RUTRONIK GmbH
Za boljše skupinsko delo med ljudmi in stroji.
Elektromagnetni haptični aktuatorji so ključni elementi v interakciji med človekom in strojem. Električno energijo pretvarjajo v taktilne povratne informacije in povečujejo uporabniško prijaznost elektronskih naprav, kot so pametni telefoni.
Veliko izdelkov uporablja vizualne in zvočne dražljaje za posredovanje informacij uporabnikom. V zadnjem času se vse pogosteje uporablja tretja dimenzija prenosa informacij: čut za dotik. Ta koncept, znan kot haptika, se uporablja v vse več tržnih segmentih, vključno z virtualno in razširjeno resničnostjo (VR, AR), internetom stvari (IoT), avtomobilsko industrijo in medicinsko tehnologijo.
Obstajajo različne tehnologije, ki lahko zagotavljajo haptične povratne informacije. Ena od možnosti so haptični aktuatorji. Ti aktuatorji pretvarjajo električno energijo v mehansko gibanje in uporabnikom zagotavljajo taktilne povratne informacije. Vibracije, senzorji dotika in drugi taktilni učinki zagotavljajo raznoliko in realistično interakcijo z elektronskimi napravami. To omogoča popoln vmesnik med ljudmi in stroji (HMI) za aplikacijo.
Elektromagnetne haptične aktuatorje na splošno delimo v tri glavne kategorije: ekscentrične vrtljive mase (ERM), linearne resonančne aktuatorje (LRA) in aktuatorje z glasovno tuljavo (VCA) ali motorje z glasovno tuljavo (VCM).
Otipljivi učinki vibracij za pametne telefone itd.
ERM aktuatorji ustvarjajo vibracije z ekscentrično rotirajočo maso, ki je pritrjena na brezkrtačni enosmerni motor (slika 1). Če na motor priključimo napetost, aktuator vibrira s frekvenco, ki natančno ustreza frekvenci, pri kateri masa opravi popolno rotacijo. Posledica tega je moč vibracij, ki je neposredno povezana s krmilno napetostjo aktuatorja.
Ti aktuatorji ustvarjajo nizkofrekvenčne, nekoliko „hrumeče“ senzorične povratne informacije. To je posledica dejstva, da vrteči se motor potrebuje kratek čas, da doseže želeno hitrost, ko se priključi napetost, in podobno potrebuje čas, da se popolnoma ustavi pri zaviranju. Aktuatorji ERM so zato idealna izbira, kadar natančni vzorci vibracij niso nujni, vendar je še vedno potreben izrazit učinek vibracij. Pogosto se uporabljajo v pametnih telefonih in igralnih krmilnikih.
Za aplikacije z visoko stopnjo natančnosti in natančnega uglaševanja
Linearni resonančni aktuatorji (slika 2) ustvarjajo vibracije z metodo, ki je podobna tehnologiji v običajnih zvočnikih: v zvočnikih je membrana povezana z tuljavo in elektromagnetom. Ko je tuljava pod električno napetostjo, premakne magnet in membrano ter tako ustvari zvočne valove. V zvočniku LRA je na tuljavo namesto membrane pritrjena masa. Ko je tuljava pod električno napetostjo, se pritrjena masa premakne in ustvari linearno nihanje. Masa se premika kot odziv na frekvenco in napetost signala, ki se uporablja za LRA, kar omogoča neodvisen nadzor intenzivnosti in frekvence nihanja.
Glavna prednost linearnih resonančnih aktuatorjev je njihova hitra in linearna odzivnost. V nasprotju z ERM ni potreben noben čas za povečanje hitrosti. Med delovanjem se vibracije začutijo takoj, ko je tuljava pod napetostjo, masa pa se premakne navzgor ali navzdol.
LRA lahko ustvarijo zanimive vibracijske vzorce visoke ločljivosti, ki uporabnikom učinkovito posredujejo informacije. Poleg tega so že na voljo integrirani haptični gonilniki z integriranimi, vnaprej programiranimi knjižnicami vibracijskih vzorcev. Ti čipi vključujejo tudi zapletena ojačevalna in ojačevalna vezja za neposreden nadzor aktuatorjev.
LRA so na voljo v najmanjših oblikah paketov za haptične aktuatorje. Poleg tega so izjemno energetsko učinkoviti, zato so priljubljena izbira na primer za nosljive naprave.
Lokalne in regionalne oblasti se nenehno razvijajo. Posebnost so različice, združljive s SMD, s patentirano zasnovo. HD-LA1307-SM podjetja PUI Audio, ki meri le 13 mm x 13 mm, zagotavlja največji linearni pospešek 1,8 G pri resonančni frekvenci 154 Hz.
Za širok nabor haptičnih učinkov
Motorji z glasovno tuljavo (VCM) ali aktuatorji z glasovno tuljavo (VCA) uporabljajo tuljavo v magnetnem polju za ustvarjanje linearnega gibanja (slika 3). Tako je mogoče doseči različne haptične učinke: neprekinjene vibracije, gibanje ali povratne informacije o sili. VCA zagotavljajo visoko raven natančnosti in nadzora nad ustvarjenimi haptičnimi učinki in se pogosto uporabljajo na primer za aplikacije VR.
VCM/VCA so običajno večji od LRA. Tako je učinek vibracij veliko močnejši in bolj realističen, kot ga je mogoče ustvariti z LRA. Hkrati pa VCA/VCM porabijo več energije kot LRA.
Katera tehnologija aktuatorja za katero aplikacijo
Vključitev taktilnih povratnih informacij s haptično tehnologijo omogoča oblikovalcem izdelkov, da ponovno razmislijo o načinu posredovanja informacij. Pomembno je, da oblikovalci razumejo različne tehnologije aktuatorjev in izberejo idealen haptični aktuator za svoj izdelek. Odločitev za izbiro ustrezne tehnologije aktuatorja je odvisna od različnih dejavnikov. Med njimi so zahteve glede zmogljivosti, prostorske zahteve, energetska učinkovitost, teža, značilnosti vibracij in stroški. Slika 4 prikazuje primerjavo različnih tehnologij.
Tako LRA kot VCA imajo določeno frekvenco, pri kateri celoten sistem deluje optimalno, kar povzroča največjo intenzivnost vibracij. To pomeni, da imata sistema LRA in VCA pri vsakodnevnem delovanju nekoliko ožje delovno območje. Razvijalcem svetujemo, da se osredotočijo na optimizacijo delovne točke svoje strojne ali programske opreme, da se uskladi s tem območjem. Po drugi strani pa ta omejitev ne vpliva na ERM, saj se vibracije spreminjajo le kot odziv na spremembe napetosti in ne frekvence. To omogoča širok razpon frekvenc vibracij.
Ustrezno vrsto vibracij za določeno zasnovo je treba izbrati v fazi načrtovanja izdelka s skrbno oceno prednosti in omejitev vsake vrste aktuatorja. Strokovno svetovanje na področju tehnologije aktuatorjev lahko zagotovi dragocen vpogled.
Vodilna figura: HD-LA1307-SM, ki meri le 13 mm x 13 mm, zagotavlja največji linearni pospešek 1,8 G pri resonančni frekvenci 154 Hz. Še ena prednost: različica je združljiva s SMD
