KR101515410B1 - Apparatus and method for providing complex haptic stimulation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 촉감 생성모듈, 복합 촉감 제시방법, 그 복합 촉감 생성모듈이 구비된 마우스 및 복합촉각제시시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 가상 물체의 촉각정보를 제공하기 위한 복합촉감생성모듈에 있어서, 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 고주파 구동부; 및 상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하여, 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성정도를 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있도록 하는 복합촉감생성모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a complex tactile sensation generating module, a complex tactile presentation method, a mouse equipped with the complex tactile sensation generating module, and a complex tactile display system. More particularly, the present invention relates to a composite tactile sensation generating module for providing tactile information of a virtual object, comprising: a high frequency driving part for vibrating a high frequency diaphragm by a piezo actuator to provide a tactile sense of texture; And a low frequency driving part for providing a tactile sense by a plurality of fine protrusions protruding and protruding and protruding by an electromagnetic force from one surface of the high frequency diaphragm to provide a user with a combination of a fine shape, a texture, a thermal feel, And a composite tactile sensation generation module that allows the user to vividly feel the tactile feeling of a virtual object.
Description
본 발명은 복합 촉감 생성모듈, 복합 촉감 제시방법, 그 복합 촉감 생성모듈이 구비된 마우스 및 복합촉각제시시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 고주파 구동부, 저주파 구동부, 온열감 재현부, 강성 재현부를 구비하여, 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성정도를 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있도록 하는 복합촉감생성모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a complex tactile sensation generating module, a complex tactile presentation method, a mouse equipped with the complex tactile sensation generating module, and a complex tactile display system. More specifically, the present invention provides a high-frequency driving unit, a low-frequency driving unit, a thermal feeling reproducing unit, and a rigidity reproducing unit to provide a user with a microscopic shape, texture, warmth and rigidity of a virtual surface to vibrate To a complex tactile sensation generating module.
일반적으로 햅틱(haptic)이란 물체를 만질 때, 사람의 핑거팁(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.In general, a haptic is a tactile sensation that can be felt by a person's finger tip (fingertip or stylus pen) when touching an object. The tactile feedback that the skin touches the object surface, (Kinesthetic force feedback), which is felt when the movement of the robot is disturbed.
도 1은 사람의 감각수용기들이 나타낸 피부의 부분 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사람의 감각수용기로서, 기계적 자극의 수용기로는 고주파의 진동(약 250 ~ 300Hz)을 감지하는 파치니언 소체(Pacinian corpuscle), 저주파의 진동(약 3 ~ 40Hz)을 감지하는 마이스너 소체(Meissner's corpuscle), 국부적으로 누르는 압력을 감지하는 메르켈 디스크(Merkel's disc)와 피부를 눌려주는 스트레치를 감지하는 루피니 엔딩(Ruffini's ending)가 있다. 이러한 다양한 촉감수용기를 자극하여, 현실감있는 촉감을 재현하기 위해선, 액추에이터의 주파수 대역폭이 중요하다. 촉감수용기들은 각각 활성화되는 주파수 범위가 다르기 때문에, 이들을 모두 자극하기 위해선 250Hz이상의 대역폭을 갖는 액추에이터가 필요하다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a partial cross-sectional view of the skin represented by human sensory receptors. As shown in FIG. 1, as a human sensory receptor, a mechanical stimulus receptor includes a Pacinian corpuscle that senses high frequency vibrations (about 250 to 300 Hz), a low frequency vibration (about 3 to 40 Hz) Meissner's corpuscle to sense, Merkel's disc to sense the local pressure to press, and Ruffini's ending to sense the skin's stretch. In order to stimulate these various tactile receptors and reproduce realistic touch, the frequency bandwidth of the actuator is important. Since the tactile receptors each have different frequency ranges to be activated, actuators having a bandwidth of 250 Hz or more are required to stimulate them all.
상기의 250Hz 이상의 대역폭을 만족시키는 기존의 액추에이터로는 솔레노이드 액추에이터, DC/AC 모터, 서버모터, 초음파 액추에이터, 형상기억합금세라믹 액추에이터 등 다양한 액추에이터들이 있다. 촉감제시장치의 대표적인 예로는 모바일디바이스에서 터치스크린의 입력에 따라 진동모터로, 진동을 발생시켜 고주파/저주파의 진동을 감지하는 파치니언/마이스너 소체를 자극하는 장치가 있다.Existing actuators satisfying the bandwidth of 250 Hz or more include various actuators such as solenoid actuators, DC / AC motors, server motors, ultrasonic actuators, and shape memory alloy ceramic actuators. A typical example of the tactile display device is a vibrating motor driven by a touch screen input from a mobile device to stimulate a pachinian / meistering body that detects vibration of high frequency / low frequency by generating vibration.
또한, 사용자에게 미세한 촉감, 돌기, 및 형상을 표현할 수 있는 핀어레이 촉감제시장치(Pin-Array Tactile Display)로 활용될 수 있다. 상기의 핀어레이 촉감제시장치로 활용되기 위해선, 인간의 피부 감각을 모사할 수 있을 만큼 다수의 구동기(Actuator)를 좁은 면적에 집적할 수 있는 기술이 중요하다. 그래서 전체 구조가 Compact하게 디자인되어 삽입되는 것이 중요한 디자인 요소가 될 수 있다. In addition, it can be utilized as a pin-array tactile display device capable of expressing fine touch, protrusion, and shape to the user. In order to be utilized as the pin array tactile presentation device, it is important to integrate a plurality of actuators in a small area so as to simulate human skin senses. Therefore, it is important that the entire structure is compactly designed and inserted.
그러나, 사용자에게 다양한 복합적인 촉각을 제공하기 위해서는, 인체의 감각수용기들을 복합적으로 자극해야할 필요가 있다. 기존의 촉각제시장치는 사용자에게 핀어레이 등을 통하여 미세형상을 출력하거나, 표면을 진동하여 파치니언/마이스너 소체를 자극하여 촉각을 제공하였으나, 이러한 단일 모듈만으로는 사용자에게 다양한 촉각을 제공해 주기 어려운 문제가 존재하였다. However, in order to provide the user with various complex tactile senses, it is necessary to stimulate the sensory receptors of the human body in a complex manner. Conventional tactile display devices provide a tactile sense by outputting fine shapes through a pin array or the like to the user or by stimulating the Pachinian / Meissner main body by vibrating the surface. However, such a single module does not provide a variety of tactile feedback to the user .
즉, 예를 들어, 가상물체에 대한 정보를 사용자에게 보고 듣는 것뿐 아니라 촉각으로서 다양한 정보를 제공해 줄 수 있다면, 보다 생동감 있게 실제 물체를 만지는 것과 같은 촉각을 생생하게 제공해 줄 수 있을 것이다. That is, for example, if a user can not only view and listen to information about a virtual object but also provide a variety of information as a tactile sense, it can vividly provide a tactile sensation such as touching an actual object more vividly.
따라서, 이러한 다양한 촉각정보를 동시에 제공하여 가상환경의 물체를 직접 만지고 느끼는 것과 같은 생생한 촉각을 복합적으로 제시해 줄 수 있는 복합촉감생성모듈가 요구되었다. Therefore, there is a need for a complex texture generation module capable of simultaneously presenting various tactile information to present a vivid tactile sense such as touching and feeling objects in a virtual environment.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 저주파 구동부, 온열감재현부, 고주파 구동부, 강성 재현부를 구비하여 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성을 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있도록 하는 복합촉감생성모듈를 제공하게 된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a display device including a low frequency driving part, a thermal sensation reproducing part, a high frequency driving part, and a rigidity reproducing part, A composite feeling generating module is provided that combines a feeling of texture, a sense of warmth, and rigidity to vividly feel the feel of a virtual object.
또한, 3D 가상표면의 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성(단단한 정도)을 복합적으로 제공하게 됨으로써, 기존의 한가지 또는 두가지 방식으로 촉감을 자극하는 장치의 한계를 해결하여 가상환경 물체의 촉감을 생생하게 실현할 수 있는 복합촉감생성모듈를 제공하게 된다. In addition, by providing the 3D virtual surface with the fine shape, texture, warmth and rigidity (hardness), it is possible to solve the limitations of the device that stimulates the touch in one or two ways and realizes the feel of the virtual environment object vividly A complex tactile sensation generation module capable of generating a complex tactile sensation.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 제1목적은, 가상 물체의 촉각정보를 제공하기 위한 복합촉감생성모듈에 있어서, 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 고주파 구동부; 및 상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a composite tactile sensation generating module for providing tactile information of a virtual object, comprising: a high frequency driving part for vibrating a high frequency diaphragm by a piezo actuator to provide a tactile sense for texture; And a low frequency driving part for providing a tactile sense by a plurality of fine protrusions protruding and protruding and protruding by an electromagnetic force from one surface of the high frequency vibration plate.
또한, 상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 강성 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include a stiffness reproducing unit for changing the stiffness of the high-frequency diaphragm to provide a tactile sense to the stiffness information.
그리고, 상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 온열감 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include a thermal sensation reconstruction unit for providing thermal sensation information by changing the temperature of the high-frequency diaphragm.
또한, 상기 고주판 진동판에는 다수의 홀이 형성되고, 상기 저주파 구동부는, 인가되는 전류의 세기에 따라, 다른 세기를 갖는 자기장을 발생시키는 솔레노이드 및 상기 솔레노이드에서 발생되는 자기장의 세기에 대응하여 상하로 이동함으로써 촉각을 제공하는 가동부를 포함하고, 상기 저주파 구동부는 복수이고, 상기 복수의 저주파 구동부는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부를 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다. The high-frequency driving unit may include a solenoid for generating a magnetic field having a different intensity according to an intensity of a current applied thereto, and a plurality of holes And a movable part for providing a tactile sense by the movement, wherein the plurality of low frequency driving parts constitute an array haptic output part arranged in a predetermined form.
그리고, 상기 고주파 진동판과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 상부프레임과 상기 상부프레임과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 하부 프레임을 더 포함하고, 상기 피에조 액추에이터는 상기 고주파 진동판과 상기 상부프레임 사이 일측에 구비되며, 상기 강성재현부는 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. The piezoelectric actuator further includes a lower frame spaced apart from the high-frequency diaphragm by an upper frame disposed at a lower portion and a lower frame spaced apart from the upper frame by a predetermined distance, wherein the piezoactuator is disposed between the high- And the stiffness reproducing part is provided between the upper frame and the lower frame.
또한, 상기 피에조 액추에이터의 상부에 구비되는 제1플렉셔 부재 및 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이 타측에 구비되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The piezoelectric actuator may further include a first flexure member provided on an upper portion of the piezoelectric actuator and an elastic member provided on the other side between the upper frame and the lower frame.
그리고, 상기 고주파 진동판과 상기 상부프레임 사이 일측에 제2플렉셔 부재를 더 포함하고, 상기 피에조 액추에이터에 의해 상기 고주파 진동판은 상기 제2플렉셔 부재를 중심으로 틸팅 진동되어 재질감에 대한 촉각을 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다. The piezoelectric actuator may further include a second flexure member on one side between the high-frequency diaphragm and the upper frame, wherein the high-frequency diaphragm tilts around the second flexure member to provide a tactile sense of texture . ≪ / RTI >
또한, 상기 제1플렉셔 부재 및 상기 제2플렉셔 부재는 양측면이 내측으로 오목한 오목부가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. The first flexure member and the second flexure member may be each formed with a concave portion whose both sides are recessed inward.
그리고, 상기 고주파 진동판은 열전달이 가능한 열전달판으로 구성되고, 상기 열전달판과 연결되어 상기 열전달판의 온도를 변화시키는 온도변화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The high frequency diaphragm may further comprise a heat transfer plate capable of heat transfer, and a temperature changing unit connected to the heat transfer plate to change the temperature of the heat transfer plate.
또한, 상기 온도변화수단은 펠티어소자로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. Further, the temperature changing means may be constituted by a Peltier element.
그리고, 강성재현부는 자기유변유체를 이용한 강성구현모듈로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the stiffness reproducing unit may be configured as a rigidity implementing module using a magnetorheological fluid.
또한, 상기 강성구현모듈은, 자기유변유체를 내부에 수용하는 몸체, 상기 몸체의 상부에 구비되어 외력이 작용하는 작용판, 상기 작용판과 연결되어 상기 몸체 내에서 일방향으로 왕복하는 피스톤 및 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단을 포함하여, 인가된 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 점성이 변화되어 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다. The rigidity implementing module may include a body for accommodating the magnetorheological fluid therein, an operation plate provided on the upper portion of the body for applying an external force, a piston connected to the operation plate and reciprocating in one direction in the body, And a magnetic field application means provided in the magnetorheological fluid for applying a magnetic field to the magnetorheological fluid to change a viscosity of the magnetorheological fluid by an applied magnetic field to realize a rigidity that is a resistance against the external force .
그리고, 상기 피스톤의 하단에 형성된 압축홈 및 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 피스톤의 왕복에 따라 상기 압축홈에 삽출하는 돌출봉을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include a compression groove formed in the lower end of the piston, and a protruding rod provided in the body and inserted into the compression groove according to reciprocation of the piston.
또한, 상기 작용판과 상기 피스톤 사이에 구비되어, 상기 외력에 따라 이동하는 상기 작용판에 탄성력을 제공하면서 전자기유도현상에 의한 인덕턴스 변화에 의해 전기적 신호를 발생하는 탄성제공수단 및 상기 탄성제공수단과 연결되어, 상기 전기적 신호를 기초로 상기 외력의 세기를 측정하는 측정수단을 더 포함하여, 측정된 상기 외력의 세기에 기초하여 상기 자기유변유체의 점성을 상기 자기장의 조절을 통해 변화시킴으로써 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다. An elastic providing means provided between the operation plate and the piston for generating an electric signal by a change in inductance due to electromagnetic induction while providing an elastic force to the operation plate moving according to the external force; Further comprising measuring means for measuring the intensity of the external force based on the electrical signal so as to change the viscosity of the magnetorheological fluid through the adjustment of the magnetic field based on the measured intensity of the external force, It is possible to realize a rigidity which is a resistance against a force.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제 1목적에 따른 복합촉감생성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 마우스로서 달성될 수 있다. The second object of the present invention can be attained by a mouse including the composite tactile sensation generating module according to the first object mentioned above.
본 발명의 제3목적은, 복합촉감생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법에 있어서, 고주파 구동부의 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 단계; 및 상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기를 갖는 저주파 구동부에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to provide a composite tactile display method using a composite tactile sensation generating module, comprising: providing a tactile sense for texture by vibrating a high frequency vibration plate by a piezo actuator of a high frequency driving part; And a low frequency driving part for providing a tactile sense by a low frequency driving part having a plurality of fine protrusions protruding and protruding by an electromagnetic force from one surface of the high frequency diaphragm, .
또한, 강성재현부가 상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 단계 및 온열감 재현부가 상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The stiffness reproducing unit may further include a step of changing the stiffness of the high-frequency diaphragm to provide a tactile sense to the stiffness information, and the step of providing the thermal sensation information by changing the temperature of the high-frequency diaphragm .
본 발명의 제4목적은, 컴퓨터에 의해 판독 가능하여, 앞서 언급한 제3목적에 따른 복합촉각제시방법을 실행시키기 위한 프로그램 코드가 기록된 기록매체로서 달성될 수 있다. The fourth object of the present invention can be achieved by a computer-readable recording medium on which a program code for executing a composite tactile display method according to the third object is recorded.
본 발명의 제5목적은, 가상의 물체에 대한 정보를 입력받는 입력부; 상기 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단; 및 앞서 언급한 제1목적에 따른 복합촉감생성모듈; 상기 촉각정보를 기반으로 상기 복합촉감생성모듈에 구비된 고주파 구동부, 저주파 구동부, 강성재현부 및 온열감재현부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합촉각제시시스템으로서 달성될 수 있다. A fifth object of the present invention is to provide an image processing apparatus including an input unit for inputting information on a virtual object; Analyzing means for analyzing information input from the input unit to generate tactile information; And a composite touch generating module according to the first object mentioned above; And a control unit for controlling at least one of the high frequency driving unit, the low frequency driving unit, the rigidity reproducing unit, and the thermal sensation reproducing unit provided in the complex tactile sensation generating module based on the tactile information.
본 발명의 일실시예에 따르면, 저주파 구동부, 온열감재현부, 고주파 구동부, 강성 재현부를 구비하여 사용자에게 가상표면에 대한 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성을 복합적으로 제공하여 가상물체에 대한 촉감을 생생하게 느낄 수 있는 효과를 갖는다.According to an embodiment of the present invention, a low-frequency driving part, a thermal sensation reproducing part, a high frequency driving part, and a rigidity reproducing part are provided to give a user a feeling of touch on a virtual object vividly by providing a fine shape, texture, .
또한, 3D 가상표면의 미세형상, 재질감, 온열감 및 강성(단단한 정도)을 복합적으로 제공하게 됨으로써, 기존의 한가지 또는 두가지 방식으로 촉감을 자극하는 장치의 한계를 해결하여 가상환경의 물체의 촉감을 생생하게 실현할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, by providing 3D virtual surface with fine shape, texture, warmth and rigidity (hardness), it is possible to solve the limitations of devices that stimulate the touch in one or two ways, And has an effect that can be realized.
본 발명의 일실시예에 따른 복합제시장치는 더욱 실감나고 생생한 촉각정보를 사용자에게 전달할 수 있어, 기존의 보고 듣는 것에 한정되지 않고 직접만져볼 수 있는 새로운 가능성을 제시하고, 인터넷 전자상거래에서 제품을 직접 만져보고 구매할 수 있게 해주며, 과학교육 등에 적용되어 실제로 만져보기 어려운 물체를 직접 느껴볼 수 있게 해주며, 더 나아가 3D 게임에서 역동감 있는 촉각제공으로 몰입감을 향상시킬 수 있는 등, 기존의 온라인 산업에 촉각제시 기능을 추가하여 새로운 분야를 창출하는데 기여할 수 있는 효과를 갖는다. The composite presentation apparatus according to an embodiment of the present invention can transmit more realistic and vivid tactile information to the user, thereby presenting a new possibility of being directly touched, not limited to the conventional viewing and listening, It enables users to directly touch and purchase. It also enables students to feel the objects that are difficult to be actually touched by being applied to science education. Furthermore, it is possible to improve immersion feeling by providing tactile feedback with 3D game. It has the effect of contributing to creating a new field by adding a tactile presentation function to the industry.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.
도 1은 사람의 감각수용기들이 나타낸 피부의 부분 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손가락을 고주파진동판에 접촉시킨 상태에서의 복합촉감생성모듈의 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고주파구동부가 소정형태로 배치된 어레이 햅틱출력부의 사시도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고주파구동부의 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 단면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 액추에이터의 구동에 의한 고주파진동판의 변위를 나타낸 단면도,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따라 피에조 액추에이터가 작동된 상태에서의 고주파 구동부와 강성재현부의 단면도,
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 강성 재현부의 단면도,
도 10b은 본 발명의 일실시예에 따라 작용판이 눌러진 상태에서의 강성 재현부의 단면도,
도 10c는 본 발명의 일실시예에 따른 자기장의 흐름을 나타낸 강성 재현부의 단면도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈, 그 복합촉감생성모듈이 구비된 마우스를 나타낸 사시도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉각제시 시스템의 구성도를 모식적으로 도시한 것이다. Figure 1 is a partial cross-sectional view of the skin,
FIG. 2 is a perspective view of a complex tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an exploded perspective view of a complex tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention, FIG.
FIG. 4 is a perspective view of a complex tactile sensation generating module in a state where a finger is brought into contact with a high frequency vibration plate according to an embodiment of the present invention,
5 is a perspective view of an array haptic output unit in which a high frequency driving unit according to an embodiment of the present invention is arranged in a predetermined form,
6 is a perspective view of a high-frequency driving unit according to an embodiment of the present invention,
FIG. 7 is a cross-sectional view of a complex tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating displacement of a high-frequency diaphragm by driving a piezo actuator according to an embodiment of the present invention;
9A and 9B are cross-sectional views of a high-frequency driving part and a rigidity reproducing part in a state in which a piezo actuator is operated according to an embodiment of the present invention,
10A is a cross-sectional view of a rigidity reproducing unit according to an embodiment of the present invention,
FIG. 10B is a sectional view of the stiffness reproducing portion in a state in which the operation plate is pressed according to an embodiment of the present invention,
FIG. 10C is a sectional view of a stiffness reproducing portion showing a flow of a magnetic field according to an embodiment of the present invention, FIG.
11 is a perspective view illustrating a combined touch generating module according to an embodiment of the present invention and a mouse having the combined touch generating module,
12 schematically shows a configuration diagram of a complex tactile display system according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 분해 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 손가락을 상부하우징에 접촉시킨 상태에서의 복합촉감생성모듈의 사시도를 도시한 것이다. Hereinafter, the structure and function of the complex tactile sensation generation module according to an embodiment of the present invention will be described. 2 is a perspective view of a combined tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention. 3 is an exploded perspective view of a combined tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention. 4 is a perspective view of a combined tactile sensation generating module in a state where a finger is brought into contact with an upper housing according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)는 저주파구동부(20), 고주파구동부(30), 강성 재현부(40) 및 온열감 재현부(10)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)은 사람의 손가락 등이 접촉되는 상부 하우징(11) 및 상부 하우징(11) 하부에 구비되는 고주파 진동판(32) 그리고, 고주파 진동판(32)과 소정간격 이격되어 하부에 구비되는 상부 프레임(33) 그리고, 상부프레임(33)과 소정간격 이격되어 하부에 구비되는 하부 프레임(41)을 포함하며, 이러한 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이에 저주파 구동부(20), 고주파 구동두(30)가 구비되며, 상부프레임(33)과 하부프레임(41) 사이에 강성 재현부(40)가 구비되게 된다. 2 to 4, the complex tactile
보다 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(11)에는 후에 설명되는 저주파 구동부(20)에 구비되는 다수의 가동부(22)(핀)이 돌출 및 출몰하게 되는 다수의 홀(12)이 형성되어 있고, 열전도도가 큰 열전달판으로 구성됨을 알 수 있다. 3, the
온열감 재현부(10)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 열전달판의 일측에 연결되며, 열전달판의 온도를 변화시키는 온도변화수단이 구비되게 됨을 알 수 있다. 이러한 온도변화수단은 구체적 실시예에서, 펠티어 소자(13)(Peltier module)로 구성되며 펠티어 소자(13)의 온도를 열전달판으로 전달시켜 사용자에게 온도에 대한 정보를 제공하게 된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 온열감 재현부(10)는 펠티어 소자(13)의 일측에 구비되는 쿨링 재킷을(미도시) 더 포함할 수도 있다. As shown in FIGS. 2 to 4, the
구체적 실시예에서는, 이러한 온열감 재현부(10)에 의해 열전달판의 온도를 15 ~ 40℃ 사이에서 조절할 수 있도록 구성된다. 이러한 펠티어 소자(13)는 펠티어효과를 발생시키는 소자로 일면은 냉각면으로 구성되고, 타면은 방열면으로 구성되며, 양자의 온도차는 약 30 ~ 50℃정도가 된다. 즉, 냉각면의 온도를 -15℃로 설정하면, 방열면의 온도는 약 15 ~ 35℃정도가 된다. In a specific embodiment, the temperature of the heat transfer plate can be adjusted between 15 and 40 캜 by the
이러한 펠티어 효과는 서로 다른 두개의 소자 양단에 직류전압을 가하면 전류의 방향에 따라 한쪽면에서는 흡열을 하고 반대면에서는 발열을 일으키게 되는 효과를 의미한다. 예를 들어 아이스쿨러는 이와 같은 펠티어 소자(13)의 냉각효과를 이용한 것인데, 그 성능이 매우 강력하여 냉각면(흡열면)에 순식간에 이슬이 맺힐 정도이다. 이러한 페티어효과를 이용한 소자를 열전소자 또는 열전모듈(Thermoelectric Module, TEM)이라고 한다. This Peltier effect means that when DC voltage is applied to both ends of two different devices, heat is absorbed on one side and heat is generated on the other side depending on the direction of current. For example, the ice cooler uses the cooling effect of the
이러한 펠티어 소자(13)의 원리는 전자가 전위차가 있는 두 금속 사이를 움직이게 하기 위해서 에너지를 필요로 하고 여기에 필요한 에너지를 금속이 가지고 있는 에너지에서 뺏어간다는 것을 기본원리로 하고 있다. 소자에 가해지는 전류량과 흡열/발열되는 열량은 제에백 효과의 공식이 그대로 적용되며 비례상수 또한 같다. 제에벡 효과는 가해지는 열에 의해 자유전자가 에너지를 얻고 이 에너지를 사용해 기전력이 발생하게 되는 효과를 의미한다.
The principle of this
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)에는, 상부 하우징(11)과 고주파 진동판(32)의 하단에 구비되는 저주파 구동부(20)를 포함하고 있다. 이러한 저주파 구동부(20)는 복수로 구성되며 이러한 복수의 저주파 구동부(20)는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부(23)로 구성될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복수의 저주파 구동부(20)가 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부(23)의 사시도를 도시한 것이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 구동부의 사시도를 도시한 것이다. The complex tactile
이러한 저주파 구동부(20) 각각은 인가되는 전류의 세기에 따라 다른 세기를 갖는 자기장을 발생시키는 리니어 솔레노이드(21)와 리니어 솔레노이드(21)에서 발생되는 자기장의 세기에 대응하여 상하 이동함으로써 촉각을 제공하는 가동부(22)를 포함하고 있다. 따라서 이러한 저주파 구동부(20)에 구비되는 가동부(22)가 상부 하우징(11)과 고주파 진동판(32)에서 돌출 및 출몰하면서 사용자에게 미세 형상에 대한 촉각정보를 제공하게 된다. 이러한 저주파 구동부(20)의 구동주파수는 약 0 ~ 100Hz정도가 됨이 바람직하다. Each of the low-
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈(100)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이에 고주파 구동부(30)와 저주파 구동부(20)가 구비되고, 상부 프레임(33)과 하부 프레임(41) 사이에 강성 재현부(40)가 구비되게 됨을 알 수 있다. 2 to 4, the complex tactile
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈의 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 피에조 액추에이터의 구동에 의한 고주파진동판의 변위를 나타낸 단면도를 도시한 것이다. FIG. 7 is a cross-sectional view of a composite tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention. 8 is a cross-sectional view illustrating displacement of a high frequency vibration plate by driving a piezo actuator according to an embodiment of the present invention.
또한, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따라 피에조 액추에이터가 작동된 상태에서의 고주파 구동부와 강성재현부의 단면도를 도시한 것이다. 9A and 9B are cross-sectional views of a high frequency driving part and a rigidity reproducing part in a state in which a piezo actuator is operated according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 고주파 구동부(30)는 상부 하우징(11)과 고주파 진동판(32)에 마이크로 바이브레이션을 생성하여, 표면 재질감에 대한 촉각 정보를 제공하게 된다. The high
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 구동부(30)는 고주파 진동판(32), 고주파 진동판(32)과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 상부프레임(33), 고주파 진동판(32)과 상부프레임(33) 사이의 일측에 구비되는 피에조 액추에이터(31) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다. 7 and 8, the high-
고주파 진동판(32)은 상부 하우징(11)의 하단에 결합되며, 상부 프레임(33)의 하단으로는 후에 상세히 설명되는 강성 재현부(40)가 구비되게 된다. 피에조 액추에이터(31)는 멀티-스택 피에조 액추에이터(31)로 구성되며, 도 7, 도 8, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33)의 사이 일측에 구비되게 된다. The
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 고주파 구동부(30)의 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이 타측에는 도 7, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 탄성부재(34)(예를 들어, 코일 스프링)가 구비되게 된다. 또한, 피에조 액추에이터(31)의 상부와 고주파 진동판(32) 사이에는 제1플렉셔 부재(35)(Flexure structure)가 구비되게 된다. 이러한 제1플렉셔 부재(35)는 상부프레임(32)과 하부프레임(33)의 사이 일측에 더 구비될 수 있다. 또한, 고주파 진동판(32)과 상부 프레임(33) 사이 일측에 제1플렉셔 부재(35)과 소정간격 이격되어 제2플렉셔 부재(36)가 구비되게 된다. 7, 9A, and 9B, the elastic member 34 ((a), (b), and (c) are formed on the other side between the high
제1플렉셔 부재(35), 제2플렉셔 부재(36)는 도 7, 8, 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 양측면이 내측으로 오목한 오목부를 형성하고 있다. 따라서 이러한 구조에 의해, 피에조 액추에이터(31)가 구동되게 되는 경우, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 고주파 진동판(32)과 상부 하우징(11)이 일체로, 제2플렉셔 부재(36)를 기준으로 틸팅 진동을 하게 됨을 알 수 있다.. 따라서 이러한 진동에 의해 사용자에게 표면 재질감에 대한 촉각정보를 전달하게 된다. 이러한 구조를 적용하게 됨으로써, 손가락이 접촉된 부분에 피에조의 변위를 증폭시킬 수 있게 된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 피에조 액추에이터(31)를 구동시키면, 손가락이 닿아 있는 위치에서 변위가 증폭되어, 다양한 진동감과 패턴을 사용자에게 전달하여 재질감을 재현할 수 있게 된다.
As shown in Figs. 7, 8, 9A and 9B, the
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈은 강성 재현부(40)를 포함하고 있다. 이러한 강성 재현부(40)는 도 2 내지 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 프레임(33)과 하부 프레임(41) 사이에 2개가 구비됨을 알 수 있다. 이러한 강성 재현부(40)는 기본적으로 자기유변유체(45)에 인가되는 자기장을 솔레노이드 코일로 컨트롤 하여 표면의 강성, 즉, 단단한 정도를 재현하여 강성에 대한 촉각정보를 사용자에게 제공하게 된다. In addition, the complex tactile sensation generating module according to an embodiment of the present invention includes a
도 10a은 본 발명의 일실시예에 따른 강성 재현부(40)의 단면도를 도시한 것이다. 도 10b은 본 발명의 일실시예에 따라 작용판(42)이 눌러진 상태에서의 강성 재현부(40)의 단면도를 도시한 것이다. 즉, 도 10b은 외력에 의해 작용판(42)이 하부로 이동되었을 때의 자기유변유체(45)의 흐름방향을 화살표로 나타낸 것이다. 또한, 도 10c는 본 발명의 일실시예에 따른 자기장의 흐름을 나타낸 강성 재현부(40)의 단면도를 도시한 것이다.10A is a cross-sectional view of a
도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 강성재현부는 몸체, 작용판(42), 피스톤(43), 자기유변유체(45), 자기장인가수단(44) 및 탄성제공수단(49) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다. 몸체의 내부에는 피스톤(43), 자기유변유체(45), 돌출봉(47), 자기장인가수단(44) 및 탄성제공수단(49)을 수용할 수 있는 홈이 구비되고, 그 상부는 개방된 통 형상으로 제작된다. 작용판(42)은 판 형상으로 그 하부면 중심 영역에는 연결봉 부재(48)가 구비되어 작용판(42)과 수직인 방향으로 가해지는 외력을 피스톤(43)으로 전달하게 된다. 작용판(42)은 외력을 피스톤(43)에 전달할 수 있는 형상이라면, 사용양태에 따라 어떠한 형상으로도 변형가능하다. 10A to 10C, the stiffness reproducing unit according to an embodiment of the present invention includes a body, an
커버는 하우징의 개방면에 결합된다. 작용판(42)의 연결봉 부재(48)가 피스톤(43)과 상호 연결될 수 있도록 커버의 중심영역에는 커버 관통홀이 형성된다. 이러한 커버 관통홀의 직경은 연결봉 부재(48)가 피스톤(43)과 연결된 후 자기유변유체(45)가 흘러나오지 않으면서 슬라이딩이 가능한 공차를 갖도록 형성된다. 또한, 피스톤(43)은 도 10a에 도시된 바와 같이, 작용판(42)에 의해 몸체 내에서 상하로 이동될 수 있는 형상을 갖고, 상부에는 연결봉 부재(48)가 삽입되고, 하부에는 돌출봉(47)이 삽입될 수 있도록 압축홈(46)이 구비됨을 알 수 있다. The cover is coupled to the open side of the housing. A cover through hole is formed in the central area of the cover so that the connecting
자기유변유체(45)는 외부에서 부가되는 자기장의 세기에 따라 가역적으로 유체의 점도 특성이 변화하는 물질로서, 지능재료(intelligent material) 중의 하나이다. 구체적으로는 자기유변유체(45)는 미네랄 오일, 합성탄화수소, 물, 실리콘 오일, 에스테르화 지방산 등의 분산매체에 직경이 수 내지 수십 마이크론의 미세입자의 철이나 니켈, 코발트 및 이들의 자성합금 등이 분산된 비콜로이드 현탁액을 말한다. The
자기유변유체(45)는 자기장을 인가함에 따라 유체의 점도 특성 등 유동특성의 변화폭이 크고, 내구성이 우수하다. 뿐만 아니라 오염물에 대해 상대적으로 덜 민감하고, 자기장에 대한 응답속도가 매우 빠르고, 가역적이다. 이 때문에, 자동차의 클러치, 엔진마운트, 댐퍼 등 진동제어장치, 고층건물 내진장치, 로보틱 시스템(robotic system)의 구동장치 등 여러 산업분야에 적용 가능성이 높은 것으로 평가된다. The magneto-
또한, 자기유변유체(45)는 자기장이 가해지지 않을 때에는 뉴튼 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 항복응력을 크게 증가시킨다. 이때의 항복응력(yield stress)은 자기장의 세기에 따라 증가한다. 이와 같은 자기유변유체(45)는 하우징 내부에 가득차 있다. 한편, 자기유변유체(45)는 비압축성 유체로써 부피변화가 거의 없다. The
자기장인가수단(44)은 외부로부터 전원을 제공받아 자기유변유체(45)에 자기장을 인가하여 자기유변유체(45)의 점성변화를 유도하는 구성요소로, 자기장인가수단(44)에 제공되는 전원 제어를 통해 다양한 저항력인 강성을 구현할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서의 자기장인가수단(44)은 도 10a 내지 도 10c에 나타낸 바와 같이, 자기장인가수단(44)의 중심에는 돌출봉(47)과 피스톤(43)이 삽입되는 자기장인가수단 홀이 형성된다. 다시 말하면, 자기장인가수단(44)은 돌출봉(47)과 피스톤(43)의 외주면을 따라 도선을 권취함으로써 형성된 솔레노이드 코일을 사용할 수 있다. The magnetic
이때, 자기장의 세기는 권취된 도선 수 또는 자기장인가수단(44)에 제공되는 전원의 세기에 비례하여 증대된다. 이렇게 권취된 도선 수 또는 전원의 세기의 증대에 따라 자기장의 세기가 증대되면, 자기유변유체(45)는 분자간 체인 형성이 보다 강화되어 자기유변유체(45)의 점성을 증대시킨다. 이로 인해 외력에 대한 저항력인 강성이 증대되어 다양한 세기의 외력에 대한 강성을 구현할 수 있다. At this time, the intensity of the magnetic field is increased in proportion to the number of wound wires or the strength of the power supplied to the magnetic
한편, 자기장인가수단(44)은 측정수단을 통해 측정된 외력의 세기에 기초한 자기장의 형성을 통해 다양한 모드의 강성을 제공하기 위해 제어부(70)와 연결된다. On the other hand, the magnetic
그리고, 탄성제공수단(49)은 외력에 따라 이동하는 작용판(42)에 탄성력을 제공한다. 본 발명의 일실시예에서 탄성제공수단(49)은 스프링으로 구성될 수 있다. 여기서, 스프링은 나사선 모양으로 형성되어 피스톤(43)을 통해 작용판(42)에 탄성력을 제공한다. 이로 인해 탄성제공수단(49)은 작용판(42)에 가해진 외력에 따라 하부로 눌려지면서 형태가 변형되고 이로 인해 작용판(42)에 탄성력을 제공한다.
Then, the elastic providing means 49 provides an elastic force to the
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉감생성모듈, 그 복합촉감생성모듈이 구비된 마우스를 나타낸 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉각제시 시스템의 구성도를 모식적으로 도시한 것이다. FIG. 11 is a perspective view illustrating a combined touch generating module according to an embodiment of the present invention, and a mouse having the combined touch generating module. FIG. 12 schematically shows a configuration of a composite tactile display system according to an embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 복합촉각제시 시스템은 앞서 언급한 복합촉감생성모듈(100)이 구비된 마우스(60), 가상 물체에 대한 정보를 입력받는 입력부, 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단 및 분석수단에서 생성한 촉각정보를 기반으로 앞서 언급한 복합촉감생성모듈(100)에 구비된 저주파 구동부(20), 고주파 구동부(30), 강성재현부 및 온열감 재현부(10)를 제어하는 제어부(70) 및 전원을 인가하기 위한 전원인가부(80) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 11 and 12, the combined tactile display system according to an embodiment of the present invention includes a
이러한 입력부, 분석수단 및 제어부(70)는 앞서 언급한 복합촉감생성모듈(100)의 하부 프레임(41)에 설치되어 질 수 있다. 입력부는 모니터 등의 디스플레이부(50)에서 디스플레이되는 물체의 정보를 입력받게 된다. 예를 들어 가상물체의 온도정보, 강성정보, 재질감 정보, 미세형상정보 등을 인가받게 된다. The input unit, the analysis unit, and the
분석수단은 이러한 정보를 촉각으로 사용자에게 제공할 수 있도록 촉각정보로 변환하게 된다. 그리고, 제어부(70)는 이러한 촉각정보를 기반으로 저주파 구동부(20), 고주파 구동부(30), 강성 재현부(40) 및 온열감 재현부(10)를 제어하여, 다양한 촉각정보를 사용자에게 제공하게 된다. The analysis means transforms this information into tactile information so that it can be presented to the user in a tactile sense. The
즉, 가상물체에 대한 온도정보를 기반으로 제어부(70)는 온열감 재현부(10)를 제어하여 사용자에게 가상물체와 동일한 온도로 열전달판의 온도를 변화시켜 사용자에게 온도정보를 촉각으로 제공하게 된다. 또한, 가상물체의 강성정보(가상물체가 어느 정도 단단한지)를 입력받아, 분석수단은 이러한 강성정보를 강성에 대한 촉각정보로 변환하게 되고, 제어부(70)는 강성 재현부(40)를 제어하여 자기장인가수단(44)에 인가되는 전류 등을 조절하여 자기유변유체(45)의 점성을 변환하여, 사용자에게 가상물체에 대응되는 강성, 댐핑력을 사용자에게 제공하게 된다. That is, based on the temperature information about the virtual object, the
또한, 가상물체의 재질감에 대한 정보를 입력받아, 제어부(70)는 피에조 액추에이터(31)의 진동주기를 제어하여 사용자에게 표면 재질감에 대한 촉각정보를 제공하게 되고, 가상물체에 대한 다양한 정보는, 제어부(70)가 저주파 구동부(20)에 구비된 다수의 리니어 액추에이터를 구동시켜 미세형상에 대한 촉각으로 사용자에게 제공하게 된다.
The
이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. It is to be understood that such modified embodiments are within the scope of protection of the present invention as defined by the appended claims.
10:온열감 재현부
11:상부하우징
12:홀
13:펠티어 소자
20:저주파 구동부
21:리니어 솔레노이드
22:가동부
23:어레이 햅틱출력부
30:고주파 구동부
31:피에조 액추에이터
32:고주파 진동판
33:상부프레임
34:탄성부재
35:제1플렉셔 부재
36:제2플렉셔 부재
37:고주파 진동판 홀
40:강성 재현부
41:하부프레임
42:작용판
43:피스톤
44:자기장인가수단
45:자기유변유체
46:압축홈
47:돌출봉
48:연결봉 부재
49:탄성제공수단
50:디스플레이부
60:복합촉감생성모듈가 구비된 마우스
70:제어부
80:전원인가부
100:복합촉감생성모듈10:
11: upper housing
12: Hall
13: Peltier element
20: Low frequency driving part
21: Linear solenoid
22:
23: Array haptic output section
30: High-
31: Piezo actuator
32: High frequency diaphragm
33: upper frame
34: elastic member
35: first flexure member
36: second flexure member
37: High frequency diaphragm hole
40:
41: Lower frame
42: working plate
43: Piston
44: magnetic field applying means
45: Magneto-rheological fluid
46: Compressed groove
47:
48: connecting rod member
49: elasticity providing means
50:
60: Mouse equipped with complex tactile sensation generating module
70:
80: Power supply unit
100: complex tactile generation module
Claims (16)
피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 고주파 구동부; 및
상기 고주파 진동판 일면에서 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기에 의해 촉각을 제공하는 저주파 구동부;를 포함하고,
상기 고주판 진동판에는 다수의 홀이 형성되고,
상기 저주파 구동부는,
인가되는 전류의 세기에 따라, 다른 세기를 갖는 자기장을 발생시키는 솔레노이드 및 상기 솔레노이드에서 발생되는 자기장의 세기에 대응하여 상하로 이동함으로써 촉각을 제공하는 가동부를 포함하고,
상기 저주파 구동부는 복수이고, 상기 복수의 저주파 구동부는 소정 형태로 배치된 어레이 햅틱출력부를 구성하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
A composite tactile sensation generating module for providing tactile information of a virtual object,
A high frequency driving unit for vibrating the high frequency diaphragm by the piezoelectric actuator to provide a tactile sense to the texture; And
And a low-frequency driving unit for providing a tactile sense by a plurality of micro-projections protruding from and protruding from one surface of the high-frequency diaphragm,
A plurality of holes are formed in the high-
The low-
A solenoid for generating a magnetic field having a different intensity according to an intensity of an applied electric current and a movable part for providing a tactile sense by moving up and down in correspondence to the intensity of a magnetic field generated in the solenoid,
Wherein the low frequency driving unit comprises a plurality of low frequency driving units, and the plurality of low frequency driving units constitute an array haptic output unit arranged in a predetermined form.
상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 강성 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
The method according to claim 1,
And a stiffness reproducing unit for changing the stiffness of the high-frequency diaphragm to provide a tactile sense to the stiffness information.
상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 온열감 재현부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
3. The method according to claim 1 or 2,
And a thermal sensation reconstruction unit for providing the thermal sensation information by changing the temperature of the high frequency vibration plate.
상기 고주파 진동판과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 상부프레임과 상기 상부프레임과 소정간격 이격되어 하부에 배치되는 하부 프레임을 더 포함하고, 상기 피에조 액추에이터는 상기 고주파 진동판과 상기 상부프레임 사이 일측에 구비되며, 상기 강성재현부는 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
3. The method of claim 2,
A lower frame spaced apart from the high-frequency diaphragm by a predetermined distance, and a lower frame spaced apart from the upper frame by a predetermined distance, the piezoactuator being provided on one side between the high-frequency diaphragm and the upper frame, And the rigidity reproducing part is provided between the upper frame and the lower frame.
상기 피에조 액추에이터의 상부에 구비되는 제1플렉셔 부재 및 상기 상부프레임과 상기 하부프레임 사이 타측에 구비되는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
6. The method of claim 5,
A first flexure member provided on an upper portion of the piezoelectric actuator, and an elastic member provided on the other side between the upper frame and the lower frame.
상기 고주파 진동판과 상기 상부프레임 사이 일측에 제2플렉셔 부재를 더 포함하고,
상기 피에조 액추에이터에 의해 상기 고주파 진동판은 상기 제2플렉셔 부재를 중심으로 틸팅 진동되어 재질감에 대한 촉각을 제공하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
The method according to claim 6,
Further comprising a second flexure member on one side between the high-frequency diaphragm and the upper frame,
And the high frequency diaphragm is tilted and oscillated about the second flexure member by the piezoelectric actuator to provide a tactile sense to the texture.
상기 고주파 진동판은 열전달이 가능한 열전달판으로 구성되고,
상기 열전달판과 연결되어 상기 열전달판의 온도를 변화시키는 온도변화수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the high frequency diaphragm comprises a heat transfer plate capable of heat transfer,
And a temperature changing unit connected to the heat transfer plate to change the temperature of the heat transfer plate.
상기 온도변화수단은 펠티어소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
9. The method of claim 8,
Wherein the temperature changing means comprises a Peltier element.
상기 강성재현부는 자기유변유체를 이용한 강성구현모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
3. The method of claim 2,
Wherein the stiffness reproducing unit comprises a rigidity implementing module using a magnetorheological fluid.
상기 강성구현모듈은,
자기유변유체를 내부에 수용하는 몸체, 상기 몸체의 상부에 구비되어 외력이 작용하는 작용판, 상기 작용판과 연결되어 상기 몸체 내에서 일방향으로 왕복하는 피스톤 및 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 자기유변유체에 자기장을 인가하는 자기장인가수단을 포함하여, 인가된 자기장에 의해 상기 자기유변유체의 점성이 변화되어 상기 외력에 대한 저항력인 강성을 구현하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈.
11. The method of claim 10,
Wherein the rigidity implementation module comprises:
A piston which is provided in an upper portion of the body and acts on an external force, a piston which is connected to the action plate and reciprocates in the body in one direction, and a magnetostrictive fluid Wherein the viscoelasticity of the magnetorheological fluid is changed by an applied magnetic field to realize a rigidity that is resistant to the external force, including magnetic field applying means for applying a magnetic field to the magnetorheological fluid.
11. A mouse comprising a complex tactile sensation generating module according to any one of claims 1, 2, and 5 to 11.
고주파 구동부의 피에조 액추에이터에 의해 고주파 진동판을 진동시켜 재질감에 대한 촉각을 제공하는 단계;
상기 고주파 진동판 일면에서 전자기력에 의해 돌출 및 출몰하는 다수의 미세돌기를 갖는 저주파 구동부에 의해 촉각을 제공하는 단계;
강성재현부가 상기 고주파 진동판의 강성을 변화시켜 강성정보에 대한 촉각을 제공하는 단계; 및
온열감 재현부가 상기 고주파 진동판의 온도를 변화시켜 온열감 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 촉감 생성모듈을 이용한 복합촉각제시방법.
A composite tactile display method using a composite tactile sensation generating module,
Vibrating the high-frequency diaphragm by the piezo actuator of the high-frequency driving unit to provide a tactile sense for the texture;
Providing a tactile sense by a low-frequency driving part having a plurality of fine protrusions protruding and protruding from an upper surface of the high-frequency diaphragm by an electromagnetic force;
Providing a tactile representation of the rigidity information by varying the rigidity of the high-frequency diaphragm; And
And providing the thermal sensation reconstruction unit with the temperature information of the high frequency diaphragm by changing the temperature of the high frequency diaphragm.
13. A recording medium on which program codes for executing the compound tactile display method according to claim 13 are recorded.
상기 입력부에서 입력받은 정보를 분석하여 촉각정보를 생성하는 분석수단; 및
제 3항에 따른 복합촉감생성모듈;
상기 촉각정보를 기반으로 상기 복합촉감생성모듈에 구비된 고주파 구동부, 저주파 구동부, 강성재현부 및 온열감재현부 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합촉각제시시스템.An input unit for receiving information on a virtual object;
Analyzing means for analyzing information input from the input unit to generate tactile information; And
A complex tactile sensation generating module according to claim 3;
And a control unit for controlling at least one of a high frequency driving unit, a low frequency driving unit, a rigidity reproducing unit, and a thermal sensation reproducing unit provided in the complex tactile sensation generating module based on the tactile information.
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