KR101067639B1 - 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 이를 이용한 햅틱장치, 이를 이용한 초소형 이동체 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 자기유변유체를 내부에 수용하고 일면에 관통홀이 형성된 하우징; 하우징 내부에 구비되어, 자기유변유체가 수용된 공간에서 일방향으로 왕복 가능한 가동부재; 관통홀에 일단이 삽입되어 가동부재와 연결되고, 타단이 하우징의 외부로 소정길이 돌출되는 연결부재; 연결부재의 타단에 구비되어, 외력의 작용 방향을 전환하는 방향전환수단; 및 하우징 내부에 구비되어, 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단;을 포함하여, 자기장의 세기에 따라 자기유변유체의 점성을 조절하여 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 방향전환수단을 구비하여 외력의 작용 방향을 전환할 수 있게 됨에 따라 협소한 공간에 구비될 수 있어 휴대단말기 또는 노트북 등의 다양한 멀티미디어 장치에 채용될 수 있는 효과가 있다. 또한, 자기유변유체의 점성을 자기장인가수단을 통해 제어하여 외력에 대한 저항력인 유동저항력 및 전단력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

햅틱, 강성, 자기유변유체, 자기장, 저항력, 댐퍼, 쇼크옵소버, 댐핑력

Description

방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 이를 이용한 햅틱장치, 이를 이용한 초소형 이동체 및 그 제어방법 {Stiffness Generation Apparatus with Directional Conversion Device, Passive Haptic Feedback Providing Apparatus Using the Same, Micromini Moving Device Using the Same and Control Method}

본 발명은 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향전환수단을 구비하여 외력의 작용 방향을 전환할 수 있게 됨에 따라 협소한 공간에 구비될 수 있는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.

또한, 자기유변유체의 점성을 자기장인가수단을 통해 제어하여 외력에 대한 저항력인 유동저항력 및 전단력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.

강성구현장치란 외력에 대항하여 저항력을 발생시키는 장치로 댐퍼, 쇼크옵서버 등을 포괄하는 명칭이다. 이러한 강성구현장치는 수m에 달하는 크기에서부터 작게는 수mm에 이르기까지 다양한 크기로 개발되고 있다. 특히, 근래에는 휴대단말 기의 터치스크린에 햅틱 피드백을 제공하기 위해 소형 강성구현장치의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 여기서 햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑커팁(손가락 끝 또는 스타일러스 펜)으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백(Tactile feedback)과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 힘 피드백(Kinesthetic force feedback)을 포괄하는 개념이다. 이러한 햅틱 피드백을 구현하기 위해 지금까지는 모터와 링크 메커니즘을 이용한 메카트로닉스 장비 등이 사용되었다. 그러나 이러한 기계적인 강성구현장치는 무게가 많이 나가고, 복잡한 링크 구조를 가질 뿐만 아니라 소형화가 어렵고, 관성으로 인한 신속한 응답 속도를 구현하기 어려웠다.

이를 극복하기 위해 자기유변유체 또는 전기유변유체를 이용한 강성구현장치가 개발되었다. 그러나 이러한 유변유체의 점성변화에 따른 저항력을 통해 필요한 만큼의 강성을 구현하기란 어려웠다. 또한, 많은 양의 유변유체 전체의 점성을 변화시키기 위해서는 강한 전기장이나 자기장을 필요로 하기 때문에 소형화하는데 있어 한계가 있다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방향전환수단을 구비하여 외력의 작용 방향을 전환할 수 있게 됨에 따라 협소한 공간에 구비될 수 있는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 자기유변유체의 점성을 자기장인가수단을 통해 제어하여 외력에 대한 저항력인 유동저항력 및 전단력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은, 자기유변유체를 내부에 수용하고 일면에 관통홀이 형성된 하우징; 하우징 내부에 구비되어, 자기유변유체가 수용된 공간에서 일방향으로 왕복 가능한 가동부재; 관통홀에 일단이 삽입되어 가동부재와 연결되고, 타단이 하우징의 외부로 소정길이 돌출되는 연결부재; 연결부재의 타단에 구비되어, 외력의 작용 방향을 전환하는 방향전환수단; 및 하우징 내부에 구비되어, 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단;을 포함하여, 자기장의 세기에 따라 자기유변유체의 점성을 조절하여 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 한다.

또한, 하우징 및 가동부재는 길이방향을 기준으로 횡단면의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 한다.

또한, 가동부재는 가동부재의 일방향 왕복시 자기유변유체가 이동할 수 있도록 가동부재 외주면을 따라 소정간격으로 가동부재의 왕복방향과 평행하게 유동홈을 더 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 유동홈은 2개 내지 6개인 것을 특징으로 한다.

또한, 가동부재는 연결부재와 접하는 가동부재의 타측 중심영역에 중앙홈을 더 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 가동부재는 중심영역에 중공이 형성되고, 가동부재의 일방향 왕복을 유도하기 위해 중공에 삽입되고, 자기장인가수단의 중심영역을 관통하여 하우징 일단과 연결되도록 구비된 코어축을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 하우징 및 코어축은 강자성체로 이루어져 자기장인가수단에 의해 발생한 자기장은 코어축을 기준으로 하우징 내에서 일정하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 연결부재는 2개 내지 6개인 것을 특징으로 한다.

또한, 방향전환수단은, 일단에는 외력이 가해지고, 타단에는 외주를 따라 테이퍼가 형성된 기둥형상의 누름부재; 및 누름부재 하단에 구비되어 테이퍼와 접하도록 일측이 테이퍼의 기울기와 대응하는 기울기로 절단된 기둥형상으로 이루어지 고, 외력이 가해지는 누름부재의 일단과 수직인 일면에 연결부재가 연결되며, 외력이 작용하는 방향과 수직인 방향으로 왕복하는 방향전환부재;를 포함하여, 외력이 작용하는 방향을 전환하는 것을 특징으로 한다.

또한, 자기장인가수단은, 보빈; 및 보빈에 권취되는 코일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 방향전환수단과 하우징 사이에는 탄성제공수단을 더 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 탄성제공수단은 탄성을 갖는 고무 또는 스프링인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다른 카테고리로, 강성구현장치가 복수 개 구비되고, 외력이 가해지는 강성구현장치의 방향전환수단 상부에는 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있도록 터치패드 또는 터치스크린이 더 구비된 햅틱제공장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 터치패드 또는 터치스크린과 방향전환수단의 상부 사이에는 압력센서가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 압력센서의 출력신호에 기초하여 강성구현장치의 자기장인가수단에 제공되는 전원을 제어하는 제어수단이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다른 카테고리로, 강성구현장치를 댐퍼로 이용한 초소형 이동체인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다른 카테고리로, 누름부재에 외력이 가해져 누름부재가 일방향으로 이동하는 단계; 방향전환부재가 외력의 작용 방향을 전환하여 누름 부재의 이동방향에 수직인 방향으로 이동하는 단계; 자기장인가수단이 외력에 기초하여 전원을 제공받아 자기장을 발생하는 단계; 발생된 자기장에 의하여 자기유변유체의 점성이 증가하는 단계; 및 제어수단이 방향전환부재와 연결부재로 연결된 가동부재의 이동을 억제하기 위해 자기장인가수단에 제공되는 전원을 제어하여 외력에 대한 저항력인 강성을 발현하는 단계;로 이루어지는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법인 것을 특징으로 한다.

또한, 자기장인가수단이 외력에 기초하여 전원을 제공받아 자기장을 발생하는 단계는, 압력센서가 외력의 세기를 감지하는 단계; 및 제어수단은 압력센서가 감지한 외력의 세기에 기초하여 자기장인가수단에 제공되는 전원의 세기를 제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 강성을 발현하는 단계의 저항력은, 하우징과 가동부재가 서로 접하는 면 사이의 전단력, 자기유변유체의 유동에 따른 유동저항력 및 탄성제공수단의 탄성력인 것을 특징으로 한다.

또한, 가동부재가 초기 위치로 복원되도록 자기장인가수단에 전원을 제어하여 복원속도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 다른 카테고리로, 가동부재가 외력에 의해 제 1 단계 깊이까지 이동하는 동안 저항력이 증대되는 단계; 가동부재가 외력에 의해 제 1 단계 깊이 이후 제 2 단계 깊이까지 이동하는 동안 저항력은 제 1 단계 깊이에서 작용한 저항력보다 작은 크기로 일정하게 유지되는 단계; 및 가동부재가 외력에 의해 제 2 단계 깊이를 넘어서 이동하는 경우 증대된 저항력이 발생하는 단계;로 이루어 져, 버튼 클릭감을 구현한 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 방향전환수단을 구비하여 외력의 작용 방향을 전환할 수 있게 됨에 따라 협소한 공간에 구비될 수 있어 휴대단말기 또는 노트북 등의 다양한 멀티미디어 장치에 채용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 자기유변유체의 점성을 자기장인가수단을 통해 제어하여 외력에 대한 저항력인 유동저항력 및 전단력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 하우징 및 코어축을 강자성체로 형성함으로 인해 자기장인가수단에 의해 발생하는 자기장의 세기가 증대되고 자기장이 균일하게 형성됨에 따라 정밀한 제어가 가능해져 버튼 클릭감을 구현할 수 있는 효과가 있다.

<강성구현장치의 구성>

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 구성에 관하여 상세하게 설명한다. 먼저, 도 1은 본 발명에 따른 강성구현장치의 분해사시도이고 도 2는 본 발명에 따른 강성구현장치의 결합사시도이며, 도 3은 도 2의 A-A', 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B' 단면도 및 또 다른 실시예의 가동부재 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 대략 하우징(10), 가동부재(20), 연결부재(30), 방향전환수단(40) 및 자기장인가수단(50) 등을 포함하여 이루어진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(10)은 본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 몸체를 이루는 것으로, 내부에는 자기유변유체(5), 가동부재(20), 연결부재(30) 일부 및 자기장인가수단(50)을 수용할 수 있는 공간이 형성된 관형상으로 제작한다. 이때, 후술할 방향전환수단(40)과 인접하는 하우징(10)의 일단은 막힌 구조로 여기에는 후술할 연결부재(30)의 단면형상과 대응하는 형상으로 관통홀(12)을 형성한다. 또한, 관통홀(12) 및 연결부재(30)의 개수는 동일한 수로 구비된다. 이러한 하우징(10)은 본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 사용 목적 및 용도에 따라 하우징(10)의 길이방향을 기준으로 횡단면을 다양한 형상으로 변형할 수 있다. 하지만, 하우징(10)은 횡단면의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 하우징(10)의 크기를 5mm×5mm×30mm 이하의 작은 크기로 제작하며, 하우징(10)의 재질은 합성수지제 또는 강자성체인 철, 코발트, 니켈, 합금 등의 금속제를 사용할 수 있다.

가동부재(20)는 하우징(10) 내의 자기장 형성으로 인한 자기유변유체(5)의 점성변화에 따른 저항력인 강성이 실질적으로 가해지는 부재이다. 이러한 가동부재(20)는 하우징(10) 내부, 즉 관통홀(12)이 구비된 하우징(10)의 일단과 후술할 자기장인가수단(50) 사이의 자기유변유체(5)가 수용된 공간에 구비되어 일방향으로 왕복한다. 이때, 가동부재(20)는 하우징(10)의 관통홀(12)과 인접하는 일측이 연결부재(30)와 연결된다. 이러한 가동부재(20)는 하우징(10)의 내부에서 일방향으로 원활하게 왕복할 수 있는 기둥형상이라면 횡단면이 어떠한 형상이라도 무방하다. 하지만, 가동부재(20)는 하우징(10)의 횡단면에 대응하는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 자기유변유체(5)가 하우징(10)과 가동부재(20)가 접하는 면 사이를 드나들 수 있도록 가동부재(20)의 직경(또는 가로,세로)은 하우징(10)의 내경(또는 가로,세로)에 비하여 약간 작게 형성한다.

이렇게 자기유변유체(5)가 드나드는 하우징(10)과 가동부재(20)가 접하는 면 사이에서는 자기장인가수단(50)에 의해 자기장이 인가되는 경우 외력에 대한 저항력으로서 전단력이 작용하게 된다.

한편, 가동부재(20)의 재질은 자기장인가수단(50)에 의해 발생된 자력의 손실을 방지하기 위해 하우징(10)의 재질과 동일한 강자성체를 사용하는 것이 바람직하다. 이하에서는 도 4를 참조하여 가동부재의 형상에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 4의 I은 도 2의 B-B' 단면도이고 도 4의 II 및 III은 또 다른 실시예의 가동부재 단면도이다. 도 3 및 도 4의 I 내지 III에 도시된 바와 같이, 자기유변유체(5) 자체의 점성에 따른 저항력을 줄여 가동부재(20)가 원활히 왕복할 수 있도록 가동부재(20)에는 유동홈(22)을 형성할 수 있다. 이러한 유동홈(22)은 자기유변유체(5)가 이동할 수 있도록 가동부재(20) 외주면을 따라 소정간격으로 가동부재(20)의 왕복방향과 평행하게 형성된다. 이때, 유동홈(22)은 가동부재(20)의 길이방향을 기준으로 횡단면 면적 및 가동부재(20)와 하우징(10)이 접하는 부분의 면적이 같도록 복수 개로 형성한다면, 동일한 강성을 발현하게 된다. 하지만, 유동홈(22)은 가 동부재(20)의 제작 편의성을 고려해 2개 내지 6개를 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 가동부재(20)의 횡단면 면적 및 가동부재(20)와 하우징(10)이 접하는 부분의 면적을 달리하여 유동홈(22)을 형성하는 경우, 다양한 강성을 구현할 수 있다.

이렇게 유동홈(22)을 형성하고 자기장을 인가하는 경우, 가동부재(20)의 이동으로 인해 유동홈(22)을 따라 유동하는 자기유변유체(5)는 체인을 형성함으로써 점성이 변한다. 이러한 자기유변유체(5)의 점성변화는 외력으로 인한 가동부재(20)의 이동을 억제하는 저항력으로서 유동저항력을 발생시킨다.

그리고 연결부재(30)와 접하는 가동부재(20)의 타측 중심영역에는 중앙홈을 형성할 수 있다. 이를 통해 자기유변유체(5)를 중앙홈 내부에 수용할 수 있게 됨으로써 자기장 형성으로 인한 자기유변유체(5)의 점성변화에 따른 저항력을 보다 강화할 수 있다.

연결부재(30)는 후술할 방향전환수단(40)으로부터 전달된 외력을 가동부재(20)에 전달하는 봉형상의 부재로, 관통홀(12)에 일단이 삽입되어 가동부재(20)와 연결된다. 그리고 연결부재(30)가 가동부재(20)와 연결된 일단과 대향되는 타단이 하우징(10)의 외부로 소정길이 돌출되도록 구비되어 방향전환수단(40)과 연결된다. 이러한 연결부재(30)는 방향전환수단(40)으로부터 전달되는 외력을 가동부재(20)에 전달할 수 있도록 가동부재(20)와 방향전환수단(40) 사이에 1개 이상이 구비되면 충분하다. 하지만, 방향전환수단(40)으로부터 전달된 외력을 가동부재(20)에 안정적으로 전달하기 위해서는 2개 이상의 연결부재(30)가 가동부재(20)의 중심축을 기준으로 각각 같은 거리에 위치하도록 한다. 그리고 인접한 연결부 재(30) 간에는 상호 같은 거리만큼 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 소형으로 제작되는 만큼, 제작의 편의성을 고려하여 6개 이하의 연결부재(20)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 연결부재(20)는 전술한 가동부재(20)의 재질과 동일한 재질을 사용한다.

그리고 연결부재(20)는 전술한 가동부재(20)의 일단을 돌출되게 형성하여 방향전환수단(40)과 연결하거나 후술할 방향전환수단(40)을 돌출되게 형성하여 가동부재(20)와 연결할 수 있음은 물론이다.

방향전환수단(40)은 외력의 작용 방향을 전환하는 것으로, 이렇게 작용 방향이 전환된 외력은 방향전환수단(40) 일측에 구비된 연결부재(30)를 통해 가동부재(20)에 전달된다. 이러한 방향전환수단(40)은 다양한 방식으로 외력, 즉 힘의 작용 방향을 바꿀 수 있다. 일례로, L자형 관 내부에 유압장치에 사용되는 작동유를 수용하고 L자형 관 양측의 개구영역에 각각 피스톤을 구비함으로써 힘의 작용 방향을 전환할 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 실시예에서의 방향전환수단(40)은 도 3에 도시된 바와 같이, 대략 누름부재(44) 및 방향전환부재(46) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서 누름부재(44)는 기둥형상의 부재로, 일단에 외력이 가해지고, 외력이 가해지는 일단과 대향되는 타단에는 외주를 따라 테이퍼(42)가 형성된다. 이러한 누름부재(44)는 테이퍼(42)가 형성된 것이라면, 원기둥, 타원기둥 또는 다각기둥의 형상으로 변형될 수 있음은 물론이다.

그리고 방향전환부재(46)는 외력이 작용하는 방향과 수직인 방향으로 왕복하 는 부재이다. 이러한 기능을 수행하기 위해 방향전환부재(46)는 누름부재(44) 하단에 구비되어 누름부재(44)에 형성된 테이퍼(42)와 접할 수 있도록 일측이 테이퍼(42)의 기울기와 대응하는 기울기로 절단된 기둥형상으로 이루어진다. 그리고 외력이 가해지는 누름부재(44)의 일단과 수직인 방향전환부재(46)의 일면에는 연결부재(30)가 연결된다. 이때, 안정적으로 외력의 작용 방향을 전환하기 위해 방향전환부재(46)는 누름부재(44)를 기준으로 대칭을 이루면서 한 쌍으로 구비될 수 있다.

이러한 누름부재(44) 및 방향전환부재(46)의 형상으로 인해 누름부재(44)에 외력이 가해지면 방향전환부재(46)는 외력에 수직인 방향으로 이동한다. 이때, 원활한 이동을 위해 누름부재(44) 및 방향전환부재(46)가 접하는 면은 작은 마찰력이 작용하도록 제작하는 것이 바람직하다.

자기장인가수단(50) 자기유변유체(5)에 자기장을 인가하여 자기유변유체(5)의 점성변화를 유도하는 수단으로, 자기장인가수단(50)의 제어를 통해 다양한 저항력인 강성을 구현할 수 있다. 이러한 자기장인가수단(50)은 관통홀(12)이 형성된 하우징(10)의 일단과 대향되는 하우징(10)의 타단 내부에 고정된다. 이때, 자기장인가수단(50)은 하우징(10) 내부에 삽입고정될 수 있도록 하우징(10)의 횡단면의 형상과 대응하는 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

여기서 자기장인가수단(50)은 도 1에 도시된 바와 같이, 보빈(52) 및 보빈(52)에 임의의 정수회로 권취된 코일(54)을 포함하여 이루어진다. 이때, 보빈(52)에 권취되는 코일(54)의 횟수가 증가할수록 자기장의 세기가 증대된다. 이렇게 증대된 자기장의 세기는 자기유변유체(5)의 체인 형성을 보다 강하게 하여 자기 유변유체(5)의 점성을 증대시키게 된다. 이로 인해 외력에 대한 저항력인 강성이 증대되어 다양한 세기의 외력에 대한 강성을 구현할 수 있다.

하지만, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)가 소형으로 제작되기 위해서는 보빈(52)에 권취되는 코일(54)의 횟수에 제한이 따른다. 따라서, 저항력인 강성을 증대시키기 위해 다른 방식의 강성증대 방안이 필요하다. 이하에서는 이에 대한 방안을 도 1 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 강성을 증대시키고 가동부재(20)의 일방향 왕복을 유도하기 위한 추가적인 구성으로, 가동부재(20)의 중심영역에 중공(26)을 형성한다. 그리고 코어축(28)은 중공(26)에 삽입한 후 자기장인가수단(50)의 중심영역을 관통하여 하우징(10)의 일단과 연결되도록 구비한다. 이때, 중공(26) 및 코어축(28)은 코어축(28)을 중공(26)에 삽입될 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 무방하다. 하지만, 본 발명에 따른 실시예에서는 중공(26) 및 코어축(28)의 횡단면 형상을 원형으로 하고, 코어축(28)의 직경을 중공(26)의 내경에 비하여 약간 작게 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 자기유변유체(5)는 코어축(28)과 중공(26)이 접하는 면 사이를 드나들 수 있다.

이렇게 자기유변유체(5)가 드나드는 하우징(10)과 가동부재(20) 및 코어축(28)과 중공(26)이 접하는 면 사이에서는 자기장인가수단(50)에 의해 자기장이 인가되는 경우 외력에 대한 저항력으로서 전단력이 작용하게 된다.

그리고 전술한 바와 같이, 유동홈(22)을 형성하고 자기장을 인가하는 경우, 가동부재(20)의 이동으로 인해 유동홈(22)을 따라 유동하는 자기유변유체(5)는 체 인을 형성함으로써 점성이 변한다. 이러한 자기유변유체(5)의 점성변화는 외력으로 인한 가동부재(20)의 이동을 억제하는 저항력으로서 유동저항력을 발생시킨다.

한편, 하우징(10), 가동부재(20) 및 코어축(28)이 강자성체인 철, 코발트, 니켈, 그 합금 등의 금속제로 이루어진 경우, 자기장인가수단(50)에 의해 발생한 자기장은 자력의 방향이 일정하게 유도되고 자력 손실이 방지된다. 따라서 하우징(10), 가동부재(20) 및 코어축(28)이 강자성체로 이루어진 경우 비자성체인 경우보다 코어축(28)을 기준으로 하우징(10) 내에서 자기장이 균일하게 형성된다. 뿐만 아니라 증대된 자기장이 코어축(28)의 길이방향 및 하우징(10)의 길이방향을 따라 형성된다.

본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 자기장인가수단(50)에 의해 발생하는 자기장의 전체적인 모습은 후술할 제어방법에서 구체적으로 설명한다.

탄성제공수단(60)은 가동부재(20)에 탄성력을 전달하여 가동부재(20)가 초기위치로 복원되도록 하는 역할을 수행할 뿐만 아니라 외력에 대한 저항력으로서의 역할도 수행한다. 이러한 탄성제공수단(60)은 방향전환수단(40)과 하우징(10) 사이에 구비된다. 이때, 탄성제공수단(30)은 가동부재(20)에 탄성력을 제공할 수 있는 것이라면, 어떠한 방식이라도 무방하다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 하우징(10) 외부로 돌출된 연결부재(30)의 외주면을 감싸도록 스프링(64)을 방향전환수단(40)과 하우징(10) 사이에 구비한다. 이때, 스프링(64) 대신에 탄성을 갖는 고무가 사용될 수 있음은 물론이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 구성이 단순하기 때문에 소형화가 가능하므로 다양한 햅틱 피드백을 제공하는 장치로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 초소형 이동체의 댐퍼로 사용될 수 있다. 따라서 이하에서는 햅틱제공장치 및 초소형 이동체에 활용되는 경우를 설명한다.

< 햅틱제공장치 및 기타장치>

이하에서는 첨부된 도 5 내지 도 7에 도시된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅틱제공장치 및 초소형 이동체를 설명한다. 먼저, 도 5는 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅틱제공장치가 노트북에 적용된 경우의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅틱제공장치가 휴대폰에 이용된 경우의 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 초소형 이동체의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱제공장치(100)가 노트북(3)에 사용되는 경우, 대략 복수 개의 강성구현장치(1)로 이루어진 햅틱제공장치(100), 터치패드(300) 및 제어수단(미도시) 등을 포함하여 이루어진다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱제공장치(100)가 휴대폰(4), PDA단말기 또는 내비게이션 등의 휴대단말기에 사용되는 경우, 대략 복수 개의 강성구현장치(1)로 이루어진 햅틱제공장치(100), 터치스크린(400) 및 제어수단(미도시) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서 햅틱제공장치(100)는 사용자에게 다양한 햅틱 피드백을 제공하기 위 해 2개 이상의 강성구현장치(1)로 이루어질 수 있다. 하지만, 2개 또는 4개의 강성구현장치(1)를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 2개의 강성구현장치(1)를 사용하는 햅틱제공장치(100)의 경우 대각선 상에 서로 마주보는 터치패드(300) 또는 터치스크린(400)의 꼭짓점에 각각 강성구현장치(1)의 방향전환수단(40)이 위치하도록 한다. 그리고 4개의 강성구현장치(1)를 사용하는 햅틱제공장치(100)의 경우, 터치패드(300) 또는 터치스크린(400)의 각 꼭짓점에 강성구현장치(1)의 방향전환수단(40)이 위치하도록 한다. 이렇게 위치한 강성구현장치(1)는 전선 또는 전선을 프린팅한 연성 회로 기판과 연결되어 제어수단을 통해 전원을 제공받을 수 있다. 이러한 강성구현장치(1)의 구체적 구성은 전술한 기재로 갈음하고, 이하에서는 다른 구성을 중심으로 설명한다.

터치패드(300)는 압력 감지기가 달려 있는 작은 평판으로 마우스를 대신하는 입력장치를 말한다. 본 발명의 실시예에서는 딱딱한 터치패드(300)를 사용하여 터치패드(300) 상의 임의의 위치에 외력이 가해지더라도 터치패드(300)의 꼭짓점에 위치한 강성구현장치(1)의 방향전환수단(40)에 이러한 외력이 전달되도록 한다.

터치스크린(400)은 영상 표시장치인 디스플레이 상부에 적외선이 격자형태로 흐르는 투명한 터치패드(300)를 구비한 장치를 말한다. 본 발명의 실시예에서는 전술한 터치패드(300)와 마찬가지로 딱딱한 터치스크린(400)을 사용한다. 이로 인해, 터치스크린(400) 상의 임의의 위치에 외력이 가해지더라도 터치패드(300)의 꼭짓점에 위치한 강성구현장치(1)의 방향전환수단(40)에 이러한 외력이 전달된다.

한편, 터치패드(300) 또는 터치스크린(400)과 외력이 가해지는 강성구현장 치(1)의 방향전환수단(40) 사이에는 압력센서(200)가 더 구비될 수 있다. 이때, 압력센서(200)는 외력이 가해질 때, 압축되거나 늘어나는 변형에 의해 발생한 전기적 신호를 이용하여 각 부위에 걸리는 외력의 분포상태 및 크기를 검출하는 부재이다. 즉, 외력의 세기에 비례하여 변화된 전기적 출력신호를 발생한다. 본 발명에 사용되는 압력센서(200)는 박막으로 이루어진 전자식 압력센서, 반도체 압력센서 또는 광섬유 압력센서 등의 다양한 압력센서(200)가 사용될 수 있다.

제어수단(미도시)은 햅틱제공장치(100)의 햅틱 피드백을 제어하는 것으로, 이는 구체적으로 강성구현장치(1)의 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원을 제어함으로써 이루어진다. 여기서 제어수단이 전원을 제어한다는 것은 전원의 세기(전류 또는 전압의 세기), 인가되는 시간, 주기(전극의 상호 역전) 등을 제어함을 말한다.

이때, 제어수단은 압력센서(200)를 통해 감지된 외력의 세기에 대한 출력신호에 따라 구동되어 복수 개로 구비된 강성구현장치(1)중 어느 강성구현장치(1)의 자기장인가수단(50)에 얼마만큼의 전원을 인가할 것인지 선택할 수 있도록 함이 바람직하다. 한편, 선택된 강성구현장치(1)가 2개 이상이라면 각각의 강성구현장치(1)의 전원 제어는 독립적으로 이루어질 수 있다. 이렇게 압력센서(200)의 출력신호에 따라 제어수단은 복수 개의 강성구현장치(1)의 자기장인가수단(50)에 적절한 전원을 인가함으로써 자기유변유체(5)의 점성을 변화시켜 저항력인 강성을 조절할 수 있다. 이와 같은 제어수단의 전원제어를 통해 노트북(3) 등의 터치패드(300) 및 휴대폰(4) 등의 터치스크린(400)에 사용된 햅틱제공장치(100)는 외력의 세기에 따라 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.

반면에, 제어수단은 압력센서(200)가 구비되지 않더라도 터치패드(300) 또는 터치스크린(400) 자체의 압력 감지기를 통해 위치정보를 추출할 수 있다. 그리고 이러한 위치정보만으로 사용자에게 다양한 햅틱 피드백을 제공하기 위해 제작자는 터치패드(300) 또는 터치스크린(400) 상의 임의의 위치에 대응하는 다양한 모드의 햅틱 피드백을 미리 프로그램으로 설정할 수 있다.

특히, 터치스크린(400)인 경우 해당 터치스크린(400)에 표시되는 그래픽 정보 및 위치정보와 연동할 수 있는 햅틱 피드백을 미리 프로그램화하여 사용자에게 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다. 일례로, 얼음 또는 돌과 같은 그래픽으로 표현된 메뉴를 터치스크린(400)을 통해 선택하는 경우 딱딱한 느낌의 햅틱 피드백이 전달되도록 프로그램화할 수 있다. 또한, 꽃 또는 비누방울과 같은 그래픽으로 표현된 메뉴를 선택하는 경우 부드러운 느낌의 햅틱 피드백이 전달되도록 프로그램화할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 소형으로 제작될 수 있어 초소형 이동체(400)의 댐퍼로 사용될 수 있다. 여기서 초소형 이동체(400)란 마이크로 로봇, 초소형 RC(Radio Control)차량 등을 말한다. 이때에도 강성구현장치(1)의 방향전환수단(40) 상부에 압력센서(200)를 구비한 강성구현장치(1)는 제어수단(미도시)을 통해 외력의 세기 따른 다양한 강성을 갖는 댐퍼로 사용될 수 있다.

<제어방법>

이하에서는 첨부된 도 8 내지 도 11에 도시된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 제어방법 및 버튼 클릭감을 구현하는 제어방법에 대하여 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 강성구현장치의 제어방법에 따른 순서도이고, 도 9a는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 작용한 경우의 단면도이며, 도 9b는 본 발명에 따른 강성구현장치에 자기장이 인가된 경우 자력의 방향을 나타내는 단면도이고, 도 9c는 자기유변유체에 자기장이 인가된 경우 발생하는 다양한 저항력을 나타낸 단면도이며, 도 10은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용하여 버튼 클릭감을 구현하기 위한 순서도이고, 도 11은 버튼 클릭 시 누르는 깊이와 힘의 관계를 나타낸 그래프이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 3에 도시된 강성구현장치(1)를 기준으로 제어수단(미도시)에 의한 전체적인 제어방법을 설명한다.

먼저, 도 8 및 9a에 도시된 바와 같이, 누름부재(44)에 외력이 가해져 누름부재(44)가 일방향으로 이동한다. 이때, 자기장인가수단(50)에는 전원이 제공되지 않아 자기유변유체(5)의 점성에는 아무런 변화가 없다. 따라서 누름부재(44)에 외력이 가해지면 쉽게 눌린다(S100).

다음으로, 방향전환부재(46)가 외력의 작용 방향을 전환하여 누름부재(44)의 이동방향에 수직인 방향으로 이동한다. 이때, 외력은 방향전환부재(46)와 연결된 연결부재(30)를 통해 가동부재(20)에 전달된다. 이로 인해 가동부재(20)는 우측(도 9a의 도면상)으로 이동하게 되고, 자기장인가수단(50)과 인접한 위치에 있는 자기유변유체(5)는 가동부재(20)에 형성된 유동홈(22)을 통해 연결부재(30)가 위치한 곳으로 흐르게 된다. 한편, 가동부재(20)가 이동하는 경우, 외력에 대항하는 저항력은 자기장이 인가되지 않은 자기유변유체(5)의 자체 점성에 따른 저항력 및 스프링(64)의 탄성력이다(S200).

여기서 누름부재(44)에 작용하던 외력이 제거되면, 누름부재(44)는 스프링(64)의 탄성력에 의해 본래의 초기 위치로 복원한다. 이때, 연결부재(30)와 인접한 위치에 있는 자기유변유체(5)는 가동부재(20)에 형성된 유동홈(22)을 통해 자기장인가수단(50)이 위치한 곳으로 흐르게 된다.

다음으로, 외력에 기초하여 자기장인가수단(50)이 전원을 제공받아 자기장을 발생한다. 여기서, 외력의 감지와 이에 따른 자기장인가수단(50)에 의한 자기장의 발생은 즉각적으로 이루어진다. 이때, 외력의 감지는 힘의 세기를 측정할 수 있는 다양한 측정장치가 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 제어방법에서는 전술한 압력센서(200)를 사용한다. 이하에서는 자기장인가수단(50)에 의한 자기장의 발생 단계를 구체적으로 설명한다.

우선, 강성구현장치(1)의 방향전환수단(40) 상부에 구비된 압력센서(200)에 외력이 가해지면, 압력센서(200)는 외력의 세기를 감지한다(S310). 그리고 감지된 외력의 세기에 대한 출력신호는 즉시 제어수단(미도시)에 전달되고, 제어수단은 이에 따라 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원을 제어한다(S320). 일례로, 외력의 세기가 크다면, 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원의 세기를 크게 하여 코일(54)에서 발생하는 자기장의 세기를 크게 하는 것이 좋다. 즉, 이를 통해 자기유변유체(5)는 강한 체인을 형성하게 되고 저항력인 강성이 증대된다.

이렇게 외력에 세기에 비례하여 자기장의 세기(저항력의 세기)를 제어함으로써 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 효율적인 댐핑 기능을 수행할 수 있다. 또한, 햅틱제공장치(100)에 본 발명에 따른 강성구현장치(1)를 사용하는 경우, 사용자의 손가락 외력에 대응하는 햅틱 피드백을 제공할 수 있어 사용자의 다양한 햅틱 욕구를 충족시킬 수 있다(S300).

다음으로, 발생된 자기장에 의하여 자기유변유체(5)의 점성이 증가한다. 이러한 자기유변유체(5)의 체인 형성으로 인한 점성 증가는 전술한 바와 같이 자기유변유체(5)에 인가된 자기장의 세기에 비례한다(S400).

다음으로, 제어수단이 방향전환부재(46)와 연결부재(30)로 연결된 가동부재(20)의 이동을 억제하기 위해 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원을 제어하여 외력에 대한 저항력인 강성을 발현한다. 이렇게 자기장이 인가된 자기유변유체(5)는 체인 형성에 따른 점성 증가로 인해 외력에 의하여 우측으로 이동하던 가동부재(20)에 저항으로 작용하게 된다. 이때, 가동부재(20)가 받는 저항력은 하우징(10)과 가동부재(20)가 서로 접하는 면 사이의 전단력(F전), 자기유변유체(5)의 유동에 따른 유동저항력(F유) 및 탄성제공수단(60)의 탄성력(F탄)이다. 이하 도 9b 및 도 9c를 참고하여 이러한 저항력을 자세히 설명한다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 하우징(10), 가동부재(20) 및 코어축(28)이 강자성체로 이루어진 경우, 자기장인가수단(50)에 의해 발생한 자기장(M)은 주로 코어축(28), 가동부재(20), 하우징(10)을 따라 강하게 형성된다. 이는 코어축(28), 가동부재(20) 및 하우징(10)이 강자성체로 이루어짐에 따라 자기장인가수단(50)에 의 해 발생한 자력선이 코어축(28), 가동부재(20) 및 하우징(10)으로 이루어진 영역에 밀집되기 때문이다. 반면에 강자성체로 이루어지지 않은 영역인 자기유변유체(5)가 수용된 영역에서는 자력이 통과하면서 세기가 감소하여 약한 자기장을 형성한다.

도 9c에 도시된 바와 같이, 자기유변유체(5)가 드나드는 하우징(10)과 가동부재(20) 및 코어축(28)과 중공(26)이 서로 접하는 면 사이에서는 자기장(M)이 인가되는 경우, 자기유변유체(5)의 체인 형성으로 인해 외력에 대한 저항력으로서 전단력(F전)이 작용하게 된다. 즉, 외력의 작용으로 인해 서로 반대방향으로 이동하는 하우징(10)과 가동부재(20)가 서로 접하는 면 사이에서는 자기장(M)의 인가로 인해 가동부재(20)의 이동방향에 수직인 방향으로 자기유변유체(5)의 체인이 형성됨으로써 이를 끊기 위한 전단력(F전)이 저항력으로 작용하게 된다. 이러한 전단력(F전)은 코어축(28)과 중공(26)이 서로 접하는 면에서도 마찬가지이다.

그리고 가동부재(20)의 유동홈(22)이 형성된 영역에 자기장(M)이 인가된 경우, 유동홈(22)이 형성된 영역의 자기유변유체(5)는 강한 체인을 형성함으로써 점성이 변한다. 이러한 자기유변유체(5)의 점성변화는 자기유변유체(5)의 유동(V)을 억제하여 외력으로 인한 가동부재(20)의 이동에 대한 저항력으로서 유동저항력(F유)을 발생시킨다.

그리고 스프링(64)에 의한 탄성력(F탄)은 가동부재(20)가 우측으로 이동할수록 증대된다.

이와 같이, 자기장(M) 인가로 인한 자기유변유체(5)의 점성 증가에 기초하여 하우징(10) 내부에서는 전단력(F전), 유동저항력(F유) 및 스프링(64)의 탄성력(F 탄)이 외력에 대한 저항력으로서 유발된다. 이러한 저항력은 제어수단이 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원을 증감함으로써 결국 강성으로 발현된다(S500).

마지막으로, 가동부재(20)가 초기 위치로 복원되도록 자기장인가수단(50)에 전원을 제어하여 복원속도를 조절한다(S600). 이러한 가동부재(20)의 복원속도 조절은 스프링(64)의 탄성력이 작용하는 상태에서 제어수단을 통해 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원의 세기를 변경함에 따른 자기유변유체(5)의 점성변화로 이루어진다. 이때, 탄성제공수단(60)의 탄성력은 자기장이 인가되지 않은 자기유변유체(5)의 자체 점성에 의한 저항력보다 크게 한다. 이는 가동부재(20)의 복원을 위해 자기장인가수단(50)에 전원을 제거하면, 즉시 가동부재(20)가 초기 위치로 복원될 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원의 세기를 제어수단을 통해 제어함으로써 가동부재(20)의 정지 및 정지 해제를 가능하게 하기 위함이다. 이렇게 가동부재(20)의 정지 및 정지 해제가 가능한 강성구현장치(1)를 구현함으로써 터치스크린(400) 상에 표시되는 작동 버튼(예: MP3 플레이 버튼, MP3 정지 버튼 등) 등에 유용하게 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 탄성력의 세기는 강성구현장치(1)의 사용목적 및 용도에 따라 변경가능함은 물론이다.

(버튼 클릭감을 구현하는 경우)

본 발명에 따른 강성구현장치(1)를 통해 버튼 클릭감을 구현하기 위해, 제어수단(미도시)은 방향전환수단(40)에 가해지는 외력에 대한 저항력을 3 단계로 분류하여 제어한다. 이하 도 10 내지 도 11을 참조하여 버튼 클릭감 구현을 위한 제어 방법을 설명한다.

도 10은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용하여 버튼 클릭감을 구현하기 위한 순서도이고, 도 11은 버튼 클릭 시 누르는 깊이와 힘의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 먼저, 가동부재(20)가 우측(도 11의 도면상)으로 제 1 단계 깊이(C)까지 이동하는 동안 저항력이 증대된다. 이렇게 가동부재(20)의 이동에 따라 저항력을 증대시키는 단계는 자기장(M) 인가에 따른 자기유변유체(5)의 점성변화 없이도 가동부재(20)의 우측 이동에 따른 스프링(64)의 탄성력 증대만으로도 충분히 이루어질 수 있다. 그러나 제어수단은 자기장인가수단(50)에 전원을 제공하여 자기유변유체(5)의 점성을 증대함으로써 저항력을 보다 증대할 수 있다(S1000).

다음으로, 가동부재(20)가 우측으로 제 1 단계 깊이(C) 이후 제 2 단계 깊이(D)까지 이동하는 동안 저항력은 제 1 단계 깊이(C)에서 작용한 저항력보다 현저히 작은 크기로 일정하게 유지된다. 이를 위해 제어수단은 일례로서, 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원을 제거함으로써 전체적인 저항력을 감소시킨다. 다만, 일정한 저항력을 유지하기 위해서는 가동부재(20)가 우측으로 이동함에 따라 증대되는 스프링(64)의 탄성력을 상쇄시켜야 한다. 따라서 제어수단은 자기장인가수단(50)에 제공되는 전원의 세기를 일정수준으로 낮춘 후 서서히 감소시키는 방식으로 전원을 제거하여 증대되는 스프링(64)의 탄성력을 상쇄시킴으로써 일정한 저항력을 유지하도록 하는 것이 바람직하다(S2000).

마지막으로, 가동부재(20)가 제 2 단계 깊이(D)를 넘어서 우측으로 이동하는 경우 급격히 증대된 저항력이 발생하도록 한다. 이를 위해 제어수단은 자기장인가수단(50)에 인가된 전원을 대폭 증대시킨다. 이에 따라 자기유변유체(5)의 점성에 의한 전단력(F전), 유동저항력(F유) 및 스프링(32)에 의한 탄성력(F탄)은 최대가 됨으로써 저항력 또한 최대가 된다(S3000). 이러한 3 단계 과정을 통해 사용자는 버튼 클릭감을 느낄 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 권리범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구범위의 의미 및 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 따른 강성구현장치의 분해사시도.

도 2는 본 발명에 따른 강성구현장치의 결합사시도.

도 3은 도 2의 A-A', 단면도.

도 4는 도 2의 B-B' 단면도 및 또 다른 실시예의 가동부재 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅틱제공장치가 노트북에 이용된 경우의 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅틱제공장치가 휴대폰에 적용된 경우의 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 초소형 이동체의 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 강성구현장치의 제어방법에 따른 순서도.

도 9a는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 작용한 경우의 단면도.

도 9b는 본 발명에 따른 강성구현장치에 자기장이 인가된 경우 자력의 방향을 나타내는 단면도.

도 9c는 자기유변유체에 자기장이 인가된 경우 발생하는 다양한 저항력을 나타낸 단면도.

도 10은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용하여 버튼 클릭감을 구현하기 위한 순서도.

도 11은 버튼 클릭 시 누르는 깊이와 힘의 관계를 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 방향전환수단을 구비한 강성구현장치

2: 손가락

3: 노트북

4: 휴대폰

5: 자기유변유체

10: 하우징

12: 관통홀

20: 가동부재

22: 유동홈

26: 중공

28: 코어축

30: 연결부재

40: 방향전환수단

42: 테이퍼

44: 누름부재

46: 방향전환부재

50: 자기장인가수단

52: 보빈

54: 코일

60: 탄성제공수단

64: 스프링

100: 햅틱제공장치

200: 압력센서

300: 터치패드

400: 터치스크린

500: 초소형 이동체

C: 제 1 단계 깊이

D: 제 2 단계 깊이

M: 자기장

Claims (21)

1. 자기유변유체(5)를 내부에 수용하고 일면에 관통홀(12)이 형성된 하우징(10);

   상기 하우징 내부에 구비되어, 상기 자기유변유체가 수용된 공간에서 일방향으로 왕복 가능한 가동부재(20);

   상기 관통홀에 일단이 삽입되어 상기 가동부재와 연결되고, 타단이 상기 하우징의 외부로 소정길이 돌출되는 연결부재(30);

   상기 연결부재의 타단에 구비되어, 외력의 작용 방향을 전환하는 방향전환수단(40); 및

   상기 하우징 내부에 구비되어, 상기 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단(50);을 포함하여,

   상기 자기장의 세기에 따라 상기 자기유변유체의 점성을 조절하여 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징 및 상기 가동부재는 길이방향을 기준으로 횡단면의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동부재는 상기 가동부재의 일방향 왕복시 상기 자기유변유체가 이동할 수 있도록 상기 가동부재 외주면을 따라 소정간격으로 상기 가동부재의 왕복방향과 평행하게 유동홈을 더 형성한 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 3 항에 있어서,

   상기 유동홈은 2개 내지 6개인 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 가동부재는 상기 연결부재와 접하는 상기 가동부재의 타측 중심영역에 중앙홈을 더 형성한 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동부재는 중심영역에 중공이 형성되고,

   상기 가동부재의 일방향 왕복을 유도하기 위해 상기 중공에 삽입되고, 상기 자기장인가수단의 중심영역을 관통하여 상기 하우징 일단과 연결되도록 구비된 코어축을 더 구비한 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 하우징 및 상기 코어축은 강자성체로 이루어져 상기 자기장인가수단에 의해 발생한 자기장은 상기 코어축을 기준으로 상기 하우징 내에서 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 연결부재는 2개 내지 6개인 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 방향전환수단(40)은,

   일단에는 외력이 가해지고, 타단에는 외주를 따라 테이퍼(42)가 형성된 기둥형상의 누름부재(44); 및

   상기 누름부재 하단에 구비되어 상기 테이퍼와 접하도록 일측이 상기 테이퍼의 기울기와 대응하는 기울기로 절단된 기둥형상으로 이루어지고, 상기 외력이 가해지는 상기 누름부재의 일단과 수직인 일면에 상기 연결부재(30)가 연결되며, 상기 외력이 작용하는 방향과 수직인 방향으로 왕복하는 방향전환부재(46);를 포함하여,

   상기 외력이 작용하는 방향을 전환하는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 자기장인가수단은,

    보빈; 및 상기 보빈에 권취되는 코일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 방향전환수단과 상기 하우징 사이에는 탄성제공수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11 항에 있어서,

    상기 탄성제공수단은 탄성을 갖는 고무 또는 스프링인 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 강성구현장치가 복수 개 구비되고,

    외력이 가해지는 상기 강성구현장치의 방향전환수단 상부에는 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있도록 터치패드 또는 터치스크린이 더 구비된 것을 특징으로 하는 햅틱제공장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 터치패드 또는 터치스크린과 상기 방향전환수단의 상부 사이에는 압력센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱제공장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 압력센서의 출력신호에 기초하여 상기 강성구현장치의 자기장인가수단에 제공되는 전원을 제어하는 제어수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 햅틱제공장치.
16. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 강성구현장치를 댐퍼로 이용한 것을 특징으로 하는 초소형 이동체.
17. 누름부재(44)에 외력이 가해져 상기 누름부재가 일방향으로 이동하는 단계;

    방향전환부재(46)가 상기 외력의 작용 방향을 전환하여 상기 누름부재의 이동방향에 수직인 방향으로 이동하는 단계;

    자기장인가수단(50)이 상기 외력에 기초하여 전원을 제공받아 자기장을 발생하는 단계;

    상기 발생된 자기장에 의하여 자기유변유체(51)의 점성이 증가하는 단계; 및

    제어수단이 상기 방향전환부재와 연결부재(30)로 연결된 가동부재(20)의 이동을 억제하기 위해 상기 자기장인가수단에 제공되는 전원을 제어하여 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 발현하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 자기장인가수단이 상기 외력에 기초하여 전원을 제공받아 자기장을 발생하는 단계는,

    압력센서가 상기 외력의 세기를 감지하는 단계; 및

    상기 제어수단은 상기 압력센서가 감지한 상기 외력의 세기에 기초하여 상기 자기장인가수단에 제공되는 전원의 세기를 제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 강성을 발현하는 단계의 상기 저항력은,

    상기 하우징과 상기 가동부재가 서로 접하는 면 사이의 전단력, 상기 자기유변유체의 유동에 따른 유동저항력 및 탄성제공수단의 탄성력인 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법.
20. 제 17 항에 있어서,

    상기 가동부재가 초기 위치로 복원되도록 상기 자기장인가수단에 전원을 제어하여 복원속도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법.
21. 가동부재가 외력에 의해 제 1 단계 깊이까지 이동하는 동안 저항력이 증대되는 단계;

    상기 가동부재가 외력에 의해 상기 제 1 단계 깊이 이후 제 2 단계 깊이까지 이동하는 동안 저항력은 상기 제 1 단계 깊이에서 작용한 저항력보다 작은 크기로 일정하게 유지되는 단계; 및

    상기 가동부재가 외력에 의해 상기 제 2 단계 깊이를 넘어서 이동하는 경우 증대된 저항력이 발생하는 단계;로 이루어져,

    버튼 클릭감을 구현한 것을 특징으로 하는 방향전환수단을 구비한 강성구현장치의 제어방법.

Images