KR101075175B1 - 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연결바를 기준으로 하여 질량이 큰 액추에이터가 왕복운동함에 따라 발생하는 관성력을 패널에 전달시켜 햅틱피드백을 발생하므로, 질량이 큰 액추에이터에 의해 큰 진동력이 발생할 수 있도록 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈은, 패널에 일단이 연결된 연결바; 상기 연결바의 타단에 구비되어 상기 패널에 근접된 근접상태 또는 상기 패널에서 이격된 이격상태를 반복함에 따라 발생하는 관성력을 상기 패널에 전달시키는 액추에이터;를 포함하여 구성되고, 상기 액추에이터는, 상면에 개구부가 형성된 하우징, 상기 연결바의 타단이 상기 하우징의 내측에 위치하도록 상기 연결바의 일부분과 고정결합되어 상기 하우징의 개구부 상에 설치된 탄성력제공유닛, 상기 하우징의 내측 저면에 구비된 자력발생유닛, 상기 연결바의 타단부에 고정결합되어 상기 자력발생유닛의 자력과 상호작동하는 영구자석;을 포함하여 구성된다.

햅틱, 피드백, 연결바, 영구자석, 하우징

Description

관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈{Module for providing haptic feedback using inertial force}

본 발명은 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 연결바를 기준으로 하여 질량이 큰 액추에이터가 왕복운동함에 따라 발생하는 관성력을 패널에 전달시켜 햅틱피드백을 발생하므로, 질량이 큰 액추에이터에 의해 큰 진동력이 발생할 수 있도록 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈에 관한 것이다.

휴대폰으로 결제를 하고, TV를 시청하고, 인터넷을 사용하는 등의 모습은 우리 주변에서 쉽게 찾아 볼 수 있다.

한편, 장소의 제한 없이 인터넷을 쉽게 접속할 수 있게 됨에 따라, 사용자들은 더 이상 제한된 데스크톱 컴퓨터에만 의존하지 않고, PDA, 핸드폰 등의 모바일장치를 통해 언제, 어디에서나 원하는 정보를 얻으려 하고 있다.

이러한 사실은 시공간적 한계를 뛰어 넘어 모든 곳에 정보가 편재되어 있는 '유비쿼터스(Ubiquitous) 시대'로 접어들고 있음을 보여준다.

이와 같은 유비쿼터스 시대에 대응할 수 있는 유비쿼터스 장치(또는 U-단말기)를 개발하는 것은 유비쿼터스 네트워크(Ubiquitous Network), 즉, 언제 어디서나 컴퓨터에 연결될 수 있는 네트워킹 환경을 이용한 사회시스템의 보급을 촉진하는 원동력이 될 수 있으며, 국민의 대다수가 사회시스템의 시장이 더욱 용이하게 출현할 수 있도록 한다.

유비쿼터스 네트워크 환경을 통해 전달된 다양한 정보를 모바일장치에서 사용자에게 효과적으로 전달하기 위해선 사람의 오감을 통해 전달하여야 하지만, 우리가 이제까지 접할 수 있는 모바일장치는 인간의 다섯 가지 감각 중 주로 시각과 청각에 의존해왔다.

하지만, 최근 들어 시각, 청각과 함께 또 하나의 매우 중요한 감각인 촉감을 전달하는 기술에 대한 연구가 활발해지고 있으며, 이러한 촉감을 이용하는 장치를 햅틱 장치라고 한다.

햅틱 장치(Haptic Device)는 가상현실, 시뮬레이션(Simulation), 착용용 컴퓨터(Wearable Computers), 로보틱스(Robotics), 의료용 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 햅틱인터페이스(Haptic Interface)라고도 한다.

이러한 햅틱 장치는 근육, 관절에 물리적인 힘을 전달해 주는 힘반력장치(Force Feedback Device)와, 피부에 내재되어 있는 기계수용체(Mechano Receptor)를 통하여 질감, 온도, 압력, 진동, 통증 등과 같은 피부 자극을 전달하는 촉감장치(또는 촉감제시장치(Tactile Display))로 구분된다.

여기서, 촉감장치는 피부 자극에 의하여 사용자에게 실제 물체의 질감과 같은 사실적인 힘(Realistic Force)을 구현하는 촉감기술(Tactile Technology)을 구비하는 것이 중요하다.

최근 들어, 전자장치, 예컨대, 핸드폰과 같은 전자장치는 SKT사의 "3G+"나 KTF사의 "SHOW"와 같이 청각적인 정보뿐만 아니라 시각적인 정보까지 전달하게 되었으며, 이처럼 시각적인 정보를 전달하기 때문에 사용자들은 좀더 커다란 디스플레이를 요구하게 되었고, 이에 따라 "햅틱폰, 터치웹폰" 등과 같이 조작 버튼이 없이 전면이 터치스크린 형태로 구성되는 핸드폰으로 바뀌어 가고 있다.

종래의 핸드폰과 같은 전자장치에 구비된 조작 버튼이 없어짐에 따라 사용자들은 터치스크린만을 이용하여 핸드폰을 조작하게 되었고, 이에 따른 단점으로는 사용자가 터치스크린을 조작 시 자신이 터치스크린을 터치하여 조작이 제대로 이루어졌는지를 인식하기 힘들게 되었고, 이로 인한 터치스크린의 오조작 발생률이 높아지게 되었다.

상술한 바와 같은 단점을 극복하기 위해 터치스크린이 터치되어 조작이 이루어진 경우에 진동모터가 구동되어 진동을 발생하거나 터치스크린 화면 자체가 떨림 동작하는 등의 접근이 시도되고 있다.

한편, 큰 진동력을 발생시키기 위해 진동모터의 운동자의 질량을 크게하여야 하고, 이에 따라 상기 운동자의 재질을 텅스텐과 같이 비중이 높은 금속을 사용하였다.

그러나, 상기와 같이 운동자의 재질을 텅스텐으로 하더라도 큰 진동력을 얻 는데 한계가 있어 새로운 방식의 진동모터가 요구된다.

또한, 큰 진동력을 얻을 수 없다는 이유로 여러번 진동을 하게 하여 공진을 사용하므로 전력소모가 크다는 문제가 있다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연결바를 기준으로 하여 질량이 큰 액추에이터가 왕복운동함에 따라 발생하는 관성력을 패널에 전달시켜 햅틱피드백을 발생하므로, 질량이 큰 액추에이터에 의해 큰 진동력이 발생할 수 있고, 액추에이터의 왕복운동 시 큰 진동력이 발생할 수 있으므로, 여러번의 진동을 사용하지 않아 공진을 사용하지 않아도 되어 전력소모가 적으며, 탄성복원력을 이용하므로 반응 속도가 빠른 진동을 발생할 수 있고, 저주파의 진동을 생성할 수 있는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈은, 패널에 일단이 연결된 연결바; 상기 연결바의 타단에 구비되어 상기 패널에 근접된 근접상태 또는 상기 패널에서 이격된 이격상태를 반복함에 따라 발생하는 관성력을 상기 패널에 전달시키는 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 액추에이터는, 상면에 개구부가 형성된 하우징, 상기 연결바의 타단이 상기 하우징의 내측에 위치하도록 상기 연결바의 일부분과 고정결합되어 상기 하우징의 개구부 상에 설치된 탄성력제공유닛, 상기 하우징의 내측 저면에 구비되어 전류인가시 자력을 발생하는 자력발생유닛, 상기 연결바의 타단부에 고정 결합되어 상기 자력발생유닛의 자력과 상호작동하는 영구자석;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 자력발생유닛은 보빈리스 솔레노이드코일로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 하우징의 내측 저면 중앙 부분에는 상기 보빈리스 솔레이이드코일의 안측으로 돌출된 자성체코어가 구비된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 탄성력제공유닛은 플레이트형상으로 형성되고, 상기 연결바와 고정적 관통을 위한 고정홀 및 상기 고정홀의 주위에 탄성변형을 위한 슬롯이 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 자력발생유닛은 솔레노이드코일인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 영구자석은 원통형으로 형성되되, 상부의 반경이 하부의 반경보다 크도록 대자석부의 하측에 소자석부가 다단으로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 보빈리스 솔레노이드코일의 내측 직경은 상기 영구자석의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 대자석부와 상기 소자석부는 일체형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 대자석부와 상기 소자석부는 분리형으로 이루어지되 상호 고정부착된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 연결바를 기준으로 하여 질량이 큰 액추에이터가 왕복운동함에 따라 발생하는 관성력을 패널에 전달시켜 햅틱피드백을 발생하므로, 질량이 큰 액추에이터에 의해 큰 진동력이 발생할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 액추에이터의 왕복운동 시 큰 진동력이 발생할 수 있으므로, 여러번의 진동을 사용하지 않아 공진을 사용하지 않아도 되어 전력소모가 적다는 이점이 있다.

또한, 탄성복원력을 이용하므로 반응 속도가 빠른 진동을 발생할 수 있고, 저주파의 진동을 생성하여 터치패널 or 터치패드에서 사용자의 터치입력과 연동된 현실감 있는 버튼 클릭감을 구혈할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게, 연결바(100)와 액추에이터(200)를 포함하여 구성된다.

상기 연결바(100)는 패널(P)에 일단이 연결되고록 구성되고, 상기 액추에이터(200)는 상기 연결바(100)의 타단에 구비되어 상기 패널(P)에 근접된 근접상태 또는 상기 패널(P)에서 이격된 이격상태를 반복함에 따라 발생하는 관성력을 상기 패널(P)에 전달시키도록 구성된다.

상기 패널(P)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 사용자가 촉감적으로 접촉하는 터치패널으로 구성될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 터치패널에 연결된 연결패널로 구성될 수도 있다.

상기 연결바(100)의 일단은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 패널(P)의 일부분에 고정된 상태로 연결되어 있고, 상기 연결바(100)의 타단에는 상기 액추에이터(200)가 구비된다.

상기 액추에이터(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게, 하우징(210), 탄성력제공유닛(220), 자력발생유닛(230), 영구자석(240)을 포함하여 구성되는데, 상기 하우징(210)은 상면에 개구부가 형성되어 상기 탄성력제공유닛(220), 자력발생유닛(230), 영구자석(240)이 내부에 수용될 수 있도록 하는 부분이고, 상기 탄성력제공유닛(220)은 상기 연결바(100)의 타단이 상기 하우징(210)의 내측에 위치하도록 상기 연결바(100)의 일부분과 고정결합되어 상기 하우징(210)의 개구부 상에 설치된 부분이며, 상기 자력발생유닛(230)은 상기 하우징(210)의 내측 저면에 구비되어 전류의 인가 여부에 따라 자력을 발생시키는 부분이고, 상기 영구자석(240)은 상기 연결바(100)의 타단부에 고정결합되어 상기 자력발생유닛(230)의 자력과 상호작동하는 부분이다.

이때, 상기 자력발생유닛(230)은 보빈리스 솔레노이드코일 또는 솔레노이드코일과 같이 전류가 흐를 시 자력을 발생시키는 코일을 사용할 수 있으며, 본 실시 예에서는 보빈리스 솔레노이트코일을 사용하였다.

한편, 상기 하우징(210)의 내측 저면 중앙 부분에는 상기 보빈리스 솔레이이드코일의 안측으로 돌출된 자성체코어(212)가 구비되는데, 상기 자성체코어(212)는 상기 영구자석(240)의 자력에 의해 상기 영구자석(240)이 하방으로 당겨질 수 있도록 한다.

또한, 상기 탄성력제공유닛(220)은 플레이트형상으로 형성되고, 상기 연결바(100)와 고정적 관통을 위한 고정홀(222) 및 상기 고정홀(222)의 주위에 탄성변형을 위한 슬롯(224)이 형성된다.

그리고, 상기 영구자석(240)은 원통형으로 형성되되, 상부의 반경이 하부의 반경보다 크도록 대자석부(242)의 하측에 소자석부(244)가 다단으로 형성되고, 상기 대자석부(242)와 상기 소자석부(244)는 일체형으로 이루어지거나 분리형으로 이루어져 상호 고정부착될 수 있다.

한편, 상기 보빈리스 솔레노이드코일의 내측 직경(d2)은 상기 영구자석(240)의 직경(d1)보다 크게 형성되어, 상기 영구자석(240)이 상기 자성체코어(212)에 의해 하방으로 이동할 시 상기 보빈리스 솔레노이드코일과의 간섭이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈의 동작에 대하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자력발생유닛(230)에 전류가 인가되지 않는 경우에는 상기 영구자석(240)과 상기 자성체코어(212) 사이에 발생하는 인력으로 인하여 상기 패널(P)과 상기 액추에이터(200)의 간격이 "t1"인 근접상태가 되고, 이에 따라, 상기 연결핀을 통해 상기 영구자석(240)과 연결된 상기 탄성력제공유닛(220)은 탄성력을 보유한 상태가 된다. 여기에서, 상기 영구자석(240)의 하측이 S극, 상측이 N극 이라고 가정한다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 자력발생유닛(230)에 전류가 인가된 경우에 상기 자력발생유닛(230)에 하측이 N극, 상측이 S극인 자력이 발생하게 되고, 이에 따라, 상기 영구자석(240)과 상기 자력발생유닛(230) 사이의 반발력에 의해 상기 자력발생유닛(230)이 하방으로 이동되어 상기 하우징(210)도 함께 하방으로 이동하게 되며, 상기 패널(P)과 상기 액추에이터(200)의 간격이 "t2"인 이격상태가 된다. 이때, 상기 탄성력제공유닛(220)에 보유된 탄성력이 작용하여 상기 자력발생유닛(230) 및 하우징(210)의 하방운동을 보조하게 되며, 상기 자력발생유닛(230) 및 하우징(210)의 빠른 하방 운동이 가능하게 된다.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 자력발생유닛(230)에 인가되던 전류가 차단되면, 상기 영구자석(240)과 상기 자성체코어(212) 간의 인력으로 인하여 상기 패널(P)과 상기 액추에이터(200)의 간격이 "t1"인 근접상태가 되고, 이에 따라, 상기 연결핀을 통해 상기 영구자석(240)과 연결된 상기 탄성력제공유닛(220)은 탄성력을 보유한 상태가 된다.

이때, 도 5에는 자력발생유닛(230)에 인가되던 전류를 차단한 것으로 도시하였으나, 도 4에 인가된 전류의 방향과 반대되는 전류를 인가함에 따라 상기 자력발 생유닛(230)에 하측이 S극, 상측이 N극인 자력이 발생하도록 하여 상기 영구자석(240)과 상기 자성체코어(212)의 인력에 추가적인 인력, 즉, 상기 영구자석(240)과 상기 자력발생유닛(230) 사이의 인력이 발생되도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 4에 도시된 이격상태와 도 5에 도시된 근접상태를 반복함에 따라 엑추에이터의 상하 운동에 다른 관성진동이 발생하게 되고, 이러한 관성진동이 상기 패널(P)에 전달되어 상기 패널(P)을 통해 햅틱피드백을 감지할 수 있게 된다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈의 작동을 설명하기 위한 단면도로서, 도 3은 상기 영구자석(240)과 상기 자성체코어(212) 사이에 발생하는 인력으로 인하여 상기 패널(P)과 상기 액추에이터(200)의 간격이 "t1"인 근접상태를 도시하였고, 도 7은 상기 자력발생유닛(230)에 전류가 인가되어 상기 패널(P)과 상기 액추에이터(200)의 간격이 "t2"인 이격상태를 도시하였으며, 도 8은 상기 자력발생유닛(230)에 인가되던 전류가 차단함에 따라 상기 패널(P)과 상기 액추에이터(200)의 간격이 "t1"인 근접상태를 도시하였다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈을 보여주는 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈을 보여주는 분해사시도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈을 보여주는 단면도.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈의 작동을 설명하기 위한 단면도.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈의 작동을 설명하기 위한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:연결바 200:액추에이터

210:하우징 212:자성체코어

220:탄성력제공유닛 222:고정홀

224:슬롯 230:자력발생유닛

240:영구자석 242:대자석부

244:소자석부

Claims (10)

1. 패널에 일단이 연결된 연결바;

   상기 연결바의 타단에 구비되어 상기 패널에 근접된 근접상태 또는 상기 패널에서 이격된 이격상태를 반복함에 따라 발생하는 관성력을 상기 패널에 전달시키는 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 액추에이터는,

   상면에 개구부가 형성된 하우징, 상기 연결바의 타단이 상기 하우징의 내측에 위치하도록 상기 연결바의 일부분과 고정결합되어 상기 하우징의 개구부 상에 설치된 탄성력제공유닛, 상기 하우징의 내측 저면에 구비되어 전류인가시 자력을 발생하는 자력발생유닛, 상기 연결바의 타단부에 고정결합되어 상기 자력발생유닛의 자력과 상호작동하는 영구자석;을 포함하는 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
3. 제2항에 있어서,

   상기 자력발생유닛은 보빈리스 솔레노이드코일로 구성된 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
4. 제3항에 있어서,

   상기 하우징의 내측 저면 중앙 부분에는 상기 보빈리스 솔레이이드코일의 안측으로 돌출된 자성체코어가 구비된 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
5. 제2항에 있어서,

   상기 탄성력제공유닛은 플레이트형상으로 형성되고, 상기 연결바와 고정적 관통을 위한 고정홀 및 상기 고정홀의 주위에 탄성변형을 위한 슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제2항에 있어서,

   상기 자력발생유닛은 솔레노이드코일인 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
7. 제3항에 있어서,

   상기 영구자석은 원통형으로 형성되되, 상부의 반경이 하부의 반경보다 크도록 대자석부의 하측에 소자석부가 다단으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제7항에 있어서,

   상기 보빈리스 솔레노이드코일의 내측 직경은 상기 영구자석의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제7항에 있어서,

   상기 대자석부와 상기 소자석부는 일체형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.
10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제7항에 있어서,

    상기 대자석부와 상기 소자석부는 분리형으로 이루어지되 상호 고정부착된 것을 특징으로 하는 관성력을 이용한 햅틱피드백 제공모듈.

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