空间R5依次布置磁路部230、轭部250，并在轭部250的第二内部空间R4布置磁流变流体M、弹性部240、开关部280之后，将轴部220插入弹性部240内。然后，可将第一壳体211与第二壳体215配合插接，对内部空间R5和第二内部空间R4的上部进行密封。第一壳体211的上部211a与轭部250上部和第二壳体215的上部边缘接触，从而可对磁路部230布置空间进行密封。此外，第一壳体211的下部211b与轭部250的上部接触，从而可对第二内部空间R4进行密封。

轴部220的上端部221可通过轴通孔212向壳体部210的外部露出，下端部225可插入弹性部240。另外，轴部220的侧面可形成有卡止部223。卡止部223可沿着轴部220的侧面方向(XY面形成方向)凸出地形成。卡止部223用于限制轴部220的驱动范围的上限，可防止轴部220穿过轴通孔212向外部偏离。优选地，卡止部223可朝轴部220的侧面方向凸出，以防止进入弹性部240的内部。卡止部223最好形成于轴部220的两侧面并与轴通孔212的下部面[或者，第一壳体211的下部211b内侧]接触，但只要在轴部220卡在轴通孔212的下部面[或者，第一壳体211的下部211b内侧]的范围内，卡止部223也可以只形成于轴部220的一侧面。

卡止部223的宽度可以与第二内部空间R4的宽度对应。因此，轴部220可在第二内部空间R4以不倾斜的状态沿着Z轴方向平稳地驱动。在卡止部223的两端向下进一步延伸形成有侧边部227。侧边部227可布置于弹性部240的外侧，下端部225插入弹性部240。由此，可通过卡止部223的下部面对弹性部240进行挤压。即，卡止部223的下部面中除了下端部225和侧边部227的延长部分以外，剩余部分可与弹性部240接触。轭部250的内侧面可引导轴部220在第二内部空间R4沿着Z轴方向驱动而不向XY面方向偏离。

轴部220的下端部225和侧边部227实质上可以是形成磁流变流体M的磁链时朝Z轴方向驱动过程中承受剪切力、阻力、扭矩、刚性变化等的部分。为了更好地形成磁链，轴部220的下端部225、侧边部227中至少一个可包括磁性部分。

控制部260可对磁路部230形成的磁路进行控制。控制部260可布置于壳体部210的外侧面，并通过连通孔216与磁路部230电连接。

可选地，轴部220的下端部225上还可以形成有用于按压开关部280的按压部(未图示)。

图9是根据本发明第二实施例的触觉输入装置200的驱动过程的示意图。图10是根据本发明第二实施例的触觉输入装置200的磁路的示意图。

参照图9和图10，磁路部230可沿着第二壳体215的侧面以垂直(Z轴)方向形成。磁路大体上从下至上形成，以贯穿磁路部230的中央空间R3。此外，轴部220的卡止部223、侧边部227也可以由磁性材料形成，因此有助于磁力线MF朝垂直(Z轴)方向形成。如图10所示，磁力线MF可沿着磁路部230的上部-卡止部223，侧边部227-磁路部230的下部形成磁环。

如图9所示，如果使用者对轴部220的上端部221施加外力P进行按压，则轴部220挤压弹性部240。当没有施加磁场且没有形成磁力线MF时，弹性部240进行挤压(240->240')的同时向使用者提供与固有的弹力对应的反弹力。

有磁场施加且有磁力线MF形成的情况下，磁流变流体M中的磁性颗粒可沿着磁力线MF方向形成磁链(M->M')。磁链可大概形成为从容纳有磁流变流体M的第二内部空间R4[或者，轭部250]的内侧壁触及到轴部220的一侧。或者，磁链可从轴部220的下端部225一侧形成到轴部227的一侧。基于磁力线MF形成磁链，因此可对轴部220的Z轴方向的驱动施加阻力。即，磁链沿垂直于轴部220的驱动方向的水平面(XY面)方向形成，并可在轴部220的Z轴驱动方向上施加阻力。轴部220沿Z轴驱动的过程中施加的阻力可根据磁场的强度、磁链的结合力等变化。使用者可根据阻力的形态、模式、强度等感受触觉触感。

当使用者的外力P被解除且磁路部230的磁场也被解除时，轴部220可基于弹性部240的恢复力向上复位。

图11是根据本发明第三实施例的触觉输入装置300的立体示意图。图12是根据本发明第三实施例的触觉输入装置300的截面示意图。图13是根据本发明第三实施例的触觉输入装置300的分解立体示意图。图14是与图12不同的侧面的截面示意图。下面，只描述与图1至图5的第一实施例不同的构件，相同的构件由之前描述代替。第一实施例和第三实施例中相同构件的附图标记用100系列、300系列表示，且互相对应。在下文中，除非另有说明，图11至图14中的各构件可以由前述图1至图5中所描述的构件代替。

参照图11至图14，根据本发明第三实施例的触觉输入装置300可以包括壳体部310：311、315、轴部320、磁路部330、弹性部340、磁流变流体M。在此，还可以包括控制部360、旋钮370等。第三实施例的触觉输入装置300将第一实施例的触觉输入装置100的尺寸最小化且将驱动/阻力力矩最大化。

壳体部310：311、315是触觉输入装置300的外壳，可包括用于容纳其他构件的内部空间R6。第一壳体311可以是形成有轴通孔312且大致下部开放的六面体形状。第二壳体315大致可以是上部开放的六面体形状。第二壳体315的侧面可形成有使控制部360与磁路部330电连接的通道即连通孔316。

此外，第二壳体315的内部空间R6可形成有容纳部317。容纳部317可形成为上部开放的管状或柱状。当容纳部317的下部面由第二壳体315的内侧下部面代替时，容纳部317可形成为上下部均开放的管状或柱状。

容纳部317可提供与轴部320的延伸方向(Z轴方向)相同方向上的容纳空间R7。容纳部317的容纳空间R7的形态即内径可与轴部320的外径对应。因此，当轴部320沿Z轴方向操作时，轴部320的轴不偏离容纳空间R7而在其内操作。优选地，容纳空间R7的高度小于壳体部310的内部空间R6上布置的轴部320部分的Z轴方向的长度。

磁流变流体M可填充于容纳部317的容纳空间R7。此外，容纳部317的容纳空间R7布置有弹性部340。此外，可选地，容纳部317的容纳空间R7可进一步布置开关部(未图示)。

轴部320实质上与第一实施例的轴部120相同。在此基础上，可进一步布置用于包住轴部320外周的保护器部390。保护器部390具有插入孔392，插入孔392中插入有轴部320。保护器部390可以由弹性材料制成。保护器部390可以由硅胶、硅橡胶、橡胶、聚合物等弹性材料制成，优选地，由硅胶材料制成。保护器部390可至少具有皱纹391。保护器部390基于其自身的弹性材料特性和皱纹391形态垂直长度可变。如果保护器部390在Z轴方向上延伸，则皱纹391展开，如果压缩则产生更多的皱纹391。

保护器部390可布置于轴部320侧面上形成的卡止部324的下方。此外，保护器部390可布置于容纳部317的上部。由此，可防止容纳部317的容纳空间R7中填充的磁流变流体M泄露到容纳部317的外部。

为了有效防止磁流变流体M的泄露，保护器部390的外周形态优选与容纳部317的外周形态对应。与容纳部317对应的中央部可形成为开放的管状或者柱状。

轴部320可形成有供磁流变流体M移动的空间即流动部S2。即，除了形成有流动部S2的空间，轴部320的另一端部分可用于挤压弹性部340。

磁路部330可以在壳体部310的内部空间R6包住轴部320的形态提供。本说明书虽然例举了在轴部320的左侧和右侧分别相隔布置第一极331、第二极332，可选地，可以仅在轴部320的一侧布置第一极331或者第二极332。或者，也可以在轴部320的左侧面和右侧面以外的其他一侧进一步布置第三极等。

第一极331、第二极332包括线圈(coil)，且可以包括螺线管电磁体。为了在内部空间R6的所有垂直方向上形成磁力线MF[参照图15]，第一极331、第二极332可以是缠绕有线圈的形态，以布置于内部空间R6的整个垂直长度上。

第一极331、第二极332可分别插入到第一磁芯335、第二磁芯336。此外，可通过夹设磁边缘部337，使第一磁芯335与第二磁芯336之间电性/磁性连接。磁边缘部337可构成磁路部330的外周部分。磁边缘部337可以如下结构提供，即包住第一极331外侧和第二极332外侧的同时，连接第一磁芯335外侧与第二磁芯336外侧。

磁边缘部337可与XY面方向呈水平地形成。磁边缘部337的下面可支撑于第二壳体部315的内侧台阶319上。磁边缘部337支撑于内侧台阶319上的同时磁路部330可稳定地布置到内部空间R6上。

此外，如同轴320，磁边缘部337可至少包括磁性部分。第一磁芯335、第二磁芯336同样至少包括磁性部分。由此，除了内部空间R6的垂直方向(Z轴方向)以外，磁力线MF也可以沿着磁边缘部337的形成方向(XY面方向)形成。磁力线MF在内部空间R6以较宽的范围形成，因此轴320沿Z轴方向驱动时，将承受更大的剪切力、阻力、扭矩、刚性变化等。

弹性部340可布置于容纳部317的容纳空间R7。容纳空间R7内可布置有一个或者多个弹性部340。作为一例，当弹性部340为圆柱状的弹簧且容纳空间R7的X轴或者Y轴方向上的宽度大于弹性部340的直径时，弹性部340会在容纳空间R7不稳地摇晃。此时，可通过在容纳空间R7内布置多个弹性部340从而改善不稳定摇晃的现象，多个弹性部340在XY面方向呈水平布置。参照图14，通过将两个弹性部340a、340b分别支撑轴320的下部左侧区域和下部右侧区域，从而可防止轴320沿Z轴方向驱动时朝其中一个区域倾斜或摇晃。另外，为了让弹性部340更加稳定地布置于容纳空间R7，可将弹性部340插入或连接固定到容纳部317的下部。此外，也可以将弹性部340的上部插入或连接固定到轴320的下部。

图15是根据本发明第三实施例的触觉输入装置300的驱动过程的示意图。

参照图15，磁路部330的第一极331、第二极332可在内部空间R6沿着垂直方向(Z轴方向)形成。由此，磁路[或者，磁力线MF]也可以沿着垂直方向形成，且与磁路部330的形成方向对应。此外，轴320、磁边缘部337也可以由磁性材料形成，因此也有助于磁力线MF沿着水平面方向形成。作为一例，如图15的右侧图所示，磁力线MF可沿着第一极331/第二极332的上部-轴部320和磁边缘部337-第一极331/第二极332的下部形成磁环(magnetic loop)。

作为一例，当第一极331与第二极332具有相反极性时，磁力线MF也可以沿着第一极331的上部-第二极332的上部-第二极332的下部-第一极331的下部形成磁环。

如图15所示，如果使用者对轴部320[或者，旋钮370]施加外力P进行按压，则轴部320挤压弹性部340。如果没有施加磁场且没有形成磁力线MF，则弹性部340被挤压(340->340')的同时向使用者提供与固有的弹力对应的反弹力。

有磁场施加且有磁力线MF形成的情况下，磁流变流体M中的磁性颗粒可沿着磁力线MF方向形成磁链(M->M')。磁链可大概从容纳有磁流变流体M的容纳部317的内侧壁形成直至轴部320的一侧为止。或者，磁链可从轴部320的流动部S2内形成直至轴部320的一侧、容纳部317的内侧壁为止。基于磁力线MF形成磁链，因此可对朝轴部320的Z轴方向的驱动施加阻力。即，磁链可在与轴部320的驱动方向呈水平的方向(Z轴方向)和垂直的水平面(XY面)方向上形成，并可在轴部320的Z轴驱动方向上施加阻力。轴部320沿Z轴驱动的过程中施加的阻力可根据磁场的强度、磁链的结合力等变化。使用者可根据阻力的形态、模式、强度等感受触觉触感。

当使用者施加的外力P被解除且磁路部330的磁场也被解除时，轴部320可基于弹性部340的恢复力向上复位。

此外，当使用者施加外力P时，轴部320的卡止部324可挤压(390->390')保护器部390。被挤压的保护器部390'依旧保持包住轴部320的外周状态，因此可防止磁流变流体M泄露到容纳部317的外部。如果使用者施加的外力P被解除，则轴部320基于弹性部340的恢复力向上复位，同时保护器部390'的皱纹391重新展开的同时向上延伸(390'->390)。保护器部390延伸的同时，向上推卡止部324的力增加，因此相比于仅使用弹性部340的情形，复原速度更快。

图16是根据本发明的一实验例的触觉输入装置的无负载测试曲线图。

图17是根据本发明的一实验例的触觉输入装置的负载测试曲线图。图16是没有施加磁场的状态，图17是磁路部中施加有磁场的状态下的各时间的负载大小。对触觉输入装置300进行了测试，将轴部320的Z轴方向上的驱动冲程设置为5.0mm，并反复驱动3次。向磁路部330施加2Hz、5V的负载模式。

参照图16，在没有施加磁场的状态下呈现基于弹性部340的阻力等。具体呈现约2.9N的阻力。参照图17，在有磁场施加的状态下，在图16的阻力基础上，随着磁流变流体M形成磁链，轴320沿Z轴方向驱动过程中可进一步承受剪切力、阻力、扭矩、刚性变化等。图17的最大阻力约为4.51N，其与图16的2.9N的差值约为1.61N，可以确认该差值是随着磁流变流体M形成磁链而附加承受的触觉力(haptic force)的值。此外，通过图17可以确认，使用者按压轴320的过程中可接受与振动模式对应的触觉力。根据磁路部330中生成的磁场，可提供各种模式的触觉力。

如上所述，本发明具有在通过输入装置输入的过程中可向使用者提供触感且提供各种触感形态的效果。

此外，本发明具有可实现小尺寸、厚度薄且结构简单的触觉输入装置100、200的效果。根据一实施例，除旋钮170以外，本发明的触觉输入装置100可制成横X竖X厚度为约20mmX 20mm X 13.5mm，包括旋钮170在内可以制成约20mm X 20mm X 22mm。轴部120下压的驱动冲程的范围可以约为2.5mm。

此外，根据一实施例，除了具有约1.5mm高度的旋钮，本发明的触觉输入装置200可以制成约8mm X 8mm X 4.8mm，而包括旋钮时本发明的触觉输入装置200可制成约8mm X8mm X 6mm。轴部220下压的驱动冲程可以约为1.5mm。

此外，根据一实施例，除旋钮370以外，本发明的触觉输入装置300可制成横X竖X厚度约为38mm X 40mm X 40mm，包括旋钮370在内可以制成约38mm X 40mm X 47.5mm。轴部320下压的驱动冲程的范围可以约为5mm。

此外，本发明在弹性部140、240、340的弹力、恢复力的基础上通过流变流体M的磁链形成来控制阻力，从而具有以较小的能量便可提供触觉触感的效果。

如上所述，本发明列举了优选实施例进行图示和说明，但是本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神的范围内，本领域技术人员能够进行各种变形和变更。这种变形及变更均属于本发明和所附的权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种触觉输入装置，用于向使用者提供触觉触感，其包括：

壳体部，其提供内部空间；

轴部，其一端向外部露出，另一端位于所述壳体部的内部空间；

磁路部，其布置于所述轴部的至少一侧且用于形成磁路；

弹性部，其与所述轴部的另一端接触且向所述轴部提供恢复力；

磁流变流体，其填充于所述内部空间的至少一部分。

2.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，

进一步包括控制部，其用于控制所述磁路部形成的磁路。

3.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，所述壳体部包括：

第一壳体，其布置于上部且形成有供所述轴穿过的轴通孔；以及

第二壳体，其布置于下部且提供用于容纳所述磁流变流体的所述内部空间。

4.如权利要求3所述的触觉输入装置，其中，

所述第二壳体包括用于容纳所述磁流变流体和所述弹性部的容纳部。

5.如权利要求4所述的触觉输入装置，其中，

所述磁路部沿XY面方向形成，所述磁路部的一端和另一端支撑在所述容纳部和所述第二壳体上，且布置于所述内部空间。

6.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，

所述控制部包括控制电路部及用于向所述控制电路部传递电力的控制终端部，

所述控制电路部布置于所述内部空间，所述控制终端部中至少一部分向所述壳体部的外部露出。

7.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，

所述轴部的一端连接有旋钮(knob)。

8.如权利要求4所述的触觉输入装置，其中，

所述容纳部的内部还布置有开关部，

在所述轴部的另一端凸出地形成有用于按压所述开关部的按压部。

9.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，

所述轴部的另一端至少包括用于挤压所述弹性部的挤压部，所述挤压部之间形成有供所述磁流变流体移动的空间即流动部。

10.如权利要求3所述的触觉输入装置，其中，

所述轴部的侧面形成有卡止部，所述卡止部将所述轴部的驱动范围限制在所述第一壳体的所述轴通孔的下部面为止。

11.如权利要求3所述的触觉输入装置，其中，

进一步包括轭部，其布置于所述第二壳体的内部空间且提供第二内部空间。

12.如权利要求11所述的触觉输入装置，其中，

所述轭部的所述第二内部空间填充有所述磁流变流体，所述第二内部空间的上部由所述第一壳体密封，所述第二内部空间的下部由所述第二壳体密封。

13.如权利要求11所述的触觉输入装置，其中，

所述轭部与所述第二壳体之间的空间上布置有所述磁路部。

14.如权利要求11所述的触觉输入装置，其中，

在所述第二内部空间布置有所述弹性部，所述轴部的另一端插入所述弹性部。

15.如权利要求14所述的触觉输入装置，其中，

所述轴部的侧面还形成有卡止部，所述卡止部具有与所述第二内部空间的宽度对应的宽度，

所述轭部的内侧面引导所述轴部在所述第二内部空间沿Z轴方向驱动。

16.如权利要求15所述的触觉输入装置，其中，

在所述卡止部的端部向下进一步延伸形成有侧边部。

17.如权利要求4所述的触觉输入装置，其中，

所述轴部的侧面形成有卡止部，

进一步包括保护器部，其布置于所述卡止部的下方且包住所述轴部的外周，并布置于所述容纳部的上部以防止所述磁流变流体从所述容纳部泄露。

18.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，

多个所述弹性部在所述容纳部的内部沿XY面方向水平布置。

19.如权利要求1所述的触觉输入装置，其中，所述磁路部包括：

第一极和第二极，其用于形成磁场；

第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯插设于所述第一极中，所述第二磁芯插设于所述第二极中。

20.如权利要求19所述的触觉输入装置，其中，

所述磁路部用于连接所述第一磁芯的外侧和第二磁芯的外侧，且进一步包括磁边缘部，其用于包住所述第一极的外侧部和所述第二极的外侧部。