Устройство изменения поверхности электронного устройства с применением магнитной жидкости Российский патент 2021 года по МПК G06F3/46 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Устройство относится к электротехническим средствам изменяющих форму поверхности портативных средств или их частей с целями визуального и (или) тактильного информирования (например, планшетные компьютеры, периферийные компьютерные устройства, кнопки и др.), изменения свойств поверхности предмета или с целью механического воздействия на пользователя или объект использования предмета (медицинские массажные устройства, устройства информирования опасной ситуации за рулём и др.).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны устройства с изменяющейся формой поверхности применяемые с целью передачи на этой поверхности информации в виде шрифта Брайля, использующие в качестве исполнительного органа для отображения информации на поверхности выдвигающиеся стержни (патент RU2653234, дата приоритета 05.12.2016; RU2355017, дата приоритета 10.10.2003).

Существенным недостатком данных решений является повышенная энергозатратность механизма действия устройства, что связано с потерями на преодоление сил трения между движущимися элементами устройства. Также к недостаткам устройства относится шум и вибрации вызванные работой механизмов привода движущихся стержней.

Также известно устройство использующее в качестве исполнительного органа на поверхности с изменяющейся формой жидкие или газообразные вещества (а также воски, гели и прочие полимеры с температурой плавления менее 100 °С) приводимые в движение за счёт своего расширения и нагрева источником электромагнитного или инфракрасного излучения (патент US 9157551, дата приоритета 04.11.2013).

Существенным недостатком данного технического решения являются нагрев устройства в целом, что связано с естественным нагревом основных исполнительных органов, а также источников электромагнитного излучения. К элементам устройства предъявляются повышенные требования к герметичности в связи с возможностью утечки газов и жидкостей применяемых в качестве основных исполнительных органов.

Известен тактильный привод с подвижной спиралью применяемый в электронных устройствах, передача тактильных воздействий в котором осуществляется путём перемещения подвижного массивного тела соединенного с электромагнитной катушкой прикрепленными к корпусу устройства упругими проводящими элементами относительно другой электромагнитной катушки прикрепленной к корпусу устройства (патент US10032550, дата приоритета 30.03.2017).

Таким образом тактильный сигнал пользователю устройства передаётся путём вибраций тактильного привода передающиеся на корпус электронного устройства. Недостатком данного технического решения является невозможность передачи тактильных сигналов путём изменения формы корпуса электронного устройства

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом данного изобретения служит повышение тактильного воздействия, интерактивности и качества обратной связи от использования различного рода устройств за счёт не только цветовых, световых вибрационных воздействий на пользователя, но и за счёт изменения формы поверхности эти устройств. К таким устройствам относятся экрана мобильных устройств, кнопки и рычаги управления механическими или электронными устройствами, массажные средства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство на Фиг. 1, часть которого выполнено из корпуса (1), который формирует внутренний объем, или совокупности таких корпусов. Часть стенок указанного корпуса выполнена из эластичного материала (2). Внутри корпуса содержится магнитная жидкость или порошок из ферромагнитных материалов (3) (или иная жидкость, поляризующаяся достаточно для изменения формы устройства в присутствии магнитного поля). Также в стенках корпуса или за его стенками находятся один или несколько электрических элементов 4, подсоединенных к управляющему контроллеру 5 с помощью электрической цепи 6 и выполненных с возможностью для управления и создания магнитного или электромагнитного поля в корпусе. В результате воздействия электромагнитного поля происходит движение и изменения формы магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов, которая давит изнутри корпуса на эластичный материал, тем самым меняя форму поверхности устройства на Фиг. 2.

Описываемое устройство может быть изготовлено с различной формой корпуса и поверхности. Некоторые из множества вариантов схематично изображены на Фиг. 3, 4, 5, 6.

В случае совокупности корпусов поверхность (2) из эластичного материала, являющийся их частью, может быть одной для нескольких корпусов Фиг. 7 и Фиг. 8, а может быть выполнена с поверхностью из эластичного материала индивидуальной для каждого корпуса Фиг. 9 и 10.

Управляемые программируемыми контроллерами и имея достаточное множество таких корпусов возможно создание изображения в форме текста из шрифта Брайля и иных шрифтов или объёмных изображений Фиг. 11, Фиг. 12. Кроме того, свойства устройства возможно использовать для тактильного сигнализирования пользователю устройства.

Электрические элементы (4) могут быть выполнены в виде электромагнитов или их комбинации с электромагнитами.

Электромагниты (4) могут быть выполнены в виде катушки индуктивности винтовой, спиральной, винтоспиральной формы, в форме бифилярной катушки Теслы и так далее. При этом возможно расположение электромагнитов в стенке, выполненной из эластичного материала (2), таким образом, что форма электромагнитов будет меняться вместе с формой этой стенки, в случае воздействия на неё изнутри устройства электромагнитной жидкостью или порошком из ферромагнитных материалов (3).

Вместо электромагнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов могут выступать совокупность из магнитов шарообразной формы или их комбинация.

В целях повышения обратной связи и интерактивности устройства возможно исполнение эластичной поверхности (2) устройства с применением поверхности с функцией сенсора касания (резистивного, матричного, поверхностно-ёмкостного, проекционно-ёмкостного, Тензометрического, а также работающего на основе дисперсионного сигнала или поверхностно-акустических волн и другого), посредством которой происходит приём информации о касании устройства его пользователем и дальнейшая передача сигналов на управляющий программируемый контроллер 5, который, в свою очередь, инициирует сигналы на магниты.

Согласно Фиг. 13 и Фиг. 14 в целях повышения обратной связи и интерактивности устройства возможно исполнение эластичной поверхности устройства (2) в виде гибкого дисплея (7) изготовленного по технологии гибкой бумаги на электронных чернилах или по технологии органических светодиодов или технологии жидкокристаллических дисплеев на квантово-точечных светодиодах или на основе других технологий гибких видеодисплеев.

Устройство может быть выполнено с применением контроллеров (5), реагирующих на изменения напряжения в электрических элементах (4) или дополнительных датчиках за счёт появления ЭДС при изменении магнитного поля, вызванного перемещением магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов (3) за счёт внешнего давления на поверхность из эластичного материала (2). Кроме того, дополнительно для повышения точности программируемые контроллеры могут быть дополнительно соединены или с датчиками давления в стенках корпуса и (или) сенсорным экраном (7), в результате чего контроллеры (5) инициируют сигналы на электрические элементы (4), согласно программе.

Устройство на Фиг. 15 или их совокупность может быть выполнено с отверстием в корпусе (1) или совокупности таких корпусов, но не в стенках выполненных из эластичного материала (2), таким образом, что магнитная жидкость или порошок из ферромагнитных материалов (3) внутри корпуса может перемещаться из него в другой корпус или устройство. В таком случае перемещение жидкости или порошка происходит под воздействием электрических элементов (4), управляемых контроллерами (5).

Устройство на Фиг. 16 или их совокупность может быть выполнено с отверстием в корпусе (1) или совокупности таких корпусов, но не в стенках выполненных из эластичного материала (2), таким образом, что магнитная жидкость или порошком из ферромагнитных материалов (3) из объёма этого корпуса может перетекать или пересыпаться из него в по меньшей мере один объём с жёсткими стенками. Данный корпус выполнен таким образом, что магнитная жидкость или порошок из ферромагнитных материалов попадает в него под воздействием магнитного и электромагнитного поля электрических элементов (4) расположенных в стенках или за стенками корпуса, в котором есть по меньшей мере одна стенка из эластичного материала и (или) под воздействием магнитов находящихся за стенками или в стенках корпуса без эластичных стенок.

Фиг. 17 представляет собой упрощенную блок-схему, показывающую взаимосвязь компонентов устройства обратной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления. В этом примере система тактильной обратной связи включает в себя программируемый контроллер, работу исполнительного механизма, выполненную в виде описываемого в данной заявке устройства, и датчик обратной связи. В роли датчика обратной связи, может выступать сенсорный экран или датчик электромагнитной индукции, показывающий изменение или возникновение ЭДС в следствии перемещения магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов от воздействия на неё через нажатие на поверхность, выполненной из эластичного материала. Указанный датчик может быть частью контроллера.

В различных вариантах осуществления контроллер принимает инструкции (171) для приведения в действие (172) электрических элементов и магнитной жидкости для формирования тактильного вывода путём изменения формы поверхности в одном или более рассматриваемых устройств, используемых в однои целом электронном устройстве. Как правило, сигнал возбуждения представляет собой сигнал напряжения, который соответствует конкретному тактильному выводу с устройства обратной связи (173), например, сенсорного экрана.

Фиг. 18 представляет собой упрощенную блок-схему, показывающую примеры операций управляющего контроллера, такие как описанные в настоящей заявке. Блок-схема реализации включает в себя этап 181, в которой контроллер принимает команду для обеспечения тактильной обратной связи, например, используя сенсорный датчик касания или датчик электромагнитной индукции, показывающий изменение или возникновение ЭДС вследствие перемещения магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов от воздействия через нажатие на поверхность. Затем, на этапе 182, контроллер посылает сигнал на исполнительный механизм (например, электромагниты), который заставляет перемещаться магнитную жидкость или порошок из ферромагнитных материалов внутри корпуса и изменить форму поверхности. Затем на этапе 183 контроллер принимает обратную связь от датчика обратной связи, связанного с исполнительным механизмом, который может использоваться для облегчения дальнейшего управления исполнительного механизма.

Как отмечено выше, многие варианты осуществления, описанные в данной заявке, ссылаются на систему обратной связи, работающую совместно с портативным электронным устройством. Однако следует иметь в виду, что это лишь один пример из множества вариаций применения изобретения; возможны другие конфигурации, реализации и конструкции ввиду различных принципов и способов работы и приемлемых альтернативных вариантов.

Например, но не только так, система тактильной обратной связи может быть дополнительно или альтернативно связана с: поверхностью дисплея, поверхностью электронного устройства или кнопок на нём.

Кроме того, несмотря на то, что многие варианты осуществления ссылаются на систему тактильной обратной связи в портативном электронном устройстве (таком как мобильный телефон или планшетный компьютер), можно распространить применение устройства из данной заявки на любое подходящее электронное устройство, систему или аксессуар, включая, но не ограничиваясь этим: портативные электронные устройства (например, батарейные устройства, устройства с беспроводным питанием, привязные устройства и т.д.); стационарные электронные устройства; устройства управления (например, домашние устройства автоматизации, промышленные устройства автоматизации, средства управления транспортным средством и т.д.); медицинские устройства (например, массажёры, имплантированные части тела и т.д.); и т.д.

Устройство относится к электротехническим средствам. Устройство тактильного воздействия и передачи информации с изменяющейся формой поверхности, состоящее по меньшей мере из одного корпуса, а также подвижных элементов, обеспечивающих изменение формы поверхности устройства путём выдвижения этих элементов из корпуса или в корпус за счёт магнитного или электромагнитного взаимодействия с электрическими элементами управляемых контроллером, отличающееся тем, что по меньшей мере часть стенок корпуса выполнена из эластичного материала; подвижный элемент выполнен в виде магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов и находится внутри корпуса; один или несколько электрических элементов, которые оказывают магнитное или электромагнитное воздействие на подвижный элемент, находятся в остальной части стенок корпуса или за его стенками; электрический элемент расположен относительно подвижного элемента таким образом, что за счёт магнитного или электромагнитного воздействия электрического элемента на подвижный элемент, подвижный элемент изменяет свою форму и воздействует на эластичную часть корпуса; подвижный электрический элемент расположен между неподвижной частью корпуса и эластичным материалом таким образом, что в результате своего движения, вызванного указанным взаимодействием с электрическим элементом, прикрепленным к неподвижной части корпуса, изменяет форму поверхности эластичного материала; электрический элемент выполнен таким образом, что мощности его магнитного или электромагнитного воздействия достаточно, чтобы подвижный элемент изменил форму эластичной поверхности устройства. Технический результат - повышение тактильного воздействия, интерактивности и качества обратной связи от использования различного рода устройств. 14 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Устройство тактильного воздействия и передачи информации с изменяющейся формой поверхности, состоящее по меньшей мере из одного корпуса, а также подвижных элементов, обеспечивающих изменение формы поверхности устройства путём выдвижения этих элементов из корпуса или в корпус за счёт магнитного или электромагнитного взаимодействия с электрическими элементами, управляемыми контроллером, отличающееся тем, что по меньшей мере часть стенок корпуса выполнена из эластичного материала; подвижный элемент выполнен в виде магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов и находится внутри корпуса; один или несколько электрических элементов, которые оказывают магнитное или электромагнитное воздействие на подвижный элемент, находятся в остальной части стенок корпуса или за его стенками; электрический элемент расположен относительно подвижного элемента таким образом, что за счёт магнитного или электромагнитного воздействия электрического элемента на подвижный элемент, подвижный элемент изменяет свою форму и воздействует на эластичную часть корпуса; подвижный электрический элемент расположен между неподвижной частью корпуса и эластичным материалом таким образом, что в результате своего движения, вызванного указанным взаимодействием с электрическим элементом, прикрепленным к неподвижной части корпуса, изменяет форму поверхности эластичного материала; электрический элемент выполнен таким образом, что мощности его магнитного или электромагнитного воздействия достаточно, чтобы подвижный элемент изменил форму эластичной поверхности устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический элемент выполнен из электромагнита, мощность магнитного воздействия которого регулируется контроллером.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае исполнения из совокупности корпусов стенка из эластичного материала может быть одной для нескольких корпусов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае исполнения из совокупности корпусов стенка из эластичного материала может быть выполнена с поверхностью из эластичного материала, индивидуальной для каждого корпуса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в случае исполнения из совокупности корпусов распределены по устройству и расположены таким образом, что в случае работы устройства образуют изображение в форме текста из шрифта Брайля и иных шрифтов или объёмных изображений.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические элементы могут быть выполнены в виде электромагнитов или их комбинации с постоянными магнитами.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические элементы могут быть выполнены в виде катушки индуктивности винтовой, спиральной, винтоспиральной формы, в форме бифилярной катушки Теслы.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрические элементы в виде электромагнитов или катушки индуктивности и расположены в стенке, выполненной из эластичного материала, таким образом, что форма электромагнитов будет меняться вместе с формой этой стенки, в случае воздействия на неё изнутри устройства электромагнитной жидкостью или порошком из ферромагнитных материалов.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижный элемент может быть выполнен в виде совокупности из магнитов шарообразной формы или их комбинации.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичный материал выполнен в составе поверхности с функцией сенсора касания и с передачей сигналов на управляющий программируемый контроллер.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичный материал выполнен в виде гибкого видеодисплея.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с применением контроллеров, реагирующих на изменения напряжения в электромагнитах или дополнительных датчиках за счёт появления ЭДС при изменении магнитного поля, вызванного перемещением магнитной жидкости или порошка из ферромагнитных материалов за счёт внешнего давления на поверхность из эластичного материала.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что дополнительно для повышения точности программируемые контроллеры могут быть соединены или с датчиками давления в стенках корпуса и (или) сенсорным экраном, в результате чего контроллеры инициируют сигналы на магниты, согласно программе.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с отверстием в корпусе или совокупности таких корпусов, но не в стенках, выполненных из эластичного материала, таким образом, что магнитная жидкость или порошок из ферромагнитных материалов внутри корпуса может перетекать из него в другой корпус или устройство под воздействием электрических элементов, управляемых контроллерами.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено по меньшей мере с одним отверстием в корпусе или совокупности таких корпусов, но не в стенках, выполненных из эластичного материала, таким образом, что магнитная жидкость или порошок из ферромагнитных материалов из объёма этого корпуса может перетекать или пересыпаться из него в по меньшей мере один корпус с жёсткими стенками; данный корпус выполнен таким образом, что магнитная жидкость или порошок из ферромагнитных материалов попадает в него под воздействием электрических элементов, расположенных в стенках или за стенками корпуса, в котором есть по меньшей мере одна стенка из эластичного материала и (или) под воздействием магнитов, находящихся за стенками или в стенках корпуса без эластичных стенок.