Efficient methodologies for actualizing haptic feedback in consumer electronics

Abstract

There are significant limitations to creating effective haptic illusions in mobile devices such as tablets and smartphones. The main limitations are that these devices are too small in size to accommodate complex actuators and that they are without mechan ical support. Recent studies and commercial products show that the use of larger and complex multi-coil linear resonant actuators (LRAs) can significantly improve tactile perception quality at the expense of significant customer expectations such as size and cost. Solutions in the literature show no low-cost, feasible surface haptic application directly applicable to mobile consumer products. In this dissertation, a novel driving pattern and complete system design are presented that enables simi lar quality haptic effects using a simple LRA system. The proposed driving pattern consists of segmented signals with different frequencies and duty cycles determined from finite element-based modal analysis, and it was mainly used to simulate the two most common touch controls, the button and slider, on a mobile device. Nu merical and experimental results showed that the system can achieve a 3× reduction in cost, a 9× reduction in weight, and a 6× reduction in volume. User tests com paring smartphones with the novel LRA driving pattern and the benchmark devices demonstrated the feasibility of a low-cost solution to improve haptic effects and illu sions. Although the analysis in this dissertation focuses on two main touch controls, a haptic library that can be used in any mobile and augmented reality/virtual reality (AR/VR) applications has been created as a result of the study.Tablet ve akıllı telefon gibi mobil cihazlarda, etkin dokunsal (haptik) yanılsamalar olu¸sturmanın ¨onemli kısıtları bulunmaktadır. Ana kısıtlar, bu cihazların karma¸sık akt¨uat¨orleri i¸cermek i¸cin ¸cok k¨u¸c¨uk boyutlarda olması ve mekanik olarak mesnetsiz ol malarıdır. Son ¸calı¸smalar ve ticari ¨ur¨unler, daha b¨uy¨uk ve karma¸sık ¸cok bobinli lineer rezonans akt¨uat¨or (LRA) kullanımının, boyut ve maliyet gibi ¨onemli m¨u¸steri beklenti leri pahasına dokunsal algı kalitesini ¨onemli ¨ol¸c¨ude iyile¸stirebilece˘gini g¨ostermektedir. Literat¨urdeki ¸c¨oz¨umler, ta¸sınabilir t¨uketici ¨ur¨unlerine do˘grudan uygulanabilen d¨u¸s¨uk maliyetli y¨uzey dokunsal uygulamalarının olmadı˘gını g¨ostermektedir. Bu tezde, ba sit bir LRA sistemi kullanarak benzer kalitede dokunsal etkiler sa˘glayan yeni bir s¨ur¨u¸s modeli ve komple sistem tasarımı sunulmu¸stur. Onerilen s¨ur¨u¸s modeli, farklı ¨ frekanslara ve sonlu eleman tabanlı modal analizler ile belirlenen g¨orev d¨ong¨ulerine sahip b¨ol¨umlere ayrılmı¸s sinyallerden olu¸smaktadır ve esas olarak bir ta¸sınabilir cihaz ¨uzerinde en yaygın iki dokunmatik kontrol olan buton ve kaydırıcıyı sim¨ule etmek i¸cin kullanılmı¸stır. Sayısal ve deneysel sonu¸clar, sistemin maliyette 3 kat, a˘gırlıkta 9 kat ve hacimde 6 kat azalma sa˘glayabildi˘gini ortaya koymu¸stur. Yeni LRA s¨ur¨u¸s modelini i¸ceren akıllı telefonu ve kıyaslama cihazını kar¸sıla¸stıran kullanıcı testleri, dokunsal etk ileri ve yanılsamaları iyile¸stirmek i¸cin d¨u¸s¨uk maliyetli bir ¸c¨oz¨um¨un uygulanabilirli˘gini g¨ostermi¸stir. Bu tezdeki analiz iki ana dokunmatik kontrole odaklansa da, ¸calı¸sma sonucunda her t¨url¨u mobil ve artırılmı¸s ger¸ceklik/sanal ger¸ceklik (AG/SG) uygula malarında kullanılabilecek bir dokunsal k¨ut¨uphane olu¸sturulmu¸stur.