作为一种用户输入设备，触控式屏幕正快速普及。从某些需求(如苹果公司的iPhone)可以看出，一个出众的用户接口将带来极具竞争力的市场优势。但对其他应用而言，仍需克服安全、娱乐或其它的可用性问题。

来自工业、商业以及消费性等领域的用户不断追求更好的人机界面。目前，触控启动接口方面的最新技术是触觉反馈，它可以为用户提供立即和正确无误的确认。该功能被用来改善用户性能和满意度。此外，产品设计师透过提供直观的触觉提示可以将功能复杂度降到最低。本文将讨论如何为产品的触控启动接口添加触觉反馈(触觉技术)。

能够提供触觉的触控接口系统依赖于执行器产生触感。执行器和控制技术的发展使得目前的执行器能够支持各种从小型到大型之触控面板和触控式屏幕上的触控反馈，产品范围覆盖了从手机到宽屏幕触控监视器等各种产品。另外，支持触觉系统所需的处理器负载相当小，触控输入技术事实上已经非常普及，也有许多现成的机电解决方案可用。

工作原理

对用于触控启动控制的触觉技术，最通常的解释是，按键或开关的全程动作必须完全复制才是最有效的。但实际上，人类手指的感知灵敏性并非这么低。许多研究发现，如果结合适当的加速度，人类手指的神经元可以检测非常小的运动。在1.5g以上的加速度条件下，仅有0.1mm的运动就能被人类感知为确认响应。

不过，1.5g这个最低水平的加速度，还不足以产生最佳的触觉效果。透过产生一个加速度和一个具有较强刺激的位移，可以产生更有效的触觉效果。透过本文所示的‘相图(phase portraits)’可以看到这些加速度和位移。在透过电子机械方式成功地将触觉技术整合到触觉接口组件后，即可产生相图。

解决方案

触觉反馈系统架构通常包括：1. 执行器，可以是直流电磁型，或者是体积较大、必须正确安装到触控式屏幕中的定制组件；2. 触觉控制软件，可以安装在一个控制板上，或嵌入到产品的主处理器中；3. 一个触觉效果库；4. 一个从主程序呼叫触觉效果的可编程接口。上述几个部份中，任何一个产生错误都会导致整个设计失败。

执行机制

最好的方法是使用为产生触觉效果专门设计执行器，因为重新改变一个通用马达和螺线管的用途极具挑战性。为触觉应用设计执行器将来自控制器的触觉讯号转换成特定相图所描述的机械运动。很明显，除了提供一个好的动态响应外，所选的执行器需要满足严格的功率、效率和可靠性指标。

在手机中常用的两种执行器也非常适用于小型触控平面产品(对角线长度在7英吋以下)。它们分别是偏心旋转块马达(ERM)和线性谐振执行器(LRA)，其中有个块状物在两个磁极之间震动。屏幕较大的产品，如那些从7英吋到36英吋带触控接口的产品，就需要较大的执行器。Immersion A100和A300即为此类产品。

应该对所有执行器进行最佳化，以便在位移很小的同时能产生较大的力，还要仔细选择这些执行器来满足性能和寿命方面的要求。设计所要求的执行器的类型和数量取决于触控式屏幕或面板的体积、重量和实现方案。

若为了产生触觉效果，误用简单的螺线管和马达，通常很容易导致不良的设计。当采用不合适的执行器时，其性、延迟、过慢的执行器加速、位移过大或缺少对位移的精确控制等，都是常见的问题。

执行器安装不良也是触觉系统中的常见问题。如果设计不良，不仅是触控接口本身，连整个系统都会产生谐振。在手持设备中问题可能不大，但在固定设备中则不然，过强的谐振所产生的效果不亚于地震，而不再是友好的确认指示。如果安装设置将接口压迫到其加速度和位移被抑制在检测点之外的程度，还会产生其它极端的结果。

执行器的正确安装会将位移有效地转移到用户的指尖上。触控式屏幕显示器被安装在一个底座上，然后进行可挠性密封。触觉执行器可以提供显示器和底座之间的主要附属装置，因而允许触控面‘悬浮’，这样可将最大的能量转移到指尖上。

 
图1：A300执行器的位移和时间关系。

 
图2：A300执行器的加速度与时间关系。

图3：A300中加速度与位移的关系(相图)。

图4：ERM马达利用一个偏心块来为小型设备提供触觉效果。照片中显示的是三洋(Sanyo)公司的微型直流马达。

图5：A100触觉执行器。

图6：A300触觉执行器。

图7：执行器的正确定位和安装将使运动能够有效地传递到用户的指尖上。

控制系统

对执行器的正确控制是透过软件和电路实现的，软件和电路主要用来处理触控输入，并向执行器提供正确的指令。

控制指令应该对相关的执行器技术和理想的相图进行最佳化，这种相图应能正确确认用户的输入，同时又不干扰用户的注意力。提供这样的响应要求选择一个具有合适驱动输出能力和0.25MIPS冗余处理能力的处理器，还要为目标执行器选用一个合适的放大器。整个通讯路径(从用户输入到触觉响应启动)的延迟应该小于30ms。

触觉效果库

触觉效果库应该包括各种效果，能使用户清楚地分辨各种触控式屏幕控制的感觉，并可区分众多功能。最好的方法是，触觉开发系统能够为用户接口设计师提供一个方便体验效果的方法，以便他们能从触觉效果库中选用最好的效果。

编程界面

透过简化的API从主程序中呼叫触觉效果将有助于软件整合。软件开发工具也很有用。Immersion公司已提供这类开发工具，它为设计师提供了几种编程选择，包括Windows ActiveX控制、原始程序代码形式的交叉平台API以及对定制接口的通讯支持。还包括样本程序代码，以及一个如何将触觉反馈加到主程序的完整过程描述。

今天的新型触觉接口能够在触控启动控制方针对用户提供更加熟悉的、动人和满意的用户体验。所幸的是，如今触觉系统在技术上已经成熟，机电整合也已普及。这一新兴技术的关键要素是执行器整合、安装、触觉控制和编程。在依照本文的指导方针进行设计时，我们会发现在触控启动控制感觉以及直觉、满意度以及自然的用户互动方面，触觉系统具有明显的优势。

作者：Steve Kingsley-Jones

产品管理总监

Immersion公司