1、在觸摸屏人機界面設計中如何集成觸覺反饋功能由于具有操作直觀、軟件靈活以及節省體積與成本等優點，觸摸屏正在逐漸替代鍵盤。這種轉變帶來諸多好處，也解決了許多人機界面(HMI)問題，但是由于缺乏用戶使用機械按鈕所具有的觸覺反饋體驗，觸摸屏也引發了其它一些HMI方面的問題。最簡單的解決方案是在觸摸屏接口增加觸覺反饋功能，從而同時提供觸摸屏和鍵盤的最佳特性。 觸摸屏 vs.鍵盤 目前觸摸屏已經侵吞了不少的鍵盤市場份額。工業市場調研公司Venture Development統計報告顯示，2006年觸摸屏市場份額在2005年53.8%的基礎上增長2.5%，鍵盤市場則下降3.6%至26.2%。 實際上無需看統

2、計數據也能親身體驗到觸摸屏市場的增長。它們無處不在：汽車、娛樂場所、消費類電子、工業控制、醫療設備、移動電話、POS系統以及提供從銀行到售票等業務的自助服務亭。 僅對移動電話市場而言，全球調研和咨詢公司Strategy Analytics就認為，到2012年將有40%的移動電話會采用某種形式的觸覺感應技術，而目前只有3%。包括蘋果iPhone在內的許多最新手機產品都使用了價格相當于鍵盤的大觸摸屏。不過，也有不少觀察人士認為與鍵盤相比，觸摸屏還存在不便之處，即缺少觸覺反饋。由于沒有反饋，用戶無法感知按鍵并確定“已完成了該動作”。 在一些應用中，缺乏觸覺反饋引起的問題足以阻止機械開關向數字控制轉換

3、發展的進程。目前人們對使用觸覺感應設備的需求非常強烈，設計人員也需要很好地了解觸覺反饋技術給HMI帶來的價值。 目前觸覺感應技術已在消費類電子產品中引發一場革命，三星公司新推的SCH-W559就是一個很好的例子。但這種手機有別于其它大屏幕產品。SCH-W559所采用的技術能使虛擬屏幕按鍵具有真實、自然的感覺，并能為用戶操作提供直覺確認。 除了能夠解決現有觸摸屏缺少觸覺確認的問題，觸覺反饋還有助于解決以下一些HMI問題： 1)在陽光直接照射下，難以看清圖形變化； 2)在用戶觸摸屏幕期間，目標經常模糊不清； 3)當在做其它重要事情時，比如開車或問診病人，用戶不可能一直盯著屏幕看；在周圍環境嘈雜或需

4、要安靜的環境時，用戶也不能依賴聲音提示進行確認或指導。此主題相關圖片如下：圖1：帶觸覺反饋功能觸摸屏的三星SCH-W559。此主題相關圖片如下：圖2：當用戶觸摸圖形按鈕時，觸覺反饋系統可根據預編程的觸覺效果驅動執行機構。除了有助于解決這些問題外，一些研究報告指出，HMI中的觸覺反饋能夠提供重要的功能。它可以提供效率、誤碼率及用戶滿意度方面的量化效應。而且將觸覺反饋與音視頻結合起來還能為這些領域提供額外的優勢。 調查發現，大量信息可通過觸摸傳送，而不僅是簡單的提示。事實上，觸摸信道可能非常適合于提供特殊類型的信息，例如私有、直接、動態和確認的信息。 觸摸可提供支持外圍或潛意識通信的高效二級信道，

5、而讓其它感覺更好地專注于主要任務。多項研究表明，用戶很需要HMI中的觸覺反饋功能，因為它有助于提高使用性能，并使用戶獲得更多可控的感覺。 觸覺反饋觸摸屏工作原理 觸覺反饋技術可以用于便攜式或固定設備的觸摸屏。不同的產品設計可能采用不同的元件，但基本架構是相同的，都是利用觸覺反饋技術對一個或多個執行機構(電機)施加高速控制。在小型設備中，執行機構可能類似于移動電話中使用的小型振動電機。對于大型設備可以采用針對各種觸摸屏尺寸和重量優化過的執行機構。此主題相關圖片如下：圖3： 觸覺反饋系統原理框圖。 當用戶按下某個圖形按鈕時，觸覺反饋系統根據預存的觸覺“效果”(振動)驅動執行機構。執行機構的移動可形

6、成圖形按鈕移動的感覺，從而讓用戶體驗到按下/松開機械按鈕那樣的感覺。系統還可以用聲音和顯示變化來同步強化觸覺效果，最終形成富有吸引力的多種感覺體驗。 通過改變觸覺效果的頻率、波形、幅度和持續時間可以獲得各種響應，從而支持各種HMI性能： 1）圖形按鈕可模擬人們熟悉的機械按鈕的上下鍵； 2）菜單項目可以通過編程提供光脈沖感應或后座力確認響應； 3）控制電路可根據電機或風扇的速度、音量、光強度或其它參數調節振動幅度； 4）滾屏顯示可以在每個項目顯示時提供一個脈沖，并提供特殊振動來指示到達第一個或最后一個項目。 集成觸覺反饋技術 觸覺反饋技術可應用于各種尺寸的觸摸屏和數字開關控制面板。該技

7、術已經成功用在許多產品設計中，整個亞洲、歐洲和美國市場上業已售出數百萬采用這種技術的設備。 此主題相關圖片如下：圖4：觸覺反饋技術可方便地集成進各種產品設計中。 觸覺反饋系統架構包括：(1)執行機構，可以是振動電機或更大型的用戶定制設計器件；(2)控制軟件，可以安裝在控制板上，也可以嵌入在產品的主微處理器中；(3)觸覺效果庫；(4)用于從主程序調用觸覺效果的程序接口。 執行機構 需要認真選擇執行機構以滿足性能和壽命要求。執行機構安裝和控制電路的設計也是觸覺反饋系統的一部分。為了驅動較大的觸摸屏，可以選用兩種尺寸的執行機構，經過優化的這兩種執行機構只需少量位移就能產生很大的動力。執行機

8、構的類型和數量取決于觸摸屏或面板的尺寸、重量和實現方法。執行機構的定位和安裝方法非常靈活，因而可將觸覺反饋技術集成進各種產品設計中。此外，一些觸摸屏可能還需要承載架來實現機械集成。 控制軟件 對中/大屏幕系統而言，業界已開發出支持RS-232或USB通信的特殊應用電路板。對于USB通信，可利用USB集線器方便地連接到子系統。如果采用嵌入式方法，還提供了運行時(runtime)可執行程序。 觸覺效果庫 觸覺效果庫包含大量豐富的效果，可以清晰地分辨出各種觸摸屏控制和不同的功能。觸覺反饋系統為設計師提供了非常便利的方法來選擇合適的效果，并將它們納入HMI中。 程序接口 

9、軟件集成指南介紹了用流線型API從主程序調用觸覺效果的方法。針對某些實現可以用軟件開發套件，該套件向設計師提供了多種編程功能，包括Windows ActiveX控制、源代碼形式的跨平臺API以及用戶接口通信支持。系統中還包括將觸覺反饋增加進主程序的樣例代碼和詳細的過程描述。帶例程的觸摸屏演示單元可用來評估觸覺反饋技術。 設計具有觸覺反饋功能的HMI 在使用帶觸覺反饋功能的設備時，如果沒有感覺到響應，系統不會記錄用戶的選擇。通過為每種功能(如回車、開始、結束)提供獨特的觸覺提示，觸覺反饋可用來改進HMI性能。準確的提示有助于通知用戶作出正確的選擇，或警告用戶沒有達到目的。另外，應用程序

10、還允許用戶針對特殊功能在多種觸覺效果中進行選擇，從而實現個性化功能。 觸覺反饋技術的應用場合包括以下方面： 1）大型和小型家用設備。尤其對于常用設備，觸覺反饋功能可為人們提供熟悉的機械感覺，從而有助于用戶適應從傳統到現代先進電子控制的轉變，并逐步認識到其價值。 2）全球定位/導航系統。通過迅速的觸覺提示，用戶無需等待可視響應，因而可以減少查看儀器的時間，更多地注意路面狀況。 3）遙控。確認型觸覺響應可以改進小型按鍵的可用性，特別是在光線較暗的情況下。此外也可用于替代那些干擾音樂或視頻效果的聲音提示。 4）醫療診斷設備。在醫療設備中，聲音提示可能打擾或令病人不安，而觸覺反饋可以提供正確無誤的確認

11、信息，從而使護士更專注于病人而不是設備。采用最人性化的觸覺感受，觸覺反饋可以用來增強自診斷設備的陪護感覺。 5）測試與測量設備。觸覺提示可以提高準確性和工作效率，特別是在喧鬧的環境中。 6）便攜式終端。觸摸提供的附加確認有助于用戶完成多個任務，更全面地支持便攜性所帶來的自由移動和各種活動能力，并且也支持更快、更準確的數據輸入。 7）自動服務終端和信息站。自動服務過程中的觸覺反饋可以向用戶提供他們的選擇已經被接收、服務正在處理的直觀確認。通過提供與用戶觸摸輸入相匹配的響應可以使用戶獲得更好的控制感覺，從而提高用戶的滿意度，增加自助服務功能的使用率。 8）游戲設備、媒體播放器、娛樂系統。通過觸覺反饋增強交互功能，從而可提供更加有趣、參與度更高的用戶體驗。 盡管帶觸覺反饋的觸摸屏剛剛開始進入市場，但在改善HMI性能以及向用戶提供