KR101091206B1 - 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법 - Google Patents

영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법 Download PDF

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신재현
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Abstract

본 발명은 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전기가 공급되면 자기장이 형성되는 솔레노이드; 상기 솔레노이드의 하부에 구비되며 상기 솔레노이드에 전력이 공급되어 자기장이 형성되면 인력이 작용하여 상기 솔레노이드 방향으로 상승하고, 상기 솔레노이드에 전력이 차단되면 하강하는 영구 자석; 및 상기 영구 자석의 상면부터 상기 솔레노이드 내부까지 가득 차 있으며 상기 솔레노이드에 전력이 공급되면 상기 영구 자석에 의해 밀어 오르면서 자기장에 의해 점성이 증가하고, 상기 솔레노이드에 전력이 차단되면 점성이 감소하는 자기 유변유체를 포함하며, 상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) 솔레노이드에 전기를 공급하여 자기장을 형성하는 단계; (2) 상기 자기장이 형성된 솔레노이드와 상기 솔레노이드의 하부에 위치한 영구 자석 사이의 인력에 의해 상기 영구 자석이 상기 솔레노이드 방향으로 상승하는 단계; (3) 상기 영구 자석이 상승하면서 자기 유변유체를 밀어 올리는 단계; (4) 상기 밀어 올려진 자기 유변유체가 상기 솔레노이드에 형성된 자기장에 의해 점성이 증가하는 단계; (5) 상기 솔레노이드에 공급하는 전기를 차단하여 자기장을 소멸시키는 단계; (6) 상기 단계 (4)에서 점성이 증가한 자기 유변유체가 상기 단계 (5)에 의해 점성이 감소하는 단계; 및 (7) 상기 단계 (5)에 따른 상기 솔레노이드와 영구 자석 사이의 인력 소멸에 의해 상기 영구 자석이 하강하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (4) 및 단계 (6)에서, 상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법에 따르면, 솔레노이드, 영구 자석과 자기 유변유체를 포함하여 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써, 사용자에게 햅틱을 제공할 수 있고, 솔레노이드에 공급되는 전기의 방향과 세기를 조절함으로써 사용자에게 다양한 햅틱을 제공할 수 있으며, 햅틱 버튼이나 터치스크린 등을 통해 다양한 기기에 자유롭게 적용할 수 있다.

Description

영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법{A HAPTIC ACTUATOR USING PERMANENT MAGNET AND MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUID AND HAPTIC PROVIDING METHOD USING THEREOF}
본 발명은 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 영구 자석과 자기 유변유체(Magneto-Rheological Fluid)를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법에 관한 것이다.
햅틱스(Haptics)란 컴퓨터의 기능 가운데 사용자의 입력 장치인 키보드와 마우스, 조이스틱, 터치스크린 등을 통해 촉각과 힘, 운동감 등을 느끼게 하는 기술을 말한다. 그리스어로 ‘만지는’이라는 뜻의 형용사 ‘haptesthai’에서 온 말로서, 컴퓨터 촉각기술이라고도 한다.
기존의 컴퓨터 기술은 인간과 컴퓨터가 정보를 주고받는 데 시청각 정보가 주로 이용되었다. 그러나 사용자는 가상현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되고, 이를 충족시키기 위해 개발된 것이 촉각과 힘까지 전달하는 햅틱 기술이다. 햅틱 기술은 컴퓨터의 터치스크린 등에도 이용되는 기술이며, 이밖에 햅틱 장치와 햅틱 렌더링은 의료 시뮬레이터와 항공기 및 전투기 시뮬레이터, 차량 시뮬레이터, 게임 시뮬레이터를 비롯한 여러 분야에 폭넓게 응용될 수 있다. 앞으로는 현재 컴퓨터의 출력 장치로 쓰이는 모니터, 스피커와 더불어 햅틱 장치도 기본으로 장착되어 갈 전망이다. 또한 여가 산업과 연계하면 그 경제적 잠재력이 매우 크기 때문에 햅틱 기술에 대한 연구가 매우 활발해질 것으로 보인다.
기존 휴대 전화기에서는 버튼의 높이와 누를 때의 압력이 일정하여 한 종류의 버튼 감각만을 제공할 수 있었다. 최근에는 터치스크린을 구비한 스마트폰이 널리 보급되면서 버튼의 개수를 최소화하는 추세인데, 이에 따라 하나의 버튼으로 다양한 감각을 줄 수 있는 햅틱 버튼의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 솔레노이드, 영구 자석과 자기 유변유체를 포함하여 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써, 사용자에게 햅틱을 제공할 수 있고, 솔레노이드에 공급되는 전기의 방향과 세기를 조절함으로써 사용자에게 다양한 햅틱을 제공할 수 있으며, 햅틱 버튼이나 터치스크린 등을 통해 다양한 기기에 자유롭게 적용할 수 있는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터는,
전기가 공급되면 자기장이 형성되는 솔레노이드;
상기 솔레노이드의 하부에 구비되며, 상기 솔레노이드에 전력이 공급되어 자기장이 형성되면 인력이 작용하여 상기 솔레노이드 방향으로 상승하고, 상기 솔레노이드에 전력이 차단되면 하강하는 영구 자석; 및
상기 영구 자석의 상면부터 상기 솔레노이드 내부까지 가득 차 있으며, 상기 솔레노이드에 전력이 공급되면 상기 영구 자석에 의해 밀어 오르면서 자기장에 의해 점성이 증가하고, 상기 솔레노이드에 전력이 차단되면 점성이 감소하는 자기 유변유체를 포함하며,
상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 솔레노이드와 상기 영구 자석 사이에 구비되며 복수의 홀이 형성된 판 형태의 스페이서를 더 포함하며,
상기 스페이서는, 상기 자기 유변유체의 점성에 따라 자기 유변유체의 이동 속도를 조절할 수 있다.
바람직하게는,
상기 솔레노이드의 상부에 위치하며, 상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하는 패널을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는,
상기 자기 유변유체를 담기 위한 케이스를 더 포함하며,
상기 케이스의 외면에는 상기 솔레노이드를 구비하고, 상기 케이스의 내부 하면에 영구 자석을 구비할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법은,
(1) 솔레노이드에 전기를 공급하여 자기장을 형성하는 단계;
(2) 상기 자기장이 형성된 솔레노이드와 상기 솔레노이드의 하부에 위치한 영구 자석 사이의 인력에 의해 상기 영구 자석이 상기 솔레노이드 방향으로 상승하는 단계;
(3) 상기 영구 자석이 상승하면서 자기 유변유체를 밀어 올리는 단계;
(4) 상기 밀어 올려진 자기 유변유체가 상기 솔레노이드에 형성된 자기장에 의해 점성이 증가하는 단계;
(5) 상기 솔레노이드에 공급하는 전기를 차단하여 자기장을 소멸시키는 단계;
(6) 상기 단계 (4)에서 점성이 증가한 자기 유변유체가 상기 단계 (5)에 의해 점성이 감소하는 단계; 및
(7) 상기 단계 (5)에 따른 상기 솔레노이드와 영구 자석 사이의 인력 소멸에 의해 상기 영구 자석이 하강하는 단계를 포함하며,
상기 단계 (4) 및 단계 (6)에서,
상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단계 (3)에서는,
판 형태의 스페이서에 형성된 복수의 홀을 통해 상기 자기 유변유체가 이동하며,
상기 자기 유변유체의 점성에 따라 상기 자기 유변유체의 상승 정도가 조절될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단계 (1)에서는,
상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 다양한 감촉을 사용자에게 전달하도록 전기의 방향 및 세기를 제어할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법에 따르면, 솔레노이드, 영구 자석과 자기 유변유체를 포함하여 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써, 사용자에게 햅틱을 제공할 수 있고, 솔레노이드에 공급되는 전기의 방향과 세기를 조절함으로써 사용자에게 다양한 햅틱을 제공할 수 있으며, 햅틱 버튼이나 터치스크린 등을 통해 다양한 기기에 자유롭게 적용할 수 있다.
도 1은 기존의 스마트폰을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터의 분해 사시도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터의 단면을 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터가 손가락에 의해 눌려진 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법의 흐름을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 기존의 스마트폰을 도시한 도면이다. 최근에는 종래의 휴대 전화기가 스마트폰의 형태로 널리 보급되고 있는 추세인데, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 스마트폰은 터치스크린 패널과 최소한의 개수의 버튼을 포함하여 구성되는 경우가 많다. 터치스크린 패널에서 감촉을 느낄 수 있도록 하는 햅틱 액추에이터에 관한 발명이 있으나, 다양한 감촉을 느끼기 어려운 한계가 있고, 버튼에서 다양한 감촉을 느낄 수 있도록 하는 햅틱 버튼을 구현하기 위한 햅틱 액추에이터는 아직까지 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터의 분해 사시도를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터의 단면을 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터는, 솔레노이드(100), 영구 자석(200), 및 자기 유변유체(300)를 포함하여 구성될 수 있으며, 스페이서(400), 패널(500), 및 케이스(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여 자기 유변유체(300)의 점성 변화에 따라 변화되는 강도(stiffness)를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공할 수 있다.
솔레노이드(100)는, 전기가 공급되면 내부에 자기장이 형성될 수 있다. 솔레노이드(100)에 공급하는 전기의 방향을 제어함으로써 자기장의 방향을 제어할 수 있는데, 솔레노이드(100)에 자기장이 형성되었을 때 추후 설명할 영구 자석(200)과의 사이에 인력이 작용하도록 솔레노이드(100)에 흐르는 전기의 방향을 제어할 수 있다. 한편, 솔레노이드(100)에 자기장이 형성되었을 때 영구 자석(200)과의 사이에 척력이 작용하도록 솔레노이드(100)에 흐르는 전기의 방향을 제어하면, 척력에 의해 자기 유변유체(300)가 하강하면서 인력이 작용할 때와는 반대의 촉감을 사용자에게 줄 수도 있다.
영구 자석(200)은, 솔레노이드(100)의 하부에 구비되며 솔레노이드(100)에 전기가 공급되어 자기장이 형성되면 인력이 작용하여 솔레노이드(100) 방향으로 상승하고, 솔레노이드(100)에 전기가 차단되면 하강할 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(200)이 솔레노이드(100)를 향하는 쪽이 N극, 그 반대가 S극으로 배치되는 경우, 솔레노이드(100)에 공급하는 전기 방향을 제어하여 솔레노이드(100)의 하부가 S극, 상부가 N극으로 자기장이 형성되면, 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 인력이 발생하게 된다.
자기 유변유체(300)는, 자기장에 의해 점성이 변화하는 유체를 말한다. 유변유체에는 자기 유변유체(300)와 전기 유변유체(Electro-Rheological Fluid)가 있는데, 자기장에 의해 점성이 높아져서 고체로 변화하는 유변유체를 자기 유변유체(300), 전기장에 의해 점성이 높아져서 고체로 변화하는 유변유체를 전기 유변유체라고 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터에서는, 영구 자석(200) 및 솔레노이드(100)를 사용하기 때문에, 자기 유변유체(300)를 사용하는 것이 바람직하다.
자기 유변유체(300)는, 영구 자석(200)의 상면부터 솔레노이드(100) 내부까지 가득 차 있으며 솔레노이드(100)에 전력이 공급되면 영구 자석(200)에 의해 밀어 올려지면서 자기장에 의해 점성이 증가하고, 솔레노이드(100)에 전력이 차단되면 점성이 감소할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자기 유변유체(300)는 영구 자석(200)의 상면부터 솔레노이드(100) 내부까지 가득 차 있을 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(100)에 자기장이 형성되면 솔레노이드(100) 내부에 차 있는 자기 유변유체(300)는 점성이 증가하고, 자기장의 세기에 따라 고체가 될 수 있다. 한편, 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 인력이 발생하여 영구 자석(200)이 솔레노이드(100) 방향으로 상승하게 되면, 솔레노이드(100)의 아래에 있던 자기 유변유체(300)가 밀려 올라가면서 솔레노이드(100) 내부로 들어가게 되고, 솔레노이드(100)에 형성된 자기장의 영향을 받아 점성이 높아질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(100) 위쪽에는 추후 설명할 패널(500)을 더 구비할 수 있는데, 밀려 올려진 자기 유변유체(300)에 의해 패널(500)이 볼록해질 수 있고, 고체화된 자기 유변유체(300)에 의해 패널(500)을 통해 딱딱한 감촉을 느낄 수 있다.
스페이서(400)는, 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 구비되며 복수의 홀이 형성된 판 형태일 수 있다. 스페이서(400)를 더 포함함으로써, 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터는, 자기 유변유체(300)의 점성에 따라 자기 유변유체(300)의 이동 속도를 조절할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 영구 자석(200)에 의해 자기 유변유체(300)가 밀려 올려지면, 스페이서(400)에 형성된 홀을 통해 자기 유변유체(300)가 이동하게 되는데, 자기 유변유체(300)의 점성이 큰 경우에는 스페이서(400)의 홀을 통과하기가 어렵지만, 자기 유변유체(300)의 점성이 작은 경우에는 스페이서(400)의 홀을 쉽게 통과할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 자기 유변유체(300)의 이동 속도를 조절할 수 있게 되고, 사용자가 느끼게 되는 자기 유변유체(300)의 강도와 촉감의 변화 속도를 조절할 수 있다.
패널(500)은, 솔레노이드(100)의 상부에 위치하며, 자기 유변유체(300)의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달할 수 있다. 패널(500)은 자기 유변유체(300)의 점성 변화를 사용자가 느낄 수 있도록 촉감이 전달되는 얇은 막의 형태일 수 있고, 자기 유변유체(300)가 밀어 올려짐에 따라 그 형태가 변화할 수 있는 유연한 상태의 막일 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 인력이 작용하게 되면, 패널(500)이 위로 볼록한 형태가 될 수 있다. 한편, 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 척력이 작용하게 되면, 패널(500)이 아래로 오목한 형태가 될 수도 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터는, 솔레노이드(100)에 공급하는 전기의 양과 방향을 조절함으로써, 영구 자석(200)이 자기 유변유체(300)를 밀어 올리는 정도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 사용자가 느끼게 되는 강도를 다양하게 조절하여 패널(500)을 통해 사용자에게 전달할 수 있게 된다.
케이스(600)는, 자기 유변유체(300)를 담기 위한 구성으로서, 케이스(600)의 외면에는 솔레노이드(100)를 구비하고, 케이스(600)의 내부 하면에 영구 자석(200)을 구비할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(600) 내부에 영구 자석(200), 스페이서(400) 및 자기 유변유체(300)를 포함하고, 케이스(600)의 상부는 패널(500)로 구성될 수 있으며, 케이스(600) 외면에 코일을 감아 솔레노이드(100)로 형성할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터가 손가락에 의해 눌려진 상태를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터가 손가락에 의해 눌려지면, 솔레노이드(100)에 공급되는 전기 공급을 차단하여 영구 자석(200)이 중력에 의해 다시 하강하도록 할 수 있다. 영구 자석(200)의 하강에 따라 자기 유변유체(300)도 하강하게 되며, 솔레노이드(100)에 형성되었던 자기장이 소멸하므로 자기 유변유체(300)는 점성이 감소하여 액체 상태가 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법의 흐름을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법은, 솔레노이드(100)에 전기를 공급하여 자기장을 형성하는 단계(S100), 영구 자석(200)이 솔레노이드(100) 방향으로 상승하는 단계(S200), 영구 자석(200)이 상승하면서 자기 유변유체(300)를 밀어 올리는 단계(S300), 자기 유변유체(300)의 점성이 증가하는 단계(S400), 솔레노이드(100)에 공급하는 전기를 차단하여 자기장을 소멸시키는 단계(S500), 자기 유변유체(300)의 점성이 감소하는 단계(S600), 및 영구 자석(200)이 하강하는 단계(S700)를 포함하여 구현될 수 있다. 이러한 단계를 통하여 자기 유변유체(300)의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법의 각 단계에 대해 상세히 설명하도록 한다.
단계 S100에서는, 솔레노이드(100)에 전기를 공급하여 자기장을 형성할 수 있다. 단계 S100에서는, 자기 유변유체(300)의 점성 변화에 따라 다양한 감촉을 사용자에게 전달하도록 전기의 방향 및 세기를 다양하게 제어할 수 있다. 자기장의 방향에 따라 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 발생하는 인력 또는 척력의 종류가 달라지고, 이에 따라 자기 유변유체(300)의 점도 및 위치가 변화하기 때문에, 사용자에게 전달할 수 있는 감촉도 변화할 수 있다. 또한, 자기장의 크기에 따라 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 발생하는 인력 또는 척력의 크기가 달라지고, 이에 따라 자기 유변유체(300)가 이동하는 정도, 이동 속도, 자기 유변유체(300)의 점도 등이 달라지기 때문에, 이에 따라 사용자에게 전달할 수 있는 감촉과 감촉의 변화 정도 등도 달라질 수 있다.
단계 S200에서는, 자기장이 형성된 솔레노이드(100)와 솔레노이드(100)의 하부에 위치한 영구 자석(200) 사이의 인력에 의해 영구 자석(200)이 솔레노이드(100) 방향으로 상승할 수 있다. 단계 S200과 같이 영구 자석(200)이 상승한 상태는 도 3에서 확인할 수 있으며, 만약, 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이에 척력이 작용하면 영구 자석(200)이 하강할 수도 있다.
단계 S300에서는, 영구 자석(200)이 상승하면서 자기 유변유체(300)를 밀어 올릴 수 있다. 영구 자석(200)이 상승하면 영구 자석(200) 상면부터 솔레노이드(100) 내부까지 차 있는 자기 유변유체(300)가 영구 자석(200)에 의해 밀려 올라갈 수 있다. 밀려 올라간 자기 유변유체(300)는 솔레노이드(100) 내부로 들어가게 되며, 솔레노이드(100)에 형성된 자기장의 영향을 받게 된다.
단계 S300에서는, 판 형태의 스페이서(400)에 형성된 복수의 홀을 통해 자기 유변유체(300)가 이동하며, 자기 유변유체(300)의 점성에 따라 자기 유변유체(300)의 상승 정도가 조절될 수 있다. 즉, 단계 S100에서 조절되는 전기의 방향 및 세기에 따라 자기 유변유체(300)의 점성이 달라질 수 있으며, 스페이서(400)에 의해 자기 유변유체(300)의 상승 속도가 조절될 수 있다. 점성이 크면 스페이서(400)에 형성된 홀을 통과하기 어려워서 상승 속도가 느려지고, 점성이 작으면 스페이서(400)에 형성된 홀을 쉽게 통과하여 자기 유변유체(300)의 상승 속도가 빨라질 수 있다. 이와 같은 자기 유변유체(300)의 이동 속도에 따라 사용자가 느낄 수 있는 촉감이 변화할 수 있으며, 촉감의 변화를 통해 햅틱을 제공할 수도 있다.
단계 S400에서는, 밀어 올려진 자기 유변유체(300)가 솔레노이드(100)에 형성된 자기장에 의해 점성이 증가할 수 있다. 즉, 단계 S300에 의해 솔레노이드(100) 내부로 진입한 자기 유변유체(300)는 자기장의 영향을 받아 점성이 증가할 수 있다. 단계 S400에서 자기장에 의해 점성이 변화되기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법에서, 자기 유변유체(300)는 자기장에 따라 점성이 변화할 수 있는 자기 유변유체(300)일 수 있다. 점성이 증가하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 고체화된 자기 유변유체(300)가 사용자에게 딱딱한 감촉을 제공할 수 있게 되며, 점성에 따라 그 강도는 달라질 수 있다.
단계 S500에서는, 솔레노이드(100)에 공급하는 전기를 차단하여 자기장을 소멸시킬 수 있다. 솔레노이드(100)에 공급하는 전기를 차단하게 되면, 솔레노이드(100)에 형성되었던 자기장이 소멸하게 된다. 단계 S500에서는, 전기를 한 번에 차단할 수도 있으나, 공급되는 전기의 양을 점차 감소시키면서 차단함으로써, 자기장의 세기에 변화를 주면서 자기 유변유체(300)에 의해 사용자가 느끼는 강도에 변화를 줄 수도 있다.
단계 S600에서는, 단계 S400에서 점성이 증가한 자기 유변유체(300)가 단계 S500에 의해 점성이 감소할 수 있다. 단계 S500에서 자기장이 소멸되면, 자기장에 의해 점도가 변화하는 자기 유변유체(300)의 점성이 감소하여 액체화될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자기 유변유체(300)가 액체화되면 패널(500)을 통해 사용자가 느끼는 감촉이 딱딱함에서 부드러움으로, 강도가 변경될 수 있다.
단계 S700에서는, 단계 S500에 따라 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이의 인력 소멸에 의해 영구 자석(200)이 하강할 수 있다. 솔레노이드(100)에 형성된 자기장이 소멸하면서 솔레노이드(100)와 영구 자석(200) 사이의 인력이 사라지게 되므로, 영구 자석(200)은 중력에 의해 원래 있던 위치로 복귀하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 영구 자석(200) 및 자기 유변유체(300)를 이용한 햅틱 액추에이터 및 이를 이용한 햅틱 제공 방법은, 햅틱을 제공할 수 있는 버튼뿐 아니라 터치스크린에도 적용될 수 있어서, 스마트폰, 휴대용 게임기, 노트북, 타블릿 PC 등 적용될 수 있는 분야가 매우 광범위하다. 또한, 공급되는 전기의 세기에 따라 강도의 조절이 가능하므로 다양한 촉감을 사용자에게 제공할 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 솔레노이드 200: 영구 자석
300: 자기 유변유체 400: 스페이서
500: 패널 600: 케이스
S100: 솔레노이드에 전기를 공급하여 자기장을 형성하는 단계
S200: 영구 자석이 솔레노이드 방향으로 상승하는 단계
S300: 영구 자석이 상승하면서 자기 유변유체를 밀어 올리는 단계
S400: 자기 유변유체의 점성이 증가하는 단계
S500: 솔레노이드에 공급하는 전기를 차단하여 자기장을 소멸시키는 단계
S600: 자기 유변유체의 점성이 감소하는 단계
S700: 영구 자석이 하강하는 단계

Claims (7)

  1. 햅틱 액추에이터로서,
    자기 유변유체를 담기 위해 내부가 비어 있는, 직립한 원통 또는 다각통 형상의 케이스;
    상기 케이스의 상부 외면에 위치하여 상기 케이스를 둘러싸고, 전기가 공급되면 상기 케이스의 내부를 통하여 자기장을 형성하는 솔레노이드;
    상기 솔레노이드의 아래에서, 상기 케이스의 내면에 밀폐되도록 상기 케이스의 내부에 위치하여, 상기 솔레노이드에 전력이 공급되어 자기장이 형성되면 인력이 작용하여 상기 솔레노이드 방향으로 상승하고, 상기 솔레노이드에 전력이 차단되면 하강하는 영구 자석; 및
    상기 영구 자석의 상면부터 상기 케이스의 상단까지 상기 케이스의 내부에 가득 차 있으며, 상기 솔레노이드에 전력이 공급되면 상기 영구 자석에 의해 밀어 올려지면서 자기장에 의해 점성이 증가하고, 상기 솔레노이드에 전력이 차단되면 점성이 감소하는 자기 유변유체를 포함하며, 상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공하는 것을 특징으로 하는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드와 상기 영구 자석 사이에 구비되며 복수의 홀이 형성된 판 형태의 스페이서를 더 포함하며,
    상기 스페이서는, 상기 자기 유변유체의 점성에 따라 자기 유변유체의 이동 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드의 상부에 위치하며, 상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하는 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터.
  4. 삭제
  5. 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법으로서,
    (1) 솔레노이드에 전기를 공급하여 자기장을 형성하는 단계;
    (2) 상기 자기장이 형성된 솔레노이드와 상기 솔레노이드의 하부에 위치한 영구 자석 사이의 인력에 의해 상기 영구 자석이 상기 솔레노이드 방향으로 상승하는 단계;
    (3) 상기 영구 자석이 상승하면서 자기 유변유체를 밀어 올리는 단계;
    (4) 상기 밀어 올려진 자기 유변유체가 상기 솔레노이드에 형성된 자기장에 의해 점성이 증가하는 단계;
    (5) 상기 솔레노이드에 공급하는 전기를 차단하여 자기장을 소멸시키는 단계;
    (6) 상기 단계 (4)에서 점성이 증가한 자기 유변유체가 상기 단계 (5)에 의해 점성이 감소하는 단계; 및
    (7) 상기 단계 (5)에 따른 상기 솔레노이드와 영구 자석 사이의 인력 소멸에 의해 상기 영구 자석이 하강하는 단계를 포함하며,
    상기 단계 (4) 및 단계 (6)에서,
    상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 변화되는 강도를 사용자에게 전달하여 인지하도록 함으로써 햅틱을 제공하는 것을 특징으로 하는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (3)에서는,
    판 형태의 스페이서에 형성된 복수의 홀을 통해 상기 자기 유변유체가 이동하며,
    상기 자기 유변유체의 점성에 따라 상기 자기 유변유체의 상승 정도가 조절되는 것을 특징으로 하는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 단계 (1)에서는,
    상기 자기 유변유체의 점성 변화에 따라 다양한 감촉을 사용자에게 전달하도록 전기의 방향 및 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는, 영구 자석과 자기 유변유체를 이용한 햅틱 액추에이터를 이용한 햅틱 제공 방법.
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