KR101097809B1 - 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 외관을 이루고 일면이 개방된 하우징; 하우징 내에 삽입되어 일방향으로 왕복 가능한 피스톤; 하우징과 피스톤 사이에 구비되어 피스톤에 탄성력을 전달하는 탄성제공수단; 및 하우징의 일측에 구비되어 진동을 발생하는 진동발생 액추에이터;를 포함하여, 진동에 의해 하우징과 피스톤 사이의 마찰력을 조절함으로써 댐핑력 내지 강성을 조절하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 외력에 대한 저항력인 하우징과 피스톤 간의 마찰력 및 탄성제공수단의 탄성력을 기초로 진동발생 액추에이터에 적은 전력을 인가하여 마찰력을 조절함으로써 다양한 저항력을 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 간단한 구성으로 인해 소형화가 가능함에 따라 다양한 산업 분야에 이용될 수 있는 효과가 있다. 특히, 적절한 제어수단을 구비하여 다양한 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱제공장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 초소형 이동체 및 세포 조작 받침대의 댐퍼로 활용할 수 있는 효과가 있다.

햅틱, 강성, 저항력, 댐퍼, 쇼크옵서버, 액추에이터, 댐핑력

Description

진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치{Stiffness Generation Apparatus Utilizing Vibration Generation Actuator, Control Method and Haptic Providing Apparatus Using the Same}

본 발명은 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외력에 대한 저항력인 하우징과 피스톤 간의 마찰력 및 탄성제공수단의 탄성력을 기초로 진동발생 액추에이터에 작은 전력을 인가하여 마찰력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 진동발생 액추에이터를 이용한 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 휴대단말기의 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 유변유체가 전기장이나 자기장에 반응하여 점성이 증가하는 영역이 협소하여 큰 강성을 구현하기 힘든 단점이 있었다. 또한, 많은 양의 유변유체 전체의 점성을 변화시키기 위해서는 강한 전기장이나 자기장을 필요로 하기 때문에 전력소모가 심하다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외력에 대한 저항력인 하우징과 피스톤 간의 마찰력 및 탄성제공수단의 탄성력을 기초로 진동발생 액추에이터에 작은 전력을 인가하여 마찰력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치, 그 제어방법 및 이를 이용한 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구성으로 인해 소형화가 가능함에 따라 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱제공장치, 초소형 이동체의 댐퍼, 세포 조작 받침대의 댐퍼 등의 다양한 산업 분야에 이용될 수 있는 진동발생 액추에이터를 이용한 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, 외관을 이루고 일면이 개방된 하우징; 하우징 내에 삽입되어 일방향으로 왕복 가능한 피스톤; 하우징과 피스톤 사이에 구비되어 피스톤에 탄성력을 전달하는 탄성제공수단; 및 하우징의 일측에 구비되어 진동을 발생하는 진동발생 액추에이터;를 포함하여, 진동에 의해 하우징과 피스톤 사이의 마찰력을 조절함으로써 댐핑력 내지 강성을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 진동발생 액추에이터가 동작하지 않을 때, 하우징과 피스톤 사이의 마찰력은 헐거운 끼워맞춤 이상의 마찰력인 것을 특징으로 한다.

또한, 하우징과 피스톤이 서로 접하는 하우징의 내벽과 피스톤의 외벽에는 마찰력을 증대시키기 위한 복수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 하우징 및 피스톤은 횡단면의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 한다.

또한, 피스톤의 하단면 중심영역에는 피스톤이 하우징 내부로 소정깊이 이상 삽입되지 않도록 반구형상의 돌기가 더 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 피스톤의 상단에는 피스톤이 하우징 내부로 소정깊이 이상 삽입되지 않도록 피스톤의 외주를 따라 걸림턱을 더 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 탄성제공수단은 스프링인 것을 특징으로 한다.

또한, 탄성제공수단은, 피스톤의 하단면 중심영역에 형성된 홈 및 피스톤 외부 일측과 홈을 관통하는 배출공; 피스톤 하단에 구비되는 탄성을 갖는 탄성막; 및

탄성막과 하우징 내면으로 구획되는 영역에 구비된 작동 유체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 진동발생 액추에이터가 동작하지 않을 때, 탄성제공수단의 탄성력은 하우징과 피스톤 간의 마찰력보다 더 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 진동발생 액추에이터는 피에조 액추에이터, 솔레노이드 액추에이터, 전기활성 폴리머, 로터리형 진동모터 또는 리니어형 진동모터인 것을 특징으로 한 다.

또한, 진동발생 액추에이터는 복수 개의 진동발생 액추에이터를 일정한 간격으로 하우징의 외주면을 따라 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 진동발생 액추에이터는 500Hz 내지 100kHz로 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 하우징의 재질은 합성수지제, 금속제 또는 강화고무 중 어느 하나이고 피스톤의 재질은 합성수지제, 금속제 또는 강화고무 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 카테고리로, 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치가 복수 개 구비되고, 강성구현장치의 상부에는 압력센서가 더 구비된 햅틱제공장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 압력센서의 상부에는 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있도록 터치패드 또는 유연한 터치스크린이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

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

또한, 본 발명의 다른 카테고리로, 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치를 댐퍼로 이용한 초소형 이동체인 것을 특징으로 한다.

또한, 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치를 하부에 구비하여 댐퍼로 이용한 세포의 배양, 물성 실험 또는 미세조작 실험을 위한 세포 조작 받침대인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 카테고리로, 피스톤에 외력이 가해지는 단계; 외력에 기초하여 진동발생 액추에이터가 전원을 제공받아 진동하는 단계; 진동에 따라 피스톤 외벽과 하우징 내벽 사이에 얇은 간극이 발생하는 단계; 피스톤이 하방으로 이동하는 단계; 및 제어수단이 피스톤의 하방 이동을 억제하기 위해 진동발생 액추에이터에 제공되는 전원을 제어하여 외력에 대한 저항력인 강성을 발현하는 단계;로 이루어지는 강성구현장치의 제어방법인 것을 특징으로 한다.

또한, 외력에 기초하여 진동발생 액추에이터가 전원을 제공받아 진동하는 단계는, 압력센서가 외력의 세기를 감지하는 단계; 및 제어수단은 압력센서가 감지한 외력의 세기에 기초하여 진동발생 액추에이터에 제공되는 전원을 제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 강성을 발현하는 단계의 저항력은, 진동발생 액추에이터의 진동을 제어함으로써 증대되는 피스톤 외벽과 하우징 내벽 간의 마찰력 및 탄성제공수단에 의한 탄성력인 것을 특징으로 한다.

또한, 피스톤이 초기 위치로 복원되도록 진동발생 액추에이터에 전원을 제어하여 복원속도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 외력에 대한 저항력인 하우징과 피스톤 간의 마찰력 및 탄성제공수단의 탄성력을 기초로 진동발생 액추에이터에 작은 전력을 인가하여 마찰력을 조절함으로써 다양한 댐핑력 내지 강성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 간단한 구성으로 인해 소형화가 가능함에 따라 다양한 산업 분야에 이 용될 수 있는 효과가 있다. 특히, 적절한 제어수단을 구비하여 다양한 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱제공장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 초소형 이동체 및 세포 조작 받침대의 댐퍼로 활용할 수 있는 효과가 있다.

<강성구현장치의 구성>

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치(1)의 구성에 관하여 상세하게 설명한다. 먼저, 도 1은 본 발명에 따른 강성구현장치의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 강성구현장치의 결합사시도이며, 도 3a는 도 2의 A-A' 단면도이다. 도 1, 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 대략 하우징(10), 피스톤(20), 탄성제공수단(30) 및 진동발생 액추에이터(40) 등을 포함하여 이루어진다.

하우징(10)은 본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 몸체를 이루는 외관으로, 상부가 개방된 형상으로 내부에는 피스톤(20) 및 탄성제공수단(30)을 수용할 수 있는 공간이 형성된다. 이러한 하우징(10)은 횡단면을 원형, 타원형 또는 다각형 등의 다양한 형상 및 크기로 변형될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 이러한 하우징(10)을 5mm×5mm×5mm 이하의 작은 크기로 제작한다. 한편, 하우징(10)의 재질은 신축성 있는 합성수지제 또는 금속제가 사용된다.

피스톤(20)은 외력이 직접적으로 가해지는 부재로서, 일방향으로 왕복할 수 있도록 하우징(10) 내에 삽입된다. 이러한 피스톤(20)은 원기둥 기타 다면체의 형상으로 변형될 수 있다. 하지만, 피스톤(20)은 하우징(10)의 내측면과 밀착되어 삽 입될 수 있는 크기로, 하우징(10)의 횡단면 형상에 대응되도록 형성한다. 그리고 피스톤(20) 하단 외주면을 따라 돌출턱(미도시)을 형성하고 이와 내접하는 하우징(10) 상단 내주면을 따라 이탈방지턱(미도시)을 형성한다. 이로 인해 피스톤(20)은 하우징(10)으로부터 이탈이 방지된다.

한편, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 소형으로 제작되어 동작하는 특성으로 인해 피스톤(20)이 외력에 의해 상하로 왕복하는 경우, 하우징(10)과 피스톤(20)이 서로 접하는 면에서 발생하는 마찰력이 외력에 대한 주요한 저항력으로 작용한다. 즉, 이러한 마찰력의 조절을 통해 외력에 대한 저항력인 강성이 구현된다.

따라서, 후술할 진동발생 액추에이터(40)가 동작하지 않는 경우에도 하우징(10)과 피스톤(20) 사이에 마찰력이 작용할 수 있도록, 피스톤(20)은 하우징(10)과 헐거운 끼워맞춤 이상으로 결합한다. 이때, "헐거운 끼워맞춤 이상"이란, 중간 끼워맞춤 및 억지 끼워맞춤을 포괄하는 것이다. 이러한 끼워맞춤은 강성구현장치(1)의 사용목적 및 용도에 따라 선택할 수 있다.

그리고 피스톤(20)의 재질은 전술한 하우징(10)과 동일한 재질을 사용할 수 있다. 하지만, 강화고무를 사용하여 전술한 마찰력을 증대시키도록 하는 것이 바람직하다. 반면에 하우징(10)의 재질을 강화고무로 하고, 피스톤(20)의 재질을 합성수지제 또는 금속제로 할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 재질의 다양한 조합을 통해 하우징(10) 및 피스톤(20)을 제작할 수 있다.

이러한 끼워맞춤 방식 및 피스톤(20)의 재질은 하우징(10)과 피스톤(20) 사 이의 정지마찰력과 관련된 것으로, 이하의 제어방법에서 기술될 부드러운 햅틱 피드백 또는 딱딱한 느낌의 햅틱 피드백을 구현할 것인지의 여부에 따라 결정된다.

또한, 하우징(10)과 피스톤(20)이 서로 접하는 하우징(10)의 내벽과 피스톤(20)의 외벽에는 마찰력을 증대시키기 위한 복수 개의 돌기(미도시)를 형성할 수 있다. 이러한 돌기는 피스톤(20)의 왕복 이동이 부드럽게 이루어질 수 있도록 미세한 크기로 형성하되 일정한 간격으로 배열하는 것이 좋다.

한편, 피스톤(20)에는 과도한 외력의 작용으로 인해 본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 파손 및 고장을 방지하기 위해 도 3b에 도시된 구성을 선택적으로 적용할 수 있다.

도 3b는 피스톤 하단면에 반구형상 돌기가 형성되고 외주에 걸림턱이 형성된 강성구현장치의 단면도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 첫 번째로, 피스톤(20)의 하단면 중심영역에는 피스톤(20)이 하우징(10) 내부로 소정깊이 이상 삽입되지 않도록 반구형상의 돌기(22)를 형성한다. 이로 인해, 본 발명인 강성구현장치(1)의 파손 및 고장을 방지할 수 있다.

또한, 두 번째로, 피스톤(20)의 상단에는 피스톤(20)의 외주를 따라 걸림턱(24)을 형성함으로써 전술한 돌기(22)와 동일한 목적을 이룰 수 있다.

탄성제공수단(30)은 피스톤(20)에 탄성력을 전달하는 것으로, 하우징(10)과 피스톤(20) 사이에 구비된다. 이러한 탄성제공수단(30)은 피스톤(20)에 탄성력을 제공할 수 있는 것이라면, 어떠한 방식이라도 무방하다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 피스톤(20)에 탄성력을 제공하는 2가지 방식을 도 3a 및 도 3c를 참조하여 기술하기로 한다.

첫 번째 탄성제공수단(30)은 도 3a에 도시된 바와 같이, 피스톤(20)에 탄성력을 제공하기 위해 스프링(32)을 사용한다. 이때, 스프링(32)은 하우징(10)에 수용되어 일단이 하우징(10)의 하부 내면과 접하고 스프링(32)의 타단은 피스톤(20)의 하단면과 접하도록 구비된다. 이러한 스프링(32)의 탄성력은 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 마찰력보다 더 작은 힘을 갖도록 형성할 수 있다. 즉, 이러한 경우 외력이 가해진 피스톤(20)은 스프링(32)의 탄성력에 의해 초기 위치로 복귀할 수 없고, 후술할 진동발생 액추에이터(40)의 진동으로 인한 마찰력 감소를 통해서만 피스톤(20)이 초기 위치로 복귀한다.

그러나 강성구현장치(1)의 사용목적 및 용도에 따라서는 스프링(32)의 탄성력은 후술할 진동발생 액추에이터(40)가 동작하지 않을 때, 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 마찰력보다 더 큰 힘을 갖도록 형성할 수 있다. 즉, 이러한 경우 외력이 가해진 피스톤(20)은 진동발생 액추에이터(40)의 진동과 상관없이 스프링(32)의 탄성력에 의해 초기 위치로 복귀할 수 있다. 다만, 진동발생 액추에이터(40)의 진동을 통해 피스톤(20)의 초기 위치 복귀속도를 조절할 수 있다.

도 3c는 탄성제공수단이 탄성막 및 작동 유체로 이루어진 경우의 강성구현장치의 단면도이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 두 번째 탄성제공수단(30)은 피스톤(20)에 형성된 홈(34)과 배출공(35), 탄성막(36) 및 작동 유체(38)를 포함하여 이루어진다.

여기서 홈(34)은 피스톤(20)이 초기 위치에 있는 경우 공기를 수용하는 공간 으로 사용되고 피스톤(20)이 하방으로 이동할 때에는 피스톤(20)이 이동한 만큼 밀려나오는 작동 유체(38)를 수용하는 공간으로 사용된다. 이러한 홈(34)은 피스톤(10)의 하단면 중심영역에 형성된다. 이때, 홈(34)은 다양한 형상으로 형성할 수 있다. 하지만, 피스톤(20)이 하방 이동시 작동 유체(38)의 저항을 줄일 수 있는 반구형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 홈(34)의 크기는 피스톤(20)의 하강 깊이를 결정하는 구성이므로 강성구현장치(1)의 사용목적 및 용도에 따라 변경할 수 있다.

그리고 배출공(35)은 후술할 탄성막(36)을 기준으로 피스톤(10)에 구비된 홈(34)이 위치하는 영역에 수용된 공기를 외부로 배출하기 위한 구성으로, 피스톤(10) 외부 일측과 홈(34)을 관통하여 형성된다. 이러한 배출공(35)은 홈(34) 내부에 수용된 공기가 원활히 유출입할 수 있는 크기로 형성한다.

탄성막(36)은 피스톤(20)의 하방 이동에 따라 침습된 피스톤(20)의 부피만큼 홈(34)으로 유입되는 작동 유체(38)에 탄성력을 직접 제공하는 것으로, 피스톤(20) 하단에 구비된다. 이때, 탄성막(36)으로 사용될 수 있는 것은 얇고 질긴 고분자 폴리머 또는 고무, MEMS공정에 따라 제조된 실리콘 등이 있다.

작동 유체(38)는 탄성막(36)과 하우징(10) 내면으로 구획되는 공간에 수용되어 피스톤(20)의 일방향 왕복에 따라 유동하는 것으로, 비압축성의 유압기기용 오일을 사용한다.

이상에서 전술한 2가지 방식의 탄성제공수단(30)을 혼용하여 피스톤(20)에 탄성력을 제공하도록 변형가능하다. 뿐만 아니라 본 발명의 실시예에 따른 탄성제 공수단(30) 이외에도 다양한 방식으로 탄성력을 피스톤(20)에 전달할 수 있다.

진동발생 액추에이터(40)는 인가된 전압에 따라 좌우 진동을 발생시키는 장치로, 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 일측인 외주면에 구비된다. 이렇게 진동을 발생시키는 진동발생 액추에이터(40)는 다양한 방식 및 형상으로 제작되어 시판되고 있는데, 본 발명의 실시예에서는 소형의 판형상으로 제작된 피에조 액추에이터 4개를 하우징(10)의 외주면을 따라 구비한다.

그러나 진동을 발생시킬 수 있는 소형의 장치라면 어떠한 방식의 장치라도 사용가능함은 물론이다. 일례로, 솔레노이드 액추에이터, 전기활성 폴리머, 로터리형 진동모터 또는 리니어형 진동모터 등도 본 발명에 따른 강성구현장치의 진동발생 액추에이터(40)로 사용할 수 있다.

이때, 진동발생 액추에이터(40)는 하우징(10)의 형상, 강성구현장치의 사용목적 및 용도에 따라 복수 개의 진동발생 액추에이터(40)가 사용될 수 있다. 하지만, 2개 내지 6개의 진동발생 액추에이터(40)를 일정한 간격으로 하우징(10)의 외주면을 따라 구비하는 것이 좋다. 이는 1개의 진동발생 액추에이터(40)로는 진동에 의한 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 마찰력 감소를 기대할 수 없기 때문이다. 또한, 6개를 초과하는 진동발생 액추에이터(40)의 사용은 구성이 간단한 초소형의 저전력 강성구현장치(1)를 구현하고자 하는 본 발명의 목적에 반할 뿐만 아니라 배선이 복잡해지기 때문이다.

이러한 진동발생 액추에이터(40) 하단에는 전원을 공급받기 위한 단자가 외부 전원과 전선으로 연결될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 전원을 공급 받기 위해 진동발생 액추에이터(40) 하단에 단자핀(42)을 구비한다. 이렇게 단자핀(42)으로 구성된 진동발생 액추에이터(40)는 본 발명에 따른 강성구현장치(1)가 복수 개로 사용되더라도 이에 대응하는 배선을 프린팅한 회로 기판을 사용할 수 있어 용이하게 전원을 공급받을 수 있다. 또한, 이로 인해 배선이 복잡해지는 문제를 해결할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 실시예에 사용된 진동발생 액추에이터(40)는 전원이 제공되지 않아 진동하지 않는 경우의 0Hz에서 전원의 제어를 통해 100kHz의 진동수로 작동할 수 있는 것을 사용한다. 여기서 진동발생 액추에이터(40)는 일반적인 사람이 진동을 느낄 수 있는 대략 250Hz 내외의 진동수보다 큰 500Hz의 진동수를 하한으로 하고, 100kHz의 진동수를 상한으로 하여 작동하는 경우, 일반적인 사람은 이러한 진동을 느낄 수 없게 된다. 뿐만 아니라 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 소형으로 제작되므로 일반적인 사람들은 보다 더 진동을 느낄 수 없게 된다.

한편, 하우징(10) 외주면에 구비된 진동발생 액추에이터(40)의 작동 진동수가 증가함에 따라 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 간극이 원활히 형성되어 마찰력은 점차 감소한다. 이렇게 진동수의 증가에 따른 마찰력의 감소는 진동발생 액추에이터(40)가 20kHz 내지 40kHz의 진동수로 작동할 때, 마찰력의 감소는 최대가 된다. 그리고 40kHz 내지 100kHz의 진동수로 작동하게 되면 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 간극이 원활히 형성되지 않아 다시 마찰력이 점차 증가하게 된다. 즉, 진동발생 액추에이터(40)의 작동 진동수(X축)와 마찰력(Y축) 간의 함수관계를 그래프로 표현하면, 20kHz 내지 40kHz의 진동수 구간에서 마찰력이 최소가 되는 완만한 양의 포 물선 형태로 표현된다.

따라서, 본 발명에 따른 진동발생 액추에이터(40)의 작동 진동수는 일반적인 사람이 진동을 느낄 수 없는 500Hz의 진동수를 하한으로 하고, 효율적인 강성구현장치(1)의 저전력 소모를 구현할 수 있는 100kHz의 진동수를 상한으로 설정하는 것이 바람직하다.

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 이동체 및 세포 조작 받침대에 댐퍼로 사용될 수 있다. 따라서 이하에서는 햅틱제공장치 및 기타장치에 활용되는 경우를 설명한다.

< 햅틱제공장치 및 기타장치>

이하에서는 첨부된 도 4 내지 도 8에 도시된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 강성구현장치(1)를 이용한 햅틱제공장치 및 기타장치를 설명한다. 먼저, 도 4는 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅팁제공장치의 분해사시도이고, 도 5는 도 4의 햅틱제공장치가 노트북에 이용된 경우의 사시도이며, 도 6은 도 4의 햅틱제공장치가 핸드폰에 이용된 경우의 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 초소형 이동체의 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 세포 조작 받침대의 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱제공장치는 대략 복수 개의 강성구현장치(1), 압력센서(100) 및 제어수단(미도시) 등을 포함하여 이루어진다. 여기서 복수 개의 강성구현장치(1)는 전선을 프린팅한 회로 기판(600)에 고정된다. 이때 강성구현장치(1)는 전술한 기재로 갈음하고, 이하에서는 다른 구성을 중심으로 설명한다.

압력센서(100)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. 이러한 압력센서(100)는 복수 개로 구비된 강성구현장치(1)의 상부에 구비된다. 이때, 본 발명에 사용되는 압력센서(100)는 박막으로 이루어진 전자식 압력센서, 반도체 압력센서 또는 광섬유 압력센서 등의 다양한 압력센서가 사용될 수 있다.

제어수단(미도시)은 강성구현장치(1)의 진동발생 액추에이터(40)에 제공되는 전원을 제어하는 것으로, 제어수단이 전원을 제어한다는 것은 전원의 세기(전류 또는 전압의 세기), 인가되는 시간, 주기(전극의 상호 역전) 등을 제어함을 말한다. 이때, 제어수단은 압력센서(100)를 통해 감지된 외력 감지 출력신호에 따라 구동되는 것이 바람직하다. 이를 통해 제어수단은 복수 개로 구비된 강성구현장치(1)중 어느 강성구현장치(1)의 진동발생 액추에이터(40)에 얼마만큼의 전원을 인가할 것인지 선택할 수 있다. 한편, 선택된 강성구현장치(1)가 2개 이상이라면 각각의 강성구현장치(1)의 전원 제어는 독립적으로 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 햅틱제공장치에 구비된 압력센서(100)를 통해 외력의 위치 및 크기가 감지되고 감지된 외력의 위치 및 크기에 따라 제어수단(미도시) 은 외력이 가해지는 위치에 구비된 각 강성구현장치(1)의 진동발생 액추에이터(40)에 적절한 전원을 인가하여 진동을 제어할 수 있다. 이로 인해, 외력에 따라 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱제공장치가 노트북(4) 등에 사용되는 경우, 상부에는 터치패드(200)가 더 구비될 수 있다. 여기서 터치패드(200)는 압력 감지기가 달려 있는 작은 평판으로 마우스를 대신하는 입력장치를 말한다. 이러한 구성을 통해 노트북(4) 터치패드(200)에 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱제공장치가 휴대폰(6) PDA단말기 또는 내비게이션 등의 휴대단말기에 사용되는 경우, 상부에는 유연한 터치스크린(300)이 더 구비될 수 있다. 여기서 터치스크린(300)은 영상 표시장치인 유연한 디스플레이 상부에 적외선이 격자형태로 흐르는 투명한 터치패드(200)를 구비한 장치를 말한다. 이러한 구성을 통해 휴대폰(6) 등의 휴대단말기에 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 노트북(4) 또는 휴대폰(6)에 다양한 햅틱 피드백을 제공하기 위해 전술한 제어수단(미도시)이 강성구현장치(1)의 진동발생 액추에이터(300)에 제공되는 전원을 제어한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 간단한 구성으로 인해 초소형으로 제작될 수 있어 초소형 이동체(400)의 댐퍼로 사용될 수 있다. 여기서 초소형 이동체(400)란 마이크로 로봇, 초소형 Radio Control(RC)차량 등을 말한다. 이때에도 상부에 압력센서(100)가 구비된 강성구현장치(1)는 제어수단을 통해 외력에 따른 다양한 강성을 갖는 댐퍼로 사용될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)는 간단한 구성으로 인해 초소형으로 제작될 수 있어 세포 조작 받침대(500)의 하부 댐퍼로 사용될 수 있다. 여기서 세포 조작 받침대(500)는 세포의 배양, 세포의 약물처리, 세포의 물성 실험, 세포의 미세조작 등을 위한 받침대를 말한다. 이러한 세포 조작은 미세한 굵기의 세포 조작 도구(502)가 사용될 뿐만 아니라 작은 충격에도 파괴될 수 있는 세포(504)를 다루는 일이다. 따라서 세포 조작 도구 및 세포의 파괴를 방지하기 위해 연질의 합성수지로 세포 조작 받침대(500)를 제작하고 세포 조작 받침대(500) 하부에는 본 발명에 따라 초소형으로 구현된 강성구현장치(1)가 복수 개로 구비되어 댐퍼로 사용될 수 있다.

<제어방법>

이하에서는 첨부된 도 9 내지 도 10c에 도시된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 강성구현장치(1)의 제어방법에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명에 따른 강성구현장치의 제어방법에 따른 순서도이고, 도 10a는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 작용하는 경우의 단면도이며, 도 10b는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 작용하여 피스톤이 하방으로 이동하는 경우의 단면도이고, 도 10c는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 제거된 경우의 단면도이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 3a에 도시된 강성구현장치(1)를 기준으로 제어수단(미도시)에 의한 전체적인 제어방법을 설명한다.

먼저, 도 9 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 강성구현장치(1)의 피스톤(20)에 수직방향의 외력이 가해진다. 이러한 외력에 대항하는 저항력은 하우징(10)과 피스톤(20)이 접하는 영역의 정지마찰력과 스프링(32)의 탄성력이다. 이때, 하우징(10)과 피스톤(20)이 서로 접하는 영역에서는 전술한 끼워맞춤의 방식 및 하우징(10)과 피스톤(20)의 재질에 따라 다양한 크기의 정지마찰력이 작용하게 된다.

한편, 이러한 정지마찰력과 탄성력의 합력을 초과하는 외력이 작용하지 않으면, 피스톤(20)은 움직이지 않지만, 초과하는 외력이 작용하면, 피스톤(20)은 하방으로 이동한다(S100).

다음으로, 외력에 기초하여 진동발생 액추에이터(40)가 전원을 제공받아 진동한다. 여기서, 외력의 감지와 이에 따른 진동발생 액추에이터(40)의 진동은 즉각적으로 이루어진다. 이때, 외력의 감지는 힘의 세기를 측정할 수 있는 다양한 측정장치가 사용될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 제어방법에서는 전술한 압력센서(100)를 사용한다(S200).

이렇게 압력센서(100)가 구비된 강성구현장치(1)에 외력이 가해지면, 압력센서(100)는 외력의 세기를 감지한다(S210). 그리고 감지된 외력의 세기에 대한 출력신호는 즉시 제어수단(미도시)에 전달되고, 제어수단(미도시)은 이에 따라 진동발생 액추에이터(40)에 제공되는 전원을 제어한다(S220).

다음으로, 제어수단에 의해 전원을 제공받은 진동발생 액추에이터(40)의 진동에 따라 피스톤(20) 외벽과 하우징(10) 내벽 사이에 얇은 간극이 발생한다. 이러 한 간극의 형성은 피스톤(20) 외벽과 하우징(10) 내벽 사이의 마찰력을 감소시키는데 이때, 진동발생 액추에이터(40)의 진동수가 전술한 바와 같이 일정수준(20kHz ~ 40kHz)까지 증가할수록 마찰력은 감소한다.

여기서 압력센서(100)를 통해 감지된 외력의 세기에 기초하여 진동발생 액추에이터(40)가 진동을 시작할 때의 초기 진동수는 제어수단을 통해 설정되며 제어된다. 이러한 초기 진동수의 설정 및 제어를 통해 마찰력이 조절됨으로써 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.

일례로, 본 발명에 따른 강성구현장치(1)에 외력이 가해지는 시점에서 부드러운 햅틱 피드백을 사용자에게 제공하려면, 기본적으로 마찰력이 작은 상태에서 강성구현장치(1)가 작동되어야한다. 따라서 외력의 세기에 기초한 초기 진동수는 마찰력이 최소가 되는 구간인 대략 20kHz 내지 40kHz로 설정할 수 있다. 다만, 외력의 세기에 기초하여 햅틱 피드백을 제공하므로 외력의 세기가 큰 경우라면, 이러한 외력에 대응하기 위해 해당 구간에서 마찰력이 큰 대략 20kHz 내외 또는 40kHz 내외의 진동수를 초기 진동수로 설정한다. 그리고 외력의 세기가 작은 경우에는 해당 구간의 중간값으로 마찰력이 최소가 되는 대략 30kHz 내외의 진동수를 초기 진동수로 설정할 수 있다. 이렇게 20kHz 내지 40kHz의 범위 내에서 초기 진동수를 설정함으로써 외력에 대응한 부드러운 햅틱 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다.

그리고 딱딱한 느낌의 햅틱 피드백을 사용자에게 제공하려면, 기본적으로 마찰력이 큰 상태에서 강성구현장치(1)가 작동되어야한다. 따라서 외력의 세기에 기초한 초기 진동수는 마찰력이 최소가 되는 구간 이외의 구간인, 대략 500Hz 내지 20kHz 또는 40kHz 내지 100kHz로 설정할 수 있다. 또는, 필요에 따라서 진동발생 액추에이터(40)를 작동시키지 않을 수 있다(0Hz). 이러한 딱딱한 느낌의 햅틱 피드백도 외력에 기초하여 작동하므로 전술한 부드러운 느낌의 햅틱 피드백에서 기술한 내용과 같은 방식으로 적용할 수 있다. 즉, 외력의 세기가 큰 경우라면, 이러한 외력에 대응하기 위해 해당 구간에서 마찰력이 큰 대략 500kHz 내외 또는 100kHz 내외의 진동수를 초기 진동수로 설정하거나 필요에 따라서는 진동발생 액추에이터(40)를 작동하지 않을 수 있다(0Hz). 그리고 외력의 세기가 작은 경우에는 20kHz 내외 또는 40kHz 내외의 진동수를 초기 진동수로 설정할 수 있다. 이러한 초기 진동수의 설정을 통해 외력에 대응한 딱딱한 느낌의 햅틱 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 기술한 초기 진동수의 구체적 수치는 햅틱 피드백이 사용되는 장치, 사용목적 및 용도에 따라 다양하게 변형가능함은 물론이다(S300).

다음으로, 도 10b에 도시된 바와 같이, 외력이 저항력인 마찰력과 스프링(32)의 탄성력을 초과하는 경우, 피스톤(20)이 하방으로 이동한다. 이때, 피스톤(20)의 하방 이동을 제어하기 위해 제어수단은 진동발생 액추에이터(40)의 초기 진동수를 변경할 수 있다(S400).

다음으로, 제어수단이 피스톤(20)의 하방 이동을 억제하기 위해 진동발생 액추에이터(40)에 제공되는 전원을 제어하여 외력에 대한 저항력인 강성이 발현된다. 이러한 강성 발현은 피스톤(20)의 하방 이동에 따른 스프링(32)의 탄성력 증가 및 제어수단을 통한 피스톤(20)과 하우징(10) 간의 마찰력 증가로 이루어진다. 이때, 마찰력 증가는 제어수단에 의해 진동발생 액추에이터(40)의 초기 진동수를 대략 500kHz 내외 또는 100kHz 내외의 진동수로 변경하거나 필요에 따라서는 진동발생 액추에이터(40)에 전원을 제공하지 않음(0Hz)으로써 이루어질 수 있다(S500).

마지막으로, 도 10c에 도시된 바와 같이, 피스톤(20)이 초기 위치로 복원되도록 진동발생 액추에이터(40)에 전원을 제어하여 복원속도를 조절한다. 이러한 피스톤(20)의 복원속도 조절은 스프링(32)의 탄성력이 작용하는 하에서 제어수단을 통해 진동발생 액추에이터(40)의 진동수를 변경함에 따른 마찰력의 가감으로 이루어진다. 이때, 탄성제공수단(30)의 탄성력을 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 정지 마찰력보다 더 크게 한 경우라면, 진동발생 액추에이터(40)의 진동에 따른 마찰력의 가감과 상관없이 피스톤(20)이 복귀하게 된다. 다만, 진동발생 액추에이터(40)의 진동에 따른 마찰력의 감소를 통해 피스톤(20)의 초기 위치 복원속도를 빠르게 할 수 있다.

반면에 진동발생 액추에이터(40)가 동작하지 않을 때, 탄성제공수단(30)의 탄성력을 하우징(10)과 피스톤(20) 간의 정지 마찰력보다 더 작게 한 경우라면, 진동발생 액추에이터(40)의 진동에 따른 마찰력의 감소를 통해서만 피스톤(20)의 초기 위치로 복귀가 가능하다. 즉, 피스톤(20)의 정지 및 정지 해제를 제어수단이 담당하게 된다. 이렇게 피스톤(20)의 정지 및 정지 해제가 가능한 햅틱 피드백은 유연한 터치스크린(300) 상의 작동 버튼(예: MP 3 플레이 버튼, MP 3 정지 버튼 등) 등에 적용될 수 있을 것이다(S600).

이러한 단계를 통해 제어되는 복수 개의 강성구현장치(1)는 햅틱제공장치에 사용되어 햅틱 피드백을 제공할 수 있으며, 초소형 이동체 또는 세포 조작 받침대 등에 사용되어 댐퍼로서의 역할도 수행할 수 있다. 이하에서는 전술한 전체적인 제어방법을 기준으로 제어수단(미도시)을 통해 사용자가 버튼 클릭감을 느끼도록 하기 위한 제어방법을 구체적으로 설명한다.

(버튼 클릭감을 구현하는 경우)

본 발명에 따른 강성구현장치(1)를 통해 버튼 클릭감을 구현하기 위해, 제어수단(미도시)은 피스톤(20)에 가해지는 외력에 대한 저항력을 3 단계로 분류하여 제어한다. 우선, 제 1 단계는 피스톤(20)이 하방으로 제 1 단계 깊이까지 이동하는 동안 저항력이 증대된다. 이렇게 피스톤(20)의 이동에 따라 저항력을 증대시키는 제 1 단계는 마찰력의 조절 없이도 피스톤(20)의 하방 이동에 따른 스프링(32)의 탄성력 증대만으로도 충분히 이루어질 수 있다. 따라서 제어수단은 제 1 단계를 수행하는 동안 전술한 진동발생 액추에이터(40)의 초기 진동수를 그대로 유지해도 무방하다. 그러나 제어수단은 마찰력 증대를 통해 저항력을 보다 증대하기 위해서 설정된 초기 진동수보다 마찰력이 증대되는 진동수로 변경하는 제어를 할 수 있다.

그리고 제 2 단계는 피스톤(20)이 하방으로 제 1 단계 깊이 이후 제 2 단계 깊이까지 이동하는 동안 저항력은 제 1 단계 깊이에서 작용한 저항력보다 현저히 작은 크기로 일정하게 유지된다. 이를 위해 제어수단은 일례로서, 진동발생 액추에이터(40)의 진동수를 대략 30kHz로 변경하여 마찰력이 최소가 되도록 함으로써 전체적인 저항력을 감소시킨다. 다만, 일정한 저항력을 유지하기 위해서는 피스 톤(20)이 하방으로 이동함에 따라 증대되는 스프링(32)의 탄성력을 상쇄시켜야 한다. 따라서 제어수단은 진동발생 액추에이터(40)의 진동수를 제어하여 피스톤(20)의 하방 이동에 따라 마찰력이 점차 감소하도록 제어함으로써 일정한 저항력을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 제 3 단계는 피스톤(20)이 제 2 단계 깊이를 넘어서 하방으로 이동하는 경우 급격히 증대된 저항력이 발생하도록 한다. 이를 위해 제어수단은 진동발생 액추에이터(40)에 인가된 전원을 대폭 줄이거나 제거한다. 이에 따라 피스톤(20)과 하우징(10) 간의 마찰력 및 스프링(32)에 의한 탄성력은 최대가 됨으로써 저항력 또한 최대가 된다. 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 3a는 도 2의 A-A' 단면도.

도 3b는 피스톤 하단면에 반구형상 돌기가 형성되고 외주에 걸림턱이 형성된 강성구현장치의 단면도.

도 3c는 탄성제공수단이 탄성막 및 작동 유체로 이루어진 경우의 강성구현장치의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 햅팁제공장치의 분해사시도.

도 5는 도 4의 햅틱제공장치가 노트북에 이용된 경우의 사시도.

도 6은 도 4의 햅틱제공장치가 핸드폰에 이용된 경우의 사시도.

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

도 8은 본 발명에 따른 강성구현장치를 이용한 세포 조작 받침대의 사시도.

도 9는 본 발명에 따른 강성구현장치의 제어방법에 따른 순서도.

도 10a는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 작용하는 경우의 단면도.

도 10b는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 작용하여 피스톤이 하방으 로 이동하는 경우의 단면도.

도 10c는 본 발명에 따른 강성구현장치에 외력이 제거된 경우의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치

2: 손가락 4: 노트북

6: 휴대폰 10: 하우징

20: 피스톤 22: 돌기

24: 걸림턱 30: 탄성제공수단

32: 스프링 34: 홈

35: 배출공 36: 탄성막

38: 작동 유체 40: 진동발생 액추에이터

42: 단자핀 100: 압력센서

200: 터치패드 300: 유연한 터치스크린

400: 초소형 이동체 500: 세포 조작 받침대

502: 세포 조작 도구 504: 세포

600: 기판

Claims (22)

1. 외관을 이루고 일면이 개방된 하우징;

   상기 하우징 내에 삽입되어 일방향으로 왕복 가능한 피스톤;

   상기 하우징과 상기 피스톤 사이에 구비되어 상기 피스톤에 탄성력을 전달하는 탄성제공수단; 및

   상기 하우징의 일측에 구비되어 진동을 발생하는 진동발생 액추에이터;를 포함하여,

   상기 진동에 의해 상기 하우징과 상기 피스톤 사이의 마찰력을 조절함으로써 댐핑력 내지 강성을 조절하고,

   상기 탄성제공수단은,

   상기 피스톤의 하단면 중심영역에 형성된 홈 및 상기 피스톤 외부 일측과 상기 홈을 관통하는 배출공; 상기 피스톤 하단에 구비되는 탄성을 갖는 탄성막; 및 상기 탄성막과 상기 하우징 내면으로 구획되는 영역에 구비된 작동 유체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진동발생 액추에이터가 동작하지 않을 때,

   상기 하우징과 상기 피스톤 사이의 마찰력은 헐거운 끼워맞춤 이상의 마찰력인 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징과 상기 피스톤이 서로 접하는 상기 하우징의 내벽과 상기 피스톤의 외벽에는 마찰력을 증대시키기 위한 복수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 하우징 및 상기 피스톤은 횡단면의 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤의 하단면 중심영역에는 상기 피스톤이 상기 하우징 내부로 소정깊이 이상 삽입되지 않도록 반구형상의 돌기가 더 형성된 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤의 상단에는 상기 피스톤이 상기 하우징 내부로 소정깊이 이상 삽입되지 않도록 상기 피스톤의 외주를 따라 걸림턱을 더 형성한 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 탄성제공수단은 스프링인 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 1 항에 있어서,

    상기 진동발생 액추에이터는 피에조 액추에이터, 솔레노이드 액추에이터, 전기활성 폴리머, 로터리형 진동모터 또는 리니어형 진동모터인 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 진동발생 액추에이터는 복수 개의 진동발생 액추에이터를 일정한 간격 으로 상기 하우징의 외주면을 따라 구비한 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 진동발생 액추에이터는 500Hz 내지 100kHz의 진동수로 진동하는 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 1 항에 있어서,

    상기 하우징의 재질은 합성수지제, 금속제 또는 강화고무 중 어느 하나이고 상기 피스톤의 재질은 합성수지제, 금속제 또는 강화고무 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치.
14. 제 1 항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 제10항, 제11항, 제12항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치가 복수 개 구비되고,

    상기 강성구현장치의 상부에는 압력센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 햅틱제공장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 압력센서의 상부에는 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있도록 터치패드 또는 유연한 터치스크린이 더 구비된 것을 특징으로 하는 햅틱제공장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 압력센서의 출력신호에 기초하여 상기 강성구현장치의 진동발생 액추에이터에 제공되는 전원을 제어하는 제어수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 햅틱제공장치.
17. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 제10항, 제11항, 제12항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치를 댐퍼로 이용한 것을 특징으로 하는 초소형 이동체.
18. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제6항, 제7항, 제10항, 제11항, 제12항 또는 제13항 중 어느 한 항에 따른 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치를 하부에 구비하여 댐퍼로 이용한 것을 특징으로 하는 세포의 배양, 물성 실험 또는 미세조작 실험을 위한 세포 조작 받침대.
19. 피스톤에 외력이 가해지는 단계;

    상기 외력에 기초하여 진동발생 액추에이터가 전원을 제공받아 진동하는 단계;

    상기 진동에 따라 상기 피스톤 외벽과 하우징 내벽 사이에 얇은 간극이 발생하는 단계;

    상기 피스톤이 하방으로 이동하는 단계; 및

    제어수단이 상기 피스톤의 하방 이동을 억제하기 위해 상기 진동발생 액추에이터에 제공되는 전원을 제어하여 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 발현하는 단계;로 이루어지고,

    상기 강성을 발현하는 단계의 상기 저항력은,

    상기 진동발생 액추에이터의 진동을 제어함으로써 증대되는 상기 피스톤 외벽과 상기 하우징 내벽 간의 마찰력 및 탄성제공수단에 의한 탄성력이며,

    상기 탄성제공수단은,

    상기 피스톤의 하단면 중심영역에 형성된 홈 및 상기 피스톤 외부 일측과 상기 홈을 관통하는 배출공; 상기 피스톤 하단에 구비되는 탄성을 갖는 탄성막; 및 상기 탄성막과 상기 하우징 내면으로 구획되는 영역에 구비된 작동 유체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치의 제어방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 외력에 기초하여 진동발생 액추에이터가 전원을 제공받아 진동하는 단계는,

    압력센서가 상기 외력의 세기를 감지하는 단계; 및

    상기 제어수단은 상기 압력센서가 감지한 상기 외력의 세기에 기초하여 상기 진동발생 액추에이터에 제공되는 전원을 제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치의 제어방법.
21. 삭제
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 피스톤이 초기 위치로 복원되도록 상기 진동발생 액추에이터에 제공되 는 전원을 제어하여 복원속도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동발생 액추에이터를 이용한 강성구현장치의 제어방법.

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