KR101355636B1 - Position sensor, portable device using the same, and position sensing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위치센서, 이를 이용한 휴대용기기 및 위치 감지방법에 관한 것으로서, 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값을 측정함으로써 촉각 센서 장치에 구비되는 이동수단의 위치를 감지할 수 있는 위치센서, 이를 이용한 휴대용기기 및 위치 감지방법에 관한 것이다. 이를 위해 전자기장을 생성하는 생성수단(110); 전자기장이 흐르는 제1,2경사면(140,150); 제1,2경사면(140,150) 사이의 에어 갭(1)에 위치하고, 작용힘(Fin)에 따라 이동하는 이동수단(120); 및 이동수단(120)의 이동에 의해 제1,2경사면(140,150)과 이동수단(120) 사이의 면적이 변함에 따라 생성수단(110)의 인자값의 변화를 산출하는 산출수단(130);을 포함함으로써 이동수단(120)의 위치를 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서가 개시된다.The present invention relates to a position sensor, a portable device using the same, and a position sensing method, comprising: a position sensor capable of detecting a position of a moving means provided in a tactile sensor device by measuring an inductance value of a solenoid coil, a portable device using the same, and a position It relates to a detection method. Generating means 110 for generating an electromagnetic field for this purpose; First and second slopes 140 and 150 through which an electromagnetic field flows; A moving means 120 positioned in the air gap 1 between the first and second slopes 140 and 150 and moving according to the action force Fin; And calculation means 130 for calculating a change in the printing value of the generating means 110 as the area between the first and second inclined surfaces 140 and 150 and the moving means 120 changes due to the movement of the moving means 120. Disclosed is a position sensor using a change of a print value, characterized in that the position of the moving means 120 can be sensed.
Description
본 발명은 위치센서, 이를 이용한 휴대용기기 및 위치 감지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값을 측정함으로써 촉각 액추에이터 장치에 구비되는 이동수단의 위치를 감지할 수 있는 위치센서, 이를 이용한 휴대용기기 및 위치 감지방법에 관한 것이다.The present invention relates to a position sensor, a portable device using the same, and a position sensing method, and more particularly, to a position sensor capable of detecting a position of a moving means provided in a tactile actuator device by measuring an inductance value of a solenoid coil. It relates to a portable device and a location sensing method.
일반적으로 촉각이란 물체를 만질 때 사람의 손가락 또는 스타일러스 펜으로 느낄 수 있는 촉각적 감각으로서, 피부가 물체 표면에 닿아서 느끼는 촉감 피드백과 관절과 근육의 움직임이 방해될 때 느껴지는 근감각 피드백을 포괄하는 개념이다.
In general, tactile sensation is a tactile sensation that can be felt by a human finger or stylus pen when touching an object, and encompasses tactile feedback that is felt when the skin touches the surface of the object and muscle sense feedback when the movement of joints and muscles is disturbed. Concept.
이러한 촉각을 전달하기 위한 종래의 장치가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 발명은 강성 발생 장치이고, 도 2에 도시된 발명은 경사면을 이용한 저항력 발생모듈(비례 솔레노이드 구조)이다. 이러한 발명에 촉각 피드백을 생성하기 위해서는 가해진 힘(Fin)에 따라 변화된 접촉판(11) 또는 힘전달수단(21)의 위치를 알 필요성이 대두 된다. 왜냐하면, 눌러진 깊이에 따라 다양한 촉각을 전달할 수 있는 신호를 생성하여 사용자에게 촉각 피드백을 전달하기 위함이다.
Conventional devices for conveying this tactile sense are shown in FIGS. 1 and 2. The invention shown in FIG. 1 is a stiffness generating device, and the invention shown in FIG. 2 is a resistive force generating module (proportional solenoid structure) using an inclined surface. In order to generate the tactile feedback, the necessity of knowing the position of the
따라서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 종래의 강성 발생 장치 또는 경사면을 이용한 저항력 발생모듈에 구비된 이동수단의 위치를 센싱할 수 있는 발명의 개발을 요하고 있었다.Therefore, in the technical field to which the present invention belongs, it has been required to develop an invention capable of sensing the position of the moving means provided in the resistance generating module using the conventional rigidity generating device or the inclined surface.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 종래의 촉각 생성 장치에 구비된 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값을 측정하여 이동수단의 위치를 감지할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, and provides an invention that can detect the position of the moving means by measuring the inductance value of the solenoid coil provided in the conventional tactile generating device. have.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 본 발명의 목적은 전자기장을 생성하는 생성수단(110); 전자기장이 흐르는 제1,2경사면(140,150); 제1,2경사면(140,150) 사이의 에어 갭(1)에 위치하고, 작용힘(Fin)에 따라 이동하는 이동수단(120); 및 이동수단(120)의 이동에 의해 에어 갭(1)의 거리가 변함에 따라 생성수단(110)의 인자값의 변화를 산출하는 산출수단(130);을 포함함으로써 이동수단(120)의 위치를 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.The object of the present invention described above is a generating means 110 for generating an electromagnetic field; First and
또한, 생성수단(110)은 솔레노이드 코일을 이용하여 전자기장을 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 인자값은 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값이거나 또는 솔레노이드 코일의 양단 전압값인 것을 특징으로 한다.The printing value may be an inductance value of the solenoid coil or a voltage value of both ends of the solenoid coil.
그리고, 변화된 에어 갭(1)의 거리는 전자기장이 통과하는 경로에 형성된 거리인 것을 특징으로 한다.
And, the changed distance of the
한편, 본 발명의 목적은 전자기장을 생성하는 생성수단(210); 작용힘(Fin)에 따라 전자기장의 경로상을 이동하는 이동수단(220); 및 이동수단(220)의 이동에 의해 경로상에 존재하는 이동수단(220)의 면적이 변함에 따라 생성수단(210)의 인자값의 변화를 산출하는 산출수단(230);을 포함함으로써 이동수단(220)의 위치를 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, the object of the present invention generating means 210 for generating an electromagnetic field; Moving means 220 for moving on the path of the electromagnetic field in accordance with the action force (Fin); And calculating
또한, 생성수단(210)은 솔레노이드 코일을 이용하여 전자기장을 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the generating means 210 is characterized in that for generating an electromagnetic field using a solenoid coil.
그리고, 인자값은 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값이거나 또는 솔레노이드 코일의 양단 전압값인 것을 특징으로 한다.
The printing value may be an inductance value of the solenoid coil or a voltage value of both ends of the solenoid coil.
한편, 본 발명의 목적은 전자기장을 생성하는 생성수단(310); 전자기장이 흐르는 제1,2경사면(340,350); 제1,2경사면(340,350) 사이의 에어 갭(1)에 위치하고, 작용힘(Fin)에 따라 이동하는 이동수단(320); 및 이동수단(320)의 이동에 의해 에어 갭(1)의 거리가 변함에 따라 생성수단(310)의 인자값의 변화를 산출하여 이동수단(320)의 위치를 산출하는 마이크로프로세서(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기를 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, the object of the present invention generating means 310 for generating an electromagnetic field; First and second slopes 340 and 350 through which an electromagnetic field flows; A moving unit 320 positioned in the
또한, 마이크로프로세서(330)는 산출된 이동수단(320)의 위치에 따라 촉각 피드백을 생성하는 신호를 생성수단(310)에 출력하는 것을 특징으로 하는 한다.In addition, the
그리고, 신호는 제어변수인 파형종류, 진폭크기, 및 주파수 중 적어도 어느 하나를 선택한 신호이거나, 또는 제어변수의 조합에 의한 신호인 것을 특징으로 한다.
The signal may be a signal selected from at least one of a waveform type, an amplitude size, and a frequency as a control variable, or a combination of control variables.
한편, 본 발명의 목적은 전자기장을 생성하는 생성수단(410); 작용힘(Fin)에 따라 전자기장의 경로상을 이동하는 이동수단(420); 및 이동수단(420)의 이동에 의해 경로상에 존재하는 이동수단(420)의 면적이 변함에 따라 생성수단(410)의 인자값의 변화를 산출하여 이동수단(420)의 위치를 산출하는 마이크로프로세서(430);를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기를 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, the object of the present invention generating means 410 for generating an electromagnetic field; A moving means 420 moving along the path of the electromagnetic field according to the action force Fin; And a micro to calculate the position of the moving means 420 by calculating a change in the printing value of the generating means 410 as the area of the moving means 420 existing on the path is changed by the movement of the moving means 420. It can be achieved by providing a portable device comprising a processor (430).
또한, 마이크로프로세서(430)는 산출된 이동수단(420)의 위치에 따라 촉각 피드백을 생성하는 신호를 생성수단(410)에 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
그리고, 신호는 제어변수인 파형종류, 진폭크기, 및 주파수 중 적어도 어느 하나를 선택한 신호이거나, 또는 제어변수의 조합에 의한 신호인 것을 특징으로 한다.
The signal may be a signal selected from at least one of a waveform type, an amplitude size, and a frequency as a control variable, or a combination of control variables.
한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서 전자기장의 경로상에 놓인 이동수단(120,220)이 작용힘(Fin)에 따라 이동하는 단계(S610); 이동수단(120,220)의 이동에 의해 에어 갭(1) 또는 이동수단(120,220)의 거리 또는 면적이 변하는 단계(S620); 산출수단(130,330)이 변화된 거리 또는 면적에 따라 생성수단(110,210)의 인자값의 변화를 산출하는 단계(S630); 및 산출수단(130,330)이 이동수단(120,220)의 위치를 감지하는 단계(S640):를 포함하는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치감지 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.On the other hand, an object of the present invention is to move the moving means (120,220) placed on the path of the electromagnetic field as another category (S610); Changing the distance or area of the
또한, 인자값은 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값이거나 또는 솔레노이드 코일의 양단 전압값인 것을 특징으로 한다.The printing value may be an inductance value of the solenoid coil or a voltage value of both ends of the solenoid coil.
그리고, 변화된 에어 갭(1)의 거리 또는 변화된 이동수단(120)의 면적은 전자기장이 통과하는 경로에 형성된 거리 또는 면적인 것을 특징으로 한다.And, the distance of the changed
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 촉각 생성 장치에 구비된 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값을 측정하여 이동수단의 위치를 감지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above has the effect of detecting the position of the moving means by measuring the inductance value of the solenoid coil provided in the haptic generating device.
그리고, 본 발명에 의하면 이동수단의 위치를 감지하기 위한 다른 수단이 필요 없으므로 비용을 절감하고 효율적으로 위치를 감지할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is no need for other means for detecting the position of the moving means, thereby reducing the cost and efficiently detecting the position.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 강성 발생 장치의 분해 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 경사면을 이용한 저항력 발생모듈이고,
도 3은 본 발명에 따른 솔레노이드 코일 양단의 전압을 구하기 위한 개념도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 위치센서의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 6은 본 발명의 제1실시에에 따른 솔레노이드 코일의 접압차를 나타낸 도면이고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 위치센서의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 9는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 솔레노이드 코일의 양단 전압값을 측정하기 위한 구성도이고,
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 휴대용 기기의 구성을 나타낸 구성도이고,
도 12는 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 휴대용 기기에 위치센서가 결합한 사시도이고,
도 13은 본 발명에 따른 위치 감지방법의 순서를 순차적으로 나타낸 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
1 is an exploded perspective view of a stiffness generating apparatus according to the present invention,
2 is a resistance generation module using an inclined surface according to the present invention,
3 is a conceptual diagram for obtaining a voltage across the solenoid coil according to the present invention,
4 and 5 is a configuration diagram showing the configuration of a position sensor according to a first embodiment of the present invention,
6 is a view showing the pressure difference of the solenoid coil according to the first embodiment of the present invention,
7 and 8 are configuration diagrams showing the configuration of a position sensor according to a second embodiment of the present invention,
9 is a configuration diagram for measuring voltage values at both ends of a solenoid coil according to first and second embodiments of the present invention;
10 and 11 are diagrams showing the configuration of a portable device according to the first and second embodiments of the present invention.
12 is a perspective view of a position sensor coupled to a portable device according to the first and second embodiments of the present invention;
13 is a flow chart sequentially showing the order of the position detection method according to the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and the entire structure described in this embodiment is not necessarily essential as the solution means of the present invention.
<< 제1실시예의Of the first embodiment 구성> Configuration>
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 솔레노이드 코일에 여현파를 여기하면 솔레노이드 코일의 양단 전압의 크기는 다음과 같은 [수학식 1]이 전개된다.
First, as shown in FIG. 3, excitation of a cosine wave to a solenoid coil causes the magnitude of the voltage at both ends of the solenoid coil to develop as follows.
여기서, R1은 솔레노이드 코일의 저항성분이고, R0는 여현파를 생성하는 주파수 생성기의 내부저항이다.
Here, R 1 is the resistance component of the solenoid coil, and R 0 is the internal resistance of the frequency generator for generating the cosine wave.
따라서, 솔레노이드 코일 양단의 전압은 인덕턴스 L[H] 값에 따라 변함을 알 수 있다. 이때 인덕턴스 L[H] 값은 다음의 [수학식 2]와 같이 전개된다.
Therefore, it can be seen that the voltage across the solenoid coil changes according to the inductance L [H] value. In this case, the inductance L [H] value is developed as shown in
여기서, 는 투자율, N2은 솔레노이드 코일 턴수, A는 솔레노이드 코일의 단면적, 은 솔레노이드 코일의 높이이다.
here, Is the permeability, N 2 is the number of turns of the solenoid coil, A is the cross-sectional area of the solenoid coil, Is the height of the solenoid coil.
결론적으로 [수학식 1]과 [수학식 2]를 종합하면 투자율()이 변하면 인덕턴스 L이 변함을 알 수 있고, 인덕턴스 L이 변함에 따라 인덕턴스 코일의 양단 전압이 변할 수 있다. 이러한 원리를 바탕으로 본 발명에 따른 제1실시예 및 제2실시예를 설명하기로 한다.
In conclusion, when [Equation 1] and [Equation 2] are combined, the permeability ( It can be seen that when the) changes, the inductance L changes, and as the inductance L changes, the voltage across the inductance coil may change. Based on this principle, a first embodiment and a second embodiment according to the present invention will be described.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 인자값의 변화를 이용한 위치센서는 대략 생성수단(110), 제1,2경사면(140,150), 이동수단(120), 및 산출수단(130)으로 구성할 수 있다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 인자값의 변화를 이용한 위치센서를 설명하기로 한다.
As shown in FIG. 4, the position sensor using the change of the factor value according to the first embodiment of the present invention has approximately the
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 생성수단(110)은 전자기장을 생성하는 수단이다. 전자기장을 생성하기 위해서는 일반적으로 솔레노이드 코일과 철심(도면 미도시)을 구비하여 전류를 인가함으로써 전자기장을 생성한다. 이때 전자기장의 방향은 전류의 방향을 변화시킴으로써 바꿀 수 있다.
As shown in FIG. 4, the generating means 110 according to the first embodiment of the present invention is a means for generating an electromagnetic field. In order to generate an electromagnetic field, a solenoid coil and an iron core (not shown) are generally provided to generate an electromagnetic field. At this time, the direction of the electromagnetic field can be changed by changing the direction of the current.
한편, 제1경사면(140)과 이동수단(120) 사이 또는 제2경사면(150)과 이동수단(120) 사이에 자기유변유체(3)가 충진됨으로써 생성수단(110)에서 발생된 전자기력에 의해 사용자에게 댐핑력(저항력, 힘(Fin)이 작용하는 방향과 반대방향)을 제공한다. 이러한 댐핑력은 후술하는 주기적인 신호를 입력함으로써 촉각 피드백(저항력, 진동감각)을 생성할 수 있도록 변화가 가능하다.
Meanwhile, the
여기서, 자기유변유체는 자기장의 세기에 따라 가역적으로 유체의 점도 특성이 변하는 물질로서 지능재료(Intelligent material) 중의 하나이다. 구체적으로 설명하면, 자기유변유체는 미네랄 오일, 합성 탄화수소, 물, 실리콘 오일, 에스테르화 지방산 등의 분산 매체에 지름이 수 내지 수십 마이크론의 미세 입자의 철이나 니켈, 코발트 및 이들의 자성합금 등이 분산된 비콜로이드 현탄액을 말한다.Here, the magnetorheological fluid is one of intelligent materials as a material in which the viscosity characteristic of the fluid is reversibly changed according to the strength of the magnetic field. Specifically, the magnetorheological fluid includes iron, nickel, cobalt, and magnetic alloys of fine particles having a diameter of several to several tens of microns in a dispersion medium such as mineral oil, synthetic hydrocarbon, water, silicone oil, and esterified fatty acid. Refers to a dispersed noncolloid suspension.
한편, 자기유변유체는 자기장을 인가함에 따라 유체의 점도 특성 등 유동 특성의 변화폭이 크고, 내구성이 우수하다. 뿐만 아니라, 오염물에 대해 상대적으로 덜 민감하고 자기장에 대한 응답속도가 매우 빠르고 또한, 가역적이다. 이러한 성질 때문에 자동차의 클러치, 엔진마운트, 댐퍼 등 진동제어장치, 고층건물 내진장치, 로보틱 시스템의 구동장치 등 여러 산업분야에 적용 가능성이 큰 것으로 평가되고 있다. On the other hand, the magnetorheological fluid has a large variation in flow characteristics such as viscosity characteristics of the fluid as the magnetic field is applied, and excellent durability. In addition, they are relatively less sensitive to contaminants and are very fast and reversible to magnetic fields. Because of this property, it is considered to have great applicability in various industrial fields such as vibration control devices such as clutches of automobiles, engine mounts, dampers, high-rise seismic devices, and driving devices of robotic systems.
또한, 자기유변유체는 자기장이 가해지지 않을 때에는 뉴턴 유체의 성질을 나타낸다. 하지만, 자기장이 가해지면 분산입자가 쌍극자를 형성하여 인가된 자기장과 평행한 방향으로 섬유구조를 형성하고, 이 섬유구조가 점도를 증가시켜 유체의 흐름을 방해하는 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가져서 동적 항복 응력을 많이 증가시킨다. 이때 항복 응력은 자기장의 세기에 따라 증가한다.
In addition, magnetorheological fluids exhibit the properties of Newtonian fluids when no magnetic field is applied. However, when a magnetic field is applied, the dispersed particles form a dipole to form a fibrous structure in a direction parallel to the applied magnetic field, and the fibrous structure increases the viscosity and thus has a shear force or a resistance to flow that interferes with the flow of the fluid. Increase the yield stress much. At this time, the yield stress increases with the strength of the magnetic field.
한편, 생성수단(110)이 솔레노이드 코일을 이용하는 경우에 이러한 솔레노이드 코일은 인덕턴스 값(L)을 가진다. 도 5에 도시된 바와 같이 후술하는 이동수단(120)이 힘(Fin)에 의해 하방으로 이동하게 되면 전자기장을 통과되는 에어 갭(1)의 거리(x1->x2, x1'->x2')가 도 4에 비해 줄게 된다.
On the other hand, when the generating means 110 uses a solenoid coil, such a solenoid coil has an inductance value (L). As shown in FIG. 5, when the moving means 120 to be described later moves downward by a force Fin, the distance of the
이때, 전자기장이 통과되는 에어 갭(1)의 거리가 줄게 되면 투자율()이 변화된다. 즉 도 4의 투자율을 라 하고, 도 5의 투자율을 라 하면 다음의 [수학식 3]과 같다.
At this time, if the distance of the air gap (1) through which the electromagnetic field passes, the permeability ( ) Is changed. That is, the permeability of FIG. 4 The permeability of FIG. If it is as follows [Equation 3].
따라서, LB > LA이며, 도 6에 도시된 바와 같이 인덕턴스 코일의 양단 전압이 [수학식 1]에 의해 변함을 알 수 있다. 이때 투자율()의 변화에 따른 도 4 및 도 5의 인덕턴스 코일의 전압차는 다음의 [수학식 4]와 같이 전개된다.
Therefore, L B > L A , and as shown in FIG. 6, it can be seen that the voltage at both ends of the inductance coil is changed by
본 발명의 제1실시예에 따른 제1,2경사면(140,150)은 전자기장이 흐르는 경사진 면이다. 이때 제2경사면(150)은 제1경사면(140)과 대향하여 위치한다. 경사진 면을 이용하여 저항력을 생성하는 구조를 비례 솔레노이드 구조라 한다.
The first and
본 발명의 제1실시예에 따른 이동수단(120)은 제1,2경사면(140,150) 사이의 에어 갭(1)에 위치하고, 작용힘(Fin)에 따라 상하 방향으로 이동한다. 이동수단(120)이 상하 방향으로 이동함으로써 전자기장이 통과하는 에어 갭(1)의 거리가 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 변한다.The moving means 120 according to the first embodiment of the present invention is located in the
이러한 이동수단(120)의 일실시예로서 플런져(도면 미도시)가 될 수 있다. 플런져는 작용힘(Fin)에 따라 상하 방향으로 이동하며, 전자기장이 흐를 수 있다.
As one embodiment of the moving means 120 may be a plunger (not shown). The plunger moves in the up and down direction according to the working force Fin, and an electromagnetic field may flow.
본 발명의 제1실시예에 따른 산출수단(130)은 생성수단(110)의 인자값의 변화를 감지하여 이동수단(120)의 눌려진 깊이(위치)를 감지한다. 즉 이동수단(120)의 상하 방향 이동에 따라 에어 갭(1)의 거리가 변함으로써 투자율()이 변화되고, 투자율의 변화에 따라 인덕턴스 값이 변하고, 인덕턴스 값의 변화에 따라 인덕턴스 코일 양단의 전압 값을 검출하여 이동수단(120)의 눌려진 깊이(위치)를 감지한다. 에어 갭(1)의 거리는(도 4에서 x1,x1') 제1경사면(140)과 이동수단(120) 사이 또는 제2경사면(150)과 이동수단(120) 사이의 전자기장이 통과하는 거리이다.The calculating means 130 according to the first embodiment of the present invention detects the pressed depth (position) of the moving means 120 by detecting a change in the printing value of the generating means 110. That is, as the distance of the
이때, 인자값은 투자율의 변화에 따른 인덕턴스 값을 감지함으로써 이동수단(120)의 위치를 감지할 수 있고, 또한 인자값은 인덕턴스 값의 변화에 따른 인덕턴스 코일 양단의 전압일 수 있다. In this case, the factor value may detect the position of the moving
이때 인덕턴스 코일 양단의 전압은 산출수단(130)이 기결정된 파형(주기적 파형인 여편파, 톱니파 등)을 솔레노이드 코일에 인가함으로써 인덕턴스 양단의 전압을 산출한다. 솔레노이드 코일 양단의 전압은 피크 디텍터(90)에 의해 DC 전압으로 변환되어 산출수단(130)에 입력되어 산출되는 것이 바람직하다. 따라서 산출수단(130)은 DC 전압값의 변화(솔레노이드 코일에 가해진 파형의 진폭 변화량)에 따라 이동수단(120)의 위치를 감지할 수 있다.
In this case, the voltage across the inductance coil calculates the voltage across the inductance by applying a predetermined waveform (a periodic waveform, such as excitation wave, sawtooth wave, etc.) to the solenoid coil. The voltage across the solenoid coil is preferably converted into a DC voltage by the
<< 제2실시예의Of the second embodiment 구성> Configuration>
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 인자값의 변화를 이용한 위치센서는 대략 생성수단(210), 이동수단(220), 및 산출수단(230)으로 구성할 수 있다. 이하에서는 앞서 설명한 투자율의 변화에 따른 솔레노이드 코일의 인덕턴스가 변화되는 내용을 토대로 설명하기로 한다.
As shown in FIG. 7, the position sensor using the change of the factor value according to the second embodiment of the present invention may be composed of the generating means 210, the moving means 220, and the calculating means 230. . Hereinafter will be described based on the change in inductance of the solenoid coil according to the change of the permeability described above.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 인자값의 변화를 이용한 위치센서는 앞서 설명한 제1실시예에 따른 인자값의 변화를 이용한 위치센서와 원리는 동일하다. 따라서 제1실시예와 다른 부분만을 설명하기로 한다.
As shown in FIG. 7, the position sensor using the change of the print value according to the second embodiment of the present invention has the same principle as the position sensor using the change of the print value according to the first embodiment described above. Therefore, only parts different from the first embodiment will be described.
본 발명의 제2실시예에 따른 이동수단(220)은 전자기장의 경로상을 작용힘(Fin)에 대응하여 상하 방향으로 이동한다. 도 7에 도시된 바와 같이 이동수단(220)이 전자기장을 생성하는 생성수단(210)과 떨어져 있는 경우에는 전자기장이 통과되는 이동수단(220)의 면적이 도 8에 도시된 면적보다 작다.
The moving
이때, 전자기장의 경로상에 존재하는 이동수단(220)의 면적이 변하는 경우 상술한 투자율()이 변하게 된다. 즉 도 7의 투자율을 라하고, 도 8의 투자율을 라 하면 다음의 [수학식 5]와 같다.
In this case, when the area of the moving means 220 existing on the path of the electromagnetic field is changed, the above-described permeability ( ) Will change. That is, the permeability of FIG. D, the permeability of FIG. If it is as follows [Equation 5].
따라서, 인덕턴스 코일의 양단 전압이 [수학식 1]에 의해 변함을 알 수 있고, [수학식 4]에 따라 인덕턴스 코일 양단 전압값이 차이가 나게 된다.
Therefore, it can be seen that the voltage across the inductance coil is changed by
한편, 생성수단(210) 및 이동수단(220)의 일실시예로서 도 1에 도시된 강성 발생 장치 중 요크(14)가 이동수단(220)에 해당하며, 솔레노이드 코일(16)이 생성수단(210)에 해당한다. 따라서 접촉판(11)에 작용힘(Fin)이 가해지면 요크(14)가 하방으로 이동되고, 하방으로 이동함에 따라 솔레노이드 코일(16)에 의해 생성된 전자기장의 경로상에 놓인 요크(14)의 면적이 커지게 된다. 요크(14)의 면적이 변하는 경우 투자율이 바뀌고 솔레노이드 코일(16)의 인덕턴스 값이 변화된다.
Meanwhile, as an embodiment of the
한편, 요크(14)와 솔레노이드 코일(16) 사이에 도 1에 도시된 자기유변유체(15)가 충진됨으로써 생성수단(210)에서 발생된 전자기력에 의해 사용자에게 댐핑력(저항력, 힘(Fin)이 작용하는 방향과 반대방향)을 제공한다. 이러한 댐핑력은 후술하는 주기적인 신호를 입력함으로써 촉각 피드백(저항력, 진동감각)을 생성할 수 있도록 변화가 가능하다.
Meanwhile, the
본 발명의 제2실시예에 따른 산출수단(230)은 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에 따른 산출수단(130)과 동일하게 생성수단(110)의 솔레노이드 코일의 양단 전압값의 변화를 감지하여 이동수단(220)의 눌려진 깊이(위치)를 감지한다.
The calculating means 230 according to the second embodiment of the present invention detects the change in the voltage value of both ends of the solenoid coil of the generating means 110 in the same manner as the calculating means 130 according to the first embodiment of the present invention described above. To detect the pressed depth (position) of the moving means (220).
상술한 제1 및 제2실시예에 따른 위치센서는 종래의 강성 발생 장치(10) 또는 경사면을 이용한 저항력 발생모듈(20)을 이용하여 응용이 가능하다. 즉 이러한 강성 발생 장치(10) 또는 경사면을 이용한 저항력 발생모듈(20)은 다양한 종류의 파형을 여기함으로써 촉각을 생성할 수 있다. The position sensors according to the first and second embodiments described above may be applied using the conventional
이때 촉각을 이동수단(120,220)의 위치에 따라 다양하게 제공하기 위하여 기 구비되어 있는 생성수단(110,210)과 이동수단(120,220)을 이용하며, 특히 생성수단의 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값의 변화를 이용하여 이동수단의 위치를 감지할 수 있다.
In this case, the generating means 110 and 210 and the moving means 120 and 220 are provided in order to provide a variety of tactile sensations according to the positions of the moving means 120 and 220. The position of the vehicle can be detected.
<< 솔레노이드Solenoid 코일의 양단 Both ends of the coil 전압값Voltage value 측정 장치> Measuring Device>
도 9에 도시된 바와 같이 솔레노이드 코일의 양단 전압값을 측정하기 위하여 먼저, 제어수단(30)의 제어신호에 의해 DAC 컨버터(41)에서는 DC 전압을 생성하고, 파형 생성기(43)에서는 0 ~ 250Hz 주파수 범위 내의 구형파 또는 여현파를 생성한다. 또한, 제어수단(30)에 의해 여현파 생성기(45)는 약 1 ~ 2kHz의 여현파를 생성한다.
In order to measure the voltage value of both ends of the solenoid coil as shown in FIG. 9, first, a DC voltage is generated in the
여기서 DAC 컨버터(41)의 DC 전압은 근감각을 생성하기 위함이고 및 파형 생성기(43)는 진동감을 생성하기 위함이다. 또한, 여현파 생성기(45)는 솔레노이드 코일의 양단 전압값을 감지하기 위한 신호이다.
In this case, the DC voltage of the
멀티플렉스(50)는 상술한 DAC 컨버터(41) 및 파형 생성기(43)의 출력신호를 입력받아 진동감 또는 근감각을 발생시키는 신호 중 어느 하나를 선택한다. 이렇게 선택된 신호와 여현파 생성기(45)에서 생성된 신호를 합성기(55)가 합성하고 전류 증폭기(60)를 거쳐 강성 발생 장치(10) 또는 경사면을 이용한 저항력 발생모듈(20)에 입력하면 진동감 또는 근감각을 생성한다.
The
일예로서 파형 생성기에서 100Hz의 신호가 출력되어 멀티플렉서에서 선택되고, 여현파 생성기(45)에서 1kHz의 주파수를 생성하였다면 주파수 발생기 내부저항(47)을 통과하여 대역통과필터(70)로 입력되기 전의 신호는 1kHz와 100Hz의 중첩신호이다. As an example, if a signal of 100 Hz is output from the waveform generator and is selected by the multiplexer, and the
대역통과필터(70)는 1kHz의 신호만을 검출하여(왜냐면 1kHz의 신호가 솔레노이드 코일의 양단 전압값을 나타내는 신호이므로) 증폭기(80)에 출력하고 증폭기(80)는 1kHz 신호를 증폭한다. 피크 디텍터(90)는 증폭된 1kHz의 피크 값을 감지하여 제어수단(30)에 입력하면 제어수단(30)은 이동수단(120,220)의 위치를 인식할 수 있다. 이때 1kHz의 진폭크기가 볼트인 경우 피크 디텍터(90)는 10볼트의 DC값을 감지한다.
The
<휴대용 기기의 구성><Configuration of the portable device>
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 휴대용 기기는 상술한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 위치센서를 포함하여 구성하고 있다. 이때 휴대용 기기에 구비된 마이크로프로세서(330)가 상술한 산출수단(130,230)을 대신하여 이동수단(120,220)의 위치를 감지한다.10 and 11, the portable device according to the present invention includes a position sensor according to the first and second embodiments described above. At this time, the
다만, 마이크로프로세서(330)는 산출수단(130,230)과 함께 구성되어 산출수단(130,230)이 인식한 이동수단의 위치를 입력받아 휴대용 기기에서 실행되고 있는 어플리케이션 또는 버튼의 종류에 따라 다양한 촉각 피드백을 생성하는 신호(파형의 종류, 진폭크기, 주파수에 따라 선택된 하나의 파형 또는 이들의 조합에 따른 파형)를 강성 발생 장치(10) 등에 출력할 수도 있다. 이하 생성수단, 이동수단, 제1,2경사면은 앞서 설명한 바와 같으므로 설명을 생략하기로 한다.
However, the
도 12에 도시된 바와 같이 휴대용 기기에 강성 발생 장치(10)가 결합되어 있다. 강성 발생 장치(10)가 포함된 휴대용 기기(2)는 스마트폰, PDA, 노트북, 태블릿피씨 등에 적용 가능하다. 또한, 콘솔게임기, 키보드, 조이스틱, 리모콘 또는 스타일러스 펜 등에 응용되어 촉각 피드백을 사용자에게 전달할 수 있다.As shown in FIG. 12, the
<위치 감지방법><How to detect location>
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위치감지 방법은 다음과 같다. 먼저, 전자기장의 경로상에 놓인 이동수단(120,220)이 작용힘(Fin)에 따라 하방으로 이동하는 단계(S610)를 수행한다.
As shown in Figure 13, the position detection method according to the present invention is as follows. First, the moving means (120,220) placed on the path of the electromagnetic field is performed to move downward according to the action force (Fin) (S610).
다음으로, 경사면을 이용한 저항력 발생모듈(20)인 경우 이동수단(120,220)의 이동에 의해 전자기장의 경로상에 놓인 에어 갭(1)의 면적이 변한다(S620). 한편, 강성 발생 장치인 경우에는 전자기장의 경로상에 놓인 이동수단(120,220)(요크)의 면적이 변한다(S620).
Next, in the case of the
다음으로, 산출수단(130,330)이 변화된 면적에 따라 생성수단(110,210)의 인자값의 변화를 산출하는 단계(S630)를 수행한다. 세부적으로는 에어 갭(1) 또는 이동수단(120,220)의 면적이 변함에 따라 투자율이 변한다. 변화된 투자율은 [수학식 2]에서 살펴본 바와 같이 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값을 변화시킨다. Next, the calculation means (130, 330) performs a step (S630) for calculating a change in the print value of the generating means (110,210) according to the changed area. In detail, as the area of the
[수학식 1]에서 살펴본 바와 같이 변화된 인덕턴스 값으로 인해 인자값인 솔레노이드 코일의 양단 전압값이 변화된다.
As shown in
마지막으로, 산출수단(130,330)이 변화된 솔레노이드 코일의 양단 전압값에 따라 이동수단(120,220)의 위치를 감지하는 단계(S640)를 수행한다. 즉 이동수단(120,220)의 위치에 따른 솔레노이드 코일의 양단 전압값(DC 값)을 룩업 테이블에 저장할 수 있고, 룩업 테이블 값에 기초하여 이동수단(120,220)의 위치를 감지할 수 있다.
Finally, the calculation means (130, 330) detects the position of the moving means (120, 220) according to the voltage value of both ends of the changed solenoid coil (S640). That is, the voltage values (DC values) at both ends of the solenoid coil according to the positions of the moving means 120 and 220 may be stored in the lookup table, and the positions of the moving means 120 and 220 may be detected based on the lookup table value.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment thereof, the present invention is not limited thereto, and various modifications and applications are possible. In other words, those skilled in the art can easily understand that many variations are possible without departing from the gist of the present invention.
1 : 에어 갭
2 : 휴대용 기기
3 : 자기유변유체
10 : 강성 발생 장치
11 : 접촉판
12 : 커버
13 : 피스톤
14 : 요크
15 : 유변유체
16 : 솔레노이드 코일
17 : 스프링
18 : 하우징
20 : 경사면을 이용한 저항력 발생모듈
21 : 힘전달수단
30 : 제어수단
41 : DAC 컨버터
43 : 파형 생성기
45 : 여현파 생성기
47 : 여현파 생성기 내부저항
50 : 멀티플렉서
55 : 합성기
60 : 전류 증폭기
70 : 대역통과필터
80 : 증폭기
90 : 피크 디텍터
110 : 생성수단
120 : 이동수단
130 : 산출수단
140 : 제1경사면
150 : 제2경사면
210 : 생성수단
220 : 이동수단
230 : 산출수단
330 : 마이크로프로세서
430 : 마이크로프로세서1: air gap
2: portable device
3: magnetorheological fluid
10: stiffness generator
11: contact plate
12: cover
13: Piston
14: York
15: rheological fluid
16: solenoid coil
17: spring
18: Housing
20: resistance generation module using the inclined surface
21: power transmission means
30: Control means
41: DAC Converter
43: waveform generator
45: cosine wave generator
47: cosine wave generator internal resistance
50: multiplexer
55: synthesizer
60: current amplifier
70 band pass filter
80: amplifier
90: peak detector
110: generating means
120: means of transportation
130: calculation means
140: first slope
150: second slope
210: generating means
220: Moving means
230: calculation means
330: microprocessor
430: microprocessor
Claims (22)
상기 전자기장이 흐르는 제1,2경사면;
상기 제1,2경사면 사이의 에어 갭에 위치하고, 작용힘(Fin)에 따라 이동하는 이동수단; 및
상기 이동수단의 이동에 의해 상기 제1,2경사면과 상기 이동수단 사이의 상기 에어 갭의 거리가 변함에 따라 상기 생성수단의 인자값의 변화를 산출하는 산출수단;을 포함함으로써 상기 이동수단의 위치를 감지할 수 있고,
변화된 상기 에어 갭의 거리는 상기 전자기장이 통과하는 경로에 형성된 거리인 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서.
Generating means for generating an electromagnetic field;
First and second slopes through which the electromagnetic field flows;
Moving means positioned in the air gap between the first and second inclined surfaces and moving according to an action force Fin; And
Calculation means for calculating a change in the printing value of the generating means as the distance of the air gap between the first and second inclined surfaces and the moving means is changed by the movement of the moving means. Can detect
The changed distance of the air gap is a position sensor using a change of the print value, characterized in that the distance formed in the path through which the electromagnetic field passes.
상기 생성수단은 솔레노이드 코일을 이용하여 상기 전자기장을 생성하는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서.
The method of claim 1,
The generating means is a position sensor using a change of the print value, characterized in that for generating the electromagnetic field using a solenoid coil.
상기 인자값은 상기 솔레노이드 코일의 인덕턴스 값이거나 또는 상기 솔레노이드 코일의 양단 전압값인 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서.
3. The method of claim 2,
The factor value is a position sensor using a change of the factor value, characterized in that the inductance value of the solenoid coil or the voltage value of both ends of the solenoid coil.
상기 산출수단은 상기 생성수단에 기 결정된 파형을 인가함으로써 상기 인자값 변화에 따른 상기 파형의 진폭 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서.
The method of claim 1,
And the calculating means calculates an amplitude change amount of the waveform according to the change of the printing value by applying a predetermined waveform to the generating means.
상기 에어 갭 사이에 자기유변유체가 충진됨으로써 상기 생성수단에서 발생된 전자기력에 의해 사용자에게 댐핑력을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 인자값의 변화를 이용한 위치센서.
The method of claim 1,
A magnetorheological fluid is filled between the air gaps to provide a damping force to the user by the electromagnetic force generated by the generating means.
상기 전자기장이 흐르는 제1,2경사면;
상기 제1,2경사면 사이의 에어 갭에 위치하고, 작용힘(Fin)에 따라 이동하는 이동수단; 및
상기 이동수단의 이동에 의해 상기 제1,2경사면과 상기 이동수단 사이의 상기 에어 갭의 거리가 변함에 따라 상기 생성수단의 인자값의 변화를 산출하여 상기 이동수단의 위치를 산출하는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
Generating means for generating an electromagnetic field;
First and second slopes through which the electromagnetic field flows;
Moving means positioned in the air gap between the first and second inclined surfaces and moving according to an action force Fin; And
A microprocessor for calculating the position of the moving means by calculating a change in the printing value of the generating means as the distance of the air gap between the first and second inclined surfaces and the moving means is changed by the movement of the moving means; Portable device comprising a.
상기 마이크로프로세서는,
산출된 상기 이동수단의 위치에 따라 촉각 피드백을 생성하는 신호를 상기 생성수단에 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
13. The method of claim 12,
The microprocessor,
And a signal for generating tactile feedback according to the calculated position of the moving means to the generating means.
상기 신호는,
제어변수인 파형종류, 진폭크기, 및 주파수 중 적어도 어느 하나를 선택한 신호이거나, 또는 상기 제어변수의 조합에 의한 신호인 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
The method of claim 13,
The signal is,
And at least one of a waveform type, an amplitude size, and a frequency as a control variable, or a combination of the control variables.
상기 에어 갭 사이에 자기유변유체가 충진됨으로써 상기 마이크로프로세서가 상기 자기유변유체의 댐핑력을 연속적으로 변화시켜 사용자에게 촉각 피드백을 제공하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
13. The method of claim 12,
A magnetorheological fluid is filled between the air gaps so that the microprocessor continuously changes the damping force of the magnetorheological fluid to provide tactile feedback to the user.
작용힘(Fin)에 따라 상기 전자기장의 경로상을 이동하는 이동수단; 및
상기 이동수단의 이동에 의해 상기 경로상에 존재하는 상기 이동수단의 면적이 변함에 따라 상기 생성수단의 인자값의 변화를 산출하여 상기 이동수단의 위치를 산출하는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
Generating means for generating an electromagnetic field;
Moving means for moving on the path of the electromagnetic field according to an action force Fin; And
And a microprocessor for calculating a position of the moving means by calculating a change in the printing value of the generating means as the area of the moving means existing on the path is changed by the movement of the moving means. Portable device.
상기 마이크로프로세서는,
산출된 상기 이동수단의 위치에 따라 촉각 피드백을 생성하는 신호를 상기 생성수단에 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.
17. The method of claim 16,
The microprocessor,
And a signal for generating tactile feedback according to the calculated position of the moving means to the generating means.
상기 신호는,
제어변수인 파형종류, 진폭크기, 및 주파수 중 적어도 어느 하나를 선택한 신호이거나, 또는 상기 제어변수의 조합에 의한 신호인 것을 특징으로 하는 휴대용 기기.The method of claim 17,
The signal is,
And at least one of a waveform type, an amplitude size, and a frequency as a control variable, or a combination of the control variables.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
KR1020110061721A KR101355636B1 (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | Position sensor, portable device using the same, and position sensing method thereof |
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KR1020110061721A KR101355636B1 (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | Position sensor, portable device using the same, and position sensing method thereof |
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KR1020110061721A KR101355636B1 (en) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | Position sensor, portable device using the same, and position sensing method thereof |
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